JP4304808B2

JP4304808B2 - レーザ加工方法

Info

Publication number: JP4304808B2
Application number: JP2000027057A
Authority: JP
Inventors: 聖一中村
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2020-02-04
Also published as: JP2001212681A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ加工方法に関し、より詳しくは、表面に保護シートを貼付した被加工物のレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、表面に保護シートを貼付した被加工物にレーザ光線を照射して、所要の形状に切断加工する方法は知られている。このような従来のレーザ加工方法においては、先ず被加工物の所要位置にアシストガスを噴射しながらレーザ光線を照射してピアッシング孔を穿設し、次にこのピアッシング孔の位置からノズルと被加工物とを水平方向に相対移動させて被加工物を所要の形状に切断するようにしている。
このような従来のレーザ加工方法においては、保護シートが上面となるように被加工物を支持してピアッシングおよび切断加工を行うと、ピアッシング時および切断加工中に被加工物に吹き付けられるアシストガスによって、保護シートがはがれてめくれ上がり、それがタッチセンサに接触して切断不良が生じるという欠点が指摘されていた。
そこで、このような欠点を解消したレーザ加工方法が提案されている（例えば、特開平７−２４１６８８号公報、特開平７−１００６８３号公報）。
上記特開平７−２４１６８８号公報の加工方法においては、被加工物にレーザ光線を照射して先ず保護シートを母材の表面に焼き付けるようにしてあり、それによって、その後のピアッシング時および切断加工時に保護シートがめくれ上がらないようにしている。
他方、特開平７−１００６８３号公報の加工方法においては、先ずパンチングによって大きめのピアッシング孔を穿設し、そのピアッシング孔の位置から切断加工に移行するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平７−２４１６８８号公報の加工方法においては、切断加工が終了後に保護シートを引き剥す際に、作業当初に母材に焼き付けた保護シートがはがれにくいという欠点があった。
他方、特開平７−１００６８３号公報の加工方法においては、ピアッシング孔を穿設するためにパンチング機構を必要とするという欠点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した事情に鑑み、本発明は、母材とその表面に貼付した保護シートからなる被加工物にアシストガスを吹き付けながらレーザ光線を照射して、先ずピアッシング孔を穿設してから被加工物を所要の形状に切断加工するようにしたレーザ加工方法において、
保護シートを貼付した側から被加工物にアシストガスを吹き付けるとともにレーザ光線を照射して、ピアッシング孔の穿設予定ポイントを囲繞する所要範囲の保護シートのみを切断し、その切断した内方側の保護シートを切り放し部とし、その後、被加工物にアシストガスを吹き付けながら上記ピアッシング孔の穿設予定ポイントにレーザ光線を照射してピアッシング孔を穿設するようにしたものである。
【０００５】
このような構成によれば、ピアッシング孔を穿設する際には、上記切り放し部が存在するので、被加工物にむけてアシストガスが吹き付けられると、アシストガスは被加工物に衝突してはねかえったり、被加工物の表面に沿って外方へ放射状に広がるように流れるとともに、アシストガスの圧力によって母材と切り放し部の間に徐々に入り込む。そのうち、切り放し部は母材の表面から完全に剥離して吹き飛ばされることになる。切り放し部の外方側となる保護シートの縁部ではアシストガスの勢いが弱まっているので、母材と保護シートの間にアシストガスが入り込むことはない。
したがって、ピアッシング孔の穿設の際にアシストガスの圧力によって保護シートがめくれ上がることを防止することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
