(57)【要約】【課題】従来の溶融金属の除去方法は、レーザー入射面側に除去金属が飛散するため、レンズを汚す危険性があった。又、リモート制御レーザー加工技術においては、アシストガス装置のように機械的運動を必要とする装置がレーザーヘッド部に設置されていることは、スムースなレーザー制御を阻害する原因となっていた。【解決手段】大気中で金属板をレーザー溶融加工する方法において、金属板のレーザー入射表面の雰囲気圧力と比較して、その金属板の裏面の雰囲気圧力を５ｋＰａ以上、より望ましくは１０ｋＰａ以上減圧することにより、溶融金属を裏面側へ吸引除去することにより課題が達成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中で金属板をレーザー溶融加工する方法において、金属板のレーザー入射表面の雰囲気圧力と比較して、その金属板の裏面の雰囲気圧力を５キロパスカル（ｋＰａ）以上減圧することにより、溶融金属を裏面側へ吸引除去することを特徴とする金属板レーザー溶融加工方法。
【請求項２】
前記において、金属板の裏面の雰囲気圧力を５キロパスカル（ｋＰａ）以上減圧する方法が、排気によって行われることを特徴とする請求項１に記載の金属板レーザー溶融加工方法。
【請求項３】
前記金属板が鉄合金を成分とすることを特徴とする請求項１乃至２に記載の金属板レーザー溶融加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アシストガスを用いずに溶融金属を除去する金属板のレーザー加工方法に関わり、特に被加工物の両側において雰囲気圧力差を設ける方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
金属のレーザー切断、切削、穿孔等の除去加工では、レーザーによって加熱溶融された液体金属をガスノズルから噴出するアシストガスの流体力学的な力によって除去する方法が実施されている。アシストガスは、切断部の酸化を防止する目的で、一般的に窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられるが（例えば特許文献１）、３ＫＷ以上の高出力レーザー切断においてプラズマの発生を抑えるため水素ガスを用いる方法（特許文献２）が、又、板厚の厚い鋼板の切断において酸素ガスを用いる方法（特許文献３）が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５０１６９号公報
【特許文献２】特開平１１−３１４１９１号公報
【特許文献３】特開平１１−１０４８７９号公報
【０００４】
一方、銅やアルミニウムのようにレーザー光に対し高反射率かつ高熱伝導率を有する被加工物に対して、被加工物の表面にレーザー吸収率が高く、かつ熱分解によりガスを発生する合成樹脂を塗布することにより、効率よく切断、穿孔等の加工を行うと同時に、分解ガスにより溶融物を吹き飛ばして除去加工をする方法が提案されている（特許文献４）。
【０００５】
【特許文献４】特開平８−１３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の何れの溶融金属の除去方法も、レーザー入射面側に除去金属が飛散するため、レンズを汚す危険性があった。又、反射鏡の微少な変位によってレーザー集光点（加工点）を高速で移動させることのできるリモート制御レーザー加工技術においては、アシストガス装置のように機械的運動を必要とする装置がレーザーヘッド部に設置されていることは、スムースなレーザー制御を阻害する原因となっていた。そこで本発明は、レーザー加工技術において、アシストガスを必要としない溶融金属の除去方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここにおいて、本発明者等はレーザーによる溶融金属の適切な除去法を提案するために、溶融金属の特性に立ち返って検討した。より詳しくは、限界エネルギー以上のレーザービームを金属板に与えることにより、レーザービームが照射された金属部分は溶融するが、この溶融金属はアシストガス等の外力により除去される。そこで、溶融金属の除去は、溶融金属が表面張力により元位置に留まろうとする力以上の外力を溶融金属に与えることにより達成されると考えた。
【０００８】
すなわち、本発明は大気中で金属板をレーザー溶融加工する方法において、金属板のレーザー入射表面の雰囲気圧力と比較して、その金属板の裏面の雰囲気圧力を５キロパスカル（以後ｋＰａと表示する）以上、より望ましくは１０ｋＰａ以上減圧することにより、溶融金属を裏面側へ吸引除去することを特徴とする金属板レーザー溶融加工方法に関わる。ここで、レーザー溶融加工とは、切断、切削、穿孔を含み、又、雰囲気圧力については、大気圧が１気圧の場合その絶対値は１０３ｋＰａであり、それより５ｋＰａ低いとは、９８ｋＰａであることを意味する。
