JP6768143B2 - レーザ加工機 - Google Patents
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Description
本発明は、ワークにレーザを照射するレーザ加工機に関する。
従来、紫外線照射装置から照射される紫外線により、対象物に付着した有機物を分解し、洗浄を行う技術が知られている。この種の技術を開示するものとして例えば特許文献1〜3がある。
特許文献1は、有機汚染物の付着した被洗浄体や有機汚染物を含む被洗浄気体が酸素ガスと共存し、波長が185nmと254nmの光を放射する紫外線ランプが有機汚染物と酸素ガスとに対置され、185nmと254nmの光の出力をI185とI254とした場合にI185/I254が0.08〜0.3の範囲に設定する紫外線照射装置について記載されている。特許文献2は、透明プラスチック部材表面に波長が185nm及び254nm、光量が1〜3000mJ/cm2の紫外線を照射する透明プラスチック部材の表面改質方法について記載されている。特許文献3は、紫外線源の光によりオゾンもしくはN2O(亜酸化窒素)を分解し、これにより生成される発生基の酸素により被処理体の表面に付着する有機汚染物等分解して洗浄等の処理を行う技術において、紫外線源とワークとの間を石英ガラスやエアカーテンで区画し、ワーク側に酸素を供給し、赤外線源側は真空又は赤外線を吸収しないガス(N2)雰囲気とする技術について記載されている。
ところで、レーザ加工機では、加工点に高エネルギー密度のレーザを照射するため、非加工材は瞬時に溶解、気化する。そのため、焦点ガラスを保護する保護ガラスには、高温、高速のスパッタの飛散、プラズマの発生、非加工材表面の防錆油の蒸気等が発生した有機物の汚れが付着する。飛散するスパッタがレーザヘッド内に侵入したとしても、レーザヘッド先端から高圧で排出されるガスにより減速され、ガラスに付着する確率を大きく低減させることは可能であるものの、ごく微量のヒュームが保護ガラスに堆積し、ガラスに曇りが生じることがある。この場合、保護ガラスの交換が必要となる。
保護ガラスの交換のためにはレーザ加工機の稼動を停止する必要がある。また、レーザ加工の分野では、切断速度の高速化が進み保護ガラスの透過率の低下も早くなっており、保護ガラスの汚れを放置すればカット不良が発生するおそれがあるため、保護ガラスの交換を頻繁(例えば、数日に1回)に行う必要が生じていた。保護ガラスの交換作業に時間が掛かればレーザ加工機の稼動率の低下を招き、保護ガラス交換作業中のレーザヘッド内への夾雑混入も発生する可能性がある。
本発明は、保護ガラスをレーザヘッドから取り外すことなく洗浄処理を行うことができる稼動率の高いレーザ加工機を提供することを目的とする。
本発明は、駆動機構(例えば、後述のコンベア駆動モータ11)により載置されたワーク(例えば、後述のワークW)を搬送するワーク搬送装置(例えば、後述のコンベア10)の上方で移動機構(例えば、後述のレーザ移動装置20)によりXYZ方向に移動可能に支持され、レーザの焦点レンズ(例えば、後述の焦点レンズ42)を保護する保護ガラス(例えば、後述の保護ガラス44)を内部に有するレーザヘッド(例えば、後述のレーザヘッド40)と、前記ワーク搬送装置の上方又は前記ワーク搬送装置の側方に配置され、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光軸(例えば、後述のレーザ光軸91)と照射する紫外線の紫外線光軸(例えば、後述の紫外線光軸92)が平行になるように設置された紫外線照射装置(例えば、後述の紫外線照射装置50)と、前記駆動機構、前記移動機構及び前記紫外線照射装置を制御する制御装置(例えば、後述の制御装置70)と、を備え、前記制御装置は、前記移動機構を制御して前記レーザヘッドのレーザ照射口(例えば、後述のレーザ照射口45)に紫外線照射口(例えば、紫外線照射口51)を対向させた状態で前記紫外線照射装置から紫外線を前記保護ガラスに向けて照射することにより、前記レーザヘッドから取り出すことなく前記保護ガラスの洗浄を行うレーザ加工機(例えば、後述のレーザ加工機1)に関する。
