(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台の上に載置された加工対象物に対してレーザ光とアシストガスを出射して、前記加工対象物の少なくとも1つ以上の加工箇所に対して加工を行うレーザ加工方法において、
前記加工箇所に対して前記レーザ光と第１のアシストガスを略同一方向から出射して加工を行う加工工程と、
前記加工箇所のドロスを除去するために、再度前記レーザ光と前記第１のアシストガスとは異なる第２のアシストガスを略同一方向から出射してドロス除去を行うドロス除去行程とを有することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記ドロス除去行程は、所定の加工箇所について行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
架台の上に載置された加工対象物に対してレーザ光とアシストガスを出射して、前記加工対象物の少なくとも1つ以上の加工箇所に対して加工を行うレーザ加工装置において、
前記加工箇所に対して前記レーザ光と第１のアシストガスを略同一方向から出射して加工を行う加工手段と、
前記加工箇所のドロスを除去するために、再度前記レーザ光と前記第１のアシストガスとは異なる第２のアシストガスを略同一方向から出射してドロスの除去を行うドロス除去手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項４】
前記ドロス除去手段は、所定の加工箇所について行うことを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のレーザ加工方法をコンピュータに実行させるレーザ加工プログラム。
【請求項６】
前記レーザ加工プログラムは、ＣＡＤデータに基づいて作成されることを特徴とする請求項５に記載の加工プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ加工方法、レーザ加工装置、及びレーザ加工プログラムに係り、特に、加工対象物の加工形状の精度を向上するためのレーザ加工方法、レーザ加工装置、及びレーザ加工プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を用いた加工（以下、レーザ加工という）としては、溶接、穴開け又は切断等の加工技術が機械、電子、半導体装置等の多様な分野の製造過程で利用されている。
【０００３】
ところで、レーザ光による加工対象物の加工において、特に、切断や穴開け加工において、加工により形成された加工面及びレーザ光の照射に対する裏面にドロスと呼ばれる酸化生成物が付着されてしまう。近年では、高精度な加工が要求されているため、ドロスの付着は、加工対象物の価値を低下させてしまう。
【０００４】
そこで、上述の対策として、ドロスの基になる加工対象物の溶融物の量を極力少なくする方法や、アシストガスと呼ばれる補助のガスを用いて融解物を吹き飛ばす方法等が用いられている。また、上記の方法以外にも、予めドロス付着防止剤を加工対象物の裏面に塗布してから加工を行う方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法において、加工対象物のレーザ光の照射面に対する裏面に付着したドロスの除去を行うことができるが、加工により形成された面上に付着したドロス迄、除去することができない。また、アシストガスを用いた場合も、ドロスを加工面の下部付近にまで吹き飛ばすことができるが、完全に除去することはできていない。
【０００６】
また、加工対象物には、複数の加工箇所に加工を行う場合があるが、加工箇所の場所においては、穴が開いているだけで良いものもあれば、例えば、真円でなれば製品とならない場合もあるため、余分な作業を増やすことなく、必要な箇所のみ高精度の加工形状を形成する方法が必要となる。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、特に、加工対象物の加工形状の精度を向上するためのレーザ加工方法、レーザ加工装置、及びレーザ加工プログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【０００９】
