特許 7536222 レーザ加工方法、レーザ加工機、プログラム、及び、コンピュータ読出可能媒体

(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】2024-08-08

(45)【発行日】2024-08-19

(54)【発明の名称】レーザ加工方法、レーザ加工機、プログラム、及び、コンピュータ読出可能媒体

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20240809BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 N

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2024536503

(86)(22)【出願日】2023-12-26

(86)【国際出願番号】 JP2023046693

【審査請求日】2024-06-18

【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】伊藤 伸浩

(72)【発明者】

【氏名】冨田 竜也

(72)【発明者】

【氏名】松岡 慧

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－８８１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２０２６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２１０５７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルからレーザ光を照射してワークを加工する加工工程と、
前記レーザ光の出力を停止する待機工程と、
を含み、
前記待機工程は、前記待機工程を間に挟まない前記加工工程の累積時間が所定の閾値時間を超えたときに開始され、
前記待機工程は、前記待機工程に切り替わった直後の前記ノズルの位置を復帰目標位置として記憶することをさらに含み、
前記待機工程は、前記ノズルの位置を前記復帰目標位置から離れた待機位置に変更することをさらに含み、
前記加工工程は、前記ノズルの位置を前記待機位置から前記復帰目標位置に戻すことをさらに含む、
レーザ加工方法。

【請求項2】

前記加工工程は、金メッキが表面に施された前記ノズルの貫通孔を通して、前記レーザ光を照射することを含む、請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項3】

前記閾値時間は、前記レーザ光の出力強度、及び、前記ノズルの先端の開口径と前記ノズルにおいて前記レーザ光の出力密度が所定の閾値を超える径との割合に基づいて定められる、請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項4】

前記待機工程は、前記加工工程において前記ノズルが加熱された度合いに応じた待機時間の間、行われる、請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項5】

前記待機時間は、前記レーザ光の出力強度、前記ノズルの先端の開口径と前記ノズルにおいて前記レーザ光の出力密度が所定の閾値を超える径との割合、並びに、前記累積時間に基づいて定められる、請求項４に記載のレーザ加工方法。

【請求項6】

前記待機工程は、前記待機位置に設けられた冷却装置によって前記ノズルを冷却させることをさらに含む、
請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項7】

前記加工工程は、前記加工工程開始時に、前記復帰目標位置から外れた再開位置においてピアッシングした後に前記復帰目標位置に前記ノズルを移動させることをさらに含む、
請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項8】

前記加工工程は、前記ノズルの移動方向に向かって右側もしくは左側のいずれか一方側に製品部分が存在することに基づいて前記ノズルの位置を補正することをさらに含み、
前記再開位置は、前記復帰目標位置に対して前記一方側と反対の他方側に位置する、
請求項７に記載のレーザ加工方法。

【請求項9】

前記一方側は、加工プログラムの工具径補正のコードに基づいて決定される、
請求項８に記載のレーザ加工方法。

【請求項10】

ノズルからレーザ光を照射してワークを加工する加工工程と、
前記レーザ光の出力を停止する待機工程と、
を含み、
前記待機工程は、前記待機工程を間に挟まない前記加工工程の累積時間が所定の閾値時間を超えたときに開始され、
前記加工工程は、加工プログラムにおいて設定された加工単位毎に前記ノズルを移動させ、前記ワークを加工させることを含み、
前記累積時間が前記閾値時間を超えたときに前記ノズルの位置が前記加工単位の端点から所定の距離以下である切替禁止領域にある場合、前記ノズルの位置が前記切替禁止領域を過ぎるまで前記レーザ光によって加工されるまで前記加工工程を継続させ、前記ノズルの位置が前記切替禁止領域を過ぎた後に、前記待機工程が開始される、
レーザ加工方法。

【請求項11】

前記加工工程と前記待機工程とは、ともに、アシストガスを前記ノズルから噴射することと、前記ノズルに設けられたノズル冷却回路に冷媒を流すこととの少なくとも１つによって前記ノズルを冷却することをさらに含む、
請求項１に記載のレーザ加工方法。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか１つのレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路と、
前記レーザ光を出力するように構成されるレーザ発振器と、
前記ノズルと、
前記ノズルを移動させるように構成される移動機構と、
を備えるレーザ加工機。

【請求項13】

レーザ加工機の制御回路による実行時に、請求項１から１１のいずれか１つのレーザ加工方法を前記制御回路に実行させる指示を備えるプログラム。

【請求項14】

レーザ加工機の制御回路による実行時に、請求項１から１１のいずれか１つのレーザ加工方法を前記制御回路に実行させる指示を備えるコンピュータ読出可能媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工方法、レーザ加工機、プログラム、及び、コンピュータ読出可能媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ加工では、レーザの照射に伴い、ノズルの温度が上昇して、ノズルが熱膨張してノズルとワーク間の距離と静電容量との関係が変化することにより、加工に悪影響が生じることがある。これを防止するために、ノズルに冷却水を流すための流路を設けて加工中に冷却水を流すことによって温度上昇を抑える方法が提案されている（例えば、特許文献１）。他の方法として、レーザ集光レンズのマウント部分またはその下面にレーザに対する反射率の高い金属メッキ（例えば、金メッキやニッケルクロムメッキ）を施すことによってレーザ光の吸収を抑え、温度上昇を抑える方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開平０２‐００６１８５号公報

【文献】特許第４８１２１７２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、レーザ光の出力が高くなっており、上述の方法を施したとしても、ノズルの昇温を十分抑えることが困難であり、連続加工を安定して行うことが困難となってきている。

【0005】

本願に開示される技術の目的は、レーザ光が高出力化されてもノズルを効果的に冷却し、連続加工を安定して行うことが可能なレーザ加工方法、レーザ加工機、プログラム、及び、コンピュータ読出可能媒体を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の第１態様に係るレーザ加工方法は、ノズルからレーザ光を照射してワークを加工する加工工程と、レーザ光の出力を停止する待機工程と、を含む。待機工程は、待機工程を間に挟まない加工工程の累積時間が所定の閾値時間を超えたときに開始される。

【0007】

本開示の第２態様によれば、第１態様によるレーザ加工方法では、加工工程は、金メッキが表面に施されたノズルの貫通孔を通して、レーザ光を照射することを含む。

【0008】

本開示の第３態様によれば、第１態様または第２態様によるレーザ加工方法では、閾値時間は、レーザ光の出力強度、及び、ノズルの先端の開口径とノズルにおいてレーザ光の出力密度が所定の閾値を超える径との割合に基づいて定められる。

