WO2016059937A1 - ダイレクトダイオードレーザ光による板金の加工方法及びこれを実行するダイレクトダイオードレーザ加工装置 - Google Patents

ダイレクトダイオードレーザ光による板金の加工方法及びこれを実行するダイレクトダイオードレーザ加工装置 Download PDF

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WO2016059937A1
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sheet metal
laser light
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laser
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宏明 石黒
明彦 杉山
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株式会社アマダホールディングス
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Definitions

  • the present invention relates to a sheet metal processing method using a direct diode laser beam and a direct diode laser processing apparatus for executing the method.
  • a laser processing apparatus for processing a sheet metal an apparatus using a carbon dioxide gas (CO 2 ) laser oscillator, a YAG laser oscillator, or a fiber laser oscillator as a laser light source is known.
  • CO 2 carbon dioxide gas
  • the fiber laser oscillator has advantages such as better light quality and extremely high oscillation efficiency than the YAG laser oscillator. For this reason, a fiber laser processing apparatus using a fiber laser oscillator is used for industrial purposes, particularly for sheet metal processing (cutting or welding).
  • DDL Direct Diode Laser
  • the DDL module superimposes multiple-wavelength laser light generated by a plurality of laser diodes (LD) and transmits it to the processing head using a transmission fiber. Then, the laser light emitted from the end face of the transmission fiber is condensed and irradiated on a workpiece (work) by a collimator lens, a condensing lens, or the like.
  • LD laser diodes
  • the focal point of the laser beam is positioned above the workpiece cutting position so that the cutting width is approximately one half of the workpiece plate thickness.
  • a cutting method for focusing is known (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 suppression of dross generation has not been sufficient.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to provide a sheet metal that has less dross adhesion and easily peels off the attached dross when performing sheet metal processing using multi-wavelength laser light. And a direct diode laser processing apparatus for executing the same.
  • the aspect of the present invention when oscillating multi-wavelength laser light from a DDL module, transmitting the oscillated multi-wavelength laser light, and cutting a sheet metal having a thickness of 2 mm or more, transmission is performed.
  • the collected multi-wavelength laser light is condensed using a condensing lens having a focal length f ⁇ 150 mm and a focal position Pf of ⁇ 2.0 mm ⁇ Pf ⁇ about 0.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • a sheet metal processing method is provided, which includes cutting and processing the sheet metal by irradiating the sheet metal with laser light from the DDL module.
  • the gas pressure of the assist gas supplied to the processing point is 1.5 MPa (megapascal) or more.
  • the laser light from the DDL module is composed of at least two or more multiple-wavelength laser lights, and the wavelength of any laser light is less than 1000 nm.
  • the wavelength (Wavelength) of the laser beam from the DDL module is configured to be a multiple-wavelength of 800 nm to 990 nm.
  • the BPP (Beam parameter product) of the laser light emitted from the DDL module is 7 mm * mrad or more and 20 mm * mrad or less.
  • the BPP (Beam parameter product) of the laser beam is 10.3 mm * mrad
  • the beam waist has a diameter of 150 ⁇ m or more and 370 ⁇ m or less.
  • the beam waist is not less than 300 ⁇ m and not more than 364 ⁇ m.
  • the focal lens has an incident diameter of 20 mm and a condensing diameter d of 300 ⁇ m to 364 ⁇ m.
  • the Rayleigh length of the laser beam is 1.5 mm or more and 6 mm or less.
  • the Rayleigh length of the laser beam is 2.2 mm or more and 3.4 mm or less.
  • the sheet metal is preferably an aluminum sheet metal.
  • the sheet metal preferably has a thickness of 100 mm or less.
  • the transmitted multi-wavelength laser light is condensed using a condensing lens having a focal length f ⁇ 120 mm and a focal position Pf of 0.0 mm ⁇ Pf ⁇ 2.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • a sheet metal processing method is provided, which includes cutting and processing the sheet metal by irradiating the sheet metal with laser light from the DDL module.
  • the gas pressure of the assist gas supplied to the processing point is 0.8 MPa to 1.5 MPa.
  • the laser light from the DDL module is composed of at least two or more multiple-wavelength laser lights, and the wavelength of any laser light is less than 1000 nm.
  • the wavelength (Wavelength) of the laser beam from the DDL module is configured to be a multiple-wavelength of 800 nm to 990 nm.
  • the BPP (Beam parameter product) of the laser light emitted from the DDL module is 7 mm * mrad or more and 20 mm * mrad or less.
  • the BPP (Beam parameter product) of the laser beam is 10.3 mm * mrad
  • the beam waist has a diameter of 150 ⁇ m or more and 370 ⁇ m or less.
  • the beam waist is not less than 300 ⁇ m and not more than 364 ⁇ m.
  • the focus lens has an incident diameter of 300 ⁇ m or more and 364 ⁇ m or less.
  • the Rayleigh length of the laser beam is 1.5 mm or more and 6 mm or less.
  • the Rayleigh length of the laser beam is 2.2 mm or more and 3.4 mm or less.
  • the sheet metal is preferably an aluminum sheet metal.
  • the transmitted multi-wavelength laser light is used with a condensing lens having a focal length f ⁇ 150 mm, and a focal position Pf arranged at ⁇ 2.0 mm ⁇ Pf ⁇ about 0.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • the transmitted multi-wavelength laser light is used.
  • the laser beam from the DDL module is collected using a condensing lens having a focal length f ⁇ 120 mm and a focal position Pf of 0.0 mm ⁇ Pf ⁇ 2.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal. Light on sheet metal And it is processed by cutting the sheet metal processing method of sheet metal made of is provided by.
  • the conditions described after the first side surface are preferably satisfied.
  • the first It is preferable that the conditions described after the second aspect are satisfied.
  • a DDL module that oscillates multi-wavelength laser light, a transmission fiber that transmits multi-wavelength laser light oscillated by the DDL module, and a sheet metal having a thickness of 2 mm or more are cut.
  • the multi-wavelength laser light transmitted by the transmission fiber has a focal length f ⁇ 150 mm, and the focal position Pf is set to ⁇ 2.0 mm ⁇ Pf ⁇ about 0.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • a direct diode laser processing apparatus comprising: a laser processing machine that condenses light using a condensing lens that is arranged and irradiates the metal plate with laser light from a DDL module to cut and process the metal plate.
