特許 7229441 レーザピアッシング方法、及び、レーザ加工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-16

(45)【発行日】2023-02-27

(54)【発明の名称】レーザピアッシング方法、及び、レーザ加工機

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/382 20140101AFI20230217BHJP

【ＦＩ】

B23K26/382

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022568448

(86)(22)【出願日】2022-08-10

(86)【国際出願番号】 JP2022030533

【審査請求日】2022-11-09

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000114787

【氏名又は名称】ヤマザキマザック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142871

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 哲昌

(74)【代理人】

【識別番号】100094743

【弁理士】

【氏名又は名称】森 昌康

(74)【代理人】

【識別番号】100175628

【弁理士】

【氏名又は名称】仁野 裕一

(72)【発明者】

【氏名】森 祐斗

(72)【発明者】

【氏名】前田 亮太

(72)【発明者】

【氏名】冨田 竜也

(72)【発明者】

【氏名】実森 貴志

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－３０５３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－８４６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１５１５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－７５８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１３４９６４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークにオイルを吹き付けて、前記ワーク上に前記オイルが被覆された被覆部を生成し、
レーザ光のレーザ出力密度が、前記被覆部のうちの前記レーザ光が照射される中央部分において第１レーザ出力密度となり、前記被覆部のうちの前記中央部分の周囲の周辺部分において前記第１レーザ出力密度よりも小さい第２レーザ出力密度となり、前記被覆部のうちの前記中央部分と前記周辺部分との間の境界部分において前記第２レーザ出力密度よりも小さい第３レーザ出力密度となるように、前記レーザ光を前記被覆部に照射し、
前記中央部分に照射される第１レーザ光によって前記被覆部内の前記ワークを溶融させて、溶融させたワークにガスを吹き付けて前記溶融させたワークを前記中央部分の周囲に飛び散らすことによって前記被覆部にピアス穴をあけ、
前記周辺部分に照射される第２レーザ光によって、前記ピアス穴を形成する被加工ワークと前記オイルを介さずに接している、飛び散らされたワークであるスパッタの根元部分を加熱することを含む、
レーザピアッシング方法。

【請求項2】

前記根元部分を加熱した後に、前記スパッタにガスを吹き付けることによって前記スパッタを前記被加工ワークから取り除くことをさらに含む、
請求項１に記載のレーザピアッシング方法。

【請求項3】

前記スパッタを前記被加工ワークから取り除くことは、前記根元部分の外側から前記根元部分を取り囲む円に沿ってトーチを動かして前記トーチから前記根元部分の周囲にガスを吹き付けることを含む、
請求項２に記載のレーザピアッシング方法。

【請求項4】

前記スパッタが前記被加工ワークに固着して凝固しない程度に前記第２レーザ光によって前記スパッタを加熱する、請求項１から３に記載のレーザピアッシング方法。

【請求項5】

前記周辺部分の外側を穿孔しない程度に前記第２レーザ光によって前記ワークを加熱する、
請求項１から３のいずれかに記載のレーザピアッシング方法。

【請求項6】

前記周辺部分の外側を穿孔しない程度に前記第１レーザ光によって前記被覆部内の前記ワークを溶融させる、
請求項５に記載のレーザピアッシング方法。

【請求項7】

前記周辺部分の外側にスパッタを生じさせない程度に前記第２レーザ光によって前記ワークを加熱する、
請求項５に記載のレーザピアッシング方法。

【請求項8】

第１透過部と、前記第１透過部の周囲に設けられる第２透過部と、前記第１透過部と前記第２透過部との間に設けられたリフレクタとを含む光ファイバーを用意し、
前記レーザ光の一部が前記第１透過部に入射し、前記レーザ光の別の一部が前記第２透過部に入射するように、１つのレーザ発振器から前記レーザ光を発することによって、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを生成する、
請求項１から３に記載のレーザピアッシング方法。

【請求項9】

第１レーザ光と第２レーザ光とを発するように構成される少なくとも１つのレーザ発振器と、
前記少なくとも１つのレーザ発振器からの前記第１レーザ光と前記第２レーザ光を受ける第１端と、前記第１端と反対の第２端とを有し、前記第１レーザ光を伝達する第１透過部と、前記第１透過部の周囲に設けられ、前記第２レーザ光を伝達する第２透過部と、前記第１透過部と前記第２透過部との間に設けられたリフレクタとを含む光ファイバーと、
前記光ファイバーの前記第２端に対向して設けられ、前記光ファイバーを透過して出る前記第１レーザ光と前記第２レーザ光をワークに向けて絞るように構成されるレンズと、
前記レンズによって絞られた光と、前記ワークに吹き付けるためのガスとが通過する開口を有するトーチと、
前記トーチを移動させるように構成される移動機構と、
前記ワークにオイルを噴射するように構成されるノズルと、
前記ノズルに前記オイルを送るように構成される第１ポンプと、
前記トーチに前記ガスを送るように構成される第２ポンプと、
前記少なくとも１つのレーザ発振器、前記第１ポンプ、前記第２ポンプ、及び、前記移動機構を制御するように構成される制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記ワークに前記オイルを吹き付けて前記ワーク上に前記オイルが被覆された被覆部を生成するように前記第１ポンプを制御した後、前記第１レーザ光と前記第２レーザ光とを前記被覆部に照射するとともに、前記第１レーザ光によって溶融された前記ワークに前記ガスを吹き付けることで前記被覆部にピアス穴をあけるように、前記少なくとも１つのレーザ発振器と前記第２ポンプとを制御するように構成され、
前記被覆部のうち前記第１レーザ光が照射される中央部分でのレーザ出力密度が第１レーザ出力密度となり、前記被覆部のうち前記第２レーザ光が照射される周辺部分でのレーザ出力密度が前記第１レーザ出力密度よりも小さい第２レーザ出力密度となり、前記被覆部のうちの前記中央部分と前記周辺部分との間の境界部分でのレーザ出力密度が前記第２レーザ出力密度よりも小さい第３レーザ出力密度となる、レーザ加工機。

【請求項10】

前記制御回路は、前記第１レーザ光によって溶融されたワークが前記ガスによって前記ピアス穴の周囲に飛び散らされたスパッタにさらにガスを吹き付けるように、前記移動機構及び前記第２ポンプを制御するように構成される、請求項９に記載のレーザ加工機。

【請求項11】

前記制御回路は、前記ピアス穴を取り囲む円に沿って前記トーチを動かして前記ピアス穴の周囲にガスを吹き付けるように前記移動機構及び前記第２ポンプを制御するように構成される、請求項１０に記載のレーザ加工機。

【請求項12】

前記第２レーザ出力密度は、前記第１レーザ光によって溶融されたワークが前記ガスによって前記ピアス穴の周囲に飛び散らされたスパッタが前記ピアス穴を形成する被加工ワークに固着して凝固しない程度に前記第２レーザ光が前記ワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度である、
請求項９から１１のいずれかに記載のレーザ加工機。

