特許 7014209 加工用治具、レーザ加工用装置、およびレーザ加工製品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-24

(45)【発行日】2022-02-01

(54)【発明の名称】加工用治具、レーザ加工用装置、およびレーザ加工製品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/70 20140101AFI20220125BHJP

   B23K 26/142 20140101ALI20220125BHJP

【ＦＩ】

B23K26/70

B23K26/142

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019132503

(22)【出願日】2019-07-18

(65)【公開番号】P2021016873

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2020-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100157277

【弁理士】

【氏名又は名称】板倉 幸恵

(74)【代理人】

【識別番号】100182718

【弁理士】

【氏名又は名称】木崎 誠司

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 和男

(72)【発明者】

【氏名】角田 貫一

【審査官】正木 裕也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０４３９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８０７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５３５２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／７０

Ｂ２３Ｋ ２６／１４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工用治具であって、
被加工材料の一の面に対向して配置される第１保持具と、
前記被加工材料の前記一の面とは逆側の面に対向して配置される第２保持具と、
気体を噴射するノズルと、
前記被加工材料を所定の方向に搬送する搬送部と、
を備え、
前記第１保持具と前記第２保持具との両方は、前記被加工材料から離間して配置されており、
前記ノズルから噴射された気体は、前記第１保持具と前記被加工材料との間、および、前記第２保持具と前記被加工材料との間に形成された隙間において、前記被加工材料の表面に沿った気流を生じさせ、
前記搬送部は、前記気流の方向と同一方向に、前記被加工材料を搬送する搬送ローラである、加工用治具。

【請求項2】

加工用治具であって、
被加工材料の一の面に対向して配置される第１保持具と、
前記被加工材料の前記一の面とは逆側の面に対向して配置される第２保持具と、
気体を噴射するノズルと、
前記被加工材料を所定の方向に搬送する搬送部と、
を備え、
前記第１保持具と前記第２保持具との少なくとも一方は、前記被加工材料から離間して配置されており、
前記ノズルから噴射された気体は、前記第１保持具と前記第２保持具との少なくとも一方と、前記被加工材料と、の間に形成された隙間において、前記被加工材料の表面に沿った気流を生じさせ、
前記隙間の距離は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であり、
前記搬送部は、前記気流の方向と同一方向に、前記被加工材料を搬送する搬送ローラである、加工用治具。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の加工用治具であって、
前記ノズルは、不活性ガスを噴射する、加工用治具。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の加工用治具であって、
前記第１保持具は、サファイアまたは石英で形成されたレーザ光透過部を有している、加工用治具。

【請求項5】

レーザ加工装置であって、
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の加工用治具と、
前記第１保持具の側から前記加工用治具の前記一の面にレーザ光を照射する照射部と、
を備え、
前記第１保持具は、前記被加工材料の前記一の面から離間して配置されており、
前記ノズルから噴射された気体は、前記第１保持具と前記一の面との前記隙間に、前記一の面に沿った気流を生じさせる、レーザ加工装置。

【請求項6】

レーザ加工製品の製造方法であって、
第１保持具と、第２保持具との間に被加工材料を配置する工程と、
前記第１保持具の側から、搬送部により所定の方向に搬送されている前記被加工材料の一の面にレーザ光を照射する工程と、
前記レーザ光の照射と共に、前記第１保持具と前記被加工材料との間、および、前記第２保持具と前記被加工材料との間に形成された隙間において、前記被加工材料の前記一の面に沿った気流を生じさせる工程と、
を備え、
前記搬送部は、前記気流の方向と同一方向に、前記被加工材料を搬送する搬送ローラである、製造方法。

