(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の照射で溶融する加工部材に、孔あけ加工するレーザ加工装置であって、
加工部材にレーザ光を照射する照射部と、
レーザ光の照射領域にアシストガスを噴射する噴射部と、
アシストガスの種類を変更するアシストガス種制御部と、
を備え、
アシストガス種制御部は、加工部材に孔が貫通するまではアシストガスとして不活性ガスを用い、加工部材に孔が貫通した後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くすることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置であって、
加工部材に孔が貫通した後は、アシストガスとしてアルゴンと酸素の混合ガスを用いることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
レーザ光の照射で溶融する加工部材に、孔あけ加工するレーザ加工装置であって、
加工部材にレーザ光を照射する照射部と、
レーザ光の照射領域にアシストガスを噴射する噴射部と、
アシストガスの種類を変更するアシストガス種制御部と、
加工部材に孔が貫通したことを検出する貫通検出部と、
を備え、
アシストガス種制御部は、加工部材に孔の貫通が検出されるまではアシストガスとして不活性ガスを用い、加工部材に孔の貫通が検出された後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くすることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ光の照射で溶融する加工部材にレーザ光を照射すると共にレーザ光の照射領域にアシストガスを供給して、孔あけ加工するレーザ加工方法であって、
孔が貫通するまで、アシストガスとして不活性ガスを供給して加工する工程と、
孔の貫通後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くして、所望の孔径に加工する工程と、
を含む、
レーザ加工方法。
【請求項５】
レーザ光の照射で溶融する加工部材にレーザ光を照射すると共にレーザ光の照射領域にアシストガスを噴射して、孔あけ加工するレーザ加工方法であって、
加工部材に孔が貫通したことを検出する貫通検出工程を有し、
孔の貫通を検出するまで、アシストガスとして不活性ガスを供給して加工する工程と、
孔の貫通検出後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くして、所望の孔径に加工する工程と、
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、レーザ光を用いた加工装置及び加工方法に関し、特に、アシストガスを供給して孔あけ加工するレーザ加工装置及び加工方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を集光させ、加工対象となる部材（以下、加工部材と記す）に照射することで、加工部材を溶融又は蒸発させて、加工部材に孔あけ等の加工を施すレーザ加工が従来から知られている。レーザ加工には、加工部材に加工力を及ぼすことなく加工できることや、機械加工が困難な微細加工ができること、融点の高い部材を加工できる等の様々な利点がある。
【０００３】
このような利点を生かして、加工部材の孔あけする部位にレーザ光を照射して、内径が小さく且つ深さのある孔を形成する技術が、従来から知られている。例えば、下記の特許文献１には、金属製の板状材料であるノズルチップに対し、レーザ加工を施して、微細な噴孔を形成する技術が開示されている。
【０００４】
このようなレーザ光による孔あけ加工においては、不活性ガスや酸素で構成されるアシストガスを、孔あけする部位に向けて供給することが多い。不活性ガスの割合が高いアシストガスを用いることにより、加工した孔の内壁面に、酸化物が生成されることを防ぐことができる。一方、酸素の割合が高いアシストガスを用いることで、その反応熱により加工部材の溶融を促進することが可能となる。
【０００５】
