JP2006035283A - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークにピアシングを施す際に、溶融物がワークの表面に飛散して付着するのを防止することができるとともに、表面に保護フィルムを貼付したワークにピアシングを施す際に、保護フィルムが剥離するおそれを防止する。
【解決手段】 加工ヘッド１５のノズル１６からワークＷに対してレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して、ワークＷにピアシングを施す。この場合、ノズル１６とワークＷとの間に遮蔽シート２３を介在させ、その遮蔽シート２３をワークＷに接触させた状態で、遮蔽シート２３を介してピアシングを行うようにする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、レーザ光によりワークにレーザ加工を施すためのレーザ加工方法及びレーザ加工装置に関するものである。

この種のレーザ加工装置においては、ワークに対してピアシングや切断等のレーザ加工を施す際には、ワークに対して、加工ヘッドのノズルからのレーザ光の照射とともに、アシストガスを噴射する。

しかしながら、例えば、表面が鏡面仕上げされたステンレス鋼等よりなるワークにレーザ加工を施す場合には、前記アシストガスとして酸素を用いると、酸化によりワークの加工部及びその周辺が黒く変色して、ワークの商品価値が著しく低下する。このため、このような鏡面仕上げされたワークに対してレーザ加工を施す場合には、窒素等の不活性ガスがアシストガスとして使用される。ここで、ピアシングの場合には、溶融物がワークの上面側に舞い上がるが、特にアシストガスとして不活性ガスを用いた場合には、溶融物がピアシング部分を起点として枝状に連続するように形成される。このため、ピアシング終了後にそれを除去する必要があるが、この際、ワークの表面に傷が付かないようにする必要があるため、その作業が面倒である。これが従来の第１の問題である。

また、前記のように鏡面仕上げされたステンレス鋼等は、その表面に合成樹脂等よりなる保護フィルムが貼付されて、表面を傷つかないように保護することも一般に行われている。このような構造のワークにピアシングを施した場合には、レーザ光により保護フィルムが溶断され、その状態でワークに当たってワーク上面側に反転するようにして流れる大量のアシストガスにより保護フィルムがワークから剥離され、そして、その保護フィルムとワークとの間にアシストガスが入り込んで、保護フィルムの剥離域が拡大することがある。これが従来の第２の問題である。

前記のような第１の問題に対処するため、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されるようなレーザ加工装置が従来から提案されている。すなわち、特許文献１の加工装置では、加工ヘッドの外周に筒状のフードが昇降可能に配設されている。そして、ワークにピアシングを施す場合には、フードがワークに対するレーザ照射位置近傍の周域を包囲するように上昇位置から下降位置に移動配置され、ピアシング時に発生する溶融物がフード内に閉じ込められて周囲へ飛散しないようになっている。

また、特許文献２のレーザ加工装置では、加工ヘッドに貫通孔を有する短円筒状のマスクが、ノズルと対応してワークに接触する加工位置とそこから離れた待機位置との間で移動可能に支持されている。そして、ワークにピアシングを施す場合には、マスクが加工位置に移動配置された状態で、ノズルからマスクの貫通孔を通してワークにレーザ光が照射され、そのピアシング時に発生する溶融物がマスク上に受け止められるとしている。

さらに、前記第２の問題に対処するため、例えば特許文献３及び特許文献４に開示されるようなレーザ加工装置や加工方法が従来から提案されている。すなわち、特許文献３の加工方法では、保護フィルム付きのワークにピアシングを施す場合、まず加工ヘッドを通常の加工時よりもワークに対して所定量だけ離間させた状態で、ワークの加工位置にレーザ光を弱く照射してワークに対して保護フィルムを焼付けさせる。続いて、加工ヘッドをワークに対して通常の加工状態に対向配置させた状態で、ワークの加工位置にレーザ光を照射してピアシングを行う。これにより、ピアシング時のアシストガスの吹き付けに伴う保護フィルムの剥離が防止されるようになっている。

