JPH04143092A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、レーザ光を被加工物の表面に照射して加工す
るレーザ加工装置に関し、さらに詳細には、熱処理加工
を行なう際に、被加工物の表面及び背面を同時に加工す
ることのできるレーザ加工装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、レーザ光を用いた熱処理加工では、主にレーザ焼
入れなとか行なわれている。これは、第６図に示すよう
に、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光２２を、
反射鏡２３によって方向転換した後、レーザ加エノスル
２４内に収納された焦点距離Ｆの集光レンス２５によっ
て集光する。

被加工物２６は、移動装置２７によって移動されつつ、
表面ヘレーザ光２２の照射を受けることで、焼入れが行
なわれる。

レーザ焼入れの場合、高周波焼入れなとの他の焼入れ方
法に比べ、被加工物を局部的に、かつ、極めて短時間で
加熱でき、さらに、母材への熱拡散による自己冷却作用
を用いるため、水冷などの作業を伴わないといった利点
がある。

また、入熱量も少ないため、他の焼入れ方法に比べ、焼
入れ歪みも小さく、焼入れ後の修正加工を省略、または
大幅に削減することかできる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第６図に示すように、被加工物２６の断
面積が比較的小さく、それに対し、加工方向の長さが長
いような場合、レーザ焼入れにおいても入熱による焼入
れ歪みが無視できなくなる。

第６図において、１面以上に焼入れを行なう場合、第７
図に示すように、最後に焼入れを行なった面が、レーザ
光の入射方向に対して凸となるような熱変形か生じる。

このため、焼入れ後に焼入れ面の平面度等を修正する必
要が生じ、前述したようなレーザ焼入れの利点が失われ
ていた。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、低歪みかつ高能率の熱処理加工を行なうこと
か可能なレーザ加工装置を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために、本発明のレーザ加工装置は
、レーザ光の、被加工物への照射面に対して背面側に、
少なくとも１個の集光反射鏡を設けている。

さらに、集光反射鏡によって反射されたレーザ光が、被
加工物の背面側に照射されるよう、集光反射鏡を駆動す
る駆動手段を設けている。

なお、レーザ光の被加工物表面への照射部直前における
ビーム径は、被加工物の加工方向に対して直交方向の長
さよりも、大きなビーム径であることを必要とする。

［作用］ 上記の構成を有する本発明によれば、レーザ光を直接照
射される被加工物の表面側で加工か行なわれるのと同時
に、被加工物へ照射されないレーザ光が、背面側に配置
された集光反射鏡に到達し、反射した後、被加工物の背
面側に照射され、加工が行なわれる。

集光反射鏡は、被加工物の形状や、寸法に応じて、駆動
手段によって駆動し、 背面側への照射位置や、照射スポット径を調整する。こ
れにより、レーザ光を直接照射される被加工物の表面側
と、集光反射鏡を介して照射される背面側の、双方にお
ける照射パワー密度なと、レーザ光の照射条件を均等化
する。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

最初に、第１図を参照して、本発明のレーザ加工装置の
概略を示す。

ＣＯ２レーザ発振器１から発振された波長１０゜６μｍ
（マイクロ・メートル）のレーザ光２は、反射鏡３によ
って反射され、レーザ加工ノズル４に到達する。

レーザ光２は、レーザ加工ノズル４内にある焦点距離Ｆ
の集光レンス５に入射した後、集光され、集光レンズ５
の下方へＦの距離の位置において、焦点６を形成する。

さらに、焦点６から下方へ焦点はずし距離＋ｄすれた位
置に、被加工物７を配置する。被加工物７のさらに下方
には、集光反射鏡８が常にレーザ光２の光路上にあるよ
うに配置されている。

また、被加工物７は、移動装置９に固定されており、レ
ーザ光２を照射しつつ移動装置９によって移動されるこ
とで、加工を完了する。

さらに、本実施例で用いた被加工物７の形状を、第２図
（ａ）及び第２図（ｂ）に示す。

被加工物７は、角柱状の鉄鋼材料であり、加工を行なう
表面側１０および背面側１１には、その表面にレーザ光
２の吸収率を高めるため、グラファイト系のレーザ光吸
収剤１２が塗布しである。

