JP2018176254A - レーザ加工機、プレス加工方法、及び曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク材Ｗが鉄系金属材料からなる場合であっても、そのワーク材の引張強度に必要な曲げ荷重を低減すると共に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの割れ等を抑える。【解決手段】制御部６０は、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、ファイバレーザ発振器１８の出力、及びレーザ加工ヘッド２４の動作を制御する。制御部６０は、その際に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における裏面Ｆｂから少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理（アニーリング処理）されるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御する。【選択図】 図６

Description

本発明は、板状のワーク材（金属板）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機、及び鉄系金属材料からなる板状のワーク材の被加工部をプレス加工するためのプレス加工方法等に関する。

近年、板状のワーク材の曲げ加工や剪断加工（打ち抜き加工を含む）等のプレス加工において、プレス機械のプレス荷重の低減及び加工品質の向上を図るために、種々な開発がなされている。本願の出願人も、アルミニウム合金からなるワーク材の曲げ加工において、プレス機械のプレス荷重としての曲げ加工機の曲げ荷重の低減等を図るために、レーザ加工機のレーザビームの照射によってワーク材の被曲げ部の内部組織（材料組織：microstructure）が変わることを利用した曲げ加工方法を開発して、既に出願している（特許文献１参照）。そして、先行技術に係る曲げ加工方法について簡単に説明すると、次のようになる。

レーザ加工ヘッドの先端部からワーク材の被曲げ部に向かってレーザビームを照射しながら、レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被曲げ部に沿って水平方向へ移動させる。これにより、アルミニウム合金からなるワーク材の被曲げ部に立方体方位の結晶粒の体積分率の高い領域を形成するように、ワーク材に対して局所的に熱処理を行うことができる。換言すれば、アルミニウム合金からなるワーク材の被曲げ部の引張強度を低下させると共に、ワーク材の被曲げ部の延伸性（伸び性）を高めることができる。その後、曲げ加工機における曲げ加工用の上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被曲げ部を曲げる。

前述のように、アルミニウム合金からなるワーク材の被曲げ部を曲げる前に、ワーク材の被曲げ部の引張強度を低下させることができるため、プレス機械のプレス荷重としての曲げ加工機の曲げ荷重を低減することができる。また、アルミニウム合金からなるワーク材の被曲げ部を曲げる前に、ワーク材の被曲げ部の延伸性を高めているため、ワーク材の被曲げ部の割れ等を抑えて、曲げ加工の加工品質の向上を図ることができる。

特開２０１５−５４３２５号公報

ところで、ワーク材が高張力鋼、ステンレス鋼等の鉄系金属材料からなる場合には、ワーク材に向かってレーザビームを照射する試験を行うと、ワーク材の表面から板厚方向に沿ってワーク材の母材硬度（母材の硬度）よりも高硬度の領域が生成されることが確認された。その現象は、鉄系金属材料からなるワーク材の特有の現象であり、アルミニウム合金等の非鉄系金属材料からなるワーク材には生じないものである。

そのため、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合に、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における表面から板厚の半分を超える領域がワーク材の母材硬度よりも高硬度に熱処理されると、ワーク材の被曲げ部の引張強度が高くなって、ワーク材の被曲げ部の延伸性が低下する。その結果、加工力としての曲げ加工機の曲げ荷重を低減することが困難になると共に、ワーク材の被曲げ部の割れ等が発生し易く、曲げ加工の加工品質の低下を招くことになる。

なお、前述の問題は、鉄系金属材料からなるワークの被加工部に向かってレーザ光を照射して、ワーク材の被加工部に曲げ加工以外のプレス加工を行う際においても、同様に生じるものである。

そこで、本発明は、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合であっても、曲げ加工機の曲げ荷重等のプレス機械のプレス荷重を低減しかつ曲げ加工等のプレス加工の加工品質の向上を図ることができる、新規な構成のレーザ加工機、プレス加工方法、及び曲げ加工方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、板状のワーク材（金属板）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機であって、ワーク材を支持する加工テーブルと、レーザビームを出力するレーザ発振器と、前記加工テーブルの上方に設けられ、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをワーク材に向かって照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッド（前記レーザ加工ヘッドの照射位置）をワーク材に対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部（照射移動部）と、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに伝送するビーム伝送部（伝送光学系）と、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、ワーク材が鉄系金属材料からなりかつ次工程でプレス加工される被加工部を有している場合に、前記レーザ加工ヘッドからワーク材の被加工部或いは被加工部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被加工部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被加工部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度（母材の硬度）よりも低硬度に局所的に熱処理（アニーリング処理）されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作及び前記ビーム伝送部の動作のうち少なくともいずれかを制御することである。

本発明の第１の態様によると、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合に、前記制御部は、前述のように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作及び前記ビーム伝送部の動作のうち少なくともいずれかを制御する。これにより、次工程でワーク材の被加工部をプレス加工する前に、ワーク材の被加工部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

本発明の第２の態様は、板状のワーク材（金属板）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機であって、ワーク材を支持する加工テーブルと、レーザビームを出力するレーザ発振器と、前記加工テーブルの上方に設けられ、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをワーク材に向かって照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッド（前記レーザ加工ヘッドの照射位置）をワーク材に対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部（照射移動部）と、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに伝送するビーム伝送部（伝送光学系）と、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、ワーク材が鉄系金属材料からなりかつ次工程で曲げられる被曲げ部を有している場合に、前記レーザ加工ヘッドからワーク材の被曲げ部或いは被曲げ部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被曲げ部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理（アニーリング処理）されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作及び前記ビーム伝送部の動作うち少なくともいずれかを制御することである。

本発明の第２の態様によると、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合に、前記制御部は、前述のように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作及び前記ビーム伝送部の動作のうち少なくともいずれかを制御する。これにより、次工程でワーク材の被曲げ部を曲げる前に、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

