(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、
溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から前記ＹＡＧレーザを照射して、前記加熱媒体と前記ＹＡＧレーザとを相対移動させることを特徴とするレーザ溶融加工装置。
【請求項２】
ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、
溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から、前記被加工材料上の切断形状を網羅する面積以上の照射ビーム径となるよう前記ＹＡＧレーザビームを照射することを特徴とするレーザ溶融加工装置。
【請求項３】
ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、
溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から、前記被加工材料上の切断形状の特定方向の長さを網羅する長さ以上の照射ビーム長とし、前記ＹＡＧレーザビームを前記照射ビーム長の直角方向に移動させて照射することを特徴とするレーザ溶融加工装置。
【請求項４】
前記加熱媒体の端部は、鋭利な突起、微小な平面部をもった突起、丸みをもった突起のうちの何れか１つの形状としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のレーザ溶融加工装置。
【請求項５】
前記加熱媒体の端部は、鋭利な突起、微小な平面部をもった突起、丸みをもった突起のうちの何れか１つの形状とし、しかも、前記加熱媒体の端部にレーザビーム吸収剤を塗布してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のレーザ溶融加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透過性の高い熱可塑性樹脂を溶融により、ＹＡＧレーザで切断したり、刻印を行ったり、或いは接合したりするレーザ溶融加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透過性の高い材料をＹＡＧレーザで切断する場合には、被加工材料の裏側に設置する材料として、その表面が平面状を有したテーブル材料を使用していた。
その例として、特開平３−７１９９１号公報に記載された従来例について図を用いて説明する。
図５は従来の透過性の高い被加工材料の溶融加工装置を示した説明図である。
図５において、被加工材料１は、透明なアクリル樹脂等の透過性材料であり、加工テーブル２の上面に載置されている。そして、この透過性材料からなる被加工材料１の表面には、ＹＡＧレーザ光４を効率よく吸収するレーザビーム吸収剤３が塗布されている。このレーザビーム吸収剤３は、透過材料１の表面全体または加工経路に沿って塗布されている。
更に、被加工材料１の裏側、即ち、加工テーブル２の表面側には、ＹＡＧレーザ光４を高い反射率で反射する反射材料５が設けられている。
【０００３】
そこで、ＹＡＧレーザ光４は集光レンズ６によって加工点に収束されると同時に、加工点のレーザビーム吸収剤３にアシストガス７を吹き付ける。これにより、ＹＡＧレーザ光４はレーザビーム吸収剤３によって吸収され、また、レーザビーム吸収剤３を通過して被加工材料１の内部に透過されたものは、反射材料５の表面で反射し、再び被加工材料１の内部を通り、レーザビーム吸収剤３で再度吸収される。したがって、ＹＡＧレーザ光４の熱エネルギーは、透過性材料からなる被加工材料１の表面側のレーザビーム吸収剤３とその裏側の反射材料５の相乗作用によって、効率よく被加工材料１に吸収される。
このようにして、ＹＡＧレーザ光４によって透過性材料からなる被加工材料１に対し、加工経路に沿って相対移動させ、切断等の加工を連続的に行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術では、透過性の被加工材料１の表面に塗布したレーザビーム吸収剤３のみが、ＹＡＧレーザ光４の照射によって燃焼・気化するため、被加工材料１が透過性の材料の場合には、表面層しか溶融させることができないこととなり、透過性材料からなる被加工材料１を完全に切断分離させることが困難であった。
