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JP3159593B2 - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents

レーザ加工方法及びその装置

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JP3159593B2
JP3159593B2 JP03026294A JP3026294A JP3159593B2 JP 3159593 B2 JP3159593 B2 JP 3159593B2 JP 03026294 A JP03026294 A JP 03026294A JP 3026294 A JP3026294 A JP 3026294A JP 3159593 B2 JP3159593 B2 JP 3159593B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を利用して金
属材料からなる被加工物の切断や溶接等を行うレーザ加
工方法及びその装置に関するもので、更に詳しくは、予
備的な加工条件で加工を行い被加工物の表面状態を改善
したのちに実際の加工条件で加工を行うレーザ加工方法
及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニ
ウム等の金属材料からなる被加工物をレーザ加工する場
合は、被加工物へのレーザ光の照射とアシストガスの噴
射を行い加工を実施している。ここで、被加工物表面が
低融点物質でコーティングされているもののレーザ加工
では、加工中に低融点物質の蒸発物質が加工範囲に侵入
し、加工品質に欠陥を生じさせるという不具合があっ
た。
【０００３】この不具合に対処するため、先行技術文献
の特開平４−３３３３８６号公報では、図２０に示すよ
うに、低融点物質でコーティングされた材料のレーザ溶
接で、低融点物質の蒸発を抑制させるためのアシストガ
ス類を使用することで改善を図っている。図２０におい
て、１はレーザ光、２はレンズ、３ａは亜鉛メッキ鋼板
である被加工物、３ｂは被加工物３ａの表面の亜鉛メッ
キ層、４ａ，４ｂは酸素（Ｏ2 ）及びアルゴン（Ａr ）
のガスボンベ、６は混合器、７は加工ヘッド、８はノズ
ル、９は加工点である。
【０００４】次に、この作用について説明する。レーザ
発振器（図示略）より出射されたレーザ光１は、ベンド
ミラー（図示略）によって加工ヘッド７まで導かれる。
加工ヘッド７に導かれたレーザ光１はレンズ２によって
集束されノズル８から被加工物３ａの表面の亜鉛メッキ
層３ｂの加工点９に照射される。この場合の被加工物３
ａの表面の亜鉛メッキ層３ｂでのレーザ光１のエネルギ
密度は、被加工物の種類や板厚、加工する速度に応じて
変化させている。更に、酸素ガス４ａとアルゴンガス４
ｂは混合器６で混合され、加工ヘッド７に設けられた集
光レンズ２の下に導かれ、ノズル８からレーザ光１と同
時に被加工物３ａの表面の亜鉛メッキ層３ｂに噴射され
る。混合ガスを使用することで、その中の酸素ガスによ
って亜鉛メッキ鋼板の亜鉛を酸化させ酸化亜鉛、過酸化
亜鉛とすることで亜鉛が蒸発しなくなり、スパッタが減
少し、ブローホールの少ないレーザ溶接を可能とするも
のである。
【０００５】また、特開平４−１３８８８８号公報で
は、図２２に示すように、レーザ光を２分光し一方で低
融点物質の剥離、他方で実際の溶接加工を行っている。
図２２において、１０はレーザ発振器、Ｍｍは部分反射
鏡、Ｍｓは全反射鏡である。レーザ発振器１０より出射
したレーザ光は部分反射鏡Ｍｍによって２分光され、部
分反射鏡Ｍｍを通過して被加工物３ａに照射されるレー
ザ光は、被加工物表面にコーティングされている物質、
例えば、亜鉛メッキ層３ｂを除去する。他方、部分反射
鏡Ｍｍにて反射され全反射鏡Ｍｓに導かれたのち、被加
工物３ａに照射されたレーザ光によって溶接を行う。こ
れらにより、被加工物表面のコーティング物質の除去と
溶接とを同時に行うものである。
【０００６】更に、特開昭６３−１１２０８８号公報で
は、亜鉛メッキ鋼板の溶接方法において、図２３に示す
ような表面の亜鉛を剥離する工程、図２４に示すような
溶接を行う工程が開示されている。図２３及び図２４に
おいて、３ａは被加工物、３ｂは亜鉛メッキ層、３ｄは
亜鉛メッキ層３ｂの除去された被加工物表面、７は先端
にノズルが配設された加工ヘッドである。図２３に示す
ように、まず、加工ヘッド７を通常の加工位置よりも上
方に設定することによって焦点位置を被加工物表面から
上方にずらし、且つ出力を下げて設定し、被加工物表面
の亜鉛メッキ層３ｂを剥離する。次に、図２４に示す工
程で焦点位置を被加工物３ａの表面近傍に設定し、最初
の工程よりも出力を増加して溶接を行うものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図２０に示
すアシストガスに混合ガスを使用する方法では、材料表
面の亜鉛メッキ層の厚さが大きくなると良好な溶接が行
えなくなる。また、切断ではアシストガスに高純度の酸
素ガスを用いるのが一般的であり、アシストガスに混合
ガスを用いると加工能力が著しく低下する。そのため、
膜厚の厚い亜鉛メッキ鋼板の溶接をする方法が必要であ
る。また、図２５は膜厚が２００μｍの亜鉛メッキ鋼板
をアシストガスに混合ガスを用いて突合わせ溶接したと
きの溶接ビード３ｅを示す断面図である。溶接ビード３
ｅ内にはブローホール３ｆが発生している。
【０００８】図２１は亜鉛メッキ鋼板のレーザ切断にお
いて加工品質の悪化原因を示す図である。図２１におい
て、３ａは被加工物、３ｂは被加工物３ａの表面の亜鉛
メッキ層、３ｃは切断溝、１１は切断溝３ｃ内に侵入し
た低融点物質である亜鉛蒸気である。亜鉛メッキ鋼板の
レーザ切断では、図２１に示すように、切断溝３ｃ内に
被加工物３ａの表面の亜鉛メッキ層３ｂが蒸発し、この
亜鉛蒸気１１が切断溝３ｃ内に入込む。その結果、切断
溝３ｃ内の酸素ガス純度が低下し切断面に大きな欠け
（キズ）が生じたり、裏面にドロスが発生する。即ち、
レーザ切断では切断溝３ｃ内に亜鉛蒸気１１が侵入しな
いようにして切断する必要があった。
【０００９】図２２では、レーザ発振器１０より出射し
たレーザ光１は部分反射鏡Ｍｍによって２分光されてい
る。そして、部分反射鏡Ｍｍを通過して被加工物３ａに
照射されるレーザ光が被加工物表面にコーティングされ
ている物質、例えば、亜鉛メッキ層３ｂを除去し、他
方、部分反射鏡Ｍｍにて反射され全反射鏡Ｍｓに導かれ
たのち、被加工物３ａに照射されたレーザ光によって溶
接を行うため、コーティング膜の剥離の際に発生する熱
が冷却する以前に本加工を実施するような状態となる。
このように、加工部が加熱された状態で本加工を実施す
ると入熱過多の現象になり、切断ではセルフバーニング
の状態、溶接では接合部の組織が肥大、脆化する。ま
た、部分反射鏡Ｍｍと全反射鏡Ｍｓとの位置関係が固定
の状態では、加工の軌跡が複雑になると、剥離の前加工
と本加工との軌跡が一致しないようなことが起こる。も
し、この軌跡を一致させるような構成とすると、装置自
体が複雑となり高価で実用的でないものとなってしま
う。更に、部分反射鏡Ｍｍと全反射鏡Ｍｓとを用いた構
成では直線的な加工にしか適用できないこととなる。
【００１０】また、図２３及び図２４においては、図２
３に示す最初の工程で、焦点位置を被加工物表面から上
