JP2003001464A

JP2003001464A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法

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Publication number: JP2003001464A
Application number: JP2001189480A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Kanetani; 修三金谷
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2003-01-08
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP4166446B2

Abstract

(57)【要約】【課題】検出装置の構成が簡単で安価に製作でき、し
かも、ワークの僅かな板厚変化を確実に検出できて、盲
孔状の加工部を所定の切残し板厚を確保した状態で正確
に加工できるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供
する。【解決手段】レーザ照射ノズル１４とワーク１２とを
相対移動させながら、レーザ照射ノズル１４からワーク
１２に対してレーザ光を断続的に照射して、ワーク１２
上に盲孔状の加工部１２ａを所定間隔おきに加工する。
このワーク１２の加工時に、ワーク１２を導電体よりな
る支持部材１１上に支持した状態で、静電容量検出器１
９により支持部材１１とレーザ照射ノズル１４との間の
静電容量を検出する。ワーク厚み変化にともなう検出結
果に基づいて制御装置１６により、１つの加工部１２ａ
を加工する毎にレーザ照射ノズル１４からのレーザ光の
出力パルス数を変更することにより、照射出力を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばエアバッ
グ上を覆う自動車のインストルメントパネル等の合成樹
脂材料よりなるワークをレーザ光により加工するレーザ
加工装置及びレーザ加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車の助手席用エアバッグは
インストルメントパネルの内側に配置されている。エア
バッグと対向するように、インストルメントパネルには
開口が形成され、その開口には蓋板が取り付けられてい
る。あるいは、エアバッグの輪郭と対応するように、イ
ンストルメントパネルの表面には四角枠状の溝部が形成
されて、その内側に開放部が区画形成されている。そし
て、通常は蓋板または開放部によりエアバッグが覆われ
た状態にあり、エアバッグの作動時には、蓋板または開
放部が開放されて、エアバッグがインストルメントパネ
ル内から外側に膨出されるようになっている。

【０００３】しかしながら、前記のようなエアバッグの
被覆構造においては、インストルメントパネルの表面に
蓋板の外形や四角枠状の溝部が現れるため、外観が悪く
なるという問題があった。また、蓋板の外形や四角枠状
の溝部がフロントウインドウに写り込むため、運転しに
くいという問題もあった。

【０００４】このような問題に対処するため、レーザ光
の照射によりインストルメントパネルの裏面に盲孔を所
定間隔おきに加工して、エアバッグの輪郭に対応する全
体として四角枠状の周溝となし脆弱部を形成し、その脆
弱部の内側に開放部を区画形成する方法も提案されてい
る。この加工方法においては、多数の盲孔をパネルの表
面側に一定の切残し板厚を確保した状態で加工して、脆
弱部の破壊強度を全周に亘って所定値となるように形成
する必要がある。

【０００５】ところが、インストルメントパネルは、湾
曲したり、成形時板厚が均一になっていないため、各盲
孔を切残し板厚が一定となるように加工することは困難
であった。

【０００６】前記のような問題に対処するため、例えば
特開平１０−８５９６６号公報（第１従来技術）及び特
開２００１−３８４７９号公報（第２従来技術）に開示
されるようなレーザ加工方法が従来から提案されてい
る。

【０００７】第１従来技術においては、ワークにレーザ
光を照射して盲孔を加工する際に、盲孔を透過するレー
ザ光を検出して、その透過エネルギが所定値に達したと
き、盲孔の加工を停止するようになっている。また、第
２従来技術においては、ワークにレーザ光を照射して盲
孔を加工する際に、レーザ光に検知光を予め合成してお
いて、盲孔を透過する検知光を検出し、その透過エネル
ギが所定値に達したとき、盲孔の加工を停止するように
なっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、これら
の従来のレーザ加工方法においては、ワークの加工部を
透過する僅かなレーザ光または検知光を検出して、切残
し板厚が一定となるように盲孔の加工深さを制御してい
る。このため、加工されるワークを支持するための治具
等の支持部材上にレーザ光または検知光を検出するため
のセンサをレーザ照射ノズルに対応してワークの反対側
に一体移動可能に設ける必要があり、検出装置の構成が
複雑で高価になる。また、加工開始前に検出レベルの調
整等が必要となり、ワークの僅かな板厚変化を検出でき
るようにするのが面倒であるという問題があった。加え
て、第１従来技術においては、レーザ光がワークの加工
部を透過するため、盲孔状の加工部底面に小さな孔があ
いたり、傷跡が残ったりするというおそれもあった。

