JPS5992191A - レ−ザ−スクライビング方法及びその装置 - Google Patents

レ−ザ−スクライビング方法及びその装置

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JPS5992191A
JPS5992191A JP58195393A JP19539383A JPS5992191A JP S5992191 A JPS5992191 A JP S5992191A JP 58195393 A JP58195393 A JP 58195393A JP 19539383 A JP19539383 A JP 19539383A JP S5992191 A JPS5992191 A JP S5992191A
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laser
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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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】 発明の背量 本発明は高速レーザー走を装置と、この走査装置を用い
て強磁性相のシート(鋼板)を高速レーザーけがき(ス
クライビング)シフ、磁区の間隔を改良することにl?
jする。
高透磁率の方向性珪素銅の開発によp5特に/、JT 
(/j−KG)より大きな誘起電力において、鉄損が大
きく改善されるようになった。この鉄損の減少は主に結
晶粒の配向度の改善によって達成されていた。全鉄損に
寄与する鉄損成分の分離は、鉄損の改善が鉄損のヒステ
リシス成分の減少によって達成されることにより示され
た〇鉄損を更に減少させることは、710°磁区壁間隔
を改゛良し、鉄損のili!71電流成分を低減させる
ことにより達成される。
最近数年間にシート中の静磁気エネルギー或いは磁気弾
性エネルギーを変更することによって磁区壁間隔を減少
させる技術が開発さtNた。
圧延方向と平行に引張応力を力える絶縁板+1iは、磁
区壁間隔及び鉄損を減少させる上に有効であった。シー
トの圧延方向と直角に機械的又は物理的にけがき(スク
ライビング)することは、磁区の間隔を減少させ鉄損を
低下させる上に有効なことが判明した別の技術である。
機械的スクライビングの欠点は、絶縁被膜が乱さn1占
積率が減少することにある。
上述した欠点の・ないスクライビングの利点を確保する
努力は、パルスレーサースクライビング技術の使用を中
心としてなされてきた。周知のように、充分な電力密度
のレーザーパルスにより鉄−珪素合金を照射すると、合
金表面の材料が気化し、圧力衝撃波が合金内部に流れ、
転位及び双晶を生ずる( A、 Fi、り2ウアーほか
著、「パルスレーザーによシ誘起されるFθ−3Wt。
Pat Si  合金の変形」、Metallurgi
Oa’ITransactions A、  第ffA
巻、 //9−/2r頁、1977年7月参照)。この
変形は機械的スクライビングによって生じた変形と同様
に、磁区の11i月−<4を制御するために使用できる
。実際に、パルスレーザ−は、衝撃波によって誘起され
た変形の配列(array)  を生ずるために、方向
性電磁細板に適用されている(例えば米国特許第りλり
J 3j 0 4 、フランス特許類ざ0722237
号(79g7年7月30日 72ンス特許第21I6ざ
721号として公告)並びにヨーロッパ特許頻用003
3g71:A2参照)。
これらの努力にも拘らず、高容量高処理能力ペースで実
用的な強磁性材料の大きなロント或いはヒー) (hθ
ats)  にスクライビングする上に必要な、高速ス
クライビングを可能にする計装及び7+法の開発がなお
も望まnている。本発明はこの要請に応えたものである
発明の概要 本発明者らは、これらの要請に応え得る装置及び方法を
開発した。本発明によれば、この装置1デは、レーザー
ビームを偏向させるための回動手段と、スクライビング
される被処理物にレーサービームを合焦(集束)させる
合焦手段(集束手段)とを備える。さらにこの装置はレ
ーサービームの光路を通って被処理物を移動させる移動
手段を備えている。レーサービームを偏向させるための
回転手段は、回転中にレーサービームを被処理物の移動
方向に対し実質的に横方向に(即ち該移動方向と直角方
向の±4Z&0方向以内に)並進させる。
本発明の一実施態様によnば、上記合焦手段及び偏向手
段は同一の装置中に組込inるが、他の実施態様におい
てはこnらを別々に配置し、上記合焦手段すなわち集束
手段は好適にはビームの偏向手段と破処理材のシートと
の間に配置さnる。
レーザービームを偏向させる回転手段は、好ましくは、
可変速度モータに結合された鏡(ミラー)である。
合焦手段はレンズ又はミラーとしてもよい。
好まし7くは合焦手段は、スクライビングさするシート
上VCalEcいビームスポット (ビーム光点)を形
成するように円筒状とする。
本発明の装置にはレーザービーム源、好ましくは持続波
或いは拡張されたパルスモードにおいて動作可能なレー
サービーム源例えば00.レーザー、ネオジムYAGレ
ーザー又はネオジムガラスレーサーが含まれる。
レーザーを通ってシートを走行させる手段は、好ましく
は日−ル又は真空チャック或いは磁気チャックをα6え
たテーブルを含み、このテーブルは、シートを弾性的に
湾曲させ、それによりスクライビングさtているシート
面を、レーサーの全通路を横切って集束手段の焦点面か
ら所定距離内に保つように、適切な形状を備えている。
シート表面は好ましくは集束手段の焦点面にできるだけ
近くに保持される。
さらに水元11jによれば、スクライビングの間シート
面を平面形状に保ってもよい。本発明のこの実施態様に
よれば、レーザービームを(Jm向させる回転子役は、
共通の回転軸線の回りに円周上及び軸方向に分布さnた
複数のミラーの群全備えている。この共通の回転軸線0
1シートの走行方向(即ち圧延方向)に対し実質的に曲
角に配向され、各群のミラ一群の各ミラーに1、上記回
転軸と平行でシートの幅に実質的に等しい成る長さに亘
り規則的に分布さjている。各ミラーは回動に際しレー
ザービームの光路中に次々にもって来らrlそれによシ
