本发明涉及激光加工机。
背景技术：
目前，在使用激光加工机进行工件的开孔加工时，为了吹走而去除在工件的激光受光部产生的熔融材料，促进工件的燃烧，将氮、氧等辅助气体(辅助气体)与激光同轴地吹至工件的激光受光部(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-27907号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
但是，这样存在如下的问题。
第一，当要在工件开设较小的孔时，由于辅助气体的影响，不仅工件的激光受光部，而且其周边区域也因来自熔融材料的热传导而变形或被去除，存在孔径会违背意愿地变大的问题。
第二，在工件较厚的情况下、工件的比重较高的情况下(以下，称为“工件较厚的情况等”。)，在通过激光加工开孔的过程中，难以去除该熔融材料，开孔加工花费时间。
第三，在进行工件的开孔加工时，工件的激光受光部急剧地被加热，瞬间超过熔点、沸点，因此，熔融材料向激光照射方向飞溅，污染镜头、窗等光学系统。
鉴于这种情况，本发明的目的在于，提供一种激光加工机，在进行工件的开孔加工时，能够在工件可靠地开设较小的孔，并且即使在工件较厚的情况等，也能够降低开孔加工时间，还能够避免光学系统被熔融材料污染的情况。
用于解决课题的方案
(1)本发明的激光加工机(例如，后述的激光加工机1)具备：激光振荡器(例如，后述的激光振荡器5)，其射出激光(例如，后述的激光lb)；波导路(例如，后述的波导路6)，其将从上述激光振荡器射出的激光引导至工件(例如，后述的工件3)；加工头(例如，后述的加工头8)，其将激光利用光学系统(例如，后述的聚光镜7，窗)聚光，并向上述工件照射；以及喷嘴(例如，后述的喷嘴2)，其装配于上述加工头的前端，其中，上述喷嘴具备：筒状的喷嘴主体(例如，后述的喷嘴主体21)，其向上述工件照射上述激光；供气口(例如，后述的供气口22)，其形成于上述喷嘴主体；以及排气口(例如，后述的排气口23)，其与上述供气口对置地形成于上述喷嘴主体，上述激光加工机构成为，以横断被引导至上述喷嘴主体的激光的形式沿着从上述供气口到上述排气口的气体流路向上述喷嘴主体的内部供给气体(例如，后述的气体g)，从而使上述喷嘴主体的前端的开口部(例如，后述的开口部21a)的附近产生负压。
(2)在(1)的激光加工机中，也可以是，上述喷嘴的上述供气口的口径(例如，后述的口径d2)为被引导至上述喷嘴主体的激光的被上述气体横断的部位的直径(例如，后述的直径d1)以上，上述排气口的口径(例如，后述的口径d3)比上述供气口的口径大。
(3)在(1)或(2)的激光加工机中，也可以是，在沿着上述气体流路供给气体时，上述喷嘴使上述工件的熔融材料(例如，后述的熔融材料10)的重量以上的吸引力作用于上述工件的熔融材料。该熔融材料从上述喷嘴开口部被吸引，且从上述喷嘴排气口与从进气口向排气口流动的气体一起排出。
(4)在(1)～(3)中任一项的激光加工机中，也可以是，以使沿着上述气体流路供给的气体不能到达上述光学系统的方式在上述光学系统与上述气体流路之间形成有防止该气体的侵入的空气层(例如，后述的空气层11)。
(5)在(1)～(4)中任一项的激光加工机中，也可以是，上述喷嘴设置有遮断沿着上述气体流路供给的气体的排气的开闭阀(例如，后述的开闭阀12)。
(6)在(1)～(5)中任一项的激光加工机中，也可以是，在上述喷嘴附设有对上述喷嘴主体的内部进行减压的减压装置(例如，后述的排气泵29)。
(7)在(1)～(6)中任一项的激光加工机中，也可以是，上述喷嘴在上述喷嘴主体的前端设置有弹性部件(例如，后述的弹性部件30)，通过与上述工件接触提高上述喷嘴主体相对于该工件的密闭度。
发明效果
根据本发明，在使用激光加工机进行工件的开孔加工时，通过横断激光的气体流，使工件的激光受光部产生负压，能够吸引去除熔融材料。其结果，能够在工件可靠地开设较小的孔，并且即使在工件较厚的情况等，也能够降低开孔加工时间，还能够避免光学系统被熔融材料污染的情况。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的激光加工机的概略结构图。
图2是表示本发明的第一实施方式的激光加工机的喷嘴的垂直剖视图。
