JP6636213B1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

レーザ光（１）を加工対象物（Ｗ）に照射して、加工対象物（Ｗ）を加工品（２９）と端材（２８）とに分離させる切断加工を行うレーザ加工装置（１００）は、加工点に向けてガスを噴射するノズル（１５）と、ノズル（１５）または加工対象物（Ｗ）を光軸（１ａ）の周りに回転させる回転機構（１６）と、切断加工の間、ノズル（１５）が、加工品（２９）側から加工点に向けてガスを噴射するように回転機構（１６）を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、レーザ光を加工対象物に照射して加工対象物を切断するレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

近年、高い強度と軽さとを併せ持つ材料として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）のような母材と強化繊維とから構成される繊維強化複合材料が注目されている。繊維強化複合材料は、母材と強化繊維とがそれぞれ異なる特性を有するため、加工が困難であることが知られている。レーザ加工装置はレーザ出力を上げることで加工速度を上げることができるため、加工速度が求められる場合、繊維強化複合材料の加工にレーザ加工装置が用いられることがある。

レーザ加工装置の分野では、加工時に生じる分解生成物が加工部位に溜まらないように、ガスを噴射して分解生成物を吹き飛ばしながらレーザ加工を行うものがある。例えば、特許文献１には、レーザ加工位置付近に向けてガスを噴射するノズルを備えたレーザ加工装置が開示されている。このレーザ加工装置では切断進行方向の前側となるようにノズルの位置が制御されている。

特開平０５−３２９６７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いて繊維強化複合材料を加工する場合には、加工時に生成する分解生成物が加工対象物に付着してしまい、加工品質が低下してしまうという問題があった。特に高速で切断する場合、生成される分解生成物が多くなる。

具体的には、繊維強化複合材料では、母材の融点と強化繊維の融点とが異なり、強化繊維の融点が母材の融点よりも高いことが多い。この場合、強化繊維の融点に合わせてレーザ光の強度が調整されるため、分解生成物の温度は、強化繊維の融点と同程度となり、母材の融点よりも高くなる。単一の材料から構成される加工対象物をレーザ加工する場合には、ガスを噴射して分解生成物の温度が低下し、加工対象物の融点よりも低くなれば、ガスの噴射により吹き飛ばされた分解生成物が加工対象物に接触しても問題はない。しかしながら、例えばＣＦＲＰでは、炭素繊維の融点が３５００度であるのに対して、母材である樹脂の融点は２５０度程度と低いため、分解生成物の温度を母材の融点よりも下げることは困難であり、加工対象物に接触すると分解生成物が母材に付着してしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、繊維強化複合材料の加工品質を向上することが可能なレーザ加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、レーザ光を加工対象物に照射して、加工対象物を加工品と端材とに分離させる切断加工を行うレーザ加工装置であって、加工点にガスを噴射するノズルと、ノズルに固定され、加工対象物との間の距離を検出するギャップセンサと、ノズルまたは加工対象物をレーザ光の光軸の周りに回転させる回転機構と、切断加工の間、ノズルが、加工品側から加工点に向けてガスを噴射するように回転機構を制御する制御部と、を備え、光軸およびノズルを含む面と、光軸およびギャップセンサを含む面とのなす角度は９０度未満であることを特徴とする。

本発明にかかるレーザ加工装置は、繊維強化複合材料の加工品質を向上することが可能になるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工装置の機能構成を示す図 図１に示すレーザ加工装置のハードウェア構成例を示す図 図２の上面図 図２に示すレーザ加工装置の効果の説明図 図１に示す制御部の機能を実現するためのハードウェア構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置およびレーザ加工方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるレーザ加工装置１００の機能構成を示す図である。レーザ加工装置１００は、レーザ発振器１１と、光路１２と、加工ヘッド１３と、駆動部１４と、ノズル１５と、回転機構１６と、検知部１７と、制御部１８とを有する。

