(57)【要約】【課題】スパッタの付着をより効果的に防止する。【解決手段】ノズル１６の中心部分のノズル孔２０ａを通じてレーザビームＬを加工物１に照射してピアシング加工を施す。ピアシング加工中は、ノズル孔２０ａの外側に形成される円鐶状のノズル孔２２ａから加工物１に向かって、酸素により加速されたスパッタ防止剤を噴射させるようにした。【選択図】      図１
2004230413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を被加工物に照射して加工を行うレーザ加工方法において、前記被加工物へのスパッタの付着を抑制するスパッタ防止剤を被加工物におけるレーザ光の照射部分に吹き付けながら加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
レーザ光を照射するノズルをもち、このノズルから被加工物にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置において、
前記被加工物へのスパッタの付着を抑制するスパッタ防止剤を被加工物におけるレーザ光の照射部分に吹き付け可能なスパッタ防止剤供給手段と、レーザ加工中に前記スパッタ防止剤を被加工物に吹き付けるべく前記スパッタ防止剤供給手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記スパッタ防止剤供給手段は、前記ノズルのレーザ光の照射口近傍においてこのノズルに一体に設けられる供給口を有し、この供給口から被加工物に向けて前記スパッタ防止剤を噴出することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ加工装置において、
前記供給口として、レーザ光の前記照射口の外側にこの照射口と同心状に形状される環状の供給口を有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項２に記載のレーザ加工装置において、
前記スパッタ防止剤供給手段は、前記ノズルの近傍に配置され、かつこのノズルとは別体の専用ノズルを有し、この専用ノズルから前記スパッタ防止剤を噴出することを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工において、特に、ピアシング加工中のスパッタ付着を効果的に防止できるレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、レーザ加工では、酸化熱を発生させて加工速度を高めるべく、アシストガスとして酸素を用いるのが主流であるが、ワークが例えばステンレス鋼板の場合には、切断面の酸化による発錆を抑止するために酸素以外の不活性ガス、例えば窒素ガスをアシストガスとして用いる無酸化切断が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
厚板のレーザ切断加工では、前作業としていわゆるピアシング加工により貫通孔（ピアシング孔）を形成するが、無酸化切断では、アシストガスとして酸素を用いる場合のような酸化熱の発生がなく、加工に伴い発生する溶融物（スパッタ）の温度が比較的低く流動性が悪いため、アシストガスとして酸素を用いる場合に比べてスパッタがピアシング孔周辺に付着し易く、これが切断作業に悪影響を及ぼし、また商品価値を低下させる原因の一つとなっている。
【０００４】
そこで、一般には、予めワークの被加工面にスパッタ防止剤と称するオイル系の付着防止剤を塗布した状態でピアシング加工を行うが、スパッタ発生量が多い場合などには効果がいまひとつである。また、スパッタ防止剤が塗布されていない箇所にスパッタが飛散する場合もあり、このような場合にはスパッタの付着を防ぎ切れなかった。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、スパッタの付着をより効果的に防止することができるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工方法は、レーザ光を被加工物に照射して加工を行うレーザ加工方法において、前記被加工物へのスパッタの付着を抑制するスパッタ防止剤を被加工物におけるレーザ光の照射部分に吹き付けながら加工を行うようにしたものである。
【０００７】
この方法によると、被加工部分にスパッタ防止剤が塗布されるばかりでなく、加工に伴い発生するスパッタ自体がスパッタ防止剤によってコーティングされる。そして、スパッタ防止剤の吹き付け圧力が作用することによりスパッタの除去作用が促進され、その結果、被加工物へのスパッタの付着が効果的に防止されることとなる。特に、飛散するスパッタに対してもスパッタ防止剤がコーティングされるため、被加工物へのスパッタの付着がより一層効果的に防止される。さらに、スパッタ防止剤を直接又は間接的にレーザ光照射用のノズルに吹き付けることが可能となり、その結果、この場合にはノズルへのスパッタの付着を効果的に防止することができるようになる。
【０００８】
