JP5753414B2

JP5753414B2 - Laser processing method

Info

Publication number: JP5753414B2
Application number: JP2011058868A
Authority: JP
Inventors: 篤志野口; 信行寺; 隆広小掠; 誠高瀬
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-03-17
Also published as: JP2012192438A

Description

本発明は、レーザ加工装置のジェットノズルから噴射された液体噴流に導かれたレーザ光によって、中空状の立体構造物（複層構造物）を加工するレーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing method for processing a hollow three-dimensional structure (multi-layer structure) with laser light guided to a liquid jet ejected from a jet nozzle of a laser processing apparatus.

従来、レーザ加工方法には、図９に示すような大気中でレーザ光を伝送させて被加工部を照射して加工する所謂ドライレーザ加工方法と、図１０（ａ）、（ｂ）に示すような液体噴流内にレーザ光を導入させて加工するウォータジェットレーザ加工方法と、がある。 Conventional laser processing methods include a so-called dry laser processing method in which a laser beam is transmitted in the atmosphere as shown in FIG. 9 to irradiate a processing portion, and FIGS. 10 (a) and 10 (b). There is a water jet laser processing method in which laser light is introduced into such a liquid jet and processed.

図９は、表層部と下層部とからなる中空状の立体構造物をドライレーザ加工する場合の例を示す概略断面図である。図１０は、ウォータジェットレーザ加工の従来例を示す図であり、（ａ）は断面視して平らな表層部と下層部との間に液体を充填した立体構造物をレーザ加工する場合の第１従来例を示す概略断面図、（ｂ）は断面視して曲面状の表層部と下層部とからなる立体構造物をレーザ加工する場合の第２従来例を示す概略断面図である。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of dry laser processing of a hollow three-dimensional structure composed of a surface layer portion and a lower layer portion. FIG. 10 is a view showing a conventional example of water jet laser processing. FIG. 10A is a diagram showing a case where a three-dimensional structure in which a liquid is filled between a flat surface layer portion and a lower layer portion in a sectional view is laser processed. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first conventional example, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a second conventional example in the case of laser processing a three-dimensional structure composed of a curved surface layer portion and a lower layer portion as viewed in cross section.

図９に示すようなドライレーザ加工方法では、表層部１１０と下層部１２０とからなる中空状の立体構造物１００の表層部１１０に、レーザ光２００を照射して穿孔加工、溝加工、切断加工を行っている。ドライレーザ加工方法は、加工時に熱が発生するので、部材は熱によって変形する等の影響を受け易い。 In the dry laser processing method as shown in FIG. 9, the surface layer portion 110 of the hollow three-dimensional structure 100 composed of the surface layer portion 110 and the lower layer portion 120 is irradiated with the laser beam 200 to perform drilling, groove processing, and cutting processing. It is carried out. In the dry laser processing method, since heat is generated during processing, the member is easily affected by deformation or the like due to heat.

そこで、レーザ加工する際に発生する飛散物や熱の影響を抑制するため、表層部１１０と下層部１２０との間に水を充填させて加工する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この場合、表層部１１０の被加工部を貫通したレーザ光２００は、水に吸収されたり、散乱して減衰されるため、下層部１２０に影響を与えることは無い。
しかしながら、ドライレーザ加工方法では、レーザ光２００が集光レンズ（図示省略）によって集光された焦点に近い部分２１０でしか加工することができない。 Therefore, in order to suppress the influence of scattered matter and heat generated during laser processing, a method of processing by filling water between the surface layer portion 110 and the lower layer portion 120 is known (for example, Patent Document 1). , 2). In this case, the laser beam 200 that has penetrated the processed portion of the surface layer portion 110 is absorbed by water or scattered and attenuated, so that the lower layer portion 120 is not affected.
However, in the dry laser processing method, the laser beam 200 can be processed only at the portion 210 close to the focal point where the laser beam 200 is collected by a condenser lens (not shown).

一方、図１０（ａ）に示すウォータジェットレーザ加工方法は、レーザ光３２０の照射方向へ広範囲にわたってほぼ同一のレーザエネルギー密度を持っており、つまり、ドライレーザ加工方法では焦点に近い３ｍｍ程度の部分でしか加工できないのに対し、ウォータジェットレーザ加工方法では、約３０ｍｍの加工可能領域を持つ（ただし、焦点径を同程度とした場合）。そのため、被加工物表面へのフォーカス調整や、加工が深く進行した時のフォーカスの追い込みが不要である、という利点がある。
また、レーザ光３２０を導く液体噴流３１０で立体構造物１００を冷却しながら加工するので、水を使用しないドライレーザ加工方法と比べ、レーザ光３２０で被加工物を加工する際に発生する熱を水によって急激に冷却することで熱の拡散を抑えることができ、被加工物に対する熱の影響が少ない加工方法である（例えば、特許文献３参照）。 On the other hand, the water jet laser processing method shown in FIG. 10A has almost the same laser energy density over a wide range in the irradiation direction of the laser beam 320. That is, the dry laser processing method has a portion of about 3 mm close to the focal point. In contrast, the water jet laser processing method has a processable area of about 30 mm (provided that the focal diameter is set to the same level). Therefore, there is an advantage that it is not necessary to adjust the focus on the surface of the work piece or to drive the focus when the processing proceeds deeply.
Further, since the three-dimensional structure 100 is processed while being cooled by the liquid jet 310 that guides the laser beam 320, the heat generated when the workpiece is processed by the laser beam 320, compared to a dry laser processing method that does not use water. This is a processing method that can suppress the diffusion of heat by rapidly cooling with water, and has less influence of heat on the workpiece (see, for example, Patent Document 3).

この場合、不図示のジェットノズルから噴射された水柱状の液体噴流３１０と、レーザ光３２０とからなる所謂ウォータビーム３００は、液体４００が充填された立体構造物１００内で、液体噴流３１０が空気５００を巻き込みながら液体４００を押し退けて、レーザ光３２０が減衰せずに下層部１２０に到達して下層部１２０をレーザ加工する。 In this case, a so-called water beam 300 composed of a water column-like liquid jet 310 ejected from a jet nozzle (not shown) and laser light 320 is generated in the three-dimensional structure 100 filled with the liquid 400. The liquid 400 is pushed away while 500 is entrained, and the laser beam 320 reaches the lower layer 120 without being attenuated to laser process the lower layer 120.

特開昭５２−８５８００号公報（第１図〜第３図参照）JP-A-52-85800 (see FIGS. 1 to 3) 特開昭６２−２６７０９５号公報（特許請求の範囲参照）Japanese Patent Laid-Open No. 62-267095 (see claims) 特開２０１０−５１２号公報（図１、図３、段落００２７〜００３０）JP 2010-512 A (FIGS. 1 and 3, paragraphs 0027 to 0030)

しかしながら、図１０（ａ）に示すようなウォータジェットレーザ加工方法は、特に、小さな立体形状をした中空状の立体構造物１００の表層部１１０のみを穿孔加工して、下層部１２０にレーザ光３２０の影響を与えたくない場合は使用することができない。
ウォータジェットレーザ加工方法で表層部１１０のみをレーザ加工できるようにするためには、ウォータビーム３００を遮断する遮蔽物を表層部１１０と下層部１２０との間に挿入する必要がある。しかしながら、立体構造物１００が配管等の長尺な物の場合は、液体噴流３１０を遮断できる位置に表層部１１０と下層部１２０の間の遮蔽物を移動させることは難しい。 However, in the water jet laser processing method as shown in FIG. 10A, in particular, only the surface layer portion 110 of the hollow three-dimensional structure 100 having a small three-dimensional shape is perforated, and the laser beam 320 is applied to the lower layer portion 120. If you don't want to affect it, you can't use it.
In order to allow only the surface layer portion 110 to be laser processed by the water jet laser processing method, it is necessary to insert a shielding object for blocking the water beam 300 between the surface layer portion 110 and the lower layer portion 120. However, when the three-dimensional structure 100 is a long object such as a pipe, it is difficult to move the shielding object between the surface layer part 110 and the lower layer part 120 to a position where the liquid jet 310 can be blocked.