方にずらし、且つ出力を下げて設定し、被加工物表面の
亜鉛メッキ層３ｂを剥離し、次に、図２４に示す工程で
焦点位置を被加工物３ａの表面近傍に設定し、最初の工
程よりも出力を増加して溶接を行うものである。しか
し、この方法では最初の工程での亜鉛メッキ焼却除去の
ための加工条件が出力を下げ、ディフォーカスにするた
め除去速度が低下する。また、レーザ光１の吸収率が大
きく、低融点の亜鉛メッキには適用できるが、吸収率が
小さく高融点物質の除去には適用できない。また、各種
物性の異なるコーティング材の除去には、柔軟に対応す
ることができない。更に、コーティング材の焼却除去に
は出力を増加させ速度も増加させることによって、高速
加工の状態でレーザ光のエネルギ密度をコーティングの
種類に応じて制御する必要があった。
【００１１】更にまた、軟鋼材料のほとんどは、その製
造行程の圧延時に材料表面に酸化膜を発生する。この酸
化膜はミルスケールとも呼ばれ、ミルスケール層の厚い
ものや厚い部分と薄い部分が斑に存在するものに対する
レーザ加工は、切断品質にばらつきを誘発させていた。
即ち、材料表面の酸化膜の厚さが不均一なものを切断す
ると、材料表面でのレーザ光の吸収率にもばらつきが生
じる。レーザ光の吸収にばらつきがあると、切断の加工
品質にも不良が生じる。溶接においてもレーザ光の吸収
率にばらつきがあると、溶込み深さにばらつきが生じ、
安定した加工が行えない。また、溶接部（溶接ビード）
に材料表面の酸化膜が巻込まれると、溶接強度が著しく
低下する。
【００１２】加えて、材料表面の酸化膜がある厚さ以上
になると、レーザ加工中に熱衝撃によるクラックが不連
続に発生し、レーザ光の照射位置に酸化膜が存在したり
しなかったりすることが起きる。その結果、上述したよ
うに材料表面の酸化膜の厚さが不均一なものを切断する
と、材料表面でのレーザ光の吸収率にもばらつきが生じ
る。レーザ光の吸収にばらつきがあると、切断の加工品
質にも不良が生じる。溶接においてもレーザ光の吸収率
にばらつきがあると、溶込み深さにばらつきが生じ、安
定した加工が行えない。
【００１３】また、軟鋼材料は長期間湿度の高い状態に
放置すると錆が発生する。材料表面が錆で覆われている
部分のレーザ切断では、異常燃焼が発生し切断品質に問
題を生じさせていた。又、レーザ溶接でも錆のある材料
を加工する場合には、溶接ビード内にブローホールが発
生していた。即ち、材料表面に錆があると、錆ありと錆
なしの部分でレーザ光の吸収率にばらつきが生じる。レ
ーザ光の吸収にばらつきがあると、切断の加工品質にも
不良が生じる。溶接においてもレーザ光の吸収率にばら
つきがあると、溶込み深さや幅にばらつきが生じ、安定
した加工が行えない。
【００１４】材料表面の凹凸、即ち、表面粗さが粗い程
レーザ切断品質に不良を生じさせていた。更に、高反射
材料のレーザ溶接では、加工中にレーザ光の反射が起こ
り安定した加工を行うことができなかった。材料の表面
粗さは、粗くなる程レーザ光の吸収率にばらつきが起こ
り、粗さの大きなレーザ光の吸収率の大きな部分では加
工が大きく進行し、レーザ光の吸収率の小さな部分では
加工が遅れ、その結果、加工品質にばらつきが生じてい
た。また、レーザ光の照射方向に対して材料表面が垂直
でない場合は、切断溝内でのアシストガスの流れに乱れ
が生じ、切断不良が発生していた。
【００１５】そこで、この発明は、かかる不具合を解決
するためになされたもので、レーザ光を用い予備的な加
工条件で前加工を行い被加工物の表面改質を行ったの
ち、実際の加工条件で本加工を行うことで被加工物を適
切に加工できるレーザ加工方法及びその装置の提供を課
題としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかるレーザ
加工方法は、高エネルギ密度に集光したレーザ光の先端
を被加工物の加工条件と異なるエネルギ密度が得られる
加工条件にて前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射
し前記被加工物の表面の前記被加工物よりも低融点の金
属性のコーティング材からなる表面物質を予め除去する
前加工工程と、前記前加工工程で前記表面物質が除去さ
れた前記被加工物の領域に対して前記レーザ光のエネル
ギ密度を前記被加工物を加工する加工条件のエネルギ密
度に対応させ変化させて、前記被加工物の最終的な加工
軌跡上に照射し加工を行う後加工工程とからなり、前記
コーティング材の目付量及び物性、要求加工幅、加工速
度に応じて、その除去できるエネルギ密度を設定するも
のである。
【００１７】請求項２にかかるレーザ加工装置は、高エ
ネルギ密度に集光したレーザ光の先端を被加工物の加工
条件と異なるエネルギ密度が得られる加工条件にて前記
被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し前記被加工物の
表面の前記被加工物よりも低融点の金属性のコーティン
グ材からなる表面物質を予め除去する前加工手段と、前
記前加工手段で前記表面物質が除去された前記被加工物
の領域に対して前記レーザ光のエネルギ密度を前記被加
工物を加工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変化
させて、前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し加
工を行う後加工手段とを具備し、前記コーティング材の
目付量及び物性、要求加工幅、加工速度に応じて、その
除去できるエネルギ密度を設定するものである。
【００１８】請求項３にかかるレーザ加工方法は、レー
ザ光を高反射材料の被加工物の溶接加工の加工条件と異
なる前記被加工物の表面を酸化させる酸素ガスを含むア
シストガスの条件にて前記被加工物の最終的な加工軌跡
上に照射し前記被加工物の表面を酸化させる前加工工程
と、前記前加工工程で酸化された前記被加工物の領域に
対して前記レーザ光のエネルギ密度を前記被加工物を溶
接加工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変化させ
て、前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し加工を
行う後加工工程とからなるものである。
【００１９】請求項４にかかるレーザ加工装置は、レー
ザ光を高反射材料の被加工物の溶接加工の加工条件と異
なる前記被加工物の表面を酸化させる酸素ガスを含むア
シストガスの条件にて前記被加工物の最終的な加工軌跡
上に照射し前記被加工物の表面を酸化させる前加工手段
と、前記前加工手段で酸化された前記被加工物の領域に
対して前記レーザ光のエネルギ密度を前記被加工物を溶
接加工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変化させ
て、前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し加工を
行う後加工手段とを具備するものである。
【００２０】請求項５にかかるレーザ加工方法は、レー
ザ光を被加工物の切断、溶接、熱処理加工のうち１つ以
上の加工条件と異なるエネルギ密度とエネルギ分布との
両方または一方が均一に得られる加工条件にて前記被加
工物の最終的な加工軌跡上に照射し前記被加工物の表面
物質を予め除去する前加工工程と、前記前加工工程で前
