(57)【要約】【課題】照射対象物の表面の付着物を効果的に除去しつつレーザ光による熱影響を抑制した表面処理方法を提供する。【解決手段】表面処理方法を、照射対象物Ｗの表面にレーザ光Ｌを照射して走査し、照射対象物の表面に付着した付着物の少なくとも一部を除去する第１のレーザ照射工程と、第１のレーザ照射工程の後に行われ、第１のレーザ照射工程に対して照射対象物の表面における単位面積あたりの受熱量が小さくなるように照射対象物の表面にレーザ光を照射して走査し、第１のレーザ照射工程における受熱により照射対象物の表面に形成された熱影響層の少なくとも一部を除去する第２のレーザ照射工程とを有する構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射対象物の表面にレーザ光を照射して走査し、前記照射対象物の表面に付着した付着物の少なくとも一部を除去する第１のレーザ照射工程と、
前記第１のレーザ照射工程の後に行われ、前記第１のレーザ照射工程に対して前記照射対象物の表面における単位面積あたりの受熱量が小さくなるように前記照射対象物の表面にレーザ光を照射して走査し、前記第１のレーザ照射工程における受熱により前記照射対象物の表面に形成された熱影響層の少なくとも一部を除去する第２のレーザ照射工程と
を有することを特徴とする表面処理方法。
【請求項２】
前記照射対象物は鋼により形成され、前記付着物は黒皮、塗膜、錆、塩分の少なくとも一つを有し、前記熱影響層は酸化鉄被膜であること
を特徴とする請求項１に記載の表面処理方法。
【請求項３】
前記照射対象物の表面における鉄原子と酸素との結合度と酸素量との少なくとも一方が、前記第１のレーザ照射工程の直後に対して前記第２のレーザ照射工程の直後に低減されること
を特徴とする請求項２に記載の表面処理方法。
【請求項４】
前記第２のレーザ照射工程は、前記照射対象物の表面温度が５６０℃以下の状態を維持して行われること
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記第２のレーザ照射工程におけるフルエンスが０．１乃至５０Ｊ／ｃｍ２であること
を特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記レーザ光はＣＷレーザであり、
前記第１のレーザ照射工程及び前記第２のレーザ照射工程は、レーザ光を偏向させる偏向手段及び前記偏向手段を駆動して偏向方向を変化させる駆動手段を有するレーザ照射ヘッドを用いて、前記照射対象物の表面をビームスポットが旋回する状態で照射しながら前記ビームスポットの旋回中心を前記照射対象物に対して相対移動させて前記走査を行うこと
を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の表面処理方法。
【請求項７】
前記第２のレーザ照射工程における前記旋回により形成される走査パターンのサイズを、前記第１のレーザ照射工程における前記旋回のサイズに対して大きくすること
を特徴とする請求項６に記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記第２のレーザ照射工程を、１回の照射時間が１０マイクロ秒以下のパルスレーザによって行うこと
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記第２のレーザ照射工程の後に、照射対象物の表面に酸洗い処理を施すこと
を特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射による表面処理方法に関し、特に照射対象物の表面の付着物を効果的に除去しつつレーザ光による熱影響を抑制したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鋼製構造物の塗装前における前処理として、表面に形成された黒皮や旧塗装の塗膜を、レーザ光を照射して走査することによって除去することが提案されている。
