JP2019166566A - Groove processing method, groove processing device and steel plate - Google Patents

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Abstract

To provide a groove processing method and a groove processing device, capable of processing a groove having a desired shape, and reducing cost; and to provide a steel plate.SOLUTION: In a groove processing device 1, a groove 8 having a desired shape can be processed on a steel plate surface 5a by controlling fluidity of a melting section 10a, while using low-output laser output, and the groove 8 having the desired shape can be processed without using assist gas for blowing off a molten material or a high-output laser source. Further, cost can be reduced, since assist gas for blowing off the molten material or the high-output laser source becomes unnecessary.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、溝加工方法、溝加工装置及び鋼板に関する。   The present invention relates to a groove processing method, a groove processing apparatus, and a steel plate.

近年、鋼板の高機能化のため表面に機能膜を設けた鋼板が開発されている。特許文献１には、機能膜の鋼板表面への密着性向上を図るために、レーザ光によって鋼板表面に溝を加工することが開示されている。また、溝を加工する手法として、特許文献２には、レーザ光の照射部位にアシストガスを吹き付けつつ、鋼板に対して所定角度でレーザ光を照射し、アシストガスのガス圧より溶融物等を鋼板表面から除去しながら鋼板表面に溝を加工することが開示されている。   In recent years, steel plates having a functional film on the surface have been developed to enhance the functionality of the steel plates. Patent Document 1 discloses that a groove is formed on a steel sheet surface with a laser beam in order to improve adhesion of the functional film to the steel sheet surface. In addition, as a technique for processing a groove, Patent Document 2 discloses that a laser beam is irradiated to a steel sheet at a predetermined angle while spraying an assist gas on a laser beam irradiation site, and a melt or the like is applied from the gas pressure of the assist gas. It is disclosed to process a groove on a steel sheet surface while removing it from the steel sheet surface.

国際公開第２０１４／１５６９８９号International Publication No. 2014/15689 国際公開第２０１６／１７１１３０号International Publication No. 2016/171130

特許文献１及び特許文献２には、レーザ出力として、１０００Ｗ以下についても開示されているものの、実際には鋼板表面に２０μｍ以上の深い溝を確実に形成するためには、ピーク出力の高い短いパルスレーザ光源、又は、連続波レーザでレーザ出力を１０００Ｗ超としたレーザ光源を用い、溶融部分の蒸発現象を主体として溝を加工する必要があった。そのため、深い溝を加工する場合には、高価な高出力レーザ光源を用いる必要があり、その分、設備コストやランニングコスト等がかかり、高コスト化するという問題があった。   Although Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a laser output of 1000 W or less, in practice, in order to reliably form a deep groove of 20 μm or more on the steel sheet surface, a short pulse with a high peak output is required. Using a laser light source or a laser light source with a continuous wave laser and a laser output exceeding 1000 W, it was necessary to process the groove mainly by the evaporation phenomenon of the melted portion. For this reason, when processing a deep groove, it is necessary to use an expensive high-power laser light source, and accordingly, there is a problem that the equipment cost, running cost, etc. are increased and the cost is increased.

また、特許文献１では、レーザ光を用いて鋼板表面に不規則な凹凸を形成して溝を加工することができるものの、所望する凹状の溝を安定的に形成できる条件は明確に開示されておらず、特許文献１の開示内容から所望形状の溝を安定的に加工することは困難である。   Further, in Patent Document 1, although the irregularities can be formed on the surface of the steel sheet using laser light and the grooves can be processed, conditions for stably forming the desired concave grooves are clearly disclosed. In addition, it is difficult to stably process a groove having a desired shape from the disclosure of Patent Document 1.

特許文献２では、アシストガスを用いて溶融物を吹き飛ばして溝を加工しているため、アシストガスの流量やガス圧を大きくする必要がある。そのため、特許文献２では、アシストガスによって溶融部の形状が変形してしまう恐れもあり、所望形状の溝を安定的に加工することは困難である。   In Patent Document 2, since the groove is processed by blowing off the melt using the assist gas, it is necessary to increase the flow rate and gas pressure of the assist gas. Therefore, in patent document 2, there exists a possibility that the shape of a fusion | melting part may deform | transform with an assist gas, and it is difficult to process the groove | channel of a desired shape stably.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、所望形状の溝を加工することができるとともに、コスト低減を図ることができる、溝加工方法、溝加工装置及び鋼板を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a grooving method, a grooving apparatus, and a steel plate that can process a groove having a desired shape and can reduce costs. For the purpose.

本発明の溝加工方法は、レーザ光により鋼板表面に溝を加工する溝加工方法において、レーザ光源から照射される前記レーザ光を、前記鋼板表面の法線と前記レーザ光とを含む平面内で、前記法線から所定角度傾けて前記鋼板表面に照射する照射工程と、前記レーザ光源に対して前記鋼板を１．５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下で相対的に移動させる移動工程と、前記レーザ光源のレーザ出力を１００Ｗ以上１０００Ｗ以下とするレーザ出力制御工程と、を備え、
前記レーザ光により前記鋼板を溶融して加工し、前記溝の深さを１０．５μｍ以上５０μｍ以下とし、溝延在方向と直交する溝幅方向断面で前記溝を見た場合に、溝開口端幅の中心を溝開口中心線と定義し、前記鋼板の内部で前記溝の周辺に形成された溶融凝固部を、前記溝開口中心線を境に第１溶融凝固部と第２溶融凝固部とに分けたとき、前記溝延在方向に沿って、前記溝開口中心線を境に、前記レーザ光の入射側にある前記第１溶融凝固部と、前記レーザ光の非入射側にある前記第２溶融凝固部とが非対称形状であり、前記第１溶融凝固部が前記第２溶融凝固部よりも大きく形成する、ものである。 The grooving method of the present invention is a grooving method in which a groove is formed on a steel sheet surface with a laser beam. Irradiating the steel sheet surface with a predetermined angle from the normal line, moving the steel sheet relative to the laser light source at a speed of 1.5 m / s to 100 m / s, and the laser A laser output control step of setting the laser output of the light source to 100 W or more and 1000 W or less,
When the steel sheet is melted and processed by the laser beam, the groove depth is set to 10.5 μm or more and 50 μm or less, and the groove is viewed in a groove width direction cross section orthogonal to the groove extending direction, the groove opening end width The center of the groove is defined as the groove opening center line, and the melt solidified portion formed around the groove inside the steel plate is divided into the first melt solidified portion and the second melt solidified portion with the groove opening center line as a boundary. When divided, the first melt-solidified portion on the laser beam incident side and the second melt on the non-incident side of the laser beam along the groove extending direction with the groove opening center line as a boundary The solidified part has an asymmetric shape, and the first melt-solidified part is formed larger than the second melt-solidified part.

また、本発明の溝加工装置は、レーザ光により鋼板表面に溝を加工する溝加工装置において、前記鋼板表面の法線と前記レーザ光とを含む平面内で、前記レーザ光を前記法線から所定角度傾けて前記鋼板表面に照射するレーザ光源と、前記レーザ光源に対して鋼板を１．５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下で相対的に移動させる移動機構と、前記レーザ光源のレーザ出力を１００Ｗ以上１０００Ｗ以下とするレーザ出力制御部と、を備え、
前記レーザ光により前記鋼板を溶融して加工し、前記溝の深さを１０．５μｍ以上５０μｍ以下とし、溝延在方向と直交する溝幅方向断面で前記溝を見た場合に、溝開口端幅の中心を溝開口中心線と定義し、前記鋼板の内部で前記溝の周辺に形成された溶融凝固部を、前記溝開口中心線を境に第１溶融凝固部と第２溶融凝固部とに分けたとき、前記溝延在方向に沿って、前記溝開口中心線を境に、前記レーザ光の入射側にある前記第１溶融凝固部と、前記レーザ光の非入射側にある前記第２溶融凝固部とが非対称形状であり、前記第１溶融凝固部を前記第２溶融凝固部よりも大きく形成する、ものである。 The grooving apparatus of the present invention is a grooving apparatus for processing a groove on the surface of a steel sheet with a laser beam, wherein the laser beam is separated from the normal line in a plane including the normal line of the steel sheet surface and the laser beam. A laser light source that irradiates the steel sheet surface at a predetermined angle, a moving mechanism that moves the steel sheet relatively at 1.5 m / s to 100 m / s with respect to the laser light source, and a laser output of the laser light source of 100 W A laser output control unit configured to be 1000 W or less,
When the steel sheet is melted and processed by the laser beam, the groove depth is set to 10.5 μm or more and 50 μm or less, and the groove is viewed in a groove width direction cross section orthogonal to the groove extending direction, the groove opening end width The center of the groove is defined as the groove opening center line, and the melt solidified portion formed around the groove inside the steel plate is divided into the first melt solidified portion and the second melt solidified portion with the groove opening center line as a boundary. When divided, the first melt-solidified portion on the laser beam incident side and the second melt on the non-incident side of the laser beam along the groove extending direction with the groove opening center line as a boundary The solidified part has an asymmetric shape, and the first melt-solidified part is formed larger than the second melt-solidified part.

また、本発明の鋼板は、鋼板表面に溝が加工された鋼板において、前記溝の深さが１０．５μｍ以上５０μｍ以下であり、溝延在方向と直交する溝幅方向断面で前記溝を見た場合に、溝開口端幅の中心を溝開口中心線と定義し、前記鋼板の内部で前記溝の周辺に形成された溶融凝固部を、前記溝開口中心線を境に第１溶融凝固部と第２溶融凝固部とに分けたとき、前記溝延在方向に沿って、前記溝開口中心線を境に前記第１溶融凝固部と前記第２溶融凝固部とが非対称形状であり、前記第１溶融凝固部が前記第２溶融凝固部よりも大きく形成されている、ものである。   In the steel plate of the present invention, the depth of the groove is 10.5 μm or more and 50 μm or less in the steel plate having a groove formed on the surface of the steel plate, and the groove is seen in the groove width direction cross section orthogonal to the groove extending direction. In this case, the center of the groove opening end width is defined as a groove opening center line, and the melt-solidified portion formed around the groove inside the steel plate is defined as the first melt-solidified portion with the groove opening center line as a boundary. When divided into the second melt-solidified part, the first melt-solidified part and the second melt-solidified part have an asymmetric shape along the groove extending direction with the groove opening center line as a boundary. The melt-solidified part is formed larger than the second melt-solidified part.

本発明によれば、低出力のレーザ出力としつつ、溶融部の湯流れを制御して鋼板表面に所望形状の溝を加工でき、溶融物を吹き飛ばすアシストガスや高出力のレーザ光源を用いずに所望形状の溝を加工できる。また、溶融物を吹き飛ばすアシストガスや高出力のレーザ光源が不要となる分、コスト低減を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to process a groove of a desired shape on the surface of a steel sheet by controlling the flow of molten metal at a low output laser output, without using an assist gas for blowing off the melt or a high output laser light source. A groove having a desired shape can be processed. Further, the cost can be reduced because the assist gas for blowing off the melt and the high-power laser light source are not required.