本発明の第３の態様は、板状のワーク材（金属板）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機であって、ワーク材を支持する加工テーブルと、レーザビームを出力するレーザ発振器と、前記加工テーブルの上方に設けられ、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをワーク材に向かって照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッド（前記レーザ加工ヘッドの照射位置）をワーク材に対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部と、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに伝送するビーム伝送部（伝送光学系）と、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、ワーク材が鉄系金属材料からなりかつ次工程でプレス加工される被加工部を有している場合に、前記レーザ加工ヘッドからワーク材の被加工部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被加工部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被加工部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作及び前記ビーム伝送部の動作のうち少なくともいずれかを制御することである。

本発明の第３の態様によると、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合に、前記制御部は、前述のように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッド及び前記ビーム伝送部のうち少なくともいずれかの動作を制御する。これにより、次工程でワーク材の被加工部をプレス加工する前に、ワーク材の被加工部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。
ることができる。

本発明の第４の態様は、板状のワーク材（金属板）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機であって、ワーク材を支持する加工テーブルと、レーザビームを出力するレーザ発振器と、前記加工テーブルの上方に設けられ、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをワーク材に向かって照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッド（前記レーザ加工ヘッドの照射位置）をワーク材に対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部（照射移動部）と、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに伝送するビーム伝送部（伝送光学系）と、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、ワーク材が鉄系金属材料からなりかつ次工程で打ち抜かれる被打ち抜き部を有している場合に、前記レーザ加工ヘッドからワーク材の被打ち抜き部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被打ち抜き部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理（アニーリング）されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッド及び前記ビーム伝送部のうち少なくともいずれかの動作を制御することである。

本発明の第４の態様によると、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合に、前記制御部は、前述のように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッド及び前記ビーム伝送部のうち少なくともいずれかの動作を制御する。これにより、次工程でワーク材の被打ち抜き部を打ち抜く前に、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

本発明の第５の態様は、板状のワーク材（金属板）に対してレーザ加工を行うレーザ加工機であって、ワーク材を支持する加工テーブルと、レーザビームを出力するレーザ発振器と、前記加工テーブルの上方に設けられ、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをワーク材に向かって照射するレーザ加工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッド（前記レーザ加工ヘッドの照射位置）をワーク材に対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部（照射移動部）と、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに伝送するビーム伝送部（伝送光学系）と、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合に、前記レーザ加工ヘッドからワーク材の被打ち抜き部に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被打ち抜き部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも高硬度に局所的に熱処理（焼入れ処理）されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッド及び前記ビーム伝送部のうち少なくともいずれかの動作を制御することである。

本発明の第５の態様によると、ワーク材が鉄系金属材料からなりかつ次工程で打ち抜かれる被打ち抜き部を有している場合に、前記制御部は、前述のように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッド及び前記ビーム伝送部のうち少なくともいずれかの動作を制御する。これにより、次工程でワーク材の被打ち抜き部を打ち抜く前に、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域の引張強度を高めて、その領域の延伸性（伸び性）を低下させることができる。

本発明の第６の態様は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材（金属板）の被加工部をプレス加工するためのプレス加工方法であって、レーザ加工ヘッドからワーク材の被加工部或いは被加工部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被加工部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被加工部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被加工部に対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行い、その後に、プレス工機における上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被加工部をプレス加工することである。

本発明の第６の態様によると、ワーク材の被加工部をプレス加工する前に、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被加工部に対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材の被加工部の板厚方向に裏面側或いは表面側の領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

本発明の第７の態様は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材（金属板）の被曲げ部を曲げるための曲げ加工方法であって、レーザ加工ヘッドからワーク材の被曲げ部或いは被曲げ部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被曲げ部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被曲げ部に対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行い、その後に、ワーク材の被曲げ部の低硬度側が曲げ外側になるように、曲げ加工機における曲げ加工用の上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被曲げ部を曲げることである。

本発明の第７の態様によると、ワーク材の被曲げ部を曲げる前に、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被曲げ部に対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

本発明の第８の態様は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材（金属板）の被加工部をプレス加工するためのプレス加工方法であって、レーザ加工ヘッドからワーク材の被加工部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被加工部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被加工部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被加工部に対して局所的に熱処理（アニーリング）を行い、その後に、プレス機械における上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被加工部をプレス加工することである。

本発明の第８の態様によると、ワーク材の被加工部をプレス加工する前に、ワーク材の被加工部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被加工部に対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材の被加工部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

本発明の第９の態様は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材（金属板）の被打ち抜き部を打ち抜くための打ち抜き加工方法であって、レーザ加工ヘッドからワーク材の被打ち抜き部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被打ち抜き部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被打ち抜き部に対して局所的に熱処理（アニーリング）を行い、その後に、パンチプレスにおける打ち抜き加工用の上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被打ち抜き部を打ち抜くことである。

本発明の第９の態様によると、ワーク材の被打ち抜き部を打ち抜く前に、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被打ち抜き部に対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

本発明の第１０の態様は、板状のワーク材が鉄系金属材料からなるワーク材（金属板）の被打ち抜き部を打ち抜くための打ち抜き加工方法であって、レーザ加工ヘッドからワーク材の被打ち抜き部に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被打ち抜き部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも高硬度になるように、ワーク材の被打ち抜き部に対して局所的に熱処理（焼入れ処理）を行い、その後に、パンチプレスにおける打ち抜き加工用の上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被打ち抜き部を打ち抜くことである。

本発明の第１０の態様によると、ワーク材の被打ち抜き部を打ち抜く前に、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域がワーク材の母材硬度よりも高硬度になるように、ワーク材の被打ち抜き部に対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材の被打ち抜き部の板厚方向における表面から裏面にかけての領域の引張強度を高めて、その領域の延伸性（伸び性）を低下させることができる。

本発明によれば、ワーク材が鉄系金属材料からなる場合であっても、そのワーク材の引張強度に必要なプレス荷重を低減して、従来のプレス機械で容易にプレス加工できると共に、プレス加工の加工品質の向上を図ることができる。