次に、被加工物７及び集光反射鏡８の周辺部の詳細につ
いて、第３図を参照して説明する。

ここでは、集光反射鏡８を、便宜的に左右１対の２個の
反射鏡に分けており、各々の構成及び作用は同等である
。

集光反射鏡８は、連結軸１３によってレーザ加工ヘッド
４に保持されており、常にレーザ光２の光路上にあるよ
うに配置されている。連結軸１３には、Ｚ軸移動装置１
４がついており、被加工物７に対する集光反射鏡８の位
置を調整できる。また、集光反射鏡８には、角度調節機
構１５がついており、反射されたレーザ光２か、被加工
物７へ照射される位置を調整できる。なお、集光反射鏡
８は、冷却水経路１６に冷却水を通過させることによっ
て加工中の温度上昇を防止している。

さらに加工時の具体例を、第４図を参照して説明する。

集光レンズ５の焦点距離をＦ＝５０ｍｍ　（ミリ・メー
トル）とし、集光レンズ５へのレーザ光２の入射ビーム
径をＤ＝３０ｍｍ　（ミリ・メートル）とし、焦点はず
し距離Ｄ＝＋３０ｍｍ　（ミリ・メートル）の位置に、
被加工物７の表面側１０があるように配置する。レーザ
光の広がり等を無視し、レーザ光の経路を概略化すると
、レーザ光２は、図中実線のように集光する。そして、
被加工物７の表面側１０は、加工方向の直交方向におい
て、全面にレーザ光２が照射される。

被加工物７の表面側１０に照射されないレーザ光２は、
集光反射鏡８まで到達し、反射されて、被加工物７の背
面側１１に照射される。集光反射鏡８の曲率は、焦点距
離か３０ｍｍ（ミリ・メートル）とした。被加工物７に
対する距離については、表面側１０へのレーザ光２の照
射パワー密度と、背面側１１への照射パワー密度か等し
くなるように、Ｚ軸移動装置１４及び角度調節機構１５
を調節することで求める。この際、レーザ光２のビーム
のエネルギー分布についても、考慮を要する。

以上の工程は、同時に行なわれるため、被加工物７の表
面側１０及び背面側１１の双方の面に対して、同一の照
射パワー密度にてレーザ光２か照射され、さらに、被加
工物７が移動装置９によって移動されることで、加工方
向全面における加工か完了する。

本発明は、以上詳述した実施例に限定されることなく、
その主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加える
ことができる。

例えば、焼入れの他、クラツデイングや表面合金化など
の他の熱処理加工において実施することも可能である。

さらに、被加工物の形状も、軸等の円筒形状でも可能で
あり、寸法か大きいものについては、レーザ出力などで
調節することもてきる。集光レンズの焦点距離や、被加
工物の背面側に配置する集光反射鏡の曲率は、主に加工
を行なう被加工物の形状や寸法に応じて、適宜定めれば
よい。

また、集光レンズの代わりに、集光反射鏡等を用いるこ
とも可能である。

［発明の効果］ 以上、詳述したことから明らかなように、本発明によれ
ば、被加工物の表面側および背面側を同時に加工するこ
とができ、さらに、双方におけるレーザ光の照射条件を
均一化することで、低歪みかつ高能率の熱処理加工を行
なうことか可能なレーザ加工装置を提供できるという、
産業上者しい効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図はレーザ加工装置の概略構成図、第２
図（ａ）及び（ｂ）は被加工物の形状を示した構成図、
第３図は被加工物及び集光反射鏡の周辺の詳細を示した
構成図、第４図は加工時の具体例を示した説明図、第５
図は被加工物の形状を示した説明図である。また第６図
は従来技術でのレーザ加工装置の概略構成図、第７図は
従来技術で加工後の被加工物の様子を示した説明図であ
る。 図中、１はＣＯ２レーレーザ器、２はレーザ光、３は反
射鏡、４はレーザ加工ヘッド、５は集光レンズ、６は焦
点、７は被加工物、８は集光反射鏡、９は移動装置、１
０は表面側、１１は背面側、１２はレーザ光吸収剤、１
３は連結軸、１４はＺ軸移動装置、１５は角度調節機構
、１６は冷却水経路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光を被加工物の表面に照射して加工するレー
   ザ加工装置において、 前記レーザ光の被加工物への照射面の背面側に、少なく
   とも１個の集光反射鏡を設けることを特徴とするレーザ
   加工装置。 ２、前記集光反射鏡によって反射された前記レーザ光が
   、被加工物の背面側に照射されるよう、前記集光反射鏡
   を駆動する駆動手段を設けることを特徴とする請求項１
   項記載のレーザ加工装置。 ３、前記レーザ光の被加工物表面への照射部直前におけ
   るビーム径は、被加工物の加工方向に対して直交方向の
   長さよりも大なるビーム径であることを特徴とする請求
   項１項記載のレーザ加工装置。