特許 6170386 金属板材の曲げ加工方法及び該曲げ加工方法に用いるレーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6170386

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】金属板材の曲げ加工方法及び該曲げ加工方法に用いるレーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B21D 5/02 20060101AFI20170713BHJP

   B21D 11/20 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   B21D5/02 Z

   B21D11/20 B

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-187228(P2013-187228)

(22)【出願日】2013年9月10日

(65)【公開番号】特開2015-54325(P2015-54325A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2016年6月8日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２５年５月２０日 一般社団法人 日本塑性加工学会発行の「平成２５年度塑性加工春季講演会講演論文集」に発表

(73)【特許権者】

【識別番号】390014672

【氏名又は名称】株式会社アマダホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100100712

【弁理士】

【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】金 英俊

(72)【発明者】

【氏名】酒井 孝

(72)【発明者】

【氏名】杉山 明彦

(72)【発明者】

【氏名】李 若涛

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０３８５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７７６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２１９７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０２９７１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０９１８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０３８５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０５７４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 松本克史 外１名，自動車パネル用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金の集合組織形成挙動に及ぼす溶体化処理の影響，神戸製鋼技報，日本，２００４年１２月，Ｖｏｌ５４ Ｎｏ．３，ＵＲＬ，http://web.archive.org/web/20050512223643/http://www.kobelco.co.jp/technology-review/pdf/54_3/047-50.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｄ ５／０１ − ５／０４

Ｂ２１Ｄ １９／１６

Ｂ２１Ｄ １１／２０

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｃ２１Ｄ １／０９

Ｃ２２Ｆ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属板材を所定の曲げ線に沿って曲げ加工する金属板材の曲げ加工方法において、
前記金属板材に前記曲げ線に沿ってレーザビームを連続して照射して前記曲げ線の部位のみを線状に加熱することにより、該曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成し、その後、前記金属板材を急冷した後に、前記レーザビームを連続して照射した前記曲げ線に沿って前記金属板材を曲げ加工することを特徴とする金属板材の曲げ加工方法。

【請求項2】

請求項１記載の金属板材の曲げ加工方法であって、
前記特定の結晶方位が立方体方位であることを特徴とする金属板材の曲げ加工方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載の金属板材の曲げ加工方法であって、
前記レーザビームの照射による加熱により、前記曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成した後、前記レーザビームの照射により、前記金属板材を所定の板形状に切断し、その後、前記曲げ線に沿って前記金属板材を曲げ加工することを特徴とする金属板材の曲げ加工方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属板材の曲げ加工方法であって、
前記金属板材の少なくとも前記曲げ線の部位に光吸収材を塗布し、この光吸収材を塗布した前記曲げ線に沿って前記レーザビームを連続して照射して前記曲げ線の部位のみを線状に加熱することにより、該曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成することを特徴とする金属板材の曲げ加工方法。

【請求項5】

レーザ発振器から発振されたレーザビームを加工ヘッドから金属板材に照射して、該金属板材を曲げ加工する方法に用いるレーザ加工装置において、
前記金属板材の材質と板厚により前記レーザビームの出力と照射速度及び前記金属板材上の照射ビーム径を制御する制御手段を備え、
前記制御手段により前記レーザビームの出力と照射速度及び照射ビーム径を制御した状態で、前記金属板材を曲げ加工するために該金属板材に予め設定された曲げ線に沿って前記レーザビームを移動しながら該レーザビームを前記曲げ線の部位のみに連続して照射して該曲げ線の部位のみを線状に加熱して、前記曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成した後で、前記レーザビームの照射により前記金属板材を所定の板形状に切断することを特徴とするレーザ加工装置。

【請求項6】

請求項５に記載のレーザ加工装置であって、
前記加工ヘッドの光軸と前記金属板材の板面とのなす角度が９０度を外れるように設定したことを特徴とするレーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、曲げ強さが大きな難加工性の金属板材を曲げ加工する金属板材の曲げ加工方法、及び、該曲げ加工方法の実施に使用するレーザ加工装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

