JPH04276011A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は被加工材の表面を例え
ば焼入れ硬化するのに利用されるレーザ加工方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、被加工材の表面を焼入れ硬化する
際に行われるレーザ焼入れにおいては、レーザ光の吸収
率を向上させるため、被加工材の表面を吸収剤で被覆し
た後レーザ光を照射するのが一般的であった。

【０００３】そして、近年に至っては、直線偏光のレー
ザ光を入射レーザ光の電界ベクトルが入射面に平行であ
るＰ偏光の向きに入射し、入射角度をブリュースタ角付
近に設定することにより吸収率を向上させ、被加工材表
面を吸収剤で被覆することなく焼入れを行う技術が開発
されてきている。そして、この技術により吸収剤の塗布
および除去に要する多大な労力を省くことが可能になっ
た。

【０００４】図３はブリュースタ効果を利用した吸収剤
を用いないレーザ焼入れ方法を示したものであって、図
３において、１１はレーザ光、１２は被加工材、１３は
被加工材１２のレーザ光照射部、１４は反射したレーザ
光、１５はレーザ光吸収体である。

【０００５】この場合、被加工材１２がオーステナイト
化温度以上に十分加熱され、かつまた表面が溶融しない
ようにレーザ光１１の出力および入射角度を設定し、反
射したレーザ光１４が散乱しないようにレーザ光吸収体
１５を設けてある。

【０００６】レーザ光吸収率の入射角度依存性について
は、Ｆｒｅｓｎｅｌの公式を用いて各入射角度における
理論上の吸収率の計算が可能である。

【０００７】図４は波長が１０．６μｍの炭酸ガスレー
ザ光の鉄に対する吸収率を計算したものである。図４に
示すように、吸収率が最大となるブリュースタ角はおよ
そ８８度で、その入射角での吸収率はおよそ４０％強で
ある。そして、実際の焼入れにおいて、被加工材の温度
が上昇するため吸収率も上昇して５０％程度である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
直線偏光のレーザ光をＰ偏光の向きに入射角度をブリュ
ースタ角付近に設定して、レーザ焼入れを行う方法では
、吸収剤の塗布および除去のための労力を省くことがで
きるという点でのメリットは大きいものの、レーザ光の
鉄に対する吸収率がおよそ５０％であって、炭素系の吸
収剤を被覆したときの吸収率よりも４０〜５０％低い値
となっており、エネルギ効率の面では吸収剤を使った焼
入れ方法より劣っているという問題点があった。

【０００９】従って、同じ硬化層を得ようとした場合、
吸収剤を用いた焼入れの場合よりも高い出力を必要とす
るという問題点があった。また、反射されたレーザ光が
十分高いエネルギを持っているため、周囲に散乱しない
ようにレーザ光吸収体を設けるなどの対策を施す必要が
あるという問題点があり、これらの問題点を解決するこ
とが課題となっていた。

【００１０】

【発明の目的】この発明は、このような従来の課題にか
んがみてなされたもので、レーザ光の吸収率を従来以上
に高めることが可能であって、より低出力のレーザ光で
の加工が可能であり、レーザ光のもつエネルギを効率よ
く活用することが可能であると共にレーザ光の吸収率増
加によって反射するレーザ光のエネルギが低減するため
、反射するレーザ光の散乱に対する対策が不要となるレ
ーザ加工方法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、直線偏光の
レーザ光を入射レーザ光の電界ベクトルが入射角に平行
であるＰ偏光の向きに被加工材に照射し、被加工材表面
を吸収剤で被覆することなく焼入れなどのレーザ加工を
行うに際し、被加工材の少なくともレーザ光照射部ない
しはその近傍に向けて酸素あるいは酸素を２５％以上含
むガスを吹き付けながらレーザ光を照射する構成とした
ことを特徴としており、このようなレーザ加工方法に係
わる発明の構成を前述した従来の課題を解決するための
手段としている。