レーザービームをシート面に向ってGd向させ、シート
面を横切ってレーサービームを増分的に移動させる。
さらに本発明によれば、上述したレーザービーム・rピ
ング装置の使用方法も開示される。第1方向に速就B1
で走行する強磁性(オのシートは、該第7方向と実質的
に直角の第一方向に速度s2−?’走行するレーサービ
ームによってスクライビングされる。レーザービームは
シート上に所定の大きさ及び形状のビームスポットを形
成し、所定間隔の線をスクライビングする。この方法に
よれば、上記第一速度S2及びレーザービームの入射電
力Pは、次の条件を満たすように選定される: (1)弐〇、/≦F B、 −/ /2≦7(ここにP
はワットで、Sはインチ7分でそfLぞn表わさnる)
が満足されること。
(11)  レーサービーム電力密度が衝撃変形を生じ
ないこと。
(Ill)  レーサービーム・入射エネルギー密度が
70ジユール/ cm  よりも大きく且つ約コθ0ジ
ュール/ (、mt”よりも小さいこと。
不発すノは強磁性シー′ト材料に高速レーザースクライ
ビングする装置直、及びこの装置の使用方法に間する。
尚業者ならば、以下の説明に基づいて本発明をそれぞれ
の用途に適合させることができよう。持続波モード又は
拡張さnたパルスモードで動作するレーザービームによ
って、絶縁被覆した強磁性材料シートをスクライビング
することによシ、この絶縁被覆した強磁性材料シートの
I?u力損失を減少させイUることが見出された。適切
な1/−サー走査パラメーターの下に、上記強磁性材料
の磁区の大きさを被膜の絶縁性或いは表面粗さ特性を低
下させることなく改善し得ることが見出さnた。
本発明者らの推定によnば、本発明の好ましい結果は材
料の狭い帯域が固相線以下の高温にレーザーにより急速
に加熱されることと、上記制別の帯域がその直後に魚、
檄に自己急冷さ朴ることとによるものである。、上記材
ネ4のうちレーサ処理された部分とその周囲の処理され
ない部分との間に温度差が生じ、この温度差は処理を行
うときに周囲の比較的低部の材料による熱膨張に際して
起こる応力のため、kA処理さnた帯域中に塑性変形を
生ずるi1.斤は残留応力を生ずる程度に大きくなる。
これらの条件を達成し一方被膜の損傷を回避するために
は、レーザー(d衝撃波を発生させずに、また好ましく
は強磁性材料を融解させずに、強磁性材料の狭い帯域を
所要の高温まで急速に加熱し得るものでなけjばならな
い。この装作は、材料中に衝撃変形をもたらすのに必要
な値以下の電力密度をもったビームを牛するレーザ−を
使用することにより得られる( A、 H,クララ7−
 (A、 HlO1auer )ほか、「金属における
レーザー誘起衝撃波の効果」及び[衝撃波と金属におけ
る高ひずみ率現象JM、A、マイヤー(M、A。
Meyer )ほか編、プレナム・パブリッシング・コ
ーポレイシs 7 (Plenum Publishi
ng 0orp、)刊行(/9ff/)A’i’&頁参
照、この論説の第676〜bgθ 頁は本明細壱中に引
用)と共に、IOジュール/Cが より大きく約200
ジユール/ crlより小さい入射エネルギー密度を実
現することにより溝ださね得ることが見出された。この
目的のためには滞留時間を約7099秒以下としく溶融
を避けるため)約/×10’ワット/Cnl”よりも低
い電力密度とし、上記エネルギー密度を与えることが適
切であると考えられる。絶縁波膜、を;角する冒透磁率
方向性珪累鋼を使用し、入射エネルギー密度約l/〜5
0ジュール/crn”を得るように入射′電力密度を約
/×10〜/×IOワット/ Can” 、j’lij
シ貿時間を好ましくは約・0.7−1ミlJ秒とした場
合、電力損失か著しく改善さnることが見出された。上
記の要件に適合する持続波モード或いは拡張さ扛たパル
スモードで動作するレーザーは有用であることが見出さ
れた。
このようになされた改良は、レーザーによって生じた変
形帯域の幅と、変形帯域の間隔とにも依存する。
特に理論にこだわらないが、本発明の理解と、そnによ
って得らする利点の活用の点から、次の理論的な説明が
有用と考えら口る: 衝撃変形効果かない場合、局所加熱の程度C熱膨張が拘
束さnるためにおそらく局所変形をもたらす型費な一要
因であると考えられる。本発明に使用する大部分の滞留
時間及びレーサービームの光点の大きさについて、近似
的に大部分の熱が強磁性材料中に下方に流れ、その他の
方向には熱損失はほとんど起こらないと考えられる。理
想化された/次元熱流モデルにおいて、温度変化は次の
式(1)によって表わすことができる: 式中、△T−表面温度の最大増加(0K)■=入射ビー
ム電力(W/♂) t=表面上のビームの滞留時間(秒) に=熱拡散率(CrrL” 7秒) k=熱伝導率(W/α、。K) α=吸収率 チニ、レーザービームの光点が典型的なガウス分布の代
りにその直径或いは長さdに亘って均一な電力密度を有
するものと想定すると、ビーム軌跡ないしはスクライプ
ライン(けがき線)の中心における滞留時間は式 %式%(2) (ここに日=走介速度) によって表わさnる。
入射ビーム電力Pは式 (ここl/CAは−(ポな電力密度を有するビーム光点
の面積である) によって表わされる。式+11 、 (21及び(3)
の組合せによって、 また、成る与えらnた材料、レーザービームの形状と大
きさ及び波長については、 △T、xP、8””/’コ          (5)
式(4)がレーザー処理の間実際に存在する4・!雑な
状態に対し定量的に正確な△T を力えるとは考えられ
ないにしても、式(411d異なる材旧間の’tJl、
力、速度及びエネルギー要件の定性的比較或いは定性的
予測を行う/ζめには有用であろうと考えられる。所定
材料、レーサー波長、ビームの形状と大きさ、及びスフ
シイプライン間隔について、パラメーターP・S−//
2は本発明によって生ずる鉄損の変化にとって有用な作
図変数であることが見出さnている。
パラメーターP−s −//4は、直線的r(c増大す
る走査速度に対し電力を直線的に増大させる必υなしに
高速レーサースクライビングが可能なことを示している
。しかし走査速度が増大するにつnて、滞留時間は所定
円形光点の直径について減少し、Ji終的には所要のエ
ネルギー密度を(&るのに必要な高電力密度によって生
じた衝撃誘起効果のため、被膜が損傷する。レーサービ
