JP6255595B2

JP6255595B2 - 割断装置

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Publication number: JP6255595B2
Application number: JP2012227023A
Authority: JP
Inventors: 山田　淳一; 淳一山田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: CN104703933B; TWI542433B; WO2014057879A1; US10214441B2; TW201420251A; JP2014076936A; KR20150043339A; KR101666093B1; US20150209911A1; CN104703933A

Description

本発明は、割断装置に関する。

従来、ガラス板などの板状脆性材を割断する割断装置として、ガラス板などの被加工部材にレーザ光を照射して局部的に加熱するレーザ照射部と、該レーザ光によって加熱された被加工部材に冷却剤を噴射する冷却剤噴射部と、を備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような割断装置では、冷却剤が被加工部材に噴射されると、冷却剤が噴射の勢いで跳ね返り、周囲に飛び散る。飛び散った冷却剤が、被加工部材を加熱するためのレーザ光が通過するレーザ通過領域にも飛散すると、飛散した冷却媒体がレーザの一部を吸収してしまい、被加工部材を十分に加熱することができなくなる。このような問題に対し、前記特許文献１では、冷却域と加熱域との間に遮蔽板を設けることにより、冷却剤がレーザ通過領域に飛散するのを防止している。

特開２００８−４９３７５号公報

ところで、前記のような割断装置にあっては、被加工部材の材質や厚さによってはレーザ光の照射による加熱条件のマージンが非常に狭くなる。そのため、このように加熱条件のマージンが狭い被加工部材を加工する場合には、所望の割断精度を維持するのに加熱条件を所定の範囲内に厳しく管理する必要がある。特に、高速加工を行なう際には冷却剤の噴射量を増やす必要があるため、より厳しい管理が必要となる。

しかしながら、冷却剤を大量に必要とする場合などでは、特許文献１のように遮蔽板を設けたとしても、冷却剤がレーザ通過領域に飛散する影響を完全になくすのは難しく、したがって加熱条件を所定の範囲内に管理するのが困難になる。特に、被加工部材を加工テーブル上に保持して被加工部材をレーザ照射部の下方、続いて冷却剤噴射部の下方に連続的に移送する場合、被加工部材の先端側がレーザ照射部の下方に到達してレーザ光照射による加熱処理のみがなされる初期加工時と、被加工部材の先端側が冷却剤噴射部の下方に到達することで冷却剤噴射による冷却とレーザ光照射による加熱とがそれぞれ異なる領域で同時になされる中期加工時以降との間では、レーザ光照射による加熱条件を所定の範囲内に管理するのが非常に困難である。したがって、従来では、加熱条件の管理を良好に行えないことに起因して、割断を良好に行えないなど、所望の割断精度が得られないといった問題がある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レーザ光照射による加熱条件を所定の範囲内に管理することができ、これによって所望の割断精度が得られるようにした割断装置を提供することにある。

本発明者は前記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、被加工部材の先端側がレーザ照射部の下方に到達してレーザ光照射による加熱処理のみがなされる初期加工時と、被加工部材の先端側が冷却剤噴射部の下方に到達することで冷却剤噴射による冷却とレーザ光照射による加熱とがそれぞれ異なる領域で同時になされる中期加工時以降との間で、レーザ光照射による加熱条件を管理するのが困難な理由は、主に、冷却剤噴射部からの冷却剤がレーザ通過領域に及ぼす影響が、初期加工時と中期加工時以降との間で大きく変化してしまうことによる、との知見を得た。そして、本発明者はこのような知見のもとにさらに研究を重ねた結果、本発明を完成した。

すなわち、本発明の割断装置は、板状の被加工部材を浮上させる加工台と、前記被加工部材上にレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記被加工部材上に冷却剤を噴射する冷却剤噴射部と、前記被加工部材を前記レーザ照射部及び前記冷却剤噴射部に対して予め設定された方向に相対移動させる移動手段と、を備え、
前記被加工部材上に設定された加熱域に前記レーザ照射部からレーザ光を照射して該加熱域を加熱しつつ、該被加工部材を前記移動手段によって予め設定された方向に相対移動させ、加熱した前記加熱域上に設定された冷却域に、前記冷却剤噴射部から冷却剤を噴射して該冷却域を冷却する割断装置であって、
前記加工台の、前記被加工部材が相対移動する移動方向における該被加工部材の前方に、前記冷却剤噴射部からの冷却剤の噴射を受けて該冷却剤を飛散させる飛散部材を設けたことを特徴とする。

また、前記割断装置において、前記加工台は、前記被加工部材が前記移動手段によって相対移動する方向と直交する方向に間隔をあけて並列された複数の浮上板によって構成され、前記移動手段は、前記被加工部材の先端部を挟持して前記間隔の長さ方向に沿って走行するクランプ部材を有して構成され、前記飛散部材は、前記間隔内に配置されていることが好ましい。

また、前記割断装置において、前記クランプ部材は複数設けられ、該クランプ部材は前記被加工部材の先端部の幅方向における異なる位置を挟持することが好ましい。

本発明の別の割断装置は、板状の被加工部材を載置する加工台と、前記被加工部材上にレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記被加工部材上に冷却剤を噴射する冷却剤噴射部と、前記加工台を前記レーザ照射部及び前記冷却剤噴射部に対して予め設定された方向に相対移動させる移動手段と、を備え、
前記被加工部材上に設定された加熱域に前記レーザ照射部からレーザ光を照射して該加熱域を加熱しつつ、前記加工台を前記移動手段によって予め設定された方向に相対移動させることにより、該被加工部材を予め設定された方向に相対移動させ、加熱した前記加熱域上に設定された冷却域に、前記冷却剤噴射部から冷却剤を噴射して該冷却域を冷却する割断装置であって、
前記加工台の、該加工台が相対移動する移動方向における先端側に、該加工台より前記移動方向側に延出して、前記冷却剤噴射部からの冷却剤の噴射を受けて該冷却剤を飛散させる飛散部材を設けたことを特徴とする。

