JP3223271B2 - レーザハイブリッド加熱方法 - Google Patents
レーザハイブリッド加熱方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外レーザビーム
の照射により、金属材料表面を加熱し、様々な加工を施
すに際し、上記レーザビームの吸収効率を高めると共
に、該レーザビームの反射を抑制して光学系などの損傷
を防止する方法に関するものである。
の照射により、金属材料表面を加熱し、様々な加工を施
すに際し、上記レーザビームの吸収効率を高めると共
に、該レーザビームの反射を抑制して光学系などの損傷
を防止する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、平均出力の大きな高出力レーザの
出現に伴い、レーザ加工技術が急速に発展し、様々な分
野、例えば半導体を始めとする各種電子部品、精密機
械、自動車、鉄鋼、非鉄金属、セラミックスなどの分野
において、加工手段としてレーザ加工が広く行われるよ
うになってきた。
出現に伴い、レーザ加工技術が急速に発展し、様々な分
野、例えば半導体を始めとする各種電子部品、精密機
械、自動車、鉄鋼、非鉄金属、セラミックスなどの分野
において、加工手段としてレーザ加工が広く行われるよ
うになってきた。
【０００３】レーザ光による熱加工では、金属材料表面
に照射されるレーザ光のパワー密度によって、トリミン
グ、穴あけなどの蒸発加工、溶接などの溶融加工、焼入
れ、アニーリングなどの固相加熱加工などの種々の加工
が選択され、実施されている。
に照射されるレーザ光のパワー密度によって、トリミン
グ、穴あけなどの蒸発加工、溶接などの溶融加工、焼入
れ、アニーリングなどの固相加熱加工などの種々の加工
が選択され、実施されている。
【０００４】このようなレーザ光を発生させる代表的な
型のレーザは、光共振器の中に入れたレーザ媒質を励起
し、反転分布状態にして動作させ、レーザ光を発生させ
るものであって、媒質の種類により、固体レーザ（Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなど）、気
体レーザ（炭酸ガスレーザ、アルゴンイオンレーザ、ヘ
リウム−ネオンレーザなど）、半導体レーザ、色素レー
ザ、エキシマレーザ、自由電子レーザなどが知られてい
る。これらのレーザから発生するレーザ光は、他の光源
の発生する自然放出光とは異なり、ほとんど完全に位相
の揃ったコヒーレント光であって、スペクトル幅の狭い
単色光で、干渉性が著しく、指向性の鋭い細いビームと
なる。このレーザ光を集束すれば、理論的には、焦点で
は波長と同程度の大きさの中に全出力が集中されること
になる。
型のレーザは、光共振器の中に入れたレーザ媒質を励起
し、反転分布状態にして動作させ、レーザ光を発生させ
るものであって、媒質の種類により、固体レーザ（Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなど）、気
体レーザ（炭酸ガスレーザ、アルゴンイオンレーザ、ヘ
リウム−ネオンレーザなど）、半導体レーザ、色素レー
ザ、エキシマレーザ、自由電子レーザなどが知られてい
る。これらのレーザから発生するレーザ光は、他の光源
の発生する自然放出光とは異なり、ほとんど完全に位相
の揃ったコヒーレント光であって、スペクトル幅の狭い
単色光で、干渉性が著しく、指向性の鋭い細いビームと
なる。このレーザ光を集束すれば、理論的には、焦点で
は波長と同程度の大きさの中に全出力が集中されること
になる。
【０００５】このようなレーザ光を用いて、金属材料の
表面を加熱して熱加工を行う際に、光に対する反射率や
透過率の高い材料を使用する場合、加工能力の低下、エ
ネルギー効率の低下を招くのみならず、反射パワーの大
きさによっては、光学系などを損傷させることから、こ
れまでレーザ光の吸収改善方法が種々試みられてきた。
表面を加熱して熱加工を行う際に、光に対する反射率や
透過率の高い材料を使用する場合、加工能力の低下、エ
ネルギー効率の低下を招くのみならず、反射パワーの大
きさによっては、光学系などを損傷させることから、こ
れまでレーザ光の吸収改善方法が種々試みられてきた。
【０００６】その中で代表的なものとしては、金属材料
表面に有機又は無機吸収塗料を塗布する方法が知られて
いるが、この方法においては、該材料表面に均質なレー
ザ光吸収面を形成させるのが困難である上、溶接などで
は欠陥を生じる原因となる。さらに、このような目的で
使用される吸収塗料のうち、可視から近赤外に対しても
吸収波長をもつもの、例えばカーボンブラックなどは、
外観上後処理を必要とするなどの問題が生じる。
表面に有機又は無機吸収塗料を塗布する方法が知られて
いるが、この方法においては、該材料表面に均質なレー
ザ光吸収面を形成させるのが困難である上、溶接などで
は欠陥を生じる原因となる。さらに、このような目的で
使用される吸収塗料のうち、可視から近赤外に対しても