一方、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を照射するノズルをもち、このノズルから被加工物にレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置において、前記被加工物へのスパッタの付着を抑制するスパッタ防止剤を被加工物におけるレーザ光の照射部分に吹き付け可能なスパッタ防止剤供給手段と、レーザ加工中に前記スパッタ防止剤を被加工物に吹き付けるべく前記スパッタ防止剤供給手段を制御する制御手段とを備えているものである。
【０００９】
この装置によると、レーザ加工中に被加工物に対してスパッタ防止剤を吹き付けながら加工を行うことが可能となる。そのため、上記のような効果を好適に得ることが可能となる。
【００１０】
この構成において、スパッタ防止剤供給手段は、前記ノズルのレーザ光の照射口近傍においてこのノズルに一体に設けられる供給口を有し、この供給口から被加工物に向けて前記スパッタ防止剤を噴出するように構成されているのが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、レーザ光を照射するノズル周りの構造を複雑化することなく、被加工物に対して良好にスパッタ防止剤を吹き付けることが可能となる。この場合、特に、前記供給口として、レーザ光の前記照射口の外側にこの照射口と同心状に形状された環状の供給口を設けるようにすれば、レーザ光の照射部分に対してその周囲からムラなくスパッタ防止剤を吹き付けることが可能となるため、例えばピアシング加工においては、ピアシング孔周辺へのスパッタの付着防止効果を高めることが可能となる。
【００１２】
なお、スパッタ防止剤供給手段としては、前記ノズルの近傍に配置され、かつこのノズルとは別体の専用ノズルを有し、この専用ノズルから前記スパッタ防止剤を噴出するように構成することもできる。
【００１３】
この構成によれば、被加工物に対するスパッタ防止剤の吹き付け角度や噴射距離を独立して調整することが可能になるとう利点がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るレーザ加工装置（本発明に係るレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置）を模式的に示している。
【００１６】
この図において１０はレーザ加工装置の加工ヘッドである。この加工ヘッド１０の先端部分は、大きく分けて集光レンズ１２を保持するレンズホルダ１４と、その先端（下端）に脱着可能に装着されているノズル１６とから構成されており、図外のレーザ発振器から出力されるレーザビームＬを集光レンズ１２で集光し、ノズル１６を介して加工物１の微小スポットに照射するように構成されている。
【００１７】
前記ノズル１６は、その内部にレーザビームＬが通過する中心部の空間２０とその外側の空間２２とを有した二重構造を有している。これらの空間２０，２２は、それぞれノズル孔２０ａ，２２ａを通じてノズル先端側に開口している。なお、前記ノズル１６は、ノズル孔の形状等により分類される複数種類のノズル１６が選択的に使用され、加工条件に応じて使い分けられるようになっている。
【００１８】
前記ノズル１６には、ノズル中心部の空間２０に連通する第１ポート１８ａと、他方の空間２２（以下、外側の空間２２という）に連通する第２ポート１８ｂとが設けられている。そして、第１ポート１８ａにアシストガス供給管２６が接続される一方、第２ポート１８ｂにスパッタ防止剤供給管２８が接続されている。
【００１９】
アシストガス供給管２６は、図外のアシストガス供給源に通じているとともに、その途中部分には電磁バルブからなる制御バルブ３２が設けられており、この制御バルブ３２が開閉制御されることにより前記第１ポート１８ａを通じてノズル中心部分の空間２０にアシストガスを供給するように構成されている。
【００２０】
スパッタ防止剤供給管２８は、媒体ガスとなる加速用ガスの供給源（図示省略）から導出されて第２ポート１８ｂに接続される本管２８ａと、この本管２８ａの途中部分に合流する支管２８ｂとから構成されている。
【００２１】
本管２８ａには、電磁バルブからなる制御バルブ３４および加速装置３５が上流側から順に設けられており、この加速装置３５にスパッタ防止剤ミスト化装置３６から導出される前記支管２８ｂが接続されている。
【００２２】
加速装置３５は、例えばアスピレータからなり、スパッタ防止剤ミスト化装置においてミスト化されたスパッタ防止剤を加速用ガス供給源から供給されるガスの流れを利用して吸引しつつその流れに合流させ加速するように構成されている。なお、スパッタ防止剤は、精製水とグリコール類およびその他の成分で構成される周知の水溶性の液体で、当実施形態では、例えば新日本工機（株）製のレーザスパッタノンタッチ水溶性Ｎｏ，１（商標）が使用されている。
【００２３】
