JPH0584483U - Ｃｏ２レーザ表面改質装置 - Google Patents

Ｃｏ２レーザ表面改質装置

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Publication number
JPH0584483U
JPH0584483U JP023707U JP2370792U JPH0584483U JP H0584483 U JPH0584483 U JP H0584483U JP 023707 U JP023707 U JP 023707U JP 2370792 U JP2370792 U JP 2370792U JP H0584483 U JPH0584483 U JP H0584483U
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hollow waveguide
laser
surface modification
waveguide
power distribution
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Pending
Application number
JP023707U
Other languages
English (en)
Inventor
健一 諸沢
和久 松本
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】狭い領域の表面改質を、むらなく、精度良く、
かつ、簡単に実現できるＣＯ2 レーザ表面改質装置を提
供する。 【構成】ＣＯ2 レーザ光の伝送路に中空導波路を用い、
中空導波路出射端以外の部分を連続的に振動させること
により、中空導波路内に、故意に、高次モードを発生さ
せ、複数のモードのパワー分布の重ね合せにより、中空
導波路出射端で、パワー分布が均一化したレーザビーム
を形成する。これによって、表面改質する被照射物の任
意の位置に正確に、均一なパワー分布を有するレーザ光
を照射することができる。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の対象】
本考案は、ＣＯ2 レーザ光を利用して表面改質を行う、ＣＯ2 レーザ表面改質 装置に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＯ2 レーザは高効率で発振し、安定に高出力が得られるため、金属板の切断 を中心として工業加工分野に広く普及している。最近では、ＣＯ2 レーザ光を使 った表面改質が検討され、金属表面の耐蝕性向上や、高硬度化、耐酸化性向上、 等に利用されている。金属材料の表面改質では、１０4 〜１０10Ｗ／ｃｍ2 のパ ワー密度で、面内強度分布の均一なビームを、広範囲に、正確に照射するシステ ムが要求される。一般に普及しているレーザ発振器から得られるレーザビームは 、中心のパワー強度が最も高い、いわゆるガウス分布型（図２）か、あるいは、 ドーナツ状に分布したリングモード（図３）である。これらのビームは照射面内 での強度差が大きいため、そのままで表面改質に用いると改質むらを生じる。こ のため、従来のシステムでは、照射部でのパワー強度を均一化するため、図４に 示したように、発振器から出射したレーザ光を空間伝搬で導き、集光して照射す る集光レンズまたは凹面鏡に回転駆動、あるいは振動等を与え、かつ、表面改質 する領域を広範囲に走査する方式が用いられていた。
【０００３】
【従来技術の問題点】
しかし、この方式では、ビームの回転駆動と照射範囲走査の同時制御が難しく 、特に狭い領域の均一な表面改質が困難であった。一方、レーザ光のパワー分布 を均一化する手段として、カライドスコープなどのビーム整形器が開発されたが 、整形部でのパワー損失が大きく、実用的ではなかった。
【０００４】
【考案の目的】
本考案の目的は、前記した従来技術の問題点を解決し、狭い領域の表面改質を 、むらなく、精度良く、かつ、簡単に実現できるＣＯ2 レーザ表面改質装置を提 供することにある。
【０００５】
【考案の要点】
本考案の要点は、ＣＯ2 レーザ光の伝送路に中空導波路を用い、中空導波路出 射端以外の部分を連続的に振動させることにより、中空導波路内に、故意に、高 次モードを発生させ、複数のモードのパワー分布の重ね合せにより、中空導波路 出射端で、パワー分布が均一化したレーザビームを形成することにある。これに よって、表面改質する被照射物の任意の位置に正確に、均一なパワー分布を有す るレーザ光を照射することができる。