【０００９】
次に本発明は、金属板の裏面の雰囲気圧力を５ｋＰａ以上、より望ましくは１０ｋＰａ以上減圧する方法が、排気によって行われることを特徴とすること、又、金属板が鉄合金を成分とすることを特徴とする金属板レーザー溶融加工方法に関わる。ここで、排気によって行われるとは、金属板の裏面部を、排気ポンプを用いて被加工部分およびその周辺部を排気することを意味する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の金属板レーザー溶融加工方法を用いることにより、金属板のレーザー加工中に、レーザー加工用レンズを清浄に保つことが可能となる。更に、リモート制御レーザー加工の操作性を著しく向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の好適な一実施の形態を説明するが、本発明の技術的範囲は下記の実施形態によって限定されるものでなく、その要旨を変更することなく様々に改変して実施することができる。また本発明の技術的範囲は均等の範囲にまで及ぶこともある。
【００１２】
本発明の金属板溶融加工における溶融金属の除去法を示す概念図を図１に示す。図に示すように、金属板の裏面（レーザー入射面に対する反対面）の排気は、金属板の被加工部分に対応する金属板裏面を容器状の隔壁により囲い、その囲われた内部（以後、隔室と略称する）を真空ポンプ、集塵用ポンプ等の排気ポンプを用いて行われる。ここで、隔室を固定式とする場合と移動式とする場合があるが、固定式の場合は金属板への隔室の設置が容易であるが、加工部分に対応する大きな隔室を必要とすること、及び加工部分は経時的に移動するため、溶融金属が除去された部分の表面からの大気の流れ込みがあるためこの対策を必要とする。
【００１３】
一方、移動式の場合は、小さな隔室とすることが可能であるが、加工位置に対応する移動制御を必要とすること、及び隔室を構成する隔壁と金属板との接触部からの大気の流れ込みに対する対策が必要となる。いずれにしても、本発明の溶融金属除去法においては、高真空度を必要としないが、高排気量を必要とするため、排気量の大きなポンプが適している。
【００１４】
次に、被加工物である金属板としては、レーザー光の吸収量が大きい鉄合金を成分とする鉄鋼板が望ましく、その板厚は特に限定されるものではないが、一般的に２ｍｍ以下の板厚が適用される。又、レーザー源としては、エネルギー量の大きいＣＯ２レーザーが一般的に用いられるが、近年Ｎｄ−ＹＡＧレーザーも使用されるようになっており、特に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
被加工物である鋼板として板厚１．２ｍｍのＳＰＣＣ材およびＳＵＳ３０４材を用い、レーザー源として、定格出力１ｋｗのＣＯ２レーザー発振器（波長１０．６μｍ）、集光レンズ焦点距離を５インチでジャストフォーカス、レーザー入射角度０°、切断速度２０ｍｍ／ｓｅｃ、レーザー出力１ｋｗの条件で、レーザー溶融切断を行った。ここで、鋼板裏面における排気用隔室の隔壁として、材質アルミニウム、内寸の長さ２５ｃｍ、幅３ｃｍ、深さ３ｃｍ、鋼板との接触面にＯリングを用いた。又、排気速度２４０Ｌ／ｍｉｎの真空ポンプを用いて排気した。
その結果、ＳＰＣＣ材およびＳＵＳ３０４材との切断容易性に有意差はなく、加工前の隔室内圧力２ｋＰａが、切断除去加工後の圧力は９０ｋＰａと大気圧（１０３ｋＰａ）に近づいたが、溶融金属の除去は可能であった（図２参照）。
【実施例２】
【００１６】
被加工物である鋼板として板厚１．６ｍｍのＳＰＣＣ材を用い、レーザー源として、定格出力１ｋｗのＣＯ２レーザー発振器（波長１０．６μｍ）、集光レンズ焦点距離を５インチでジャストフォーカス、レーザー入射角度０°、孔あけ時間０．１ｓｅｃ、レーザー出力０．９５ｋｗの条件で、レーザー孔あけ加工を行った。ここで、鋼板裏面における排気用隔室の隔壁として、材質アルミニウム、内寸の直径３ｃｍ、鋼板との接触面にＯリングを用いた。又、排気速度２４０Ｌ／ｍｉｎの真空ポンプを用いて排気し、隔室内圧力を各々２ｋＰａ，２５ｋＰａ，５０ｋＰａおよび比較として大気圧（１０３ｋＰａ）として、圧力による影響を調査した。
その結果、大気圧の場合は孔あけ不可であったが、２ｋＰａ，２５ｋＰａ，５０ｋＰａの場合は有意差なく孔あけが可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を示す概念図である。
【図２】ＳＰＣＣ板とＳＵＳ３０４板における切断開口面積と切断圧力を示す図である。
【図１】
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【図２】
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