JP2023017298A

JP2023017298A - Hardening device and hardening method

Info

Publication number: JP2023017298A
Application number: JP2021121458A
Authority: JP
Inventors: 裕明池上; Hiroaki Ikegami
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2023-02-07
Also published as: CN115679043A

Abstract

To prevent the generation of tempering upon hardening a surface of a hardening object by a laser.SOLUTION: A laser emission part is arranged so that an irradiation position of a laser beam on a surface of a hardening object is made into a continuous passage along an outer circumference of the hardening object, and the irradiation position of the laser beam is moved in a direction crossed with the passage over a hardening range of the hardening object. At this time, when at least the irradiation position of the laser beam in the hardening object lies in the hardening range, energization is performed to the laser emission part to inject the laser beam from the laser emission part, and the irradiation position of the hardening object is heated to a hardening temperature or more to perform hardening.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、レーザを用いた焼入れ技術に関する。 The present disclosure relates to hardening technology using a laser.

レーザは、微少な領域にエネルギを集中できるので、近年、レーザを用いた溶接や焼入れなどが実現されている。後者に関しては、例えば引用文献１に示すように、レーザを用いて軸体の表面に焼入れを行なうことが提案されている。 Since the laser can concentrate energy in a very small area, laser welding, hardening, and the like have been realized in recent years. As for the latter, it has been proposed to use a laser to harden the surface of the shaft body, as shown in Cited Document 1, for example.

特許第２６６６２８８号公報Japanese Patent No. 2666288

しかしながら、特許文献１に示す手法では、焼入れしようとする照射対象物の外周に沿ってレーザを順次照射することになり、焼入れに時間がかかってしまう、という問題があった。更に、特許文献１では、照射されるレーザのエネルギ密度が、照射対象物である軸体の軸方向に沿って均一になるように、レーザの照射範囲を軸方向に沿ってオーバラップさせている。この結果、一度照射された焼入れ温度に達した部位が、外周一周分の照射時間の後に、再度加熱されることになり、いわゆる焼き戻しが生じてしまう、焼入れによって達成しようとした硬度が得られない場合が生じ得る。外周一周に要する時間を短くしようとして、高出力のレーザ光を用いて照射対象物の相対的な回転速度を高めると、照射対象物の表面に溶融が起きてスパッタが発生する場合も想定される。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, the laser is sequentially irradiated along the outer periphery of the object to be quenched, which causes a problem that quenching takes time. Furthermore, in Patent Document 1, the laser irradiation range is overlapped along the axial direction so that the energy density of the irradiated laser is uniform along the axial direction of the shaft body that is the object to be irradiated. . As a result, the part that has reached the quenching temperature once irradiated will be heated again after the irradiation time for one round of the circumference, and so-called tempering will occur. There may be cases where there is no If a high-power laser beam is used to increase the relative rotational speed of the object to be irradiated in an attempt to shorten the time required for one round of the circumference, the surface of the object to be irradiated may melt and spatter may occur. .

本開示は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。本開示の一つの実施の態様は、焼入れ装置としての態様である。この焼入れ装置は、焼入れ対象物の表面におけるレーザ光の照射位置が、前記焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路となる位置に配置されたレーザ発光部と、前記レーザ光の照射位置を、前記経路に交差する方向に、前記焼入れ対象物の焼入れ範囲に亘って移動する照射位置移動部と、少なくとも、前記焼入れ対象物における前記レーザ光の照射位置が前記焼入れ範囲にある場合に、前記レーザ発光部に通電を行なう通電部とを備える。
本開示の他の実施の態様は、レーザ光を用いた焼入れ方法として態様である。この焼入れ方法では、焼入れ対象物の表面におけるレーザ光の照射位置が、前記焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路となるようにレーザ発光部を配置し、前記レーザ光の照射位置を、前記経路に交差する方向に、前記焼入れ対象物の焼入れ範囲に亘って移動し、少なくとも、前記焼入れ対象物における前記レーザ光の照射位置が前記焼入れ範囲にある場合に、前記レーザ発光部に通電を行なって、前記レーザ発光部からレーザ光を射出させ、前記焼入れ対象物の前記照射位置を焼入れ温度以上に加熱して、焼入れを行なう。
こうした焼入れ装置および焼入れ方法によれば、焼入れ対象物の焼入れ範囲においては、焼入れ対象物の外周の連続した経路となる位置にレーザ光が照射された状態となるので、焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路おいて焼入れを一度に行なうことができ、焼入れに要する時間を短縮できる。また、一度レーザ光が照射された位置の近傍を所定の時間をおいて再度照射するということが生じないので、一度焼入れされた位置が再度加熱される焼き戻しが生じることがなく、焼き戻しにより焼入れ対象物の硬度が低下するという現象が起きる懸念がない。 The present disclosure can be implemented as the following forms or application examples. One embodiment of the present disclosure is a quenching device. This quenching apparatus comprises a laser light emitting unit arranged at a position where the irradiation position of the laser light on the surface of the object to be quenched becomes a continuous path along the outer periphery of the object to be quenched, and the irradiation position of the laser light. an irradiation position moving unit that moves across the hardening range of the object to be hardened in a direction that intersects with the path; and an energizing portion for energizing the laser emitting portion.
Another embodiment of the present disclosure is a hardening method using a laser beam. In this quenching method, the laser light emitting unit is arranged so that the irradiation position of the laser beam on the surface of the object to be quenched forms a continuous path along the outer circumference of the object to be quenched, and the irradiation position of the laser beam is set to: It moves across the hardening range of the hardening object in the direction intersecting the path, and energizes the laser light emitting part at least when the irradiation position of the laser beam on the hardening object is in the hardening range. Then, a laser beam is emitted from the laser light emitting portion, and the irradiation position of the object to be quenched is heated to a quenching temperature or higher to perform quenching.
According to the quenching apparatus and the quenching method, in the quenching range of the object to be quenched, the laser beam is irradiated in a continuous path on the outer circumference of the object to be quenched. Quenching can be performed in one continuous path, and the time required for quenching can be shortened. In addition, since the vicinity of the position where the laser beam has been once irradiated is not re-irradiated after a predetermined period of time, the position that has been once quenched will not be tempered again. There is no fear that the hardness of the object to be quenched will decrease.

面発光レーザを用いた焼入れ装置の全体構成を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of a hardening apparatus using a surface emitting laser; FIG. 焼入れ装置を平面視により示す説明図。Explanatory drawing which shows a hardening apparatus by planar view. 被加工物上の照射範囲と面発光レーザの配置の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an irradiation range on a to-be-processed object, and an example of arrangement|positioning of a surface emitting laser. レーザユニットを用いた焼入れの範囲を、図２のＶＩ－ＶＩ断面により示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing the range of hardening using the laser unit by the VI-VI cross section of FIG. 2; 焼入れ処理制御ルーチンを示すフローチャート。4 is a flowchart showing a hardening process control routine; 面発光レーザの配置を拡大して示す説明図。Explanatory drawing which expands and shows arrangement|positioning of a surface emitting laser. レーザの照射範囲にオーバラップを設けた状態を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which an overlap is provided in the laser irradiation range; 第２実施形態の焼入れ装置の概略構成図。The schematic block diagram of the hardening apparatus of 2nd Embodiment.

Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）ハードウェア構成：
図１は、面発光レーザを用いた焼入れ装置１０の全体構成示す概略構成図である。図示するように、焼入れ装置１０は、軸体である被加工物ＷＫにレーザ光を照射して焼入れを行なうレーザ発光部２０と、このレーザ発光部２０を被加工物ＷＫの軸方向に移動させる移動部３０と、被加工物ＷＫをレーザ発光部２０に搬送する搬送装置５０と、全体の制御を司る制御部４０とを備える。レーザ発光部２０は、環状の形状をしており、内部に、被加工物ＷＫが通る空間を有する。レーザ発光部２０の詳しい構成については後述する。本実施形態では、被加工物ＷＫとして、焼入れ特性に優れたクロム鋼ＳＣｒ４３５Ｈやクロムモリブデン鋼ＳＣＭ４３５Ｈの軸体を用いた。焼入れを行なう鋼材であれば、他の種類の炭素鋼であっても差し支えない。また円柱形の軸体に限らず、内部に中空部を有する円筒形の軸体や、角柱形状の軸体、断面が多角形や楕円あるいは長円形状の軸体、更には軸体以外のものであっても差し支えない。したがって、被加工物ＷＫには、必ずしも回転などの軸が存在するとは限らないが、説明の便宜上、移動部３０によりレーザ発光部２０が移動する方向を「軸方向」、レーザ発光部２０における円環に沿った方向を「周方向」と呼ぶことがある。 A. First embodiment:
(A1) Hardware configuration:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the overall configuration of a hardening apparatus 10 using a surface emitting laser. As shown in the figure, the hardening apparatus 10 includes a laser light emitting unit 20 that irradiates a workpiece WK, which is a shaft body, with a laser beam for hardening, and moves the laser light emitting unit 20 in the axial direction of the workpiece WK. It includes a moving unit 30, a conveying device 50 for conveying the workpiece WK to the laser emitting unit 20, and a control unit 40 for overall control. The laser emitting part 20 has an annular shape, and has a space therein through which the workpiece WK passes. A detailed configuration of the laser emitting unit 20 will be described later. In the present embodiment, a shaft made of chromium steel SCr435H or chromium molybdenum steel SCM435H, which has excellent hardening characteristics, is used as the workpiece WK. Other types of carbon steel may be used as long as they are quenched. In addition, not limited to cylindrical shafts, cylindrical shafts having a hollow inside, prismatic shafts, shafts with polygonal, elliptical or oval cross sections, and other shafts Even if it is, it is acceptable. Therefore, although the work piece WK does not necessarily have an axis for rotation, for convenience of explanation, the direction in which the laser light emitting unit 20 is moved by the moving unit 30 is defined as the “axial direction”. The direction along the ring is sometimes called the "circumferential direction".

レーザ発光部２０には、移動部３０から突出した支持部３１により支持されている。移動部３０は、図示しないモータなどのアクチュエータにより、この支持部３１を、被加工物ＷＫの軸方向（図示上下）に沿って移動する。図１において、レーザ発光部２０を破線で示した位置が、レーザ発光部２０を移動する際の原点位置である。移動部３０は、制御部４０からの信号Ｓｍがない状態では、レーザ発光部２０を原点位置ＯＰで待機させる。 The laser emitting section 20 is supported by a supporting section 31 projecting from the moving section 30 . The moving part 30 moves the supporting part 31 along the axial direction (up and down in the drawing) of the workpiece WK by an actuator such as a motor (not shown). In FIG. 1, the position indicated by the dashed line of the laser emitting section 20 is the origin position when the laser emitting section 20 is moved. The moving unit 30 causes the laser emitting unit 20 to wait at the origin position OP when there is no signal Sm from the control unit 40 .

制御部４０は、周知のＣＰＵやメモリを有するコンピュータであり、メモリに記憶したプログラムにしたがって動作する。制御部４０は、外部のセンサの信号を読み取り、またアクチュエータなどに対してこれを駆動する信号を出力することで、焼入れ装置１０全体の動作を制御する。制御部４０は、移動部３０に対して移動を指示する信号Ｓｍの他、レーザ発光部２０への通電を指示する信号Ｓｅや搬送装置５０の搬送動作を指示する信号Ｓｂを出力する。信号Ｓｅは、移動部３０を介してレーザ発光部２０に出力され、レーザ発光部２０におけるレーザ光の出力をオン・オフする。信号Ｓｂは、搬送装置５０において被加工物ＷＫを搬送するコンベア５５を駆動する図示しないモータ等のアクチュエータに対して、その動作を指示する。搬送装置５０には、コンベア５５を一方向に送るローラ５１，５２等が設けられており、信号Ｓｂによりアクチュエータが動作すると、ローラ５１，５２の回転により、図示矢印ＦＷ方向に、被加工物ＷＫを搬送する。コンベア５５には、図示しない固定用治具が設けられており、被加工物ＷＫは、この治具を用いて位置決めされている。被加工物ＷＫの搬送位置は、センサ５７により検出される。こうした搬送装置５０に代えて、ロボットアームなどにより、被加工物ＷＫを所望の位置に搬送し、位置決めするものとしてもよい。 The control unit 40 is a computer having a well-known CPU and memory, and operates according to programs stored in the memory. The control unit 40 controls the operation of the hardening apparatus 10 as a whole by reading signals from external sensors and outputting signals for driving actuators and the like. The control unit 40 outputs a signal Sm instructing the moving unit 30 to move, a signal Se instructing energization of the laser emitting unit 20, and a signal Sb instructing the conveying operation of the conveying device 50. FIG. The signal Se is output to the laser light emitting section 20 via the moving section 30 to turn on/off the laser light output from the laser light emitting section 20 . The signal Sb instructs an actuator such as a motor (not shown) that drives the conveyor 55 that conveys the workpiece WK in the conveying device 50 to operate. The conveying device 50 is provided with rollers 51 and 52 for feeding the conveyor 55 in one direction. When the actuator is operated by the signal Sb, the rotation of the rollers 51 and 52 causes the workpiece WK to move in the direction of the arrow FW shown. to convey. A fixing jig (not shown) is provided on the conveyor 55, and the workpiece WK is positioned using this jig. A sensor 57 detects the transport position of the workpiece WK. Instead of such a transport device 50, a robot arm or the like may be used to transport and position the workpiece WK to a desired position.

レーザ発光部２０の構成について、図２ないし図４を用いて説明する。レーザ発光部２０は、平面視である図２に示すように、複数個の面発光レーザ２１と、この複数個の面発光レーザ２１を円環状に保持するケース２２とを備える。面発光レーザ２１は、ベース部２５を用いてケース２２に固定される。ベース部２５は、面発光レーザ２１の固定の他、図示しない駆動回路を収納し、また、面発光レーザ２１の放熱板としても機能する。第１実施形態では、全部で３６個の面発光レーザ２１を用いた。面発光レーザ２１の数は任意であり、被加工物ＷＫの直径や面発光レーザ２１が発光する幅等により、被加工物ＷＫの外周を、面発光レーザ２１からの照射光が連続的に取り巻く経路を形成するのに必要な個数として定めれば良い。発光面の幅ＬＬ、高さＨＨの面発光レーザ２１を用いる場合、概算としては、面発光レーザ２１の個数Ｎは、被加工物ＷＫの直径２Ｒと、発光面の幅ＬＬを用いて、次式（１）により定めることができる。
Ｎ≧２Ｒ・π／ＬＬ …（１）
本実施形態で焼入れを行なう被加工物ＷＫは直径２Ｒが１４８ｍｍの軸体であり、面発光レーザ２１の幅ＬＬは約１３ｍｍであった。 The configuration of the laser emitting section 20 will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. As shown in plan view in FIG. 2, the laser emitting unit 20 includes a plurality of surface emitting lasers 21 and a case 22 that holds the plurality of surface emitting lasers 21 in an annular shape. The surface emitting laser 21 is fixed to the case 22 using a base portion 25 . In addition to fixing the surface-emitting laser 21 , the base portion 25 houses a drive circuit (not shown) and also functions as a heat sink for the surface-emitting laser 21 . In the first embodiment, a total of 36 surface emitting lasers 21 were used. The number of surface-emitting lasers 21 is arbitrary, and the outer circumference of the workpiece WK is continuously surrounded by the irradiation light from the surface-emitting lasers 21 depending on the diameter of the workpiece WK, the width of the light emitted by the surface-emitting lasers 21, and the like. The number may be determined as the number necessary to form a path. When using surface emitting lasers 21 having a light emitting surface width LL and a height HH, the number N of the surface emitting lasers 21 can be roughly calculated using the diameter 2R of the workpiece WK and the light emitting surface width LL as follows: It can be determined by the formula (1).
N≧2R·π/LL (1)
The workpiece WK to be quenched in this embodiment was a shaft having a diameter 2R of 148 mm, and the width LL of the surface emitting laser 21 was approximately 13 mm.