更に、切断分離する加工が終了した段階で、透過性材料からなる被加工材料１の表面に塗布したレーザビーム吸収剤３を除去しなければならないという後処理が必要不可欠であった。
【０００５】
一方、特開平４−３０５３９２号公報には、透過性材料からなる被加工材料１の裏側に、ＹＡＧレーザ光４を吸収する物質を配置し、ＹＡＧレーザ光４を照射させることにより、このＹＡＧレーザ光４を吸収する物質の一部を気化し、透過性材料からなる被加工材料１の裏側に析出させ、この析出された物質が再度ＹＡＧレーザ光４を吸収した結果生ずる熱エネルギーにより、透過性材料の除去加工装置に関する技術が示されている。
この透過性材料の除去装置によれば、被加工材料１の透過性材料とその裏側に位置するＹＡＧレーザ光４を吸収する物質が密着している場合は、この物質の一部が気化した際にその熱エネルギーにより透過性材料からなる被加工材料１の裏面に熱的損傷（熱による材料のただれ）が生ずることになるため、実際には、透過性材料と物質との間に若干の隙間を設けなくてはならなくなり、被加工材料１の裏側に析出される物質の析出効率が低下し、かつ、隙間により拡がりが発生することになる。
【０００６】
そこで、本発明は、被加工材料が透過性の材料でも溶融加工が可能であり、また、溶融加工が終了した段階で被加工材料の表面の後処理を不要とし、かつ、高効率で被加工材料の溶融加工を可能としたレーザ溶融加工装置の提供を課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかるレーザ溶融加工装置は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から前記ＹＡＧレーザを照射して、前記加熱媒体と前記ＹＡＧレーザとを相対移動させるものである。
【０００８】
請求項２にかかるレーザ溶融加工装置は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から、前記被加工材料上の切断形状を網羅する面積以上の照射ビーム径となるよう前記ＹＡＧレーザビームを照射するものである。
【０００９】
請求項３にかかるレーザ溶融加工装置は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から、前記被加工材料上の切断形状の特定方向の長さを網羅する長さ以上の照射ビーム長とし、前記ＹＡＧレーザビームを前記照射ビーム長の直角方向に移動させて照射するものである。
【００１０】
請求項４にかかるレーザ溶融加工装置の前記加熱媒体の端部は、鋭利な突起、微小な平面部をもった突起、丸みをもった突起のうちの何れか１つの形状としたものである。
【００１１】
請求項５にかかるレーザ溶融加工装置の前記加熱媒体の端部は、鋭利な突起、微小な平面部をもった突起、丸みをもった突起のうちの何れか１つの形状とし、しかも、前記加熱媒体の端部にレーザビーム吸収剤を塗布してなるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の第一の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ溶融加工装置の構成を示した説明図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は切断状態を示す要部断面図である。なお、図中、従来例と同一符号及び記号は従来例の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものである。
図１において、被加工材料１は、透過性の高い熱可塑性樹脂であり、例えば、透明なアクリル樹脂の板、アクリル樹脂の薄手のシート等からなる。
加工テーブル２の上には、所望の被加工材料１の切断形状と同一形状を有する鋭利な突起８ａを上部に設けた金属材料からなる加熱媒体８が、透過性の高い熱可塑性樹脂である被加工材料１の裏面に密着してセットされている。更に、被加工材料１は、金属材料からなる加熱媒体８以外にも、所定の位置関係に配設し、被加工材料１の位置を保持する複数の保持ピン９によって、その配置面が維持されている。また、ＹＡＧレーザ光４は集光レンズ６によって、被加工材料１の表面から加熱媒体８の上端に収束されるように設定されている。
【００１３】
このような配置関係において、ＹＡＧレーザ光４は集光レンズ６で集光され、被加工材料１の表面に照射される。ここで被加工材料１はＹＡＧレーザの波長域に対して透過性の高い材料からなるので、被加工材料１の表面に照射されたＹＡＧレーザ光４は、被加工材料１の内部を透過・伝播し、被加工材料１の裏面と密着してセットされている金属材料からなる加熱媒体８の先端に照射される。