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、レーザ加工装置の加工ヘッド１は図示しない可動フレームに取り付けられており、この加工ヘッド１内の上方側にレーザ光線Ｌを集光する図示しない集光レンズを内蔵している。加工ヘッド１は、鉛直下方に向けて支持されるとともに、この加工ヘッド１における下端部にノズル２を取り付けている。
上記加工ヘッド１の下方側に図示しない加工テーブルを設けてあり、この加工テーブル上に板状の被加工物３を水平に載置している。
本実施例の被加工物３は、板状をしたステンレス製の母材４と、この母材４の表面（上面）の全域に貼付したビニール製の保護シート５とから構成している。本実施例では、保護シート５が上方側となるように被加工物３を加工テーブル上に支持して、被加工物３に切断加工を施すようにしている。
レーザ加工装置は図示しないレーザ発振器を備えており、このレーザ発振器から発振されたレーザ光線Ｌは、図示しない複数の反射鏡によって加工ヘッド１に導かれた後、集光レンズによって集光されてからノズル２の下端開口を介して被加工物３に照射されるようになっている。
【０００７】
加工ヘッド１を取り付けた図示しない可動フレームは、図示しない昇降機構によって昇降可能となっており、また、この可動フレームと加工テーブルとは水平面において相対移動できるようになっている。
ノズル２の内部空間をアシストガスが通過するガス通路６としている。また、レーザ加工装置は、アシストガス（窒素）の供給源１１を備えており、この供給源１１は導管１２を介して上記加工ヘッド１の内部空間である上記ガス通路６と連通している。この導管１２に電磁開閉弁１３を設けてあり、この電磁開閉弁１３の作動は図示しない制御装置によって制御されるようになっている。
制御装置は電磁開閉弁１３を開放させるとともに、それが備える圧力調整機構によってガス通路６に供給されるアシストガスの圧力を調整できるようになっている。
上記加工ヘッド１によって被加工物３に切断加工を行う時には、先ず被加工物３の所要位置Ｐにアシストガスを吹き付けながらレーザ光線Ｌを照射してピアッシング孔を穿設し、そのピアッシング孔の位置から切断加工に移行するようにしている。
【０００８】
しかして、本実施例は、ピアッシング孔の穿設の前後の作業工程を以下のように改良したものである。
すなわち、先ず、図１に示すように、被加工物３におけるピアッシング孔を穿設する予定箇所（ピアッシングポイントＰ）の上方に加工ヘッド１のノズル２を位置させる。この状態において、供給源１１から加工ヘッド１のガス通路６に約０．０５ＭＰａのアシストガスを供給して、該アシストガスを被加工物３に吹き付けると同時に、少なくとも保護シート５のみを切断可能な程度の小さな出力のレーザ光線Ｌをパルス発振で被加工物３に照射しながら上記ピアッシングポイントＰを囲繞する直径４ｍｍの円形部分５Ａの保護シートを切断する（図４および図８のＳ１を参照）。この円形部分５Ａは切り放し部となっており、後述する工程において母材から剥離して吹き飛ばされるようになっている。
なお、この工程Ｓ１においては、アシストガスの圧力を非常に小さく設定してあるので、このようにピアッシングポイントＰを囲繞する直径４ｍｍの円形部分５Ａは母材４の表面に付着したままであり（図４参照）、母材４と保護シート５の間にアシストガスが入り込むことはない。
また、このように、保護シート５のみを直径４ｍｍの円形に切断すると、その円形部分５Ａの外周縁となる母材４の表面４ａもレーザ光線Ｌの照射によって軽い損傷が起こる。しかしながら、本来、この円形の切断線となった表面４ａは製品とならない箇所なので、そのように損傷しても支障はない。また、この際、ピアッシングポイントＰから保護シート５の切断を開始しているが、円形の切断線４ａ上からの位置から保護シート５の切断を開始しても良い。
【０００９】