ームの光点の幾何学的形状を円形から細長い形状に変形
し、光点の長軸を走査方向と平行に整列させることによ
り、走査速度に対する制限を克服できることが見出され
た。このように、被覆損傷を避ける本発明方法に必要な
レーザー滞留時間、電力密度及びビーム幅を保ちながら
走査速度を著しく増大させることができる。この細長い
光点は例えば円筒レンズを利用することによってイUら
れる。
細長い光点によって今や可能となった潜在的な高走査速
度を有効に得るためには、一定速度でレーサービームを
高速操作する有効な方法が必要になる。
jM’f /図及び第a図σ本発明による高速レーサー
走査装置、及び高速レーサー走査方法の実施例で使用し
た装置が図示さnている。87図はレーサー走査装置の
一部切取側面図である。対角ミラーl/θ41は、円筒
レンズ//θ6を一端で調節可能に支持した支持アーム
/10gの回転中心に図示のように取付けらハている。
対角ミラー I10’lは円筒レンズ/106に光学的
に整列されており、対角ミラーI10’lの回転軸1i
! VC整列さfLだレーザー光の入射ビーム/102
が対7Qミラー/10グにより偏向さtて円筒レンズ/
106を通るようになっている。円筒レンズ/106は
次に強磁性材料シー) //、/、5の表mi上の、細
長い光点に入射ビームl/θ、2金集光させる。下記の
実施例には、金波Mを有するステンレス鋼の対角ミラー
l10Qとセレン化亜鉛の円筒レンズ/106とが用い
ら71.ている。
円筒レンズ1106は第2図及び第3図に一層詳細に示
すように、支持アーム/10ざ上にねじ33により保持
きれ′#、取付はカシ−37中のb’i+定位置に保持
さjている。ねじ33は支持アーム/10gのスロット
Jjを通り延長している。
スロット3左の長さは充分に大きクシ、いろいろの焦点
距離を有する円筒レンズ/101aを取付け、強(瀬性
材料シート//3!’D表面を円筒レンズ/106の焦
点面又けそnから外れた位置にするために円筒レンズ/
10Aの位置を所定量調節し、そnによシシー) //
3jtの表面上に生ずる光点の大きさを増減させ得るよ
うになっている。
第1図に示すように、支持アーム//θgは鋼製の軸/
l/2に取付けてあり、鋼軸///Lは可変速度直流モ
ータ//10に継手///gにより連結さnている。y
tl′I軸///2はボールベアリングを収納したヨー
ク///lI中に回動自在に取付けらnている。ヨーク
///’lは中空の底部材//−−中に取付けら7+、
ている。゛また銅軸///コ」二にはタコメーターリン
グ///6が堰付けられている。
第S(メ1及び第6図に示すように、タコメーターリン
グ///b+ri内11!!lの円周上に配された一連
の・1111方向の穴Sθと、これらの穴の円周と異な
る半径上にある少くとも1つの軸方向の穴!、2とを備
えている。こjらの穴は、中空の底部′44//2コ上
に取付けたコ対のLEjD(発光ダイオード)と光電セ
ンサー/l−〇との組間を通過する。
第1対のLED  及び光電センサーの組Vま、円形に
配列した穴jOの環により唾断さj、るようになってお
り、’Ll!!D  により放出さnる光の遮断される
周波数に基づいて7分間当りの回転数を示す電気的信号
をディスプレイ装置に送出する0 第一対のLID  及び光電センサーのmは、穴5コに
配置されている。この配置から得られた電気信号は、レ
ーザー源に送出さtl ビームが強磁性材料シー) /
/J!;に入射した時にのみ、所望によりシート//3
!上の二回目、3回目等の通過についてレーザービーム
を発射させる。
第1図及び第2図に示すように、レーザーによってスク
ライビングされる強磁性材料シート//33を保持する
ためのシートテーブル/7.26は、中空の底部材/l
ココ中に配さnているが、シートテーブル// 、26
は、底部材//、2.2の一体的な部分をなしていない
。シートテーブル//、26は、端側からJFlだ時に
第2図に示すように凹面に見える上方に指向した円筒面
//コクを備えている。円筒面/127は、第2図に示
すように、円筒面//、27と対角ミラーI10’lの
回転軸線との間の距随に管しい曲率半径の円弧を画定す
るため、円筒面//、2?上に保持されたシー) //
3!に沿ったその全経路について焦点合せの程度が同一
になる。
第3.を図に示すように、強磁性材シート//3りは、
真壁チャック装置によって、円筒面/lλ7に接するよ
うに保持さむている。円筒面//ココア下方の、シート
テーブル//26中には、一連の通路//30が円弧状
のアレイに従って配列さね1通路//30は、円筒面l
/λ7上に開口するスロツ) //32に連通されてい
る。可撓性の真空配管37は通路//30にポー) 1
/、2gにおいて接続している。シー) //J3は、
通路//30及びスロツ) //32に部分的な真空が
設定されると、円筒面//2りに接して固定される。そ
のためシー) //3!;の上面は凹面形状になり、こ
の凹面形状は、レーザー処理ザイクル全体を通じて保持
さnる。
第1,2図に示すように、シートテーブル//2乙の下
部は、車輪//36を有するトラック/73タ上に取付
けてあり、シートテーブル//、26とトラック//j
lIとから成る全体の組立体はそれによって軌道即ちチ
ャンネル//タタ中を転動することができる。トラック
//34tは、回動可能な長いねじ//IlO上に回動
不1−リー能に取付けらnlまたねじ係合さnlねじ/
/lIOは別のり変速度の電動機//4’、2に連結さ
れ、これに↓ よって駆動さnる。ねじ//ダθを回動させるシートテ
ーブル//、26はねじ//’70の長さに沿って軸方
向に移動する。
第2図を参照するとわかるように、シートテーブル//
24は、円1i@ ?ff!上のシー ) //33の
回転中上・線が対角ミラー//θりの回11ツク中ノ[
tとできるだけ正確に合致するように整列さJlている
底部オ//ココの下方に延長する可調節の脚部//、2
4’によって正確な整列が実現される0第1..2図の
装置を使用して、公称厚さ0,3,711m (/ 2
ミル)、幅グθ、ICInCl4インチ)、長さb b
、0c11L (26インチ)のカーライト−3被td
 ) 7ンーコールHシート上の一側のみに、表Iに示
した処理パラメーターを用いてスクライビングすること
ができる。