記表面物質が除去された前記被加工物の領域に対して前
記レーザ光のエネルギ密度とエネルギ分布との両方また
は一方を前記被加工物の切断、溶接、熱処理加工のうち
１つ以上の加工条件に対応させ変化させて、前記被加工
物の最終的な加工軌跡上に照射し加工を行う後加工工程
とからなるものである。
【００２１】請求項６にかかるレーザ加工装置は、レー
ザ光を被加工物の切断、溶接、熱処理加工のうち１つ以
上の加工条件と異なるエネルギ密度とエネルギ分布との
両方または一方が均一に得られる加工条件にて前記被加
工物の最終的な加工軌跡上に照射し前記被加工物の表面
物質を予め除去する前加工手段と、前記前加工手段で前
記表面物質が除去された前記被加工物の領域に対して前
記レーザ光のエネルギ密度とエネルギ分布との両方また
は一方を前記被加工物の切断、溶接、熱処理加工のうち
１つ以上の加工条件に対応させ変化させて、前記被加工
物の最終的な加工軌跡上に照射し加工を行う後加工手段
とを具備するものである。
【００２２】
【作用】請求項１及び請求項２においては、まず、レー
ザ光が前加工として切断加工または溶接加工の加工条件
と異なるエネルギ密度が得られる加工条件にて被加工物
の最終的な加工軌跡となる表面上に照射され、その表面
物質（コーティング材、酸化膜、錆）が除去される。次
に、後加工としてレーザ光がそのエネルギ密度を切断加
工または溶接加工の加工条件に合致するように変化され
被加工物の表面物質が除去された領域に照射され実際の
加工が実施される。
【００２３】請求項３及び請求項４においては、まず、
レーザ光が前加工として溶接加工の加工条件と異なる被
加工物の表面を酸化させる酸素ガスを含むアシストガス
の条件にて被加工物の最終的な加工軌跡となる表面上に
照射され、その表面が酸化される。次に、後加工として
レーザ光がそのエネルギ密度を溶接加工の加工条件に合
致するように変化され被加工物の表面が酸化された領域
に照射され実際の加工が実施される。
【００２４】請求項５及び請求項６においては、まず、
レーザ光が前加工として切断、溶接、熱処理加工のうち
１つ以上の加工条件と異なるエネルギ密度とエネルギ分
布との両方または一方が均一に得られる加工条件にて被
加工物の最終的な加工軌跡となる表面上に照射され、そ
の表面物質（コーティング材、酸化膜、錆）が除去され
る。次に、後加工としてレーザ光がそのエネルギ密度と
エネルギ分布との両方または一方を切断、溶接、熱処理
加工のうち１つ以上の加工条件に合致するように変化さ
れ被加工物の表面物質が除去された領域に照射され実際
の加工が実施される。
【００２５】
【実施例】以下、本発明のレーザ加工方法及びその装置
を具体的な実施例に基づいて説明する。 実施例１． 図１は本発明の第１実施例にかかるレーザ加工方法及び
その装置で亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛メッキ層を除去
したのちのレーザ切断状態を示す斜視図である。なお、
前述の従来例と同様の構成または相当部分からなるもの
については同一符号及び同一記号を付して示す。図１に
おいて、１はレーザ光、３ａは被加工物、３ｂは亜鉛メ
ッキ層、３ｃは切断溝、３ｄは亜鉛メッキ層３ｂを除去
した被加工物表面である。加工の第一段階では、切断す
る形状と同一の加工プログラムを用いて、被加工物３ａ
の表面の亜鉛メッキ層３ｂを除去する加工条件で加工を
行う。次段階では、加工プログラムの加工開始点にレー
ザ光１の位置を戻し、切断加工の加工条件を選択したの
ち、被加工物３ａの表面の亜鉛メッキ層３ｂが除去され
た同一軌跡の切断を行う。この切断の過程では亜鉛蒸気
の発生がなく、切断溝３ｃ内での酸素アシストガス純度
が高いまま保たれるため加工品質が良好となる。
【００２６】図２は亜鉛メッキ鋼板における亜鉛の目付
量Ｍ〔ｇ／ｍ2 〕とその除去に必要なレーザ光１の照射
部におけるエネルギ密度Ｅ〔Ｊ／ｃｍ2 〕との関係を示
す説明図である。ここで、エネルギ密度Ｅは、レーザ出
力Ｐ〔Ｗ〕、加工速度Ｖ〔ｃｍ／ｓ〕及び加工幅Ｌ〔ｃ
ｍ〕とから次式（１）の関係で表される。 Ｅ＝Ｐ／（Ｖ・Ｌ） ・・・（１） 図２に斜線で示す範囲が亜鉛を完全に除去できるエネル
ギ密度Ｅであり、亜鉛の目付量Ｍに応じて、除去可能な
最低のエネルギ密度になる高速度の条件を設定すること
が効率の面で好ましい。ここで、図２から各目付量Ｍに
対する除去可能な最小エネルギ密度Ｅとの間には次式
（２）の関係が成立する。 Ｅ＝７４・ｌn Ｍ＋１３０ ・・・（２）
【００２７】図３は目付量Ｍ＝２０ｇ／ｍ2 の各種コー
ティング材の種類に対してその除去に必要なレーザ光の
エネルギ密度Ｅ〔Ｊ／ｃｍ2 〕の関係を示す説明図であ
る。コーティング材のレーザ光の吸収率や融点に応じて
最大速度で図３に斜線で示すエネルギ密度Ｅが得られる
条件設定が好ましい。実験結果では、亜鉛−アルミ系合
金、亜鉛−ニッケル系合金、鉄−亜鉛合金、亜鉛の順に
低いエネルギ密度Ｅで除去できる。これらのコーティン
グ材の目付量と除去に必要なエネルギ密度Ｅとの関係
は、エネルギ密度をそれぞれ亜鉛−アルミ系合金Ｅａ、
亜鉛−ニッケル系合金Ｅｎ、鉄−亜鉛合金Ｅｆ、亜鉛Ｅ
とすると次式（３）〜次式（６）の関係が成立する。 Ｅａ＝８０・ｌn Ｍ＋２６０ ・・・（３） Ｅｎ＝７８・ｌn Ｍ＋２４１ ・・・（４） Ｅｆ＝７６・ｌn Ｍ＋２２２ ・・・（５） Ｅ ＝７４・ｌn Ｍ＋１３０ ・・・（６） コーティング材の目付量や物性に応じて、その除去でき
るエネルギ密度を上式（３）〜上式（６）に示す形で制
御装置にメモリしておき、更に、上式（１）の関係から
要求加工幅や加工速度に応じた出力を設定できる。ま
た、図４は上述した本実施例の動作手順を示すが、この
動作は加工プログラム上で各種コード指令によって自動
的に実行することもできる。
【００２８】図５は、板厚１６ｍｍの軟鋼材料を亜鉛メ
ッキ層の存在する状態で切断加工したものを従来、亜鉛
メッキ層を除去したのちに切断加工したものを本実施例
として、亜鉛メッキ目付量〔ｇ／ｍ2 〕に対する切断面
の不良率〔％〕を比較した説明図である。コーティング
の除去は、式（２）から加工幅５ｍｍ、速度２０００ｍ
ｍ／ｍｉｎで加工できる条件を使用し、切断条件は全て
出力２２００Ｗ、速度８００ｍｍ／ｍｉｎ、アシストガ
スは酸素（Ｏ2 ）でガス圧０．６ｋｇ／ｃｍ2 とした。
従来方法では亜鉛メッキ目付量（メッキ層の厚さ）にほ
ぼ比例して不良率が増加している。本実施例では、どの
亜鉛メッキ目付量（メッキ層の厚さ）でもほぼ２％の不
良率であった。
【００２９】このように、本発明の第１実施例のレーザ
加工方法は、高エネルギ密度に集光したレーザ光１の先
端を被加工物３ａの切断加工の加工条件と異なるエネル
ギ密度が得られる加工条件にて被加工物３ａの最終的な
加工軌跡上に照射し被加工物３ａの亜鉛メッキ層３ｂか
らなる表面物質を予め除去する前加工工程と、前記前加
工工程で前記表面物質が除去された被加工物３ａの被加
工物表面３ｄからなる領域に対してレーザ光１のエネル
ギ密度を被加工物３ａを切断加工する加工条件のエネル
ギ密度に対応させ変化させて照射し加工を行う後加工工
程とからなる実施例とすることができる。なお、本実施
例のレーザ加工方法における各工程を手段に読変えるこ
とにより、レーザ加工装置の実施例とすることができ
る。
【００３０】したがって、レーザ光１が前加工として切
断加工の加工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工
