(57)【要約】【課題】加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行う。【解決手段】所定の形状に形成された加工対象物の加工部にファイバーから出力されるレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置であって、前記加工対象物を所定の位置で固定するための固定部材と、前記レーザ光が前記固定部材に固定された前記加工対象物の加工部に照射された後に裏側に漏れたレーザ光を所定の方向へ反射させるための反射部材と、前記反射部材により反射されたレーザ光を吸収する吸収部材とを有し、前記反射部材は、前記固定部材に設置されることにより、上記課題を解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状に形成された加工対象物の加工部にファイバーから出力されるレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置であって、
前記加工対象物を所定の位置で固定するための固定部材と、
前記レーザ光が前記固定部材に固定された前記加工対象物の加工部に照射された後に裏側に漏れたレーザ光を所定の方向へ反射させるための反射部材と、
前記反射部材により反射されたレーザ光を吸収する吸収部材とを有し、
前記反射部材は、前記固定部材に設置されることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記反射部材は、前記レーザ光の照射面が平面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記反射部材は、前記レーザ光の照射面が湾曲状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
レーザ光の照射方向が変化した場合に、所定の方向にレーザ光を反射させるため、前記反射部材を前記照射方向の変化に対応付けて回転させる回転手段を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記反射部材は、前記固定部材と一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
所定の形状に形成された加工対象物の加工部にファイバーから出力されるレーザ光を照射して加工を行う際、前記レーザ光が照射される加工部の裏側に漏れたレーザ光を遮蔽するレーザ光の遮蔽方法であって、
固定部材により前記加工対象物を所定の位置で固定する固定ステップと、
反射部材により前記漏れたレーザ光を所定の方向へ導出させる反射ステップと、
前記反射部材により反射されたレーザ光を吸収部材により吸収する吸収ステップとを有し、
前記反射部材は、前記固定部材に設置されることを特徴とする遮蔽方法。
【請求項７】
前記反射ステップは、
前記レーザ光の照射面が平面状に形成された反射部材を用いることを特徴とする請求項６に記載の遮蔽方法。
【請求項８】
前記反射ステップは、
前記レーザ光の照射面が湾曲状に形成された反射部材を用いることを特徴とする請求項６に記載の遮蔽方法。
【請求項９】
レーザ光の照射方向が変化した場合に、所定の方向にレーザ光を反射させるため、回転手段により前記反射部材を前記照射方向の変化に対応付けて回転させる回転ステップを有することを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の遮蔽方法。
【請求項１０】
前記反射ステップは、
前記固定部材と一体に形成された反射部材を用いることを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の遮蔽方法。
【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における遮蔽方法に係り、特に加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うためのレーザ加工装置及びレーザ加工における遮蔽方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、樹脂やアルミ、セラミック等の金属等の加工対象物（ワーク）において、予め凹凸等を有する所定の形状が形成されている場合に、レーザ光を照射して穴あけ（貫通）加工を行う場合に、加工部から裏面側に漏れたレーザ光の光路上に加工対象物の非加工面が存在する場合、漏れたレーザ光の照射により損傷（ダメージ）を受けることがある。
【０００３】
そこで、ダメージを受けない程度にレーザ光の焦点を調整して、所定の加工部分以外のダメージを防止したり、プロテクタ等を設けて漏れたレーザ光等による加工対象物のダメージを防止する手法が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００４】
ここで、特許文献１には、加工対象物の加工面の裏側に沿って設けられる半透明部材と、半透明部材の裏側に沿って設けられる反射部材とを備えているプロテクタについて示されている。また、特許文献２には、レーザ光が照射される部分の裏面側もしくは被加工物を保持する治具の表面の一部をセラミックス材料からなる繊維を用いて被覆することで、貫通したレーザ光を遮蔽することが示されている。
【特許文献１】特開平６―５５２９１号公報
