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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022089253
(43)【公開日】2022-06-16
(54)【発明の名称】レーザ加工装置
(51)【国際特許分類】
B23K 26/082 20140101AFI20220609BHJP
C21D 1/34 20060101ALI20220609BHJP
C21D 1/09 20060101ALI20220609BHJP
C21D 1/62 20060101ALI20220609BHJP
C21D 9/08 20060101ALI20220609BHJP
【ＦＩ】
B23K26/082
C21D1/34 H
C21D1/09 G
C21D1/09 M
C21D1/62
C21D9/08 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020201488
(22)【出願日】2020-12-04
(71)【出願人】
【識別番号】515178535
【氏名又は名称】株式会社ワイヤード
(74)【代理人】
【識別番号】110002343
【氏名又は名称】特許業務法人 東和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山川 明郎
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 龍
(72)【発明者】
【氏名】杣 直彦
(72)【発明者】
【氏名】兼古 光行
【テーマコード（参考）】
4E168
4K042
【Ｆターム（参考）】
4E168AD07
4E168BA00
4E168CB03
4E168DA23
4E168DA24
4E168DA28
4K042AA06
4K042BA03
4K042DA01
4K042DB04
4K042EA01
4K042EA03
(57)【要約】
【課題】筒状の被加工物がその周方向に回転不可能な重量物体やその周方向の回転軸が偏心している偏心物体や異形の外周断面を呈する異形物体であっても、簡素で且つ小型化された装置構成で被加工物の内周壁面に対するレーザ加工を簡便かつ的確に照射して高精度のレーザ加工に達成するレーザ加工装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ発生源１１０と、被加工物Ｗに対してレーザ発生源１１０から出射したレーザ光の光軸を中心に回転させながら被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けてレーザ光を導光するレーザ導光手段１２０と、レーザ導光手段１２０または被加工物Ｗの少なくとも一方を被加工物Ｗの筒長手方向に沿って移動させる移動手段１３０と、を備えているレーザ加工装置１００。
【選択図】図１
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ発生源１１０と、被加工物Ｗに対してレーザ発生源１１０から出射したレーザ光の光軸を中心に回転させながら被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けてレーザ光を導光するレーザ導光手段１２０と、レーザ導光手段１２０または被加工物Ｗの少なくとも一方を被加工物Ｗの筒長手方向に沿って移動させる移動手段１３０と、を備えているレーザ加工装置１００。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状の被加工物内に向けてレーザ光を出射して前記被加工物の内周壁面をレーザ加工するレーザ加工装置において、
前記レーザ光を出射するレーザ発生源と、前記被加工物に対して前記レーザ発生源から出射したレーザ光の光軸を中心に回転させながら前記被加工物の内周壁面に向けて前記レーザ光を導光するレーザ導光手段と、該レーザ導光手段または前記被加工物の少なくとも一方を前記被加工物の筒長手方向に沿って移動させる移動手段と、を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
前記レーザ光を出射するレーザ発生源と、前記被加工物に対して前記レーザ発生源から出射したレーザ光の光軸を中心に回転させながら前記被加工物の内周壁面に向けて前記レーザ光を導光するレーザ導光手段と、該レーザ導光手段または前記被加工物の少なくとも一方を前記被加工物の筒長手方向に沿って移動させる移動手段と、を備えていることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項2】
前記レーザ導光手段が、前記レーザ光の光軸に合致する回転軸を備えて該回転軸内に前記レーザ光を導光させる回転モータと、該回転モータの回転軸と同軸かつ同期回転自在に設けた回転体と、該回転体内に組込まれて前記レーザ光を前記被加工物の内周壁面に向けて反射させて照射するレーザ光反射部材とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項3】
前記回転モータの回転軸が、中空軸であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項4】
前記回転モータの回転軸が、光透過性材料からなる中実軸であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項5】
前記レーザ光反射部材が、前記レーザ光の入射角と反射角との和が鈍角をなすように前記回転体に設置されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【請求項6】
前記レーザ導光手段が、前記レーザ光反射部材によって反射される前記レーザ光の反射角を変更自在とする反射角変更手段を備えていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１つに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、筒状の被加工物の内周壁面をレーザ加工するレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば、筒状の被加工物の内周壁面に切断、溶接、切削、焼入れなどの加工を施す装置として、筒状の被加工物内に向けてレーザ光を出射して被加工物の内周壁面をレーザ加工するレーザ加工装置が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、被加工物としてのシリンダライナを回転テーブル上で回転させながらレーザ光熱処理装置を上下動して、シリンダライナの内面にレーザ加工を施すシリンダライナの加工装置が記載されている。
【0004】
また、特許文献２には、軸受装置の軌道面などの筒状の被加工物の内周壁面における焼入れ対象部に向けて被加工物の外周域に設けた照射スポットから加熱ビームを斜めに直に照射する一対のビーム照射機構と、焼入れ対象部に沿って加熱ビームを走査するように一対のビーム照射機構を制御する制御機構とを備えた焼入れ装置が記載されている。
【0005】
さらに、特許文献３には、レーザ光源よりレーザ光を導く１系統分の可撓性導光手段と、この可撓性導光手段により導かれたレーザ光のスポット径を可変調整する凸レンズおよび凹レンズによるレンズ光学機構と、このレンズ光学機構の光軸に光軸を一致させて配置され、該レンズ光学機構によりスポット径を調整されたレーザ光を漏斗状に光路変換すると共に、被加熱管体の管内表面へのレーザ光のビーム入射角が７０～８０°になる角度に変換して加熱用レーザ光として出射する円錐レンズ（アキシコンレンズ）とより構成された管状体加熱用のレーザ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭５６－５９２３号公報
【特許文献2】特開２００３－１４７４３１号公報
