(57)【要約】【課題】複数の切り抜き加工を連続して行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法において、被加工物の加工不良を減らす。【解決手段】レーザ加工装置１は、複数の被加工物２３が成形された樹脂シート２１から各被加工物２３の外周を切断して取り出す装置である。レーザ加工装置１は、加工テーブル１５と、押さえ部材３１Ａと、レーザ発振器９とを有している。加工テーブル１５には、樹脂シート２１が載置される。押さえ部材３１Ａは、複数の被加工物２３に対応する複数の貫通部３３を有し、レーザ加工中に樹脂シート２１の変形を抑えるように樹脂シート２１を押さえる。レーザ発振器９は、レーザ光を押さえ部材３１Ａの複数の貫通部３３に通すことで、複数の被加工物２３の外周を切断する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被加工物が成形された樹脂シートから各被加工物の外周を切断して取り出すレーザ加工装置であって、
前記樹脂シートが載置される載置台と、
前記複数の被加工物に対応する複数の貫通部を有し、レーザ加工中に前記樹脂シートの変形を抑えるように前記樹脂シートを押さえる押さえ部材と、
レーザ光を前記押さえ部材の前記複数の貫通部に通すことで前記複数の被加工物の外周を切断するレーザ発振器と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記載置台は、平坦な上側の載置面を有しており、
前記押さえ部材は、前記樹脂シートに対応する凹部を下面に有している、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記加工テーブルは、前記樹脂シートが収容される平坦な凹部を上面に有しており、
前記押さえ部材は、平坦な下面を有している、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記複数の貫通部は、前記樹脂シート側から反対側に向けて貫通部分の面積が徐々に広くなっている壁面を有している、請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
複数の被加工物が成形された樹脂シートから各被加工物の外周を切断して取り出すレーザ加工方法であって、
前記複数の被加工物に対応する複数の貫通部を有する押さえ部材によって、レーザ加工中に前記樹脂シートの変形を抑えるように前記樹脂シートを押さえるシート押さえステップと、
レーザ発振器が、レーザ光を前記押さえ部材の前記複数の貫通部に通すことで、前記複数の被加工物の外周を切断する切断ステップと、
を備えたレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法、特に、レーザ光を照射して樹脂シートに切り抜きを行う装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工によって、樹脂シートから複数の部分を切り抜く加工技術が知られている。一般に樹脂シートは耐熱性が低く、そのため連続して複数の切り抜きを行うときに、先の切り抜きによってその周辺が加熱されて変形してしまい、それが原因で次にその近傍の切り抜きを行うとするときにレーザの焦点と加工位置のずれが生じてしまうことがある。この結果、正確な切り抜きができない。
【０００３】
そのような問題を解決するために、分割領域を用いた切り抜き加工を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。そこでは、樹脂シートに複数の分割領域を設けておき、最初にある分割領域で連続して切り抜き加工を行い、次に最初の分割領域から離れた分割領域で連続して切り抜き加工を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４９３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のレーザ加工方法では、従来に比べては効果があるものの、切り抜き加工によって被加工物に加工不良が発生することが分かっている。
【０００６】
本発明の目的は、複数の切り抜き加工を連続して行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法において、被加工物の加工不良を減らすことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００８】
