專利名稱：激光發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可使從半導(dǎo)體激光器的多個光射出部(發(fā)射器)射出的激光聚光而應(yīng)用于所需要的用途的激光發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，半導(dǎo)體激光器(激光二極管LD)作為可以高效地進行從電向光的變換并且振蕩效率超過50％的高效率的激光發(fā)光源而被公知。由于它具有不需要大規(guī)模的冷卻裝置、并且可以實現(xiàn)裝置的緊湊化，所以在信息處理產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域正被廣泛地應(yīng)用。但是盡管這種半導(dǎo)體激光器具有上述高效率的振蕩特性，由于其尺寸最多在1mm或以下，而只能期待幾瓦特[W]左右的光輸出，所以沒有應(yīng)用于激光加工。
但是在近年來，盡管半導(dǎo)體激光器作為1個發(fā)光源其輸出較小，而當(dāng)將多個半導(dǎo)體激光器按一維或兩維排列使其個數(shù)增加的方式進行聚光時，可以得到光密度高的大輸出的激光，所以從該角度出發(fā)，還提出了將多個半導(dǎo)體激光器單元化而用于激光加工的半導(dǎo)體激光器聚光裝置(例如，參照特開平7-168040號公報圖1至圖3)。
在該公報中所述的上述半導(dǎo)體激光器聚光裝置構(gòu)成為將從作為半導(dǎo)體激光器基板的發(fā)光源的各光射出部射出(振蕩)的激光，以通過形成于基板上的光波導(dǎo)路聚光來提高輸出的方式，從而用于激光加工。上述光波導(dǎo)路構(gòu)成為在一端面上具有與發(fā)光源相同數(shù)目的輸入口，而將在各輸入口接收的所有激光朝向設(shè)置在另一端面上的唯一輸出口傳送并在光學(xué)上結(jié)合。
但是，根據(jù)上述半導(dǎo)體激光器聚光裝置，為了對來自多個光射出部的激光進行聚光，必須另外準備設(shè)置有光波導(dǎo)路的較大的基板，因此會造成由于這種基板的存在而對裝置的緊湊化造成損害。
在此，考慮了不使用上述基板，而將多個光纖結(jié)束形成集束狀，從該光纖束的各光纖射出端分別進行聚光，但是在該情況下，光纖束的結(jié)束部分成為粗直徑的形狀。因此，在將來自多個光射出部的低輸出激光進行聚光以進行高輸出化時，在必要的激光越成為高輸出，則光纖束的根數(shù)就越增大而束徑就越大，從而導(dǎo)致功率密度降低。因此，在將這種光纖作為激光聚光裝置時，希望該粗徑狀態(tài)的光纖束的激光射出側(cè)在不損害良好的光傳導(dǎo)狀態(tài)的情況下可盡量地成為細直徑。
在此，希望有一種可以將來自多個光射出部的各激光通過激光聚光裝置和錐狀的光傳送路的組合來高效率地進行聚光的激光發(fā)生裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的激光發(fā)生裝置，具備具有排列成矩陣狀并可分別射出激光的多個光射出部的半導(dǎo)體激光器單元，和能夠?qū)乃龆鄠€光射出部射出的激光進行聚光的激光聚光部，其特征在于，具有通過該激光聚光部聚光的激光所入射的入射口、與該入射口相對應(yīng)的射出口、以及由從該入射口向該射出口直徑逐漸變細的錐狀的光傳送路形成的錐狀部。
在本發(fā)明中的“矩陣狀”并不限于行方向和列方向的間隔分別整齊一致的所謂行列狀的排列，也可以為廣泛的包括行方向(或列方向)以規(guī)定的間隔并列的多個部分在列方向(或行方向)上交互地偏移地排列的蜂巢(蜂窩)狀、交錯曲折狀以及其它形狀。
此外，本發(fā)明的特征在于，通過所述激光聚光部聚光的激光的橫截面形狀與所述入射口的開口形狀相等或比該開口形狀小。
在該情況下，由于激光的光路即光傳送路構(gòu)成為從入射口向射出口直徑逐漸變細的錐狀，所以可以提高激光的功率密度。而且還可以獲得如下的效果。即，由于所述光射出部排列成為行列狀或蜂巢狀、交錯曲折狀等的矩陣狀，所以來自多個光射出部的激光仍以這種矩陣狀射出。即，由多個激光形成的激光群的橫截面形狀(換句話說，多個激光所分布的橫截面區(qū)域的形狀)為大致四角形。另一方的光傳送路的橫截面形狀一般為比激光群的橫截面形狀小的形狀，一般也為圓形。因此，在使來自光射出部的激光不進行任何聚光而直接入射至光傳送路的情況下，會造成一部分的激光不入射至光傳送路，即該部分成為“光損失”的問題。在本發(fā)明中，由于構(gòu)成為在光射出部和光傳送路之間設(shè)置有激光聚光部，從多個光射出部射出的激光通過該激光聚光部聚光并入射至所述入射口，所以可以避免(優(yōu)選地為防止)這種光損失，從而可以效率良好地利用激光。
本發(fā)明的特征在于，所述光傳送路的所述射出口附近的激光的斷面收縮程度比所述光傳送路的所述入射口附近的激光的斷面收縮程度小。在本說明書中，“某一特定部分的激光的斷面收縮程度”是指“從該特定部分射出的激光的射束徑”除以“入射至該特定部分的激光的射束徑”所得的比值(比率)。
在該情況下，由于將所述光傳送路的所述射出口附近的激光的斷面收縮程度設(shè)定成比所述光傳送路的所述入射口附近的激光的斷面收縮程度小，所以可以使激光的射束徑階段性地進行斷面收縮，從各種意義上講，可以獲得最適于加工的激光。
在本發(fā)明中，所述激光聚光部，是將可從所述多個光射出部分別射出的激光個別地傳送的多根光纖，在與所述多個光射出部相對向的激光受光端相反的激光射出側(cè)，集束構(gòu)成的光纖束。
在該情況下，由于使用多根光纖作為所述激光聚光部，構(gòu)成為在其激光射出側(cè)設(shè)置有錐狀部并通過該錐狀部射出激光，所以根據(jù)相干激光在以規(guī)定角度傾斜的錐狀的光波導(dǎo)路內(nèi)不發(fā)生光損失地進行全反射并同時通過的原理，可以使來自各光射出部的激光通過盡可能細徑化的錐狀部，而以高效率進行聚光并提高功率密度。
本發(fā)明的特征在于，所述激光聚光部是透鏡。
在該情況下，由于使用透鏡作為所述激光聚光部，所以與使用光纖的情況相比可以使構(gòu)造及制造工序簡單化。
本發(fā)明的特征在于，所述錐狀部由金屬材料構(gòu)成，并且所述光傳送路由在內(nèi)面進行了研磨的錐形狀的中空部構(gòu)成。
在該情況下，由于所述錐狀部由金屬材料構(gòu)成，并且所述光傳送路由在內(nèi)面進行了研磨的錐形狀的中空部構(gòu)成，所以僅形成錐狀的孔，將其內(nèi)面研磨成無深淺不均的鏡面狀，就可以容易地獲得沒有光損失的良好的光傳送路。
本發(fā)明的特征在于，所述錐狀部由金屬材料構(gòu)成，并且所述光傳送路通過在內(nèi)面形成有反射膜的錐狀中空部構(gòu)成。
在該情況下，由于所述錐狀部由金屬材料構(gòu)成，并且所述光傳送路通過在內(nèi)面形成有反射膜的錐狀中空部構(gòu)成，所以僅形成錐狀的孔，在其內(nèi)面形成無深淺不均的反射膜，就可以容易地獲得沒有光損失的良好的光傳送路。
