JPH04178285A - レーザ加工方法 - Google Patents
レーザ加工方法Info
- Publication number
- JPH04178285A JPH04178285A JP2304766A JP30476690A JPH04178285A JP H04178285 A JPH04178285 A JP H04178285A JP 2304766 A JP2304766 A JP 2304766A JP 30476690 A JP30476690 A JP 30476690A JP H04178285 A JPH04178285 A JP H04178285A
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- Japan
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- laser
- laser beam
- angle
- degrees
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
（産業上の利用分野）
この発明は、レーザ光を照射することによって被加工材
の加工面を加工するのに利用されるレーザ加工方法に関
する。 （従来の技術） 一般にレーザ加工の対象となる金属材料はレーザ光の吸
収率が低く、従来から、照射したレーザ光のエネルギを
如何に効率よく被加工材に伝達し、被加工材の温度を上
昇させ、そして溶融するかが大きな課題となっている。 例えば、レーザ光の高反射材の一つであるアルミニウム
材の加工においては、反射によって失われるエネルギを
、投入するパワーを大きくすることで補う必要があるた
め、高出力のレーザを用いざるを得ないことが多い。 また、吸収率を向上させる手段としては、表面をレーザ
光吸収率の高い物質で被覆するというのが一般的に行わ
れている（例えば、「レーザ加工技術」 昭和６０年１
月２８日 日刊工業新聞社発行 第７７頁 表４・１）
が、吸収材の被覆。 除去の工程を必要とする等の問題がある。 一方、レーザ光の吸収率は被加工材に対する入射角に依
存しており、各材料、レーザ光波長に固有のブリュース
タ角において吸収率が最大値を持つことか知られている
。これはブリュースタ効果とよばれるもので、この効果
を利用することにより表面に吸収材の被覆を施すことな
く吸収率の向上を図ることが可能である。 例えば、第５図は各入射角度におけるアルミニウム材に
対する炭酸ガスレーザ光の吸収率を示したものである。 第５図より明らかなように、およそ８９゜５度で最大値
を持ち、８５〜８９．６度の範囲で１０％以上と、０度
で入射したときの１０倍以上に相当する吸収率を示す。 第４図はブリュースタ効果を利用したレーザ加工の一例
を示すものである。 第４図において、１１は被加工材、１１ａは被加工材１
１の加工面、１２は図示していないレーザ発振器より導
かれたレーザ光、１３および１４は円筒凹面鏡、１５は
加工部である。 この場合、被加工材１１をレーザ光１２の入射角がブリ
ュースタ角付近となるように傾斜させて設置してあり、
傾斜した被加工材１１の加工面１１ａ上で所望のビーム
形状が得られるように互いに直交させた円筒凹面鏡１３
．１４を用いてビームの成形を行っている。この状態で
被加工材１１ないしはレーザ光１２を相互に移動するこ
とによって被加工材１１を加熱して加工を行うことによ
り加工部１５が得られる。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のレーザ加工方法におい
ては、入射光に対して被加工材１１を９０度近くまで傾
けて設置する必要があるため、被加工材１１のわずかな
位置のずれによってレーザ光１２の照射位置が大きくず
れてしまうという欠点があった。 また、同様の原因から、被加工材１１のわずかな傾斜角
度のずれによって、被加工材１１の加工面１１ａ上にお
けるビーム形状が大きく変化するとともにパワー密度も
変化してしまい、照射条件を一定に保つのが困難で、安
定した加工を行うことができないという欠点があった。 したがって、これらの欠点を解決することが課題となっ
ていた。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、レーザ光を被加工材の加工面に対し直交する
方法から照射したときに、被加工材の加工面に対するレ
ーザ光の入射角度がブリュースタ角付近となるようにし
