JP2018001243A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給する。【解決手段】集光光学系７４から照射されるレーザＬを通過させる筒状のレーザ照射ノズル７６Ａと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザ照射ノズル７６ＡからアシストガスＡを噴射させるアシストガス供給手段６４と、レーザ照射ノズル７６Ａの外側にレーザＬと同軸に独立して配置された円環状の冷媒噴射ノズル７６Ｂと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿って冷媒噴射ノズル７６Ｂから冷媒Ｒを噴射させる冷媒供給手段６６と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
従来、例えば、特許文献１には、レーザ発振器によりレーザ光を発振させ、レーザ発振器より出力されたレーザ光線を加工対象物となる金属パイプの円筒面に照射し、金属パイプの円筒面を貫通切断する金属パイプのレーザ加工方法として、金属パイプの中空部にドライアイス粒子を含んだ気体を噴射しながら金属パイプの円筒面をレーザ加工することが記載されている。
特開２００６−３２６６１５号公報
ところで、炭素繊維と樹脂とが複合された複合材料である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）は、軽量かつ高強度であることから、例えば、航空機の構造材や自動車の部材として使用されている。この炭素繊維強化プラスチックの加工手法としては、機械加工や研磨剤を混入させたウォータージェット加工（アブレッシブウォータージェット（ＡＷＪ：Abrasive Water Jet）加工）が使用されているが、以下の課題を有する。
例えば、航空機の翼のような板厚が不均一な端部をアブレッシブウォータージェットによりトリム加工する場合、ガーネットなどの研磨剤を含む大量の廃液処理や、研磨剤によるノズル摩耗による工具の消耗が課題であり、研磨剤含有廃液の出ない加工技術の確立が要望されている。また、例えば、航空機のエンジンナセルは、高精度の穴あけ加工が必要であり一気通貫の機械加工が望まれるが、炭素繊維強化プラスチックとチタンなどの金属材とを重ね合わせた材料が用いられる場合、異材・厚板の同時加工のため、加工性の悪い炭素繊維強化プラスチックに加工条件を合わせなければならず、加工時間が非常に長く、工程短縮が要望されている。
このような課題に対し、レーザ加工は非接触加工であることから、研磨剤含有廃液などの産業廃棄物が発生せず、工具の消耗を抑制することが期待され、また、高密度エネルギーであるため加工時間の短縮に有効と考えられる。
しかし、炭素繊維と樹脂とが複合された複合材料である炭素繊維強化プラスチックを加工対象物とし、レーザ加工を用いて切断や穴あけの熱加工を実施すると、熱影響により材質劣化や変質が生じ、所望とする加工仕様を満足することができない。
そこで、上述した特許文献１の記載のように、例えば、ドライアイス粒子を含んだ気体（以下、冷媒という）を加工対象物の加工部位に吹き付けることが考えられる。ところが、レーザ加工において、加工部位に冷媒を吹き付けた場合、冷媒により大気中の水分が凍って固体化し、これがレーザの熱で蒸発して白煙を生じる。そして、この白煙がレーザ光を遮ることで、十分な強度のレーザ光を加工対象物の加工部分に照射することができない問題がある。
本発明は上述した課題を解決するものであり、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することのできるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、集光光学系から照射されるレーザを通過させる筒状のレーザ照射ノズルと、前記レーザ照射ノズルを通過するレーザの進行方向に沿って前記レーザ照射ノズルからアシストガスを噴射させるアシストガス供給手段と、前記レーザ照射ノズルの外側に前記レーザと同軸に独立して配置された円環状の冷媒噴射ノズルと、前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記冷媒噴射ノズルから冷媒を噴射させる冷媒供給手段と、を有する。
このレーザ加工装置によれば、レーザ照射ノズルを通過するレーザが加工対象物に照射されて当該加工対象物を加工する際、冷媒が冷媒噴射ノズルからレーザの外側でレーザの進行方向に沿って噴射されるため加工対象物のレーザによる加工部位を冷却する。さらに、アシストガスがレーザ照射ノズルを通過するレーザの進行方向に沿ってレーザと共に噴射されることで、レーザと冷媒との干渉を妨げ、冷媒により大気中の水分が凍って固体化しても、これがレーザの熱で蒸発し白煙が発生する事態を防ぐ。この結果、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することができる。
また、本発明の一態様に係るレーザ加工装置は、集光光学系から照射されるレーザを通過させる筒状のレーザ照射ノズルと、前記レーザ照射ノズルを通過するレーザの進行方向に沿って前記レーザ照射ノズルからアシストガスを噴射させるアシストガス供給手段と、前記レーザ照射ノズルの外側に前記レーザと同軸の円周上に配置した複数の穴からなる冷媒噴射ノズルと、前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記冷媒噴射ノズルから冷媒を噴射させる冷媒供給手段と、を有する。
このレーザ加工装置によれば、レーザ照射ノズルを通過するレーザが加工対象物に照射されて当該加工対象物を加工する際、冷媒が冷媒噴射ノズルからレーザの外側でレーザの進行方向に沿って噴射されるため加工対象物のレーザによる加工部位を冷却する。さらに、アシストガスがレーザ照射ノズルを通過するレーザの進行方向に沿ってレーザと共に噴射されることで、レーザと冷媒との干渉を妨げ、冷媒により大気中の水分が凍って固体化しても、これがレーザの熱で蒸発し白煙が発生する事態を防ぐ。この結果、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することができる。
また、本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、前記レーザ照射ノズルから噴射させる前記アシストガスの噴射圧力Ｐ１と、前記冷媒噴射ノズルから噴射させる前記冷媒の噴射圧力Ｐ２との関係を、Ｐ２＜Ｐ１に設定することが好ましい。
このレーザ加工装置によれば、アシストガスが冷媒よりも圧力が高く、冷媒がアシストガス側に混入することを防ぐため、レーザと冷媒との干渉を防ぐ作用効果を顕著に得ることができる。