また、前記割断装置において、前記飛散部材は、前記被加工部材が前記移動手段によって相対移動する方向の長さが、前記冷却域の前記相対移動する方向における先端と前記加熱域の前記相対移動する方向における後端との間の距離より長いことが好ましい。

また、前記割断装置において、前記レーザ照射部から照射されるレーザ光が前記レーザ照射部と前記加熱域との間を通過するレーザ光通過領域と、前記冷却剤噴射部から噴射される冷却剤が前記冷却剤噴射部と前記冷却域との間を通過する冷却剤通過領域との間に、前記被加工部材との間に隙間を設けて配置される遮蔽体が設けられ、
前記遮蔽体と前記被加工部材との間の隙間に向けて、該レーザ光通過領域側からガスを噴射するガス噴射部が設けられていることが好ましい。

本発明の割断装置によれば、前記被加工部材が相対移動する移動方向における該被加工部材の前方に、または、該加工台が相対移動する移動方向における先端側に該加工台より前記移動方向側に延出して、前記冷却剤噴射部からの冷却剤の噴射を受けて該冷却剤を飛散させる飛散部材を設けたので、被加工部材の先端側がレーザ照射部の下方に到達してレーザ光照射による加熱処理のみがなされる初期加工時においても、冷却剤噴射部から噴射された冷却剤が飛散部材によって飛散させられるようになる。
したがって、被加工部材の先端側が冷却剤噴射部の下方に到達することで冷却剤噴射による冷却とレーザ光照射による加熱とがそれぞれ異なる領域で同時になされる中期加工時以降において、冷却剤が被加工部材によって飛散させられるのと同じ条件となり、冷却剤噴射部からの冷却剤がレーザ通過領域に及ぼす影響が、初期加工時と中期加工時以降との間でほぼ同じになる。よって、レーザ光照射による加熱条件を初期加工時と中期加工時以降との間でほぼ同じに、すなわち所定の範囲内に管理することができ、これにより所望の割断精度を得ることができる。

（ａ）、（ｂ）は、本発明の割断装置の第１実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。（ａ）、（ｂ）は、図１に示した装置の初期加工時の状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。（ａ）〜（ｃ）は、図１に示した装置の中期加工時の状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）の要部拡大図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の割断装置の第２実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。図４に示した装置の前工程を説明するための側面図である。

以下、図面を参照して本発明の割断装置を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の割断装置の第１実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

図１（ａ）、（ｂ）中符号１は割断装置であり、この割断装置１は、板状の被加工部材Ｗを配置するための加工台２と、被加工部材Ｗ上にレーザ光を照射するレーザ照射部３と、被加工部材Ｗ上に冷却剤を噴射する冷却剤噴射部４と、被加工部材Ｗを相対移動させる移動手段５と、を備えて構成されている。

被加工部材Ｗは、ガラス板等の脆性な板材からなるものであり、本実施形態ではガラス板が用いられている。このガラス板は、特に限定されないものの、厚さが１ｍｍ以下、例えば０．１ｍｍ〜０．７ｍｍ程度と非常に薄い矩形状の板材である。このようなガラス板（被加工部材Ｗ）に対して、本実施形態の割断装置１は、その長辺方向、あるいは短辺方向に沿って割断線を形成し、この割断線で割断を可能にするものである。

加工台２は、本実施形態ではその上面上に配置された板状の被加工部材Ｗを上面より浮上させ、図１（ａ）に示すように空気層６を介して該被加工部材Ｗを保持するものである。この加工台２には多数の空気孔７が形成されており、これら空気孔７には配管（図示せず）を介して送風機８が接続されている。そして、送風機８から送風されることにより、空気孔７から空気が均一に吹き出され、被加工部材Ｗは加工台２上にて浮上するようになっている。すなわち、空気孔７から吹き出された空気によって加工台２上に空気層６が形成され、この空気層６によって被加工部材Ｗが浮上させられるようになっている。なお、空気孔７の形状については特に限定されることなく、一般的な円形の孔以外にも、スリット状の細長い孔などとしてもよい。

また、後述するレーザ照射部３や冷却剤噴射部４によって加熱や冷却がなされる加工領域やその近傍領域では、前記空気孔７とは別に多数の吸引孔９も形成されている。これら吸引孔９には、配管（図示せず）を介して負圧源としての真空ポンプ１０が接続されており、真空ポンプ１０によって吸引されることにより、被加工部材Ｗは吸引孔９側に引っ張られるようになっている。ただし、吸引孔９による吸引力は、空気孔７により被加工部材Ｗを浮上させる力よりは弱く設定されている。これにより、空気孔７からの空気吹き出しと吸引孔９による吸引とがバランスすることにより、被加工部材Ｗは加工台２の上面との間の隙間（空気層６の層厚）が予め設定された一定の間隔に保持され、したがって加工台２に対して高精度に保持されるようになっている。

また、加工台２は、図１（ｂ）に示すように本実施形態では、被加工部材Ｗが移動する方向と直交する方向に並列された、複数の浮上板１１によって構成されている。これら浮上板１１には、前記したように多数の空気孔７（図１（ａ）参照）が形成され、さらに加工領域には空気孔７とともに吸引孔９（図１（ａ）参照）も形成されている。これら浮上板１１は、互いに間隔をあけて配置されており、これら間隔内に、前記移動手段５を構成するクランプ部材１２が配置されている。