レーザ加工装置１００は、加工対象物Ｗにレーザ光１を照射して、加工対象物Ｗの切断加工を行う機能を有する。加工対象物Ｗは、母材および強化繊維を含む繊維強化複合材料である。繊維強化複合材料の一例としては、ＣＦＲＰが挙げられる。この場合、強化繊維は、直径が５〜１０ミクロンの炭素繊維であり、母材は、エポキシ樹脂に代表される熱硬化型の樹脂である。炭素繊維の熱伝導率は、１００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋであり、樹脂の熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・Ｋよりも高い。炭素繊維の融点は２０００〜３５００度であり、樹脂の融点２５０度よりも高い。

レーザ発振器１１は、レーザ光１を発振して射出する。レーザ発振器１１は、例えば、ファイバレーザ発振器、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）結晶などを励起媒体とする固体レーザ、ダイレクトダイオードレーザなどである。

レーザ発振器１１から射出されたレーザ光１は、光路１２を介して加工ヘッド１３へ供給される。光路１２は、レーザ発振器１１が射出したレーザ光１を加工ヘッド１３まで伝送する経路であり、レーザ光１を空中で伝搬させる経路でもよいし、光ファイバを通じてレーザ光１を伝送させる経路でもよい。光路１２は、レーザ光１の特性に応じて設計される。

加工ヘッド１３は、レーザ光１を加工対象物Ｗへ集光する光学系を有している。加工ヘッド１３は、供給されたレーザ光１を加工対象物Ｗへ照射する。加工ヘッド１３は、加工対象物Ｗの表面付近に焦点を結ぶような光学系を備えていることが望ましい。

駆動部１４は、加工ヘッド１３と加工対象物Ｗとの相対位置関係を制御して変化させることができる。なお、レーザ加工装置１００において、駆動部１４は加工ヘッド１３の位置を変化させることで、加工ヘッド１３と加工対象物Ｗとの相対位置関係を変化させることとしたが、駆動部１４は、加工対象物Ｗを載置するテーブルの位置を変化させてもよいし、加工ヘッド１３および加工対象物Ｗを載置するテーブルの両方の位置を変化させてもよい。つまり、駆動部１４は、加工ヘッド１３および加工対象物Ｗの少なくとも１つの位置を変化させる機能を有していればよい。

駆動部１４が加工ヘッド１３と加工対象物Ｗとの相対位置関係を変化させながら、加工ヘッド１３が加工対象物Ｗにレーザ光１を照射することで、加工対象物Ｗの切断加工を行うことができる。

ノズル１５は、加工点に向けてガスを噴射するガス噴射ノズルである。加工点は、加工ヘッド１３から照射されるレーザ光１が加工対象物Ｗに照射される点であり、レーザ光１の光軸１ａと加工対象物Ｗとが交わる点ともいえる。ノズル１５は、光軸１ａの外から光軸１ａに向けてガスを噴射する。ノズル１５の位置は、ノズル１５を光軸１ａの周りに回転させる回転機構１６によって変化させられる。ノズル１５の回転軸は、光軸１ａと一致している。回転機構１６は、ノズル１５の先端が光軸１ａを向いた状態で、ノズル１５を光軸１ａ周りに回転させる。

検知部１７は、加工対象物Ｗの状態またはレーザ加工装置１００の状態を検知するセンサである。検知部１７は、加工中の加工対象物Ｗの位置、加工中に発生する光の強度および波長、音波、超音波といった物理量の計測値を時系列信号として計測する。検知部１７は、例えば、静電容量センサ、フォトダイオード、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ、スペクトル分光器、音響センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、距離センサ、位置検出器、温度センサ、湿度センサなどである。検知部１７は、計測値を示す時系列信号を制御部１８に入力する。

制御部１８は、設定された加工条件に従って、レーザ光１が加工対象物Ｗ上の加工経路を走査するようにレーザ発振器１１、駆動部１４、回転機構１６などを制御する。加工条件は、例えば、加工対象物Ｗの材質、厚み、および表面の状態を含む。加工条件は、さらに、レーザ発振器１１のレーザ出力強度、レーザ出力周波数、レーザ出力のデューティ比、モード、波形、および波長などを含む。加工条件は、レーザ光１の焦点位置、レーザの集光径、ノズル１５から噴射するガスの種類、ガス圧、ノズルの穴径、加工速度などを含むことができる。また、加工条件は、加工対象物Ｗと加工ヘッド１３との間の距離、温度、湿度など検知部１７から入力される計測値を含むこともできる。