例えば、特許文献１には、金属製品等の表面において、レーザ光による照射位置を高速で円弧状に旋回させながら走査し、塗り替え前の旧塗膜や、錆等の異物を除去（クリーニング）することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１３／１３３４１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、レーザ光で照射することにより照射対象物表面の付着物を除去する場合、レーザ光による受熱によって、照射対象物の表面に熱影響により形成された熱影響層が形成される場合があった。
例えば、照射対象物が鋼である場合には、レーザ光の照射による熱影響層として、ＦｅＯ等の酸化被膜が形成される場合があった。
このような酸化被膜は、塗料との組み合わせ等によっては、耐候性、防錆性などに悪影響を及ぼすことが懸念される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、照射対象物の表面の付着物を効果的に除去しつつレーザ光による熱影響を抑制した表面処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、照射対象物の表面にレーザ光を照射して走査し、前記照射対象物の表面に付着した付着物の少なくとも一部を除去する第１のレーザ照射工程と、前記第１のレーザ照射工程の後に行われ、前記第１のレーザ照射工程に対して前記照射対象物の表面における単位面積あたりの受熱量が小さくなるように前記照射対象物の表面にレーザ光を照射して走査し、前記第１のレーザ照射工程における受熱により前記照射対象物の表面に形成された熱影響層の少なくとも一部を除去する第２のレーザ照射工程とを有することを特徴とする表面処理方法である。
これによれば、照射対象物の表面の付着物を除去する第１のレーザ照射工程において照射対象物に与えられた熱により生成される酸化被膜等の熱影響層を、第１の照射工程よりも単位面積あたりの受熱量が小さくなる第２のレーザ照射工程によって除去することができ、付着物を効果的に除去するとともに、レーザ照射による熱影響を抑制することができる。
請求項２に係る発明は、前記照射対象物は鋼により形成され、前記付着物は黒皮、塗膜、錆、塩分の少なくとも一つを有し、前記熱影響層は酸化鉄被膜であることを特徴とする請求項１に記載の表面処理方法である。
請求項３に係る発明は、前記照射対象物の表面における鉄原子と酸素との結合度と酸素量との少なくとも一方が、前記第１のレーザ照射工程の直後に対して前記第２のレーザ照射工程の直後に低減されることを特徴とする請求項２に記載の表面処理方法である。
これによれば、照射対象物の表面の元素分析結果を反映させて第１、第２のレーザ照射工程の照射条件等を設定することによって、酸化鉄被膜の低減効果を確実に得ることができる。
【０００６】
請求項４に係る発明は、前記第２のレーザ照射工程は、前記照射対象物の表面温度が５６０℃以下の状態を維持して行われることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の表面処理方法である。
これによれば、照射対象物の表面温度がＦｅＯの形成下限温度以下に維持されることによって、ＦｅＯからなる酸化鉄被膜の生成を防止することができる。
なお、照射対象物の表面温度は、例えば、サーモグラフィ等の公知の手法により測定することができる。
請求項５に係る発明は、前記第２のレーザ照射工程におけるフルエンスが０．１乃至５０Ｊ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の表面処理方法である。
これによれば、第２のレーザ照射工程における受熱を適切に抑制して酸化被膜等の新たな熱影響層が生成されることを防止し、より確実に上述した効果を得ることができる。
【０００７】
請求項６に係る発明は、前記レーザ光はＣＷレーザであり、前記第１のレーザ照射工程及び前記第２のレーザ照射工程は、レーザ光を偏向させる偏向手段及び前記偏向手段を駆動して偏向方向を変化させる駆動手段を有するレーザ照射ヘッドを用いて、前記照射対象物の表面をビームスポットが旋回する状態で照射しながら前記ビームスポットの旋回中心を前記照射対象物に対して相対移動させて前記走査を行うことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の表面処理方法である。
