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JP7529630B2 - Laser hole formation method - Google Patents
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Description

本発明は、レーザ光を鋼材に照射して丸孔を形成するレーザによる孔形成方法に関する。 The present invention relates to a laser hole forming method in which a laser beam is irradiated onto steel material to form a round hole.

一般的に、鋼構造物の生産は、工場で加工した部材を現場に搬入し、ボルトや溶接で接合して組み立てることによって行われる。ここで、主要な部材のボルト接合に用いられるのが高力ボルトである。
高力ボルト用の孔には厳格な基準があり、従来、鋼材に高力ボルト用の孔を形成するに際しては、ドリルによる孔加工が行われてきた(非特許文献1参照)。しかし、ドリルによる孔加工設備は、レーザ切断設備とは異なるため、ドリルによる孔加工作業では、工程間の運搬や設定、重複した片づけなどの作業が発生し、工程負荷増やコスト増になり改善が求められていた。
In general, steel structures are produced by transporting components that have been processed in factories to the construction site and assembling them by connecting them with bolts or welding. High-strength bolts are used for the bolt connections of the main components.
There are strict standards for holes for high-strength bolts, and conventionally, holes for high-strength bolts have been formed in steel materials by drilling (see Non-Patent Document 1). However, drilling equipment is different from laser cutting equipment, and drilling work requires work such as transportation and setting between processes and redundant cleanup, which increases the process load and costs, and improvements were required.

この問題を解決するため、同一のレーザ切断設備でのレーザによる孔あけが試行されてきた。しかし、鋼材に対し通常のレーザ孔あけ加工を行うと、孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチと呼ばれるノッチ状の傷を生じる(非特許文献2、3参照)。つまり、丸孔に切断すべき円周経路以外の鋼材の部分を切り出し位置として当該切り出し位置から円周経路上の切断始端部まで切断し、当該切断始端部から1周切断して切断終端部から切り逃げる場合において、切断終端部手前の切断線が入る領域で、既切断線と近接する距離が長くなり、あるいは、切断終端部から切り逃げる際の切断線が出る領域で既切断線と近接する距離が長くなることで、切断始端部と切断終端部とが重なる領域周辺における製品側の孔周上の円孔壁面(切断面)が温度上昇し、その温度上昇により製品側の孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが生じるのである。このように、孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが発生すると、孔径の精度不良になるとともに、荷重の方向によっては疲労寿命が低下することが分かってきた(非特許文献3参照)。 To solve this problem, attempts have been made to drill holes using a laser using the same laser cutting equipment. However, when ordinary laser drilling is performed on steel, a notch-shaped scratch called a melting notch is generated on the wall surface of the circular hole at the meeting point of the cutting start end and the cutting end end on the hole circumference (see Non-Patent Documents 2 and 3). In other words, when a part of the steel other than the circumferential path to be cut into a circular hole is used as the cutting position, cutting is performed from the cutting position to the cutting start end on the circumferential path, and a full circle is cut from the cutting start end and cut away from the cutting end end. In this case, the distance close to the already cut line becomes long in the area where the cutting line enters just before the cutting end end, or the distance close to the already cut line becomes long in the area where the cutting line comes out when cutting away from the cutting end end, causing the temperature of the circular hole wall surface (cut surface) on the product side around the area where the cutting start end and the cutting end end overlap, and the temperature rise causes a melting notch to be generated on the wall surface of the circular hole at the meeting point of the cutting start end and the cutting end end on the hole circumference on the product side. In this way, it has been found that when a melting notch occurs on the wall surface of a circular hole at the meeting point of the cut start end and cut end on the hole circumference, the accuracy of the hole diameter deteriorates and the fatigue life is reduced depending on the direction of the load (see Non-Patent Document 3).

ここで、高力ボルトを用いた接合部には、様々な荷重が作用し、それらに耐えうる接合部性能が求められる。 通常の構造物の作用荷重は、自重、積載荷重、地震荷重、風荷重などであるが、用途によっては、繰り返し荷重が作用する構造物がある。例えば、工場のクレーンガーダーや橋梁の桁梁などである。これらクレーンガーダーや橋梁の桁梁などにおける高力ボルトを用いた接合部には、繰り返し荷重に対して耐えうる性能が求められ、鋼材に形成される高力ボルト用の孔には、ドリル加工と同程度の疲労特性が必要とされるのである。 Here, various loads act on joints using high-strength bolts, and joint performance that can withstand them is required. The loads acting on normal structures are the structure's own weight, live load, earthquake load, wind load, etc., but depending on the application, some structures are subject to repeated loads. For example, crane girders in factories and bridge beams. Joints using high-strength bolts in these crane girders and bridge beams are required to be able to withstand repeated loads, and the holes formed in the steel for the high-strength bolts need to have fatigue properties equivalent to those of drilling.

孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に発生した溶損ノッチを回復するためには、溶接による肉盛によって溶損ノッチを補修することが考えられる。しかし、ショートビードとなるばかりでなく、新たな欠陥の温床となるため、この溶接による肉盛は推奨できない(非特許文献2参照)。
一方、溶損ノッチをなくすために、積極的に切断始端部と切断終端部とを合さずに切り残して突起部を残す方法が提案されている(非特許文献2参照)。しかしながら、その突起部を残したままでは、孔径が小さくなり、工事段階で高力ボルトが通常よりも挿入しづらい、という問題が発生する。この問題を回避するために、切り残した突起部をグラインダーなどで削除することも考えられるが、全ての孔につきグラインダーで処理するためには多大な労力が発生するという問題があった。
In order to repair the erosion notch that has occurred on the wall of the circular hole at the joining position of the cut start end and the cut end on the hole circumference, it is conceivable to repair the erosion notch by overlaying it with welding. However, this overlaying by welding is not recommended because it not only creates a short bead but also becomes a breeding ground for new defects (see Non-Patent Document 2).
On the other hand, in order to eliminate the erosion notch, a method has been proposed in which the cutting start and end are not joined together, but rather a protrusion is left uncut (see Non-Patent Document 2). However, leaving the protrusion causes a problem that the hole diameter becomes smaller and it becomes more difficult to insert high-strength bolts during the construction stage than usual. To avoid this problem, it is possible to remove the protrusion that is left uncut using a grinder, but there is a problem that it takes a lot of effort to process all the holes with a grinder.

ここで、厚板(鋼材)に環状のレーザ切断加工を行うとき、切断終了領域における環状の穴の内周面に生じる傾向にある凹部の発生を抑制するものとして、従来、例えば、特許文献1に示すレーザ切断加工方法が知られている。
この特許文献1に示すレーザ切断加工方法は、アシストガスとして酸素を使用し、ピアス加工位置から環状に切断すべき環状経路に達した位置をA位置とし、このA位置からレーザ切断加工の進行方向に所定距離の位置をB位置とする。また、A位置からレーザ進行方向の逆方向への所定距離の位置をC位置とする。このとき、A位置からB位置を経てC位置へレーザ切断加工を行った後、C位置からA位置を経てB位置までレーザ切断加工を行う際、A位置からC位置までのレーザ出力、切断速度に対してレーザ出力を小出力にすると共に切断速度を低速にしてC位置からB位置までのレーザ切断加工を行い、B位置においてレーザ出力を零にするものである。
When performing annular laser cutting on a thick plate (steel material), a laser cutting method has been known in the past to suppress the occurrence of recesses that tend to occur on the inner surface of the annular hole in the cutting end area, as shown in, for example, Patent Document 1.
The laser cutting method shown in Patent Document 1 uses oxygen as an assist gas, and defines a position A where the circular path to be cut from the piercing position is reached, and a position a predetermined distance from position A in the direction of laser cutting is defined as position B. Also, a position a predetermined distance from position A in the opposite direction to the laser advancement direction is defined as position C. In this case, when performing laser cutting from position A to position C via position B, and then performing laser cutting from position C to position B via position A, the laser output is reduced relative to the laser output and cutting speed from position A to position C, and the cutting speed is slowed down to perform laser cutting from position C to position B, and the laser output is set to zero at position B.

この特許文献1に示すレーザ切断加工方法によれば、ワークに環状の切断加工を行うとき、環状の切断経路に沿ってレーザ切断を開始した位置からレーザ切断加工が進行し、レーザ切断の開始位置に達する前にレーザ出力を小さくし、レーザ切断速度を低速に制御する。これにより、切抜き片が傾斜して環状の内周面に接触した場合、切抜き片から内周面へ反射されるレーザ光は小出力であり、内周面に大きな凹部が形成されることを抑制することができる。 According to the laser cutting method shown in Patent Document 1, when performing annular cutting on a workpiece, the laser cutting proceeds from the position where the laser cutting starts along the annular cutting path, and the laser output is reduced and the laser cutting speed is controlled to a low speed before reaching the laser cutting start position. As a result, when the cut piece is tilted and comes into contact with the annular inner surface, the laser light reflected from the cut piece to the inner surface has a low output, and it is possible to prevent a large recess from being formed on the inner surface.

また、例えば9mmなどの比較的板厚の厚い鋼板においても高品質のレーザによる穴あけを実現できるものとして、従来、例えば、特許文献2に示すレーザ穴明け方法が知られている。
特許文献2に示すレーザ穴明け方法は、レーザ発振器より発生したレーザ光を被加工物に照射して穴明けを行なうレーザ穴明け方法であって、レーザ光の出力条件パラメータであるレーザ出力とパルスデューティ、及び加工条件パラメータである切断速度と加工ガス圧を、穴明け切断位置に応じて同時に適正値に制御して穴明け加工するようにしたものである。
この特許文献2に示すレーザ穴明け方法によれば、穴内周の一部に生じる欠落をなくしたり、逆に切り残しのための穴内周の一部に生じる突起部が発生しないようにして、例えば9mmなどの比較的板厚の厚い鋼板の穴明けの高品質化を目的とした加工が可能となる。
Furthermore, a laser drilling method disclosed in, for example, Patent Document 2 is known as a method capable of realizing high-quality laser drilling even in steel plates having a relatively large thickness, for example, 9 mm.
The laser drilling method shown in Patent Document 2 is a laser drilling method in which a laser beam generated by a laser oscillator is irradiated onto a workpiece to drill a hole, and the laser beam output condition parameters, namely the laser output and pulse duty, and the processing condition parameters, namely the cutting speed and processing gas pressure, are simultaneously controlled to appropriate values according to the drilling cutting position to perform the hole drilling process.
The laser drilling method shown in Patent Document 2 makes it possible to eliminate chipping on part of the inner circumference of the hole, or conversely, to prevent protrusions on part of the inner circumference of the hole due to uncut areas, thereby enabling processing aimed at improving the quality of drilling in relatively thick steel plate, for example 9 mm.

特開2012-115899号公報JP 2012-115899 A 特開平4-33788号公報Japanese Patent Application Publication No. 4-33788

日本建築学会、建築工事標準仕様書 JASS6 鉄骨工事、2018Architectural Institute of Japan, Standard Specifications for Building Construction JASS6 Steel Construction, 2018 日本建築学会、鉄骨工事技術指針-工場製作編、P263-264、2018年1月Architectural Institute of Japan, Technical Guidelines for Steel Construction - Factory Production, pp. 263-264, January 2018 土木学会、レーザ加工孔を有する高力ボルト摩擦接合継手のすべり耐力と疲労強度、構造工学論文集 Vol.55A、2009年3月Japan Society of Civil Engineers, Slip Resistance and Fatigue Strength of High-Strength Bolted Friction Joints with Laser-Drilled Holes, Journal of Structural Engineering, Vol. 55A, March 2009

しかしながら、これら特許文献1に示すレーザ切断加工方法及び特許文献2に示すレーザ穴明け方法にあっては、いずれの方法においても、切断終端部手前の切断線が入る領域における既切断線と近接する距離の長さ及び切断終端部から切り逃げる際の切断線が出る領域における既切断線と近接する距離の長さについて十分な考察がなされておらず、切断始端部と切断終端部とが重なる領域周辺における製品側の孔周上の円孔壁面(切断面)の温度上昇を十分に回避できず、製品側の孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが発生するのを十分に回避できなかった。
従って、本発明は、鋼材に形成される丸孔の孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが発生することを回避して孔径の精度を向上させることができる、レーザによる孔形成方法を提供することを目的とする。
However, in neither of the laser cutting method shown in Patent Document 1 nor the laser drilling method shown in Patent Document 2 is sufficient consideration given to the length of the distance that the cutting line approaches the already cut line in the area just before the cut end and the length of the distance that the cutting line approaches the already cut line in the area where the cutting line emerges when cutting away from the cut end, and neither method is able to sufficiently avoid a rise in temperature on the wall surface (cut surface) of the circular hole around the product side around the area where the cut start end and the cut end overlap, and is unable to sufficiently avoid the occurrence of a melting notch on the wall surface of the circular hole at the meeting point of the cut start end and the cut end on the product side.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a hole using a laser, which can improve the accuracy of the hole diameter by avoiding the occurrence of a melting notch on the wall surface of a circular hole formed in a steel material at the meeting point of the cutting start end and the cutting end end on the circumference of the hole.

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザによる孔形成方法は、レーザ光を鋼材に照射して丸孔を形成するレーザによる孔形成方法であって、前記丸孔に切断すべき円周経路以外の前記鋼材の部分を切り出し位置とし、該切り出し位置から切り出して、前記円周経路上の第1点に半径が1.0mm以下の円弧で接して入るように切断するとともに、前記第1点から前記円周経路に沿って一周回って前記第1点に至るまで切断し、その後、前記第1点から半径が1.0mm以下の円弧で接して出るように切り逃げることを要旨とする。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention is a laser hole forming method that irradiates a steel material with a laser beam to form a round hole, and the method includes the steps of: setting a portion of the steel material other than the circumferential path to be cut into the round hole as a cutting position; cutting out from the cutting position, cutting into a first point on the circumferential path with an arc having a radius of 1.0 mm or less; cutting from the first point around the circumferential path to the first point; and then cutting out from the first point with an arc having a radius of 1.0 mm or less.

また、本発明の別の態様に係るレーザによる孔形成方法は、レーザ光を鋼材に照射して丸孔を形成するレーザによる孔形成方法であって、前記丸孔に切断すべき円周経路以外の前記鋼材の部分を切り出し位置とし、該切り出し位置から直線状に切り出して、前記円周経路上の第1点に、該第1点に接する接線に対して直角に入るように切断するとともに、前記第1点から前記円周経路に沿って一周回って前記第1点に至るまで切断し、その後、前記第1点から半径が1.0mm以下の円弧で接して出るように切り逃げることを要旨とする。 In another aspect of the present invention, a laser hole forming method is a laser hole forming method in which a laser beam is irradiated onto a steel material to form a round hole, and the method includes cutting out a portion of the steel material other than the circumferential path to be cut into the round hole as a cutting position, cutting in a straight line from the cutting position, cutting into a first point on the circumferential path at a right angle to a tangent to the first point, cutting from the first point around the circumferential path to reach the first point, and then cutting out so as to exit the first point along an arc having a radius of 1.0 mm or less.