本發(fā)明的特征在于，所述錐狀部由合成樹脂材料構(gòu)成，并且所述光傳送路通過由蒸鍍在內(nèi)面形成有金屬反射膜的錐狀中空部而構(gòu)成。
在該情況下，由于所述錐狀部由合成樹脂材料構(gòu)成，并且所述光傳送路通過由蒸鍍在內(nèi)面形成有金屬反射膜的錐狀中空部而構(gòu)成，所以僅通過形成錐狀的孔，將其內(nèi)面無深淺不均地蒸鍍并研磨成鏡面狀，就可以容易地獲得沒有光損失的良好的光傳送路。而且，可以通過玻璃材料構(gòu)成所述錐狀部。在該情況下，通過由蒸鍍在光傳送路的內(nèi)面形成金屬反射膜，也可以獲得與上述相同的效果。


圖1是概略地示出具有本發(fā)明適用的激光發(fā)生裝置的機床的一例的整體透視圖；圖2是示出圖1中1個激光發(fā)生裝置的側(cè)剖圖；圖3是以局部分解的形式示出圖1中1個激光發(fā)生裝置的透視圖；圖4示出與光纖有關(guān)的一構(gòu)成例，圖4(a)是放大地示出1根光纖的側(cè)面圖，圖4(b)是放大地示出將多根光纖形成束的光纖束的前端部分以及適配器的側(cè)面圖，圖4(c)是示出沿圖4(b)的Vc-Vc線看到的狀態(tài)的正視圖；圖5是概略地示出具有本發(fā)明適用的激光發(fā)生裝置的機床的另一例的整體透視圖；圖6是示出本發(fā)明涉及的機床的構(gòu)造的一例的剖面圖；圖7是示出本發(fā)明涉及的機床的外觀的一例的透視圖；圖8是示出安裝著切削加工用刀具(工具)201的狀態(tài)下的機床的剖面圖；圖9是示出激光發(fā)生部和激光照射用刀具的構(gòu)成的剖面圖；圖10是示出激光發(fā)生部等的構(gòu)成的外觀透視圖；圖11是示出激光發(fā)生部和激光照射用工具的構(gòu)成的外觀透視圖；圖12是示出激光照射用工具的安裝部分的構(gòu)成的剖面圖；圖13是示出第2光波導(dǎo)部4031的構(gòu)造的一例的分解透視圖；圖14是示出錐形光路部的構(gòu)造的一例的圖；圖15是示出第2光波導(dǎo)部4031的開口端的閉塞機構(gòu)的一例的圖；圖16(a)是示出激光照射用工具的構(gòu)造的一例的剖面圖，圖16(b)是示出激光炬部503構(gòu)造的側(cè)面圖，圖16(c)是示出快門裝置505的構(gòu)成的側(cè)面圖；圖17(a)是示出激光照射用工具的構(gòu)造的其它例子的局部剖面圖，圖17(b)是示出激光炬部513的構(gòu)造的側(cè)面圖；圖18是示出適于閉塞波導(dǎo)路(激光的通路)的端部的快門裝置的構(gòu)成的圖，(a)是示出位于閉塞位置的狀態(tài)下的剖面圖，(b)是示出位于開口位置的狀態(tài)下的剖面圖，(c)是示出位于閉塞位置的狀態(tài)下的側(cè)面圖；圖19是示出本發(fā)明涉及的機床的一例的透視圖。
具體實施例方式
下面，參照

本發(fā)明的各實施方式。
(實施方式1)
首先，參照圖1-圖3說明本發(fā)明的第1實施方式。
圖1是概略地示出具有本發(fā)明適用的激光發(fā)生裝置的機床的一例的整體透視圖；圖2是示出圖1中1個激光發(fā)生裝置的側(cè)剖圖；圖3是以局部分解的形式示出圖1中1個激光發(fā)生裝置的透視圖。
如圖1所示，機床1具有發(fā)生激光的激光發(fā)生裝置2、將從該激光發(fā)生裝置2輸出的激光傳送至加工部的激光傳送裝置3、以及用于使被傳送的激光從激光炬(torch)9a照射在工件(被加工物體)W上的激光照射裝置9。
機床1上具有的激光發(fā)生裝置2由多個激光發(fā)生裝置2A構(gòu)成，其中，該激光發(fā)生裝置2A是由半導(dǎo)體激光器單元12和光纖單元13分別一個地組合成的結(jié)合體，光纖單元13是由硬化樹脂14(參照圖2和圖3)以及通過在該硬化樹脂14中塊狀化的光纖7a的前端部分所構(gòu)成。
在本實施方式中，激光發(fā)生裝置2由3個激光發(fā)生裝置2A所構(gòu)成，但是其個數(shù)并不限于此，也可以是1個、2個、4個或4個以上，可根據(jù)與每一用途所必要的激光輸出的大小來進行適當(dāng)?shù)倪x擇。
激光發(fā)生裝置2具有在側(cè)面形成有貫通孔2a的體部殼體2b，在該體部殼體2b的內(nèi)部容納配置有上述3個激光發(fā)生裝置2A。從各激光發(fā)生裝置2A輸出的激光，從各自具備的多根光纖7a經(jīng)過光纖束7，被傳送至從述貫通孔2a朝殼體外部突出的光纖8。來自多個光纖束7的集合體的激光通過未示出的光學(xué)系統(tǒng)，以集束的形式入射至該光纖8。
另一方面，激光傳送裝置3具有上述光纖8、以及具有與該光纖8同樣的構(gòu)成的4根光纖4，在這些光纖8以及光纖4相互之間分別配置有反射鏡5。在該激光傳送裝置3中通過將兩根光纖以反射鏡5光學(xué)地連接，從而消除了使光纖4、8以規(guī)定角度或以上(例如8度)彎曲時激光從該光纖4向外部泄漏等問題，從而提高了激光傳送路徑的設(shè)計自由度。
在光纖4、8的激光輸出側(cè)的端部(下面稱作輸出側(cè)端部)和反射鏡5之間配置有凸透鏡6a。在光纖4的激光輸入側(cè)的端部(下面稱作輸入側(cè)端部)和反射鏡5之間配置有凸透鏡6b。從各激光發(fā)生裝置2A射出(振蕩)而從光纖束7經(jīng)過光纖8傳送的激光，在從該光纖8的輸出側(cè)端部輸出時形成為擴散的激光，而該擴散的激光在由凸透鏡6a變換成平行光后，由反射鏡5反射而將其路線改變規(guī)定角度。
進而，由上述反射鏡5反射的平行光通過凸透鏡6b折射，聚光成比光纖8、4上具有的芯部件(未示出)的直徑小，從而輸入輸入側(cè)端部的芯部件。如此，從光纖8、4的一方的芯部件擴散而輸出的激光，聚光至另一方的光纖4的芯部件而輸入。
通過上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)從激光發(fā)生裝置2射出激光時，該激光通過激光傳送裝置3而被傳送至激光裝置9，進而通過配置在該激光炬9a內(nèi)的透鏡(未示出)等，以對齊相對工件W的焦點的方式，從該激光炬9a照射到工件W上。
從而通過使工件W沿圖1的箭頭C方向以規(guī)定速度旋轉(zhuǎn)，可以在工件表面上一致地照射激光。如此，例如在工件W由鋼鐵構(gòu)成的情況下，可以在離工件表面1.0mm-1.5mm的部分上進行淬火等加工。而且，在圖1中所示的機床1是用于說明激光的傳送路徑，為了說明方便則省略示出例如移動臺或其驅(qū)動裝置等其它部分。
其次，就上述激光發(fā)生裝置2(2A)的構(gòu)成根據(jù)圖2和圖3進行說明。即，構(gòu)成激光發(fā)生裝置2的激光發(fā)生裝置2A，如圖2和圖3所示，具有半導(dǎo)體激光器單元12，該半導(dǎo)體激光器單元12具有排列成矩陣狀并可以分別射出激光L的多個光射出部11；具有可將從各光射出部11分別射出的激光L個別地傳送的多根光纖7a。
