JPH0947888A - レーザピアシング方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は被加工材の表面に付着した錆，マー
キング，塗料等の弊害物を穿孔前に除去することによっ
て効率のよい穿孔を行うためのレーザピアシング方法お
よびその装置を提供することを目的とている。 【解決手段】 被加工材Ｗに対してレーザ光１の焦点位
置Ｆを移動してピアシングを行う穿孔径より大きいスポ
ット径でレーザ光１を照射すると共にアシストガス２を
噴射する弊害物除去工程と前記弊害物除去工程の後に前
記焦点位置Ｆを穿孔位置に移動してピアシングを行う所
定のスポット径で前記被加工材Ｗに対し前記レーザ光１
を照射すると共にアシストガス２を噴射する穿孔工程を
含むレーザピアシング方法およびその装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面に錆や塗料等の
弊害物が付着した被加工材に対してピアシングを行うレ
ーザピアシング方法およびその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】合板、合成樹脂板、金属板、セラミック
板等の被加工材に対し、これ等の被加工材の表面から所
定距離離隔されたノズルから集光されたレーザ光を照射
すると共に、該レーザ光に沿ってアシストガスを噴射す
ることで、被加工材にピアシング，切断，溶接，スクラ
イビング等の加工を施す所謂レーザ加工法が普及してい
る。

【０００３】特に、金属板を切断しようとする際に被加
工材を切断した時に生じる内部応力の放出による歪み
や、熱による変形、位置ずれ等を防止するために被加工
材の端部に切り口を入れることなしに被加工材の表面上
から切断を開始するのが一般である。このように、被加
工材の表面上から切断を開始する場合、被加工材のスク
ラップ部に表面から裏面まで貫通した孔を形成するため
にピアシングを実施する必要がある。

【０００４】レーザ加工法により金属板にピアシングを
行う場合について説明すると次の通りである。すなわ
ち、被加工材表面とノズルの下端面との距離（以下『ノ
ズル高さ』という）を所定の値に設定すると共に、集光
されたレーザ光の集光点（以下『焦点』という）の位置
が被加工材の厚さ方向に対し所定位置となるように設定
し、この状態でノズルから被加工材に向けてレーザ光を
照射すると共に、レーザ光に沿ってアシストガスを噴射
する。

【０００５】ここで、被加工材に対するピアシングを実
施する場合、ノズル高さを被加工材の表面から所定の高
さに設定し、レーザ光の焦点位置を被加工材の表面近傍
に設定して行うのが一般である。レーザ光を照射された
被加工材の表面付近の母材は瞬時にして溶融し、その一
部が気化する。このとき溶融金属は、ノズルから噴射さ
れる酸素ガスと反応して燃焼しつつアシストガスのモー
メンタム（運動量）によって溶融金属粒、再凝固金属
粒、金属酸化粒（以下、総称して『スパッタ』という）
となって吹き飛ばされ、この結果、被加工材の表面に小
さな窪みが形成される。

【０００６】前記窪みに継続して照射されるレーザ光
は、窪みの側面で反射を繰り返して最深部に到達し、該
部を再び加熱溶融する。そして母材が溶融、気化、燃焼
すると共にアシストガスによってスパッタが窪みの開口
部から排除される。上記現象が継続して繰り返されるこ
とで、被加工材の表面から裏面に貫通した孔が形成され
てピアシングが終了する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如くレーザピアシングを実施する場合、表面に錆やマー
キング或いは塗装等の弊害物が形成された被加工材に於
いては、該弊害物によって照射したレーザ光が吸収或い
は反射されてしまい、その結果被加工材へのレーザエネ
ルギーが低下することにより穿孔に時間がかかるといっ
た問題がある。

【０００８】また、被加工材表面に施された塗料などが
蒸発或いは燃焼することによって発生したガスや燃焼生
成物質がアシストガスに作用してアシストガスの純度を
低下させ、ピアシングに時間がかかるといった問題があ
り、これ等の問題を解決するためにレーザエネルギーを
高くすると、被加工材が広い範囲で加熱され、セルフバ
ーニング（自己燃焼）を発生する原因となる。このよう
な問題に鑑み、本発明は、穿孔工程の前に被加工材の表
面に形成された錆やマーキング、塗料等の弊害物を除去
する弊害物除去工程を実施することによって効率のよい
穿孔を行うためのレーザピアシング方法およびその装置
を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザピア
シング方法は、被加工材に対し集光されたレーザ光をノ
ズルから照射すると共にアシストガスを噴射して穿孔す
るレーザピアシング方法に於いて、被加工材に対しレー
ザ光の焦点位置を移動して、ピアシングを行う穿孔径よ
り大きいスポット径でレーザ光を照射すると共に、アシ
ストガスを噴射させて前記被加工材の表面に形成された
錆，マーキング，塗料等の弊害物を除去する弊害物除去
工程と、前記弊害物除去工程の次に前記レーザ光の焦点
位置を移動して、ピアシングを行う所定のスポット径で
前記被加工材に対し前記レーザ光を照射すると共に、ア
シストガスを噴射させて前記被加工材を穿孔する穿孔工
程とを含んでなることを特徴とするレーザピアシング方
法である。

