JP6063635B2 - レーザ加工装置、レーザ加工システム、レーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レーザを用いた被加工物の加工装置と加工方法に関する。

金属材料、セラミックス、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの切断加工プロセスとして、レーザ切断やウォータジェット切断が用いられている。レーザ切断は、レーザ発振器から照射されたレーザ光を光学系により集光して被加工物の照射部を加熱溶融させ、その溶融部を空気や酸素などのアシストガスを用いて吹き飛ばすことで切断する技術である。一方、ウォータジェット切断は、高圧で噴出する水の運動エネルギにより、被加工物の噴射した部分を吹き飛ばして切断する技術である。水だけの場合と水に研磨材を混入して行う場合とがあり、後者の場合には運動エネルギに研磨作用が付加されて切断能力が向上する。

さらに、レーザとウォータジェットを組み合わせた切断技術がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、レーザ光とウォータジェットを同時に加工部に当てることにより切断能力が増大すると共に、加工部が切断と同時に水冷されるために非常にきれいな切断面が得られる。

特許３６８０８６４号公報

上述したレーザとウォータジェットを組み合わせた切断技術は半導体やセラミックスなどの微細加工に用いられている。従来は溶接ヘッドから被加工物に噴射する水を導光路としてレーザを被加工物に照射している。しかし、半導体等の微細加工であれば問題ないが、構造材料等の厚みがある部材を切断する場合、切断がある深さに達したところからそれ以上切断できないため、切断できる厚みに制限があった。本発明は、従来は切断が困難であった厚みの被加工物の切断を可能とするレーザ加工装置、レーザ加工システム、レーザ加工方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置は、被加工物に対して円筒形状の液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工装置であって、施工ヘッドと、前記施工ヘッドに設けられ、前記液体流を前記被加工物に噴出する液体ノズルと、前記液体ノズルが前記液体流の径を変更する液体流径可変手段と、を備え、前記施工ヘッドは、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流、および前記被加工物上で第２の径となる前記液体流を噴出可能であり、前記第２の径は前記第１の径よりも小さいものである。
また、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置は、被加工物に対して液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工装置であって、施工ヘッドと、前記施工ヘッドに設けられ、前記液体流を前記被加工物に噴出する液体ノズルと、前記被加工物上の前記レーザの照射点で発生する光を検出する光センサ、または前記照射点で発生する音を検出する音響センサの少なくとも何れか、を備え、前記施工ヘッドは、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流、および前記被加工物上で第２の径となる前記液体流を噴出可能であり、前記第２の径は前記第１の径よりも小さいものである。

また、本発明の実施形態に係るレーザ加工システムは、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する光学伝送手段と、前記レーザ光を集光する集光光学系と、内部に液体貯留手段を有し、この液体貯留手段内部の液体を被加工物に液体流として噴出する液体ノズルを有する施工ヘッドと、前記液体ノズルの周縁内側に設けられ、前記液体流を旋回流とする水ノズルフィンと、前記液体ノズルの周縁外側に設けられ、ガスを噴出して前記液体流の周囲に気流を形成するガスノズルと、前記施工ヘッドに前記液体を供給する液体供給手段と、前記施工ヘッドに前記ガスを供給するガス供給手段と、前記液体流の径を変更する液体流径変更手段と、前記被加工物上の加工点で発生する光または音を検出し、当該検出結果に基づいて加工の成否を判定する加工成否監視手段と、前記加工成否監視手段の判定結果に基づいて前記液体流径変更手段を制御する制御と、を備え、集光された前記レーザ光を、前記液体流内部を伝播させることで前記被加工物表面へ伝送し、前記被加工物を切削するものである。

