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JP6162014B2 - Laser processing head - Google Patents
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JP6162014B2 - Laser processing head - Google Patents

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Description

本発明は、被加工材に向けてレーザ光を照射すると共にアシストガスを噴射して目的の加工を行う際に、加工部位から生じたスパッタが集光レンズに付着するのを防止し、或いは軽減し得るようにしたレーザ加工ヘッドに関するものである。   The present invention prevents or reduces spatter generated from a processing part from adhering to a condensing lens when performing target processing by irradiating laser light toward a workpiece and injecting assist gas. The present invention relates to a laser processing head that can be used.

金属からなる被加工材を切断、或いは溶接する際に、レーザ加工法を採用することがある。このレーザ加工法は、レーザ加工ヘッドから被加工材に向けてレーザ光を照射すると共にアシストガスを噴射し、母材から発生した溶融物や蒸発物をアシストガスによって排除しつつ、或いは母材の溶融状態をアシストガスによって保護しつつ、レーザ加工ヘッドと被加工材とを相対的に移動させることで、切断し或いは溶接するものである。   A laser processing method may be employed when cutting or welding a workpiece made of metal. In this laser processing method, a laser beam is irradiated from a laser processing head toward a workpiece, and an assist gas is jetted to remove a melt or vapor generated from the base material with the assist gas, or Cutting or welding is performed by relatively moving the laser processing head and the workpiece while protecting the molten state with the assist gas.

レーザ加工ヘッドは、上部にレーザ光を集光する集光レンズが設けられ、下部にレーザ光とアシストガスが通過する開口が設けられた加工ヘッド本体を有している。また、加工ヘッド本体の側面にはアシストガスを供給する供給口が設けられており、目的の加工に応じて酸素ガス、空気、窒素ガス等から選択されたアシストガスが供給される。加工ヘッド本体の下部に設けた開口はレーザ光が通過し得る径であれば良く、面積は比較的小さいのが一般的である。また、加工ヘッド本体の側面に設けたアシストガスの供給口は加工性を考慮して設定されており、面積は大きいのが一般的である。   The laser processing head has a processing head main body provided with a condensing lens for condensing laser light at the upper portion and an opening through which the laser light and assist gas pass at the lower portion. Further, a supply port for supplying an assist gas is provided on a side surface of the processing head body, and an assist gas selected from oxygen gas, air, nitrogen gas, or the like is supplied according to the target processing. The opening provided in the lower part of the processing head main body may be any diameter that allows laser light to pass through, and generally has a relatively small area. Further, the assist gas supply port provided on the side surface of the processing head main body is set in consideration of processability, and the area is generally large.

レーザ加工法を実施する際に、溶融した母材の一部がスパッタとして飛散し、加工ヘッド本体の外周面に付着したり、開口から噴射するアシストガスに抗して加工ヘッド本体の内部に入り込んで集光レンズに付着することがある。集光レンズにスパッタが付着すると、このスパッタにレーザ光のエネルギが吸収されて集光レンズに損傷を与える虞が生じるため、スパッタの集光レンズへの付着を防止することを目的として、幾つかの技術が提案されている。   When laser processing is performed, a part of the molten base material is scattered as spatter and adheres to the outer peripheral surface of the processing head body or enters the inside of the processing head body against the assist gas injected from the opening. May adhere to the condenser lens. If spatter adheres to the condensing lens, the energy of the laser beam is absorbed by the spatter and may cause damage to the condensing lens. For the purpose of preventing spatter from adhering to the condensing lens, The technology has been proposed.

例えば、特許文献1に記載された発明は、集光レンズとレーザノズルとの間に保護レンズを設けた加工ヘッド本体を有している。そして、加工ヘッド本体に、保護レンズをエアカーテンで保護するためのエア吹き出しノズルを設けると共に対向する位置に着脱可能なエアカーテンカバーを設けている。アシストガスは、エア吹き出しノズルよりもレーザノズル側に設けたアシストガス噴射口からレーザビームと同軸上に噴射されるように構成されている。   For example, the invention described in Patent Document 1 has a processing head body in which a protective lens is provided between a condenser lens and a laser nozzle. The processing head body is provided with an air blowing nozzle for protecting the protective lens with an air curtain, and a removable air curtain cover is provided at an opposing position. The assist gas is configured to be ejected coaxially with the laser beam from an assist gas ejection port provided on the laser nozzle side of the air blowing nozzle.