第１の実施形態による溝加工装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the groove processing apparatus by 1st Embodiment. 鋼板及びレーザ光について詳細に説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating in detail about a steel plate and a laser beam. 図３Ａは、図２のＡ−Ａ´でのレーザ光照射当初の溝幅方向断面の構成を示した概略図であり、図３Ｂは、レーザ光照射中の溝幅方向断面の構成を示した概略図である。FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a configuration of a cross section in the groove width direction at the time of laser light irradiation at AA ′ in FIG. 2, and FIG. 3B illustrates a configuration of a cross section in the groove width direction during laser light irradiation. FIG. 図２のＢ−Ｂ´での溝幅方向断面であり、鋼板に加工される溝の詳細な構成を示した概略図である。It is the groove width direction cross section in BB 'of FIG. 2, and is the schematic which showed the detailed structure of the groove | channel processed into a steel plate. レーザ出力１７５Ｗ、レーザ光の照射角度４５度として、走査速度を変えて加工したときの溝を光学顕微鏡で観察したときの写真であり、図５Ａは、走査速度１．０ｍ／ｓのときの写真、図５Ｂは、走査速度１．５ｍ／ｓのときの写真、図５Ｃは、走査速度２．０ｍ／ｓのときの写真である。FIG. 5A is a photograph when the scanning speed is 1.0 m / s when the groove is processed with an optical microscope with a laser output of 175 W and a laser beam irradiation angle of 45 degrees and the scanning speed is changed. 5B is a photograph when the scanning speed is 1.5 m / s, and FIG. 5C is a photograph when the scanning speed is 2.0 m / s. レーザ出力１７５Ｗ、レーザ光の照射角度４５度として、走査速度を変えて加工したときの溝の溝幅方向断面をＳＥＭにより観察したときの写真であり、図６Ａは、走査速度１．０ｍ／ｓのときの写真、図６Ｂは、走査速度１．５ｍ／ｓのときの写真、図６Ｃは、走査速度２．０ｍ／ｓのときの写真である。FIG. 6A is a photograph of a cross-section in the groove width direction of a groove when processed with a laser output of 175 W and a laser beam irradiation angle of 45 degrees and changing the scanning speed, and FIG. 6A shows a scanning speed of 1.0 m / s. FIG. 6B is a photograph at a scanning speed of 1.5 m / s, and FIG. 6C is a photograph at a scanning speed of 2.0 m / s. レーザ出力２００Ｗ、レーザ光の照射角度４５度として、走査速度を変えて加工したときの溝を光学顕微鏡で観察したときの写真であり、図７Ａは、走査速度１．０ｍ／ｓのときの写真、図７Ｂは、走査速度１．５ｍ／ｓのときの写真、図７Ｃは、走査速度２．０ｍ／ｓのときの写真である。FIG. 7A is a photograph taken when an optical microscope is used to observe the groove when the laser output is 200 W and the laser beam irradiation angle is 45 degrees and the scanning speed is changed and processed. FIG. 7A is a photograph when the scanning speed is 1.0 m / s. 7B is a photograph when the scanning speed is 1.5 m / s, and FIG. 7C is a photograph when the scanning speed is 2.0 m / s. レーザ出力２００Ｗ、レーザ光の照射角度４５度として、走査速度を変えて加工したときの溝の溝幅方向断面をＳＥＭにより観察したときの写真であり、図８Ａは、走査速度１．０ｍ／ｓのときの写真、図８Ｂは、走査速度１．５ｍ／ｓのときの写真、図８Ｃは、走査速度２．０ｍ／ｓのときの写真である。FIG. 8A is a photograph of a cross section in the groove width direction of a groove when processed with a laser output of 200 W and a laser beam irradiation angle of 45 degrees and changing the scanning speed, and FIG. 8A shows a scanning speed of 1.0 m / s. 8B is a photograph at a scanning speed of 1.5 m / s, and FIG. 8C is a photograph at a scanning speed of 2.0 m / s. 第２の実施形態による溝加工装置の全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the groove processing apparatus by 2nd Embodiment. 図１０Ａは、図９に示した溝加工装置において、傾斜させた鋼板に対してレーザ光を照射する様子を示した概略図であり、図１０Ｂは、図１０Ａから所定時間経過後の様子を示す概略図である。FIG. 10A is a schematic view showing a state in which laser light is irradiated to an inclined steel plate in the groove processing apparatus shown in FIG. 9, and FIG. 10B shows a state after a predetermined time has elapsed from FIG. 10A. FIG. 図１１Ａは、図１０Ａに示した、レーザ光照射当初の溝幅方向断面Ｓ１を示した概略図であり、図１１Ｂは、レーザ光照射中の溝幅方向断面Ｓ１を示した概略図である。Figure 11A is shown in FIG. 10A, a schematic view showing a groove widthwise sectional S 1 initial laser beam irradiation, FIG. 11B is a schematic view showing a groove widthwise sectional S 1 during the radiation of the laser beam is there. 図１０Ｂに示した溝幅方向断面Ｓ１を示した概略図である。Is a schematic view showing a groove widthwise sectional S 1 shown in FIG. 10B. レーザ出力２００Ｗ、レーザ光の照射角度４０度、走査速度２．０ｍ／ｓとし、シールドガスを用いずに溝を加工したときの鋼板表面をＳＥＭにより撮影したときの写真である。It is a photograph when the steel plate surface is imaged by SEM when the laser output is 200 W, the laser beam irradiation angle is 40 degrees, the scanning speed is 2.0 m / s, and the groove is processed without using the shielding gas. レーザ出力２００Ｗ、レーザ光の照射角度４０度、走査速度２．０ｍ／ｓとして、シールドガスのガス圧を変えて加工したときの溝の溝幅方向断面をＳＥＭにより観察したときの写真であり、図１４Ａは、シールドガスを用いなかったときの写真、図１４Ｂは、シールドガスのガス圧が０．１ＭＰａのときの写真、図１４Ｃは、シールドガスのガス圧が１．０ＭＰａのときの写真である。It is a photograph when the cross section in the groove width direction of the groove when the laser output is 200 W, the laser beam irradiation angle is 40 degrees, the scanning speed is 2.0 m / s and the gas pressure of the shielding gas is changed and the groove is processed by SEM, 14A is a photograph when no shield gas is used, FIG. 14B is a photograph when the gas pressure of the shield gas is 0.1 MPa, and FIG. 14C is a photograph when the gas pressure of the shield gas is 1.0 MPa. is there. レーザ出力２００Ｗ、レーザ光の照射角度４０度として、走査速度を変えて加工したときの溝の溝幅方向断面をＳＥＭにより観察したときの写真であり、図１５Ａは、走査速度１．０ｍ／ｓのときの写真、図１５Ｂは、走査速度１．５ｍ／ｓのときの写真、図１５Ｃは、走査速度２．０ｍ／ｓのときの写真である。FIG. 15A is a photograph of a cross section in the groove width direction of a groove when processed with a laser output of 200 W and a laser beam irradiation angle of 40 degrees and changing the scanning speed, and FIG. 15A shows a scanning speed of 1.0 m / s. FIG. 15B is a photograph at a scanning speed of 1.5 m / s, and FIG. 15C is a photograph at a scanning speed of 2.0 m / s. レーザ出力１５０Ｗ、レーザ光の照射角度４５度として、走査速度を変えて加工したときの溝の溝幅方向断面をＳＥＭにより観察したときの写真であり、図１６Ａは、走査速度１．０ｍ／ｓのときの写真、図１６Ｂは、走査速度１．５ｍ／ｓのときの写真、図１６Ｃは、走査速度２．０ｍ／ｓのときの写真である。FIG. 16A is a photograph of a cross section in the groove width direction of the groove when processed at a laser output of 150 W and a laser beam irradiation angle of 45 degrees while changing the scanning speed. FIG. 16A shows a scanning speed of 1.0 m / s. FIG. 16B is a photograph at a scanning speed of 1.5 m / s, and FIG. 16C is a photograph at a scanning speed of 2.0 m / s.

以下図面について、本発明の一実施形態を詳述する。以下の説明において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

（１）第１の実施形態
＜第１の実施形態による溝加工装置の構成＞
図１は、鋼板５に溝を加工する本発明の溝加工装置１の全体構成を示した概略図である。溝加工装置１では、鋼板５をＸ方向に向けて移動させながら、鋼板表面５ａに対して所定角度からレーザ光Ｌ１を照射する。これにより、溝加工装置１は、鋼板表面５ａのレーザ光Ｌ１が照射された照射位置（図中、ａｘ２に沿った位置）に溝を加工できる。なお、図１において、Ｘ方向は、溝が形成される溝延在方向となり、Ｚは、鋼板表面５ａの法線ａｘ１と平行な法線方向を示し、Ｙは、溝延在方向Ｘ及び法線方向Ｚと直交する溝幅方向を示す。 (1) First Embodiment <Configuration of Groove Processing Apparatus According to First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a groove processing apparatus 1 according to the present invention for processing grooves in a steel plate 5. In the groove machining device 1, while moving towards the steel sheet 5 in the X direction, it is irradiated with laser light L 1 from a predetermined angle with respect to the steel sheet surface 5a. Thereby, the groove machining device 1 can process the groove at the irradiation position where the laser beam L 1 is irradiated surface of the steel sheet 5a (in the figure, the position along the a x2). In FIG. 1, the X direction is the groove extending direction in which the grooves are formed, Z is a normal direction parallel to the normal line a x1 of the steel plate surface 5a, and Y is the groove extending direction X and the normal line. The groove width direction orthogonal to the direction Z is shown.

この場合、溝加工装置１は、レーザ光Ｌ１を発するレーザ光源２と、レーザ出力制御部６と、移動機構７とを有する。レーザ光源２から出射したレーザ光Ｌ１はレンズ３により集光された後、鋼板表面５ａに照射される。鋼板５はレーザ光Ｌ１の照射位置が溶融され凝固することで、鋼板表面５ａに凹状の溝が加工される。この際、鋼板表面５ａ上でのレーザ光Ｌ１のパワー密度は、レーザ光Ｌ１の照射中にレーザ光Ｌ１により溶融部にキーホール（後述する図３Ｂに示すＫＨであり、レーザ光Ｌ１の熱と、これにより生じた金属蒸気ガスの圧力とによって一時的に生じる、レーザ光Ｌ１の光軸方向に延在する溶融金属（溶融部）内の円柱状の穴）が形成される必要があることから、１ＭＷ／ｃｍ２以上であることが望ましい。 In this case, the groove processing apparatus 1 includes a laser light source 2 that emits a laser beam L 1 , a laser output control unit 6, and a moving mechanism 7. Laser light L 1 emitted from the laser light source 2 is collected by the lens 3 and then irradiated to the steel plate surface 5 a. Steel 5 by irradiation position of the laser beam L 1 is melted solidifies, concave grooves are machined on the surface of the steel sheet 5a. In this case, the power density of the laser beam L 1 on the steel sheet surface 5a, a KH shown in FIG. 3B to keyhole (below the melting portion by the laser beam L 1 during irradiation of the laser beam L 1, the laser beam L and one of the heat, thereby temporarily caused by the pressure of the metal vapor gas produced, the molten metal extending in the optical axis direction of the laser beam L 1 cylindrical hole in the (molten portion) inside) is formed Since it is necessary, 1 MW / cm 2 or more is desirable.

レーザ光源２は、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１の光軸とを含む平面内で、レーザ光Ｌ１が法線ａｘ１から所定角度θ１傾けられており、鋼板表面５ａに対して斜め方向からレーザ光Ｌ１を照射する。より具体的には、本実施形態の場合、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１の光軸とを含む平面内で、法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１の光軸とのなす角度（以下、照射角度とも称する）θ１が、２０度以上８０度以下に設定されていることが望ましい。 The laser light source 2, in a plane containing the optical axis of the normal a x1 laser light L 1 of the steel sheet surface 5a, and the laser beam L 1 is tilted a predetermined angle theta 1 from the normal a x1, the steel sheet surface 5a irradiating a laser beam L 1 from an oblique direction with respect to. More specifically, in this embodiment, formed in a plane containing the optical axis of the normal a x1 laser light L 1 of the steel sheet surface 5a, the optical axis of the normal a x1 laser light L 1 It is desirable that the angle (hereinafter also referred to as an irradiation angle) θ 1 is set to 20 degrees or more and 80 degrees or less.

レーザ光Ｌ１の照射角度θ１は、２０度未満にすると、鋼板５内部の溝の周辺で形成される溶融部を偏在させた所望形状の溝を加工し難い。一方、照射角度θ１を８０度超にすると、レーザ光Ｌ１が鋼板表面５ａで反射してしまい、所望する深さの溝を加工し難い。よって、レーザ光Ｌ１の照射角度θ１は２０度以上８０度以下が望ましい。 When the irradiation angle θ 1 of the laser beam L 1 is less than 20 degrees, it is difficult to process a groove having a desired shape in which the melted portion formed around the groove inside the steel plate 5 is unevenly distributed. On the other hand, when the irradiation angle θ 1 exceeds 80 degrees, the laser beam L 1 is reflected by the steel plate surface 5a, and it is difficult to process a groove having a desired depth. Therefore, the irradiation angle θ 1 of the laser beam L 1 is desirably 20 degrees or greater and 80 degrees or less.

ここで、本発明に係る溝加工の原理は下記のように考察される。レーザ光Ｌ１により溝を加工する際、レーザ光Ｌ１の照射部位には、キーホール（後述する図３Ｂに示す）と呼ばれる金属蒸気による円柱状空洞が、レーザ光Ｌ１の光軸上に沿って斜めに形成される。これにより、キーホールの奥側先端部（図３Ｂ中、１０ｂで示し、溶融物の量が少なく皮が薄い部分）にて溶融物が破裂して金属蒸気ガスが、レーザ光Ｌ１の非入射側から外部へと抜ける。この際、周囲が固相であるために反力で溶融物が押される。このため、後述する溶融凝固凸部等が形成されたり、或いは、溶融凝固部がレーザ光Ｌ１の入射側と非入射側とで偏在すると考えられる。 Here, the principle of grooving according to the present invention is considered as follows. When machining a groove by the laser beam L 1, the irradiation area of the laser beam L 1 is cylindrical cavity with a metal vapor called keyhole (shown in Figure 3B to be described later) is, on the optical axis of the laser beam L 1 It is formed obliquely along. Thus, Okugawa tip keyhole (in Figure 3B, indicated by 10b, the amount is small and peel the thin portion of the melt) in the melt ruptures metal vapor gas, non-incidence of the laser beam L 1 at Exit from the side to the outside. At this time, since the periphery is a solid phase, the melt is pushed by a reaction force. Accordingly, or formed melt solidified protrusions to be described later, or is believed to melt-solidified portion is unevenly distributed in the incident side and the non-incident side of the laser beam L 1.

照射角度θ１が４５度以下では金属蒸気ガスが押しのける溶融物の量が多いため、溶融物の流動が不安定になり溝形状が必ずしも安定しない恐れがある。一方、照射角度θ１が７５度以上ではレーザ光Ｌ１が射影されるためキーホールが形成し難い場合がある。よって、レーザ光Ｌ１の照射角度θ１は、より好ましくは、４５度超７５度未満にすることが望ましい。 When the irradiation angle θ 1 is 45 degrees or less, the amount of the melt that the metal vapor gas can push away is large, so that the flow of the melt becomes unstable and the groove shape may not always be stable. On the other hand, when the irradiation angle θ 1 is 75 degrees or more, the laser beam L 1 is projected, so that it may be difficult to form a keyhole. Therefore, the irradiation angle theta 1 of the laser beam L 1 is more preferably, it is desirable to be less than 45 degrees than 75 degrees.

