JP2010089137A - ワークの製造方法、切断方法及びレーザビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワーク切断部位を貫通したレーザビーム光が万が一ワーク裏面に接触してもワークを焼損することのないワークの製造方法、及びレーザビーム加工装置を提供する。
【解決手段】 テーブルにワークの内面をテーブルの表面形状に沿わせて載せる工程と、前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射してワークを切断する工程とを含む、切断されたワークの製造方法であって、ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１が、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０の範囲内であり、且つ、ワークを切断し貫通孔を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２が、Ａ０×０．９０未満（但しＡ０は、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量である）である切断されたワークの製造方法、及びレーザビーム加工装置。
【選択図】 なし

Description

本発明は、レーザビーム加工によるワークの切断方法、ワーク製造方法、及びワークを切断するためのレーザビーム加工装置に関する。

レーザビーム加工によるワークの切断方法では、ワーク切断部位を貫通したレーザビームがワーク支持台に反射して、ワーク裏面に接触し、ワークを焼損するため、ワークと支持台との接地面を最小とする方法が知られているが、ワーク下方にある切り屑等に反射して、再び切断部位を通り抜けて周囲に散乱し、光路形成部品などを焼損するという問題点があった。これを防ぐ方法として、特許文献１には、被加工物支持台（テーブル）の、加工媒体（ワーク）の直行方向軸と垂直に交わる面に対して傾斜させるように第１の支持板を設置して、上記被加工物を貫通した加工媒体を第１の支持板が反射させ、そして、前記第１の支持板で反射された加工媒体を第２の支持板が反射させるように構成し、前記第１の支持板と上記第２の支持板とで上記加工媒体を交互に反射させて加工媒体のエネルギーを減衰させる方法や、前記支持板の角度を任意に選択するための支持板傾斜角調整手段を備えることで、支持板の角度を容易に変化させることが可能であることが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、ワークが複雑な三次元形状を有する場合や、剛性が低いため容易に変形してしまう場合には、ワークをしっかりと固定することが出来なかった。

また、特許文献２には、ワークを密着させるためのテーブルに、テーパ面によって外方向に拡がるように開口する複数の貫通穴が形成されており、強度を下げることなくレーザビームのワーク裏面への反射を減らすことが可能であることが記載されている。
しかしながら、特許文献２に記載の方法では、レーザ切断部位のワークとテーブルの接地面積が大きくなるため、耐熱性の低い汎用樹脂成形体や、剛性が低いため容易に変形してしまう場合には、接地部での直接反射もしくは接地部の温度上昇により、ワークの焼損または変形を防止することが出来ない。また、複雑な三次元形状の場合には貫通孔の設定が困難になる場合がある。
特開平０８−１０８２９１号公報 特開２００５−２９７０３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、レーザビーム加工によるワークの切断にあたり、ワーク切断部位を貫通したレーザビームの反射光または貫通光が、万が一ワーク裏面に接触しても、ワークを焼損することのないワークの製造方法、及び、ワークを切断するためのレーザビーム加工装置を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討した結果、樹脂成形体からなるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられたワークを載せるためのテーブルに、ワークを載せてレーザビームを走査照射してワークを切断する際の、ワーク切断部におけるレーザビーム光量と、ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量とを特定することで、前記課題を解決した。

すなわち本発明は、樹脂成形体であるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられた、ワークを載せるためのテーブルに、ワークの内面をテーブルの表面形状に沿わせて載せる工程と、
前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射してワークを切断する工程とを含む、切断されたワークの製造方法であって、
ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１が、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０の範囲内であり、
且つ、ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２が、Ａ０×０．９０未満（但しＡ０は、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量である）である切断されたワークの製造方法を提供する。
ここで、レーザビームの最低光量Ａ０とは、炭酸ガスレーザ加工機を用いて、走査速度１０００ｍｍ／分、ワークとレーザビームが垂直である場合に、ワークが完全に切断できるレーザビーム光量の最低値のことを言う。

また本発明は、樹脂成形体であるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられた、ワークを載せるためのテーブルに、ワークの内面をテーブルの表面形状に沿わせて載せる工程と、
前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射してワークを切断する工程とを含む、ワークの切断方法であって、
ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１が、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０の範囲内であり、
且つ、ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通孔を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２が、Ａ０×０．９０未満（但しＡ０は、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量である）であるワークの切断方法を提供する。

また本発明は、樹脂成形体であるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられた、ワークを載せるためのテーブルと、ワークをレーザビーム加工するために、前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射するレーザー発振機と、ワークを切断し貫通溝を通過したレーザビームを反射もしくは吸収させるための遮蔽板と、を有するレーザビーム加工装置を提供する。

