JPH08192289A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は被加工物をレーザ光で照射して加
工する際に発生する溶融物が周囲に飛散するのを防止で
きるようにしたレーザ加工装置を提供することを目的と
する。 【構成】 被加工物３が載置されるテーブル１と、レー
ザ光を発生するレーザ発生源４３と、上記テーブルに載
置された被加工物に上記レーザ発生源で発生したレーザ
光を照射させる集光レンズ４２と、この集光レンズから
のレーザ光を通過させるとともに上記被加工物に向かっ
てシールドガスを供給する第１の供給路２８およびこの
第１の供給路の外側に上記被加工物がレーザ光に照射加
工されることで発生する物質を上記シールドガスととも
に吸引する吸引路３３とが形成されたノズル体２７とを
具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は被加工物をレーザ光で
照射してたとえば切断などの加工を行うレーザ加工装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、紙と樹脂シートとが積層され
てなる被加工物を切断加工する場合、従来はシエア（Ｓ
ｈｅａｒ）を用いて押し切るということが行われてい
た。しかしながら、そのような切断方法では、刃先の摩
耗が早いため、その刃先を頻繁に交換しなければならな
いから生産性が非常に低く、また紙と樹脂シートとの間
に切断屑が入り込み、切断不良を招くということもあっ
た。

【０００３】そこで、上述した積層体からなる被加工物
の切断をレーザ光を用いて行うことが実用化されてい
る。しかしながら、上記被加工物を単にレーザ光で照射
切断すると、切断時に発生する溶融物質が切断部分やそ
の近傍に付着して切断不良を招くということがある。

【０００４】溶融物質の付着を阻止するために、被加工
物のレーザ光によって照射される部位に向けて噴射ノズ
ルを設け、この噴射ノズルから不活性ガスなどのシール
ドガスを噴射させることで、切断時に発生する溶融物質
を吹き飛ばすということが行われている。

【０００５】しかしながら、シールドガスによって溶融
物質を吹き飛ばすだけでは、その物質を確実に除去でき
ないから、切断部分の周囲に付着したり、作業環境を汚
染するなどのことがある。

【０００６】そこで、上記噴射ノズルの近傍に所定間隔
離間して吸引ノズルを配置し、加工時に発生する溶融物
質をシールドガスとともに吸引することで、その物質が
切断部分の近傍に付着したり、作業環境を汚染するのを
防止している。

【０００７】しかしながら、噴射ノズルと吸引ノズルと
が別体であると、噴射ノズルから噴出されたシールドガ
スが溶融物質とともに吸引ノズルに吸引される経路で被
加工物に付着したり、周囲に飛散することがある。

【０００８】とくに、被加工物が薄い紙と樹脂シートを
積層してなる積層体の場合、溶融物質が紙と樹脂シート
との間に入り込み易かったり、樹脂シートが溶融される
ことで発生する異臭が周囲に散乱するということがあ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、被加工部
の加工点近傍にシールドガスを噴射する噴射ノズルと噴
射ノズルから噴出されたシールドガスを吸引する吸引ノ
ズルとを配置しても、シールドガスが噴射されてから吸
引される経路で溶融物が周囲に飛散したり、被加工物に
付着し易いなどのことがあった。

【００１０】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、被加工物がレーザ加工さ
れたときに発生する溶融物質が上記被加工物に付着した
り、周囲に飛散するのを防止できるようにしたレーザ加
工装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１に記載された発明は、被加工物にレーザ光を
照射して加工するレーザ加工装置において、上記被加工
物が載置されるテーブルと、上記レーザ光を発生するレ
ーザ発生源と、上記テーブルに載置された被加工物に上
記レーザ発生源で発生したレーザ光を照射させる加工光
学系と、この加工光学系からのレーザ光を通過させると
ともに上記被加工物に向かってシールドガスを供給する
第１の供給路およびこの第１の供給路の外側に上記被加
工物がレーザ光に照射加工されることで発生する物質を
上記シールドガスとともに吸引する吸引路とが形成され
たノズル体とを具備したことを特徴とする。

【００１２】請求項２に記載された発明は、請求項１に
記載された発明において、上記ノズル体には、上記吸引
路の外側に上記被加工物に向かってシールドガスを供給
する第２の供給路が形成されていることを特徴とする。

