JP2003251480A - レーザクラッド装置およびレーザ照射装置 - Google Patents
レーザクラッド装置およびレーザ照射装置Info
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- JP2003251480A JP2003251480A JP2002055226A JP2002055226A JP2003251480A JP 2003251480 A JP2003251480 A JP 2003251480A JP 2002055226 A JP2002055226 A JP 2002055226A JP 2002055226 A JP2002055226 A JP 2002055226A JP 2003251480 A JP2003251480 A JP 2003251480A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で、被照射体に対するレーザ光の
照射密度を高め、照射効率を上げることである。 【解決手段】 加工ヘッド２１部分は、図示されていな
いレーザ光源からのレーザ光２３と、環状に配置された
複数のレーザ光ファイバ２５と、複数のレーザ光ファイ
バ２５からのレーザ光の光軸を傾ける光学素子２７を備
える。レーザ光２３は、複数のレーザ光ファイバ２５に
導かれ、光学素子２７により光軸が互いに傾けられるこ
とにより、錐形の中空部を備える錐形膜状レーザ光１１
が形成される。錐形膜状レーザ光１１の中空部に、図示
されていない材料粉末供給装置から、粉末が供給され、
ワーク５に向けて重力により鉛直に落下する。粉末３
は、必ず錐形膜状レーザ光１１を通過し、集光部２９で
錐形膜状レーザ光１１からエネルギの供給を受けて溶融
し、溶融体がワーク５上に堆積し、クラッド層を形成す
る。
照射密度を高め、照射効率を上げることである。 【解決手段】 加工ヘッド２１部分は、図示されていな
いレーザ光源からのレーザ光２３と、環状に配置された
複数のレーザ光ファイバ２５と、複数のレーザ光ファイ
バ２５からのレーザ光の光軸を傾ける光学素子２７を備
える。レーザ光２３は、複数のレーザ光ファイバ２５に
導かれ、光学素子２７により光軸が互いに傾けられるこ
とにより、錐形の中空部を備える錐形膜状レーザ光１１
が形成される。錐形膜状レーザ光１１の中空部に、図示
されていない材料粉末供給装置から、粉末が供給され、
ワーク５に向けて重力により鉛直に落下する。粉末３
は、必ず錐形膜状レーザ光１１を通過し、集光部２９で
錐形膜状レーザ光１１からエネルギの供給を受けて溶融
し、溶融体がワーク５上に堆積し、クラッド層を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザクラッド装
置およびレーザ照射装置に関する。
置およびレーザ照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザクラッド法は、ワーク上にレーザ
光を照射し、その照射領域に金属材料粉末を供給し、レ
ーザ光のエネルギで金属材料粉末を溶融し、ワーク上に
堆積させてクラッド層を形成する方法である。例えば、
レーザ光をワークに鉛直に照射集光し、その外周部から
照射ポイントに向かって全円周方向に均一に材料粉末を
旋回収束させて供給することで、堆積方向に依存せずク
ラッド層を安定して形成することができる。
光を照射し、その照射領域に金属材料粉末を供給し、レ
ーザ光のエネルギで金属材料粉末を溶融し、ワーク上に
堆積させてクラッド層を形成する方法である。例えば、
レーザ光をワークに鉛直に照射集光し、その外周部から
照射ポイントに向かって全円周方向に均一に材料粉末を
旋回収束させて供給することで、堆積方向に依存せずク
ラッド層を安定して形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術は図
７に示すような問題がある。図７において、レーザ光１
の外周部から材料の粉末３を供給するため、ワーク５の
上に、レーザ光の照射領域に供給された材料粉末は溶