また、アシストガスには、レーザ光による孔あけ加工中に、孔の内部で発生した加工部材の溶融物を、孔から排出させる効果がある。加工中の孔にアシストガスを噴射することで、下孔が貫通するまでは表孔（孔のレーザ入射側）から溶融物を排出させ、下孔が貫通した後は、裏孔（表孔の反対側）から溶融物を排出させることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２００５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、孔あけ加工の初期段階からアシストガスの種類を、溶融物の発生し易いガス、例えば酸素の割合が高いガスとすると、下孔の貫通前において、表孔から排出される溶融物に比べて、発生する溶融物の量が多いため、孔の内部に、溶融池（溶融物が池状に溜まったもの）が発生することがあった。孔あけ加工中の孔の内部に、このような溶融池が形成されると、この溶融池にレーザ光のエネルギが吸収されて、下孔の貫通に要する時間が長くなるという問題があった。また、加工完了後の孔の内壁面に、上述の溶融池の痕跡が残るという問題も生じた。
【０００８】
一方、アシストガスの種類を、溶融物の発生しにくいガス、例えば不活性ガスの割合が高いガスとすると、下孔の貫通前において、発生した溶融物は、孔の内部に溜まることなく表孔から排出され、下孔の貫通に要する時間は、酸素の割合が高いアシストガスを用いた場合に比べ短くて済む。しかし、下孔の貫通後においては、そもそも溶融物の発生しにくいアシストガスを用いているため、所望の孔径に加工が完了するまでに要する時間が長くなるという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、孔の加工中に溶融池が発生することを抑制し、より短い加工時間で、所望の孔を加工するレーザ加工装置及び加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のレーザ加工装置は、レーザ光の照射で溶融する加工部材にレーザ光を照射する照射部と、レーザ光の照射領域にアシストガスを噴射する噴射部と、アシストガスの種類を変更するアシストガス種制御部とを備え、アシストガス種制御部は、加工部材に孔（下孔）が貫通するまではアシストガスとして不活性ガスを用い、加工部材に孔が貫通した後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くすることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、アシストガス種制御部は、加工部材に孔（下孔）が貫通した後は、貫通するまでに比べて、より酸素の割合が高いアシストガスに変更する。アシストガスにおける酸素の割合を高くすることで、加工部材におけるレーザ光照射領域の温度が、反応熱により高くなり、加工部材の溶融が促進される。
【００１２】
また好ましくは、加工部材に孔が貫通した後は、アシストガスとしてアルゴンと酸素の混合ガスを用いる。
【００１３】
また、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光の照射で溶融する加工部材にレーザ光を照射する照射部と、レーザ光の照射領域にアシストガスを噴射する噴射部と、アシストガスの種類を変更するアシストガス種制御部と、加工部材に孔（下孔）が貫通したことを検出する貫通検出部とを備え、アシストガス種制御部は、加工部材に孔（下孔）の貫通が検出されるまではアシストガスとして不活性ガスを用い、加工部材に孔の貫通が検出された後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くする。
【００１４】
また、本発明のレーザ加工方法は、孔（下孔）が貫通するまで、アシストガスとして不活性ガスを供給して加工する工程と、孔（下孔）の貫通後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くして、所望の孔径に加工する工程とを含む。
【００１５】
また、本発明のレーザ加工方法は、加工部材に孔（下孔）が貫通したことを検出する貫通検出工程を有しており、孔（下孔）の貫通を検出するまで、アシストガスとして不活性ガスを供給して加工する工程と、孔（下孔）の貫通検出後は、裏孔の大きさが拡大するにつれてアシストガス中の酸素の割合を高くして、所望の孔径に加工する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、加工中の孔から溶融物を効率よく排出させ、より短い加工時間で、所望の孔をレーザ加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を用いて詳細を説明する。
