JP6841390B1 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

レーザ加工装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークを載置する加工テーブルと、レーザ光によりワークを加工するレーザヘッドと、レーザ光の焦点位置がワークの表面からレーザヘッドの方へ離れた位置となるようにレーザヘッドの位置を調整し、レーザ光吸収層にレーザ光を吸収させて保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザ加工装置である。

Description

本開示は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。

ワークに対して切断加工を行う装置として、レーザ加工装置が知られている。レーザ加工装置は、レーザヘッドからワークにレーザ光を照射しつつ、レーザヘッドをワークに対して相対的に移動させることで、ワークの切断加工を行う。従来のレーザ加工では、ワークに傷が付くのを防止するためにワークの表面に保護シート貼り付けた状態でレーザ加工を施す方法が知られている。保護シートを貼り付けたワークのレーザ加工には、ワークに情報を付与するために保護シートにマーキング加工が施すものがある。例えば、ワークの保護シートにマーキング加工を行うレーザ加工装置が知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開２０１８−１６７２９４号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載されたレーザ加工装置は、保護シートにのみマーキングを形成する方法について開示がある。このレーザ加工装置は、レーザ光の出力を調整し、保護シートが貫通しないように所定の深さとなるように加工するものである。しかしながら、保護シートを貫通しないようにレーザ加工装置の制御を行うことは一般的に難しく、厳密に加工条件を設定することが求められる。また、レーザ光が保護シートを貫通してしまうとレーザ光がわずかでもワークに到達してしまいワークを傷付けてしまうという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、保護シートを貼り付けたワークを加工するに際して、ワークに傷を付けることなく保護シートにマーキングを行うことができるレーザ加工装置を提供す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、本開示に係るレーザ加工装置は、レーザ光を発生させるレーザ発振器と、レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークを載置する加工テーブルと、レーザ光によりワークを加工するレーザヘッドと、レーザ光の焦点位置がワークの表面からレーザヘッドの方へ離れた位置となるようにレーザヘッドの位置を調整し、レーザ光吸収層にレーザ光を吸収させて保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザ加工装置である。

本開示に係るレーザ加工装置は、ワークに傷を付けることなく保護シートにマーキングを行うことができるという効果を奏する。

実施の形態１に係るレーザ加工装置の構成図 図１のワークの加工点近傍の拡大図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工時の模式図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工後の模式図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工後の保護シートを示す図 実施の形態１に係るレーザ加工装置による加工後のワークを示す図 実施の形態１に係るレーザ加工装置によるレーザ加工の流れを示すフローチャート 実施の形態２に係るレーザ加工装置の構成図 アシストガスを用いるレーザ加工装置の一般例におけるワークの加工点近傍の拡大図 実施の形態２に係るレーザ加工装置のワークの加工点近傍の拡大図 図８のX-X線におけるレーザヘッドの断面図 実施の形態２の変形例に係るレーザヘッドの断面図 実施の形態３に係るレーザ加工装置の構成図 実施の形態３に係る加工テーブルの平面図

以下に、本開示の実施の形態に係るレーザ加工装置について図面を用いて説明する。各図では、同一又は相当する部分に同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化あるいは省略する。なお、以下に説明される実施の形態により本開示が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、各構成要素の縮尺が現実とは異なる場合がある。

実施の形態１．
実施の形態１に係るレーザ加工装置について以下説明する。

図１は、実施の形態１のレーザ加工装置１の構成図である。レーザ加工装置１は、レーザ発振器２と、伝送部３と、レーザヘッド４と、加工テーブル５と、制御部６と、駆動部７と、記憶部８とを備える。レーザ加工装置１は、例えば金属製の板状ワークに対して、切断加工や切削加工、穴あけ加工等のレーザ加工を行うものである。

レーザ発振器２は、例えばファイバレーザ発振器等であり、レーザ光を発生させる。レーザ発振器２から発生したレーザ光は、光ファイバ等の伝送部３を介してレーザヘッド４へ導入される。なお、レーザ発振器２は、ファイバレーザ以外のものでもよく、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯレーザ等でもよい。レーザ発振器２は、制御装置に接続されており、制御装置によりレーザ光の出力等が制御される。

レーザヘッド４は、伝送部３を通じて導入されたレーザ光を照射し、ワーク１０を加工する。レーザヘッド４は、駆動部７と接続されており、ワーク１０に対して相対的に水平方向および鉛直方向に移動することが可能である。レーザヘッド４は、レーザ光の照射によりワーク１０を任意の形状に加工することが可能となる。

