JPH0592283A - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】仕上調質圧延等に使用されるワークロール等の
被加工物表面に照射されるレーザ光の光エネルギを容易
に変更することができ、それにより該光エネルギにより
形成される表面形状を変更可能とし、装置自体の構造も
簡潔なレーザ加工方法及びその装置を提供する。 【構成】レーザ光発振器１４と照射ヘッド１５との間の
レーザ光Ｇの光路に設けられた三枚のハーフミラー１
ａ，１ｂ，１ｃの夫々を、移動装置２ａ，２ｂ，２ｃに
より光路から外したり光路に戻したりする方向に移動さ
せて、これらのハーフミラー１ａ，１ｂ，１ｃにより光
路外に分岐されるレーザ光Ｇの量を変更することによ
り、照射ヘッド１５からワークロールＡの表面に照射さ
れるレーザ光Ｇの光エネルギを変更する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明のレーザ加工方法及びその
装置は、被加工物の表面にレーザ光を照射して該レーザ
光の光エネルギにより被加工物の表面を溶融変形させる
ものであり、特に模様鋼板に転写されるワークロール表
面の凹凸パターンを形成するのに適するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼板表面には無機質の光沢があるため、
そのまま最終製品として使用されるのは建材等の用途以
外には殆どない。このような鋼板表面の無機質性をなく
すものとしては、該表面に凹凸模様を施して立体感、自
然感、陰影を感じさせるエンボス模様鋼板がある。この
模様鋼板の製造方法には仕上圧延や調質圧延等に使用さ
れるワークロール表面に所定の凹凸模様を形成し、その
圧延の際に該凹凸模様を鋼板の表面に転写するものがあ
る。

【０００３】このような模様鋼板及びその製造方法とし
て、本出願人は先に例えば特開昭６３−１３０２２３号
公報に記載される模様鋼板及びその製造方法を提案し
た。この模様鋼板の製造方法は、例えば特公平３−３８
９２３号公報に記載されるようなプレス加工を伴う塗装
用鋼板等の表面にダル仕上げを施すレーザ加工方法を応
用したものである。このレーザ加工方法は、調質圧延等
に使用されるワークロールＡの表面にレーザ光を照射し
てその光エネルギにより図５に示すような規則的な円形
凹部Ｂとその周囲の円環状凸部Ｃとからなるマイクロク
レータＦを規則的配列で形成するものである。そして、
図６に示すように該マイクロクレータＦの形状を仕上圧
延時に該鋼板Ｄの表面に転写し、この転写された円環状
溝をダル目溝Ｅと称している（図７）。

【０００４】このレーザ加工方法を応用した前記特開昭
６３−１３０２２３号公報に記載される模様鋼板の製造
方法は、前記ダル目溝が鋼板表面の所望する模様部分だ
けに転写されるように、図８のように前記マイクロクレ
ータＦをワークロールＡの所定の部分にだけ形成すると
か、或いは鋼板表面の所望する模様部分だけの個々のダ
ル目溝が大きく形成されてその周囲とコントラストが生
じるように、図９のように前記ワークロールＡの所定の
部分のマイクロクレータＦだけを大きく或いは深く形成
するとか、或いは前記所望する模様部分のダル目溝の単
位面積当たりの密度を高めて他とのコントラストが生じ
るように、図１０のように前記ワークロールＡの所定の
部分のマイクロクレータＦを他の部分よりも高密度に形
成するようにしたものである。

【０００５】この模様鋼板の製造方法では前記のように
ワークロール表面をレーザ加工することにより任意の凹
凸模様をワークロール表面に形成することができ、これ
により多種多様な模様鋼板を製造することが可能となる
という利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のレーザ加工
方法による模様鋼板の製造方法のうち、例えば図８のよ
うにマイクロクレータＦをワークロールＡの所定の部分
にだけ形成する場合や、図１０のようにワークロールＡ
の所定の部分のマイクロクレータＦを他の部分よりも高
密度に形成する場合は、具体的には例えば図８のように
レーザ光ＧのチョッパＨを制御したり、レーザ光照射ヘ
ッドの位置を制御したりするためのプログラムを変更し
て、レーザ光の照射箇所を制御すればよい。

【０００７】しかしながら、例えば図９のようにワーク
ロールＡの所定の部分のマイクロクレータＦだけを大き
く或いは深く形成するためには、レーザ光の光エネルギ
そのものを変更する必要がある。ところが、従来のレー
ザ加工方法ではレーザ光の光エネルギを変更するために
はレーザ光の発振器自体を制御する必要があり、そのた
めには膨大な設備費用がかかるばかりでなく、その制御
も非常に複雑なものとなる虞れがある。