なお、本実施形態においては、図１に示すように、溝幅方向Ｙと法線方向Ｚとがなす平面内で法線ａｘ１に対してレーザ光Ｌ１の照射角度θ１が規定されているが、本発明はこれに限らない。本発明では、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１の光軸とを含む平面内で法線ａｘ１に対してレーザ光Ｌ１の照射角度θ１が規定されていればよく、例えば、溝幅方向Ｙと法線方向Ｚとがなす平面外で、当該平面内の法線ａｘ１に対してレーザ光Ｌ１を照射角度θ１傾けるようにしてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the irradiation angle theta 1 of the laser beam L 1 with respect to the normal a x1 in a plane formed by the groove width direction Y and the normal direction Z is defined However, the present invention is not limited to this. In the present invention, it is sufficient that the irradiation angle theta 1 of the laser beam L 1 with respect to the normal a x1 in a plane including the optical axis of the normal a x1 laser light L 1 of the steel sheet surface 5a is defined, for example, outside the plane formed by the groove width direction Y and the normal direction Z, a laser beam L 1 may be inclined irradiation angle theta 1 with respect to the normal a x1 of the plane.

レーザ出力制御部６は、レーザ光源２と接続されており、レーザ光源２のレーザ出力を１００Ｗ以上１０００Ｗ以下、より好ましくは１５０Ｗ以上９００Ｗ以下に制御する。レーザ出力を１００Ｗ未満にすると、レーザ出力が弱すぎ、所望形状の溝を加工し難くなる。一方、レーザ出力を１０００Ｗ超にすると、レーザ出力が高出力となり、設備コストやランニングコスト等がかかり、高コスト化する。よって、レーザ出力は１００Ｗ以上１０００Ｗ以下であることが望ましい。   The laser output controller 6 is connected to the laser light source 2 and controls the laser output of the laser light source 2 to 100 W to 1000 W, more preferably 150 W to 900 W. When the laser output is less than 100 W, the laser output is too weak and it is difficult to process a groove having a desired shape. On the other hand, if the laser output exceeds 1000 W, the laser output becomes high, and equipment costs, running costs, etc. are incurred, resulting in higher costs. Therefore, the laser output is desirably 100 W or more and 1000 W or less.

また、レーザ出力を、より好ましい１５０Ｗ以上９００Ｗ以下にしたときには、レーザ光源２として、比較的安価なシングルモードファイバレーザを用いることができる。   Further, when the laser output is more preferably 150 W or more and 900 W or less, a relatively inexpensive single mode fiber laser can be used as the laser light source 2.

移動機構７は、鋼板５をＸ方向に所定の走査速度で移動させることにより、鋼板表面５ａに対してレーザ光Ｌ１を走査させる。この場合、鋼板５は、１．５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下、より好ましくは２ｍ／ｓ以上９０ｍ／ｓ以下の走査速度で移動させることが望ましい。走査速度を１．５ｍ／ｓ未満にすると、キーホール上に乗る溶融物の量が多くなり排除しきれなくなるため、有意な溝深さを得ることができなくなる。一方、走査速度を１００ｍ／ｓ超とすると、全体の溶融量が少なくなるため有意な溝深さを得られなくなる。 Moving mechanism 7, by moving in a predetermined scanning speed steel 5 in the X direction, laser light is scanned L 1 with respect to the steel sheet surface 5a. In this case, the steel plate 5 is desirably moved at a scanning speed of 1.5 m / s or more and 100 m / s or less, more preferably 2 m / s or more and 90 m / s or less. If the scanning speed is less than 1.5 m / s, the amount of melt on the keyhole increases and cannot be completely removed, so that a significant groove depth cannot be obtained. On the other hand, if the scanning speed is higher than 100 m / s, a significant groove depth cannot be obtained because the total melting amount decreases.

また、走査速度を、より好ましい２ｍ／ｓ以上９０ｍ／ｓ以下にしたときには、レーザ光Ｌ１の照射箇所における溶融量と排除圧力（金属蒸気ガスが溶融物を排除する圧力）とのバランスが良いため、安定して有意な溝深さを得ることができる。 Moreover, the scanning speed, when the following more preferably 2m / s or more 90m / s is a good balance between the melt amount and eliminates pressure in the irradiation position of the laser beam L 1 (pressure metal vapor gas to eliminate the melt) is Therefore, a significant groove depth can be obtained stably.

＜本発明の溝加工装置により加工される溝について＞
次に、本発明の溝加工装置１により加工される溝について詳細に説明する。図２に示すように、法線方向Ｚ及び溝幅方向Ｙと直交するＸ方向に鋼板５を移動させ、移動する鋼板表面５ａに対して、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１の光軸とを含む平面内で鋼板表面５ａの法線ａｘ１から所定角度θ１傾けてレーザ光Ｌ１を照射する。これにより、本実施形態では、鋼板５が移動するＸ方向に沿って直線状の溝８が鋼板表面５ａに加工されてゆく。なお、鋼板表面５ａには、例えば、複数の溝８が、溝幅方向Ｙに向かって所定間隔で並び、溝延在方向Ｘに並走するように形成されてもよい。 <About the groove processed by the groove processing apparatus of the present invention>
Next, the groove processed by the groove processing apparatus 1 of the present invention will be described in detail. As shown in FIG. 2, to move the steel plate 5 in the X direction perpendicular to the normal direction Z and groove width direction Y, relative to the moving surface of the steel sheet 5a, normal surface of the steel sheet 5a a x1 laser light L 1 The laser beam L 1 is irradiated at a predetermined angle θ 1 with respect to the normal line a x1 of the steel plate surface 5 a within a plane including the optical axis. Thereby, in this embodiment, the linear groove | channel 8 is processed into the steel plate surface 5a along the X direction where the steel plate 5 moves. In addition, on the steel plate surface 5a, for example, a plurality of grooves 8 may be formed so as to be arranged at predetermined intervals in the groove width direction Y and to run in parallel in the groove extending direction X.

ここで、図３は、図２において、溝延在方向Ｘ及び法線方向Ｚと直交する溝幅方向Ｙに延びるＡ−Ａ´での溝幅方向断面を示す。図３Ａに示すように、鋼板表面５ａに対して、法線ａｘ１から照射角度θ１だけ傾けてレーザ光Ｌ１が照射され始めると、レーザ光Ｌ１の照射当初、レーザ光Ｌ１が照射される溝加工位置１０には、鋼板５が溶融した溶融部１０ａが形成される。 Here, FIG. 3 shows a cross section in the groove width direction along AA ′ extending in the groove width direction Y orthogonal to the groove extending direction X and the normal direction Z in FIG. As shown in FIG. 3A, when the laser beam L 1 starts to be irradiated to the steel plate surface 5a at an irradiation angle θ 1 from the normal line a x1 , the laser beam L 1 is irradiated at the beginning of the irradiation with the laser beam L 1. A melted portion 10a in which the steel plate 5 is melted is formed at the groove processing position 10 to be formed.

更に、鋼板５が移動しながら、この溶融部１０ａにレーザ光Ｌ１が照射されると、図３Ｂに示すように、レーザ光Ｌ１の照射中、溶融部１０ａ内に、レーザ光Ｌ１の光軸方向に沿って斜めに傾いた、円柱状空洞のキーホールＫＨが一時的に形成される。このようなキーホールＫＨは、レーザ光Ｌ１の熱と、金属蒸気ガスの圧力とにより形成されるものである。そして、例えば、キーホールＫＨの奥側先端部１０ｂで、溶融物の量が少なく溶融物厚が薄い、レーザ光Ｌ１の非入射側部分が、金属蒸気ガスの圧力等により破裂し、キーホールＫＨ内の金属蒸気ガスが、レーザ光Ｌ１の非入射側から外部へ抜ける。これにより、溶融部１０ａには、レーザ光Ｌ１の非入射側に溝８が形成され易くなると考えられる。 Furthermore, while moving the steel plate 5, the laser beam L 1 to the molten portion 10a is irradiated, as shown in Figure 3B, during the irradiation of the laser light L 1, in the molten portion 10a, the laser beam L 1 A cylindrical hollow keyhole KH that is inclined obliquely along the optical axis direction is temporarily formed. Such keyhole KH are those formed with the thermal laser light L 1, the pressure of the metal vapor gas. Then, for example, in Okugawa tip 10b of the keyhole KH, the amount is small melt of the melt is thin, non-incident portion of the laser beam L 1 is ruptured by the pressure of a metal such as vapor gas, keyhole metal vapor gas in KH is, exits from the non-incident side of the laser beam L 1 to the outside. Accordingly, it is considered that the groove 8 is likely to be formed on the non-incident side of the laser beam L1 in the melting portion 10a.

その後、鋼板５が移動して、レーザ光Ｌ１が照射し終えると、鋼板表面５ａには溝８が加工される。ここで、図４は、図２におけるＢ−Ｂ´での溝幅方向断面を示す。図４は、レーザ光Ｌ１が照射し終えて、溝８が加工された後の溝幅方向断面であり、溝８の周辺を拡大したものである。この場合、鋼板表面５ａには断面凹状の溝８が形成されるとともに、鋼板５の内部には溝８の周辺に溶融部１０ａが凝固した溶融凝固部１１が形成される。ここで、溝８の加工途中でキーホールＫＨが形成されていたことにより、図４に示すように、溶融凝固部１１は、溝８を基準としたときにレーザ光Ｌ１の入射側と非入射側とで偏在し、レーザ光Ｌ１の入射側には、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａが形成される。 Thereafter, the steel sheet 5 is moved, the laser beam L 1 finishes irradiation, the surface of the steel sheet 5a grooves 8 is machined. Here, FIG. 4 shows a cross section in the groove width direction along BB ′ in FIG. 2. Figure 4 is finished laser beam L 1 is irradiated, a groove width direction cross section after the groove 8 has been machined, it is an enlarged view of the periphery of the groove 8. In this case, a groove 8 having a concave cross section is formed on the steel plate surface 5 a, and a melted and solidified portion 11 in which the melted portion 10 a is solidified around the groove 8 is formed inside the steel plate 5. Here, since the keyhole KH was formed during the processing of the groove 8, as shown in FIG. 4, the melted and solidified portion 11 is different from the incident side of the laser beam L 1 when the groove 8 is used as a reference. unevenly distributed in the incident side, the incident side of the laser beam L 1 is melt-solidified protrusions 11a that bulges from the surface of the steel sheet 5a is formed.

溝８を規定するにあたり、溝幅方向断面で溝８を見た場合に、鋼板表面５ａに沿って延びる直線を、表面基準線ＢＬ１と定義する。この表面基準線ＢＬ１は、例えば、鋼板表面５ａの表面粗さ曲線を求め、表面粗さ曲線を平均化することで求めることができる。 In defining the groove 8, a straight line extending along the steel plate surface 5 a when the groove 8 is viewed in the groove width direction cross section is defined as a surface reference line BL 1 . The surface reference line BL 1, for example, determine the surface roughness curve of the steel sheet surface 5a, it can be determined by averaging the surface roughness curve.

鋼板表面５ａに加工された溝８の深さｄは、図４に示すように、溝延在方向Ｘ及び法線方向Ｚに直交する溝幅方向断面で溝８を見た際に、表面基準線ＢＬ１から溝８の最深部８ｃまでの距離であり、１０．５μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。 As shown in FIG. 4, the depth d of the groove 8 processed on the steel plate surface 5 a is the surface reference line when the groove 8 is viewed in the groove width direction cross section orthogonal to the groove extending direction X and the normal direction Z. The distance from BL 1 to the deepest part 8c of the groove 8 is preferably 10.5 μm or more and 50 μm or less.

また、溝幅方向断面で溝８を見た場合に、溝８の向かい合う溝開口端部９ａ，９ｂ間の距離を、溝開口端幅Ｗ１と定義する。さらに、溝幅方向断面で溝８を見た場合に、溝開口端幅Ｗ１の中心Ｏを通り、かつ法線方向Ｚと平行な直線を溝開口中心線ＢＬ２と定義する。 In addition, when viewed groove 8 in the groove widthwise sectional, groove open end 9a facing the groove 8, the distance between 9b, is defined as a groove open end width W 1. Furthermore, when viewed groove 8 in the groove widthwise sectional through the center O of the groove-opening-end width W 1, and the normal direction Z and a straight line parallel to define a groove opening center line BL 2.

鋼板５内に形成された溝８の溝内面は、溝延在方向Ｘに沿って、溝開口中心線ＢＬ２を境に、レーザ光Ｌ１の入射側（図４でいえば右側）にある第１溝面８ａと、レーザ光Ｌ１の非入射側にある第２溝面８ｂと、に分けることができる。なお、図４に示す溝８では、レーザ光Ｌ１の非入射側（図４でいえば左側）にある第２溝面８ｂに最深部８ｃが形成されており、レーザ光Ｌ１の入射側にある第１溝面８ａが壁状に形成されている。 Groove inner surface of the groove 8 formed in the steel plate 5 along the Mizonobe lengthwise direction X, on the border of the groove opening center line BL 2, on the incident side of the laser beam L 1 (in terms of the right side of FIG. 4) the a first groove surface 8a, can be divided and a second groove surface 8b on the non-incident side of the laser beam L 1, the. In the groove 8 shown in FIG. 4, and the deepest portion 8c is formed in the second groove surface 8b on the non-incident side of the laser beam L 1 (in terms of the left side in FIG. 4), the laser light incident side L 1 The first groove surface 8a is formed in a wall shape.

また、溶融凝固部１１は、これら表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２を境に、溝延在方向Ｘに沿って、溶融凝固凸部１１ａと、第１溶融凝固部１１ｂと、第２溶融凝固部１１ｃとに分けることができる。 Further, the molten-solidified portion 11, the boundary of those surfaces reference lines BL 1 and the groove aperture center line BL 2, along the Mizonobe lengthwise direction X, and the melt-solidified protrusion 11a, a first melt-solidified portion 11b, a second It can be divided into a melt-solidified part 11c.

溝開口中心線ＢＬ２は、鋼板５の内部にある溶融凝固部１１を、第１溶融凝固部１１ｂと、第２溶融凝固部１１ｃとに分け、表面基準線ＢＬ１は、鋼板５の内部にある第１溶融凝固部１１ｂと、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａとを分ける。 The groove opening center line BL 2 divides the melt-solidified portion 11 inside the steel plate 5 into a first melt-solidified portion 11 b and a second melt-solidified portion 11 c, and the surface reference line BL 1 is inside the steel plate 5. A certain first melt-solidified portion 11b and a melt-solidified convex portion 11a swelled from the steel plate surface 5a are separated.

この場合、第１溶融凝固部１１ｂは、レーザ光Ｌ１の入射側にある第１溝面８ａ周辺に形成された、鋼板５内の溶融凝固部１１であり、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２に囲まれた溶融凝固部１１を示す。一方、第２溶融凝固部１１ｃは、レーザ光Ｌ１の非入射側にある第２溝面８ｂ周辺に形成された、鋼板５内の溶融凝固部１１であり、溝開口中心線ＢＬ２に囲まれた溶融凝固部１１を示す。また、溶融凝固凸部１１ａは、表面基準線ＢＬ１を境に、鋼板表面５ａから上方に膨出した溶融凝固部１１を示す。 In this case, the first melt-solidified portion 11b is formed around the first groove surface 8a on the incident side of the laser light L 1, a molten-solidified portion 11 inside the steel sheet 5, the surface reference lines BL 1 and the groove opening It shows the melt-solidified portions 11 surrounded by the center line BL 2. On the other hand, the second melt-solidified portion 11c is formed around the second groove surface 8b on the non-incident side of the laser beam L 1, a molten-solidified portion 11 in the steel plate 5, surrounded by a groove opening center line BL 2 The melted and solidified part 11 is shown. Further, melt-solidified convex portion 11a, the boundary surface reference line BL 1, showing a melt-solidified portion 11 that bulges upward from the surface of the steel sheet 5a.

溝延在方向Ｘに沿って溝幅方向断面で溝８を見た場合に、第１溶融凝固部１１ｂは、第２溶融凝固部１１ｃよりも大きく形成されている。これにより、溝８の加工後であっても、溝幅方向断面を観察することで、製造時におけるレーザ光Ｌ１の入射側と非入射側とを推測することができる。   When the groove 8 is viewed in the groove width direction cross section along the groove extending direction X, the first melt-solidified part 11b is formed larger than the second melt-solidified part 11c. Thereby, even after the processing of the groove 8, it is possible to infer the incident side and the non-incident side of the laser beam L <b> 1 during manufacturing by observing the cross section in the groove width direction.

ここで、溝幅方向断面で溝８を見る場合には、例えば、溝８が加工された鋼板５を、例えば機械研磨によって溝幅方向Ｙに沿って断面研磨した後、ナイタール又はピクリン酸にて腐食処理することで、溝幅方向断面を得る。そして、得られた溝幅方向断面を、ＳＥＭを用いて観察し、画像処理により、鋼板５における、溶融凝固部１１と、レーザ光Ｌ１が未照射の未溶融部とを区別する。 Here, when the groove 8 is viewed in the groove width direction cross-section, for example, the steel plate 5 on which the groove 8 is processed is subjected to cross-sectional polishing along the groove width direction Y by, for example, mechanical polishing, and then with nital or picric acid. By performing the corrosion treatment, a cross section in the groove width direction is obtained. Then, the resulting groove width direction cross-section was observed using an SEM, distinguished by the image processing, the steel plate 5, the molten-solidified portion 11, the laser beam L 1 is a non-melted portion of the unirradiated.

ここで、溶融凝固部１１と鋼板５の未溶融部とは、金属組織の連続性より区別できる。   Here, the melt-solidified part 11 and the unmelted part of the steel plate 5 can be distinguished from the continuity of the metal structure.

次に、ＳＥＭにより得られた溝幅方向断面の画像について画像解析を行い、画像内の溝８の断面形状や、鋼板表面５ａの断面形状から、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２を求める。そして、画像解析によって、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２を境に、画像内の溶融凝固部１１を、溶融凝固凸部１１ａと第１溶融凝固部１１ｂと第２溶融凝固部１１ｃとに区分けする。 Next, image analysis is performed on the image of the cross section in the groove width direction obtained by the SEM, and the surface reference line BL 1 and the groove opening center line BL 2 are determined from the cross sectional shape of the groove 8 in the image and the cross sectional shape of the steel plate surface 5a. Ask for. Then, the image analysis, the boundary of the surface reference line BL 1 and the groove aperture center line BL 2, the melt-solidified portion 11 in the image, the melt-solidified protrusions 11a and the first melt-solidified portion 11b and the second melt-solidified portion 11c And divided into

これにより、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２で囲まれた鋼板５内の第１溶融凝固部１１ｂと、溝開口中心線ＢＬ２で囲まれた鋼板５内の第２溶融凝固部１１ｃとの面積を測定することができる。このようにして、鋼板５の内部において、第１溶融凝固部１１ｂが第２溶融凝固部１１ｃよりも大きく形成されていることが確認できる。 Thus, a first melt-solidified portion 11b of the steel plate 5 surrounded by the surface reference lines BL 1 and the groove aperture center line BL 2, second melt-solidified portions of the steel plate 5 surrounded by the groove-opening center line BL 2 The area with 11c can be measured. In this way, it can be confirmed that the first melt-solidified portion 11b is formed larger than the second melt-solidified portion 11c inside the steel plate 5.

なお、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａは、鋼板表面５ａを研磨等して平坦化する平坦化処理によって除去するようにしてもよい（平坦化工程）。これにより、平坦化させた鋼板表面５ａに溝８のみを加工した鋼板５を得ることができる。   In addition, you may make it remove the fusion | melting solidification convex part 11a which bulged from the steel plate surface 5a by the planarization process which grind | polishes etc. and flattens the steel plate surface 5a (flattening process). Thereby, the steel plate 5 which processed only the groove | channel 8 in the flattened steel plate surface 5a can be obtained.

＜検証試験＞
次に、溝加工装置１を用いた検証試験について説明する。ここでの検証試験では、溝を加工する試料として、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）からなり、厚さ４ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍの長方形でなる鋼板５を用意した。この検証試験では、始めに、レーザ出力（Ｐｏｗｅｒ）を１７５Ｗとし、レーザ光Ｌ１の照射角度θ１を４５度として、走査速度（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ）を１．０ｍ／ｓ、１．５ｍ／ｓ、２．０ｍ／ｓに変えて、各鋼板表面５ａにそれぞれ溝を加工した。 <Verification test>
Next, a verification test using the groove processing apparatus 1 will be described. In this verification test, a steel plate 5 made of a general structural rolled steel (SS400) and having a rectangular shape with a thickness of 4 mm, a length of 100 mm, and a width of 50 mm was prepared as a sample for processing the groove. In this verification test, first, the laser output (Power) is set to 175 W, the irradiation angle θ 1 of the laser beam L 1 is set to 45 degrees, and the scanning speed (Scanning speed) is set to 1.0 m / s, 1.5 m / s, In place of 2.0 m / s, grooves were formed in each steel plate surface 5a.

そして、鋼板表面５ａの溝８の形成状態を、光学顕微鏡で観察したところ、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すような結果が得られた。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃでは、紙面右側がレーザ光Ｌ１の入射側となり、紙面左側がレーザ光Ｌ１の非入射側となる。これら図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、レーザ光Ｌ１の非入射側には凹領域Ｌが直線状に形成されており、鋼板表面５ａに溝８が形成されていることが確認できた。しかしながら、走査速度を１．０ｍ／ｓとした図５Ａでは、画像内の色の濃淡具合から、走査速度を１．５ｍ／ｓ以上とした図５Ｂ及び図５Ｃよりも溝８が浅くなることが確認できた。 And when the formation state of the groove | channel 8 of the steel plate surface 5a was observed with the optical microscope, the result as shown to FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C was obtained. In Figure 5A, 5B and 5C, the right side becomes the incident side of the laser beam L 1, the left side is the non-incident side of the laser beam L 1. These diagrams 5A, as shown in FIGS. 5B and 5C, the non-incident side of the laser beam L 1 is a concave area L is formed in a straight line, it confirmed that the groove 8 is formed on the steel sheet surface 5a did it. However, in FIG. 5A in which the scanning speed is 1.0 m / s, the groove 8 may be shallower than in FIGS. 5B and 5C in which the scanning speed is 1.5 m / s or more due to the color density in the image. It could be confirmed.

また、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、レーザ光Ｌ１の入射側には凹領域Ｌに沿って直線状の凸領域Ｈが形成されており、溶融凝固凸部１１ａが形成されていることが確認できた。しかしながら、走査速度を１．０ｍ／ｓとした図５Ａでは、走査速度を１．５ｍ／ｓ以上とした図５Ｂ及び図５Ｃよりも凸領域Ｈが低くなることも確認できた。 Further, as shown in FIGS. 5A, 5B and 5C, on the incident side of the laser beam L 1 is formed with a linear convex region H along the recessed area L, the melt-solidified protrusions 11a are formed It was confirmed that However, in FIG. 5A where the scanning speed was 1.0 m / s, it was also confirmed that the convex region H was lower than in FIGS. 5B and 5C where the scanning speed was 1.5 m / s or more.

次に、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示す各鋼板５について、回転研磨機により、溝幅方向Ｙに沿って断面研磨し、ピクリン酸にて腐食処理することで、溝幅方向断面を得た。そして、各溝幅方向断面をＳＥＭにより撮影したところ、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示すような画像が得られた。図６Ａは、走査速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙと表記）１．０ｍ／ｓのときの溝幅方向断面であり、図６Ｂは、走査速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙと表記）１．５ｍ／ｓのときの溝幅方向断面であり、図６Ｃは、走査速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙと表記）２．０ｍ／ｓのときの溝幅方向断面である。   Next, about each steel plate 5 shown to FIG. 5A, FIG. 5B, and FIG. 5C, a cross-section grinding | polishing is carried out along the groove width direction Y with a rotary grinder, and a groove width direction cross section is obtained by corrosive treatment with picric acid. It was. And when each groove width direction cross section was image | photographed by SEM, the image as shown to FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 6C was obtained. 6A is a cross section in the groove width direction at a scanning speed (denoted as Velocity) of 1.0 m / s, and FIG. 6B is a cross section in the groove width direction at a scanning speed (denoted as Velocity) of 1.5 m / s. FIG. 6C is a cross section in the groove width direction when the scanning speed (expressed as “Velocity”) is 2.0 m / s.

図６Ａでは、レーザ光Ｌ１の入射側に、溝８と隣接して僅かに凸状に膨れた溶融凝固凸部１１ａが確認できたが、溝８の深さｄが１０．４μｍと浅く、有意な溝深さを得ることができないことが確認できた。また、図６Ｂでは、溝８の深さｄが１３．０μｍであり、１０．５μｍ以上の有意な溝深さが得られ、さらに、レーザ光Ｌ１の入射側に鋼板表面５ａよりも高い溶融凝固凸部１１ａが確認できた。図６Ｃでも、溝８の深さｄが２０．２μｍであり、１０．５μｍ以上の有意な溝深さが得られ、さらに、レーザ光Ｌ１の入射側に鋼板表面５ａよりも高い溶融凝固凸部１１ａが確認できた。 In Figure 6A, the incident side of the laser light L 1, is melt-solidified protrusions 11a that bulges slightly convex adjacent to the groove 8 is confirmed, the depth d of the grooves 8 is shallow and 10.4 .mu.m, It was confirmed that a significant groove depth could not be obtained. Further, in FIG. 6B, the depth d of the groove 8 is 13.0 μm, a significant groove depth of 10.5 μm or more is obtained, and the melting is higher than the steel plate surface 5 a on the incident side of the laser beam L 1. The solidification convex part 11a has been confirmed. Also in FIG. 6C, the depth d is 20.2μm grooves 8, more significant groove depth 10.5μm is obtained, further, high melt solidifying convex than the steel sheet surface 5a on the incident side of the laser beam L 1 Part 11a was confirmed.

図６Ｂ及び図６Ｃでは、金属組織の違いを目安に、溶融凝固部１１と未溶融部とを目視により区別することができた。また、図６Ｂ及び図６Ｃの各画像について、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２をそれぞれ求め、第１溶融凝固部１１ｂと第２溶融凝固部１１ｃとの各面積を比較したところ、第２溶融凝固部１１ｃよりも第１溶融凝固部１１ｂが大きいことが確認できた。 In FIG. 6B and FIG. 6C, the melt-solidified part 11 and the unmelted part were able to be visually discriminate | determined on the basis of the difference in a metal structure. Further, when each image of FIG. 6B and FIG. 6C, seeking surface reference line BL 1 and the groove aperture center line BL 2, respectively, comparing each area of the first melt-solidified portion 11b and the second melt-solidified portion 11c, It was confirmed that the first melt-solidified part 11b was larger than the second melt-solidified part 11c.

次に、レーザ出力を２００Ｗに変えて、鋼板表面５ａに溝を加工した。レーザ出力以外の条件は、上記の検証試験と同じ条件（レーザ光Ｌ１の照射角度θ１を４５度とし、走査速度（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ）を１．０ｍ／ｓ、１．５ｍ／ｓ、２．０ｍ／ｓに変えて、各鋼板表面５ａにそれぞれ溝を加工した。 Next, the laser output was changed to 200 W, and a groove was processed in the steel plate surface 5a. Conditions other than the laser output, the above same conditions as verification test (irradiation angle theta 1 of the laser beam L1 is 45 degrees, the scanning speed (Scanning speed) of 1.0m / s, 1.5m / s, 2.0m In place of / s, grooves were formed in each steel plate surface 5a.

