JP4692345B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、筒状の被加工体に外周側からレーザ光を照射して孔を設けるレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

従来から、レーザ加工装置１００では、図２（ａ）に示すように、筒状の被加工体１０１に外周側からレーザ光１０２を照射して孔１０３を設けるものが公知となっている。このレーザ加工装置１００によれば、被加工体１０１の内周部に、被加工体１０１の部位の内でレーザ光１０２が照射される部位（つまり、孔１０３が設けられる部位）の反対側の部位にレーザ光１０２が到達するのを防止する貫通防止棒１０４が挿入される。

そして、このレーザ加工装置１００は、被加工体１０１と貫通防止棒１０４との間に形成される内部空間に高圧の空気を注入し、孔１０３を設ける加工（孔開け加工）により発生する溶解物を孔１０３を通じて、被加工体１０１の外部に吹き飛ばして除去する。

ところで、注入された空気は、下流に流れるほど圧力が低下したり、順次、孔１０３から外部に流出して流量が低下したりする。このため、注入源から遠ざかるほど溶解物の除去能力が低減するので、常に、過剰に高圧または過大な流量の空気を注入する必要がある。また、このような圧力低下および流量低下に伴う除去能力の低減は、図２（ｂ）に示すように、貫通防止棒１０４を筒状に設け、内部空間とは別の流路により高圧の空気を別途追加して注入するようにしても、同様に発生する（例えば、特許文献１参照）。

さらに、高圧の空気に代わり、貫通防止棒１０４の内部の流路を通じて液体を内部空間に注入し、この液体とともに溶解物を被加工体１０１の外部に流出させる技術も考えられている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この技術によれば、液体を注入する装置や、外部に流出した液体を回収する装置等の付帯装置を必要とし、コストが高くなる。
特開平１−１６２５８３号公報 特開平４−２６２８８９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、空気等の気体を溶解物の除去媒体として用いるレーザ加工装置において、溶解物の付着部位が気体の注入源から遠くても、過剰に高圧または過大な流量の気体を注入することなく溶解物を除去できるようにすることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のレーザ加工装置は、筒状の被加工体に外周側からレーザ光を照射して孔を設けるとともに、被加工体の内周部に気体を注入して溶解物を被加工体の外部に除去するものである。そして、このレーザ加工装置は、被加工体の内周面と所定の隙間を形成するように被加工体の内周部に配置され、気体の軸方向への流れを妨げる遮蔽部材と、被加工体の内周部に挿入され、被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒とを備える。また、遮蔽部材は、貫通防止棒と一体的に設けられ、貫通防止棒は、被加工体の内周部において遮蔽部材の軸方向一方側に配される。

そして、気体は、被加工体の内周部において遮蔽部材の軸方向一方側に注入され、遮蔽部材により遮蔽部材の軸方向他方側への流入を妨げられて、遮蔽部材の軸方向一方側に気体の高圧溜まりを形成し、高圧溜まりを形成する気体が孔を通じて被加工体の内周部から被加工体の外部に噴出することで溶解物が被加工体の外部に除去される。
これにより、孔に向かう気体の流れを、より高圧にすることができるので、孔を通じて溶解物を吹き飛ばす除去能力を向上することができる。さらに、遮蔽部材と被加工体の内周面との間に所定の隙間を設けることで、高圧の気体の溜まりを形成しながら、気体の一部を遮蔽部材の他端側に逃すことができる。このため、遮蔽部材を被加工体の内周部で自在に進退させることができるので、孔の近傍に遮蔽部材を移動させ、孔の近傍に局所的に気体の高圧溜まりを形成できる。

以上により、効率的に気体の高圧溜まりを形成して溶解物の除去能力を向上することができる（以下、高圧溜まりを溜まりと略して呼ぶことがある。）。この結果、空気等の気体を溶解物の除去媒体として用いるレーザ加工装置において、溶解物の付着部位が気体の注入源から遠くても、過剰に高圧または過大な流量の気体を注入することなく溶解物を除去することができる。