また、特許文献４の加工装置では、加工ヘッドの先端に固定ノズルが取り付けられるとともに、その固定ノズル内に遊動ノズルがアシストガスの圧力により軸線方向へ進退可能に配設されている。遊動ノズルの先端にはレーザ光及びアシストガスの通過可能な噴射口が形成されるとともに、遊動ノズルの外周には噴射口を連通横断する排出口が形成されている。そして、保護フィルム付きのワークにピアシングを施す場合には、遊動ノズルを固定ノズルから進出させて、その遊動ノズルの先端をワークの表面に接触させるとともに、排出口を固定ノズルから突出させる。この状態で、遊動ノズルの噴射口からワークに対して、レーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射することにより、保護フィルムを押え付けた状態でワークにピアシングが施されて、保護フィルムの剥離が防止されるようになっている。
特開平９−１３６１７７号公報 特開平１１−３１４１８９号公報 特開平７−２４１６８８号公報 特開平９−１９２８７１号公報

ところが、これらの従来のレーザ加工装置及び加工方法においては、次のような問題があった。すなわち、特許文献１のレーザ加工装置では、ピアシング時に発生する溶融物がフードにより包囲された範囲内でワークの表面に付着するため、その除去作業が必要になるとともに、ピアシング後に溶融物を除去したとしても、ワークの表面に溶融物の付着跡が付くという問題があった。また、特許文献２のレーザ加工装置では、マスクが小径であるため、ピアシング時に発生する溶融物がマスクの上面を乗り越えてワークの表面まで飛散し、前記と同様に、溶融物の除去作業が必要になり、ワークの表面に溶融物の付着跡が付くという問題があった。

さらに、特許文献３のレーザ加工方法では、ワーク上の同一加工位置にレーザ光を２回照射して、保護フィルムの焼付けとワークのピアシングとをそれぞれ行うため、加工時間が２倍近く必要になるという問題があった。しかも、特許文献４のレーザ加工装置では、遊動ノズルの先端が加工位置の外周近傍においてワークの表面に接触された状態で、ワークにピアシングが施されるようになっている。このため、遊動ノズルが邪魔になって、溶融物が加工位置から周側方向へ排出され難く、ピアシングを短時間でスムーズに行うことができないという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワークにピアシングを施す際に、溶融物がワークの表面に飛散して付着するのを防止することができるとともに、表面に保護フィルムを貼付したワークにピアシングを施す際に、保護フィルムが剥離するおそれを防止することができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、加工ヘッドのノズルからワークに対してレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して、ワークにピアシング等の加工を施すレーザ加工方法において、前記ノズルとワークとの間に遮蔽シートを介在させ、その遮蔽シートをワークに接触させた状態で、前記遮蔽シートを介してピアシングを行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、加工ヘッドのノズルからワークに対してレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して、ワークにピアシング等の加工を施すようにしたレーザ加工装置において、前記ノズルとワークとの間には、遮蔽シートをノズルの移動に対応してワークに接触する加工位置とそこから離間した退避位置との間で移動可能に配設し、その遮蔽シートを加工位置に移動配置した状態で、遮蔽シートを介してピアシングを行うようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記アシストガスとして不活性ガスを用いることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、前記遮蔽シートはフッ素樹脂よりなることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２または請求項３記載の発明において、前記遮蔽シートは紙よりなることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項２〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記遮蔽シートを帯状に形成して、その両端部をリールに巻き取るとともに、ピアシングを行うごとに遮蔽シートを長手方向へ間欠送りして、ノズルとの対応位置を変更するためのシート送り手段を設けたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、加工ヘッドのノズルからワークに対してレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して、ワークにピアシング等の加工を施すようにしたレーザ加工装置において、前記ノズルを包囲するように、ノズルの周囲において加工ヘッドに筒状体を加工位置と退避位置とに配置可能に取着し、その筒状体の端部には前記遮蔽シートを張設するとともに、筒状体の周面には排出口を設け、遮蔽シートをワークに接触させた状態で、その遮蔽シートを介してピアシングを行うようにしたことを特徴とする。

