JPH0839279A - レーザ照射方法 - Google Patents

レーザ照射方法

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JPH0839279A
JPH0839279A JP6181338A JP18133894A JPH0839279A JP H0839279 A JPH0839279 A JP H0839279A JP 6181338 A JP6181338 A JP 6181338A JP 18133894 A JP18133894 A JP 18133894A JP H0839279 A JPH0839279 A JP H0839279A
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JP
Japan
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laser beam
laser
nozzle
scattered particles
particles
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JP6181338A
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English (en)
Inventor
Shigeru Yamaguchi
滋 山口
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IHI Corp
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IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高出力でパルス発振されたレーザ光を材料に
照射して該材料の加工を行う際に、レーザノズル内への
飛散粒子の飛び込みを防止して光学系の長寿命化を図
り、更には拡散した飛散粒子の材料表面への再付着も防
止する。 【構成】 高出力でパルス発振されたレーザ照射による
材料3の表面加工を行う場合において、レーザノズル1
を材料3の表面に対する垂直線8に対し所要角度θで傾
斜させて配置し、斯かる状態で前記レーザノズル1の先
端から窒素ガス等のシールドガス4(不活性ガス)を吹
き出して材料3の加工すべき表面を大気から遮蔽保護し
ながらレーザ光5を材料3の表面に対し斜めに照射す
る。このとき、材料3に入射したレーザ光5の反射方向
xに対向する位置で吸引ノズル9により飛散粒子7を吸
引回収する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ加工を行う際の
レーザ照射方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来よりレーザは材料の孔あけ加工や切
断等に用いられてきたが、レーザ照射によれば材料表面
を薄膜状に蒸散させて表面加工を行うことも可能であ
り、このような表面加工を例えば表面が変質しているよ
うな材料に対して行えば、材料の変質した表面部分を除
去して材料表面の改質を図ることもできる。
【0003】図2は前述したレーザ照射による材料の表
面加工状態を示すもので、図中1はレーザノズル、2は
該レーザノズル1内に装備された光学系(図示する例で
は集光レンズ)、3は加工される材料を示し、前記レー
ザノズル1の先端から窒素ガス等のシールドガス4(不
活性ガス)を吹き出して材料3の加工すべき表面を大気
から遮蔽保護しながら、図示しないレーザ発振器から各
種光学系を介してレーザノズル1に導いたレーザ光5を
材料3の表面に対し垂直に照射し、前記レーザノズル1
を矢印A方向に移動して材料3の表面全域をレーザ照射
により薄膜状に蒸散させるようにしてある。
【0004】このようにレーザ照射による材料3の表面
加工を行う場合、以前ではKw(キロワット)レベルの
比較的低い出力のレーザ光5を連続発振し、該レーザ光
5の照射位置におけるレーザ密度が最大となるよう垂直
方向からレーザ照射を行っていたが、最近ではMw(メ
ガワット)〜Gw(ギガワット)レベルの高出力でパル
ス発振されたレーザ光5を用いて前記の如き表面加工を
行うことが考えられている。
【0005】なぜなら、高出力のレーザ光5をパルス発
振してレーザ照射を行った方が、材料3に対する加工の
影響を表面部分のみに局所的に抑えることができ、材料
3の深部への溶け込みが少なくなるからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者が前述した如く高出力のレーザ光5をパルス発振し
てレーザ照射による表面加工実験を行ったところ、材料
3の表面のレーザ照射位置に、蒸散した材料成分やシー
ルドガス成分等のプラズマ6が生じ、該プラズマ6から
前記蒸散した材料成分や該材料成分にシールドガス成分
