JP6627223B2 - 耐食性に優れた加工部品の製造方法及びそれを実行する装置 - Google Patents
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Description
(1)板厚1〜10mmの鋼部材の端面を含む表面に塗装する加工部品の製造方法であって、鋼部材の外周の機械加工後の被処理端面と対向させて反射鏡を配置し、リモートレーザ装置からのレーザ光を前記反射鏡に照射し、前記被処理端面に対してレーザ光を65〜115°の角度で照射して、当該被処理端面全体を溶融凝固させる溶融凝固処理を施して、溶融凝固した端面を含む鋼部材の厚さ方向に平行な断面において、鋼部材の一方の表面の端面移行端部と鋼部材の他方の表面の端面移行端部との間が鋼部材の外側に向かって凸状である曲線で接続される形状の溶融凝固処理端面を形成した後、鋼部材の当該溶融凝固処理端面を含む表面に塗装を施すことを特徴とする加工部品の製造方法。
(2)前記レーザ光を線状レーザ光とすることを特徴とする前記(1)に記載の加工部品の製造方法。
(3)前記反射鏡の反射面上で前記レーザ光を移動させることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の加工部品の製造方法。
(4)前記反射鏡を回転及び移動の少なくとも一方をさせることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の加工部品の製造方法。
(5)前記(1)〜(3)のいずれかに記載の加工部品の製造方法における溶融凝固処理端面の形成を実行する装置であって、リモートレーザ装置と反射鏡とを備え、当該反射鏡を被処理端面と対向させて配置することを特徴とする装置。
(6)前記(4)に記載の加工部品の製造方法における溶融凝固処理端面の形成を実行する装置であって、リモートレーザ装置と反射鏡とを備え、当該反射鏡を被処理端面と対向させて配置し、前記反射鏡が回転装置及び移動装置の少なくとも一方と接続されていることを特徴とする装置。
本発明の製法では、鋼部材の外周の機械加工後の被処理端面と対向させて反射鏡を配置し、リモートレーザ装置からのレーザ光を、反射鏡を介して被処理端面に対して65〜115°の角度で照射し、被処理端面を溶融凝固させる。これにより、溶融凝固した端面を含む鋼部材の板厚方向に平行な断面において、鋼部材の一方の表面の端面移行端部と鋼部材の他方の表面の端面移行端部との間が鋼部材の外側に向かって凸状である曲線で接続される形状(以下、「凸状断面形状」という)の溶融凝固処理端面を形成し、その後、鋼部材の当該溶融凝固処理端面を含む表面に塗装を施し、加工部品を製造する。
以下、本発明の製法に至った検討の経緯及び本発明の製法の基本的な原理について説明する。
図2は、機械加工後の被処理端面の溶融凝固処理の状況を説明する図である。
レーザ光13により溶融凝固処理をする鋼部材1は、鋼材に、切断、打ち抜き、縁切りなどの機械加工が施され、外周に被処理端面3を有するものである。鋼部材1は、他に曲げ加工、プレス加工、穴あけ加工などが施されていてもよい。鋼部材1の形状は、特に限定されるものでなく、たとえば、図2において、リモートレーザ装置12側からみたとき、矩形状、円形状、楕円形状などいかなる形状でもよい。また、鋼部材1は、板厚1〜10mmの鋼材で形成され、鋼部材の鋼種や成分組成は、特に限定されない。また、鋼部材1の外周の被処理端面3は、反射鏡11側からみたとき、矩形状、波形状、クランク形状などいかなる形状でもよい。