伸びにくい、あるいは引張強さが大きい難加工性の金属板材を曲げ加工する方法の一つとして、金属板材の曲げ加工すべき部位に加熱用のレーザビームを照射しながら、あるいは、レーザビームの照射により加熱した部分の温度が冷めないうちに曲げ加工することによって、良好な精度でしかも容易に曲げ加工する技術が知られている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。

【0003】

また、レーザビームを金属材料の目的の位置にスポット照射することによって、照射部分の結晶粒サイズを選択的に変化させ、それにより、目的や用途に応じた適切な機械的・物理的特性を簡便かつ容易に得られるようにする技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。

【0004】

また、圧延条件や熱処理条件を調整することによって、金属材料の集合組織を制御する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００２−５０７１５３号公報

【特許文献2】特開平５−９６３２９号公報

【特許文献3】特開２００９−９７０２８号公報

【特許文献4】特開２００６−１５２３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、前記特許文献１や特許文献２のように、レーザビームの照射で金属材料を加熱しながら、あるいは、加熱部分の温度が冷めないうちに曲げ加工する方法は、設備が複雑化がするという問題がある。

【0007】

また、レーザビームを金属材料にスポット照射する方法は、あくまでスポット照射であることから、曲げ加工に応用するまでには至っていないという現状がある。

【0008】

また、圧延条件や熱処理条件を調整することで集合組織を制御する方法は、材料全体の集合組織制御となることから、コスト高になるという問題がある。

【0009】

本発明は、上記事情を考慮し、簡易な設備で低コストに、難加工性の金属板材を、曲げ部の品質を保ちながら容易に曲げ加工することができる金属板材の曲げ加工方法及び該曲げ加工方法に用いるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、請求項１の発明の金属板材の曲げ加工方法は、金属板材を所定の曲げ線に沿って曲げ加工する金属板材の曲げ加工方法において、前記金属板材に前記曲げ線に沿ってレーザビームを連続して照射して前記曲げ線の部位のみを線状に加熱することにより、該曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成し、その後、前記金属板材を急冷した後に、前記レーザビームを連続して照射した前記曲げ線に沿って前記金属板材を曲げ加工することを特徴とする。

【0011】

請求項２の発明は、請求項１記載の金属板材の曲げ加工方法であって、前記特定の結晶方位が立方体方位であることを特徴とする。

【0012】

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の金属板材の曲げ加工方法であって、前記レーザビームの照射による加熱により、前記曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成した後、前記レーザビームの照射により、前記金属板材を所定の板形状に切断し、その後、前記曲げ線に沿って前記金属板材を曲げ加工することを特徴とする。

【0013】

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属板材の曲げ加工方法であって、前記金属板材の少なくとも前記曲げ線の部位に光吸収材を塗布し、この光吸収材を塗布した前記曲げ線に沿って前記レーザビームを連続して照射して前記曲げ線の部位のみを線状に加熱することにより、該曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成することを特徴とする。

【0014】

請求項５の発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器から発振されたレーザビームを加工ヘッドから金属板材に照射して、該金属板材を曲げ加工する方法に用いるレーザ加工装置において、前記金属板材の材質と板厚により前記レーザビームの出力と照射速度及び前記金属板材上の照射ビーム径を制御する制御手段を備え、前記制御手段により前記レーザビームの出力と照射速度及び照射ビーム径を制御した状態で、前記金属板材を曲げ加工するために該金属板材に予め設定された曲げ線に沿って前記レーザビームを移動しながら該レーザビームを前記曲げ線の部位のみに連続して照射して該曲げ線の部位のみを線状に加熱して、前記曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成した後で、前記レーザビームの照射により前記金属板材を所定の板形状に切断することを特徴とする。

【0015】

請求項６の発明は、請求項５に記載のレーザ加工装置であって、前記加工ヘッドの光軸と前記金属板材の板面とのなす角度が９０度を外れるように設定したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

