JP2021142532A - レーザ・パンチ複合システム - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ・パンチ複合システムにおいて、パンチ加工とレーザ加工によってピアス穴を形成する際に、スパッタやドロスに起因する加工不良を減らす。【解決手段】レーザ・パンチ複合加工機１において、パンチプレス３は、ワークＷに窪み部５１を形成する。レーザ加工機５は、窪み部５１の位置でピアス加工を行う。パンチプレス３は、ワーク３に対して、窪み部５１を形成する窪み加工を行うための成形パンチ３１を有している。窪み部５１は、内周面５３とそれに連続する底部５５とを有する。成形パンチ３１の先端は、ワークＷに入り込む部分であるパンチ先端部３３を有している。パンチ先端部３３は、外周部３５と、外周部３５に接続されており外周部３５と所定の角度を成す接続部３９を有する底辺部３７とを有している。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ・パンチ複合システム、特に、パンチを用いて金属板に窪み部を形成し次にレーザ加工を用いて窪み部にピアス穴を形成するシステムに関する。

金属板を切断する技術として、レーザ加工が知られている。レーザ加工では、最初に、レーザ発振器の作動によりレーザ加工ヘッドの先端部から金属板の穴明け予定箇所に向かってレーザ光を照射する。これにより、ピアス穴が形成される。そして、ピアス穴を起点として、金属板がレーザ加工されて切断される。
ピアス穴を空ける前に、パンチ加工によって、断面Ｖ字（円錐）の窪み加工を行う技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平５−８０６６号公報

従来、レーザ切断加工開始位置にピアシング加工を行うとき、ワークの裏面（下面）に貫通孔が達するまでは、レーザ光の照射によって溶融した溶融金属はレーザ切断加工位置へ噴射されている高圧ガスによってスパッタとして周囲上方に飛散される。そして、飛散されたスパッタはワーク上面に落下して溶着することがあった。
本願の発明者が特許文献１の技術を検討した結果、特許文献１のように断面Ｖ字（円錐）の窪みを設けてからレーザ光によるピアス加工を行った場合には、スパッタやドロスによる上記不具合を解消でき、つまり加工終了製品に不良が発生することが分かった。

本発明の目的は、レーザ・パンチ複合システムにおいて、パンチ加工とレーザ加工によってピアス穴を形成する際に、スパッタやドロスに起因する加工不良を減らすことにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係るレーザ・パンチ複合システムは、ワークを加工するものであり、パンチ加工部と、レーザ加工部とを備えている。
パンチ加工部は、ワークに窪み部を形成する。
レーザ加工部は、窪み部の位置でピアス加工を行う。
パンチ加工部は、ワークに対して、内周面と内周面に連続する底部とを有する窪み部を形成する窪み加工を行うためのパンチを有している。
パンチの先端は、ワークに入り込む部分である下方向突出部を有している。
下方向突出部は、外周部と、外周部に接続されており外周部と所定の角度を成す接続部を有する底辺部とを有している。
このシステムでは、レーザ加工によるピアス加工の前にピアス位置へ成形による窪み部を形成することで、レーザ加工時にスパッタやドロスが周りへ飛散するのを防止できる。
このシステムでは、パンチの下方向突出部が外周部に接続されており外周部と所定の角度を成す接続部を有する底辺部を有している。したがって、窪み部は、被加工物の面から下方に延びる壁状の内周面によって囲まれている。したがって、レーザ加工時にスパッタ等が窪み部の外に出にくくなる。その結果、スパッタやドロスに起因する加工不良が減る。

底辺部は、接続部を含み外周部から所定の角度を成して延びる延長部と、延長部からさらに下方に突出する第１突出部とを有していてもよい。
このシステムでは、窪み部は、延長部に対応する段部と、第１突出部に対応する第１凹部とを有する。したがって、スパッタは、段部にたまることで、第１凹部に逆流しにくい。

第１突出部は円錐面の少なくとも一部を有していてもよい。
このシステムでは、窪み部は、第１突出部に対応する円錐状の第１凹部を有する。したがって、他の形状に比べて成形する体積が減り、それよりパンチ加工部の圧力能力を軽減できる。

底辺部は、接続部を含み外周部からさらに下方に突出する第２突出部を有していてもよい。
このシステムでは、窪み部の内周面の下端からさらに下方に延びる第２凹部が形成されるので、深く成形を行っても成形部の体積を減らすことができ、そのためパンチ加工部の圧力能力を減らすことができる。