また、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法は、被加工物に対して円筒形状の液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工方法であって、前記液体流を前記被加工物に噴出する液体ノズルは前記液体流の径を変更する液体流径可変手段を備え、前記被加工物に、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、その後に、前記被加工物に前記被加工物上で前記第１の径よりも小さい第２の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、を備えるものである。
さらに、本発明の実施形態に係るレーザ加工方法は、被加工物に対して液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工方法であって、前記被加工物上の前記レーザの照射点で発生する光または音を検出するステップと、前記被加工物に、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、その後に、前記被加工物に前記被加工物上で前記第１の径よりも小さい第２の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、を備えるものである。

本発明の第１実施形態によるレーザ加工装置の概要を示すブロック図。 （ａ）は施工ヘッド近傍の部分拡大縦断面図、（ｂ）は施工ヘッドの部分分解斜視図、（ｃ）は施工ヘッドを下方からみた平面図。 加工対象の加工点近傍の部分拡大図。 第２実施形態による水ノズルフィンの正面図。 （ａ）（ｂ）それぞれ第３実施形態による施工ヘッドの部分拡大縦断面図。 （ａ）第４実施形態による水室近傍の部分拡大縦断面図、（ｂ）変形例による水室近傍の部分拡大縦断面図。 第５実施形態による施工ヘッドの部分拡大縦断面図。

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態では施工ヘッドを下向きにして加工対象物に接近させて施工を行うものとして説明するが、下向き以外であっても適用可能である。
（第１の実施形態）

（構成）
図１等を用いて、本実施形態によるレーザ加工装置の構成を説明する。レーザ加工装置１は、被加工物の加工点に対して水流を噴射するとともに、この水流を経由してレーザを加工対象２に照射することで切断加工を行う。図１は、このレーザ加工装置１の概要を示す図、図２（ａ）はレーザ加工装置１の施工ヘッド１２近傍を拡大した部分拡大縦断面図、図２（ｂ）は、施工ヘッド１２の部分分解斜視図、（ｃ）は施工ヘッド１２を下方から見た平面図、図３は加工対象２の加工点近傍の部分拡大図である。

レーザ加工装置１は、レーザ発振器１１、施工ヘッド１２、光学伝送手段１３、水供給手段１４、ガス供給手段１５を備える。レーザ発振器１１から出射されたレーザＬが光学伝送手段１３による施工ヘッド１２へ伝送され、施工ヘッド１２からは水供給手段１４から供給された水を水流Ｗとして加工対象２に噴射するとともに、水流Ｗを介してレーザ光を加工対象２に照射する。また、施工ヘッド１２は、ガス供給手段１５から供給されるガスを水流Ｗの周りに噴射し、気流を形成する。また、施工ヘッド１２を加工対象２に対して相対的に移動させる駆動機構を備える（不図示）。この駆動機構は、先端に保持した施工ヘッド１２を、固定された加工対象２に対して相対的に移動させる駆動装置（例えばロボットアーム）でもよいし、施工ヘッド１２側が固定で加工対象２を移動させるものであってもよい。以下、各構成要素について詳述する。

レーザ発振器１１としては、水で減衰し難いＹＡＧレーザ第２高調波（波長５３２ｎｍ）を出射するものが好ましい。しかし、最終的に加工対象２に照射されるレーザ光が加工に十分なエネルギを有していればよく、水での減衰を加味しても十分なエネルギのレーザ光Ｌを出射するものであればよい。例えば、ＹＡＧレーザ基本波（波長１０６４ｎｍ）、ＵＶレーザ（波長３５５ｎｍ）、ファイバレーザ（波長１０７０ｎｍ）等を用いることができる。

光伝送手段１３は、光学素子等から構成され、レーザ光Ｌを施工ヘッド１２へ伝送するものである。図１ではミラーを用いるものとして図示しているが、他にも目的に応じて光ファイバ、テレスコープ、ダイクロイックミラー等を用いてもよい。

水供給手段１４は、加工対象２に噴出される水を、ポンプ等により施工ヘッド１２へ供給する装置である。なお、各実施形態では水を用いるものとして説明するが、レーザ光Ｌを透過する液体であればよく、水に限定されない。

