专利名称：激光淬火工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及构成为在加工机械的工具保持部上装拆自如的激光淬火工具。
背景技术：
历来，使用可以更换工具的加工机械，用该加工机械进行种种的机械加工(例如，参照特开平11-077467号公报)。
虽然在这种加工机械中，不仅机械加工，有时希望对工件施行由激光进行的表面淬火，但是没有提出适当的结构。
发明内容
本发明目的在于提供一种构成为在加工机械的工具保持部上装拆自如的激光淬火工具。
本发明涉及一种激光淬火工具，该激光淬火工具具有能够接合于加工机械的工具保持部的接合部，成为所供给的激光的通路的导波路，以及把通过该导波路的激光照射于工件的炬(TORCH)部。
在该场合，在加工机械中可以进行激光淬火加工。
本发明，特征在于，前述导波路的激光所供给的端部，对前述接合部的轴配置于偏移的位置。
在该场合，可以避免把激光供给到前述导波路的光路(光导波部)与工具保持部的干涉。
本发明，特征在于，前述导波路由在外周面上施行了反射处理的导光体来构成，而且激光一边被前述外周面反射一边透过前述导光体。
在该场合仅靠改变前述导光体的位置，就可以简单地调整激光的光路位置。
本发明，特征在于，前述导波路是在规定的构件的内部所形成的中空通路，在该通路的内面上施行反射处理，而且激光一边被前述面反射一边通过前述中空通路。
在该场合，可以提高导波路的位置精度。
本发明，特征在于，具有在前述接合部接合于前述工具保持部时打开前述导波路的端部而允许激光的供给，在前述接合部未接合于前述工具保持部时封闭前述导波路的端部而抑制异物对该端部的附着的闸门(SHUTTER)机构。
在该场合，可以抑制异物对前述导波路的端部的附着，可以避免起因于导波路中异物的存在的激光的功率降低。
本发明，特征在于，前述闸门机构由能够移动到封闭前述导波路的端部的封闭位置与打开该端部的打开位置的闸门构件，和给该闸门构件朝前述封闭位置加载的弹簧构件来组成，前述闸门构件在前述接合部接合于前述工具保持部之际克服前述弹簧构件移动到前述打开位置，在前述接合部从前述工具保持部取下时靠前述弹簧构件的加载力移动到前述封闭位置。
在该场合，由于闸门构件根据激光淬火工具的装/拆而方便地移动，所以不仅消除使该构件移动的工夫，而且可以防止误操作或忘记操作。
本发明，特征在于，在前述导波路的附近，形成流体流动的冷却通路。
在该场合，可以抑制伴随激光的通过的发热。
本发明，特征在于，前述流体为气体，前述冷却通路在对着前述工件的位置处开口，而且对该工件，进行激光的照射与气体的喷射。
在该场合，可以进行工件表面的异物的去除，以及工件的冷却。此外，在气体中用惰性气体时，可以进行淬火部的保护。
本发明，特征在于，前述导波路在前述炬部的跟前侧弯曲而有拐角部，在该拐角部上配置镜部，由该镜部所反射的激光会聚而照射于工件。
在该场合，通过用镜部会聚激光，可以把激光照射于工件。
本发明，特征在于，前述镜部是平面镜或凹面镜。
在该场合，靠最佳形状的镜部可以提高激光的功率密度。
本发明，特征在于，前述导波路在前述炬部的跟前侧弯曲而有拐角部，该拐角部的壁面作为镜部发挥功能，由该镜部所反射的激光会聚而照射于工件。
在该场合，通过用镜部会聚激光，可以把激光照射于工件。
本发明，特征在于，前述镜部是平面镜或凹面镜。
在该场合，靠最佳形状的镜部可以提高激光的功率密度。
本发明，特征在于，前述炬部处的激光的通路截面积逐渐减小而形成锥状。
在该场合，靠锥状的通路，可以把功率密度提高了的激光照射于工件。
图2(a)是表示根据本发明的激光淬火工具的结构的另一例的局部剖视图，该图(b)是表示炬部113的结构的侧视图。
图3是表示根据本发明的激光淬火工具所装设的加工机械的结构之一例的剖视图。
图4是表示适当封闭导波路(激光的通路)的端部的闸门机构的构成的图，(a)是表示处于封闭位置的状态的剖视图，(b)是表示处于开口位置的状态的剖视图，(c)是表示处于封闭位置的状态的侧视图。
图5是表示装设激光淬火工具的加工机械之一例的剖视图。