  • a DDL module that oscillates multi-wavelength laser light, a transmission fiber that transmits multi-wavelength laser light oscillated by the DDL module, and a sheet metal thinner than 2 mm are cut.
  • the multi-wavelength laser light transmitted by the transmission fiber has a focal length f ⁇ 120 mm, and the focal position Pf is arranged at 0.0 mm ⁇ Pf ⁇ 2.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • a DDL module that oscillates multi-wavelength laser light, a transmission fiber that transmits multi-wavelength laser light oscillated by the DDL module, and a sheet metal having a thickness of 2 mm or more are cut.
  • the multi-wavelength laser light transmitted by the transmission fiber has a focal length f ⁇ 150 mm, and the focal position Pf is set to ⁇ 2.0 mm ⁇ Pf ⁇ about 0.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • the multi-wavelength laser light is condensed using a condensing lens having a focal length f ⁇ 120 mm and a focal position Pf arranged at 0.0 mm ⁇ Pf ⁇ 2.0 mm with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • a laser processing machine for processing by cutting sheet metal with a laser beam from the DDL module by irradiating the sheet metal, the direct diode laser machining apparatus comprising a are provided.
  • the attached state of dross is small, and the attached dross is easy to peel off.
  • FIG. 2A is a side view showing an example of a laser oscillator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a front view of the laser oscillator.
  • FIG. 1 shows an overall configuration of a DDL laser processing machine according to an embodiment of the present invention.
  • the DDL laser beam machine includes a laser oscillator 11 that oscillates a multi-wavelength laser beam LB, and a transmission fiber (process fiber) that transmits the laser beam LB oscillated by the laser oscillator 11. ) 12 and a laser processing machine (laser processing machine main body) 13 for condensing the laser beam LB transmitted by the transmission fiber 12 to a high energy density and irradiating the workpiece (work) W.
  • a laser oscillator 11 that oscillates a multi-wavelength laser beam LB
  • a transmission fiber that transmits the laser beam LB oscillated by the laser oscillator 11.
  • a laser processing machine laser processing machine main body 13 for condensing the laser beam LB transmitted by the transmission fiber 12 to a high energy density and irradiating the workpiece (work) W.
  • the laser beam machine 13 has a machining head 17 that irradiates the workpiece with the laser beam LB emitted from the transmission fiber 12.
  • the processing head 17 includes a collimator unit 14 that converts laser light from the fiber 12 into substantially parallel light by a collimator lens 15, and a laser light LB that has been converted to substantially parallel light, perpendicular to the X-axis and Y-axis directions.
  • a bend mirror 16 that reflects downward in the Z-axis direction, a condensing lens 18 that condenses the laser light LB reflected downward by the bend mirror 16, and a nozzle at the tip.
  • the collimator lens 15 and the condenser lens 18 for example, a general lens such as a quartz plano-convex lens can be used.
  • a lens driving unit that drives the collimator lens 15 in a direction parallel to the optical axis (X-axis direction) is installed in the collimator unit 14.
  • the laser processing machine further includes a control unit that controls the lens driving unit.
  • the laser processing machine 13 further includes a processing table 21 on which a workpiece (work) W is placed, a portal X-axis carriage 22 that moves in the X-axis direction on the processing table 21, and an X-axis carriage 22. And a Y-axis carriage 23 that moves in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction.
  • the collimator lens 15 in the collimator unit 14, the bend mirror 16, and the condensing lens 18 in the processing head 17 are fixed to the Y-axis carriage 23 in a state where the optical axis has been adjusted in advance. Move in the axial direction. It is also possible to provide a Z-axis carriage that can move in the vertical direction with respect to the Y-axis carriage 23 and to provide the condenser lens 18 on the Z-axis carriage.
  • the laser processing machine irradiates the workpiece W with the laser beam LB having a predetermined condensing diameter which is condensed by the condenser lens 18 and also injects an assist gas coaxially to melt the melt. While removing, the X-axis carriage 22 and the Y-axis carriage 23 are moved. Thereby, the laser beam machine can cut the workpiece W.
  • the workpiece W include various materials such as stainless steel, mild steel, and aluminum.
  • the plate thickness of the workpiece W is, for example, about 0.1 mm to 100 mm.
  • the laser oscillator 11 includes a housing 60, the LD module 10 housed in the housing 60 and connected to the transmission fiber 12, and the housing 60.
  • a power supply unit 61 that is housed in the LD module 10 and supplies power to the LD module 10
  • a control module 62 that is housed in the housing 60 and controls the output of the LD module 10, and the like are provided.
  • An air conditioner 63 that adjusts the temperature and humidity in the housing 60 is installed outside the housing 60.
  • the LD module 10 superimposes and outputs laser beams having multiple wavelengths ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3,..., ⁇ n).
  • the LD module 10 includes a plurality of laser diodes (hereinafter referred to as “LD”) 3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n (n is an integer of 4 or more), and LD 3 1 , 3 2 , 3 3. , ⁇ ⁇ ⁇ 3 n to the fiber 4 1, 4 2, 4 3, is connected via a ⁇ ⁇ ⁇ 4 n, multiwavelength ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ , spectral beam combination to laser light of ⁇ n
  • a spectral beam combining unit 50 that performs (spectral beam combining) is provided.
  • the plurality of LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n various semiconductor lasers can be adopted, and the combination of types and numbers is not particularly limited, and is appropriately selected according to the purpose of sheet metal processing. Is possible.
  • the wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3,..., ⁇ n of the LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n are selected, for example, to be less than 1000 nm, selected in the range of 800 nm to 990 nm, or 910 nm to 950 nm. In this embodiment, it is set to 910 nm to 950 nm.
  • the laser light of multiple wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3,..., ⁇ n is controlled by group (block) management for each wavelength band, for example.
  • the output can be variably adjusted individually for each wavelength band.
  • the output of all the wavelength bands can be adjusted so that it may become the desired absorption rate to a workpiece
  • LD3 1 , 3 2 , 3 3 ,... 3 n are simultaneously operated, and an appropriate assist gas such as oxygen or nitrogen is blown near the focal position.
  • an appropriate assist gas such as oxygen or nitrogen is blown near the focal position.
