(57)【要約】【課題】レーザ光を回転するワークに照射して冷却することにより熱処理加工を行うレーザ熱処理方法であって、十分な焼入れ深さ、及び硬度が得られ、また、連続的に熱処理加工を行うことができるレーザ熱処理方法及びその装置を提供することにある。【解決手段】回転するワークにレーザ光を照射して、ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に第１の所定の温度に加熱し、所定の部位を第１の所定の温度に加熱した後、少なくともワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、所定の部位を連続的に第２の所定の温度に強制的に冷却する、ことを特徴とするレーザ熱処理方法を提供する。【選択図】図１
2007327105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に第１の所定の温度に加熱し、
前記所定の部位を前記第１の所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に第２の所定の温度に強制的に冷却する、
ことを特徴とするレーザ熱処理方法。
【請求項２】
回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的にＡ３変態点を超える所定の温度に加熱し、
前記所定の部位を前記所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に常温に強制的に冷却する、
ことを特徴とするレーザ熱処理方法。
【請求項３】
前記第１の所定の温度、又は前記Ａ３変態点を超える所定の温度は、前記レーザ光を前記所定の部位に複数回照射して加熱することにより得られるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ熱処理方法。
【請求項４】
前記冷却は、所定の時間内に、前記第１の所定の温度から前記第２の所定の温度に強制的に冷却されるものであ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。
【請求項５】
前記冷却は、所定の時間内に、前記Ａ３変態点を超える所定の温度から常温に強制的に冷却されるものであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ熱処理方法。
【請求項６】
回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に第１の所定の温度に加熱し、
前記所定の部位を前記第１の所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に第２の所定の温度に強制的に冷却し、
さらに、前記第１の所定の温度よりも低い第３の所定の温度まで再加熱した後、前記第２の所定の温度に強制的に冷却する、
ことを特徴とするレーザ熱処理方法。
【請求項７】
回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的にＡ３変態点を超える所定の温度に加熱し、
前記所定の部位を前記所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に常温に強制的に冷却し、
さらに、前記Ａ３変態点を超える所定の温度よりも低いＡ１変態点以下の所定の温度まで再加熱した後、常温に強制的に冷却する、
ことを特徴とするレーザ熱処理方法。
【請求項８】
前記第１の所定の温度、前記Ａ３変態点、前記第３の所定の温度、又は前記Ａ１変態点以下の所定の温度は、前記レーザ光を前記所定の部位に複数回照射して加熱することにより得られるものであることを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ熱処理方法。
【請求項９】
前記冷却は、所定の時間内に、前記第１の所定の温度から前記第２の所定の温度に強制的に冷却され、また、前記第３の所定の温度から前記第２の所定の温度に強制的に冷却されるものであることを特徴とする請求項６に記載のレーザ熱処理方法。
【請求項１０】
前記冷却は、所定の時間内に、前記Ａ１変態点以下の所定の温度から常温に強制的に冷却されるものであることを特徴とする請求項７に記載のレーザ熱処理方法。
【請求項１１】
回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に加熱するレーザ加工ツールと、
前記レーザ加工ツールの後段に併置され、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を強制的に冷却するための冷却ノズルと、
を有することを特徴とするレーザ熱処理装置。
【請求項１２】
回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に加熱するレーザ加工ツールと、
前記レーザ加工ツールにより加熱された前記ワークの温度を測定して前記レーザ加工ツールの加熱用パラメータを校正するための赤外線放射温度計と、