本発明に係るレーザ・パンチ複合システムでは、パンチ加工とレーザ加工によってピアス穴を形成する際に、スパッタやドロスに起因する加工不良を減らせる。

第１実施形態のレーザ・パンチ複合加工機の模式的斜視図。 第１実施形態のパンチプレスとレーザ加工機の模式的正面図。 第１実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第１実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第１実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第１実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第２実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第２実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第３実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第３実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第４実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第４実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第５実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第５実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第６実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第６実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第７実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第７実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第８実施形態の成形パンチの模式的側面図。 第８実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。 第９実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図。

１．第１実施形態
（１）基本構成
図１〜図３を用いて、第１実施形態のレーザ・パンチ複合加工機１を説明する。図１は、レーザ・パンチ複合加工機の模式図である。図２は、レーザ・パンチ複合加工機の制御構成を示すブロック図である。図３は、成形パンチの模式的側面図である。
レーザ・パンチ複合加工機１は、金属製の板状のワーク（被加工物）Ｗにパンチング加工を行うためのパンチプレス３と、ワークＷにレーザ切断加工を行うためのレーザ加工機５とを複合化した構成である。

パンチプレス３は、ワークＷにパンチング加工を行うことで、ワークＷに窪み部５１（後述）を形成する。
レーザ加工機５（レーザ加工部の一例）は、窪み部５１にレーザ光を照射してピアス加工を行い、続いて製品の輪郭のレーザ切断加工を行う。

図２に示すように、レーザ・パンチ複合加工機１は、コントローラ７１を有している。コントローラ７１は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。コントローラ７１は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
コントローラ７１は、パンチ駆動部７３、レーザ駆動部７５及び加工テーブル移動装置７７を制御する。
レーザ・パンチ複合加工機１は、ワークＷを支持する加工テーブル９を有している。この実施形態では、加工テーブル９は、加工テーブル移動装置７７によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能になっている。加工テーブル移動装置７７は、モータやボールネジ機構等からなる公知技術である。

（２）パンチプレス
パンチプレス３のパンチ加工部３Ａ（パンチ加工部の一例）は、加工テーブル９の上方に離れた位置に設けられている。この実施形態では、パンチ加工部３Ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動不能である。

パンチ加工部３Ａは、パンチ保持部材２１を有している。パンチ保持部材２１は、図示しないフレームに固定されており、Ｚ軸方向へ延びたガイドレール（図示せず）によってＺ軸方向へ移動可能である。パンチプレス３は、パンチ保持部材２１をＺ軸方向へ移動させるＺ軸サーボモータ（パンチ駆動部７３の一部）を有している。パンチ加工部３Ａは、図示しないフレームにＺ軸方向へ移動可能になるように設けられている。パンチ加工部３Ａは、Ｚ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＺ軸方向へ移動する。

パンチ加工部３Ａは、成形パンチ３１（パンチの一例）を有している。成形パンチ３１は、パンチ保持部材２１の下部に着脱可能に装着されている。成形パンチ３１は、Ｚ軸サーボモータの駆動によりパンチ保持部材２１と一体的にＺ軸方向へ移動する。
成形パンチ３１は、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１を形成する。図３に示すように、成形パンチ３１は、円錐状のパンチ基部３２と、その先端側（下端側）に一体形成されたパンチ先端部３３（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３は、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３は、外周部３５（外周部の一例）と、外周部３５に接続された底辺部３７（底辺部３７）とを有している。底辺部３７は、外周部３５と所定の角度を成す接続部３９（接続部の一例）を有している。
さらに詳細には、底辺部３７は、接続部３９を含み外周部３５から所定の角度を成して延びる延長部４１（延長部の一例）と、延長部４１からさらに下方に突出する円錐突出部４３（第１突出部の一例）とを有している。延長部４１は、環状の水平面である。
なお、第１突出部は、角錐形状であってもよい。

