JPH04285115A - レーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工方法Info
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- JPH04285115A JPH04285115A JP3051176A JP5117691A JPH04285115A JP H04285115 A JPH04285115 A JP H04285115A JP 3051176 A JP3051176 A JP 3051176A JP 5117691 A JP5117691 A JP 5117691A JP H04285115 A JPH04285115 A JP H04285115A
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- 238000000034 method Methods 0.000 title description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 12
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010791 quenching Methods 0.000 abstract 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
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- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
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- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、レーザ光を
用いて焼入れを行なうのに利用されるレーザ加工方向に
関するものである。
用いて焼入れを行なうのに利用されるレーザ加工方向に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】直線偏光のレーザ光を被加工物表面に対
して入射レーザ光の電界ベクルトが入射面に平行である
P偏光の向きに入射角60度以上で被加工物に照射して
レーザ焼入れを行なう方法としては、例えば、図4に示
すようなレーザ焼入れ方法がある。
して入射レーザ光の電界ベクルトが入射面に平行である
P偏光の向きに入射角60度以上で被加工物に照射して
レーザ焼入れを行なう方法としては、例えば、図4に示
すようなレーザ焼入れ方法がある。
【0003】図4において、11はレーザ光、12は被
加工物、DLはレーザ光のパワー密度分布、DWは被加
工物表面におけるレーザ照射部位のパワー密度分布、θ
は被加工物表面に対するレーザ光11の入射角度である
。
加工物、DLはレーザ光のパワー密度分布、DWは被加
工物表面におけるレーザ照射部位のパワー密度分布、θ
は被加工物表面に対するレーザ光11の入射角度である
。
【0004】レーザ光11は図示しない集光光学系にて
集光された後、所定の入射角度θで被加工物12に照射
され、被加工物12は急熱後に急冷されることによって
硬化層が得られる。
集光された後、所定の入射角度θで被加工物12に照射
され、被加工物12は急熱後に急冷されることによって
硬化層が得られる。
【0005】このときの硬化層のパターンは、被加工物
表面におけるレーザ光11のパワー密度分布DWおよび
レーザ光移動速度に依存し、パワー密度が高い場合はレ
ーザ光11の移動速度を速くしないと表面が溶融してし
まい、パワー密度が低い場合にはレーザ光11の移動速
度を遅くしないと十分加熱されないので有効な硬化層が
得られない。
表面におけるレーザ光11のパワー密度分布DWおよび
レーザ光移動速度に依存し、パワー密度が高い場合はレ
ーザ光11の移動速度を速くしないと表面が溶融してし
まい、パワー密度が低い場合にはレーザ光11の移動速
度を遅くしないと十分加熱されないので有効な硬化層が
得られない。
【0006】しかしながら、このようなレーザ焼入れ方
法にあっては、レーザ光11のパワー密度分布が偏光面
に平行な面における中心線に対して線対称のパワー密度
分布DLを持つレーザ光11を使用していたため、図4
の(a)に示すような集光光学系(図示しない)に対し
て焦点位置より遠い位置で焼入れを行なう場合、レーザ
光11の中心線より低角側の長さL2の高角側の長L1
よりも長くなり、逆に図4の(b)に示すような集光光
学系(図示しない)に対して焦点位置より近い位置で焼
入れを行なう場合、レーザ光11の中心線より高角側の
長さL1が低角側の長さL2より長くなってしまってい
た。
法にあっては、レーザ光11のパワー密度分布が偏光面
に平行な面における中心線に対して線対称のパワー密度