図２は、図１に示すレーザ加工装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。ここでは、加工対象物Ｗは、強化繊維である炭素繊維Ｗａと、母材である樹脂Ｗｂとを含む繊維強化複合材料とする。なお、加工対象物Ｗの表面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸方向とする。レーザ光１の照射方向は、Ｚ軸と水平である。

レーザ光１を加工点に集光する集光レンズ２１を含む光学ユニット２２は、図１に示す加工ヘッド１３の一部である。ノズル１５は回転機構１６に固定されている。回転機構１６は、枠体２３と、ベアリング２４と、ギア２５と、サーボモータ２６とを含む。回転機構１６の枠体２３は、ベアリング２４を介して、光学ユニット２２に回転可能に支持されている。回転機構１６の回転中心は、光軸１ａと一致している。回転機構１６は、サーボモータ２６がギア２５を回転させることで、ノズル１５を任意の回転角度に位置決めすることができる。制御部１８から入力される制御信号は、回転機構１６のサーボモータ２６に入力され、サーボモータ２６が制御信号に従って動作することで、ノズル１５の位置を制御することができる。

ノズル１５の先端は、ノズル１５がどの位置にあるときであっても光軸１ａ上の加工点を向くようになっている。つまり、ノズル１５からのガスの噴射方向Ｄ１は、加工点を向いている。ノズル１５の向き、つまりガスの噴射方向Ｄ１と、光軸１ａとのなす角度Ψは、０度よりも大きく、９０度未満である。ノズル１５には、ホース１５ａが接続されており、ノズル１５の先端から噴射するガスが供給される。ホース１５ａの長さはノズル１５が±１回転できる分だけ余分に長い。

ノズル１５には、加工対象物Ｗとの間の距離ｈを計測するギャップセンサ２７が固定されている。繊維強化複合材料の切断加工では、レーザ光１のビームの集光性が高いほど、高速且つ高品質に切断加工を行うことができる。しかしながら、集光性の高いビームは、焦点深度が浅いため、高精度なギャップ制御、つまり加工対象物Ｗとの間の距離ｈを一定に保つ制御が必要となる。ギャップセンサ２７は、例えば静電容量式、接触式、渦電流式のセンサである。ギャップセンサ２７は、ノズル１５と一体で光軸１ａを中心に回転する。ギャップセンサ２７には、センサケーブル２７ａが接続されている。センサケーブル２７ａは、図１に示す制御部１８に接続されており、ギャップセンサ２７の計測値を示す時系列信号を制御部１８に供給する。制御部１８は、この計測値に基づいて、ギャップが一定になるように、光学ユニット２２の光軸方向の高さを制御している。センサケーブル２７ａの長さも、ホース１５ａと同様に、ノズル１５が±１回転するのに十分な長さである。

レーザ加工装置１００は、加工対象物Ｗにレーザ光１を照射して、加工対象物Ｗを加工品２９と端材２８とに分離させる切断加工を行う。加工品２９は、切断加工の後に部品などとして使用される側であり、端材２８は、切断加工の後に不要となる側である。レーザ光１を照射する加工対象物Ｗ上の位置は、制御部１８によって制御され、加工経路に沿って移動する。図２では、切断加工の途中の様子を示しているため、加工経路は、既に加工された加工対象物Ｗに形成された切断溝３１と、レーザ光１の進行方向Ｄ２とにより示される。

図３は、図２の上面図である。レーザ加工装置１００は、ノズル１５の位置を制御することで、切断加工の際に発生する分解生成物３０を、端材２８に向けて吹き飛ばす。制御部１８は、ノズル１５が、加工経路よりも加工品２９側に位置するように制御する。ノズル１５は、ノズル１５がどの位置にあるときであっても光軸１ａ上の加工点を向くようになっており、光軸１ａは加工経路上に位置する。このため、ノズル１５が加工経路よりも加工品２９側に位置するように制御することで、ノズル１５からのガスの噴射方向Ｄ１を端材２８に向けることができる。このようにして、制御部１８は、切断加工の間、ノズル１５が加工品２９側から加工点を通って端材２８に向けてガスを噴射させることができる。