【００１２】

【発明の作用】この発明に係わるレーザ加工方法は、上
述した構成としているので、レーザ光の吸収率がさらに
向上したものとなり、より低出力のレーザ光での加工が
なされてレーザ光のもつエネルギが効率よく加工に使用
されるものとなる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１はこの発明の一実施例を示す図であっ
て、図１において、１はレーザ光、２は被加工材、３は
被加工材２のレーザ光照射部、４はガスノズルである。 そして、このガスノズル４はステンレスメッシュをもつ
噴出口４ａを被加工材表面のレーザ光照射部３に向けて
設けてあると共に、このガスノズル４は酸素あるいは酸
素を２５％以上含むガスを噴出しながら、レーザ光１の
矢印Ａ１　方向への移動とともに矢印Ａ２　方向に移動
し、互いに相対的な位置は変化しないようになっていて
、ガスノズル４からの酸素あるいは酸素を２５％以上含
むガスは常にレーザ光照射部３ないしはその近傍に向け
て噴出されるようになっている。

【００１５】この場合、ガスノズル４からは酸素あるい
は酸素を２５％以上含むガスを噴出するようにしている
が、酸素濃度を２５％以上としたのは、２５％よりも少
ないと通常の大気と同程度となり、酸素の効果が十分に
得られなくなるためである。

【００１６】このような構成において、ガスノズル４か
ら噴出された酸素あるいは酸素を２５％以上含むガスは
、噴出口４ａのステンレスメッシュを通過することによ
り整流されたのちレーザ光照射部３ないしはその近傍に
向けて吹き付けられる。このレーザ光照射部３は大気よ
りも酸素リッチな雰囲気にさらされた状態でレーザ光１
を照射されることにより温度が上昇するとともに、周囲
の酸素と結びついてレーザ光吸収率の高い酸化物が表面
に形成される。

【００１７】図２は図３に示した従来技術と図１に示し
た本発明技術によるレーザ焼入れにおけるレーザ光吸収
率の入射角度依存性を調べた結果を示したものである。 図２より明らかなように、本発明により最大の吸収率が
６０％まで上昇し、従来の８０％程度のレーザ光出力で
焼入れが可能になった。また、これにともなって反射す
るレーザ光のエネルギが低くなるため、反射するレーザ
光の散乱に対する対策も不必要になった。

【００１８】逆に、同じ吸収率でみた場合、本発明によ
る方法を用いることにより、従来、入射角を８８度に設
定しないと得られなかった吸収率が入射角７５度で得ら
れるようになり、より低い入射角度の設定が可能になっ
たことから、微少な入射角度のずれによるレーザ光照射
部３の位置ずれや被加工材表面でのビーム形状およびパ
ワー密度の変化が低減され、より安定化した加工が可能
になった。

【００１９】そして、レーザ光照射部３ないしはその近
傍に向けて吹き付けるガスの酸素濃度を２５％以上とす
ることによって、酸化膜の生成による効果を十分に得る
ことができた。

【００２０】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、被加工材の少なくともレーザ光照射部ないしはそ
の近傍に向けて酸素あるいは酸素を２５％以上含むガス
を吹き付けながらレーザ光を照射する構成としたため、
レーザ光の照射によって被加工材表面に酸化膜が形成さ
れ、その結果レーザ光の吸収率が向上し、より低出力の
レーザ光での加工が可能になり、また、反射するレーザ
光のエネルギを小さくすることが可能になるため、反射
するレーザ光の散乱に対する対策が不要となり、さらに
、より低い入射角度での加工が可能になるため、安定し
た条件での加工が可能になるという著しく優れた効果が
もたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるレーザ加工（焼入れ）の一実施
例を示す斜面説明図である。

【図２】従来方法および本発明方法におけるレーザ光吸
収率の入射角度依存性を調べた結果を示すグラフである
。

【図３】従来方法によるレーザ加工（焼入れ）を示す斜
面説明図である。

【図４】炭酸ガスレーザ光の鉄に対する理論上の吸収率
の入射角度依存性を示したグラフである。

【符号の説明】

１　　レーザ光 ２　　被加工材 ３　　レーザ光照射部 ４　　ガスノズル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直線偏光のレーザ光をＰ偏光の向きに
   被加工材に照射し、被加工材表面を吸収剤で被覆するこ
   となくレーザ加工を行うに際し、被加工材の少なくとも
   レーザ光照射部ないしはその近傍に向けて酸素あるいは
   酸素を２５％以上含むガスを吹き付けながらレーザ光を
   照射することを特徴とするレーザ加工方法。