レーザ光は、直進性が高く、面発光レーザ２１からのレーザ光もほとんど拡がらないので、上記式（１）は、面発光レーザ２１の発光面から被加工物ＷＫの表面まで間隔（以下、ギャップという）ＧＰの大小によらず、成り立つ。本実施形態では、ギャップＧＰは、数ミリ程度とした。以下の説明において、個々の面発光レーザ２１を区別する必要がある場合には、面発光レーザ２１Ａ，２１Ｂのように、接辞Ａ、Ｂ・・・を付けるものとする。 Since the laser light has a high degree of straightness and the laser light from the surface emitting laser 21 hardly spreads, the above formula (1) is the distance from the light emitting surface of the surface emitting laser 21 to the surface of the workpiece WK (hereinafter referred to as This holds true regardless of the size of the GP (referred to as the gap). In this embodiment, the gap GP is set to approximately several millimeters. In the following description, when it is necessary to distinguish between individual surface emitting lasers 21, the affixes A, B, .

面発光レーザ２１は、連続発光タイブのものであり、レーザ光の波長は近赤外領域（例えば、９００～１１００ｎｍ）であり、一つの面発光レーザ当たりの出力が１００Ｗ程度のものを用いた。本実施例では、３６個の面発光レーザ２１を用いているので、レーザ発光部２０全体の出力は、３．６ｋＷである。面発光レーザ２１の動作に伴う熱は、ベース部２５からケース２２に伝導し、ケース２２に設けられた図示しない放熱フィンなどから放熱される。もとより、ケース２２に、空冷用のファンや、冷媒やヒートパイプを用いた放熱装置を組み込んでもよい。 The surface emitting laser 21 is of continuous emission type, the wavelength of the laser light is in the near-infrared region (for example, 900 to 1100 nm), and the output per one surface emitting laser is about 100 W. Since 36 surface-emitting lasers 21 are used in this embodiment, the output of the entire laser emitting section 20 is 3.6 kW. Heat associated with the operation of the surface-emitting laser 21 is conducted from the base portion 25 to the case 22 and radiated from heat radiation fins (not shown) provided on the case 22 . Needless to say, the case 22 may incorporate an air-cooling fan or a heat dissipation device using a refrigerant or a heat pipe.

図３は、被加工物ＷＫを取り囲むように配置された複数の面発光レーザ２１のうち、面発光レーザ２１Ａ～２１Ｄを例にして、面発光レーザ２１と被加工物ＷＫ上の照射位置との関係を示す説明図である。面発光レーザ２１は、実施形態では３６個としたが、図３では図示の都合上、このうちの４個の面発光レーザ２１Ａ～２１Ｄを示した。図示するように、面発光レーザ２１Ａ～２１Ｄから射出されたレーザ光は、広がることなく直進して被加工物ＷＫである軸体の外表面に到達する。一つの面発光レーザ２１による照射範囲は、面発光レーザ２１の発光面の大きさとほぼ等しく、被加工物ＷＫの周方向に幅ＬＬ、被加工物ＷＫの軸方向に高さＨＨである。隣接する各面発光レーザ２１Ａ～２１Ｄからの射出するレーザ光の被加工物ＷＫ上の照射領域ｉＡ～ｉＤは、互いに隣接し、連続的な経路となる照射範囲ＩＲＲを形成する。 FIG. 3 shows surface emitting lasers 21A to 21D among a plurality of surface emitting lasers 21 arranged so as to surround the workpiece WK, and shows the position of the surface emitting laser 21 and the irradiation position on the workpiece WK. It is an explanatory view showing a relationship. Although there are 36 surface emitting lasers 21 in the embodiment, only four surface emitting lasers 21A to 21D are shown in FIG. 3 for convenience of illustration. As shown in the figure, the laser beams emitted from the surface-emitting lasers 21A to 21D travel straight without spreading and reach the outer surface of the shaft, which is the workpiece WK. The irradiation range of one surface-emitting laser 21 is substantially equal to the size of the light-emitting surface of the surface-emitting laser 21, and has a width LL in the circumferential direction of the workpiece WK and a height HH in the axial direction of the workpiece WK. The irradiation regions iA to iD on the workpiece WK of the laser beams emitted from the adjacent surface emitting lasers 21A to 21D are adjacent to each other to form an irradiation range IRR that is a continuous path.

図示から了解されるように、被加工物ＷＫ上での照射領域ｉＡ～ｉＤを互いに隣接するようにしても、被加工物ＷＫの表面からギャップＧＰだけ離れて配列された各面発光レーザ２１Ａ～２１Ｄの発光面は、隣接する発光面から僅かに隔たった位置に配置できる。したがって、面発光レーザ２１を支持するベース部２５は、面発光レーザ２１より、周方向に大きくすることができ、レーザ発光部２０の製造が容易となる。また、面発光レーザ２１の間隔を広くでき、冷却上も有利である。 As can be seen from the drawing, even if the irradiation regions iA to iD on the workpiece WK are arranged adjacent to each other, the surface emitting lasers 21A to 21A to 21A arranged apart from the surface of the workpiece WK by the gap GP. The light emitting surface of 21D can be positioned slightly spaced apart from adjacent light emitting surfaces. Therefore, the base portion 25 that supports the surface emitting laser 21 can be made larger in the circumferential direction than the surface emitting laser 21, and the laser emitting portion 20 can be manufactured easily. Moreover, the space between the surface emitting lasers 21 can be widened, which is advantageous in terms of cooling.

図４は、図２におけるＶＩ－ＶＩ断面視であって、焼入れ工程を説明するための模式図である。図では、被加工物ＷＫは断面視を示すハッチングをしていない。シングルハッチングの領域ＴＱＡは、被加工物ＷＫにおける焼入れの全領域を示す。また領域ＰＱＡは、レーザ発光部２０の移動により、焼入れが行なわれた領域を示す。この例では、レーザ発光部２０は、原点位置ＯＰで待機しており、被加工物ＷＫが焼入れ可能位置に配置されると、円環形状のレーザ発光部２０は、移動部３０により被加工物ＷＫの方向に移動し、照射開始位置ＳＴに至ると、レーザ発光部２０の面発光レーザ２１に通電され、レーザ光の照射が開始される。 FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 2 and is a schematic diagram for explaining the quenching process. In the figure, the workpiece WK is not hatched to indicate a cross-sectional view. A single-hatched region TQA indicates the entire quenched region of the workpiece WK. A region PQA indicates a region that has been quenched by movement of the laser emitting portion 20 . In this example, the laser emitting unit 20 is on standby at the origin position OP. When it moves in the direction of WK and reaches the irradiation start position ST, the surface emitting laser 21 of the laser light emitting section 20 is energized and laser light irradiation is started.