吸収波長をもつもの、例えばカーボンブラックなどは、
外観上後処理を必要とするなどの問題が生じる。
【０００７】他方、エキシマレーザ光などの高ピークパ
ルスレーザビームを照射した際に形成される酸化被膜を
吸収材として用いる方法が研究されているが、この方法
は、エキシマレーザビームを先行照射することにより、
もともと付着していた酸化被膜と付着不純物を除去する
と共に、新たに均一な厚さの酸化被膜を形成して、赤外
レーザ光の安定吸収を図るものである。
ルスレーザビームを照射した際に形成される酸化被膜を
吸収材として用いる方法が研究されているが、この方法
は、エキシマレーザビームを先行照射することにより、
もともと付着していた酸化被膜と付着不純物を除去する
と共に、新たに均一な厚さの酸化被膜を形成して、赤外
レーザ光の安定吸収を図るものである。
【０００８】しかしながら、このような方法において
は、酸化被膜の巻き込みによる欠陥形成という欠点があ
る上、可視から遠赤外の波長の光に対して透明な被膜で
は近年レーザ加工への応用が増えてきたＹＡＧレーザ光
に対しては、吸収率改善効果がほとんど認められない。
また、エキシマレーザの先行照射は工程数の増加をもた
らしたり、加熱方向に応じた光学系の方向制御を必要と
するなどの問題がある。
は、酸化被膜の巻き込みによる欠陥形成という欠点があ
る上、可視から遠赤外の波長の光に対して透明な被膜で
は近年レーザ加工への応用が増えてきたＹＡＧレーザ光
に対しては、吸収率改善効果がほとんど認められない。
また、エキシマレーザの先行照射は工程数の増加をもた
らしたり、加熱方向に応じた光学系の方向制御を必要と
するなどの問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、平均出力の大きな赤外レーザビームの照
射により金属材料の表面を加熱し、様々な加工を施すに
際し、上記レーザビームの吸収効率を高め、そのエネル
ギーを効果的に金属材料に伝達すると共に、該レーザビ
ームの反射を抑制して光学系などの損傷を防止する方法
を提供することを目的としてなされたものである。
事情のもとで、平均出力の大きな赤外レーザビームの照
射により金属材料の表面を加熱し、様々な加工を施すに
際し、上記レーザビームの吸収効率を高め、そのエネル
ギーを効果的に金属材料に伝達すると共に、該レーザビ
ームの反射を抑制して光学系などの損傷を防止する方法
を提供することを目的としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、金属材料表面
に赤外レーザビームとＫｒＦエキシマレーザとを同時に
照射すると、該表面近傍に高密度プラズマが誘起され、
このプラズマが赤外レーザビームを容易に吸収して、エ
ネルギーの利用効率を高めることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成するに至った。
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、金属材料表面
に赤外レーザビームとＫｒＦエキシマレーザとを同時に
照射すると、該表面近傍に高密度プラズマが誘起され、
このプラズマが赤外レーザビームを容易に吸収して、エ
ネルギーの利用効率を高めることを見出し、この知見に
基づいて本発明を完成するに至った。
【００１１】すなわち、本発明は、金属材料表面に赤外
レーザビームを照射して、該表面を熱加工するに当り、
ＫｒＦエキシマレーザパルスビームを同時に照射して、
該表面近傍に高密度プラズマを誘起させ、そのプラズマ
に赤外レーザビームを吸収させることを特徴とするレー
ザハイブリッド加熱方法を提供するものである。
レーザビームを照射して、該表面を熱加工するに当り、
ＫｒＦエキシマレーザパルスビームを同時に照射して、
該表面近傍に高密度プラズマを誘起させ、そのプラズマ
に赤外レーザビームを吸収させることを特徴とするレー
ザハイブリッド加熱方法を提供するものである。
【００１２】本発明方法が適用される金属材料として
は、従来、赤外レーザビームにより熱加工される各種金
属、例えば鉄、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニ
ウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これらをベースと
する合金、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、黄銅、白
銅、アルミニウム合金などを挙げることができる。
は、従来、赤外レーザビームにより熱加工される各種金
属、例えば鉄、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニ
ウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これらをベースと