請求項１及び請求項５の発明によれば、レーザビームの照射により、金属板材に曲げ線の部位のみに、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成するので、曲げ線に沿っての曲げ加工性が向上する。従って、難加工性の金属板材であっても、レーザビーム照射後の曲げ線に沿っての曲げ加工を、低い荷重で容易に行うことができる。また、加工性の向上により曲げ加工部に亀裂が入ることを防止でき、品質の良い曲げ加工品を作製することができる。また、加熱しながら、あるいは、加熱した部分の温度が冷めないうちに曲げ加工する必要がないので、レーザ照射系の装備と曲げ加工系の装備とを切り離して設けることができて、設備の複雑化を避けることができる。さらに、必要箇所のみにレーザビームを照射するだけであるから、圧延や熱処理で結晶方位を制御する場合のように材料全体を処理するのと違って、低コストに実現することができる。

【0017】

請求項２の発明によれば、特定の結晶方位が立方体方位であるから、曲げ線に沿っての曲げ加工性を確実に向上させることができる。

【0018】

請求項３の発明によれば、レーザビーム照射による曲げ線部での結晶方位の制御の後にレーザビーム照射による金属板材の外周切断を行うので、レーザ加工装置の加工条件を変えるだけで、加熱と切断の一連の工程を同じ加工機で連続して行うことができる。

【0019】

請求項４の発明によれば、レーザビーム照射により加熱する部位に予め光吸収材を塗布するので、加熱による結晶方位の制御の効率向上が図れる。

【0020】

請求項６の発明によれば、加工ヘッドの光軸と金属板材の板面とのなす角度が９０度を外れるように設定するので、金属板材に照射された後のレーザビームの反射光がレーザ発振器側に戻るのを防止し、機器の保護を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態の金属板材の曲げ加工方法の実施に用いるレーザ加工装置の概略構成を示す図で、同レーザ加工装置により、曲げ加工すべき金属板材の曲げ線に沿って加熱用のレーザビームを照射している様子を示す説明図である。

【図2】ある形状のワーク（金属板材）に対する加熱用レーザビームの照射の順番と切断用レーザビームの照射の順番についての説明図である。

【図3】レーザビームの照射の仕方の説明図で、（ａ）は金属板材に対する集光レンズの位置を制御してレーザビームをデフォーカスすることにより加熱用として金属板材に照射するときの状態を示す図、（ｂ）は金属板材に対する集光レンズの位置を制御してレーザビームを最小の照射ビーム径となるように絞ることにより切断用として金属板材に照射するときの状態を示す図、（ｃ）はレーザビームを集光レンズで絞らずに加熱用として金属板材に照射するときの状態を示す図である。

【図4】曲げ加工の一例を示す断面図である。

【図5】（ａ）は金属板材として用意した試料（純アルミニウム板）にレーザビームを照射した場合のレーザ照射速度と試料表面に生成される集合組織（主要４結晶方位の結晶粒）の面積率との関係を示すグラフ、（ｂ）は比較例として試料を真空炉で焼きなましした場合の焼きなまし温度と試料表面の集合組織（主要４結晶方位の結晶粒）の面積率との関係を示すグラフである。

【図6】金属板材として用意した試料（純アルミニウム板）に加熱用のレーザビームを照射した場合の照射速度別の試料表面のＩＰＦマップ（結晶方位マップ）を示す図である。

【図7】レーザビームを照射した箇所とレーザビームを照射しない箇所のＩＰＦマップと粒界マップを示す図である。

【図8】曲げ試験した試料の曲げ部の外面の写真を示す図で、（ａ）はレーザ照射しない状態の母材の曲げ部の写真を示す図、（ｂ）はレーザ照射速度を違えた場合の試料の曲げ部の写真を示す図、（ｃ）は曲げ部の写真撮影方向を示す図である。

【図9】レーザ加工装置の加工ヘッドの光軸を傾けた状態で、水平に保持された金属板材の表面に角度を付けてレーザビームを照射している状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

【0023】

図１は、本発明の実施形態の曲げ加工方法の実施に使用するレーザ加工装置１により、曲げ加工すべき金属板材Ｗの曲げ線Ｓに沿って加熱用のレーザビームＬＢを照射している様子を示す説明図である。