图3是表示本发明的第一实施方式的变形例的激光加工机的喷嘴的垂直剖视图。
图4是表示本发明的第一实施方式的变形例的激光加工机的喷嘴的水平剖视图。
图中：
1—激光加工机，2—喷嘴，3—工件，5—激光振荡器，6—波导路，7—聚光镜(光学系统)，8—加工头，10—熔融材料，11—空气层，12—开闭阀，21—喷嘴主体，21a—开口部，22—供气口，23—排气口，25—气体流路，29—排气泵(减压装置)，30—弹性部件，d1—激光的直径，d2—供气口的口径，d3—排气口的口径，g—气体，lb—激光。
具体实施方式
以下，基于附图，说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
图1是表示第一实施方式的激光加工机的概略结构图。图2是表示第一实施方式的激光加工机的喷嘴的垂直剖视图。
如图1所示，该第一实施方式的激光加工机1具备：水平支撑铝的平板状工件3的可动工作台4；射出圆形截面的激光lb的激光振荡器5；将从激光振荡器5射出的激光lb引导至工件3的波导路6；将激光lb通过作为光学系统的聚光镜7聚光并照射至工件3的加工头8；装配于加工头8的前端的喷嘴2；以及控制可动工作台4、激光振荡器5以及加工头8的动作的控制装置9。
此外，可动工作台4在x轴方向以及y轴方向上移动自如。另外，加工头8在z轴方向上移动自如。另一方面，聚光镜7固定于加工头8内。而且，在波导路6含有将从激光振荡器5射出的激光lb反射而引导至聚光镜7的反射镜6a。另外，激光lb的种类没有特别限定，例如能够使用二氧化碳激光器、光纤激光器、直接二极管激光器、yag激光器等。在使用光纤激光器的情况下，例如以激光指令输出4kw、频率100hz、占空比10％，从100μm的纤芯直径的光纤射出，并照射厚度10mm的铝的平板状工件3。在该情况下，反复进行1m秒激光照射、9m秒激光停止。
如图2所示，喷嘴2具备：将激光lb照射至工件3的大致圆筒状的喷嘴主体21；形成于喷嘴主体21的供气口22；以及与供气口22对置地形成于喷嘴主体21的排气口23。在供气口22连接有圆筒状的供气管32。在排气口23连接有圆筒状的排气管33。于是，喷嘴2构成为，以横断被引导至喷嘴主体21的激光lb的形式，沿着从供气口22到排气口23的直线的气体流路25向喷嘴主体21的内部供给气体g，从而使喷嘴主体21的前端的开口部21a的附近产生负压。
在此，如图2所示，供气口22的口径d2为引导至喷嘴主体21的激光lb的被气体g横断的部位的直径d1以上(d2≥d1)。另外，排气口23的口径d3比供气口22的口径d2大(d3＞d2)。例如，能够设为d3＝5mm，d2＝1mm。另外，供气口22具有用于提高气体g的直线前进性的预定的长度l2(例如，1mm)的直线部。而且，在排气管33安装有遮断沿着气体流路25供给的气体g的排气的开闭阀12。
另外，喷嘴2构成为，在沿着气体流路25供给气体g时，例如通过适当调整气体g的压力、流量，从而对随着工件3的开孔加工而产生的熔融材料10作用其重量以上的吸引力，该熔融材料10从喷嘴主体21的开口部21a被吸引，并从排气口23向喷嘴主体21的外部排出。
而且，在喷嘴2的排气口23的上侧以连通喷嘴主体21的内外的方式形成有气体供给口26。在气体供给口26连接有气体供给部27。于是，构成为，通过从气体供给部27经由气体供给口26向喷嘴主体21的内部供给氮等惰性气体，以使沿着气体流路25供给的气体g不能到达聚光镜7的方式，在聚光镜7与气体流路25之间形成防止该气体g的侵入的空气层11。
另外，在喷嘴2的喷嘴主体21的开口部21a的附近以连通喷嘴主体21的内外的方式形成有气体排出口28。在气体排出口28，经由排气管34连接有作为减压装置的排气泵29。于是，通过驱动排气泵29，从气体排出口28吸引喷嘴主体21的内部的气体，从而能够对喷嘴主体21的内部进行减压，将开口部21a的附近设为负压。此外，在气体排出口28装配过滤器(未图示)，成为不会从气体排出口28向排气泵29侧吸入熔融材料10的构造。
激光加工机1具有以上那样的结构，因此，使用该激光加工机1进行铝的平板状工件3的开孔加工时，根据下面的顺序。
