JPH06246470A - 高速レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加工位置を高速かつ容易に移動することがで
き、かつ被加工物表面に対して垂直にレーザ光を入射さ
せて高精度で良好な加工が行える高速レーザ加工装置を
提供する。 【構成】レーザ発振器１から発振するレーザ光を集光さ
せる集光レンズ２と、レーザ光の照射位置を被加工物で
ある薄板７の表面内で移動させる一対のガルバノミラー
３，４とを有するレーザ加工装置において、上面に集光
レンズ５を備えた加工容器６に薄板７を収容すると共
に、出側のガルバノミラー４の中心を集光レンズ５の焦
点位置に配置する。また、加工容器６の内部において
は、穴あけやスポット溶接等の加工の際にアシストガス
やシールドガスとしての役割を果たす雰囲気を設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を被加工物に
集光させて加工を行うレーザ加工装置に係わり、特に穴
あけやスポット溶接等の加工を高速に行う高速レーザ加
工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ加工装置を用いて例えば穴
あけやスポット溶接等の加工を行う場合、被加工物を搭
載したＸＹステージ等を移動させたり、レーザ光を通し
た光ファイバを移動させることにより、被加工物上の加
工位置を移動させていた。

【０００３】また、ガルバノミラーを設置したレーザ加
工装置では、ガルバノミラーの振れ角を変化させること
によって被加工物上の加工位置を移動させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のレ
ーザ加工装置において、ＸＹステージ等で被加工物を移
動させる場合には、移動させる被加工物を含むＸＹステ
ージ等全体の質量が大きくなり、慣性が増大して高速な
移動に対する応答性が良好でないという問題があった。

【０００５】また、光ファイバでレーザ光を移動させる
場合は、上記のように高速な移動に対する応答性の問題
はほとんどないが、頻繁に光ファイバを曲げる必要があ
るので光ファイバ自体にかかる負担が増大し寿命が短縮
してしまうという問題があった。

【０００６】また、ガルバノミラーでレーザ光を移動さ
せる場合は、上記のような高速な移動に対する応答性や
光ファイバの寿命の短縮の問題がなく、ガルバノミラー
の振れ角を変化させるだけで高速かつ容易に被加工物表
面上の加工位置を移動させることができるが、一般に被
加工物表面へのレーザ光の入射角が垂直にならないため
に、被加工物表面に対して垂直な穴をあける穴あけ加工
や、被加工物の表面に対して溶け込みが常に垂直になる
ようなスポット溶接が行えないという問題があった。

【０００７】特に、精度よく穴をあけることは薄板等の
加工においてしばしば要求されることであり、そのため
には被加工物に表面に対して垂直な穴をあける必要があ
る。また、例えばスポット溶接で薄板等を接合するとき
には、確実な接合を行うために、被加工物の表面に対し
て溶け込みが常に垂直になるようにスポット溶接するこ
とが必要である。

【０００８】さらに、ガルバノミラーを備えたレーザ加
工装置は、ノズルよりレーザ光と同軸的にアシストガス
やシールドガスを供給する構成を設けることができない
ため、この理由からも穴あけやスポット溶接等の加工に
は向いておらず、このようなレーザ加工装置は、専らマ
ーキングに使用されることがほとんどであった。

【０００９】本発明の目的は、加工位置を高速かつ容易
に移動することができ、かつ被加工物表面に対して垂直
にレーザ光を入射させて高精度で良好な加工が行える高
速レーザ加工装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、レーザ発振器から発振するレーザ
光を集光させる第１の集光レンズと、前記レーザ光の照
射位置を該被加工物の表面内で移動させる一対のガルバ
ノミラーとを有するレーザ加工装置において、前記一対
のガルバノミラーのうち出側のガルバノミラーと前記被
加工物との間に設けられた第２の集光レンズをさらに有
し、前記出側のガルバノミラーの中心が前記第２の集光
レンズの焦点位置に配置されていることを特徴とする高
速レーザ加工装置が提供される。