特許文献1に記載された発明では、高速のエア流からなるエアカーテンと、レーザ加工に適した流速のアシストガスが独立して作用するため、加工部位に対するシールド性の向上を実現しつつ、スパッタの巻き上げを防止することができる。   In the invention described in Patent Document 1, an air curtain composed of a high-speed air flow and an assist gas having a flow velocity suitable for laser processing work independently, so that while improving the shielding performance against the processing site, the sputter is achieved. Can be prevented from being rolled up.

また、特許文献2に記載された発明は、光学要素を保護することができるファイバーレーザ加工機の加工ヘッドに関するものであり、ヘッド本体に設けたレンズユニットとノズルとの間にトラップ部材を設け、アシストガスがトラップ部材に形成した絞り部を通過する際に増速することでダストの浸入を阻止し、該ダストをトラップ部材に形成した滞留捕捉部で捕捉し得るように構成されている。   The invention described in Patent Document 2 relates to a processing head of a fiber laser processing machine that can protect an optical element, and a trap member is provided between a lens unit and a nozzle provided in the head body, The assist gas is configured to increase in speed when passing through the throttle portion formed in the trap member, thereby preventing dust from entering, and capturing the dust in the stay trap portion formed in the trap member.

特許文献2に記載された発明では、ノズルからダストが浸入したとき、このダストがレンズユニット方向に進行しても増速したアシストガス流によって阻止され、滞留捕捉部に落下して捕捉される。このため、レンズユニットのダストが付着することがない。   In the invention described in Patent Document 2, when dust enters from the nozzle, even if the dust travels in the direction of the lens unit, it is blocked by the increased assist gas flow, and is dropped and trapped in the stay trap. For this reason, the dust of a lens unit does not adhere.

特開平09−220687号公報JP 09-220687 A 特開2012−024811号公報JP 2012-024811 A

上記特許文献1に記載された発明では、加工ヘッド本体の内部にエアカーテンを形成するエアとアシストガスが同時に噴射されることとなる。特に、エアカーテンを形成するエアは流速が大きいことが必要であり、アシストガスよりも高い圧力で噴射される。このため、エアがアシストガスに混入してレーザノズルから混合ガスが噴射される虞があり、この場合、加工部位に対するアシストガスによるシールド性能が阻害される虞がある。   In the invention described in Patent Document 1, air and assist gas are simultaneously injected to form an air curtain inside the processing head main body. In particular, the air forming the air curtain needs to have a high flow velocity and is injected at a pressure higher than that of the assist gas. For this reason, there exists a possibility that air may mix in assist gas and a mixed gas may be injected from a laser nozzle, and in this case, there exists a possibility that the shielding performance by assist gas with respect to a process site | part may be inhibited.

また、特許文献2に記載された発明では、アシストガスがトラップ部材に形成された絞り部と径が拡大した滞留捕捉部を連続して通過することとなり、断面積の変化に伴って流れが乱れる虞があり、この場合、ノズルから噴射されるアシストガスが安定せずに加工部位の品質が不安定になる虞がある。   Moreover, in the invention described in Patent Document 2, the assist gas continuously passes through the constricted portion formed in the trap member and the stay trapping portion having an enlarged diameter, and the flow is disturbed as the cross-sectional area changes. In this case, there is a possibility that the assist gas injected from the nozzle is not stable and the quality of the processed part becomes unstable.

本発明の目的は、加工ヘッド本体に設けた照射口からスパッタが浸入した場合でも、このスパッタをアシストガスによって集光レンズまで到達するのを防止し又は軽減し得るようにしたレーザ加工ヘッドを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a laser processing head capable of preventing or reducing the spatter from reaching the condenser lens by the assist gas even when spatter enters from the irradiation port provided in the processing head main body. There is to do.

本件発明者は、加工ヘッド本体の内部に入り込んだスパッタが集光レンズまで到達することを阻止するために開発を行っている。その結果、集光レンズに対するスパッタの付着を阻止するためには、レーザ光の光軸を横断させて斜め下方に向けた流れを形成することが効果的であることが判明した。また、加工ヘッド本体内部に於ける流速を上昇させたアシストガスをスパッタに衝突させることで、該スパッタの上昇を阻止することが好ましいということが判明した。   The present inventor has been developing to prevent spatter that has entered the inside of the processing head body from reaching the condenser lens. As a result, in order to prevent the spatter from adhering to the condensing lens, it has been found that it is effective to form a flow obliquely downward across the optical axis of the laser beam. Further, it has been found that it is preferable to prevent the increase of the sputtering by colliding the assist gas having an increased flow velocity inside the machining head main body with the sputtering.

