JP7845321B2 - レーザ加工機 - Google Patents

Description

本開示は、レーザ加工機に関する。

レーザを照射してワークを加工するレーザ加工機において、レーザ照射によって生じた溶融物が飛散し、レンズ等の光学系に付着することがある。
例えば、特許文献１には、ノズル内にガスを供給するとともに、負圧を発生させることによって溶融物の飛散から光学系を保護する技術が開示されている。

特開２０１８－１１４５４２号公報

発明者らは、レーザ加工機に関し、以下の課題を見出した。
溶融物が回収されきれずに残存している場合、光学系及びワークが汚染されることによってレーザ加工効率の悪化を引き起こす虞がある。また、ノズル内部及び周辺設備等が汚染されることによって設備寿命の低下を引き起こす虞がある。そのため、溶融物の飛散をさらに抑制することが求められている。

本開示は、このような課題に鑑みなされたものであり、溶融物の飛散をさらに抑制可能なレーザ加工機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一態様は、
レーザ加工機であって、
レーザをワークに照射するレーザ照射部と、
前記レーザ照射部から前記ワークの加工点までを連通する中空部分を有するチャンバと、を備え、
前記チャンバには、
前記チャンバの中空部分を形成する内壁の途中に設けられたエア流入口に連通し、前記エア流入口を介してエアを前記チャンバ内に流入するエア流入路と、
前記エア流入口が設けられた前記内壁の面と対向する前記内壁の面に設けられたエア吸入口に連通し、前記エア吸入口を介してエアを前記チャンバ内から吸入するエア吸入路と、
が設けられており、
前記チャンバの中空部分は、前記レーザの進行方向に直交する方向に切断した際における断面が長方形状であり、
前記エア流入口は、前記チャンバの内壁のうち長辺部分に少なくとも２つ設けられ、
前記エア流入口が設けられた内壁に対向する前記チャンバの内壁において、前記エア流入口に相当する箇所が壁になっており、
前記エア吸入口に対向する前記チャンバの内壁において、前記エア吸入口に相当する箇所が壁になっており、
前記エア吸入路は、前記エア吸入口から外部側の端に向かって上昇する傾きを有する。

本開示によれば、溶融物の飛散をさらに抑制可能なレーザ加工機を提供することができる。

実施形態に係るレーザ加工機が備えるチャンバの平面図である。 実施形態に係るレーザ加工機の構成を示す図である。 チャンバの形状を示す図である。 チャンバの形状と残留粒子数との関係を示すグラフである。

以下では、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。また、本明細書において、「略同一」とは、人が見て同じ形状、同じ寸法を有するとみなされる状態を示す。

まず、図１及び図２を参照し、本実施形態に係るレーザ加工機１０の構成を説明する。図１に示すように、レーザ加工機１０は、少なくとも、チャンバ１００及びレーザ照射部２００を備える。レーザ加工機１０は、周辺部材６００，７００等の部材をさらに備えてもよい。尚、図１には、レーザ加工機１０に加えて、ワーク３００，４００を図示している。

レーザ加工機１０は、レーザを照射することによってワークを加工する装置である。図１に示す例では、レーザ加工機１０は、レーザ照射によって２つのワーク３００，４００を接合する。図１に示す加工点５００は、レーザの照射位置である。レーザ照射部２００は、加工点５００に向かってレーザを照射する。ワーク３００，４００は、加工点５００近傍においてレーザによって溶融接合される。ワーク３００，４００は、レーザを受光すると、急激に熱せられて融点や沸点を瞬間的に超え、溶融材料や溶融蒸気が周辺に拡散することがある。以下、溶融材料及び溶融蒸気を「溶融物」と称する。尚。レーザ加工機１０は、ワーク同士の接合以外の加工を行ってもよい。レーザ加工機１０は、例えば、穴あけ加工等を行ってもよい。

周辺部材６００，７００は、チャンバ１００及びワーク３００，４００等の周囲に配置される部材であり、種々の機能を有する。図１に示す例では、周辺部材６００，７００は、チャンバ１００及びワーク３００，４００の位置決めをする部材である。

チャンバ１００は、レーザ照射部２００から加工点５００を連通する。図１に示すように、チャンバ１００は、中空状の部材であり、チャンバ１００に設けられた中空部分をレーザが通過する。図２は、チャンバ１００をレーザ照射部２００側から見た図である。図２に示すように、チャンバ１００は、長方形状の中空を有する。具体的には、チャンバ１００は、レーザの進行方向に直交する方向に切断された際における断面が長方形状である中空を有する。すなわち、チャンバ１００の内壁１５０は、対向する２つの長辺部分１５０ａ，１５０ｂと、当該長辺部分の端を結ぶ２つの短辺部分（図示省略）と、を有する。