【００１０】また、前記弊害物除去工程に於いて、集光
レンズを被加工材から遠ざけて前記集光レンズの焦点位
置を集光レンズと被加工材表面との間に設定し、ピアシ
ングを行う穿孔径より大きいスポット径で前記被加工材
表面にレーザ光を照射することを特徴とするレーザピア
シング方法である。

【００１１】また、前記弊害物除去工程に於いて、集光
レンズを被加工材に近づけて前記集光レンズの焦点位置
を被加工材表面から被加工材に食い込ませて設定し、ピ
アシングを行う穿孔径より大きいスポット径で前記被加
工材表面にレーザ光を照射することを特徴とするレーザ
ピアシング方法である。

【００１２】また、本発明に係るレーザピアシング装置
は、被加工材に対し集光されたレーザ光をノズルから照
射すると共にアシストガスを噴射して穿孔するレーザピ
アシング装置に於いて、レーザ発振器と、レーザ光を集
光するための集光レンズと、アシストガスを供給するア
シストガス供給手段と、集光されたレーザ光を出射する
と共にアシストガスを噴射するためのノズルとを有し、
前記集光レンズおよびノズルを一体的にレーザ光の光軸
に沿って移動させる第１移動手段と、前記第１移動手段
を駆動してレーザ光の焦点位置またはノズルを、被加工
材の表面に形成された錆，マーキング，塗料等の弊害物
を除去する弊害物除去工程を実施する際の位置、または
被加工材にピアシングのための穿孔工程を実施する際の
位置、または被加工材に対する切断作業を実施する際の
位置に設定する第１制御手段と、前記集光レンズと前記
ノズルとの相対位置をレーザ光の光軸に沿って移動させ
る第２移動手段と、前記第１移動手段を駆動してレーザ
光の焦点位置とノズルとの相対位置を、前記弊害物除去
工程を実施する際の相対位置、または前記穿孔工程を実
施する際の相対位置、または前記切断作業を実施する際
の相対位置に設定する第２制御手段と、前記アシストガ
ス供給手段を制御するアシストガス制御手段と、前記第
１制御手段，第２制御手段，レーザ発振器およびアシス
トガス制御手段を制御する中央制御部とを有してなり、
前記弊害物除去工程の後に、前記穿孔工程を行うように
構成したことを特徴としたレーザピアシング装置であ
る。

【００１３】本発明に係るレーザピアシング方法および
その装置は、上述の如く、ピアシングを行う穿孔工程の
前に弊害物除去工程を有するので、前記弊害物除去工程
を実施して被加工材の表面に形成した錆，マーキング，
塗料等の弊害物を除去した後に、穿孔工程を実施してピ
アシングを行うことが出来る。また、前記弊害物除去工
程の実施は、穿孔工程を実施する装置を用いてレーザ光
の照射によって行うことが出来るので、研磨機等の外部
の装置を用いる必要がない。

【００１４】また、前記弊害物除去工程は、被加工材に
対してピアシングを行う穿孔径より大きいスポット径で
レーザ光を照射して被加工材表面の弊害物を除去するよ
うにしたので、前記穿孔径よりも広い範囲で弊害物が除
去出来る。

【００１５】また、集光レンズを被加工材から遠ざけ、
または近づけてレーザ光の焦点位置を移動することによ
って被加工材表面に照射するレーザ光のエネルギー密度
を変化させることが出来る。従って、弊害物除去工程時
には照射エネルギー密度を緩慢にして加熱温度を低く
し、穿孔工程時には照射エネルギー密度を高くして加熱
温度を上げることが出来る。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係るレーザピアシング装
置としてレーザ加工装置の一実施形態を図を用いて説明
し、併せてレーザピアシング方法の説明を行う。