  • the spectral beam combining unit 50 includes a fixing unit 51 that bundles and fixes the emission ends of the fibers 4 1 , 4 2 , 4 3 ,... 4 n to form a fiber array 4, and fibers 4 1 , 4 2 , 4 3. ,... 4 n Collimator lens 52 that collimates laser light from n , Diffraction grating 53 that diffracts multi-wavelength ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3,. And a condensing lens 54 that condenses the laser light from 53 and enters the transmission fiber 12.
  • the diffraction grating 53, between the condenser lens 54, LD units 3 1, 3 2, 3 3, partially reflective coupler forming a resonator together with a reflecting surface provided on ⁇ ⁇ ⁇ 3 n trailing portion 55 is provided.
  • the partial reflection coupler 55 is preferably disposed between the collimator lens 52 and the condenser lens 54.
  • the beam waist for each wavelength of the laser light of multiple wavelengths ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3,..., ⁇ n is, for example, 100 ⁇ m. It is about 400 ⁇ m, and these multiple diameters provide multifocality.
  • the beam waist is formed by an optical element having an incident diameter of the condenser lens 18 of about 2 mm to 20 mm and a focal length of 50 mm to 300 mm.
  • the plate thickness of the workpiece W is, for example, about 0.5 mm to 30 mm.
  • the output of the short wavelength side wavelength band is made larger than the long wavelength side output in the range where the incident angle is larger than 0 ° and smaller than 50 °.
  • the cutting speed of the workpiece W can be selected, for example, in the range of 60 m / min to 250 m / min.
  • This processing method is a method of cutting a sheet metal having a thickness of 2 mm or more, and has a focal length f ⁇ 150 mm, and the focal position Pf is defined as ⁇ 2.0 mm ⁇ Pf with respect to the upper surface of the sheet metal.
  • the sheet metal is irradiated with parallel laser light from a DDL module.
  • a sheet metal having a thickness of 2 mm or more can be cut at a high speed (for example, a speed of 3 m / min to 6 m / min), and dross that can be easily removed is generated on the cut surface. Only.
  • the sheet metal is preferably an aluminum sheet metal.
  • the laser light from the DDL module includes two or more multi-wavelength laser lights, and the wavelength of each laser light is less than 1000 nm.
  • the wavelength of the laser beam is more preferably 800 nm or more and 990 nm or less.
  • the laser beam emitted from the DDL module or the BPP (beam parameter product) of the laser beam is preferably 7 mm * mrad or more and 20 mm * mrad or less.
  • the BPP is 10.3 mm * mrad.
  • the beam waist (diameter) of the laser beam is preferably 150 ⁇ m or more and 370 ⁇ m or less.
  • the beam waist is not less than 300 ⁇ m and not more than 364 ⁇ m.
  • the Rayleigh length of the laser beam is preferably 1.5 mm or more and 6 mm or less, more preferably 2.2 mm or more and 3.4 mm or less.
  • a second embodiment of the sheet metal processing method is a method of processing a sheet metal having a thickness of less than 2 mm, having a focal distance f of 120 mm or less, and a focal position Pf on the upper surface of the sheet metal.
  • the sheet metal is irradiated with parallel laser light from the DDL module using a condenser lens set to 0.0 mm to 2.0 mm as a reference.
  • a sheet metal (aluminum) having a thickness of, for example, 1 mm can be cut at a high speed (for example, a speed of 14 m / min) without generating dross.
  • the gas pressure of the assist gas supplied to the processing point during the processing is preferably 0.8 MPa to 1.5 MPa, and more preferably 0.8 MPa to 1.2 MPa.
  • optical parameters such as the wavelength of the laser beam from the DDL module, BPP, Rayleigh length, and beam waist are the same as those in the first processing method.
  • the output of the laser oscillator is 2 kW
  • the incident angle of the laser beam to the aluminum plate as the workpiece (workpiece) is 70 °.
  • the multi-wavelength laser light a laser light having a wavelength of 910 mm to 950 nm was used.
  • the index of processing evaluation is such that the dross as shown in FIG. 7 does not occur, and the cut surface is uniform and melts down and does not dent or wavy. Determine.
  • “Dross” means that a substance melted by laser light at the time of cutting the material adheres as a molten material to the lower part of the material.
  • the cut surface is in a state as shown in FIGS.
  • FIG. 4 shows a case in which dross is generated during aluminum cutting, and the dross is easily peeled off by hand and the dross is insignificant (hereinafter referred to as “light dross” and indicated by symbol “ ⁇ ”).
  • FIG. 5 shows a case in which dross is generated during aluminum cutting, and this dross can be peeled off by hand, but can be easily peeled off by using a tool (hereinafter referred to as a normal dross symbol ⁇ ⁇ ).
  • FIG. 6 shows a state in which dross is generated during aluminum cutting, and this dross cannot be removed unless a tool is used (hereinafter referred to as heavy dross, indicated by symbol ⁇ ). In this case, it can be understood that the height of the dross is larger than those in FIGS.
  • Example 1 shows the test results of Example 1.
  • the thickness of the workpiece was 1.0 mm
  • the focal length of the collimator lens was 100 mm
  • the focal length of the condenser lens was 120 mm.
  • the assist gas was nitrogen (N2)
  • the pressure was 0.8 MPa
  • the nozzle was 2 mm in diameter
  • GP nozzle gap, which is the distance between the nozzle tip and the material
  • Example 1 light dross cutting was achieved when the focal point was set at a position 0.5 mm to 2.0 mm above the workpiece upper surface.
  • the workpiece could be cut at a speed of 14 m / min in a light dross state.
  • the upper limit of the focal position for realizing light dross cutting is 1.7% (2/120), preferably 0.8%, based on the focal length (120 mm) of the condenser lens. (1/120), and the lower limit is 0.0%.
  • the ⁇ mark means a light dross that can be easily peeled by hand, and the ⁇ ⁇ mark indicates a normal dross (which can be easily removed with a file such as a file) ) Signifies a heavy dross that must be scraped off, and a cross sign signifies that processing is impossible.
  • the aluminum plate having a thickness of 1 mm uses a condensing lens with a focal length of 120 mm, and the focal point is set to a position 0.5 mm to 2.0 mm above the workpiece upper surface, thereby 14 m / mm. It can be seen that light dross can be cut at a processing speed of a minute.
  • Example 2 shows the test results of Example 2.