【００１３】請求項３に記載された発明は、請求項１ま
たは請求項２に記載された発明において、上記被加工物
の下面側には、この被加工物が上記レーザ光の照射によ
って貫通加工されたときに被加工物の下面側に向かって
流れる上記物質を含むシールドガスを吸引するための下
部吸引手段が設けられていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１の発明によれば、ノズル体のシールド
ガスを供給する第１の供給路の外側にそのシールドガス
を吸引するための吸引路が形成されているため、第１の
供給路から被加工物の加工部位へ噴出したシールドガス
は上記加工部を囲む状態の吸引路に吸引されるから、加
工部位で発生した溶融物たガスなどの物質が周囲に飛散
したり、付着しずらくなる。

【００１５】請求項２の発明によれば、吸引路の外側に
形成された第２の供給路から噴出するシールドガスによ
って第１の供給路から噴出して吸引路に吸引されるシー
ルドガスの周囲が包囲されるから、加工部位で発生した
溶融物やガスがさらに周囲に飛散しずらくなる。

【００１６】請求項３に記載された発明によれば、被加
工物の下面側に吸引手段があることで、被加工物が貫通
加工されたときに被加工物の下面側に流れる溶融物やガ
スをシールドガスとともに周囲に飛散させることなく回
収できる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図２は被加工物３を切断加工するためのレー
ザ加工装置を示し、このレーザ加工装置は駆動源２によ
って平面方向と上下方向、つまりＸ、Ｙ、Ｚの三次元方
向に駆動されるテーブル１を備えている。このテーブル
１の上面には上記被加工物３を位置決め固定するための
保持装置４が設けられている。上記被加工物３は薄い紙
と樹脂シートとを積層した、平面形状が矩形状の積層体
からなる。

【００１８】上記保持装置４は中空状の保持台５を有
し、この保持台５の上端には矩形状の保持板６が設けら
れている。この保持板６の上面には、図４に示すように
この上面に供給される上記被加工物３の二辺に当接して
位置決めするための帯状の３つのストッパ７が設けられ
ている。ストッパ７は被加工物３よりも薄く形成されて
いる。さらに、上記保持板６には上記被加工物３を切断
加工する加工線に沿って断面形状が上方に向かって狭幅
となるテーパ状の下部溝８がコ字状に形成されている。

【００１９】上記保持板６上に供給された被加工物３
は、この被加工物よりも大きな矩形状をなした金属マス
ク９によって押圧保持される。この金属マスク９には図
３に示すように長手方向一側に一対のブラケット１１
（一方のみ図示）が固着されている。各ブラケット１１
は、ヒンジ１２によって回動および上下動自在に支持さ
れている。上記金属マスク９を保持板６に接合する方向
へ回動させれば、図５に示すようにこの金属マスク９と
上記保持板６とによって被加工物６が挟持される。

【００２０】上記金属マスク９は図３に示すようにそれ
ぞれ一対の第１のクランパ１３と第２のクランパ１４
（いずれも一方のみ図示）とによってクランプされる。
各クランパ１３、１４はクランプアーム１３ａ、１４ａ
を有する。第１のクランパ１３のクランプアーム１３ａ
は第１のシリンダ１３ｂの上下駆動および回転駆動され
るロッド１３ｃに固着されており、第２のクランパ１４
のクランプアーム１４ａは保持板６に回動自在に設けら
れ、第２のシリンダ１４ｂによって回動駆動されるよう
になっている。

【００２１】上記第１のクランプアーム１３ａが下方へ
駆動されると、上記ヒンジ１２が押圧されて下方へ変位
するから、金属マスク９の前後方向一端側が上記ヒンジ
１２を介して押圧される。上記第２のクランプアーム１
４ａが矢印方向へ回動されると、上記金属マスク９の他
端側が押圧される。したがって、上記金属マスク９は被
加工物３を上記保持板６とで所定の圧力で挟持すること
になる。

【００２２】さらに、上記金属マスク９には図５に示す
ように上記保持板６に形成された下部溝８と対応して上
方に向かって広幅となるテーパ状の上部溝１５が形成さ
れている。

