WO2022064807A1 - レーザ加工方法及びレーザ加工装置 - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a laser processing method and a laser processing apparatus.
- a laser processing method for applying compressive residual stress to an object by irradiating the material layer with laser light is described.
- the absorbent material layer is formed so that the thickness of the absorbent material layer becomes a predetermined thickness in order to apply a uniform compressive residual stress to the object.
- the laser processing method of one aspect of the present disclosure is a laser processing method in which a compression residual stress is applied to an object along the target area by irradiating the target area on the surface of the object with a laser beam.
- the first step is to expand the laser beam irradiation area toward the first side
- the second step is to expand the laser beam irradiation area toward the second side different from the first side in the target area. ..
- the irradiated area of the laser beam is expanded toward the first side in the first step, and the irradiated area of the laser beam is expanded toward the second side different from the first side in the second step.
- the compressive residual stress applied to the object by the first step decreases toward the first side
- the compressive residual stress applied to the object by the second step is on the second side different from the first side. It goes down toward. Therefore, for example, as compared with the case where the irradiated area of the laser beam is expanded toward the first side in the first step and the irradiated area of the laser beam is expanded toward the first side in the second step, the first step is performed. And the variation of the compressive residual stress applied to the object by the second step is suppressed. Therefore, according to this laser processing method, it is possible to suppress the variation of the compressive residual stress applied to the object along the target area on the surface of the object.
- the first side and the second side may be sides facing each other in the first direction.
- a laser beam irradiation spot in the first step, extends in a second direction perpendicular to the first direction and is arranged along each of a plurality of lines arranged in the first direction.
- the irradiated area of the laser beam is expanded toward the first side, and in the second step, it extends in the second direction.
- the laser beam irradiation area is set to the second side. You may spread it toward.
- the laser beam irradiation area can be reliably and easily expanded toward the first side in the first step, and the laser beam irradiation area is expanded to the second side different from the first side in the second step. It can be spread reliably and easily toward it.
- the laser processing method of one aspect of the present disclosure in the first step, as the first process, a process of moving the irradiation spot of the laser light from one side to the other side in the second direction, and the other in the second direction.
- the process of moving the laser beam irradiation spot from one side to the other side is alternately performed, and in the second step, as the second process, the laser beam irradiation spot is transferred from one side to the other side in the second direction.
- the process of moving the laser beam and the process of moving the laser beam irradiation spot from the other side to the other side in the second direction may be alternately performed.
- the laser beam irradiation area can be efficiently expanded toward the first side in the first step, and the laser beam irradiation area can be expanded toward the second side different from the first side in the second step. It can be spread efficiently.
- the laser processing method on one aspect of the present disclosure includes a third step of expanding the laser beam irradiation area toward the third side in the target area, and a third step in which the laser beam irradiation area in the target area is different from the third side. Further comprising a fourth step extending towards the fourth side, the third side and the fourth side may be opposite sides in a second direction perpendicular to the first direction. As a result, it is possible to more reliably suppress the variation of the compressive residual stress applied to the object along the target area on the surface of the object.
- a third process of moving the laser beam irradiation spot along each of a plurality of lines extending in the first direction and lining up in the second direction is performed.
- the irradiated area of the laser beam is expanded toward the 3rd side
- a plurality of laser beams extending in the 1st direction and lining up in the 2nd direction.
- the laser beam irradiation area can be reliably and easily expanded toward the third side in the third step, and the laser light irradiation area is expanded to the fourth side different from the third side in the fourth step. It can be spread reliably and easily toward it.
- the third step as the third process, a process of moving the laser beam irradiation spot from one side to the other side in the first direction, and the other in the first direction.
- the process of moving the laser beam irradiation spot from one side to the other side is alternately performed, and in the fourth step, as the fourth process, the laser beam irradiation spot is transferred from one side to the other side in the first direction.
- the process of moving the laser beam and the process of moving the laser beam irradiation spot from the other side to the other side in the first direction may be alternately performed.
- the laser beam irradiation area can be efficiently expanded toward the third side in the third step, and the laser beam irradiation area is expanded toward the fourth side different from the third side in the fourth step. It can be spread efficiently.
- the laser processing apparatus is a laser processing apparatus that applies a compressive residual stress to an object along the target area by irradiating the target area on the surface of the object with laser light.
- a support unit that supports the above, an irradiation unit that irradiates the target area with laser light, and a control unit that controls at least one operation of the support unit and the irradiation unit, and the control unit is covered with laser light in the target area.
- At least one operation of the support portion and the irradiation portion is controlled so that the irradiation area expands toward the first side, and the irradiation area of the laser beam in the target area expands toward the second side different from the first side. As such, at least one operation of the support portion and the irradiation portion is controlled.
- this laser processing apparatus it is possible to suppress the variation of the compressive residual stress applied to the object along the target area on the surface of the object, similar to the laser processing method described above.
- FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus of one embodiment.
- FIG. 2 is a plan view of an object for explaining the laser processing method of one embodiment.
- FIG. 3 is a plan view of an object for explaining the laser processing method of one embodiment.
- FIG. 4 is a plan view of an object for explaining the laser processing methods of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
- FIG. 5 is a plan view of an object for explaining the laser processing methods of Comparative Example 3 and Comparative Example 4.
- FIG. 6 is an image showing a two-dimensional distribution of compressive residual stress applied by the laser machining methods of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
- FIG. 7 is an image showing a two-dimensional distribution of compressive residual stress applied by the laser machining methods of Comparative Example 3 and Comparative Example 4.
- FIG. 1 is a configuration diagram of a laser processing apparatus of one embodiment.
- FIG. 2 is a plan view of an object for explaining the laser processing method of one embodiment.
- FIG. 3 is a plan view of an object for explaining
- FIG. 8 is an image showing a two-dimensional distribution of compressive residual stress applied by the laser machining methods of Comparative Example 5 and Example 1.
- FIG. 9 is an image showing a two-dimensional distribution of compressive residual stress applied by the laser processing method of Example 2.
- FIG. 10 is a graph showing the distribution of compressive residual stress applied by the laser machining methods of Comparative Example 5, Example 1 and Example 2.
- FIG. 11 is a table showing the numerical values of the compressive residual stress applied by the laser machining methods of Comparative Example 5, Example 1 and Example 2.
- FIG. 12 is a plan view of an object for explaining the laser processing method of Modification 1.
- FIG. 13 is a plan view of an object for explaining the laser processing method of Modification 2.
- the laser processing apparatus 1 includes a support unit 2, an irradiation unit 3, and a control unit 4.
- the laser processing device 1 is a device that applies compressive residual stress to the object 10 along the target area 11 by irradiating the target area 11 on the surface 10a of the object 10 with the laser beam L. That is, the laser processing device 1 is a device that performs laser peening processing on the target area 11 on the surface 10a of the object 10.
- the three directions orthogonal to each other are referred to as the X direction, the Y direction, and the Z direction, respectively.
- the Z direction is the first horizontal direction
- the X direction is the second horizontal direction perpendicular to the first horizontal direction
- the Y direction is the vertical direction.
- the support portion 2 supports the object 10 so that the surface 10a of the object 10 is orthogonal to the Z direction.
- the support portion 2 includes, for example, a clamp for sandwiching the object 10, a robot arm, and the like.
- the object 10 is a plate-shaped member made of a metal material such as copper, aluminum, iron, or titanium.
- the protective layer P is formed in the target area 11.
- a confinement layer C is formed on the surface of the protective layer P.
- the protective layer P is a layer that absorbs the heat in order to protect the target area 11 from the heat generated by the irradiation of the laser beam L.
- the protective layer P is, for example, a metal or resin layer.
- the confinement layer C is a layer that confine the plasma in order to give the impact of the plasma generated by the irradiation of the laser beam L to the object 10.
- the confinement layer C is, for example, water supplied so as to cover the protective layer P.
- the irradiation unit 3 irradiates the target area 11 on the surface 10a of the object 10 supported by the support unit 2 with the laser beam L.
- the irradiation unit 3 two-dimensionally moves the irradiation spot S of the laser beam L with respect to the target area 11.
- the irradiation spot S of the laser beam L is an irradiation region of the laser beam L in the target area 11.
- the focused spot CS of the laser beam L is positioned on the target area 11. That is, in the present embodiment, the focused spot CS of the laser beam L becomes the irradiation spot S of the laser beam L.
- the irradiation unit 3 includes a light source 31, an optical axis adjusting unit 32, an optical axis adjusting lens 33, an X-axis movable mirror 34, a Y-axis movable mirror 35, and an objective lens 36.
- the light source 31 emits the laser beam L.
- the light source 31 is, for example, a semiconductor laser that emits a laser beam L by a pulse oscillation method.
- the optical axis adjusting unit 32 supports the optical axis adjusting lens 33.
- the optical axis adjusting unit 32 moves the optical axis adjusting lens 33 along the Z direction to move the condensing spot CS along the Z direction.
- the X-axis movable mirror 34 moves the condensing spot CS along the X direction by adjusting the inclination of the mirror surface that reflects the laser beam L.
- the Y-axis movable mirror 35 moves the condensing spot CS along the Y direction by adjusting the inclination of the mirror surface that reflects the laser beam L.
- Each of the X-axis movable mirror 34 and the Y-axis movable mirror 35 is, for example, a galvano mirror.
- the objective lens 36 optically corrects the position of the focused spot CS of the laser beam L so that the focused spot CS is located on a plane perpendicular to the Z direction.
- the objective lens 36 is, for example, an f ⁇ ⁇ lens.
- the control unit 4 controls the operation of the irradiation unit 3 so that the irradiation spot S moves on the target area 11 in a predetermined trajectory.
- the control unit 4 has, for example, a processing unit 41, a storage unit 42, and an input receiving unit 43.
