(57)【要約】【課題】  切削加工を行う工作機械においてレーザ焼き入れもできるようにする。【解決手段】複数の工具を支持する刃物台（２０２）と、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段（Ａ）と、によって工作機械を構成する。刃物台（２０２）に切削加工用の工具を装着した場合にはワーク（Ｗ）に切削加工を施すことができ、刃物台（２０２）にレーザ光照射用工具（１００）を装着した場合にはワーク（Ｗ）に焼き入れを施すことができる。このように工具を交換するだけで、切削加工やレーザ焼き入れを行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持するワーク保持手段と、少なくとも１本の工具を移動可能に支持する刃物台と、を備えた工作機械において、
レーザ光を発生させるレーザ光発生手段を前記刃物台に配置し、
該レーザ光発生手段にて発生されたレーザ光によって前記ワーク保持手段に保持されたワークの焼き入れを行う、
ことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記刃物台は、回動軸の回りに回動可能となるように構成され、
前記レーザ光発生手段が配置される場所は、前記回動軸に略直交してなる前記刃物台の表面である、
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記レーザ光発生手段は、レーザ光を出射する半導体レーザ光源と、該出射されたレーザ光を伝送する光導波部と、を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記半導体レーザ光源は、レーザ光を出射する出射口を複数有し、
前記光導波部は、各出射口からのレーザ光が入射されるように配置された複数の光ファイバの束からなる第１光導波部と、該第１光導波部からのレーザ光を通過させるように配置された第２光導波部と、からなる、
ことを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
【請求項５】
前記第２光導波部は、外周面に反射処理が施された導光体により構成され、かつ、
レーザ光は前記外周面にて反射されながら前記導光体を透過される、
ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項６】
前記第２光導波部は、所定の部材の内部に形成された中空通路であり、該通路の内面には反射処理が施され、かつ、
レーザ光は前記内面にて反射されながら前記中空通路を透過される、
ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
【請求項７】
前記第１光導波部及び前記第２光導波部の少なくとも一方は、断面積が漸次減少するように構成されたテーパ光路部を有し、かつ、
前記半導体レーザ光源からのレーザ光は、前記テーパ光路部を通過する過程でパワー密度が高められる、
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項８】
前記テーパ光路部は、断面積が漸次減少するように構成された複数の光ファイバをバンドル構造にしたものである、
ことを特徴とする請求項７に記載の工作機械。
【請求項９】
前記刃物台は、切削加工用工具を支持したり該工具の替わりにレーザ光照射用工具を支持したりする工具装着部を少なくとも１つ有し、
前記光導波部は、前記半導体レーザ光源の近傍から前記工具装着部の近傍に亘って配設されて、該工具装着部の近傍に工具側端部を有し、
前記レーザ光照射用工具は、前記工具装着部に支持された状態で前記光導波部の工具側端部に接続されることに基き、前記半導体レーザ光源から供給されたレーザ光を前記ワークに照射し得る、
ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１０】
前記ワーク保持手段は、保持したワークを回転できるように構成され、
前記工具装着部に対峙し得る位置には、前記切削加工用工具及び前記レーザ光照射用工具を該工具装着部に装着及び脱着する自動工具交換装置が配置され、
該自動工具交換装置によって工具を交換することにより、回転しているワークに対して切削加工や焼き入れを行えるようにした、
ことを特徴とする請求項９に記載の工作機械。
【請求項１１】
前記工具側端部を開閉可能にするシャッタ手段、を備え、
該シャッタ手段は、前記レーザ光照射用工具を前記工具側端部に接続する場合には該端部を開放し、前記レーザ光照射用工具が前記工具側端部から取り外された場合には前記工具側端部を閉塞して該端部への異物の付着を抑制する、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の工作機械。
【請求項１２】