本発明により、樹脂成形体からなるワークについて、ワークを貫通したレーザビームの反射光または貫通光の影響による焼損や変形がなく、きれいに切断できる。特に、前記ワークがシート状の三次元成形体の場合には、前記の焼損や変形が効果的に防止できることから、本発明の効果が高い。

以下に、図面を参照して、本発明の切断されたワークの製造方法を説明する。
本発明の切断されたワークの製造方法は、樹脂成形体であるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられた、ワークを載せるためのテーブルに、ワークの内面をテーブルの表面形状に沿わせて載せる工程と、前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射してワークを切断する工程とを含み、前記ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１が、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０の範囲内であり、且つ、ワークを切断し貫通孔を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２が、Ａ０×０．９０未満（但しＡ０は、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量である）であることを特徴とする。
図１に本発明の具体的態様の一例１を示す。図１において、樹脂成形体からなるワーク２の内面形状を類似した表面形状を有するテーブル３には、貫通溝４が設けられている。貫通溝４はワーク２の切断部位に一致するように設けられている。

本発明で使用するワーク２は樹脂成形体である。中でも、熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂の成形体が本発明の効果を良く発揮でき好ましく、該樹脂成形体の肉厚の薄いものが、本発明の方法に特に適している。従来レーザ加工機による切断は、レーザ照射部の局所的な加熱により材料を溶融させて切断するため、熱可塑性樹脂等の耐熱性の低い材料、特に肉厚が薄いものは熱変形し易いという問題があったが、本発明の製造方法では、熱可塑性樹脂を主成分とする樹脂の成形体であって、その肉厚が薄いものであっても良好に切断することが可能である。
肉厚は具体的には、容易にレーザ切断できる５ｍｍまでの範囲内が好ましく、ワーク２を貫通したレーザビームの反射光または貫通光の影響による焼損や変形が効果的に防止できることから、０．１〜１ｍｍの範囲内が更に好ましい。また、前述の理由から、ワーク２の引張弾性率としては、１００〜５０００ＭＰａの範囲内が好ましい。なお引張弾性率は、ＪＩＳ Ｋ−７１２７に従った方法による測定による弾性率である。

ワーク２の形状は特に限定はないが、通常は完成品となる前の切断を要する形状であり、例えば平板（シート）状や三次元立体形状であることが多い。例えばシート状の熱可塑性樹脂を熱成形させた三次元立体形状を有する成形体は、シートの一部を立体成形させており該立体成形部のみが完成品となる場合が多く、立体成形部と成形されていないシート部分とを切断する必要がある。本発明の方法は、このようなシート状の熱可塑性樹脂を熱成形させた三次元立体形状を有する樹脂成形体の切断に特に適している。

前記ワーク２の主成分となる熱可塑性樹脂としては、具体的には、真空成形または射出成型等の加熱成形を行なうため、軟化点が３０〜３００℃の範囲にある熱可塑性樹脂を主体とすることが好ましい。例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレートやポリエチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、アイオノマー樹脂、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−スチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂、アクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン樹脂、アクリロニトリル−エチレンゴム−スチレン樹脂、メチルメタクリレート−スチレン樹脂、スチレン−ブタジエン−スチレン樹脂、スチレン−イソプレン−ブタジエン−スチレン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン−アクリル酸樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、エチレン−ビニルアルコール樹脂、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンなどの塩素樹脂、ポリフッ化ビニルやポリフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、メチルペンテン樹脂、セルロース系樹脂、および、オレフィン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、スチレン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等の熱可塑性エラストマー等を単独または２種類以上混合して用いることができる。
また、これらの熱可塑性樹脂には成形性が阻害しない範囲で慣用の添加剤を添加してもよく、例えば、可塑剤、耐光性添加剤（紫外線吸収剤、安定剤等）、酸化防止剤、オゾン化防止剤、活性剤、耐電防止剤、滑剤、耐摩擦剤、表面調節剤（レベリング剤、消泡剤、ブロッキング防止剤等）、防カビ剤、抗菌剤、分散剤、難燃剤及び加流促進剤や加流促進助剤等の添加剤を配合してもよい。また熱変形等を改良する目的で無機フィラーを適宜添加してもよい。また意匠性を付与する目的で、着色材を添加してもよい。これら添加剤は単独で使用しても２種類以上を併用してもよい。

前記ワーク２がシート状である場合は、前記熱可塑性樹脂の単体あるいは混合物を単独もしくは２種類以上積層したシートを用いることができる。また、前記シートの表面に、インキまたは塗料を常法により展着させたり、真空蒸着法、スパッタリング法等により金属薄膜を形成させても良い。
更に、耐摩擦性、耐摩傷性、耐候性、耐汚染性、耐水性、耐薬品性、耐熱性等の特性を付与する目的で、前記シートの最表面に透明または半透明の表面保護層を１層以上有していても良い。このような表面保護層には、熱可塑性樹脂や熱可塑性エラストマーの他、イソシアネート基やエポキシ基を利用した熱硬化橋性樹脂、アクリレートモノマーやオリゴマー等を使用したＵＶ、ＥＢ硬化性樹脂等を使用することができる。

