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    公开号:WO1988006504A1
    申请号:PCT/JP1988/000194
    申请日:1988-02-24
    公开日:1988-09-07
    发明作者:Katsuhiro Minamida；Junya Suehiro
    申请人:Nippon Steel Corporation；
    IPC主号:C21D9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 ノ、。ルス レーザによるダルロール加工方法および装置 〔技術分野〕
    [0002] 本発明はパルス レーザ光を利用したロール等の製品表面の ダル加工法および装置に関し、 特に Qスィ ツチレーザのパル ス波形を制御してダル加工に適した条件で加工するパルス レ —ザによるダルロール加工方法および装置に係るものである
    [0003] 〔背景技術〕
    [0004] ロールのダル加工法としては、 ショ ッ トブラス ト法、 放電 加工法やレーザを用いてロール表面を加工する方法などがあ る。
    [0005] レーザを用いてロール表面のダル加工を行う装置について は、 特公昭 58 - 25557号、 特公昭 60 τ 2156号により公告されて いる。 特公昭 58 - 25557号公報および特公昭 60— 2156号公報に 記載の装置は、 Y A G レーザ、 ルビー レーザなどの光源を Q ス ィ ッ チを用いてパルス レーザを発生させてロール表面のダ ル加工を行う装置で、 被加工ロール表面へ投射する レーザ光 分配集光器を設けたこ と （特公昭 58 - 25557号公報） 、 こ の レ 一ザ光分配集光器より投射する レーザ光のパルス数をダル形 状に応じて制御すること （特公昭 60 - 2156号公報） を特徴と している。
    [0006] しかして、 ロール表面のダ 加工においては、 所定の周.波 数、 パルス幅、 尖頭値などをもつパルス レーザを用いて、 口 ール表面に周期的な加工を施す必要がある。 このよ うなパル ス レーザ出力を得る方法としては、 第 2図に示したように連 続発振 （ C W》 レーザ出力を機搣的光学装置 （チヨ ツバ—、 シャ ッ タ ー等） でパルス化する方法と、 パルス励起によるパ ルス レーザ励起、 あるいは Qスィ ツ チパルスによるバルス レ —ザ （第 3図） を使用する方法がある。
    [0007] Qスィ ツチパルスは機械装置を必要としないため、 前者に 比較して装置が小型、 簡素化出来ると同時に、 周波数制御が 容易でかつ制御範囲が広いという特徴を有している。 しかし ながら、 Qスィ ツチは第 4 a図、 第 4 b図に示しているよう に周波数を変化させると、 発振励起条件が変化するため、 パ ルス波形や尖頭出力などが同時に変化し、 安定したダル加工 が出来ない。 また第 1 a図に示したように先頭パルスの尖頭 値 （ P ！）が後続のパルス （ P Ζ , P £ 3 , P 4 )より も 極度に大き く なる。 更に、 一般的に通常の Qスィ ッ チパルス は平均パルス尖頭値 ( P £ p = P £ ι + Ϋ 8. z + P J2 3 + P ^ 4 / 4 ) が 10 5〜10 3 ワ ッ ト （ w ) 、 半値幅 （ t p ) が 1 ^秒以下であり、 （尖頭値をパワー強度 （w Z oi ) に換箕 したものを第 5'図に示す)ダル加工に適した加工 （穴あけ） 領 域ではないなどの短所を有している。 即ち、 第 7図 （ a ) に 示すように加工部分が蒸発してク レータ一伏の穴が形成され ない （表面凸部 h及び凹部 d共 1卿以下） 。
    [0008] 前述した特公昭 58 - 25557号公報および特公昭 60 - 2156号公 報はいずれも上記短所の解決法について何も示していない。 また、 圧延機のロール表面をダル加工する他の公知例として 特公昭 61 - 28436号公報、 米国特許第 4 , 329 , 562号公報がある 特公昭 61 - 28436号公報は透過区域と反射区域を有する回転円 板で 2本の間欠的光束をロール表面に集束する方法を示し、 米国特許第 4 , 329 , 562号公報は圧延機のロ ール表面に特定の モチー フ又はモチー フの模様を形成する方法を開示している しかしながら、 これらの公報も上記 Qス ィ ツチパルス レーザ の短所を改善する も のではない。 〔発明の開示〕
