JP2002103064A - 薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法および装置 - Google Patents
薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】薄板製品の二大欠陥である表面割れと光沢むら
の発生を同時に抑制した薄鋳片を安定に鋳造し得る薄鋳
片連続鋳造機用冷却ドラムの表面加工方法ならびに加工
装置を提供する。 【解決手段】ドラム表層にＱスイッチＣＯ２レーザパル
スを照射し、直径が５０〜２００μm、深さが５０μm以
上の微小穴を穴相互間が接しない条件下でピッチが１０
０〜５００μmとなるよう形成し、ＱスイッチＣＯ２レ
ーザパルスのパルスエネルギが４０〜１５０ｍＪ、時間
全幅が３０〜５０μｓｅｃであり、レーザビーム集光直
径を５０〜１５０μｍとすることを特徴とする薄鋳片連
続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法および装置。
の発生を同時に抑制した薄鋳片を安定に鋳造し得る薄鋳
片連続鋳造機用冷却ドラムの表面加工方法ならびに加工
装置を提供する。 【解決手段】ドラム表層にＱスイッチＣＯ２レーザパル
スを照射し、直径が５０〜２００μm、深さが５０μm以
上の微小穴を穴相互間が接しない条件下でピッチが１０
０〜５００μmとなるよう形成し、ＱスイッチＣＯ２レ
ーザパルスのパルスエネルギが４０〜１５０ｍＪ、時間
全幅が３０〜５０μｓｅｃであり、レーザビーム集光直
径を５０〜１５０μｍとすることを特徴とする薄鋳片連
続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法および装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は普通鋼、ステンレス
鋼、合金鋼、珪素鋼およびその他の金属の溶湯から直接
に薄肉鋳片を鋳造する双ドラム式連続鋳造機の冷却ドラ
ムにディンプル加工を施す方法およびそれを達成するた
めの装置に関するものである。
鋼、合金鋼、珪素鋼およびその他の金属の溶湯から直接
に薄肉鋳片を鋳造する双ドラム式連続鋳造機の冷却ドラ
ムにディンプル加工を施す方法およびそれを達成するた
めの装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】連続鋳造によってホットストリップと同
等かそれに近い厚さの鋳片を製造する装置として、例え
ば双ドラム式連続鋳造装置が知られている。この装置
は、図７に示すように、軸を水平にし互いに接近して並
行に設置され、且つ互いに逆方向に回転する一対の冷却
ドラム１、１’と、冷却ドラム１、１’の両端面に圧着
されたサイド堰２とを主要な構成部材としている。
等かそれに近い厚さの鋳片を製造する装置として、例え
ば双ドラム式連続鋳造装置が知られている。この装置
は、図７に示すように、軸を水平にし互いに接近して並
行に設置され、且つ互いに逆方向に回転する一対の冷却
ドラム１、１’と、冷却ドラム１、１’の両端面に圧着
されたサイド堰２とを主要な構成部材としている。
【０００３】冷却ドラム１、１’とサイド堰２とで形成
された湯溜まり部３の上方にはシールチャンバー４が設
けられ、シールチャンバー４内には不活性ガスが供給さ
れる。湯溜まり部３にタンディッシュ５から溶湯を連続
的に供給することにより、溶湯は冷却ドラム１との接触
部で凝固シェルを形成し、凝固シェルは冷却ドラム１、
１’の回転に伴ってキッシングポイント６で圧着され薄
鋳片Ｃとなる。
された湯溜まり部３の上方にはシールチャンバー４が設
けられ、シールチャンバー４内には不活性ガスが供給さ
れる。湯溜まり部３にタンディッシュ５から溶湯を連続
的に供給することにより、溶湯は冷却ドラム１との接触
部で凝固シェルを形成し、凝固シェルは冷却ドラム１、
１’の回転に伴ってキッシングポイント６で圧着され薄
鋳片Ｃとなる。
【０００４】薄鋳片Ｃは板厚が１〜７mm程度と薄いた
め、その表面は凝固シェルの形成状態の影響を著しく受
け、急冷による凝固シェル厚の不均一等により表面割れ
や光沢むらが発生するという問題がある。表面割れの発
生を防止するために、冷却ドラム周面のＮｉめっき部分
にショットブラスト、フォトエッチ、レーザ加工等によ
り多数の窪みを設ける技術が、例えば特開昭６０−１８
４４４９号公報に開示されている。この窪みによって冷
却ドラムと凝固シェルとの間に断熱層となるガスギャッ
プを形成することで溶湯の緩慢な冷却を行い、また窪み
に溶湯を適度に入り込ませて鋳片表面に凸転写を形成さ
せ、凸転写の周縁から凝固を開始させることで凝固シェ
ル厚の均一化を図るものである。しかしながら、湯だま
り部に注入された溶融金属（溶湯）の表面に浮遊する酸
化物（スカム）が、冷却ドラムの回転とともに、流れ込
む溶湯に付随して引き込まれ、鋳片の凝固シェルの表面
に付着して鋳造される場合があり、この結果、薄肉鋳片
のスカム流入部と健全部との間に凝固不均一が生じて割
れが発生し、鋳片の品質が損なわれるという問題点があ
った。
め、その表面は凝固シェルの形成状態の影響を著しく受
け、急冷による凝固シェル厚の不均一等により表面割れ
や光沢むらが発生するという問題がある。表面割れの発
生を防止するために、冷却ドラム周面のＮｉめっき部分
にショットブラスト、フォトエッチ、レーザ加工等によ
り多数の窪みを設ける技術が、例えば特開昭６０−１８
４４４９号公報に開示されている。この窪みによって冷
却ドラムと凝固シェルとの間に断熱層となるガスギャッ
プを形成することで溶湯の緩慢な冷却を行い、また窪み
に溶湯を適度に入り込ませて鋳片表面に凸転写を形成さ
せ、凸転写の周縁から凝固を開始させることで凝固シェ
ル厚の均一化を図るものである。しかしながら、湯だま
り部に注入された溶融金属（溶湯）の表面に浮遊する酸
化物（スカム）が、冷却ドラムの回転とともに、流れ込
む溶湯に付随して引き込まれ、鋳片の凝固シェルの表面
に付着して鋳造される場合があり、この結果、薄肉鋳片
のスカム流入部と健全部との間に凝固不均一が生じて割
れが発生し、鋳片の品質が損なわれるという問題点があ
った。
【０００５】このような問題点に対応するため、特開平
４―２３８６５１号公報、特開平６−３２８２０４号公
報に２種類の大きさの窪みを組み合わせて導入すること
により、小さい径の窪みによって製品表面割れを防止
し、大きい径の窪みによって光沢むらを防止する冷却ド
ラム構造が提示されている。しかしながら、本願発明者
による実験研究の結果、開示されている窪みの組合せ条
件では上記の二種の機能を同時に満足させることが困難
であることが判明した。
４―２３８６５１号公報、特開平６−３２８２０４号公
報に２種類の大きさの窪みを組み合わせて導入すること
により、小さい径の窪みによって製品表面割れを防止
し、大きい径の窪みによって光沢むらを防止する冷却ド