- the processing unit 41 is configured as a computer device including a processor, a memory, a storage, a communication device, and the like.
- the processor executes software (program) read into the memory or the like, and controls reading and writing of data in the memory and storage, and communication by the communication device.
- the storage unit 42 is a hard disk or the like, and stores various data.
- the input receiving unit 43 is an interface unit that receives input of various data from the operator. In the present embodiment, the input receiving unit 43 constitutes a GUI (Graphical User Interface). [Laser processing method]
- the laser processing method carried out in the above-mentioned laser processing apparatus 1 will be described.
- the laser processing method is a method of applying a compressive residual stress to an object 10 along the target area 11 by irradiating the target area 11 on the surface 10a of the object 10 with a laser beam L. That is, the laser processing method is a method of performing laser peening processing on the target area 11 on the surface 10a of the object 10.
- the control unit 4 controls the irradiation unit 3, so that the first step, the second step, the third step, and the fourth step described below are carried out.
- the output of the laser beam L and the area and shape of the irradiation spot S are constant.
- the object 10 is supported by the support unit 2, and the target area 11, the irradiation conditions of the laser beam L, and the like are set by the control unit 4.
- one side in the X direction is the first side
- the other side in the X direction is the second side. That is, the first side and the second side are sides facing each other in the X direction.
- one side in the Y direction (the second direction perpendicular to the first direction) is referred to as the third side
- the other side in the Y direction is referred to as the fourth side. That is, the third side and the fourth side are sides facing each other in the Y direction.
- the target area 11 is a rectangular area having two sides facing each other in the X direction and two sides facing each other in the Y direction.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the first side (first step), and the irradiated area 12 is expanded over the entire target area 11.
- the first process of moving the irradiation spot S along each of the plurality of lines L1 extending in the Y direction and arranging at equal intervals in the X direction is performed from the second side to the first side.
- the irradiated area 12 is expanded toward the first side by sequentially carrying out the steps.
- the process of moving the irradiation spot S from the third side to the fourth side (from one side to the other side in the second direction), and from the fourth side to the third side (from the fourth side to the third side).
- the process of moving the irradiation spot S (from the other side to one side in the second direction) is alternately performed.
- the distance between adjacent lines L1 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the second side in the target area 11 (second step), and the entire target area 11 is irradiated. 12 is expanded (that is, the irradiated area 12 is expanded over the entire target area 11 again so as to overlap the irradiated area 12 expanded over the entire target area 11 in the first step).
- the second process of moving the irradiation spot S along each of the plurality of lines L2 extending in the Y direction and arranging at equal intervals in the X direction is performed from the first side to the second side.
- the irradiated area 12 is expanded toward the second side by sequentially carrying out the steps.
- a process of moving the irradiation spot S from the third side to the fourth side and a process of moving the irradiation spot S from the fourth side to the third side are alternately performed.
- the distance between adjacent lines L2 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction.
- each line L2 coincides with each line L1.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the third side in the target area 11 (third step), and the entire target area 11 is irradiated. 12 is expanded (that is, the irradiated area 12 is expanded over the entire target area 11 again so as to overlap the irradiated area 12 expanded over the entire target area 11 in each of the first step and the second step).
- the third process of moving the irradiation spot S along each of the plurality of lines L3 extending in the X direction and arranging at equal intervals in the Y direction is performed from the fourth side to the third side.
- the irradiated area 12 is expanded toward the third side.
- the process of moving the irradiation spot S from the second side to the first side from one side to the other side in the first direction
- the process of moving the irradiation spot S is alternately performed.
- the distance between adjacent lines L3 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the fourth side in the target area 11 (fourth step), and the entire target area 11 is irradiated. 12 is expanded (that is, the irradiated area 12 is expanded over the entire target area 11 so as to overlap the irradiated area 12 expanded over the entire target area 11 in each of the first step, the second step, and the third step.
- the fourth process of moving the irradiation spot S along each of the plurality of lines L4 extending in the X direction and arranging at equal intervals in the Y direction is performed from the third side to the fourth side.
- the irradiated area 12 is expanded toward the fourth side.
- a process of moving the irradiation spot S from the second side to the first side and a process of moving the irradiation spot S from the first side to the second side are alternately performed.
- the distance between adjacent lines L4 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction.
- each line L4 coincides with each line L3.
- the laser processing method is a method of manufacturing an object to which a compressive residual stress is applied along the target area 11.
- the laser processing method "at least a part of the irradiated area 12 expanded in the first step”, “at least a part of the irradiated area 12 expanded in the second step”, and “expanded in the third step”. If the laser beam L is irradiated so that "at least a part of the irradiated area 12" and "at least a part of the irradiated area 12 expanded in the fourth step" overlap each other in the target area 11. good.
- the target area is the area where the laser beam L is irradiated so that "at least a part of the irradiated area 12 expanded in the above” and "at least a part of the irradiated area 12 expanded in the fourth step” overlap each other. It is 11. [Action and effect]
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the first side in the first step, and the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the second side in the second step.
- the compressive residual stress applied to the object 10 by the first step decreases toward the first side
- the compressive residual stress applied to the object 10 by the second step decreases toward the second side. ..
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the third side
- the fourth step the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the fourth side.
- the compressive residual stress applied to the object 10 by the third step decreases toward the third side
- the compressive residual stress applied to the object 10 by the fourth step decreases toward the fourth side. .. Therefore, for example, as compared with the case where the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the first side in each of the first step, the second step, the third step, and the fourth step, it is applied to the object 10.
- the variation in compressive residual stress is suppressed. Therefore, according to the above laser processing method, it is possible to suppress the variation of the compressive residual stress applied to the object 10 along the target area 11 on the surface 10a of the object 10.
- the first side and the second side are the sides facing each other in the X direction
- the third side and the fourth side are the sides facing each other in the Y direction.
- the first process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L1 extending in the Y direction and lining up in the X direction is performed from the second side.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the 1st side.
- the second step a second process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L2 extending in the Y direction and lining up in the X direction is performed from the first side.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the second side.
- the irradiated area 12 of the laser beam L can be reliably and easily expanded toward the second side different from the first side.
- the first step as the first process, a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from one side to the other side in the Y direction, and a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from the other side to the other side in the Y direction.
- the process of moving the irradiation spot S of the laser beam L is alternately performed.
- the irradiated area 12 of the laser beam L can be efficiently expanded toward the first side.
- the second step as the second process, a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from one side to the other side in the Y direction, and a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from the other side to the other side in the Y direction.
- the process of moving the irradiation spot S of the laser beam L is alternately performed.
- the irradiated area 12 of the laser beam L can be efficiently expanded toward the second side different from the first side.
- a third process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L3 extending in the X direction and lining up in the Y direction is performed from the fourth side.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the third side.
- the fourth step a fourth process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L4 extending in the X direction and lining up in the Y direction is performed from the third side.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the 4th side.
- the irradiated area 12 of the laser beam L can be reliably and easily expanded toward the fourth side different from the third side.
- the third step as the third process, a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from one side to the other side in the X direction, and a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from the other side to the other side in the X direction.
- the process of moving the irradiation spot S of the laser beam L is alternately performed.
- the irradiated area 12 of the laser beam L can be efficiently expanded toward the third side.
- the fourth step as the fourth process, a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from one side to the other side in the X direction, and a process of moving the irradiation spot S of the laser beam L from the other side to the other side in the X direction.
- the process of moving the irradiation spot S of the laser beam L is alternately performed.
- the irradiated area 12 of the laser beam L can be efficiently expanded toward the fourth side different from the third side.
- the numbers assigned to each line indicate the order in which the irradiation spots of the laser light are moved along the lines, and the arrows attached to each line indicate the laser along the lines. It shows the direction in which the light irradiation spot is moved.
- the numbers assigned to each line indicate the order in which the irradiation spots of the laser light are moved along the lines, and the arrows attached to each line indicate the laser along the lines. It shows the direction in which the light irradiation spot is moved.
- the numbers assigned to each line indicate the order in which the irradiation spots of the laser light are moved along the lines, and the arrows attached to each line indicate the laser along the lines. It shows the direction in which the light irradiation spot is moved.
- the numbers assigned to each line indicate the order in which the irradiation spots of the laser light are moved along the lines, and the arrows attached to each line indicate the laser along the lines. It shows the direction in which the light irradiation spot is moved.
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied by the laser processing methods of Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4 was measured by an X-ray residual stress measuring device.
- the measurement conditions for the two-dimensional distribution of compressive residual stress are as follows. Measurement conditions for two-dimensional distribution of compressive residual stress X-ray size: ⁇ 0.5 mm Measurement range: 3 x 4 mm Interval: 0.25 mm Tube: Co
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied by the laser machining method of Comparative Example 1 is a distribution that decreases from one side to the other in the X direction. rice field.
- the compressive residual stress is shown by a negative value (the same applies to FIG. 6B, FIG. 7A and FIG. 7B described later). ..
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied by the laser machining method of Comparative Example 2 is X in the half area on one side in the X direction of the target area.
- the distribution decreased from one side to the other in the direction.
- the two-dimensional distribution is such that in the half area of the target area on the other side in the X direction, the distribution decreases from the other side in the X direction toward one side.
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied by the laser machining method of Comparative Example 3 is X in the half area on one side in the X direction of the target area.
- the distribution decreased from the other side in the direction toward one side.
- the two-dimensional distribution is such that in the half area of the target area on the other side in the X direction, the distribution decreases from one side to the other side in the X direction.
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied by the laser machining method of Comparative Example 4 is X in the half area on one side in the X direction of the target area.
- the distribution decreased from one side to the other in the direction.