これにより、レーザヘッドから取り出すことなく保護ガラスの汚れを除去し透過率を回復させることができるので、レーザ照射を行わないレーザ加工機の不稼動時間を利用して保護ガラスの洗浄作業を行うことができる。保護ガラスの洗浄処理のための時間を大幅に短縮できるので、レーザ加工機の稼動を停止する必要もなくなり、レーザ加工機の稼動率を向上できる。
これにより、レーザヘッドから取り出すことなく保護ガラスの汚れを除去し透過率を回復させることができるので、レーザ照射を行わないレーザ加工機の不稼動時間を利用して保護ガラスの洗浄作業を行うことができる。保護ガラスの洗浄処理のための時間を大幅に短縮できるので、レーザ加工機の稼動を停止する必要もなくなり、レーザ加工機の稼動率を向上できる。
前記紫外線照射装置は、前記レーザヘッドのレーザ加工点と同じ位置又はそれよりも前記保護ガラスに近い位置から前記保護ガラスに向けて紫外線を照射することが好ましい。
これにより、レーザ照射によって生じる保護ガラスの汚れの範囲全域に確実に紫外線を照射することができ、より一層透過率を回復させることができる。
これにより、レーザ照射によって生じる保護ガラスの汚れの範囲全域に確実に紫外線を照射することができ、より一層透過率を回復させることができる。
前記レーザヘッドは、その内部に加工時に噴射される切断ガス(例えば、後述のN2)を供給する流路(例えば、後述の流路43)を有し、レーザ照射時には切断ガスを供給し、紫外線照射時には切断ガスの供給を停止することが好ましい。
これにより、活性酸素を発生させ有機物を酸化、揮発を促進することができ、洗浄効果を更に向上させることができる。
これにより、活性酸素を発生させ有機物を酸化、揮発を促進することができ、洗浄効果を更に向上させることができる。
切断ガスを供給する前記流路に切替弁(例えば、後述の切替弁61)を介して洗浄ガス流路(例えば、後述の洗浄ガス流路60)が接続され、紫外線照射時には洗浄ガス流路から洗浄ガスを導入し切断ガスを内部から排出することが好ましい。
これにより、より一層活性酸素を発生させ有機物を酸化、揮発を促進でき、紫外線照射時に高い洗浄効果で保護ガラスの透過率を回復することができるとともに、洗浄中のレーザヘッドへの夾雑物の侵入を防止することができる。
これにより、より一層活性酸素を発生させ有機物を酸化、揮発を促進でき、紫外線照射時に高い洗浄効果で保護ガラスの透過率を回復することができるとともに、洗浄中のレーザヘッドへの夾雑物の侵入を防止することができる。
前記紫外線照射装置による紫外線照射は、レーザ照射により前記ワークをカットしていない不稼動時間に行うことが好ましい。
これにより、レーザ照射が行われていない時間を利用して保護ガラスの洗浄処理が行われることになり、より一層稼動率を向上することができる。例えば、作業員の休憩時間やワークの切替作業時に洗浄処理が行われるようにすることで、洗浄処理のための時間を特別に確保しなくても保護ガラスの洗浄処理が自動的かつ定期に行われるようにすることもできる。
これにより、レーザ照射が行われていない時間を利用して保護ガラスの洗浄処理が行われることになり、より一層稼動率を向上することができる。例えば、作業員の休憩時間やワークの切替作業時に洗浄処理が行われるようにすることで、洗浄処理のための時間を特別に確保しなくても保護ガラスの洗浄処理が自動的かつ定期に行われるようにすることもできる。
本発明のレーザ加工機によれば、保護ガラスをレーザヘッドから取り外すことなく洗浄処理を行うことができ、高いレベルの稼動率を実現できる。
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工機1を模式的に示す平面図である。図2は、本実施形態のレーザ加工機1を模式的に示す側面図である。
図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工機1を模式的に示す平面図である。図2は、本実施形態のレーザ加工機1を模式的に示す側面図である。
図1及び図2に示すレーザ加工機1は、加工対象によって異なる形状に応じてレーザでワークWをカット(ブランキング)して後工程に送るレーザブランキングシステムに用いられるものである。レーザ加工機1の加工対象のワークWは、例えば、自動車用のサイドパネルの鋼板等である。
まず、レーザ加工機1の全体構成について説明する。本実施形態のレーザ加工機1は、コンベア10と、レーザ移動装置20と、レーザヘッド40と、紫外線照射装置50と、制御装置70と、を主要な構成として備える。
