(57)【要約】【課題】ブロー成形した樹脂製中空成型品等をレーザ光で穿孔する際に、直径１０ｍｍ程度以上の孔をレーザ光で安定的に穿孔する。アシストガスや、樹脂製中空成型品等をレーザ光で穿孔する際に生じる煙が中空部分に入らないようにする。【解決手段】レーザ手段と、アシストガス送出手段と、排煙手段と、加圧ガス送出手段と、を有し、ワークにレーザ光を照射して穿孔するレーザ加工装置であって、ワークのレーザ光照射側にアシストガス送出手段でアシストガスを送出し、ワークのレーザ光照射側と反対側に加圧ガス送出手段で加圧ガスを送出し、ワークに対する加圧ガス送出圧力をアシストガス送出圧力より大きくした状態でワークにレーザ光を照射して穿孔するとともに、排煙手段で、主としてワークのレーザ光照射側に送出するアシストガスと穿孔時に発生する煙を排煙する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ手段と、
アシストガス送出手段と、
排煙手段と、
加圧ガス送出手段と、を有し、
ワークにレーザ光を照射して穿孔するレーザ加工装置であって、
前記ワークのレーザ光照射側に前記アシストガス送出手段でアシストガスを送出し、前記ワークのレーザ光照射側と反対側に前記加圧ガス送出手段で加圧ガスを送出し、前記ワークに対する前記加圧ガス送出圧力を前記アシストガス送出圧力より大きくした状態で前記ワークにレーザ光を照射して穿孔するとともに、
前記排煙手段で、主として前記ワークのレーザ光照射側に送出するアシストガスと穿孔時に発生する煙を排煙するように構成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ手段と、
アシストガス送出手段と、
排煙手段と、
中空体ワークに対して加圧ガスを送出する加圧ガス送出手段と、を有し、
前記中空体ワークにレーザ光を照射して穿孔するレーザ加工装置であって、
前記中空体ワークのレーザ光照射側に前記アシストガス送出手段でアシストガスを送出し、前記中空体ワークの中空部分に前記加圧ガス送出手段で加圧ガスを送出し、前記中空体ワークに対する前記加圧ガス送出圧力を前記アシストガス送出圧力より大きくした状態で前記中空体ワークにレーザ光を照射して穿孔するとともに、
前記排煙手段で、主として前記中空体ワークのレーザ光照射側に送出するアシストガスと穿孔時に発生する煙を排煙するように構成したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
前記中空体ワークは樹脂製中空成型品であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記中空体ワークには、前記加圧ガスを中空部分に送出するための加圧ガス注入孔をあらかじめ形成したことを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記アシストガスと前記加圧ガスを同一種類のガスとしたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ手段と、アシストガス送出手段と、排煙手段と、加圧ガス送出手段と、を用い、ワークにレーザ光を照射して穿孔するレーザ加工方法であって、
前記ワークのレーザ光照射側に前記アシストガス送出手段でアシストガスを送出し、前記ワークのレーザ光照射側と反対側に前記加圧ガス送出手段で加圧ガスを送出し、前記ワークに対する前記加圧ガス送出圧力を前記アシストガス送出圧力より大きくした状態で前記ワークにレーザ光を照射して穿孔するとともに、
前記排煙手段で、主として前記ワークのレーザ光照射側に送出するアシストガスと穿孔時に発生する煙を排煙するように構成したことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザ手段と、アシストガス送出手段と、排煙手段と、中空体ワークに対して加圧ガスを送出する加圧ガス送出手段と、を用い、前記中空体ワークにレーザ光を照射して穿孔するレーザ加工方法であって、
前記中空体ワークのレーザ光照射側に前記アシストガス送出手段でアシストガスを送出し、前記中空体ワークの中空部分に前記加圧ガス送出手段で加圧ガスを送出し、前記中空体ワークに対する前記加圧ガス送出圧力を前記アシストガス送出圧力より大きくした状態で前記中空体ワークにレーザ光を照射して穿孔するとともに、
