(57)【要約】【課題】レーザ光によりアルミニウムを主成分とする被加工物を切断加工する際に、ドロスの付着量を低減する。【解決手段】レーザ加工装置１００は、アルミニウムを主成分とする被加工物Ｗにレーザ光Ｌを照射しながら被加工物ＷにアシストガスＧを供給して被加工物Ｗを切断加工するレーザ加工装置１００であって、レーザ光Ｌを出力するファイバレーザを備えるレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１からのレーザ光Ｌを、被加工物Ｗの表面Ｗａを単焦点位置として集光する照射部１３と、アシストガスＧとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物Ｗに供給する供給部４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら前記被加工物にアシストガスを供給して前記被加工物を切断加工するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を出力するファイバレーザを備えるレーザ出力部と、
前記レーザ出力部からの前記レーザ光を、前記被加工物の表面を単焦点位置として集光する照射部と、
前記アシストガスとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを前記被加工物に供給する供給部と、を備える、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記レーザ光は、波長が１０８０ｎｍである、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記供給部から供給される前記アシストガスの酸素濃度又は窒素濃度を測定する濃度センサと、
前記アシストガスにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する調整部と、
前記濃度センサの測定結果に応じて前記調整部を操作する制御部と、を備える、請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記供給部は、酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスをアシストガスとして前記被加工物に供給する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記照射部は、前記被加工物の表面における前記レーザ光の径がほぼ１００μｍとなるように前記レーザ光を集光する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記被加工物に対して前記レーザ光の照射位置を移動させる移動部を備え、
前記移動部による前記被加工物と前記レーザ光との相対速度が、毎分５ｍ〜毎分２０ｍの範囲である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記被加工物の板厚は、１．５ｍｍ〜４．０ｍｍである、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら前記被加工物にアシストガスを供給して前記被加工物を切断加工するレーザ加工方法であって、
ファイバレーザによりレーザ光を出力することと、
出力された前記レーザ光を、前記被加工物の表面を単焦点位置として集光することと、
前記アシストガスとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを前記被加工物に供給することと、を含む、レーザ加工方法。
【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レーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工装置は、被加工物にレーザ光を照射して被加工物の一部を溶融させて切断加工を行っており、この切断加工に際して溶融物をアシストガスにより被加工物から除去することが行われている。このようなレーザ加工装置を用いて、アルミニウムを主成分とする被加工物を切断加工する際、アシストガスを供給しても被加工物の裏面側に溶融物が付着したまま固化する場合がある。この固化物であるドロスが被加工物に付着した場合、例えば、手作業又は除去装置を用いてこのドロスを除去する工程が必要となる。これに対して、アシストガスとして窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることで、ドロスの付着量を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８６９６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１のレーザ加工装置では、アシストガスとして窒素ガスの濃度が９９．