  • the thickness of the aluminum plate as a workpiece was 2 mm
  • the focal length of the collimator lens was 100 mm
  • the focal length of the condenser lens was 150 mm.
  • the pressure of nitrogen as the assist gas was 1.2 MPa, and the nozzle diameter was 2 mm.
  • Example 2 light dross cutting was realized when the focus was set at a position of +0.5 mm to ⁇ 3.0 mm with respect to the upper surface of the workpiece.
  • the aluminum workpiece could be cut at a speed of 6 m / sec by setting the focal position to 0 mm to +0.5 mm with respect to the upper surface of the workpiece.
  • the upper limit of the focal position for realizing light dross cutting is 0.3% (0.5 / 150) based on the focal length (150 mm) of the condenser lens, and the lower limit is ⁇ 2.0% ( ⁇ 3/150), preferably ⁇ 1.3% ( ⁇ 2.0 / 150), more preferably ⁇ 0.7% ( ⁇ 1/150), and even more preferably 0. %.
  • the aluminum plate having a thickness of 2 mm uses a condensing lens with a focal length of 150 mm, and the focal point is set to a position 0.5 mm to 2.0 mm above the workpiece upper surface, thereby 14 m / mm. It can be seen that light dross can be cut at a processing speed of a minute. Note that 0.5 mm is 0.3% of the focal length of 150 mm, and the focal position can be expressed as 0.3% of the focal length of 150 mm.
  • FIG. 9 shows the test results of Example 3.
  • an aluminum workpiece having a thickness of 3 mm was processed using a collimator similar to the above and a condenser lens having a focal length of 150 mm.
  • the pressure of the assist gas (nitrogen) was 1.5 MPa, and the gas nozzle diameter was 2 mm.
  • light dross cutting could be realized by setting the focal position of the condenser lens to 0.0 mm to -1.5 mm with respect to the upper surface of the workpiece.
  • light dross cutting could be realized at a speed of 3 m / min by setting the focal position to -0.5 mm to -1.0 mm with respect to the upper surface of the workpiece.
  • the upper limit of the focal position for realizing light dross cutting is 0.0% (0.0 / 150) based on the focal length (150 mm) of the condenser lens, and more preferably ⁇
  • the lower limit is ⁇ 1.0% ( ⁇ 1.5 / 150), preferably ⁇ 0.7% ( ⁇ 1/150).
  • Comparative Example 1 FIG. 10 shows the test results of Comparative Example 1.
  • an aluminum material having a thickness of 2 mm is cut using a collimator similar to the above and a condensing lens having a focal length of 120 mm.
  • a condensing lens having a focal length of 150 mm is more desirable than a condensing lens having a focal length of 120 mm for cutting a workpiece having a thickness of 2 mm.
  • Comparative Example 2 When an aluminum material having a thickness of 2 mm was cut using a fiber laser and a condensing lens having a focal length of 150 mm, it was found that heavy dross was generated regardless of the selection of the focal position.
  • the DDL laser is superior to the fiber laser in terms of dross adhesion.

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Abstract

厚さ２ｍｍ以上の板金を切断する場合には、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射し、厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、焦点距離ｆとしてｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することで、多波長のレーザ光を用いて板金加工を行う際に、ドロスの付着状態が少なく、また付着したドロスも剥がし易い、板金の加工方法及びダイレクトダイオードレーザ加工装置。

Description

ダイレクトダイオードレーザ光による板金の加工方法及びこれを実行するダイレクトダイオードレーザ加工装置
　本発明は、ダイレクトダイオードレーザ光による板金の加工方法及びこれを実行するダイレクトダイオードレーザ加工装置に関する。