次に、この後、図２に示すように、ノズル２をピアッシングポイントＰの上方に位置させてから、前工程Ｓ１よりも高い出力のレーザ光線ＬをピアッシングポイントＰにパルス発振で照射して、母材４のピアッシングポイントＰにピアッシング孔３ａを穿設する（図５、図８の工程Ｓ２参照）。なお、この時のアシストガスの圧力は比較的小さく設定している。この様にして、ピアッシング孔３ａの穿設が終了した時点においては、普通保護シート５の円形部分５Ａは母材４の表面に付着したままである（図５参照）が、保護シート５の接着力によっては、この工程において円形部分５Ａ（切り放し部）が吹き飛ばされることもある。
次に、この後、上記工程Ｓ２と同じ条件でレーザ光線Ｌを被加工物３に連続照射して、上記保護シート５の円形部分５Ａの外周縁よりも内方側で、かつピアッシング孔３ａを囲繞するように保護シート５および母材４にわたって小径の貫通孔７を穿設する（図３、図６、図８参照）。本実施例では上記アシストガスが通過するノズル２の下端開口部の直径は、この工程Ｓ３における小径の貫通孔７の直径とほぼ等しくしている。貫通孔７の直径を穿設する際には、作業工程Ｓ２のときと同じ条件でアシストガスが被加工物３にむけて噴射されている。そのため、図５に示したピアッシングポイントＰから貫通孔７を穿設する過程において、当初の工程Ｓ１において切断した保護シート５の円形部分５Ａがアシストガスの圧力によって母材４の表面から剥離して吹き飛ばされる。
そこで、この工程Ｓ３が終了すると、当初の円形の切断線４ａよりも内方側では、母材４の表面が露出した状態となる（図６参照）。
この後、一旦、アシストガスの噴射およびレーザ光線Ｌの照射を停止してからノズル２の軸心を上記貫通孔７の中心（当初のピアッシングポイントＰ）の上方に位置させる（図８の工程Ｓ４参照）。
【００１０】
この後、貫通孔７の上方に位置したノズル２からレーザ光線Ｌを再度被加工物３に向けて連続照射し、被加工物３とノズル２とを水平面において相対移動させて切断加工に移行する（図７、図８の工程Ｓ５参照）。貫通孔７の中心の位置からレーザ光線Ｌを照射し、かつアシストガスを吹き付けながらノズル２を被加工物３に対して水平方向に相対移動することになるが、レーザ光線Ｌは貫通孔７の中心から横方向に移動し、貫通孔７の縁部から切断を開始し、さらにそこから所要の量だけ水平方向に相対移動することになる。
この過程においても、ノズル２が貫通孔７の中心に近い位置の時は、ほとんどのアシストガスは貫通孔７を通って下方に流れ、さらにノズル２が移動して貫通孔７の縁部から切断し始めても、多くのアシストガスは切断溝から下方へ流れる。そのため、アシストガスは被加工物３表面に沿って横方向に流れる流量は少なくなるとともに外方に向けて放射状に拡がるので、切断線４ａの隣接位置の保護シート４の縁部から母材４と保護シート５の間に入り込むことができない。つまり、ピアッシングから切断加工に移行するこの過程においても、被加工物３に噴射されるアシストガスによって保護シート４がめくれ上がることを良好に防止することができる。
このように本実施例では、保護シート４が上面側となるように加工テーブル上に被加工物３を支持し、その状態で被加工物３にピアッシングおよび切断加工を行うようにしている。その際、本実施例は、図８に示した工程Ｓ１から工程Ｓ４を備えているので、ピアッシング中およびピアッシング後に切断加工に移行するに際して、母材４の上面に貼付した保護シート４がめくれ上がることを良好に防止することができる。
このような本実施例に対して、図９に示すように、従来一般の加工方法では、先ず最初にピアッシングポイントＰにアシストガスを吹き付けながらレーザ光線Ｌを照射して、ピアッシング孔３ａを穿設するようにしていたものである。このような従来の方法では、ピアッシングポイントＰに孔が開いてから母材４にピアッシング孔３ａが穿孔される過程で、想像線で示すようにピアッシングポイントＰの周囲の保護シート５が母材４の表面から剥離してめくれ上がっていたものである。
【００１１】
なお、上述した第１の実施例における工程Ｓ４以降を次のような作業工程で行っても良い。貫通孔７の中心の位置から母材４の露出部分を切断している時にはアシストガスの圧力を小さくし、母材４の露出部分から保護シート４の縁部に切断箇所が移行したらアシストガスの圧力を高圧に切り換えて、それ以後はそのままアシストガスの圧力を高圧に維持した状態で切断加工を行っても良い。低圧から高圧へのアシストガスの切り換えについては、ガスの圧力を徐々に変化させるようにしても良い。このような実施例においても、上述した第１の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００１２】