【特許文献3】特開平８－１９８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１に記載された加工装置は、円筒形のシリンダライナを加工対象物とするものであって、この加工装置を大型もしくは大重量の被加工物に用いた場合には、これらの大型もしくは大重量の被加工物を回転させるために大型の重厚な回転テーブルを用いる必要があり、その回転テーブルの回転駆動機構が大掛かりな機構となり、加工装置が全体的に大型化するという問題があり、また、この加工装置を周方向の回転軸が偏心している偏心物体や異形の外周断面を呈する異形物体からなる被加工物に用いた場合にも、被加工物の重心のバランスをとって被加工物を回転させることが難しく、そのための複雑な駆動機構を付設する必要があるなど加工装置上の厄介な問題があった。
【0008】
また、特許文献２に記載された焼入れ装置では、被加工物の外側から内周壁面の焼入れ部位にレーザ光を斜めに照射する際に、被加工物に形成されている内周壁面が長尺である場合、一対のビーム照射機構から離れた奥側位置の内周壁面に対して手前側位置の内周壁面に比して大きい入射角でビーム光を照射しなければならず、内周壁面内の奥側の焼入れ位置に向かって照射するレーザ光の照射密度が低下し、内周壁面手前側位置から奥側位置へ向かうにつれて焼き入れ処理が不完全となり、全体的に十分な加工精度が得られないという問題があり、また、被加工物の内径が小さい場合にも、奥側位置へ向かうにつれて大きな入射角でビーム光を照射しなければならず、前述した被加工物が長尺である場合と同様に、十分な加工精度が得られないという問題があった。
【0009】
また、特許文献３に記載されたレーザ装置では、被加熱物の外側となる被加熱物の管開口部から円錐レンズを通して管内表面にレーザ光を照射するため、管の長手方向にレーザ光の照射位置を変化させる場合あるいは異なる内径の管にレーザ光を照射する場合、円錐面の角度が異なる円錐レンズに変更する必要があり、その円錐レンズの交換や焦点距離の調整など、煩雑かつ余計な調整作業を強いられるという装置取り扱い上の厄介な問題があった。
【0010】
そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、筒状の被加工物がその周方向に回転不可能な重量物体やその周方向の回転軸が偏心している偏心物体や異形の外周断面を呈する異形物体であっても、簡素で且つ小型化された装置構成で被加工物の内周壁面に対するレーザ加工を簡便かつ的確に照射して高精度のレーザ加工を達成するレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項１に係る発明は、筒状の被加工物内に向けてレーザ光を出射して前記被加工物の内周壁面をレーザ加工するレーザ加工装置において、前記レーザ光を出射するレーザ発生源と、前記被加工物に対して前記レーザ発生源から出射した前記レーザ光の光軸を中心に回転させながら前記被加工物の内周壁面に向けて前記レーザ光を導光するレーザ導光手段と、該レーザ導光手段または前記被加工物の少なくとも一方を前記被加工物の筒長手方向に沿って移動させる移動手段と、を備えていることにより、前述した課題を解決するものである。
【0012】
請求項２に係るレーザ加工装置は、請求項１に係るレーザ加工装置の構成に加えて前記レーザ導光手段が、前記レーザ光の光軸に合致する回転軸を備えて該回転軸内に前記レーザ光を導光させる回転モータと、該回転モータの回転軸と同軸かつ同期回転自在に設けた回転体と、該回転体内に組込まれて前記レーザ光を前記被加工物の内周壁面に向けて反射させて照射するレーザ光反射部材とで構成されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【0013】
請求項３に係るレーザ加工装置は、請求項２に係るレーザ加工装置の構成に加えて、前記回転モータの回転軸が、中空軸であることにより、前述した課題を解決するものである。
【0014】
請求項４に係るレーザ加工装置は、請求項２に係るレーザ加工装置の構成に加えて、前記回転モータの回転軸が、光透過性材料からなる中実軸であることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【0015】
請求項５に係るレーザ加工装置は、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に係るレーザ加工装置の構成に加えて、前記レーザ光反射部材が、前記レーザ光の入射角と反射角との和が鈍角をなすように前記回転体に設置されていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【0016】
請求項６に係るレーザ加工装置は、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に係るレーザ加工装置の構成に加えて、前記レーザ導光手段が、前記レーザ光反射部材によって反射される前記レーザ光の反射角を変更自在とする反射角変更手段を備えていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
【発明の効果】
【0017】
本発明のレーザ加工装置によれば、筒状の被加工物内に向けてレーザ光を出射して被加工物の内周壁面をレーザ加工することができるばかりでなく、以下の本願発明に特有の構成により、本願発明に特有の効果を奏することができる。
【0018】
請求項１に係る発明のレーザ加工装置によれば、レーザ光を出射するレーザ発生源と、被加工物に対してレーザ発生源から出射したレーザ光の光軸を中心に回転させながら被加工物の内周壁面に向けて導光するレーザ導光手段と、このレーザ導光手段または被加工物の少なくとも一方を前記被加工物の筒長手方向に沿って移動させる移動手段と、を備えていることにより、被加工物の少なくとも周方向の回動を静止させたまま、移動手段が、レーザ導光手段と被加工物とを相対的に移動させてレーザ導光手段を被加工物の内周壁面内において筒長手方向に移動させるとともに、レーザ導光手段が、レーザ光の光軸を中心として被加工物の内周壁面の周方向にレーザ光の照射位置を移動させるため、筒状の被加工物が、その周方向に回転不可能な重量物体やその周方向の回転軸が偏心している偏心物体や異形の外周断面を呈する異形物体であっても、従来のように被加工物自体を周方向に回転させる大掛かりな回転駆動手段を設けることなく、簡素で且つ小型化された装置構成で被加工物の内周壁面に対するレーザ光の周方向の照射位置を順次変位させて被加工物の内周壁面に対してレーザ光を簡便かつ的確に照射して切断、溶接、切削、焼入れなどのレーザ加工を高精度に達成することができる。
【0019】
請求項２に係る発明のレーザ加工装置によれば、請求項１に係る発明が奏する効果に加えて、レーザ導光手段が、レーザ光の光軸に合致する回転軸を備えてこの回転軸内にレーザ光を導光させる回転モータと、この回転モータの回転軸と同軸かつ同期回転自在に設けた回転体と、この回転体内に組込まれたレーザ光反射部材とで構成されていることにより、レーザ発生源から出射したレーザ光の光軸が、レーザ加工時に回転軸、回転体、レーザ光反射部材のそれぞれと同軸配置となるため、レーザ発生源から出射したレーザ光を回転モータの回転軸からレーザ光反射部材を経て被加工物の内周壁面に対して回転ブレを惹起することなくその周方向に確実に照射させることができる。
【0020】
請求項３に係る発明のレーザ加工装置によれば、請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、回転モータの回転軸が、中空軸であることにより、レーザ発生源から出射したレーザ光が、回転モータの回転軸を形成する中空軸内を経てレーザ光反射部材まで何ら遮断されずにレーザ強度を維持したまま導光可能となるため、レーザ発生源から出射したレーザ光を減衰させることなく被加工物の内周壁面に対して照射させることができる。
【0021】
請求項４に係る発明のレーザ加工装置によれば、請求項２に係る発明が奏する効果に加えて、前記回転軸が、光透過性材料からなる中実軸であることにより、レーザ発生源から出射されたレーザ光が、回転モータの回転軸を形成する光透過性材料からなる中実軸内を経てレーザ光反射部材まで透光可能となるため、レーザ発生源から出射したレーザ光の減衰をほぼ回避した状態で被加工物の内周壁面に対して照射させることができる。
【0022】
