JP4029248B2

JP4029248B2 - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP4029248B2
Application number: JP21114699A
Authority: JP
Inventors: 聖一中村; 良治中川; 憲志畑
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP2001038482A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はレーザ加工方法に関し、より詳しくはピアッシング加工に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般に、レーザ加工方法として、ピアッシング加工により被加工物を貫通する貫通孔を穿設し、かつこの貫通孔の位置から切断加工を開始することは知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来一般に加工時間を短縮するために、レーザ光線の焦点位置を被加工物の内部或は被加工物の表面近くに設定し、ピアッシング加工時間を短縮することは行なわれている。
しかしながら上記方法によって穿設される貫通孔の径は小さく、しかも板厚が厚くなるにしたがって貫通孔の開口周囲に付着するドロス（酸化鉄）の量も増えるため、特に厚板の被加工物を加工する場合に切断加工開始時に被加工物上に溶融金属が吹出す飛散が発生するといった問題がある。
このような問題を解決する方法として、レーザ光線の焦点位置を被加工物から離して該被加工物表面に対する照射面積を大きくすることで、貫通孔と切断加工時の切断幅との差を小さくすることが考えられるが、この場合にはレーザ光線の照射面積が広くなるため、被加工物へのパワーが分散されて弱くなり、つまりレーザ光線の集光効率が悪くなり、結果的にピアッシング加工時間が長くなるといった欠点がある。
上述した相反する問題を解決する方法として、特開平３−１５１１８２号公報において、ピアッシング加工時にレーザ光線の焦点位置を上昇または下降させたり、或はレーザ光線または被加工物を回転させることにより、貫通孔の穿設と同時に貫通孔の拡大も行なうようにした加工方法が提案されているが、この方法では制御が複雑になるといった欠点がある。
また従来では、特開平２−１９７３８６号公報において、ピアッシング加工により貫通孔を穿設した後に、該貫通孔の側面に沿ってレーザ光線を照射して貫通孔を拡大する拡大加工を行なうようにした加工方法が提案されているが、この方法でも制御が複雑になるといった欠点がある。
本発明はそのような事情に鑑み、従来に比較して複雑な制御（加工方法）を必要とすることなしに、切断加工開始時の溶融金属の飛散を防止することができるレーザ加工方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ピアッシング加工により被加工物を貫通する貫通孔を穿設し、かつこの貫通孔の位置から切断加工を開始するようにしたレーザ加工方法において、
上記ピアッシング加工は、レーザ光線を被加工物に照射して貫通孔を穿設する第１ピアッシング加工と、この第１ピアッシング加工により穿設された貫通孔に対してレーザ光線を照射してこれを拡大する第２ピアッシング加工とを備え、
上記第２ピアッシング加工では、レーザ光線の照射面積を第１ピアッシング加工時の照射面積よりも大きく、かつ切断加工時の照射面積よりも小さく設定したものである。
【０００５】
【作用】
上述した加工方法によれば、第１ピアッシング加工により相対的に小さな貫通孔を穿設し、そしてこの貫通孔を第２ピアッシング加工により溶融金属の飛散を防止することができる孔径まで拡大させることによって、従来のように複雑な制御を行なうことなしに切断加工開始時の溶融金属の飛散を防止することができるし、またピアッシング時間を短縮することができる。
【０００６】
【実施例】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、レーザ加工機１は、レーザ光線Ｌを発振放射するレーザ発振器２と、このレーザ発振器２から放射されたレーザ光線Ｌを集光する集光レンズ３（図２参照）を収納したフォーカスヘッド４とを備えており、上記レーザ発振器２は制御装置５によって出力が制御されるようになっている。