レーザ加工装置１は、加工テーブル５を備えている。レーザ加工装置１は、ワーク１０を加工テーブル５に載置し、レーザヘッド４からレーザ光を照射してワーク１０を加工する。なお、以下の説明においてワーク１０は、レーザヘッド４と対向する面を表面とし、加工テーブル５に載置された際に接触する面を裏面とする。

加工テーブル５は、駆動部７と接続されている。これにより、加工テーブル５は駆動部７により動作する。加工テーブル５の動作により加工テーブル５に載置されたワーク１０を移動可能である。加工テーブル５そのものを移動させることにより加工テーブル５とともにワーク１０を移動させてもよい。また、加工テーブル５が備える、例えばローラ等の移動機構を利用して加工テーブル５の上をワーク１０が移動するようにしてもよい。

制御部６は、レーザ加工装置１の各部を制御する。また、制御部６は、レーザ加工装置１に関するデータの処理を行う処理部の機能も有する。制御部６は、例えば、ＣＰＵ、メインメモリ、有線あるいは無線の通信装置、各種外部機器と通信に用いる入出力インターフェース、キーボードあるいはマウスなどの入力装置、及びディスプレイなどの表示装置、及びレーザ加工装置１の動作及びデータ処理に必要な各種プログラムを実行可能なコンピュータ装置により構成される。

レーザ加工装置１において、制御部６は、レーザ発振器２と、駆動部７と、記憶部８とに接続され、各部の動作を制御する。制御部６は、レーザ発振器２を制御することによりレーザ光の照射を制御する。また、制御部６は、レーザ発振器２から発生するレーザ光の出力、周波数、デューティ比、エネルギー密度等を制御する。

また、制御部６は、駆動部７を制御することでレーザヘッド４と加工テーブル５の動作を制御する。すなわち、制御部６は、駆動部７を制御することでレーザヘッド４と加工テーブル５に載置されるワーク１０との相対移動を制御することができる。制御部６は、駆動部７を介してレーザヘッド４の水平方向の動作を制御することで移動方向や移動量、加工速度等を制御することが可能である。また、制御部６は、レーザヘッド４の鉛直方向の動作を制御することでレーザ光の焦点位置を調整することが可能である。なお、制御部６は、加工テーブル５の鉛直方向の動作を制御するようにしてもよい。

記憶部８は、例えばハードディスクなどの記憶装置であり、上記コンピュータ装置に設けられる。記憶部８は、レーザ加工装置１で用いられる加工プログラムや加工に関するレーザ加工装置１の設定値等、各種データを記憶する。なお、記憶部８は、制御部６に備えるようにしてもよい。

加工対象物として、表面に保護シート１１が貼り付けられたワーク１０を用いる。ワーク１０は、加工テーブル５に載置され、レーザヘッド４から照射されるレーザ光により加工が施される。保護シート１１は、ワーク１０の表面を保護するものである。これにより、ワーク１０に外部からの衝撃等により傷が付くことを防止する。

また、保護シート１１は、レーザ光によりマーキング加工が可能となるよう、レーザ加工装置１で用いるレーザ光の波長に適した材料からなるシートからなる。また、保護シート１１は、ワーク１０の表面に粘着により貼り付けられており、必要に応じて剥がすことが可能である。また、レーザ加工装置１は、ワーク１０に保護シート１１を貼り付けた状態でワーク１０をレーザ加工することが可能である。

続いて、図２を用いてレーザ加工について説明する。図２は、図１のワーク１０の加工点近傍を拡大した図である。加工点とは、レーザ加工装置１から照射されたレーザ光により加工を行う箇所である。図２では、便宜上、加工点に近いレーザヘッド４の先端部のみを示している。また、矢印の向かう方向が、レーザ光が照射される方向を表している。また、矢印の先端における丸記号の箇所が加工点Ｐを示している。レーザ加工装置１からレーザ光が加工点Ｐへ向かって照射されて加工点Ｐで加工されることを表している。

図２の通り、ワーク１０には２層構造の保護シート１１が設けられている。この保護シート１１は、レーザ光の吸収性が高いレーザ光吸収層１１ａと、レーザ光の吸収性が低いレーザ光透過層１１ｂとからなる。保護シート１１は、ワーク１０の表面と対向する側にレーザ光吸収層１１ａを備えており、レーザヘッド４側にレーザ光透過層１１ｂを備えている。すなわち、保護シート１１は、レーザ光透過層１１ｂがレーザ光吸収層１１ａに積層された構造を備えている。なお、保護シート１１は、レーザ光透過層１１ｂを備えていなくてもよい。また、レーザ光透過層１１ｂとレーザ光吸収層１１ａとの間には別の層を備えてもよいし、ワーク１０とレーザ光吸収層１１ａとの間に別の層を備えてもよい。

