JP2012035306A - レーザ加工方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 先ず、板状の被加工物２に対して液柱Ｗを噴射すると同時に該液柱W内に導光されたレーザ光Ｌを照射して、切断予定線Ｃに沿って被加工物２を切断する（図４（ａ））。次に、被加工物２の切断面２Ａをなぞるようにして、再度液柱Ｗを被加工物２に噴射すると同時にレーザ光Ｌを照射して、切断面２Ａの長手方向全域を除去する仕上げ加工を施す（図４（ｂ））。
【効果】 切断面２Ａのドロスや酸化膜が除去されて、平滑な端面２Ａ’を得ることができる。
【選択図】 図４

Description

本発明はレーザ加工方法とその装置に関し、より詳しくは、高圧の液体を液柱にして噴射するとともに、該液柱により導光したレーザ光を板状の被加工物に照射して加工するレーザ加工方法とその装置に関する。

従来、高圧の液体を液柱にして噴射するとともに、該液柱により導光したレーザ光によって板状の被加工物を加工するようにしたレーザ加工装置は公知である（例えば特許文献１）。こうしたレーザ加工装置は、被加工物に対する熱の影響が小さいため、金属の被加工物に対する切断加工に用いられている。

特開２０１０−８２６５１号公報

ところで、従来のレーザ加工装置においては、被加工物の材質がステンレス等の鉄系合金であると、次のような問題が生じていた。 すなわち、溶融物の粘性が高い被加工物、例えばステンレスをレーザ加工装置で切断する際に、該溶融物が液体流により冷却されて、ドロスや酸化被膜となって切断面に付着して、切断面である端面に不規則な凹凸が形成されるという問題があった。そこで、従来のレーザ加工装置でステンレスを切断加工した場合には、切断後の仕上げ工程として電解研磨加工等を行って切断面のドロスや酸化膜を除去する必要があり、その分だけ被加工物の加工コストが高くなるという欠点があった。
また、被加工物の板厚が相対的に厚い場合には、切断加工時における切断面にドロスの付着が顕著になる。
また、従来では、被加工物の板厚とそれを切断加工する際のレーザ光の出力とには比例関係があり、レーザ光の出力の違いに応じて切断可能な板厚の範囲が略限定されるという問題があった。換言すると、小さな出力のレーザ光で許容範囲以上の肉厚の被加工物に切断加工を施すと、切断自体は可能であっても切断面にドロスや酸化膜の付着が顕著になるので、その除去に時間がかかるという問題があった。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、高圧の液体を液柱にして噴射するとともに、該液柱により導光したレーザ光を板状の被加工物に照射して加工するレーザ加工方法において、
上記液柱を、上記被加工物の端面と平行な方向に、かつ加工対象とする端面を含む被加工物端部に向けて噴射するとともに、上記端面の長手方向に沿って該液柱と該被加工物とを相対移動させることにより、上記被加工物端部に仕上げ加工を施すことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載した本発明は、上記請求項１の発明を前提として、上記液柱を上記板状の被加工物の表面に向けて噴射するとともに、該被加工物と該液柱を相対移動させて該被加工物を所要の形状に切断した後、該切断面を含む被加工物端部に上記仕上げ加工を施すことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載した本発明は、上記請求項１又は請求項２の発明を前提として、上記液柱はレーザ光の断面強度分布がトップハットモードまたは低次モードであるレーザ光を導光することを特徴とするものである。
また、請求項４に記載した本発明は、高圧の液体を液柱にして噴射する加工ヘッドと、該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振する発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光して、上記液柱に入射させる集光手段と、上記加工ヘッドと被加工物とを相対移動させる移動手段と、上記液体供給手段、レーザ発振器および移動手段を制御する制御手段とを備え、上記液柱に入射されたレーザ光を、該液柱を導光路として板状の被加工物に照射することにより、該被加工物を加工するレーザ加工装置において、
上記制御手段は、上記液柱を、上記被加工物の端面と平行な方向に、かつ加工対象とする端面を含む被加工物端部に向けて噴射するとともに、該端面の長手方向に沿って移動させることにより、該被加工物の端部に仕上げ加工を施す仕上げ加工モードを有することを特徴とするものである。
また、請求項５に記載した本発明は、上記請求項４の発明を前提として、上記制御手段は、上記液柱を板状の被加工物の表面に噴射するとともに、該被加工物と該液柱を相対移動させて該被加工物を所要の形状に切断する切断加工モードを有し、上記仕上げ加工モードにおける仕上げ加工は、上記切断加工モードにおいて切断された切断面を含む上記被加工物端部に対して行われることを特徴とするものである。
さらに、請求項６に記載した本発明は、上記請求項４または請求項５の発明を前提として、上記レーザ発振器と上記集光手段との間にレーザ光の断面強度分布をトップハットモードまたは低次モードに変換する変換手段を設けたことを特徴とするものである。