    [0009] そこで本発明は上記に示した Qスィ ッチパルス レーザの短 所であるパルス波形の不均一性および尖頭値、 半値幅の値を 口一ルダル加工に適した領域に制御し、 単一パルスのみなら ずパルス群としての制御性を良く して適正な形状の孔を能率 良く ロール表面に加工しょう とする ものである。
    [0010] 以下、 本発明を詳し く 説明する。
    [0011] 先ず、 Qス ィ ツ チパルス レーザの発生の機構について、 第 3 図を用いて説明する。 即ち反射鏡 3 , 4の中間に位置したレ 一ザロ ッ ド 1 に所望の励起エ ネルギー （光源） を連続的に付 加しておき、 レーザロ ッ ド 1 と反射鏡 4 との間にレーザ発振 光軸に対し或る角度をも って配置された溶融石英、 収体、 電気音響素子からなる Qスィ ッチ素子 2 に、 高周波信号源
    [0012] ( R F ) 5 からの高周波信号 （ R F出力変調用信号で変調さ れている） を与えると溶融石英内部に回折格子が形成され回 折光 6が発生する。 その結果発搌器 7内部における損失が増大し、 レーザロ ッ ド 1 にエネルギ―が蓄積される。 次に Qスィ ツチ素子 2 に印 加していた R Fを R F出力変調用信号で 0 F Fにすると溶融 石英内の回折格子が消減、 西折光 6が消失し、 発振器 7 の損 失が減少する。 その锆果、 レーザ α ッ ド 1 に蓄積されたェネ ルギ一が瞬時に放光され高い尖頭値を有する レ一ザパルスが 得られる。 即ち第 6図に示したようにレーザロ ッ ド 1に E max のエネルギーが蓄積されており 、 これが Emin(^ O w) に瞬 時に放出されるとレーザ出力は P m in から P max の高い尖頭 値を有する レーザパルスを形成する。
    [0013] そこで本発明者等はレーザ口 ッ ド 1 のエネルギー蓄積状態 (Emax)を制御することにより、 後続パルスの尖頭値および 半値幅等を制御できると考え以下の具体的な手段を検討した。
    [0014] ① 'レーザ口 ッ ド 1を励起させる光源励起エネルギーを減 少させる方法； この方法は最も簡単な方法であるが第 1 a図 のよゔ.に複数のパルスをグルーピングして発生させる場合は 励起エネルギー低下とともに後続パルス P 2 〜 P 4 が消失し、 加工に必要なパルス数を確保出来ないことが判明した。
    [0015] ② パルスォフ時の発振器損失を低減させレーザロ ッ ド 1 内のエネルギーの過剰な蓄積を抑制する方法； この方法は第
    [0016] 6図の E max - E m i n ( ^ 0 w ) の値を減少させる、 即ち E max を小さ くする方法であるが、 これは次の 3つの方法が考えら れる。
    [0017] ②ー 1 ： Qスイ ツチ素子 2 の取付け角度、 位置を変える方 ②— 2 ： レーザロ ッ ド 1 への励起エネルギーを Qスィ ツ チ 素子 2 の透過阻止上限以上に高 る方法。
    [0018] ②ー 3 ： Qスィ ッチ素子 1 に印加する R Fのパワ ーを低下 する方法。
    [0019] 実験の結果上記 3つのいづれの方法によっても、 第 1 b図 のような定常的な連続出力 Pが発生し、 全出力 Ρ τ に対する もれ出力 P L の比率はこれらの方法によって調整出来ること、 先頭パルス P , の尖頭値が減少し （ P , < P t )、 これに伴 、グループ内パルス尖頭値 P！ 〜 P i を同レベルに調整する ■ ことが可能となること、 パルス半値幅 t pが広く なる （ t p > t p ) ことを見い出した。 尚②— 1 の方法は角度、 位置 の調整に非常に高度の技術を要すること、 ②ー 2 の方法はェ ネルギ一の消費.量が多 く なるなどの欠点があり、 ② - 3 の方 法が最も簡単で望ましい方法である。
    [0020] 即ち、 Qスィ ッチ素子 2 に印加する R F出力を減少させると、 レーザロ ッ ド 1 内の全出力 P T内に占め'るもれ出力 Ρ ι_ の比 率が増大する。 これを図示したのが第 8図で、 全平均出力 P Tを 7 0 〔 w〕 、 最大 R F出力を 5 0 〔 w〕 の場合での R F出力ともれ出力との関係を示している。
    [0021] これを見ると、 R F出力が 4 0 w以下になると急激にもれ出 力が増加することがわかる。