また、遮蔽部材は、貫通防止棒と一体的に設けられている。
これにより、レーザ加工装置の部品点数を増やすことなく、溶解物の除去能力を向上することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のレーザ加工方法は、筒状の被加工体に外周側からレーザ光を照射して孔を設けるとともに、被加工体の内周部に気体を注入して溶解物を被加工体の外部に除去するものである。そして、このレーザ加工方法は、被加工体の内周面と所定の隙間を形成するように被加工体の内周部に配置され、気体の軸方向への流れを妨げる遮蔽部材と、被加工体の内周部に挿入され、被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒とを利用する。また、遮蔽部材は、貫通防止棒と一体的に設けられ、貫通防止棒は、被加工体の内周部において遮蔽部材の軸方向一方側に配される。
そして、気体は、被加工体の内周部において遮蔽部材の軸方向一方側に注入され、遮蔽部材により遮蔽部材の軸方向他方側への流入を妨げられて、遮蔽部材の軸方向一方側に気体の高圧溜まりを形成する。そして、高圧溜まりを形成する気体を、孔を通じて被加工体の内周部から被加工体の外部に噴出させることで、溶解物を被加工体の外部に除去する。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のレーザ加工方法によれば、レーザ光照射器または被加工体の少なくとも一方を移動させて軸方向に順次に孔を設け、レーザ光照射器の軸方向への移動速度に略一致する速度で、遮蔽部材を軸方向に移動させる。

これにより、新規に孔を設ける度に、この新規に設けられた孔の近傍に気体の溜まりを形成できる。このため、孔開け加工と並行して溶解物の除去を進めることができる。なお、レーザ光照射器の軸方向への移動速度には、速度ゼロの場合も含まれるものとする。つまり、レーザ光照射器を軸方向に進退させずに被加工体のみを進退させることで軸方向に順次に孔を設ける場合も含まれるものとする。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載のレーザ加工方法によれば、被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒を、被加工体の内周部に挿入し、レーザ光照射器の公転または被加工体の回転の少なくとも一方を行い、周方向に順次に孔を設け、レーザ光照射器の公転角速度または被加工体の回転角速度と異なる角速度で、貫通防止棒を回転させる。
これにより、貫通防止棒外周面の同一部位にレーザ光が繰り返し照射されるのを、防止することができる。なお、この効果は、周方向に順次に孔を設けると同時に軸方向にも順次に孔を設ける場合（つまり、螺旋状に順次に孔を設ける場合）にも大きい。

また、レーザ光照射器の公転角速度には、角速度ゼロの場合も含まれるものとする。つまり、レーザ光照射器を公転させずに被加工体のみを回転させることで周方向に順次に孔を設ける場合も含まれるものとする。また、被加工体の回転角速度にも、角速度ゼロの場合が含まれるものとする。つまり、被加工体を回転させずにレーザ光照射器のみを公転させることで周方向に順次に孔を設ける場合も含まれるものとする。

最良の形態１のレーザ加工装置は、筒状の被加工体に外周側からレーザ光を照射して孔を設けるとともに、被加工体の内周部に気体を注入して被加工体の外部に溶解物を除去するものである。そして、このレーザ加工装置は、被加工体の内周面と所定の隙間を形成するように被加工体の内周部に配置され、気体の軸方向への流れを妨げる遮蔽部材と、被加工体の内周部に挿入され、被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒とを備える。また、遮蔽部材は、貫通防止棒と一体的に設けられ、貫通防止棒は、被加工体の内周部において遮蔽部材の軸方向一方側に配される。

そして、気体は、被加工体の内周部において遮蔽部材の軸方向一方側に注入され、遮蔽部材により遮蔽部材の軸方向他方側への流入を妨げられて、遮蔽部材の軸方向一方側に気体の高圧溜まりを形成し、高圧溜まりを形成する気体が孔を通じて被加工体の内周部から被加工体の外部に噴出することで溶解物が被加工体の外部に除去される。

