WO2021251296A1 - 加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置 - Google Patents

加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021251296A1
WO2021251296A1 PCT/JP2021/021396 JP2021021396W WO2021251296A1 WO 2021251296 A1 WO2021251296 A1 WO 2021251296A1 JP 2021021396 W JP2021021396 W JP 2021021396W WO 2021251296 A1 WO2021251296 A1 WO 2021251296A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
region
unit
laser
laser beam
irradiation
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/021396
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆史 栗田
威士 渡利
悠希 壁谷
涼 吉村
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 浜松ホトニクス株式会社 filed Critical 浜松ホトニクス株式会社
Priority to CN202180040983.XA priority Critical patent/CN115697624A/zh
Priority to EP21822642.1A priority patent/EP4147816A4/en
Priority to US18/007,808 priority patent/US20230226639A1/en
Publication of WO2021251296A1 publication Critical patent/WO2021251296A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/356—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by shock processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING 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
    • C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
    • C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a work piece, a work piece, and a processing device.
  • Patent Document 1 A laser peening process for processing the surface of an object to be processed containing metal is known (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 a compressive residual stress is applied to the work object by irradiating the surface of the work object with a laser beam.
  • the object to be machined may be plastically deformed by irradiating the object to be machined with laser light. Due to this plastic deformation, compressive residual stress is applied to the workpiece. By applying the compressive residual stress, the strength of the workpiece is improved. However, when the object to be machined undergoes plastic deformation, metal flow occurs around the region where the plastic deformation occurs. Due to the accumulation of the effects of metal flow, the workpiece subjected to the laser peening process is curved.
  • a workpiece containing a metal is prepared, and a plurality of first regions and second regions are formed along the surface of the workpiece by irradiation with a laser beam. It has to be formed. Tension residual stress is applied to the plurality of first regions. Compressive residual stress is applied to the second region.
  • the laser beam is applied to a plurality of irradiation points separated from each other on the surface of the object to be processed. Each first region is formed so as to be separated from each other and surrounded by a second region when viewed from a direction orthogonal to the surface.
  • the laser beam may be applied to a plurality of irradiation points so that the plastic deformation region formed by the plastic deformation is formed at a position corresponding to each irradiation point.
  • the plastic deformation region corresponding to each irradiation site may be formed so as not to overlap with the plastic deformation regions adjacent to each other. In this case, the bending of the work piece is further suppressed.
  • the laser beam may be applied to a plurality of irradiation points so that the metal flow area formed by the metal flow is formed at a position corresponding to each irradiation point.
  • the metal flow region corresponding to each irradiation point may be irradiated so as to overlap with the metal flow region adjacent to each other. In this case, since metal flow occurs in the directions facing each other in the metal flow regions adjacent to each other, the compressive residual stress is further improved between the irradiation points adjacent to each other.
  • the laser beam may be simultaneously applied to the plurality of irradiation points.
  • metal flow due to the irradiation of the laser beam is simultaneously generated at the position corresponding to each irradiation point. Since metal flow occurs simultaneously in the directions facing each other in the metal flow regions adjacent to each other, the compressive residual stress is further improved between the irradiation points adjacent to each other. Further, the influence of the metal flow in each metal flow region is offset by the metal flow in the adjacent metal flow regions. Therefore, the bending of the work piece due to the metal flow is suppressed.
  • the object to be processed may contain at least one of titanium and a titanium alloy.
  • the thermal conductivity of the object to be processed is suppressed.
  • the ratio of the ratio of the first region to which the tensile residual stress is applied to the second region to which the compressive residual stress is applied is balanced.
  • the work piece in another aspect of the present invention comprises a work piece.
  • a plurality of first regions containing metal and to which tensile residual stress is applied and a second region to which compressive residual stress is applied are formed along the surface.
  • Each of the plurality of first regions is arranged apart from each other and surrounded by the second region when viewed from a direction orthogonal to the surface.
  • the first regions to which the tensile residual stress is applied are separated from each other when viewed from a direction orthogonal to the surface, and are surrounded by the second region to which the compressive residual stress is applied. ..
  • the surface strength can be improved by the compressive residual stress while the curvature is suppressed by the influence of the first region to which the tensile residual stress is applied.
  • the processed portion may include a plastic deformation region formed by plastic deformation at a position corresponding to a plurality of first regions when viewed from a direction orthogonal to the surface.
  • the plastic deformation region corresponding to each first region may be formed so as not to overlap with the plastic deformation regions adjacent to each other. In this case, a work piece with improved surface strength can be easily realized.
  • the processing apparatus includes a laser emitting unit, a position adjusting unit, and a control unit.
  • the laser emitting unit emits a laser beam that irradiates the surface of a work object containing metal.
  • the position adjusting unit adjusts the position of irradiating the surface with the laser beam.
  • the control unit controls at least one of the laser injection unit and the position adjustment unit so that the laser peening process is performed. In the laser peening process, by irradiating a laser beam, a plurality of first regions to which tensile residual stress is applied and a second region to which compressive residual stress is applied are formed along the surface.
  • the laser beam is applied to a plurality of irradiation points on the surface that are separated from each other.
  • the control unit controls at least one of the laser emitting unit and the position adjusting unit so that the first regions are separated from each other and surrounded by the second region when viewed from a direction orthogonal to the surface.
  • control unit is at least one of a laser emitting unit and a position adjusting unit so that the first regions are separated from each other and surrounded by the second region when viewed from a direction orthogonal to the surface.
  • the surface strength can be improved by the compressive residual stress while the curvature is suppressed by the influence of the first region to which the tensile residual stress is applied.
  • control unit may control at least one of the laser emission unit and the position adjustment unit so that the laser beam is simultaneously applied to a plurality of irradiation points.
  • metal flow due to the irradiation of the laser beam is simultaneously generated at the position corresponding to each irradiation point. Therefore, the force generated by the metal flow is offset.
  • control unit may include an acquisition unit and a determination unit.
  • the acquisition unit may acquire information on the residual stress distribution applied to the workpiece by irradiation with the laser beam.
  • the determination unit may determine the irradiation location to irradiate the laser beam based on the information acquired by the acquisition unit.
  • this processing apparatus can perform laser peening processing according to preset information. As a result, this processing apparatus can easily realize a configuration in which a plurality of first regions are separated from each other.
  • One aspect of the present invention provides a method for manufacturing a processed product, which can improve the surface strength while suppressing bending.
  • Another aspect of the present invention provides a work piece in which the surface strength can be improved while suppressing the bending.
  • Yet another aspect of the present invention provides a processing apparatus capable of improving the surface strength of the work piece while suppressing the bending of the work piece.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a plan view for explaining the structure of the workpiece
  • FIG. 2B is a cross-sectional view for explaining the structure of the workpiece.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing a configuration of a processing apparatus in a modified example of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method of manufacturing a workpiece.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the irradiation of the laser beam.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a plurality of irradiations of laser light.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a method of creating a data set.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a processing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 2A is a plan view for explaining the structure of the workpiece
  • FIG. 2B is a cross-sectional view for explaining the structure of the workpiece
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a processing apparatus according to the present embodiment.
  • the processing apparatus 1 performs laser peening processing on the surface 10a of the object to be processed 10.
  • the laser peening process by the processing apparatus 1 forms a desired residual stress distribution along the surface 10a.
  • the thermal conductivity of the object to be processed 10 is, for example, 20 W / m ⁇ K or less.
  • the object to be processed 10 contains a metal.
  • the object to be processed 10 contains, for example, at least one of titanium and a titanium alloy.
  • the surface 10a is made of metal.
  • the surface 10a is made of, for example, at least one of titanium and a titanium alloy.
  • the object to be processed 10 is made of, for example, titanium.
  • the processing apparatus 1 includes a laser emitting unit 2, a position adjusting unit 3, a stress measuring unit 4, and a control unit 5.
  • the laser emitting unit 2 emits laser light to be applied to the surface 10a of the object 10 to be processed.
  • the laser emitting unit 2 adjusts the output energy of the emitted laser light and the wavefront shape of the emitted laser light in response to an instruction from the control unit 5.
  • the laser emitting unit 2 includes, for example, a laser system 21, mirrors 22, 23, 24, and a spatial optical phase modulation unit 25.
  • the laser system 21 emits laser light.
  • the wavelength of the laser beam emitted by the laser system 21 is, for example, 500 nm to 1500 nm.
  • the output energy of the laser beam transmitted by the laser system 21 is, for example, 0.1J to 1000J.
  • the laser system 21 adjusts the output energy of the transmitted laser beam in response to an instruction from the control unit 5.
  • the output energy of the laser beam emitted from the laser system 21 is determined based on the setting of the spatial optical phase modulation unit 25.
  • the laser beam transmitted from the laser system 21 is reflected by the mirrors 22 and 23 and guided to the spatial optical phase modulation unit 25.
  • the laser beam emitted from the spatial light phase modulation unit 25 is reflected by the mirror 24 and guided to the position adjustment unit 3.
  • the spatial optical phase modulation unit 25 adjusts the wavefront shape of the laser light emitted from the laser emission unit 2.
  • the spatial optical phase modulator 25 includes, for example, a reflection type spatial optical phase modulator that modulates the phase of incident laser light.
  • the spatial optical phase modulation unit 25 phase-modulates the incident laser light with the liquid crystal according to the instruction from the control unit 5, and sets the wave surface shape of the emitted laser light.
  • the spatial optical phase modulation unit 25 shapes the laser light emitted from the laser emission unit 2 into a laser light having a desired beam pattern in response to an instruction from the control unit 5.
  • the spatial light phase modulation unit 25 forms a beam pattern of the laser light emitted from the laser emission unit 2 so that the laser light is simultaneously irradiated to a plurality of irradiation points on the surface 10a of the processing object 10.
  • “Simultaneous irradiation” means irradiating at overlapping time zones. The start and end of irradiation to a plurality of irradiation points do not have to be exactly the same. Hereinafter, irradiating a plurality of irradiation points at the same time is referred to as “single irradiation”. In the present embodiment, the irradiation is performed a plurality of times by moving the position where the laser beam is irradiated with respect to the surface 10a. The output energy of the laser beam emitted from the laser system 21 is determined according to the wavefront shape of the laser beam emitted from the laser emitting unit 2. For example, the more irradiation points on the surface 10a to which the laser beam is irradiated, the higher the output energy of the laser beam transmitted from the laser system 21.
  • the position adjusting unit 3 adjusts the position of irradiating the surface 10a of the object 10 to be processed with the laser beam.
  • the position adjusting unit 3 adjusts the position of irradiating the machined object 10 with the laser beam emitted from the laser emitting unit 2 in response to an instruction from the control unit 5.
  • the position adjusting unit 3 relatively moves one object to be machined 10 and the laser beam to adjust the position where the laser beam is applied to the object to be machined 10.
  • the position adjusting unit 3 includes, for example, a mirror 31, an imaging lens 32, a condenser lens 33, and a driving unit 34.
  • the mirror 31 reflects the laser light emitted from the laser emitting unit 2 and guides it to the imaging lens 32 and the condenser lens 33.
  • the imaging lens 32 and the condenser lens 33 irradiate the surface 10a of the object 10 to be processed with a laser beam having a desired wavefront shape adjusted by the spatial optical phase modulation unit 25.
  • an image of the beam pattern adjusted by the spatial optical phase modulation unit 25 is formed on the surface 10a by the imaging lens 32 and the condenser lens 33.
  • the drive unit 34 relatively moves at least one of the laser beam emitted from the laser emission unit 2 and the object to be machined 10.
  • the drive unit 34 drives the mirror 31, the imaging lens 32, the condenser lens 33, and the object to be processed 10 in response to an instruction from the control unit 5.
  • the drive unit 34 moves the object 10 to be processed for each irradiation.
  • the drive unit 34 includes a robot arm or a movable stage for moving the object to be machined 10.
  • the control unit 5 controls at least one of the laser injection unit 2 and the position adjustment unit 3 to perform laser peening processing on the object to be machined 10.
  • the surface 10a of the object to be processed 10 is irradiated with laser light.
  • the workpiece 15 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is manufactured.
  • FIG. 2A shows a residual stress distribution when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • FIG. 2B shows the residual stress distribution in the cross section orthogonal to the surface 10a.
  • the work piece 15 includes a machined portion 16 having the laser peened surface 10a.
  • the control unit 5 feedback-controls at least one of the laser injection unit 2 and the position adjustment unit 3 based on the information measured by the stress measurement unit 4.
  • the control unit 5 is, for example, a microcomputer.
  • a plurality of first regions ⁇ to which tensile residual stress is applied and second regions ⁇ to which compressive residual stress is applied are formed along the surface 10a by irradiating the surface 10a with a laser beam.
  • at least one of the laser emitting unit 2 and the position adjusting unit 3 is controlled.
  • the control unit 5 of the laser emitting unit 2 and the position adjusting unit 3 so that the first regions ⁇ are separated from each other and surrounded by the second region ⁇ when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • Control at least one.
  • the laser beam is irradiated to each of the plurality of irradiation points on the surface 10a by the laser emission unit 2 and the position adjustment unit 3.