分布DLを持つレーザ光11を使用していたため、図4
の(a)に示すような集光光学系(図示しない)に対し
て焦点位置より遠い位置で焼入れを行なう場合、レーザ
光11の中心線より低角側の長さL2の高角側の長L1
よりも長くなり、逆に図4の(b)に示すような集光光
学系(図示しない)に対して焦点位置より近い位置で焼
入れを行なう場合、レーザ光11の中心線より高角側の
長さL1が低角側の長さL2より長くなってしまってい
た。
【0007】この結果、被加工物表面におけるパワー密
度分布DWがレーザ光入射角度θに対して高角側と低角
側とで異なったものとなってしまい、レーザ光11の移
動速度を設定する際に高角側と低角側とで最適値が異な
ってしまうこととなるため、パワー密度の高い部分で溶
融しないと同時にパワー密度の低い部分で十分な硬化層
を得るための条件設定が困難であって、安定して均一な
硬化層が得られにくいという欠点があった。
度分布DWがレーザ光入射角度θに対して高角側と低角
側とで異なったものとなってしまい、レーザ光11の移
動速度を設定する際に高角側と低角側とで最適値が異な
ってしまうこととなるため、パワー密度の高い部分で溶
融しないと同時にパワー密度の低い部分で十分な硬化層
を得るための条件設定が困難であって、安定して均一な
硬化層が得られにくいという欠点があった。
【0008】例えば、レーザ出力1.85kw,ビーム
移動速度2.0m/min,入射角度75度で、焦点位
置より集光光学系に近い位置で焼入れを行なったときの
レーザ光のパワー密度分布(DL)と被加工物表面での
パワー密度分布(DW)を図5の(a)に示すと共に同
条件で焼入れを行なったときの硬化層を含む被加工物1
2の断面金属組織写真(12倍)を図5の(b)に示す
。なお、図5の(b)において、符号12aは被加工物
12の硬化部分である。
移動速度2.0m/min,入射角度75度で、焦点位
置より集光光学系に近い位置で焼入れを行なったときの
レーザ光のパワー密度分布(DL)と被加工物表面での
パワー密度分布(DW)を図5の(a)に示すと共に同
条件で焼入れを行なったときの硬化層を含む被加工物1
2の断面金属組織写真(12倍)を図5の(b)に示す
。なお、図5の(b)において、符号12aは被加工物
12の硬化部分である。
【0009】図5の(a)(b)に示しているように、
従来のレーザ焼入れ方法にあっては、もともとビーム中
心線に対して対称なパワー密度分布DLをもつレーザ光
11を照射しているため、被加工物12の表面において
は図5の(a)に示すようなパワー密度分布DWとなっ
てパワー密度が偏ってしまい、その結果として硬化層1
2aの形状が不均一なものになるという問題点があり、
このような問題点を解決することが課題となっていた。
従来のレーザ焼入れ方法にあっては、もともとビーム中
心線に対して対称なパワー密度分布DLをもつレーザ光
11を照射しているため、被加工物12の表面において
は図5の(a)に示すようなパワー密度分布DWとなっ
てパワー密度が偏ってしまい、その結果として硬化層1
2aの形状が不均一なものになるという問題点があり、
このような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、被加工物の表面において均一
なパワー密度分布を得ることが可能であり、したがって
被加工物に対して均一でかつ安定した焼入れ等のレーザ
加工を行なうことが可能であるレーザ加工方法を提供す
ることを目的としている。
んがみてなされたもので、被加工物の表面において均一
なパワー密度分布を得ることが可能であり、したがって
被加工物に対して均一でかつ安定した焼入れ等のレーザ
加工を行なうことが可能であ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】この発明に係わるレーザ
加工方法は、被加工物に対するレーザ光の入射角度が6
0度以上で、直線偏光のレーザ光を集光光学系にて集光
し、被加工物の表面に対して入射レーザ光の電界ベクト
ルが入射面に平行であるP偏光の向きに照射することに
より被加工物をレーザ焼入れ等のレーザ加工するに際し
、集光光学系に対して被加工物の加工点が偏光面に平行
な面における焦点位置より遠い位置にて加工する場合に
は、レーザ光プロファイルの入射角の低角側に強い強度
を持つプロファイルのレーザ光を使用し、前記焦点位置
より近い位置にて加工する場合には、レーザ光プロファ
イルの入射角の高角側に強い強度を持つプロファイルの
レーザ光を使用して加工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の発明に係わる構成
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
。
加工方法は、被加工物に対するレーザ光の入射角度が6
0度以上で、直線偏光のレーザ光を集光光学系にて集光
し、被加工物の表面に対して入射レーザ光の電界ベクト