図１は、実施形態に係るレーザ加工機を示す模式的な斜視図である。 図２（ａ）（ｂ）は、第１実施形態から第３実施形態に係るレーザ加工機におけるファイバレーザ発振器とレーザ加工ヘッドとビーム伝送部との関係を示す模式図である。 図３（ａ）は、ビーム整形光学系によって整形する前のレーザビームのビーム形状及びレーザビームの光強度部分布を示す図である。図３（ａ）は、ビーム整形光学系によって整形した後のレーザビームのビーム形状及びレーザビームの光強度部分布を示す図である。 図４は、実施形態に係るレーザ加工機の制御ブロック図である。 図５は、次工程で曲げられる被曲げ部を有したワーク材を示す図である。 図６（ａ）（ｂ）は、第１実施形態に係る曲げ加工方法を含む、第１実施形態の特徴部分を示す模式図である。 図７（ａ）（ｂ）は、第１実施形態の変形例１に係る曲げ加工方法を含む、第１実施形態の変形例１の特徴部分を示す模式図である。 図８（ａ）は、第１実施形態の変形例２の特徴部分を示す模式図であり、図８（ｂ）は、第１実施形態の変形例３の特徴部分を示す模式図である。図８（ｃ）は、第１実施形態の変形例４の特徴部分としてレーザビームの照射軌跡を示す模式図である。 図９は、次工程で打ち抜かれる被打ち抜き部を有したワーク材を示す図である。 図１０（ａ）（ｂ）は、第２実施形態に係る打ち抜き加工を含む、第２実施形態の特徴部分を示す模式図である。 図１１（ａ）は、第２実施形態の変形例の特徴部分を示す模式図であり、図１１（ｂ）は、ビーム整形光学系によって整形した後のレーザビームのビーム形状及びレーザビームの光強度部分布を示す図である。 図１２（ａ）（ｂ）は、第３実施形態に係る打ち抜き加工を含む、第３実施形態の特徴部分を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態（第１実施形態から第３実施形態）について図１から図１２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「プレス加工」とは、曲げ加工、剪断加工、及び絞り加工等を含む意であり、「剪断加工」とは、打ち抜き加工を含む意である。「プレス加工される被加工部」とは、曲げられる被曲げ部、及び打ち抜かれる被打ち抜き部等を含む意である。「レーザ発振器の出力状態」とは、単にレーザビームのパワー（出力）だけではなく、パルス周波数指令やデューティー等を総合した状態のことをいう。「高張力鋼」とは、High Tensile Strength Steel（ＨＴＳＳ）を指しており、最も一般的なＳＳ４００材の引張強度の保証値である４００ＭＰａよりも大きい引張強度で、おおむね４９０ＭＰａ程度以上の引張強度の鋼材のことをいう。「引張強度の低い鋼材」とは、引張強度の保証値が４００Ｐａよりも小さい鋼材のことをいう。

また、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「設けられる」とは、直接的に設けられることの他に、別部材を介して間接的に設けられることを含む意であり、「備えられる」と同義である。「備える」とは、直接的に備えることの他に、別部材を介して間接的に備えることを含む意であり、「設ける」と同義である。図１において、「Ｘ軸方向」とは、水平方向の１つである左右方向のことをいい、「Ｙ軸方向」とは、水平方向の１つである前後方向のことをいい、「Ｚ軸方向」とは、上下方向（鉛直方向）のことをいう。

（第１実施形態）
図１に示すように、本発明の実施形態（第１実施形態から第３実施形態）に係るレーザ加工機１０は、板状のワーク材（金属板）Ｗに対してレーザ加工（切断加工）を行う加工機である。そして、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１０の具体的な構成は、以下の通りである。

レーザ加工機１０は、ワーク材Ｗを支持する加工テーブル（支持フレーム）１２を具備しており、この加工テーブル１２は、Ｘ軸方向（左右方向）へ延びている。加工テーブル１２は、その適宜位置に、ワーク材Ｗを把持する複数のクランプ部材（図示省略）を備えている。また、加工テーブル１２は、その上側に、門型の可動フレーム１４をＸ軸方向へ移動可能に備えている。可動フレーム１４は、Ｘ軸用モータ１６の駆動によりＸ軸方向へ移動するようになっている。

レーザ加工機１０は、１μｍ帯の波長のレーザビームＬＢを出力するファイバレーザ発振器１８を具備しており、ファイバレーザ発振器１８は、加工テーブル１２に対して離隔した位置に配置されている。また、ファイバレーザ発振器１８は、例えば、特開２０１２−２４７７８号公報等に示すように公知の構成からなるレーザ発振器であり、その構成の詳細については省略する。なお、レーザ発振器としてファイバレーザ発振器１８を用いる代わりに、ＣＯ₂レーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器、ディスクレーザ発振器、又はダイレクトダイオードレーザ発振器（ＤＤＬ発振器）等を用いてもよい。

可動フレーム１４は、その水平部１４ａに、キャリッジ２０をＹ軸方向（前後方向）へ移動可能に備えている。キャリッジ２０は、Ｙ軸用モータ２２の駆動によりＹ軸方向へ移動するようになっている。また、キャリッジ２０は、そのＸ軸方向の一側に、ファイバレーザ発振器１８から出力されたレーザビームＬＢをワーク材Ｗに向かって照射する筒状のレーザ加工ヘッド２４をＺ軸方向（上下方向）へ移動可能に備えている。換言すれば、可動フレーム１４における加工テーブル１２の上方には、レーザ加工ヘッド２４がキャリッジ２０を介してＹ軸方向及びＺ軸方向へ移動可能に設けられている。レーザ加工ヘッド２４は、Ｚ軸用モータ２６の駆動によりＺ軸方向へ移動するようになっている。

