JP2005118849A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに重ねられた複数枚の加工対象物に対して、互いの溶着を発生させることなく、所望の形状に切断可能なレーザ加工装置を実現する。
【解決手段】ノズル１の出射口よりレーザ９がワーク３、４に向けて照射される。ノズル１の側面に形成されたアシストガス送付口１０からのアシストガスがレーザ出射口から噴射・吹き付けされる。治具２には上段ワーク３及び下段ワーク４が２枚重ねの状態で配置され、ワーク吸引孔７に接する下段ワーク４は治具２に引き付けられる。アシストガスはノズル水平端面５に沿って外周方向へ拡散されることによりノズル水平端面５と上段ワーク３との間の間隙は他の部位より静圧が低下し、上段ワーク３はノズ水平端面５の方向に吸い寄せられた状態で保持される。このため、ワーク３、４は、互いに分離され、間隔を有する状態でレーザ切断加工されるので互いに溶着するという事態の発生が抑制される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ加工装置に係り、特に薄板のレーザ加工に適したレーザ加工装置に関する。

レーザ加工技術は、高パワー密度のレーザをワークの表面に照射し、照射点のワーク温度を沸点まで上昇させて溶融させることにより、ワークの溶接、切断、穴あけ等を行う技術である。

特に、ワークの切断加工について説明すると、ワーク加工部位に対してレーザ照射を行いながら同時に外部よりアシストガスの吹き付けを行い、レーザ照射により発生した溶融部位を、アシストガスにより飛散・除去することにより、ワークに空隙を発生させる。

更にこの時、レーザ照射とアシストガスの吹き付けとを、任意の方向に移動してやる事で、空隙は点から線となり、最終的には任意の切断線に沿っての切断が可能となる。簡単に言えば、レーザ切断加工とは、「ワークを熱で融かして切ること」ともいえる。

特許文献１には、レーザ加工装置において、特殊なノズル形状により負圧を発生させ、ワークを保持する方法が記載されている。

つまり、この特許文献１には、レーザヘッド毎に形成されたレーザ出力口からレーザがワークに照射されるとともに、アシストガスもレーザ出力口からワークに向けて噴射される。アシストガスが、ワークとレーザヘッドとの間を通ることにより、このワークとレーザヘッドとの間の静圧が下がり、ワークは非接触でレーザヘッドに保持される。

また、特許文献２には、レーザ加工装置において、加工部位近傍に設けられた吸引ノズルにより、ドロス等を吸引する方法が記載されている。

特開平７−４００７１号公報

特開平８−１４１７６４号公報

上述した従来の技術は、レーザ切断加工は、１枚のワークを加工対象としているが、レーザ切断加工において、「加工時間の短縮」や「多層構造のワークの切断」という目的のために、ワークを２枚重ねた状態（あるいは構造的に２枚重ねとなっているワーク）で、その２枚のワークを同時に所望の形状に切断加工できれば便利である。

しかし、上述したように、レーザ切断加工とは、「ワークを熱で融かして切ること」といえるが、この融かして切る方式においてワークを２枚重ねて同時加工する場合、互いに重ねられたワーク同士が溶着してしまうという問題が生じる。

つまり、２枚重ねた状態のワークに対してレーザを照射し、切断をおこなう場合、切断部位が溶融状態となるため、加工終了後、上段のワークと下段のワークとが、その切断部位において、あたかも溶接したが如く溶着してしまう場合がある。これは、ワークが薄い場合、特に発生し易い。

レーザのパワー、周波数、切断時間その他各種の加工パラメータの調整により、上段と下段のワークを、互いに溶着させないで切断することも考えられる。しかしながら、様々な種類のワークに対するレーザ切断加工を考えた場合、加工パラメータの調整のみで、全ての種類のワークに対して溶着させないで切断することには限界があり、２枚重ね切断の対象とワークの種類も限られたものとなってしまう。

本発明の目的は、互いに重ねられた複数枚の加工対象物に対して、互いの溶着を発生させることなく、所望の形状に切断可能なレーザ加工装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように、構成される。

（１）レーザ発生手段と、レーザ加工対象物が配置される治具と、レーザを治具上に配置された加工対象物に照射するためのレーザ照射口が形成されたノズルとを有するレーザ加工装置において、上記ノズルは、治具上に配置された加工対象物に対してガスを噴出するガス噴出口と、治具の加工対象物の配置面と対向し、上記噴出口から噴出されたガスを導いて、加工対象物をノズルに向けて吸引させる平坦面とが形成され、上記治具は、加工対象物を、治具に向けて吸引させる吸引孔が形成され、上記治具の吸引孔により加工対象物を吸引させるための気体吸引手段を備える。