【００１７】［第１実施形態］図１〜図４を用いて第１
実施形態を説明する。本実施形態は集光レンズの焦点位
置を集光レンズと被加工材表面との間に設定し、該被加
工材表面上に穿孔径より大きい径のレーザ光を照射して
弊害物除去工程を行った場合の一例である。尚、本実施
形態を用いて実際に１００回のピアシング試験を実施し
ており、説明と同時に前記ピアシング試験における種々
の数値データを具体的に併記し、実験結果を後述する。

【００１８】図１はレーザ加工装置の全体構成を説明す
る断面説明図、図２はレーザ加工装置の制御系を示すブ
ロック図、図３は第１実施形態のレーザ光の照射スポッ
トを示す断面説明図、図４は穿孔工程時におけるレーザ
光の照射スポットを示す断面説明図である。

【００１９】｛レーザ加工装置の全体構成説明｝先ず、
表面に錆，マーキング，塗料等の弊害物が形成された被
加工材に対してピアシングを行うためのレーザ加工装置
について説明する。図１において、４はレーザ発振器で
あって、本実施形態ではパルス周波数２ｋＨ_Z まで可変
可能で最大出力３ｋｗの炭酸ガスレーザ発振器を用いて
いる。

【００２０】図１で、前記レーザ発振器４から出射され
たレーザ光１は図示しないミラー、プリズム等からなる
光学系を介して光軸５に沿って導かれ、集光部となる集
光レンズ６によって被加工材Ｗの厚さ方向所定位置に結
像してスポット７を形成する。前記集光レンズ６は所定
の材質と形状で形成され、その固有の屈折率に対応した
焦点距離を有している。本実施形態では特に焦点距離１
９０．５ｍｍ（７．５インチ）の平凸レンズを用いて構
成している。

【００２１】前記集光レンズ６は図１に示すように第１
移動手段となる昇降ブラッケット８に固着された筒体９
に固定されている。前記昇降ブラッケット８は機械フレ
ーム13に装着され、モーター８ａに駆動されて昇降し、
これによって、ノズル３及びレンズ６を一体的に昇降し
得るように構成している。

【００２２】前記第１移動手段としては昇降ブラッケッ
ト８をモーター８ａに係合して駆動される摺動ネジとの
係合によって昇降するように構成したり、機械フレーム
13に固着したラックと昇降ブラッケット８に固定したモ
ーター８ａの駆動軸に固着したピニオンとの噛合によっ
て昇降するように構成することで正確な位置に移動する
ことが可能である。尚、８ｂはモーター８ａの駆動を制
御する第１制御手段となるモーター制御部であり、図２
に示す中央制御部15とインターフェイス16を介して接続
されて信号の授受を行うように構成されている。

【００２３】前記ノズル３は筒体９に嵌挿されていて、
光軸５に沿って昇降可能に構成されている。また、昇降
ブラッケット８の所定位置には第２移動手段となるモー
ター11ａが固着されており、前記モーター11ａの回転軸
にはピニオン10ｂが固着されている。また、前記ノズル
３の側面所定位置にはラック10ａが固着されており、前
記ピニオン10ｂと前記ラック10ａとを噛合させると共
に、モーター11ａの回転を第２制御部となるモーター制
御部11ｂによって制御することで、集光レンズ６に対す
るノズル３の相対位置を光軸５に沿って移動させ、該ノ
ズル３の高さを設定し得るように構成している。尚、前
記モーター制御部11ｂは図２に示す中央制御部15とイン
ターフェイス16を介して接続されて信号の授受を行うよ
うに構成されている。

【００２４】前記ノズル３の内部には室３ａが形成され
ており、該ノズル３の先端には光軸５と同軸上にレーザ
光１及びアシストガス２を通過させるための孔３ｂが形
成されている。また、ノズル３の側面所定位置には、室
３ａにアシストガス２を供給するための供給孔３ｃが形
成されている。そして、前記供給孔３ｃを介してアシス
トガス供給装置12から所定の圧力のアシストガス２を室
３ａに供給し得るように構成している。

【００２５】前記アシストガス供給装置12は、アシスト
ガス２を供給するためのボンベ12ａと、圧力調整装置12
ｂと、バルブ12ｃとによって構成されており、ボンベ12
ａに充填された高圧ガスを圧力調整装置12ｂに於いて所
定の供給圧力に調整した後、弊害物除去工程，穿孔工程
の実施およびその後の切断作業の実施に応じて駆動され
るバルブ12ｃの開閉によって、ノズル３の室３ａに対し
アシストガス２を供給し或いは供給を停止し得るように
構成している。尚、前記アシストガス供給装置12は図２
に示すアシストガス制御部14によって制御され、前記ア
シストガス制御部14は中央制御部15とインターフェイス
16を介して接続されて信号の授受を行うように構成され
ている。