前記シャッタ手段は、前記工具側端部を閉塞する閉塞位置と該端部を開口させる開口位置とに移動可能に構成された部材である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１本の工具を移動可能に支持する刃物台、及びレーザ発生手段の両方を備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工具を交換することができる工作機械が使用されており、該工作機械を用いて種々の機械加工が行われていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０７７４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような工作機械においては、機械加工だけでなく、レーザ光による表面焼き入れをワークに施したい場合もあるが、適切な構造のものは提案されていなかった。
【０００５】
本発明は、切削加工等だけでなくレーザ焼き入れも行うことができる工作機械を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、図１に例示するものであって、ワーク（Ｗ）を保持するワーク保持手段（２０３）と、少なくとも１本の工具（図３の符号２０１参照）を移動可能に支持する刃物台（２０２）と、を備えた工作機械（２００）において、
レーザ光を発生させるレーザ光発生手段（Ａ）を前記刃物台（２０２）に配置し、
該レーザ光発生手段（Ａ）にて発生されたレーザ光によって前記ワーク保持手段（２０３）に保持されたワーク（Ｗ）の焼き入れを行う、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記刃物台（２０２）は、回動軸（２０２ａ）の回りに回動可能となるように構成され、
前記レーザ光発生手段（Ａ）が配置される場所は、前記回動軸（２０２ａ）に略直交してなる前記刃物台（２０２）の表面（２０２ｂ）である、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記レーザ光発生手段（Ａ）は、図４に例示するように、レーザ光を出射する半導体レーザ光源（２）と、該出射されたレーザ光を伝送する光導波部（３）と、を有する、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、前記半導体レーザ光源（２）は、レーザ光を出射する出射口（２０）を複数有し、
前記光導波部（３）は、各出射口（２０）からのレーザ光が入射されるように配置された複数の光ファイバの束からなる第１光導波部（３０）と、該第１光導波部（３０）からのレーザ光を通過させるように配置された第２光導波部（３１）と、からなる、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記第２光導波部（３１）は、外周面に反射処理が施された導光体（図７の符号３１２参照）により構成され、かつ、
レーザ光は前記外周面にて反射されながら前記導光体を透過される、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記第２光導波部（３１）は、図８に例示するように、所定の部材（３１０）の内部に形成された中空通路（３１０ｃ）であり、該通路の内面には反射処理が施され、かつ、
レーザ光は前記内面にて反射されながら前記中空通路を透過される、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明は、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の発明において、前記第１光導波部（３０）及び前記第２光導波部（３１）の少なくとも一方は、断面積が漸次減少するように構成されたテーパ光路部を有し、かつ、
前記半導体レーザ光源（２）からのレーザ光は、前記テーパ光路部を通過する過程でパワー密度が高められる、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明において、前記テーパ光路部は、断面積が漸次減少するように構成された複数の光ファイバ（図９(b) 参照）をバンドル構造にしたものである（同図(c)
参照）、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に係る発明は、請求項３乃至８のいずれか１項に記載の発明において、前記刃物台（２０２）は、切削加工用工具（図３の符号２０１参照）を支持したり該工具の替わりにレーザ光照射用工具（図１の符号１００参照）を支持したりする工具装着部（２０２６）を少なくとも１つ有し、
前記光導波部（３）は、前記半導体レーザ光源（２）の近傍から前記工具装着部（２０２６）の近傍に亘って配設されて、該工具装着部（２０２６）の近傍に工具側端部（３１ａ）を有し、
