JP6063636B2 - 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
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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。
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かか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、加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、前記圧力障壁内部の圧力を計測する圧力検出手段を備える。
実施形態にかか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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、前記加工点の深さ位置を計測する深さ計測手段を備え、計測された深さに基づいて前記加圧手段が制御される。
実施形態にかか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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、前記液体流の周囲に沿うようにガスを噴出して液体流周囲に気流を形成する気流形成手段を備え、前記加圧ガスは前記気流形成手段から噴出されるガスよりも比重が大きいことを特徴とする。
実施形態にかか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、加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、前記圧力障壁の、前記液体流の移動方向の前後となる位置の少なくとも何れかに設けられた流体排出部を有する。
実施形態にかか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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、前記加工点の深さ位置を計測する深さ計測手段を備え、計測された深さに基づいて前記加圧手段が制御される。
実施形態にかか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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、前記液体流の周囲に沿うようにガスを噴出して液体流周囲に気流を形成する気流形成手段を備え、前記加圧ガスは前記気流形成手段から噴出されるガスよりも比重が大きいことを特徴とする。
実施形態にかか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、加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、前記圧力障壁の、前記液体流の移動方向の前後となる位置の少なくとも何れかに設けられた流体排出部を有する。
また、本発明の実施形態にかか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、前記被加工物の加工点近傍を覆うチャンバと、前記チャンバの内部を加圧する加圧手段と、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。
また、本発明の実施形態にかか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、加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、前記圧力障壁内部の圧力を計測するステップを備える。
実施形態にかか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、加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、前記加工点の深さ位置を計測し、計測された深さに基づいて前記加圧ガスの前記供給を制御するステップを備える。
実施形態にかか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、加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、前記加圧ガスよりも比重が小さいガスを前記液体流の周囲に沿うように噴出して液体流周囲に気流を形成するステップを備える。
実施形態にかか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、加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、前記液体流の移動方向の前後となる位置の少なくとも何れかから前記圧力障壁の外部に前記液体流を排出するステップを備える。
実施形態にかか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、加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、前記加工点の深さ位置を計測し、計測された深さに基づいて前記加圧ガスの前記供給を制御するステップを備える。
実施形態にかか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、加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、前記加圧ガスよりも比重が小さいガスを前記液体流の周囲に沿うように噴出して液体流周囲に気流を形成するステップを備える。
実施形態にかか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、加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、前記液体流の移動方向の前後となる位置の少なくとも何れかから前記圧力障壁の外部に前記液体流を排出するステップを備える。
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、図４はレーザ光Ｌ（水流Ｗ）の移動方向に平行な断面における加工点近傍の部分拡大縦断面図である。
（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、図４はレーザ光Ｌ（水流Ｗ）の移動方向に平行な断面における加工点近傍の部分拡大縦断面図である。
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、チャンバ１６、加圧手段１７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、レーザ光Ｌを施工ヘッド１２へ伝送できればよく、図１ではミラーを用いるものとして図示しているが、光ファイバを用いてもよい。
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、水を用いるものとして説明しているが、レーザ光Ｌを透過する液体であればよく、水に限定されるものではない。
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。