これによれば、ＣＷレーザのビームスポットが照射対象物の表面を旋回しながら走査することによって、第１のレーザ照射工程における付着物の除去、及び、第２のレーザ照射工程における熱影響層の除去を効果的に行うことができる。
ここで、旋回走査のパターンは、円形に限らず、楕円、長円、多角形やその他の形状に沿って旋回走査を行うものであってもよい。
【０００８】
請求項７に係る発明は、前記第２のレーザ照射工程における前記旋回により形成される走査パターンのサイズを、前記第１のレーザ照射工程における前記旋回のサイズに対して大きくすることを特徴とする請求項６に記載の表面処理方法である。
これによれば、第１、第２のレーザ照射工程において共通のレーザ発振器を用いる場合であっても、第２のレーザ照射工程における単位面積あたりの受熱量を容易に抑制することができる。
ここで、走査パターンのサイズとは、例えばビームスポットが円環状に旋回しながら走査を行う場合には、その旋回半径（照射輪径）である。
また、ビームスポットが円形以外の形状に沿って旋回しながら走査する場合には、その形状の大きさや、一周あたりのビームスポットの移動距離を第２のレーザ照射工程において大きくすればよい。
また、このように第２のレーザ照射工程における走査パターンのサイズを大きくすることによって、照射ヘッドの１スルーあたりの処理面積を拡大し、処理を迅速化することができる。
請求項８に係る発明は、前記第２のレーザ照射工程を、１回の照射時間が１０マイクロ秒以下のパルスレーザによって行うことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の表面処理方法である。
これによれば、レーザの照射時間を短縮することによって、照射対象物表面に形成された熱影響層を瞬時に破砕して除去するとともに、照射対象物への入熱によって新たな熱影響層が形成されることを大幅に低減できる。例えば、照射対象物の表面温度が一時的にＦｅＯの形成下限温度を上回る場合であっても、ＦｅＯの生成を抑制することができる。
また、１回の照射時間が１００ピコ秒以下となる超短パルスレーザを用いれば、照射除去領域周辺へ熱が伝わる時間スケールよりも短い照射時間であることから、照射対象物表面に形成される熱影響層をさらに極小化することもできる。
請求項９に係る発明は、前記第２のレーザ照射工程の後に、照射対象物の表面に酸洗い処理を施すことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の表面処理方法である。
これによれば、第２のレーザ照射工程を行った後に酸化鉄被膜等の熱影響層が残存した場合であっても、これを確実に低減することができる。
ここで、酸洗い処理には、例えば、リン酸溶液やクエン酸溶液を用いることができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、照射対象物の表面の付着物を効果的に除去しつつレーザ光による熱影響を抑制した表面処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した表面処理方法の実施形態に用いられるレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施形態（実施例１）の表面処理方法を行った際のワークの表面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した表面処理方法の実施形態について説明する。
図１は、実施形態の表面処理方法に用いられるレーザ加工装置の構成を模式的に示す図である。
レーザ加工装置１は、照射ヘッド１００、ロボット２００、ロボット制御装置３００、レーザ発振器４００、プリズム駆動制御装置５００、パージガス供給装置６００等を有して構成されている。
【００１２】
照射ヘッド１００は、レーザ発振器４００からファイバ４１０を介して導入されるＣＷレーザ光を、所定の焦点に集光するよう出射するものである。
照射対象物であるワークＷにレーザ光が照射される箇所であるビームスポットＢＳは、焦点と実質的に一致するように配置してもよく、また、焦点から所定の距離だけ離間して（デフォーカスして）配置されるようにしてもよい。