融、堆積してクラッド層７を形成することができる。一
方、レーザ光の照射領域に入りきらずに供給された粉末
は未溶融粉末９となり、クラッド層の形成に寄与しな
い。このように材料粉末の溶融効率が悪く、材料粉末の
歩留まりが低下する問題がある。
７に示すような問題がある。図７において、レーザ光１
の外周部から材料の粉末３を供給するため、ワーク５の
上に、レーザ光の照射領域に供給された材料粉末は溶
融、堆積してクラッド層７を形成することができる。一
方、レーザ光の照射領域に入りきらずに供給された粉末
は未溶融粉末９となり、クラッド層の形成に寄与しな
い。このように材料粉末の溶融効率が悪く、材料粉末の
歩留まりが低下する問題がある。
【０００４】また、ワーク、材料粉末への投入熱量と粉
末材料の溶融ポイントの制御を行うには、ワークの移動
にあわせたレーザ光の焦点と粉末供給装置の位置との複
雑な調整が必要で、材料粉末に対するレーザ光の照射密
度を高め、照射効率を上げることが難しく、クラッド層
の安定した品質の確保が困難であった。さらに、レーザ
光の外周部に粉末供給装置を配置することとなるので、
装置が大型となり、複雑な加工形状のワーク、例えば深
い穴の部分にクラッドを施すことが困難であった。
末材料の溶融ポイントの制御を行うには、ワークの移動
にあわせたレーザ光の焦点と粉末供給装置の位置との複
雑な調整が必要で、材料粉末に対するレーザ光の照射密
度を高め、照射効率を上げることが難しく、クラッド層
の安定した品質の確保が困難であった。さらに、レーザ
光の外周部に粉末供給装置を配置することとなるので、
装置が大型となり、複雑な加工形状のワーク、例えば深
い穴の部分にクラッドを施すことが困難であった。
【０００５】本発明の目的は、かかる従来技術の課題を
解決し、簡単な構成で、材料粉末に対するレーザ光の照
射密度を高め、照射効率を上げ、材料粉末の溶融効率、
材料粉末の歩留まりを向上させるレーザクラッド装置を
提供することである。
解決し、簡単な構成で、材料粉末に対するレーザ光の照
射密度を高め、照射効率を上げ、材料粉末の溶融効率、
材料粉末の歩留まりを向上させるレーザクラッド装置を
提供することである。
【０００６】また、本発明の他の目的は、レーザ光の、
ワークへの入熱位置とエネルギ密度の制御と、材料粉末
への入熱位置とエネルギ密度の制御とを独立して制御で
きるレーザクラッド装置を提供することである。
ワークへの入熱位置とエネルギ密度の制御と、材料粉末
への入熱位置とエネルギ密度の制御とを独立して制御で
きるレーザクラッド装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかるレーザクラッド装置は、環状に配置
された複数のレーザ光と、前記複数のレーザ光の光軸を
傾け、錐形の中空部を備える膜状レーザ光を形成する錐
形膜状レーザ光形成手段と、前記中空部にレーザクラッ
ド用粉末を供給する粉末供給手段と、を備えることを特
徴とする。
め、本発明にかかるレーザクラッド装置は、環状に配置
された複数のレーザ光と、前記複数のレーザ光の光軸を
傾け、錐形の中空部を備える膜状レーザ光を形成する錐
形膜状レーザ光形成手段と、前記中空部にレーザクラッ
ド用粉末を供給する粉末供給手段と、を備えることを特
徴とする。
【０００８】また、本発明にかかるレーザクラッド装置
において、前記環状に配置された複数のレーザ光は、環
状に配置された複数の半導体レーザからのレーザ光であ
ることが好ましい。
において、前記環状に配置された複数のレーザ光は、環
状に配置された複数の半導体レーザからのレーザ光であ
ることが好ましい。
【０００９】また、本発明にかかるレーザクラッド装置
において、前記環状に配置された複数のレーザ光は、環
状に配置された複数のレーザ光ファイバからのレーザ光
であることが好ましい。
において、前記環状に配置された複数のレーザ光は、環
状に配置された複数のレーザ光ファイバからのレーザ光
であることが好ましい。
【００１０】また、本発明にかかるレーザ照射装置は、
環状に配置された複数のレーザ光と、前記複数のレーザ
