(57)【要約】【課題】例えば、ワークの側面をレーザー加工する場合に、熱が拡散して過度に加工されることを抑制することができ、ワークの側面においても、他の場所と同じ深さの溝を形成すること。【解決手段】レーザー発振器が発振したレーザー光Ｌを、ワークの表面に集光して照射する出射光学部１１０と、出射光学部１１０が照射したレーザー光Ｌの少なくとも一部を遮光する遮光プレート１３０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】
レーザー発振器が発振したレーザー光を、ワークの表面に集光して照射する出射光学部と、
前記出射光学部が照射したレーザー光の少なくとも一部を遮光する遮光プレートと
を備えるレーザー加工装置。
【請求項２】
前記遮光プレートは、前記ワークと前記出射光学部との間に位置するように設けられている
請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
少なくとも、前記出射光学部が照射するレーザー光の光軸方向に沿って、前記遮光プレートを移動させるプレート駆動手段
を更に備える請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記プレート駆動手段は、前記出射光学部が照射するレーザー光の光軸方向に対して垂直な方向に、前記遮光プレートを移動させる
請求項３に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
前記プレート駆動手段は、前記出射光学部が照射するレーザー光の光軸方向に対して垂直な軸線回りに、前記遮光プレートを回動させる
請求項３又は４に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
前記遮光プレートは、上面と側面との成す角度が鋭角である
請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
前記遮光プレートは、位置によりレーザー光に対して異なる透過率を有する
請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザー加工装置を用いてワークを加工するレーザー加工方法であって、
前記遮光プレートは、前記ワークの側面部付近に設置されており、前記ワークの端部付近の加工時におけるレーザーパワーを減じて、加工熱の拡散が抑制されることによる過度な加工を抑制する
レーザー加工方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザー加工装置を用いてワークを加工するレーザー加工方法であって、
前記遮光プレートは、前記ワークの加工端部付近に設置されており、加工端部付近のレーザーパワーを減じて、加工端部付近における溝深さを徐々に浅くする
レーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置及びレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー加工装置によって靴や背広の型紙を形成する場合には、型紙部材にレーザー光を所定の加工軌跡に沿って一定速度で移動させ、その強い集光熱エネルギーによって型紙部材を裁断するようになっている。しかしながら、加工軌跡がレーザー光の移動方向に向いて曲線あるいは直線になっておればよいが、加工軌跡がその一点から鋭角状に反転するようになっている場合には、例えレーザー光が加工軌跡２に沿って等速で移動していても結果的に、レーザー光はその一点に到達した後、その一点から反転するために瞬時その一点でその移動を停止することになる。レーザー光の集光熱エネルギーは、極めて強力である。そのため、その瞬時の停止によっては、その一点を必要以上に大きく焼き切るといった問題がある。
【０００３】
レーザー発振器の発振作用を加工作業中に停止することは、作業能率を低下させることになる。そのため、このような現象は止むを得ないものと見做され、レーザー加工の時には、反転軌跡のないような設計を行うようにしている。
【０００４】
このような背景に関連する技術としては、様々なものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