    [0022] また、 パルス尖頭値 P P に寄与するのは、 P T と P L の差 △ P (第 8図 Δ Ρ = Ρ Τ - P L ) であるので、 もれ出力 P L を増加させるこ とによりパルス尖頭値 P P を低減すること力く できる。 これを図示したのが、 第 9図で、 もれ出力 P L と平 均パルス尖頭値下丁 およびパルス半値幅 t の関係を示して いる。 これによれば、 もれ出力 P L が増大すると、 カーブ A に従い平均パルス尖頭値 7 が減少し、 また、 カーブ Bに従 い、 パルス半値幅が增加する。
    [0023] 即ち、 本究明に従い、 R F出力を減少することにより、 も れ出力を増大せしめ.、 これにより平均パルス尖頭値を低減し て先頭パルス尖頭値を减少せしめ、 グループ内の他のパルス 尖頭値と同じレベルに調整することができる。 更に、 パルス 半値幅を広く することができるので、 本発明によってロール 表面のダル加 ]:を行う と所望の形状のク レーター状穴を形成 することができる。 か る孔を図示したのが第 7図 （ b ) で あって、 ク レーター状穴 1 1および、 もれ出力による熱影響 部 1 2が口一ル表面に形成される。 このク レーター状穴の凸 部により、 圧延鋼板に所定の粗度を付与できる。
    [0024] なお、 上記熱影響部 1 2 は凹凸を伴わないので鐧板圧延に 支障はない。
    [0025] 〔図面の簡単な説明〕
    [0026] 第 1 a図および第 1 図はそれぞれ通常法および本発明に よる Qスィ ッチパルス波形の比較を示す波形図、 第 2図は機 械装置 （チヨ ツバ—） による連繞レーザ光のパルス化の方法 を示す斜視図、 第 3図は Qスィ ッチ素子を含む固体レーザ発 振器の構成を示すブロ ック図、 第 4 a図および第 4 b図はそ れぞれ Qス ィ ツチパルスの周波数とパルス 形の相関を示す グラフ、 第 5図はレーザ照射条件と加:！：現象の相関を示すグ ラ フ、 第 6図は Qス ィ ツ チパルス波形の形成機構を示す波形 図、 第 7 a図および第 7 b図は通常法および本発明手法によ るロール表面レーザ加工祅態を示す断面図および平面図、 第 8図は R F出力ともれ出力の関係を示す図、 第 9図はもれ出 力と平均パルス尖頭値及びパルス半値幅の関孫を示す図、 第 1 0図は本発明により単一パルスでダル加工を行う場合の概 略説明図である。
    [0027] 第 1 1図は本発明の他の実施例によるパルス レーザ出力装 置の構成を示すブロ ッ ク図、 第 1 2図は本発明によるパルス 群の出力状態を示す波形図、 第 1 3図は Qスィ ツチ制御系の 具体的制御回路を示すブロ ック図、 第 1 4図は制御信号の時 間関係を示すタイ ミ ングチ ヤ 一 トである。
    [0028] 第 1 5図は本発明の他の実施例によるパルス レーザ出力装 置の構成を示すブロ ック図、 第 1 6図は集光ビームの状況を 示す側面図、 第 1 7図は制御信号の時間関係を示すタィ ムチ ヤー ト、 第 18 a図は単一パルス レ一ザの発生タィ ミ ングを示 すタ イ ムチ ヤ一 ト 、 第 18 b図および第 18 c図は合成パルス レ 一ザの発生タイ ミ ングを示すタイ ムチヤ— ト、 第 1 9.図は本 発明によるパルス レーザ出力装置で加工されたロール表面の 拡大平面図、 第 2 0図は該加工面の平面および断面を示す説 明図、 第 21 a図および 21 b図は本発明の他の実施例によるダ ル加工システムの搆 を示すプロ ッ ク図、 第 22 a図はビ一ム スプリ ッタ—によるビーム合成を示す図、 第 22 b図が合成鏡 によるビーム合成を説明する図である。 〔発明を実施するための最良の形態〕
    [0029] 以下、 本発明の方法を用いた実施例について示す。
    [0030] (実施例 1 )
    [0031] 第 1 Q図はこの実施例に用いる レーザダル加工装置の構成 図である。 レーザ発振器 7 ( 0 S C ) は平均出力 lOO w以上 の Y A G レーザ究振器で、 周'波数 1 〜 4 0 kHz の Qス ィ ッ チ パルス レーザ光 L Bを発振可能である。 レーザ光 L Bは複数 のベンディ ングミ ラ一 M (図では 1箇） 及び集光レ ンズ F L を経てロール 2 0 の表面に照射される。 レーザ光照射ヘッ ド 1 3 は口ール軸方向に送り装置 （図示しない） により送られ る。 レーザ光照射へッ ド 1 3 の先端にはガス Gが噴岀するノ ズル 1 4が設けられ、 窒素、 酸素、 アルゴンなどのガスがガ ス供給装 S (図示しない） から供給される。 .