保護シート１１の各層について説明する。レーザ光吸収層１１ａは、レーザ光の吸収率が高い層であり、黒色や灰色に着色された天然ゴムや熱可塑性樹脂などで構成される。黒色に着色された天然ゴムや熱可塑性樹脂としては、一般にレーザ光の吸収率が高い黒色顔料であるカーボンブラックや黒鉛などのカーボン粒子を含有させたものなどを用いることができる。また、レーザ光吸収層１１ａは、ワーク１０に貼り付けるための粘着性を発現させる材料が含まれている。黒色顔料は、レーザ光の吸収率が高いものであればこれに限られない。レーザ光吸収層１１ａは、このようなレーザ光の吸収率が高い黒色顔料を含有することでレーザ光の吸収率が高い層となっている。ここで、レーザ光の吸収率が高いとは、例えばレーザ光の吸収率が３０％を超えるものであることを意味する。レーザ光の吸収率が３０％を超えるものであれば、レーザ光を吸収してレーザ光吸収層の変形を促しやすい。

また、レーザ光透過層１１ｂは、レーザ光の吸収率が低い層であり、未着色の熱可塑性樹脂や白色に着色された熱可塑性樹脂などで構成される。白色に着色された熱可塑性樹脂としては、一般にレーザ光の吸収率が低い白色顔料である亜鉛華（酸化亜鉛）、酸化チタンを含有させたものなどを用いることができる。白色顔料は、レーザ光の吸収率が低いものであればこれに限られない。レーザ光透過層１１ｂは、このような未着色もしくはレーザ光の吸収率が低い白色顔料を含有することでレーザ光の吸収率が低い層となっている。ここで、レーザ光の吸収率が低いとは、例えばレーザ光の吸収率が３０％以下であること意味する。

なお、レーザ光の吸収率は、レーザ光吸収層１１ａの色によってのみ決まるものではなく、レーザ加工装置１で用いるレーザ光に適した吸収率を有する保護シート１１であればよい。

なお、各層を構成する材料については、各層の材料となる天然ゴムやポリエチレン等を主成分として含んでおり、各層あたり各材料を５０重量％以上で含んでいればその他の樹脂成分等を混合してもよい。

例えば、保護シート１１には、日東電工株式会社製のＦＩＢＥＲ ＧＵＡＲＤ（登録商標）ＳＰＶ−３１０ＧＨシリーズ等を用いることができる。なお、保護シート１１の厚みは特に限定されないが、０．０５０ｍｍ〜０．２００ｍｍであればワーク１０に保護シート１１を貼り付ける際の作業性がよく好ましい。なお、当該数値範囲は、数値範囲の上限値および下限値も含むものであり、特に断りのない限り以下の説明においても同様である。

続いて、図３〜図５を用いてレーザ加工装置１の動作について説明する。図３Ａは、レーザ加工装置１によるレーザ加工時の模式図であり、図３Ｂは、レーザ加工装置１によるレーザ加工後の模式図である。図４Ａは、レーザ加工装置１によるレーザ加工を行った後の保護シート１１の一例を示す画像であり、図４Ｂは、レーザ加工装置１によるレーザ加工を行った後のワーク１０の一例を示す画像である。図４Ｂでは、図４Ａのワーク１０から保護シート１１の一部を剥離したものを示している。図５は、レーザ加工装置１によるレーザ加工の流れを示すフローチャートである。

図３Ａでは、保護シート１１のレーザ光吸収層１１ａにレーザ光Ｌを照射する様子を模式的に示している。レーザ光Ｌの焦点位置Ｆは、ワーク１０の表面からレーザヘッド４側に離れた位置となるように調整されている。実質的には、焦点位置Ｆは、保護シート１１の表面からレーザヘッド４側に離れた位置となるように調整されている。この焦点位置Ｆは、いわゆるデフォーカスの位置に調整された状態である。レーザ光Ｌのエネルギー密度は、レーザ光が集光する焦点位置において最も高くなることから、本実施の形態においては、焦点位置Ｆをデフォーカスの位置に調整し、ワーク１０に照射するレーザ光Ｌのエネルギー密度が焦点位置におけるエネルギー密度よりも小さくなるように調整している。これは他の実施の形態においても同様である。

このように焦点位置Ｆをデフォーカスの位置に調整することで、焦点位置Ｆでのエネルギー密度よりも低いエネルギー密度のレーザ光を保護シート１１の内部に照射することができる。言い換えるとデフォーカスの位置に調整することで、レーザ光吸収層１１ａに対して局所的にエネルギー密度の高いレーザ光が照射されることを回避できるので、レーザ光により保護シート１１を切断しワーク１０を傷付けることを抑制できる。