前記レーザ光照射用工具（１００）は、前記工具装着部（２０２６）に支持された状態で前記光導波部の工具側端部（３１ａ）に接続されることに基き、前記半導体レーザ光源（２）から供給されたレーザ光を前記ワーク（Ｗ）に照射し得る、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明において、前記ワーク保持手段は、保持したワーク（Ｗ）を回転できるように構成され（図１４の符号２０３Ａ参照）、
前記工具装着部（２０２６Ａ）に対峙し得る位置には、前記切削加工用工具及び前記レーザ光照射用工具を該工具装着部（２０２６Ａ）に装着及び脱着する自動工具交換装置が配置され、
該自動工具交換装置によって工具を交換することにより、回転しているワーク（Ｗ）に対して切削加工や焼き入れを行えるようにした、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に係る発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記工具側端部（３１ａ）を開閉可能にするシャッタ手段（３１１）、を備え、
該シャッタ手段（３１１）は、前記レーザ光照射用工具（１００）を前記工具側端部（３１ａ）に接続する場合には該端部（３１ａ）を開放し、前記レーザ光照射用工具（１００）が前記工具側端部（３１ａ）から取り外された場合には前記工具側端部（３１ａ）を閉塞して該端部（３１ａ）への異物の付着を抑制する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に係る発明は、請求項１１に記載の発明において、前記シャッタ手段（３１１）は、前記工具側端部（３１ａ）を閉塞する閉塞位置（図１０の符号３１１Ｃ参照）と該端部（３１ａ）を開口させる開口位置（３１１Ａ）とに移動可能に構成された部材である、ことを特徴とする。
【００１８】
なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、工作機械において切削加工だけでなくレーザ焼き入れを行うことができる。したがって、工作機械の他にレーザ焼き入れ装置を設置する必要が無く、設置スペ−スの増加を防止することができる。また、ワークを工作機械からレーザ焼き入れ装置に移動させる必要もなく、作業時間が短縮され、作業自体も簡素化される。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、レーザ光発生手段は既存の空きスペ−ス（すなわち、回動軸に略直交してなる刃物台の表面）に配置すれば足り、配置スペースを新たに確保する必要も無い。したがって、工作機械の大型化を防止できる。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、半導体レーザ光源を用いるので、レーザ光発生手段を小型にでき、前記刃物台への搭載を実現することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、各出射口から出射されるレーザ光を複数の光ファイバにて集めるため、レーザ光の出力を高めることが可能となる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、導光体にて第２光導波部を構成するため、前記導光体の位置を変えるだけで、レーザ光の光路位置を簡単に調整することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、前記第２光導波部は機械加工によって形成することができ、レーザ光の光路の位置精度を高めることができる。また、所定の部材として熱伝導性に優れた材質のものを用いた場合には、冷却効率を向上させることも可能となる。
【００２５】
請求項７に係る発明によれば、パワー密度を高めることができ、レーザ焼き入れを円滑に行うことができる。
【００２６】
請求項８に係る発明によれば、パワー密度を効率良く高めることができる。
【００２７】
請求項９に係る発明によれば、使用しない場合にはレーザ光照射用工具を刃物台から取り外しておくことができ、レーザ光照射用工具への異物付着等を防止できる。また、切削加工用工具とレーザ光照射用工具を単一の工具装着部で支持することができ、装置のコンパクト化に寄与することができる。
【００２８】
請求項１０に係る発明によれば、工具の装着や脱着を簡単に行うことができる。
【００２９】
請求項１１に係る発明によれば、前記光導波部の端部（工具側端部）への異物の付着等を抑制でき、該光導波部中の異物の存在に起因するレーザ光のパワーダウンを回避することができる。
【００３０】