【0024】

このレーザ加工装置１は、レーザ発振器１０から発振されたレーザビームＬＢを、加工ヘッド２０の先端より金属板材Ｗに照射してレーザ加工を行うものである。レーザ発振器１０の前部にはオーバヘッドビーム１１が水平に片持支持され、オーバヘッドビーム１１の前部に上下方向に移動自在に垂直下向きに加工ヘッド２０が設けられている。

【0025】

加工ヘッド２０の上方には反射ミラー１２が設けられ、加工ヘッド２０の内部には、集光レンズ２１やレーザビーム径測定器２２が設けられている。そして、レーザ発振器１０から出力されたレーザビームＬＢは、オーバヘッドビーム１１内を通り、反射ミラー１２で折り曲げられて、集光レンズ２１で集光され、レーザビーム径測定器２２を経て、加工ヘッド２０の先端のノズル２３から、被加工材である金属板材Ｗに照射され、それにより金属板材Ｗに所定の処理（加工）を行う。

【0026】

加工ヘッド２０は、固定側加工ヘッド本体２５と、この固定側加工ヘッド本体２５に嵌装されて上下方向移動自在な移動側加工ヘッド本体２６から構成されている。集光レンズ２１及びレーザビーム径測定器２２は、移動側加工ヘッド本体２１の内部に装着され、レーザビーム径測定器２２は、集光レンズ１３の下方に所定距離をおいて配置されている。

【0027】

レーザビーム径測定器２２にて測定されたレーザビーム径の測定値はＮＣ装置（制御手段）３０に入力され、その入力された測定値によりＮＣ装置３０がビーム径調整機構（デフォーカス機構）３１を駆動して、移動側加工ヘッド本体２６の上下方向の位置を決める。これにより、集光レンズ２１と金属板材Ｗの上面との間の距離、言い換えると集光レンズ２１の焦点と金属板材Ｗの上面との間の距離（デフォーカス量Ｈに相当）が調整され、金属板材Ｗの表面に対する照射ビーム径Ｄが所望の値に制御される。

【0028】

また、ＮＣ装置３０は、入力された金属板材Ｗの材質と板厚の値を入力として、レーザビームＬＢの出力と照射速度Ｆ（レーザビームＬＢの移動速度）及び金属板材Ｗ上の照射ビーム径Ｄを制御する機能を備えている。

【0029】

また、このレーザ加工装置１で金属板材Ｗを加熱する場合は、金属板材Ｗに予め設定された曲げ線Ｓに直交する面内における加工ヘッド２０の光軸Ｌと金属板材Ｗの板面とのなす角度θが９０度を外れるように設定することが必要である。例えば、金属板材Ｗを水平に対して傾けることで、θ＝１９．３°に設定する。そうすることで、金属板材Ｗの表面に照射したレーザビームＬＢの反射光がレーザ発振器１０側に逆入射するのを防ぐことができる。

【0030】

次に、本発明の実施形態の金属板材の曲げ加工方法について説明する。

【0031】

この曲げ加工方法では、まず、金属板材Ｗに予め設定された曲げ線Ｓに沿って、前記レーザ加工装置１により加熱用に制御したレーザビームＬＢを連続して照射して、曲げ線Ｓの部位を線状に加熱する。具体的には、ＮＣ装置３０により、レーザビームＬＢの出力と照射速度Ｆ（レーザビームの移動速度）及び照射ビーム径Ｄ（デフォーカス量Ｈに比例する値）を図３（ａ）に示すように制御した状態で、曲げ線Ｓに沿ってレーザビームＬＢを移動（図１の矢印Ｆで示すように移動）しながら、レーザビームＬＢを曲げ線Ｓの部位に連続して照射する。

【0032】

その際、予め金属板材Ｗの少なくとも曲げ線Ｓの部位にカーボンスプレー等により光吸収材を塗布しておき、それからレーザビームＬＢを照射することで、金属板材Ｗの吸収性をよくすることができる。

【0033】

そして、レーザビームＬＢの照射による加熱により、曲げ線Ｓの部位に、特定の結晶方位（主に立方体方位＝Ｃｕｂｅ方位）の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域ＳＢを形成する。