ルが入射面に平行であるP偏光の向きに照射することに
より被加工物をレーザ焼入れ等のレーザ加工するに際し
、集光光学系に対して被加工物の加工点が偏光面に平行
な面における焦点位置より遠い位置にて加工する場合に
は、レーザ光プロファイルの入射角の低角側に強い強度
を持つプロファイルのレーザ光を使用し、前記焦点位置
より近い位置にて加工する場合には、レーザ光プロファ
イルの入射角の高角側に強い強度を持つプロファイルの
レーザ光を使用して加工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の発明に係わる構成
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、被
加工物に対するレーザ光の入射角度を60度以上にし、
直線偏光のレーザ光を集光光学系にて集光し、被加工物
の表面に対してP偏光の向きに照射することにより被加
工物をレーザ加工するに際し、集光光学系に対して焦点
位置より遠い位置で加工する場合はレーザ光入射角度の
低角側のパワー密度が高角側のパワー密度よりも高いレ
ーザ光を使用し、焦点位置より近い位置で加工する場合
はレーザ光入射角度の高角側のパワー密度が低角側のパ
ワー密度よりも高いレーザ光を使用してレーザ加工を行
なう構成としているので、被加工物表面において均一な
パワー密度分布が形成されるようになることから、均一
でかつ安定したレーザ焼入れ等のレーザ加工が行なわれ
るようになる。
加工物に対するレーザ光の入射角度を60度以上にし、
直線偏光のレーザ光を集光光学系にて集光し、被加工物
の表面に対してP偏光の向きに照射することにより被加
工物をレーザ加工するに際し、集光光学系に対して焦点
位置より遠い位置で加工する場合はレーザ光入射角度の
低角側のパワー密度が高角側のパワー密度よりも高いレ
ーザ光を使用し、焦点位置より近い位置で加工する場合
はレーザ光入射角度の高角側のパワー密度が低角側のパ
ワー密度よりも高いレーザ光を使用してレーザ加工を行
なう構成としているので、被加工物表面において均一な
パワー密度分布が形成されるようになることから、均一
でかつ安定したレーザ焼入れ等のレーザ加工が行なわれ
るようになる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
明する。
【0014】図1は本発明に係わるレーザ加工方法に従
ってレーザ光1を用いて被加工物2の表面にレーザ焼入
れを実施している例を示すもので、図1の(a)は集光
光学系に対して焦点位置Fよりも遠くで焼入れを行なう
場合を示し、図1の(b)は焦点位置よりも近くで焼入
れを行なう場合について示している。
ってレーザ光1を用いて被加工物2の表面にレーザ焼入
れを実施している例を示すもので、図1の(a)は集光
光学系に対して焦点位置Fよりも遠くで焼入れを行なう
場合を示し、図1の(b)は焦点位置よりも近くで焼入
れを行なう場合について示している。
【0015】そして、図1において、3は紙面に平行な
偏光面をもつレーザ光1を発生するレーザ光発振器、4
a,4bはベンドミラー、5はセグメントミラーである
。
偏光面をもつレーザ光1を発生するレーザ光発振器、4
a,4bはベンドミラー、5はセグメントミラーである
。
【0016】また、図2の(a)(b)は、各々図1の
(a)(b)におけるレーザ光照射部分の拡大図である
。
(a)(b)におけるレーザ光照射部分の拡大図である
。
【0017】このような本発明に係わるレーザ加工方法
において、図1の(a)に示すように、被加工物2の加
工位置が集光光学系に対して焦点位置Fよりも遠くにあ
る場合には、レーザ光1の中心線より高角側の長さL1
と低角側の長さL2との関係が図2の(a)に示すよう
にL2>L1となる。
において、図1の(a)に示すように、被加工物2の加
工位置が集光光学系に対して焦点位置Fよりも遠くにあ
る場合には、レーザ光1の中心線より高角側の長さL1
と低角側の長さL2との関係が図2の(a)に示すよう
にL2>L1となる。
【0018】そこで、レーザ光発振器3を出たレーザ光
1は中心線に対して対称なパワー密度分布を持つが、こ
のレーザ光1を偏りを持ったセグメントミラー5で集光
することにより偏ったパワー密度分布DLを持ったレー
ザ光1をつくることができるので、図2の(a)に示す
ように、レーザ光プロファイルの入射角の低角側に強い
強度をもつとともに高角側にこれより弱い強度をもつプ
ロファイルのパワー密度分布DLを有するレーザ光1を
使用すれば、その結果として、被加工物2の表面におい
てはレーザ光中心線に対して対称である均一なパワー密
度分布DWを得ることができる。
1は中心線に対して対称なパワー密度分布を持つが、こ
のレーザ光1を偏りを持ったセグメントミラー5で集光
することにより偏ったパワー密度分布DLを持ったレー
ザ光1をつくることができるので、図2の(a)に示す
ように、レーザ光プロファイルの入射角の低角側に強い
強度をもつとともに高角側にこれより弱い強度をもつプ