このため、ＹＡＧレーザ光４は被加工材料１でエネルギーをほとんど失わず、専ら金属材料からなる加熱媒体８でそのエネルギーのほとんどが消費される。即ち、この加熱媒体８の温度がＹＡＧレーザ光４の照射により上昇する結果、金属材料からなる加熱媒体８の先端が、透過性の高い熱可塑性材料である被加工材料１の融点を上回ることになる。
【００１４】
金属材料からなる加熱媒体８の先端部は鋭利な突起８ａとなっているため、ＹＡＧレーザ光４が照射された被加工材料１の部分では、高温となった加熱媒体８の先端部の突起８ａにより、被加工材料１の溶融が開始される。被加工材料１は加熱媒体８及び保持ピン９で保持されているが、被加工材料１の自重作用により、被加工材料１の板厚方向への溶融が促進され、結果として、被加工材料１の切断加工が可能となる。また、金属材料からなる加熱媒体８は所望する切断形状と同一形状を有する鋭利な突起部分を設けているから、被加工材料１の表面において、加熱媒体８の突起部分に沿ってＹＡＧレーザ光４を移動（または加熱媒体８を含んだ被加工材料１を移動）させることにより、所望とする透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料１を任意の形状の連続的な切断が可能となる。
【００１５】
実施の形態２．
前述の第一の実施の形態では、加熱媒体８の先端部分が鋭利な突起形状とする場合について説明したが、本発明を実施する場合には、加熱媒体８の先端部に、微小な平面部或いは丸みをもった突起８ｂとすることもできる。
図２は本発明の第二の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ切断装置の構成を示した説明図である。なお、図中、従来例または前記実施の形態と同一符号及び記号は、従来例または前記実施の形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものである。
図２に示すように、高温となった加熱媒体８の先端部によって、被加工材料１を熱的に溶融する溶融加工装置においては、被加工材料１の融点が高い場合、被加工材料１の厚みが厚い場合には、加熱媒体８の先端部の熱容量が大きいことが切断に有効となる。これには、熱的な接点となる被加工材料１と加熱媒体８の先端部の接触面積を大きくすることによって対応できる。
したがって、図２に示すように、加熱媒体８の表面に微小な平面部或いは丸みを持たせることにより、上端部の熱容量を大きくした突起８ｂを設けている。
【００１６】
このような配置関係において、ＹＡＧレーザ光４は第一の実施の形態と同様、集光レンズ６で集光され、被加工材料１の表面に照射される。被加工材料１の表面に照射されたＹＡＧレーザ光４は、被加工材料１の内部を透過・伝播し、被加工材料１の裏面と密着してセットされている金属材料からなる加熱媒体８の先端部に照射される。このとき、ＹＡＧレーザ光４は被加工材料１でエネルギーをほとんど失わず、加熱媒体８でそのエネルギーのほとんどが消費され、加熱媒体８の温度が上昇し、加熱媒体８の先端が被加工材料１の融点を上回ることになる。
金属材料からなる加熱媒体８の先端は突起８ｂとなっているため、ＹＡＧレーザ光４が照射された被加工材料１の部分では、高温となった加熱媒体８の先端部の突起８ｂにより、被加工材料１の溶融が開始され、被加工材料１の自重作用により、被加工材料１の板厚方向への溶融が促進され、被加工材料１の切断加工が可能となる。このとき、加熱媒体８は所望する切断形状と同一形状を有する微小な平面部を持つものの、全体としてみると突起８ｂを設けていることになるから、被加工材料１の表面上において、加熱媒体８の突起部に沿ってＹＡＧレーザ光４を移動させるか、または、加熱媒体８を含んだ被加工材料１を移動させることにより、即ち、相対移動させることにより、所望とする透過性の高い熱可塑性樹脂の被加工材料１の任意の形状の連続的な切断を、より効率よく実施することができる。
【００１７】
実施の形態３．
前述の第一の実施の形態及び第二の実施の形態では、被加工材料１上の加工点に集光させたＹＡＧレーザ光４と加熱媒体８とを相対移動させることにより、所望の被加工材料１の任意形状の連続的な切断を実施する事例について説明した。
しかし、本発明を実施する場合には、被加工材料１上の加工点に集光させたＹＡＧレーザ光４と加熱媒体８とを相対移動させないで、一軸方向のみに移動（スキャン）したり、或いは移動を行わせないで加熱媒体８の加熱を行うことができる。