    [0032] Qス ィ ッ チ Q Sは第 3図の Qスイ ツチ素子 2 と高周波信号 発生源 （ R F ) 5 より構成されており、 1 0 は R F岀カ変調 用信号 Qを発生する回路を ¾成する制御系であ.る。
    [0033] 次に、 上記のように構成された装置により ロール 2 0 の表 面を加工する方法について説明する。 ロ ール 2 0を定速で面 転させながら、 その表面に下記のようにじて発生させたパル ス レーザ光 L Bを照射する。
    [0034] 制御系 1 0 より発生した信号 Qを高周波信号源 R F 5 に入力 し、 こ 、で所望の形状に変調した信号を、 aスィ ッ チ素子 2 に印加し、 更に、 R F出力を調整 （低減） して例えば第 i b 図の示すようなパルス波彤を発生する。 このよ う なパルス波 形で発振させたパルス レーザ L Bをロール表面へ照射する。 こ のよ う に、 R F入力を調整することにより、 ダル加工に 最適のパルス レーザを照射し凹型のモチー フ Aを形成するこ とができる。 このときパルス レーザ光照射ヘッ ド 1 3を送り 装置により定速で移動すれば、 ロール 2 0 の表面上に同モチ —フ Aを一定の間隔で規則正し く形成する ことができる。 次に、 本発明およ'び従来の手法を用いた場合の Y A Gレー ザ Qス ィ ツチパルスの特性を表 I に比較して示す。
    [0035] 衷 I 励起エネ RF 全平均 も れ ノ、' ル ス 尖 頭 値 エネルギー ルギー 出力 出 力 出 力 5 &
    [0036] Ckw) {%) Ρτ 0〕 PL 〔W〕 P. P3 Cw/cra)
    [0037] (P ^) (P ) (P )
    [0038] 従
    [0039] 6 100 70 0 -105 -104 -104 ^IO 10- 7 107〜108 来 本 A 6 40 70 60 ^ 2 xlO3 =· 2 lO3 -2 xlO3 - 2 lO3 10— 6 ^IO6 発
    [0040] B 6 50 70 30 ^•5 lO4 ^ 2 xlO4 -104 10- 7 -107
    [0041] ※ビーム集光径を 100/zmとした場合
    [0042] l¾ 、
    [0043] 本発明 （ A ) では R F出力を従来例に比し 4 0 %に減少し て Qス ィ ッ チに印加したところ、 もれ出力 P Lが 6 とな り、 全平均出力 P τ が 7 0 wであったため、 1 0 wだけがパ ノレス形成に用いられ、 同表に見られるようにダル加工用とし て理想的なレーザのパルス化が行われた。
    [0044] その結果、 第 7図 （ b ) に示すよ う に凸部高さ h 2〜 3 、 深さ d 5〜 1 0 tn、 直径 D 100〜 200 のク レーター状の孔 を形成することができた。
    [0045] また、 同様に、 本発明 （ B ) では R F出力を従来例に比し 5 0 %減少して Qスィ ツチに印加したところ、 もれ出力が 3 0 wとなり、 パルス形成に 4 0 wの出力が利用された。
    [0046] ( A ) の場合に比し、 パルス形成用出力が 3 O w増となった ため、 溶融蒸発量が増え、 ク レータ一状の穴の凹凸が減少し、 h ： 1〜 2 ， d ： 2〜 6 卿 ， D ： 100〜 200 となった。 (実施例 2 )
    [0047] 次に本発明を、 複数の Qス ィ ツチレーザと Qス ィ ツチ制御 系により発信したレーザビームをレーザビーム群として合成 する場合について說明する。
    [0048] 第 1 1 図はパルス数 4本の場合の本発明のパルス レーザ制 御装置の基本構成を示す。 0SC 1〜 0SC 4 はレーザ発振器で ある。 QS 1〜& S 4 は高周波信号源 'R Fを含有する Qス ィ ツチ であ り 0SC 1〜 0SC 4 にセ ッ ト されている。 1 0 は Qス イ ツ チの制御系であり、 これより Qス ィ ッ チ信号 Q , 〜 Q.4 が送 出され、 0SC 1〜 0SC 4より レーザビーム LB 1〜LB 4が発生 する。 レーザビーム LB 1 〜 LB 4 は折曲げ鏡 M 1 ~ M 7および 合成鏡 TM 1〜 TM 3 によ って平行なレーザビーム群 L B P とし て合成される。 レーザビーム群 L B Pは集光レンズ F Lによ つて集光され、 集光点 F P。 においてあたかも一つのレーザ ビ一ムが集光されたのと同様なレ一ザ集光ビ一ム群 L F P と なる。 2 Q は被加工ロールの表面である。 第 1 1図ではレー ザビームが 4本の例を示したが本数は何本でもよ く、 本数の 増加とともに穴の深さはほぼ直線的に深く なり、 ダル加工を 伴う 口ール表面粗度の要求品質に合せて本数を選択すること になる。
    [0049] 第 1 2図は口―ルダル加工を行う場合の理想的なパルス波 形であり、 て。 は各パルス巾、 で t は先頭パルス P i と 2番 百のパルス P 2 の間隔で、 て z は同様に P 2 と P 3 の間隔で ある。 第 1 2図に示したよう.にロールダル加工に適した理想 的なパルス波开 は P i = P Z =… = P n でかっ て i = 2 = … = て n t である。
    [0050] Qスイ ツチ制御系 1 0 の具体的制御回路を第 1 3菌に、 ま た制御信号の時間閬孫を第 1 4図に示す。
    [0051] 第 1 3図の Qスィ ッチ制御回路はパルス群の周波数 ί。 を 決定するパルス発生器 P Gとパルス群内のパルス間隔 r , 〜 r 3 を決定する'ワ ン シ ョ ッ ト マルチノ イ ブレータ 0M 1〜0M 4 にて構成されており、 第 1 4図において、 各 0M 1〜0M 4はそ れぞれの入力信号の立ち上り信号にて同期している。
    [0052] すなわち、 パルス発生器 P Gよ の岀カ器信号 f 。 を Oil l のク ロ ッ ク C K t に入力する。 これによつて f 。 の立ち上り 信号に同期して 0M 1で設定したパルス巾 r , のパルス が 発生する。 同時に と逆極性の信号 が出力され、 0Μ 2 のク ロ ッ ク C K Z に入力され、 同様な作用によって Q 2 , Q 2 が発生する。 0M 3 > 0M 4についても同様である。
    [0053] 以上のように、 ダル加工用のパルス群の周波数 f 。 は P G で設定し、 その先頭信号に同期し、 一定の時間遅れをもった パルス群が発生し、 これら、 ノ、'ルス Q〖 〜 Q 4 が Qスィ ツチ Q S , 〜 Q S 4 内の高周波発生源 R Fの発生信号の制御を実 施し、 これによつて、 LB 1 〜LB 4 の Qスィ ツチ制御を実施す る事が可能となる。
    [0054] 本発明による方法で 4台の Qス ィ ツチレーザのパルス波形 制御を行いロールダル加工を実施した。 Qス ィ ツチレーザの パルス波形制御条件は次の通りである。
    [0055] て 1 〜 て 3 ： 3 S .