する合金、例えば、ステンレス鋼、炭素鋼、黄銅、白
銅、アルミニウム合金などを挙げることができる。
【００１３】本発明方法における赤外レーザビームは、
平均出力の大きなレーザビームであって、このようなも
のとしては、近赤外又は遠赤外レーザを含む赤外レー
ザ、例えば、連続励起型のＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂ：
ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ヨウ素レーザ、炭酸ガス
レーザ、ＣＯレーザなどから発生するレーザビームがあ
る。これらの赤外レーザビームは、パルス発振、連続発
振のいずれであってもよい。
平均出力の大きなレーザビームであって、このようなも
のとしては、近赤外又は遠赤外レーザを含む赤外レー
ザ、例えば、連続励起型のＮｄ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂ：
ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ヨウ素レーザ、炭酸ガス
レーザ、ＣＯレーザなどから発生するレーザビームがあ
る。これらの赤外レーザビームは、パルス発振、連続発
振のいずれであってもよい。
【００１４】本発明方法においては、上記の赤外レーザ
ビームとともにＫｒＦエキシマレーザパルスビームを用
いるが、このものはアブレーション現象を起こさせ、金
属材料表面近傍に高密度プラズマを発生させるため、通
常は低融点金属材料に対しては、２０ｋＪ／ｍ2以上、
高融点金属材料に対しては５０ｋＪ／ｍ2以上の照射強
度で用いるのが好ましい。
ビームとともにＫｒＦエキシマレーザパルスビームを用
いるが、このものはアブレーション現象を起こさせ、金
属材料表面近傍に高密度プラズマを発生させるため、通
常は低融点金属材料に対しては、２０ｋＪ／ｍ2以上、
高融点金属材料に対しては５０ｋＪ／ｍ2以上の照射強
度で用いるのが好ましい。
【００１５】このようにしてＫｒＦエキシマレーザパル
スビームを金属表面に照射することにより誘起される該
表面近傍の高密度プラズマは、前記赤外レーザビームを
容易に吸収する。したがって、本発明方法においては、
上記ＫｒＦエキシマレーザパルスビームと赤外レーザビ
ームとを同時に照射して、その表面近傍に高密度プラズ
マを誘起させ、そのプラズマに上記赤外レーザビームを
吸収させる。これにより、赤外レーザビームの吸収効率
が向上し、そのエネルギーが金属材料に効果的に伝達さ
れるので、レーザ熱加工を効率よく行いうる上に、赤外
レーザビームの反射を抑制することができるので、光学
系などの損傷を防止することができる。
スビームを金属表面に照射することにより誘起される該
表面近傍の高密度プラズマは、前記赤外レーザビームを
容易に吸収する。したがって、本発明方法においては、
上記ＫｒＦエキシマレーザパルスビームと赤外レーザビ
ームとを同時に照射して、その表面近傍に高密度プラズ
マを誘起させ、そのプラズマに上記赤外レーザビームを
吸収させる。これにより、赤外レーザビームの吸収効率
が向上し、そのエネルギーが金属材料に効果的に伝達さ
れるので、レーザ熱加工を効率よく行いうる上に、赤外
レーザビームの反射を抑制することができるので、光学
系などの損傷を防止することができる。
【００１６】次に、添付図面に従って本発明方法を説明
する。図１は、本発明方法を実施するためのレーザ加熱
装置の１例の構成略解図であり、図２ないし図５は、そ
れぞれ本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置にお
ける光学系の異なる例の構成図である。
する。図１は、本発明方法を実施するためのレーザ加熱
装置の１例の構成略解図であり、図２ないし図５は、そ
れぞれ本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置にお
ける光学系の異なる例の構成図である。
【００１７】図１において、赤外レーザビームとして、
近赤外又は遠赤外レーザビームをパルス発振で用いる場
合、その発振タイミングはパルス発生器１からの出力パ
ルスを基準として制御を行う。出力パルスはドライバー
２により、入力信号レベルを合わせた後、赤外レーザ発
振器３に入力され、赤外レーザビーム４が出力される。
また、この近赤外又は遠赤外レーザビームを連続出力状
態で用いる場合にはパルス発生器の信号に関わらず、加
熱中はレーザビームが出力される。出力されたレーザビ
ームは平面鏡５により反射されたのち、凸レンズ６によ
り、金属材料表面７に集光される。同じ出力パルス信号
は、遅延制御装置８により、レーザ発振器間の内部遅延
時間差と所定の照射開始時間差だけおくれてＫｒＦエキ
シマレーザ発振器９に入力され、ＫｒＦエキシマレーザ
パルスビーム１０が出力される。
近赤外又は遠赤外レーザビームをパルス発振で用いる場
合、その発振タイミングはパルス発生器１からの出力パ