ラム構造が提示されている。しかしながら、本願発明者
による実験研究の結果、開示されている窪みの組合せ条
件では上記の二種の機能を同時に満足させることが困難
であることが判明した。
【０００６】次に薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプ
ル加工にレーザを用いる方法として、特許第２０３２０
８５号公報において、波長０．３０〜１．０７μｍのパ
ルスレーザを用いて径５００μｍ以下、深さ５０μｍ以
上、穴ピッチが穴径の１．０５倍以上５倍以下の穴を形
成する方法が開示されている。この中の実施例を参照す
ると、パルス繰り返し周波数５００ＨｚのＹＡＧレーザ
４台を用い、穴ピッチが２００〜２５０μｍの例が開示
されている。ここで冷却ドラムの形状を仮に１ｍ直径、
１ｍ幅と仮定し、２００μｍピッチで穴を導入すると、
全体で約８０００万個の穴加工を実施することになる。
このような加工を行うためのＹＡＧレーザの励起には一
般にパルス発光するフラッシュランプが用いられるが、
その寿命は１００〜１０００万パルスである。したがっ
て、たとえ４台のＹＡＧレーザを用いて加工を行って
も、ランプ寿命の内で全面を加工することは不可能とな
り、途中で一端加工を停止しランプ交換を行わねばなら
ない。この際に、停止部位において加工の非連続性が発
現するため、このような冷却ドラムを用いて鋳造を行う
と、この非連続部位において割れが発生するという問題
点があった。この方式ではレーザの台数を例えば４台か
ら１０台に増加すれば上記のような問題点は解決可能で
あるが、加工装置が大がかりとなりかつ複雑化するとい
う問題点がある。
ル加工にレーザを用いる方法として、特許第２０３２０
８５号公報において、波長０．３０〜１．０７μｍのパ
ルスレーザを用いて径５００μｍ以下、深さ５０μｍ以
上、穴ピッチが穴径の１．０５倍以上５倍以下の穴を形
成する方法が開示されている。この中の実施例を参照す
ると、パルス繰り返し周波数５００ＨｚのＹＡＧレーザ
４台を用い、穴ピッチが２００〜２５０μｍの例が開示
されている。ここで冷却ドラムの形状を仮に１ｍ直径、
１ｍ幅と仮定し、２００μｍピッチで穴を導入すると、
全体で約８０００万個の穴加工を実施することになる。
このような加工を行うためのＹＡＧレーザの励起には一
般にパルス発光するフラッシュランプが用いられるが、
その寿命は１００〜１０００万パルスである。したがっ
て、たとえ４台のＹＡＧレーザを用いて加工を行って
も、ランプ寿命の内で全面を加工することは不可能とな
り、途中で一端加工を停止しランプ交換を行わねばなら
ない。この際に、停止部位において加工の非連続性が発
現するため、このような冷却ドラムを用いて鋳造を行う
と、この非連続部位において割れが発生するという問題
点があった。この方式ではレーザの台数を例えば４台か
ら１０台に増加すれば上記のような問題点は解決可能で
あるが、加工装置が大がかりとなりかつ複雑化するとい
う問題点がある。
【０００７】上記に示したような問題点に対処するた
め、一般にＱスイッチＣＯ２レーザを用いる加工方法と
して冷延ロールのダル加工方法が特許第３０２７６９５
号公報に、また銅合金の加工方法が特開平８―３０９５
７１号公報に開示されている。これらにおいてはパルス
全幅が３０μｓｅｃまでの初期スパイクとパルステール
を有するＱスイッチＣＯ２レーザパルスを用い、穴加工
を実現する方法が開示されているが、穴深さはいずれも
４０μｍ程度を上限として発明されたものである。一
方、本願においては表面割れと光沢むらを防止するため
の要件としては深さ５０μｍ以上の穴の形成が必要であ
ることから、公知内容では本願目的に合致した穴加工が
実現できないという問題点があった。
め、一般にＱスイッチＣＯ２レーザを用いる加工方法と
して冷延ロールのダル加工方法が特許第３０２７６９５
号公報に、また銅合金の加工方法が特開平８―３０９５
７１号公報に開示されている。これらにおいてはパルス
全幅が３０μｓｅｃまでの初期スパイクとパルステール
を有するＱスイッチＣＯ２レーザパルスを用い、穴加工
を実現する方法が開示されているが、穴深さはいずれも
４０μｍ程度を上限として発明されたものである。一
方、本願においては表面割れと光沢むらを防止するため
の要件としては深さ５０μｍ以上の穴の形成が必要であ
ることから、公知内容では本願目的に合致した穴加工が
実現できないという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題とすると
ころは、上述の従来技術における問題点である薄板製品
の二大欠陥である表面割れと光沢むらの発生を同時に抑
制した薄鋳片を長期間に亘って安定に鋳造し得る冷却ド
ラムを提供し得る技術を実現することにあり、そのため
の薄鋳片連続鋳造機用ドラムのレーザディンプル加工方
法ならびに装置を提供するものである。
ころは、上述の従来技術における問題点である薄板製品
の二大欠陥である表面割れと光沢むらの発生を同時に抑
制した薄鋳片を長期間に亘って安定に鋳造し得る冷却ド
ラムを提供し得る技術を実現することにあり、そのため
の薄鋳片連続鋳造機用ドラムのレーザディンプル加工方
法ならびに装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題は、以下の
（１）〜（５）の発明により解決する。
（１）〜（５）の発明により解決する。
【００１０】（１）．互いに反対方向に回転する一対の
冷却ドラムの間隙の上部に形成された湯溜まり部に、溶
湯を連続的に供給して薄鋳片を連続鋳造するための薄鋳
片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法において、
該ドラム表層にＱスイッチＣＯ２レーザパルスを照射
し、直径が５０〜２００μm、深さが５０μm以上の微小
穴を穴相互間が接しない条件下でピッチが１００〜５０
０μmとなるよう形成する際に、ＱスイッチＣＯ２レー
ザパルスのパルスエネルギが４０〜１５０ｍＪ、時間全
幅が３０〜５０μｓｅｃであり、レーザビーム集光直径
を５０〜１５０μｍとすることを特徴とする薄鋳片連続
鋳造機用ドラムのディンプル加工方法。
冷却ドラムの間隙の上部に形成された湯溜まり部に、溶
湯を連続的に供給して薄鋳片を連続鋳造するための薄鋳
片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法において、
該ドラム表層にＱスイッチＣＯ２レーザパルスを照射
し、直径が５０〜２００μm、深さが５０μm以上の微小
穴を穴相互間が接しない条件下でピッチが１００〜５０
０μmとなるよう形成する際に、ＱスイッチＣＯ２レー
ザパルスのパルスエネルギが４０〜１５０ｍＪ、時間全
幅が３０〜５０μｓｅｃであり、レーザビーム集光直径
を５０〜１５０μｍとすることを特徴とする薄鋳片連続
鋳造機用ドラムのディンプル加工方法。