在本實施例中的“矩陣狀”并不限于行方向(X方向)和列方向(Y方向)的間隔分別整齊一致的所謂行列狀的排列，也可以為廣泛的包括行方向(或列方向)以規(guī)定的間隔并列的多個部分在列方向(或行方向)上交互地偏移地排列的蜂巢(蜂窩)狀、交錯曲折狀以及其它形狀。
上述半導(dǎo)體激光器單元12以使在前面多個光射出部(發(fā)射器)11沿X方向的方式使所具備的半導(dǎo)體激光器基板26以多個(例如為9個)進行層疊，并被容納在大致箱體狀的吸熱裝置25中。各半導(dǎo)體激光器基板26具有被配置成分別覆蓋各自的光射出部11的微透鏡18。該微透鏡18用于將激光變換成平行光，由圓柱形透鏡等構(gòu)成。而且，在上述吸熱裝置25的兩側(cè)面(為了方便，僅在圖2和圖3的一側(cè)示出)形成有大致矩形狀的散熱用切口25a。
半導(dǎo)體激光器基板26為在p型層和n型層之間有活性層的方式pn結(jié)地構(gòu)成的基板，在活性層的一側(cè)面上，沿X方向(圖3)排列有可基于p型層和n型層的電壓自由地振蕩產(chǎn)生激光的多個位置的光射出部(發(fā)射器)。在這種半導(dǎo)體激光器基板26中，在通過電極(未示出)在p型層和n型層上施加電壓時，激光L(圖3)從各光射出部11射出。
此外，對于多根光纖7a，為了使各受光端面(激光受光端)7b(圖2)分別與矩陣狀的光射出部11正確地相對向，以在X方向和Y方向的受光端面7b中的各間隔與X方向和Y方向的光射出部11之間的各間隔一對一的方式，使從各自前端的規(guī)定長度通過玻璃類的硬化樹脂14而定位固定成塊狀。如上所述，硬化樹脂14以及通過在該硬化樹脂14中塊狀化的光纖7a的前端部分構(gòu)成光纖單元13。
在將規(guī)定數(shù)目(例如54(6×9)根)光纖7a的受光端面7b定位并且樹脂硬化之后，以使硬化樹脂14的前端面14a(圖2)和光纖7a的各受光端面7b嚴密地平行的方式進行精密研磨，從而使光纖單元13形成在前后方向(厚度方向)上比較薄的長方體形狀。通過使用這種結(jié)構(gòu)光纖單元13，可以將前端面14a用作光射出部11的排列基準，從而可以一次完成多個光纖7a的正確的位置對齊。
在本實施方式中，舉出的半導(dǎo)體激光器單元12的例子為半導(dǎo)體激光器基板26為9級，在各半導(dǎo)體激光器基板26中的光射出部11為6個，但是1個半導(dǎo)體激光器基板26具有的光射出部11的個數(shù)或半導(dǎo)體激光器基板26的層疊級數(shù)等并不限于此，可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)刈兏?、設(shè)定。
在光纖單元13的前端面14a的周圍裝配有Y方向移動框體21。該Y方向移動框體21，以支承光纖單元13的方式，可沿Y方向自由移動地接合支承于在后面所述的X方向移動框體20內(nèi)形成的Y方向?qū)к?9、19中，在其一側(cè)面和另一側(cè)面上形成有可與Y方向?qū)к?9、19自由滑動地接合的接合凸部21a、21b。
另一方面，在半導(dǎo)體激光器單元12和光纖單元13之間，配置有可以正確地調(diào)整應(yīng)當(dāng)相互對向定位的光射出部11和受光端面7b的位置關(guān)系的定位調(diào)整裝置15。該定位調(diào)整裝置15由安裝在光纖單元13上的上述Y方向移動框體21、和將該Y方向移動框體21支承在半導(dǎo)體激光器單元12一側(cè)的支承體30構(gòu)成。
即，支承體30具有將半導(dǎo)體激光器單元12固定支承在規(guī)定的狀態(tài)的支承臺16、和可沿X方向自由移動地支承在該支承臺16上的X方向移動框體20。支承臺16具有基部16a，和形成在該基部16a的大致中央部分而承擔(dān)上述半導(dǎo)體激光器單元12的臺座部16b。
此外，支承臺16具有在基部16a的前方側(cè)(圖3的右方側(cè))隔開規(guī)定的間隔沿上下方向(Y方向)延伸地設(shè)置的柱部16c、16d，以及分別連接該柱部16c、16d的上部部分以及下部部分地延伸地設(shè)置的梁部17、17。在該上部側(cè)的梁部17以及下部側(cè)的梁部17上，如圖2所示，分別形成有沿梁部的長度方向延伸的X方向?qū)к?7a、17b。綜上所述，在半導(dǎo)體激光器單元12的前面(光射出側(cè)的面)的上下隔開規(guī)定的間隔而配置有X方向?qū)к?7a、17b，而且在上述光射出側(cè)的前面的左右隔開規(guī)定的間隔而配置有Y方向?qū)к?9、19(為了方便省略了單側(cè)的圖示)。
在柱部16d規(guī)定位置上，形成有朝向X方向的螺紋孔(未示出)，在該螺紋孔上，螺紋接合有可相對于支承臺16調(diào)整X方向移動框體20的X方向調(diào)整螺紋件22。該X方向調(diào)整螺紋件22的前端部與X方向移動框體20的一側(cè)面相接觸。
上述X方向移動框體20構(gòu)成為形成有在支承臺16的柱部16c、16d之間的空間S中Y方向移動框體21可以沿X方向和Y方向移動規(guī)定距離的空隙的大致矩形的框體。該X方向移動框體20具有以其中央空間部分位于半導(dǎo)體激光器單元12的前面的方式可與X方向?qū)к?7a、17b自由滑動地接合的接合溝20a、20b，在該移動框體20的規(guī)定位置上朝向Y方向地形成的螺紋孔20c(參照圖2)，以及與該螺紋孔20c螺紋接合并可以進行Y方向移動框體21相對于X方向移動框體20在Y方向上的位置調(diào)整的Y方向調(diào)整螺紋件23。該Y方向調(diào)整螺紋件23與X方向移動框體20的中央空間部分中容納的Y方向移動框體21的上側(cè)面相接觸。
在柱部16c和X方向移動框體20之間，壓縮地設(shè)置有板簧或圈簧等彈簧部件(未示出)，因此，通過使X方向調(diào)整螺紋件22以其旋轉(zhuǎn)軸為中心朝一方向或另一方向旋轉(zhuǎn)，可以對X方向移動框體20的側(cè)面進行推壓或釋放，從而構(gòu)成可以自由地調(diào)整X方向移動框體20(即光纖單元13)的X方向位置的X方向調(diào)整機構(gòu)。此外，如圖2所示，在X方向移動框體20的底面和Y方向移動框體21的下側(cè)面之間，壓縮地設(shè)置有板簧或圈簧等彈簧部件24。因此，通過使Y方向調(diào)整螺紋件23朝一方向或另一方向旋轉(zhuǎn)，可以對Y方向移動框體21的上側(cè)面進行推壓或釋放，從而構(gòu)成可以自由地調(diào)整Y方向移動框體21(即光纖單元13)的Y方向位置的Y方向調(diào)整機構(gòu)。
而且，構(gòu)成上述本激光發(fā)生裝置2A的各部件，在圖中省略示出，以使組裝操作或向支承體30的光纖單元13的安裝等便利的方式，構(gòu)成為可以通過螺紋件等使所需要的部位容易地分離或組裝。
