JP4865329B2 - レーザ焼入工具 - Google Patents
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Description
これらのレーザ焼入工具にあっては、レーザ発光源である半導体レーザバーや半導体レーザスタックからのレーザ光は、光ファイバーや導波路により工具先端のトーチまで伝送される。
本発明者は、光導波路の断面形状がレーザ出力効率に与える影響を種々実験した結果、図9に示すような内面が平面22で構成された角形断面の光導波路20が反射回数が少なく、出力効率の高い光導波路となることを確認した。
本発明の目的は、上述した知見に基いたレーザ焼入工具を提供するものである。
また、角形光導波路の入口部に設けられる第1の折返しミラーと、再集光光学系と光導波路ノズルとの間に設けられる第2の折返しミラーを備えるものである。
また、集光光学系のレンズホルダーと、発散光学系のレンズホルダーと、第1の折返しミラーと、角形光導波路と、再集光光学系レンズのホルダーと、第2の折返しミラーと、光導波路ノズルに設けられて冷却水が供給される冷却水チャネルを備え、レーザビームが反射されるミラー面は増反射コーティング層を備えるものである。
全体を符号100で示すレーザ焼入工具は、ベース110上に載置される半導体レーザスタック120を備える。半導体レーザスタック120は電源接続端子122を有し、図示しない電源に接続される。
集光されたレーザビームはホルダー140内の発散光学系レンズ142へ入力され、ビームの軸線が平行になるように発散される。発散したレーザ光は角形光導波路150の一端部にとりつけた第1の折返しミラー160へ送られる。折り返しミラー160で角形光導波路150の軸線方向に折返されたレーザ光は角形光導波路150の内面の反射面152に反射されつつ進行し、ホルダー172内の再集光光学系レンズ170に入射される。
再集光光学系レンズ170で再集光されたレーザビームは第2の折返しミラー180で軸線を90度変更され、光導波路ノズル190から出射され、図示しないワークの表面に焼入処理を施す。
レーザ焼入工具100は、内部を通過するレーザビームを吸収して加熱される。また、レーザ焼入工具により焼入処理されるワーク側からの反射熱を受けて外部加熱される。
そこで、本発明のレーザ焼入工具100は昇温を防止する冷却チャネルを備える。
集光光学系レンズ134のホルダー130は冷却水が通過するチャネル136を有し、カップリング202を介して冷却水の供給、排出用のパイプ200に連結される。
パイプ200を介して図示しない冷却水供給源から送られる冷却水を各チャネルを通して、レーザ焼入工具100全体に循環させることにより、レーザ焼入工具100を効果的に冷却することができる。
反射率を高めるために、各ミラー面の表面には増反射コーティングが施される。増反射コーティングは、例えば金メッキが採用される。
半導体レーザスタック120から出射されたレーザビームLB1は、集光光学系レンズ134で集光され、レーザビームLB2となって発散光学系レンズ142に入光する。
発散光学系レンズ142を出たレーザビームLB3は、ほぼ平行光として折返しミラー160で直角に折り返され、レーザビームLB4として角形光導波路150を通過する。角形光導波路150内を通過するレーザビームLB4は、先に説明したように、反射回数は少なく、損失は少ない。
発散光学系レンズを角形光導波路150の入口に設け、また、このレンズの曲率を適宜に設計することによって、導入光の軸線を角形光導波路150の軸線に可能な限りに平行にすることができる。
また、角形光導波路150の寸法は可能な限りに大きくすることで、通過するレーザビームの反射回数を低減させることができる。
角形光導波路150を通過したレーザビームは、再集光光学系レンズ170で集光され、折返しミラー180で90度折り曲げられる。
光導波路ノズル190内でレーザビームLB5は絞られ、レーザビームLB6として出力される。このレーザビームLB6は図示しないワークの表面に焼入れを行う。
なお、上述した実施例にあっては、光導波路ノズル190の先端穴の形状を丸形で説明したが、ワークの形状や焼入れ部の形状等に対応して、三角形、四角形、多角形曲面の組合せ等適宜に設計できる。
さらに、ノズルの軸線も直線以外に適宜に折り曲げることもできる。
110 ベース
120 半導体レーザスタック
130 集光光学系レンズホルダー
134 集光光学系レンズ
140 発散光学系レンズホルダー
142 発散光学系レンズ
150 角形光導波路
160 第1の折返しミラー
170 再集光光学系レンズ
180 第2の折返しミラー
190 光導波路ノズル
Claims (1)
- 半導体レーザを利用した焼入工具であって、
ベースと、ベース上に載置される半導体レーザスタックと、半導体レーザスタックの出力が投入される光通路を有するホルダーと、光通路内に装備されてレーザスタックの出力光の束を集光する集光レンズと、集光されたビームの軸線が平行になるように発散させる発散レンズと、発散レンズを装備するホルダーに対して光路軸が直交する向きに取り付けられる横断面が角形である角形光導波路と、発散したレーザビームを角形光導波路に投入する第1の折返しミラーと、角形光導波路の出口側に装備される再集光レンズと、再集光されたレーザビームの軸線を90度折り曲げる第2の折返しミラーと、レーザビームをワークの表面に出射して焼入処理を行う光導波路ノズルとを備え、
レーザビームを反射するすべてのミラー面に施される増反射用の金メッキコーティングと、レンズを保持するホルダーと折返しミラーと角形光導波路と光導波路ノズルに設けられる水冷却用のチャネルとを備えることを特徴とするレーザ焼入工具。
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