また、上記実施例においてはピアッシング孔３ａを穿設した後に、被加工物３に小径の貫通孔７を穿設しているが、この小径の貫通孔７を穿設する工程は省略しても良い。つまり、ピアッシング孔３ａを穿設した後すぐに、ピアッシング孔３ａの位置から切断加工に移行してもよい。このように、ピアッシング孔３ａの位置から切断加工に移行すると、保護シート５の円形部分５Ａはアシストガスの圧力によって母材４から剥離して吹き飛ばされる。また、アシストガスは、その多くがピアッシング孔および切断溝を通って下方に流れることによって、被加工物の表面に沿って流れる流量は少なくなるとともに外方にむけて放射状に拡がるので、アシストガスが母材４と保護シート５の間に入り込むことはなく、縁部４ａがめくれ上がることがない。さらに、この実施例においても、アシストガスの圧力を母材４の表面が露出した部分では低圧とし、保護シート５が貼着されている部分では、高圧に切り換えるようにしても良い。
また、上述した実施例では、被加工物３の母材４として板状のステンレスを用いたが、これに特定されるものではなく、母材４の表面に保護シート５を貼付した被加工物３であれば、本発明を適用して切断加工することができる。
さらに、上述した実施例は、タッチセンサを備えていないレーザ加工装置によって本発明を実施した場合を説明したが、被加工物３の表面に接触するタッチセンサを備えたレーザ加工装置を用いても良い。
また、被加工物３の母材４の材質に応じてアシストガスの種類を変更しても良い。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ピアッシング孔の穿設の際にアシストガスの圧力によって保護シートがめくれ上がることを防止できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す概略の断面図
【図２】本発明の第１実施例における一作業工程を示す断面図
【図３】本発明の第１実施例における一作業工程を示す断面図
【図４】上記第１実施例における作業工程Ｓ１を終了した時点における被加工物３の平面図
【図５】上記第１実施例における作業工程Ｓ２を終了した時点における被加工物３の平面図
【図６】上記第１実施例における作業工程Ｓ３を終了した時点における被加工物３の平面図
【図７】上記第１実施例における作業工程Ｓ５を終了した時点における被加工物３の平面図
【図８】本発明の第１実施例における作業工程を示す図
【図９】従来技術を示す正面図
【符号の説明】
１加工ヘッド２ノズル
３被加工物４母材
５保護シート６ガス通路
１１供給源Ｌレーザ光線
Ｐピアッシングポイント

Claims

母材とその表面に貼付した保護シートからなる被加工物にアシストガスを吹き付けながらレーザ光線を照射して、先ずピアッシング孔を穿設してから被加工物を所要の形状に切断加工するようにしたレーザ加工方法において、
保護シートを貼付した側から被加工物にアシストガスを吹き付けるとともにレーザ光線を照射して、ピアッシング孔の穿設予定ポイントを囲繞する所要範囲の保護シートのみを切断し、その切断した内方側の保護シートを切り放し部とし、その後、被加工物にアシストガスを吹き付けながら上記ピアッシング孔の穿設予定ポイントにレーザ光線を照射してピアッシング孔を穿設することを特徴とするレーザ加工方法。
上記ピアッシング孔を穿設した後に、上記切り放し部よりも内方側となる被加工物に、該ピアッシング孔を囲繞するように、アシストガスを通過させる貫通孔を穿設し、
その後、上記貫通孔の位置から被加工物に切断加工を施すことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
上記切り放し部が付着する母材の領域においては低圧のアシストガスを被加工物に吹き付けて切断加工を行い、その後、上記切り放し部が付着する母材の領域よりも外方においては高圧のアシストガスを被加工物に吹き付けて切断加工を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ加工方法。