【００１８】
〔第１実施形態〕
本実施形態のレーザ加工装置の構成について、図１を用いて説明する。図１に、レーザ加工装置１０の概略構成を示す。本実施形態のレーザ加工装置１０は、加工部材に、所望の孔径を有する孔を加工するレーザ加工装置１０であり、図１に示すように、レーザ光１４を照射する照射部１１と、レーザ光１４の照射領域にアシストガスを噴射する噴射部１３と、アシストガスの種類を変更するアシストガス種制御部１５とを有している。これら各部について、以下に詳細を説明する。
【００１９】
本実施形態において、加工部材（加工対象となる部材）は、ディーゼルエンジン等で用いられる筒内噴射用の燃料噴射弁の構成部品であるノズル１２である。このノズル１２は、クロムモリブデン鋼（例えばＳＣＭ４２０）で形成されており、レーザ光１４により孔あけ加工される部位（以下、穿孔部位と記す）の厚みは、１．２ｍｍとなっている。
【００２０】
なお、加工部材は、マルチポイントインジェクション用の燃料噴射弁の構成部品であるオリフィスディスクであっても良いし、燃料噴射弁とは関係なく、他の金属部材であっても良い。また、加工部材は、金属部材に限定されるものではない。レーザ光により溶融することが可能な部材であれば、金属以外の他の部材であっても良い。
【００２１】
照射部１１は、レーザ光１４を発振し出力するレーザ発振装置１６と、レーザ光１４を集光する集光レンズ２０とを有している。レーザ発振装置１６から出力されたレーザ光１４は、アシストガスノズル１８に配設された集光レンズ２０により集光されて、ノズル１２の穿孔部位２２に向けて照射される。穿孔部位におけるレーザ光が照射された領域（以下、照射領域と記す）は、溶融又は蒸発する。
【００２２】
本実施形態において、レーザ光１４には、波長５３２ｎｍのＹＡＧ−ＳＨＧレーザが用いられる。レーザ発振装置１６からは、平均出力１４Ｗ、１パルスあたりのエネルギ１．４ｍＪ、パルス幅３０ｎｓｅｃであるパルス光が、１０ｋＨｚの周波数で出力されている。
【００２３】
噴射部１３は、アシストガスを充填した第１及び第２のガスボンベ２６，２７と、このガスボンベ２６，２７から流量調整器３２にアシストガスを供給する供給管２８，２９と、流量調整器３２からアシストガスノズル１８に、アシストガスを供給する供給管３０と、供給されたアシストガスを加工部材（ノズル１２）に向けて噴射するアシストガスノズル１８とを有している。
【００２４】
第１及び第２のガスボンベ２６，２７には、それぞれ種類の異なるガスが、十分な圧力をもって充填されている。第１のガスボンベ２６には、溶融物の発生しにくい第１のガスが充填されており、一方、第２のガスボンベ２７には、第１のガスに比べて溶融物の発生し易い第２のガスが充填されている。
【００２５】
第１及び第２のガスは、それぞれ供給管２８，２９を経て、後述する流量調整器３２に流入し、ここで混合されてなるアシストガスは、供給管３０を経て、アシストガスノズル１８に流入する。アシストガスノズル１８は、レーザ光の照射領域に向けて、先細（テーパ）形状を呈しており、供給管３０から流入したアシストガスは、レーザ光の照射領域（ノズル１２の穿孔部位２２）に向けて噴射される。
【００２６】
アシストガス種制御部１５は、供給管２８，２９と、供給管３０との間に設けられ、アシストガスの流量を調整する流量調整器３２と、流量調整器３２に電気的に接続され、これを制御する流量制御装置３４とを有している。
【００２７】
流量調整器３２は、供給管２８から流入する第１のガスと、供給管２９から流入する第２のガスとを、それぞれ流量を調整して混合することができる。流量調整器３２から供給管３０に送られるアシストガスは、第１及び第２のガスが所望の混合比で混合されており、かつ所望の流量に調整されている。なお、流量調整器３２は、供給管３０に送られるガスを、単に、第１のガス又は第２のガスのうち、いずれか一方に切り換える構成とすることもできる。
【００２８】
一方、流量制御装置３４には、加工経過時間に対する、第１及び第２のガスの混合比と、混合されたガスの流量の設定値が、予めプログラムされている。流量制御装置３４は、この設定値に基づいて流量調整器３２に制御信号を出力する。なお、流量制御装置３４は、単に、第１のガスから第２のガスに切り換える制御信号を、流量調整器３２に出力する構成とすることもできる。