上記結果から本発明に係るレーザ加工ヘッドは、加工ヘッド本体の上部に設けた集光レンズによって集光したレーザ光をアシストガスと共に下部に設けた照射口から被加工材に向けて照射するレーザ加工ヘッドであって、加工ヘッド本体の側面には、上部に設けた集光レンズと下部に設けた照射口との間にアシストガス噴射部材が設けられており、前記アシストガス噴射部材は、アシストガスを、前記集光レンズによって集光されて前記照射口から照射されるレーザ光の光軸を横断し且つ照射方向下流側に傾斜させた方向に噴射させるように構成されている。
Based on the above results, the laser processing head according to the present invention performs laser processing that irradiates the workpiece with the laser beam condensed by the condensing lens provided on the upper part of the processing head body from the irradiation port provided on the lower part together with the assist gas. An assist gas injection member is provided on a side surface of the processing head main body between a condensing lens provided at an upper portion and an irradiation port provided at a lower portion. and by the condensing lens that is configured to be injected in a direction tilted in and irradiation direction downstream side across the optical axis of the laser light irradiated from the irradiation port it is condensed.

上記レーザ加工ヘッドに於いて、前記アシストガス噴射部材の先端にはアシストガスを噴射するための噴射口が形成されており、該噴射口の開口面積は、前記加工ヘッド本体の下部に設けた照射口の開口面積よりも小さい。
In the laser processing head, an injection port for injecting an assist gas is formed at a tip of the assist gas injection member, and an opening area of the injection port is an irradiation provided at a lower portion of the processing head main body. not smaller than the opening area of the mouth.

記レーザ加工ヘッドに於いて、前記アシストガス噴射部材は、アシストガスを、レーザ光の光軸に沿った方向の寸法が小さくレーザ光の光軸を横断する方向の寸法が大きい扁平状に噴射するために、扁平状に形成された噴射口又は複数の小孔からなる噴射口を有するか、或いは加工ヘッド本体の側面であってレーザ光の光軸を中心とする平面視が90度の範囲内に複数設けられていることが好ましい。 In the upper sharp over The processing head, the assist gas jetting member, the assist gas, flat dimension is large dimension along the optical axis of the laser beam traverses the optical axis of the small laser beam In order to inject the nozzle into a flat shape or a plurality of small holes, or a side surface of the processing head main body that is 90 degrees in plan view centered on the optical axis of the laser beam. It is preferable that a plurality are provided within the range.

本発明に係るレーザ加工ヘッドでは、加工ヘッド本体の側面であって集光レンズと照射口との間にアシストガス噴射部材が設けられている。特に、アシストガス噴射部材が、アシストガスをレーザ光の光軸を横断して照射方向下流側に傾斜させて噴射させるように構成されているため、照射口から加工ヘッド本体の内部に入り込んだスパッタに対し斜め上方から吹き付けることができる。このため、スパッタが上昇しようとする動きを阻止しつつレーザ光の光軸の外方向へ押し出すことが可能となり、集光レンズへの付着を防止し或いは軽減することができる。   In the laser processing head according to the present invention, an assist gas injection member is provided on the side surface of the processing head main body and between the condenser lens and the irradiation port. In particular, the assist gas injection member is configured to inject the assist gas by inclining the assist gas across the optical axis of the laser beam to the downstream side in the irradiation direction, so that the sputter entering the inside of the processing head main body from the irradiation port. Can be sprayed obliquely from above. For this reason, it becomes possible to push out the movement of the laser beam while preventing the movement of the spatter from rising, and it is possible to prevent or reduce adhesion of the laser beam to the condenser lens.

特に、アシストガス噴射部材の先端に形成されたアシストガスを噴射するための噴射口の開口面積が照射口の開口面積よりも小さいことで、照射口から噴射するアシストガスの流量を確保するために噴射口に供給するアシストガスの圧力を高めることが必要となる。このため、加工ヘッド本体の内部にアシストガスの早い流れを実現することができ、このアシストガスが照射口から入り込んだスパッタに対して大きな抵抗として作用する。従って、スパッタの加工ヘッド内部に於ける上昇を阻止しつつレーザ光の光軸の外方向へ押し出して集光レンズへの付着を防止し、或いは軽減することができる。   In particular, in order to ensure the flow rate of the assist gas injected from the irradiation port, the opening area of the injection port for injecting the assist gas formed at the tip of the assist gas injection member is smaller than the opening area of the irradiation port It is necessary to increase the pressure of the assist gas supplied to the injection port. For this reason, it is possible to realize a fast flow of the assist gas inside the processing head main body, and this assist gas acts as a large resistance against the sputter entering from the irradiation port. Accordingly, it is possible to prevent or reduce adhesion of the laser beam to the condenser lens by preventing the laser beam from rising inside the processing head while pushing the laser beam to the outside of the optical axis.

