TWI593498B - 雷射加工裝置 - Google Patents

Description

雷射加工裝置

本發明是關於雷射加工裝置，尤其是關於藉由以噴流液柱所導引的雷射進行加工的雷射加工裝置。

在日本特許第3680864號公報(專利文獻1)，記載有藉由雷射將材料加工的裝置。在該裝置，藉由噴嘴噴射液體束，並且雷射束在噴嘴的入口開口被聚焦。藉此，雷射束藉由液體束所導引同時到達被加工物，將被加工物進行加工。

在日本特開2010-221265號公報(專利文獻2)，記載有雷射加工裝置。在該雷射加工裝置，從噴嘴噴射液體，藉由在所噴射的噴流液柱內被導引的雷射，將被加工物加工。在噴嘴與被加工物之間，配置有保護外殼，所噴射的液體通過在保護外殼設置的貫穿孔而到達被加工物。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特許第3680864號公報

[專利文獻2]日本特開2010-221265號公報

可是，在日本特許第3680864號公報記載的裝置(雷射加工裝置)，當為了將雷射束進行導光所噴射的液體束(噴流液柱)碰到被加工物時，藉由被加工物將液體彈回，會有讓彈回的液體的液體塊碰到噴流液柱、或在噴流液柱產生紊流的問題。在噴流液柱產生紊流的話，在噴流液柱內反覆全反射，同時所導引的雷射容易從噴流液柱朝外部洩漏，將雷射進行導光的效率降低，加工性能也降低。在藉由雷射加工裝置將較厚的被加工物切斷、或在被加工物加工出深孔的情況，在一次掃描無法完成加工，噴流液柱會於相同的加工路線往復幾次。在進行這種加工的情況，彈回的液體的影響會特別大。

另一方面，在日本特開2010-221265號公報記載的雷射加工裝置，藉由設置保護外殼，來保護噴流液柱避免受到碰到被加工物而彈回的液體的影響，藉此，避免雷射的導光效率降低。可是，在該雷射加工裝置，在噴流液柱的在保護外殼與被加工物之間的部分，會有彈回的液體撞到或噴流液柱紊亂的問題。噴流液柱，即使保護免於受到藉由被加工物彈回的液體的液滴的影響，而如果噴射的液體滯留於被加工物的表面而形成水層的話，會有藉由滯留的液體讓導光效率降低的問題。也就是說，在被加工物的表面形成水層的話，會有讓藉由噴流液柱所導引的雷射因為滯留的液體而散亂、或藉由水層的影響讓雷射的光路偏移的問題。尤其在藉由雷射加工裝置加工深孔的情況，水容易滯留在加工中的孔內，水層導致的不好影響很大。

於是，本發明其目的是要提供一種能高效率地將被加工物進行加工的雷射加工裝置。

為了解決上述課題，本發明是以藉由噴流液柱導引到加工點的雷射來進行加工的雷射加工裝置，其特徵為：具有：具備有噴嘴入口開口，用來噴射噴流液柱的噴嘴、使所供給的液體的流動的紊流衰減的整流室、具備有使已通過該整流室的液體流入的勵振室流入口，將流入的液體朝噴嘴入口開口導引的液體勵振室、用來產生雷射的雷射震盪器、讓藉由該雷射震盪器所產生的雷射，以藉由噴流液柱導光的方式，使雷射聚焦於噴嘴入口開口的上方的聚焦光學系統、以及以讓從該聚焦光學系統射出的雷射入射於液體勵振室內的方式，配置成與噴嘴入口開口相對向的窗部；液體勵振室，將噴流液柱外表面的表面波變大，以讓從噴嘴朝向被加工物噴射的噴流液柱容易在加工點霧化。

在以該方式構成的本發明，所供給的液體，流入到整流室而流動的紊流衰減，接著，液體，通過勵振室流入口而流入到液體勵振室。流入到液體勵振室的液體，通過噴嘴入口開口成為噴流液柱而從噴嘴噴射。另一方面，藉由雷射震盪器所產生的雷射，透過以與噴嘴入口開口相對向的方式配置的窗部，入射到液體勵振室，並且藉由聚焦光學系統而在噴嘴入口開口的上方聚焦。藉此，藉由噴流液柱將雷射導光。液體勵振室，藉由將噴流液柱外表面的表 面波加大，以讓從噴嘴朝向被加工物噴射的噴流液柱容易在加工點霧化。

到達到被加工物的噴流液柱快速地被霧化，能防止：從被加工物彈回的液體施加到噴流液柱的外來影響。讓液體不易滯留於被加工物的加工點，能防止藉由滯留的液體妨礙導光。藉此，能高效率地將被加工物進行加工。

在本發明，勵振室流入口，配置成：讓液體從液體勵振室的側壁面的其中一方流入，該液體勵振室設置成包圍噴嘴入口開口。

藉由以該方式構成的本發明，在窗部的附近產生液體的適度的流動，藉由雷射陷阱現象能防止異物附著在窗部。

在本發明，液體勵振室，構成為：高度為噴嘴入口開口的直徑的20~300倍，橫寬度為噴嘴入口開口的直徑的15~200倍。

藉由該構造的本發明，藉由液體勵振室將液體有效地勵振，能在噴流液柱形成足夠的表面波，所以能加速使噴流液柱霧化。

在本發明，整流室，形成為：將液體勵振室的至少一部分包圍的環狀。

藉由該構造的本發明，能以很小的空間使液體的流動的紊流衰減，藉此，能將雷射加工裝置小型化。

在本發明，液體勵振室，形成為大致圓筒狀，該圓筒的高度大於直徑。

藉由該構造的本發明，藉由該液體勵振室將液體有效地勵振，能在噴流液柱形成足夠的表面波，所以能加速使噴流液柱霧化。

在本發明，在液體勵振室的側壁面，除了勵振室流入口之外，設置有空氣排出孔。

藉由該構造的本發明，在勵振室流入口的相反側設置有空氣排出孔，所以藉由從勵振室流入口流入的液體，將滯留於液體勵振室內的空氣推出，則能將空氣迅速排出。

在本發明，進一步具有被加工物保持裝置，該被加工物保持裝置，用來保持被加工物，並且能同時進行：X軸方向的被加工物的移動、與X軸正交的Y軸方向的被加工物的移動、以及將與X軸方向、Y軸方向平行的各軸作為中心軸的被加工物的轉動；而能在立體空間進行自由的加工。