請求項１に記載された発明は、架台の上に載置された加工対象物に対してレーザ光とアシストガスを出射して、前記加工対象物の少なくとも1つ以上の加工箇所に対して加工を行うレーザ加工方法において、  前記加工箇所に対して前記レーザ光と第１のアシストガスを略同一方向から出射して加工を行う加工工程と、前記加工箇所のドロスを除去するために、再度前記レーザ光と前記第１のアシストガスとは異なる第２のアシストガスを略同一方向から出射してドロス除去を行うドロス除去行程とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、同一箇所に再度前記レーザ光と前記アシストガスを出射することにより、加工により形成された加工面に付着したドロスを除去することができ、高精度な加工形状を形成することができる。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、前記ドロス除去行程は、所定の加工箇所について行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、高精度な加工形状を形成する必要がある加工箇所にのみドロス除去行程を行うことで、無駄な作業を行う必要がなく、ランニングコストを抑えることができる。なお、予め全部の加工箇所にドロス除去行程を行うよう設定することにより、加工対象物の全ての加工箇所について高精度な加工を行うことができ、製品価値も向上させることができる。
【００１３】
請求項３に記載された発明は、架台の上に載置された加工対象物に対してレーザ光とアシストガスを出射して、前記加工対象物の少なくとも1つ以上の加工箇所に対して加工を行うレーザ加工装置において、前記加工箇所に対して前記レーザ光と第１のアシストガスを略同一方向から出射して加工を行う加工手段と、前記加工箇所のドロスを除去するために、再度前記レーザ光と前記第１のアシストガスとは異なる第２のアシストガスを略同一方向から出射してドロスの除去を行うドロス除去手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、同一箇所に再度前記レーザ光と前記アシストガスを出射することにより、加工により形成された加工面に付着したドロスを除去することができ、高精度な加工形状を形成することができる。
【００１５】
請求項４に記載された発明は、前記ドロス除去手段は、所定の加工箇所について行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、高精度な加工形状を形成する必要がある加工箇所にのみドロス除去手段を有することで、無駄な作業を行う必要がなく、ランニングコストを抑えることができる。なお、予め全部の加工箇所にドロス除去手段を有することで、加工対象物の全ての加工箇所について高精度な加工を行うことができ、製品価値も向上させることができる。
【００１７】
請求項５に記載された発明は、請求項１又は２に記載のレーザ加工方法をコンピュータに実行させるレーザ加工プログラムである。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、レーザ加工プログラムを作成しておくことにより、作業員の手間を省き、効率的にレーザ加工を行うことができる。
【００１９】
請求項６に記載された発明は、前記レーザ加工プログラムは、ＣＡＤデータに基づいて作成されることを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明によれば、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データを使用することにより、容易な加工形状の設定を行うことができ、効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、架台の上に載置された加工対象物に対して、レーザ光とアシストガスを出射して加工を行った後、同一箇所に再度レーザ光とアシストガスを出射することにより、加工面上に付着したドロスを吹き飛ばすことで、加工形状の精度を向上させることを主眼とする。
【００２２】
なお、再度レーザ光及びアシストガスを出射させることで加工対象物の裏面に付着したドロスは除去することができない場合があったとしても、従来の裏面の研磨行程等を行うことにより、容易にドロスを除去することができる。
【００２３】
次に、本発明における実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、レーザ加工装置の一例の図である。
【００２５】
図１のレーザ加工装置は、レーザ発振器１１と、反射ミラー１２と、集光レンズ１３と、アシストガス出射装置１４と、架台１５と、制御装置１６とを有するよう構成されている。
【００２６】