また、アシストガス噴射部材が、扁平状の噴射口又は複数の小孔からなる噴射口を有して形成されるか、或いはレーザ光の光軸を中心とする平面視が90度の範囲内に複数設けられることで、照射口から加工ヘッド本体の内部に入り込んだスパッタが拡散したような場合でも、これらのスパッタの上昇を阻止しつつレーザ光の光軸の外方向へ押し出して集光レンズへの付着を防止し或いは軽減することができる。   Further, the assist gas injection member is formed with a flat injection port or an injection port composed of a plurality of small holes, or the planar view centered on the optical axis of the laser beam is within a range of 90 degrees. By providing a plurality, even when spatter that has entered the inside of the processing head body from the irradiation port diffuses, it is pushed out of the optical axis of the laser beam while preventing the rise of these spatters to the condenser lens. Can be prevented or reduced.

第1実施例に係るレーザ加工ヘッドの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the laser processing head which concerns on 1st Example. 第2実施例に係るレーザ加工ヘッドの構成を説明する外観図である。It is an external view explaining the structure of the laser processing head which concerns on 2nd Example. 第2実施例に係るレーザ加工ヘッドの構成を説明する図であり、図2のIII−III断面図である。It is a figure explaining the structure of the laser processing head which concerns on 2nd Example, and is III-III sectional drawing of FIG. 第3実施例に係るレーザ加工ヘッドの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the laser processing head which concerns on 3rd Example.

以下、本発明に係るレーザ加工ヘッドについて説明する。本発明に係るレーザ加工ヘッドは、加工ヘッド本体に設けたアシストガス噴射部材によって、アシストガスを、レーザ光の光軸を横断し、且つレーザ光の照射方向下流側に傾斜させた方向に噴射させるように構成されている。このため、被加工材を溶接或いは切断した際に生じ加工ヘッド本体の内部に入り込んだスパッタに対し、アシストガスを斜め上方から吹き付けることが可能となる。この結果、スパッタの上昇を阻止しつつレーザ光の光軸の外方向へ押し出して集光レンズへの付着を防止し、或いは軽減することが可能となる。   Hereinafter, a laser processing head according to the present invention will be described. In the laser processing head according to the present invention, the assist gas is ejected in a direction that crosses the optical axis of the laser beam and is inclined downstream in the laser beam irradiation direction by the assist gas injection member provided in the processing head body. It is configured as follows. For this reason, it becomes possible to spray the assist gas obliquely from above on the spatter that has occurred when the workpiece is welded or cut and enters the inside of the processing head main body. As a result, it is possible to prevent or reduce adhesion of the laser beam to the condenser lens by pushing the laser beam outward while preventing the spatter from rising.

第1実施例に係るレーザ加工ヘッドの構成について図1により説明する。図に示すレーザ加工ヘッドAは、上部に集光レンズ2が設けられ、下部にレーザ光を照射すると共にアシストガスを噴射する照射口3が設けられた加工ヘッド本体1を有している。集光レンズ2の中心と照射口3の中心は直線的に結ばれており、この直線がレーザ光4の光軸4aと一致している。   The configuration of the laser processing head according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The laser processing head A shown in the figure has a processing head main body 1 provided with a condenser lens 2 in the upper part and provided with an irradiation port 3 for irradiating laser light and injecting assist gas at the lower part. The center of the condenser lens 2 and the center of the irradiation port 3 are linearly connected, and this straight line coincides with the optical axis 4 a of the laser light 4.