請求項１２に係る発明によれば、シャッタ手段を簡単な構成にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図１乃至図１３に沿って、本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る工作機械の構造の一例を示す断面図であり、図２は、本発明に係る工作機械の外観の一例を示す斜視図である。また、図３は、切削加工用工具２０１を装着した状態の工作機械を示す断面図であり、図４は、レーザ光発生手段やレーザ光照射用工具の構成を示す断面図である。さらに、図５は、レーザ光発生手段等の構成を示す外観斜視図であり、図６は、レーザ光発生手段やレーザ光照射用工具の構成を示す外観斜視図である。また、図７は、レーザ光照射用工具の装着部分の構造を示す部分断面図であり、図８は、第２光導波部３１の構造の一例を示す分解斜視図である。さらに、図９は、テーパ光路部の構造の一例を示す図であり、図１０は、第２光導波部３１の開口端（工具側端部）の閉塞機構の一例を示す図である。
【００３２】
本発明に係る工作機械は、図１及び図２に符号２００で示すように、ワークＷを保持するワーク保持手段２０３と、工具（図３の符号２０１参照）を支持する刃物台２０２と、を備えている。
【００３３】
この内、ワーク保持手段２０３は、ワークＷを静止状態に保持したり、移動させたり、回転させたりできるように構成すると良い。ワークＷを回転させることができるワーク保持手段としては、図１４に符号２０３Ａに示すチャックや、不図示の心押し台等を挙げることができる。
【００３４】
他方の刃物台２０２は、少なくとも１本の工具を待機位置と加工位置（ワークＷを加工するための位置）とに移動可能に支持している。前記刃物台２０２は、例えば、回動軸（自転軸）２０２ａの回りに回動可能（自転可能）となるように構成すると良い。また、刃物台２０２には工具装着部２０２６を少なくとも１つ設けておいて、前記工具はその工具装着部２０２６により着脱自在に支持されるようにすると良い。図１中の符号２０２１は軸部を示し、符号２０２２は、軸部２０２１に回転自在に支持されると共に工具装着部２０２６と回動軸２０２ａ回りに一体回転するように構成された可動部を示す。また、符号２０２３は、軸部２０２１や可動部２０２２を収納するケースを示し、符号２０２４は、ケース２０２３の側に支持されたコアを示し、符号２０２５はコア２０２４に巻回されたコイルを示す。そして、可動部２０２２の外周面であって、コア２０２４に対向し得る位置には磁石２０２７が、その周方向に複数配置されている。このような構成のものでは、コイル２０２５に通電すると、前記コア２０２４と磁石２０２７との間に斥力や引力が発生し、それらの力により可動部２０２２や工具装着部２０２６を所定回転位置にまで回転させることができる。なお、符号２０４は、空気を送り込んで刃物台２０２の内部を冷却する冷却装置を示す。図示の刃物台２０２では、可動部２０２２に大きなトルクが作用し、その駆動部分（コア２０２４やコイル２０２５等）には相当量の熱が発生するので、これらを冷却するために有効である。これにより、コア２０２４やコイル２０２５の熱膨張を低減でき、コア２０２４と磁石２０２７との間のギャップを適正に保つことができる。
【００３５】
この刃物台２０２には、レーザ光を発生させるレーザ光発生手段（図１の符号Ａ参照）を配置し、該レーザ光発生手段Ａにて発生されたレーザ光によって前記ワーク保持手段２０３に保持されたワークＷの焼き入れを行う、ように構成されている。本発明によれば、工作機械において切削加工等だけでなくレーザ焼き入れを行うことができる。したがって、工作機械の他にレーザ焼き入れ装置を設置する必要が無く、設置スペ−スの増加を防止することができる。また、ワークを工作機械からレーザ焼き入れ装置に移動させる必要もなく、作業時間が短縮され、作業自体も簡素化される。なお、このような焼き入れは、ワーク保持手段２０３によりワークＷを回転させながら行うと良い。
【００３６】
刃物台２０２を、回動軸（自転軸）２０２ａの回りに回動可能（自転可能）となるように構成した場合、前記レーザ光発生手段Ａは、前記回動軸２０２ａに略直交してなる前記刃物台２０２の表面２０２ｂに配置すると良い。そのようにした場合、レーザ光発生手段Ａは既存の空きスペ−ス（すなわち、回動軸に略直交してなる刃物台の表面）に配置すれば足り、配置スペースを新たに確保する必要も無い。したがって、工作機械の大型化を防止できる。
【００３７】
前記レーザ光発生手段Ａは、図４に詳示するように、レーザ光を出射する半導体レーザ光源２と、該出射されたレーザ光を伝送する光導波部３と、によって構成すると良い。半導体レーザ光源２を用いた場合には、レーザ光発生手段Ａを小型にでき、前記刃物台２０２への搭載を実現することができる。
【００３８】
この内の半導体レーザ光源２は、図５に詳示するように、レーザ光を出射する出射口としてのエミッタ２０を複数有するものにすると良い。この光源２は、
・  エミッタ２０を一列に並べた“アレイ型”としても、
・  該アレイを複数積層させた“スタック型”としても、