請求項５に係る発明のレーザ加工装置によれば、請求項２乃至請求項４のいずれか１項に係る発明が奏する効果に加えて、レーザ光反射部材が、レーザ光の入射角と反射角との和が鈍角をなすように回転体に設置されていることにより、被加工物の内周壁面内に入射したレーザ光が、被加工物の筒長手方向においてレーザ光反射部材の進入位置よりもさらに奥の位置まで照射可能になるため、レーザ光反射部材の進入位置よりもさらに奥の位置までレーザ加工することができるばかりでなく、特に、筒状の被加工物が有底である場合には、レーザ導光手段の被加工物の底面側に向けられた回転体の端部が被加工物の底面に不用意に追突することがなく、被加工物の底面周辺の内周壁面まで確実にレーザ加工することができる。
【0023】
請求項６に係る発明のレーザ加工装置によれば、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に係る発明が奏する効果に加えて、レーザ導光手段が、レーザ光反射部材によって反射されるレーザ光の反射角を変更自在とする反射角変更手段を備えていることにより、レーザ光の反射角を変更自在となるため、底なしあるいは有底の被加工物の内周壁面に切断、溶接、切削、焼入れなどの各種加工に応じたレーザ光の入射角度でレーザ加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の第１実施例に係るレーザ加工装置の概略を示す斜視図。
【図2】本発明の第１実施例に係るレーザ加工装置を示す側断面図。
【図7A】本発明の第２実施例に係るレーザ加工装置においてレーザ光の入射角と反射角との和を鈍角である場合のレーザ光の照射状態を示す図。
【図7B】本発明の第２実施例に係るレーザ加工装置においてレーザ光の入射角と反射角との和を略直角である場合のレーザ光の照射状態を示す図。
【図8】本発明の第３実施例に係るレーザ加工装置を示した側断面図。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明は、筒状の被加工物内に向けてレーザ光を出射して被加工物の内周壁面をレーザ加工するレーザ加工装置において、レーザ光を出射するレーザ発生源と、被加工物に対してレーザ発生源から出射したレーザ光の光軸を中心に回転させながら被加工物の内周壁面に向けてレーザ光を導光するレーザ導光手段と、このレーザ導光手段または被加工物の少なくとも一方を被加工物の筒長手方向に沿って移動させる移動手段と、を備え、筒状の被加工物がその周方向に回転不可能な重量物体やその周方向の回転軸が偏心している偏心物体や異形の外周断面を呈する異形物体であっても、簡素で且つ小型化された装置構成で被加工物の内周壁面に対するレーザ加工を簡便かつ的確に照射して高精度のレーザ加工を達成するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
【0026】
例えば、本発明のレーザ加工装置に用いるレーザ発生源については、ファイバーレーザ発振器、炭酸ガスレーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器等のレーザ光を照射可能な形態であれば如何なるものであっても良い。
【0027】
また、本発明のレーザ加工装置に用いる移動手段については、レーザ導光手段または被加工物の少なくとも一方を被加工物の筒長手方向に沿って直線的に移動させる手段であれば良く、例えば、ピストンロッドや直線駆動用アクチエータなどを用いたものであっても良い。
【0028】
さらに、本発明のレーザ加工装置に用いるレーザ光反射部材については、平板状、湾曲状のいずれの反射鏡、あるいは分光可能なプリズムであっても良く、平板状の反射鏡を用いた場合には、レーザ光の照射角度を任意の角度に調整し易い。
【0029】
また、本発明のレーザ加工装置に用いる反射角変更手段については、レーザ光反射部材によって反射されるレーザ光の反射角を変更自在とする手段であれば良く、例えば、レーザ光反射部材として反射鏡を用いた場合、反射角変更手段は、反射鏡が回動可能に支持される支持部と、支持部を支点として回転された反射鏡を複数の角度で固定することができる固定部を備えるものであっても構わない。
【0030】
なお、本発明のレーザ加工装置が適用可能となる筒状の被加工物としては、たとえば、その周方向に回転不可能な重量物体やその周方向の回転軸が偏心している偏心物体や異形の外周断面を呈する異形物体、長尺の小径物体などであることは言うまでもない。
【0031】
また、集光光学系レンズによって集光されたレーザ光は、レーザ光反射部材によって反射された後、切断、溶接、切削、焼入れなどの加工に応じたビーム径で加工対象物の内周壁面に向けて照射させることが可能である。
すなわち、レーザ光は、集光光学系レンズとレーザ光反射部材との相対的な距離を調整するか、異なる焦点のレンズに交換することによって、レーザ光を焼入れ、溶接などの加工に応じたビーム径（例えば、０．０２～２．００ｍｍ）に集光して被加工物の内周壁面に照射することができる。
すなわち、レーザ光は、集光光学系レンズとレーザ光反射部材との相対的な距離を調整するか、異なる焦点のレンズに交換することによって、レーザ光を焼入れ、溶接などの加工に応じたビーム径（例えば、０．０２～２．００ｍｍ）に集光して被加工物の内周壁面に照射することができる。
【第１実施例】
【0032】
以下、本発明の第１実施例であるレーザ加工装置１００について、図１乃至図６を用いて説明する。
ここで、図１は、本発明の第１実施例に係るレーザ加工装置１００の概略を示す斜視図であり、図２は、本発明の第１実施例に係るレーザ加工装置１００を示す側断面図であり、図３は、図１に示すレーザ加工装置１００の要部を示す断面図であり、図４は、図１に示すレーザ加工装置１００の要部を拡大視した斜視図であり、図５は、図３に示すレーザ加工装置１００で有底の被加工物Ｗをレーザ加工する説明図であり、図６は、図３に示すレーザ加工装置１００でレーザ光反射部材１２５の反射角度を変更した図である。
ここで、図１は、本発明の第１実施例に係るレーザ加工装置１００の概略を示す斜視図であり、図２は、本発明の第１実施例に係るレーザ加工装置１００を示す側断面図であり、図３は、図１に示すレーザ加工装置１００の要部を示す断面図であり、図４は、図１に示すレーザ加工装置１００の要部を拡大視した斜視図であり、図５は、図３に示すレーザ加工装置１００で有底の被加工物Ｗをレーザ加工する説明図であり、図６は、図３に示すレーザ加工装置１００でレーザ光反射部材１２５の反射角度を変更した図である。
【0033】
＜１．レーザ加工装置の概要＞
レーザ加工装置１００は、図１乃至図３に示すように、レーザ光Ｌを出射するレーザ発生源１１０と、円筒状の被加工物Ｗに対してレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌの光軸Ａを中心に回転させながら被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けてレーザ光Ｌを導光するレーザ導光手段１２０と、このレーザ導光手段１２０を被加工物Ｗの筒長手方向に沿って移動させる移動手段１３０と、被加工物Ｗを機台フレームなどに固定するための加工物固定手段１４０とを備えている。
なお、本発明の第１実施例では、被加工対象物として、円筒状の被加工物Ｗを加工する場合について説明する。
レーザ加工装置１００は、図１乃至図３に示すように、レーザ光Ｌを出射するレーザ発生源１１０と、円筒状の被加工物Ｗに対してレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌの光軸Ａを中心に回転させながら被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けてレーザ光Ｌを導光するレーザ導光手段１２０と、このレーザ導光手段１２０を被加工物Ｗの筒長手方向に沿って移動させる移動手段１３０と、被加工物Ｗを機台フレームなどに固定するための加工物固定手段１４０とを備えている。
なお、本発明の第１実施例では、被加工対象物として、円筒状の被加工物Ｗを加工する場合について説明する。
【0034】
＜２．レーザ発生源の具体的構成について＞
本発明の第１実施例におけるレーザ発生源１１０は、市販のファイバーレーザ発振器を用いている。
このレーザ発生源１１０は、レーザ光Ｌの光軸Ａ方向でのレーザ導光手段１２０との間隔を調整可能にレーザ加工装置１００の機台フレームに設けられている。
