專(zhuān)利名稱(chēng):激光淬火工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了半導(dǎo)體激光的淬火工具。
背景技術(shù)：
例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)了本申請(qǐng)人提出的激光淬火裝置。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)了裝卸自如地裝備在工作機(jī)器主軸上的激光淬火工具。
這些激光淬火工具中，來(lái)自作為激光發(fā)光源的半導(dǎo)體激光棒和半導(dǎo)體激光堆件(laser stack)的激光通過(guò)光纖或波導(dǎo)傳送到工具前端的焰炬。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2003-138314號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2特開(kāi)2005-238253號(hào)公報(bào)現(xiàn)有的激光的波導(dǎo)10，如圖10所示，內(nèi)面12由圓筒面形成。當(dāng)激光LB在該圓筒面12的波導(dǎo)中行進(jìn)之際，光沿圓筒面旋轉(zhuǎn)，從而反射次數(shù)增多。由于波導(dǎo)內(nèi)面的反射率為1.0以下，因此每反射一次效率就降低一次，成為激光輸出降低的原因。
本發(fā)明者針對(duì)光波導(dǎo)的截面形狀對(duì)激光輸出效率造成的影響進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，結(jié)果確認(rèn)，如圖9所示的內(nèi)面由平面22構(gòu)成的方形截面的光波導(dǎo)20，為反射次數(shù)少、輸出效率高的光波導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于所述觀點(diǎn)的激光淬火工具。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的激光淬火工具具備將射出激光的半導(dǎo)體矩陣狀配置的半導(dǎo)體激光堆件、對(duì)從半導(dǎo)體激光堆件射出的激光束進(jìn)行聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)、進(jìn)行發(fā)散使由聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光后的激光束的軸線(xiàn)變得平行的發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)、對(duì)從發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)射出的激光束進(jìn)行引導(dǎo)且橫截面形狀是方形的方形光波導(dǎo)、對(duì)通過(guò)了方形光波導(dǎo)的激光束進(jìn)行再聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)、和朝向工件射出再聚光后的激光束的光波導(dǎo)噴嘴。
另外，具備在方形光波導(dǎo)的入口部設(shè)置的第1反射鏡、及在再聚光光學(xué)系統(tǒng)和光波導(dǎo)噴嘴之間設(shè)置的第2反射鏡。
另外，具備設(shè)置在聚光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡架、發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)的透鏡架、第1反射鏡、方形光波導(dǎo)、再聚光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡架、第2反射鏡和光波導(dǎo)噴嘴中并供給冷卻水的冷卻水通道，且反射激光束的鏡面具備增強(qiáng)反射涂層。
(發(fā)明效果)通過(guò)具備以上結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的激光淬火工具能夠?qū)?lái)自半導(dǎo)體激光堆件的輸出以損失少的狀態(tài)引導(dǎo)到噴嘴。
圖1是本發(fā)明的激光淬火工具的立體圖。
圖2是本發(fā)明的激光淬火工具的截面?zhèn)纫晥D。
圖3是圖2的俯視圖。
圖4是本發(fā)明的激光淬火工具的冷卻水通道的截面?zhèn)纫晥D。
圖5是圖4的俯視圖。
圖6是表示本發(fā)明的激光淬火工具的鏡的配置的截面?zhèn)纫晥D。
圖7是表示本發(fā)明的激光淬火工具的激光束的流動(dòng)的截面?zhèn)纫晥D。
圖8是圖7的俯視圖。
圖9是表示本發(fā)明的方形光波導(dǎo)的作用的說(shuō)明圖。
圖10是表示現(xiàn)有的光波導(dǎo)的作用的說(shuō)明圖。
圖中100-激光淬火工具，110-基座，120-半導(dǎo)體激光堆件，130-聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡架，134-聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡，140-發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)透鏡架，142-發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)透鏡，150-方形光波導(dǎo)，160-第1反射鏡，170-再聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡，180-第2反射鏡，190-光波導(dǎo)噴嘴。
具體實(shí)施方式圖1是本發(fā)明的激光淬火工具的立體圖，圖2是表示本發(fā)明的激光淬火工具的整體結(jié)構(gòu)的截面?zhèn)纫晥D，圖3是圖2的俯視圖。
整體以符號(hào)100表示的激光淬火工具，具備載置在基座110上的半導(dǎo)體激光堆件120。半導(dǎo)體激光堆件120具有電源連接端子122，與未圖示的電源連接。
半導(dǎo)體激光堆件120的輸出被投入到具有光通路132的架130內(nèi)。在架130的光通道132內(nèi)裝備有聚光光學(xué)系統(tǒng)(透鏡)134，對(duì)半導(dǎo)體激光堆件120的輸出光束進(jìn)行聚光。
被聚光后的激光束輸入架140內(nèi)的發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)透鏡142，以光束的軸線(xiàn)變得平行的方式發(fā)散。發(fā)散后的激光被送到在方形光波導(dǎo)路150的-端部安裝的第1反射鏡160。由反射鏡160沿方形光波導(dǎo)150的軸線(xiàn)方向反射的激光，被方形光波導(dǎo)150的內(nèi)面的反射面152反射并行進(jìn)，入射到架172內(nèi)的再聚光光學(xué)系統(tǒng)170。
在通過(guò)該方形光波導(dǎo)150的期間，與現(xiàn)有的截面圓形的光波導(dǎo)相比，反射次數(shù)降低，衰減也減少。