    [0056] LB 1 〜LB 4 ： 2 k
    [0057] f o ： 2 0 kHz
    [0058] F し - 2 5
    [0059] R F出力 ： 4 0 %
    [0060] その結果穴形状として内径 100 、 粗度値 5 卿のダル加工 となり、 鐧板への転写率も 8 0 %と高く 、 耐摩耗性も向上し た。
    [0061] 本実施例においてパルス群の中のパルスのピーク値を偭別 に設定できるので、 粗面化における穴あけ工程での被照射体 の溶融および蒸発現象を実施例 1 に比し更に適格に制御でき、 適正な大きさ及び硬度の穴を形成することができる。 （例え ば、 実施例 1 での穴の凸部の形成が高い値で 3 であるのに、 本実施例では 5卿以上の凸部を安定して得ることができる。 ） また、 パルス群のパルス間隔を制御できるので、 更にダル加 ェに適した穴加工をする事ができ、 その効果は大きい。
    [0062] (実施例 3 ) ·
    [0063] この実施例は実施例 2 のレーザ発信器 0 S Cと折曲げ鏡
    [0064] B Mとの間にビームエキスパンダ B Xを揷入し、 実施例 2の 効果に加え、 各ビームの径 （ビーム径 Dと発振角 の積は一 定） をそれぞれ拡大しょう とするものである。
    [0065] 第 1 5図はパルス数 4本の場合の上記実施例のパルス レー ザ制御装置の碁本構成を示す。 OSCt OS はレーザ発振器で ある。 as i〜 CIS 4 ば、 Qスィ ッチであり 0SC 1 〜 0SC 4にセ ッ トされている。 1 0 は Qスィ ツチの制御系であり、 これよ り Qスィ ッチ信号 Q i 〜 C が送岀され、 0SC 1 〜 0SC 4よ り レーザビーム LB!〜し B4 が発生する。 レーザビーム LBi〜 LB4 は、 ビームエキスパンダ B^ BJ でビーム径をそれぞ れ拡大し、 レーザビームの発散角は t 〜 4 となる。 この レーザビーム LBt LBi は折り曲げ鏡 Β ΒΜβ 、 および合 成鏡 MM t〜 MM 3 によって、 一束のレーザビーム群 L B Pとし て合成される。
    [0066] レーザビーム群 L B Pは集光レンズ F Lによって集光され、 集光点 F P 0 において、 あ.たかも一つのレーザビームが集光 されたのと同様なレーザ集光ビーム群 L F P となる。 2 0 は 被加工ロールの表面である。
    [0067] レーザ集光ビームの各レーザビーム し 〜!^^ の集光径 <11 〜 d 4 は、 それぞれのビーム発散角 5 t 〜 Θ と集光レンズ F Lの焦点距離 ί 1 の積
    [0068] d , = f l ^ , , d 2 = f 1 X (92
    [0069] d 3 = f 1 x , d 4 = f 1 x
    [0070] となる。
    [0071] こ の集光ビーム径 d ' 〜 d 4 および設定ピー クパワ ーによ つて、 それぞれのレーザビームによる加工穴径および深さを 決定することができる。
    [0072] 第 1 5図において合成鏡の 1対の反射面でなす角に応じて 折り曲げ鏡 B ！〜 BM 6 のビーム角 ø , 〜 ø 6 を制御する事に よって、 合成レーザビーム群 L B P内の各ビーム間でなす角 度 orを 0 。 の平行ビーム又は有限の角度 によ って非平行ビ —ムにする事が出来る。
    [0073] 即ち、 第 1 5図において、 レーザビーム LB tと LB 2を、 お よび し B3と LB4を、 それぞれ平行ビーム LBt 2 , LB34として折 り曲げ鏡 B Ms および B M6 に投入するが、 上記折曲げ鏡
    [0074] B M 5 および B M 6 のビーム角 ø 5 , φ 6 を調整するこ とに より第 i 6図に示すように合成ビーム角 "を "≠ 0。 とする, これによつて、 平行ビーム LB i 2 , LB 34の集光点は全てのレ 一ザビームが平行であった点 F P。 （実施例 1 における レ ン ズ F Lにレーザビーム L Bを延直に投入したときの焦点位置 に相当） より、 それぞれ F P ^ および F P 2 にずらす。 図中 X , — X はロール回転方向を.示し、 y , 一 y はロール軸方向 を示す。
    [0075] 第 1 5図ではレーザビームが 4本の例を示したが本数は何 本でもよ く 、 本数の増加とともに穴の深さはほぼ直線的に く なり、 又、 穴の径の異なる穴をレーザの本数に応じて制御 が可能になり、 ダル加工を行う ロ ール表面粗度の要求品質に 合せて本数を選択することになる。
