JP2023130450A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な装置構成で、レーザ光の外部への漏れ出しを防止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。【解決手段】レーザ加工装置２０は、レーザ光を用いて被加工材ＷＯを加工する装置であり、容器１と、レーザヘッド１０とを有する。容器１は、レーザ光の透過を抑制する透過抑制液ＬＩを被加工材ＷＯの上面よりも高い高さ位置まで貯留可能である。レーザヘッド１０は、被加工材ＷＯの上面の透過抑制液ＬＩを、吹き出したガスによって押しのけてレーザ光を照射する。【選択図】図１２

Description

本開示は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

ファイバレーザを用いたレーザ加工装置には、マシンルーム型ファイバレーザ加工装置、ガントリー型ファイバレーザ加工装置などがある。マシンルーム型ファイバレーザ加工装置は、被加工材が比較的小さい場合に用いられる。このタイプの加工装置では、レーザ光が装置外部へ漏れないように切断テーブル全体がマシンルームで覆われる。

またガントリー型ファイバレーザ加工装置は、被加工材が比較的大きい場合に用いられる。このタイプの加工装置では、切断テーブル全体を覆うことができないため、レーザ光が装置外部へ漏れないようにレーザヘッド周りがカバーで覆われる。

ガントリー型ファイバレーザ加工装置は、たとえば特許第５９４０５８２号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１には、レーザノズル側カバー体とガーター側カバー体との各々の下端側に遮光部材が取り付けられている。この遮光部材により、レーザノズル側カバー体およびガーター側カバー体の各々の下端部と定盤の上面との間の隙間からレーザ光が漏れることが防止されている。

またレーザ加工装置において水を用いた装置が、たとえば特開平８－１３２２７０号公報（特許文献２）、特開昭６２－１６８６９２号公報（特許文献３）などに開示されている。

特許文献２では、加工テーブルの水槽内において被加工材の下部が冷却水に浸けられた状態でレーザ加工が行なわれる。これにより、被加工材の全体を下部から冷却し、安定した加工が可能になる。

特許文献３では、剣山ピンの取付箱に水を入れた状態で、剣山ピンに支持された被加工材がレーザ加工される。水槽に入った水は、レーザ切断中に被加工材を冷却し、粉塵の飛散を抑える。

特許第５９４０５８２号公報 特開平８－１３２２７０号公報 特開昭６２－１６８６９２号公報

特許文献１に記載のレーザ加工装置では、レーザ光が被加工材を貫通し、被加工材の下方において切断テーブル内を反射することにより装置外部へ漏れ出るおそれがある。このレーザ光の漏れ出しを防止するためには被加工材の下方に切断テーブル側遮光部材を設置する必要がある。このためレーザ加工装置の構造が複雑となる。

また特許文献１において被加工材の下方に配置された切断テーブル側遮光部材はレーザ光により少しずつ削り取られていく。このため時間の経過とともに遮光が万全ではなくなり、レーザ光が装置外部へ漏れ出す。

また特許文献２および３では、水槽内の水は被加工材の冷却または粉塵の飛散防止の目的で用いられるものであり、レーザ光の遮光は考慮されていない。

本開示の目的は、簡易な装置構成で、レーザ光の外部への漏れ出しを防止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である。

本発明者らは、鋭意検討した結果、レーザ光の漏れ出しを防止するために、レーザ光の透過を抑制するための透過抑制液を利用するという従来存在しなかった発想に着目することにより本開示をなすに至った。

本開示の一のレーザ加工装置は、レーザ光を用いて被加工材を加工するレーザ加工装置であって、容器と、レーザヘッドとを備える。容器は、レーザ光の透過を抑制する透過抑制液を被加工材の上面よりも高い高さ位置まで貯留可能である。レーザヘッドは、被加工材の上面の透過抑制液を、吹き出したガスによって押しのけて、レーザ光を照射する。

本開示のレーザ加工方法は、レーザ加工装置により被加工材をレーザ加工するレーザ加工方法であって、以下のステップを備える。

波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下である光の透過を抑制する透過抑制液が容器に貯留される。容器に対して被加工材が載置される。被加工材の上面よりも高い高さ位置まで透過抑制液が貯留され、被加工材の上面の透過抑制液が、吹き出したガスによって押しのけられて、レーザ光が被加工材に照射される。

本開示の他のレーザ加工装置は、レーザ光を用いて被加工材を加工するレーザ加工装置であって、容器と、レーザヘッドとを備える。容器は、波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下である光の透過を抑制する透過抑制液を被加工材の上面よりも高い高さ位置まで貯留可能である。レーザヘッドは、被加工材の上面の透過抑制液を、吹き出したガスによって押しのけて、レーザ光を照射する。

本開示によれば、簡易な装置構成で、レーザ光の外部への漏れ出しを防止できるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を実現することができる。

一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。 図１のレーザ加工装置に用いられる容器の内部構成を示す断面斜視図である。 図１のレーザ加工装置に用いられるレーザヘッドの構成を示す断面図である。 図１のレーザ加工装置に用いられる遮光カバーの構成を示す断面図である。 図１のレーザ加工装置に用いられる液位調整機構の構成を示す断面図である。 一実施形態におけるレーザ加工方法の第１工程を示す斜視図である。 一実施形態におけるレーザ加工方法の第２工程を示す斜視図である。 一実施形態におけるレーザ加工方法の第３工程を示す斜視図である。 一実施形態におけるレーザ加工方法の第４工程を示す斜視図である。 一実施形態におけるレーザ加工方法の第５工程を示す斜視図である。 容器内における透過抑制液の液位を調整する様子を示す図である。 被加工材をレーザ加工する様子を示す図である。 被加工材のレーザ加工終了後に被加工材などを容器内から取り出す様子を示す図である。 レーザ光遮光部材の他の構成を示す断面図である。 レーザ加工による被加工材の加工点からの距離Ｌにおけるレーザ光のパワー密度を説明するための図である。 媒質の厚みを説明するための図である。 媒質の厚みと透過率との関係を示す図である。 図１７の領域Ｒを拡大して示す図である。 レーザ加工時において透過抑制液のレーザ照射部への巻き込みを説明するための図である。 レーザ光の透過率と液体の深さとの関係を調べるための装置の構成を説明するための図である。 水道水を用いた場合のレーザ光の強度と液体の深さとの関係を示す図である。 水道水に墨汁を添加した水溶液を用いた場合のレーザ光の強度と液体の深さとの関係を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を繰り返さない。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。

＜レーザ加工装置の構成＞
本実施形態におけるレーザ加工装置の構成について図１～図５を用いて説明する。

図１は、一実施形態におけるレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。図２は図１のレーザ加工装置に用いられる容器の内部構成を示す断面斜視図である。図３、図４および図５のそれぞれは、図１のレーザ加工装置に用いられるレーザヘッド、遮光カバーおよび液位調整機構の構成を示す断面図である。

図１および図２に示されるように、本実施形態のレーザ加工装置２０は、容器１と、切断パレット２（支持部材）と、スラッジトレイ３と、液位調整タンク４と、レーザヘッド１０と、駆動機構２５と、操作盤３０とを主に有している。

図２に示されるように、容器１は、矩形状の底壁１ａと、底壁１ａの４辺の各々から立ち上がる４つの側壁１ｂとを有する。容器１は、上方が開口した有底筒形状を有する。容器１は、上端の開口部と、その開口部から容器１の内部へ延びる内部空間とを有する。

容器１は、内部に液体を貯留できるように構成されている。側壁１ｂには、パレット支持部１ｃが設けられている。パレット支持部１ｃは、側壁１ｂの壁面から容器１の内部空間に向かって側方へ突き出している。

液位調整タンク４は、容器１の内部空間内に配置されている。液位調整タンク４は、下端に開口部を持つ箱形状を有している。この開口部を通じて、液位調整タンク４の内部空間は容器１の内部空間と繋がっている。