例えば、特許文献１には、レーザー加工装置のレーザー発振器で発振されるレーザー光をレーザー発振器の発振作用を停止させることなく、被加工部材に向けて出力されるレーザー光の途中を遮断してレーザー光が被加工物に到達しないようにしたレーザー加工装置におけるレーザー光遮断装置が記載されている。より具体的に説明すると、このレーザー加工装置におけるレーザー光遮断装置は、支持アームにラックが設けられている。また、これに噛み合うピニオンは、ロータリアクチュエータに取付けられている。そして、ロータリアクチュエータの回転運動は、ラック・ピニオンからなる伝導機構によって、リニヤガイドに保持される支持アームの前後方向の直線運動に変換される。また、支持アームには、反射ミラーが取付けられている。そして、ロータリアクチュエータの回転運動によって、反射ミラーは、レーザー発振器から出力されるレーザー光の光軸中に前進してレーザー光を屈折させるようになっている。また、このレーザー加工装置におけるレーザー光遮断装置は、屈折されたレーザー光の光軸上にレーザー光を吸収する吸収板が設置されている。このようにして、このレーザー加工装置におけるレーザー光遮断装置によっては、レーザー光の集光熱エネルギーが被加工物に局部的に集中することがない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−９２２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、レーザー加工されるワークの側面に近い部分は、周辺の金属の量が限られており、熱の拡散が制限されるため、側面近傍の温度が上がって他の部分に比べて高温状態になり、同じ条件下において加工しても過度に加工されてしまう。金型の表面に模様を付ける加工にレーザー加工を適用した場合、側面が深く加工されると、成形品はバリのような突起形状になり、外観及び安全上問題となってしまう。
【０００８】
ランプやレーザーダイオード等の励起元への入力を変えたり、出射光学部内にシャッターや絞りを設けてレーザーパワーをコントロールするレーザー発振器があるが、短時間にレーザーパワーを下げ、かつ、スキャンタイミングと同期させるのは難しい。
【０００９】
特許文献１に記載の発明は、レーザー光が加工軌跡の鋭角状に反転する一点に達すると、瞬時そのレーザー光の照射を遮断し、これに続く反転時にレーザー光の照射を再び継続する。このようにして、その一点にレーザー光の集光熱エネルギーが集中することがないから、その一点を必要以上に大きく焼き切ることがない、としている。
【００１０】
しかし、このタイミングがずれると、『過剰に焼切る』防止ができずに過剰に加工してしまったり、逆に、加工不足になる可能性がある。
【００１１】
金属加工では最終の製品より大きい材料にレーザー加工を行ってから外形を削り出せばこの問題を回避できるが、金型の修正やメンテナンスの場面では後から外形を削り出すことはできない。
【００１２】
本発明の目的は、上述した課題を解決するレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、レーザー加工装置であって、レーザー発振器が発振したレーザー光を、ワークの表面に集光して照射する出射光学部と、出射光学部が照射したレーザー光の少なくとも一部を遮光する遮光プレートとを備える。
【００１４】
本発明の第２の形態によると、第１の形態に記載のレーザー加工装置を用いてワークを加工するレーザー加工方法であって、遮光プレートは、ワークの側面部付近に設置されており、ワークの端部付近の加工時におけるレーザーパワーを減じて、加工熱の拡散が抑制されることによる過度な加工を抑制する。
【００１５】
本発明の第３の形態によると、第１の形態に記載のレーザー加工装置を用いてワークを加工するレーザー加工方法であって、遮光プレートは、ワークの加工端部付近に設置されており、加工端部付近のレーザーパワーを減じて、加工端部付近における溝深さを徐々に浅くする。
【００１６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から明らかなように、この発明によっては、例えば、ワークの側面をレーザー加工する場合に、熱が拡散して過度に加工されることを抑制することができ、ワークの側面においても、他の場所と同じ深さの溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係るレーザー加工装置の形態の一例を示す図である。
【図２】遮光プレートの位置に応じて調整される加工パワーの範囲を説明する図である。
【図３】加工端をレーザー加工する例について説明する図である。
【図４】第２の実施形態に係るレーザー加工装置の形態の一例を示す図である。
【図５】遮光プレートの動きを説明する図である。
【図６】遮光プレートの動きを説明する図である。
【図７】第３の実施形態に係るレーザー加工装置の形態の一例を示す図である。
【図８】第５の実施形態に係るレーザー加工装置の形態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２０】