上記請求項１から請求項６の発明によれば、上記被加工物の端面と平行な方向に、かつ加工対象とする端面を含む被加工物端部に向けて噴射された液柱に導光される端面に付着する異物を除去して平滑な端面を得たり、所要寸法に沿った端面が得られるように端部を加工する仕上げ加工を行うことができる。また、同一の液柱を用いて、被加工物の切断および仕上げ加工を行うことができるので、従来必要であった切断加工後の研磨工程や研磨装置を省略することができ、被加工物に対する加工処理時間を従来と比較して大幅に短縮することができる。
また、上記請求項２および請求項６の発明よれば、上記液柱に入射させるレーザ光の断面強度分布をトップハットモードまたは低次モードとすることにより、液柱に導光されて被加工物端部に照射されるレーザ光のレーザ強度を高めることができ、その結果、加工効率を高めることができる。

本発明の一実施例を示す正面図。 図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う要部の断面図。 図１のレーザ加工装置により採用可能なレーザ光の断面のモードを示す図であり、図３（ａ）はトップハットモードを示し、図３（ｂ）は低次モードを示し、図３（ｃ）はガウスモードを示している。 図１のレーザ加工装置によって被加工物を切断し、その後の仕上げ加工する際の工程を示す平面図であり、図４（ａ）は切断工程を示し、図４（ｂ）は仕上げ工程を示している。 図４（ｂ）に示した仕上げ工程における被加工物の切断面と液柱およびレーザ光との関係を示す斜視図。 加工終了後の被加工物の切断面を拡大した図面であり、図６（ａ）は従来の装置によって切断後の切断面を示し、図６（ｂ）は図１に示した本実施例の装置による加工後の切断面を示している。 図１に示す本実施例の装置によって被加工物を加工する際の工程図であり、図７（ａ）は切断加工中を示し、図７（ｂ）は仕上げ加工中の状態を示している。 本発明の他の実施例を示す斜視図であり、図８（ａ）は切断加工中の状態を示し、図８（ｂ）は切断加工終了直後の状態を示している。 図１の装置によって許容範囲以上の厚肉の被加工物を切断した際における切断面を時系列で示したものであり、図９（ａ）は切断加工直後を示し、図９（ｂ）は切断加工後に仕上げ加工を数回施した直後を示し、図９（ｃ）はさらに複数回、仕上げ加工を施した直後を示している。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は板状の被加工物２を所要の形状に切断するレーザ加工装置である。
このレーザ加工装置１は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器３と、レーザ光Ｌを被加工物２に照射するとともに高圧水を液柱Ｗにして噴射する加工ヘッド４と、この加工ヘッド４を図１の左右方向となるＸ軸方向に移動させる第１移動手段５と、上記被加工物２を支持して上記Ｘ軸方向と水平面で直交するＹ軸方向に移動する加工テーブル６と、上記加工ヘッド４のハウジング４Ａ内へ高圧水を供給する高圧水供給源としてのポンプ７と、上記レーザ発振器３および第１移動手段５等を制御する制御装置１１とを備えている。