良い。この半導体レーザ光源２は、１つだけ使用しても、図６に示すように複数使用しても良い。図では３つ示しているが、２つでも、４つ以上でも良い。このような半導体レーザ光源２としては、米国コヒレント社製の半導体レーザスタックアレー「Ｌｉｇｈｔ  Ｓｔａｃｋ」を挙げることができる。例えば、１９個のエミッタ（４０Ｗ）によりアレイを構成し、該アレイを２５段積層（スタック）して、エミッタの総数を１９個×２５段＝４７５個（４０Ｗ×２５段＝１ｋＷ）とすると良い。このようなレーザスタックを図６に示すように３個用いた場合には、エミッタの総数は４７５個×３＝１４２５個（１ｋＷ×３＝３ｋＷ）となる。
【００３９】
前記光導波部３は、図４に詳示するように、複数の光ファイバ３００の束からなる第１光導波部３０と、該第１光導波部３０からのレーザ光を通過させるように配置された第２光導波部３１と、によって構成すると良い。この内の光ファイバ３００は、各エミッタ２０からのレーザ光が入射されるように、一端を前記エミッタ２０に対向するように配置し（図５参照）、各エミッタ２０から出射されるレーザ光をそれぞれ伝送するようにすると良い。かかる場合、各エミッタ２０から出射されるレーザ光を複数の光ファイバ３００にて集めるため、レーザ光の出力を高めることが可能となる。各光ファイバ３００の端末部は、樹脂３０１に埋め込んだ状態で各エミッタ２０に対向配置させると良い。なお、光ファイバ３００の端末部とエミッタ２０との間にマイクロレンズ（速軸集光レンズや遅軸集光レンズ）２１を配置して、エミッタ２０からのレーザ光を光ファイバ３００の端面に集光させると良い。このようなマイクロレンズ２１はシート状にして、半導体レーザ光源２に貼着すると良い。その貼着は、接着剤やハンダ付けによって行うと良い。光ファイバ３００の他端は束ねてバンドル構造にすると良い。光ファイバ３００は、エミッタ２０の数と同数にすると良い。
【００４０】
さらに、前記第２光導波部３１は、
・  外周面に反射処理が施された導光体（図７の符号３１２参照）により構成し、レーザ光は前記外周面にて反射されながら前記導光体を透過されるようにしても、或いは、
・  図８に示すように、所定の部材（以下、“通路形成部材”とする）３１０の内部に形成された中空通路（符号３１０ｂ，３１０ｃ参照）であり、該通路の内面には反射処理が施され、かつ、レーザ光は前記内面にて反射されながら前記中空通路を透過される、
ようにすると良い。この通路形成部材３１０には、アルミニウム等の金属を用いると良い。中空通路を形成する方法としては、図８に示すように、通路形成部材を複数の部材３１０に分割できるようにしておき、その合わせ面３１０ａに溝３１０ｂを形成する方法を挙げることができる。該溝３１０ｂの部分には、鏡面仕上げやラッピング仕上げや金属コーティングを行うと良い。第２光導波部３１を導光体にて構成した場合には、導光体の位置を変えるだけでレーザ光の光路位置を簡単に調整することが可能となる。第２光導波部３１を中空通路で構成した場合には、前記第２光導波部は機械加工によって形成することができ、レーザ光の光路の位置精度を高めることができる。また、所定の部材として熱伝導性に優れた材質のものを用いた場合には、冷却効率を向上させることも可能になる。
【００４１】
前記第１光導波部３０及び前記第２光導波部３１の少なくとも一方は、断面積（横断面の面積）がレーザ光の進行方向に沿って漸次減少するように構成されたテーパ光路部を有し、かつ、前記半導体レーザ光源２からのレーザ光は、前記テーパ光路部を通過する過程でパワー密度が高められる、ようにすると良い。これにより、レーザ焼き入れを円滑に行うことができる。
【００４２】
このテーパ光路部は、断面積が漸次減少するように構成された複数の光ファイバをバンドル構造にして構成すると良い。このような構成は、前記第１光導波部３０を構成する光ファイバ３００に適用すると良い（図７の符号３０２参照）。エミッタ２０の数を１４２５個とした場合には光ファイバ３００の数も１４２５本必要となり、１本の光ファイバ３００の径を２５０μｍとした場合にはバンドル径は２５０μｍ×１４２５本＝φ１１ｍｍとなり、１本の光ファイバ３００の径を５００μｍとした場合にはバンドル径は５００μｍ×１４２５本＝φ２２ｍｍとなる。しかし、バンドル径がφ１１ｍｍやφ２２ｍｍのままでは、レーザ光のパワー密度は高められず、レーザ焼き入れは到底行うことはできない。そこで、バンドル径がφ４〜５ｍｍ程度になるように、バンドル部３０２の光路断面積を漸次減少させ、１００Ｗ／ｍｍ２のパワー密度（２ｋＷの出力）を得るようにすると良い。図９(a)
はテーパ状に加工される前の１本のファイバ３００を示し、符号３００ａはクラッドを示し、符号３００ｂはコアを示す。同図(b) はテーパ状に加工された後のファイバ３００を示し、同図(c)
はテーパ加工後のファイバをバンドル構造とした状態を示し、符号３０３は、新たに被覆したクラッドを示す。このようなバンドル構造は、前記第１光導波部３０に用いずに前記第２光導波部３１に用いても良い。
