JP2009082975A

JP2009082975A - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP2009082975A
Application number: JP2007259106A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakamae; 一男仲前
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-23
Also published as: US20090095723A1

Abstract

【課題】加工対象物の表面形状が複雑である場合にも、加工対象物の表面を加工することができるレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】加工対象物として３本の同軸ケーブル１が同一平面上に並列配置されている場合に、上部と下部からレーザ光Ｌを照射する。同時にアシストガスを加工対象物の下側から供給し、上側で吸引する。すると、単位面積あたりに入射するレーザ光の光量が少なくレーザ加工速度が低下しやすい隣り合う同軸ケーブル１との隙間部でアシストガスの濃度が高くなるため、アシストガスによるレーザ加工促進効果により、未加工部分を生じることなく十分なレーザ光加工を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アシストガスを用いたレーザ加工方法に関する。

加工対象物の表面に対してレーザ光を照射して加工するレーザ加工において、加工速度の向上を目的として加工対象物の表面にアシストガスを吹き付けながら加工を行うことは従来から知られている。例えば非特許文献１のように開示されている。
宮▲崎▼俊行、宮沢肇、村川正夫、吉岡俊朗著、「レーザ加工技術」、初版、産業図書株式会社、１９９１年５月３１日、ｐ．５４−５６

しかしながら、上記のレーザ加工技術では、加工対象物の表面形状が複雑である場合や加工対象物の側面等のレーザ光が届きにくい場所を加工する際に、十分に加工を施すことができず未加工部分が生じる場合がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、加工対象物の表面形状が複雑である場合にも、加工対象物の表面を加工することができるレーザ加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工方法は、アシストガスを加工対象物に供給しながらレーザ光を照射して加工対象物の表面を加工するレーザ加工方法であって、レーザ光が照射される加工対象物の表面に第１領域と第２領域を有し、第２領域のレーザ光の入射角が第１領域のレーザ光の入射角よりも大きいときに、第２領域のアシストガスの濃度を第１領域のアシストガスの濃度よりも高くすることを特徴とする。

第１領域と比較してレーザ光の入射角が大きいことにより単位面積あたりに入射するレーザ光の光量が少ない第２領域において、アシストガスのガス流を変化させてアシストガスの濃度を高めることにより、アシストガスによる加工速度の向上効果を高めることができる。これによって、第２領域のようにレーザ光の照射量の少ない場所であっても、レーザ加工速度が高められ、十分な加工を行うことができる。

このレーザ加工方法では、加工対象物の断面形状がアレイ状に配列された多角形であることを好適とする。また、このレーザ加工方法では、加工対象物がアレイ状に配列された同軸ケーブルであることを好適とする。

また、このレーザ加工方法では、加工対象物が板状であり、加工が板状の加工対象物への穴開けである場合も好適である。板状の加工対象物に穴開け加工をする場合、従来は穴開け部にテーパが発生していたが、本発明に係るレーザ加工方法を行うことにより、テーパの発生を防ぐことができ、十分なレーザ加工を効率よく行うことができる。

このレーザ加工方法では、アシストガスが酸素であることが好適である。アシストガスとして酸素を用いることにより、加工対象物の加工部位以外の部分へ影響を与えることなく、レーザ加工速度を高めることができる。

このレーザ加工方法では、アシストガスを加工対象物の一方から供給し、加工対象物を中心としてその反対側で吸引することが好適である。これにより、第２領域のアシストガスの濃度を効果的に高めることができる。

本発明によれば、加工対象物の表面形状が複雑である場合にも、加工対象物の表面を加工することができるレーザ加工方法が提供される。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、本発明に係るレーザ加工方法の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る同軸ケーブル１のレーザ加工方法を示す図である。同軸ケーブル１は、中心から順に中心導体１１、内部絶縁体１２、シールド線１３から構成される。中心導体１１およびシールド線１３は、それぞれ導電性の金属からなり、例えば錫メッキの銅合金からなる。内部絶縁体は、例えばＰＦＡやＰＥＴなどの絶縁体樹脂からなる。同軸ケーブル１の半径は５０μｍである。この同軸ケーブル１はシールド線の外部が被覆絶縁体で覆われていることもある。図１では３本の上記同軸ケーブル１が同一平面上に並列配置されている。