トラン−コールHは、米国オハイオ州ミツドルトン、ア
ームコ・インコーホレイテッドの商標名である。この商
標に係る商品は、2次再結晶を助けるためのA L N
  禁止を用いた高透磁率の方向1生珪素鋼である。カ
ーライト−3は、θ、02!Ham (/ ミル)のガ
ラス被膜上に接合された、典型的には約3〜ダμm の
アルミニウムーマグネシウム−燐1イλ塩−クロムーシ
リカ断熱ガラス応力岐膜のアース・コ・インコーホレイ
テッドの商’l’l(名である。カーライト−3応力被
膜は典Bq的には600Cよりも高い温度でキユアリン
グする。この応力被膜はその下方にあるシリコン鋼に張
力をかけることにょシ磁区の改良をする。カー2イト−
3が所属する7群の断熱応力被膜及びこ扛をシリコン鋼
及びガラス被膜付シリコン鋼に適用する方法は、引用に
よってこの明細書の一部となる米国特許第3バリア11
4 号に記載さねている。
/ テーブル移動方向に対し直角に整列された有効領域が約
0.7 A 〜/、O7rnm (0,03〜0.O1
1インチ)×ハ、27mm(θ、OSインチ〕の長楕円
形の光点を各々の場合に形成するために、円筒レンズを
使用した。またフォトン・ソーシズ・モデルvsoo、
soθワットレーザーにより供給されるC02CW  
L/−ザーを使用した。円筒レンズに入った時のビーム
は断面が円形であり、エネルギー分布はガウス分布であ
った。
処理された全幅の畦−シートについて測定し一1/ま たP−3の関数としての、誘起を力1Ok(0、ム、・
印)及び1SkG (口、△、○印)においての鉄心損
の変化は、第7図及び第g図に、焦点距離/ 、2.7
θcm (5インチ)、4.jjcmf(,2,jイン
チフの一つのレンズについて図示されている。図かられ
かるように、鉄心損が最小になるP、S−1/2  の
最適値は、7.0〜7.0ワツト(mirl/インチ)
、好ましくはハ0〜s、oの間にある。おそらくはシー
ト上に形成される光点の大きさに電力の大きな変化が影
響をもつことに′よって、成る与えられた誘起電力にお
いて別々の鉄心損曲線が、各々の評価されたレーザー電
力(/30(@、口)、300(ム、△)及びti−s
o(傍、0)W)について得られる。
第71g1AVc示したデータは0.A J can 
(00,25インチ)の呼びスクライビング間隔を使用
している。成る与えられた′電力、光点の大きさ及び幾
何学的形状について、走査速/f、’l″−異なると、
鉄心損の最適の改善を生ずるための最適のスクライビン
グ間隔d、相違したものV(なる。鉄心指について大き
な改善がなされると、典型的には、被膜て牛じたスクラ
イビングの可視的な痕跡はほとんどなく、損傷は見られ
ない。図示したP、S−1/2  り比較的大きな値(
即ち’1.!;−3.θよりも大きな値については、被
膜面の既存のきすのところで被膜が多少融解することが
ある。
図示したpss−1/2の比較的小さい値(即ち/より
も小さい値)Vこついては、エネルギー分布或いは電力
分布が不充分になり、評価しているスクライビング間隔
についてドメイン(磁区)の大きさVC著しく影響する
応力を生ずるに足りる急激な温度の上昇は起こらないと
考えられる。
円形の光点を用いた過程に対しては、約θ、/ワンド(
min、/インチ〕1″の低いや++3−+72値が検
ぼ・1されろ。
第り図は、ti!iowのビームを用いて、約797A
Ocm(3/4tθOインチ97分(○印)及び約/q
り3りOcm(’)If!;00インチ)7分の走査i
UI&についてスクライビング間隔と/ !; kGに
おいての鉄心積の減少率との関係をプロットした線図で
ある。79’/lθca+/分のけ書き速度に対する最
適スクライビング間隔は約t、グmm (0,25イン
チ)、/qq3qocm/分のスクライビング速度に対
する最適スクライビング間隔は約/、7g 〜、3.0
rmrn(θ、07〜0./ 2インチ)である。
誘起7ri IE a)関数としての鉄心用減少率の変
化は、スクライビングl−j、l 隔、r、 、1.t
 mm (θ、29インチ)、? ? ? b n +
3m / 5) (p’p l:lJ ) H,びスク
ライビング間隔、L2 mm (0,/ 、2 !;イ
ンーf ) ((r)印)でスクライビングするためy
clIsoワットのビームを用いたそれぞれの場合につ
いて、第70図に図示されている。
約7.0.2×9.33mm (0,0011XJ/g
インチ〕の7一ト面上に楕円形の光点を形成するために
直径−7,2,7mm (−//2インチ )、+、1
θソツトの円形の到来ビームの光路中て直径9.!iJ
mmの円形アパーチュアをおいた場合の、797乙θC
b分、約3.0!;mm (o、71インチ)に対する
結果も、第10図にプロットされている。
第1図に示した装置は、第1/図に概略斜視図により示
したほとんど無限に長い強磁性材シートに高速レーサー
スクライビングするように適合させることができる。第
11図YCは、電動機駆動される巻戻しリールコlIs
上に取付けた平泪な強磁性材のシートのコイルが取付け
られている。シートは一対の自由に回動可能な区画され
たロール対、2.O3,2,20に通される。各々のロ
ール対コθ3,1.20 は、凸面ロール、210と、
これに整合する凹面ロールλ/Sとを有し、これらのロ
ールコ/θlλ/s  ハシート2グθを塑性変形させ
ることなくシート、2ダOVC湾曲形状を付与する。各
々のロールユ10.2/!;  の各々の区画は、他の
区画に対し独立に回動し得る。
厚さ0.21:rnm (0,077インチ)、幅lI
t、クコcm(/&インチ)のシートの場合、−〇、3
Jcm(11インチ)より大きな曲率半径とすると、鋼
に対する有害な効果を生じないことがわかっており、約
JI1.10−+5.7.2cm(/ j 〜/ 1イ
ンチ)の半径が検討されている。最小曲率半径はもちろ
ん材料の厚さに依存する。
レーザー操作装置は、ロール対、2os+コ、20の間
に配設されている。レーザー源ないしレーザgff12
00<パルスレーザ−でL連続波レーザーでもよ(、C
O,、ネオジミウムYAG  或いはネオジミウムガラ
スでもよい)は、固定ミラーl10YCレーザービーム
を送出、し、固定ミラー/ / 0は、矢印への方向に
回転する回転光学系l/Sてレーザービームを整列させ