図１において、まず、レーザ発振器１１よりレーザ光が出射されると、マスク反射ミラー１２により集光レンズ１３側へと反射させる。集光レンズ１３は、入力されたレーザ光を集光し、架台１５上に載置された加工対象物１７の加工面にレーザ光を照射することにより、加工対象物１７の加工を行う。また、アシストガス出射装置１４により、出射されるアシストガスにより加工時に生成されたドロスを吹き飛ばすことができる。なお、アシストガスとしては、酸素ガス、圧縮空気、又は窒素ガス等が一般的に用いられる。
【００２７】
また、架台１５は、ＸＹＺθテーブルであり、集光レンズ１３に対して前後左右方向（Ｘ、Ｙ方向）及び上下方向（Ｚ方向）への移動が可能であり、かつ架台１５を照射軸に対して傾斜角θ分傾かせることができる。このように架台１５を移動させることで多種の加工形状を形成することが可能となる。また、制御装置１６は、レーザ発振器１１からのレーザ光の発振タイミングと、アシストガス出射装置１４からのアシストガスの出射タイミングと、架台１５の移動のタイミングとを制御する。
【００２８】
ここで、図２に、本発明における加工対象物の加工状態の一例を示す。
【００２９】
図２において、図２（ａ）は、通常（１回目）の加工を示す図である。図２（ａ）において、レーザ光とアシストガスを同時に出射する加工行程は、加工対象物１７にレーザ光が照射されることで非常に高温になり、また、ドロスも生成されたばかりで固まっていないため、アシストガスをレーザ光による加工と同時に加工面に吹き付けることで、ドロスを加工対象物１７から除去することができる。
【００３０】
しかしながら、加工形状や加工対象物１７の材質、厚さ等により、ドロスの一部が加工対象物１７の裏面付近（下部）に付着されてしまう。そこで、図２（ｂ）に示すように、加工行程が終了後、再度レーザ光とアシストガスを加工対象物１７の同一箇所に出射することで加工面に付着されたドロスを吹き飛ばすことができ、裏面のアシストガスが届かない位置に微少なドロスが付着された状態にすることができる。
【００３１】
図２（ｂ）の状態になった加工対象物１７は、従来の裏面の研磨作業等により裏面のアシストガスが届かない位置に付着したドロスを除去することができ、高精度な加工形状が形成することができる。
【００３２】
なお、再度レーザ光とアシストガスを同一箇所に出射するドロス除去行程のタイミングについては、図２（ａ）の加工を行った直後でもよく、また、加工対象物１７の複数の加工箇所について図２（ａ）の行程が全て終了した後に、ドロス除去行程を実施してもよい。また、ドロス除去行程時のレーザ光とアシストガスの出射を加工穴の形状（円、四角等）や厚さに合わせて行うことで、ドロスを正確に除去して、加工形状の精度を向上させることができる。
【００３３】
更に、通常は、加工対象物１７の加工形状の精度を向上させるため、全ての加工箇所においてドロス除去行程を行うが、加工箇所の用途においては、加工形状に精度に関係なく、ただ切断できていればよい場合もある。そのような場合に、必要な箇所のみドロス除去行程を行うように制御することで、効率的で且つランニングコストを抑えたレーザ加工処理を行うことができる。
【００３４】
ここで、制御装置１６のコンピュータシステム構成の一例について、図を用いて説明する。
【００３５】
図３は、本発明における制御装置のコンピュータシステムの一構成例を示す図である。
【００３６】
本発明における制御装置１６のコンピュータシステムは、図３に示すように、入力装置３１と、出力装置３２と、ドライブ装置３３と、記録媒体３４と、補助記憶装置３５と、メモリ装置３６と、演算処理装置３７と、夫々バスＢで相互に接続されている。
【００３７】
入力装置３１は、コンピュータシステムの使用者が操作するキーボード及びマウス等の有する。出力装置３２は、コンピュータシステムを操作するのに必要な各種ウィンドウやデータ等を表示するディスプレイを有する。
【００３８】
記録媒体３４は、ドライブ装置３３にセットされ、レーザ加工に必要な様々な電子データを制御装置１６に入力することができる。また、補助記憶装置３５は、入力又は設定された制御情報データを蓄積する。メモリ装置３６は、レーザ加工装置の使用者が、入力装置３１から入力された加工対象物の少なくとも1つ以上の加工箇所における加工行程と、ドロスを除去するために再度レーザ光とアシストガスを出射するドロス除去行程の有無について夫々設定した情報を格納し、演算処理装置３７は、メモリ装置３６に格納された設定情報に基づきレーザ加工プログラムを作成する。作成されたレーザ加工プログラムにより、レーザ発振器１１、アシストガス出射装置１４、及び架台１５の制御を行い、加工対象物１７の加工を行う。
