JPH041045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、レーザビームを利用してワークの表
面の特性を改善するレーザ表面処理装置に係り、
さらに詳細には、ワークに設けた孔の内周面等に
対するレーザビームの照射方向を調節自在な装置
に関する。

（従来の技術） レーザ表面処理すべき箇所として、例えば、ワ
ークに設けた孔の内周面とワークの上面、下面な
どのように、垂直面と水平面が交差する段部を有
する部分にレーザ焼入れを施す場合、垂直面と水
平面とを別々にレーザ焼入れするものであつた。

（発明が解決しようとする問題点） したがつて従来においては、レーザ焼入れ作業
が非能率的であると共に、垂直面と水平面との交
差部付近においては、垂直面の焼入れ時と水平面
の焼入れ時の２度に亘つて焼入加工される等の問
題点があつた。また、孔の内周面に焼入れを行な
うとき、レーザビームの断面形状が円形の場合に
は、焼入加工を内周面に沿つて開始した位置と終
点の位置とは、円弧部が接触する態様となり、均
一的な焼入加工が困難である。また、上記の焼入
加工開始時の位置と終了時の位置とを重ね合わせ
た場合には、焼入加工開始位置が２度加熱冷却さ
れることとなり、均質な焼入れを行なうには望ま
しいものではないという問題がある。

［発明の構成］ （問題を解決するための手段） 前述したごとき従来の問題を解決するために、
本発明は、レーザ表面処理装置における加工ヘツ
ドに備えられた支持板に、レーザ発振器から発振
されたレーザビームの断面形状を四角形状に変形
しかつ強度分布をほぼ均一化するためのインテグ
レーシヨンミラーを設けると共に、インテグレー
シヨンミラーから反射されたレーザビームを垂直
下方向へ反射する第１のベンドミラーを装着して
設け、前記支持板の下部に上下動自在に支承され
た昇降ブラケツトに、ワークの孔内へ挿入自在の
ミラーホルダブラケツトを下方向へ延伸して設け
ると共に水平に回転自在に支承して設け、このミ
ラーホルダブラケツトの下部に、前記第１のベン
ドミラーによつて垂直下方向へ反射されたレーザ
ビームを水平方向へ反射自在の第２のベンドミラ
ーを設け、この第２のベンドミラーを上部に支承
したミラーホルダに、上記第２のベンドミラーを
冷却する冷却水が出入自在の冷却室を設けると共
に、垂直なレーザビームの軸心と一致した位置に
おいてレーザビームと直交する水平な回転軸を中
心としてミラーホルダを角度調節自在に設け、上
記ミラーホルダの前記冷却室の下部に設けたギア
に、前記ミラーホルダブラケツトの下端部に装着
した小型の制御モータによつて回転されるピニオ
ンギアを噛合してなるものである。

（作用） 前述の構成において、ベンドミラーに入射され
たレーザビームを水平に反射することにより、ワ
ークの垂直面を照射することができ、垂直面にレ
ーザ焼入れを行い得る。前記ミラーホルダを適宜
に回動して反射方向を調節し、垂直面と水平面と
の交差部に、例えば45°方向からレーザビームを
照射することにより、垂直面と水平面とを同様に
レーザ焼入れすることができる。

上述のごとくレーザ焼入れを行なうとき、レー
ザビームの断面形状は四角形状に変形してあり、
かつ強度分布を均一化してあるので、焼入加工開
始位置と終点位置とを接続する場合、四角形が隣
り合う接続となり、開始位置と終点位置とを重ね
合わせる必要がなく、全体に亘つて均一に焼入れ
を行なうことができる。

（実施例） 第１図、第２図を参照するに、本発明を実施し
たレーザ表面処理装置１は、表面処理すべきワー
クＷを支承するワークテーブル３を備え、かつワ
ークテーブル３の側方位置には、ワークＷへ照射
すべきレーザビームLBを発振するレーザ発振器
５を備えている。このレーザ発振器５は、一般的
なものでよいので、その詳細については説明を省
略する。

上記ワークテーブル３は、Ｘ軸方向（第１図、
第２図において左右方向）に移動自在な移動テー
ブル７および水平に回転自在な回転テーブル９を
備えてなるもので、この回転テーブル９上にワー
クＷが適宜の取付具、例えばマグネツトチヤツク
等（図示省略）を介して水平に取付けられる。本
実施例において、上記ワークＷは、適数箇所に孔
Ｈを備えた円盤を例示してある。

上記構成において、移動テーブル７の移動位置
決め及び回転テーブル９の回転および回転位置決
め等を自動的に行うことにより、ワークＷの所望
の孔Ｈを所定位置に位置決めできるものである。