前記レーザ加工ツールの後段に併置され、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記レーザ光により加熱された前記所定の部位を強制的に冷却するための冷却ノズルと、
を有することを特徴とするレーザ熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品や機械部品等のワーク表面に焼入れ等の熱処理加工を行なう方法に関し、特に、レーザ光を用いて焼入れ等の熱処理加工を行なうレーザ熱処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械に取り付けたワークに焼入れ等のレーザ熱処理加工を施す方法として、レーザ光を回転するワークに照射した後に、冷却するレーザ熱処理方法がある。例えば、複合加工機の近傍にレーザ発振器を備え、この発振器から工作機械に取り付けたミラーを介して集光レンズにより被加工物の被加工部分へ照射し、自然冷却することにより焼入れ加工を施すレーザ熱処理方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
他のレーザ熱処理方法として、例えば、被焼入れ部材を複数回回転させ、この回転と同時に焼入れ部にレーザビームを照射して焼入れ部全体を所定の温度に加熱した後、レーザビームの照射を停止して焼入れ部を冷却するレーザ熱処理方法がある（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開昭５９−５０９８３号公報
【特許文献２】特開昭５７−１７１６１８号公報
【０００４】
しかし、特許文献１に示されたレーザ熱処理方法によれば、回転するワークをレーザ光を照射して加熱し、その後に自然冷却により冷却することによって焼入れ加工を行っているので、Ａ３変態点からの急冷が行われず、高品質の焼入れを得ることができなかった。
【０００５】
また、特許文献２に示されたレーザ熱処理方法によれば、回転するワークの熱処理対象箇所をレーザ光により加熱し、その後にレーザ光照射を停止して冷却することにより焼入れ加工を行っているので、連続的に熱処理加工を行うことができないという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、レーザ光を回転するワークに照射した後これを冷却することにより熱処理加工を行うレーザ熱処理方法であって、十分な焼入れ深さ、及び硬度が得られ、また、連続的に熱処理加工を行うことができるレーザ熱処理方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態によれば、回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に第１の所定の温度に加熱し、前記所定の部位を前記第１の所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に第２の所定の温度に強制的に冷却する、ことを特徴とするレーザ熱処理方法を提供する。
【０００８】
また、他の本発明の実施の形態によれば、回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的にＡ３変態点を超える所定の温度に加熱し、前記所定の部位を前記所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に常温に強制的に冷却する、ことを特徴とするレーザ熱処理方法を提供する。
【０００９】
また、上記発明において、前記第１の所定の温度、又は前記Ａ３変態点を超える所定の温度は、前記レーザ光を前記所定の部位に複数回照射して加熱することにより得られるものであってもよい。
【００１０】
また、前記冷却は、所定の時間内に、前記第１の所定の温度から前記第２の所定の温度に強制的に冷却されるものであってもよい。
【００１１】
また、前記冷却は、所定の時間内に、前記Ａ３変態点を超える所定の温度から常温に強制的に冷却されるものであってもよい。
【００１２】
また、他の本発明の実施の形態によれば、回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に第１の所定の温度に加熱し、前記所定の部位を前記第１の所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に第２の所定の温度に強制的に冷却し、さらに、前記第１の所定の温度よりも低い第３の所定の温度まで再加熱した後、前記第２の所定の温度に強制的に冷却する、ことを特徴とするレーザ熱処理方法を提供する。
【００１３】
また、他の本発明の実施の形態によれば、回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的にＡ３変態点を超える所定の温度に加熱し、前記所定の部位を前記所定の温度に加熱した後、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を連続的に常温に強制的に冷却し、さらに、前記Ａ３変態点を超える所定の温度よりも低いＡ１変態点以下の所定の温度まで再加熱した後、常温に強制的に冷却する、ことを特徴とするレーザ熱処理方法を提供する。
