(57)【要約】【課題】レーザ溶接による溶接不良の発生を抑制した溶接装置を提供することにある。【解決手段】ワークチェンジャ１３により第１の真空チャンバ１０内にワークＷが搬送された状態にて第２の真空チャンバ３０内の圧力が第１の所定値以下である場合に、シャッタ１２により搬送口１１を閉塞する一方、第１のゲート弁２２を開放するように制御し、第１の真空チャンバ１０内の圧力が第２の所定値以下になったときに加工ヘッド１４からワークＷにレーザＬを照射するようにレーザ光発振器５１を制御する制御装置５２を具備する。【選択図】図１
2009202200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光発振手段からのレーザ光を加工ヘッドから被加工物に照射して当該被加工物を加工するレーザ加工装置であって、
前記加工ヘッドが配置される第１の真空チャンバと、
前記第１の真空チャンバに設けられ、前記被加工物の搬入および搬出を行う搬送口を開閉可能なシャッタと、
前記第１の真空チャンバと第１の配管を介して連結して設けられる第２の真空チャンバと、
前記第１の配管に設けられる第１のバルブと、
前記第２の真空チャンバに連結して設けられ、真空排気する真空排気手段と、
前記第１の真空チャンバ内への前記被加工物の搬入および前記第１の真空チャンバ内からの前記被加工物の搬出を行う被加工物搬送手段と、
前記第１の真空チャンバ内の圧力を計測する第１の圧力計測手段と、
前記第２の真空チャンバ内の圧力を計測する第２の圧力計測手段と、
前記被加工物搬送手段により前記第１の真空チャンバ内に前記被加工物が搬送された状態にて、前記第２の真空チャンバ内の圧力が第１の所定値以下であるときに、前記搬送口を閉塞するように前記シャッタを制御するシャッタ制御手段と、
前記シャッタにより前記搬送口を閉塞したときに前記第１のバルブを開放するように制御するバルブ制御手段と、
前記第１の真空チャンバ内の圧力が前記第２の所定値以下であるときに、前記加工ヘッドから前記被加工物にレーザを照射するように前記レーザ光発振手段を制御するレーザ光発振制御手段とを具備する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたレーザ加工装置であって、
前記第２の真空チャンバは、前記第１の真空チャンバと同じまたはそれよりも大きい容積を有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項３】
レーザ光発振手段からのレーザ光を被加工物に照射する加工ヘッドが配置される第１の真空チャンバと、
前記第１の真空チャンバに設けられ、前記被加工物の搬入および搬出を行う搬送口を開閉可能なシャッタと、
前記第１の真空チャンバと第１の配管を介して連結して設けられる第２の真空チャンバと、
前記第１の配管に設けられる第１のバルブと、
前記第２の真空チャンバに連結して設けられ、真空排気する真空排気手段と、
前記第１の真空チャンバ内への前記被加工物の搬入および前記第１の真空チャンバ内からの前記被加工物の搬出を行う被加工物搬送手段と、
前記第１の真空チャンバ内の圧力を計測する第１の圧力計測手段と、
前記第２の真空チャンバ内の圧力を計測する第２の圧力計測手段とを具備するレーザ加工装置を用いて前記被加工物にレーザを照射して加工するレーザ加工方法であって、
前記被加工物搬送手段により前記第１の真空チャンバ内に前記被加工物が搬送された状態にて前記第２の真空チャンバ内の圧力が第１の所定値以下である場合に、前記シャッタにより前記搬送口を閉塞する一方、前記第１のバルブを開放し、前記第１の真空チャンバ内の圧力が第２の所定値以下になったときに前記加工ヘッドから前記被加工物にレーザを照射して当該被加工物を加工する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項４】
請求項３に記載されたレーザ加工方法であって、
前記第２の真空チャンバは、前記第１の真空チャンバと同じまたはそれよりも大きい容積を有する
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置およびそれを用いたレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つ以上の部材を溶融・一体化させる加工の一種である溶接として、電子ビーム溶接やレーザ溶接などが挙げられる。
【０００３】