液位調整タンク４は、液位調整タンク４の内部空間にガスを貯留できるように構成されている。液位調整タンク４の内部空間に対してガスを供給または排出することが可能である。液位調整タンク４の内部空間にガスを供給することにより、液位調整タンク４内の液体を液位調整タンク４の外部へ押し出すことができる。また液位調整タンク４の内部空間からガスを排出することにより、液位調整タンク４の外部から内部へ液体を取り入れることができる。これにより、容器１内の液位を調整することが可能である。

スラッジトレイ３は、液位調整タンク４の上方に配置されている。スラッジトレイ３は、上端に開口部を有する箱形状を有している。スラッジトレイ３は、レーザ加工で被加工材を切断した際に生じるスラッジを溜めることが可能である。レーザ加工の際に生じたスラッジは、被加工材ＷＯ（図５）から落下し、スラッジトレイ３の上端における開口部を通じてスラッジトレイ３の内部に溜められる。

切断パレット２は、パレット支持部１ｃにより容器１に支持される。切断パレット２は、容器１の内部空間内であって、スラッジトレイ３の上方に配置されている。切断パレット２は、複数の第１支持板２ａと、複数の第２支持板２ｂとを有する。複数の第１支持板２ａと複数の第２支持板２ｂとは、縦横に配置されることにより格子状に組み上げられている。

切断パレット２は、被加工材ＷＯ（図５）の下面を支持する載置部２ｃを有する。切断パレット２の載置部２ｃは、たとえば複数の第２支持板２ｂの各々の上端により構成されている。載置部２ｃは、容器１の上端（側壁１ｂの上端）よりも低い位置にある。容器１の上端は、載置部２ｃに被加工材ＷＯを載置した状態で、被加工材ＷＯの上面よりも高い位置にある。これにより、載置部２ｃに被加工材ＷＯが載置された状態で容器１内に液体を満たした場合、液体の液位を被加工材ＷＯの上面より高くすることができる。

図１に示されるように、駆動機構２５は、レーザヘッド１０を、Ｘ方向（容器１の長手方向）、Ｙ方向（容器１の短手方向）およびＺ方向（上下方向）に移動させる。駆動機構２５は、左右１対の支持台２１と、Ｘ方向可動台２２と、Ｙ方向可動台２３と、レーザヘッド１０とを主に有している。

左右１対の支持台２１は、容器１をＹ方向に挟み込むように配置されている。左右１対の支持台２１は、Ｘ方向に延びている。Ｘ方向可動台２２は、Ｙ方向に延びることにより、左右１対の支持台２１に跨って配置されている。Ｘ方向可動台２２は、Ｘ軸モータ（図示せず）により支持台２１に沿ってＸ方向に駆動される。

Ｙ方向可動台２３は、たとえばラックピニオン機構により、Ｘ方向可動台２２に対してＹ方向に移動可能に支持されている。Ｙ方向可動台２３は、Ｙ軸モータ（図示せず）によりＹ方向に駆動される。

レーザヘッド１０は、たとえばラックピニオン機構により、Ｙ方向可動台２３に対してＺ方向に移動可能に支持されている。レーザヘッド１０は、Ｚ軸モータ（図示せず）によりＺ方向に駆動される。

操作盤３０は、被加工材ＷＯの板厚、材質、速度などの加工条件の入力を受け付ける。操作盤３０は、ディスプレイ、スイッチ、報知器などを有する。ディスプレイには、加工条件の入力画面、レーザ加工装置２０の稼働状況を示す画面などが表示される。

図３に示されるように、レーザヘッド１０は、ヘッド本体５と、集光レンズ６ａとを主に有する。ヘッド本体５は、本体部５ａを有する。

本体部５ａは、中空の円筒形状を有する。集光レンズ６ａは、本体部５ａの中に収納されている。集光レンズ６ａは、レーザ光ＲＬを被加工材ＷＯに集光する。集光レンズ６ａによって集光されたレーザ光ＲＬは、本体部５ａのレーザ射出口５ａａ（射出部）から被加工材ＷＯに向かって射出される。

本実施形態のレーザ加工装置２０に用いられるレーザ光ＲＬは、可視光、近赤外光、中赤外光および遠赤外光のいずれかの波長を有し、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長を有する。このレーザ光ＲＬは、たとえばファイバレーザを光源とするレーザ光であり、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）を含む固体レーザを光源とするレーザ光であってもよい。ファイバレーザとは、光ファイバを増幅媒体とする固体レーザの一種である。ファイバレーザでは、光ファイバの中心にあるコアに希土類元素Ｙｂ（イッテルビウム）がドープされている。ファイバレーザを光源とするレーザ光ＲＬは、約１．０６μｍの波長を有する近赤外光である。ファイバレーザでは、炭酸ガスレーザよりもランニングコスト、メンテナンスコストが安い。

本体部５ａは、ガス吹出口５ａａ（第１吹出口）と、ガス供給部５ａｂとを有する。ガス供給部５ａｂから本体部５ａ内にアシストガスが供給される。本体部５ａ内に供給されたアシストガスは、ガス吹出口５ａａから被加工材ＷＯに向かって吹き出される。ガス吹出口５ａａは、レーザ射出口５ａａを兼ねている。

ヘッド本体５は、アウターノズル５ｂをさらに有してもよい。アウターノズル５ｂは、本体部５ａのガス吹出口５ａａの周囲を取り囲むように本体部５ａに取り付けられている。アウターノズル５ｂの内周面と本体部５ａの外周面との間には、隙間空間が設けられている。

アウターノズル５ｂは、ガス吹出口５ｂａ（第２吹出口）と、ガス供給部５ｂｂとを有する。ガス吹出口５ｂａおよびガス供給部５ｂｂの各々は、上記隙間空間に繋がっている。ガス吹出口５ｂａは、ガス吹出口５ａａの外周に配置され、円環形状を有する。

ガス供給部５ｂｂから本体部５ａとアウターノズル５ｂとの間の隙間空間に２次ガス（シールドガス）が供給される。隙間空間内に供給された２次ガスは、ガス吹出口５ｂａから被加工材ＷＯに向かって吹き出される。これによりガス吹出口５ａａから吹き出されるアシストガスの外周側に、ガス吹出口５ｂａから２次ガスが吹き出される。

上記のようにレーザヘッド１０は、ガス吹出口５ａａ、５ｂａを有する。ガス吹出口５ａａ、５ｂａは、アシストガスを吹き出すガス吹出口５ａａと、２次ガスを吹き出すガス吹出口５ｂａとを含んでいてもよい。ガス吹出口５ａａとガス吹出口５ｂａとは、２重ノズル構造を構成する。

図４に示されるように、レーザヘッド１０は、遮光カバー７を有する。遮光カバー７は、レーザ射出口５ａａ（ガス吹出口５ａａ）の周囲を取り囲む。遮光カバー７は、たとえばゴムシートよりなっている。遮光カバー７は、周壁部７ａと、第１上板７ｂと、第２上板７ｃとを有する。周壁部７ａは、ヘッド本体５の外周を取り囲む円筒形状を有する。

周壁部７ａの上部には第１上板７ｂおよび第２上板７ｃが取り付けられている。第１上板７ｂには、１つまたは複数の第１孔７ｂａが設けられている。第２上板７ｃは、第１上板７ｂの上に隙間７ｄを挟んで配置されている。

第２上板７ｃには、１つまたは複数の第２孔７ｃａが設けられている。第１上板７ｂの下方に位置する周壁部７ａの内部空間７ｅは、第１孔７ｂａと第２孔７ｃａとを通じて遮光カバー７の外部空間と繋がっている。後述するように、レーザ加工時において遮光カバー７の周壁部７ａの下端７Ｌより高い位置まで液体ＬＩが貯留されていても、このような構造により、遮光カバー７の内部空間７ｅにおけるガスは、第１孔７ｂａと第２孔７ｃａとを通じて遮光カバー７の外部へ抜ける。

