JP2006255728A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 保護シートＳと板材Ｗの表面との間におけるアシストガスの侵入を防止して、保護シートＳの部分的な膨らみをなくすと共に、保護シートＳの焼き焦げが板材Ｗの裏面にこびり付くことがなくして、後処理を簡略化する。
【解決手段】
エアを供給するエアコンプレッサ４１に接続されかつエアを乾燥させるエアドライヤー３９と；エアドライヤー３９に接続されかつ乾燥させたエアを氷点下以下の温度まで冷却する熱交換器４７と；熱交換器４７に接続されかつ板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを噴射するエアノズル５１，５５，５９と；を具備したこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面及び／又は裏面に保護シートを貼着した板材の被加工部に向かってアシストガスを噴射しつつ、板材の被加工部にレーザ光を照射することにより、板材に対して切断加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

一般に、レーザ加工装置による切断加工にあっては、板材の被加工部にレーザ光を照射する他に、板材の被加工部の冷却、加工スパッターの排出、加工の支援を目的として、板材の被加工部に向かってアシストガスを噴射している。

また、ステンレスやアルミからなる板材にあっては、傷が付かないように、表面及び／又は裏面に塩化ビニール製の保護シートを貼着することがある。そして、レーザ加工中はもちろんのことレーザ加工終了後においても、前記保護シートは板材の表面及び／又は裏面に貼着された状態であることが望ましい。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１に示すものがある。
特開平１１−２７７２７１号公報

ところで、表面に前記保護シートを貼着した板材に対して前記レーザ加工装置により切断加工を行うと、アシストガスの圧力が高いこともあって、板材の表面と前記保護シートの間にアシストガスが入り込んで、前記保護シートが部分的に膨らんで剥がれ易くなるという問題がある。

また、裏面に前記保護シートを貼着した板材に対して前記レーザ切断装置により切断加工を行うと、前記保護シートの一部が燃焼して、前記保護シートの焼き焦げが板材の裏面にこびり付いて、後処理が厄介になるという問題がある。

更に、前記レーザ加工装置による切断加工は、板材に熱を与えながら行われて、板材に大きな内部応力の変化を伴う。そのため、板材に大きな歪みが生じて、板材が大きく反ってしまうという問題がある。

本発明の第１の特徴は、表面及び／又は裏面に保護シートを貼着した板材の被加工部に向かってアシストガスを噴射しつつ、板材の被加工部にレーザ光を照射することにより、板材に対して切断加工を行うレーザ加工装置において、
エアを供給するエアコンプレッサに接続され、エアを乾燥させるエアドライヤーと；
前記エアドライヤーに接続され、乾燥させたエアを氷点下以下の温度まで冷却する熱交換器と；
前記熱交換器に接続され、板材の被加工部付近に向かって冷却したエアを噴射するエアノズルと；
を具備したことである。

ここで、「表面及び／又は裏面」とは、(i)表面のみ、(ii)裏面のみ、(iii)表面と裏面のうち、いずれも含む意である。

第１の発明の特徴によると、レーザ光の照射と併せて、前記エアノズルにより板材の被加工部近傍に向かってドライの冷却エアを噴射することにより、切断された前記保護シートを瞬時に冷却して硬化させると共に、切断された板材を瞬時に冷却して板材の内部応力の変化を抑えることができる。

また、前記エアノズルにより噴射した冷却したエアは、予め前記エアドライヤーによって乾燥されているため、前記保護シート及び板材を十分に冷却しても、結露による水滴が前記保護シート及び板材に付着することがない。

本発明の第２の特徴は、表面及び／又は裏面に保護シートを貼着した板材の被加工部に向かってアシストガスを噴射しつつ、板材の被加工部にレーザ光を照射することにより、板材に対して切断加工を行うレーザ加工方法において、
エアコンプレッサから供給されたエアを乾燥させるエア乾燥工程と；
前記エア乾燥工程で乾燥させたエアを氷点下以下の温度まで冷却するエア冷却工程と；
レーザ光の照射と併せて、エアノズルにより板材の被加工部近傍に向かって前記エア冷却工程で冷却したエアを噴射するエア噴射工程と；
を具備したことである。

ここで、「表面及び／又は裏面」とは、(i)表面のみ、(ii)裏面のみ、(iii)表面と裏面のうち、いずれも含む意である。

第２の発明の特徴によると、レーザ光の照射と併せて、前記エアノズルにより板材の被加工部近傍に向かってドライの冷却エアを噴射することにより、切断された前記保護シートを瞬時に冷却して硬化させると共に、切断された板材を瞬時に冷却して板材の内部応力の変化を抑えることができる。

また、前記エアノズルにより噴射した冷却したエアは、予め前記エアドライヤーによって乾燥されているため、前記保護シート及び板材を十分に冷却しても、結露による水滴が前記保護シート及び板材に付着することがない。