反射鏡は、鋼部材1の外周の被処理端面3と対向して配置する。図2に例示されるように、矩形状の鋼部材1の一辺に沿って、その辺と同等の長さを有し、反射面が平面状の反射鏡11aを配置してもよく、また、矩形状の鋼部材1の角部と対向して、角部にレーザ光13が集中するように、反射面が曲面状の反射鏡11bを配置してもよい。反射鏡11は、溶融凝固処理を予定する被処理端面3に対向して配置すればよく、矩形状の鋼部材1の全ての辺や全ての角部に配置してもよい。また、鋼部材1の形状が、リモートレーザ装置13側からみたとき、円形状、楕円形状などの場合は、反射鏡の形状も、被処理端面3に沿って、リモートレーザ装置12側からみたとき、円形状、楕円形状などになるように曲面状の反射鏡とすることができる。被処理端面3に対向する反射面の傾斜角度は、特に限定されず、45度が例示される。反射鏡の材料は、耐熱性を有する材料であれば、限定されないが、銅又は銅合金などの金属が好ましい。また、反射鏡は、支持体に反射膜を形成したものであってもよい。
被処理端面3に反射鏡11を介してレーザ光13を照射するリモートレーザ装置12は、反射鏡11にレーザ光13を照射できる位置に配置されるものであり、リモートレーザ装置12の配置は、特に限定されるものでない。たとえば、鋼部材1の板厚方向において、リモートレーザ装置12が配置される側を上側とした場合、リモートレーザ装置12を反射鏡11の上方に配置してもよい。ただし、矩形状の鋼部材1の一辺の被処理端面と、それに対向する矩形状の鋼部材1の一辺の被処理端面に対してレーザ光を照射する場合のような、レーザ光13を照射する端面が離間しているとき、リモートレーザ装置12を端面の中間の鋼部材1の上方に対向させて配置することが好ましい。これにより、一つのリモートレーザ装置12でレーザ光13を各反射鏡11に照射することができるので好ましい。
リモートレーザ装置12は、高出力のレーザ光13を発振できる発振器を有していれば、特に限定されるものでない。そのような発振器として、ファイバレーザ、YAGレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ、炭酸ガスレーザなどが例示される。レーザ光13の出力やビーム径は、加工部品の材質によって、選択すればよく、出力は0.1〜10kW、ビーム径は0.5〜3.0mmが好ましい。ただし、レーザ光13のビーム径は、被処理端面3の厚さ(板厚)より大きいと、被処理端面3以外(たとえば、鋼部材1の表面)にレーザ光が照射され、表面品質が低下するため、板厚より小さくする。
レーザ光13は、被処理端面3と対向して配置された反射鏡11を介し、被処理端面3に垂直に照射されることで、被処理端面3を凸状断面形状とすることができる。レーザ光13を被処理端面3に垂直に照射とは、被処理端面3に対して、少なくとも65〜115°の角度の範囲内で照射すること意味する。65°未満、あるいは115°超では、図1(イ)(b)で示されるような上下対称に近い凸状の曲面の断面形状は得られず、むしろ、角形状が生じてしまう。塗装膜厚が不均一となり、十分な耐食性が得られない。好ましくは、80〜100°である。さらに好ましくは、85〜95°である。照射角度は90°が最も好ましい。
被処理端面3へ照射するレーザ光13は、レンズやプリズムなどを用いて、点状、線状などのビーム形状にしてもよい。図3に、レーザ光を線状ビームとした場合の被処理端面の溶融凝固処理の状況を説明する図を示す。図2では、レーザ光13のビーム形状を点状にした場合の被処理端面の溶融凝固処理の状況を示したが、図3に示すように、レーザ発振器からの点状ビームをレンズ系で扇状に拡げて線状ビームとして、反射鏡11を介して被処理端面3へ照射してもよい。このように、レーザ光13のビーム形状を線状とすることで、広範囲の被処理端面3を一括加熱することができ、溶融凝固処理の効率が向上する。
レーザ光13は、リモートレーザ装置12を用いて、ミラースキャンにより、図2に斜線矢印で示すように、反射鏡11の面上を移動させる。これにより、被処理端面3へのレーザ光13の照射が瞬時に行え、時間の短縮化を図ることができ、また、反射鏡間の移動、たとえば、平面状の反射鏡11aと曲面状の反射鏡11bの間の移動も容易、かつ瞬時に行うことができる。レーザ光13の移動方向は、斜線矢印と逆方向でもよい。被処理端面3が複雑な形状の場合は、平面状の反射鏡11aを、被処理端面3の板厚方向や被処理端面3と平面状の反射鏡11aの対向方向に移動できるようにしてもよい。