【００２３】上記保持板６には図５に示すように、下部
溝８の一辺を境にして左右に分割された２つの空間部１
６が形成されている。各空間部１６には上記保持板６の
上面に一端を連通させた吸引孔１７の他端が連通してい
る。さらに、各吸引孔１７には図２と図４に示すように
第１の吸引管１８の一端が接続されている。この第１の
吸引管１８の他端は図２に示す吸引ポンプ１９に電磁弁
２０を介して接続されている。したがって、上記保持板
６の上面には上記吸引ポンプ１９で発生する吸引力が作
用するようになっている。つまり、保持板６の上面に供
給された被加工物６は金属マスク９によって挟持される
だけでなく、吸引保持されるようになっている。

【００２４】さらに、保持台６の内部空間には第２の吸
引管２１の一端が連通している。この第２の吸引管２１
の他端は排気装置２２に連通している。したがって、こ
の排気装置２２が作動することで、上記保持台５の内部
空間５ａ、つまり被加工物３の下面側を負圧にできるよ
うになっている。

【００２５】上記載置台６の上方には、図１に示すよう
に加工光学系を形成するホルダ２５の下端面に突出した
取付部２６に着脱自在に取付られたノズル体２７が配設
されている。このノズル体２７は図１に示すように先端
（下端）にゆくにしたがって小径となる第１の供給路２
８が貫通して形成された本体部２９を有する。この本体
部２９は基部２９ａとテーパ部２９ｂとからなり、基部
２９ａの外周には上部おねじ３０ａと下部おねじ３０ｂ
が形成されている。

【００２６】上部おねじ３０ａは上記取付部２８に形成
されためねじ３１にねじ込まれ、下部おねじ３０ｂには
第１のカバー３２が取付けられている。この第１のカバ
ー３２の内周面と上記テーパ部２９ｂの外周面との間に
は、上記テーパ部２９ｂの先端に開放した吸引路３３が
形成されている。

【００２７】上記第１のカバー３２は先端部が上記本体
部２９のテーパ部２９ｂと対応するテーパ状に形成され
ており、その先端部は上記金属マスク９に形成された上
部溝１５内に入り込む外径寸法に設定されている。第１
のカバー３２の基端部には円筒状の第２のカバー３４が
取着されている。この第２のカバー３４の内周面と上記
第１のカバー３２の先端部外周面との間には第２の供給
路３５が形成されている。

【００２８】上記第２のカバー３４の下端は上記第１の
カバー３２の下端よりも上方に位置している。したがっ
て、図１に示すように本体部２９および第１のカバー３
２の先端部を金属マスク９の上部溝１５内に入り込ま
せ、上記第２のカバー３４の下端が金属マスク９の上面
に近接する状態でＺ方向の位置決めができるようになっ
ている。

【００２９】上記第１の供給路２６には第１の供給管路
３６の一端が接続され、第２の供給路３５には第２の供
給管３７の一端が接続されている。各供給管３６、３７
の他端は図２に示すようにそれぞれシールドガスの供給
ボンベ３７ａ、３７ｂに電磁弁３８ａ、３８ｂを介して
接続されている。シールドガスとしては窒素、アルゴン
あるいはネオンなどの不活性ガスが用いられており、そ
のシールドガスを所定の圧力で上記ノズル体２５の先端
から噴出させることができるようになっている。

【００３０】上記吸引路３３には第３の吸引管３９の一
端が接続されている。この第３の吸引管３９の他端は上
記排気装置２２に第２の供給管２１を介して接続されて
いる。したがって、ノズル体２５の第１供給路２６と第
２の供給路３５から噴出したシールドガスは、図１に矢
印で示すように吸引路３３へ吸引されるようになってい
る。

【００３１】上記ホルダ２５の取付部２６にはレンズ筒
４１が設けられ、このレンズ筒４１には集光レンズ４２
が保持されている。この集光レンズ４２は、たとえばＹ
ＡＧレーザなどのレーザ発生源４３で発生し、上記ホル
ダ２５内部に設けられた反射ミラー４４で反射して取付
部２６に導かれたたレーザ光Ｌを集束する。集光レンズ
４２で集束されたレーザ光Ｌは、被加工物３の金属マス
ク９の上部溝１５から露出した部分を照射する。