また、本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、前記レーザ照射ノズルの外側であって、且つ、前記冷媒噴射ノズルの外側に前記レーザと同軸に独立して配置された円環状のシールドガス噴射ノズルと、前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記シールドガス噴射ノズルからシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段と、を有することが好ましい。
このレーザ加工装置によれば、レーザ照射ノズルを通過するレーザが加工対象物に照射されて当該加工対象物を加工する際、冷媒が冷媒噴射ノズルからレーザの外側でレーザの進行方向に沿って噴射されるため加工対象物のレーザによる加工部位を冷却する。さらに、シールドガスが冷媒よりも外側で噴射されることで、冷媒と大気の干渉を妨げ、冷媒により大気中の水分が凍って固体化する事態を防ぐ。この結果、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することができる。
また、本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、前記レーザ照射ノズルの外側であって、且つ、前記冷媒噴射ノズルの外側に前記レーザと同軸の円周上に配置した複数の穴からなるシールドガス噴射ノズルと、前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記シールドガス噴射ノズルからシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段と、を有することが好ましい。
このレーザ加工装置によれば、レーザ照射ノズルを通過するレーザが加工対象物に照射されて当該加工対象物を加工する際、冷媒が冷媒噴射ノズルからレーザの外側でレーザの進行方向に沿って噴射されるため加工対象物のレーザによる加工部位を冷却する。さらに、シールドガスが冷媒よりも外側で噴射されることで、冷媒と大気の干渉を妨げ、冷媒により大気中の水分が凍って固体化する事態を防ぐ。この結果、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することができる。
また、本発明の一態様に係るレーザ加工装置では、前記冷媒噴射ノズルから噴射させる前記冷媒の噴射圧力Ｐ２と、前記シールドガス噴射ノズルから噴射させる前記シールドガスの噴射圧力Ｐ３との関係を、Ｐ２＞Ｐ３に設定することが好ましい。
このレーザ加工装置によれば、シールドガスが冷媒よりも圧力が低く、シールドガスが冷媒側に混入することを防ぐため、レーザと冷媒との干渉を防ぐ作用効果を顕著に得ることができる。
本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、加工対象物にレーザを照射しつつ前記レーザを所定方向に移動する加工工程と、前記加工工程の際に前記レーザの移動方向の後側において前記加工対象物に向けて冷媒を噴射する冷媒噴射工程と、を含む。
このレーザ加工方法によれば、レーザの移動方向の前側においてレーザの熱影響がない加工部位を冷却することがなく、レーザによる熱影響が生じる部分に対して効果的に冷却を行うことができる。
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、加工対象物をレーザにて切断加工するレーザ加工方法であって、所定の切断線を残しつつ前記切断線に沿って前記加工対象物を切断する予備加工工程と、前記予備加工工程による切断面に冷媒を噴射しつつ前記切断線上で前記加工対象物を切断する本加工工程と、を含む。
このレーザ加工方法によれば、切断線を残しつつ当該切断線に沿う予備切断線上にレーザを照射して加工対象物を切断し、予備切断線の切断面に向けて冷媒を噴射しつつ切断線上にレーザを照射して加工対象物を切断することで、切断線で切断する際に、冷媒により加工対象物の加工部位への熱影響を抑制することができる。この結果、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することができる。
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るレーザ加工方法は、加工対象物をレーザにて貫通加工するレーザ加工方法であって、所定の貫通孔の範囲内に前記貫通孔の径よりも小径の予備貫通孔を切削する予備加工工程と、前記予備加工工程による前記予備貫通孔内に冷媒を噴射しつつ所定の前記貫通孔を切削する本加工工程と、を含む。
このレーザ加工方法によれば、貫通孔の範囲内に貫通孔の径よりも小径の予備貫通孔を切削し、予備貫通孔内に冷媒を噴射しつつ貫通孔を切削することで、貫通孔を切削する際に、冷媒により加工対象物の加工部位への熱影響を抑制することができる。この結果、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することができる。
本発明によれば、レーザに影響を及ぼすことなく冷媒を加工対象物の加工部位に供給することができる。
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、図１に示すレーザ加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。 図３は、図２におけるａ−ａ矢視図である。 図４は、図２におけるａ−ａ矢視図の他の例である。 図５は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の他の例の概略構成を示す模式図である。 図６は、図５に示すレーザ加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。 図７は、図６におけるｂ−ｂ矢視図である。 図８は、図６におけるｂ−ｂ矢視図の他の例である。 図９は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の工程の説明図である。 図１０は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の工程の説明図である。 図１１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の工程の説明図である。 図１２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の他の例の工程の説明図である。 図１３は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の他の例の工程の説明図である。 図１４は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の他の例の工程の説明図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