图6是表示激光发生装置的结构或激光淬火工具的配置状态的透视图。
图7是表示激光发生装置的结构或激光淬火工具的配置状态的局部剖视图。
图8是表示半导体激光光源等的外观的透视图。
图9是表示激光淬火工具的装设部分的结构的局部剖视图。
图10是表示锥形光路部的结构之一例的图。
图11是表示第2导波部31的结构之一例的分解透视图。
图12是表示激光发生装置或激光淬火工具的透视图。
图13是表示第2导波部31的开口端的封闭机构之一例的图。
图14(a)是表示根据本发明的激光淬火工具的结构的另一例的局部剖视图，该图(b)是表示用配置于导波路102的拐角部的镜部107反射激光的情形的详细剖视图。
图15是表示根据本发明的激光淬火工具的结构的另一例的局部剖视图。
具体实施例方式
图1(a)是表示根据本发明的激光淬火工具的结构之一例的局部剖视图，该图(b)是表示炬部103的结构的侧视图，该图(c)是表示闸门机构105的构成的侧视图。图2(a)是表示根据本发明的激光淬火工具的结构的另一例的局部剖视图，该图(b)是表示炬部113的结构的侧视图。图3是表示根据本发明的激光淬火工具所装设的加工机械的结构之一例的剖视图。图4是表示适当封闭导波路(激光的通路)的端部的闸门机构的构成的图，(a)是表示处于封闭位置的状态的剖视图，(b)是表示处于开口位置的状态的剖视图，(c)是表示处于封闭位置的状态的侧视图。图5是表示装设激光淬火工具的加工机械之一例的剖视图。
根据本发明的激光淬火工具，是在图3中所示的加工机械200中，在想要进行激光淬火加工时，把标号201所示的机械加工用工具从刀具台等工具保持部202取下，代替该工具而装设者。其装/拆由自动换刀装置(ATC，Automatic Tool Changer)来进行就可以了。
根据本发明的激光淬火工具，为图1(a)中标号100举例表示的形状，具有能够接合于加工机械200的工具保持部202的接合部101，成为所供给的激光的通路的导波路102，以及把通过该导波路102的激光照射于工件W的炬部103。如果使用这种激光淬火工具，则在加工机械200中除了机械加工之外可以进行激光淬火加工。再者，接合部101形成为以轴101a为中心的大致圆锥形状(截面为圆形)就可以了，前端部(参照标号101b)可以形成卡固部。
这里，图1(a)中所示的导波路102是在规定的构件104的内部所形成的中空通路，在该通路的内面上施行反射处理，成为激光一边被前述面反射一边通过前述中空通路。作为反射处理，可以举出研磨精加工或镜面精加工，或金或银的涂层等。作为构件104可以举出金属，例如使用铝。作为形成中空通路的方法，可以举出可以把构件104分割成多个后，在其接合面上形成槽的方法。在像这样分割成多个构件时，有必要使光不从其接合面的间隙漏出。而且，在用中空通路102构成导波路时(可以用机械加工形成该中空通路)可以提高导波路的位置精度。
可是，也可以不以导波路为中空通路，如图2(a)中举例所示，由在外周面上施行反射处理的导光体112来构成。在该场合，成为激光一边被前述外周面反射一边透过前述导光体112。作为反射处理，可以举出金或银的涂层。作为导光体112可以举出玻璃等。在像这样由导光体112形成导波路时，仅靠改变导光体112的位置就可以简单地调整激光的光路位置。
另一方面，也可以使激光的截面积(横截面的面积)逐渐减小地构成导波路102、112或炬部103、113，使功率密度提高了的激光照射于工件W。在中空的导波路102中为了使激光的截面积逐渐减小，如图14(a)(b)中所示，在炬部103的跟前侧(激光照射方向的上游侧，图示右侧)处使前述导波路102弯曲而形成拐角部102b，在该拐角部102b上配置镜部107，被该镜部107所反射的激光108会聚而照射于工件W。此外，在炬部103、113处为了使激光的截面积逐渐减小，如图15中举例所示，使炬部中的激光的通路103a其截面积(横截面的面积)逐渐减小而形成为锥状就可以了。再者，镜部107也可以通过在构件104(导波路102的拐角部102b)上直接切削出作为镜部发挥作用的曲面，通过以反射处理的形式加工，而配置(也就是说，也可以以拐角部102b的壁面作为镜部发挥功能)。在该场合，镜部107与构件104成为由物理上同一构件来构成。再者，虽然该镜部107可以如图所示取为凹面镜，但是也可以取为平面镜。