【請求項13】

前記第１レーザ出力密度は、前記周辺部分の外側を穿孔しない程度に前記第１レーザ光が前記ワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であって、
前記第２レーザ出力密度は、前記周辺部分の外側を穿孔しない程度に前記第２レーザ光が前記ワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度である、請求項９から１１のいずれかに記載のレーザ加工機。

【請求項14】

前記第２レーザ出力密度は、前記周辺部分の外側にスパッタを生じさせない程度に前記第２レーザ光が前記ワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度である、
請求項１３に記載のレーザ加工機。

【請求項15】

前記少なくとも１つのレーザ発振器は、レーザ光を発する１つのレーザ発振器を備え、
前記レーザ光の一部が前記第１透過部に入射し、前記レーザ光の別の一部が前記第２透過部に入射するように、前記１つのレーザ発振器の前記レーザ光の発する向きが調整される、
請求項９から１１のいずれかに記載のレーザ加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザピアッシング方法、及び、レーザ加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工機の多くは単一のレーザ光源を使用したものである（例えば、特許文献１）が、特許文献２は、レーザの中央部と周辺部の強度を制御してワークの板厚に応じてスパッタの付着が少ない加工品質の高いピアッシングを実現できる工作機械を示している。特許文献３は、ピアッシングの前にオイルを塗布して、ピアッシングにより発生するスパッタの付着を抑止する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平８―１９２２８３号公報

【文献】国際公開第２０１７／１３４９６４号

【文献】特開２０００－８４６８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ピアッシングの前にオイルを塗布したとしても、スパッタのピアス穴に近接した根元部分は、オイルを介さずに直接ワークの部材と接続している。ピアッシングの過程でこの根元部分が冷却して凝固してしまうと、スパッタの除去が困難となる。

【0005】

本願に開示される技術の目的は、ピアッシングにより発生するスパッタの根元部分が凝固することを抑止し、加工品質を向上させるためのレーザピアッシング方法、及び、レーザ加工機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１態様に係るレーザピアッシング方法は、ワークにオイルを吹き付けて、ワーク上にオイルが被覆された被覆部を生成することを含む。当該方法は、レーザ光のレーザ出力密度が、被覆部のうちのレーザ光が照射される中央部分において第１レーザ出力密度となり、被覆部のうちの中央部分の周囲の周辺部分において第１レーザ出力密度よりも小さい第２レーザ出力密度となり、被覆部のうちの中央部分と周辺部分との間の境界部分において第２レーザ出力密度よりも小さい第３レーザ出力密度となるように、レーザ光を被覆部に照射することを含む。当該方法は、中央部分に照射される第１レーザ光によって被覆部内のワークを溶融させて、溶融させたワークにガスを吹き付けて溶融させたワークを中央部分の周囲に飛び散らすことによって被覆部にピアス穴をあけることを含む。当該方法は、周辺部分に照射される第２レーザ光によって、ピアス穴を形成する被加工ワークとオイルを介さずに接している、飛び散らされたワークであるスパッタの根元部分を加熱することを含む。

【0007】

本開示の第２態様によれば、第１態様によるレーザピアッシング方法は、根元部分を加熱した後に、スパッタにガスを吹き付けることによってスパッタを被加工ワークから取り除くことを含む。なお、スパッタにガスを吹き付ける向きは、溶融させたワークを飛び散らすためのガスを吹き付ける向きと異なることが望ましい。

【0008】

本開示の第３態様によれば、第２態様によるレーザピアッシング方法では、スパッタを被加工ワークから取り除くことが根元部分の外側から根元部分を取り囲む円に沿ってトーチを動かしてトーチから根元部分の周囲にガスを吹き付けることを含む。

【0009】

本開示の第４態様によれば、第１態様から第３態様のいずれかによるレーザピアッシング方法では、スパッタが被加工ワークに固着して凝固しない程度に第２レーザ光によってスパッタを加熱することを含む。第１レーザ光によって複数のスパッタが生じた場合、複数のスパッタのうちの少なくとも１つのスパッタが被加工ワークに固着して凝固しない程度に第２レーザ光によってスパッタを加熱していてもよい。このような場合、第２態様または第３態様のガスによって複数のスパッタのうちの少なくても１つのスパッタが飛ぶ程度に第２レーザ光によってスパッタを加熱することが望ましい。また、第２態様または第３態様のガスによって複数のスパッタのうちの全てのスパッタが飛ぶ程度に第２レーザ光によってスパッタを加熱することがさらに望ましい。複数のスパッタのうちの全てのスパッタが被加工ワークに固着して凝固しない程度に第２レーザ光によってスパッタを加熱することがさらに望ましい。

【0010】

本開示の第５態様によれば、第１態様から第４態様のいずれかによるレーザピアッシング方法では、周辺部分の外側を穿孔しない程度に第２レーザ光によってワークを加熱する。

【0011】

本開示の第６態様によれば、第５態様のいずれかによるレーザピアッシング方法では、周辺部分の外側を穿孔しない程度に第１レーザ光によって被覆部内のワークを溶融させる。

【0012】

本開示の第７態様によれば、第５態様または第６態様によるレーザピアッシング方法では、周辺部分の外側にスパッタを生じさせない程度に第２レーザ光によってワークを加熱する。

【0013】

本開示の第８態様によれば、第１態様から第７態様のいずれかによるレーザピアッシング方法は、第１透過部と、第１透過部の周囲に設けられる第２透過部と、第１透過部と第２透過部との間に設けられたリフレクタとを含む光ファイバーを用意することをさらに含む。当該方法は、レーザ光の一部が第１透過部に入射し、レーザ光の別の一部が第２透過部に入射するように、１つのレーザ発振器からレーザ光を発することによって、第１レーザ光と第２レーザ光とを生成することをさらに含む。

【0014】

本開示の第９態様に係るレーザ加工機は、少なくとも１つのレーザ発振器と、光ファイバーと、レンズと、トーチと、移動機構と、ノズルと、第１ポンプと、第２ポンプと、制御回路とを備える。少なくとも１つのレーザ発振器は、第１レーザ光と第２レーザ光とを発するように構成される。光ファイバーは、少なくとも１つのレーザ発振器からの第１レーザ光と第２レーザ光を受ける第１端と、第１端と反対の第２端とを有する。光ファイバーは、第１レーザ光を伝達する第１透過部と、第１透過部の周囲に設けられ、第２レーザ光を伝達する第２透過部と、第１透過部と第２透過部との間に設けられたリフレクタとを含む。レンズは、光ファイバーの第２端に対向して設けられ、光ファイバーを透過して出る第１レーザ光と第２レーザ光をワークに向けて絞るように構成される。トーチは、レンズによって絞られた光と、ワークに吹き付けるためのガスとが通過する開口を有する。移動機構は、トーチを移動させるように構成される。ノズルは、ワークにオイルを噴射するように構成される。第１ポンプは、ノズルにオイルを送るように構成される。第２ポンプは、トーチにガスを送るように構成される。制御回路は、レーザ発振器、第１ポンプ、第２ポンプ、及び、移動機構を制御するように構成される。制御回路は、ワークにオイルを吹き付けてワーク上にオイルが被覆された被覆部を生成するように第１ポンプを制御した後、第１レーザ光と第２レーザ光とを被覆部に照射するとともに、第１レーザ光によって溶融されたワークにガスを吹き付けることで被覆部にピアス穴をあけるように、少なくとも１つのレーザ発振器と第２ポンプを制御するように構成される。被覆部のうち第１レーザ光が照射される中央部分でのレーザ出力密度が第１レーザ出力密度となり、被覆部のうち第２レーザ光が照射される周辺部分でのレーザ出力密度が第１レーザ出力密度よりも小さい第２レーザ出力密度となり、被覆部のうちの中央部分と周辺部分との間の境界部分でのレーザ出力密度が第２レーザ出力密度よりも小さい第３レーザ出力密度となる。