首先，如图1所示，在将工件3载置于可动工作台4上的状态下，基于来自控制装置9的指令，使可动工作台4在x轴方向、y轴方向上适宜移动，将工件3定位于x轴方向以及y轴方向的预定的位置。
接着，基于来自控制装置9的指令，使加工头8在z轴方向上适宜移动，将喷嘴2定位于z轴方向的预定的位置。于是，如图2所示，喷嘴2成为喷嘴主体21的开口部21a从工件3的表面向上方离开预定的距离l1(例如，l1＝0.5mm～5mm)的状态。
接着，基于来自控制装置9的指令，打开开闭阀12，沿着从供气口22到排气口23的气体流路25，向喷嘴主体21的内部以预定的压力(例如，0.5mpa)供给气体g。于是，喷嘴主体21的内部的气体被卷入该气体g的流而从排气口23排出，因此，在喷嘴主体21的开口部21a的附近产生负压。
此时，排气口23与供气口22对置，并且其口径d3比供气口22的口径d2大，且在供气口22设置有提高气体g的直线前进性的预定的长度l2的直线部，因此，从供气口22供给至喷嘴主体21的内部的气体g无残留地从排气口23排出。其结果，气体g的供给不会产生浪费，能够高效地推动负压的产生。
另外，基于来自控制装置9的指令，从气体供给部27经由气体供给口26向喷嘴主体21的内部供给惰性气体。于是，在聚光镜7与气体流路25之间形成空气层11。
另外，为了促进利用气体g的供给来引起的负压的产生，基于来自控制装置9的指令，驱动排气泵29，从气体排出口28吸引喷嘴主体21的内部的气体。于是，喷嘴主体21的内部被减压，喷嘴主体21的开口部21a的附近进一步成为负压。
在该状态下，基于来自控制装置9的指令，从激光振荡器5射出激光lb。于是，该激光lb沿着波导路6被引导，然后通过聚光镜7聚光，从喷嘴2的喷嘴主体21的开口部21a向工件3照射。其结果，工件3的激光受光部3a通过激光lb的激光照射而熔融，开始进行开孔加工。
此时，随着工件3的开孔加工，工件3的激光受光部3a被激光加热而熔融，但在向该激光受光部3a供给的能量较大的情况下，激光受光部3a瞬间超过沸点，在该激光受光部3a产生熔融材料10，并向与激光lb同轴的方向飞溅。但是，如上所述，在喷嘴2内以横断激光lb的方式流动有气体g，因此，能够阻止熔融材料10到达聚光镜7，保护聚光镜7。而且，通过横断激光lb的光轴cl的气体g的流，喷嘴2的喷嘴主体21的开口部21a的附近成为负压，因此，在该激光受光部3a也产生负压。而且，气体g以作用熔融材料10的重量以上的吸引力的方式供给。其结果，该熔融材料10被吸到喷嘴主体21的内部，并且一边冷却，一边从排气口23向喷嘴主体21的外部排出。因此，熔融材料10不会滞留于喷嘴主体21的内部而形成激光lb的照射的阻碍，能够效率良好地执行工件3的开孔加工。
这样，在使用激光加工机1进行工件3的开孔加工时，通过横断激光lb的光轴cl的气体g的流，使工件3的激光受光部3a产生负压，能够吸引去除熔融材料10。通过这样瞬时去除熔融材料10，能够降低因热传导而产生的从熔融材料10向母材的热流，因此，能够抑制工件3的激光受光部3a以外的部分的温度上升。其结果，能够仅在工件3的激光受光部3a可靠地开设较小的孔，并且即使在工件3较厚的情况等，也能够降低开孔加工时间。而且，即使在激光照射时工件3的激光受光部3a的温度急剧上升而引起类似暴沸的现象，熔融材料10飞向激光照射方向的情况下，也因为通过横断激光lb的光轴cl的气体g的流而与气体g一起流向排气口23，所以能够避免聚光镜7被熔融材料10污染的情况。
另外，在聚光镜7与气体流路25之间形成有空气层11，因此，例如即使沿着气体流路25供给的气体g要向聚光镜7侧侵入，该气体g的侵入也被空气层11阻止，该气体g不会到达聚光镜7。因此，作为该气体g，即使使用含有油分等的工厂空气，也能够预先避免聚光镜7被该油分等污染的情况。因此，能够扩大气体g的允许范围，提高喷嘴2的实用性。
这样，当工件3的开孔加工结束时，工件3的激光受光部3a从工件3的表面向背面贯通，因此，能够将工件3的熔融材料10从工件3的背面向下方排出。因此，之后不需要吸引工件3的熔融材料10，关闭开闭阀12，遮断气体g的排气，也能够一边从喷嘴2供给辅助气体，一边进行工件3的切断加工。
[第一实施方式的变形例]
图3是表示第一实施方式的变形例的激光加工机的喷嘴的垂直剖视图。图4是表示第一实施方式的变形例的激光加工机的喷嘴的水平剖视图。