例えば、被加工材料１上の所望の切断形状を網羅する面積以上の照射ビーム径となるようにＹＡＧレーザ光を拡大させて、被加工材料１上に照射させることにより、前述の各実施の形態のようにＹＡＧレーザ光４等を移動させることなく、透過性の高い熱可塑性樹脂である被加工材料１の所望の切断加工が実施できる。
【００１８】
図３は本発明の第三の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ切断装置の構成を示した説明図で、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）はその原理図である。なお、図中、従来例または前記実施の形態と同一符号及び記号は、従来例または前記実施の形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものである。
ここで、所望する切断形状の大きさ、つまり、図３に示した切断長＝Ｌａの金属材料を使用した加熱媒体８で直線に切断する簡単な事例では、この切断長≦照射ビーム径（拡がり直径）の大きさとなる。このような切断形状に対して、被加工材料１上の切断長Ｌａを網羅する面積以上の照射ビーム径Ｌｂを得るには、集光レンズ６の焦点距離と集光レンズ６への入射ビーム径との関係から、集光点１０と被加工材料１との間隔ｘを次式により求め、この間隔ｘとなるよう集光レンズ６の高さを設定して、ＹＡＧレーザ光４を照射してやればよい。
【００１９】
例えば、
・集光レンズ６の焦点距離：ｆ＝７．５インチ＝７．５×２５．４ｍｍ
・集光レンズ６への入射ビーム径：ｗ＝２０ｍｍ
・切断長：Ｌａ＝４０ｍｍ
の場合、
ｘ＝ｆ×（Ｌａ／ｗ）＝７．５×２５．４×（４０／２０）＝３８１ｍｍ
となる。この切断長Ｌａよりも照射ビーム径Ｌｂが大きくなる値とすればよい。当然ながら、Ｌａ＞Ｌｂであっても、その差が小さい値であれば、加熱媒体８の熱伝導によって、溶融加工させることができる。
ここで、加熱媒体８の加工テーブル２側は、集光点１０からの距離が、集光点１０と被加工材料１との間隔ｘよりも大きくなり、加熱媒体８の加工テーブル２側においては、エネルギーの消費量が激減する。また、このとき、複数の保持ピン９はエネルギーの消費が最小になるように、透過性の高い熱可塑性樹脂、例えば、透明なアクリル樹脂、エポキシ樹脂等で形成し、加熱されないように設定する必要がある。
特に、本実施の形態のように、被加工材料１上の切断長Ｌａが加熱媒体８で直線である場合には、集光レンズ６によるＹＡＧレーザ光４のビームを橢円状の拡がりを持つものとし、切断長Ｌａを橢円状ビームの長軸側とすることによってエネルギーの効率を良くすることができる。
【００２０】
この実施の形態では、加熱媒体８で切断する範囲を照射ビームの二次元的な拡がりが照射ビーム径Ｌ以内となるように設定し、ＹＡＧレーザ光４等を相対移動させることなく、透過性の高い熱可塑性樹脂である被加工材料１の所望の切断加工を行うものである。
しかし、加熱媒体８で切断する範囲の最大長を照射ビームの一次元的な拡がりのみの距離Ｌ以内となるように設定し、それを照射ビームの一次元的な拡がりの方向に対して直角方向にスキャンすれば、ＹＡＧレーザ光４等を一軸方向のみに相対移動させることにより、透過性の高い熱可塑性樹脂である被加工材料１の所望の切断加工ができる。
【００２１】
実施の形態４．
上述した第一の実施の形態乃至第三の実施の形態で使用した金属材料からなる加熱媒体８の先端部分は、尖鋭度を持つ突起８ａ，８ｂとしたものである。しかし、加熱媒体８の先端部分のエネルギー吸収効率を上げるために、そこに吸収剤３を塗布することもできる。
図４は本発明の第四の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ切断装置の
構成を示した説明図である。なお、図中、従来例または前記実施の形態と同一符号及び記号は、従来例または前記実施の形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明を省略し、相違点のみ説明する。
即ち、本実施の形態では、上述した第一の実施の形態乃至第三の実施の形態で使用した金属材料からなる加熱媒体８の先端部の突起８ｂに、吸収剤３を塗布した構成としている。ＹＡＧレーザ光４によって透過性の高い熱可塑性樹脂である被加工材料１の所望の切断加工する動作は、前述の各実施の形態と同様であるため、吸収剤３を使用した特徴についてのみ説明する。