デフォーカスの位置は、ワーク１０の表面を基準として焦点位置Ｆの基準からの距離で表される。基準であるワーク１０の表面を０として、焦点位置Ｆがレーザヘッド４側にある場合は、焦点位置は単位をｍｍとして正の値（＋）で表す。

一方で、焦点位置Ｆがレーザヘッド４側と反対側にある場合は、焦点位置は単位をｍｍとして負の値（−）で表す。例えば焦点位置Ｆがワーク１０の表面からレーザヘッド４側に１０ｍｍの位置にある場合は、焦点位置は＋１０ｍｍである。

デフォーカスの位置は、例えばワーク１０の表面からレーザヘッド４側に０．５ｍｍ〜１０ｍｍ離れた位置、すなわち＋０．５ｍｍ〜＋１０ｍｍに設定される。また、デフォーカスの位置は、＋２ｍｍ〜＋８ｍｍの範囲であることが好ましく、＋４ｍｍ〜＋６ｍｍの範囲であることが保護シート１１に照射するレーザ光のエネルギー密度の点でさらに好ましい。デフォーカスの位置が保護シート１１から離れた位置に設定されているので、加工時の装置の設置環境に由来する振動や保護シート或いはワーク自体の表面の粗さ等による影響を受けることがなく、焦点位置における高いエネルギー密度のレーザ光により保護シート１１を切断してしまうこともない。このようにデフォーカスの位置に設定することは、保護シートへのマーキング加工の安定した品質の実現に貢献する。

続いて図３Ｂについて説明する。図３Ｂでは、ワーク１０に貼り付けられた保護シート１１にレーザ光を照射した後の様子を示している。図３Ｂの通り、レーザ光を照射したレーザ光吸収層１１ａとワーク１０の表面とが離間し、空洞Ｈが形成されている。すなわち、保護シート１１の内部が変形している。レーザ光によりワーク１０および保護シート１１は破壊されず、レーザ光吸収層１１ａが変形したことにより保護シート１１が変形したことを示している。

その結果、保護シート１１を貼り付けたワーク１０の表面から観察すると、保護シート１１が変形している箇所を視認することができる。この保護シート１１の変形をマーキングとして認識することができる。なお、保護シート１１の内部が変形するとは、例えば図３Ｂに示した様な保護シート１１の変形の他に、保護シート１１そのものの内部に空洞ができる変形により保護シート１１の表面の起伏に変化が現れるものも含む。

レーザ加工装置１において、レーザ光の出力は、レーザ光吸収層１１ａにレーザ光を吸収させて保護シート１１の内部を変形させることでマーキングを行うように制御される。このレーザ光の出力は、焦点位置のデフォーカスの位置に応じて適宜変更される。レーザ光の出力は、保護シート１１の内部を変形させるために例えば５０〜１００Ｗに制御される。また、レーザ光の出力は、保護シート１１の内部を確実に変形させるために７０〜９０Ｗに設定されるのが好ましい。なお、ファイバレーザを用いて板金切断等を行う際は、レーザ光の出力は通常例えば１ｋＷ以上に設定される。したがって、本実施の形態のレーザ加工装置においてマーキングを行う際のレーザ光の出力は、通常のレーザ加工時のレーザ光の出力と比較してかなり小さく設定される点は特徴であるともいえる。

このように焦点位置をデフォーカスの位置に調整し、レーザ光吸収層１１ａにレーザ光を吸収させて保護シート１１の内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力を制御することで保護シート１１にマーキングすることができる。また、焦点位置をデフォーカスの位置とすることで低いエネルギー密度のレーザ光によりマーキングを行うので、保護シートの表面に対して厳密にレーザ光の照射を制御していた従来技術と比べてレーザ光の制御を容易に行うことができる。

レーザ光吸収層１１ａがレーザ光を吸収し、熱エネルギーにより加熱されることで変形する。当該変形に起因してレーザ光透過層１１ｂが変形し、これら２つの層の変形により保護シート１１は変形する。本実施の形態におけるマーキングには、保護シート１１がレーザ光により切削されたり、切断されたりするなど、保護シート１１の表面が破壊されることに基づくマーキングは含まないことを意味する。これは他の実施の形態においても同様である。

レーザヘッド４を所定の軌跡に沿って移動させながら、保護シート１１にマーキングを行う条件でレーザ光の照射を行うと、所定の軌跡を描くマーキングをすることができる。このようにレーザ加工を行うことで、保護シート１１を破壊することなく任意の形状のマーキングを行うことができる。