て、前述した従来の欠点を解決することを目的としてい
る。
の加工面を加工するのに利用されるレーザ加工方法に関
する。 （従来の技術） 一般にレーザ加工の対象となる金属材料はレーザ光の吸
収率が低く、従来から、照射したレーザ光のエネルギを
如何に効率よく被加工材に伝達し、被加工材の温度を上
昇させ、そして溶融するかが大きな課題となっている。 例えば、レーザ光の高反射材の一つであるアルミニウム
材の加工においては、反射によって失われるエネルギを
、投入するパワーを大きくすることで補う必要があるた
め、高出力のレーザを用いざるを得ないことが多い。 また、吸収率を向上させる手段としては、表面をレーザ
光吸収率の高い物質で被覆するというのが一般的に行わ
れている（例えば、「レーザ加工技術」 昭和６０年１
月２８日 日刊工業新聞社発行 第７７頁 表４・１）
が、吸収材の被覆。 除去の工程を必要とする等の問題がある。 一方、レーザ光の吸収率は被加工材に対する入射角に依
存しており、各材料、レーザ光波長に固有のブリュース
タ角において吸収率が最大値を持つことか知られている
。これはブリュースタ効果とよばれるもので、この効果
を利用することにより表面に吸収材の被覆を施すことな
く吸収率の向上を図ることが可能である。 例えば、第５図は各入射角度におけるアルミニウム材に
対する炭酸ガスレーザ光の吸収率を示したものである。 第５図より明らかなように、およそ８９゜５度で最大値
を持ち、８５〜８９．６度の範囲で１０％以上と、０度
で入射したときの１０倍以上に相当する吸収率を示す。 第４図はブリュースタ効果を利用したレーザ加工の一例
を示すものである。 第４図において、１１は被加工材、１１ａは被加工材１
１の加工面、１２は図示していないレーザ発振器より導
かれたレーザ光、１３および１４は円筒凹面鏡、１５は
加工部である。 この場合、被加工材１１をレーザ光１２の入射角がブリ
ュースタ角付近となるように傾斜させて設置してあり、
傾斜した被加工材１１の加工面１１ａ上で所望のビーム
形状が得られるように互いに直交させた円筒凹面鏡１３
．１４を用いてビームの成形を行っている。この状態で
被加工材１１ないしはレーザ光１２を相互に移動するこ
とによって被加工材１１を加熱して加工を行うことによ
り加工部１５が得られる。 （発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のレーザ加工方法におい
ては、入射光に対して被加工材１１を９０度近くまで傾
けて設置する必要があるため、被加工材１１のわずかな
位置のずれによってレーザ光１２の照射位置が大きくず
れてしまうという欠点があった。 また、同様の原因から、被加工材１１のわずかな傾斜角
度のずれによって、被加工材１１の加工面１１ａ上にお
けるビーム形状が大きく変化するとともにパワー密度も
変化してしまい、照射条件を一定に保つのが困難で、安
定した加工を行うことができないという欠点があった。 したがって、これらの欠点を解決することが課題となっ
ていた。 （発明の目的） この発明は、このような従来の課題にかんがみてなされ
たもので、レーザ光を被加工材の加工面に対し直交する
方法から照射したときに、被加工材の加工面に対するレ
ーザ光の入射角度がブリュースタ角付近となるようにし
て、前述した従来の欠点を解決することを目的としてい
る。
（課題を解決するための手段）
この発明は、被加工材の加工面に直線偏光のレーザ光を
Ｐ偏光の向きにしてブリュースタ角付近の入射角度で照
射し、被加工材を加熱することによる溶融を伴うレーザ
加工を行うに際し、レーザ照射前の被加工材の加工面上
に、ピッチが１００μｍ〜２ｍｍ、加工面に対する傾斜
角が７０〜８９度である傾斜面を形成しておき、被加工
材の加工面に対するレーザ光の入射角度を０度ないしは
その近傍としてレーザ加工を行う構成としたことを特徴
としており、必要に応じて採用される実施態様において
は、レーザ照射中の任意の時刻におけるレーザ光被照射
部の任意の位置“ｉ”における吸収率をＡ（ｉ）、面積
率をＳ （ｉ）としたとき、加工面に対するレーザ光の
入射角度が０度におけるレーザ光被照射部のＡ （ｉ）
ｘｓ （ｉ）の総和が０．１以上であるようにしたこと
を特徴としており、このようなレーザ加工方法に係わる
発明の構成を前述した従来の課題を解決するための手段
としている。 この発明に係わるレーザ加工方法において、傾斜面のピ
ッチの下限を１００μｍとしたのは、１００μｍ未満で
はレーザ光の回折が大きくなり、所望の入射角を得られ