　従来、板金加工用のレーザ加工装置として、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザ発振器やＹＡＧレーザ発振器、ファイバレーザ発振器をレーザ光源として用いたものが知られている。ファイバレーザ発振器は、ＹＡＧレーザ発振器よりも光品質に優れ、発振効率が極めて高い等の利点を有する。このため、ファイバレーザ発振器を用いたファイバレーザ加工装置は、産業用、特に板金加工用（切断又は溶接等）に利用されている。
　更に近年では、ダイレクトダイオードレーザ（ＤＤＬ：Direct Diode Laser）モジュールをレーザ光源として用いるレーザ加工機が開発されている。ＤＤＬモジュールは、複数のレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）で生成された多波長（multiple-wavelength）のレーザ光を重畳し、伝送ファイバを用いて加工ヘッドまで伝送する。そして、伝送ファイバの端面から射出されたレーザ光は、コリメータレンズ及び集光レンズ等により被加工材（ワーク）上に集光されて照射される。
　ところで、レーザ加工において、ドロスの発生を抑制するために、レーザ光の焦点を、ワークの切断位置より上方に位置せしめ、切断幅がワーク板厚の略２分の１になるように、焦点ディフォーカスする切断方法が知られている（特許文献１）。
　しかしながら、特許文献１では、ドロス発生抑制はまだ十分でなかった。
　また、今までのレーザ加工機では、多波長のレーザ光を用いて加工を行う場合については、具体的に検討されていなかった。
特開平１１－１７００７７
　本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、多波長のレーザ光を用いて板金加工を行う際に、ドロスの付着状態が少なく、また付着したドロスも剥がし易い、板金の加工方法及びこれを実行するダイレクトダイオードレーザ加工装置を提供することである。
　本発明の側面によれば、ＤＤＬモジュールから多波長のレーザ光を発振することと、発振された多波長のレーザ光を伝送することと、厚さ２ｍｍ以上の板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工することからなる、板金の加工方法が提供される。
　好ましくは、加工点に供給されるアシストガスのガス圧は１．５MPa(メガパスカル)以上である。
　好ましくは、前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光は、少なくとも2つ以上の多波長（multiple-wavelength）レーザ光で構成され、何れのレーザ光の波長も1000nm未満である。
　好ましくは、前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光の波長（Wavelength）は800nm以上990nm以下の多波長（multiple-wavelength）で構成される。
　好ましくは、前記ＤＤＬモジュールから出射されるレーザ光のBPP（ビームパラメータ積（Beam parameter product））は、7mm*mrad以上20mm*mrad以下である。
　好ましくは、レーザ光のBPP（ビームパラメータ積（Beam parameter product））が、10.3mm*mradである
　好ましくは、前記ビームウエスト（Beam waist diameter）は、150μm以上370μm以下の径である。
　好ましくは、前記ビームウエスト（Beam waist diameter）は、300μm以上364μm以下である。
　好ましくは、焦点レンズの入射直径は２０ｍｍで、集光直径dは、３００μｍ～３６４μｍである。
　好ましくは、レーザ光のレーリー長は、1.5mm以上6mm以下である。
　好ましくは、レーザ光のレーリー長は、2.2mm以上3.4mm以下である。
　前記板金はアルミ板金であるのが好ましい。
　また、前記板金は厚さが１００ｍｍ以下であるのが好ましい。
　本発明の他の側面によれば、ＤＤＬモジュールから多波長のレーザ光を発振することと、発振された多波長のレーザ光を伝送することと、厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≦１２０mmを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工することからなる、板金の加工方法が提供される。
　好ましくは、加工点に供給されるアシストガスのガス圧は０．８MPa乃至１．５MPaである。
　好ましくは、前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光は、少なくとも2つ以上の多波長（multiple-wavelength）レーザ光で構成され、何れのレーザ光の波長も1000nm未満である。
　好ましくは、前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光の波長（Wavelength）は800nm以上990nm以下の多波長（multiple-wavelength）で構成される。
　好ましくは、前記ＤＤＬモジュールから出射されるレーザ光のBPP（ビームパラメータ積（Beam parameter product））は、7mm*mrad以上20mm*mrad以下である。
　好ましくは、レーザ光のBPP（ビームパラメータ積（Beam parameter product））が、10.3mm*mradである
　好ましくは、前記ビームウエスト（Beam waist diameter）は、150μm以上370μm以下の径である。
　好ましくは、前記ビームウエスト（Beam waist diameter）は、300μm以上364μm以下である。
　好ましくは、焦点レンズの入射径は、300μm以上364μm以下の径である
　好ましくは、レーザ光のレーリー長は、1.5mm以上6mm以下である。
　好ましくは、レーザ光のレーリー長は、2.2mm以上3.4mm以下である。
　前記板金はアルミ板金であるのが好ましい。
　本発明の更に他の側面によれば、ＤＤＬモジュールから多波長のレーザ光を発振することと、発振された多波長のレーザ光を伝送することと、厚さ２ｍｍ以上の板金切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工することと、厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工することと、からなる板金の加工方法が提供される。
　この側面においては、厚さ２ｍｍ以上の板金切断する場合には、前記第１の側面の後に記載した条件が充足されるのが好ましく、厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、前記第２の側面の後に記載した条件が充足されるのが好ましい。
　本発明の更に他の側面によれば、多波長のレーザ光を発振するＤＤＬモジュールと、前記ＤＤＬモジュールにより発振された多波長のレーザ光を伝送する伝送ファイバと、厚さ２ｍｍ以上の板金を切断する場合には、前記伝送ファイバにより伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工するレーザ加工機と、からなるダイレクトダイオードレーザ加工装置が提供される。
　本発明の更に他の側面によれば、多波長のレーザ光を発振するＤＤＬモジュールと、前記ＤＤＬモジュールにより発振された多波長のレーザ光を伝送する伝送ファイバと、厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、前記伝送ファイバにより伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工するレーザ加工機と、からなるダイレクトダイオードレーザ加工装置が提供される。