如上所述，在機床1中，雖然半導(dǎo)體激光器單元12中各個光射出部11的激光輸出較小(例如為1w左右)，但是在各激光發(fā)生裝置2A中，具有可以分別振蕩(射出)激光L的多個光射出部11的半導(dǎo)體激光器基板26層疊成例如9級，從而構(gòu)成半導(dǎo)體激光器單元12。因此，通過從半導(dǎo)體激光器單元12射出多個激光L并聚光，可以獲得工件W的加工所需要的高輸出。因此，如圖1所示，通過具有多臺激光發(fā)生裝置2A，使用多個半導(dǎo)體激光器單元12，可實現(xiàn)更大輸出的機床1。
因此，在機床1的制造組裝時，光纖單元13可以組裝在如圖2所示狀態(tài)下的支承體30中。即，通過規(guī)定的操作，以使預(yù)先安裝有Y方向移動框體21的光纖單元13的前端面14a與從X方向移動框體20露出的半導(dǎo)體激光器單元12的光射出部11相對向的形式，將Y方向移動框體21的接合凸部21a、21b分別可以自由滑動地接合在Y方向?qū)к?9、19上。
其次，應(yīng)該進行如上所述組裝的激光發(fā)生裝置2A的光射出部11與受光端面7b沿X方向和Y方向的定位調(diào)整，使從多個光射出部11射出并經(jīng)光纖束7傳送的激光映現(xiàn)在在監(jiān)視器(未示出)上，監(jiān)視其狀態(tài)。進而，在該監(jiān)視狀態(tài)下，通過使X方向調(diào)整螺紋件22和Y方向調(diào)整螺紋件23朝所需要的方向適當(dāng)?shù)厣晕⑿D(zhuǎn)，通過Y方向移動框體21，使支承著光纖單元13的X方向移動框體20相對支承著半導(dǎo)體激光器單元12的支承臺9朝向X方向稍微移動，同時，使支承著光纖單元13的Y方向移動框體21相對X方向移動框體20朝向Y方向稍微移動如此，在機床1上具有的激光發(fā)生裝置2(2A)中，通過適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)X方向調(diào)整螺紋件22和Y方向調(diào)整螺紋件23，可以高精度地一并調(diào)整光纖單元13的各受光端面7b相對于多個光射出部11沿X方向和Y方向的定位。
其次，詳細說明圖1中光纖束7的構(gòu)成。
圖4示出與光纖有關(guān)的一構(gòu)成例，圖4(a)是放大地示出1根光纖的側(cè)面圖，圖4(b)是放大地示出將多根光纖形成束的光纖束的前端部分以及適配器的側(cè)面圖，圖4(c)是示出沿圖4(b)的Vc-Vc線看到的狀態(tài)的正視圖。
在本實施方式中，不必對構(gòu)成光纖束7的各光纖7a的前端部分進行特別的加工，而是在該前端部分使適配器31形成錐狀而進行結(jié)合所形成。
即，在本實施方式中，由芯27及包層28構(gòu)成的光纖7a的射出端27b具有與受光端面7b同樣的形狀。這種光纖7a，如圖4(b)、(c)所示，多根(例如54根)以形成實心的方式(和與所述多個光射出部11相對向的激光受光端7b相反的激光射出側(cè))集成1根而形成光纖束7，進而，每一激光發(fā)生裝置2A的光纖束7互相集束，從而形成直徑更粗的光纖束7(例如54×3根)。
在本實施方式中，每一激光發(fā)生裝置2A的“光纖束7”的稱謂也在將3根光纖束7集成1根的形式中使用。而且，在圖4(b)、(c)所示光纖7a的根數(shù)為了圖示方便與實際的根數(shù)并不對應(yīng)。
構(gòu)成錐狀部的上述適配器31與光纖束7全體的激光射出部分即射出端7d相結(jié)合。該適配器31，如圖4(b)所示，整體上構(gòu)成為大致圓筒狀，比射出口31b內(nèi)徑更大的入射口31a朝向光纖束7的射出端7d，在該射出端7d大致圓筒狀地突出的結(jié)合部31d配合在射出端7d的外周部分上，從而與光纖束7相結(jié)合。該適配器31通過未示出的固定裝置牢固地固定于上述射出端7d的外周部分上。
構(gòu)成錐狀部的適配器31具有面朝上述射出端7d的入射口31a、以及與該入射口31a相對應(yīng)的射出口31b、和將該入射口31a和射出口31b彼此連通的光傳送路31c。光傳送路31c呈現(xiàn)從入射口31a側(cè)朝射出口31b為錐形狀并且直徑逐漸變細的形狀(前端細徑的錐形狀)。在本實施方式中，入射口31a的開口形狀為由圖4(c)中標號31a和虛線示出的圓形。該虛線圓形31a的內(nèi)部用虛線示出的多個小圓示出了光纖7a的截面形狀，由所述光纖束7聚光的激光的橫截面形狀為比各小圓更小的同心圓(正更確切地講，為這種同心圓的集合體)，結(jié)果，在本實施方式中，由所述光纖束7聚光的激光的橫截面形狀比所述入射口31a的開口形狀小。通過這種構(gòu)成，可以使得從光纖束7的各光纖7a射出的全部激光由光傳送路31c的內(nèi)面反射的同時沒有發(fā)生光損失地傳送。由于如此地被構(gòu)成，所述光纖束7具有使從所述多個光射出部11分別射出的激光L聚光而入射至入射口31a的激光聚光裝置的功能。
適配器31由鋁等金屬材料構(gòu)成，上述光傳送路31c由以從該適配器31的入射口31a側(cè)朝向射出口31b側(cè)內(nèi)徑變細的方式貫通設(shè)置的錐中空部構(gòu)成。從而，光傳送路31c的內(nèi)周面，為了能盡量地抑制傳送時的光損失，作為沒有凸凹的均勻面而嚴密地進行研磨?；蛘?，為了能盡量地抑制傳送時的光損失，在由金屬材料構(gòu)成的光傳送路31c的內(nèi)周面上，通過電鍍(涂裝)等形成有可以進行全反射的反射膜。
在將本實施方式中的光纖束7應(yīng)用于激光發(fā)生裝置2(2A)的情況下，通過錐形狀的適配器31的存在，可以獲得以高效率使從多個光射出部11射出的激光L聚光而提高功率密度的方式入射至光纖8(參照圖1)的效果。此外，由于本實施方式中的光射出部11排列成矩狀，來自多個光射出部11的激光L仍以這種矩陣狀射出。即，由多個激光L形成的激光群的橫截面形狀(換句話說，多個激光L所分布的橫截面區(qū)域的形狀)為大致四角形。另一方的光傳送路31c的橫截面形狀(入射口31a的形狀)為小圓形。根據(jù)本實施方式，由于構(gòu)成為在光射出部11和傳送路31c之間設(shè)置有光纖束7，從多個光射出部11射出的激光L通過該光纖束7聚光并入射至所述入射口31a，所以可以避免光損失(即，激光從光纖束7入射至光傳送路31c時的光泄露)，從而可以效率良好地利用激光。進而，在本實施方式中，由于構(gòu)成為使用多個光纖7a作為所述激光聚光裝置，在其激光射出側(cè)設(shè)置有前端細的適配器31、并通過該適配器31射出激光，所以根據(jù)相干激光在以規(guī)定角度傾斜的錐狀的光波導(dǎo)路內(nèi)不發(fā)生光損失地進行全反射的同時通過的原理，可以使來自各光射出部的激光通過盡可能細徑化的適配器，而以高效率進行聚光并提高功率密度。