【００２９】
この流量制御装置３４から入力される制御信号に基づき、流量調整器３２は、第１のガスと第２のガスを所望の混合比と流量とを調整することや、第１のガスと第２のガスを切り換えることで、供給管３０からアシストガスノズル１８に送られるアシストガスの種類を変更することができる。なお、加工経過時間に対する、アシストガスの種類（混合比及び混合ガス流量の設定値を含む）は、実験等により加工部材に所望の形状の孔が最も早く加工できるような設定が求められている。
【００３０】
次に、本実施形態のレーザ加工装置１０の動作について、図２を用いて以下に説明する。図２は、加工の時系列的な孔の形成の様子を示す断面斜視図であり、図２（ａ）には、加工開始時を、図２（ｅ）には加工完了時を、さらに図２（ｂ）〜（ｃ）には加工途中の状態が示されている。図２において、レーザ光１４により溶融した溶融物が孔から排出される方向を矢印で示す。
【００３１】
まず、レーザ発振装置１６から、レーザ光１４の出力が開始される。レーザ発振装置１６から出力されたレーザ光１４は、アシストガスノズル１８に取り付けられた集光レンズ２０で集光されて、図２（ａ）に示す、加工部材（ノズル１２）の穿孔部位２２に照射される。このレーザ光１４が照射された領域（照射領域）３６にある金属は、レーザ光１４を吸収し、加熱されて溶融又は蒸発する。
【００３２】
一方、この穿孔部位２２に対するレーザ光１４の照射開始と共に、照射領域３６へのアシストガスの噴射が開始される。流量制御装置３４は、流量調整器３２から供給管３０に給送するガスを第１のアシストガスに設定している。ガスボンベ２６，２７からは、第１及び第２のガスがそれぞれ流量調整器に供給されており、流量調整器３２は、流量制御装置３４からの制御信号に基づき、溶融物が発生しにくい第１のアシストガスを供給管３０に給送する。給送された第１のアシストガスは、アシストガスノズル１８から、穿孔部位２２のレーザ光照射領域３６に向けて噴射される。
【００３３】
そして、図２（ｂ）に示すように、レーザ光１４により照射領域３６にある加工部材が蒸発し、また、加工部材が溶融した溶融物が、第１のアシストガスにより吹き飛ばされて、加工初期の孔４２が形成される。この加工初期の孔４２は、加工部材を貫通しておらず、この時点では、ノズル１２には未だ下孔４４は貫通していない。なお、下孔４４とは、加工部材を貫通して、裏孔４０が形成されたものの、所望の内径に加工がなされていない状態の孔を意味する。加工初期の孔４２のように孔が加工部材を貫通していない状態においては、レーザ光１４により溶融した溶融物は、矢印Ａで示すように、アシストガス（第１のガス）の圧力により表孔３８から排出される。
【００３４】
このように、加工部材に下孔が貫通するまでの工程において、アシストガスの種類を、溶融物の発生しにくい第１のガスとしたため、溶融物の発生量は、アシストガスの圧力により表孔３８から排出可能な溶融物の量に比べて小さい。よって、孔の内部に溶融池が生じることはなく、溶融物を表孔３８から排出することができる。
【００３５】
そして、図２（ｃ）に示すように、下孔４４が貫通し、裏孔４０が形成される。下孔４４が貫通すると、それまで表孔３８より排出されていた溶融物が、矢印Ｂで示すように、裏孔４０からも排出され始める。
【００３６】
この直後、流量制御装置３４は、加工時間の経過に応じて、流量調整器３２におけるアシストガスの種類を、それまでの第１のアシストガスから、より溶融物の発生し易い第２のアシストガスに設定を変更する。流量調整器３２は、流量制御装置３４からの制御信号に基づき、供給管３０に給送するアシストガスを、第１のガスから第２のガスに切り換える。溶融物がより発生し易い第２のアシストガスが、穿孔部位２２にあるレーザ光照射領域３６に噴射される。
【００３７】
アシストガスの種類が、溶融物がより発生し易い第２のアシストガスとなったため、孔の内部における溶融物の発生量が増加する。この溶融物は、図２（ｄ）に示すように、アシストガス（第２のガス）の圧力により、主に裏孔４０から排出される。そして、図２（ｅ）に示すように、所望の孔径を有する孔、具体的には、内径６０μｍのノズル１２の噴孔４６が完成し、レーザ加工は完了する。
【００３８】