ロファイルのパワー密度分布DLを有するレーザ光1を
使用すれば、その結果として、被加工物2の表面におい
てはレーザ光中心線に対して対称である均一なパワー密
度分布DWを得ることができる。
【0019】逆に、図1の(b)に示すように、被加工
材2の加工位置が集光光学系に対して焦点位置(F)よ
りも近くにある場合には、レーザ光1の中心線より高角
側の長さL1と低角側の長さL2との関係が図2の(b
)に示すようにL2<L1となる。
材2の加工位置が集光光学系に対して焦点位置(F)よ
りも近くにある場合には、レーザ光1の中心線より高角
側の長さL1と低角側の長さL2との関係が図2の(b
)に示すようにL2<L1となる。
【0020】そこで、この場合はセグメントミラー5の
向きを180度回転させることにより、図2の(b)に
示すように、レーザ光プロファイルの入射角の高角側に
強い強度をもつとともに低角側にこれより弱い強度をも
つプロファイルのパワー密度分布DLを有するレーザ光
1を使用すれば、その結果として、被加工物2の表面に
おいてはレーザ光中心線に対して対称である均一なパワ
ー密度分布DWを得ることができる。
向きを180度回転させることにより、図2の(b)に
示すように、レーザ光プロファイルの入射角の高角側に
強い強度をもつとともに低角側にこれより弱い強度をも
つプロファイルのパワー密度分布DLを有するレーザ光
1を使用すれば、その結果として、被加工物2の表面に
おいてはレーザ光中心線に対して対称である均一なパワ
ー密度分布DWを得ることができる。
【0021】図3は本発明によるレーザ加工方法を用い
て、レーザ出力1.85kW,ビーム移動速度2.0m
/min,入射角度75度で、焦点位置より集光光学系
に近い位置(図1の(b),図2の(b)に対応)でレ
ーザ焼入れを行なったときの硬化層パターン(図3の(
b)参照;符号2aは被加工物2の硬化部分を示す。)
およびそのとき用いたレーザ光1のパワー密度分布DL
と被加工物表面でのパワー密度分布DW(図3の(a)
参照)を示したものである。
て、レーザ出力1.85kW,ビーム移動速度2.0m
/min,入射角度75度で、焦点位置より集光光学系
に近い位置(図1の(b),図2の(b)に対応)でレ
ーザ焼入れを行なったときの硬化層パターン(図3の(
b)参照;符号2aは被加工物2の硬化部分を示す。)
およびそのとき用いたレーザ光1のパワー密度分布DL
と被加工物表面でのパワー密度分布DW(図3の(a)
参照)を示したものである。
【0022】図3に示すように、レーザ光発振器3より
発生するもともと対称であったパワー密度分布をもつレ
ーザ光に対して、セグメントミラー5を用いて偏りを持
たせ、レーザ光プロファイルの入射角の高角側に強い強
度をもつとともに低角側にこれより弱い強度をもつプロ
ファイルのパワー密度分布DLを有するレーザ光1を使
用することによって、被加工物2の表面上においてはレ
ーザ光中心線に対して対称である均一なパワー密度分布
DWとなるようにした。その結果、図3の(b)に示す
ように、硬化層パターンに偏りの無い均一な硬化層から
なる硬化部分2aを得ることができた。
発生するもともと対称であったパワー密度分布をもつレ
ーザ光に対して、セグメントミラー5を用いて偏りを持
たせ、レーザ光プロファイルの入射角の高角側に強い強
度をもつとともに低角側にこれより弱い強度をもつプロ
ファイルのパワー密度分布DLを有するレーザ光1を使
用することによって、被加工物2の表面上においてはレ
ーザ光中心線に対して対称である均一なパワー密度分布
DWとなるようにした。その結果、図3の(b)に示す
ように、硬化層パターンに偏りの無い均一な硬化層から
なる硬化部分2aを得ることができた。
【0023】
【発明の効果】この発明によれば、被加工物の表面に対
してP偏光の向きに照射することにより被加工物をレー
ザ加工するに際し、集光光学系に対して焦点位置より近
い位置で加工する場合はレーザ光入射角度に対して高角
側のパワー密度が高いレーザ光を使用し、焦点位置より
遠い位置で加工する場合はレーザ光入射角度に対して低
角側のパワー密度が高いレーザ光を使用してレーザ加工
を行う構成としたから、、被加工物表面において均一な
パワー密度分布を得ることが可能となり、被加工物表面
において均一かつ安定した焼入れなどのレーザ加工を行
なうことが可能になるという著しく優れた効果がもたら
される。
してP偏光の向きに照射することにより被加工物をレー
ザ加工するに際し、集光光学系に対して焦点位置より近
い位置で加工する場合はレーザ光入射角度に対して高角
側のパワー密度が高いレーザ光を使用し、焦点位置より
遠い位置で加工する場合はレーザ光入射角度に対して低
角側のパワー密度が高いレーザ光を使用してレーザ加工
を行う構成としたから、、被加工物表面において均一な
パワー密度分布を得ることが可能となり、被加工物表面
において均一かつ安定した焼入れなどのレーザ加工を行