【００２２】
吸収剤３を塗布しない場合の加熱媒体８の先端部分の突起８ｂは、加熱媒体８において多くのＹＡＧレーザ光４のエネルギーが吸収されるが、そこで若干の反射が生ずるのが現状である。
これに対して本実施の形態のように、高温となった加熱媒体８の先端部によって、透過性の高い熱可塑性樹脂の被加工材料１を熱的に溶融する溶融加工装置においては、被加工材料１の融点が高い場合、加工時間をさらに短縮する場合には、被加工材料１において生ずる反射を極力防止することにより、ＹＡＧレーザ光４による加熱媒体８の先端部での吸収率を向上させることができる。
勿論、本発明を実施する場合には、加熱媒体８の先端部分の突起８ｂを、更に、尖鋭度を増した第一の実施の形態の加熱媒体８の先端部分の突起８ａにレーザビーム吸収剤３を塗布してもよい。
【００２３】
なお、上記各実施の形態の加熱媒体８は、先端部分の突起８ｂまたは尖鋭度を増した先端部分の突起８ａとしているが、本発明を実施する場合には、加熱媒体８の上端から下端まで均一の厚みの板材とすることもできる。この種の実施の形態においては、加熱媒体８の熱容量が少ないことから、薄手の透過性の高い熱可塑性樹脂の切断、或いは刻印に好適である。また、磨耗によって先端の幅が変化することがない。
また、上記各実施の形態の加熱媒体８は、先端部分の突起８ｂまたは尖鋭度を増した先端部分の突起８ａが平坦面または曲面としているが、本発明を実施する場合には、切断、刻設、接合の用途に合致した上面とすることができる。例えば、接合の場合には、ローレット掛けした面とすると、接合及び余剰樹脂の位置が一義的に決定され、安定した接着状態が得られる。
【００２４】
上述の各実施の形態においては、ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工する事例として、被加工材料１の切断を前提に説明したが、被加工材料１としては透過性の高い熱可塑性樹脂であれば、その厚さに大きく左右される要因を有していないから、透過性の高い熱可塑性樹脂板、透過性の高い熱可塑性樹脂の薄手のシート等の切断は、勿論、透過性の高い熱可塑性樹脂板に刻印を付す場合にも使用でき、また、透過性の高い熱可塑性樹脂の薄手のシートを重ね合せて袋にする場合、透過性の高い熱可塑性樹脂の薄手のシートを複数枚重ね合せてクリアホルダーとする場合等の接合にも使用できる。この種の切断以外の使用に対しては、溶着を確実にするために、溶融接合した部位を押圧板等で押圧し、接合と同時に行う温度エネルギーの放熱効果により、接合固化し、接合の信頼性を高くすることができる。当然ながら、溶融切断の場合においても、溶融した部位に押圧板等で押圧し、切断を行うことができ、特に、熱可塑性樹脂の薄手のシートよりも、厚手のシートや、板材に効果的となる。
【００２５】
このように、上記の実施の形態は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料１を、ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体８の端部を被加工材料１の裏面に密着させ、被加工材料１の加熱媒体８の反対側の面からＹＡＧレーザを照射して、加熱媒体８と前記ＹＡＧレーザとを相対移動させるものであり、これをレーザ溶融加工方法の実施の形態とすることもできる。
したがって、被加工材料１はＹＡＧレーザの波長域に対して透過性の高い材料からなるので、被加工材料１の表面に照射されたＹＡＧレーザ光４は、被加工材料１の内部を透過・伝播し、被加工材料１の裏面と密着してセットされている加熱媒体８の先端に照射される。ＹＡＧレーザ光４は加熱媒体８でそのエネルギーのほとんどが消費され、加熱媒体８の温度がＹＡＧレーザ光４の照射により上昇し、加熱媒体８の先端が被加工材料１の融点を上回り、例えば、被加工材料１の自重作用等により、被加工材料１の板厚方向への溶融が促進され、結果として、被加工材料１の切断、刻印、接合等の溶融加工が可能となる。
特に、被加工材料１の表面側で加熱媒体８とＹＡＧレーザ光４を相対移動させることにより、エネルギーが所定の最小領域に照射されるから、透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料１を高効率で溶融加工することができ、被加工材料１が透過性の材料の場合でも、完全に切断分離等の溶融加工をすることが可能となり、また、溶融加工が終了した段階で従来のように被加工材料１の表面に塗布した吸収剤３の除去が不要となり、被加工材料１の表面の後処理を不要とし、かつ、高効率で被加工材料１の溶融加工が可能となる。