［実施形態１］
図１は、本実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図２は、図１に示すレーザ加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。図３は、図２におけるａ−ａ矢視図である。図４は、図２におけるａ−ａ矢視図の他の例である。
図１に示すように、レーザ加工装置１０は、加工対象物１００に対して、切断加工、穴あけ加工などの各種加工を行う装置である。なお、加工の種類は特に限定されないが、本実施形態のレーザ加工装置１０は、穴あけにおける切削加工を行う。また、レーザ加工装置１０は、加工対象物１００の計測も行う。
レーザ加工装置１０は、フレーム１２と、移動ユニット１４と、ステージユニット１６と、レーザ加工ヘッド６０を含むレーザ加工ユニット２２と、制御部２４と、を有する。レーザ加工装置１０は、ステージユニット１６に保持される加工対象物１００にレーザ加工ユニット２２によりレーザを照射し、加工対象物１００をレーザ加工する。ここで、本実施形態では、水平面をＸ軸方向と、Ｘ軸に直交するＹ軸方向とを含むＸＹ平面とし、水平面に直交する方向をＺ軸方向とする。また、Ｙ軸周りに回転する方向をθＹ方向とする。
フレーム１２は、レーザ加工装置１０の筐体であり、地面、土台などの設置面に固定されている。フレーム１２は、門１２ａと門１２ａの空間に挿入された土台１２ｂとを有する。フレーム１２は、移動ユニット１４の固定部が固定されている。従って、本実施形態のレーザ加工装置１０は、フレーム１２の門１２ａと土台１２ｂとに移動ユニット１４が固定され、移動ユニット１４により加工対象物１００と、レーザ加工ユニット２２とを相対的に移動させる、いわゆる門型の加工装置である。
移動ユニット１４は、加工対象物１００とレーザ加工ヘッド６０とを相対移動させる。移動ユニット１４は、Ｙ軸移動機構３０と、Ｘ軸移動機構３４と、Ｚ軸移動機構３８と、θＹ回転機構３９と、を有する。Ｙ軸移動機構３０は、フレーム１２の土台１２ｂ上に配置され、Ｙ軸方向に延在するレール３０ａと、レール３０ａに沿って移動するＹ軸移動部材３０ｂと、を有する。Ｙ軸移動機構３０は、Ｙ軸移動部材３０ｂにステージユニット１６が固定されている。Ｙ軸移動機構３０は、レール３０ａに沿って、Ｙ軸移動部材３０ｂを移動させることで、ステージユニット１６をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動機構３０は、Ｙ軸移動部材３０ｂをＹ軸方向に移動させる機構として、種々の機構を用いることができる。例えば、Ｙ軸移動部材３０ｂにボールねじを挿入し、ボールねじをモータなどで回転させる機構や、リニアモータ機構、ベルト機構などを用いることができる。Ｘ軸移動機構３４と、Ｚ軸移動機構３８も同様に種々の機構を用いることができる。
Ｘ軸移動機構３４は、フレーム１２の門１２ａ上に配置され、Ｘ軸方向に延在するレール３３と、レール３３に沿って移動するＸ軸移動部材３４ａと、を有する。Ｘ軸移動機構３４は、Ｘ軸移動部材３４ａにＺ軸移動機構３８が固定されている。Ｘ軸移動機構３４は、レール３３に沿って、Ｘ軸移動部材３４ａを移動させることで、Ｚ軸移動機構３８をＸ軸方向に移動させる。Ｚ軸移動機構３８は、Ｘ軸移動部材３４ａに固定され、Ｚ軸方向に延在するレール３８ａと、レール３８ａに沿って移動するＺ軸移動部材３８ｂと、を有する。Ｚ軸移動機構３８は、Ｚ軸移動部材３８ｂにθＹ回転機構３９が固定されている。Ｚ軸移動機構３８は、レール３８ａに沿って、θＹ回転機構３９を移動させることで、θＹ回転機構３９をＺ軸方向に移動させる。θＹ回転機構３９は、Ｚ軸移動部材３８ｂに固定され、レーザ加工ヘッド６０が固定されている。θＹ回転機構３９は、Ｚ軸移動部材３８ｂに対して、レーザ加工ヘッド６０をθＹ方向に回転させることで、レーザ加工ヘッド６０をθＹ方向に回転させる。
移動ユニット１４は、Ｙ軸移動機構３０とＸ軸移動機構３４とＺ軸移動機構３８とを用いて、加工対象物１００とレーザ加工ヘッド６０とをＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれに相対移動させる。また、移動ユニット１４は、θＹ回転機構３９を用いて、加工対象物１００に対してレーザ加工ヘッド６０を回転させる。これにより、レーザ加工ヘッド６０から加工対象物１００に対して照射されるレーザの向きを調整することができる。移動ユニット１４は、レーザ加工ヘッド６０をＸ軸周りに回転させる機構を備えていてもよい。また、レーザが照射される向きを調整する機構は、レーザ加工ヘッド６０に設けてもよい。
ステージユニット１６は、Ｙ軸移動機構３０のＹ軸移動部材３０ｂ上に配置されている。ステージユニット１６は、加工対象物１００を支持するステージである。本実施形態のステージユニット１６は、Ｙ軸移動部材３０ｂと一体化させた部材、つまり、Ｙ軸移動部材３０ｂをステージユニット１６のステージとしたが、Ｙ軸移動部材３０ｂ上に別の支持部材をステージとして設けてもよい。ステージユニット１６は、Ｙ軸移動機構３０が加工対象物１００を移動させるステージ移動機構４２となる。ステージユニット１６は、加工対象物１００をＹ軸移動部材３０ｂの所定の位置に固定する固定機構を備えている。また、ステージユニット１６は、ステージ移動機構４２として、さらにＹ軸移動部材３０ｂに対して加工対象物１００の向きを、つまり姿勢を調整する調整機構を備えていてもよい。具体的には、ステージ移動機構４２として、加工対象物１００を回転させる機構を備えていてもよい。
レーザ加工ユニット２２は、レーザ加工ヘッド６０と、レーザ光源６２と、アシストガス供給手段６４と、冷媒供給手段６６と、を有する。
レーザ光源６２は、光ファイバを媒質としてレーザを出力するファイバレーザ出力装置がある。ファイバレーザ出力装置としては、例えば、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置やリング型ファイバレーザ出力装置を用いることができ、これらの出力装置が励起されることによりレーザが発振される。ファイバレーザ出力装置のファイバは、例えば、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、イッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加されたシリカガラスを用いることができる。なお、本実施形態では、ファイバレーザとしてＹＡＧレーザやＹＶＯ４レーザなどのナノ秒オーダーパルス発振をするレーザも使用可能である。また、レーザ光源６２は、レーザを短パルス、例えば、周波数２０ｋＨｚで出力する短パルスレーザ出力装置がある。短パルスレーザ出力装置としては、レーザの発振源として例えば、チタンサファイアレーザを用いることができ、パルス幅が１００ピコ秒以下のパルスを発振することができる。ここで、本実施形態において、短パルスレーザは、パルス幅が１００ナノ秒以下の短パルスでレーザを出力するものである。なお、レーザ加工ユニット２２は、短パルスレーザを、パルス幅が１０ナノ秒以上の短パルスとすることが好ましく、パルス幅が１ナノ秒未満のレーザとすることがより好ましい。