上記レーザ溶接では、直径数ｍｍ程度の微小な加工点に数ｋＷのエネルギーを集中させ、この加工点にて激しい蒸発を生じさせている。そして、レーザから得た熱と蒸発反力によって加工点にキーホール（深い穴）を形成しながら溶接が進行している。そのため、レーザ溶接を大気中で行うと、溶融している金属に接する大気中の窒素が金属内に溶け込み、溶融金属が凝固するときに、この窒素が析出して泡となってそのまま固まってブローホールやポロシティが生じてしまうことが知られている。
【０００４】
また、上記電子ビーム溶接でも、上記レーザ溶接と同様、電子ビームを加工点に当てて加熱するために、この加工点にキーホールを形成しながら溶接が進行している。この電子ビーム溶接は、高真空（例えば１０のマイナス５乗Ｔｏｒｒ〜１０のマイナス４乗Ｔｏｒｒ）にて行われている。そのため、溶融金属内への窒素の入り込みが防止されてブローホールなどの溶接不良の発生が抑制されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６９９５６号公報
【特許文献２】特開昭６２−１６８６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した電子ビーム溶接を利用した溶接装置として、真空容器の前後に差動排気チャンバを設け、差動排気チャンバと真空容器に排気のための真空ポンプを接続した部分真空電子ビーム溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この部分真空電子ビーム溶接装置では、真空容器内を所定の圧力に排気することができるものの、真空ポンプを連続的に動作させなければならない上に１０のマイナス４乗といった高真空まで排気するものであり、設備コストを増加させていた。
【０００７】
また、レーザ溶接を利用した溶接法であって、真空溶接チャンバ内を７０Ｔｏｒｒ程度まで排気する排気ポンプを設けて、ポロシティなどの発生を抑制した真空レーザ溶接法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この真空レーザ溶接法にて用いられる排気ポンプ（真空ポンプ）は、７０Ｔｏｒｒ程度まで排気するものであり、１０のマイナス４乗Ｔｏｒｒ程度まで排気する真空ポンプと比べて安価であり設備コストの増加を抑制することができるものの、真空溶接チャンバ内へ被溶接物を搬入したり真空溶接内から被溶接物を搬出したりするときに、真空溶接チャンバを大気開放しなければならなかった。そのため、真空溶接チャンバ内を所定の圧力以下に排気するために時間を要しており、生産効率を低下させていた。
【０００８】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、レーザ加工であっても、高品質にて効率良く施工することができるレーザ加工装置およびそれを用いたレーザ加工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】
【０００９】
上述した課題を解決する第１の発明に係るレーザ加工装置は、
レーザ光発振手段からのレーザ光を加工ヘッドから被加工物に照射して当該被加工物を加工するレーザ加工装置であって、
前記加工ヘッドが配置される第１の真空チャンバと、
前記第１の真空チャンバに設けられ、前記被加工物の搬入および搬出を行う搬送口を開閉可能なシャッタと、
前記第１の真空チャンバと第１の配管を介して連結して設けられる第２の真空チャンバと、
前記第１の配管に設けられる第１のバルブと、
前記第２の真空チャンバに連結して設けられ、真空排気する真空排気手段と、
前記第１の真空チャンバ内への前記被加工物の搬入および前記第１の真空チャンバ内からの前記被加工物の搬出を行う被加工物搬送手段と、
前記第１の真空チャンバ内の圧力を計測する第１の圧力計測手段と、
前記第２の真空チャンバ内の圧力を計測する第２の圧力計測手段と、
前記被加工物搬送手段により前記第１の真空チャンバ内に前記被加工物が搬送された状態にて、前記第２の真空チャンバ内の圧力が第１の所定値以下であるときに、前記搬送口を閉塞するように前記シャッタを制御するシャッタ制御手段と、
前記シャッタにより前記搬送口を閉塞したときに前記第１のバルブを開放するように制御するバルブ制御手段と、
前記第１の真空チャンバ内の圧力が前記第２の所定値以下であるときに、前記加工ヘッドから前記被加工物にレーザを照射するように前記レーザ光発振手段を制御するレーザ光発振制御手段とを具備する
ことを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決する第２の発明に係るレーザ加工装置は、
第１の発明に係るレーザ加工装置であって、
前記第２の真空チャンバが、前記第１の真空チャンバと同じまたはそれよりも大きい容積を有する