５体積％〜９９．９体積％ある窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを供給することで、ドロスの付着を低減できる旨の記載がある。ただし、特許文献１には、レーザ光の種類について言及されていない。近年では、ファイバレーザから出力されるレーザ光により被加工物を切断するレーザ加工装置が提供されている。本発明者の実験により、このようなファイバレーザから出力されるレーザ光により被加工物を切断する場合、窒素ガスと酸素ガスの混合比率を特許文献１に示すような範囲に設定すると、ドロスが大量に付着してしまうことが確認された。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明は、ファイバレーザから出力されるレーザ光によりアルミニウムを主成分とする被加工物を切断加工する際に、ドロスの付着量を低減することが可能なレーザ加工装置及びレーザ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】
本発明に係るレーザ加工装置は、アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら被加工物にアシストガスを供給して被加工物を切断加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を出力するファイバレーザを備えるレーザ出力部と、レーザ出力部からのレーザ光を、被加工物の表面を単焦点位置として集光する照射部と、アシストガスとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給する供給部と、を備える。
【０００７】
また、レーザ光は、波長が１０８０ｎｍであってもよい。また、供給部から供給されるアシストガスの酸素濃度又は窒素濃度を測定する濃度センサと、アシストガスにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する調整部と、濃度センサの測定結果に応じて調整部を操作する制御部と、を備えてもよい。また、供給部は、酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスをアシストガスとして被加工物に供給してもよい。また、照射部は、被加工物の表面におけるレーザ光の径がほぼ１００μｍとなるようにレーザ光を集光してもよい。また、被加工物に対してレーザ光の照射位置を移動させる移動部を備え、移動部による被加工物とレーザ光との相対速度が、毎分５ｍ〜毎分２０ｍの範囲であってもよい。また、被加工物の板厚は、１．５ｍｍ〜４．０ｍｍであってもよい。
【０００８】
また、本発明に係るレーザ加工方法は、アルミニウムを主成分とする被加工物にレーザ光を照射しながら被加工物にアシストガスを供給して被加工物を切断加工するレーザ加工方法であって、ファイバレーザによりレーザ光を出力することと、出力されたレーザ光を、被加工物の表面を単焦点位置として集光することと、アシストガスとして窒素ガスの濃度が９８．３体積％〜９９．３体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給することと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明者は、ファイバレーザにより出力したレーザ光を照射して被加工物を切断加工する際、アシストガスとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給することにより、ドロスの付着量を低減することが可能であることを見出した。したがって、本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法によれば、アシストガスとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物に供給する供給部を備えるため、ファイバレーザにより出力したレーザ光を照射して被加工物を切断加工する際、ドロスの付着量を低減することが可能となる。
【００１０】