最良の形態１のレーザ加工方法によれば、気体は、被加工体の内周部において遮蔽部材の軸方向一方側に注入され、遮蔽部材により遮蔽部材の軸方向他方側への流入を妨げられて、遮蔽部材の軸方向一方側に気体の高圧溜まりを形成する。そして、高圧溜まりを形成する気体を、孔を通じて被加工体の内周部から被加工体の外部に噴出させることで、溶解物を被加工体の外部に除去する。

また、このレーザ加工方法によれば、レーザ光照射器または被加工体の少なくとも一方を移動させて軸方向に順次に孔を設け、レーザ光照射器の軸方向への移動速度に略一致する速度で、遮蔽部材を軸方向に移動させる。

さらに、このレーザ加工方法によれば、被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒を、被加工体の内周部に挿入し、レーザ光照射器の公転または被加工体の回転の少なくとも一方を行い、周方向に順次に孔を設け、レーザ光照射器の公転角速度または被加工体の回転角速度と異なる角速度で、貫通防止棒を回転させる。

〔実施例１の構成〕
実施例１のレーザ加工装置１の構成を、図１を用いて説明する。
レーザ加工装置１は、レーザ光２を発するレーザ光照射器（図示せず）を備え、例えば図１（ａ）に示すように、筒状の被加工体３に外周側からレーザ光２を照射して孔４を設けるものである。そして、このレーザ加工装置１は、被加工体３の内周部に挿入され、被加工体３の部位の内でレーザ光が照射される部位（つまり、孔４が設けられる部位）の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒５を備える。

また、レーザ加工装置１は、被加工体３と貫通防止棒５との間に形成される内部空間に、一方側から他方側に向けて軸方向に高圧の空気を注入し、孔開け加工により発生する溶解物を、孔４を通じて被加工体３の外部に吹き飛ばして除去する。ここで、レーザ加工装置１は、貫通防止棒５の他端に、空気の軸方向への流れを妨げる遮蔽部材６を備える。そして、遮蔽部材６は、空気の軸方向への流れを妨げることで高圧の空気溜まり７を形成する。

この遮蔽部材６は、貫通防止棒５と一体的に設けられ、貫通防止棒５とともに進退したり回転したりする。そして、遮蔽部材６は、被加工体３の内周面と所定の隙間８を形成するように被加工体３の内周部に配置される。すなわち、遮蔽部材６は、貫通防止棒５に対し径方向に突出するように設けられており、遮蔽部材６の外周面と被加工体３の内周面との間に形成される隙間８は、貫通防止棒５の外周面と被加工体３の内周面との間に形成される隙間よりも小さい。

なお、隙間８は、後記するように、貫通防止棒５および遮蔽部材６の軸方向一方側への移動を円滑に行うことができる程度の大きさに設定される。つまり、隙間８の大きさは、後記する空気溜まり７の空気が隙間８を通じて逃れる流量が最小限となるように設定される。また、遮蔽部材６と貫通防止棒５とを一体成形してもよく、遮蔽部材６と貫通防止棒５とを別部材として成形し、貫通防止棒５に遮蔽部材６を組み付けて一体にしてもよい。

〔実施例１の加工方法〕
実施例１のレーザ加工装置１を用いたレーザ加工方法を説明する。
まず、レーザ加工装置１は、被加工体３を軸方向において進退させず回転させ、同時に、レーザ光照射器を軸方向一方側に移動させながら被加工体３に間欠的にレーザ光２を照射する。これにより、図１（ｂ）に示すように、孔４が螺旋状に順次に設けられる。

この間、レーザ加工装置１は、貫通防止棒５および遮蔽部材６を、レーザ光照射器の軸方向への移動速度に略一致する速度で軸方向一方側に進行させるとともに、被加工体３の回転角速度と異なる角速度で（例えば、被加工体３の回転方向とは逆の回転方向に）回転させる。
つまり、このレーザ加工方法によれば、遮蔽部材６を被加工体３の内周部に配置し、気体の軸方向への流れを妨げた状態で、被加工体３に外周側からレーザ光２を照射する。