【００１１】ここで好ましくは、前記第２の集光レンズ
を上面に備え、前記被加工物を収容すると共に、内部の
雰囲気を設定することが可能な加工容器をさらに有す
る。

【００１２】

【作用】上記のように構成した本発明において、レーザ
発振器から発せられたレーザ光は第１の集光レンズで集
光され、一対のガルバノミラーの振れ角を変化させるこ
とにより、該被加工物の表面内でレーザ光の照射位置、
即ち加工位置が移動する。このようにガルバノミラーに
よれば、ＸＹステージによって加工位置を移動させる場
合のように高速な移動に対する応答性の問題がなく、ま
た光ファイバによって加工位置を移動させる場合のよう
に寿命の短縮という問題がなく、その振れ角を変化させ
るだけで高速かつ容易に被加工物表面上の加工位置を移
動させることが可能である。

【００１３】また、上記一対のガルバノミラーのうち出
側のガルバノミラーと被加工物との間に第２の集光レン
ズをさらに設け、しかも上記出側のガルバノミラーの中
心が第２の集光レンズの焦点位置に来るように配置する
ことにより、出側のガルバノミラーで反射し第２の集光
レンズを通過したレーザ光は、第２の集光レンズへの入
射角がどんな角度であっても、第２の集光レンズの軸に
対して平行に進む。これにより、被加工物の表面が第２
の集光レンズの軸に対して垂直になるように設置されて
いれば、レーザ光は被加工物表面に対して常に垂直に入
射する。

【００１４】従って、例えば薄板に穴あけ加工を行う場
合、従来のガルバノミラーを備えたレーザ加工装置を使
用した場合は、図３に示すようにレーザ光が被加工物に
垂直な方向から入射する特別な場合を除いて一般に穴の
あく方向が薄板の板厚方向に対して垂直にはならず、高
精度な加工を行うことができなかったが、本発明のレー
ザ加工装置では、図２に示すようにレーザ光の入射角
度、即ち穴のあく方向をを薄板の板厚方向に対して常に
垂直にすることができ、高精度な加工を行うことが可能
である。また、例えばスポット溶接で薄板等を接合する
場合には、被加工物の表面に対して溶け込みが常に垂直
になるため、溶解し接合される面積が増えて確実な接合
を行うことが可能である。

【００１５】また、第２の集光レンズを上面に備えた加
工容器に被加工物を収容し、その内部の雰囲気を設定可
能にすることにより、上記と同様にレーザ光を被加工物
表面に対して常に垂直に入射させると共に、加工容器内
の雰囲気をアシストガスやシールドガスとして利用する
ことができる。従って、本発明のようにガルバノミラー
によって加工位置を移動させる装置であって、レーザ光
と同軸的にガスを供給できない場合においても、穴あけ
やスポット溶接等の加工を行うことが可能となる。上記
加工容器内の雰囲気としては、例えば穴あけ加工の場合
には高圧の酸素等をアシストガスとして上記加工容器内
に充填し、穴があいた後の被加工材のドロスは加工容器
の底部を貫通させて大気中に放出させる。また、例えば
スポット溶接の場合にはアルゴン等の不活性ガスをシー
ルドガスとして上記加工容器内に充填することにより溶
接部分の酸化を防ぐ。

【００１６】

【実施例】本発明による高速レーザ加工装置の一実施例
について、図１から図３を参照しながら説明する。但
し、以下では、本実施例の高速レーザ加工装置を用いた
薄板の穴あけ加工について説明する。

【００１７】図１において、本実施例の高速レーザ加工
装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器１と、レーザ
発振器１からのレーザ光を被加工物である薄板７に集光
させる集光レンズ２と、集光レンズ２を通過したレーザ
光の照射位置を薄板７の表面内で移動させる一対のガル
バノミラー３，４と、ガルバノミラー４からのレーザ光
８の光路を薄板７の表面に対して垂直にする集光レンズ
５と、集光レンズ５を上面に備え内部に薄板７を収容す
る加工容器６とを有する。上記構成において、ガルバノ
ミラー４の中心は集光レンズ５の焦点位置に配置されて
いる。また、薄板７は、その表面が集光レンズ５の軸に
対して垂直になるように加工容器６に収容されている。