また、照射ヘッド１００は、ワーク表面を円弧状に走査するため、レーザ光Ｌを旋回させて出射する機能を有する。
照射ヘッド１００は、コリメートレンズ１１０、集光レンズ１２０、ウェッジプリズム１３０、保護ガラス１４０、プリズム駆動装置１５０、ノズル１６０等を有して構成されている。
【００１３】
コリメートレンズ１１０、集光レンズ１２０、ウェッジプリズム１３０、保護ガラス１４０は、ファイバ４１０側から順次配列されている。
コリメートレンズ１１０は、ファイバ４１０から出射されるレーザ光Ｌをコリメートし、平行光とする光学素子である。
【００１４】
集光レンズ１２０は、コリメートレンズ１１０から平行光として入射するレーザ光Ｌを、所定の焦点に集まるよう集光する光学素子（集光光学系）である。
コリメートレンズ１１０、集光レンズ１２０は、照射ヘッド１００の筐体（ハウジング）に固定されている。
【００１５】
ウェッジプリズム１３０は、集光レンズ１２０側から入射されるレーザ光Ｌを、所定の偏角θだけ偏向させる偏向手段（偏向光学系）である。
ウェッジプリズム１３０は、照射ヘッド１００の筐体に対して、集光レンズ１２０の光軸回りに回転可能に支持されている。
ウェッジプリズム１３０を回転することによって、ビームスポットＢＳは、照射ヘッド１００をワークＷに対して相対的に静止させた場合、ワークＷの表面上を、所定の照射輪径φの円に沿って旋回する。
【００１６】
保護ガラス１４０は、ワークＷ側から飛散するダスト等の異物がウェッジプリズム１３０等に付着することを防止する部材である。
保護ガラス１４０は、例えば、実質的に平板状に形成されている。
保護ガラス１４０は、ウェッジプリズム１３０等が収容される空間部を、ノズル１７０の内径側の領域とは実質的に気密された状態で区画する機能を有する。
保護ガラス１４０は、汚染時や焼損時等に容易に交換可能なよう、照射ヘッド１００の本体部から着脱可能に構成されている。
【００１７】
プリズム駆動装置１５０は、ウェッジプリズム１３０を集光レンズ１２０の光軸と実質的に同心となる回転中心軸回りに回転駆動するアクチュエータである。
プリズム駆動装置１５０は、例えば、円環状の電動モータを有し、ウェッジプリズム１３０はその内径側に保持される。
プリズム駆動装置１５０は、後述するプリズム駆動制御装置５００によって制御され作動する。
【００１８】
ノズル１６０は、照射ヘッド１００のワークＷ側の端部に設けられた筒状の部材である。
ノズル１６０は、保護ガラス１４０からワークＷ側に突出し、レーザ光Ｌはノズル１７０の内径側を通って出射される。
ノズル１６０は、先端部側が縮径されたテーパ筒状に形成されている。
【００１９】
ロボット２００は、照射ヘッド１００を保持し、所定の加工パスに応じて照射ヘッド１００をワークＷに対して相対移動させる例えば６軸ロボットである。
【００２０】
ロボット制御装置３００は、ロボット２００の各軸にそれぞれ設けられたアクチュエータ（モータ）等を統括的に制御するものである。
ロボット制御装置３００は、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
ロボット制御装置３００は、予めティーチングされた加工パスに関する情報を保持するとともに、照射ヘッド１００が加工パスに沿って所定の送り速度で移動するよう、ロボット２００の各アクチュエータに指令を与える。
【００２１】
また、ロボット制御装置３００は、レーザ発振器４００、プリズム駆動制御装置５００、パージガス供給装置６００と通信を行い、これらに対して指令を与え、協調制御を行うよう構成されている。
【００２２】
ロボット制御装置３００には、入出力装置３１０が接続されている。
入出力装置３１０は、ユーザ（オペレータ）が加工順序、加工パスのティーチングを行ったり、作業の開始操作、緊急時における作業中止操作等を入力するものである。
【００２３】
レーザ発振器４００は、照射ヘッド１００からワークＷへ照射されるレーザ光を発生するものである。
レーザ発振器４００として、例えば出力が５００Ｗ〜３ｋＷ程度のＣＷレーザ発振器を用いることができる。
【００２４】
プリズム駆動制御装置５００は、プリズム駆動装置１５０を制御してウェッジプリズム１３０を設定された速度で回転駆動させるものである。