【００２６】ここで、本実施形態では前記アシストガス
２として酸素ガスを用いている。一般的に鋼板，ステン
レス板等に対してピアシング等の加工を行う場合には酸
素ガスを使用して酸化反応による被加工材Ｗの燃焼を利
用するのが好ましい。また、加工部分に酸化などの影響
を与えないようにする場合には窒素ガス，アルゴンガス
等の不活性ガスを使用するのが好ましい。

【００２７】前記レーザ加工装置は図２に示すように、
前述のモーター制御部８ｂ，11ｂ、レーザ発振器４およ
びアシストガス制御装置14の夫々がインターフェイス16
を介して中央制御部15に接続して構成してあり、該中央
制御部15はＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等の装置を含んで構
成されている。また、前記インターフェイス16には外部
から加工情報を入力するための操作盤17が接続されてい
る。

【００２８】前記ＲＯＭには、被加工材Ｗの材質、板厚
及び表面に形成した錆，マーキング，塗料等の弊害物の
種類や付着状態等に応じて予め設定された弊害物除去工
程および穿孔工程におけるレーザ光１の出力および照射
時間データ，アシストガス２の供給量および供給時間デ
ータ，ノズル３及び集光レンズ６の高さデータ，そし
て、ピアシング後に切断を実施する際のレーザ光１，ア
シストガス２の諸データ，ノズル３及びレンズ６の高さ
データ，切断図形データ，切断プログラム等の所定の加
工を実施するために必要な情報が予め記憶されている。

【００２９】従って、前記レーザ加工装置は、所定の加
工情報を前記操作盤17から入力すると、前記中央制御部
15が所定の加工工程に対応して装置全体を自動制御する
ことが出来るものである。

【００３０】被加工材Ｗは、鉄鋼材，ステンレス材等の
鉄系金属材や真鍮材，アルミニウム材およびアルミニウ
ム合金材，銅材および銅合金材等の非鉄金属材およびプ
ラスチックス等の合成樹脂等の非金属材等に塗料，マー
キング，錆等の弊害物が形成されたものが適用可能であ
る。本実施形態では特に板厚１６ｍｍの軟鋼材の表面に
所定の種類の塗料（例えば合成樹脂塗料）で所定の塗装
厚の塗装処理が施されたものを用いている。

【００３１】｛ピアシングの動作説明｝次に上記の如く
構成したレーザ加工装置を用いて、弊害物除去工程およ
び穿孔工程を含むピアシングを実施する際の動作の説明
を行う。先ず、弊害物として塗装処理を表面に施した被
加工材Ｗを前記レーザ加工装置に対し所定の位置にセッ
トする。

【００３２】〔弊害物除去工程〕次に、図２に示す操作
盤17によって弊害物除去工程実施の操作を行うと、中央
制御部15がインターフェイス16を介してレーザ発振器
４、アシストガス制御部14、モーター制御部８ｂ、11ｂ
に対し弊害物除去工程実施情報を伝達する。

【００３３】（レンズとノズルの相対基準位置設定）前
記情報に従って、弊害物除去工程時における集光レンズ
６とノズル３との相対基準位置を設定するための動作を
行う。先ず、図２に示す中央制御部15が予め入力したデ
ータに基づいてインターフェイス16を介してモーター制
御部11ｂを制御し、モーター11ａを駆動させる。この
時、モーター８ａは昇降ブラッケット８を所定の高さに
保持した状態で停止しており、その高さは集光レンズ６
とノズル３との相対基準位置設定時にノズル３が被加工
材Ｗに衝突しないように予め設定されている。

【００３４】そして図１に示す前記モーター11ａの回転
によってノズル３を光軸５に沿って所定の高さまで移動
させ、集光レンズ６の高さ位置に対してノズル３が所定
の高さ位置になった時、モーター制御部11ｂはモーター
11ａを停止させ、ノズル３をその位置で固定する。本実
施形態では集光レンズ６の高さとノズル３の高さの相対
距離は１８８．５ｍｍ程度に設定している。これは図３
（ａ）に示したように被加工材Ｗ表面からノズル３の高
さを２ｍｍに設定しかつ焦点位置Ｆを該被加工材Ｗ表面
に設定した時の集光レンズ６とノズル３との相対距離に
相当する。

