(57)【要約】【課題】レーザ切断機のレーザ切断ノズルに装着することで、脆性材料を良好に切断することができるアタッチメントを提供する。あわせて、当該アタッチメントを使用して、脆性材料を切断する切断方法を提供する。【解決手段】中空部２ａを有する円柱状の本体部２と、本体部２の一端に設けられて、気密性を有した状態でレーザ切断ノズル４１を中空部に挿入可能な挿入孔３と、中空部２ａに冷却ガスを供給するため本体部２の側部に設けられたガス供給孔６と、本体部２の他端に設けられて、先端部４１ａの外径より大きい孔径を有することにより形成される隙間より冷却ガスを放出し、放出した冷却ガスを端部孔４１ｃから放出されるレーザ光及びアシストガスの周囲より脆性材料４３に吹きかけるための照射孔４とを備える。【選択図】図４
2011092961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルに装着可能である脆性材料切断用のアタッチメントであって、
中空部を有する円柱状の本体部と、
該本体部の一端に設けられて、気密性を有した状態で前記レーザ切断ノズルを前記中空部に挿入可能な挿入孔と、
前記中空部に冷却ガスを供給するために前記本体部の側部に設けられたガス供給孔と、
前記本体部の他端に設けられて、前記先端部の外径より大きい孔径を有することにより形成される隙間より前記冷却ガスを放出し、放出した該冷却ガスを前記端部孔から放出されるレーザ光及びアシストガスの周囲より前記脆性材料に吹きかけるための照射孔と、を備えることを特徴アタッチメント。
【請求項２】
レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルを用いて脆性材料を切断する切断方法であって、
前記端部孔から放出されるレーザ光及びアシストガスの周囲より、冷却ガスを前記脆性材料に吹きかけ、該冷却ガスにより該脆性材料を冷却すること、を特徴とする切断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ切断機のレーザ切断ノズルに装着することで脆性材料の切断を可能にするアタッチメントに関する。また、脆性材料を切断する切断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、レーザ切断機とは、ＣＯ２レーザ等により発生させたレーザ光を切断対象物に照射することにより、該切断対象物を切断する装置である。このレーザ切断機は、切断対象物の切断部分をレーザ光の照射により加熱し、当該部分を溶融又は燃焼させることで切断を行う。さらに、このレーザ切断機は、前記切断部分に高気圧のアシストガスが吹きかけることで、その溶融又は燃焼を助長し、切断速度を速める機能も有している。
【０００３】
ここで、レーザ切断機を用いて、ガラス、セラミックス等の脆性材料を切断する場合には、該脆性材料にクラックが生じる等の不具合が発生し易いという問題がある。これは、脆性材料には延性がほとんど無く、レーザ光により局所的に加熱されることにより、応力集中が発生してしまうからである。従って、レーザ切断機を用いて脆性材料を切断することは、極めて難易度の高い加工技術を要求される。
【０００４】
このような状況を鑑みてか、特許文献１には、レーザ切断機を用いて、脆性材料の一つであるガラスを切断する方法が開示されている。この切断方法においては、ガラスの切断開始位置付近においてレーザ光のパワーを低く設定し、その後切断が進むにつれてレーザ光のパワーを上昇させる。これにより、ガラスは、切断開始位置付近において徐々に加熱されるため、ガラスにクラックが生じる等の不具合を避けることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３８４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される切断方法には、脆性材料を切断している途中でレーザ光のパワーを上昇しなければならない。これを自動的に行うためには、汎用的なレーザ切断機では足りず、当該機能を備えた特別のレーザ切断機をしなければならない。よって、多額の費用が必要になってしまうという問題がある。また、前記レーザ光のパワーの上昇を作業者がマニュアル操作により行うことも考えられる。確かに、このような方法をとることにより、特別のレーザ切断機を用意する必要は無くなるが、一方で作業者の能力により、切断の仕上がりにバラツキが生じるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、汎用的なレーザ切断機のレーザ切断ノズルに装着することで、脆性材料を良好に切断することができるアタッチメントを提供することを目的とする。