プリズム駆動制御装置５００は、ウェッジプリズム１３０を例えば1,000〜20,000ｒｐｍで回転させる。
【００２５】
パージガス供給装置６００は、照射時にダスト等の異物がノズル１６０の内部に侵入することを防止するパージガスを、配管６１０を介してノズル１６０内に導入するものである。
パージガスとして、例えば、異物をフィルタ等によって除去した清浄な空気や不活性ガス等の各種気体を用いることができる。
【００２６】
以下、上述したレーザ加工装置を用いた表面処理方法の実施形態について説明する。
実施形態の表面処理方法は、主に照射対象物の表面に付着した異物除去を目的とした第１のレーザ照射工程、及び、主に第１のレーザ照射工程における熱影響により生成された酸化被膜等の熱影響層の除去を目的とした第２のレーザ照射工程を有する。
以下、実施例について説明する。
【００２７】
＜実施例１＞
実施例１においては、ワークＷとして、１９０×３２×６ｍｍの熱間圧延材（ＳＳ４００）を用いた。
レーザ照射前のワークＷの表面は、黒皮によって被覆されている。
実施例１においては、以下の照射条件により第１のレーザ照射工程、第２のレーザ照射工程を順次行った。
【００２８】
（１）第１のレーザ照射工程
レーザ発振器：古河電工社製ＴＬ−２ＬＡ  ファイバ出口でのビーム径５０μｍ
レーザ出力：２ｋＷ
焦点距離：ｆ＝３００ｍｍ
照射輪径：φ＝２０ｍｍ
ウェッジプリズム回転速度：５０００ｒｐｍ
送り速度（照射ヘッド移動速度）：３０ｍｍ／ｓｅｃ
スルー数：４スルー
ラップ率：５０％
ここで、ラップ率とは、照射ヘッドを往復移動しながら照射する際の照射輪径の重なり具合を示す値である。
【００２９】
（２）第２のレーザ照射工程
レーザ発振器：古河電工社製ＴＬ−２ＬＡ  ファイバ出口でのビーム径５０μｍ
レーザ出力：２ｋＷ
焦点距離：ｆ＝３００ｍｍ
照射輪径：φ＝７５ｍｍ
ウェッジプリズム回転速度：５０００ｒｐｍ
送り速度：３０ｍｍ／ｓｅｃ
スルー数：１スルー
【００３０】
上記条件において、第１のレーザ照射工程、第２のレーザ照射工程においてワークＷに照射されるレーザ光のフルエンスは、それぞれ８９Ｊ／ｃｍ２、１Ｊ／ｃｍ２となる。
このとき、第２のレーザ照射工程におけるレーザ光の照射によって新たな酸化被膜が形成されないようにするためには、第２のレーザ照射工程におけるフルエンスが０．１乃至５０Ｊ／ｃｍ２の範囲内でありかつワークＷの表面温度が５６０℃（Ｆｅ−Ｏ系の状態図から求められるＦｅＯの形成下限温度）を超えないようにするとよい。
ただし、一時的にワークＷの表面温度が５６０℃を超過する場合であっても、例えばスキャン速度（ビームスポットのワーク表面上の移動速度）を高速化し、ワークＷ上の一点に対する照射時間を短縮することができれば、ビームスポットにおける中央部分の高エネルギ密度の領域だけが溶融、蒸散、熱破砕し、レーザ入射により受けたエネルギをそのまま（高温のまま）持ち去って飛散してしまうため、ワークＷ表面の酸化被膜の生成が抑制される場合もある。
この場合、ビームスポットの周辺部では、エネルギ密度が低いため溶融まで至らず、ビームスポットの中央部からの伝熱も少ないため、結果的に溶融、再凝固する領域が少なくなり、酸化被膜の生成は抑制される。
【００３１】
図２は、実施形態（実施例１）の表面処理方法を行った際のワークの表面を示す図である。
図２において、領域Ｒ０は第１のレーザ照射工程前の状態を示し、領域Ｒ１は、第１のレーザ照射工程後かつ第２のレーザ照射工程前の状態を示し、領域Ｒ２は、第２のレーザ照射工程後の状態を示している。
領域Ｒ０に示されるように、黒皮が密に形成された表面に対し、第１のレーザ照射工程を行うことによって、領域Ｒ１に示すように、黒皮の大部分を除去することが可能である。
しかし、第１のレーザ照射工程の際のワークＷへの受熱による熱影響層として、領域Ｒ１においては、ワークＷの表面に主にＦｅＯやＦｅ３Ｏ４からなる略黒色状の酸化被膜が新たに形成される。
【００３２】
本実施例においては、第１のレーザ照射工程に引き続いて第２のレーザ照射工程を行うことによって、第１のレーザ照射工程により形成された酸化被膜を除去している。
図２に示すように、領域Ｒ２においては、金属の地色が多く露出しており、酸化被膜が効果的に除去されていることが明らかである。