【０００９】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、検出装置の構成が簡単で安価に製作することができ
るとともに、ワークの僅かな板厚変化を確実に検出する
ことができて、盲孔状の加工部を所定の切残し板厚を確
保した状態で正確に加工することができるレーザ加工装
置及びレーザ加工方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、ノズルを備えた加工ヘ
ッドとワークとを相対移動させながら、ワーク裏面に対
してノズルからレーザビームを照射して、ワーク上に周
溝を形成するようにしたレーザ加工装置において、ワー
クを支持するための導電体よりなるワーク支持部材にワ
ークを固定して、そのワーク支持部材面を基準とするギ
ャップの静電容量を検出するギャップ検出手段を前記加
工ヘッドに設け、前記ワーク支持部材とギャップ検出手
段との間に配置されたワークの厚みに対応して変化する
静電容量に応じて前記レーザビームを制御する制御手段
を備えたことを特徴とする。

【００１１】従って、この請求項１に記載の発明によれ
ば、ワークの加工部を透過するレーザ光や検知光を検出
するようにした従来技術に比較して、検出装置の構成が
簡単で安価に製作することができる。また、ワークの僅
かな板厚変化を確実に検出することができて、盲孔状の
加工部を所定の切残し板厚を確保した状態で正確に形成
することができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記ワーク支持部材とギャップ検出手
段との所定距離を一定にした状態で、ノズルとワークと
を相対移動させながら、静電容量変化に応じてパルス発
振によるレーザ出力を制御することを特徴とする。

【００１３】従って、この請求項２に記載の発明によれ
ば、静電容量の変化に応じてレーザビームのパルス発振
数を設定することにより、加工孔の深さを容易かつ正確
に調節できる。従って、ワークに対して、一定の切残し
板厚を確保した多数の盲孔状の加工部を所定間隔おきに
形成できる。このため、エアバッグを覆うインストルメ
ントパネルにエアバッグ用の開口部を設ける場合に好適
である。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の発明において、前記ギャップ検出手段
はノズルに設けられたものである。従って、この請求項
３に記載の発明によれば、ギャップ検出手段及びそのた
めに装着部を専用に設ける必要がなく、構成が簡単であ
り、ノズルのワークへの接近性がよくなる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、ノズルを備えた
加工ヘッドとワークとを相対移動させながら、ワーク裏
面に対してノズルからレーザビームを照射して、ワーク
上に周溝を形成するようにしたレーザ加工方法におい
て、導電体よりなるワーク支持部材にワークを固定し
て、そのワーク支持部材面を基準とするギャップの静電
容量を検出し、前記ワーク支持部材とギャップ検出手段
との間に配置されたワークの厚みに対応して変化する静
電容量に応じて、周溝の底部厚さを所定深さにすべくパ
ルス発振によるレーザ出力を制御することを特徴とする
従って、この請求項４に記載の発明によれば、前記請求
項１に記載の作用と同様の作用を得ることができる。

【００１６】請求項５に記載の発明においては、請求項
４に記載の発明おいて、加工ヘッドとワークとの相対移
動時に所定間隔で断続的にパルス発振させて周溝加工す
ることを特徴とする。

【００１７】従って、請求項５に記載の発明は、請求項
２に記載の発明と同様な作用を有する。請求項６に記載
の発明は、請求項４または請求項５に記載の発明におい
て、パルス発振によるレーザ出力のパルス数によってレ
ーザ出力を制御することにより、加工深さを調整するこ
とを特徴とした。