加工ヘッド本体1は、集光レンズ2が設けられた上部側は円筒状の筒部1aとして形成され、該筒部1aに続く下部側は下方に向けて径が小さくなるテーパ部1bとして形成されている。そして、テーパ部1bの下端部分に中心に照射口3が形成されたノズル3aが着脱可能に取り付けられている。このため、径の異なる照射口3が形成された異なるノズル3aを選択的に加工ヘッド本体1に取り付けることが可能であり、異なる出力を持ったレーザ発振器に適用することが可能となる。   The processing head main body 1 is formed as a cylindrical tube portion 1a on the upper side where the condenser lens 2 is provided, and is formed as a tapered portion 1b whose diameter decreases downwardly following the tube portion 1a. ing. And the nozzle 3a in which the irradiation port 3 was formed in the center at the lower end part of the taper part 1b is attached so that attachment or detachment is possible. For this reason, it is possible to selectively attach different nozzles 3a formed with irradiation ports 3 of different diameters to the processing head main body 1, and it is possible to apply to laser oscillators having different outputs.

加工ヘッド本体1の筒部1aであって集光レンズ2と照射口3との間には、アシストガスの噴射口6を有するアシストガス噴射部材5が設けられている。このアシストガス噴射部材5は、アシストガスを、レーザ光4の光軸4aを横断し且つレーザ光4の照射方向下流側に向けた方向に傾斜させて噴射させるように構成されている。アシストガス噴射部材5は、アシストガスを前記の如くして噴射し得るものであれば良く、構造や形状を限定するものではない。   An assist gas injection member 5 having an assist gas injection port 6 is provided between the condenser lens 2 and the irradiation port 3 in the cylindrical portion 1 a of the processing head main body 1. The assist gas injection member 5 is configured to inject the assist gas so as to incline in a direction that traverses the optical axis 4 a of the laser beam 4 and that is directed downstream in the irradiation direction of the laser beam 4. The assist gas injection member 5 only needs to be able to inject the assist gas as described above, and does not limit the structure or shape.

本実施例では、アシストガス噴射部材5は、加工ヘッド本体1の筒部1aに対し略直角に配置されると共に着脱可能に構成されている。そして、アシストガス噴射部材5を筒部1aに取り付けたとき、一方の端面(先端面5a)が加工ヘッド本体1の内部に配置され、他方の端部(後端部5b)が加工ヘッド本体1の外部に配置される。また、アシストガス噴射部材5には、後端部5bから先端面5aに向けて径の大きい穴5cが形成されている。この穴5cは先端面5aを貫通することなく、先端面5aの裏面側に到達する位置まで形成され、図示しないアシストガスの供給源と接続されている。   In the present embodiment, the assist gas injection member 5 is arranged substantially perpendicular to the cylindrical portion 1a of the processing head main body 1 and is configured to be detachable. When the assist gas injection member 5 is attached to the cylindrical portion 1a, one end surface (front end surface 5a) is disposed inside the processing head main body 1, and the other end portion (rear end portion 5b) is the processing head main body 1. Placed outside. Further, the assist gas injection member 5 is formed with a hole 5c having a large diameter from the rear end portion 5b toward the front end surface 5a. The hole 5c is formed up to a position reaching the back side of the tip surface 5a without penetrating the tip surface 5a, and is connected to an assist gas supply source (not shown).

アシストガス噴射部材5の先端面5aは、該アシストガス噴射部材5の中心軸に対して傾斜した傾斜面として構成されており、該先端面5aに対し略直角にアシストガスの噴射口6が形成されている。従って、噴射口6はアシストガス噴射部材5の中心軸に対して傾斜することとなり、該アシストガス噴射部材5に方向性が生じる。このため、アシストガス噴射部材5の後端部5b側の何れかに、噴射口6の噴射方向を示すために図示しないマークを形成しておくことが好ましい。   The front end surface 5a of the assist gas injection member 5 is configured as an inclined surface inclined with respect to the central axis of the assist gas injection member 5, and an assist gas injection port 6 is formed substantially perpendicular to the front end surface 5a. Has been. Accordingly, the injection port 6 is inclined with respect to the central axis of the assist gas injection member 5, and the assist gas injection member 5 is directional. For this reason, it is preferable to form a mark (not shown) on either side of the rear end portion 5b of the assist gas injection member 5 in order to indicate the injection direction of the injection port 6.