光の光軸を傾け、錐形の中空部を備える膜状レーザ光を
形成する錐形膜状レーザ光形成手段と、を備えることを
特徴とする。
環状に配置された複数のレーザ光と、前記複数のレーザ
光の光軸を傾け、錐形の中空部を備える膜状レーザ光を
形成する錐形膜状レーザ光形成手段と、を備えることを
特徴とする。
【００１１】本発明にかかるレーザクラッド装置は、複
数のレーザ光を環状に配置し、その光軸を傾け、錐形の
中空部を備える膜状レーザ光を形成し、その錐形膜状レ
ーザ光の中空部にレーザクラッド用粉末を供給する。す
なわち、この構成により、図１に模式的に示すように、
錐形膜状レーザ光１１の中空部に供給された粉末３は、
ワーク５に向かって鉛直に落下する途中、錐形の先端の
ところで必ず錐形膜状レーザ光１１と交わる。そして、
その交わった位置１３からワーク５に向かって落下する
間に、材料粉末３の表面に対し各方向から錐形膜状レー
ザ光１１が照射される。このように材料粉末３は、錐形
膜状レーザ光１１からエネルギの供給を受けて溶融し、
溶融体がワーク５上に堆積し、クラッド層７を形成す
る。
数のレーザ光を環状に配置し、その光軸を傾け、錐形の
中空部を備える膜状レーザ光を形成し、その錐形膜状レ
ーザ光の中空部にレーザクラッド用粉末を供給する。す
なわち、この構成により、図１に模式的に示すように、
錐形膜状レーザ光１１の中空部に供給された粉末３は、
ワーク５に向かって鉛直に落下する途中、錐形の先端の
ところで必ず錐形膜状レーザ光１１と交わる。そして、
その交わった位置１３からワーク５に向かって落下する
間に、材料粉末３の表面に対し各方向から錐形膜状レー
ザ光１１が照射される。このように材料粉末３は、錐形
膜状レーザ光１１からエネルギの供給を受けて溶融し、
溶融体がワーク５上に堆積し、クラッド層７を形成す
る。
【００１２】上記のように、錐形膜状レーザ光１１の中
空部から供給された材料粉末は、広い表面範囲でレーザ
光の照射を受け、材料粉末の単位体積あたりで考える
と、レーザ光のエネルギを効率よく吸収することができ
る。したがって、より小さいパワーのレーザ光を用い
て、材料粉末を効率よく溶融することができる。すなわ
ち、簡単な構成で、材料粉末の単位体積あたりの、レー
ザ光の照射密度を高め、照射効率を上げることができ
る。また、材料粉末は、落下の過程で必ず錐形膜状レー
ザ光と交わり、そのエネルギの供給を受け、レーザ光の
照射を受けないことによる未溶融粉末が少ない。したが
って、材料粉末の溶融効率、材料粉末の歩留まりを向上
させることができる。
空部から供給された材料粉末は、広い表面範囲でレーザ
光の照射を受け、材料粉末の単位体積あたりで考える
と、レーザ光のエネルギを効率よく吸収することができ
る。したがって、より小さいパワーのレーザ光を用い
て、材料粉末を効率よく溶融することができる。すなわ
ち、簡単な構成で、材料粉末の単位体積あたりの、レー
ザ光の照射密度を高め、照射効率を上げることができ
る。また、材料粉末は、落下の過程で必ず錐形膜状レー
ザ光と交わり、そのエネルギの供給を受け、レーザ光の
照射を受けないことによる未溶融粉末が少ない。したが
って、材料粉末の溶融効率、材料粉末の歩留まりを向上
させることができる。
【００１３】錐形は、円錐形、角錐形、楕円錐形、多角
錐形あるいは錐形の軸に直角の断面が所定の形状である
錐形を用いることができる。
錐形あるいは錐形の軸に直角の断面が所定の形状である
錐形を用いることができる。
【００１４】環状に配置された複数のレーザ光として、
環状に配置された複数の半導体レーザからのレーザ光を
用いることができる。この場合、複数の半導体レーザの
光軸を傾けて環状に配置する簡単な構成で、光軸を傾け
る光学素子を用いることなく、錐形膜状レーザ光を形成
することができる。
環状に配置された複数の半導体レーザからのレーザ光を
用いることができる。この場合、複数の半導体レーザの
光軸を傾けて環状に配置する簡単な構成で、光軸を傾け
る光学素子を用いることなく、錐形膜状レーザ光を形成
することができる。
【００１５】また、環状に配置された複数のレーザ光と