而且，在使多根光纖7a的激光射出側(cè)集束而形成光纖束7的基礎(chǔ)上，通過在該光纖束7的射出端7d使適配器31接合的簡單的工序，可以實現(xiàn)將分別為低輸出的激光L無浪費而有效地進行聚光，從而提高激光加工用的高輸出的激光的結(jié)構(gòu)。進而，由于適配器31由金屬材料構(gòu)成，而且光傳送路31c由在內(nèi)面進行了研磨的錐形狀的中空部構(gòu)成，所以僅在適配器31中形成錐狀的孔，將其內(nèi)面研磨成無深淺不均的鏡面狀，就可以容易地獲得沒有光損失的良好的光傳送路31c。
此外，上述適配器31也可以不由金屬材料構(gòu)成，而是由玻璃、透明塑料等的結(jié)實的合成樹脂材料構(gòu)成。即，使用玻璃或合成樹脂材料，在形成與使用上述金屬材料的情況下相同的形狀后，在光傳送路31c的內(nèi)周面上通過真空鍍敷而形成金或銀等的金屬反射膜。因此，通過使適配器31由玻璃或合成樹脂材料構(gòu)成，并且通過由真空鍍敷在內(nèi)面形成有金屬反射膜的錐狀中空部而構(gòu)成光傳送路31c，則僅在適配器31中形成錐狀的孔，將其內(nèi)面無深淺不均地蒸鍍并研磨成鏡面狀，就可以容易地獲得沒有光損失的良好的光傳送路31c。
此外，如圖4(b)所示，適配器31結(jié)合在所述光纖束7的射出端7d上，但是也可以不進行適配器31和光纖束7的結(jié)合。例如，可以使適配器31和光纖束7支承在同一殼體或基板上，使適配器31的入射口31a和光纖束7的射出端7d形成相對向的位置關(guān)系。
另一方面，本實施方式中的適配器31的光傳送路31c，如圖4(b)所示，從入射口31a至射出口31b以相同的傾斜度(比率)細密地斷面收縮(即，激光的斷面收縮程度從入射口31a至射出口31b相同)，但是也可以使得所述光傳送路31c的射出口31b附近的激光的斷面收縮程度比所述入射口31a附近的激光的斷面收縮程度小。在該情況下，可以使激光的射束徑階段性地進行斷面收縮，從各種意義上講，可以獲得最適于加工的激光。在本說明書中，“某一特定部分的激光的斷面收縮程度”是指“從該特定部分射出的激光的射束徑”除以“入射至該特定部分的激光的射束徑”所得的比值(比率)。
(實施方式2)下面參照圖5說明本發(fā)明的第2實施方式。
在上述第1實施方式中，通過由多個光纖7a形成的光纖束7構(gòu)成激光聚光裝置(即，可以將從多個光射出部11射出的激光L聚光的裝置)，但是在本實施方式中的激光聚光裝置由圖5所示的透鏡107構(gòu)成。如此，與使用光纖的情況相比可以使構(gòu)造及制造工序簡單化。而且，圖5是概略地示出具有本發(fā)明適用的激光發(fā)生裝置的機床的另一例的整體透視圖。
在圖5中，標號111表示可射出激光L的光射出部，標號112表示通過將該多個光射出部111排列成矩陣狀而構(gòu)成的半導(dǎo)體激光器單元，標號102A表示激光發(fā)生裝置。
此外，標號131c表示以逐漸成為細內(nèi)徑的方式形成的錐狀的光傳送路，標號131a表示位于面臨激光聚光裝置107的射出端107d的位置上的激光的入射口，標號131b表示與該入射口131a相對應(yīng)的射出口。具有所進入射口131a、射出口131b以及光傳送路131c的部件(錐狀部)131可構(gòu)成為與上述適配器31同樣的構(gòu)成。即可以構(gòu)成為錐狀部131通過金屬材料構(gòu)成，并且通過內(nèi)面研磨的錐狀中空部構(gòu)成光傳送路131c；也可以構(gòu)成為錐狀部131通過金屬材料構(gòu)成，并且通過在內(nèi)面形成反射膜的錐狀中空部構(gòu)成光傳送路131c；也可以構(gòu)成為錐狀部131通過合成樹脂材料構(gòu)成，并且通過由蒸鍍在內(nèi)面形成金屬反射膜的錐狀中空部構(gòu)成光傳送路131c。其它部件的構(gòu)成可以與第1實施方式相同。
由于本實施方式中的光射出部111排列成矩狀，來自多個光射出部111的激光L仍以這種矩陣狀射出。即，由多個激光L形成的激光群的橫截面形狀(換句話說，多個激光L所分布的橫截面區(qū)域的形狀)為大致四角形。另一方的光傳送路131c的橫截面形狀(入射口131a的形狀)為小圓形。根據(jù)本實施方式，由于構(gòu)成為在光射出部111和傳送路131c之間設(shè)置有透鏡107，從多個光射出部111射出的激光L通過該透鏡107聚光并入射至所述入射口131a，所以可以避免光損失(即，激光從透鏡107入射至光傳送路131c時的光泄露)，從而可以效率良好地利用激光。進而，作為在本實施方式中使用的透鏡107，既可以將廣泛地分布在大致四角形的區(qū)域中的激光群聚光成較小的圓形的區(qū)域，也可以為使廣泛地分布在大致四角形的區(qū)域中的激光群聚光成與原樣相似形狀的區(qū)域(即較小的四角形區(qū)域)。在該情況下，通過透鏡107聚光的激光的橫截面形狀可以與所述入射口131a的開口形狀相等，也可以比該開口形狀小。
而且，可以分別覆蓋各個光射出部111的方式配置微透鏡(在圖5中未示出，參照圖2的標號18)，通過該微透鏡將激光變換成平行光。此外，透鏡107可以不僅對從多個光射出部111射出的激光進行聚光，還盡量地以相對于光軸平行的方式使激光聚光。在這種情況下，可以降低光傳送路131c中的光損失(亂反射)。
在本實施方式中，如圖5所示，設(shè)定成使得所述光傳送路131c的所述射出口131b附近的激光的斷面收縮程度比所述光傳送路131c的所述入射口131a附近的激光的斷面收縮程度小。如此，可以使激光的射束徑階段性地進行斷面收縮，從各種意義上講，可以獲得最適于加工的激光。
(實施方式3)下面參照圖6-圖19說明本發(fā)明的第3實施方式。
圖6是示出本發(fā)明涉及的機床的構(gòu)造的一例的剖面圖；圖7是示出本發(fā)明涉及的機床的外觀的一例的透視圖。圖8是示出安裝著切削加工用刀具201的狀態(tài)下的機床的剖面圖；圖9是示出激光發(fā)生部和激光照射用工具的構(gòu)成的剖面圖。圖10是示出激光發(fā)生部等的構(gòu)成的外觀透視圖；圖11是示出激光發(fā)生部和激光照射用工具的構(gòu)成的外觀透視圖。圖12是示出激光照射用工具的安裝部分的構(gòu)成的剖面圖；圖13是示出第2光波導(dǎo)部4031的構(gòu)造的一例的分解透視圖。圖14是示出錐形光路部的構(gòu)造的一例的圖；圖15是示出第2光波導(dǎo)部4031的開口端(工具側(cè)端部)的閉塞機構(gòu)的一例的圖。
本發(fā)明的機床，如圖6和圖7中標號200所示，具有保持工件W的工件保持部203，和支承刀具(參照圖8的標號201)的刀架202。
其中，工件保持部203構(gòu)成為可將工件W保持成靜止狀態(tài)、使其移動或者旋轉(zhuǎn)。作為可使工件W旋轉(zhuǎn)的工件保持部，可以例如有圖19中標號203A所示的夾盤或未示出的尾座等。