ルスを基準として制御を行う。出力パルスはドライバー
２により、入力信号レベルを合わせた後、赤外レーザ発
振器３に入力され、赤外レーザビーム４が出力される。
また、この近赤外又は遠赤外レーザビームを連続出力状
態で用いる場合にはパルス発生器の信号に関わらず、加
熱中はレーザビームが出力される。出力されたレーザビ
ームは平面鏡５により反射されたのち、凸レンズ６によ
り、金属材料表面７に集光される。同じ出力パルス信号
は、遅延制御装置８により、レーザ発振器間の内部遅延
時間差と所定の照射開始時間差だけおくれてＫｒＦエキ
シマレーザ発振器９に入力され、ＫｒＦエキシマレーザ
パルスビーム１０が出力される。
【００１８】この出力されたレーザパルスビームは平面
鏡５′で反射されたのち、凸レンズ６′により、金属材
料表面７の赤外レーザビーム照射領域内あるいはこれを
含む領域に集光される。なお、レーザビーム照射中の反
射状況はＫｒＦエキシマレーザーカットフィルター１１
を通して光検出器１２と波形記憶装置１３によりモニタ
ーされる。１４はレーザ照射光学系である。
鏡５′で反射されたのち、凸レンズ６′により、金属材
料表面７の赤外レーザビーム照射領域内あるいはこれを
含む領域に集光される。なお、レーザビーム照射中の反
射状況はＫｒＦエキシマレーザーカットフィルター１１
を通して光検出器１２と波形記憶装置１３によりモニタ
ーされる。１４はレーザ照射光学系である。
【００１９】図２は、赤外レーザビームとして、近赤外
レーザビームを用いる場合に適用可能な同軸照射光学系
の例であり、近赤外レーザビーム４′は平面鏡５で反射
の後、ＫｒＦエキシマレーザビーム用ミラー１５を透過
し、凸レンズ６により金属材料表面７に集光される。Ｋ
ｒＦエキシマレーザパルスビーム１０は凸レンズ６′及
び６″により、ビーム寸法の調整が行われ、ＫｒＦエキ
シマレーザビーム用ミラー１５で反射されたのち、凸レ
ンズ６により金属材料表面７の赤外レーザビーム照射領
域内あるいはこれを含む領域に集光される。なお、ビー
ム寸法の調整は本例のように凸レンズ２枚を組み合わせ
る以外に、凹レンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面
鏡の組み合わせによっても可能である。
レーザビームを用いる場合に適用可能な同軸照射光学系
の例であり、近赤外レーザビーム４′は平面鏡５で反射
の後、ＫｒＦエキシマレーザビーム用ミラー１５を透過
し、凸レンズ６により金属材料表面７に集光される。Ｋ
ｒＦエキシマレーザパルスビーム１０は凸レンズ６′及
び６″により、ビーム寸法の調整が行われ、ＫｒＦエキ
シマレーザビーム用ミラー１５で反射されたのち、凸レ
ンズ６により金属材料表面７の赤外レーザビーム照射領
域内あるいはこれを含む領域に集光される。なお、ビー
ム寸法の調整は本例のように凸レンズ２枚を組み合わせ
る以外に、凹レンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面
鏡の組み合わせによっても可能である。
【００２０】図３は、赤外レーザビームとして、近赤外
又は遠赤外レーザビームを用いることが可能な同軸照射
光学系の例であり、赤外レーザビーム４は平面鏡５で反
射の後、凸レンズ６で集光される。集光ビームは穴あき
平面鏡１５′の開口部を通過して、金属材料表面７に到
達する。ＫｒＦエキシマレーザパルスビーム１０は、凸
レンズ６′及び６″によりビーム寸法の調整と集光が行
われ、穴あき平面鏡１５′で反射されたのち、金属材料
表面７の赤外レーザビーム照射領域内あるいはこれを含
む領域に照射される。なお、ビーム寸法の調整と集光は
本例のように凸レンズ２枚を組み合わせる以外に、凹レ
ンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面鏡の組み合わせ
によっても可能である。
又は遠赤外レーザビームを用いることが可能な同軸照射
光学系の例であり、赤外レーザビーム４は平面鏡５で反
射の後、凸レンズ６で集光される。集光ビームは穴あき
平面鏡１５′の開口部を通過して、金属材料表面７に到
達する。ＫｒＦエキシマレーザパルスビーム１０は、凸
レンズ６′及び６″によりビーム寸法の調整と集光が行
われ、穴あき平面鏡１５′で反射されたのち、金属材料
表面７の赤外レーザビーム照射領域内あるいはこれを含
む領域に照射される。なお、ビーム寸法の調整と集光は
本例のように凸レンズ２枚を組み合わせる以外に、凹レ
ンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面鏡の組み合わせ
によっても可能である。
【００２１】図４は、赤外レーザビームとして、透過光
学系の利用が困難な大パワーの近赤外又は遠赤外レーザ
ビームを用いることが可能な同軸照射光学系の例であ
り、赤外レーザビーム４は凹面鏡１６で反射・集光され
る。集光ビームは穴あき平面鏡１５′の開口部を通過し