  • the control unit 5 instructs the laser emission unit 2 to indicate the beam pattern of the laser light to be emitted so that the first region ⁇ and the second region ⁇ are formed.
  • the control unit 5 includes an acquisition unit 51, a storage unit 52, and a determination unit 53.
  • the acquisition unit 51 acquires various information used for the laser peening process.
  • the acquisition unit 51 acquires various information from at least one of the outside of the control unit 5 and the storage unit 52.
  • the acquisition unit 51 for example, has information on the material contained in the object to be machined 10, information on the residual stress distribution applied to the object to be machined 10 by irradiation with the laser beam, information on the laser beam to be irradiated on the object to be machined 10, and stress measurement. The measured value measured in the part 4 is acquired.
  • Information on the residual stress distribution applied to the workpiece 10 is, for example, the compressive residual stress value given to the workpiece 10, the position on the surface 10a to which the laser beam is irradiated, and the laser beam is irradiated in one irradiation. It includes the area of the region on the surface 10a, the arrangement of a plurality of irradiation points to be irradiated with the laser beam, and the area of each irradiation point to be irradiated with the laser beam.
  • the information regarding the laser beam irradiating the object to be processed 10 includes, for example, a parameter set in the laser emitting unit 2.
  • the parameters set in the laser emitting unit 2 include, for example, the output energy of the laser light transmitted from the laser system 21 and the wave surface shape of the laser light output from the spatial light phase modulation unit 25.
  • the storage unit 52 stores various information used for the laser peening process.
  • the storage unit 52 stores, for example, the information acquired from the acquisition unit 51 and stores the information acquired in advance.
  • the information acquired in advance includes, for example, information relating to the residual stress distribution applied to the workpiece 10 and information relating to the laser beam irradiating the workpiece 10.
  • the storage unit 52 stores in advance information related to the residual stress distribution applied to the workpiece 10 and information related to the parameters set in the laser injection unit 2.
  • the determination unit 53 determines the parameters to be set in the laser emission unit 2 based on the information acquired by the acquisition unit 51.
  • the determination unit 53 refers to, for example, the storage unit 52, and sets the parameters associated with the information regarding the residual stress distribution acquired by the acquisition unit 51 in the laser emission unit 2.
  • the determination unit 53 determines the parameters to be set in the position adjustment unit 3 based on the information acquired by the acquisition unit 51.
  • the determination unit 53 determines, for example, an irradiation point to irradiate the laser beam on the surface 10a based on the information regarding the residual stress distribution acquired by the acquisition unit 51.
  • the laser emitting unit 2 includes a laser system 21, mirrors 26, 27, and an optical diffraction unit 28.
  • the laser beam emitted from the laser system 21 is reflected by the mirror 26 and the mirror 27 and guided to the light diffractometer 28.
  • the laser beam emitted from the light diffractive unit 28 is guided to the position adjusting unit 3.
  • the position adjusting unit 3 has a lens 36 and a driving unit 34.
  • the laser beam incident on the position adjusting unit 3 passes through the lens 36 and irradiates the surface 10a of the object to be processed 10.
  • the drive unit 34 drives the lens 36 and the object to be machined 10 in response to an instruction from the control unit 5.
  • the light diffracting unit 28 diffracts the incident laser light and forms it into a laser light having a desired beam pattern.
  • the optical diffractive unit 28 includes, for example, a diffractive optical element.
  • the laser beam incident on the light diffracting unit 28 is diffracted by the diffractive optical element.
  • the laser beam branched in the light diffraction unit 28 is irradiated to a plurality of irradiation points on the surface 10a of the object to be processed 10 via the lens 36, respectively.
  • the laser beam branched in the light diffractometer 28 is irradiated to the corresponding irradiation points on the surface 10a, respectively.
  • the light diffractive unit 28 includes a plurality of diffractive optical elements that form incident laser beams into different beam patterns.
  • the optical diffractive unit 28 switches the diffractive optical element arranged on the optical path in response to an instruction from the control unit 5.
  • the light diffractive unit 28 switches the diffractive optical element arranged on the optical path by the electric revolver.
  • the laser beam reflected by the mirrors 26 and 27 passes through the diffractive optical element arranged on the optical path and is guided to the lens 36.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method of manufacturing a workpiece.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the irradiation of the laser beam.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a plurality of irradiations of laser light.
  • the object to be processed 10 containing metal is prepared (processing S1).
  • the object to be machined 10 is arranged on a movable stage included in the drive unit 34.
  • the object to be processed 10 is arranged so that the surface 10a is irradiated with the laser beam.
  • the surface 10a of the object to be processed 10 in the process S1 is made of metal and is exposed.
  • the surface 10a is made of, for example, at least one of titanium and a titanium alloy.
  • control unit 5 acquires various information used for the laser peening process, and determines the information to be instructed to the laser injection unit 2 and the position adjustment unit 3 (process S2).
  • the control unit 5 acquires information from the outside of the control unit 5 and the storage unit 52 in the acquisition unit 51.
  • the information acquired from the outside of the control unit 5 is, for example, information input by the user.
  • the control unit 5 receives, for example, information on the material contained in the object to be machined 10, information on the residual stress distribution applied to the object to be machined 10 by irradiation with laser light, and the laser beam to irradiate the object to be machined 10. Get information about.
  • control unit 5 controls at least one of the laser injection unit 2 and the position adjustment unit 3 so as to perform the laser peening process (process S3).
  • the determination unit 53 instructs the position adjustment unit 3 to set the irradiation point P to irradiate the laser beam L based on the parameters determined in the process S2 (process S31).
  • the determination unit 53 instructs the laser emission unit 2 to emit the laser beam based on the parameters determined in the process S2 (process S32).
  • the laser beam L is applied to a plurality of irradiation points P as shown in FIG.
  • a laser spot of the laser beam L is located at each irradiation point P.
  • the laser light emitted from the laser emitting unit 2 is guided to the position adjusting unit 3 and is irradiated to each irradiation point P set in the process S31.
  • the laser spot of the laser beam L is located at each irradiation point P on the surface 10a.
  • the plurality of irradiation points P are located in a matrix on the surface 10a.
  • a plasma confinement layer may be provided on the surface 10a for confining the plasma generated by ablation during laser irradiation due to running water or the like and transmitting the impact to the object to be processed.
  • the laser beam L is simultaneously irradiated to a plurality of irradiation points P, for example, under the control of the control unit 5.
  • the laser emission unit 2 emits the laser light L at the spatial optical phase modulation unit 25 so that the laser light L is simultaneously irradiated to the plurality of irradiation points P separated from each other on the surface 10a of the workpiece 10. Form the beam pattern of the laser beam.
  • the control unit 5 has the laser injection unit 2 and the control unit 5 so that the plastic deformation region R1 is formed at the position corresponding to each irradiation point P by the plastic deformation caused by the irradiation of the laser beam L to the plurality of irradiation points P.
  • Controls at least one of the position adjusting units 3.
  • Plastic deformation is caused by the dislocation of metal crystals when a pressure exceeding the yield stress is applied by a shock wave caused by laser irradiation. Metal crystals are rearranged in the plastic deformation region R1, and compressive stress is applied. A stress exceeding the yield stress is applied to the plastic deformation region R1.
  • the control unit 5 controls at least one of the laser ejection unit 2 and the position adjusting unit 3 so that the plastic deformation region R1 corresponding to each irradiation point P does not overlap with the plastic deformation region R1 adjacent to each other. do.
  • the laser beam L irradiates a plurality of irradiation points P so that the plastic deformation region R1 formed by the plastic deformation is formed at each irradiation point P.
  • the plastic deformation region R1 corresponding to each irradiation point P is formed so as not to overlap with the plastic deformation regions R1 adjacent to each other.
  • control unit 5 has the laser injection unit 2 and the laser injection unit 5 so that the metal flow region R2 is formed at a position corresponding to each irradiation point P by the metal flow due to the irradiation of the laser beam L to the plurality of irradiation points P. Controls at least one of the position adjusting units 3.
  • metal flow a crystal flow without dislocations occurs. The flow of crystals without dislocations is blocked by the surrounding stationary metal, which causes elastic strain. A compressive stress is applied to the metal flow region R2 by this elastic strain.
  • the control unit 5 controls at least one of the laser emitting unit 2 and the position adjusting unit 3 so that the metal flow region R2 corresponding to each irradiation point P overlaps with the metal flow region R2 adjacent to each other. ..
  • the laser beam L irradiates a plurality of irradiation points P so that the metal flow region R2 formed by the metal flow is formed at each irradiation point P.
  • the metal flow occurs around the plastic deformation region R1.
  • the metal flow region R2 corresponding to each irradiation point P is formed so as to overlap the metal flow region R2 adjacent to each other.
  • elastic strains interfere with each other. Therefore, a larger compressive stress can be obtained.
  • the plurality of first regions ⁇ to which the tensile residual stress is applied and the second region ⁇ to which the compressive residual stress is applied are shown in FIG. 2A and FIG. As shown in FIG. 2B, it is formed along the surface 10a.
  • the first region ⁇ is formed at a position corresponding to each irradiation point P.
  • the first region ⁇ is formed in a region directly below the laser spot formed on the surface 10a of the object 10 to be processed.
  • the first region ⁇ is formed in a region extending from the laser spot on the surface 10a in the thickness direction of the workpiece 10.
  • the edge of the first region ⁇ on the surface 10a is formed along the edge of the laser spot formed on the surface 10a.
  • the maximum width of the first region ⁇ is equivalent to the maximum width of the laser spot on the surface 10a.
  • “Equivalent” includes the range of error.
  • the "maximum width” is the value of the portion of each first region ⁇ or each laser spot having the largest length in the direction parallel to the surface 10a.
  • the laser spot is circular, and the maximum width of the laser spot is the maximum diameter of the laser spot.
  • the first region ⁇ may be formed slightly larger so as to include the laser spot or may be formed slightly smaller so as to be included in the laser spot when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the tensile residual stress in each first region ⁇ is formed, for example, when the melted portion is solidified by irradiation with the laser beam L.
  • the compressive residual stress in the second region ⁇ is formed, for example, by plastic deformation due to irradiation with the laser beam L and compression due to metal flow.
  • the second region ⁇ includes a plastic deformation region R1 and a metal flow region R2. Arrow A indicates the direction of metal flow. By irradiating the irradiation points P adjacent to each other with the laser beam L, the metal flow is generated in the direction facing each other. In this case as well, compressive residual stress is generated.
  • the second region ⁇ is formed around each first region ⁇ .
  • the first regions ⁇ are formed so as to be separated from each other and surrounded by the second region ⁇ .
  • the residual stress value in the second region ⁇ is adjusted.
  • the process S31 and the process S32 are repeated a plurality of times.
  • the surface 10a of the object to be processed 10 is irradiated with the laser beam a plurality of times.
  • the control unit 5 determines whether or not to end the laser peening process after the irradiation point P set in the process S31 is irradiated in the process S32. If it is determined that the laser peening process is terminated, the process S3 is terminated. If it is determined that the laser peening process is not completed, the process S31 and the process S32 are performed again.
  • the size of the unit region R5 is determined based on the information regarding the residual stress distribution acquired by the acquisition unit 51 in the determination unit 53. For example, by irradiating a plurality of times of laser light, a first region ⁇ is formed along the surface 10a at several to tens of thousands of places.
  • the area of the unit region R5 on the surface 10a is S 1
  • the area of one irradiation point P to which the laser beam L is irradiated is S 2
  • the irradiation of the unit region R5 by one irradiation is performed.
  • N the number of points P
  • the total area of the irradiation points P to which the laser beam L is irradiated in one unit region R5 is less than half the area of one unit region R5.
  • the ratio of the area of the second region ⁇ to which the compressive residual stress is applied in the unit region R5 is improved.
  • the processed product 15 is manufactured.
  • the work piece 15 includes a machined portion 16 including a surface 10a.
  • the thermal conductivity of the processed portion 16 is, for example, 20 W / m ⁇ K or less.
  • the processed portion 16 contains metal.
  • the processed portion 16 contains at least one of titanium and a titanium alloy.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) a plurality of the above-mentioned first region ⁇ and second region ⁇ are formed along the surface 10a in the processed portion 16.
  • Each first region ⁇ is arranged apart from each other and is surrounded by the second region ⁇ when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the plurality of first regions ⁇ are formed discretely along the surface 10a.
  • discretely formed means that they are formed so as to be scattered.
  • the machined portion 16 includes a plastic deformation region R1 and a metal flow region R2.
  • the plastic deformation region R1 and the metal flow region R2 are formed at positions corresponding to a plurality of first regions ⁇ when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the plastic deformation region R1 and the metal flow region R2 are included in the second region ⁇ .
  • the plastic deformation region R1 and the metal flow region R2 surround the corresponding first region ⁇ .
  • the metal flow region R2 surrounds the plastic deformation region R1 when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the metal flow region R2 is formed around the plastic deformation region R1.
  • the plastic deformation region R1 corresponding to each first region ⁇ is formed so as not to overlap with the plastic deformation regions R1 adjacent to each other.
  • the metal flow region R2 corresponding to each first region ⁇ is formed so as to overlap with the metal flow regions R2 adjacent to each other.