更に、本発明の別の態様に係るレーザによる孔形成方法は、レーザ光を鋼材に照射して丸孔を形成するレーザによる孔形成方法であって、前記丸孔に切断すべき円周経路以外の前記鋼材の部分を切り出し位置とし、該切り出し位置から直線状に切り出して、前記円周経路上の第1点に、該第1点に接する接線に対して直角に入るように切断するとともに、前記第1点から前記円周経路に沿って一周回って前記第1点に至るまで切断し、その後、前記第1点から該第1点に接する接線に対して直角に直線状に出るように切り逃げることを要旨とする。 Furthermore, a laser hole forming method according to another aspect of the present invention is a laser hole forming method in which a laser beam is irradiated onto a steel material to form a round hole, and the method includes the steps of: setting a portion of the steel material other than the circumferential path to be cut into the round hole as a cutting position; cutting in a straight line from the cutting position; cutting into a first point on the circumferential path at a right angle to a tangent to the first point; cutting from the first point around the circumferential path to the first point; and then cutting out from the first point at a right angle to the tangent to the first point.

本発明に係るレーザによる孔形成方法によれば、切断終端部手前の切断線が入る領域における既切断線と近接する距離の長さを短くするとともに、切断終端部から切り逃げる際の切断線が出る領域における既切断線と近接する距離の長さを短くし、切断始端部と切断終端部とが重なる領域周辺における孔周上の円孔壁面(切断面)の温度上昇を回避してその温度上昇により孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが発生することを回避して孔径の精度を向上させることができる、レーザによる孔形成方法を提供できる。 The laser hole forming method of the present invention can provide a method for forming holes using a laser that can improve the accuracy of the hole diameter by shortening the length of the proximity to the already cut line in the area where the cutting line enters just before the cut end, and shortening the length of the proximity to the already cut line in the area where the cutting line emerges when cutting away from the cut end, thereby avoiding a temperature rise on the circular hole wall surface (cut surface) around the hole circumference around the area where the cut start end and cut end overlap, and avoiding the occurrence of a melting notch on the circular hole wall surface at the meeting point of the cut start end and cut end on the hole circumference due to the temperature rise.

これにより、鋼材の外側を切断するレーザ切断設備と同一のレーザ切断設備において、本発明に係るレーザによる孔形成方法によって鋼材に孔あけ加工することにより、ドリル孔あけ加工との併用による工程間の運搬や設定、片付けなどの重複作業がなくなり、レーザ孔あけ加工による溶損ノッチの発生を回避し孔径の精度が向上することで、グラインダー処理をしないと高力ボルトが通常よりも挿入しづらいという問題を解決し、疲労寿命が荷重方向によらずドリル加工によるボルト孔と同等に優れたレーザ孔を得ることができる。このため、ボルト接合部のコストダウンや工期短縮、省力化を図ることができ、鋼構造物の競争力の強化や生産性向上に寄与する。 As a result, by drilling holes in steel using the laser hole formation method of the present invention in the same laser cutting equipment as the laser cutting equipment that cuts the outside of the steel, duplicated work such as transportation, setup, and cleanup between processes when used in combination with drill hole drilling is eliminated, and the occurrence of melting notches caused by laser drilling is avoided and the accuracy of the hole diameter is improved, solving the problem that high-strength bolts are more difficult to insert than usual without grinding, and it is possible to obtain laser holes with fatigue life equivalent to that of bolt holes drilled regardless of the load direction. This reduces the cost of bolt joints, shortens construction time, and saves labor, contributing to strengthening the competitiveness of steel structures and improving productivity.

本発明の第1乃至第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法が適用されるレーザ孔あけ装置の概略構成図である。1 is a schematic diagram of a laser drilling device to which a laser hole forming method according to first to third embodiments of the present invention is applied; 図1に示すレーザ孔あけ装置の基本構成を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the basic configuration of the laser drilling device shown in FIG. 1 . 本発明の第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法を説明するための図である。3A to 3C are diagrams illustrating a hole forming method using a laser according to the first embodiment of the present invention. レーザによる孔形成方法の第1参考例を説明するための図である。1A to 1C are diagrams for explaining a first reference example of a hole forming method using a laser. レーザによる孔形成方法の第2参考例を説明するための図である。13A to 13C are diagrams for explaining a second reference example of a hole forming method using a laser. レーザによる孔形成方法の第3参考例を説明するための図である。13A to 13C are diagrams for explaining a third reference example of a hole forming method using a laser. 本発明の第2実施形態に係るレーザによる孔形成方法を説明するための図である。6A to 6C are diagrams illustrating a hole forming method using a laser according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法を説明するための図である。13A to 13C are diagrams illustrating a hole forming method using a laser according to a third embodiment of the present invention. 本発明の効果を検証するための実施例において作成したサンプル(鋼材)を説明するための平面図である。FIG. 1 is a plan view for explaining a sample (steel material) created in an example for verifying the effects of the present invention. サンプルに形成された丸孔の座標基準による内径の測定方法を説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining a method for measuring the inner diameter of a circular hole formed in a sample based on coordinates. サンプルに形成された丸孔の溶損ノッチ基準による内径の測定方法を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a method for measuring the inner diameter of a circular hole formed in a sample based on a melting notch standard. サンプルに形成された丸孔の座標基準による内径及び溶損ノッチ基準による内径を測定する際の直角度を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the squareness when measuring the inner diameter based on the coordinate system and the inner diameter based on the erosion notch of a round hole formed in a sample. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the measurement results of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of round holes formed by the hole forming method of Example 1 for each sample having a steel plate thickness of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果を示すグラフである。13 is a graph showing the measurement results of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of round holes formed by the hole forming method of Example 2 for each sample having a steel plate thickness of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果を示すグラフである。13 is a graph showing the measurement results of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of round holes formed by the hole forming method of Example 3 for each sample having a steel plate thickness of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the measurement results of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the corrosion notch standard of round holes formed by the hole forming method of Example 1 for each sample of steel plate thicknesses of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the measurement results of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the corrosion notch standard of round holes formed by the hole forming method of Example 2 for each sample of steel plate thicknesses of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果を示すグラフである。13 is a graph showing the measurement results of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the corrosion notch standard of round holes formed by the hole forming method of Example 3 for each sample of steel plate thicknesses of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the measurement results of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) based on the corrosion notch standard of round holes formed by the hole forming method of Example 1 for each sample of steel plate thicknesses of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the measurement results of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) based on the corrosion notch standard of round holes formed by the hole forming method of Example 2 for each sample of steel plate thicknesses of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 鋼材の板厚が6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果を示すグラフである。1 is a graph showing the measurement results of the back side inner diameters C (concave back), C (convex back), D (back), E (back), and F (back) based on the corrosion notch standard of round holes formed by the hole forming method of Example 3 for each sample of steel plate thicknesses of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. 比較例1による孔形成方法を説明するための図である。11A to 11C are diagrams for explaining a hole forming method according to Comparative Example 1. 比較例2による孔形成方法を説明するための図である。13A to 13C are diagrams for explaining a hole forming method according to Comparative Example 2. 比較例3による孔形成方法を説明するための図である。13A to 13C are diagrams for explaining a hole forming method according to Comparative Example 3.

以下、本発明の実施形態に係るレーザによる孔形成方法について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
Hereinafter, a hole forming method using a laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments shown below are examples of devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is not limited to the following embodiments in terms of the material, shape, structure, arrangement, etc. of the components.
In addition, the drawings are schematic, and therefore, it should be noted that the relationship between thickness and planar dimensions, ratios, etc. may differ from the actual ones, and the drawings also include parts in which the relationship and ratios of dimensions differ from each other.

(レーザ孔あけ装置の構成)
図1には、本発明の第1乃至第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法が適用されるレーザ孔あけ装置の概略構成が示され、図2には、図1に示すレーザ孔あけ装置の基本構成が示されている。
図1及び図2に示すレーザ孔あけ装置1は、レーザ光LBを鋼材Sに照射して丸孔Hを形成するものである。レーザ孔あけ装置1は、孔あけ対象となる鋼材Sの両端の外側に設置される一対のレール2上をX軸方向に走行可能な一対のX軸方向移動部材3と、一対のX軸方向移動部材3間を連結するY軸方向延伸部材4と、Y軸方向延伸部材4に沿ってY軸方向に移動可能なレーザ加工ヘッド5とを備えている。レーザ加工ヘッド5は、X軸方向移動部材3がX軸方向に沿って走行することでX軸方向に移動し、Y軸方向延伸部材4に沿って移動することでY軸方向に移動し、また、Z軸方向にも移動可能となっている。また、レーザ孔あけ装置1は、X軸方向移動部材3のX軸方向の走行及びレーザ加工ヘッド5のY軸方向及びZ軸方向の移動を制御するとともに、後述するレーザ発振器7の出力等を制御する制御装置を内蔵した制御ボックス6を備えている。
(Configuration of laser drilling device)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser drilling apparatus to which the laser hole forming methods according to the first to third embodiments of the present invention are applied, and FIG. 2 shows the basic configuration of the laser drilling apparatus shown in FIG. 1.
The laser drilling device 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 irradiates a steel material S with a laser beam LB to form a round hole H. The laser drilling device 1 includes a pair of X-axis direction moving members 3 that can run in the X-axis direction on a pair of rails 2 installed on the outside of both ends of the steel material S to be drilled, a Y-axis direction extension member 4 that connects the pair of X-axis direction moving members 3, and a laser processing head 5 that can move in the Y-axis direction along the Y-axis direction extension member 4. The laser processing head 5 moves in the X-axis direction as the X-axis direction moving members 3 run along the X-axis direction, moves in the Y-axis direction as the Y-axis direction extension member 4 moves, and can also move in the Z-axis direction. The laser drilling device 1 also includes a control box 6 that includes a control device that controls the travel of the X-axis direction moving members 3 in the X-axis direction and the movement of the laser processing head 5 in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and controls the output of a laser oscillator 7, which will be described later.

そして、レーザ孔あけ装置1のレーザ加工ヘッド5は、図2に示すように、レーザ発振器7から発振されたレーザ光LBを、内装した集光レンズ8によって集光して鋼材Sに照射する。また、レーザ加工ヘッド5には、鋼材Sに対して丸孔を形成する際に、アシストガスを鋼材Sへ噴射するためのアシストガス供給手段9が接続されている。レーザ発振器7は、COレーザ発振器あるいはファイバーレーザ発振器である。また、アシストガスは、酸素である。 2, the laser processing head 5 of the laser drilling device 1 focuses the laser light LB oscillated from a laser oscillator 7 by an internal focusing lens 8 and irradiates the laser light LB onto the steel material S. The laser processing head 5 is also connected to an assist gas supplying means 9 for injecting assist gas into the steel material S when forming a round hole in the steel material S. The laser oscillator 7 is a CO2 laser oscillator or a fiber laser oscillator. The assist gas is oxygen.

(第1実施形態)
次に、図1及び図2に示すレーザ孔あけ装置1を用いて、レーザ光LBを鋼材Sに照射して丸孔Hを形成する本発明の第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法について、図3を参照して説明する。
孔あけの対象となる鋼材Sの板厚は、特に限定されないが、本実施形態では、6mm~16mm程度とする。また、鋼材Sの材質は、炭素鋼、ステンレス鋼など特に限定されない。
レーザ光LBを鋼材Sに照射して丸孔Hを形成するに際し、レーザ加工ヘッド5のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の移動を制御することで、次のように切断する。
先ず、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとする。
First Embodiment
Next, a laser hole forming method according to a first embodiment of the present invention, in which a laser beam LB is irradiated onto a steel material S to form a round hole H using the laser drilling device 1 shown in FIGS. 1 and 2, will be described with reference to FIG. 3.
The thickness of the steel material S to be drilled is not particularly limited, but is set to about 6 mm to 16 mm in this embodiment. The material of the steel material S is not particularly limited, and may be carbon steel, stainless steel, or the like.
When the laser beam LB is irradiated onto the steel material S to form the round hole H, the movement of the laser processing head 5 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is controlled to cut as follows.
First, a portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the round hole H is set as a cutting position CP.

次いで、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に半径R1が1.0mm以下の円弧13で接して入るように切断する。本実施形態では、具体的に、半径R1が1.0mmの円弧13で第1点P1に接して入るように切断する。
次いで、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断する。
その後、第1点P1から半径R2が1.0mm以下の円弧16で接して直線状に出るように切り逃げる。本実施形態では、具体的に、半径R2が1.0mmの円弧13で第1点P1から出るように切断する。
Next, the cutting is performed by cutting out in a straight line from the cutting position CP so as to enter and be tangent to the first point P1 on the circumferential path 11 with an arc 13 having a radius R1 of 1.0 mm or less. In this embodiment, specifically, the cutting is performed so as to enter and be tangent to the first point P1 with an arc 13 having a radius R1 of 1.0 mm.
Next, the cutting is performed from the first point P1 around the circumferential path 11 until the cutting returns to the first point P1.
Then, the cut is made so as to come out in a straight line from the first point P1 at a circular arc 16 having a radius R2 of 1.0 mm or less. In this embodiment, specifically, the cut is made so as to come out from the first point P1 at a circular arc 13 having a radius R2 of 1.0 mm.

これにより、鋼材Sに丸孔H(図2に示すように鋼材Sを貫通する貫通孔)が形成される。
この丸孔Hの形成における切り出し位置CPから最後までの切断線は、切り出し位置CPから円弧13に至るまでの直線状の切断線12、円弧13、第1点P1から円周経路11上に沿って180°進行した所定点に至るまでの切断線14、この所定点から第1点P1に至るまでの切断線15、円弧16、及びこの円弧16の端部から最後までの直線状の切断線17となる。
As a result, a round hole H (a through hole penetrating the steel material S as shown in FIG. 2) is formed in the steel material S.
The cutting lines from the cut-out position CP to the end in forming this round hole H are a straight cutting line 12 from the cut-out position CP to the arc 13, the arc 13, a cutting line 14 from the first point P1 to a specified point 180° along the circumferential path 11, a cutting line 15 from this specified point to the first point P1, the arc 16, and a straight cutting line 17 from the end of the arc 16 to the end.

