(57)【要約】【課題】  複数の穴を加工する場合でも、先に加工した穴の影響を防止でき、確実に大きなバリ発生を防止できる。【解決手段】  レーザ穴加工装置（１０）は、少なくとも、被加工物（６）の一方の面にレーザを照射するレーザ照射部（２）と、レーザが照射される被加工物面に実質的に平行に第１の流体を吹付ける第１のノズル部（３）と、レーザ照射部（２）に対して反対側から被加工物（６）を挟んで、第２の流体を吹付ける第２のノズル部（４）とを具備する。該レーザ穴加工装置（１０）においては、前記第２のノズル部（４）の外周が被加工物（６）に接近して配置される。更に、前記レーザ照射部（２）のレーザ照射位置と前記第２のノズル部（４）の第２の流体吹付け位置が、被加工物（６）を挟んで対向している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、被加工物（６）の一方の面にレーザを照射するレーザ照射部（２）と、
レーザが照射される被加工物面に実質的に平行に第１の流体を吹付ける第１のノズル部（３）と、
前記レーザ照射部（２）に対して反対側から前記被加工物（６）を挟んで、第２の流体を吹付ける第２のノズル部（４）と、
を具備するレーザ穴加工装置（１０）において、
前記第２のノズル部（４）の外周が、前記被加工物（６）に接近して配置されることを特徴とするレーザ穴加工装置。
【請求項２】
前記レーザ照射部（２）のレーザ照射位置と前記第２のノズル部（４）の第２の流体吹付け位置が、前記被加工物（６）を挟んで対向していることを特徴とする請求項１記載のレーザ穴加工装置。
【請求項３】
前記レーザ穴加工装置（１０）において、
前記被加工物（６）が円筒パイプ状であり、
前記第２のノズル部（４）は、被加工物内径に挿入される円筒形状であり、第２の流体吹出し口（１１）が前記第２のノズル部（４）の円筒形状の側面に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ穴加工装置。
【請求項４】
前記レーザ穴加工装置（１０）において、レーザ照射位置を移動しながら被加工物（６）を切断穴加工する場合に、加工開始位置は前記第１のノズル部（３）に向って移動を開始する位置であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ穴加工装置。
【請求項５】
前記レーザ穴加工装置（１０）において、レーザ照射位置を移動しながら被加工物（６）を切断穴加工する場合に、前記加工開始位置から前記第１のノズル部（３）から追い風を受けるような位置に向って移動することを特徴とする請求項４に記載のレーザ穴加工装置。
【請求項６】
レーザ照射部（２）から、被加工物（６）の少なくとも一方の面にレーザを照射する照射手順と、
レーザが照射される被加工物面に実質的に平行に第１のノズル部（３）から第１の流体を吹付ける第１の吹付手順と、
前記レーザ照射部（２）に対して反対側から前記被加工物（６）を挟んで配置された、第２のノズル部（４）から第２の流体を吹付ける第２の吹付手順と、
を具備するレーザ穴加工方法において、
前記第２のノズル部（４）の外周が、前記被加工物（６）に接近して配置されることを特徴とするレーザ穴加工方法。
【請求項７】
前記レーザ照射部（２）のレーザ照射位置と前記第２のノズル部（４）の第２の流体吹付け位置が、前記被加工物（６）を挟んで対向していることを特徴とする請求項６記載のレーザ穴加工方法。
【請求項８】
前記レーザ穴加工方法において、
前記被加工物（６）が円筒パイプ状であり、
前記第２のノズル部（４）は、被加工物内径に挿入される円筒形状であり、第２の流体吹出し口（１１）が前記第２のノズル部（４）の円筒形状の側面に設けられていることを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ穴加工方法。
【請求項９】
前記レーザ穴加工方法において、レーザ照射位置を移動しながら被加工物（６）を切断穴加工する照射移動手順が更に具備されており、