再者，前述导波路102、112的端部(激光所供给的供给口)102a、112a对前述接合部101的轴101a配置于偏移的位置就可以了(参照图1、图2的标号ΔX)。在像这样构成时，如果把激光供给到导波路102、112(参照图7的标号31)，则可以避免与工具保持部202的干涉。
在该导波路102、112的端部配置闸门机构(参照图1(a)的标号105、图2(a)的标号115、图4的标号125)，可以弄成在前述接合部101接合于前述工具保持部202时打开前述导波路102、112的端部102a，112a而允许激光的供给，在前述接合部101未接合于前述工具保持部202时封闭前述导波路102、112的端部而抑制异物对该端部的附着或侵入。在加工机械时，一般在空气中浮游着油雾，上述这种闸门机构105、115、125可以抑制这种油雾对导波路102、112的附着或侵入而是非常好的。而且，在使用激光淬火工具时，可以避免起因于导波路中的异物的存在的激光的功率降低。
该闸门机构可以如图1(a)(c)中所示地构成，也可以如图4中所示地构成。
图1(a)(c)中所示的闸门机构105由转动自如(能够自转)的轴部1051，和安装于该轴部1051的闸门构件1052来构成，构成为通过使轴部1051在箭头A、B间移动，闸门构件1052靠未画出的凸轮机构有选择地移动到·打开导波路端部的旋转位置，和·封闭导波路端部的旋转位置。
图4(a)(b)(c)中所示的闸门机构125由能够移动到封闭前述导波路112的端部的封闭位置(参照该图(a)和(c))与打开该端部的打开位置(参照该图(b))的闸门构件1251，和给该闸门构件朝前述封闭位置加载的弹簧构件1252来构成，成为·前述闸门构件1251，如该图(b)中所示，在前述接合部101接合于前述工具保持部202之际反抗前述弹簧构件1252移动到前述打开位置，·在前述接合部101从前述工具保持部202取下时靠前述弹簧构件1252的加载力移动到前述封闭位置。
再者，闸门构件1251可以由具有复原力的橡胶板等形成，该闸门构件1251也可以由大致圆筒状的构件1253来保持。在像图1或图4那样构成闸门机构时，由于构件1051、1253根据激光淬火工具向加工机械的装/拆而与工具保持部202接触从而闸门构件1052、1251移动，所以不仅消除了使该构件1251移动的工夫，而且可以防止误操作或忘记操作。
可是，在前述导波路102、112附近，可以形成流体的流动的冷却通路106、116。在该场合，可以抑制伴随激光的通过的发热。虽然作为流体，可以考虑液体(水等)或气体，但是在对着前述工件W的位置上使冷却通路106、116开口(流体中用气体)把气体喷射到工件W时，可以进行工件表面的异物的去除，以及防止工件的氧化和进行冷却。例如，即使是在进行切削加工后进行激光淬火时，可以去除残留于工件表面的切削液或切屑，可以高质量地进行激光加工。此外，由于在淬火加工中如果工件过热，则淬火性能降低，所以在该场合，通过空气清理进行工件的冷却，减少淬火性能的降低成为可能。此外，在气体中用惰性气体时，可以进行淬火部的保护。
图5是表示把激光淬火工具100装设于加工机械的状态的剖视图，图中的标号A表示把激光供给到该工具100的激光发生装置。虽然作为该激光发生装置A可以举出种种的结构，但是按图6至图13说明其一例。
该激光发生装置，如图6和图7中所示，具有出射激光的半导体激光光源2，和作为把该所出射的激光供给到激光淬火工具100(或110)的通路的光导波部3。
以下，就半导体激光光源2，和光导波部3进行详述。
半导体激光光源2，如图8中所示，具有多个出射激光的发射器20。
该光源2·可以取为把发射器20排成一列的“阵列型”，·也可以取为使多个该列叠层的“堆叠型”。