本発明の一見地に係るレーザ加工装置は、複数の被加工物が成形された樹脂シートから各被加工物の外周を切断して取り出す装置である。レーザ加工装置は、載置台と、押さえ部材と、レーザ発振器とを有している。
載置台には、樹脂シートが載置される。
押さえ部材は、複数の被加工物に対応する複数の貫通部を有し、レーザ加工中に樹脂シートの変形を抑えるように樹脂シートを押さえる。
レーザ発振器は、レーザ光を押さえ部材の複数の貫通部に通すことで、複数の被加工物の外周を切断する。
この装置では、レーザ発振器が被加工物の外周を切断するときに、樹脂シートは押さえ部材によって押さえられているので、次に切り抜き加工される被加工物が、先の被加工物の切り抜き加工によって生じた熱の影響を受けにくい。したがって、レーザ焦点と次に切り抜き加工される被加工物の位置とがずれにくい。その結果、連続して切り抜き加工を行っても、被加工物に加工不良が生じにくい。
なお、「押さえ部材が、樹脂シートの変形を抑えるように、樹脂シートを押さえる」とは、複数の被加工物の各々の周囲の一部又は全てを押さえつけることを意味する。
また、押さえ部材の押圧力は、自重によって発生させてもよいし、押さえ部材を吸着することで発生させてもよい。
【０００９】
載置台は、平坦な上側の載置面を有しており、押さえ部材は、樹脂シートに対応する凹部を下面に有していてもよい。
この装置では、載置台の構造が簡単になる。
【００１０】
加工テーブルは、樹脂シートが収容される平坦な凹部を上面に有しており、押さえ部材は、平坦な下面を有していてもよい。
この装置では、押さえ部材の構造が簡単になる。加工テーブルの凹部は、凹部を構成するための複数の部材によって構成されてもよい。
【００１１】
複数の貫通部は、樹脂シート側から反対側に向けて貫通部分の面積が徐々に広くなっている壁面を有していてもよい。
この装置では、レーザ加工により発生した残渣が、貫通部からさらに外方に飛散しやすくルなりつまり壁面や樹脂シートに付着しにくくなっており、そのため長時間にわたって押さえ部材を使用することができる。
【００１２】
本発明の他の見地に係るレーザ加工方法は、複数の被加工物が成形された樹脂シートから各被加工物の外周を切断して取り出す方法である。レーザ加工方法は、下記のステップを有している。
◎複数の被加工物に対応する複数の貫通部を有する押さえ部材によって、レーザ加工中に樹脂シートの変形を抑えるように樹脂シートを押さえるシート押さえステップ
◎レーザ発振器が、レーザ光を押さえ部材の複数の貫通部に通すことで、複数の被加工物の外周を切断する切断ステップ
この方法では、レーザ発振器が被加工物の外周を切断するときに、樹脂シートは押さえ部材によって押さえられているので、次に切り抜き加工される被加工物が、先の被加工物の切り抜き加工によって生じた熱の影響を受けにくい。したがって、レーザ焦点と次に切り抜き加工される被加工物の位置とがずれにくい。その結果、連続して切り抜き加工を行っても、被加工物に加工不良が生じにくい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、複数の切り抜き加工を連続して行う際に、被加工物の加工不良が減る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】レーザ加工装置の模式図。
【図２】複数の切り抜き加工を連続して行うレーザ加工方法のフローチャート。
【図３】樹脂シートの平面図。
【図４】樹脂シートを押さえ部材で押さえた場合の平面図。
【図５】レーザ加工装置の模式的断面図。
【図６】図５の部分拡大図。
【図７】第２実施形態におけるレーザ加工装置の模式的断面図。
【図８】第３実施形態におけるレーザ加工装置の模式的断面図。
【図９】第４実施形態におけるレーザ加工装置の模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．第１実施形態
（１）全体構成
図１に、本発明の一実施形態による樹脂シート切断用のレーザ加工装置１の全体構成を示す。レーザ加工装置１は、複数の被加工物２３が成形された樹脂シート２１から、各被加工物２３の外周を切断して取り出す装置である。樹脂シート２１は、図３に示すように、複数の被加工物２３があらかじめ形成されている。この実施形態では、被加工物２３は円形の成型品である。被加工物２３同士は互いに近接しており、それらの間は連結部２５となっている。
【００１６】
レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。レーザ装置３は、樹脂シート２１にレーザ光を照射するためのレーザ発振器９を有している。さらに、レーザ装置３は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系１１を有している。伝送光学系１１は、例えば、図示しないが、集光レンズ、複数のミラー、プリズム、ビームエキスパンダ等を有する。また、伝送光学系１１は、例えば、レーザ発振器９及び他の光学系が組み込まれたレーザ照射ヘッド（図示せず）をｘ軸方向に移動させるためのｘ軸方向移動機構（図示せず）を有している。
【００１７】
レーザ加工装置１は、機械駆動系５を備えている。機械駆動系５は、ベッド１３と、樹脂シート２１が載置される加工テーブル１５（載置台の一例）と、加工テーブル１５をベッド１３に対して水平方向に移動させる移動装置１７とを有している。移動装置１７は、ガイドレール、移動テーブル、モータ等を有する公知の機構である。
【００１８】
レーザ加工装置１は、操作制御部７を備えている。操作制御部７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを有するコンピュータであって、記憶部に保存されたプログラムによって各種制御及び計測が可能である。この実施形態では、操作制御部７は、レーザ発振器９を制御できる。また、操作制御部７は、移動装置１７を制御できる。さらに、操作制御部７は、伝送光学系１１を制御できる。なお、操作制御部７は、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
さらに、操作制御部７には、各種センサ及び入力スイッチが接続されている。
【００１９】
レーザ発振器９は、従来と同様のレーザ管により構成されている。レーザ発振器９は、例えば、ピコ秒ＵＶレーザである。
【００２０】
（２）動作
図２〜図５を用いて、レーザ光による樹脂シート２１の加工動作について説明する。ここでは、図３に示すように、複数の被加工物２３の外周を連続して切断する動作を説明する。
最初に、図２のステップＳ１では、図５に示すように、樹脂シート２１が、加工テーブル１５の上面１５ａに載置される。詳細には、加工テーブル１５の上面１５ａにはシート４１が載置されており、樹脂シート２１は、シート４１の上に載置される。樹脂シート２１は、例えば、塩化ビニール樹脂の成形品であり、厚みは０．５ｍｍ程度である。
【００２１】
続いて、ステップＳ２では、押さえ部材３１Ａを樹脂シート２１の上に載せることで、押さえ部材３１Ａによって樹脂シート２１を加工テーブル１５の上面１５ａ（載置面の一例）に押さえつける。押さえ部材３１Ａは、複数の被加工物２３に対応する複数の貫通部３３を有し、レーザ加工中に樹脂シート２１の変形を抑えるように樹脂シート２１を押さえる。押さえ部材３１Ａは、図４及び図５に示すように、平板状の部材であり、樹脂シート２１に対応する押さえ部３１ａを有している。押さえ部３１ａは、樹脂シート２１に押圧力を付与する。押さえ部材３１Ａは、さらに、押さえ部３１ａの周囲に形成され下方に突出する円筒部３１ｂを有している。これにより、押さえ部材３１Ａは、樹脂シート２１に対応する凹部３１ｃを下面に有している。円筒部３１ｂの下面３７は、加工テーブル１５の上面１５ａに着座する。押さえ部材３１Ａの押圧力は、自重のみによって発生させてもよいし、それに加えて押さえ部材３１Ａの円筒部３１ｂを吸着することで発生させてもよい。また、押さえ部材３１Ａの円筒部３１ｂを省略することで、押さえ部材を平坦な板状部材としてもよい。
【００２２】
押さえ部材３１Ａは、熱伝導率が高い材質からなることが好ましい。後述する切り抜き加工時に樹脂シート２１からの熱を効率よく放熱するためである。したがって、押さえ部材３１Ａは、金属（特に、アルミニウム又は銅）からなることが好ましい。さらに、押さえ部材３１Ａは、上面に溝や突起を有することで放熱面積を多くする構造を有していてもよい。
【００２３】
図５及び図６に示すように、被加工物２３は複雑な曲面形状を有しているが、連結部２５は、上面２５ａ及び下面２５ｂが共に平面である。したがって、連結部２５の上面２５ａは、押さえ部３１ａの下面３５に全面的に当接している連結部２５の下面２５ｂは、加工テーブル１５の上面１５ａ（実際には、シート４１）に全面的に当接している。以上より、押さえ部３１ａは、複数の被加工物２３の各々の周囲の全てを押さえ付けている。より詳細には、複数の被加工物２３の周囲は、押さえ部３１ａと加工テーブル１５の上面１５ａとの間に挟まれている。
【００２４】
押さえ部３１ａには、複数の貫通部３３が設けられている。複数の貫通部３３は、複数の被加工物２３に対応している。具体的には、図６に示すように、両者の中心Ｏは一致又はほぼ一致しており、さらに貫通部３３の外径Ｄ２は被加工物２３の外径Ｄ１よりわずかに大きくなっている。