前記排煙手段で、主として前記中空体ワークのレーザ光照射側に送出するアシストガスと穿孔時に発生する煙を排煙するように構成したことを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにレーザ光を照射して穿孔するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関し、特にシート状のワークあるいは中空体のワークに穿孔するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、中空押出材にレーザ光を用いて穿孔加工する方法が検討されている。レーザ光による穿孔では、ビームの焦点位置部分にのみ高密度にエネルギーを集中せしめて穿孔を行う。そのため筒状材の周壁にレーザ光を照射した場合、その周壁にのみ穿孔作用が及び、これと反対側の周壁には穿孔作用が及ばないため筒状材の周壁の穿孔に適している。
なお穿孔時には中空部内へのレーザによる穿孔カスが侵入しようとする傾向があるため、これを抑制ないし阻止する方法として、ガス導入管を通じてガスを中空部内に導入し、中空部内の気圧を大気圧以上の所定の圧力にまで高めることが知られている。この内圧状態において中空押出材の周壁の穿孔予定位置にレーザ光を照射して穿孔していくと、穿孔されるや否や押出材中空部内外の気圧差により中空部内から外部への気流を生じ、その気流の作用により中空部内への穿孔カスの侵入を抑制ないし阻止する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかし直径１ｍｍ以下程度の小さい孔であれば、上記の方法で穿孔できるが、孔が直径１０ｍｍ程度以上の孔をレーザ光で穿孔するときは、直径１０ｍｍ程度の円周上を連続的にレーザ光で溶断していくことになる。直径１０ｍｍ程度の孔の外周を連続的にレーザ光で溶断していくと円弧状の溝孔が開いていくため、内部から外部に噴出すガスの勢いが次第に落ちていく。
【０００４】
また、アルミニュウムのような金属の中空体と違って、ブロー成形等で成形した樹脂製中空成型品をレーザ光で穿孔するときには、レーザ光による穿孔カスの代わりに、より粒子の細かい煙が発生する。食品容器に用いる樹脂製中空成型品や燃料タンク、インクカートリッジなどでは、レーザ光による穿孔時に発生する煙を樹脂の中空成型品の内部に入れないようにしなければならない。
【０００５】
図８（Ａ）に、従来のドリルやレーザ光を用いた穿孔方法で穿孔していた中空体ワークである樹脂製中空成型品（中空体ワーク）５０の外観斜視図を示す。樹脂製中空成型品５０は一面を斜面とした箱型をしていて上方に飲料などの液体を出し入れする口５１を設けている。ブロー成形するときはこの口５１からガスを入れて内部を膨らませて成形している。
【０００６】
図８（Ｂ）は、樹脂製中空成型品５０を横に倒した状態の外観斜視図で、上にした面の中央に孔５２を穿孔した後の状態を示す。樹脂製中空成型品５０は肉厚が薄く、樹脂であるため、ドリルなど上から押圧力を加える加工方法ではうまく穿孔できないという課題が、そして切削屑である切り粉が中空体内に入るという課題があった。
そしてレーザ光による穿孔方法でも、穿孔時の煙が中空体内に入るという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３０５４６９号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、穿孔方法としてワークをレーザ光で穿孔する際に、孔をレーザ光で安定的に穿孔することを第一の課題とし、アシストガスや、ワークをレーザ光で穿孔する際に生じる煙を安定的に排出することを第二の課題としている。
特に本発明は、ブロー成形した樹脂製中空成型品等をレーザ光で穿孔する際に、孔をレーザ光で安定的に穿孔することを第三の課題とし、アシストガスや、樹脂製中空成型品等をレーザ光で穿孔する際に生じる煙が中空部分に入らないようにすることを第四の課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、レーザ手段と、アシストガス送出手段と、排煙手段と、加圧ガス送出手段と、を有し、ワークにレーザ光を照射して穿孔するレーザ加工装置であって、ワークのレーザ光照射側にアシストガス送出手段でアシストガスを送出し、ワークのレーザ光照射側と反対側に加圧ガス送出手段で加圧ガスを送出し、ワークに対する加圧ガス送出圧力をアシストガス送出圧力より大きくした状態でワークにレーザ光を照射して穿孔するとともに、排煙手段で、主としてワークのレーザ光照射側に送出するアシストガスと穿孔時に発生する煙を排煙するように構成している。