（３）レーザ加工機
レーザ加工機５は、レーザ加工ヘッド１５を有している。レーザ加工ヘッド１５は、ワークＷに向かってアシストガスを噴射しつつレーザ光ＬＢを照射する。
レーザ加工ヘッド１５は、ファイバレーザ発振器（図示せず、レーザ駆動部７５の一部）にプロセスファイバー（図示せず）を介して光学的に接続されおり、プロセスファイバーの出射端から出射されたレーザ光ＬＢを平行光に変換するコリメートレンズ（図示せず）、そこ出射されたレーザ光ＬＢを集光する集光レンズ（図示せず）を備えている。また、レーザ加工ヘッド１５は、アシストガスを供給するガス供給源（図示せず）に接続されている。なお、ファイバレーザ発振器以外の他のレーザが用いられてもよい。
レーザ加工ヘッド１５は、加工テーブル９の上方に離れた位置に設けられている。この実施形態では、レーザ加工ヘッド１５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動不能である。レーザ加工ヘッド１５は、図示しないフレームにＺ軸方向へ移動可能になるように設けられている。レーザ加工ヘッド１５は、Ｚ軸サーボモータ（図示省略）の駆動によりＺ軸方向へ移動する。

（４）レーザ穴明け加工方法
図４〜図６を用いて、本実施形態に係るレーザ穴明け加工方法を説明する。図４〜図６は、加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。
（４−１）窪み部形成工程
最初に、加工テーブル９にワークＷを支持させた状態で、パンチプレス３をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、成形パンチ３１のパンチ先端部３３をワークＷの窪み形成予定箇所に対してＺ軸方向に対向する位置に位置決めする。
次に、成形パンチ３１をワークＷ（換言すれば、加工テーブル９）に接近するＺ軸方向（下方向）へ移動させる。これにより、成形パンチ３１のパンチ先端部３３によって、図４に示すように、ワークＷに窪み部５１を形成できる。

図４に示すように、窪み部５１は、内周面５３（内周面の一例）と、内周面５３に連続する底部５５（底部の一例）とを有する。内周面５３は、ワークＷの面１９に対して垂直に延びており、つまり壁角度は９０度である。
底部５５は、環状段部５７と、円錐凹部５９（第１凹部の一例）とを有する。環状段部５７は、内周面５３の下端に所定角度を有して接続されており、ワークＷの面１９に平行に延びている。ただし、環状段部は水平でなくてもよい。円錐凹部５９は、テーパ面（すり鉢状の傾斜面）を有している。
なお、内周面５３は成形パンチ３１の外周部３５によって形成され、環状段部５７は成形パンチ３１の延長部４１によって形成され、円錐凹部５９は成形パンチ３１の円錐突出部４３によって形成される。
なお、内周面５３とワークＷの面１９との壁角度、環状段部５７と内周面５３との角度、円錐凹部５９自体の角度γは、特に限定されない。

最後に、成形パンチ３１をワークＷから離反するＺ軸方向（上方向）へ移動させて、元の高さ位置に復帰させる。

（４−２）レーザ光照射工程
最初に、加工テーブル９をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向へ移動させることにより、レーザ加工ヘッド１５の先端部をワークＷの窪み部５１に対してＺ軸方向に対向する位置に位置決めする。
次に、レーザ加工ヘッド１５のＺ軸方向の移動によってレーザ光ＬＢの焦点位置を調節する。そして、図５に示すように、ファイバレーザ発振器及びガス供給源の作動によりレーザ加工ヘッド１５からワークＷの窪み部５１に向かってアシストガスを噴射しつつレーザ光ＬＢを照射する。
これにより、図６に示すように、ワークＷの上面から下面に貫通した貫通孔Ｈが形成される。具体的には、窪み部５１の傾斜面の円錐凹部５９の中心に貫通孔Ｈが形成される。

本実施形態では、レーザ加工によるピアス加工の前にピアス位置へ成形による窪み部５１を形成することで、レーザ加工部分の板厚を減らすことができ、それによりレーザ加工時間を短縮でき、さらにレーザ加工を安定させることできるので不良品が発生しにくい。さらに、レーザ加工部部分の板厚が減ることで、スパッタＳの量が減る。
本実施形態では、窪み部５１は内周面５３を有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタＳなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。

追加的な効果として、内周面５３のワーク面に対する壁角度が９０度であるので、深く成形しても窪み部の径が大きくならない。したがって、小径孔加工に対応できる。
さらに追加的な効果として、環状段部５７が平坦であるので、スパッタＳは、内周面５３と円錐凹部５９との間において、環状段部５７にたまりやすい。つまり、スパッタＳが円錐凹部５９に逆流しにくい。
さらに追加的な効果として、円錐凹部５９がテーパ形状であるので、他の形状に比べて成形する体積が減り、それよりパンチプレス３の圧力能力を軽減できる。