上記加工テーブル６は、いわゆるハニカム構造となっており、この加工テーブル６に板状の被加工物２が搬入されると、該被加工物２は加工テーブルの載置面に水平に支持されるようになっている。加工テーブル６は、図示しない第２移動手段によってＹ軸方向に移動されるようになっており、この第２移動手段の作動は制御装置１１によって制御されるようになっている。

上記加工テーブル６を跨いでＸ軸方向に伸びる門型フレーム１２が設けられており、この門型フレーム１２における支持部１２ＡにＸ軸方向のガイドレール１３が連結されている。
上記支持部１２Ａの前面に近接させて板状の可動部材１４が鉛直方向に配置されており、この可動部材１４の裏面に連結されたＸ軸方向スライダ１４Ａを上記ガイドレール１３に摺動自在に係合させている。上記ガイドレール１３と平行に図示しないＸ方向ねじ軸とそれを正逆に回転させるＸ軸方向モータが支持部１２Ａに配置されており、上記Ｘ軸方向ねじ軸は可動部材１４の図示しないめねじ部に螺合されている。そのため、上記Ｘ軸方向モータが所要時に制御装置１１によって所要量だけ正逆に回転されることにより、可動部材１４とそれに設けられた加工ヘッド４、レーザ発振器３等がＸ軸方向に移動されるようになっている。上記Ｘ軸方向ねじ軸とＸ軸方向モータおよび可動部材１４によって、加工ヘッド４をＸ軸方向に移動させる第１移動手段５が構成されている。

可動部材１４の前面には鉛直方向に向けてＺ軸方向レール１５が配置されており、加工ヘッド４のベース１６の裏面に設けられたＺ軸方向スライダ１６Ａが上記Ｚ軸方向レール１５にＺ軸方向（上下方向）に摺動自在に係合されている。
ベース１６における前面の上部にレーザ発振器３が鉛直下方に向けて連結されており、レーザ発振器３の下方となるベース１６の前面に、噴射ノズル１７等を有するハウジング４Ａが連結されている。このように加工ヘッド１６は、ハウジング４Ａとベース１６とを備えている。
上記可動部材１４の前面には、上記Ｚ軸方向レール１５と平行に図示しないＺ軸方向ねじ軸が配置されるとともに、該Ｚ軸方向ねじ軸を正逆に回転させる図示しないＺ軸方向モータが配置されている。Ｚ軸方向ねじ軸は、上記ベース１６の図示しないめねじ部に螺合されており、Ｚ軸方向モータが所要時に制御装置１１により正逆に回転されると、Ｚ軸方向レール１５に沿って加工ヘッド４およびそれに配置されたレーザ発振器３が所要量だけ昇降されるようになっている。

ハウジング４Ａには鉛直方向の段付孔４ａが穿設されており、その段付孔４ａの下端部に環状の噴射ノズル１７が嵌着されるとともに、段付孔４ａの中央部にナット２１によって透明なガラス板２２が液密を保持して嵌着されている。ガラス板２２よりも下方となる段付孔４ａ内は、ハウジング４Ａの水平方向の液体通路４ｂとそれに接続された導管２３を介して上記ポンプ７と連通している。
上記導管２３の途中には常閉の電磁開閉弁２４が配置されており、この電磁開閉弁２４およびポンプ７の作動は、制御装置１１によって制御されるようになっている。制御装置１１がポンプ７を作動させるとともに所要時に電磁開閉弁２４を開放させると、導管２３を介して段付孔４ａ内にポンプ７から高圧水が給送され、この高圧水は噴射ノズル１７を通過することで液柱Ｗとなってから被加工物２へ噴射されるようになっている。本実施例では、液柱Ｗは直径１００μｍで略円柱状を有するように噴射される。なお、ノズル１７を交換することにより、液柱Ｗの直径は適宜設定可能である。

