JP2007216300A - Laser processing apparatus, laser processing method, work cooling apparatus, and work cooling method - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ加工時に、ワーク内に生ずる大きな温度勾配による割れやクラックの発生を防止すること可能なレーザ加工装置及び加工方法を提供。
【解決手段】ワークWにレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置において、該ワークの加工すべき箇所を該ワークの加工温度未満の温度に加熱する予熱手段1と、該予熱手段によって加熱された該ワークの全体を保温する保温手段と、該保温手段による保温中に、該ワークの該箇所にレーザ光を照射して、該ワークの加工温度以上の温度に加熱して加工する主加工手段と、該主加工手段によって加工された該ワークを、該ワークの加工温度未満の温度に冷却する徐冷手段6とを設ける。
【選択図】図1The present invention provides a laser processing apparatus and a processing method capable of preventing cracks and cracks due to a large temperature gradient generated in a workpiece during laser processing.
In a laser processing apparatus that processes a workpiece W by irradiating a workpiece with laser light, a preheating unit 1 that heats a portion to be processed of the workpiece to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece, and the preheating unit is heated. In addition, heat retaining means for retaining the whole of the workpiece, and main processing means for performing processing by irradiating the portion of the workpiece with laser light during the heat retention by the heat retaining means and heating to a temperature equal to or higher than the processing temperature of the workpiece. And slow cooling means 6 for cooling the workpiece processed by the main processing means to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、レーザ光を照射してワークを加工するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。また、加熱されたワークを冷却するワーク冷却装置、ワーク冷却方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for processing a workpiece by irradiating a laser beam. The present invention also relates to a work cooling device and a work cooling method for cooling a heated work.
従来より、ワークをレーザ光によって加工する技術がある。例えば、2のガラス片(ワーク片)を融着によって貼り合わせて二重ガラスを製造するような技術である。このようなレーザ加工は、例えば、図13に示すようなレーザ加工機D100によってなされる。レーザ加工機D100は、光源たるレーザ発振器121、レーザ光を発する加工ヘッド126 および レーザ発振器121からのレーザ光を加工ヘッド126に導く案内筒122、124等から構成されている。
Conventionally, there is a technique for processing a workpiece with a laser beam. For example, this is a technique in which two glass pieces (work pieces) are bonded together to produce a double glass. Such laser processing is performed by, for example, a laser processing machine D100 as shown in FIG. The laser processing machine D100 includes a
レーザ加工機D100には、基台101上にX方向に移動可能にテーブル102(作業テーブル)が設けられている。このテーブル102を挟んで門型の枠体103が立設されている。枠体103の上辺にはY方向に移動可能に摺動体104が設けられている。摺動体104にはZ方向に昇降可能な昇降体105が設けられている。昇降体105の下端部には旋回体106が垂直軸回りに旋回可能に設けられている。旋回体106には旋回体106に対して角度変更可能に加工ヘッド126が設けられている。テーブル102に固定されたワークW100(ガラス片)のレーザ加工は、テーブル102に対して加工ヘッド126を、3軸(X軸、Y軸、Z軸)方向移動、旋回、角度変更させながら行う。
In the laser processing machine D100, a table 102 (work table) is provided on the
しかし、このようなレーザ加工機D100による加工では、ワークのレーザ加工時に、ワーク内に生ずる大きな温度勾配を原因として、ワークに割れやクラックが発生することが問題となっていた。 However, in such processing by the laser processing machine D100, there has been a problem that cracks and cracks occur in the workpiece due to a large temperature gradient generated in the workpiece during laser processing of the workpiece.
さらに、レーザ加工された直後のワークは高温であるため、これを冷却する必要があるが、冷風などで急激に冷却するとワーク内部に大きな温度勾配が生じて割れやクラックが発生するし、割れやクラックの発生を怖れて冷却速度を遅くすると、加工品の製造工程を長時間化させてしまう。 Furthermore, since the workpiece immediately after laser processing is hot, it is necessary to cool it, but if it is cooled rapidly with cold air, a large temperature gradient is generated inside the workpiece, causing cracks and cracks. If the cooling rate is slowed down due to fear of cracks, the manufacturing process of the processed product will be prolonged.