  • the shortest distance between the first regions ⁇ adjacent to each other is, for example, (2 ⁇ ) 1/2 times or more the maximum width of the first region ⁇ . In this case, (N ⁇ S 2 / S 1 ) ⁇ 0.5 is satisfied. Further, the shortest distance between the first regions ⁇ adjacent to each other is, for example, less than 10 times the maximum width of the first region ⁇ . In this case, the plastic deformation regions R1 adjacent to each other do not overlap, and a configuration in which the metal flow regions R2 adjacent to each other overlap can be easily realized.
  • each first region ⁇ is arranged in a matrix along the surface 10a when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the maximum width of the first region ⁇ is 1 mm
  • the shortest distance between the first regions ⁇ adjacent to each other is 3 mm
  • a plurality of first regions ⁇ are arranged at equal intervals. "Equal intervals" includes a range of manufacturing errors.
  • the distance between the first regions ⁇ adjacent to each other means the distance between the centers of the first regions ⁇ .
  • the position and size of the first region ⁇ are the same as the position and size of the irradiation point P. Therefore, the maximum width of the first region ⁇ is equivalent to the maximum width of the laser spot on the surface 10a.
  • the shortest distance of the first regions ⁇ adjacent to each other is equivalent to the shortest distance of the laser spots adjacent to each other on the surface 10a.
  • the size of the plastic deformation region R1 and the metal flow region R2 depends on the conditions of the laser irradiating the surface 10a. If the shortest distance between adjacent laser spots on the surface 10a is less than 10 times the maximum width of these laser spots, the adjacent plastic deformation regions R1 do not overlap, and the adjacent metal flow regions R2 overlap each other. It can be easily realized.
  • the thickness of each first region ⁇ of the workpiece 15 is, for example, equal to or less than the maximum value of the surface roughness of the surface 10a.
  • the maximum thickness of each first region ⁇ of the workpiece 15 is, for example, 50 ⁇ m or less.
  • the maximum thickness of the second region ⁇ of the workpiece 15 is, for example, larger than the maximum thickness of each first region ⁇ .
  • the maximum thickness of the second region ⁇ of the workpiece 15 is at least twice the maximum thickness of each first region ⁇ .
  • each irradiation point P on a work object 10 made of titanium in each first region ⁇ of the work piece 15 in a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the thickness was 50 ⁇ m
  • the thickness of each second region ⁇ of the work piece 15 was 500 ⁇ m.
  • the residual stress value of the tensile residual stress in each first region ⁇ is equal to or less than the yield stress of the surface 10a of the workpiece 10.
  • the residual stress value of the tensile residual stress in each first region ⁇ is equal to or less than the yield stress of titanium.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a method of creating a data set.
  • FIG. 8 is a diagram showing a residual stress distribution when a laser beam is irradiated to one irradiation point P of the object to be processed.
  • 9 (a) and 9 (b) are diagrams showing the estimated two-dimensional residual stress distribution.
  • 10 (a) and 10 (b) are diagrams showing the combined residual stress distribution.
  • FIG. 9 (a), FIG. 9 (b), FIG. 10 (a), and FIG. 10 (b) show data when the workpiece is composed of SUS304. Also in this case, the thermal conductivity of the object to be processed is 20 W / m ⁇ K or less.
  • the data set includes, for example, information on the material contained in the workpiece 10, information on the residual stress distribution applied to the workpiece 10, and information on the laser beam irradiating the workpiece 10.
  • various information is related.
  • the type of material of the workpiece for example, the type of material of the workpiece, the compressive residual stress value applied to the workpiece, the area of the unit region R5 in one irradiation, and the output of the laser beam emitted from the laser system 21.
  • these various information may be further associated with information regarding the setting of the spatial optical phase modulation unit 25 or the optical diffraction unit 28.
  • the information regarding the setting of the spatial optical phase modulation unit 25 or the optical diffraction unit 28 is, for example, information regarding the beam pattern of the laser light emitted from the laser emission unit 2, or the residue formed in the unit region R5 in one irradiation. Contains information about the stress distribution.
  • the created data set is stored in advance in the storage unit 52. In this embodiment, the creation of the data set is performed separately before the production of the work piece.
  • the object to be processed 70 is prepared (processing S51).
  • the work object 70 prepared in the process S51 has the same structure as the work object 10 prepared in the process S1.
  • the "same structure” refers to a structure in which the same residual stress distribution is formed within the range of manufacturing error when irradiated with laser light under the same conditions.
  • the material contained in the object to be processed 70 may be stored in the storage unit 52.
  • a laser beam is irradiated to one irradiation point (process S52).
  • the laser beam irradiated in the process S52 has the same beam diameter and intensity as the laser beam L irradiated to one irradiation point P in the process S3.
  • the “beam diameter” means the beam diameter at the position where the surface 10a is irradiated.
  • information about the laser beam applied to the object to be processed 70 may be stored in the storage unit 52.
  • the residual stress distribution is measured (process S53).
  • the residual stress distribution is measured by the stress measuring unit 4.
  • the residual stress distribution is measured by an X-ray diffractometer.
  • an X-ray diffractometer measures residual stress value data at a distance of 1/10 or less of the beam diameter of the irradiated laser beam.
  • FIG. 8 plots the measured data and shows the residual stress distribution measured in process S53.
  • the horizontal axis shows the distance from the center of the irradiation point P irradiated with the laser beam, and the vertical axis shows the residual stress value at each position.
  • the region ⁇ is the region of the irradiation point P on the surface 10a where the laser beam is irradiated.
  • the residual stress distribution measured in the process S53 is a distribution in a direction parallel to the surface 10a, and is a one-dimensional distribution.
  • a positive residual stress value indicates a tensile residual stress
  • a negative residual stress value indicates a compressive residual stress.
  • the tensile residual stress is applied to the position where the residual stress value is positive
  • the compressive residual stress is applied to the position where the residual stress value is negative.
  • a tensile residual stress is applied to the region ⁇ irradiated with the laser beam
  • a compressive residual stress is applied to the periphery of the region ⁇ .
  • the size of the plastic deformation region R1 also depends on the yield stress of the workpiece.
  • the control unit 5 reflects the residual stress distribution measured in the process S53 with the axis passing through the center of the irradiation point P irradiated with the laser beam as the axis of symmetry. Get symmetric data.
  • the control unit 5 acquires the data rotated about the axis of symmetry as a two-dimensional residual stress distribution.
  • FIG. 9B shows a state in which the acquired two-dimensional residual stress distribution is viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the residual stress distribution is shown by the color tone corresponding to the value of the residual stress value.
  • the control unit 5 estimates and acquires a two-dimensional residual stress distribution when the laser beam is irradiated to one irradiation point P, for example, based on the residual stress distribution measured in the process S53. ..
  • FIG. 10A the irradiation interval of the laser beam is set so that the region to which the desired compressive residual stress value is applied becomes wide.
  • FIG. 10B is a graph showing the residual stress distribution designed in the process S55. Similar to FIG. 8, in FIG. 10B, the horizontal axis shows the distance from the center of the irradiation point P irradiated with the laser beam, and the vertical axis shows the residual stress value at each position. In the process S55, information regarding the estimated residual stress distribution may be stored in the storage unit 52.
  • various information corresponding to the residual stress distribution estimated in the process S55 is associated (process S56).
  • the material contained in the object to be processed 70, the output energy of the laser light emitted from the laser emitting unit 2, and the residual stress value in the residual stress distribution estimated in the processing S55 are associated with each other and stored in the storage unit 52. Will be done.
  • the output energy of the laser beam emitted from the laser emitting unit 2 is calculated from, for example, the intensity of the laser beam irradiated to the workpiece 70 in the processing S52, the number of irradiation points P to be irradiated with the laser beam in the unit region R5, and the like. Will be done.
  • a data set used for the laser peening process is created.
  • the various conditions to be changed include, for example, the material contained in the object to be processed 70, the output energy of the laser beam irradiated to the object to be processed 70, and the irradiation interval of the laser beam adjusted in the processing S55.
  • the created data set is stored in the storage unit 52, and is read out by the acquisition unit 51 in the process S3.
  • the acquisition unit 51 is input in the data set when the type of the material of the object to be processed 10, the compressive residual stress value to be applied, and the area of the unit region R5 in one irradiation are input by the user. Obtains the output energy of the laser beam associated with the information.
  • the processes S51 to S56 are performed in an external device of the processing devices 1 and 1A.
  • the above-mentioned process S52 may be performed by the laser emitting unit 2 and the position adjusting unit 3 in response to an instruction from the control unit 5.
  • the above-mentioned process S53 may be performed by the stress measuring unit 4 in response to an instruction from the control unit 5.
  • the above-mentioned processes S54 to S56 may be performed by, for example, the control unit 5.
  • FIG. 11 shows a state in which the workpiece 10 is curved by irradiation with a conventional laser beam.
  • the intensity of the surface 10a is lowered. For example, by scanning the laser beam LA along the surface 10a, when the surface 10a is continuously irradiated, the region to which the tensile residual stress is applied is continuously arranged. In this case, the strength of the surface 10a is lowered, and deterioration over time is likely to occur.
  • the first region ⁇ to which the tensile residual stress is applied is separated from each other when viewed from the direction orthogonal to the surface 10a, and the second region ⁇ to which the compressive residual stress is applied is separated from each other. It is formed so as to be surrounded by.
  • the surface strength can be improved by the compressive residual stress while the curvature is suppressed by the influence of the first region ⁇ to which the tensile residual stress is applied. Therefore, a work piece having improved surface strength while suppressing bending can be manufactured. In particular, when the work piece is a thin plate, bending can be significantly suppressed.
  • the laser beam L is applied to a plurality of irradiation points P so that the plastic deformation region R1 formed by the plastic deformation is formed at a position corresponding to each irradiation point P.
  • the plastic deformation region R1 corresponding to each irradiation point P is formed so as not to overlap with the plastic deformation regions R1 adjacent to each other.
  • the plastic deformation regions R1 do not overlap, the plastic deformation is suppressed and the deformation of the workpiece 10 in the direction along the surface 10a is smaller than when the plastic deformation regions R1 overlap. Therefore, the bending of the work piece is further suppressed.
  • the laser beam L is applied to a plurality of irradiation points P so that the metal flow region R2 formed by the metal flow is formed at a position corresponding to each irradiation point P.
  • the metal flow region R2 corresponding to each irradiation point P is irradiated so as to overlap the metal flow region R2 adjacent to each other.
  • metal flow occurs in the directions facing each other in the metal flow regions R2 adjacent to each other. Therefore, the strain due to the metal flow interferes between the irradiation points P adjacent to each other.
  • the compressive residual stress is further improved between the irradiation points P adjacent to each other.
  • the region to which the compressive residual stress is applied should be expanded or maintained while reducing the energy of the laser beam L applied to the object to be processed. Can be done. For example, the energy required for processing over the entire surface 10a is reduced as compared with the case where the laser beam L is scanned over the entire surface 10a of the object to be processed 10.
  • the object to be processed 10 contains at least one of titanium and a titanium alloy.
  • the thermal conductivity of the object to be processed 10 is suppressed.
  • the thermal conductivity of the object to be processed 10 can be suppressed to 20 W / m ⁇ K or less.
  • the ratio of the size of the first region ⁇ to which the tensile residual stress is applied to the second region ⁇ to which the compressive residual stress is applied is balanced.
  • the thickness of the first region ⁇ is formed smaller in the direction orthogonal to the surface 10a as compared with the case where the object to be processed 10 is made of other materials. Therefore, the ratio of the size of the first region ⁇ to the second region ⁇ is smaller than that in the case where the object to be processed 10 is composed of other materials.
  • the plastic deformation region R1 corresponding to each first region ⁇ is formed so as not to overlap with the plastic deformation regions R1 adjacent to each other. Therefore, a work piece having an improved surface strength can be easily realized.
  • the processed portion 16 contains at least one of titanium and a titanium alloy.
  • the ratio of the ratio of the first region ⁇ to which the tensile residual stress is applied to the second region ⁇ to which the compressive residual stress is applied is balanced. As a result, the manufacturing cost can be reduced.
  • control unit 5 is positioned with the laser emitting unit 2 so that the first region ⁇ is separated from each other and surrounded by the second region ⁇ when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a. Controls at least one of the adjusting units 3. In this case, the surface strength can be improved by the compressive residual stress while the curvature is suppressed by the influence of the first region ⁇ to which the tensile residual stress is applied.
  • the plastic deformation region R1 is formed at a position corresponding to each irradiation point P by plastic deformation due to the irradiation of the laser beam L to the plurality of irradiation points P, and each irradiation point P is formed. At least one of the laser ejection unit 2 and the position adjusting unit 3 is controlled so that the plastic deformation region R1 corresponding to P does not overlap with the plastic deformation region R1 adjacent to each other. In this case, the bending of the work piece is further suppressed.
  • the metal flow region R2 is formed at a position corresponding to each irradiation point P by the metal flow due to the irradiation of the laser beam L to the plurality of irradiation points P, and each irradiation point P is formed.
  • At least one of the laser emitting unit 2 and the position adjusting unit 3 is controlled so that the metal flow region R2 corresponding to P overlaps with the metal flow region R2 adjacent to each other.