なうこと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1】この発明に係わるレーザ加工方法の一実施例を
示し、図1の(a)は集光光学系に対して焦点位置より
も遠くでレーザ加工を行なう場合を示し、図1の(b)
は焦点位置よりも近くでレーザ加工を行なう場合を示す
それぞれ説明図である。
示し、図1の(a)は集光光学系に対して焦点位置より
も遠くでレーザ加工を行なう場合を示し、図1の(b)
は焦点位置よりも近くでレーザ加工を行なう場合を示す
それぞれ説明図である。
【図2】図1のレーザ光照射部分を示す要部拡大説明図
である。
である。
【図3】この発明に係わるレーザ加工方法に従ってレー
ザ焼入れを行なったときの被加工物表面での硬化層パタ
ーンの一例を示す金属組織顕微鏡写真(12倍)(図3
の(b))およびレーザ光のパワー密度分布DLと被加
工物表面でのパワー密度分布DWを示す説明図(図3の
(a))である。
ザ焼入れを行なったときの被加工物表面での硬化層パタ
ーンの一例を示す金属組織顕微鏡写真(12倍)(図3
の(b))およびレーザ光のパワー密度分布DLと被加
工物表面でのパワー密度分布DWを示す説明図(図3の
(a))である。
【図4】従来のレーザ加工方法によりレーザ焼入れを行
なった場合のレーザ光照射部分を示し、図4の(a)は
集光光学系に対して焦点位置よりも遠くでレーザ加工を
行なう場合の拡大説明図であり、図4の(b)は焦点位
置よりも近くでレーザ加工を行なう場合の拡大説明図で
ある。
なった場合のレーザ光照射部分を示し、図4の(a)は
集光光学系に対して焦点位置よりも遠くでレーザ加工を
行なう場合の拡大説明図であり、図4の(b)は焦点位
置よりも近くでレーザ加工を行なう場合の拡大説明図で
ある。
【図5】従来方法のレーザ加工に従ってレーザ焼入れを
行なったときの被加工物表面での硬化層パターンの一例
を示す金属組織顕微鏡写真(12倍)(図5の(b))
およびレーザ光のパワー密度分布DLと被加工物表面で
のパワー密度分布DWを示す説明図(図5の(a))で
ある。
行なったときの被加工物表面での硬化層パターンの一例
を示す金属組織顕微鏡写真(12倍)(図5の(b))
およびレーザ光のパワー密度分布DLと被加工物表面で
のパワー密度分布DWを示す説明図(図5の(a))で
ある。
1 レーザ光
2 被加工物
2a 被加工物の硬化部分
3 レーザ光発振器
4a,4b ベンドミラー(集光光学系)5 セグ
メントミラー(集光光学系)DL レーザ光のパワー
密度分布
メントミラー(集光光学系)DL レーザ光のパワー
密度分布
Claims (1)
- 【請求項1】 被加工物に対するレーザ光の入射角度
が60度以上で、直線偏光のレーザ光を集光光学系にて
集光し、被加工物の表面に対してP偏光の向きに照射す
ることにより被加工物をレーザ加工するに際し、集光光
学系に対して被加工物の加工点が偏光面に平行な面にお
ける焦点位置より遠い位置にて加工する場合には、レー
ザ光プロファイルの入射角の低角側に強い強度を持つプ
ロファイルのレーザ光を使用し、前記焦点位置より近い
位置にて加工する場合には、レーザ光プロファイルの入
射角の高角側に強い強度を持つプロファイルのレーザ光
を使用して加工することを特徴とするレーザ加工方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3051176A JPH04285115A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | レーザ加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3051176A JPH04285115A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | レーザ加工方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04285115A true JPH04285115A (ja) | 1992-10-09 |
Family
ID=12879530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3051176A Pending JPH04285115A (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | レーザ加工方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04285115A (ja) |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP3051176A patent/JPH04285115A/ja active Pending
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