- the two-dimensional distribution is such that in the half area of the target area on the other side in the X direction, the distribution decreases from the other side in the X direction toward one side.
- the irradiation conditions of the laser beam in the laser processing methods of Comparative Example 5, Example 1 and Example 2 are as follows.
- Laser light irradiation conditions Wavelength: 1064 nm Pulse energy: 42mJ Pulse width: 39.4ns (Gaussian) Condensing size: ⁇ 0.19mm Strength: 3.8 GW / cm 2 Repeat frequency: 300Hz
- Object conditions Material: Aluminum alloy (A2024) Shape: 49 x 49 mm Thickness: 3 mm Target area: 3 x 3 mm Protective layer: Aluminum tape (thickness: 100 ⁇ m or less) Confinement layer: running water
- a step of expanding the irradiated area of the laser beam from one side to the other side in the X direction in the target area (a step corresponding to the first step in the laser processing method of the above embodiment). )
- a step of expanding the area irradiated with the laser beam from the other side in the X direction toward one side in the target area (a step corresponding to the second step in the laser processing method of the above embodiment), and the laser light in the target area.
- the step of expanding the irradiated area from one side to the other side in the Y direction step corresponding to the third step in the laser processing method of the above embodiment
- the laser beam irradiated area in the target area was performed once in this order.
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied by the laser processing methods of Comparative Example 5, Example 1 and Example 2 was measured by an X-ray residual stress measuring device.
- the measurement conditions for the two-dimensional distribution of compressive residual stress are as follows. Measurement conditions for two-dimensional distribution of compressive residual stress X-ray size: ⁇ 0.5 mm Measurement range: 5.0 x 2.5 mm Interval: 0.25 mm Tube: Co
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied along the target area by the laser machining method of Comparative Example 5 is from one side to the other in the X direction as shown in FIG. 8 (a). The distribution became declining.
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied along the target area by the laser processing method of Example 1 is the compression residual stress of the laser processing method of Comparative Example 5.
- the distribution has less variation.
- the two-dimensional distribution of the compressive residual stress applied along the target area by the laser processing method of Example 2 is compared with the two-dimensional distribution of the compressive residual stress by the laser processing method of Example 1. , The distribution was suppressed.
- the compressive residual stress is shown by a negative value.
- FIG. 10 is a graph showing the distribution of compressive residual stress applied by the laser machining methods of Comparative Example 5, Example 1 and Example 2.
- the “X-direction position” means the position in the X direction
- the “Y-direction average residual stress” is the average of the compressive residual stress applied to the portion along the Y direction at each X-direction position.
- the value by the laser processing method is small, and the value by the laser processing method of Example 2 is smaller than the value by the laser processing method of Example 1.
- the compressive residual stress is shown by a negative value (the same applies to FIG. 11 described later).
- FIG. 11 is a table showing the numerical values of the compressive residual stress applied by the laser machining methods of Comparative Example 5, Example 1 and Example 2.
- the “maximum value” is the compression residue imparted along the target area (within the dotted frame of 3 ⁇ 3 mm) shown in each of FIG. 8 (a), FIG. 8 (b), and FIG.
- the minimum value of stress means the minimum value
- the "minimum value” means the maximum value of the compression residual stress applied along the target area
- the "average value” means the compression residue applied along the target area. It means the average value of stress.
- “Deviation” means the magnitude at which the value of the compressive residual stress applied along the target area varies from the average value, and "deviation /
- the values by the laser machining method of Example 1 are smaller than the values by the laser machining method of Comparative Example 5, and the values of the first embodiment are smaller.
- the value by the laser processing method of Example 2 is smaller than the value by the laser processing method. That is, the compressive residual stress applied along the target area in Example 1 is more uniform than the compressive residual stress applied along the target area in Comparative Example 5. Further, the compressive residual stress applied along the target area in Example 2 is more uniform than the compressive residual stress applied along the target area in Example 1. [Modification example]
- the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and examples.
- the laser processing method of the first modification will be described.
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded outward (first side) in the target area 11 (first step).
- the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded inward (second side) in the target area 11 (second step).
- the irradiation spot S of the laser beam L is applied along the spiral line from the center of the target area 11 to the outer edge of the target area 11. Move it.
- the second step as shown in FIG.
- the irradiation spot S of the laser beam L is moved along the spiral line from the outer edge of the target area 11 to the center of the target area 11.
- the irradiation spot S of the laser beam L may be moved along each of the annular lines arranged in a nested manner in the target area 11.
- the process of moving the irradiation spot S along each of the plurality of annular lines is sequentially performed from the inner annular line toward the outer annular line, whereby the laser beam L is applied in the target area 11.
- the irradiated area 12 of the above is expanded outward (first step).
- each step is carried out in the order of the first step and the second step, but each step may be carried out in the order of the second step and the first step.
- the target area 11 is divided into a plurality of areas, and the laser processing method of the above embodiment is carried out in each of the plurality of areas.
- the target area 11 is divided into four areas arranged in two rows and two columns along the X direction and the Y direction.
- the control unit 4 controls the operation of the irradiation unit 3 so that the irradiation spot S moves on the target area 11 in a predetermined locus, but the control unit 4 controls the operation unit. It suffices to control at least one operation of 2 and the irradiation unit 3.
- the control unit 4 may control the operation of the support unit 2 so that the irradiation spot S moves on the target area 11 in a predetermined trajectory.
- the control unit 4 may control the operation of the support unit 2 and the operation of the irradiation unit 3 so that the irradiation spot S moves on the target area 11 in a predetermined trajectory.
- a process of moving the irradiation spot S from the third side to the fourth side, or a process of moving the irradiation spot S from the fourth side to the third side in the first step and the second step, a process of moving the irradiation spot S from the third side to the fourth side, or a process of moving the irradiation spot S from the fourth side to the third side.
- the process of moving the irradiation spot S from the third side to the fourth side, or the process of moving the irradiation spot S from the fourth side to the third side May be carried out continuously.
- a process of moving the irradiation spot S from the first side to the second side, or a process of moving the irradiation spot S from the second side to the first side in the third step and the fourth step, a process of moving the irradiation spot S from the second side to the first side.
- the process of moving the irradiation spot S from the second side to the first side, or the process of moving the irradiation spot S from the first side to the second side May be carried out continuously.
- each line L2 coincides with each line L1, but if the plurality of lines L2 extend in the Y direction and are lined up in the X direction, each line L2 is each line. It does not have to match L1.
- each line L4 coincides with each line L3, but if the plurality of lines L4 extend in the X direction and are lined up in the Y direction, each line L4 Does not have to match each line L3.
- the plurality of lines L1 are arranged at equal intervals, but the plurality of lines L1 do not have to be arranged at equal intervals.
- the plurality of lines L2 are arranged at equal intervals, but the plurality of lines L2 may not be arranged at equal intervals.
- the plurality of lines L3 are arranged at equal intervals, but the plurality of lines L3 may not be arranged at equal intervals.
- the plurality of lines L4 are arranged at equal intervals, but the plurality of lines L4 do not have to be arranged at equal intervals.
- the distance between adjacent lines L1 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction, but is larger than 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction. May be good. That is, there may be a region between the adjacent lines L1 where the laser beam L is not irradiated twice.
- the distance between adjacent lines L1 is preferably smaller than 1/2 of the width of the irradiation spot S in the X direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice or more between the adjacent lines L1.
- the distance between the adjacent lines L1 is preferably 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice between the adjacent lines L1 without duplication. In this case, the irradiated area 12 uniformly irradiated with the laser beam L can be expanded toward the first side.
- the distance between adjacent lines L2 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction, but 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction. It may be larger. That is, there may be a region between the adjacent lines L2 where the laser beam L is not irradiated twice.
- the distance between adjacent lines L2 is preferably smaller than 1/2 of the width of the irradiation spot S in the X direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice or more between the adjacent lines L2.
- the distance between the adjacent lines L2 is preferably 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the X direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice between the adjacent lines L2 without duplication. In this case, the irradiated area 12 uniformly irradiated with the laser beam L can be expanded toward the second side.
- the distance between adjacent lines L3 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction, but 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction. It may be larger. That is, there may be a region between the adjacent lines L3 where the laser beam L is not irradiated twice.
- the distance between adjacent lines L3 is preferably smaller than 1/2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice or more between the adjacent lines L3.
- the distance between the adjacent lines L3 is preferably 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice without duplication between the adjacent lines L3.
- the irradiated area 12 uniformly irradiated with the laser beam L can be expanded toward the third side.
- the distance between adjacent lines L4 is about 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction, but 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction. It may be larger. That is, there may be a region between the adjacent lines L4 where the laser beam L is not irradiated twice.
- the distance between adjacent lines L4 is preferably smaller than 1/2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice or more between the adjacent lines L4.
- the distance between the adjacent lines L4 is preferably 1 ⁇ 2 of the width of the irradiation spot S in the Y direction. That is, it is preferable to irradiate the laser beam L twice between the adjacent lines L4 without duplication. In this case, the irradiated area 12 uniformly irradiated with the laser beam L can be expanded toward the fourth side.
- the first process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L1 is sequentially performed from the second side to the first side, but sequentially. It does not have to be carried out. For example, a part of the lines L1 may be skipped and the first process may be performed from the second side to the first side, and the irradiation spot S of the laser beam L may be provided along the skipped part of the lines. The process of moving may be performed after the first process.
- the second process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L2 is sequentially performed from the first side to the second side.
- a part of the lines L2 may be skipped and the second process may be performed from the first side to the second side, and the irradiation spot S of the laser beam L may be provided along the skipped part of the lines.
- the process of moving may be performed after the second process.
