(57)【要約】【課題】ピアシング加工時にピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることができ、板金を切断して製品を製作するときのアシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることができるレーザ加工機を提供する。【解決手段】ビーム変位機構は、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームの開口３６ａ内での位置を変位させる。アシストガス供給装置８０は、板金Ｗの加工時にアシストガスを加工ヘッド３５に供給する。制御装置（ＮＣ装置５０）は、製品の外部にピアシング加工を施すときには、レーザビームの開口３６ａ内の位置を、開口３６ａの中心から製品より離れる方向の位置へと変位させるようビーム変位機構を制御する。制御装置は、製品の外形を切断するときには、レーザビームの開口３６ａ内の位置を、開口３６ａの中心から切断進行方向の前方側に変位させるようビーム変位機構を制御する。【選択図】図１
2019155401.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、
レーザビームが照射されることによって切断される板金の面に対する前記加工ヘッドの相対的な位置を移動させる移動機構と、
前記開口より射出されるレーザビームの前記開口内での位置を変位させるビーム変位機構と、
前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、
前記板金の加工としてレーザビームによって前記板金より切断する製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記板金の加工としてレーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から切断進行方向の前方側に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
【請求項２】
前記板金に照射されるレーザビームの集束点を調整する集束点調整機構を備え、
前記制御装置は、前記製品の外形を切断するときに、レーザビームの集束点を前記板金の表面よりも下方であって、前記板金の板厚の中央または中央よりも上方に位置させるよう、前記集束点調整機構を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工機。
【請求項３】
前記ビーム変位機構は、前記レーザビームを振動させるビーム振動機構としても機能し、
前記制御装置は、前記製品の外形を切断するときに、レーザビームを所定の振動パターンで振動させるよう前記ビーム振動機構を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工機。
【請求項４】
レーザビームによって板金より製品を切断するために前記製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、
前記ピアシング加工時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、前記レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を前記ピアス周囲の前記製品より離れる方向へと吹き飛ばし、
レーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から切断進行方向の前方側に変位させ、
前記製品の外形切断時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を、前記製品の外形周囲に形成された溝より排出する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
前記製品の外形を切断するときに、レーザビームの集束点を前記板金の表面よりも下方であって、前記板金の板厚の中央または中央よりも上方に位置させることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記製品の外形を切断するときに、レーザビームを所定の振動パターンで振動させることを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザビームによって板金を加工するレーザ加工機及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ発振器より射出されたレーザビームによって板金を切断して、所定の形状を有する製品を製作するレーザ加工機が普及している。レーザ加工機は、ノズルよりレーザビームを射出して板金を切断するときに、ノズルより板金にアシストガスを吹き付けて、カーフ幅内の溶融金属を排出するように構成されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１５６１１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザ加工機がレーザビームによって板金を切断して所定の形状を有する製品を製作する際には、レーザ加工機は板金の製品の外部となる位置にレーザビームによってピアスと称される穴を開ける。レーザ加工機はレーザビームによって板金にピアスを開けるピアシング加工に続けて製品外形の所定の位置まで切断するアプローチ加工を施した後に、製品外形に沿って板金を切断する。