【００３５】この設定動作によって図３（ａ）に示すよ
うに集光レンズ６の屈折率に対応したレーザ光１の分布
に対応するノズル３の位置が設定され、弊害物除去工程
時におけるレーザ光１とアシストガス２とが所定の状態
でノズル３の孔３ｂから出射し、被加工材Ｗの表面に照
射されるようにレンズ６とノズル３との相対基準位置が
設定される。

【００３６】（弊害物除去高さ設定）次に、図１で、モ
ーター制御部８ｂがモーター８ａを駆動してノズル３お
よび集光レンズ６を所定の高さまで一体的に昇降させ、
固定させる。この時、図３（ｂ）に示したようにレーザ
光１の焦点位置Ｆは被加工材Ｗの表面より上の位置に設
定され、図４（ｂ）に示すピアシングを行う穿孔径Ｄａ
よりも大きいスポット径Ｄｂで被加工材Ｗの表面にスポ
ット７ｂを形成し得る弊害物除去高さに設定する。本実
施形態では、この時のノズル３の高さは５２ｍｍ程度で
あり、レーザ光１の焦点位置Ｆは被加工材Ｗの表面から
５０ｍｍ程度上方に形成される。

【００３７】（弊害物除去実施）そして図１に示すレー
ザ発振器４から所定の出力のレーザ光１を出射すると共
にアシストガス供給装置12から所定圧力のアシストガス
２を供給して、ノズル３の孔３ｂからレーザ光１に沿っ
て前記アシストガス２を噴射する。この状態で被加工材
Ｗの表面に施した塗装部位の塗料の種類や塗装の厚さに
応じてレーザ光１を所定時間照射する。本実施形態では
レーザ光１は出力５００ｗ程度の連続照射光を１秒間程
度照射し、アシストガス２の圧力は０．２ｋｇ／ｃｍ²
程度である。

【００３８】この時、レーザ光１によって被加工材Ｗの
表面に塗布された塗料等の弊害物が燃焼及び溶融し、そ
の溶融物がアシストガス２によって除去される。この
時、レーザ光１によって被加工材Ｗに深い窪みや多量の
溶融物等を発生させることがないようにレーザ光１のエ
ネルギーが設定されている。また、上述のようにレーザ
光１の焦点位置Ｆを上方に移動し、図４（ｂ）に示すピ
アシングを行う穿孔径Ｄａよりも大きいスポット径７ｂ
のレーザ光１を被加工材Ｗの表面上に照射するように設
定したことによりレーザ光１のエネルギー密度を緩慢に
して加熱温度を低減できる。また、前記穿孔径Ｄａより
も広い範囲で弊害物を除去することが出来る。

【００３９】そして、弊害物を燃焼除去した後は、レー
ザ光１の照射を停止させ、アシストガス２のみを更に所
定の時間噴射して被加工材Ｗを冷却することが好まし
い。この冷却時間は、被加工材Ｗが常温になるまで冷却
することが望ましいが、加工時間の短縮を考慮すれば被
加工材Ｗが100 ℃程度になるまで冷却することによって
セルフバーニングが回避でき、好ましい。本実施形態で
は前記アシストガス２による冷却を１秒間程度行った。
その後、ガス供給装置12を停止させる。

【００４０】〔穿孔工程〕次に、図２に示す操作盤17に
よって穿孔工程実施の操作を行うと、中央制御部16がイ
ンターフェイス16を介してレーザ発振器４、アシストガ
ス制御部14、モーター制御部８ｂ、11ｂに対し穿孔工程
実施情報を伝達する。

【００４１】（レンズとノズルの相対基準位置設定）前
記情報に従って、穿孔工程時における集光レンズ６とノ
ズル３との相対基準位置を設定するための動作を行う。
先ず、図２に示す中央制御部15が予め入力したデータに
基づいてインターフェイス16を介してモーター制御部11
ｂを制御し、モーター11ａを駆動させる。この時、モー
ター８ａは集光レンズ６を所定の高さに保持した状態で
停止しており、その高さは集光レンズ６とノズル３との
相対基準位置設定時にノズル３が被加工材Ｗに衝突しな
いように予め設定されている。