【００３９】
なお、ドロス除去行程については、その有無だけではなく、ドロス除去するために用いられるレーザ光とアシストガスの出射形状（円、四角等）の設定を行うことで、加工工程時と同じ軌跡を描くことができるため、ドロスのみを的確に除去することができ、加工形状の精度を更に向上させることができる。
【００４０】
なお、加工対象物に関するＣＡＤデータ等が入力されたＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体３４をドライブ装置３３内にセットし、読み込んだ後、メモリ装置３６に格納して、演算処理装置３７が、メモリ装置３６のＣＡＤデータの情報からレーザ加工プログラムを作成することにより、レーザ加工装置の使用者は、設定作業を有することなく容易で正確にレーザ加工を行うことができる。
【００４１】
なお、前述したＣＡＤデータからの加工行程及びドロス除去行程を設定する方法は、ＣＡＤデータ中に含まれる径の大きさや、加工対象物の厚さ等によりドロスが付着し易い条件を予め補助記憶装置３５内に蓄積しておき、前記条件とＣＡＤデータを比較することにより、必要な箇所のみドロス除去行程を付加することができる。
【００４２】
演算処理装置３７にて作成されたレーザ加工プログラムにより制御装置１６は、レーザ発振器１１、アシストガス１４、及び架台１５の制御を行うことができる。
【００４３】
次に、本発明におけるレーザ加工方法を用いて、レーザ加工を行った結果を図を用いて説明する。なお、結果の説明を容易にするために、加工行程のみを行った従来のレーザ加工の結果と比較して説明する。
【００４４】
図４は、本発明におけるメタルマスクレーザ加工装置の一構成例を示す図である。
【００４５】
図４のメタルマスク加工装置は、レーザ発振器４１と、トレパニングヘッド４２と、ガスノズル４３と、ＸＹテーブル４４と、Ｘリニアモータ４５と、Ｙリニアモータ４６と、Ｚ軸稼動部４７と、石定盤４８とを有するよう構成されている。
【００４６】
なお、レーザ発振器４１には、制御装置及びアシストガス出射装置の機能が付加されているものとする。トレパニングヘッド４２は、一般にＸＹテーブル４４に載置された加工対象物１７へ真円の穴開け加工を行うために用いられる。ガスノズル４３は、加工対象物１７に対して正確な位置にアシストガスを出射させることができる。Ｘリニアモータ４５及びＹリニアモータ４６は、高速度で高精度に加工対象物１７の複数の加工箇所に設定することができる。Ｚ軸稼動部４７は、上下稼動が可能なため、加工対象物１７に対して結像位置の調整を行うことができる。なお、上述した各装置は石定盤４８上に設置される。
【００４７】
次に、具体的な加工条件について説明する。
【００４８】
図５は、加工対象物の加工箇所を示す図である。なお、図５の加工対象物１７は、ＳＵＳ３０４鋼板とし、板厚０．１５ｍｍとする。また、図５のＡ領域には、Φ１２０μｍ、ピッチ２４０μｍとして４００穴を形成し、Ｂ領域には、Φ８０μｍ、ピッチ１６０μｍとして、１６００穴を形成し、Ｃ領域には、Φ８０μｍ、ピッチ４８０μｍとして１６００穴を形成する。つまり、合計加工箇所（穴数）が３６００穴の穴開け加工を行う。
【００４９】
次に、上述した加工条件に基づいた各領域の加工結果を図を用いて説明する。
【００５０】
図６は、本発明における加工行程のみを行った各領域毎に加工結果を示す図である。なお、図６におけるレーザ光の条件は、８００ＨＺのレーザ光をエネルギー５．９０Ｊ、９００Ｖ（１０Ｗ）で出射し、加工時間は２１分２２秒として、加工能力は１０１４０穴／ｈであるレーザ光を用いる。また、アシストガスには酸素を用いる。
【００５１】
また、図６（ａ）は、Ａ領域の加工結果を表し、図６（ｂ）は、Ｂ領域の加工結果を表し、図６（ｃ）は、Ｃ領域の加工結果を表す。
【００５２】
また、Ｔｏｐは、加工対象物１７のレーザ光及びアシストガスが出射された面（表面）であり、Ｂｏｔｔｏｍは、レーザ光及びアシストガスが出射された反対の面（裏面）である。
【００５３】
また、Ｘは、表面の加工穴のＸ軸方向の径の大きさ（μｍ）を表し、Ｙは、表面の加工穴のＹ軸方向の径の大きさ（μｍ）を表す。また、ｘは、裏面の加工穴のＸ軸方向の径の大きさ（μｍ）を表し、ｙは、裏面の加工穴のＹ軸方向の径の大きさ（μｍ）を表す。また、図６は、各領域において任意に９箇所のデータを抽出した。
【００５４】