【０００５】
レーザ加工機は、板金の材料に応じたアシストガスを板金に吹き付けながら、板金にレーザビームを照射することによってピアシング加工を施したり、板金を切断したりする。アプローチ加工または製品外形に沿った切断の際には、レーザビームの熱によって溶融した溶融金属は、アシストガスによって、既に切断された溝より板金の裏面側へと吹き飛ばされる。しかしながら、ピアシング加工時には、溝または孔が形成されていないことから、溶融金属はアシストガスによって板金の表面へと吹き飛ばされてピアスの周囲に付着する。
【０００６】
ピアシング加工時に飛散する溶融金属は、ピアスの周囲の製品側に付着しない方がよい。アシストガスを板金に吹き付けながら板金にピアスを開けるピアシング加工を施す際に、ピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることが望まれる。
【０００７】
アシストガスの消費量が多いほど、製品の製造コストが高くなる。そこで、レーザ加工機が板金を切断して製品を製作するときのアシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることが望まれる。
【０００８】
１またはそれ以上の実施形態は、ピアシング加工時にピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることができ、板金を切断して製品を製作するときのアシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることができるレーザ加工機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】
【０００９】
１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、レーザビームが照射されることによって切断される板金の面に対する前記加工ヘッドの相対的な位置を移動させる移動機構と、前記開口より射出されるレーザビームの前記開口内での位置を変位させるビーム変位機構と、前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、前記板金の加工としてレーザビームによって前記板金より切断する製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記板金の加工としてレーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心よりも切断進行方向の前方側に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機が提供される。
【００１０】
１またはそれ以上の実施形態の第２の態様によれば、レーザビームによって板金より製品を切断するために前記製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、加工ヘッドの先端に取り付けられたノズルの開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記ピアシング加工時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、前記レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を前記ピアス周囲の前記製品より離れる方向へと吹き飛ばし、レーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心よりも切断進行方向の前方側に変位させ、前記製品の外形切断時に、前記開口より前記板金へとアシストガスを吹き付けて、レーザビームによる熱によって溶融した前記板金の溶融金属を、前記製品の外形周囲に形成された溝より排出することを特徴とするレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法によれば、ピアシング加工時にピアス周囲の製品側に付着する溶融金属の量を低減させることができる。また、板金を切断して製品を製作するとき、アシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機の全体的な構成例を示す図である。
【図２】図２は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機におけるコリメータユニット及び加工ヘッドの詳細な構成例を示す斜視図である。
【図３】図３は、ビーム変位機構によるレーザビームの板金への照射位置の変位を説明するための図である。
【図４】図４は、板金に複数の矩形状の製品を板取りした状態を示す部分平面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、通常のピアシング加工におけるピアシングの位置とノズルの位置との関係を示す部分平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１の変位方法を採用したピアシング加工におけるピアシングの位置とノズルの位置との関係を示す部分平面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、第２の変位方法を採用したピアシング加工におけるピアシングの位置とノズルの位置との関係を示す部分平面図である。