【０００８】本発明は係る諸問題を解決すべく開発され
たものであり、被加工物表面に照射されるレーザ光の光
エネルギを容易に変更することができ、装置自体の構造
も簡潔なレーザ加工方法及びその装置を提供することを
目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工方法
は、被加工物の表面にレーザ光を照射して該レーザ光の
光エネルギにより被加工物の表面を溶融変形させるレー
ザ加工方法において、レーザ光の光路中又はその近傍に
設けられた光エネルギ変更手段を、該光路から外したり
光路中に戻したりするように切替えて、被加工物の表面
に照射されるレーザ光の光エネルギを変更することを特
徴とするものである。

【００１０】本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を発
振するレーザ発振器と、発振されたレーザ光を被加工物
まで導いてその表面に照射する導光手段とを備えたレー
ザ加工装置において、前記導光手段中のレーザ光の光路
中又はその近傍に設けられた光エネルギ変更手段と、該
光エネルギ変更手段を前記光路から外したり該光路中に
戻したりする切替手段とを備えたことを特徴とするもの
である。

【００１１】

【作用】本発明のレーザ加工方法及びその装置では、レ
ーザ発振器から発振されたレーザ光を被加工物の表面に
導く導光手段中において、レーザ光の光路中又はその近
傍に設けられた光エネルギ変更手段を、切替手段により
該光路から外したり該光路に戻したりするように切替え
て、被加工物の表面に照射されるレーザ光の光エネルギ
を変更するものであるため、レーザ発振器自体の発振出
力を制御する必要がなく、そのために複雑な制御を行う
必要もない。また、前記光エネルギ変更手段としてハー
フミラーや光分岐器や光増幅器等の光部品を用い、これ
らの光部品が光路内に介在されるか或いはされないかを
制御するだけでよいので、装置の構造が簡潔になり、コ
ストもさほどかからない。

【００１２】

【実施例】図１は本発明のレーザ加工方法を実施化した
レーザ加工装置の一例であり、以下図面に基づいて本発
明を詳述する。同図に示すように、仕上圧延や調質圧延
に使用される被加工物であるワークロールＡは二つの支
持台１０ａ，１０ｂにより回転可能に支持され、このう
ち図の左側の支持台１０ａには動力伝達部１１を介して
モータ等の駆動部１２の回転力が付与される。そして動
力伝達部１１を操作することにより、ワークロールＡは
所望の回転数にて回転されるようにしてある。なお、前
記諸部材は図示されていない基台上に設置されており、
これらによって支持装置が構成されている。

【００１３】前記基台には、ワークロールＡの軸線に対
して平行な図示されないガイドレールが設置されてお
り、そのガイドレールの上に台車１３が設置され、該台
車１３は図示されない駆動装置によりワークロールＡの
長手方向にその軸線に沿って平行に且つ所望の速度で移
動されるようにしてある。前記台車上には、レーザ光照
射装置が設けられている。このレーザ光照射装置は、レ
ーザ光Ｇを発振する発振器１４と、そのレーザ光Ｇをワ
ークロールＡの表面に照射するための照射ヘッド１５と
を備えている。そして照射ヘッド１５では、集光レンズ
１６で集光されたレーザ光Ｇをメカニカルチョッパ１７
によりチョッピングして、所定時間だけのパルスレーザ
光ＧがワークロールＡの表面に照射されるようにしてあ
る。また、照射ヘッド１５の集光レンズ１６の近傍には
アシストガスノズル１８が設けられており、このノズル
１８からＯ₂ 等のアシストガスをレーザ光照射位置に向
けて吹付けることにより、ワークロールＡの表面に形成
されるマイクロクレータの形状が均一になるように補助
する。

【００１４】前記レーザ光発振器１４と照射ヘッド１５
とはダクト１９で連結され、このダクト１９内にレーザ
光Ｇの光路が形成されている。このダクト１９内の光路
には第１屈曲部ａ，第２屈曲部ｂ，第３屈曲部ｃがあ
り、夫々に反射鏡２０を設けてレーザ光Ｇが屈曲して伝
送するようにしてある。そして本発明のレーザ加工装置
では、前記光路のうち第２屈曲部ｂと第３屈曲部ｃとの
間に、光エネルギ変更手段として三枚のハーフミラー１
ａ，１ｂ，１ｃが設けられている。これらのハーフミラ
ー１ａ，１ｂ，１ｃは光路中を伝送するレーザ光Ｇを所
定の透過率で透過すると共に、透過されないレーザ光Ｇ
を光路外に分岐するものである。ちなみにこの実施例で
は光路外に分岐されたレーザ光は、図示されないシャッ
ターコーン等により吸収されて外部には洩れないように
してある。なお簡単のために、前記三枚のハーフミラー
のうち、光路手前側から第１ハーフミラー１ａ，第２ハ
ーフミラー１ｂ，第３ハーフミラー１ｃと称することに
する。