あわせて、脆性材料を切断する切断方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１のアタッチメントは、レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルに装着可能である脆性材料切断用のアタッチメントであって、中空部を有する円柱状の本体部と、該本体部の一端に設けられて、気密性を有した状態で前記レーザ切断ノズルを前記中空部に挿入可能な挿入孔と、前記中空部に冷却ガスを供給するために前記本体部の側部に設けられたガス供給孔と、前記本体部の他端に設けられて、前記先端部の外径より大きい孔径を有することにより形成される隙間より前記冷却ガスを放出し、放出した該冷却ガスを前記端部孔から放出されるレーザ光及びアシストガスの周囲より前記脆性材料に吹きかけるための照射孔と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の切断方法は、レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルを用いて脆性材料を切断する切断方法であって、前記端部孔から放出されるレーザ光及びアシストガスの周囲より、冷却ガスを前記脆性材料に吹きかけ、該冷却ガスにより該脆性材料を冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載のアタッチメントは、レーザ切断ノズルに装着することで、冷却ガスを、端部孔から放出されるレーザ光及びアシストガスの周囲より脆性材料に吹きかけることができる。これにより、レーザ光により加熱された部分は、冷却ガスにより直ぐに冷却されるため、応力集中が生じず、脆性材料を良好に切断することができる。
【００１１】
請求項２に記載の切断方法は、冷却ガスを、端部孔から放出されるレーザ光及びアシストガスの周囲より脆性材料に吹きかけ、当該冷却ガスにより脆性材料を冷却する。これにより、レーザ光により加熱された部分は、冷却ガスにより冷却されるため、応力集中が生じない。従って脆性材料を良好に切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のアタッチメントの斜視図。
【図２】図１におけるＡ１−Ａ２面の構造を示す断面図。
【図３】アタッチメントをレーザ切断機に装着した状態を示す説明図。
【図４】図３におけるＢ１−Ｂ２面の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に示すアタッチメント１は、中空部２ａを有する円柱状の本体部２からなる。
【００１４】
本体部２の一端及び他端には、夫々挿入孔３、照射孔４が設けられている。挿入孔３は、本体部２の外部から中空部２ａにつながる貫通孔として設けられる。照射孔４も、本体部２の外部から中空部２ａにつながる貫通孔として設けられる。なお、照射孔４は、図２に示すように本体部２の外部から中空部２ａにかけて徐々に孔径が大きくなるよう構成される。
【００１５】
Ｏリング溝５は、挿入孔３付近の中空部２ａの壁面２ｂに、図５に示すＯリング５ａを取り付けるための溝として設けられる。ガス供給孔６は、本体部２の側部に、その外部から中空部２ａにつながる貫通孔として設けられる。固定用孔７は、本体部２の側部に、その外部から中空部２ａにつながる貫通ネジ孔として設けられる。
【００１６】
以上のように、アタッチメント１は構成される。次に、アタッチメント１をレーザ切断ノズル４１に装着した場合について、図３及び図４を用いて説明する。
【００１７】
レーザ切断ノズル４１は、図外のレーザ切断機の構成要素であり、先端部４１ａの端部孔４１ｃから、レーザ光及びアシストガスを放出するものである。なお、レーザ切断機は、金属の切断などに一般的に用いられる汎用的なレーザ切断機でよい。テーブル４２は、レーザ切断機の構成要素であり、切断対象材料である脆性材料４３が載せられる。このテーブル４２は、脆性材料４３の切断形状に応じて、脆性材料４３と共に前後左右自在に移動することができる。脆性材料４３は、延性の小さい材料であり、例えばガラス、セラミックス等である。
【００１８】