他方、上記ハウジング４Ａの上方となるベース１６の前面には、レーザ光Ｌを集光する集光レンズ２５と、レーザ光Ｌの断面形状を変換するビームホモジナイザ２６が配置されており、さらに、ビームホモジナイザ２６の上方となるレーザ発振器３の出射部にはコリメータレンズ２７が配置されている。
上記コリメータレンズ２７はレーザ発振器３から発振される発散角を有するレーザ光Ｌをほぼ平行な光線に変換するようになっており、上記ビームホモジナイザ２６は、それを通過するレーザ光Ｌの断面の強度分布を、一定の強度分布を有するいわゆるトップハットモードに変換するようになっている。
また、本実施例においては、波長、１０６４ｎｍ（基本波）のＹＡＧレーザ発振器をレーザ発振器３として採用し、該レーザ発振器３は上記加工ヘッド４のベース１６上に配置されている。そのため、前述したように、レーザ発振器３は加工ヘッド４ととともに昇降可能で、かつＸ軸方向に移動可能となっている。
なお、レーザ発振器３を加工ヘッド４の外部に設け、光ファイバー等の導光手段を用いて加工ヘッド４にレーザ光Ｌを導くようにしても良い。

上記噴射ノズル１７から被加工物２に向けて高圧水の液柱Ｗが噴射されている状態において、制御装置１１によりレーザ発振器３が作動されてレーザ光Ｌが発振されると、レーザ光Ｌはコリメータレンズ２７とビームホモジナイザ２６を順次透過してから上記集光レンズ８によって集光されて上記液柱Ｗ内に導光されるようになっている。
本実施例においては、上記ビームホモジナイザ２６によってレーザ光Ｌの断面のモードをトップハットモードに成形するようにしてあり、そのようにトップハットモードに成形されたレーザ光Ｌを上記集光レンズ２５によって集光して液柱Ｗ内に入射させるようにしている。 ここで、図３はレーザ光Lの断面における強度分布の各種モードを模式的に表したものである。図３（ａ）乃至図３（ｃ）において、横方向は断面の半径方向、縦方向はレーザ強度に対応する。ここで、各図の波形は線対称となっているが、その中心となっている軸はレーザ光Lの断面の中心に対応する。また、波形の両端部はレーザ光Lの断面の円周部に対応する。すなわち、図３ （ａ）に表されるトップハットモードは、断面中心部から円周部にかけて略均一にレーザ強度が分布するモードであり、図３（ｂ）に表される低次モードは、レーザ強度が断面中心部と円周部の略中心付近で最大となるように分布するモードである。また、図３（ｃ）に表されるガウスモードは、レーザ強度が断面中心部で最大となり、円周部に向けて徐々にレーザ強度が小さくなるように分布するモードである。本実施例では、レーザ光Lのモードを、この図３（ａ）に示すトップハットモード、または図３（ｂ）に示す低次モードに変換して加工に用いるようにしており、図３（ｃ）に示したガウスモードは採用しない。

上述した構成は従来公知のレーザ加工装置と基本的に変わるとごろはない。しかして、本実施例のレーザ加工装置１は、上述した構成を前提として、被加丁物２を先ず所要の形状に切断する切断加工モードを有し、この切断加工モードによつて切断された被加工物２の切断面に平行に、かつこの切断面を含む被加工物２の端部に向けて液柱Wを噴射させ、液柱Wに導光されるレーザ光Ｌを切断面を含む被加工物端部に照射する仕上げ加工モードにより、切断面の全域に対して仕上げ加工を施すことが特徴である。
すなわち、切断加工モードでは、被加工物２の表面に対して上方から略円柱状に形成した液体流である液柱Ｗが噴射されると同時に、該液柱Wに導光されたレーザ光Ｌが照射されることで被加工物２に対する切断加工が開始され、その状態において制御装置１１が第１移動手段５および第２移動手段を介して、加工ヘッド４側の液柱Wおよびレーザ光Ｌと加工テープル６上の被加工物２とが水平面で相対移動されることにより、被加工物２が所要の形状に切断されるようになっている。
また、仕上げ加工モードでは、切断加工モードによって切断された被加工物２の切断面に平行に、かつこの切断面を含む被加工物２の端部に向けて液柱Wを噴射させ、この液柱Wに導光されたレーザ光Ｌが切断面を含む被加工物２の端部に照射されることで切断面２Ａに対する仕上げ加工が開始され、その状態において制御装置１１が第１移動手段５および第２移動手段を介して、加工ヘッド４側の液柱Wおよびレーザ光Ｌと加工テーブル6上の被加工物２とが水平面で相対移動されることにより、切断面２Ａの全域に対して仕上げ加工するようになっている。