制御部１８は、光軸１ａと直交する平面において、レーザ光１の進行方向Ｄ２と、光軸１ａからノズル１５に向かう方向とのなす角度αを、０度より大きく１８０度未満に維持するようにノズル１５の位置を制御する。言い換えると、制御部１８は、光軸１ａおよびレーザ光１の進行方向Ｄ２を含む面と、光軸１ａおよびノズル１５を含む面とのなす角度αを、０度よりも大きく１８０度未満に維持するようにノズル１５の位置を制御する。このようにノズル１５の位置を制御することで、繊維強化複合材料を切断するときに噴出する分解生成物３０は、端材２８側に吹き飛ばされるため、切断加工の後に必要な加工品２９側は、分解生成物３０の付着を抑制することができる。このような効果は、ノズル１５から噴射されるガス圧が高いほど効果的であり、分解生成物３０の光軸１ａ外への除去効果も高くなる。したがって、上記のようにノズル１５の位置を制御することで、分解生成物３０を光軸１ａ上から除去することと、切断加工の後に、加工対象物Ｗの表面の汚れを低減することとを両立することができ、高速且つ高品質な切断加工を実現することが可能になる。

また、光軸１ａと直交する平面において、光軸１ａからノズル１５に向かう方向と、光軸１ａからギャップセンサ２７に向かう方向とのなす角度θは９０度未満である。言い換えると、光軸１ａおよびノズル１５を含む面と、光軸１ａおよびギャップセンサ２７を含む面とのなす角度θは９０度未満である。レーザ加工装置１００がＣＦＲＰを切断する場合、加工点から分解生成物３０と一緒に、熱分解が不十分であった炭素繊維Ｗａも噴出することがある。炭素繊維Ｗａは導電性があるため、ギャップセンサ２７と加工対象物Ｗとの間に炭素繊維Ｗａが侵入すると、静電容量が大きく変化して計測精度が低下する。このため、角度θを９０度未満にして、ギャップセンサ２７が加工点よりもガス流の上流側に位置するようにする。このような構成をとることで、ギャップセンサ２７と加工対象物Ｗとの間に炭素繊維Ｗａが侵入することを抑制し、加工対象物Ｗとの間の距離ｈを高精度に計測することが可能になる。このため、集光性のよいビームを用いて、高速且つ高品質な切断加工を実現することが可能になる。

ギャップセンサ２７が接触式の場合には、分解生成物３０がギャップセンサ２７に付着して堆積すると、堆積した分だけオフセットした値が検出される。また、ギャップセンサ２７が渦電流式である場合にも、ギャップセンサ２７に炭素繊維Ｗａが付着すると、炭素繊維Ｗａには導電性があるため、計測誤差が生じる。このため、角度θを９０度未満にすることで、分解生成物３０がギャップセンサ２７に付着することを抑制することができ、高速且つ高品質な切断加工を実現することが可能になる。

また、光軸１ａと直交する平面において、制御部１８は、切断加工の間、レーザ光１の進行方向Ｄ２と、光軸１ａからギャップセンサ２７に向かう方向とのなす角度Φが９０度未満を維持するように、回転機構１６を制御する。言い換えると、制御部１８は、光軸１ａおよびレーザ光１の進行方向Ｄ２を含む面と、光軸１ａおよびギャップセンサ２７を含む面とのなす角度Φを９０度未満に維持するように、回転機構１６を制御する。図２に示すように、レーザ加工装置１００を用いてＣＦＲＰを切断するとき、切断溝３１から炭素繊維Ｗａの切れ端３２がはみ出していることがある。炭素繊維Ｗａは導電性があるため、この切れ端３２の近傍で、静電容量式のギャップセンサ２７は、計測精度が低下する。また、切断溝３１の凹みもギャップセンサ２７の計測誤差の要因となる。制御部１８が角度Φを９０度未満に維持することで、ギャップセンサ２７を加工点よりもレーザ光１の進行方向Ｄ２、つまり切断の進行方向Ｄ２側に位置させることができる。このため、ギャップセンサ２７は、切断溝３１からはみ出した炭素繊維Ｗａの切れ端３２の影響を受けず、切断溝３１以外の平坦な部分を使用して距離ｈを計測することが可能になるため、計測誤差の発生を抑制することが可能になる。その結果、制御部１８は、高精度なギャップ制御を行うことが可能になり、レーザ加工装置１００は、高速且つ高品質な切断加工を実現することが可能になる。