また、ウォータジェットレーザ加工方法は、図１０（ｂ）に示すような断面視して曲面状の表層部６１０と下層部６２０とからなる中空状の立体構造物６００を、液体噴流８１０に導かれたレーザ光８２０（ウォータビーム８００）で加工する場合、遮蔽物７００を表層部６１０と下層部６２０との間に挿入することができず、表層部６１０のみを加工することができない。 Further, in the water jet laser processing method, a hollow three-dimensional structure 600 composed of a curved surface layer portion 610 and a lower layer portion 620 in a cross-sectional view as shown in FIG. 10B is guided to the liquid jet 810. When processing with the laser beam 820 (water beam 800), the shielding object 700 cannot be inserted between the surface layer portion 610 and the lower layer portion 620, and only the surface layer portion 610 cannot be processed.

そこで、本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、中空状の立体構造物（複層構造物）の表層部のみを液体噴流に導かれたレーザ光で加工して、下層部がレーザ光で損傷することを防止するレーザ加工方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been developed to solve such problems, and only the surface layer portion of a hollow three-dimensional structure (multi-layer structure) is processed with a laser beam guided to a liquid jet. Then, it aims at providing the laser processing method which prevents that a lower layer part is damaged with a laser beam.

前記課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工方法は、被加工部を有する表層部と、前記表層部に空間を介在して配置された下層部を有する中空状の立体構造物を、レーザ加工装置のジェットノズルから噴射された液体噴流内に導かれたレーザ光で加工するレーザ加工方法であって、前記空間内にマイクロバブル水を流通させ、前記空間内に入った前記レーザ光を伴った前記液体噴流を前記マイクロバブル水によって乱すことにより、前記レーザ光を散乱させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a laser processing method according to the present invention includes a hollow three-dimensional structure having a surface layer portion having a processed portion and a lower layer portion disposed with a space in the surface layer portion, A laser processing method for processing with a laser beam guided into a liquid jet ejected from a jet nozzle of a laser processing apparatus, wherein microbubble water is circulated in the space, and the laser light entering the space is The laser beam is scattered by disturbing the accompanying liquid jet with the microbubble water .

かかる構成によれば、レーザ加工装置から発せられたレーザ光は、立体構造物の表層部の被加工部を照射して溶融させる。溶融した溶融物は、ジェットノズルから噴射された液体噴流によって吹き飛ばされると共に冷却される。このようにして被加工部は、レーザ光によって穴あけされて、そのレーザ光及び液体噴流が、貫通穴の状態に形成された被加工部内を通って、空間内を流通するマイクロバブル水に入り込む。空間内に入ったレーザ光を伴った液体噴流は、そのマイクロバブル水によって乱される。このため、液体噴流を光導体としたレーザ光は、液体噴流の乱れと共に、散乱されて弱くなるので、下層部を加工する強さがなく、下層部を損傷させることがない。
また、立体構造物内の液体がマイクロバブル水であるため、通過するレーザ光を分散させて、下層部に損傷を与えない。
したがって、このレーザ加工方法は、例えば、下層部に熱に弱い電子部品等の品物が配置された場合や、下層部が熱に弱い部材からなる場合等に特に有効である。 According to such a configuration, the laser light emitted from the laser processing apparatus irradiates and melts the processed portion of the surface layer portion of the three-dimensional structure. The melted material is blown off and cooled by the liquid jet ejected from the jet nozzle. In this way, the part to be processed is drilled by the laser beam, and the laser beam and the liquid jet flow into the microbubble water flowing through the space through the part to be processed formed in the state of the through hole. The liquid jet accompanied by the laser light entering the space is disturbed by the microbubble water . For this reason, the laser beam using the liquid jet as a light guide is scattered and weakened along with the disturbance of the liquid jet, so there is no strength to process the lower layer portion, and the lower layer portion is not damaged.
Further, since the liquid in the three-dimensional structure is microbubble water, the passing laser beam is dispersed and the lower layer portion is not damaged.
Therefore, this laser processing method is particularly effective when, for example, an article such as an electronic component that is weak against heat is disposed in the lower layer, or when the lower layer is made of a heat-sensitive member.

また、前記空間内は、前記マイクロバブル水が充満されて空気層がない状態で流通されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the inside of the space is circulated in a state where the microbubble water is filled and there is no air layer.

かかる構成によれば、被加工物である立体構造物内の空間内にマイクロバブル水が充満されていることによって、レーザ光を導光する液体噴流が乱されて、レーザ光が下層部に向かって通過することを抑制できるので、下層部を強く照射して加工するのを防止できる。空間に空気層がある状態では、空気がレーザ光の光導体の役目をして、被加工部を通過したレーザ光を下層部へ案内してしまう。空間に空気層がない状態では、空間を流通する液体が、被加工部を通過したレーザ光を散乱させるので、下層部へ届くレーザ光を衰弱させて下層部に損傷を与えないようにすることができる。 According to this configuration, the microbubble water is filled in the space in the three-dimensional structure that is the workpiece, so that the liquid jet that guides the laser light is disturbed, and the laser light is directed toward the lower layer. Therefore, it is possible to prevent the lower layer portion from being strongly irradiated and processed. In a state where there is an air layer in the space, air serves as a light guide for laser light, and guides the laser light that has passed through the workpiece to the lower layer. In a state where there is no air layer in the space, the liquid flowing through the space scatters the laser light that has passed through the workpiece, so the laser light that reaches the lower layer is attenuated so that the lower layer is not damaged. Can do.

また、前記マイクロバブル水は、レイノルズ数が、４，５２０以上３９３，０００以下であることが好ましい。 The microbubble water preferably has a Reynolds number of 4,520 or more and 393,000 or less.

かかる構成によれば、立体構造物内のマイクロバブル水は、レイノルズ数が４，５２０以上３９３，０００以下であれば、液体噴流と共にこの液体内を通過するレーザ光を分散させて、下層部に損傷を与えないようにすることが可能である。 According to this configuration, if the Reynolds number is 4,520 or more and 393,000 or less, the microbubble water in the three-dimensional structure disperses the laser light passing through the liquid together with the liquid jet, and the lower layer part It is possible to prevent damage.

また、前記レーザ光は、グリーンレーザ（波長５３２ｎｍ）であることが好ましい。 The laser light is preferably a green laser (wavelength 532 nm).

かかる構成によれば、液体噴流と共にこの液体噴流内を通過するレーザ光は水等の液体に吸収されずに表層部まで導光されて被加工部を良好に加工できる。そして、被加工部を通過したレーザ光は、空間を流通する液体による液体噴流の乱れと共に散乱され、下層部に損傷を与えないようにすることが可能である。 According to this configuration, the laser beam that passes through the liquid jet together with the liquid jet is guided to the surface layer portion without being absorbed by the liquid such as water, and the processed portion can be processed satisfactorily. The laser light that has passed through the workpiece can be scattered along with the disturbance of the liquid jet caused by the liquid flowing through the space, and the lower layer can be prevented from being damaged.

また、前記下層部は、前記表層部の前記被加工部から前記液体噴流の同軸方向へ０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下離間された位置に配置されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said lower layer part is arrange | positioned in the position spaced apart 0.5 mm or more and 30 mm or less from the said to-be-processed part of the said surface layer part to the coaxial direction of the said liquid jet.