上記課題を解決するために、本願発明のレーザ加工装置は、ワークにレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置であって、該ワークの加工すべき箇所を該ワークの加工温度未満の温度に加熱する予熱手段と、該予熱手段によって加熱された該ワークの全体を保温する保温手段と、該保温手段による保温中に、該ワークの該箇所にレーザ光を照射して、該ワークの加工温度以上の温度に加熱して加工する主加工手段と、該主加工手段によって加工された該ワークを、該ワークの加工温度未満の温度に冷却する徐冷手段と、を具備する(請求項1)。また、本願発明のレーザ加工方法は、ワークにレーザ光を照射して加工するレーザ加工方法であって、該ワークの加工すべき箇所を該ワークの加工温度未満の温度に加熱する予熱過程と、該予熱過程の後に、該ワークの全体を保温する保温過程と、該保温過程の実行中に、該ワークの該箇所にレーザ光を照射して、該ワークの加工温度以上の温度に加熱して加工する主加工過程と、該主加工過程の後に、該ワークを、該ワークの加工温度未満の温度に冷却する徐冷過程と、を具備する(請求項2)。 In order to solve the above-described problems, a laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam, and a position of the workpiece to be processed is set to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece. Preheating means for heating, heat retaining means for keeping the whole of the work heated by the preheating means, and during the heat keeping by the heat keeping means, the portion of the work is irradiated with laser light to process the work temperature of the work Main processing means for heating and processing to the above temperature, and slow cooling means for cooling the work processed by the main processing means to a temperature lower than the processing temperature of the work (Claim 1). . Further, the laser processing method of the present invention is a laser processing method for processing a workpiece by irradiating the workpiece with laser light, and a preheating process for heating a portion to be processed of the workpiece to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece, After the preheating process, the temperature of the whole work is kept warm, and during execution of the heat keeping process, the part of the work is irradiated with laser light to be heated to a temperature higher than the processing temperature of the work. A main machining process to be machined, and a slow cooling process for cooling the workpiece to a temperature lower than the machining temperature of the workpiece after the main machining process (claim 2).
かかる装置、方法によれば、予熱後にワークが冷えてしまうような事態を防止できる。よって、主加工時にレーザ光が照射されても、ワーク内に大きな温度勾配は生じない。 According to such an apparatus and method, it is possible to prevent a situation in which the workpiece is cooled after preheating. Therefore, even if the laser beam is irradiated during main processing, a large temperature gradient does not occur in the workpiece.
また、上記課題を解決するために、本願発明のレーザ加工装置は、ワークにレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置であって、該ワークの加工すべき箇所を該ワークの加工温度未満の温度に加熱する予熱手段と、該予熱手段によって加熱された直後に、該予熱手段によって加熱された状態の該ワークの該箇所にレーザ光を照射して、該ワークの加工温度以上の温度に加熱して加工する主加工手段と、該主加工手段によって加工された該ワークを、該ワークの加工温度未満の温度に冷却する徐冷手段と、を具備する(請求項3)。また、本願発明のレーザ加工方法は、ワークにレーザ光を照射して加工するレーザ加工方法であって、該ワークの加工すべき箇所を該ワークの加工温度未満の温度に加熱する予熱過程と、該予熱過程の直後に、該ワークの該箇所にレーザ光を照射して、該ワークの加工温度以上の温度に加熱して加工する主加工過程と、該主加工過程の後に、該ワークを、該ワークの加工温度未満の温度に冷却する徐冷過程と、を具備する(請求項4)。 In order to solve the above problems, a laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam, and a position to be processed of the workpiece is lower than a processing temperature of the workpiece. Preheating means for heating to a temperature, and immediately after being heated by the preheating means, the portion of the workpiece heated by the preheating means is irradiated with laser light to be heated to a temperature equal to or higher than the processing temperature of the workpiece. And a slow cooling means for cooling the workpiece processed by the main processing means to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece (claim 3). Further, the laser processing method of the present invention is a laser processing method for processing a workpiece by irradiating the workpiece with laser light, and a preheating process for heating a portion to be processed of the workpiece to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece, Immediately after the preheating process, a main machining process in which the portion of the workpiece is irradiated with a laser beam and heated to a temperature equal to or higher than the machining temperature of the workpiece, and after the main machining process, And a slow cooling process for cooling to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece.
かかる装置、方法によれば、予熱後、ワークが冷えてしまう前に主加工が開始される。よって、主加工時にレーザ光が照射されても、ワーク内に大きな温度勾配は生じない。 According to such an apparatus and method, the main machining is started after preheating and before the workpiece is cooled. Therefore, even if the laser beam is irradiated during main processing, a large temperature gradient does not occur in the workpiece.
また、上記課題を解決するために、本願発明のレーザ加工装置は、ワークにレーザ光を照射して加工するレーザ加工装置であって、該ワークの加工すべき箇所を該ワークの加工温度未満の温度に加熱する加熱炉と、該加熱炉によって加熱された該ワークの該箇所にレーザ光を照射して、該ワークの加工温度以上の温度に加熱して加工する主加工手段と、該主加工手段によって加工された該ワークを、該ワークの加工温度未満の温度に冷却する徐冷手段とを具備し、該ワークを供給するための供給口が該加熱炉の側部または底部に形成されている(請求項5)。 In order to solve the above problems, a laser processing apparatus according to the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam, and a position to be processed of the workpiece is lower than a processing temperature of the workpiece. A heating furnace that heats to a temperature; a main processing means that irradiates the portion of the workpiece heated by the heating furnace with a laser beam to heat the workpiece to a temperature equal to or higher than a processing temperature of the workpiece; and the main processing And a slow cooling means for cooling the workpiece processed by the means to a temperature lower than the processing temperature of the workpiece, and a supply port for supplying the workpiece is formed on the side or bottom of the heating furnace. (Claim 5).