ガス供給手段１５は、施工ヘッド１２から噴出されるガスを供給する装置である。ガスは特に限定されず、例えば空気や不活性ガス（Ａｒ等）を用いることができる。特に、質量の軽いものであることが望ましい（詳細は後述する）。

施工ヘッド１２の構成について、図２を用いて説明する。施工ヘッド１２の内部には液体貯留手段としての水室２１が形成されており、水室２１は水導入孔２２を介して水供給手段１４から供給された水で満たされる。この水は、水ノズル２４から噴出され、水流Ｗとして加工対象２に達する。

また、施工ヘッド１２はレーザ光Ｌを透過するウィンドウ２３が設けられている。ウィンドウ２３には、光学伝送手段としての集光光学系１３ａにより集光されたレーザ光Ｌが入射する。レーザ光Ｌは水室２１、水ノズル２４を通過し、水流Ｗの中を伝播して加工対象２に照射される。

また、水室２１及び水ノズル２４の周囲を取り囲むようにガスノズル２５が設けられている。ガスノズル２５は、水ノズル２４の周囲で開口したガス噴出孔２５ａ、水室２４の周囲に沿う複数のガスノズルフィン２５ｂから構成される。ガスノズルフィン２５ｂは、図２では一部の簡略的な図示に留めているが、実際は図２（ｂ）に示すように水室２４の外周に螺旋状に沿うよう設けられる。なお、ガスノズルフィン２５ｂは、図２では一部の簡略的な図示に留めている。また、ガスノズルフィン２５ｂの、ガスの流れに対して後端側には、ガス供給手段１５から供給されるガスをガスノズル２５に導入するための、円環状のガス供給路２６が設けられている。

図２（ｃ）を用いて、施工ヘッドのノズル部分の構成を説明する。水ノズル２４は、中央開口部２４ａの周り、つまり周縁の内側に水ノズルフィン２４ｂが螺旋状に設けられている。そして、水ノズル２４の周縁の外側にガスノズルフィン２５ｂが位置する構成となっている。

（作用）
次に、レーザ加工装置１の作用について説明する。

水室２１は水供給手段１４によって水で満たされている。さらに、水室２１の水は水ノズル２４から加工対象２に向かって、水流Ｗとして噴出される。水流Ｗは、水ノズルフィン２４ｂによって円錐形状の旋回流となり、噴出された後に広がらない。

一方で、レーザ発振器１１から出射されたレーザ光Ｌは、光学伝送手段１３、ウィンドウ２３を介して水室２１に入射する。さらに、水流ノズル２４の中央開孔部２４ａを通って水流Ｗへ伝播する。レーザ光Ｌは水流Ｗ内部を通って加工対象２の表面に達する。加工対象２はレーザ光Ｌのエネルギによって切削される。

ここで、レーザ光Ｌは、レーザ発振器１１と集光光学系１３ａにより決定される入射ＮＡ（開口数：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）によって決められた角度で水流Ｗ中に照射される。その際、レーザ光Ｌは水流Ｗの端部（側面）まで来ると、液体と気体の屈折率の違いにより、界面で反射してまた内部に折り返す。これを繰り返すことにより、レーザ光Ｌは水流Ｗが形を保ちながら噴出されているところまで伝送される。ただし、入射ＮＡがレーザ光Ｌの臨界角を超えてしまうと、レーザ光Ｌは水流Ｗ端部で反射せずに外部に漏れ出してしまい、エネルギのロスとなる。このため、水流Ｗの形状とレーザ発振器１１に応じて、集光光学系１３ａにより形成する入射ＮＡを適正な範囲内に調整する（例えば、集光光学系１３ａの軸方向位置の変更や、複数の集光光学系１３ａの光路上への配置／除去を行う）ことで、レーザ光Ｌの伝送ロスを最小限に抑えることができる。