【００１４】
また、上記発明において、前記第１の所定の温度、前記Ａ３変態点、前記第３の所定の温度、又は前記Ａ１変態点以下の所定の温度は、前記レーザ光を前記所定の部位に複数回照射して加熱することにより得られるものであってもよい。
【００１５】
また、上記発明において、前記冷却は、所定の時間内に、前記第１の所定の温度から前記第２の所定の温度に強制的に冷却され、また、前記第３の所定の温度から前記第２の所定の温度に強制的に冷却されるものであってもよい。
【００１６】
また、上記発明において、前記冷却は、所定の時間内に、前記Ａ１変態点以下の所定の温度から常温に強制的に冷却されるものであってもよい。
【００１７】
また、他の本発明の実施の形態によれば、回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に加熱するレーザ加工ツールと、前記レーザ加工ツールの後段に併置され、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記所定の部位を強制的に冷却するための冷却ノズルと、を有することを特徴とするレーザ熱処理装置を提供する。
【００１８】
また、他の本発明の実施の形態によれば、回転するワークにレーザ光を照射して、前記ワークの軸方向に連続する所定の部位を連続的に加熱するレーザ加工ツールと、前記レーザ加工ツールにより加熱された前記ワークの温度を測定して前記レーザ加工ツールの加熱用パラメータを校正するための赤外線放射温度計と、前記レーザ加工ツールの後段に併置され、少なくとも前記ワークの軸方向に連続する他の部位の加熱中に、前記レーザ光により加熱された前記所定の部位を強制的に冷却するための冷却ノズルと、を有することを特徴とするレーザ熱処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、十分な焼入れ深さ、及び硬度が得られ、また、連続的に熱処理加工を行うことができるレーザ熱処理方法及びその装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ熱処理方法を実施するための加工機の平面図であり、装着ユニット２００に熱処理加工ツールである集光ヘッド６００が装着された図である。図１において、上下にＸ方向及び左右にＺ方向を規定する。
【００２１】
加工機１は、図示しないコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により全体の駆動が制御されるものであり、加工機本体と図示しない付属装置からなる。主な付属装置は、オイル供給装置、冷却装置、エアー供給機器、クーラント供給装置、切屑収集装置、及びこれらの装置を加工機本体と接続するダクト装置等からなっている。
【００２２】
加工機１は、ベッド１０上に載置され、軸物あるいは長尺状のワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、ベッド１０上に装架されてＸ及びＺ方向の移動及び位置決めを行なうＸステージ３０１及びＺステージ３０２と、レーザ加工ツール５００及びクーラント供給ノズル７００をＺステージ３０２上に載置する装着ユニット２００とを有する。尚、装着ユニット２００にレーザ加工ツール５００以外の、例えば、旋削ツールや研削ツールを装着して複合加工機として使用することが可能である。
【００２３】
ワーク支持駆動ユニット１００は、ベッド１０上に載置された主軸台ベース１０１に、左右の主軸台スライドガイド１０２を介してスライド可能に移動可能な左右の主軸台１０３を有し、主軸台１０３には、主軸１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４が搭載されている。各々左右の主軸台１０３は、左右独立にＺ方向にスライドして、ワークＷを所定の心間で挟持して、その位置を固定できる構成となっている。
【００２４】
図２は、レーザ加工ツール５００の具体的構成を示すものであり、集光ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバ６０２から構成されることを示す図である。
【００２５】
レーザ加工ツール５００は、集光ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバ６０２から構成される。高出力のレーザ発振器６０１は、例えばベッド１０上に載置され、光ファイバカップラ６０３を介して光ファイバ６０２の一端に光学的に接続され、光ファイバ６０２の他端は光ファイバカップラ６０３を介して集光ヘッド６００へ光学的に接続されている。集光ヘッド６００は、ワークＷに対してＸ方向の位置を制御して所定のレーザビームサイズでレーザ発振器６０１から導光したレーザビームを照射するための集光レンズ６２０を有する。
【００２６】