（作用）
この発明においては、遮蔽シートをワークに接触させた状態で、その遮蔽シート上からワークに対してレーザ光を照射するとともに、アシストガスを噴射して、ピアシングを行うようにしている。このとき、遮蔽シートは、例えば０．１ｍｍ以下の厚さのシートを用いるので、シートの孔あけの負担による影響はほとんどない。このため、ピアシング時に発生する溶融物はワークの表面に付着することなく、遮蔽シート上に飛散して受け止められる。よって、加工後にワークの表面に付着した溶融物を清掃除去するという面倒な作業を行う必要がないとともに、溶融物の清掃除去に伴いワークの表面に傷が付いて、製品の美観を損ねるのを防止することができる。さらに、ワーク表面の傷を防止するための保護フィルムが貼付されたワークにピアシングを施す際には、遮蔽シート上に噴射されるアシストガスの圧力により、その遮蔽シートを介して保護フィルムがワークに押し付けられる。このため、保護フィルムとワークとの間にアシストガスが入り込んで、保護フィルムが剥離するおそれを防止することができる。

遮蔽シートをノズルの移動に対応してワークに接触する加工位置とそこから離間した退避位置との間で移動可能にすれば、ピアシング時には、遮蔽シートをノズルに対応してワークに接触する加工位置に移動配置した状態で、ワークの表面に溶融物が付着することなく、ピアシングを行うことができる。また、ワークに切断等の加工を施す場合には、遮蔽シートを加工位置から離間した退避位置に移動配置した状態で、遮蔽シートが邪魔になることなく切断等の加工を行うことができる。

アシストガスとして不活性ガスを用いれば、遮蔽シートや、ワーク表面の保護フィルムの燃焼を防止できる。
ワークに対してピアシングが行われるごとに、帯状の遮蔽シートが長手方向に間欠送りされるようにすれば、ノズルに対する遮蔽シートの対応位置が変更される。このため、ピアシングに伴って遮蔽シートに孔が開けられても、次のピアシング時には、遮蔽シート上の孔のない部分がノズルに対応配置される。よって、ピアシング時に発生する溶融物を遮蔽シート上に確実に受け止めることができる。

ノズルの周囲に筒状体を着脱可能に取着し、その筒状体の端部には遮蔽シートを張設するとともに、筒状体の周面に排出口を設けた構成においては、ピアシング時には、筒状体をノズルの周囲に取着し、遮蔽シートをワークに接触させた状態で、その遮蔽シートを介してワークの表面に溶融物が付着することなく、ピアシングを行うことができる。また、ワークに切断等の加工を施す場合には、筒状体をノズルの周囲から取り外した状態で、遮蔽シートが邪魔になることなく切断等の加工を行うことができる。

以上のように、この発明によれば、ワークにピアシングを施す際に、溶融物がワークの表面に飛散して付着するのを防止することができる。また、表面に保護フィルムを貼付したワークにピアシングを施す際に、保護フィルムが剥離するおそれを防止することができる。

（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施形態のレーザ加工装置では、ベッド１１上にテーブル１２がＸ方向へ移動可能に支持され、そのテーブル１２上にはワークＷが着脱可能にセットされるようになっている。ベッド１１上にはコラム１３が立設され、そのコラム１３の側部にはサドル１４がＹ方向へ移動可能に支持されている。サドル１４には加工ヘッド１５がＺ方向へ移動可能に支持され、その下部にはノズル１６が設けられている。そして、テーブル１２のＸ方向移動、サドル１４のＹ方向移動及び加工ヘッド１５のＺ方向移動により、ノズル１６がワークＷ上の所定加工位置に対応配置された状態で、ノズル１６からワークＷ上にレーザ光が照射されるとともに、窒素等のアシストガスが噴射されて、ワークＷに対してピアシングや切断等のレーザ加工が施されるようになっている。

図１及び図２に示すように、前記サドル１４にはシリンダ１７がブラケット１８を介して取り付けられ、そのシリンダ１７のピストンロッド１７ａには遮蔽装置１９が装着されている。そして、シリンダ１７が出没動作されることにより、遮蔽装置１９が図１に実線で示すように、前記ノズル１６の下方において、ノズル１６の移動範囲に対応してワークＷの表面に近接配置される加工位置と、同図に鎖線で示すように、そこから斜め上方に離間した退避位置とに移動配置されるようになっている。