前記照射移動手順において、加工開始位置は前記第１のノズル部（３）に向って移動を開始する位置であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載のレーザ穴加工方法。
【請求項１０】
前記照射移動手順において、レーザの照射は、前記加工開始位置から前記第１のノズル部（３）から追い風を受けるような位置に向って移動することを特徴とする請求項９に記載のレーザ穴加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及び方法に係り、より特別には、レーザ光ビームを用いて、微細穴を加工するレーザ穴加工装置及び穴加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザは機械加工の分野において近年幅広く使用されており、特には従来困難であった、精密加工、微細加工の分野において威力を発揮している。
図４は従来例のレーザ穴加工装置５０を示しており、図４（Ａ）はその側断面図を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における線Ｂ−Ｂに沿う横断面図を示す。図４に示す従来例において、被加工物６は円筒状の形状であり、レーザ穴加工装置５０のチャック９により保持される。被加工物６の外周には複数の穴が加工される。
【０００３】
従来のレーザ穴加工装置５０は、レーザ発振器１と、レーザ照射部２と、第１のノズル部３と、第２のノズル部４とからなる。図４（Ｂ）に示すように、第１のノズル部３は被加工物６の外円周の接線方向に配置され、パイプ状の第２のノズル部４は中空の被加工物６内に配置される。パイプ状の第２のノズル部４は、その先端から圧力空気を吐出する一般的な形状を有する。この様な構成の従来のレーザ穴加工装置５０でチャック９により保持される被加工物６を穴加工した場合、レーザにより溶解した被加工物６（溶解物７）が第２のノズル部４から吹出す圧力空気によりレーザ照射側に吹き寄せられ、更にこの溶解物７は第１のノズル部３から吹出す圧力空気により被加工物６から分離され飛ばされて、集塵機８に吸引される。このようにして従来のレーザ穴加工装置５０は被加工物６に穴加工を行う。
【０００４】
しかし、この方法で複数の穴を加工した場合、先に加工した穴から圧力空気が逃げてしまうことから、レーザ照射部２で溶解した被加工物６を吹き飛ばすことができず、加工後に溶解物７が固まり大きなバリとして穴に付着するという問題があった。
また、レーザ照射位置の移動方向と、圧力空気の吹付ける方向との関係により、溶解物が圧力空気により確実に吹き飛ばず、穴に大きなバリが付着するという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、複数の穴を加工する場合でも、先に加工した穴の影響を防止でき、確実に大きなバリ発生を防止できるレーザ穴加工装置及び穴加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１の形態ではレーザ穴加工装置（１０）は、上述した目的を達成するために、少なくとも、被加工物（６）の一方の面にレーザを照射するレーザ照射部（２）と、レーザが照射される被加工物面に実質的に平行に第１の流体を吹付ける第１のノズル部（３）と、前記レーザ照射部（２）に対して反対側から前記被加工物（６）を挟んで、第２の流体を吹付ける第２のノズル部（４）とを具備する。レーザ穴加工装置（１０）においては、前記第２のノズル部（４）の外周が前記被加工物（６）に接近して配置されることを特徴とする。
【０００７】
この様に構成することにより、即ち、特に、第２のノズル部の外周が、被加工物に接近していることにより、既にレーザ加工された穴は、第２のノズル部の外周により塞がれて、高圧空気等の第２の流体はレーザ加工中の穴に集中することになり、吹き飛ばす流体圧力の低下を防止できる。
上記作用が功奏し、即ち、第２のノズル部の外周が、被加工物に接近しているので既に加工された穴が塞がれることにより、複数の穴を加工する場合でも、先に加工した穴の影響を防止でき、確実に大きなバリ発生を防止できる。