難くなるためである。また、上限を２ｍｍとしたのは、
２ｍｍ超過ではレーザ照射後も傾斜面形状が溶融しきれ
ずに残ってしまう可能性があるためである。さらに、傾
斜面の傾斜角の範囲を７０度〜８９度としたのは、この
範囲で入射角０度における吸収率の１０倍以上の吸収率
が得られ、実用に値するブリュースタ効果が得られるた
めである。さらにまた、レーザ照射中の任意の時刻にお
けるレーザ光被照射部の任意の位置“ｉ “での吸収率
をＡ（ｉ）、面積率を５（ｉ）としたとき、Ａ （ｉ）
ｘＳ （ｉ）の総和が０．１以上であるようにするのが
望ましいのも、前述したと同様に入射角０度における吸
収率が大きなものとなるからである。 （発明の作用） この発明に係わるレーザ加工方法は、上記した構成を有
しているものであるから、レーザ光を被加工材の加工面
に対し直交する方向から照射したときでも、被加工材の
加工面に対するレーザ光の入射角度がブリュースタ角付
近となるので、被加工材を傾けて設置しなくともレーザ
光の吸収率が大きなものとなり、レーザ光のエネルギが
効率よく加工材に伝達されて、エネルギ損失の小さい効
果的なレーザ加工が行われるようになる。 （実施例） 以下、この発明を図面に基づいて説明する。 第１図はこの発明に係わるレーザ加工方法の一実施例を
示すものであり、第２図は第１図の要部拡大図である。 第１図において、１はアルミニウム合金よりなる被加工
材、１ａは被加工材１の加工面、２は図示してないレー
ザ発振器より導かれたレーザ光、３は平凸レンズであり
、第２図に示すように、被加工材１の加工面ｌａ上に、
ピッチ１ｍｍ、被加工材１の加工面１ａに対する傾斜角
度８５〜８９度の傾斜面４があらかじめ多数形成しであ
る。 このように、レーザ加工を行う前にあらかじめ傾斜面４
を多数形成しておき、被加工材１の加工面１ａに対して
入射角０度でレーザ光２を入射したとき、被加工材１の
加工面１ａに傾斜面４が形成されているため、実際のレ
ーザ光２の入射角は傾斜面４の傾斜角度であり、アルミ
ニウム合金材のブリュースタ角が８９．５度であること
を考慮して傾斜面４の傾斜角を８５〜８９度に設定する
ことにより、レーザ光２の持つエネルギは傾斜面４に１
０％以上の吸収率で吸収され、この傾斜面４を通じて被
加工材１に伝達される。そして、傾斜面４は、被加工材
１が溶融するとともに消失し、従来の加工法で得られる
加工面と同様の平面に近い加工面をもつ加工部５が得ら
れる。このとき、いったん溶融したアルミニウム材はほ
ぼ１００％近い吸収率をもつことが知られているので、
溶融後の被加工材１の表面形状の変化による入射角度の
変化については考慮する必要はない。 このように、本発明によるレーザ加工方法では、被加工
材１を傾斜させる必要がないため、被加工材１の位置ず
れによる加工位置のずれを最小にできる。また、傾斜角
度のずれによる照射条件の大幅な変化を避けることがで
きるため、安定したレーザ加工が可能となる。 第３図はこの発明に係わるレーザ加工方法を実施したア
ルミニウム合金の断面金属組織を示す。 第３図に示すように、この発明に係わるレーザ加工方法
では照射条件が不安定になり難いので、安定した溶融部
が得られることが認められた。
Ｐ偏光の向きにしてブリュースタ角付近の入射角度で照
射し、被加工材を加熱することによる溶融を伴うレーザ
加工を行うに際し、レーザ照射前の被加工材の加工面上
に、ピッチが１００μｍ〜２ｍｍ、加工面に対する傾斜
角が７０〜８９度である傾斜面を形成しておき、被加工
材の加工面に対するレーザ光の入射角度を０度ないしは
その近傍としてレーザ加工を行う構成としたことを特徴
としており、必要に応じて採用される実施態様において
は、レーザ照射中の任意の時刻におけるレーザ光被照射
部の任意の位置“ｉ”における吸収率をＡ（ｉ）、面積
率をＳ （ｉ）としたとき、加工面に対するレーザ光の
入射角度が０度におけるレーザ光被照射部のＡ （ｉ）
ｘｓ （ｉ）の総和が０．１以上であるようにしたこと
を特徴としており、このようなレーザ加工方法に係わる
発明の構成を前述した従来の課題を解決するための手段
としている。 この発明に係わるレーザ加工方法において、傾斜面のピ
ッチの下限を１００μｍとしたのは、１００μｍ未満で
はレーザ光の回折が大きくなり、所望の入射角を得られ
難くなるためである。また、上限を２ｍｍとしたのは、
２ｍｍ超過ではレーザ照射後も傾斜面形状が溶融しきれ
ずに残ってしまう可能性があるためである。さらに、傾