このように、加工部材に下孔４４が貫通した後の工程において、アシストガスの種類を、より溶融物の発生し易い第２のアシストガスとしたため、孔の内部における溶融物の発生量は、下孔４４が貫通するまでの工程に比べて増大する。しかし、この溶融物は、主に、貫通した裏孔４０からアシストガスが噴射される方向（矢印Ｄで示す）に排出されるため、溶融物の発生量が多くても、孔の内部に溶融池を生じさせることなく、裏孔４０から効率よく排出させることができる。
【００３９】
以上に説明したように、本実施形態のレーザ加工においては、加工部材に下孔４４が貫通した後は、下孔４４が貫通するまでに比べて、より溶融物の発生し易い種類のアシストガスに変更する構成としたため、下孔４４が貫通するまでの工程と、下孔４４が貫通した後の工程の双方において、孔の内部に溶融池が生じることがない。溶融池にレーザ光１４のエネルギが吸収されることがないため、より短い加工時間で所望の孔を加工することができる。
【００４０】
ここで、加工部材に下孔４４が貫通した後に照射領域３６に噴射するアシストガスとして、下孔４４が貫通するまでに比べて、より酸素の割合が高いガスを用いることも好適である。この場合、ガスボンベ２６には、酸素を含まないガスが充填されており、一方、ガスボンベ２７には、酸素が充填されている。流量調整器３２は、第１のガスと、第２のガス（酸素）を混合し、生成された第２のアシストガスを、アシストガスノズル１８に給送する。これにより、酸素を含んで溶融物の発生し易い第２のアシストガスを、レーザ光照射領域３６に噴射することができる。下孔４４の貫通後における第２のアシストガスを、より酸素の割合が高いものとすることで、酸化反応熱により加工部材の溶融を促進し、溶融物の発生量を増大させることができる。これにより、下孔貫通後から加工完了までに要する時間を短縮することができる。
【００４１】
さらに、下孔貫通後の第２のアシストガスに占める酸素の割合は、５〜２０体積％（以下 vol％と記す）であることが好適である。酸素の割合を５ vol％以上とすることで、酸化反応熱により、照射領域にある加工部材の溶融を促進させる効果を期待できる。一方、酸素の割合を２０ vol％以下とすることで，加工した孔の内壁面に酸化物が生成されてしまうことを、適度に抑制することができる。
【００４２】
また、加工部材に下孔４４が貫通するまでは、不活性ガスであったアシストガスを、下孔４４が貫通した後は、酸素を含むアシストガスに変更することも好適である。下孔が貫通するまでの第１のアシストガスには、ヘリウム、窒素、アルゴン等の不活性ガスを用い、一方、下孔貫通後の第２のアシストガスには、アルゴンと酸素の混合ガスや、窒素と酸素の混合ガスなど、第１のガスに酸素を加えたガスを用いる。
【００４３】
例えば、アルゴンガスと、アルゴンと酸素の混合ガス（酸素の割合は５ vol％）とで、上述のレーザ加工に要する時間を比較すると、下孔が貫通するまでに要する時間は、図３に示すように、アルゴンガス（不活性ガス）の方が短い。一方、下孔貫通後から加工完了までに要する時間は、図４に示すように、アルゴンと酸素の混合ガスの方が短い。
【００４４】
したがって、下孔が貫通するまでは不活性ガスを用い、下孔貫通後は、酸素を含んだアシストガスに変更することで、加工開始から加工完了までに要する時間を短縮することができる。
【００４５】
また、下孔が貫通するまでの第１のアシストガス（不活性ガス）としては、ヘリウムガスを用いることも好適である。ヘリウムガスは、上述のレーザ光１４が照射された場合、アルゴンガスや窒素ガスに比べてプラズマ化しにくい性質を有している。ヘリウムガスをアシストガスに用いた場合、アルゴンガスや窒素ガスを用いた場合に比べて、プラズマ化したヘリウムによるレーザ光１４の拡散が生じにくく、レーザ光１４の照射領域が狭くなると共に、照射領域におけるレーザ光１４のエネルギ密度が増大することとなる。
【００４６】
したがって、ヘリウムガスをアシストガスに用いた場合は、照射領域にある加工部材は蒸発（昇華）する割合が高くなり、かつ照射領域３６も狭くなるため、溶融物の発生量を減少させることができる。この結果、下孔が貫通するまでの第１のアシストガスとしてヘリウムガスを用いた場合は、アルゴンガスを用いた場合に比べて、溶融物の発生を抑制しつつ、より短時間で下孔４４を貫通させることができる。
【００４７】