ことを特徴とする。
【００１１】
上述した課題を解決する第３の発明に係るレーザ加工方法は、
レーザ光発振手段からのレーザ光を被加工物に照射する加工ヘッドが配置される第１の真空チャンバと、
前記第１の真空チャンバに設けられ、前記被加工物の搬入および搬出を行う搬送口を開閉可能なシャッタと、
前記第１の真空チャンバと第１の配管を介して連結して設けられる第２の真空チャンバと、
前記第１の配管に設けられる第１のバルブと、
前記第２の真空チャンバに連結して設けられ、真空排気する真空排気手段と、
前記第１の真空チャンバ内への前記被加工物の搬入および前記第１の真空チャンバ内からの前記被加工物の搬出を行う被加工物搬送手段と、
前記第１の真空チャンバ内の圧力を計測する第１の圧力計測手段と、
前記第２の真空チャンバ内の圧力を計測する第２の圧力計測手段とを具備するレーザ加工装置を用いて前記被加工物にレーザを照射して加工するレーザ加工方法であって、
前記被加工物搬送手段により前記第１の真空チャンバ内に前記被加工物が搬送された状態にて前記第２の真空チャンバ内の圧力が第１の所定値以下である場合に、前記シャッタにより前記搬送口を閉塞する一方、前記第１のバルブを開放し、前記第１の真空チャンバ内の圧力が第２の所定値以下になったときに前記加工ヘッドから前記被加工物にレーザを照射して当該被加工物を加工する
ことを特徴とする。
【００１２】
上述した課題を解決する第４の発明に係るレーザ加工方法は、
第３の発明に係るレーザ加工方法であって、
前記第２の真空チャンバが、前記第１の真空チャンバと同じまたはそれよりも大きい容積を有する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るレーザ加工装置およびこれを用いたレーザ加工方法によれば、第２の真空チャンバ内を真空排気した状態で第２の真空チャンバと第１の真空チャンバとを連通させることで、第１の真空チャンバと第２の真空チャンバとをその容積比による真空度の落ち込みに軽減することができる。第２の真空チャンバ内の気圧及びその容積に応じて第１の真空チャンバ内の気圧の上昇を抑制することができる。その結果、第１の真空チャンバが大気圧の状態から真空排気する場合と比べて、第１の真空チャンバを真空排気する時間を短縮できる。よって、加工作業の効率が向上する。また、第１の真空チャンバ内の圧力が第２の所定値以下であるときに被加工物にレーザを照射して加工するため、大気中にて被加工物へのレーザの照射により生じる溶接不良の発生を抑制できる。よって、レーザ加工であっても、高品質にて効率良く施工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係るレーザ加工装置およびそれを用いたレーザ加工方法の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１５】
［第一番目の実施形態］
以下に、本発明に係るレーザ加工装置およびそれを用いた溶接方法の第一番目の実施形態につき、図１および図２に基づいて説明する。
図１はレーザ加工装置の概略構成図であり、図２はそれを用いてワークを加工するときの制御フローを示す図である。
【００１６】
本実施形態に係るレーザ加工装置７０は、図１に示すように、被加工物（ワーク）ＷにレーザＬを照射して加工を行うユニットとして４つの加工ユニット６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄを具備する。このレーザ加工装置７０は加工ユニット６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄの各機器およびレーザ光発振器５１を制御する制御装置５２をさらに具備する。なお、ワークＷとしてはタービンロータなどが挙げられる。
【００１７】
加工ユニット６０Ａには第１の真空チャンバ１０が設けられている。この第１の真空チャンバ１０には搬送口１１が設けられている。この搬送口１１を通じて第１の真空チャンバ１０内へのワークＷの搬入および第１の真空チャンバ１０内からのワークＷの搬出が行われる。この搬送口１１には、当該搬送口１１の開閉を行うシャッタ１２が設けられる。第１の真空チャンバ１０には例えばターンテーブルのようなワークチェンジャ（被加工物搬送手段）１３が設けられており、このワークチェンジャ１３により第１の真空チャンバ１０内へのワークＷの搬入および第１の真空チャンバ１０内からのワークＷの搬出が行われている。なお、ワークチェンジャ１３には、ワークＷを固定するための固定具（図示せず）が、またシャッターには、ワークチェンジャと摺動する部分に適宜エアシール（図示せず）が、設けられている。