レーザ発振器６０１は、レーザスタックモジュール６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ及び６１０ｄ、偏光カップリング板６１１、波長カップリング板６１２とを有して構成されている。レーザスタックモジュール６１０は、レーザ発光素子を多数積層（スタック）して高出力化したものである。各レーザスタックモジュール６１０は、ビーム整形し、所定の直線偏光状態のコリメート光にした後、偏光カップリング板６１１によりビーム合成を行う。
【００２７】
合成されるレーザスタックモジュール６１０ａと６１０ｂの偏光方向は互いに直交しており、例えばポラロイドフィルムで構成された偏光カップリング板６１１では、レーザスタックモジュール６１０ａから出射するレーザビームは透過し、６１０ｂから出射するレーザビームは反射することで、1つのレーザビームに合成される。６１０ｃ及び６１０ｄのレーザビームも同様に合成される。
【００２８】
レーザスタックモジュール６１０ａ、６１０ｂの発振波長と、レーザスタックモジュール６１０ｃ、６１０ｄの発振波長とを異なる発振波長に設定しておき、波長カップリング板６１２を上記異なる発振波長の一方を透過し他の一方を反射する波長フィルタで構成することにより、波長カップリング板６１２の出射側で１つのレーザビームに合成される。
【００２９】
このように構成されたレーザ発振器６０１は、例えば、発光点間隔２ｍｍで２５段スタックすることにより、合成されたレーザビームの光出力は１ｋＷである。また、発振波長は、８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外光であり、本構成では、８００ｎｍと８３０ｎｍの２波長を有する構成となっている。
【００３０】
光ファイバ６０２は、例えば、ファイバコア径が６００μｍの石英光ファイバケーブルである。光ファイバ６０２のファイバケーブル長は、図１に示すように、集光ヘッド６００が所定の加工範囲を移動できるように、必要かつ十分な長さに設定して構成されている。
【００３１】
集光ヘッド６００は、光ファイバカップラ６０３を介して光ファイバ６０２から導光されたレーザビームをワークＷの加工表面に所定のビーム径で集光させる集光レンズ６２０を有して構成され、装着ユニット２００を介してＺステージ３０２上に載置されている。
【００３２】
集光レンズ６２０は、１又は２以上のレンズの組み合わせにより構成され、例えば、ＮＡ０．２で、ワークＷの加工表面に所定のレーザビーム径で集光させる。
【００３３】
集光されるレーザビーム径は、集光ヘッド６００のワークＷの加工表面に対する位置により制御することができ、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍまで変化するよう設定できる。あるいは、集光ヘッド６００上の集光レンズ６２０を光軸方向へ移動させる機構を有する構成とすることにより、ワークＷの加工表面までの距離を変化させるようにして、集光されるレーザビームの径を変化させることもできる。
【００３４】
また、ワークＷの加工表面に集光されるレーザビームは、略矩形状のビームプロファイルを有するものとすることもできる。各レーザスタックモジュール６１０でのビーム整形においてファーフィールドパターンを略矩形状にしておくことで、ワークＷの加工表面に集光されるレーザビームを、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍの略矩形状にすることもできる。
【００３５】
熱処理加工において、冷却は通常、熱処理用冷却液を使用して行なう。熱処理用冷却液に代えて、冷却エア、水、液体窒素等を使用することも可能である。本実施の形態では、装着ユニット２００上に、旋削ツールや研削ツールを装着し、複合加工機にて本発明を実施する場合、旋削や研削用にクーラント供給ノズル７００を備えるので、これを共用してこの加工用クーラント供給ノズル７００から冷却液をワークＷの加工表面の熱処理対象箇所に供給することが可能である。熱処理対象箇所は、レーザビームが照射される所定の部位であって、ワークＷの軸方向に連続する所定の部位が焼入れ等の熱処理範囲となる。クーラント供給ノズル７００は、集光ヘッド６００の送り動作方向の後段に併置されている。図１において図示しないクーラント供給装置からクーラント供給ノズル７００を介して、熱処理対象箇所にクーラントが供給される。供給ノズル７００は、装着ユニット２００に搭載されていなくても、集光ヘッド６００の移動に対応してワークＷの熱処理対象箇所へクーラントを供給できればよい。また、ワークＷの熱処理対象箇所を強制冷却する手段は、クーラント供給以外でもよく、例えば、冷却エアー等によるものでもよい。また、上記強制冷却によらず、ワークＷの熱処理対象箇所を加熱後に、自然冷却させる自己冷却法によっても熱処理加工を施すことができる。
【００３６】
ワークＷの熱処理対象箇所の温度を非接触で測定するため、赤外線放射温度計８００を備えている。赤外線放射温度計８００は、ベッド１０上に装着されていてもよいが、レーザビームの送り動作に追従するように、装着ユニット２００上に装着されていてもよい。
【００３７】