藉由該構造的本發明，在加工中，能以高自由度使被加工物移動，所以可進行非常廣泛的加工，並且能使加工精度提升。在加工中，藉由使被加工物移動，能防止液體朝加工點附近的滯留。

在本發明，進一步具有被加工物保持裝置，該被加工物保持裝置，用來保持被加工物，並且能同時進行：X軸方向的被加工物的移動、與X軸正交的Y軸方向的被加工物的移動、以及被加工物的旋轉；而能在立體空間進行自由的加工。

藉由該構造的本發明，能使被加工物旋轉，同時在加 工中，能使被加工物朝X軸方向、Y軸方向移動。在加工中，藉由高速使被加工物旋轉，能進一步防止朝液體的加工點附近的滯留。

在本發明，聚焦光學系統，構成為：對於噴嘴入口開口，在接近窗部側使雷射聚焦，藉此，將雷射的一部分碰觸到：形成噴流液柱的縮流部，更加大噴流液柱外表面的表面波。

藉由該構造的本發明，雷射的一部分，在噴嘴入口開口附近的縮流部，碰觸到噴流液柱，所以對所噴射的噴流液柱施加外來影響。藉由該外來影響，在噴流液柱勵起表面波，能更加大表面波，而能將到達到被加工物的噴流液柱，迅速地成為霧狀。

在本發明，進一步具有霧狀噴流噴射裝置，該霧狀噴流噴射裝置，以將藉由加工產生的殘渣除去的方式，對被加工物的表面噴射霧狀噴流。

藉由該構造的本發明，能將藉由加工被加工物所產生的加工粉末從加工點去除，能將在被加工物表面產生的殘渣去除。

在本發明，進一步具備有：從整流室將液體導引到勵振室流入口的勵振室流入通路，該勵振室流入通路，沿著窗部，從液體勵振室的其中一側將液體朝勵振室流入口導引。

藉由該構造的本發明，藉由沿著窗部的液體的流動，能將液體中的異物清洗，則能防止異物附著到窗部。

在本發明，進一步具備有：用來將勵振室流入通路的型態區劃的勵振室流入通路調整構件，藉由將該勵振室流入通路調整構件更換，則能將噴流液柱外表面的表面波的大小予以調整。

藉由該構造的本發明，因應加工對象物，能將噴流液柱適當地霧化，能藉由本發明的雷射加工裝置加工廣泛的對象物。

藉由本發明的雷射加工裝置，能將被加工物有效率地加工。

接著，參考第1圖~第5圖，來說明本發明的第一實施方式的雷射加工裝置。

如第1圖所示，本發明的第一實施方式的雷射加工裝置1，具有：雷射加工頭2、將雷射輸送到該雷射加工頭2的雷射震盪器4、將從雷射震盪器4所輸送的雷射聚焦的聚焦光學系統6、以及將液體也就是水供給到雷射加工頭2的液體供給源8。從液體供給源8送出的液體，是經由液體處理裝置10、高壓泵浦12、及高壓過濾器14，而供給到雷射加工頭2。

並且如第1圖所示，雷射加工頭2，具有：頭主體部16、噴嘴20、窗部22、液體勵振室形成構件24。

雷射震盪器4，作成用來產生預定強度的雷射。在本實施方式，雷射雖然是使用綠雷射，而只要是難被水吸收的吸收率較低的雷射，可以任意選擇其種類。

代表性的綠雷射，是YAG雷射基本波(波長1064nm)的第二高諧波，波長為532nm。綠雷射，與YAG雷射基本波(波長1064nm)或CO₂雷射(波長10.6μm)不同，由於具有難被水吸收的性質，在使用容易廉價取得的水作為噴流液體的情況，可以使雷射的傳播效率提升。

雷射光學系統6，作成用來將藉由雷射震盪器4所產生的雷射聚光在預定的位置。從雷射震盪器4所射出的雷射，是以光纖等(沒有圖示)導引到雷射加工頭2，在以準直透鏡(未圖示)轉換成平行光之後，將該光藉由聚光透鏡，聚焦在雷射加工頭2內的噴嘴20的軸線上。在第1圖，作為聚焦光學系統6，僅將其一部分也就是一片的聚光透鏡以圖號「6」顯示。

液體供給源8，是用來供給水作為從噴嘴20噴射的液體。液體處理裝置10，是用來進行：從由液體供給源8所供給的液體將離子去除等的處理。高壓泵浦12，用來將藉由液體處理裝置10所處理的液體加壓成高壓，而送入到雷射加工頭2。高壓過濾器14，用來從藉由高壓泵浦12所加壓的液體將異物等去除。藉由該高壓泵浦14去除了異物等的水，被導入到雷射加工頭2內。在本實施方式，將水藉由高壓泵浦12加壓至10~30MPa，而導入到雷射加工頭2。

頭主體部16，是具有階段而大致圓筒狀的構件，讓從雷射震盪器4所輸送的雷射通過內側。在頭主體部16的內側的段部，安裝有聚光透鏡6，來自雷射震盪器4的雷射，藉由該聚光透鏡6所聚焦。並且在頭主體部16的內部，形成有：用來支承窗部22的圓筒狀的窗部收容凹部16a，在該窗部收容凹部16a之中配置有窗部22。從聚光透鏡6射出的雷射，穿透該窗部22，在噴嘴孔的入口開口附近聚焦。

窗部22，是使雷射穿透的圓柱狀的構件，能以石英、藍寶石等所構成。在窗部22的周圍配置有密封件，確保窗部收容凹部16a與窗部22之間的水密性。

在窗部22的下方，配置有液體勵振室形成構件24。液體勵振室形成構件24，內建於頭主體部16，窗部22，被夾在液體勵振室形成構件24與窗部收容凹部16a之間而被固定(第1圖)。