コンベア10は、ワークWを上流側から下流側(図1中のY軸方向)に搬送するワーク搬送装置である。コンベア10は、コンベア駆動モータ11の駆動力によって回転する無端ベルトによって構成される。本実施形態では、アンコイラー、レベラー(何れも図示省略)を経たワークWがコンベア10の上面に載置され、加工位置まで搬送される。
レーザ移動装置20は、レーザヘッド40をコンベア10の上方でXYZ方向に移動可能に支持する移動機構である。
本実施形態のレーザ移動装置20は、コンベア10の搬送方向に直交する方向(X軸方向)に延びる第1フレーム21と、コンベア10の搬送方向(Y軸方向)に移動可能に支持する一対の第2フレーム22と、第1フレーム21及び第2フレーム22の側面に掛け回された無端ベルト25と、無端ベルト25を駆動するサーボモータ26,27と、無端ベルト25の内側で回転するプーリ28,29と、無端ベルト25に固定され、レーザヘッド40を支持する昇降機構30と、を備える。
無端ベルト25は、平面視において略H字状に掛け回されており、サーボモータ26,27の回転の組み合せにより、昇降機構30に保持されたレーザヘッド40が平面方向(XY方向)に移動可能になっている。
例えば、回転方向を同じに揃えた上で同じ速度で2つのサーボモータ26,27を制御することにより、無端ベルト25がサーボモータ26,27の回転方向と同じ方向に移動し、昇降機構30に保持されたレーザヘッド40がX軸方向に移動する。このとき、第1フレーム21は2つのサーボモータ26,27の回転速度の釣り合いによりY軸方向には移動しない。また、第1フレーム21をY軸方向に移動させる場合は、一側のサーボモータ26(又はサーボモータ27)を所定の速度で時計回りに回転させ、他側のサーボモータ27(又はサーボモータ26)を同じ所定の速度で反時計回りに回転させる。これにより、サーボモータ26,27の回転方向に応じて昇降機構30に保持されたレーザヘッド40がY軸方向に移動する。このとき、所定速度の釣り合いによりレーザヘッド40はX軸方向には移動しないことになる。また、サーボモータ26,27の回転方向及び回転速度を制御することでX軸方向に移動させつつY軸方向にも移動させることもできる。
レーザヘッド40の上下方向(Z方向)の移動は、昇降機構30によって行われる。サーボモータ26,27及び昇降機構30により、レーザヘッド40が三次元(XYZ方向)で移動可能となっている。
次に、レーザヘッド40の構成について説明する。レーザヘッド40は、コンベア10に載置搬送されるワークWに対してレーザを照射し、予め設定された形状に切断、加工を行うためのものである。レーザを用いた切断では、ワーク(鋼板)Wをレーザにより局所溶解し、切断ガスとしてのN2により溶湯を排除することで、ワークWを無酸化溶断する。本実施形態のレーザヘッド40からは波長1070nmのYbファイバーレーザが出力される。
図3は、本実施形態のレーザヘッド40の内部構成を模式的に示す断面図である。図3では、後述する焦点レンズ42によって集光されるレーザが一点鎖線で模式的に示され、切断ガスとしてのN2の流れが二点鎖線で模式的に示されている。
本実施形態のレーザヘッド40は、先端にレーザ照射口45が形成される本体41と、本体41の内部に配置される焦点レンズ42と、N2を加工対象に誘導する流路43と、焦点レンズ42を保護する保護ガラス44と、本体41内部の焦点レンズ42にレーザを供給する光源(図示省略)と、を備える。
焦点レンズ42は、加工対象(切断部)にレーザを集光する光学系である。流路43は、焦点レンズ42によって集光されるレーザ光軸91の同軸上に形成されている。この流路43にガス供給源(図示省略)から供給されるN2ガス(図3の二点鎖線)を流動させながらレーザ照射(図3の一点鎖線)が行われる。レーザヘッド40は、ワークWの加工点Pとの距離を一定に保ちながら、予め設定された移動軌跡に沿って移動してワークWを所望の形状に切断する。
保護ガラス44は、スパッタ、ヒュームや、鋼材表面から舞い上がった夾雑物等の付着を防ぎ、焦点レンズ42の汚れに起因する集光性の悪化、切断能力の低下、焦点レンズ42自体の溶損等の不具合の発生を防止するためのものである。保護ガラス44は、焦点レンズ42と加工対象の間に配置されている。本実施形態の保護ガラス44には、石英ガラスで構成される平板状のものが用いられており、表面反射によるエネルギー損失を抑制するため、反射防止コーティングが表面に施されている。