そして、図２に示すように、本実施例の制御装置１１は、レーザ発振器３等の作動を制御する作動制御部１１Ａと、加工モードを切り換える加工モード切換部１１Ｂとを備えている。作動制御部１１Ａには、被加工物２に切断加工を施すために必要なレーザ発振器３と第１移動手段５・第２移動手段等の作動を制御するための切断加工用数値制御データが保存されている。この切断加工用数値制御データに基づいて、作動制御部１１Ａがレーザ発振器３等の作動を制御することで、前述したように被加工物２を所要の形状に切断加工することができるようになっている。つまり、切断加工用数値制御データに基づいてレーザ発振器３等の作動を制御して、被加工物２を切断するのが切断加工モードとなる。
また、上記作動制御部１１Ａには、被加工物２が切断された後に、切断面２Ａを除去加工するために必要なレーザ発振器３、第１移動手段５、第２移動手段の作動を制御するための仕上げ加工用数値制御データが保存されている。そして、この仕上げ加工用数値制御データに基づいて、作動制御部１１Ａがレーザ発振器３等の作動を制御することで、被加工物２の切断面となった端面を仕上げ加工するようになっている。これが、仕上げ加工モードとなる。
本実施例においては、被加工物２を切断加工する際に必要な被加工物２の板厚の大小とレーザ光Ｌの出力および液柱Ｗの外径との関係が予め実験によって求めてあり、それらが上記切断加工用数値制御データとして、作動制御部１１Ａに保存されている。また、被加工物２を切断した後に切断面に仕上げ加工を施す際に必要なレーザ光Ｌと液柱Ｗの切断加工時に対するオフセット量（ずれ量）が上記仕上げ加工用数値制御データとして作動制御部１１Ａに保存されている。
さらに、加工モード切換部１１Ｂは、上記作動制御部１１Ａがレーザ発振器３等の作動を制御して被加工物２に対して切断加工を終了したら、その時点で上記作動制御部１１Ａを上記切断加工用数値データに基づく切断加工モードから、他方の仕上げ加工用数値制御データに基づく仕上げ加工モードに切り換えるようになっている。

以上の構成に基づいて、本実施例のレーザ加工装置１によって板状のステンレスである被加工物２を切断加工して、その切断面を仕上げ加工する場合の処理工程を説明する。
この場合、先ず、図４（ａ）に示すように、制御装置１１の作動制御部１１Ａは、予め保存された切断加工用数値制御データによる切断加工モードにより被加工物２を予め想定した切断予定線Ｃに沿って切断する。より詳細には、被加工物２の一辺の中央位置から被加工物２に対して液柱Ｗを噴射すると同時にレーザ光Ｌを照射し、かつ被加工物２と液柱Ｗ及びレーザ光ＬをＹ軸方向に相対移動させることで、切断予定線Ｃに沿って被加工物２を切断する。この切断加工によって、被加工物２は２分割されるので、切断予定線Ｃに沿って相互に近接する一対の切断面２Ａ、２Ａが生じる。