また、保護シート１１の内部を変形させることでマーキングするため、レーザ光によりワーク１０を傷つけることもない。また、保護シート１１を切断することもないため保護シート１１から異物が発生することもない。また、レーザ光の吸収率の高い黒色に着色した層をレーザ光吸収層１１ａとして用いたことにより、レーザ光のエネルギーによりレーザ光吸収層１１ａの変形を促しワーク１０表面への加工を確実に防止できる。また、レーザ光の吸収率の低い白色に着色した層をレーザ光透過層１１ｂとして用いたことにより、マーキングの視認性を高めることができる。

続いて、実際にレーザ加工を行ったワークについて図４を用いて説明する。図４Ａは、実際にレーザ加工を行ったワーク１０の保護シート１１の表面を撮影した画像であり、図４Ｂは、図４Ａで示したワーク１０から保護シート１１の一部を剥離してワーク１０の表面を露出させたものを撮影した画像である。

図４Ａの通り、保護シートの表面１１ｃには、「ＡＢＣ４５」という文字と数字が並んだマーキングされていることが分かる。これは、保護シート１１にレーザ光が照射された結果、保護シート１１の内部が変形することでマーキングされたことを示している。マーキング箇所においてワーク１０の表面は露出していない。また、図示しないが、レーザ加工後におけるワーク１０と保護シート１１の断面を確認したところ、ワーク１０の表面１０ａと保護シート１１との間に空洞が形成されていることが確認された。

また、図４Ｂの通り、ワーク１０の表面１０ａに何ら傷が付いていないことが分かる。レーザ加工装置１によるレーザ加工は、保護シート１１にのみ行われており、ワーク１０には行われていない。このようにレーザ加工装置１によれば、ワーク１０を傷付けることなく保護シート１１にマーキングすることができる。

再び図３に戻り、レーザ加工装置１によるマーキングの機構について説明する。図３Ａの通り、焦点位置Ｆをレーザヘッド４側にデフォーカスしてレーザ光を照射すると、レーザ光はレーザ光透過層１１ｂを透過し、レーザ光吸収層１１ａに吸収される。レーザ光は、レーザ光吸収層１１ａに吸収されると、レーザ光吸収層１１ａを構成するゴムや樹脂等の材料が発熱し、その後材料は溶融する。

レーザ光吸収層１１ａを構成する材料が溶融した後もレーザ光の吸収が継続しエネルギーが蓄積されることで溶融した材料が蒸発する。当該材料の蒸発により気体が発生するため保護シート１１とワーク１０との間に空間が形成される。材料の蒸発による気体が増加し、保護シート１１は内部から押し上げられるように変形する。その結果、レーザ光吸収層１１ａがワーク１０と離間し、空洞Ｈが形成される。このような流れにより図３Ｂの状態となると考えられる。

なお、本実施の形態においては、保護シート１１を破壊せずに内部を変形させてマーキングをするために焦点位置をデフォーカスの位置にしてレーザ光の出力を制御することで、レーザ光吸収層に与えるレーザ光のエネルギーを制御することが重要であるが、制御部６が行うレーザ光の制御には、デフォーカスの位置やレーザ光の出力を制御することの他に、レーザ光に係るその他の諸条件を制御することも含まれる。これは他の実施の形態においても同様である。

マーキングを行う際のレーザ光のその他の諸条件としては、例えば、レーザ光の周波数は５０〜１００Ｈｚ、デューティ比は５〜１０％、加工速度は５００〜１０００ｍｍ／ｍｉｎに設定される。また、レーザ光の周波数は７０〜９０Ｈｚに設定される。なお、レーザ光の周波数、デューティ比、加工速度の条件は、これに限られるものではなく、保護シート１１に用いる材料や厚み等に応じて適宜変更することが可能である。

続いて図５のフローチャートを用いてレーザ加工装置１によるレーザ加工方法について説明する。

レーザ加工装置１によりレーザ加工を行うに際して、レーザ光吸収層１１ａを有する保護シート１１を備えるワーク１０を準備し、当該ワーク１０をレーザ加工装置１の加工テーブル５に載置する（Ｓ１）。

続いて、レーザ加工装置１の制御部６によりレーザヘッド４を制御し、レーザ光の焦点位置を保護シート１１の表面からレーザヘッド４側に離れた位置、すなわちデフォーカスの位置に調整する（Ｓ２：焦点位置調整工程）。この際、制御部６により駆動部７を制御し、レーザヘッド４をワーク１０の加工点の位置まで移動させておく。