【００１８】従って、この請求項５に記載の発明によれ
ば、前記請求項２に記載の作用とほぼ同様の作用を得る
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の一実施形態
を、図面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、治具を構成する導電体
よりなる支持部材１１が図示しないテーブル上に配設さ
れている。この支持部材１１の上面には自動車の助手席
用エアバッグを覆うインストルメントパネル等の合成樹
脂製のワーク１２が載置状態で支持固定されるようにな
っている。

【００２０】支持部材１１にはレーザヘッド１３が接近
離間可能及び傾動可能に対向配設され、その下部にはレ
ーザ照射ノズル１４が突設されている。そして、図示し
ない相対移動機構により、支持部材１１とレーザ照射ノ
ズル１４を含むレーザヘッド１３とが所定間隔Ｌ１をお
いた状態で図１に矢印で示す横方向に相対移動されて、
レーザ照射ノズル１４がワーク１２上の所定加工位置に
移動されるようになっている。

【００２１】前記レーザヘッド１３にはレーザ発振器１
５が接続され、制御手段としての制御装置１６の制御に
基づいて、このレーザ発振器１５からレーザヘッド１３
にパルス発振されたレーザ光が出力される。そして、レ
ーザ光がレーザ照射ノズル１４に導かれて、このレーザ
照射ノズル１４からワーク１２にレーザ光が所定間隔で
断続的に照射される。この実施形態においては、レーザ
光によりワーク１２上に盲孔状の多数の加工部１２ａが
所定間隔おきに加工されるようになっている。そして図
５に示すように全体として周溝ｌを形成している。

【００２２】すなわち、図１のＷ１，Ｗ２を拡大した図
３に示すように、前記制御装置１６においては、所定周
波数で基準パルスが発振出力される。そして、この基準
パルスがレーザ発振器１５に対して出力されるととも
に、同じく制御装置１６からレーザ発振器１５に対して
オンオフ信号が出力される。これらの基準パルス及びオ
ンオフ信号に基づいて、そのオン信号幅Ｗ１，Ｗ２に応
じたパルス数Ｐ１，Ｐ２のレーザ光がレーザ発振器１５
からレーザヘッド１３へ断続的に出力される。

【００２３】従って、パルス数Ｐ１，Ｐ２は、オン信号
幅Ｗ１，Ｗ２に応じて増減されて、レーザ出力が制御さ
れる。また、このレーザ光の１つのパルス幅及びパルス
間の間隔は基準パルスに依存する。出力パルス周波数は
例えば５，０００Ｈｚと高く設定することにより、ノズ
ル１４の移動速度に対して多数のパルスを発振するの
で、オン信号幅Ｗ１，Ｗ２はそれぞれ１個の孔を加工す
るように作用する。そして、このレーザ光により、ワー
ク１２上に、その出力パルス数Ｐ１，Ｐ２に応じた加工
深さＬ２の加工部１２ａが形成されるようになってい
る。

【００２４】前記レーザ照射ノズル１４の基材は絶縁材
により形成され、その内周面には第１電極１７がコーテ
ィング等により形成されるとともに、外周面には第２電
極１８が同じくコーティング等により形成されている。
第１電極１７と第２電極１８には検出手段としての静電
容量検出器１９が接続されている。そして、ワーク１２
の各加工部１２ａのレーザ加工に際して、静電容量検出
器１９により支持部材１１とレーザ照射ノズル１４との
間の静電容量が検出されて、その検出結果が制御装置１
６に出力される。従来、静電容量検出器は金属材料間の
ギャップ量を測定したりすることに利用されていたが、
金属材料間に非鉄金属材料を介在させることにより、非
鉄金属材料の厚みによってその間の静電容量に変化する
ことが解明された。このことから、静電容量の検出に基
づいて、図２に示すように、ワーク１２の板厚が変化し
た場合、その板厚の変化に相当する静電容量のをもとに
した検出電圧が得られる。