- the third process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L3 is sequentially performed from the fourth side to the third side, but sequentially. It does not have to be carried out. For example, a part of the lines L3 may be skipped and the third process may be performed from the fourth side to the third side, and the irradiation spot S of the laser beam L may be formed along the skipped part of the lines. The process of moving may be performed after the third process.
- the fourth process of moving the irradiation spot S of the laser beam L along each of the plurality of lines L4 is sequentially performed from the third side to the fourth side.
- a part of the lines L4 may be skipped and the fourth process may be performed from the third side to the fourth side, and the irradiation spot S of the laser beam L may be provided along the skipped part of the lines.
- the process of moving may be performed after the fourth process.
- each step is carried out in the order of the first step, the second step, the third step, and the fourth step, but the order in which each step is carried out may be changed. .. Specifically, each step may be carried out in the order of the first step, the third step, the second step, and the fourth step. Alternatively, each step may be carried out in the order of the first step, the third step, the fourth step, and the second step.
- the third step and the fourth step are carried out, but at least the first step and the second step may be carried out. Also in this case, since the irradiated area 12 of the laser beam L can be expanded toward two different sides from each other, it is possible to suppress the variation of the compressive residual stress applied to the object 10 along the target area 11. Can be done.
- "at least a part of the irradiated area 12 expanded in the first step” and "at least one of the irradiated area 12 expanded in the second step”. Irradiation of the laser beam L may be performed so that the "parts" overlap each other in the target area 11.
- the target area 11 is an area where the irradiation of the laser beam L is performed so that "at least a part" overlaps with each other.
- the first side and the second side are opposite to each other in the X direction, but the first side and the second side may be sides facing each other in a predetermined direction. Further, the first side and the second side may be different sides from each other. If the first side and the second side are different from each other, the object is subjected to the first step and the second step as compared with the case where the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the first side in the second step. It is possible to suppress the variation in the compressive residual stress applied to 10.
- each of the first side and the second side is represented by a vector having the same size, a vector indicating the first side (that is, a vector facing the first side) and a vector indicating the second side (that is, the vector).
- the angle formed with the vector facing the second side) is preferably larger than 90 degrees and 180 degrees or less. That is, it is preferable that the vector indicating the first side and the vector indicating the second side have vector components facing each other in a predetermined direction. In this case, it is possible to suppress the variation of the compressive residual stress applied to the object 10 along the target area 11 in the predetermined direction.
- the case where the angle formed by the vector indicating the first side and the vector indicating the second side is 180 degrees is the case where the first side and the second side are opposite to each other.
- the third side and the fourth side are sides facing each other in the Y direction, but the third side and the fourth side may be sides facing each other in a predetermined direction. Further, the third side and the fourth side may be different sides from each other. If the third side and the fourth side are different from each other, the object is subjected to the third step and the fourth step as compared with the case where the irradiated area 12 of the laser beam L is expanded toward the third side in the fourth step. It is possible to suppress the variation in the compressive residual stress applied to 10.
- each of the third side and the fourth side is represented by a vector having the same size, a vector indicating the third side (that is, a vector facing the third side) and a vector indicating the fourth side (that is, the vector).
- the angle formed with the vector toward the fourth side) is preferably larger than 90 degrees and 180 degrees or less. That is, it is preferable that the vector indicating the third side and the vector indicating the fourth side have vector components facing each other in a predetermined direction. In this case, it is possible to suppress the variation of the compressive residual stress applied to the object 10 along the target area 11 in the predetermined direction.
- the case where the angle formed by the vector indicating the third side and the vector indicating the fourth side is 180 degrees is the case where the third side and the fourth side are opposite to each other.
- the target area 11 is not limited to a flat surface, but may be a curved surface.
- the target area 11 is not limited to a rectangle, and may have another shape such as a circle.
- the line L1, the line L2, the line L3 and the line L4 are not limited to a straight line, but may be a curved line.
Landscapes
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Abstract
レーザ加工方法は、対象物の表面における対象エリアにレーザ光を照射することで、対象エリアに沿って対象物に圧縮残留応力を付与する方法である。当該レーザ加工方法は、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側に向かって広げる第1ステップと、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側とは異なる第2側に向かって広げる第2ステップと、を備える。
Description
本開示は、レーザ加工方法及びレーザ加工装置に関する。
材料層にレーザ光を照射することで、対象物に圧縮残留応力を付与するレーザ加工方法が記載されている。特許文献1に記載のレーザ加工方法では、対象物に均一な圧縮残留応力を付与するために、吸収材料層の厚さが所定の厚さとなるように吸収材料層を形成する。
しかしながら、特許文献1に記載のレーザ加工方法のように、吸収材料層の厚さが所定の厚さとなるように吸収材料層を形成するだけでは、対象物の表面における対象エリアに沿って対象物に均一な圧縮残留応力を付与することは困難である。
本開示は、対象物の表面における対象エリアに沿って対象物に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することを目的とする。
本開示の一側面のレーザ加工方法は、対象物の表面における対象エリアにレーザ光を照射することで、対象エリアに沿って対象物に圧縮残留応力を付与するレーザ加工方法であって、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側に向かって広げる第1ステップと、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側とは異なる第2側に向かって広げる第2ステップと、を備える。