【図６】図６は、ビーム変位機構によってレーザビームの板金への照射位置を変位させたときの溶融金属の飛散の仕方を示す側面図である。
【図７】図７は、ビーム変位機構によってレーザビームの板金への照射位置を変位させたときの溶融金属の飛散の仕方を示す平面図である。
【図８】図８は、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法によってピアシング加工を施したときのスパッタの付着状態の一例を示す部分平面図である。
【図９】図９は、ビーム変位機構によってレーザビームの板金への照射位置を切断進行方向の前方側に変位させたときのアシストガスの流れを概念的に示す一部破断の側面図である。
【図１０】図１０は、ビーム変位機構によってレーザビームの板金への照射位置を切断進行方向の前方側に変位させたときのアシストガスの流れを概念的に示す平面図である。
【図１１】図１１は、レーザビームの平行振動パターンを示す図である。
【図１２】図１２は、レーザビームの直交振動パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機及びレーザ加工方法について、添付図面を参照して説明する。図１において、レーザ加工機１００は、レーザビームを生成して射出するレーザ発振器１０と、レーザ加工ユニット２０と、レーザ発振器１０より射出されたレーザビームをレーザ加工ユニット２０へと伝送するプロセスファイバ１２とを備える。
【００１４】
また、レーザ加工機１００は、操作部４０と、ＮＣ装置５０と、加工プログラムデータベース６０と、加工条件データベース７０と、アシストガス供給装置８０とを備える。ＮＣ装置５０は、レーザ加工機１００の各部を制御する制御装置の一例である。
【００１５】
レーザ発振器１０としては、レーザダイオードより発せられる励起光を増幅して所定の波長のレーザビームを射出するレーザ発振器、またはレーザダイオードより発せられるレーザビームを直接利用するレーザ発振器が好適である。レーザ発振器１０は、例えば、固体レーザ発振器、ファイバレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、ダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）である。
【００１６】
レーザ発振器１０は、波長９００ｎｍ〜１１００ｎｍの１μｍ帯のレーザビームを射出する。ファイバレーザ発振器及びＤＤＬ発振器を例とすると、ファイバレーザ発振器は、波長１０６０ｎｍ〜１０８０ｎｍのレーザビームを射出し、ＤＤＬ発振器は、波長９１０ｎｍ〜９５０ｎｍのレーザビームを射出する。
【００１７】
レーザ加工ユニット２０は、加工対象の板金Ｗを載せる加工テーブル２１と、門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｙ軸キャリッジ２３と、Ｙ軸キャリッジ２３に固定されたコリメータユニット３０と、加工ヘッド３５とを有する。板金Ｗはステンレス鋼であっても、軟鋼であってもよく、材料は限定されない。
【００１８】
Ｘ軸キャリッジ２２は、加工テーブル２１上でＸ軸方向に移動自在に構成されている。Ｙ軸キャリッジ２３は、Ｘ軸キャリッジ２２上でＸ軸に垂直なＹ軸方向に移動自在に構成されている。Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３は、加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、または、Ｘ軸とＹ軸との任意の合成方向に移動させる移動機構として機能する。
【００１９】
加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対する加工ヘッド３５の相対的な位置を移動させる移動機構を備えていればよい。
【００２０】
加工ヘッド３５には、先端部に円形の開口３６ａを有し、開口３６ａよりレーザビームを射出するノズル３６が取り付けられている。ノズル３６の開口３６ａより射出されたレーザビームは板金Ｗに照射される。アシストガス供給装置８０は、アシストガスとして、板金Ｗがステンレス鋼であれば窒素を、板金Ｗが軟鋼であれば酸素を加工ヘッド３５に供給する。板金Ｗの加工時に、アシストガスは開口３６ａより板金Ｗへと吹き付けられる。なお、いずれの鋼種においても、加工意図に応じて窒素と酸素とを成分に含む混合ガスをアシストガスとして用いることができる。
【００２１】
ピアシング加工時には、アシストガスは板金Ｗが溶融した溶融金属を吹き飛ばし、アプローチ加工または製品外形の切断時には、アシストガスはカーフ幅内の溶融金属を排出する。製品外形の切断とは、製品の外周を切断する場合と、製品の内部に開口を形成するために製品の内周を切断する場合とを含む。以下、製品外形が製品外周である場合を例とする。
【００２２】
図２に示すように、コリメータユニット３０は、プロセスファイバ１２より射出された発散光のレーザビームを平行光（コリメート光）に変換するコリメーションレンズ３１を備える。また、コリメータユニット３０は、ガルバノスキャナユニット３２と、ガルバノスキャナユニット３２より射出されたレーザビームをＸ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射させるベンドミラー３３を備える。加工ヘッド３５は、ベンドミラー３３で反射したレーザビームを集束して、板金Ｗに照射する集束レンズ３４を備える。
【００２３】