本発明の第１実施例におけるレーザ発生源１１０は、市販のファイバーレーザ発振器を用いている。
このレーザ発生源１１０は、レーザ光Ｌの光軸Ａ方向でのレーザ導光手段１２０との間隔を調整可能にレーザ加工装置１００の機台フレームに設けられている。
【0035】
＜３．レーザ導光手段の具体的構成について＞
本発明の第１実施例で用いたレーザ導光手段１２０は、前述した移動手段１３０に連結されてレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌを囲繞した状態で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に挿入自在となる円筒状の外套体１２１と、外套体１２１の挿入先端側に設けてレーザ光Ｌの光軸Ａと合致させた状態でレーザ光Ｌを導光する回転軸１２２ａを備えた回転モータ１２２と、この回転モータ１２２の回転軸１２２ａと同軸かつ同期回転自在に設けた回転体１２３と、レーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌを集光させる集光光学系レンズ１２４と、回転体１２３内に組込まれてレーザ光Ｌを被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けて反射させて照射するレーザ光反射部材１２５と、で構成されている。
なお、ここで用いるレーザ光Ｌは、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して、例えば、焼入れ加工に応じたビーム径で照射することができる。
本発明の第１実施例で用いたレーザ導光手段１２０は、前述した移動手段１３０に連結されてレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌを囲繞した状態で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に挿入自在となる円筒状の外套体１２１と、外套体１２１の挿入先端側に設けてレーザ光Ｌの光軸Ａと合致させた状態でレーザ光Ｌを導光する回転軸１２２ａを備えた回転モータ１２２と、この回転モータ１２２の回転軸１２２ａと同軸かつ同期回転自在に設けた回転体１２３と、レーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌを集光させる集光光学系レンズ１２４と、回転体１２３内に組込まれてレーザ光Ｌを被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けて反射させて照射するレーザ光反射部材１２５と、で構成されている。
なお、ここで用いるレーザ光Ｌは、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して、例えば、焼入れ加工に応じたビーム径で照射することができる。
【0036】
そして、本発明の第１実施例で用いたレーザ導光手段１２０の一部を構成する外套体１２１は、円筒状の周壁を持つ円筒体をなしており、移動手段１３０によって被加工物Ｗの筒長手方向に沿って移動可能に移動手段１３０のスライダ１３１に連結されており、移動手段１３０による移動方向の長さが回転モータ１２２に連結された回転体１２３を被加工物Ｗの挿入開始側の開口部から筒内方奥側の開口部位置周辺に到達させることができる寸法に設定されている。
なお、本発明の第１実施例で用いたレーザ導光手段１２０一部を構成する外套体１２１の具体的形態については、円筒状の周壁を持つ円筒体であるが、移動手段１３０に連結されてレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌを囲繞した状態で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に挿入自在となるものであれば、円筒状のもの以外の複数の縦長リブからなる円筒状のケージ枠体であっても何ら構わない。
なお、本発明の第１実施例で用いたレーザ導光手段１２０一部を構成する外套体１２１の具体的形態については、円筒状の周壁を持つ円筒体であるが、移動手段１３０に連結されてレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌを囲繞した状態で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に挿入自在となるものであれば、円筒状のもの以外の複数の縦長リブからなる円筒状のケージ枠体であっても何ら構わない。
【0037】
そして、外套体１２１には、円筒内部の挿入先端位置に回転モータ１２２が固定されている。
ここで、この回転モータ１２２は、ＡＣモータ、ＤＣモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、ブラシレスモータ等の各種のモータを適用することができる。
また、本発明の第１実施例における回転モータ１２２には、その回転軸１２２ａとして金属製の中空軸を用いている。
すなわち、回転モータ１２２は、市販の回転モータの金属製の回転軸を中空軸に加工し、あるいは、金属製の中空軸に交換して用いている。
この回転軸１２２ａには、軸方向の一端側から他端側に貫通して貫通孔が形成されており、この貫通孔が回転軸の一端側から他端側にレーザ光Ｌを通す導光路になっている。
回転モータ１２２の回転軸１２２ａに形成される貫通孔の孔径は、回転軸１２２ａの直径及び強度を考慮して適宜定められる。
ここで、この回転モータ１２２は、ＡＣモータ、ＤＣモータ、ステッピングモータ、サーボモータ、ブラシレスモータ等の各種のモータを適用することができる。
また、本発明の第１実施例における回転モータ１２２には、その回転軸１２２ａとして金属製の中空軸を用いている。
すなわち、回転モータ１２２は、市販の回転モータの金属製の回転軸を中空軸に加工し、あるいは、金属製の中空軸に交換して用いている。
この回転軸１２２ａには、軸方向の一端側から他端側に貫通して貫通孔が形成されており、この貫通孔が回転軸の一端側から他端側にレーザ光Ｌを通す導光路になっている。
回転モータ１２２の回転軸１２２ａに形成される貫通孔の孔径は、回転軸１２２ａの直径及び強度を考慮して適宜定められる。
【0038】
なお、本発明の第１実施例の変形例においては、回転モータ１２２の回転軸１２２ａは、金属製の中空軸に換えて、光透過性樹脂、ガラス等の図示しない光透過性材料からなる中実軸を用いてもよく、この場合は、レーザ発生源から出射されたレーザ光が、光透過性材料からなる中実軸内を経てレーザ光反射部材まで透光可能となるため、レーザ発生源から出射したレーザ光の減衰をほぼ回避した状態で被加工物Ｗの内周壁面に対して照射させることができる。
【0039】
そして、前述した回転モータ１２２の回転軸１２２ａの一端部には、前述したように、この回転モータ１２２の回転軸１２２ａと同軸かつ同期回転自在に設けた回転体１２３が連結されており、さらに、この回転体１２３の内部には、少なくとも１つの光学レンズから構成された集光光学系レンズ１２４と前述のレーザ光反射部材１２５とが設けられている。
また、回転体１２３には、この回転軸１２２ａを通して回転体１２３の内部に導かれたレーザ光Ｌがレーザ光反射部材１２５に入射されるまでの導光路およびレーザ光反射部材１２５によって反射されたレーザ光Ｌが被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに照射されるまでの導光路を確保するための空間および開口部１２２ａ（図４参照）が形成されている。
また、回転体１２３には、この回転軸１２２ａを通して回転体１２３の内部に導かれたレーザ光Ｌがレーザ光反射部材１２５に入射されるまでの導光路およびレーザ光反射部材１２５によって反射されたレーザ光Ｌが被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに照射されるまでの導光路を確保するための空間および開口部１２２ａ（図４参照）が形成されている。
【0040】
このような回転体１２３は、回転軸１２２ａを通して導光されるレーザ光Ｌの光軸を中心として集光光学系レンズ１２４およびレーザ光反射部材１２５を配置することにより、回転軸１２２ａを中心として重心のバランスをとって回転させている。
【0041】