此外，虽然在图6中设置三个半导体激光光源2，但是也可以设置一个或两个，或者四个或以上。作为这种半导体激光光源2，可以举出美国コヒレント公司制的半导体激光器堆叠列‘Light Stack’。例如，由19个发射器(40W)构成阵列，把该阵列叠层25级(堆叠)，发射器的总数可以为19个×25级＝475个(40W×25＝1kW)。在如图6中所示用三个这种激光器堆叠时，发射器的总数为475×3＝1425个(1kW×3＝3kW)。
前述光导波部3，如图7中详细表示，可以由多个光纤300的束组成的第1光导波部30，和使来自第1光导波部30的光通过地配置的第2光导波部31来构成。而且各光纤300把一端配置成对着前述发射器20(参照图8)，可以分别传送从各发射器20所出射的激光。各光纤300的末端部可以以埋入树脂301的状态对着配置于各发射器20。再者，在各光纤300的末端部与发射器20之间配置微透镜(快轴会聚透镜或慢轴会聚透镜)21，可以把来自发射器20的激光会聚于光纤300的端面。这种微透镜21可以制成片状，粘贴于半导体激光光源2。该粘贴可以用粘接剂或焊料来进行。光纤300的另一端可以捆扎起来弄成束状结构。光纤300可以弄成与发射器20的数同数。
可是，前述光导波部3，具有截面积(横截面的面积)逐渐减小地构成的锥状光路部，来自前述半导体激光光源2的激光可以在通过前述锥状光路部的过程中功率密度提高，照射于工件W。
例如，可以把第1光导波部30中的制成束状结构的部分(以下称为“束状部分”)的光纤300构成为截面积逐渐减小，制成锥状光路部(参照图9的标号302)。在把发射器20的数取为1425个时光纤300的数也需要1425条，在令一根光纤300的直径为250μm时束直径为250μm×1425根＝φ11mm，在令一根光纤300的直径为500μm时束直径为500μm×1425根＝φ22mm。但是束直径φ11mm或φ22mm的状态下，激光的功率密度不高，毕竟无法进行激光加工。因此，逐渐减小束状部302的光路截面积，以便束直径成为φ4～5mm左右，可以得到100W/mm2的功率密度(2kW的输出)。作为使光路截面积逐渐减小的方法，有·把各光纤300的末端部加工成锥状后进行捆扎的方法，或·使用锥型光纤(参照特开2003-100123号公报，特开2003-075658号公报，特开2002-289016号公报)的方法。
图10(a)示出加工成锥状前的一根光纤300，标号300a表示包层，标号300b表示纤芯。该图(b)示出加工成锥状后的光纤300，该图(c)示出把锥状加工后的光纤弄成束结构的状态，标号303表示新包覆的包层。
另一方面，也可以不是把锥状光路部设在第1光导波部30，而是设在第2光导波部31。作为其方法可以举出·不是在第1光导波部30，而是在第2光导波部31中用图10(c)中所示的锥状的束部的方法·不是在第1光导波部30，而是在第2光导波部31中用上述那种锥型光纤的方法·由透过激光的构件(导光构件)形成锥状通路(实心通路)的方法(未画出)·在规定的构件(以下称为“通路形成构件”)的内部形成锥状中空通路的方法(参照图11)。
作为通路形成构件可以举出金属，例如，可以使用铝。作为形成中空通路的方法，如图11中所示，可以举出把通路形成构件分割成多个构件310，在其接合面310a上形成槽310b的方法。在该槽310b的部分上可以进行镜面精加工或研磨精加工或金属涂层。在上述第2光导波部31上也可以形成截面积几乎不变化而仅以激光的传送为目的的通路(参照标号310c)。在取为图11的构成时，可以通过机械加工形成所有的通路，不需要作为导光体的玻璃或透镜，制作变得简单。在此第2光导波部31上也可以与激光淬火工具同样设置冷却用的通路。
可是，由于激光淬火工具如上所述构成为装拆自如，所以在激光淬火工具100、110取下的状态下有必要封闭第2光导波部31的开口，以便空气中的油雾等异物不侵入导波通路。作为为此的构成有图12和图13中所示结构。图中的标号311如图13(a)的标号E中所示是转动自如，且如该图(b)的标号F中所示构成为在旋转轴的轴向上出入自如，构成为在311A的状态下打开第2光导波部31的开口端31a而成为可以连接激光淬火工具的状态，在从311B移动到311C的状态下封闭该开口端31a，异物不侵入或附着于该开口端31a。