そして、鋼板表面５ａの溝８の形成状態を、光学顕微鏡で観察したところ、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示すような結果が得られた。図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃでは、紙面右側がレーザ光Ｌ１の入射側となり、紙面左側がレーザ光Ｌ１の非入射側となる。これら図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、レーザ光Ｌ１の非入射側には、溝８に相当する凹領域Ｌが直線状に形成されており、レーザ光Ｌ１の入射側には、溶融凝固凸部１１ａに相当する凸領域Ｈが凹領域Ｌに沿って直線状の形成されることが確認できた。しかしながら、走査速度を１．０ｍ／ｓとした図７Ａでは、画像内の色の濃淡具合から、走査速度を１．５ｍ／ｓ以上とした図７Ｂ及び図７Ｃよりも、溝に相当する凹領域Ｌが浅くなり、凸領域Ｈが低くなることが確認できた。 And when the formation state of the groove | channel 8 of the steel plate surface 5a was observed with the optical microscope, the result as shown to FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 7C was obtained. In Figure 7A, 7B and 7C, the right side becomes the incident side of the laser beam L 1, the left side is the non-incident side of the laser beam L 1. These diagrams 7A, as shown in FIGS. 7B and 7C, the non-incident side of the laser beam L 1 is concave region L corresponding to the groove 8 is formed in a straight line, on the incident side of the laser beam L 1 It was confirmed that the convex region H corresponding to the melt-solidified convex portion 11a is formed linearly along the concave region L. However, in FIG. 7A in which the scanning speed is 1.0 m / s, the concave region corresponding to the groove is more than in FIGS. 7B and 7C in which the scanning speed is 1.5 m / s or more due to the color density in the image. It was confirmed that L became shallow and the convex region H became low.

次に、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃに示す各鋼板５について、回転研磨機により、溝幅方向Ｙに沿って断面研磨し、ピクリン酸にて腐食処理することで、溝幅方向断面を得た。そして、各溝幅方向断面をＳＥＭにより撮影したところ、図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃに示すような画像が得られた。図８Ａは、走査速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙと表記）１．０ｍ／ｓのときの溝幅方向断面であり、図８Ｂは、走査速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙと表記）１．５ｍ／ｓのときの溝幅方向断面であり、図８Ｃは、走査速度（Ｖｅｌｏｃｉｔｙと表記）２．０ｍ／ｓのときの溝幅方向断面である。   Next, about each steel plate 5 shown to FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 7C, a cross-section grinding | polishing is carried out along the groove width direction Y with a rotary grinder, and it corrodes with picric acid, and a groove width direction cross section is obtained. It was. And when each groove width direction cross section was image | photographed by SEM, the image as shown to FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C was obtained. FIG. 8A is a cross section in the groove width direction when the scanning speed (expressed as Velocity) is 1.0 m / s, and FIG. 8B is a cross section in the groove width direction when the scan speed (expressed as Velocity) is 1.5 m / s. FIG. 8C is a cross section in the groove width direction when the scanning speed (expressed as “Velocity”) is 2.0 m / s.

図８Ａでは、レーザ光Ｌ１の入射側の溝８と隣接した領域に僅かに凸状に膨れた溶融凝固凸部１１ａが確認できたが、溝８の深さｄが７．８μｍと浅く、有意な溝深さを得ることができないことが確認できた。また、図８Ｂでは、溝８の深さｄが２２．２μｍであり、１０．５μｍ以上の有意な溝深さが得られ、さらに、レーザ光Ｌ１の入射側に鋼板表面５ａよりも高い溶融凝固凸部１１ａが確認できた。図８Ｃでは、溝８の深さｄが２６．１μｍであり、１０．５μｍ以上の有意な溝深さが得られ、さらに、レーザ光Ｌ１の入射側に鋼板表面５ａよりも高い溶融凝固凸部１１ａが確認できた。 In Figure 8A, but the melt-solidified convex portion 11a in a region adjacent to the groove 8 on the incident side of the laser beam L 1 swollen slightly convex could be confirmed, the depth d of the grooves 8 is shallow and 7.8 .mu.m, It was confirmed that a significant groove depth could not be obtained. Further, in FIG. 8B, the depth d is 22.2μm grooves 8, more significant groove depth 10.5μm is obtained, further, higher melting than the steel sheet surface 5a on the incident side of the laser beam L 1 The solidification convex part 11a has been confirmed. In Figure 8C, the depth d is 26.1μm grooves 8, more significant groove depth 10.5μm is obtained, further, high melt solidifying convex than the steel sheet surface 5a on the incident side of the laser beam L 1 Part 11a was confirmed.

図８Ｂ及び図８Ｃでも、上記の検証試験と同様に、金属組織の違いを目安に、溶融凝固部１１と未溶融部とを目視により区別することができた。また、図８Ｂ及び図８Ｃの各画像について、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２をそれぞれ求め、第１溶融凝固部１１ｂと第２溶融凝固部１１ｃとの各面積を比較したところ、上記の検証試験と同様に、第２溶融凝固部１１ｃよりも第１溶融凝固部１１ｂが大きいことが確認できた。 In FIG. 8B and FIG. 8C, similarly to the above-described verification test, the melt-solidified portion 11 and the unmelted portion could be visually distinguished based on the difference in the metal structure. Further, when each image of FIG. 8B and FIG. 8C, seeking surface reference line BL 1 and the groove aperture center line BL 2, respectively, comparing each area of the first melt-solidified portion 11b and the second melt-solidified portion 11c, Similar to the verification test described above, it was confirmed that the first melt-solidified part 11b was larger than the second melt-solidified part 11c.

以上、レーザ出力を低出力である１７５Ｗ及び２００Ｗとした場合、走査速度を大きくすると、溶融凝固凸部１１ａが大きくなり、鋼板表面５ａから突出する高さが高くなることが分かった。また、溶融凝固凸部１１ａが大きくなるにつれて、溝８が深くなることが確認できた。このような検証試験の結果から、深い溝８を加工する場合には、走査速度を１．５ｍ／ｓ以上とすることが望ましいことが確認できた。   As described above, when the laser output is 175 W and 200 W, which are low outputs, it is found that when the scanning speed is increased, the melt-solidified convex portion 11a is increased and the height protruding from the steel plate surface 5a is increased. Moreover, it has confirmed that the groove | channel 8 became deep as the melt-solidification convex part 11a became large. From the results of such a verification test, it was confirmed that when the deep groove 8 is processed, it is desirable to set the scanning speed to 1.5 m / s or more.

＜作用及び効果＞
以上の構成において、溝加工装置１では、レーザ光源２に対して鋼板５を１．５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下で相対的に移動させつつ（移動工程）、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１とを含む平面内で、レーザ光Ｌ１を法線ａｘ１から所定角度θ１傾け、鋼板５に照射するようにした（照射工程）。 <Action and effect>
In the above configuration, the groove processing apparatus 1 moves the steel plate 5 relative to the laser light source 2 at a speed of 1.5 m / s or more and 100 m / s or less (moving step), and normal line a x1 of the steel plate surface 5a. and in a plane containing the laser beam L 1, the laser beam L 1 a predetermined angle theta 1 is inclined from the normal line a x1, and to irradiate the steel sheet 5 (irradiation step).

この際、溝加工装置１では、鋼板５の溝加工位置に対するレーザ光源２のレーザ出力を１００Ｗ以上１０００Ｗ以下にするようにした（レーザ出力制御工程）。   At this time, in the grooving apparatus 1, the laser output of the laser light source 2 with respect to the grooving position of the steel plate 5 is set to 100 W or more and 1000 W or less (laser output control step).

これにより、溝加工装置１は、深さｄが１０．５μｍ以上５０μｍ以下の溝８を鋼板表面５ａに加工できる。また、このようにして加工された溝８は、溝幅方向断面で溝８を見た場合に、溝延在方向Ｘに沿って、溝開口中心線ＢＬ２を境に、レーザ光Ｌ１の入射側にある第１溶融凝固部１１ｂと、レーザ光Ｌ１の非入射側にある第２溶融凝固部１１ｃとが非対称形状となり、第１溶融凝固部１１ｂが第２溶融凝固部１１ｃよりも大きく形成できる。 Thereby, the groove processing apparatus 1 can process the groove | channel 8 whose depth d is 10.5 micrometers or more and 50 micrometers or less into the steel plate surface 5a. Further, the groove 8 processed in this way is incident on the laser beam L 1 along the groove extending direction X and the groove opening center line BL 2 when the groove 8 is viewed in the cross section in the groove width direction. a first melt-solidified portion 11b on the side, a second melt-solidified portion 11c in the non-incident side of the laser beam L 1 becomes asymmetrical, the first melt-solidified portion 11b is larger than the second melt-solidified portion 11c it can.

以上、溝加工装置１では、低出力のレーザ出力としつつ、溶融部１０ａの湯流れを制御して鋼板表面５ａに所望形状の溝８を加工でき、溶融物を吹き飛ばすアシストガスや高出力のレーザ光源を用いずに所望形状の溝８を加工できる。また、溶融物を吹き飛ばすアシストガスや高出力のレーザ光源が不要となる分、コスト低減を図ることができる。   As described above, the groove processing apparatus 1 can process the groove 8 having a desired shape on the steel plate surface 5a by controlling the hot water flow in the melting portion 10a while maintaining a low output laser output, and assist gas or high output laser for blowing away the melt. The groove 8 having a desired shape can be processed without using a light source. Further, the cost can be reduced because the assist gas for blowing off the melt and the high-power laser light source are not required.

（２）第２の実施形態
＜第２の実施形態による溝加工装置の構成＞
次に、第２の実施形態の溝加工装置について以下説明する。図９に示すように、この溝加工装置２１は、鋼板５を傾斜させ、傾いた鋼板表面５ａに対して鉛直方向からレーザ光Ｌ１を照射している点で上述した第１の実施形態と相違している。 (2) Second Embodiment <Configuration of Groove Processing Apparatus According to Second Embodiment>
Next, the grooving apparatus of the second embodiment will be described below. As shown in FIG. 9, the grooving device 21 is the same as that of the first embodiment described above in that the steel plate 5 is tilted and the inclined steel plate surface 5 a is irradiated with the laser beam L 1 from the vertical direction. It is different.

これにより、溝加工装置２１では、第１の実施形態と同様に、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１とを含む平面内で、レーザ光Ｌ１を法線ａｘ１から所定角度θ１傾けるようにしている。この場合、溝加工装置２１は、鋼板５をＸ方向に向けて移動させながら、傾いた鋼板表面５ａに対して鉛直方向からレーザ光Ｌ１を照射することによって鋼板表面５ａに溝を加工する。 Thereby, the groove machining device 21, as in the first embodiment, the predetermined angle in the plane, the laser light L 1 from the normal line a x1 including the laser light L 1 normal a x1 of the steel sheet surface 5a θ 1 is inclined. In this case, the groove machining apparatus 21, while moving toward the steel plate 5 in the X direction, machining a groove on the steel sheet surface 5a by applying a laser beam L 1 from the vertical direction to the inclined surface of the steel sheet 5a.

なお、本実施形態の場合でも、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１とを含む平面内で、法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１とのなす角度（照射角度）θ１が、２０度以上８０度以下に設定されていることが望ましく、より好ましくは、４５度超７５度未満であることが望ましい。 Even in the case of the present embodiment, the angle (irradiation angle) θ 1 formed between the normal line a x1 and the laser beam L 1 is within the plane including the normal line a x1 and the laser beam L 1 on the steel sheet surface 5a. It is desirable that the angle is set to 20 degrees or more and 80 degrees or less, and more desirably, it is more than 45 degrees and less than 75 degrees.

本実施形態でも、図９に示すように、溝幅方向Ｙと法線方向Ｚとがなす平面内で、法線ａｘ１に対してレーザ光Ｌ１を照射角度θ１傾けるようにしているが、本発明はこれに限らない。本発明では、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１とがなす平面内で法線ａｘ１に対してレーザ光Ｌ１の照射角度θ１が規定されていればよく、例えば、溝幅方向Ｙと法線方向Ｚとがなす平面外で、当該平面内の法線ａｘ１に対してレーザ光Ｌ１を照射角度θ１傾けるようにしてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9, in a plane formed by the groove width direction Y and the normal direction Z, although the laser light L 1 so inclined irradiation angle theta 1 with respect to the normal a x1 The present invention is not limited to this. In the present invention, it is sufficient that the irradiation angle theta 1 of the laser beam L 1 with respect to the normal line a x1 laser light L 1 normal a x1 in a plane and forms the steel sheet surface 5a is defined, for example, a groove outside the plane formed by the width direction Y and the normal direction Z, a laser beam L 1 may be inclined irradiation angle theta 1 with respect to the normal a x1 of the plane.

この場合、溝加工装置２１は、レーザ光Ｌ１が鉛直方向に沿って照射されるようにレーザ光源２が所定位置に固定されている。溝加工装置２１は、移動機構２２を備えており、移動機構２２によって、鋼板５を傾斜させるとともに、傾斜させた鋼板５をＸ方向に沿って移動させる。 In this case, the groove machining apparatus 21, the laser light source 2 is fixed in position so that the laser beam L 1 is irradiated in the vertical direction. The grooving device 21 includes a moving mechanism 22 that causes the steel plate 5 to be tilted by the moving mechanism 22 and moves the tilted steel plate 5 along the X direction.