る。回転光学系/ / !r lql:、回転レンズ9
0及び回転ミラー/、2θを有し、回転レンズタ0と回
転ミラーノコ0とはいっしょに回転して、シート、2V
Oの移動方向(矢印Cによってボす)に関し固定された
配向の細長い光点9Sを形成する。ビームは回転ミラー
/、2θの表面によって反射され、矢印Bの方向に進み
、レーザービームの下方を矢印Cの方向に進行するシー
ト、2poの表面にスクライビングライフ、23jtを
形成する。け占き線、23Sは説明の目的で第2図には
示されているが、実際は、肉眼では見えないことが望ま
しいと考えられる。
可変速度の電動機、26Sは回転光学系l/Sを回転可
能に駆動する。可変速度の電動機、2A3と回転光学系
llSとを連結する軸にV、1、回転光学系//Sの速
度及び配向を測定し、レーザービームlO3がジートコ
弘Oの方に反射される時にのみオンとなるようにレーザ
ービーム/θSを励起させる時期をレーザー装Nコθθ
に通報するために、タコメーター族@27θが取付けら
れている。
シート、2qOの移動速度と回転光学系//jの回転速
度とは、鋼材上のけ書き線の所望の間隔を与えるよって
互に整合されている。
−例として、単一の回転光学系の場合、成るスクライビ
ング間隔を得るのに必要なレーザービームの最小走査速
度は、次式 %式%(6) (式中Wはシート幅、Lはスクライビング間隔、S、は
シート移動速度、S、はレーザー走査速度である) によって計算される。
ここでは、成る7本のスクライビングラインが完成する
と直ちに、レーザービームが次のスクライビングライン
を形成し始める準備状態になっているものと想定されて
いる。係属中の米国特許願      号(tH願人の
作置!07.3g号)又は光学系の1回転の間に複数の
スクライビングラインを形成し得る本明細11M第1弘
〜/り図に示された光学系は、上式により計算されろ最
小速度Vζおいてこのスクライビング間隔を実現するよ
うに変更することができる。しかし光学系の1回転につ
いて只1回のスクライビングを行う光学系の場合、1つ
の回転光学系が所望のスクライビング間隔を達成する最
小速度は、式 (式中RはシートコグOの曲率半径である)によって与
えられる。
各々が自己のレーザービームによってスクライビングす
る複数の回転光学系を使用する(ここにレーザービーム
は、単一のレーザー装置と/ Ili’!以上のビーム
分割器とを用いて、又は?Mg!lのレーザー源によっ
て発生させる)場合には、所望の最終的なスクライビン
グ間隔を実現するために、式tel 、 (71によっ
て計算された速度よりも低い走査速度を用いることがで
きる。この条件の下では、最小のレーザー走査速度は、
次式(式中nはシー14スクライビングするために使用
されている回転光学系の数である)−て従って計算する
ことができる。
区画されたロール対、2−〇を通過した後に、弾性的に
湾曲したシート21IOは、その元の平たんな形状に戻
され、電動機駆動される巻取りリールコSo上に巻取ら
れる。
ff! / /図にrll、ユーザー又はメーカーのプ
ラントに配設され得る特別の処理ラインとして本’zl
 F’JJによるレーザースクライビング装置を用いる
ことを示しているが、本発明によるレーザースクライビ
ング装置は、シートの移動速度が7分間約3θ〜300
m(100NIO00フイート)となり得る標準的な処
理連鎖内において連続又は半連続の既存のラインに組込
むこともできる。
シートの移動速度がシート面上のレーザービーム、走査
速度の相当大きな分数値(例えば10チ以、)、 )と
なる応用例の場合には、スクライビング帯域幅を最小に
するように円筒レンズを調節することが望ましい。例え
ば、シートがビーム走査方向と直角VC移動する場合、
円筒レンズの軸線もシートの移動方向と直角であると、
成る量の細長いビームのてじみが生じ得る。このにじみ
はシートのレーザースクライビング帯域の幅を広くする
ことがある。このてじみ効果を度、S、はレーザービー
ム走査速度を表わす)に等しい角度円筒レンズの軸線を
回転させることにより、ビーム走査方向に延長する時に
シートの移動方向に関して後方に延長する細長い光点が
シート面上に形成される。そのため細長い光点の長軸は
、ビームの移動方向に対しもはや平行では々く、それと
の間に角度θを形成する。
シート移動方向と直角又は他の所望の角度に走査経路(
或いは、形成されるスクライビングライン〕をもって来
るために、ビーム回転面を回転させてもよい。
第1/図に示した本発明によるレーザースクライビング
装置には、第73図に示した回転光学系llSが用いら
れているか、それ以外の光学系、例えば第11/、2図
に示したソ3.学糸を使用することもでき、これらの光
学系も、いろいろの応用例に特有の要件の下に適切であ
る。
第1図に示した回転光学系の利点は1、第13図の装置
によって必要とされる(成る到来ビーム径に対する)焦
点距離の長い円筒レンズよりも小さい光点を与え得る焦
点距離の短い円筒レンズを使用できることにある。しか
し第1図の回転光学系は、レンズに作用する求心力が性
能に影響するほど高く彦る場合には、最適ではない。こ
れらの場合には、レンズに対する求心力が最小になる第
1.2,13図に示す回転光学系が好適である。第1−
図には心違い放物面の反対面りθを有する回転ミラー7
5が図示され、この回転ミラーは、スクライビング中の
シートコニの細長い光点にレーザーを反射合焦させるよ
うに作用する。
本発明の別の実施例を第1グ+73図に示す。
この実施例VCよれば、細長い固定円筒レンズ/310
は、矢印Cの方向に移動するスクライビング中の平たん
な強磁性材のシート/!r、3θと回転光学系/ 3 
J、 0との間に配置される。細長い円筒レンズ/31
0ば、シー) /!;30の幅を横切って横方向に配置
され、シート幅て少くとも等しい長さを有する。
回転光学系/!;、2θCL、シート幅を横切って横方
向に延長し細長いレンズ/S/θの長さて対し平行に整
列された軸線A −A (1)回り匡回転するように駆
動される。複数群のミラーは、ドラム/!4100周面
の回りに強(しかし交換可能に取付けられている。第1
3図にはダつの群W、 X。
Y、 Z  を示したが、これより多いか又は少い数の
ミラ一群を用いて回転レンズ系を設計してもよい。各#
W、 X、 y、 zは複数個即ち1個(1=コ、3.