【００２５】
次に、ステップＳ３では、操作制御部７が、レーザ発振器９を駆動して、被加工物の切り抜き加工を実行する。レーザ発振器９は、レーザ光を押さえ部材３１Ａの複数の貫通部３３に通すことで、複数の被加工物２３の外周を切断する。
ステップＳ４では、全ての被加工物２３を切り抜いたか否かを判断する。全ての被加工物２３を切り抜いていれば（ステップＳ４でＹｅｓ）、プロセスは終了する。被加工物２３が残っていれば（ステップＳ４でＮｏ）、プロセスはステップＳ３に戻る。つまり、複数の被加工物２３が連続して切り抜かれる。
【００２６】
以上のような加工によって、複数の被加工物２３を切り抜くことができる。
この装置では、レーザ発振器９が被加工物２３の外周を切断するときに、樹脂シート２１は押さえ部材３１Ａによって押さえられて変形しにくい。したがって、他の被加工物２３が位置ずれしにくい。その結果、連続して切り抜き加工を行っても、被加工物２３に加工不良が生じにくい。
【００２７】
この実施形態では、切り抜きの順番の制限がなくなる又は緩和される。つまり、隣接する被加工物２３を連続して切り抜き加工しても、被加工物に加工不良が生じにくい。したがって、短時間で全体の加工ができる。
この装置では、押さえ部材３１Ａが凹部３１ｃを有しているので、加工テーブル１５の上面１５ａの構造が簡単になる。
【００２８】
２．第２実施形態
押さえ部材と加工テーブルは、押さえ部材がレーザ加工中に樹脂シートの変形を抑えるように樹脂シートを押さえることができればよく、それらの形状は特に限定されない。
図７に示すように、加工テーブル１５は、樹脂シート２１が収容される平坦な凹部１５ｂを上面１５ａに有しており、押さえ部材３１Ｂは、平坦な下面３５（押さえ部３１ａに対応する部分の下面）と、下面３７Ａ（加工テーブル１５の上面１５ａに当接する下面）を有している。
この装置では、樹脂シート２１の位置決めが容易になる。なお、加工テーブル１５の凹部１５ｂは、複数の部材によって構成されてもよい。
【００２９】
３．第３実施形態
押さえ部材の複数の貫通部は、レーザ光がそれらを通って複数の被加工物の外周を切断できればよいので、形状は特に限定されない。
図８に示すように、第１実施形態と基本的には同じ構造において、押さえ部材３１Ｃの複数の貫通部３３Ａは、樹脂シート２１側から反対側に向けて径が徐々に広くなっているテーパー状の壁面を有している。
この装置では、レーザ加工により発生した残渣が、貫通部３３Ａからさらに外方に飛散しやすくなりつまり壁面や樹脂シート２１に付着しにくくなっている。その結果、長時間にわたって押さえ部材３１Ｃを使用できる。
【００３０】
４．第４実施形態
図９に示すように、第２実施形態と基本的には同じ構造において、押さえ部材３１Ｄの複数の貫通部３３Ａは、樹脂シート２１側から反対側に向けて径が徐々に広くなっているテーパー状の壁面を有している。
この装置では、レーザ加工により発生した残渣が、貫通部３３Ａからさらに外方に飛散しやすくなりつまり壁面や樹脂シート２１に付着しにくくなっており、そのため長時間にわたって押さえ部材３１Ｄを使用することができる。
【００３１】
５．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
レーザ装置、機械駆動系の具体的な構成は、前記実施形態に限定されない。
被加工物の形状、個数、位置は特に限定されない。
押さえ部材の形状、材質は特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、レーザ光を照射して樹脂シート２１に切り抜きを行うレーザ光による装置及び方法に広く適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１      ：レーザ加工装置
３      ：レーザ装置
５      ：機械駆動系
７      ：操作制御部
９      ：レーザ発振器
１１    ：伝送光学系
１３    ：ベッド
１５    ：加工テーブル
１５ａ  ：上面
１７    ：移動装置
２１    ：樹脂シート
２３    ：被加工物
２５    ：連結部
２５ａ  ：上面
２５ｂ  ：下面
３１Ａ  ：押さえ部材
３１ａ  ：押さえ部
３３    ：貫通部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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