【００１０】
この構成により、ワークに孔が開いた瞬間には、ワークに開いた孔から加圧ガスがあふれ出し、アシストガスは穿孔時に発生した煙とともに排煙手段によって外部に排出される。その結果、穿孔時にアシストガスがワークの孔周縁の溶融部分を押し下げてしまうことがない。また、例えば直径１０ｍｍ程度以上の孔を開けるためにレーザ光で円弧状の溝孔を連続的に溶断していくと、溝孔に囲まれる中央の残存部分が加圧ガスにより持ち上げられるため、孔が安定的に開いていくことになる。
【００１１】
そして、ブロー成形した樹脂製中空成型品等をレーザ光で穿孔する際に、アシストガスと、穿孔時に発生する煙は、開いた孔からあふれ出る加圧ガスにより中空部分に入るのを阻止して、排煙手段で外部に排出している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、穿孔方法としてワークをレーザ光で穿孔する際に、孔をレーザ光で安定的に穿孔することができ、アシストガスや、ワークをレーザ光で穿孔する際に生じる煙を安定的に排出することができる。特に、ブロー成形した樹脂製中空成型品等をレーザ光で穿孔する際に、孔をレーザ光で安定的に穿孔することができる。また、アシストガスや、樹脂製中空成型品等をレーザ光で穿孔する際に生じる煙が中空部分に入らないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の断面図。
【図２】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置とワークを示した平面図。
【図３】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工方法のフローチャート。
【図４】本発明の実施の形態２に係るレーザ加工方法のフローチャート。
【図５】本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の穿孔状態を示す断面図。
【図６】本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の他の実施例による穿孔状態を示す断面図。
【図７】本発明の実施の形態３に係るレーザ加工装置の断面図。
【図８】（Ａ）従来の穿孔対象である樹脂製中空成型品の外観斜視図（Ｂ）従来の穿孔対象である樹脂製中空成型品に穿孔したときの外観斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について説明する。図１に実施の形態１に係るレーザ加工装置１の断面図を示す。１０はレーザ手段であり、図示しないレーザ発振器からのレーザ光を図示しない反射レンズなどにより、レーザヘッド１１の直下に導き、中空体ワーク５０の表面にレーザ光を照射して孔５２を穿孔するようにしている。
【００１５】
レーザヘッド１１の下部にはアシストガスノズル１２が設けてあり、図示しないアシストガス送出手段２０からのアシストガスを、圧力調整用バルブ２１を介してレーザヘッド１１の直下に吹き付けるようにしている。１３はレーザヘッドフードであり、レーザヘッド１１の近傍の空間を外気から遮蔽するとともに、側面に設けた排煙口１４から、レーザヘッドフード１３の内部にたまるアシストガスやレーザ光による穿孔作業で発生した煙を図示しない排煙手段４０により排出するようにしている。
【００１６】
５０は中空体ワークであり、口５１を加圧ガス取込口として用いている。加圧ガス取込口５１から、図示しない加圧ガス送出手段により加圧ガスが送出される。加圧ガスの圧力Ｐ１は、図示しない加圧ガス用の圧力調整用バルブによって、前記アシストガス送出圧力Ｐ２より大きくしている。そして、レーザヘッドフード１３の排煙口１４では、排出圧力Ｐ３を前記アシストガス送出圧力Ｐ２より小さくしている。このようにレーザヘッド１１の近傍の圧力をＰ１＞Ｐ２＞Ｐ３というように、Ｐ１からＰ３に向けて小さくしているため、加圧ガス、アシストガス、そしてレーザ光による穿孔作業で発生した煙が図の矢印のように安定的に流れる。
【００１７】