（５）切断加工
切断加工では、レーザ加工機５が、例えば、ワークＷにおいて製品の輪郭をレーザ切断する。

２．第２実施形態
図７及び図８を用いて、第２実施形態を説明する。図７は、第２実施形態の成形パンチの模式的側面図である。図８は、第２実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。なお、基本的な構成は第１実施形態と同じであるので、成形パンチと窪み部だけを説明する（以下の実施形態の全てにおいて、同様である）。

成形パンチ３１Ａ（パンチの一例）は、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１（後述）を形成する。図７に示すように、成形パンチ３１Ａは、円柱状のパンチ基部３２Ａと、その先端側に一体形成されたパンチ先端部３３Ａ（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３Ａは、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３Ａは、外周部３５Ａ（外周部の一例）と、外周部３５Ａに接続された底辺部３７Ａとを有している。底辺部３７Ａは、外周部３５と所定の角度を成す接続部３９Ａ（接続部の一例）を有している。
さらに詳細には、底辺部３７Ａは、接続部３９Ａを含み外周部３５Ａから所定の角度を成して延びる平坦な底面４１Ａを有している。
窪み部形成工程は、第１実施形態と同じである。

図８に示すように、窪み部５１Ａは、内周面５３Ａ（内周面の一例）と、内周面５３Ａに連続する底部５５Ａ（底部の一例）とを有する。
内周面５３Ａは、ワークＷの面１９に対して垂直に延びている。
底部５５Ａは、底面５７Ａを有している。底面５７Ａは、内周面５３Ａの下端に所定角度を有して接続されており、ワークＷの面１９に平行に延びている。
なお、内周面５３Ａは成形パンチ３１Ａの外周部３５Ａによって形成され、底面５７Ａは成形パンチ３１Ａの底面４１Ａによって形成される。
なお、内周面５３ＡとワークＷの面１９との角度、底面５７Ａと内周面５３Ａとの角度は、特に限定されない。
本実施形態では、窪み部５１Ａは内周面５３Ａを有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタＳなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。

３．第３実施形態
図９及び図１０を用いて、第３実施形態を説明する。図９は、第３実施形態の成形パンチの模式的側面図である。図１０は、第３実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。

成形パンチ３１Ｂ（パンチの一例）は、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１Ｂ（後述）を形成する。図９に示すように、成形パンチ３１Ｂは、円柱状のパンチ基部３２Ｂと、その先端側に一体形成されたパンチ先端部３３Ｂ（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３Ｂは、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３Ｂは、外周部３５Ｂ（外周部の一例）と、外周部３５Ｂに接続された底辺部３７Ｂとを有している。底辺部３７Ｂは、外周部３５と所定の角度を成す接続部３９Ｂ（接続部の一例）を有している。

外周部３５Ｂは、円錐形状の一部の形状を有している。
底辺部３７Ｂは、接続部３９Ｂを含み外周部３５Ｂから所定の角度を成して延びる平坦な底面４１Ｂを有している。
窪み部形成工程は、第１実施形態と同じである。

図１０に示すように、窪み部５１Ｂは、内周面５３Ｂ（内周面の一例）と、内周面５３Ｂに連続する底部５５Ｂ（底部の一例）とを有する。内周面５３Ｂは、ワークＷの面１９に対して壁角度αをなしている。壁角度αは８０度以上、９０度以上、９５度以上であることが好ましい。
底部５５Ｂは、底面５７Ｂを有している。底面５７Ｂは、内周面５３Ｂの下端に所定角度を有して接続されており、ワークＷの面１９に平行に延びている。
なお、内周面５３Ｂは成形パンチ３１の外周部３５Ｂによって形成され、底面５７Ｂは成形パンチ３１Ｂの底面４１Ｂによって形成される。
なお、内周面５３ＢとワークＷの面１９との角度、底面５７Ｂと内周面５３Ｂとの角度は特に限定されない。

本実施形態では、窪み部５１Ｂは内周面５３Ｂを有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。
追加的な効果として、内周面５３Ｂの壁角度αの設定によって、成形パンチ３１がワークＷに食いつきにくい。
さらに追加的な効果として、第２実施形態と比較して、深く成形行っても成形部の体積を減らすことができ、そのためパンチプレス３の圧力能力を減らすことができる。

４．第４実施形態
図１１及び図１２を用いて、第４実施形態を説明する。図１１は、第４実施形態の成形パンチの模式的側面図である。図１２は、第４実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。