条件にて被加工物３ａの最終的な加工軌跡となる表面上
に照射され、その亜鉛メッキ層３ｂが除去される。次
に、後加工としてレーザ光１がそのエネルギ密度を切断
加工の加工条件に合致するように変化され被加工物３ａ
の亜鉛メッキ層３ｂが除去された被加工物表面３ｄに照
射され実際の加工が実施される。故に、被加工物３ａで
は極めて良好な切断品質を得ることができる。
【００３１】ところで、本実施例では亜鉛メッキによる
コーティングについて示したが、母材よりも低融点のコ
ーティング材であればどの材料においても同等な加工品
質が得られる。
【００３２】実施例２． 図６は本発明の第２実施例にかかるレーザ加工方法及び
その装置で亜鉛メッキ層を除去したのちに溶接したとき
の溶接ビードを示す断面図である。被加工物３ａは板厚
が２ｍｍで目付量５０ｇ／ｍ2 のＳＥＣＣである。コー
ティングの除去は上式（２）から加工幅５ｍｍ、速度２
０００ｍｍ／ｍｉｎで加工できる条件を使用し、溶接条
件は出力１２００Ｗ、速度２５００ｍｍ／ｍｉｎ、アシ
ストガスはアルゴン（Ａr ）でガス流量２０ｌ／ｍｉｎ
である。本実施例では溶接ビード３ｅにはブローホール
が全く発生しなかった。
【００３３】図７は板厚３ｍｍの亜鉛メッキ鋼板に出力
１８００Ｗ、速度１５００ｍｍ／ｍｉｎでビードオンプ
レートを行った際の亜鉛メッキ目付量〔ｇ／ｍ2 〕をパ
ラメータとし溶接ビード３ｅに占めるブローホールの断
面積の割合であるブローホール占有割合〔％〕を示す説
明図である。なお、亜鉛メッキ層の上から溶接した場合
のデータを従来、亜鉛メッキ層の除去後に溶接した場合
のデータを本実施例として示す。コーティングの除去は
上式（２）から加工幅５ｍｍ、速度２０００ｍｍ／ｍｉ
ｎで溶接できる条件を使用した。
【００３４】このように、本発明の第２実施例のレーザ
加工方法は、レーザ光１を被加工物３ａの溶接加工の加
工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工条件にて被
加工物３ａの最終的な加工軌跡上に照射し被加工物３ａ
の亜鉛メッキ層３ｂからなる表面物質を予め除去する前
加工工程と、前記前加工工程で前記表面物質が除去され
た被加工物３ａの領域に対してレーザ光１のエネルギ密
度を被加工物３ａを溶接加工する加工条件のエネルギ密
度に対応させ変化させて照射し加工を行う後加工工程と
からなる実施例とすることができる。なお、本実施例の
レーザ加工方法における各工程を手段に読変えることに
より、レーザ加工装置の実施例とすることができる。
【００３５】したがって、レーザ光１が前加工として溶
接加工の加工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工
条件にて被加工物３ａの最終的な加工軌跡となる表面上
に照射され、その亜鉛メッキ層３ｂが除去される。次
に、後加工としてレーザ光１がそのエネルギ密度を溶接
加工の加工条件に合致するように変化され被加工物３ａ
の亜鉛メッキ層３ｂが除去された被加工物表面３ｄに照
射され実際の加工が実施される。故に、被加工物３ａで
は極めて良好な溶接品質を得ることができる。
【００３６】ところで、本実施例の亜鉛メッキ層を除去
したのちの溶接では、ブローホールの発生が大幅に減少
し、良好な溶接品質が得られる。なお、本実施例では亜
鉛メッキによるコーティング材について示したが、母材
よりも低融点のコーティング材であればどの材料におい
ても同様な加工品質が得られる。本実施例においても、
コーティング材の目付量や物性に応じて、その除去でき
るエネルギ密度を上式（３）〜上式（６）に示す形で制
御装置にメモリしておき、更に、上式（１）の関係から
要求加工幅や加工速度に応じた出力を設定できる。ま
た、図４は上述した本実施例の動作手順を示すが、この
動作は加工プログラム上で各種コード指令によって自動
的に実行することもできる。
【００３７】実施例３． 図８は本発明の第３実施例にかかるレーザ加工方法及び
その装置で材料表面に不均一なミルスケールと称される
酸化膜の存在する被加工物の切断状態を示す断面図であ
る。材料表面の酸化膜３ｇの厚さはレーザ光１の吸収率
に影響している。通常、酸化膜３ｇの厚さが不均一であ
っても、その厚さのばらつきを認識して加工条件を制御
して加工することはできない。即ち、酸化膜３ｇの厚さ
が不均一であっても同一加工条件で切断または溶接を行
うため、レーザ光１の吸収率に応じて加工品質にも不均
一な状態が生じる。例え厚い酸化膜が均一に生じている
材料加工であっても、加工中に酸化膜の剥離が頻繁に発
生し、同様の不均一な状態が生じ加工品質の低下が起こ
る。また、材料表面に錆の発生したものの加工において
も、同様な不均一な加工現象が生じる。
【００３８】図９は板厚１２ｍｍの軟鋼材料（ＳＳ４０
０）において酸化膜厚さ〔μｍ〕と加工した切断面粗さ
Ｒmax 〔μｍ〕との関係を示す説明図である。ここで、
酸化膜を除去しないで加工したデータを従来、酸化膜を
除去したのちに切断したデータを本実施例として示す。
切断条件は出力１５００Ｗ、速度１０００ｍｍ／ｍｉｎ
で、酸化膜を除去しない場合、除去した場合も同一条件
で切断した。一般に、酸化膜が厚くなる程レーザ光の吸
収率が大きくなり切断面が粗くなる。本実施例による加
工結果では、レーザ光の吸収率が均一であり、切断面品
質が常に良好である。
【００３９】このように、本発明の第３実施例のレーザ
加工方法は、レーザ光１を被加工物３ａの切断加工の加
工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工条件にて被
加工物３ａの最終的な加工軌跡上に照射し被加工物３ａ
の酸化膜３ｇからなる表面物質を予め除去する前加工工
程と、前記前加工工程で前記表面物質が除去された被加
工物３ａの領域に対してレーザ光１のエネルギ密度を被
加工物３ａを切断加工する加工条件のエネルギ密度に対
応させ変化させて照射し加工を行う後加工工程とからな
る実施例とすることができる。なお、本実施例のレーザ
加工方法における各工程を手段に読変えることにより、
レーザ加工装置の実施例とすることができる。
【００４０】したがって、レーザ光１が前加工として切
断加工の加工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工
条件にて被加工物３ａの最終的な加工軌跡となる表面上
に照射され、その酸化膜３ｇが除去される。次に、後加
工としてレーザ光１がそのエネルギ密度を切断加工の加
工条件に合致するように変化され被加工物３ａの酸化膜
３ｇが除去された被加工物表面に照射され実際の加工が
実施される。故に、被加工物３ａでは極めて良好な切断
品質を得ることができる。
【００４１】実施例４． 図１０は本発明の第４実施例にかかるレーザ加工方法及
びその装置で傾斜した材料を切断するときの原理を示す
説明図である。なお、図１０（ａ）には従来例としての
傾斜した被加工物３ａに溝加工されていない状態でノズ
ル８からアシストガスを流したときのガスの流れを示
し、図１０（ｂ）には本実施例としての傾斜した被加工
物３ａに予め切断溝３ｈが形成されたのちにノズル８か
らアシストガスを流したときのガスの流れを示す。
【００４２】図１０（ａ）では被加工物３ａがガスの流
れ方向が傾斜の方向に固定され、レーザ光の照射で溶融
された溶融部分３ｋを押下げるモーメンタムが期待でき