第１孔７ｂａ、隙間７ｄおよび第２孔７ｃａは、レーザ光に対してラビリンス構造を構成する。具体的には図４中の実線矢印で示すように、レーザヘッド１０のレーザ射出口５ａａから射出されて被加工材ＷＯにて反射したレーザ光が第１孔７ｂａを通過した後に隙間７ｄ内を直線状に進んだ先に第２孔７ｃａが位置しない。第２孔７ｃａは、レーザヘッド１０を中心とする径方向の位置において、第１孔７ｂａよりもたとえば内周側に位置する。

第１孔７ｂａを通過して隙間７ｄに入ったレーザ光は、第１上板７ｂと第２上板７ｃとの間で反射を繰り返すことにより（多重反射することにより）遮光カバー７に吸収される。これにより遮光カバー７の内部から外部へレーザ光が漏れることはない。

図５に示されるように、容器１の内部に液体ＬＩを供給するための供給配管３６が設けられている。供給配管３６には、供給バルブ３１が取り付けられている。供給バルブ３１を開くことにより容器１の内部空間への液体ＬＩの供給が開始され、供給バルブ３１を閉じることにより容器１の内部空間への液体ＬＩの供給が停止される。

液位調整タンク４には、容器１の外部からガス配管３７が接続されている。ガス配管３７には加圧バルブ３２と、減圧バルブ３３とが取り付けられている。加圧バルブ３２を開くことにより液位調整タンク４内にガスが供給され、加圧バルブ３２を閉じることにより液位調整タンク４内へのガスの供給が停止される。減圧バルブ３３を開くことにより液位調整タンク４内のガスが外部へ排出され、減圧バルブ３３を閉じることにより液位調整タンク４内からのガスの排出が停止される。液位調整タンク４、ガス配管３７、加圧バルブ３２および減圧バルブ３３は液位調整機構に含まれる。この液位調整機構は、後述のように、液位検出センサー４１の検出結果に基づいて容器１内における透過抑制液ＬＩの液位を調整する。

容器１には、オーバーフロー配管３８が取り付けられている。容器１内の液体の液位が所定液位以上になった場合に、容器１内の液体がオーバーフロー配管３８を通じて貯液槽３５へ排出される。貯液槽３５は、容器１の外部に配置されている。

容器１には、液排出配管３９が取り付けられている。液排出配管３９には排出バルブ３４が取り付けられている。排出バルブ３４を開くことにより容器１内の液体ＬＩが貯液槽３５に排出され、排出バルブ３４を閉じることにより容器１からの液体ＬＩの排出が停止される。

容器１は、少なくとも載置部２ｃの高さ位置ＨＬまで液体ＬＩを貯留可能に構成されている。また容器１は、載置部２ｃに載置された被加工材ＷＯの上面よりも高い位置まで液体ＬＩを貯留可能である。さらに容器１は、レーザ加工時における遮光カバー７の周壁部７ａの下端より高い位置まで液体ＬＩを貯留可能である。

容器１に貯留される液体ＬＩは、レーザ光の透過を抑制する透過抑制液ＬＩである。透過抑制液ＬＩは、光を吸収してレーザ光の透過を抑制する。透過抑制液ＬＩは、たとえば波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下である光の透過を抑制する。

透過抑制液ＬＩにおける０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率は、たとえば１０％／ｃｍ以下である。また透過抑制液ＬＩにおける０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率は、たとえば５％／ｃｍ以下であることが好ましい。また透過抑制液ＬＩにおける０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率は、たとえば３％／ｃｍ以下であることがより好ましい。

透過抑制液ＬＩは、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過を抑制するため、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光を吸収または散乱する添加剤を含む。この添加剤はたとえば炭素を含む。添加剤は、黒色であることが好ましい。透過抑制液ＬＩは、たとえば水に炭素を添加した水溶液である。透過抑制液ＬＩは、たとえば水に０．１容積％の墨汁を加えた水溶液である。本明細書における水とは、水道水であってもよく、純水であってもよい。墨汁は、膠またはその他の水溶性樹脂の水溶液に、カーボンブラック（炭素）を分散させてなるものであり、カーボンブラックの混合比率は全量に対して４．０～２０．０重量％であり、好ましくは５．０～１０．０重量％である。墨汁は、たとえば市販の「呉竹 濃墨墨滴 ＢＡ７－１８」である。

透過抑制液ＬＩは、防錆剤を含むことが好ましい。防錆剤は、鋼材などの腐食を抑制する腐食抑制剤である。防錆剤は、たとえば水溶性である。防錆剤としては、たとえば沈殿皮膜型インヒビター、不動態型インヒビター、脱酸素型インヒビターなどが用いられてもよい。

レーザ加工装置２０は、液位検出センサー４１と、透過率検出センサー４２と、コントローラ５０と、報知器５１と、加工開始スイッチ５２とをさらに有している。液位検出センサー４１は、容器１内に貯留された透過抑制液ＬＩの液位を検出する。透過率検出センサー４２は、容器１内に貯留された透過抑制液ＬＩの透過率を検出する。

報知器５１は、表示、音などによりレーザ加工装置２０の状態を外部へ報知する。報知器５１は、操作盤３０（図１）に設けられた警告灯、ディスプレイまたはスピーカであってもよい。加工開始スイッチ５２は、外部からの操作によりレーザ加工装置２０によるレーザ加工開始の指令を発する。加工開始スイッチ５２は、操作盤３０に設けられてもよい。加工開始スイッチ５２は、操作盤３０に設けられたタッチパネルであってもよい。

コントローラ５０は、供給バルブ３１、加圧バルブ３２、減圧バルブ３３、排出バルブ３４を開閉するよう制御する。コントローラ５０は、レーザヘッド１０のＸ、Ｙ、Ｚ方向への移動、レーザヘッド１０からのレーザ照射などを制御する。コントローラ５０は、報知器５１による報知を制御する。

コントローラ５０は、液位検出センサー４１により検出された容器１内における透過抑制液ＬＩの液位を示す信号を受ける。コントローラ５０は、透過率検出センサー４２により検知された透過抑制液ＬＩの透過率を示す信号を受ける。コントローラ５０は、加工開始スイッチ５２による加工開始の指令を示す信号を受ける。

コントローラ５０は、液位検出センサー４１の検出結果に基づいて、加圧バルブ３２または減圧バルブ３３の開閉を制御する。これにより液位調整タンク４内に貯留されるガスの量が調整され、容器１に貯留される透過抑制液ＬＩの液位が調整される。このようにコントローラ５０が加圧バルブ３２または減圧バルブ３３の開閉を制御することにより、液位調整機構（液位調整タンク４、ガス配管３７、加圧バルブ３２および減圧バルブ３３）が容器１内に貯留される透過抑制液ＬＩの液位を調整する。

コントローラ５０は、透過率検出センサー４２の検出結果に基づいて、報知器５１による報知およびレーザ加工動作の少なくとも一方の制御指令を発する。透過率検出センサー４２により検出された透過抑制液ＬＩの透過率が所定値（たとえば１０％／ｃｍ、５％／ｃｍまたは３％／ｃｍ）より大きいとき、コントローラ５０は報知器５１による報知を実行する制御指令、またはレーザ加工の実施を停止する（またはレーザ加工を開始しない）制御指令を発する。報知器５１による報知は、たとえば表示または音によって行なわれる。

一方、透過率検出センサー４２により検出された透過抑制液ＬＩの透過率が所定値（たとえば１０％／ｃｍ、５％／ｃｍまたは３％／ｃｍ）以下のとき、コントローラ５０は報知器５１による報知を実行せず、かつレーザ加工の実施を実行する制御指令を発する。

コントローラ５０は、たとえばプロセッサであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。

＜レーザ加工方法＞
次に、本実施形態におけるレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法について図６～図１３を用いて説明する。

図６～図１０は、一実施形態におけるレーザ加工方法を工程順に示す斜視図である。図１１は、容器内における透過抑制液の液位を調整する様子を示す図である。図１２は、被加工材をレーザ加工する様子を示す図である。図１３は、被加工材のレーザ加工終了後に被加工材などを容器内から取り出す様子を示す図である。