【0015】

本開示の第１０態様によれば、第９態様によるレーザ加工機は、制御回路が第１レーザ光によって溶融されたワークがガスによってピアス穴の周辺に飛び散らされたスパッタにさらにガスを吹き付けるように、移動機構及び第２ポンプを制御するように構成される。なお、スパッタにガスを吹き付ける向きは、溶融させたワークを飛び散らすためのガスを吹き付ける向きと異なることが望ましい。

【0016】

本開示の第１１態様によれば、第１０態様によるレーザ加工機は、制御回路がピアス穴を取り囲む円に沿ってトーチを動かしてピアス穴の周囲にガスを吹き付けるように移動機構及び第２ポンプを制御するように構成される。

【0017】

本開示の第１２態様によれば、第９態様から第１１態様のいずれかによるレーザ加工機は、第２レーザ出力密度が第１レーザ光によって溶融されたワークがガスによってピアス穴の周囲に飛び散らされたスパッタがピアス穴を形成する被加工ワークに固着して凝固しない程度に第２レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であるように構成される。第１レーザ光によって複数のスパッタが生じた場合、複数のスパッタのうちの少なくとも１つのスパッタが被加工ワークに固着して凝固しない程度に第２レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であってもよい。このような場合、第２態様または第３態様のガスによって複数のスパッタのうちの少なくとも１つのスパッタが飛ぶ程度に第２レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であることが望ましい。また、第２態様または第３態様のガスによって複数のスパッタのうちの全てのスパッタが飛ぶ程度に第２レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であることがさらに望ましい。複数のスパッタのうちの全てのスパッタが被加工ワークに固着して凝固しない程度に第２レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であることがさらに望ましい。

【0018】

本開示の第１３態様によれば、第９態様から第１２態様のいずれかによるレーザ加工機は、第１レーザ出力密度が、周辺部分の外側を穿孔しない程度に第１レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であって、第２レーザ出力密度が、周辺部分の外側を穿孔しない程度に第２レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であるように構成される。

【0019】

本開示の第１４態様によれば、第１３態様によるレーザ加工機は、第２レーザ出力密度が、周辺部分の外側にスパッタを生じさせない程度に第２レーザ光がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度であるように構成される。

【0020】

本開示の第１５態様によれば、第９態様から第１４態様のいずれかによるレーザ加工機では、少なくとも１つのレーザ発振器は、レーザ光を発する１つのレーザ発振器を備える。当該レーザ加工機は、レーザ光の一部が第１透過部に入射し、レーザ光の別の一部が第２透過部に入射するように、１つのレーザ発振器のレーザ光の発する向きが調整されるように構成される。

【0021】

第１態様に係るレーザピアッシング方法は、ピアス穴を空けた第１レーザ出力密度よりも低い第２レーザ出力密度を有する第２レーザ光によって、スパッタの根元部分を加熱する。これによって、スパッタの根元部分がピアス穴の周辺部を形成するワークと固着することを抑止し、スパッタを容易に除去することができる。第９態様のレーザ加工機は、第２レーザ出力密度を有する第２レーザ光によって、スパッタの根元部分を加熱することが可能である。

【0022】

第２態様に係るレーザピアッシング方法と、第１０態様のレーザ加工機では、根元部分が加熱により固着が抑止されたスパッタをガスによって容易に除去することができる。

【0023】

第３態様に係るレーザピアッシング方法と、第１１態様のレーザ加工機では、スパッタの外側から根元部分に向けてガスを吹き付けることができるので、より多くのスパッタをガスによって除去することができる。

【0024】

第４態様に係るレーザピアッシング方法と、第１２態様のレーザ加工機では、根元部分が固着されていないスパッタをガスによって容易に除去することができる。

【0025】

第２レーザ光が当たっている加熱領域の外側を穿孔してしまうと、それによって生じたスパッタの根元部分を直接第２レーザ光によって加熱することができず、根元部分が冷えて固着してしまう。第５態様に係るレーザピアッシング方法では、加熱領域の外側を穿孔しない程度に第２レーザ光によってワークを加熱するため、そのようなリスクが低減される。また、第２レーザ光が微弱であるか、加熱領域が穿孔領域に対して小さいことにより第１レーザ光によって加熱領域の外側を穿孔してしまうと、同様の問題が生じる。第６態様に係るレーザピアッシング方法では、加熱領域の外側を穿孔しない程度に第１レーザ光によってワークを加熱するため、そのようなリスクがさらに低減される。第１３態様のレーザ加工機では、加熱領域の外側を穿孔しない程度に第１レーザ光と第２レーザ光によってワークを加熱するため、上述するリスクが低減される。

【0026】

加熱領域の外側を穿孔しなくても、第２レーザ光が当たっている領域の外側のピアス穴の周辺部の一部を第２レーザ光が溶融してしまい、アシストガスによって飛び散らされてしまうと、そのように形成されたスパッタの根元部分を直接第２レーザ光によって加熱することができず、根元部分が冷えて固着してしまう。第７態様に係るレーザピアッシング方法と、第１４態様のレーザ加工機では、加工領域の外側にスパッタを生じさせない程度に第２レーザ光によってワークを加熱するため、そのようなリスクが低減される。

【0027】

第８態様に係るレーザピアッシング方法、第１５態様のレーザ加工機は、１つのレーザ発振器によって第１レーザと第２レーザを生成するため、製造コストを低減することができる。

【発明の効果】

【0028】

本願に開示される技術によれば、ピアッシングにより発生するスパッタの根元部分が凝固することを抑止し、加工品質を向上させるためのレーザピアッシング方法、及び、レーザ加工機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】図１は、実施形態に係るレーザ加工機の外観構成を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係るレーザ加工機のレーザヘッドの断面図である。