【００１１】（２）．（１）項記載の薄鋳片連続鋳造機
用ドラムのディンプル加工方法において、レーザ加工を
施す前のドラム表面に直径が２００〜３０００μｍ、深
さが８０〜２５０μｍで互いに接するか重なりを持つ条
件の窪みを形成することを特徴とする薄鋳片連続鋳造機
用ドラムのディンプル加工方法。
用ドラムのディンプル加工方法において、レーザ加工を
施す前のドラム表面に直径が２００〜３０００μｍ、深
さが８０〜２５０μｍで互いに接するか重なりを持つ条
件の窪みを形成することを特徴とする薄鋳片連続鋳造機
用ドラムのディンプル加工方法。
【００１２】（３）．（１）項記載の薄鋳片連続鋳造機
用ドラムのディンプル加工方法において、レーザ加工を
施す前のドラム表面が平滑な曲面であることを特徴とす
る薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法。
用ドラムのディンプル加工方法において、レーザ加工を
施す前のドラム表面が平滑な曲面であることを特徴とす
る薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法。
【００１３】（４）．（２）又は（３）項記載の薄鋳片
連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法において、該
ドラムがドラム表面にＮｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ−
Ｗ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｃｒの
いずれかまたはこれらの組合せをめっきしたドラムであ
り、該めっきをレーザディンプル加工前もしくはレーザ
ディンプル加工後に施すことを特徴とする薄鋳片連続鋳
造機用ドラムのディンプル加工方法。
連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法において、該
ドラムがドラム表面にＮｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ−
Ｗ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｃｒの
いずれかまたはこれらの組合せをめっきしたドラムであ
り、該めっきをレーザディンプル加工前もしくはレーザ
ディンプル加工後に施すことを特徴とする薄鋳片連続鋳
造機用ドラムのディンプル加工方法。
【００１４】（５）．薄鋳片連続鋳造機用ドラムを予め
定められた一定速度で回転させるドラム回転装置と、パ
ルスエネルギが５０〜１５０ｍＪ、時間全幅が３０〜５
０μｓｅｃのパルスを６ｋＨｚ以上のパルス繰り返し周
波数で出力するＱスイッチＣＯ２レーザ発振器と、該発
振器から出力されたレーザビームを該ドラム回転軸長方
向へ走査する光走査装置と、レーザビーム集光直径を５
０〜１５０μｍに集光照射するための集光装置と、ドラ
ムクラウンをオンラインで計測しその信号に基づき前記
集光装置とドラム表面との間隙を一定に制御する倣い制
御装置を備え、該ドラム全面に亘って一定の直径ならび
に深さの穴を一定の間隔で加工することを特徴とする薄
鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工装置。
定められた一定速度で回転させるドラム回転装置と、パ
ルスエネルギが５０〜１５０ｍＪ、時間全幅が３０〜５
０μｓｅｃのパルスを６ｋＨｚ以上のパルス繰り返し周
波数で出力するＱスイッチＣＯ２レーザ発振器と、該発
振器から出力されたレーザビームを該ドラム回転軸長方
向へ走査する光走査装置と、レーザビーム集光直径を５
０〜１５０μｍに集光照射するための集光装置と、ドラ
ムクラウンをオンラインで計測しその信号に基づき前記
集光装置とドラム表面との間隙を一定に制御する倣い制
御装置を備え、該ドラム全面に亘って一定の直径ならび
に深さの穴を一定の間隔で加工することを特徴とする薄
鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】（Ａ）冷却ドラム表面形状と材質
の根拠 まず、ディンプル加工穴の構成要件とその規定理由につ
いて詳細に説明する。一般に従来の技術項に記述したご
とく、酸化物（スカム）が冷却ドラムの回転とともに、
流れ込む溶湯に付随して引き込まれ、鋳片の凝固シェル
の表面に付着して鋳造される場合には、薄肉鋳片のスカ
ム流入部と健全部との間に凝固不均一が生じて割れやむ
らが発生する可能性がある。そこで、本願発明者らは詳
細にわたる実験研究を遂行した結果、ディンプル加工穴
を特定条件で導入することにより、スカムが流入した箇
所においても凝固不均一が発生しないことが判明した。
本願発明者らはスカムが溶湯と冷却ドラムとの間に流入
した場合に発生する凝固不均一は、スカムの熱伝導率の
違いよりも、流入時に巻き込まれて生成する空気層の存
在に起因することを見出した。この際に溶湯やスカムが
表面張力によって流れ込まない程度のディンプル加工穴
が表面に存在すると、前記空気はこの穴部分に集約され
空気層の形成が発生しない。したがって、たとえスカム
が流入しても凝固不均一の発生が抑制される。さらにデ
ィンプル加工穴が存在することによって凝固核の発生を
細かい間隔で規定することが可能になるため、割れ・む
らの発生を確実に抑制することができる。このような機
能を達成するためのディンプル加工穴の要件としては、
まず溶湯やスカムが流れ込まないための穴直径の上限値
として２００μm以下であることが要求される。さらに
空気が巻き込まれた際に有効にディンプル加工穴に集約
するための要件として穴直径の最小値が規定され、これ
は５０μmである。さらに微小穴相互間隔は空気を有効
に集約するため穴相互が接しない条件であることが必要
で、凝固核発生を確実に規定するため穴相互の中心間ピ
ッチは１００〜５００μmであることが要求される。ま
た空気の集約機能を有効に発揮させかつ、凝固核発生を
明確に規定するためには深さとして５０μm以上が必要
である。
の根拠 まず、ディンプル加工穴の構成要件とその規定理由につ
いて詳細に説明する。一般に従来の技術項に記述したご
とく、酸化物（スカム）が冷却ドラムの回転とともに、
流れ込む溶湯に付随して引き込まれ、鋳片の凝固シェル
の表面に付着して鋳造される場合には、薄肉鋳片のスカ
ム流入部と健全部との間に凝固不均一が生じて割れやむ
らが発生する可能性がある。そこで、本願発明者らは詳
細にわたる実験研究を遂行した結果、ディンプル加工穴
を特定条件で導入することにより、スカムが流入した箇
所においても凝固不均一が発生しないことが判明した。
本願発明者らはスカムが溶湯と冷却ドラムとの間に流入
した場合に発生する凝固不均一は、スカムの熱伝導率の
違いよりも、流入時に巻き込まれて生成する空気層の存
在に起因することを見出した。この際に溶湯やスカムが