レーザ加工ヘッド２４（レーザ加工ヘッド２４の照射位置）は、Ｘ軸用モータ１６の駆動により可動フレーム１４と一体的にＸ軸方向へ移動しかつＹ軸用モータ２２の駆動によりキャリッジ２０と一体的にＹ軸方向へ移動するようになっている。換言すれば、Ｘ軸用モータ１６及びＹ軸用モータ２２は、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的にＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるヘッド移動部（照射移動部）に相当する。なお、図示はしないが、レーザ加工ヘッド２４をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動不能に固定した場合には、ワーク材ＷをＸ軸方向及び／又はＹ軸方向へ移動させるワーク用移動アクチュエータ（ワーク用移動機構）をヘッド移動部として用いてもよい。

図１及び図２（ａ）に示すように、レーザ加工ヘッド２４は、キャリッジ２０のＸ軸方向の一側にＺ軸方向に移動可能に設けられた筒状の加工ヘッド本体２８と、加工ヘッド本体２８の先端部に着脱可能に設けられかつレーザビームＬＢを照射するためのノズル３０とを有している。レーザ加工ヘッド２４（加工ヘッド本体２８）は、鉛直方向に対して傾斜可能に構成してもよく、ノズル３０は、例えば、特許第４１７７３４３号公報に示す公知のノズル交換装置（図示省略）によって適宜に交換できるようになっている。

レーザ加工ヘッド２４は、加工ヘッド本体２８内に入射されかつ発散角を持ったレーザビームＬＢをコリメートするコリメートレンズ３２を有している。また、レーザ加工ヘッド２４は、コリメートされたレーザビームＬＢをワーク材Ｗに向かって集束する集束レンズ３４を有している。なお、レーザビームのＬＢの集束位置をＺ軸方向に調整するため、集束レンズ３４は、集束レンズ用モータ３６の駆動により光軸方向（Ｚ軸方向）に位置調整可能になっている。レーザビームＬＢの集束位置をワーク材Ｗの表面Ｆａに対して上方向へデフォーカスさせ又は下方向へインフォーカスさせることによって、レーザビームＬＢの照射径（照射面積）やビームプロファイルを変更することができる。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、加工ヘッド本体２８内にコリメートレンズ３２を備える代わりに、正レンズ３８と負レンズ４０とを備えてもよい。この場合には、負レンズ４０から出射されたレーザビームＬＢをコリメートしかつ集束レンズ３４への所定の入射径になるように調整することにより、集束レンズ３４を透過したビームＬＢの集束径（ウェストビーム）と発散角を変更することができる。そのため、正レンズ３８が正レンズ用モータ４２の駆動により光軸方向に位置調整可能になっており、負レンズ４０が負レンズ用モータ４４の駆動により光軸方向に位置調整可能になっている。

図１及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、レーザ加工機１０は、ファイバレーザ発振器１８から出力されたレーザビームＬＢをレーザ加工ヘッド２４に伝送するビーム伝送部（伝送光学系）４６を具備している。また、ビーム伝送部４６は、ファイバレーザ発振器１８からレーザビームＬＢを取り出すためのフィーディングファイバ４８と、レーザ加工ヘッド２４にレーザビームＬＢを伝送するためのプロセスファイバ５０と、フィーディングファイバ４８の出射端とプロセスファイバ５０の入射端との間でレーザビームＬＢを光結合するビームカプラ５２とを有している。

ビームカプラ５２は、カプラケース５４を有しており、カプラケース５４の一端側（入射側）には、フィーディングファイバ４８の出射端が接続されている。カプラケース５４の他端側（出射側）には、プロセスファイバ５０の入射端が接続されている。また、ビームカプラ５２は、フィーディングファイバ４８の出射端から出射されたレーザビームＬＢをコリメートするコリメートレンズ５６を有している。更に、ビームカプラ５２は、コリメートされたレーザビームＬＢをプロセスファイバ５０の入射端に向かって集束する集束レンズ５８を有している。

なお、ファイバレーザ発振器１８の代わりに、レーザ発振器としてＣＯ₂レーザ発振器やＤＤＬ発振器を採用した場合は、レーザ発振器からレーザ加工ヘッド２４へのレーザビームＬＢの伝送を空間伝送してもよく、その場合は、適宜の公知技術を用いてワーク材ＷまでのレーザビームＬＢの光路長を一定に保つようにすることができる。

図２（ａ）（ｂ）及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、レーザ加工ヘッド２４は、レーザビームＬＢのビーム形状を円形状からレーザ加工ヘッドの移動方向（進行方向）ＭＤの反対側へ延びる尾を有した形状に整形するビーム整形光学系（図示省略）を有してもよい。

図１及び図４に示すように、レーザ加工機１０は、加工プログラム及び熱処理プログラムに基づいて、ファイバレーザ発振器１８の出力状態、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、レーザ加工ヘッド２４の動作、及びＺ軸用モータ２６の駆動を制御する制御部（制御装置）６０を具備している。制御部６０は、１つ又は複数のコンピュータによって構成されており、制御部６０は、加工プログラム及び熱処理プログラム等を記憶するメモリと、加工プログラム及び熱処理プログラムを解釈して実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）とを備えている。ここで、レーザ加工ヘッド２４の動作には、集束レンズ用モータ３６の駆動、正レンズ用モータ４２の駆動、及び負レンズ用モータ４４の駆動の動作が含まれている。

そして、図５に示すように、ワーク材Ｗが高張力鋼、ステンレス鋼の鉄系金属材料からなりかつ次工程で曲げられる被曲げ部Ｗｂを有している場合には、制御部６０は、次のような構成を有している。なお、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂは、ワーク材Ｗにおける製品展開形状の中に含まれている。