次に、紫外線照射装置50について説明する。紫外線照射装置50は、レーザ照射が行われてない間に保護ガラス44に紫外線を照射し、当該保護ガラス44の洗浄処理を行うための洗浄装置である。
紫外線照射装置50の配置位置について説明する。図1に示すように、本実施形態の紫外線照射装置50は、ワークWの搬送経路に重ならないコンベア10の側方に配置されている。紫外線照射装置50による保護ガラス44の洗浄処理を行う場合は、レーザ移動装置20によりレーザヘッド40が洗浄位置(図1の鎖線に示す位置)に移動する。レーザヘッド40が洗浄位置に移動した状態で、紫外線照射装置50による紫外線が保護ガラス44に付着した汚れを分解するために照射される。
紫外線照射装置50によって照射される紫外線は、短波長が望ましい。本実施形態では、紫外線波長254nm(200〜600nmの範囲)、定格280VA、紫外線照度3500mW/cm2のキセノンランプを光源とした紫外線照射装置50が用いられる。
図4は、本実施形態のレーザヘッド40が紫外線照射装置50に対向する洗浄位置に移動した様子を模式的に示す拡大断面図である。図4では、紫外線照射装置50による紫外線光が破線で模式的に示され、洗浄ガスの流れは2点鎖線で模式的に示される。
図4に示すように、洗浄位置では、レーザヘッド40のレーザ照射口45が紫外線照射装置50の紫外線照射口51に対向した状態となっており、レーザ光軸91と紫外線光軸92が略一致する位置関係となっている。
洗浄位置のレーザヘッド40は、紫外線照射装置50の紫外線照射口51の位置が、ワークWの加工点(加工焦点)Pと同じ位置又はその位置よりも保護ガラス44側に位置している。レーザ移動装置20によってレーザヘッド40が洗浄位置にくるように制御される。
本実施形態では、レーザヘッド40の流路43に洗浄ガス流路60が接続される。洗浄ガス流路60は、レーザ加工時に供給されたN2ガスを流路43からパージするためのものであり、洗浄ガスとして酸素を含むAir(空気)が供給される。洗浄ガス流路60には洗浄ガスの供給/停止を切り替えるための切替弁61が配置されている。切替弁61は制御装置70に電気的に接続されており、開閉タイミングが制御装置70によって制御される。
次に、制御装置70について説明する。制御装置70は、CPU、メモリ、記憶装置等からなるコンピュータであり、レーザ加工機1の各構成に電気的に接続されている。この制御装置70により、上述のレーザ移動装置20によるレーザヘッド40の移動やレーザ照射、コンベア10の搬送、紫外線照射装置50の洗浄処理等が制御される。
本実施形態の制御装置70は、紫外線照射装置50を用いた保護ガラス44の洗浄処理をレーザ照射によりワークWをカットしていない時間(不稼動時間)に行うように洗浄処理のタイミングを制御している。レーザ照射時間が長くなれば透過率は低下するが、設備不稼動時に紫外線照射装置50による洗浄によりガラス透過率が回復するのである。
制御装置70は、洗浄処理開始タイミングになるとレーザ移動装置20によってレーザヘッド40を洗浄位置に移動させるとともに切替弁61を開いて洗浄ガス流路60から流路43に洗浄ガスを送り(図4の2点鎖線)、N2をレーザヘッド40外部に排出するとともに流路43内に酸素を送り込む。
レーザヘッド40が洗浄位置にある状態で、紫外線照射装置50によって紫外線照射を所定時間照射し(図4の破線)、保護ガラス44の有機物の汚れを分解処理して保護ガラス44の透過率を回復する。紫外線照射を行う時間としては例えば45分である。流路43内は、洗浄ガスによって酸素が存在する状態なので有機物の分解処理を有利な条件で行うことができる。
例えば、図5に示すように、制御装置70は、保護ガラス44の透過率が所定の基準以上となるように、レーザ加工処理の間の適宜のタイミングで洗浄処理が行われる。これによって寿命に到達する前に洗浄により保護ガラス44の透過率が回復される。このように、本実施形態の制御装置70は、加工処理を行っていない間に保護ガラス44の洗浄を行う自動洗浄機能を有するのである。