【００４２】そして図１に示すように、前記モーター11
ａの回転によってノズル３を光軸５に沿って所定の高さ
まで移動させ、集光レンズ６の高さ位置に対してノズル
３が所定の高さ位置になった時、モーター制御部11ｂは
モーター11ａを停止させ、ノズル３をその位置で固定す
る。本実施形態では集光レンズ６の高さとノズル３の高
さの相対距離は１８３．５ｍｍ程度に設定している。こ
れは図４（ａ）に示したように被加工材Ｗ表面からノズ
ル３の高さを７ｍｍに設定しかつ焦点位置Ｆを該被加工
材Ｗ表面に設定した時の集光レンズ６とノズル３との相
対距離に相当する。

【００４３】この設定動作によって図４（ａ）に示すよ
うに集光レンズ６の屈折率に対応したレーザ光１の分布
に対応するノズル３の位置が設定され、穿孔工程時にお
けるレーザ光１とアシストガス２とが所定の状態でノズ
ル３の孔３ｂから出射し、被加工材Ｗの表面に照射され
るように集光レンズ６とノズル３との相対基準位置が設
定される。

【００４４】（穿孔高さ設定）次に、モーター制御部８
ｂがモーター８ａを駆動してノズル３および集光レンズ
６を所定の高さまで一体的に昇降させ、固定させる。こ
の時、図４（ａ）に示したようにレーザ光１の焦点位置
Ｆが被加工材Ｗの表面に設定され得る穿孔初期高さに設
定する。本実施形態では、この時のノズル３の高さは７
ｍｍ程度であり、集光レンズ６の高さは被加工材Ｗの表
面から１９０．５ｍｍ程度上方に設定される。

【００４５】（穿孔実施）そして図１に示すレーザ発振
器４から所定の出力のレーザ光１を出射すると共にアシ
ストガス供給装置12から所定圧力のアシストガス２を供
給して、ノズル３の孔３ｂからレーザ光１に沿って前記
アシストガス２を噴射する。この状態で上述の弊害物除
去工程を実施した被加工材Ｗの所定部位に被加工材Ｗの
種類や板厚に応じてレーザ光１を所定時間照射しながら
モーター８ａを駆動して昇降ブラッケット８を下降させ
て集光レンズ６を下降させ、焦点位置Ｆを被加工材Ｗに
食い込ませて穿孔径Ｄａの穿孔を行う。この時、前記昇
降ブラッケット８の下降に対応してモーター11ａを駆動
し、ノズル３を上昇させ、ノズル３の高さを略一定に維
持することが好ましい。

【００４６】図４（ｂ）は穿孔が進行するに応じて集光
レンズ６を下降させ、ノズル３の高さを略一定に維持し
た状態を示す。本実施形態ではレーザ発振器４から出射
するレーザ光１の出力をパルス周波数５０Ｈ_z ，パルス
デューティー２０％，ピーク出力２ｋｗで穿孔を実施し
た。

【００４７】上述のようにしてピアシングを完了した後
は、切断作業を実施する際の集光レンズ６とノズル３と
の相対基準位置を設定するための動作を行った後、所定
の切断作業を実施することが出来る。

【００４８】上記第１実施形態で説明したピアシング方
法およびその装置を用いてピアシングを１００回実施し
たが、その結果、穿孔貫通率が１００％であった。この
値は従来のピアシングで弊害物除去工程と穿孔工程を同
時に行う方法の穿孔貫通率に比べて５０％向上してい
る。また、ピアシングに要する時間を比較すると従来の
ピアシング方法によるものと殆ど変わりがなかったもの
である。

【００４９】［第２実施形態］次に、図５を用いて第２
実施形態を説明する。本実施形態は集光レンズの焦点位
置を被加工材表面から被加工材に食い込ませて設定し、
該被加工材表面上に穿孔径より大きい径のレーザ光を照
射して弊害物除去工程を行う場合の一例である。本実施
形態では前述の第１実施形態で用いたレーザ加工装置に
本実施形態に適合するように構成されたノズル３および
集光レンズ６を装着し、かつ、その他は第１実施形態と
同様に構成したレーザ加工装置を用いる。尚、前記第１
実施形態と同様な構成で同様な効果を有するものは同じ
符号を付して説明を省略する。図５は第２実施形態のレ
ーザ光の照射スポットを示す断面説明図である。

【００５０】第１実施形態と同様に図５（ａ）に示すよ
うに弊害物除去工程時の集光レンズ６とノズル３との相
対基準位置の設定を行った後、図５（ｂ）に示すように
レーザ光１の焦点位置Ｆを被加工材Ｗに食い込ませて該
被加工材Ｗの表面より下の位置に設定し、図４（ｂ）に
示すピアシングを行う穿孔径Ｄａよりも大きいスポット
径Ｄｃで被加工材Ｗの表面にスポット７ｃを形成し得る
弊害物除去高さに設定する。