アシストガス供給手段６４は、アシストガスをレーザ加工ヘッド６０に供給するものである。アシストガス供給手段６４は、アシストガス供給部６４ａと、アシストガス供給管６４ｂとを含む。アシストガス供給部６４ａは、図には明示しないが、アシストガスが貯留されるアシストガス貯留タンクからコンプレッサなどでアシストガスをアシストガス供給管６４ｂに圧送する。アシストガス供給管６４ｂは、レーザ加工ヘッド６０に接続され、アシストガス供給部６４ａにより圧送されたアシストガスをレーザ加工ヘッド６０に供給する。アシストガスとしては、例えば、空気、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、キセノンガス、ヘリウムガス、または、これらの混合ガスなどのドライガスである不活性ガスが適用される。
冷媒供給手段６６は、冷媒をレーザ加工ヘッド６０に供給するものである。冷媒供給手段６６は、冷媒供給部６６ａと、冷媒供給管６６ｂとを含む。冷媒供給部６６ａは、図には明示しないが、冷媒が貯留される冷媒貯留タンクからコンプレッサなどで冷媒を冷媒供給管６６ｂに圧送する。冷媒供給管６６ｂは、レーザ加工ヘッド６０に接続され、冷媒供給部６６ａにより圧送された冷媒をレーザ加工ヘッド６０に供給する。冷媒としては、例えば、約−８０℃程度のドライアイス粒子や炭酸ガスや液体窒素などが適用される。
レーザ加工ヘッド６０は、レーザ光源６２から出力されたレーザが入射され、入射されたレーザを加工対象物１００に照射することで、加工対象物１００をレーザ加工する。なお、レーザ光源６２から出力されたレーザは、光ファイバなどのレーザ光を導く光学部材でレーザ加工ヘッド６０まで案内される。
レーザ加工ヘッド６０は、図２に示すように、ケーシング７２と、集光光学系７４と、ノズル７６と、を含む。ケーシング７２は、レーザ光源６２から出力されたレーザが入射され、このレーザを集光光学系７４に導く走査機構（図示せず）が集光光学系７４と共に収納されている。集光光学系７４は、複数のレンズを有し（図示では１つ）、複数のレンズにより、レーザＬを集光し、所定の焦点距離、焦点深度とすることで、加工対象物１００に所定のスポット径のレーザＬを照射する。ノズル７６は、集光光学系７４が配置されたケーシング７２の先端部に取り付けられ、集光光学系７４により集光されたレーザＬを通過させるように筒状に形成されている。本実施形態では、ノズル７６は、レーザＬの集光に合わせてレーザＬの進行方向の先側に向かうにつれて次第に径が縮小する中空の円錐形状に形成されている。
ノズル７６は、レーザ照射ノズル７６Ａと、冷媒噴射ノズル７６Ｂと、を有する。レーザ照射ノズル７６Ａは、上述したように、集光光学系７４により集光されたレーザＬを通過させ、加工対象物１００にレーザＬを照射させるためのもので筒状に形成された筒内の貫通孔である。このレーザ照射ノズル７６Ａは、アシストガス供給手段６４のアシストガス供給管６４ｂが接続され、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザＬと共にアシストガスＡを噴射する。
ここで、アシストガスＡとして、酸化反応熱を加工処理に利用できる酸素ガスを用いた場合、金属などの加工対象物１００に対する加工速度をより向上させることができる。また、アシストガスＡとして、熱影響を与える熱影響層としての酸化被膜の生成を抑える窒素ガスやアルゴンガスなどを用いた場合、金属などの加工対象物１００に対する加工精度をより向上させることができる。アシストガスＡのガス種、混合比、および、レーザ照射ノズル７６Ａからの噴出量（噴射圧力）などは、加工対象物１００の種類や加工モードなどの加工条件に応じて変えることができる。
冷媒噴射ノズル７６Ｂは、レーザ照射ノズル７６Ａの外側に独立して配置されている。冷媒噴射ノズル７６Ｂは、例えば、図３に示すようにレーザ照射ノズル７６Ａの周りを囲むようにレーザＬの光軸Ｌａと同軸に円環状に形成された穴、または図４に示すようにレーザＬの光軸Ｌａと同軸の円周上に円環状に配置された複数の穴である。この冷媒噴射ノズル７６Ｂは、冷媒供給手段６６の冷媒供給管６６ｂが接続され、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザＬの外側で冷媒Ｒを噴射する。
ここで、冷媒ＲをレーザＬの進行方向に沿ってレーザＬの外側で噴射することで、加工対象物１００におけるレーザＬでの加工部位の周囲を冷却し、レーザＬによる加工対象物１００の熱影響を抑制することができる。冷媒Ｒの冷媒噴射ノズル７６Ｂからの噴出量（噴射圧力）は、加工対象物１００の種類や加工モードなどの加工条件に応じて変えることができる。
また、レーザ加工ユニット２２は、レーザを照射する位置の画像を撮影する撮影手段、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどを有するカメラを備えていてもよい。これにより、取得した画像に基づいてレーザの照射位置などを調整することができる。
レーザ加工ユニット２２は、レーザ光源６２から出力されるレーザをレーザ加工ヘッド６０から加工対象物１００に照射することで、貫通孔があけられる。また、レーザ加工ユニット２２は、レーザＬの照射位置を移動させることで、加工対象物１００を線で切削することができ、加工対象物１００を切断することもできる。
制御部２４は、移動ユニット１４、ステージユニット１６、レーザ加工ユニット２２、アシストガス供給部６４ａ、冷媒供給部６６ａの各部の動作を制御する。制御部２４は、移動ユニット１４やステージユニット１６のステージ移動機構４２の動作を制御し、加工対象物１００とレーザ加工ヘッド６０とを相対移動させる。また、制御部２４はレーザ加工ユニット２２の駆動を制御し、加工対象物１００にレーザＬを照射する。また、制御部２４はアシストガス供給部６４ａの駆動を制御し、アシストガスＡの供給や、アシストガスＡのレーザ照射ノズル７６Ａからの噴射圧力などを制御する。また、制御部２４は冷媒供給部６６ａの駆動を制御し、冷媒Ｒの供給や、冷媒Ｒの冷媒噴射ノズル７６Ｂからの噴射圧力などを制御する。
