(57)【要約】【課題】ワークの材質やレーザ照射条件によって、熱処理不良を生じさせたり、ワークの表面を溶融させたりすることを防止可能なレーザ熱処理方法を提供する。【解決手段】ワークのレーザ熱処理対象部位に、酸化時にＳｉＯ２を主とする酸化物をなす材質からなるワーク溶融防止層を形成する第１工程と、ワーク溶融防止層の上に、レーザエネルギを吸収しやすい材質で、かつワーク材融点以下の温度で揮発する材質からなる熱吸収層を形成する第２工程と、熱吸収層上からワークのレーザ熱処理対象部位に向けてレーザを照射する第３工程とを備える。熱吸収層で吸収された熱がワークに伝わって入熱不足や入熱むらを防ぎ、ワーク溶融防止層によってワークの溶融を防ぐ。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材からなるワークにレーザを照射して熱処理を行うレーザ熱処理方法であって、
ワークのレーザ熱処理対象部位に、酸化時にＳｉＯ２を主とする酸化物をなす材質からなるワーク溶融防止層を形成する第１工程と、
この第１工程により形成されたワーク溶融防止層の上に、レーザエネルギを吸収しやすい材質で、かつワーク材融点以下の温度で揮発する材質からなる熱吸収層を形成する第２工程と、
この第２工程により形成された熱吸収層上から前記ワークのレーザ熱処理対象部位に向けてレーザを照射する第３工程と、
を備えることを特徴とするレーザ熱処理方法。
【請求項２】
ワーク溶融防止層及び熱吸収層は、塗装、めっき、又は蒸着によって形成されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにレーザを照射して熱処理を行うレーザ熱処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表面に異強度部分をもつ鋼板（鋼材）を得る技術として、従来、特許文献１に記載するような方法があった。
これは、まず、鋼板の表面の一部に、塗装等によって近赤外線等の輻射線の反射率を元々の鋼板の表面よりも低減させた領域を形成する。そして、その鋼板に輻射線を照射することにより輻射伝熱加熱して鋼板表面の温度を部分的に異ならせる。その上で冷却することにより、表面に異強度部分をもつ鋼板を得るという熱処理技術である。
このような表面に異強度部分をもつ鋼板を得る熱処理技術としては、上記のような鋼板表面の一部に塗装等によって輻射線反射率低減処理を施すことによる輻射線を用いた伝熱加熱方法に代えて、鋼板表面の一部にレーザを照射して熱処理する方法（レーザ熱処理方法）を用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５２５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記レーザ熱処理方法では、熱処理対象（ワーク）の材質やレーザ照射条件によって入熱効率が大きく異なる。このため、ワークへの入熱が不足して、あるいは入熱にむらが生じて熱処理不良を生じさせたり、ワークの表面を溶融させたりする虞がある。
【０００５】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、ワークの材質やレーザ照射条件により、ワークへの入熱が不足して、あるいは入熱にむらが生じて熱処理不良を生じさせたり、ワークの表面を溶融させたりすることを防止できるレーザ熱処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、金属材からなるワークにレーザを照射して熱処理を行うレーザ熱処理方法であって、ワークのレーザ熱処理対象部位に、酸化時にＳｉＯ２を主とする酸化物をなす材質からなるワーク溶融防止層を形成する第１工程と、この第１工程により形成されたワーク溶融防止層の上に、レーザエネルギを吸収しやすい材質で、かつワーク材融点以下の温度で揮発する材質からなる熱吸収層を形成する第２工程と、この第２工程により形成された熱吸収層上から前記ワークのレーザ熱処理対象部位に向けてレーザを照射する第３工程と、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーザ熱処理方法において、ワーク溶融防止層及び熱吸収層は、塗装、めっき、又は蒸着によって形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ワークの材質やレーザ照射条件により、ワークへの入熱不足や入熱むらが生じて熱処理不良を生じさせたり、ワークの表面を溶融させたりすることを防止可能なレーザ熱処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ熱処理方法の説明図で、ワーク（レーザ熱処理対象）を示す。
【図２】同じくワークの表面にワーク溶融防止層が形成された状態を示す。
【図３】同じくワーク溶融防止層の上面に熱吸収層が形成された状態を示す。
【図４】同じく熱吸収層上からレーザ照射が開始された状態を示す斜視図〔（ａ）図〕及びワーク部分の縦断面拡大図〔（ｂ）図〕である。