かかる構成によれば、立体構造物内の下層部が、表層部の被加工部から液体噴流の同軸方向へ０．５〜３０ｍｍしか離れていない表層部と近い位置であっても、下層部に影響を与えることなく加工することができる。 According to such a configuration, even if the lower layer portion in the three-dimensional structure is close to the surface layer portion that is only 0.5 to 30 mm away from the processed portion of the surface layer portion in the coaxial direction of the liquid jet, It can be processed without affecting it.

本発明に係るレーザ加工方法によれば、中空状の立体構造物の表層部のみを加工して、表層部を貫通したレーザ光が下層部に損傷を与えることなくレーザ加工をすることができる。このため、立体構造物が小さなものであっても、容易に短時間で加工することができ、作業効率を向上させることができる。 According to the laser processing method of the present invention, only the surface layer portion of the hollow three-dimensional structure can be processed, and laser processing can be performed without damaging the lower layer portion with the laser light penetrating the surface layer portion. For this reason, even if the three-dimensional structure is small, it can be easily processed in a short time, and work efficiency can be improved.

本発明の実施形態及び実施例１に係るレーザ加工方法の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the laser processing method which concerns on embodiment and Example 1 of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の第１変形例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 1st modification of the laser processing method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の第２変形例を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows the 2nd modification of the laser processing method which concerns on embodiment of this invention. 本発明に係るレーザ加工方法の効果を示すための比較例を示す図であり、立体構造物内に水を充填したのみの状態でレーザ加工するときの状態を示す要部概略断面図である。It is a figure which shows the comparative example for showing the effect of the laser processing method which concerns on this invention, and is a principal part schematic sectional drawing which shows a state when performing laser processing only in the state which filled the solid structure with water. 図４のＸ部の状態を示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show the state of the X section of FIG. 本発明に係るレーザ加工方法の実施例２の実験結果を示す表である。It is a table | surface which shows the experimental result of Example 2 of the laser processing method which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ加工方法の実施例２における立体構造物の内径とレイノルズ数との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the internal diameter and Reynolds number of the three-dimensional structure in Example 2 of the laser processing method which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ加工方法の実施例２で使用したレーザ加工装置及び立体構造物を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows the laser processing apparatus and solid structure which were used in Example 2 of the laser processing method concerning this invention. 表層部と下層部とからなる中空状の立体構造物を一般的なドライレーザ加工する場合の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the example in the case of carrying out the general dry laser processing of the hollow three-dimensional structure which consists of a surface layer part and a lower layer part. ウォータジェットレーザ加工の従来例を示す図であり、（ａ）は表層部と下層部との間に液体を介在した立体構造物をレーザ加工する場合の第１従来例を示す概略断面図、（ｂ）は断面視して曲面状の表層部と下層部とからなる立体構造物をレーザ加工する場合の第２従来例を示す概略断面図である。It is a figure which shows the prior art example of water jet laser processing, (a) is a schematic sectional drawing which shows the 1st prior art example in the case of carrying out laser processing of the solid structure which interposed the liquid between the surface layer part and the lower layer part, ( b) is a schematic cross-sectional view showing a second conventional example in the case of laser processing a three-dimensional structure composed of a curved surface layer part and a lower layer part as viewed in cross section.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るレーザ加工方法を説明する。まず、レーザ加工方法を説明する前に、被加工物である立体構造物１について説明する。 Hereinafter, a laser processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, before describing the laser processing method, the three-dimensional structure 1 that is a workpiece will be described.

≪立体構造物の構成≫
図１に示すように、立体構造物１は、後記するレーザ加工装置２によって加工される被加工物である。この立体構造物１は、被加工部１３を有する表層部１１と、この表層部１１に対向して配置された下層部１２と、表層部１１と下層部１２との間に形成されて液体３が流動する空間１４と、を有する中空状の複層構造体からなる。立体構造物１は、液体３が流通する空間１４があるものであればよく、例えば、円筒状あるいは角筒状の筒体、配管、パイプ、箱体等の中空部材からなる。また、立体構造物１の材質は、レーザ光Ａによって加工可能なものであればよく、例えば、金属や合成樹脂やセラミック等からなる。さらに立体構造物１は、液体３を流動させることができるように、空間１４に連通する少なくとも１つの貫通孔を有する。以下、立体構造物１としてステンレス鋼からなる長尺の配管を例に挙げて説明する。 ≪Composition of solid structure≫
As shown in FIG. 1, the three-dimensional structure 1 is a workpiece to be processed by a laser processing apparatus 2 described later. The three-dimensional structure 1 is formed between a surface layer portion 11 having a processed portion 13, a lower layer portion 12 disposed to face the surface layer portion 11, and the surface layer portion 11 and the lower layer portion 12. And a space 14 in which the fluid flows. The three-dimensional structure 1 only needs to have a space 14 through which the liquid 3 flows. For example, the three-dimensional structure 1 includes a hollow member such as a cylindrical or rectangular tube, a pipe, a pipe, and a box. Moreover, the material of the three-dimensional structure 1 should just be a thing which can be processed with the laser beam A, for example, consists of a metal, a synthetic resin, a ceramic, etc. Furthermore, the three-dimensional structure 1 has at least one through-hole communicating with the space 14 so that the liquid 3 can flow. Hereinafter, a long pipe made of stainless steel will be described as an example of the three-dimensional structure 1.

表層部１１は、立体構造物１のレーザ加工装置２のジェットノズル２１側の表面であって、レーザ光Ａによって加工される被加工部１３がある側の部位である。 The surface layer portion 11 is a surface on the jet nozzle 21 side of the laser processing apparatus 2 of the three-dimensional structure 1 and is a portion on the side where the processed portion 13 to be processed by the laser light A is present.

下層部１２は、表層部１１の被加工部１３から空間１４内の液体３を介在して対向位置に配置された部位である。下層部１２は、表層部１１の被加工部１３から液体噴流Ｂ２の同軸方向へ距離Ｄ_１（Ｄ_１＝０．５〜３０ｍｍ以下）離れたところに位置している。 The lower layer portion 12 is a portion disposed at an opposing position from the processed portion 13 of the surface layer portion 11 with the liquid 3 in the space 14 interposed therebetween. The lower layer 12 is located at a distance D ₁ (D ₁ = 0.5 to 30 mm or less) away from the workpiece 13 of the surface layer 11 in the coaxial direction of the liquid jet B2.

被加工部１３は、ジェットノズル２１から噴射された液体噴流Ｂ２内のレーザ光Ａによって溶融されて、その溶融された溶融物を液体噴流Ｂ２で吹き飛ばされながら加工される部位であって、例えば、所望形状に穿孔あるいは切断される。 The processed part 13 is a part that is melted by the laser light A in the liquid jet B2 ejected from the jet nozzle 21 and processed while being blown off by the liquid jet B2, for example, Drilled or cut to the desired shape.

空間１４は、液体３が上流側から下流側に向かって流動するように、表層部１１と下層部１２とによって形成された中空部位である。空間１４は、例えば、図１に示すような真っ直ぐな形状に形成されて、その空間１４内に液体３が充満されて空気層がない状態で流通されるようになっている。 The space 14 is a hollow portion formed by the surface layer portion 11 and the lower layer portion 12 so that the liquid 3 flows from the upstream side toward the downstream side. For example, the space 14 is formed in a straight shape as shown in FIG. 1, and the space 14 is filled with the liquid 3 and is circulated without an air layer.

≪液体供給部の構成≫
不図示の液体供給部は、空間１４へ液体３を供給するため、不図示のポンプからホースを介して立体構造物１に装着した液体導入ノズル２３へ、液体３を供給する。 ≪Configuration of liquid supply part≫
A liquid supply unit (not shown) supplies the liquid 3 from a pump (not shown) to the liquid introduction nozzle 23 attached to the three-dimensional structure 1 via a hose in order to supply the liquid 3 to the space 14.