【００２６】
また、上記の実施の形態は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料１を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体８の端部を被加工材料１の裏面に密着させ、被加工材料１の加熱媒体８の反対側の面から、被加工材料１上の切断形状を網羅する面積以上の照射ビーム径Ｌｂとなるよう前記ＹＡＧレーザビームを照射するものであり、これをレーザ溶融加工方法の実施の形態とすることもできる。
したがって、被加工材料１はＹＡＧレーザの波長域に対して透過性の高い材料からなるので、被加工材料１の表面に照射されたＹＡＧレーザ光４は、被加工材料１の内部を透過・伝播し、被加工材料１の裏面と密着してセットされている加熱媒体８の先端に照射される。ＹＡＧレーザ光４は加熱媒体８でそのエネルギーのほとんどが消費され、加熱媒体８の温度がＹＡＧレーザ光４の照射により上昇し、加熱媒体８の先端が被加工材料１の融点を上回り、例えば、被加工材料１の自重作用等により、被加工材料１の板厚方向への溶融が促進され、結果として、被加工材料１の切断、刻印、接合等の溶融加工が可能となる。
特に、被加工材料１の加熱媒体８の反対側の面から、被加工材料１上の切断長Ｌａを含む切断形状を網羅する面積以上の照射ビーム径Ｌｂとなるよう前記ＹＡＧレーザビームを同時照射するものであるから、ＮＣ制御等によって被加工材料１の表面側で加熱媒体８とＹＡＧレーザ光４を相対移動させることなく、透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料１を効率良く溶融加工することができ、被加工材料１が透過性の材料の場合でも、完全に切断分離等の溶融加工をすることが可能となり、廉価な装置となる。また、溶融加工が終了した段階で従来のように被加工材料１の表面に塗布した吸収剤３の除去が不要となり、被加工材料１の表面の後処理を不要とし、かつ、高効率で被加工材料１の溶融加工が可能となる。
【００２７】
そして、上記実施の形態は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料１を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する金属材料からなる加熱媒体８の端部を被加工材料１の裏面に密着させ、被加工材料１の加熱媒体８の反対側の面から、被加工材料１上の切断形状の特定方向の切断長Ｌａを網羅する長さ以上の照射ビーム長とし、前記ＹＡＧレーザビームを前記照射ビーム長の直角方向に移動させて照射するものであり、これをレーザ溶融加工方法の実施の形態とすることもできる。
したがって、被加工材料１はＹＡＧレーザの波長域に対して透過性の高い材料からなるので、被加工材料１の表面に照射されたＹＡＧレーザ光４は、被加工材料１の内部を透過・伝播し、被加工材料１の裏面と密着してセットされている加熱媒体８の先端に照射され、ＹＡＧレーザ光４は加熱媒体８でそのエネルギーのほとんどが消費され、加熱媒体８の温度が上昇し、加熱媒体８の先端が被加工材料１の融点を上回り、例えば、被加工材料１の自重作用等により、被加工材料１の板厚方向への溶融が促進され、結果として、被加工材料１の切断、刻印、接合等の溶融加工が可能となる。
特に、被加工材料１の加熱媒体８の反対側の面から、被加工材料１上の切断長Ｌａを含む切断形状を網羅する長さ以上の照射ビーム長となるよう前記ＹＡＧレーザビームを、前記照射ビーム長の直角方向のみに移動させながら照射するものであるから、ＮＣ制御等によって被加工材料１の表面側で加熱媒体８とＹＡＧレーザ光４を複雑に相対移動させることなく、単純に直線相対運動させればよいから、透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料１を効率良く溶融加工することができ、被加工材料１が透過性の材料の場合でも、完全に切断分離等の溶融加工をすることが可能となり、廉価な装置となる。また、溶融加工が終了した段階で従来のように被加工材料１の表面に塗布したレーザビーム吸収剤３の除去が不要となり、被加工材料１の表面の後処理を不要とし、かつ、高効率で被加工材料１の溶融加工が可能となる。
【００２８】