斜面の傾斜角の範囲を７０度〜８９度としたのは、この
範囲で入射角０度における吸収率の１０倍以上の吸収率
が得られ、実用に値するブリュースタ効果が得られるた
めである。さらにまた、レーザ照射中の任意の時刻にお
けるレーザ光被照射部の任意の位置“ｉ “での吸収率
をＡ（ｉ）、面積率を５（ｉ）としたとき、Ａ （ｉ）
ｘＳ （ｉ）の総和が０．１以上であるようにするのが
望ましいのも、前述したと同様に入射角０度における吸
収率が大きなものとなるからである。 （発明の作用） この発明に係わるレーザ加工方法は、上記した構成を有
しているものであるから、レーザ光を被加工材の加工面
に対し直交する方向から照射したときでも、被加工材の
加工面に対するレーザ光の入射角度がブリュースタ角付
近となるので、被加工材を傾けて設置しなくともレーザ
光の吸収率が大きなものとなり、レーザ光のエネルギが
効率よく加工材に伝達されて、エネルギ損失の小さい効
果的なレーザ加工が行われるようになる。 （実施例） 以下、この発明を図面に基づいて説明する。 第１図はこの発明に係わるレーザ加工方法の一実施例を
示すものであり、第２図は第１図の要部拡大図である。 第１図において、１はアルミニウム合金よりなる被加工
材、１ａは被加工材１の加工面、２は図示してないレー
ザ発振器より導かれたレーザ光、３は平凸レンズであり
、第２図に示すように、被加工材１の加工面ｌａ上に、
ピッチ１ｍｍ、被加工材１の加工面１ａに対する傾斜角
度８５〜８９度の傾斜面４があらかじめ多数形成しであ
る。 このように、レーザ加工を行う前にあらかじめ傾斜面４
を多数形成しておき、被加工材１の加工面１ａに対して
入射角０度でレーザ光２を入射したとき、被加工材１の
加工面１ａに傾斜面４が形成されているため、実際のレ
ーザ光２の入射角は傾斜面４の傾斜角度であり、アルミ
ニウム合金材のブリュースタ角が８９．５度であること
を考慮して傾斜面４の傾斜角を８５〜８９度に設定する
ことにより、レーザ光２の持つエネルギは傾斜面４に１
０％以上の吸収率で吸収され、この傾斜面４を通じて被
加工材１に伝達される。そして、傾斜面４は、被加工材
１が溶融するとともに消失し、従来の加工法で得られる
加工面と同様の平面に近い加工面をもつ加工部５が得ら
れる。このとき、いったん溶融したアルミニウム材はほ
ぼ１００％近い吸収率をもつことが知られているので、
溶融後の被加工材１の表面形状の変化による入射角度の
変化については考慮する必要はない。 このように、本発明によるレーザ加工方法では、被加工
材１を傾斜させる必要がないため、被加工材１の位置ず
れによる加工位置のずれを最小にできる。また、傾斜角
度のずれによる照射条件の大幅な変化を避けることがで
きるため、安定したレーザ加工が可能となる。 第３図はこの発明に係わるレーザ加工方法を実施したア
ルミニウム合金の断面金属組織を示す。 第３図に示すように、この発明に係わるレーザ加工方法
では照射条件が不安定になり難いので、安定した溶融部
が得られることが認められた。
以上説明してきたように、この発明に係わるレーザ加工
方法によれば、レーザ照射前の被加工材の加工面上に、
ピッチが１００μｍ〜２ｍｍ、加工面に対する傾斜角が
７０〜８９度である傾斜面を形成しておき、被加工材の
加工面に対するレーザ光の入射角度を０度ないしはその
近傍としてレーザ加工を行う構成としたから、被加工材
を傾斜させることなく、レーザ光を被加工材の加工面に
対し直交する方向から照射したときでも、被加工材の加
工面に対するレーザ光の入射角度がブリュースタ角付近
となるので、レーザ光の吸収率を向上させることができ
、レーザ光のエネルギが効率よく被加工材に伝達されて
、エネルギ損失の小さいレーザ加工が行われるようなる
。その結果、被加工材の位置ずれや角度ずれの影響を最
小にすることができ、安定したレーザ加工が可能になる
という著しく優れた効果がもたらされる。
方法によれば、レーザ照射前の被加工材の加工面上に、
ピッチが１００μｍ〜２ｍｍ、加工面に対する傾斜角が
７０〜８９度である傾斜面を形成しておき、被加工材の
加工面に対するレーザ光の入射角度を０度ないしはその
近傍としてレーザ加工を行う構成としたから、被加工材
を傾斜させることなく、レーザ光を被加工材の加工面に
対し直交する方向から照射したときでも、被加工材の加
工面に対するレーザ光の入射角度がブリュースタ角付近
となるので、レーザ光の吸収率を向上させることができ
、レーザ光のエネルギが効率よく被加工材に伝達されて