【特許文献２】特開平７―１３６７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、加工に用いられるレーザ光として、例えばＹＡＧレーザ等を用いる場合には、ファイバーレーザに比べビーム品質も劣るため、加工速度も遅く、加工面も汚い。また、ＹＡＧレーザを用いる場合は、樹脂又は金属等から加工対象物に穴あけや切断等を行う時に、加工部の裏側にレーザ光の焦点をずらすためのある程度の空間を設けることで、裏側に存在する加工対象物の非加工面にダメージを与えることはなかった。
【０００６】
しかしながら、例えば１０７０〜１０８０ｎｍ光を出力するファイバーレーザ等で加工対象物の穴あけや切断を行う場合には、穴あけ又は切断中に部材を通過したレーザ光により加工部の裏面にある非加工面がレーザ光によりダメージを受けてしまう。
【０００７】
なお、ファイバーレーザは、ＹＡＧレーザとは異なり、レーザ媒体がファイバー状になっていることが特徴であり、その長所としては、大出力化が容易でありコンパクトであること、ファイバー径が非常に細く高ビーム品質が得られること、ランニングコストが少ないこと、及び発振器の構造によりメンテナンスフリーであること等の利点がある。
【０００８】
ここで、図１は、従来技術における課題を説明するための一例の図である。まず、図１（ａ）に示すように、予め所定の形状に形成された加工対象物１０に対して、ノズル１１等を介して所定の焦点にてレーザ光１２が照射されると、加工部１３に穴あけ加工がなされた後、加工対象物１０が有する非加工面１４にレーザ光が照射される。このとき、非加工面１４に照射されるレーザ光は、焦点位置がずれているが、ファイバーレーザを用いた大出力化や、ビーム品質の高さ等によりダメージを受けてしまう。
【０００９】
更に、例えば図１（ｂ）に示すように、例えば、レーザ光吸収部材１５を設けて非加工面１４へのレーザ光の照射を防止した場合、レーザ光吸収部材１５に照射されたレーザ光の反射により加工部の裏面にダメージを受けてしまう。
【００１０】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うためのレーザ加工装置及びレーザ加工における遮蔽方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明は、所定の形状に形成された加工対象物の加工部にファイバーから出力されるレーザ光を照射して加工を行うレーザ加工装置であって、前記加工対象物を所定の位置で固定するための固定部材と、前記レーザ光が前記固定部材に固定された前記加工対象物の加工部に照射された後に裏側に漏れたレーザ光を所定の方向へ反射させるための反射部材と、前記反射部材により反射されたレーザ光を吸収する吸収部材とを有し、前記反射部材は、前記固定部材に設置されることを特徴とする。これにより、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うことができる。
【００１２】
更に、前記反射部材は、前記レーザ光の照射面が平面状に形成されていることが好ましい。これにより、所定の位置に容易且つ正確に反射させることができる。
【００１３】
更に、前記反射部材は、前記レーザ光の照射面が湾曲状に形成されていることが好ましい。これにより、光をより拡散させて弱めることができるため、非加工面への加工を防止することができる。
【００１４】
更に、レーザ光の照射方向が変化した場合に、所定の方向にレーザ光を反射させるため、前記反射部材を前記照射方向の変化に対応付けて回転させる回転手段を有することが好ましい。これにより、レーザ光の照射される向きが変更されても所定の方向に反射させることができる。また、レーザ光の照射される向きが同一であった場合には、反射方向を変更することができる。
【００１５】
更に、前記反射部材は、前記固定部材と一体に形成されていることが好ましい。これにより、スペースを取らず、簡単な構成で、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うことができる。
【００１６】
また本発明は、所定の形状に形成された加工対象物の加工部にファイバーから出力されるレーザ光を照射して加工を行う際、前記レーザ光が照射される加工部の裏側に漏れたレーザ光を遮蔽するレーザ光の遮蔽方法であって、固定部材により前記加工対象物を所定の位置で固定する固定ステップと、反射部材により前記漏れたレーザ光を所定の方向へ導出させる反射ステップと、前記反射部材により反射されたレーザ光を吸収部材により吸収する吸収ステップとを有し、前記反射部材は、前記固定部材に設置されることを特徴とする。これにより、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うことができる。
【００１７】
更に、前記反射ステップは、前記レーザ光の照射面が平面状に形成された反射部材を用いることが好ましい。これにより、所定の位置に容易且つ正確に反射させることができる。
【００１８】
更に、前記反射ステップは、前記レーザ光の照射面が湾曲状に形成された反射部材を用いることが好ましい。これにより、光をより拡散させて弱めることができるため、非加工面への加工を防止することができる。
【００１９】
更に、レーザ光の照射方向が変化した場合に、所定の方向にレーザ光を反射させるため、回転手段により前記反射部材を前記照射方向の変化に対応付けて回転させる回転ステップを有することが好ましい。これにより、レーザ光の照射される向きが変更されても所定の方向に反射させることができる。また、レーザ光の照射される向きが同一であった場合には、反射方向を変更することができる。