このレーザ加工方法では、第1ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側に向かって広げ、第2ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側とは異なる第2側に向かって広げる。これにより、第1ステップによって対象物に付与される圧縮残留応力が第1側に向かって低下し、第2ステップによって対象物に付与される圧縮残留応力が第1側とは異なる第2側に向かって低下する。したがって、例えば、第1ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側に向かって広げ、第2ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側に向かって広げるような場合に比べ、第1ステップ及び第2ステップによって対象物に付与される圧縮残留応力のばらつきが抑制される。よって、このレーザ加工方法によれば、対象物の表面における対象エリアに沿って対象物に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第1側及び第2側は、第1方向において互いに対向する側であってもよい。これにより、第1ステップ及び第2ステップによって対象物に付与される圧縮残留応力がばらつくのをより確実に抑制することができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第1ステップにおいては、第1方向に垂直な第2方向に延在すると共に第1方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる第1処理を第2側から第1側に順次に実施することで、レーザ光の被照射エリアを第1側に向かって広げ、第2ステップにおいては、第2方向に延在すると共に第1方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる第2処理を第1側から第2側に順次に実施することで、レーザ光の被照射エリアを第2側に向かって広げてもよい。これにより、第1ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側に向かって確実且つ容易に広げることができ、第2ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側とは異なる第2側に向かって確実且つ容易に広げることができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第1ステップにおいては、第1処理として、第2方向における一方の側から他方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び第2方向における他方の側から一方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施し、第2ステップにおいては、第2処理として、第2方向における一方の側から他方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び第2方向における他方の側から一方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施してもよい。これにより、第1ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側に向かって効率良く広げることができ、第2ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第1側とは異なる第2側に向かって効率良く広げることができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法は、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアを第3側に向かって広げる第3ステップと、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアを第3側とは異なる第4側に向かって広げる第4ステップと、を更に備え、第3側及び第4側は、第1方向に垂直な第2方向において互いに対向する側であってもよい。これにより、対象物の表面における対象エリアに沿って対象物に付与される圧縮残留応力がばらつくのをより確実に抑制することができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第3ステップにおいては、第1方向に延在すると共に第2方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる第3処理を第4側から第3側に順次に実施することで、レーザ光の被照射エリアを第3側に向かって広げ、第4ステップにおいては、第1方向に延在すると共に第2方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる第4処理を第3側から第4側に順次に実施することで、レーザ光の被照射エリアを第4側に向かって広げてもよい。これにより、第3ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第3側に向かって確実且つ容易に広げることができ、第4ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第3側とは異なる第4側に向かって確実且つ容易に広げることができる。
本開示の一側面のレーザ加工方法では、第3ステップにおいては、第3処理として、第1方向における一方の側から他方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び第1方向における他方の側から一方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施し、第4ステップにおいては、第4処理として、第1方向における一方の側から他方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び第1方向における他方の側から一方の側にレーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施してもよい。これにより、第3ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第3側に向かって効率良く広げることができ、第4ステップにおいてレーザ光の被照射エリアを第3側とは異なる第4側に向かって効率良く広げることができる。
本開示の一側面のレーザ加工装置は、対象物の表面における対象エリアにレーザ光を照射することで、対象エリアに沿って対象物に圧縮残留応力を付与するレーザ加工装置であって、対象物を支持する支持部と、対象エリアにレーザ光を照射する照射部と、支持部及び照射部の少なくとも1つの動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアが第1側に向かって広がるように、支持部及び照射部の少なくとも1つの動作を制御し、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアが第1側とは異なる第2側に向かって広がるように、支持部及び照射部の少なくとも1つの動作を制御する。
このレーザ加工装置によれば、上述したレーザ加工方法と同様に、対象物の表面における対象エリアに沿って対象物に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができる。
本開示によれば、対象物の表面における対象エリアに沿って対象物に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができるレーザ加工方法及びレーザ加工装置を提供することが可能になる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[レーザ加工装置]
[レーザ加工装置]
図1に示されるように、レーザ加工装置1は、支持部2と、照射部3と、制御部4と、を備えている。レーザ加工装置1は、対象物10の表面10aにおける対象エリア11にレーザ光Lを照射することで、対象エリア11に沿って対象物10に圧縮残留応力を付与する装置である。つまり、レーザ加工装置1は、対象物10の表面10aにおける対象エリア11にレーザピーニング加工を施す装置である。以下の説明では、互いに直交する3方向をそれぞれX方向、Y方向及びZ方向という。本実施形態では、Z方向は第1水平方向であり、X方向は第1水平方向に垂直な第2水平方向であり、Y方向は鉛直方向である。
支持部2は、対象物10の表面10aがZ方向と直交するように対象物10を支持する。支持部2は、例えば、対象物10を挟持するクランプ、ロボットアーム等を含んでいる。対象物10は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、チタン等の金属材料からなる板状の部材である。レーザピーニング加工を施す時に、対象エリア11には、保護層Pが形成される。保護層Pの表面には閉じ込め層Cが形成される。保護層Pは、レーザ光Lの照射によって発生する熱から対象エリア11を保護するために当該熱を吸収する層である。保護層Pは、例えば、金属又は樹脂層である。閉じ込め層Cは、レーザ光Lの照射によって発生するプラズマの衝撃を対象物10に与えるために当該プラズマを閉じ込める層である。閉じ込め層Cは、例えば、保護層Pを覆うように供給される水である。
照射部3は、支持部2によって支持された対象物10の表面10aにおける対象エリア11にレーザ光Lを照射する。照射部3は、対象エリア11に対してレーザ光Lの照射スポットSを二次元的に移動させる。レーザ光Lの照射スポットSは、対象エリア11におけるレーザ光Lの照射領域である。本実施形態では、レーザ光Lの集光スポットCSが対象エリア11上に位置させられる。つまり、本実施形態では、レーザ光Lの集光スポットCSがレーザ光Lの照射スポットSとなる。
照射部3は、光源31と、光軸調整部32と、光軸調整レンズ33と、X軸可動ミラー34と、Y軸可動ミラー35と、対物レンズ36と、を有している。光源31は、レーザ光Lを出射する。光源31は、例えば、パルス発振方式によってレーザ光Lを出射する半導体レーザである。光軸調整部32は、光軸調整レンズ33を支持している。光軸調整部32は、光軸調整レンズ33をZ方向に沿って移動させることで、集光スポットCSをZ方向に沿って移動させる。X軸可動ミラー34は、レーザ光Lを反射するミラー面の傾きを調整することで、集光スポットCSをX方向に沿って移動させる。Y軸可動ミラー35は、レーザ光Lを反射するミラー面の傾きを調整することで、集光スポットCSをY方向に沿って移動させる。X軸可動ミラー34及びY軸可動ミラー35のそれぞれは、例えば、ガルバノミラーである。対物レンズ36は、集光スポットCSがZ方向に垂直な平面上に位置するように、レーザ光Lの集光スポットCSの位置を光学的に補正する。対物レンズ36は、例えばf・θレンズである。
制御部4は、照射スポットSが対象エリア11上を所定の軌跡で移動するように、照射部3の動作を制御する。制御部4は、例えば処理部41と、記憶部42と、入力受付部43と、を有している。処理部41は、プロセッサ、メモリ、ストレージ及び通信デバイス等を含むコンピュータ装置として構成されている。処理部41では、プロセッサが、メモリ等に読み込まれたソフトウェア(プログラム)を実行し、メモリ及びストレージにおけるデータの読み出し及び書き込み、並びに、通信デバイスによる通信を制御する。記憶部42は、ハードディスク等であり、各種データを記憶する。入力受付部43は、オペレータから各種データの入力を受け付けるインターフェース部である。本実施形態では、入力受付部43は、GUI(Graphical User Interface)を構成している。
[レーザ加工方法]
[レーザ加工方法]
上述したレーザ加工装置1において実施されるレーザ加工方法について説明する。当該レーザ加工方法は、対象物10の表面10aにおける対象エリア11にレーザ光Lを照射することで、対象エリア11に沿って対象物10に圧縮残留応力を付与する方法である。つまり、当該レーザ加工方法は、対象物10の表面10aにおける対象エリア11にレーザピーニング加工を施す方法である。本実施形態では、制御部4が照射部3を制御することで、以下に述べる第1ステップ、第2ステップ、第3ステップ及び第4ステップが実施される。なお、一例として、第1ステップ、第2ステップ、第3ステップ及び第4ステップにおいて、レーザ光Lの出力、照射スポットSの面積及び形状は、一定である。
まず、対象物10を準備する。本実施形態では、レーザ加工装置1において、対象物10が支持部2によって支持され、対象エリア11、レーザ光Lの照射条件等が制御部4によって設定される。本実施形態では、図2の(a)に示されるように、X方向(第1方向)における一方の側を第1側とし、X方向における他方の側を第2側とする。つまり、第1側及び第2側は、X方向において互いに対向する側である。また、Y方向(第1方向に垂直な第2方向)における一方の側を第3側とし、Y方向における他方の側を第4側とする。つまり、第3側及び第4側は、Y方向において互いに対向する側である。一例として、対象エリア11は、X方向において互いに対向する二辺、及びY方向において互いに対向する二辺を有する矩形状のエリアである。
続いて、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側に向かって広げ(第1ステップ)、対象エリア11の全体に被照射エリア12を広げる。具体的には、対象エリア11において、Y方向に延在すると共にX方向に等間隔に並ぶ複数のラインL1のそれぞれに沿って照射スポットSを移動させる第1処理を第2側から第1側に順次に実施することで、被照射エリア12を第1側に向かって広げる。本実施形態では、第1処理として、第3側から第4側に(第2方向における一方の側から他方の側に)照射スポットSを移動させる処理、及び第4側から第3側に(第2方向における他方の側から一方の側に)照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。なお、隣り合うラインL1の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2程度である。
続いて、図2の(b)に示されるように、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を第2側に向かって広げ(第2ステップ)、対象エリア11の全体に被照射エリア12を広げる(すなわち、第1ステップにおいて対象エリア11の全体に広げられた被照射エリア12に重なるように、再度、対象エリア11の全体に被照射エリア12を広げる)。具体的には、対象エリア11において、Y方向に延在すると共にX方向に等間隔に並ぶ複数のラインL2のそれぞれに沿って照射スポットSを移動させる第2処理を第1側から第2側に順次に実施することで、被照射エリア12を第2側に向かって広げる。本実施形態では、第2処理として、第3側から第4側に照射スポットSを移動させる処理、及び第4側から第3側に照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。なお、隣り合うラインL2の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2程度である。本実施形態では、各ラインL2が各ラインL1と一致している。
続いて、図3の(a)に示されるように、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を第3側に向かって広げ(第3ステップ)、対象エリア11の全体に被照射エリア12を広げる(すなわち、第1ステップ及び第2ステップのそれぞれにおいて対象エリア11の全体に広げられた被照射エリア12に重なるように、再度、対象エリア11の全体に被照射エリア12を広げる)。具体的には、対象エリア11において、X方向に延在すると共にY方向に等間隔に並ぶ複数のラインL3のそれぞれに沿って照射スポットSを移動させる第3処理を第4側から第3側に順次に実施することで、被照射エリア12を第3側に向かって広げる。本実施形態では、第3処理として、第2側から第1側に(第1方向における一方の側から他方の側に)照射スポットSを移動させる処理、及び第1側から第2側に(第1方向における他方の側から一方の側に)照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。なお、隣り合うラインL3の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2程度である。