另一刀架202可移動地將至少一個工具支承在待機位置和加工位置(用于加工工件W的位置)。所述刀架202例如可以構(gòu)成為通過旋轉(zhuǎn)軸(自轉(zhuǎn)軸)202a的旋轉(zhuǎn)進行旋轉(zhuǎn)(可自轉(zhuǎn))。而且，可以在刀架202上設(shè)置至少一個刀具安裝部2026，使所述刀具以可自由地通過該刀具安裝部2026裝卸的方式被支承。圖6中的標號2021表示軸部，標號2022表示構(gòu)成為在由軸部2021可自由旋轉(zhuǎn)地支承的同時可通過刀具安裝部2026和旋轉(zhuǎn)軸202a的旋轉(zhuǎn)而一體地旋轉(zhuǎn)的可動部。標號2023表示容納軸部2021和可動部2022的殼體，標號2024表示支承在殼體2023側(cè)的鐵心，標號2025表示卷繞在鐵心2024上的線圈。和鐵心2024相向?qū)χ玫奈恢蒙系拇朋w2027在可動部2022的外周面的周方向上配置有多個。在這種構(gòu)成中，當(dāng)向線圈2025通電時，在所述鐵心2024和磁體2027之間產(chǎn)生排斥力或者吸引力，并可通過這些作用力使可動部2022和刀具安裝部2026旋轉(zhuǎn)至規(guī)定旋轉(zhuǎn)位置為止。標號204表示通過送入空氣來冷卻刀架202的內(nèi)部的冷卻裝置。在圖示的刀架202中，由于在可動部2022上作用較大的扭矩，而其驅(qū)動部分(鐵心2024和線圈2025等)中產(chǎn)生相當(dāng)多的熱，所以可以有效地對其進行冷卻。如此，可以降低鐵心2024和線圈2025的熱膨脹，并可以可靠地確保鐵心2024和磁體2027之間的間隙。
在該刀架202上，配置有發(fā)生激光的激光發(fā)生部(參照圖6的標號A)，并通過該激光發(fā)生部A所發(fā)生的激光對保持在所述工件保持部203上的工件W進行淬火。根據(jù)本發(fā)明，不僅在機床中進行切削加工，還可以進行激光淬火。因此，不必在機床之外另外設(shè)置激光淬火裝置，從而可以防止設(shè)置空間的增加。此外，由于不必要將工件從機床移動至激光淬火裝置，從而可以使操作時間縮短、使操作本身簡單化。而且，這種淬火也可以一邊通過工件保持部203使工件W旋轉(zhuǎn)一邊進行。
在將刀架202構(gòu)成為可通過旋轉(zhuǎn)軸(自轉(zhuǎn)軸)202a的旋轉(zhuǎn)進行旋轉(zhuǎn)(可自轉(zhuǎn))的情況下，該激光發(fā)生部A可以配置在與所述旋轉(zhuǎn)軸202a大致垂直的所述刀架202的表面202b上。在如此配置的情況下，將激光發(fā)生部A配置在既存的空閑空間(即，與旋轉(zhuǎn)軸大致垂直的刀架的表面)中就可以了，從而不必要求確保新的配置空間。因此，可以防止機床的大型化。
如圖9中所詳細地示出，所述激光發(fā)生部A可以由射出激光的半導(dǎo)體激光器光源402、和傳送該被射出的激光的光波導(dǎo)部403構(gòu)成。在使用半導(dǎo)體激光器光源402的情況下，可以使激光發(fā)生部A小型化，從而可以實現(xiàn)向所述刀架202的安裝。
其中的半導(dǎo)體激光器光源402，如圖10中所詳細地示出，可以作成為具有多個作為射出激光的射出口的發(fā)射器4020的結(jié)構(gòu)。該光源402，既可以為將發(fā)射器4020排成一列的“陣列式”，也可以為將該陣列疊置成多個層的“疊層式”。該半導(dǎo)體激光器光源402可以只使用一個，也可以如圖11所示使用多個。在圖中示出了3個，但是也可以使用2個、4個或4個以上。作為這種半導(dǎo)體激光器光源402，例如可以使用美國コヒレント公司制造的半導(dǎo)體激光器多層陣列“l(fā)ight stack”。例如，可以通過19個發(fā)射器(40W)構(gòu)成陣列，并將該陣列疊置成25層(疊層)，從而使發(fā)射器的總數(shù)為19個×25層＝475個(40W×25層＝1kW)。在如圖11所示使用3個這種激光多層的情況下，發(fā)射器的總數(shù)為475個×3＝1425個(1kW×3＝3kW)。
所述光波導(dǎo)部403，如圖9中所詳細地示出，可以通過由多個光纖300的束形成的第1光波導(dǎo)部4030、和配置成使來自該第1光波導(dǎo)部4030的光通過的第2光波導(dǎo)部4031構(gòu)成。其中的光纖300配置成其一端與發(fā)射器4020相對向(見圖10)以使得來自各發(fā)射器4020的激光入射，并分別傳送從各發(fā)射器4020射出的激光。在一些場合下可以通過多個光纖300集中從各發(fā)射器4020射出的激光以提高激光的輸出。光纖300的末端部可以埋置于樹脂301的狀態(tài)與各發(fā)射器4020對向配置。而且，可以在光纖300的末端部和發(fā)射器4020之間配置微透鏡(快軸聚光透鏡或慢軸聚光透鏡)4021，使來自各發(fā)射器4020的激光在光纖300的端面聚光。也可將這種微透鏡4021作成片狀而粘附在半導(dǎo)體激光器光源402上。該粘附可以通過粘接劑或焊接進行。光纖300的另一端可以是作成束的束結(jié)構(gòu)。光纖300可與發(fā)射器4020具有相同的數(shù)目。
此外，所述第2光波導(dǎo)部4031既可以為由在外周面進行了反射處理的導(dǎo)光體(參照圖12的標號312)構(gòu)成，激光一邊通過所述外周面被反射一邊透過所述導(dǎo)光體，或者可以如圖13所示，是在規(guī)定的部件(以下稱為“通路形成部件”)310的內(nèi)部形成的中空通路(標號310b、310c)，在該通路的內(nèi)面上實施了反射處理，激光一邊通過所述內(nèi)面被反射一邊透過所述中空通路。在該通路形成部件310中可以使用鋁等金屬。作為形成通路形成部件的方法，如圖13所示，例如構(gòu)成為通路形成部件可以分割成多個部件310，在其接合面310a中形成溝槽310b。在該溝槽310b部分上可以進行鏡面研磨或研磨精加工或金屬涂裝。在第2光波導(dǎo)部4031由導(dǎo)光體構(gòu)成的情況下，僅通過改變導(dǎo)光體的位置就可以簡單地對激光的光路進行調(diào)整。在第2光波導(dǎo)部4031由中空通路構(gòu)成的情況下，所述第2光波導(dǎo)部可以由機械加工形成，可以提高激光的光路的位置精度。而且在作為規(guī)定的部件使用了熱傳導(dǎo)性良好的材質(zhì)的情況下，還可以提高冷卻效率。
在所述第1光波導(dǎo)部4030和所述第2光波導(dǎo)部4031中的至少一方具有構(gòu)成為沿激光的行進方向截面積(橫截面的面積)逐漸減小的錐形光路，而且，來自所述半導(dǎo)體激光器光源402的激光可在通過所述錐形光路的過程中提高功率密度。如此，可以順暢地進行激光淬火。
