JPH05505213A - 光線により工作材料を表面処理するための装置 - 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】 光線により工作材料を表面処理す るための装置 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載した光線により工作材料を表面処 理するための装置に関する。

金属を表面処理（硬化、再溶融、合金化、積層処理等）を行うため、現在既に時 折光線による方法が使用されている。電子ビーム設備も使用され、レーザの使用 は益々増大して来ている。経費が高くつくこと、特にレーザ使用の際光線の出力 が限られていることが難点である。

ドイツ連邦共和国実用新案第２０　８３　７２８号かろ長アークランプを備えた 焼きなまし炉が知られている。この長アークランプは閉鎖された空域内に存在し ている。静的な作業が行われる。この公知の装置にあっては、格子不正を矯正し 、これにより内部応力を崩壊させるため、作業は比較的低い温度で、即ち焼きな まし温度で行われる。非球面の反射体が使用される。格子不正の矯正が行われる ように短時間に高い工翠ルギーが達するため、作業は脈動様式で行われる。一様 な工享ルギーが分布が行われ、その際照射された表面はランプの光を放出する面 の１２倍を越えてはならない。ランプおよび／または工作材料はこの公知の技術 にあっては、工作材料への均一な照明を達するため、反射体の光線中央部の外側 に設けられている。個りの光線の射影は異なった点で行われ、従ってランプ光線 の集束、即ち焦点は形成されない。

ドイツ連邦共和国特許公告第２２　５７　７３９号公報から、光エネルギーによ り工作材料を溶接、溶融或いは加熱する装置が知られている。この装置は楕円形 の鏡を備えており、この鏡に近い隼点内に或いはこの鏡に近い焦点の近傍に高熱 光線用の点状の光源としてアークランプが、そして鏡から遠い熾点内に或いは近 傍に工作材料が設けられている。このような装置によって実際に工作材料の表面 の点状の処理が可能となり、従って大表面の処理は労を要巳で始めて可能である か或いは全〈実施することが不可能である。

本発明のｉ題は、冒頭に記載した様式の装置を、工作材料の表面を高い光線出力 でも労せずして大きな表面でも−１て処理することが可能であるように構成する こである。

上記の課題は請求の範囲第１項の特徴部に記載の構成５−よっ−て解決される。

本発明による解決策により、高出力の＝）ンブを使用（７て大きな表ＵＹｉ積で 表面処理を行うことが可能である。

本発明による解決策の他の有利なかつ適切な構成は請求の範囲第２項から第１４ 項に記載した。

以下に添付した図面に図示した実施例につき本発明の詳細な説明する。

第１図は工作材料の表面を処理するための反別体と長アークランプとを備えた本 発明による装置の概略ｊ３視図。

第２図は処理幅を調節するために適切な位置にある第１図による本発明による装 置の概略図。

第３図と第４図は光線を制限するための絞りを付加的に使用した第１図或いは第 ２図による装置。

第５図〜第９図は光線を制限するための鏡を付加的に使用した第１図或いは第２ 図による装！。

第１０図は反射体の法線が角度形成の下に工作材料と装置間に存在している状態 で、角度を形成した位１での長アークランプの縦軸線を中心にして傾斜されて、 屈曲した位置にある本発明による装置。

第１１図は反射体と工作材料間で傾斜している反射体を備えており、この傾斜が 縦軸線に対して横方向で行われている本発明による装置。

第１２図と第１３図はレンズ簿点の縦軸線方向でおよび縦軸線に対して横方向で 相対的に運動させた場合に冷却或いは光線遮蔽のための水噴射部を付加的に備え た本発明による装置。

第１４図〜第１６図は処理ガス流を供給するための装置を備えて本発明による＠ １゜ 図面中間し構造部品は同し参照符号で示した。

図面は工作材料を表面処理するための装置を示している。この装置は楕円形の円 筒口］ｌと側方の閉鎖壁１２とを備えた反射体１を備えている。この閉鎖壁はほ ぼ反射体近傍の慎点内Ｏこ設けられている高出力アークランプ２を支承−ており 、この高出力アークランプの光線３０は反射体から遠いレンズ偵１点４上に集束 されている（第１図参照）。

このレンズ焦点４内に或いは近傍には処理されるべき１作材料３の表面が存在し ている。この工作材料３は（図示していない）装置により二次元的に運動可能に 設けられている。これは座標交差線ＸＹＺとｊ！動矢印５とで示されている。工 作材料を運動させる代わりに或いはこの工作材料の運動に加えて反射体１を三次 元的に運動可能に設けることが可能である。工作材料と反射体１もしくは反射体 のランプ光線間の相対的な運動はＣＮＣ−制御で制御され、この場合ｒ作材料或 いは反射体或いは両部材が運動させられる。