アシストガス噴射部材5は、加工ヘッド本体1の筒部1aに対し、噴射口6の中心軸6aがレーザ光4の光軸4aを横断して下向きになるような姿勢に設定した状態で取り付けられる。噴射口6と光軸4aとのなす角は特に限定するものではない。しかし、噴射口6の中心軸6aが加工ヘッド本体1のテーパ部1bと交差したとき、中心軸6aとテーパ部1bの照射口3方向の内面とのなす各が鈍角であることが好ましい。即ち、噴射口6から噴射したアシストガスがテーパ部1bの内面と衝突したとき、該アシストガスが照射口3方向に屈折し得るような傾斜であることが好ましい。   The assist gas injection member 5 is attached to the cylindrical portion 1a of the processing head main body 1 in a state in which the center axis 6a of the injection port 6 is set in a posture so as to face down across the optical axis 4a of the laser light 4. . The angle formed by the ejection port 6 and the optical axis 4a is not particularly limited. However, when the central axis 6a of the injection port 6 intersects the tapered portion 1b of the machining head main body 1, each of the central axis 6a and the inner surface of the tapered portion 1b in the direction of the irradiation port 3 is preferably an obtuse angle. That is, the inclination is preferably such that the assist gas refracted in the direction of the irradiation port 3 when the assist gas injected from the injection port 6 collides with the inner surface of the tapered portion 1b.

アシストガスを噴射する噴射口6の径(開口面積)は特に限定するものではない。しかし、照射口3の開口面積よりも小さいことが好ましい。特に、照射口3の径はノズル3aを選択することによって変更することが可能であるため、径の異なる噴射口6を形成した複数のアシストガス噴射部材5を用意しておき、照射口3の径に対応させて選択して取り付けるようにすることが好ましい。   The diameter (opening area) of the injection port 6 for injecting the assist gas is not particularly limited. However, it is preferably smaller than the opening area of the irradiation port 3. In particular, since the diameter of the irradiation port 3 can be changed by selecting the nozzle 3a, a plurality of assist gas injection members 5 in which the injection ports 6 having different diameters are prepared are prepared. It is preferable to select and install according to the diameter.

上記の如く構成された加工ヘッド本体1では、噴射口6の開口面積が照射口3の開口面積よりも小さいことによって、アシストガス噴射部材5の穴5cに供給されたアシストガスの供給圧Poと、噴射口6を介して供給された加工ヘッド本体1の内圧Piとの間に圧力差(Po>Pi)が生じる。また、加工ヘッド本体1の内圧Piと照射口3を介して作用する大気圧Pとの間にも圧力差(Po>Pi>P)が生じる。   In the processing head main body 1 configured as described above, the opening area of the injection port 6 is smaller than the opening area of the irradiation port 3, so that the assist gas supply pressure Po supplied to the hole 5 c of the assist gas injection member 5 A pressure difference (Po> Pi) is generated between the internal pressure Pi of the machining head main body 1 supplied through the ejection port 6. Further, a pressure difference (Po> Pi> P) is also generated between the internal pressure Pi of the processing head body 1 and the atmospheric pressure P acting via the irradiation port 3.

このため、加工ヘッド本体1の内部には、アシストガスの供給圧Po、加工ヘッド本体1の内圧Piの差に応じたアシストガスの流れが生じる。このときの加工ヘッド本体1の内部に於けるアシストガスの流速は、従来の加工ヘッドに於けるアシストガスの流速と比較して充分に大きいものとなる。   For this reason, the flow of the assist gas according to the difference between the supply pressure Po of the assist gas and the internal pressure Pi of the processing head body 1 is generated inside the processing head body 1. At this time, the flow velocity of the assist gas in the machining head main body 1 is sufficiently larger than the flow velocity of the assist gas in the conventional machining head.

従来の加工ヘッドの場合、アシストガスの供給源と加工ヘッドを接続する部材の口径が大きく、アシストガスの供給圧と加工ヘッド本体の内圧との間に殆ど差が生じることがない(Po=Pi)。このように、加工ヘッド内のアシストガスは加圧された状態(Po)にあり、且つ加工ヘッドの断面積は照射口の断面積に比較すると充分に大きい。このため、照射口からアシストガスを噴射したとき、加工ヘッド内に於けるアシストガスの流速は小さい。   In the case of the conventional machining head, the diameter of the member connecting the assist gas supply source and the machining head is large, and there is almost no difference between the assist gas supply pressure and the internal pressure of the machining head body (Po = Pi). ). Thus, the assist gas in the processing head is in a pressurized state (Po), and the cross-sectional area of the processing head is sufficiently larger than the cross-sectional area of the irradiation port. For this reason, when the assist gas is injected from the irradiation port, the flow velocity of the assist gas in the machining head is small.