上記フォーカスヘッド４は、制御装置５によって被加工物７との間隔Ｄが制御されるようになっており、該フォーカスヘッド４には、フォーカスヘッド４と被加工物７との間隔Ｄを測定するために静電容量センサ８を設けている。この静電容量センサ８で検出された信号は、図示しない静電容量センサアンプを介して増幅された後、制御装置５に入力されるようになっている。
上記制御装置５には、上記フォーカスヘッド４を所定高さ位置とした際に静電容量センサ８から得られる出力値が予め入力してあり、該制御装置５は、その出力値と実際に静電容量センサ８から得られる出力とを比較して、その差が零となるように駆動モータ９を制御するようになっている。これによりフォーカスヘッド４を上記所定高さ位置に位置決めすることができるようになっている。
なお、本実施例では静電容量センサ８を用いていたがこれに限定されるものではなく、従来公知のタッチセンサを用いてもよい。
【０００７】
ところで、レーザ光線Ｌを使用して薄板の被加工物を加工する場合には問題なく加工することができるが、特に厚板の被加工物を加工する場合にはピアッシング加工から直ちに切断加工を行なった際に、溶融金属が吹出す飛散が発生するといった欠点がある。
上記溶融金属の飛散の原因としては、ピアッシング加工によって穿設された貫通孔と切断加工時の切断幅との差が大きい場合や貫通孔の開口の周囲にドロス（酸化金属）の付着が多い場合に溶融金属の飛散が発生することが判明しており、上記ドロスは板厚が厚くなるにしたがって付着量が増えるものである。
【０００８】
しかして本実施例では、厚板の被加工物７を加工する場合であっても、溶融金属の飛散を防止することができるレーザ加工方法を提供するものである。
先ず制御装置５は、レーザ光線Ｌの焦点位置Ｐを被加工物の表面から該被加工物７の厚みの１０パーセント以上となるように駆動モータ９を制御してフォーカスヘッド４を予め設定された第１ピアッシング加工位置に位置決めする。
フォーカスヘッド４が上記第１ピアッシング加工位置に位置したことを静電容量センサ８から入力された制御装置５は、レーザ発振器２を制御して低出力のレーザ光線Ｌをパルスモードで発振放射させる。
これにより、低出力のレーザ光線Ｌであっても最も出力の高い焦点位置Ｐ並びにこれに続く出力の高い部分で被加工物７を断続的に穿設することができるので、短時間で被加工物７の表面の小さな照射面積（スポット径）に応じた小径の貫通孔Ｚを穿設することができる。
このとき制御装置５は、上記第１ピアッシング加工の終了をタイマ或は上記静電容量センサ８から入力されるパルス状信号の入力の終了により認識するようになっている（特許‐０２７９０１６６号参照）。
【０００９】
上記第１ピアッシング加工が終了したら制御装置５は、次にレーザ光線Ｌの焦点位置Ｐが被加工物７の表面よりも上方となるように、駆動モータ９を制御してフォーカスヘッド４を第１ピアッシング加工位置から予め定められた第２ピアッシング加工位置へと真上に上昇させて位置決めするとともに、レーザ発振器２を制御して第１ピアッシング加工時よりも高い中間出力でレーザ光線Ｌを貫通孔Ｚに向けてパルス発振させる。
これにより被加工物７表面に対して第１ピアッシング加工時よりも大きな照射面積（スポット径）でレーザ光線Ｌが断続的に照射され、それにより該照射面積（スポット径）に応じて貫通孔Ｚの周囲が穿設されて大径の貫通孔Ｚ´が貫通されるようになる。このとき、既に貫通孔Ｚが穿設されているため、第２ピアッシング加工時に発生する溶融金属は貫通孔Ｚを抜けて下方へ吹き飛ばされ被加工物７上への吹き上がりがほとんどない。
なおレーザ光線Ｌの出力を一定とした場合には、レーザ光線Ｌの照射面積が広くなるとそれに伴ってレーザ光線Ｌの被加工物７に照射される出力は低下するようになるが、本実施例ではレーザ光線Ｌの出力を第１ピアッシング加工時よりも高く設定しているので、すなわち第２ピアッシング加工時に実質的に穿設する面積が小さいため出力をある程度上昇させても溶融金属の飛散を生じる危険性が小さいので、速やかに短時間で孔径の大きな貫通孔Ｚ´を穿設することができる。また上記中間出力とは、第１ピアッシング加工時の出力と切断加工時の出力の丁度半分を限定するものではなく、第１ピアッシング加工時の出力以上で切断加工時の出力以下の出力であればよい。