加熱炉内では高温の空気ほど、加熱炉内の上部に存在する。よって、かかる装置によれば、最も高温の空気、すなわち加熱炉内の上部に存在する空気が供給口から外部に流れ出ることを防止できる。 In the heating furnace, the higher the temperature, the higher the air is in the upper part of the heating furnace. Therefore, according to such an apparatus, it is possible to prevent the hottest air, that is, the air present in the upper part of the heating furnace, from flowing out from the supply port.
また、上記課題を解決するために、本願発明のワーク冷却装置は、加熱されたワークを冷却するワーク冷却装置であって、該ワークの表面温度を検出する温度センサと、該ワークの周囲に気体を送り込む送風装置と、該気体の温度を、該温度センサによって検出された該ワーク表面温度に基づいて、該ワーク表面温度よりも低い所定温度に制御する制御装置とを備えている(請求項6)。また、本願発明のワーク冷却方法は、加熱されたワークを冷却するワーク冷却方法であって、該ワークの表面温度を検出し、検出された該ワーク表面温度に基づいて、該ワーク表面温度よりも低い所定温度に制御された気体を、該ワークの周囲に送り込む(請求項7)。 In order to solve the above problems, a workpiece cooling device according to the present invention is a workpiece cooling device that cools a heated workpiece, and includes a temperature sensor that detects a surface temperature of the workpiece, and a gas around the workpiece. And a control device for controlling the temperature of the gas to a predetermined temperature lower than the workpiece surface temperature based on the workpiece surface temperature detected by the temperature sensor. ). The workpiece cooling method of the present invention is a workpiece cooling method for cooling a heated workpiece, and detects the surface temperature of the workpiece, and based on the detected workpiece surface temperature, the workpiece surface temperature is higher than the workpiece surface temperature. A gas controlled to a low predetermined temperature is sent around the workpiece (claim 7).
かかる装置、方法によれば、ワーク表面温度を監視しながら、ワークを冷却することができる。よって、ワーク内に大きな温度勾配が生じない範囲で、なるべく速くワークを冷却させることができる。 According to such an apparatus and method, the workpiece can be cooled while monitoring the workpiece surface temperature. Therefore, the workpiece can be cooled as quickly as possible within a range in which a large temperature gradient does not occur in the workpiece.
本願発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
(1)予熱手段によって加熱されたワークの全体を保温する保温手段を設け、この保温手段で保温しながらワークをレーザ加工するようにすると、ワーク内に大きな温度勾配が生ずることを回避できる。
(2)予熱手段によって加熱された直後に、ワークをレーザ加工するようにすると、ワーク内に大きな温度勾配が生ずることを回避できる。
(3)加熱炉を設け、この加熱炉の側部または底部にワーク供給口を形成すると、加熱炉内から外部に逃げ出す高温空気を少なくすることができる。
(4)温度センサによってワーク表面温度を検出し、この温度に基づいて送風気体の温度を制御しながらワークを冷却すると、ワークに割れやクラックが生ぜしめることなく、冷却時間を短縮できる。これにより、レーザ加工品一つ当たりの製造時間の短縮を図ることができる。
The present invention has the following effects.
(1) If a heat retaining means for retaining the entire work heated by the preheating means is provided, and the work is laser processed while being kept warm by the heat retaining means, it is possible to avoid a large temperature gradient in the work.
(2) If the workpiece is laser processed immediately after being heated by the preheating means, it is possible to avoid a large temperature gradient in the workpiece.
(3) If a heating furnace is provided and a workpiece supply port is formed at the side or bottom of the heating furnace, high-temperature air that escapes from the heating furnace to the outside can be reduced.
(4) When the workpiece surface temperature is detected by the temperature sensor and the workpiece is cooled while controlling the temperature of the blown gas based on this temperature, the cooling time can be shortened without causing cracks or cracks in the workpiece. Thereby, the manufacturing time per laser processed product can be shortened.
この出願発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、ワークWにレーザ加工を施すためのレーザ加工装置Dの概要を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an outline of a laser processing apparatus D for performing laser processing on a workpiece W.
この種のレーザ加工装置によってなされるレーザ加工としては、ワークの一部分にレーザ光を照射してその部分を溶融して変形させる加工や、二のワーク片の接触箇所や近接箇所にレーザ光を照射してその部分を融着する加工などがある。加工の種類によってレーザ光照射部分の加工温度は異なる。例えば、融着加工の場合は、ワークの融着温度が加工温度となる。レーザ加工が施されるワークとしては、例えば、ガラス、セラミック、金属などがある。 Laser processing performed by this type of laser processing equipment includes processing that irradiates a part of a workpiece with laser light and melts and deforms that part, or irradiates laser light on the contact or proximity of two workpiece pieces. Then, there is a process to fuse the part. Depending on the type of processing, the processing temperature of the laser light irradiation portion varies. For example, in the case of fusion processing, the fusion temperature of the workpiece becomes the processing temperature. Examples of the workpiece subjected to laser processing include glass, ceramic, and metal.