なお、レーザ光LBによる切断速度は、鋼材Sの板厚に応じて適宜決定され、本実施形態においては、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで一定の速度(例えば、1200mm/min)で切断を行う。また、レーザ発振器7の出力は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで一定の出力(例えば、3000kw)である。また、レーザ発振器7の周波数は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで一定の周波数(例えば、1000Hz)である。また、レーザ発振器7のデューティ比は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで一定のデューティ比(例えば、60%)である。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで一定のガス圧(例えば、27KPa)である。 The cutting speed of the laser beam LB is appropriately determined according to the thickness of the steel material S, and in this embodiment, cutting is performed at a constant speed (e.g., 1200 mm/min) from the cutting at the cutting position CP to the final cutting. The output of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 3000 kW) from the cutting at the cutting position CP to the final cutting. The frequency of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 1000 Hz) from the cutting at the cutting position CP to the final cutting. The duty ratio of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 60%) from the cutting at the cutting position CP to the final cutting. The gas pressure of oxygen as the assist gas is constant (e.g., 27 KPa) from the cutting at the cutting position CP to the final cutting.

このように、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に半径R1が1.0mm以下の円弧13で接して入るように切断する。そして、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から半径R2が1.0mm以下の円弧16で接して出るように切り逃げる。 In this way, the portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the round hole H is set as the cutting position CP, and it is cut in a straight line from the cutting position CP, and cut so that it enters and touches the first point P1 on the circumferential path 11 with an arc 13 having a radius R1 of 1.0 mm or less. Then, it cuts from the first point P1 around the circumferential path 11 once to reach the first point P1, and then cuts away so that it exits and touches the arc 16 having a radius R2 of 1.0 mm or less from the first point P1.

これにより、切断終端部(第1点P1)手前の切断線15が入る領域における既切断線12及び円弧13と近接する距離の長さを短くするとともに、切断終端部(第1点P1)から切り逃げる際の円弧16及び切断線17が出る領域における既切断線14と近接する距離の長さを短くし、切断始端部(第1点P1)と切断終端部(第1点P1)とが重なる領域周辺における丸孔Hの孔周上の円孔壁面(切断面)の温度上昇を回避してその温度上昇により製品側の孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが発生するのを回避して孔径の精度を向上させることができる。 This shortens the distance between the cut line 12 and the arc 13 in the area where the cut line 15 enters just before the cut end (first point P1), and shortens the distance between the cut line 14 and the area where the arc 16 and the cut line 17 exit when cutting away from the cut end (first point P1). This prevents a temperature rise on the circular hole wall surface (cut surface) around the circumference of the circular hole H in the area where the cut start end (first point P1) and the cut end end (first point P1) overlap, and prevents a melting notch from occurring on the circular hole wall surface at the meeting point of the cut start end and the cut end on the product side due to the temperature rise, thereby improving the accuracy of the hole diameter.

これにより、鋼材Sの外側を切断するレーザ切断設備と同一のレーザ切断設備において、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法によって鋼材Sに孔あけ加工することにより、ドリル孔あけ加工との併用による工程間の運搬や設定、片付けなどの重複作業がなくなり、レーザ孔あけ加工による溶損ノッチの発生を回避し孔径の精度が向上することで、グラインダー処理をしないと高力ボルトが通常よりも挿入しづらいという問題を解決し、疲労寿命が荷重方向によらずドリル加工によるボルト孔と同等に優れたレーザ孔を得ることができる。このため、ボルト接合部のコストダウンや工期短縮、省力化を図ることができ、鋼構造物の競争力の強化や生産性向上に寄与する。 As a result, by drilling holes in steel material S using the laser hole formation method according to the first embodiment in the same laser cutting equipment as the laser cutting equipment that cuts the outside of steel material S, duplicated work such as transportation, setup, and cleanup between processes when used in combination with drill hole drilling is eliminated, and the occurrence of melting notches due to laser drilling is avoided and the accuracy of the hole diameter is improved, solving the problem that high-strength bolts are more difficult to insert than usual without grinding, and it is possible to obtain laser holes whose fatigue life is as excellent as that of bolt holes drilled regardless of the load direction. This makes it possible to reduce costs, shorten construction periods, and save labor for bolt joints, contributing to strengthening the competitiveness of steel structures and improving productivity.

ここで、切り出し位置CPから切り出して、円周経路11上の第1点P1に半径R1が1.0mmより大きな円弧13で接して入るように切断すると、所定点から第1点P1に至るまでの切断線15が、切断済みの切り出し位置CPから円弧13に至るまでの切断線12及び円弧13と近接状態にある距離が長くなる。このため、切断終端部(第1点P1)周辺で、急激な温度上昇によるセルフバーニング現象が発生し、切断線15の外側(製品側)の切断面に溶損ノッチや凹凸が発生し、切断面の粗さが著しく低下する。このため、切り出し位置CPから切り出して、円周経路11上の第1点P1に半径R1が1.0mm以下の円弧13で接して入るように切断する。 Here, if the cutting is performed from the cutting position CP so that the arc 13 with a radius R1 of 1.0 mm or more touches the first point P1 on the circumferential path 11, the distance over which the cutting line 15 from the specified point to the first point P1 is in close proximity to the cutting line 12 and the arc 13 from the cutting position CP to the arc 13 that have already been cut will be long. Therefore, a self-burning phenomenon occurs around the cutting end (first point P1) due to a sudden rise in temperature, and melting notches and unevenness occur on the cut surface on the outside (product side) of the cutting line 15, significantly reducing the roughness of the cut surface. For this reason, the cutting is performed from the cutting position CP so that the arc 13 with a radius R1 of 1.0 mm or less touches the first point P1 on the circumferential path 11.

また、第1点P1から半径R2が1.0mmよりも大きな円弧16で接して出るように切り逃げるとすると、円弧16及び円弧16の端部から最後までの直線状の切断線17が、切断済みの第1点P1から円周経路11上に沿って180°進行した所定点に至るまでの切断線14と近接状態にある距離が長くなる。このため、溶損ノッチが発生し易く、また、切断線14の外側(製品側)の孔内壁への熱影響が大きくなることで、表面形状を損ねることになる。このため、第1点P1から半径R2が1.0mm以下の円弧16で接して出るように切り逃げる。 In addition, if the cut is made so that the arc 16 with a radius R2 of more than 1.0 mm is tangent from the first point P1 to the cut line 14, the distance over which the arc 16 and the linear cut line 17 from the end of the arc 16 to the end are in close proximity to the cut line 14 from the first point P1 to a specified point 180° along the circumferential path 11, will be longer. This makes it easier for melting notches to occur, and the thermal effect on the inner wall of the hole on the outside (product side) of the cut line 14 will be greater, damaging the surface shape. For this reason, the cut is made so that the arc 16 with a radius R2 of 1.0 mm or less is tangent from the first point P1 to the cut line 14.

次に、図4に示す第1参考例に係るレーザによる孔形成方法について、説明する。
第1参考例に係るレーザによる孔形成方法の場合、先ず、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとする。
次いで、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の前述の第1点P1よりも進行方向に所定距離離れた点P11に比較的大きな半径の円弧112で接して入るように切断する。
次いで、点P11から円周経路11に沿って一周回って前述の第1点P1に対し進行逆方向に所定距離離れた点P12に至るまで切断する。
その後、点P12から比較的大きな半径の円弧115で接して直線状に出るように切り逃げる。
Next, a hole forming method using a laser according to a first embodiment of the present invention shown in FIG. 4 will be described.
In the case of the hole forming method by laser according to the first reference example, first, a portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the circular hole H is set as a cutting position CP.
Next, the cutting is performed in a straight line from the cutting position CP so as to enter a point P11 on the circumferential path 11 at a predetermined distance in the traveling direction from the first point P1 described above, so as to be tangent to a circular arc 112 of a comparatively large radius.
Next, the cutting is performed from point P11 around the circumferential path 11 until it reaches point P12, which is a predetermined distance away in the reverse direction from the first point P1.
Thereafter, the arc 115 having a relatively large radius is cut from the point P12 to make a tangent and exit in a straight line.

この第1参考例に係るレーザによる孔形成方法の場合、図4に示すように、丸孔Hの孔周上の切断始端部(点P11)の周辺と切断終端部(点P12)の周辺とが重なることが回避されているので、丸孔Hの孔周上の円孔壁面に溶損ノッチが発生することはない。しかし、円弧112と円弧115との間に突起部116が形成されるので、レーザによる孔形成後に突起部116を除去する必要がある。この突起部116をグラインダーなどで除去する場合、全ての孔につきグラインダーで処理するためには多大な労力が発生する。
これに対して、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法の場合、丸孔Hを形成した後に丸孔Hの内周面に突起部が残ることはないので、グラインダーなどで除去する必要はない。
In the case of the laser hole forming method according to the first reference example, as shown in Fig. 4, overlap between the periphery of the cutting start end (point P11) and the periphery of the cutting end end (point P12) on the circumference of the round hole H is avoided, so that no melting notch is generated on the wall surface of the round hole H on the circumference. However, since a protrusion 116 is formed between the arcs 112 and 115, it is necessary to remove the protrusion 116 after the hole is formed by the laser. If the protrusion 116 is to be removed by a grinder or the like, it would be very laborious to process all the holes with the grinder.
In contrast, in the case of the laser hole forming method according to the first embodiment, no protrusions remain on the inner surface of the round hole H after the round hole H is formed, so there is no need to remove them with a grinder or the like.

次に、図5に示す第2参考例に係るレーザによる孔形成方法について、説明する。
第2参考例に係るレーザによる孔形成方法の場合、先ず、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分であって前述の第1点P1に対して進行方向と反対側の部分を切り出し位置CPとする。
次いで、切り出し位置CPから曲線状に切り出して、円周経路11上の前述の第1点P1よりも進行方向に所定距離離れた点P13に比較的大きな半径の円弧118で接して入るように切断する。
次いで、点P13から円周経路11に沿って一周回って前述の第1点P1に対し進行逆方向に所定距離離れた点P14に至るまで切断する。
その後、点P14から比較的大きな半径の円弧121で接して曲線状に前述の第1点P1に対して進行方向側に出るように切り逃げる。
Next, a hole forming method using a laser according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the case of the laser hole forming method according to the second reference example, first, a portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into a circular hole H, which is on the opposite side of the traveling direction from the first point P1 described above, is set as the cutting position CP.
Next, the cutting is performed in a curved line from the cutting position CP so as to enter a point P13 on the circumferential path 11 at a predetermined distance in the traveling direction from the first point P1 described above, so as to be tangent to a circular arc 118 having a comparatively large radius.
Next, the cutting is performed from point P13 around the circumferential path 11 to point P14, which is a predetermined distance away in the reverse direction from the first point P1.
Thereafter, the vehicle makes a curved cut to come into contact with a circular arc 121 of a comparatively large radius from point P14 and exits toward the traveling direction toward the first point P1.

この第2参考例に係るレーザによる孔形成方法の場合、図5に示すように、丸孔Hの孔周上の切断始端部(点P13)の周辺と切断終端部(点P14)の周辺とが重なることが回避されているので、丸孔Hの孔周上の円孔壁面に溶損ノッチが発生することはない。しかし、円弧118と円弧121との間に突起部122が形成されるので、レーザによる孔形成後に突起部122を除去する必要がある。この突起部122をグラインダーなどで除去する場合、全ての孔につきグラインダーで処理するためには多大な労力が発生する。 In the case of the laser hole formation method according to the second reference example, as shown in FIG. 5, overlap between the periphery of the cut start end (point P13) and the periphery of the cut end (point P14) on the circumference of the round hole H is avoided, so no melting notches are formed on the wall surface of the round hole on the circumference of the round hole H. However, since a protrusion 122 is formed between the arcs 118 and 121, it is necessary to remove the protrusion 122 after the hole is formed by the laser. If this protrusion 122 is to be removed with a grinder or the like, it would be very laborious to process all the holes with the grinder.

次に、図6に示す第3参考例に係るレーザによる孔形成方法について、説明する。
第3参考例に係るレーザによる孔形成方法の場合、先ず、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとする。
次いで、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の前述の第1点P1に半径0mmの円弧である直角に入るように切断する。
次いで、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に対し進行逆方向に所定距離離れた点P15に至るまで切断し、切断を終了する。
Next, a hole forming method using a laser according to a third embodiment shown in FIG. 6 will be described.
In the case of the hole forming method by laser according to the third reference example, first, a portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the circular hole H is set as a cutting position CP.
Next, the cutting is performed in a straight line from the cutting position CP so as to enter at a right angle, which is an arc having a radius of 0 mm, at the first point P1 on the circumferential path 11 described above.
Next, the cutting is performed from the first point P1 around the circumferential path 11 until it reaches a point P15 that is a predetermined distance away from the first point P1 in the reverse direction, and then the cutting is completed.

この第3参考例に係るレーザによる孔形成方法の場合、図6に示すように、丸孔Hの孔周上の切断始端部(第1点P1)の周辺と切断終端部(点P15)の周辺とが重なることが回避されているので、丸孔Hの孔周上の円孔壁面に溶損ノッチが発生することはない。しかし、第1点P1と点P15との間に突起部126が形成されるので、この突起部126を叩いて削除する必要がある。全ての孔につき突起部126を叩いて削除するためには多大な労力が発生する。
これに対して、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法の場合、丸孔Hを形成した後に丸孔Hの内周面に突起部が残ることはないので、グラインダーなどで除去する必要はない。
In the case of the laser hole forming method according to the third reference example, as shown in Fig. 6, overlap between the periphery of the cutting start end (first point P1) and the periphery of the cutting end end (point P15) on the circumference of the round hole H is avoided, so that no melting notch is generated on the wall surface of the round hole H on the circumference. However, a protrusion 126 is formed between the first point P1 and point P15, and this protrusion 126 needs to be removed by tapping. A great deal of work is required to tap and remove the protrusion 126 for all holes.
In contrast, in the case of the laser hole forming method according to the first embodiment, no protrusions remain on the inner surface of the round hole H after the round hole H is formed, so there is no need to remove them with a grinder or the like.

(第2実施形態)
次に、図1及び図2に示すレーザ孔あけ装置1を用いて、レーザ光LBを鋼材Sに照射して丸孔Hを形成する本発明の第2実施形態に係るレーザによる孔形成方法について、図7を参照して説明する。
孔あけの対象となる鋼材Sの板厚及び材質は、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法の孔あけの対象となる鋼材Sと同様である。
レーザ光LBを鋼材Sに照射して丸孔Hを形成するに際し、レーザ加工ヘッド5のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の移動を制御することで、次のように切断する。
先ず、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法と同様に、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとする。
Second Embodiment
Next, with reference to FIG. 7, a laser hole forming method according to a second embodiment of the present invention will be described, in which laser light LB is irradiated onto steel material S to form a round hole H using the laser drilling device 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2.
The plate thickness and material of the steel material S to be drilled are similar to those of the steel material S to be drilled in the laser hole forming method according to the first embodiment.
When the laser beam LB is irradiated onto the steel material S to form the round hole H, the movement of the laser processing head 5 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is controlled to cut as follows.
First, in the same manner as in the laser hole forming method according to the first embodiment, a portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the circular hole H is set as a cutting position CP.