レーザ光の照射により、被加工物ＷＫの表面温度は短期間に焼入れに必要な１２００から１４００℃に達する。したがって、面発光レーザ２１からのレーザ光の射出を継続したまま、移動部３０によりレーザ発光部２０を移動していくと、移動に伴って、被加工物ＷＫ上の焼入れ領域ＰＱＡは、移動方向に拡大していく。予め定めた焼入れ長さＱＬだけ焼入れが行なわれ、レーザ発光部２０が焼入れ終了位置ＥＰに至れば、面発光レーザ２１の通電を終了し、焼入れを完了する。その後、移動部３０によりレーザ発光部２０は、原点位置ＯＰに復帰するので、被加工物ＷＫは、搬送装置５０により次工程へと搬出される。なお、本実施形態では、移動部３０によるレーザ発光部２０の移動速度は数ｍｍ／秒程度であり、焼入れ長さは数十ｍｍから１００ｍｍを超える程度である。もとより、移動速度は、被加工物ＷＫの表面に単位時間当たりに照射されるレーザ光のエネルギが、被加工物ＷＫの表面温度を焼入れ温度まで上昇できるように設定すればよい。つまり、面発光レーザ２１として射出エネルギの高いものを用いれば、移動速度は速めることができる。また、移動部３０の移動可能範囲を広くすれば、焼入れ長さＱＬを更に広くすることも容易である。 The laser light irradiation causes the surface temperature of the workpiece WK to reach 1200 to 1400° C. required for hardening in a short period of time. Therefore, when the laser light emitting unit 20 is moved by the moving unit 30 while the emission of the laser light from the surface emitting laser 21 is continued, the quenched area PQA on the workpiece WK moves along with the movement. will expand to Hardening is performed for a predetermined hardening length QL, and when the laser emitting portion 20 reaches the hardening end position EP, the surface emitting laser 21 is energized and the hardening is completed. After that, the moving part 30 causes the laser emitting part 20 to return to the origin position OP, so that the workpiece WK is carried out to the next process by the conveying device 50 . In the present embodiment, the moving speed of the laser emitting portion 20 by the moving portion 30 is about several mm/second, and the quenching length is about several tens of mm to over 100 mm. Needless to say, the moving speed should be set so that the energy of the laser beam irradiated to the surface of the workpiece WK per unit time can raise the surface temperature of the workpiece WK to the hardening temperature. In other words, if a surface-emitting laser 21 with high emission energy is used, the moving speed can be increased. Moreover, if the movable range of the moving part 30 is widened, it is easy to further increase the quenching length QL.

（Ａ２）焼入れ処理：
次に、制御部４０による焼入れ処理について簡単に説明する。本実施形態では、被加工物ＷＫの焼入れは、制御部４０により制御される。制御部４０が実行する焼入れ処理制御ルーチンを、図５に示した。この制御ルーチンは、被加工物ＷＫの焼入れ処理の実施に合わせて開始される。焼入れ処理が開始されると、まず搬送装置５０に対して信号Ｓｂを出力し、被加工物ＷＫの搬送を行なう（ステップＳ１００）。被加工物ＷＫは、搬送装置５０により搬送される。 (A2) Quenching treatment:
Next, the quenching process by the control unit 40 will be briefly described. In this embodiment, the quenching of the workpiece WK is controlled by the controller 40 . FIG. 5 shows a quenching process control routine executed by the control unit 40 . This control routine is started in conjunction with the quenching process of the workpiece WK. When the quenching process is started, first, a signal Sb is output to the conveying device 50 to convey the workpiece WK (step S100). The workpiece WK is transported by the transport device 50 .

そこで、被加工物ＷＫが焼入れ処理を行なう位置、つまりレーザ発光部２０の直下の位置に至ったかを判断する（ステップＳ１０５）。この判断は、被加工物ＷＫの位置を検出しているセンサ５７からの信号Ｓｓを読みとることにより行なう。被加工物ＷＫが焼入れ位置に至っていなければ、搬送装置５０による搬送を継続し（ステップＳ１００）、焼入れ位置に至ったと判断すれば（ステップＳ１０５：「ＹＥＳ」）、搬送装置５０よる搬送を一旦停止する（ステップＳ１１０）。 Therefore, it is determined whether or not the workpiece WK has reached the position where the quenching process is to be performed, that is, the position directly below the laser emitting section 20 (step S105). This determination is made by reading the signal Ss from the sensor 57 detecting the position of the workpiece WK. If the workpiece WK has not reached the hardening position, the transfer by the transfer device 50 is continued (step S100). Stop (step S110).

続いて、移動部３０に信号Ｓｍを送り、レーザ発光部２０を原点位置ＯＰから被加工物ＷＫの軸方向に沿って、所定の速度で移動させる（ステップＳ１２０）。この結果、レーザ発光部２０は、被加工物ＷＫに近づき、やがて環状の内側に、被加工物ＷＫが位置する状態で、更に軸方向に加工する。制御部４０は、移動部３０の移動量を制御することで、レーザ発光部２０が焼入れ範囲に入ったかを判断する（ステップＳ１２５）。移動部３０が移動用のアクチュエータとしてステッピングモータを用いていれば、制御部４０は移動部３０に対して出力したステップ数から、レーザ発光部２０の移動距離を知ることができる。そこで、レーザ発光部２０が予め定めた焼入れ開始位置ＳＴに至るまでは（ステップＳ１２５：「ＮＯ」）、レーザ発光部２０の移動を継続し（ステップＳ１２０）、レーザ発光部２０が焼入れ範囲に入れば（ステップＳ１２５：「ＹＥＳ」）、信号Ｓｅを出力し、レーザ発光部２０に備えられた３６個の面発光レーザ２１への通電を行なう（ステップＳ１３０）。 Subsequently, a signal Sm is sent to the moving unit 30 to move the laser emitting unit 20 from the origin OP along the axial direction of the workpiece WK at a predetermined speed (step S120). As a result, the laser emitting unit 20 approaches the workpiece WK, and eventually processes the workpiece WK further in the axial direction while the workpiece WK is positioned inside the ring. The control unit 40 determines whether the laser emitting unit 20 has entered the hardening range by controlling the amount of movement of the moving unit 30 (step S125). If the moving part 30 uses a stepping motor as a moving actuator, the control part 40 can know the movement distance of the laser emitting part 20 from the number of steps output to the moving part 30 . Therefore, until the laser emission part 20 reaches the predetermined hardening start position ST (step S125: "NO"), the movement of the laser emission part 20 is continued (step S120), and the laser emission part 20 enters the hardening range. Otherwise (step S125: "YES"), the signal Se is output to energize the 36 surface emitting lasers 21 provided in the laser emitting section 20 (step S130).