溶融凝固処理端面は、被処理端面に対してレーザ光を概ね垂直方向に照射して得られるが、その際に、レーザ光の出力を調整して、溶融した金属(鋼)が溶け落ちないようにする。これにより、表面層が溶融し、溶けた金属が表面張力の作用によって、凸状断面形状に保持される。このとき、金属は除去されるのではなく、再配置される。また、溶融凝固処理端面の凹凸の高さは3μm以下となる。
鋼部材の塗装は、いかなる塗装方法を採用してもよいが、耐食性の向上のために、自動車部品の下地塗装に採用される電着塗装が好ましい。電着塗装は、被塗装物を電着塗料中に電極として浸漬させて、電圧を印加することにより、被塗装物上に電着塗膜が形成されるものである。そして、電着塗装される加工部品が、自動車車体などのように高い防食性が求められるものである場合は、電着塗装の前に、種々の表面処理が行われる。このような表面処理として、例えば、アルカリ脱脂後、リン酸亜鉛系化成剤などの化成剤を用いて無機被膜を形成する化成処理を行う。
レーザ発振器:半導体励起YAGレーザ
レーザ出力:1kW
レーザ移動速度:50cm/min
レーザスポット径:φ1.0mm
反射鏡:端面に対する反射面の傾斜角度が45度の三角柱
レーザ照射方向:レーザ光を被処理端面に平行な方向に反射鏡へ向けて照射し、反射されたレーザ光が被処理端面に対して90°の角度
レーザ照射位置:スポット中心が板厚中心となる位置
レーザ発振器:半導体レーザ
レーザ出力:2kW
レーザ移動速度:50cm/min
線状レーザ:10mm×1.5mm
反射鏡:端面に対する反射面の傾斜角度が45度の三角柱
レーザ照射方向:レーザ光を被処理端面に平行な方向に反射鏡へ向けて照射し、反射されたレーザ光が被処理端面に対して90°の角度
レーザ照射位置:線状レーザの幅中心が板厚中心となる位置
2 塗装膜
3 被処理端面
4 鋼部材の一方の表面
5 鋼部材の他方の表面
6 被処理端面移行端部
7 被処理端面移行端部
8 溶融凝固処理端面
9 溶融凝固処理端面移行端部
10 溶融凝固処理端面移行端部
11 反射鏡
11a 平面状の反射鏡
11b 曲面状の反射鏡
11c 回転式反射鏡
11d 可動式反射鏡
12 リモートレーザ装置
13 レーザ光
14 端面検出装置
15 移動手段
Claims (6)
- 板厚1〜10mmの鋼部材の端面を含む表面に塗装する加工部品の製造方法であって、鋼部材の外周の機械加工後の被処理端面と対向させて反射鏡を配置し、リモートレーザ装置からのレーザ光を前記反射鏡に照射し、前記被処理端面に対してレーザ光を65〜115°の角度で照射して、当該被処理端面全体を溶融凝固させる溶融凝固処理を施して、溶融凝固した端面を含む鋼部材の厚さ方向に平行な断面において、鋼部材の一方の表面の端面移行端部と鋼部材の他方の表面の端面移行端部との間が鋼部材の外側に向かって凸状である曲線で接続される形状の溶融凝固処理端面を形成した後、鋼部材の当該溶融凝固処理端面を含む表面に塗装を施すことを特徴とする加工部品の製造方法。
- 前記レーザ光を線状レーザ光とすることを特徴とする請求項1に記載の加工部品の製造方法。
- 前記反射鏡の反射面上で前記レーザ光を移動させることを特徴とする請求項1又は2に記載の加工部品の製造方法。
- 前記反射鏡を回転及び移動の少なくとも一方をさせることを特徴とする請求項1又は2に記載の加工部品の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の加工部品の製造方法における溶融凝固処理端面の形成を実行する装置であって、リモートレーザ装置と反射鏡とを備え、当該反射鏡を被処理端面と対向させて配置することを特徴とする装置。
- 請求項4に記載の加工部品の製造方法における溶融凝固処理端面の形成を実行する装置であって、リモートレーザ装置と反射鏡とを備え、当該反射鏡を被処理端面と対向させて配置し、前記反射鏡が回転装置及び移動装置の少なくとも一方と接続されていることを特徴とする装置。
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