該錐形光路可以由截面積逐漸減小的多根光纖構(gòu)成為光纖束(集束)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)適用于構(gòu)成所述第1光波導(dǎo)部4030的光纖300(參照圖12的標號302)。在發(fā)射器4020的個數(shù)為1425時，光纖300的根數(shù)也需要為1425，在1根光纖300的直徑為250μm時，光纖束的直徑為250μm×1425根＝Φ11mm，在1根光纖300的直徑為500μm時，光纖束的直徑為500μm×1425根＝Φ22mm。但是如果在光纖束的直徑僅為Φ11mm或Φ22mm，就不能提高激光的功率密度，無論如何也不能進行激光淬火。在此，優(yōu)選地使光纖束的直徑為Φ4-5mm左右，使光纖束部302的光路截面積逐漸減小，以獲得100W/mm2的功率密度(2kW的輸出)。圖14(a)示出加工成錐形狀之前的一根光纖300a，標號300表示包層，標號300b表示芯體。圖14(b)示出加工成錐形狀之后的光纖300，圖14(c)示出將錐形加工后的光纖作成光纖束結(jié)構(gòu)時的狀態(tài)，標號303表示新包覆的包層。這種光纖束結(jié)構(gòu)即使不使用于所述第1光波導(dǎo)部4030也可以使用于所述第2光波導(dǎo)部4031。
而且，在錐形光路中也可以使用錐形光纖(參照特開2003-100123號公報，特開2003-075658號公報，特開2002-289016號公報)。
此外，如圖13所示，也可以在規(guī)定的部件310的內(nèi)部形成錐形的中空通路。
而且，上述刀具安裝部2026可以支承切削加工用刀具(參照圖8的標號201)也可以替換該工具來支承激光照射用工具(參照圖6、7、9、11、12的標號500、510)。如此，在不使用的情況下可以將激光照射用工具500、510從刀架202上取下，可以防止異物附著在激光照射用工具500、510上。而且，可以使用單個刀具安裝部2026來支承切削加工工具201和激光照射用工具500、510，從而可以有利于裝置的緊湊化。上述光波導(dǎo)部403配置在從所述半導(dǎo)體激光器光源402附近至所述刀具安裝部2026附近，在該刀具安裝部2026附近具有工具側(cè)端部4031a，所述激光照射用工具500、510在被支承在所述刀具安裝部2026上的狀態(tài)下與所述工具側(cè)端部4031a連接，由此可以使用從所述半導(dǎo)體激光器光源402供給的激光照射至所述工件W上。
在構(gòu)成為如此使激光照射用工具500、510取下的情況下，在激光照射用工具500、510被取走的狀態(tài)下，有必要閉塞所述光波導(dǎo)部403的端部(工具側(cè)端部)4031a，以免使空氣中的油霧等異物附著而進入其中。在此，優(yōu)選地，設(shè)置可以開關(guān)所述工具側(cè)端部4031a的快門裝置，以在將所述激光照射用工具500、510與所述工具側(cè)端部4031a連接的情況下使該端部打開，而在將所述激光照射用工具500、510從所述工具側(cè)端部4031a取走的情況下閉塞該工具側(cè)端部4031a來抑制異物附著在該端部上。具體地，如圖15中標號311所示，快門裝置構(gòu)成為可以移動至閉塞該工具側(cè)端部4031a的閉塞位置311C和使該端部4031a開口的開口位置311A。即，可以構(gòu)成為使快門裝置311如標號E所示的可以自由轉(zhuǎn)動并可以如標號F所示地沿轉(zhuǎn)動軸的軸向自由地進退，也可以構(gòu)成為可在311A的狀態(tài)下開放所述光波導(dǎo)部403的端部4031a而連接所述激光照射用工具500、510，在從311B移動至311C的狀態(tài)下閉塞該工具側(cè)端部4031a以免使異物附著在該工具側(cè)端部4031a上而侵入。結(jié)果可以避免由于該異物的存在而造成的激光的功率降低。而且在快門裝置為圖15所示的情況下可以使結(jié)構(gòu)簡單化。
此外，機床也可以構(gòu)成為如圖19所示。即，在工件保持部203A上使用可以使所保持的工件W旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，而在刀架202A上如上所述地設(shè)置刀具安裝部2026A。可以在與該刀具安裝部2026A相對的位置(通常為在圖19中箭頭D方向側(cè)所設(shè)置的與刀架202A的機械原點相對應(yīng)的位置等)配置未示出的自動換刀裝置(ATC)，以通過該裝置對所述切削加工用刀具以及所述激光照射用工具相對該刀具安裝部2026A安裝或拆卸。結(jié)果，當(dāng)在刀具安裝部2026A上安裝了切削加工用刀具的情況下，可以對旋轉(zhuǎn)的工件W進行切削加工，當(dāng)在刀具安裝部2026A上安裝了激光照射用工具的情況下，可以對旋轉(zhuǎn)的工件W進行淬火處理。而且，可以設(shè)置具有多個切削加工用刀具201以及激光照射用工具500、510的多刀刀座(ATC工具庫)210，通過自動換刀裝置將在該多刀刀座部210中所裝備的刀具/工具安裝在刀具安裝部2026A上。在該多刀刀座部210中，將要新安裝的刀具接收到來自加工程序的指示時，該刀具將被運送至與自動換刀裝置相對的位置。
下面參照圖16至圖18說明激光照射用工具。圖16(a)是示出激光照射用工具的構(gòu)造的一例的剖面圖，圖16(b)是示出激光炬部503構(gòu)造的側(cè)面圖，圖16(c)是示出快門裝置505的構(gòu)成的側(cè)面圖；圖17(a)是示出激光照射用工具的構(gòu)造的其它例子的局部剖面圖，圖17(b)是示出激光炬部513構(gòu)造的側(cè)面圖；圖18是示出適于閉塞波導(dǎo)路(激光的通路)的端部的快門裝置的構(gòu)成的圖，(a)是示出位于閉塞位置的狀態(tài)下的剖面圖，(b)是示出位于開口位置的狀態(tài)下的剖面圖，(c)是示出位于閉塞位置的狀態(tài)下的側(cè)面圖。
激光照射用工具形成如圖16(a)中標號500所示的形狀，可通過可與機床200的刀架202接合的接合部501、形成被供給的激光的通路的波導(dǎo)路502、和將通過該波導(dǎo)路502的激光照射至工件W上的激光炬部503構(gòu)成。
波導(dǎo)路502可以為在規(guī)定的部件504的內(nèi)部形成的中空通路，并在該通路的內(nèi)面進行反射處理。在這種結(jié)構(gòu)中，激光一邊通過所述內(nèi)面被反射一邊透過所述中空通路。作為反射處理例如可以進行鏡面研磨或研磨精加工或金或銀的涂裝。部件504例如可以為金屬，例如可以使用鋁等。作為中空通路的形成方法，可預(yù)先將部件504分成多個，在其接合面形成槽。在分割為多個部件時，要使得不從其接合面的間隙漏光。而且在由中空通路5 02構(gòu)成波導(dǎo)路時(該波導(dǎo)路可由機械加工形成)，可提高其位置精度。