この結果、面発光レーザ２１は、レーザ光を被加工物ＷＫに向かって射出し、レーザ光の照射を受けた被加工物ＷＫの表面は加熱されて昇温し、焼入れが行なわれる。面発光レーザ２１がレーザ光を照射している間も、レーザ発光部２０の移動は継続しているから、制御部４０は、レーザ発光部２０が予め定めた焼入れの範囲外となったかを判断し（ステップＳ１３５）、焼入れ範囲外となるまでは面発光レーザ２１への通電を継続し（ステップＳ１３０）、レーザ発光部２０が焼入れ終了位置ＥＰを超えて焼入れ範囲外となれば（ステップＳ１３５：「ＹＥＳ」）、信号Ｓｅの出力を停止して、面発光レーザ２１への通電を終了する（ステップＳ１４０）。これにより、被加工物ＷＫの焼入れ開始位置ＳＴから焼入れ終了位置ＥＰまではレーザ光のエネルギにより加熱されて昇温し、焼入れが行なわれて、被加工物ＷＫの表面には焼入れ領域ＴＱＡが形成される。 As a result, the surface-emitting laser 21 emits a laser beam toward the workpiece WK, and the surface of the workpiece WK irradiated with the laser beam is heated and heated to be quenched. Since the movement of the laser emitting portion 20 continues even while the surface emitting laser 21 is irradiating the laser beam, the control portion 40 determines whether the laser emitting portion 20 is out of the predetermined hardening range. Then (step S135), the energization of the surface emitting laser 21 is continued until it becomes out of the hardening range (step S130), and when the laser emitting part 20 exceeds the hardening end position EP and becomes out of the hardening range (step S135: "YES"), the output of the signal Se is stopped, and the energization of the surface emitting laser 21 is terminated (step S140). As a result, the workpiece WK is heated from the quenching start position ST to the quenching end position EP by the energy of the laser beam, and quenching is performed to form a quenched region TQA on the surface of the workpiece WK. be done.

その後、制御部４０は、信号Ｓｍの出力を停止し、移動部３０によりレーザ発光部２０を原点位置ＯＰに復帰させる（ステップＳ１５０）。制御部４０は、引き続き、予定した全ての被加工物ＷＫの焼入れ加工を完了したかを判断し（ステップＳ１５５）、予め設定した本数の被加工物ＷＫの焼入れ加工が完了して否か蹴れば（ステップＳ１５５：「ＮＯ」）、ステップＳ１００に戻って、新たな被加工物ＷＫに対して、上述したステップＳ１００からＳ１５５）の処理を繰り返す。予定した全ての被加工物ＷＫに対する焼入れ加工が完了していれば（ステップＳ１５５：「ＹＥＳ」）、「ＥＮＤ」に抜けて、本制御ルーチンを終了する。 After that, the control unit 40 stops outputting the signal Sm, and causes the moving unit 30 to return the laser emitting unit 20 to the origin position OP (step S150). The control unit 40 subsequently determines whether or not the quenching of all the planned workpieces WK has been completed (step S155), and determines whether or not the quenching of the preset number of workpieces WK has been completed. (Step S155: "NO"), returning to step S100, the above-described processing of steps S100 to S155) is repeated for a new workpiece WK. If the quenching process for all the planned workpieces WK has been completed (step S155: "YES"), the process exits to "END" and ends this control routine.

以上説明した第１実施形態の焼入れ装置１０によれば、焼入れ対象物である被加工物ＷＫの焼入れ範囲ＴＱＡにおいては、被加工物ＷＫの外周の連続した経路となる位置を含む照射範囲ＩＲＲにレーザ光が照射された状態となるので、被加工物ＷＫの外周に沿った連続的な経路おいて焼入れを一度に行なうことができ、焼入れに要する時間を短縮できる。また、一度レーザ光が照射された位置の近傍を所定の時間をおいて再度照射するということが生じないので、一度焼入れされた位置が再度加熱される焼き戻しが生じることがなく、被加工物ＷＫの硬度が焼き戻しにより低下することがない。 According to the quenching apparatus 10 of the first embodiment described above, in the quenching range TQA of the workpiece WK, which is an object to be quenched, the irradiation range IRR including the position serving as a continuous path on the outer circumference of the workpiece WK Since the workpiece WK is irradiated with the laser beam, hardening can be performed at once in a continuous path along the outer circumference of the workpiece WK, and the time required for hardening can be shortened. In addition, since the vicinity of the position where the laser beam has been once irradiated is not re-irradiated after a predetermined period of time, the position that has been quenched once is not tempered again. Hardness of WK is not lowered by tempering.

また、本実施形態では、レーザ発光部２０に複数の面発光レーザ２１を用いているので、連続した経路を形成することが容易である。しかも、被加工物ＷＫの外周の経路上の一点に着目すると、２次元的な広がりを有するレーザ光の照射面が通り過ぎるまで所定の時間、照射を受け続けることになり、被加工物ＷＫに与える単位面積当たりのエネルギを大きくでき、焼入れ温度に達するまでの時間を短縮できる。 In addition, in this embodiment, since a plurality of surface emitting lasers 21 are used in the laser emitting section 20, it is easy to form a continuous path. Moreover, focusing on one point on the path of the outer periphery of the workpiece WK, the laser beam continues to be irradiated for a predetermined time until the irradiation surface of the two-dimensionally spread laser beam passes by, and the workpiece WK is affected. The energy per unit area can be increased, and the time required to reach the quenching temperature can be shortened.

さらに、本実施形態では、面発光レーザ２１を被加工物ＷＫの表面に直接対向する位置に設けているので、照光位置の調整が容易であり、またレーザ光の散乱等によるロスも小さくできる。被加工物ＷＫから面発光レーザ２１までに所定長ＧＰのギャップを設けていることから、面発光レーザ２１の取り付けも容易なる。この点を、図６を用いて説明する。図示するように、面発光レーザ２１から射出されたレーザ光はほぼ直進するので、被加工物ＷＫから所定長さＧＰのギャップを隔てた位置では、被加工物ＷＫを取り囲む経路の全長は増加する。このため、隣接する面発光レーザ２１Ａと２１Ｂとの間に、所定の間隔を空けることが可能となり、面発光レーザ２１の配置が容易となる。面発光レーザ２１がその発光面の幅ＬＬより広い幅ＬＦのベース部２５Ａ，２５Ｂ上に設けられている場合でも、面発光レーザ２１の配列が可能となる。 Furthermore, in this embodiment, since the surface-emitting laser 21 is provided at a position directly facing the surface of the workpiece WK, the illumination position can be easily adjusted, and the loss due to scattering of laser light can be reduced. Since the gap of the predetermined length GP is provided from the workpiece WK to the surface emitting laser 21, mounting of the surface emitting laser 21 is also facilitated. This point will be described with reference to FIG. As shown in the figure, since the laser light emitted from the surface emitting laser 21 travels substantially straight, the total length of the path surrounding the workpiece WK increases at a position separated by a gap of a predetermined length GP from the workpiece WK. . Therefore, it is possible to provide a predetermined space between the adjacent surface-emitting lasers 21A and 21B, and the arrangement of the surface-emitting lasers 21 is facilitated. Even when the surface emitting lasers 21 are provided on the base portions 25A and 25B having a width LF wider than the width LL of the light emitting surface, the surface emitting lasers 21 can be arranged.