【００３２】上記駆動源２、吸引ポンプ１９、電磁弁１
０、３８ａ、３８ｂおよびレーザ発生源４３は制御装置
４５からの制御信号によって駆動制御されるようになっ
ている。

【００３３】つぎに、上記構成のレーザ加工装置によっ
て積層体からなる被加工物３を切断加工する場合につい
て説明する。まず、金属マスク９を上昇させた状態で被
加工物３を保持板６上の所定位置に供給したならば、吸
引ポンプ１９を作動させ、被加工物３を保持板６上に吸
引し、ついで上記金属マスク９を被加工物３の上面に接
合するよう下降方向へ回動させる。

【００３４】金属マスク９を下降方向へ回動させたな
ら、第１のクランパ１３と第２のクランパ１４とを作動
させて金属マスク９を押圧クランプし、この金属マスク
９と上記保持板６とで被加工物３を挟持固定する。それ
によって、積層体からなる被加工物３は積層された紙と
樹脂シートとを隙間なく密着させることができる。つま
り、被加工物３は圧縮された状態で保持板６上に固定さ
れる。

【００３５】ついで、ボンベ３７ａ、３７ｂのシールド
ガスをノズル体２７の第１の供給路２８と第２の供給路
３５とから噴出させるとともに、排気装置２２を作動さ
せて保持台５の内部空間５ａを負圧にする。

【００３６】その状態で、上記ノズル体２７の先端部が
金属マスク９の上部溝１５内に入り込むよう被加工物３
のＺ方向の位置決めをしたならば、レーザ発生源４３を
作動させてレーザ光Ｌを発振させる。レーザ光Ｌは反射
ミラー４４を経て集光レンズ４２に入射し、この集光レ
ンズ４２で集束されて被加工物３の金属マスク９の上部
溝１５から露出した部分を照射する。それによって、被
加工物３はレーザ光Ｌによって切断加工されることにな
る。

【００３７】切断加工によって被加工物３の加工部位か
ら発生する溶融物は第１の供給路２８から噴出されるシ
ールドガスとともに吸引路３３へ吸引される。この吸引
路３３は上記第１の供給路２８の外側を囲む状態で設け
られている。

【００３８】そのため、第１の供給路２８から噴出され
た溶融物を含むシールドガスは上記吸引路３３へ吸引さ
れるから、溶融物が周囲に飛散することがない。しか
も、第１の供給路２８の外側に吸引路３３が設けられて
いることで、溶融物を含むシールドガスが被加工物３の
加工部位以外の部位に接触しずらいから、上記溶融物が
加工部位以外の箇所に付着することもほとんどない。

【００３９】さらに、被加工物３は金属マスク９によっ
て覆われ、加工される部位だけが金属マスク９に形成さ
れた上部溝１５から露出しているから、そのことによっ
ても溶融物が加工部位以外の部分に付着するのが防止さ
れる。

【００４０】また、積層体からなる被加工物３は金属マ
スク９を介してそれぞれ一対の第１、第２のクランパ１
３、１４によってクランプされている。それによって、
積層された紙と樹脂シートの間に隙間ができたり、シー
ルドガスの流れによってばたつくことがなくなるから、
隙間に溶融物が入り込んだり、切断面が不揃いになるな
どのことが防止される。

【００４１】さらに、上記吸引路３３の外側には、この
吸引路３３を囲む状態で第２の供給路３５が設けられて
いるから、この第２の供給路３５から噴射されるシール
ドガスも上記吸引路３３に吸引される。第２の供給路３
５から噴射されるシールドガスは第１のカバー３２の外
周の圧力を高くする。そのため、第１の供給路２８から
加工部位に向かって噴出されることで溶融物を含んだシ
ールドガスが第２の供給路３５の外側へ流出するという
ことがほとんどないから、そのことによっても加工部位
で発生する溶融物や異臭ガスが周囲に散乱するのが防止
されることになる。

【００４２】上記レーザ光Ｌによる被加工物３の加工が
進行し、その加工が被加工物３の厚さ方向を貫通する切
断状態になると、上記被加工物３から発生する溶融物は
その下面側へ飛散する。被加工物３の下面側は保持台５
の内部空間５ａに臨んでおり、その内部空間５ａは排気
装置２２に連通している。