移動機構２２は、基台２３とスライド台２４と傾斜支持部２５と移動制御部２６とを備えており、スライド台２４が基台２３上に移動可能に設けられている。スライド台２４は、移動制御部２６により制御され、移動制御部２６からの制御信号に基づいて一定速度でＸ方向に沿って移動する。   The moving mechanism 22 includes a base 23, a slide base 24, an inclined support part 25, and a movement control part 26, and the slide base 24 is provided on the base 23 so as to be movable. The slide table 24 is controlled by the movement control unit 26 and moves along the X direction at a constant speed based on a control signal from the movement control unit 26.

傾斜支持部２５は、スライド台２４上に設置されており、スライド台２４とともにＸ方向に沿って移動する。傾斜支持部２５は、傾斜面を有しており、傾斜面上に鋼板５が設置されることで、鋼板５を傾斜させる。この場合、傾斜支持部２５は、水平線ａｘ３と傾斜面とのなす角度θ２が選定されており、角度θ２を調整することで、鋼板表面５ａに対するレーザ光Ｌ１の照射角度θ１を設定する。 The inclined support portion 25 is installed on the slide table 24 and moves along the X direction together with the slide table 24. The inclined support part 25 has an inclined surface, and the steel plate 5 is inclined by installing the steel plate 5 on the inclined surface. In this case, the inclined support portion 25 has an angle θ 2 formed between the horizontal line a x3 and the inclined surface, and by adjusting the angle θ 2 , the irradiation angle θ 1 of the laser beam L 1 with respect to the steel plate surface 5a is set. Set.

なお、本実施形態の場合、θ２は水平線ａｘ３と傾斜面とのなす角度であるため、傾斜した鋼板表面５ａの法線ａｘ１と、鉛直方向に照射されるレーザ光Ｌ１とがなす角度θ１は、傾斜支持部２５の角度θ２と同じになる。 In the present embodiment, θ 2 is an angle formed by the horizontal line a x3 and the inclined surface, and therefore, the normal line a x1 of the inclined steel plate surface 5a and the laser beam L 1 irradiated in the vertical direction are formed. The angle θ 1 is the same as the angle θ 2 of the inclined support portion 25.

このように、溝加工装置２１では、第１の実施形態とは異なり、レーザ光Ｌ１の照射方向を変えずに、傾斜支持部２５によって鋼板５の角度θ２を変えることで、鋼板表面５ａに対してレーザ光Ｌ１を所定角度θ１に傾けて照射することができる。 Thus, the groove processing apparatus 21, unlike the first embodiment, without changing the irradiation direction of the laser light L 1, by changing the angle theta 2 of the steel sheet 5 by the inclined support part 25, the steel sheet surface 5a In contrast, the laser beam L 1 can be irradiated at a predetermined angle θ 1 .

この際、レーザ光源２のレーザ出力、レーザ光源２に対する鋼板５の走査速度等の各条件については、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明は省略する。   At this time, the conditions such as the laser output of the laser light source 2 and the scanning speed of the steel plate 5 with respect to the laser light source 2 are the same as those in the first embodiment described above, and thus the description thereof is omitted here.

＜本発明の溝加工装置により加工される溝について＞
次に、本発明による第２の実施形態の溝加工装置２１により加工される溝８について詳細に説明する。ここで、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、鋼板５は、傾斜支持部２５により角度θ２で傾斜された状態で、１．５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下、より好ましくは２ｍ／ｓ以上９０ｍ／ｓ以下の走査速度でＸ方向に移動されながら、傾斜した鋼板表面５ａに鉛直方向からレーザ光Ｌ１が照射される。 <About the groove processed by the groove processing apparatus of the present invention>
Next, the groove 8 processed by the groove processing apparatus 21 according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. Here, as shown in FIG. 10A and FIG. 10B, the steel plate 5 is inclined at an angle θ 2 by the inclined support portion 25 and is 1.5 m / s or more and 100 m / s or less, more preferably 2 m / s or more. while being moved in the X direction at 90m / s or less in the scanning speed, the laser beam L 1 is irradiated from the vertical direction to the inclined surface of the steel sheet 5a.

この際、図１０Ａにおいて、レーザ光Ｌ１が照射されている溝加工位置の溝幅方向断面Ｓ１を、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す。図１１Ａに示すように、傾いた鋼板表面５ａに対して、鉛直方向からレーザ光Ｌ１が照射され始めると、レーザ光Ｌ１の照射当初、溝加工位置１０には、鋼板５が溶融した溶融部１０ａが形成される。 At this time, in FIG. 10A, a groove widthwise sectional S 1 of a groove machining position where the laser beam L 1 is irradiated, it is shown in FIGS. 11A and 11B. As shown in FIG. 11A, with respect to inclined surface of the steel sheet 5a, the laser beam L 1 from the vertical direction begins to be irradiated originally irradiation of the laser beam L 1, the groove machining position 10, molten steel sheet 5 is melted Part 10a is formed.

更に、鋼板５が移動しながら、この溶融部１０ａにレーザ光Ｌ１が照射されると、図１１Ｂに示すように、レーザ光Ｌ１の照射中、溶融部１０ａ内に、レーザ光Ｌ１の光軸方向に沿って斜めに傾いた、円柱状空洞のキーホールＫＨが一時的に形成される。このようなキーホールＫＨは、第１の実施形態と同じものであり、鋼板５を傾けた場合にも形成される。そして、例えば、キーホールＫＨの奥側先端部１０ｂで、溶融物の量が少なく溶融物厚が薄い、レーザ光Ｌ１の非入射側部分が、金属蒸気ガスの圧力等により破裂し、キーホールＫＨ内の金属蒸気ガスが、レーザ光Ｌ１の非入射側から外部へ抜ける。よって、第２の実施形態でも、溶融部１０ａには、レーザ光Ｌ１の非入射側に溝８が形成され易くなると考えられる。 Furthermore, while moving the steel plate 5, the laser beam L 1 to the molten portion 10a is irradiated, as shown in FIG. 11B, during the irradiation of the laser light L 1, in the molten portion 10a, the laser beam L 1 A cylindrical hollow keyhole KH that is inclined obliquely along the optical axis direction is temporarily formed. Such a keyhole KH is the same as that in the first embodiment, and is also formed when the steel plate 5 is tilted. Then, for example, in Okugawa tip 10b of the keyhole KH, the amount is small melt of the melt is thin, non-incident portion of the laser beam L 1 is ruptured by the pressure of a metal such as vapor gas, keyhole metal vapor gas in KH is, exits from the non-incident side of the laser beam L 1 to the outside. Therefore, also in the second embodiment, it is considered that the groove 8 is easily formed on the non-incident side of the laser beam L1 in the melting portion 10a.

その後、鋼板５が移動して、レーザ光Ｌ１が照射し終えると、鋼板表面５ａには溝８が加工される。 Thereafter, the steel sheet 5 is moved, the laser beam L 1 finishes irradiation, the surface of the steel sheet 5a grooves 8 is machined.

図１２は、図１０Ｂにおいて、レーザ光Ｌ１が照射し終え、溝８が形成された箇所の溝幅方向断面Ｓ１を示したものである。この場合、鋼板表面５ａには断面凹状の溝８が形成されるとともに、鋼板５の内部には溝８の周辺に溶融部１０ａが凝固した溶融凝固部１１が形成される。図１２に示すように、溶融凝固部１１は、溝８の加工途中でキーホールＫＨが形成されていたことにより、レーザ光Ｌ１の入射側と非入射側とで偏在し、レーザ光Ｌ１の入射側には、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａが形成される。 12, in FIG. 10B, finished laser beam L 1 is irradiated, it shows the groove widthwise sectional S 1 of a portion groove 8 is formed. In this case, a groove 8 having a concave cross section is formed on the steel plate surface 5 a, and a melted and solidified portion 11 in which the melted portion 10 a is solidified around the groove 8 is formed inside the steel plate 5. As shown in FIG. 12, the melted and solidified portion 11 is unevenly distributed between the incident side and the non-incident side of the laser beam L 1 due to the formation of the keyhole KH during the processing of the groove 8, and the laser beam L 1. On the incident side, a melt-solidified convex portion 11a bulging from the steel plate surface 5a is formed.

第２の実施形態による溝加工装置２１により鋼板表面５ａに加工される溝８については、上述した第１の実施形態と同様に、図４に示すような構成を有する。この場合、溝延在方向Ｘ及び法線方向Ｚに直交する溝幅方向断面で溝８を見た場合に、溝８の深さｄは、１０．５μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。   About the groove | channel 8 processed into the steel plate surface 5a with the groove processing apparatus 21 by 2nd Embodiment, it has a structure as shown in FIG. 4 similarly to 1st Embodiment mentioned above. In this case, when the groove 8 is viewed in a cross section in the groove width direction orthogonal to the groove extending direction X and the normal direction Z, the depth d of the groove 8 is desirably 10.5 μm or more and 50 μm or less.

また、この第２の実施形態でも、図４に示したように、溝幅方向断面で溝８を見た場合に、鋼板５内に形成された溝８の溝面は、溝延在方向Ｘに沿って、溝開口中心線ＢＬ２を境に、レーザ光Ｌ１の入射側にある第１溝面８ａと、レーザ光Ｌ１の非入射側にある第２溝面８ｂと、に分けることができる。 Also in this second embodiment, as shown in FIG. 4, when the groove 8 is viewed in the groove width direction cross section, the groove surface of the groove 8 formed in the steel plate 5 is in the groove extending direction X. along a boundary groove opening center line BL 2, a first groove surface 8a on the incident side of the laser light L 1, and a second groove surface 8b on the non-incident side of the laser beam L 1, it is divided into the it can.

溶融凝固部１１は、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２を境に、溝延在方向Ｘに沿って、溶融凝固凸部１１ａと、第１溶融凝固部１１ｂと、第２溶融凝固部１１ｃとに分けることができる。溝開口中心線ＢＬ２は、鋼板５の内部にある溶融凝固部１１を、第１溶融凝固部１１ｂと、第２溶融凝固部１１ｃとに分け、表面基準線ＢＬ１は、鋼板５の内部にある第１溶融凝固部１１ｂと、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａとを分けている。 Melt-solidified portion 11, the boundary of the surface reference line BL 1 and the groove aperture center line BL 2, along the Mizonobe lengthwise direction X, and the melt-solidified protrusion 11a, a first melt-solidified portion 11b, a second melt-solidified portion 11c. The groove opening center line BL 2 divides the melt-solidified portion 11 inside the steel plate 5 into a first melt-solidified portion 11 b and a second melt-solidified portion 11 c, and the surface reference line BL 1 is inside the steel plate 5. A certain first melt-solidified portion 11b and a melt-solidified convex portion 11a swelled from the steel plate surface 5a are separated.

そして、第２の実施形態においても、溝延在方向Ｘに沿って溝幅方向断面で溝８を見た場合に、溝延在方向Ｘに沿って、溝開口中心線ＢＬ２を境に、レーザ光Ｌ１の入射側にある第１溶融凝固部１１ｂと、レーザ光Ｌ１の非入射側にある第２溶融凝固部１１ｃとが非対称形状となり、第１溶融凝固部１１ｂが第２溶融凝固部１１ｃよりも大きい溝８を加工することができる。 Then, in the second embodiment, when viewed groove 8 in the groove widthwise sectional along Mizonobe lengthwise direction X, along the Mizonobe extending direction X, the boundary of the groove opening center line BL 2, laser light a first melt-solidified portion 11b at the incident side of L 1, and a second melt-solidified portion 11c in the non-incident side of the laser beam L 1 becomes asymmetrical, the first melt-solidified portion 11b and the second melt-solidified portion 11c A larger groove 8 can be processed.

＜検証試験＞
次に、図９に示した溝加工装置２１を用いた検証試験について説明する。溝を加工する試料として、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）からなり、厚さ４ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍの長方形でなる鋼板５を用意した。最初の検証試験では、レーザ出力（Ｐｏｗｅｒ）を２００Ｗ、試料傾斜によるレーザ光Ｌ１の照射角度θ１を４０度、走査速度（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ）を２．０ｍ／ｓとし、シールドガスを用いずに、鋼板表面５ａに溝８を加工した。 <Verification test>
Next, a verification test using the groove processing apparatus 21 shown in FIG. 9 will be described. As a sample for processing the groove, a steel plate 5 made of a general structural rolled steel (SS400) and having a rectangular shape with a thickness of 4 mm, a length of 100 mm, and a width of 50 mm was prepared. In the first verification test, the laser output (Power) is 200 W, the irradiation angle θ 1 of the laser beam L 1 by tilting the sample is 40 degrees, the scanning speed is 2.0 m / s, and no shield gas is used. The groove 8 was processed in the steel plate surface 5a.

鋼板表面５ａの溝８の形成状態をＳＥＭで観察したところ、図１３に示すような結果が得られた。図１３に示すように、レーザ光Ｌ１を走査した方向に沿って直線状の溝８を加工できるとともに、レーザ光Ｌ１の入射側に溝８と並走するようにして溶融凝固凸部１１ａが形成されることが確認できた。 When the formation state of the grooves 8 on the steel plate surface 5a was observed with an SEM, results as shown in FIG. 13 were obtained. As shown in FIG. 13, it is possible to process the linear groove 8 along the direction of scanning the laser beam L 1, the melt-solidified protrusions 11a so as to run parallel with the groove 8 on the incident side of the laser beam L 1 It was confirmed that was formed.