在頭主體部16的下部，形成有：用來支承噴嘴20的噴嘴收容凹部16b，噴嘴20配置於該噴嘴收容凹部16b內。在頭主體部16的下端部內周，形成有母螺紋凸部，藉由將該母螺紋凸部、與在噴嘴按壓構件28外周形成的公螺紋凸部螺合，則將噴嘴20固定於噴嘴收容凹部16b內。而在噴嘴20的周圍配置有密封件，確保噴嘴主體部16與噴嘴20之間的水密性。

在頭主體部16的側面，形成有液體導入通路16c。該液體導入通路16c，是從頭主體部16的外側貫穿至內側且 大致朝水平方向延伸的液體的通路，從液體供給源8所供給的液體，經由液體導入通路16c流入到雷射加工頭2的內部。從液體導入通路16c流入的液體，進入到頭主體部16內的大致圓環狀的空間內。該圓環狀的空間，使從液體導入通路16c所供給的液體的紊流衰減，所以作為整流室30的功能(第2圖)。並且，液體，從整流室30通過勵振室流入口24b，流入到液體勵振室24c。

接著，噴嘴20是大致圓柱狀的構件，在其中心軸線上形成有圓形剖面的噴嘴孔20a。液體勵振室24c內的液體，通過噴嘴孔20a上端的噴嘴入口開口而流入到噴嘴孔20a，從噴嘴20噴射為噴流液柱J。在本實施方式，噴嘴孔20a(噴嘴入口開口)的直徑約為60μm，噴嘴孔的直徑可因應加工對象等適當變更。

接著，參考第3圖，詳細說明液體勵振室形成構件24的構造。

如第3圖(b)所示，液體勵振室形成構件24，是大致圓筒狀的構件，藉由配置在頭主體部16內，在其外側形成整流室30，並且在內側形成圓筒狀的液體勵振室24c。也就是說，液體勵振室形成構件24的內周面，將噴嘴入口開口包圍，構成液體勵振室24c的側壁面。而整流室30，在液體勵振室形成構件24的周圍，形成為將液體勵振室24c包圍的環狀的空間。

而如第3圖(a)、(b)所示，在液體勵振室形成構件24的上端部，形成有：與窗部22抵接的窗部抵接面 24d，藉由讓該窗部抵接面24d與窗部22的下端面抵接，將窗部22定位。

液體勵振室形成構件24的下端面24e，與噴嘴20的上端面抵接，液體勵振室形成構件24下部的傾斜面24f，與頭主體部16的內壁面抵接。藉由讓窗部22與窗部抵接面24d抵接，讓噴嘴20與下端面24e抵接，則藉由窗部22的下端面、噴嘴20的上端面、及液體勵振室形成構件24的內周面，區劃出圓筒狀的液體勵振室24c。在本實施方式，所區劃的液體勵振室24c，高度為6mm，直徑為5mm，構成為高度較直徑更高的圓筒狀。液體勵振室的高度構成為噴嘴孔(噴嘴入口開口)的直徑的20~300倍，液體勵振室的直徑構成為噴嘴孔(噴嘴入口開口)的直徑的15~200倍，並且使液體勵振室的高度大於橫寬度。

並且如第3圖(c)所示，液體勵振室形成構件24的側壁面，缺口涵蓋中心角約90°。藉由該缺口，讓液體勵振室形成構件24的外周側與內側連通，所以該缺口，作為使整流室30與液體勵振室24c連通的勵振室流入通路24h及勵振室流入口24b的功能。也就是說，勵振室流入通路24h，是從整流室30朝向液體勵振室24c變窄的通路，勵振室流入口24b，是將於液體勵振室24c的側壁面設置的勵振室流入通路24h與液體勵振室24c連接的開口部。所供給的液體，從整流室30通過勵振室流入通路24h，從勵振室流入口24b流入到液體勵振室24c。液體，從液體勵振室24c的側壁面的其中一方流入到液體勵振室24c 內。

如第3圖(b)所示，在液體勵振室形成構件24的側壁面，除了勵振室流入口24b之外形成有：從液體勵振室24c貫穿至外周面的空氣排出孔24g。該空氣排出孔24g，是剖面積較勵振室流入口24b更小的圓形剖面的小孔，設置在勵振室流入口24b的相反側。空氣排出孔24g，其流路阻力較大，所以在雷射加工裝置1的作動中，整流室30內的液體，全量會通過勵振室流入口24b而流入到液體勵振室24c。

接著進一步參考第4圖及第5圖，來說明本發明的第一實施方式的雷射加工裝置1的作用。

當雷射加工裝置1起動時，首先使高壓泵浦12起動。藉此，從液體供給源8經由液體處理裝置10將液體供給到高壓泵浦12，藉由高壓泵浦12所加壓的液體，通過高壓過濾器14而送入到液體導入通路16c。通過液體導入通路16c而流入到雷射加工頭2的內部的液體，通過整流室30，從勵振室流入口24b流入到液體勵振室24c。在雷射加工裝置1起動時，滯留於液體勵振室24c內的空氣，通過在朝向勵振室流入口24b側設置的空氣排出孔24g而排出到液體勵振室24c的外部。從液體勵振室24c排出的空氣，通過空氣排出用通路16d(第1圖)，排出到雷射加工頭2的外部。空氣排出用通路16d連接到閥部(未圖示)。在將空氣排出到外部之後，將該閥部封閉時，則液體勵振室24c、整流室30等成為被液體充滿的狀態，從液 體導入通路16c所導入的液體，全部從噴嘴孔20a噴射成為噴流液柱J。在該狀態，整流室30內的液體，專門從其中一方(勵振室流入口24b)，朝向液體勵振室24c流入，通過噴嘴孔20a進行噴射。液體，在整流室30內整流之後，從其中一方流入到液體勵振室24c進行勵振，對液體的流動施加適度的紊流。