成形パンチ３１Ｃ（パンチの一例）は、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１Ｃ（後述）を形成する。図１１に示すように、成形パンチ３１Ｃは、パンチ基部３２Ｃと、その先端側に一体形成されたパンチ先端部３３Ｃ（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３Ｃは、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３Ｃは、外周部３５Ｃ（外周部の一例）と、外周部３５Ｃに接続された底辺部３７Ｃとを有している。底辺部３７Ｃは、外周部３５と所定の角度を成す接続部３９Ｃ（接続部の一例）を有している。

外周部３５Ｃは、円柱形状である。
底辺部３７Ｃ（第２突出部の一例）は、外周部３５Ｃからさらに下方に突出しており、接続部３９Ｃを含み外周部３５Ｃから所定の角度を成して延びる円錐面４１Ｃと、平坦な底面４３Ｃとを有している。
窪み部形成工程は、第１実施形態と同じである。

図１２に示すように、窪み部５１Ｃは、内周面５３Ｃ（内周面の一例）と、内周面５３Ｃに連続する底部５５Ｃ（底部の一例）とを有する。内周面５３Ｃは、ワークＷの面１９に対して垂直に延びている。
底部５５Ｃは、内周面５３Ｃの下端からさらに下方に延びる凹部５７Ｃ（第２凹部の一例）を有している。凹部５７Ｃは、第１底面５９Ｃと、第２底面６１Ｃとを有している。第１底面５９Ｃは、内周面５３Ｃの下端に対して角度βを成して接続されており、円錐面の一部の形状である。第２底面６１Ｃは、平坦面であり、ワークＷの面１９に平行に延びている。
なお、内周面５３Ｃは成形パンチ３１Ｃの外周部３５Ｃによって形成され、第１底面５９Ｃは成形パンチ３１Ｃの円錐面４１Ｃによって形成され、第２底面６１Ｃは成形パンチ３１Ｃの底面４３Ｃによって形成される。
なお、内周面５３ＣとワークＷの面１９との角度、第１底面５９Ｃと内周面５３Ｃとの角度β、第２底面６１Ｃと第１底面５９Ｃとの角度は、特に限定されない。

本実施形態では、窪み部５１Ｃは内周面５３Ｃを有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタＳなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。
追加的な効果として、内周面５３Ｃの壁角度が９０度であるので、深く成形しても窪み部の径が大きくならない。したがって、小径穴加工が可能になる。
追加的な効果として、内周面５３Ｃと第１底面５９Ｃとの角度βの設定によって、成形パンチ３１がワークＷに食いつきにくくできる。
さらに追加的な効果として、第２実施形態と比較して、深く成形を行っても成形部の体積を減らすことができ、そのためパンチプレス３の圧力能力を減らすことができる。

５．第５実施形態
図１３及び図１４を用いて、第５実施形態を説明する。図１３は、第５実施形態の成形パンチの模式的側面図である。図１４は、第５実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。

成形パンチ３１Ｄは、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１Ｄ（後述）を形成する。図１３に示すように、成形パンチ３１Ｄは、円柱状のパンチ基部３２Ｄと、その先端側（下端側）に一体形成されたパンチ先端部３３Ｄ（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３Ｄは、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３Ｄは、外周部３５Ｄ（外周部の一例）と、外周部３５Ｄに接続された底辺部３７Ｄ（底辺部の一例）とを有している。底辺部３７Ｄは、外周部３５Ｄと所定の角度を成す接続部３９Ｄ（接続部の一例）を有している。
さらに詳細には、底辺部３７Ｄは、接続部３９Ｄを含み外周部３５Ｄから所定の角度を成して延びる延長部４１Ｄ（延長部の一例）と、延長部４１Ｄからさらに下方に突出する円柱突出部４３Ｄ（第１突出部の一例）とを有している。
窪み部形成工程は、第１実施形態と同じである。