レーザヘッドフード１３は前述のようにレーザヘッド１１の近傍の空間を外気から遮蔽するようにワークに近接して配置している。そのため、例えば、直径１０ｍｍ程度の孔の外周を連続的にレーザ光で溶断していくと円弧状の溝孔が順次拡大するが、加圧ガスはレーザヘッドフード１３内にたまり排煙口１４から排出される。加圧ガスは外気に一気に放出されることはない。レーザヘッド１１の近傍の圧力の大小関係を、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３に保てば、溝穴の大きさが拡大するのに応じて中空部内の気圧を所定の圧力に高める操作が要らないという利点がある。
【００１８】
なお、口５１が開いていない場合は、注射針状の針を刺して小孔を空けて加圧ガスを入れ、穿孔作業が終わったら塞ぐようにしても良い。また、中空体ワークにゴム部分を設けたものについては、当該ゴム部分に注射針状の針を刺して加圧ガスを入れるようにしても良い。
図２に、実施の形態１に係るレーザ加工装置をワークの上に配置したときの平面図を示す。図２では、理解しやすいためにレーザ手段１０の右にアシストガス送出手段２０を、左に排煙手段４０を配置してアシストガスがアシストガス送出手段２０からレーザ手段１０のレーザヘッド１１直下を通って、レーザヘッドフード１３から排煙手段４０で排出する様子を矢印で示している。また、例えば１０ｍｍ程度の大きさの孔を開けるには、レーザヘッド１１をＡ矢印のように旋回させることになる。このとき、レーザ手段１０とアシストガス送出手段２０と排煙手段４０は一体として、レーザヘッド１１のＡ矢印の旋回動作と共に移動させる。５０は中空体ワークであり、加圧ガス取込口５１から、図示しない加圧ガス送出手段により加圧ガスを送出している。
【００１９】
図３に、実施の形態１に係るレーザ加工装置１の動作方法をフローチャートとして示す。ステップＳ１では、中空体ワーク５０の中空部分に加圧ガス、具体的には圧縮空気を送出する。次いで、ステップＳ２で、中空体ワーク５０の表面にアシストガスノズル１２からアシストガスを送出する。加圧ガス送出圧力がアシストガス送出圧力より大きい状態になったとき、中空体ワーク５０にレーザ光を照射して穿孔する（ステップＳ３）。そして、レーザ光の照射と同時に排煙手段４０を用いてレーザヘッドフード１３の排煙口１４からアシストガスと穿孔作業で発生した煙を排出する。なお、穿孔作業で孔５２が開いた瞬間から加圧ガスがレーザヘッドフード１３内に侵入してくるが、進入してきた加圧ガスも含めて排出する。
【００２０】
以上の動作方法を行うことにより、中空体ワーク５０の表面に工具を接触させることなく、孔５２を安定的に穿孔することができる。また、中空体ワーク５０の中空部分には加圧ガスが充満しており、加圧ガス送出圧力がアシストガス送出圧力より大きいため、中空体ワーク５０の中空部分にアシストガスや穿孔作業で発生した煙が入らないという効果が得られる。
【００２１】
なお上記では、理解を得やすくするために、レーザ光の照射位置を円周上に移動して１０ｍｍ程度の大きさの孔をあける場合を説明したが、本発明はレーザ光の照射位置を移動しないで穿孔する場合や、レーザ光の照射位置をわずかに移動してレーザ光の光束径よりわずかに大きな孔を明ける場合にも適用でき、上記と同様に孔を安定的に穿孔する効果と、穿孔時の煙を所定方向に排出できる効果が得られる。
（実施の形態２）
実施の形態２について説明する。実施の形態２は、排煙手段４０の吸引力を特定のタイミング期間のみ高める制御を行い、穿孔作業によりレーザヘッド１１直下で切り取った部分をレーザヘッド１１近傍から自動的に排出するようにしている。
【００２２】
実施の形態２のレーザ加工装置２の構造は基本的に実施の形態１と同じである。実施の形態２の動作方法を図４のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１からステップＳ４までの動作は既に説明した図３のフローチャートと基本的に同じであるが、ステップＳ１とステップＳ２を同時に行っている点が異なる。ステップＳ１とステップＳ２を同時に行うと作業時間を短縮できる利点がある。
【００２３】
図４のフローチャートで新しいのは、ステップＳ５の動作を追加した点である。ステップＳ５では、穿孔作業によりレーザヘッド１１直下で切り取った部分５３が切断される前後のタイミング期間、排煙手段４０の吸引力を高めるようにしている。このことにより、穿孔作業によりレーザヘッド１１直下で切り取った部分５３をレーザヘッド１１近傍から排出除去することができる。
【００２４】
