特許 7549981 表面加工装置および方法

(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】

(24)【登録日】2024-09-04

(45)【発行日】2024-09-12

(54)【発明の名称】表面加工装置および方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/361 20140101AFI20240905BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240905BHJP

   B23K 26/073 20060101ALI20240905BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20240905BHJP

   B23K 26/16 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

B23K26/361

B23K26/00 N

B23K26/073

B23K26/064 K

B23K26/16

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020110758

(22)【出願日】2020-06-26

(65)【公開番号】P2022007667

(43)【公開日】2022-01-13

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】形部 聖

(72)【発明者】

【氏名】呉屋 真之

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１２２９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２０３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７６９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３０９５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０２９４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３２４４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／３６１

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０７３

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｂ２３Ｋ ２６／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム合金または時効温度が１００度以下の低融点材料である加工対象物の表面にレーザを照射して付着物を除去する表面加工装置において、
極短パルスレーザを照射可能なレーザ発振装置と、
前記極短パルスレーザのピークエネルギー密度を調整可能なビーム分布調整装置と、
を備え、
前記ビーム分布調整装置は、前記極短パルスレーザのピークエネルギー密度を前記加工対象物の材料特性の一つである前記付着物の厚さに応じて前記加工対象物の減肉に影響がなく且つ所定深さだけ前記付着物を除去可能な予め設定された所定のピークエネルギー密度範囲に調整する、
表面加工装置。

【請求項2】

前記ビーム分布調整装置は、前記極短パルスレーザのビーム径と焦点距離の少なくともいずれか一つを調整することで前記ピークエネルギー密度を調整する、
請求項１に記載の表面加工装置。

【請求項3】

前記ビーム分布調整装置は、集光光学系を有する、
請求項２に記載の表面加工装置。

【請求項4】

前記極短パルスレーザのビームを偏光可能な偏光部材を有する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表面加工装置。

【請求項5】

前記極短パルスレーザは、ガウシアンビームであって、前記ガウシアンビームを回折および干渉することによりピーク値を平坦に成形すると共にビーム径を縮小するビーム成形装置を有する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の表面加工装置。

【請求項6】

前記ビーム成形装置は、前記加工対象物の照射位置での前記極短パルスレーザのビーム形状を矩形状に成形する、
請求項５に記載の表面加工装置。

【請求項7】

前記レーザ発振装置にレーザ伝送用ファイバを介してレーザ加工ヘッドが連結され、前記レーザ加工ヘッドは、前記加工対象物におけるレーザ照射位置に空気を噴出する空気噴出装置と、前記加工対象物から除去した前記付着物を回収する回収装置とが連結される、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の表面加工装置。

【請求項8】

前記レーザ発振装置にレーザ伝送用ファイバを介してレーザ加工ヘッドが連結され、前記レーザ加工ヘッドを走査方向に沿って移動可能な支持装置が設けられ、前記支持装置を制御可能な制御装置が設けられる、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の表面加工装置。

【請求項9】

アルミニウム合金または時効温度が１００度以下の低融点材料である加工対象物の表面にレーザを照射して付着物を除去する表面加工方法において、
極短パルスレーザのピークエネルギー密度を前記加工対象物の材料特性の一つである前記付着物の厚さに応じて前記加工対象物の減肉に影響がなく且つ前記付着物のみ除去可能な予め設定された所定のピークエネルギー密度範囲に調整する工程と、
前記加工対象物の表面に前記極短パルスレーザを照射する工程と、
を有する表面加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加工対象物の表面にある塗装膜や錆などの付着物を除去する表面加工装置および方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

レーザにより加工対象物の表面にコーティングされている塗装膜を除去する場合、ＣＷ（連続発振）レーザ方式や短パルスレーザ方式が一般的である。このような技術として、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１０３２２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＣＷ（連続発振）レーザ方式や短パルスレーザ方式によるレーザ照射で塗装膜を除去する場合、一般的な加工対象物としては鋼材である。鋼材は、高融点材料であるため、レーザの入熱による加工対象物の組織変態はあまり問題視されていない。ところが、加工対象物がアルミ合金や樹脂などの低融点材料の場合、レーザの入熱量が多いと、加工対象物の表面温度が融点、もしくは、時効温度を超えてしまい、疲労特性に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。そのため、低融点材料である加工対象物の塗装膜を除去する場合、加工対象物への入熱量を低減させる必要がある。ところが、ＣＷ（連続発振）レーザ方式や短パルスレーザ方式によるレーザ照射装置では、非照射時間に対する照射時間が長く、熱的な加工となりやすいため、加工対象物への入熱量を低減することは困難である。また、この場合、ガウス分布のレーザビームを加工対象物に照射することから、表面粗さに悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。