なお、洗浄処理を開始するトリガについては、スケジュールに沿って自動で行われるものでもよいし、使用者の操作によって洗浄処理が開始される構成としてもよい。また、洗浄処理は、不稼動時間に行われるがワークWの供給源の切替作業や使用者の休憩時間(例えば、昼休み)に設定することで、保護ガラス44の洗浄によって作業ができなくなる時間を減らすことができ、稼動率を一層向上させることができる。
以上説明した本実施形態は、以下のような効果を奏する。
レーザ加工機1は、コンベア駆動モータ11により載置されたワークWを搬送するコンベア10の上方でレーザ移動装置20によりXYZ方向に移動可能に支持され、レーザの焦点レンズ42を保護する保護ガラス44を内部に有するレーザヘッド40と、コンベア10の上方又はコンベア10の側方に配置され、レーザ光軸91と紫外線光軸92が平行になるように設置された紫外線照射装置50と、レーザ加工機1の各構成を制御する制御装置70と、を備える。制御装置70は、レーザ移動装置20を制御してレーザヘッド40のレーザ照射口45に紫外線照射口51を対向させた状態で紫外線照射装置50から紫外線を保護ガラス44に向けて照射することにより、レーザヘッド40から取り出すことなく保護ガラス44の洗浄を行う。
これにより、レーザヘッド40の本体41から取り出すことなく保護ガラス44の汚れを除去し透過率を回復させることができるので、レーザ照射を行わないレーザ加工機1の不稼動時間を利用して保護ガラス44の洗浄作業を行うことができる。保護ガラス44の洗浄処理のための時間を大幅に短縮できるので、レーザ加工機1の稼動を停止する必要もなくなり、レーザ加工機1の稼動率を向上できる。
レーザ加工機1は、コンベア駆動モータ11により載置されたワークWを搬送するコンベア10の上方でレーザ移動装置20によりXYZ方向に移動可能に支持され、レーザの焦点レンズ42を保護する保護ガラス44を内部に有するレーザヘッド40と、コンベア10の上方又はコンベア10の側方に配置され、レーザ光軸91と紫外線光軸92が平行になるように設置された紫外線照射装置50と、レーザ加工機1の各構成を制御する制御装置70と、を備える。制御装置70は、レーザ移動装置20を制御してレーザヘッド40のレーザ照射口45に紫外線照射口51を対向させた状態で紫外線照射装置50から紫外線を保護ガラス44に向けて照射することにより、レーザヘッド40から取り出すことなく保護ガラス44の洗浄を行う。
これにより、レーザヘッド40の本体41から取り出すことなく保護ガラス44の汚れを除去し透過率を回復させることができるので、レーザ照射を行わないレーザ加工機1の不稼動時間を利用して保護ガラス44の洗浄作業を行うことができる。保護ガラス44の洗浄処理のための時間を大幅に短縮できるので、レーザ加工機1の稼動を停止する必要もなくなり、レーザ加工機1の稼動率を向上できる。
また、本実施形態では、紫外線照射装置50は、レーザヘッド40のレーザの加工点Pと同じ位置又はそれよりも保護ガラス44に近い位置から保護ガラス44に向けて紫外線を照射する。
これにより、レーザ照射によって生じる保護ガラス44の汚れの範囲全域に確実に紫外線を照射することができ、より一層透過率を回復させることができる。
これにより、レーザ照射によって生じる保護ガラス44の汚れの範囲全域に確実に紫外線を照射することができ、より一層透過率を回復させることができる。
また、本実施形態では、レーザヘッド40は、その内部にレーザとともにワークに向けて加工時に噴射される切断ガスとしてのN2を供給する流路43を有し、レーザ照射時にはN2を供給し、紫外線照射時には切断ガスの供給を停止する。
これにより、紫外線照射時に活性酸素を発生させ有機物を酸化、揮発を促進することができ、洗浄効果を更に向上させることができる。
これにより、紫外線照射時に活性酸素を発生させ有機物を酸化、揮発を促進することができ、洗浄効果を更に向上させることができる。
また、本実施形態では、切断ガスを供給する流路43に切替弁61を介して洗浄ガス流路60を接続し、紫外線照射時には洗浄ガス流路60から洗浄ガスを導入しN2を内部から排出する。
これにより、流路43に確実に活性酸素を存在させることができ、有機物の酸化、揮発をより一層促進でき、紫外線照射時に高い洗浄効果を実現できるとともに、洗浄中のレーザヘッド40への夾雑物の侵入を防止することができる。