高出力長アークランプ２を備えた反射体１は側方でＯから９０°の角度αの範囲 で相対運動５に対して直交して調節可能であり、これにより処理幅６が調節可能 である（第２図参照）。

工作材１４．３の表面上で照射面積を縮小するため、光線路３０内に設けられる 冷却可能な絞り７，７′が光線を制限するために設けられている（第３図および 第４図参照）。この場合この絞り７は工作材料３の照射面の幅を制限するために （第３図）、そして絞り７′は工作材料３の照射面の長さを制限するために働く 　（第４図）。

照射面の幅の制限は鏡８（第５図）と１８（第７図）および２８（第９図）によ っても、また照射面の長さの制限は鏡８′　（第６図）および１８′　（第８図 ）によっても行うことが可能である 工作材料の縁部層の加熱工程と冷却工程を改善するため、反射体１は長アークラ ンプ２の縦軸線を中心にして、工作材料の表面の法線と反射体の法線とが長アー クランプ２の縦軸線を中心に互いに角度βで位置するように、旋回可能である。

これは第１０図に示されている。更に、反射体ｌはほぼ反射体に近い位点内に存 在している長アークランプ２の縦軸線と共にこの長アークランプの縦軸線に対し て横方向で角度Ｔで傾斜可能である（第４１図参照）。

これにより、特に熱伝導性か僅かな工作材料の領域、例えば縁りδよび角偶の過 熱を回避するために、光線惧点内に８ける過熱を適切に調節することが可能とな る。

反射体１と工作材料３間の光線路３０内おいては、例えば工作材料３方向に指向 しているノズル２Ｇを備えた管或いは板状の中空体の様式の冷却装置２．５が運 動可能であり、これにより加熱された縁部層もしくは加熱された表面が可能な限 り迅速に冷却される（第１２図および第１３図参照）。同時にこの装置は光線路 を制限する絞りとしても働く。冷却装置２５は、レンズ焦点の縦軸線方向での工 作材料の相対運動が行われた際この工作材料の２、冷が達せられるように）第１ ３参照）に設けられているか、或いはレンズ焦点縦軸線に対して横方向で工作材 料の相対連動が行われた際この丁２作材料の２、冷が達せられるように、第１２ 参照、に設けられている。この冷却装置が水噴射部の様式であるのが有利であり 、これにより特に光線の作用時間が長い場合工作材料縁部層を１分に水で急冷す ることが可能になる。

工作材料表面から立ちのぼるガスおよび芸気により反射体が汚くなるのを回避す るため、処理ガス流３１が工作材料が運動した際横方向で、特に送り方向とは反 対方向で、或いは工作材料と反射体間で反射体が運動した際送り方向で流過され る。これに加えて反射された光線路３０の下方或いは側方で処理ガスノズル２９ を備えた装置２７が設けろれている（第１４図および第１５図参照）。

この処理ガスノズル２９は、第１６図に示したように反射体内にまとめて、特に レンズ焦点内における光線強度に寄与しないか或いは僅かな程度し７か１！ｒ与 しない反射体内の位！に、設けられている。これらの位置は例えば反射体の頂点 或いは反射体の側壁１２である。処理ガスノズルを設けることにより、水や冷の 際に生しる水蒸気が反射体から吹出されて除去されると言う利点が得られる。

短い時間、特に〉３秒に表面処理を開始する際もしくは工作材料の縁部にわたっ て処理を開始する際静的でない熱伝導条件を伴わない初期区間を回避するために 、工作材料と反射体間の相対運動は行われず、工作材料の表面が静的に照射され る。

熱導出の低い工作材料縁部がもしくは工作材料領域が通過する際の１作材料の縁 部層の１８熱を回避するため、ランプ出力は熱伝導条件もしくはは工作材料の予 加熱に相応して低減される。

」−記した装置は１作材料を大きな面積で表面処理するのに使用するのが有利で ある。この表面処理のため高出力長アークランプ２の光線は反射体１により工作 材料３の表面に集束され、その際面全体にゆきわたって加熱が行われるように工 作材料と反射体間の相対運動が或いは縁部層の定常の加熱が行われ、これにより 縁部層が加熱され、隼点内において強度が高いｋｉ％合および／または光線作詩 間が長い場合溶融され、引続き自己２冷により或いはで冷媒体、例えば水、によ る急冷により冷却される。加熱が迅速にｊテわれる場合、即ちレンズ例点内での 強度が高くかつ光線の作用時間が短い場合、肉厚の大きな、特に〉２０ｍｍの肉 厚の工作材ｒ↓の冷却は自己急冷により達せられる。光線作詩間が長い場合、で 冷を上記のように水で行うのが有利である。工作材料の表面を硬化させるためレ ンズ焦点内の強度、即ちランプ出力および／または光線作詩間は、　−工作材料 の縁部層の溶融温度が達せられない程度に短時間に選択される。