挿入孔３からは、レーザ切断ノズル４１が中空部２ａに挿入される。その後、アタッチメント１は、先端部４１ａが照射孔４より中空部２ａ側に配設されるように、レーザ切断ノズル４１に固定用孔７から挿入されるネジ７ａにより固定される。また、Ｏリング溝５には、Ｏリング５ａが挿入されている。このＯリング５ａは、Ｏリング溝５とレーザ切断ノズル４１の外壁面４１ｂとに夫々密着する。これにより、挿入孔３においては、気密性を有した状態で、レーザノズル４１が中空部２ａに挿入される。ガス供給孔６には、他端に図外のガスチューブが取付けられるジョイント６ａの一端が取付けられ、中空部２ａ内へ冷却ガスが供給される。照射孔４は、先端部４１ａの外径より大きい孔径を有しており、端部孔４１ｃから放出されるレーザ光及びアシストガスを通過させるとともに、先端部４１ａとの間に形成される隙間から冷却ガスを放出し、レーザ光及びアシストガスの周囲から冷却ガスを脆性材料４３に吹きかける。
【００１９】
次に、脆性材料４３を切断する切断方法について、図４を用いて説明する。本切断方法においては、まず、照射孔４を通過する端部孔４１ｃから放出されるレーザ光及びアシストガスは、脆性材料４３の切断位置に照射及び吹きかけられる。これにより、脆性材料４３の切断位置は、加熱され、溶融又は燃焼する。また、脆性材料４３の切断位置へのレーザ光及びアシストガスの照射及び吹きかけと同時に、冷却ガスは、レーザ光及びアシストガス周囲から脆性材料４３の切断位置及びその周辺に吹きかけられる。冷却ガスが吹きかけられることにより、レーザ光により加熱された脆性材料４３の切断位置及びその周辺は、直ちに冷却される。これにより、クラック等の発生原因となる応力集中は回避でき、良好な脆性材料４３の切断を実現することができる。
【００２０】
ここで、冷却ガスによる脆性材料４３の切断位置及びその周辺の冷却を行うためは、冷却ガスの圧力、流量を高くし、その冷却能を発揮させる必要がある。また、アシストガスの影響を低下させるために、アシストガスの圧力流量は、冷却ガスの圧力及び流量より低い値とする必要がある。ただし、アシストガスは、レーザ切断ノズル４１内の中空部４１ｃに気化した脆性材料４３等が侵入して、中空部４１ｃに具備される図外のレンズ等に付着することを避ける役目も担うため、その役目を果たすことができる程度の低い圧力及び流量とする。
【００２１】
なお、上記説明したように、アタッチメント１は、先端部４１ａが照射孔４より中空部２ａ側に配設されるように、レーザ切断ノズル４１に取付けられている。従って、照射孔４から放出された冷却ガスは、先端部４１ａ付近の外壁面４１ｂに接触することなく、切断位置及びその周辺に吹きかけられる。また、テーブル４２は脆性材料４３の切断形状に応じて前後左右に移動するが、照射孔４の孔径は、先端部４１ａの外径と比較して大きい。従って、照射孔４から放出された冷却ガスは、テーブル４２の移動に関わらず、確実に切断位置及びその周辺に吹きかけられる。
【００２２】
また、ガス供給孔６から、中空部２ａへ導入する冷却ガスは、窒素等不活性ガスを使用しても良いが、空気を使用することにより良好に脆性材料４３を切断できることを確認している。空気を使用することにより、窒素等精製されたガスを使用する場合に比べ安価に脆性材料４３の切断を行うことができるというメリットがある。
【００２３】
以上、説明したように、本切断方法では、アタッチメント１を用いて、レーザ光により熱せられ、溶融又は燃焼した脆性材料４３の切断位置及びその周辺に冷却ガスを吹きかけ、該切断位置及びその周辺を直ちに冷却する。従って、応力集中が発生せず、クラック等の不具合が生じることがない。また、この切断方法は、切断途中によるレーザ光のパワーの上昇は不要であり、汎用的なレーザ切断機を用いて行うことができる。さらに、アタッチメント１は、簡便な構造であるため安価に製造することができる。汎用的なレーザ切断機を使用できることもあわせて、コスト的なメリットも大きい。
【００２４】
なお、本実施の形態で示したアタッチメント１の構成及び切断方法は、本発明に係るアタッチメント及び切断アタッチメントを用いた切断方法一態様にすぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係るアタッチメント及び切断方法は、ガラス、セラミックス等の脆性材料のレーザ切断機を用いた切断に適用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  アタッチメント
２  本体部
２ａ  中空構造
３  挿入孔
４  照射孔
６  ガス供給孔
４１  レーザ切断ノズル
４３  脆性材料
【図１】
2011092961.tif 000003
【図２】
2011092961.tif 000004
【図３】
2011092961.tif 000005
【図４】