して、環状に配置された複数のレーザ光ファイバからの
レーザ光を用いることができる。この場合、複数のレー
ザ光ファイバと、光軸を傾ける偏光素子または集光素子
とを組み合わせた簡単な構成で、錐形膜状レーザ光を形
成することができる。また、複数のレーザ光ファイバの
光軸を傾けて環状に配置する簡単な構成で、光軸を傾け
る光学素子を用いることなく、錐形膜状レーザ光を形成
することもできる。
して、環状に配置された複数のレーザ光ファイバからの
レーザ光を用いることができる。この場合、複数のレー
ザ光ファイバと、光軸を傾ける偏光素子または集光素子
とを組み合わせた簡単な構成で、錐形膜状レーザ光を形
成することができる。また、複数のレーザ光ファイバの
光軸を傾けて環状に配置する簡単な構成で、光軸を傾け
る光学素子を用いることなく、錐形膜状レーザ光を形成
することもできる。
【００１６】環状に配置された複数のレーザ光におい
て、環状に沿って配置されるレーザ光の密度を変化させ
てもよい。このことで、簡単な構成で、入熱位置とエネ
ルギ密度を変化させることができ、ワーク、材料粉末へ
の投入熱量と粉末材料の溶融ポイントの制御を行うこと
ができる。
て、環状に沿って配置されるレーザ光の密度を変化させ
てもよい。このことで、簡単な構成で、入熱位置とエネ
ルギ密度を変化させることができ、ワーク、材料粉末へ
の投入熱量と粉末材料の溶融ポイントの制御を行うこと
ができる。
【００１７】また、錐形膜状レーザ光とともに、別のレ
ーザ光をあわせて用いることができる。すなわち、ワー
クへの入熱位置とエネルギ密度の制御を別のレーザ光の
照射で行うことで、材料粉末への入熱位置とエネルギ密
度の制御と独立した制御が可能となる。
ーザ光をあわせて用いることができる。すなわち、ワー
クへの入熱位置とエネルギ密度の制御を別のレーザ光の
照射で行うことで、材料粉末への入熱位置とエネルギ密
度の制御と独立した制御が可能となる。
【００１８】錐形の中空部に材料粉末を供給するほか、
錐形の先端部の任意の位置に材料粉末を配置して錐形膜
状レーザ光を照射し、材料粉末を溶融してクラッド層を
形成することもできる。この場合、錐形の先端部の集中
した一点に材料粉末を配置することもでき、錐形のやや
広がった位置に材料粉末を配置して、円環状のレーザ光
を照射することもできる。円環状のほか、錐形の形状に
より、所定の環状形状のレーザ光を照射することもでき
る。したがって、所定の形状に配置された材料粉末に対
し、エネルギ密度の高いレーザ光を一括照射することが
できる。
錐形の先端部の任意の位置に材料粉末を配置して錐形膜
状レーザ光を照射し、材料粉末を溶融してクラッド層を
形成することもできる。この場合、錐形の先端部の集中
した一点に材料粉末を配置することもでき、錐形のやや
広がった位置に材料粉末を配置して、円環状のレーザ光
を照射することもできる。円環状のほか、錐形の形状に
より、所定の環状形状のレーザ光を照射することもでき
る。したがって、所定の形状に配置された材料粉末に対
し、エネルギ密度の高いレーザ光を一括照射することが
できる。
【００１９】錐形の中空部に別のレーザ光を導入し、２
種以上のレーザ光をワーク、材料粉末に照射してもよ
い。また、錐形の中空部に供給される材料粉末は１種類
に限られない。したがって、中空部を用いることで、多
様な材料の供給と、その溶融、堆積が可能となる。
種以上のレーザ光をワーク、材料粉末に照射してもよ
い。また、錐形の中空部に供給される材料粉末は１種類
に限られない。したがって、中空部を用いることで、多
様な材料の供給と、その溶融、堆積が可能となる。
【００２０】本発明にかかるレーザ照射装置は、複数の
レーザ光を環状に配置し、その光軸を傾け、錐形の中空
部を備える膜状レーザ光を形成し、その錐形膜状レーザ
光を被照射体に照射する。したがって、錐形の広がり部
分に配置された複数のレーザ光は、錐形の先端部でその
エネルギが集中するので、簡単な構成で、被照射体に対
するレーザ光の照射密度を高め、照射効率を上げること
ができる。
レーザ光を環状に配置し、その光軸を傾け、錐形の中空