移動手段５は、加工台２の前方に配置されたモータ等の駆動源を有する駆動部１３と、該駆動部１３に連結部材（図示せず）を介して連結された前記クランプ部材１２と、を備えて構成されたもので、固定された加工台２に対して被加工部材Ｗを図１（ｂ）中の矢印方向（前方）に移動させるものである。移動手段５はクランプ部材１２を複数、本実施形態では２つ備えており、これらクランプ部材１２、１２は、被加工部材Ｗの先端部の異なる位置、すなわち先端側の辺の幅方向両側部を挟持するように構成されている。このような構成のもとに移動手段５は、駆動部１３の駆動によってクランプ部材１２、１２を図１（ｂ）中の矢印方向（前方）に引っ張り、浮上板１１、１１間の間隔内にて該クランプ部材１２、１２を走行させるようになっている。すなわち、クランプ部材１２、１２を走行により、加工台２に対して被加工部材Ｗを駆動部１３側に所定速度、例えば１ｍ／秒で蛇行させることなく真っ直ぐに、移動させるようになっている。

なお、クランプ部材１２の数については、前記した２つに限定されることなく、被加工部材Ｗの寸法に応じて適宜に変更することができる。例えば、被加工部材Ｗの先端側の辺の長さ（辺の幅）が短い場合には、クランプ部材１２を１つとしてもよく、また、先端側の辺の長さ（辺の幅）が長い場合には、クランプ部材１２を３つ以上としてもよい。

加工台２の上方には、図１（ａ）に示すようにレーザ照射部３が配設されている。レーザ照射部３は、移動する被加工部材Ｗの上方、すなわち加工台２上に配置された被加工部材Ｗの上方となる位置に配置されたもので、レーザ発振器１４と、該レーザ発振器１４から発振されたレーザ光Ｌを導く光学系１５とを備えて構成されている。

レーザ発振器１４としては、例えば１００Ｗ〜数百Ｗの出力を有する炭酸ガスレーザ発振器が好適に用いられる。ただし、他の出力範囲、または他の発振機構によるレーザ発振器を用いることもできる。光学系１５は、ミラーやレンズ等からなるもので、レーザ発振器１４から発振されたレーザ光Ｌを予め設定された領域（加熱域）に導き、集光させるものである。

すなわち、レーザ照射部３は、加工台２上を移動する被加工部材Ｗに対して、斜め上方から図１（ｂ）に示す割断予定線１６上にレーザ光Ｌを照射し、被加工部材Ｗを局部的に加熱するように構成されている。ここで、図１（ａ）に示すようにレーザ照射部３と被加工部材Ｗ（または加工台２）との間の、レーザ光Ｌが通過する空間をレーザ光通過領域１７と設定し、図１（ｂ）に示すように被加工部材Ｗ（または加工台２）上の、レーザ光Ｌが照射される領域を加熱域１８とする。加熱域１８は、本実施形態では割断予定線１６に沿って細長く形成される略長方形の領域に設定される。すなわち、レーザ照射部３は、このように細長い略長方形の加熱域１８を形成するように、そのレーザ発振器１４や光学系１５が構成されている。

また、図１（ａ）に示すように加工台２の上方には、レーザ照射部３より被加工部材Ｗの移動方向側（駆動部１３側）に、冷却剤噴射部４が該レーザ照射部３に対して所定距離離れて配置されている。この冷却剤噴射部４は、加工台２に対して鉛直方向下方に向けて配置された噴射ノズル１９と、送液ポンプ２０と、冷却剤を貯留するタンク２１とを備えて構成されている。このような構成のもとに冷却剤噴射部４は、後述する加工台２の飛散部材２２、あるいは加工台２上を移動する被加工部材Ｗに向けて、噴射ノズル１９から流動性を有する冷却剤Ｃを噴射するようになっている。

ここで、冷却剤噴射部４と被加工部材Ｗ（または飛散部材２２）との間の、冷却剤Ｃが通過する空間を冷却剤通過領域２３と設定し、図１（ｂ）に示すように飛散部材２２（または被加工部材Ｗ）上の、冷却剤Ｃが噴射される領域を冷却域２４とする。冷却域２４は、本実施形態では割断予定線１６上に配置された飛散部材２２上に形成されている。すなわち、冷却域２４は小さな円形の領域に設定され、前記加熱域１８より被加工部材Ｗの移動方向側に所定距離離れて形成配置される。
噴射ノズル１９から噴射される冷却剤Ｃは、前記レーザ照射部３によって被加工部材Ｗに形成された加熱域１８を急激に冷却するためのもので、水に空気などのガスが混入されて形成される。

飛散部材２２は、前述したように被加工部材Ｗの割断予定線１６上に配置された矩形状の上面を有するブロック状または板状のもので、金属等によって形成されたものであり、その上面が、加工台２（浮上板１１）の上面と同一面となるように形成配置されたものである。このような構成のもとに飛散部材２２は、冷却剤噴射部４の噴射ノズル１９の直下に配置されたことにより、その上面、あるいは該上面の上方に、噴射ノズル１９からの冷却剤Ｃが噴射される領域（冷却域２４）を形成するようになっている。すなわち、飛散部材２２の上面が被加工部材Ｗで覆われていないときには、冷却剤Ｃが直接噴射されることで飛散部材２２の上面に冷却域２４が形成され、被加工部材Ｗの移動によって飛散部材２２の上面が被加工部材Ｗで覆われたときには、該被加工部材Ｗの上面における、飛散部材２２の直上となる位置に冷却域２４が形成される。