本実施形態では、同軸ケーブル１の上部と下部の両方向からレーザ光Ｌが照射される。レーザ光Ｌとしては、例えばＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）が用いられる。本実施形態では図示しないが、このレーザ光は、光源から出力された後、そのレーザ光を入力し、レーザ光のビーム径を拡大してコリメートした後に出力するビームエキスパンダと、ビームエキスパンダから出力されたレーザ光を入力し、このレーザ光を集光し加工対象に照射するための集光レンズとを含む光学系を経て、対象加工物に照射される。レーザ光Ｌの焦点位置は上記の光学系を調節することにより移動することができる。レーザ光Ｌの照射方向は同軸ケーブル１が配置される平面に対して垂直方向であるため、図１で示す同軸ケーブル１の表面のうち、上部及び下部はレーザ光Ｌの入射角が小さく、レーザ光Ｌの照射量が多い。一方、隣り合う同軸ケーブルに近接する同軸ケーブル１の表面、すなわち隣り合う同軸ケーブルとの隙間に位置する同軸ケーブル１の表面は、レーザ光Ｌの入射角が大きいためレーザ光Ｌの照射量が少なくなる。したがって、図１で示す同軸ケーブル１の場合、同軸ケーブル１の上部及び下部の表面が第１領域であり、隣り合う同軸ケーブル１に近接する表面が第２領域であると考えることができる。

本実施形態では図示しないが、同軸ケーブル１の下部にアシストガス供給部が設けられていて、アシストガスとして酸素ガスが供給される。また、同軸ケーブル１の上部にアシストガス吸引部が設けられている。これによって同軸ケーブル１の下部から供給されるアシストガスは、図１において実線の矢印で示すように、複数の同軸ケーブル１の隙間を通って同軸ケーブル１の上部へ向かい、アシストガス吸引部で吸引される。

複数の同軸ケーブル１の隙間は同軸ケーブル１の上部及び下部と比較して狭いため、図１でアシストガスの流れを実線の矢印で示すように、同軸ケーブル１の下部から供給されるアシストガスが同軸ケーブル１の隙間を通過する際のアシストガスの密度が高くなり、結果としてその付近でのアシストガスの濃度が高くなる。

上記のように、レーザ光Ｌの入射角が大きい同軸ケーブル１の隙間（第２領域）の表面のアシストガスの濃度を、レーザ光Ｌの入射角が小さい同軸ケーブル１の上部及び下部の表面（第１領域）よりも高くする。このことにより、第２領域でのレーザ光の照射量が少ないことによる加工速度の低下を、アシストガスの濃度を高くすることによるアシストガスの加工促進効果によって補うことができる。この結果、レーザ光Ｌの入射角が大きくてもレーザ光Ｌによる加工速度を高めることができ、未加工部分を生じることなく十分なレーザ光加工を行うことができる。

なお、本実施形態では同軸ケーブル１を３本配置しているが、本数を変更しても同様の効果を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係るレーザ加工方法の第２実施形態について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る銅板２のレーザ加工方法を示す斜視図である。本実施形態では、レーザ加工の加工対象物として、厚さ１００μｍの銅板２を用いる。本実施形態ではこの銅板２に穴を開ける穴開け加工を行う。