≪液体の構成≫
液体３は、例えば、レーザ光Ａが通過可能な透光性のものからなり、例えば、清水等の水、レイノルズ数Ｒｅが４，５２０以上３９３，０００以下の液体３、あるいは、所謂マイクロバブル水等である。なお、レイノルズ数Ｒｅは液体３の流速や流量、空間１４の大きさによって変化するので、少なくともレイノルズ数Ｒｅは４，５２０以上であればよく、さらには、液体３が層流から乱流へ遷移する値以上であれば液体噴流Ｂ２を乱してレーザ光Ａを散乱させることができ、レーザ光Ａが下層部１２を損傷させることを防止できる。また、液体３には、０．５ｋｇｆ/ｃｍ^２以上の圧力Ｐがかかっているとよい。
マイクロバブル水とは、微細な気泡が含まれている水である。 ≪Liquid composition≫
The liquid 3 is made of, for example, a translucent material through which the laser beam A can pass. For example, water such as fresh water, the liquid 3 having a Reynolds number Re of 4,520 to 393,000, or so-called microbubble water. Etc. The Reynolds number Re changes depending on the flow velocity and flow rate of the liquid 3 and the size of the space 14, so that the Reynolds number Re should be at least 4,520 or more, and the liquid 3 transits from laminar flow to turbulent flow. If the value is equal to or greater than the value, the liquid jet B2 can be disturbed to scatter the laser beam A, and the laser beam A can be prevented from being damaged. The liquid 3 is preferably subjected to a pressure P of 0.5 kgf / cm ² or more.
Microbubble water is water that contains fine bubbles.

≪レーザ加工装置の構成≫
レーザ加工装置２は、ジェットノズル２１から噴射された液体噴流Ｂ２内に導かれたレーザ光Ａで表層部１１の被加工部１３をレーザ加工する装置である。レーザ加工装置２は、不図示のポンプから送られた高圧液Ｂ１（例えば、高圧水）と、不図示のレーザ発振装置から発せられたレーザ光Ａと、が供給されるレーザ加工ヘッド部２ａを備えている。
このレーザ加工ヘッド部２ａは、前記高圧水を液体噴流Ｂ２として噴射するジェットノズル２１と、レーザ発振装置（図示省略）から伝送されたレーザ光Ａを集光する集光レンズ部２２と、を備えている。 << Configuration of laser processing equipment >>
The laser processing device 2 is a device that laser-processes the processing portion 13 of the surface layer portion 11 with the laser beam A guided into the liquid jet B2 ejected from the jet nozzle 21. The laser processing device 2 includes a laser processing head portion 2a to which high pressure liquid B1 (for example, high pressure water) sent from a pump (not shown) and laser light A emitted from a laser oscillation device (not shown) are supplied. I have.
The laser processing head unit 2a includes a jet nozzle 21 that injects the high-pressure water as a liquid jet B2, and a condensing lens unit 22 that condenses the laser light A transmitted from a laser oscillation device (not shown). ing.

ジェットノズル２１は、レーザ加工ヘッド部２ａに送られた高圧水を水柱状の液体噴流Ｂ２に変えて被加工部１３に向けて噴射するノズルである。
集光レンズ部２２は、不図示のレーザ発振装置から光ファイバ等と介して伝送されて来たレーザ光Ａを集光してジェットノズル２１の液体噴流Ｂ２内を介して被加工部１３に向けて照射するように構成されている。
レーザ光Ａは、例えば、ＹＡＧレーザの二倍波である、波長が５３２ｎｍの所謂グリーンレーザからなる。なお、レーザ光Ａは、グリーンレーザに限定されるものではなく、他の波長のレーザ光を使用しても構わない。 The jet nozzle 21 is a nozzle that injects high-pressure water sent to the laser processing head portion 2a into the water column-like liquid jet B2 and sprays it toward the processing portion 13.
The condensing lens unit 22 condenses the laser light A transmitted from an unillustrated laser oscillation device through an optical fiber or the like, and directs it toward the workpiece 13 through the liquid jet B2 of the jet nozzle 21. It is comprised so that it may irradiate.
The laser light A is, for example, a so-called green laser having a wavelength of 532 nm, which is a double wave of a YAG laser. The laser light A is not limited to the green laser, and laser light with other wavelengths may be used.

［作用］
次に、図１を参照しながら本実施形態に係るレーザ加工方法の作用を説明する。
図１に示すように、レーザ加工装置２のジェットノズル２１から噴射された液体噴流Ｂ２は、水柱状に噴射されて、表層部１１の表面の被加工部１３を噴き付ける。レーザ加工装置２から発せられたレーザ光Ａは、ジェットノズル２１から噴射された液体噴流Ｂ２を光導体として、その液体噴流Ｂ２内を通って表層部１１の被加工部１３を照射して溶融させる。溶融された溶融物は、ジェットノズル２１から噴射された液体噴流Ｂ２によって吹き飛ばされる。 [Action]
Next, the operation of the laser processing method according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the liquid jet B 2 ejected from the jet nozzle 21 of the laser processing apparatus 2 is ejected in a water column shape and sprays the workpiece 13 on the surface of the surface layer portion 11. The laser beam A emitted from the laser processing apparatus 2 is melted by irradiating the processed portion 13 of the surface layer portion 11 through the liquid jet B2 using the liquid jet B2 ejected from the jet nozzle 21 as a light guide. . The melted melt is blown off by the liquid jet B2 ejected from the jet nozzle 21.

このようにして被加工部１３は、レーザ光Ａと液体噴流Ｂ２とによって穴あけ加工されて、そのレーザ光Ａ及び液体噴流Ｂ２が、貫通孔の形状に形成された被加工部１３を通過して、空間１４内を流通する液体３に入り込む。空間１４内に入ったレーザ光Ａを伴った水柱状の液体噴流Ｂ２は、液体３によって乱される。このため、液体噴流Ｂ２を光導体としたレーザ光Ａは、液体噴流Ｂ２の乱れと共に散乱されるので、下層部１２を加工する強さがなく、下層部１２を損傷させることがない。つまり、下層部１２は、レーザ光Ａによってレーザ加工されないように、液体３によって保護することができる。その結果、立体構造物１は、表層部１１の被加工部１３のみがレーザ加工されて穿孔される。 Thus, the processed portion 13 is drilled by the laser beam A and the liquid jet B2, and the laser beam A and the liquid jet B2 pass through the processed portion 13 formed in the shape of the through hole. The liquid 3 flowing in the space 14 enters. The water columnar liquid jet B 2 with the laser beam A entering the space 14 is disturbed by the liquid 3. For this reason, since the laser beam A using the liquid jet B2 as a light guide is scattered along with the disturbance of the liquid jet B2, there is no strength to process the lower layer 12 and the lower layer 12 is not damaged. That is, the lower layer portion 12 can be protected by the liquid 3 so as not to be laser processed by the laser light A. As a result, the three-dimensional structure 1 is perforated by laser processing only the processed portion 13 of the surface layer portion 11.

［変形例］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。なお、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。 [Modification]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea. The present invention extends to these modifications and changes. Of course. In addition, the already demonstrated structure attaches | subjects the same code | symbol and abbreviate | omits the description.

≪第１変形例≫
図２は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の第１変形例を示す要部概略断面図である。 ≪First modification≫
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a first modification of the laser processing method according to the embodiment of the present invention.

