JP4374611B2

JP4374611B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP4374611B2
Application number: JP2004073980A
Authority: JP
Inventors: 宏一錦; 伸一葛卷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005262221A

Description

本発明は、レーザ光によって被加工物に対し溶接や切断などの加工を行うレーザ加工装置に関する。

近年、レーザ光によって被加工物に対し溶接や切断などの加工を行うレーザ加工装置が広く普及している。

特開２００１−２０５４７２号公報特開平７−２２３０８６号公報

レーザ加工装置では、加工時において、レーザ光が照射された被加工物の一部が、溶融し、スパッタとして周囲に飛散する。このようなスパッタは、レーザ照射手段の照射部や被加工物等に付着することがあり、この結果、レーザ照射手段の照射部の汚染により、レーザ光証照射の妨げになり、加工精度が低下するという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レーザ加工時において飛散するスパッタがレーザ照射や被加工物等に付着することなく、良好な加工を行うことが可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段・発明の効果

上記課題を解決するため、本発明のレーザ加工装置では、被加工物の加工部に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段と、該加工部から発生するスパッタを吹き飛ばすため、噴出面に形成された複数のエア噴出口からエアを噴出させてレーザ照射手段と被加工物との間を横切るエアカーテンを生成するエアカーテン生成手段とを備え、噴出面は、長方形状をなし、その長手方向がレーザ光の照射方向に対して垂直に配置されており、エア噴出口は、レーザ光の照射方向に沿うように千鳥配列されていることを特徴とする。

上記本発明によると、レーザ照射手段と被加工物との間を横切るエアカーテンを生成させることで、被加工物からレーザ照射手段に向かって飛散するスパッタを吹き飛ばし、レーザ照射手段や被加工物等を保護することが可能となっている。

次に、本発明のレーザ加工装置では、エアカーテン生成手段は、レーザ光の照射方向に沿うように配列した複数のエア噴出口を有するように構成することができる。

上記本発明によると、レーザ光の照射方向に沿うように複数のエア噴出口が設けることで、当該照射方向に対してエアカーテンを厚くすることができる。これによって、スパッタをより吹き飛ばしやすくなり、レーザ照射手段や被加工物等をより良好に保護することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１に示すのは、本発明の第一実施形態に係るレーザ加工装置１の概略構成図である。レーザ加工装置１は、被加工物Ａの加工部ＡＰに向けてレーザ光ＬＢを照射するレーザ照射手段２と、該加工部ＡＰから発生するスパッタＳを吹き飛ばすため、レーザ照射手段２と被加工物Ａとの間を横切るエアカーテンＡＲを生成するエアカーテン生成手段３と、を備える。

レーザ加工装置１は、レーザ照射手段２から照射したレーザ光ＬＢによって被加工物Ａに対し溶接や切断などの加工を行う。その際、レーザ光ＬＢが照射された被加工物Ａの加工部ＡＰからはスパッタＳが飛散するが、エアカーテン生成手段３によりレーザ照射手段２と被加工物Ａとの間を横切るエアカーテンＡＲを発生させることで、スパッタＳを吹き飛ばし、レーザ照射手段２や被加工物Ａに付着しないようにしている。

レーザ加工装置１は、被加工物Ａを保持する保持手段４を備えており、被加工物Ａを保持手段４によって保持した状態でレーザ加工する。例えば、図に示すように、レーザ照射手段２及びエアカーテン生成手段３を固定し、保持手段４により被加工物Ａを移動・回転等させることができる。すなわち、レーザ光ＬＢの焦点位置を固定し、それに対して加工部ＡＰ側を相対移動させるように構成することで、レーザ光ＬＢの焦点位置を加工部ＡＰに合わせやすくすることができる。また、当該保持手段４には、加工部ＡＰに不活性ガスＩＧを噴きつける不活性ガス噴出手段４１が形成されている。これにより、加工時における加工部ＡＰの酸化が防止される。なお、不活性ガスＩＧの種類としては特に限定されず、アルゴンガスや窒素ガス等を適宜選択可能である。

レーザ照射手段２は、例えば、レーザ発生器、光ファイバー及びレンズにより構成することができる。すなわち、レーザ発生器で発生したレーザ光ＬＢを、光ファイバーを通し、照射部２１に配されたレンズで集光して、加工部ＡＰに向かって照射する。レーザの種類としては、例えば、ＹＡＧ：Ｎｄ^３＋レーザや半導体（ダイオード）レーザを用いることができる。また、照射部２１の先には保護ガラス２２が設けられており、レーザ光ＬＢを透過させつつ、照射部２１（レンズ等）を保護している。

エアカーテン生成手段３は、噴出面３４からエアを噴出させて、レーザ照射手段２と被加工物Ａとの間を横切るエアカーテンＡＲを生成させる。エアの噴出方向は、例えば、レーザ光ＬＢの照射方向（詳しくは、レーザ照射手段２と加工部ＡＰとを結ぶ直線）に対して垂直な方向とすることができる。エアの噴出圧については、スパッタＳを十分に吹き飛ばし、レーザ照射手段２を保護することが可能な大きさを適宜調整する。なお、エアの噴出圧が過度に大きい場合には、エアカーテンＡＲが上記不活性ガスＩＧを巻き込んで、加工部ＡＰ付近を不活性ガス雰囲気とすることができず、加工部ＡＰを酸化させてしまう畏れがある。

なお、エアカーテン生成手段３により噴出されるエアカーテンＡＲと、上記不活性ガス噴出手段４１により噴出される不活性ガスＩＧとは、図に示すように、ほぼ同方向に流通するように構成されることが好ましい。両者が、過度に異なる方向に流通した場合、不活性ガスＩＧがエアカーテンＡＲに巻き込まれやすくなって、加工部ＡＰ付近を不活性ガス雰囲気とすることができず、加工部ＡＰを酸化させてしまう畏れがある。

エアカーテン生成手段３は、図２に示すように、レーザ照射手段２（例えば、レンズの中心）と加工部ＡＰとを結ぶ直線ＢＬを基準に定めることができる。具体的には、エアカーテン生成手段３は、当該直線ＢＬからの離間距離Ｈが２０ｍｍ以上となるように設置することができる。なお、離間距離Ｈは、直線ＢＬからエアカーテン生成手段３の先端（本実施形態では噴出面３４）までの距離とする。レーザ光照射手段２に向かうスパッタＳを、エアカーテンＡＲによって吹き飛ばすためには、噴出面３４の噴出口からレーザ光ＬＢまでの距離が短い方が好ましい。他方、エアカーテン生成手段３を過度に近接させると、レーザ光ＬＢに干渉してしまう畏れがあるので、離間距離Ｈを２０ｍｍ以上とするのが好ましい。より好ましくは、３０ｍｍ以上とする。

また、エアカーテン生成手段３は、上記直線ＢＬに沿った方向における被加工物Ａからの距離（照射方向距離）Ｄ１が２５ｍｍ以上となるように設置することができる。なお、距離Ｄ１は、直線ＢＬに沿った方向における被加工物Ａの加工部ＡＰからエアカーテン生成手段３の噴出口位置（例えば、噴出面３４の中央）までの距離とする。距離Ｄ１が２５ｍｍ未満であると、保持手段４に設けられた不活性ガス噴出手段４１から噴出される不活性ガスＩＧが、エアカーテン生成手段３からのエアカーテンＡＲに巻き込まれやすくなって、加工部ＡＰ付近を不活性ガス雰囲気とすることができず、加工部ＡＰを酸化させてしまう畏れがある。また、距離Ｄ１は３０ｍｍ以上であることがより好ましい。

他方、距離Ｄ１が過度に大きくなると、すなわち、直線ＢＬ方向におけるレーザ照射手段２（本実施形態では保護ガラス２２）からの距離（照射方向距離）Ｄ２が小さくなり過ぎると、エアカーテンＡＲの位置がレーザ照射手段２に近接しすぎて、スパッタＳの飛散方向を十分に変えることができずに、保護ガラス２２に付着させてしまう畏れがある。なお、距離Ｄ２は、直線ＢＬに沿った方向におけるレーザ照射手段２の先端（例えば、保護ガラス２２の表面）からエアカーテン生成手段３の噴出口位置（例えば、噴出面３４の中央）までの距離とする。

図３に示すのは、本発明の第二実施形態に係るレーザ加工装置１０の概略構成図である。以下、主として図１と異なるところを述べ、同一部分は図３中に同一符号を付して説明を簡略化する。図４は、エアカーテン生成手段３０の噴出面３９を表す図であるが、エアカーテン生成手段３０は、レーザ光ＬＢの照射方向Ｌに沿うように配列した複数のエア噴出口３７を有する。

なお、エア噴出口３７の配列形態は、照射方向Ｌに沿って複数配列していれば、特には限定されない。本実施形態では、図４に示すように、複数のエア噴出口３７を噴出面３９に千鳥配置させている。また、噴出面３９の形状は、例えば、長方形状として、長手方向をレーザ光ＬＢの照射方向Ｌと垂直にすることができる。このように構成することで、図５（ａ）に示すように、レーザ照射手段２と被加工物Ａとの間を遮断するようにエアカーテンＡＲＳを壁のごとく生成させ、レーザ照射手段２を良好に保護することができる。

他方、レーザ光ＬＢの照射方向Ｌには上述のごとくエア噴出口３７が複数配列しているため、図５（ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢの照射方向Ｌに対して厚いエアカーテンＡＲＳを生成させることができる。すなわち、被加工物Ａからレーザ照射手段２に向かって飛散してくるスパッタＳの貫通方向に対し、エアカーテンＡＲＳを厚くできるので、スパッタＳをより吹き飛ばしやすくなり、レーザ照射手段２が良好に保護されるのである。

詳しくは、図６に示すように、被加工物Ａからレーザ照射手段２に向かって飛散してくるスパッタＳは、エアカーテンＡＲＳ内において、照射方向Ｌに沿って複数配列したエア噴出口３７からそれぞれ噴出されるエアによって、多段的に飛散方向が屈折させられる。このようにして、単独の噴出口の場合よりも、スパッタＳをより良好に吹き飛ばすことが可能となる。

本発明に係るレーザ加工装置の第一実施形態の概略構成図本発明に係るレーザ加工装置を構成する各手段の位置関係を表す図本発明に係るレーザ加工装置の第二実施形態の概略構成図エアカーテン生成手段の噴出面を表す図エアカーテン生成手段により生成したエアカーテンを模式的に表す図エアカーテンによってスパッタが吹き飛ぶ様子を模式的に表す図

符号の説明

１、１０レーザ加工装置
２レーザ照射手段
２２保護ガラス
３、３０エアカーテン生成手段
４保持手段
４１不活性ガス噴出手段
Ａ被加工物
ＡＰ加工部
ＡＲエアカーテン
ＬＢレーザ光
Ｓスパッタ

Claims

被加工物の加工部に向けてレーザ光を照射するレーザ照射手段と、該加工部から発生するスパッタを吹き飛ばすため、噴出面に形成された複数のエア噴出口からエアを噴出させて前記レーザ照射手段と前記被加工物との間を横切るエアカーテンを生成するエアカーテン生成手段とを備え、
前記噴出面は、長方形状をなし、その長手方向が前記レーザ光の照射方向に対して垂直に配置されており、前記エア噴出口は、前記レーザ光の照射方向に沿うように千鳥配列されていることを特徴とするレーザ加工装置。
前記エアカーテン生成手段は、前記レーザ照射手段と前記加工部とを結ぶ直線からの離間距離が２０ｍｍ以上となるように設置されてなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記被加工物を保持する保持手段を備え、当該保持手段には、前記エアカーテン生成手段により生成されるエアカーテンと同方向に流通するよう前記加工部に不活性ガスを噴きつける不活性ガス噴出手段が形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
前記エアカーテン生成手段は、前記レーザ照射手段と前記加工部とを結ぶ直線に沿った方向における前記被加工物からの距離が２５ｍｍ以上となるように設置されてなることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。