【図3】図３は、実施形態に係る光ファイバーの内部構成図である。

【図4A】図４Ａは、実施形態にかかるレーザ光の出力例を示す。

【図4B】図４Ｂは、実施形態にかかるレーザ光の出力例を示す。

【図4C】図４Ｃは、実施形態にかかるレーザ光の出力例を示す。

【図5】図５は、実施形態にかかるピアッシング方法を示す模式図である。

【図6】図６は、実施形態にかかるピアッシング方法を示す別の模式図である。

【図7】図７は、実施形態にかかるトーチから先のレーザ光の模式図である。

【図8A】図８Ａは、実施形態にかかる望ましくないピアッシング方法の例である。

【図8B】図８Ｂは、実施形態にかかる望ましくないピアッシング方法の例である。

【図9】図９は、実施形態にかかるピアッシング方法を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、検証実験の結果を示す。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお、図中において同じ符号は、対応するまたは実質的に同一の構成を示している。
＜実施形態＞
＜レーザ加工機１の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るレーザ加工機１の外観構成を示す概略構成図である。図１に示すＸ軸は、レーザ加工機１の奥行方向に沿い、Ｙ軸は、レーザ加工機１の幅方向に沿い、Ｚ軸は、レーザ加工機１の高さ方向に沿っている。以下、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸に沿う方向を、それぞれＸ方向、Ｙ方向、及び、Ｚ方向と呼称する。図１に示されるように、レーザ加工機１は、台座(base)１０、第１ガイドレール１１、コラム１２、第２ガイドレール１３、サドル１４、ノズル１５、第１ポンプ１６、レーザヘッド(laser head)２０、少なくとも１つのレーザ発振器３０、光ファイバー４０、及び、数値制御装置（numerical control apparatus）６を備える。レーザ加工機１は、台座１０上の板金（metal plate）ＭＰを加工するための装置である。板金ＭＰは、例えば、軟鋼、ＳＵＳ、アルミニウム鋼、真鍮、銅である。なお、板金ＭＰのことをワークＷと呼称してもよい。台座１０は、複数の突条（elongated projections）を備えてもよい。台座１０上のＹ方向の両端には、Ｙ方向に沿って一対の第１ガイドレール１１が取付けられており、第１ガイドレール１１上には、コラム１２が第１ガイドレール１１上を移動自在に取り付けられている。コラム１２は、例えば、第１ガイドレール１１とコラム１２とのいずれかに設けられたモータなどの駆動装置Ｄ１による駆動力によって、第１ガイドレール１１上を移動する。

【0031】

コラム１２には、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿って第２ガイドレール１３が設けてあり、サドル１４がＹ方向に移動自在に取り付けられる。サドル１４は、例えば、第２ガイドレール１３とサドル１４とのいずれかに設けられたモータなどの駆動装置Ｄ２による駆動力によって、第２ガイドレール１３上を移動する。図示していないが、コラム１２は蛇腹状のカバーで覆われてもよい。サドル１４には、Ｘ軸及びＹ軸に垂直なＺ軸に沿うＺ方向に移動自在にレーザヘッド２０が取り付けられる。レーザヘッド２０は、例えば、サドル１４とレーザヘッド２０とのいずれかに設けられたモータなどの駆動装置Ｄ３による駆動力によって、サドル１４上を移動する。レーザヘッド２０は、台座１０上の板金ＭＰを加工するように構成されている。レーザヘッド２０は、少なくとも１つのレーザ発振器３０から送られてくるレーザ光が導入される光学系を備える。レーザヘッド２０は、レーザ加工のためのトーチ２８を含む。

【0032】

ノズル１５は、後述するレーザヘッド２０によってレーザが照射する前にワークＷにオイルを噴射するように構成される。第１ポンプ１６は、ノズル１５にオイルを送るように構成される。オイルは、図示しないオイルタンクに貯留される。図１では、ノズル１５及び第１ポンプ１６は、サドル１４に取り付けられている例が挙げられているが、台座１０に取り付けられてもよい。少なくとも１つのレーザ発振器３０は、板金ＭＰを加工するためのレーザ光を出力する。光ファイバー４０は、少なくとも１つのレーザ発振器３０から出力されたレーザ光をレーザヘッド２０に供給するために、少なくとも１つのレーザ発振器３０とレーザヘッド２０とを伸縮自在に接続する。光ファイバー４０は、少なくとも１つのレーザ発振器３０からのレーザ光を受ける第１端４０ａと、その反対の第２端４０ｂとを有する。数値制御装置６は、ハードウェアプロセッサやメモリなどを含む制御回路７を有する。制御回路７は、板金ＭＰを加工するように、少なくとも１つのレーザ発振器３０と、駆動装置Ｍ１～Ｍ３と、第１ポンプ１６とを制御するように構成される。以降の実施形態において、駆動装置Ｄ１～Ｄ３を総称して移動機構（transfer mechanism）ＴＭと呼ぶ。移動機構ＴＭは、トーチ２８を移動させるように構成される。

【0033】

図２は、実施形態に係るレーザ加工機１のレーザヘッド２０の断面図である。図２は、レーザヘッド２０の光学系を説明するために、トーチ２８から照射されるレーザ光の光軸ＲＺを通る切断面でレーザヘッド２０を切断した断面図を示している。図２を参照すると、レーザヘッド２０は、ヘッド本体２１と、上部ユニット２２と、下部ユニット２３とを有する。上部ユニット２２は、ヘッド本体２１に取り付けられる。上部ユニット２２は、コネクタ２５と、ミラー２６とを含む。コネクタ２５は、光ファイバー４０の第２端４０ｂをレーザヘッド２０に取り付けるためのコネクタである。なお、光ファイバー４０がコネクタ２５にミラー２６は、コネクタ２５から出力されたレーザ光を下部ユニット２３に向けて反射させる。

【0034】

下部ユニット２３は、ヘッド本体２１に取り付けられる。下部ユニット２３は、光ファイバー４０の第２端４０ｂに対向して設けられ、光ファイバー４０を透過して出るレーザ光をワークＷに向けて絞るように構成されるレンズ２４を備える。つまり、レーザ加工機１は、レンズ２４を備える。なお、図２には示されていないが、コネクタ２５とレンズ２４との間には、光ファイバー４０の第２端４０ｂから出た光を絞るための別途のレンズが設けられてもよい。下部ユニット２３の先端にはトーチ２８が取り付けられる。上部ユニット２２、ヘッド本体２１、下部ユニット２３、及び、トーチ２８には、レーザ光を通すための光路２７が設けられている。

【0035】

図２に示されるように、レーザ加工機１は、ヘッド本体２１に第２ポンプ１７を備える。第２ポンプ１７は、トーチ２８にガスを送るように構成される。制御回路７は、第２ポンプ１７を制御するように構成される。このガスは、例えば、ワークＷの溶融を促進するための酸素ガスであるが、空気、窒素ガス、アルゴンガスであってもよい。以降の実施形態では、第２ポンプから送られるガスをアシストガスＡＧと呼ぶ。アシストガスＡＧは、ガスストレージ１８（図１参照）に貯留されており、ガス供給路１９を介して、トーチ２８に送られる。トーチ２８は、ガス供給路１９を接続するためのコネクタ２９を備える。トーチ２８は、レンズ２４によって絞られた光と、ワークＷに吹き付けるためのガスとが通過する開口２８ｈを有する。