また、レーザ光の波長が１０８０ｎｍである場合、波長１０８０ｎｍは、ファイバレーザにより出力するレーザ光の主な波長であり、この波長のレーザ光を用いるときでもドロスの付着量を確実に低減することができる。また、供給部から供給されるアシストガスの酸素濃度又は窒素濃度を測定する濃度センサと、アシストガスにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する調整部と、濃度センサの測定結果に応じて調整部を操作する制御部と、を備える場合、アシストガスにおける窒素ガスの濃度を上記範囲に自動的に調整することができ、容易かつ確実にドロスの付着量を低減することができる。また、供給部が、酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスをアシストガスとして被加工物に供給する場合、ドロスの付着量を０またはほぼ０にすることができる。また、照射部により、被加工物の表面におけるレーザ光の径がほぼ１００μｍとなるようにレーザ光を集光する場合においても、確実にドロスの付着量を低減することができる。また、被加工物に対してレーザ光の照射位置を移動させる移動部を備え、移動部による被加工物とレーザ光との相対速度が、毎分５ｍ〜毎分２０ｍの範囲である場合においても、確実にドロスの付着量を低減することができる。また、被加工物の板厚が、１．５ｍｍ〜４．０ｍｍである場合、確実にドロスの付着量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す模式図である。
【図２】レーザ加工装置により被加工物に照射されるレーザ光の一例を示す図である。
【図３】レーザ加工装置を用いて被加工物を加工する際の切断部分の一例を示す図である。
【図４】レーザ加工装置により被加工物を加工する場合において、窒素濃度と被加工物に付着するドロス量との関係を、被加工物とレーザ光との相対速度毎に示すグラフである。
【図５】レーザ加工装置により被加工物を加工する場合において、窒素濃度と被加工物に付着するドロス量との関係を、被加工物の板厚毎に示すグラフである。
【図６】本実施形態に係るレーザ加工方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。以下の各図において、ＸＹＺ座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹＺ座標系においては、水平面に平行な平面をＸＹ平面とする。このＸＹ平面に平行な任意の方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と表記する。また、ＸＹ平面に垂直な方向はＺ方向と表記する。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。
【００１３】
図１は、実施形態に係るレーザ加工装置の一例を示す図である。このレーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを出射して被加工物Ｗを切断することが可能である。図１に示すように、レーザ加工装置１００は、レーザヘッド１０、レーザ出力部２０、ヘッド移動部（移動部）３０、アシストガス供給部（供給部）４０、及び制御部５０を備えている。レーザヘッド１０は、レーザ出力部２０に接続されており、レーザ出力部２０から出力されたレーザ光Ｌを収束して被加工物Ｗに向けて出射する。
【００１４】
レーザヘッド１０は、ヘッド本体１１と、ノズル１２とを有する。ヘッド本体１１は、ヘッド移動部３０によりＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能である。ヘッド本体１１は、レーザ光Ｌを照射するための照射部１３を有する。照射部１３は、コリメートレンズ１３ａと、保護ガラス１３ｂと、集光レンズ１３ｃとを有する。コリメートレンズ１３ａは、後述するレーザ出力部２０の光伝送体２２の先端から発散して出射されるレーザ光Ｌを平行光に形成する。図１では、コリメートレンズ１３ａとして１つの光学素子（レンズ）を示しているが、複数の光学素子が組み合わされて使用されてもよい。
【００１５】
集光レンズ１３ｃは、コリメートレンズ１３ａにより平行光に形成されたレーザ光Ｌを、被加工物Ｗの表面Ｗａを単焦点位置として集光し、被加工物Ｗの表面にスポットＳを形成する。保護ガラス１３ｂは、集光レンズ１３ｃに対してノズル１２側に配置され、レーザ光Ｌにより被加工物Ｗが溶融して飛散した際に集光レンズ１３ｃに溶融物が付着するのを防止する。図２は、被加工物Ｗの表面に形成されたスポットＳの一例を示す図である。図２に示すように、スポットＳは、円形状であるが、これに限定されず、例えば、楕円形状、長円形状、または多角形状など、他の形状であってもよい。集光レンズ１３ｃは、被加工物Ｗの表面ＷａにおけるスポットＳの径Ｒが、例えば、ほぼ１００μｍとなるようにレーザ光Ｌを集光する。図１では、集光レンズ１３ｃとして１つの光学素子を示しているが、複数の光学素子が組み合わされて使用されてもよい。
【００１６】