次に、レーザ出力を２００Ｗ、試料傾斜によるレーザ光Ｌ１の照射角度θ１を４０度、走査速度を２．０ｍ／ｓとし、シールドガスの条件を変えて、各鋼板表面５ａにそれぞれ溝を加工した。そして、シールドガスを用いない場合と、シールドガスの流量１０Ｌ／ｓ、ガス圧０．１ＭＰａとした場合と、シールドガスの流量２０Ｌ／ｓ、ガス圧１．０ＭＰａとした場合と、について、それぞれ溝の形成状態を確認した。 Next, the laser output 200 W, the irradiation angle theta 1 to 40 ° of the laser beam L 1 by the specimen rotation, the scanning speed is 2.0 m / s, by changing the conditions of the shield gas, the grooves to each steel sheet surface 5a processed. Then, when the shield gas is not used, when the shield gas flow rate is 10 L / s and the gas pressure is 0.1 MPa, and when the shield gas flow rate is 20 L / s and the gas pressure is 1.0 MPa, the grooves are respectively provided. The formation state of was confirmed.

得られた各鋼板５について、回転研磨機により、溝幅方向Ｙに沿って断面研磨し、ピクリン酸にて腐食処理することで、溝幅方向断面を得た。そして、各溝幅方向断面をＳＥＭにより撮影したところ、図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１４Ｃに示すような画像が得られた。なお、図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１４Ｃでは、傾斜させた鋼板５の上下方向を「Ｓｌｏｐｅ」で示し、上側を「Ｕ」と示し、下側を「Ｌ」と示す。   About each obtained steel plate 5, cross-sectional grinding | polishing was carried out along the groove width direction Y with the rotary grinder, and the groove width direction cross section was obtained by carrying out the corrosion process with picric acid. And when each groove width direction cross section was image | photographed by SEM, the image as shown to FIG. 14A, FIG. 14B, and FIG. 14C was obtained. In FIG. 14A, FIG. 14B, and FIG. 14C, the up-down direction of the inclined steel plate 5 is indicated by “Slope”, the upper side is indicated by “U”, and the lower side is indicated by “L”.

シールドガスを用いなかった場合は、図１４Ａに示すように、レーザ光Ｌ１の入射側に、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａが形成され、溝開口端幅が広く、かつ深さが２２．６μｍと深い溝８を加工できることが確認できた。 If not used shield gas, as shown in FIG. 14A, on the incident side of the laser light L 1, is formed fused solidified protrusions 11a that bulges from the surface of the steel sheet 5a, groove-opening-end wider, and the depth It was confirmed that a deep groove 8 with a length of 22.6 μm could be processed.

また、シールドガスを流量１０Ｌ／ｓ、ガス圧０．１ＭＰａとした場合は、図１４Ｂに示すように、レーザ光Ｌ１の入射側に、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａが形成されることが確認できた。また、図１４Ａに比較すると、深さが２３．９μｍと深い溝８を加工できたが、溝８の溝開口端幅が狭くなってしまうことが確認できた。 In the case where the shielding gas flow rate of 10L / s, and gas pressure 0.1 MPa, as shown in FIG. 14B, the incident side of the laser light L 1, the melt-solidified protrusions 11a that bulges from the surface of the steel sheet 5a is formed It was confirmed that 14A, the deep groove 8 having a depth of 23.9 μm could be processed, but it was confirmed that the groove opening end width of the groove 8 was narrowed.

一方、シールドガスを流量２０Ｌ／ｓ、ガス圧１．０ＭＰａとした場合には、図１４Ｃに示すように、深さ２６．９μｍの凹領域が形成されるものの、レーザ光Ｌ１の入射側に形成された溶融凝固凸部１１ａが非入射側に倒れ、溶融凝固凸部１１ａによって溝が塞がってしまい、溝を加工し難いことが確認できた。よって、シールドガスを流量２０Ｌ／ｓ未満、ガス圧１．０ＭＰａ未満にすることが望ましく、さらに好ましくは、流量１０Ｌ／ｓ以下、ガス圧０．１ＭＰａ以下であること、シールドガスを用いないことが望ましいことが確認できた。なお、このようなシールドガスの望ましい条件については、上述した第１の実施形態でも同様である。 On the other hand, when the shielding gas has a flow rate of 20 L / s and a gas pressure of 1.0 MPa, a concave region having a depth of 26.9 μm is formed as shown in FIG. 14C, but on the incident side of the laser beam L 1. It was confirmed that the formed melt-solidified convex portion 11a fell to the non-incident side, and the melt-solidified convex portion 11a closed the groove, making it difficult to process the groove. Therefore, it is desirable that the shielding gas has a flow rate of less than 20 L / s and a gas pressure of less than 1.0 MPa. More preferably, the flow rate is 10 L / s or less and the gas pressure is 0.1 MPa or less, and no shielding gas is used. It was confirmed that it was desirable. In addition, about the desirable conditions of such shielding gas, it is the same also in 1st Embodiment mentioned above.

また、図１４Ａ及び図１４Ｂでは、金属組織の違いを目安に、溶融凝固部１１と未溶融部とを目視により区別することができた。図１４Ａ及び図１４Ｂについて、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２をそれぞれ求め、第１溶融凝固部１１ｂと第２溶融凝固部１１ｃとの各面積を比較したところ、第２溶融凝固部１１ｃよりも第１溶融凝固部１１ｂが大きいことが確認できた。 Moreover, in FIG. 14A and FIG. 14B, the melt-solidified part 11 and the unmelted part were able to be visually discriminate | determined on the basis of the difference in a metal structure. For FIGS. 14A and 14B, obtains a surface reference line BL 1 and the groove aperture center line BL 2, respectively, were compared each area between the first melt-solidified portion 11b and the second melt-solidified portion 11c, a second melt-solidified portion It was confirmed that the first melt-solidified part 11b was larger than 11c.

次に、レーザ出力（Ｐｏｗｅｒ）を２００Ｗとし、試料傾斜によるレーザ光Ｌ１の照射角度θ１を４５度として、走査速度（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ）を１．０ｍ／ｓ、１．５ｍ／ｓ、２．０ｍ／ｓに変えて、各鋼板表面５ａにそれぞれ溝を加工した。 Next, the laser output (Power) is 200 W, the irradiation angle θ 1 of the laser beam L 1 due to the sample tilt is 45 degrees, the scanning speed is 1.0 m / s, 1.5 m / s, and 2. Changing to 0 m / s, a groove was formed in each steel plate surface 5a.

得られた各鋼板５について、回転研磨機により、溝幅方向Ｙに沿って断面研磨し、ピクリン酸にて腐食処理することで、溝幅方向断面を得た。そして、各溝幅方向断面をＳＥＭにより撮影したところ、図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すような画像が得られた。なお、図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１５Ｃでは、傾斜させた鋼板５の上下方向を「Ｓｌｏｐｅ」で示し、上側を「Ｕ」と示し、下側を「Ｌ」と示す。   About each obtained steel plate 5, cross-sectional grinding | polishing was carried out along the groove width direction Y with the rotary grinder, and the groove width direction cross section was obtained by carrying out the corrosion process with picric acid. And when each groove width direction cross section was image | photographed by SEM, the image as shown to FIG. 15A, FIG. 15B, and FIG. 15C was obtained. In FIG. 15A, FIG. 15B and FIG. 15C, the up and down direction of the inclined steel plate 5 is indicated by “Slope”, the upper side is indicated by “U”, and the lower side is indicated by “L”.

走査速度を１．０ｍ／ｓとした場合には、図１５Ａに示すように、レーザ光Ｌ１の入射側に、鋼板表面５ａから僅かに膨出した溶融凝固凸部１１ａが形成されたが、深さが１０．５μｍ未満の浅い溝８しか加工できないことが確認できた。 When the scanning speed was 1.0 m / s, as shown in FIG. 15A, on the incident side of the laser light L 1, is melt-solidified convex portion 11a slightly bulging from the surface of the steel sheet 5a is formed, It was confirmed that only shallow grooves 8 having a depth of less than 10.5 μm could be processed.

一方、走査速度を１．５ｍ／ｓ、２．０ｍ／ｓとした場合には、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、レーザ光Ｌ１の入射側に、鋼板表面５ａから膨出した溶融凝固凸部１１ａが形成され、溝開口端幅が広く、かつ深さが２４．１μｍ、２６．２μｍと、１０．５μｍ以上の深い溝８をそれぞれ加工できることが確認できた。以上より、走査速度を１．５ｍ／ｓ超とすることで、溝開口端幅が広く、かつ一段と深い溝８を加工できることが確認できた。 On the other hand, when the scanning speed 1.5 m / s, and 2.0 m / s, as shown in FIGS. 15B and 15C, on the incident side of the laser light L 1, the melt-solidified that bulges from the surface of the steel sheet 5a It was confirmed that the convex portion 11a was formed, the groove opening end width was wide, and the deep grooves 8 having a depth of 24.1 μm, 26.2 μm, and 10.5 μm or more could be processed. From the above, it was confirmed that the groove opening end width was wide and the deeper groove 8 could be processed by setting the scanning speed to more than 1.5 m / s.

なお、図１５Ｂ及び図１５Ｃでも、金属組織の違いを目安に、溶融凝固部１１と未溶融部とを目視により区別することができた。図１５Ｂ及び図１５Ｃについて、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２をそれぞれ求め、第１溶融凝固部１１ｂと第２溶融凝固部１１ｃとの各面積を比較したところ、第２溶融凝固部１１ｃよりも第１溶融凝固部１１ｂが大きいことが確認できた。 In FIG. 15B and FIG. 15C, the melt-solidified part 11 and the unmelted part could be visually distinguished using the difference in the metal structure as a guide. For FIGS. 15B and 15C, obtains a surface reference line BL 1 and the groove aperture center line BL 2, respectively, were compared each area between the first melt-solidified portion 11b and the second melt-solidified portion 11c, a second melt-solidified portion It was confirmed that the first melt-solidified part 11b was larger than 11c.

次に、レーザ出力を１５０Ｗに下げて、鋼板表面５ａに溝を加工した。レーザ出力以外の条件は、上記の検証試験と同じ条件（試料傾斜によるレーザ光Ｌ１の照射角度θ１を４０度）とし、走査速度（Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ）を１．０ｍ／ｓ、１．５ｍ／ｓ、２．０ｍ／ｓに変えて、各鋼板表面５ａにそれぞれ溝を加工した。 Next, the laser output was lowered to 150 W, and a groove was processed in the steel plate surface 5a. Conditions other than the laser output (the irradiation angle theta 1 of the laser beam L1 by the specimen rotation 40 degrees) the same conditions as above verification test and scanning speed (Scanning speed) of 1.0m / s, 1.5m / s The groove was processed in each steel plate surface 5a in place of 2.0 m / s.

各鋼板５について、回転研磨機により、溝幅方向Ｙに沿って断面研磨し、ピクリン酸にて腐食処理することで、溝幅方向断面を得た。そして、各溝幅方向断面をＳＥＭにより撮影したところ、図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃに示すような画像が得られた。図１６Ａ、図１６Ｂ及び図１６Ｃでは、傾斜させた鋼板５の上下方向を「Ｓｌｏｐｅ」で示し、上側を「Ｕ」と示し、下側を「Ｌ」と示す。   About each steel plate 5, the cross-section polishing was carried out along the groove width direction Y with the rotary grinder, and the groove width direction cross section was obtained by carrying out the corrosion process with picric acid. And when each groove width direction cross section was image | photographed by SEM, the image as shown to FIG. 16A, FIG. 16B, and FIG. 16C was obtained. In FIG. 16A, FIG. 16B, and FIG. 16C, the up-down direction of the inclined steel plate 5 is indicated by “Slope”, the upper side is indicated by “U”, and the lower side is indicated by “L”.

走査速度を１．０ｍ／ｓとした場合には、図１６Ａに示すように、レーザ光Ｌ１の入射側に、鋼板表面５ａから僅かに膨出した溶融凝固凸部１１ａが形成されたが、深さが１０．５μｍ未満の浅い溝８しか加工できないことが確認できた。 When the scanning speed was 1.0 m / s, as shown in FIG. 16A, on the incident side of the laser light L 1, is melt-solidified convex portion 11a slightly bulging from the surface of the steel sheet 5a is formed, It was confirmed that only shallow grooves 8 having a depth of less than 10.5 μm could be processed.

一方、走査速度が１．５ｍ／ｓの場合、レーザ出力を１５０Ｗに下げると、レーザ出力を２００Ｗとしたときの溝８の深さ（（図１５Ｂに示す２０μｍ超）よりも浅い溝８となった。しかしながら、溝開口端幅が広く、深さが１０．５μｍ以上である、１０．７μｍの溝８を加工できることが確認できた。   On the other hand, when the scanning speed is 1.5 m / s, when the laser output is reduced to 150 W, the groove 8 is shallower than the depth of the groove 8 (over 20 μm shown in FIG. 15B) when the laser output is 200 W. However, it was confirmed that a 10.7 μm groove 8 having a wide groove opening end width and a depth of 10.5 μm or more could be processed.