図６に示されるように、レーザ加工装置２０の容器１内に、透過抑制液ＬＩが供給される。この際、図５に示されるコントローラ５０は、供給バルブ３１を開くように制御する。これにより供給配管３６から透過抑制液ＬＩが容器１内に供給される。この際、コントローラ５０は、液位検出センサー４１により容器１内の透過抑制液ＬＩの液位を検知する。コントローラ５０は、液位検出センサー４１の検出結果に基づいて容器１内の透過抑制液ＬＩの液位が所望の液位になったと判断したら、供給バルブ３１を閉じるように制御する。このとき、透過抑制液ＬＩは、たとえば切断パレット２の載置部２ｃの高さ位置よりも低い位置まで供給される。

図６に示されるように、レーザ加工装置２０に被加工材ＷＯが搬入される。被加工材ＷＯは、切断パレット２の載置部２ｃ上に配置される。被加工材ＷＯは、たとえば鋼材である。この状態で、レーザ加工装置２０によるレーザ加工動作が開始される。

図５に示されるように、レーザ加工装置２０におけるレーザ加工動作の開始は、たとえば加工開始スイッチ５２を操作することにより行なわれる。コントローラ５０は、加工開始スイッチ５２からレーザ加工動作開始の信号を受けると、容器１内における透過抑制液ＬＩの透過率を検出するよう透過率検出センサー４２を制御する。

コントローラ５０は、透過率検出センサー４２により検出された透過抑制液ＬＩの透過率が所定の透過率（たとえば１０％／ｃｍ、５％／ｃｍ、または３％／ｃｍ）以下か否かを判定する。コントローラ５０は、透過抑制液ＬＩの透過率が所定の透過率より大きい場合、レーザ加工動作を開始しない、またはレーザ加工動作の実施を停止するようにレーザ加工装置２０を制御する。またコントローラ５０は、透過抑制液ＬＩの透過率が所定の透過率より大きい場合、表示または音によって透過抑制液ＬＩの透過率が所定の透過率より大きいことを報知するよう報知器５１を制御する。

一方、コントローラ５０は、透過抑制液ＬＩの透過率が所定の透過率以下である場合、レーザ加工装置２０によるレーザ加工動作を開始する、またはレーザ加工動作の実施を停止しないようレーザ加工装置２０を制御する。

レーザ加工動作が開始されると、コントローラ５０は、液位検出センサー４１の検出結果に基づいて、容器１に貯留される透過抑制液ＬＩの液位を調整する。具体的には、コントローラ５０は、たとえば加圧バルブ３２を開くように制御する。これにより液位調整タンク４内にガスが供給され、容器１に貯留される透過抑制液ＬＩの液位が高くなるように調整される。

図１１に示されるように、透過抑制液ＬＩの液位調整により、透過抑制液ＬＩの液位が被加工材ＷＯの上面よりも高い位置に調整される。これにより被加工材ＷＯの全体は、透過抑制液ＬＩ内に沈む（浸漬される）。

図７に示されるように、この状態で、レーザヘッド１０がレーザ加工の開始位置へ移動する。レーザヘッド１０の移動は、コントローラ５０（図５）により制御される。具体的には、Ｘ方向可動台２２が左右１対の支持台２１に対してＸ方向に移動する。またＹ方向可動台２３がＸ方向可動台２２に対してＹ方向に移動する。またレーザヘッド１０は、Ｙ方向可動台２３に対してＺ方向に移動する。

図８に示されるように、レーザ加工装置２０によるレーザ加工が開始される。レーザ加工時には、レーザヘッド１０から被加工材ＷＯに向けてレーザ光が照射される。またレーザヘッド１０からアシストガスが被加工材ＷＯに向けて吹き出される。

図１２に示されるように、レーザ加工時には、透過抑制液ＬＩの液位が遮光カバー７の下端７Ｌよりも上になるように調整される。これにより遮光カバー７の下端７Ｌは、透過抑制液ＬＩの液位と被加工材ＷＯの上面との間に位置している。

レーザヘッド１０からアシストガスが被加工材ＷＯに向けて吹き出される。アシストガスの吹き出し力により、被加工材ＷＯの加工点において透過抑制液ＬＩが押しのけられる。これにより被加工材ＷＯの加工点において被加工材ＷＯの上面が透過抑制液ＬＩから露出する。

透過抑制液ＬＩから露出した被加工材ＷＯの上面にレーザ光が照射される。このレーザ光の照射により被加工材ＷＯが加工される。これにより被加工材ＷＯが、たとえば切断などされる。被加工材ＷＯを切断することにより被加工材ＷＯを貫通したレーザ光は、被加工材ＷＯの下方に貯留された透過抑制液ＬＩに入射する。

レーザヘッド１０から吹き出されたアシストガスは、第１上板７ｂの第１孔７ｂａと第２上板７ｃの第２孔７ｃａとを通じて遮光カバー７の内部から外部へ抜ける。このためアシストガスの吹き出しによって、遮光カバー７の内部においてガスの圧力が上昇することは抑制される。

また第２上板７ｃの第２孔７ｃａは、被加工材ＷＯから反射したレーザ光が第１孔７ｂａを通過して隙間７ｄ内を直線状に進んだ先の位置を避けて第２上板７ｃに配置されている。このため被加工材ＷＯから反射したレーザ光が遮光カバー７の内部から外部へ漏れることが防止される。よって第１孔７ｂａを通過して隙間７ｄに入ったレーザ光は、第１上板７ｂと第２上板７ｃとの間で反射を繰り返すことにより（多重反射することにより）遮光カバー７に吸収される。

図１１に示されるように、レーザ加工により被加工材ＷＯを切断した際に生じたスラッジＳは透過抑制液ＬＩ内に沈み、スラッジトレイ３内に溜まる。スラッジＳとは、たとえば溶融鉄が固まった酸化鉄の粒である。このように被加工材ＷＯが透過抑制液ＬＩ内に浸漬された状態でレーザ加工が行なわれることにより、加工時に生じるスラッジＳの周囲への飛散が防止される。

図９に示されるように、上記のレーザ加工が終了すると、レーザヘッド１０が初期位置へ移動するようコントローラ５０（図５）により制御される。具体的には、Ｘ方向可動台２２が左右１対の支持台２１に対してＸ方向に移動する。またＹ方向可動台２３がＸ方向可動台２２に対してＹ方向に移動する。またレーザヘッド１０は、Ｙ方向可動台２３に対してＺ方向に移動する。

図１０に示されるように、レーザヘッド１０が初期位置に移動した後、透過抑制液ＬＩの液位調整により、透過抑制液ＬＩの液位が被加工材ＷＯの下面よりも低い位置に調整される。これにより被加工材ＷＯの全体は、透過抑制液ＬＩから露出する。

具体的には図５に示されるように、コントローラ５０は、レーザ加工終了を検知した後に、たとえば減圧バルブ３３が開くように制御する。これにより液位調整タンク４内に貯留されるガスの量が減ぜられ、液位調整タンク４内に透過抑制液ＬＩが流れ込む。このため容器１内における透過抑制液ＬＩの液位が下がる。この際、コントローラ５０は、液位検出センサー４１により容器１内の透過抑制液ＬＩの液位を検知する。コントローラ５０は、容器１内の透過抑制液ＬＩの液位が所望の液位になったと判断したら、減圧バルブ３３を閉じるように制御する。

図１３に示されるように、容器１内の透過抑制液ＬＩの液位が所定液位になった後に、被加工材ＷＯがレーザ加工装置２０から搬出される。また必要に応じて、切断パレット２およびスラッジトレイ３が容器１内から取り出される。この後、スラッジトレイ３内のスラッジＳが撤去される。

以上のように本実施形態におけるレーザ加工装置２０を用いたレーザ加工が行なわれる。なお上記においてはレーザ加工方法として被加工材ＷＯを切断する方法について説明したが、レーザ加工方法はレーザ光を用いた溶接などの加工方法であってもよい。