、エネルギ損失の小さいレーザ加工が行われるようなる
。その結果、被加工材の位置ずれや角度ずれの影響を最
小にすることができ、安定したレーザ加工が可能になる
という著しく優れた効果がもたらされる。
第１図はこの発明に係わるレーザ加工方法の一実施例を
示す斜面説明図、第２図は第１図の要部拡大説明図、第
３図は本発明に係わるレーザ加工方法に従って再溶融処
理を行ったアルミニウム合金の断面金属組織写真、第４
図は従来のレーザ加１方法を示す斜面説明図、第５図は
アルミニウムに対する炭酸ガスレーザ光の吸収率を示し
たグラフである。 １・・・被加工材、１ａ・・・加工面、２・・・レーザ
光、４・・・傾斜面。 特許出願人 日産自動車株式会社
示す斜面説明図、第２図は第１図の要部拡大説明図、第
３図は本発明に係わるレーザ加工方法に従って再溶融処
理を行ったアルミニウム合金の断面金属組織写真、第４
図は従来のレーザ加１方法を示す斜面説明図、第５図は
アルミニウムに対する炭酸ガスレーザ光の吸収率を示し
たグラフである。 １・・・被加工材、１ａ・・・加工面、２・・・レーザ
光、４・・・傾斜面。 特許出願人 日産自動車株式会社
Claims (1)
- （１）被加工材の加工面に直線偏光のレーザ光をＰ偏光
の向きにしてブリュースタ角付近の入射角度で照射し、
被加工材を加熱することによる溶融を伴うレーザ加工を
行うに際し、レーザ照射前の被加工材の加工面上に、ピ
ッチが１００μｍ〜２ｍｍ、加工面に対する傾斜角が７
０〜８９度である傾斜面を形成しておき、被加工材の加
工面に対するレーザ光の入射角度を０度ないしはその近
傍としてレーザ加工を行うことを特徴とするレーザ加工
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2304766A JPH04178285A (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | レーザ加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2304766A JPH04178285A (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | レーザ加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04178285A true JPH04178285A (ja) | 1992-06-25 |
Family
ID=17936971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2304766A Pending JPH04178285A (ja) | 1990-11-09 | 1990-11-09 | レーザ加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04178285A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017189823A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 成形装置、及び成形方法 |
| JP2018111105A (ja) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | ファナック株式会社 | 複合加工方法及び複合加工プログラム |
-
1990
- 1990-11-09 JP JP2304766A patent/JPH04178285A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017189823A (ja) * | 2016-04-11 | 2017-10-19 | 株式会社豊田中央研究所 | 成形装置、及び成形方法 |
| JP2018111105A (ja) * | 2017-01-10 | 2018-07-19 | ファナック株式会社 | 複合加工方法及び複合加工プログラム |
| US10695871B2 (en) | 2017-01-10 | 2020-06-30 | Fanuc Corporation | Combined machining method and computer readable medium |
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