部を備える膜状レーザ光を形成し、その錐形膜状レーザ
光を被照射体に照射する。したがって、錐形の広がり部
分に配置された複数のレーザ光は、錐形の先端部でその
エネルギが集中するので、簡単な構成で、被照射体に対
するレーザ光の照射密度を高め、照射効率を上げること
ができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、発明の実施
の形態の詳細な説明を行う。以下の図面において、図７
または図１と同様の構成要素には同一の符号を付し、説
明を省略する。図２は、レーザクラッド装置について、
その加工ヘッド２１部分と、ワーク５との関係を示す図
である。加工ヘッド２１部分は、図示されていないレー
ザ光源からのレーザ光２３と、環状に配置された複数の
レーザ光ファイバ２５と、複数のレーザ光ファイバ２５
からのレーザ光の光軸を傾ける光学素子２７を備える。
レーザ光２３は、複数のレーザ光ファイバ２５に導か
れ、光学素子２７により光軸が互いに傾けられることに
より、錐形の中空部を備える錐形膜状レーザ光１１が形
成される。図示されていない材料粉末供給装置は、加工
ヘッド２１の上部に配置され、錐形膜状レーザ光１１の
中空部に粉末が供給され、ワーク５に向けて重力により
鉛直に落下する。
の形態の詳細な説明を行う。以下の図面において、図７
または図１と同様の構成要素には同一の符号を付し、説
明を省略する。図２は、レーザクラッド装置について、
その加工ヘッド２１部分と、ワーク５との関係を示す図
である。加工ヘッド２１部分は、図示されていないレー
ザ光源からのレーザ光２３と、環状に配置された複数の
レーザ光ファイバ２５と、複数のレーザ光ファイバ２５
からのレーザ光の光軸を傾ける光学素子２７を備える。
レーザ光２３は、複数のレーザ光ファイバ２５に導か
れ、光学素子２７により光軸が互いに傾けられることに
より、錐形の中空部を備える錐形膜状レーザ光１１が形
成される。図示されていない材料粉末供給装置は、加工
ヘッド２１の上部に配置され、錐形膜状レーザ光１１の
中空部に粉末が供給され、ワーク５に向けて重力により
鉛直に落下する。
【００２２】光学素子２７は、プリズムなどのレーザ光
の光路を変更する偏光素子あるいはレーザ光を焦点に集
める集光レンズを用いることができる。光軸の傾け方
は、複数のレーザ光に対しお互いに対称形に傾ける方法
のほか、基準のレーザ光波に対しその他のレーザ光を傾
けてもよい。
の光路を変更する偏光素子あるいはレーザ光を焦点に集
める集光レンズを用いることができる。光軸の傾け方
は、複数のレーザ光に対しお互いに対称形に傾ける方法
のほか、基準のレーザ光波に対しその他のレーザ光を傾
けてもよい。
【００２３】錐形は、円錐形、角錐形、楕円錐形、多角
錐形あるいは錐形の軸に直角の断面が所定の形状である
錐形を用いることができる。中空部を備える膜状レーザ
光とは、レーザ光のない錐形中空部の周りに、レーザ光
が存在する状態を表し、錐形の寸法に比べればレーザ光
のある領域の厚みが薄いことを示すもので、その厚みが
非常に薄いことを必ずしも意味しない。錐形膜状レーザ
光の寸法は、形成すべきクラッド層の種類、材料粉末、
要求される堆積速度、レーザ光ファイバの径等に依存し
て設計されるが、一例を述べると、円錐状の膜状レーザ
光において、円錐の広い部分の直径が５０ｍｍ、円錐の
高さが５０ｍｍ、膜状レーザ光の厚みが１ｍｍ程度であ
る。
錐形あるいは錐形の軸に直角の断面が所定の形状である
錐形を用いることができる。中空部を備える膜状レーザ
光とは、レーザ光のない錐形中空部の周りに、レーザ光
が存在する状態を表し、錐形の寸法に比べればレーザ光
のある領域の厚みが薄いことを示すもので、その厚みが
非常に薄いことを必ずしも意味しない。錐形膜状レーザ
光の寸法は、形成すべきクラッド層の種類、材料粉末、
要求される堆積速度、レーザ光ファイバの径等に依存し
て設計されるが、一例を述べると、円錐状の膜状レーザ
光において、円錐の広い部分の直径が５０ｍｍ、円錐の
高さが５０ｍｍ、膜状レーザ光の厚みが１ｍｍ程度であ
る。