  • metal flow occurs in the directions facing each other in the metal flow regions R2 adjacent to each other. Therefore, the strain due to the metal flow interferes between the irradiation points P adjacent to each other. As a result, the compressive residual stress is further improved between the irradiation points P adjacent to each other.
  • the control unit 5 includes an acquisition unit 51 and a determination unit 53.
  • the acquisition unit 51 acquires information on the residual stress distribution applied to the workpiece 10 by irradiation with the laser beam L.
  • the determination unit 53 determines the irradiation point P to irradiate the laser beam L based on the information acquired by the acquisition unit 51.
  • the processing devices 1 and 1A can perform the laser peening process according to the preset information. As a result, the processing devices 1 and 1A can easily realize a configuration in which a plurality of first regions ⁇ are separated from each other.
  • the parameters set in the laser emitting unit 2 are set according to the instruction from the control unit 5.
  • the parameters set in the laser emitting unit 2 may be set in advance or may be set by the user regardless of the instruction from the control unit 5.
  • the output energy of the laser beam emitted from the laser system 21 and the wavefront shape of the laser beam output from the spatial optical phase modulation unit 25 may be set by the user.
  • the laser beam L is simultaneously irradiated to a plurality of irradiation points P.
  • the laser beam L may sequentially irradiate a plurality of irradiation points P.
  • the surface 10a of the object to be processed 10 is exposed, and the laser beam L is directly irradiated to the surface 10a.
  • the sacrificial layer 90 may be formed on the surface 10a of the object to be processed 10, and the laser beam L may be irradiated toward the surface 10a covered with the sacrificial layer 90.
  • a work object whose surface 10a is covered with the sacrificial layer 90 may be prepared.
  • the amount of heat given to the surface 10a is adjusted by the material and thickness of the sacrificial layer 90.
  • the size of the first region ⁇ to which the tensile residual stress is applied can be adjusted independently of the material of the workpiece 10.
  • the process S51 is the same as the process S1.
  • the processes S52 to the process S55 are performed.
  • the material of the object to be processed 10 may be titanium, a titanium alloy, or a metal other than SUS304.
  • the thermal conductivity is used as the material of the workpiece 10 to be processed. It is preferable to use a metal of 20 W / m ⁇ K or less.
  • the first region ⁇ is shown in a circular shape when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the shape of the first region ⁇ is not limited to this.
  • the first region ⁇ may be rectangular when viewed from a direction orthogonal to the surface 10a.
  • the surface 10a was irradiated with the laser beam a plurality of times.
  • the surface 10a may be irradiated with the laser beam only once.
  • the laser beam L is simultaneously irradiated to the plurality of irradiation points P.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

加工物の製造方法は、金属を含む加工対象物１０を準備することと、レーザ光Ｌの照射によって複数の第一領域αと、第二領域βとが加工対象物１０の表面１０ａに沿って形成されることと、を備えている。複数の第一領域αには、引張残留応力が付与される。第二領域βには、圧縮残留応力が付与されるレーザ光Ｌは、加工対象物１０の表面１０ａにおいて互いに離間する複数の照射箇所Ｐに照射される。各第一領域αは、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、互いに離間すると共に、第二領域βに囲まれるように形成される。

Description

加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置
　本発明は、加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置に関する。
　金属を含む加工対象物の表面を加工するレーザピーニング処理が知られている（たとえば、特許文献１）。特許文献１においては、加工対象物の表面へのレーザ光の照射によって、この加工対象物に圧縮残留応力が付与されている。
米国特許出願公開第２００３／００２４９１５号明細書
　加工対象物へのレーザ光の照射によって、加工対象物に塑性変形が生じ得る。この塑性変形よって、加工対象物に圧縮残留応力が付与される。圧縮残留応力の付与によって、加工対象物の強度が向上する。しかし、加工対象物に塑性変形を生じさせる場合、塑性変形が生じる領域の周辺において金属流動が生じる。金属流動による影響の蓄積によって、レーザピーニング処理が行われた加工物が湾曲する。
　本発明の一つの態様は、湾曲が抑制されながら表面強度が向上され得る加工物の製造方法を提供することを目的とする。本発明の別の態様は、湾曲が抑制されながら表面強度が向上され得る加工物を提供することを目的とする。本発明のさらに別の態様は、加工物の湾曲が抑制されながら、この加工物の表面強度が向上され得る加工装置を提供することを目的とする。
　本発明の一つの態様における加工物の製造方法は、金属を含む加工対象物を準備することと、レーザ光の照射によって複数の第一領域と第二領域とが加工対象物の表面に沿って形成されることと、を備えている。複数の第一領域には、引張残留応力が付与されている。第二領域には、圧縮残留応力が付与されている。レーザ光は、加工対象物の表面において互いに離間する複数の照射箇所に照射される。各第一領域は、表面に直交する方向から見た場合に、互いに離間すると共に、第二領域に囲まれるように形成される。
　上記一つの態様において、引張残留応力が付与された各第一領域が、表面に直交する方向から見た場合に、互いに離間すると共に、圧縮残留応力が付与された第二領域に囲まれるように形成される。この場合、引張残留応力が付与された第一領域の影響によって湾曲が抑制されながら、圧縮残留応力によって表面強度が向上され得る。したがって、湾曲が抑制されながら表面強度が向上された加工物が製造され得る。
　上記一つの態様において、レーザ光は、塑性変形によって形成される塑性変形領域が各照射箇所に対応する位置に形成されるように、複数の照射箇所に照射されてもよい。各照射箇所に対応する塑性変形領域は、互いに隣り合う塑性変形領域と重ならないように形成されてもよい。この場合、加工物の湾曲がさらに抑制される。
　上記一つの態様において、レーザ光は、金属流動によって形成される金属流動領域が各照射箇所に対応する位置に形成されるように、複数の照射箇所に照射されてもよい。各照射箇所に対応する金属流動領域は、互いに隣り合う金属流動領域と重なるように照射されてもよい。この場合、互いに隣り合う金属流動領域において互いに向かい合う方向に金属流動が生じるため、互いに隣り合う照射箇所の間において圧縮残留応力がさらに向上する。
　上記一つの態様において、レーザ光は、前記複数の照射箇所に同時に照射されてもよい。この場合、レーザ光の照射による金属流動が各照射箇所に対応する位置において同時に生じる。互いに隣り合う金属流動領域において互いに向かい合う方向に金属流動が同時に生じるため、互いに隣り合う照射箇所の間において圧縮残留応力がさらに向上する。また、各金属流動領域における金属流動による影響が、隣り合う金属流動領域における金属流動によって相殺される。このため、金属流動による加工物の湾曲が抑制される。
　上記一つの態様において、加工対象物は、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含んでもよい。この場合、加工対象物の熱伝導率が抑制される。この結果、圧縮残留応力が付与される第二領域に対する引張残留応力が付与される第一領域の比率のバランスが図られる。
　本発明の別の態様における加工物は、加工部分を備えている。加工部分には、金属を含むと共に引張残留応力が付与されている複数の第一領域と、圧縮残留応力が付与されている第二領域とが、表面に沿って形成されている。複数の第一領域の各々は、表面に直交する方向から見た場合に、互いに離間して配置されていると共に第二領域に囲まれている。
　上記別の態様において、引張残留応力が付与された各第一領域が、表面に直交する方向から見た場合に、互いに離間すると共に、圧縮残留応力が付与された第二領域に囲まれている。この場合、引張残留応力が付与された第一領域の影響によって湾曲が抑制されながら、圧縮残留応力によって表面強度が向上され得る。
　上記別の態様において、加工部分は、表面に直交する方向から見た場合に、複数の第一領域に対応する位置に塑性変形によって形成された塑性変形領域を含んでいてもよい。各第一領域に対応する塑性変形領域は、互いに隣り合う塑性変形領域と重ならないように形成されていてもよい。この場合、容易に表面強度が向上された加工物が実現される。
　上記別の態様において、加工部分は、表面に直交する方向から見た場合に、複数の第一領域に対応する位置に金属流動によって形成された金属流動領域を含んでいてもよい。各第一領域に対応する金属流動領域は、互いに隣り合う金属流動領域と重なるように形成されていてもよい。この場合、表面における圧縮残留応力がさらに向上された加工物が実現される。
　上記別の態様において、加工部分は、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含んでいてもよい。この場合、圧縮残留応力が付与される第二領域に対する引張残留応力が付与される第一領域の比率のバランスが図られる。
　本発明のさらに別の態様における加工装置は、レーザ射出部と、位置調整部と、制御部とを備えている。レーザ射出部は、金属を含む加工対象物の表面に照射するレーザ光を射出する。位置調整部は、表面に対してレーザ光を照射する位置を調整する。制御部は、レーザピーニング処理が行われるように、レーザ射出部及び位置調整部の少なくとも一方を制御する。レーザピーニング処理では、レーザ光を照射することによって、引張残留応力が付与された複数の第一領域と圧縮残留応力が付与された第二領域とを表面に沿って形成する。レーザ光は、表面において互いに離間する複数の照射箇所に照射される。制御部は、表面に直交する方向から見た場合に、各第一領域が互いに離間すると共に第二領域に囲まれるように、レーザ射出部及び位置調整部の少なくとも一方を制御する。
　上記さらに別の態様において、制御部は、表面に直交する方向から見た場合に、各第一領域が互いに離間すると共に第二領域に囲まれるように、レーザ射出部及び位置調整部の少なくとも一方を制御する。この場合、引張残留応力が付与された第一領域の影響によって湾曲が抑制されながら、圧縮残留応力によって表面強度が向上され得る。
　上記さらに別の態様において、制御部は、複数の照射箇所へのレーザ光の照射による塑性変形によって塑性変形領域が各照射箇所に対応する位置に形成され、かつ、各照射箇所に対応する塑性変形領域が互いに隣り合う塑性変形領域と重ならないように、レーザ射出部及び位置調整部の少なくとも一つを制御してもよい。この場合、加工物の湾曲がさらに抑制される。
　上記さらに別の態様において、制御部は、複数の照射箇所へのレーザ光の照射による金属流動によって金属流動領域が各照射箇所に対応する位置に形成され、かつ、各照射箇所に対応する金属流動領域が互いに隣り合う金属流動領域と重なるように、レーザ射出部及び位置調整部の少なくとも一つを制御してもよい。この場合、互いに隣り合う金属流動領域において互いに向かい合う方向に金属流動が生じる。このため、互いに隣り合う照射箇所の間において、金属流動による歪みが干渉する。この結果、互いに隣り合う照射箇所の間において圧縮残留応力がさらに向上する。