【請求項7】

レーザ加工製品の製造方法であって、
第１保持具と、第２保持具との間に被加工材料を配置する工程と、
前記第１保持具の側から、搬送部により所定の方向に搬送されている前記被加工材料の一の面にレーザ光を照射する工程と、
前記レーザ光の照射と共に、前記第１保持具と前記被加工材料との間に形成された隙間において、前記被加工材料の前記一の面に沿った気流を生じさせる工程と、
を備え、
前記隙間の距離は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であり、
前記搬送部は、前記気流の方向と同一方向に、前記被加工材料を搬送する搬送ローラである、製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工用治具、レーザ加工用装置、およびレーザ加工製品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を例えば金属板等の被加工材料に照射することによって、被加工材料を切断するレーザ加工が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたレーザ加工装置では、レーザ光が照射される位置と同じ位置から、ノズルが被加工材料へとアシストガスを噴射する。レーザ光と同方向から噴射されたアシストガスは、レーザ光により被加工材料の一部が溶融した金属（以降「溶融金属」とも呼ぶ）を吹き飛ばす。これにより、被加工材料に溶融金属が付着することを抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－２３４３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載されたノズルから噴射されるアシストガスは、アシストガスの流量や被加工材料の厚さによっては、被加工材料の切断部を変形させてしまうおそれがある。また、レーザ光を照射するレーザ発振器と、ノズルとが一体で形成されているため、レーザ光を反射する走査用鏡を用いたレーザ加工装置では、被加工材料にアシストガスを供給できないという課題があった。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、レーザ加工により切断部で発生する溶融した材料が被加工材料に付着することを抑制した上で、アシストガスによる切断部の変形を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。加工用治具であって、被加工材料の一の面に対向して配置される第１保持具と、前記被加工材料の前記一の面とは逆側の面に対向して配置される第２保持具と、気体を噴射するノズルと、前記被加工材料を所定の方向に搬送する搬送部と、を備え、前記第１保持具と前記第２保持具との両方は、前記被加工材料から離間して配置されており、前記ノズルから噴射された気体は、前記第１保持具と前記被加工材料との間、および、前記第２保持具と前記被加工材料との間に形成された隙間において、前記被加工材料の表面に沿った気流を生じさせ、前記搬送部は、前記気流の方向と同一方向に、前記被加工材料を搬送する搬送ローラである。加工用治具であって、被加工材料の一の面に対向して配置される第１保持具と、前記被加工材料の前記一の面とは逆側の面に対向して配置される第２保持具と、気体を噴射するノズルと、前記被加工材料を所定の方向に搬送する搬送部と、を備え、前記第１保持具と前記第２保持具との少なくとも一方は、前記被加工材料から離間して配置されており、前記ノズルから噴射された気体は、前記第１保持具と前記第２保持具との少なくとも一方と、前記被加工材料と、の間に形成された隙間において、前記被加工材料の表面に沿った気流を生じさせ、前記隙間の距離は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ未満であり、前記搬送部は、前記気流の方向と同一方向に、前記被加工材料を搬送する搬送ローラである。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、加工用治具が提供される。この加工用治具は、被加工材料の一の面に対向して配置される第１保持具と、前記被加工材料の前記一の面とは逆側の面に対向して配置される第２保持具と、気体を噴射するノズルと、を備え、前記第１保持具と前記第２保持具との少なくとも一方は、前記被加工材料から離間して配置されており、前記ノズルから噴射された気体は、前記第１保持具と前記第２保持具との少なくとも一方と、前記被加工材料と、の間に形成された隙間において、前記被加工材料の表面に沿った気流を生じさせる。

【0008】

この構成によれば、レーザ加工により切断される被加工材料において、ノズルにより発生した気流は、切断部で発生する被加工材料の溶融物を冷却し、溶融物が被加工材料に付着することを抑制する。また、溶融物が被加工材料に付着したとしても、気流が被加工材料に付着した溶融物を吹き飛ばすことにより除去できる。さらに、気流は、切断部で発生した金属蒸気であるヒュームの発生および停滞を抑制する。ここで、気流は、被加工材料における一の面と逆側の面との少なくとも一方の面に沿った向きに流れるため、被加工材料の厚さ方向に平行な成分を有していない。これにより、気流によって切断部が被加工材料の厚さ方向に変形することを抑制できる。形成された隙間を流れる気流は、ベルヌーイの定理またはコアンダ効果によって、第１保持具と被加工材料との距離を調整できる。これにより、レーザ光が照射される位置（またはレーザ光を照射する装置）と、被加工材料との距離を調整できる。

【0009】

（２）上記態様の加工用治具において、さらに、前記被加工材料を所定の方向に搬送する搬送部を備えてもよい。
この構成によれば、被加工材料が搬送部によって搬送されることにより、加工が終了した被加工材料を交換するための工数を削減することができると共に、被加工材料の加工を自動化できる。

【0010】

（３）上記態様の加工用治具において、前記搬送部は、前記気流の方向と同一方向に、前記被加工材料を搬送してもよい。
この構成によれば、搬送方向に搬送される被加工材料によって気流が乱されないため、被加工材料はベルヌーイの定理およびコアンダ効果の影響をより受けることができる。これにより、第１保持具と被加工材料との距離をより適切に調整できる。

【0011】

（４）上記態様の加工用治具において、前記ノズルは、不活性ガスを噴射してもよい。
この構成によれば、被加工材料の溶融物の酸化を抑制できるため、溶融物および被加工材料の温度上昇を抑制できる。

【0012】

（５）上記態様の加工用治具において、前記第１保持具は、サファイアまたは石英で形成されたレーザ光透過部を有していてもよい。
この構成によれば、第１保持具にレーザ光が通過するスリットなどを形成しなくてもよく、第１保持具の形状の自由度が向上する。

【0013】

（６）本発明の他の一形態によれば、レーザ加工装置が提供される。このレーザ加工装置は、上記形態の加工用治具と、前記第１保持具の側から前記加工用治具の前記一の面にレーザ光を照射する照射部と、を備え、前記第１保持具は、前記被加工材料の前記一の面から離間して配置されており、前記ノズルから噴射された気体は、前記第１保持具と前記一の面との前記隙間に、前記一の面に沿った気流を生じさせる。
この構成によれば、ノズルにより発生した気流は、被加工材料の溶融物を冷却し、溶融物が被加工材料に付着することを抑制し、切断部で発生した金属蒸気であるヒュームの発生および停滞を抑制する。さらに、気流は、被加工材料における一の面に沿った向きに流れるため、被加工材料の厚さ方向に平行な成分を有していないため、気流によって切断部が被加工材料の厚さ方向に変形することを抑制できる。形成された隙間を流れる気流は、ベルヌーイの定理またはコアンダ効果によって、レーザ光が照射される位置（またはレーザ光を照射する装置）と、被加工材料との距離を調整できる。