なお、本発明の第１実施例では、集光光学系レンズ１２４をレーザ光反射部材１２５の近傍に設置することにより、レーザ光Ｌをレーザ光反射部材１２５に向けてより確実に集光しているが、基本的には、レーザ光反射部材１２５に入射されるレーザ光Ｌを集光させることができればよく、その設置場所は、外套体１２１内であってもよい。
また、集光光学系レンズ１２４は、図中において、１つの集光レンズで簡略的に示しているが、複数のレンズを組み合わせて構成しても構わない。
また、集光光学系レンズ１２４は、図中において、１つの集光レンズで簡略的に示しているが、複数のレンズを組み合わせて構成しても構わない。
【0042】
本発明の第１実施例におけるレーザ光反射部材１２５は、平板状の反射鏡を用いており、反射面を所定の角度にした状態で回転体に設置されている。
より具体的には、図３乃至図５に示すように、レーザ光反射部材１２５は、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角をなすように回転体１２３の内壁面に一部が固定されている。
すなわち、レーザ光反射部材１２５は、レーザ光反射部材１２５によって反射されて被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓ内に入射したレーザ光Ｌが、被加工物Ｗの筒長手方向においてレーザ光反射部材１２５の進入位置よりもさらに奥の位置まで照射可能な角度で回転体１２３に予め設置されている。
より具体的には、図３乃至図５に示すように、レーザ光反射部材１２５は、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角をなすように回転体１２３の内壁面に一部が固定されている。
すなわち、レーザ光反射部材１２５は、レーザ光反射部材１２５によって反射されて被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓ内に入射したレーザ光Ｌが、被加工物Ｗの筒長手方向においてレーザ光反射部材１２５の進入位置よりもさらに奥の位置まで照射可能な角度で回転体１２３に予め設置されている。
【0043】
図３乃至図５に示すように、レーザ光反射部材１２５が、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角をなすように回転体１２３に組み込まれている場合、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓ内に入射したレーザ光Ｌが、被加工物Ｗの筒長手方向においてレーザ光反射部材１２５の進入位置よりもさらに奥の位置まで照射可能になるため、筒状の被加工物Ｗが有底であっても、レーザ導光手段１２０の被加工物Ｗの底面側に向けられた回転体１２３の端部が被加工物Ｗの底面に不用意に追突することがなく、被加工物Ｗの底面周辺の内周壁面Ｗｓまで確実にレーザ加工することができる。
【0044】
なお、本発明の第１実施例では、図３乃至図５に示すように、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角をなすように回転体１２３に組み込んでいるが、図６に示すように、レーザ光反射部材１２５を、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が略直角をなすように回転体１２３に設置してもよい。
図６に示すような場合には、入射角と反射角との和が略直角をなすようにレーザ光反射部材１２５によって反射されたレーザ光Ｌは、入射角と反射角との和が鈍角をなす場合に比してより高密度で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに照射することが可能になる。
すなわち、レーザ光反射部材１２５が、入射角と反射角との和を略直角に設定して回転体１２３に組み込んだ場合、特に、高密度でのレーザ加工が要求される切断処理、溶接処理等、焼き入れ処理などのレーザ加工処理に有効である。
図６に示すような場合には、入射角と反射角との和が略直角をなすようにレーザ光反射部材１２５によって反射されたレーザ光Ｌは、入射角と反射角との和が鈍角をなす場合に比してより高密度で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに照射することが可能になる。
すなわち、レーザ光反射部材１２５が、入射角と反射角との和を略直角に設定して回転体１２３に組み込んだ場合、特に、高密度でのレーザ加工が要求される切断処理、溶接処理等、焼き入れ処理などのレーザ加工処理に有効である。
【0045】
＜４．移動手段の具体的構成について＞
本発明の第１実施例で用いた移動手段１３０は、例えば、外套体１２１の端部が連結されたスライダ１３１がボールねじに沿って移動されるボールねじ式の駆動手段によって実現される。
この移動手段１３０によって、レーザ導光手段１２０の回転体１２３が被加工物Ｗの筒長手方向に沿って被加工物Ｗの長手方向一端部周辺位置と他端部周辺位置との間で移動配置可能になっている。
本発明の第１実施例で用いた移動手段１３０は、例えば、外套体１２１の端部が連結されたスライダ１３１がボールねじに沿って移動されるボールねじ式の駆動手段によって実現される。
この移動手段１３０によって、レーザ導光手段１２０の回転体１２３が被加工物Ｗの筒長手方向に沿って被加工物Ｗの長手方向一端部周辺位置と他端部周辺位置との間で移動配置可能になっている。
【0046】
＜５．加工物固定手段の具体的構成について＞
本発明の第１実施例で用いた加工物固定手段１４０は、被加工物Ｗをレーザ加工装置１００の機台フレーム上の所定位置に固定するものである。
すなわち、被加工物Ｗは、レーザ加工装置１００の所定位置に回転不可能な状態で固定されている。
このように被加工物Ｗが加工物固定手段１４０によってレーザ加工装置１００の所定位置に固定されるため、レーザ導光手段１２０が被加工物Ｗに対して相対的に移動されることによって被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓへのレーザ光Ｌの照射位置が変化される。
本発明の第１実施例で用いた加工物固定手段１４０は、被加工物Ｗをレーザ加工装置１００の機台フレーム上の所定位置に固定するものである。
すなわち、被加工物Ｗは、レーザ加工装置１００の所定位置に回転不可能な状態で固定されている。
このように被加工物Ｗが加工物固定手段１４０によってレーザ加工装置１００の所定位置に固定されるため、レーザ導光手段１２０が被加工物Ｗに対して相対的に移動されることによって被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓへのレーザ光Ｌの照射位置が変化される。
【0047】
＜６．レーザ加工装置を用いた焼き入れ処理について＞
ここで、レーザ加工装置１００を用いた焼き入れ処理の一例について説明する。
なお、以下の説明では、被加工物Ｗが、有底の筒状部材であり、レーザ光反射部材１２５におけるレーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角である。
そして、本実施例のレーザ加工装置１００は、不図示の制御手段によってレーザ加工装置１００を構成する各手段の動作が制御される。
すなわち、制御手段によって移動手段１３０によるレーザ導光手段１２０の筒長手方向に沿った移動、レーザ発生源１１０によるレーザ光Ｌの出射および出射停止、回転モータ１２２による回転体１２３の回転および回転停止等のレーザ加工装置１００の各部の動作が制御される。
なお、レーザ加工装置１００は、制御手段によって全自動で動作させるだけでなく、手動操作を一部に介在させても構わない。
ここで、レーザ加工装置１００を用いた焼き入れ処理の一例について説明する。
なお、以下の説明では、被加工物Ｗが、有底の筒状部材であり、レーザ光反射部材１２５におけるレーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角である。
そして、本実施例のレーザ加工装置１００は、不図示の制御手段によってレーザ加工装置１００を構成する各手段の動作が制御される。
