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公開番号2025127208
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-01
出願番号2024023798
出願日2024-02-20
発明の名称付加加工用ヘッドおよび加工機械
出願人DMG森精機株式会社,国立大学法人京都大学
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類B23K 26/34 20140101AFI20250825BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】簡易な構成を備える付加加工用ヘッドおよび加工機械、を提供する。
【解決手段】付加加工用ヘッド(200)は、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう。付加加工用ヘッド(200)は、ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部(211)と、ヘッド部(211)に搭載され、複数のPCSEL(Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser)素子を含む表面発光部(300)と、表面発光部(300)からのレーザ光をワークの表面に集光するためにレーザ光の出射方向である直線(210)上に配される集光レンズ(221)とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう付加加工用ヘッドであって、
ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、
前記ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を含む表面発光部と、
前記表面発光部からのレーザ光を前記ワークの表面に集光するために前記レーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズと、を備える、付加加工用ヘッド。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記集光レンズは、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向において、前記表面発光部と対向して配置される、請求項１に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項３】
前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記表面発光部と、前記集光レンズとの間の距離は、前記表面発光部からの前記レーザ光の出射方向における、前記集光レンズと、前記レーザ光の焦点位置との間の距離よりも小さい、請求項２に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項４】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記レーザ光を出射する出射面を有する素子本体を含み、
前記表面発光部は、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｐ側電極と、
前記出射面を平面視した場合に前記ＰＣＳＥＬ素子の周りに配置され、絶縁層を介して前記ｐ側電極と積層され、前記ＰＣＳＥＬ素子と電気的に接続されるｎ側電極とをさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項５】
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記出射面の周縁に沿って設けられる表面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記ｎ側電極上において互いに間隔を開けて設けられ、各々が前記ｎ側電極および前記表面電極の間で延びる複数のワイヤーをさらに有する、請求項４に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項６】
前記素子本体は、前記出射面の裏側に配置される裏面をさらに有し、
前記ＰＣＳＥＬ素子は、前記裏面に設けられる裏面電極をさらに含み、
前記表面発光部は、前記裏面電極および前記ｐ側電極が接合される導電層をさらに有する、請求項４に記載の付加加工用ヘッド。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか１項に記載の前記付加加工用ヘッドと、
加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備え、
前記工具主軸には、前記工具、および、前記付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着され、
前記付加加工用ヘッドは、前記ヘッド部に設けられ、前記工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する、加工機械。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、付加加工用ヘッドおよび加工機械に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
たとえば、特開２０１８－２４００６号公報（特許文献１）には、ワークに対して材料粉末を供給するとともにレーザ光を照射しながら相対移動可能な付加加工用ヘッドを備える加工機械が開示されている。付加加工用ヘッドには、光ファイバーを通じてレーザ光が導かれる。
【０００３】
また、特許第６１３２９９５号公報（特許文献２）、特許第７３８４３４９号公報（特許文献３）および特許第７０８６５０１号公報（特許文献４）には、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を備えた各種のレーザ加工機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－２４００６号公報
特許第６１３２９９５号公報
特許第７３８４３４９号公報
特許第７０８６５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される加工機械においては、金属溶融に必要なエネルギーを得るために、ファイバーレーザ、ファイバーカップリング半導体レーザまたはＣＯ
２
レーザ等の大型のレーザ発振器を機外に設置し、光ファイバを用いてレーザ光を加工エリア内の付加加工用ヘッドに伝送している。また、ビーム品質に劣る（ビームの広がりが大きい）レーザ光が用いられるため、付加加工用ヘッドに、コリメートレンズ等のレーザ光を適切に成形するための光学部品が設けられている。これらの場合に、付加加工用ヘッドの構造が複雑になるという問題がある。
【０００６】
この発明の目的は、簡易な構成を備える付加加工用ヘッドおよび加工機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った付加加工用ヘッドは、金属を供給するとともにレーザ光を照射することにより、金属を溶かして付加加工を行なう。付加加工用ヘッドは、ワークに対して相対的に移動可能なヘッド部と、ヘッド部に搭載され、複数のＰＣＳＥＬ（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser）素子を含む表面発光部と、表面発光部からのレーザ光をワークの表面に集光するためにレーザ光の出射方向である直線上に配される集光レンズとを備える。
【０００８】
この発明に従った加工機械は、上記の付加加工用ヘッドと、加工エリアにおいて移動可能であり、工具を回転させるための工具主軸とを備える。工具主軸には、工具、および、付加加工用ヘッドのいずれか一方が選択的に装着される。付加加工用ヘッドは、ヘッド部に設けられ、工具主軸によりクランプされるシャンク部を有する。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に従えば、簡易な構成を備える付加加工用ヘッドおよび加工機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
加工機械を示す正面図である。
図１中の工具主軸により保持された付加加工用ヘッドを示す正面図である。
図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲の工具主軸および付加加工用ヘッドを示す断面図である。
図２中の付加加工用ヘッドからワークに向けたレーザ光の照射を示す図である。
図２中の表面発光部を発光面側から見た平面図である。
図２中の表面発光部を示す回路図である。
ＰＣＳＥＬ素子を示す断面図である。
表面発光部、集光レンズおよびワークの相互の位置関係を示す図である。
図８中の２点鎖線ＩＸで囲まれた焦点付近におけるレーザ光を示す図である。
図２中の付加加工用ヘッドの変形例を示す正面図である。
図２中の付加加工ヘッドにおける、シャンク部、表面発光部、集光レンズおよびレーザ光のスポットの関係を示す上面図である。
図１０中の付加加工ヘッドにおける、シャンク部、表面発光部、集光レンズおよびレーザ光のスポットの関係を示す上面図である。
図５中の表面発光部の変形例を示す平面図である。
図１３中の表面発光部を示す回路図である。
参考例における付加加工用ヘッドを示す正面図である。
図１５中のＸＶＩ－ＸＶＩ線上の矢視方向に見た参考例における付加加工用ヘッドを示す上面図である。
表面発光部を発光面側から見た図である。
図１７中のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線上の矢視方向に見た表面発光部を示す断面図である。
図１７中の電極積層体を示す斜視図である。
この発明の実施の形態２における表面発光装置を示す斜視図である。
図２０中の表面発光装置を示す回路図である。
図２１中の表面発光装置における発光の一態様を示す平面図である。
表面発光装置における発光の別の態様を示す平面図である。
表面発光装置における発光のさらに別の態様を示す平面図である。
図２０中の２点鎖線ＸＸＶで囲まれた範囲の表面発光装置を示す平面図である。
図２５中の矢印ＸＸＶＩに示される方向に見た表面発光装置を示す側面図である。
図２６中のＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩ線上の矢視方向に見た表面発光装置を示す断面図である。
図２６中のＸＸＶＩＩＩ－ＸＸＶＩＩＩ線上の矢視方向に見た表面発光装置を示す断面図である。
図２６中のＸＸＩＸ－ＸＸＩＸ線上の矢視方向に見た表面発光装置を示す断面図である。
図２５中のＸＸＸ－ＸＸＸ線上の矢視方向に見た表面発光装置を示す断面図である。
図３０中の電極積層体およびスイッチング素子の間の配線を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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