〔実施例１の作用〕
実施例１のレーザ加工装置１の作用を説明する。
被加工体３の内周部に注入された空気は、図１（ａ）に示すように、遮蔽部材６により軸方向他方側に向かう流れを妨げられ、遮蔽部材６の一端側で高圧の空気溜まり７になる。ここで、空気溜まり７をなす空気の一部は、隙間８を通じて遮蔽部材６の他端側に逃れることができるので、貫通防止棒５および遮蔽部材６は軸方向一方側に円滑に移動し、これに伴い、空気溜まり７も軸方向一方側に移動する。

これにより、新規に孔４が設けられる度に、新規に設けられた孔４の近傍に空気溜まり７が移動し、新たに発生した溶解物は、空気溜まり７の空気が孔４を通じて被加工体３の外部に流出するのに乗じて被加工体３の外部に排出される。なお、被加工体３は、他端がシール材９により閉塞されているので、注入された空気は孔４のみを通じて被加工体３の外部に流出する。

〔実施例１の効果〕
実施例１のレーザ加工装置１は、被加工体３の内周面と所定の隙間８を形成するように被加工体３の内周部に配置され、溶解物を除去するために注入される空気の軸方向他方側に向かう流れを妨げる遮蔽部材６を備える。

これにより、注入された空気は遮蔽部材６の一端側で高圧の空気溜まり７になる。このため、孔４に向かう空気の流れを、より高圧にすることができるので、孔４を通じて溶解物を吹き飛ばす除去能力を向上することができる。さらに、遮蔽部材６と被加工体３の内周面との間に所定の隙間８を設けることで、高圧の空気溜まり７を形成しながら、空気の一部を遮蔽部材６の他端側に逃すことができる。このため、遮蔽部材６を被加工体３の内周部で自在に進退させることができるので、孔４の近傍に遮蔽部材６を移動させ、孔４の近傍に局所的に空気溜まり７を形成できる。

以上により、効率的に空気溜まり７を形成して溶解物の除去能力を向上することができる。この結果、空気等の気体を溶解物の除去媒体として用いるレーザ加工装置１において、溶解物の付着部位が空気の注入源から遠くても、過剰に高圧または過大な流量の空気を注入することなく溶解物を除去することができる。

また、遮蔽部材６は貫通防止棒５と一体的に設けられている。
これにより、レーザ加工装置１の部品点数を増やすことなく、溶解物の除去能力を向上することができる。

また、レーザ加工装置１を用いたレーザ加工方法によれば、レーザ光照射器を軸方向一方側に移動させて順次に孔４を設け、レーザ光照射器の軸方向への移動速度に略一致する速度で、貫通防止棒５および遮蔽部材６を軸方向一方側に移動させる。
これにより、新規に孔４を設ける度に、この新規に設けられた孔４の近傍に空気溜まり７を形成できる。このため、孔開け加工と並行して溶解物の除去を進めることができる。

また、レーザ加工装置１を用いたレーザ加工方法によれば、レーザ光照射器を軸方向一方側に移動させるとともに被加工体３を回転させ、螺旋状に順次に孔４を設ける。
これにより、貫通防止棒５の外周面の同一部位にレーザ光２が繰り返し照射されるのを、防止することができる。

〔変形例〕
実施例１のレーザ加工方法は、被加工体３を軸方向において進退させず回転させ、同時に、レーザ光照射器を軸方向一方側に移動させながら被加工体３に間欠的にレーザ光２を照射することで螺旋状に孔４を設けるものであったが、このような態様に限定されず種々の態様を考えることができる。

例えば、螺旋状に孔４を設ける場合には、レーザ光照射器の方を軸方向において進退させず、被加工体３の方を軸方向他方側に移動させ、かつ回転させながら被加工体３に間欠的にレーザ光２を照射してもよい。この場合、貫通防止棒５および遮蔽部材６を、軸方向には移動させず、かつ、被加工体３の回転角速度と異なる角速度で回転させれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