また、本実施形態では、図１（ａ）に示すように前記レーザ光通過領域１７と前記冷却剤通過領域２３との間に、バッフル（遮蔽体）２５が配置されている。バッフル２５は、平板状の板材からなるもので、レーザ光通過領域１７に沿って斜めに傾けられて配置されている。また、このバッフル２５は、その下端面２５ａが加工台２または加工台２上の被加工部材Ｗの上面に対向するように斜めにカットされた傾斜面となっており、この傾斜面（下端面２５ａ）が、被加工部材Ｗの上面に対して僅かな隙間をあけて配置されている。このような構成のもとにバッフル２５は、被加工部材Ｗの移動に干渉することなく、前記レーザ光通過領域１７と前記冷却剤通過領域２３との間を遮断するようになっている。なお、バッフル２５には、その位置や傾斜角度を調整するための調整部（図示せず）が設けられている。

さらに、本実施形態では、前記バッフル２５の下端面２５ａと被加工部材Ｗの上面との間の隙間に向けて空気（ガス）を噴射する、気体噴射ノズル２６が設けられている。気体噴射ノズル２６は、レーザ光通過領域１７を挟んでバッフル２５と反対の側、すなわちレーザ光通過領域１７の外側に配置されたもので、送気ポンプ（図示せず）に接続されて該送気ポンプから送られてきた空気等の気体を噴射するものである。このような構成のもとに気体噴射ノズル２６は、加工台２上または被加工部材Ｗ上の、図１（ｂ）に示すように加熱域１８と冷却域２４との間に、楕円状の気体噴射域２７を形成する。なお、この気体噴射ノズル２６にも、その位置や傾斜角度を調整するための調整部（図示せず）が設けられている。

このような構成の割断装置１によって被加工部材Ｗを割断するには、まず、加工台２において、空気孔７から空気を吹き出させておくとともに、加工領域やその近傍領域では吸引孔９から吸引を行わせておく。次に、図示しない搬送装置によって被加工部材Ｗを加工台２上の所定位置に配置する。すると、被加工部材Ｗは、空気孔７から吹き出された空気によって加工台２の上面に接することなく加工台２上に浮上させられ、空気層６を介して加工台２上の予め設定された位置に保持される。そして、その状態で被加工部材Ｗの先端部に移動手段５のクランプ部材１２、１２をセットし、該先端部をクランプ部材１２、１２によって挟持する。

なお、このように加工台２上に被加工部材Ｗを配置する際には、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、被加工部材Ｗが加熱域１８や気体噴射域２７、冷却域２４より後方側、すなわち被加工部材Ｗの移動方向後方側に配置し、したがってこれら被加工部材Ｗが加熱域１８や気体噴射域２７、冷却域２４にかからない位置に配置する。

次いで、被加工部材Ｗの先端部の表面にダイヤモンドカッタ（図示せず）などを用いて割断の起点となる初期き裂２８を形成する。なお、この初期き裂２８の形成については、被加工部材Ｗを加工台２上にセットする前に予め別の装置などを用いて行っておき、その後、この初期き裂２８の形成した被加工部材Ｗを加工台２上にセットするようにしてもよい。

次いで、被加工部材Ｗを移動させることなく図１（ａ）、（ｂ）に保持した状態で、前工程としてレーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６をそれぞれ作動させ、図１（ａ）に示すようにレーザ照射部３からレーザ光Ｌを照射し、冷却剤噴射部４から冷却剤Ｃを噴射し、気体噴射ノズル２６から空気（気体）Ｇを噴射する。すると、冷却剤噴射部４から噴射された冷却剤Ｃは、前述したように冷却域２４を形成する飛散部材２２に向けて勢いよく噴射され、冷却域２４にて飛散部材２２と衝突する。その結果、冷却剤Ｃは飛散部材２２から跳ね返り、飛沫やミストとなって飛散する。ここで、「飛沫」は液滴であって飛び散る性質のものを意味し、「ミスト」は霧及び霧に近い微細な液滴を包含して、気中で漂う性質のものを意味している。

また、レーザ照射部３からは、レーザ光Ｌの照射によって加熱域１８に対する加熱が行われ、気体噴射ノズル２６からは、バッフル２５の下方に向けて空気Ｇの噴射が行われる。その際、飛散部材２２から飛散した冷却剤Ｃの飛沫やミストの一部は、バッフル２５の下側を通り抜けてレーザ光通過領域１７にまで飛散する。したがって、レーザ照射部３による加熱の強度（程度）、すなわちレーザ光Ｌの照射による加熱の強度が、冷却剤Ｃの飛沫やミストが全く飛散してこない場合に比べてやや低下する。

具体的には、飛散部材２２が無い場合を想定すると、その場合に噴射ノズル１９から噴射された冷却剤Ｃは、図１（ａ）中に二点鎖線で示すように加工台２を構成する浮上板１１、１１間の間隔を通り抜け、加工台２の下方に至る。その結果、加工台２の上方に冷却剤Ｃが跳ね返ることはなく、したがって冷却剤Ｃの飛沫やミストがバッフル２５の下側を通り抜けてレーザ光通過領域１７にまで飛散することもない。そのため、レーザ照射部３による加熱の強度（レーザ光Ｌの照射による加熱の強度）は、低下することなく、設定された条件に応じた強さとなる。

このような前工程の後、加工工程、すなわちスクライブ加工工程として、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６をそれぞれ作動させたまま、図２（ａ）、（ｂ）に示すように移動手段５によって被加工部材Ｗを移動（前進）させ、初期き裂２８を形成した先端部をレーザ光通過領域１７の下方に到達させる。すると、加熱域１８は被加工部材Ｗ上に形成され、被加工部材Ｗはその先端部がレーザ光Ｌの照射を受けて加熱処理される。その際、被加工部材Ｗの先端は冷却剤通過領域２３に到達していないため、冷却処理は受けておらず、したがって加熱処理のみがなされる初期加工が行われる。