図２に示す立体構造物１Ａは、前記立体構造物１（図１参照）を湾曲形状に形成したものであって、被加工部１３を有する湾曲状の表層部１１Ａと、液体３が流通する湾曲状の空間１４Ａと、表層部１１Ａから空間１４Ａを介在して配置された湾曲状の下層部１２Ａと、からなる。
このような湾曲形状の立体構造物１Ａであっても、前記実施形態と同様に、下層部１２Ａが加工されないように保護することができる。 A three-dimensional structure 1A shown in FIG. 2 is obtained by forming the three-dimensional structure 1 (see FIG. 1) into a curved shape, and the liquid 3 flows through the curved surface layer portion 11A having the workpiece 13. It consists of a curved space 14A and a curved lower layer portion 12A arranged from the surface layer portion 11A via the space 14A.
Even in such a curved three-dimensional structure 1A, the lower layer portion 12A can be protected from being processed as in the above embodiment.

つまり、立体構造物１Ａは、空間１４Ａ内に流通する液体３が存在していれば、液体３内に放射されたレーザ光Ａ及び液体噴流Ｂ２が散乱するため、レーザ光Ａが表層部１１Ａのみを加工して、下層部１２Ａを保護することができる。 That is, in the three-dimensional structure 1A, if the liquid 3 flowing in the space 14A is present, the laser light A and the liquid jet B2 emitted in the liquid 3 are scattered, so that the laser light A is only on the surface layer portion 11A. Can be processed to protect the lower layer portion 12A.

液体３は、特定な形状を有するものでは無いので、表層部１１Ａと下層部１２Ａとが複雑な形状の立体構造物１Ａであったとしても、前記実施形態と同様に、空間１４Ａ内に入ったレーザ光Ａを散乱させて下層部１２Ａの損傷を防ぎ、表層部１１Ａのみを加工することができる。 Since the liquid 3 does not have a specific shape, even if the surface layer portion 11A and the lower layer portion 12A are a three-dimensional structure 1A having a complicated shape, the liquid 3 enters the space 14A as in the above embodiment. The laser beam A can be scattered to prevent the lower layer portion 12A from being damaged, and only the surface layer portion 11A can be processed.

その結果、レーザ光Ａを遮断する遮蔽物７００（図１０（ｂ）参照）を配置できなかった立体構造物１や、遮蔽物７００の設置が難しかった被加工部位であっても加工することができる。 As a result, it is possible to process even the three-dimensional structure 1 in which the shielding object 700 (see FIG. 10B) that blocks the laser light A cannot be disposed, or the part to be processed in which it is difficult to install the shielding object 700. it can.

≪第２変形例≫
図３は、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法の第２変形例を示す要部概略断面図である。
前記した立体構造物１（図１参照）は、図３に示す立体構造物１Ｂのように、表層部１１Ｂと下層部１２Ｂとの間の空間１４Ｂに連通する１つの開口部１Ｂａと、開口部１Ｂａと対向する空間１４Ｂの一方側が閉塞された略ボックス状となっている。
この場合、開口部１Ｂａに、液体３を空間１４Ｂ内に送る供給口２３Ｂａと、空間１４Ｂ内の液体３を排出する排出口２３Ｂｂと、を有する液体導入ノズル２３Ｂを設ける。
このように、立体構造物１Ｂの開口部１Ｂａに、供給口２３Ｂａと排出口２３Ｂｂとを有する液体導入ノズル２３Ｂを設けたことによって、空間１４Ｂ内に空気層が形成されることなく、液体３を容易に空間１４Ｂ内に供給することができると共に、液体３が停留することなく流通させることができる。 ≪Second modification≫
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an essential part showing a second modification of the laser processing method according to the embodiment of the present invention.
The above-described three-dimensional structure 1 (see FIG. 1) includes one opening 1Ba that communicates with the space 14B between the surface layer portion 11B and the lower layer portion 12B, and a three-dimensional structure 1B illustrated in FIG. It has a substantially box shape in which one side of the space 14B facing 1Ba is closed.
In this case, a liquid introduction nozzle 23B having a supply port 23Ba for sending the liquid 3 into the space 14B and a discharge port 23Bb for discharging the liquid 3 in the space 14B is provided in the opening 1Ba.
Thus, by providing the liquid introduction nozzle 23B having the supply port 23Ba and the discharge port 23Bb in the opening 1Ba of the three-dimensional structure 1B, the liquid 3 can be added without forming an air layer in the space 14B. While being able to supply in the space 14B easily, the liquid 3 can be distribute | circulated without stopping.

Comparative example

図４は、本発明に係るレーザ加工方法の効果を示すための比較例を示す図であり、立体構造物内に水を充填し、水が停留した状態でレーザ加工するときの状態を示す要部概略断面図であり、図５は、そのときの下層部（図４のＸ部）の状態を示す部分拡大図である。 FIG. 4 is a diagram showing a comparative example for showing the effect of the laser processing method according to the present invention, and shows a state when laser processing is performed with water filled in a three-dimensional structure and water remaining. FIG. 5 is a partial enlarged view showing a state of the lower layer portion (X portion in FIG. 4) at that time.

図４に示すように、前記実施形態で説明した立体構造物１（図１参照）と同じ筒状の形状をしたステンレス鋼からなる立体構造物１Ｃの表層部１１Ｃと下層部１２Ｃとの間の空間１４Ｃに、水３１（清水）を充填して実際に実験を行った。この実験では、立体構造物１Ｃを、表層部１１Ｃと下層部１２Ｃとの間隔Ｄ_２（内径）φ５ｍｍのステンレス鋼管を使用し、表層部１１Ｃの被加工部１３Ｃを貫通したレーザ光Ａ及び液体噴流Ｂ２が下層部１２Ｃにどのような影響与えるか確認した。 As shown in FIG. 4, between the surface layer portion 11 C and the lower layer portion 12 C of the three-dimensional structure 1 C made of stainless steel having the same cylindrical shape as the three-dimensional structure 1 (see FIG. 1) described in the above embodiment. The experiment was actually performed by filling the space 14C with water 31 (fresh water). In this experiment, the three-dimensional structure 1C is a stainless steel pipe having a distance D ₂ (inner diameter) φ5 mm between the surface layer portion 11C and the lower layer portion 12C, and the laser beam A and the liquid jet that penetrate the processed portion 13C of the surface layer portion 11C. It was confirmed how B2 affects the lower layer portion 12C.

空間１４Ｃ内に水３１を充填したのみでは、レーザ光Ａ及び液体噴流Ｂ２が下層部１２Ｃまで届いてしまい、図５に示すように、下層部１２Ｃに焼け１２Ｃａが形成されて加工されることが判った。 If only the water 31 is filled in the space 14C, the laser beam A and the liquid jet B2 reach the lower layer portion 12C, and as shown in FIG. 5, burnt 12Ca is formed and processed in the lower layer portion 12C. understood.

次に、図１、図６、図７を参照しながら実施例１を説明する。
図６は、本発明に係るレーザ加工方法の実施例１の実験結果を示す表であり、前記実施形態のような貫通孔がある立体構造物であるパイプ材の実験結果を示す。図７は、本発明に係るレーザ加工方法の実施例１における立体構造物の内径とレイノルズ数との関係を示すグラフであり、図６の番号１−１〜番号５−４までの実験結果を示す。 Next, Example 1 will be described with reference to FIGS. 1, 6, and 7.
FIG. 6 is a table showing the experimental results of Example 1 of the laser processing method according to the present invention, and shows the experimental results of a pipe material that is a three-dimensional structure with through holes as in the above embodiment. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the inner diameter of the three-dimensional structure and the Reynolds number in Example 1 of the laser processing method according to the present invention. The experimental results of numbers 1-1 to 5-4 in FIG. Show.