が結び付いたもの等が飛散粒子7として放出され、該飛
散粒子7がレーザノズル1内に飛び込んでレーザノズル
1内の光学系2に付着するという不具合が生じることが
わかった。
【0007】即ち、高出力のレーザ光5を照射した際に
放出される飛散粒子7は毎秒1Km以上もの高速で放出
される為に運動量が大きく、シールドガス4の吹き出し
速度を上げた程度では防ぎようがなく、しかも、飛散粒
子7が放出される方向は、材料3に入射したレーザ光5
の反射方向に向かう傾向がある為、従来の如くレーザ光
5を材料3の表面に対し垂直に入射する方式を踏襲した
場合には、レーザ光5の反射方向がレーザノズル1内に
向かう方向となって多くの飛散粒子7がレーザノズル1
内に飛び込むことになり、該レーザノズル1内の光学系
2に飛散粒子7が付着して前記光学系2が短期間に劣化
し、加工の信頼性を損なう虞れがあった。
【0008】また、先に述べた如くレーザ光5を材料3
の表面に対し垂直に入射した場合には、レーザ光5の照
射位置を中心とした周辺部分に、拡散した飛散粒子7が
再付着して堆積物7’となるという不具合が生じること
もわかった。
【0009】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、高出力でパルス発振されたレーザ光を材料に照射し
て該材料の加工を行う際に、レーザノズル内への飛散粒
子の飛び込みを防止して光学系の長寿命化を図り、更に
は拡散した飛散粒子の材料表面への再付着も防止するこ
とを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、高出力でパル
ス発振されたレーザ光を材料に照射して該材料の加工を
行う際のレーザ照射方法であって、加工すべき材料表面
に対し垂直となる方向以外の方向からレーザ光を斜めに
照射することを特徴とするものである。
【0011】このとき、材料に入射したレーザ光の反射
方向に対向する位置で飛散粒子を吸引回収するようにす
ると良い。
【0012】
【作用】従って本発明では、材料表面に対しレーザ光を
斜めに照射すると、材料に入射したレーザ光の反射方向
はレーザノズル側から離間する方向となり、その反射方
向に向かって飛散粒子が放出されることになるので、レ
ーザノズル内への飛散粒子の飛び込みが防止される。
【0013】更に、材料に入射したレーザ光の反射方向
に対向する位置で飛散粒子を吸引回収するようにすれ
ば、レーザ光の反射方向に向けて放出される飛散粒子を
周辺に拡散する前に効率良く回収してしまうことが可能
となり、拡散した飛散粒子が材料表面に再付着して堆積
物となるといった不具合が解消される。
【0014】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。
【0015】図1は本発明の一実施例を示すもので、図
2と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【0016】図示する如く、Mw(メガワット)〜Gw
(ギガワット)レベルの高出力でパルス発振されたレー
ザ光5により材料3の表面加工を行う場合において、レ
ーザノズル1を材料3の表面に対する垂直線8に対し所
要角度θで傾斜させて配置し、斯かる状態で前記レーザ
ノズル1の先端から窒素ガス等のシールドガス4(不活
性ガス)を吹き出して材料3の加工すべき表面を大気か
ら遮蔽保護しながらレーザ光5を材料3の表面に対し斜
めに照射する。
【0017】このとき、本願発明者が実験から得た知見
によれば、前記レーザノズル1の前記垂直線8に対する
傾斜角度θは約40〜45゜程度とするのが良く、例え
ば90゜近くにまで極端に傾斜させてしまうと、レーザ
光5の照射面積が大きくなってレーザ密度が低下しすぎ
てしまい表面加工の効果が薄れる為、前記傾斜角度θは
0゜から90゜までの間で0゜付近と90゜付近とを除
く中間角度範囲で適宜に調整するのが好ましい。
【0018】このように、材料3の表面に対しレーザ光
5を斜めに照射すると、材料3に入射したレーザ光5の
反射方向xはレーザノズル1側から離間する方向とな
り、その反射方向xに向かって飛散粒子7が放出される
ことになるので、レーザノズル1内への飛散粒子7の飛
び込みが防止される。
【0019】更に、材料3に入射したレーザ光5の反射
方向xに対向する位置に図示しない吸引装置に接続され
た吸引ノズル9を配置し、該吸引ノズル9から飛散粒子
7を吸引回収するようにすれば、レーザ光5の放射位置
のプラズマ6から放出される飛散粒子7を周辺に拡散す
る前に効率良く回収してしまうことが可能となり、拡散
した飛散粒子7が材料3の表面に再付着して堆積物とな
るといった不具合が解消される。
【0020】尚、図示する例では、レーザノズル1を斜
めに傾斜させてもシールドガス4による不活性雰囲気が
確実に保たれるように、傾斜したレーザノズル1の下方
位置にシールドガスノズル10を別途配置して補助的に