接著，使雷射震盪器4起動，使雷射產生。所產生的雷射，藉由聚光透鏡6聚光而穿透窗部22，在液體勵振室24c內在噴嘴孔20a(噴嘴入口開口)上方的中心軸線上聚焦。所聚焦的雷射，進入到從噴嘴孔20a所噴射的噴流液柱的內部，在噴流液柱內反覆進行全反射而被導光，到達到被加工物W。到達到被加工物W的雷射，將被加工物W進行加工。

第4圖是將從噴嘴20噴射的噴流液柱J的狀態示意性顯示的圖面，第4圖(a)是顯示噴射到空氣中的噴流液柱J的狀態。第4圖(b)(c)，是顯示為了將被加工物W加工而將噴流液柱J接觸被加工物W的狀態，第4圖(b)是顯示被加工物W的切斷途中的狀態，第4圖(c)是顯示噴流液柱J貫穿被加工物W的狀態。

如第4圖(a)所示，從噴嘴20所噴射的液體，噴射成在所噴射的液柱的外表面形成表面波32的狀態。該表面波32，隨著從噴嘴20遠離而振幅變大，之後，液柱表面的液體的一部分成為液滴34而從液柱分離。並且從液柱分離的液滴，隨著遠離噴嘴20則漸漸變多，之後，液 柱的主體也分割為較液滴更大的液塊36，而液柱消滅。

為了藉由噴流液柱J將雷射進行導光，需要以讓雷射在噴流液柱J的內部全反射的方式，而噴流液柱J在幾乎沒有產生液滴34的狀態到達到被加工物W。於是，關於將雷射進行導光這樣的功能，最好在表面波很小，不產生液滴34的狀態，讓噴流液柱J到達被加工物W。可是，實際在表面波很小的狀態，噴流液柱J到達被加工物W時，從被加工物W彈回的液體會對噴流液柱J造成外來影響，會對導光造成妨礙。尤其在藉由複數次將噴流液柱J掃描而完成切斷的被加工物W的情況，從被加工物W彈回的液體導致的外來影響很大。也就是說，在藉由複數次掃描而進行切斷的情況，是在未貫穿被加工物W的加工點的狀態進行加工，所以噴射的液體並未排出到被加工物W的下方，所噴射的液體的全量會朝噴流液柱J側彈回，而會對噴流液柱J造成外來影響。

本實施方式的雷射加工裝置1，在從噴嘴20噴射的噴流液柱J的表面波成為某程度大小的狀態，噴流液柱J接觸於被加工物W。因此，如第4圖(b)所示，當噴流液柱J接觸於被加工物W時，彈回的水成為霧狀，即使在加工點未貫穿的狀態，也幾乎不會對噴流液柱J造成影響。而如第4圖(c)所示，在加工點貫穿的狀態，噴射的大部分液體排出到被加工物W的下方，彈回的水的影響變得更少。

在本實施方式的雷射加工裝置1，是使液體經由液體 勵振室24c流入到噴嘴孔20a，所以對液體的流動施加適當的紊流，藉此，在從噴嘴20所噴射的噴流液柱J的表面激起適當的表面波。該表面波，在到達被加工物W之前發展成適當的大小。在表面波發展成適當的大小的狀態，噴流液柱J接觸被加工物W時，噴流液柱J迅速成為霧狀，所以不易對噴流液柱J施加外來影響。當噴流液柱J成為霧狀時，所噴射的液體從被加工物W的加工點附近立刻分散，所以液體不易滯留於加工點附近，能防止滯留的液體對導光的妨礙。另一方面，在表面波較小的狀態噴流液柱J接觸於被加工物W的習知的雷射加工裝置，接觸於被加工物W的液體容易滯留於被加工物W上的加工點附近，該滯留的液體妨礙雷射的導光。相對的，在本實施方式的雷射加工裝置1，即使在形成深孔的情況，在加工點成為霧狀的液體容易從加工中的孔中飄起，滯留於孔中的液體變少。

在本實施方式的雷射加工裝置1，在整流室30使液體的流動的紊流衰減了之後，將液體導引到液體勵振室24c，從這裡經由噴嘴20噴射出噴流液柱J，所以對噴射的噴流液柱J施加適當的表面波，當噴流液柱J接觸到被加工物W時會迅速霧化。在本實施方式的雷射加工裝置1，藉由將噴嘴20的下端面與被加工物W之間的距離設定為約5~40mm，則能將雷射有效率地導引至被加工物W，並且接觸於被加工物W的噴流液柱J成為霧狀，而能進行良好的加工。

接著參考第5圖，說明雷射朝噴流液柱J內的導入。第5圖(a)，是在藉由噴流液柱J將雷射導光的一般的裝置，顯示將雷射導入到噴流液柱J的狀態的顯示圖，第5圖(b)，是在本實施方式的雷射加工裝置1，顯示將雷射導入到噴流液柱J的狀態的顯示圖。

如第5圖(a)、(b)所示，液體從噴嘴20的上端面的噴嘴入口開口流入到噴嘴孔20a，而噴射為噴流液柱J。這裡當液體流入噴嘴入口開口時會產生縮流，所噴射的噴流液柱J的直徑是稍小於噴嘴入口開口的直徑。

如第5圖(a)所示，在一般的裝置，雷射，在噴嘴入口開口的圓的中心點聚焦，從聚焦點朝向下方擴展的雷射，接觸到噴流液柱J與外氣的交界面，然後在噴流液柱J進行全反射同時被導光。相對的，本實施方式的雷射加工裝置1，雷射，是在噴嘴入口開口的上方，也就是在相對於噴嘴入口開口在接近窗部22側聚焦。在噴嘴入口開口的上方聚焦的雷射，朝向下方擴展，以噴嘴入口開口附近的縮流部C接觸於噴流液柱J，然後在噴流液柱J內反覆進行全反射且進行導光。藉由將雷射接觸於：形成噴流液柱J的縮流部C附近，則藉由雷射對所噴射的噴流液柱J施加外來影響。藉由該外來影響，則在噴流液柱J激起表面波，能更加大表面波，在噴流液柱J到達被加工物W之後，能使液體迅速成為霧狀。