【００２０】
更に、前記反射ステップは、前記固定部材と一体に形成された反射部材を用いることが好ましい。これにより、スペースを取らず、簡単な構成で、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
<本発明における遮蔽方法>
まず、本発明におけるレーザ光の遮蔽方法について図を用いて説明する。図２は、本発明におけるレーザ光の遮蔽方法について説明するための一例を示す図である。本発明では、図２に示すように、レーザ光の照射面に対して平面状に形成された反射部材２１及び吸収部材２２を有するよう構成されている。
【００２３】
つまり、ノズル１１から出力されたレーザ光１２は、加工部１３にて所定の加工をした後、反射部材２１を介して加工対象物１０に照射されない位置に移動させ、移動方向に設置した吸収部材２２によりレーザ光１２吸収する。これにより、加工部１３から漏れたレーザ光１２が非加工面１４に到達することなく、また、反射部材２１による反射光が加工部１３の裏面に照射されずに、漏れたレーザ光による非加工面のダメージを防止することができる。
【００２４】
また、この構成により、吸収部材１２に到達するまでの距離が従来よりも長くなるため、焦点を大きくずらすことができる。つまり、吸収部材２２に照射される径ｄ１が大きくなり光が拡散するため、吸収部材２２が加工されて穴があくことがなく、更には、吸収部材２２から一部反射した場合にもその反射光により加工対象物１０がダメージを受けるほどの影響はない。
【００２５】
また、図３は、他の実施形態の一例を示す図である。図３に示す例では、レーザ光の照射面に対して湾曲状に形成された反射部材２３を有している。なお、反射部材２３の湾曲は、例えば半径５０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の円弧状に湾曲させることができる。
反射部材２３を湾曲させることにより、照射されたレーザ光１２から吸収部材２２に到達する時のレーザ径ｄ２をより拡散することができる。これにより、反射部材２３と吸収部材２２との距離を短くすることができ、設置スペースを小さくすることができる。
【００２６】
なお、反射部材２１，２３は、レーザ光の照射方向が変化した場合に、所定の方向にレーザ光を反射させるため、前記反射部材を前記照射方向の変化に対応付けて所定の角度に任意に移動させることができる。また、吸収部材２２は、反射部材２１，２３により反射されたレーザ光を全て受光可能な位置に設けられることが好ましい。
【００２７】
また、反射部材２１、２３としては、例えばＳＵＳ材等を用いることができ、吸収部材２２としては、例えばＳＳ材等を用いることができる。
【００２８】
なお、上述の構成において、反射部材２１により漏れたレーザ光を加工対象物の非加工面に照射されることがないような位置に反射できるのではあれば、吸収部材を設けていなくてもよい。
【００２９】
また、加工部１３の裏面に、ある程度距離が取れる場合には、反射部材２１の位置に吸収部材２２を直接配置してもよい。この場合、例えば５００Ｗレーザのとき、約１００ｍｍ以上の距離があればよい。
【００３０】
本発明では、上述したように加工部１３と非加工面１４との距離が十分に取れない場合、図１に示すように、反射部材２１を間に配置し、レーザ光をこの反射部材で反射させて拡散させる。反射部材２１からのレーザ光が到達する場所には吸収部材２２を配置する。
【００３１】
これにより、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うことができる。
【００３２】
<レーザ加工装置>
次に、上述した遮蔽方法が適用されるレーザ加工装置について図を用いて具体的に説明する。図４は、レーザ加工装置の一例を示す図である。なお、図４に示すレーザ加工装置３０は、予め所定の形状に形成されたワーク（加工対象物）３１に対してファイバーレーザにより穴あけ又は切断等のレーザ加工を行うための装置を示している。
【００３３】
図４に示すレーザ加工装置３０は、ステージ３２上に、ワーク３１を固定するための固定部材としての少なくとも１つのワーク受け部材３３と、少なくとも１つのクランプ部３４と、ロボットアーム部３５と、レーザ発振器３６と、ファイバー３７と、加工ヘッド３８と、加工ノズル３９とを有するよう構成されている。
【００３４】
図４に示すレーザ加工装置３０において、ワーク３１は、ステージ３２上に設けられたワーク受け部材３３上の所定の位置に載せられる。このとき、ワーク受け部材３３の受け面には、ワーク３１の形状に対応させて凹凸が設けられており、その凹凸形状に対応させてワーク３１が位置付けられる。
【００３５】
また、ワーク受け部材３３の所定の位置に載せられたワーク３１は、その上からクランプ部３４により押さえ付けられて固定した状態となっている。なお、クランプ部３４におけるワーク３１との接触部分は、ゴム等の弾性体等からなりワーク３１を傷つけない構成になっている。
【００３６】
また、ロボット３５は、加工ヘッド３８をワーク受け部材３３とクランプ部３４とに固定されたワーク３１の所定の加工領域に移動させるための機構を有する。また、レーザ発振器３６は、所定のレーザ光を所定のタイミングで出射する。具体的には、レーザ発振器３６は、ワーク３１に所定の加工を行うため、所定のタイミングで所定の強さのパルスレーザ光を出射する。
【００３７】