次いで、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対して直角に入るように切断する。
次いで、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断する。
その後、第1点P1から半径R3が1.0mm以下の円弧21で接して直線状に出るように切り逃げる。本実施形態では、具体的に、半径R3が1.0mmの円弧21で第1点P1から出るように切断する。
Next, the cutting is performed in a straight line from the cutting position CP to a first point P1 on the circumferential path 11 so as to enter at a right angle to a tangent line 30 that is in contact with the first point P1.
Next, the cutting is performed from the first point P1 around the circumferential path 11 until the cutting returns to the first point P1.
Then, the cut is made so as to come out in a straight line from the first point P1 along the arc 21 having a radius R3 of 1.0 mm or less. In this embodiment, specifically, the cut is made so as to come out from the first point P1 along the arc 21 having a radius R3 of 1.0 mm.

これにより、鋼材Sに丸孔H(図2に示すように鋼材Sを貫通する貫通孔)が形成される。
この丸孔Hの形成における切り出し位置CPから最後までの切断線は、切り出し位置CPから第1点P1に至るまでの直線状の切断線18、第1点P1から円周経路11上に沿って180°進行した所定点に至るまでの切断線19、この所定点から第1点P1に至るまでの切断線20、円弧21、及びこの円弧21の端部から最後までの直線状の切断線22となる。
As a result, a round hole H (a through hole penetrating the steel material S as shown in FIG. 2) is formed in the steel material S.
The cutting lines from the cut-out position CP to the end in forming this round hole H are a straight cutting line 18 from the cut-out position CP to the first point P1, a cutting line 19 from the first point P1 to a specified point 180° along the circumferential path 11, a cutting line 20 from this specified point to the first point P1, an arc 21, and a straight cutting line 22 from the end of the arc 21 to the end.

なお、レーザ光LBによる切断速度につき説明すると、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度(例えば、1200mm/min)で切断する。この定常速度は、鋼材Sの板厚に応じて適宜決定される。そして、第1点P1から切断速度を定常速度から減速(例えば、90%程度減速≒110mm/minまで減速)して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(例えば、2mm程度)進んだ第2点P2まで切断する。その後、第2点P2から切断速度を前述の定常速度まで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、前述の記定常速度で切り逃げる。 Regarding the cutting speed by the laser light LB, cutting is performed at a steady speed (e.g., 1200 mm/min) from the cut-out position CP to the first point P1. This steady speed is appropriately determined according to the thickness of the steel material S. Then, the cutting speed is decelerated from the steady speed from the first point P1 (e.g., decelerated by about 90% ≒ decelerated to 110 mm/min) to cut from the first point P1 to the second point P2, which is a predetermined distance (e.g., about 2 mm) in the direction of travel on the circumferential path 11. Thereafter, the cutting speed is accelerated from the second point P2 to the aforementioned steady speed to cut around once to the first point P1, and then the cutting is performed at the aforementioned steady speed.

また、レーザ発振器7の出力は、定常速度で切断する場合及び減速した速度で切断する場合とも、一定の出力(例えば、3000kw)である。また、レーザ発振器7の周波数は、定常速度で切断する場合が一定の周波数(例えば、1000Hz)、減速した速度で切断する場合が一定の周波数(例えば、10Hz)である。また、また、レーザ発振器7のデューティ比は、定常速度で切断する場合が、一定のデューティ比(例えば、60%)、減速した速度で切断する場合、一定のデューティ比(例えば、25%)である。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、定常速度で切断する場合が、一定のガス圧(例えば、27KPa)、減速した速度で切断する場合、一定のガス圧(例えば、35KPa)である。 The output of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 3000 kW) when cutting at a steady speed and when cutting at a decelerated speed. The frequency of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 1000 Hz) when cutting at a steady speed and is constant (e.g., 10 Hz) when cutting at a decelerated speed. The duty ratio of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 60%) when cutting at a steady speed and is constant (e.g., 25%) when cutting at a decelerated speed. The gas pressure of oxygen as the assist gas is constant (e.g., 27 KPa) when cutting at a steady speed and is constant (e.g., 35 KPa) when cutting at a decelerated speed.

このように、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対して直角に入るように切断する。そして、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から半径R3が1.0mm以下の円弧21で接して出るように切り逃げる。 In this way, the part of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the round hole H is set as the cutting position CP, and it is cut in a straight line from the cutting position CP to the first point P1 on the circumferential path 11 so as to enter at a right angle to the tangent line 30 that touches the first point P1. Then, it is cut from the first point P1 around the circumferential path 11 to the first point P1, and then it is cut away so as to touch the arc 21 with a radius R3 of 1.0 mm or less from the first point P1 and exit.

これにより、切断終端部(第1点P1)手前の切断線20が入る領域における既切断線18と近接する距離の長さを短くするとともに、切断終端部(第1点P1)から切り逃げる際の円弧21及び切断線22が出る領域における既切断線19と近接する距離の長さを短くし、切断始端部(第1点P1)と切断終端部(第1点P1)とが重なる領域周辺における丸孔Hの孔周上の円孔壁面(切断面)の温度上昇を回避してその温度上昇により製品側の孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが発生するのを回避して孔径の精度を向上させることができる。 This shortens the distance between the cut line 20 and the already cut line 18 in the area just before the cut end (first point P1), and shortens the distance between the cut line 20 and the already cut line 19 in the area where the arc 21 and the cut line 22 exit when cutting away from the cut end (first point P1). This prevents a temperature rise on the circular hole wall surface (cut surface) around the circumference of the circular hole H in the area where the cut start end (first point P1) and the cut end end (first point P1) overlap, and prevents a melting notch from occurring on the circular hole wall surface at the meeting point of the cut start end and the cut end on the product side due to the temperature rise, thereby improving the accuracy of the hole diameter.

これにより、鋼材Sの外側を切断するレーザ切断設備と同一のレーザ切断設備において、第2実施形態に係るレーザによる孔形成方法によって鋼材Sに孔あけ加工することにより、ドリル孔あけ加工との併用による工程間の運搬や設定、片付けなどの重複作業がなくなり、レーザ孔あけ加工による溶損ノッチの発生を回避し孔径の精度が向上することで、グラインダー処理をしないと高力ボルトが通常よりも挿入しづらいという問題を解決し、疲労寿命が荷重方向によらずドリル加工によるボルト孔と同等に優れたレーザ孔を得ることができる。このため、ボルト接合部のコストダウンや工期短縮、省力化を図ることができ、鋼構造物の競争力の強化や生産性向上に寄与する。 As a result, by drilling holes in steel material S using the laser hole formation method of the second embodiment in the same laser cutting equipment as the laser cutting equipment that cuts the outside of steel material S, duplicated work such as transportation, setup, and cleanup between processes when used in combination with drill hole drilling is eliminated, and the occurrence of melting notches due to laser drilling is avoided and the accuracy of the hole diameter is improved, solving the problem that high-strength bolts are more difficult to insert than usual without grinding, and it is possible to obtain laser holes whose fatigue life is as excellent as that of bolt holes drilled regardless of the load direction. This makes it possible to reduce costs, shorten construction periods, and save labor for bolt joints, contributing to strengthening the competitiveness of steel structures and improving productivity.

ここで、切り出し位置CPから切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対し直角に入るように切断するので、所定点から第1点P1に至るまでの切断線20が、切断済みの切り出し位置CPから第1点P1に至るまでの切断線18と近接状態にある距離がほとんどない。このため、切断終端部(第1点P1)周辺で、急激な温度上昇によるセルフバーニング現象が発生することはなく、切断線20の外側(製品側)の切断面に溶損ノッチや凹凸が発生することが回避され、切断面の粗さが著しく低下することはない。
なお、円周経路11上の第1点P1に、接線30に対し直角に入るように切断するのが好ましいが、若干鋭角になったり鈍角になっても構わない。
Here, cutting is performed from the cut-out position CP to the first point P1 on the circumferential path 11 at a right angle to the tangent line 30 that touches the first point P1, so that the cut line 20 from the predetermined point to the first point P1 has almost no distance in close proximity to the cut line 18 from the cut-out position CP to the first point P1. Therefore, the self-burning phenomenon due to a sudden increase in temperature does not occur around the cut end portion (first point P1), and the occurrence of melting notches and unevenness on the cut surface on the outside (product side) of the cut line 20 is avoided, and the roughness of the cut surface does not decrease significantly.
It is preferable to cut the first point P1 on the circumferential path 11 at a right angle to the tangent 30, but a slightly acute or obtuse angle may also be acceptable.

また、第1点P1から半径R3が1.0mmよりも大きな円弧21で接して出るように切り逃げるとすると、円弧21及び円弧21の端部から最後までの直線状の切断線22が、切断済みの第1点P1から円周経路11上に沿って180°進行した所定点に至るまでの切断線19と近接状態にある距離が長くなる。このため、溶損ノッチが発生し易く、また、切断線14の外側(製品側)の孔内壁への熱影響が大きくなることで、表面形状を損ねることになる。このため、第1点P1から半径R3が1.0mm以下の円弧21で接して出るように切り逃げる。 In addition, if the cut is made so that the arc 21 with a radius R3 of more than 1.0 mm is tangent from the first point P1, the distance over which the arc 21 and the linear cutting line 22 from the end of the arc 21 to the end are in close proximity to the cutting line 19 from the first point P1 that has already been cut to a specified point 180° along the circumferential path 11 will be long. This makes it easier for melting notches to occur, and the thermal effect on the inner wall of the hole on the outside (product side) of the cutting line 14 will be large, damaging the surface shape. For this reason, the cut is made so that the arc 21 with a radius R3 of 1.0 mm or less is tangent from the first point P1.

また、第2実施形態に係るレーザによる孔形成方法では、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度で切断するとともに、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法と異なり、第1点P1から切断速度を定常速度から減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離進んだ第2点P2まで切断する。これにより、機体の一次停止状態から切断に移行する際の、急激な速度変化による、切断面品質の不良抑制という効果が得られる。 In addition, in the laser hole forming method according to the second embodiment, cutting is performed at a steady speed from the cut-out position CP to the first point P1, and unlike the laser hole forming method according to the first embodiment, the cutting speed is decelerated from the steady speed from the first point P1 to cut to the second point P2, which is a predetermined distance from the first point P1 in the direction of travel on the circumferential path 11. This has the effect of suppressing poor cut surface quality caused by a sudden change in speed when transitioning from a primary stop state of the machine to cutting.

なお、第1点P1から第2点P2までの切断における減速する速度は、切り出し位置CPから第1点P1に至るまでの切断における定常速度に対し、5.0%~10.0%まで減速することが好ましい。10.0%超えへの減速では、減速すると同時にレーザビームのデューティ比を落として鋼板にかかる熱量を落としているため、速度のわりに熱量が不足して、切断面品質が悪化するというデメリットがある。一方、5.0%未満への減速では、通常切断速度との差異が大きくなって、通常切断速度に加速する際の速度差がより大きくなり、切り替え時の切断面品質が悪化するリスクが増大するというデメリットがある。
そして、第2実施形態に係るレーザによる孔形成方法では、第2点P2から定常速度まで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、定常速度で切り逃げる。
In addition, the deceleration speed in cutting from the first point P1 to the second point P2 is preferably decelerated to 5.0% to 10.0% of the steady speed in cutting from the cut-out position CP to the first point P1. When decelerating to more than 10.0%, the duty ratio of the laser beam is lowered at the same time as decelerating to reduce the amount of heat applied to the steel plate, resulting in a disadvantage that the amount of heat is insufficient compared to the speed, and the quality of the cut surface deteriorates. On the other hand, when decelerating to less than 5.0%, the difference from the normal cutting speed becomes large, and the speed difference when accelerating to the normal cutting speed becomes larger, resulting in an increased risk of deterioration of the quality of the cut surface when switching.
In the hole forming method using a laser according to the second embodiment, the cutting speed is accelerated from the second point P2 to a steady speed, goes around once to cut to the first point P1, and then the cutting speed is reduced to the steady speed.

(第3実施形態)
次に、図1及び図2に示すレーザ孔あけ装置1を用いて、レーザ光LBを鋼材Sに照射して丸孔Hを形成する本発明の第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法について、図8を参照して説明する。
孔あけの対象となる鋼材Sの板厚及び材質は、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法の孔あけの対象となる鋼材Sと同様である。
レーザ光LBを鋼材Sに照射して丸孔Hを形成するに際し、レーザ加工ヘッド5のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の移動を制御することで、次のように切断する。
Third Embodiment
Next, a laser hole forming method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8, in which a laser drilling device 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is used to irradiate a steel material S with laser light LB to form a round hole H.
The plate thickness and material of the steel material S to be drilled are similar to those of the steel material S to be drilled in the laser hole forming method according to the first embodiment.
When the laser beam LB is irradiated onto the steel material S to form the round hole H, the movement of the laser processing head 5 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is controlled to cut as follows.

先ず、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法と同様に、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとする。
次いで、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対して直角に入るように切断する。
次いで、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断する。
その後、第1点P1から第1点P1に接する接線30に対して直角に直線状に出るように切り逃げる。
First, in the same manner as in the laser hole forming method according to the first embodiment, a portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the circular hole H is set as a cutting position CP.
Next, the cutting is performed in a straight line from the cutting position CP to a first point P1 on the circumferential path 11 so as to enter at a right angle to a tangent line 30 that is in contact with the first point P1.
Next, the cutting is performed from the first point P1 around the circumferential path 11 until the cutting returns to the first point P1.
Thereafter, the cut is made so as to exit in a straight line from the first point P1 at a right angle to a tangent line 30 that touches the first point P1.

これにより、鋼材Sに丸孔H(図2に示すように鋼材Sを貫通する貫通孔)が形成される。
この丸孔Hの形成における切り出し位置CPから最後までの切断線は、切り出し位置CPから第1点P1に至るまでの直線状の切断線23、第1点P1から円周経路11上に沿って180°進行した所定点に至るまでの切断線24、この所定点から第1点P1に至るまでの切断線25、及びこの第1点P1から最後までの直線状の切断線26となる。
As a result, a round hole H (a through hole penetrating the steel material S as shown in FIG. 2) is formed in the steel material S.
The cutting lines from the cut-out position CP to the end in forming this round hole H are a straight cutting line 23 from the cut-out position CP to the first point P1, a cutting line 24 from the first point P1 to a specified point 180° along the circumferential path 11, a cutting line 25 from this specified point to the first point P1, and a straight cutting line 26 from the first point P1 to the end.