これにより、流路43に確実に活性酸素を存在させることができ、有機物の酸化、揮発をより一層促進でき、紫外線照射時に高い洗浄効果を実現できるとともに、洗浄中のレーザヘッド40への夾雑物の侵入を防止することができる。
また、本実施形態では、紫外線照射装置50による紫外線照射は、レーザ照射によりワークWをカットしていない不稼動時間に行う。
これにより、レーザ照射が行われていない時間を利用して保護ガラス44の洗浄処理が行われることになり、より一層稼動率を向上することができる。例えば、作業員の休憩時間やワークWの切替作業時に洗浄処理が行われるようにすることで、洗浄処理のための時間を特別に確保しなくても保護ガラス44の洗浄処理が自動的かつ定期に行われるようにすることができる。
これにより、レーザ照射が行われていない時間を利用して保護ガラス44の洗浄処理が行われることになり、より一層稼動率を向上することができる。例えば、作業員の休憩時間やワークWの切替作業時に洗浄処理が行われるようにすることで、洗浄処理のための時間を特別に確保しなくても保護ガラス44の洗浄処理が自動的かつ定期に行われるようにすることができる。
次に、保護ガラス44の汚れ付着のメカニズムについて説明する。本発明者らは、レーザが集光される加工点で大量のプラズマと高速のスパッタが発生することをハイスピードカメラ等の画像取得装置により確認するとともにセンサにより高い強度の紫外線が加工点で発生していることを確認し、レーザ加工時に生じたプラズマに起因して照射される加工点からの紫外線により、レーザヘッド40内部に入り込んだ潤滑油ヒューム等が光CVD(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION)効果で保護ガラス44に薄膜が形成(堆積)していると推定した。
図6は、本実施形態のレーザヘッド40において、相対的に光路径d1が小さく保護ガラス44から加工点P1までの距離l1が長い場合の光路を示す模式図である。また、図7は、本実施形態のレーザヘッド40において、相対的に光路径d2が大きく保護ガラス44から加工点P2までの距離l2が短い場合の光路を示す模式図である。なお、d1<d2であり、l1>l2の関係である。
保護ガラス44における汚れの範囲(コンタミネーションの範囲)をコンタミ径とし、保護ガラス44から加工点Pまでの距離とコンタミ径の関係について実測値と計算値の比較を行った結果、紫外線の光路径の計算値とコンタミ径が一致した。
紫外線の光路径の計算値とコンタミ径が一致することからも加工点からの紫外線による光CVD効果によって保護ガラス44に汚れが堆積していると考えられる。この光CVD効果によって保護ガラス44に堆積した汚れは有機物である。従って、光CVD効果による汚れの堆積が生じない環境で、紫外線を別途照射することで分解除去することが可能である。なお、保護ガラス44の中央部はレーザ中心の高エネルギーで熱的にクリーニングされていると考えられる。
以上の分析から、保護ガラス44の付着物はワークWの表面に塗布されている防錆油成分の揮発物であることがわかった。そして、その付着範囲は加工点で発生したプラズマ起因による紫外線の光路と一致していた。このため、微量にレーザヘッド40内に侵入した防錆油の蒸気が、加工点からの紫外線の光路上に光集塵効果により堆積した結果であると考えられる。この種の汚れは、紫外線照射により分解除去できることが半導体プロセス等の紫外線アッシングとして知られている。即ち、レーザ加工時に発生する紫外線に起因する保護ガラス44の有機物の汚れを、汚れが形成されない条件で照射される紫外線照射装置50の紫外線照射によって洗浄するのである。
紫外線照射装置50は、汚れが付着している範囲をカバーするように紫外線を照射する必要がある。上述の通り、コンタミ径は紫外線の光路径と略一致することから、紫外線照射装置50の紫外線照射口51(紫外線の起点)の位置が加工点P1(図6の場合),P2(図7の場合)又は加工点P1,P2よりも保護ガラス44側に位置すれば汚染範囲をカバーするように紫外線を照射できる。即ち、レーザ加工機1の加工時における加工点Pに対応する位置又はそれよりも保護ガラス44側の位置に紫外線照射装置50の紫外線照射口51が位置するようにレーザヘッド40の洗浄位置を設定することで、付着範囲全域をカバーできることも図6及び図7の例から実証された。
次に、洗浄ガスの供給効果について説明する。UVアッシング(紫外線照射による洗浄)では、以下の式(1)及び(2)に示す2段階で有機物の分解が行われる。