　上記さらに別の態様において、制御部は、レーザ光が複数の照射箇所に同時に照射されるように、レーザ射出部及び位置調整部の少なくとも一つを制御してもよい。この場合、レーザ光の照射による金属流動が各照射箇所に対応する位置において同時に生じる。このため、金属流動によって生じる力が相殺される。
　上記さらに別の態様において、制御部は、取得部と、決定部とを含んでいてもよい。取得部は、レーザ光の照射によって加工対象物に付与する残留応力分布に関する情報を取得してもよい。決定部は、取得部によって取得された情報に基づいてレーザ光を照射する照射箇所を決定してもよい。この場合、この加工装置は、予め設定した情報にしたがって、レーザピーニング処理を行うことができる。この結果、この加工装置は、複数の第一領域が離間した構成を容易に実現することができる。
　本発明の一つの態様は、湾曲が抑制されながら表面強度が向上され得る加工物の製造方法を提供する。本発明の別の態様は、湾曲が抑制されながら表面強度が向上され得る加工物を提供する。本発明のさらに別の態様は、加工物の湾曲が抑制されながらこの加工物の表面強度が向上され得る加工装置を提供する。
図１は、本実施形態における加工装置の構成を示す概略ブロック図である。 図２（ａ）は加工物の構造を説明するための平面図であり、図２（ｂ）は加工物の構造を説明するための断面図である。 図３は、本実施形態の変形例における加工装置の構成を示す概略ブロック図である。 図４は、加工物の製造方法を示すフローチャートである。 図５は、レーザ光の照射を説明するための図である。 図６は、レーザ光の複数回の照射を説明するための図である。 図７は、データセットの作成方法を示すフローチャートである。 図８は、加工対象物の１つの照射箇所にレーザ光を照射した場合の残留応力分布を示す図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は推定された２次元の残留応力分布を示す図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は合成された残留応力分布を示す図である。 図１１は、従来のレーザ光の照射によって加工対象物が湾曲した状態を示す図である。 図１２は、本実施形態の変形例の製造方法におけるレーザ光の照射を説明するための図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有している要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
　まず、図１を参照して、本実施形態における加工装置の構成を説明する。図１は、本実施形態における加工装置の構成を示す概略ブロック図である。
　加工装置１は、加工対象物１０の表面１０ａに対してレーザピーニング処理を行う。加工装置１によるレーザピーニング処理によって、表面１０ａに沿って所望の残留応力分布が形成される。加工対象物１０の熱伝導率は、たとえば、２０Ｗ/ｍ・Ｋ以下である。加工対象物１０は、金属を含んでいる。加工対象物１０は、たとえば、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含んでいる。表面１０ａは、金属によって構成されている。表面１０ａは、たとえば、チタン及びチタン合金の少なくとも一つによって構成されている。本実施形態において、加工対象物１０は、たとえば、チタンからなる。加工装置１は、レーザ射出部２と、位置調整部３と、応力測定部４と、制御部５と、を備えている。
　レーザ射出部２は、加工対象物１０の表面１０ａに照射されるレーザ光を射出する。本実施形態では、レーザ射出部２は、制御部５からの指示に応じて、射出するレーザ光の出力エネルギー及び射出するレーザ光の波面形状を調整する。レーザ射出部２は、たとえば、レーザシステム２１と、ミラー２２，２３，２４と、空間光位相変調部２５とを有している。
　レーザシステム２１は、レーザ光を発信する。レーザシステム２１が発信するレーザ光の波長は、たとえば、５００ｎｍ～１５００ｎｍである。レーザシステム２１が発信するレーザ光の出力エネルギーは、たとえば、０．１Ｊ～１０００Ｊである。本実施形態では、レーザシステム２１は、制御部５からの指示に応じて、発信するレーザ光の出力エネルギーを調整する。レーザシステム２１から発信されレーザ光の出力エネルギーは、空間光位相変調部２５の設定に基づいて決定される。
　レーザシステム２１から発信されたレーザ光は、ミラー２２，２３において反射され、空間光位相変調部２５に導かれる。空間光位相変調部２５から射出したレーザ光は、ミラー２４において反射され、位置調整部３に導かれる。
　空間光位相変調部２５は、レーザ射出部２から射出されるレーザ光の波面形状を調整する。空間光位相変調部２５は、たとえば、入射したレーザ光の位相を変調する反射型の空間光位相変調器を含んでいる。本実施形態では、空間光位相変調部２５は、制御部５からの指示に応じて、入射したレーザ光を液晶によって位相変調し、射出するレーザ光の波面形状を設定する。換言すれば、空間光位相変調部２５は、制御部５からの指示に応じて、レーザ射出部２から射出されるレーザ光を、所望のビームパターンを有するレーザ光に成形する。たとえば、空間光位相変調部２５は、加工対象物１０の表面１０ａにおける複数の照射箇所にレーザ光が同時に照射されるように、レーザ射出部２から射出されるレーザ光のビームパターンを成形する。
　「同時に照射」は、重複した時間帯に照射することを意味する。複数の照射箇所への照射の開始及び終了は、厳密に一致していなくてもよい。以下、複数の照射箇所へ同時に照射することを「１回の照射」とする。本実施形態では、表面１０ａに対してレーザ光が照射される位置を移動させることによって、複数回の照射が行われる。レーザシステム２１から発信されるレーザ光の出力エネルギーは、レーザ射出部２から射出されるレーザ光の波面形状に応じて決定される。たとえば、レーザ光が照射される表面１０ａ上の照射箇所が多いほど、レーザシステム２１から発信されるレーザ光の出力エネルギーは高い。
　位置調整部３は、加工対象物１０の表面１０ａに対してレーザ光を照射する位置を調整する。本実施形態では、位置調整部３は、制御部５からの指示に応じて、レーザ射出部２から射出されたレーザ光を加工対象物１０に照射する位置を調整する。位置調整部３は、１つの加工対象物１０とレーザ光とを相対的に移動させて、加工対象物１０に対してレーザ光が照射される位置を調整する。位置調整部３は、たとえば、ミラー３１と、結像レンズ３２と、集光レンズ３３と、駆動部３４と、を有している。
　ミラー３１は、レーザ射出部２から射出されたレーザ光を反射し、結像レンズ３２及び集光レンズ３３に導く。結像レンズ３２及び集光レンズ３３は、空間光位相変調部２５によって調整された所望の波面形状を有するレーザ光を加工対象物１０の表面１０ａに照射する。換言すれば、空間光位相変調部２５によって調整されたビームパターンの像が、結像レンズ３２及び集光レンズ３３によって表面１０ａに形成される。
　駆動部３４は、レーザ射出部２から射出されたレーザ光と加工対象物１０との少なくとも一方を相対的に移動させる。本実施形態において、駆動部３４は、制御部５からの指示に応じて、ミラー３１、結像レンズ３２、集光レンズ３３、及び加工対象物１０を駆動する。たとえば、駆動部３４は、１つの加工対象物１０に対して複数回の照射を行う場合に、各回の照射毎に加工対象物１０を移動させる。たとえば、駆動部３４は、加工対象物１０を移動させるロボットアーム又は可動ステージを含んでいる。
　応力測定部４は、加工対象物１０に付与された残留応力に関する情報を測定する。本実施形態において、応力測定部４は、測定された情報を制御部５に出力する。加工装置１は、応力測定部４を備えていなくてもよい。応力測定部４は、たとえば、ＡＥ（Acoustic　Emission）測定器である。ＡＥ測定器は、レーザピーニング処理によって加工対象物１０において発生する弾性波を検出する。本実施形態の変形例として、応力測定部４は、レーザドップラ振動計であってもよい。応力測定部４としてレーザドップラ振動計が用いられる場合、たとえば、加工対象物１０に測定用のレーザ光が照射され、加工対象物１０において反射した測定用のレーザ光が検出される。これによって、非接触で加工対象物１０に与えられた力が測定される。ＡＥ測定器は、レーザドップラ振動計よりも短時間に繰り返し残留応力を測定できる。
　制御部５は、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一方を制御し、加工対象物１０に対してレーザピーニング処理を行う。このレーザピーニング処理において、加工対象物１０の表面１０ａにレーザ光が照射される。このレーザピーニング処理によって、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されている加工物１５が製造される。図２（ａ）は、表面１０ａに直交する方向から見た場合の残留応力分布を示している。図２（ｂ）は、表面１０ａに直交する断面における残留応力分布を示している。加工物１５は、上記レーザピーニング処理された表面１０ａを有する加工部分１６を備える。たとえば、制御部５は、応力測定部４によって測定された情報に基づいて、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一方をフィードバック制御する。制御部５は、たとえば、マイクロコンピュータである。
　制御部５は、表面１０ａへのレーザ光の照射によって、引張残留応力が付与された複数の第一領域αと圧縮残留応力が付与された第二領域βとが表面１０ａに沿って形成されるように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一方を制御する。この際、制御部５は、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、各第一領域αが互いに離間すると共に第二領域βに囲まれるように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一方を制御する。レーザ光は、レーザ射出部２及び位置調整部３によって、表面１０ａにおける複数の照射箇所の各々に照射される。制御部５は、上記第一領域α及び第二領域βが形成されるように、射出するレーザ光のビームパターンをレーザ射出部２に指示する。
　制御部５は、取得部５１と、記憶部５２と、決定部５３とを含んでいる。取得部５１は、レーザピーニング処理に用いられる各種情報を取得する。取得部５１は、制御部５の外部と記憶部５２との少なくとも一方から各種情報を取得する。取得部５１は、たとえば、加工対象物１０に含まれる材料、レーザ光の照射によって加工対象物１０に付与する残留応力分布に関する情報、加工対象物１０に照射するレーザ光に関する情報、及び、応力測定部４において測定された測定値などを取得する。加工対象物１０に付与する残留応力分布に関する情報は、たとえば、加工対象物１０に与える圧縮残留応力値、レーザ光が照射される表面１０ａ上の位置、１回の照射においてレーザ光が照射される表面１０ａ上の領域の面積、レーザ光を照射する複数の照射箇所の配置、及び、レーザ光が照射される各照射箇所の面積などを含んでいる。加工対象物１０に照射するレーザ光に関する情報は、たとえば、レーザ射出部２に設定するパラメータを含んでいる。レーザ射出部２に設定するパラメータは、たとえば、レーザシステム２１から発信されるレーザ光の出力エネルギー、及び、空間光位相変調部２５から出力されるレーザ光の波面形状などを含んでいる。
　記憶部５２は、レーザピーニング処理に用いられる各種情報を記憶する。記憶部５２は、たとえば、取得部５１から取得された情報を記憶すると共に、予め取得された情報を記憶する。予め取得された情報は、たとえば、加工対象物１０に付与する残留応力分布に関する情報と加工対象物１０に照射するレーザ光に関する情報とを関連付けた情報などを含んでいる。たとえば、記憶部５２は、加工対象物１０に付与する残留応力分布に関する情報とレーザ射出部２に設定するパラメータとを関連付けた情報を、予め記憶している。
　決定部５３は、取得部５１によって取得された情報に基づいて、レーザ射出部２に設定するパラメータを決定する。決定部５３は、たとえば、記憶部５２を参照し、取得部５１によって取得された残留応力分布に関する情報に関連付けられたパラメータをレーザ射出部２に設定する。決定部５３は、取得部５１によって取得された情報に基づいて、位置調整部３に設定するパラメータを決定する。決定部５３は、たとえば、取得部５１によって取得された残留応力分布に関する情報に基づいて、表面１０ａ上においてレーザ光を照射する照射箇所を決定する。
　次に、図３を参照して、本実施形態の変形例における加工装置について説明する。図３は、本実施形態の変形例における加工装置の構成を示す概略ブロック図である。本変形例は、概ね、上述した実施形態と類似又は同じである。本変形例は、空間光位相変調部２５の代わりに光回折部２８を有している点において、上述した実施形態と相違する。以下、上述した実施形態と変形例との相違点を主として説明する。
　本変形例において、レーザ射出部２は、レーザシステム２１と、ミラー２６，２７と、光回折部２８と、を備えている。レーザシステム２１から発信されたレーザ光は、ミラー２６及びミラー２７において反射し、光回折部２８に導かれる。光回折部２８から射出されたレーザ光は、位置調整部３に導かれる。位置調整部３は、レンズ３６と駆動部３４とを有している。位置調整部３に入射したレーザ光は、レンズ３６を通って、加工対象物１０の表面１０ａに照射される。本変形例において、駆動部３４は、制御部５からの指示に応じて、レンズ３６及び加工対象物１０を駆動する。
　光回折部２８は、入射したレーザ光を回折し、所望のビームパターンを有するレーザ光に成形する。光回折部２８は、たとえば、回折光学素子を含んでいる。光回折部２８に入射したレーザ光は、回折光学素子において回折される。光回折部２８において分岐されたレーザ光は、レンズ３６を介して、加工対象物１０の表面１０ａにおける複数の照射箇所にそれぞれ照射される。換言すれば、光回折部２８において分岐されたレーザ光は、それぞれ、表面１０ａにおける対応する照射箇所に照射される。
　本変形例において、光回折部２８は、入射したレーザ光を互いに異なるビームパターンに成形する複数の回折光学素子を含んでいる。光回折部２８は、制御部５からの指示に応じて、光路上に配置される回折光学素子を切り替える。たとえば、光回折部２８は、電動レボルバーによって、光路上に配置する回折光学素子を切り替える。たとえば、ミラー２６，２７によって反射したレーザ光は、光路上に配置された回折光学素子を透過し、レンズ３６に導かれる。
　次に、図４から図６を参照して、加工物の製造方法の一例について説明する。図４は、加工物の製造方法を示すフローチャートである。図５は、レーザ光の照射を説明するための図である。図６は、レーザ光の複数回の照射を説明するための図である。
　まず、金属を含む加工対象物１０を準備する（処理Ｓ１）。たとえば、加工対象物１０は、駆動部３４に含まれる可動ステージに配置される。この際、加工対象物１０は、表面１０ａにレーザ光が照射されるように配置される。本実施形態において、処理Ｓ１における加工対象物１０の表面１０ａは、金属によって構成されており、露出している。表面１０ａは、たとえば、チタン及びチタン合金の少なくとも一つによって構成されている。
　次に、制御部５によって、レーザピーニング処理に用いられる各種情報を取得し、レーザ射出部２及び位置調整部３に指示する情報を決定する（処理Ｓ２）。制御部５は、取得部５１において、制御部５の外部及び記憶部５２から情報を取得する。制御部５の外部から取得される情報は、たとえば、ユーザによって入力された情報である。制御部５は、取得部５１において、たとえば、加工対象物１０に含まれる材料、レーザ光の照射によって加工対象物１０に付与する残留応力分布に関する情報、及び、加工対象物１０に照射するレーザ光に関する情報を取得する。制御部５は、決定部５３において、取得部５１において取得された情報に基づいて、レーザ射出部２及び位置調整部３に設定するパラメータを決定する。決定部５３は、取得部５１において取得された情報に基づいて、たとえば、レーザシステム２１から射出されるレーザ光の出力エネルギー及び空間光位相変調部２５によって成形されるビームパターンを決定する。空間光位相変調部２５の代わりに光回折部２８が用いられる場合には、決定部５３は、光路上に配置する光回折素子を決定してもよい。