このようにして被加工物２の切断加工が終了すると、直ちに加工モード切換部１１Ｂは作動制御部１１Ａを切断加工モードから仕上げ加工モードに切り換える。すると、その後、作動制御部１１Ａは仕上げ加工モードに移行して、先ず、左方の切断面２Ａに対して上記切断加工時とは逆方向に液柱Ｗとレーザ光Ｌを移動させて、上記切断加工モードにおいて切断された被加工物２の切断面２Ａに平行に、かつこの切断面２Ａを含む被加工物２の端部に向けて液柱Wを噴射するとともにレーザ光Lを照射する。
この時、本実施例においては、液柱Ｗおよびレーザ光Ｌの上記切断加工時に対する左方への位置ずれ量（切断面２Ａの長手方向と直交する方向のずれ量）、つまり、液柱Ｗとレーザ光Ｌが切断面２Ａに対してオーバラップする量αは、液柱Ｗの半径以下の寸法に設定されることが好ましい（図４（ｂ）参照）。液柱W半径以上の寸怯を位置ずれ量αとした場合、被加工物２端部を冷却する液体流が増加する。その結果、被加工物端部へのレーザ光Ｌによる入熱に対し、液柱Wによる吸熱が相対的に大きくなり、仕上げ加工においても、再度ドロスの付着が発生する可能性があるためである。
そして、上記位置ずれ量αを維持したまま、上記切断加工時とは逆方向に液柱Ｗとレーザ光Ｌが切断面２Ａの長手方向に沿って相対移動される。
それにより、左方の切断面２Ａがその長手方向全域にわたって均一な除去量で加工される。つまり、均一な除去量で切断面２Ａが長手方向全域にわたって仕上げ加工されたことになる（図４（ｂ）、図５参照）。これにより、液柱Wが噴射される被加工物２の端部、つまり、左方の切断面２Ａからずれ量αまでの部分が、切断面２Ａの長手方向全域にわたつて均一に除去される。すなわち、この仕上げ加工モードによれぱ、ドロスや酸化被膜が付着した切断面２Ａを含む端部が除去されることにより、平滑な端面２Ａ’,が得られることとなる。
そして、この後、作動制御部１１Ａは、仕上げ加工モードにおいて、それまでとは逆方向に液柱Ｗとレーザ光Ｌを移動させて、右方の切断面２Ａに対しても仕上げ加工を施す。その際にも、上述した位置ずれ量αだけ液柱Ｗとレーザ光Ｌを切断面２Ａに対してオーバラップさせることは勿論である。
このように、先ず、切断加工モードにより被加工物２に切断予定線Ｃに沿って切断加工を施し、その後、一方の切断面２Ａと他方の切断面２Ａに対して順次仕上げ加工モードで、両切断面２Ａの長手方向全域にわたって仕上げ加工を施すようになっている。これにより、両切断面２Ａに仕上げ加工が施されて、平滑な端面２Ａ’を得ることができる。
以上で、本実施例のレーザ加工装置１による被加工物２に対する加工が終了する。

ここで、図６は従来技術と上述した本実施例の場合とで、加工終了後の切断面の違いを示したものである。図６（ａ）は従来技術による切断面を示している。図６（ａ）の従来技術においては、切断面における下方側の領域の大半にドロス等による凹凸が残っていることが理解できる。他方、図６（ｂ）は上述した切断加工後に仕上げ加工を行った後の端面を示している。この図６（ｂ）に示す本実施例においては、切断面からドロス等が除去されていることが理解できる。
なお、仕上げ加工モードにおける切断面２Ａに対する仕上げ加工としては、同じ行程を複数回移動させることで、所要の仕上げ精度の切断面２Ａが得られるまで繰り返すようにしても良い。つまり、例えばフライス盤のエンドミルを用いた端面加工のように、最初に切り込み量（位置ずれ量α）を大きくした粗仕上げで切断面２Ａの全域のドロス等を除去して除去し、その後に切り込み量（位置ずれ量α）を前回よりも小さくして切断面２Ａを除去することで端面２Ａ’の仕上げ精度を向上させるようにしても良い。