【０００６】 上記中空導波路は、高出力のＣＯ2 レーザ光を伝送できる、可とう性にすぐれ た低損失伝送路である。伝送損失は、低次モードのレーザ光ほど小さくなるが、 高次モードを含むレーザ光に対しても、比較的低損失となる。レーザ発振器から 出射された準シングルモードまたは低次マルチモードのレーザ光を中空導波路に 入射すると、直線状態では一般に、低次マルチモードの出射ビームが得られる。 中空導波路の一部に曲げを加えると、導波路内に高次モードが発生し、導波路出 射ビームのパワー分布が変化する。さらに、中空導波路の一部を連続的に振動さ せると、導波路出射ビームのパワー分布は連続的に変動する。変動の周期を小さ くすることにより、みかけ上、パワー分布の均一なビームが得られる。このため 、被照射物に対する位置決め精度が要求される導波路出射端の駆動に、回転や、 振動などの誤差要因をいれること無く、システムが構成ができる。
【０００７】
【実施例】
図１により本考案の一実施例を説明する。５ｋＷ級ＣＯ2 レーザ発振器１より 出射したレーザ光２を、直径２．５インチ、焦点距離１５インチの結合用ＺｎＳ ｅレンズ３を取り付けた入射ホルダ４を通して、長さ４ｍのゲルマニウム内装銀 中空導波路５に結合する。中空導波路５の出射端６は、表面改質用加工ヘッド７ とともに、３次元駆動するロボット８のアーム９に取り付けられており、半径１ ｍの範囲にレーザ光を照射できる。さらに、導波路５の出射端６から５０ｃｍ手 前（入射端側）には、導波路５に振動を与えるための振動装置１０が付いている 。
【０００８】 導波路５に４ｋＷのパワーを入射し、振動装置１０で、３００ｒｐｍの回転振 動を与えると導波路出射側には、図４に示したような均一なパワー分布をもつ出 射ビーム１４が得られる。出射パワーは、半径１ｍ以内で３．３±０．３ｋＷと なり、表面改質用加工ヘッド７に焦点距離１０インチのＺｎＳｅレンズ１１を取 り付けて集光すると、集光部で約２．８ｍｍのビーム径が得られる。
【０００９】
【考案の効果】
以上説明した通り本考案により、ＣＯ2 レーザ表面改質に適した均一なパワー 分布のビームを容易に得ることができ、位置決め精度の高い表面改質が可能にな る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案によるＣＯ2 レーザ表面改質装置の一実
施例構成図。
【図２】ガウス分布型パワーの略図。
【図３】ドーナツ型パワーの略図。
【図４】従来のＣＯ2 レーザ表面改質装置の一例概略
図。
【図５】本考案によるパワー分布の略図。
【符号の説明】
１ ＣＯ2 レーザ発振器 ２ レーザ光 ３ 結合用ＺｎＳｅレンズ ４ 入射ホルダ ５ ゲルマニウム内装銀中空導波路 ６ 導波路出射端 ７ 加工ヘッド ８ ３次元駆動ロボット ９ アーム １０ 振動装置 １１ 集光レンズ １２ ベンドミラー １３ 被照射物 １４ 出射ビーム

Claims (3)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＣＯ2 レーザ光を照射して、被照射物の表
    面を改質するＣＯ2 レーザ表面改質装置において、ＣＯ
    2 レーザ光を出射する発振器と、ＣＯ2 レーザ光を伝送
    する中空導波路と、前記中空導波路の出射端を前記被照
    射物に向け、任意の軌跡で走査する駆動装置を備え、前
    記中空導波路の出射端以外の部分を連続的に振動させる
    機構を備えて構成されたことを特徴とするＣＯ2 のレー
    ザ表面改質装置。
  2. 【請求項２】中空導波路として誘電体内装金属中空導波
    路を用いたことを特徴とする請求項１記載のＣＯ2 レー
    ザ表面改質装置。
  3. 【請求項３】誘電体内装金属中空導波路において、誘電
    体材料をゲルマニウムを用い、金属材料に銀を用いたこ
    とを特徴とする請求項２記載のＣＯ2 のレーザ表面改質
    装置。
JP023707U 1992-04-14 1992-04-14 Ｃｏ２レーザ表面改質装置 Pending JPH0584483U (ja)

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