【0034】

その後、図３（ｂ）のようにレーザビームＬＢの照射ビーム径を絞ることで、切断仕様に設定した状態でレーザビームＬＢを金属板材Ｗに照射するにより、金属板材Ｗを所定の板形状に切断する。その後、例えば、図４に示すように、ダイ５１とパンチ５２により、曲げ線Ｓに沿って金属板材Ｗを曲げ加工することで、所定の曲げ加工品を製造する。

【0035】

このように、レーザビームＬＢの照射により、金属板材Ｗに曲げ線Ｓの部位に、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域（局所的に集合組織を持つ領域）を形成した場合、材質が改善（伸びが大きく、あるいは引張強さが小さく）されることで、曲げ線に沿っての曲げ加工性が向上し、難加工性の金属板材であっても、曲げ加工を低い曲げ荷重で容易に行うことができるようになる。また、加工性の向上により、曲げ加工部に亀裂が入ることを防止でき、品質の良い曲げ加工品を作製することができる。

【0036】

また、加熱しながら、あるいは、加熱した部分の温度が冷めないうちに曲げ加工する必要がないので、レーザ照射系の装備と曲げ加工系の装備とを切り離して設けることができ、設備の複雑化を避けることができる。さらに、必要箇所のみにレーザビームＬＢを照射するだけであるから、圧延や熱処理で結晶方位を制御する場合のように材料全体を処理するのと違って、低コストに実現することができる。

【0037】

また、優先方位（結晶粒の体積分率が他の部位に比べて高い結晶方位）をＣｕｂｅ方位とすることにより、曲げ線に沿っての曲げ加工性を確実に向上させることができる。

【0038】

また、レーザビーム照射による結晶方位の制御の後に、レーザビーム照射による金属板材Ｗの切断を行うので、レーザ加工装置１の加工条件を変えるだけで、一連の工程を連続して行うことができる。

【0039】

例えば、図２に示すような金属板材Ｗから所定形状のワークＷ１を切り出す際に、点線で示す曲げ線Ｓに沿って矢印Ｓ１〜Ｓ４の順番に加熱用のレーザビームＬＢを照射して加熱し、それにより、曲げ線Ｓの部位に、特定の結晶方位の結晶粒の体積分率が他の部位に比べて局所的に高い線状の領域を形成する。次に、集光径を絞り、実線で示す切断線Ｃに沿ってピアス孔Ｃ０から矢印Ｃ１〜Ｃ１２の順番に切断用のレーザビームＬＢを照射して、所定形状のワークＷ１を切り出す。その後、前記曲げ線Ｓに沿ってプレスブレーキ等で曲げ加工を施すことにより、所定形状の成形品を得ることができる。

【0040】

このように、レーザビームＬＢの照射により、加熱と切断とを一連の工程でほぼ連続して行うことができるので、加熱工程が増えることによる加工負担がほとんどなく、難加工材に対する曲げ加工性を高めることができる。

【0041】

また、レーザビーム照射により加熱する部位に予め光吸収材を塗布しておくことにより、加熱による結晶方位制御の効率向上が図れる。また、加工ヘッド２０の光軸Ｌと金属板材Ｗの板面とのなす角度が９０度を外れるように設定しておくことにより、機器の保護を行うことができる。

【0042】

なお、加熱用のレーザビームＬＢを金属板材Ｗに照射する場合に、集光レンズ２１でビームを絞らずに、反射ミラー１２で進路を折り曲げたレーザビームＬＢを、図３（ｃ）に示すように、そのまま金属板材Ｗに照射するようにすることも可能である。

【0043】

また、以上の実施形態の説明においては、曲げ線に沿って加熱を行った後に金属板材を切断しているが、切断してから曲げ線に沿って加熱してもよい。

【0044】

次に、上記の曲げ加工方法の裏付けのために行った実験内容について説明する。

【0045】

この実験では、アルミニウム板（金属板材）にレーザビームを照射して、体積分率が高いほど曲げ加工性を良好にするＣｕｂｅ方位の集合組織の制御を試みた。また、その曲げ加工性を調べてみた。