表面張力によって流れ込まない程度のディンプル加工穴
が表面に存在すると、前記空気はこの穴部分に集約され
空気層の形成が発生しない。したがって、たとえスカム
が流入しても凝固不均一の発生が抑制される。さらにデ
ィンプル加工穴が存在することによって凝固核の発生を
細かい間隔で規定することが可能になるため、割れ・む
らの発生を確実に抑制することができる。このような機
能を達成するためのディンプル加工穴の要件としては、
まず溶湯やスカムが流れ込まないための穴直径の上限値
として２００μm以下であることが要求される。さらに
空気が巻き込まれた際に有効にディンプル加工穴に集約
するための要件として穴直径の最小値が規定され、これ
は５０μmである。さらに微小穴相互間隔は空気を有効
に集約するため穴相互が接しない条件であることが必要
で、凝固核発生を確実に規定するため穴相互の中心間ピ
ッチは１００〜５００μmであることが要求される。ま
た空気の集約機能を有効に発揮させかつ、凝固核発生を
明確に規定するためには深さとして５０μm以上が必要
である。
【００１６】以上に示したディンプル加工穴が冷却ドラ
ム上に全面にわたって均一に導入されていれば、割れ・
むらの発生は有効に抑制できるので、ディンプル加工前
のドラム表面は平滑な面で良い。一方、何らかの外的な
変動要因（例えばレーザ加工時の走査速度変動など）で
このような加工の均一性が損なわれる可能性がある。こ
のような場合には、以上に示したディンプル加工穴の導
入に先立って、特定条件の窪みを設けることが有効であ
ることが判明した。以下では、この窪みの導入要件につ
いて詳細に説明する。ドラム表面にはまず１ｍｍオーダ
ーの長周期の凹凸（窪み）がショットブラスト法などに
よって全面に亘って導入される。このような窪みをつけ
た冷却ドラムを用いて溶湯を鋳造すると、まず窪み凸部
に溶湯が接触して凝固核の生成が起こり窪み凹部では鋳
片表面との間にガスギャップが生成して凝固核の生成は
遅れる。窪み凸部での凝固核の発生によって凝固収縮応
力は分散、緩和され、割れの発生は抑制される。このよ
うな目的を達成するためには、窪み凸部が明確に規定さ
れる必要があり、このため窪みは互いに接するか重なり
を持つ条件で形成する必要がある。これは窪みが接しな
い条件で形成されると、元々の表面の平滑な部分が上記
窪み凸部と同様な働きを行い、凝固核の発生を明確に規
定できなくなるためである。窪み直径は窪み凹部での凝
固遅れに伴って発生する凝固収縮応力に起因する割れ発
生との関係で規定され３０００μm以下である必要があ
る。またこの下限値は上記ディンプル加工穴の直径との
関係で規定され、ディンプル加工穴径以上である要件か
ら２００μmとなる。窪み深さは上記ガスギャップを生
成させるため８０μm以上の値が要求される。また深さ
が大きすぎると凹部のガスギャップの厚みが増大し、凹
部の凝固シェルの生成が大きく遅れ、凸部の凝固シェル
との間の厚みの不均一が拡大して割れが発生するため２
５０μm以下である必要がある。以上の説明に示した窪
みをディンプル加工穴と重畳して形成することによっ
て、ディンプル加工穴の空間分布に不均一性が発生した
箇所においても、この窪みの効果によって割れ・むらの
発生がより確実に抑制できる。
ム上に全面にわたって均一に導入されていれば、割れ・
むらの発生は有効に抑制できるので、ディンプル加工前
のドラム表面は平滑な面で良い。一方、何らかの外的な
変動要因（例えばレーザ加工時の走査速度変動など）で
このような加工の均一性が損なわれる可能性がある。こ
のような場合には、以上に示したディンプル加工穴の導
入に先立って、特定条件の窪みを設けることが有効であ
ることが判明した。以下では、この窪みの導入要件につ
いて詳細に説明する。ドラム表面にはまず１ｍｍオーダ
ーの長周期の凹凸（窪み）がショットブラスト法などに
よって全面に亘って導入される。このような窪みをつけ
た冷却ドラムを用いて溶湯を鋳造すると、まず窪み凸部
に溶湯が接触して凝固核の生成が起こり窪み凹部では鋳
片表面との間にガスギャップが生成して凝固核の生成は
遅れる。窪み凸部での凝固核の発生によって凝固収縮応
力は分散、緩和され、割れの発生は抑制される。このよ
うな目的を達成するためには、窪み凸部が明確に規定さ
れる必要があり、このため窪みは互いに接するか重なり
を持つ条件で形成する必要がある。これは窪みが接しな
い条件で形成されると、元々の表面の平滑な部分が上記
窪み凸部と同様な働きを行い、凝固核の発生を明確に規
定できなくなるためである。窪み直径は窪み凹部での凝
固遅れに伴って発生する凝固収縮応力に起因する割れ発
生との関係で規定され３０００μm以下である必要があ
る。またこの下限値は上記ディンプル加工穴の直径との
関係で規定され、ディンプル加工穴径以上である要件か
ら２００μmとなる。窪み深さは上記ガスギャップを生
成させるため８０μm以上の値が要求される。また深さ
が大きすぎると凹部のガスギャップの厚みが増大し、凹
部の凝固シェルの生成が大きく遅れ、凸部の凝固シェル
との間の厚みの不均一が拡大して割れが発生するため２
５０μm以下である必要がある。以上の説明に示した窪
みをディンプル加工穴と重畳して形成することによっ
て、ディンプル加工穴の空間分布に不均一性が発生した
箇所においても、この窪みの効果によって割れ・むらの
発生がより確実に抑制できる。
【００１７】次に冷却ドラム表面の材質要件に関する根
拠を詳細に説明する。薄鋳片の鋳造において冷却ドラム
が回転するとドラム表面は湯溜まりを通過した後、気体
雰囲気にさらされるため、一定周期の熱サイクルを受け
ると共に表面に酸化物を形成する。このような酸化物層
は冷却時の抜熱抵抗となるため、気体雰囲気中において
ブラッシングなどの手法によって確実に除去しなくては
ならない。そのため、表層材質としては熱疲労に強いと
共に耐摩耗性に優れた材質が要求される。このような特
性を実現するためのパラメータとしては表面硬度が代表
値として選択可能で、この場合ビッカース硬度が２００
以上という値となる。この要件を満たす材質としては、
Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ
−Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｃｒのいずれかが選択され
る。なお、冷却ドラムとしては抜熱能に優れる必要があ
るためドラム母材としては熱伝導性に優れた銅もしくは
銅合金が用いられる。そのため上記の材質は母材との結
合力や強度の観点からめっきで被覆する。まためっきは
単層もしくは複数種を多層めっきすることも考えられ
る。さらにめっきのタイミングはレーザディンプル加工
の前に行う場合と、レーザディンプル加工後に薄膜めっ
きを施す場合が考えられ、レーザ加工性と表面の耐摩耗
性との兼ね合いから適宜選択する。
拠を詳細に説明する。薄鋳片の鋳造において冷却ドラム