上記の実施形態においては、コントローラ５０は、透過抑制液ＬＩの透過率が所定の透過率より大きい場合、被加工材ＷＯの全体が透過抑制液ＬＩ内に沈む（浸漬される）よう透過抑制液ＬＩの液位を調整する工程を開始しないものとして説明したが、これに限られない。コントローラ５０は、透過抑制液ＬＩの透過率が所定の透過率より大きい場合にレーザ光の照射を実行しなければよく、透過抑制液ＬＩの液位を調整する工程を実行してもよい。

＜変形例＞
次に、上記実施形態の変形例について図１４を用いて説明する。

図１４は、レーザ光遮光部材の他の構成を示す断面図である。上記実施形態においては、図４に示されるように、周壁部７ａと、第１上板７ｂと、第２上板７ｃとを有する遮光カバー７について説明したが、レーザ光を遮光する部材（レーザ光遮光部材）はこの構成に限定されない。

図１４に示されるように、レーザ光遮光部材は板部材７０であってもよい。板部材７０は、たとえば環形状を有する。板部材７０は、被加工材ＷＯと対向する下面を有している。板部材７０の下面は、板部材７０を径方向に切断した断面において鋸歯状の凹凸を有していてもよい。鋸歯状の凹凸は、レーザ光が板部材７０の下面に照射された場合にレーザ光を板部材７０の内周側に反射するように構成されている。

また板部材７０は、厚みがほぼ一定で平らな形状を有する平板であってもよい。板部材７０が平板である場合、板部材７０の下面は平らであり、下面から被加工材ＷＯに向かって延びる突起部を有していない。

板部材７０は、たとえばボルトなどの固定部材７２によってヘッド本体５に取り付けられている。板部材７０は、平面視においてガス吹出口５ａａを中心としてヘッド本体５との取り付け位置から外周側へ延びている。これにより板部材７０は、レーザヘッド１０のレーザ射出口５ａａの周囲を取り囲んでいる。

板部材７０は、たとえばカーボンプレートからなっていてもよく、またゴムシートからなっていてもよい。板部材７０の下面（被加工材ＷＯと対向する面）は、レーザ光を吸収しやすいように黒色とされていてもよい。また板部材７０の下面には、反射材が貼付けられていてもよい。あるいは、金属製の板部材７０の下面には、カーボンシートまたはゴムシートが貼付けられていてもよい。

板部材７０は、ヘッド本体５のレーザ射出口５ａａから射出されて被加工材ＷＯで反射したレーザ光を吸収または反射する。レーザ光は、板部材７０で吸収されることにより、その強度を減ずる。またレーザ光は、板部材７０で反射されて透過抑制液ＬＩ内を通ることにより、その強度を減ずる。これにより板部材７０と被加工材ＷＯとの間からレーザ光が漏れ出すことが抑制される。

また図中矢印ＲＬで示されるように、板部材７０に当たらずに板部材７０と被加工材ＷＯとの隙間から外部へ漏れ出ようとするレーザ光がある。このレーザ光が透過抑制液ＬＩ内を所定距離Ｌ３だけ通過するように板部材７０の寸法（直径Ｌ１）が設定されている。レーザ光が透過抑制液ＬＩ内を所定距離Ｌ３だけ通過することにより、レーザ光の強度は十分に減ぜられる。これにより板部材７０と被加工材ＷＯとの間からレーザ光が漏れ出すことが抑制される。

レーザ光の波長域が０．７μｍ以上１０μｍ以下で、透過抑制液ＬＩが水に０．１容積％の上記墨汁を加えた水溶液である場合、所定距離Ｌ３が１０ｍｍ以上とされれば、矢印ＲＬの方向に沿うレーザ光の強度を十分に減ずることができる。透過抑制液ＬＩの液面と被加工材ＷＯの上面との距離Ｔ１が１０ｍｍ、透過抑制液ＬＩの液面と板部材７０の下面との距離Ｔ２が５ｍｍ、ガスにより除去できる透過抑制液ＬＩの直径Ｌ２が９０ｍｍの場合に、１０ｍｍ以上の所定距離Ｌ３を確保するためには、板部材７０の直径Ｌ１はたとえば２００ｍｍ以上必要である。

なお板部材７０は、外周端縁７０Ａが内周端縁７０Ｂに対して上または下に位置するように若干反っていてもよい。

板部材７０は、透過抑制液ＬＩの液面との間に隙間空間を有する。ヘッド本体５から吹き出されたアシストガスおよび２次ガスの各々は、板部材７０と透過抑制液ＬＩの液面との間の隙間空間を通じて外部空間へ排出される。

２次ガスは旋回流となってガス吹出口５ｂａから吹き出すようにヘッド本体５は構成されている。２次ガスは、ガス供給部５ｂｂから流路５ｂｃを通ってリング７１内を通過することで旋回成分を付与される。旋回成分を付与された２次ガスは、旋回流となって流路５ｂｄを通ってガス吹出口５ｂａから吹き出される。

具体的には２次ガスがリング７１内を通過することにより、吹出口５ｂａに向かう２次ガスの流れに、リング７１の軸線ＡＬを中心とする円の接線方向の成分が付与される。なお軸線ＡＬは、円筒形のリング７１の中心Ｃを通り、かつリング７１の軸方向に延びる仮想の直線である。これによりリング７１を通過した後の２次ガスは、流路５ｂｄ内において本体部５ａの外周面に沿ってらせん状に流れ、旋回流となってガス吹出口５ｂａから吹き出される。２次ガスが旋回流となって吹出口５ｂａから吹き出すことにより、２次ガスが軸流で吹出口５ｂａから吹き出す場合と比較して、被加工材ＷＯの上面から安定的に透過抑制液ＬＩを除去することができる。たとえば２次ガスを旋回流とすることにより、被加工材ＷＯの上面から透過抑制液ＬＩを除去できる範囲として、図１４に示すような９０ｍｍの直径Ｌ２を安定的に得ることができる。

なお、吹出口５ｂａから吹き出す２次ガスを旋回流とする代わりに、吹出口５ａａから吹き出すガスが旋回流とされてもよい。あるいは、吹出口５ｂａから吹き出す２次ガスと吹出口５ａａから吹き出すガスとの両方が旋回流とされてもよい。このようにレーザヘッド１０は、ガス吹出口（吹出口５ａａ、５ｂａ）から吹き出すガスが旋回流となるように構成されている。

＜本実施形態の効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態においては図１２に示されるように、容器１は、載置部２ｃの高さ位置まで透過抑制液ＬＩを貯留可能である。このため載置部２ｃに載置された被加工材ＷＯを加工するレーザ光は、被加工材ＷＯを貫通した後に、透過抑制液ＬＩ内に入射される。透過抑制液ＬＩは、レーザ光の透過を抑制する。このため、透過抑制液ＬＩ内に入射したレーザ光は透過抑制液ＬＩにより透過を抑制される。これによりレーザ光は透過抑制液ＬＩ内で強度を減じられ、レーザ加工装置２０の外部へのレーザ光の漏れ出しが防止される。

また透過抑制液ＬＩを容器１内に貯留するだけで、レーザ加工装置２０の外部へのレーザ光の漏れ出しが防止される。このため被加工材ＷＯの下方にレーザ光の漏れ出しを防止するための遮光部材を設置する必要がない。よって簡易な構造で、レーザ加工装置２０の外部へのレーザ光の漏れ出しが防止される。

またマシンルーム型ファイバレーザ加工装置のように容器１の全体をマシンルームで覆うことなく、レーザ光の漏れ出しが防止される。

また透過抑制液ＬＩは、波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下である光の透過を抑制するものであってもよい。この場合、レーザ光として波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下のレーザ光を用いると、透過抑制液ＬＩ内に入射したレーザ光は透過抑制液ＬＩにより透過を抑制される。これによりレーザ光は透過抑制液ＬＩ内で強度を減じられ、レーザ加工装置２０の外部へのレーザ光の漏れ出しが防止される。

またレーザ光源としてファイバレーザが用いられることにより、レーザ加工における消費電力が低減され、かつ寿命が長くなる。ファイバレーザの光は炭酸ガスレーザの光（波長１０．６μｍ）に比較して水などを透過しやすい。しかし本実施形態においては、上記のとおり透過抑制液ＬＩが０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長を有する光の透過を抑制するため、レーザ光源としてファイバレーザが用いられてもレーザ光がレーザ加工装置２０の外部へ漏れ出すことが防止される。