【００２４】材料粉末は、形成すべきクラッド層により
定まるが、銅系、鉄系の粉末あるいはロー材粉末等を用
いることができる。錐形膜状レーザ光に対する材料粉末
の供給領域の広さは、装置、クラッド層の形成速度等に
依存するが、例えば先ほどの円錐の広い部分の直径が５
０ｍｍの膜状レーザ光において、直径１０〜２０ｍｍの
領域の広さで材料粉末を供給することができる。
定まるが、銅系、鉄系の粉末あるいはロー材粉末等を用
いることができる。錐形膜状レーザ光に対する材料粉末
の供給領域の広さは、装置、クラッド層の形成速度等に
依存するが、例えば先ほどの円錐の広い部分の直径が５
０ｍｍの膜状レーザ光において、直径１０〜２０ｍｍの
領域の広さで材料粉末を供給することができる。
【００２５】この構成により、図１で説明したように、
粉末３は、必ず錐形膜状レーザ光１１を通過し、集光部
２９で錐形膜状レーザ光１１からエネルギの供給を受け
て溶融し、溶融体がワーク５上に堆積し、クラッド層を
形成する。
粉末３は、必ず錐形膜状レーザ光１１を通過し、集光部
２９で錐形膜状レーザ光１１からエネルギの供給を受け
て溶融し、溶融体がワーク５上に堆積し、クラッド層を
形成する。
【００２６】このとき、材料粉末３の表面に対し各方向
から錐形膜状レーザ光１１が照射されるので、材料粉末
３は、広い表面範囲でエネルギの供給を受け、材料粉末
の単位体積あたりで考えると、レーザ光のエネルギを効
率よく吸収することができる。したがって、より小さい
パワーのレーザ光を用いて、材料粉末を効率よく溶融す
ることができる。また、材料粉末は、落下の過程で必ず
錐形膜状レーザ光と交わり、そのエネルギの供給を受
け、レーザ光の照射を受けないことによる未溶融粉末が
少ない。
から錐形膜状レーザ光１１が照射されるので、材料粉末
３は、広い表面範囲でエネルギの供給を受け、材料粉末
の単位体積あたりで考えると、レーザ光のエネルギを効
率よく吸収することができる。したがって、より小さい
パワーのレーザ光を用いて、材料粉末を効率よく溶融す
ることができる。また、材料粉末は、落下の過程で必ず
錐形膜状レーザ光と交わり、そのエネルギの供給を受
け、レーザ光の照射を受けないことによる未溶融粉末が
少ない。
【００２７】図３は、環状に配置された複数のレーザ光
ファイバ２５を、環状の位置に配置するとき、一定間隔
で配置せず、本数の配置密度を変化させ、レーザ光の密
度を環状に沿って変化させた場合の図である。したがっ
て、複数のレーザ光ファイバ２５の配置を変更すること
で、粉末３、ワーク５に対する入熱位置とエネルギ密度
を変化させることができ、ワーク、材料粉末への投入熱
量と粉末材料の溶融ポイントの制御を行うことができ
る。
ファイバ２５を、環状の位置に配置するとき、一定間隔
で配置せず、本数の配置密度を変化させ、レーザ光の密
度を環状に沿って変化させた場合の図である。したがっ
て、複数のレーザ光ファイバ２５の配置を変更すること
で、粉末３、ワーク５に対する入熱位置とエネルギ密度
を変化させることができ、ワーク、材料粉末への投入熱
量と粉末材料の溶融ポイントの制御を行うことができ
る。
【００２８】図４には、図３に示した実施の形態に対
し、２つの別の応用例が同時に示されている。１つは、
複数の粉末入熱用のレーザ光ファイバ３１を相互に傾き
をもって円環状に配置することで、錐形膜状レーザ光を
形成することである。したがって、この場合、光学素子
を用いずに錐形膜状レーザ光が形成できる。
し、２つの別の応用例が同時に示されている。１つは、
複数の粉末入熱用のレーザ光ファイバ３１を相互に傾き
をもって円環状に配置することで、錐形膜状レーザ光を
形成することである。したがって、この場合、光学素子
を用いずに錐形膜状レーザ光が形成できる。
【００２９】他の１つは、さらに、複数のワーク入熱用
のレーザ光ファイバ３３を設けたことである。ワーク入
熱用のレーザ光ファイバ３３は、傾きを設けず、ワーク
５に対し鉛直方向に配置される。したがって、粉末に与
えるエネルギと独立して、ワークに対しレーザ光エネル
ギを与えることができ、ワークと粉末に対し、それぞれ