以上の如き、本発明によれば、切断された前記保護シートを瞬時に冷却して硬化させることができるため、前記保護シートを前記板材に密着させて、前記保護シートと板材の表面との間におけるアシストガスの侵入を防止して、前記保護シートの部分的な膨らみをなくすことができると共に、前記保護シートの焼き焦げが板材の裏面にこびり付くことがなくなって、後処理を簡略化することができる。特に、前記保護シート及び板材を十分に冷却しても、結露による水滴が前記保護シート及び板材に付着することがないため、後処理を更に簡略化することができる。

また、切断された板材を瞬時に冷却して板材の内部応力の変化を抑えることができるため、板材に歪みによる板材の反りを抑えることができる。

本発明の実施形態について図及び図２を参照して説明する。

ここで、図１は、本発明の実施形態の要部を示す図であって、図２は、本発明の実施形態に係わるレーザ加工装置の側面図である。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向を指し、「ＦＲ」は、後方向を指し、「Ｌ」は、左を示し、「Ｒ」は、右を示してある。
図２に示すように、本発明の実施形態に係わるレーザ加工装置１は、表面及び裏面に保護シートＳを貼着した板材Ｗの被加工部に向かってアシストガスを噴射しつつ、板材Ｗの被加工部にレーザ光ＬＢを照射することにより、板材Ｗの被加工部に対して切断加工を行う装置である。また、レーザ加工装置１は、装置本体３をベースにしており、この装置本体３は、上下に対向した上部フレーム５と下部フレーム７を備えている。なお、下部フレーム７の後側には、支持フレーム９が一体的に連結してある。

下部フレーム７には、板材Ｗを支持するワークテーブル１１が設けられており、このワークテーブル１１は、下部フレーム７に固定した固定テーブルと、下部フレーム７における固定テーブルの左右両側に前後方向へ移動可能に設けられた一対の可動テーブルとからなる。なお、ワークテーブル１１は、板材Ｗを転動自在に支持する多数のフリーボールベアリング１３を備えている。

上部フレーム５には、左右方向へ延びたキャレッジベース１５が設けられており、このキャレッジベース１５は、第１サーボモータ１７の駆動により前後方向へ移動するものであって、一対の前記可動テーブルに一体的に連結してある。また、キャレッジベース１５には、板材Ｗをクランプする複数のクランパ１９（図２には１つのクランパ１９のみ図示）を備えたキャレッジ２１が設けてあり、このキャレッジ２１は、第２サーボモータ２３の駆動により左右方向へ移動するものである。

上部フレーム５には、レーザ加工ヘッド２５が設けてあり、このレーザ加工ヘッド２５は、板材Ｗの被加工部に向かってアシストガスを噴射すると共に板材Ｗの被加工部にレーザ光ＬＢを照射するものであって、第３サーボモータ２７の駆動により上下方向へ移動可能である。また、支持フレーム９には、レーザ光ＬＢを発振するレーザ発振器２９が設けられており、このレーザ発振器２９は、レーザ加工ヘッド２５に適宜の光伝導手段を介して光学的に接続されている。

図１及び図２に示すように、ワークテーブル１１の固定テーブルには、レーザ加工ヘッド２５に上下に対向したリング状のホルダ３１が設けられており、このホルダ３１は、板材Ｗを転動自在に支持する複数のフリーボールベアリング３３を備えている。また、ホルダ３１の中央部には、板材Ｗの被加工部周辺を支持するリング状のカッティングプレート３５が設けられており、ホルダ３１の下側には、上下方向へ延びた集塵パイプ３７が設けられている。

装置本体３の近傍には、エアを乾燥させるエアドライヤー３９が配設されており、このエアドライヤー３９は、エアを供給するエアコンプレッサ４１及びエアを貯えるエアタンク４３にエア配管４５を介して接続されている。また、装置本体３の適宜位置には、乾燥させたエアを氷点下以下の温度まで冷却する熱交換器４７が配設されており、この熱交換器４７は、エアドライヤー３９にエア配管４９を介して接続されている。

レーザ加工ヘッド２５の近傍には、板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを上方向から噴射する上部エアノズル５１が設けられており、この上部エアノズル５１は、熱交換器４７にエア配管５３を介して接続されている。また、カッティングプレート３５の近傍には、板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを下方向から噴射する下部エアノズル５５が設けられており、この下部エアノズル５５は、熱交換器４７にエア配管５７を介して接続されている。更に、カッティングプレート３５の上面には、板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを下方向から噴射するリング状の下部エアノズル孔（下部エアノズル）５９が形成されており、カッティングプレート３５からホルダ３１にかけて、下部エアノズル孔５９に連通した連絡通路６１，６３が形成されてあって、連絡通路６３は、エア配管６５を介して熱交換器４７に接続されている。なお、上部エアノズル５１を用いる代わりに、レーザ加工ヘッド２５の先端部に、板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを上方向から噴射するリング状の上部エアノズル孔（上部エアノズル）が形成されるようにしても差し支えない。