【0005】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、加工時における加工対象物への入熱量を低減することで加工対象物の疲労寿命の向上を図る表面加工装置および方法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】

【0006】

上記の目的を達成するための本開示の表面加工装置は、加工対象物の表面にレーザを照射して付着物を除去する表面加工装置において、極短パルスレーザを照射可能なレーザ発振装置と、前記極短パルスレーザのピークエネルギー密度を調整可能なビーム分布調整装置と、を備える。

【0007】

また、本開示の表面加工方法は、加工対象物の表面にレーザを照射して付着物を除去する表面加工方法において、極短パルスレーザのピークエネルギー密度を前記加工対象物の材料特性に応じて前記加工対象物の減肉に影響がなく且つ前記付着物のみ除去可能な予め設定された所定のピークエネルギー密度範囲に調整する工程と、前記加工対象物の表面に前記極短パルスレーザを照射する工程と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本開示の表面加工装置によれば、加工時における加工対象物への入熱量を低減することで加工対象物の疲労寿命の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、第１実施形態の表面加工装置を表す概略構成図である。

【図2】図２は、極短パルスレーザと短パルスレーザとの比較を表すグラフである。

【図3】図３は、第１実施形態の表面加工装置による適切なエネルギー密度を説明するためのグラフである。

【図4】図４は、異なる材料におけるレーザフルエンスに対するレーザによる除去深さを表すグラフである。

【図5】図５は、第２実施形態の表面加工装置を表す概略構成図である。

【図6】図６は、従来の表面加工装置によるレーザビームの処理を表す概略図である。

【図7】図７は、第２実施形態の表面加工装置によるレーザビームの処理を表す概略図である。

【図8】図８は、第２実施形態の表面加工装置による表面加工方法を表す概略図である。

【図9】図９は、第３実施形態の表面加工装置を表す概略構成図である。

【図10】図１０は、第３実施形態の表面加工装置による表面加工方法を表す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0011】

［第１実施形態］
＜表面加工装置の構成＞
図１は、第１実施形態の表面加工装置を表す概略構成図である。

【0012】

第１実施形態において、図１に示すように、表面加工装置１０は、加工対象物１００の表面にレーザを照射して付着物を除去するものである。加工対象物１００は、母材１０１の表面に付着物１０２が存在する。ここで、加工対象物１００の母材１０１は、低融点材料である。低融点材料としては、アルミニウム合金などの時効温度が１００度程度、または、１００度以下の金属合金、または、合成樹脂材料などである。また、付着物１０２としては、塗装膜や錆などがある。

【0013】

表面加工装置１０は、レーザ発振装置１１と、レーザ加工ヘッド１２と、伝送用ファイバ１３と、移動装置１４と、制御装置１５とを有する。

【0014】

レーザ発振装置１１は、極短パルスレーザＬを照射可能である。極短パルスレーザＬは、パルス幅がピコ秒以下のパルスレーザである。この場合、極短パルスレーザＬは、パルス幅が短ければ短いほど好適であり、フェムト秒以下のパルスレーザであってもよい。レーザ発振装置１１は、パルス幅がピコ秒以下、または、フェムト秒以下のパルスレーザを照射可能であることから、短パルスレーザと比較して、加工対象物１００への入熱量を低減することが可能である。

【0015】

レーザ加工ヘッド１２は、集光光学系２１と、ガルバノモータ２２と、加工ノズル２３とを有する。集光光学系２１は、図示しないが、例えば、複数の凸レンズや凹レンズにより構成される。極短パルスレーザＬは、各レンズ間で一度集光されることが好ましい。

【0016】

集光光学系２１は、本発明のビーム分布調整装置として機能する。集光光学系２１は、極短パルスレーザＬのビーム分布を調整可能である。具体的に、集光光学系２１は、極短パルスレーザＬのビーム径を調整することでビーム分布を調整する。集光光学系２１は、極短パルスレーザＬを集光して加工ノズル２３から出力する。集光光学系２１は、照射位置の違いによりビーム径が調整される。ガルバノモータ２２は、図示しないが、ガルバノミラーの角度により極短パルスレーザＬを走査するものである。