図４は、図２に示すレーザ加工装置１００の効果の説明図である。図４（ａ）には、図２に示すレーザ加工装置１００と同様に、光軸１ａの外から光軸１ａに向けてガスを噴射するサイドフローノズルであるノズル１５を使用した例を示している。図４（ｂ）には、板金の切断加工において一般的に使用される比較例であり、光軸１ａに沿った方向から加工点に向けてガスを噴射する軸流ノズルを使用した例を示している。

軸流ノズルの場合、噴出した分解生成物３０の一部は、加工対象物Ｗの方向に押し戻されて、加工対象物Ｗの表面に接触する。軸流ノズルでは、分解生成物３０が加工対象物Ｗの表面に接触する接触部分３３は、加工経路を挟んだ両側の広範囲に広がる。これに対して、サイドフローノズルでは、光軸１ａの外から光軸１ａに向けてガスを噴射するため、分解生成物３０の吹き飛ばされる方向は１つの方向となる。このため、ガスの噴射方向Ｄ１が加工経路に対して角度を有するように、つまり、加工経路と平行にならないようにノズル１５の位置を制御することで、加工経路で分離される２つの部分の一方に接触部分３３が形成され、他方には接触部分３３が形成されないようにすることができる。

繊維強化複合材料では、強化繊維の融点が母材の融点よりも高く、融点の差が大きいことが多い。例えば、上述の通り、ＣＦＲＰでは、炭素繊維Ｗａの融点は３５００度程度であって、樹脂Ｗｂの融点は２５０度程度である。この場合、切断加工時の加工点の温度は融点が高い方に合わせて調整されるため、３５００度以上となる。したがって、分解生成物３０の温度も３５００度以上に達する。分解生成物３０にガスが噴射されて、吹き飛び、加工対象物Ｗの表面に接触するまでの間に、分解生成物３０の温度が低下して、接触部分３３の融点よりも下がっている場合、分解生成物３０が加工対象物Ｗに接触しても問題はない。しかしながら、分解生成物３０の温度が３５００度以上であって、樹脂Ｗｂの融点は２５０度程度であるため、分解生成物３０が加工対象物Ｗに接触する際に、樹脂Ｗｂの融点よりも温度が下がっている可能性は低い。したがって、繊維強化複合材料では、接触部分３３が加工されてしまい、加工対象物Ｗの表面が汚れてしまう。

ノズル１５から噴射するガスのガス圧を下げると、加工対象物Ｗの表面の汚れを低減することはできるが、分解生成物３０が光軸１ａ上で対流し、分解生成物３０がレーザ光１のビームを散乱吸収するため、加工品質が低下したり、加工速度が低下したりする。ガス圧を例えば０．１ＭＰａ以上と高くした場合、光軸１ａ上から分解生成物３０を除去する効果は高まるが、接触部分３３の面積は広がってしまう。

したがって、実施の形態１において説明したように、光軸１ａに向けてガスを噴射するノズル１５を加工経路よりも加工品２９側に位置するように回転機構１６を制御することで、分解生成物３０が加工対象物Ｗの表面に接触する接触部分３３を端材２８側に形成することができ、加工品２９が分解生成物３０に接触することを抑制することができる。この場合、接触部分３３は、切断加工の後に不要な端材２８の側に形成されるため、接触部分３３の面積は広がってもよい。したがって、ガス圧を高めて加工速度を速めることが可能になる。