また本実施形態においては、透過抑制液は、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率が１０％／ｃｍ以下である。また透過抑制液は、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率が５％／ｃｍ以下であることが好ましい。さらに透過抑制液は、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率が３％／ｃｍ以下であることがより好ましい。以下、これらの光の透過率について図１５～図１８を用いて説明する。

図１５は、レーザ加工による被加工材の加工点からの距離Ｌにおけるレーザ光のパワー密度を説明するための図である。図１６は、媒質の厚みを説明するための図である。

［透過率Ｑ、媒質厚みＴおよび減衰率δの関係］
鋼板加工用の高出力レーザ光がレーザ加工装置の外部に漏れても周囲に影響の少ないレベルまでレーザ光の強度を低下させるための減衰率δは、ランベルト・ベールの法則に基づいて以下の式（１）で表される。減衰率δは、透過率Ｑとレーザ光の散乱光あるいは反射光がどれだけの媒質の層を通過するのか、その媒質距離Ｔに依存する。

式（１）における媒質距離Ｔは、レーザ光がレーザ加工装置の外部に漏れても周囲に与える影響が少ないレベルまで減衰させるための媒質の厚みであり、単位はｃｍである。また透過率Ｑは、レーザ光がその媒質を１ｃｍ通過する前後のパワーの割合（＝通過後のパワー／通過前のパワー）であり、その単位は％/ｃｍである。減衰率δは、レーザ光が厚みＴで透過率Ｑの媒質を通過することによる減衰率である。

また、レーザ光が装置外部に漏れても周囲に影響の少ないレーザ光のレベル（パワー密度）ＰＡは、たとえばＰＡ＝５ｍＷ／ｃｍ²に設定される。

［レーザ光のパワー密度］
図１５に示されるように、レーザ発振器８で発振されたレーザ光ＲＬは、光ファイバ９を通過した後、コリメーターレンズ６ｂにより平行光線とされ、集光レンズ６ａにより被加工材ＷＯに集光される。

レーザ発振器８におけるレーザ出力をＷ、平行光のビーム直径をｄ、平行光（集光レンズ６ａ直前）のパワー密度をＰ０とすると、レーザ光のパワー密度Ｐ０は以下の式（２）により表される。

一般的な鋼板加工用のレーザ光ＲＬの場合、レーザ出力Ｗが３ｋＷで、平行光のビーム直径ｄが２ｃｍである。この場合、レーザ光ＲＬのパワー密度Ｐ０は、式（２）から以下の式（３）で表される。

［加工点から離れた位置でのレーザ光のパワー密度］
通常、レーザ光は被加工材ＷＯに垂直に照射されて、切断溝を形成し被加工材ＷＯの下の切断テーブル内に到達して、切断テーブル内で反射しながら減衰する。この際、被加工材ＷＯの切断の状況によっては、レーザ光が被加工材ＷＯにより反射したり、切断テーブル内の壁や底板に当たって反射する。これにより、レーザ加工装置の外部へレーザ光が漏れる可能性が存在する。

そこで図１５に示されるように、被加工材ＷＯの加工点から距離Ｌだけ離れた位置でのレーザ光ＲＬのパワー密度Ｐ１について検討する必要がある。被加工材ＷＯの加工点は集光レンズ６ａの焦点位置に相当し、そこから離れるに従って反射光が円錐状に広がるのでパワー密度は低下する。集光レンズ６ａの焦点距離をｆとすると、加工点から距離Ｌだけ離れた位置でのレーザ光ＲＬのパワー密度Ｐ１は以下の式（４）のようになる。

集光レンズ６ａの焦点距離ｆを１５ｃｍとすると、加工点から６０ｃｍだけ離れた位置でのレーザ光ＲＬのパワー密度Ｐ１は式（４）から以下の式（５）で表される。

式（５）で得られたパワー密度Ｐ１は、上記パワー密度ＰＡ（＝５ｍＷ／ｃｍ²）の１０⁴倍の値を有している。つまりパワー密度Ｐ１をパワー密度ＰＡの１万分の１程度に減衰させなければ、レーザ光ＲＬがレーザ加工装置の外部へ漏れ出して周囲に影響を与える可能性がある。

［装置の周囲に影響を与えないパワー密度Ｐ１を得るための減衰率δ］
被加工材ＷＯで反射したレーザ光ＲＬが何らかの媒質中を通過して距離Ｌだけ離れた位置に到達する場合に、上記パワー密度Ｐ１がパワー密度ＰＡと同じ値にまで減衰するための当該媒質による減衰率δは以下の式（６）で表される。

［パワー密度ＰＡまで減衰させるための透過率Ｑと媒質厚みＴとの関係］
ここで、当該媒質の透過率をＱとし、当該媒質の厚みをＴとした場合、透過率Ｑと厚みＴとの間には、以下の式（７）の関係が成り立つ。なお、当該媒質の厚みＴは、図１６に示されるようにレーザ光ＲＬの進行方向における媒質（たとえば液体ＬＩ）の厚みである。

式（７）における減衰率δに式（２）、（４）、（６）を代入すると、以下の式（８）が得られる。

式（８）に基づいて、ビーム直径ｄを２ｃｍとし、焦点距離ｆを１５ｃｍとし、レーザ出力Ｗを３ｋＷまたは６ｋＷとし、距離Ｌを５０ｃｍまたは１００ｃｍとしたときの当該媒質の透過率Ｑと当該媒質の厚みＴとの関係をグラフ化したものが図１７である。また図１７の領域Ｒを拡大して示したものが図１８である。

図１７および図１８において、破線は、レーザ出力Ｗが３ｋＷで、距離Ｌが５０ｃｍの場合を示す。一点鎖線は、レーザ出力Ｗが６ｋＷで、距離Ｌが５０ｃｍの場合を示す。実線は、レーザ出力Ｗが６ｋＷで、距離Ｌが１００ｃｍの場合を示す。

ここで図１２に示されるように、被加工材ＷＯが当該媒質内に浸漬されたときに、被加工材ＷＯの上面上の当該媒質の厚みＴが５ｃｍであれば被加工材ＷＯを加工可能である。図１７および図１８の結果から、当該媒質の厚みが５ｃｍでも、当該媒質の透過率を１０％／ｃｍ以下とすることにより、加工点から５０ｃｍまたは１００ｃｍ離れた位置でのパワー密度Ｐ１をパワー密度ＰＡまで減衰させることができることが分かる。

以上より当該媒質の透過率を１０％／ｃｍ以下とすることにより、当該媒質の厚みＴが５ｃｍでも、加工点から６０ｃｍだけ離れた位置でのパワー密度Ｐ１をパワー密度ＰＡまで減衰させることができ、装置の外部に与える影響を少なくできることが分かる。また当該媒質の透過率を５％／ｃｍ以下とすることにより、当該媒質の厚みＴが４ｃｍでも、加工点から６０ｃｍだけ離れた位置でのパワー密度Ｐ１をパワー密度ＰＡまで減衰させることができ、装置の外部に与える影響を少なくできることが分かる。さらに当該媒質の透過率を３％／ｃｍ以下とすることにより、当該媒質の厚みＴが３ｃｍでも、加工点から６０ｃｍだけ離れた位置でのパワー密度Ｐ１をパワー密度ＰＡまで減衰させることができ、装置の外部に与える影響を少なくできることが分かる。

本実施形態において、透過抑制液ＬＩは、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過を抑制するための添加剤として炭素を含む。透過抑制液ＬＩの添加剤として炭素が添加されることにより、透過抑制液ＬＩの透過率を顕著に低減することができる。

また本実施形態においては、透過抑制液ＬＩは防錆剤を含む。これにより被加工材ＷＯの錆を抑制することができる。

また本実施形態においては図５に示されるように、液位調整機構は、液位検出センサー４１の検出結果に基づいて透過抑制液ＬＩの液位を調整する。これにより容器１内における透過抑制液ＬＩの液位の調整が容易となる。このためレーザ加工時には被加工材ＷＯを透過抑制液ＬＩに浸漬でき、また被加工材ＷＯをレーザ加工装置２０に対して搬入・搬出する際に被加工材ＷＯを透過抑制液ＬＩから露出させることができる。