【0017】

レーザ発振装置１１とレーザ加工ヘッド１２とは、伝送用ファイバ１３により接続される。伝送用ファイバ１３は、レーザ発振装置１１から発振された極短パルスレーザＬをレーザ加工ヘッド１２に導く。

【0018】

移動装置１４は、レーザ加工ヘッド１２を少なくともレーザ照射方向およびレーザ走査方向に沿って移動可能である。レーザ走査方向は、レーザ照射方向に対して直交する方向である。制御装置１５は、レーザ発振装置１１を制御可能である。

【0019】

また、レーザ加工ヘッド１２は、偏光板（偏光部材）２４を有する。レーザ発振装置１１が発振する極短パルスレーザＬは、シングルモードであり、偏光を生じるおそれがある。偏光板２４は、レーザ発振装置１１から発振された極短パルスレーザＬのレーザビームが円偏光になるように偏光状態を制御する。偏光板２４により極短パルスレーザＬを円偏光することで、面内の均一性が向上し、走査方向における出力の偏りを抑制することができる。

【0020】

ところで、極短パルスレーザＬは、ピークエネルギー密度の高さから微細加工に用いられることが多い。ところが、このような極短パルスレーザＬを加工対象物１００の表面に付着物（塗装膜）１０２を除去するものに適用した場合、付着物１０２だけでなく、母材１０１の表面まで加工してしまい、母材１０１の表面に荒れが生じる。そこで、第１実施形態の表面加工装置１０は、集光光学系２１からの極短パルスレーザＬの照射位置を調整してビーム径を調整することで、極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を低下させ、エネルギー密度を加工対象物１００の材料特性に応じて最適なものとする。

【0021】

図２は、極短パルスレーザと短パルスレーザとの比較を表すグラフ、図３は、第１実施形態の表面加工装置による適切なエネルギー密度を説明するためのグラフ、図４は、異なる材料におけるレーザフルエンスに対するレーザによる除去深さを表すグラフである。

【0022】

図１および図２に示すように、極短パルスレーザおよび短パルスレーザは、所定の周期ごとに発振される。このとき、極短パルスレーザＬのパルス幅Ｗ１は、短パルスレーザのパルス幅Ｗ２より狭く、極短パルスレーザＬのレーザ出力密度Ｐ１は、短パルスレーザのレーザ出力密度Ｐ２より高い。そのため、図１および図３に示すように、極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を加工対象物１００（母材１０１）の材料特性に応じて加工対象物１００の減肉に影響がなく、且つ、所定深さだけ除去可能な予め設定された所定のピークエネルギー密度範囲に調整する。

【0023】

図３に表すように、領域Ａ１は、加工対象物１００の減肉が発生するおそれがあるピークエネルギー密度範囲である。ここで、極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を低下させ、ピーク値が領域Ａ２に位置するように低下させる。領域Ａ２は、加工対象物１００の減肉に影響がなく、且つ、所定深さだけ、つまり、極短パルスレーザＬを除去可能な所定のピークエネルギー密度範囲である。なお、集光光学系２１により極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を更に低下させると、ピーク値が領域Ａ３に位置する。この領域Ａ３は、加工対象物１００の減肉に影響がないものの、付着物１０２を除去不可能なピークエネルギー密度範囲である。

【0024】

加工対象物１００の減肉に影響がなく、且つ、所定深さだけ除去可能な所定のピークエネルギー密度範囲である領域Ａ２は、加工対象物１００の母材１０１の材料特性に応じて相違する。図４に示すように、レーザフルエンス（ピークエネルギー密度）に対するレーザの１パルス当たりの除去深さは、母材１０１の材料特性に応じて相違している。例えば、低融点材料としてのＰＭＭＡアクリル樹脂、ポリイミド、また、高融点材料としての鋼は、レーザフルエンスに対するレーザの１パルス当たりの除去深さの関係が相違する。領域Ａ２は、母材１０１の低融点材料と表面の付着物１０２との除去速度の比が約１０以上であることが好ましい領域である。

【0025】

＜表面加工装置の作動＞
図１に示すように、表面加工装置１０にて、制御装置１５は、レーザ発振装置１１を制御し、極短パルスレーザＬを発振する。極短パルスレーザＬは、伝送用ファイバ１３によりレーザ加工ヘッド１２に導かれる。ここで、極短パルスレーザＬは、極短パルスレーザＬのビーム径または焦点距離が調整されることで、ピークエネルギー密度が調整される。具体的に、極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を加工対象物１００（母材１０１）の材料特性に応じて加工対象物１００の減肉に影響がなく、且つ、付着物１０２を除去可能な予め設定された所定のピークエネルギー密度範囲に調整する。極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を調整するとき、母材１０１の表面から除去する付着物１０２の厚さも考慮する。