続いて、レーザ加工装置１の制御部６によりレーザ光吸収層１１ａにレーザ光を吸収させて保護シート１１の内部を変形させることでマーキングを行うようにレーザ光の出力の制御を行い、加工を行う（Ｓ３：レーザ光出力制御工程）。なお、制御部６は、レーザ光の出力を制御し、加工を行うに際して、レーザ光のその他の諸条件やパラメータについても制御を行う。諸条件やパラメータは事前に設定をしておいてもよい。

以上の工程により、レーザ加工装置１によるレーザ加工を行うことでワーク１０に傷を付けることなく保護シート１１にマーキングを行うことができる。なお、上記工程については、レーザ加工を行う前にワーク１０の厚みに関する情報から保護シート１１の表面の位置を把握しておくことで上記工程のＳ２とＳ１の順序を入れ替えることもできる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るレーザ加工装置１について以下説明する。

図６から図９を用いて実施の形態２に係るレーザ加工装置１について説明する。図６は実施の形態２に係るレーザ加工装置１の構成図である。図６に示す通り、レーザ加工装置１は、実施の形態１のレーザ加工装置１に加えてガス供給部９を備えている。以下の説明では、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。

ガス供給部９は、制御部６に接続されており、制御部６の制御によりアシストガスの供給または停止を行う。ガス供給部９は、アシストガスを流通させるガス供給管を通じてアシストガスをレーザヘッド４に供給する。図７は図６のワークの加工点近傍の拡大図である。図７はアシストガスを用いたレーザ加工装置１の一例である。図７に示すように、レーザヘッド４に供給されたアシストガスは、レーザヘッド４の中央に設けられた流通孔４ａである流通部を流れてレーザヘッド４の先端部から排出される。これによりレーザヘッド４は、アシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することが可能である。

レーザ加工においてワーク１０から溶融物が発生する。レーザヘッド４は、アシストガスを噴射しながらレーザ光を照射することで、ワーク１０を加工しながらワーク１０から発生する溶融物をアシストガスにより吹き飛ばして加工を行うことが一般に行われている。また、アシストガスには、窒素ガスや酸素ガスが用いられる。

また、制御部６は、ガス供給部９を制御してアシストガスの圧力や流量を調整することが可能である。また、制御部６は、ガス供給部９のガス供給弁を切り替えることでアシストガスの種類を切り替えることが可能である。また、ガス供給部８から供給するアシストガスの圧力は例えば０．１Ｍｐａ〜０．５Ｍｐａに設定される。

図８は実施の形態２に係るレーザ加工装置１のレーザヘッド４の先端部近傍を示す図である。図８に示すように、レーザヘッド４は流通部として流通孔４ａを本体内部に有しており、アシストガスがレーザヘッド４本体の内部を流れるように構成されている。図９に図８のＸ−Ｘ線断面を示す。図９Ａに示すように、レーザヘッド４は断面が円形状である。また、レーザヘッド４はアシストガスの流通孔４ａとして、レーザヘッド４の本体内部に４つ有している。４つの流通孔４ａは、レーザヘッド４の円周上に沿って等間隔に配置されている。

制御部６は、ガス供給部９を制御して流通部を通じてアシストガスを供給する。制御部６は、ガス供給部９を制御して４つの流通孔４ａから何れかを選択してアシストガスを供給することができる。これにより、レーザ加工装置１は、レーザ加工に際して加工点Ｐの周囲の所定の位置に対してアシストガスを噴射することが可能である。

レーザ加工装置１は、実施の形態１で示したマーキングを行うに際して、制御部６によりガス供給部９を制御してアシストガスの供給を行う。制御部６は、マーキングに応じてガス供給部９からのアシストガスを供給することができる。これによりレーザ加工装置１は、マーキング時にマーキングの周囲にアシストガスを噴射してレーザ光により加熱したマーキング箇所を冷却することができる。マーキング部を冷却することで保護シート１１に残った熱による変形を抑制し、保護シート１１の剥がれを防止することができる。

また、制御部６は、ガス供給部９を制御して流通孔４ａを選択してアシストガスを供給することでマーキングの形状に合わせてアシストガスを噴射することができる。これによりアシストガスに起因する過剰な冷却によってマーキングが不鮮明になることを抑制することができる。

なお、流通孔４ａはこれに限られず、円周に沿って５つ以上配置してもよいし、３つ以下でもよい。流通孔４ａの形状も円形状に限られず三角形や四角形、その他に多角形でもよい。また、図９Ｂに示す変形例のように、流通孔４ａは円周に沿ってリング状に配置してもよい。