在習知的雷射加工裝置，使用純水作為液體，在藉由高壓泵浦加壓之後，經由高壓過濾器來供給液體，而會產 生：從泵浦、配管等藉由純水溶出的些許的雜質、油分聚集在窗部而附著於表面的問題。當很強的雷射通過窗部時，與窗部相接的水中的雷射、油分等藉由很強的雷射而被拉到窗部表面的光學鑷子(optical tweezers)(雷射陷阱現象)所導致。尤其在習知的雷射加工裝置，從用來將液體供給到噴嘴所設置的液體儲存室的周圍朝向中心而液體為軸對稱地流動，所以在液體儲存室的中心產生停滯點，這附近的液體的流速變得非常慢。因此，窗部表面附近的水中的雜質、油分等會被拉往窗部，而附著於窗部。

相對的，藉由本實施方式的雷射加工裝置1，液體是從一方向流入到液體勵振室24c，所以液體是涵蓋窗部22的表面全體隨時以某程度的速度流動。因此，水中的雜質、油分等不易附著於窗部22，即使在雜質、油分等附著於窗部22的情況，也藉由新供給的液體迅速地洗掉，而能防止液體中的雜質附著到窗部22。

接著參考第6圖，來說明本發明的第二實施方式的雷射加工裝置。本實施方式的雷射加工裝置，其液體勵振室形成構件的形狀與上述第一實施方式不同。這裡僅說明本實施方式與上述第一實施方式不同之處，針對同樣的構造、作用、效果則省略說明。

如第6圖所示，本實施方式的液體勵振室形成構件40，大致構成為圓筒狀，其外徑為8mm，內徑為3.5mm，高度為4mm。而液體勵振室形成構件40，配置成：其上端面40d抵接於窗部22的下端面，下端面40e抵接於噴嘴 20的上端面。藉由該液體勵振室形成構件40所區劃的液體勵振室40c，成為直徑3.5mm，高度4mm的圓柱狀。大致圓柱狀的液體勵振室形成構件40，其一部分缺口，藉由該缺口形成勵振室流入通路40f及勵振室流入口40b。勵振室流入通路40f及勵振室流入口40b其高度為3mm，其上端面藉由窗部22的下端面所區劃。勵振室流入通路40f，其寬度從外周朝向內周以傾斜角30°變窄，藉由最深部的勵振室流入口40b連接於液體勵振室40c。勵振室流入口40b的寬度與液體勵振室40c的直徑一致，寬度為3.5mm。

在以該方式構成的第二實施方式，液體勵振室40c較小，而整流室30內的液體，從液體勵振室40c上方的一方向流入到液體勵振室40c內。因此，液體勵振室40c內的上側的流速變高，將液體強力勵振，而能在噴流液柱J產生較強的表面波。藉此，如第5圖(b)所示，不用將雷射接觸於縮流部C，則能施加足夠強度的表面波，以液體勵振室40c單獨的勵振，也能將接觸於被加工物W的噴流液柱J充分地霧化。

接著，參考第7圖，來說明本發明的第三實施方式的雷射加工裝置。本實施方式的雷射加工裝置，其用來保持被加工物W的被加工物保持裝置與上述第一實施方式不同。這裡僅說明本實施方式的與上述第一實施方式不同之處，針對同樣的構造、作用、效果則省略說明。

如第7圖所示，本實施方式的雷射加工裝置，具備有 ：在雷射加工頭2的下方配置的被加工物保持裝置50。被加工物保持裝置50，具有：XY台52、在XY台52上設置的軸承部54、藉由該軸承部54所支承的十字軸56、被該十字軸56所支承的傾斜台58、以及用來將被加工物W固定於該傾斜台58的夾具59。

XY台52，作成在水平面內可朝互相正交的X軸、Y軸方向並進移動。

軸承部54，是固定在XY台52上的軸承，以與XY台52平行的軸線(B軸)為中心可轉動地支承著十字軸56。

十字軸56，是十字型的軸，將藉由軸承部54可轉動地支承的第一軸部、與相對於該軸部垂直朝向的第二軸部構成為一體。十字軸56的第一軸部其方向是與Y軸方向平行。

傾斜台58，是相對於十字軸56的第二軸部可轉動地安裝的台部。傾斜台58，構成為以十字軸56的第二軸部(A軸)為中心可轉動，十字軸56的第二軸部其方向是與X軸方向平行。

夾具59，是以將被加工物W可裝卸地固定於傾斜台58的方式設置於傾斜台58。

雷射加工頭2，作成可朝鉛直方向並進移動。

在本實施方式的雷射加工裝置，在加工中，能使被加工物W朝X軸方向、Y軸方向並進移動，並且可使被加工物W以A軸、B軸為中心轉動，能同時進行該並進移 動及轉動。藉此，在立體空間能使被加工物W以高自由度移動，能進行非常廣泛的加工，並且能使加工精度提升。藉由本實施方式的雷射加工裝置，在加工中，藉由使被加工物W移動，能防止液體朝加工點附近滯留。

接著，參考第8圖，來說明本發明的第四實施方式的雷射加工裝置。本實施方式的雷射加工裝置，其用來保持被加工物W的被加工物保持裝置與上述第一實施方式不同。這裡僅說明本實施方式的與上述第一實施方式不同之處，針對同樣的構造、作用、效果則省略說明。

如第8圖所示，本實施方式的雷射加工裝置，具備有：在雷射加工頭2的下方配置的被加工物保持裝置60。被加工物保持裝置60，具有：XY台62、設置於XY台62上的旋轉驅動裝置64、藉由該旋轉驅動裝置64所支承的旋轉台66、以及用來將被加工物W固定於該旋轉台66的夾具68。