【０００８】
本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記レーザ照射部（２）のレーザ照射位置と前記第２のノズル部（４）の第２の流体吹付け位置が、前記被加工物（６）を挟んで対向していることを特徴とする。
本形態によれば、レーザ照射部のレーザ照射位置と第２のノズル部の圧力流体吹付け位置が、被加工物を挟んで対向していることにより、レーザで溶解した溶解物は穴の被加工物表面（外側）に押しやられ、内面にバリが発生することを防止して、確実に大きなバリの発生を防止出来る。
【０００９】
本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２のいずれかの形態において、前記被加工物（６）が円筒パイプ状であり、前記第２のノズル部（４）は、被加工物内径に挿入される円筒形状であり、第２の流体吹出し口（１１）が前記第２のノズル部（４）の円筒形状の側面に設けられていることを特徴とする。
本形態によれば、被加工物が円筒パイプ状で、第２のノズル部が被加工物内径に挿入される円筒状で、圧力流体吹出し口が円筒側面に設けられていることにより、加工中の穴に集中して圧力流体を吹付けて、大きなバリの発生を防止して、パイプ状の被加工物に複数の穴を機械加工する場合に効率良く加工できるようになる。
【００１０】
本発明の請求項４の形態では、上記請求項１から３の形態のいずれか一項において、前記レーザ穴加工装置（１０）において、レーザ照射位置を移動しながら被加工物（６）を切断穴加工する場合に、加工開始位置は前記第１のノズル部（３）に向って移動を開始する位置であることを特徴とする。
本形態によれば、加工開始位置は第１のノズル部に向って移動を開始する位置であることにより、溶解開始直後の溶解材が蓄積する前に、大きなバリの発生するノズル吹き付け方向へのレーザ加工を行うので、大きなバリの発生を防止できるようになる。
【００１１】
本発明の請求項５の形態では、上記請求項４の形態において、前記レーザ穴加工装置（１０）において、レーザ照射位置を移動しながら被加工物（６）を切断穴加工する場合に、前記加工開始位置から前記第１のノズル部（３）から追い風を受けるような位置に向って移動することを特徴とする。
本形態によれば、加工中の大きなバリの形成される可能性の高い状態において、第１のノズル部から第１の流体が追い風の方向で吹きつけられるので、溶解材が蓄積され易い状態では、小さなバリしか発生しない方向でのレーザ加工を行って溶融物の蓄積を防止できる方向で加工できるので、大きなバリの発生を防止できるようになる。
【００１２】
本発明の請求項６の形態のレーザ穴加工方法は、レーザ照射部（２）から、被加工物（６）の少なくとも一方の面にレーザを照射する照射手順と、レーザが照射される被加工物面に実質的に平行に第１のノズル部（３）から第１の流体を吹付ける第１の吹付手順と、前記レーザ照射部（２）に対して反対側から前記被加工物（６）を挟んで配置された、第２のノズル部（４）から第２の流体を吹付ける第２の吹付手順とを具備する。該レーザ穴加工方法は、前記第２のノズル部（４）の外周が、前記被加工物（６）に接近して配置されることを特徴とする。
【００１３】
この様に構成することにより、即ち、特に、第２のノズル部の外周が、被加工物に接近していることにより、既にレーザ加工された穴は、第２のノズル部の外周により塞がれて、高圧の第２の流体はレーザ加工中の穴に集中することになり、吹き飛ばす流体圧力の低下を防止できる。
上記作用が功奏し、即ち、第２のノズル部の外周が、被加工物に接近しているので既に加工された穴が塞がれることにより、複数の穴を加工する場合でも、先に加工した穴の影響を防止でき、確実に大きなバリ発生を防止できる。
【００１４】
本発明の請求項７の形態では、上記請求項６の形態において、前記レーザ照射部（２）のレーザ照射位置と前記第２のノズル部（４）の第２の流体吹付け位置が、前記被加工物（６）を挟んで対向していることを特徴とする。