が回転するとドラム表面は湯溜まりを通過した後、気体
雰囲気にさらされるため、一定周期の熱サイクルを受け
ると共に表面に酸化物を形成する。このような酸化物層
は冷却時の抜熱抵抗となるため、気体雰囲気中において
ブラッシングなどの手法によって確実に除去しなくては
ならない。そのため、表層材質としては熱疲労に強いと
共に耐摩耗性に優れた材質が要求される。このような特
性を実現するためのパラメータとしては表面硬度が代表
値として選択可能で、この場合ビッカース硬度が２００
以上という値となる。この要件を満たす材質としては、
Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ
−Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｃｒのいずれかが選択され
る。なお、冷却ドラムとしては抜熱能に優れる必要があ
るためドラム母材としては熱伝導性に優れた銅もしくは
銅合金が用いられる。そのため上記の材質は母材との結
合力や強度の観点からめっきで被覆する。まためっきは
単層もしくは複数種を多層めっきすることも考えられ
る。さらにめっきのタイミングはレーザディンプル加工
の前に行う場合と、レーザディンプル加工後に薄膜めっ
きを施す場合が考えられ、レーザ加工性と表面の耐摩耗
性との兼ね合いから適宜選択する。
【００１８】（Ｂ）レーザディンプル加工方法を実現す
るレーザパルス要件の根拠 以下に上記（１）項で詳述したディンプル加工穴を形成
するためのレーザパルスの要件の根拠について詳細に説
明する。図３は回転チョッパＱスイッチ手法によって取
り出されたＣＯ２レーザパルスの典型的な時間波形を示
したものである。ＣＯ２レーザにおいては、発振効率を
改善するため分子振動準位の内、上準位のエネルギレベ
ルがＣＯ２のそれに比較的近いＮ２をレーザ媒質に加え
ている。このＮ２の存在が放電励起の際のエネルギ蓄積
媒質として動作するため、回転チョッパなどによってＱ
スイッチ動作を行わせると、固体レーザにおけるジャイ
アントパルスに相当する「初期スパイク部分」に加え
て、Ｎ２分子からＣＯ２分子への衝突によるエネルギ移
譲に起因し連続波的に発振する「パルステール部」が付
随した形態となる。本願発明者らは、このようなＱスイ
ッチＣＯ２レーザパルスを穴加工に適用すると、このパ
ルステール部が加工に有効に寄与し得ることを例えば特
開平８−３０９５７１号公報などに提示してきた。しか
し、この段階では穴深さ１０〜５０μｍの穴加工を念頭
に置いていたことから、本願の目的のごとく５０μｍ以
上の深さの穴を加工することは実現できないことが判明
した。具体的にはパルス全幅を２０μｓｅｃとしてパル
スエネルギを大きくしても、穴深さは飽和してしまい５
０μｍ以上の深さの穴を形成できないことがわかった。
そこで、本願発明者らは、Ｎｉめっきサンプルに対して
パルス全幅とパルスエネルギの組合せを系統的に変更し
た詳細な実験研究を行った結果、図４に示すような結果
が得られることを見出した。図４（ａ）はパルス時間全
幅を横軸、加工穴の深さを縦軸にとり、パルスエネルギ
をパラメータとしてまとめた結果であり、同図（ｂ）は
表面加工穴径を同様な形式で整理した結果である。図を
参照すると、表面穴径のパルス幅依存性は少ないが、穴
深さのパルス幅依存性は特徴的な傾向を持つことがわか
った。具体的にはパルスエネルギが１０〜３０ｍＪ程度
の低パルスエネルギ条件においては、パルス全幅の増加
と共に穴深さは単調的に増加するが、パルス全幅が２０
〜３０μｓｅｃの条件でピークをとり、穴深さは減少に
転ずる（公知範囲）ため、穴深さも４０μｍ強を上限と
して制約される。しかしながら、パルスエネルギを５０
ｍＪ以上の条件としてパルス全幅を変更して行くと、上
述のピークをとるパルス全幅条件が長パルス側にシフト
することを見出した。この現象を解釈するため、レーザ
生成プラズマの分光評価を行った結果、パルス全幅が３
０μｓｅｃ以下の短い条件でパルスエネルギを増加させ
ると初期スパイクのタイミングでのプラズマ中の電子密
度が大幅に高くなり、この影響でパルステール部のタイ
ミングで逆制動輻射過程が誘起されパルステール部のパ
ワーが被加工物に有効に供給できていないことが判明し
た。一方、パルス幅が３０μｓｅｃ以上の長パルス条件
でパルスエネルギを増加させても、パルステール部に含
まれるパルスエネルギが相対的に増大する結果、初期ス
パイク部のピーク出力増加の度合いは上述の条件より緩
和される。その結果、レーザ生成プラズマ中の自由電子
密度の大幅な増加が抑制されるため逆制動輻射の影響も
緩和されるので、パルスエネルギの増加に伴って単調に
穴深さが増大する。以上に示した実験結果ならびに分光
評価に基づく解釈の結果、本願目的の５０μｍ以上の穴
加工を達成するためには３０μｓｅｃ以上のパルス全幅
が必要であることが明らかとなった。次にパルス全幅の
上限について説明する。従来技術欄に試算で示したよう
に、本願発明を達成するためには冷却ドラム１本当たり
で億前後の数の穴加工を達成しなくてはならない。この
ような加工を現実的な時間内で終了するためにはＱスイ
ッチＣＯ２レーザのパルス発振繰り返し周波数を極力早
く設定する必要がある。具体例として、１本の冷却ドラ
ムの加工時間を４時間を上限とし、（１）に記載したデ
ィンプル加工条件の典型値を用いると、要求されるパル
ス繰り返し周波数は６ｋＨｚ以上が必要となる。一方、
所望の穴加工ピッチとパルス繰り返し周波数が決定され
ると、穴間の移動速度が決定されるが、パルス全幅があ
まりに長くなると、パルス発振の時間幅内で被加工物が
移動してしまい同一点に集中した加工ができなくなる。
この結果、表面穴径が大きくなり穴深さが浅くなると言
う問題点が発生する。この現象を把握するため、穴加工
性能の移動速度依存性を評価した結果、移動速度が２ｍ
／ｓｅｃまでの条件でパルス時間幅内での移動量が表面
穴径の５０％以下であれば、顕著な加工性劣化が発生し
ないことが判明した。ここで、表面穴径は（Ａ）項にお
いて説明したように最大２００μｍであることから ２
００（μｍ）×０．５／２（ｍ／ｓｅｃ）＝５０μｓｅ
ｃを得る。したがって、この値がパルス全幅の上限値を
与えることとなる。なお、このパルス全幅の変更は回転
チョッパを用いるＱスイッチ方式においてはスリットの
開放時間幅を変更することによって達成される。また、
ディンプル加工条件を変更する際に、パルス幅を適宜変
更する場合には、異なるスリット幅を有する回転チョッ
パブレードを複数用意してもよいが、図２に示すように
半径方向でスリットＳの開放幅が変化するチョッパブレ
ードを用意しておけば１枚のブレードで各種のパルス全
幅を実現することも可能である。
るレーザパルス要件の根拠 以下に上記（１）項で詳述したディンプル加工穴を形成
するためのレーザパルスの要件の根拠について詳細に説
明する。図３は回転チョッパＱスイッチ手法によって取