第１図、第２図より理解されるように、前記ワ
ークテーブル３の移動領域の側方位置には、コラ
ム１１が立設してあり、このコラム１１には、ワ
ークテーブル３の移動領域の上方を横切つてＹ軸
方向に延伸したガイド部材１３が片持式に支承さ
れている。上記ガイド部材１３には、前記レーザ
発振器５からレーザビームLBを前記ワークＷの
所望位置へ照射する加工ヘツド１５がＹ軸方向へ
移動自在に支承されている。この加工ヘツド１５
には、後で詳細に説明するように、ワークＷへの
レーザビームLBの照射方向を調節自在な照射方
向調節装置１７が備えられている。上記加工ヘツ
ド１５は、前記コラム１１に装着したサーボモー
タ１９によつてＹ軸方向へ移動、位置決めされる
ものである。

上記構成により、加工ヘツド１５をＹ軸方向に
移動位置決めしてワークＷの所望位置と対応せし
め、レーザ発振器５からのレーザビームLBを照
射方向調節装置１７を介してワークＷに照射する
ことにより、ワークＷの所望位置の焼入れが行わ
れ得ることが理解されよう。

ところで、ワークＷの表面にレーザ焼入れを行
うに当たり、ワーク表面の反射率が高い場合に
は、ワーク表面に適宜のコーテイング処理を行う
必要がある。したがつて本実施例においては、前
記ワークテーブル３の移動領域の側方位置に、表
面コーテイング装置２１が配置してある。この表
面コーテイング装置２１は、例えばリン酸マンガ
ン、カーボン粉末、炭化硅素等のごとき適宜のコ
ーテイング材料をワークＷの所望表面に塗布する
作用をなすもので、例えば一般的な塗装ロボツト
等よりなるものである。

ワークＷの所望箇所にレーザ焼入れを行うに際
し、レーザビームLBの断面形状を所望の断面形
状となし、かつ断面形状内におけるビームの強度
分布をほぼ均一化してレーザ焼入れを均一的に行
うために、前記加工ヘツド１５にはビーム変形手
段が設けられている。

より詳細には、第３図に示されるように、前記
加工ヘツド１５には垂直な支持板２３が設けられ
ており、この支持板２３には、前記レーザ発振器
５から発振されたレーザビームLBを下方向に反
射する第１のベンドミラー２５が装着してある。
また、支持板２３の下部付近には、上記第１のベ
ンドミラー２５に対応してインテグレーシヨンミ
ラー２７が反射方向を適宜に微調節自在に装着し
てある。

上記インテグレーシヨンミラー２７は、レーザ
発振器５からのレーザビームLBの断面形状を、
本実施例においては丸から四角形状に変形すると
共に、レーザビームLBの断面形状内におけるビ
ームの強度分布をほぼ均一化するためのもので、
凹面基盤２９上に矩形状の平面鏡３１を多数取付
けて構成してある。すなわち、多数の平面鏡３１
は、焦点面が四角形状になり、かつビーム強度が
均一化するように、それぞれ適宜に配置してあ
る。したがつて、換言すれば、インテグレーシヨ
ンミラー２７の焦点面において、レーザビーム
LBの断面形状は四角形状となり、かつビーム強
度は断面の領域に亘つて均一的になる。なお、上
記インテグレーシヨンミラー２７の焦点距離は大
きく設定してある。

さらに前記支持板２３の上部付近には、第２の
ベンドミラー３３が装着してある。この第２のベ
ンドミラー３３は、前記インテグレーシヨンミラ
ー２７からのレーザビームLBを垂直下方向に反
射するもので、反射方向を微調節自在に設けられ
ている。上記第２のベンドミラー３３の下方位置
には、レーザビームLBを平行光線化する装置と
して凹レンズ３５が配置してある。この凹レンズ
３５の焦点位置は、前記インテクレーシヨンミラ
ー２７の焦点に合わせてある。したがつて、この
凹レンズ３５を経たレーザビームLBは断面形状
が四角形状の平行光線となつて垂直下方向に照射
されることとなる。

レーザビームLBをワークＷの外面あるいはワ
ークＷの孔Ｈの内周面へ照射するために、前記凹
レンズ３５の下方位置には、レーザビームLBを
任意の方向に反射するベンドミラー３７を下端部
付近に備えたミラーホルダーブラケツト３９が上
下動自在かつ水平に回転自在に支承されている。