チャンバ１６は、施工ヘッド１２を含め、加工対象２の加工点近傍を覆う圧力障壁である。チャンバ１６内は、加圧手段１７によって加圧される。
施工ヘッド１２近傍の構成について、図２を用いて詳細に説明する。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にはレーザ光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。なお、ウィンドウ２３は水室２１に対して水密に設けられ、水が集光光学系１３ａ側に侵入しないよう構成される。
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では一部を簡略的に図示するに留めているが、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。
また、施工ヘッド１２、加工対象２の加工点近傍は、チャンバ１６で覆われる。このチャンバ１６には加圧ガス導入口１７ａが設けられており、加圧手段１７から加圧ガス導入口１７ａを介して加圧ガスが内部に供給される。また、チャンバ１７の内側には圧力計測手段としての圧力センサ１６ａが設けられている。加圧手段１７は、この圧力センサ１６ａの計測結果に基づいてチャンバ１６内の圧力を制御する。
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の周りに水ノズルフィン２４ｂが螺旋状に設けられている。そして、そのさらに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。
次に、レーザ加工装置１の作用について説明する。
水室２３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２３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によって円筒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、そこでレーザが吸収されてしまい、レーザは水流の先端に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。
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、そこでレーザが吸収されてしまい、レーザは水流の先端に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、ガスノズル２５から噴出されたガスが水流Ｗと側面２ａの間にガス層を形成する。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、ガスは質量が軽いものであるほうが、水流Ｗにより切断部へ引き込まれやすくなる。
また、チャンバ１６内を加圧しているため、切断深さが長くなっても水流Ｗの先端が広がることが無い。これについて、図３を用いて以下詳述する。
切断深さがある程度長くなると、高速で流れる水流Ｗの周囲の圧力は低くなるため(ベルヌーイの定理)、ガスノズル２５から噴出されたガスは水流Ｗに沿って気流２７を形成する。しかし、図３（ａ）に示すように切断深さがある程度長くなると、水流Ｗと切断部側面２ａ間の距離が狭いため、水流Ｗの先端周囲の圧力が低くなり水流Ｗが側面２ａに吸い寄せられるように広がる。広がった水流Ｗが最終的に側面２ａに接触すると、レーザ光Ｌが側面２ａに吸収されるため、レーザ光Ｌが加工点に到達するまでに減衰してしまい、結果として切断ができなくなる。
そこで、チャンバ１６内部を加圧することで切断部内部での圧力低下が抑えることができ、水流Ｗが切断部側面２ａに接触することなく加工点まで到達するようになり、レーザ切断を継続することが可能となる。
また、加圧ガス１７ｂには、気流２７のガスよりも比重の大きいものを用いることで、水流Ｗとの間に気流２７を形成する比重の軽い気体が滞留しやすくなり、流速の早い水流Ｗの流れによって比重の軽いガスが容易に吸い寄せられることになり、安定的に気流２７を形成することができる。
また、チャンバ１６の内部圧力を上昇させることで、切断姿勢が横向きや上向きになったとしても、水流Ｗが加工点に到達した後の排水や切断廃棄物が水流Ｗに干渉することなく加工することが可能である。具体的には、図４に示すように、ある程度切削が進行した段階だと、レーザ光Ｗの照射によって生じる切断廃棄物４１（加熱溶融された金属片、ヒュームなどの気体が水で冷却されて固化したもの等）は、加工点のレーザ進行方向前後に形成された溝に流れて排出されるが、切断方向が横向きや上向きだと重力により水流Ｗの方向へ流れて水流Ｗが乱れる可能性がある。これに対して、チャンバ内部を加圧していると、加圧ガス１７ｂによって切断廃棄物４１を含む排水を加工対象２の表面に押さえつける効果が得られるため、排水が加工対象２の表面に沿って排出されやすくなる。
また、加圧手段１７を用いることにより、ガスノズル２５のみよりも早く加圧できると共に、チャンバ１６内部の圧力制御も容易となる。
また、チャンバ１６により外部環境と隔離することが可能となるため、例えば水中環境であっても施工することが可能となる。圧力センサ１６ａで内部圧力を計測しつつ加圧ガス１７ｂを加圧ガス導入口１７ａより内部に継続的に供給することで、切断溝を介したチャンバ１６内部への水の浸入を防止でき、水中においても安定した切断加工が可能となる。
（第２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。
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３１、または加工点で発生した音を計測する音響センサ３２を備える。これら光学センサ３１、音響センサ３２は判定部３３と接続される。判定部３３は、光学センサ３１、音響センサ３２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３１により検出すれば、加工対象２が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３１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３１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３１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波についても、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３２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３２により深さを制御することができる。
光学センサ３１、音響センサ３２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。
さらに、前記音波センサ３２を用いて切断深さを測定し、レーザ光Ｌを照射しているにも係らず切断深さに変化がなく切断加工がされていない場合には、加圧ガス１７ｂの供給量を増加してチャンバ１６内の圧力を上げるように制御することで、水流Ｗが側面２ａに接触するのを防止することができ、切断加工を継続することが可能となる。
（第３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は本実施形態による施工ヘッド１２近傍の構成を示す、加工対象の切断方向に平行な平面における部分拡大縦断面図である。