前記ワーク２が三次元成形体の場合、前記シートを常法により熱成形する方法や、射出成形等の方法により、溶融あるいはペレット状の熱可塑性樹脂を熱成形する方法等がある。前述の前記シートを常法により熱成形する方法としては、例えば、熱板圧空成形法、真空成形法、超高圧成形法、圧空成形法、圧空真空成形法、マッチモールド成形法、プレス成形法、真空積層プレス成形法等の既存の熱成形方法により得ることができる。また必要に応じてプラグを使用するするストレート法、ドレープ法、プラグアシスト法、エアスリップ法、スナップバック法等の方法を併用しても良い。また加熱方法は、輻射熱や誘電加熱等の間接加熱法、熱板等に接触させて加熱を行なう直接加熱法のどちらを用いても良い。この場合、使用するテーブルにおいて、ワークの内面形状と類似した表面形状を設計し易いことから、凸形状金型により熱成形されることが好ましい。

樹脂成形体であるワーク２のうち、肉厚の薄いワーク２は剛性が低く変形し易いため、ワーク２の内面形状と類似した表面形状を有したテーブルが必要となる。そのため、図１におけるテーブル３は、ワーク２の内面形状と類似した表面形状を有し、その寸法誤差は１％未満であることが好ましい。テーブル３の作製方法としは、ワーク２を成形する金型の内面形状に、ワーク２固有の成形収縮率を考慮して、ワーク２の内面形状と類似した表面形状を有するテーブル３を作製する方法があげられる。具体的には、ワーク２固有の成形収縮率がａ％である場合、ワーク２を成形する金型の内面形状のＣＡＤデータに対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向それぞれを（１００−ａ）±０．５％に縮小したＣＡＤデータを用いて、切削加工、鋳造加工、樹脂反転加工等によりテーブル３を作製することが好ましい。また、ワーク２がある程度の剛性を有する場合には、ワーク２の内面に直接、硬化性樹脂や石膏等を流し込む注型加工によりテーブル３を作製しても良い。
また、テーブル３は、レーザビーム加工を行いやすいよう、テーブル支柱７や側板５等で保持することが好ましい。こうすることで、高さを調整できる。またテーブル３内部に入ったレーザビームが予期せぬ部分から漏れることを防止する目的として、側板５はテーブル下部を全て覆う形状とすることが好ましい。
テーブル３の材質は特に限定されないが、ワーク２を貫通したレーザビームがテーブル３の内側に接触しても耐久性を保てるといった観点から、熱硬化性樹脂、あるいはアルミニウムや鉄等の鋼材であることが好ましい。またテーブル３の厚みは、レーザビームが接触しても耐久性を保つことができ発熱を防止できるといった観点から、５〜２５ｍｍの範囲内が好ましい。また、レーザビームがテーブル３内部に接触して発熱し、ワーク２自体の温度を著しく上昇させるおそれがある場合には、テーブル３内部に冷却機構（不図示）を設けても良い。該冷却機構としては特に限定されず、通常冷却媒体として使用される水や空気を適宜使用することが出来る。
また、テーブル３に設ける貫通溝４の幅は、ワーク２の形状保持性およびレーザビーム切断面の放射冷却の観点から、１〜１０ｍｍの範囲内が好ましい。すなわち、貫通溝４の幅が前記範囲を超えると、切断部位付近のワーク２が変形し易くなり、また、前記範囲より小さいと、レーザビームにより切断されたワーク２が冷却不足となり変形し易くなる。
また、テーブル３の内部に後述の遮蔽板（図２ ８）を設ける場合は、該内部を空洞として遮蔽板を設置し易くすることが好ましい。

レーザビームを走査照射してワーク２を切断する際には、テーブル３にワーク２を載せて、テーブル３とワーク２をある程度密着させることが必要である。このために、ワーク２の外面形状と類似の押さえ治具（不図示）を用いる方法や、ワーク２をテーブル３側から真空パット等（不図示）で吸引する方法が挙げられる。
真空パットの設置方法は特に限定されないが、テーブル３の表面形状を損ねないよう設置する必要があり、例えば、テーブル３の表面に凹み形状を設けて、真空パッドがテーブル３の表面から突出しないよう設置することが好ましい。また、真空パッドの設置部位は、特に限定されないが、ワーク２がシート状の三次元成形体の場合は、シート状の三次元成形体であるワーク２に真空パッドが吸着した際に変形する恐れがあるため、吸引によるワーク２の変形を考慮する必要があり、例えば、レーザ切断部より５ｍｍ以上離れた位置に設置することが好ましい。また、真空パットの形状および吸引力は、特に限定されず、ワークの肉厚や剛性によって適宜選定すれば良い。

前記テーブル３に向けてレーザビームを走査照射してワーク２を切断する工程について、具体的に以下に述べる。
レーザビームの種類は、特に限定されず、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザ、高調波レーザ、半導体レーザ等を用いることができるが、前述の熱可塑性樹脂を主成分とするワーク２を切断可能であり、且つ汎用性が高いことから、炭酸ガスレーザを用いることが好ましい。また、レーザ切断部位が三次元形状を有する場合は、三次元レーザ加工機を使用することが好ましい。三次元レーザ加工機は、レーザ発振ヘッドが三次元に自在可動する機能を備えており、具体的には、３軸以上が可動するロボットアームの先端にレーザ発振ヘッドを配するレーザ加工機を指す。
図１におけるレーザ発振ヘッド１の先端とワーク２表面との距離については、特に限定されず、レーザ集光レンズの焦点距離により適宜調整すれば良いが、レーザ切断面がきれいであることから、１ｍｍ以上、前記のレーザ集光レンズの焦点位置＋１０ｍｍ以内の範囲内であることが好ましい。また、ワーク２表面とレーザビームとの角度は、ワーク２の切断面がきれいであることから、ワーク２に対して９０度（面直）であることが最も好ましいが、ワーク２の形状とレーザ発振ノズル１の形状の関係により９０度に保つことが困難である場合にはワーク２に対して３０度〜９０度の範囲内となるようにすることが好ましく、４５度〜９０度がより好ましい。レーザ走査速度は、ワーク２の材質および肉厚により適宜調整が必要であるが、切断面がきれいであることから、５００〜１００００ｍｍ／ｍｉｎの範囲内であることが好ましい。

通常、レーザ発振ヘッド１の先端からは、アシストガスと呼ばれる圧搾ガスが吹き出しており、レーザビームによる溶融物をワーク２から排除したり、溶融飛散物から集光レンズを保護する役割を有する。本発明では樹脂成形体からなるワークを使用するため、アシストガスとしては、窒素ガス、空気またはアルゴンガスが好ましい。またアシストガスとして酸素ガスを用いると、材料の燃焼を促進し切断効率をあげることもできるが、レーザ切断部が酸化劣化する可能性があるため、酸化劣化し易い熱可塑性樹脂を使用する場合には注意が必要である。また、アシストガスの噴出圧力および風量については、特に限定されないが、ワークの材質および肉厚により適宜調整する必要がある。

本発明においては、ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１が、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０の範囲内であり、且つ、ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２が、Ａ０×０．９０未満（但しＡ０は、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量である）とすることが特徴である。
このようにレーザビーム光量を設定することで、樹脂成形体からなるワークが、ワークを貫通したレーザビームの反射光または貫通光の影響による焼損や変形がなく、きれいに切断できる。特にワークがシート状の三次元成形体の場合には、前記の焼損や変形が効果的に防止できる。

前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量Ａ０は、ワーク材質の主成分である熱可塑性樹脂の種類あるいは膜厚 により変化する。従って、ワーク材質が変わる毎、あるいは材質が同じ場合であっても膜厚が異なる毎に最低光量Ａ０を設定することが必要となる。このとき、熱可塑性樹脂の種類による最低光量Ａ０は、Ｔｇに依存する場合が多い。
一方、材質が同じであり膜厚が異なる複数のワークの最低光量Ａ０は、膜厚差が小さい場合には該光量Ａ０の変化が微々である場合が多い。例えば膜厚差が５００μｍ以下のワークの各々の最低光量光量Ａ０は殆ど差がない。従って、例えばワークが、熱可塑性樹脂を主体成分とするシートを真空成形等により熱成形されて得られる三次元成形体である場合、真空成形前のシートと真空成形後のシートとの切断すべき部位の膜厚差が５００μｍ以下であれば、熱成形前のシートで設定した最低光量Ａ０を用いることができる。具体的には、厚み１ｍｍのシートから得られる三次元成形体の切断部位の最大展開倍率が２００％以内であれば、切断部位内での膜厚差は５００μｍ以下となるため、熱成形前のシートにより設定された最低光量Ａ０を用いることが可能である。このように、成形前のシート厚みと最大展開倍率から逆算して最低光量Ａ０を設定する方法は、複雑な３次元形状であるワークの最低光量Ａ０を設定するのに容易な方法である。

前記ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１の下限であるＡ０×１．２（具体的には前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量Ａ０の１．２倍を表す）とは、ワーク２を綺麗に切断するための出力光量の下限値であり、該値を下回る場合、ワークは切断できるものの、レーザ切断面に凸凹の段差が生じてしまい市場価値が下がってしまう。また前記ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１の上限であるＡ０×３．０（具体的には前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量Ａ０の３．０倍を表す）とは、ワーク２を綺麗に切断するための出力光量の上限値であり、該範囲を超えると、レーザ切断面にワークの溶融物が付着して異物が発生し易くなり好ましくない。
また、前記ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２がＡ０×０．９０未満であるとは、具体的には、ワークを切断した後のレーザビームが何らかの原因でテーブル内で反射し、再度貫通溝（この場合の貫通溝は、入射した箇所の貫通溝である場合と他の箇所の貫通溝である場合とがある）を通過してワーク裏面に到達する場合を想定しており、仮にそのような事態が生じたとしても、ワーク裏面が焼損および変形が発生することのない光量を示している。（具体的には、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量Ａ０の０．９倍未満を表す）。該範囲を超えると、前記事態が生じた場合に、ワーク２を切断し貫通溝４を通過した後のレーザビームが再度貫通溝４を通過してワーク裏側に到達した時に、ワークの焼損および変形が発生するため好ましくない。

（レーザビーム光量の測定方法）
本発明において、レーザビーム光量は、レーザ加工機として、三菱電機株式会社製の三次元炭酸ガスレーザ加工機「ＶＺ−１」を、レーザ光量測定装置として、Ｍａｃｋｅｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＩＮＣ製「Ｌａｓｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｐｒｏｂｅ」を用いて、以下の要領によりレーザビーム光量を測定したものとした。また、レーザビームの最低光量Ａ０は以下のように測定したものとした。ただし、通常のレーザ加工機での切断と異なり、レーザ光量測定装置にレーザビームを２０秒間照射し続ける必要があるため、レーザ発振ヘッドとレーザ光量測定装置を固定し、ワークを動かして切断しながら測定を行った。

（レーザビームの最低光量Ａ０）
ワークとレーザ発振ヘッドの先端との距離を３ｍｍ、レーザ発振ヘッドの走査速度を１０００ｍｍ／ｍｉｎとし、アシストガスとして設定圧力０．０３ＭＰａの乾燥空気を用いて、レーザ加工機の設定出力を変化させながらレーザビームを発振し、ワークが切断可能である最低設定出力を決める（図３−１参照）。次に、前記の最低設定出力で、レーザ発振ヘッドから３ｍｍの位置にレーザ光量測定装置を固定し、レーザビームを２０秒間発振し、レーザビーム光量Ａ０を測定する（図３−２参照）。

また、前記ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１の測定は、Ａ０の測定方法に準拠する。また、前記ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２の測定は、下記の通り行うものとする。

（レーザビーム光量Ａ２）
レーザビーム光量Ａ２は、図２における遮蔽板８を有する場合と有さない場合とで測定方法が異なる。具体的には以下の方法により測定したものである。

（遮蔽板を有さない場合 レーザビーム光量Ａ２の測定方法（１））
図４に示すように、レーザ発振ヘッドとレーザ光量測定装置を固定し、ヘッド先端から３ｍｍの位置に置いたシート状のワークを速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで動かしながら、アシストガスとして設定圧力０．０３ＭＰａの乾燥空気を用いて、レーザビームを２０秒間発振し、ワークを貫通したレーザビーム光量Ａ２を測定する。なお、レーザ発振ヘッドとレーザ光量測定装置との距離は、「ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時」を想定していることから、使用するワークの複数ある貫通溝同士を結んだ最も長い距離とするか、もしくは、テスト用ワークを予め用意し、過剰のレーザビームで切断し、テスト用ワークの裏面を確認し、焼損および変形が発生している部位を特定し、その距離とする方法がある。後者の方法が簡便であり且つ確実であることから好ましい。

（遮蔽板を有する場合 レーザビーム光量Ａ２の測定方法（２））
図５に示すように、レーザ発振ヘッド、レーザ光量測定装置および遮蔽板を固定し、ヘッド先端から３ｍｍの位置に置いたシート状のワークを速度１０００ｍｍ／ｍｉｎで動かしながら、アシストガスとして設定圧力０．０３ＭＰａの乾燥空気を用いて、レーザビームを２０秒間発振し、ワークを貫通し、遮蔽板で反射したレーザビーム光量Ａ２を測定する。なお、レーザ発振ヘッドとレーザ光量測定装置との距離、あるいはレーザ光量測定装置の位置は、「ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時」を想定していることから、遮蔽版を介して使用するワークの複数ある貫通溝同士を結んだ最も長い距離とするか、もしくは、テスト用ワークを予め用意し、過剰のレーザビームで切断し、テスト用ワークの裏面を確認し、焼損および変形が発生している部位を特定し、その距離あるいは位置とする方法がある。後者の方法が簡便であり且つ確実であることから好ましい。

ワーク２を切断し貫通溝４を通過した後、再度貫通溝４を通過してワーク２裏側に到達するレーザビーム光量を前記、前記Ａ２の範囲内とするための具体的方法としては、レーザビームを反射もしくは減衰させるための遮蔽板（図２参照 ８）をテーブル３内に設ける方法が好ましい。遮蔽板の材質としては、カーボンまたは比較的融点の高い金属鋼材等が挙げられる。また、レーザビームは、レーザ発振ヘッド１先端からの距離が一定以上になるとレーザ光量の減衰が大きくなる傾向にある。このことから、ワーク２を切断し貫通溝４を通過した後再度貫通溝４を通過してワーク裏側に到達するまでの距離が３０ｍｍ以上であると、レーザビームが減衰されなお前記Ａ２の範囲内に収めることが可能である。

以下、本発明を実施例により説明する。
（実施例１）
（ワーク（１）を使用した、切断されたワークの製造方法）
光輝性加飾シート「メタラーレ」（平均厚み０．４９ｍｍ、ＤＩＣ株式会社製）を用い、シート温度１４０℃で真空成形することにより、縦１５４ｍｍ×横１６０ｍｍ×奥行き３０ｍｍ（凹形状金型、角部：１５ｍｍＲ）の箱形状を有するワーク（１）（図６参照）を作成した。このワークでの最大展開倍率は１５０％であった。
なおメタラーレの層構成としては、表層側から、（１）ポリエチレン系カバーフィルム（５０μｍ）、（２）アクリルウレタン系表面保護層（１０μｍ）、ゴム変性ＰＭＭＡフィルム層（１２５μｍ）、（４）光輝性インキ層（１μｍ）、（５）ポリエステルウレタン系接着剤層（５μｍ）、（６）ポリプロピレン系バッキングシート（３００μｍ）であり、表層側（１）を前記凹形状金型に接触するように真空成形した。

（レーザビーム光量測定および貫通光による裏面損傷評価）
ワーク（１）について、レーザ加工機として、三菱電機株式会社製の三次元炭酸ガスレーザ加工機「ＶＺ−１」を、レーザ光量測定装置として、Ｍａｃｋｅｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＩＮＣ製「Ｌａｓｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｐｒｏｂｅ」を用いて、レーザビームの最低光量Ａ０を測定した。

（レーザビームの最低光量Ａ０）
ワーク（１）とレーザ発振ヘッドの先端との距離を３ｍｍ、レーザ発振ヘッドの走査速度を１０００ｍｍ／ｍｉｎとし、アシストガスとして設定圧力０．０３ＭＰａの乾燥空気を用いて、レーザ加工機の設定出力を変化させながらレーザビームを発振し、ワーク切断部位（図６の１１）のワークが切断可能である最低設定出力を決めた。次に、前記の最低設定出力で、レーザ発振ヘッドから３ｍｍの位置にレーザ光量測定装置を固定し、レーザビームを２０秒間発振し、レーザビーム光量Ａ０を測定した。この結果、ワーク（１）のレーザビーム光量Ａ０は７０Ｗであった。

レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）を１３０Ｗ（Ａ０×１．６）、レーザビーム光量Ａ２（Ｗ）を６０Ｗ（Ａ０×０．８６）となるように、レーザ加工機「ＶＺ−１」の設定出力を１６０Ｗとし、遮蔽版を使用せずにワーク（１）を切断した。レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）の測定位置は図６の１１、レーザビーム光量Ａ２（Ｗ）の測定部位は図６の１２である。

ワーク切断部位における切断面の評価基準Ａ、ワークを切断し貫通孔を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した場合の評価基準Ｂを下記に示す。

［評価基準Ａ］
○：切断面が滑らかできれいに切断できる。
△：切断面にギザギザ状の段差、あるいは切断面に溶融したダマ状の段差が発生している。
×：切断できない

［評価基準Ｂ］
○：貫通光による裏面焼損無し
△：貫通光による焼損は無いが変形有り
×：貫通光による焼損有り

その結果、ワーク切断状態は切断面が滑らかで綺麗であった。また、貫通溝による裏面焼損も見られなかった。結果を表１に示す。

（比較例１〜４）
レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）、レーザビーム光量Ａ２、及びレーザ加工機「ＶＺ−１」の設定出力を表１の記載とした以外は、実施例１と同様にして、遮蔽版を使用せずにワーク（１）を切断した。結果を表１に示す。

（実施例２、比較例５）
レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）、レーザビーム光量Ａ２、及びレーザ加工機「ＶＺ−１」の設定出力を表１の記載とし、遮蔽版を図６のように設置した以外は、実施例１と同様にして、遮蔽版を使用してワーク（１）を切断した。レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）の測定位置は図７の１１、レーザビーム光量Ａ２（Ｗ）の測定部位は図７の１２である。
結果を表１に示す。