図５は、図１に示す制御部１８の機能を実現するためのハードウェア構成を示す図である。レーザ加工装置１００の制御部１８の機能は、図５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、メモリ２０２、記憶装置２０３、表示装置２０４および入力装置２０５を備える制御装置により実現される。制御部１８が実行する機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、コンピュータプログラムとして記述されて記憶装置２０３に格納される。ＣＰＵ２０１は、記憶装置２０３に記憶されたソフトウェアまたはファームウェアをメモリ２０２に読み出して実行することにより、制御部１８の機能を実現する。すなわち、コンピュータシステムは、制御部１８の機能がＣＰＵ２０１により実行されるときに、実施の形態１で説明した制御部１８の動作を実施するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するための記憶装置２０３を備える。また、これらのプログラムは、制御部１８の機能が実現する処理をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ２０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）といった揮発性の記憶領域が該当する。記憶装置２０３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリといった不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクが該当する。表示装置２０４の具体例は、モニタ、ディスプレイである。入力装置２０５の具体例は、キーボード、マウス、タッチパネルである。

以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、レーザ加工装置１００は、レーザ光１の光軸１ａの外から光軸１ａに向けてガスを噴射するノズル１５と、ノズル１５または加工対象物Ｗを光軸１ａの周りに回転させる回転機構１６と、切断加工の間、ノズル１５が、切断加工の加工経路よりも加工品２９側に位置するように、回転機構１６を制御する制御部１８とを有する。このような構成によって、光軸１ａに向けてガスを噴射するノズル１５が、加工経路よりも加工品２９側の位置を維持することになるため、ノズル１５からのガスの噴射方向Ｄ１は、端材２８側を向くことになる。したがって、切断加工の最中に生じる分解生成物３０は、端材２８側に吹き飛ばされて、加工品２９への分解生成物３０の付着を抑制することが可能になる。このため、繊維強化複合材料の加工品質を向上することが可能になる。

また、レーザ加工装置１００は、ノズル１５に固定され、加工対象物Ｗとの間の距離ｈを検出するギャップセンサ２７を備える。ここで、光軸１ａからノズル１５に向かう方向と、光軸１ａからギャップセンサ２７に向かう方向とのなす角度θは、９０度未満である。このような構成をとることで、ギャップセンサ２７の位置は、加工点よりもガス流の上流側に維持される。したがって、ギャップセンサ２７と加工対象物Ｗとの間に炭素繊維Ｗａが侵入することを抑制し、加工対象物Ｗとの間の距離ｈを高精度に計測することが可能になる。このため、集光性のよいビームを用いて、高速且つ高品質な切断加工を実現することが可能になる。

また、レーザ加工装置１００の制御部１８は、切断加工の間、レーザ光１の進行方向Ｄ２と、光軸１ａからギャップセンサ２７に向かう方向とのなす角度Φを９０度未満に維持するように、回転機構１６を制御する。このような構成をとることで、ギャップセンサ２７の位置は、加工点よりもレーザ光１の進行方向Ｄ２側に維持される。したがって、ギャップセンサ２７は、切断溝３１が形成されていない平坦な部分を使用して距離ｈを計測することが可能になり、計測誤差の発生を抑制することが可能になる。その結果、レーザ加工装置１００は、高精度なギャップ制御を行うことが可能になり、高速且つ高品質な切断加工を実現することが可能になる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

例えば、実施の形態１では、回転機構１６は、ギア２５を使用してノズル１５の位置を変化させることとしたが、ベルトで駆動してもよい。また、実施の形態１では、回転するノズル１５に合わせて、余分な長さを有するホース１５ａを示したが、ホース１５ａの代わりに、摺動するシール材を用いたロータリジョイントを用いて、ノズル１５にガスを供給してもよい。同様に、実施の形態１では、ギャップセンサ２７に接続されるセンサケーブル２７ａも、回転するノズル１５に合わせて、余分な長さを有することとしたが、センサケーブル２７ａの代わりに、ブラシによるスリップリングを用いてもよい。

また、実施の形態１では、回転機構１６は、ノズル１５を光軸１ａの周りに回転させることとしたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。例えば、回転機構１６は、加工対象物Ｗを光軸１ａを中心として、光軸１ａの周りに回転させてもよい。