旋轉驅動裝置64，是設置於XY台62的馬達，用來將旋轉台66旋轉驅動。

旋轉台66，藉由旋轉驅動裝置64，以鉛直方向的軸線(C軸)為中心旋轉。

夾具68，以將被加工物W可裝卸地固定於旋轉台66的方式設置於旋轉台66。

雷射加工頭2，作成可朝Z軸方向並進移動。雷射加工頭2，也可作成能相對於Z軸方向傾斜。

在本實施方式的雷射加工裝置，能使被加工物W朝X 軸方向、Y軸方向並進移動，並且能使被加工物W旋轉，能同時進行該並進移動及旋轉。在本實施方式的雷射加工裝置，可在立體空間進行自由的加工，並且相較於上述第三實施方式的雷射加工裝置，被加工物保持裝置的控制更簡單，能更高速地使被加工物W移動。藉由使雷射加工頭2相對於被加工物傾斜，則能對於被加工物施以錐狀(傾斜)加工。並且藉由本實施方式的雷射加工裝置，在加工中，藉由使被加工物W高速旋轉，則更能防止液體朝加工點附近的滯留。

接著，參考第9圖，來說明本發明的第五實施方式的雷射加工裝置。本實施方式的雷射加工裝置，與上述第一實施方式不同之處在於，在被加工物W的加工點具有用來噴射霧狀噴流的霧狀噴流噴射裝置。這裡僅說明本實施方式的與上述第一實施方式不同之處，針對同樣的構造、作用、效果則省略說明。

如第9圖所示，本實施方式的雷射加工裝置，具有：在雷射加工頭2的下方配置的XY台70、以及對該XY台70上的被加工物W的加工點噴射霧狀噴流的霧狀噴流噴射裝置72。

XY台70，作成在水平面內可朝互相正交的X軸方向、Y軸方向並進移動。

霧狀噴流噴射裝置72，作成藉由高速的空氣流使水成為霧狀，而對被加工物W的加工點噴射。藉由該霧狀噴流，藉由將被加工物W加工所產生的加工粉末，從加工 點去除。藉此，則能將在被加工物W表面產生的殘渣去除。

接著，參考第10圖~第13圖，來說明本發明的第六實施方式的雷射加工裝置。本實施方式的雷射加工裝置，其液體勵振室、勵振室流入通路、勵振室流入口的型態，與上述第一實施方式不同。這裡僅說明本發明第六實施方式的與上述第一實施方式不同之處，針對同樣的構造、作用、效果則省略說明。

如第10圖所示，本發明的第六實施方式的雷射加工裝置100，具有：雷射加工頭102、用來將雷射輸送到該雷射加工頭102的雷射震盪器104、以及使從雷射震盪器104所輸送的雷射聚焦的聚焦光學系統106。而從液體供給源(未圖示)，經由液體處理裝置、高壓泵浦、及高壓過濾器(以上，未圖示)，將水供給到雷射加工頭102。

並且如第10圖所示，雷射加工頭102，具有：頭主體部116、噴嘴120、窗部122、及勵振室流入通路調整構件124。

在窗部122的下方，配置有勵振室流入通路調整構件124。勵振室流入通路調整構件124，內建於頭主體部116，窗部122，被夾在勵振室流入通路調整構件124與窗部收容凹部116a之間而被固定。

在頭主體部116的內部，形成有從圓環狀的整流室130朝下方延伸的圓形的盆狀的空間，藉由在該空間內配置勵振室流入通路調整構件124，則區劃了勵振室流入通 路116d的型態。而在頭主體部116，以從圓形的盆狀的空間的中心朝下方延伸的方式，形成有圓筒狀的腔部，該腔部的內部作為液體勵振室126的功能。

如第10圖所示，在液體導入通路116c的相反側，形成有空氣排出用通路116e。該空氣排出用通路116e，是朝液體導入通路116c的相反側朝大致水平方向延伸的通路。空氣排出用通路116e，在雷射加工裝置100的初期使用時，用來將滯留於整流室130等的空氣排出的通路，在雷射加工裝置100實際使用時，藉由閥部(未圖示)封閉。

接著參考第11圖及第12圖，來詳細說明液體勵振室126及勵振室流入通路116d的構造。

第12圖，是以三次元方式來顯示：在頭主體部116的內部形成為空洞的液體勵振室126、勵振室流入通路116d、及整流室130的型態的立體圖。

如第11圖所示，勵振室流入通路調整構件124，是構成為合乎在頭主體部116的內部形成的圓形的盆狀空間之構件。該勵振室流入通路調整構件124，具有將圓形的盆狀的一部分缺口成大致中心角90°的扇形的形狀。在頭主體部116的內部形成的圓形的盆狀的空間內，藉由配置該勵振室流入通路調整構件124，讓剩餘的空間作為勵振室流入通路116d的功能。也就是如第12圖所示，讓以與圓環狀的整流室130連通的方式形成的圓形的盆狀的空間的一部分，藉由勵振室流入通路調整構件124封閉，而形成 朝水平方向延伸的大致中心角90°的扇形的勵振室流入通路116d。

並且，以與勵振室流入通路116d連通的方式，形成圓筒狀的液體勵振室126。該液體勵振室126，形成為在圓環狀的整流室130的中心軸線上朝下方延伸。而如第10圖所示，液體勵振室126的側壁面，藉由在頭主體部116的內部形成的圓筒狀的腔部的內周面所構成，液體勵振室126的底面，是藉由噴嘴120的上端面所構成。液體勵振室126的上端，是經由圓形的勵振室流入口126a而與勵振室流入通路116d連通。所供給的液體，沿著窗部122，從液體勵振室126的其中一側流動於勵振室流入通路116d，通過勵振室流入口126a流入於液體勵振室126內。

在本實施方式，液體勵振室126的直徑約4.2mm，高度約4.5mm，作成高度較直徑更高的圓筒狀。大致扇形的勵振室流入通路116d的高度約1.5mm，從噴嘴120的上端面到窗部122的下端面的距離約6mm。最好液體勵振室的高度構成為噴嘴孔(噴嘴入口開口)的直徑的20~300倍，液體勵振室的直徑構成為噴嘴孔(噴嘴入口開口)的直徑的15~200倍，並且液體勵振室的高度大於橫寬度。