【0026】

また、極短パルスレーザＬは、偏光板２４によりレーザビームが円偏光になるように制御される。そのため、極短パルスレーザＬのレーザ照射方向に直交する面内の均一性が向上する。この状態で、制御装置１５は、ガルバノモータ２２により極短パルスレーザＬを走査させる。そのため、加工対象物１００は、極短パルスレーザＬの照射により表面が所定厚さだけ剥離され、母材１０１の表面が損傷することがなく、付着物１０２だけが除去される。

【0027】

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態の表面加工装置を表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0028】

第２実施形態において、図５に示すように、表面加工装置１０Ａは、レーザ発振装置１１と、レーザ加工ヘッド１２と、伝送用ファイバ１３と、移動装置１４と、制御装置１５とを有する。ここで、レーザ発振装置１１、伝送用ファイバ１３、移動装置１４、制御装置１５は、第１実施形態と同様であることから、詳細な説明は省略する。

【0029】

レーザ加工ヘッド１２は、集光光学系２１と、ガルバノモータ２２と、加工ノズル２３とに加えて、ビーム成形装置２５を有する。ここで、集光光学系２１、加工ノズル２３は、第１実施形態と同様であることから、詳細な説明は省略する。

【0030】

ビーム成形装置２５は、回折光学素子２６と、アパーチャ２７とを有する。極短パルスレーザＬは、ガウシアンビームであって、回折光学素子２６は、ガウシアンビームを回折および干渉することによりピーク値を平坦に成形する。アパーチャ２７は、回折光学素子２６により分離した光の不要な部分を取り去ることで、極短パルスレーザ（ガウシアンビーム）Ｌのビーム径を縮小する。

【0031】

従来は、図６に示すように、レーザ発振装置から発振された極短パルスレーザ（ａ）に対して、ピークエネルギー密度を低下させると共にビーム径を拡大する（ｂ）。そして、アパーチャにより極短パルスレーザの中心位置から所定距離だけ離れた領域以外を除去する。この場合、エネルギー密度が低下してもエネルギー分布としてピーク値が存在するため、加工対象物の母材の悪影響を与えてしまうおそれがある。

【0032】

一方、図７に示すように、第２実施形態のビーム成形装置２５は、レーザ発振装置から発振された極短パルスレーザ（ａ）に対して、回折光学素子２６によりピークエネルギー密度を低下させると共に、ビームの径方向で分離し、各ピーク値を平坦に成形する（ｂ）。そして、アパーチャ２７により極短パルスレーザＬの中心位置から所定距離だけ離れた領域以外を除去する。すると、極短パルスレーザＬは、ピーク値が平坦で、径方向の外側の裾野部分が少ないビーム分布となる。そのため、アパーチャ２７により中心から所定距離だけ離れた領域以外の部分に極短パルスレーザが照射されないため、加工対象物１００の領域以外への極短パルスレーザによる損傷を抑制できる。また、極短パルスレーザＬのピーク値がほぼ平坦になることで、均一なエネルギー密度となり、付着物１０２を均一に除去可能である。

【0033】

図８に示すように、ビーム成形装置２５は、極短パルスレーザＬが加工対象物１００の表面に到達する照射位置で、極短パルスレーザＬのビーム形状を矩形状に成形する。極短パルスレーザＬは、ピーク値が平坦で、径方向の外側の裾野部分が少ないビーム形状である。そのため、１パルスの極短パルスレーザＬにより加工対象物１００の表面に矩形状の付着物除去領域Ｌａを形成することができる。すると、レーザ加工ヘッド１２を移動しながら、加工対象物１００の表面に極短パルスレーザＬを照射すると、矩形状の付着物除去領域Ｌａを敷き詰めるような、付着物除去領域Ｌａが走査方向に連続する幅Ｗａで長さＳａの領域で付着物１０２を除去することができ、エネルギーの無駄がなく、且つ、均一に付着物１０２を除去することができる。

【0034】

［第３実施形態］
図９は、第３実施形態の表面加工装置を表す概略構成図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0035】

第３実施形態において、図９に示すように、表面加工装置１０Ｂは、レーザ発振装置１１と、レーザ加工ヘッド１２と、伝送用ファイバ１３と、移動装置（支持装置）１４と、制御装置１５とを有する。また、表面加工装置１０Ｂは、空気噴出装置３１と、回収装置３２と、冷却装置３３とを備える。