ここで、ワークWとして、若干の隙間を介して重ね合わされた2枚のガラス板が提供された場合を想定し、2枚のガラス板の端面にレーザ光を照射して2枚のガラス板を融着して二重ガラスを製造するときの、このレーザ加工装置Dの作用を説明する。 Here, assuming that two glass plates stacked with a slight gap are provided as the work W, the end surfaces of the two glass plates are irradiated with laser light to form two glass plates. The operation of this laser processing apparatus D when producing a double glass by fusing will be described.
レーザ加工装置Dは主として、予熱装置1、主加工手段たる融着装置2、搬送装置5、徐冷装置6などで構成されている。
The laser processing apparatus D is mainly composed of a preheating
搬送装置5はその上にワークWを載置し、そのワークWが予熱装置1、融着装置2、徐冷装置6を順に通過するように、ワークWを矢印A1方向に移動させる。
The
予熱装置1は、ワークWの融着されるべき箇所を所定の予熱温度(融着温度未満の温度)に加熱する装置である。そのためには、ワークW全体を加熱するようにしてもよいし、ワークWの融着されるべき箇所のみを加熱するようにしてもよい。ワークW全体を加熱するには、例えば、予熱装置1を加熱炉で構成すればよい。また、ワークWの融着されるべき箇所のみを加熱するには、例えば、その箇所にのみレーザ光を照射してもよい。
The
主加工手段たる融着装置2は、レーザ光照射装置で構成されている。すなわち、レーザ光をワークWの融着加工すべき箇所に照射して、その箇所の温度を加工温度(融着温度)以上に上昇させて融着を施す装置である。
The
徐冷装置6は、ワークWの融着された箇所を、融着温度から所定の温度(融着温度未満の温度)にまで徐冷する装置である。そのためには、ワークW全体を徐冷するようにしてもよいし、ワークWの融着された箇所のみを徐冷するようにしてもよい。徐冷の方法として、炉冷やワークの最高温度より低い温度で加熱しながら冷却するものがある。ワークW全体を徐冷するには、例えば、徐冷装置6を加熱炉で構成すればよい。また、ワークWの融着された箇所のみを徐冷するには、例えば、その箇所にのみレーザ光を照射してもよい。
The
なお、例えば、予熱装置1と徐冷装置6とを独立した二の加熱炉で構成するのではなく、例えば、一の加熱炉を使って予熱と徐冷を行うようにしてもよい。要は、融着前の加熱(予熱)と、融着後の冷却(徐冷)の双方を実行できるような装置であればよいのである。
Note that, for example, the preheating
ワークWを融着して二重ガラスを製造する工程を説明すると、まず、ワークWは搬送装置5に載置され、この搬送装置5の駆動によって予熱装置1を通過する。予熱装置1は加熱器を有しており、予熱装置を通過すると、ワークWの全体が摂氏500度にまで加熱される。よって、ワークW(ガラス板)の端面も摂氏500度になる。
The process of fusing the workpiece W to manufacture a double glass will be described. First, the workpiece W is placed on the
次に、ワークWは搬送装置5に載置されたまま、融着装置2に到達する。ここでワークWは、その端面にレーザ光を照射される。レーザ光はワークWの周縁を一周するようにして照射され、これによりワークW周縁の全周囲が融着され、内部に隙間空間が形成された二重ガラスが製造される。レーザ光が照射される前に、すでにワークWは摂氏500度にまで加熱されているので、レーザ光を照射されて融着箇所がそれ以上の温度になったとしても、レーザ光照射中にワークWに割れやクラックが生ずることもない。
Next, the work W reaches the
次に、融着されたワークWは搬送装置5に載置されたまま、徐冷装置6を通過する。徐冷装置6は加熱器を有しており、徐冷装置6を通過中にワークWは全体が徐冷されている。このように徐冷するのは、ワークWの特に融着された箇所を急激に冷却させないようにするためである。すなわち、融着直後のワークWを急激に冷却させると、その内部に大きな温度勾配が生じてしまい、割れやクラック発生の原因となるからである。このようにして、ワークWに割れやクラックを発生させることなく、融着加工の全工程が完了する。
Next, the fused workpiece W passes through the
次に、図2、3によって、融着装置2を詳細に説明する。図2は融着装置2の斜観図であり、図3はその縦断面図である。
Next, the