図６及び図７において、立体構造物に液体を流通させるために使用した不図示のポンプの能力は、動力Ｌが１００Ｗ、圧力Ｐが０．３ＭＰａ程度で十分であるので、ホンプ能力から次の式を使って本レーザ加工方法に使用する最大流量を２０リットル（２０，０００ｍｌ）／ｍｉｎとした。Ｌを動力［ｋＷ］、Ｐを圧力［ＭＰａ］、Ｑを流量［Ｌ／ｍｉｎ］とすると、動力Ｌは、
Ｌ＝ＰＱ／６０
である。 In FIGS. 6 and 7, the capacity of the pump (not shown) used for circulating the liquid through the three-dimensional structure is sufficient when the power L is about 100 W and the pressure P is about 0.3 MPa. Using the equation, the maximum flow rate used in this laser processing method was 20 liters (20,000 ml) / min. When L is the power [kW], P is the pressure [MPa], and Q is the flow rate [L / min], the power L is
L = PQ / 60
It is.

レイノルズ数Ｒｅは、図１に示すレーザ加工装置２によって、円筒管からなる立体構造物１をレーザ加工した際のデータであって、液体３としての水３１の代表速度をＵ、代表長さをＤ_１、動粘性係数をＶとすると、空間１４内を流れる水３１のレイノルズ数Ｒｅは、
Ｒｅ＝ＵＤ_１／Ｖ
であり、この計算式を利用して図６及び図７のレイノルズ数Ｒｅを算出した。 The Reynolds number Re is data when the three-dimensional structure 1 made of a cylindrical tube is laser processed by the laser processing apparatus 2 shown in FIG. 1, and the representative speed of the water 31 as the liquid 3 is U, and the representative length is When D ₁ and the kinematic viscosity coefficient are V, the Reynolds number Re of the water 31 flowing in the space 14 is
Re = _UD 1 / V
The Reynolds number Re in FIGS. 6 and 7 was calculated using this calculation formula.

実験では、図６に示すように、ジェットノズル２１の径を６０ｕｍ、レーザの出力を２３Ｗ、周波数を１０ｋＨｚ、液体噴流Ｂ２の水圧を１３ＭＰａ、液体３として、水温が１７．５℃、動粘性が０．０００００１０８の水３１を使用した。実験結果として、下層部１２に焼けが無いときは○、下層部１２に図５に示すような焼け１２Ｃａがあるときは×として図６の表に記載した。 In the experiment, as shown in FIG. 6, the jet nozzle 21 has a diameter of 60 μm, a laser output of 23 W, a frequency of 10 kHz, a water pressure of the liquid jet B2 of 13 MPa, a liquid 3, a water temperature of 17.5 ° C., and a kinematic viscosity. 0.00000108 water 31 was used. As a result of the experiment, when the lower layer portion 12 is not burned, it is indicated as ◯, and when the lower layer portion 12 has burnt 12Ca as shown in FIG.

まず、図６に示すように、表層部１１と下層部１２との間隔Ｄ₁（内径）が２．５ｍｍの場合の番号１−１〜番号１−６の実験を行った。
番号１−１〜１−２の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが３．０７×１０^３以下であるとき、下層部１２に焼けが発生した。 First, as shown in FIG. 6, experiments Nos. 1-1 to 1-6 were performed when the distance D ₁ (inner diameter) between the surface layer portion 11 and the lower layer portion 12 was 2.5 mm.
From the experimental results of numbers 1-1 to 1-2, when the Reynolds number Re is 3.07 × 10 ³ or less, the lower layer 12 is burnt.

番号１−３〜番号１−６の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが４．７２×１０^３以上であるとき、下層部１２には焼けが発生しておらず、レーザ加工による下層部１２の損傷を防止できた。 From the experimental results of No. 1-3 to No. 1-6, when the Reynolds number Re is 4.72 × 10 ³ or more, the lower layer portion 12 is not burned, and the lower layer portion 12 is damaged by laser processing. We were able to prevent.

次に、表層部１１と下層部１２との間隔Ｄ₁（内径）が３．５ｍｍの場合の番号２−１〜番号２−６の実験を行った。
番号２−１〜２−２の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが２．９５×１０^３以下であるとき、下層部１２に焼けが発生した。 Next, experiments of No. 2-1 to No. 2-6 were performed when the distance D ₁ (inner diameter) between the surface layer portion 11 and the lower layer portion 12 was 3.5 mm.
From the experimental results of numbers 2-1 to 2-2, when the Reynolds number Re is 2.95 × 10 ³ or less, the lower layer portion 12 is burnt.

番号２−３〜番号２−６の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが５．０６×１０^３以上であるとき、下層部１２の焼けを防止できた。 From the experimental results of Nos. 2-3 to 2-6, when the Reynolds number Re is 5.06 × 10 ³ or more, the lower layer part 12 can be prevented from being burned.

次に、表層部１１と下層部１２との間隔Ｄ₁（内径）が４．５ｍｍの場合の番号３−１〜番号３−６の実験を行った。
番号３−１〜３−３の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが４．１９×１０^３以下であるとき、下層部１２に焼けが発生した。 Next, experiments of No. 3-1 to No. 3-6 were performed when the distance D ₁ (inner diameter) between the surface layer portion 11 and the lower layer portion 12 was 4.5 mm.
From the experimental results of numbers 3-1 to 3-3, when the Reynolds number Re is 4.19 × 10 ³ or less, the lower layer portion 12 is burnt.

番号３−４〜番号３−６の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが５．９０×１０^３以上であるとき、下層部１２の焼けを防止できた。 From the experimental results of No. 3-4 to No. 3-6, when the Reynolds number Re is 5.90 × 10 ³ or more, the lower layer portion 12 can be prevented from being burned.

次に、表層部１１と下層部１２との間隔Ｄ₁（内径）が１ｍｍの場合の番号４−１〜番号４−４の実験を行った。
番号４−１の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが３．５４×１０^３であるとき、下層部１２に焼けが発生した。 Next, experiments of No. 4-1 to No. 4-4 were performed when the distance D ₁ (inner diameter) between the surface layer portion 11 and the lower layer portion 12 was 1 mm.
From the experimental result of No. 4-1, when the Reynolds number Re is 3.54 × 10 ³ , the lower layer portion 12 is burnt.

番号４−２〜番号４−４の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが５．９０×１０^３以上であるとき、下層部１２の焼けを防止できた。 From the experimental results of No. 4-2 to No. 4-4, when the Reynolds number Re is 5.90 × 10 ³ or more, the lower layer portion 12 can be prevented from being burned.

次に、表層部１１と下層部１２との間隔Ｄ₁（内径）が０．５ｍｍの場合の番号５−１〜番号５−４の実験を行った。
番号５−１の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが３．５４×１０^３であるとき、下層部１２に焼けが発生した。 Next, experiments Nos. 5-1 to 5-4 were performed when the distance D ₁ (inner diameter) between the surface layer part 11 and the lower layer part 12 was 0.5 mm.
From the experimental result of No. 5-1, when the Reynolds number Re is 3.54 × 10 ³ , the lower layer portion 12 is burnt.

番号５−２〜番号５−４の実験結果より、レイノルズ数Ｒｅが５．１１×１０^３以上であるとき、下層部１２の焼けを防止できた。 From the experimental results of No. 5-2 to No. 5-4, when the Reynolds number Re is 5.11 × 10 ³ or more, the lower layer portion 12 can be prevented from being burned.

以上の実験結果から、液体３としての水３１のレイノルズ数Ｒｅが４．７２×１０^３以上（図６、番号１−３参照）であれば、水３１は液体噴流Ｂ２を乱してレーザ光Ａを散乱させるので、レーザ光Ａが下層部１２を損傷することを防止できる。 From the above experimental results, if the Reynolds number Re of the water 31 as the liquid 3 is 4.72 × 10 ³ or more (see FIG. 6, No. 1-3), the water 31 disturbs the liquid jet B2 and laser light. Since A is scattered, the laser beam A can be prevented from damaging the lower layer portion 12.