図示するように、被加工物ＷＫの半径がＲであり、Ｎ個の面発光レーザ２１により被加工物ＷＫを取り囲んで、その外表面に照射範囲を連続的に設ける場合、一つの面発光レーザ２１の幅ＬＬは、中心角３６０゜／Ｎの円弧の弦の長さに等しいから、幅ＬＬは、次式（２）により求められる。
ＬＬ＝２Ｒ・ｓin（３６０／２Ｎ）＝２Ｒ・ｓin（１８０／Ｎ） …（２）
他方、被加工物ＷＫの表面から所定長ＧＰのギャップを隔てた位置、つまり実際に面発光レーザ２１が配置される位置での弦の長さＬＦは、次式（３）により求められる。
ＬＦ＝２（Ｒ＋ＧＰ）・ｓin（１８０／Ｎ） …（３） As shown in the figure, when the radius of the workpiece WK is R, the workpiece WK is surrounded by N surface-emitting lasers 21, and the irradiation range is continuously provided on the outer surface thereof, one surface-emitting laser Since the width LL of 21 is equal to the length of the chord of the arc with the central angle of 360°/N, the width LL is obtained by the following equation (2).
LL=2R.sin(360/2N)=2R.sin(180/N) (2)
On the other hand, the chord length LF at a position separated by a gap of a predetermined length GP from the surface of the workpiece WK, that is, at the position where the surface emitting laser 21 is actually arranged, is obtained by the following equation (3).
LF=2(R+GP)·sin(180/N) (3)

したがって、両者の差ΔＬは、
ΔＬ＝ＬＦ－ＬＬ＝２ＧＰ・ｓin（１８０／Ｎ）
となる。このため、ベース部２５の幅ＬＦに関して、を面発光レーザ２１の発光面の幅ＬＬと完全に一致させる必要がなく、設計および製造の自由度が高くなっている。実際の製造において、ベース部２５の幅ＬＦが、面発光レーザ２１の発光面の幅ＬＬと同一に作られている場合、ベース部２５を用いたアライメントの余裕が得られることになり、好適である。 Therefore, the difference ΔL between the two is
ΔL=LF-LL=2GP・sin(180/N)
becomes. Therefore, the width LF of the base portion 25 does not have to be completely matched with the width LL of the light emitting surface of the surface emitting laser 21, increasing the degree of freedom in design and manufacturing. In actual manufacturing, if the width LF of the base portion 25 is made to be the same as the width LL of the light emitting surface of the surface emitting laser 21, a margin for alignment using the base portion 25 can be obtained, which is preferable. be.

また、この差ΔＬが存在することにより、例えば図７に示すように、被加工物ＷＫの表面において、面発光レーザ２１からのレーザ光の照射範囲を僅かに重ねることも容易である。これ例では、ベース部２５の幅Ｌｆを、上述した式（３）により求まる幅ＬＦより小さくし、隣接する面発光レーザ２１ａ，２１ｂを、図６より接近させて配置している。こうすれば、隣り合う二つの面発光レーザ２１Ａ，２１Ｂからのレーザ光が重なり合うオーバラップ領域ＯＬを形成できる。このため、面発光レーザ２１ａ，２１ｂを搭載するベース部２５ａ，２５ｂの位置決めに僅かなズレが生じても、被加工物ＷＫの表面にレーザ光が当たらない領域が生じることを抑制できる。 In addition, due to the presence of this difference ΔL, it is easy to slightly overlap the irradiation range of the laser light from the surface emitting laser 21 on the surface of the workpiece WK, as shown in FIG. 7, for example. In this example, the width Lf of the base portion 25 is made smaller than the width LF obtained by the above equation (3), and the adjacent surface emitting lasers 21a and 21b are arranged closer than in FIG. By doing so, it is possible to form an overlap region OL where the laser beams from the two adjacent surface emitting lasers 21A and 21B overlap each other. Therefore, even if the base portions 25a and 25b on which the surface-emitting lasers 21a and 21b are mounted are slightly misaligned, it is possible to prevent the surface of the workpiece WK from being exposed to the laser beam.

Ｂ．第２実施形態：
図８は、第２実施形態の焼入れ装置１００の構成を、被加工物ＷＫを除いて断面視により示す概略構成図である。焼入れ装置１００は、レーザ発光部２００と、移動部３００と、搬送装置５００とを備える。また、図示は省略しているが、焼入れ装置１００は、これらの装置に対する制御を司る制御部も備える。 B. Second embodiment:
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the quenching apparatus 100 of the second embodiment in a cross-sectional view, excluding the workpiece WK. The hardening device 100 includes a laser emitting section 200 , a moving section 300 and a conveying device 500 . Although not shown, the quenching device 100 also includes a control unit that controls these devices.

レーザ発光部２００は、複数の面発光レーザ２２１を円環形状に配列して備える。レーザ発光部２００とペアになる環状鏡２３０は、レーザ発光部２００と略同一形状をしており、レーザ発光部２００と同軸上に配置される。環状鏡２３０は、支持部３３１を介して移動部３００に支持されている。移動部３００は、第１実施形態同様、支持部３３１を移動することにより、環状鏡２３０を被加工物ＷＫの軸方向に沿って移動する。 The laser emitting unit 200 includes a plurality of surface emitting lasers 221 arranged in an annular shape. An annular mirror 230 paired with the laser emitting section 200 has substantially the same shape as the laser emitting section 200 and is arranged coaxially with the laser emitting section 200 . The annular mirror 230 is supported by the moving section 300 via a support section 331 . As in the first embodiment, the moving part 300 moves the annular mirror 230 along the axial direction of the workpiece WK by moving the supporting part 331 .

環状に形成された複数の面発光レーザ２２１は、レーザ光の射出方向が、第１実施形態とは異なり、円環の内側でなく、軸方向に向いている。面発光レーザ２２１からのレーザ光は、レーザ発光部２００の鉛直下方に位置する環状鏡２３０に向けて射出され、環状鏡２３０に設けられた表面反射鏡２３５により直角に反射し、被加工物ＷＫの表面を照射する。表面反射鏡２３５は、環状鏡２３０の内側に、断面二等辺三角形となる形状に形成されている。表面反射鏡２３５は、環状鏡２３０の表面に金属皮膜を蒸着して形成してもよいし、表面反射鏡２３５の表面を研磨して、鏡面仕上げすることで形成してもよい。表面反射鏡２３５は、環状鏡２３０の形状に倣った環状形状をしているので、レーザ発光部２００の面発光レーザ２２１からのレーザ光は、表面反射鏡２３５で反射し、被加工物ＷＫの表面の照射範囲ＩＲＲを照射する。 Unlike the first embodiment, the plurality of surface-emitting lasers 221 formed in a ring shape emit laser light in the axial direction instead of the inside of the ring. A laser beam from the surface-emitting laser 221 is emitted toward an annular mirror 230 positioned vertically below the laser emitting unit 200, reflected at right angles by a surface reflecting mirror 235 provided on the annular mirror 230, and reflected onto the workpiece WK. irradiate the surface of The surface reflecting mirror 235 is formed inside the annular mirror 230 so as to have an isosceles triangular cross section. The surface reflecting mirror 235 may be formed by vapor-depositing a metal film on the surface of the annular mirror 230, or may be formed by polishing the surface of the surface reflecting mirror 235 to a mirror finish. Since the surface reflecting mirror 235 has an annular shape that follows the shape of the annular mirror 230, the laser light emitted from the surface emitting laser 221 of the laser emitting unit 200 is reflected by the surface reflecting mirror 235, and is reflected on the workpiece WK. The irradiation range IRR of the surface is irradiated.

この結果、照射範囲ＩＲＲは、レーザ光のエネルギで加熱され、焼入れ温度に達して焼入れが行なわれることは、第１実施例と同様である。もとより、第１実施例の図５で説明したとの同様に、被加工物ＷＫは、搬送装置５００により焼入れ位置まで搬送されて停止し、その後、原点位置ＯＰから環状鏡２３０が被加工物ＷＫの軸方向に移動し、焼入れ範囲に入ると、レーザ発光部２００の面発光レーザ２２１への通電が行なわれることも、第１実施形態と同様である。 As a result, the irradiation range IRR is heated by the energy of the laser beam, reaches the hardening temperature, and is hardened, as in the first embodiment. 5 of the first embodiment, the workpiece WK is transported to the quenching position by the transport device 500 and stopped, and then the annular mirror 230 moves from the original position OP to the workpiece WK. , and enters the hardening range, the surface emitting laser 221 of the laser emitting unit 200 is energized, as in the first embodiment.