【0036】

ここで、レーザ発振装置１１、レーザ加工ヘッド１２、伝送用ファイバ１３、制御装置１５は、第１実施形態と同様である。移動装置１４は、多関節ロボットである。多関節ロボットは、レーザ加工ヘッド１２を支持し、レーザ走査方向に沿って移動可能である。制御装置１５は、移動装置１４としての多関節ロボットを制御可能である。

【0037】

空気噴出装置３１は、圧縮空気供給源４１と、清浄用フィルタ４２とを有し、配管１３ａを介してレーザ加工ヘッド１２に連結される。空気噴出装置３１は、圧縮空気供給源４１の圧縮空気を清浄用フィルタ４２を通じて配管１３ａからレーザ加工ヘッド１２に供給する。レーザ加工ヘッド１２は、加工対象物１００におけるレーザ照射位置に圧縮空気を噴出することで、除去された付着物１０２やヒュームなどをレーザ照射位置から除去する。回収装置３２は、配管１３ｂを介してレーザ加工ヘッド１２に連結される。回収装置３２は、加工対象物１００から除去された付着物１０２やヒュームなどを配管１３ｂを介して回収する。冷却装置３３は、レーザ発振装置１１に冷却媒体を循環することで冷却する。

【0038】

そのため、図９および図１０に示すように、表面加工装置１０Ｂにて、制御装置１５は、レーザ発振装置１１を制御し、レーザ加工ヘッド１２から加工対象物１００に対して極短パルスレーザＬを発振する。また、制御装置１５は、ガルバノモータ２２により極短パルスレーザＬを走査させる。ここで、レーザ発振装置１１が発振する極短パルスレーザＬの出力、レーザ加工ヘッド１２のレーザ走査速度、レーザ加工ヘッド１２のレーザ走査パターンなどのパラメータは、制御プログラムとして設定されている。制御装置１５は、制御プログラムに基づいてレーザ発振装置１１や移動装置１４などを制御する。このとき、空気噴出装置３１は、レーザ加工ヘッド１２から加工対象物１００におけるレーザ照射位置に圧縮空気を噴出することで、除去された付着物１０２やヒュームなどをレーザ照射位置から除去する。また、回収装置３２は、加工対象物１００から除去された付着物１０２やヒュームなどを配管１３ｂを介して回収する。そのため、加工対象物１００は、極短パルスレーザＬの照射により表面が所定厚さだけ剥離され、母材１０１の表面が損傷することなく、付着物１０２だけが除去される。

【0039】

レーザ加工ヘッド１２は、先端部に半透明でレーザ吸収材で形成された加工ノズル２３が装着されており、移動装置１４は、レーザ加工ヘッド１２の加工ノズル２３を加工対象物１００の表面に押し当てながらレーザ加工ヘッド１２を移動する。そのため、加工ノズル２３により加工対象物１００から除去された付着物１０２やヒュームなどが周囲に飛散することがなく、回収装置３２により適正に回収できる。

【0040】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る表面加工装置は、加工対象物１００の表面にレーザを照射して付着物１０２を除去する表面加工装置１０，１０Ａ，１０Ｂにおいて、極短パルスレーザＬを照射可能なレーザ発振装置１１と、極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を調整可能なビーム分布調整装置とを備える。

【0041】

第１の態様に係る表面加工装置は、ピークエネルギー密度が適正に調整された極短パルスレーザＬを加工対象物１００の表面に照射することで、極短パルスレーザＬによる加工時における加工対象物１００への入熱量を低減することができ、適正に付着物１０２だけを除去することで加工対象物１００の疲労寿命の向上を図ることができる。

【0042】

第２の態様に係る表面加工装置は、極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を加工対象物１００の材料特性に応じて加工対象物１００の減肉に影響がなく且つ所定深さだけ付着物１０２を除去可能な予め設定された所定のピークエネルギー密度範囲に調整する。これにより、加工対象物１００の材料特性に拘わらず、ピークエネルギー密度が適正に調整された極短パルスレーザＬを加工対象物１００の表面に照射することができ、極短パルスレーザＬによる加工時における加工対象物１００への入熱量を低減して適正に付着物１０２だけを除去することができる。

【0043】

第３の態様に係る表面加工装置は、ビーム分布調整装置は、極短パルスレーザＬのビーム径と焦点距離の少なくともいずれか一つを調整することでピークエネルギー密度を調整する。これにより、簡単な方法で適正に極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を調整することができる。