【0036】

図３は、実施形態に係る光ファイバー４０の内部構成図である。光ファイバー４０は、第１透過部４２と、第２透過部４４と、リフレクタ４６と、追加リフレクタ４８とを含む。第１透過部４２は、円柱状であって、レーザ光を透過するように構成される。リフレクタ４６は、第１透過部４２の外周を覆うチューブ状の部材で、第１透過部４２との界面でレーザ光を反射するように構成される。第２透過部４４は、リフレクタ４６の外周を覆うチューブ状の部材で、レーザ光を透過するように構成される。別の言い方をすれば、第２透過部４４は、第１透過部４２の周囲に設けられる。リフレクタ４６は、第１透過部４２と第２透過部４４との間に設けられる。リフレクタ４６は、第２透過部４４との界面でレーザ光を反射するように構成される。追加リフレクタ４８は、第２透過部４４の外周を覆うチューブ状の部材で、第２透過部４４との界面でレーザ光を反射するように構成される。

【0037】

図４Ａ～４Ｃは、実施形態にかかるレーザ光ＲＬの出力例を示す。本実施形態では、少なくとも１つのレーザ発振器３０は、レーザ光ＲＬを発する１つのレーザ発振器３０Ａを備える。レーザ発振器３０Ａは、レーザ発振器３０Ａが出力するレーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１と光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２との位置関係を図４Ａ～４Ｃに示されるように変更可能なように構成されている。図４Ａは、レーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１と光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２とを一致させた場合の例を示す。図４Ｂは、レーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１をリフレクタ４６からやや内側に向けた例を示す。図４Ｃは、レーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１を第２透過部４４の中央付近に向けた例を示す。

【0038】

図４Ａ～４Ｃは、光ファイバー４０の図の右側に、レーザ出力密度の大きさを示す。図４Ａ～４Ｃでは、グラフの線が右に行くほどレーザ出力密度が大きいことを示す。図４Ａでは、第２透過部４４にはレーザ光ＲＬが入射されていないため、レーザ出力密度が光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２付近が最大でなだらかに低下している。図４Ｂでは、光ファイバー４０が十分に長い場合、リフレクタ４６、追加リフレクタ４８での乱反射の影響で、レーザ出力密度が光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２付近と、第２透過部４４の中央付近との２つのピークがある場合を示している。しかも、光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２付近のピークのほうが、第２透過部４４の中央付近のピークよりも大きい。図４Ｃでは、第１透過部４２にはレーザ光ＲＬがほとんど入射されていないため、第２透過部４４の中央付近のみにピークがある、もしくは、第２透過部４４の中央付近のピークのほうが光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２付近のピークよりも大きい。

【0039】

本実施形態では、レーザ発振器３０Ａを図４Ｂのような位置に位置決めして、第１透過部４２のレーザ出力密度を、第２透過部４４のレーザ出力密度よりも大きくする。つまり、レーザ光ＲＬの一部が第１透過部４２に入射し、レーザ光ＲＬの別の一部が第２透過部４４に入射するように、１つのレーザ発振器３０Ａのレーザ光ＲＬの発する向きが調整される。別の言い方をすれば、レーザ光ＲＬの一部が第１透過部４２に入射し、レーザ光ＲＬの別の一部が第２透過部４４に入射するように、１つのレーザ発振器３０Ａからレーザ光ＲＬを発することによって、第１レーザ光ＲＬ１と第２レーザ光ＲＬ２とを生成する。以降の実施形態では、第１透過部４２から出力されるレーザ光を第１レーザ光ＲＬ１と呼称し、第２透過部４４から出力されるレーザ光を第２レーザ光ＲＬ２と呼称する。したがって、少なくとも１つのレーザ発振器３０は、第１レーザ光ＲＬ１と第２レーザ光ＲＬ２とを発するように構成される。第１透過部４２は、第１レーザ光ＲＬ１を伝達する。第２透過部４４は、第２レーザ光ＲＬ２を伝達する。

【0040】

図５は、実施形態にかかるピアッシング方法を示す模式図である。本実施形態では、図５に示されるように、制御回路７は、ワークＷにオイルＯＩＬを吹き付けてワークＷ上にオイルＯＩＬが被覆された被覆部（coating portion）ＷＣＰを生成するように第１ポンプ１６を制御した後、第１レーザ光ＲＬ１と第２レーザ光ＲＬ２とを被覆部ＷＣＰに照射するとともに、第１レーザ光ＲＬ１によって溶融されたワークＭＥＷにガス（アシストガスＡＧ）を吹き付けることでワークＷにピアス穴ＰＨをあけるように、少なくとも１つのレーザ発振器３０と第２ポンプ１７とを制御するように構成される。特に、制御回路７は、溶融されたワークＭＥＷにガス（アシストガスＡＧ）を吹き付けた際にピアス穴ＰＨの周囲に飛び散るスパッタＳＰＴの根元部分ＲＴを加熱するように第２レーザ光ＲＬ２を制御するように構成される。溶融されたワークＭＥＷとは、加熱されることによってアシストガスＡＧによって飛び散る程度まで粘度が低下されている状態のワークＷをいう。根元部分ＲＴとは、ピアス穴ＰＨを形成する被加工ワークＭＡＷとオイルＯＩＬを介さずに接しているスパッタＳＰＴの部分をいう。

【0041】

図６は、実施形態にかかるピアッシング方法を示す別の模式図である。本実施形態では、図６に示されるように、制御回路７は、第１レーザ光ＲＬ１によって溶融されたワークＭＥＷがガス（例えば、アシストガスＡＧ）によってピアス穴ＰＨの周囲に飛び散らされたスパッタＳＰＴにさらにガス（例えば、アシストガスＡＧ）を吹き付けるように、移動機構ＴＭ及び第２ポンプ１７を制御するように構成される。なお、このガスの吹き付けの向きは、溶融されたワークＭＥＷに吹き付ける向きと異なる。また、この際に吹き付けられるガスは、溶融されたワークを飛び散らすためのガスと異なるものであってもよい。具体的には、図６に示されるように、制御回路７は、ピアス穴ＰＨを取り囲む円ＣＩＲに沿ってトーチ２８を動かしてピアス穴ＰＨの周囲にガス（例えば、アシストガスＡＧ）を吹き付けるようにＴＭ及び第２ポンプ１７を制御するように構成される。