ない。これに対して、図１０（ｂ）では、予め切断溝３
ｈを加工したのち、切断溝３ｈはアシストガスの流れを
方向づける一種のノズルの役割を果たし、溶融部分３ｋ
を押下げる役割を果たし、切断能力を大幅に向上させ
る。図１１は板厚１２ｍｍの軟鋼材料（ＳＳ４００）の
切断において、水平方向との傾斜角度θ〔ｄｅｇ〕に応
じて発生する不良率〔％〕との関係を示す説明図であ
る。ここで、切断溝３ｈなしで切断したデータを従来、
切断溝３ｈの加工後に切断したデータを本実施例として
示す。加工条件は出力１５００Ｗ、速度１０００ｍｍ／
ｍｉｎで、切断溝３ｈを予め形成しない場合、形成した
場合も同一条件で切断した。傾斜角度が大きくなる程予
め切断溝を形成するか形成しないかによる差は大きくな
っている。本実施例により、傾斜加工における加工の不
良率は大幅に改善される。
【００４３】このように、本発明の第４実施例のレーザ
加工方法は、レーザ光１を被加工物３ａの切断加工の加
工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工条件にて被
加工物３ａの最終的な加工軌跡上に照射し被加工物３ａ
に切断溝３ｈを掘る前加工工程と、前記前加工工程で切
断溝３ｈが掘られた被加工物３ａの領域に対してレーザ
光１のエネルギ密度を被加工物３ａを切断加工する加工
条件のエネルギ密度に対応させ変化させて照射し加工を
行う後加工工程とからなる実施例とすることができる。
なお、本実施例のレーザ加工方法における各工程を手段
に読変えることにより、レーザ加工装置の実施例とする
ことができる。
【００４４】したがって、レーザ光１が前加工として切
断加工の加工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工
条件にて被加工物３ａの最終的な加工軌跡となる表面上
に照射され、その切断溝３ｈが掘られる。次に、後加工
としてレーザ光１がそのエネルギ密度を切断加工の加工
条件に合致するように変化され被加工物３ａの切断溝３
ｈが掘られた被加工物表面に照射され実際の加工が実施
される。故に、被加工物３ａでは極めて良好な切断品質
を得ることができる。
【００４５】ところで、本実施例では被加工物３ａを傾
斜して加工する場合について示したが、レーザ光１側を
傾斜させて加工する場合についても同様に加工品質の改
善を図ることができる。
【００４６】実施例５． 図１２は本発明の第５実施例にかかるレーザ加工方法及
びその装置でアルミニウム合金（Ａ５０５２）の溶接に
おいて、予め酸素または酸素を含んだ混合ガスを用いた
加工条件で材料表面を酸化させたのちに溶接するときの
加工速度〔ｍ／ｍｉｎ〕と溶込み深さ〔ｍｍ〕との関係
を従来方法の前処理なしに溶接するときと比較して示す
説明図である。表面を酸化させるための加工条件は出力
２０００Ｗ、速度３０００ｍｍ／ｍｉｎ、アシストガス
は酸素（Ｏ2 ）でガス圧２ｋｇ／ｃｍ2 のパルス条件を
用いた。溶接条件は出力４ｋＷ、アシストガスはアルゴ
ン（Ａr ）でガス流量２０ｌ／ｍｉｎである。アルミニ
ウム合金の表面が酸化されていない状態ではレーザ光の
吸収率は５％以下であるのに対し、酸化した状態では２
〜３倍に吸収率が増すため、本実施例の材料表面の酸化
により溶接能力が大幅に向上した。
【００４７】このように、本発明の第５実施例のレーザ
加工方法は、レーザ光１を被加工物３ａの溶接加工の加
工条件と異なる被加工物３ａの表面を酸化させる酸素ガ
スを含むアシストガスの条件にて被加工物３ａの最終的
な加工軌跡上に照射し被加工物３ａの表面を酸化させる
前加工工程と、前記前加工工程で酸化された被加工物３
ａの領域に対してレーザ光１のエネルギ密度を被加工物
３ａを溶接加工する加工条件のエネルギ密度に対応させ
変化させて照射し加工を行う後加工工程とからなる実施
例とすることができる。なお、本実施例のレーザ加工方
法における各工程を手段に読変えることにより、レーザ
加工装置の実施例とすることができる。
【００４８】したがって、レーザ光１が前加工として溶
接加工の加工条件と異なる被加工物３ａの表面を酸化さ
せる酸素ガスを含むアシストガスの条件にて被加工物３
ａの最終的な加工軌跡となる表面上に照射され、その表
面が酸化される。次に、後加工としてレーザ光１がその
エネルギ密度を溶接加工の加工条件に合致するように変
化され被加工物３ａの切断溝３ｈが掘られた被加工物表
面に照射され実際の加工が実施される。故に、被加工物
３ａでは極めて良好な溶接品質を得ることができる。
【００４９】ところで、実施例ではアルミニウム合金の
加工品質について述べたが、他にもアルミニウム、銅、
銅合金等あらゆる高反射材料の加工についても同様の加
工品質の改善を図ることができる。
【００５０】実施例６． 図１４は本発明の第６実施例にかかるレーザ加工方法及
びその装置でノズルを傾斜させた溝堀状態を示す説明図
である。なお、図１３は、従来の二度切りにおける被加
工物３ａの表面に対し、垂直方向からレーザ光１の照射
とアシストガスの噴射を実施したときの溝堀状態を示す
説明図である。レーザ切断では、レーザ光照射、アシス
トガスの噴射によって溶融された溶融部分３ｋは直上に
吹上がるためノズル８に溶融金属が付着し、その結果、
アシストガスの流れが乱され加工不良が起きる。このた
め、従来のレーザ加工では、溶融金属を被加工物の下部
から排出することで安定した加工を継続しようとしてい
た。
【００５１】これに対して、本実施例では溝堀工程で溶
融し、吹上がる金属をノズル８に付着しない方向に排出
するために、図１４に示すように、ノズル８を被加工物
３ａに対して傾斜させるものである。なお、本実施例で
は溝堀で溶融した溶融部分３ｋの排出で、その溶融部分
３ｋがノズル８に付着しないようにノズル８とレーザ光
１とを傾斜角度θに傾斜させているが、ノズル８にガス
を噴出するサイドノズルを設けて溶融部分３ｋを吹飛ば
し排出する構造でもよい。
【００５２】図１５は本実施例のレーザ加工方法及びそ
の装置で厚板の切断において、予め切断する軌跡に溝を
形成したのち、切断を行う加工状態を示す説明図であ
る。被加工物３ａの板厚がＴであっても溝堀り深さがｔ
であれば実際の切断厚さは（Ｔ−ｔ）となり、実際の切
断厚さは安定して加工することができる。図１５におい
て、３ｉはレーザで加工した切断前の溝である。この切
断前の溝３ｉの加工は、溝堀り中に溶融した物質がノズ
ル（図示略）に付着することから、パルス加工条件を用
いて一度に少量の溝堀を複数回繰返すか、または加工ガ
ス圧を切断条件より高くし溶融した物質を高速に吹飛ば
すか、またはレーザ光１の照射とアシストガスの噴射を
被加工物表面から溶融した物質がノズルに直接付着しな
い方向から行う必要がある。
【００５３】図１６は板厚Ｔ＝１２ｍｍとＴ＝１９ｍｍ
とＴ＝２５ｍｍの軟鋼材料を切断する際の溝堀り深さｔ
〔ｍｍ〕と不良率〔％〕との関係を示す説明図である。
板厚が薄いほど不良率が低いが、どの板厚も溝堀り深さ
ｔが大きくなるほどアシストガスが安定するため不良率
は低下している。いずれも溝堀段階でのノズルの傾斜角
度θ＝３０°で実施した。溝堀の加工条件は溝堀り深さ
ｔ＝１ｍｍでは、出力１０００Ｗ、速度１．５ｍ／ｍｉ
ｎ、ガス圧３ｋｇ／ｃｍ2 、溝堀り深さｔ＝２ｍｍで
は、出力１５００Ｗ、速度１．２ｍ／ｍｉｎ、ガス圧３
ｋｇ／ｃｍ2 、溝堀り深さｔ＝３ｍｍでは、出力２００
０Ｗ、速度１．２ｍ／ｍｉｎ、ガス圧３ｋｇ／ｃｍ2 、
溝堀り深さｔ＝４ｍｍでは、出力２２００Ｗ、速度１．