前記遮蔽装置１９の取付板２０には、繰出しリール２１及び巻取りリール２２が横方向へ所定間隔をおいてそれぞれ回転可能に支持されている。両リール２１，２２には、耐熱性が高く、難燃性のある、例えばフッ素樹脂（四フッ化エチレン樹脂）、または難燃加工を施した紙よりなる帯状の遮蔽シート２３の両端部が巻き取られて、両リール２１，２２間に張設されている。そして、遮蔽装置１９が加工位置に移動配置されたとき、この遮蔽シート２３がノズル１６に対応してワークＷの表面に接触される。この状態で、加工ヘッド１５のノズル１６から遮蔽シート２３を介してワークＷ上にレーザ光が照射されるとともにアシストガスが噴射されて、ワークＷにピアシングが施されるようになっている。

前記取付板２０にはシート送り手段を構成する送り用モータ２４が取り付けられ、巻取りリール２２に作動接続されている。そして、ワークＷ上の加工位置にピアシングが行われるごとに、この送り用モータ２４により巻取りリール２２が所定量ずつ回転され、遮蔽シート２３が繰出しリール２１から繰出されて巻取りリール２２側へ間欠送りされる。これにより、ノズル１６に対する遮蔽シート２３の対応位置が変更されるようになっている。

次に、前記のように構成されたレーザ加工装置において、ピアシングを行う場合の加工方法について説明する。
さて、表面が鏡面仕上げされたステンレス鋼等よりなるワークＷにピアシングを施す場合には、図１及び図２に示すように、シリンダ１７の突出動作により遮蔽装置１９が加工位置に移動され、遮蔽シート２３がノズル１６に対応してワークＷに接触した位置に配置される。この状態で、加工ヘッド１５のノズル１６から遮蔽シート２３を介してワークＷ上にレーザ光が照射されるとともに、窒素等の不活性ガスよりなるアシストガスが噴射されて、ワークＷにピアシングが施される。このピアシング時には、ワークＷ上の加工位置から溶融物が舞い上がるようにして発生するが、その溶融物はワークＷ上に接触配置された遮蔽シート２３上に受け止められる。このため、溶融物２５がワークＷの表面に飛散して付着することはなく、加工後にワークＷの表面に付着した溶融物を清掃除去するという面倒な作業を行う必要がないとともに、溶融物の清掃除去によってワークＷの表面に傷が付いて、製品の美観を損ねるおそれもない。なお、遮蔽シート２３は、例えば０．１ｍｍ以下の厚さのシートが用いられるため、この遮蔽シート２３に対する孔あけの負担は無視できる程度であり、ピアシングに際して遮蔽シート２３の存在による影響はほとんどない。また、レーザ光の照射時に用いられるアシストガスは、不活性ガスであるため、遮蔽シート２３や、ワークＷの上面の保護フィルムＦが燃焼するのを防止できる。

さらに、ピアシング時に遮蔽シート２３上にアシストガスが噴射されると、そのガス圧力により遮蔽シート２３がワークＷに押し付けられる。このため、ワークＷがステンレス鋼等よりなるワークの表面に合成樹脂等よりなる保護フィルムＦを貼付した保護フィルム付きのものである場合には、遮蔽シート２３上にアシストガスが噴射されると、そのガス圧力により遮蔽シート２３を介して保護フィルムがワーク側に押し付けられる。このため、保護フィルムＦとワークとの間に大量のアシストガスが入り込んで、保護フィルムＦがワーク上から剥離するおそれはほとんどない。

そして、このワークＷのピアシングが終了すると、図１に鎖線で示すように、シリンダ１７の没入動作により遮蔽装置１９が退避位置に移動されて、遮蔽シート２３がワークＷから離間した位置に配置される。よって、この状態でワークＷに対して切断等の加工を続行すれば、遮蔽シート２３が邪魔になることなく切断等の加工を問題なく行うことができる。さらに、ワークＷ上の異なった加工位置にピアシングを繰り返し行う場合には、そのピアシングが行われるごとに、送り用モータ２４の回転により遮蔽シート２３が繰出しリール２１から巻取りリール２２側へ所定量ずつ間欠送りされて、ノズル１６に対する遮蔽シート２３の対応位置が変更される。このため、ピアシングに伴って遮蔽シート２３に孔が開けられても、次のピアシング時には、遮蔽シート２３上の孔のない新たな部分がノズル１６に対応配置されて、そのピアシングに伴って発生する溶融物を遮蔽シート２３上に確実に受け止めることができる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
さて、この第２実施形態においては、図３に示すように、加工ヘッド１５の下部周側には、ノズル１６を包囲するように、筒状体２６が複数の軸２７により図３に示す加工位置と、その加工位置から上方の退避位置とに配置可能に取着されている。なお、図示はしないが、筒状体２６を加工位置と退避位置とに保持するための保持手段が設けられている。筒状体２６の下端部には前記第１実施形態と同様な材質の遮蔽シート２３が張設されるとともに、筒状体２６の周面には排出口２８が形成されている。また、この排出口２８には、図示しない吸引装置が接続されている。前記遮蔽シート２３は、リング２９により筒状体２６の外周に巻かれ、リング２９を外すことにより、新しいものと交換される。