このような初期加工時においては、冷却剤噴射部４では被加工部材Ｗに対して冷却処理は行っていないものの、加工条件の連続性、均一性を維持するため、前述したように冷却剤Ｃの噴射を行っている。したがって、本実施形態では、前述したように冷却剤Ｃが飛散部材２２で跳ね返り、飛沫やミストの一部がレーザ光通過領域１７にまで飛散してくることで、レーザ光Ｌの照射による加熱の強度がやや低下させられている。
一方、飛散部材２２が無い場合には、前述したようにこのような加熱強度の低下が起こらない。

次いで、初期加工に続く中期加工として、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６をそれぞれ作動させたまま、図３（ａ）、（ｂ）に示すように移動手段５によって被加工部材Ｗを連続的に移動（前進）させ、初期き裂２８を形成した先端部を冷却剤通過領域２３の下方に到達させるとともに、先端部よりやや後端側をレーザ光通過領域１７の下方に到達させる。なお、便宜上初期加工、中期加工と表現しているものの、これら初期加工から中期加工に移行する間では被加工部材Ｗを停止させることなく移動手段５によって一定速度で移動させる。したがって、レーザ光Ｌの照射によって加熱される加熱域１８や冷却剤Ｃによって冷却される冷却域２４は、被加工部材Ｗ上において一定速度で連続的に移動（変化）するようになっている。すなわち、これら加熱域１８や冷却域２４は、被加工部材Ｗの移動方向とは反対の方向に、一定速度で連続的に移動（変化）する。

このようにして被加工部材Ｗの先端部に冷却剤Ｃを噴射し、冷却を行うと、先に加熱された部位が急冷される。すると、加熱・冷却作用によって被加工部材Ｗの表面（上面）には引張応力が生じ、初期き裂２８の切欠底には応力集中が生じる。そのため、所定の応力が作用すると、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように初期き裂２８を起点として割断線２９が、前記割断予定線１６に沿って進展していく。したがって、このき裂の進展方向を制御することにより、最終的には被加工部材Ｗの割断予定線１６上に１本の筋状（溝状）の割断線２９が形成される。すなわち、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６をそれぞれ作動させたまま、被加工部材Ｗを一定速度で連続的に移動させることにより、被加工部材Ｗの移動方向に沿って割断線２９が形成される。

なお、このような加工においては、バッフル２５を設け、さらにこのバッフル２５と被加工部材Ｗとの間の隙間に向けて気体噴射ノズル２６から空気（気体）Ｇを噴射するようにしているので、冷却剤噴射部４から噴射された冷却剤Ｃの、レーザ光通過領域１７への飛散を最小限に抑えることができる。しかし、レーザ光通過領域１７への冷却剤Ｃの飛散を完全に無くすことはできず、したがって僅かな量の飛散ではあっても、レーザ照射部３ではそのレーザ光Ｌの照射による加熱の強度が、前述したように冷却剤Ｃの飛散の影響を受けて低下している。

このような加工、すなわちスクライブ加工が終了したら、曲げ装置（図示せず）によって被加工部材Ｗの割断線２９に対して曲げ加工を施すことにより、割断線２９を境として、被加工部材Ｗを割断する。また、被加工部材Ｗの板厚が極端に薄い場合（例えば０．１ｍｍ程度の場合）には、曲げ加工を施すことなく、冷却した時点で割断が可能（フルカットと称す）な条件を作り出すこともできる。

本実施形態の割断装置１にあっては、加工台２の、被加工部材Ｗが移動する移動方向における該被加工部材Ｗの前方に、冷却剤噴射部４からの冷却剤Ｃの噴射を受けて該冷却剤Ｃを飛散させる飛散部材２２を設けたので、図２（ａ）、（ｂ）に示すように被加工部材Ｗの先端側がレーザ照射部３の下方に到達してレーザ光照射による加熱処理のみがなされる初期加工時においても、冷却剤噴射部４から噴射された冷却剤Ｃが飛散部材２２によって跳ね返され（飛散させられ）、レーザ光通過領域１７に飛散するようになる。
したがって、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、被加工部材Ｗの先端側が冷却剤噴射部４の下方に到達することで冷却剤噴射による冷却とレーザ光照射による加熱とがそれぞれ異なる領域で同時になされる中期加工時以降において、冷却剤Ｃが被加工部材Ｗによって飛散させられるのとほぼ同じ条件となる。

すなわち、図２（ａ）に示した初期加工時と、図３（ａ）に示した中期加工時以降とでは、いずれもレーザ光通過領域１７に冷却剤Ｃが飛散してくるため、この冷却剤Ｃがレーザ通過領域１７に及ぼす影響が、初期加工時と中期加工時以降との間でほぼ同じになる。よって、レーザ光照射による加熱条件を初期加工時と中期加工時以降との間でほぼ同じに、すなわち所定の範囲内に管理することができ、これにより所望の割断精度を得ることができる。

一方、飛散部材２２を設けない場合、図２（ａ）に示した初期加工時には図２（ａ）中二点鎖線で示すように冷却剤Ｃが浮上板１１、１１間を通り抜け、加工台２の下方に至る。その結果、加工台２の上方に冷却剤Ｃが跳ね返ることはなく、したがって冷却剤Ｃの飛沫やミストがレーザ光通過領域１７にまで飛散することもない。そのため、レーザ照射部３による加熱の強度（レーザ光Ｌの照射による加熱の強度）が、図３（ａ）に示した中期加工時以降より、高くなる。すなわち、レーザ光照射による加熱条件（加熱強度）が初期加工時と中期加工時以降との間で異なってしまい、加熱条件（加熱強度）を所定の範囲内に管理することができなくなる。したがって、所望の割断精度が得られなくなる。