また、レーザ光照射器を軸方向において進退させずに被加工体３の周囲を公転させ、被加工体３を回転させずに軸方向他方側に移動させながら被加工体３に間欠的にレーザ光２を照射しても螺旋状に孔４を設けることができる。この場合、貫通防止棒５および遮蔽部材６を、軸方向には移動させず、かつ、レーザ光照射器の公転角速度と異なる角速度で回転させれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

さらに、実施例１の被加工体３は、他端がシール材９により閉塞されているものであったが、他端が閉塞されていなくても実施例１と同様の効果を得ることができる。

（ａ）はレーザ加工装置の要部構成を示す説明図であり、（ｂ）はレーザ加工装置によるレーザ加工方法を示す説明図である（実施例）。 レーザ加工装置の要部構成を示す説明図である（従来例）。

符号の説明

１ レーザ加工装置
２ レーザ光
３ 被加工体
４ 孔
５ 貫通防止棒
６ 遮蔽部材
７ 空気溜まり（高圧溜まり）
８ 隙間

Claims (4)

1. 筒状の被加工体に外周側からレーザ光を照射して孔を設けるとともに、前記被加工体の内周部に気体を注入して溶解物を前記被加工体の外部に除去するレーザ加工装置において、
   前記被加工体の内周面と所定の隙間を形成するように前記被加工体の内周部に配置され、前記気体の軸方向への流れを妨げる遮蔽部材と、
   前記被加工体の内周部に挿入され、前記被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒とを備え、
   前記遮蔽部材は、前記貫通防止棒と一体的に設けられ、
   前記貫通防止棒は、前記被加工体の内周部において前記遮蔽部材の軸方向一方側に配され、
   前記気体は、前記被加工体の内周部において前記遮蔽部材の軸方向一方側に注入され、前記遮蔽部材により前記遮蔽部材の軸方向他方側への流入を妨げられて、前記遮蔽部材の軸方向一方側に前記気体の高圧溜まりを形成し、
   前記高圧溜まりを形成する前記気体が前記孔を通じて前記被加工体の内周部から前記被加工体の外部に噴出することで前記溶解物が前記被加工体の外部に除去されることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 筒状の被加工体に外周側からレーザ光を照射して孔を設けるとともに、前記被加工体の内周部に気体を注入して溶解物を前記被加工体の外部に除去するレーザ加工方法において、
   前記被加工体の内周面と所定の隙間を形成するように前記被加工体の内周部に配置され、前記気体の軸方向への流れを妨げる遮蔽部材と、
   前記被加工体の内周部に挿入され、前記被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒とを利用し、
   前記遮蔽部材は、前記貫通防止棒と一体的に設けられ、
   前記貫通防止棒は、前記被加工体の内周部において前記遮蔽部材の軸方向一方側に配され、
   前記気体は、前記被加工体の内周部において前記遮蔽部材の軸方向一方側に注入され、前記遮蔽部材により前記遮蔽部材の軸方向他方側への流入を妨げられて、前記遮蔽部材の軸方向一方側に前記気体の高圧溜まりを形成し、
   前記高圧溜まりを形成する前記気体を、前記孔を通じて前記被加工体の内周部から前記被加工体の外部に噴出させることで、前記溶解物を前記被加工体の外部に除去することを特徴とするレーザ加工方法。
3. 請求項２に記載のレーザ加工方法において、
   レーザ光照射器または前記被加工体の少なくとも一方を移動させて軸方向に順次に孔を設け、
   前記レーザ光照射器の軸方向への移動速度に略一致する速度で、前記遮蔽部材を軸方向に移動させることを特徴とするレーザ加工方法。
4. 請求項２または請求項３に記載のレーザ加工方法において、
   前記被加工体の部位の内でレーザ光が照射される部位の反対側の部位にレーザ光が到達するのを防止する貫通防止棒を、前記被加工体の内周部に挿入し、
   レーザ光照射器の公転または前記被加工体の回転の少なくとも一方を行い、周方向に順次に孔を設け、
   前記レーザ光照射器の公転角速度または前記被加工体の回転角速度と異なる角速度で、前記貫通防止棒を回転させることを特徴とするレーザ加工方法。

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