    [0076] 第 1 6図の場合の制御信号の時間関係を第 1 7図に示す。 第 1 6及び 1 7図において、 レーザビーム L B t と L B 2 に て、 又、 L B 3 と L B 4 にて、 それぞれ 1個のダル加工を実 施するもので、 回転中のロールにパルス レーザを照射する為 に Qスィ ッ チ制御信号の Q！ と Q 2 , Q 3 と <2 4 をそれぞれ 近接せしめて Qスィ ッ チ制御の時間遅れ r i と て 3 を重ね加 ェとなるよう 短時間とする。 また、 パルス レーザ群 LB t ， LB 2 と他のパルス レーザ群 LB 3 , LB 4 との間隔は て 2 に設定 でき、 これによりダルのク レーターの簡隔を決定する もので ある。 本実施例によって て z を前記の実施例 2 のダル加工周 期 T nの約 1 ノ 2にすることによって、 ダル加工速度を 2倍 に上げる ことができる。
    [0077] 第 18 a図、 第 18 b図および第 18 c図にパルスビーム群のパ ルス発生状¾を示す。 第 18 a図は Qスィ ツチレーザ 1 台によ るパルス列を示す。 第 18 b図および第 18 c図は本実施例によ るパルス列を示し、 これらは第 1 7図の制御信号によって発 生したもので、 第 18 c図は 0 M！ と 0 M 3 をパルスレーザの 巾 W p より小さい時間に設定した場合のパルス列を示してい る。
    [0078] こ で本実施例による方法で 4台の Qスィ ッチレーザのパ ルス ビーム制御を行いロ ールダル加工を実施した。 Qスイ ツ チ レ一ザのパルスビーム制御条件は次の通りである。 I R U 4 ： 2 kw
    [0079] f n ： 9 0 kH2
    [0080] T m ♦ υ υ
    [0081] ^ 1 » 6 3 j 6 4 , L βゝ
    [0082] [ 2 • • 9 L 0 ;/ς
    [0083] Γ T L : 2 5 mm
    [0084] FPi ， FP2 0 m
    [0085] Θ ! , θ 2 ： 3 mrad
    [0086] Θ 3 , θ 4 ： 2 mrad
    [0087] Π ― O C
    [0088] ル径 ： 500mm
    [0089] □―ル回転数
    [0090] O C
    [0091] R F出力 : 0 %
    [0092] その結果、 穴形状として内径 120A'mと内径 8 0 卿の大小の 穴が第 1 9図に示すよう なパター ンで得られ、 その断面形状 は第 2 0図の如く なり、 粗度値 3. 5 のダル加工となり、 鐧 板への転写率が 8 0 %と高く 、 ロールの耐摩耗性も向上した, なお、 第 1. 9図の w x はロール表面上のダル加工で凹凸ダル の列がロール 1 回転で 1 列形成される際に、 I 番目の列 N„ と n + 1 番目の列 N n + , との間隔を示している。
    [0093] (実施例 4 )
    [0094] この実施例は実施例 2 の合成鏡 T Mの代りにビームスプリ ッター B Sを設けてレーザビーム群の同軸合成を行う もので ある。 こ こ でい ぅ ビ一ム スプリ ッタ一 B S とは、 ある一定波 長域の光を、 ある固有の角度で入射した場合に、 入射光を反 射光 （T ) と透過光 （ R ) に分離する機能を有する光学素子 のこ とである。
    [0095] 通常これらの光学素子は、 石英などの母材表面に数種類の屈 折率の異なる物質を多層膜として積層した構造を有している。 また多層膜の特性により、 反射光 （T) と透過光 （R ) の偏 光を同時に行う ことも可能であり、 この場合には LB 1 の透過 光 （R) は LB 1 の入射面に平行な偏光成分 （ P波） 、 LB 2 の 反射光 （T ) は水平偏光成分 （ S波） となる。
    [0096] 第 21 a図は、 本実施例を実施するに適したパルス数 2本の 場合のパルス レーザ制御装置の基本構成を示す。 0SC 1 , osc 2 はレーザ発振器である。 as 1 , as 2 は Qスィ ッチであ り、 発振器 0SC 1 , 0SC 2にセ ッ トされている。 1 0 は Qス ィ ツチの制御系であり、 これより Qスィ ツチ信号 Q l , Q.2 • が順次送出され、 それに応じて発振器 0SC 1 , 0SC 2 より レ 一ザビーム LB 1 , LB 2が発生する。 レーザビーム LB 2 は直接 に、 レーザビーム LB 1 は折曲げ鏡 BM 1 を介しビームスプリ ツ ター B Sに投入され、 LB 1 の透過光 LB1CT ) と LB 2 の反射光 LB2CR ) を同軸のレーザビーム群 LBP 1 として合成する。