2011092961.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月13日(2010.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルに装着可能である脆性材料切断用のアタッチメントであって、
中空部を有する円柱状の本体部と、
該本体部の一端に設けられて、気密性を有した状態で前記レーザ切断ノズルを前記中空部に挿入可能な挿入孔と、
前記中空部に冷却ガスを供給するために前記本体部の側部に設けられたガス供給孔と、
前記本体部の他端に設けられて、前記先端部の外径より大きい孔径を有することにより形成される隙間より前記冷却ガスを放出し、放出した該冷却ガスを前記端部孔から放出されるレーザ光と前記冷却ガスの圧力及び流量より低い圧力及び流量のアシストガスとの周囲より前記脆性材料に吹きかけるための照射孔と、を備えることを特徴とするアタッチメント。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１のアタッチメントは、レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルに装着可能である脆性材料切断用のアタッチメントであって、中空部を有する円柱状の本体部と、該本体部の一端に設けられて、気密性を有した状態で前記レーザ切断ノズルを前記中空部に挿入可能な挿入孔と、前記中空部に冷却ガスを供給するために前記本体部の側部に設けられたガス供給孔と、前記本体部の他端に設けられて、前記先端部の外径より大きい孔径を有することにより形成される隙間より前記冷却ガスを放出し、放出した該冷却ガスを前記端部孔から放出されるレーザ光と前記冷却ガスの圧力及び流量より低い圧力及び流量のアシストガスとの周囲より前記脆性材料に吹きかけるための照射孔と、を備えることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１に記載のアタッチメントは、レーザ切断ノズルに装着することで、冷却ガスを、端部孔から放出されるレーザ光と前記冷却ガスの圧力及び流量より低い圧力及び流量のアシストガスとの周囲より脆性材料に吹きかけることができる。これにより、レーザ光により加熱された部分は、冷却ガスにより直ぐに冷却されるため、応力集中が生じず、脆性材料を良好に切断することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルに装着可能である脆性材料切断用のアタッチメントであって、
中空部を有する円柱状の本体部と、
該本体部の一端に設けられて、気密性を有した状態で前記レーザ切断ノズルを前記中空部に挿入可能な挿入孔と、
前記中空部に冷却ガスを供給するために前記本体部の側部に設けられたガス供給孔と、
前記本体部の他端に設けられて、前記先端部の外径より大きい孔径を有することにより形成される隙間より前記冷却ガスを放出し、放出した該冷却ガスを前記端部孔から放出されるレーザ光と前記レーザ切断ノズル内の中空部に具備されるレンズに気化した前記脆性材料が付着することを避ける圧力のアシストガスとの周囲より前記脆性材料に吹きかけるための照射孔と、を備えることを特徴とするアタッチメント。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１のアタッチメントは、レーザ光及びアシストガスを放出する端部孔を有する先端部を具備するレーザ切断ノズルに装着可能である脆性材料切断用のアタッチメントであって、中空部を有する円柱状の本体部と、該本体部の一端に設けられて、気密性を有した状態で前記レーザ切断ノズルを前記中空部に挿入可能な挿入孔と、前記中空部に冷却ガスを供給するために前記本体部の側部に設けられたガス供給孔と、前記本体部の他端に設けられて、前記先端部の外径より大きい孔径を有することにより形成される隙間より前記冷却ガスを放出し、放出した該冷却ガスを前記端部孔から放出されるレーザ光と前記レーザ切断ノズル内の中空部に具備されるレンズに気化した前記脆性材料が付着することを避ける圧力のアシストガスとの周囲より前記脆性材料に吹きかけるための照射孔と、を備えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１に記載のアタッチメントは、レーザ切断ノズルに装着することで、冷却ガスを、端部孔から放出されるレーザ光と前記レーザ切断ノズル内の中空部に具備されるレンズに気化した前記脆性材料が付着することを避ける圧力のアシストガスとの周囲より脆性材料に吹きかけることができる。これにより、レーザ光により加熱された部分は、冷却ガスにより直ぐに冷却されるため、応力集中が生じず、脆性材料を良好に切断することができる。