すなわち、制御手段によって移動手段１３０によるレーザ導光手段１２０の筒長手方向に沿った移動、レーザ発生源１１０によるレーザ光Ｌの出射および出射停止、回転モータ１２２による回転体１２３の回転および回転停止等のレーザ加工装置１００の各部の動作が制御される。
なお、レーザ加工装置１００は、制御手段によって全自動で動作させるだけでなく、手動操作を一部に介在させても構わない。
【0048】
まず、レーザ加工装置１００の機台フレームに固定された被加工物Ｗに対して、レーザ導光手段１２０の外套体１２１が移動手段１３０によって被加工物Ｗの上方から被加工物Ｗの上端部の内周壁面Ｗｓにレーザ光Ｌを照射可能なレーザ照射開始位置に下降移動され、その後、回転モータ１２２が駆動されて回転体１２３が回転開始されると共にレーザ発生源１１０によってレーザ光Ｌが出射開始される。
これによって、レーザ発生源１１０から出射されたレーザ光Ｌが回転モータ１２２の回転軸１２２ａを通って回転体１２３内のレーザ光反射部材１２５に入射され、レーザ光反射部材１２５によって反射されたレーザ光Ｌが被加工物Ｗの上端部の内周壁面Ｗｓに所定の入射角度で入射される。
ここで、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転される回転体１２３に組み込まれたレーザ光反射部材１２５が回転体１２３の回転軸１２２ａ、すなわち、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転体１２３と一体となって回転されるため、回転不可能な状態で固定された被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して周方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌが照射される。
これによって、レーザ発生源１１０から出射されたレーザ光Ｌが回転モータ１２２の回転軸１２２ａを通って回転体１２３内のレーザ光反射部材１２５に入射され、レーザ光反射部材１２５によって反射されたレーザ光Ｌが被加工物Ｗの上端部の内周壁面Ｗｓに所定の入射角度で入射される。
ここで、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転される回転体１２３に組み込まれたレーザ光反射部材１２５が回転体１２３の回転軸１２２ａ、すなわち、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転体１２３と一体となって回転されるため、回転不可能な状態で固定された被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して周方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌが照射される。
【0049】
回転体１２３を少なくとも１回転させたタイミングで、レーザ導光手段１２０の外套体１２１が移動手段１３０によって筒長手方向となる被加工物Ｗの筒内方に向けて所定量移動される。
これによって、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射させることができる。
このような被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して、周方向および筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射する処理を繰り返し、内周壁面Ｗｓ全域に対するレーザ加工処理、すなわち、被加工物Ｗの上端部から下端部の底面周辺の内周壁面Ｗｓに対するレーザ加工処理が完了されると、レーザ発生源１１０によるレーザ光Ｌの照射が停止されると共に回転モータ１２２による回転体１２３の回転が停止され、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対する焼き入れ処理が完了される。
これによって、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射させることができる。
このような被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して、周方向および筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射する処理を繰り返し、内周壁面Ｗｓ全域に対するレーザ加工処理、すなわち、被加工物Ｗの上端部から下端部の底面周辺の内周壁面Ｗｓに対するレーザ加工処理が完了されると、レーザ発生源１１０によるレーザ光Ｌの照射が停止されると共に回転モータ１２２による回転体１２３の回転が停止され、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対する焼き入れ処理が完了される。
【0050】
また、この説明では、焼き入れ処理の流れを説明したが、切断、溶接、切削等、処理の内容に応じて移動手段１３０によるレーザ導光手段１２０の筒長手方向に沿った移動量、レーザ発生源１１０によるレーザ光Ｌの出射タイミング、回転モータ１２２による回転体１２３の回転動作のタイミング等のレーザ加工装置１００の各部の動作を設定すればよい。
例えば、切断処理の場合、移動手段１３０によってレーザ導光手段１２０を筒長手方向の切断位置に移動させた後、その切断位置で切断完了されるまで回転モータ１２２によって回転体１２３を回転させてレーザ光Ｌを照射するとよい。
また、この説明では、移動手段１３０によってレーザ導光手段１２０を筒長手方向の上方から下方に向けて移動させて被加工物Ｗの内周壁面にレーザ加工処理を施すもの例示したが、移動手段１３０によってレーザ導光手段１２０を筒長手方向の下方から上方に向けて移動させて被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓにレーザ加工処理を施しても構わない。
例えば、切断処理の場合、移動手段１３０によってレーザ導光手段１２０を筒長手方向の切断位置に移動させた後、その切断位置で切断完了されるまで回転モータ１２２によって回転体１２３を回転させてレーザ光Ｌを照射するとよい。
また、この説明では、移動手段１３０によってレーザ導光手段１２０を筒長手方向の上方から下方に向けて移動させて被加工物Ｗの内周壁面にレーザ加工処理を施すもの例示したが、移動手段１３０によってレーザ導光手段１２０を筒長手方向の下方から上方に向けて移動させて被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓにレーザ加工処理を施しても構わない。
【0051】
＜７．本発明の第１実施例であるレーザ加工装置が奏する効果＞
上述したように、本発明の第１実施例であるレーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ発生源１１０と、被加工物Ｗに対してレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌの光軸Ａを中心に回転させながら被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けて導光するレーザ導光手段１２０と、このレーザ導光手段１２０または被加工物Ｗの少なくとも一方を被加工物Ｗの筒長手方向に沿って移動させる移動手段１３０と、を備えていることにより、従来のような被加工物Ｗ自体を周方向に回転させる大掛かりな回転駆動手段を設けることなく、簡素で且つ小型化された装置構成で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対するレーザ光Ｌの周方向の照射位置を順次変位させて被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対してレーザ光Ｌを簡便かつ的確に照射してレーザ加工を高精度に達成することができる。