なお、レーザ光LBによる切断速度につき説明すると、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度(例えば、1200mm/min)で切断する。この定常速度は、鋼材Sの板厚に応じて適宜決定される。そして、第1点P1から切断速度を定常速度から減速(例えば、90%程度減速≒110mm/minまで減速)して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(例えば、2mm程度)進んだ第2点P2まで切断する。その後、第2点P2から切断速度を前述の定常速度まで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、前述の定常速度で切り逃げる。 Regarding the cutting speed by the laser beam LB, the cutting is performed at a steady speed (e.g., 1200 mm/min) from the cut-out position CP to the first point P1. This steady speed is appropriately determined according to the plate thickness of the steel material S. Then, the cutting speed is decelerated from the steady speed from the first point P1 (e.g., decelerated to about 90% ≈ 110 mm/min) to cut from the first point P1 to a second point P2 that is a predetermined distance (e.g., about 2 mm) in the traveling direction on the circumferential path 11. Thereafter, the cutting speed is accelerated from the second point P2 to the aforementioned steady speed to cut around once to the first point P1, and then the cutting is performed at the aforementioned steady speed.

また、レーザ発振器7の出力は、定常速度で切断する場合及び減速した速度で切断する場合とも、一定の出力(例えば、3000kw)である。また、レーザ発振器7の周波数は、定常速度で切断する場合が一定の周波数(例えば、1000Hz)、減速した速度で切断する場合が一定の周波数(例えば、10Hz)である。また、また、レーザ発振器7のデューティ比は、定常速度で切断する場合が、一定のデューティ比(例えば、60%)、減速した速度で切断する場合、一定のデューティ比(例えば、25%)である。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、定常速度で切断する場合が、一定のガス圧(例えば、27KPa)、減速した速度で切断する場合、一定のガス圧(例えば、35KPa)である。 The output of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 3000 kW) when cutting at a steady speed and when cutting at a decelerated speed. The frequency of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 1000 Hz) when cutting at a steady speed and is constant (e.g., 10 Hz) when cutting at a decelerated speed. The duty ratio of the laser oscillator 7 is constant (e.g., 60%) when cutting at a steady speed and is constant (e.g., 25%) when cutting at a decelerated speed. The gas pressure of oxygen as the assist gas is constant (e.g., 27 KPa) when cutting at a steady speed and is constant (e.g., 35 KPa) when cutting at a decelerated speed.

このように、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対して直角に入るように切断する。そして、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から第1点P1に接する接線30に対して直角に直線状に出るように切り逃げる。 In this way, the part of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the round hole H is set as the cutting position CP, and it is cut in a straight line from the cutting position CP to the first point P1 on the circumferential path 11 so as to enter at a right angle to the tangent line 30 that touches the first point P1. Then, it is cut from the first point P1 all the way around the circumferential path 11 to the first point P1, and then it is cut out so as to exit in a straight line from the first point P1 at a right angle to the tangent line 30 that touches the first point P1.

これにより、切断終端部(第1点P1)手前の切断線25が入る領域における既切断線23と近接する距離の長さを短くするとともに、切断終端部(第1点P1)から切り逃げる際の切断線26が出る領域における既切断線24と近接する距離の長さを短くし、切断始端部(第1点P1)と切断終端部(第1点P1)とが重なる領域周辺における丸孔Hの孔周上の円孔壁面(切断面)の温度上昇を回避してその温度上昇により製品側の孔周上の切断始端部と切断終端部との会合位置の円孔壁面に溶損ノッチが発生するのを回避して孔径の精度を向上させることができる。 This shortens the distance between the cut line 25 and the already cut line 23 in the area just before the cut end (first point P1), and shortens the distance between the cut line 25 and the already cut line 24 in the area where the cut line 26 leaves when cutting away from the cut end (first point P1). This prevents a temperature rise on the circular hole wall surface (cut surface) around the circumference of the circular hole H in the area where the cut start end (first point P1) and the cut end (first point P1) overlap, and prevents a melting notch from occurring on the circular hole wall surface at the meeting point of the cut start end and the cut end on the product side due to the temperature rise, improving the accuracy of the hole diameter.

これにより、鋼材Sの外側を切断するレーザ切断設備と同一のレーザ切断設備において、第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法によって鋼材Sに孔あけ加工することにより、ドリル孔あけ加工との併用による工程間の運搬や設定、片付けなどの重複作業がなくなり、レーザ孔あけ加工による溶損ノッチの発生を回避し孔径の精度が向上することで、グラインダー処理をしないと高力ボルトが通常よりも挿入しづらいという問題を解決し、疲労寿命が荷重方向によらずドリル加工によるボルト孔と同等に優れたレーザ孔を得ることができる。このため、ボルト接合部のコストダウンや工期短縮、省力化を図ることができ、鋼構造物の競争力の強化や生産性向上に寄与する。 As a result, by drilling holes in steel material S using the laser hole formation method of the third embodiment in the same laser cutting equipment as the laser cutting equipment that cuts the outside of steel material S, duplicated work such as transportation, setup, and cleanup between processes when used in combination with drill hole drilling is eliminated, and the occurrence of melting notches due to laser drilling is avoided and the accuracy of the hole diameter is improved, solving the problem that high-strength bolts are more difficult to insert than usual without grinding, and it is possible to obtain laser holes whose fatigue life is as excellent as that of bolt holes drilled regardless of the load direction. This makes it possible to reduce costs, shorten construction periods, and save labor for bolt joints, contributing to strengthening the competitiveness of steel structures and improving productivity.

ここで、切り出し位置CPから切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対して直角に入るように切断するので、所定点から第1点P1に至るまでの切断線25が、切断済みの切り出し位置CPから第1点P1に至るまでの切断線23と近接状態にある距離がほとんどない。このため、切断終端部(第1点P1)周辺で、急激な温度上昇によるセルフバーニング現象が発生することはなく、切断線25の外側(製品側)の切断面に溶損ノッチや凹凸が発生することが回避され、切断面の粗さが著しく低下することはない。
なお、円周経路11上の第1点P1に、接線30に対し直角に入るように切断するのが好ましいが、若干鋭角になったり鈍角になっても構わない。
Here, cutting is performed from the cut-out position CP to the first point P1 on the circumferential path 11 at a right angle to the tangent line 30 that touches the first point P1, so that the cut line 25 from the predetermined point to the first point P1 has almost no distance in close proximity to the cut line 23 from the cut-out position CP to the first point P1. Therefore, the self-burning phenomenon due to a sudden rise in temperature does not occur around the cut end portion (first point P1), and the occurrence of melting notches and unevenness on the cut surface on the outside (product side) of the cut line 25 is avoided, and the roughness of the cut surface does not decrease significantly.
It is preferable to cut the first point P1 on the circumferential path 11 at a right angle to the tangent 30, but a slightly acute or obtuse angle may also be acceptable.

また、第1点P1から第1点P1に接する接線30に対して直角に直線状に出るように切り逃げるので、第1点P1から最後までの直線状の切断線26が、切断済みの第1点P1から円周経路11上に沿って180°進行した所定点に至るまでの切断線24と近接状態にある距離がほとんどない。このため、溶損ノッチが発生し難く、また、切断線24の外側(製品側)の孔内壁への熱影響が小さくなることで、表面形状を損ねることはない。
ここで、第1点P1から第1点P1に接する接線30に対して直角に直線状に出るように切り逃げるのが好ましいが、若干鋭角になったり鈍角になっても構わない。
In addition, since the cut is made so as to extend in a straight line from the first point P1 at a right angle to the tangent line 30 tangent to the first point P1, there is almost no distance over which the straight cutting line 26 from the first point P1 to the end is in close proximity to the cutting line 24 from the already cut first point P1 to a predetermined point 180° along the circumferential path 11. For this reason, melting notches are unlikely to occur, and the thermal effect on the inner wall of the hole on the outside (product side) of the cutting line 24 is reduced, so that the surface shape is not damaged.
Here, it is preferable to cut away from the first point P1 so as to exit in a straight line perpendicular to a tangent line 30 that touches the first point P1, but it does not matter if the angle is a slightly acute or obtuse angle.

また、第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法では、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度で切断するとともに、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法と異なり、第1点P1から切断速度を定常速度から減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離進んだ第2点P2まで切断する。これにより、機体の一時停止状態から切断に移行する際の、急激な速度変化による、切断面品質の不良抑制という効果が得られる。 In addition, in the laser hole forming method according to the third embodiment, cutting is performed at a steady speed from the cut-out position CP to the first point P1, and unlike the laser hole forming method according to the first embodiment, the cutting speed is decelerated from the steady speed from the first point P1 to cut to the second point P2, which is a predetermined distance from the first point P1 in the direction of travel on the circumferential path 11. This has the effect of suppressing poor cut surface quality caused by a sudden change in speed when the machine transitions from a paused state to cutting.

なお、第1点P1から第2点P2までの切断における減速する速度は、切り出し位置CPから第1点P1に至るまでの切断における定常速度に対し、5.0%~10.0%まで減速することが好ましい。10.0%超えへの減速では、減速すると同時にレーザビームのデューティ比を落として鋼板にかかる熱量を落としているため、速度のわりに熱量が不足して、切断面品質が悪化するというデメリットがある。一方、5.0%未満への減速では、通常切断速度との差異が大きくなって、通常切断速度に加速する際の速度差がより大きくなり、速度切り替え時の切断面品質が悪化するリスクが増大するというデメリットがある。 The deceleration speed during cutting from the first point P1 to the second point P2 is preferably 5.0% to 10.0% of the steady speed during cutting from the cut-out position CP to the first point P1. When decelerating to more than 10.0%, the duty ratio of the laser beam is lowered at the same time as the speed is reduced to reduce the amount of heat applied to the steel plate, resulting in a disadvantage that the amount of heat is insufficient compared to the speed, and the quality of the cut surface deteriorates. On the other hand, when decelerating to less than 5.0%, the difference from the normal cutting speed becomes large, and the speed difference when accelerating to the normal cutting speed becomes even larger, resulting in a disadvantage that the risk of the cut surface quality deteriorating when switching speed increases.

そして、第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法では、第2点P2から切断速度を定常速度まで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、定常速度で切り逃げる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、切断速度、レーザ発振器7の出力、レーザ発振器7の周波数、レーザ発振器7のデューティ比、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、説明した例に限られない。
また、第2実施形態及び第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法において、第1点P1から定常速度を減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離進んだ第2点P2まで切断しているが、第1点P1から第2点まで切断速度を減速せずに定常速度で切断しても良い。
In the laser hole forming method according to the third embodiment, the cutting speed is accelerated from the second point P2 to a steady speed, and cutting is performed once to the first point P1, and then the cutting is continued at the steady speed.
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this and various modifications and improvements can be made.
For example, the cutting speed, the output of the laser oscillator 7, the frequency of the laser oscillator 7, the duty ratio of the laser oscillator 7, and the gas pressure of oxygen as the assist gas are not limited to the examples described above.
Furthermore, in the laser hole forming methods according to the second and third embodiments, the steady-state speed is decelerated from the first point P1 to the second point P2, which is a predetermined distance in the traveling direction on the circumferential path 11 from the first point P1, but cutting may be performed at the steady-state speed from the first point P1 to the second point without decelerating the cutting speed.

本発明の効果を検証すべく、鋼材Sの材質が規格SS400、鋼材Sの板幅Wが150mm、鋼材Sの板長Lが300mm、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれの鋼材Sにつき、図9に示すように、実施例1による孔形成方法によって2つ、実施例2による孔形成方法によって丸孔2つ、実施例3による孔形成方法によって丸孔4つを形成したサンプル(合計3つ)を作成した。
各サンプルにおいて、表面処理は黒皮のままであった。
In order to verify the effects of the present invention, for each steel material S having a material quality of standard SS400, a plate width W of the steel material S of 150 mm, a plate length L of the steel material S of 300 mm, and a plate thickness T of the steel material S of 6 mm, 9 mm, and 12 mm, samples (three in total) were created in which two round holes were formed by the hole forming method of Example 1, two round holes were formed by the hole forming method of Example 2, and four round holes were formed by the hole forming method of Example 3, as shown in FIG. 9 .
In each sample, the surface treatment remained black.

また、実施例1による孔形成方法、実施例2による孔形成方法、及び実施例3による孔形成方法によって形成される丸孔は、真円でそれぞれの孔径はΦ21.65mmであり、レーザ孔あけ装置として、COレーザ切断機を用いた。
実施例1による孔形成方法は、第1実施形態に係るレーザによる孔形成方法(図3参照)に対応し、先ず、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に半径R1が1.0mmの円弧13で接して入るように切断する。そして、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から半径R2が1.0mmの円弧16で接して直線状に出るように切り逃げた。
In addition, the round holes formed by the hole forming method of Example 1, the hole forming method of Example 2, and the hole forming method of Example 3 were perfect circles with a hole diameter of Φ21.65 mm, and a CO2 laser cutting machine was used as the laser drilling device.
The hole forming method according to Example 1 corresponds to the laser hole forming method according to the first embodiment (see FIG. 3), and first, a portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into a round hole H is set as a cut-out position CP, and then cut in a straight line from the cut-out position CP, and cut so as to enter and touch a first point P1 on the circumferential path 11 with an arc 13 having a radius R1 of 1.0 mm. Then, the cut goes around the circumferential path 11 from the first point P1 to the first point P1, and then cuts out so as to exit and touch a circular arc 16 having a radius R2 of 1.0 mm from the first point P1 in a straight line.

この実施例1による孔形成方法におけるレーザ光LBによる切断速度は、板厚Tが6mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1200mm/minで切断を行い、板厚Tが9mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1100mm/minで切断を行い、板厚Tが12mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1000mm/minで切断を行った。また、レーザ発振器7の出力は、板厚Tが6mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで3000kwであり、板厚Tが9mmのサンプルでも切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで3000kwであり、板厚Tが12mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで3200kwであった。また、レーザ発振器7の周波数は、板厚Tが6mm、9mm、12mmのサンプルで、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1000Hzであった。また、レーザ発振器7のデューティ比は、板厚Tが6mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで60%であり、板厚Tが9mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで65%であり、板厚Tが12mmのサンプルでは、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで65%であった。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、板厚Tが6mm、9mm、12mmとも、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで27KPaであった。 In the hole forming method according to Example 1, the cutting speed by the laser beam LB was 1200 mm/min from the cut-out position CP to the final cut-out in the sample with a plate thickness T of 6 mm, 1100 mm/min from the cut-out position CP to the final cut-out in the sample with a plate thickness T of 9 mm, and 1000 mm/min from the cut-out position CP to the final cut-out in the sample with a plate thickness T of 12 mm. The output of the laser oscillator 7 was 3000 kW from the cut-out position CP to the final cut-out in the sample with a plate thickness T of 6 mm, 3000 kW from the cut-out position CP to the final cut-out in the sample with a plate thickness T of 9 mm, and 3200 kW from the cut-out position CP to the final cut-out in the sample with a plate thickness T of 12 mm. The frequency of the laser oscillator 7 was 1000 Hz from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off for samples with a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The duty ratio of the laser oscillator 7 was 60% from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off for samples with a plate thickness T of 6 mm, 65% from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off for samples with a plate thickness T of 9 mm, and 65% from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off for samples with a plate thickness T of 12 mm. The gas pressure of oxygen as the assist gas was 27 KPa from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off for all plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

実施例2による孔形成方法は、第2実施形態に係るレーザによる孔形成方法(図7参照)に対応し、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対して直角に入るように切断する。そして、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から半径R3が1.0mm以下の円弧21で接して直線状に出るように切り逃げた。 The hole forming method according to Example 2 corresponds to the laser hole forming method according to the second embodiment (see FIG. 7), in which the portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the round hole H is set as the cut-out position CP, cut in a straight line from the cut-out position CP, and cut into the first point P1 on the circumferential path 11 at a right angle to the tangent line 30 tangent to the first point P1. Then, the cut goes around the circumferential path 11 from the first point P1 to the first point P1, and then cuts out so as to come out in a straight line from the first point P1 to an arc 21 with a radius R3 of 1.0 mm or less.