【００１８】また、図２において、加工容器６にはバル
ブ１０を介してポンプ１１が、またバルブ１２を介して
ガス供給源１３がそれぞれ管路によって接続されてい
る。そして、本実施例のように薄板の穴あけ加工を行う
場合にはまずバルブ１０を開、バルブ１２を閉の状態で
ポンプ１１を働かせて薄板７を収容した加工容器内の空
気を排気し、次いでバルブ１０を閉、バルブ１２を開に
してガス供給源１３より酸素等のガスを加工容器６内に
充填し、加工容器６内を高圧の状態にしておく。

【００１９】図１に戻り、レーザ発振器１から発振され
たレーザ光８は、集光レンズ２で集光される。この集光
レンズ２の位置は、薄板７の表面に垂直な軸方向（Ｚ軸
方向とする）におけるレーザ光の焦点が適切な位置にな
るように調整される。集光レンズ２を通過したレーザ光
は、入側のガルバノミラー３及び出側のガルバノミラー
４で反射され、加工容器６上面に備えられた集光レンズ
５に入射する。図示していないが、このガルバノミラー
３，４は通常レーザ発振器１に装着されており、図示の
ように互いに直交する軸のまわりに振れてその振れ角を
変えることにより、レーザ光の照射位置、即ち加工位置
を薄板７の表面内の直交するＸ軸及びＹ軸方向に移動さ
せる。但し、薄板７の表面内のＸ軸及びＹ軸は条件に応
じて適当に決められる。このガルバノミラー３，４は、
それぞれの振れ角を変化させるだけで高速かつ容易に被
加工物表面上の加工位置を移動させることができる。

【００２０】図２において、ガルバノミラー４の中心が
集光レンズ５の焦点位置に配置されていることにより、
ガルバノミラー４から集光レンズ５に入射するレーザ光
８は、ガルバノミラー３及び４の振れ角が何度であって
も、つまり集光レンズ５に入射する入射角がどんな角度
であっても、集光レンズ５の軸に平行に進む。そして加
工容器６の中に置かれた薄板７の表面が集光レンズ５の
軸に対して垂直であるので、レーザ光は薄板７の表面対
して常に垂直に照射される。

【００２１】従って、図３に示すように、ガルバノミラ
ー３ａ，４ａを備えた従来のレーザ加工装置を使用した
場合は、レーザ光８ａが被加工物に垂直な方向から入射
する特別な場合（図中の穴９ａ）を除いて一般に穴９ｂ
のあく方向が薄板７ａの板厚方向に対して垂直にはなら
ず、高精度な加工を行うことができなかったが、本発明
のレーザ加工装置では、図２に示すようにレーザ光８の
入射角度を薄板７の板厚方向に対して常に垂直にするこ
とができ、このレーザ光８により穴９を薄板７の板厚方
向に対して垂直にあけることが可能となって、高精度な
加工を行うことができる。

【００２２】また、加工容器６内に酸素等のガスを充填
しているので、穴あけ加工時にこのガスがアシストガス
としての働きをする。また、加工容器６内が高圧の状態
であるので、穴９があいた後には薄板の溶融したドロス
が加工容器の底部を貫通して加工容器６内よりも低圧の
大気中に放出される。これにより、穴あけ加工で生じた
ドロスが加工後の薄板７に付着することがなく、清浄な
表面を維持することができる。

【００２３】尚、ガルバノミラー３に入射するレーザ光
とガルバノミラー４で反射されたレーザ光とは実際には
同一平面上にないが、図２においては簡単のため両者を
同一平面上に描いてあり、ガルバノミラー３は紙面に平
行な軸のまわりに振れ、ガルバノミラー４は紙面に垂直
な軸のまわりに振れるようになっている。また、集光レ
ンズ５は、ガルバノミラー３及び４で反射されたレーザ
光８を平行光にして薄板７の表面に対して常に垂直に照
射されるようにする機能のみを有するのであって、Ｚ軸
方向におけるレーザ光８の焦点位置の調整は、専ら集光
レンズ２で行われる。