図７は、図６の番号１−１〜番号５−４までの実験結果をグラフにしたものである。図６で下層部１２の損傷が○で焼けが発生しないもの（ＯＫなもの）を白星、白菱形、白四角、白三角、白丸で表し、下層部１２の損傷が×で焼けが発生したもの（ＮＧなもの）を黒星、黒菱形、黒四角、黒三角、黒丸で表した。
グラフ中の一点鎖線ａは、下層部１２に焼けが発生しないおおよそのレイノルズ数Ｒｅの最小値を示し、実線ｂは前記実験の最大流量２０，０００ｍｌ（２０リットル）／ｍｉｎ（図６の番号１−６，２−６，３−６，４−４，５−４）におけるレイノルズ数を示している。 FIG. 7 is a graph showing the experimental results of numbers 1-1 to 5-4 in FIG. In FIG. 6, the damage of the lower layer portion 12 is indicated by ○ and no burning occurs (OK) is represented by white stars, white rhombuses, white squares, white triangles, white circles, and the lower layer portion 12 is damaged by ×. (NG) is represented by black stars, black diamonds, black squares, black triangles, and black circles.
The one-dot chain line a in the graph indicates the minimum value of the approximate Reynolds number Re at which the lower layer portion 12 does not burn, and the solid line b indicates the maximum flow rate of 20,000 ml (20 liters) / min (number 1 in FIG. 6). The Reynolds number in -6, 2-6, 3-6, 4-4, 5-4) is shown.

図７に示すグラフより、レイノルズ数Ｒｅが一点鎖線ａを最小値とし、実線ｂを上限値とする範囲であれば、下層部１２に焼けを発生させることなく表層部１１を良好に加工できることがわかる。 From the graph shown in FIG. 7, when the Reynolds number Re is in a range in which the one-dot chain line a is the minimum value and the solid line b is the upper limit value, the surface layer portion 11 can be satisfactorily processed without causing the lower layer portion 12 to burn. Recognize.

次に、図８を参照しながら実施例２を説明する。
図８は、本発明に係るレーザ加工方法の実施例１で使用したレーザ加工装置及び立体構造物を示す要部概略断面図であり、前記立体構造物１Ｄはボックス状の形をしている。
実施例２は、実施例１と同様、レーザ加工装置２のジェットノズル２１の径は６０μｍ、レーザの出力２３Ｗ、周波数１０ｋＨｚ、液体噴流Ｂ２の水圧は１３ＭＰａである。また、立体構造物１Ｄの空間１４Ｄに水３１を供給する液体導入ノズル２３Ｄのノズル孔中心からの距離ｒ、内径２ｒ_０＝φ１．２ｍｍ、液体導入ノズル２３Ｄの先端から表層部１１Ｄの内壁までの距離Ｄ_４＝４ｍｍとして、空間１４Ｄに遮蔽物として樹脂やセラミックを設置した場合、エアや水３１、マイクロバブル水を供給した場合、遮蔽物や液体３などの供給もしない場合の実験を行った。 Next, Example 2 will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the main part showing the laser processing apparatus and the three-dimensional structure used in Example 1 of the laser processing method according to the present invention, and the three-dimensional structure 1D has a box shape.
In Example 2, as in Example 1, the diameter of the jet nozzle 21 of the laser processing apparatus 2 is 60 μm, the laser output is 23 W, the frequency is 10 kHz, and the water pressure of the liquid jet B2 is 13 MPa. Further, the distance r from the center of the nozzle hole of the liquid introduction nozzle 23D for supplying water 31 to the space 14D of the three-dimensional structure 1D, the inner diameter 2r ₀ = φ1.2 mm, from the tip of the liquid introduction nozzle 23D to the inner wall of the surface layer portion 11D. When the distance D ₄ = 4 mm, when resin or ceramic is installed as a shielding object in the space 14D, when air, water 31 or microbubble water is supplied, no experiment is performed when the shielding object or liquid 3 is not supplied. .

なお、実施例２におけるレイノルズ数Ｒｅは、液体３としての水３１の代表速度をＵｍ、代表長さをＤ_４、動粘性係数をＶとすると、空間１４Ｄ内を流れる水３１のレイノルズ数Ｒｅは、以下の式で求められる。
Ｒｅ＝Ｕｍ・Ｄ_４／Ｖ・・・〔２〕
また、前記代表速度Ｕｍは、以下の式で表すことができる（参照：社河内敏彦著「噴流工学」Ｐ４９）。
Ｕｍ＝２．１×ｒ_０／ｒ×Ｕ_０・・・〔３〕
ｒ_０は液体導入ノズル２３Ｄのノズル孔の半径、ｒは液体導入ノズル２３Ｄのノズル孔中心からの距離、Ｕ_０は図中Ｕ_０における流速を示しており、ｒ＝ｒ_０で最大値となる。さらに流速Ｕ_０は流量をＱとすると以下のように表すことができる。
Ｕ_０＝Ｑ／πｒ_０Ｄ_４ [ｍ／ｓ] ・・・〔４〕 Note that the Reynolds number Re in the second embodiment is represented by the following equation: Reynolds number Re of the water 31 flowing in the space 14D is Um, the representative length is D ₄ , and the kinematic viscosity coefficient is V. Is obtained by the following equation.
Re = Um · D ₄ / V (2)
Further, the representative velocity Um can be expressed by the following equation (see: Toshihiko Shauchi, “Jet Engineering” P49).
Um = 2.1 × r ₀ / r × U ₀ (3)
r ₀ is the radius of the nozzle hole of the liquid introduction nozzle 23D, r is the distance from the center of the nozzle hole of the liquid introduction nozzle 23D, U ₀ is the flow velocity at U ₀ in the figure, and becomes maximum at r = r _0. . Further, the flow velocity U ₀ can be expressed as follows, where Q is the flow rate.
U ₀ = Q / πr ₀ D ₄ [m / s] (4)

実施例２による実験の結果、空間１４Ｄに遮蔽物や液体３などもない状態でレーザ加工を行うと、下層部１２Ｄに焼けが発生した。
空間１４Ｄに遮蔽物として樹脂やセラミックを配置してレーザ加工を行うと、下層部１２Ｄには焼けが発生せず、被加工部１３Ｄの形状も良好であったが、樹脂やセラミックにレーザ光Ａによって溶けた跡や加工された跡が残った。 As a result of the experiment according to Example 2, when laser processing was performed in a state where there was no shield or liquid 3 in the space 14D, the lower layer portion 12D was burned.
When laser processing is performed by placing resin or ceramic as a shielding object in the space 14D, the lower layer portion 12D is not burnt and the shape of the processed portion 13D is good, but the laser beam A is applied to the resin or ceramic. The traces that were melted and processed were left behind.

次に、排出口２３Ｄｂを閉塞した状態で空間１４Ｄ内にエアを供給してレーザ加工を行った。空間１４Ｄ内の圧力Ｐが１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２以上であるとき、下層部１２Ｄに焼けは発生しなかったが、圧力Ｐが高くなるほど被加工部１３Ｄの加工形状が悪くなった。これは、圧力Ｐが高くなるとレーザ光Ａによって貫通した被加工部１３Ｄからエアが噴出し、液体噴流Ｂ２を乱してしまうからである。
また、圧力Ｐが０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２のとき、加工形状は良好であったが、下層部１２Ｄに焼けが発生した。 Next, laser processing was performed by supplying air into the space 14D with the outlet 23Db closed. When the pressure P in the space 14D was 1.5 kgf / cm ² or more, no burning occurred in the lower layer portion 12D, but the processed shape of the processed portion 13D became worse as the pressure P increased. This is because when the pressure P is increased, air is ejected from the processed portion 13D penetrated by the laser beam A, and the liquid jet B2 is disturbed.
When the pressure P was 0.5 kgf / cm ² , the processed shape was good, but the lower layer portion 12D was burned.