该第一实施方式的变形例的激光加工机1与上述的第一实施方式相比，如以下叙述那样，喷嘴2的结构不同。对于其它结构，由于与上述的第一实施方式基本相同，因此，对相同的部件标注相同的符号并省略其说明。
即，如图3以及图4所示，该激光加工机1的喷嘴2在喷嘴主体21附设有使喷嘴主体21的内部产生螺旋状的上升气流的气流产生装置15。该气流产生装置15包括：将气体大致水平地从喷嘴主体21的外部经由内部送到外部的第一通气路15a；以及与第一通气路15a大致平行地配设且将气体以与第一通气路15a相反的朝向从喷嘴主体21的外部经由内部送到外部的第二通气路15b。在此，第一通气路15a以及第二通气路15b以相互在喷嘴主体21的轴心方向(也就是，与激光lb的光轴cl平行的方向)上偏置的状态，在气体流路25的下方隔着激光lb的光轴cl而对置。
另外，如图3所示，在喷嘴主体21的内部，沿着喷嘴主体21的内周面在气体流路25的上方配设有阻止工件3的熔融材料10的上升的圆环状的折回部16。
而且，对喷嘴主体21的内周面实施防附着涂层17，降低工件3的熔融材料10相对于该内周面的附着性(润湿性)。该防附着涂层17只要耐热性优异即可，作为其代表例，能够举出氟树脂(例如，杜邦(dupont)公司制造的特氟龙(teflon)(注册商标)等)。
另外，喷嘴2在喷嘴主体21的前端安装有圆筒状的弹性部件30，通过与工件3接触提高喷嘴主体21相对于工件3的密闭度。该弹性部件30构成为，在喷嘴主体21的轴心方向上弹性地伸缩，且与工件3接触。作为该弹性部件30的材料，如果采用导电的材料(例如，具有弹性的金属，导电性高分子等)，则能够使用通常的静电电容式的传感器来测量工件3与喷嘴2的距离。
因此，该变形例中，不能与上述的第一实施方式同样地起到在进行工件3的开孔加工时，通过横断激光lb的光轴cl的气体g的流，能够利用负压吸引工件3的熔融材料10，并从喷嘴2的排气口23排出至喷嘴主体21的外部等的效果，而且还起到如下效果。
首先，利用气流产生装置15，使喷嘴主体21的内部产生螺旋状的上升气流，因此，能够将熔融材料10乘着该上升气流高效率地上吸。其结果，能够更加顺畅地进行熔融材料10的排出。
另外，利用配设于喷嘴主体21的内部的折回部16，能够阻止沿着喷嘴主体21的内周面的熔融材料10的上升。因此，即使在该熔融材料10具有较大的动量而不能通过气体g的流引导至喷嘴2的排气口23的情况下，也不会产生该熔融材料10到达聚光镜7而污染聚光镜7的问题。另外，即使在该熔融材料10仅具有较小的动量，通过气体g的流被上吸，如图3中用虚线表示其轨迹那样不能从喷嘴2的排气口23排出的情况下，也不会产生该熔融材料10到达聚光镜7而污染聚光镜7的问题。
另外，喷嘴2对喷嘴主体21的内周面实施了防附着涂层17，因此，能够预先防止熔融材料10附着堆积于喷嘴主体21的内周面的情况。其结果，能够长时间充分进行激光lb的照射。
而且，喷嘴2在喷嘴主体21的前端以与工件3接触的方式设置有弹性部件30，因此，喷嘴主体21相对于工件3的密闭度提高。因此，能够大幅提高工件3的激光受光部3a的负压，显著增大熔融材料10的吸引力。
而且，该弹性部件30构成为，在喷嘴主体21的轴心方向上弹性地伸缩，且与工件3接触，因此，不会对工件3施加负荷。因此，能够防止对工件3造成变形、破裂等损伤的情况，且顺畅地执行工件3的开孔加工。
此外，本发明不限定于上述的第一实施方式、其变形例，在能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良包含于本发明。
例如，上述的第一实施方式以及其变形例中，对作为加工头8内的光学系统仅具备聚光镜7的情况进行了说明。但是，在聚光镜7的下方安装有作为保护聚光镜7的光学系统的窗(未图示)的情况下，也能够同样地应用本发明。
另外，上述的第一实施方式以及其变形例中，对聚光镜7固定于加工头8内的情况进行了说明。但是，在聚光镜7在加工头8内沿着z轴方向移动自如的情况下，也能够同样地应用本发明。
而且，上述的第一实施方式以及其变形例中，对进行铝的工件3的激光加工的情况进行了说明。但是，在进行由铝以外的材料构成的工件的激光加工的情况下，也能够同样地应用本发明。