続いて、本発明の実施形態に係わるレーザ加工方法について説明する。

複数のクランパ１９によって板材Ｗをクランプした状態の下で、第１サーボモータ１７の駆動によりキャレッジベース１５を一対の可動テーブルと一体的に前後方向へ移動させたり、第２サーボモータ２３の駆動によりキャレッジ２１を左右方向へ移動させたりすることによって、板材Ｗを前後方向、左右方向へ移動させて、レーザ加工ヘッド２５に対して位置決めすることができる。そして、前述のように板材Ｗをレーザ加工ヘッド２５に対して位置決めしつつ、レーザ加工ヘッド２５によって板材Ｗの被加工部に向かってアシストガスを噴射しつつ、板材Ｗの被加工部にレーザ光を照射する。これにより、保護シートＳを切断しつつ、板材Ｗに対して切断加工を行うことができる。

切断加工中において、エアドライヤー３９によってエアコンプレッサ４１から供給されたエアを乾燥させると共に（エア乾燥工程）、熱交換器４７によってエアドライヤー３９によって乾燥させたエアを氷点下以下の温度まで冷却する（エア冷却工程）。そして、レーザ加工ヘッド２５によるレーザ光ＬＢの照射に併せて、上部エアノズル５１により板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを上方向から噴射すると共に、下部エアノズル５５及び下部エアノズル孔５９により板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを下方向から噴射する（エア噴射工程）。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

レーザ加工ヘッド２５によるレーザ光ＬＢの照射に併せて、複数のエアノズル（上部エアノズル５１、下部エアノズル５５、及び下部エアノズル孔５９）により板材Ｗの被加工部付近に向かって冷却したエアを噴射することにより、切断された保護シートＳを瞬時に冷却して硬化させると共に、切断された板材Ｗを瞬時に冷却して板材Ｗの内部応力の変化を抑えることができる。

また、複数のエアノズル５１，５５，５９により噴射した冷却したエアは、予めエアドライヤー３９によって乾燥されているため、保護シートＳ及び板材Ｗを十分に冷却しても、結露による水滴が保護シートＳ及び板材Ｗに付着することがない。

従って、本発明の実施形態によれば、切断された保護シートＳを瞬時に冷却して硬化させることができるため、保護シートＳを板材Ｗに密着させて、保護シートＳと板材Ｗの表面との間におけるアシストガスの侵入を防止して、保護シートＳの部分的な膨らみをなくすことができると共に、保護シートＳの焼き焦げが板材Ｗの裏面にこびり付くことがなくなって、後処理を簡略化することができる。特に、保護シートＳ及び板材Ｗを十分に冷却しても、結露による水滴が保護シートＳ及び板材Ｗに付着することがないため、後処理を更に簡略化することができる。

また、切断された板材Ｗを瞬時に冷却して板材Ｗの内部応力の変化を抑えることができるため、板材Ｗに歪みによる板材の反りを抑えることができる。

なお、本発明は、前述の発明の実施形態の説明に限るものではなく、例えば、表面及び裏面に保護シートＳを貼着した板材Ｗに対して切断加工を行う代わりに、表面のみに保護シートＳを貼着した板材、或いは裏面のみに保護シートＳを貼着した板材に対して切断加工を行う等、種々の態様で実施可能である。

本発明の実施形態の要部を示す図である。 本発明の実施形態に係わるレーザ加工装置の側面図である。

符号の説明

１ レーザ加工装置
２５ レーザ加工ヘッド
３９ エアドライヤー
４１ エアコンプレッサ
４３ エアタンク
４７ 熱交換器
５１ 上部エアノズル
５５ 下部エアノズル
５９ 下部エアノズル孔

Claims (2)

1. 表面及び／又は裏面に保護シートを貼着した板材の被加工部に向かってアシストガスを噴射しつつ、板材の被加工部にレーザ光を照射することにより、板材に対して切断加工を行うレーザ加工装置において、
   エアを供給するエアコンプレッサに接続され、エアを乾燥させるエアドライヤーと；
   前記エアドライヤーに接続され、乾燥させたエアを氷点下以下の温度まで冷却する熱交換器と；
   前記熱交換器に接続され、板材の被加工部付近に向かって冷却したエアを噴射するエアノズルと；
   を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 表面及び／又は裏面に保護シートを貼着した板材の被加工部に向かってアシストガスを噴射しつつ、板材の被加工部にレーザ光を照射することにより、板材に対して切断加工を行うレーザ加工方法において、
   エアコンプレッサから供給されたエアを乾燥させるエア乾燥工程と；
   前記エア乾燥工程で乾燥させたエアを氷点下以下の温度まで冷却するエア冷却工程と；
   レーザ光の照射と併せて、エアノズルにより板材の被加工部近傍に向かって前記エア冷却工程で冷却したエアを噴射するエア噴射工程と；
   を具備したことを特徴とするレーザ加工方法。
   

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