より詳細には、第３図に示されるように、前記
支持板２３の背面にはボールネジ機構（図示省
略）が設けられており、前記支持板２３に装着し
たサーボモータ４１の作動によつて、断面Ｌ字形
状の昇降ブラケツト４３が上下動するように設け
られている。そして、上記昇降ブラケツト４３の
下部に回転自在に支承された環状の内筒部材４５
の下部に前記ミラーホルダブラケツト３９が取付
けてある。

上記内筒部材４５は、昇降ブラケツト４３の下
部に取付けた円筒形状の外筒部材４７内に回転自
在に支承されている。この内筒部材４５の上部に
は、昇降ブラケツト４３の下部に取付けたフラン
ジ部材４９のボス部に回転自在に支承された従動
プーリ５１が一体的に取付けてある。この従動プ
ーリ５１は、昇降ブラケツト４３に装着したサー
ボモータ５３の出力軸に取付けた駆動プーリ５５
と、ベルト５７を介して連動連結してある。した
がつて、ミラーホルダブラケツト３９等は、サー
ボモータ５３の作動によつて回転されることとな
る。

前記ミラーホルダブラケツト３９には、レーザ
ビームLBの軸心と一致した位置においてレーザ
ビームLBと直交する方向の回転軸５９を備えた
ミラーホルダ６１が回転自在に支承されている。
上記ミラーホルダ６１に前記ベンドミラー３７が
取付けてあるものであり、ベンドミラー３７を取
付ける取付部にはベンドミラー３７を冷却するた
めに冷却水が出入自在の冷却室６３が形成されて
いる。さらに上記ミラーホルダ６１にはギア６５
が取付けてあり、このギア６５には、ミラーホル
ダブラケツト３９に装着した小型の制御モータ６
７によつて回転されるピニオンギア６９が噛合し
てある。したがつて、上記制御モータ６７の作動
によつてベンドミラー３７の傾斜角を任意に調節
でき、レーザビームLBの反射方向を任意に調節
できることとなる。

以上のごとき構成において、ワークテーブル３
上に載置されたワークＷの孔ＨあるいはワークＷ
の外側面をミラーホルダブラケツト３９と適宜に
対応せしめる。その後に、昇降ブラケツト４３を
下降せしめ、ミラーホルダブラケツト３９をワー
クＷの孔Ｈ内に挿入して、孔Ｈにおける内周面の
レーザ焼入れすべき部位とベンドミラー３７とを
対応せしめるか、或は、ワークＷにおける外側面
のレーザ焼入れすべき部位とベンドミラー３７と
を対応せしめる。

上述のごとく、ワークＷのレーザ焼入れすべき
部位とベンドミラー３７とを対応せしめた後に、
レーザ発振器５からレーザビームLBを発振する
と、レーザビームLBは、インテグレーシヨンミ
ラー２７によつて断面形状を四角形状に変形さ
れ、かつ凹レンズ３５によつて平行光線化された
後に、ベンドミラー３７へ入射される。そして、
ベンドミラー３７によつてワークＷのレーダ焼入
れすべき部位に照射される。ワークＷにおける孔
Ｈの内周面にレーザ焼入れを行う場合には、サー
ボモータ５３を作動してベンドミラー３１を回転
すれば良い。また、ワークＷの周面にレーザ焼入
れを行うときには、レーザビームLBを照射しつ
つワークＷを回転すれば良い。

上述のごとくワークＷにおける孔Ｈの内周面あ
るいはワークＷの外周面にレーザ焼入れを行うに
際し、レーザ焼入れすべき箇所が垂直面と水平面
との交差部付近である場合には、制御モータ６７
を作動してベンドミラー３７の傾斜角を調節する
ことにより、例えば45°方向から前記交差部にレ
ーザビームLBを照射することができる。したが
つて、前記交差部付近においては垂直面と水平と
に亘つて同時にレーザ焼入れを行うことができ
る。

また、前記ベンドミラー３７の傾斜角を調節す
ることにより、ワークＷにおけるレーザ焼入れ部
位に対して斜め上方向或は斜め下方向からレーザ
ビームLBを照射できる。したがつて、例えば円
盤状のワークＷにおける外周上縁部や下端部を、
ワークＷを装着し直すことなしにレーザ焼入れを
行うことができる。すなわち、水平に設けられた
ワークＷに対して上方向および下方向からレーザ
ビームを照射することができる。

なお、本発明は、前述の実施例のみに限るもの
ではなく、適宜の変更を行うことにより、その他
の態様でも実施可能である。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるよう
に、要するに本発明の要旨は特許請求の範囲に記
載のとおりであるから、本発明によれば、次のご
とき効果を奏するものである。