【００４３】
また、テーパ光路部にテーパ型ファイバ（特開２００３−１００１２３号公報、特開２００３−０７５６５８号公報、特開２００２−２８９０１６号公報参照）を使用しても良い。
【００４４】
さらに、図８に示すように、所定の部材３１０の内部にテーパ状の中空通路を形成しても良い。
【００４５】
ところで、上述した工具装着部２０２６は、切削加工用工具（図３の符号２０１参照）を支持したり該工具の替わりにレーザ光照射用工具（図１，２，４，６，７の符号１００，１１０参照）を支持したりするようにすると良い。そのようにすると、使用しない場合にはレーザ光照射用工具１００，１１０を刃物台２０２から取り外しておくことができ、レーザ光照射用工具１００，１１０への異物付着等を防止できる。しかも、切削加工用工具２０１とレーザ光照射用工具１００，１１０を単一の工具装着部２０２６で支持することができ、装置のコンパクト化に寄与することができる。また、上述した光導波部３は、前記半導体レーザ光源２の近傍から前記工具装着部２０２６の近傍に亘って配設されて、該工具装着部２０２６の近傍に工具側端部３１ａを有し、前記レーザ光照射用工具１００，１１０は、前記工具装着部２０２６に支持された状態で前記工具側端部３１ａに接続されることに基き、前記半導体レーザ光源２から供給されたレーザ光を前記ワークＷに照射し得るようにすると良い。
【００４６】
このようにレーザ光照射用工具１００，１１０を取り外せるように構成した場合、レーザ光照射用工具１００，１１０が取り外された状態では前記光導波部３の端部（工具側端部）３１ａを閉塞し、空気中のオイルミスト等の異物が付着したり侵入したりしないようにする必要がある。そこで、前記工具側端部３１ａを開閉可能にするシャッタ手段を設けて、前記レーザ光照射用工具１００，１１０を前記工具側端部３１ａに接続する場合には該端部を開放し、前記レーザ光照射用工具１００，１１０が前記工具側端部３１ａから取り外された場合には前記工具側端部３１ａを閉塞して該端部への異物の付着を抑制するようにすると良い。具体的には、図１０に符号３１１で示すように、シャッタ手段を、前記工具側端部３１ａを閉塞する閉塞位置３１１Ｃと該端部３１ａを開口させる開口位置３１１Ａとに移動可能に構成すると良い。すなわち、シャッタ手段３１１を符号Ｅに示すように回動自在で、かつ符号Ｆに示すように回転軸の軸方向に出入り自在となるように構成し、３１１Ａの状態では前記光導波部３の端部３１ａを開放して前記レーザ光照射用工具１００，１１０を接続できる状態にし、３１１Ｂから３１１Ｃに移動させた状態では該工具側端部３１ａを閉塞して、該工具側端部３１ａに異物が侵入したり付着したりしないように構成すると良い。その結果、該異物の存在に起因するレーザ光のパワーダウンを回避することができる。また、シャッタ手段を図１０に示すようにした場合には、構造が簡単となる。
【００４７】
ところで、工作機械を図１４に示すように構成しても良い。すなわち、ワーク保持手段２０３Ａには、保持したワークＷを回転できるように構成されたものを用い、刃物台２０２Ａには上述のように工具装着部２０２６Ａを設けておく。そして、該工具装着部２０２６Ａに対峙し得る位置（通常、図１４矢印Ｙ方向側に設けられている刃物台２０２Ａの機械原点に対応する位置など）には不図示の自動工具交換装置(ATC,
Automatic Tool Changer)を配置しておいて、該装置により、前記切削加工用工具及び前記レーザ光照射用工具を該工具装着部２０２６Ａに装着したり脱着したりすると良い。その結果、工具装着部２０２６Ａに切削加工用工具を装着した場合には、回転しているワークＷに対して切削加工を施すことができ、工具装着部２０２６Ａにレーザ光照射用工具を装着した場合には、回転しているワークＷに対して焼き入れを施すことができる。なお、複数の切削加工用工具２０１やレーザ光照射用工具１００，１０１を有するストック部（ＡＴＣツールマガジン）２１０を設けておいて、該ストック部２１０にストックされている工具が自動工具交換装置により工具装着部２０２６Ａに装着されるようにすると良い。そして、このストック部２１０では、新たに装着しようとする工具が加工プログラムによって指示された場合には、その工具が自動工具交換装置に対峙する位置まで搬送されるように構成すると良い。
【００４８】
以下、図１１乃至図１３に沿ってレーザ光照射用工具について説明する。図１１(a) は、レーザ光照射用工具の構造の一例を示す部分断面図であり、同図(b) はトーチ部１０３の構造を示す側面図であり、同図(c)
はシャッタ手段１０５の構成を示す側面図である。図１２(a) は、レーザ光照射用工具の構造の他の例を示す部分断面図であり、同図(b) はトーチ部１１３の構造を示す側面図である。図１３は、導波路（レーザ光の通路）の端部を適宜閉塞するシャッタ手段の構成を示す図であり、(a)