また、本実施形態では、被加工部材Ｗを保持する加工台２として、空気層６を介して被加工部材Ｗを保持する浮上式のものを用いているので、被加工部材Ｗが加工台２の保持面に直接接することがなく、したがって保持面への接触などに起因するゴミ（異物）の付着や傷の形成を防止することができる。

また、本実施形態では、図１（ｂ）に示したようにクランプ部材１２が走行する浮上板１１、１１間の間隔と、飛散部材２２を配置する浮上板１１、１１間の間隔とを別にしているので、クランプ部材１２の走行が飛散部材２２に干渉されるのを防止することができ、したがって被加工部材Ｗを良好に移動させることができる。

次に、本発明の割断装置の第２実施形態を説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の割断装置の第２実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。なお、以下の第２実施形態の説明では、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図４（ａ）、（ｂ）に示した本実施形態の割断装置４０が、図１（ａ）、（ｂ）に示した第１実施形態の割断装置１と主に異なるところは、加工台４１が、被加工部材Ｗを浮上させる浮上式でなく、被加工部材Ｗを載置させて保持する載置式である点と、このように載置式としたことにより、この加工台４１は被加工部材Ｗを載置させた状態で移動するように構成されている点である。

すなわち、本実施形態の割断装置４０は、板状の被加工部材Ｗを載置する加工台４１と、被加工部材Ｗ上にレーザ光を照射するレーザ照射部３と、被加工部材Ｗ上に冷却剤を噴射する冷却剤噴射部４と、加工台４１を相対移動させる移動手段４２と、を備えて構成されている。

加工台４１は、その上面上に被加工部材Ｗを載置して保持するテーブル状のもので、移動手段４２によって予め設定された方向（図４（ａ）中の矢印方向）に移動可能に配設されている。この加工台４１には、その先端側に、該加工台４１より前方（移動方向側）に延出して飛散部材４３が設けられている。飛散部材４３については後述する。また、この加工台４１は、割断装置４０の設置面積を狭くし、重量を軽くするとともに、加工台４１自体のコストを抑えるため、被加工部材Ｗとほぼ同じ大きさ（長さ）に形成されている。したがって、加工台４１上に被加工部材Ｗを載置する際には、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、加工台４１の先端に被加工部材Ｗの先端を合わせて配置する。

移動手段４２は、加工台４１の前方に配置されたモータ等の駆動源を有する駆動部４４と、該駆動部４４と前記加工台４１とを連結する連結部材（図示せず）とを備えて構成されたもので、駆動部４４の駆動によって連結部材を介して加工台４１を引っ張り、この加工台４１を図４（ａ）中の矢印方向（前方）に移動させるものである。このような構成のもとに移動手段４２は、加工台４１上に載置された被加工部材Ｗを、加工台４１とともに所定速度、例えば１ｍ／秒で真っ直ぐに移動させるようになっている。

レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、バッフル２５、気体噴射ノズル２６は、いずれも第１実施形態と同じに構成されており、したがって第１実施形態と同様に固定した状態に配置されている。ただし、第１実施形態では加工台４１も固定されており、したがってレーザ照射部３、冷却剤噴射部４、バッフル２５、気体噴射ノズル２６は加工台４１との位置関係が変化しないのに対し、本実施形態では、加工台４１が移動するため、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、バッフル２５、気体噴射ノズル２６は被加工部材Ｗとの間の位置関係だけでなく、加工台４１との間の位置関係も変化するようになっている。

飛散部材４３は、図４（ｂ）に示すように加工台４１の先端側に取り付けられた金属やセラミックスなどからなる長細い板状のもので、第１実施形態と同様に、被加工部材Ｗの割断予定線１６上に配置されたものである。この飛散部材４３も、その上面が、加工台４１の上面と同一面となるように形成配置されたものである。このような構成のもとに飛散部材４３は、加工台４１の移動に伴われて冷却剤噴射部４の噴射ノズル１９の直下に位置した際、図５に示すようにその上面に噴射ノズル１９から冷却剤Ｃが噴射されるようになっている。すなわち、冷却域２４が形成されるようになっている。また、加熱域１８、気体噴射域（図示せず）も、飛散部材４３の上面に形成されるようになっている。

飛散部材４３の長さ、すなわち加工台４１の移動方向に沿う長さは、図５に示すように冷却域２４の前記移動方向における先端と、加熱域１８の前記移動方向における後端との間の距離ｄより長く形成されている。これにより、被加工部材Ｗに対して初期加工がなされる前の前工程を、飛散部材４３のみで受けることができ、前工程を安定して行うことが可能になる。

このような構成の割断装置４０によって被加工部材Ｗを割断するには、まず、図示しない搬送装置によって被加工部材Ｗを加工台４１上の所定位置に配置する。その際、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、被加工部材Ｗの先端を加工台４１の先端に合わせて配置する。

次に、第１実施形態と同様にして、被加工部材Ｗの先端部の表面にダイヤモンドカッタ（図示せず）などを用いて割断の起点となる初期き裂２８を形成する。なお、この初期き裂２８の形成についても、被加工部材Ｗを加工台４１上にセットする前に予め別の装置などを用いて行っておき、その後、この初期き裂２８の形成した被加工部材Ｗを加工台４１上にセットするようにしてもよい。

次いで、加工台４１を移動させることなく、したがって加工台４１や飛散部材４３をレーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６の下方に位置させない状態で、これらを前工程としてそれぞれ作動させる。そして、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６の各動作が安定したら、移動手段４２によって加工台４１を移動（前進）させ、図５に示すように飛散部材４３をレーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６の直下にまで移動させる。