図１、図４、図５、及び図６（ａ）に示すように、制御部６０は、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、ファイバレーザ発振器１８の出力状態、及びレーザ加工ヘッド２４の動作を制御するようになっている。制御部６０は、その際に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における裏面Ｆｂから少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材Ｗの母材硬度（母材の硬度）よりも低硬度に局所的に熱処理（アニーリング処理）されるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御するようになっている。具体的には、制御部６０は、前述のようにワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの内部組織（材料組織：microstructure）を変化させるため、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度（レーザ加工ヘッド２４の照射位置の相対的な移動速度）、レーザビームＬＢの照射面積、及びレーザビームＬＢの出力状態等を制御して、ワーク材Ｗに被曲げ部Ｗｂに投入されるレーザビームＬＢの単位時間当たりのパワー密度を調整している。一例として、高張力鋼からなるワーク材Ｗ（板厚１．２ｍｍ）の被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理を行う際のレーザ条件は、レーザビームＬＢの出力：０．８ｋＷ、レーザビームＬＢのビームウェイスト：φ４．７ｍｍ、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度：１．５ｍ/分と設定した。なお、比較例として、同じワーク材Ｗの切断を行う際のレーザ条件は、レーザビームＬＢの標準的な出力：４ｋＷ又は２ｋＷ、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度（切断速度）：４０ｍ/分又は２４ｍ/分になっている。また、図６（ａ）（ｂ）において、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低高度になっている領域には、点ハッチングが施してあり、ワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になっている領域には、斜線ハッチングが施してある。

図２（ａ）（ｂ）、図３（ａ）（ｂ）、及び図４に示すように、制御部６０は、ワーク材に対してレーザ切断加工を行う際におけるレーザビームＬＢの照射径よりも、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理を行う際におけるレーザビームＬＢの照射径が大きくなるように、集束レンズ用モータ３６の駆動（正レンズ用モータ４２の駆動及び負レンズ用モータ４４の駆動）を制御するようになっている。

制御部６０は、各種アシストガスのガス圧、ガス種等も前記局所的な熱処理用に適応するように制御している。制御部６０は、レーザビームＬＢがワーク材Ｗの表面Ｆａに与える単位時間当たりのパワー密度とレーザビームＬＢの照射面積とを制御している。

また、制御部６０は、レーザ加工ヘッド２４がビーム整形光学系を有している場合には、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理を行う際におけるレーザ光のビーム形状を前記尾を有した形状に整形するように、ビーム整形光学系の動作を制御してもよい。これにより、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの表面Ｆａ側の領域において、レーザビームＬＢの照射が急に途切れると急冷却されて焼入れされる傾向にあるものを、レーザビームＬＢの照射を徐々に減少させるようにすることができる。その結果、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの表面Ｆａ側の領域において、ワーク材Ｗの内部の熱伝導と共に徐々に放熱されて焼入れされ難くなる。

続いて、第１実施形態の作用について、第１実施形態に係る曲げ加工方法を含めて説明する。ここで、第１実施形態に係る曲げ加工方法は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げるための方法である。

図１、図４、図５、及び図６（ａ）に示すように、制御部６０は、前述のように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御する。これにより、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることができる。すると、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における裏面Ｆｂから少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行うことができる。また、同様に、ワーク材Ｗの他の被曲げ部Ｗｂに対しても局所的に熱処理を行う。ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における表面Ｆａ側の領域は、ワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になっている。

その後、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗにおける製品展開形状の輪郭線に沿ってレーザビームＬＢを照射しながらＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。これにより、ワーク材Ｗに対してレーザ加工（切断加工）を行って、元形状のワーク材Ｗから製品展開形状のワーク材Ｗを取り出すことができる。

更に、図６（ｂ）に示すように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの低硬度側が曲げ外側になるように、曲げ加工機における曲げ加工用の上部金型６２と下部金型６４の協働によりワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げる。また、同様に、ワーク材Ｗの他の被曲げ部Ｗｂの低硬度側が曲げ外側になるように、曲げ加工機における曲げ加工用の上部金型６２と下部金型６４の協働によりワーク材Ｗの他の被曲げ部Ｗｂを曲げる。これにより、ワーク材Ｗから曲げ製品を製作することができる。

前述のように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げる前に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における裏面Ｆｂから少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げる前に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における半分以上の領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

従って、第１実施形態によれば、ワーク材Ｗが例えば高張力鋼等の鉄系金属材料からなる場合であっても、そのワーク材Ｗの引張強度に必要な曲げ荷重を従来よりも低減して、従来の曲げ加工機で容易に曲げ加工できると共に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの割れ等を抑えて、曲げ加工の加工品質の向上を図ることができる。

（第１実施形態の変形例１）
第１実施形態の変形例１について図１、図４、図５、及び図７（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

図４及び図５に示すように、第１実施形態の変形例１においては、ワーク材Ｗが高張力鋼、ステンレス鋼の鉄系金属材料からなりかつ次工程で曲げられる被曲げ部Ｗｂを有している場合に、制御部６０は、次のような構成を有している。

図５及び図７（ａ）に示すように、制御部６０は、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、ファイバレーザ発振器１８の出力、及びレーザ加工ヘッド２４の動作を制御するようになっている。制御部６０は、その際に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における表面Ｆａから少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理（アニーリング処理）されるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御するようになっている。具体的には、制御部６０は、前述の実施形態の場合と同様に、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度、レーザビームＬＢの照射面積、及びレーザビームＬＢの出力状態等を制御するようになっている。なお、図７（ａ）（ｂ）において、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低高度になっている領域には、点ハッチングが施してあり、ワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になっている領域には、斜線ハッチングが施してある。

続いて、第１実施形態の変形例１の作用について、第１実施形態の変形例１に係る曲げ加工方法を含めて説明する。ここで、第１実施形態の変形例１に係る曲げ加工方法は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げるための方法である。

図１、図４、図５、及び図７（ａ）に示すように、制御部６０は、前述のように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御する。これにより、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることができる。すると、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における表面Ｆａから少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行うことができる。また、同様に、ワーク材Ｗの他の被曲げ部Ｗｂに対しても局所的に熱処理を行う。ここで、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して水平方向にオフセットした箇所の表面Ｆａ側の領域は、ワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になっている。