は閉塞位置にある状態を示す断面図、(b) は開口位置にある状態を示す断面図、(c) は閉塞位置にある状態を示す側面図である。
【００４９】
レーザ光照射用工具は、図１１(a) に符号１００で例示するような形状であって、工作機械２００の刃物台２０２に係合可能な係合部１０１と、供給されたレーザ光の通路となる導波路１０２と、該導波路１０２を通過したレーザ光をワークＷに照射するトーチ部１０３と、により構成すれば良い。
【００５０】
導波路１０２は、所定の部材１０４の内部に形成された中空通路とし、該通路の内面には反射処理を施すと良い。そのような構成では、レーザ光は前記内面にて反射されながら前記中空通路を透過されることとなる。反射処理としては、ラッピング仕上げや鏡面仕上げや、金や銀のコーティング等を挙げることができる。部材１０４としては金属を挙げることができ、例えば、アルミニウムを使用すると良い。中空通路を形成する方法としては、部材１０４を複数に分割できるようにしておき、その合わせ面に溝を形成する方法を挙げることができる。このように複数の部材に分割する場合、その合わせ面の隙間から光が漏れないようにする必要がある。そして、導波路を中空通路１０２にて構成した場合には（該導波路を機械加工にて形成することができ）その位置精度を高めることができる。
【００５１】
ところで、導波路を中空通路とするのではなく、図１２(a) に例示するように、外周面に反射処理が施された導光体１１２により構成しても良い。この場合、レーザ光は前記外周面にて反射されながら前記導光体１１２を透過されることとなる。反射処理としては、金や銀のコーティングを挙げることができる。導光体１１２としては、ガラス等を挙げることができる。このように導光体１１２で導波路を形成した場合には、導光体１１２の位置を変えるだけで、レーザ光の光路位置を簡単に調整することができる。
【００５２】
ところで、これらの導波路１０２，１１２の端部にシャッタ手段（図１１(a) の符号１０５、図１２(a) の符号１１５、図１３の符号１２５参照）を配置し、前記係合部１０１が前記刃物台２０２に係合されている場合には前記導波路１０２，１１２の端部１０２ａ，１１２ａを開口させてレーザ光の供給を許容し、前記係合部１０１が前記刃物台２０２に係合されていない場合には前記導波路１０２，１１２の端部１０２ａ，１１２ａを閉塞して該端部への異物の付着や侵入を抑制するようにすると良い。工作機械の場合、空気中にオイルミストが浮遊しているのが一般的であり、上述のようなシャッタ手段１０５，１１５，１２５はそのようなオイルミストの導波路１０２，１１２への付着や侵入を抑制できて非常に好適である。そして、レーザ光照射用工具を使用する場合において、導波路中の異物の存在に起因するレーザ光のパワーダウンを回避することができる。
【００５３】
このシャッタ手段は図１１(a) (c) に示すように構成しても、図１３に示すように構成しても良い。
【００５４】
図１１(a) (c) に示すシャッタ手段１０５は、軸部１０５１と、該軸部１０５１に取り付けられたシャッタ部材１０５２と、により構成され、軸部１０５１を矢印Ａ，Ｂ方向に移動させることにより、図示しないカム機構により、シャッタ部材１０５２が、
・  導波路端部１０２ａを開口させる回転位置と、
・  導波路端部１０２ａを閉塞する回転位置と、
に選択的に移動されるように構成されている。
【００５５】
図１３(a) (b) (c) に示すシャッタ手段１２５は、前記導波路１１２の端部１１２ａを閉塞する閉塞位置（同図(a) 及び(c) 参照）と該端部１１２ａを開口させる開口位置（同図(b)
参照）とに移動可能なシャッタ部材１２５１と、該シャッタ部材１２５１を前記閉塞位置に付勢するバネ部材１２５２と、からなり、
・  前記シャッタ部材１２５１は、同図(b) に示すように、前記係合部１０１が前記刃物台２０２に係合される際に前記バネ部材１２５２に抗して前記開口位置に移動され、
・  前記係合部１０１が前記刃物台２０２から取り外された場合に前記バネ部材１２５２の付勢力によって前記閉塞位置に移動される、
ようになっている。なお、シャッタ部材１２５１は復元力のあるゴム板等で形成すると良く、該シャッタ部材１２５１は略円筒状の部材１２５３にて保持すると良い。シャッタ手段を図１１又は図１３のように構成した場合、レーザ光照射用工具の工作機械への装着／脱着に応じて部材１０５１，１２５３が刃物台２０２と当接してシャッタ部材１０５２，１２５１が勝手に移動するので、該部材１２５１を移動させるという手間が無くなるだけでなく、誤操作や操作忘れを防止できる。
【００５６】