【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加工方法では、待機工程は、加工工程においてノズルが加熱された度合いに応じた待機時間の間、行われる。

【0010】

本開示の第５態様によれば、第４態様によるレーザ加工方法では、待機時間は、レーザ光の出力強度、ノズルの先端の開口径とノズルにおいてレーザ光の出力密度が所定の閾値を超える径との割合、並びに、累積時間に基づいて定められる。

【0011】

本開示の第６態様によれば、第１態様から第５態様のいずれかによるレーザ加工方法では、待機工程は、待機工程に切り替わった直後のノズルの位置を復帰目標位置として記憶することをさらに含む。待機工程は、ノズルの位置を復帰目標位置から離れた待機位置に変更することをさらに含む。加工工程は、ノズルの位置を待機位置から復帰目標位置に戻すことをさらに含む。なお、待機位置は、復帰目標位置から上方に離間した位置か、水平方向にワークから離れた位置か、復帰目標位置から上方に離間し、且つ、水平方向にワークから離れた位置であることが好ましい。

【0012】

本開示の第７態様によれば、第６態様によるレーザ加工方法では、待機工程は、待機位置に設けられた冷却装置によってノズルを冷却させることをさらに含む。

【0013】

本開示の第８態様によれば、第６態様または第７態様によるレーザ加工方法では、加工工程は、加工工程開始時に、復帰目標位置から外れた再開位置においてピアッシングした後に復帰目標位置にノズルを移動させることをさらに含む。

【0014】

本開示の第９態様によれば、第８態様によるレーザ加工方法では、加工工程は、ノズルの移動方向に向かって右側もしくは左側のいずれか一方側に製品部分が存在することに基づいてノズルの位置を補正することをさらに含む。再開位置は、復帰目標位置に対して一方側と反対の他方側に位置する。

【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方法では、一方側は、加工プログラムの工具径補正のコードに基づいて決定される。

【0016】

本開示の第１１態様によれば、第１態様から第１０態様のいずれかによるレーザ加工方法では、加工工程は、加工プログラムにおいて設定された加工単位毎にノズルを移動させ、ワークを加工させることを含む。累積時間が閾値時間を超えたときにノズルの位置が加工単位の端点から所定の距離以下である切替禁止領域にある場合、ノズルの位置が切替禁止領域を過ぎるまで加工工程を継続させ、ノズルの位置が切替禁止領域を過ぎた後に、待機工程が開始される。

【0017】

本開示の第１２態様によれば、第１態様から第１１態様のいずれかによるレーザ加工方法では、加工工程と待機工程とは、ともに、アシストガスを前記ノズルから噴射することと、ノズルに設けられたノズル冷却回路に冷媒を流すこととの少なくとも１つによってノズルを冷却することをさらに含む。

【0018】

本開示の第１３態様によるレーザ加工機は、第１態様から第１２態様のいずれか１つによるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路と、レーザ光を出力するように構成されるレーザ発振器と、ノズルと、ノズルを移動させるように構成される移動機構と、を備える。

【0019】

本開示の第１４態様によるプログラムは、レーザ加工機の制御回路による実行時に、第１態様から第１２態様のいずれか１つによるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える。

【0020】

本開示の第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体は、レーザ加工機の制御回路による実行時に、第１態様から第１２態様のいずれか１つによるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える。

【0021】

第１態様に係るレーザ加工方法、第１態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第１態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第１態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、待機工程を間に挟まない加工工程の累積時間が所定の閾値時間を超えたときに待機工程が開始されるため、連続したレーザ加工においてもノズルの温度が上昇しすぎないタイミングでノズルを冷却することができ、安定した高精度のレーザ加工を実現することができる。

【0022】

第２態様に係るレーザ加工方法、第２態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第２態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第２態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、金メッキによりノズルの材質の酸化が防止される。このため、レーザ光がノズルの材質に吸収されることが抑止され、金メッキによりレーザが反射されるようになるので、経年使用してもレーザ出力が変化しない。

【0023】

第３態様に係るレーザ加工方法、第３態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第３態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第３態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、レーザ光の出力強度、ノズルの先端の開口孔の径とノズルにおいてレーザ光の出力密度が所定の閾値を超える径との割合、並びに、ノズルの上昇温度に基づいてノズルが吸収する熱量が定まるため、ノズルの温度が所定温度を超えたときに待機工程が開始されるようにレーザ加工機を制御することができる。

【0024】

第４態様に係るレーザ加工方法、第４態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第４態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第４態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、加工工程においてノズルが加熱された度合いに応じた待機時間の間ノズルの冷却がされるため、ノズルの温度を所定の温度以下になるまで冷却されるため、長時間の安定した高精度のレーザ加工を実現することができる。

【0025】

第５態様に係るレーザ加工方法、第５態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第５態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第５態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、レーザ光の出力強度、ノズルの先端の開口孔の径とノズルにおいてレーザ光の出力密度が所定の閾値を超える径との割合、並びに、累積時間に基づいてノズルの上昇温度が定まるため、ノズルの温度を所定の温度以下になるまで冷却するのに必要な時間だけ待機時間を設けることができる。

【0026】

第６態様に係るレーザ加工方法、第６態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第６態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第６態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、待機工程において復帰目標位置から離れた待機位置にノズルの位置を変更することによって、ワークが加熱されたことによる輻射熱をノズルが受けることを抑止することができる。その結果、ノズルの冷却効率を上昇させ、待機時間を短縮することができる。

【0027】

第７態様に係るレーザ加工方法、第７態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第７態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第７態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、冷却装置によってノズルを冷却することによって待機時間を短縮することができる。

【0028】

第８態様に係るレーザ加工方法、第８態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第８態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第８態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、レーザ出力やアシストガスの圧力が安定しない加工工程開始時に復帰目標位置で加工してしまうと不必要な発熱が生じ、製品表面に傷をつけてしまう恐れがあるから、復帰目標位置から外れた再開位置においてピアッシングした後に復帰目標位置にノズルを移動させることによって製品表面における加工品質を向上させることができる。

【0029】

第９態様に係るレーザ加工方法、第９態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第９態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第９態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、製品部分の外側に確実に再開位置を設定することができる。