切断が進行すると、ガスノズル２５から噴出されたガスは、水流Ｗの周りを追随するように加工対象２に向かって流れ、水流Ｗの側面と加工対象２の切断部の側面２ａとの間に入り込む。

（効果）
従来の技術では、切断が進むと水流の側面と加工対象の切断部側面とが接触し、そこでレーザ光が吸収されてしまい、レーザ光が水流の先端に到達するまで加工可能なエネルギを保てなかったと考えられる。

これに対し、本実施形態によれば、水流Ｗが円錐形状を呈するため、加工開始時に加工対象２の表面に接触する位置では径が大きく、加工が進んで加工点と施工ヘッド１１の距離が長くなるにつれて、加工対象２に接触する位置での水流Ｗの径は小さくなっていく。そのため、水流Ｗが単純な円筒形状であるより接触し難いため、レーザ光Ｌが加工点に到達するまでに側面２ａに吸収されて減衰するのを抑えることができる。したがって、従来よりも切断可能な厚みが向上する。

また、ガスノズル２５から噴出されたガスが水流Ｗをとりまく気流として流れることで、水流Ｗの形状の安定に寄与する。さらに、ガスは水流Ｗと側面２ａの間にガス層を形成する。水流Ｗは完全に同じ位置、同じ形状で形成されるわけではなく、多少のブレが生じるため、円錐形状であっても多少は側面２ａと接触する可能性がある。このため、切断部長さがあまりにも長くなると、水流Ｗと側面２ａの接触によるレーザ光Ｌのエネルギの減少が影響する可能性が出てくる。そこで、水流Ｗと側面２ａの間にガス層を形成することで、接触を抑制することが可能である。なお、ガスノズル２５を設けなくとも、水流Ｗにより周囲のガスが引き込まれて水流Ｗと側面２ａの間にガス層を形成する効果は発揮される。しかし、ガスノズル２５により積極的にガスを供給したほうが、より確実に効果を発揮することができる。ここで、質量の軽いガスを用いることで、ガスを水流Ｗにより切断部へ引き込まれやすくなるため、ガス層を形成しやすくなる。

また、レーザ光Ｌの照射により加工対象２を切断した際には、図３に示すように切断廃棄物３１が発生する。切断廃棄物３１は、最初は加工対象２に到達した後の液体の流れにより外部へと押し流されていくが、切断厚さが深くなっていくと切断部の側面２ａと水流Ｗのクリアランスが狭くなり排出されにくくなる。本実施形態によれば、切断厚さが深くなるにつれて切断幅が狭くなるため、切断廃棄物３１が排出されやすくなる。また、水流Ｗの外周にはガスが流れているため、切断廃棄物３１が水流Ｗ中に戻ってくるのを防止できる。

切断廃棄物３１はレーザ光Ｌの照射により加熱溶融された金属片が主体となるが、レーザ加熱により発生するヒュームなどの気体が水で冷却されて固化したものも含まれる。したがって、ヒュームが空気中に排出されること無くクリーンな切断が可能となる。特に、放射性廃棄物やＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）など、切断により有害なガスが発生してしまう場合には、外部に有毒ガスを排出しないで固体として回収できる本手法は有効である。

尚、発生する切断廃棄物３１については、水と共にポンプ等により吸引し、フィルタ等により分離回収すれば良い。回収した水は、フィルタでろ過した後であれば水供給手段１４に戻して再利用することも可能である。

また、レーザ切断で必要となる切断前のピアッシング（穴あけ加工）が不要のため、切断可能な板厚がレーザ発振器の出力に依存しない。

さらに、レーザ切断ではレーザスポットのエネルギ密度を制御するためにノズルと切断対象物の距離を高精度に制御する必要があるが、複合切断だと水が導光路となり距離に関わらずレーザが一定のスポットを伝送することができるため、高精度に距離を制御する必要がない。

また、ウォータジェット切断と比較すると、より厚い加工物が切断できる点、研磨剤が不要な点、切断開始位置を対象物の端部に限定されない点等で優れる。
（第２の実施形態）