このようにして加工台４１を移動させると、飛散部材４３の移動方向先端部では噴射ノズル１９からの冷却剤Ｃの噴射を受け、冷却剤Ｃが跳ね返ることでその飛沫やミストが飛散する。なお、冷却剤Ｃの噴射を受けた箇所は冷却域２４となる。また、飛散部材４３の移動方向後端部はレーザ照射部３からのレーザ光Ｌの照射を受け、加熱される。レーザ光Ｌの照射を受けた箇所は加熱域１８となる。

このような前工程では、飛散部材４３が噴射ノズル１９からの冷却剤Ｃの噴射を受けることでその飛沫やミストが飛散し、一部がバッフル２５の下側を通り抜けてレーザ光通過領域１７にまで飛散する。したがって、レーザ照射部３による加熱の強度（程度）、すなわちレーザ光Ｌの照射による加熱の強度が、冷却剤Ｃの飛沫やミストが全く飛散してこない場合に比べてやや低下する。

このような前工程の後、加工工程、すなわちスクライブ加工工程として、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６をそれぞれ作動させたまま、移動手段４２によって加工台４１を移動（前進）させ、これによって加工台４１上の初期き裂２８を形成した被加工部材Ｗの先端部を、レーザ光通過領域１７の下方に到達させる。すると、加熱域１８は被加工部材Ｗ上に形成され、被加工部材Ｗはその先端部がレーザ光Ｌの照射を受けて加熱処理される。その際、被加工部材Ｗの先端は冷却剤通過領域２３に到達していないため、冷却処理は受けておらず、したがって加熱処理のみがなされる初期加工が行われる。

このような初期加工時においては、冷却剤噴射部４では被加工部材Ｗに対して冷却処理は行っていないものの、加工条件の連続性、均一性を維持するため、前述したように冷却剤Ｃの噴射を行っている。したがって、本実施形態でも、前述したように冷却剤Ｃが飛散部材４３で跳ね返り、飛沫やミストの一部がレーザ光通過領域１７にまで飛散してくることで、レーザ光Ｌの照射による加熱の強度がやや低下させられている。
一方、飛散部材４３が無い場合には、第１実施形態と同様に冷却剤Ｃの跳ね返りがないため、このような加熱強度の低下が起こらない。

次いで、初期加工に続く中期加工として、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６をそれぞれ作動させたまま、図４（ａ）、（ｂ）に示すように移動手段４２によって被加工部材Ｗを連続的に移動（前進）させ、初期き裂２８を形成した先端側を冷却剤通過領域２３の下方に到達させるとともに、それよりやや後端側をレーザ光通過領域１７の下方に到達させる。なお、本実施形態においても、これら初期加工から中期加工に移行する間では被加工部材Ｗを停止させることなく移動手段４２によって一定速度で移動させる。

このようにして被加工部材Ｗの先端側に冷却剤Ｃを噴射し、冷却を行うと、先に加熱された部位が急冷される。すると、加熱・冷却作用によって被加工部材Ｗの表面（上面）には引張応力が生じ、初期き裂２８の切欠底には応力集中が生じる。そのため、所定の応力が作用すると、図４（ｂ）に示すように初期き裂２８を起点として割断線２９が、前記割断予定線１６に沿って進展していく。
したがって、このき裂の進展方向を制御することにより、最終的には被加工部材Ｗの割断予定線１６上に１本の筋状（溝状）の割断線２９が形成される。すなわち、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４、気体噴射ノズル２６をそれぞれ作動させたまま、被加工部材Ｗを一定速度で連続的に移動させることにより、被加工部材Ｗ（加工台４１）の移動方向に沿って割断線２９が形成される。

なお、このような加工においては、第１実施形態と同様にバッフル２５を設け、さらにこのバッフル２５と被加工部材Ｗとの間の隙間に向けて気体噴射ノズル２６から空気（気体）Ｇを噴射するようにしているので、冷却剤噴射部４から噴射された冷却剤Ｃの、レーザ光通過領域１７への飛散を最小限に抑えることができる。しかし、レーザ光通過領域１７への冷却剤Ｃの飛散を完全に無くすことはできず、したがって僅かな量の飛散ではあっても、レーザ照射部３ではそのレーザ光Ｌの照射による加熱の強度が、前述したように冷却剤Ｃの飛散の影響を受けて低下している。

本実施形態の割断装置４０にあっては、加工台４１の移動方向における先端側に、該加工台４１より移動方向側に延出して、冷却剤噴射部４からの冷却剤Ｃの噴射を受けて該冷却剤Ｃを飛散させる飛散部材４３を設けたので、被加工部材Ｗの先端側がレーザ照射部３の下方に到達してレーザ光照射による加熱処理のみがなされる初期加工時においても、冷却剤噴射部４から噴射された冷却剤Ｃが飛散部材４３によって跳ね返され（飛散させられ）、レーザ光通過領域１７に飛散するようになる。
したがって、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、被加工部材Ｗの先端側が冷却剤噴射部４の下方に到達することで冷却剤噴射による冷却とレーザ光照射による加熱とがそれぞれ異なる領域で同時になされる中期加工時以降において、冷却剤Ｃが被加工部材Ｗによって飛散させられるのとほぼ同じ条件となる。

すなわち、初期加工時と、図４（ａ）に示した中期加工時以降とでは、いずれもレーザ光通過領域１７に冷却剤Ｃが飛散してくるため、この冷却剤Ｃがレーザ通過領域１７に及ぼす影響が、初期加工時と中期加工時以降との間でほぼ同じになる。よって、レーザ光照射による加熱条件を初期加工時と中期加工時以降との間でほぼ同じに、すなわち所定の範囲内に管理することができ、これにより所望の割断精度を得ることができる。