【００２５】前記制御装置１６にはメモリ２０が接続さ
れ、そのメモリ２０には制御装置１６によるレーザ発振
器１５の制御に用いられる各種のデータが記憶されてい
る。すなわち、メモリ２０にはワーク１２上に形成され
る複数の加工部１２ａの加工位置データや、前記静電容
量の検出電圧と、オンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２
と、出力パルス数Ｐ１，Ｐ２との相関データが例えばテ
ーブルとして記憶されている。そして、制御装置１６
は、ワーク１２の各加工部１２ａのレーザ加工に際し
て、静電容量検出器１９から静電容量の検出結果を入力
したとき、メモリ２０に記憶された相関データに基づい
て、レーザ発振器１５へのオンオフ信号のオン信号幅Ｗ
１，Ｗ２を設定する。この設定により、レーザ発振器１
５から出力されるレーザ光のパルス数Ｐ１，Ｐ２が変更
されて、レーザ光の照射出力が加減制御されるようにな
っている。

【００２６】すなわち、ワーク１２上の加工位置の板厚
が薄くなるほど、大きな静電容量の検出電圧が出力され
る。これに基づいて、オンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，
Ｗ２が小さく設定され、パルス数Ｐ１，Ｐ２の少ないレ
ーザ光が出力されて、加工深さＬ２の小さな加工部１２
ａが形成される。これとは逆に、ワーク１２上の加工位
置の板厚が厚くなるほど、小さな静電容量の検出電圧が
出力される。これに基づいて、オンオフ信号のオン信号
幅Ｗ１，Ｗ２が大きく設定され、パルス数Ｐ１，Ｐ２の
多いレーザ光が出力されて、加工深さＬ２の深い加工部
１２ａが形成される。つまりパルス数の多寡によって加
工深さＬ２を調整するものである。これらの結果、ワー
ク１２の板厚が変化した場合でも、盲孔状の各加工部１
２ａの深さを任意に設定可能となり、結果として底部に
一定の切残し板厚Ｌ３が確保されるようになっている。

【００２７】また、前記メモリ２０には、後述する図４
のフローチャートで示されたプログラムのデータが記憶
されている。次に、前記のように構成されたレーザ加工
装置の動作を、図４のフローチャートに基づいて説明す
る。この図４のフローチャートは、メモリ２０に記憶さ
れたプログラムが制御装置１６の制御にもとに進行す
る。

【００２８】さて、このレーザ加工装置においてレーザ
加工が開始される。すると、まずレーザ照射ノズル１４
が支持部材１１上のワーク１２上のプログラムされた位
置に移動配置され、所定間隔Ｌ１をおいた状態に配置さ
れる（ステップＳ１）。従って、レーザ照射ノズル１４
と支持部材１１との間の所定距離が一定値に保たれる。

【００２９】この状態で、レーザ照射ノズル１４を含む
レーザヘッド１３とワーク１２を支持した支持部材１１
とが相対移動されて、図５に示すように、ワーク１２に
対するレーザ加工が開始される（ステップＳ２）。この
場合、レーザ照射ノズル１４がワーク１２上の１つの孔
加工部１２ａの加工位置に対応した状態で、静電容量検
出器１９により静電容量が検出されて、ワーク１２の板
厚に応じた検出電圧が制御装置１６に入力される（ステ
ップＳ３）。