    [0097] 一方、 ビ一ムスプリ ッタ一 B Sの他の 1方向に、 LB 2の透 過光 LB2 T) とし B 1 の反射光 LB1(R ) を同軸なレーザビーム 群 LBP 2 として合成する。
    [0098] レーザビーム群 LBP 1 , LBP 2 はそれぞれは集光レンズ FL 1 , FL 2 によって集光される。 集光; , FP 2 において あたかも一つの レーザビームが集光されたと同様なレーザ集 光ビーム群 LBP 1 , LBP 2 となり、 ロール表面のダル加工を ロールを二分割して高速ダル加工を可能にしている。 第 21 b図はビ一ムスプリ ッター B S にて合成したレーザビ ーム群 L B P 2 のみを使用し、 他方のレーザビーム L B P 1 はビ ームダンバ一 B Dで吸収し使用しない例を示している。 この 場合は第 2 1 a図に比較してダル加工速度は 2分の 1 になる。
    [0099] 2 0.は被加工ロールの表面である。 ビーム本数が 2本にな るとともに穴の深さはほぼ二倍に深く なるので、 ダル加工を 行う ロール表面粗度の要求品質に合わせてビーム本数を選択 する事になる。
    [0100] ビームスプリ ッターの偏光による分割機能を用い、 かつレ —ザビー ム L B 1 ， し B 2がラ ンダム偏向としてそれぞれ P波と S波が 5 0 %ずつの場合、 レーザビーム LB 1 ' し B 2 のパワ ー を同じにし、 またビ一ム スプリ フ タ 一の固有の入射角 （ Ρ波 と S波を完全に分離できる入射角） にすることによって先頭 のパルス P L t と 2番目のパルス P L 2 を同じにするこ と力 可能である。
    [0101] レーザビームし Β 1 , L B 2が完全なラ ンダム偏.向でな く Ρ波 と S波が 5 0 %に分離できない場合は、 レーザビーム L B 1 , し Β 2 のパヮ—を Ρ波と S波の分離比に合わせることによつて、 P L 1 = P L 2 とすることが可能である。
    [0102] 本実施例は T施例 2 と同様に、 ダル加工用のパルス群の周 波数 f 。 はパルス発生器 P Gで設定、 その先頭信号に同期し、 一定の時間遅れをもったパルス群が発生し、 L B 1 , L B 2 の Q ス ィ ッチ制御を実施することが可能となる。 また、 パルス間 隔 r , を 0 にすれば、 両パルスは同時に照射する こ ともでき る。 . 第 22a図、 第 22 b図はビーム合成を示す図で、 第 22 a図が ビームスプリ ッター B Sによるどーム合成図で入力レーザビ —ムし B 1 と LB 2 の入射角 ^ 1 ·, β z をビ一ムスプリ ッター B Sの固有値内で同一に設定することによって、 LB 1 の透過 光波 （Τ ) と LB 2反射光波 （R ) を同軸の合成ビーム L P B にすることが出来る。 第 22 b図は実施例 2で示す合成鏡 T M によるビーム合成の図である。 この場合、 入力レーザビーム LB 1 と LB 2を並行に合成できるが同敏に合成できず、 合成ビ ーム L P Bの径が大き く なる。
    [0103] なお、 レーザ加工をする対象物は、 ロール表面に限定され るものではなく 、 一般の製品いずれでもよい。 また、 加工に 用いるレーザの種類は、 Y A G、 ルビーなどの固体レーザで ある。
    [0104] 本実施例による方法で 2台の Qスィ ツチレーザのパルス波 形制御を行い口―ルダル加工を実施した。 Qス ィ ッ チ レーザ のパルス波形制御条件は次の通りである。
    [0105] ビームスプリ ッタ一径 2 イ ンチ
    [0106] レーザビーム て 0 dOOnsec
    [0107] て 1 5 sec
    [0108] f 0 2 0 kHz
    [0109] レンズ焦点距離 F L ' 2 5 ™
    [0110] ロール形状 ： 1500
    [0111] 径 ： 600 ma
    [0112] R F 出力 : 4 0 %
    [0113] 処理時間 約 1時間 その結果、 処理時間も実施例 2 の場合のパルス レーザ 2台 と同じ効果が得られて約 1 時間と高速であり、 穴形状として 内径 1 00 wn、 粗度値 3. 5 のダル加工となり、 鐧板表面への 転写率も 8 0 と高く 、 耐摩耗性も向上した。 また、 本実施 例ではパルス レーザビームが同軸で合成出来るので、 レ ンズ による集光系が小型でシンプルになり、 集光点での位置合せ が容易になる。 又、 パルス群の中のパルス個別にピ―ク値が 設定出来るので、 粗面化における穴あけ工程での被照射体の 溶融および蒸発現象を制御でき、 適正な硬度の穴を形成する ことが出来る。 しかも、 パルス群のパルス間隔を制御できる . ので、 さ らにダル加工に適した穴加工をすることができる。