図１４に示すように、窪み部５１Ｄは、内周面５３Ｄ（内周面の一例）と、内周面５３Ｄに連続する底部５５Ｄ（底部の一例）とを有する。内周面５３Ｄは、ワークＷの面１９に対して垂直に延びており、壁角度は９０度である。
底部５５Ｄは、環状段部５７Ｄと、円柱凹部５９Ｄとを有する。環状段部５７Ｄは、内周面５３Ｄの下端に所定角度を有して接続されており、ワークＷの面１９に平行に延びている。ただし、環状段部は水平でなくてもよい。
なお、内周面５３Ｄは成形パンチ３１Ｄの外周部３５Ｄによって形成され、環状段部５７Ｄは延長部４１Ｄによって形成され、円柱凹部５９Ｄは円柱突出部４３Ｄによって形成される。
なお、内周面５３ＤとワークＷの面１９との角度、環状段部５７Ｄと内周面５３Ｄとの角度、円柱凹部５９Ｄ内周面と環状段部５７Ｄとの角度、円柱凹部５９Ｄの底面と内周面との角度は、特に限定されない。

本実施形態では、窪み部５１Ｄは内周面５３Ｄを有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタＳなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。
追加的効果として、内周面５３Ｄの壁角度が９０度であるので、深く成形しても窪み部の径が大きくならず、したがって小径穴加工ができる。
追加的効果として、環状段部５７Ｄを設けることで、スパッタＳが円柱凹部５９Ｄに逆流しにくい。
追加的効果として、環状段部５７Ｄを設けることで、第２実施形態として比較して、少ない体積で深く成形できる。

６．第６実施形態
図１５及び図１６を用いて、第６実施形態を説明する。図１５は、第６実施形態の成形パンチの模式的側面図である。図１６は、第６実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。

成形パンチ３１Ｅ（パンチの一例）は、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１Ｅ（後述）を形成する。図１５に示すように、成形パンチ３１Ｅは、パンチ基部３２Ｅと、その先端側に一体形成されたパンチ先端部３３Ｅ（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３Ｅは、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３Ｅは、外周部３５Ｅ（外周部の一例）と、外周部３５Ｅに接続された底辺部３７Ｅとを有している。底辺部３７Ｅは、外周部３５と所定の角度を成す接続部３９Ｅ（接続部の一例）を有している。

外周部３５Ｅは、円錐形状の一部の形状である。
底辺部３７Ｅは、接続部３９Ｅを含み外周部３５Ｅから所定の角度を成して延びる円錐面４１Ｅと、円錐凸部４３Ｅとを有している。
窪み部形成工程は、第１実施形態と同じである。

図１６に示すように、窪み部５１Ｅは、内周面５３Ｅ（内周面の一例）と、内周面５３に連続する底部５５（底部の一例）とを有する。
内周面５３Ｅは、ワークＷの面１９に対して壁角度αを成して延びている。
底部５５Ｅは、環状段部５７Ｅと、円錐凹部５９Ｅとを有している。環状段部５７Ｅは、内周面５３Ｅの下端に対して角度βを成して接続されており、円錐面の一部の形状である。円錐凹部５９Ｅは、テーパ面（すり鉢状の傾斜面）を有している。
なお、内周面５３Ｅは成形パンチ３１Ｅの外周部３５Ｅによって形成され、環状段部５７Ｅは成形パンチ３１Ｅの円錐面４１Ｅによって形成され、円錐凹部５９Ｅは成形パンチ３１Ｅの円錐凸部４３Ｅによって形成される。
なお、内周面５３ＥとワークＷの面１９との壁角度α、環状段部５７Ｅと内周面５３Ｅとの角度β、円錐凹部５９Ｅと環状段部５７Ｅとの角度、円錐凹部５９Ｅ自体の角度γは、特に限定されない。

本実施形態では、窪み部５１Ｅは内周面５３Ｅを有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。
追加的な効果として、状況に応じて角度α、角度β、角度γを変更することで最適な結果が得られる。

７．第７実施形態
図１７及び図１８を用いて、第７実施形態を説明する。図１７は、第７実施形態の成形パンチの模式的側面図である。図１８は、第７実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。
成形パンチ３１Ｆ（パンチの一例）は、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１Ｆ（後述）を形成する。図１７に示すように、成形パンチ３１Ｆは、円柱状のパンチ基部３２Ｆと、その先端側に一体形成されたパンチ先端部３３Ｆ（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３Ｆは、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３Ｆは、外周部３５Ｆ（外周部の一例）と、外周部３５Ｆに接続された底辺部３７Ｆとを有している。底辺部３７Ｆは、外周部３５Ｆと所定の角度を成す接続部３９Ｆ（接続部の一例）を有している。
さらに詳細には、底辺部３７Ｆは、接続部３９Ｆを含み外周部３５Ｆから所定の角度を成して延びる半球底面４１Ｆ（第２突出部の一例）を有している。半球底面４１Ｆは、外周部３５Ｆからさらに下方に突出している。
窪み部形成工程は、第１実施形態と同じである。