上述したように、本発明の第１実施例であるレーザ加工装置１００は、レーザ光Ｌを出射するレーザ発生源１１０と、被加工物Ｗに対してレーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌの光軸Ａを中心に回転させながら被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに向けて導光するレーザ導光手段１２０と、このレーザ導光手段１２０または被加工物Ｗの少なくとも一方を被加工物Ｗの筒長手方向に沿って移動させる移動手段１３０と、を備えていることにより、従来のような被加工物Ｗ自体を周方向に回転させる大掛かりな回転駆動手段を設けることなく、簡素で且つ小型化された装置構成で被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対するレーザ光Ｌの周方向の照射位置を順次変位させて被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対してレーザ光Ｌを簡便かつ的確に照射してレーザ加工を高精度に達成することができる。
【0052】
また、レーザ導光手段１２０が、レーザ光Ｌの光軸Ａに合致する回転軸１２２ａを備えてこの回転軸１２２ａ内にレーザ光Ｌを導光させる回転モータ１２２と、この回転モータ１２２の回転軸１２２ａと同軸かつ同期回転自在に設けた回転体１２３と、この回転体１２３内に組込まれたレーザ光反射部材１２５とで構成されていることにより、従来のように被加工物Ｗを回転させることなく、レーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌをレーザ光反射部材１２５から被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに確実に照射させることができる。
そして、レーザ光反射部材１２５が内部に組み込まれた回転体１２３が回転モータ１２２の回転軸１２２ａと同軸上に設けられていることにより、レーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌをレーザ光反射部材１２５から被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに高精度で照射させることができる。
そして、レーザ光反射部材１２５が内部に組み込まれた回転体１２３が回転モータ１２２の回転軸１２２ａと同軸上に設けられていることにより、レーザ発生源１１０から出射したレーザ光Ｌをレーザ光反射部材１２５から被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに高精度で照射させることができる。
【0053】
さらに、回転軸１２２ａが、中空軸であることにより、筒状の被加工物Ｗが有底であっても、レーザ発生源１１０から出射されたレーザ光Ｌを回転軸１２２ａの被加工物Ｗの底面に向けられた端部とは反対側の端部から中空軸内を通してレーザ光反射部材１２５に導光させることができる。
【0054】
また、回転軸１２２ａが、光透過性材料からなる中実軸であることにより、筒状の被加工物Ｗが有底であっても、レーザ発生源１１０から出射されたレーザ光Ｌを回転軸１２２ａの被加工物Ｗの底面に向けられた端部とは反対側の端部から回転軸１２２ａを通してレーザ光反射部材１２５に導光させることができるとともに、レーザ発生源１１０から出射されたレーザ光Ｌを回転軸１２２ａの径方向の幅全体を有効に利用してレーザ光反射部材１２５に導光させることができる。
【0055】
また、レーザ光反射部材１２５が、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角をなすように回転体１２３に設置されていることにより、筒状の被加工物Ｗが有底であっても、レーザ導光手段１２０の被加工物Ｗの底面側に向けられた回転体１２３の端部が被加工物Ｗの底面に不用意に追突することがなく、被加工物Ｗの底面周辺の内周壁面Ｗｓまで確実にレーザ加工することができるなど、その効果は格別である。
【第２実施例】
【0056】
以下、図７Ａおよび図７Ｂに基づいて、本発明の第２実施例であるレーザ加工装置２００を説明する。
ここで、図７Ａは、レーザ光の入射角と反射角との和を鈍角に設定した場合のレーザ光の照射状態を示す図である。図７Ｂは、レーザ光の入射角と反射角との和を略直角に設定した場合のレーザ光の照射状態を示す図である。
ここで、図７Ａは、レーザ光の入射角と反射角との和を鈍角に設定した場合のレーザ光の照射状態を示す図である。図７Ｂは、レーザ光の入射角と反射角との和を略直角に設定した場合のレーザ光の照射状態を示す図である。
【0057】
本発明の第２実施例であるレーザ加工装置２００は、上述した本発明の第１実施例であるレーザ加工装置１００と比較すると、レーザ導光手段２２０が、レーザ光反射部材によって反射されるレーザ光Ｌの反射角を変更自在とする反射角変更手段２２６を備えている構成のみが異なっており、その他の構成については、基本的に何ら変わることがないため、上述した第１実施例のレーザ加工装置１００と同一の部分、部材について対応する２００番台の符号を付すことにより、その重複する説明を省略する。
【0058】
本発明の第２実施例であるレーザ加工装置２００の反射角変更手段２２６は、レーザ光反射部材２２５の一部を突き当てて複数の角度で回転体２２３内に固定できるように回転体２２３の内面に形成された面である。
この反射角変更手段２２６は、より具体的には、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角をなすようにレーザ光反射部材１２５の一部を突き当てて固定する鈍角固定面２２６ａ（図７Ａ参照）と、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が略直角をなすようにレーザ光反射部材２２５の一部を突き当てて固定する直角固定面２２６ｂ（図７Ｂ参照）と、を有する。
この反射角変更手段２２６は、より具体的には、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が鈍角をなすようにレーザ光反射部材１２５の一部を突き当てて固定する鈍角固定面２２６ａ（図７Ａ参照）と、レーザ光Ｌの入射角と反射角との和が略直角をなすようにレーザ光反射部材２２５の一部を突き当てて固定する直角固定面２２６ｂ（図７Ｂ参照）と、を有する。
【0059】
このような本発明の第２実施例であるレーザ加工装置２００は、有底の被加工物Ｗに対して底面周辺の内周壁面Ｗｓに対しても満遍なくレーザ加工を施したい場合、レーザ加工装置２００によってレーザ加工を開始する前に、レーザ光反射部材２２５を鈍角固定面２２６ａに固定することにより、レーザ発生源２１０から出射されたレーザ光Ｌが、レーザ光反射部材２２５によって入射角と反射角との和が鈍角をなすように被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに照射され、有底の被加工物Ｗにおける底面周辺の内周壁面Ｗｓに対して確実に焼入れ等のレーザ加工を施すことができる。
【0060】
一方、本発明の第２実施例であるレーザ加工装置２００は、切断、溶接等の被加工物の端部から比較的離れた内周壁面Ｗｓにレーザ加工を施したい場合、レーザ加工装置２００によってレーザ加工を開始する前に、レーザ光反射部材２２５を直角固定面２２６ｂに固定することにより、レーザ発生源２１０から出射されたレーザ光Ｌが、レーザ光反射部材２２５によって入射角と反射角との和が略直角をなすように被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに照射され、切断、溶接等の加工処理に必要なより高密度のレーザ光で確実なレーザ加工を施すことができる。
【0061】
上述したような本実施例のレーザ加工装置２００は、本発明の第１実施例であるレーザ加工装置１００と同様の効果を奏すると共に、照射角度を変えて被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓにレーザ光Ｌを照射することができるため、底なしあるいは有底の被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに各種加工に応じて異なったレーザ光Ｌの入射角度でレーザ加工を施すことができるなど、その効果は格別である。
【第３実施例】
【0062】
以下、図８乃至図９に基づいて、本発明の第３実施例であるレーザ加工装置３００を説明する。
ここで、図８は、本発明の第３実施例に係るレーザ加工装置を示す側断面図であり、図９は、図８に示すレーザ加工装置の回転体周辺の拡大図である。