また本実施形態においては図５に示されるように、コントローラ５０は、透過率検出センサー４２の検出結果に基づいて報知およびレーザ加工動作の少なくとも一方の制御指令を発する。これにより透過抑制液ＬＩの透過率が高い状態でレーザ加工することによってレーザ光がレーザ加工装置２０の外部へ漏れ出すことが防止される。

また本実施形態においては図１４に示されるように、レーザヘッド１０は、ガス吹出口（吹出口５ａａ、５ｂａ）から吹き出すガスが旋回流となるように構成されている。具体的には、吹出口５ａａから吹き出すアシストガスと吹出口５ｂａから吹き出す２次ガスとの少なくとも一方が旋回流となるようにレーザヘッド１０は構成されている。これによりガスが軸流で吹出口５ａａ、５ｂａから吹き出す場合と比較して、被加工材ＷＯの上面から安定的に透過抑制液ＬＩを除去することができる。

また本実施形態においてはレーザ光遮光部材（図４に示す遮光カバー７および図１４に示す板部材７０の各々）は、レーザヘッド１０のレーザ射出口５ａａの周囲を取り囲む。これにより、被加工材ＷＯにおけるレーザ光の反射光または散乱光がレーザ加工装置２０の外部へ漏れ出すことが防止される。

また本実施形態においては図１４に示される板部材７０の被加工材ＷＯと対向する下面は、板部材７０を径方向に切断した断面において鋸歯状の凹凸を有している。この鋸歯状の凹凸により、板部材７０の下面に照射されたレーザ光を板部材７０の内周側に反射させることができる。これにより簡易な構成でレーザ光の反射光または散乱光がレーザ加工装置２０の外部へ漏れ出すことが防止される。

また本実施形態においては図１４に示されるように、レーザ光遮光部材は、被加工材ＷＯと対向する下面を有する板部材７０であってもよい。これにより簡易な構成でレーザ光の反射光または散乱光がレーザ加工装置２０の外部へ漏れ出すことが防止される。

また本実施形態においては図１４に示されるように板部材７０の直径（外径）Ｌ１は２００ｍｍ以上である。これによりレーザ光の反射光または散乱光がレーザ加工装置２０の外部へ漏れ出すことが防止される。

また本実施形態においては図４に示されるように、遮光カバー７の第２孔７ｃａは、被加工材ＷＯから反射したレーザ光が第１孔７ｂａを通過して隙間７ｄ内を直線状に進んだ先の位置を避けて配置されている。このため被加工材ＷＯから反射したレーザ光が遮光カバー７の内部から外部へ漏れることが防止される。また第１孔７ｂａおよび第２孔７ｃａを通じて遮光カバー７の内部から外部へガスを排出することができる。

なお遮光カバー７の内部からガス（アシストガス、２次ガス）を排出しなければ、遮光カバー７と被加工材ＷＯとの間の隙間からガスが排出されることになり、その際に透過抑制液ＬＩによる遮光が破られることになる。これを防止するために遮光カバー７には遮光カバー７の内部からガスを排出するための第１孔７ｂａおよび第２孔７ｃａが設けられている。

また本実施形態においては図３に示されるように、レーザヘッド１０は、ガスを吹き出すガス吹出口５ａａ、５ｂａを有する。このガスの吹き出し力により、被加工材ＷＯの加工点において透過抑制液ＬＩが押しのけられる。これにより被加工材ＷＯの加工点において被加工材ＷＯの上面が透過抑制液ＬＩから露出し、その露出した加工点にレーザ光を照射することができる。

図１９に示されるように、透過抑制液ＬＩは、アシストガスにより矢印ＡＲに沿って被加工材ＷＯの切断溝を通じて被加工材ＷＯの上面側に吹き上げられる。巻き上げられた透過抑制液ＬＩは、アシストガスに巻き込まれてレーザ加工による加工点およびその付近に達し、レーザ加工に悪影響を与え加工不良を起こす可能性がある。

これに対して本実施形態においては図３に示されるように、ガス吹出口５ａａ、５ｂａは、アシストガスを吹き出すガス吹出口５ａａと、ガス吹出口５ａａの外周に配置されたガス吹出口５ｂａとを有する。ガス吹出口５ｂａから２次ガスが吹き出される。これにより、アシストガスによって吹き上げられた透過抑制液ＬＩが加工点付近に達することが２次ガスにより抑制される。このためアシストガスによって巻き上げられた透過抑制液ＬＩがレーザ加工に悪影響を及ぼすことが防止される。

特許文献１では、レーザノズル側カバー体とガーター側カバー体との各々の下端側に取り付けられた遮光部材が、被加工材またはその被加工材を支持する支持部材に接触して撓む。この被加工材または支持部材との摺動により特許文献１の遮光部材は摩滅していくため、遮光部材の交換メンテナンスが必要となる。

これに対して本実施形態においては図１２に示されるように、レーザ光を用いて被加工材ＷＯを加工する際に、遮光カバー７の下端７Ｌと被加工材ＷＯとの間に隙間が設けられる。これにより遮光カバー７と被加工材ＷＯとの擦れによる遮光カバー７の劣化が防止される。

また本実施形態においては図１２に示されるように、レーザ光を用いて被加工材ＷＯを加工する際に、透過抑制液ＬＩの液位は遮光カバー７の下端７Ｌよりも上に調整される。これにより遮光カバー７の下端７Ｌと被加工材ＷＯとの間の隙間に透過抑制液ＬＩが存在する。このため遮光カバー７の下端７Ｌと被加工材ＷＯとの間の隙間からレーザ光の反射光または散乱光が漏れ出すことが透過抑制液ＬＩにより防止される。

また本実施形態においては図１２に示されるように、レーザ加工時において被加工材ＷＯは透過抑制液ＬＩ内に浸漬される。このため被加工材ＷＯの下面だけでなく上面も透過抑制液で冷却される。よって特許文献２および３よりもレーザ加工時における被加工材の冷却効果が大きい。

また本実施形態においては、レーザ加工に用いられる透過抑制液ＬＩは、波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下である光の透過を抑制する。このためレーザ光として波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下のレーザ光を用いた場合、透過抑制液ＬＩ内に入射したレーザ光は透過抑制液ＬＩにより透過を抑制される。これによりレーザ光は透過抑制液ＬＩ内で強度を減じられ、レーザ加工装置２０の外部への漏れ出しを防止することができる。

次に、本発明者らが行なった検討について図２０～図２２を用いて説明する。
図２０は、レーザ光の透過率と液体の深さとの関係を調べるための装置の構成を説明するための図である。図２１は、水道水を用いた場合のレーザ光の強度と液体の深さとの関係を示す図である。図２２は、水道水に墨汁を添加した水溶液を用いた場合のレーザ光の強度と液体の深さとの関係を示す図である。

本発明者らは、図２０に示されるように、ファイバレーザのレーザ発振器８から発振されたレーザ光の経路内に、液体を貯留した液槽６１を配置し、その液体を透過した透過光の強度をセンサー６２で検出した。ファイバレーザのレーザ発振器８として、３ｋＷのレーザ出力を有する発振器を用いた。このレーザ発振器８を用いて、１００Ｗでレーザ光を連続発振させた。

液槽６１の保護ウィンドウ６３には合成石英（φ４０×ｔ４）を用い、レーザ光は保護ウィンドウ６３を透過させた。液槽６１に水道水を入れ、液槽６１内における水道水の深さを変えて、各深さでレーザ光の強度をセンサー６２で検出した。検出したレーザ光の強度から透過率を算出した。液槽６１内における水道水の深さと、各深さで検出されたレーザ光の強度との結果を図２１に示す。