【００３０】この静電容量の検出結果に基づいて、制御
装置１６からレーザ発振器１５へのオンオフ信号のオン
信号幅Ｗ１，Ｗ２が設定される。このため、そのオン信
号幅Ｗ１，Ｗ２に応じて、レーザ発振器１５から出力さ
れるレーザ光のパルス数Ｐ１，Ｐ２が設定される（ステ
ップＳ４）。そして、このレーザ発振器１５から出力さ
れる設定パルス数Ｐ１，Ｐ２のレーザ光がレーザ照射ノ
ズル１４からワーク１２に照射されて、ワーク１２上に
盲孔状の加工部１２ａが所定の切残し板厚Ｌ３を確保し
た状態で加工される（ステップＳ５）。この場合、パル
ス数Ｐ１，Ｐ２が多ければ、深い孔が形成され、少なけ
れば浅い孔が形成される。従って、加工部１２ａの検出
板厚が厚い場合には、パルス数Ｐ１，Ｐ２の設定値が大
きく、検出板厚が薄い場合には、パルス数Ｐ１，Ｐ２の
設定値が小さくなるように制御される。この結果、加工
部１２ａの切残し板厚Ｌ３が一定にすることができる。

【００３１】このように、ワーク１２上への１つの加工
部１２ａの加工が終了すると、メモリ２０の加工位置デ
ータ中に、次の加工部１２ａが存在するか否かが判別さ
れる（ステップＳ６）。この判別において、次の加工部
１２ａが存在する場合には、前記ステップＳ３に戻っ
て、ステップＳ３〜Ｓ６の動作が繰り返し行われる。こ
れにより、ワーク１２上には複数の加工部１２ａが一定
の切残し板厚Ｌ３を確保した状態で所定間隔おきに加工
される。そして、加工位置データ中に次の加工部１２ａ
が存在しなくなったとき、１つのワーク１２に対するレ
ーザ加工動作が終了する（ステップＳ７）。

【００３２】従って、この実施形態によれば、以下のよ
うな効果を得ることができる。・このレーザ加工装置においては、レーザ照射ノズル
１４からのレーザ光の照射により、ワーク１２上に盲孔
状の加工部１２ａを所定間隔おきにレーザ加工する際
に、ワーク１２を導電体よりなる支持部材１１上に支持
する。この状態で、静電容量検出器１９により、支持部
材１１とレーザ照射ノズル１４との間の静電容量を検出
する。そして、この検出結果に基づいて制御装置１６に
より、１つの加工部１２ａを加工する毎にレーザ照射ノ
ズル１４からのレーザ光の照射出力を変更制御するよう
になっている。

【００３３】このため、ワーク１２の加工部１２ａを透
過するレーザ光や検知光を検出するようにした従来技術
に比較して、支持部材１１側に検出器を設けるような必
要がなく、検出装置の構成が簡単で安価に製作すること
ができる。また、ワーク１２の僅かな板厚変化を確実に
検出することができて、盲孔状の加工部１２ａを所定の
切残し板厚Ｌ３を確保した状態で正確に加工することが
できる。また、検出のための透過光を発生させる必要が
ないため、ワーク１２に傷跡が残るようなこともない。

【００３４】・このレーザ加工装置においては、前記
制御装置１６によって制御されるレーザ光の照射出力が
出力パルス数Ｐ１，Ｐ２となっている。このため、静電
容量の検出結果に基づいてレーザ光の出力パルス数Ｐ
１，Ｐ２が変更設定されて、ワーク１２の板厚変化に応
じて、盲孔状の加工部１２ａを所定の切残し板厚Ｌ３を
確保した状態で正確に加工することができる。

【００３５】・このレーザ加工装置においては、前記
ワーク１２が自動車のエアバッグ上を覆うパネルとなっ
ている。このため、エアバッグ上を覆うパネルの裏面に
盲孔状の加工部１２ａを所定間隔おきに加工する場合、
そのパネルの表面側に小さな孔があいたり傷跡が残った
りして、外観が悪くなるのを抑制することができ、高品
質のパネルとすることができる。

【００３６】（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は、制御装置１６によって制
御されるレーザ光の照射出力として、出力パルス数Ｐ
１，Ｐ２が設定変更されるようになっている。これに対
し、このレーザ光の照射出力として、レーザ光の出力エ
ネルギまたは出力周波数を設定変更すること。