て金属材料表面７に到達する。ＫｒＦエキシマレーザパ
ルスビーム１０は凸レンズ６及び６′により、ビーム寸
法の調整と集光が行われ、穴あき平面鏡１５′で反射さ
れたのち、金属材料表面７の赤外レーザビーム照射領域
内あるいはこれを含む領域に照射される。ビーム寸法の
調整と集光は本例のように凸レンズ２枚を組み合わせる
以外に凹レンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面鏡の
組み合わせによっても可能である。
学系の利用が困難な大パワーの近赤外又は遠赤外レーザ
ビームを用いることが可能な同軸照射光学系の例であ
り、赤外レーザビーム４は凹面鏡１６で反射・集光され
る。集光ビームは穴あき平面鏡１５′の開口部を通過し
て金属材料表面７に到達する。ＫｒＦエキシマレーザパ
ルスビーム１０は凸レンズ６及び６′により、ビーム寸
法の調整と集光が行われ、穴あき平面鏡１５′で反射さ
れたのち、金属材料表面７の赤外レーザビーム照射領域
内あるいはこれを含む領域に照射される。ビーム寸法の
調整と集光は本例のように凸レンズ２枚を組み合わせる
以外に凹レンズと凸レンズ、あるいは凸面鏡や凹面鏡の
組み合わせによっても可能である。
【００２２】図５は、赤外レーザビームとして、透過光
学系の利用が困難な大パワーの近赤外又は遠赤外レーザ
ビームを用い、さらに、耐光強度の制限からＫｒＦエキ
シマレーザパルスビームの集光途中にミラーを入れるこ
とが困難な場合の構成例であり、赤外レーザビーム４は
凹面鏡１６で反射・集光される。集光ビームは、穴あき
凹面鏡１６′の開口部を通過して金属材料表面７に到達
する。ＫｒＦエキシマレーザパルスビーム１０は凹レン
ズ１７により、ビーム寸法の調整が行われ、凹面鏡１
６′で反射・集光された後、金属材料表面７の赤外レー
ザ照射領域内あるいは、これを含む領域に照射される。
いずれの場合においても、ＫｒＦエキシマレーザパルス
ビームの照射により、金属材料表面に高密度プラズマが
形成され、この高密度プラズマが赤外レーザビームのエ
ネルギーを金属材料に伝達する役割を果たす。このよう
にして、赤外レーザビームを用いた熱加工において、該
レーザビームを有効に利用することが可能となる。
学系の利用が困難な大パワーの近赤外又は遠赤外レーザ
ビームを用い、さらに、耐光強度の制限からＫｒＦエキ
シマレーザパルスビームの集光途中にミラーを入れるこ
とが困難な場合の構成例であり、赤外レーザビーム４は
凹面鏡１６で反射・集光される。集光ビームは、穴あき
凹面鏡１６′の開口部を通過して金属材料表面７に到達
する。ＫｒＦエキシマレーザパルスビーム１０は凹レン
ズ１７により、ビーム寸法の調整が行われ、凹面鏡１
６′で反射・集光された後、金属材料表面７の赤外レー
ザ照射領域内あるいは、これを含む領域に照射される。
いずれの場合においても、ＫｒＦエキシマレーザパルス
ビームの照射により、金属材料表面に高密度プラズマが
形成され、この高密度プラズマが赤外レーザビームのエ
ネルギーを金属材料に伝達する役割を果たす。このよう
にして、赤外レーザビームを用いた熱加工において、該
レーザビームを有効に利用することが可能となる。
【００２３】
【発明の効果】本発明方法によれば、赤外レーザビーム
の照射により、金属材料の表面を加熱し、様々な加工を
施すに際し、上記レーザビームの吸収効率を高め、その
エネルギーを金属材料に伝達すると共に、該レーザビー
ムの反射を抑制して光学系などの損傷を防止することが
できる。本発明方法は、鉄、ニッケル、コバルト、クロ
ム、アルミニウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これ
らをベースとする合金、例えば、ステンレス鋼、炭素
鋼、黄銅、白銅、アルミニウム合金などをレーザ熱加工
するのに好適に利用することができる。
の照射により、金属材料の表面を加熱し、様々な加工を
施すに際し、上記レーザビームの吸収効率を高め、その
エネルギーを金属材料に伝達すると共に、該レーザビー
ムの反射を抑制して光学系などの損傷を防止することが
できる。本発明方法は、鉄、ニッケル、コバルト、クロ
ム、アルミニウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これ
らをベースとする合金、例えば、ステンレス鋼、炭素
鋼、黄銅、白銅、アルミニウム合金などをレーザ熱加工
するのに好適に利用することができる。
【００２４】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。
【００２５】実施例１ アルミニウム表面が溶融しないピークパワー５００Ｗ、
ビーム径３ｍｍの条件でＮｄ：ＹＡＧレーザビームを１
ミリ秒単独照射し、表面からの反射ビーム強度の時間変
化を測定した。また、パルス幅２２ナノ秒、エネルギー
密度６３ｋＪ／ｍ2のＫｒＦエキシマレーザパルスビー
ムをＮｄ：ＹＡＧレーザパルスビームの途中に同時照射