ノズル１２は、ノズル口１５を有する。先端側を小径とした円錐台形の筒状体が用いられ、ヘッド本体１１の下端に取り付けられる。ノズル１２は、集光レンズ１３ｃにより集光されたレーザ光Ｌをノズル口１５から被加工物Ｗに向けて出射する。ノズル１２は、集光されるレーザ光Ｌに応じて、先端に向けて径が小さくなっている。なお、ノズル１２は、交換可能であってもよい。ノズル１２は、ＸＹ平面に平行な断面において円形状に形成されているが、これに限定されず、楕円形状、長円形状、または多角形状であってもよい
【００１７】
また、ノズル１２は、後述するガス供給管４４を介してアシストガス供給部４０に接続される。ノズル１２は、アシストガス供給部４０からガス供給管４４を介して供給されたアシストガスＧを、ノズル口１５から被加工物Ｗに向けて吐出する。ノズル１２は、レーザ光Ｌの出射部として機能し、かつ、アシストガスの吐出部として機能する。なお、１つのノズル１２でレーザ光Ｌの出射及びアシストガスＧの吐出を行うことに限定されない。例えば、ノズル１２からレーザ光Ｌを出射し、ノズル１２とは別の部材からアシストガスＧを吐出させてもよい。
【００１８】
レーザ出力部２０は、レーザ発振器２１と、光伝送体２２とを備えている。レーザ出力部２０は、例えば、ファイバレーザである。レーザ発振器２１は、励起光を出射する不図示の光源を備え、励起光を増幅して、例えば、波長が１０８０ｎｍのレーザ光Ｌを出射する。レーザ発振器２１は、制御部５０の制御に基づいてレーザ光Ｌの出力を調整可能である。レーザ発振器２１は、レーザ光Ｌを光伝送体２２に出射する。光伝送体２２は、例えば、光ファイバなどが用いられ、レーザ発振器２１から出射したレーザ光Ｌをレーザヘッド１０の照射部１３に伝送する。
【００１９】
ヘッド移動部３０は、レーザヘッド１０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる。ヘッド移動部３０は、例えば、Ｘ方向に移動可能なガントリと、ガントリに対してＹ方向に移動可能なスライダと、スライダに対してＺ方向に移動可能な昇降部と、で構成される。ヘッド移動部３０は、それぞれの駆動源を駆動することによりレーザヘッド１０をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の所定位置に移動させ、被加工物Ｗ上の任意の位置に位置決めすることができる。ただし、ヘッド移動部３０の構成はこれに限定されず、レーザヘッド１０を移動させることが可能な任意の構成を適用可能であり、例えば、ロボットアームまたはマニュピレータ等によりレーザヘッド１０を保持するような構成であってもよい。
【００２０】
アシストガス供給部４０は、窒素ガス供給源４１と、酸素ガス供給源４２と、調整部４３と、ガス供給管４４と、濃度センサ１７とを有する。窒素ガス供給源４１は、アシストガスを構成する窒素ガスを調整部４３に供給する。窒素ガス供給源４１は、例えば、窒素ガスボンベ、あるいは工場等に既設の窒素ガスライン等が用いられる。酸素ガス供給源４２は、アシストガスを構成する酸素ガスを調整部４３に供給する。酸素ガス供給源４２は、酸素ガスを含むガスを供給可能であればよく、例えば空気を供給する構成であってもよい。
【００２１】
調整部４３は、窒素ガス供給源４１から供給される窒素ガスと、酸素ガス供給源４２から供給される酸素ガスとを混合してアシストガスＧを生成する。調整部４３は、窒素ガス供給源４１から供給される窒素ガスの流量と、酸素ガス供給源４２から供給される酸素ガスの流量とを調整することにより、アシストガスＧにおける窒素ガスの濃度を調整する。調整部４３による調整は、例えば、窒素ガスのみを供給する状態から酸素ガスの流量を増加させることにより行う。
【００２２】
調整部４３は、アシストガスＧとして、例えば、酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である混合ガスを生成する。この場合、アシストガスＧにおける窒素ガスの濃度は、約９８．３体積％〜９９．３体積％である。なお、調整部４３は、アシストガスＧとして、例えば、酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％である混合ガスを生成することが可能である。この場合、アシストガスＧにおける窒素ガスの濃度は、約９８．５体積％〜９９．０体積％である。調整部４３は、生成した混合ガスを、ガス供給管４４を介してレーザヘッド１０のノズル１２に供給する。
【００２３】
ガス供給管４４は、調整部４３により調整されたアシストガスＧをノズル１２内に供給する。濃度センサ１７は、ガス供給管４４の一部に配置される。濃度センサ１７は、ノズル１２に供給されるアシストガスＧの酸素濃度又は窒素濃度を測定する。濃度センサ１７としては、公知の酸素濃度計、窒素濃度計等が用いられる。本実施形態において、濃度センサ１７は、酸素濃度を測定する酸素濃度計が用いられる。濃度センサ１７は、測定結果を制御部５０に出力する。濃度センサ１７と制御部５０とは、無線または有線により接続されている。なお、濃度センサ１７は、ガス供給管４４の一部に配置されることに限定されない。例えば、濃度センサ１７は、ノズル１２内に配置されてもよいし、調整部４３内に配置されてもよい。また濃度センサ１７は、酸素濃度計に代えて、窒素濃度を測定する窒素濃度計が用いられてもよい。また、濃度センサ１７を設置するか否かは任意であり、濃度センサ１７はなくてもよい。