また、走査速度を２．０ｍ／ｓとした場合には、図１６Ｃに示すように、レーザ出力を１５０Ｗに下げても、溝開口端幅が広く、かつ深さが２６．９μｍと深い溝８を加工できることが確認できた。以上より、レーザ出力を１５０Ｗに下げたときでも、走査速度を１．５ｍ／ｓ超とすることで、溝開口端幅が広く、かつ深い溝８を加工できることが確認できた。また、レーザ出力を１５０Ｗに下げたときに一段と深い溝８を加工する場合には、走査速度を２．０ｍ／ｓ以上とすることが望ましいことが確認できた。   When the scanning speed is 2.0 m / s, as shown in FIG. 16C, even when the laser output is reduced to 150 W, the groove opening end width is wide and the depth is 26.9 μm. It was confirmed that can be processed. From the above, it was confirmed that even when the laser output was lowered to 150 W, the groove opening end width was wide and the deep groove 8 could be processed by setting the scanning speed to more than 1.5 m / s. In addition, it was confirmed that when the deeper groove 8 is processed when the laser output is reduced to 150 W, the scanning speed is preferably 2.0 m / s or more.

なお、図１６Ｂ及び図１６Ｃでも、金属組織の違いを目安に、溶融凝固部１１と未溶融部とを目視により区別することができた。図１６Ｂ及び図１６Ｃについて、表面基準線ＢＬ１及び溝開口中心線ＢＬ２をそれぞれ求め、第１溶融凝固部１１ｂと第２溶融凝固部１１ｃとの各面積を比較したところ、第２溶融凝固部１１ｃよりも第１溶融凝固部１１ｂが大きいことが確認できた。 In FIG. 16B and FIG. 16C, the melt-solidified part 11 and the unmelted part could be visually distinguished using the difference in the metal structure as a guide. For FIGS. 16B and 16C, obtains a surface reference line BL 1 and the groove aperture center line BL 2, respectively, were compared each area between the first melt-solidified portion 11b and the second melt-solidified portion 11c, a second melt-solidified portion It was confirmed that the first melt-solidified part 11b was larger than 11c.

＜作用及び効果＞
以上の構成において、溝加工装置２１では、鋼板５を傾斜させることで、鋼板表面５ａの法線ａｘ１とレーザ光Ｌ１とを含む平面内で、レーザ光Ｌ１を法線ａｘ１から所定角度θ１傾け、鋼板５にレーザ光を照射するようにした。 <Action and effect>
Given above configuration, in the groove processing apparatus 21, by inclining the steel plate 5, in a plane including a normal line a x1 of the steel sheet surface 5a and the laser beam L 1, the laser beam L 1 from the normal a x1 angle theta 1 inclined, and to irradiate the laser beam on the steel sheet 5.

そして、このような溝加工装置１でも、レーザ光を発するレーザ光源２のレーザ出力を１００Ｗ以上１０００Ｗ以下とすることで、深さｄが１０．５μｍ以上５０μｍ以下の溝８を鋼板表面５ａに加工できる。   And also in such a groove processing apparatus 1, the groove | channel 8 whose depth d is 10.5 micrometers or more and 50 micrometers or less is processed into the steel plate surface 5a by making the laser output of the laser light source 2 which emits a laser beam into 100W or more and 1000W or less. it can.

また、このようにして加工された溝８は、溝幅方向断面で溝８を見た場合に、溝延在方向Ｘに沿って、溝開口中心線ＢＬ２を境に、レーザ光Ｌ１の入射側にある第１溶融凝固部１１ｂと、レーザ光Ｌ１の非入射側にある第２溶融凝固部１１ｃとが非対称形状となり、第１溶融凝固部１１ｂが第２溶融凝固部１１ｃよりも大きく形成できる。 Further, the groove 8 processed in this way is incident on the laser beam L 1 along the groove extending direction X and the groove opening center line BL 2 when the groove 8 is viewed in the cross section in the groove width direction. a first melt-solidified portion 11b on the side, a second melt-solidified portion 11c in the non-incident side of the laser beam L 1 becomes asymmetrical, the first melt-solidified portion 11b is larger than the second melt-solidified portion 11c it can.

以上、溝加工装置２１でも、低出力のレーザ出力としつつ、溶融部１０ａの湯流れを制御して鋼板表面５ａに所望形状の溝８を加工でき、溶融物を吹き飛ばすアシストガスや高出力のレーザ光源を用いずに所望形状の溝８を加工できる。また、溶融物を吹き飛ばすアシストガスや高出力のレーザ光源が不要となる分、コスト低減を図ることができる。   As described above, the groove processing device 21 can process the groove 8 having a desired shape on the steel plate surface 5a by controlling the hot water flow in the melting portion 10a while maintaining a low output laser output, and assist gas or high output laser for blowing off the melt. The groove 8 having a desired shape can be processed without using a light source. Further, the cost can be reduced because the assist gas for blowing off the melt and the high-power laser light source are not required.

（３）他の実施形態
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、溝を加工する鋼板として、放熱鋼板やラミネート鋼板、電磁鋼板等その他種々の鋼板原板を適用してもよい。 (3) Other Embodiments The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, as the steel plate for processing the groove, other various steel plate original plates such as a heat radiating steel plate, a laminated steel plate, and an electromagnetic steel plate may be applied.

また、上述した実施形態においては、レーザ光に対して鋼板を相対的に移動させる移動機構として、固定したレーザ光源２に対して鋼板５を移動させる移動機構７、２２を適用したが、本発明はこれに限らない。例えば、固定した鋼板５に対してレーザ光源２を移動させる移動機構を適用しても良い。   In the above-described embodiment, the moving mechanisms 7 and 22 for moving the steel plate 5 with respect to the fixed laser light source 2 are applied as the moving mechanism for moving the steel plate relative to the laser light. Is not limited to this. For example, a moving mechanism that moves the laser light source 2 with respect to the fixed steel plate 5 may be applied.

また、上述した実施形態においては、レーザ光Ｌ１に対して鋼板５を直線的に移動させ、鋼板表面５ａに直線状に延びた溝８を加工する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、レーザ光源２又は鋼板５の移動方向を制御して弓状等の湾曲した溝を加工するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, linearly moving the steel plate 5 with respect to the laser beam L 1, has dealt with the case of processing a groove 8 extending linearly in the steel sheet surface 5a, the present invention is to Not limited to this, the moving direction of the laser light source 2 or the steel plate 5 may be controlled to process a curved groove such as a bow.

１、２１ 溝加工装置
２ レーザ光源
５ 鋼板
５ａ 鋼板表面
６ レーザ出力制御部
７、２２ 移動機構
１１ａ 溶融凝固凸部
１１ｂ 第１溶融凝固部
１１ｃ 第２溶融凝固部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21 Groove processing apparatus 2 Laser light source 5 Steel plate 5a Steel plate surface 6 Laser output control part 7, 22 Movement mechanism 11a Melt solidification convex part 11b 1st melt solidification part 11c 2nd melt solidification part

Claims (6)

レーザ光により鋼板表面に溝を加工する溝加工方法において、
レーザ光源から照射される前記レーザ光を、前記鋼板表面の法線と前記レーザ光とを含む平面内で、前記法線から所定角度傾けて前記鋼板表面に照射する照射工程と、
前記レーザ光源に対して前記鋼板を１．５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下で相対的に移動させる移動工程と、
前記レーザ光源のレーザ出力を１００Ｗ以上１０００Ｗ以下とするレーザ出力制御工程と、
を備え、
前記レーザ光により前記鋼板を溶融して加工し、前記溝の深さを１０．５μｍ以上５０μｍ以下とし、
溝延在方向と直交する溝幅方向断面で前記溝を見た場合に、溝開口端幅の中心を溝開口中心線と定義し、前記鋼板の内部で前記溝の周辺に形成された溶融凝固部を、前記溝開口中心線を境に第１溶融凝固部と第２溶融凝固部とに分けたとき、
前記溝延在方向に沿って、前記溝開口中心線を境に、前記レーザ光の入射側にある前記第１溶融凝固部と、前記レーザ光の非入射側にある前記第２溶融凝固部とが非対称形状であり、前記第１溶融凝固部が前記第２溶融凝固部よりも大きく形成する、溝加工方法。 In a groove processing method for processing a groove on a steel sheet surface by laser light,
An irradiation step of irradiating the steel plate surface with the laser beam irradiated from a laser light source at a predetermined angle from the normal line in a plane including the normal line of the steel plate surface and the laser beam;
A moving step of moving the steel sheet relative to the laser light source at a speed of 1.5 m / s to 100 m / s;
A laser output control step of setting the laser output of the laser light source to 100 W or more and 1000 W or less;
With
The steel plate is melted and processed by the laser beam, and the depth of the groove is 10.5 μm or more and 50 μm or less,
When the groove is viewed in a groove width direction cross section orthogonal to the groove extending direction, the center of the groove opening end width is defined as the groove opening center line, and the melt-solidified portion formed around the groove inside the steel plate Is divided into a first melt-solidified portion and a second melt-solidified portion with the groove opening center line as a boundary,
The first molten and solidified portion on the laser beam incident side and the second molten and solidified portion on the non-incident side of the laser beam, with the groove opening center line as a boundary along the groove extending direction, A groove processing method having an asymmetric shape, wherein the first melt-solidified portion is formed larger than the second melt-solidified portion. 前記照射工程では、
前記鋼板表面の法線と前記レーザ光とを含む前記平面内で、前記法線と前記レーザ光とがなす照射角度が、２０度以上８０度以下である、請求項１に記載の溝加工方法。 In the irradiation step,
2. The grooving method according to claim 1, wherein an irradiation angle formed by the normal line and the laser beam is 20 degrees or more and 80 degrees or less in the plane including the normal line of the steel sheet surface and the laser beam. . 前記照射工程では、
前記レーザ光の照射によって、前記レーザ光の入射側に、前記鋼板表面から膨出した溶融凝固凸部が形成される、請求項１又は２に記載の溝加工方法。 In the irradiation step,
The groove processing method according to claim 1 or 2, wherein a melt-solidified convex portion bulging from the surface of the steel sheet is formed on the incident side of the laser beam by irradiation with the laser beam. 前記溶融凝固凸部を除去して前記鋼板表面を平坦化する平坦化工程を備える、請求項３に記載の溝加工方法。   The groove processing method according to claim 3, further comprising a flattening step of flattening the surface of the steel sheet by removing the melt-solidified convex portions. レーザ光により鋼板表面に溝を加工する溝加工装置において、
前記鋼板表面の法線と前記レーザ光とを含む平面内で、前記レーザ光を前記法線から所定角度傾けて前記鋼板表面に照射するレーザ光源と、
前記レーザ光源に対して鋼板を１．５ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下で相対的に移動させる移動機構と、
前記レーザ光源のレーザ出力を１００Ｗ以上１０００Ｗ以下とするレーザ出力制御部と、
を備え、
前記レーザ光により前記鋼板を溶融して加工し、前記溝の深さを１０．５μｍ以上５０μｍ以下とし、
溝延在方向と直交する溝幅方向断面で前記溝を見た場合に、溝開口端幅の中心を溝開口中心線と定義し、前記鋼板の内部で前記溝の周辺に形成された溶融凝固部を、前記溝開口中心線を境に第１溶融凝固部と第２溶融凝固部とに分けたとき、
前記溝延在方向に沿って、前記溝開口中心線を境に、前記レーザ光の入射側にある前記第１溶融凝固部と、前記レーザ光の非入射側にある前記第２溶融凝固部とが非対称形状であり、前記第１溶融凝固部を前記第２溶融凝固部よりも大きく形成する、溝加工装置。 In the groove processing device that processes grooves on the steel sheet surface with laser light,
A laser light source that irradiates the surface of the steel sheet at a predetermined angle with respect to the normal line in a plane including the normal line of the surface of the steel sheet and the laser beam;
A moving mechanism for moving the steel plate relatively at 1.5 m / s to 100 m / s with respect to the laser light source;
A laser output control unit that sets a laser output of the laser light source to 100 W or more and 1000 W or less;
With
The steel plate is melted and processed by the laser beam, and the depth of the groove is 10.5 μm or more and 50 μm or less,
When the groove is viewed in a groove width direction cross section orthogonal to the groove extending direction, the center of the groove opening end width is defined as the groove opening center line, and the melt-solidified portion formed around the groove inside the steel plate Is divided into a first melt-solidified portion and a second melt-solidified portion with the groove opening center line as a boundary,
The first molten and solidified portion on the laser beam incident side and the second molten and solidified portion on the non-incident side of the laser beam, with the groove opening center line as a boundary along the groove extending direction, A grooving apparatus having an asymmetric shape and forming the first melt-solidified portion larger than the second melt-solidified portion. 鋼板表面に溝が加工された鋼板において、
前記溝の深さが１０．５μｍ以上５０μｍ以下であり、
溝延在方向と直交する溝幅方向断面で前記溝を見た場合に、溝開口端幅の中心を溝開口中心線と定義し、前記鋼板の内部で前記溝の周辺に形成された溶融凝固部を、前記溝開口中心線を境に第１溶融凝固部と第２溶融凝固部とに分けたとき、
前記溝延在方向に沿って、前記溝開口中心線を境に前記第１溶融凝固部と前記第２溶融凝固部とが非対称形状であり、前記第１溶融凝固部が前記第２溶融凝固部よりも大きく形成されている、鋼板。 In the steel plate with grooves on the steel plate surface,
The depth of the groove is 10.5 μm or more and 50 μm or less,
When the groove is viewed in a groove width direction cross section orthogonal to the groove extending direction, the center of the groove opening end width is defined as the groove opening center line, and the melt-solidified portion formed around the groove inside the steel plate Is divided into a first melt-solidified portion and a second melt-solidified portion with the groove opening center line as a boundary,
Along the groove extending direction, the first melt-solidified part and the second melt-solidified part are asymmetrical with respect to the groove opening center line, and the first melt-solidified part is more than the second melt-solidified part. Steel plates that are also formed to be large.
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