【0030】

第１０態様に係るレーザ加工方法、第１０態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第１０態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第１０態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、汎用的に使用されているＥＩＡ／ＩＳＯプログラムコードを使用するため、多くの加工プログラムにおいて本レーザ加工方法を適用することが容易となる。

【0031】

第１１態様に係るレーザ加工方法、第１１態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第１１態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第１１態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、製品の角部（corner）を構成する可能性が高い加工単位の終点に近い部分を避けて加工工程と待機工程との切替を行うことができる。製品の角部は熱がたまりやすく、角部付近で加工工程と待機工程との切替が行われると溶け落ちて加工不良になる恐れがある。加工単位の終点に近い部分を避けて加工工程と待機工程との切替を行うことによってこのような加工不良を抑止することができる。

【0032】

第１２態様に係るレーザ加工方法、第１２態様によるレーザ加工方法を実行するように構成させる制御回路を備える第１３態様によるレーザ加工機、第１２態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１４態様によるプログラム、及び、第１２態様によるレーザ加工方法を制御回路に実行させる指示を備える第１５態様によるコンピュータ読出可能媒体では、加工工程においてもアシストガスか冷媒によってノズルを冷却することにより、加工中のノズルの温度の上昇を抑えることができる。

【発明の効果】

【0033】

本願に開示される技術によれば、ノズルを効果的に冷却し、連続加工を安定して行うことが可能なレーザ加工方法、レーザ加工機、プログラム、及び、コンピュータ読出可能媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【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、図２の切断面線III-III’による断面図である。

【図4】図４は、実施形態に係る光ファイバーの内部構成図である。

【図5】図５は、実施形態にかかるレーザ光の出力例を示す。

【図6】図６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7】図７は、設定データの一例である。

【図8】図８は、レーザ加工の加工プログラムの一例である。

【図9】図９は、第１実施形態にかかるレーザ加工方法のフローチャートである。

【図10】図１０は、Ｚ方向から見た第１実施形態にかかるノズルの移動軌跡の例を示す。

【図11】図１１は、Ｘ方向から見た第１実施形態にかかるノズルの移動軌跡の例を示す。

【図12】図１２は、Ｘ方向から見た第１実施形態にかかるノズルの移動軌跡の変形例を示す。

【図13】図１３は、第２実施形態にかかるレーザ加工方法のフローチャートである。

【図14】図１４は、Ｚ方向から見た第２実施形態にかかるノズルの移動軌跡の例を示す。

【図15】図１５は、Ｙ方向から見た第２実施形態にかかるノズルの移動軌跡の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0035】

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。
＜第１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、オイルノズル１５、第１バルブ１６、レーザヘッド(laser head)２０、レーザ発振器４０、光ファイバー４５、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、好ましくは、軟鋼であるが、ＳＵＳ、アルミニウム鋼、真鍮、銅であってもよい。また、板金ＭＰの板厚は、好ましくは、１６ｍｍ～６０ｍｍであるが、その大きさに制限されない。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、Ｘ方向に沿って伸びる一対の第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。

【0036】

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、レーザ発振器４０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。光学系は、レーザ光を平行な光束にするための図示しないコリメーションユニットを含む。レーザヘッド２０は、レーザ加工のためのレーザノズル２８を含む。なお、レーザノズル２８を単にノズルと称してもよい。

【0037】

オイルノズル１５は、後述するピアッシングの際にワークＷにオイルを噴射す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。第１バルブ１６は、図示しないポンプからオイルノズル１５に送るオイルの量を調整するように構成される。図１では、オイルノズル１５及び第１バルブ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。レーザ発振器４０は、板金ＭＰを加工するためのレーザ光を出力するように構成される。光ファイバー４５は、レーザ発振器４０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、レーザ発振器４０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４５は、レーザ発振器４０からのレーザ光を受ける第１端４５ａと、その反対の第２端４５ｂ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、制御プログラム８と加工プログラム９とを実行し、板金ＭＰを加工するように、レーザ発振器４０、駆動装置Ｄ１～Ｄ３、第１バルブ１６、並びに、後述する第２バルブ１７及び第３バルブ３７を制御するように構成される。例えば、加工プログラム９は、ＥＩＡ／ＩＳＯプログラムコードで記載されており、制御プログラム８は、加工プログラム９のプログラムコードを解析し、設定データ８ａを参照しながら、レーザ発振器４０、駆動装置Ｄ１～Ｄ３、第１バルブ１６、並びに、後述する第２バルブ１７及び第３バルブ３７を制御するための制御信号を生成するプログラムである。設定データ８ａは、加工プログラム９のコードの各パラメータに対応するレーザ発振器４０、駆動装置Ｄ１～Ｄ３、第１バルブ１６、並びに、後述する第２バルブ１７及び第３バルブ３７への出力を記述する。制御プログラム８は、例えば、ライブラリである。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、レーザノズル２８を移動させるように構成される。

【0038】

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、レーザノズル２８から照射されるレーザ光の光軸Ａｘ３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を含む。コネクタ２５は、光ファイバー４５の第２端４５ｂをレーザヘッド２０に取り付けるためのコネクタである。

【0039】

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４５の第２端４５ｂに対向して設けられ、光ファイバー４５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４５の第２端４５ｂ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の先端にはレーザノズル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、レーザノズル２８には、レーザ光を通すための光路２７が設けられている。

【0040】

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バルブ１７を備える。第２バルブ１７は、レーザノズル２８にガスを送るように構成される。制御回路７は、第２バルブ１７を制御するように構成される。このガスは、好ましくは、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バルブ１７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、図示しないポンプによって、ガス供給路１９を介して、レーザノズル２８に送られる。レーザノズル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貫通孔２８ｈを有する。好ましくは、レーザノズル２８は、銅から成る。好ましくは、レーザノズル２８の表面のうち、貫通孔２８ｈを形成する表面には金メッキ２８ｍが施されている。金メッキ２８ｍと銅の表面との間にはニッケルメッキが施されていると、銅と金との間で起こる拡散が防止されるためにさらに好ましい。好ましくは、レーザノズル２８の残りの表面には、クロムメッキが施されている。これによって、レーザノズル２８の酸化が防止され、レーザ光がレーザノズル２８に吸収されやすくなることが抑止される。さらに、金メッキ２８ｍは、レーザ光の反射率が高いため、レーザエネルギーの損失が少ないためさらに望ましい。なお、レーザノズル２８の材質は、銅以外の金属であってもよく、レーザノズル２８の表面にメッキが施されてなくてもよい。