（本実施の形態に係るレーザ熱処理方法による焼入れ加工例）
図３は、本実施の形態に係るレーザ熱処理方法による焼入れ加工の例を説明する図である。
【００３８】
図３（ａ）において、ワークＷの加工表面に照射されるレーザビームＬＢのレーザビーム幅ｂは、Ｘステージ３０１の移動により集光ヘッド６００とワークＷの加工表面までの距離Ｌを調節することにより設定される。尚、集光ヘッド６００のＸ軸方向の位置を調節することに替え、あるいは、加えて、集光レンズ６２０の焦点距離を変化させることにより、レーザビームＬＢの集束角を変化させてワークＷの加工表面のレーザビーム幅ｂを変化させてもよい。
【００３９】
図３（ｂ）は、レーザビームＬＢが集光ヘッド６００の移動に伴いＺ軸方向に一定速度ｄで送り動作され、ワークＷが回転数Ｎで回転しながら熱処理対象箇所を加熱し、ワークＷが次の回転周期となっている場合の、レーザビームＬＢが加熱した領域の軌跡を示すものである。よって、ピッチｐは、ｐ＝ｄ／Ｎと表すことができる。
【００４０】
また、加熱領域は、ワークＷの円周上でレーザビーム幅ｂとなり、レーザビームＬＢがワークＷの１回転につきＺ軸方向に送り動作されるピッチｐでワークＷの円周上を螺旋状に加熱していく。ここで、ワークＷの回転に伴い、ワークＷの熱処理対象箇所をレーザビームＬＢがｎ回加熱しながら送り動作されるとすると、ピッチｐは、ｐ＝ｂ／ｎと表すことができる。
【００４１】
従って、ｄ／Ｎ＝ｂ／ｎから、ｄ＝ｂ・Ｎ／ｎとなる。よって、熱処理条件から、レーザビームＬＢの照射回数をｎ回、ワークＷの回転数Ｎ、レーザビーム幅ｂ、及び、レーザビームの送り速度ｄを適宜組み合わせて設定することにより、要求される熱処理条件を満足するようパラメータの設定を行なう。
【００４２】
図３（ｃ）は、ワークＷを所定の回転数Ｎで回転させながら、レーザビームＬＢを所定の送り速度で動作させて、ピッチｐ＝ｂ／３で加熱しながら熱処理を行っている場合のレーザビームＬＢが加熱した領域の軌跡を示すものである。すなわち、ワークＷの回転に伴い、ワークＷの熱処理対象箇所をレーザビームＬＢが３回加熱しながら熱処理が行われる。
【００４３】
図４は、本実施の形態に係るレーザ熱処理方法による焼入れ加工の例を、工程フローにより説明する図である。以下、焼入れ加工の実施例を、フロー図に従って説明する。
【００４４】
要求される焼入れ硬度、焼入れ深さ、焼入れ範囲（Ｚ軸方向の焼入れ領域）、その他、ワークＷの材質等の熱処理条件が入力される（Ｓ１０１）。本実施例では、要求される焼入れ硬度２５０ＨＢ、焼入れ深さ３ｍｍ、ワークＷの材質をＳ４５Ｃとした。
【００４５】
ステップＳ１０１の熱処理条件に基づいて、熱処理パラメータが決定される。熱処理パラメータは、ワークＷの回転数Ｎ、レーザビームの光出力Ｐ、レーザビーム幅ｂ、レーザビームの送り速度ｄ、熱処理対象箇所のレーザビームによる加熱回数ｎ、その他、焼入れ温度等である（Ｓ１０２）。本実施例では、回転数Ｎ＝３００ｒｐｍ、レーザビームの光出力Ｐ＝１ｋＷ、レーザビーム幅ｂ＝３ｍｍ、レーザビームの送り速度ｄ＝５ｍｍ／ｓ、加熱回数ｎ＝３、焼入れ温度は８５０℃である。
【００４６】
ワークＷを主軸１０５により支持し、回転数Ｎ＝３００ｒｐｍで回転させる（Ｓ１０３）。
【００４７】
レーザ発振器６０１の出力を調整し、光ファイバ６０２を介して集光ヘッド６００から照射されて、ワークＷ表面の熱処理対象箇所でのレーザビームの光出力がP＝１ｋＷとなるようにする（Ｓ１０４）。
【００４８】
ワークＷの加工表面に照射されるレーザビーム幅ｂを、Ｘステージ３０１の移動により集光ヘッド６００とワークＷの加工表面までの距離Ｌを調節することにより、ｂ＝３ｍｍに設定する。本実施例では、レーザビーム形状は、３ｍｍ×３ｍｍの略矩形状である（Ｓ１０５）。
【００４９】
ステップＳ１０４により集光ヘッド６００のＸ軸方向調節を行なうと共に、Ｚ軸方向の送り動作の制御を行なう。レーザビームの送り速度ｄを、ｄ＝ｂ・Ｎ／ｎにより設定して送り制御を行なう。または、Ｚ軸方向の送りピッチｐ＝ｂ／ｎにより送り制御量を設定して送り制御を行なってもよい（Ｓ１０６）。すなわち、ｄ＝５ｍｍ／ｓ、または、ｐ＝１ｍｍに設定して送り制御を行なう。
【００５０】
Ｘステージ３０１及びＺステージ３０２により集光ヘッド６００を要求されるワークＷの焼入れ範囲の加工開始位置に移動させた後、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６の制御を行いながら、ワークＷの熱処理対象箇所にレーザビームを照射することにより、Ａ３変態点である８５０℃以上まで加熱を行なう。ワークＷの回転に伴い、各々の熱処理対象箇所は、所定の加熱回数である３回加熱される（Ｓ１０７）。
【００５１】
レーザ照射部である熱処理対象箇所を赤外線放射温度計８００により、非接触で温度測定する。温度の測定値は、熱処理パラメータの決定ステップＳ１０２にフィードバックされ、Ａ３変態点である８５０℃以上に加熱されていない場合には、レーザビームの光出力Ｐ等の熱処理パラメータが修正される（Ｓ１０８）。
【００５２】