（２）好ましくは、上記（１）において、上記ノズルには、アシストガス供給口が形成され、アシストガス供給口から供給されたアシストガスが上記噴出口から噴出される。

（３）また、好ましくは、上記（１）又は（２）において、上記レーザ照射口は上記ガス噴出口を兼ねる。

ノズルに特殊な形状を施すことにより、加工対象物の切断の際に、一般的に使用するアシストガスの吹き付け後の拡散方向を制御し、なお、かつ加工対象物を保持する治具に吸引機構を付与することにより、物理的な手段による上下段ワークの溶着を防止する。

本発明によれば、互いに重ねられた複数枚の加工対象物に対して、互いの溶着を発生させることなく、所望の形状に切断可能なレーザ加工装置を実現することができる。

このため、加工対象物の切断作業時間を短縮することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態であるレーザ加工装置の要部拡大説明図であり、図２は、本発明の第１の実施形態が適用されるレーザ加工装置の全体概略構成図である。また、図３は、図２に示したレーザ加工装置の概略機能ブロック図である。

まず、図２及び図３において、レーザ発振機１３は、レーザ発振機電源１２から電力が供給され、主コントローラ１５により、レーザの発振が制御される。

レーザ発振機１３から射出されたレーザは、加工ヘッド１４を介してノズル１に導かれる。そして、ノズル１から、治具２上に配置されたワーク（加工対象物）３、４に向けてレーザが照射される。このノズル１においては、アシストガス供給源１８からアシストガス（酸素、窒素等）が供給され、供給されたアシストガスがワークに向けて噴射される。

治具２は、ＸＹテーブル１６上に配置されており、このＸＹテーブル１６の動作は、主コントローラ１５により制御される。また、治具２は、真空ポンプ１７と接続されている。

次に、図１を参照して、本発明の第１の実施形態の要部について説明する。

図１において、ノズル１は、筒状の形状をしており、先端部に形成された出射口よりレーザ９がワーク３、４に向けて照射される。また、ノズル１の側面にはアシストガス送付口１０が形成されており、このアシストガス送付口１０から取り込んだアシストガスが、レーザ９の出射口と同一の出射口からワークに向けて噴射・吹き付けされる。

治具２は、ワークを保持する台であり、この治具２に２枚のワーク３及び４が互いに重ねて配置される。また、この治具２には、レーザ逃がし溝６、ワーク吸引孔７、主吸引孔８が形成されている（図１においては、治具２は、部分断面を示している）。主吸引孔８は、エア吸引口１１と連通し、真空ポンプ１７と接続されている。

また、ワーク吸引孔７は、治具２に複数形成されており、それぞれ、主吸引孔８と連通している。レーザ逃し溝６も主吸引孔８と連通している。このレーザ逃し溝６は、ワーク３、４の予定切断形状に沿った形状となっている。レーザ逃し溝６は、ノズル１から照射されるレーザ９に対して、治具２が、ある程度の空間距離をとることにより、レーザ９を減衰させ治具２へのダメージを防止するためのものである。

ノズル１のワークに対向する面には、ノズル水平端面５が形成されており、ノズル１から噴射されたアシストガスは、水平端面５とワーク３との間に沿い、ノズル１の外周方向、つまり、水平坦面５とほぼ平行する方向に向かって拡散する。

上述したように、上段ワーク３及び下段ワーク４は、２枚重ねの状態で治具２上に配置されている。真空ポンプ１７が作動すると、主吸引孔８を介してワーク吸引孔７は真空状態となり、ワーク吸引孔７に接する下段ワーク４は、治具２に引き付けられ治具２と密着状態となる。

ＸＹテーブル１６を移動させることにより、ノズル１は、治具２に形成されたレーザ逃し溝６に沿って走査され、上段ワーク３及び下段ワーク４に対してレーザ照射をして切断部位の溶融を行う。この際、アシストガスが、ノズル１の先端からワーク３、４に対して噴射・吹き付けられ、溶融部位が溝６に吸引されることにより除去されながら、ワーク３、４の切断加工が行われる。

ワークへの噴射・吹き付け後のアシストガスは、ノズル水平端面５に沿って外周方向へ高速で拡散される。アシストガスが外周方向に拡散することにより、ノズル水平端面５と上段ワーク３との間の間隙の静圧は、他の部位より低下し、上段ワーク３はノズ水平端面５の方向に吸い寄せられ、水平端面５と一定の間隔を維持した状態で保持される。