このように、本実施形態のレーザ加工装置１０は、集光光学系７４から照射されるレーザＬを通過させる筒状のレーザ照射ノズル７６Ａと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザ照射ノズル７６ＡからアシストガスＡを噴射させるアシストガス供給手段６４と、レーザ照射ノズル７６Ａの外側にレーザＬと同軸に独立して配置された円環状の冷媒噴射ノズル７６Ｂと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿って冷媒噴射ノズル７６Ｂから冷媒Ｒを噴射させる冷媒供給手段６６と、を有する。
また、本実施形態のレーザ加工装置１０は、集光光学系７４から照射されるレーザＬを通過させる筒状のレーザ照射ノズル７６Ａと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザ照射ノズル７６ＡからアシストガスＡを噴射させるアシストガス供給手段６４と、レーザ照射ノズル７６Ａの外側にレーザＬと同軸の円周上に配置した複数の穴からなる冷媒噴射ノズル７６Ｂと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿って冷媒噴射ノズル７６Ｂから冷媒Ｒを噴射させる冷媒供給手段６６と、を有する。
すなわち、レーザ加工装置１０は、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬが加工対象物１００に照射されて当該加工対象物１００を加工する。この際、冷媒Ｒが冷媒噴射ノズル７６ＢからレーザＬの外側でレーザＬの進行方向に沿って噴射されるため加工対象物１００のレーザＬによる加工部位を冷却する。さらに、アシストガスＡがレーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザＬと共に噴射されることで、レーザＬと冷媒Ｒとの干渉を妨げ、冷媒Ｒにより大気中の水分が凍って固体化しても、これがレーザＬの熱で蒸発し白煙が発生する事態を防ぐ。この結果、レーザＬに影響を及ぼすことなく冷媒Ｒを加工対象物１００の加工部位に供給することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１０では、レーザ照射ノズル７６Ａは、通過するレーザＬが接触しないようにレーザＬと隙間を有する内径の貫通孔が形成され、アシストガス供給手段６４は、前記隙間を満たすように貫通孔にアシストガスＡを供給することが好ましい。これにより、アシストガスＡがレーザＬを囲むように噴射されるため、レーザＬと冷媒Ｒとの干渉を防ぐ作用効果を顕著に得ることができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１０では、レーザ照射ノズル７６Ａから噴射させるアシストガスＡの噴射圧力Ｐ１と、冷媒噴射ノズル７６Ｂから噴射させる冷媒Ｒの噴射圧力Ｐ２との関係を、Ｐ２＜Ｐ１に設定することが好ましい。このアシストガスＡの噴射圧力Ｐ１および冷媒Ｒの噴射圧力Ｐ２の設定は、制御部２４によりアシストガス供給部６４ａおよび冷媒供給部６６ａの駆動を制御することで実施される。これにより、アシストガスＡが冷媒Ｒよりも圧力が高く、冷媒ＲがアシストガスＡ側に混入することを防ぐため、レーザＬと冷媒Ｒとの干渉を防ぐ作用効果を顕著に得ることができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１０では、図２に示すように、加工対象物１００の加工面１００ａにおいて、冷媒Ｒの噴射範囲の最内側のレーザＬの焦点Ｆからの距離Ｗは、０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。０．１ｍｍ以上とすることでレーザＬと冷媒Ｒとの干渉を防ぐ作用効果を良好に得ることができ、５０ｍｍ以下とすることで加工部位を冷却する作用効果を良好に得ることができる。このような距離Ｗとするため、冷媒噴射ノズル７６ＢにおけるレーザＬに沿う角度を設定する。
なお、加工対象物１００をレーザＬにて切断などの加工をするにあたりレーザＬの照射位置を加工対象物１００の加工面１００ａに沿って移動させるが（加工工程）、この場合、冷媒Ｒの噴射は、レーザＬの移動方向の前側では行わず後側のみとしてもよい（冷媒噴射工程）。すなわち、レーザＬの移動方向の前側に冷媒Ｒを噴射してもレーザＬの熱影響がない（熱影響が生じる前）加工部位を冷却することになり効果的ではないため、冷媒Ｒの噴射をレーザＬの移動方向の後側のみとする。この場合、例えば、冷媒噴射ノズル７６Ｂは、レーザ照射ノズル７６Ａの周りを囲むように円環状に配置された複数の穴とし、各穴に対して選択的に冷媒Ｒを供給する開閉弁などを有した切換機構を備えることで実現できる。
なお、図には明示しないが、レーザＬを照射する加工対象物１００の加工面１００ａとは反対側の面から冷媒Ｒをさらに噴射できるように、別の冷媒噴射ノズルを有してもよい。この別の冷媒噴射ノズルへの冷媒の供給は、上述した冷媒供給手段６６で行う。このようにすることで、加工対象物１００の加工部位の冷却効率を向上することができる。
［実施形態２］
以下、本実施形態のレーザ加工装置の他の例について説明する。図５は、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の他の例の概略構成を示す模式図である。図６は、図５に示すレーザ加工ヘッドの概略構成を示す模式図である。図７は、図６におけるｂ−ｂ矢視図である。図８は、図６におけるｂ−ｂ矢視図の他の例である。
図５および図６に示すように、他の例のレーザ加工装置１１０は、図１および図２を参照して説明したレーザ加工装置１０に対し、シールドガス供給手段６８と、シールドガス噴射ノズル７６Ｃと、をさらに有する点が異なり、その他の構成は同様である。従って、他の例のレーザ加工装置１１０についての説明において、上述したレーザ加工装置１０と同等部分には同一の符号を付して説明を省略する。
シールドガス供給手段６８は、シールドガスをレーザ加工ヘッド６０に供給するものである。シールドガス供給手段６８は、シールドガス供給部６８ａと、シールドガス供給管６８ｂとを含む。シールドガス供給部６８ａは、図には明示しないが、シールドガスが貯留されるシールドガス貯留タンクからコンプレッサなどでシールドガスをシールドガス供給管６８ｂに圧送する。シールドガス供給管６８ｂは、レーザ加工ヘッド６０に接続され、シールドガス供給部６８ａにより圧送されたシールドガスをレーザ加工ヘッド６０に供給する。シールドガスとしては、例えば、空気、窒素ガス、酸素ガス、アルゴンガス、キセノンガス、ヘリウムガス、または、これらの混合ガスなどのドライガスである不活性ガスが適用される。