【００１０】
そして、上記第２ピアッシング加工が終了したことをタイマまたは静電容量センサ８のパルス状信号の終了によって認識した制御装置５は、次にレーザ光線Ｌの焦点位置Ｐが第２ピアッシング加工位置の位置よりも上方となるように、すなわちレーザ光線の照射面積（スポット径）が第２ピアッシング加工時の照射面積よりも大きな所定の切断幅と一致するように駆動モータ９を制御してフォーカスヘッド４を第２ピアッシング加工位置から予め定められた切断加工位置へと真上に上昇させて位置決めするとともに、レーザ発振器２を制御して第２ピアッシング加工時よりも高い高出力でレーザ光線Ｌを貫通孔Ｚ´に向けて連続発振させて貫通孔Ｚ´より切断を開始するようになっている。
ところで従来では、ピアッシング加工時に穿設する貫通孔の孔径が小さく切断加工開始時に溶融金属の飛散を生じる虞があったため、図５に示すように従来では切断ラインＫに影響が及ばないようにこれよりも外側に貫通孔Ｙを穿設するようにしていたが、本実施例によれば第１ピアッシング加工時および第２ピアッシング加工時共にフォーカスヘッド４を位置決めした状態で行なっているので、貫通孔Ｚと貫通孔Ｚ´とを精度よく穿設することができ、したがって図６に示すように貫通孔Ｚ´（Ｚ）を切断ラインＫ上に穿設することができ、その結果切断無駄を少なくすることができる。
【００１１】
なお上記実施例では、第２ピアッシング加工時にはレーザ光線Ｌをパルスモードで発振させていたがこれに限定されるものではなく、レーザ光線を連続モードで発振させて貫通孔を拡大するようにしてもよい。
また上記実施例では、第１ピアッシング加工時にはレーザ光線Ｌの焦点位置Ｐを被加工物７の内部にその厚みの１０パーセントよりも大きく設定していたがこれに限定されるものではなく、１０パーセント以内でもよいし、また被加工物７の表面近傍に設定してもよいが、このように焦点位置Ｐが表面近傍に設定する場合には第２ピアッシング加工時のレーザ光線の焦点位置Ｐをそれ以上の高さ位置に設定すればよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来に比較して簡単な加工方法で切断加工開始時の溶融金属の飛散を防止することができるし、またピアッシング時間を短縮することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す系統図。
【図２】第１ピアッシング加工時のレーザ光線Ｌの焦点位置Ｐを示す拡大図。
【図３】第２ピアッシング加工時のレーザ光線Ｌの焦点位置Ｐを示す拡大図。
【図４】切断加工時のレーザ光線Ｌの焦点位置Ｐを示す拡大図。
【図５】従来の貫通孔Ｙの穿設位置を示す平面図。
【図６】本実施例の貫通孔Ｚ´（Ｚ）の穿設位置を示す平面図。
【符号の説明】
１…レーザ加工機２…レーザ発振器
３…集光レンズ４…フォーカスヘッド
５…制御装置７…被加工物
Ｌ…レーザ光線Ｐ…焦点位置
Ｚ…貫通孔（小径）Ｚ´…貫通孔（大径）

Claims

ピアッシング加工により被加工物を貫通する貫通孔を穿設し、かつこの貫通孔の位置から切断加工を開始するようにしたレーザ加工方法において、
上記ピアッシング加工は、レーザ光線を被加工物に照射して貫通孔を穿設する第１ピアッシング加工と、この第１ピアッシング加工により穿設された貫通孔に対してレーザ光線を照射してこれを拡大する第２ピアッシング加工とを備え、
上記第２ピアッシング加工では、レーザ光線の照射面積を第１ピアッシング加工時の照射面積よりも大きく、かつ切断加工時の照射面積よりも小さく設定したことを特徴とするレーザ加工方法。
上記第２ピアッシング加工では、レーザ光線の出力を第１ピアッシング加工時の出力よりも大きく、かつ切断加工時の出力よりも小さく設定したことを特徴とするレーザ加工方法。
上記第２ピアッシング加工時は、レーザ光線の焦点位置を第１ピアッシング加工時の焦点位置の真上に設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。