【００２４】
制御部５０は、レーザ発振器２１、ヘッド移動部３０、及びアシストガス供給部４０（調整部４３）等の動作を制御する。制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置と、不図示の主記憶装置や補助記憶装置などの記憶装置とを有している。記憶装置には、例えば加工プログラム等の各種プログラムや、被加工物Ｗの加工条件など、各種情報が格納されている。制御部５０は、記憶装置等から加工プログラム読み出し、この加工プログラムに従ってレーザヘッド１０、ヘッド移動部３０、調整部４３などを動作させ、レーザ光Ｌにより被加工物Ｗの一部を切断して製品を形成させる。加工プログラムは、製品の寸法に沿うようなレーザヘッド１０の移動経路や移動速度の他に、例えば被加工物Ｗの材質や厚さなどの加工条件に応じたレーザ光Ｌの出力、アシストガスＧの噴出量、アシストガスＧの窒素濃度又は酸素濃度などを含んでもよい。
【００２５】
本実施形態において、被加工物Ｗは、アルミニウムを主成分とする板状部材である。被加工物Ｗの板厚ｔは、例えば１．５ｍｍ〜４．０ｍｍである。被加工物Ｗは、加工パレットＰに載置された状態で加工される。加工パレットＰは、例えば、被加工物Ｗを載置する鋸歯状、波形状、または剣山状の載置部Ｐａを有する。加工パレットＰは、載置部Ｐａの上端部に被加工物Ｗを載置した状態で被加工物Ｗを搬送可能である。
【００２６】
図３は、レーザ加工装置１００を用いて被加工物Ｗを加工する際の切断部分の一例を示す図である。図３に示すように、レーザ加工装置１００を用いて被加工物Ｗを切断加工する際、レーザ光Ｌにより被加工物Ｗの表面Ｗａから被加工物Ｗの一部を溶融させ、この溶融物をアシストガスＧにより下方に吹き飛ばすようにしている。ただし、被加工物Ｗの裏面Ｗｂ側に溶融物が付着したまま固化する場合がある。この固化物であるドロスＤが被加工物Ｗに残った場合、例えば、手作業又は除去装置を用いてこのドロスＤを除去する工程が必要となる。
【００２７】
これに対して、本発明者は、レーザ出力部２０（ファイバレーザ）により出力したレーザ光Ｌを照射して被加工物Ｗを切断加工する際、アシストガスＧとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物Ｗに供給することにより、ドロスの付着量（図３に示す高さＨ。以下、ドロス量と表記する。）を低減することが可能であることを見出した。
【００２８】
図４は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００により被加工物Ｗを加工する場合において、窒素濃度と被加工物に付着するドロス量との関係を、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度毎に示すグラフである。図４の縦軸はドロス量（単位ｍｍ）を示し、横軸は窒素濃度（単位％）を示している。なお、図４では、被加工物Ｗの板厚ｔが１．５ｍｍである場合について示している。
【００２９】
図４に示すように、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度を毎分５ｍ、毎分１０ｍ、毎分１５ｍ、及び毎分２０ｍとした場合、いずれの場合にも、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量（すなわち付着したドロスの長さ）が約０．０３ｍｍ以下になることが確認される。
【００３０】
また、図４に示すように、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度が毎分５ｍ、毎分１０ｍ、毎分１５ｍ、及び毎分２０ｍのいずれの場合にも、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロスの付着量が約０．０１ｍｍ以下になることが確認される。また、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度が毎分１０ｍである場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロス量がほぼ０ｍｍになることが確認される。
【００３１】