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は本実施形態による施工ヘッド１２近傍の構成を示す、加工対象の切断方向に平行な平面における部分拡大縦断面図である。
本実施形態では、チャンバ１６の加工対象２に接触する位置近傍に流体排出部５１を備える。流体排出部５１は、チャンバ１６上で切断加工を行う進行方向の前後となる位置に設けられており、チャンバ１６内部の流体を外部に排出する排出口である。切断加工中は、水流Ｗが加工点に達した後の排水、切断廃棄物５１、加圧ガス１７ｂ、気流２７を形成するガスがチャンバ１６内部に混在する。例えば、排水と切断廃棄物５１は、切断溝内部あるいはチャンバ１６と加工対象２の隙間から外部に排出されるが、切断中は装置が移動することで排出が不安定となり、チャンバ１６内部の圧力や水流Ｗの形成が不安定になるなど、切断加工に影響を及ぼす可能性がある。流体排出部５１は、チャンバ１６内部の流体を外部に排出する機能を有しており、チャンバ１６内部の環境を制御することが可能となる。また、切断溝内部に残存する排水を排除することも可能となるため、水流Ｗの安定的な形成も可能となる。さらに圧力センサ１６ａの計測結果に基づいて流体排出部５１を制御することで、加圧ガス１７ｂの供給が過多にならない（すなわち、チャンバ１６内部の圧力が上がり過ぎない）ようにすることもできる。
ここで、基本的にチャンバ１６内部は外部より圧力が高いため、流体排出部５１は単なる開口でも排出口として機能するが、例えば逆止弁や排出用のスクリューを設ける等して逆流を防止する構成としてもよい。
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、判定部３３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３１や音響センサ３２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。
チャンバ１６は複合切断装置と一体化して移動させる方式や、あるいは切断部全体を覆ってその内部を装置が駆動して切断する方法など、水流の近傍が外部よりも加圧される構造であれば良い。
また、図４や図６では、ある深さの切削を切断溝方向に沿って繰り返し行い切削していく加工プロセスを前提として図示しているため、水流Ｗの移動方向前方もある程度切削された状態である。実際はこのようなプロセスに限定されず、施工位置で最後まで切削してから施工位置を移動する加工プロセスとしてもよい。
また、ガス供給手段１５と加圧手段１７は、別途に設けて異なるガスを供給することが望ましいものとしたが、兼用させた構成としても構わない。
また、チャンバ１６は方形ものとして図示しているが、当然ながらこれに限定されず、ドーム型、円筒型、錐型等とすることができる。
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
１６ チャンバ
１６ａ 圧力センサ
１７ 加圧手段
１７ａ 加圧ガス導入口
１７ｂ 加圧ガス
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
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
２７ 気流
３１ 光学センサ
３２ 音響センサ
３３ 判定部
４１ 切断廃棄物
５１ 流体排出部
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
１６ チャンバ
１６ａ 圧力センサ
１７ 加圧手段
１７ａ 加圧ガス導入口
１７ｂ 加圧ガス
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
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
２７ 気流
３１ 光学センサ
３２ 音響センサ
３３ 判定部
４１ 切断廃棄物
５１ 流体排出部
Claims (9)
- 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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、
前記圧力障壁内部の圧力を計測する圧力検出手段を備えるレーザ加工装置。 - 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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、
前記加工点の深さ位置を計測する深さ計測手段を備え、
計測された深さに基づいて前記加圧手段が制御されるレーザ加工装置。 - 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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、
前記液体流の周囲に沿うようにガスを噴出して液体流周囲に気流を形成する気流形成手段を備え、
前記加圧ガスは前記気流形成手段から噴出されるガスよりも比重が大きいことを特徴とするレーザ加工装置。 - 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、
加工点近傍を覆う圧力障壁と、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給することで加圧する加圧手段と、
前記圧力障壁の、前記液体流の移動方向の前後となる位置の少なくとも何れかに設けられた流体排出部を有するレーザ加工装置。 - 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、
前記被加工物の加工点近傍を覆うチャンバと、
前記チャンバの内部を加圧する加圧手段と、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。 - 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、
加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、
前記圧力障壁内部の圧力を計測するステップを備えるレーザ加工方法。 - 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、
加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、
前記加工点の深さ位置を計測し、計測された深さに基づいて前記加圧ガスの前記供給を制御するステップを備えるレーザ加工方法。 - 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、
加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、
前記加圧ガスよりも比重が小さいガスを前記液体流の周囲に沿うように噴出して液体流周囲に気流を形成するステップを備えるレーザ加工方法。 - 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、
加工点近傍を圧力障壁により覆い、この圧力障壁内部に加圧ガスを供給するステップと、
前記液体流の移動方向の前後となる位置の少なくとも何れかから前記圧力障壁の外部に前記液体流を排出するステップを備えるレーザ加工方法。
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