    [0114] 〔産業上の利用'可能性〕
    [0115] 以上の実施例からも明らかな如く 、 本発明によれば連続励 起固体レーザの Qス ィ ツチパルス波形をダル加工に適した条 件に制御することが可能になり、 また、 パルス群の中のパル ス個別の集光径、 ピーク値、 照射時間、 照射位置等を設定で きるので、 粗面化における穴あけ工程での被照射体の溶融お よび蒸発現象を制御でき、 これにより適正な硬度の穴を形成 しう ると共に穴の形状、 位置の制御ができてダル加工に適し た穴配列が得られ、 かく して著る し く改善されたパルス レー ザによるダル口ール加工法および装置を提供する ことが可能 であり、 産業上の効果は極めて顕著なものがある。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    1. 連続励起固体レ一ザを Qス ィ ツチによりパルス レーザ に変え、 このパルスレーザによってロール表面のダル加工を 施す方法において、 上記パルス レーザを出力するに際しパル スオフ時のレーザ発振器の発振器損失を低減させ、 レーザ発 信媒体内の励起状態分子の過剰な蓄積を抑制し、 これにより レーザパルス波形の不均一性を少く し、 且つ、 上記レ一ザパ ルス波形の尖頭値、 および半値幅をダル加工に適した領域内 にすることを特徴とするパルスレーザによるダルロ ール加工 方法。
    2. Qスイ ツチに印加する高周波信号の出力を低下する こ とによりパルスオ フ時のレーザ発振器の発振器損失を低減さ せることを特徴とする請求の範囲第 1項のパルス レーザによ るダルロール加工方法。
    3. 1箇の Qス ツチ制御器、 高周波信号源及び Qスィ つ チを舍むレーザ発振器より発振したレーザビームで口ール表 面のダル加工を行う ことを特徴とする請求の範囲第 1項又は 第 2項のパルス レーザによるダルロール加工法。
    4. Qスイ ツ'チ制御器とこれに連結した複数の高周波 i 号 源および Qスィ ッチを含むレーザ発振器より発振したレーザ ビームをレーザビーム群として合成してロ ール表面のダル加 ェを行う請求の範囲第 1項又は第 2項のパルス レーザによる ダル口―ル加工法。
    .
    5. 複数のレーザビームをレーザビーム群として会成する とともに、 該レーザビーム群の Qスィ ツチ時間を順次遅延さ せ、 各レーザのパルスに間隔を有するパルス群とし、 かつ各 レーザのパルス ピーク値を所定値に各.々制御し、 ロール表面 のダル加工に適したパルス群を構成することを特徴とする請 求の範囲第 4項のパルス レーザによるダル α—ル加ェ法。
    6. 複数の レーザビームをビームエキスパンダ—でそれぞ れビーム径を拡大すると共に、 そのレーザビームを平行或い は非平行のレーザビーム群として合成することを特徴とする 請求の範囲第 5項のパルス レーザによるダルロ ール加工法。
    7. 複数のレーザビームの内少く とも 2本のレーザビーム の個々のレーザ成分を分離する と共に同軸合成を行い、 ロ ー ル表面に該合成レーザを照射するこ とを特徴とする請求の範 囲第 4 .項又は第 5項のパルス .レーザによるダルロール加工法 <
    8. パルスの周波数と高周波信号源の出力を決定するパル ス発振器およびパルスのパルス間隔を決定するワ ン シ ョ ッ ト マルチバイ ブ レータから成る Qス ィ ツ チ制御器と、 該 Qス ィ ッチ制御器より の出力変調用信号が印加される高周波信号渡 と、 該高周波信号源よりの信号で作動する Qス ィ ツチを有す る レーザ発振器とより成ることを特徴とするパルス レ一ザに よるダル口一ル加工装置。
    9. Qスィ ツチ制御器とこれに連結した複数の高周波信号 源及び Qス ィ ツチを有する レーザ発振器を配置して、 レーザ の各パルス間に間隔を設け、 且つ、 各レーザのパルスピーク 値を制御したパルス レーザ群を構成することを特徴とする請 求の範囲第 8項のパルスレーザによるダルロール加工装置。
    10. レーザ発振器と反射鏡との間に設けたレーザビームェ キスパンダーとレーザビームを平行あるいは非平行のレーザ ビーム群に集光する光学系とから成ることを特徴とする請求 の範囲第 9 項のパルスレーザによるダル口ール加工装置。
    11. 少く とも 2台を 1組としたレーザ発振器より発振され たレーザを、 個々の レ一ザ成分に.分離するとともに同軸合成 するビームスプリ ッタ―.を設.けたことを特徴とする請求の範 囲第 8項又は第 9項のパルス レーザによるダルロ ール加工装
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