また、実施の形態１では、加工対象物Ｗは、繊維強化複合材料であって、強化繊維は、炭素繊維Ｗａであり、母材である樹脂Ｗｂは、エポキシ樹脂に代表される熱硬化型樹脂としたが、本実施の形態はかかる例に限定されない。強化繊維は、炭素繊維Ｗａの他に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ホウ素（Ｂ）などであってもよい。また母材は、熱硬化側樹脂の他に、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂に代表される熱可塑型樹脂であってもよい。さらに、本実施の形態に示す技術は、繊維強化複合材料に限らず、熱的性質が異なる複数の材質から構成された複合材料に好適である。また、本実施の形態に示す技術は、複合材料に対して特に効果が高いが、複合材料に限らず、様々な材料のレーザ加工についても使用することが可能である。

１ レーザ光、１ａ 光軸、１１ レーザ発振器、１２ 光路、１３ 加工ヘッド、１４ 駆動部、１５ ノズル、１６ 回転機構、１７ 検知部、１８ 制御部、２１ 集光レンズ、２２ 光学ユニット、２３ 枠体、２４ ベアリング、２５ ギア、２６ サーボモータ、２７ ギャップセンサ、２８ 端材、２９ 加工品、３０ 分解生成物、３１ 切断溝、３２ 切れ端、３３ 接触部分、１００ レーザ加工装置、２０１ ＣＰＵ、２０２ メモリ、２０３ 記憶装置、２０４ 表示装置、２０５ 入力装置、Ｄ１ 噴射方向、Ｄ２ 進行方向、ｈ 距離、Ｗ 加工対象物、Ｗａ 炭素繊維、Ｗｂ 樹脂、α，Ψ，θ，Φ 角度。

Claims (6)

1. レーザ光を加工対象物に照射して、前記加工対象物を加工品と端材とに分離させる切断加工を行うレーザ加工装置であって、
   加工点にガスを噴射するノズルと、
   前記ノズルに固定され、前記加工対象物との間の距離を検出するギャップセンサと、
   前記ノズルまたは前記加工対象物を前記レーザ光の光軸の周りに回転させる回転機構と、
   前記切断加工の間、前記ノズルが、前記加工品側から前記加工点に向けて前記ガスを噴射するように前記回転機構を制御する制御部と、
   を備え、
   前記光軸および前記ノズルを含む面と、前記光軸および前記ギャップセンサを含む面とのなす角度は９０度未満であることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記制御部は、前記切断加工の間、前記光軸および前記レーザ光の進行方向を含む面と、前記光軸および前記ギャップセンサを含む面とのなす角度を９０度未満に維持することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. レーザ加工装置が、レーザ光を加工対象物に照射して、前記加工対象物を加工品と端材とに分離させる切断加工を行うステップを含み、
   前記切断加工の間、前記加工品側から加工点に向けてガスを噴射し、
   前記レーザ加工装置は、前記ガスを噴射するノズルに固定され、前記加工対象物との間の距離を検出するギャップセンサを有し、
   前記レーザ光の光軸および前記ノズルを含む面と、前記光軸および前記ギャップセンサを含む面とのなす角度を９０度未満にすることを特徴とするレーザ加工方法。
4. 前記切断加工の間、前記光軸および前記レーザ光の進行方向を含む面と、前記光軸および前記ギャップセンサを含む面とのなす角度を９０度未満に維持することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
5. レーザ光を加工対象物に照射して、前記加工対象物を加工品と端材とに分離させる切断加工を行うレーザ加工装置であって、
   加工点にガスを噴射するノズルと、
   前記ノズルに固定され、前記加工点よりもガス流の上流側に位置し、前記加工対象物との間の距離を検出するギャップセンサと、
   前記ノズルまたは前記加工対象物を前記レーザ光の光軸の周りに回転させる回転機構と、
   前記切断加工の間、前記ノズルが、前記加工品側から前記加工点に向けて前記ガスを噴射するように前記回転機構を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
6. レーザ加工装置が、レーザ光を加工対象物に照射して、前記加工対象物を加工品と端材とに分離させる切断加工を行うステップを含み、
   前記切断加工の間、前記加工品側から加工点に向けてガスを噴射し、
   前記レーザ加工装置は、前記ガスを噴射するノズルに固定され、前記加工対象物との間の距離を検出するギャップセンサを有し、
   前記ギャップセンサを前記加工点よりもガス流の上流側に位置させることを特徴とするレーザ加工方法。

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