その後、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗにおける製品展開形状の輪郭線に沿ってレーザビームＬＢを照射しながらＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。これにより、ワーク材Ｗに対してレーザ加工（切断加工）を行って、元形状のワーク材Ｗから製品展開形状のワーク材Ｗを取り出すことができる。

更に、図７（ｂ）に示すように、ワーク材Ｗを反転させた状態で、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの低硬度側が曲げ外側になるように、曲げ加工機における曲げ加工用の上部金型６２と下部金型６４の協働によりワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げる。また、同様に、ワーク材Ｗを反転させた状態で、ワーク材Ｗの他の被曲げ部Ｗｂの低硬度側が曲げ外側になるように、曲げ加工機における曲げ加工用の上部金型６２と下部金型６４の協働によりワーク材Ｗの他の被曲げ部Ｗｂを曲げる。これにより、ワーク材Ｗから曲げ製品を製作することができる
。

前述のように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げる前に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における裏面Ｆｂから少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げる前に、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における半分以上の領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

従って、第１実施形態の変形例１によれば、前述の第１実施形態の効果と同様の効果を奏するものである。

（第１実施形態の変形例２）
第１実施形態の変形例２について図１及び図８（ａ）を参照して説明する。

図１及び図８（ａ）に示すように、第１実施形態の変形例２においては、第１実施形態の場合に比べてファイバレーザ発振器１８の出力を十分に下げた状態で、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることができる。すると、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における表面Ｆａ側の領域のみがワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行うことができる。なお、図８（ａ）において、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低高度になっている領域には、点ハッチングが施してある。

（第１実施形態の変形例３）
第１実施形態の変形例３について図１及び図８（ｂ）を参照して説明する。

図１及び図８（ｂ）に示すように、第１実施形態の変形例２においては、第１実施形態の場合と同様に、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。そして、再度、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。すると、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行うことができる。なお、図８（ｂ）において、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低高度になっている領域には、点ハッチングが施してある。

（第１実施形態の変形例４）
第１実施形態の変形例４について図１及び図８（ｃ）を参照して説明する。

図１及び図８（ｃ）に示すように、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを含む近傍に向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被曲げ部Ｗｂに沿って蛇行しながらＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させる。換言すれば、レーザ加工ヘッド２４の先端部から照射されるレーザビームＬＢの照射軌跡Ｔは、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに沿って蛇行状になっている。これにより、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になる領域を被曲げ部Ｗｂに沿って不連続に形成することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について図１から図４、図９、及び図１０（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

図４及び図９に示すように、第２実施形態においては、ワーク材Ｗが高張力鋼、ステンレス鋼の鉄系金属材料からなりかつ次工程で打ち抜かれる被打ち抜き部Ｗｐを有している場合に、制御部６０は、次のような構成を有している。なお、第２実施形態においては、ワーク材Ｗにおける被打ち抜き部Ｗｐの内側部分（被打ち抜き部Ｗｐによって囲まれる部分）は、製品に相当する部分Ｗｍになっており、ワーク材Ｗにおける被打ち抜き部Ｗｐの外側部分は、残材に相当する部分Ｗｃになっている。

図１、図４、及び図１０（ａ）に示すように、制御部６０は、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被打ち抜き部Ｗｐに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、ファイバレーザ発振器１８の出力、及びレーザ加工ヘッド２４の動作を制御するようになっている。制御部６０は、その際に、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理（アニーリング処理）されるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御するようになっている。具体的には、制御部６０は、前述のようにワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの内部組織（材料組織：microstructure）を変化させるため、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度（レーザ加工ヘッド２４の照射位置の相対的な移動速度）、レーザビームＬＢの照射面積、及びレーザビームＬＢの出力状態等を制御して、ワーク材Ｗに被打ち抜き部Ｗｐに投入されるレーザビームＬＢの単位時間当たりのパワー密度と照射面積を調整している。一例として、高張力鋼からなるワーク材Ｗ（板厚１．２ｍｍ）の被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理を行う際のレーザ条件は、レーザビームＬＢの出力：０．８ｋＷ、レーザビームＬＢのビームウェイスト：φ４．７ｍｍ、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度：１．５ｍ/分と設定した。なお、比較例として、同じワーク材Ｗの切断を行う際のレーザ条件は、レーザビームＬＢの標準的な出力：４ｋＷ又は２ｋＷ、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度（切断速度）：４０ｍ/分又は２４ｍ/分になっている。また、図１０（ａ）（ｂ）において、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低高度になっている領域には、点ハッチングが施してあり、ワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になっている領域には、斜線ハッチングが施してある。

制御部６０は、各種アシストガスのガス圧、ガス種等も前記局所的な熱処理用に適応するように制御している。制御部６０は、レーザビームＬＢがワーク材Ｗの表面Ｆａに与える単位時間当たりのパワー密度とレーザビームＬＢの照射面積とを制御している。

図２（ａ）（ｂ）、図３（ａ）（ｂ）、及び図４に示すように、制御部６０は、ワーク材に対してレーザ切断加工を行う際におけるレーザビームＬＢの照射径よりも、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに対して局所的に熱処理を行う際におけるレーザビームＬＢの照射径が大きくなるように、集束レンズ用モータ３６の駆動（正レンズ用モータ４２の駆動及び負レンズ用モータ４４の駆動）を制御するようになっている。

続いて、第２実施形態の作用について、第２実施形態に係る打ち抜き加工方法を含めて説明する。ここで、第２実施形態に係る打ち抜き加工方法は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜くための方法である。

図１、図４、図９、及び図１０（ａ）に示すように、制御部６０は、前述のように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御する。これにより、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに対してオフセットした箇所に向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被打ち抜き部Ｗｐに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることができる。すると、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行うことができる。ここで、レーザ加工ヘッド２４は、鉛直方向に対して傾斜させてもよい。ワーク材Ｗのうち残材に相当する部分Ｗｃにのみワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度の領域が生成されるようになっている。