【図５】同じくレーザ照射開始から終了までの間の状態を示す斜視図〔（ａ）図〕及びワーク部分の縦断面拡大図〔（ｂ）図〕である。
【図６】同じくレーザ熱処理終了後の状態を示す斜視図〔（ａ）図〕及びワーク部分の縦断面拡大図〔（ｂ）図〕である。
【図７】本実施形態に係るレーザ熱処理方法の全体を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態による熱処理の一例（焼入れ）を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１〜図８は、本発明の一実施形態に係るレーザ熱処理方法の説明図であり、これらの図のうち、図１はレーザ熱処理対象であるワークを示す。この図１において、１は金属材からなるワークで、本実施形態では鋼材、詳しくは鋼材からなる金型材である。図１中の破線で囲む領域がワーク１の表面のレーザ熱処理範囲、つまりレーザ熱処理対象部位２である。
【００１０】
本発明方法では、このレーザ熱処理対象部位２に対して、まずワーク溶融防止層３を形成する（図２参照）。このワーク溶融防止層３は、酸化時にＳｉＯ２（二酸化ケイ素）を主とする酸化物層（酸化膜）をなす材質からなる。
次に、上記ワーク溶融防止層３上に、レーザエネルギを吸収しやすい材質であって、ワーク材融点以下、ここでは鉄融点以下、かつ所望の熱処理温度域で揮発する材質、例えばグラファイトからなる熱吸収層４を形成する（図３参照）。
熱吸収層４の厚さを適宜調整することにより、ワーク１への入熱時間を制御でき、種々の熱処理温度を実現できる。
上記ワーク溶融防止層３や熱吸収層４の形成は、塗装、めっき、又は蒸着等によって簡易に行われる。
【００１１】
そして上記熱吸収層４の形成後に、同熱吸収層４上から上記レーザ熱処理対象部位２にレーザＬを照射し、熱処理を行う（図４参照）。レーザＬは、本実施形態では横断面長方形のものが用いられているが、この横断面長方形のものに限定されることはない。
図４〜図６は、上記レーザ熱処理対象部位２（図１参照）へのレーザ照射開始からレーザ照射を終了して自己冷却するまで（レーザ熱処理終了まで）におけるレーザ熱処理対象部位２の状態を示す。
すなわち、図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、レーザＬは、ワーク１の上記レーザ熱処理対象部位２（図１参照）の一方端から他方端に、ここでは図中、奥側端部から手前側端部に移動されながら、同レーザ熱処理対象部位２に向けて照射される。
ここで、図４（ａ）に示すように、熱吸収層４上からレーザ照射が開始されると、図４（ｂ）に示すように、熱吸収層４によって吸収された熱４１がワーク１へ伝わり同ワーク１が上記熱処理温度域に達する。
図５（ａ）に示すように、熱吸収層４上からのレーザ照射が進行してゆくと、同進行に伴ってレーザ熱処理対象部位２（図１参照）の最上面の熱吸収層４が揮発する。そして、その熱吸収層４の下層のＳｉを含むワーク溶融防止層３が大気に晒され、熱伝導率が顕著に低いＳｉＯ２を主成分とする酸化物層（酸化膜）５１とされ〔図５（ｂ）参照〕、ワーク１の溶融が防止される。
【００１２】
レーザ熱処理対象部位２（図１参照）の手前側端部でレーザ照射が終了すると、上記熱処理温度域に加熱されていた同レーザ熱処理対象部位２は自己冷却（ワーク材料中の熱拡散）により急冷され、レーザ熱処理を終える。図６（ａ），（ｂ）中、６１はレーザ熱処理部を指す。
これによれば、予め設定されたワーク材質やレーザ照射条件に応じて調整された硬度を有するレーザ熱処理部６１が得られる。すなわち、ワーク１への入熱が不足して、あるいは入熱にむらが生じて熱処理不良を生じさせたり、ワーク１の表面を溶融させたりすることなく、所望のレーザ熱処理結果が得られる。
【００１３】
以上述べた本実施形態によるレーザ熱処理方法をフローチャートで示せば、図７の通りである。
【００１４】
本実施形態によれば、熱吸収層４によって吸収された熱４１がワーク１に伝わることで入熱不足や入熱にむらを防ぐと共に、酸化時にＳｉＯ２を主とする酸化物をなす材質からなるワーク溶融防止層３によってワーク１の溶融を防ぐことができる。
したがって、例えば、図８の曲線８１に示すような狙い通りの温度履歴を有した、熱処理不良、ワーク溶融を生じさせないレーザ熱処理（ここでは焼入れ）を実現できる。
なお、上述実施形態では、ワークの表面の一部について本発明方法を適用した場合について述べたが、ワークの表面の全てについて本発明方法を適用してもよい。
また、ワークの平面部位のみならず、例えば金型等のワークの凹凸部位についても本発明方法を適用してもよく、この場合も上述実施形態と同様の効果を発揮でき、均一な熱処理（焼入れ等）が可能になる。
【符号の説明】
【００１５】
１：ワーク、２：レーザ熱処理対象部位、３：ワーク溶融防止層、４：熱吸収層、５１：酸化物層（酸化膜）、６１：レーザ熱処理部、Ｌ：レーザ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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