(1)CmHnOk→Cm’Hn’Ok’
(2)Cm’Hn’Ok’ →CO,CO2,H2O
なお、式(1)及び(2)においてm,n,k,m’,n’,k’は自然数である。
(1)CmHnOk→Cm’Hn’Ok’
(2)Cm’Hn’Ok’ →CO,CO2,H2O
なお、式(1)及び(2)においてm,n,k,m’,n’,k’は自然数である。
式(1)及び(2)の反応を生じさせるためには、有機物を分解し低分子化し、酸素を励起し活性酸素を生成するための紫外線照射と、活性酸素として有機物を酸化して揮発させるための十分な酸素雰囲気下と、の2つの要素が必要となる。即ち、紫外線照射装置50による紫外線照射は、洗浄対象の周囲に十分な酸素を含む(例えば、空気)気体雰囲気下であることが好適な条件となる。上記実施形態のように、洗浄処理時にN2の供給を停止するとともに洗浄ガスにより空気雰囲気下にすることにより、洗浄効果をより向上させることができるのである。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
上記実施形態では、紫外線照射装置50はコンベア10の側方に配置されているが、この構成に限定されない。紫外線照射装置50は、コンベア10の上方等、他の場所であってもレーザヘッド40が対向配置できる位置であれば、その配置場所を適宜変更することができる。
上記実施形態及び実施例では、Ybファイバーレーザを用いた例を説明したがレーザの種類はこれに限定されない。例えば、リモートレーザ溶接においても本発明を適用できる。プラズマの発生と有機物ヒュームが存在すれば、数十nmの膜を多層に重ねた反射防止コートを施した保護ガラスに有機物が付着し、反射防止機能が損なわれ、透過率が大幅に悪化するおそれがある。この種のレーザ加工機に本発明を適用すれば、稼動率を低下させることなく保護ガラスの透過率を基準以上に維持できる。
1 レーザ加工機
10 コンベア(ワーク搬送装置)
11 コンベア駆動モータ(駆動機構)
20 レーザ移動装置(移動機構)
40 レーザヘッド
43 流路
45 レーザ照射口
50 紫外線照射装置
51 紫外線照射口
60 洗浄ガス流路
61 切替弁
W ワーク
10 コンベア(ワーク搬送装置)
11 コンベア駆動モータ(駆動機構)
20 レーザ移動装置(移動機構)
40 レーザヘッド
43 流路
45 レーザ照射口
50 紫外線照射装置
51 紫外線照射口
60 洗浄ガス流路
61 切替弁
W ワーク
Claims (5)
- 駆動機構により載置されたワークを搬送するワーク搬送装置の上方で移動機構によりXYZ方向に移動可能に支持され、レーザの焦点レンズを保護する保護ガラスを内部に有するレーザヘッドと、
前記ワーク搬送装置の上方又は前記ワーク搬送装置の側方に配置され、前記レーザヘッドから照射されるレーザ光軸と照射する紫外線の紫外線光軸が平行になるように設置された紫外線照射装置と、
前記駆動機構、前記移動機構及び前記紫外線照射装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記移動機構を制御して前記レーザヘッドのレーザ照射口に紫外線照射口を対向させた状態で前記紫外線照射装置から紫外線を前記保護ガラスに向けて照射することにより、前記レーザヘッドから取り出すことなく前記保護ガラスの洗浄を行うレーザ加工機。 - 前記紫外線照射装置は、前記レーザヘッドのレーザ加工点と同じ位置又はそれよりも前記保護ガラスに近い位置から前記保護ガラスに向けて紫外線を照射する請求項1記載のレーザ加工機。
- 前記レーザヘッドは、その内部に加工時に噴射される切断ガスを供給する流路を有し、
レーザ照射時には切断ガスを供給し、紫外線照射時には切断ガスの供給を停止する請求項1又は2に記載のレーザ加工機。 - 切断ガスを供給する前記流路に切替弁を介して洗浄ガス流路が接続され、
紫外線照射時には洗浄ガス流路から洗浄ガスを導入し切断ガスを内部から排出する請求項3に記載のレーザ加工機。 - 前記紫外線照射装置による紫外線照射は、レーザ照射により前記ワークをカットしていない不稼動時間に行う請求項1から4の何れかに記載のレーザ加工機。
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