即ち、レーザ加工ヘッドAの加工ヘッド本体1の内部に於けるアシストガスの流速を従来の流速よりも上昇させることが可能となり、この速度エネルギを加工ヘッド1の内部に入り込んだスパッタに対して抵抗として作用させることが可能となる。特に、噴射口6から噴射されたアシストガスが、レーザ光4の照射方向下流側に向けて傾斜しているため、このアシストガスは上昇するスパッタに対し斜め上方から作用することとなり、確実にスパッタの上昇を阻止することが可能となる。   That is, the assist gas flow rate inside the machining head main body 1 of the laser machining head A can be made higher than the conventional flow velocity, and this velocity energy is resisted against the spatter entering the machining head 1. It is possible to act as. In particular, since the assist gas injected from the injection port 6 is inclined toward the downstream side in the irradiation direction of the laser beam 4, the assist gas acts on the rising sputtering from an obliquely upward direction, and the sputtering is surely performed. Can be prevented from rising.

また、噴射口6から噴射されたアシストガスはレーザ光4の光軸4aを横断し、対向する加工ヘッド本体1のテーパ部1bに衝突して照射口3方向に屈折した後、レーザ光4と共に照射口3から目的の加工部位に噴射され、溶接又は切断を含む目的の加工を進めることが可能である。   The assist gas ejected from the ejection port 6 crosses the optical axis 4 a of the laser beam 4, collides with the tapered portion 1 b of the opposing processing head body 1, and is refracted in the direction of the irradiation port 3. It is sprayed from the irradiation port 3 to the target processing site, and it is possible to proceed with the target processing including welding or cutting.

次に第2実施例に係るレーザ加工ヘッドBの構成について、図2、図3により説明する。尚、本実施例に於いて、前述の第1実施例と同一の部分及び同一の機能を有する部分には同一の符号を付して説明を省略する(以下同様)。   Next, the configuration of the laser processing head B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment and the parts having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted (the same applies hereinafter).

本実施例に係るレーザ加工ヘッドBは、加工ヘッド本体1に二つのアシストガス噴射部材5を略水平方向に並べて配置して構成されている。図3に示すように、夫々のアシストガス噴射部材5は、何れもレーザ光4の光軸4aを横断してアシストガスを噴射し得るように、レーザ光4の光軸4aを中心として平面内の角度が90度の範囲内に収まるように配置されている。このため、二つのアシストガス噴射部材5の噴射口6から噴射されたアシストガスは、レーザ光4の光軸4aに沿った方向(縦方向)の寸法が小さく、光軸4aを横断する方向(横方向)の寸法が大きい扁平状に噴射される。   The laser processing head B according to the present embodiment is configured by arranging two assist gas injection members 5 on the processing head main body 1 side by side in a substantially horizontal direction. As shown in FIG. 3, each assist gas injection member 5 is in a plane around the optical axis 4a of the laser beam 4 so that the assist gas can be injected across the optical axis 4a of the laser beam 4. Are arranged so as to be within a range of 90 degrees. For this reason, the assist gas injected from the injection ports 6 of the two assist gas injection members 5 has a small dimension in the direction (longitudinal direction) along the optical axis 4a of the laser light 4 and a direction crossing the optical axis 4a ( It is injected in a flat shape with a large dimension in the horizontal direction.

このように、アシストガスを扁平状に噴射することで、該アシストガスによって確実に集光レンズ2の面の全領域を保護することが可能となる。   Thus, by ejecting the assist gas in a flat shape, it becomes possible to reliably protect the entire area of the surface of the condenser lens 2 by the assist gas.

尚、アシストガスを扁平状に噴射するために、前述の第2実施例のように二つのアシストガス噴射部材5を略水平方向に並べる以外に、アシストガス噴射部材の先端部分を扁平に形成すると共に該先端部分に扁平な噴射口を形成しても良い。この場合、予め噴射口を形成したアシストガス噴射部材の先端部分をプレス加工することで構成することが可能である。また、アシストガス噴射部材の先端部分を扁平に形成した後、扁平に沿って先端面側から複数の小孔を形成しても良い。   In order to inject the assist gas in a flat shape, the tip portion of the assist gas injection member is formed flat, in addition to arranging the two assist gas injection members 5 in a substantially horizontal direction as in the second embodiment. In addition, a flat injection port may be formed at the tip portion. In this case, it is possible to configure by pressing the tip portion of the assist gas injection member in which the injection port is formed in advance. Moreover, after forming the front-end | tip part of an assist gas injection member flat, you may form a some small hole from the front end surface side along a flatness.