図４を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図４は、水ノズルフィン２４ｂの正面図である。本実施形態では、水ノズルフィン２４ｂの角度を任意に変更可能としている。

水流Ｗの形状は、水圧、水ノズルフィン２４ｂの角度、水ノズル２４の径、周囲の気圧等の影響を受ける。本実施形態では、水ノズルフィン２４ｂの角度を可変とすることで、水流Ｗの形状を施工中に変更することが可能である。また、水ノズルフィン２４ｂの角度によっては、水流Ｗを円筒形状とすることが可能である。

例えば、最初は水流Ｗを円筒形状として施工し、ある程度切断が進んだら水流Ｗを円錐形状として施工し、さらに切断が進んだら水流Ｗをより鋭角な円錐形状として施工し・・・と、水流Ｗの形状を変更していくことで、より厚い加工対象物を切断することが可能となる。
（第３の実施形態）

図５を用いて本実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本実施形態による施工ヘッド１２の部分拡大縦断面図である。本実施形態では、水流Ｗが円錐形状でなく円筒形状である。 本実施形態では、水ノズルフィン２４ｂに換えて、水流径可変手段としての部分シャッター２４ｃを備える。部分シャッター２４を閉鎖すると、水ノズル２４ｂの開口径が小さくなり、水流Ｗの径が小さくなる。すなわち、施工中に水流Ｗの径を変更することが可能である。

このような構成によれば、施工が進むにつれて加工対象２に達するレーザ光Ｌが加工に必要なエネルギを維持できなくなってきた際に、水流Ｗの径を小さくすることで水流Ｗと切断部の側面２ａとの距離を空け、切断施工を引き続き行うことが可能となる。

なお、本実施形態では水ノズル２４の一部を塞ぐ部分シャッター２４ｃを用いるものとしたが、連続的に水ノズルの径を変更可能な構成であっても構わない。例えばカメラのレンズのシャッターのように、多羽根式で外から内側へ次第に閉じる構造のシャッターでとすることが考えられる。
（第４の実施形態）

図６を用いて本実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本実施形態およびその変形例による水室２１の構成を示す部分拡大縦断面図であり、一部の構成要素は省略して図示している。 図６（ａ）に示す水室２１ａでは、内壁にらせん状の溝４１が設けられている。これにより、水室２１ａ内部で水が旋回し、噴出される水流Ｗを旋回流とすることができる。

図６（ｂ）に示す水室２１ｂでは、水がらせん状流路４２を経由して水貯留部４３に流入する構成となっている。この水貯留部４３の下端に水ノズル２４が配される（図示省略）。また、らせん状流路４２で囲まれる領域は、レーザ光Ｌが通過できるようにウィンドウ２３が配置される（単に空間であってもよい）。このような構成により、噴出される水流Ｗを旋回流とすることができる。

なお、水室２１の構造のみで水流Ｗを旋回流とするに足る場合は、水ノズル２４の水ノズルフィン２４ｂは省略してもよい。肝要なのは水流Ｗを旋回流とするための液体旋回手段があれば良い。例えば水室２１の形状と水導入孔２２の配置や、水室２１内で水を旋回させる回転体を配置する等してもよい。
（第５の実施形態）

図７を用いて本実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図７は本実施形態による施工ヘッド１２の構成を示す部分拡大縦断面図である。

本実施形態では、加工対象２の加工点の発光を監視する光学センサ５１、または加工点で発生した音を計測する音響センサ５２を備える。これら光学センサ５１、音響センサ５２は判定部５３と接続される。判定部５３は、光学センサ５１、音響センサ５２の出力結果に基づいて、レーザ光Ｌによる切削が適切に行われているか、換言すると加工の成否を判定し、その判定結果を出力する。