また、第２のレーザ照射工程においては、単位面積あたりの受熱量が第１のレーザ照射工程に対して小さく、ワークＷの表面温度が例えば５６０℃を超えないようになっていることから、新たな酸化被膜が形成されることがない。
なお、第２のレーザ照射工程の照射条件設定にあたっては、ワークＷの表面の元素分析を行った際に、鉄原子と酸素との結合度（Ｆｅ−Ｌβ／Ｆｅ−Ｌα）と、ワーク表面の酸素量（Ｏ−Ｋａ／Ｆｅ−Ｋａ）との少なくとも一方が、第１のレーザ照射工程の直後に対して第２のレーザ照射工程の直後に低減されるように設定する。
【００３３】
以下、ワークＷの表面における鉄原子と酸素との結合度、及び、酸素量の評価手法について説明する。
ワークＷの表面における酸素量の評価には、例えば、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による元素分析が有用である。
ＥＰＭＡは電子線照射により発生する蛍光Ｘ線を用いて元素を特定する手法であり、酸素原子のＫα線の強度計測により、電子線が届く表面付近における酸素原子の存在量を推定することができる。
さらに、鉄原子からの複数の蛍光Ｘ線の強度比が酸素原子との結合の度合と相関するため、鉄原子の酸化度も評価することが可能である。
【００３４】
また、鉄原子Ｌα線は、Ｍ殻の３ｄ軌道にある上準位の電子が、下準位のＬ殻に遷移した際に発生する線スペクトルであるが、Ｆｅの酸化数が高い場合はその上準位にある電子が酸素側に供給されるため、結果としてＬα線の強度が減少することになる。
一方、鉄原子Ｌβ線は、より内側の軌道にある電子の遷移により発生する線スペクトルであり、酸化数との相関が低い。
したがって、Ｌα線とＬβ線との強度比に基づいて、酸化数を評価することが可能である。
また、上述したＬα線とＬβ線との強度比を用いる手法に代えて、Ｘ線回析による結晶構造解析により、酸化鉄を特定することも可能である。
これによれば、ＦｅＯ，Ｆｅ２Ｏ３，Ｆｅ３Ｏ４など、鉄の酸化数に応じた複数の酸化鉄種に対して、同定が可能である。
【００３５】
以上説明したように、実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ワークＷの表面の黒皮等の付着物を除去する第１のレーザ照射工程において照射対象物に与えられた熱により生成される酸化被膜等の熱影響層を、第１の照射工程よりも単位面積あたりの受熱量が小さくなる第２のレーザ照射工程によって除去することができ、付着物を効果的に除去するとともにレーザ照射による熱影響を抑制することができる。
（２）第２のレーザ照射工程におけるワークＷの表面温度を５６０℃以下となるようにしたこと、及び、第２のレーザ照射工程におけるフルエンスを０．１乃至５０Ｊ／ｃｍ２としたことによって、第２のレーザ照射工程において新たな酸化被膜が形成されることを防止できる。
なお、ワークＷの表面温度が一時的に５６０℃を超過する場合であっても、照射時間やビームスポット径、走査速度等の照射条件によっては、ＦｅＯの生成を抑制可能な場合もあるが、少なくとも５６０℃以下となるようにすれば、ＦｅＯの生成抑制効果を得ることが可能である。
（３）レーザ光Ｌを偏向させるウェッジプリズム１３０を回転させる照射ヘッド１００を用い、ワークＷの表面上においてビームスポットＢＳを旋回させながら走査させることによって、第１のレーザ照射工程における付着物の除去、及び、第２のレーザ照射工程における熱影響層の除去を効果的に行うことができる。
（４）第２のレーザ照射工程におけるビームスポットの照射輪径φを、第１のレーザ照射工程に対して大きくすることにより、第１、第２のレーザ照射工程において共通のレーザ発振器を同一出力で用いる場合であっても、第２のレーザ照射工程における単位面積あたりの受熱量を容易に抑制することができる。
また、第２のレーザ照射工程における１スルーあたりの処理面積を大きくすることが可能であり、第２のレーザ照射工程における処理を迅速化することができる。
【００３６】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）上述した実施形態、実施例におけるレーザ照射条件やワークの材質等は一例であって、適宜変更することが可能である。