また、実施の形態２の変形例として、マーキングの方向に応じてアシストガスを供給することができる。マーキングの方向とは、マーキングの形状に沿ってレーザヘッド４の移動を制御してマーキングしている場合であればレーザヘッド４が移動する方向のことを意味する。例えば、レーザ加工装置１によるマーキングの進行方向の後方側からアシストガスを噴射できるよう流通部を設けておく。

制御部６は、マーキングに応じてアシストガスを噴射するようガス供給部９を制御する。これにより、マーキングの進行方向の後方側からのみアシストガスが噴射されるので、マーキングが完了した箇所を冷却し、マーキングが未完了の箇所は冷却しないため鮮明にマーキングを行うことができる。

また、別の変形例として、マーキングの形状に応じてアシストガスを供給することができる。マーキングの形状とは、ある形状をマーキングしているある加工時間帯に描かれる線などの形状のことを意味する。例えば、レーザ加工装置１によるマーキングにおいて直線を描いているときに、当該直線を挟むようにアシストガスを噴射するようガス供給部９を制御して流通部を通じてアシストガスを噴射する。

これにより、レーザ加工装置１は、マーキングの形状を囲むようにアシストガスが噴射されるので、マーキングの形状に沿ってアシストガスが保護シート１１を押圧しマーキングにより保護シート１１が剥離することが確実に抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るレーザ加工装置１について以下説明する。

図１０を用いて実施の形態３に係るレーザ加工装置１について説明する。図１０は、実施の形態３に係るレーザ加工装置１の構成図である。図１０に示す通り、レーザ加工装置１は、実施の形態２のレーザ加工装置１に加えてシート情報受付部１２を備えている。以下の説明では、実施の形態１および２とは異なる構成について主に説明する。

シート情報受付部１２は、制御部６と接続されており、保護シート１１に係る情報を制御部６に送信する。なお、シート情報受付部１２は、制御部６に備えるようにしてもよい。

シート情報受付部１２は、レーザ加工装置１に外部から入力される保護シートに関するシート情報を受け付ける。例えば、作業者が入力インターフェース等を通じて入力するシート情報を受け付ける。なお、シート情報は、レーザ加工装置１と接続される読取機を用いてシート情報と関連付けられた情報を有するバーコードや二次元バーコード等からシート情報を読み取ってもよい。また、読取機をレーザ加工装置１に取り付けておき、加工テーブル５に載置されるワーク１０から自動でシート情報を読み取ってもよい。

ここで、シート情報とは、レーザ加工の対象となるワーク１０に貼り付けた保護シート１１に関する情報である。シート情報は、例えば保護シート１１の材料、層構成、厚み、保護シートの製品番号、レーザ光吸収率等の情報を含む。

シート情報受付部１２は、受け付けたシート情報を制御部６に送信する。制御部６は、シート情報受付部から受信したシート情報に基づいて、シート情報に対応するマーキング条件を記憶部８から読み出す。

ここで、マーキング条件とは、例えばシート情報毎に決められたデフォーカスの位置であるレーザヘッド４の位置とレーザ光の出力の条件である。また、マーキング条件には、レーザ光の周波数、デューティ比、加工速度、アシストガス種、アシストガス圧力、アシストガス流量等の条件を含んでもよい。なお、記憶部８にはマーキングを行う前にシート情報に対応するマーキング条件が記憶されているものとする。

制御部６は、シート情報に対応するマーキング条件を記憶部８から読み出した後、当該マーキング条件に基づいてレーザヘッド４の位置とレーザ光の出力を設定する。なお、マーキング条件にその他の諸条件が含まれていれば、その他の諸条件に基づいて条件を設定する。制御部６は、設定した条件に基づいてマーキングを行う。このように、レーザ加工装置１は、入力されたシート情報に基づいてマーキング条件を設定することができるので、操作を容易にして効率的にマーキングを行うことができる。

また、実施の形態３の変形例として、レーザ加工装置１が設定したシート情報に対応するマーキング条件によりテスト加工を行うことができる。テスト加工とは、設定したマーキング条件によりワーク１０に対して正しくマーキングを行うことができるか実際にマーキングを行う前に確かめるために行う加工である。

図１１を用いて変形例について説明する。図１１は、加工テーブル５にワーク１０を設置した状態の様子を示す平面図である。加工テーブル５は、ワーク１０を加工するためのワーク加工領域５ａと、ワーク加工領域外にテスト用ワーク１３のテスト加工を行うテスト加工領域５ｂとを有している。ワーク加工領域５ａにはワーク１０が載置されており、テスト加工領域５ｂにはテスト用ワーク１３が載置されている。また、テスト用ワーク１３に対して、レーザヘッド４から矢印で示すレーザ光が照射される様子を模式的に示している。なお、ワーク加工領域５ａとテスト加工領域５ｂの大きさはこれに限られない。