本形態によれば、レーザ照射部のレーザ照射位置と第２のノズル部の圧力流体吹付け位置が、被加工物を挟んで対向していることにより、レーザで溶解した溶解物は穴の被加工物表面（外側）に押しやられ、内面にバリが発生することを防止して、確実に大きなバリの発生を防止出来る。
【００１５】
本発明の請求項８の形態では、上記請求項６又は７のいずれかの形態において、前記レーザ穴加工方法において、前記被加工物（６）が円筒パイプ状であり、前記第２のノズル部（４）は、被加工物内径に挿入される円筒形状であり、第２の流体吹出し口（１１）が前記第２のノズル部（４）の円筒形状の側面に設けられていることを特徴とする。
本形態によれば、被加工物が円筒パイプ状で、第２のノズル部が被加工物内径に挿入される円筒状で、圧力流体吹出し口が円筒側面に設けられていることにより、加工中の穴に集中して圧力流体を吹付けて大きなバリの発生を防止して、パイプ状の被加工物に複数の穴を機械加工する場合に効率良く加工できるようになる。
【００１６】
本発明の請求項９の形態では、上記請求項６から８の形態のいずれか一項において、前記レーザ穴加工方法において、レーザ照射位置を移動しながら被加工物（６）を切断穴加工する照射移動手順が更に具備されており、前記照射移動手順において、加工開始位置は前記第１のノズル部（３）に向って移動を開始する位置であることを特徴とする。
本形態によれば、加工開始位置は第１のノズル部に向って移動を開始する位置であることにより、溶解開始直後の溶解材が蓄積する前に、大きなバリの発生するノズル吹き付け方向へのレーザ加工を行うので、大きなバリの発生を防止できるようになる。
【００１７】
本発明の請求項１０の形態では、上記請求項９の形態において、前記照射移動手順において、レーザの照射は、前記加工開始位置から前記第１のノズル部（３）から追い風を受けるような位置に向って移動することを特徴とする。
本形態によれば、加工中の大きなバリの形成される可能性の高い状態において、第１のノズル部から第１の流体が追い風の方向で吹きつけられるので、溶解材が蓄積され易い状態では、小さなバリしか発生しない方向でのレーザ加工を行って溶融物の蓄積を防止できる方向で加工できるので、大きなバリの発生を防止できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明に係るレーザ穴加工装置の実施の形態を詳細に説明する。図１（Ａ）は、本発明の１つの好適な実施の形態に係るレーザ穴加工装置１０を図解的に示す側断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）における線Ａ−Ａに沿う横断面図を示す。図１を参照すると、図４に示される従来例のレーザ穴加工装置５０の要素部分と同じ又は同様である図１の要素部分は、同じ参照符号により指定されている。
【００１９】
図１に示す実施例において、前述の従来例と同様に、被加工物６は、円筒状の形状であり、レーザ穴加工装置１０のチャック９により回転可能に保持されており、被加工物６の先端付近の外周には複数の穴（本例では４個）が加工される。レーザ穴加工装置１０は、レーザを発生するレーザ発振部１と、被加工物６の一方の面にレーザを照射するレーザ照射部２と、レーザにより溶解された被加工物６（溶解物７）を吹き飛ばすための第１のノズル部３と、やはり溶解物７を吹き飛ばすための第２のノズル部４とを具備する。第１のノズル部３は図１（Ｂ）に示すように、円筒状の被加工物６の外周のレーザ照射点における接線方向に配置されて、レーザが照射される被加工物面に平行に圧力空気を吹付ける。第２のノズル部４は図１（Ａ）に示すように、円筒状の被加工物６内に配置されて、レーザ照射部２に対して反対側から被加工物６を挟んで圧力空気を吹き付ける。
【００２０】