’A−,−)のミラーを備えている。
図示した例では1=ffである。これらのミラーは、円
周に沿い分布されていると共に、共通の回転軸、腺A 
、Aの回りに軸方向に分布され、1紬線jy Aから成
る共通の半径にある。例えば1i)Xでは、3個のミラ
ーX/〜xgは、少くともシート幅に実質的て等しい長
さに亘って、共通の回転軸線と平行に規則的に分布され
ている。ここで規則的とは、成る群中罠おいてlっのミ
ラーからそれと円周方向に瞬接した次のミラーに移行す
る際に、ミラー間の移行が第1ダ図に示すようにシート
幅を横切って階段状に連続して行われろことを意味する
各々の平たんなミラーにより限定される平面の法線は、
軸線AAから延長して各々のミラーの円弧を2等分する
径方向線と軸線AAとてよって形成される平面と平行な
平面内にある。
これらのミラーを、レーザービーム/!;30の光路て
入るよって、矢印Qに示す方向に回転させると、レーザ
ービーム/5kidξラーニよって、細長い円筒レンズ
/!10の力に反射され、円筒レンズ/り10はレーザ
ービーム/!!ifを、シー17!、30の表面上り細
長いスボントを形成するように合焦する。隣接したミラ
ーがレーザービーム/!;!;0の光路に入るように移
動すると反射レーザービームはシー) /!;30の幅
を横切って成る距離増分的に移動する。この過程はその
r+1iの最後のミラーまで続けられ、この時点でレー
ザーはシートtsaOの全幅をjm過しており、ここで
自動的に遮断され、次の群の最初のミラーカレーザービ
ームを遮えぎるまで続けられる。
好ましくは、該次の酢のミラーは、先行する群の最後の
ミラーの直後にレーザービームラ遮えぎるようにする。
そのため回転光学系/3.2゜の1回転ごとにシー) 
/!;30の全幅に亘り複数のスクライビングラインが
形成される。ミラ一群の数及び回転光学系/!t、lO
の回転速度は、シート/jt30の移動速度に対してス
クライビングライン間の所望の間隔が得られるように選
定する。
また7つの群中リミシーの軸方向間14は、図示した鎖
線状又は7本の連続したスクライビングラインを与える
よう罠、所望のようVC調節する。
第1り+/j図に示した実施例の変形例として、第1A
図に示した#Jの軸方向pて分布されたずシーJ/、・
・@−J10は、そのミラー面に対する法線が第1s図
の実施例に示すように径方向に整列される代りに互に平
行になるように整列されている。尚、群J中のミラーは
、その回転1iQi線B−Bから共通の7つの半径に全
て位置されて1ハ4)わゆではない。mBHの回りに矢
印Vり方向ンこ回転するミラーJ/−JlOQJ、レー
ザービーム、/110を遮えぎる時てぞれを反射し、矢
1−IT rtの方向に移動するシート/630の幅を
横vJって延びる固定の細長い円筒レンズ1620をj
llつて、レーザービームを送出する。
l洋中の各々のミラーがレーザービーム/l、、20f
遮エキる時しこ、ノー1r−ビ〜ム/6.lθは、シー
) /!;30の幅を横切って増分的に移動する。円筒
レンズ/b、20はコ個以上の別々の円筒レンズにその
長さに沿い区画してもよい。
第1A図を吟味することによって、ミラー列が回転する
時、ξシー区画から反射されるレーザービームも、円筒
の回転軸線と合致する回転中心の回りに回転することが
わがる。円筒レンズ上のし〜ザービームの位置は、この
回転運動のためKM動する。第76図に示した条件の下
では、この運動t1、右方がら左方に向って生ずる。簡
単な幾何光学上の考察によって、円筒レンズ1taoに
より生じた合焦された線分の位1aも、速度v′−ωF
(ここにωは円筒体の角速1a、Fは第1A図に示すよ
うに円筒レンズ/A−〇の焦点距離である。鋼材上のス
クライビング線の輪郭がぼけないようにするために、こ
の像形成速度をシート/A30の移動速度vVこ整合さ
せ(即ちy −v /  )でもよい。fを円筒体の回
転速度とすると、必要条件tま、aπFf=vである。
典型的hパラメーターの値例えばv−bo、6m/分(
,200フイ一ト/分) = /、0 / In/秒(
グθ他の装置パラメーター即ちミラー列中のεシー区画
数、円筒体に固定したミラー列の数、レーザービームの
エネルギー及びプロフィルその他は、鋼材の所望の磁気
的特性を最適にするJ二うに調節することができる。
湾曲したシート/7AO上に1回転当り複数のスクライ
ビングラインをJit成する光学系が、第77図に図示
されている。この実施例によれ1・f1角錐4にのξシ
ー/り/θの回転中心は、εシー/7/θの底面/7/
3の幾何学的中心及びその頂点/’1.20を通って延
びる回転軸線CC上におかれている。外側に指向した傾
斜ミラー面/7.30は、底面/7/Sの周縁部から上
方に延長する際7ζ回転軸線に向って延長する。円筒レ
ンズ71ダOは円錐ミラー/710と共に回動可能に取
付けられている。各々のξシー面/73θりこついて7
個の円筒レンズ/l’IOが設けられ、ミラー面/’/
、jOVこ光学的に整列されている。回転軸線CC上に
Vよないがこれと平行にシート/7AO上に集光される
、到来したレーザービーム/7jθは、成る特定のεシ
ー面/’)30から、このミラー面/730VC整列さ
れてこれと共に回転する円筒レンズ77グOを経て反射
される。そのためレーザービーム/7SOは細長い光点
として、湾曲したシー) / 7 A o、l−に合焦
され、矢印りによって示す幅方向(・(、シート/7乙
θの移動方向と実質的に直f(I′/ζ走I′r−され
イ)。l/−+lSIlSノリ1qqoを有−j 7)
グ面り角凪ξシー/7/θtj1、ミラー/り/θ及び
レンズ/ワクθの7回転ごとにグ本の、腺を湾曲[7た
シート1qbo上にスクライビングする。7個よりも多
いか又は少い数のミラー面/73oとレンズ/7’IO
との組を備えた構成もiT能である。