実施例１においては、ワークとして、表面に黒皮が形成されたＳＳ４００鋼材の熱間圧延材を用いているが、処理対象となるワークの種類はこれに限定されず、適宜変更することができる。
例えば、ワークの素材は、ＳＳ４００に限らず、ＳＰＨＣなど他の鋼材や、鋼以外の金属材料であってもよい。
また、熱間圧延材に限らず、例えば冷間引抜材などの他の製法によるものであってもよい。
また、ワークの表面に黒皮が付着したものに限らず、表面が研磨されたもの、フライス加工が施されたもの、酸洗処理が施されたもの等であってもよい。
（２）実施例１においては、第２のレーザ照射工程において、第１のレーザ照射工程に対して照射輪径を大きくし、スルー数を少なくすることによって単位面積あたりの受熱量を小さくしているが、これに限らず、他の手法により第１のレーザ照射工程の受熱量と、第２のレーザ照射工程の受熱量とを異ならせてもよい。例えば、レーザ発振器の出力、ビーム径、ウェッジプリズムの回転速度、送り速度などを変化させてもよい。
（３）実施形態のレーザ加工装置の構成は一例であって、適宜変更することが可能である。
例えば、レーザ発振器の種類、偏向手段を含む光学系の構成、偏向手段を駆動する駆動手段の構成などは適宜変更することが可能である。
例えば、実施形態のような回転するウェッジプリズムに代えて、複数のガルバノミラーを組み合わせた偏向手段としてもよい。
また、実施形態の照射ヘッドでは、ウェッジプリズムを回転駆動する駆動手段（アクチュエータ）として円環状の電動モータを用いているが、これに代えて、円環状以外の形態の電動モータを光学系の外部に設けたり、流体圧力を回転運動に変換するエアモータ等のアクチュエータを用いてもよい。
また、実施形態では照射ヘッドの支持及び送り動作を、ロボットを用いて行っているが、本発明の表面処理方法は、レーザ加工装置の照射ヘッドを作業員が手持ちして行うことも可能である。
（４）実施例１においては、第１のレーザ照射工程において黒皮を除去しているが、第１のレーザ照射工程において除去する対象物は黒皮に限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、再塗装前の旧塗膜などの塗膜や、錆、塩分その他の異物を除去することが可能である。
（５）実施形態においては、第２のレーザ照射工程において、ＣＷレーザを用いてワーク表面を旋回走査しているが、これに代えて、１回の照射時間が１０マイクロ秒以下のパルスレーザによって第２のレーザ照射工程を行ってもよい。
さらに、１００ピコ秒以下程度の照射時間とすると、熱が周囲に伝わる前に照射が終了するため、溶融、再凝固層を極小化することが可能である。
（６）本発明において、第２のレーザ照射工程を行った後に、ワークの表面に酸洗い処理を施してもよい。
これによって、第２のレーザ照射工程を行った後に残存する酸化鉄被膜等の熱影響層（熱影響生成物）をさらに低減することができる。
ここで、酸洗いには、例えばリン酸溶液、クエン酸溶液等を用いることができる。
（７）実施形態においては、ビームスポットを円形に旋回させながら旋回走査を行っているが、これに限らず、他の形状に沿った旋回走査としてもよい。このような円形以外の旋回走査は、例えば２軸ガルバノミラーを有するレーザ照射装置を用いることによって実現することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１    レーザ加工装置                １００    照射ヘッド
１１０    コリメートレンズ              １２０    集光レンズ
１３０    ウェッジプリズム              １４０    保護ガラス
１５０    ウェッジプリズム駆動装置      １６０    ノズル
２００    ロボット
３００    ロボット制御装置              ４００    レーザ発振器
４１０    ファイバ                      ５００    プリズム駆動制御装置
６００    パージガス供給装置            ６１０    配管
ＢＳ    ビームスポット
【図１】
2019076915.tif 000003
【図２】
2019076915.tif 000004