この実施例2による孔形成方法におけるレーザ光LBによる切断速度は、板厚Tが6mmのサンプルでは、切り出し位置CPから第1点P1まで1200mm/minで切断し、第1点P1から切断速度を110mm/minまで減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(2mm)進んだ第2点P2まで切断し、第2点P2から前述の1200mm/minまで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、1200mm/minで切り逃げた。また、板厚Tが9mmのサンプルでは、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度1100mm/minで切断し、第1点P1から切断速度を95mm/minまで減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(2mm)進んだ第2点P2まで切断し、第2点P2から前述の1100mm/minまで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、1100mm/minで切り逃げた。また、板厚Tが12mmのサンプルでは、切り出し位置CPから第1点P1まで1000mm/minで切断し、第1点P1から切断速度を75mm/minまで減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(2mm)進んだ第2点P2まで切断し、第2点P2から前述の1000mm/minまで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、1000mm/minで切り逃げた。 In the hole forming method of Example 2, the cutting speed of the laser light LB for a sample with a plate thickness T of 6 mm was 1200 mm/min from the cut-out position CP to the first point P1, then the cutting speed was decelerated to 110 mm/min from the first point P1 to cut to the second point P2 a predetermined distance (2 mm) in the direction of travel on the circumferential path 11 from the first point P1, and then accelerated from the second point P2 to the aforementioned 1200 mm/min to make one full revolution and cut to the first point P1, after which the cutting was completed at 1200 mm/min. In addition, for a sample with a plate thickness T of 9 mm, the cutting was performed from the cut-out position CP to the first point P1 at a steady speed of 1100 mm/min, and from the first point P1 the cutting speed was decelerated to 95 mm/min and the cutting was performed from the first point P1 to the second point P2, which is a predetermined distance (2 mm) in the traveling direction on the circumferential path 11, and from the second point P2 the cutting speed was accelerated to the aforementioned 1100 mm/min to make one revolution and cut to the first point P1, and then the cutting was performed at 1100 mm/min. Also, for a sample with a plate thickness T of 12 mm, the cutting speed was reduced to 75 mm/min from the first point P1 to cut to the second point P2, a predetermined distance (2 mm) along the circumferential path 11 from the first point P1, and the cutting speed was accelerated from the second point P2 to the aforementioned 1000 mm/min to make one revolution and cut to the first point P1, after which the cutting was stopped at 1000 mm/min.

また、レーザ発振器7の出力は、板厚Tが6mm、9mmのサンプルでは、定常速度で切断する場合及び減速した速度で切断する場合とも、3000kwであり、板厚Tが12mmのサンプルでは、定常速度で切断する場合が3200kw、減速した速度で切断する場合が3200kwであった。
また、レーザ発振器7の周波数は、板厚Tが6mm、9mm、12mmの場合とも、定常速度で切断する場合が1000Hz、減速した速度で切断する場合が10Hz)であった。また、レーザ発振器7のデューティ比は、板厚Tが6mmの場合には、定常速度で切断する場合が60%、減速した速度で切断する場合が25%であり、板厚Tが9mm、12mmの場合には、定常速度で切断する場合が65%、減速した速度で切断する場合が25%であった。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、板厚Tが6mm、9mm、12mmの場合とも、定常速度で切断する場合が27KPa、減速した速度で切断する場合が35KPaであった。
In addition, the output of the laser oscillator 7 was 3,000 kW when cutting at a steady speed and when cutting at a decelerated speed for samples with plate thicknesses T of 6 mm and 9 mm, and was 3,200 kW when cutting at a steady speed and 3,200 kW when cutting at a decelerated speed for a sample with plate thickness T of 12 mm.
The frequency of the laser oscillator 7 was 1000 Hz when cutting at a steady speed and 10 Hz when cutting at a decelerated speed when the plate thickness T was 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The duty ratio of the laser oscillator 7 was 60% when cutting at a steady speed and 25% when cutting at a decelerated speed when the plate thickness T was 6 mm, and 65% when cutting at a steady speed and 25% when cutting at a decelerated speed when the plate thickness T was 9 mm and 12 mm. The gas pressure of oxygen as the assist gas was 27 KPa when cutting at a steady speed and 35 KPa when cutting at a decelerated speed when the plate thickness T was 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

また、実施例3による孔形成方法は、第3実施形態に係るレーザによる孔形成方法(図8参照)に対応し、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線30に対して直角に入るように切断する。そして、第1点P1から円周経路11に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から第1点P1に接する接線30に対して直角に直線状に出るように切り逃げた。 The hole forming method according to Example 3 corresponds to the laser hole forming method according to the third embodiment (see FIG. 8), in which the portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the round hole H is set as the cut-out position CP, cut in a straight line from the cut-out position CP, and cut into the first point P1 on the circumferential path 11 at a right angle to the tangent line 30 touching the first point P1. Then, the cut goes around the circumferential path 11 from the first point P1 to the first point P1, and then cuts out so as to exit in a straight line from the first point P1 at a right angle to the tangent line 30 touching the first point P1.

この実施例3による孔形成方法におけるレーザ光LBによる切断速度は、板厚Tが6mmのサンプルでは、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度1200mm/minで切断し、第1点P1から切断速度を110mm/minまで減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(2mm)進んだ第2点P2まで切断し、第2点P2から前述の1200mm/minまで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、1200mm/minで切り逃げた。また、板厚Tが9mmのサンプルでは、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度1100mm/minで切断し、第1点P1から切断速度を95mm/minまで減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(2mm)進んだ第2点P2まで切断し、第2点P2から前述の1100mm/minまで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、1100mm/minで切り逃げた。また、板厚Tが12mmのサンプルでは、切り出し位置CPから第1点P1まで定常速度1000mm/minで切断し、第1点P1から切断速度を75mm/minまで減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(2mm)進んだ第2点P2まで切断し、第2点P2から前述の1000mm/minまで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、1000mm/minで切り逃げた。 In the hole forming method of Example 3, the cutting speed of the laser light LB in a sample with a plate thickness T of 6 mm was such that the cutting speed was 1200 mm/min steady-state cutting speed from the cut-out position CP to the first point P1, the cutting speed was decelerated to 110 mm/min from the first point P1 to cut to the second point P2 a predetermined distance (2 mm) in the direction of travel on the circumferential path 11, and the cutting speed was accelerated from the second point P2 to the aforementioned 1200 mm/min to make one full revolution and cut to the first point P1, after which the cutting was completed at 1200 mm/min. In addition, for a sample with a plate thickness T of 9 mm, the cutting was performed from the cut-out position CP to the first point P1 at a steady speed of 1100 mm/min, and from the first point P1 the cutting speed was decelerated to 95 mm/min and the cutting was performed from the first point P1 to the second point P2, which is a predetermined distance (2 mm) in the traveling direction on the circumferential path 11, and from the second point P2 the cutting speed was accelerated to the aforementioned 1100 mm/min to make one revolution and cut to the first point P1, and then the cutting was performed at 1100 mm/min. Also, for a sample with a plate thickness T of 12 mm, the cutting was performed from the cut-out position CP to the first point P1 at a steady speed of 1000 mm/min, the cutting speed was decelerated from the first point P1 to 75 mm/min, and the cutting was performed from the first point P1 to the second point P2, which is a predetermined distance (2 mm) in the direction of travel on the circumferential path 11, and the cutting speed was accelerated from the second point P2 to the aforementioned 1000 mm/min, and the cutting was performed once around the first point P1, and then the cutting was performed at 1000 mm/min.

また、レーザ発振器7の出力、レーザ発振器7の周波数、レーザ発振器7のデューティ比、及びアシストガスとしての酸素のガス圧力については、実施例2による孔形成方法と同様である。
そして、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルにつき、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔、及び実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔のそれぞれの座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)(図10及び図12参照)、溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)、及び溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)(図11及び図12参照)を測定した。
The output of the laser oscillator 7, the frequency of the laser oscillator 7, the duty ratio of the laser oscillator 7, and the gas pressure of oxygen as the assist gas are the same as those in the hole forming method according to the second embodiment.
Then, for each sample of steel material S having plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm, the inner diameters A (front), B (front), A (rear), and B (rear) based on the coordinate system of the round holes formed by the hole forming method of Example 1, the round holes formed by the hole forming method of Example 2, and the round holes formed by the hole forming method of Example 3 (see FIGS. 10 and 12), the front inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the corrosion notch standard, and the rear inner diameters C (rear concave), C (rear convex), D (rear), E (rear), and F (rear) based on the corrosion notch standard (see FIGS. 11 and 12).

鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果を表1及び図13に示す。表1及び図13における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)のそれぞれの平均値を示している。 Table 1 and Figure 13 show the measurement results of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of the round hole formed by the hole forming method of Example 1 for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The measurement results in Table 1 and Figure 13 show the average values of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) for each sample with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000001
Figure 0007529630000001

また、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果を表2及び図14に示す。表2及び図14における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)のそれぞれの平均値を示している。 Table 2 and Figure 14 show the measurement results of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of the round holes formed by the hole forming method of Example 2 for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The measurement results in Table 2 and Figure 14 show the average values of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) for each sample with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000002
Figure 0007529630000002

また、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果を表3及び図15に示す。表3及び図15における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)のそれぞれの平均値を示している。 Table 3 and Figure 15 show the measurement results of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of the round holes formed by the hole forming method of Example 3 for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The measurement results in Table 3 and Figure 15 show the average values of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) for each sample with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000003
Figure 0007529630000003

また、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果を表4及び図16に示す。表4及び図16における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)のそれぞれの平均値を示している。 Table 4 and Figure 16 show the measurement results of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the erosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 1 for each sample of steel material S having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The measurement results in Table 4 and Figure 16 show the average values of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) for each sample having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000004
Figure 0007529630000004

また、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果を表5及び図17に示す。表5及び図17における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)のそれぞれの平均値を示している。 Table 5 and Figure 17 show the measurement results of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the erosion notch standard for round holes formed by the hole forming method of Example 2 for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The measurement results in Table 5 and Figure 17 show the average values of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) for each sample with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000005
Figure 0007529630000005

また、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果を表6及び図18に示す。表6及び図18における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)のそれぞれの平均値を示している。 Table 6 and Figure 18 show the measurement results of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the erosion notch standard for round holes formed by the hole forming method of Example 3 for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The measurement results in Table 6 and Figure 18 show the average values of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) for each sample with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000006
Figure 0007529630000006

更に、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果を表7及び図19に示す。表7及び図19における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)のそれぞれの平均値を示している。 Furthermore, the measurement results of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) based on the erosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 1 for each sample of steel material S having plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm are shown in Table 7 and Figure 19. The measurement results in Table 7 and Figure 19 show the average values of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) for each sample having plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000007
Figure 0007529630000007

また、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果を表8及び図20に示す。表8及び図20における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)のそれぞれの平均値を示している。 Table 8 and Figure 20 show the measurement results of the back side inner diameters C (concave back), C (convex back), D (back), E (back), and F (back) based on the erosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 2 for each sample of steel material S having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The measurement results in Table 8 and Figure 20 show the average values of the back side inner diameters C (concave back), C (convex back), D (back), E (back), and F (back) for each sample having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000008
Figure 0007529630000008

更に、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果を表9及び図21に示す。表9及び図21における測定結果においては、各板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)のそれぞれの平均値を示している。 Furthermore, the measurement results of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) based on the erosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 3 for each sample of steel material S having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm are shown in Table 9 and Figure 21. The measurement results in Table 9 and Figure 21 show the average values of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) for each sample having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

Figure 0007529630000009
Figure 0007529630000009

そして、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表1、図13)より算出された当該丸孔の直角度(平均値)及び真円度(平均値)、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果(表4、図16)から算出された表面側の溶損ノッチの深さ(平均値)、及び当該丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果(表7、図19)から算出された裏面側の溶損ノッチの深さ(平均値)を、表10に示す。 Table 10 shows the squareness (average value) and roundness (average value) of the round hole calculated from the measurement results (Table 1, Figure 13) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) of the round hole formed by the hole forming method of Example 1 based on the coordinate standard, the surface side corrosion notch depth (average value) calculated from the measurement results (Table 4, Figure 16) of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) of the round hole formed by the hole forming method of Example 1 based on the corrosion notch standard, and the back side corrosion notch depth (average value) calculated from the measurement results (Table 7, Figure 19) of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) of the round hole based on the corrosion notch standard.

Figure 0007529630000010
Figure 0007529630000010

また、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表2、図14)より算出された当該丸孔の直角度(平均値)及び真円度(平均値)、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果(表5、図17)から算出された表面側の溶損ノッチの深さ(平均値)、及び当該丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果(表8、図20)から算出された裏面側の溶損ノッチの深さ(平均値)を、表11に示す。 Table 11 also shows the squareness (average value) and roundness (average value) of the round hole calculated from the measurement results (Table 2, Figure 14) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) of the round hole formed by the hole forming method of Example 2 based on the coordinate standard, the surface damage notch depth (average value) calculated from the measurement results (Table 5, Figure 17) of the front side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) of the round hole formed by the hole forming method of Example 2 based on the corrosion notch standard, and the back side corrosion notch depth (average value) calculated from the measurement results (Table 8, Figure 20) of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) of the round hole based on the corrosion notch standard.