具体的には、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度を毎分５ｍとした場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０３ｍｍ以下になることが確認される。また、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０１ｍｍになることが確認される。
【００３２】
また、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度を毎分１０ｍとした場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０２ｍｍ以下になることが確認される。また、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロス量がほぼ０ｍｍになり、ドロスがほぼ残存しないことが確認される。
【００３３】
また、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度を毎分１５ｍとした場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０２ｍｍ以下になることが確認される。また、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロスの付着量が約０．０１ｍｍになることが確認される。
【００３４】
また、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度を毎分２０ｍとした場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０２ｍｍ以下になることが確認される。また、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０１ｍｍになることが確認される。
【００３５】
図５は、本実施形態に係るレーザ加工装置１００により被加工物Ｗを加工する場合において、窒素濃度と被加工物Ｗに付着するドロス量との関係を、被加工物Ｗの板厚ｔ毎に示すグラフである。図５の縦軸はドロス量（単位ｍｍ）を示し、横軸は窒素濃度（単位％）を示している。なお、図５では、被加工物Ｗとレーザ光Ｌとの相対速度が毎分１０ｍである場合について示している。
【００３６】
図５に示すように、被加工物Ｗの板厚ｔを１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、４．０ｍｍとした場合、いずれの場合においても、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量（すなわち付着したドロスの長さ）が約０．１ｍｍ以下になることが確認される。
【００３７】
具体的には、被加工物Ｗの板厚ｔを１．５ｍｍとした場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０３ｍｍ以下になることが確認される。また、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロス量がほぼ０ｍｍになり、ドロスがほぼ残存しないことが確認される。
【００３８】
また、被加工物Ｗの板厚ｔを２．０ｍｍとした場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０８ｍｍ以下になることが確認される。また、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％％となる範囲において、ドロス量が約０．０２ｍｍになることが確認される。
【００３９】
また、被加工物Ｗの板厚ｔを４．０ｍｍとした場合、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％となる範囲において、ドロス量が約０．１ｍｍ以下になることが確認される。また、アシストガスＧの酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲において、ドロス量が約０．０５ｍｍになることが確認される。
【００４０】
次に、上記したレーザ加工装置１００の動作について図６を用いて説明する。図６のフローチャートの説明に際して適宜図１〜図３を用いる。制御部５０は、設定された加工プログラムを実行し、レーザヘッド１０を動作させて被加工物Ｗの切断加工を開始させる。制御部５０は、レーザ加工装置１００を統括制御してもよく、この場合、レーザ加工装置１００の加工領域に対する被加工物Ｗの搬入または搬出などの動作も併せて制御する。すなわち、被加工物Ｗを載置した加工パレットＰの移動についても制御部５０により制御してもよい。
【００４１】