図１は、第１の実施形態に係るレーザー加工装置の形態の一例を示す。この実施形態に係るレーザー加工装置は、出射光学部１１０、スキャン手段１２０及び遮光プレート１３０を備える。
【００２１】
出射光学部１１０は、レーザー発振器が発振したレーザー光Ｌを、ワークＷの表面に集光して照射する装置である。
【００２２】
スキャン手段１２０は、レーザー光Ｌを走査させるように、出射光学部１１０を駆動する装置である。
【００２３】
遮光プレート１３０は、出射光学部１１０が照射したレーザー光Ｌの少なくとも一部を遮光する部材である。遮光プレート１３０は、ワークＷの側面付近に設けられている。
【００２４】
この実施形態に係るレーザー加工装置は、ワークＷにレーザー光Ｌを照射するにあたり、遮光プレート１３０によって、レーザー光Ｌの少なくとも一部を遮光して、レーザーによる加工能力を低下させる。このようにして、この実施形態に係るレーザー加工装置によっては、ワークＷの側面付近においてレーザー加工される溝Ｃの深さを、より浅くすることができる。
【００２５】
遮光プレート１３０が出射光学部１１０に近づくと、遮光される出射光学部１１０から集光されて照射するレーザー光Ｌのビーム径が大きくなるので、ワークＷ上面上で加工パワーが調整される範囲が広がる。逆に遮光プレート１３０をワークＷに近づけると遮光されるビーム径が小さくなり、ワークＷ上の加工パワーの調整される範囲が狭くなる。（図２）
【００２６】
また、遮光プレート１３０のレーザー光Ｌの走査方向の位置を調整することにより、ワークＷ上の加工端の位置を調整することができる（図３）。
【００２７】
出射光学部１１０はレーザー発振器に光学的に接続されており、レーザー発振器から出たレーザー光Ｌが出射光学部１１０を通してワークＷ上に集光される。スキャン手段１２０は、出射光学部１１０とワークＷを相対的に動かす駆動系とコントローラをさす。レーザー加工で用いられる一般的なスキャン方式で、出射光学部１１０またはワークＷをロボットを使って平面移動させる方式、出射光学部１１０内の複数のミラーを動かしてレーザー光Ｌを平面移動させる方式のいずれでもよい。
【００２８】
レーザー光Ｌの出射条件を固定してレーザー光Ｌをスキャンさせたとき、ワークＷの側面付近にある遮光プレート１３０でレーザー光Ｌを遮光して、ワークＷ側面部付近を加工するときにレーザーパワーを小さくする。
【００２９】
遮光プレート１３０の位置を調整することで、レーザーパワーの小さくなる範囲やその位置を調整する。
【００３０】
第２の実施形態を以下に説明する（図４）。第２の実施形態に係るレーザー加工装置は、プレート駆動手段１４０で遮光プレート１３０を水平、垂直、または回転方向に動かすことで遮光量を変えてレーザーパワーを調整する機能を有する。
【００３１】
レーザーパワーを小さくする場合、プレート駆動手段１４０は、遮光プレート１３０を、レーザー光Ｌの光軸方向（図５のＡ方向）に沿って移動させる。また、プレート駆動手段１４０は、遮光プレート１３０を、レーザー光Ｌの光軸方向に対して垂直な方向（図５のＢ方向）に移動させる。または、プレート駆動手段１４０は、遮光プレート１３０を、レーザー光Ｌの光軸方向に対して垂直な軸線回りに回転させる（図６のＣ方向に回転させる）。
【００３２】
プレート駆動手段１４０は、一般的なボールネジと軸受案内機構と駆動源となるモーターとモーター制御回路、または、調整機構を用いた人手作業でもよい。
【００３３】
第３の実施形態を以下に説明する（図７）。第３の実施形態に係るレーザー加工装置は、ワークＷ側の面はワークＷに対して角度Ａ＝９０°以下でワークＷ側に突出した先端でレーザー光Ｌを遮光し、レーザー光Ｌが当たる面が角度Ｂ＝９０°〜２７０°の間の角度を持つ遮光プレート１３０をもつ。このようにして、反射光がワークＷにあたることをさけ、意図しない加工を防ぐことができる。
【００３４】
第４の実施形態を以下に説明する。第４の実施形態に係るレーザー加工装置の遮光プレート１３０は、レーザー光Ｌに対して、位置によって異なる透過率を有する。例えば、遮光プレート１３０の透過率は、レーザー光Ｌの出射方向において、ワークＷに近づくにつれて、徐々に小さくなるようにする。また、例えば、遮光プレート１３０の透過率は、レーザー光Ｌの走査方向において、加工位置から遠ざかるにつれて、徐々に小さくなるようにする。このような透過率の調整方法としては、例えば、遮光プレート１３０の表面にメッキを蒸着させる等して、透過率を小さくさせる位置に蒸着されるメッキが多くなるようにする方法等が考えられる。なお、遮光プレート１３０の透過率が局所的に大きく変化した場合には、レーザー光Ｌのパワーが瞬間的に変化して、ワークＷの溝Ｃがきれいに加工されない可能性がある。したがって、遮光プレート１３０の各位置における透過率は、局所的に大きく変化しないようにする。