【0041】

さらに、図２を参照すると、レーザノズル２８は先端２８ｅを有し、貫通孔２８ｈは先端２８ｅにおいて開口２８ｐを形成する。図３は、図２の切断面線III-III’による断面図である。図２及び図３に示されるように、レーザ加工機１は、ヘッド本体２１に第３バルブ３７を備える。第３バルブ３７は、上述するポンプからレーザノズル２８に送る冷媒の量を調整するように構成される。制御回路７は、第３バルブ３７を制御するように構成される。冷媒は、好ましくは、外気である。冷媒は、図示しない外気取入口から取り入れられ、冷媒供給路３８を介して、レーザノズル２８に送られる。レーザノズル２８は、冷媒が通過するノズル冷却回路３３を有する。ノズル冷却回路３３は、一次環状路３４と複数の直線上の排出路３５と二次環状路３６とを備える。冷媒供給路３８から流入される冷媒は、貫通孔２８ｈを取り囲む一次環状路３４に送られる。その後、冷媒は、排出路３５を介して、一次環状路３４から一次排出口３５ｅに向けて送られる。一次排出口３５ｅは二次環状路３６に接続されており、冷媒は、二次環状路３６からレーザ光の光軸Ａｘ３に対して径方向に延びる排出路３６ｅを介して排出される。つまり、冷媒は、レーザノズル２８の側方に排出される。なお、冷媒がレーザ光の光軸Ａｘ３に対して略径方向に排出されるのであれば、二次環状路３６や排出路３６ｅが省略されてもよい。例えば、排出路３６ｅが二次環状路３６の外側部全体に設けられるような凹み(recess)構造であってもよい。また、ノズル冷却回路３３の形状は、図２及び図３に示された形状に限られない。実開平０２‐００６１８５号公報に示されるような循環型のノズル冷却回路であってもよく、その場合、冷媒は、冷却水などのように液体であってもよい。

【0042】

図４は、実施形態に係る光ファイバー４５の内部構成図である。光ファイバー４５は、透過部４７と、リフレクタ４９とを含む。透過部４７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４９は、透過部４７の外周を覆うチューブ状の部材で、透過部４７との界面でレーザ光を反射するように構成される。図５は、レーザ光ＲＬの光軸Ａｘ１と光ファイバー４５の中心軸Ａｘ２とを一致させた場合のレーザ光ＲＬの出力例を示す。図５は、光ファイバー４５の図の右側に、レーザ出力密度の大きさを示す。図５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５は、レーザ出力密度がガウス分布に従うように分布する例を示している。図５に示されるように、レーザ出力密度は、光ファイバー４５の中心軸Ａｘ２付近が最大でなだらかに低下している。

【0043】

図６は、実施形態にかかるレーザノズル２８から先のレーザ光ＲＬの模式図である。図６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、ワークＷの表面では少し広がった状態で入射される。一般的には、焦点位置ＦＰは、ノズル先端２８ｅより少し外側に設けられる。ここで、ノズル先端２８ｅの開口２８ｐのうち、レーザ出力密度が所定の閾値以上の部分を照射部分ＲＰと呼び、残りの部分を周辺部分ＰＰと呼ぶ。この照射部分ＲＰの径ＤＣＣは、例えば、ＩＳＯ １１４４６仕様にて規定されるＤ４σの値を使用することができる。Ｄ４σは、レーザ光ＲＬの強度分布の標準偏差σの４倍に収まる強度分布を包含するように定められた出力密度の閾値を超える範囲を定めたものである。この径ＤＣＣは、測定器によって計測したり、光学解析ソフトを使用したりすることによって求められる。図６では、周辺部分ＰＰの径をＤＢＣ（以下、ＤＢＣを開口径と呼ぶ）として示しているが、開口径ＤＢＣはレーザノズル２８の仕様から定められる。周辺部分ＰＰは、レーザ光ＲＬの光軸Ａｘ３に対する径方向において照射部分ＲＰを取り囲む。なお、アシストガスＡＧは、図６に示されるように、照射部分ＲＰと周辺部分ＰＰとの両方に届くようにレーザノズル２８から噴射される。

【0044】

以降の実施形態において、ノズル先端２８ｅの開口径ＤＢＣとレーザノズル２８においてレーザ光ＲＬの出力密度が所定の閾値（Ｄ４σによって規定される閾値）を超える径ＤＣＣとの割合を面積占有率ＡＯＲ［％］と呼ぶ。レーザ発振器４０から出力されるレーザ光ＲＬの出力強度をＰ［Ｗ］とし、レーザ出力密度がガウス分布に従うとすると、レーザ光ＲＬによってレーザノズル２８に加えられる単位時間あたりの熱量Ｐ_Ｈ［Ｗ］は、以下の（式１）のように求められる。
Ｐ_Ｈ＝Ｐ×（１．８２×ＡＯＲ－１００）／１００ (式１)
この１．８２倍は、９９％のエネルギーが含まれるビーム径の大きさに基づく。なお、レーザ出力密度がガウス分布以外の他の分布に従ったり、照射部分ＲＰを特定するために別の閾値（半値全幅、１／ｅ^２幅、ナイフエッジ幅）を用いたりする場合、面積占有率ＡＯＲに掛ける倍率を９９％以上のエネルギーが含まれるビーム径の大きさとなるように定めるとよい。

【0045】

レーザノズル２８の加熱時間をｔ［秒］、加熱前のレーザノズル２８の温度をＴ_０［℃］、レーザノズル２８の比熱をｃ［ｋＪ／（ｋｇ・℃）］、レーザノズル２８の密度をρ［ｋｇ／ｍ^３]、及び、レーザノズル２８の体積をＶ[ｍ^３]とすると、加熱後のレーザノズル２８の温度をＴ［℃］は、以下の（式２）のように求められる。
Ｔ‐Ｔ_０＝（Ｐ_Ｈ‐Ｐ_ＯＦＦ）×ｔ／０．２７８ｃρＶ (式２)
（式２）のＰ_ＯＦＦは、雰囲気、冷媒、アシストガスＡＧによる対流放熱を考慮した単位時間あたりの放熱量である。このＰ_ＯＦＦは、経験的に求められる。