続いて、図3の(b)に示されるように、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を第4側に向かって広げ(第4ステップ)、対象エリア11の全体に被照射エリア12を広げる(すなわち、第1ステップ、第2ステップ及び第3ステップのそれぞれにおいて対象エリア11の全体に広げられた被照射エリア12に重なるように、再度、対象エリア11の全体に被照射エリア12を広げる)。具体的には、対象エリア11において、X方向に延在すると共にY方向に等間隔に並ぶ複数のラインL4のそれぞれに沿って照射スポットSを移動させる第4処理を第3側から第4側に順次に実施することで、被照射エリア12を第4側に向かって広げる。本実施形態では、第4処理として、第2側から第1側に照射スポットSを移動させる処理、及び第1側から第2側に照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。なお、隣り合うラインL4の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2程度である。本実施形態では、各ラインL4が各ラインL3と一致している。
以上のように、第1ステップ、第2ステップ、第3ステップ及び第4ステップを実施することで、対象エリア11に沿って対象物10に圧縮残留応力を付与する。つまり、上記レーザ加工方法は、対象エリア11に沿って圧縮残留応力が付与された対象物を製造する方法である。なお、上記レーザ加工方法では、「第1ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」、「第2ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」、「第3ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」及び「第4ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」が対象エリア11において相互に重なるように、レーザ光Lの照射が実施されればよい。換言すれば、上記レーザ加工方法では、「第1ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」、「第2ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」、「第3ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」及び「第4ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」が相互に重なるようにレーザ光Lの照射が実施されたエリアが対象エリア11である。
[作用及び効果]
[作用及び効果]
上記レーザ加工方法では、第1ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側に向かって広げ、第2ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第2側に向かって広げる。これにより、第1ステップによって対象物10に付与される圧縮残留応力が第1側に向かって低下し、第2ステップによって対象物10に付与される圧縮残留応力が第2側に向かって低下する。更に、第3ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第3側に向かって広げ、第4ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第4側に向かって広げる。これにより、第3ステップによって対象物10に付与される圧縮残留応力が第3側に向かって低下し、第4ステップによって対象物10に付与される圧縮残留応力が第4側に向かって低下する。したがって、例えば、第1ステップ、第2ステップ、第3ステップ及び第4ステップのそれぞれにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側に向かって広げるような場合に比べ、対象物10に付与される圧縮残留応力のばらつきが抑制される。よって、上記レーザ加工方法によれば、対象物10の表面10aにおける対象エリア11に沿って対象物10に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができる。
上記レーザ加工方法では、第1側及び第2側が、X方向において互いに対向する側であり、第3側及び第4側が、Y方向において互いに対向する側である。これにより、対象物10に付与される圧縮残留応力がばらつくのをより確実に抑制することができる。
上記レーザ加工方法では、第1ステップにおいて、Y方向に延在すると共にX方向に並ぶ複数のラインL1のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第1処理を第2側から第1側に順次に実施することで、レーザ光Lの被照射エリア12を第1側に向かって広げる。これにより、第1ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側に向かって確実且つ容易に広げることができる。上記レーザ加工方法では、第2ステップにおいて、Y方向に延在すると共にX方向に並ぶ複数のラインL2のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第2処理を第1側から第2側に順次に実施することで、レーザ光Lの被照射エリア12を第2側に向かって広げる。これにより、第2ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側とは異なる第2側に向かって確実且つ容易に広げることができる。
上記レーザ加工方法では、第1ステップにおいて、第1処理として、Y方向における一方の側から他方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理、及びY方向における他方の側から一方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。これにより、第1ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側に向かって効率良く広げることができる。上記レーザ加工方法では、第2ステップにおいて、第2処理として、Y方向における一方の側から他方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理、及びY方向における他方の側から一方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。これにより、第2ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側とは異なる第2側に向かって効率良く広げることができる。
上記レーザ加工方法では、第3ステップにおいて、X方向に延在すると共にY方向に並ぶ複数のラインL3のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第3処理を第4側から第3側に順次に実施することで、レーザ光Lの被照射エリア12を第3側に向かって広げる。これにより、第3ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第3側に向かって確実且つ容易に広げることができる。上記レーザ加工方法では、第4ステップにおいて、X方向に延在すると共にY方向に並ぶ複数のラインL4のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第4処理を第3側から第4側に順次に実施することで、レーザ光Lの被照射エリア12を第4側に向かって広げる。これにより、第4ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第3側とは異なる第4側に向かって確実且つ容易に広げることができる。
上記レーザ加工方法では、第3ステップにおいて、第3処理として、X方向における一方の側から他方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理、及びX方向における他方の側から一方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。これにより、第3ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第3側に向かって効率良く広げることができる。上記レーザ加工方法では、第4ステップにおいて、第4処理として、X方向における一方の側から他方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理、及びX方向における他方の側から一方の側にレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を交互に実施する。これにより、第4ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第3側とは異なる第4側に向かって効率良く広げることができる。
上記レーザ加工装置1によれば、上述したレーザ加工方法と同様に、対象物10の表面10aにおける対象エリア11に沿って対象物10に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができる。
[比較例及び実施例]
[比較例及び実施例]
まず、比較例1、比較例2、比較例3及び比較例4のレーザ加工方法について説明する。比較例1、比較例2、比較例3及び比較例4のレーザ加工方法におけるレーザ光の照射条件は、次のとおりである。
レーザ光の照射条件
波長:1053nm
パルスエネルギー:300mJ
パルス幅:10ns(矩形)
集光サイズ:約0.8×0.8mm
強度:4.7GW/cm2
繰り返し周波数:2Hz
対象物の条件
材質:アルミニウム合金(A2024)
形状:49×49mm
厚さ:3mm
対象エリア:2×10mm
保護層:樹脂テープ(厚さ:100μm以下)
閉じ込め層:流水
レーザ光の照射条件
波長:1053nm
パルスエネルギー:300mJ
パルス幅:10ns(矩形)
集光サイズ:約0.8×0.8mm
強度:4.7GW/cm2
繰り返し周波数:2Hz
対象物の条件
材質:アルミニウム合金(A2024)
形状:49×49mm
厚さ:3mm
対象エリア:2×10mm
保護層:樹脂テープ(厚さ:100μm以下)
閉じ込め層:流水
比較例1のレーザ加工方法では、図4の(a)に示されるように、対象エリアにおいて、Y方向に延在すると共にX方向に並ぶ6本のライン(破線で示されるライン)のそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる処理を、X方向における一方の側から他方の側に順次に実施して、レーザ光の被照射エリアをX方向における一方の側から他方の側に向かって広げた(レーザ光照射ステップ)。比較例1のレーザ加工方法では、レーザ光照射ステップを4回実施した。図4の(a)において、各ラインに付された番号は、レーザ光の照射スポットをラインに沿って移動させた順番を示しており、各ラインに付された矢印は、ラインに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させた向きを示している。
比較例2のレーザ加工方法では、図4の(b)に示されるように、対象エリアにおいて、Y方向に延在すると共にX方向に並ぶ6本のライン(破線で示されるライン)のそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる処理を、次の順序で実施した。すなわち、X方向における一方の側から1番目のライン、当該一方の側から6番目のライン、当該一方の側から2番目のライン、当該一方の側から5番目のライン、当該一方の側から3番目のライン、当該一方の側から4番目のラインの順序で、当該処理を実施した。比較例2のレーザ加工方法では、当該処理を4回実施した。図4の(b)において、各ラインに付された番号は、レーザ光の照射スポットをラインに沿って移動させた順番を示しており、各ラインに付された矢印は、ラインに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させた向きを示している。
比較例3のレーザ加工方法では、図5の(a)に示されるように、対象エリアにおいて、Y方向に延在すると共にX方向に並ぶ6本のライン(破線で示されるライン)のそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる処理を、次の順序で実施した。すなわち、X方向における一方の側から3番目のライン、当該一方の側から4番目のライン、当該一方の側から2番目のライン、当該一方の側から5番目のライン、当該一方の側から1番目のライン、当該一方の側から6番目のラインの順序で、当該処理を実施した。比較例3のレーザ加工方法では、当該処理を4回実施した。図5の(a)において、各ラインに付された番号は、レーザ光の照射スポットをラインに沿って移動させた順番を示しており、各ラインに付された矢印は、ラインに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させた向きを示している。
比較例4のレーザ加工方法では、図5の(b)に示されるように、対象エリアにおいて、Y方向に延在すると共にX方向に並ぶ6本のライン(破線で示されるライン)のそれぞれに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる処理を、次の順序で実施した。すなわち、X方向における一方の側から1番目のライン、当該一方の側から6番目のライン、当該一方の側から3番目のライン、当該一方の側から5番目のライン、当該一方の側から2番目のライン、当該一方の側から4番目のラインの順序で、当該処理を実施した。比較例4のレーザ加工方法では、当該処理を4回実施した。図5の(b)において、各ラインに付された番号は、レーザ光の照射スポットをラインに沿って移動させた順番を示しており、各ラインに付された矢印は、ラインに沿ってレーザ光の照射スポットを移動させた向きを示している。
比較例1、比較例2、比較例3及び比較例4のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の二次元分布を、X線残留応力測定装置によって測定した。圧縮残留応力の二次元分布の測定条件は、次のとおりである。
圧縮残留応力の二次元分布の測定条件
X線サイズ:φ0.5mm
測定範囲:3×4mm
間隔:0.25mm
管球:Co
圧縮残留応力の二次元分布の測定条件
X線サイズ:φ0.5mm
測定範囲:3×4mm
間隔:0.25mm
管球:Co
比較例1のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の二次元分布は、図6の(a)に示されるように、X方向における一方の側から他方の側に向かって低下する分布となった。なお、図6の(a)において、圧縮残留応力は、負の値で示されている(後述する図6の(b)、図7の(a)及び図7の(b)においても同様)。