更に、第２のノズル部４は、パイプ状の形状であるが、図１（Ｂ）で良く分かるように、その先端から圧力空気を吐出するのではなく、その先端部の一部分に開口１１を有し、そこから空気を吐出するように形成される。第２のノズル部４の外径は、円筒状の被加工物６の内径より少しだけ小さい寸法であり、被加工物６の内部に、図１（Ｂ）に示すように、被加工物６の内面（内径）に対して隙間無く設置される。従ってレーザ穴加工装置１０による穴加工において第２のノズル部４は、第２のノズル部４の開口１１が加工穴５に対面するように円筒状の被加工物６内に配置されて、レーザ照射部２に対して反対側にある開口１１から被加工物６を挟んで圧力空気を吹き付けることが出来る。
【００２１】
上記構成にて本発明の作動を説明する。まず、被加工物６内に第２のノズル部４を挿入する。次に、第１のノズル部３を被加工物６表面に接近して位置決めする。次に、レーザ照射部２を第１のノズル部３方向に向う位置の穴加工開始位置に移動位置決めする。次に、第１のノズル部３及び第２のノズル部４から圧力空気を放出する。次に、レーザ照射部２からレーザ光を被加工物６に照射し、被加工物６を貫通させた後、加工する穴形状に沿ってレーザ照射部２を移動させることにより求める穴が加工できる。この際、レーザ照射部２は静止した状態で、被加工物６を移動させて穴加工が実施されても良い。
【００２２】
図２に、レーザ照射部２がレーザ照射しながら移動して楕円形状の穴を加工する場合の説明図が示される。この場合、レーザ照射部２は反時計回りで移動し、第１のノズル部３の圧力空気吹き付け（アシストエア）方向は図２の下から上方向（矢印Ｅの方向）とする。レーザ光により溶解した被加工物６（溶解物７）はレーザ照射位置の移動前方に蓄積する。この時、レーザ照射開始直後は溶解物７の量が少ないのでバリとなることなくレーザ光と一緒に移動する。特にレーザ照射位置の移動方向に、第１のノズル部３があり、圧力空気が吹き付けられると、レーザ光で前に溶解物７を集めたその前から圧力空気が吹き付けられるため、溶解物７は蓄積して限界を超えるとバリ１２になる。
【００２３】
従って、レーザ照射開始直後の溶解物が少ない状態でその加工を終了するようにするとバリの発生が低減できる。また、第１のノズル部３の圧力空気の吹き付け方向とレーザ照射位置の移動が同じ（追い風方向）になると、レーザ光照射部の前に溶解物７を集めた後から圧力空気で加速して吹き飛ばすことにより、バリの発生は押えられる。また、第１のノズル部３の圧力空気の吹き付けとレーザ照射位置の移動が直交する場合はレーザ光で集められた溶解物７に圧力空気を吹き付けることにより、バリになる限界まで溶解物が蓄積される以前に圧力空気で溶解物７が吹き飛ばされてバリの発生が抑えられる。
【００２４】
溶解物７が蓄積し、バリ１２の発生する状態を図２の左側のＣ部に示しており、レーザ照射に対して第１のノズル部３の圧力空気の吹付け方向が向かい風になると、溶解物７が次々にお互いに付着して蓄積してバリ１２となる様子が示されている。一方、図２の右側のＤ部では、レーザ照射加工に対して第１のノズル部３の空気吹付け方向は追い風となるため、溶解物７はほとんど残留せず、従ってバリは発生しない。
【００２５】
このように、レーザ照射開始地点においてバリ発生が少なく、レーザ照射の移動方向に対して第１のノズル部３からの空気吹き付け方向が追い風になる状態（Ｄ部）においてもバリの発生が少ないことから、本実施の形態においては、この現象を利用した穴加工方法を適用できるようにした。即ち、図３に示すように、加工穴を半時計方向で加工し、水平下方向（Ｅ方向）から第１のノズル部３により吹き付ける場合において、図３のＣ部から加工を開始して、Ｄ部の方向へ回転してＣ部に戻るようにレーザ照射部２を移動する。これによりバリの形成を抑えることができる。
【００２６】
１つの穴加工が終了すると、被加工物６は回転され、次の穴加工されるべき所定の部分が、レーサ照射部２と第２のノズル部４との間に挟まれるような位置に設置される。この状態において既に加工された穴は、第２のノズル部４の外周面に塞がれるので、既に加工され貫通された加工穴５から第２のノズル部４からの噴射空気が流出することはほとんどなく、従って、第２のノズル部４から吐出される圧力空気はほとんどが加工中の穴に供給されて効果的に溶解物７を吹き飛ばす。