また液槽６１に、水道水に０．１容積％の墨汁を添加した水溶液を入れ、その水溶液の深さを変えて、各深さでレーザ光の強度をセンサー６２で検出した。検出したレーザ光の強度から透過率を算出した。液槽６１内における水溶液の深さと、各深さで検出されたレーザ光の強度とその結果を図２２に示す。

墨汁は、膠またはその他の水溶性樹脂の水溶液に、カーボンブラック、すなわち炭素を分散させてなるものであり、カーボンブラックの混合比率は全量に対して４．０～２０．０重量％程度とするのが好ましい組成とされる。なお、墨汁としては、市販の「呉竹 濃墨墨滴 ＢＡ７－１８」を使用した。

図２１の結果から、水道水の透過率は９１％／ｃｍであることが分かった。このことから水道水の深さが３ｃｍの場合、水道水への入射光の強度に対する透過光の強度は７５％となることが分かった。このことからレーザ光のレベル（パワー密度）を上記ＰＡ（＝５ｍＷ／ｃｍ²）程度にするためには、レーザ光が深さ１ｍの水道水を通過する必要があることが分かった。

一方、図２２の結果から、水道水に０．１容積％の墨汁を添加した水溶液の透過率は３％／ｃｍであることが分かった。このことから上記水溶液の深さが３ｃｍの場合、水溶液への入射光の強度に対する透過光の強度は２．７×１０^-5％となることが分かった。また深さ３ｃｍの上記水溶液を通過することにより、レーザ光のレベル（パワー密度）が１．６ｍＷ／ｃｍ²となり、上記ＰＡ（＝５ｍＷ／ｃｍ²）よりも小さくなることも分かった。

また大型機のレーザ加工装置では１０ｍ³（１０，０００リットル）の透過抑制液が必要になる。しかし、墨汁は水道水に０．１容積％の濃度で添加されればよいため、１０ｍ³の水道水に対して高々１０リットル程度添加されればよい。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 容器、１ａ 底壁、１ｂ 側壁、１ｃ パレット支持部、２ 切断パレット、２ａ 第１支持板、２ｂ 第２支持板、２ｃ 置部、３ スラッジトレイ、４ 液位調整タンク、５ ヘッド本体、５ａ 本体部、５ａａ，５ｂａ ガス吹出口、５ａｂ，５ｂｂ ガス供給部、５ｂ アウターノズル、５ｂｃ，５ｂｄ 流路、６ａ 集光レンズ、６ｂ コリメーターレンズ、７ 遮光カバー、７Ｌ 下端、７ａ 周壁部、７ｂ 第１上板、７ｂａ 第１孔、７ｃ 第２上板、７ｃａ 第２孔、７ｄ 隙間、７ｅ 内部空間、８ レーザ発振器、９ 光ファイバ、１０ レーザヘッド、２０ レーザ加工装置、２１ 支持台、２２ Ｘ方向可動台、２３ Ｙ方向可動台、２５ 駆動機構、３０ 操作盤、３１ 供給バルブ、３２ 加圧バルブ、３３ 減圧バルブ、３４ 排出バルブ、３５ 貯液槽、３６ 供給配管、３７ ガス配管、３８ オーバーフロー配管、３９ 液排出配管、４１ 液位検出センサー、４２ 透過率検出センサー、５０ コントローラ、５１ 報知器、５２ 加工開始スイッチ、６１ 液槽、６２ センサー、６３ 保護ウィンドウ、７０ 板部材、７０Ａ 外周端縁、７０Ｂ 内周端縁、７１ リング、７２ 固定部材、ＬＩ 透過抑制液、ＲＬ レーザ光、Ｓ スラッジ、ＷＯ 被加工材。

Claims (20)

1. レーザ光を用いて被加工材を加工するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光の透過を抑制する透過抑制液を前記被加工材の上面よりも高い高さ位置まで貯留可能な容器と、
   前記被加工材の前記上面の前記透過抑制液を、吹き出したガスによって押しのけて、前記レーザ光を照射するレーザヘッドと、を備える、レーザ加工装置。
2. 前記透過抑制液は、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率が１０％／ｃｍ以下である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記透過抑制液は、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率が５％／ｃｍ以下である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
4. 前記透過抑制液は、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過率が３％／ｃｍ以下である、請求項１に記載のレーザ加工装置。
5. 前記透過抑制液は、０．７μｍ以上１０μｍ以下の波長域における光の透過を抑制するための添加剤として炭素を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記透過抑制液は防錆剤を含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記容器に貯留される前記透過抑制液の液位を検出する液位検出センサーと、
   前記液位検出センサーの検出結果に基づいて、前記容器に貯留される前記透過抑制液の液位を調整する液位調整機構と、をさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
8. 前記容器に貯留される前記透過抑制液の透過率を検出する透過率検出センサーと、
   前記透過率検出センサーの検出結果に基づいて、報知およびレーザ加工動作の少なくとも一方の制御指令を発するコントローラと、をさらに備える、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
9. 前記レーザヘッドは、前記レーザ光を射出する射出部を有し、
   前記レーザヘッドの周囲を取り囲むレーザ光遮光部材をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
10. 前記レーザ光遮光部材は、前記被加工材と対向する下面を有する板部材であり、前記板部材の前記下面は、前記板部材を径方向に切断した断面において鋸歯状の凹凸を有する、請求項９に記載のレーザ加工装置。
11. 前記レーザ光遮光部材は、前記被加工材と対向する下面を有する板部材である、請求項９に記載のレーザ加工装置。
12. 前記板部材の直径は２００ｍｍ以上である、請求項１０または請求項１１に記載のレーザ加工装置。
13. 前記レーザ光遮光部材は、
    前記レーザヘッドの前記射出部の周囲を取り囲む筒形状の周壁部と、
    前記周壁部に取り付けられ、第１孔が設けられた第１上板と、
    前記第１上板の上に隙間を挟むように前記周壁部に取り付けられ、第２孔が設けられた第２上板と、を有し、
    前記第２孔は、前記被加工材から反射した前記レーザ光が前記第１孔を通過して前記隙間内を直線状に進んだ先の位置を避けて前記第２上板に配置されている、請求項９に記載のレーザ加工装置。
14. 前記レーザヘッドは、吹き出したガスが旋回流となるように構成されている、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
15. 前記レーザヘッドは、ガスを吹き出すガス吹出口を有し、
    前記ガス吹出口は、アシストガスを吹き出す第１吹出口と、前記第１吹出口の外周に配置された第２吹出口と、を有する、請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
16. 前記透過抑制液は、光を吸収して前記レーザ光の透過を抑制する、請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
17. レーザ加工装置により被加工材をレーザ加工するレーザ加工方法であって、
    波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下である光の透過を抑制する透過抑制液を容器に貯留するステップと、
    前記容器に対して前記被加工材を載置するステップと、
    前記被加工材の上面よりも高い高さ位置まで前記透過抑制液を貯留し、前記被加工材の前記上面の前記透過抑制液を、吹き出したガスによって押しのけて、レーザ光を前記被加工材に照射するステップと、を備える、レーザ加工方法。
18. 前記レーザ加工装置は、
    前記レーザ光を射出する射出部を有するレーザヘッドと、
    前記レーザヘッドの前記射出部の周囲を取り囲む遮光カバーと、を備え、
    前記レーザ光を前記被加工材に照射するステップにおいて、前記遮光カバーは、前記遮光カバーの下端と前記被加工材との間に隙間を有する、請求項１７に記載のレーザ加工方法。
19. 前記レーザ光を前記被加工材に照射するステップにおいて、
    前記透過抑制液の液位は前記遮光カバーの前記下端よりも上に調整される、請求項１８に記載のレーザ加工方法。
20. レーザ光を用いて被加工材を加工するレーザ加工装置であって、
    波長が０．７μｍ以上１０μｍ以下である光の透過を抑制する透過抑制液を前記被加工材の上面よりも高い高さ位置まで貯留可能な容器と、
    前記被加工材の前記上面の前記透過抑制液を、吹き出したガスによって押しのけて、前記レーザ光を照射するレーザヘッドと、を備える、レーザ加工装置。
    
    

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