その後に、図１０（ｂ）に示すように、ワーク材Ｗをパンチプレスにおける打ち抜き加工用の上部金型６６と下部金型６８に対して相対的に被打ち抜き部Ｗｐに沿って水平方向へ移動位置決めしながら、打ち抜き加工用の上部金型６６と下部金型６８の協働によりワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜く。これにより、ワーク材Ｗから製品（図示省略）を取り出すことができる。

前述のように、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜く前に、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材の被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜く前に、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域の引張強度を低下させて、その領域の延伸性（伸び性）を高めることができる。

従って、第２実施形態によれば、ワーク材Ｗが例えば高張力鋼等の鉄系金属材料からなる場合であっても、そのワーク材Ｗの引張強度に必要な打ち抜き荷重を低減して、従来のパンチプレスで容易に打ち抜き加工することができる。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態の変形例について図２（ａ）（ｂ）及び図１１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

図２（ａ）（ｂ）及び図１１（ａ）（ｂ）に示すように、第２実施形態の変形例においては、レーザ加工ヘッド２４がビーム整形光学系（図示省略）を有した場合に、ビーム整形光学系によってレーザビームＬＢのビーム形状を円形状（図３（ａ）参照）からツイン型の楕円形状に整形している。そして、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被打ち抜き部Ｗｐに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることができる。すると、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理（アニーリング処理）を行うことができる。なお、図１１（ａ）において、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低高度になっている領域には、点ハッチングが施してあり、ワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になっている領域には、斜線ハッチングが施してある。

また、ビーム整形光学系によってレーザビームＬＢのビーム形状をツイン型の楕円形状に整形する代わりに、２つのレーザ加工ヘッド２４を用いてもよい。この場合には、各レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに向かってレーザビームＬＢを照射することになる。

（第３実施形態）
第３実施形態について図１、図４、図９から図１２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。

図４及び図９に示すように、第３実施形態においては、ワーク材Ｗが引張強度の低い鋼材等の鉄系金属材料からなりかつ次工程で打ち抜かれる被打ち抜き部Ｗｐを有している場合に、制御部６０は、次のような構成を有している。

図１、図４、及び図１２（ａ）に示すように、制御部６０は、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに箇所に向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被打ち抜き部Ｗｐに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、ファイバレーザ発振器１８の出力、及びレーザ加工ヘッド２４の動作を制御するようになっている。制御部６０は、その際に、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度に局所的に熱処理（焼入れ処理）されるように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御するようになっている。具体的には、制御部６０は、前述のようにワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの内部組織（材料組織：microstructure）を変化させるため、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度（レーザ加工ヘッド２４の照射位置の相対的な移動速度）、レーザビームＬＢの照射面積、及びレーザビームＬＢの出力状態等を制御して、ワーク材Ｗに被打ち抜き部Ｗｐに投入されるレーザビームＬＢの単位時間当たりのパワー密度を調整している。一例として、引張強度の低い鋼材からなるワーク材Ｗ（板厚１．２ｍｍ）の被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理を行う際のレーザ条件は、レーザビームＬＢの出力：０．８ｋＷ、レーザビームＬＢのビームウェイスト：φ４．７ｍｍ、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度：１．５ｍ/分と設定した。なお、比較例として、同じワーク材Ｗの切断を行う際のレーザ条件は、レーザビームＬＢの標準的な出力：４ｋＷ又は２ｋＷ、レーザビームＬＢの照射位置の照射速度（切断速度）：４０ｍ/分又は２４ｍ/分になっている。また、図１２において、ワーク材Ｗの母材硬度よりも低高度になっている領域には、点ハッチングが施してあり、ワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になっている領域には、斜線ハッチングが施してある。

制御部６０は、各種アシストガスのガス圧、ガス種等も前記局所的な熱処理用に適応するように制御している。制御部６０は、レーザビームＬＢがワーク材Ｗの表面Ｆａに与える単位時間当たりのパワー密度とレーザビームＬＢの照射面積とを制御している。

図４及び図１２（ａ）（ｂ）に示すように、制御部６０は、ワーク材に対してレーザ切断加工を行う際におけるレーザビームＬＢの照射径よりも、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに対して局所的に熱処理を行う際におけるレーザビームＬＢの照射径が大きくなるように、集束レンズ用モータ３６の駆動（正レンズ用モータ４２の駆動及び負レンズ用モータ４４の駆動）を制御するようになっている。

続いて、第３実施形態の作用について、第３実施形態に係る打ち抜き加工方法を含めて説明する。ここで、第３実施形態に係る打ち抜き加工方法は、鉄系金属材料からなる板状のワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜くための方法である。

図１、図４、図９、及び図１２（ａ）に示すように、制御部６０は、前述のように、Ｘ軸用モータ１６の駆動、Ｙ軸用モータ２２の駆動、及びファイバレーザ発振器１８の出力状態等を制御する。これにより、レーザ加工ヘッド２４の先端部からワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに向かってレーザビームＬＢを照射しながら、レーザ加工ヘッド２４をワーク材Ｗに対して相対的に被打ち抜き部Ｗｐに沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることができる。すると、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になるように、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に熱処理（焼入れ処理）を行うことができる。

その後に、図１２（ｂ）に示すように、ワーク材Ｗをパンチプレスにおける打ち抜き加工用の上部金型６６と下部金型６８に対して相対的に被打ち抜き部Ｗｐに沿って水平方向へ移動位置決めしながら、打ち抜き加工用の上部金型６６と下部金型６８の協働によりワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜く。これにより、ワーク材Ｗから製品（図示省略）を取り出すことができる。