り出されたＣＯ２レーザパルスの典型的な時間波形を示
したものである。ＣＯ２レーザにおいては、発振効率を
改善するため分子振動準位の内、上準位のエネルギレベ
ルがＣＯ２のそれに比較的近いＮ２をレーザ媒質に加え
ている。このＮ２の存在が放電励起の際のエネルギ蓄積
媒質として動作するため、回転チョッパなどによってＱ
スイッチ動作を行わせると、固体レーザにおけるジャイ
アントパルスに相当する「初期スパイク部分」に加え
て、Ｎ２分子からＣＯ２分子への衝突によるエネルギ移
譲に起因し連続波的に発振する「パルステール部」が付
随した形態となる。本願発明者らは、このようなＱスイ
ッチＣＯ２レーザパルスを穴加工に適用すると、このパ
ルステール部が加工に有効に寄与し得ることを例えば特
開平８−３０９５７１号公報などに提示してきた。しか
し、この段階では穴深さ１０〜５０μｍの穴加工を念頭
に置いていたことから、本願の目的のごとく５０μｍ以
上の深さの穴を加工することは実現できないことが判明
した。具体的にはパルス全幅を２０μｓｅｃとしてパル
スエネルギを大きくしても、穴深さは飽和してしまい５
０μｍ以上の深さの穴を形成できないことがわかった。
そこで、本願発明者らは、Ｎｉめっきサンプルに対して
パルス全幅とパルスエネルギの組合せを系統的に変更し
た詳細な実験研究を行った結果、図４に示すような結果
が得られることを見出した。図４（ａ）はパルス時間全
幅を横軸、加工穴の深さを縦軸にとり、パルスエネルギ
をパラメータとしてまとめた結果であり、同図（ｂ）は
表面加工穴径を同様な形式で整理した結果である。図を
参照すると、表面穴径のパルス幅依存性は少ないが、穴
深さのパルス幅依存性は特徴的な傾向を持つことがわか
った。具体的にはパルスエネルギが１０〜３０ｍＪ程度
の低パルスエネルギ条件においては、パルス全幅の増加
と共に穴深さは単調的に増加するが、パルス全幅が２０
〜３０μｓｅｃの条件でピークをとり、穴深さは減少に
転ずる（公知範囲）ため、穴深さも４０μｍ強を上限と
して制約される。しかしながら、パルスエネルギを５０
ｍＪ以上の条件としてパルス全幅を変更して行くと、上
述のピークをとるパルス全幅条件が長パルス側にシフト
することを見出した。この現象を解釈するため、レーザ
生成プラズマの分光評価を行った結果、パルス全幅が３
０μｓｅｃ以下の短い条件でパルスエネルギを増加させ
ると初期スパイクのタイミングでのプラズマ中の電子密
度が大幅に高くなり、この影響でパルステール部のタイ
ミングで逆制動輻射過程が誘起されパルステール部のパ
ワーが被加工物に有効に供給できていないことが判明し
た。一方、パルス幅が３０μｓｅｃ以上の長パルス条件
でパルスエネルギを増加させても、パルステール部に含
まれるパルスエネルギが相対的に増大する結果、初期ス
パイク部のピーク出力増加の度合いは上述の条件より緩
和される。その結果、レーザ生成プラズマ中の自由電子
密度の大幅な増加が抑制されるため逆制動輻射の影響も
緩和されるので、パルスエネルギの増加に伴って単調に
穴深さが増大する。以上に示した実験結果ならびに分光
評価に基づく解釈の結果、本願目的の５０μｍ以上の穴
加工を達成するためには３０μｓｅｃ以上のパルス全幅
が必要であることが明らかとなった。次にパルス全幅の
上限について説明する。従来技術欄に試算で示したよう
に、本願発明を達成するためには冷却ドラム１本当たり
で億前後の数の穴加工を達成しなくてはならない。この
ような加工を現実的な時間内で終了するためにはＱスイ
ッチＣＯ２レーザのパルス発振繰り返し周波数を極力早
く設定する必要がある。具体例として、１本の冷却ドラ
ムの加工時間を４時間を上限とし、（１）に記載したデ
ィンプル加工条件の典型値を用いると、要求されるパル
ス繰り返し周波数は６ｋＨｚ以上が必要となる。一方、
所望の穴加工ピッチとパルス繰り返し周波数が決定され
ると、穴間の移動速度が決定されるが、パルス全幅があ
まりに長くなると、パルス発振の時間幅内で被加工物が
移動してしまい同一点に集中した加工ができなくなる。
この結果、表面穴径が大きくなり穴深さが浅くなると言
う問題点が発生する。この現象を把握するため、穴加工
性能の移動速度依存性を評価した結果、移動速度が２ｍ
／ｓｅｃまでの条件でパルス時間幅内での移動量が表面
穴径の５０％以下であれば、顕著な加工性劣化が発生し
ないことが判明した。ここで、表面穴径は（Ａ）項にお
いて説明したように最大２００μｍであることから ２
００（μｍ）×０．５／２（ｍ／ｓｅｃ）＝５０μｓｅ
ｃを得る。したがって、この値がパルス全幅の上限値を
与えることとなる。なお、このパルス全幅の変更は回転
チョッパを用いるＱスイッチ方式においてはスリットの
開放時間幅を変更することによって達成される。また、
ディンプル加工条件を変更する際に、パルス幅を適宜変
更する場合には、異なるスリット幅を有する回転チョッ
パブレードを複数用意してもよいが、図２に示すように
半径方向でスリットＳの開放幅が変化するチョッパブレ
ードを用意しておけば１枚のブレードで各種のパルス全
幅を実現することも可能である。
【００１９】次に必要とされるパルスエネルギの根拠を
説明する。図５は図４（ａ）のデータの内でパルス全幅
３０μｓｅｃの条件のデータを抽出し、パルスエネルギ
と穴深さの関係で示したグラフである。図から明らかな
ように、本願発明の目的である穴深さ５０μｍ以上を達
成するためにはパルスエネルギとして４０ｍＪ以上の値
が必要となる。また連続波励起ＱスイッチＣＯ２レーザ
において、回転チョッパＱスイッチ方式では共振器内部
に共焦点テレスコープを構成することから、取り出し得
るパルスエネルギは共焦点位置でのエネルギ密度が雰囲
気気体のブレークダウン閾値以下である必要がある。一
般的にこの条件で得られる最大パルスエネルギは１５０
ｍＪであることからこの値がエネルギの上限値を与え
る。ここで、出力パルスエネルギは放電励起におけるグ
ロー放電電力量を変化させることで制御可能である。放
電励起方式としては一般には直流放電が用いられるが、
交流やＲＦ放電を連続的に印加する方式やその放電にパ
ルス変調をかける方式のいずれであっても良い。
説明する。図５は図４（ａ）のデータの内でパルス全幅
３０μｓｅｃの条件のデータを抽出し、パルスエネルギ
と穴深さの関係で示したグラフである。図から明らかな
ように、本願発明の目的である穴深さ５０μｍ以上を達
成するためにはパルスエネルギとして４０ｍＪ以上の値
が必要となる。また連続波励起ＱスイッチＣＯ２レーザ
において、回転チョッパＱスイッチ方式では共振器内部
に共焦点テレスコープを構成することから、取り出し得
るパルスエネルギは共焦点位置でのエネルギ密度が雰囲
気気体のブレークダウン閾値以下である必要がある。一
般的にこの条件で得られる最大パルスエネルギは１５０
ｍＪであることからこの値がエネルギの上限値を与え
る。ここで、出力パルスエネルギは放電励起におけるグ
ロー放電電力量を変化させることで制御可能である。放