以上，虽然基于实施形态说明了本发明，但是本发明中所述的实施形态是举例表示者，不是限定者。此外，发明的范围由所附的技术方案表示，不限于实施形态的描述。因而，属于技术方案的变形或变更，完全属本发明的范围。
权利要求
1.一种激光淬火工具，具有能够接合于加工机械的工具保持部的接合部，成为所供给的激光的通路的导波路，以及把通过该导波路的激光照射于工件的炬部。
2.权利要求1中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述导波路的激光所供给的端部，相对前述接合部的轴配置于偏移的位置。
3.权利要求1中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述导波路由在外周面上施行了反射处理的导光体来构成，而且激光一边被前述外周面反射一边透过前述导光体。
4.权利要求1中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述导波路是在规定的构件的内部所形成的中空通路，在该通路的内面上施行反射处理，而且激光一边被前述面反射一边通过前述中空通路。
5.权利要求1中所述的激光淬火工具，其特征在于，具有闸门机构，该闸门机构，在前述接合部接合于前述工具保持部时，打开前述导波路的端部而允许激光的供给，在前述接合部未接合于前述工具保持部时，封闭前述导波路的端部而抑制异物对该端部的附着。
6.权利要求5中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述闸门机构由能够移动到封闭前述导波路的端部的封闭位置与打开该端部的打开位置的闸门构件，和给该闸门构件朝前述封闭位置加载的弹簧构件来组成，前述闸门构件在前述接合部接合于前述工具保持部时反抗前述弹簧构件移动到前述打开位置，在前述接合部从前述工具保持部取下时靠前述弹簧构件的加载力移动到前述封闭位置。
7.权利要求1中所述的激光淬火工具，其特征在于，在前述导波路的附近，形成流体流动的冷却通路。
8.权利要求7中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述流体为气体，前述冷却通路在对着前述工件的位置处开口，而且对该工件，进行激光的照射与气体的喷射。
9.权利要求4中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述导波路在前述炬部跟前侧弯曲而有拐角部，在该拐角部上配置镜部，由该镜部所反射的激光会聚而照射于工件。
10.权利要求9中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述镜部是平面镜或凹面镜。
11.权利要求4中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述导波路在前述炬部跟前侧弯曲而有拐角部，该拐角部的壁面作为镜部发挥功能，由该镜部所反射的激光会聚而照射于工件。
12.权利要求11中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述镜部是平面镜或凹面镜。
13.权利要求1中所述的激光淬火工具，其特征在于，前述炬部处的激光的通路截面积逐渐减小而形成锥状。
全文摘要
由能够接合于加工机械的工具保持部的接合部，成为所供给的激光的通路的导波路，以及把通过该导波路的激光照射于工件的炬部来构成激光淬火工具。借此，通过把激光淬火工具装设于加工机械的工具保持部，可以在该加工机械内部进行激光淬火。
文档编号C21D1/09GK1702178SQ200510070830
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月19日 优先权日2004年5月28日
发明者山崎恒彦, 宫川直臣 申请人:山崎马扎克株式会社