【0046】

ノズル先端２８ｅとワークＷとの距離ＬＷが調整されることによって精度の高いレーザ加工が実現される。制御回路７は、米国公報２００４－１５９６４３号公報に示された方法等のようにノズル先端２８ｅとワークＷとの間の静電容量を制御することによって、距離ＬＷを調整することが可能である。レーザノズル２８がレーザ光ＲＬによって加熱され膨張すると、距離ＬＷと上述する静電容量との関係が変化する。したがって、レーザノズル２８がレーザ光ＲＬによって加熱されることを抑止すると、長時間のレーザ加工であっても安定した精度で加工を行うことができる。

【0047】

図７は、設定データ８ａの一例である。設定データ８ａは、ワークＷの材質、ワークＷの厚さ、及び、アシストガスＡＧの組み合わせ毎に、ピアッシングの場合のレーザ光ＲＬの出力強度Ｐ_Ｐ［Ｗ］、レーザ切削の場合のレーザ光ＲＬの出力強度Ｐ_Ｒ［Ｗ］を設定する。この組み合わせは、例えば、ＥＩＡ／ＩＳＯプログラムフォーマットでは、Ｍ６２２コードが呼び出されることによって設定される。図７に示されるように、ピアッシングの場合のレーザ光ＲＬの出力強度Ｐ_Ｐ［Ｗ］、レーザ切削の場合のレーザ光ＲＬの出力強度Ｐ_Ｒ［Ｗ］は複数のレベルが設定されてもよい。このレベルのことを切削条件と呼ぶ。図７は、１０の切削条件が設定された例を示している。

【0048】

図８は、レーザ加工の加工プログラム９の一例である。図９は、第１実施形態にかかるレーザ加工方法のフローチャートである。図１０は、第１実施形態にかかるレーザノズル２８の移動軌跡の例を示す。図８では、参照の便宜のために加工プログラム９の左側に「行番号：」を追加している。加工プログラム９を解析する制御プログラム８を実行する制御回路７は、以下の処理を実行する。つまり、制御回路７は、実施形態に係るレーザ加工方法を実行するように構成させる。行番号１はプログラム開始を示し、行番号２はプログラム番号を示す。行番号３のコードによって、制御プログラム８を実行する制御回路７は、Ｍ６２２コードからワークＷの材質が軟鋼でワークＷの厚さを２５.０ｍｍとし、アシストガスＡＧを酸素ガスという設定を読み込み、該当する設定データ８ａを選択する。行番号４～６のコードによって、制御プログラム８を実行する制御回路７は、座標の決定など、初期設定を行う。図８のステップＳＴ１において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、行番号７の実行において、レーザ発振器４０を起動する。具体的には、制御プログラム８を実行する制御回路７は、Ｇ６００コードの切削条件Ｓ１によって指定されている強度Ｐ_Ｐ１［Ｗ］によってピアッシングを行うようにレーザ発振器４０を制御する。このとき、制御プログラム８を実行する制御回路７は、ワークＷへ向けて、第１バルブ１６からオイルを噴射させる。さらに、制御プログラム８を実行する制御回路７は、第２バルブ１７及び第３バルブ３７を開き、アシストガスＡＧをレーザノズル２８から噴射することと、レーザノズル２８に設けられたノズル冷却回路３３に冷媒を流すこととによってレーザノズル２８を冷却することを開始する。

【0049】

行番号８のコードによって、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザによる切削条件を設定する。同時に、ステップＳＴ２において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、閾値時間ｔ_ｔｈを設定する。行番号８のＧ６０２コードは、切削条件の引数が省略されている。この場合、Ｇ６００コードの切削条件Ｓ１を引き継いで、制御プログラム８を実行する制御回路７は、Ｇ６０２コードの切削条件Ｓ１によって指定されている強度Ｐ_Ｒ１［Ｗ］を設定データ８ａから求めて、強度Ｐ_Ｒ１［Ｗ］で切削加工を行うようにレーザ発振器４０を制御する。レーザ光ＲＬの出力強度Ｐ_Ｒ１［Ｗ］と冷却を開始すべきレーザノズル２８の温度Ｔ_ｔｈとを読み込む。冷却を開始すべきレーザノズル２８の温度Ｔ_ｔｈは、予め設定され、制御回路７のメモリに記憶されている。また、面積占有率ＡＯＲ［％］は、ノズル先端２８ｅの開口径ＤＢＣと、測定器や光学解析ソフトによって予め求められた径ＤＣＣとによって予め求められているので、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８に加えられる単位時間あたりの熱量Ｐ_Ｈ［Ｗ］を（式１）によって求めることができる。冷却を開始すべきレーザノズル２８の温度をＴ_ｔｈとすると、制御プログラム８を実行する制御回路７は、閾値時間ｔ_ｔｈを以下の（式３）によって算出することができる。
ｔ_ｔｈ＝０．２７８ｃρＶ（Ｔ_ｔｈ‐Ｔ_０）／（Ｐ_Ｈ‐Ｐ_ＯＦＦ） (式３)
このＴ_ｔｈは、加熱によるレーザノズル２８の変形によって静電容量が変化する恐れのある温度から一定のオフセットを引いた値である。（式３）から分かるように、閾値時間ｔ_ｔｈは、レーザ光ＲＬの出力強度Ｐ、及び、レーザノズル２８の先端２８ｅの開口径ＤＢＣとレーザノズル２８においてレーザ光ＲＬの出力密度が所定の閾値を超える径ＤＣＣとの割合（面積占有率ＡＯＲ）に基づいて定められる。