Figure 0007529630000011
Figure 0007529630000011

更に、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについての、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表3、図15)より算出された当該丸孔の直角度(平均値)及び真円度(平均値)、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果(表6、図18)から算出された表面側の溶損ノッチの深さ(平均値)、及び当該丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果(表9、図21)から算出された裏面側の溶損ノッチの深さ(平均値)を、表12に示す。 Furthermore, for each sample of steel material S having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm, the squareness (average value) and roundness (average value) of the round hole formed by the hole forming method of Example 3 calculated from the measurement results of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate standard (Table 3, Figure 15), the surface side corrosion notch depth (average value) calculated from the measurement results of the surface side inner diameters C (front concave), C (front convex), D (front), E (front), and F (front) based on the corrosion notch standard (Table 6, Figure 18) of the round hole formed by the hole forming method of Example 3, and the back side corrosion notch depth (average value) calculated from the measurement results of the back side inner diameters C (back concave), C (back convex), D (back), E (back), and F (back) based on the corrosion notch standard (Table 9, Figure 21) of the round hole are shown in Table 12.

Figure 0007529630000012
Figure 0007529630000012

(座標基準による内径の測定結果について)
表10に示すように、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表1、図13)より算出された当該丸孔の直角度(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのサンプルにつき、-0.13mm~+0.05mmの範囲であった。また、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表1、図13)より算出された当該丸孔の真円度(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのサンプルにつき、-0.06mm~0.00mmの範囲であった。
(Inner diameter measurement results based on coordinate system)
As shown in Table 10, the squareness (average value) of the round hole calculated from the measurement results (Table 1, FIG. 13) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of the round hole formed by the hole forming method of Example 1 was in the range of −0.13 mm to +0.05 mm for samples of steel material S having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. In addition, the roundness (average value) of the round hole calculated from the measurement results (Table 1, FIG. 13) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system of the round hole formed by the hole forming method of Example 1 was in the range of −0.06 mm to 0.00 mm for samples of steel material S having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

また、表11に示すように、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表2、図14)より算出された当該丸孔の直角度(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのサンプルにつき、-0.09mm~+0.02mmの範囲であった。また、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表2、図14)より算出された当該丸孔の真円度(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのサンプルにつき、-0.05mm~+0.02mmの範囲であった。 As shown in Table 11, the squareness (average value) of the round hole formed by the hole forming method of Example 2, calculated from the measurement results (Table 2, Figure 14) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system, was in the range of -0.09 mm to +0.02 mm for samples of steel material S with thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. The roundness (average value) of the round hole formed by the hole forming method of Example 2, calculated from the measurement results (Table 2, Figure 14) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate system, was in the range of -0.05 mm to +0.02 mm for samples of steel material S with thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

更に、表12に示すように、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表3、図15)より算出された当該丸孔の直角度(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのサンプルにつき、-0.11mm~+0.05mmの範囲であった。また、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の座標基準による内径A(表)、B(表)、A(裏)、B(裏)の測定結果(表3、図15)より算出された当該丸孔の真円度(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのサンプルにつき、-0.06mm~+0.05mmの範囲であった。 Furthermore, as shown in Table 12, the squareness (average value) of the round hole formed by the hole forming method of Example 3, calculated from the measurement results (Table 3, Figure 15) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate standard, was in the range of -0.11 mm to +0.05 mm for samples of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm. Furthermore, the roundness (average value) of the round hole formed by the hole forming method of Example 3, calculated from the measurement results (Table 3, Figure 15) of the inner diameters A (front), B (front), A (back), and B (back) based on the coordinate standard, was in the range of -0.06 mm to +0.05 mm for samples of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

従って、実施例1乃至3による孔形成方法によって形成された丸孔の直角度(平均値)の絶対値はいずれも0.13mm以下であり、当該丸孔の真円度(平均値)の絶対値はいずれも0.06mm以下であり、当該丸孔の直角度及び真円度はいずれも十分に小さく、表面側、裏面側とも、内径の平坦部の測定結果全体のばらつきは少なかった。 Therefore, the absolute value of the squareness (average value) of the round holes formed by the hole forming methods of Examples 1 to 3 was 0.13 mm or less, and the absolute value of the circularity (average value) of the round holes was 0.06 mm or less. The squareness and circularity of the round holes were both sufficiently small, and there was little variation in the overall measurement results of the flat portion of the inner diameter on both the front and back sides.

(溶損ノッチ基準による内径の測定結果について)
(1)表面側
表10に示すように、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果(表4、図16)から算出された表面側の溶損ノッチの深さ(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについて、0.00mm~+0.05mmの範囲であった。
(Inner diameter measurement results based on the corrosion notch standard)
(1) Surface Side As shown in Table 10, the depths (average values) of the surface-side corrosion notches calculated from the measurement results (Table 4, FIG. 16) of the surface-side inner diameters C (surface concave), C (surface convex), D (surface), E (surface), and F (surface) based on the corrosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 1 were in the range of 0.00 mm to +0.05 mm for each of the samples having plate thicknesses T of the steel material S of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

また、表11に示すように、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果(表5、図17)から算出された表面側の溶損ノッチの深さ(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについて、-0.04mm~+0.06mmの範囲であった。 As shown in Table 11, the depth (average value) of the surface corrosion notch calculated from the measurement results (Table 5, Figure 17) of the surface inner diameters C (concave surface), C (convex surface), D (surface), E (surface), and F (surface) based on the corrosion notch standard for round holes formed by the hole forming method of Example 2 was in the range of -0.04 mm to +0.06 mm for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

更に、表12に示すように、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による表側内径C(表凹)、C(表凸)、D(表)、E(表)、F(表)の測定結果(表6、図18)から算出された表面側の溶損ノッチの深さ(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについて、-0.04mm~+0.06mmの範囲であった。 Furthermore, as shown in Table 12, the depth (average value) of the surface corrosion notch calculated from the measurement results (Table 6, Figure 18) of the surface inner diameters C (concave surface), C (convex surface), D (surface), E (surface), and F (surface) based on the corrosion notch standard for round holes formed by the hole forming method of Example 3 was in the range of -0.04 mm to +0.06 mm for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

従って、実施例1乃至3による孔形成方法によって形成された丸孔の表面側の溶損ノッチの深さは、-0.04mm~+0.06mmの範囲であり、当該溶損ノッチの深さは十分に小さく、内径の測定結果全体のばらつきは少なかった。なお、JASS6の基準では、溶損ノッチの深さは±0.50mm以下で基準を満たし、正負計では溶損ノッチの深さは1.00mm以下で基準を満たす。 Therefore, the depth of the erosion notch on the surface side of the round hole formed by the hole forming method of Examples 1 to 3 was in the range of -0.04 mm to +0.06 mm, and the depth of the erosion notch was sufficiently small, with little variation in the overall measurement results of the inner diameter. According to the JASS6 standard, the erosion notch depth meets the standard at ±0.50 mm or less, and the erosion notch depth meets the standard at 1.00 mm or less when measured with a positive/negative gauge.

(2)裏面側
表10に示すように、実施例1による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果(表7、図19)から算出された裏面側の溶損ノッチの深さ(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについて、-0.05mm~+0.07mmの範囲であった。
(2) Back side As shown in Table 10, the depths (average values) of the corrosion notches on the back side calculated from the measurement results (Table 7, FIG. 19) of the back side inner diameters C (concave back), C (convex back), D (back), E (back), and F (back) based on the corrosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 1 were in the range of −0.05 mm to +0.07 mm for each sample of the steel material S having a plate thickness T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

また、表11に示すように、実施例2による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果(表8、図20)から算出された裏面側の溶損ノッチの深さ(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについて、-0.07mm~+0.07mmの範囲であった。 Also, as shown in Table 11, the depth (average value) of the corrosion notch on the back side calculated from the measurement results (Table 8, Figure 20) of the back side inner diameters C (concave back), C (convex back), D (back), E (back), and F (back) based on the corrosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 2 was in the range of -0.07 mm to +0.07 mm for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

更に、表12に示すように、実施例3による孔形成方法によって形成された丸孔の溶損ノッチ基準による裏側内径C(裏凹)、C(裏凸)、D(裏)、E(裏)、F(裏)の測定結果(表9、図21)から算出された裏面側の溶損ノッチの深さ(平均値)は、鋼材Sの板厚Tが6mm、9mm、12mmのそれぞれのサンプルについて、-0.07mm~+0.07mmの範囲であった。 Furthermore, as shown in Table 12, the depth (average value) of the corrosion notch on the back side calculated from the measurement results (Table 9, Figure 21) of the back side inner diameters C (concave back), C (convex back), D (back), E (back), and F (back) based on the corrosion notch standard of the round holes formed by the hole forming method of Example 3 was in the range of -0.07 mm to +0.07 mm for each sample of steel material S with plate thicknesses T of 6 mm, 9 mm, and 12 mm.

従って、実施例1乃至3による孔形成方法によって形成された丸孔の裏面側の溶損ノッチの深さは、-0.07mm~+0.07mmの範囲であり、当該溶損ノッチの深さは十分に小さく、内径の測定結果全体のばらつきは少なかった。なお、JASS6の基準では、溶損ノッチの深さは±0.50mm以下で基準を満たし、正負計では溶損ノッチの深さは1.00mm以下で基準を満たす。 Therefore, the depth of the erosion notch on the back side of the round hole formed by the hole forming method of Examples 1 to 3 was in the range of -0.07 mm to +0.07 mm, and the depth of the erosion notch was sufficiently small, with little variation in the overall measurement results of the inner diameter. According to the JASS6 standard, the erosion notch depth meets the standard at ±0.50 mm or less, and the erosion notch depth meets the standard at 1.00 mm or less when measured with a positive/negative meter.

また、本発明の効果を検証すべく、鋼材Sの材質が規格SS400、鋼材Sの板幅Wが150mm、鋼材Sの板長Lが300mm、鋼材Sの板厚Tが12mmの鋼材Sにつき、比較例1による孔形成方法によって丸孔6つ(図22における半径R4が3mmで切断するもの2つ、半径R4が4.5mmで切断するもの2つ、半径R4が6mmで切断するもの2つ)、比較例2による孔形成方法によって丸孔6つ(図23における半径R5が3mmで切断するもの2つ、半径R5が4.5mmで切断するもの2つ、半径R5が6mmで切断するもの2つ)、比較例3による孔形成方法によって丸孔6つ(図24における半径R6及び半径R7が3mmで切断するもの2つ、半径R6及び半径R7が4.5mmで切断するもの2つ、半径R6及び半径R7が6mmで切断するもの2つ)を形成したサンプル(合計9つ)を作成した。
各サンプルにおいて、表面処理は黒皮のままであった。
In addition, in order to verify the effect of the present invention, six round holes (two cut with a radius R4 of 3 mm in FIG. 22, two cut with a radius R4 of 4.5 mm, and two cut with a radius R4 of 6 mm in FIG. 22) were made by the hole forming method according to Comparative Example 1 for a steel material S having a standard of SS400, a plate width W of the steel material S of 150 mm, a plate length L of the steel material S of 300 mm, and a plate thickness T of the steel material S of 12 mm, and six round holes (two cut with a radius R4 of 3 mm in FIG. 22, two cut with a radius R4 of 4.5 mm, and two cut with a radius R4 of 6 mm in FIG. 22) were made by the hole forming method according to Comparative Example 2. In the comparative example 2, two samples were cut at a radius R5 of 3 mm, two samples were cut at a radius R5 of 4.5 mm, and two samples were cut at a radius R5 of 6 mm, and six samples (nine samples in total) were formed by the hole forming method according to Comparative Example 3 (two samples were cut at a radius R6 and a radius R7 of 3 mm, two samples were cut at a radius R6 and a radius R7 of 4.5 mm, and two samples were cut at a radius R6 and a radius R7 of 6 mm in FIG. 24).
In each sample, the surface treatment remained black.

また、比較例1による孔形成方法、比較例2による孔形成方法、及び比較例3による孔形成方法によって形成される丸孔は、真円でそれぞれの孔径はΦ18mmであり、レーザ孔あけ装置として、COレーザ切断機を用いた。
比較例1による孔形成方法は、図22に示されており、先ず、丸孔Hに切断すべき円周経路以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路上の第1点P1に半径R4がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して入るように切断し、第1点P1から円周経路に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から第1点P1に接する接線に対して直角に直線状に出るように切り逃げた(図22においては第1点P1に接する接線は省略されている)。
In addition, the round holes formed by the hole forming method according to Comparative Example 1, the hole forming method according to Comparative Example 2, and the hole forming method according to Comparative Example 3 were perfect circles with a hole diameter of Φ18 mm, and a CO2 laser cutting machine was used as the laser drilling device.
The hole forming method according to Comparative Example 1 is shown in FIG. 22. First, a portion of the steel material S other than the circumferential path to be cut into a round hole H is set to the cutting position CP, and then the steel material S is cut in a straight line from the cutting position CP so as to enter and touch a first point P1 on the circumferential path with an arc of radius R4 of Rmm (3 mm, 4.5 mm, 6 mm). The steel material is cut from the first point P1 around the circumferential path to reach the first point P1, and then cut out so as to exit in a straight line perpendicular to the tangent line to the first point P1 (the tangent line to the first point P1 is omitted in FIG. 22).

この比較例1による孔形成方法におけるレーザ光LBによる切断速度は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1050mm/minで切断を行った。また、レーザ発振器7の出力は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで3600kwであった。また、レーザ発振器7の周波数は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1000Hzであった。また、レーザ発振器7のデューティ比は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで60%であった。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで36KPaであった。 In the hole forming method according to Comparative Example 1, the cutting speed by the laser light LB was 1050 mm/min from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The output of the laser oscillator 7 was 3600 kW from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The frequency of the laser oscillator 7 was 1000 Hz from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The duty ratio of the laser oscillator 7 was 60% from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The gas pressure of oxygen as the assist gas was 36 KPa from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off.

比較例2による孔形成方法は、図23に示されており、丸孔Hに切断すべき円周経路以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路11上の第1点P1に、第1点P1に接する接線に対して直角に入るように切断し、第1点P1から円周経路に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から半径R5がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して直線状に出るように切り逃げた(図23においては第1点P1に接する接線は省略されている)。 The hole forming method according to Comparative Example 2 is shown in FIG. 23, where the portion of the steel material S other than the circumferential path to be cut into the round hole H is set as the cutting position CP, cut in a straight line from the cutting position CP, cut at a first point P1 on the circumferential path 11 at a right angle to the tangent line to the first point P1, cut from the first point P1 around the circumferential path to the first point P1, and then cut away from the first point P1 so that it comes out in a straight line tangent to an arc with a radius R5 of R mm (3 mm, 4.5 mm, 6 mm) (the tangent line to the first point P1 is omitted in FIG. 23).