　本発明の更に他の側面によれば、多波長のレーザ光を発振するＤＤＬモジュールと、前記ＤＤＬモジュールにより発振された多波長のレーザ光を伝送する伝送ファイバと、厚さ２ｍｍ以上の板金を切断する場合には、前記伝送ファイバにより伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工し、厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工するレーザ加工機と、からなるダイレクトダイオードレーザ加工装置が提供される。
　本発明によれば、多波長のレーザ光を用いて加工を行う際に、ドロスの付着状態が少なく、また付着したドロスも剥がし易い。
本発明の実施形態に係るレーザ加工機の一例を示す斜視図である。 図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るレーザ発振器の一例を示す側面図である。図２（ｂ）は、前記レーザ発振器の正面図である。 本発明の実施形態に係るＬＤモジュールの一例を示す概略図である。 アルミ切断面における軽ドロスを示す写真図である。 アルミ切断面における通常ドロスを示す写真図である。 アルミ切断面における重ドロスを示す写真図である。 本発明の実施例１の試験結果を示す表である。 本発明の実施例２の試験結果を示す表である。 本発明の実施例３の試験結果を示す表である。 本発明の比較例１の試験結果を示す表である。
　図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
　図１は、本発明の実施形態に係るＤＤＬレーザ加工機の全体構成を示す。同図に示すように、前記実施形態に係るＤＤＬレーザ加工機は、多波長のレーザ光ＬＢを発振するレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１により発振されたレーザ光ＬＢを伝送する伝送ファイバ（プロセスファイバ）１２と、伝送ファイバ１２により伝送されたレーザ光ＬＢを高エネルギー密度に集光させて被加工材（ワーク）Ｗに照射するレーザ加工機（レーザ加工機本体部）１３とを備える。
　レーザ加工機１３は、伝送ファイバ１２から射出されたレーザ光ＬＢをワークへ照射する加工ヘッド１７を有する。この加工ヘッド１７は、前記ファイバ１２からのレーザ光を、コリメータレンズ１５で略平行光に変換するコリメータユニット１４と、略平行光に変換されたレーザ光ＬＢを、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直なＺ軸方向下方に向けて反射するベンドミラー１６と、ベンドミラー１６により下方へ反射されたレーザ光ＬＢを集光する集光レンズ１８と、先端にノズルとを有する。コリメータレンズ１５及び集光レンズ１８としては、例えば石英製の平凸レンズ等の一般的なレンズが使用可能である。
　なお、図１では図示を省略するが、コリメータユニット１４内には、コリメータレンズ１５を光軸に平行な方向（Ｘ軸方向）に駆動するレンズ駆動部が設置されている。また、レーザ加工機は、レンズ駆動部を制御する制御部を更に備える。
　レーザ加工機１３は更に、被加工材（ワーク）Ｗが載置される加工テーブル２１と、加工テーブル２１上においてＸ軸方向に移動する門型のＸ軸キャリッジ２２と、Ｘ軸キャリッジ２２上においてＸ軸方向に垂直なＹ軸方向に移動するＹ軸キャリッジ２３とを備える。コリメータユニット１４内のコリメータレンズ１５、ベンドミラー１６、及び加工ヘッド１７内の集光レンズ１８は、予め光軸の調整が成された状態でＹ軸キャリッジ２３に固定され、Ｙ軸キャリッジ２３と共にＹ軸方向に移動する。なおＹ軸キャリッジ２３に対して上下方向へ移動可能なＺ軸キャリッジを設け、当該Ｚ軸キャリッジに集光レンズ１８を設けることも出来る。
　本発明の実施形態に係るレーザ加工機は、集光レンズ１８により集光されて所定集光直径のレーザ光ＬＢを被加工材Ｗに照射し、また同軸にアシストガスを噴射して溶融物を除去しながら、Ｘ軸キャリッジ２２及びＹ軸キャリッジ２３を移動させる。これにより、レーザ加工機は被加工材Ｗを切断加工することができる。被加工材Ｗとしては、ステンレス鋼、軟鋼、アルミニウム等の種々の材料が挙げられる。被加工材Ｗの板厚は、例えば０．１ｍｍ～１００ｍｍ程度である。
　図２及び図３は、レーザ発振器１１の詳細を示す。レーザ発振器１１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、筐体６０と、筐体６０内に収容され、伝送ファイバ１２に接続されているＬＤモジュール１０と、筐体６０内に収容され、ＬＤモジュール１０に電力を供給する電源部６１と、筐体６０内に収容され、ＬＤモジュール１０の出力等を制御する制御モジュール６２等が設けられている。また、筐体６０の外側には、筐体６０内の温度及び湿度を調整する空調機器６３が設置されている。
　ＬＤモジュール１０は、図３に示すように、多波長（multiple-wavelength）λ１，λ２，λ３，・・・，λｎのレーザ光を重畳して出力する。ＬＤモジュール１０は、複数のレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という。）３１，３２，３３,・・・３ｎ（ｎは４以上の整数）と、ＬＤ３１，３２，３３,・・・３ｎにファイバ４１，４２，４３,・・・４ｎを介して接続され、多波長λ１，λ２，λ３，・・・，λｎのレーザ光に対してスペクトルビーム結合（spectral beam combining）を行うスペクトルビーム結合部５０を備える。
　複数のＬＤ３１，３２，３３,・・・３ｎとしては、各種の半導体レーザが採用可能であり、その種類と数の組み合わせは特に限定されず、板金加工の目的に合わせて適宜選択可能である。ＬＤ３１，３２，３３,・・・３ｎの波長λ１，λ２，λ３，・・・，λｎは、例えば１０００ｎｍ未満で選択したり、８００ｎｍ～９９０ｎｍの範囲で選択したり、９１０ｎｍ～９５０ｎｍの範囲で選択したりすることができるが、この実施形態では、９１０ｎｍ～９５０ｎｍに設定されている。
　多波長λ１，λ２，λ３，・・・，λｎのレーザ光は、例えば、波長帯域毎に群（ブロック）管理されて制御される。そして、波長帯域毎に個別に出力を可変調節することができる。また、ワークへの所望の吸収率となるように、全波長帯域の出力を調整することができる。
　切断加工に際しては、ＬＤ３１，３２，３３,・・・３ｎを同時に動作させると共に、酸素、窒素等の適宜のアシストガスを焦点位置近傍へ吹き付ける。これにより、当該各ＬＤからの各波長のレーザ光が、相互に協働すると共に、酸素等のアシストガスとも協働してワークを高速で溶融する。また当該溶融ワーク材料がアシストガスにより吹き飛ばされてワークが高速で切断される。
　スペクトルビーム結合部５０は、ファイバ４１，４２，４３,・・・４ｎの射出端側を束ねて固定しファイバアレイ４とする固定部５１と、ファイバ４１，４２，４３,・・・４ｎからのレーザ光を平行光にするコリメータレンズ５２と、多波長λ１，λ２，λ３，・・・，λｎのレーザ光を回折する回折格子（diffraction grating）５３と、回折格子５３からのレーザ光を集光して伝送ファイバ１２へ入射させる集光レンズ５４とを備える。なお、回折格子５３と、集光レンズ５４との間には、ＬＤユニット３１，３２，３３,・・・３ｎ後端部に設けた反射面と共に共振器を構成する部分反射カプラ５５が設けてある。この部分反射カプラ５５は、コリメータレンズ５２と集光レンズ５４との間に配置されるのが好ましい。
　再び図１を参照するに、このようなレーザ加工機１３による切断加工等の加工においては、多波長λ１，λ２，λ３，・・・，λｎのレーザ光の波長毎のビームウエストは、例えば１００μｍ～４００μｍ程度であって、これら複数の径で以って多焦点をなす。ビームウエストは、集光レンズ１８の入射径が２ｍｍ～２０ｍｍ程度であって、焦点距離が５０ｍｍ～３００ｍｍである光学要素により形成される。被加工材Ｗの板厚は例えば０．５ｍｍ～３０ｍｍ程度である。レーザ発振器１１の波長毎又は波長帯域毎の制御の出力可変調節において入射角が０°より大きく５０°より小さい範囲においては短波長側の波長帯域の出力を、長波長側の出力より大きくすることができる。被加工材Ｗの切断速度は、例えば６０ｍ／ｍｉｎ～２５０ｍ／ｍｉｎの範囲で選択できる。