【００２４】以上のように本実施例によれば、出側のガ
ルバノミラー４を、その中心が集光レンズ５の焦点位置
に来るように配置するので、集光レンズ５への入射角が
どんな角度であっても、集光レンズ５を通過したレーザ
光８は集光レンズ５の軸に対して平行に進み、薄板７の
表面に対して常に垂直に入射する。従って、本実施例の
高速レーザ加工装置では、穴９のあく方向を薄板の板厚
方向に対して常に垂直にすることができ、高精度な加工
を行うことができる。

【００２５】しかも、ガルバノミラー３，４の振れ角に
よって加工位置を移動させるので、ＸＹステージによっ
て加工位置を移動させる場合のように高速な移動に対す
る応答性の問題がなく、また光ファイバによって加工位
置を移動させる場合のように寿命の短縮という問題がな
く、その振れ角を変化させるだけで高速かつ容易に被加
工物表面上の加工位置を移動させることができる。

【００２６】また、集光レンズ５を上面に備えた加工容
器６内に薄板を置き、その内部を空気をポンプ１１で排
気し、その後にガス供給源１３より酸素等を充填し高圧
の状態にするので、本実施例のようにレーザ光と同軸的
にガスを供給できない場合においても、加工容器６内の
雰囲気をアシストガスとして利用することができる。

【００２７】尚、本実施例の高速レーザ加工装置をスポ
ット溶接に適用する場合には、加工容器６内にアルゴン
等の不活性ガスをシールドガスとして充填することによ
り、溶接部分の酸化が防止される。また、スポット溶接
で薄板等を接合する場合には、被加工物の表面に対して
溶け込みが常に垂直になるため、溶解し接合される面積
が増えて確実な接合を行うことができる。

【００２８】さらに、本実施例の高速レーザ加工装置は
上記穴あけ加工やスポット溶接に限らず、例えばスリッ
トの切断等の他の加工に使用しても、その効果を十分に
発揮することができる。この時、加工容器６内の雰囲気
は加工の種類や条件に応じて決めることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ガルバノミラーを用い
るので、被加工物上の加工位置を高速かつ容易に移動す
ることができ、また、出側のガルバノミラーの中心を第
２の集光レンズの焦点位置に配置するので、被加工物表
面に対して垂直にレーザ光を入射させて高精度で良好な
加工を行うことができる。

【００３０】また、加工容器内の雰囲気を設定可能にす
るので、レーザ光と同軸的にガスを供給できない本発明
の高速レーザ加工装置においても、上記雰囲気を加工の
種類や条件に応じてアシストガスまたはシールドガスと
して使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による高速レーザ加工装置の
構成を示す図である。

【図２】図１に示した高速レーザ加工装置の一対のガル
バノミラーより先の部分を原理的に示す図であって、レ
ーザ光によって加工容器内の薄板に穴あけ加工が施され
る状態を示す図である。

【図３】従来のガルバノミラーを備えたレーザ加工装置
を用いて薄板に穴あけ加工が施される状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ 集光レンズ ３ （入側の）ガルバノミラー ４ （出側の）ガルバノミラー ５ 集光レンズ ６ 加工容器 ７ 薄板（被加工材） ８ レーザ光 ９ 穴 １０ バルブ １１ ポンプ １２ バルブ １３ ガス供給源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 26/10 １０１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振器から発振するレーザ光を集
   光させる第１の集光レンズと、前記レーザ光の照射位置
   を該被加工物の表面内で移動させる一対のガルバノミラ
   ーとを有するレーザ加工装置において、 前記一対のガルバノミラーのうち出側のガルバノミラー
   と前記被加工物との間に設けられた第２の集光レンズを
   さらに有し、前記出側のガルバノミラーの中心が前記第
   ２の集光レンズの焦点位置に配置されていることを特徴
   とする高速レーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記第２の集光レンズを上面に備え、前
   記被加工物を収容すると共に、内部の雰囲気を設定する
   ことが可能な加工容器をさらに有することを特徴とする
   請求項１記載の高速レーザ加工装置。