在本實施方式，與第一實施方式同樣地，藉由雷射對噴流液柱J施加外來影響，而能更加大表面波(第5圖)。藉此，在噴流液柱J到達被加工物W之後，更迅速地成為霧狀。

並且在本實施方式的雷射加工裝置，能防止：液體中 的雜質、油分等附著於窗部表面妨礙導光的情形。在本實施方式的雷射加工裝置，勵振室流入通路116d的上端面的一部分藉由窗部122的下端面構成，液體沿著該窗部122的表面流動，所以能有效地清洗窗部122的表面，能更確實地防止雜質的附著。

接著，參考第13圖，來說明勵振室流入通路調整構件124的變形例。

第13圖(a)，是本發明的第六實施方式的勵振室流入通路調整構件124的俯視圖。第13圖(b)、(c)是變形例的勵振室流入通路調整構件的俯視圖。

如第13圖(a)所示，勵振室流入通路調整構件124，是用來將在頭主體部116內形成的圓形的盆狀的空間的一部分封閉的構件，具有：底面部124a、及從該底面部124a的緣部垂直立起的緣部124b。底面部124a及緣部124b，缺口成中心角約90°的大致扇形，該缺口的部分作為勵振室流入通路116d的功能。缺口的扇形的中心角的部分，作圓成半徑約10mm的圓弧狀。而在第13圖(a)，以假想線顯示勵振室流入口126a對於勵振室流入通路調整構件124的位置。

第13圖(b)，是顯示勵振室流入通路調整構件的第一變形例。第一變形例的勵振室流入通路調整構件132，具有底面部132a及緣部132b，在其上面設置有缺口，設置於底面部132a的缺口，以寬度約10mm朝半徑方向延伸，形成了朝向勵振室流入口126a的勵振室流入通路。

第13圖(c)，顯示勵振室流入通路調整構件的第二變形例。第二變形例的勵振室流入通路調整構件134，具有底面部134a及緣部134b。在底面部134a及緣部134b，設置有以寬度約4mm朝半徑方向延伸的缺口。

在使用該第一、第二變形例的勵振室流入通路調整構件的情況，相較於使用第六實施方式的勵振室流入通路調整構件124的情況，勵振室流入通路116d變得更窄，噴流液柱J，被更強地勵振而表面波變大。因此，在使用第13圖(a)所示的勵振室流入通路調整構件124的第六實施方式的雷射加工裝置100，涵蓋約48mm將噴流液柱J維持在液柱的狀態，相對的，在第一變形例是以約42mm，液柱分解成液塊，在第二變形例，在約28mm分解成液塊。

最好因應於雷射加工裝置的用途或加工對象物，將各勵振室流入通路調整構件更換。也就是說，加工對象是薄板等，在藉由噴流液柱J的一次掃描則可切斷的情況，使用勵振室流入通路調整構件124(第13圖(a))。藉此，將噴流液柱J維持涵蓋較長距離，所以能將加工對象物與雷射加工頭之間的距離設定在較寬的範圍。

在加工對象為厚板等，為了切斷而需要將噴流液柱J複數次掃描的情況，使用勵振室流入通路調整構件132(第13圖(b))或134(第13圖(c))。藉此，當噴流液柱J接觸於加工對象物時會迅速地霧化，所以即使在加工點未貫穿的狀態，在藉由加工所形成的溝部中，液體也 不易滯留，能夠防止：滯留的液體妨礙導光。

以上雖然說明本發明較佳的實施方式，而上述實施方式能施加各種變更。尤其能將上述各實施方式所具備的各構造適當組合來構成本發明。而在上述實施方式，頭主體部雖然顯示為一體的構件，而也能分割成適當複數的構件來構成。並且也可將上述第三實施方式與第四實施方式組合，以在傾斜台上設置旋轉台的方式來構成本發明。

1‧‧‧本發明的第一實施方式的雷射加工裝置

2‧‧‧雷射加工頭

4‧‧‧雷射震盪器

6‧‧‧聚焦光學系統(聚光透鏡)