図６に示すように、各領域とも、Ｂｏｔｔｏｍのｘとｙの径の大きさに誤差が見られる。この誤差は加工形状が真円でないことを表し、更にＢｏｔｔｏｍの方が誤差が大きいため、その原因としてドロスの付着によるものであると推測される。
【００５５】
次に、本発明におけるドロス除去行程を含めた加工処理を行った結果を図７に示す。なお、図７におけるレーザ光の条件は、８００ＨＺのレーザ光をエネルギー５．９０Ｊ、９００Ｖ（１０Ｗ）で出射し、加工時間は、２６分１５秒として、加工能力は８２２８穴／ｈであるレーザ光を用いる。また、アシストガスには圧縮空気を用いる。
【００５６】
また、図７（ａ）は、Ａ領域の加工結果を表し、図７（ｂ）は、Ｂ領域の加工結果を表し、図７（ｃ）は、Ｃ領域の加工結果を表す。
【００５７】
また、図７のＴｏｐ、Ｂｏｔｔｏｍ、Ｘ、Ｙ、ｘ及びｙは、図６と同様である。なお、図７についても、各領域において任意に９箇所のデータを抽出した。
【００５８】
図７に示すように、各領域とも、本発明におけるレーザ加工方法を用いることで、Ｂｏｔｔｏｍのｘとｙの径の大きさの誤差を図6と比較して明確に減少させている。これは、Ｂｏｔｔｏｍの位置に付着したドロスをドロス除去行程を行うことで、吹き飛ばすことができ真円に近い加工を形成させることができる。
【００５９】
上述したように、同一加工箇所に再度レーザ光とアシストガスを出射するドロス除去行程を有するレーザ加工方法を用いることにより、加工対象物の加工形状の精度を向上させることができる。また、加工対象物において、複数の加工形状を形成する場合、必要に応じて予め設定した加工箇所に対してのみドロス除去行程を行うことで、無駄な加工作業を行う必要がなく、ランニングコストを抑え、効率的な加工を行うことができる。
【００６０】
また、ドロス除去行程に用いるレーザ光とアシストガスの出射形状を円又は四角等に設定を行うことで、加工工程時と同じ軌跡を描くことができるため、ドロスのみを的確に除去することができ、加工形状の精度を更に向上させることができる。
【００６１】
また、ＣＡＤデータ等をレーザ加工装置に入力し、入力されたＣＡＤデータの内容に基づいて加工形状のドロス除去行程を実施する場所、及び実施する際のレーザ光とアシストガスの加工形状を設定することにより、作業者の負担を減らして、正確な位置にドロス除去を実施することができる。
【００６２】
更に、ドロス除去行程に関するレーザ加工プログラムを作成し加工工程に付加することにより、レーザ加工作業を容易に実施することができる。
【００６３】
なお、本発明におけるレーザ加工は、上述した穴開け加工だけでなく、切断加工及び溶接加工においても、同様のレーザ加工方法を用いることで加工形状の精度を向上させることができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、加工工程にて生成されたドロスを除去するために、同一加工箇所に再度レーザ光とアシストガスを出射するドロス除去行程を有するレーザ加工方法を用いることにより、加工対象物の加工形状の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ加工装置の一例の図である。
【図２】本発明における加工対象物の加工状態の一例を示す図である。
【図３】本発明における制御装置のコンピュータシステムの一構成例を示す図である。
【図４】本発明におけるメタルマスクレーザ加工装置の一構成例を示す図である。
【図５】加工対象物の加工箇所を示す図である。
【図６】本発明における加工行程のみを行った各領域毎に加工結果を示す図である。
【図７】本発明におけるドロス除去行程を含めた加工処理を行った結果を示す図である。
【符号の説明】
１１，４１  レーザ発振器
１２  反射ミラー
１３  集光レンズ
１４  アシストガス出射装置
１５  架台
１６  制御装置
１７  加工対象物
３１  入力装置
３２  出力装置
３３  ドライブ装置
３４  記録媒体
３５  補助記憶装置
３６  メモリ装置
３７  演算処理装置
４２  トレパニングヘッド
４３  ガスノズル
４４  ＸＹテーブル
４５  Ｘリニアモータ
４６  Ｙリニアモータ
４７  Ｚ軸稼動部
４８  石定盤
【図１】
0003865226.tif 000002
【図２】
0003865226.tif 000003
【図３】
0003865226.tif 000004
【図４】
0003865226.tif 000005
【図５】
0003865226.tif 000006
【図６】
0003865226.tif 000007
【図７】
0003865226.tif 000008