チャンバ１００には、少なくとも２つのエア流入路１３０が設けられる。図２に示す例では、チャンバ１００には、２つのエア流入路１３０ａ，１３０ｂが設けられる。エア流入路１３０は、エア流入口１１０に連通しており、エア流入口１１０を介してエアをチャンバ１００内に流入する。エア流入口１１０は、図１に示すように、チャンバ１００の内壁１５０の途中部に設けられる。具体的には、内壁１５０の長辺部分に、少なくとも２つのエア流入口１１０が設けられる。図２に示す例では、内壁１５０の長辺部分１５０ａには、２つのエア流入口１１０ａ，１１０ｂが設けられる。

チャンバ１００には、少なくとも１つのエア吸入路１４０が設けられる。図２に示す例では、チャンバ１００には、１つのエア吸入路１４０が設けられる。エア吸入路１４０は、エア吸入口１２０に連通しており、エア吸入口１２０を介してチャンバ１００内のエアを吸入する。エア吸入口１２０は、図１に示すように、チャンバ１００の内壁１５０の途中部に設けられる。具体的には、内壁１５０のエア流入口１１０が設けられた長辺部分と対向する長辺部分にエア吸入口１２０が設けられる。図２に示す例では、内壁１５０の長辺部分１５０ｂには、１つのエア吸入口１２０が設けられる。エア吸入路１４０は、図１に示すように、エア吸入口１２０からチャンバ１００の外部側の端に向かって上昇する傾きを有する。換言すると、エア吸入路１４０は、エア吸入口１２０が加工点５００に向くような角度が付けられている。また、エア吸入口１２０は、図１に示すように、エア流入口１１０ａ，１１０ｂと略同一の高さに設けられることが好ましい。エア吸入口１２０をエア流入口１１０ａ，１１０ｂと略同一の高さに設けることによって、チャンバ１００内におけるエア流れの短絡を抑制し、チャンバ１００内に縦方向の旋回流を精度良く発生させることができる。

エア流入口１１０ａ，１１０ｂが設けられた長辺部分１５０ａに対向する長辺部分１５０ｂにおいて、エア流入口１１０ａ，１１０ｂに相当する箇所は、壁になっている。換言すると、長辺部分１５０ｂにおいてエア流入口１１０ａ，１１０ｂに相当する箇所には、エア吸入口１２０が設けられていない。また、エア吸入口１２０が設けた長辺部分１５０ｂに対向する長辺部分１５０ａにおいて、エア吸入口１２０に相当する箇所は、壁になっている。換言すると、長辺部分１５０ａにおいてエア吸入口１２０に相当する箇所には、エア流入口１１０ａ，１１０ｂが設けられていない。図２に示す例では、エア吸入口１２０は、長辺部分１５０ｂにおいて、２つのエア流入口１１０ａ，１１０ｂ同士の間に相当する箇所に設けられる。

図１及び図２に示す矢印は、チャンバ１００内におけるエアの流れを示す。図１及び図２に示すように、エア流入路１３０ａ，１３０ｂからエア流入口１１０ａ，１１０ｂを介して流入されたエアは、チャンバ１００内において縦方向及び横方向に回転する旋回流を生じる。チャンバ１００内で旋回しているエアは、エア吸入口１２０を介してエア吸入路１４０から吸入される。縦方向すなわちレーザの進行方向に旋回流が延びているため、加工点５００にエア流れが届く。横方向すなわちレーザの進行方向に直交する方向に旋回流が延びているため、加工点５００が線形状である場合においても溶融物をチャンバ１００内から排出することができる。

レーザを加工点５００に照射した際に生じる溶融物は、チャンバ１００内に発生した旋回流に乗ってエアと共にエア吸入路１４０から排出される。そのため、ワーク３００，４００及びレーザ加工機１０を構成する各部材等への溶融物の付着を抑制できる。レーザ加工機１０は、エアの流れによって溶融物を排出しているため、不活性ガス等を用いて溶融物を排出する装置に比較して、ランニングコストが抑えられる。また、レーザ加工機１０は、不活性ガスを供給する機構が不要であるため、構造が簡素であり、制御が容易である。エアに含まれる溶融物は、質量がエアよりも大きいため、エア吸入路１４０内等において慣性力によってエア流れから逸脱する虞がある。そのため、エア吸入路１４０内への溶融物の付着を抑制する観点から、エア吸入路１４０を直線状に設けることが好ましい。

次に、本発明の実施例について説明する。
実施例１及び比較例１～３に係るチャンバのモデルを図３に示す。図３は、エア流入路１３０ａ，１３０ｂが延びる方向に沿って切断されたチャンバのモデルを示す模式図である。実施例１及び比較例１～３に係るチャンバのモデルは、いずれも２つのエア流入路１３０ａ，１３０ｂ及び１つのエア吸入路１４０が設けられる。

実施例１は、チャンバ内壁の長辺部分にエア流入路１３０ａ，１３０ｂ及びエア吸入路１４０が設けられ、エア吸入路１４０がエア吸入口１２０から外部側の端に向かって傾斜を有するモデルである。すなわち、上述の実施形態において説明を行ったチャンバ１００に相当するモデルである。比較例１は、チャンバ内壁の長辺部分にエア流入路１３０ａ，１３０ｂ及びエア吸入路１４０が設けられ、エア吸入路１４０がエア吸入口１２０から外部側の端に向かって略水平に延びるモデルである。比較例２は、チャンバ内壁の短辺部分にエア流入路１３０ａ，１３０ｂ及びエア吸入路１４０が設けられ、エア吸入路１４０がエア吸入口１２０から外部側の端に向かって略水平に延びるモデルである。比較例３は、チャンバ内壁の短辺部分にエア流入路１３０ａ，１３０ｂ及びエア吸入路１４０が設けられ、エア吸入路１４０がエア吸入口１２０から外部側の端に向かって傾斜を有するモデルである。

図３に示したモデルを使用して排出性の評価を行った。評価を行う際には、チャンバ内のレーザ加工点付近に溶融材料を模した仮想粒子を配置した後にエアを吸入し、チャンバ内に残留している仮想粒子の数を測定した。尚、初期配置では仮想粒子は浮いており、内壁面等に衝突すると付着するものとした。評価結果を図４に示す。実施例１及び比較例１と、比較例２及び比較例３と、を比較すると、チャンバ内壁の長辺部分にエア流入口１１０及びエア吸入口１２０を設けることによって、多くの仮想粒子をエアの流れによって排出できることが分かった。また、実施例１と比較例１とを比較すると、エア吸入路１４０に傾斜を設けることによって仮想粒子をさらに排出できることが分かった。このように、実施例１は、比較例１～３に比較して、短時間で多くの仮想粒子を排出できており、排出性に優れることが分かった。

なお、本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ レーザ加工機
１００ チャンバ
１１０（１１０ａ，１１０ｂ） エア流入口
１２０ エア吸入口
１３０（１３０ａ，１３０ｂ） エア流入路
１４０ エア吸入路
１５０ 内壁
１５０ａ，１５０ｂ 長辺部分
２００ レーザ照射部
３００，４００ ワーク
５００ 加工点
６００，７００ 周辺部材

Claims (2)

1. レーザをワークに照射するレーザ照射部と、
   前記レーザ照射部から前記ワークの加工点までを連通する中空部分を有するチャンバと、を備え、
   前記チャンバには、
   前記チャンバの中空部分を形成する内壁の途中に設けられたエア流入口に連通し、前記エア流入口を介してエアを前記チャンバ内に流入するエア流入路と、
   前記エア流入口が設けられた前記内壁の面と対向する前記内壁の面に設けられたエア吸入口に連通し、前記エア吸入口を介してエアを前記チャンバ内から吸入するエア吸入路と、
   が設けられており、
   前記チャンバの中空部分は、前記レーザの進行方向に直交する方向に切断した際における断面が長方形状であり、
   前記エア流入口は、前記チャンバの内壁のうち長辺部分に少なくとも２つ設けられ、
   前記エア流入口が設けられた内壁に対向する前記チャンバの内壁において、前記エア流入口に相当する箇所が壁になっており、
   前記エア吸入口に対向する前記チャンバの内壁において、前記エア吸入口に相当する箇所が壁になっており、
   前記エア吸入路は、前記エア吸入口から外部側の端に向かって上昇する傾きを有する、
   レーザ加工機。
2. 前記エア流入口は、前記エア吸入口と略同一の高さに設けられる、請求項１に記載のレーザ加工機。