8‧‧‧液體供給源

10‧‧‧液體處理裝置

12‧‧‧高壓泵浦

14‧‧‧高壓過濾器

16‧‧‧頭主體部

16a‧‧‧窗部收容凹部

16b‧‧‧噴嘴收容凹部

16c‧‧‧液體導入通路

16d‧‧‧空氣排出用通路

20‧‧‧噴嘴

20a‧‧‧噴嘴孔

22‧‧‧窗部

24‧‧‧液體勵振室形成構件

24b‧‧‧勵振室流入口

24c‧‧‧液體勵振室

24d‧‧‧窗部抵接面

24e‧‧‧下端面

24f‧‧‧傾斜面

24g‧‧‧空氣排出孔

24h‧‧‧勵振室流入通路

28‧‧‧噴嘴按壓構件

30‧‧‧整流室

32‧‧‧表面波

34‧‧‧液滴

36‧‧‧液塊

40‧‧‧液體勵振室形成構件

40b‧‧‧勵振室流入口

40c‧‧‧液體勵振室

40d‧‧‧上端面

40e‧‧‧下端面

40f‧‧‧勵振室流入通路

50‧‧‧被加工物保持裝置

52‧‧‧XY台

54‧‧‧軸承部

56‧‧‧十字軸

58‧‧‧傾斜台

59‧‧‧夾具

60‧‧‧被加工物保持裝置

62‧‧‧XY台

64‧‧‧旋轉驅動裝置

66‧‧‧旋轉台

68‧‧‧夾具

70‧‧‧XY台

72‧‧‧霧狀噴流噴射裝置

100‧‧‧本發明的第六實施方式的雷射加工裝置

102‧‧‧雷射加工頭

104‧‧‧雷射震盪器

106‧‧‧聚焦光學系統

116‧‧‧頭主體部

116a‧‧‧窗部收容凹部

116b‧‧‧噴嘴收容凹部

116c‧‧‧液體導入通路

116d‧‧‧勵振室流入通路

116e‧‧‧空氣排出用通路

120‧‧‧噴嘴

120a‧‧‧噴嘴孔

122‧‧‧窗部

124‧‧‧勵振室流入通路調整構件

124a‧‧‧底面部

124b‧‧‧緣部

126‧‧‧液體勵振室

126a‧‧‧勵振室流入口

128‧‧‧噴嘴按壓構件

130‧‧‧整流室

132‧‧‧第一變形例的勵振室流入通路調整構件

134‧‧‧第二變形例的勵振室流入通路調整構件

第1圖是本發明的第一實施方式的雷射加工裝置的頭部的剖面圖。

第2圖是顯示第1圖的II-II剖面的立體圖。

第3圖是液體勵振室形成構件的(a)俯視圖，(b)側面剖面圖，及(c)下視圖。

第4圖是從噴嘴噴射的噴流液柱的狀態的顯示圖。

第5圖是將從噴嘴入口開口導入到噴流液柱內的雷射放大的顯示圖。

第6圖是在本發明的第二實施方式的雷射加工裝置內建的液體勵振室形成構件的(a)俯視圖及(b)正視圖。

第7圖是本發明的第三實施方式的雷射加工裝置的顯示圖。

第8圖是本發明的第四實施方式的雷射加工裝置的顯示圖。

第9圖是本發明的第五實施方式的雷射加工裝置的顯 示圖。

第10圖是本發明的第六實施方式的雷射加工裝置的頭部的剖面圖。

第11圖是顯示第10圖的XI-XI剖面的立體圖。

第12圖是顯示在雷射加工裝置的頭部內部形成的液體勵振室、勵振室流入通路、及整流室的型態的立體圖。

第13圖為本發明的第六實施方式、第一變形例、及第二變形例的勵振室流入通路調整構件的俯視圖。

1‧‧‧本發明的第一實施方式的雷射加工裝置

2‧‧‧雷射加工頭

4‧‧‧雷射震盪器

6‧‧‧聚焦光學系統(聚光透鏡)

8‧‧‧液體供給源

10‧‧‧液體處理裝置

12‧‧‧高壓泵浦

14‧‧‧高壓過濾器

16‧‧‧頭主體部

16a‧‧‧窗部收容凹部

16b‧‧‧噴嘴收容凹部

16c‧‧‧液體導入通路

16d‧‧‧空氣排出用通路

20‧‧‧噴嘴

20a‧‧‧噴嘴孔

22‧‧‧窗部

24‧‧‧液體勵振室形成構件

24b‧‧‧勵振室流入口

24c‧‧‧液體勵振室

24g‧‧‧空氣排出孔

28‧‧‧噴嘴按壓構件

J‧‧‧噴流液柱

W‧‧‧被加工物

Claims (10)

1. 一種雷射加工裝置，是以藉由噴流液柱導引到加工點的雷射來進行加工的雷射加工裝置，其特徵為：具有：具備有噴嘴入口開口，用來噴射噴流液柱的噴嘴、使所供給的液體的流動的紊流衰減的整流室、具備有使已通過該整流室的液體流入的勵振室流入口，將流入的液體朝上述噴嘴入口開口導引的液體勵振室、用來產生雷射的雷射震盪器、以讓藉由該雷射震盪器所產生的雷射藉由噴流液柱導光的方式，使雷射聚焦於上述噴嘴入口開口的上方的聚焦光學系統、以讓從該聚焦光學系統射出的雷射入射於上述液體勵振室內的方式，配置成與上述噴嘴入口開口相對向的窗部、以及從上述整流室將液體導引到上述勵振室流入口的勵振室流入通路；上述勵振室流入通路是沿著上述窗部，從上述液體勵振室的其中一側將液體朝上述勵振室流入口導引；上述雷射加工裝置還具備有：用來將上述勵振室流入通路的型態區劃的勵振室流入通路調整構件，藉由將該勵振室流入通路調整構件更換，則能將噴流液柱外表面的表面波的大小予以調整， 並且，上述液體勵振室，將噴流液柱外表面的表面波變大，以讓從上述噴嘴朝向被加工物噴射的噴流液柱容易在加工點霧化。
2. 如申請專利範圍第1項的雷射加工裝置，其中上述勵振室流入口，配置成：讓液體從上述液體勵振室的側壁面的一方向流入，該液體勵振室設置成包圍上述噴嘴入口開口。
3. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中上述液體勵振室，構成為：高度為上述噴嘴入口開口的直徑的20~300倍，橫寬度為上述噴嘴入口開口的直徑的15~200倍。
4. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中上述整流室，形成為：將上述液體勵振室的至少一部分包圍的環狀。
5. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中上述液體勵振室，形成為大致圓筒狀，該圓筒的高度大於直徑。
6. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中在上述液體勵振室的側壁面，除了上述勵振室流入口之外，設置有空氣排出孔。
7. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中進一步具有被加工物保持裝置，該被加工物保持裝置，用來保持被加工物，並且能同時進行：X軸方向的被加工物的移動、與X軸正交的Y軸方向的被加工物的移動、以 及將與X軸方向、Y軸方向平行的各軸作為中心軸的被加工物的轉動；而能在立體空間進行自由的加工。
8. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中進一步具有被加工物保持裝置，該被加工物保持裝置，用來保持被加工物，並且能同時進行：X軸方向的被加工物的移動、與X軸正交的Y軸方向的被加工物的移動、以及被加工物的旋轉；而能在立體空間進行自由的加工。
9. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中上述聚焦光學系統，構成為：對於上述噴嘴入口開口，在接近上述窗部側使雷射聚焦，藉此，將雷射的一部分碰觸到：形成噴流液柱的縮流部，更加大噴流液柱外表面的表面波。
10. 如申請專利範圍第1或2項的雷射加工裝置，其中進一步具有霧狀噴流噴射裝置，該霧狀噴流噴射裝置，以將藉由加工產生的殘渣除去的方式，對被加工物的表面噴射霧狀噴流。