更に、上記実施の形態の加熱媒体８の端部を、鋭利な突起８ａ、微小な平面部または丸みをもった突起８ｂのうちの何れか１つの形状としたものでは、加熱媒体８の端部以外の熱容量によって、連続して安定した溶融加工を行うことができる。また、切断等を行うときには、被加工材料１の材料ロスを少なくすることができる。接合を行う場合には、任意の接合しろが得られる。
【００２９】
更にまた、上記実施の形態の加熱媒体８の端部を、鋭利な突起８ａ、微小な平面部または丸みをもった突起８ｂのうちの何れか１つの形状とし、しかも、加熱媒体８の端部にレーザビーム吸収剤３を塗布したものでは、加熱媒体８の端部以外の熱容量によって、連続して安定した溶融加工を行うことができ、また、切断等を行うときには、被加工材料１の材料ロスを少なくすることができる。接合を行う場合には、任意の接合しろが得られる。そして、加熱媒体８の端部のレーザビーム吸収剤３によって、被加工材料１で生ずる反射を極力防止することにより、ＹＡＧレーザ光４による加熱媒体８の先端部での吸収率を向上させることができる。故に、被加工材料１の融点が高い場合、加工時間をさらに短縮する場合には、ＹＡＧレーザ光４の吸収率を向上させ、効率のよい溶融加工を可能とする。
【００３０】
上記各実施の形態では、ＹＡＧレーザ光４は集光レンズ６で集光され、被加工材料１の表面に照射される事例で説明したが、本発明を実施する場合には、加熱媒体８の端部にＹＡＧレーザ光４を集光してもよいし、若干加熱媒体８の下部の位置に収光するように設定してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から前記ＹＡＧレーザを照射して、前記加熱媒体と前記ＹＡＧレーザとを相対移動させるものである。
したがって、被加工材料の表面に照射されたＹＡＧレーザ光は、被加工材料の内部を透過・伝播し、加熱媒体の先端に照射され、ＹＡＧレーザ光は加熱媒体の端部でそのエネルギーのほとんどが消費され、加熱媒体の端部の温度が上昇し、加熱媒体の先端が被加工材料の融点を上回り、被加工材料の切断、刻印、接合等の溶融加工が可能となる。このとき、被加工材料の表面側で加熱媒体とＹＡＧレーザ光を相対移動させることにより、ＹＡＧレーザ光のエネルギーが最小領域に照射されることになるから、ＹＡＧレーザ光を透過する透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を高効率で溶融加工することができ、被加工材料が透過性の材料の場合でも、完全に切断分離等の溶融加工をすることが可能となり、溶融加工が終了した段階で従来のように被加工材料の表面に塗布したレーザビーム吸収剤の除去が不要となり、被加工材料の表面の後処理を不要とし、かつ、高効率で被加工材料の溶融加工が可能となる。
【００３２】
また、請求項２は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から、前記被加工材料上の切断形状を網羅する面積以上の照射ビーム径となるよう前記ＹＡＧレーザビームを照射するものである。
したがって、被加工材料の表面に照射されたＹＡＧレーザ光は、被加工材料の内部を透過・伝播し、加熱媒体の先端に照射される。ＹＡＧレーザ光は加熱媒体でそのエネルギーのほとんどが消費され、加熱媒体の端部の温度が上昇し、加熱媒体の先端が被加工材料の融点を上回り、被加工材料の切断、刻印、接合等の溶融加工が可能となる。また、被加工材料の加熱媒体の反対側の面から、被加工材料上の切断長を含む切断形状を網羅する面積以上の照射ビーム径となるよう前記ＹＡＧレーザビームによって全体を同時照射するものであるから、ＮＣ制御等によって被加工材料の表面側で加熱媒体とＹＡＧレーザ光を相対移動させることなく、透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を効率良く溶融加工することができ、被加工材料が透過性の材料の場合でも、完全に切断分離等の溶融加工をすることが可能となり、廉価な装置となる。そして、溶融加工が終了した段階で従来のように被加工材料の表面に塗布したレーザビーム吸収剤の除去が不要となり、被加工材料の表面の後処理を不要とし、かつ、高効率で被加工材料の溶融加工が可能となる。
【００３３】
