JPS6130297A - レ−ザ−加工方法 - Google Patents

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】 （１）発明の属する分野 本発明はレーザービームのエネルギーで金属等の被加工
物を表面硬化、溶接、切断等を行うレーザー加工法に関
する。

（２）従来の技術 レーザービームによる加工はレーザービームのエネルギ
ー密度が１０′ｌＷ／ｚ”と高く、捷たエネルギー密度
やエネルギー分布を任意に調節でき、被加工物の限定さ
れた場所を加工する上で非常に適切な加工方法と云える
。

ところで、とのレーザービームによる表面硬化、溶接、
切断等の加工上片も重要なことは被加工物である金属等
が、レーザービームのエネルギーを効率よく吸収してく
れることである。

しかし、金属等の表面は通常反射率が高くレーザー光の
吸収率が低いのである、 例えば、アルミニウム、τ、優、銅等の導電性クロム、
ジルコニウム、チタンで敵襲前後である。

したがってこのような吸収率の低い状態でのレーザー加
工は、レーザービームのエネ）ｖギーが非常に高い反射
損失を受けてしまい加工深さや加工速度、加工面積等に
おのずと限界を生じるのである。

従来このような見地から被加工物表面の反射率を低下さ
せる試みがなされて来た。

例えば被加工物である金属等の表面にブラスト処理、あ
るいは化学的騙蝕などを行って表面粗度を上げこの凹凸
面から反射するンーザービームを更に多数の凹凸面で反
射をくり返させて金属等の表面に吸収させる方法がある
。

しかしこの方法では金属表面の熱吸収率は少しは高瞥る
ものの、レーザービームは数回の反射屈折後そのほとん
どのエネルギーが外部に放散されるため、熱吸収率が充
分に高められない。

さらに、液加−工物である金属等の表面にシん酸塩皮膜
を形成させたυ、カーボンブラックやシん化亜鉛、金属
酸化物等をコーティングする方法もとられているが、こ
れらの多くは被加工物である金属等の溶融物、すなわち
溶融金属との濡れ性が良く、また固溶体や化合物を作シ
易く、加工後の被加工物の機械的性質や化学的性質に悪
影響を与えることが多かった、 （３）発明の構成および作用 本発明者等は上記の如き従来方法の諸欠点を除去し得る
レーザービーム加工方法を開発するべく鋭意研究した結
果本発明に達したのである、すなわち本発明は被加工物
の表面に必須成分として層状結晶格子構造物質を含有す
る被覆層を直接又は間接的に形成させたの゛ち、加工す
ることを特徴とするレーザー加工方法を要旨と号るもの
である。

つ捷り本発明は被加工物の表面に必須成分としてフッ化
黒鉛、２硫化タングステン、窒化ホウ素、２硫化モリブ
デン等のいわゆる層状結晶格子構造物質の１種又は２種
以上を含有する被覆層を形成させてのち加工を行なう方
法である。

本発明において被覆層は層状結晶格子構造物質のみから
なる層であってもよいし、均一な被覆層を得るために、
適宜の揮発性溶剤、分散剤また水に分散させる時は防錆
剤、防腐剤、乾燥助剤としてアルコールやその他の水溶
性溶剤、ノベリング剤等を適宜加えてもよいし、さらに
被加工物と層状結晶格子構造物質の結着性を付与するた
めに各種の合成樹脂、油脂、高沸点溶剤、界面活性剤等
の有機質結着用助剤や、粘土、ケイ酸ソーダ等の無機質
結着用助剤を加えることも可能である。

本発明における必須成分としての層状結晶格子構造物質
は前記した如く、フッ化黒鉛、２硫化タングステン、窒
化ホウ素、２硫化モリブデン等があげられるが、特にそ
の中でも窒化ホウ紫がすぐれた効果を得るものである。

さらに本発明方法において前記層状結晶格子構造物質の
被＠層と被加工物との間に他の物質、例えば必要に応じ
て溶接用フラックス剤やサブマージ、溶接によく使用さ
れるメタルパウダーを介在させてもよく、これによって
被加工物の酸化防止や加工面の形状が美麗になる場合も
ある。

また前記層状結晶格子構造物質をあらかじめコーティン
グしたテープやシート状のものを被加工物に貼付しても
よく、この場合このようなテープやシート状のものをあ
らかじめ別途に連光な寸法、形状に作っておくことによ
り、被加工物に貼つけるだけで前記層状結晶格子構造物
質の被覆層を形成することができる様になる。