０ｍ／ｍｉｎ、ガス圧３ｋｇ／ｃｍ2 、溝堀り深さｔ＝
５ｍｍでは、出力２４００Ｗ、速度０．８ｍ／ｍｉｎ、
ガス圧３ｋｇ／ｃｍ2 のパルス条件で実施した。
【００５４】このように、本発明の第６実施例のレーザ
加工方法は、レーザ光１を被加工物３ａの切断加工の加
工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工条件にて被
加工物３ａの最終的な加工軌跡上に照射し被加工物３ａ
に切断溝３ｈを掘る前加工工程と、前記前加工工程で切
断溝３ｈが掘られた被加工物３ａの領域に対してレーザ
光１のエネルギ密度を被加工物３ａを切断加工する加工
条件のエネルギ密度に対応させ変化させて照射し加工を
行う後加工工程とからなり、前記前加工工程ではレーザ
光１の照射方向とアシストガスの噴射方向とを被加工物
３ａの加工表面に対して傾斜させ、前記後加工工程では
レーザ光１の照射方向とアシストガスの噴射方向とを被
加工物３ａの加工表面に対して垂直とする実施例とする
ことができる。なお、本実施例のレーザ加工方法におけ
る各工程を手段に読変えることにより、レーザ加工装置
の実施例とすることができる。
【００５５】したがって、レーザ光１が前加工として切
断加工の加工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工
条件にて被加工物３ａの最終的な加工軌跡となる表面上
に照射され、その切断溝３ｈが掘られる。この前加工で
は、レーザ光１の照射方向とアシストガスの噴射方向と
が被加工物３ａの加工表面に対して傾斜される。次に、
後加工としてレーザ光１がそのエネルギ密度を切断加工
の加工条件に合致するように変化され被加工物３ａの切
断溝３ｈが掘られた被加工物表面に照射され実際の加工
が実施される。この後加工では、レーザ光１の照射方向
とアシストガスの噴射方向とが被加工物３ａの加工表面
に対して垂直とされる。故に、被加工物３ａでは極めて
良好な切断品質を得ることができる。
【００５６】実施例７． 図１７は本発明の第７実施例にかかるレーザ加工方法及
びその装置で被加工物表面が機械加工などで精度悪く仕
上げられたものの切断において、予め切断する軌跡を溶
融させ切断面粗さを改善させたのち、切断を行う加工状
態を示す説明図である。図１７において、３ｊは切断前
の溶融表面である。この切断前の溶融表面３ｊを形成す
る加工では、低出力条件を用いるか、焦点位置をディフ
ォーカス設定にするか、アシストガスに酸化反応を抑制
する種類のガスを用いる必要がある。
【００５７】図１８は板厚Ｔ＝１２ｍｍとＴ＝１９ｍｍ
の軟鋼材料を切断する際の被加工物表面粗さＲmax と不
良率〔％〕との関係を示す説明図である。板厚が小さい
ほど不良率が低いが、どの板厚も被加工物表面粗さＲma
x が大きいほど不良率は増加する。予め切断する軌跡を
溶融させ切断面粗さを改善させた場合の表面粗さは図１
８中にＷで示す約９μｍ（Ｒmax ）であり、不良率は板
厚Ｔ＝１２ｍｍで約５％、板厚Ｔ＝１９ｍｍで約９％で
ある。被加工物表面粗さＲmax を均一にするための条件
は、表面粗さの大きさによって異なるが、下記条件で良
好な結果が得られた。Ｒmax ＜５０μｍでは、出力３０
０Ｗ、速度２０００ｍｍ／ｍｉｎ、ガス圧０．１ｋｇ／
ｃｍ2 であり、５０μｍ≦Ｒmax ≦１５０μｍでは、出
力４５０Ｗ、速度２０００ｍｍ／ｍｉｎ、ガス圧０．１
ｋｇ／ｃｍ2 であり、１５０μｍ≦Ｒmax ＜３００μｍ
では、出力６００Ｗ、速度２０００ｍｍ／ｍｉｎ、ガス
圧０．１ｋｇ／ｃｍ2 であった。
【００５８】このように、本発明の第７実施例のレーザ
加工方法は、レーザ光１を被加工物３ａの切断加工の加
工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工条件にて被
加工物３ａの最終的な加工軌跡上に照射し被加工物３ａ
の不均一な表面粗さを予め均一とする前加工工程と、前
記前加工工程で加工表面が均一とされた被加工物３ａの
領域に対してレーザ光１のエネルギ密度を被加工物３ａ
を切断加工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変化
させて照射し加工を行う後加工工程とからなる実施例と
することができる。なお、本実施例のレーザ加工方法に
おける各工程を手段に読変えることにより、レーザ加工
装置の実施例とすることができる。
【００５９】したがって、レーザ光１が前加工として切
断加工の加工条件と異なるエネルギ密度が得られる加工
条件にて被加工物３ａの最終的な加工軌跡となる表面上
に照射され、その加工表面が均一とされる。次に、後加
工としてレーザ光１がそのエネルギ密度を切断加工の加
工条件に合致するように変化され被加工物３ａの加工表
面が均一とされた被加工物３ａの領域に照射され実際の
加工が実施される。故に、被加工物３ａでは極めて良好
な切断品質を得ることができる。
【００６０】ところで、本実施例では被加工物表面粗さ
と平行方向に加工する場合について述べたが、粗さの凹
凸を横切る方向に加工する場合にも有効である。
【００６１】実施例８． 図１９は本発明の第８実施例にかかるレーザ加工方法及
びその装置でレーザ光モードに対するレーザ光状態を示
す説明図である。なお、図１９（ａ）はレーザ切断にお
いて集光特性が優れ最も好ましいとされるシングルモー
ド、図１９（ｂ）はレーザ光照射部のエネルギ密度が均
一になるレーザ光モードを示す。図１９（ａ）のエネル
ギ密度の状態でディフォーカスにし、コーティング材の
除去を行うと、中心部の密度の高い部分が被加工物の表
面溶融を起こすことがある。そこで、本実施例では、図
１９（ｂ）に示すようなレーザ光照射部のエネルギ密度
が均一になるレーザ光モードで被加工物の表面物質（コ
ーティング材、酸化膜、錆）を予め除去する処理を行
い、実際の切断加工では図１９（ａ）に示すようなシン
グルモードに切換えて加工するものである。
【００６２】一般に、レーザ光モードはレーザ発振器内
部のアパーチャ径によって切換えるが、加工条件を前加
工と後加工で切換えると同時に制御装置（図示略）から
の情報で自動的にモード切換を実施することができる。
また、外部ミラーを変更してレーザ光モードを切換える
ことも可能であるが、加工条件を前加工と後加工で切換
えると同時に制御装置（図示略）からの情報で自動的に
モード切換を実施することができる。
【００６３】このように、本発明の第８実施例のレーザ
加工方法は、レーザ光１を被加工物３ａの切断、溶接、
熱処理加工のうち１つ以上の加工条件と異なるエネルギ
密度及びエネルギ分布が均一に得られる加工条件にて被
加工物３ａの最終的な加工軌跡上に照射し被加工物３ａ
の表面物質を予め除去する前加工工程と、前記前加工工
程で前記表面物質が除去された被加工物３ａの領域に対
してレーザ光１のエネルギ密度及びエネルギ分布を被加
工物３ａの切断、溶接、熱処理加工のうち１つ以上の加
工条件に対応させ変化させて照射し加工を行う後加工工
程とからなる実施例とすることができる。なお、本実施
例のレーザ加工方法における各工程を手段に読変えるこ
とにより、レーザ加工装置の実施例とすることができ
る。
【００６４】したがって、レーザ光１が前加工として切
断、溶接、熱処理加工のうち１つ以上の加工条件と異な
るエネルギ密度及びエネルギ分布が均一に得られる加工
条件にて被加工物３ａの最終的な加工軌跡となる表面上