【００４３】そのため、被加工物３の下面側に飛散する
溶融物や異臭は保持台５の内部空間から排気装置２２へ
吸引されるから、その溶融物や異臭を外部に散乱させる
ことなく回収することができる。そして、上記テーブル
１を、金属マスク９の上部溝１５に対応する軌跡でＸＹ
方向に駆動すれば、上記被加工物３を所定の形状に切断
加工することができる。

【００４４】この発明は上記一実施例に限定されず、発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。たと
えば、レーザ加工装置の用途は切断加工に限られず、孔
あけ加工や被加工物の下面側に貫通しない溝加工などで
あってもよい。また、被加工物としては積層体に限られ
ず、プレート状のものであってもよく、その形状や材質
も限定されるものでない。被加工物が積層体でなく、プ
レート状の場合、被加工物をクランパによってクランプ
しなくともよい。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように請求項１の発明によれ
ば、ノズル体に、被加工物の加工部位に向けてシールド
ガスを供給する第１の供給路と、その外側に上記シール
ドガスを吸引する吸引路とを設けるようにした。

【００４６】そのため、加工部位から発生する溶融物や
ガスなどの物質はシールドガスとともに吸引路に吸引さ
れるから、周囲に飛散したり、被加工物の加工部位以外
の部分に付着するなどのことが防止できる。しかも、吸
引路が第１の供給路の外側に形成されていることで、溶
融物を含むシールドガスが被加工物の加工部位以外の部
分に接触するということがほとんどないから、そのこと
によっても溶融物が加工部位以外の部分に付着するのを
防止できる。

【００４７】請求項２の発明によれば、ノズル体には、
第１の供給路だけでなく、吸引路の外側に被加工物に向
かってシールドガスを供給する第２の供給路を形成する
ようにした。

【００４８】そのため、吸引路の周囲が第２の供給路か
ら噴出するシールドガスによって覆われるから、第１の
供給路から噴出し加工部位を経て吸引路に吸引されるシ
ールドガスが周囲に散乱し、それに含まれる溶融物が加
工部位以外の部分に付着するのを防止することができ
る。

【００４９】請求項３の発明によれば、被加工物の下面
側に、下部吸引手段を設けるようにした。そのため、被
加工物がレーザ光の照射によって貫通加工されたとき、
被加工物の下面側に飛散する溶融物を吸引除去できるか
ら、溶融物や加工によって発生するガスなどが被加工物
の下面側から周囲に飛散するのを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すノズル体の断面図。

【図２】同じく装置全体の概略的構成図。

【図３】同じく被加工物を保持する保持装置の側面図。

【図４】同じく一部省略した保持装置の平面図。

【図５】同じく一部省略した保持装置の断面図。

【符号の説明】

１…テーブル、 ３…被加工物、 ２２…排気装置（下部吸引手段）、 ２７…ノズル体、 ２８…第１の供給路、 ３３…吸引路、 ３５…第２の供給路、 ４２…集光レンズ（加工光学系）、 ４３…レーザ発生源、 ４４…反射ミラー（加工光学系）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物にレーザ光を照射して加工する
   レーザ加工装置において、 上記被加工物が載置されるテーブルと、 上記レーザ光を発生するレーザ発生源と、 上記テーブルに載置された被加工物に上記レーザ発生源
   で発生したレーザ光を照射させる加工光学系と、 この加工光学系からのレーザ光を通過させるとともに上
   記被加工物に向かってシールドガスを供給する第１の供
   給路およびこの第１の供給路の外側に上記被加工物がレ
   ーザ光に照射加工されることで発生する物質を上記シー
   ルドガスとともに吸引する吸引路とが形成されたノズル
   体とを具備したことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 上記ノズル体には、上記吸引路の外側に
   上記被加工物に向かってシールドガスを供給する第２の
   供給路が形成されていることを特徴とする請求項１記載
   のレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 上記被加工物の下面側には、この被加工
   物が上記レーザ光の照射によって貫通加工されたときに
   被加工物の下面側に向かって流れる上記物質を含むシー
   ルドガスを吸引するための下部吸引手段が設けられてい
   ることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレー
   ザ加工装置。