前述のように、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜く前に、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域がワーク材Ｗの母材硬度よりも高硬度になるように、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに対して局所的に熱処理を行っている。これにより、ワーク材の被打ち抜き部Ｗｐを打ち抜く前に、ワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐの板厚方向における表面Ｆａから裏面Ｆｂにかけての領域の引張強度を高めて、その領域の延伸性（伸び性）を低下させることができる。

従って、第３実施形態によれば、ワーク材Ｗが引張強度の低い鋼材等の鉄系金属材料からなる場合に、ワーク材Ｗの打ち抜き加工によってワーク材Ｗにバリが生じること抑えて、打ち抜き加工の加工品質の向上を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、次のように、種々の態様で実施可能である。即ち、第２実施形態においてワーク材Ｗの被打ち抜き部Ｗｐに対して行う熱処理（アニーリング処理）を、ワーク材Ｗの被曲げ部Ｗｂを曲げる前に、ワークＷの被曲げ部Ｗｂに対して局所的に行ってもよい。

そして、本発明に包含される権利範囲は、前述の実施形態に限定されないものである。

１０ レーザ加工機
１２ 加工テーブル
１４ 可動フレーム
１６ Ｘ軸用モータ（ヘッド移動部）
１８ ファイバレーザ発振器（レーザ発振器）
２０ キャリッジ
２２ Ｙ軸用モータ（ヘッド移動部）
２４ レーザ加工ヘッド
２６ Ｚ軸用モータ
２８ 加工ヘッド本体
３０ ノズル
３２ コリメートレンズ
３４ 集束レンズ
３６ 集束レンズ用モータ
３８ 正レンズ
４０ 負レンズ
４２ 正レンズ用モータ
４４ 負レンズ用モータ
４６ ビーム伝送部（伝送光学系）
４８ フィーディングファイバ
５０ プロセスファイバ
５２ ビームカプラ
５４ カプラケース
５６ コリメートレンズ
５８ 集束レンズ
６０ 制御部（制御装置）
６２ 曲げ加工用の上部金型
６４ 曲げ加工用の下部金型
６６ 打ち抜き加工用の上部金型
６８ 打ち抜き加工用の下部金型
ＬＢ レーザビーム（レーザビーム）
Ｗ ワーク材
Ｗｂ 被曲げ部
Ｗｐ 被打ち抜き部
Ｗｃ 残材に相当する部分
Ｗｍ 製品に相当する部分
Ｆａ 表面
Ｆｂ 裏面

Claims (8)

1. 板状のワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工機であって、
   ワーク材を支持する加工テーブルと、
   レーザビームを出力するレーザ発振器と、
   前記加工テーブルの上方に設けられ、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをワーク材に向かって照射するレーザ加工ヘッドと、
   前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部と、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに伝送するビーム伝送部と、
   前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御する制御部と、を具備し、
   前記制御部は、ワーク材が鉄系金属材料からなりかつ次工程でプレス加工される被加工部を有している場合に、前記レーザ加工ヘッドからワーク材の被加工部或いは被加工部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被加工部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被加工部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作及び前記ビーム伝送部の動作のうち少なくともいずれかを制御することを特徴とするレーザ加工機。
2. 板状のワーク材に対してレーザ加工を行うレーザ加工機であって、
   ワーク材を支持する加工テーブルと、
   レーザビームを出力するレーザ発振器と、
   前記加工テーブルの上方に設けられ、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをワーク材に向かって照射するレーザ加工ヘッドと、
   前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に水平方向へ移動させるヘッド移動部と、
   前記レーザ発振器から出力されたレーザビームをレーザ加工ヘッドに伝送するビーム伝送部と、
   前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御する制御部と、を具備し、
   前記制御部は、ワーク材が鉄系金属材料からなりかつ次工程で曲げられる被曲げ部を有している場合に、前記レーザ加工ヘッドからワーク材の被曲げ部或いは被曲げ部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被曲げ部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作及び前記ビーム伝送部の動作のうち少なくともいずれかを制御することを特徴とするレーザ加工機。
3. 前記制御部は、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面或いは表面から少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度に局所的に熱処理されるように、前記レーザ発振器の出力状態及び前記ヘッド移動部の駆動を制御すると共に、前記レーザ加工ヘッドの動作を制御する請求項２に記載のレーザ加工機。
4. 前記制御部は、ワーク材に対してレーザ切断加工を行う際におけるレーザビームの照射径よりも、ワーク材の被曲げ部或いは被打ち抜き部に対して局所的に熱処理を行う際におけるレーザビームの照射径が大きくなるように、前記レーザ加工ヘッドの動作を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
5. 前記レーザ発振器は、１μｍ帯の波長のレーザビームを出力するファイバレーザ発振器であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のレーザ加工機。
6. 鉄系金属材料からなる板状のワーク材の被加工部をプレス加工するためのプレス加工方法であって、
   レーザ加工ヘッドからワーク材の被加工部或いは被加工部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被加工部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被加工部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被加工部に対して局所的に熱処理を行い、
   その後に、プレス工機における上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被加工部をプレス加工することを特徴とするプレス加工方法。
7. 鉄系金属材料からなる板状のワーク材の被曲げ部を曲げるための曲げ加工方法であって、
   レーザ加工ヘッドからワーク材の被曲げ部或いは被曲げ部に対して水平方向にオフセットした箇所に向かってレーザビームを照射しながら、前記レーザ加工ヘッドをワーク材に対して相対的に被曲げ部に沿って水平方向へ移動させて、ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面側或いは表面側の領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被曲げ部に対して局所的に熱処理を行い、
   その後に、ワーク材の被曲げ部の低硬度側が曲げ外側になるように、曲げ加工機における曲げ加工用の上部金型と下部金型の協働によりワーク材の被曲げ部を曲げることを特徴とする曲げ加工方法。
8. ワーク材の被曲げ部の板厚方向における裏面或いは表面から少なくとも板厚の半分までの領域がワーク材の母材硬度よりも低硬度になるように、ワーク材の被曲げ部に対して局所的に熱処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の曲げ加工方法。

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