した場合についてもＮｄ：ＹＡＧレーザビームの反射ビ
ーム強度の時間変化を測定した。このようにして測定さ
れた反射ビーム強度のうち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビーム
の単独照射における反射ビーム強度信号を図６に示す。
また、ＫｒＦエキシマレーザパルスビームを同時照射し
た場合の反射ビーム強度信号を図７に示す。図７より同
時照射によりＫｒＦエキシマレーザパルスビーム照射と
同時に反射ビーム強度が減少し、この部分が２００〜３
００マイクロ秒程度維待されていることが分かる。すな
わち、ＫｒＦエキシマレーザパルスビーム１パルスの同
時照射により２００〜３００マイクロ秒の間、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザビームの吸収割合が上昇している。
ビーム径３ｍｍの条件でＮｄ：ＹＡＧレーザビームを１
ミリ秒単独照射し、表面からの反射ビーム強度の時間変
化を測定した。また、パルス幅２２ナノ秒、エネルギー
密度６３ｋＪ／ｍ2のＫｒＦエキシマレーザパルスビー
ムをＮｄ：ＹＡＧレーザパルスビームの途中に同時照射
した場合についてもＮｄ：ＹＡＧレーザビームの反射ビ
ーム強度の時間変化を測定した。このようにして測定さ
れた反射ビーム強度のうち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビーム
の単独照射における反射ビーム強度信号を図６に示す。
また、ＫｒＦエキシマレーザパルスビームを同時照射し
た場合の反射ビーム強度信号を図７に示す。図７より同
時照射によりＫｒＦエキシマレーザパルスビーム照射と
同時に反射ビーム強度が減少し、この部分が２００〜３
００マイクロ秒程度維待されていることが分かる。すな
わち、ＫｒＦエキシマレーザパルスビーム１パルスの同
時照射により２００〜３００マイクロ秒の間、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザビームの吸収割合が上昇している。
【００２６】実施例２ 実施例１において、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビームのピーク
パワーを３．６ｋＷ、ビーム径０．１ｍｍに調整し、周
波数５０Ｈｚ、平均出力１８０Ｗ、パルス幅１ミリ秒と
した上で、Ｎｄ：ＹＡＧレーザパルスビームとＫｒＦエ
キシマレーザパルスビームの立ち上がりを同時とし、Ｓ
ＵＳ３０４ステンレス鋼表面に照射した。その結果、高
密度プラズマの維持時間ｔが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザパル
スｔ′の１／３〜１／５であるにもかかわらず、ＫｒＦ
エキシマレーザパルスビームとの同時照射により、平均
溶融断面深さは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザパルスビーム単独
照射の場合に比べて１０％程度増大していることが、顕
微鏡観察により分った。
パワーを３．６ｋＷ、ビーム径０．１ｍｍに調整し、周
波数５０Ｈｚ、平均出力１８０Ｗ、パルス幅１ミリ秒と
した上で、Ｎｄ：ＹＡＧレーザパルスビームとＫｒＦエ
キシマレーザパルスビームの立ち上がりを同時とし、Ｓ
ＵＳ３０４ステンレス鋼表面に照射した。その結果、高
密度プラズマの維持時間ｔが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザパル
スｔ′の１／３〜１／５であるにもかかわらず、ＫｒＦ
エキシマレーザパルスビームとの同時照射により、平均
溶融断面深さは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザパルスビーム単独
照射の場合に比べて１０％程度増大していることが、顕
微鏡観察により分った。
【図１】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
の１例の構成略解図。
の１例の構成略解図。
【図２】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
における光学系の別の例の構成図。
【図３】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
における光学系の別の例の構成図。
【図４】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
における光学系の別の例の構成図。
【図５】 本発明方法を実施するためのレーザ加熱装置
における光学系の別の例の構成図。
における光学系の別の例の構成図。
【図６】 実施例１において、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビー
ムを単独照射した場合の反射波形を示す図。
ムを単独照射した場合の反射波形を示す図。