【００２７】
次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。本発明の上記の実施の形態のレーザ穴加工装置により以下の効果が期待できる。
・上記手段を採用したことにより、即ち、特に、第２のノズル部の外周が、被加工物に接近していることにより、既にレーザ加工された穴は、第２のノズル部の外周により塞がれて、高圧空気はレーザ加工中の穴に集中することになり、吹き飛ばす空気圧の低下を防止できる。
・また、レーザ照射部のレーザ照射位置と第２のノズル部の圧力気体吹付け位置が、被加工物を挟んで対向していることにより、レーザで溶解した溶解物は穴の被加工物表面（外側）に押しやられ、内面にバリが発生することを防止出来るようになる。
・また、被加工物が円筒パイプ状で、第２のノズル部が被加工物内径に挿入される円筒状で、圧力気体吹出し口が円筒側面に設けられていることにより、加工する穴にだけ圧力空気を吹付けるので、パイプ状の被加工物に複数の穴を機械加工する場合に効率良く加工できるようになる。
・また、加工開始位置は第１のノズル部に向って移動を開始する位置であることにより、溶解開始直後の溶解材が蓄積する前に、大きなバリの発生するノズル吹付け方向へのレーザ加工を行い、溶解材が蓄積された段階では小さなバリの発生する方向でのレーザ加工をおこなうことができることから、大きなバリの発生を防止できるようになる。
・上記作用が功奏し、即ち、第２のノズル部の外周が、被加工物に接近していること、レーザ照射部のレーザ照射位置と第２のノズル部の圧力気体吹付け位置が、被加工物を挟んで対向していること、被加工物が円筒パイプ状で、第２のノズル部が被加工物内径に挿入される円筒状で、圧力気体吹出し口が円筒側面に設けられていること、加工開始位置は第１のノズル部に向って移動を開始する位置であることにより、複数の穴を加工する場合でも、先に加工した穴の影響を防止でき、確実に大きなバリ発生を防止できる。
【００２８】
上記の説明において、第１のノズル部及び第２のノズル部より吐出される流体は空気であったが、空気以外の種々の適当な流体が使用されても良い。
また、上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、被加工物は円筒状であると記載されたが、本発明はこれに限定されず、被加工物は、例えば板状、中実状等の種々の形状を有しても良く、第２のノズル部がレーザ照射部に対して被加工物を挟むように且つ接するように配置されれば、上記のその他の構成を適用することにより本発明は同様に実施可能である。
【００２９】
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の１つの好適な実施の形態に係るレーザ穴加工装置を図解的に示しており、（Ａ）はその側断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）における線Ａ−Ａに沿う横断面図を示す。
【図２】図２は、レーザ照射部がレーザ照射しながら移動して楕円形状の穴を加工する場合のバリの発生状態等の説明図である。
【図３】図３は、本発明の好適な実施の形態において、レーザ加工の様子の説明図である。
【図４】図４は、従来例のレーザ穴加工装置を図解的に示しており、（Ａ）はその側断面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）における線Ｂ−Ｂに沿う横断面図を示す。
【符号の説明】
【００３１】
１    レーザ発振器
２    レーザ照射部
３    第１のノズル部
４    第２のノズル部
５    加工穴
６    被加工物
７    溶解物
８    集塵機
９    チャック
１０    レーザ穴加工装置
１１    開口
【図１】
2006247660.tif 000003
【図２】
2006247660.tif 000004
【図３】
2006247660.tif 000005
【図４】
2006247660.tif 000006