電励起方式としては一般には直流放電が用いられるが、
交流やＲＦ放電を連続的に印加する方式やその放電にパ
ルス変調をかける方式のいずれであっても良い。
【００２０】次に加工に用いるレーザビーム集光径の要
件に関して説明する。表面穴加工径は一般にレーザビー
ム集光径と供給するパルスエネルギに依存して変化す
る。例えば図４（ｂ）のごとく、一定の集光径の条件下
においてパルスエネルギを変化させると、表面穴径はエ
ネルギの増加に伴って単調に増加する。これは３０μｓ
ｅｃ以上という比較的長いパルス時間においてエネルギ
を増加させると伝熱拡散によって集光レーザビーム径に
よって規定された照射領域よりも広い部分が加熱され溶
融・蒸発に至るためである。そこで、各種の焦点距離の
レンズを用意しレーザビーム集光径を変化させつつパル
スエネルギを変更する実験を行った結果、本願請求項１
に記載した表面穴径：５０〜２００μｍ、穴深さ：５０
μｍ以上という条件を満たすための集光径の条件として
５０〜１５０μｍの範囲とすれば良いことがわかった。
集光径の上限が１５０μｍと表面穴径の上限の２００μ
ｍより小さい値となっているのは、上述のごとく実際に
照射されている部分よりも広い穴径が得られる現象が発
生するためである。なお下限値は表面穴径の下限値で決
定される。
件に関して説明する。表面穴加工径は一般にレーザビー
ム集光径と供給するパルスエネルギに依存して変化す
る。例えば図４（ｂ）のごとく、一定の集光径の条件下
においてパルスエネルギを変化させると、表面穴径はエ
ネルギの増加に伴って単調に増加する。これは３０μｓ
ｅｃ以上という比較的長いパルス時間においてエネルギ
を増加させると伝熱拡散によって集光レーザビーム径に
よって規定された照射領域よりも広い部分が加熱され溶
融・蒸発に至るためである。そこで、各種の焦点距離の
レンズを用意しレーザビーム集光径を変化させつつパル
スエネルギを変更する実験を行った結果、本願請求項１
に記載した表面穴径：５０〜２００μｍ、穴深さ：５０
μｍ以上という条件を満たすための集光径の条件として
５０〜１５０μｍの範囲とすれば良いことがわかった。
集光径の上限が１５０μｍと表面穴径の上限の２００μ
ｍより小さい値となっているのは、上述のごとく実際に
照射されている部分よりも広い穴径が得られる現象が発
生するためである。なお下限値は表面穴径の下限値で決
定される。
【００２１】
【実施例】図１は本発明を適用したレーザ加工装置の構
成図である。レーザ発振器７は炭酸ガスを発振媒質とし
た連続放電励起レーザ管の後面に共焦点テレスコープ
（テレスコープレンズ８と全反射ミラー９によって構
成）とその共焦点位置に設置された回転チョッパ１０か
らなるＱスイッチ装置が組み込まれたＱスイッチＣＯ２
レーザ装置である。回転チョッパの回転数は８，０００
ｒｐｍで、チョッパブレード上には４５個のスリットが
導入され、パルス全幅は３２μｓｅｃ、パルス繰り返し
周波数としては６ｋＨｚのパルス列が得られる。レーザ
発振器７から出力されたレーザビームＬはコリメーショ
ンミラー（凹面鏡）１１によってビーム発散角が補正さ
れ、加工ヘッド１３に至り、焦点距離６３．５ｍｍのＺ
ｎＳｅ製集光レンズ１４によって直径１００μｍに集光
され、ドラム１に照射される。直径１，２００ｍｍで若
干の凹クラウンが施されている冷却ドラム１はドラム回
転装置１５によって０．４ｒｐｓの一定速度で回転する
ことによって、２５０μｍピッチで穴加工がなされる。
レーザ加工ヘッド１３はＸ軸方向駆動装置１６によって
ドラム軸長方向に平行に速度１００μｍ／ｓｅｃで移動
し軸長方向にも２５０μｍピッチで穴加工がなされる。
なお、ドラムには若干の凹クラウンが施されているた
め、渦電流方式の高さ倣いセンサー１８によって加工ヘ
ッドとドラム表面との距離をオンラインで測定し、その
測定結果に基づきＺ軸方向駆動装置１７によって加工ヘ
ッド１３を駆動して集光レンズ１４とドラム１表面との
距離を一定に保つように制御する。
成図である。レーザ発振器７は炭酸ガスを発振媒質とし
た連続放電励起レーザ管の後面に共焦点テレスコープ
（テレスコープレンズ８と全反射ミラー９によって構
成）とその共焦点位置に設置された回転チョッパ１０か
らなるＱスイッチ装置が組み込まれたＱスイッチＣＯ２
レーザ装置である。回転チョッパの回転数は８，０００
ｒｐｍで、チョッパブレード上には４５個のスリットが
導入され、パルス全幅は３２μｓｅｃ、パルス繰り返し
周波数としては６ｋＨｚのパルス列が得られる。レーザ
発振器７から出力されたレーザビームＬはコリメーショ
ンミラー（凹面鏡）１１によってビーム発散角が補正さ
れ、加工ヘッド１３に至り、焦点距離６３．５ｍｍのＺ
ｎＳｅ製集光レンズ１４によって直径１００μｍに集光
され、ドラム１に照射される。直径１，２００ｍｍで若
干の凹クラウンが施されている冷却ドラム１はドラム回
転装置１５によって０．４ｒｐｓの一定速度で回転する
ことによって、２５０μｍピッチで穴加工がなされる。
レーザ加工ヘッド１３はＸ軸方向駆動装置１６によって
ドラム軸長方向に平行に速度１００μｍ／ｓｅｃで移動
し軸長方向にも２５０μｍピッチで穴加工がなされる。
なお、ドラムには若干の凹クラウンが施されているた
め、渦電流方式の高さ倣いセンサー１８によって加工ヘ
ッドとドラム表面との距離をオンラインで測定し、その
測定結果に基づきＺ軸方向駆動装置１７によって加工ヘ
ッド１３を駆動して集光レンズ１４とドラム１表面との
距離を一定に保つように制御する。
【００２２】以上の構成を用いて、表面にＮｉ−Ｃｏ−
Ｗをめっきし予めショットブラストにより窪みを設けた
冷却ドラム１に対してレーザパルスエネルギを９０ｍＪ
として加工を行った。その結果、表面穴径１８０μｍ、
深さ５５μｍ、ディンプル穴ピッチ２５０μｍの加工が
達成された。表面概観を図６に示す。
Ｗをめっきし予めショットブラストにより窪みを設けた
冷却ドラム１に対してレーザパルスエネルギを９０ｍＪ
として加工を行った。その結果、表面穴径１８０μｍ、
深さ５５μｍ、ディンプル穴ピッチ２５０μｍの加工が
達成された。表面概観を図６に示す。
【００２３】本方法によって加工された冷却ドラムを用
いて、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
を図７に示す双ドラム式連続鋳造装置により板厚３mmの
帯状の薄鋳片に鋳造し、鋳造に引続いて熱間圧延し、そ
の後に冷間圧延して板厚０．５mmの薄板製品を製造し
た。鋳片品質に関しては冷間圧延後の薄板製品の目視検
査によって行った。その結果、薄鋳片に表面割れの発生
はなく、圧延後の薄板製品にも表面疵やむらは発生しな
かった。比較例として本発明によるレーザディンプル加
工を施さないドラムを用いて同様な鋳造を行った結果、
スカムを巻き込んだ部分に対応して微細割れが発生する
と共に薄板製品表面に明瞭なむらが観察された。