以上説明した第２実施形態の焼入れ装置１００は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する上、更に複数の面発光レーザ２２１を備えたレーザ発光部２００を移動する必要がなく、装置構成を簡略化できるという利点がある。第２実施形態の焼入れ装置１００では、移動部３００によって移動される環状鏡２３０は、レーザ光の反射体に過ぎず、面発光レーザ２２１への電気配線などを要しない。したがって、その重量も軽くでき、移動部３００の構成も簡略化できる。第２実施形態では、レーザ光を射出する面発光レーザ２２１から焼入れが行なわれる被加工物ＷＫの表面までの距離は第１実施形態と比較して長いが、レーザ光は、直進性が高いので、大きなエネルギロスは生じることなく、被加工物ＷＫを加熱できる。 The hardening apparatus 100 of the second embodiment described above has the same effects as those of the first embodiment. It has the advantage of simplification. In the hardening apparatus 100 of the second embodiment, the annular mirror 230 moved by the moving part 300 is merely a reflector of laser light, and does not require electrical wiring to the surface emitting laser 221 . Therefore, the weight can be reduced, and the configuration of the moving section 300 can be simplified. In the second embodiment, the distance from the surface-emitting laser 221 that emits laser light to the surface of the workpiece WK to be quenched is longer than in the first embodiment. , the workpiece WK can be heated without causing a large energy loss.

環状鏡２３０は、面発光レーザ２２１からのレーザ光を被加工物ＷＫの軸ＡＸ方向に反射する際には単なる平面鏡として機能するが、周方向には湾曲した凹面鏡となっているので、面発光レーザ２２１からのレーザ光は、周方向において若干収束する。このため、レーザ発光部２００を構成する複数の面発光レーザ２２１からのレーザ光が、被加工物ＷＫの外周において連続した照射範囲ＩＲＲを形成するよう、表面反射鏡２３５による収束を考慮して、面発光レーザ２２１の発光面の大きさや間隔を定めればよい。もとより、面発光レーザ２２１の数Ｎと同じ枚数の平面鏡をつなぎ合わせて表面反射鏡２３５を構成すれば、周方向のレーザ光の収束を考慮する必要はない。 The annular mirror 230 functions as a simple plane mirror when reflecting the laser light from the surface emitting laser 221 in the direction of the axis AX of the workpiece WK, but since it is a concave mirror curved in the circumferential direction, the surface emitting light Laser light from the laser 221 converges slightly in the circumferential direction. For this reason, considering the convergence by the surface reflecting mirror 235 so that the laser beams from the plurality of surface emitting lasers 221 constituting the laser emitting unit 200 form a continuous irradiation range IRR on the outer circumference of the workpiece WK, The size and spacing of the light emitting surface of the surface emitting laser 221 may be determined. Of course, if the surface reflecting mirror 235 is constructed by connecting the same number of plane mirrors as the number N of the surface emitting lasers 221, it is not necessary to consider the convergence of the laser light in the circumferential direction.

第２実施形態では、レーザ光の方向を変更するのに、表面反射鏡２３５を用いたが、プリズムなどを用いてもよい。あるいは低損失の光ファイバや導光路によりレーザ光の方向を変更するようにしてもよい。 In the second embodiment, the surface reflecting mirror 235 is used to change the direction of the laser light, but a prism or the like may be used. Alternatively, the direction of the laser light may be changed using a low-loss optical fiber or light guide path.

上述した第１，第２実施形態では、レーザ発光部２０やレーザ発光部２００および環状鏡２３０は、いずれも閉じた円環形状としたが、これらは、必ずしも閉じた円環形状である必要はない。被加工物ＷＫの周方向において、焼入れする範囲が全周でなければ、焼入れ範囲に応じた円弧形状としてもよい。また被加工物ＷＫが角柱等の円形形状以外であれば、被加工物ＷＫの円形でない断面形状と相似の形状としてもよい。焼入れ対象物の表面におけるレーザ光の照射位置が、焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路となるのであれば、レーザ発光部２０等の形状は問わない。 In the above-described first and second embodiments, the laser emitting portion 20, the laser emitting portion 200, and the annular mirror 230 are all closed annular shapes, but they do not necessarily have to be closed annular shapes. do not have. In the circumferential direction of the workpiece WK, if the quenching range is not the entire circumference, it may have an arc shape corresponding to the quenching range. If the workpiece WK has a shape other than a circular shape such as a prism, it may have a shape similar to the non-circular cross-sectional shape of the workpiece WK. As long as the irradiation position of the laser beam on the surface of the object to be quenched becomes a continuous path along the outer circumference of the object to be quenched, the shape of the laser emitting part 20 and the like does not matter.

第１，第２実施形態では、被加工物ＷＫ上で単一の照射範囲ＩＲＲを移動して焼入れを行なったが、例えば第１実施形態のレーザ発光部２０を２組設け、被加工物ＷＫの焼入れ範囲ＴＱＡの軸方向中央を開始位置ＳＴとしてレーザ光の照射を開始し、２組のレーザ発光部２０を互いに遠ざかる方向に移動して、焼入れ範囲ＴＱＡの両端まで、それぞれの照射範囲ＩＲＲで焼入れを行なうようにしてもよい。この場合でも、一度焼入れされた部位が再度加熱されることはなく、しかも焼入れに要する時間を約半分にできる。 In the first and second embodiments, hardening is performed by moving the single irradiation range IRR on the workpiece WK. The laser beam irradiation is started with the center of the hardening range TQA in the axial direction as the starting position ST, and the two sets of laser light emitting parts 20 are moved in the direction away from each other to both ends of the hardening range TQA, with each irradiation range IRR. Quenching may be performed. Even in this case, the once quenched portion is not heated again, and the time required for quenching can be reduced to about half.

Ｃ．他の実施形態：
（１）本開示の焼入れ装置は、上記以外の形態でも実施可能である。焼入れ装置としての他の実施形態の一つは、焼入れ対象物の表面におけるレーザ光の照射位置が、前記焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路となる位置に配置されたレーザ発光部と、前記レーザ光の照射位置を、前記経路に交差する方向に、前記焼入れ対象物の焼入れ範囲に亘って移動する照射位置移動部と、少なくとも、前記焼入れ対象物における前記レーザ光の照射位置が前記焼入れ範囲にある場合に、前記レーザ発光部に通電を行なう通電部とを備えた焼入れ装置としての形態である。この焼入れ装置は、焼入れ対象物の焼入れ範囲においては、焼入れ対象物の外周の連続した経路となる位置にレーザ光が照射された状態となるので、焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路おいて焼入れを一度に行なうことができ、焼入れに要する時間を短縮できる。また、一度レーザ光が照射された位置の近傍を所定の時間をおいて再度照射するということが生じないので、一度焼入れされた位置が再度加熱される焼き戻しが生じることがなく、焼き戻しにより焼入れ対象物の硬度が低下するという現象が起きる懸念がない。 C. Other embodiments:
(1) The quenching apparatus of the present disclosure can be implemented in forms other than those described above. Another embodiment of the quenching apparatus includes a laser light emitting unit arranged at a position where the irradiation position of the laser light on the surface of the quenching target is a continuous path along the outer periphery of the quenching target. an irradiation position moving unit that moves the irradiation position of the laser beam across the quenching range of the object to be quenched in a direction intersecting the path; It is a form of a quenching apparatus including an energizing section that energizes the laser light emitting section when it is in the quenching range. In the quenching range of the object to be quenched, this quenching apparatus is in a state where the laser beam is irradiated at a position that is a continuous path on the outer circumference of the object to be quenched. Quenching can be performed at once, and the time required for quenching can be shortened. In addition, since the vicinity of the position where the laser beam has been once irradiated is not re-irradiated after a predetermined period of time, the position that has been once quenched will not be tempered again. There is no fear that the hardness of the object to be quenched will decrease.