【0050】

ステップＳＴ３において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８からレーザ光ＲＬを照射してワークＷを加工する加工工程を実行する。具体的には、制御プログラム８を実行する制御回路７は、行番号９のコードによって工具径補正を行って、（―０．１，０，０）の位置にレーザノズル２８を移動させる。制御プログラム８を実行する制御回路７は、行番号１０～１３のコードによってレーザノズル２８を移動させる。つまり、加工工程は、金メッキ２８ｍが表面に施されたレーザノズル２８の貫通孔２８ｈを通して、レーザ光ＲＬを照射することを含む。また、すでに第２バルブ１７及び第３バルブ３７が開かれているため、加工工程は、アシストガスＡＧをレーザノズル２８から噴射することと、レーザノズル２８に設けられたノズル冷却回路３３に冷媒を流すこととによってレーザノズル２８を冷却することをさらに含む。なお、アシストガスＡＧの噴射とノズル冷却回路３３に冷媒を流すこととの片方もしくは両方が加工工程において省略されてもよい。加工工程の実行中は、制御プログラム８を実行する制御回路７は、加工工程の累積時間ｔ_ａｃｍを計測する。なお、本実施形態及び以降の実施形態において１つの命令によってレーザノズル２８が移動することにより行われる加工のことを加工単位と呼ぶ。加工プログラム９のようなＥＩＡ／ＩＳＯプログラムフォーマットで記述される加工プログラムの場合、１つの命令が１行単位で定まるため、１行毎に加工単位が定まることとなる。つまり、加工工程は、加工プログラム９において設定された加工単位毎にレーザノズル２８を移動させ、ワークＷを加工させることを含む。

【0051】

ステップＳＴ４において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、加工工程が終了しているか否かを判定する。加工工程が終了していない場合（ステップＳＴ４でＮｏ）、ステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ５において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、後述する待機工程を間に挟まない加工工程の累積時間ｔ_ａｃｍが所定の閾値時間ｔ_ｔｈを超えたか否かを判定する。累積時間ｔ_ａｃｍが所定の閾値時間ｔ_ｔｈを超えていないと（ステップＳＴ５でＮｏ）、ステップＳＴ３に戻る。累積時間ｔ_ａｃｍが所定の閾値時間ｔ_ｔｈを超えると（ステップＳＴ５でＹｅｓ）、ステップＳＴ６において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザ光ＲＬの出力を停止する待機工程を開始する。つまり、待機工程は、待機工程を間に挟まない加工工程の累積時間ｔ_ａｃｍが所定の閾値時間ｔ_ｔｈを超えたときに開始される。待機工程において第３バルブ３７が閉じられていないため、待機工程は、レーザノズル２８に設けられたノズル冷却回路３３に冷媒を流すことによってレーザノズル２８を冷却することをさらに含む。なお、待機工程で、アシストガスＡＧをさらに噴射してもよい。待機工程でアシストガスＡＧを噴射することによって配管内にエアーが混入することが防止され、加工再開時に酸素純度が悪くなり加工不良を起こす可能性を低減できる。また、待機工程において、ノズル冷却回路３３に冷媒を流さなくてもよい。ステップＳＴ６ではさらに、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８の移動を停止する。

【0052】

図１０は、Ｚ方向から見た第１実施形態にかかるレーザノズル２８の移動軌跡の例を示す。図１１は、Ｘ方向から見た第１実施形態にかかるレーザノズル２８の移動軌跡の例を示す。図１０及び図１１は、図８のプログラムコードの各行番号に対応するノズルの移動経路をＲ＿＜行番号＞で示す。図１０は、行番号９に示されたレーザノズル２８の初期位置をＰ＿ＳＴとし、待機工程を開始するレーザノズル２８の位置をＰ＿ＲＴとする。図１０、図１１の例では、行番号１１に示されたコードの実行時に待機工程が開始される例を示しているが、行番号１０～１３のうちのどのコードの実行中において待機工程が開始されてもよい。

【0053】

ステップＳＴ６の後、ステップＳＴ７において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、待機工程に切り替わった直後のレーザノズル２８の位置（停止位置）を復帰目標位置Ｐ＿ＲＴとして記憶する。待機工程は、待機工程に切り替わった直後のレーザノズル２８の位置（停止位置）を復帰目標位置Ｐ＿ＲＴとして記憶することをさらに含む。ステップＳＴ８において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、待機工程の時間を規定する待機時間ｔ_ｓｕｓを設定する。この待機時間ｔ_ｓｕｓは（式３）に基づいて以下の（式４）に基づいて求められる。
ｔ_ｓｕｓ＝（Ｔ_ｈｅｔ‐Ｔ_０）×０．２７８ｃρＶ／Ｐ_ＯＦＦ (式４)
ここで、Ｔ_ｈｅｔは、加工工程においてレーザノズル２８が加熱された度合いに応じた温度である。本実施形態ではＴ_ｈｅｔはＴ_ｔｈに等しい。したがって、（式２）を利用すると、（式４）は以下の（式５）のように表すことができる。
ｔ_ｓｕｓ≒（Ｐ_Ｈ‐Ｐ_ＯＦＦ）×ｔ_ａｃｍ／Ｐ_ＯＦＦ (式５)
（式５）から明らかなように、待機時間ｔ_ｓｕｓは、レーザ光ＲＬの出力強度Ｐ、レーザノズル２８の先端２８ｅの開口径ＤＢＣとレーザノズル２８においてレーザ光ＲＬの出力密度が所定の閾値を超える径ＤＣＣとの割合（面積占有率ＡＯＲ）、並びに、累積時間ｔ_ａｃｍに基づいて定められる。なお、本実施形態においては、累積時間ｔ_ａｃｍは閾値時間ｔ_ｔｈに概ね等しい。

【0054】

ステップＳＴ９において、図１１に示されるように、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８の位置を復帰目標位置Ｐ＿ＲＴから離れた待機位置Ｐ＿ＳＢに変更する。つまり、待機工程は、レーザノズル２８の位置を復帰目標位置Ｐ＿ＲＴから離れた待機位置Ｐ＿ＳＢに変更することをさらに含む。図１１の例では、待機位置Ｐ＿ＳＢは、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴからＺ方向に高さＨだけワークＷから離れる方向にずれた位置である。この高さＨは、ワークＷが加熱されたことによる輻射熱をレーザノズル２８が受けることを抑止するのに十分な高さである。