図５は、ステップＳ５の動作、つまり穿孔作業によりレーザヘッド１１直下で、中空体ワーク５０から切り取った部分５３がレーザヘッド１１直下からアシストガスや煙とともに排煙手段４０の吸引力により排出される動きを模式的に示している。中空体ワーク５０から切り取った部分５３は樹脂でてきていて軽いので、圧力差により上方に浮き上がり、図５の想像線５３’で示したように移動してレーザヘッドフードの排煙口１４から排出される。
【００２５】
なお、排煙手段４０の吸引力を高めると同時に加圧ガス送出手段３０の送出圧力を瞬間的に高めると、レーザヘッド１１直下で切り取った部分５３を吹き飛ばすように押し出すことができる。このように本発明によれば、安定的に穿孔するだけでなく、中空体ワークの中空部分にアシストガスや煙を入れず、さらに中空体ワークから切り取った部分をレーザヘッド近傍から自動的に取り出すことができる。レーザ光の光束径の２倍より大の孔であれば、材料の一部が溶けずに小片として切り出されることになるので、本発明によれば、切り出された小片がレーザヘッド近傍から自動的に取り出すことができるという効果が得られる。
【００２６】
図６は、本発明の実施の形態２のレーザ加工装置の変形例であり、レーザ加工装置のレーザ光照射方向を水平方向にしている。このことにより、中空体ワークから切り取った部分５３’が自重で下方に落下するため、レーザヘッド近傍から自動的に取り出すやすくなっている。なお、レーザ光による溶断開始位置や溶断終了位置を図６のように、切り出す小片の上部とすれば、加圧ガスにより切り出す小片の下部が排出しやすい向きに傾斜するので安定的に自重落下する。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、加圧ガスとアシストガスに同じガスを用いた点に特徴がある。加圧ガスとアシストガスを同じガスを用いるため、図７に示すように、アシストガス送出手段２０から中空体ワーク５０の中空部へも圧力調整用バルブ２２を介してアシストガスを送出している。第一の圧力調整用バルブ２２により、アシストガスは中空体ワーク５０で加圧ガスの役目を果たすように第一の圧力Ｐ１で送出される。そして、圧力調整用バルブ２２により第一の圧力Ｐ１で送出されたアシストガスは第二の圧力調整用バルブ２３を介して、第一の圧力Ｐ１より小さい圧力Ｐ２でレーザ手段１０のレーザヘッド１１に送出している。ガス送出手段を共用しているため装置が簡素化できる利点がある。
【００２７】
実施の形態３の動作は、実施の形態１で示した図３の動作と基本的には同じである。なお、実施の形態２で示した図４の動作で穿孔してもよい。その場合、切り取った部分をレーザヘッド近傍から自動的に取り出すことができる。
なお、実施の形態1、２、３では穿孔するワークを中空体ワークとした場合について説明したが、中空体ワークの穿孔作業に限らず、プラスチックシートなどのシート状ワークの穿孔作業にも用いることができる。その他、レーザ加工対象物であるワークについては、例えば、板材、薄肉円筒状ワークでもよく、材料についても、樹脂だけでなくアルミ、鉄等の金属でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、食品用容器や燃料タンク、インクカートリッジなどの樹脂製中空成型品に穿孔作業するのに利用できる。また、中空体ワークの穿孔作業に限らず、プラスチックシートなどのシート状ワークの穿孔作業のも用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０                レーザ手段
１１                レーザヘッド
１２                アシストガスノズル
１３                レーザヘッドフード
１４                排煙口
２０                アシストガス送出手段
２１，２２，２３    圧力調整用バルブ
３０                加圧ガス送出手段
４０                排煙手段
５０                中空体ワーク
５１                加圧ガス取込口
５２                孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010188361.tif 000008
【図７】
2010188361.tif 000009
【図８】
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