JP2001038482A - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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JP2001038482A JP11211146A JP21114699A JP2001038482A JP 2001038482 A JP2001038482 A JP 2001038482A JP 11211146 A JP11211146 A JP 11211146A JP 21114699 A JP21114699 A JP 21114699A JP 2001038482 A JP2001038482 A JP 2001038482A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 貫通孔の穿設時に、先ずレーザ光線の焦
点位置を被加工物の内部に設定し、かつレーザ発振器よ
り低出力のレーザ光線をパルスモードで発振させて小径
の貫通孔を穿設する第1ピアッシング加工を行なった
後、レーザ光線Lの焦点位置Pを被加工物7の表面より
も上方に設定するとともに、レーザ発振器より中間出力
のレーザ光線Lをパルスモードで発振させて小径の貫通
孔を拡大する第2ピアッシング加工を行なって大径の貫
通孔Z´を穿設するようになっている。 【効果】 従来の加工方法に比較して、簡単な加工方法
で切断加工開始時の溶融金属の飛散を防止することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工方法に関し、
より詳しくはピアッシング加工に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来一般に、レーザ加工方法として、ピ
アッシング加工により被加工物を貫通する貫通孔を穿設
し、かつこの貫通孔の位置から切断加工を開始すること
は知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来一般に加
工時間を短縮するために、レーザ光線の焦点位置を被加
工物の内部或は被加工物の表面近くに設定し、ピアッシ
ング加工時間を短縮することは行なわれている。しかし
ながら上記方法によって穿設される貫通孔の径は小さ
く、しかも板厚が厚くなるにしたがって貫通孔の開口周
囲に付着するドロス(酸化鉄)の量も増えるため、特に
厚板の被加工物を加工する場合に切断加工開始時に被加
工物上に溶融金属が吹出す飛散が発生するといった問題
がある。このような問題を解決する方法として、レーザ
光線の焦点位置を被加工物から離して該被加工物表面に
対する照射面積を大きくすることで、貫通孔と切断加工
時の切断幅との差を小さくすることが考えられるが、こ
の場合にはレーザ光線の照射面積が広くなるため、被加
工物へのパワーが分散されて弱くなり、つまりレーザ光
線の集光効率が悪くなり、結果的にピアッシング加工時
間が長くなるといった欠点がある。上述した相反する問
題を解決する方法として、特開平3−151182号公
報において、ピアッシング加工時にレーザ光線の焦点位
置を上昇または下降させたり、或はレーザ光線または被
加工物を回転させることにより、貫通孔の穿設と同時に
貫通孔の拡大も行なうようにした加工方法が提案されて
いるが、この方法では制御が複雑になるといった欠点が
ある。また従来では、特開平2−197386号公報に
おいて、ピアッシング加工により貫通孔を穿設した後
に、該貫通孔の側面に沿ってレーザ光線を照射して貫通
孔を拡大する拡大加工を行なうようにした加工方法が提
案されているが、この方法でも制御が複雑になるといっ
た欠点がある。本発明はそのような事情に鑑み、従来に
比較して複雑な制御(加工方法)を必要とすることなし
に、切断加工開始時の溶融金属の飛散を防止することが
できるレーザ加工方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ピア
ッシング加工により被加工物を貫通する貫通孔を穿設
し、かつこの貫通孔の位置から切断加工を開始するよう
にしたレーザ加工方法において、上記ピアッシング加工
は、レーザ光線を被加工物に照射して貫通孔を穿設する
第1ピアッシング加工と、この第1ピアッシング加工に
より穿設された貫通孔に対してレーザ光線を照射してこ
れを拡大する第2ピアッシング加工とを備え、上記第2
ピアッシング加工では、レーザ光線の照射面積を第1ピ
アッシング加工時の照射面積よりも大きく、かつ切断加
工時の照射面積よりも小さく設定したものである。
【0005】
【作用】上述した加工方法によれば、第1ピアッシング
加工により相対的に小さな貫通孔を穿設し、そしてこの
貫通孔を第2ピアッシング加工により溶融金属の飛散を
防止することができる孔径まで拡大させることによっ
て、従来のように複雑な制御を行なうことなしに切断加