まず、図2を参照すると、融着装置2は、レーザ発振器21、光径変換装置23、分光装置25、加工ヘッド26、27を備えている。レーザ発振器21で発生したレーザ光は、略平行光である。このレーザ光が案内筒22を介して光径変換装置23に送られ、その径を所定の径に変換される。径を変換する手段は、例えば、コリメータレンズ等のレンズ、凸面鏡、凹面鏡、アパーチャ または それらの組み合わせによって構成することができる。径を変換された後のレーザ光も略平行光である。そして、径の変換されたレーザ光は、案内筒24を介して光分岐手段たる分光装置25に送られ、ここで2の平行レーザ光に分岐される。そして分岐した各レーザ光(略平行レーザ光)は、各加工ヘッド26、27に導かれ、加工ヘッド26、27から矢印B1、B2の方向に発せられる。加工ヘッド26と加工ヘッド27の間には、搬送装置5が設置されている。搬送装置5には冶具Tが載置されており、その上にワークWが固定されている。搬送装置5によってワークWが加工ヘッド26と加工ヘッド27の間を通過するときに、ワークWの端面にレーザ光が照射されて融着が施される。図中の矢印A1は、ワークWの搬送方向を示す。
First, referring to FIG. 2, the
図3からも理解されるように、ここでは、ハーフミラー31によってレーザ光が2に分岐され、ミラー35、36、37によって、分岐したレーザ光がそれぞれの加工ヘッド26、27に導かれている。2の加工ヘッド26、27は、ワークWの搬送軌跡を挟むようにして、搬送装置5の両サイドに配置されている。
As can be understood from FIG. 3, here, the laser light is branched into 2 by the
なお、光を分岐するには、ハーフミラー31以外にも、例えば図4のような三角柱状に組み合わされたミラー32を用いても良い。図4(a)は三角柱状ミラー32の斜観図、図4(b)は三角柱状ミラー32によってレーザ光が2に分岐される状態を示す。
For branching light, a
図5は、融着装置2の平面図である。この図では搬送装置5は省略されており、搬送装置5上のワークWのみが表れている。図中の矢印A1は、ワークWの搬送方向を、矢印B1、B2は加工ヘッド26、27から発せられたレーザ光の進行方向を示す。この図からわかるように、加工ヘッド26、27から発せられる2のレーザ光は、互いに逆向きの方向に進行し、かつ、互いに平行である。そして、2のレーザ光の進行方向は、搬送装置5によるワークWの搬送方向と約45度をなしている。
FIG. 5 is a plan view of the
図6は、ワークWの搬送に従い、レーザ光がどのようにワークWに照射されるかを示すための図である。図中の矢印A1は、ワークWの搬送方向を、矢印B1、B2は加工ヘッド26、27から発せられたレーザ光の進行方向を示す。まず、ワークWが搬送装置5によって予熱装置から搬送されて、P1の位置にまで来ると、加工ヘッド26からのレーザ光が、ワークWの前端面C1に照射される。ワークWが搬送されるに従い、ワークW上の照射部分は、前端面を左に移動する(P2参照)。ワークWがP3の位置に来た時点で、前端面C1の融着は完了しており、レーザ光は左端面C2に照射される。さらにワークWが搬送されるに従い、ワークW上の照射部分は、左端面C2を後方に移動する。ワークWがP4の位置に来た時点で、今度は加工ヘッド27からのレーザ光が、ワークWの右端面C3に照射されている。さらにワークWが搬送されるに従い、ワークW上の照射部分は、右端面C3を後方に移動する。ワークWがP5の位置に来た時点で、レーザ光はワークWの後端面C4に照射されている。さらにワークWが搬送されるに従い、ワークW上の照射部分は、後端面C4を左方に移動する。このようにしてワークWが加工ヘッド26、27の間を通過すると、ワークW周縁の全周囲が融着される。このように、加工ヘッド26、27が固定されているにもかかわらず、ワークWが搬送されることによって、レーザ光の照射部分がワークW上をワークWの融着されるべき箇所に沿って移動する。したがって、加工ヘッドを移動制御する必要もなく、しかも、次々に搬送されてくるワークWに対して、連続的に融着を施すことができる。
FIG. 6 is a diagram for illustrating how the laser beam is irradiated to the workpiece W according to the conveyance of the workpiece W. The arrow A1 in the figure indicates the conveyance direction of the workpiece W, and the arrows B1 and B2 indicate the traveling direction of the laser light emitted from the machining heads 26 and 27. First, when the workpiece W is conveyed from the preheating device by the conveying
加工ヘッド26、27から、レーザ光が当たるワークW上の照射部分までの距離は、ワークWの位置によって異なるのであるが、レーザ光が略平行光であるため、照射強度は上記距離によらずほぼ一定である。 The distance from the processing heads 26 and 27 to the irradiated portion on the workpiece W where the laser beam strikes varies depending on the position of the workpiece W. However, since the laser beam is substantially parallel light, the irradiation intensity does not depend on the above distance. It is almost constant.