第１に、レーザ発振器５から発振されたレーザ
ビームLBは、インテグレーシヨンミラー２７に
よつて断面形状を四角形状に変形され、かつ強度
分布をほぼ均一化されるものである。したがつ
て、例えば孔の内周面あるいはワークの外周面に
焼入れ加工を行なうとき、焼入れ加工開始時と終
了時の境界は、四角形を接触して隣合せた態様と
なり、焼入加工開始時に焼入加工した部分と終了
時の部分とが重ね合わさるようなことがないもの
である。したがつて、焼入加工部分は、全周に亘
つて均一に焼入れを行なうことができるものであ
る。

第２に、上下動自在に設けられた昇降ブラケツ
ト４３の下部に設けたミラーホルダブラケツト３
９は下方向に延伸してあると共に水平に回転自在
に設けてあり、かつミラーホルダブラケツト３９
の下部に設けた第２のベンドミラー３７を支承し
たミラーホルダ６１は角度調節自在に設けてあ
る。したがつて、例えばワークに設けた孔の上下
端面の上面と内周面及び下面と内周面の部分に焼
入れを行なうような場合、上面と内周面の場合に
は、レーザビームLBを斜め下方向へ反射するよ
うに第２のベンドミラー３７を調節して、孔の上
端縁に照射することにより、上面と内周面を同時
に焼入れすることができるものである。下面と内
周面の場合には、ミラーホルダブラケツト２９を
孔内に下降して下方に突出せしめ、第２のベンド
ミラー３７によるレーザビームLBの反射方向を
斜め上方向に調節して、孔の下端縁にレーザビー
ムLBを照射することにより、下面と内周面とを
同時に焼入れすることができるものである。

この場合、ミラーホルダ６１は、垂直なレーザ
ビームLBの軸心と一致した位置においてレーザ
ビームLBと直交する水平な回転軸５９を中心と
して角度調節自在であるから、レーザビームLB
の照射位置を正確に制御できるものである。

第３に、ミラーホルダ６１には冷却室６３が設
けてあるから、第２のベンドミラー３７を効果的
に冷却することができるものである。

第４に、ミラーホルダ６１の角度を調節する構
成として、ミラーホルダ６１の冷却室６３の下部
にギア６５を設け、ブラケツト３９の下端部に装
着した小型の制御モータ６７によつて回転される
ピニオンギア６９を噛合してなるものであるか
ら、ミラーホルダブラケツト３９に対するミラー
ホルダ６１の装着部の構成は立長の構成となり、
例えば回転軸５９にギア６５を設けた場合等に比
較して上下方向に長くなるものの全体的構成を細
くすることができ、ワークＷの孔Ｈが比較的細孔
の場合にも対応することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したレーザ表面処理装置
の正面図、第２図は同平面図である。第３図は第
１図における−線に沿つた拡大断面図であ
る。 １……レーザ表面処理装置、１５……加工ヘツ
ド、３９……ミラーホルダブラケツト、６１……
ミラーホルダ、３７……ベンドミラー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ レーザ表面処理装置における加工ヘツド１５
   に備えられた支持板２３に、レーザ発振器５から
   発振されたレーザビームLBの断面形状を四角形
   状に変形しかつ強度分布をほぼ均一化するための
   インテグレーシヨンミラー２７を設けると共に、
   インテグレーシヨンミラー２７から反射されたレ
   ーザビームLBを垂直下方向へ反射する第１のベ
   ンドミラー３３を装着して設け、前記支持板２３
   の下部に上下動自在に支承された昇降ブラケツト
   ４３に、ワークＷの孔Ｈ内へ挿入自在のミラーホ
   ルダブラケツト３９を下方向へ延伸して設けると
   共に水平に回転自在に支承して設け、このミラー
   ホルダブラケツト３９の下部に、前記第１のベン
   ドミラー３３によつて垂直下方向へ反射されたレ
   ーザビームLBを水平方向へ反射自在の第２のベ
   ンドミラー３７を設け、この第２のベンドミラー
   ３７を上部に支承したミラーホルダ６１に、上記
   第２のベンドミラー３７を冷却する冷却水が出入
   自在の冷却室６３を設けると共に、垂直なレーザ
   ビームLBの軸心と一致した位置においてレーザ
   ビームLBと直交する水平な回転軸５９を中心と
   してミラーホルダ６１を角度調節自在に設け、上
   記ミラーホルダ６１の前記冷却室６３の下部に設
   けたギア６５に、前記ミラーホルダブラケツト３
   ９の下端部に装着した小型の制御モータ６７によ
   つて回転されるピニオンギア６９を噛合してなる
   ことを特徴とするレーザ表面処理装置における加
   工ヘツド装置。