本発明は、上述した実施例のはかV(もいろいろと変形
して実施でき、上述した111宇の構成oj、単なる例
に過ぎず、本発明を限定すイ)もので(j、ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を一部切欠いて示す側面図、
第、2図は第1図に示した実施例の正面図、第3図は第
1図に示した合焦糸及び真空チャック装置を示す1%分
的な側面図であり、一部断面によって示す図、第1図は
第λ図ンζ示す真空チャンク装置の部分的な正面図であ
り、一部断面てよって示す図、第S図及び第を図に1、
第2図て示したタコメーター装置aのそれぞれ正面図及
び側面図、第7図及び第g図?、1、柚々の高速レーザ
ー走査パラメーターV(ついて、本発明により実現され
2.鉄心用減少率をPxS−””の閃数として示す線図
、第9図はλつの高速レーザー走査点i!cついて、鉄
心用の減少率を、スクライビングライン間隔の関数とし
て示す線図、第1θ図は3絹のレーザー走査パラメータ
ーについて鉄心用減少率を誘起電力の関数として示す線
図、第1/図は本発明の一実施例を示す概略的な斜視図
、第12図及び第73図は第1図及び第1/図に示した
本発明の実施例に使用する回転光学系の変形実施例を示
す配列図、第11図は平たんなシートについて高速レー
−LJ’ −スクライビングを行う本発明の一実施例を
示す部分的な側面図、第1S図は第1<Z図の矢印XV
−XVの方向に見た端面図、第76図は第1y図及び第
1S図に示した本発明の実施例の変形例を示す)1(1
分的な正面図、第17図は第1図及び第11図に示した
本発明の実施例に使用する回転光学系の別の実施例を示
す部分的な配列図である。 符号の説明 ・円筒レンズ(合焦手段、光学手段)、//26・・シ
ートテーブル(移動手段)  //33・・シート。 特許出願人代理人  曽  我  道  照′1!  
′ 手続補正書(自発) 昭和5碌弔 11fJ28日 45゛許庁長官殿 1、 事件の表示 昭和sr年特許願第 /り!J?3 号2、 発明の名
称 レーザースクライビング方法及びその装置3、  P+
li正をする者 事件との関係 特許出願人 名称  (7//)ウェスチングハウス・エレクトリッ
ク・コーポレーション 4、代理人 5  1’+li+1のス・j象 (1)明細書の特許請求の範囲の欄 6、補正の内科 (11特許Ii+Y求の範囲を別紙の通り補正する。 別 特許請求の範囲 / レーザービームを偏向さぜるための回動手段と、 該レーザービームを集束する合焦手段と、該レーザービ
ームによって処理されるべき強磁性材のシートのシート
面を該レーザービームの光路中へと移動させる移動手段
と、を有し、 上記移動手段は、−上記合焦手段の焦点面から所定の距
離内において上記シート面を合焦されたレーザービーム
が通るように移動させ。 上記回動手段の偏向のための回動は、上記シート面の移
動方向に対して実質的に横方向に、上記合焦されたレー
ザービームを並進させ、 上記合焦手段は、上記シート面を横切るレーザービーム
の並進方向に対し実質的に平行に整列された艮輔を有す
る細長いビ、−ム断面を生ずる光学手段を含むレーザー
スクライビング装置10 ユ レーザービームを合焦する合焦手段が、レーザービ
ームを偏向させるための回動手段とシート面との間に配
された特許請求の範囲第1項記載のレーザースクライビ
ング装置。 3 シート面を湾曲させる手段を更に有し、上記シート
の表面ば回動手段からの該表面の距離に実質的に等しい
曲率半径を有し5合焦手段はレーザービームを偏向させ
るための回動手段とシートの間に配されてなる特許請求
の範囲第1項記載のレーザースクライビング装置。 q 合焦手段がレーザースクライビング装置の作動の間
レーザービームを偏向させる回動手段から一定の距離に
保たれ、該回動手段と共に回動する特許請求の範囲第1
項記載のレーザースクライビング装置。 ! 上記レーザービーム源が持続波レーザービーム源で
ある特許請求の範囲第1項記載のレーザースクライビン
グ装置it、。 ム 持Aa[レーザービーム源がCO,レーザーである
特許請求の範囲第1項記載のレーザースクライビング装
置。 7 持続波レーザービーム源がネオジミウムYAGレー
ザーである時許釉求の範囲第1項記載のレーザースクラ
イビング装置。 g 持続波レーザービーム源がネオジミウムガラスレー
ザーである特許請求の範囲第1項記載のレーザースクラ
イビング装置。 タ 入力電力Pを有するレーザービームを用いて電力損
失を減少させるために強磁性材のシートにスクライビン
グするに肖す、 上記強磁性材を第1方向に速度S、で走行させ、上記レ
ーザービームは第1方向と実質的1こ直角の第一方向に
速度S、で移動させ、上記レーザービームを上記強磁性
材のシートの表面に反復衝突させ、該シートの表面に所
定の大きさ及び形状の光点を発生させ、スクライビング
ライン間に所定の間隔を保って、スクライビングライン
を形成し、 上記′1圧力F及び第一速度S、は 係が満足され、 (Ill  k/−サ−4=”−ム入射電力密度がショ
ック蛮形をもたらさず、 (Ill)  レーザービーム入射エネルギー密度が1
0ジュール/−2より大きく約、2ooジユール10n
h2 より小さい 条件を満すように選定することを含むレーザ−スクライ
ビング装置。 /θ 光点の形状は細長い形状とし、P 、 32は/
<PS、 /2 <7 の条件が満たされるようlこ選
定する特許請求の範囲第り頃日f2載のレーザースクラ
イビング方法。 /l  S、を0゜A〜J 00 m/9 (コ〜10
00  フィート7分)とする特許請求の範囲第り項d
fi載のレーザースクライビング方法。 /、2.  S、を少くとも10 S、とする特h゛1
1請求の範囲第デ項h1シ載のレーザースフライビニノ
ブ方法。 −七