なお、アルゴンガスと窒素ガスを比較した場合は、窒素ガスの方がプラズマ化しにくい性質を有しており、下孔が貫通するまでの第１のアシストガスとして、窒素ガスを用いることも好適である。入手が容易な窒素ガスをアシストガスに用いることで、ヘリウムガスに比べて低コストで、上述のレーザ加工を行うことができる。
【００４８】
また、下孔貫通後の第２のアシストガス（酸素を含むガス）としては、アルゴンと酸素の混合ガスを用いることも好適である。アルゴンガスは、上述のレーザ光１４が照射された場合、窒素ガスに比べてプラズマ化し易い性質を有している。アシストガスとして、アルゴンと酸素の混合ガスを用いた場合には、プラズマ化したアルゴンによりレーザ光１４が拡散されて、窒素ガスを用いた場合に比べてレーザ光１４の照射領域３６が拡がると共に、照射領域３６におけるレーザ光１４のエネルギ密度は低下することとなる。
【００４９】
ここで、この低下したレーザ光１４のエネルギ密度が、加工部材を溶融させるのに十分なものである場合は、レーザ光照射領域３６の拡大により、溶融物の発生量を増加させることができる。この結果、下孔４４が貫通した後の第２のアシストガスとしてアルゴンと酸素の混合ガスを用いた場合は、窒素と酸素の混合ガスを用いた場合に比べて、下孔貫通後、より短時間で所望の孔径に加工することができる。
【００５０】
〔第２実施形態〕
本実施形態のレーザ加工装置の構成について説明する。図５は、本実施形態のレーザ加工装置５０の概略を示す図である。本実施形態のレーザ加工装置は、加工部材に下孔４４が貫通したことを検出する貫通検出部を備えており、アシストガス種制御部１５は、貫通検出部の検出結果に応じて、アシストガスの種類を変更する点で、第１実施形態と異なり、以下に詳細を説明する。なお、第１実施形態のレーザ加工装置１０と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
ここで、本実施形態のレーザ加工装置５０の加工対象である加工部材について説明する。加工部材として、マルチポイント式燃料噴射装置等で用いられる燃料噴射弁の構成部品であるオリフィスディスク５２が、冶具（図示せず）に固定されている。例えば、このオリフィスディスク５２は、円盤形状を呈し、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）等で成形されている。レーザ光１４によりオリフィスディスク５２に噴孔４６が形成される部位の厚みは、約０．４ｍｍである。
【００５２】
本実施形態においては、貫通検出部として、パワーメータ５４が設けられている。パワーメータ５４は、オリフィスディスク５２に下孔４４が貫通したことを検出する機能を有している。パワーメータ５４は、図５に示すように、オリフィスディスク５２を挟んでレーザ光１４が入射する側に対して反対側の、オリフィスディスク５２の裏孔４０に対応する位置に配置されている。パワーメータ５４は、流量制御装置３４と電気的に接続されており、レーザ光１４の検出を示す検出信号を、流量制御装置３４に出力する。
【００５３】
流量制御装置３４は、パワーメータ５４からの検出信号に基づいて、流量調整器３２に制御信号を出力する。流量調整器３２は、この制御信号に基づいて、ガスボンベ２６，２７から供給される第１及び第２のガスの混合比や流量を調整することや、単に、第１のガスと第２のガスとを切り換えることで、ガスノズル１８に給送されるアシストガスの種類を変更する。
【００５４】
以上に説明した本実施形態のレーザ加工装置５０においては、貫通検出部（パワーメータ５４）が、実際に加工部材に下孔４４が貫通したことを検出できるため、より正確なタイミングで、下孔４４の貫通後に適した溶融物の発生し易い種類の第２のアシストガスに変更することができる。
【００５５】
したがって、下孔貫通後であるにかかわらず、溶融物の発生しにくい第１のアシストガスで加工されてしまうことや、下孔４４が貫通する前であるにもかかわらず、溶融物の発生し易い第２のアシストガスで加工されてしまうことを、極力防止することができる。この結果、下孔４４の貫通を検出しない場合に比べて、より効率よく加工部材を溶融し、生じた溶融物を孔から排出することができ、下孔貫通後から加工完了までに要する時間を短縮することができる。
【００５６】
なお、本実施形態において、パワーメータ５４は、加工部材を貫通したレーザ光１４の有無を検出し、これに応じてアシストガスの種類を変更する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、加工部材を貫通したレーザ光１４の強度を、パワーメータ５４で検出することで、裏孔４０の内径に応じてアシストガスの種類を変更することも好適であり、以下に詳細を説明する。
