JP2013027907A - ピアシングを行うレーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1工程では、ワークWの表面WFから焦点FPを離隔させた状態でレーザ光LBをワーク表面WFに照射して、ワークWに、表面WFに開口する筒状内周面21a及び底面21bを有する有底孔21を形成する。第2工程では、有底孔21の内側にアシストガスAGを吹き付ける一方で開口21cの周辺域Sにはアシストガスを吹き付けないようにしながら、有底孔の底面21bにレーザ光を照射して、ワークWを貫通する貫通穴を形成する。有底孔21から流出するアシストガスAGは、周辺域Sに沿って流れないから、有底孔内でセルフバーニングが発生したとしてもワーク表面WFへは延焼しない。第2工程のレーザ光の出力は、セルフバーニングの発生を回避する上限に制限されず、ピアシングに要する時間が短縮される。
【選択図】図6
Description
図1は、一実施形態によるレーザ加工装置11の構成を概略的に示す。レーザ加工装置11は、レーザ発振器14から出射されたレーザ光LBを集光してワークWに照射するとともにワークWにアシストガスAGを吹き付ける加工ヘッド17と、加工ヘッド17の動作を制御する制御部16とを備えている。
第1の実施例の第1工程における加工ノズル13のギャップGの大きさと形成される有底孔21の開口径及び有底孔21の形成に要する加工時間との関係を、以下の実験1により検証した。ギャップGの大きさ及びレーザ光LBの照射時間を除く加工条件は、全て前述した第1の実施例の第1工程での設定の通りとした。
第1の実施例の第1工程におけるアシストガスAGの圧力と有底孔21の加工時間及び加工品質との関係を、以下の実験2により検証した。アシストガスAGの圧力及びレーザ光LBの照射時間を除く加工条件は、全て前述した第1の実施例の第1工程での設定の通りとした。
第1の実施例における有底孔21の形状と有底孔21の周辺域Sの酸素濃度との関係を、以下の実験3により検証した。まず、図12に示すように、(c)第1の実施例の第1工程によりワークWに有底孔21を形成する一方、比較例(a)、(b)として、既述の特許文献1及び2に記載のレーザ加工方法の再現によって同じワークWに有底孔21A、21Bを形成した。次に、第2工程を模擬して加工ノズル13のギャップGを4mmに設定し、アシストガスAGを有底孔21、21A、21Bに吹き付けながら、有底孔21、21A、21Bの周辺域Sにおいて、ワークWの表面WFに隣接する空間領域の酸素濃度を計測した。酸素濃度の計測は、内径0.5mmのチューブで計測点のガスを吸引するガルバニ電池方式の酸素濃度計によって行った。
第1の実施例における有底孔21の開口径と有底孔21の周辺域Sの酸素濃度との関係を、以下の実験4により検証した。実験1で形成した異なる開口径で深さ5mmの有底孔21に対し、第1の実施例の第2工程を模擬して加工ノズル13のギャップGを4mmに設定して、アシストガスAGを有底孔21の開口21cの内側に吹き付けながら、有底孔21の周辺域Sにおいて、ワークWの表面WFに隣接する空間領域の酸素濃度を計測した。酸素濃度の計測は、実験3と同様にして行った。
第1の実施例における有底孔21の深さと有底孔21の周辺域Sの酸素濃度との関係を、以下の実験5により検証した。レーザ光LBの照射時間を除く加工条件は、全て前述した第1の実施例の第1工程で設定した通りとして、第1工程により深さの異なる有底孔21を形成した。深さの異なる有底孔21に対し、第1の実施例の第2工程を模擬して加工ノズル13のギャップGを4mmに設定して、アシストガスAGを有底孔21の開口21cの内側に吹き付けながら、有底孔21の周辺域Sにおいて、ワークWの表面WFに隣接する空間領域の酸素濃度を計測した。酸素濃度の計測は、実験3と同様にして行った。
第1の実施例の第2工程における加工ノズル13のギャップGの大きさと有底孔21の周辺域Sの酸素濃度との関係を、以下の実験6により検証した。第1の実施例の第1工程で有底孔21を形成した後、第2工程を模擬して、異なるギャップGでアシストガスAGを有底孔21の開口21cの内側に吹き付けながら、有底孔21の周辺域Sにおいて、ワークWの表面WFに隣接する空間領域の酸素濃度を計測した。酸素濃度の計測は、実験3と同様にして行った。
第1の実施例の第2工程における有底孔21内でのセルフバーニングの発生の有無によるピアシング加工時間の違いを、以下の実験7により検証した。前述した第1の実施例の第2工程の加工条件では、有底孔21内でセルフバーニングが発生し、第1の実施例の第2工程の加工条件中、レーザ光LBのパルスディーティを40%から20%に低下させた加工条件では、有底孔21内でセルフバーニングが発生しなかった。それぞれの加工条件で、50回のピアシングを実施した。