【0014】

（７）本発明の他の一形態によれば、レーザ加工製品の製造方法が提供される。この製造方法は、第１保持具と、第２保持具との間に被加工材料を配置する工程と、前記第１保持具の側から、前記被加工材料の一の面にレーザ光を照射する工程と、前記レーザ光の照射と共に、前記第１保持具と前記被加工材料との間に形成された隙間において、前記被加工材料の前記一の面に沿った気流を生じさせる工程と、を備える。
この構成によれば、第１保持具と第２保持具との間に配置された被加工材料の第１の面に、レーザ加工により発生した溶融物は、気流によって被加工材料に付着せずに除去される。さらに、気流は、切断部で発生した金属蒸気であるヒュームの発生および停滞を抑制する。ここで、気流は、第１保持具と被加工材料との間に形成された隙間を一の面に沿って流れるため、被加工材料の厚さ方向に平行な成分を有していない。これにより、気流によって切断部が被加工材料の厚さ方向に変形することを抑制できる。隙間を流れる気流は、ベルヌーイの定理またはコアンダ効果によって、レーザ光が照射される位置（またはレーザ光を照射する装置）と、被加工材料との距離を調整できる。

【0015】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、加工用治具、レーザ加工装置、およびこれらを備える装置およびシステム、および被加工材料固定方法、レーザ加工方法、およびレーザ加工製品の製造方法、これらシステムや方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態としての加工用治具を備えるレーザ加工装置の概略平面図である。

【図2】図１におけるＡ１－Ａ１断面の概略図である。

【図3】第１ノズルのガス噴射口近傍の斜視図である。

【図4】レーザ照射部から照射されるレーザ光の説明図である。

【図5】式（１）を満たす場合にレーザ光により切断されたレーザ加工製品の概略平面図である。

【図6】レーザ加工製品の製造方法のフローチャートである。

【図7】比較例のレーザ加工装置の説明図である。

【図8】第２実施形態の加工用治具を備えるレーザ加工装置の概略平面図である。

【図9】図８におけるＡ２－Ａ２断面の概略図である。

【図10】第３実施形態の加工用治具を備えるレーザ加工装置の概略平面図である。

【図11】図１０におけるＡ３－Ａ３断面の概略図である。

【図12】変形例の第１ノズルのガス噴射口近傍の斜視図である。

【図13】変形例における第１保持具の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態としての加工用治具１０を備えるレーザ加工装置１００の概略平面図である。図２は、図１におけるＡ１－Ａ１断面の概略図である。レーザ加工装置１００は、被加工材料としてのシート材ＭＳをレーザ光により所定の大きさに切断する装置である。第１実施形態のシート材ＭＳは、板厚のある金属であるが、他の実施形態では、シート状のセラミックスおよび樹脂であってもよい。なお、図１および図２に示される直交座標系であるＸＹＺ軸のそれぞれと、図４以降の図に示される直交座標系は対応している。

【0018】

図１に示されるように、レーザ加工装置１００は、シート材ＭＳを支持する加工用治具１０と、加工用治具１０に支持されたシート材ＭＳの加工面（一の面）Ｍｆにレーザ光を照射するレーザ照射部２０と、加工用治具１０の各部およびレーザ照射部２０の動作を制御する制御部３０とを備えている。

【0019】

図１および図２に示されるように、加工用治具１０は、ロール状に巻かれたシート材ＭＳを支持して所定の方向に搬送する上流ローラ（搬送部）１１および下流ローラ（搬送部）１２と、シート材ＭＳの加工面Ｍｆに対向して配置される第１保持具１３と、シート材ＭＳにおける加工面Ｍｆとは逆側の面である下面Ｍｕに対向して配置される第２保持具１４と、アシストガスとして不活性ガスである窒素（Ｎ₂）を噴射する第１ノズル（ノズル）１５および第２ノズル（ノズル）１６とを備えている。なお、以降では、上流ローラ１１と下流ローラ１２とを合わせて「ローラ１１，１２」とも呼ぶ。

【0020】

図２に示されるように、上流ローラ１１および下流ローラ１２のそれぞれは、一対のローラで構成されている。一対のローラ１１，１２のそれぞれは、シート材ＭＳを挟み込んだ状態で、同一の回転速度で回転する。これにより、ローラ１１，１２は、搬送方向ＤＲ１に沿って、回転速度に応じた搬送速度でシート材ＭＳを搬送する。

【0021】

第１保持具１３および第２保持具１４は、ローラ１１，１２により搬送されるシート材ＭＳから離間して配置されている。換言すると、第１保持具１３におけるシート材ＭＳへの対向面ＦＦ１と、シート材ＭＳの加工面Ｍｆとは、第１隙間ＧＰ１を形成している。対向面ＦＦ１と、加工面Ｍｆとの距離、すなわち、第１隙間ＧＰ１の厚さは、距離ｄ１である。同じように、第２保持具１４におけるシート材ＭＳへの対向面ＦＦ２と、シート材ＭＳの下面Ｍｕとは、第２隙間ＧＰ２を形成している。対向面ＦＦ２と、下面Ｍｕとの距離、すなわち、第２隙間ＧＰ２の厚さは、距離ｄ２である。なお、第１実施形態では、距離ｄ１と、距離ｄ２とは同じ長さであるが、他の実施形態では異なる長さであってもよい。