以上の説明は、レーザ加工装置１により被加工物２を２分割するように切断してから切断面２Ａである各端面を除去仕上げする場合を説明したが、次に被加工物２の中央側を切断して切り捨てる、いわゆる抜き加工の場合について説明する。この抜き加工では、被加工物２の中央側がスクラップとなり、それを囲繞する外方側の残部が製品となる。
この場合には、図７（ａ）に示すように、先ず、被加工物２における長方形の切断予定線Ｃの近接位置に液柱Ｗを噴射すると同時にレーザ光Ｌを照射して加工開始用のピアッシング孔２Ｃを穿設する。このピアッシング孔２Ｃの内径は、液柱Ｗよりも大径となる。
この後、 ピアッシング孔２Ｃの位置から切断加工を開始して、切断予定線Ｃよりも内方側を該切断予定線Ｃに沿って液柱Ｗとレーザ光Ｌにより被加工物２に切断加工を施す（図７（ａ）参照）。
切断予定線Ｃに沿って矢印方向に切断加工を施すことで、切断加工、つまり抜き加工が終了すると、この場合には、枠状となる外方部分が製品となるので、外側部分の内周縁となる切断面２Ａの長手方向全域に対して前述した要領で液柱Ｗとレーザ光Ｌにより仕上げ加工を施す（図７（ｂ）参照）。
この図７に示した抜き加工の場合には、ピアッシング孔２Ｃの輪郭（ピアッシング痕）が消滅するまで、複数回、端面２Ａ’を液柱Ｗとレーザ光Ｌによって仕上げ加工を行う。これにより、被加工物２の製品部分は、その内周縁となる上記端面２Ａ’が精度の高い平滑な端面として仕上げ加工される。

なお、図７に示した抜き加工の場合においても、ハニカム構造の加工テーブル６を用いるが、ハニカム構造の加工テーブル６の代わりに次のような抜き型治具を用いても良い。すなわち、図８に示すように、水平断面が枠状となる中空テーブル１０６を採用して、この中空テーブル１０６上に板状の被加工物２を支持し、その状態で被加工物２に対して図７に示したような抜き加工を施す。
この図８の場合には、抜き加工で被加工物２を切断した際には、内方側のスクラップ部分が中空テーブル１０６内に落下することになる。そして、その後に、前述したように、中空テーブル１０６上に支持されている外側部分の切断面２Ａ（内周縁）に対して液柱Ｗとレーザ光Ｌによって除去仕上げを行う。

上述した本実施例によれば、被加工物２に対して切断加工とその後の仕上げ加工を施すことで加工を終了するようになっており、加工終了後においては、ドロスや酸化被膜が完全に除去された平滑で精度の高い端面２Ａ’を得ることができる。
また、一台のレーザ加工装置１により切断加工と仕上げ加工を行うことができるので、従来必要であった切断加工後の研磨工程や研磨装置を省略することができ、被加工物２に対する加工処理時間を従来と比較して大幅に短縮することができる。
さらに、本実施例のレーザ加工装置１とそれによる加工方法によれば、レーザ光Ｌの出力で決定される切断可能な板厚以上の被加工物２の切断加工が可能となる。つまり、従来では、切断加工可能な被加工物２の板厚に対して、レーザ光Ｌの出力は所定範囲に限定されることは公知であるが、本実施例においては、レーザ光Ｌで切断可能な板厚の許容範囲を従来の装置および加工方法と比較して実質的に拡大することができる。換言すると、レーザ光Ｌの出力に対して従来よりもより板厚の厚い被加工物２を切断加工することができるので、レーザ加工装置１の汎用性を実質的に拡大することができる。