ところで、前記導波路１０２，１１２の近傍に、流体の流れる冷却通路１０６，１１６を形成すると良い。その場合、レーザ光の通過に伴う発熱を抑えることができる。流体としては、液体（水等）やガスが考えられるが、冷却通路１０６，１１６を前記ワークＷに対向する位置で開口して（流体にガスを用い）ワークＷにガスを噴射させるようにした場合には、ワーク表面の異物の除去、並びにワークの酸化防止及び冷却を行うことができる。例えば、切削加工を行った後にレーザ焼き入れを行うような場合であっても、ワーク表面に残留している切削用水や切削粉を除去でき、レーザ加工を品質良く行うことができる。また、焼き入れ加工中にワークが過熱されると、焼き入れ性能が低下するので、その場合、エアパージによりワークの冷却をして、焼き入れ性能の低下を低減することも可能となる。また、ガスに不活性ガスを用いた場合には、焼き入れ部のシールドを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明に係る工作機械の構造の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る工作機械の外観の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、切削加工用工具２０１を装着した状態の工作機械を示す断面図である。
【図４】図４は、レーザ光発生手段やレーザ光照射用工具の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、レーザ光発生手段等の構成を示す外観斜視図である。
【図６】図６は、レーザ光発生手段やレーザ光照射用工具の構成を示す外観斜視図である。
【図７】図７は、レーザ光照射用工具の装着部分の構造を示す部分断面図である。
【図８】図８は、第２光導波部３１の構造の一例を示す分解斜視図である。
【図９】図９は、テーパ光路部の構造の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２光導波部３１の開口端の閉塞機構の一例を示す図である。
【図１１】図１１(a) は、レーザ光照射用工具の構造の一例を示す部分断面図であり、同図(b) はトーチ部１０３の構造を示す側面図であり、同図(c) はシャッタ手段１０５の構成を示す側面図である。
【図１２】図１２(a) は、レーザ光照射用工具の構造の他の例を示す部分断面図であり、同図(b) はトーチ部１１３の構造を示す側面図である。
【図１３】図１３は、導波路（レーザ光の通路）の端部を適宜閉塞するシャッタ手段の構成を示す図であり、(a) は閉塞位置にある状態を示す断面図、(b) は開口位置にある状態を示す断面図、(c)は閉塞位置にある状態を示す側面図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る工作機械の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
２              半導体レーザ光源
３              光導波部
２０            エミッタ（出射口）
３０            第１光導波部
３１            第２光導波部
１００          レーザ光照射用工具
１１０          レーザ光照射用工具
２００          工作機械
２００Ａ        工作機械
２０１          工具
２０２          刃物台
２０２Ａ        刃物台
２０２ａ        刃物台の回動軸
２０２ｂ        刃物台の表面
２０３          ワーク保持手段
２０３Ａ        ワーク保持手段
２１０          ストック部
３００          光ファイバ
３１０ｃ        中空通路（第２光導波部）
３１１          シャッタ手段
３１１Ａ        開口位置
３１１Ｃ        閉塞位置
３１２          導光体（第２光導波部）
２０２６        工具装着部
２０２６Ａ      工具装着部
Ａ              レーザ光発生手段
Ｗ              ワーク
【図１】
2005238253.tif 000003
【図２】
2005238253.tif 000004
【図３】
2005238253.tif 000005
【図４】
2005238253.tif 000006
【図５】
2005238253.tif 000007
【図６】
2005238253.tif 000008
【図７】
2005238253.tif 000009
【図８】
2005238253.tif 000010
【図９】
2005238253.tif 000011
【図１０】
2005238253.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2005238253.tif 000014
【図１３】
2005238253.tif 000015
【図１４】
2005238253.tif 000016