この比較例2による孔形成方法におけるレーザ光LBによる切断速度は、切り出し位置CPから第1点P1まで1050mm/minで切断し、第1点P1から切断速度を80mm/minまで減速して第1点P1から円周経路11上の進行方向に所定距離(2mm)進んだ第2点P2まで切断し、第2点P2から切断速度を前述の1050mm/minまで加速して一周回って第1点P1まで切断した後、1050mm/minで切り逃げた。また、レーザ発振器7の出力は、定常速度で切断する場合及び減速した速度で切断する場合とも、3600kwであった。また、レーザ発振器7の周波数は、定常速度で切断する場合が1000Hz、減速した速度で切断する場合が10Hzであった。また、レーザ発振器7のデューティ比は、定常速度で切断する場合が60%、減速した速度で切断する場合が25%であった。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、定常速度で切断する場合が36KPa、減速した速度で切断する場合が37KPaであった。 In the hole forming method according to Comparative Example 2, the cutting speed of the laser beam LB was 1050 mm/min from the cut-out position CP to the first point P1, the cutting speed was decelerated to 80 mm/min from the first point P1 to the second point P2, which is a predetermined distance (2 mm) from the first point P1 in the direction of travel on the circumferential path 11, and the cutting speed was accelerated from the second point P2 to the aforementioned 1050 mm/min to cut one revolution to the first point P1, and then cut away at 1050 mm/min. The output of the laser oscillator 7 was 3600 kW both when cutting at a steady speed and when cutting at a decelerated speed. The frequency of the laser oscillator 7 was 1000 Hz when cutting at a steady speed and 10 Hz when cutting at a decelerated speed. The duty ratio of the laser oscillator 7 was 60% when cutting at a steady speed and 25% when cutting at a decelerated speed. In addition, the gas pressure of oxygen used as the assist gas was 36 KPa when cutting at a steady speed and 37 KPa when cutting at a decelerated speed.

また、比較例3による孔形成方法は、図24に示されており、丸孔Hに切断すべき円周経路11以外の鋼材Sの部分を切り出し位置CPとし、切り出し位置CPから直線状に切り出して、円周経路上の第1点P1に半径R6がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して入るように切断し、第1点P1から円周経路に沿って一周回って第1点P1に至るまで切断し、その後、第1点P1から半径R7がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して直線状に出るように切り逃げた。 The hole forming method according to Comparative Example 3 is shown in FIG. 24, in which the portion of the steel material S other than the circumferential path 11 to be cut into the round hole H is set as the cutting position CP, cut in a straight line from the cutting position CP, cut so that it enters the first point P1 on the circumferential path with an arc of radius R6 of Rmm (3mm, 4.5mm, 6mm), cuts from the first point P1 around the circumferential path until it reaches the first point P1, and then cuts out so that it exits from the first point P1 in a straight line with an arc of radius R7 of Rmm (3mm, 4.5mm, 6mm).

この比較例3による孔形成方法におけるレーザ光LBによる切断速度は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1050mm/minで切断を行った。また、レーザ発振器7の出力は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで3600kwであった。また、レーザ発振器7の周波数は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで1000Hzであった。また、レーザ発振器7のデューティ比は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで60%であった。また、アシストガスとしての酸素のガス圧力は、切り出し位置CPの切り出しから最後の切り逃げまで36KPaであった。 In the hole forming method according to Comparative Example 3, the cutting speed by the laser light LB was 1050 mm/min from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The output of the laser oscillator 7 was 3600 kW from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The frequency of the laser oscillator 7 was 1000 Hz from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The duty ratio of the laser oscillator 7 was 60% from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off. The gas pressure of oxygen as the assist gas was 36 KPa from the cutting at the cutting position CP to the final cutting run-off.

そして、比較例1による孔形成方法によって丸孔6つ(図22における半径R4が3mmで切断するもの2つ、半径R4が4.5mmで切断するもの2つ、半径R4が6mmで切断するもの2つ)、比較例2による孔形成方法によって丸孔6つ(図23における半径R5が3mmで切断するもの2つ、半径R5が4.5mmで切断するもの2つ、半径R5が6mmで切断するもの2つ)、及び比較例3による孔形成方法によって丸孔6つ(図24における半径R6及び半径R7が3mmで切断するもの2つ、半径R6及び半径R7が4.5mmで切断するもの2つ、半径R6及び半径R7が6mmで切断するもの2つ)のそれぞれの丸孔について、切断面の品質について調査した。
調査結果を表13に示す。
The quality of the cut surface was investigated for each of six round holes formed by the hole forming method of Comparative Example 1 (two cut at a radius R4 of 3 mm in FIG. 22, two cut at a radius R4 of 4.5 mm, and two cut at a radius R4 of 6 mm), six round holes formed by the hole forming method of Comparative Example 2 (two cut at a radius R5 of 3 mm in FIG. 23, two cut at a radius R5 of 4.5 mm, and two cut at a radius R5 of 6 mm), and six round holes formed by the hole forming method of Comparative Example 3 (two cut at radii R6 and R7 of 3 mm in FIG. 24, two cut at radii R6 and R7 of 4.5 mm, and two cut at radii R6 and R7 of 6 mm).
The survey results are shown in Table 13.

Figure 0007529630000013
Figure 0007529630000013

表13に示すように、比較例1(円周経路上の第1点P1に半径R4がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して入るように切断する場合)及び比較例3(円周経路上の第1点P1に半径R6がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して入るように切断する場合)においては、円弧の半径が1.0mmよりも大きく、1周切断後の切断線が入る領域(図22及び図24におけるA領域)で、既切断線と近接する距離が長くなるため、温度上昇により、新切断線の製品側切断面の品質が粗くなり、またノッチやバーニングが発生し、評価が×や△であった。 As shown in Table 13, in Comparative Example 1 (where the cut is made so that the first point P1 on the circumferential path is tangent to an arc with a radius R4 of R mm (3 mm, 4.5 mm, 6 mm)) and Comparative Example 3 (where the cut is made so that the first point P1 on the circumferential path is tangent to an arc with a radius R6 of R mm (3 mm, 4.5 mm, 6 mm)), the radius of the arc is greater than 1.0 mm, and the area where the cutting line is located after one full cut (area A in Figures 22 and 24) is close to the existing cutting line by a long distance. As a result, the quality of the cut surface of the new cutting line on the product side becomes rough due to the temperature rise, and notches and burning occur, resulting in an evaluation of × or △.

また、比較例2(第1点P1から半径R5がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して直線状に出るように切り逃げた場合)及び比較例3(第1点P1から半径R7がRmm(3mm、4.5mm、6mm)の円弧で接して直線状に出るように切り逃げた場合)においては、1周切断後の切断線が逃げる領域(図23及び図24におけるB領域)で、円弧の半径が1.0mmよりも大きく、既切断線と近接する距離が長くなるため、A領域ほどではないものの、温度上昇により、既切断線の製品側切断面の品質が粗くなり、またノッチやバーニングが発生し、評価が×や△であった。 In addition, in Comparative Example 2 (where the cut-off is made so that the cut-off line is a straight line that comes from the first point P1 and meets an arc of radius R5 of Rmm (3mm, 4.5mm, 6mm)) and Comparative Example 3 (where the cut-off line is made so that the cut-off line is a straight line that comes from the first point P1 and meets an arc of radius R7 of Rmm (3mm, 4.5mm, 6mm)), in the area where the cut line comes off after one revolution (area B in Figures 23 and 24), the radius of the arc is greater than 1.0mm and the distance close to the previously cut line is long, so although not as great as in area A, the temperature rise causes the quality of the cut surface on the product side of the previously cut line to become rough, and notches and burning occur, resulting in an evaluation of × or △.

なお、切断面の品質における評価は、切断面の粗さ・性状につきWES2801 1級(50μ以下)の場合を○、切断面の粗さ・性状につきWES2801 2級(50μ超え、100μ以下)の場合を△、切断面の粗さ・性状につき100μ超えまたは破面の場合を×とした。
従って、丸孔Hにおける切断面の品質を良好にするためには、切り出し、切り逃げにおける円弧の半径は十分に小さいことが求められることが証明されたため、本発明においては切り出し、切り逃げにおける円弧の半径を1.0mm以下に設定した。
The quality of the cut surface was evaluated as follows: ○ if the roughness and characteristics of the cut surface were WES2801 Grade 1 (50μ or less), △ if the roughness and characteristics of the cut surface were WES2801 Grade 2 (more than 50μ, less than 100μ), and × if the roughness and characteristics of the cut surface were more than 100μ or if it was a fractured surface.
Therefore, it was proven that in order to improve the quality of the cut surface at the circular hole H, the radius of the arc at the cut-out and cut-out needs to be sufficiently small, so in the present invention, the radius of the arc at the cut-out and cut-out is set to 1.0 mm or less.

1 レーザ孔あけ装置
2 レール
3 X軸方向移動部材
4 Y軸方向延伸部材
5 レーザ加工ヘッド
6 制御ボックス
7 レーザ発振器
8 集光レンズ
9 アシストガス供給手段
11 円周経路
12 切断線
13 円弧
14 切断線
15 切断線
16 円弧
17 切断線
18 切断線
19 切断線
20 切断線
21 円弧
22 切断線
23 切断線
24 切断線
25 切断線
26 切断線
111 切断線
112 円弧
113 切断線
114 切断線
115 円弧
116 突起部
117 切断線
118 円弧
119 切断線
120 切断線
121 円弧
122 突起部
123 切断線
124 切断線
125 切断線
126 突起部
CP 切り出し位置
H 丸孔
LB レーザ光
P1 第1点
P2 第2点
P11 点
P12 点
P13 点
P14 点
P15 点
S 鋼材
REFERENCE SIGNS LIST 1 Laser drilling device 2 Rail 3 X-axis direction moving member 4 Y-axis direction extension member 5 Laser processing head 6 Control box 7 Laser oscillator 8 Condenser lens 9 Assist gas supply means 11 Circular path 12 Cutting line 13 Arc 14 Cutting line 15 Cutting line 16 Arc 17 Cutting line 18 Cutting line 19 Cutting line 20 Cutting line 21 Arc 22 Cutting line 23 Cutting line 24 Cutting line 25 Cutting line 26 Cutting line 111 Cutting line 112 Arc 113 Cutting line 114 Cutting line 115 Arc 116 Protrusion 117 Cutting line 118 Arc 119 Cutting line 120 Cutting line 121 Arc 122 Protrusion 123 Cutting line 124 Cutting line 125 Cutting line 126 Projection CP Cutting position H Round hole LB Laser light P1 First point P2 Second point P11 Point P12 Point P13 Point P14 Point P15 Point S Steel material

Claims (4)

レーザ光を鋼材に照射して丸孔を形成するレーザによる孔形成方法であって、
前記丸孔に切断すべき円周経路以外の前記鋼材の部分を切り出し位置とし、該切り出し位置から直線状に切り出して、前記円周経路上の第1点に半径が1.0mm以下の円弧で接して入るように切断するとともに、前記第1点から前記円周経路に沿って一周回って前記第1点に至るまで切断し、その後、前記第1点から半径が1.0mm以下の円弧で接して出るように切り逃げることを特徴とするレーザによる孔形成方法。
A laser hole forming method for forming a round hole by irradiating a steel material with a laser beam, comprising the steps of:
a cutting position is a portion of the steel material other than a circumferential path to be cut into the round hole, the cutting position is a straight line, the cutting is made so that a first point on the circumferential path is tangent to an arc having a radius of 1.0 mm or less when the steel material is cut, the cutting is made from the first point around the circumferential path once to the first point, and then the cutting is made so that a first point is tangent to an arc having a radius of 1.0 mm or less when the steel material is cut.
レーザ光を鋼材に照射して丸孔を形成するレーザによる孔形成方法であって、
前記丸孔に切断すべき円周経路以外の前記鋼材の部分を切り出し位置とし、該切り出し位置から直線状に切り出して、前記円周経路上の第1点に、該第1点に接する接線に対して直角に入るように切断するとともに、前記第1点から前記円周経路に沿って一周回って前記第1点に至るまで切断し、その後、前記第1点から半径が1.0mm以下の円弧で接して出るように切り逃げることを特徴とするレーザによる孔形成方法。
A laser hole forming method for forming a round hole by irradiating a steel material with a laser beam, comprising the steps of:
a cutting position being a portion of the steel material other than the circumferential path to be cut into the round hole, cutting in a straight line from the cutting position, cutting to a first point on the circumferential path so as to enter at a right angle to a tangent to the first point, cutting from the first point around the circumferential path once to reach the first point, and then cutting away from the first point so as to exit along an arc having a radius of 1.0 mm or less.
レーザ光を鋼材に照射して丸孔を形成するレーザによる孔形成方法であって、
前記丸孔に切断すべき円周経路以外の前記鋼材の部分を切り出し位置とし、該切り出し位置から直線状に切り出して、前記円周経路上の第1点に、該第1点に接する接線に対して直角に入るように切断するとともに、前記第1点から前記円周経路に沿って一周回って前記第1点に至るまで切断し、その後、前記第1点から該第1点に接する接線に対して直角に直線状に出るように切り逃げ
前記切り出し位置から前記第1点まで定常速度で切断するとともに、前記第1点から切断速度を前記定常速度から減速して前記第1点から前記円周経路上の進行方向に所定距離進んだ第2点まで切断し、前記第2点から前記定常速度まで切断速度を加速して一周回って前記第1点まで切断した後、前記定常速度で切り逃げることを特徴とするレーザによる孔形成方法。
A laser hole forming method for forming a round hole by irradiating a steel material with a laser beam, comprising the steps of:
a cutting position is set to a portion of the steel material other than the circumferential path to be cut into the round hole, the steel material is cut in a straight line from the cutting position, the cutting is performed so as to enter a first point on the circumferential path at a right angle to a tangent line tangent to the first point, the cutting is performed from the first point around the circumferential path to the first point, and then the cutting is performed so as to exit from the first point in a straight line at a right angle to the tangent line tangent to the first point ;
a cutting speed being reduced from the first point to a second point a predetermined distance in the direction of travel on the circular path from the first point, and a cutting speed being accelerated from the second point to the steady speed to cut once around the circular path to the first point, after which the cutting speed is increased again to the steady speed to cut around the circular path to the first point .
前記切り出し位置から前記第1点まで定常速度で切断するとともに、前記第1点から切断速度を前記定常速度から減速して前記第1点から前記円周経路上の進行方向に所定距離進んだ第2点まで切断し、前記第2点から前記定常速度まで切断速度を加速して一周回って前記第1点まで切断した後、前記定常速度で切り逃げることを特徴とする請求項に記載のレーザによる孔形成方法。 3. The method for forming a hole using a laser according to claim 2, characterized in that cutting is performed from the cut-out position to the first point at a steady speed, the cutting speed is decelerated from the steady speed from the first point to a second point a predetermined distance in the direction of travel on the circular path from the first point, the cutting speed is accelerated from the second point to the steady speed to make one revolution and cut to the first point, and then the cutting is performed at the steady speed.
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