図示を省略しているが、前記アシストガス供給源および加速用ガス供給源は、エア（空気）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）等の複数種類のガスを選択的に供給可能に構成されており、加工物１の加工に適したガスを供給できるように構成されている。この実施形態では、後述するように加工物１はステンレス鋼板であって、そのためアシストガスとしては窒素ガス（Ｎ２）が使用され、また加速用ガスとしては酸素（Ｏ２）が使用される。
【００２４】
このレーザ加工装置にはＮＣ装置３０が設けられており、加工ヘッド１０の動作、アシストガスおよびスパッタ付着防止剤の供給等に関する全ての動作がこのＮＣ装置３０により統括的に制御されるように構成されている。また、このレーザ加工装置にはガス制御装置２９が設けられており、アシストガスや加速用ガスの切換え（種類の切換え）、ガスの流量、圧力、供給のＯＮ／ＯＦＦ等は前記ＮＣ装置３０によりガス制御装置２９を介して行われるように構成されている。
【００２５】
次に、以上のようなレーザ加工装置の作用効果についてステンレス鋼板のピアシング加工が行われる場合を例に説明する。
【００２６】
ピアシング加工では、まず、加工物１の被加工位置に対して加工ヘッド１０が位置決めされる。この段階では、制御バルブ３２，３４はいずれも閉止されており、アシストガスおよびスパッタ防止剤はいずれも供給されていない。なお、ピアシング加工時には、ノズル１６と加工物１とのギャップが切断加工時のギャップよりもやや広めに設定される。
【００２７】
そして、ヘッド１０の位置決め完了後、制御バルブ３２，３４が開かれるともに、加工物１に対してレーザビームＬが照射されてピアシング加工が開始される。
【００２８】
加工が始まると、レーザビームＬにより加工物１にピアシング孔が形成され始める一方で、上記のように制御バルブ３２が開かれることにより、図外の窒素ガス供給源において圧縮された窒素ガスがアシストガス供給管２６を通じてノズル中心部分の空間２０に導入される。これにより前記ノズル孔２０ａを通じて加工物１へ噴射され、その結果、ピアシング孔の形成に伴い発生する溶融物（スパッタ）がアシストガス（窒素ガス）により孔外に除去される。
【００２９】
また、制御バルブ３４が開かれることによりスパッタ防止剤供給管２８の本管２８ａを通じて外側の空間２２に酸素が導入されるとともに、これに伴い支管２８ｂを通じてスパッタ防止剤が本管２８ａの酸素に合流する。その結果、酸素と共にスパッタ防止剤が外側の空間２２に導入されて前記ノズル孔２２ａを通じて加工物１に噴射されることとなる。
【００３０】
このようにスパッタ防止剤が噴射されると、加工物１およびその周辺にスパッタ防止剤が吹き付けられて塗布されるとともに、加工に伴い発生するスパッタがスパッタ防止剤によってコーティングされる。そして、アシストガスの吹き付け圧力に加えてスパッタ防止剤の吹き付け圧力が作用することによりスパッタの除去作用が促進され、その結果、加工物１へのスパッタの付着が効果的に防止されることとなる。特に、飛散するスパッタに対してもスパッタ防止剤が吹き付けられることにより飛散スパッタの加工物１への付着が効果的に防止されることとなる。さらに、噴射されたスパッタ防止剤が直接、又は跳ね返る等して間接的にノズル孔２０ａ，２２ａ周縁に塗布され、これによりノズル１６へのスパッタの付着も防止されることとなる。
【００３１】
このようにしてピアシング孔が形成されると（孔が加工物１を貫通すると）、レーザビームＬの照射が停止されるとともに、前記制御バルブ３４が閉止される。そして、切断に適した条件でアシストガスが供給され得るように制御バルブ３２の開度がガス制御装置２９により設定され、その後、加工ヘッド１０が移動（上下動）してノズル１６と加工物１とのギャップが切断時のギャップに再調整されるとともに、レーザ出力が切断に適した出力に設定された後、切断加工に移ることとなる。
【００３２】
以上のように、このレーザ加工装置によるピアシング加工では、ノズル１６からスパッタ防止剤を噴射することにより、加工物１にスパッタ防止剤を塗布するとともに加工に伴い発生するスパッタ自体をスパッタ防止剤によってコーティングしながら、アシストガスおよびスパッタ防止剤の吹き付け圧力によりスパッタを除去するようにしているので、加工物１から速やかにスパッタを除去することができる。従って、単に加工物の被加工面にスパッタ防止剤を塗布しておくだけの従来の手法に比べると加工物１へのスパッタの付着を極めて高いレベルで防止することができる。
【００３３】
特に、上記レーザ加工装置では、ノズル１６を、空間２０，２２ａを内外に備えた二重構造とすることによってレーザビームＬの照射口であるノズル孔２０ａの周りに円鐶状のノズル孔２２ａを設け、この構成により、ピアシング孔の周囲から該孔部分に向かってムラなくスパッタ防止剤を吹き付け得るように構成されているので、ピアシング孔周縁への付着を効果的に防止することができる。
【００３４】