【００５７】
加工部材を貫通してパワーメータ５４に入射したレーザ光１４強度（単位時間あたりのエネルギ）は、加工部材に形成された裏孔４０の開口面積に略比例しており、裏孔４０の開口面積は、裏孔４０の内径の２乗に比例している。これにより、流量制御装置３４は、パワーメータ５４が検出したレーザ光１４の強度から、加工部材に貫通した裏孔の内径を推定することができる。パワーメータ５４は、流量制御装置３４と電気的に接続されており、検出したレーザ光１４強度に基づく出力信号を、流量制御装置３４に出力する。
【００５８】
流量制御装置３４には、裏孔４０の内径に応じた、第１及び第２のガスの混合比や流量が、予め設定されており、パワーメータ５４からの出力信号に基づいて、流量制御装置３４は、流量調整器３２に制御信号を出力する。流量調整器３２は、この制御信号に基づいて、第１及び第２のガスの混合比や流量を調整する。
【００５９】
以上のようにして、裏孔４０の内径、すなわち下孔貫通後における加工経過、に応じた種類のアシストガスを供給することができる。
【００６０】
ここで、裏孔４０が拡大するにつれて、より酸素の割合が高くなるようアシストガスを変更する構成とすることも好適である。裏孔４０が拡大すると、溶融物を裏孔４０から排出することが容易になり、その分、排出可能な溶融物の量も増加する。一方、アシストガスにおける酸素の割合を高くすると、酸化反応熱により、孔の内部で発生する溶融物の量を増加する。よって、裏孔４０の拡大に応じて酸素の割合を増大させても、孔の内部で生じた溶融物は、裏孔４０から良好に排出されて、孔の内部に溶融池が生じることがない。このようにアシストガスの種類を変更することで、裏孔４０の拡大に応じて、溶融物の発生量を増加させることができ、この結果、下孔貫通後から加工完了までに要する時間を、より短縮することができる。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、貫通検出部は、加工部材を貫通したレーザ光１４強度を検出するパワーメータ５４で構成されたがこれに限定されるものではなく、レーザ光１４強度を検出できるものであれば良い。例えば、パワーメータ５４に替えてフォトダイオードを用いることで、より安価な構成とすることもできる。
【００６２】
また、アシストガス種制御部１５は、加工部材を貫通したレーザ光１４の強度に応じて、アシストガスの種類を変更するものとしたが、これに限定されるものではない。下孔４４の貫通を検出した後に、単に、アシストガスの種類を第１のガスから第２のガスに切り換える構成とする場合、貫通検出部は、レーザ光１４の強度を検出する必要はなく、レーザ光１４が加工部材を貫通したことのみ検出できれば良い。この場合、パワーメータ５４に替えてフォトトランジスタをレーザ光１４の検出に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【図２】加工部材の穿孔部位に孔が加工される様子を示す断面斜視図であり、（ａ）は、加工開始時を示す図であり、（ｂ）は表孔が形成され下孔が貫通するまでの状態を示す図であり、（ｃ）は下孔が貫通して裏孔が形成された状態を示す図であり、（ｄ）は、裏孔が拡大していく状態を示す図であり、図２（ｅ）は所望の孔が形成されて加工が完了した状態を示す図である。
【図３】アルゴンガスと、アルゴンと酸素の混合ガスとで、下孔が貫通するまでに要する時間を比較した図である。
【図４】アルゴンガスと、アルゴンと酸素の混合ガスとで、下孔貫通後から加工完了に要する時間を比較した図である。
【図５】第２実施形態のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  レーザ加工装置、１１  照射部、１２  ノズル（加工部材）、１３  噴射部、１４  レーザ光、１５  アシストガス種制御部、２２  穿孔部位、３２  流量調整器、３４  流量制御装置、５０  レーザ加工装置、５４  パワーメータ（貫通検出部）。
【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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