に照射され、その表面物質（コーティング材、酸化膜、
錆）が除去される。次に、後加工としてレーザ光１がそ
のエネルギ密度を切断、溶接、熱処理加工のうち１つ以
上の加工条件に合致するように変化され被加工物３ａの
表面物質が除去された領域に照射され実際の加工が実施
される。故に、被加工物３ａでは極めて良好な切断品質
を得ることができる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び請求
項２のレーザ加工方法及びその装置によれば、レーザ光
が前加工として切断加工または溶接加工の加工条件と異
なるエネルギ密度が得られる加工条件にて被加工物の最
終的な加工軌跡となる表面上に照射され、その表面物質
が除去されたのち、後加工としてレーザ光がそのエネル
ギ密度を切断加工または溶接加工の加工条件に合致する
ように変化され被加工物の表面の前記被加工物よりも低
融点の表面物質が除去された前記被加工物の最終的な加
工軌跡上の領域に照射され実際の加工が実施される。こ
のため、後加工のとき邪魔になる被加工物の各種物性の
異なる表面物質に対応させ除去速度を向上することがで
きる。
【００６６】請求項３及び請求項４のレーザ加工方法及
びその装置によれば、レーザ光が前加工として溶接加工
の加工条件と異なる高反射材料の被加工物の表面を酸化
させる酸素ガスを含むアシストガスの条件にて被加工物
の最終的な加工軌跡となる表面上に照射され、その表面
が酸化されたのち、後加工としてレーザ光がそのエネル
ギ密度を溶接加工の加工条件に合致するように変化され
被加工物の表面が酸化された前記被加工物の最終的な加
工軌跡上の領域に照射され実際の加工が実施される。こ
のため、加工機本体はそのままで複雑とすることなく、
極めて簡単に切断または溶接品質を向上することができ
る。
【００６７】請求項５及び請求項６のレーザ加工方法及
びその装置によれば、レーザ光が前加工として切断、溶
接、熱処理加工のうち１つ以上の加工条件と異なるエネ
ルギ密度とエネルギ分布との両方または一方が均一に得
られる加工条件にて被加工物の最終的な加工軌跡となる
表面上に照射され、その表面物質が除去されたのち、後
加工としてレーザ光がそのエネルギ密度とエネルギ分布
との両方または一方を切断、溶接、熱処理加工のうち１
つ以上の加工条件に合致するように変化され被加工物の
表面物質が除去された前記被加工物の最終的な加工軌跡
上の領域に照射され実際の加工が実施される。このた
め、加工機本体は大きな変更を要することなく、極めて
簡単に切断または溶接品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１実施例にかかるレーザ加
工方法及びその装置で亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛メッ
キ層を除去したのちのレーザ切断状態を示す斜視図であ
る。
【図２】 図２は従来と本発明の第１実施例にかかるレ
ーザ加工方法及びその装置において、亜鉛メッキ鋼板に
おける亜鉛の目付量Ｍとその除去に必要なレーザ光の照
射部におけるエネルギ密度Ｅとの関係を示す説明図であ
る。
【図３】 図３は従来と本発明の第１実施例にかかるレ
ーザ加工方法及びその装置において、目付量Ｍ＝２０ｇ
／ｍ2 の各種コーティング材の種類に対してその除去に
必要なレーザ光のエネルギ密度Ｅの関係を示す説明図で
ある。
【図４】 図４は本発明の第１実施例にかかるレーザ加
工方法及びその装置の動作手順を示す工程図である。
【図５】 図５は従来と本発明の第１実施例にかかるレ
ーザ加工方法及びその装置において、亜鉛メッキ目付量
に対する切断面の不良率を比較した説明図である。
【図６】 図６は本発明の第２実施例にかかるレーザ加
工方法及びその装置で亜鉛メッキ層を除去したのちに溶
接したときの溶接ビードを示す断面図である。
【図７】 図７は従来と本発明の第２実施例にかかるレ
ーザ加工方法及びその装置において、亜鉛メッキ目付量
をパラメータとし溶接ビードに占めるブローホール占有
割合を示す説明図である。
【図８】 図８は本発明の第３実施例にかかるレーザ加
工方法及びその装置で材料表面に不均一な酸化膜の存在
する被加工物の切断状態を示す断面図である。
【図９】 図９は従来と本発明の第３実施例にかかるレ
ーザ加工方法及びその装置における酸化膜厚さと加工し
た切断面粗さＲmax との関係を示す説明図である。
【図１０】 図１０は本発明の第４実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置で傾斜した材料を切断するとき
の原理を示す説明図である。
【図１１】 図１１は従来と本発明の第４実施例にかか
るレーザ加工方法及びその装置において、水平方向との
傾斜角度θに応じて発生する不良率との関係を示す説明
図である。
【図１２】 図１２は本発明の第５実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置で予め酸素または酸素を含んだ
混合ガスを用いた加工条件で材料表面を酸化させたのち
に溶接するときの加工速度と溶込み深さとの関係を示す
説明図である。
【図１３】 図１３は従来の二度切りにおける被加工物
の表面に対し、垂直方向からレーザ光の照射とアシスト
ガスの噴射を実施したときの溝堀状態を示す説明図であ
る。
【図１４】 図１４は本発明の第６実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置でノズルを傾斜させた溝堀状態
を示す説明図である。
【図１５】 図１５は本発明の第６実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置で厚板の切断において、予め切
断する軌跡に溝を形成したのち、切断を行う加工状態を
示す説明図である。
【図１６】 図１６は本発明の第６実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置で板厚Ｔを変えて軟鋼材料を切
断する際の溝堀り深さｔと不良率との関係を示す説明図
である。
【図１７】 図１７は本発明の第７実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置で被加工物表面が機械加工など
で精度悪く仕上げられたものの切断において、予め切断
する軌跡を溶融させ切断面粗さを改善させたのち、切断
を行う加工状態を示す説明図である。
【図１８】 図１８は本発明の第７実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置を板厚Ｔを変えて軟鋼材料を切
断する際の被加工物表面粗さＲmax と不良率との関係を
示す説明図である。
【図１９】 図１９は本発明の第８実施例にかかるレー
ザ加工方法及びその装置でレーザ光モードに対するレー
ザ光状態を示す説明図である。
【図２０】 図２０は従来のレーザ加工方法及びその装
置を示す斜視図である。
【図２１】 図２１は従来のレーザ加工方法及びその装
置での切断加工の状況を示す斜視図である。
【図２２】 図２２は従来の他のレーザ加工方法及びそ
の装置を示す概略図である。
【図２３】 図２３は従来のレーザ加工方法及びその装
置による溶接加工の予備加工を示す斜視図である。
【図２４】 図２４は従来のレーザ加工方法及びその装
置による溶接加工の本加工を示す斜視図である。
