JPH02138414A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工装置及びレーザ加工方法

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JPH02138414A
JPH02138414A JP63287534A JP28753488A JPH02138414A JP H02138414 A JPH02138414 A JP H02138414A JP 63287534 A JP63287534 A JP 63287534A JP 28753488 A JP28753488 A JP 28753488A JP H02138414 A JPH02138414 A JP H02138414A
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JP
Japan
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laser
laser beam
light
thermal processing
reflected light
Prior art date
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Pending
Application number
JP63287534A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Miyazaki
宮崎 俊秋
Hideyuki Shinonaga
篠永 秀之
Hideki Ikeuchi
秀樹 池内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、加工用レーザを用いた金属の焼入れ処理等の
レーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に
関する。
(従来の技術) 一般に変態硬化を利用した金属材料のレーザ焼入れを行
う場合は、レーザ照射に先立って表面に酸化皮膜処理や
リン酸塩などの化成処理をしたり、またはカーボン塗料
を塗布するなどして、金属表面のレーザ光に対する吸収
率を高め、レーザエネルギーの利用効率を上げている。
しかし、これらの処理を行っても、第4図に示すように
炭酸ガスレーザの鋼材に対する反射率は高く、金属にレ
ーザエネルギーの全部を吸収させることはできない。な
お、図中、P、はP偏波。
R8はS偏波を示す。ちなみにリン酸塩皮膜処理をした
場合の吸収率は7796、カーボン塗布の場合では87
%である。従って、レーザエネルギーのかなりの部分が
有効に利用されずに捨てられており、エネルギー効率が
悪く、レーザ吸収のための前処理が不十分であれば、さ
らにその効率を悪くしていた。また、これらの反射光は
低熱処理に入射した場合、徒らに加熱し、焼戻し効果を
低熱処理部に与えるため、複数な形状に対するレーザ焼
入れの場合は、焼入れの順序を考えてレーザ焼入れを施
こす必要があった。従って、従来のレーザ熱加工におい
ては、第5図に示すようにシャフト1の端部焼入れの場
合、底部2の焼入れ実施し、その後人の側面3の焼入れ
を行うと、側面3の焼入れの際、その反射光が底部2に
入射し、底部2に焼戻し効果が生じるので、この場合側
面3の焼入れを実施し、その後底部2の焼入れを行って
いた。しかも、底部2の焼入れの際は側面3への反射光
の照射防止のため、レーザ光を垂直に入射させ、シャフ
ト1のレーザ光に対する姿勢を側面3しかし、上記従来
のレーザ熱加工では、焼戻し効果の影響をうけないよう
にするために、焼入れ順序を十分に考慮して焼入れ加工
を実施しなければならず、作業工程において歩留りが発
生し、作業効率がとても低かった。
従って、本発明の目的は、上記問題点を鑑み、作業効率
が従来よりも高く、歩留りの少ないレーザ加工装置及び
レーザ加工方法を提供することにある。
故に、上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光
の反射したエネルギーを有効に活用するために、レーザ
光を光学部品を用いて分割供給することなく、直接光及
び反射光により同時に複数箇所にレーザ熱加工を実施す
るレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第1図に示すように、本実施例では、レーザ発振器9か
ら射出された直線偏光のレーザ光10を集光レンズ11
によって集光させ、その焦点12が母材13の第1熱加
工部14よりも遠方になるように、第1熱加工部14に
照射させ、また、第1加工部14の反射光15が母材1
3の第2加工部16に照射されるように、レーザ光10
の入射角を選定する。母材13は第1図において、紙面
上の水平面に沿って紙面を垂直方向に駆動されるテーブ
ル17上に固定される。第2熱加工部16の表面にはカ
ーボン塗料18を予め塗布してお(。
母材13とレーザ光10の関係は、直線偏光面が入射面
と略平行となるように配置されている。
この際、走査手段により第1加工部14で吸収された平
均エネルギー密度と反射光15の第2加工部16での吸
収エネルギー密度がほぼ同じとなるように集光レンズ1
1の焦点距離と集光レンズ11の位置を決める。
次に、このようなレーザ加ニジステムの走査手段につい
て、第2図を用いて説明する。
第2図に示すように、集光レンズ11の位置L、第1熱
加工部14の位置A、第2熱加工部16の位置Bと焦点
Fとの距離をそれぞれf、a、bとすると、A点、B点
のレーザ光の平均吸収エネルギー密度P A +  P
 Bは式(1)、(2)でPA =[P (l−RA 
)cosαl/(a/I’)2(1)PR−EPIR^
(1−RB)Co!liβ]/(b/f’)2− (2
)Pは集光レンズ11におけるレーザエネルギー密度、
RA r RB *  α、βは第1.第2熱加工部1
4.16におけるレーザ光に対する反射率と入射角であ
り、ηは第1熱加工部14での反射光15が第2熱加工
部16に到達する比率である。(1)(2)式から下式
(3)が得られる。
P a /PA −’IRA(1−Ra)22uySI
/(1−Rh)b”coscl  (3)A点へP偏光
レーザ光を入射角80°で入射させ、B点へ入射角20
