[发明专利]激光加工方法和激光加工头

说明书

本申请是分案申请，其原申请的国际申请号为PCT/JP2006/312329，中国国家申请号为200680000642.5，申请日为2006年6月20日，发明名称为“激光加工方法和激光加工头”；本分案申请所针对的分案申请的中国国家申请号为200810181570.X，发明名称为“激光加工方法和激光加工头”。

技术领域

本发明涉及采用激光束对板状金属材料进行切割和开孔等的激光加工方法以及用于该加工方法的加工头。

技术背景

激光加工可以用于对从铁、不锈钢、铝和铜之类的金属到陶瓷、树脂以及木材的各种材料的加工。其中，金属材料有时作为装饰材料来使用，因此，有时要进行镜面精加工或细纹精加工等表面精加工。对于这种以装饰为目的而对表面进行精加工的材料而言，若其表面有瑕疵当然也就失去了其商品价值。因此，期望装饰用金属材料在其表面和背面贴有保护层的状态下，进行搬运、切割加工或弯曲加工等。

特别是，激光加工是一种复杂的加工，加工时激光束的热量使金属熔融，需要通过向此处猛烈地吹辅助气体，从而吹走熔融物，而被吹走的熔融物成为细小的火星，有时会附着在材料的表面和背面上。另外，材料是固定在加工台上来进行加工的，为了保证该加工台尽可能地不被激光束熔融，或者即使熔融也不与材料融为一体，将加工台与材料接触的前端做成尖状以尽量减少与材料的接触面积，而这样就非常容易对材料背面造成损伤，因此，期望在贴附有保护层的状态下进行加工。

可是，在材料背面(非激光束照射面)贴附保护层来进行加工时，因保护层的影响，由激光束的热量所致的熔融金属热液的流动减慢。结果出现熔融金属作为熔渣附着在材料背面的问题。图10表示的是进行激光加工时的附着有熔渣的状态，其中，以板厚为3mm的不锈钢(SUS304)为材料，在其背面存在贴有保护层的部分和未贴有保护层的部分。从图10可知，熔渣仅附着于背面贴有保护层的部分。该熔渣非常硬，需要大量的时间和成本才能去除，因此，通常进行如下操作：先剥去材料背面的保护层进行激光加工，在激光加工后，再贴上保护层进行弯曲加工。

于是有文献提出了下述加工方法，在该方法中，将具有可再剥离的粘合层的工程纸贴在金属材料的背面，由此来防止激光加工时熔渣的附着，所述粘合层含有耐热性粒子(例如专利文献1)。

另一方面，在材料表面(激光束照射面)上贴有保护层时，会出现因猛烈吹来的辅助气体使保护层剥离翘起的问题。图11给出了贴于表面的保护层从材料上剥离翘起的形态。如果保护层从材料上剥离翘起，当然起不到保护材料表面免于受损的作用，而且因翘起的保护层与喷嘴接触，造成用来控制喷嘴前端和材料表面之间距离的传感器不能测定准确的距离，从而出现因偏离预定距离而造成的加工不良的问题，或者出现因加工错误而带来的加工机停止的问题。

因此，为了不使保护层剥离翘起，出现了一种所谓的“二次切割”的技术：开始以较低的激光束功率仅将保护层去除，再回到加工过程上，然后用较高的激光束功率来切割材料(例如专利文献2)。

另外，有一种技术可使材料表面的保护层不剥离卷曲：在喷嘴上设有第一气路和第二气路，供给第二气路的辅助气体的压力高于供给第一气路的辅助气体的压力(例如专利文献3)。通过激光束和从第一气路喷出的辅助气体来对表面贴有保护层的材料进行加工，同时通过第二气路喷出的辅助气体依靠压力将保护层压在材料表面上，以保证保护层不剥离翘起。

专利文献1：特开平6-198461号公报

专利文献2：特开平7-236984号公报

专利文献3：特开2001-212690号公报

在专利文献1所公开的技术中，在粘合层中必须含有耐热性粒子，因此，成本增加是不可避免的。保护层是一种消耗品，由于有必要尽可能地抑制成本的增加，因而对于保护层，其优选采取的措施是使用普遍地应用于工业制品的保护层那样的在单一的树脂材料上设有普通粘合层的价廉的保护层；但是如果使用这种普通的保护层，则造成熔渣的附着。

另外，在专利文献2所公开的技术中，要往返二次加工过程，因此，加工时间肯定大幅度地增加，另外，为了不使保护层剥离翘起，在开始去除的保护层的去除宽度也必须具有一定宽度，结果出现材料表面上没有覆盖保护层的暴露部分变大的问题。