【００１８】
第１の真空チャンバ１０内には加工ヘッド１４が設けられている。この加工ヘッド１４は、レーザ光発振器５１と光ファイバ５３を介して連結されている。この加工ヘッド１４からレーザＬをワークＷに照射することで加工が進行する。この加工ヘッド１４は駆動軸１５が設けられており、ワークＷに対して相対的に移動可能になっている。この第１の真空チャンバ１０内には、当該第１の真空チャンバ１０内の圧力を計測する第１の圧力計測手段である第１の圧力計測器４１が設けられている。
【００１９】
第１の真空チャンバ１０には、第１の配管２１を介して第２の真空チャンバ３０が連結して設けられている。この第１の配管２１には第１のゲート弁（第１のバルブ）２２が取付けられている。この第２の真空チャンバ３０には、第２の配管３２を介して真空排気手段である真空ポンプ３４が連結されている。第２の配管３２には第２のゲート弁（第２のバルブ）３３が取付けられている。この第２の真空チャンバ３０内には、当該第２の真空チャンバ３０内の圧力を計測する第２の圧力計測手段である第２の圧力計測器４２が設けられている。第２の真空チャンバ３０は、第１の真空チャンバ１０と同等以上の容積を持つ。
【００２０】
上述した制御装置５２には、シャッタ１２、ワークチェンジャ１３、真空ポンプ３４、第１の圧力計測器４１、第２の圧力計測器４２との間にて制御信号および計測データを送受信可能な信号線５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅが設けられている。なお、駆動軸１５、第１のゲート弁２２、第２のゲート弁３３と制御装置５２との間にも制御信号を送受信可能な信号線（図示せず）が設けられている。
【００２１】
なお、加工ユニット６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄは、上述した加工ユニット６０Ａと同一の機器構成を具備している。
【００２２】
ここで、上述した構成のレーザ加工装置７０によるワークＷを加工するときの制御フローにつき図２を参照して説明する。
【００２３】
図２に示すように、最初に第１のゲート弁２２が閉塞されているか判定する（ステップＳ１）。このステップＳ１にて、第１のゲート弁２２が閉塞されていない場合には、ステップＳ２に進み、第１のゲート弁２２が閉塞されている場合には、ステップＳ３に進む。
【００２４】
続いて、ステップＳ２にて、第１のゲート弁２２が閉塞され、ステップＳ３に進む。
【００２５】
ステップＳ３にてワークチェンジャ１３によりワークＷが第１の真空チャンバ１０内に搬入され、ステップＳ４に進む。
【００２６】
ステップＳ４にて、真空ポンプ３４が駆動され、第２の真空チャンバ３０が真空排気される。
【００２７】
続いて、ステップＳ５に進む。このステップＳ５にて、第２の圧力計測器４２により計測された第２の真空チャンバ３０内の圧力（Ｐ２）が第１の所定値（Ｐ１０）以下であるか判定する（ステップＳ３）。この第１の所定値としては、例えば、１０のマイナス１乗Ｔｏｒｒなどが挙げられる。第２の真空チャンバ３０内の圧力（Ｐ２）が第１の所定値（Ｐ１０）よりも高い場合には、ステップＳ５に戻る。第２の真空チャンバ３０内の圧力（Ｐ２）が第１の所定値（Ｐ１０）と同じまたはそれよりも低い場合には、ステップＳ６に進む。
【００２８】
ステップＳ６にて、シャッタ１２により搬送口１１が閉塞され、ステップＳ７に進む。
【００２９】
ステップＳ７にて、第１のゲート弁２２が開放され第２の真空チャンバ３０と第１の真空チャンバ１０とが連通した状態になり、ステップＳ８に進む。
【００３０】
続いて、このステップＳ８にて、第１の圧力計測器４１により計測された第１の真空チャンバ１０内の圧力（Ｐ１）が第２の所定値（Ｐ２０）以下であるか判定する。この第２の所定値としては、例えば、７０Ｔｏｒｒなどが挙げられる。第１の真空チャンバ１０内の圧力（Ｐ１）が第２の所定値（Ｐ２０）よりも高い場合には、ステップＳ８に戻る。第１の真空チャンバ１０内の圧力（Ｐ１）が第２の所定値（Ｐ２０）と同じまたはそれよりも低い場合には、ステップＳ９に進む。
【００３１】
ステップＳ９にて加工ヘッド１４からレーザＬを照射してワークＷに対して溶接加工が行われる。なお、この溶接加工には、ワークを溶接加工する前に行われるワークに対する予熱処理、ワークを溶接加工した後に行われるワークに対する後熱処理が含まれている。
【００３２】
続いてステップＳ１０にて第１のゲート弁２２を閉塞し、ステップＳ１１に進む。
【００３３】