シールドガス噴射ノズル７６Ｃは、ノズル７６に設けられている。シールドガス噴射ノズル７６Ｃは、レーザ照射ノズル７６Ａの外側であって、且つ、冷媒噴射ノズル７６Ｂの外側に独立して配置されている。すなわち、シールドガス噴射ノズル７６Ｃは、レーザ照射ノズル７６Ａおよび冷媒噴射ノズル７６Ｂに対して最外側に配置されている。シールドガス噴射ノズル７６Ｃは、例えば、図７に示すように冷媒噴射ノズル７６Ｂの周りを囲むようにレーザＬの光軸Ｌａと同軸に円環状に形成された穴、または図８に示すようにレーザＬの光軸Ｌａと同軸の円周上に円環状に配置された複数の穴である。なお、図７および図８では、レーザ照射ノズル７６Ａを図３と同様の構成として示しているが、図４と同様の構成であってもよい。このシールドガス噴射ノズル７６Ｃは、シールドガス供給手段６８のシールドガス供給管６８ｂが接続され、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザＬの外側かつ冷媒Ｒの内側でシールドガスＳを噴射する。
制御部２４は、移動ユニット１４、ステージユニット１６、レーザ加工ユニット２２、アシストガス供給部６４ａ、冷媒供給部６６ａ、シールドガス供給部６８ａの各部の動作を制御する。制御部２４は、移動ユニット１４やステージユニット１６のステージ移動機構４２の動作を制御し、加工対象物１００とレーザ加工ヘッド６０とを相対移動させる。また、制御部２４はレーザ加工ユニット２２の駆動を制御し、加工対象物１００にレーザＬを照射する。また、制御部２４はアシストガス供給部６４ａの駆動を制御し、アシストガスＡの供給や、アシストガスＡのレーザ照射ノズル７６Ａからの噴射圧力などを制御する。また、制御部２４は冷媒供給部６６ａの駆動を制御し、冷媒Ｒの供給や、冷媒Ｒの冷媒噴射ノズル７６Ｂからの噴射圧力などを制御する。また、制御部２４はシールドガス供給部６８ａの駆動を制御し、シールドガスＳの供給や、シールドガスＳのシールドガス噴射ノズル７６Ｃからの噴射圧力などを制御する。
このように、本実施形態のレーザ加工装置１１０は、集光光学系７４から照射されるレーザＬを通過させる筒状のレーザ照射ノズル７６Ａと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザ照射ノズル７６ＡからアシストガスＡを噴射させるアシストガス供給手段６４と、レーザ照射ノズル７６Ａの外側に独立して配置された冷媒噴射ノズル７６Ｂと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿って冷媒噴射ノズル７６Ｂから冷媒Ｒを噴射させる冷媒供給手段６６と、レーザ照射ノズル７６Ａの外側であって、且つ、冷媒噴射ノズル７６Ｂの外側にレーザＬと同軸に独立して配置された円環状のシールドガス噴射ノズル７６Ｃと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってシールドガス噴射ノズル７６ＣからシールドガスＳを噴射させるシールドガス供給手段６８と、を有する。
また、本実施形態のレーザ加工装置１１０は、集光光学系７４から照射されるレーザＬを通過させる筒状のレーザ照射ノズル７６Ａと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザ照射ノズル７６ＡからアシストガスＡを噴射させるアシストガス供給手段６４と、レーザ照射ノズル７６Ａの外側に独立して配置された冷媒噴射ノズル７６Ｂと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿って冷媒噴射ノズル７６Ｂから冷媒Ｒを噴射させる冷媒供給手段６６と、レーザ照射ノズル７６Ａの外側であって、且つ、冷媒噴射ノズル７６Ｂの外側にレーザＬと同軸の円周上に配置した複数の穴からなるシールドガス噴射ノズル７６Ｃと、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってシールドガス噴射ノズル７６ＣからシールドガスＳを噴射させるシールドガス供給手段６８と、を有する。
すなわち、レーザ加工装置１１０は、レーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬが加工対象物１００に照射されて当該加工対象物１００を加工する。この際、冷媒Ｒが冷媒噴射ノズル７６ＢからレーザＬの外側でレーザＬの進行方向に沿って噴射されるため加工対象物１００のレーザＬによる加工部位を冷却する。さらに、シールドガスＳが冷媒Ｒよりも外側で噴射されることで、冷媒Ｒと大気の干渉を妨げ、冷媒Ｒにより大気中の水分が凍って固体化する事態を防ぐ。この結果、レーザＬに影響を及ぼすことなく冷媒Ｒを加工対象物１００の加工部位に供給することができる。しかも、アシストガスＡがレーザ照射ノズル７６Ａを通過するレーザＬの進行方向に沿ってレーザＬと共に噴射されることで、レーザＬと冷媒Ｒとの干渉をさらに妨げるため、冷媒Ｒにより大気中の水分が凍って固体化しても、これがレーザＬの熱で蒸発し白煙が発生する事態を防ぐ。この結果、レーザＬに影響を及ぼすことなく冷媒Ｒを加工対象物１００の加工部位に供給することができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１１０では、レーザ照射ノズル７６Ａは、通過するレーザＬが接触しないようにレーザＬと隙間を有する内径の貫通孔が形成され、アシストガス供給手段６４は、前記隙間を満たすように貫通孔にアシストガスＡを供給することが好ましい。これにより、アシストガスＡがレーザＬを囲むように噴射されるため、レーザＬと冷媒Ｒとの干渉を防ぐ作用効果を顕著に得ることができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１１０では、冷媒噴射ノズル７６Ｂから噴射させる冷媒Ｒの噴射圧力Ｐ２と、シールドガス噴射ノズル７６Ｃから噴射させるシールドガスＳの噴射圧力Ｐ３との関係を、Ｐ２＞Ｐ３に設定することが好ましい。このシールドガスＳの噴射圧力Ｐ３および冷媒Ｒの噴射圧力Ｐ２の設定は、制御部２４によりシールドガス供給部６８ａおよび冷媒供給部６６ａの駆動を制御することで実施される。これにより、シールドガスＳが冷媒Ｒよりも圧力が低く、シールドガスＳが冷媒Ｒ側に混入することを防ぐため、レーザＬと冷媒Ｒとの干渉を防ぐ作用効果を顕著に得ることができる。
なお、レーザ照射ノズル７６Ａから噴射させるアシストガスＡの噴射圧力Ｐ１と、冷媒噴射ノズル７６Ｂから噴射させる冷媒Ｒの噴射圧力Ｐ２と、シールドガス噴射ノズル７６Ｃから噴射させるシールドガスＳの噴射圧力Ｐ３との関係は、Ｐ１≧Ｐ２＞Ｐ３に設定することが好ましく、冷媒ＲがアシストガスＡ側に混入することも防ぐため、レーザＬと冷媒Ｒとの干渉を防ぐ作用効果を顕著に得ることができる。