一方、飛散部材４３を設けない場合の初期加工時には、冷却剤Ｃが加工台４１とその上の被加工部材Ｗの前方に噴射され、加工台４１上面の下方に流れる。その結果、加工台４１の上方に冷却剤Ｃが跳ね返ることはなく、したがって冷却剤Ｃの飛沫やミストがレーザ光通過領域１７にまで飛散することもない。そのため、レーザ照射部３による加熱の強度（レーザ光Ｌの照射による加熱の強度）が、図４（ａ）に示した中期加工時以降より、高くなる。すなわち、レーザ光照射による加熱条件（加熱強度）が初期加工時と中期加工時以降との間で異なってしまい、加熱条件（加熱強度）を所定の範囲内に管理することができなくなる。したがって、所望の割断精度が得られなくなる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、前記第１実施形態では、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４に対して被加工部材Ｗを移動手段５で移動させるようにしたが、被加工部材Ｗを固定し、この固定した被加工部材Ｗに対して加工台２やレーザ照射部３、冷却剤噴射部４を移動させるようにしてもよい。同様に、第２実施形態でも、レーザ照射部３、冷却剤噴射部４に対して加工台４１を移動手段４２で移動させるようにしたが、加工台４１を固定し、この固定した加工台４１に対してレーザ照射部３、冷却剤噴射部４を移動させるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、バッフル２５と気体噴射ノズル２６とを別に配置しているが、バッフル２５に気体噴射ノズル２６を内蔵させてもよい。
さらに、前記実施形態では、本発明に係る遮蔽体を平板状のバッフル２５によって形成したが、遮蔽体としては、レーザ光通過領域１７と冷却剤通過領域２３との間に配設されて、冷却剤噴射部４によって噴射された冷却剤Ｃが跳ね返り、その飛沫やミストがレーザ光通過領域１７に飛散するのを抑制することができれば、その形状等については前記の平板状に限定されることなく、種々の形態を採用することができる。
例えば、遮蔽体として、底のない略箱形状を有し、前記冷却剤通過領域２３を取り囲むように配置される遮蔽フードからなっていてもよい。

また、前記実施形態では、冷却剤噴射部４を構成する噴射ノズル１９を鉛直方向に立てて配置し、この噴射ノズル１９から冷却剤Ｃを、鉛直方向下方に向けて噴射するようにしたが、この噴射ノズル１９を、冷却域２４に対して斜めに向け、したがって冷却剤Ｃを斜めに噴射するようにしてもよい。その場合に、冷却剤Ｃの噴射方向としては、レーザ光通過領域１７側からこれより遠ざかる方向に、斜めに噴射するのが好ましい。このようにすれば、冷却剤Ｃの飛沫やミストがレーザ光通過領域１７に飛散するのを抑制することができる。

１、４０…割断装置、２、４１…加工台、３…レーザ照射部、４…冷却剤噴射部、５、４２…移動手段、１１…浮上板、１２…クランプ部材、１７…レーザ光通過領域、１８…加熱域、１９…噴射ノズル、２２、４３…飛散部材、２４…冷却域、２５…バッフル（遮蔽体）、２６…気体噴射ノズル、２７…気体噴射域、Ｗ…被加工部材、Ｌ…レーザ光、Ｃ…冷却剤、Ｇ…空気（気体）

Claims

板状の被加工部材を浮上させる加工台と、
前記被加工部材上にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
前記被加工部材上に冷却剤を噴射する冷却剤噴射部と、
前記被加工部材を前記レーザ照射部及び前記冷却剤噴射部に対して予め設定された方向に相対移動させる移動手段と、を備え、
前記被加工部材上に設定された加熱域に前記レーザ照射部からレーザ光を照射して該加熱域を加熱しつつ、該被加工部材を前記移動手段によって予め設定された方向に相対移動させ、加熱した前記加熱域上に設定された冷却域に、前記冷却剤噴射部から冷却剤を噴射して該冷却域を冷却する割断装置であって、
前記被加工部材は、前記被加工部材が相対移動する移動方向における前記冷却域の後方に配置され、
前記加工台の、前記被加工部材が相対移動する移動方向における該被加工部材の前方であって前記冷却剤噴射部からの冷却剤が当たる位置に、前記冷却剤噴射部からの冷却剤の噴射を受けて該冷却剤を飛散させる飛散部材を設けたことを特徴とする割断装置。
板状の被加工部材を載置する加工台と、
前記被加工部材上にレーザ光を照射するレーザ照射部と、
前記被加工部材上に冷却剤を噴射する冷却剤噴射部と、
前記加工台を前記レーザ照射部及び前記冷却剤噴射部に対して予め設定された方向に相対移動させる移動手段と、を備え、
前記被加工部材上に設定された加熱域に前記レーザ照射部からレーザ光を照射して該加熱域を加熱しつつ、前記加工台を前記移動手段によって予め設定された方向に相対移動させることにより、該被加工部材を予め設定された方向に相対移動させ、加熱した前記加熱域上に設定された冷却域に、前記冷却剤噴射部から冷却剤を噴射して該冷却域を冷却する割断装置であって、
前記被加工部材は前記被加工部材が相対移動する移動方向における前記冷却域の後方に配置され、
前記加工台の、該加工台が相対移動する移動方向における先端側に、該加工台より前記移動方向側に延出すると共にレーザ光が前記被加工部材の端部に当たったときに前記冷却剤噴射部から噴射された冷却剤が当たる位置まで延在し、前記冷却剤噴射部からの冷却剤の噴射を受けて該冷却剤を飛散させる飛散部材を設けたことを特徴とする割断装置。
前記飛散部材は、前記被加工部材が前記移動手段によって相対移動する方向の長さが、前記冷却域の前記相対移動する方向における先端と前記加熱域の前記相対移動する方向における後端との間の距離より長いことを特徴とする請求項２に記載の割断装置。