続いて、このステップＳ１１にてシャッタ１２を開け搬送口１１が開放され、ワークチェンジャ１３により第１の真空チャンバ１０内からワークＷが搬出され、真空ポンプ３４を停止する（ステップＳ１２）。
【００３４】
すなわち、上述した制御装置５２はワークチェンジャ１３により第１の真空チャンバ１０内にワークＷが搬送された状態にて、第２の真空チャンバ３０内の圧力が第１の所定値以下であるときに、搬送口１１を閉塞するようにシャッタ１２を制御するシャッタ制御手段を具備している。また、この制御装置５２は、シャッタ１２により搬送口１１を閉塞したときに第１のゲート弁２２を開放するように制御するバルブ制御手段も具備している。制御装置５２はさらに、第１の真空チャンバ１０内の圧力が第２の所定値以下であるときに、加工ヘッド１４からワークＷにレーザＬを照射するようにレーザ光発振器５１を制御するレーザ光発振制御手段も具備している。
【００３５】
したがって、このような構成のレーザ加工装置７０によれば、ワークチェンジャ１３により第１の真空チャンバ１０内にワークＷが搬送された状態にて、第２の真空チャンバ３０内の圧力（Ｐ２）が第１の所定値（Ｐ１０）以下であるときに、搬送口１１を閉塞するようにシャッタ１２を制御し、シャッタ１２により搬送口１１を閉塞したときに第１のゲート弁２２を開放するように制御すると共に、第１の真空チャンバ１０内の圧力が第２の所定値（Ｐ２０）以下であるときに、加工ヘッド１４からワークＷにレーザＬを照射するようにレーザ光発振器５１を制御する制御装置５２を具備することにより、第２の真空チャンバ３０内を真空排気した状態で第２の真空チャンバ３０と第１の真空チャンバ１０とを連通させることで、第１の真空チャンバ１０と第２の真空チャンバ３０とをその容積比による真空度の落ち込みに軽減することができる。第２の真空チャンバ３０内の気圧及びその容積に応じて第１の真空チャンバ１０内の気圧の上昇を抑制することができる。その結果、第１の真空チャンバ１０が大気圧の状態から真空排気する場合と比べて、第１の真空チャンバ１０を真空排気する時間を短縮できる。よって、加工作業の効率が向上する。また、第１の真空チャンバ１０内の圧力が第２の所定値（Ｐ２０）以下であるときにワークＷにレーザＬを照射して加工するため、大気中にてワークへのレーザの照射により生じる溶接不良の発生を抑制できる。よって、レーザ加工であっても、高品質にて効率良く施工することができる。
【００３６】
［他の実施形態］
なお、上記では、４つのユニット６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄを具備するレーザ加工装置７０を用いて説明したが、このようなユニットを１つ、２つ、３つ、または５つ以上具備するレーザ加工装置とすることも可能である。このようなレーザ加工装置であっても、上述したレーザ加工装置７０と同様な作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係るレーザ加工装置及びそれを用いたレーザ加工方法は、レーザ加工であっても、高品質にて効率良く施工することができるので、金属加工産業等において、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第一番目の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第一番目の実施形態に係るレーザ加工装置を用いてワークを加工するときの制御フローを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０            第１の真空チャンバ
１１            搬送口
１２            シャッタ
１３            ワークチェンジャ
１４            加工ヘッド
２１            第１の配管
２２            第１のゲート弁
３０            第２の真空チャンバ
３２            第２の配管
３３            第２のゲート弁
３４            真空ポンプ
４１            第１の圧力計測器
４２            第２の圧力計測器
５１            レーザ光発振器
５２            制御装置
７０            レーザ加工装置
Ｌ              レーザ光
Ｗ              被加工物（ワーク）
【図１】
2009202200.tif 000003
【図２】
2009202200.tif 000004