入熱位置とエネルギ密度を独立して制御できる。
のレーザ光ファイバ３３を設けたことである。ワーク入
熱用のレーザ光ファイバ３３は、傾きを設けず、ワーク
５に対し鉛直方向に配置される。したがって、粉末に与
えるエネルギと独立して、ワークに対しレーザ光エネル
ギを与えることができ、ワークと粉末に対し、それぞれ
入熱位置とエネルギ密度を独立して制御できる。
【００３０】図５は、複数の半導体レーザ４１を相互に
傾きをもって円環状に配置することで、錐形膜状レーザ
光１１を形成する例を断面図で示した。したがって、こ
の場合、光学素子を用いずに錐形膜状レーザ光が形成で
きる。また、装置を小型にすることができる。
傾きをもって円環状に配置することで、錐形膜状レーザ
光１１を形成する例を断面図で示した。したがって、こ
の場合、光学素子を用いずに錐形膜状レーザ光が形成で
きる。また、装置を小型にすることができる。
【００３１】図６は、材料粉末を錐形膜状レーザ光の中
空部から供給するのでなく、錐形膜状レーザ光４５の先
端部のやや錐形の広がった位置に材料粉末４３を配置し
てクラッド層を形成する場合を示す図である。例えば、
ワーク上にペースト状の材料粉末を塗布して所定のパタ
ーンを形作り、あるいはワークの上に所定のパターンに
形作って成形したペレット状の材料粉末を配置し、錐形
膜状レーザ光４５の先端部の照射パターンを所定のパタ
ーンに合わせれば、所定のパターンのクラッド層を一括
して形成できる。
空部から供給するのでなく、錐形膜状レーザ光４５の先
端部のやや錐形の広がった位置に材料粉末４３を配置し
てクラッド層を形成する場合を示す図である。例えば、
ワーク上にペースト状の材料粉末を塗布して所定のパタ
ーンを形作り、あるいはワークの上に所定のパターンに
形作って成形したペレット状の材料粉末を配置し、錐形
膜状レーザ光４５の先端部の照射パターンを所定のパタ
ーンに合わせれば、所定のパターンのクラッド層を一括
して形成できる。
【００３２】上記の説明は、レーザ光エネルギにより粉
末材料を溶融し、クラッド層を形成する場合について述
べたが、粉末の溶融に至らないレーザ光のエネルギ供
給、たとえば粉末のレーザアニールあるいは粉末のレー
ザ照射改質等にも本発明が実施できる。
末材料を溶融し、クラッド層を形成する場合について述
べたが、粉末の溶融に至らないレーザ光のエネルギ供
給、たとえば粉末のレーザアニールあるいは粉末のレー
ザ照射改質等にも本発明が実施できる。
【００３３】
【発明の効果】本発明にかかるレーザクラッド装置は、
簡単な構成で、材料粉末に対するレーザ光の照射密度を
高め、照射効率を上げ、材料粉末の溶融効率、材料粉末
の歩留まりを向上させることができる。
簡単な構成で、材料粉末に対するレーザ光の照射密度を
高め、照射効率を上げ、材料粉末の溶融効率、材料粉末
の歩留まりを向上させることができる。
【００３４】また、本発明にかかるレーザクラッド装置
は、レーザ光の、ワークへの入熱位置とエネルギ密度の
制御と、材料粉末への入熱位置とエネルギ密度の制御と
を独立して制御できる。
は、レーザ光の、ワークへの入熱位置とエネルギ密度の
制御と、材料粉末への入熱位置とエネルギ密度の制御と
を独立して制御できる。
【図１】 本発明にかかる実施の形態における、レーザ
クラッドの模式的原理説明図である。
クラッドの模式的原理説明図である。
【図２】 本発明にかかる実施の形態における、レーザ
クラッド装置について、その加工ヘッド部分とワークと
の関係を示す図である。
クラッド装置について、その加工ヘッド部分とワークと
の関係を示す図である。
【図３】 本発明にかかる他の実施の形態において、レ
ーザ光の密度を環状に沿って変化させた場合の図であ
る。
ーザ光の密度を環状に沿って変化させた場合の図であ
る。
【図４】 本発明にかかる他の実施の形態において、相
互に傾きをもって円環状に配置された複数の粉末入熱用
のレーザ光ファイバと、複数のワーク入熱用のレーザ光
ファイバを設けた場合の図である。
互に傾きをもって円環状に配置された複数の粉末入熱用
のレーザ光ファイバと、複数のワーク入熱用のレーザ光