第1の実施例の第2工程におけるレーザ光LBの焦点FPの位置を、以下の実験8により検証した。レーザ光LBの焦点FPの位置を除く加工条件は、全て前述した第1の実施例の第2工程での設定の通りとした。第2工程におけるレーザ光LBの焦点FPの位置を変化させて、第1工程におけるレーザ光LBの照射開始から第2工程でレーザ光LBがワークWを貫通するまでの貫通所要時間を計測した。貫通所要時間の計測は、個々の焦点FPの位置で20回ずつ実施した。
第1及び第2の実施例において第1工程と第2工程との間でレーザ光LBの照射を一時的に停止する中間工程の時間を、以下の実験9により検証した。前述したように、第1及び第2の実施例では、第1工程から第2工程への移行時に、ギャップGの寸法やアシストガスAGの圧力等の、加工条件の設定変更のために、レーザ光LBの照射を0.3秒間停止することに加えて、中間工程として、0.1秒間だけ照射を停止している。この中間工程の時間を変更して、貫通穴23の加工不良の発生率を計測した。
第1の実施例の第2工程におけるレーザ光LBの出力について、以下の実験10により検証した。レーザ光LBの出力を除く加工条件は、全て前述した第1の実施例の第2工程での設定の通りとした。第2工程におけるレーザ光LBの出力を変化させて、第1工程で形成した有底孔21に貫通穴23を形成し、ワークWの表面WFの状態を観察した。
13 加工ノズル
14 レーザ発振器
16 制御部(NC装置)
21 有底孔
23 貫通穴
LB レーザ光
CL 中心線
AG アシストガス
W ワーク
S 周辺域
Claims (8)
- ワークの表面から焦点を離隔させた状態でレーザ光を該表面に照射して、該ワークに、該表面に開口する筒状内周面及び底面を有する有底孔を形成する第1工程と、
前記有底孔の開口の内側にアシストガスを吹き付ける一方で該開口の周辺域には該アシストガスを吹き付けないようにしながら、前記有底孔の前記底面にレーザ光を照射して、前記ワークを貫通する貫通穴を形成する第2工程と、
を具備することを特徴とするレーザ加工方法。 - 前記第1工程は、前記第2工程で前記有底孔の前記開口の内側に前記アシストガスを吹き付けるために用いられる加工ノズルのガス放出口の直径よりも、大きな開口径を有する前記有底孔を形成する、請求項1に記載のレーザ加工方法。
- 前記第2工程は、前記レーザ光の焦点を、前記有底孔の前記底面に合わせるか、又は前記底面を越えて前記ワークの内部に合わせた状態で、前記底面に前記レーザ光を照射する、請求項1又は2に記載のレーザ加工方法。
- 前記第1工程と前記第2工程との間に、前記レーザ光の照射を一時的に停止する中間工程をさらに具備する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ加工方法。
- レーザ発振器から出射されたレーザ光を集光してワークに照射するとともに該ワークにアシストガスを吹き付ける加工ヘッドと、
前記加工ヘッドの動作を制御する制御部であって、前記ワークの表面から焦点を離隔させた状態で前記レーザ光を該表面に照射して、該ワークに、該表面に開口する筒状内周面及び底面を有する有底孔を形成する第1工程と、前記有底孔の開口の内側に前記アシストガスを吹き付ける一方で該開口の周辺域には前記アシストガスを吹き付けないようにしながら、前記有底孔の前記底面に前記レーザ光を照射して、前記ワークを貫通する貫通穴を形成する第2工程とを制御する制御部と、
を具備することを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記制御部は、前記第2工程で前記有底孔の前記開口の内側に前記アシストガスを吹き付けるために用いられる加工ノズルのガス放出口の直径よりも、大きな開口径を有する前記有底孔を形成するように前記第1工程を制御する、請求項5に記載のレーザ加工装置。
- 前記制御部は、前記レーザ光の焦点を、前記有底孔の前記底面に合わせるか、又は前記底面を越えて前記ワークの内部に合わせた状態で、前記底面に前記レーザ光を照射するように、前記第2工程を制御する、請求項5又は6に記載のレーザ加工装置。
- 前記制御部は、前記第1工程と前記第2工程との間に、前記レーザ光の照射を一時的に停止する中間工程をさらに設けて制御する、請求項5〜7のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
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