図１８に示すように、窪み部５１Ｆは、内周面５３Ｆ（内周面の一例）と、内周面５３Ｆに連続する底部５５Ｆ（底部の一例）とを有する。内周面５３Ｆは、ワークＷの面１９に対して垂直に延びており、壁角度は９０度である。
底部５５Ｆは、内周面５３Ｆの下端からさらに下方に延びる凹部５７Ｆ（第２凹部の一例）を有している。凹部５７Ｆは、内周面５３ＦＡの下端に所定角度を有して接続されており、半球面を有している。
内周面５３Ｆは成形パンチ３１Ｆの外周部３５Ｆによって形成され、凹部５７Ｆは底辺部３７Ｆすなわち半球底面４１Ｆによって形成される。
なお、内周面５３ＦとワークＷの面１９との角度は特に限定されない。

本実施形態では、窪み部５１Ｆは内周面５３Ｆを有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタＳなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。

８．第８実施形態
図１９及び図２０を用いて、第８実施形態を説明する。図１９は、第８実施形態の成形パンチの模式的側面図である。図１９は、第８実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。
成形パンチ３１Ｇは、窪み加工を行う部材であり、ワークＷに窪み部５１Ｇ（後述）を形成する。図１９に示すように、成形パンチ３１Ｇは、円柱状のパンチ基部３２Ｇと、その先端側（下端側）に一体形成されたパンチ先端部３３Ｇ（下方向突出部の一例）を備えている。パンチ先端部３３Ｇは、下方向に突出しており、ワークＷに入り込む部分である。パンチ先端部３３Ｇは、外周部３５Ｇ（外周部の一例）と、外周部３５Ｇに接続された底辺部３７Ｇ（底辺部の一例）とを有している。底辺部３７Ｇは、外周部３５Ｇと所定の角度を成す接続部３９Ｇ（接続部の一例）を有している。
さらに詳細には、底辺部３７Ｇは、接続部３９Ｇを含み外周部３５Ｇから所定の角度を成して下方に延びる円錐突出部４１Ｇ（第２突出部の一例）を有している。

図２０に示すように、窪み部５１Ｇは、内周面５３Ｇ（内周面の一例）と、内周面５３に連続する底部５５Ｇ（底部の一例）とを有する。
内周面５３Ｇは、ワークＷの面１９に対して垂直に延びており、したがって壁角度は９０度である。
底部５５Ｇは、内周面５３Ｇの下端からさらに下方に延びる円錐凹部５７Ｇ（第２凹部の一例）を有している。円錐凹部５７Ｇは、内周面５３Ｇの下端に所定角度を有して接続されており、テーパ面（すり鉢状の傾斜面）を有している。
なお、内周面５３Ｇは成形パンチ３１Ｇの外周部３５Ｇによって形成され、円錐凹部５７Ｇは成形パンチ３１Ｇの底辺部３７Ｇすなわち円錐突出部４１Ｇによって形成される。
なお、内周面５３ＧとワークＷの面１９との壁角度、円錐凹部５７Ｇと内周面５３Ｇとの角度、円錐凹部５７Ｇ自体の角度は、特に限定されない。

本実施形態では、窪み部５１Ｇは内周面５３Ｇを有しているので、ピアシング加工時に飛散するスパッタＳなどがピアシング加工位置の周囲に溶着することが抑えられる。
追加的な効果として、内周面５３Ｇの壁角度が９０度であるので、深く成形しても、窪み部の径が大きくならない。したがって、小径穴加工が可能である。
さらに追加的な効果として、円錐凹部５７Ｇが円錐形状であるので、他の形状に比べて成形部の体積が減り、それよりパンチプレス３の圧力能力を軽減できる。

９．第９実施形態
図２１を用いて、第９実施形態を説明する。図２１は、第９実施形態の加工プロセスを示すワークの模式的断面図である。
図２１では、ワークＷの各面に１つの（両面で２つの）窪み部５１Ｅが同じ平面位置に形成されている。このように両面加工することで、レーザ加工する板厚をさらに薄くできる。
パンチプレス及び窪み部の形状は、第１〜第８実施形態のいずれであってもよい。