比較例2のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の二次元分布は、図6の(b)に示されるように、対象エリアのうち、X方向における一方の側の半分のエリアでは、X方向における一方の側から他方の側に向かって低下する分布となった。その一方で、当該二次元分布は、対象エリアのうち、X方向における他方の側の半分のエリアでは、X方向における他方の側から一方の側に向かって低下する分布となった。
比較例3のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の二次元分布は、図7の(a)に示されるように、対象エリアのうち、X方向における一方の側の半分のエリアでは、X方向における他方の側から一方の側に向かって低下する分布となった。その一方で、当該二次元分布は、対象エリアのうち、X方向における他方の側の半分のエリアでは、X方向における一方の側から他方の側に向かって低下する分布となった。
比較例4のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の二次元分布は、図7の(b)に示されるように、対象エリアのうち、X方向における一方の側の半分のエリアでは、X方向における一方の側から他方の側に向かって低下する分布となった。その一方で、当該二次元分布は、対象エリアのうち、X方向における他方の側の半分のエリアでは、X方向における他方の側から一方の側に向かって低下する分布となった。
以上の結果から、対象物に付与される圧縮残留応力は、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアが広がった側に向かって低下することが実証された。また、対象物に付与される圧縮残留応力の分布は、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアが疎の状態から密の状態にランダムに広がっても、ばらつくことが実証された。
次に、比較例5、実施例1及び実施例2のレーザ加工方法について説明する。比較例5、実施例1及び実施例2のレーザ加工方法におけるレーザ光の照射条件は、次のとおりである。
レーザ光の照射条件
波長:1064nm
パルスエネルギー:42mJ
パルス幅:39.4ns(ガウシアン)
集光サイズ:φ0.19mm
強度:3.8GW/cm2
繰り返し周波数:300Hz
対象物の条件
材質:アルミニウム合金(A2024)
形状:49×49mm
厚さ:3mm
対象エリア:3×3mm
保護層:アルミニウムテープ(厚さ:100μm以下)
閉じ込め層:流水
レーザ光の照射条件
波長:1064nm
パルスエネルギー:42mJ
パルス幅:39.4ns(ガウシアン)
集光サイズ:φ0.19mm
強度:3.8GW/cm2
繰り返し周波数:300Hz
対象物の条件
材質:アルミニウム合金(A2024)
形状:49×49mm
厚さ:3mm
対象エリア:3×3mm
保護層:アルミニウムテープ(厚さ:100μm以下)
閉じ込め層:流水
比較例5のレーザ加工方法では、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアをX方向における一方の側から他方の側に向かって広げるステップ(上記実施形態のレーザ加工方法における第1ステップに相当するステップ)を4回実施した。
実施例1のレーザ加工方法では、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアをX方向における一方の側から他方の側に向かって広げるステップ(上記実施形態のレーザ加工方法における第1ステップに相当するステップ)、及び、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアをX方向における他方の側から一方の側に向かって広げるステップ(上記実施形態のレーザ加工方法における第2ステップに相当するステップ)を交互に2回ずつ実施した。
実施例2のレーザ加工方法では、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアをX方向における一方の側から他方の側に向かって広げるステップ(上記実施形態のレーザ加工方法における第1ステップに相当するステップ)、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアをX方向における他方の側から一方の側に向かって広げるステップ(上記実施形態のレーザ加工方法における第2ステップに相当するステップ)、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアをY方向における一方の側から他方の側に向かって広げるステップ(上記実施形態のレーザ加工方法における第3ステップに相当するステップ)、及び、対象エリアにおいてレーザ光の被照射エリアをY方向における他方の側から一方の側に向かって広げるステップ(上記実施形態のレーザ加工方法における第4ステップに相当するステップ)をこの順序で1回ずつ実施した。
比較例5、実施例1及び実施例2のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の二次元分布を、X線残留応力測定装置によって測定した。圧縮残留応力の二次元分布の測定条件は、次のとおりである。
圧縮残留応力の二次元分布の測定条件
X線サイズ:φ0.5mm
測定範囲:5.0×2.5mm
間隔:0.25mm
管球:Co
圧縮残留応力の二次元分布の測定条件
X線サイズ:φ0.5mm
測定範囲:5.0×2.5mm
間隔:0.25mm
管球:Co
比較例5のレーザ加工方法によって対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力の二次元分布は、図8の(a)に示されるように、X方向における一方の側から他方の側に向かって低下する分布となった。実施例1のレーザ加工方法によって対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力の二次元分布は、図8の(b)に示されるように、比較例5のレーザ加工方法による圧縮残留応力の二次元分布に比べ、ばらつきが抑制された分布となった。実施例2のレーザ加工方法によって対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力の二次元分布は、図9に示されるように、実施例1のレーザ加工方法による圧縮残留応力の二次元分布に比べ、ばらつきが抑制された分布となった。なお、図8の(a)、図8の(b)及び図9において、圧縮残留応力は、負の値で示されている。
図10は、比較例5、実施例1及び実施例2のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の分布を示すグラフである。図10において、「X方向位置」は、X方向における位置を意味し、「Y方向平均残留応力」は、各X方向位置での「Y方向に沿った部分に付与された圧縮残留応力の平均値」を意味する。図10に示されるように、対象エリアにおけるY方向平均残留応力について、最大値と最小値との差に着目すると、当該差については、比較例5のレーザ加工方法による値よりも実施例1のレーザ加工方法による値が小さく、実施例1のレーザ加工方法による値よりも実施例2のレーザ加工方法による値が小さい。なお、図10において、圧縮残留応力は、負の値で示されている(後述する図11においても同様)。
図11は、比較例5、実施例1及び実施例2のレーザ加工方法によって付与された圧縮残留応力の数値を示す表である。図11において、「最大値」は、図8の(a)、図8の(b)及び図9のそれぞれに示される対象エリア(3×3mmの点線枠内)に沿って付与された圧縮残留応力の最小値を意味し、「最小値」は、当該対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力の最大値を意味し、「平均値」は、当該対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力の平均値を意味する。「偏差」は、当該対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力の値が平均値からばらついた大きさを意味し、「偏差/|平均値|」は、当該対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力の値が平均値からばらついた割合を意味する。図11に示されるように、「偏差」及び「偏差/|平均値|」については、比較例5のレーザ加工方法による値よりも実施例1のレーザ加工方法による値が小さく、実施例1のレーザ加工方法による値よりも実施例2のレーザ加工方法による値が小さい。すなわち、実施例1において対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力は、比較例5において対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力よりも均一である。また、実施例2において対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力は、実施例1において対象エリアに沿って付与された圧縮残留応力よりも均一である。
[変形例]
[変形例]
本開示は、上述した実施形態及び実施例に限定されない。変形例1のレーザ加工方法について説明する。変形例1のレーザ加工方法では、図12の(a)に示されるように、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を外側(第1側)に向かって広げ(第1ステップ)、図12の(b)に示されるように、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を内側(第2側)に向かって広げる(第2ステップ)。具体的には、第1ステップでは、図12の(a)に示されるように、対象エリア11の中心から対象エリア11の外縁まで、レーザ光Lの照射スポットSを渦巻状のラインに沿って移動させる。第2ステップでは、図12の(b)に示されるように、対象エリア11の外縁から対象エリア11の中心まで、レーザ光Lの照射スポットSを渦巻状のラインに沿って移動させる。なお、対象エリア11において入れ子状に並んだ環状のラインのそれぞれに沿って、レーザ光Lの照射スポットSを移動させてもよい。一例として、複数の環状のラインのそれぞれに沿って照射スポットSを移動させる処理を、内側の環状のラインから外側の環状のラインに向かって順次に実施することで、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を外側に向かって広げる(第1ステップ)。続いて、複数の環状のラインのそれぞれに沿って照射スポットSを移動させる処理を外側の環状のラインから内側の環状のラインに向かって順次に実施することで、対象エリア11においてレーザ光Lの被照射エリア12を内側に向かって広げる(第2ステップ)。当該変形例1のレーザ加工方法では、第1ステップ、第2ステップの順序でそれぞれのステップを実施していたが、第2ステップ、第1ステップの順序でそれぞれのステップを実施してもよい。
変形例2のレーザ加工方法について説明する。変形例2のレーザ加工方法では、対象エリア11を複数のエリアに分割して、複数のエリアのそれぞれにおいて、上記実施形態のレーザ加工方法を実施する。例えば、図13に示されるように、X方向及びY方向に沿って二行二列に配列された4つのエリアに対象エリア11を分割する。当該4つのエリアのそれぞれにおいて並行して上記実施形態のレーザ加工方法を実施することで、対象エリア11が広い場合であっても、対象エリア11に沿って対象物10に圧縮残留応力を付与する時間を短縮化することができる。
上記実施形態のレーザ加工装置1では、制御部4が、照射スポットSが対象エリア11上を所定の軌跡で移動するように、照射部3の動作を制御したが、制御部4は、支持部2及び照射部3の少なくとも1つの動作を制御すればよい。例えば、制御部4は、照射スポットSが対象エリア11上を所定の軌跡で移動するように、支持部2の動作を制御してもよい。或いは、制御部4は、照射スポットSが対象エリア11上を所定の軌跡で移動するように、支持部2の動作及び照射部3の動作を制御してもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、第1ステップ及び第2ステップにおいて、第3側から第4側に照射スポットSを移動させる処理、又は第4側から第3側に照射スポットSを移動させる処理を交互に実施していたが、第1ステップ及び第2ステップにおいて、第3側から第4側に照射スポットSを移動させる処理、又は第4側から第3側に照射スポットSを移動させる処理を、連続して実施してもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、第3ステップ及び第4ステップにおいて、第1側から第2側に照射スポットSを移動させる処理、又は第2側から第1側に照射スポットSを移動させる処理を交互に実施していたが、第3ステップ及び第4ステップにおいて、第2側から第1側に照射スポットSを移動させる処理、又は第1側から第2側に照射スポットSを移動させる処理を、連続して実施してもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、各ラインL2が各ラインL1と一致していたが、複数のラインL2は、Y方向に延在すると共にX方向に並んでいれば、各ラインL2が各ラインL1と一致していなくてもよい。同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、各ラインL4が各ラインL3と一致していたが、複数のラインL4は、X方向に延在すると共にY方向に並んでいれば、各ラインL4が各ラインL3と一致していなくてもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL1は等間隔に並んでいたが、複数のラインL1は等間隔に並んでいなくてもよい。同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL2は等間隔に並んでいたが、複数のラインL2は、等間隔に並んでいなくてもよい。同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL3は等間隔に並んでいたが、複数のラインL3は、等間隔に並んでいなくてもよい。同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL4は等間隔に並んでいたが、複数のラインL4は、等間隔に並んでいなくてもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、隣り合うラインL1の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2程度であったが、X方向における照射スポットSの幅の1/2より大きくてもよい。すなわち、隣り合うラインL1の間に、レーザ光Lが2回照射されない領域があってもよい。なお、隣り合うラインL1の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2より小さいと好ましい。すなわち、隣り合うラインL1の間に、レーザ光Lを2回以上照射すると好ましい。更に、隣り合うラインL1の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2であると好ましい。すなわち、隣り合うラインL1の間に、レーザ光Lを重複なく2回照射すると好ましい。この場合、均一にレーザ光Lを照射された被照射エリア12を第1側に向かって広げることができる。