いて、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
を図７に示す双ドラム式連続鋳造装置により板厚３mmの
帯状の薄鋳片に鋳造し、鋳造に引続いて熱間圧延し、そ
の後に冷間圧延して板厚０．５mmの薄板製品を製造し
た。鋳片品質に関しては冷間圧延後の薄板製品の目視検
査によって行った。その結果、薄鋳片に表面割れの発生
はなく、圧延後の薄板製品にも表面疵やむらは発生しな
かった。比較例として本発明によるレーザディンプル加
工を施さないドラムを用いて同様な鋳造を行った結果、
スカムを巻き込んだ部分に対応して微細割れが発生する
と共に薄板製品表面に明瞭なむらが観察された。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、双ドラム式連続鋳造装
置等によって製造される薄鋳片の表面割れならびに光沢
むらを確実に防止できる冷却ドラムを提供できるので、
安定した無欠陥鋳片の製造を実現できる効果を有する。
置等によって製造される薄鋳片の表面割れならびに光沢
むらを確実に防止できる冷却ドラムを提供できるので、
安定した無欠陥鋳片の製造を実現できる効果を有する。
【図１】本発明による薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディ
ンプル加工装置の構成を表す説明図である。
ンプル加工装置の構成を表す説明図である。
【図２】本発明の薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプ
ル加工装置に用いるＱスイッチＣＯ２レーザの一構成要
素である回転チョッパの形状を模式的に表した説明図で
ある。
ル加工装置に用いるＱスイッチＣＯ２レーザの一構成要
素である回転チョッパの形状を模式的に表した説明図で
ある。
【図３】ＱスイッチＣＯ２レーザ発振波形の一例を示し
た図である。
た図である。
【図４】各種パルスエネルギ・パルス全幅の組合せ条件
でＱスイッチＣＯ２レーザによって穴加工を行った実験
結果を表したグラフであり、（ａ）パルス全幅と穴深さ
との関係、（ｂ）パルス全幅と表面穴径との関係を示す
グラフである。
でＱスイッチＣＯ２レーザによって穴加工を行った実験
結果を表したグラフであり、（ａ）パルス全幅と穴深さ
との関係、（ｂ）パルス全幅と表面穴径との関係を示す
グラフである。
【図５】図４のデータの内、パルス全幅３０μｓｅｃの
条件のデータに関してパルスエネルギと穴深さとの関係
を示すグラフである。
条件のデータに関してパルスエネルギと穴深さとの関係
を示すグラフである。
【図６】本発明の薄鋳片連続鋳造機用ドラムのディンプ
ル加工方法を用いて加工を行った表面概観を示す図であ
る。
ル加工方法を用いて加工を行った表面概観を示す図であ
る。
【図７】双ドラム式連続鋳造装置の側面図である。
１，１’ 冷却ドラム ２ サイド堰 ３ 湯溜まり部 ４ シールチャンバー ５ タンディッシュ ６ キッシングポイント ７ レーザ発振器 ８ テレスコープレンズ ９ 全反射ミラー １０ 回転チョッパ １１ コリメーションミラー １２ 平面全反射ミラー １３ 加工ヘッド １４ 集光レンズ １５ ドラム回転装置 １６ Ｘ軸方向駆動装置 １７ Ｚ軸方向駆動装置 １８ 高さ倣いセンサー Ｃ 薄鋳片 Ｓ スリット Ｌ レーザビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山村 英明 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 来栖 泰 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 丸木 保雄 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E004 DA13 DB16 QA01 QA03 QA20 4E068 AG01 CA02 CA03 CA07
Claims (5)
- 【請求項１】 互いに反対方向に回転する一対の冷却ド
ラムの間隙の上部に形成された湯溜まり部に、溶湯を連
続的に供給して薄鋳片を連続鋳造するための薄鋳片連続
鋳造機用ドラムのディンプル加工方法において、該ドラ
ム表層にＱスイッチＣＯ２レーザパルスを照射し、直径
が５０〜２００μm、深さが５０μm以上の微小穴を穴相
互間が接しない条件下でピッチが１００〜５００μmと
なるよう形成する際に、ＱスイッチＣＯ２レーザパルス
のパルスエネルギが４０〜１５０ｍＪ、時間全幅が３０
〜５０μｓｅｃであり、レーザビーム集光直径を５０〜
１５０μｍとすることを特徴とする薄鋳片連続鋳造機用
ドラムのディンプル加工方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の薄鋳片連続鋳造機用ドラ
ムのディンプル加工方法において、レーザ加工を施す前
のドラム表面に直径が２００〜３０００μｍ、深さが８
０〜２５０μｍで互いに接するか重なりを持つ条件の窪
みを形成することを特徴とする薄鋳片連続鋳造機用ドラ
ムのディンプル加工方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の薄鋳片連続鋳造機用ドラ
ムのディンプル加工方法において、レーザ加工を施す前
のドラム表面が平滑な曲面であることを特徴とする薄鋳
片連続鋳造機用ドラムのディンプル加工方法。 - 【請求項４】 請求項２又は請求項３記載の薄鋳片連続
鋳造機用ドラムのディンプル加工方法において、該ドラ
ムがドラム表面にＮｉ、Ｎｉ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ、
Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｃｒのいず
れかまたはこれらの組合せをめっきしたドラムであり、
該めっきをレーザディンプル加工前もしくはレーザディ
ンプル加工後に施すことを特徴とする薄鋳片連続鋳造機
用ドラムのディンプル加工方法。 - 【請求項５】 薄鋳片連続鋳造機用ドラムを予め定めら
れた一定速度で回転させるドラム回転装置と、パルスエ
ネルギが５０〜１５０ｍＪ、時間全幅が３０〜５０μｓ
ｅｃのパルスを６ｋＨｚ以上のパルス繰り返し周波数で
出力するＱスイッチＣＯ２レーザ発振器と、該発振器か
ら出力されたレーザビームを該ドラム回転軸長方向へ走
査する光走査装置と、レーザビーム集光直径を５０〜１
５０μｍに集光照射するための集光装置と、ドラムクラ
ウンをオンラインで計測しその信号に基づき前記集光装
置とドラム表面との間隙を一定に制御する倣い制御装置
を備え、該ドラム全面に亘って一定の直径ならびに深さ
の穴を一定の間隔で加工することを特徴とする薄鋳片連
続鋳造機用ドラムのディンプル加工装置。
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