ここで、本実施形態におけるレーザビームは、例えばファイバーレーザを用いることができるが、その他にもＮｄ：ＹＡＧレーザやＣＯ２レーザ等、一般的なレーザビームを用いることができる。なお、本発明におけるレーザビームの種類については、特に限定されるものではない。つまり、ワーク３１の材質や厚み、どのような加工（穴あけ、アニール等）を行うか等の各種加工条件等により任意に選択することができる。
【００３８】
また、ファイバー３７は、レーザ発振器３６からのレーザ光を加工ヘッドまで導くまでの機構である。また、加工ヘッド３８は、レーザ光を集光したり、所定の大きさに結像するための光学系を有している。また、加工ノズル３９は、先端が開口された円錐状に形成されており、所定の位置に正確にレーザ光を照射するためのノズルである。また、加工ノズル３９からは、エアー等のアシストガスをレーザ光と同時に噴出することで、加工により発生するドロスやスパッタ等を除去することもできる。
【００３９】
また、図５は、本発明における反射部材の一例を示す図である。図５に示すように、ワーク受け部材３３に上述した反射部材２１が設けられている。反射部材２１は、所定方向に向きを回転により移動するための回転手段４０が設けられている。これにより、レーザ光４１の照射される向きが変更されても所定の方向に反射させることができる。また、レーザ光の照射される向きが同一であった場合には、反射方向を所定の方向に変更することができる。
【００４０】
ここで、図５において、加工ノズル３９から出力されたレーザ光４１は、ワーク３１の加工部４２に所望の穴あけ加工を行った後、加工部４２を貫通したレーザ光が回転手段４０により所定の方向（例えば、吸収部材２２のある方向）に向けられて固定された反射部材２１により反射し、上述した吸収部材２２によりレーザ光を吸収する。なお、吸収部材２２を有していない構成であってもレーザ光による影響がないほど、非加工面との間に十分な距離が設けられていたり、レーザ光の強度が加工できない程度に弱くなっていればよい。
【００４１】
なお、上述した反射部材２１は、ワーク受け部材３３とは別の構成として反射面を移動させるための回転駆働機構を設けていたが、ワーク受け部材３３と一体の構成であってもよい。
【００４２】
ここで、図６は、反射部材を兼ねたワーク受け部材の一例を示す図である。図６に示す固定部材としてのワーク受け部材３３は、上述したようにワーク３１の形状に合わせて凹凸が形成されており、ワーク３１を所定位置で固定し安定し易くなっている。
【００４３】
また、図６に示す反射部材２１は、ワーク受け部材３３に固定に設置されており、ワーク受け部材３３と一体に形成されている。このとき、ワーク受け部材３３は、反射部材２１により所定の方向にレーザ光が反射されるような位置に反射部材２１を設置する。なお、反射部材２１は、上述した平面状のものや湾曲状のもの等を用いることができる。
【００４４】
また、反射部材２１は、接着やネジ止め、磁石等によりワーク受け部材３３の所定の位置に設置される。更に、反射部材２１は、可撓性のある反射シート等のシート状ものをワーク受け部材３３の所定位置に貼り付けてもよい。
【００４５】
これにより、図６に示すように、ワーク３１に照射されたレーザ光４１が加工部４２を加工し、更に加工部４２からの漏れたレーザ光が反射部材２１により反射して所定の方向（例えば、吸収部材２２がある方向等）に導出される。このように、反射部材２１とワーク受け部材３３を一体に形成することにより、スペースを取らず、簡単な構成で、ワーク３１に対して加工部４２から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、ワーク３１の加工を行うことができる。
【００４６】
上述したように、本発明によれば、加工対象物に対して加工部から漏れたレーザ光による損傷を与えることがなく、加工対象物の加工を行うことができる。更に、加工部以外の箇所（例えば、加工部の裏側や加工部に隣接する非加工面等）にスパッタやドロス等が付着することを防止することもできる。したがって、加工対象物にダメージを与えることがなく、加工対対象物に対して穴あけや切断等のレーザ加工を高精度に行うことができる。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】従来技術における課題を説明するための図である。
【図２】本発明におけるレーザ光の遮蔽方法について説明するための一例を示す図である。
【図３】他の実施形態の一例を示す図である。
【図４】レーザ加工装置の一例を示す図である。
【図５】本発明における反射部材の一例を示す図である。
【図６】反射部材を兼ねたワーク受け部材の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  加工対象物
１１  ノズル
１２，４１  レーザ光
１３  加工部
１４  非加工面
１５  レーザ光吸収部材
２１，２３  反射部材
２２  吸収部材
３０  レーザ加工装置
３１  ワーク
３２  ステージ
３３  ワーク受け部材
３４  クランプ部
３５  ロボットアーム部
３６  レーザ発振器
３７  ファイバー
３８  加工ヘッド
３９  加工ノズル
４０  回転手段
４２  加工部
【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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