【0022】

図１に示されるように、第１保持具１３には、搬送方向ＤＲ１に対して一定の角度α１を成している第１スリットＳＬ１が形成されている。図２に示されるように、第１スリットＳＬ１は、第１保持具１３を厚さ方向に貫通している。なお、ここでいう厚さ方向とは、シート材ＭＳを介して対向している第１保持具１３の対向面ＦＦ１および第２保持具１４の対向面ＦＦ２に直交する方向であり、Ｚ軸に平行な方向である。第１保持具１３と同じように、第２保持具１４には、搬送方向ＤＲ１に対して角度α１を成している第２スリットＳＬ２が形成されている。図２に示されるように、第２スリットＳＬ２は、第２保持具１４を厚さ方向に貫通している。

【0023】

図３は、第１ノズル１５のガス噴射口近傍の斜視図である。図３に示されるように、第１ノズル１５では、上流側から供給された窒素を下流側に形成された複数の噴射口ＰＳから噴射する。図２に示されるように、第１ノズル１５から噴射された窒素は、第１隙間ＧＰ１において、加工面Ｍｆに沿った気流を生じさせる。同じように、第２ノズル１６から噴射された窒素は、第２隙間ＧＰ２において、下面Ｍｕに沿った気流を生じさせる。換言すると、第１実施形態では、ローラ１１，１２は、第１ノズル１５および第２ノズル１６が生じさせる気流の方向と、シート材ＭＳの搬送方向ＤＲ１とは同じである。

【0024】

図２に示されるように、レーザ照射部２０は、シート材ＭＳに対して、第１保持具１３の側からシート材ＭＳの加工面Ｍｆにレーザ光ＬＳを照射する。換言すると、レーザ照射部２０は、第１保持具１３の上側（Ｚ軸正方向側）からシート材ＭＳの加工面Ｍｆにレーザ光ＬＳを照射する。

【0025】

図４は、レーザ照射部２０から照射されるレーザ光ＬＳの説明図である。図４には、レーザ照射部２０からシート材ＭＳへと照射されるレーザ光ＬＳの変化が簡略化されて示されている。第１実施形態では、レーザ照射部２０の位置は、加工用治具１０に対して予め所定の位置に設定されている。レーザ照射部２０は、レーザ光ＬＳの照射角度α２を走査することにより、第１保持具１３に形成された第１スリットＳＬ１および第２保持具１４に形成された第２スリットＳＬ２に沿ってレーザ光ＬＳを照射する。そのため、レーザ光ＬＳは、ローラ１１，１２により搬送されているシート材ＭＳに直接照射される。レーザ光ＬＳにより切断されるシート材ＭＳでは、シート材ＭＳが溶融した金属のスパッタ物が発生する。

【0026】

制御部３０は、図示されていないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、レーザ照射部２０の動作と、ローラ１１，１２によるシート材ＭＳの搬送速度と、第１ノズル１５および第２ノズル１６から噴射される窒素の流量とを制御する。

【0027】

制御部３０は、レーザ光ＬＳがシート材ＭＳ中を移動する移動速度Ｖ_Lと、図２に示されるローラ１１，１２によるシート材ＭＳの搬送速度Ｖ_Sとを、下記式（１）が満されるようにレーザ光ＬＳの照射角度α２を制御する。

【数1】

図５は、式（１）を満たす場合にレーザ光ＬＳにより切断されたレーザ加工製品ＳＡ１の概略平面図である。図５に示されるように、シート材ＭＳから切断されたレーザ加工製品ＳＡ１は、対向する一組の辺がシート材ＭＳの幅である長さＷと、切断方向に直交する長さＬ１とを有する矩形状のシートとして製造される。

【0028】

制御部３０は、シート材ＭＳの材質、シート材ＭＳの厚さ、およびローラ１１，１２によるシート材ＭＳの搬送速度などに応じて、第１ノズル１５および第２ノズル１６から噴射させる窒素の流量を決定する。ここで、第１ノズル１５および第２ノズル１６の流量をそれぞれＱ１，Ｑ２（ｍ³／ｓ）と定義すると、第１隙間ＧＰ１および第２隙間ＧＰ２を流れる窒素の各流速Ｖ１，Ｖ２（ｍ／ｓ）は、下記式（２），（３）のように表される。
Ｖ１＝Ｑ１／（Ｗ・ｄ１）・・・（２）
Ｖ２＝Ｑ２／（Ｗ・ｄ２）・・・（３）
各流速Ｖ１，Ｖ２は、０．１（ｍ／ｓ）よりも大きく、１００（ｍ／ｓ）よりも小さい方が好ましい。また、上記式（２），（３）を満たす又は満たさないに限られず、ローラ１１，１２によるシート材ＭＳの搬送速度Ｖ_Sは、０．１ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下が好ましい。また、第１保持具１３とシート材ＭＳとの間に形成された第１隙間ＧＰ１の距離ｄ１、および、第２保持具１４とシート材ＭＳとの間に形成された第２隙間ＧＰ２の距離ｄ２は、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。また、流量Ｑ１，Ｑ２は、１０^-3ｍ³／ｓ以上１０^-1ｍ³／ｓ以下が好ましい。特に、距離ｄ１，ｄ２が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の場合には、流量Ｑ１，Ｑ２は、１０^-3ｍ³／ｓ以上１０^-2ｍ³／ｓ以下が好ましい。

【0029】

図６は、レーザ加工製品ＳＡ１の製造方法のフローチャートである。図６に示されるように、製造方法のフローチャート（以下、単に「製造フロー」とも呼ぶ）では、初めに、加工用治具１０の第１保持具１３と、第２保持具１４との間に被加工材料としてのシート材ＭＳが配置される（ステップＳ１）。次に、レーザ照射部２０は、シート材ＭＳに対して第１保持具１３の側（Ｚ軸正方向側）から、シート材ＭＳの加工面Ｍｆにレーザ光ＬＳを照射する（ステップＳ２）。第１ノズル１５は、レーザ光ＬＳの照射と共に、第１隙間ＧＰ１において、加工面Ｍｆに沿った気流を生じさせ、かつ、第２ノズル１６は、第２隙間ＧＰ２において、シート材ＭＳの下面Ｍｕに沿った気流を生じさせ（ステップＳ３）、製造フローが終了する。

【0030】

図７は、比較例のレーザ加工装置１００ｚの説明図である。図７には、比較例のレーザ照射部２０ｚから照射されたレーザ光ＬＳにより切断されるシート材ＭＳを拡大した概略断面図が示されている。図７に示されるように、比較例のレーザ加工装置１００ｚは、レーザ照射部２０ｚと、レーザ照射部２０ｚに取り付けられた第３ノズル１５ｚとを備えている。なお、比較例のレーザ加工装置１００ｚは、第１実施形態のレーザ加工装置１００と比較して、図７に示される第１実施形態と異なるレーザ照射部２０ｚおよび第３ノズル１５ｚを備える。一方で、比較例のレーザ加工装置１００ｚは、図７に図示されていない構成として第１実施形態の各構成を同じ構成を備えている。

【0031】

図７に示されるように、比較例では、第３ノズル１５ｚは、レーザ照射部２０ｚに照射されるレーザ光ＬＳと同軸に位置するようにレーザ照射部２０ｚに取り付けられている。そのため、第３ノズル１５ｚは、レーザ光ＬＳと略同一の噴射方向ＤＲ２に沿って、シート材ＭＳへと高圧アシストガスとしての窒素を噴射する。レーザ光ＬＳによりシート材ＭＳが切断されると、切断部ＡＲ１で生じた溶融金属であるスパッタ物ＳＰは、第３ノズル１５ｚから噴射される窒素により切断部ＡＲ１から吹き飛ばされる。一方で、噴射方向ＤＲ２に沿って噴射される窒素は、シート材ＭＳの厚さ方向（Ｚ軸方向）に平行な成分を有するため、切断部ＡＲ１を下面Ｍｕ側へとたわませる。

【0032】

以上説明したように、第１実施形態の加工用治具１０では、第１保持具１３および第２保持具１４は、ローラ１１，１２により搬送されるシート材ＭＳから離間して配置されている。第１ノズル１５から噴射された窒素は、第１保持具１３の対向面ＦＦ１とシート材ＭＳの加工面Ｍｆとの間に形成された第１隙間ＧＰ１において、シート材ＭＳの加工面Ｍｆに沿った気流を生じさせる。そのため、第１ノズル１５により発生した気流は、レーザ加工により切断部ＡＲ１で発生するスパッタ物ＳＰを冷却し、スパッタ物ＳＰがシート材ＭＳに付着することを抑制する。また、スパッタ物ＳＰがシート材ＭＳに付着したとしても、窒素の気流がシート材ＭＳに付着したスパッタ物ＳＰを吹き飛ばして除去する。さらに、窒素の気流は、切断部ＡＲ１で発生した金属蒸気であるヒュームの発生および停滞を抑制する。ここで、気流は、加工面Ｍｆに沿った向きに流れるため、比較例のようなシート材ＭＳの厚さ方向に平行な成分を有していない。これにより、気流がシート材ＭＳの切断部ＡＲ１をシート材ＭＳの厚さ方向に変形することを抑制できる。第１隙間ＧＰ１を流れる気流は、ベルヌーイの定理またはコアンダ効果によって、第１保持具１３とシート材ＭＳとの距離ｄ１を調整できる。これにより、レーザ照射部２０により照射されるレーザ光ＬＳと、シート材ＭＳとの距離が調整される。

【0033】

また、第１実施形態の加工用治具１０は、シート材ＭＳを支持して所定の方向に搬送するローラ１１，１２を備えている。そのため、被加工材料がローラ１１，１２を介して搬送されることにより、加工が終了した被加工材料を交換するための工数を削減することができると共に、被加工材料の加工を自動化できる。

【0034】

また、第１実施形態のローラ１１，１２は、第１ノズル１５により生じる気流と同一方向にシート材ＭＳを搬送する。そのため、搬送方向ＤＲ１に搬送されるシート材ＭＳによって気流が乱されないため、ベルヌーイの定理およびコアンダ効果の影響をより受けることができる。