被加工物Ｗは、加工パレットＰに載置された状態でレーザ加工装置１００の加工領域に搬入される。制御部５０は、アシストガスＧとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である混合ガスを調整部４３に調整させ、ガス供給管４４を介してノズル１２にこの混合ガスを供給する。図６に示すように、アシストガスＧは、ノズル１２から吐出され、被加工物Ｗの表面Ｗａに供給される（ステップＳＴ０１）。なお、制御部５０は、酸素ガスの濃度が１．０体積％〜１．５体積％となる範囲となるように調整部４３を制御してもよい。
【００４２】
この状態で、濃度センサ１７は、調整部４３からノズル１２に供給されるアシストガスＧの窒素ガス又は酸素ガスの濃度を測定する（ステップＳＴ０２）。ステップＳＴ０２において、濃度センサ１７は、ノズル１２に供給されるアシストガスＧ、すなわち、被加工物Ｗに供給される直前のアシストガスＧの窒素ガス又は酸素ガスの濃度を測定することにより、アシストガスＧに含まれる窒素ガス又は酸素ガスの濃度を高精度に測定できる。濃度センサ１７により測定された測定結果は、制御部５０に出力される。
【００４３】
制御部５０は、濃度センサ１７による測定結果が設定範囲の値であるか否かを判定する（ステップＳＴ０３）。ステップＳＴ０３において、制御部５０は、測定結果に基づいて酸素ガスの濃度を算出する。制御部５０は、算出結果が例えば０．７体積％〜１．７体積％の範囲内である場合、濃度センサ１７の測定結果が設定範囲であると判定する（ステップＳＴ０３のＹＥＳ）。また、制御部５０は、算出結果が例えば０．７体積％〜１．７体積％の範囲外である場合、濃度センサ１７の測定結果が設定範囲ではないと判定する（ステップＳＴ０３のＮＯ）。なお、制御部５０は、酸素ガスの濃度の設定範囲を１．０体積％〜１．５体積％として上記判定を行ってもよい。
【００４４】
制御部５０は、濃度センサ１７の測定結果が設定範囲ではないと判定した場合（ステップＳＴ０３のＹＥＳ）、調整部４３においてアシストガスＧの窒素ガス又は酸素ガスの濃度を調整させる（ステップＳＴ０４）。ステップＳＴ０４において、制御部５０は、例えば、濃度センサ１７の測定結果に基づく酸素ガス濃度の算出結果が１．７体積％（又は１．５体積％）を上回る場合、アシストガスＧの酸素ガス濃度を低下させるように調整部４３を制御する。
【００４５】
また、制御部５０は、例えば、上記した酸素ガス濃度の算出結果が０．７体積％（又は１．０体積％）を下回る場合、アシストガスＧの酸素ガス濃度を上昇させるように調整部４３を制御する。調整部４３は、制御部５０からの制御により、アシストガスＧの窒素ガスの濃度又は酸素ガスの濃度を調整し、調整後のアシストガスＧをノズル１２に供給する（ステップＳＴ０４）。なお、ステップＳＴ０１〜ステップＳＴ０４は、後述するステップＳＴ０５及びＳＴ０６より後に実行されてもよいし、同時に実行されてもよい。すなわち、レーザ出力部２０からレーザ光Ｌから出力した後にアシストガスＧの供給及び酸素ガス又は窒素ガス濃度の調整が実行されてもよいし、レーザ出力部２０からレーザ光Ｌから出力すると同時にアシストガスＧの供給及び酸素ガス又は窒素ガス濃度の調整が実行されてもよい。
【００４６】
一方、制御部５０は、濃度センサ１７の測定結果が設定範囲であると判定した場合（ステップＳＴ０５のＹＥＳ）、レーザ出力部２０のレーザ発振器２１を駆動させ、レーザ発振器２１からレーザ光Ｌを出力させる（ステップＳＴ０５）。ステップＳＴ０５において、レーザ発振器２１は、出力したレーザ光Ｌを光伝送体２２に出射する。レーザ光Ｌは、光伝送体２２からレーザヘッド１０の照射部１３に伝送される。
【００４７】
レーザヘッド１０において、照射部１３は、光伝送体２２から伝送されたレーザ光Ｌを集光し、ほぼ１００μｍの径を有するスポットＳとして被加工物Ｗの表面Ｗａに照射する（ステップＳＴ０６）。レーザ光ＬのスポットＳの設定は、照射部１３の集光レンズ１３ｃによって設定されてもよいし、被加工物Ｗに対するレーザヘッド１０の高さ（Ｚ方向の位置により設定されてもよい。ステップＳＴ０６によりレーザ光Ｌが照射されることにより、被加工物Ｗの切断加工を開始する（ステップＳＴ０７）。
【００４８】
ステップＳＴ０７において、制御部５０は、被加工物Ｗを加工パレットＰに載置した状態でレーザヘッド１０から被加工物Ｗにレーザ光Ｌを照射し、上記のように調整されたアシストガスＧを供給する。制御部５０は、この状態でレーザヘッド１０を被加工物Ｗに対してＸ方向又はＹ方向に、例えば毎分５ｍ〜毎分２０ｍの移動速度で相対移動させることにより、被加工物Ｗを切断加工する。被加工物Ｗは、レーザ光Ｌにより切断加工された後、例えば加工パレットＰに載置された状態のままレーザ加工装置１００から搬出される。
【００４９】