【0055】

ステップＳＴ１０において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、待機工程が開始してからの経過時間ｔ_ｅｌｐが待機時間ｔ_ｓｕｓ以上となったか否かを判定する。待機工程が開始してからの経過時間ｔ_ｅｌｐが待機時間ｔ_ｓｕｓ未満だと（ステップＳＴ１０でＮｏ）、ステップＳＴ１０を繰り返す。待機工程が開始してからの経過時間ｔ_ｅｌｐが待機時間ｔ_ｓｕｓ以上だと（ステップＳＴ１０でＹｅｓ）、ステップＳＴ１１において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、加工工程を再開する。したがって、待機工程は加工工程においてレーザノズル２８が加熱された度合いに応じた待機時間ｔ_ｓｕｓの間行われることになる。その後、ステップＳＴ１１において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８を復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに移動させる。つまり、加工工程は、レーザノズル２８の位置を待機位置Ｐ＿ＳＢから復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに戻すことをさらに含む。復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに移動した後、制御プログラム８を実行する制御回路７は、第１バルブ１６を開いてワークＷにオイルを噴射させることが望ましい。この際は、ステップＳＴ１２において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザ発振器４０を再起動してピアッシングを行う。その際、以前のＧ６００コードに基づいて切削条件はＳ１に設定され、ピアッシングが行われることが望ましい。ステップＳＴ１２の終了後、ステップＳＴ３に戻る。

【0056】

その後、再び、ステップＳＴ３において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、残りの加工工程を実行する。その際、以前のＧ６０２コードに基づいて切削条件はＳ１に設定され、加工工程が行われることが望ましい。累積時間ｔ_ａｃｍが閾値時間ｔ_ｔｈを超える前に加工工程が終了する場合（ステップＳＴ４でＹｅｓ）、本実施形態に係るレーザ加工方法を終了する。これは、制御プログラム８を実行する制御回路７は、行番号１４のレーザ照射オフのコードを識別した時点で、加工工程が終了したと判定したのでよい。
＜本実施形態におけるレーザ加工方法の特徴及び効果＞
第１実施形態にかかるレーザ加工方法、当該レーザ加工方法を制御回路７に実行させる指示を備える制御プログラム８、及び、レーザ加工機１は、加工工程の累積時間ｔ_ａｃｍが閾値時間ｔ_ｔｈを超えると待機工程に移行するように構成されているので、レーザノズル２８を効果的に冷却し、連続加工を安定して行うことを可能とする。
＜第１実施形態の変形例＞
上述の実施形態では、待機位置Ｐ＿ＳＢは、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴから高さＨだけワークＷから離れる方向にずれた位置であったが、別の位置であってもよい。また、待機位置Ｐ＿ＳＢにレーザノズル２８を冷却するための冷却装置３０が別途設けられてもよい。図１２は、Ｘ方向から見た第１実施形態にかかるレーザノズル２８の移動軌跡の変形例を示す。図１２を参照すると、待機位置Ｐ＿ＳＢは、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに対してＹ方向にもずれた場所であって、冷却装置３０はレーザノズル２８を挿入するための挿入口３１と、挿入口３１に冷媒を供給する冷媒供給路３２とを含む。待機工程によって冷却装置３０にてレーザノズル２８を冷却する場合、(式５)の分母のＰ_ＯＦＦの値を大きくすることができるため、待機時間ｔ_ｓｕｓを短縮することができる。したがって、総合的な加工時間を短縮することができ、加工効率を向上することができる。
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴでピアッシングしてレーザ加工を再開しているが、レーザ加工開始時はレーザの出力やアシストガスＡＧの出力が不安定なため、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴから外れた再開位置Ｐ＿ＲＳにおいてピアッシングしてレーザ加工を再開することが加工品質を向上させるうえでさらに望ましい。第２実施形態に係るレーザ加工方法は、そのようなレーザノズル２８の移動方法を含む。図１３は、第２実施形態にかかるレーザ加工方法のフローチャートである。図１４は、Ｚ方向から見た第２実施形態にかかるレーザノズル２８の移動軌跡の例を示す。図１５は、Ｙ方向から見た第２実施形態にかかるレーザノズル２８の移動軌跡の例を示す。

【0057】

図１３では、第１実施形態と同じ処理においては同じ符号を付しており説明を省略する。ステップＳＴ２の終了後、ステップＳＴ２１において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、行番号９のコードによって工具径補正の設定を行う。行番号９では、Ｇ４１コードが記述されている。これは、レーザノズル２８の移動方向を向いて左側にノズル先端２８ｅをずらすように補正することが指示されている。なお、加工プログラム９にＧ４２コードが記述されている場合、レーザノズル２８の進行方向を向いて右側にノズル先端２８ｅをずらすように補正することが指示されることになる。ステップＳＴ３Ａでは、制御プログラム８を実行する制御回路７は、ステップＳＴ３の処理に加えて、ステップＳＴ２１によって設定された工具径補正の処理を行う。すなわち、加工工程は、レーザノズル２８の移動方向に向かって右側もしくは左側のいずれか一方側に製品部分が存在することに基づいてレーザノズル２８の位置を補正することを含む。この一方側は、加工プログラム９の工具径補正のコード（Ｇ４１コード、または、Ｇ４２コード）に基づいて決定される。

【0058】

累積時間ｔ_ａｃｍが所定の閾値時間ｔ_ｔｈを超えないと（ステップＳＴ５でＮｏ）、制御プログラム８を実行する制御回路７は、ステップＳＴ２１に戻って、ステップＳＴ２１を再度実行する。累積時間ｔ_ａｃｍが所定の閾値時間ｔ_ｔｈを超えると（ステップＳＴ５でＹｅｓ）、ステップＳＴ２２において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８の位置は加工単位の端点から所定距離以下である切替禁止領域ＳＰＲにあるか否か判定する。この加工単位の端点とは、加工単位の開始点と加工単位の終了点の両方を含む。図１４では、切替禁止領域ＳＰＲを点線で囲んだ領域として示している。切替禁止領域ＳＰＲは、製品の角に近い領域で、熱がたまりやすい。したがって、切替禁止領域ＳＰＲで待機、再開すると、加工不良になる可能性が高い。このため、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８の位置が切替禁止領域ＳＰＲにあるとき待機せず、レーザ加工を継続する。

【0059】

したがって、レーザノズル２８の位置が加工単位の端点から所定距離以下である切替禁止領域ＳＰＲにあるとき（ステップＳＴ２２でＹｅｓ）、制御プログラム８を実行する制御回路７は、ステップＳＴ２１に戻って、ステップＳＴ２１を再度実行する。レーザノズル２８の位置が加工単位の端点から所定距離以下である切替禁止領域ＳＰＲにないとき（ステップＳＴ２２でＮｏ）、制御プログラム８を実行する制御回路７は、ステップＳＴ６を実行する。つまり、本実施形態に係るレーザ加工方法では、累積時間ｔ_ａｃｍが閾値時間ｔ_ｔｈを超えたときにレーザノズル２８の位置が加工単位の端点から所定の距離以下である切替禁止領域ＳＰＲにある場合、レーザノズル２８の位置が切替禁止領域ＳＰＲを過ぎるまで加工工程を継続させ、レーザノズル２８の位置が切替禁止領域ＳＰＲを過ぎた後に、待機工程が開始される。