第１の所定の温度であるＡ３変態点である８５０℃以上の温度に加熱された熱処理対象箇所に、クーラント供給ノズル７００から０．２Ｌ／ｍｉｎの量のクーラント液を供給し、毎秒当たり５００℃の冷却速度で、第２の所定の温度、本実施例では約２００度まで急冷させる（Ｓ１０９）。尚、上記の第２の所定の温度は常温であってもよい。
【００５３】
以上、一連のステップを連続的にＺ軸方向の所定の焼入れ範囲に行なうことにより熱処理加工が施され、本実施例では、焼入れ硬度２５０ＨＢ、焼入れ深さ３ｍｍが得られた。
【００５４】
上記に示した焼入れ加工だけではなく、種々の熱処理方法が可能である。上記した実施例の第２の所定の温度、すなわち約２００度、あるいは常温まで急冷させた後に、第３の所定の温度であるＡ１変態点以下の温度（４００〜６８０℃）まで再加熱した後、第２の所定の温度まで強制的に冷却する熱処理方法が可能である。この熱処理は、焼戻し処理であり、焼入れ処理だけでは硬化するが非常に脆い金属組織となるため、焼戻しは焼入れ後、極力早く行なう。
【００５５】
（本発明の効果）
本発明による熱処理方法によれば、ワークＷの回転数Ｎ、レーザビームの光出力Ｐ、レーザビーム幅ｂ、レーザビームの送り速度ｄ等を調整して、Ａ３変態点以上の温度となるよう熱処理対象箇所を十分加熱した後、クーラントを熱処理対象箇所に供給して急冷する。従って、熱処理対象箇所においては、表面から十分深くまで加熱された後に急冷されるので、焼入れ深さが大きくでき、かつ、急冷により十分な硬度が得られ、高品質な熱処理加工が可能になるという効果を有する。
【００５６】
また、熱処理対象箇所を複数回加熱するので、加熱回数を制御することにより、焼入れ深さのコントロールが可能になるという効果を有する。
【００５７】
また、本発明による熱処理方法は、上記に示した焼入れ、焼戻しだけではなく、種々の熱処理方法が可能である。例えば、A３変態点以上に加熱後、空中で放冷することによる焼ならし加工等、種々の熱処理加工が可能になるという効果を有する。
【００５８】
また、赤外線放射温度計により、ワークＷの熱処理対象箇所の温度を非接触で測定して熱処理パラメータの決定ステップへフィードバックするので、熱処理温度の精度が向上し、焼入れ深さのコントロール等が容易になるという効果を有する。
【００５９】
また、本発明による熱処理方法は、ワークＷを主軸にチャックしたまま連続的に熱処理加工ができるので、旋削、研削等の他の加工とワンチャックのまま加工でき、加工工程の集約ができる。従って、本発明による熱処理方法を旋削、研削等の可能な複合加工機において実施することにより、粗加工、熱処理加工、及び仕上げ加工まで可能な加工機を構成できるという効果を有する。
【００６０】
また、本発明による熱処理方法は、レーザ照射により加熱するので、レーザの出力を高精度に制御することができ、また、温度測定をしてフィードバックするので、加熱制御性が高い。よって、常温からの加熱は、表面を目標温度よりも高温に昇温させ、内部への熱伝導を向上させることにより、金属組織の粗大化が起こる前に温度を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ熱処理方法を実施するための加工機の平面図であり、ワーク加工ユニット２００に熱処理加工ツールである集光ヘッド６００が装着された図である。
【図２】熱処理工具５０４の具体的構成を示すものであり、集光ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバ６０２から構成されることを示す図である。
【図３】本実施の形態に係るレーザ熱処理方法による焼入れ加工の例を説明する図である。
【図４】本実施の形態に係るレーザ熱処理方法による焼入れ加工の例を、工程フローにより説明する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１      複合加工機                      １０    ベッド
１００  ワーク支持駆動ユニット          １０１  主軸台ベース
１０２  主軸台スライドガイド            １０３  主軸台
１０４  主軸駆動モータ                  １０５  主軸
２００  装着ユニット
３０１  Xステージ                      ３０２  Ｚステージ
５００  レーザ加工ツール
６００  集光ヘッド                      ６０１  レーザ発振器
６０２  光ファイバ                      ６０３  光ファイバカップラ
６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ、６１０ｄ    レーザスタックモジュール
６１１  偏光カップリング板              ６１２  波長カップリング板
７００  クーラント供給ノズル
８００  赤外線放射温度計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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