そして、ワークＷにピアシングを施す場合には、筒状体２６が加工ヘッド１５の下部の加工位置に配置されて、その下端の遮蔽シート２３がワークＷに接触配置される。この状態で、遮蔽シート２３を介してワークＷにレーザ光が照射されるとともに、アシストガスが噴射されて、ピアシングが行われる。このピアシング時には、溶融物が筒状体２６内において遮蔽シート２３上に飛散して受け止められた後、吸引装置の吸引作用により排出口２８から筒状体２６外に排出される。このため、ワークＷの表面に溶融物が付着するのを防止することができる。また、ワークＷに切断等の加工を施す場合には、筒状体２６を加工ヘッド１５の上部側の退避位置に配置させれば、遮蔽シート２３が邪魔になることなく切断等の加工を行うことができる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 前記実施形態において、遮蔽シート２３として、アルミ箔等の他のシート材料を用いること。
・ 前記第１実施形態において、遮蔽シート２３の送りを手動によって行うように構成すること。

第１実施形態のレーザ加工装置を示す要部正面図。 図１の２−２線における部分拡大断面図。 第２実施形態のレーザ加工装置を示す部分断面図。

符号の説明

１５…加工ヘッド、１６…ノズル、１７…シリンダ、１９…遮蔽装置、２１…繰出しリール、２２…巻取りリール、２３…遮蔽シート、２４…シート送り手段を構成する送り用モータ、２６…筒状体、２８…排出口、Ｗ…ワーク。

Claims (7)

1. 加工ヘッドのノズルからワークに対してレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して、ワークにピアシング等の加工を施すレーザ加工方法において、
   前記ノズルとワークとの間に遮蔽シートを介在させ、その遮蔽シートをワークに接触させた状態で、前記遮蔽シートを介してピアシングを行うことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 加工ヘッドのノズルからワークに対してレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して、ワークにピアシング等の加工を施すようにしたレーザ加工装置において、
   前記ノズルとワークとの間には、遮蔽シートをノズルの移動範囲に対応してワークに接触する加工位置とそこから離間した退避位置との間で移動可能に配設し、その遮蔽シートを加工位置に移動配置した状態で、遮蔽シートを介してピアシングを行うようにしたことを特徴とするレーザ加工装置。
3. 前記アシストガスとして不活性ガスを用いることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記遮蔽シートはフッ素樹脂よりなることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記遮蔽シートは紙よりなることを特徴とする請求項２または請求項３記載のレーザ加工方法。
6. 前記遮蔽シートを帯状に形成して、その両端部をリールに巻き取るとともに、ピアシングを行うごとに遮蔽シートを長手方向へ間欠送りして、ノズルとの対応位置を変更するためのシート送り手段を設けたことを特徴とする請求項２〜請求項５のうちのいずれか一項に記載のレーザ加工装置。
7. 加工ヘッドのノズルからワークに対してレーザ光を照射するとともにアシストガスを噴射して、ワークにピアシング等の加工を施すようにしたレーザ加工装置において、
   前記ノズルを包囲するように、ノズルの周囲において加工ヘッドに筒状体を加工位置と退避位置とに配置可能に取着し、その筒状体の端部には前記遮蔽シートを張設するとともに、筒状体の周面には排出口を設け、遮蔽シートをワークに接触させた状態で、その遮蔽シートを介してピアシングを行うようにしたことを特徴とするレーザ加工装置。

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