そして、請求項３は、ＹＡＧレーザ固有の光の波長に対して透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を、前記ＹＡＧレーザで溶融加工するレーザ溶融加工装置において、溶融加工する形状と同一形状を有する加熱媒体の端部を前記被加工材料の裏面に密着させ、前記被加工材料の前記加熱媒体の反対側の面から、前記被加工材料上の切断形状の特定方向の長さを網羅する長さ以上の照射ビーム長とし、前記ＹＡＧレーザビームを前記照射ビーム長の直角方向に移動させて照射するものである。
したがって、被加工材料の表面に照射されたＹＡＧレーザ光は、被加工材料の内部を透過・伝播し、加熱媒体の先端に照射され、加熱媒体の端部の温度が上昇し、加熱媒体の先端が被加工材料の融点を上回り、被加工材料の切断、刻印、接合等の溶融加工が可能となる。また、被加工材料の加熱媒体の反対側の面から、被加工材料上の切断長を含む切断形状を網羅する長さ以上の照射ビーム長となるよう前記ＹＡＧレーザビームを、前記照射ビーム長の直角方向のみに移動させながら照射するものであるから、ＮＣ制御等によって被加工材料の表面側で加熱媒体とＹＡＧレーザ光を複雑に相対移動させることなく、単純に直線相対運動させればよいから、透過性の高い熱可塑性樹脂からなる被加工材料を効率良く溶融加工することができ、廉価な装置となる。そして、溶融加工が終了した段階で従来のように被加工材料の表面に塗布したレーザビーム吸収剤の除去が不要となり、被加工材料の表面の後処理を不要とし、かつ、高効率で被加工材料の溶融加工が可能となる。
【００３４】
請求項４は、前記加熱媒体の端部を、鋭利な突起、微小な平面部をもった突起、丸みをもった突起のうちの何れか１つの形状としたものであるから、前記請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の効果に加えて、加熱媒体の端部以外の熱容量によって、連続して安定した溶融加工を行うことができ、また、切断等を行うときには、被加工材料の材料ロスを少なくすることができる。そして、接合を行う場合には、任意の接合しろが得られる。
【００３５】
請求項５は、前記加熱媒体の端部を、鋭利な突起、微小な平面部をもった突起、丸みをもった突起のうちの何れか１つの形状とし、しかも、前記加熱媒体の端部にレーザビーム吸収剤を塗布してなるものであるから、前記請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の効果に加えて、加熱媒体の端部以外の熱容量によって、連続して安定した溶融加工を行うことができ、また、切断等を行うときには、被加工材料の材料ロスを少なくすることができる。そして、接合を行う場合には、任意の接合しろが得られる。更に、加熱媒体の端部のレーザビーム吸収剤によって、被加工材料で生ずる反射を極力防止でき、ＹＡＧレーザ光による加熱媒体の先端部での吸収率を向上させることができる。故に、被加工材料の融点が高い場合、加工時間を短縮する場合には、ＹＡＧレーザ光の吸収率を向上させ、効率のよい溶融加工を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の第一の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ溶融加工装置の構成を示した説明図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は切断状態を示す要部断面図である。
【図２】  図２は本発明の第二の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ切断装置の構成を示した説明図である。
【図３】  図３は本発明の第三の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ切断装置の構成を示した説明図で、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）はその原理図である。
【図４】  図４は本発明の第四の実施の形態による透過性の高い熱可塑性樹脂のレーザ切断装置の構成を示した説明図である。
【図５】  図５は従来の透過性の高い被加工材料の溶融加工装置を示した説明図である。
【符号の説明】
１  被加工材料、２  加工テーブル、３  レーザビーム吸収剤、８  加熱媒体、８ａ  鋭利な突起、８ｂ  微小な平面部または丸みをもった突起、９  保持ピン、
【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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