次に第3実施例に係るレーザ加工ヘッドCの構成について図4により説明する。本実施例では、レーザ加工ヘッドCは、二つのアシストガス噴射部材5をレーザ光4の光軸4aに沿って縦方向に配置して構成されている。このように、アシストガスの流れを縦方向に配列することによって、加工ヘッド本体1の照射口3から内部に入り込んだスパッタに対し、2度に渡ってアシストガスによる抵抗を作用させることが可能となり、スパッタの上昇を効果的に防ぐことが可能である。   Next, the configuration of the laser processing head C according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the laser processing head C is configured by arranging two assist gas injection members 5 in the vertical direction along the optical axis 4 a of the laser light 4. As described above, by arranging the flow of the assist gas in the vertical direction, it becomes possible to act the resistance by the assist gas twice on the sputter entering the inside from the irradiation port 3 of the processing head body 1. It is possible to effectively prevent the increase in spatter.

上記の如く構成した本発明のレーザ加工ヘッドでは、集光レンズに対するスパッタの付着を防ぎ或いは軽減させることが可能であり、切断或いは溶接の何れにも対応することが可能である。   With the laser processing head of the present invention configured as described above, it is possible to prevent or reduce spatter adhesion to the condenser lens, and it is possible to cope with either cutting or welding.

A、B、C レーザ加工ヘッド
1 加工ヘッド本体
1a 筒部
1b テーパ部
2 集光レンズ
3 照射口
3a ノズル
4 レーザ光
4a 光軸
5 アシストガス噴射部材
5a 先端面
5b 後端部
5c 穴
6 噴射口
6a 中心軸
A, B, C Laser processing head 1 Processing head body 1a Tube portion 1b Tapered portion 2 Condensing lens 3 Irradiation port 3a Nozzle 4 Laser light 4a Optical axis 5 Assist gas injection member 5a Front end surface 5b Rear end portion 5c Hole 6 Injection port 6a Center axis

Claims (3)

加工ヘッド本体の上部に設けた集光レンズによって集光したレーザ光をアシストガスと共に下部に設けた照射口から被加工材に向けて照射するレーザ加工ヘッドであって、
加工ヘッド本体の側面には、上部に設けた集光レンズと下部に設けた照射口との間にアシストガス噴射部材が設けられており、
前記アシストガス噴射部材は、アシストガスを、前記集光レンズによって集光されて前記照射口から照射されるレーザ光の光軸を横断し且つ照射方向下流側に傾斜させた方向に噴射させるように構成されており、且つ先端にはアシストガスを噴射するための噴射口が形成され、該噴射口の開口面積は前記加工ヘッド本体の下部に設けた照射口の開口面積よりも小さいことを特徴とするレーザ加工ヘッド。
A laser processing head for irradiating a workpiece with a laser beam condensed by a condensing lens provided on the upper part of the processing head body from an irradiation port provided on the lower side together with an assist gas,
On the side surface of the processing head main body, an assist gas injection member is provided between the condenser lens provided in the upper part and the irradiation port provided in the lower part.
The assist gas injection member is configured to inject the assist gas in a direction that crosses the optical axis of the laser light that is collected by the condenser lens and is irradiated from the irradiation port and is inclined downstream in the irradiation direction. The injection port for injecting assist gas is formed in the tip , and the opening area of the injection port is smaller than the opening area of the irradiation port provided in the lower part of the processing head body. Laser processing head.
前記アシストガス噴射部材は、アシストガスを、レーザ光の光軸に沿った方向の寸法が小さくレーザ光の光軸を横断する方向の寸法が大きい扁平状に噴射するために、扁平状に形成された噴射口又は複数の小孔からなる噴射口を有することを特徴とする請求項1に記載したレーザ加工ヘッド。   The assist gas injection member is formed in a flat shape in order to inject the assist gas into a flat shape having a small size in the direction along the optical axis of the laser light and a large size in the direction crossing the optical axis of the laser light. The laser processing head according to claim 1, wherein the laser processing head has an injection port comprising a plurality of small holes. 前記アシストガス噴射部材は、加工ヘッド本体の側面であってレーザ光の光軸を中心とする平面視が90度の範囲内に複数設けられていることを特徴とする請求項1に記載したレーザ加工ヘッド。   2. The laser according to claim 1, wherein a plurality of the assist gas injection members are provided in a range of 90 degrees on a side surface of the processing head main body and centered on the optical axis of the laser beam. Processing head.
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