【0060】

ステップＳＴ６の後、ステップＳＴ７Ａにおいて、ステップＳＴ７の処理に加えて、再開位置Ｐ＿ＲＳを求める。この再開位置Ｐ＿ＲＳは、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに対して一方側と反対の他方側に位置する。つまり、工具径補正コードがＧ４１コードのとき、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８の移動方向に向かって復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに対して左側に再開位置Ｐ＿ＲＳを設定する。工具径補正コードがＧ４２コードのとき、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８の移動方向に向かって復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに対して右側に再開位置Ｐ＿ＲＳを設定する。再開位置Ｐ＿ＲＳと復帰目標位置Ｐ＿ＲＴとの距離は、経験的に加工精度が良くなる値が設定される。

【0061】

その後、ステップＳＴ８Ａにおいて、制御プログラム８を実行する制御回路７は、待機時間ｔ_ｓｕｓを（式５）に基づいて設定する。第１実施形態では、累積時間ｔ_ａｃｍは閾値時間ｔ_ｔｈに等しいとみなせるが、本実施形態では、累積時間ｔ_ａｃｍは閾値時間ｔ_ｔｈよりも長くなることがある。この待機時間ｔ_ｓｕｓは、累積時間ｔ_ａｃｍの長さに応じて設定される。ステップＳＴ９Ａにおいて、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８の位置を再開位置Ｐ＿ＲＳに基づいて定められた待機位置Ｐ＿ＳＢに変更する。図１５は、本実施形態に係る待機位置Ｐ＿ＳＢを示している。この待機位置Ｐ＿ＳＢは、再開位置Ｐ＿ＲＳからＺ方向に高さＨだけワークＷから離れる方向にずれた位置である。なお、第２実施形態においても、待機位置Ｐ＿ＳＢは、第１実施形態と同じ位置であってもよい。

【0062】

待機工程が開始してからの経過時間ｔ_ｅｌｐが待機時間ｔ_ｓｕｓ以上だと（ステップＳＴ１０でＹｅｓ）、ステップＳＴ２３において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、加工工程を再開する。具体的には、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザノズル２８を再開位置Ｐ＿ＲＳに移動させる。再開位置Ｐ＿ＲＳに移動した後、制御プログラム８を実行する制御回路７は、第１バルブ１６にワークＷにオイルを噴射させることが望ましい。その後、ステップＳＴ１２において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザ発振器４０を再起動してピアッシングを行う。その際、以前のＧ６００コードに基づいて切削条件はＳ１に設定され、ピアッシングが行われることが望ましい。ステップＳＴ２４において、制御プログラム８を実行する制御回路７は、レーザ光ＲＬを照射させながらレーザノズル２８を復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに移動させる。つまり、加工工程は、加工工程開始時に、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴから外れた再開位置Ｐ＿ＲＳにおいてピアッシングした後に復帰目標位置Ｐ＿ＲＴにレーザノズル２８を移動させることをさらに含む。その際、以前のＧ６０２コードに基づいて切削条件はＳ１に設定され、レーザ光ＲＬを照射させながらレーザノズル２８を復帰目標位置Ｐ＿ＲＴに移動させることが望ましい。ステップＳＴ２４の終了後、制御プログラム８を実行する制御回路７は、ステップＳＴ２１に戻って、ステップＳＴ２１を再度実行する。
＜本実施形態におけるレーザ加工方法の特徴及び効果＞
第２実施形態にかかるレーザ加工方法、当該レーザ加工方法を制御回路７に実行させる指示を備える制御プログラム８、及び、レーザ加工機１は、復帰目標位置Ｐ＿ＲＴから少しずれた再開位置Ｐ＿ＲＳにおいてピアッシングしてレーザ加工を再開する。このため、安定したレーザ光ＲＬで加工されるため、加工品質を向上させることができる。
＜全実施形態における変形例＞
第１実施形態にステップＳＴ２２の処理が加えられ、ステップＳＴ８の処理に代え、第２実施形態のステップＳＴ８Ａの処理がされてもよい。また、第２実施形態でステップＳＴ２２の処理が削除され、ステップＳＴ８Ａの処理に代え、第１実施形態のステップＳＴ８の処理がされてもよい。また、上述の実施形態では、Ｇ６０３コードによって切削条件が変更される場合の例を示していないが、Ｇ６０３コードによって加工工程途中でレーザ光ＲＬの強度Ｐが変更される場合、そのタイミングでステップＳＴ２が実行され，変更された強度Ｐに基づいて閾値時間ｔ_ｔｈが再計算されるとよい。

【0063】

上述の実施形態では、設定データ８ａがワークＷの材質、ワークＷの厚さ、及び、アシストガスＡＧの組み合わせ毎に設定され、Ｍ６２２コードの引数として、ワークＷの材質、ワークＷの厚さ、及び、アシストガスＡＧの組み合わせが設定されることによって、該当する設定データ８ａが選択される例を示したが、設定データ８ａが任意の識別子で区別可能な態様で用意され、Ｍ６２２コードの引数が当該識別子を含むことによって、図７に示されるような切削条件の組が選択されてもよい。また、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。また、本出願に係るレーザ加工機１のレーザ光は、高出力されてなくてもよい。

【0064】

上述の制御プログラム８のロジックの一部または全ての機能が専用のプロセッサや集積回路によって実現されてもよい。上述の制御プログラム８は、制御回路７に内蔵されたメモリにとどまらず、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ－ＲＯＭおよび磁気ディスク等のディスク、ＳＤカード、ＵＳＢメモリ、外付けハードディスクなど数値制御装置６などのコンピュータから取り外し可能で、数値制御装置６などのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されたものであってもよい。

【0065】

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。

【0066】

「～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。

【0067】

「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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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】

レーザ加工方法は、ノズルからレーザ光を照射してワークを加工する加工工程と、レーザ光の出力を停止する待機工程と、を含む。待機工程は、待機工程を間に挟まない加工工程の累積時間が所定の閾値時間を超えたときに開始される。

【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】

【図14】

【図15】