　次に、制御部５によって、レーザピーニング処理を行うようにレーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する（処理Ｓ３）。たとえば、決定部５３は、処理Ｓ２において決定されたパラメータに基づいて、レーザ光Ｌを照射する照射箇所Ｐの設定を位置調整部３に指示する（処理Ｓ３１）。次に、決定部５３は、処理Ｓ２において決定されたパラメータに基づいて、レーザ光の射出をレーザ射出部２に指示する（処理Ｓ３２）。
　レーザピーニング処理において、レーザ光Ｌは、図５に示されているように、複数の照射箇所Ｐに照射される。各照射箇所Ｐには、レーザ光Ｌのレーザスポットが位置する。レーザ射出部２から射出されたレーザ光は、位置調整部３に導かれ、処理Ｓ３１において設定された各照射箇所Ｐに照射される。本実施形態において、レーザ光Ｌのレーザスポットは、表面１０ａにおける各照射箇所Ｐに位置する。複数の照射箇所Ｐは、表面１０ａ上において行列状に位置している。表面１０ａ上に、流水などによってレーザ照射時のアブレーションで生じたプラズマを閉じ込めて衝撃を加工対象物に伝達させるためのプラズマ閉じ込め層が設けられてもよい。
　処理Ｓ３において、レーザ光Ｌは、たとえば、制御部５の制御によって、複数の照射箇所Ｐに同時に照射される。たとえば、処理Ｓ３２において、レーザ射出部２は、空間光位相変調部２５において、加工対象物１０の表面１０ａにおいて互いに離間する複数の照射箇所Ｐにレーザ光Ｌが同時に照射されるように、射出するレーザ光のビームパターンを成形する。
　処理Ｓ３において、制御部５は、複数の照射箇所Ｐへのレーザ光Ｌの照射による塑性変形によって塑性変形領域Ｒ１が各照射箇所Ｐに対応する位置に形成されるように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する。塑性変形は、レーザ照射による衝撃波によって降伏応力を超えた圧力が付与され、金属結晶が転位することによって生じる。塑性変形領域Ｒ１には、金属結晶が転位しており、圧縮応力が付与されている。塑性変形領域Ｒ１には、降伏応力を超えた応力が付与されている。本実施形態において、制御部５は、各照射箇所Ｐに対応する塑性変形領域Ｒ１が互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１と重ならないように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する。レーザ光Ｌは、塑性変形によって形成される塑性変形領域Ｒ１が各照射箇所Ｐに形成されるように複数の照射箇所Ｐに照射される。この結果、各照射箇所Ｐに対応する塑性変形領域Ｒ１は、互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１と重ならないように形成される。
　処理Ｓ３において、制御部５は、複数の照射箇所Ｐへのレーザ光Ｌの照射による金属流動によって金属流動領域Ｒ２が各照射箇所Ｐに対応する位置に形成されるように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する。金属流動では、転位を伴わない結晶の流れが生じる。転位を伴わない結晶の流れが周囲の静止した金属によって阻まれ、これによって弾性的な歪みが生じる。金属流動領域Ｒ２には、この弾性的な歪みによって、圧縮応力が付与されている。本実施形態において、制御部５は、各照射箇所Ｐに対応する金属流動領域Ｒ２が互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２と重なるように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する。レーザ光Ｌは、金属流動によって形成される金属流動領域Ｒ２が各照射箇所Ｐに形成されるように複数の照射箇所Ｐに照射される。金属流動は、塑性変形領域Ｒ１の周辺に生じる。この結果、各照射箇所Ｐに対応する金属流動領域Ｒ２は、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２と重なるように形成される。互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２が重なる場合、弾性的な歪みが干渉し合う。このため、より大きい圧縮応力が得られる。
　複数の照射箇所Ｐにレーザ光Ｌを照射することによって、引張残留応力が付与された複数の第一領域αと、圧縮残留応力が付与された第二領域βとが、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、表面１０ａに沿って形成される。第一領域αは、各照射箇所Ｐに対応する位置に形成される。第一領域αは、加工対象物１０の表面１０ａに形成されるレーザスポットの直下の領域に形成される。第一領域αは、表面１０ａ上のレーザスポットから加工対象物１０の厚さ方向に延在する領域に形成されている。表面１０ａにおける第一領域αの縁は、表面１０ａに形成されるレーザスポットの縁に沿って形成される。第一領域αの最大幅は、表面１０ａにおけるレーザスポットの最大幅と同等である。「同等」には、誤差の範囲が含まれる。「最大幅」は、各第一領域α又は各レーザスポットにおいて、表面１０ａに平行な方向における長さが最も大きい部分の値である。例えば、表面１０ａにおいてレーザスポットは円形であり、レーザスポットの最大幅はこのレーザスポットの最大径である。第一領域αは、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、レーザスポットを含むように若干大きく形成されてもよいし、レーザスポットに含まれるように若干小さく形成されてもよい。
　各第一領域αにおける引張残留応力は、たとえば、レーザ光Ｌの照射によって融解した部分が凝固する際に形成される。第二領域βにおける圧縮残留応力は、たとえば、レーザ光Ｌの照射による塑性変形と、金属流動による圧縮によって形成される。第二領域βは、塑性変形領域Ｒ１と金属流動領域Ｒ２とを含んでいる。矢印Ａは、金属流動の方向を示している。互いに隣り合う照射箇所Ｐへのレーザ光Ｌの照射によって、金属流動が互いに向かい合う方向に生じる。この場合も、圧縮残留応力が生じる。第二領域βは、各第一領域αの周囲に形成される。表面１０ａに直交する方向から見た場合に、各第一領域αは、互いに離間すると共に第二領域βに囲まれるように形成される。レーザ光Ｌの照射間隔を調整することによって、第二領域βにおける残留応力値が調整される。
　本実施形態において、処理Ｓ３１及び処理Ｓ３２は、複数回繰り返される。換言すれば、加工対象物１０の表面１０ａには、複数回のレーザ光の照射が行われる。制御部５は、処理Ｓ３２において処理Ｓ３１において設定された照射箇所Ｐに照射された後に、レーザピーニング処理を終了するか否かの判断をする。レーザピーニング処理を終了すると判断された場合には、処理Ｓ３を終了する。レーザピーニング処理を終了しないと判断された場合には、再度、処理Ｓ３１及び処理Ｓ３２が行われる。
　図６は、レーザ光が表面１０ａに複数回照射される場合において、表面１０ａにおいてレーザ光が照射される位置の一例を示している。１回の照射において、１つの単位領域Ｒ５における複数の照射箇所Ｐにレーザ光Ｌが同時に照射される。単位領域Ｒ５の位置は、処理Ｓ３１において、決定部５３によって決定される。図６において、単位領域Ｒ５は破線で示されている。たとえば、処理Ｓ３１と処理Ｓ３２とが複数回行われることによって、複数の単位領域Ｒ５にレーザ光が照射される。単位領域Ｒ５の大きさは、決定部５３において取得部５１において取得された残留応力分布に関する情報に基づいて決定される。たとえば、レーザ光の複数回の照射によって、数箇所から数万箇所に第一領域αが表面１０ａに沿って形成される。
　本実施形態では、表面１０ａにおける単位領域Ｒ５の面積をＳ１とし、レーザ光Ｌが照射される１つの照射箇所Ｐの面積をＳ２とし、１回の照射によって単位領域Ｒ５に照射される照射箇所Ｐの数をＮとした場合、（Ｎ×Ｓ２／Ｓ１）＜０．５が成り立つ。換言すれば、１つの単位領域Ｒ５においてレーザ光Ｌが照射される照射箇所Ｐの面積の合計は、１つの単位領域Ｒ５の面積の半分以下である。この場合、表面１０ａにおいて、単位領域Ｒ５における圧縮残留応力が付与される第二領域βの面積の割合が向上する。
　以上によって、加工物１５が製造される。加工物１５は、表面１０ａを含む加工部分１６を備える。加工部分１６の熱伝導率は、たとえば、２０Ｗ/ｍ・Ｋ以下である。加工部分１６は、金属を含んでいる。たとえば、加工部分１６は、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含んでいる。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されているように、加工部分１６には、上述した複数の第一領域αと第二領域βとが表面１０ａに沿って形成されている。各第一領域αは、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、互いに離間して配置されていると共に第二領域βに囲まれている。換言すれば、複数の第一領域αは、表面１０ａに沿って離散的に形成されている。「離散的に形成される」とは、点在するように形成されることを意味する。
　加工部分１６は、塑性変形領域Ｒ１及び金属流動領域Ｒ２を含んでいる。塑性変形領域Ｒ１及び金属流動領域Ｒ２は、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、複数の第一領域αに対応する位置に形成されている。塑性変形領域Ｒ１及び金属流動領域Ｒ２は、第二領域βに含まれている。塑性変形領域Ｒ１及び金属流動領域Ｒ２は、対応する第一領域αを囲んでいる。金属流動領域Ｒ２は、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、塑性変形領域Ｒ１を囲んでいる。金属流動領域Ｒ２は、塑性変形領域Ｒ１の周囲に形成されている。各第一領域αに対応する塑性変形領域Ｒ１は、互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１と重ならないように形成されている。各第一領域αに対応する金属流動領域Ｒ２は、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２と重なるように形成されている。
　互いに隣り合う第一領域αの最短距離は、たとえば第一領域αの最大幅の（２π）１／２倍以上である。この場合、（Ｎ×Ｓ２／Ｓ１）＜０．５が満たされる。また、互いに隣り合う第一領域αの最短距離は、たとえば第一領域αの最大幅の１０倍未満である。この場合、互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１は重ならず、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２が重なる構成が容易に実現され得る。
　本実施形態において、加工物１５において、各第一領域αは、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、表面１０ａに沿って行列状に配列されている。本実施形態において、第一領域αの最大幅は１ｍｍであり、互いに隣り合う第一領域αの最短距離は３ｍｍであり、複数の第一領域αが等間隔で配列されている。「等間隔」は、製造誤差の範囲を含んでいる。互いに隣り合う第一領域αの距離は、各第一領域αの中心間の距離を意味する。
　第一領域αの位置及び大きさは、照射箇所Ｐの位置及び大きさと同等である。したがって、第一領域αの最大幅は、表面１０ａにおけるレーザスポットの最大幅と同等である。互いに隣り合う第一領域αの最短距離は、表面１０ａにおいて互いに隣り合うレーザスポットの最短距離と同等である。塑性変形領域Ｒ１及び金属流動領域Ｒ２の大きさは、表面１０ａに照射されるレーザの条件に依存する。表面１０ａにおいて互いに隣り合うレーザスポットの最短距離がこれらのレーザスポットの最大幅の１０倍未満であれば、互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１は重ならず、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２が重なる構成が容易に実現され得る。
　表面１０ａに直交する方向において、加工物１５の各第一領域αの厚さは、たとえば、表面１０ａの表面粗さの最大値以下である。表面１０ａに直交する方向において、加工物１５の各第一領域αの最大厚さは、たとえば、５０μｍ以下である。表面１０ａに直交する方向において、加工物１５の第二領域βの最大厚さは、たとえば、各第一領域αの最大厚さよりも大きい。たとえば、表面１０ａに直交する方向において、加工物１５の第二領域βの最大厚さは、各第一領域αの最大厚さの２倍以上である。たとえば、チタンからなる加工対象物１０に、６０ＧＷ／ｃｍ２の強度のレーザ光Ｌが各照射箇所Ｐに照射された場合、表面１０ａに直交する方向において、加工物１５の各第一領域αの厚さは５０μｍであり、加工物１５の各第二領域βの厚さは５００μｍであった。
　本実施形態において、各第一領域αにおける引張残留応力の残留応力値は、加工対象物１０の表面１０ａの降伏応力以下である。たとえば、加工対象物１０がチタンによって構成されている場合には、各第一領域αにおける引張残留応力の残留応力値は、チタンの降伏応力以下である。
　次に、図７から図１０を参照して、レーザピーニング処理に用いられるデータセットの作成方法の一例について説明する。制御部５の決定部５３は、処理Ｓ２において、たとえば、記憶部５２に予め記憶されたデータセット、及び、ユーザによって入力された情報に基づいて、レーザ射出部２及び位置調整部３に設定するパラメータを決定する。図７は、データセットの作成方法を示すフローチャートである。図８は、加工対象物の１つの照射箇所Ｐにレーザ光を照射した場合の残留応力分布を示す図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、推定された２次元の残留応力分布を示す図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は合成された残留応力分布を示す図である。図８、図９（ａ）、図９（ｂ）、図１０（ａ）、及び、図１０（ｂ）は、加工対象物がＳＵＳ３０４によって構成される場合のデータを示している。この場合も、加工対象物の熱伝導率は、２０Ｗ/ｍ・Ｋ以下である。
　データセットは、たとえば、加工対象物１０に含まれる材料と、加工対象物１０に付与する残留応力分布に関する情報と、加工対象物１０に照射するレーザ光に関する情報とを含んでいる。データセットでは、各種情報が関係付けられている。データセットにおいて、たとえば、加工対象物の材料の種別と、加工物に付与される圧縮残留応力値と、１回の照射における単位領域Ｒ５の面積と、レーザシステム２１から発信されるレーザ光の出力エネルギーとが関連付けられている。データセットにおいて、これらの各種情報に、さらに、空間光位相変調部２５又は光回折部２８の設定に関する情報が関連付けられていてもよい。空間光位相変調部２５又は光回折部２８の設定に関する情報は、たとえば、レーザ射出部２から射出されるレーザ光のビームパターンに関する情報、又は、１回の照射において単位領域Ｒ５に形成される残留応力分布に関する情報を含んでいる。作成されたデータセットは、記憶部５２に予め記憶される。本実施形態では、データセットの作成は、加工物の製造前に別途行われる。