【００５１】そして第１実施形態と同様に図１に示すレ
ーザ発振器４から所定出力のレーザ光１を出射すると共
にアシストガス供給装置12から所定圧力のアシストガス
２を供給して、被加工材Ｗの表面に塗布された塗料等の
弊害物を除去することが可能である。また、上述のよう
にレーザ光１の焦点位置Ｆを下方に移動し、被加工材Ｗ
の表面上にピアシングを行う穿孔径よりも大きいスポッ
ト径で照射するように設定したことにより前述の第１実
施形態と同様の効果を有する。

【００５２】そして、弊害物を燃焼除去した後は、上述
の第１実施形態と同様に穿孔工程を実施し、更に切断作
業を実施することが出来るものである。

【００５３】［他の実施形態］前述の各実施形態のレー
ザ加工装置では、第１移動手段となる昇降ブラッケット
８と集光レンズ６とを一体的に昇降するように固定し、
前記昇降ブラッケット８に固定した第２移動手段となる
モーター11ａによって集光レンズ６の位置に対してノズ
ル３を昇降するように構成したが、他の実施形態とし
て、第１移動手段となる昇降ブラッケット８とノズル３
とを一体的に昇降するように固定し、前記昇降ブラッケ
ット８に固定したモーター11ａによってノズル３の位置
に対して集光レンズ６を昇降するように構成したレーザ
加工装置を用いることも可能である。

【００５４】

【発明の効果】本発明に係るレーザピアシング方法およ
びその装置は、ピアシングを行う穿孔工程の前に弊害物
除去工程を実施することで被加工材の表面に形成した
錆，マーキング，塗料等の弊害物を除去することが出
来、穿孔工程時に前記弊害物によるレーザエネルギーの
低下やアシストガスの純度の低下を防止できる。従っ
て、ピアシング時間が短縮できると共に穿孔貫通率が向
上する。

【００５５】また、従来のようにレーザエネルギーを高
くして弊害物除去と穿孔を同時に行った場合のように、
被加工材の広い範囲が燃焼温度まで加熱されてセルフバ
ーニング（自己燃焼）を発生する等の虞がないので製品
への悪影響がないピアシングが実施できる。

【００５６】また、前記弊害物除去工程の実施は、穿孔
工程を実施する装置を用いてレーザ光の照射によって行
うように構成したので、研磨機等の外部の弊害物除去手
段を用いて弊害物を除去する必要がなく、作業性および
作業効率が良い。

【００５７】また、弊害物除去工程に於いて、ピアシン
グを行う穿孔径よりも大きい径のレーザ光を被加工材表
面に照射して該被加工材表面の弊害物を除去するように
したので、前記穿孔径よりも広い範囲で弊害物が除去で
きる。従って、穿孔工程を実施する穿孔径内に弊害物が
残留して穿孔の妨げになる虞がない。

【００５８】また、集光レンズを被加工材から遠ざけ、
または近づけてレーザ光の焦点位置を移動させることに
よって被加工材表面に照射するレーザ光の径およびレー
ザエネルギー密度を所望の大きさの径および所望のレー
ザエネルギー密度に比較的容易に変化させることが出来
る。従って、弊害物除去工程を実施する際には被加工材
表面に照射するレーザ光をデフォーカスさせて弊害物除
去工程を実施することで、照射するレーザエネルギー密
度を緩慢にして加熱温度が低い状態で弊害物除去が出来
るので、被加工材表面に深い窪みや多量の溶融物等を発
生させない。従って、被加工材の品質を低下させること
なく弊害物を除去できる。

【００５９】また、穿孔工程を実施する際には被加工材
に照射するレーザ光をフォーカスさせて穿孔工程を実施
することで、照射するレーザエネルギー密度を高くして
て加熱温度が高い状態で穿孔が出来るので、効率のよい
ピアシングが実施できる。

【００６０】また、弊害物除去工程の後にアシストガス
によって被加工材を冷却した場合には、被加工材が燃焼
しない温度まで急冷することが出来るので被加工材表面
に深い窪みや多量の溶融物等を発生させない。また、穿
孔工程時にセルフバーニングが発生するのを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ加工装置の全体構成を説明する断面説明
図である。