由再聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡170再聚光后的激光束，利用第2反射鏡180對(duì)軸線(xiàn)進(jìn)行90度變更，從光波導(dǎo)噴嘴190射出，從而對(duì)未圖示的工件表面實(shí)施淬火處理。
激光淬火工具100吸收通過(guò)內(nèi)部的激光束而被加熱。另外，受到來(lái)自由激光淬火工具進(jìn)行淬火處理的工件側(cè)的反射熱，從而被外部加熱。
為此，本發(fā)明的激光淬火工具100具備防止升溫的冷卻通道。
圖4是在激光淬火工具100設(shè)置的冷卻通道的截面?zhèn)纫晥D，圖5是圖4的俯視圖。
聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡134的架130具有冷卻水所通過(guò)的通道136，經(jīng)由接頭202與冷卻水的供給、排出用的管200連結(jié)。
發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)透鏡142的架140也具有通道144，通道144經(jīng)由第1反射鏡160的通道164與方形光波導(dǎo)150的通道154連通。再聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡170的架172具有通道174。第2反射鏡180也具有通道184，光波導(dǎo)190也具有通道194。
經(jīng)由管200使從未圖示的冷卻水供給源進(jìn)給的冷卻水在各通道中流通，在激光淬火工具100整體中循環(huán)，由此能夠有效地冷卻激光淬火工具100。
圖6是表示激光淬火工具100的光學(xué)系統(tǒng)透鏡134、142、170和反射鏡160、180的反光鏡面160M、180M、方形光波導(dǎo)150的方形平面鏡面150M及光波導(dǎo)噴嘴190的內(nèi)面的圓錐鏡面190M的布局的說(shuō)明圖。
為了提高反射率而在各鏡面的表面實(shí)施增強(qiáng)反射涂層。增強(qiáng)反射涂層例如采用金鍍敷。
圖7是表示本發(fā)明的激光淬火工具100的激光光路的截面?zhèn)纫晥D，圖8是圖7的俯視圖。
從半導(dǎo)體激光堆件120射出的激光束LB1由聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡134聚光，成為激光束LB2，入射到發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)透鏡142。
從發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)透鏡142射出后的激光束LB3，作為大致平行光由反射鏡160呈直角反射，并作為激光束LB4通過(guò)方形光波導(dǎo)150。通過(guò)方形光波導(dǎo)150內(nèi)的激光束LB4如之前說(shuō)明所述，反射次數(shù)少、損失少。
在方形光波導(dǎo)150的入口設(shè)置發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)透鏡，另外，適當(dāng)設(shè)計(jì)該透鏡的曲率，由此能夠使導(dǎo)入光的軸線(xiàn)與方形光波導(dǎo)150的軸線(xiàn)盡可能平行。
通過(guò)該機(jī)構(gòu)，能夠降低方形光波導(dǎo)150內(nèi)的激光束的反射次數(shù)，減少能量損失。
另外，通過(guò)盡可能增大方形波導(dǎo)150的尺寸，能夠降低通過(guò)的激光束的反射次數(shù)。
通過(guò)了方形光波導(dǎo)150的激光束由再聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡170聚光，并由反射鏡180彎折90度。
在光波導(dǎo)噴嘴190內(nèi)激光束LB5被會(huì)聚，作為激光束LB6輸出。該激光束LB6對(duì)未圖示的工件表面進(jìn)行淬火。
本發(fā)明的激光淬火工具100，能夠使來(lái)自半導(dǎo)體激光堆件120的激光束以沒(méi)有途中損失的狀態(tài)從光波導(dǎo)噴嘴190輸出，實(shí)現(xiàn)高效的淬火。
還有，所述實(shí)施例中，說(shuō)明了光波導(dǎo)噴嘴190的前端孔的形狀為圓形的例，不過(guò)，可以根據(jù)工件的形狀或淬火部的形狀等，適當(dāng)設(shè)計(jì)成三角形、四邊形、多邊形曲面的組合等。
進(jìn)而，噴嘴的軸線(xiàn)除了直線(xiàn)以外也可以適當(dāng)彎折。
權(quán)利要求
1.一種激光淬火工具，其具備將射出激光的半導(dǎo)體矩陣狀配置的半導(dǎo)體激光堆件、對(duì)從半導(dǎo)體激光堆件射出的激光束進(jìn)行聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)、進(jìn)行發(fā)散使由聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光后的激光束的軸線(xiàn)變得平行的發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)、對(duì)從發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)射出的激光束進(jìn)行引導(dǎo)且橫截面形狀是方形的方形光波導(dǎo)、對(duì)通過(guò)了方形光波導(dǎo)的激光束進(jìn)行再聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)、和朝向工件射出再聚光后的激光束的光波導(dǎo)噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的激光淬火工具，其中，具備在方形光波導(dǎo)的入口部設(shè)置的第1反射鏡、及在再聚光光學(xué)系統(tǒng)和光波導(dǎo)噴嘴之間設(shè)置的第2反射鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的激光淬火工具，其中，具備設(shè)置在聚光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡架、發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)的透鏡架、第1反射鏡、方形光波導(dǎo)、再聚光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡架、第2反射鏡和光波導(dǎo)噴嘴中并供給冷卻水的冷卻水通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的激光淬火工具，其中，反射激光束的鏡面具備增強(qiáng)反射涂層。
專(zhuān)利摘要
提供一種激光輸出損失少的激光淬火工具。激光淬火工具(100)由聚光光學(xué)系統(tǒng)透鏡(134)對(duì)半導(dǎo)體激光堆件(120)的射出光束(LB
文檔編號(hào)C21D1/09GK1990886SQ200610172512
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年12月26日
發(fā)明者山崎恒彥, 宮川直臣 申請(qǐng)人:山崎馬扎克公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan