JPH0237985A - レーザ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ加工方法及び装置の改良に係わり、特に
難削材であるセラミックスの加工に好適なレーザ加工方
法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、難削材であるセラミックスの切断、穴明は等の加
工にレーザ加工装置を用いることか行われている。従来
のこの種のレーザ加工装置は、第３図に示すように、レ
ーザ発振器１、ミラー２、集光レンズ３、加工ノズル４
を有し、加工ノズル、４にはガス５の供給口６が設けら
れている。レーザ化＃ＮＨ１より発射された平行なレー
ザビーム７はミラー２によって反射されて光路が変化し
、集光レンズ３でその焦点にスポットを結ぶ、この位置
にワーク（被加工ｅＩＪ）となるセラミックス８が配置
される。微小なスポットに集光されたレーザビームはエ
ネルギー密度か極めて高いので、セラミックス８は瞬時
に加熱され、スポットの照射された部分は溶融、蒸発等
のメカニズムによって除去される。このとき同時に、ガ
ス供給口６よりガス５をビームスポット位置に噴射する
。このガス噴射は、セラミックス加工の場合には、前記
？４融部分を吹き飛ばす、あるいは加工部を冷却するこ
とによって加工部周辺への熱伝達を阻止し、熱影響部を
極小に止どめるなどの作用を有している。

このようなレーザによるセラミックスの加工は、ダイヤ
モンド砥石による機械的加工に比べて、任意の曲線か容
易に加工できる、加工反力か生じないので微細な加工が
可能であるなどの特徴を有しており、有望なセラミック
スの加工方法として注目されている６ 〔発明が解決しようとする課題〕 ところがレーザによる加工は、上述のように本質的に熱
加工であるので、材料によってはドロスと称される加工
パリか発生する。これは前記の溶融物の再凝固したもの
であり、加工面の品質を低下させる。そのために、切断
後このドロスを除去する仕上げ工程か必要になる。又、
板厚に比べて加工穴径や切断幅か微小な穴明け、切断等
の場合、即ちアスペクト比の高い穴明け、切断等の場合
は、上記溶融物をガス噴射で吹き飛ばすことのできない
ケースも生じ、この場合には上記溶融物の再凝固したも
のが加工穴部、加工溝部に生じ、結果的に穴明は不能、
切断不能となる。

本発明の目的は、レーザ加工における上記問題点を解決
し、微小な穴加工や、高アスペクト比の加工など高品質
の加工を行うことかできるレーザ加工方法及び装置を提
供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は、レーザビームのビ
ームスポット位置の近傍に水噴流を断続的に噴射しなが
らレーザにより被加工物を加工することを特徴とするレ
ーザ加工方法を提供する。

この場合、好ましくは、ビームスポット位置にガスを連
続的に噴射しながら、レーザをＩＩ？枕的に叩射し、水
噴流を断続的に照射されるレーザの中断時に噴射するよ
うにする。水に超硬微粒子を混入することもできる。

又本発明は、上記目的を達成するため、レーサ介振器と
、該発振器より発射されたレーザビームを集光する光学
系とを有し、レーザにより被加工物を加工するレーザ加
工装置において、前記光学系で集光されたレーザビーム
のビームスギ１１〜位置の近傍に水噴流を断続的に噴射
するノズル手段を設けたことを特徴とするレーザ加工装
置を提供する。

このレーザ加工装置において好ましくは、ノズル手段は
水噴流がレーザスポット位置の加工進行方向背後から噴
射されるように配置される。

〔作用〕

本発明のレーザ加工方法においては、レーザビームのビ
ームスポット位置の近傍に水噴流を断続的に噴射するこ
とにより、水噴流か噴射されていないときにはレーザビ
ームの照射により被加工物を溶融させ、水噴流が噴射さ
れたときにその水噴流により溶融物か吹き飛ばされる。

従って、溶融物の再凝固が防止され、高品質の加工が行
えると共に、微小な穴加工及び高アスペクト比の穴明け
、切断、溝加工等を行える。

ビームスギ１８位置にガスを連続的に噴射しながら、断
続的に照射されるレーザを用い、水噴流を該１１ｉ続照
射レーサの中断時に噴射することにより、水噴流の噴射
停止後攻のレーザビームか照射されるまでの間にビーム
スポット位置に残存していた水はガスで吹き飛はされ、
レーザビームが照射されるときは、水噴流か噴射されて
おらすかつビームスポット位置に水が残存していない状
態で照射か行われる。従って、ビームスギ１１〜位置に
水かある状態でレーザビームか照射され、ビームスポッ
トの散乱、熱の吸収等が発生することが防止され、微細
な加工を精度良く効率的に行うことができる。

水に超硬微粒子を混入することにより、溶融掬の除去た
けでなく加工後の表面研磨も行うことができ、加工品質
をさらに向上できる。

また本発明のレーザ加工装置においては、レーザビーム
のビームスポット位置の近傍に水噴流を断続的に噴射す
るノズル手段を設けることにより、上記と同様、溶融物
を吹き飛ばし、高品質の加工や、微小な穴加工及び高ア
スペクト比の穴明け、切断、溝加工等を行える。

ノズル手段を水噴流かレーザスポット位置の加工進行方
向背後から噴射されるように配置することにより、水噴
流は加工部分の板厚深部まで到達し、溶融物の除去を確
実に行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、レーザ加工装置はレーザ発振器１１を
有し、レーザ発振器１１の出力側にはミラー°１２、集
光レンズ１３、加工ノズル１４か配置されている。レー
ザ発振器１１より発射された平行なレーザビーム１５は
ミラー１２によって反射されて光路が変化し、集光レン
ズ１３で集光され、加工ノズル１４の先端開口１６を通
って集光レンズ１３の焦点にスポットを結ぶ、加工ノズ
ル１４の下方には、レーザビームのビームスポット位置
に来るようにワーク（被加工物）となるセラミックス１
７を支持するワーク移動テーブル１８が設置されている
。加工ノズル１４にはガス１つの供給口２０か設けられ
、このガス供給口２０にはガス供給装置２１が接続され
ている。ガス供給装置２１より供給口２０を通って供給
されたガス１９は加工ノズル１４の先端開口１６より雰
囲気ガスとしてワーク１７のビームスポット位置に噴射
される。レーザ発振器１１とワーク移動テーブル１８は
ベース２２上に設置されている。

加工ノズル１４には、これと一体に水噴射ノズル２３が
設けられ、水噴射ノズル２３の出口開口２４は加工ノズ
ル１４の先端開口１６に隣接して位置し、入口開口２５
は水供給装置２６に接続されている。水供給装置２６よ
り供給された水２７は、水噴射ノズル２３の出口開口２
４より水噴流としてレーザビームのビームスポット位置
近傍に噴射される。ここでワーク移動テーブル１８の移
動方向を図示矢印Ａ方向とすると、レーザによるワーク
１７の加工進行方向は、この移動方向Ａと反対方向とな
り、水噴射ノズル２３は、好ましくは、水噴流がレーザ
スポット位置の加工進行方向背後から噴射されるように
配置する。この水２７には必要に応じてカーネット等の
超硬（成粒子が混入される。

レーザ発振器１１、ガス供給装置２１及び水供給装置２
６は制御装置２８に接続され、これらの動作か制御され
る。制御装置２８によって制御されるレーザ発振器１１
、ガス０（給装置２１及び水供給装置２６の制御モード
を第２図（Ａ＞及び（Ｂ）に示す６第２図（Ａ）はレー
ザとして連続的に照射されるレーザを使用した場合であ
り、第２図（Ｂ）はレーザとして断続的に照射されるレ
ーザを使用した場合である。いずれの場合もガスは連続
的に噴射され、水は断続的に噴射される。

又レーザを断続的に照射する場合、水はパルスレーザ°
の中断時に噴射される。

次に、このように構成された本実施例の動作を説明する
。

本実施例のレーザ加工装置では、第２図（Ａ）に示す連
続照射レーザの場合には、レーザビーム１５を連続的に
照射しかつガス１つを連続的に噴射しながら、同時に水
２７の噴流を１υ１続的に噴射する。これにより、まず
、水噴流が噴射されていない状態でガス１つを噴射しつ
つレーザビーム１５を照射してワーク１７を溶融させる
。レーザビーム１５を水噴流かある状態で照射した場合
には、水の存在によりビームスポットか散乱し、また水
に吸収されて有効にワーク１７を加熱できない。

従って、このように水噴流のない状態でレーザビームを
照射することにより、ワーク１７の溶融を効率的に行う
ことかできる。

次いで、適当な時間経過後、水２７の噴流を噴射し、溶
融物を吹き飛ばす。水２７は、従来のレーザ加工装置に
おけるガス１９の噴射による溶融物の吹き飛ばし力に比
べてその運動盪が大であるので、吹き飛ばし力は極めて
大きい。従って、粘性ないしは表面張力によって加工部
分に止どまろうとする溶融物を強力に吹き飛ばすことか
できる。

またこのとき、水２７の噴流をレーザスポット位置の加
工進行方向背後から噴射することにより、水噴流は溶融
部分の厚み方向深部まで到達し、その部分の溶１ｉｉ！
ｌ物も確実に吹き飛ばずことかできる。

従って、レーザビームの照射により生じた溶融物の再凝
固が防止され、加工表面の奇麗な高品質の加工を行うこ
とができる。また微小な穴加工や、高アスペクト比の穴
明け、切断、溝加工等を行うことかできる。又、このよ
うに溶融物を吹き飛ばすことにより、ワーク１７の加工
部は常に新しい素地がレーザビーム１５にさらされるこ
とになり、溶融効率も向上する。

また、基本的には熱加工であるレーザ加工は、加工部近
傍のワーク１７の変質か避けられない。

これは正常な組織か熱を受けて組織か乱されるからであ
り、これによりクラック等が生じ、強度の低下につなが
る等の問題がある０本実施例のように水噴流を噴射する
ことにより、水噴流はこの脆弱化した組織部をも吹き飛
ばすので、加工後のワークには脆弱化した組繊部が少な
くなっており、強度も素材本来の強度が確保される。

一方、ガス１つは連続的に噴射することにより、水２７
の噴射中断後に溶融部に残る水を吹き飛ばし、次の水の
噴射か開始されるまでの間に溶融部に水のない状態を作
り、水による上記ビームスポットの散乱等を防止し、レ
ーザビーム１５を有効にワーク１７に集光させることか
できる。これによりワークの溶融を一層効率的に行える
。またガス１９を連続して噴射することにより、レーザ
照射時の溶融したワークの飛散物や、水２７を噴射して
溶融物を吹き飛ばすときの飛散物が加工ノスル１４の先
端開口１６より加工ノズル１４内に侵入して、集光レン
ズ１３等に付着し、損傷することを防止できる。

次に断続的に照射されるレーザを用いた場合を第２図（
Ｂ）を参照して説明する。断続照射レーザの場合には、
ガス１つは連続的に噴射しながら水２７の噴流を断続的
に噴射するか、その水２７の断続的な噴射は、レーザの
中断時、即ちレーザビームか照射されていないときに水
噴流か噴射されるようにする。これにより、水噴流の噴
射停止後攻のレーザビームが照射されるまでの間にビー
ムスポット位装置に残存していた水はガス１つで吹き飛
ばされ、レーザビームが照射されるときは、水噴流が噴
射されておらず、かつビームスポット位置に水が残存し
ていない状態で照射が行われる。

従って、ビームスポット位置に水がある状態でレーザビ
ームか照射されることを完全に回避することかでき、微
細な加工を精度良く効率的に行うことができる。　又、
水２７にカーネット等の超硬微粒子を混入した場合には
、溶融物の飛散に加えて、前述した熱加工により脆弱化
した組織部を吹き飛ばず作用かより著しくなり、さらに
は加工後の面を研磨する作用も付与することができ、加
工品質を一層向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水＋ｇ流の断続的な噴射により、レー
ザビームの照射によるワークの溶融を可能としながら溶
融物を強力に吹き飛ばずことができるので、加工面にド
ロス等のない高品質の加工を行うことができる。またレ
ーザによる１紋小な穴加工や、高アスペクト比の穴明け
、切断、溝加工等を行うことかできる。

ビームスポット位置にガスを連続的に噴射しながら、レ
ーザを断続的の照射し、水噴流をレーザの中断時に噴射
する場合には、レーザビームが照射されるときは、水噴
流が噴射されておらずかつビームスポット位置に水が残
存していないので、ｌａ柵な加工を精度良く効率的に行
うことができる。

水に超硬微粒子を混入した場合には、溶融物の除去だけ
でなく加工後の表面研磨も行うことができ、加工品質を
さらに向上できる。

本発明のレーザ加工装置においては、ノズル手段を水噴
流がレーザスポット位置の加工進行方向背後から噴射さ
れるように配置した場合には、水噴流は加工部分の板厚
深部まで到達し、溶融物の除去を一層確実に行うことが
できる６

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実繕例Ｃごよるレーザ加工装置を示
す一部断面側面図であり、第２図＜Ａ＞及び（Ｂ）はそ
のレーザ加工装置の制御装置によって行われる制御モー
ドを示すタイミングチャートであり、第３図は従来のレ
ーザ加工装置の概略図である。 符号の説明 １１・・・レーザ発振器　１２・・・ミラー１３・・・
集光レンズ（光学系） １５・・・レーザビーム　　１７・・・ワーク１つ・・
・ガス ２３・・・水噴射ノズル（ノズル手段）２７・・・水

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームのビームスポット位置の近傍に水噴
   流を断続的に噴射しながらレーザにより被加工物を加工
   することを特徴とするレーザ加工方法。
2. （２）前記レーザビームのビームスポット位置にガスを
   連続的に噴射すると共に、前記レーザを断続的に照射し
   、前記水噴流を前記断続照射レーザの中断時に噴射する
   ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
3. （３）前記水に超硬微粒子を混入したことを特徴とする
   請求項１記載のレーザ加工方法。
4. （４）レーザ発振器と、該発振器より発射されたレーザ
   ビームを集光する光学系とを有し、レーザにより被加工
   物を加工するレーザ加工装置において、前記光学系で集
   光されたレーザビームのビームスポット位置の近傍に水
   噴流を断続的に噴射するノズル手段を設けたことを特徴
   とするレーザ加工装置。
5. （５）前記ノズル手段を前記水噴流が前記レーザスポッ
   ト位置の加工進行方向背後から噴射されるように配置し
   たことを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。