【0046】

加熱用のレーザビームの照射には株式会社アマダ製のＣＯ_２レーザ加工装置を用いた。アシストガスはＡｒ、集光径Ｄ（照射ビーム径）は、デフォーカス制御によりφ７ｍｍ〜１０ｍｍの範囲から選定し、ここでは約φ８ｍｍに設定した。指令出力は、５００Ｗとした。

【0047】

試料（母材）には、Ａ５０５２（アルミニウム）の厚さ１ｍｍの圧延板材を使用した。表１に試料として使用したＡ５０５２の成分を示す。

【表1】

【0048】

このＡ５０５２の圧延板材をシャーリングによって２００ｍｍ×１００ｍｍに切り出したものを試料とした。

【0049】

板幅（１００ｍｍ）の中央部に照射速度（レーザビームの移動速度）を変数としてレーザビームを照射し、レーザビームの熱を効率よく吸収させるために、予め試料の表面にカーボンをスプレーで吹き付けておいた。

【0050】

一方、レーザ照射による再結晶の比較のために、通常の電気炉による静的な焼きなましを行った。その試料には、Ａ５０５２の圧延板材をシャーリングによって１０．０ｍｍｘ１０．０ｍｍに切り出したものを用いた。そして、株式会社アズワン製の高性能マッフル炉に入れて試料を加熱した。保持時間を７．２ｋｓとし、温度を変数とした焼きなまし処理を実行する。

【0051】

その後、各結晶粒の結晶方位の解析をＳＥＭ−ＥＢＳＤ（Scanning Electron Microscope−Electron Back Scattering Diffraction）法により行い、集合組織を観察した。具体的には、集合組織観察のための研磨方法として、エメリペーパによる湿式研磨と、アルミナ粒子とコロイダルシリカによるバフ研磨とを行った。この試料を日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、ＥＢＳＤ法により局所的な結晶方位測定を行った。レーザ照射面の結晶方位解析には株式会社ＴＳＬソリューションズ製のＯＩＭ ver.6.0を用いた。

【0052】

図５（ａ）は、試料（Ａ５０５２）にレーザビームを照射した場合のレーザ照射速度と試料表面に生成される主要４結晶方位（Ｃｕｂｅ方位、Ｇｏｓｓ方位、Ｂｒａｓｓ方位、Ｃｏｐｐｅｒ方位）の結晶粒の面積率との関係を示すグラフ、図５（ｂ）は比較例として、試料を焼きなましした場合の焼きなまし温度と試料表面の主要４結晶方位の結晶粒の面積率との関係を示すグラフである。

【0053】

図５（ｂ）に示すように、試料に静的な焼きなましを施した場合、２８０℃（５５３Ｋ）以上の焼きなまし温度で再結晶が起こっていることが分かる。具体的には、２８０℃（５５３Ｋ）での再結晶の前に、各々の集合組織の面積率がいったん低下し、その後、Ｃｕｂｅ方位の割合が大きくなっている。これに対し、図５（ａ）に示すように、レーザ照射の場合は、レーザ照射速度が０．８［ｍ／ｍｉｎ］より小さく、特に０．６［ｍ／ｍｉｎ］以下になった場合に再結晶が起こっていることが分かる。この場合も、再結晶前に各々の集合組織の面積率が低下してから、Ｃｕｂｅ方位の割合が大きくなっている。

【0054】

レーザ照射の場合は、急熱急冷であるため、照射速度が速くなればなるほど試料の温度が低くなり、照射速度が遅くなればなるほど試料の温度が高くなる傾向がある。

【0055】

図６は、試料にレーザビームを照射した場合のレーザ照射速度別の試料表面のＩＰＦマップ（結晶方位マップ）を示す図であり、レーザ照射速度ごとに測定した試料の温度を併せて載せてある。

【0056】

このＩＰＦマップから、温度で見てみると、レーザ照射温度が７２３Ｋ（４５０℃）から７５０Ｋ（４７７℃）の間で再結晶が起こっていることが分かる。特に７５０Ｋ（４７７℃）で、Ｃｕｂｅ方位が他の集合組織に比べて顕著に発達していることが認められる。