実施例１及び２は、レーザビーム光量Ａ１を、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０（＝８４Ｗ〜２１０Ｗ）であり且つレーザビーム光量Ａ２を、Ａ０×０．９（＝６３Ｗ）未満となるようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合、ワーク切断状態は良好であり、且つワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した場合でも、ワーク裏面の焼損や変形が発生しなかった。
比較例１及び２は、レーザビーム光量Ａ１がＡ０×１．２（＝８４Ｗ）に満たないようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合レーザ出力が低いため、一部切断されていない部位が発生するとともに、切断面にギザギザ状の段差が発生した。
また、比較例３は、レーザビーム光量Ａ２がＡ０×０．９（＝６３Ｗ）以上となるようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合、貫通光による裏面焼損が生じた。
比較例４及び５は、レーザビーム光量Ａ１がＡ０×３．０（＝２１０Ｗ）以上でありかつＡ０×０．９（＝６３Ｗ）以上となるようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合、切断面に切断面に溶融したダマ状の段差が発生するとともに、ワーク裏面の一部で焼損が発生した。また貫通光による裏面焼損も生じてしまった。

（実施例３）
（真空成形後の三次元形状ワーク（２）を使用した、切断されたワークの製造方法）
「メタラーレ」を真空成形機にて１４０℃に加熱し、所定形状の金型（凸形状金型）を用いて、前記シートの裏面側（６）が前記金型に接触するように真空成形を行い、三次元形状のワーク（２）を得た。ワーク（２）の成形収縮率は０．４％であり展開倍率は１４０〜１６５％であり、前記ワーク（２）の切断部の膜厚は３００μｍ〜３５０μｍの範囲内であった。これより、前記ワーク（１）で測定したＡ０＝７０Ｗをそのままワーク（２）のＡ０とした。

（前記ワーク（２）を載せるためのテーブル作製方法）
前記のワーク（２）用の金型（凸形状金型）のＣＡＤデータに対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向それぞれを９９．６％に縮小して、テーブル表面形状用ＣＡＤデータを作成した。このデータを用いて、レーザ切断部位に幅５ｍｍの貫通溝を配したワークを載せるためのテーブルを作製した。また、真空パットを使用し、前記ワークの内面が前記テーブルの表面としっかりと密着できるようにした。

次に、テスト用の前記ワーク（２）を前記テーブルにしっかりと密着させて載せた後、三次元レーザ加工機の設定出力を実施例１と同様の１６０Ｗ、ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１は１３０Ｗ（Ａ０×１．６）として、ヘッド先端からワークまでの距離を３〜５ｍｍ、レーザ出力方向とワークの角度を５０〜９０度の範囲として、レーザ発振ヘッドの走査速度１０００ｍｍ／ｍｉｎ、アシストガスとして設定圧力０．０３ＭＰａの乾燥空気を用いて、テスト用の前記ワーク（２）をレーザ切断した。テスト用ワーク（２）の裏面を確認し、焼損および変形が発生している部位を特定し、該部位のレーザビーム光量が６３Ｗ（Ａ０×０．９）未満となるようにテーブル内部に２ｍｍ厚の鉄板である遮蔽板を設置した。

ワーク（２）およびテーブルを用いて、レーザ発振ヘッドの走査速度を６０００ｍｍ／ｍｉｎとした以外は、前項のレーザ加工条件と同様にして、三次元レーザ加工機にてワーク（２）を切断した。その結果、ワーク裏面の焼損および変形がなく、切断面が滑らかできれいに切断されたワークを得た。

（実施例４）
（ワーク（３）を使用した、切断されたワークの製造方法）
シートとして厚み０．５ｍｍのゴム変性ＰＭＭＡシート（商品名：テクノロイＳ００１Ｇ、住友化学工業株式会社製）を用いた以外は実施例１と同様にして、縦１５４ｍｍ×横１６０ｍｍ×奥行き３０ｍｍ（凹形状金型、角部：１５ｍｍＲ）の箱形状を有するワーク（３）（図６参照）を作成しワーク切断を実施した。このワークでの最大展開倍率は１５０％であった。

前記ワーク（３）について、前述のレーザビーム測定方法を用いて、レーザビーム光量Ａ０の測定を行った結果、Ａ０＝９５Ｗであった。
レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）を１３０Ｗ（Ａ０×１．３７）、レーザビーム光量Ａ２（Ｗ）を６５Ｗ（Ａ０×０．６８）となるように、レーザ加工機「ＶＺ−１」の設定出力を１６０Ｗとし、遮蔽版を使用せずにワーク（３）を切断した。結果を表１に示す。この結果、ワーク切断状態は切断面が滑らかで綺麗であった。また、貫通溝による裏面焼損も見られなかった。

