JPH03489A

JPH03489A - 被加工材料に発生する集中熱応力を用いたレーザーを熱源とする脆性材料の割断加工方法及び割断加工装置

Info

Publication number: JPH03489A
Application number: JP1132461A
Authority: JP
Inventors: Hideki Morita; 英毅森田
Original assignee: NIPPON SEKIGAISEN KOGYO KK; Nagasaki Prefectural Government
Current assignee: NIPPON SEKIGAISEN KOGYO KK; Nagasaki Prefectural Government
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1991-01-07

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】（産業上の利用分野）この発明は亀裂先端に発生する集中熱応力を利用した脆
性材料の割断加工方法及び加工装置に関する。

（従来の技術）亀裂先端に発生する集中熱応力を利用した平板状脆性材
料の割断は次のような方法が開発された。

加工始点となる最初の亀裂を硬質工具等で加工して作り
、レーザー・電熱ヒーター・火炎・電子ビーム−等の熱
源を使用して加工始点から終点に至るまで加工線に沿っ
て、あるいは加工線近傍を局部加熱することにより亀裂
を順次進展させて割断する方法が開発された（特願昭６
２−２６４７６３参照）。

（発明が解決しようとする課題）この開発された方法は加工開始となる最初の亀裂を硬質
工具等で加工して作っている。そのため割断加工する前
処理として一つの工程が必要であり、加工始点付近の割
断面が不規則な形になりやすい。また加工線あるいは被
加工材料が複雑な形状である場合、加工中に被加工材料
の不均一な温度上昇及び被加工材料全体の温度上昇によ
る亀裂の進展する方向と速度の変化がおこる。

以上の問題点が有るために、従来の亀裂先端に発生する
集中熱応力を利用した割断加工方法は、加工装置の自動
化、普及が困難になっている。

（課題を解決するための手段）上記ｍ屈を解決するために、本発明の亀裂先端に発生す
る集中熱応力を利用した割断加工方法における熱源には
レーザーを用い、加工開始点は単パルスレーザ−で加工
する。また亀裂の誘導には同じレーザー装置のレーザー
ビームを熱源として亀裂を誘導する。レーザーノズル部
分あるいは加工テーブルには被加工材料の冷却用装置を
取り付けている。この冷却装置はガスあるいは液体によ
る冷却方法で、被加工材料の全体あるいは一部分を冷却
する。

（作　用）上記のように構成された加工装置に・おいて、被加工材
料の加工開始点（第１図Ａ点）付近に高エネルギー密度
の単パルスレーザ−を照射する。これにより被加工材料
の加工開始点付近に微細な穴が開き、同時にこの穴の周
りにはマイクロクラックが発生する。

このマイクロクラックを、レーザービームを熱源として
加工線に沿って誘導することができるため、従来の方法
では前処理として必要な加工開始点の加工が不要になり
、全ての工程が加工テーブル上でできる。

亀裂の誘導中はノズルあるいは加工テーブルの冷却機構
により被加工材料を冷却し、第３図に示すような被加工
材料中の温度分布の不均一、第６図に示すような被加工
材料全体の温度上昇による熱応力の低下を無くして加工
精度及び加工速度の向上を計っている。

（実施例）この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（第１実施例）第１図に示すような被加工材料（１）において、加工開
始点（Ａ）付近で加工線（２）上の点（Ｂ）にレーザー
ビーム径を小さく絞り込んだ単パルスレーザ−（３）を
照射する。点（Ｂ）には第２図に示すような微細な穴（
４）が開き、その周りにはマイクロクラック（５）が発
生する。次に被加工材料に熱影響（溶融・昇華・変形等
）がでないようにレーザービーム径をある程度大きくし
て、点（Ｃ）に照射する。点（Ｂ）に存在するマイクロ
クランクは熱応力により点ＣＢ）から点（Ａ）。

点（Ｂ）から点（Ｄ）にそれぞれ進展する。その後は従
来の方法と同様に、順次亀裂を進展させて割断する。

（第２実施例）第３図に示すように亀裂先端が点（Ｅ）レーザービーム
による加熱中心が点（Ｆ）にある場合の、被加工材料の
温度分布は曲Ａｌｌ　（６）のようになる。

このため亀裂は点（Ｇ）方向に進展しようとする。

このような割断加工の場合、（Ｈ）部分を冷却機構（第
７図・第９図・第１０図）で冷却することにより第４図
に示すような温度分布曲線（７）になり、亀裂は点（Ｅ
）から点（Ｉ）に進展する。