レーザ加工装置１は、シート情報に対応するマーキング条件に基づいてレーザヘッド４の位置とレーザ光の出力を設定する。レーザ加工装置１は、設定した当該条件によってテスト加工領域に載置されたテスト用ワーク１３に対してマーキングを行う。これにより、レーザ加工装置１は、実際にワーク１０にマーキングを行う前に正しくマーキングが行われているか確認することができるのでワーク１０に対してマーキングミスをしてしまうことを抑制できる。

なお、テスト用ワーク１３は、実際にマーキングを行うワーク１０と同じ構成を有するものであり、実際のワーク１０よりも小さいものを用いるのが作業上好ましい。また、テスト用ワーク１３は、テスト加工の際にテスト加工領域５ｂに載置してマーキングを行うようにしてもよいし、受け付けたシート情報に基づいて適当なテスト用ワーク１３が選択されてテスト加工領域に自動で載置されるようにしてもよい。

以上本開示の実施の形態について説明したが、本開示のレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、実施の形態１から３および変形例で説明した形態には限られず、本開示の内容の一部を示すものである。本開示のレーザ加工装置及びレーザ加工方法は、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、組み合わせたり、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ レーザ加工装置
２ レーザ発振器
３ 伝送部
４ レーザヘッド
４ａ 流通孔
５ 加工テーブル
５ａ ワーク加工領域
５ｂ テスト加工領域
６ 制御部
７ 駆動部
８ 記憶部
９ ガス供給部
１０ ワーク
１０ａ ワーク表面
１１ 保護シート
１１ａ レーザ光吸収層
１１ｂ レーザ光透過層
１１ｃ 保護シート表面
１２ シート情報受付部
１３ テスト用ワーク

Claims (7)

1. レーザ光を発生させるレーザ発振器と、
   レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークを載置する加工テーブルと、
   前記レーザ光により前記ワークを加工するレーザヘッドと、
   前記レーザ光の焦点位置が前記ワークの表面から前記レーザヘッドの方へ離れた位置となるように前記レーザヘッドの位置を調整し、前記レーザ光吸収層に前記レーザ光を吸収させて前記保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うように前記レーザ光の出力を制御する制御部とを備えるレーザ加工装置。
2. 前記保護シートは、前記レーザ光吸収層に積層されたレーザ光透過層を有し、
   前記制御部は、前記レーザ光吸収層に前記レーザ光を吸収させて前記レーザ光吸収層を変形させ、当該変形に応じて前記レーザ光透過層を変形させる請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記保護シートは、前記レーザ光を吸収する黒色顔料により着色された前記レーザ光吸収層と、前記レーザ光を透過する白色顔料により着色された前記レーザ光透過層とからなる請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記制御部により制御され、前記ワークに噴射するアシストガスを前記レーザヘッドに供給するガス供給部と、
   前記レーザヘッドに設けられ、前記ガス供給部から供給される前記アシストガスが流通する流通部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記マーキングに応じて前記アシストガスの供給を制御する請求項１から３の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 外部から入力される前記保護シートに関するシート情報を受け付けるシート情報受付部と、
   前記シート情報に基づくマーキング条件を記憶する記憶部と、をさらに備え、
   前記シート情報受付部は、受け付けた前記シート情報を前記制御部に送信し、
   前記制御部は、前記シート情報受付部から受信した前記シート情報に基づいて、前記シート情報に対応する前記マーキング条件を前記記憶部から読み出し、当該マーキング条件に基づいて前記レーザヘッドの位置と前記レーザ光の出力を設定する請求項１から４の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記加工テーブルは、前記ワークを加工するワーク加工領域と、前記ワーク加工領域の外にテスト加工領域とを有し、
   前記制御部は、前記レーザヘッドの位置と前記レーザ光の出力を設定し、当該設定により前記テスト加工領域においてテスト加工を行う請求項１から５の何れか１項に記載のレーザ加工装置。
7. レーザ光吸収層を有する保護シートを表面に備えるワークをレーザ発振器から発生させるレーザ光により加工するレーザヘッドを制御し、前記レーザ光の焦点位置を前記ワークの表面から前記レーザヘッドの方へ離れた位置に調整する焦点位置調整工程と、
   前記レーザ光吸収層に前記レーザ光を吸収させて前記保護シートの内部を変形させることでマーキングを行うように前記レーザ光の出力を制御するレーザ光出力制御工程とを備えるレーザ加工方法。

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