【００１５】前記三枚のハーフミラーには夫々切替手段
としてのハーフミラー移動装置２ａ，２ｂ，２ｃが連設
されている。これらの移動装置２ａ，２ｂ，２ｃは夫
々、一端がハーフミラー１ａ，１ｂ，１ｃに連設された
回動アーム２１と、該回動アーム２１の他端に直交する
ように連結された回転軸２２と、該回転軸２２に取付ら
れた被動プーリ２３と、モータ等の回転駆動源２４の駆
動軸２５に取付けられた駆動プーリ２６と、両プーリ２
３，２６を連結するベルト２７とが備えられている。こ
れにより前記回転駆動源２４を回転させると、前記ハー
フミラー１ａ，１ｂ，１ｃは光路と直交する平面上で該
光路から外れたり光路に戻ったりするように移動され
る。

【００１６】次にこの実施例のレーザ加工装置の作用に
ついて説明する。まず、図２ａに示すように光路中に第
１ハーフミラー１ａと第２ハーフミラー１ｂと第３ハー
フミラー１ｃの三枚が介在されているときには、レーザ
光Ｇは夫々のハーフミラー１ａ，１ｂ，１ｃを所定の透
過率で透過し、その透過中のレーザ光Ｇは第１ハーフミ
ラー１ａでも、第２ハーフミラー１ｂでも、第３ハーフ
ミラー１ｃでも分岐されるので、第３ハーフミラー１ｃ
を透過したレーザ光Ｇはその光エネルギがかなり減少す
る。このようにして照射ヘッド１５からワークロールＡ
の表面に照射されるレーザ光Ｇの状態を条件Ｘとする。

【００１７】次に、図２ｂに示すように第１ハーフミラ
ー１ａを前記移動装置２ａにより移動して光路から外
し、該光路中には第２ハーフミラー１ｂと第３ハーフミ
ラー１ｃの二枚が介在されているときには、レーザ光Ｇ
はそれら二枚のハーフミラー１ｂ，１ｃを所定の透過率
で透過し、その透過中のレーザ光Ｇは第２ハーフミラー
１ｂと第３ハーフミラー１ｃとにより分岐されるので、
第３ハーフミラー１ｃを透過したレーザ光１５はその光
エネルギがやや減少している。このようにして照射ヘッ
ド１５からワークロールＡの表面に照射されるレーザ光
Ｇの状態を条件Ｙとする。

【００１８】次に、図２ｃに示すように第１ハーフミラ
ー１ａと第２ハーフミラー１ｂとを夫々前記移動装置２
ａ，２ｂにより移動して光路から外し、該光路中には第
３ハーフミラー１ｃだけが介在されているときには、レ
ーザ光Ｇは第３ハーフミラー１ｃを所定の透過率で透過
すると共に該第３ハーフミラー１ｃだけにより分岐され
るので、この第３ハーフミラー１ｃを透過したレーザ光
Ｇはその光エネルギが僅かに減少しているだけである。
このようにして照射ヘッド１５からワークロールＡの表
面に照射されるレーザ光Ｇの状態を条件Ｚとする。

【００１９】そして前記照射ヘッド１５のチョッパ１７
によりパルスレーザ光ＧがワークロールＡの表面に照射
されるようにし、前記支持装置の動力伝達部１１により
ワークロールＡを所定回転数で回転させながら、前記駆
動装置により照射ヘッド１５をワークロールＡの長手方
向に所定速度で移動させると、ワークロールＡの表面に
は適宜間隔ごとにレーザ光Ｇが照射される。なお、この
間隔を更に細かく補正制御する方法については、例えば
本出願人が先に提案した特公平２−２４６３６号公報等
に記載されている。

【００２０】このように制御している状態で、図１に示
すワークロールＡの左側から照射条件を前記Ｘ，Ｙ，Ｚ
の順序で変更していくと、ワークロールＡの表面には図
３のようなマイクロクレータＦが形成される。このう
ち、条件Ｘで形成されたマイクロクレータＦの深さ方向
の形状は図４ａのように、条件Ｙで形成されたマイクロ
クレータＦのそれは図４ｂのように、条件Ｚで形成され
たマイクロクレータＦのそれは図４ｃのようになる。

【００２１】これらの図から明らかなように、条件Ｘで
ワークロールＡの表面に照射されるレーザ光Ｇの光エネ
ルギはかなり小さいので、該条件Ｘにより形成されたマ
イクロクレータＦはその直径が小さく、深さも浅い。条
件ＹでワークロールＡの表面に照射されるレーザ光Ｇの
光エネルギは条件Ｘよりもやや大きいので、該条件Ｙに
より形成されたマイクロクレータＦは条件Ｘで形成され
たそれよりもその直径が大きく、深さも深い。条件Ｚで
ワークロールＡの表面に照射されるレーザ光Ｇの光エネ
ルギは条件Ｙよりも更に大きいので、該条件Ｚにより形
成されたマイクロクレータＦは条件Ｙで形成されたそれ
よりも更にその直径が大きく、深さも深い。