集束レンズ３４は、光軸方向の位置を調整可能とされている。集束レンズ３４は、板金Ｗに照射されるレーザビームの集束点を調整する集束点調整機構として機能する。
【００２４】
レーザ加工機１００は、ノズル３６の開口３６ａより射出されるレーザビームが開口３６ａの中心に位置するように芯出しされている。基準の状態では、レーザビームは、開口３６ａの中心より射出する。ガルバノスキャナユニット３２は、加工ヘッド３５内を進行して開口３６ａより射出されるレーザビームの開口３６ａ内での位置を変位させるビーム変位機構として機能する。結果として、ガルバノスキャナユニット３２は、レーザビームを板金Ｗに照射する位置を、開口３６ａの中心直下の位置から所定距離だけ離隔した位置へと変位させる。
【００２５】
ガルバノスキャナユニット３２は、コリメーションレンズ３１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２１と、スキャンミラー３２１を所定の角度となるように回転させる駆動部３２２とを有する。また、ガルバノスキャナユニット３２は、スキャンミラー３２１より射出されたレーザビームを反射するスキャンミラー３２３と、スキャンミラー３２３を所定の角度となるように回転させる駆動部３２４とを有する。
【００２６】
駆動部３２２及び３２４は、ＮＣ装置５０による制御に基づき、それぞれ、スキャンミラー３２１及び３２３を所定の角度範囲で往復振動させることもできる。スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方を往復振動させることによって、ガルバノスキャナユニット３２は、板金Ｗに照射されるレーザビームを振動させることができる。即ち、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２を、加工ヘッド３５内を進行して開口３６ａより射出されるレーザビームを、開口３６ａ内で振動させるビーム振動機構として機能させることもできる。
【００２７】
ガルバノスキャナユニット３２はビーム変位機構及びビーム振動機構の一例であり、ビーム変位機構及びビーム振動機構はガルバノスキャナユニット３２に限定されない。
【００２８】
図３は、スキャンミラー３２１とスキャンミラー３２３とのいずれか一方または双方が傾けられて、板金Ｗに照射されるレーザビームの位置が変位した状態を示している。図３において、ベンドミラー３３で折り曲げられて集束レンズ３４を通過する細実線は、レーザ加工機１００が基準の状態であるときのレーザビームの光軸を示している。
【００２９】
なお、詳細には、ベンドミラー３３の手前に位置しているガルバノスキャナユニット３２の作動により、ベンドミラー３３に入射するレーザビームの光軸の角度が変化し、光軸がベンドミラー３３の中心から外れる。図３では、簡略化のため、ガルバノスキャナユニット３２の作動前後でベンドミラー３３へのレーザビームの入射位置を同じ位置としている。
【００３０】
ガルバノスキャナユニット３２による作用によって、レーザビームの光軸が細実線で示す位置から太実線で示す位置へと変位したとする。ベンドミラー３３で反射するレーザビームが角度θで傾斜したとすると、板金Ｗへのレーザビームの照射位置は距離Δｓだけ変位する。集束レンズ３４の焦点距離をＥＦＬ（Effective Focal Length）とすると、距離Δｓは、ＥＦＬ×ｓｉｎθで計算される。
【００３１】
ガルバノスキャナユニット３２がレーザビームを図３に示す方向とは逆方向に角度θだけ傾ければ、板金Ｗへのレーザビームの照射位置を図３に示す方向とは逆方向に距離Δｓだけ変位させることができる。距離Δｓは開口３６ａの半径未満の距離であり、好ましくは、開口３６ａの半径から所定の余裕量だけ引いた距離を最大距離とした最大距離以下の距離である。
【００３２】
ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２の駆動部３２２及び３２４を制御することによって、レーザビームを板金Ｗに照射する位置を変位させることができる。また、ＮＣ装置５０は、レーザビームを板金Ｗの面内の所定の方向に振動させることもできる。レーザビームを振動させることによって、板金Ｗの面上に形成されるビームスポットを振動させることができる。
【００３３】
図４に示すように、板金Ｗに複数の矩形状の製品２００が板取りされていて、レーザ加工機１００が各製品２００を切断する場合を考える。図４に示す位置にピアシング加工を施してピアス２０１を開け、ピアス２０１を開けたらアプローチ２０２を切断し、アプローチ２０２の製品２００側の端部から製品２００の外周に沿って板金Ｗを切断する加工プログラムが作成されているとする。加工プログラムは、加工プログラムデータベース６０に記憶されている。
【００３４】
ＮＣ装置５０は、加工プログラムデータベース６０より加工プログラムを読み出し、加工条件データベース７０に記憶されている複数の加工条件のいずれかを選択する。ＮＣ装置５０は、読み出した加工プログラム及び選択した加工条件に基づいて板金Ｗを加工するよう、レーザ加工機１００を制御する。
【００３５】
図５Ａに示すように、加工プログラムによって、ピアシング加工を施してピアス２０１を開ける位置は板金Ｗ上の座標（Ｘ１，Ｙ１）に設定されている。レーザビームが開口３６ａの中心より射出されるとすれば、ＮＣ装置５０は、開口３６ａの中心が座標（Ｘ１，Ｙ１）に位置するように加工ヘッド３５を位置させればよい。開口３６ａの中心が座標（Ｘ１，Ｙ１）に位置すれば、開口３６ａの中心はピアス２０１を開ける位置の直上に位置する。