 （板金切断加工方法）
　以下、前記レーザ加工機を用いて、板厚１ｍｍ乃至５０ｍｍの板金を加工する本発明の実施形態の板金加工方法を説明する。
 １．第１の加工方法
　この加工方法は、厚さ２ｍｍ以上の板金を切断する方法であって、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを、板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて、ＤＤＬモジュールからの平行レーザ光を前記板金に対して照射するものである。
　前記方法によれば、高速（例えば３ｍ／分～６ｍ／分の速度）で厚さ２ｍｍ以上の板金を切断することができ、且つ、その切断面には、容易に除去可能なドロスを発生するのみである。
　ここに前記板金はアルミ板金であるのが好ましい。
　また、前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光は、２以上の多波長レーザ光を含み、各レーザ光の波長は何れも１０００ｎｍ未満であるのが好ましい。
　前記レーザ光の波長は８００ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の波長を有するのが更に好ましい。
　前記ＤＤＬモジュールから出射されるレーザ光のあるいはレーザ光のＢＰＰ（ビームパラメータ積）は、７mm*mrad以上２０mm*mrad以下であるのが好ましい。
　例えば前記ＢＰＰは１０．３mm*mradである。
　前記レーザ光のビームウエスト（直径）は、150μm以上370μm以下であるのが好ましい。
　さらに好ましくは前記ビームウエストは300μm以上364μm以下である。
　前記レーザ光のレーリー長は１．５ｍｍ以上６ｍｍ以下であるのが好ましく更に好ましくは２．２ｍｍ以上３．４ｍｍ以下である。
 ２．第２の加工方法
　この板金加工方法の第2の実施形態は、厚さ２ｍｍより薄い板金を加工する方法であって、焦点距離ｆとして１２０ｍｍ以下を有し、焦点位置Ｐｆを、板金の上面を基準として０．０ｍｍから２．０ｍｍに設定した集光レンズを用いて前記ＤＤＬモジュールからの平行レーザ光を前記板金に照射するものである。
　前記方法により、例えば１ｍｍの厚さの板金（アルミニウム）を通常ドロスを発生することなく高速（例えば１４ｍ／分の速度）で切断することができる。
前記加工に際して加工点に供給されるアシストガスのガス圧は０．８MPa乃至１．５MPaであるのが好ましく、０．８MPaから１．２MPaであるのが更に好ましい。
　ＤＤＬモジュールからのレーザ光の波長、ＢＰＰ、レーリー長、ビームウエスト等の光学的パラメータは上記第1の加工方法と同様である。
　以下、前記実施形態の実施例を説明する。
　なお、以下の実施例において特に断り書きがない限りレーザ発振器の出力は２ｋＷであり、ワーク（被加工材）としてのアルミ板へのレーザ光の入射角は７０°である。多波長レーザ光としては、波長９１０ｍｍ～９５０ｎｍのレーザ光を使用した。
 １．加工評価の指標
　この実施例においては加工評価の指標は、図７に示すようなドロスが発生せず、切断面が均一で溶け落ちて凹んだり波打ったりしない状態を良好な切断品位であると定める。
　なお、「ドロス」とは、熱切断の場合において材料の切断時にレーザ光により溶融した物質が材料下部に溶融物となって付着するものをいう。
　レーザ切断の結果、切断面は、図４乃至図６のような状態になるものである。
　図４は、アルミ切断においてドロスが発生するが、当該ドロスは、手で容易に剥ぎ取れる状態でありドロス状態が軽微である場合を示す（以下、軽ドロスと云い、記号○で示す。）。
　図５は、アルミ切断においてドロスが発生し、このドロスは手でも剥ぎ取れるが工具を使うことにより容易に剥ぎ取る場合を示す（以下、通常ドロスと云い記号○△で示す。）。　図６は、アルミ切断においてドロスが発生し、かつこのドロスは工具を使わなければ剥ぎ取れない状態を示す（以下、重ドロスと云い、記号△で示す。）。この場合は同図から分かるようにドロスの高さも図４，図５の場合と比べて大きいことが理解される。
　従って、以下の指標を採用する。
１）ドロスなし：◎
２）軽ドロス（容易に手で剥がせる程度のドロス）：○
３）通常ドロス（ヤスリ等の工具で容易に落とすことが可能なドロス）：○△
４）重ドロス（削り取らなければ成らないほど溶着したドロス：△
５）加工不能：×
　２．実施例１
　図７は、実施例１の試験結果を示す。
　この実施例では、ワーク（アルミ）の厚さは１．０ｍｍであり、コリメータレンズの焦点距離は１００ｍｍであり、集光レンズの焦点距離は１２０ｍｍであった。
　アシストガスは窒素（Ｎ2）であり、その圧力は０．８MPaであり、ノズルは直径２ｍｍであり、ＧＰ（ノズル先端と材料との距離であるノズルギャップ）は０．５ｍｍであった。
　図７から分かるように、実施例１ではワーク上面よりも０．５ｍｍ～２．０ｍｍ上方位置に焦点を設定した場合に軽ドロスの切断が実現できた。
　さらに焦点位置を、ワーク上面よりも０．５ｍｍ～１．５ｍｍに設定した場合に、軽ドロスの状態で、速度１４ｍ／分でワークを切断することができた。
　より詳細には、軽ドロス切断を実現する為の焦点位置の上限は、集光レンズの焦点距離（１２０ｍｍ）を基準として、１．７％（２／１２０）であり、好ましくは０．８％（１／１２０）であり、下限は０．０％である。
　すでに述べたように、図７の表において、○印は、容易に手で剥がせる程度の軽ドロスを意味し、○△印は、通常ドロス（ヤスリ等の工具で容易に落とすことができるもの）を意味し、△印は、削り取らなければならないほどの重ドロスを意味し、×印は、加工不能を意味する。
　従って、実施例１によれば、厚さ1ｍｍのアルミ板は、焦点距離１２０ｍｍの集光レンズを用い、その焦点をワーク上面から０．５ｍｍ～２．０ｍｍ上方位置に設定することにより、１４ｍ／分の加工速度で軽ドロスの切断をすることができることが判る。
　３．実施例２
　図８は、実施例２の試験結果を示す。
　この実施例では、ワークとしてのアルミ板の厚さは、２ｍｍであり、コリメータレンズの焦点距離は１００ｍｍであり、集光レンズの焦点距離は１５０ｍｍであった。
　アシストガスとしての窒素の圧力は１．２MPaであり、ノズル径は２ｍｍであった。
　図８から理解されるように、実施例２においては、ワーク上面に対して＋０．５ｍｍ～－３.０ｍｍの位置に焦点を設定する場合に軽ドロスの切断を実現できた。
　なかんずく焦点位置をワーク上面に対して０ｍｍ～＋０．５ｍｍに設定することにより、６ｍ／秒の速度でアルミワークを切断することができた。
　より詳細には、軽ドロス切断を実現する為の焦点位置の上限は、集光レンズの焦点距離（１５０ｍｍ）を基準として、０．３％（０．５／１５０）であり、下限は、－２．０％（－３／１５０）であり、好ましくは－１．３％（－２．０／１５０）であり、より好ましくは－０．７％（－１／１５０）、 更に好ましくは０％である。
　従って、実施例２によれば、厚さ２ｍｍのアルミ板は、焦点距離１５０ｍｍの集光レンズを用い、その焦点をワーク上面から０．５ｍｍ～２．０ｍｍ上方位置に設定することにより、１４ｍ／分の加工速度で軽ドロスの切断をすることができることが判る。なお、０．５ｍｍは、焦点距離１５０ｍｍの０．３％であり、上記焦点位置は、焦点距離１５０ｍｍの０．３％と表現できる。
　４．実施例３
　図９は、実施例３の試験結果を示す。
　この実施例は、板厚３ｍｍのアルミワークを、前記と同様のコリメータ及び、焦点距離１５０ｍｍの集光レンズを使用して加工したものである。
　アシストガス（窒素）の圧力は１．５MPaであり、そのガスノズル径は２ｍｍであった。