また、本実施形態のレーザ加工装置１１０では、図６に示すように、加工対象物１００の加工面１００ａにおいて、冷媒Ｒの噴射範囲の最内側のレーザＬの焦点Ｆからの距離Ｗは、０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲とすることが好ましい。０．１ｍｍ以上とすることでレーザＬと冷媒Ｒとの干渉を防ぐ作用効果を良好に得ることができ、５０ｍｍ以下とすることで加工部位を冷却する作用効果を良好に得ることができる。このような距離Ｗとするため、冷媒噴射ノズル７６ＢにおけるレーザＬに沿う角度を設定する。
なお、加工対象物１００をレーザＬにて切断などの加工をするにあたりレーザＬの照射位置を加工対象物１００の加工面１００ａに沿って移動させるが（加工工程）、この場合、冷媒Ｒの噴射は、レーザＬの移動方向の前側では行わず後側のみとしてもよい（冷媒噴射工程）。すなわち、レーザＬの移動方向の前側に冷媒Ｒを噴射してもレーザＬの熱影響がない（熱影響が生じる前）加工部位を冷却することになり効果的ではないため、冷媒Ｒの噴射をレーザＬの移動方向の後側のみとする。この場合、例えば、冷媒噴射ノズル７６Ｂは、レーザ照射ノズル７６Ａの周りを囲むように円環状に配置された複数の穴とし、各穴に対して選択的に冷媒Ｒを供給する開閉弁などを有した切換機構を備えることで実現できる。
なお、図には明示しないが、レーザＬを照射する加工対象物１００の加工面１００ａとは反対側の面から冷媒Ｒをさらに噴射できるように、別の冷媒噴射ノズルを有してもよい。この別の冷媒噴射ノズルへの冷媒の供給は、上述した冷媒供給手段６６で行う。このようにすることで、加工対象物１００の加工部位の冷却効率を向上することができる。
［実施形態３］
以下、図９から図１１を用い、本実施形態のレーザ加工方法について説明する。図９から図１１は、本実施形態に係るレーザ加工方法の工程の説明図である。
本実施形態のレーザ加工方法は、図９から図１１に示すように、レーザＬにより加工対象物１００を所定の切断線ＣＬ１で切断する場合の加工方法である。
まず、図９および図１０に示すように、予備加工工程として、切断線ＣＬ１を残しつつ当該切断線ＣＬ１に沿う予備切断線ＣＬ２上にレーザＬを照射して加工対象物１００を切断する。
次に、図１０および図１１に示すように、本加工工程として、予備加工工程による予備切断線ＣＬ２の切断面に向けて冷媒Ｒを噴射しつつ切断線ＣＬ１上にレーザＬを照射して加工対象物１００を切断する。
レーザＬは、加工対象物１００の厚さＤ方向に向けて照射され、図の奥行き方向が進行方向となる。冷媒Ｒの噴射については、レーザＬによる加工対象物１００の厚さＤ方向への焦点移動に伴って厚さＤ方向に噴射位置を移動できるように噴射ノズルが設けられていることが好ましく、レーザＬの進行に伴って進行方向に噴射位置を移動できるように噴射ノズルが設けられていることが好ましい。また、冷媒Ｒの噴射方向は、予備切断線ＣＬ２の切断面に直交する方向であっても、予備切断線ＣＬ２の切断面に傾斜する方向であってもよい。
このようなレーザ加工方法によれば、切断線ＣＬ１を残しつつ当該切断線ＣＬ１に沿う予備切断線ＣＬ２上にレーザＬを照射して加工対象物１００を切断し、予備切断線ＣＬ２の切断面に向けて冷媒Ｒを噴射しつつ切断線ＣＬ１上にレーザＬを照射して加工対象物１００を切断することで、切断線ＣＬ１で切断する際に、冷媒Ｒにより加工対象物１００の加工部位への熱影響を抑制することができる。この結果、レーザＬに影響を及ぼすことなく冷媒Ｒを加工対象物１００の加工部位に供給することができる。
特に、加工対象物１００の厚さＤが大きい場合は、加工対象物１００の厚さＤを貫通するまでにレーザＬを長時間照射しなければならず加工部位への熱影響が顕著であるが、本実施形態のレーザ加工方法では、切断線ＣＬ１の加工部位に熱影響が生じない範囲で予備切断線ＣＬ２を設定して切断し、その後に予備切断線ＣＬ２の切断面側から冷媒Ｒを噴射しながら切断線ＣＬ１上で切断を行うことから、切断線ＣＬ１を切断する際の加工部位への熱影響を抑制することに効果的である。このため、切断線ＣＬ１の加工部位に熱影響が生じない範囲で予備切断線ＣＬ２を切断するため、および冷媒Ｒの噴射により加工部位を効果的に冷却するため、レーザＬの強度や加工対象物１００の材質を考慮して、切断線ＣＬ１からの予備切断線ＣＬ２の距離Ｈを設定する。
［実施形態４］
以下、図１２から図１４を用い、本実施形態のレーザ加工方法の他の例について説明する。図１２から図１４は、本実施形態に係るレーザ加工方法の他の例の工程の説明図である。
本実施形態のレーザ加工方法は、図１２から図１４に示すように、レーザＬにより加工対象物１００に所定の貫通孔ＴＨ１を切削する場合の加工方法である。
まず、図１２および図１３に示すように、予備加工工程として、貫通孔ＴＨ１の範囲内に、貫通孔ＴＨ１の径よりも小径の予備貫通孔ＴＨ２を切削する。予備貫通孔ＴＨ２は複数であってもよく、単一であってもよい。
次に、図１３および図１４に示すように、本加工工程として、予備加工工程による予備貫通孔ＴＨ２内に冷媒Ｒを噴射しつつレーザＬにて貫通孔ＴＨ１を切削する。
レーザＬは、加工対象物１００の厚さＤ方向に向けて照射され、貫通孔ＴＨ１の孔の周方向が進行方向となる。冷媒Ｒの噴射については、レーザＬの進行方向に沿って行う。また、冷媒Ｒは、レーザＬの照射方向とは逆方向から、すなわち予備貫通孔ＴＨ２の反対側の開口から噴射してもよい。
このようなレーザ加工方法によれば、貫通孔ＴＨ１の範囲内に貫通孔ＴＨ１の径よりも小径の予備貫通孔ＴＨ２を切削し、予備貫通孔ＴＨ２内に冷媒Ｒを噴射しつつ貫通孔ＴＨ１を切削することで、貫通孔ＴＨ１を切削する際に、冷媒Ｒにより加工対象物１００の加工部位への熱影響を抑制することができる。この結果、レーザＬに影響を及ぼすことなく冷媒Ｒを加工対象物１００の加工部位に供給することができる。
特に、加工対象物１００の厚さＤが大きい場合は、加工対象物１００の厚さＤを貫通するまでにレーザＬを長時間照射しなければならず加工部位への熱影響が顕著であるが、本実施形態のレーザ加工方法では、貫通孔ＴＨ１の加工部位に熱影響が生じない範囲で予備貫通孔ＴＨ２の位置を設定して切削し、その後に予備貫通孔ＴＨ２内に冷媒Ｒを噴射しながら貫通孔ＴＨ１の切削を行うことから、貫通孔ＴＨ１を切削する際の加工部位への熱影響を抑制することに効果的である。このため、貫通孔ＴＨ１の加工部位に熱影響が生じない範囲で予備貫通孔ＴＨ２を切削するため、および冷媒Ｒの噴射により効果的に加工部位を冷却するため、レーザＬの強度や加工対象物１００の材質を考慮して、貫通孔ＴＨ１の周面に沿う切削線からの予備貫通孔ＴＨ２の距離を設定する。
なお、上述した各実施形態において、加工対象物１００は、レーザＬの加工により熱影響を受けやすい、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）や、炭素繊維強化プラスチックとチタンなどの金属材とが重ね合わせたものが適用されることが好ましい。このような加工対象物１００をレーザＬにて加工する際に、冷媒Ｒにより加工部位を冷却するにあたり、レーザＬに影響を及ぼすことなく冷媒Ｒを加工対象物の加工部位に供給することができる。