次に、排出口２３Ｄｂを閉塞した状態で空間１４Ｄ内に水３１を供給してレーザ加工を行った。水３１の圧力Ｐが１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２のとき、下層部１２Ｄに焼けは発生しなかったが、加工形状が悪くなった。
水３１の圧力Ｐが０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２以下のとき、加工形状は良好であったが、下層部１２Ｄに焼けが発生した。 Next, laser processing was performed by supplying water 31 into the space 14D with the outlet 23Db closed. When the pressure P of the water 31 was 1.0 kgf / cm ² , no burning occurred in the lower layer part 12D, but the processed shape deteriorated.
When the pressure P of the water 31 was 0.5 kgf / cm ² or less, the processed shape was good, but the lower layer portion 12D was burned.

次に、排出口２３Ｄｂを開放した状態で空間１４Ｄ内にマイクロバブル水を供給してレーザ加工を行った。マイクロバブル水の圧力Ｐが０．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、流量Ｑが０ｍｌ／ｍｉｎ、流速Ｕが０ｍ／ｓｅｃ、レイノルズ数Ｒｅが０のとき、加工形状は良好であったが、下層部１２Ｄに焼けが発生した。
マイクロバブル水の圧力Ｐが１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、流量Ｑが５２５ｍｌ／ｍｉｎ、流速Ｕ_０が０．５８ｍ／ｓｅｃ、レイノルズ数Ｒｅが４．５２×１０^３のとき、下層部１２Ｄに焼けは発生せず、加工形状も良好であった。
マイクロバブル水の圧力Ｐが３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、流量Ｑが１，３２０ｍｌ／ｍｉｎ、流速Ｕ_０が１．４６ｍ／ｓｅｃ、レイノルズ数Ｒｅが１．１４×１０^４のとき、下層部１２Ｄに焼けは発生しなかったが、加工形状が悪くなった。 Next, laser processing was performed by supplying microbubble water into the space 14D with the discharge port 23Db opened. When the pressure P of microbubble water was 0.0 kgf / cm ² , the flow rate Q was 0 ml / min, the flow rate U was 0 m / sec, and the Reynolds number Re was 0, the processed shape was good, but it burned into the lower layer 12D There has occurred.
When the pressure P of the microbubble water is 1.0 kgf / cm ² , the flow rate Q is 525 ml / min, the flow rate U ₀ is 0.58 m / sec, and the Reynolds number Re is 4.52 × 10 ³ , the lower layer 12D is burned. It did not occur and the processed shape was good.
When the pressure P of the microbubble water is 3.0 kgf / cm ² , the flow rate Q is 1,320 ml / min, the flow velocity U ₀ is 1.46 m / sec, and the Reynolds number Re is 1.14 × 10 ⁴ , Although burning did not occur, the machined shape deteriorated.

次に、排出口２３Ｄｂを開放した状態で空間１４Ｄ内に水３１を供給してレーザ加工を行った。水３１の圧力Ｐが１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、流量Ｑが５２５ｍｌ／ｍｉｎ、流速Ｕ_０が０．５８ｍ／ｓｅｃ、レイノルズ数Ｒｅが４．５２×１０^３のとき、下層部１２Ｄに焼けは発生せず、加工形状も良好であった。
水３１の圧力が０．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、レイノルズ数Ｒｅが０のとき、加工形状は良好であったが、下層部１２Ｄに焼けが発生した。 Next, laser processing was performed by supplying water 31 into the space 14D with the discharge port 23Db opened. When the pressure P of the water 31 is 1.0 kgf / cm ² , the flow rate Q is 525 ml / min, the flow velocity U ₀ is 0.58 m / sec, and the Reynolds number Re is 4.52 × 10 ³ , the lower layer 12D is burned. The processing shape was also good.
When the pressure of the water 31 was 0.0 kgf / cm ² and the Reynolds number Re was 0, the processed shape was good, but the lower layer portion 12D was burned.

以上、実施例２の実験結果から、樹脂、セラミック、木材等の遮蔽物を空間１４Ｄ内に挿入すれば、下層部１２Ｄの損傷を防止することができるが、遮蔽物がレーザ光Ａによって徐々に加工されるため、やがて下層部１２Ｄ焼けが発生してしまうこと、遮蔽物の交換が必要になることがわかる。 As described above, from the experimental results of Example 2, if a shielding object such as resin, ceramic, or wood is inserted into the space 14D, the lower layer part 12D can be prevented from being damaged. Since it is processed, it turns out that the lower layer part 12D will burn soon and it is necessary to replace the shield.

また、表層部１１Ｄと下層部１２Ｄとの間の空間１４Ｄが閉塞された空間である場合、液体噴流Ｂ２が散乱されにくいため、下層部１２Ｄに焼けが発生しやすいことがわかる。 In addition, when the space 14D between the surface layer portion 11D and the lower layer portion 12D is a closed space, the liquid jet B2 is not easily scattered, and thus it is understood that the lower layer portion 12D is likely to be burned.

さらに、レイノルズ数Ｒｅが４．５２×１０^３以上であれば下層部１２Ｄの損傷を防止できることがわかる。つまり、本発明のレーザ加工方法では、立体構造物１Ｄの空間１４Ｄ内に水３１を充填状態（静止状態）にさせず、流動させながらレーザ加工することによって、被加工部１３Ｄを良好に加工することが可能であることが確認できた。 Furthermore, it can be seen that if the Reynolds number Re is 4.52 × 10 ³ or more, damage to the lower layer portion 12D can be prevented. In other words, in the laser processing method of the present invention, the processed portion 13D is processed satisfactorily by performing laser processing while flowing the water 31 without flowing the water 31 into the space 14D of the three-dimensional structure 1D. It was confirmed that it was possible.

１，１Ａ〜１Ｄ立体構造物
２，２Ａ〜２Ｄレーザ加工装置
３液体
１１，１１Ａ〜１１Ｄ表層部
１２，１２Ａ〜１２Ｄ下層部
１３，１３Ａ〜１３Ｄ被加工部
１４，１４Ａ〜１４Ｄ空間
２１ジェットノズル
３１水
Ａレーザ光
Ｂ２液体噴流 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A-1D Three-dimensional structure 2,2A-2D Laser processing apparatus 3 Liquid 11,11A-11D Surface layer part 12,12A-12D Lower layer part 13,13A-13D Processed part 14,14A-14D Space 21 Jet nozzle 31 Water A Laser light B2 Liquid jet

Claims

A laser guided by a liquid jet ejected from a jet nozzle of a laser processing apparatus through a hollow three-dimensional structure having a surface layer portion having a processed portion and a lower layer portion disposed with a space in the surface layer portion A laser processing method for processing with light,
Dispersing the laser light by circulating microbubble water in the space, and disturbing the liquid jet accompanied by the laser light entering the space by the microbubble water .

The laser processing method according to claim 1, wherein the space is circulated in a state where the microbubble water is filled and there is no air layer.

The laser processing method according to claim 1, wherein the microbubble water has a Reynolds number of 4,520 or more and 393,000 or less.

The laser processing method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the laser beam is a green laser (wavelength: 532 nm).

The lower section, of claims 1 to 4, characterized in that from the processed portion of the surface layer portion is arranged coaxially to the spaced 0.5 mm or more 30mm or less the position of the liquid jet The laser processing method as described in any one of Claims.