【図２】レーザ加工装置の制御系を示すブロック図であ
る。

【図３】（ａ），（ｂ）は第１実施形態のレーザ光の照
射スポットを示す断面説明図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は穿孔工程時におけるレーザ光
の照射スポットを示す断面説明図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は第２実施形態のレーザ光の照
射スポットを示す断面説明図である。

【符号の説明】

Ｗ…被加工材、Ｆ…焦点位置、Ｄａ…穿孔径、Ｄｂ，Ｄ
ｃ…レーザスポット径、１…レーザ光、２…アシストガ
ス、３…ノズル、３ａ…室、３ｂ…孔、３ｃ…供給孔、
４…レーザ発振器、５…光軸、６…集光レンズ、７，７
ａ，７ｂ，７ｃ…レーザスポット、８…昇降ブラケッ
ト、８ａ…モーター、８ｂ…モーター制御部、９…筒
体、10ａ…ラック、10ｂ…ピニオン、11ａ…モーター、
11ｂ…モーター制御部、12…アシストガス供給装置、12
ａ…ボンベ、12ｂ…圧力調整装置、12ｃ…バルブ、13…
機械フレーム、14…アシストガス制御部、15…中央制御
部、16…インターフェイス、17…操作盤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工材に対し集光されたレーザ光をノ
   ズルから照射すると共にアシストガスを噴射して穿孔す
   るレーザピアシング方法に於いて、被加工材に対しレー
   ザ光の焦点位置を移動して、ピアシングを行う穿孔径よ
   り大きいスポット径でレーザ光を照射すると共に、アシ
   ストガスを噴射させて前記被加工材の表面に形成された
   錆，マーキング，塗料等の弊害物を除去する弊害物除去
   工程と、前記弊害物除去工程の次に前記レーザ光の焦点
   位置を移動して、ピアシングを行う所定のスポット径で
   前記被加工材に対し前記レーザ光を照射すると共に、ア
   シストガスを噴射させて前記被加工材を穿孔する穿孔工
   程とを含んでなることを特徴とするレーザピアシング方
   法。
2. 【請求項２】 前記弊害物除去工程に於いて、集光レン
   ズを被加工材から遠ざけて前記集光レンズの焦点位置を
   集光レンズと被加工材表面との間に設定し、ピアシング
   を行う穿孔径より大きいスポット径で前記被加工材表面
   にレーザ光を照射することを特徴とする請求項１記載の
   レーザピアシング方法。
3. 【請求項３】 前記弊害物除去工程に於いて、集光レン
   ズを被加工材に近づけて前記集光レンズの焦点位置を被
   加工材表面から被加工材に食い込ませて設定し、ピアシ
   ングを行う穿孔径より大きいスポット径で前記被加工材
   表面にレーザ光を照射することを特徴とする請求項１記
   載のレーザピアシング方法。
4. 【請求項４】 被加工材に対し集光されたレーザ光をノ
   ズルから照射すると共にアシストガスを噴射して穿孔す
   るレーザピアシング装置に於いて、レーザ発振器と、レ
   ーザ光を集光するための集光レンズと、アシストガスを
   供給するアシストガス供給手段と、集光されたレーザ光
   を出射すると共にアシストガスを噴射するためのノズル
   とを有し、前記集光レンズおよびノズルを一体的にレー
   ザ光の光軸に沿って移動させる第１移動手段と、前記第
   １移動手段を駆動してレーザ光の焦点位置またはノズル
   を、被加工材の表面に形成された錆，マーキング，塗料
   等の弊害物を除去する弊害物除去工程を実施する際の位
   置、または被加工材にピアシングのための穿孔工程を実
   施する際の位置、または被加工材に対する切断作業を実
   施する際の位置に設定する第１制御手段と、前記集光レ
   ンズと前記ノズルとの相対位置をレーザ光の光軸に沿っ
   て移動させる第２移動手段と、前記第１移動手段を駆動
   してレーザ光の焦点位置とノズルとの相対位置を、前記
   弊害物除去工程を実施する際の相対位置、または前記穿
   孔工程を実施する際の相対位置、または前記切断作業を
   実施する際の相対位置に設定する第２制御手段と、前記
   アシストガス供給手段を制御するアシストガス制御手段
   と、前記第１制御手段，第２制御手段，レーザ発振器お
   よびアシストガス制御手段を制御する中央制御部とを有
   してなり、前記弊害物除去工程の後に、前記穿孔工程を
   行うように構成したことを特徴としたレーザピアシング
   装置。