　まず、加工対象物７０を準備する（処理Ｓ５１）。処理Ｓ５１において準備される加工対象物７０は、処理Ｓ１において準備される加工対象物１０と同一の構造を有する。「同一の構造」とは、同一条件のレーザ光が照射された場合に製造誤差の範囲において同一の残留応力分布が形成される構造をいう。処理Ｓ５１において、加工対象物７０に含まれる材料が記憶部５２に記憶されてもよい。
　次に、１つの照射箇所へレーザ光を照射する（処理Ｓ５２）。処理Ｓ５２において、照射されるレーザ光は、処理Ｓ３において１つの照射箇所Ｐに照射されるレーザ光Ｌと同一のビーム径及び強度を有する。「ビーム径」は、表面１０ａに照射される位置におけるビーム径を意味する。処理Ｓ５２において、加工対象物７０に照射されたレーザ光に関する情報が記憶部５２に記憶されてもよい。
　次に、残留応力分布を測定する（処理Ｓ５３）。残留応力分布は、応力測定部４によって測定される。たとえば、残留応力分布は、Ｘ線回折装置によって測定される。たとえば、Ｘ線回折装置によって、照射されたレーザ光のビーム径の１／１０以下の距離ごとに残留応力値のデータが測定される。図８には、測定されたデータがプロットされており、処理Ｓ５３において測定された残留応力分布が示されている。図８に示されているグラフにおいて、横軸はレーザ光が照射された照射箇所Ｐの中心からの距離を示しており、縦軸は各位置における残留応力値を示している。図８において、領域γは、表面１０ａにおいてレーザ光が照射された照射箇所Ｐの領域である。本実施形態において、処理Ｓ５３において測定される残留応力分布は、表面１０ａに平行な方向における分布であり、１次元における分布である。
　本実施形態において、プラスの残留応力値は引張残留応力を示しており、マイナスの残留応力値は圧縮残留応力を示している。図８において、残留応力値がプラスの位置には引張残留応力が付与されており、残留応力値がマイナスの位置には圧縮残留応力が付与されている。図８に示されているように、レーザ光が照射された領域γには引張残留応力が付与されており、領域γの周辺には圧縮残留応力が付与されている。塑性変形領域Ｒ１の大きさは、加工対象物の降伏応力にも依存する。
　次に、処理Ｓ５３における測定結果に基づいて、１つの照射箇所Ｐにレーザ光が照射された場合における２次元の残留応力分布が推定される（処理Ｓ５４）。たとえば、制御部５は、図９（ａ）に示されているように、処理Ｓ５３において測定された残留応力分布においてレーザ光が照射された照射箇所Ｐの中心が通る軸を対称軸として、反射対称のデータを取得する。次に、制御部５は、上記対称軸を中心として回転させたデータを２次元の残留応力分布として取得する。図９（ｂ）には、取得された２次元の残留応力分布を表面１０ａに直交する方向から見た状態が示されている。図９（ｂ）において、残留応力値の値に応じた色調によって残留応力分布が示されている。このように、制御部５は、たとえば、処理Ｓ５３において測定された残留応力分布に基づいて、１つの照射箇所Ｐにレーザ光が照射された場合における２次元の残留応力分布を推定し、取得する。
　次に、処理Ｓ５４における推定結果に基づいて、複数の照射箇所Ｐへのレーザ光の照射によって形成される残留応力分布を推定する（処理Ｓ５５）。たとえば、処理Ｓ５４において取得された２次元の残留応力分布を合成することで、複数の照射箇所Ｐへレーザ光が照射した場合における残留応力分布が推定される。レーザ光の照射間隔を調整することによって、第二領域βにおける残留応力値が調整される。図１０（ａ）には、処理Ｓ５５において推定された残留応力分布を表面１０ａに直交する方向から見た状態の一例が示されている。図１０（ａ）に示されている残留応力分布では、所望の圧縮残留応力値が付与された領域が広くなるように、レーザ光の照射間隔が設定されている。図１０（ｂ）は、処理Ｓ５５において設計された残留応力分布を示すグラフである。図８と同様に、図１０（ｂ）において、横軸はレーザ光が照射された照射箇所Ｐの中心からの距離を示しており、縦軸は各位置における残留応力値を示している。処理Ｓ５５において、推定された残留応力分布に関する情報が記憶部５２に記憶されてもよい。
　次に、処理Ｓ５５において推定された残留応力分布に対応する各種情報を関連付ける（処理Ｓ５６）。たとえば、加工対象物７０に含まれる材料と、レーザ射出部２から射出されるレーザ光の出力エネルギーと、処理Ｓ５５において推定された残留応力分布における残留応力値とが関連付けられ、記憶部５２に記憶される。レーザ射出部２から射出されるレーザ光の出力エネルギーは、たとえば、処理Ｓ５２において加工対象物７０に照射されたレーザ光の強度、単位領域Ｒ５においてレーザ光を照射する照射箇所Ｐの数などから演算される。
　各種条件を変更して処理Ｓ５１から処理Ｓ５６を繰り返すことによって、レーザピーニング処理に用いられるデータセットが作成される。変更される各種条件は、たとえば、加工対象物７０に含まれる材料、加工対象物７０に照射されるレーザ光の出力エネルギー、処理Ｓ５５において調整されるレーザ光の照射間隔を含んでいる。作成されたデータセットは、記憶部５２に記憶され、処理Ｓ３において取得部５１において読み出される。たとえば、取得部５１は、ユーザによって加工対象物１０の材料の種別と、付与する圧縮残留応力値と、１回の照射における単位領域Ｒ５の面積とが入力された場合に、データセットにおいて入力された情報と関連付けられているレーザ光の出力エネルギーを取得する。
　本実施形態において、処理Ｓ５１から処理Ｓ５６は、加工装置１，１Ａの外部の装置において行われる。上述した処理Ｓ５２は、制御部５からの指示に応じて、レーザ射出部２及び位置調整部３によって行われてもよい。上述した処理Ｓ５３は、制御部５からの指示に応じて、応力測定部４によって行われてもよい。上述した処理Ｓ５４から処理Ｓ５６は、たとえば、制御部５において行われてもよい。
　次に、上述した加工物の製造方法、加工物、及び加工装置の作用効果について説明する。
　レーザピーニング処理を行う場合、レーザ光ＬＡが照射されることによって加工対象物に金属流動が生じる。金属流動による影響が蓄積されることによって、加工対象物１０は湾曲するおそれがある。図１１は、従来のレーザ光の照射によって加工対象物１０が湾曲した状態を示している。また、レーザ光を連続的に照射することによって、引張残留応力が連続して比較的広い領域に付与される場合、表面１０ａの強度は低下する。たとえば、レーザ光ＬＡが表面１０ａに沿って走査されることによって、表面１０ａに連続して照射された場合に、引張残留応力が付与された領域が連続して配置される。この場合、表面１０ａの強度が低下し、経年劣化が生じやすい。
　上述した加工物の製造方法では、引張残留応力が付与された各第一領域αが、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、互いに離間すると共に圧縮残留応力が付与された第二領域βに囲まれるように形成される。この場合、引張残留応力が付与された第一領域αの影響によって湾曲が抑制されながら、圧縮残留応力によって表面強度が向上され得る。したがって、湾曲が抑制されながら表面強度が向上された加工物が製造され得る。特に、加工物が薄板である場合において、顕著に湾曲が抑制され得る。
　上述した製造方法において、レーザ光Ｌは、塑性変形によって形成される塑性変形領域Ｒ１が各照射箇所Ｐに対応する位置に形成されるように、複数の照射箇所Ｐに照射される。各照射箇所Ｐに対応する塑性変形領域Ｒ１は、互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１と重ならないように形成される。塑性変形領域Ｒ１が重なっていない場合、塑性変形領域Ｒ１が重なっている場合に比べて、塑性変形が抑制され、表面１０ａに沿った方向における加工対象物１０の変形も小さい。したがって、加工物の湾曲がさらに抑制される。
　上述した製造方法において、レーザ光Ｌは、金属流動によって形成される金属流動領域Ｒ２が各照射箇所Ｐに対応する位置に形成されるように、複数の照射箇所Ｐに照射される。各照射箇所Ｐに対応する金属流動領域Ｒ２は、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２と重なるように照射される。この場合、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２において互いに向かい合う方向に金属流動が生じる。このため、互いに隣り合う照射箇所Ｐの間において、金属流動による歪みが干渉する。この結果、レーザ光Ｌのエネルギーが抑制されながら、互いに隣り合う照射箇所Ｐの間において圧縮残留応力がさらに向上する。また、照射箇所Ｐから離れた位置における歪みの干渉が利用されるため、加工対象物に照射されるレーザ光Ｌのエネルギーを低減しながら、圧縮残留応力が付与される領域を拡大又は維持することができる。たとえば、加工対象物１０の表面１０ａの全体にわたってレーザ光Ｌが走査される場合と比較して、表面１０ａの全体にわたる加工に要するエネルギーが低減される。
　上述した製造方法において、レーザ光Ｌは、複数の照射箇所Ｐに同時に照射される。この場合、レーザ光Ｌの照射による金属流動が各照射箇所Ｐに対応する位置において同時に生じる。互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２において互いに向かい合う方向に金属流動が同時に生じるため、互いに隣り合う照射箇所Ｐの間において圧縮残留応力がさらに向上する。また、各金属流動領域Ｒ２における金属流動による影響が、隣り合う金属流動領域Ｒ２における金属流動によって相殺される。このため、金属流動による加工物の湾曲が抑制される。
　上述した製造法方法において、加工対象物１０は、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含んでいる。この場合、加工対象物１０の熱伝導率が抑制される。たとえば、加工対象物１０の熱伝導率は、２０Ｗ/ｍ・Ｋ以下に抑制され得る。この結果、圧縮残留応力が付与される第二領域βに対する引張残留応力が付与される第一領域αの大きさの比率について、バランスが図られる。加工対象物１０が他の材料によって構成されている場合に比べて、第一領域αの厚さは、表面１０ａに直交する方向において小さく形成される。したがって、加工対象物１０が他の材料によって構成されている場合に比べて、第二領域βに対する第一領域αの大きさの比率が小さい。
　加工物１５において、引張残留応力が付与された各第一領域αが、表面に直交する方向から見た場合に、互いに離間すると共に、圧縮残留応力が付与された第二領域βに囲まれている。この場合、引張残留応力が付与された第一領域αの影響によって湾曲が抑制されながら、圧縮残留応力によって表面強度が向上され得る。
　加工部分１６において、各第一領域αに対応する塑性変形領域Ｒ１は、互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１と重ならないように形成されている。このため、容易に表面強度が向上された加工物が実現される。
　加工部分１６において、各第一領域αに対応する金属流動領域Ｒ２は、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２と重なるように形成されている。このため、表面における圧縮残留応力がさらに向上された加工物が実現される。
　加工物１５において、加工部分１６は、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含んでいる。この場合、圧縮残留応力が付与される第二領域βに対する引張残留応力が付与される第一領域αの比率のバランスが図られる。この結果、製造コストが低減されうる。
　加工装置１，１Ａにおいて、制御部５は、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、各第一領域αが、互いに離間すると共に第二領域βに囲まれるようにレーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一方を制御する。この場合、引張残留応力が付与された第一領域αの影響によって湾曲が抑制されながら、圧縮残留応力によって表面強度が向上され得る。
　加工装置１，１Ａにおいて、制御部５は、複数の照射箇所Ｐへのレーザ光Ｌの照射による塑性変形によって塑性変形領域Ｒ１が各照射箇所Ｐに対応する位置に形成され、かつ、各照射箇所Ｐに対応する塑性変形領域Ｒ１が互いに隣り合う塑性変形領域Ｒ１と重ならないように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する。この場合、加工物の湾曲がさらに抑制される。
　加工装置１，１Ａにおいて、制御部５は、複数の照射箇所Ｐへのレーザ光Ｌの照射による金属流動によって金属流動領域Ｒ２が各照射箇所Ｐに対応する位置に形成され、かつ、各照射箇所Ｐに対応する金属流動領域Ｒ２が互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２と重なるように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する。この場合、互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２において互いに向かい合う方向に金属流動が生じる。このため、互いに隣り合う照射箇所Ｐの間において、金属流動による歪みが干渉する。この結果、互いに隣り合う照射箇所Ｐの間において圧縮残留応力がさらに向上する。
　加工装置１，１Ａにおいて、制御部５は、レーザ光Ｌが複数の照射箇所Ｐに同時に照射されるように、レーザ射出部２及び位置調整部３の少なくとも一つを制御する。この場合、レーザ光Ｌの照射による金属流動が各照射箇所Ｐに対応する位置において同時に生じる。互いに隣り合う金属流動領域Ｒ２において互いに向かい合う方向に金属流動が同時に生じるため、互いに隣り合う照射箇所Ｐの間において圧縮残留応力がさらに向上する。また、各金属流動領域Ｒ２における金属流動による影響が、隣り合う金属流動領域Ｒ２における金属流動によって相殺される。このため、金属流動による加工物の湾曲が抑制される。
　加工装置１，１Ａにおいて、制御部５は、取得部５１と、決定部５３とを含んでいる。取得部５１は、レーザ光Ｌの照射によって加工対象物１０に付与する残留応力分布に関する情報を取得している。決定部５３は、取得部５１によって取得された情報に基づいてレーザ光Ｌを照射する照射箇所Ｐを決定する。この場合、加工装置１，１Ａは、予め設定した情報にしたがって、レーザピーニング処理を行うことができる。この結果、加工装置１，１Ａは、複数の第一領域αが離間した構成を容易に実現することができる。
　以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　たとえば、上述した実施形態及び変形例では、レーザ射出部２に設定するパラメータは、制御部５からの指示に応じて設定された。しかし、レーザ射出部２に設定するパラメータは、制御部５からの指示に依らず、予め設定されていてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。たとえば、レーザシステム２１から発信されるレーザ光の出力エネルギー、及び、空間光位相変調部２５から出力されるレーザ光の波面形状は、ユーザによって設定されてもよい。
　上述した実施形態において、レーザ光Ｌは、複数の照射箇所Ｐに同時に照射された。しかし、レーザ光Ｌは、複数の照射箇所Ｐに順次照射されてもよい。
　上述した実施形態において、加工対象物１０の表面１０ａは露出しており、レーザ光Ｌが表面１０ａに直接照射された。図１２に示されているように、加工対象物１０の表面１０ａ上に犠牲層９０が形成され、犠牲層９０に覆われた表面１０ａに向かってレーザ光Ｌが照射されてもよい。換言すれば、処理Ｓ１及び処理Ｓ５１において、表面１０ａが犠牲層９０に覆われた加工対象物が準備されてもよい。この場合、犠牲層９０の材質及び厚さによって、表面１０ａに与えられる熱量が調整される。この結果、加工対象物１０の材料に依存せずに、引張残留応力が付与された第一領域αの大きさが調整され得る。