工開始時の溶融金属の飛散を防止することができるし、
またピアッシング時間を短縮することができる。
【0006】
【実施例】以下図示実施例について本発明を説明する
と、図1において、レーザ加工機1は、レーザ光線Lを
発振放射するレーザ発振器2と、このレーザ発振器2か
ら放射されたレーザ光線Lを集光する集光レンズ3(図
2参照)を収納したフォーカスヘッド4とを備えてお
り、上記レーザ発振器2は制御装置5によって出力が制
御されるようになっている。上記フォーカスヘッド4
は、制御装置5によって被加工物7との間隔Dが制御さ
れるようになっており、該フォーカスヘッド4には、フ
ォーカスヘッド4と被加工物7との間隔Dを測定するた
めに静電容量センサ8を設けている。この静電容量セン
サ8で検出された信号は、図示しない静電容量センサア
ンプを介して増幅された後、制御装置5に入力されるよ
うになっている。上記制御装置5には、上記フォーカス
ヘッド4を所定高さ位置とした際に静電容量センサ8か
ら得られる出力値が予め入力してあり、該制御装置5
は、その出力値と実際に静電容量センサ8から得られる
出力とを比較して、その差が零となるように駆動モータ
9を制御するようになっている。これによりフォーカス
ヘッド4を上記所定高さ位置に位置決めすることができ
るようになっている。なお、本実施例では静電容量セン
サ8を用いていたがこれに限定されるものではなく、従
来公知のタッチセンサを用いてもよい。
【0007】ところで、レーザ光線Lを使用して薄板の
被加工物を加工する場合には問題なく加工することがで
きるが、特に厚板の被加工物を加工する場合にはピアッ
シング加工から直ちに切断加工を行なった際に、溶融金
属が吹出す飛散が発生するといった欠点がある。上記溶
融金属の飛散の原因としては、ピアッシング加工によっ
て穿設された貫通孔と切断加工時の切断幅との差が大き
い場合や貫通孔の開口の周囲にドロス(酸化金属)の付
着が多い場合に溶融金属の飛散が発生することが判明し
ており、上記ドロスは板厚が厚くなるにしたがって付着
量が増えるものである。
【0008】しかして本実施例では、厚板の被加工物7
を加工する場合であっても、溶融金属の飛散を防止する
ことができるレーザ加工方法を提供するものである。先
ず制御装置5は、レーザ光線Lの焦点位置Pを被加工物
の表面から該被加工物7の厚みの10パーセント以上と
なるように駆動モータ9を制御してフォーカスヘッド4
を予め設定された第1ピアッシング加工位置に位置決め
する。フォーカスヘッド4が上記第1ピアッシング加工
位置に位置したことを静電容量センサ8から入力された
制御装置5は、レーザ発振器2を制御して低出力のレー
ザ光線Lをパルスモードで発振放射させる。これによ
り、低出力のレーザ光線Lであっても最も出力の高い焦
点位置P並びにこれに続く出力の高い部分で被加工物7
を断続的に穿設することができるので、短時間で被加工
物7の表面の小さな照射面積(スポット径)に応じた小
径の貫通孔Zを穿設することができる。このとき制御装
置5は、上記第1ピアッシング加工の終了をタイマ或は
上記静電容量センサ8から入力されるパルス状信号の入
力の終了により認識するようになっている(特許‐02
790166号参照)。
【0009】上記第1ピアッシング加工が終了したら制
御装置5は、次にレーザ光線Lの焦点位置Pが被加工物
7の表面よりも上方となるように、駆動モータ9を制御
してフォーカスヘッド4を第1ピアッシング加工位置か
ら予め定められた第2ピアッシング加工位置へと真上に
上昇させて位置決めするとともに、レーザ発振器2を制
御して第1ピアッシング加工時よりも高い中間出力でレ
ーザ光線Lを貫通孔Zに向けてパルス発振させる。これ
により被加工物7表面に対して第1ピアッシング加工時
よりも大きな照射面積(スポット径)でレーザ光線Lが
断続的に照射され、それにより該照射面積(スポット
径)に応じて貫通孔Zの周囲が穿設されて大径の貫通孔
Z´が貫通されるようになる。このとき、既に貫通孔Z
が穿設されているため、第2ピアッシング加工時に発生
する溶融金属は貫通孔Zを抜けて下方へ吹き飛ばされ被
加工物7上への吹き上がりがほとんどない。なおレーザ
光線Lの出力を一定とした場合には、レーザ光線Lの照
射面積が広くなるとそれに伴ってレーザ光線Lの被加工
物7に照射される出力は低下するようになるが、本実施
例ではレーザ光線Lの出力を第1ピアッシング加工時よ
りも高く設定しているので、すなわち第2ピアッシング
加工時に実質的に穿設する面積が小さいため出力をある
程度上昇させても溶融金属の飛散を生じる危険性が小さ
いので、速やかに短時間で孔径の大きな貫通孔Z´を穿
設することができる。また上記中間出力とは、第1ピア
ッシング加工時の出力と切断加工時の出力の丁度半分を
限定するものではなく、第1ピアッシング加工時の出力
以上で切断加工時の出力以下の出力であればよい。
【0010】そして、上記第2ピアッシング加工が終了
したことをタイマまたは静電容量センサ8のパルス状信
号の終了によって認識した制御装置5は、次にレーザ光
線Lの焦点位置Pが第2ピアッシング加工位置の位置よ
りも上方となるように、すなわちレーザ光線の照射面積
(スポット径)が第2ピアッシング加工時の照射面積よ
りも大きな所定の切断幅と一致するように駆動モータ9
を制御してフォーカスヘッド4を第2ピアッシング加工
位置から予め定められた切断加工位置へと真上に上昇さ
せて位置決めするとともに、レーザ発振器2を制御して
第2ピアッシング加工時よりも高い高出力でレーザ光線
Lを貫通孔Z´に向けて連続発振させて貫通孔Z´より
切断を開始するようになっている。ところで従来では、
ピアッシング加工時に穿設する貫通孔の孔径が小さく切
断加工開始時に溶融金属の飛散を生じる虞があったた
め、図5に示すように従来では切断ラインKに影響が及
ばないようにこれよりも外側に貫通孔Yを穿設するよう
にしていたが、本実施例によれば第1ピアッシング加工
時および第2ピアッシング加工時共にフォーカスヘッド
4を位置決めした状態で行なっているので、貫通孔Zと
貫通孔Z´とを精度よく穿設することができ、したがっ
て図6に示すように貫通孔Z´(Z)を切断ラインK上
に穿設することができ、その結果切断無駄を少なくする
ことができる。
【0011】なお上記実施例では、第2ピアッシング加
工時にはレーザ光線Lをパルスモードで発振させていた
がこれに限定されるものではなく、レーザ光線を連続モ
ードで発振させて貫通孔を拡大するようにしてもよい。
また上記実施例では、第1ピアッシング加工時にはレー
ザ光線Lの焦点位置Pを被加工物7の内部にその厚みの
10パーセントよりも大きく設定していたがこれに限定
されるものではなく、10パーセント以内でもよいし、
また被加工物7の表面近傍に設定してもよいが、このよ
うに焦点位置Pが表面近傍に設定する場合には第2ピア
ッシング加工時のレーザ光線の焦点位置Pをそれ以上の
高さ位置に設定すればよい。
【0012】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来に
比較して簡単な加工方法で切断加工開始時の溶融金属の
飛散を防止することができるし、またピアッシング時間
を短縮することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す系統図。
【図2】第1ピアッシング加工時のレーザ光線Lの焦点
位置Pを示す拡大図。
【図3】第2ピアッシング加工時のレーザ光線Lの焦点
位置Pを示す拡大図。
【図4】切断加工時のレーザ光線Lの焦点位置Pを示す
拡大図。
【図5】従来の貫通孔Yの穿設位置を示す平面図。
【図6】本実施例の貫通孔Z´(Z)の穿設位置を示す
平面図。
【符号の説明】
1…レーザ加工機 2…レーザ発振器 3…集光レンズ 4…フォーカスヘッド 5…制御装置 7…被加工物 L…レーザ光線 P…焦点位置 Z…貫通孔(小径) Z´…貫通孔(大径)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑 憲志 石川県金沢市大豆田本町甲58番地 澁谷工 業株式会社内 Fターム(参考) 4E068 AE01 AF01 AF02 CA02 CA11 CB05 CD05 CD14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピアッシング加工により被加工物を貫通
    する貫通孔を穿設し、かつこの貫通孔の位置から切断加
    工を開始するようにしたレーザ加工方法において、 上記ピアッシング加工は、レーザ光線を被加工物に照射
    して貫通孔を穿設する第1ピアッシング加工と、この第
    1ピアッシング加工により穿設された貫通孔に対してレ
    ーザ光線を照射してこれを拡大する第2ピアッシング加
    工とを備え、上記第2ピアッシング加工では、レーザ光
    線の照射面積を第1ピアッシング加工時の照射面積より
    も大きく、かつ切断加工時の照射面積よりも小さく設定
    したことを特徴とするレーザ加工方法。
  2. 【請求項2】 上記第2ピアッシング加工では、レーザ
    光線の出力を第1ピアッシング加工時の出力よりも大き
    く、かつ切断加工時の出力よりも小さく設定したことを
    特徴とするレーザ加工方法。
  3. 【請求項3】 上記第1ピアッシング加工時は、レーザ
    光線の焦点位置を被加工物の内部または表面近傍に設定
    し、また上記第2ピアッシング加工時は、レーザ光線の
    焦点位置を第1ピアッシング加工時よりも上方に設定し
    たことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレ
    ーザ加工方法。
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