【0042】

図７は、実施形態にかかるトーチ２８から先のレーザ光ＲＬの模式図である。図７に示されるように、レーザ光ＲＬは、焦点位置ＦＰで最も絞られ、被覆部ＷＣＰの表面では少し広がった状態で入射される。ここで、被覆部ＷＣＰのうちの第１レーザ光ＲＬ１が照射される部分を中央部分ＣＰと呼び、第２レーザ光ＲＬ２が照射される部分を周辺部分ＰＰと呼ぶ。周辺部分ＰＰは、レーザ光ＲＬの光軸ＲＺに対する径方向において中央部分ＣＰを取り囲む。中央部分ＣＰと周辺部分ＰＰの境界は、光ファイバー４０のリフレクタ４６、４８からレーザ光から仮想的に出射されたとしてワークＷに届く位置を基準に定めることができる。なお、アシストガスＡＧは、図７に示されるように、中央部分ＣＰと周辺部分ＰＰとの両方に届くようにトーチ２８から噴射される。

【0043】

ここで、中央部分ＣＰにおける第１レーザ光ＲＬ１のレーザ出力密度を第１レーザ出力密度と呼称し、周辺部分ＰＰにおける第２レーザ光ＲＬ２のレーザ出力密度を第２レーザ出力密度と呼称する。第１レーザ出力密度のほうが第２レーザ出力密度よりも大きい。また、図４Ｂの原理により、被覆部ＷＣＰのうちの中央部分ＣＰと周辺部分ＰＰとの間の境界部分ＢＰでのレーザ出力密度を第３レーザ出力密度と呼称する。第３レーザ出力密度は、第１レーザ出力密度と第２レーザ出力密度よりも小さい。

【0044】

なお、第１レーザ光ＲＬ１と第２レーザ光ＲＬ２との広がりの関係で、第１レーザ出力密度～第３レーザ出力密度は、ワークＷの上面ＷＴＰと、ワークＷの下面ＷＢＰとでは異なる。具体的には、ワークＷの上面ＷＴＰにおける中央部分ＣＰの径は、ワークＷの下面ＷＢＰにおける中央部分ＣＰの径よりも小さい。ワークＷの上面ＷＴＰにおける周辺部分ＰＰの径ＤＢＴは、ワークＷの下面ＷＢＰにおける周辺部分ＰＰの径ＤＢＢよりも小さい。このため、ワークＷの上面ＷＴＰにおける第１レーザ出力密度～第３レーザ出力密度のほうが、ワークＷの下面ＷＢＰにおける第１レーザ出力密度～第３レーザ出力密度よりも大きい。なお、ミクロに見た場合、同じ平面上の中央部分ＣＰ、周辺部分ＰＰ、及び、境界部分ＢＰの中でもレーザ出力密度が高い場所と低い場所があるが、本実施形態において説明される第１レーザ出力密度～第３レーザ出力密度の値は、リフレクタ４６、４８の仮想的な光路に基づいて定められる中央部分ＣＰ、周辺部分ＰＰ、及び、境界部分ＢＰを領域全体において平均した値である。

【0045】

本実施形態では、第１レーザ出力密度～第３レーザ出力密度は、ワークＷの上面ＷＴＰと下面ＷＢＰとの間の中心面ＣＴＰを断面とするときの、中央部分ＣＰの断面部分、周辺部分ＰＰの断面部分、及び、境界部分ＢＰの断面部分におけるレーザ出力密度の平均値とする。また、トーチ２８が光軸ＲＺに沿う方向（Ｚ方向）に移動しながらピアス穴ＰＨを空けるときは、平均のレーザ出力密度を、第１レーザ出力密度～第３レーザ出力密度と定義する。図７の例では、中央部分ＣＰの中心面ＣＴＰの断面の直径ＤＣＣを、直径とする円筒形状とみなしてよく、周辺部分ＰＰの中心面ＣＴＰの断面の外径ＤＢＣ、内径ＤＣＣを、外径、内径とするチューブ形状とみなしてよい。

【0046】

第１レーザ出力密度及び第２レーザ出力密度は、少なくとも１つのレーザ発振器３０（レーザ発振器３０Ａ）の出力、レーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１と光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２とのずれＤＸ（図４Ｂ参照）、及び、焦点位置ＦＰと被覆部ＷＣＰとの距離ＬＷとによって決定される。制御回路７は、これらの値を調整するように少なくとも１つのレーザ発振器３０やトーチ２８の位置を制御することが可能である。本実施形態では、第１レーザ出力密度及び第２レーザ出力密度は、以下の条件を具備する。
［条件１］第１レーザ出力密度と第２レーザ出力密度は、第１レーザ光ＲＬ１と第２レーザ光ＲＬ２とによって中央部分ＣＰが穿孔される程度に定められる。これは、第１レーザ光ＲＬ１と第２レーザ光ＲＬ２とがあるレーザ光ＲＬをワークＷに照射した際に中央部分ＣＰが穿孔されるか否かで識別される。なお、第１レーザ出力密度と第２レーザ出力密度は、アシストガスＡＧによってもワークＷが加熱されることも考慮して定められてもよい。
［条件２］第１レーザ出力密度は、周辺部分ＰＰの外側を穿孔しない程度に第１レーザ光ＲＬ１がワークＷを加熱可能な程度のレーザ出力密度である。第１レーザ光ＲＬ１の出力が強すぎて周辺部分ＰＰの外側を溶融してしまうか、周辺部分ＰＰが小さすぎる場合に成立しない。図８Ａのように、第１レーザ光ＲＬ１が周辺部分ＰＰの外側を穿孔してしまうと、第２レーザ光ＲＬ２によってスパッタＳＰＴの根元部分ＲＴを加熱することができない。そうすると、スパッタＳＰＴの根元部分ＲＴが凝固してしまい、被加工ワークＭＡＷと固着してしまう。第１レーザ出力密度は、そのような状態を抑止するように定められる。また、第１レーザ出力密度は、アシストガスＡＧによってもワークＷが加熱されることも考慮して定められてもよい。
［条件３］第２レーザ出力密度は、周辺部分ＰＰの外側を穿孔しない程度に第２レーザ光ＲＬ２がワークＷを加熱可能な程度のレーザ出力密度である。第２レーザ光ＲＬ２の出力が強すぎて周辺部分ＰＰの外側を溶融してしまう場合に成立しない。この条件も図８Ａのように第２レーザ光ＲＬ２によってスパッタＳＰＴの根元部分ＲＴを加熱することができず、スパッタＳＰＴの根元部分ＲＴが凝固してしまい、被加工ワークＭＡＷと固着してしまう状態を抑止するために設けられる。この場合において、第２レーザ出力密度は、第１レーザ光ＲＬ１やアシストガスＡＧによってもワークＷが加熱されることも考慮して定められてもよい。
［条件４］第２レーザ出力密度は、第１レーザ光ＲＬ１によって溶融されたワークＭＥＷがガス（アシストガスＡＧ）によってピアス穴ＰＨの周囲に飛び散らされたスパッタＳＰＴがピアス穴ＰＨを形成する被加工ワークＭＡＷに固着して凝固しない程度に第２レーザ光ＲＬ２がワークＷを加熱可能な程度のレーザ出力密度である。第２レーザ出力密度が弱すぎて、スパッタＳＰＴの根元部分ＲＴが被加工ワークＭＡＷに固着してしまうと、その後に図６のようにガス（アシストガスＡＧ）を吹き付けたとしても、スパッタＳＰＴを被加工ワークＭＡＷから取り除くことはできない。この場合において、第２レーザ出力密度は、第１レーザ光ＲＬ１やアシストガスＡＧによってもワークＷが加熱されることも考慮して定められてもよい。
［条件５］第２レーザ出力密度は、周辺部分ＰＰの外側にスパッタを生じさせない程度に第２レーザ光ＲＬ２がワークを加熱可能な程度のレーザ出力密度である。第２レーザ出力密度は、周辺部分ＰＰの外側を穿孔するほど、高くはない。しかし、第２レーザ出力密度は、図８Ｂに示されるように、第２レーザ光ＲＬ２が周辺部分ＰＰの外側の一部を溶融させて、その溶融されたワークＭＥＷの粘度がアシストガスＡＧによって飛び散らされる程度のレーザ出力密度よりは低い。図８Ｂのような状態では、第２レーザ光ＲＬ２によってスパッタＳＰＴの根元部分ＲＴを加熱することができず、スパッタＳＰＴの根元部分ＲＴが凝固してしまい、被加工ワークＭＡＷと固着してしまう。第２レーザ出力密度は、そのような状態を抑止するように定められる。この場合においても、第２レーザ出力密度は、第１レーザ光ＲＬ１やアシストガスＡＧによってもワークＷが加熱されることも考慮して定められてもよい。