【００２２】このように本発明のレーザ加工方法及びそ
の装置では、ハーフミラー１ａ，１ｂ，１ｃを光路から
外したり光路に戻したりするだけで、ワークロールＡの
表面に形成されるマイクロクレータＦの大きさや形状を
任意に変更することができる。なお、この実施例では光
エネルギ変更手段としてハーフミラーを用いたが、本発
明ではこの光エネルギ変更手段として他の光部品を使用
することもでき、例えば光路として光ファイバを用い、
この光ファイバに光スイッチを接続し、スイッチングさ
れた光ファイバに光分岐器を接続し、この光分岐器によ
り分岐されたレーザ光を排除するようにしてもよい。ま
た、光ファイバにより構成された光路中に光スイッチを
設け、スイッチングされた光ファイバの光路長を変更し
て、該光路を伝送中のレーザ光の伝送損失の差により光
エネルギを変更するようにしてもよい。更には光路中に
光増幅器を介在して該光増幅器中を伝送する毎にレーザ
光の光エネルギが増加するようにして該光エネルギを変
更してもよい。

【００２３】また上記実施例ではワークロールの表面に
マイクロクレータを形成する場合についてのみ詳述した
が、本発明のレーザ加工方法及びその装置はレーザ光の
光エネルギを用いて被加工物の表面を溶融変形させるも
のであれば如何なる加工方法及び装置に適用できるもの
であり、特にその用途が限定されるものではない。更
に、上記実施例ではレーザ光によりマイクロクレータの
凹凸パターンを形成する場合についてのみ詳述したが、
該レーザ光により形成される形状はこれに限定されるも
のではない。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のレーザ加工
方法及びその装置によれば、レーザ光の光路中またはそ
の近傍に設けられた光エネルギ変更手段を、切替手段に
より該光路から外したり該光路に戻したりするように切
替えて、被加工物の表面に照射されるレーザ光の光エネ
ルギを変更することにより、該光エネルギにより溶融変
形して形成される被加工物の表面形状を任意に変更でき
る。従って従来の如く、レーザ発振器自体の発振出力を
制御する必要がなく、そのために複雑な制御を行う必要
もない。また、前記光エネルギ変更手段としてハーフミ
ラーや光分岐器や光増幅器等の光部品を用い、これらの
光部品が光路内に介在されるか或いはされないかを制御
するだけでよいので、装置の構造が簡潔になり、コスト
もさほどかからず、実用化し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ加工方法を実施化したレーザ加
工装置の一例を示す上面図である。

【図２】図１のレーザ加工方法及びその装置の作用説明
図である。

【図３】図１のレーザ加工方法及びその装置により加工
された被加工物の斜視図である。

【図４】図３の被加工物に形成された凹凸パターンの深
さ方向の形状を示す縦断面図である。

【図５】ワークロール表面に形成されたマイクロクレー
タを示すものであり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面
図である。

【図６】マイクロクレータによるダル目溝の転写状態を
示す縦断面図である。

【図７】鋼板表面に転写されたダル目溝を示すものであ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【図８】従来のマイクロクレータの模様を形成している
状態の一例を示す説明図である。

【図９】従来のマイクロクレータによる模様の他の例を
示す説明図である。

【図１０】従来のマイクロクレータによる模様の更に他
の例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃはハーフミラー（光エネルギ変更手
段） ２ａ，２ｂ，２ｃは移動装置（切替手段） １４はレーザ光発振器 １５は照射ヘッド Ａはワークロール（被加工物）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 26/08 Ｅ 7820−2Ｋ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の表面にレーザ光を照射して該
   レーザ光の光エネルギにより被加工物の表面を溶融変形
   させるレーザ加工方法において、レーザ光の光路中又は
   その近傍に設けられた光エネルギ変更手段を、該光路か
   ら外したり光路中に戻したりするように切替えて、被加
   工物の表面に照射されるレーザ光の光エネルギを変更す
   ることを特徴とするレーザ加工方法。
2. 【請求項２】 レーザ光を発振するレーザ発振器と、発
   振されたレーザ光を被加工物まで導いてその表面に照射
   する導光手段とを備えたレーザ加工装置において、前記
   導光手段中のレーザ光の光路中又はその近傍に設けられ
   た光エネルギ変更手段と、該光エネルギ変更手段を前記
   光路から外したり該光路中に戻したりする切替手段とを
   備えたことを特徴とするレーザ加工装置。