【0057】

この再結晶の温度は、一般的な再結晶温度（焼きなまし時の再結晶温度）である２８０℃（５５３Ｋ）よりも高温である。これは、レーザビームを移動しながら照射することにより、試料上で急熱急冷がなされ、静的な焼きなましによる再結晶温度である２８０℃（５５３Ｋ）よりも高温で再結晶が起こったと認められる。

【0058】

試料の温度は、レーザ照射速度に応じて変化している。例えば、レーザ照射速度がＦ＝０．８［ｍ／ｍｉｎ］のとき、試料の温度は４５０℃（７２３Ｋ）、レーザ照射速度がＦ＝０．６［ｍ／ｍｉｎ］のとき、試料の温度は４７７℃（７５０Ｋ）、レーザ照射速度がＦ＝０．４［ｍ／ｍｉｎ］のとき、試料の温度は５０３℃（７７６Ｋ）、レーザ照射速度がＦ＝０．２［ｍ／ｍｉｎ］のとき、試料の温度は５３０℃（８４３Ｋ）、レーザ照射速度がＦ＝０．１［ｍ／ｍｉｎ］のとき、試料の温度は５４３℃（８１６Ｋ）と測定された。

【0059】

従って、レーザ照射速度がＦ＝０．６［ｍ／ｍｉｎ］よりも遅くなることで、再結晶と共にＣｕｂｅ方位が発達した。

【0060】

図７は、レーザビームを照射した箇所とレーザビームを照射しない箇所のＩＰＦマップと粒界マップを示す図である。この図７にて分かるように、レーザビームが照射された箇所は集合組織の割合が増大し、レーザビームが照射されない箇所は集合組織の割合が少ない状態となる。

【0061】

集合組織の種類として主なものは、Ｃｕｂｅ方位、Ｃｏｐｐｅｒ方位、Ｂｒａｓｓ方位、Ｇｏｓｓ方位があるが、特にＣｕｂｅ方位の割合が大きいと剪断応力が抑制される。

【0062】

そこで、集合組織の制御の効果の確認のためＵ曲げ試験を行った。

【0063】

曲げ試験は、株式会社アマダ製のプレスブレーキを用いて、内角が９０°になるまで鋭角に曲げを施した。この時のパンチの曲率半径ｒは０．６５ｍｍ、ダイ幅Ｂは６．０ｍｍとした（図４参照）。

【0064】

図８は、曲げ試験した試料の曲げ部の外面の写真を示す図で、図８（ａ）はレーザ照射しない状態の母材の曲げ部の写真を示す図、図８（ｂ）はレーザ照射速度を違えた場合の試料の曲げ部の写真を示す図、図８（ｃ）は曲げ部の写真撮影方向を示す図である。

【0065】

（ａ）に示すように、レーザ照射を施していない母材では、板幅方向に長いしわが発生しているが、レーザ照射を施したレーザ照射材の曲げでは、照射速度４００（ｍｍ／ｍｉｎ）で温度５０３Ｋ、照射速度６００（ｍｍ／ｍｉｎ）で温度４７６Ｋ、照射速度７００（ｍｍ／ｍｉｎ）で温度４７８Ｋ、照射速度８００（ｍｍ／ｍｉｎ）で温度４５０Ｋ、照射速度１５００（ｍｍ／ｍｉｎ）で温度３５８Ｋのいずれの場合でも、しわは発生していない。つまり、レーザ照射することにより、曲げ部の外面の品質が良くなり、曲げ性が向上したことが認められる。

【0066】

なお、以上の説明においては、加工ヘッド２０の光軸Ｌと金属板材Ｗの板面とのなす角度が９０度を外れるようにするため、図１に示すように、レーザ加工装置１の垂直下向きの加工ヘッド２０に対して、金属板材Ｗを傾斜させる場合を示したが、図９に示すように、金属板材Ｗを水平に保持し、加工ヘッド２０を傾斜させてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１ レーザ加工装置
１０ レーザ発振器
２０ 加工ヘッド
３０ ＮＣ装置（制御手段）
ＬＢ レーザビーム
Ｗ 金属板材
Ｓ 曲げ線
Ｄ 照射ビーム径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】