[发明专利]纤维强化树脂的切割装置

说明书

技术领域

本发明涉及适用于切断碳纤维强化树脂等纤维强化树脂的切割装置。

背景技术

通常，在对金属材料、石料等陶瓷、纤维强化树脂（以下记为“FRP”）材等材料进行切割时，使用激光切割或水射流切割等切割方法（例如参照专利文献1）。

例如，在加工航空器或船舶等所使用的碳纤维强化树脂（以下记为“CFRP”）时，通常使用水射流切割、基于机械加工的切割。

专利文献1：日本特许第4038741号公报

如上所述在对CFRP进行机械加工时，由于碳素纤维较硬，因此，刀具等工具的寿命变短，所以存在加工成本增高的问题。并且，由于在加工面上产生碳素纤维的毛刺，因此，也存在需要追加用于除去毛刺的研磨工序等问题。

另一方面，在对上述CFRP进行水射流切割时，由于喷水嘴的寿命短，因此存在加工成本增高的问题。并且，由于需要驱动用于供给切割所使用的高压水的高压泵等，因此，噪音非常大，存在需要考虑对周围环境带来的影响的问题。

虽然也可以采用利用了激光的切割方法（激光切割）对FRP进行加工，但存在加工成本高的问题。即，对于激光切割而言，由于激光所产生的热影响大，因此导致在FRP的切断面形成碳化层、热影响层，不能得到品质好的切断面。于是，需要对切断面进行用于除去碳化层、热影响层等处理，从而存在加工成本变得非常高的问题。

虽然也提出有使用CO₂激光切割芳纶纤维强化树脂（以下记为“KFRP”）、进而利用准分子激光除去在KFRP的切断面上形成的碳化层的方法，但存在不能除去热影响层的问题。并且，存在能够切断的KFRP的板厚的极限低（例如1mm左右）而难以切断板厚厚的KFRP的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而作出的，其目的在于提供一种纤维强化树脂的切割装置，其在抑制加工成本增加的同时能够抑制切断面的质量下降。

为了实现上述目的，本发明提供以下方案。

本发明的纤维强化树脂的切割装置，其特征在于，设置有：将向作为切割对象的纤维强化树脂照射的激光呈脉冲状射出的激光发射部、将自该激光发射部射出的激光向所述纤维强化树脂射出的切割头，所述激光的脉冲宽度为1fs以上999ps以下，所述切割头相对于所述纤维强化树脂的相对移动速度为大约1.5m/min以上。

根据本发明，通过缩短激光的脉冲宽度（设为从fs单位到ps单位的长度），可以减小纤维强化树脂的切断面的热影响。具体而言，通过提高向纤维强化树脂照射的激光的能量密度，在提供给被照射激光的纤维强化树脂的热量向周围传递之前，该纤维强化树脂被除去。因此，不会在纤维强化树脂的切断面形成碳化层，可以减小受到热影响的区域。

并且，通过将切割头相对于纤维强化树脂的相对移动速度、换言之将纤维强化树脂的切断速度设为大约1.5m/min，可以进一步减小纤维强化树脂的切断面的热影响。具体而言，通过加快纤维强化树脂的被照射激光的区域的移动速度，向与纤维强化树脂的切断方向交叉的方向进行热传递的距离变短。由此，可以进一步减小纤维强化树脂的切断面的热影响。

在上述发明中，优选为，还设置有将提高了压力的液体向所述切割头供给的供给部，在所述切割头上设置有喷嘴部，该喷嘴部将自所述供给部供给的所述液体向所述纤维强化树脂喷出并且在内部引导所述激光。

根据本发明，向纤维强化树脂的被照射激光的区域即切断面喷射液体。于是，纤维强化树脂的切断面的附近区域因喷射的液体而被冷却，因此，可以减小纤维强化树脂的切断面的热影响。

由于压力被提高的液体和激光利用喷嘴部同轴地喷出或照射，因此，可以提高纤维强化树脂的切断面的形状精度。即，与压力被提高的液体和激光自不同方向喷出或照射的情况相比，可以进一步提高切断纤维强化树脂的宽度精度、切断面的角度精度。

另一方面，由于将提高了压力的液体喷射到被照射激光的区域，因此，也具有利用高压液体除去纤维强化树脂的作用。因此，与不喷射提高了压力的液体的情况相比，可以提高纤维强化树脂的切断效率。

例如，在纤维强化树脂的板厚较薄的情况下，由于使用激光及压力被提高的液体这两者来切断纤维强化树脂，因此与仅使用提高了压力的液体进行切割的情况（水射流切割的情况）相比，可以使用更低压力的液体。其结果是，可以降低用于提高液体压力的供给部的能力，并且不需要设置用于遮蔽供给部产生的噪音的隔音设备。换言之，可以降低纤维强化树脂的切断所需的成本。