【００３６】
板金Ｗの板厚が厚いと、ピアス２０１が形成されるまでの時間が長くなり、開口３６ａの中心直下の溶融箇所が面方向に微小に移動する現象が発生することがある。すると、溶融金属の量が周方向に均等でなくなって所定の方向に偏る。
【００３７】
図５Ａに示すように、開口３６ａの中心を、ピアス２０１を開ける位置の直上に位置させて、アシストガスを板金Ｗに吹き付けると、溶融金属の量が偏った方向により多くの溶融金属が飛散する。飛散する溶融金属と、板金Ｗに付着して固化した堆積金属塊との双方をスパッタと称することがあるが、１またはそれ以上の実施形態においては堆積金属塊をスパッタと称することとする。溶融金属の量が偏る方向はランダムであるので、溶融金属が多く飛散してスパッタが多く付着する方向はランダムとなる。
【００３８】
１またはそれ以上の実施形態においては、溶融金属Ｗmeltが飛散してスパッタが付着する方向を制御するために、図５Ｂに示す第１の変位方法、または、図５Ｃに示す第２の変位方法を採用することによって、レーザビームの開口３６ａ内の位置を、開口３６ａの中心から製品２００より離れる方向の位置へと変位させる。
【００３９】
第１の変位方法においては、図５Ｂに示すように、ＮＣ装置５０は、開口３６ａの中心が座標（Ｘ１，Ｙ１）よりもアプローチ２０２上の製品２００側に変位させた位置の直上に位置するように、加工ヘッド３５をアプローチ２０２に沿って製品２００側に変位させる。これに加えて、ＮＣ装置５０は、レーザビームが板金Ｗに照射される位置が座標（Ｘ１，Ｙ１）となるように、ガルバノスキャナユニット３２におけるスキャンミラー３２１または３２３の角度を変更する。結果として、レーザビームが板金Ｗに照射される位置は開口３６ａの中心直下ではなく、製品２００から離れた側に変位する。
【００４０】
第２の変位方法においては、図５Ｃに示すように、ＮＣ装置５０は、開口３６ａの中心が座標（Ｘ１，Ｙ１）に位置するように加工ヘッド３５を位置させる。これに加えて、ＮＣ装置５０は、レーザビームが板金Ｗに照射される位置が、アプローチ２０２の延長線上で座標（Ｘ１，Ｙ１）よりも製品２００から離れた側に位置するように、ガルバノスキャナユニット３２におけるスキャンミラー３２１または３２３の角度を変更する。結果として、レーザビームが板金Ｗに照射される位置は開口３６ａの中心直下ではなく、製品２００から離れた側に変位する。
【００４１】
図５Ｃに示す第２の変位方法を採用すると、ＮＣ装置５０が、ピアス２０１を開ける位置を変更し、アプローチ２０２を延長するよう加工プログラムを修正する必要がある。場合によっては、隣り合う製品の外周切断線とピアシング加工位置との干渉を考慮しなくてはならず、処理を複雑化させることがある。よって、第２の変位方法よりも第１の変位方法の方が好ましい。
【００４２】
図６は、加工ヘッド３５の側面方向から見て、開口３６ａの中心３６ｃｔｒから外側へと変位させたレーザビームによって板金Ｗにピアスを開ける動作を概念的に示し、図７は、板金Ｗの上方から板金Ｗを見た状態を概念的に示している。板金Ｗにピアシング加工を施す際には、ＮＣ装置５０は、ノズル３６を板金Ｗから離すように加工ヘッド３５を上昇させる。従って、図６に示すように、一点鎖線で示すレーザビームのビームウエストは板金Ｗから離れた上方に位置している。
【００４３】
図６及び図７に示すように、アシストガスＡＧは板金Ｗへと周方向に均等に吹き付けられるものの、板金Ｗに照射されるレーザビームが変位しているため、溶融金属Ｗmeltはレーザビームが変位した方向に飛散する。溶融金属Ｗmeltの量が仮に製品２００側に偏ったとしても、板金Ｗ上でレーザビームを変位させる距離Δｓは溶融金属Ｗmeltの量が偏る距離よりも格段に大きいため、溶融金属Ｗmeltはレーザビームが変位した方向に飛散する。
【００４４】
レーザビームが板金Ｗに照射される位置を開口３６ａの中心３６ｃｔｒの直下から製品２００より離れる方向の位置へと変位させれば、溶融金属Ｗmeltはレーザビームが変位した方向に飛散するから、溶融金属Ｗmeltは製品２００より離れる方向に飛散する。
【００４５】
よって、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工機１００で実行されるレーザ加工方法によれば、図８に示すように、板金Ｗに、ピアス２０１の周囲の製品２００とは反対側にスパッタＳｐを付着させ、製品２００側にはスパッタＳｐをほとんど付着させないように制御することができる。従って、製品２００の近くにピアス２０１を開けることができるので、図４に示す隣接する製品２００の間隔Ｄを狭くすることができる。その結果、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法によれば、歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４６】
また、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法によれば、スパッタＳｐがアプローチ２０２にほとんど付着しないので、アプローチ加工が安定し、加工不良を発生させるおそれを低減させることができる。
【００４７】
図５Ｂ及び図５Ｃにおいては、板金Ｗに照射するレーザビームの位置を変位させる方向をアプローチ２０２に沿って製品２００から離れる方向としているが、アプローチ２０２に沿った方向に限定されるものではない。製品２００から離れる方向であれば、アプローチ２０２に沿った方向でなくてもよい。