なお、照射強度の調整のために、レーザ光の進行方向をワークWの搬送方向に対して45度以外の角度をなすようにしてもよい。また、二の加工ヘッド26、27から発せられるレーザ光は、かならずしも互いに平行とする必要はない。さらに、例えば、ワークWの右端面C3と後端面C4のみ融着したいような場合は、加工ヘッド26は必要ではなくなる。よって、レーザ光を分岐させる必要もなくなる。
In order to adjust the irradiation intensity, the traveling direction of the laser beam may be at an angle other than 45 degrees with respect to the conveying direction of the workpiece W. Further, the laser beams emitted from the second machining heads 26 and 27 do not necessarily have to be parallel to each other. Further, for example, when only the right end surface C3 and the rear end surface C4 of the workpiece W are to be fused, the
図7は、レーザ加工装置Dの保温装置41を説明するための縦断面図である。このように、融着装置2の近傍に保温装置41を設けても良い。この保温装置41は加熱器によって構成されており、加工ヘッド26、27を加熱することなくワークWの全体を加熱することができるように、搬送装置5のワーク載置面51と向かい合うようにして配置されている。この保温装置41を設けるのは次のような理由による。すなわち、予熱装置1によって予熱されたワークWは、予熱装置1を通過してしまうと予熱装置1からの加熱を受けなくなる。加熱を受けなくなるとワークWはしだいに冷え出す。ワークWが所定温度以下に冷えてしまうと、レーザ光を照射したときに内部に大きな温度勾配が生ずるので割れやクラックの発生を招く可能性を生ずる。保温装置41は、これを回避するためのものである。保温装置41によって、ワークWは加工ヘッド26、27の間を通過するときも、全体が加熱されている。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view for explaining the
図8は、予熱装置で加熱した直後にレーザ光による融着加工を施すことができるように構成された、レーザ加工装置の他の実施形態を示す図である。このレーザ加工装置D1は、予熱装置を加熱炉11で構成し、徐冷装置を加熱炉61で構成している。このレーザ加工装置D1には、図示されていないが、ワークWを、加熱炉11、融着装置2、加熱炉61の順に通過させることができるように、搬送装置が配置されている。なお、図中の矢印A1はワークWの搬送方向である。このレーザ加工装置D1は、ワークWが加熱炉11から出て来ると同時に、ワークWの前端面C1に加工ヘッド26からのレーザ光が照射される。そして、加工ヘッド27によってワークWの後端面C4の左端までが融着されると、すなわち、ワークW周縁の全周囲が融着されると、それと同時にワークWが加熱炉61に収容されるように構成されている。このように予熱装置たる加熱炉11によって加熱された直後、ワークWが冷え出す前に融着装置2による融着が開始される。よって、レーザ光を照射して融着加工を施しているときにワークWに割れやクラックが生ずることを回避できる。
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of a laser processing apparatus configured to be able to perform fusion processing by laser light immediately after being heated by the preheating apparatus. In the laser processing apparatus D1, the preheating apparatus is configured by the
図9は、レーザ加工装置のさらに他の実施形態を示す図である。このレーザ加工装置D2は、加熱炉80を有する。そして、この加熱炉80内をワークWが搬送装置5に載置された状態で図中の矢印A1方向に移動する。加熱炉80の側壁にはワークWを加熱炉80内に供給するための供給口81が形成されている。
FIG. 9 is a diagram showing still another embodiment of the laser processing apparatus. This laser processing apparatus D2 has a
供給口81を加熱炉80の上面ではなく側壁に形成したのは、仮に上壁に形成すると、加熱炉80内の高温空気が、供給口から流出しやすくなるからである。従って、供給口81は、本実施形態のように加熱炉80の側壁に形成するか、若しくは、加熱炉80の底壁に形成するのが好ましい。
The reason why the
この供給口81から加熱炉80内に供給されたワークWは搬送装置5によって矢印A1方向に搬送され、融着手段たるレーザ加工機70に対応する位置に達する。レーザ加工機70は、レーザ光を発する加工ヘッド71を備え、この加工ヘッド71が3次元方向に自在に移動可能で、かつ、旋回・角度変更可能に構成されている。
The workpiece W supplied from the
ワークWは加熱炉80内を搬送されてきたため、レーザ加工機70への対応位置に達したときには、約摂氏500度に加熱されている。すなわち、加熱炉80が予熱手段として機能している。
Since the workpiece W has been conveyed in the
そして、ワークWの融着すべき箇所がレーザ加工機70によってレーザ光を照射されているときにも、加熱炉80によってワークWの全体が加熱をうけて保温されている。つまり、加熱炉80が保温手段としても機能している。
Even when the part to be welded of the workpiece W is irradiated with laser light by the
そして、レーザ加工機70による融着が完了した後、ワークWは搬送装置5に載置されたまま、加熱炉80内を矢印A1の方向に搬送される。この搬送中にも、加熱炉80によってワークWは加熱を受ける。よって、ワークWは急冷されることがなく、徐冷される。すなわち、この加熱炉80は徐冷手段としても機能する。
After the fusion by the
なお、レーザ加工機70の加工ヘッド71は、扉82を有する開口83を介して加熱炉80に侵入しているが、レーザ加工機70の加工ヘッド71の動きと扉82の開閉とを同期させ、加工ヘッド71が加熱炉80に侵入しているときにのみ、扉82が開いた状態になるようにしてもよい。このようにすると、加熱炉80内の高温空気の開口83からの流出を、なるべく少なくすることができる。