ファイバを設けた場合の図である。
【図５】 本発明にかかる他の実施の形態において、複
数の半導体レーザを相互に傾きをもって円環状に配置す
る場合の断面図である。
数の半導体レーザを相互に傾きをもって円環状に配置す
る場合の断面図である。
【図６】 本発明にかかる他の実施の形態において、材
料粉末に対し円環状のレーザ光を照射し、クラッド層を
形成する場合の図である。
料粉末に対し円環状のレーザ光を照射し、クラッド層を
形成する場合の図である。
【図７】 従来技術におけるレーザクラッドの模式的説
明図である。
明図である。
１ レーザ光、３，４３ 粉末、５ ワーク、７ クラ
ッド層、９ 未溶融粉末、１１，４５ 錐形膜状レーザ
光、１３ 交わった位置、２１ 加工ヘッド、２３ レ
ーザ光、２５，３１，３３ レーザ光ファイバ、２７
光学素子、２９集光部、４１ 半導体レーザ。
ッド層、９ 未溶融粉末、１１，４５ 錐形膜状レーザ
光、１３ 交わった位置、２１ 加工ヘッド、２３ レ
ーザ光、２５，３１，３３ レーザ光ファイバ、２７
光学素子、２９集光部、４１ 半導体レーザ。
Claims (4)
- 【請求項１】 環状に配置された複数のレーザ光と、 前記複数のレーザ光の光軸を傾け、錐形の中空部を備え
る膜状レーザ光を形成する錐形膜状レーザ光形成手段
と、 前記中空部にレーザクラッド用粉末を供給する粉末供給
手段と、を備えることを特徴とするレーザクラッド装
置。 - 【請求項２】 請求項１に記載のレーザクラッド装置に
おいて、 前記環状に配置された複数のレーザ光は、環状に配置さ
れた複数の半導体レーザからのレーザ光であることを特
徴とするレーザクラッド装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載のレーザクラッド装置に
おいて、 前記環状に配置された複数のレーザ光は、環状に配置さ
れた複数のレーザ光ファイバからのレーザ光であること
を特徴とするレーザクラッド装置。 - 【請求項４】 環状に配置された複数のレーザ光と、 前記複数のレーザ光の光軸を傾け、錐形の中空部を備え
る膜状レーザ光を形成する錐形膜状レーザ光形成手段
と、 を備えることを特徴とするレーザ照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002055226A JP2003251480A (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | レーザクラッド装置およびレーザ照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002055226A JP2003251480A (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | レーザクラッド装置およびレーザ照射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003251480A true JP2003251480A (ja) | 2003-09-09 |
Family
ID=28666111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002055226A Pending JP2003251480A (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | レーザクラッド装置およびレーザ照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003251480A (ja) |
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- 2002-03-01 JP JP2002055226A patent/JP2003251480A/ja active Pending
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