【図７】 実施例１において、Ｎｄ：ＹＡＧレーザビー
ムとＫｒＦエキシマレーザパルスビームを同時照射した
場合の反射波形を示す図。
ムとＫｒＦエキシマレーザパルスビームを同時照射した
場合の反射波形を示す図。
１ パルス発生器 ２ ドライバー ３ 近赤外又は遠赤外レーザ発振器 ４ 近赤外又は遠赤外レーザビーム ４′近赤外レーザビーム ５，５′平面鏡 ６，６′，６″凸レンズ ７ 金属材料表面 ８ 遅延制御装置 ９ ＫｒＦエキシマレーザ発振器 １０ ＫｒＦエキシマレーザパルスビーム １１ ＫｒＦエキシマレーザカットフィルター １２ 光検出器 １３ 波形記憶装置 １４ レーザ照射光学系 １５ ＫｒＦエキシマレーザビーム用ミラー １５′穴あき平面鏡 １６ 凹面鏡 １６′穴あき凹面鏡 １７ 凹レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米田 理史 香川県高松市林町2217番14 工業技術院 四国工業技術研究所内 (72)発明者 勝村 宗英 香川県高松市林町2217番14 工業技術院 四国工業技術研究所内 (56)参考文献 特開 平10−323773（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−295093（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238192（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−129340（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 B23K 26/12
Claims (1)
- 【請求項１】 金属材料表面に赤外レーザビームを照射
して、該表面を熱加工するに当り、ＫｒＦエキシマレー
ザパルスビームを同時に照射して、該表面近傍に高密度
プラズマを誘起させ、そのプラズマに赤外レーザビーム
を吸収させることを特徴とするレーザハイブリッド加熱
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17458199A JP3223271B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | レーザハイブリッド加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17458199A JP3223271B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | レーザハイブリッド加熱方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001001170A JP2001001170A (ja) | 2001-01-09 |
| JP3223271B2 true JP3223271B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=15981068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17458199A Expired - Lifetime JP3223271B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | レーザハイブリッド加熱方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223271B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2322513C1 (ru) * | 2006-07-17 | 2008-04-20 | Александр Григорьевич Григорьянц | Способ лазерно-световой термической обработки металлических материалов с регулируемым изменением температуры |
| JP2012148299A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Towa Corp | レーザ加工装置 |
| JP7291501B2 (ja) * | 2019-03-11 | 2023-06-15 | 株式会社フジクラ | レーザ加工装置 |
-
1999
- 1999-06-21 JP JP17458199A patent/JP3223271B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001001170A (ja) | 2001-01-09 |
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