【００３７】・前記実施形態においては、レーザ加工
を行うワーク１２が自動車のエアバッグ上を覆うインス
トルメントパネルとなっている。これに対し、ステアリ
ングホイールに組み込まれるエアバッグを覆うためのパ
ネルにおいて、あるいは表面に加工跡の残らないインス
トルメントパネル以外の産業用材料の溝加工においても
この発明を適用すること。

【００３８】・前記実施形態では、複数の加工部１２
ａの加工位置データや、前記静電容量の検出電圧と、オ
ンオフ信号のオン信号幅Ｗ１，Ｗ２と、出力パルス数Ｐ
１，Ｐ２との相関データがテーブルとして記憶されてい
る。そして、これらのデータが逐次読み出されて、加工
部１２ａごとの出力パルス数が設定される。これに対
し、加工部１２ａごとの出力パルス数を静電容量の検出
電圧の高低に従って演算により算出するように構成する
こと。

【００３９】・前記実施形態では、パネル強度を確保
するために、ワークに対してレーザ光を断続的に照射し
たが、加工目的によっては、連続的に照射した周溝を形
成すること。

【００４０】これらように構成した場合でも、前記実施
形態とほぼ同様の効果を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳述したように、この発明におい
ては、検出装置の構成が簡単で安価に製作することがで
きるとともに、ワークの僅かな板厚変化を確実に検出す
ることができて、盲孔状の加工部を所定の切残し板厚を
確保した状態で正確に加工することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態のレーザ加工装置を示す構成図。

【図２】ワークの板厚に応じた静電容量の検出電圧を
示す特性図。

【図３】レーザ光の出力パルスの制御状態を示す説明
図。

【図４】図１のレーザ加工装置の動作を示すフローチ
ャート。

【図５】ワークに対するレーザ加工状態を示す斜視
図。

【符号の説明】１１…支持部材、１２…ワーク、１２ａ…盲孔状の加工
部、１３…レーザヘッド、１４…レーザ照射ノズル、１
５…レーザ発振器、１６…制御手段としての制御装置、
１９…検出手段としての静電容量検出器、２０…メモ
リ、Ｌ３…切残し板厚、Ｐ１，Ｐ２…出力パルス数。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルを備えた加工ヘッドとワークとを
相対移動させながら、ワーク裏面に対してノズルからレ
ーザビームを照射して、ワーク上に周溝を形成するよう
にしたレーザ加工装置において、ワークを支持するための導電体よりなるワーク支持部材
にワークを固定して、そのワーク支持部材面を基準とす
るギャップの静電容量を検出するギャップ検出手段を前
記加工ヘッドに設け、前記ワーク支持部材とギャップ検
出手段との間に配置されたワークの厚みに対応して変化
する静電容量に応じて前記レーザビームを制御する制御
手段を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】前記ワーク支持部材とギャップ検出手段
との所定距離を一定にした状態で、ノズルとワークとを
相対移動させながら、静電容量変化に応じてパルス発振
によるレーザ出力を制御することを特徴とする請求項１
に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】前記ギャップ検出手段はノズルに設けら
れた請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】ノズルを備えた加工ヘッドとワークとを
相対移動させながら、ワーク裏面に対してノズルからレ
ーザビームを照射して、ワーク上に周溝を形成するよう
にしたレーザ加工方法において、導電体よりなるワーク支持部材にワークを固定して、そ
のワーク支持部材面を基準とするギャップの静電容量を
検出し、前記ワーク支持部材と前記ギャップ検出手段と
の間に配置されたワークの厚みに対応して変化する静電
容量に応じて、周溝の底部厚さを所定厚さにすべくパル
ス発振によるレーザ出力を制御することを特徴とするレ
ーザ加工方法。
【請求項５】加工ヘッドとワークとの相対移動時に所
定間隔で断続的にパルス発振させて周溝加工することを
特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】パルス発振によるレーザ出力のパルス数
によってレーザ出力を制御することにより加工深さを調
整することを特徴とした請求項４または請求項５に記載
のレーザ加工方法。