本実施形態では、銅板２の上部と下部の両方向からレーザ光Ｌが照射される。レーザ光Ｌとしては、例えばＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）が用いられる。本実施形態では図示しないが、このレーザ光は、光源から出力された後、そのレーザ光を入力し、レーザ光のビーム径を拡大してコリメートした後に出力するビームエキスパンダと、ビームエキスパンダから出力されたレーザ光を入力し、このレーザ光を集光し加工対象に照射するための集光レンズとを含む光学系を経て、対象加工物に照射される。レーザ光Ｌの焦点位置は上記の光学系を調節することにより移動することができ、レーザ光Ｌの焦点位置を調節することによって銅板２に穴を開ける。なお、図２では上下のレーザ光Ｌの照射により銅板２を貫通する穴が既に開けられている。

さらに、図示していないが、本実施形態では銅板２の下部にアシストガス供給部が設けられていて、アシストガスとして酸素ガスが供給される。また、銅板２の上部にアシストガス吸引部が設けられている。これによって銅板２の下部から供給されるアシストガスは、図２において実線の矢印で示すように、銅板２の貫通孔を経て銅板２の上部へ向かい、アシストガス吸引部で吸引される。

ここで、レーザ光Ｌにより開けられた貫通孔の構造について、説明する。一般的に、レーザ光によって穴開け加工を行った場合、レーザ光源に近い側から遠い側へ向かって先細りのテーパ状に加工される。本実施形態では、銅板２の上部と下部の両方向からレーザ光Ｌが照射されるため、貫通孔の径が銅板２の上面から中心部へ向かって、また銅板２の下面から中心部へ向かって、それぞれ小さくなるように加工される。このように、銅板２の中心部の近傍の貫通孔側面（第２領域）はレーザ光Ｌの入射角が大きいため、レーザ光Ｌの照射量が少なくなる。一方、レーザ光Ｌが垂直に入射する銅板２の上面及び下面（第１領域）では、レーザ光Ｌの照射量が大きい。

一方、アシストガスについては、図２において実線の矢印で示す通り、銅板２の貫通孔を通過する際に密度が高くなる。よって、銅板２の貫通孔の側面（第２領域）、特に中心部におけるアシストガスの濃度が、銅板２の上面及び下面（第１領域）より高くなる。

このように、第２領域でのレーザ光の照射量が少ないことによる加工速度の低下を、アシストガスの濃度を高くすることによるアシストガスの加工促進効果によって補うことができる。この結果、レーザ光Ｌの入射角が大きくてもレーザ光Ｌによる加工速度を高めることができ、未加工部分を生じることなく十分なレーザ光加工を行うことができる。

以上、本発明の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、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態ではレーザ光としてＹＡＧレーザを用いたが、アシストガスによる加工促進効果を有するレーザであれば、適宜変更することができる。また、レーザ光を照射する光学系についても適宜変更することができる。加工対象物としてはアシストガスを用いたレーザ光加工を行うことができる材質であればよく、加工対象物の材質によってアシストガスの種類を適宜変更することができる。

第１実施形態に係る同軸ケーブル１のレーザ加工方法を示す図である。第２実施形態に係る銅板２のレーザ加工方法を示す斜視図である。

符号の説明

１…同軸ケーブル、１１…中心導体、１２…内部絶縁体、１３…シールド線、２…銅板。

Claims

アシストガスを加工対象物に供給しながらレーザ光を照射して前記加工対象物の表面を加工するレーザ加工方法であって、
前記レーザ光が照射される前記加工対象物の表面に第１領域と第２領域を有し、前記第２領域の前記レーザ光の入射角が前記第１領域の前記レーザ光の入射角よりも大きいときに、前記第２領域の前記アシストガスの濃度を前記第１領域の前記アシストガスの濃度よりも高くすることを特徴とするレーザ加工方法。
前記加工対象物の断面形状がアレイ状に配列された多角形であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
前記加工対象物がアレイ状に配列された同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工方法。
前記加工対象物は板状であり、前記加工が前記板状の加工対象物への穴開けであることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
前記アシストガスが酸素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。
前記アシストガスを、前記加工対象物の一方から供給し、前記加工対象物を中心としてその反対側で吸引することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。