【００４８】
次に、レーザ加工機１００において、アシストガスの消費量を少なくして、製品の製造コストを低減させるための方法を説明する。レーザ加工機１００が上記のようにピアシング加工を施してピアス２０１を開けたら、レーザ加工機１００は次のようにアプローチ２０２を切断し、アプローチ２０２の製品２００側の端部から製品２００の外周に沿って板金Ｗを切断する。
【００４９】
図９または図１０に示すように、アプローチ加工または製品外周の切断時には、ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビーム（図１０に示すビームスポットＢｓ）を開口３６ａの中心３６ｃｔｒよりも切断進行方向の前方側に変位させる。ＮＣ装置５０は、レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させた状態で、移動機構によって加工ヘッド３５の相対的な位置を移動させて板金Ｗを切断する。
【００５０】
図９は、ビームウエストの位置を板金Ｗの表面よりも下方に位置させたデフォーカスの状態で板金Ｗを切断する状態を示している。図９においては、ビームウエスト（レーザビームの集束点）は板金Ｗの板厚方向の中央またはその近傍に位置している。ＮＣ装置５０は、ビームウエストが、板金Ｗの板厚方向の中央もしくはその近傍、または、板金Ｗの表面よりも下方であって、板厚方向の中央よりも上方に位置するように、集束レンズ３４の光軸方向の位置を調整することが好ましい。ビームウエストの位置を、集束レンズ３４の光軸方向の位置を調整する方法以外の方法で調整してもよい。
【００５１】
なお、酸素をアシストガスとして用いて板金Ｗを加工する場合、ビームウエストが板金Ｗの表面または表面より上方に位置するように、集束レンズ３４の光軸方向の位置を調整してもよい。
【００５２】
さらに、図９に示すように、ＮＣ装置５０は、開口３６ａの中心３６ｃｔｒが、カッティングフロントＣＦにおける板金Ｗの板厚方向の中央よりも下方側に位置するように、加工ヘッド３５を位置させるのがよい。
【００５３】
図９及び図１０において、アシストガス供給装置８０によって加工ヘッド３５へと供給されたアシストガスＡＧは、開口３６ａを通って板金Ｗに吹き付けられる。レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させると、切断進行方向の後方側に生成される溶融金属Ｗmeltに作用するアシストガスＡＧの量を増やすことができる。
【００５４】
加工条件データベース７０には、アプローチ加工または製品外周の切断時の加工条件の１つとして、レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させるオフセット距離が記憶されている。ＮＣ装置５０は、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームをオフセット距離だけ切断進行方向の前方側に変位させる。
【００５５】
ノズル３６から噴出するアシストガスの時間当たりの噴出量は、開口３６ａの面積に比例する。従って、アシストガスの消費量を少なくするには、開口３６ａの直径（ノズル径）を小さくことが考えられる。しかしながら、ノズル径を小さくするとアシストガスの流量が少なくなるから、溶融金属Ｗmeltの排出性が悪化して加工不良を引き起こす。
【００５６】
１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法によれば、溶融金属Ｗmeltに作用するアシストガスの量を増やすことができるから、ノズル径を小さくしても溶融金属Ｗmeltに作用する実質的なアシストガスの流量がさほど少なくならない。よって、１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法によれば、溶融金属Ｗmeltの排出性が悪化して加工不良を引き起こすことがほとんどないので、従来よりもノズル径の小さいノズル３６を用いることが可能となる。
【００５７】
一例として、ノズル径４ｍｍのノズル３６を用いたときのアシストガスの消費量を１００％とすると、ノズル径３ｍｍのノズル３６を用いたときのアシストガスの消費量は７５％となる。１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法によれば、ノズル径３ｍｍのノズル３６を用いてアシストガスの消費量を５６％とすることができる。
【００５８】
１またはそれ以上の実施形態のレーザ加工機１００及びレーザ加工方法によれば、上記の例においてはアシストガスの消費量を４４％削減することができるので、製品の製造コストを低減させることができる。
【００５９】
ＮＣ装置５０は、アプローチ加工または製品外周の切断時に、ガルバノスキャナユニット３２によって、レーザビームを切断進行方向の前方側に変位させた状態で所定の振動パターンで振動させてもよい。
【００６０】
図１１及び図１２は、レーザビームを振動させる振動パターンの例を示している。板金Ｗの切断進行方向をｘ方向、板金Ｗの面内でｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。図１１及び図１２は、振動パターンを理解しやすいよう、加工ヘッド３５をｘ方向に移動させない状態での振動パターンを示している。
【００６１】