１０．実施形態の共通事項
上記第１〜第９実施形態は、下記の構成及び機能を共通に有している。
レーザ・パンチ複合システム（例えば、レーザ・パンチ複合加工機１）は、ワーク（例えば、ワークＷ）を加工するものであり、パンチ加工部（例えば、パンチ加工部３Ａ）と、レーザ加工部（例えば、レーザ加工機５）とを備えている。
パンチ加工部は、ワークに窪み部（例えば、窪み部５１、５１Ａ〜５１Ｇ）を形成する。
レーザ加工部は、窪み部の位置でピアス加工を行う。
パンチ加工部は、ワークに内周面（例えば、内周面５３、５３Ａ〜５３Ｇ）と内周面に連続する底部（例えば、底部５５、５５Ａ〜５５Ｇ）とを有する窪み部を形成する窪み加工を行うためのパンチ（例えば、成形パンチ３１、３１Ａ〜３１Ｇ）を有している。
パンチの先端は、ワークに入り込む部分である下方向突出部（例えば、パンチ先端部３３、３３Ａ〜３３Ｇ）を有している。
下方向突出部は、外周部（例えば、外周部３５、３５Ａ〜３５Ｇ）と、外周部に接続されており外周部と所定の角度を成す接続部（例えば、接続部３９、３９Ａ〜３９Ｇ）を有する底辺部（例えば、底辺部３７、３７Ａ〜３７Ｇ）とを有している。
このシステムでは、レーザ加工によるピアス加工の前にピアス位置へ成形による窪み部を形成することで、レーザ加工時にスパッタやドロスが周りへ飛散するのを防止できる。
このシステムでは、パンチの下方向突出部が外周部に接続されており外周部と所定の角度を成す接続部を有する底辺部を有しているので、窪み部は、被加工物の面から下方に延びる壁状の内周面によって囲まれている。したがって、レーザ加工時にスパッタ等が窪み部の外に出にくくなる。その結果、スパッタやドロスに起因する加工不良が減る。

１１．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
第１実施形態ではパンチ加工部及びレーザ加工部がＸ軸方向及びＹ軸方向に固定されており、加工テーブルがＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能であった。しかし、レーザ・パンチ複合加工機では、パンチ加工部及びレーザ加工部と加工テーブルの上のワークとがＸ軸方向及びＹ軸方向に相対移動できればよいので、第１実施形態の構造に限定されない。例えば、加工テーブルをＸ軸方向及びＹ軸方向に固定し、パンチ加工部及びレーザ加工部をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能にしてもよい。また、例えば、加工テーブルをＸ軸方向に固定しかつＹ軸方向に移動可能にし、レーザ加工部をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能にし、パンチ加工部をＸ軸方向に移動可能にしかつＹ軸方向に固定してもよい。

本発明は、パンチを用いて金属板に窪み部を形成し次にレーザ加工を用いて窪み部にピアス穴を形成するレーザ・パンチ複合システムに広く適用できる。

１ ：レーザ・パンチ複合加工機
３ ：パンチプレス
５ ：レーザ加工機
３１ ：成形パンチ
３２ ：パンチ基部
３３ ：パンチ先端部
３５ ：外周部
３７ ：底辺部
３９ ：接続部
４１ ：延長部
５１ ：窪み部
５３ ：内周面
５５ ：底部
５７ ：環状段部

Claims (4)

1. ワークを加工するレーザ・パンチ複合システムであって、
   前記ワークに窪み部を形成するパンチ加工部と、
   前記窪み部の位置でピアス加工を行うレーザ加工部と、を備え、
   前記パンチ加工部は、前記ワークに対して、内周面と前記内周面に連続する底部とを有する窪み部を形成する窪み加工を行うためのパンチを有しており、
   前記パンチの先端は、前記ワークに入り込む部分である下方向突出部を有しており、
   前記下方向突出部は、外周部と、前記外周部に接続されており前記外周部と所定の角度を成す接続部を有する底辺部とを有している、レーザ・パンチ複合システム。
2. 前記底辺部は、前記接続部を含み前記外周部から所定の角度を成して延びる延長部と、前記延長部からさらに下方に突出する第１突出部とを有している、請求項１に記載のレーザ・パンチ複合システム。
3. 前記第１突出部は円錐面の少なくとも一部を有している、請求項２に記載のレーザ・パンチ複合システム。
4. 前記底辺部は、前記接続部を含み前記外周部からさらに下方に突出する第２突出部を有している、請求項１に記載のレーザ・パンチ複合システム。

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