　図９から分かるように、実施例３では、集光レンズの焦点位置をワーク上面に対して０．０ｍｍ～‐１．５ｍｍに設定することにより軽ドロスの切断を実現できた。なかんずく前記焦点位置を、ワーク上面に対して－０．５ｍｍ～－１．０ｍｍに設定することにより３ｍ／分の速度で軽ドロスの切断を実現することができた。
　より詳細には、軽ドロス切断を実現する為の焦点位置の上限は、集光レンズの焦点距離（１５０ｍｍ）を基準として、０．０％（０．０／１５０）であり、より好ましくは－０．３％（０．５／１５０）であり、下限は、－１．０％（－１．５／１５０）であり、好ましくは－０．７％（－１／１５０）である。
　５．比較例１
　図１０は、比較例１の試験結果をしめす。
　この例では、板厚２ｍｍのアルミ材を、前記と同様のコリメータ及び、焦点距離１２０ｍｍの集光レンズを用いて切断した例である。
　図１０から理解されるように、比較例１では、焦点位置をワーク上面に対して－０．５ｍｍ～－０．２ｍｍに設定することにより軽ドロスの切断をすることができたが、実施例２（図８）と比較して切断速度は５ｍ／分と減少した。
　このことから、板厚２ｍｍのワークの切断に対しては焦点距離１２０ｍｍの集光レンズよりも焦点距離１５０ｍｍの集光レンズのほうが望ましいことが理解される。
　６．比較例２
　板厚２ｍｍのアルミ材を、ファイバレーザを用い且つ、焦点距離１５０ｍｍの集光レンズを用い切断したところ、焦点位置の選択に拘わらず重ドロスが発生することが分かった。
　従ってドロス付着に関してファイバレーザよりもＤＤＬレーザのほうが優れていることが理解される。

Claims (20)

  1. 　ＤＤＬモジュールから多波長のレーザ光を発振することと、
    発振された多波長のレーザ光を伝送することと、
    厚さ２ｍｍ以上の板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０，０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工することからなる、
    板金の加工方法。
  2. 　加工点に供給されるアシストガスのガス圧は１．５MPa(メガパスカル)以上である請求項１の板金の加工方法。
  3. 　前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光は、少なくとも2つ以上の多波長（multiple-wavelength）レーザ光で構成され、何れのレーザ光の波長も1000nm未満である請求項1又は２の板金の加工方法。
  4. 　前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光の波長（Wavelength）は800nm以上990nm以下の多波長（multiple-wavelength）で構成される請求項３の板金の加工方法。
  5. 　前記ＤＤＬモジュールから出射されるレーザ光のBPP（ビームパラメータ積（Beam parameter product））は、7mm*mrad以上20mm*mrad以下である請求項１の板金の加工方法。
  6. 　前記レーザ光のレーリー長は、1.5mm以上6mm以下である請求項１の板金の加工方法。
  7. 　厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工することから更になる、
    請求項１の板金の加工方法。
  8. 　ＤＤＬモジュールから多波長のレーザ光を発振することと、
    発振された多波長のレーザ光を伝送することと、
    厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工することからなる、
    板金の加工方法。
  9. 　加工点に供給されるアシストガスのガス圧は０．８MPa乃至１．５MPaである請求項８の板金の加工方法。
  10. 　前記板金はアルミ板金である請求項1乃至９の何れかの板金の加工方法。
  11. 　多波長のレーザ光を発振するＤＤＬモジュールと、
    　前記ＤＤＬモジュールにより発振された多波長のレーザ光を伝送する伝送ファイバと、
    厚さ２ｍｍ以上の板金を切断する場合には、前記伝送ファイバにより伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≧１５０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として－２．０ｍｍ＜ Pf ≦約０．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工するレーザ加工機と、
    からなるダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  12. 加工点に供給されるアシストガスのガス圧は１．５MPa(メガパスカル)以上である請求項１１のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  13. 前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光は、少なくとも2つ以上の多波長（multiple-wavelength）レーザ光で構成され、何れのレーザ光の波長も1000nm未満である請求項１１又は１２のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  14. 前記ＤＤＬモジュールからのレーザ光の波長（Wavelength）は800nm以上990nm以下の多波長（multiple-wavelength）で構成される請求項１３のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  15. 前記ＤＤＬモジュールから出射されるレーザ光のBPP（ビームパラメータ積（Beam parameter product））は、7mm*mrad以上20mm*mrad以下である請求項１１のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  16. 前記レーザ光のレーリー長は、1.5mm以上6mm以下である請求項１１のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  17. 前記レーザ加工機は、厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、伝送された多波長のレーザ光を、焦点距離ｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工する、
    請求項１１のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  18. 多波長のレーザ光を発振するＤＤＬモジュールと、
    前記ＤＤＬモジュールにより発振された多波長のレーザ光を伝送する伝送ファイバと、
    厚さ２ｍｍより薄い板金を切断する場合には、前記伝送ファイバにより伝送された多波長のレーザ光を、
    焦点距離ｆ≦１２０ｍｍを有し、焦点位置Ｐｆを板金の上面を基準として０．０ｍｍ＜ Pf ≦２．０ｍｍに配置した集光レンズを用いて集光して、ＤＤＬモジュールからのレーザ光を板金に照射することによって板金を切断して加工するレーザ加工機と、
    からなるダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  19. 加工点に供給されるアシストガスのガス圧は０．８MPa乃至１．５MPaである請求項１８のダイレクトダイオードレーザ加工装置。
  20. 前記板金はアルミ板金である請求項１１乃至１９の何れかのダイレクトダイオードレーザ加工装置。
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