ここで、図８は、本発明の第３実施例に係るレーザ加工装置を示す側断面図であり、図９は、図８に示すレーザ加工装置の回転体周辺の拡大図である。
【0063】
本発明の第３実施例であるレーザ加工装置３００は、上述した本発明の第１実施例であるレーザ加工装置１００と比較すると、被加工物に対するレーザ発生源３１０の配置形態のみが異なっており、その他の構成については、基本的に何ら変わることがないため、上述した第１実施例のレーザ加工装置１００と同一の部分、部材について対応する３００番台の符号を付すことにより、その重複する説明を省略する。
【0064】
本発明の第３実施例であるレーザ加工装置３００は、レーザ発生源３１０が筒状の被加工物Ｗに対してレーザ導光手段３２０が進入される側とは逆側の端部開口部からレーザ光Ｌを出射するように配置されている。
すなわち、レーザ加工装置３００は、移動手段３３０によってレーザ導光手段３２０を筒状の被加工物Ｗの一端側開口部から被加工物Ｗ内に移動可能であるとともに、レーザ発生源３１０から出射されたレーザ光Ｌを被加工物Ｗの他端側開口部から被加工物Ｗ内に向けて照射されるように構成されている。
すなわち、レーザ加工装置３００は、移動手段３３０によってレーザ導光手段３２０を筒状の被加工物Ｗの一端側開口部から被加工物Ｗ内に移動可能であるとともに、レーザ発生源３１０から出射されたレーザ光Ｌを被加工物Ｗの他端側開口部から被加工物Ｗ内に向けて照射されるように構成されている。
【0065】
ここで、レーザ加工装置３００によって被加工物Ｗに対して実施される焼入れ処理の流れについて説明する。
なお、以下の説明では、被加工物Ｗが有底でない筒状部材であり、レーザ光反射部材３２５がレーザ光Ｌの入射角と反射角との和が略直角をなすように回転体３２３に設置されているものとする。
なお、以下の説明では、被加工物Ｗが有底でない筒状部材であり、レーザ光反射部材３２５がレーザ光Ｌの入射角と反射角との和が略直角をなすように回転体３２３に設置されているものとする。
【0066】
まず、レーザ加工装置３００の機台フレームに加工物固定手段３４０によって固定された被加工物Ｗに対して、レーザ導光手段３２０が移動手段３３０によって被加工物Ｗの上方から被加工物Ｗの下端部の内周壁面Ｗｓにレーザ光Ｌを照射可能なレーザ照射開始位置に下降移動され、その後、回転モータ３２２が駆動されて回転体３２３が回転開始されると共にレーザ発生源３１０によってレーザ光Ｌが出射開始される。
これによって、レーザ発生源３１０から出射されたレーザ光Ｌが回転体３２３内のレーザ光反射部材３２５に入射され、レーザ光反射部材３２５によって反射されたレーザ光Ｌが被加工物Ｗの下端部の内周壁面Ｗｓに所定の入射角度で入射される。
ここで、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転される回転体３２３に組み込まれたレーザ光反射部材３２５が回転体３２３の回転軸３２２ａ、すなわち、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転されるため、機台フレームに固定された被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して周方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌが照射される。
これによって、レーザ発生源３１０から出射されたレーザ光Ｌが回転体３２３内のレーザ光反射部材３２５に入射され、レーザ光反射部材３２５によって反射されたレーザ光Ｌが被加工物Ｗの下端部の内周壁面Ｗｓに所定の入射角度で入射される。
ここで、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転される回転体３２３に組み込まれたレーザ光反射部材３２５が回転体３２３の回転軸３２２ａ、すなわち、レーザ光Ｌの光軸Ａを中心として回転されるため、機台フレームに固定された被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して周方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌが照射される。
【0067】
回転体３２３を少なくとも１回転させたタイミングで、レーザ導光手段３２０が移動手段３３０によって筒長手方向となる被加工物Ｗの筒内上方に向けて所定量移動される。
これによって、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射させることができる。
このような被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して、周方向および筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射する処理を繰り返し、内周壁面全域のレーザ加工処理、すなわち被加工物の下端部から上端部の内周壁面Ｗｓに対してのレーザ加工処理が完了されると、レーザ発生源３１０によるレーザ光Ｌの照射が停止されると共に回転モータ３２２による回転体３２３の回転が停止され、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対する焼き入れ処理が完了される。
これによって、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射させることができる。
このような被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対して、周方向および筒長手方向に位置を移動させながらレーザ光Ｌを照射する処理を繰り返し、内周壁面全域のレーザ加工処理、すなわち被加工物の下端部から上端部の内周壁面Ｗｓに対してのレーザ加工処理が完了されると、レーザ発生源３１０によるレーザ光Ｌの照射が停止されると共に回転モータ３２２による回転体３２３の回転が停止され、被加工物Ｗの内周壁面Ｗｓに対する焼き入れ処理が完了される。
【0068】
上述したような本実施例のレーザ加工装置は、有底でない筒状の被加工物に対して本発明の第１実施例であるレーザ加工装置と同様の効果を奏することができる。
【0069】
以上、本発明に係るレーザ加工装置について実施例を用いて説明したが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【符号の説明】
【0070】
１００ 、２００ 、３００ ・・・レーザ加工装置
１１０ 、３１０ ・・・レーザ発生源
１２０ 、２２０ 、３２０ ・・・レーザ導光手段
１２１ 、３２１ ・・・外套体
１２２ 、３２２ ・・・回転モータ
１２２ａ、２２２ａ、３２２ａ ・・・回転軸
１２３ 、２２３ 、３２３ ・・・回転体
１２３ａ、２２３ａ、３２３ａ ・・・開口部
１２４ 、２２４ 、３２４ ・・・集光光学系レンズ
１２５ 、２２５ 、３２５ ・・・レーザ光反射部材
２２６ ・・・反射角変更手段
２２６ａ ・・・鈍角固定面
２２６ｂ ・・・直角固定面
１３０ 、 ３３０ ・・・移動手段
１３１ 、 ３３１ ・・・スライダ
１４０ 、 ３４０ ・・・加工物固定手段
Ｗ ・・・被加工物
Ｗｓ ・・・内周壁面
Ｌ ・・・レーザ光
Ａ ・・・光軸
１１０ 、３１０ ・・・レーザ発生源
１２０ 、２２０ 、３２０ ・・・レーザ導光手段
１２１ 、３２１ ・・・外套体
１２２ 、３２２ ・・・回転モータ
１２２ａ、２２２ａ、３２２ａ ・・・回転軸
１２３ 、２２３ 、３２３ ・・・回転体
１２３ａ、２２３ａ、３２３ａ ・・・開口部
１２４ 、２２４ 、３２４ ・・・集光光学系レンズ
１２５ 、２２５ 、３２５ ・・・レーザ光反射部材
２２６ ・・・反射角変更手段
２２６ａ ・・・鈍角固定面
２２６ｂ ・・・直角固定面
１３０ 、 ３３０ ・・・移動手段
１３１ 、 ３３１ ・・・スライダ
１４０ 、 ３４０ ・・・加工物固定手段
Ｗ ・・・被加工物
Ｗｓ ・・・内周壁面
Ｌ ・・・レーザ光
Ａ ・・・光軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【手続補正書】
【提出日】2020-12-04
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