【0035】

また、第１実施形態の第１ノズル１５は、不活性ガスとしての窒素を噴射しているため、スパッタ物ＳＰの酸化を抑制できるため、スパッタ物ＳＰおよびシート材ＭＳの温度上昇を抑制できる。

【0036】

また、第１実施形態の加工用治具１０では、第１隙間ＧＰ１内に生じる気流に加えて、第２ノズル１６から噴射された窒素は、第２保持具１４の対向面ＦＦ２とシート材ＭＳの下面Ｍｕとの間に形成された第２隙間ＧＰ２において、シート材ＭＳの下面Ｍｕに沿った気流を生じさせる。そのため、シート材ＭＳは、加工面Ｍｆに加えて下面Ｍｕからも気流によるベルヌーイの定理およびコアンダ効果の影響を受ける。これにより、レーザ照射部２０により照射されるレーザ光ＬＳと、シート材ＭＳとの距離がより適切に調整される。

【0037】

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態の加工用治具１０ａを備えるレーザ加工装置１００ａの概略平面図である。図９は、図８におけるＡ２－Ａ２断面の概略図である。第２実施形態の加工用治具１０ａでは、第１実施形態の加工用治具１０と比較して、第１ノズル１５および第２ノズル１６の代わりに第４ノズル１５ａを備える点、および、第１実施形態とは上流ローラ１１ａの位置が相違する点が異なり、その他の構成については同じである。そのため、第２実施形態では、第１実施形態の構成と異なる第４ノズル１５ａおよび上流ローラ１１ａについて説明し、その他の構成の説明を省略する。なお、第２実施形態では、被加工材料として銅製のシート材ＭＳａが用いられている。

【0038】

図９に示されるように、第２実施形態の上流ローラ１１ａは、下流ローラ１２と同一平面上（同一のＸＹ平面上）に配置される。そのため、上流ローラ１１ａおよび下流ローラ１２により搬送されるシート材ＭＳａは、第１実施形態の上流ローラ１１により曲げられている状態と異なり、平面の状態を維持したまま、搬送方向ＤＲ１に沿って搬送される。

【0039】

図８および図９の矢印で示されるように、第４ノズル１５ａから噴射された窒素は、第１隙間ＧＰ１において、加工面Ｍｆに沿い、かつ、搬送方向ＤＲ１に直交する方向の気流を生じさせる。換言すると、第２実施形態における気流方向は、ＸＹ平面に沿って、かつ、Ｙ軸に平行である。また、第２実施形態の加工用治具１０ａは、第１実施形態が備える第２ノズル１６を備えていないため、第２隙間ＧＰ２には窒素で構成される気流が発生しない。

【0040】

以上説明したように、第２実施形態の第４ノズル１５ａから噴射された窒素は、第１隙間ＧＰ１において、加工面Ｍｆａに沿った気流を生じさせる。そのため、第１実施形態の加工用治具１０と同じように、第４ノズル１５ａにより発生した気流は、スパッタ物ＳＰを冷却し、スパッタ物ＳＰがシート材ＭＳａに付着することを抑制する。さらに、気流は、加工面Ｍｆａに沿った向きに流れるため、シート材ＭＳａの切断部ＡＲ１をシート材ＭＳａの厚さ方向に変形することを抑制できる。また、気流は、ベルヌーイの定理またはコアンダ効果によって、レーザ照射部２０により照射されるレーザ光ＬＳと、シート材ＭＳａとの距離ｄ１を調整できる。

【0041】

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の加工用治具１０ｂを備えるレーザ加工装置１００ｂの概略平面図である。図１１は、図１０におけるＡ３－Ａ３断面の概略図である。第３実施形態の加工用治具１０ｂでは、第２実施形態の加工用治具１０ａと比較して、第１保持具１３ｂの形状と、第４ノズル１５ａの代わりに窒素を噴射する第５ノズル１５ｂの形状とが異なり、その他の構成については同じである。そのため、第３実施形態では、第２実施形態の構成と異なる第１保持具１３ｂおよび第５ノズル１５ｂについて説明し、その他の構成の説明を省略する。

【0042】

図１１に示されるように、第３実施形態では、第１保持具１３ｂと、第５ノズル１５ｂとが一体として形成されている。具体的には、第１保持具１３ｂの中に、噴射される窒素が通過する第５ノズル１５ｂの一部が形成されている。第１保持具１３ｂの対向面ＦＦ１ｂと、シート材ＭＳａの加工面Ｍｆａとの距離は、第１実施形態の距離ｄ１よりも大きい距離ｄ１ｂである。すなわち、第１隙間ＧＰ１ｂは、第１実施形態の第１隙間ＧＰ１よりも大きく形成されている。

【0043】

第５ノズル１５ｂは、レーザ照射部２０の位置よりも上流ローラ１１ａ側の第１保持具１３ｂ内に形成されている。第５ノズル１５ｂには窒素が流入しているため、第５ノズル１５ｂから噴射された窒素は、第１隙間ＧＰ１ｂにおいて、図１１の矢印のように、加工面Ｍｆａに沿った気流を生じさせる。

【0044】

以上説明したように、第３実施形態の第５ノズル１５ｂから噴射された窒素は、第１隙間ＧＰ１ｂにおいて、加工面Ｍｆａに沿った気流を生じさせる。そのため、第１実施形態の加工用治具１０と同じように、第５ノズル１５ｂにより発生した気流は、スパッタ物ＳＰを冷却し、スパッタ物ＳＰがシート材ＭＳａに付着することを抑制する。さらに、気流は、加工面Ｍｆａに沿った向きに流れるため、シート材ＭＳａの切断部ＡＲ１をシート材ＭＳａの厚さ方向に変形することを抑制できる。また、気流は、ベルヌーイの定理またはコアンダ効果によって、レーザ照射部２０により照射されるレーザ光ＬＳと、シート材ＭＳａとの距離ｄ１を調整できる。

【0045】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0046】

［変形例１］
上記実施形態におけるレーザ加工装置１００，１００ａ，１００ｂおよび加工用治具１０，１０ａ，１０ｂについては、一例であり、レーザ加工装置および加工用治具の構成や形状については種々変形可能である。加工用治具１０は、シート材ＭＳを搬送するローラ１１，１２を備えていなくてもよく、シート材ＭＳを搬送するためにローラ以外の搬送装置が採用されてもよい。ローラ１１，１２によるシート材ＭＳの搬送方向ＤＲ１は、変更可能に構成されてもよい。レーザ加工装置１００は、必ずしも制御部を備えていなくてもよく、例えば、レーザ加工装置１００以外の装置から受け付けた制御信号によってレーザ照射部２０が制御されてもよい。第１ノズル１５等は、不活性ガスとしての窒素を噴射したが、噴射されるガスについては種々変形可能である。例えば、ノズルは、不活性ガスとしてのアルゴンを噴射してもよいし、不活性ガス以外のガスを噴射してもよい。ノズルの形状および配置については、周知の技術を適用できる。

【0047】

図１２は、変形例の第１ノズル１７のガス噴射口近傍の斜視図である。図１２に示されるように、変形例の第１ノズル１７は、第１実施形態のノズル１５における噴射口ＰＳの代わりに、１つの噴射口ＰＳｃを備えている。噴射口ＰＳｃは、第１実施形態の噴射口ＰＳの全てがつながった楕円状のスリットである。このように、第１ノズル１７および第１ノズル１７に形成された噴射口ＰＳｃについては、種々変形可能である。その他の変形例のノズルとして、気体を噴射する単体としての装置ではなく、第３実施形態（図１１）のように、第１保持具１３ｂに形成された気体が供給されるようなノズル的な構造であってもよい。本明細書における「気体を噴射するノズル」とは、シート材ＭＳ，ＭＳａの表面に沿った気流の元となる気体を噴射する機構および構造をいう。

【0048】

上記実施形態における第１保持具１３，１３ｂと、シート材ＭＳ，ＭＳａと、第２保持具１４との位置関係については、種々変形可能である。上記実施形態では、第１保持具１３，１３ｂと第２保持具１４との両方がシート材ＭＳ，ＭＳａから離間して配置されたが、第１保持具１３，１３ｂと第２保持具１４との少なくとも一方がシート材ＭＳ，ＭＳａから離間して配置されていればよい。第１保持具１３，１３ｂおよび第２保持具１４は、シート材ＭＳ，ＭＳａにおける加工面Ｍｆおよび下面Ｍｕに対して必ずしも平行に配置される必要はない。例えば、搬送方向ＤＲ１に沿って下流側ほど距離ｄ１または距離ｄ２が小さくなるように傾斜していてもよいし、その逆であってもよい。第１ノズル１５および第２ノズル１６から噴射されるガスの気流が加工面Ｍｆおよび下面Ｍｕの表面に沿って生じる範囲で、第１保持具１３，１３ｂおよび第２保持具１４の形状は変更される。

【0049】

ノズルから噴射された気体は、離間して配置された第１保持具と第２保持具との少なくとも一方と、被加工材料としてのシート材との間に形成された隙間（例えば、第１隙間ＧＰ１）において、シート材の表面に沿った気流を発生させればよい。例えば、第１実施形態の加工用治具１０において、第１隙間ＧＰ１に気流が発生せず、第２隙間ＧＰ２のみに気流が発生してもよい。また、製造フロー（図６）におけるステップＳ３の処理では、第２ノズル１６は、第２隙間ＧＰ２において、シート材ＭＳの下面Ｍｕに沿った気流を生じさせてなくてもよい。第１隙間ＧＰ１の厚さを表す距離ｄ１および第２隙間ＧＰ２の厚さを表す距離ｄ２については、種々変形可能である。

【0050】

また、第１隙間ＧＰ１，ＧＰ１ｂおよび第２隙間ＧＰ２に生じさせる気流の方向についても種々変形可能である。シート材ＭＳ，ＭＳａに表面に沿った気流の方向は、ローラ１１，１２の搬送方向ＤＲ１と同じ方向または直交する方向である必要はなく、例えば、搬送方向ＤＲ１に３０度（°）の角度を成していてもよい。本態様における被加工材料の表面に沿った気流とは、被加工材料の表面に略平行に流れるガスの流れをいう。本明細書における略平行とは、基準面に対して２０°以下の角度を成す平面に平行なことをいう。表面に沿った気流として、基準面に対して５°以下の角度を成す平面に平行であることがより好ましい。例えば、加工面Ｍｆに付着したスパッタ物ＳＰの近辺において、部分的に被加工材料の表面に沿わない気流が発生していても、当該気流は、被加工材料の表面に沿った気流としてみなすことができる。また、被加工材料の表面が曲面である場合には、気流は当該曲面に沿って流れる。被加工材料の表面に沿った気流は、レーザ光が照射される付近であればよい。そのため、第１実施形態のレーザ加工装置１００のように、ローラ１１，１２に搬送される加工面Ｍｆおよび下面Ｍｕの全面に、窒素の気流が生じていなくてもよい。

【0051】

［変形例２］
図１３は、変形例における第１保持具１３ｃの説明図である。図１３には、レーザ照射部２０からレーザ光ＬＳが照射されるシート材ＭＳと、レーザ照射部２０とシート材ＭＳとの間に配置される変形例の第１保持具１３ｃとが概略斜視図によって示されている。なお、変形例では、第１実施形態の構成と同じ構成について図１３での図示を省略している。変形例では、第１保持具１３ｃが、レーザ光ＬＳを透過する石英で形成されている。また、第１保持具１３ｃには、レーザ光ＬＳが通過する第１スリットＳＬ１が形成されていない。すなわち、第１保持具１３ｃは、レーザ光ＬＳを透過可能なレーザ光透過部として機能する。

【0052】

変形例の第１保持具１３ｃは、レーザ光ＬＳを透過可能である。そのため、第１保持具１３ｃにレーザ光ＬＳが通過する第１スリットＳＬ１を形成しなくてもよく、第１保持具１３ｃの形状の自由度が向上する。第１保持具１３ｃに付着したスパッタ物ＳＰは、レーザ光ＬＳの自浄効果（レーザクリーニング）により、レーザ加工は、スパッタ物ＳＰによる影響を受けなくて済む。例えば、図１３に示されるように、第１保持具１３ｃの全面を石英で形成することにより、レーザ照射部２０は、シート材ＭＳの任意の位置にレーザ光ＬＳを射出できる。これにより、シート材ＭＳを任意の形状に切断できる。例えば、レーザ照射部２０は、図５に示されるシート材ＭＳの幅の長さＷを半分の長さＷ／２に分断してもよい。

【0053】

上記実施形態および変形例のレーザ照射部２０は、加工用治具１０，１０ａ，１０ｂに対して、レーザ光ＬＳの照射角度α２を変更可能な状態で位置を固定されていたが、レーザ照射部２０については種々変形可能である。例えば、加工用治具１０，１０ａ，１０ｂに対してレーザ照射部２０の位置が変化してもよい。シート材ＭＳ，ＭＳａにレーザ光ＬＳを照射するレーザ照射部２０は、２つ以上あってもよい。また、レーザ照射部２０は、レーザ光ＬＳを反射する走査用鏡を備えており、走査用鏡の向きを変化させることにより、シート材ＭＳ，ＭＳａに対するレーザ光ＬＳの照射位置を変化させてもよい。

【0054】

図１３に示される変形例では、第１保持具１３ｃの全てが石英で形成されたが、第１保持具においてレーザ透過部によって形成される部分については、種々変形可能である。例えば、第１実施形態における第１保持具１３の第１スリットＳＬ１を石英で充填してもよい。このようにすることで、レーザ加工装置では、シート材ＭＳにレーザ光ＬＳを照射した上で、スパッタ物ＳＰが第１保持具１３を超えてレーザ照射部２０に付着することを防止できる。また、レーザ透過部は、石英以外の材料で構成されてもよく、例えば、サファイアで構成されていてもよい。

【0055】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0056】

１０，１０ａ，１０ｂ…加工用治具
１１，１１ａ…上流ローラ（搬送部）
１２…下流ローラ（搬送部）
１３，１３ｂ，１３ｃ…第１保持具
１４…第２保持具
１５，１７…第１ノズル
１５ａ…第４ノズル
１５ｂ…第５ノズル
１５ｚ…第３ノズル
１６…第２ノズル
２０，２０ｚ…レーザ照射部
３０…制御部
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｚ…レーザ加工装置
ＡＲ１…切断部
ＤＲ１…搬送方向
ＤＲ２…噴射方向
ＦＦ１，ＦＦ１ｂ…対向面
ＦＦ２…対向面
ＧＰ１，ＧＰ１ｂ…第１隙間
ＧＰ２…第２隙間
ＬＳ…レーザ光
ＭＳ，ＭＳａ…シート材（被加工材料）
Ｍｆ，Ｍｆａ…加工面（一の面）
Ｍｕ…下面（逆側の面）
ＰＳ，ＰＳｃ…噴射口
ＳＡ１…レーザ加工製品
ＳＬ１…第１スリット
ＳＬ２…第２スリット
ＳＰ…スパッタ物
Ｖ１，Ｖ２…流速
Ｖ_L…移動速度
Ｖ_S…搬送速度
ｄ１，ｄ１ｂ，ｄ２…距離
Ｑ１，Ｑ２…流量
α１…角度
α２…照射角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】