The
また、加熱炉80の側壁に形成された供給口81にも開閉自在の扉を設け、ワークWを加熱炉80に供給するときにのみこの扉が開いた状態にするのが望ましい。
Further, it is desirable to provide an openable / closable door at the
図10は、徐冷装置(ワーク冷却装置)の他の例を示す構成図である。このワーク冷却装置90は、レーザ光によって融着されて高温の状態にあるワークWたるガラスを、割れやクラックを生じさせることなく、なるべく速く冷却するための機構を備えている。融着などによるレーザ加工品の製造においては、冷却過程に要する時間が他の過程に要する時間よりも長くなることが多い。冷却過程の時間を短縮することができれば、加工品一つ当たりの製造時間の短縮に大きく寄与する。このワーク冷却装置90は、チャンバ91と、赤外線温度センサ92、93と、加熱装置94と、送風装置95と、制御装置96とを備えている。融着等のためにレーザ光が照射されて高温に加熱されたワークWは、チャンバ91内に収容される。送風装置95は加熱装置94によって加熱された空気をチャンバ91内に送り込む。ワークWは、送風装置95からの空気の送風を、その周囲に受けて冷却される。
FIG. 10 is a configuration diagram illustrating another example of the slow cooling device (work cooling device). This
チャンバ91内には、二の赤外線温度センサ92、93が設けられている。赤外線温度センサ92、93の検出する赤外線の波長は、ワークW(ここではガラス)を透過することのない波長領域のものである。よって、ワークWの表面温度がこれら赤外線温度センサ92、93によって検出される。制御装置96は赤外線温度センサ92、93からの検出信号を入力し、第1および第2の制御信号を出力する。第1の制御信号は加熱装置94の加熱強度を、第2の制御信号は送風装置95の送風強度を制御する。加熱装置94の加熱強度と送風装置95の送風強度に対する、送風装置95から送出される空気温度の関係は、予め制御装置96に与えられている。そして、この関係と、赤外線温度センサ92、93からの検出信号に基づいて、送風装置95から送出される空気の温度が冷却に適した所定温度となるように制御装置96が制御を行う。この冷却に適した所定温度とは、少なくとも検出されたワークWの表面温度よりも低い温度であり、かつ、検出されたガラス表面温度を基準として定められた温度である。
Two
この実施形態での所定温度は、ガラス表面温度よりも60度低い温度から、ガラス表面温度よりも50度低い温度までの範囲としている。この温度範囲は、ガラスに割れやクラックを生じさせず、かつ、なるべく速くガラスを冷却させるのに適した温度範囲として、出願人が試行錯誤によって見出したものである。 The predetermined temperature in this embodiment ranges from a temperature 60 degrees lower than the glass surface temperature to a temperature 50 degrees lower than the glass surface temperature. This temperature range was found by the applicant through trial and error as a temperature range suitable for cooling the glass as quickly as possible without causing cracks or cracks in the glass.
なお、制御装置96が制御を行うに際し、加熱装置94の加熱強度等と送風空気の温度との関係についての情報を利用することなく、例えば、送風装置95の送風空気の温度を温度センサなどで直接検出し、この検出結果を利用するような制御を行っても良い。また、本実施形態では、空気を送り込んでワークWを冷却するように構成したが、空気以外の気体を加熱して送り込んでもよい。
When the
また、送風装置95からの気体(空気)を直接ワークWに吹き付けるのではなく、図11のような多孔板97、98を介して吹き付けてもよい。図中の矢印A2は、送風方向を示している。多孔板は1枚だけ配してもよいし、複数枚(例えば2枚)を重ねて配してもよい。そして、複数枚の多孔板のうちのの少なくとも1枚を移動可能にして、送風強度を調整できるようにしてもよい。図中の矢印A3は、多孔板98を移動可能に設定した場合の移動方向を示している。
Further, instead of blowing the gas (air) from the
図12は、内部に真空空間を有する製品を融着によって製造するためのレーザ加工装置D3を示す図であり、(a)は融着前の状態を、(b)は融着後の状態をそれぞれ示している。この装置D3は、真空チャンバHと、図示しない融着手段たるレーザ光照射装置を備えている。真空チャンバH内には、ワーク片たる2のガラス片W1、W2がわずかな隙間を介して重ねられた状態で収容されている(図12(a)参照)。レーザ光照射装置は、このガラス片W1、W2の周縁をレーザ光を照射して融着することができるように配されている。図中の矢印B3は、このときのレーザ光の照射方向を示している。 FIG. 12 is a view showing a laser processing apparatus D3 for manufacturing a product having a vacuum space inside by fusion, in which (a) shows a state before fusion and (b) shows a state after fusion. Each is shown. This device D3 includes a vacuum chamber H and a laser beam irradiation device as a fusion means (not shown). In the vacuum chamber H, two glass pieces W1 and W2 which are workpiece pieces are accommodated in a state of being overlapped with a small gap (see FIG. 12A). The laser light irradiation device is arranged so that the peripheral edges of the glass pieces W1 and W2 can be fused by irradiation with laser light. An arrow B3 in the figure indicates the irradiation direction of the laser light at this time.