同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、隣り合うラインL2の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2程度であったが、X方向における照射スポットSの幅の1/2より大きくてもよい。すなわち、隣り合うラインL2の間に、レーザ光Lが2回照射されない領域があってもよい。なお、隣り合うラインL2の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2より小さいと好ましい。すなわち、隣り合うラインL2の間に、レーザ光Lを2回以上照射すると好ましい。更に、隣り合うラインL2の間隔は、X方向における照射スポットSの幅の1/2であると好ましい。すなわち、隣り合うラインL2の間に、レーザ光Lを重複なく2回照射すると好ましい。この場合、均一にレーザ光Lを照射された被照射エリア12を第2側に向かって広げることができる。
同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、隣り合うラインL3の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2程度であったが、Y方向における照射スポットSの幅の1/2より大きくてもよい。すなわち、隣り合うラインL3の間に、レーザ光Lが2回照射されない領域があってもよい。なお、隣り合うラインL3の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2より小さいと好ましい。すなわち、隣り合うラインL3の間に、レーザ光Lを2回以上照射すると好ましい。更に、隣り合うラインL3の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2であると好ましい。すなわち、隣り合うラインL3の間に、レーザ光Lを重複なく2回照射すると好ましい。この場合、均一にレーザ光Lを照射された被照射エリア12を第3側に向かって広げることができる。
同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、隣り合うラインL4の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2程度であったが、Y方向における照射スポットSの幅の1/2より大きくてもよい。すなわち、隣り合うラインL4の間に、レーザ光Lが2回照射されない領域があってもよい。なお、隣り合うラインL4の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2より小さいと好ましい。すなわち、隣り合うラインL4の間に、レーザ光Lを2回以上照射すると好ましい。更に、隣り合うラインL4の間隔は、Y方向における照射スポットSの幅の1/2であると好ましい。すなわち、隣り合うラインL4の間に、レーザ光Lを重複なく2回照射すると好ましい。この場合、均一にレーザ光Lを照射された被照射エリア12を第4側に向かって広げることができる。
上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL1のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第1処理を第2側から第1側に順次に実施していたが、順次に実施しなくてもよい。例えば、複数のラインL1のうち一部のラインを飛ばして第2側から第1側に第1処理を実施してもよく、飛ばした一部のラインに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を、第1処理の後に実施してもよい。同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL2のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第2処理を第1側から第2側に順次に実施していたが、順次に実施しなくてもよい。例えば、複数のラインL2のうち一部のラインを飛ばして第1側から第2側に第2処理を実施してもよく、飛ばした一部のラインに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を、第2処理の後に実施してもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL3のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第3処理を第4側から第3側に順次に実施していたが、順次に実施しなくてもよい。例えば、複数のラインL3のうち一部のラインを飛ばして第4側から第3側に第3処理を実施してもよく、飛ばした一部のラインに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を、第3処理の後に実施してもよい。同様に、上記実施形態のレーザ加工方法では、複数のラインL4のそれぞれに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる第4処理を第3側から第4側に順次に実施していたが、順次に実施しなくてもよい。例えば、複数のラインL4のうち一部のラインを飛ばして第3側から第4側に第4処理を実施してもよく、飛ばした一部のラインに沿ってレーザ光Lの照射スポットSを移動させる処理を、第4処理の後に実施してもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、第1ステップ、第2ステップ、第3ステップ、第4ステップの順序でそれぞれのステップを実施していたが、それぞれのステップを実施する順序は前後してもよい。具体的には、第1ステップ、第3ステップ、第2ステップ、第4ステップの順序で各ステップを実施してもよい。或いは、第1ステップ、第3ステップ、第4ステップ、第2ステップの順序でそれぞれのステップを実施してもよい。
上記実施形態のレーザ加工方法では、第3ステップ及び第4ステップを実施したが、少なくとも第1ステップ及び第2ステップを実施すればよい。この場合も、レーザ光Lの被照射エリア12を互いに異なる2つの側に向かって広げることができるため、対象エリア11に沿って対象物10に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができる。なお、第1ステップ及び第2ステップのみを実施する場合には、「第1ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」及び「第2ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」が対象エリア11において相互に重なるように、レーザ光Lの照射が実施されればよい。換言すれば、第1ステップ及び第2ステップのみを実施する場合には、「第1ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」及び「第2ステップにおいて広げられた被照射エリア12の少なくとも一部」が相互に重なるようにレーザ光Lの照射が実施されたエリアが対象エリア11である。
上記実施形態のレーザ加工方法では、第1側及び第2側がX方向において互いに対向する側であったが、第1側及び第2側は、所定の方向において互いに対向する側であればよい。更に、第1側及び第2側は、互いに異なる側であればよい。第1側及び第2側が互いに異なる側であれば、第2ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第1側に向かって広げるような場合に比べ、第1ステップ及び第2ステップによって対象物10に付与される圧縮残留応力のばらつきを抑制することができる。なお、第1側及び第2側のそれぞれを、同じ大きさを有するベクトルで表した場合に、第1側を示すベクトル(すなわち、第1側に向くベクトル)と第2側を示すベクトル(すなわち、第2側に向くベクトル)との成す角度が90度よりも大きく180度以下であることが好ましい。つまり、第1側を示すベクトル及び第2側を示すベクトルが、所定の方向において互いに対向するベクトル成分を有していることが好ましい。この場合、当該所定の方向において、対象エリア11に沿って対象物10に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができる。参考として、第1側を示すベクトルと第2側を示すベクトルとの成す角度が180度である場合が、第1側及び第2側が互いに対向する側である場合である。
上記実施形態のレーザ加工方法では、第3側及び第4側がY方向において互いに対向する側であったが、第3側及び第4側は、所定の方向において互いに対向する側であればよい。更に、第3側及び第4側は、互いに異なる側であればよい。第3側及び第4側が互いに異なる側であれば、第4ステップにおいてレーザ光Lの被照射エリア12を第3側に向かって広げるような場合に比べ、第3ステップ及び第4ステップによって対象物10に付与される圧縮残留応力のばらつきを抑制することができる。なお、第3側及び第4側のそれぞれを、同じ大きさを有するベクトルで表した場合に、第3側を示すベクトル(すなわち、第3側に向くベクトル)と第4側を示すベクトル(すなわち、第4側に向くベクトル)との成す角度が90度よりも大きく180度以下であることが好ましい。つまり、第3側を示すベクトル及び第4側を示すベクトルが、所定の方向において互いに対向するベクトル成分を有していることが好ましい。この場合、当該所定の方向において、対象エリア11に沿って対象物10に付与される圧縮残留応力がばらつくのを抑制することができる。参考として、第3側を示すベクトルと第4側を示すベクトルとの成す角度が180度である場合が、第3側及び第4側が互いに対向する側である場合である。
対象エリア11は、平面に限定されず、曲面であってもよい。対象エリア11は、矩形に限定されず、円形等の他の形状であってもよい。ラインL1、ラインL2、ラインL3及びラインL4は、直線に限定されず、曲線であってもよい。
1…レーザ加工装置、2…支持部、3…照射部、4…制御部、10…対象物、10a…表面、11…対象エリア、12…被照射エリア、L…レーザ光、S…照射スポット、L1,L2,L3,L4…ライン。
Claims (8)
- 対象物の表面における対象エリアにレーザ光を照射することで、前記対象エリアに沿って前記対象物に圧縮残留応力を付与するレーザ加工方法であって、
前記対象エリアにおいて前記レーザ光の被照射エリアを第1側に向かって広げる第1ステップと、
前記対象エリアにおいて前記レーザ光の被照射エリアを前記第1側とは異なる第2側に向かって広げる第2ステップと、を備える、レーザ加工方法。 - 前記第1側及び前記第2側は、第1方向において互いに対向する側である、請求項1に記載のレーザ加工方法。
- 前記第1ステップにおいては、前記第1方向に垂直な第2方向に延在すると共に前記第1方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿って前記レーザ光の照射スポットを移動させる第1処理を前記第2側から前記第1側に順次に実施することで、前記レーザ光の被照射エリアを前記第1側に向かって広げ、
前記第2ステップにおいては、前記第2方向に延在すると共に前記第1方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿って前記レーザ光の照射スポットを移動させる第2処理を前記第1側から前記第2側に順次に実施することで、前記レーザ光の被照射エリアを前記第2側に向かって広げる、請求項2に記載のレーザ加工方法。 - 前記第1ステップにおいては、前記第1処理として、前記第2方向における一方の側から他方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び前記第2方向における前記他方の側から前記一方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施し、
前記第2ステップにおいては、前記第2処理として、前記第2方向における前記一方の側から前記他方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び前記第2方向における前記他方の側から前記一方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施する、請求項3に記載のレーザ加工方法。 - 前記対象エリアにおいて前記レーザ光の被照射エリアを第3側に向かって広げる第3ステップと、
前記対象エリアにおいて前記レーザ光の被照射エリアを前記第3側とは異なる第4側に向かって広げる第4ステップと、を更に備え、
前記第3側及び前記第4側は、前記第1方向に垂直な第2方向において互いに対向する側である、請求項2~4のいずれか一項に記載のレーザ加工方法。 - 前記第3ステップにおいては、前記第1方向に延在すると共に前記第2方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿って前記レーザ光の照射スポットを移動させる第3処理を前記第4側から前記第3側に順次に実施することで、前記レーザ光の被照射エリアを前記第3側に向かって広げ、
前記第4ステップにおいては、前記第1方向に延在すると共に前記第2方向に並ぶ複数のラインのそれぞれに沿って前記レーザ光の照射スポットを移動させる第4処理を前記第3側から前記第4側に順次に実施することで、前記レーザ光の被照射エリアを前記第4側に向かって広げる、請求項5に記載のレーザ加工方法。 - 前記第3ステップにおいては、前記第3処理として、前記第1方向における一方の側から他方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び前記第1方向における前記他方の側から前記一方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施し、
前記第4ステップにおいては、前記第4処理として、前記第1方向における前記一方の側から前記他方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理、及び前記第1方向における前記他方の側から前記一方の側に前記レーザ光の照射スポットを移動させる処理を交互に実施する、請求項6に記載のレーザ加工方法。 - 対象物の表面における対象エリアにレーザ光を照射することで、前記対象エリアに沿って前記対象物に圧縮残留応力を付与するレーザ加工装置であって、
前記対象物を支持する支持部と、
前記対象エリアに前記レーザ光を照射する照射部と、
前記支持部及び前記照射部の少なくとも1つの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記対象エリアにおいて前記レーザ光の被照射エリアが第1側に向かって広がるように、前記支持部及び前記照射部の少なくとも1つの動作を制御し、
前記対象エリアにおいて前記レーザ光の被照射エリアが前記第1側とは異なる第2側に向かって広がるように、前記支持部及び前記照射部の少なくとも1つの動作を制御する、レーザ加工装置。
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