【0047】

図９は、実施形態にかかるレーザピアッシング方法のフローチャートである。ステップＳ１において、当該方法は、ワークＷにオイルＯＩＬを吹き付けて、ワークＷ上にオイルＯＩＬが被覆された被覆部ＷＣＰを生成する。ステップＳ２において、当該方法は、レーザ光ＲＬのレーザ出力密度が、被覆部ＷＣＰのうちのレーザ光ＲＬが照射される中央部分ＣＰにおいて第１レーザ出力密度となり、被覆部ＷＣＰのうちの中央部分ＣＰの周囲の周辺部分ＰＰにおいて第１レーザ出力密度よりも小さい第２レーザ出力密度となり、被覆部ＷＣＰのうちの中央部分ＣＰと周辺部分ＰＰとの間の境界部分ＢＰにおいて第１レーザ出力密度と第２レーザ出力密度とよりも小さい第３レーザ出力密度となって、ワークＷ上の目標の位置に中央部分ＣＰが合致するようにトーチ２８をワークＷに対して位置決めする。

【0048】

ステップＳ３において、当該方法は、トーチ２８からアシストガスＡＧを位置決めされたワークＷの中央部分ＣＰに向けて噴射する。ステップＳ４において、当該方法は、［条件１］～［条件５］を具備するように、レーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１と光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２とのずれＤＸと、レーザ発振器３０Ａの出力とを調整して、被覆部ＷＣＰに向けてレーザ光ＲＬを照射する。これによって、当該方法によって、中央部分ＣＰに照射される第１レーザ光ＲＬ１によって被覆部ＷＣＰ内のワークＷを溶融させて、溶融させたワークＭＥＷにガス（アシストガスＡＧ）を吹き付けて溶融させたワークＭＥＷを中央部分ＣＰの周囲に飛び散らすことによって被覆部ＷＣＰにピアス穴ＰＨをあけることができる。具体的には、当該方法は、周辺部分ＰＰの外側を穿孔しない程度に第１レーザ光ＲＬ１によって被覆部ＷＣＰ内のワークＷを溶融させる。

【0049】

また、当該方法は、周辺部分ＰＰに照射される第２レーザ光ＲＬ２によって、ピアス穴ＰＨを形成する被加工ワークＭＡＷとオイルＯＩＬを介さずに接している、飛び散らされたワークＷであるスパッタＳＰＴの根元部分ＲＴを加熱する。具体的には、当該方法は、スパッタＳＰＴが被加工ワークＭＡＷに固着して凝固しない程度に第２レーザ光ＲＬ２によってスパッタＳＰＴを加熱する。当該方法は、周辺部分ＰＰの外側を穿孔しない程度に第２レーザ光ＲＬ２によってワークＷを加熱する。当該方法は、周辺部分ＰＰの外側にスパッタＳＰＴを生じさせない程度に第２レーザ光ＲＬ２によってワークＷを加熱する。

【0050】

ステップＳ５において、当該方法は、スパッタＳＰＴの根元部分ＲＴを加熱した後に、根元部分ＲＴの外側から根元部分ＲＴを取り囲む円に沿ってガス（アシストガスＡＧ）を吹き付けるトーチ２８を動かす。このとき、スパッタＳＰＴを浮かせるために、トーチ２８を上げ下げするなどの動作が含まれてもよい。ステップＳ６において、当該方法は、レーザ光ＲＬを照射せず、トーチ２８から根元部分ＲＴの周囲にガス（アシストガスＡＧ）を吹き付ける。これによって、当該方法は、スパッタＳＰＴにガス（アシストガスＡＧ）を吹き付けることによってスパッタＳＰＴを被加工ワークＭＡＷから取り除く。
＜検証実験＞
上述するレーザピアッシング方法の有効性及び上述する条件の有効性を検証するために以下のような検証実験を行った。実験に使用した板金ＭＰは、板厚が９．０ｍｍのＳＳ４００鋼である。トーチ２８の位置は、焦点位置から８．５ｍｍの高さにワークＷの上面ＷＴＰが位置するように調整されている。焦点位置において、第１レーザ光ＲＬ１が通過する領域Ｒ１の径ＤＣ（図７参照）は、０．２３４ｍｍ、第２レーザ光ＲＬ２が通過する領域Ｒ２の径ＤＰ（図７参照）は、０．８０６ｍｍである。ワークＷの中心面ＣＴＰにおける中央部分ＣＰの径ＤＣＣは１．０６６ｍｍ、ワークＷの中心面ＣＴＰにおける周辺部分ＰＰの径ＤＢＣは１．４９２ｍｍである。事前準備として、図４Ａのようにレーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１を位置決めした上で、レーザ発振器３０Ａは、１０００Ｗのデューティー比１５％で０．１秒加熱することによってポンチ穴を空ける。その後、光軸Ａｘ１と中心軸Ａｘ２とのずれＤＸを変えて、レーザ発振器３０Ａに９０００Ｗで、デューティー比２５％のレーザ光ＲＬを出力させた。なお、ステップＳ３において噴射されるアシストガスの風圧は、０．４ＭＰａである。