（第３実施例）また第５図、第６図に示すように、従来の割断方法では
割断中に温度分布が曲線（８）から曲線（９）になり熱
応力が小さくなるために亀裂の進展速度が小さくなる。

この場合は被加工材料全体を冷却することにより温度分
布は再び曲！！　（８）のような勾配が大きくなり、亀
裂の進展速度は大きくなる。

冷却機構としては、第７図に示すノズル部（１０）にガ
ス噴出口（１１）を取り付けたり、第９図、第１０図に
示す加工テーブルにガス噴出口あるいは接触型冷却用部
品を取り付ける方法が考えられる。

接触型冷却では放熱板（２０）を加工テーブル上部に取
り付け、これが上部に接触する被加工材料から熱を豚い
、下部に接触する冷却管へ熱を逃がす。

また１局部冷却を行う場合は第９図、第１１図に示す開
閉弁（１４）によって冷却部分を限定することができる
。

（発明の効果）本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載されるような効果がある。

加工開始点を、亀裂の誘導にために使用している熱源と
してのレーザーで加工する。そのためこれまで市処理と
して必要だった一つの工程が無くなり加工テーブル上で
全ての工程ができる。

加工精度及び加工速度は加工装置に付属する冷却機構に
より従来の割断方法より向上し、制御が容易なため、複
雑な形状の割断が容易になる。

また上記の効果より、装置の自動化も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の正面図。第２図は第１図における実施例のＸ−Ｙ断面拡大図。第３図は第２実施例における従来の方法による実施例を
示す正面図。第４図は第２実施例を示す正面図。第５図、第６図は第３実施例における従来の方法による
実施例を示す正面図。第７図は本発明におけるガス噴出口を備える加工ノズル
の正面図及び、第８図は同側面図。第９図は本発明におけるガス噴出口を備える加工テーブ
ルの概観図。第１０図は本発明における接触型冷却部品を備える加工
テーブルの概観図。第１１図は本発明における冷却機構のガス流入開閉弁の
概観図。 ■・・・被加工材料、　２・・・加工予定線、　３・・
・単パルスレーザ−ビーム、　４・・・穴、　　５・−
・マイクロクラック、６・７・８・９・・・仮想等温線
、　１゜・・・加工ノズル、　１１・・・ガス噴出口、
　１２・・・ガス輸送チューブ、１３・・・レーザ−ビ
ー１１出射口、　１４・・・開閉弁、　１５・・・材料
固定具、　１６・・・被加工物支持用突起、　１７・・
・ガス流、　１８・・・加工テーブル。１９・・・放熱板、　２０・・・冷却液流、　２１・・
・冷却管、２２・・・レーザー出射口第１図１１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）脆性材料の割断加工において、レーザービームを
高エネルギー密度に集束させて被加工材料に瞬時に穴を
開け、その穴の周りに亀裂を発生させてこれを加工開始
点とし、レーザービームを熱源として加工線近傍を加熱
することにより発生する熱応力により、亀裂を加工線に
沿って進展させる脆性材料の割断加工方法。
（２）レーザービームーを熱源として加工線近傍を加熱
することにより、発生する熱応力によって亀裂を加工線
に沿って進展させる脆性材料の割断加工方法において、
被加工材料全体を冷却することにより、亀裂の進展速度
を向上させる割断方法。
（３）レーザービームを熱源として加工線近傍を加熱す
ることにより、発生する熱応力によって亀裂を加工線に
沿って進展させる脆性材料の割断加工方法において、被
加工材料を局部冷却することにより亀裂先端部分近傍の
温度分布を加工線について対称にすることで、亀裂を加
工線に沿って誘導し加工精度を向上させる割断方法。
（４）亀裂先端に発生する集中熱応力を利用した脆性材
料の割断加工のおいて、被加工材料を冷却するために加
工ノズル部あるいは加工テーブルに冷却機構を備えた加
工装置。