そして、このようにスパッタの付着を良好に防止できる結果、加工後のスパッタ孔やその周辺部分の美観を良好に保つことができるようになり、従来（単に加工物の被加工面にスパッタ防止剤を塗布しておくだけの従来の手法）に比べて製品品質を良好に確保できるようになる。特に、ピアシング加工後の切断加工において実施される加工ヘッド１０のいわゆる倣い制御では、スパッタによる影響を受け難くなり、加工ヘッド１０を加工物１に沿ってスムーズかつ適切に移動させることが可能となり、良好な切断面を得ることができるようになる。
【００３５】
ところで、以上説明したレーザ加工装置は、本発明に係るレーザ加工装置の一の実施形態、つまり本発明にかかるレーザ加工方法を実施することができるレーザ加工装置の一例であって、その具体的な構成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、以下のような態様を採用することもできる。
【００３６】
▲１▼  上記実施形態では、レーザビームＬの照射口であるノズル孔２０ａの周りに円鐶状のノズル孔２２ａを形成し、このノズル孔２２ａからスパッタ防止剤を噴射させるようにしているが、ノズル孔２０ａの周りに断続的に複数のノズル孔を並べて形成し、これらのノズル孔からスパッタ防止剤を噴出させるようにしてもよい。この場合、スパッタ防止剤を噴射させるノズル孔は一つであっても構わない。
【００３７】
▲２▼  また、図２に示すようにノズル１６のノズル孔２０ａの近傍であって、その側方に別途ノズル４０を設け、このノズル４０からスパッタ防止剤を噴出させるようにしてもよい。この場合、ノズル４０は、加工ヘッド１０に設けられていてもよいし、また加工ヘッド１０とは別体に設けられているものであってもよい。要は、ピアシング加工時に、加工物１の被加工部分（ピアシング孔）にスパッタ防止剤を吹き付けることができる構成であればよい。このようにレーザ照射用のノズル１６とは別にスパッタ防止剤専用のノズル４０を設ける構成によると、加工物１に対するスパッタ防止剤の吹き付け角度や噴射距離を独立して調整することが可能になるとう利点がある。
【００３８】
▲３▼  当実施形態では、酸素（Ｏ２）を圧送しながらこれにスパッタ防止剤を合流させることによって酸素（Ｏ２）を媒体としてスパッタ防止剤をノズル１６から噴射させるように構成されているが、この媒体ガスは必ずしも酸素（Ｏ２）である必要はなく、例えばエア（空気）やその他のガスで代用することも可能である。
【００３９】
▲４▼  この実施形態では、ステンレス鋼板を加工物１としているため、無酸化加工を行うべくアシストガスとして窒素ガスを使用し、また加速用ガスとして酸素を使用しているが、例えば加工物１がステンレス以外の材質である場合には、アシストガスとして酸素を使用することにより加工中の酸化熱の作用を利用して迅速に加工を行うとともに、加速用ガスとして窒素ガス等の不活性ガスを使用するようにしてもよい。要するに、アシストガスおよび加速用ガスの種類は、最適な条件で加工が行われ得るように加工物１の材質に応じて適宜組み合わせるようにすればよい。
【００４０】
▲５▼  スパッタ防止剤供給管２８の途中部分に電空レギュレータ等の圧力制御手段を設けることにより、ノズル１６（図２の例ではノズル４０）から噴射されるスパッタ防止剤の噴出圧力を調整可能に構成してもよい。これによれば、加工物１の材質、レーザビームＬの出力、アシストガスの種類等との加工条件との関係でスパッタ防止剤の噴出圧力を変化させることにより、その加工条件に応じてスパッタ付着防止効果をより良好に発揮させることができるようになる。
【００４１】
なお、実施形態では、ピアシング加工を行う場合について説明したが、上記のレーザ加工装置によれば、その後の切断加工においてもスパッタ防止剤を吹き付けながら切断加工を行うことにより、切断加工においてドロス（溶融物）の排出効果を得ることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、被加工物に向けてスパッタ防止剤を吹き付けながら加工を行うことにより、被加工面にスパッタ防止剤を塗布するばかりでなく、加工に伴い発生するスパッタ自体をスパッタ防止剤によってコーティングし、その結果、アシストガスやスパッタ防止剤の吹き付け圧力によりスパッタの除去作用が促進されるようにしたので、被加工面にスパッタ防止剤を塗布しておくだけの従来の手法に比べると被加工物へのスパッタの付着を極めて高いレベルで防止することができ、その結果、製品品質をより良好に確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるレーザ加工装置を示す構成概略図である。
【図２】本発明にかかるレーザ加工装置の別の実施形態を示す構成概略図である。
【符号の説明】
Ｌ  レーザビーム
１０  ヘッド
１４  レンズホルダ
１６  ノズル
２０，２２  空間
２０ａ，２２ａ  ノズル孔
２６  アシストガス供給管
２８  スパッタ防止剤供給管
【図１】
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【図２】
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