【0044】

第４の態様に係る表面加工装置は、ビーム分布調整装置としての集光光学系２１を設ける。これにより、構造の簡素化を図ることができる。

【0045】

第５の態様に係る表面加工装置は、極短パルスレーザＬのビームを偏光可能な偏光板（偏光部材）２４を設ける。これにより、レーザ発振装置１１から発振された極短パルスレーザＬは、偏光板２４によりレーザビームが円偏光になるように偏光状態が制御されることで、極短パルスレーザＬの照射方向に直交する面内の均一性が向上し、走査方向における出力の偏りを抑制することができる。

【0046】

第６の態様に係る表面加工装置は、極短パルスレーザＬは、ガウシアンビームであって、ガウシアンビームを回折および干渉することによりピーク値を平坦に成形すると共にビーム径を縮小するビーム成形装置２５を設ける。これにより、極短パルスレーザＬは、ピーク値が平坦で、径方向の外側の裾野部分が少ないビーム分布となり、付着物１０２の除去能率が向上し、且つ、均一なエネルギー密度を持つため、付着物１０２を均一に除去することができる。

【0047】

第７の態様に係る表面加工装置は、ビーム成形装置２５は、加工対象物１００の照射位置での極短パルスレーザＬのビーム形状を矩形状に成形する。これにより、レーザ加工ヘッド１２を移動しながら加工対象物１００の表面に極短パルスレーザＬを照射すると、矩形状の付着物除去領域Ｌａを隙間なく敷き詰めるように付着物１０２を除去することができ、エネルギーの無駄がなく、且つ、均一に付着物１０２を除去することができる。

【0048】

第８の態様に係る表面加工装置は、レーザ発振装置１１に伝送用ファイバ１３を介してレーザ加工ヘッド１２を連結し、レーザ加工ヘッドに加工対象物１００におけるレーザ照射位置に空気を噴出する空気噴出装置３１と、加工対象物１００から除去した付着物１０２を回収する回収装置３２とを連結する。これにより、加工対象物１００から高精度に付着物１０２を除去することができる。

【0049】

第９の態様に係る表面加工装置は、レーザ発振装置１１に伝送用ファイバ１３を介してレーザ加工ヘッド１２を連結し、レーザ加工ヘッド１２を走査方向に沿って移動可能な移動装置（支持装置）１４を設け、移動装置１４を制御可能な制御装置１５を設ける。これにより、加工対象物１００から高精度に付着物１０２を除去することができる。

【0050】

第１０の態様に係る表面加工装置は、加工対象物１００を低融点材料とする。これにより、ピークエネルギー密度が適正に調整された極短パルスレーザＬを加工対象物１００の表面に照射することで、極短パルスレーザＬによる加工時における加工対象物１００への入熱量を低減することができ、加工対象物１００が低融点材料であっても、加工対象物１００の疲労寿命の向上を図ることができる。

【0051】

第１１の態様に係る表面加工方法は、加工対象物１００の表面にレーザを照射して付着物１０２を除去する表面加工方法において、極短パルスレーザＬのピークエネルギー密度を加工対象物１００の材料特性に応じて加工対象物１００の減肉に影響がなく且つ前記付着物のみ除去可能な予め設定された所定のピークエネルギー密度範囲に調整する工程と、加工対象物１００の表面に極短パルスレーザＬを照射する工程とを有する。これにより、ピークエネルギー密度が適正に調整された極短パルスレーザＬを加工対象物１００の表面に照射することで、極短パルスレーザＬによる加工時における加工対象物１００への入熱量を低減することができ、適正に付着物１０２だけを除去することで加工対象物１００の疲労寿命の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0052】

１０，１０Ａ，１０Ｂ 表面加工装置
１１ レーザ発振装置
１２ レーザ加工ヘッド
１３ 伝送用ファイバ
１４ 移動装置（支持装置）
１５ 制御装置
２１ 集光光学系（ビーム分布調整装置）
２２ ガルバノモータ
２３ 加工ノズル
２４ 偏光板（偏光部材）
２５ ビーム成形装置
２６ 回折光学素子
２７ アパーチャ
３１ 空気噴出装置
３２ 回収装置
３３ 冷却装置
４１ 圧縮空気供給源
４２ 清浄用フィルタ
１００ 加工対象物
１０１ 母材
１０２ 付着物
Ｌ 極短パルスレーザ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】