シールドガス4を追加するようにしてあるが、例えばレ
ーザノズル1先端の開口部の口径を大きくして従来より
多量のシールドガス4の吹き出しを行うようにしても良
い。
【0021】また、材料3の表面全域をレーザ照射によ
り薄膜状に蒸散させるにはレーザノズル1を先に述べた
傾斜角度θを保持させたまま材料3の表面に沿って矢印
A方向に移動させる必要があるが、このとき吸引ノズル
9及びシールドガスノズル10をレーザノズル1の移動
に追従させて移動させることは勿論であり、前記吸引ノ
ズル9及びシールドガスノズル10はレーザノズル1と
一体構成するようにしても良い。
【0022】従って、上記実施例によれば、材料3の表
面に対しレーザ光5を斜めに照射することによって、レ
ーザノズル1内への飛散粒子7の飛び込みを防止するこ
とができるので、レーザノズル1内の光学系2に飛散粒
子7が付着して該光学系2が短期間に劣化することを防
ぐことができ、これによって、前記光学系2の長寿命化
を図って加工の信頼性を大幅に向上することができる。
【0023】更に、材料3に入射したレーザ光5の反射
方向xに対向する位置に吸引ノズル9を配置し、該吸引
ノズル9から飛散粒子7を吸引回収することによって、
レーザ光5の放射位置のプラズマ6から放出される飛散
粒子7を周辺に拡散する前に効率良く回収してしまうこ
とができるので、拡散した飛散粒子7が材料3の表面に
再付着して堆積物となるといった不具合を解消すること
ができる。
【0024】また、一般的にレーザ光5の照射位置に生
じるプラズマ6は材料3表面の法線方向に広がる傾向が
あるが、材料3表面に対しレーザ光5を斜めに照射すれ
ば、レーザ光5を図示の如くプラズマ6を避けて直接材
料3の表面に入射させることができるので、レーザ光5
がプラズマ6中を透過することによる減衰等の影響をな
くすことができ、特に吸引ノズル9による吸引を行った
場合には、飛散粒子7と共にプラズマ6も吸引回収する
ことができて一層プラズマ6の影響を取り除くことがで
き、加工精度を大幅に向上することができる。
【0025】尚、本発明のレーザ照射方法は、上述の実
施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸
脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論
である。
【0026】
【発明の効果】上記した本発明のレーザ照射方法によれ
ば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【0027】(I)材料表面に対しレーザ光を斜めに照
射することによって、レーザノズル内への飛散粒子の飛
び込みを防止することができるので、レーザノズル内の
光学系に飛散粒子が付着して該光学系が短期間に劣化す
ることを防ぐことができ、これによって、前記光学系の
長寿命化を図って加工の信頼性を大幅に向上することが
できる。
【0028】(II)材料に入射したレーザ光の反射方
向に対向する位置で飛散粒子を吸引回収することによっ
て、レーザ光の反射方向に向けて放出される飛散粒子を
周辺に拡散する前に効率良く回収してしまうことができ
るので、拡散した飛散粒子が材料表面に再付着して堆積
物となるといった不具合を解消することができる。
【0029】(III)材料表面に対しレーザ光を斜め
に照射すれば、材料表面の法線方向に広がるプラズマを
避けてレーザ光を直接材料表面に入射させることができ
るので、レーザ光がプラズマ中を透過することによる減
衰等の影響をなくすことができ、特に吸引ノズルによる
吸引を行った場合には、飛散粒子と共にプラズマも吸引
回収することができて一層プラズマの影響を取り除くこ
とができ、加工精度を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略断面図である。
【図2】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
3 材料 5 レーザ光 7 飛散粒子 x 反射方向

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高出力でパルス発振されたレーザ光を材
    料に照射して該材料の加工を行う際のレーザ照射方法で
    あって、加工すべき材料表面に対し垂直となる方向以外
    の方向からレーザ光を斜めに照射することを特徴とする
    レーザ照射方法。
  2. 【請求項2】 材料に入射したレーザ光の反射方向に対
    向する位置で飛散粒子を吸引回収することを特徴とする
    請求項1に記載のレーザ照射方法。
JP6181338A 1994-08-02 1994-08-02 レーザ照射方法 Pending JPH0839279A (ja)

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