本発明における層状結晶格子構造物質は、耐熱性、電気
絶縁性、溶融金属に濡れにくく不活性、加工後の離型性
等のきわめてすぐれたものであシ、かつ被加工物の接触
部表面の粗度に応じて隙間なく配向する自己潤滑性によ
シ、たとえ前記層状結晶格子構造物質の被覆層の厚みが
薄くても、被加工物表面を完全に隠ぺいすることができ
るものである。

以上、詳述した如く本発明によれば従来の方法に比べて
はるかに優れたレーザー加工方法が実用的に可能となる
ものであって、その具体的な利点を列挙すれば以下の如
くである。

（ａ）加工に先立ち、従来の金属等の表面にブラスト処
理をしたシ、化学的腐蝕をさせたりするような労力と時
間のかかる予備作業が不要である。

（ｂ）　　単に被加工物表面に塗布器具等でコーティン
グするか、テープやシート状にして貼つけるだけで被加
工物表面の熱吸収率を確実に高められる。

（Ｃ）被覆層は被加工物である金属等の溶融黒付−近ま
で耐熱性があシ、被加工物の加工可能温度まで適当な熱
吸収率を維持させる。

（ｄ）被加工物である金属等の溶融が始まっても、溶融
金属に濡れにくく、不活性であるため、加工中の加工面
への固溶や化学反応を起こさず、健全な加工面を与える
。

（ｅ）加工後被加工物との離型性が良いため、ウェス等
でこするだけで加工後の残渣を容易に取シ除くことがで
きる。

（４）実施例　１ 被加工物・・・機械構造用炭素鋼材（ｆ９４５Ｃ）被覆
層・・・層状結晶格子構造物質として窒化ホウ素の粉末
を溶剤に分散させた ものを被加工物の表面に均一にス ブンー塗布。

上記条件にて被覆層を形成させた被加工物を後述する条
件でレーザー加工を行ない本発明方法とした。

なお、比較のため従来方法として下記の３点を同時にテ
ストした。

従来方法Ａ・・・被加工物無処理 従来方法Ｂ・・−”ｓ　ｏ　ｏサンドペーパー％４従来
方法Ｃ・・・シん酸マンガン処理 加工条件 出力４５０Ｗ炭酸ガスＶ−チー光を適当な光学系にて絞
シ、その盈点のごく近傍に前記鋼材試料を置き、露光を
行った。

なお、鋼材試料は０．．６’ｍ／令の速度で連続的に移
動させられている。

評価方法 露光を終えた試料の表面および表面よシ材料中心に向っ
て中心切断面の断面を研磨し、研磨面を塩化第２銅でエ
ツチングし、マイクロビノカーヌ硬度計で硬化層域の測
定を行い、焼入硬化断面積り）を焼入れ硬化中位）と焼
入硬化深さくｄ）の関整数として Ｓ＝”／４ＸＷＸｄ で計算し、従来方法Ａの無処理の被加工物の硬化断面積
を１として、他はそれに対する比としてその値を求めた
、その結果を第１表に示す。

第１表 実施例　２　。

実施例１において使用した窒化ホウ素の代シに、フッ化
黒鉛、２硫化タンクステン、２硫化モリブデンを１史用
してそれぞれ実施例】と同じ形状、材質の被加工物の表
面に、加工に先立ってそれぞれ同様に揮発性溶剤に分散
させたものを塗布してから、実施例１と同し条件でレー
ザー加工を行なった、 この加工後のものを実施例１と同様にして焼入硬化ＩＶ
：Ｆｒ面積を計算し、同じ〈実施例】における従来方法
Ａ（無想μｍ１）の被加工物の硬化断面積を１として、
それぞれの値を求めた、その結果を第２表に示す。

第１表より、窒化ホウ素を塗布したものは従来方法と比
べてきわめてすぐれた結果を示し、第２表より、窒化ホ
ウ素以外の層状結晶格子構造物質であっても、窒化ホウ
素はどではないが、いずれも従来方法よシ非常にすぐれ
た結果が得られていることが判るのである。

捷だ、実施例１及び２とも加工後の＠渣は本発明方法の
場合、ウェスで簡単に拭き取るだけで完全に除去できた
が、従来方法Ｃの場合は硬いスラク状残渣が残すウエス
では拭き取ることはできなか−た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工物の表面に必須成分として層状結晶格子構造
   物質を含有する被覆層を直接又は間接的に形成させたの
   ち、加工すること を特徴とするレーザー加工方法。 ２、層状結晶格子構造物質が窒化ホウ素である特許請求
   の範囲第１項記載のレーザー加工方法。