加工対象２を切断する際、レーザ光Ｌが照射される加工点はレーザ照射により溶融して発光すると共に、衝撃音のような音波が発生する。そこで、発光する光を光学センサ５１により検出すれば、加工対象２が正常に切削されているか否かの判定が可能となる。例えば、仮に切断部の側面２ａに水流Ｗが接触してレーザ光Ｌが側面２ａに吸収され、加工点に達したレーザ光Ｌのエネルギが不足して切削できない状態になると、適切に切削されている場合に比較して光学センサ５１で検出される輝度が低下する。したがって、加工点の発光状況を観察していれば、切削の成否を判定することができる。

ここで、光学センサ５１は輝度が判断できるものであれば良いが、ＣＣＤカメラなど画像が見えるものであっても良い。光学センサ５１の設置位置は切断部が観察可能であれば外部でも良いが、例えば集光光学系１３ａのレーザ発振器１１側にダイクロイックミラーを配置し、このダイクロイックミラーで加工点からの発光を光学センサに入射させて 観察する、といった構成であっても良い。

また、切断時に発生する音についても、光と同様に切削の成否に応じて変化するため、例えば超音波マイクなどの音響センサ５２で検出することにより切断実施の可否判断を行える。また、音波到達に要する時間から距離を測定することが可能となるため、所定深さの溝を形成したい場合は音響センサ５２により深さを制御することができる。

光学センサ５１の設置位置は特に限定されないが、切削が進んで加工点の位置が深くなった際に、加工点が切断部側面２ａに隠れた死角にならない位置とするのが好ましい。

また、音響センサ５２は、加工点の切削以外の要因で加工点との距離が変化せず、加工点からの距離を計測できる位置であればよい（例えば、加工対象２に接触させて加工対象２表面や内部を伝播する超音波を計測できる位置でもよい）。ただし、施工ヘッド１２を基準とする音響センサ５２の位置が既知であるのなら、施工中に音響センサ３２を施工ヘッド１２に対して相対的に移動させても構わない。

また、このような加工成否監視手段と、第２実施形態や第３実施形態の構成を組み合わせることで、加工対象２を切削できない状況になったら、可動式の水ノズルフィン２４ｂや集光光学系１３ａ、水供給手段１４、ガス供給手段１５等を制御する制御装置（不図示）が自動で水流Ｗの形状やレーザ光の入射ＮＡを調整し、連続的に加工対象の切断を行うことが可能である。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、各実施形態を組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、ガスノズル２５へ供給されるガスの経路として円環状のガス供給路２６を設けるものとしたが、単に施工ヘッド内部を貫通する供給路を設けてもよい。また、ガスノズルフィン２５ｂはガスノズル２５の噴出孔付近のみに短尺なフィンを設けるものであってもよい。また、ガスノズルフィン２５ｂも、第２実施形態で水ノズルフィン２４ｂについて説明したように、角度を変更可能な構成としてもよい。

また、レーザ光Ｌは施工ヘッド１２に入射する前に集光光学系１３ａによって集光されるものとして説明したが、例えばウィンドウ２３に換えて集光光学系１３ａを用いる、集光光学系１３ａを水室２１内に配置する等してもよい。

また、判定部５３は加工の成否を判定した結果を出力するものとしたが、単に光学センサ５１や音響センサ５２の出力を表示して、オペレーターが判断するものとしてもよい。

１ レーザ加工装置
２ 加工対象（被加工物）
２ａ 側面
１１ レーザ発振器
１２ 施工ヘッド
１３ 光学伝送手段
１３ａ 集光光学系
１４ 水供給手段
１５ ガス供給手段
２１ 水室
２２ 水導入孔
２３ ウィンドウ
２４ 水ノズル
２４ａ 中央開孔部
２４ｂ 水ノズルフィン
２４ｃ 部分シャッター
２５ ガスノズル
２５ａ ガス噴出孔
２５ｂ ガスノズルフィン
２６ ガス供給路
３１ 切断廃棄物
４１ 溝
４２ らせん状流路
４３ 水貯留部
５１ 光学センサ
５２ 音響センサ
５３ 判定部