このことは、本願の発明者が行った実験の結果から容易に理解することができる。すなわち、図９は、被加工物２としての板厚３００μｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）を先ず切断加工し、その後、順次複数回、切断面に上述した本実施例のように液柱Ｗとレーザ光Ｌで仕上げ加工を施した際の切断面（端面）の状態を示したものである。図９（ａ）は、板厚１００μｍを切断するための切断条件で敢えて３００μｍの板厚のステンレス板を切断した後の切断面を示している。レーザ光Ｌの出力が小さいので切断面における下方部分に多量のドロスが付着していることが理解できる。
次に、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した切断面に対して複数回、上述した本実施例の要領で液柱Ｗとレーザ光Ｌにより仕上げ加工を行った後の切断面（端面）を示している。上記図９（ａ）と比較すると、切断面に付着していたドロスが大幅に除去されていることが理解できる。
さらに、図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示した切断面に対してさらに複数回、上述した本実施例の要領で液柱Ｗとレーザ光Ｌにより仕上げ加工を施した後の切断面（端面）を示している。この図９（ｃ）に示すように、当初付着していたドロスは完全に除去されていることが理解できる。
この図９に示すように、本実施例のレーザ加工装置１とそれによる加工方法によれば、レーザ光Ｌの出力に応じて切断可能とされていた板厚よりも厚い被加工物２を切断加工することができる。
なお、上述したように、本実施例のレーザ加工装置１では、ビームホモジナイザ２６により、断面強度分布をトップハットモードまたは低次モードに変換したレーザ光Ｌにより仕上げ加工を行うようにしている。上述したように、ガウスモードと較べてレーザ光Ｌの断面円周部付近でのレーザ強度が高いトップハットモード、低次モードのレーザ光Ｌを用いれば、液柱Wと切断面２Ａをオーバーラップさせた部分に照射されるレーザ光強度が高くなり、仕上げ加工の効率を高めることができるためである。
さらに、上述した実施例においては、被加工物２に切断加工を施し、その後に切断面に仕上げ加工を施す場合についてしたが、既に図示しない前工程において切断された被加工物２の切断面（端面）に対して、本実施例のレーザ加工装置１によって仕上げ除去加工を施して、切断面（端面）の仕上げ加工を行うことも可能である。
また、本実施例におけるレーザは、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザとしているが、被加工物２に応じて、その他の各種レーザを適用可能である。さらに、本実施例では、被加工物２の形状は方形の板状のものとしているが、その他.、円形状のものであっても良い。

１‥レーザ加工装置 ２‥被加工物
２Ａ‥切断面 ２Ａ’‥端面
３‥レーザ発振器 ４‥加工ヘッド
５‥第１移動手段 ６‥加工テーブル
７‥ポンプ １１‥制御装置
２５‥集光レンズ Ｌ‥レーザ光
Ｗ‥液柱 Ｃ‥切断予定線

Claims (6)

1. 高圧の液体を液柱にして噴射するとともに、該液柱により導光したレーザ光を板状の被加工物に照射して加工するレーザ加工方法において、
   上記液柱を、上記被加工物の端面と平行な方向に、かつ加工対象とする端面を含む被加工物端部に向けて噴射するとともに、上記端面の長手方向に沿って該液柱と該被加工物とを相対移動させることにより、上記被加工物端部に仕上げ加工を施すことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 上記液柱を上記板状の被加工物の表面に向けて噴射するとともに、該被加工物と該液柱を相対移動させて該被加工物を所要の形状に切断した後、該切断面を含む被加工物端部に上記仕上げ加工を施すことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
3. 上記液柱はレーザ光の断面強度分布がトップハットモードまたは低次モードであるレーザ光を導光する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。
4. 高圧の液体を液柱にして噴射する加工ヘッドと、該加工ヘッドに高圧の液体を供給する液体供給手段と、レーザ光を発振する発振器と、該レーザ発振器から発振されたレーザ光を集光して、上記液柱に入射させる集光手段と、上記加工ヘッドと被加工物とを相対移動させる移動手段と、上記液体供給手段、レーザ発振器および移動手段を制御する制御手段とを備え、上記液柱に入射されたレーザ光を、該液柱を導光路として板状の被加工物に照射することにより、該被加工物を加工するレーザ加工装置において、
   上記制御手段は、上記液柱を、上記被加工物の端面と平行な方向に、かつ加工対象とする端面を含む被加工物端部に向けて噴射するとともに、該端面の長手方向に沿って移動させることにより、該被加工物の端部に仕上げ加工を施す仕上げ加工モードを有することを特徴とするレーザ加工装置。
5. 上記制御手段は、上記液柱を板状の被加工物の表面に噴射するとともに、該被加工物と該液柱を相対移動させて該被加工物を所要の形状に切断する切断加工モードを有し、上記仕上げ加工モードにおける仕上げ加工は、上記切断加工モードにおいて切断された切断面を含む上記被加工物端部に対して行われることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置,
6. 上記レーザ発振器と上記集光手段との間にレーザ光の断面強度分布をトップハットモードまたは低次モードに変換する変換手段を設けたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレーザ加工装置.