（比較例６〜９）
レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）、レーザビーム光量Ａ２、及びレーザ加工機「ＶＺ−１」の設定出力を表２の記載とした以外は、実施例４と同様にして、遮蔽版を使用せずにワーク（３）を切断した。結果を表２に示す。

（実施例５、比較例１０）
レーザビーム光量Ａ１（Ｗ）、レーザビーム光量Ａ２、及びレーザ加工機「ＶＺ−１」の設定出力を表２の記載とし、遮蔽版を図６のように設置した以外は、実施例４と同様にして、遮蔽版を使用してワーク（３）を切断した。結果を表２に示す。

実施例４及び５は、レーザビーム光量Ａ１を、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０（＝１１４Ｗ〜２８５Ｗ）であり且つレーザビーム光量Ａ２を、Ａ０×０．９（＝８５．５Ｗ）未満となるようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合、ワーク切断状態は良好であり、且つワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した場合でも、ワーク裏面の焼損や変形が発生しなかった。
比較例６及７は、レーザビーム光量Ａ１がＡ０×１．２（＝１１４Ｗ）に満たないようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合レーザ出力が低いため、一部切断されていない部位が発生するとともに、切断面にギザギザ状の段差が発生した。
また、比較例８は、レーザビーム光量Ａ２がＡ０×０．９（＝８５．５Ｗ）以上となるようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合、貫通光による裏面焼損が生じた。
比較例９及び１０は、レーザビーム光量Ａ１がＡ０×３．０（＝２８５Ｗ）以上でありかつＡ０×０．９（＝８５．５Ｗ）以上となるようにレーザ加工機の設定出力を設定したものである。この場合、切断面に切断面に溶融したダマ状の段差が発生するとともに、ワーク裏面の一部で焼損が発生した。また貫通光による裏面焼損も生じてしまった。

本発明の具体的態様の断面図を示す一例である。 本発明の具体的態様の断面図を示す一例であり、遮蔽板を有する例である。 レーザビーム光量Ａ０及びＡ１の測定方法である。 レーザビーム光量Ａ２の測定方法である（遮蔽板を有さない場合）。 レーザビーム光量Ａ２の測定方法である（遮蔽板を有する場合）。 本発明の実施例の具体的態様を示す断面図である。 本発明の実施例の具体的態様を示す断面図である。

符号の説明

１：レーザ発振ヘッド
２：ワーク
３：テーブル
４：スリット（貫通孔）
５：側板
６：底板
７：テーブル支柱
８：遮蔽板
９：レーザ光量測定装置
１０：箱形状を有するワーク
１１：レーザビーム光量Ａ０及びＡ１の測定位置
１２：レーザビーム光量Ａ２の測定位置

Claims (5)

1. 樹脂成形体であるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられた、ワークを載せるためのテーブルに、ワークの内面をテーブルの表面形状に沿わせて載せる工程と、前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射してワークを切断する工程とを含む、切断されたワークの製造方法であって、
   ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１が、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０の範囲内であり、
   且つ、ワークを切断し貫通孔を通過した後再度貫通溝を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２が、Ａ０×０．９０未満（但しＡ０は、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量である）であることを特徴とする、切断されたワークの製造方法。
2. テーブルの内側に、ワークを切断し貫通溝を通過したレーザビームを反射もしくは吸収させるための遮蔽板が設けられている、請求項１に記載のワークの製造方法。
3. ワークがシート状の三次元成形体である、請求項１又は２に記載のワークの製造方法。
4. 樹脂成形体であるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられた、ワークを載せるためのテーブルに、ワークの内面をテーブルの表面形状に沿わせて載せる工程と、
   前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射してワークを切断する工程とを含む、ワークの切断方法であって、
   ワーク切断部位におけるレーザビーム光量Ａ１が、Ａ０×１．２〜Ａ０×３．０の範囲内であり、
   且つ、ワークを切断し貫通溝を通過した後再度貫通孔を通過してワーク裏側に到達した時のレーザビーム光量Ａ２が、Ａ０×０．９０未満（但しＡ０は、前記ワークを切断するために必要なレーザビームの最低光量である）であることを特徴とする、ワークの切断方法。
5. 樹脂成形体であるワークの内面形状と類似した表面形状を有し且つワークのレーザ切断部位と一致する位置に貫通溝が設けられた、ワークを載せるためのテーブルと、ワークをレーザビーム加工するために、前記テーブルに向けてレーザビームを走査照射するレーザー発振機と、ワークを切断し貫通溝を通過したレーザビームを反射もしくは吸収させるための遮蔽板と、を有することを特徴とする、レーザビーム加工装置。

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