Claims (11)

1. 被加工物に対して円筒形状の液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工装置であって、
   施工ヘッドと、
   前記施工ヘッドに設けられ、前記液体流を前記被加工物に噴出する液体ノズルと、
   前記液体ノズルが前記液体流の径を変更する液体流径可変手段と、を備え、
   前記施工ヘッドは、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流、および前記被加工物上で第２の径となる前記液体流を噴出可能であり、
   前記第２の径は前記第１の径よりも小さいレーザ加工装置。
2. 前記液体流を旋回流とする旋回流形成手段を備える請求項１記載のレーザ加工装置。
3. 前記液体流の周囲に気体流を噴出する気流形成手段を備える請求項１記載のレーザ加工装置。
4. 被加工物に対して液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工装置であって、
   施工ヘッドと、
   前記施工ヘッドに設けられ、前記液体流を前記被加工物に噴出する液体ノズルと、
   前記被加工物上の前記レーザの照射点で発生する光を検出する光センサ、または前記照射点で発生する音を検出する音響センサの少なくとも何れか、を備え、
   前記施工ヘッドは、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流、および前記被加工物上で第２の径となる前記液体流を噴出可能であり、
   前記第２の径は前記第１の径よりも小さいレーザ加工装置。
5. 前記旋回流形成手段は、前記液体ノズルの周縁内側に設けられた液体ノズルフィンであることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
6. 前記液体ノズルフィンの角度が可変であることを特徴とする請求項５記載のレーザ加工装置。
7. 前記気流形成手段は、前記液体ノズルの周縁外側に設けられたガス噴出孔、前記気体流を旋回流とするガスノズルフィンを有するガスノズルである請求項３記載のレーザ加工装置。
8. 前記ガスノズルフィンの角度が可変である請求項７記載のレーザ加工装置。
9. レーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出射されたレーザ光を伝送する光学伝送手段と、
   前記レーザ光を集光する集光光学系と、
   内部に液体貯留手段を有し、この液体貯留手段内部の液体を被加工物に液体流として噴出する液体ノズルを有する施工ヘッドと、
   前記液体ノズルの周縁内側に設けられ、前記液体流を旋回流とする水ノズルフィンと、
   前記液体ノズルの周縁外側に設けられ、ガスを噴出して前記液体流の周囲に気流を形成するガスノズルと、
   前記施工ヘッドに前記液体を供給する液体供給手段と、
   前記施工ヘッドに前記ガスを供給するガス供給手段と、
   前記液体流の径を変更する液体流径変更手段と、
   前記被加工物上の加工点で発生する光または音を検出し、当該検出結果に基づいて加工の成否を判定する加工成否監視手段と、
   前記加工成否監視手段の判定結果に基づいて前記液体流径変更手段を制御する制御と、
   を備え、
   集光された前記レーザ光を、前記液体流内部を伝播させることで前記被加工物表面へ伝送し、前記被加工物を切削するレーザ加工システム。
10. 被加工物に対して円筒形状の液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
    前記液体流を前記被加工物に噴出する液体ノズルは前記液体流の径を変更する液体流径可変手段を備え、
    前記被加工物に、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、
    その後に、前記被加工物に前記被加工物上で前記第１の径よりも小さい第２の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、を備えるレーザ加工方法。
11. 被加工物に対して液体流を噴出し、前記液体流を導光材として被加工物にレーザを照射して被加工物を加工するレーザ加工方法であって、
    前記被加工物上の前記レーザの照射点で発生する光または音を検出するステップと、
    前記被加工物に、前記被加工物上で第１の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、
    その後に、前記被加工物に前記被加工物上で前記第１の径よりも小さい第２の径となる前記液体流を噴出して前記被加工物を加工するステップと、を備えるレーザ加工方法。

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