°で反射光15を入射させた場合は、第4図に示した鋼
材の反射率特性よりRA =0.4.Ra−0,85が
得られるが、RBについてはカーボン塗料を塗布しであ
るので、RB−0,13であり、また、η−0.7程度
を見込んでおくと、P a /’ PA = 2.  
l  (a/1))2が得られる。集光レンズの焦点F
から第1.第2熱加工部14,1.6への距離の比a 
/ bが0.7に等しいときに再熱加工部14.16で
のレーザ光吸収エネルギー密度PA、P8が等しくなる
。第1熱加工部14と第2熱加工部16の光学距離をg
とし、第1熱加工部14の熱加工中をWとし、レーザ光
10のレンズ11位置での直径をDをすると、使用する
レンズの焦点距離fと焦点位置12の第1熱加工部14
までの距離aは容易に次式%式% はa−23mm、f−400mmの設定条件となる。
すなわち、走査手段]8によりこのように集光レンズ1
1の配置をすることで、第1.第2熱加工部14.16
それぞれにおけるレーザ光の平均吸収エネルギー密度が
およそ等しくなり、レーザ出力、レーザ光の走査速度を
適宜選定すれば、第1゜第2熱加工部14.16におい
て同時に熱加工が可能である。
以上の説明において4よ、レーザエネルギーの利用効率
は84%であり、通常の方法による87%に比べると低
いようであるが、2カ所のレーザ熱加工を同時に実施し
ているので、本実施例の場合は従来に比べ計算上数%高
くなる。また、第2熱加工部16での熱加工中を広くし
たい場合は、第1熱加工部14へのレーザ光10の入射
角を小さくし、第1熱加工点14にカーボン塗料を塗布
し、その膜厚を調整することで、その点におけるレーザ
光の吸収率を適宜選定すればよい。そうすることで第2
熱加工点14への入射角、つまり熱加工中および照射エ
ネルギを設定することができる。
また、本発明の他の実施例として、第3図に示すような
集光レンズの配置を用い、焦点位置を第1熱加工部より
遠くするものもある。この場合においても、光学的パラ
メータを適宜選定することにより、先の実施例と同等の
効果が得られる。
なお、上記実施例においては、直線偏光レーザを使用し
た場合について述べたが、円偏光レーザを用い、第1熱
加工部の吸収率を調整することにより本発明が適用でき
ることは言うまでもない。
〔発明の効果] 以上述べたように、本発明においては、段付部付近や、
シャフト端部の穴嵌合やキー溝などのレーザ熱加工のよ
うに近接するレーザ熱加工においては、従来の個別熱加
工の場合の反射光による焼鈍し等の悪影響を防止できる
ので、接近して2カ所のレーザ熱加工が容品に可能とな
り、しかも同時に2カ所のレーザ熱加工が、分光などの
手段を用いず容易に行えるので、加工時間の短縮はもと
より、段取材えに要する時間が不要となり加ニジステム
の複雑化を避けることができるなどの装置上の利点や、
レーザの利用効率も高くなるなどの経済的効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す概要構成図、第2図
は、第1図に示した一実施例の作用を示す図、第3図は
、本発明の他の実施例を示す概要構成図、第4図は、鋼
材のレーザ光入射角に対する反射率を示す反射特性図、
第5図は、従来のレーザ加工を説明するためのシャフト
穴部焼入れ部を示す断面図である。 9・・・レーザ発振器、  11・・・集光レンズ13
・・・母材、  14・・・第1熱加工部。 15・・・反射光、  16・・・第2熱加工部〕7・
・・テーブル 代理人 弁理士 則 近 憲 IG 同 第  子  丸  健 第 ! 図 殖 2図 第3図 \画角 (0) 第4図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、レーザ光を射出するレーザ発振手段と、このレーザ
    発振手段から射出されたレーザ光を集光し、被加工物に
    照射する光学手段と、前記被加工物を任意の位置に移動
    させる搬送手段とを有するレーザ加工装置において、前
    記レーザ発振手段と前記光学手段と前記搬送手段とのう
    ち少なくとも1手段を前記レーザ光に対して相対的に走
    査させる走査手段を具備し、前記レーザ光を前記被加工
    物の熱加工部へ所定の角度で入射させ、その反射光が他
    の任意の熱加工部へ入射するよう前記レーザ発振手段と
    前記光学手段と前記搬送手段とのうち少なくとも1手段
    を走査させることを特徴とするレーザ加工装置。 2、レーザ光を射出し、その射出されたレーザ光を集光
    し、被加工物に照射し、前記被加工物をレーザ加工する
    レーザ加工方法において、レーザ光の直接入射光と、こ
    の直接入射光が前記被加工物に反射して発生する反射光
    とを用いて前記被加工物の複数箇所を同時に加工するこ
    とを特徴とするレーザ加工方法。
JP63287534A 1988-11-16 1988-11-16 レーザ加工装置及びレーザ加工方法 Pending JPH02138414A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102031343A (zh) * 2010-11-17 2011-04-27 天津大族烨峤激光技术有限公司 设有新型宽带积分镜的熔覆装置
RU2673271C2 (ru) * 2014-07-03 2018-11-23 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Установка лазерной обработки

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102031343A (zh) * 2010-11-17 2011-04-27 天津大族烨峤激光技术有限公司 设有新型宽带积分镜的熔覆装置
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US10773338B2 (en) 2014-07-03 2020-09-15 Nippon Steel Corporation Laser processing apparatus

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