以上のように、本実施形態に係るレーザ加工装置１００及びレーザ加工方法は、アシストガスＧとして酸素ガスの濃度が０．７体積％〜１．７体積％である窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを被加工物Ｗに供給するアシストガス供給部４０を備えるため、レーザ出力部２０（ファイバレーザ）により出力したレーザ光Ｌを照射して被加工物Ｗを切断加工する際、ドロスの付着量を低減することが可能となる。これにより、被加工物Ｗの切断後においてバリ取り等の後処理を軽減あるいは不要とし、加工効率を向上させることができる。
【００５０】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、レーザ光Ｌの波長が１０８０ｎｍの場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、レーザ光Ｌの波長は、１０３０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲における他の値であってもよい。
【００５１】
また、上記した実施形態では、１つの濃度センサ１７を配置した構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、濃度センサ１７は、ガス供給管４４の他に、ノズル１２内及び調整部４３等の複数個所に配置されてもよい。
【００５２】
また、上記した実施形態では、アシストガスＧにおける酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整する際、濃度センサ１７の測定結果に応じて制御部５０によって調整部４３を制御する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、制御部５０は、窒素ガス供給源４１から調整部４３に供給される窒素ガスの流量と、酸素ガス供給源４２から調整部４３に供給される酸素ガス（又は空気）の流量とに基づいて酸素ガス又は窒素ガスの濃度を推定し、この推定結果に基づいて調整部４３を制御してもよい。また、制御部５０によって調整部４３を制御することに限定されず、例えば、作業者による手作業により調整部４３を操作して、アシストガスＧの酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整してもよい。この場合、濃度センサ１７の値が、例えば表示部等により表示され、この表示を見ながら作業者が調整部４３を操作してアシストガスＧの酸素ガス又は窒素ガスの濃度を調整してもよい。
【００５３】
また、上記した実施形態では、照射部１３により、被加工物Ｗの表面Ｗａにおけるレーザ光ＬのスポットＳの径Ｒがほぼ１００μｍとなるようにレーザ光Ｌを集光する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、スポットＳの径Ｒが１００μｍ以下に設定されてもよいし、スポットＳの径Ｒが１００μｍ以上に設定されてもよい。
【００５４】
また、上記した実施形態では、ヘッド移動部３０による被加工物Ｗとレーザ光ＬのスポットＳとの相対速度が、毎分５ｍ〜毎分２０ｍの範囲を例に挙げて説明したが、これに限定されない。被加工物Ｗとレーザ光ＬのスポットＳとの相対速度は、毎分５ｍ以下であってもよいし、毎分２０ｍ以上であってもよい。また、上記した実施形態では、レーザヘッド１０がヘッド移動部３０により被加工物Ｗに対して移動する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、レーザヘッド１０に対して被加工物Ｗが移動する構成であってもよいし、レーザヘッド１０と被加工物Ｗとの双方が移動する構成であってもよい。
【００５５】
また、上記した実施形態では、被加工物Ｗの板厚ｔが、１．５ｍｍ〜４．０ｍｍである場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。被加工物Ｗの板厚ｔは、１．５ｍｍ以下であってもよいし、４．０ｍｍ以上であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
Ｄ・・・ドロス
Ｇ・・・アシストガス
Ｌ・・・レーザ光
Ｒ・・・径
Ｓ・・・スポット
ｔ・・・板厚
Ｗ・・・被加工物
Ｗｂ・・・裏面
１０・・・レーザヘッド
１１・・・ヘッド本体
１２・・・ノズル
１３・・・照射部
１５・・・ノズル口
１７・・・濃度センサ
２０・・・レーザ出力部
３０・・・ヘッド移動部（移動部）
４０・・・アシストガス供給部（供給部）
４３・・・調整部
４４・・・ガス供給管
５０・・・制御部
１００・・・レーザ加工装置
【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】
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