ランプ再溶融、ランプ積層、ランプ分散およびランプ合金形成のため、反射体の 能無内における高い強度で、即ち高いランプ出力および／または長い光線作詩間 で作業が行われ、これにより工作材料の、および積層と合金形成作業の際は更に 付加的な工作材料の溶融温度が達せられる。

本発明による装置にあって光線のｔｍ＃よび鋳造物の工作材料の表面および一連 の他の工作材料の表面内へのエネルギーの集結のため吸収率を増大させる手段を 工作材料の表面に設ける必要がない。

その他の点にあっては、工作材料にランプ光線処理以前に或いはランプ光線処理 後に他の熱処理を施すことが可能である。

プイ 要約書 光線により工作材料の表面処理を行う装置が反射体とアークランプを有している 。工作材料の表面を大きな表面積で処理することができるように、反射体（１） は楕円形の円筒面（１１）を備えてるり、この円筒面の反射作用を行う焦５点内 或いはその近傍ムこ高出力アークランプ（２）が設けられており、上記円筒面が 光線を反射作用を行うレンズ焦点（４）に集束し、このレンズ電点内に或いはそ の近傍に処理される工作材料（３）が設けられている。反射体と工作材料は相対 的に運動可能である。処理幅の調節および光線集魚内における加熱をＪｆｌのた め反射体は工作材料の表面に対して多方向に傾斜可能であるように形成されてい る。更に照射面が絞りおよび鏡により縮小可能である。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成４年７月１７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．円筒形の反射体とこの反射体内に設けられた長アークランプとを備えた、光 線により大春な表面積で工作材料の表面処理を行う装置において、工作材料の縁 部層の固体相変換と液体相変換とを行うため、並びに積層を行うためおよび合金 化を行うため連続的に作動する高出力長アークランプ（２）か本質的に反射体（ １）の焦点内に設けられており、この反射体が楕円形の円筒面（１１）によって 形成されており、かつ高出力長アークランプの光線が反射体から違いレンズ焦点 （４）内に集束するように構成ささており、このレンズ焦点内に或いはその近傍 に処理されるべき工作材料（３）が設けられていることを特徴とする光線により 大きな表面積で工作材料の表面処理を行う装置。 ２．反射体（１）と工作材料（３）が相対的に運動可能であるように構成されて いることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．反射体（１）が処理幅を調節するために、レンズ焦点（４）の縦軸線が相対 動（５）に対して直交して０°と９０°間の角度で調節可能であるように旋回可 能であることを特徴とする請求の範囲第１項或いは第２項に記載の装置。 ４．工作材料の縁部層の加熱工程と冷却工程を改善するために反射体が、工作材 料の表面法線と反射体法線とが互いに角度をなして存在し、この場合長アークラ ンプの縦軸線を中心にした傾倒が行われるように、調節可能であることを特徴と する請求の範囲第１項から第３項まてのいずれか一つに記載の装置。 ５．工作材料（３）の加熱と冷却とを適切に調節するために反射体（１）が工作 材料に対して縦軸線に対して横方向で傾斜可能であることを特徴とする請求の範 囲第１項から第４項のいずれか一つに記載の装置。 ６．照射面を縮小するために光線を制限する絞り（７，７′）と鏡（８．８′， １８，１８′，２８）設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項から第 ５項のいずれか一つに記載の装置。 ７．鏡が楔状に或いは円錐形に形成されていることを特徴とする請求の範囲第６ 項に記載の装置。 ８．絞りおよび／または鏡が冷却可能に構成されていることを特徴とする請求の 範囲第６項或いは第７項に記載の装置。 ９．工作材料（３）の加熱された縁部層を迅速に冷却するために冷却装置（２５ ）が設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項から第８項のいずれか一 つに記載の装置。 １０．冷却装置が水噴射部であることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の装 置。 １１．冷却装置が同時に光線路を制限するための絞りとして形成されていること を特徴とする請求の範囲第９項或いは第１０項に記載の装置。 １２．処理ガスノズル（２９）が設けられており、この処理ガスノズルの作用範 囲が反射体（１）と工作材料（３）間に存在しておりかつこの処理ガスノズルを 介して処理ガス流が供給可能であり、この処理ガス流が工作材料の運動の際送り 方向（５）に対して横方向に、反対方向に或いは反射体が運動ずる際は送り方向 で反射体と工作材料との間に吹込み可能であることを特徴とする請求の範囲第１ 項から第１１項のいずれか一つに記載の装置。 １３．処理ガスノズル（２９）が反射体の反射体面内にまとめて設けられている ことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。 １４．処理ガスノズル（２９）が反射体の頂点或いは反射体の側壁内に設けられ ていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の装置。