【0051】

図１０は、ずれＤＸに対応する第１透過部４２と第２透過部４４との出力比を変化させながらピアッシングをした際のピアス穴の径（直径）と、ピアス痕の画像とを示す。また、図１０のピアス痕の画像及びピアス穴の径は、ステップＳ４までの処理を行った結果を示す。サンプル １～９は、いずれも穴径が１．１ｍｍよりも大きいピアス穴を生成できているので、［条件１］を具備している。サンプル ５～９は、いずれも穴径が１．４ｍｍよりも大きいピアス穴を生成しており、サンプル ４よりも第１レーザ出力密度が小さいことを考慮すると、［条件３］を具備していない例を示す。サンプル ０は、実質的に第２レーザ出力密度が小さいので［条件４］を具備していない例を示す。

【0052】

サンプル １～３は、サンプルの値が大きくなるにつれ、根元部分ＲＴが理想的に加熱されるスパッタＳＰＴの数が増え、それらのスパッタがステップＳ３において噴射されるアシストガスによって除去されたことによって、スパッタＳＰＴの数が減少していく例を示している。サンプル １～３では、［条件１］～［条件５］は具備されており、サンプルを表す値が大きくなるにつれ、［条件４］をより理想的な状態で具備していることを示す。サンプル ３は、［条件４］をより理想的な状態で具備したものであって、ステップＳ３において噴射されるアシストガスの風圧のみによってスパッタＳＰＴが除去できるほど、スパッタＳＰＴの根元部分の強度を低くすることができる。

【0053】

サンプル ４では、第２レーザ出力密度が上昇したことにより、［条件５］を具備しなくなり、図８Ｂのような状態が生じたため、ステップＳ３において噴射されるアシストガスによって除去できなくなったスパッタが残ってしまった。なお、サンプル ４においても、上記の実験結果のようにスパッタが除去できるとは限らないため、後でステップＳ５、６を実行することによってスパッタＳＰＴを完全に除去することができる。

【0054】

以上に示すように、［条件１］～［条件３］の具備については、実際に穿孔されたピアス穴の径と、理論的に求められたワークＷにおける中央部分ＣＰの径、周辺部分ＰＰの径との比較によって確認できる。［条件２］［条件３］にかかる周辺部分ＰＰの外側にあるか否かの判定は、合理的な計測誤差、理論上の値と実測値との合理的な差を考慮に入れ、そのような差を考慮にいれても周辺部分ＰＰの外側にあると明らかに言える場合に［条件２］または［条件３］を具備しないとする。

【0055】

［条件４］の具備については、第２レーザ出力密度を実質的に０とした場合のスパッタ量とを比較して、スパッタ量が減少しているか否かで確認できる。ここでいう第２レーザ出力密度を実質的に０とした場合とは、レーザ発振器３０Ａが出力するレーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１と光ファイバー４０の中心軸Ａｘ２とを一致させてレーザ光ＲＬを同じ出力で出力した場合を意味する。あるいは、少なくとも１つのレーザ発振器３０が第１レーザ光ＲＬ１を出力するレーザ発振器と第２レーザ光ＲＬ２を出力するレーザ発振器との２つのレーザ発振器から成るときは、第１レーザ光ＲＬ１を出力するレーザ発振器の出力を変えずに、第２レーザ光ＲＬ２を出力するレーザ発振器の出力を０とした場合を意味する。

【0056】

［条件５］の具備については、ピアス穴の径が変わらなくても、第２レーザ出力密度を段階的に上げていったときに、１つ前の段階のスパッタ量に対してスパッタ量が増加しているかどうかで判定することができる。
＜本実施形態におけるレーザピアッシング方法の特徴及び効果＞
本実施形態にかかるレーザピアッシング方法及びレーザ加工機１は、周辺部分ＰＰに照射される第２レーザ光ＲＬ２によって、ピアス穴ＰＨを形成する被加工ワークＭＡＷとオイルＯＩＬを介さずに接している、飛び散らされたワークＷであるスパッタＳＰＴの根元部分ＲＴを加熱する。このため、レーザピアッシング方法及びレーザ加工機１は、根元部分ＲＴが凝固することを抑止し、スパッタＳＰＴの除去を容易にし、加工品質を向上させることができる。
＜変形例＞
上述の実施形態では、少なくとも１つのレーザ発振器３０は、レーザ光を発する１つのレーザ発振器３０Ａを備える場合を示しているが、第１レーザ光と、第２レーザ光が異なるレーザ発振器から発せられたレーザ光であってもよい。また、ステップＳ５に示すトーチ２８の動かし方は円ＣＩＲに限らず、楕円であってもよく、回転中にトーチ２８をワークＷに近づけたり離したりしてもよい。

【0057】

上述の実施形態では、板金ＭＰを加工するレーザ加工機１を挙げているが、パイプなどを加工するレーザ加工機にも適用できる。その場合、レーザヘッド２０は、３次元加工が可能なようにＸ軸、Ｙ軸それぞれに平行な回転軸周りに回動可能であってもよい。

【0058】

本願においては、「備える」およびその派生語は、構成要素の存在を説明する非制限用語であり、記載されていない他の構成要素の存在を排除しない。これは、「有する」、「含む」およびそれらの派生語にも適用される。

【0059】

「～部材」、「～部」、「～要素」、「～体」、および「～構造」という文言は、単一の部分や複数の部分といった複数の意味を有し得る。

【0060】

「第１」や「第２」などの序数は、単に構成を識別するための用語であって、他の意味（例えば特定の順序など）は有していない。例えば、「第１要素」があるからといって「第２要素」が存在することを暗に意味するわけではなく、また「第２要素」があるからといって「第１要素」が存在することを暗に意味するわけではない。

【0061】

程度を表す「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言は、実施形態に特段の説明がない限りにおいて、最終結果が大きく変わらないような合理的なずれ量を意味し得る。本願に記載される全ての数値は、「実質的に」、「約」、および「およそ」などの文言を含むように解釈され得る。

【0062】

本願において「Ａ及びＢの少なくとも一方」という文言は、Ａだけ、Ｂだけ、及びＡとＢの両方を含むように解釈されるべきである。

【0063】

上記の開示内容から考えて、本発明の種々の変更や修正が可能であることは明らかである。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、本願の具体的な開示内容とは別の方法で本発明が実施されてもよい。

【要約】

レーザピアッシング方法は、ワーク上にオイルが被覆された被覆部を生成し、レーザ光のレーザ出力密度が、被覆部のうちのレーザ光が照射される中央部分において第１レーザ出力密度となり、被覆部のうちの中央部分の周囲の周辺部分において第１レーザ出力密度よりも小さい第２レーザ出力密度となり、被覆部のうちの中央部分と周辺部分との間の境界部分において第２レーザ出力密度よりも小さい第３レーザ出力密度となるように、レーザ光を被覆部に照射し、中央部分に照射される第１レーザ光によって被覆部内のワークを溶融させて、溶融させたワークにガスを吹き付けて溶融させたワークを中央部分の周囲に飛び散らすことによって被覆部にピアス穴をあけ、周辺部分に照射される第２レーザ光によって、ピアス穴を形成する被加工ワークとオイルを介さずに接している、飛び散らされたワークであるスパッタの根元部分を加熱することを含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】