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 / レーザービームを偏向させるための回動手段と、 該レーザービームを集束する合焦手段と、該レーザービ
    ームによって処理されるべき強磁性材のシートのシート
    面を該レーザービームの光路中へと移動させる移動手段
    と、を有し、 上記移動手段は、上記合焦手段の焦点面から所定の距離
    内において上記シート面を合焦されたレーザービームが
    通るように移動させ、上記回動手段の偏向のための回動
    は、上記シート面の移動方向に対して実質的に横方向に
    、上記合焦されたレーザービームを並進させ、 上記合焦手段は、上記シート面を横切るレーザービーム
    の並進方向に対し実質的に平行に整列された長軸合有す
    る細長いビーム断面を生ずる光学手段を含むレーザース
    クライビング装置。 ユ レーザービーム源を更に有し、該レーザービーム源
    はレーザービームを偏向させるために回動手段に光学的
    に心合せされた特許請求の範囲第1項記載のレーザース
    クライビング装置。 3 レーサービームを合焦する合焦手段が、レーサービ
    ームを偏向させるための回動手段とシート面との間に配
    さnた特許請求の範囲第1項または第一項記載のレーザ
    ースクライビング装置。 侶 シート面を湾曲させる手段を更に有し、上記シート
    の表面は回動手段からの該表面の距離に実質的に等しい
    曲率半径を有し合焦手段はレーザービームを偏向させる
    ための回動手段とシートとの間に配されてなる特許請求
    の範囲第1項ま、−f&は(第一項記載のレーザースク
    ライビング装置。 S ば焦手段がレーザースクライビング装置の作動の間
    レーザービームを偏向させる回動手段から一定の距離に
    保たれ、該回動手段と共に回動する特許請求の範囲第V
    項記載のレーザースクライビング装置。 ム 上記レーザービーム源が持続波レーザービーム源で
    ある特許請求の範囲第2項記載のレーサースクライビン
    グ装置。 7 持続波レーザービーム源がCO,レーザーである特
    許請求の範囲第6項記載のレーサースクライビング装置
    。 ざ 持続波レーザービーム源がネオジミウムYAG  
    レーサーである特許請求の範囲第6項記載のレーザース
    クライビング装置。 9 持続波レーザービーム源がネオジミウムガラスレー
    ザーである特許請求の範囲第6項記載のレーサースクラ
    イビング装置。 IOレーサービームを偏向させるための回動手段の回動
    軸線がシートの移動方向と実質的に平行としてなる特許
    請求の範囲第y項記載のレーザースクライビング装置。 /l 上記レーザーのトリガ一手段を更に有し、レーザ
    ービームはその光路が上記シートに入射する時にのみオ
    ンとなる特許請求の範囲第7項または第2項記載のレー
    サースクライビング装置。 7.2 シート面を平たん面とした特許謹青止、の範囲
    第1項または第2項5「)載のレーザースクライビング
    装置。 1/、7  回動手段が各々複数のミラーから成る複数
    のミラ一群から成り、とn、らのミラーに共通の回転軸
    線の回りに円周上に分布されていると共に、軸方向に分
    布され、 各々の上記ミラ一群の各々の上記ミラーは強磁性材の上
    記シートの幅に少くとも実質的に等しい長さに亘υ上記
    回転軸線と平行に規則的に分布され、 上記共通の回転軸線は上記シートの運動方向と実質的に
    直交し、 レーザービームを偏向させるための回動手段は1つの上
    記ミラ一群中の各々のミラーを上記レーザービームの光
    路中に移行させるととKよって、」二記レーザービーム
    を上記シート面の方に偏向させ、上記レーザーと一ムを
    」二記シート面の幅を横切って移動させる特許DI’4
    求の範囲第12項記載のレーサースクライビング装置。 /Q  合焦手段がレーザービームを偏向させるための
    回動手段とシート面との間において上記レーザービーム
    の光路中に配された特許請求の範囲第13項記載のレー
    サースクライビング装置。 /S 入力電力Pを有するレーザービームを用い1′屯
    力損失を減少させるために強磁性材のシートにスクライ
    ビングするVC,当り、上記強磁性制を第1方向に速度
    もで走行させ、上記レーザービームは第1方向と実質的
    に直角の第2方向に速度日、で移動させ、」1記レーサ
    ービームを上記強磁性材のシートの表面に反仮価失させ
    、該シートの表面に所定の大きさ及び形状の光点を発生
    させ、スクライビングライン間に所定の間隔を保って、
    スクライビングラインを形成し、 (II)  レーザービーム入射電力密度がショック変
    形をもたらさず、 (Il+)  レーザービーム入射エネルギー密度が1
    0ジユール/ oa ” より犬きく約200ジユール
    / rx ” より小さい 条件を満すように選定することを含むレーザースクライ
    ビング方法。 lム 光点の形状は細長い形状とし、P、82は/ <
     PE3t−’/’ < ’7の条件が満たされるよう
    に選定する特許請求の範囲第1S項記載のレーザースク
    ライビング方法。 Q  E+、をθ、b〜3oom/分(2〜10OOフ
    イ一ト/分)とする特許請求の範囲′MS15項または
    第76項記載のレーザースクライビング方法。 1g、  82を少くとも10S、とする特許請求の範
    囲第77項記載のレーデ−スクライビング方法。
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