此外，也可以不將波導(dǎo)路形成為中空通路，而是如圖17(a)所示，構(gòu)成為在外周面進行了反射處理的導(dǎo)光體512。在該情況下，激光一邊通過所述外周面被反射一邊透過所述導(dǎo)光體512。作為反射處理例如可以進行金或銀的涂裝。作為導(dǎo)光體512例如可以為玻璃等。在通過這種導(dǎo)光體512形成波導(dǎo)路的情況下，僅通過改變導(dǎo)光體512的位置就可以簡單地對激光的光路進行調(diào)整。
此外，可在這些波導(dǎo)路502、512的端部配置快門裝置(參照圖16(a)的標號505、圖17(a)的標號515、圖18的標號525)，在所述接合部501接合在所述刀架202上的情況下，使所述波導(dǎo)路502、512的端部502a、512a開口從而允許激光的供給，而當(dāng)所述接合部501沒有接合在所述刀架202上的情況下，閉塞所述波導(dǎo)路502、512的端部502a、512a開口以抑制異物附著在該端部上而侵入其中。由于在機床的情況下空氣中的油霧一般都是呈浮游狀態(tài)，所以可以抑制這種異物向波導(dǎo)路502、512附著和侵入其中的上述這種快門裝置505、515、525非常適用。因此，在使用激光照射用工具的情況下，可以避免由于波導(dǎo)路中異物的存在而造成的激光的功率降低。
該快門裝置可以構(gòu)成為如圖16(a)、(c)所示，也可以構(gòu)成為如圖18所示。
圖16(a)、(c)所示的快門裝置505由軸部5051、和安裝在該軸部5051上的快門部件5052構(gòu)成，使得軸部5051沿箭頭A、B方向移動，而快門部件5052通過未示出的凸輪機構(gòu)選擇性地移動至使波導(dǎo)路端部502a開口的位置和使波導(dǎo)路端部502a閉塞的位置。
圖18(a)、(b)、(c)所示的快門裝置525由可移動至使所述波導(dǎo)路512的端部512a閉塞的位置(參照圖18(a)及(c))和使該端部512a開口的位置(參照圖18(b))的快門部件5251、和將該快門部件5251向所述閉塞位置加載的彈簧部件5252構(gòu)成。所述快門部件5251構(gòu)成為如圖18(b)所示，在所述接合部501與所述刀架202接合時抵抗所述彈簧部件5252的作用力而向所述開口位置移動，而在所述接合部501從所述刀架202取走的情況下通過所述彈簧部件5252的加載力而向所述閉塞位置移動。而且快門部件5251可以由具有回復(fù)力的橡膠片等形成，該快門部件5251可以由大致圓筒狀的部件5253保持。當(dāng)快門裝置如圖16、圖18所示構(gòu)成的情況下，由于和激光照射用工具向機床的安裝/脫離相對應(yīng)地，部件5051、5253與刀架202觸接，而快門部件5052、5251可以方便地移動，不僅可以省去使該部件5251移動的操作，而且可以防止誤操作或忘記操作。
在所述波導(dǎo)路502、512的附近可以形成流體流動用的冷卻通路506、516。在該情況下，可以抑制伴隨著激光的通過的發(fā)熱。作為流體可以使用液體(水等)或氣體，其中在使冷卻通路506、516與所述工件W相對向的位置開口(使用氣體流體)而向工件W上噴射氣體的情況下，可以除去工件表面的異物以及防止工件的氧化以及進行冷卻。例如，即使是在進行切削加工之后進行激光淬火的情況下，也可以除去在工件表面上殘留的切削用水或切削用粉，從而可以良好的品質(zhì)進行激光加工。而且，因為在激光加工過程中工件過熱時淬火性能將降低，在該情況下通過空氣清洗來對工件進行冷卻，可以減少淬火性能的降低。此外，在使用惰性氣體的情況下，可以進行淬火部的屏蔽。
以上根據(jù)本發(fā)明的實施方式進行了說明，但是本發(fā)明中所述實施方式只是作為例示性而并不限于此。此外，本發(fā)明的范圍由后附的技術(shù)方案所示出，而并不受限于實施方式所述。因此，屬于技術(shù)方案的變形或變更都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明可以用于使用多個半導(dǎo)體激光器、對從該半導(dǎo)體激光器射出的激光進行聚光并獲得規(guī)定的激光光線進行利用的各種裝置中。
權(quán)利要求
1.一種激光發(fā)生裝置，它具備具有排列成矩陣狀并可分別射出激光的多個光射出部的半導(dǎo)體激光器單元，和能夠?qū)乃龆鄠€光射出部射出的激光進行聚光的激光聚光部，其特征在于，具有通過該激光聚光部聚光的激光所入射的入射口、與該入射口相對應(yīng)的射出口、以及由從該入射口向該射出口直徑逐漸變細的錐狀的光傳送路形成的錐狀部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光發(fā)生裝置，其特征在于，通過所述激光聚光部聚光的激光的橫截面形狀與所述入射口的開口形狀相等或比該開口形狀小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述光傳送路的所述射出口附近的激光的斷面收縮程度比所述光傳送路的所述入射口附近的激光的斷面收縮程度小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述激光聚光部，是將可從所述多個光射出部分別射出的激光個別地傳送的多根光纖，在與所述多個光射出部相對向的激光受光端相反的激光射出側(cè)，集束構(gòu)成的光纖束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述激光聚光部是透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述錐狀部由金屬材料構(gòu)成，并且所述光傳送路由在內(nèi)面進行了研磨的錐形狀的中空部構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述錐狀部由金屬材料構(gòu)成，并且所述光傳送路通過在內(nèi)面形成有反射膜的錐狀中空部構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光發(fā)生裝置，其特征在于，所述錐狀部由合成樹脂材料構(gòu)成，并且所述光傳送路通過由蒸鍍在內(nèi)面形成有金屬反射膜的錐狀中空部而構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光發(fā)生裝置。它具備具有排列成矩陣狀的多個光射出部的半導(dǎo)體激光器單元，和能夠?qū)亩鄠€光射出部射出的激光分別地傳送的多根光纖。該多根光纖在激光射出側(cè)結(jié)束形成光纖束的同時，通過設(shè)置在激光射出側(cè)的前端細的適配器而射出激光。如此，可以通過光纖良好地傳送激光，并能以盡量細徑化的適配器的光傳送路以高效率進行聚光而提高功率密度。
文檔編號H01S5/00GK1660536SQ200510008838
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月24日
發(fā)明者山崎恒彥, 宮川直臣 申請人:山崎馬扎克株式會社