一方、ワーク４は、ワーク吸引孔７により、治具２方向に吸引され、ワーク３とは反対方向に吸引されている。

つまり、上段ワーク３はノズル水平端面５方向、すなわち上方向へ吸い寄せられ、下段ワーク４は、治具２方向、すなわち下方向へ吸い寄せられて密着され、上下のワーク３、４が、互いに反対方向へ動こうとする。

このため、ワーク３、４は、互いに分離され、間隔を有する状態でレーザ切断加工されるので互いに溶着するという事態の発生が抑制される。

したがって、本発明の第１の実施形態によれば、互いに重ねられた複数枚の加工対象物に対して、互いの溶着を発生させることなく、所望の形状に切断可能なレーザ加工装置を実現することができる。

このため、加工対象物の切断作業時間を短縮することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態であるレーザ加工装置における治具２の上面（図４の（Ａ））及び断面図（図４の（Ｂ））である。この第２の実施形態は、治具２の構造以外は、第１の実施形態と同様であるので、その他の部分は、図示及びその説明は省略する。

図４において、治具の中央部には、ワーク吸引孔７が形成され、このワーク吸引孔７の周囲に四角形状のレーザ逃し溝６が形成されている。また、治具２には、ワーク吸着用エアー吸引口１９及び集塵用エアー吸引口２０が形成されている。

そして、ワーク吸引孔７は、ワーク吸着用エアー吸引口１９に連通し、レーザ逃し溝６は集塵用エアー吸引口２０と連通している。

ワーク吸着用エアー吸引口１９と、集塵用エアー吸引口２０とは、それぞれ別個に設けられた真空ポンプに接続されていてもよいし、吸引経路が別個に設けられた単一の真空ポンプに接続されていてもよい。

この第２の実施形態においては、治具２に、互いに連通していない、ワーク吸着用エアー吸引口１９と、集塵用エアー吸引口２０とが形成されているので、それぞれの用途に応じた吸引力に調整することが可能となる。

本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、上述した実施形態は、アシストガスを使用する場合の例であるが、アシストガスを使用しない場合にも本発明は適用可能である。この場合は、供給口１０に負圧発生用のガス（空気等）を供給すればよい。

また、ノズル１に、アシストガス供給口１０とは別個に、負圧発生用ガス供給口を形成してもよい。

本発明の加工対象は、金属板に限らず、複数の樹脂製板を切断加工する場合にも適用することができる。

また、図１に示した例においては、ノズル１の先端部は凸状部を有しているが、凸状部は形成せず、ノズル水平端面５と同一平面とすることも可能である。

また、アシストガスの単位時間当たりの噴射量等は、加工対象物等により、適切に設定することが可能である。

本発明の第１の実施形態であるレーザ加工装置の要部拡大説明図である。 本発明の第１の実施形態が適用されるレーザ加工装置の全体概略構成図である。 図２に示したレーザ加工装置の概略機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態であるレーザ加工装置における治具の上面及び断面図である。

符号の説明

１ ノズル
２ 治具
３、４ ワーク
５ ノズル水平端面
６ レーザ逃し溝
７ ワーク吸引孔
８ 主吸引孔
９ レーザ
１０ アシストガス供給口
１１ エア吸引口
１２ レーザ発振機電源
１３ レーザ発振機
１４ 加工ヘッド
１５ 主コントローラ
１６ ＸＹテーブル
１７ 真空ポンプ
１８ アシストガス供給源

Claims (3)

1. レーザ発生手段と、レーザ加工対象物が配置される治具と、レーザを治具上に配置された加工対象物に照射するためのレーザ照射口が形成されたノズルとを有するレーザ加工装置において、
   上記ノズルは、治具上に配置された加工対象物に対してガスを噴出するガス噴出口と、治具の加工対象物の配置面と対向し、上記噴出口から噴出されたガスを導いて、加工対象物をノズルに向けて吸引させる平坦面とが形成され、
   上記治具は、加工対象物を、治具に向けて吸引させる吸引孔が形成され、
   上記治具の吸引孔により加工対象物を吸引させるための気体吸引手段を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 請求項１記載のレーザ加工装置において、上記ノズルには、アシストガス供給口が形成され、アシストガス供給口から供給されたアシストガスが上記噴出口から噴出されることを特徴とするレーザ加工装置。
3. 請求項１又は２記載のレーザ加工装置において、上記レーザ照射口は上記ガス噴出口を兼ねることを特徴とするレーザ加工装置。

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