　上述した実施形態及び変形例におけるデータセットの作成は、加工物の製造前に別途行われたが、加工物の製造方法のフロー中において行われてもよい。この場合、処理Ｓ５１は、処理Ｓ１と同一である。たとえば、処理Ｓ１と処理Ｓ２との間において、処理Ｓ５２から処理Ｓ５５が行われる。
　加工対象物１０の材料は、チタン、チタン合金、及び、ＳＵＳ３０４以外の金属であってもよい。この場合において、圧縮残留応力が付与される第二領域βに対する引張残留応力が付与される第一領域αの大きさの比率についてバランスを図るため、加工対象物１０の材料として、熱伝導率が２０Ｗ/ｍ・Ｋ以下の金属が用いられることが好ましい。
　上述した実施形態及び変形例において、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、第一領域αは円形状で示されている。しかし、第一領域αの形状はこれに限定されない。たとえば、第一領域αは、表面１０ａに直交する方向から見た場合に、矩形であってもよい。
　上述した実施形態及び変形例において、複数回のレーザ光の照射が表面１０ａに行われた。しかし、表面１０ａへのレーザ光の照射は、１回であってもよい。この場合も、複数の照射箇所Ｐに同時にレーザ光Ｌが照射される。
　１，１Ａ…加工装置、２…レーザ射出部、３…位置調整部、５…制御部、１０…加工対象物、１０ａ…表面、１５…加工物、１６…加工部分、５１…取得部、５３…決定部、Ｌ…レーザ光、Ｐ…照射箇所、Ｒ１…塑性変形領域、Ｒ２…金属流動領域、α…第一領域、β…第二領域。

Claims (14)

  1. 　加工物の製造方法であって、
    　金属を含む加工対象物を準備することと、
    　前記加工対象物の表面において互いに離間する複数の照射箇所にレーザ光を照射することによって、引張残留応力が付与された複数の第一領域と、圧縮残留応力が付与された第二領域とを前記表面に沿って形成することと、を備え、
    　各前記第一領域は、前記表面に直交する方向から見た場合に、互いに離間すると共に、前記第二領域に囲まれるように形成される。
  2. 　請求項１に記載の加工物の製造方法であって、
    　前記レーザ光は、塑性変形によって形成される塑性変形領域が各前記照射箇所に対応する位置に形成されるように、前記複数の照射箇所に照射され、
    　各前記照射箇所に対応する前記塑性変形領域は、互いに隣り合う前記塑性変形領域と重ならないように形成される。
  3. 　請求項１又は２に記載の加工物の製造方法であって、
    　前記レーザ光は、金属流動によって形成される金属流動領域が各前記照射箇所に対応する位置に形成されるように、前記複数の照射箇所に照射され、
    　各前記照射箇所に対応する前記金属流動領域は、互いに隣り合う前記金属流動領域と重なるように照射される。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の加工物の製造方法であって、
    　前記レーザ光は、前記複数の照射箇所に同時に照射される。
  5. 　請求項１から４のいずれか一項に記載の加工物の製造方法であって、
    　前記加工対象物は、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含む。
  6. 　加工物であって、
    　金属を含むと共に引張残留応力が付与されている複数の第一領域と、圧縮残留応力が付与されている第二領域とが表面に沿って形成された加工部分を備え、
    　前記複数の第一領域の各々は、前記表面に直交する方向から見た場合に、互いに離間して配置されていると共に前記第二領域に囲まれている。
  7. 　請求項６に記載の加工物であって、
    　前記加工部分は、前記表面に直交する方向から見た場合に、前記複数の第一領域に対応する位置に塑性変形によって形成された塑性変形領域を含んでおり、
    　各前記第一領域に対応する前記塑性変形領域は、互いに隣り合う前記塑性変形領域と重ならないように形成されている。
  8. 　請求項６又は７に記載の加工物であって、
    　前記加工部分は、前記表面に直交する方向から見た場合に、前記複数の第一領域に対応する位置に金属流動によって形成された金属流動領域を含んでおり、
    　各前記第一領域に対応する前記金属流動領域は、互いに隣り合う前記金属流動領域と重なるように形成されている。
  9. 　請求項６から８のいずれか一項に記載の加工物であって、
    　前記加工部分は、チタン及びチタン合金の少なくとも一つを含んでいる。
  10. 　加工装置であって、
    　金属を含む加工対象物の表面に照射するレーザ光を射出するレーザ射出部と、
    　前記表面に対して前記レーザ光を照射する位置を調整する位置調整部と、
    　前記表面において互いに離間する複数の照射箇所に前記レーザ光を照射することによって、引張残留応力が付与された複数の第一領域と圧縮残留応力が付与された第二領域とを前記表面に沿って形成するように、前記レーザ射出部及び前記位置調整部の少なくとも一方を制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、前記表面に直交する方向から見た場合に、各前記第一領域が互いに離間すると共に前記第二領域に囲まれるように、前記レーザ射出部及び前記位置調整部の少なくとも一方を制御する。
  11. 　請求項１０に記載の加工装置であって、
    　前記制御部は、前記複数の照射箇所への前記レーザ光の照射による塑性変形によって塑性変形領域が各前記照射箇所に対応する位置に形成され、かつ、各前記照射箇所に対応する前記塑性変形領域が互いに隣り合う前記塑性変形領域と重ならないように、前記レーザ射出部及び前記位置調整部の少なくとも一つを制御する。
  12. 　請求項１０又は１１に記載の加工装置であって、
    　前記制御部は、前記複数の照射箇所への前記レーザ光の照射による金属流動によって金属流動領域が各前記照射箇所に対応する位置に形成され、かつ、各前記照射箇所に対応する前記金属流動領域が互いに隣り合う前記金属流動領域と重なるように、前記レーザ射出部及び前記位置調整部の少なくとも一つを制御する。
  13. 　請求項１０から１２のいずれか一項に記載の加工装置であって、
    　前記制御部は、前記レーザ光が前記複数の照射箇所に同時に照射されるように、前記レーザ射出部及び前記位置調整部の少なくとも一つを制御する。
  14. 　請求項１０から１３のいずれか一項に記載の加工装置であって、
    　前記制御部は、前記レーザ光の照射によって前記加工対象物に付与する残留応力分布に関する情報を取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記情報に基づいて前記レーザ光を照射する照射箇所を決定する決定部と、を含む。
PCT/JP2021/021396 2020-06-08 2021-06-04 加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置 WO2021251296A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180040983.XA CN115697624A (zh) 2020-06-08 2021-06-04 加工物的制造方法、加工物及加工装置
EP21822642.1A EP4147816A4 (en) 2020-06-08 2021-06-04 METHOD FOR MANUFACTURING PROCESSED ARTICLE, PROCESSED PRODUCT AND PROCESSING DEVICE
US18/007,808 US20230226639A1 (en) 2020-06-08 2021-06-04 Manufacturing method of processed article, processed product and processing device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020099271A JP2021192914A (ja) 2020-06-08 2020-06-08 加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置
JP2020-099271 2020-06-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021251296A1 true WO2021251296A1 (ja) 2021-12-16

Family

ID=78846237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/021396 WO2021251296A1 (ja) 2020-06-08 2021-06-04 加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230226639A1 (ja)
EP (1) EP4147816A4 (ja)
JP (1) JP2021192914A (ja)
CN (1) CN115697624A (ja)
WO (1) WO2021251296A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030024915A1 (en) 2001-08-01 2003-02-06 Clauer Allan H. Method using laser shock processing to provide improved residual stress profile characteristics
JP2008178888A (ja) * 2007-01-23 2008-08-07 Nippon Steel Corp 金属物体のレーザピーニング処理方法
WO2018043642A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 日立金属株式会社 メタルマスク用素材およびその製造方法
JP2019042777A (ja) * 2017-09-04 2019-03-22 トヨタ自動車株式会社 軸部品の製造方法
JP2019203356A (ja) * 2018-05-25 2019-11-28 日本製鉄株式会社 鋼床版および鋼床版の製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6144012A (en) * 1997-11-05 2000-11-07 Lsp Technologies, Inc. Efficient laser peening
US6752593B2 (en) * 2001-08-01 2004-06-22 Lsp Technologies, Inc. Articles having improved residual stress profile characteristics produced by laser shock peening
CN101722361B (zh) * 2009-11-05 2012-07-04 江苏大学 一种控制金属微结构表面残余应力的装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030024915A1 (en) 2001-08-01 2003-02-06 Clauer Allan H. Method using laser shock processing to provide improved residual stress profile characteristics
JP2008178888A (ja) * 2007-01-23 2008-08-07 Nippon Steel Corp 金属物体のレーザピーニング処理方法
WO2018043642A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 日立金属株式会社 メタルマスク用素材およびその製造方法
JP2019042777A (ja) * 2017-09-04 2019-03-22 トヨタ自動車株式会社 軸部品の製造方法
JP2019203356A (ja) * 2018-05-25 2019-11-28 日本製鉄株式会社 鋼床版および鋼床版の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4147816A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP4147816A1 (en) 2023-03-15
CN115697624A (zh) 2023-02-03
EP4147816A4 (en) 2024-06-12
US20230226639A1 (en) 2023-07-20
JP2021192914A (ja) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4761432B2 (ja) レーザ加工装置
JP4215981B2 (ja) レーザピーニングにより金属に形状および輪郭を成形する方法
KR102080613B1 (ko) 레이저 어닐링 장치 및 그 어닐링 방법
TWI544522B (zh) 光纖雷射之雷射尖峰退火系統及其方法
KR20120074508A (ko) 레이저 가공 장치
JP2009532730A (ja) ストレージ媒体を微細構造化するためのデバイスおよび方法ならびに微細構造領域を含むストレージ媒体
JP2006074041A (ja) レーザ放射を均質化する装置及び方法、並びにこのような装置及び方法を使用するレーザシステム
JP4647965B2 (ja) レーザ加工方法及びレーザ加工装置及びにこれよって作製された構造体
JP2002162750A (ja) 露光装置
JP4143607B2 (ja) 曲げ加工用レーザ照射装置及びレーザ照射方法
WO2021251296A1 (ja) 加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置
JP2022527675A (ja) ワークピースをレーザマシニングするマシニング装置及びワークピースをレーザマシニングする方法
KR101042687B1 (ko) 회절패턴을 이용한 프랙셔널 레이저 시스템 및 레이저 프랙셔널 조사 방법
JPH02122017A (ja) 角筒形絞り加工品の歪取り装置
JPS62134118A (ja) 板ばねの形状精度修正方法
JP2006015399A (ja) 配管の残留応力改善装置
JP2020163472A (ja) レーザ加工装置の収差調整方法及び収差制御方法
JP7274455B2 (ja) ファイバーレーザー装置及びワークピースを処理するための方法
JP2024100814A (ja) 加工物の製造方法、加工物、及び、加工装置
KR20180111089A (ko) 레이저 스크라이브 장치
JPWO2019236616A5 (ja)
JP7420967B2 (ja) ３次元部品をリソグラフィに基づいて生成して製造するための方法及び装置
JP7114518B2 (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法
KR100692876B1 (ko) 대상물의 표면에 잔주름 형상 패턴을 형성하기 위한 장치및 방법
JP7197012B2 (ja) レーザー光走査装置及びレーザー光走査方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21822642

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021822642

Country of ref document: EP

Effective date: 20221205

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE