JPH11267874A - レーザ加工用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ加工用ノズルにおいて、溶融金属を十
分にシールドするとともにエアナイフの吹出量を上げて
保護ガラスの汚れを少なくする。 【解決手段】 レーザ加工用ノズルはレーザ光をレンズ
光学系１２で集光して被加工物１３に照射して被加工物
を溶接加工する。レンズ光学系の下側には保護ガラス１
５が配設されており、エアナイフノズル１４からはレン
ズ光学系と被加工物との間にレーザ光の光軸を横切るよ
うにエアナイフを吹き出す。一方、シールドガス噴出口
１６から被加工物にシールドガスが吹き付けられる。エ
アナイフノズルの近傍においてノズル筐体１１には開口
部１７が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工装置、
特に、レーザ溶接装置に用いられるレーザ加工用ノズル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザ溶接装置では、被加工物
にレーザ光を照射して、溶接等を行っており、レーザ溶
接装置にはレーザ光を被加工物上に集光するためのレン
ズ（光学系）を有するノズルが備えられている。

【０００３】レーザ溶接装置で被加工物を熱加工（溶
接）する際には、レーザ光によってプルーム（プラズマ
状のガス体）が発生するばかりでなく、ヒューム（蒸発
金属等の微粉末）及びスパッター（溶融金属が飛散した
もの）が発生する。従って、このようなプルーム、ヒュ
ーム、及びスパッター（以下スパッター等と総称する）
からレンズ光学系を保護する必要がある。また、プルー
ムはレーザ光の被加工物表面への到達を妨げ、除去する
ことが望まれる。

【０００４】ここで、図３を参照して、従来のレーザ加
工用ノズルについて概説する。

【０００５】図示のノズルはノズル筐体１１を備えてお
り、このノズル筐体１１にはレンズ光学系１２が装着さ
れている。そして、レンズ光学系１２によってレーザ光
が集光されて、被加工物（金属被加工物）１３に照射さ
れ、例えば、溶接が行われる。

【０００６】プルーム、ヒューム、及びスパッターから
レンズ光学系を保護するため、ノズル筐体１１にはエア
ナイフノズル１４が備えられている。エアナイフノズル
１４はエアナイフ吹出口１４ａとエアナイフ出口１４ｂ
とを備えており、エアナイフ出口１４ｂはエアナイフ吹
出口１４ａに対向している。エアナイフ吹出口１４ａか
らエア（エアナイフ）がレンズ光学系１２の下側に太線
矢印で示すように送り込まれ、エアナイフ出口１４ｂか
ら排出される。そして、エアナイフによって、レンズ光
学系１２を保護している（このとき、プルームの除去に
関しては積極的に行っていない）。

【０００７】通常、エアナイフのみではレンズ光学系１
２の保護が十分でないため、レンズ光学系１２の下側に
レンズ光学系１２を保護するための保護ガラス１５が配
設される。

【０００８】ノズル筐体１１の先端には被加工物１３に
シールドガスを吹き付けるシールドガス噴出口１６が形
成されている。このシールドガスは被加工物１３がレー
ザ光に溶融された際、溶融金属の酸化を防止するための
ものであり、細線矢印で示すように、シールドガスはエ
アナイフとともにエアナイフ出口１４ｂから排出され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エアナイフ
でスパッター等を完全に遮断することは難しく、このた
め、エアナイフで遮断できなかったスパッター等が保護
ガラス１５に付着することになる。そして、保護ガラス
１５への付着量が多くなると、被加工物１３へのレーザ
光の照射が妨げられることになってしまう。このため、
適宜保護ガラス１５を交換する必要がある。

【００１０】このような保護ガラスの交換を行うと、必
然的に、レーザ加工等を中断しなければならず、作業効
率が低下してしまうという問題点がある。

【００１１】加えて、大出力のレーザにおいては、保護
ガラス１５がレーザ光を反射して、周辺に悪影響を与え
ることがある。このため、保護ガラスにレーザ光の波長
に合ったＡＲコート（対反射コート）を施す必要があ
る。このようなＡＲコートを施した保護ガラスは高価な
ものとなって、頻繁に交換することができなくなってし
まう。つまり、使い捨てとするには保護ガラスが高価と
なってしまう。

【００１２】保護ガラスの使用時間を長くするために
は、エアナイフを強くする必要がある。このため、エア
ナイフ吹出口のガス圧力を上げてエアの流速を上げた場
合、前述のシールドガスがエアナイフに巻き込まれてし
まい、被加工物上の溶融金属のシールド不良が発生して
しまうという問題点がある。また、プルームを積極的に
除去制御するためには、できるだけ被加工物に近いとこ
ろで、かつシールドに影響を与えないエアナイフが必要
である。

【００１３】シールドガスの巻き込みを防止するため、
シールドガスの噴出圧力を上げると、今度は、シールド
ガス流に乱気流が発生して、シールドガス流が周辺の大
気を巻き込んでしまい、シールド不良が発生してしま
う。つまり、溶接用のシールドガスは溶融金属を柔らか
く包み込むような状態で流す必要がある。

【００１４】いずれにしても、従来のレーザ加工用ノズ
ルでは、エアナイフは、シールドガスに影響を与えない
程度の吹出量で噴出させる必要があり、また、プルーム
除去に必要な量や位置の確保がし難いという問題点があ
る。