【００３５】
このようにして、透過率によってレーザー光Ｌの加工能力が決まり、透過率は場所で決めるので、狙いの場所のレーザー光Ｌを確実にパワーダウンして、加工を浅くすることができる。
【００３６】
第５の実施形態を以下に説明する（図８）。第５の実施形態に係るレーザー加工装置は、回転駆動手段で円筒の遮光プレート１３０を回転させる機能を有する。
【００３７】
遮光プレート１３０が回転することでレーザー光Ｌから受ける熱を分散させ、レーザー光Ｌによる遮光プレート１３０のダメージを緩和させる。レーザー光Ｌが当たっている時に遮光プレート１３０を回転させた場合、回転させない場合に比べて遮光プレート１３０のレーザー光Ｌを受ける面積が大きくなり、レーザー光Ｌを受ける部分の単位面積当たりの熱エネルギーが小さくなりダメージが緩和される。また、レーザー光Ｌは遮光プレート１３０に当たっているわけではないが、レーザー光Ｌが当たる時間が長くなったり、当たらない時間が短くなると遮光プレート１３０がレーザー光Ｌによる熱の影響が大きくなる。レーザー光Ｌが当たらない時に一定量回転させる場合、レーザー光Ｌが当たる部分で考えるとレーザー光Ｌが当たらない時間を長くしたことになる。そのため、その分冷却時間が長くなり高温になるのを防ぐのと、レーザー光Ｌを受ける総時間も少なくなるので、ダメージが緩和される。
【００３８】
これによって、遮光プレート１３０の耐久性を上げたり、遮光プレート１３０の欠けを防いでレーザー加工を安定させる効果がある。
【００３９】
第６の実施形態を以下に説明する。表面が平滑処理されている遮光プレート１３０を持つ。
【００４０】
平滑処理は表面の平面度を上げることでレーザー光Ｌの反射率を上げる。また、遮光プレート１３０の材質もＡｌやＣｕなどレーザー加工でよく使われる１μｍ前後の波長に対して反射率が高い材質が好ましい。
【００４１】
反射率をあげることで遮光プレート１３０へのレーザー光Ｌによる熱影響を小さくでき、遮光プレート１３０の耐久性とワークＷへの熱伝導の影響を小さくする効果がある。
【００４２】
上記例では、ワークＷの側面付近の加工を中心に述べた。ワークＷの側面部まで加工が行われず、ワークＷの中央部のみ加工を行う場合においても同様に、加工端部付近に遮光プレート１３０を設置することで、加工端部の溝Ｃを徐々に浅くするなどの加工形状を容易に形成することができる。
【００４３】
仮にスポット径をφ２０μｍ、焦点距離を１５０ｍｍとすると、遮光プレート１３０長さが０のとき、側面部にスポットが接する位置で遮光効果は０である。遮光プレート１３０長さが１５０ｍｍのとき、同じスポット位置でレーザー光Ｌのほぼ半分が遮光され、レーザーパワーは半分になる。遮光プレート１３０は長さが０〜１５０ｍｍの範囲で、レーザーパワーは１００％〜５０％に調整される。
【００４４】
ワークＷ側面部付近のレーザー光Ｌを遮光してレーザーパワーを小さくして加工能力を落し、レーザー加工によって生じる溝Ｃの深さを浅くする。このようにして、例えば、ワークＷの側面をレーザー加工する場合に、熱が拡散して過度に加工されることを抑制することができ、ワークＷの側面においても、他の場所と同じ深さの溝Ｃを形成することができる。
【００４５】
また、遮光プレート１３０の位置を調整してより広範囲にまた、大きくレーザーパワーを抑制することにより、側面部付近の溝Ｃを徐々に浅くしていくことも可能となる。
【００４６】
この溝Ｃを加工したワークＷを樹脂などの成形品の金型として使用すると、面取りされた突起部を有する樹脂成型品を容易に形成できる。
【００４７】
遮光プレート１３０はレーザーパワーを小さくしたい部分に設置するので、レーザー条件やスキャン条件にかかわらずレーザーパワーを小さくする位置や範囲を容易に安定させることができる。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４９】
１１０  出射光学部
１２０  スキャン手段
１３０  遮光プレート
１４０  プレート駆動手段
Ｌ  レーザー光
Ｗ  ワーク
【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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【図７】
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【図８】
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