レーザ光照射装置によってガラス片W1、W2周縁の全周囲が融着されると、内部に密封された空間を有する二重ガラスW3が完成する(図12(b)参照)。融着加工は真空環境中で行われたため、形成されたその内部空間Sは真空空間である。このように、真空チャンバ内で、ワーク片を融着することにより、内部に真空空間を有する製品(レーザ加工品)を簡単に製造することができるようになる。 When the entire periphery of the glass pieces W1, W2 is fused by the laser light irradiation device, a double glass W3 having a sealed space is completed (see FIG. 12B). Since the fusing process was performed in a vacuum environment, the formed internal space S is a vacuum space. Thus, by fusing the work pieces in the vacuum chamber, a product (laser processed product) having a vacuum space inside can be easily manufactured.
なお、レーザ光照射装置は、真空チャンバHの内部に設置してもよいし、真空チャンバHの外部に設置してもよい。真空チャンバHの外部にレーザ光照射装置を設置する場合は、真空チャンバHの壁の少なくとも一部に、レーザ光を透過させることのできる部分を形成し、この部分を介してレーザ光照射装置からのレーザ光をワーク片に照射するようにすればよい。 The laser beam irradiation apparatus may be installed inside the vacuum chamber H or outside the vacuum chamber H. When the laser beam irradiation device is installed outside the vacuum chamber H, a portion capable of transmitting the laser beam is formed on at least a part of the wall of the vacuum chamber H, and the laser beam irradiation device is passed through this portion. The work piece may be irradiated with the laser beam.
以上、種々の実施形態によって、本願発明を説明した。上記実施形態では、主にワークをレーザ光によって融着する場合を例に挙げて説明したが、融着以外の加工にも本願発明は有効である。例えば、ワークにレーザ光を照射してワークを変形させるような加工を行うに際しても、本願発明は有効である。 The present invention has been described with various embodiments. In the above embodiment, the case where the workpiece is mainly fused by laser light has been described as an example, but the present invention is also effective for processing other than fusion. For example, the present invention is also effective when performing processing such as irradiating a workpiece with laser light to deform the workpiece.
1 予熱装置
2 融着装置
5 搬送装置
6 徐冷装置
11 加熱炉
21 レーザ発振器
23 光径変換装置
25 分光装置
26,27 加工ヘッド
22,24 案内筒
31 ハーフミラー
32 三角柱状ミラー
35,36,37 ミラー
41 保温装置
51 ワーク載置面
61 加熱炉
70 レーザ加工機
71 加工ヘッド
80 加熱炉
81 供給口
82 扉
83 開口
90 ワーク冷却装置
91 チャンバ
92,93 赤外線温度センサ
94 加熱装置
95 送風装置
96 制御装置
97,98 多孔板
D,D1,D2,D3 レーザ加工装置
H 真空チャンバ
T 冶具
W ワーク
W1,W2 ガラス片
W3 二重ガラス
1
11 Heating furnace
21 Laser oscillator
23 Light diameter converter
25 Spectrometer
26,27 Processing head
22,24 Guide tube
31 Half mirror
32 Triangular prism mirror
35,36,37 mirror
41 Thermal insulation device
51 Workpiece mounting surface
61 Heating furnace
70 Laser processing machine
71 Machining head
80 Heating furnace
81 Supply port
82 door
83 opening
90 Work cooling device
91 chamber
92,93 Infrared temperature sensor
94 Heating device
95 Blower
96 control unit
97,98 Perforated plate D, D1, D2, D3 Laser processing equipment H Vacuum chamber T Jig W Work
W1, W2 glass pieces
W3 double glass
Claims (7)
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| CN114195372A (en) * | 2021-12-16 | 2022-03-18 | 重庆英诺维节能环保科技有限公司 | Annealing and cooling method of vacuum glass |
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-
2007
- 2007-03-29 JP JP2007086479A patent/JP2007216300A/en active Pending
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