【００１５】本発明の目的は、保護ガラスの交換率の低
いレーザ加工用ノズルを提供することにある。

【００１６】本発明の他の目的は、溶融金属を十分にシ
ールドできて、エアナイフの吹出量を上げることので
き、かつ被加工物に近いところでエアを吹き出してプル
ームを除去することが可能なレーザ加工用ノズルを提供
することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ノズル
筐体と、該ノズル筐体に取り付けられた光学系とを有
し、レーザ光を前記光学系で集光して被加工物に照射し
て前記被加工物を溶接加工するためのレーザ加工用ノズ
ルであって、前記光学系と前記被加工物との間に前記レ
ーザ光の光軸を横切るようにエア流を生じさせるエア流
吹出ノズルと、前記被加工物にシールドガスを吹き付け
るシールドガス供給部とを有し、前記エア流吹出ノズル
の近傍において前記ノズル筐体には開口部が形成されて
いることを特徴とするレーザ加工用ノズルが得られる。
そして、前記エア流と前記光学系との間には前記光学系
を保護するための保護ガラスが設けられている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。

【００１９】図１を参照して、図示のノズルはノズル筐
体１１を備えており、このノズル筐体１１にはレンズ光
学系１２が装着されている。そして、レンズ光学系１２
によってレーザ光が集光されて、被加工物（金属被加工
物）１３に照射され、例えば、溶接が行われる。

【００２０】プルーム、ヒューム、及びスパッターから
レンズ光学系を保護するため、ノズル筐体１１にはエア
ナイフノズル１４が備えられている。エアナイフノズル
１４はエアナイフ吹出口１４ａとエアナイフ出口１４ｂ
とを備えており、エアナイフ出口１４ｂはエアナイフ吹
出口１４ａに対向している。エアナイフ吹出口１４ａか
らエア（エアナイフ）がレンズ光学系１２の下側に太線
矢印で示すように送り込まれ、エアナイフ出口１４ｂか
ら排出される。さらに、レンズ光学系１２の下側にレン
ズ光学系１２を保護するための保護ガラス１５が配設さ
れている。

【００２１】ノズル筐体１１の先端には被加工物１３に
シールドガスを吹き付けるシールドガス噴出口１６が形
成されている。このシールドガスは被加工物１３がレー
ザ光に溶融された際、溶融金属の酸化を防止するための
ものである。

【００２２】さらに、エアナイフノズル１４の下側にお
いて、ノズル筐体１１には切欠部（開口部）１７が形成
されており、この開口部１７からエアナイフの流れに応
じてエア（空気）が供給される。

【００２３】ところで、エアナイフ吹出口１３ａから高
速のエアナイフが噴出されると、エアナイフ周辺のガス
はエアナイフに引かれて動き出すことになる。この際、
上述の開口部１７が形成されていないと、エアナイフの
流れによって、シールドガスが吸引されてしまう。加え
て、図１において、エアナイフの流れは直線的に矢印で
描かれているが、実際には、エアナイフは広角的な広が
りを有している。この結果、ノズル筐体１１の外壁にエ
アナイフが衝突して、この衝突に起因してノズル筐体１
１内に別の流れが発生する。これによって、シールドガ
スがエアナイフによって吸引されてしまう。

【００２４】図１に示すように、開口部１７を形成する
と、この開口部１７から空気が流入する結果、エアナイ
フの吹出圧力を高くしても、シールドガスがエアナイフ
に吸引されることがなくなる。

【００２５】このように、図示の例では、エアナイフ吹
出口の周辺に開口部を形成したことによって、エアナイ
フの吹出圧力を高してもシールドガスが吸引されること
がなく、その結果、保護ガラスにスパッター等が付着す
ることがすくなく、しかも、溶融金属を十分にシールド
できる。また、被加工物に近いところで、エアを吹き出
すことが可能となり、プルームの除去制御ができる。

【００２６】なお、図２には、エアナイフの吹出圧力に
対するノズル筐体内の吸い込み圧力を測定した結果が示
されており、図１に示すノズルは図３に示すノズルに比
べて吸い込み圧力が低くなることがわかる。つまり、エ
アナイフの吹出圧力を高くできることになる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シー
ルドガスの巻き込みを考慮することなく、エアナイフの
圧力を設定することができることになり、エアナイフの
吹出圧力をあげても、つまり、エアナイフの流速を上げ
ても、シールドガスの巻き込みがなくなり、しかも、エ
アナイフによって保護ガスへスパッター等が付着するこ
とが少なくなって、保護ガラスの交換率を減らすことが
できる。また、被加工物に近いところで、エアを吹き出
すことが可能となり、プルームの除去制御ができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ加工用ノズルの一例を示す
図であり、（ａ）は側方からみた断面図、（ｂ）は上方
からみた図である。

【図２】エアナイフの吹出圧力とノズル筐体内の吸い込
み圧力との関係を測定した結果を示す図である。

【図３】従来のレーザ加工用ノズルを示す図であり、
（ａ）は側方からみた断面図、（ｂ）は上方からみた図
である。

【符号の説明】

１１ ノズル筐体 １２ レンズ光学系 １３ 被加工物（金属被加工物） １４ エアナイフノズル １４ａ エアナイフ吹出口 １４ｂ エアナイフ出口 １５ 保護ガラス １６ シールドガス噴出口 １７ 切欠部（開口部）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル筐体と、該ノズル筐体に取り付け
   られた光学系とを有し、レーザ光を前記光学系で集光し
   て被加工物に照射して前記被加工物を溶接加工するため
   のレーザ加工用ノズルであって、前記光学系と前記被加
   工物との間に前記レーザ光の光軸を横切るようにエア流
   を生じさせるエア流吹出ノズルと、前記被加工物にシー
   ルドガスを吹き付けるシールドガス供給部とを有し、前
   記エア流ノズルの近傍において前記ノズル筐体には開口
   部が形成されていることを特徴とするレーザ加工用ノズ
   ル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたレーザ加工用ノズ
   ルにおいて、前記エア流と前記光学系との間には前記光
   学系を保護するための保護ガラスが設けられていること
   を特徴とするレーザ加工用ノズル。