１０ レーザ加工装置
１１０ レーザ加工装置
６４ アシストガス供給手段
６６ 冷媒供給手段
６８ シールドガス供給手段
７４ 集光光学系
７６Ａ レーザ照射ノズル
７６Ｂ 冷媒噴射ノズル
７６Ｃ シールドガス噴射ノズル
１００ 加工対象物

Claims (9)

  1. 集光光学系から照射されるレーザを通過させる筒状のレーザ照射ノズルと、
    前記レーザ照射ノズルを通過するレーザの進行方向に沿って前記レーザ照射ノズルからアシストガスを噴射させるアシストガス供給手段と、
    前記レーザ照射ノズルの外側に前記レーザと同軸に独立して配置された円環状の冷媒噴射ノズルと、
    前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記冷媒噴射ノズルから冷媒を噴射させる冷媒供給手段と、
    を有するレーザ加工装置。
  2. 集光光学系から照射されるレーザを通過させる筒状のレーザ照射ノズルと、
    前記レーザ照射ノズルを通過するレーザの進行方向に沿って前記レーザ照射ノズルからアシストガスを噴射させるアシストガス供給手段と、
    前記レーザ照射ノズルの外側に前記レーザと同軸の円周上に配置した複数の穴からなる冷媒噴射ノズルと、
    前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記冷媒噴射ノズルから冷媒を噴射させる冷媒供給手段と、
    を有するレーザ加工装置。
  3. 前記レーザ照射ノズルから噴射させる前記アシストガスの噴射圧力Ｐ１と、前記冷媒噴射ノズルから噴射させる前記冷媒の噴射圧力Ｐ２との関係を、Ｐ２＜Ｐ１に設定する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
  4. 前記レーザ照射ノズルの外側であって、且つ、前記冷媒噴射ノズルの外側に前記レーザと同軸に独立して配置された円環状のシールドガス噴射ノズルと、
    前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記シールドガス噴射ノズルからシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段と、
    を有する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
  5. 前記レーザ照射ノズルの外側であって、且つ、前記冷媒噴射ノズルの外側に前記レーザと同軸の円周上に配置した複数の穴からなるシールドガス噴射ノズルと、
    前記レーザ照射ノズルを通過する前記レーザの進行方向に沿って前記シールドガス噴射ノズルからシールドガスを噴射させるシールドガス供給手段と、
    を有する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
  6. 前記冷媒噴射ノズルから噴射させる前記冷媒の噴射圧力Ｐ２と、前記シールドガス噴射ノズルから噴射させる前記シールドガスの噴射圧力Ｐ３との関係を、Ｐ２＞Ｐ３に設定する請求項４または５に記載のレーザ加工装置。
  7. 加工対象物にレーザを照射しつつ前記レーザを所定方向に移動する加工工程と、
    前記加工工程の際に前記レーザの移動方向の後側において前記加工対象物に向けて冷媒を噴射する冷媒噴射工程と、
    を含むレーザ加工方法。
  8. 加工対象物をレーザにて切断加工するレーザ加工方法であって、
    所定の切断線を残しつつ前記切断線に沿って前記加工対象物を切断する予備加工工程と、
    前記予備加工工程による切断面に冷媒を噴射しつつ前記切断線上で前記加工対象物を切断する本加工工程と、
    を含むレーザ加工方法。
  9. 加工対象物をレーザにて貫通加工するレーザ加工方法であって、
    所定の貫通孔の範囲内に前記貫通孔の径よりも小径の予備貫通孔を切削する予備加工工程と、
    前記予備加工工程による前記予備貫通孔内に冷媒を噴射しつつ所定の前記貫通孔を切削する本加工工程と、
    を含むレーザ加工方法。
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CN112658670A (zh) * 2020-12-02 2021-04-16 江苏普瑞亚动力科技有限公司 用于柴油发动机装配的激光辅助校准工艺
CN113894444B (zh) * 2021-09-28 2022-06-14 武汉大学 一种基于干涉光路设计的水导脉冲激光加工系统及方法
DE102022209031A1 (de) 2022-08-31 2024-02-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Bearbeitungskopf und Verfahren zum Laserstrahlschneiden von Bauteilen

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6160757B2 (ja) * 1981-02-06 1986-12-22 Amada Eng & Service
JPH08141768A (ja) * 1994-11-16 1996-06-04 Amada Co Ltd レーザー加工装置の加工ヘッド
JP2010247206A (ja) * 2009-04-17 2010-11-04 Muneharu Kutsuna 複合材料のレーザ加工法
JP2014161903A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加工装置、加工方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6160757B2 (ja) * 1981-02-06 1986-12-22 Amada Eng & Service
JPH08141768A (ja) * 1994-11-16 1996-06-04 Amada Co Ltd レーザー加工装置の加工ヘッド
JP2010247206A (ja) * 2009-04-17 2010-11-04 Muneharu Kutsuna 複合材料のレーザ加工法
JP2014161903A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 加工装置、加工方法

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