【図２５】 図２５は従来のレーザ加工方法による溶接
不良を示す断面図である。
【符号の説明】
１ レーザ光、３ａ 被加工物、３ｂ 亜鉛メッキ層、
３ｃ 切断溝、３ｄ被加工物表面、３ｅ 溶接ビード、
３ｇ 酸化膜（ミルスケール）、３ｈ 切断溝、３ｋ
溶融部分。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−61790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−54290（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−73189（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−15892（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−228664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−174289（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−59191（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−270088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−168989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 C21D 1/09

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高エネルギ密度に集光したレーザ光の先
    端を被加工物の加工条件と異なるエネルギ密度が得られ
    る加工条件にて前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照
    射し前記被加工物の表面の前記被加工物よりも低融点の
    金属性のコーティング材からなる表面物質を予め除去す
    る前加工工程と、 前記前加工工程で前記表面物質が除去された前記被加工
    物の領域に対して前記レーザ光のエネルギ密度を前記被
    加工物を加工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変
    化させて、前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し
    加工を行う後加工工程とからなるレーザ加工方法におい
    て、 前記コーティング材の目付量及び物性、要求加工幅、加
    工速度に応じて、その除去できるエネルギ密度を設定す
    ることを特徴とする レーザ加工方法。
  2. 【請求項２】 高エネルギ密度に集光したレーザ光の先
    端を被加工物の加工条件と異なるエネルギ密度が得られ
    る加工条件にて前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照
    射し前記被加工物の表面の前記被加工物よりも低融点の
    金属性のコーティング材からなる表面物質を予め除去す
    る前加工手段と、 前記前加工手段で前記表面物質が除去された前記被加工
    物の領域に対して前記レーザ光のエネルギ密度を前記被
    加工物を加工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変
    化させて、前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し
    加工を行う後加工手段とを具備し、 前記コーティング材の目付量及び物性、要求加工幅、加
    工速度に応じて、その除去できるエネルギ密度を設定す
    ることを特徴とする レーザ加工装置。
  3. 【請求項３】 レーザ光を高反射材料の被加工物の溶接
    加工の加工条件と異なる前記被加工物の表面を酸化させ
    る酸素ガスを含むアシストガスの条件にて前記被加工物
    の最終的な加工軌跡上に照射し前記被加工物の表面を酸
    化させる前加工工程と、 前記前加工工程で酸化された前記被加工物の領域に対し
    て前記レーザ光のエネルギ密度を前記被加工物を溶接加
    工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変化させて、
    前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し加工を行う
    後加工工程とからなることを特徴とするレーザ加工方
    法。
  4. 【請求項４】 レーザ光を高反射材料の被加工物の溶接
    加工の加工条件と異なる前記被加工物の表面を酸化させ
    る酸素ガスを含むアシストガスの条件にて前記被加工物
    の最終的な加工軌跡上に照射し前記被加工物の表面を酸
    化させる前加工手段と、 前記前加工手段で酸化された前記被加工物の領域に対し
    て前記レーザ光のエネルギ密度を前記被加工物を溶接加
    工する加工条件のエネルギ密度に対応させ変化させて、
    前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し加工を行う
    後加工手段とを具備することを特徴とするレーザ加工装
    置。
  5. 【請求項５】 レーザ光を被加工物の切断、溶接、熱処
    理加工のうち１つ以上の加工条件と異なるエネルギ密度
    とエネルギ分布との両方または一方が均一に得られる加
    工条件にて前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し
    前記被加工物の表面物質を予め除去する前加工工程と、 前記前加工工程で前記表面物質が除去された前記被加工
    物の領域に対して前記レーザ光のエネルギ密度とエネル
    ギ分布との両方または一方を前記被加工物の切断、溶
    接、熱処理加工のうち１つ以上の加工条件に対応させ変
    化させて、前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し
    加工を行う後加工工程とからなることを特徴とするレー
    ザ加工方法。
  6. 【請求項６】 レーザ光を被加工物の切断、溶接、熱処
    理加工のうち１つ以上の加工条件と異なるエネルギ密度
    とエネルギ分布との両方または一方が均一に得られる加
    工条件にて前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し
    前記被加工物の表面物質を予め除去する前加工手段と、 前記前加工手段で前記表面物質が除去された前記被加工
    物の領域に対して前記レーザ光のエネルギ密度とエネル
    ギ分布との両方または一方を前記被加工物の切断、溶
    接、熱処理加工のうち１つ以上の加工条件に対応させ変
    化させて、前記被加工物の最終的な加工軌跡上に照射し
    加工を行う後加工手段とを具備することを特徴とするレ
    ーザ加工装置。
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