図１１に示すように、ガルバノスキャナユニット３２は、ＮＣ装置５０による制御に基づいて、振動パターンの第１の例として、ビームスポットＢｓをビームスポットＢｓの進行によって形成された溝Ｗｋ内でｘ方向に振動させる。この振動パターンを平行振動パターンと称することとする。
【００６２】
レーザビームを振動させない状態で板金Ｗに形成される溝Ｗｋはカーフ幅Ｋ１を有する。レーザビームを平行振動パターンで振動させると、ビームスポットＢｓは溝Ｗｋ内で振動するので、カーフ幅Ｋ１は変化しない。
【００６３】
図１２に示すように、ガルバノスキャナユニット３２は、ＮＣ装置５０による制御に基づいて、振動パターンの第２の例として、ビームスポットＢｓをｙ方向に振動させる。この振動パターンを直交振動パターンと称することとする。直交振動パターンを用いると、溝Ｗｋはカーフ幅Ｋ１よりも広いカーフ幅Ｋ２となる。
【００６４】
なお、図１１に示す平行振動パターン、図１２に示す直交振動パターンのいずれも、実際には、加工ヘッド３５が切断進行方向に移動しながらレーザビームが振動するので、図１１または図１２に示す振動パターンに切断進行方向（ｘ方向）の変位を加えた振動パターンとなる。
【００６５】
本発明は以上説明した１またはそれ以上の実施形態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変更可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  レーザ発振器
１２  プロセスファイバ
２０  レーザ加工ユニット
３０  コリメータユニット
３１  コリメーションレンズ
３２  ガルバノスキャナユニット
３３  ベンドミラー
３４  集束レンズ
３５  加工ヘッド
３６  ノズル
３６ａ  開口
４０  操作部
５０  ＮＣ装置（制御装置）
６０  加工プログラムデータベース
７０  加工条件データベース
８０  アシストガス供給装置
１００  レーザ加工機
３２１，３２３  スキャンミラー
３２２，３２４  駆動部
Ｗ  板金
【図１】
2019155401.tif 000003
【図２】
2019155401.tif 000004
【図３】
2019155401.tif 000005
【図４】
2019155401.tif 000006
【図５Ａ】
2019155401.tif 000007
【図５Ｂ】
2019155401.tif 000008
【図５Ｃ】
2019155401.tif 000009
【図６】
2019155401.tif 000010
【図７】
2019155401.tif 000011
【図８】
2019155401.tif 000012
【図９】
2019155401.tif 000013
【図１０】
2019155401.tif 000014
【図１１】
2019155401.tif 000015
【図１２】
2019155401.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月4日(2018.12.4)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、
板金の面に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、
前記開口より射出されるレーザビームの前記開口内での位置を変位させるビーム変位機構と、
前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、
前記板金の加工としてレーザビームによって前記板金より切断する製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記板金の加工としてレーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から切断進行方向の前方側に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするレーザ加工機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
１またはそれ以上の実施形態の第１の態様によれば、レーザビームを開口より射出するノズルが先端に取り付けられた加工ヘッドと、板金の面に対して前記加工ヘッドを相対的に移動させる移動機構と、前記開口より射出されるレーザビームの前記開口内での位置を変位させるビーム変位機構と、前記板金の加工時に、前記開口より前記板金に吹き付けるためのアシストガスを前記加工ヘッドに供給するアシストガス供給装置と、前記板金の加工としてレーザビームによって前記板金より切断する製品の外部にピアスを開けるピアシング加工を施すときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心から前記製品より離れる方向の位置へと変位させ、前記板金の加工としてレーザビームによって前記製品の外形を切断するときには、前記開口から射出されるレーザビームの前記開口内の位置を、前記開口の中心よりも切断進行方向の前方側に変位させるよう前記ビーム変位機構を制御する制御装置とを備えることを特徴とするレーザ加工機が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
加工ヘッド３５を板金Ｗの面に沿って移動させる代わりに、加工ヘッド３５は位置が固定されていて、板金Ｗが移動するように構成されていてもよい。レーザ加工機１００は、板金Ｗの面に対して加工ヘッド３５を相対的に移動させる移動機構を備えていればよい。