レーザ光の照射位置は、前記焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路となる位置に配置されていればよく、必ずしも環状に閉じている必要はない。焼入れ対象物に焼入れの必要が無い箇所があれば、その箇所に対応する場所にレーザ光の照射がなされないように、経路を定めればよい。レーザ光の照射位置の移動方向は、この経路に交差する方向であればよく、必ずしも両者は直交していなくてもよい。例えば、焼入れ対象物が、円柱形状をしており、長さ方向の途中で屈曲された形状をしている場合、屈曲された部位の前後で、経路に対するレーザ光の照射位置の移動方向が変わっても差し支えない。また焼入れ対象物は、軸体のような円柱形状のものに限らず、角柱やフランジ形状など、その形状を問わない。なお、レーザ発光部は、焼入れ対象物を取り囲む位置に設けてもよいし、焼入れ対象物を取り囲む位置とは異なる位置に設けてもよい。 The irradiation position of the laser light may be arranged at a position forming a continuous path along the outer circumference of the object to be quenched, and does not necessarily have to be closed annularly. If the object to be quenched has a portion that does not need to be quenched, the path should be determined so that the laser beam does not irradiate the location corresponding to that portion. The moving direction of the irradiation position of the laser light may be any direction that intersects with this path, and the two do not necessarily have to be orthogonal to each other. For example, if the object to be quenched has a cylindrical shape and is bent in the middle of the length direction, the direction of movement of the irradiation position of the laser beam with respect to the path changes before and after the bent part. I don't mind. Further, the object to be quenched is not limited to a columnar shape such as a shaft, and may be of any shape such as a square column or a flange shape. In addition, the laser emitting part may be provided at a position surrounding the object to be quenched, or may be provided at a position different from the position surrounding the object to be quenched.

（２）こうした構成において、前記レーザ発光部は、複数の面発光レーザを備えるものとしてよい。こうすれば、レーザ光の照射位置を、容易に、焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路にできる。また、面発光レーザは、発光するレーザ光が２次元的な面積を持つから、焼入れ対象物の表面における照射位置は、経路に交差する方向にも所定の幅を持つ。したがって、照射位置を移動する際、焼入れ対象物の外周の一点に着目すると、レーザ光の照射面が通り過ぎるまで所定の時間、照射を受け続けることになり、焼入れ対象物に与える単位面積当たりのエネルギを大きくでき、焼入れ温度に達するまでの時間を短縮できる。もとより、レーザ発光部は、焼入れ対象物の表面におけるレーザ光の照射位置を、焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路にできれば、面発光レーザ以外のレーザ、例えば所定径のレーザビームを射出する半導体レーザやガスレーザなどを用い、これを複数連ねて構成することも可能である。 (2) In such a configuration, the laser emitting section may include a plurality of surface emitting lasers. In this way, the irradiation position of the laser light can be easily arranged in a continuous path along the outer circumference of the object to be quenched. Moreover, since the surface-emitting laser has a two-dimensional area of the emitted laser light, the irradiation position on the surface of the object to be hardened also has a predetermined width in the direction intersecting the path. Therefore, when moving the irradiation position, focusing on one point on the outer periphery of the object to be hardened, the irradiation continues for a predetermined time until the irradiated surface of the laser beam passes by, and the energy per unit area given to the object to be hardened is can be increased, and the time to reach the quenching temperature can be shortened. Of course, if the laser beam irradiation position on the surface of the object to be quenched can be made a continuous path along the outer periphery of the object to be quenched, the laser emitting unit can emit a laser beam other than a surface emitting laser, for example, a laser beam with a predetermined diameter. It is also possible to use semiconductor lasers, gas lasers, or the like, which are capable of generating laser beams, and to configure a plurality of such lasers in a row.

（３）こうした構成において、前記複数の面発光レーザは、前記焼入れ対象物の前記表面に所定長さのギャップを隔てて対向する位置に配置されたものとしてよい。こうすれば、レーザ発光部と焼入れ対象物との距離を近接させることができ、照光位置を精度良く位置決めできる。また、面発光レーザと照光位置と関係を容易に把握でき、例えば実際に焼入れを行なった焼入れ対象物を検査して、焼入れに不具合が見い出されたとき、不具合の生じた場所に対応する面発光レーザを容易に特定できる。面発光レーザから射出されたレーザ光はほぼ直進するので、面発光レーザから焼入れ対象物の表面まで、所定長さのギャップを隔てても、焼入れ対象物に届くレーザ光の単位面積あたりのエネルギはほとんど減少しない。翻って、焼入れ対象物から所定長さのギャップを隔てた位置では、焼入れ対象物を取り囲む経路の全長は増加する。このため、所定の発光面積の面発光レーザの配置が容易となる。面発光レーザがその発光の幅より広い幅の基台（ベース）上に設けられている場合でも、面発光レーザの配列が可能となる。 (3) In such a configuration, the plurality of surface-emitting lasers may be arranged at positions facing the surface of the object to be quenched with a gap of a predetermined length therebetween. By doing so, the distance between the laser emitting portion and the object to be quenched can be made close, and the irradiation position can be positioned with high accuracy. In addition, the relationship between the surface emitting laser and the irradiation position can be easily grasped. The laser can be easily identified. Since the laser light emitted from the surface emitting laser travels almost straight, even if there is a gap of a predetermined length from the surface emitting laser to the surface of the hardened object, the energy per unit area of the laser light that reaches the hardened object is hardly decrease. Conversely, the total length of the path surrounding the quenching object increases at positions separated by a gap of a predetermined length from the quenching object. Therefore, it becomes easy to arrange the surface-emitting laser having a predetermined emission area. Even when the surface-emitting lasers are provided on a base having a wider width than the light emission width of the surface-emitting lasers, it is possible to arrange the surface-emitting lasers.

（４）こうした構成において、前記照射位置移動部は、前記焼入れ対象物および前記レーザ発光部の少なくとも一方を、前記方向に移動するものとしてよい。こうすれば、焼入れ対象物の所定の範囲に亘って、焼入れを行なうことができる。移動は、焼入れ対象物またはレーザ発光部を単独で移動してもよいし、両者を対向する方向に移動するものとしてもよい。 (4) In such a configuration, the irradiation position moving section may move at least one of the quenching object and the laser emitting section in the direction. In this way, quenching can be performed over a predetermined range of the object to be quenched. As for the movement, the object to be quenched or the laser emitting part may be moved alone, or both may be moved in opposing directions.

（５）こうした構成において、前記複数の面発光レーザは、前記外周に沿って均等な間隔で配置されているものとしてよい。こうすれば、レーザ発光部の製造が容易となり、焼入れ対象物とレーザ発光部とのギャップを焼入れ対象物の外周方向において一定にするだけで、レーザ光により付与されるエネルギを均等にできる。 (5) In such a configuration, the plurality of surface emitting lasers may be arranged at equal intervals along the outer circumference. This facilitates the manufacture of the laser light emitting portion, and the energy imparted by the laser light can be made uniform simply by making the gap between the hardening object and the laser light emitting portion constant in the outer peripheral direction of the hardening object.

（６）こうした構成において、前記焼入れ対象物は、前記外周が円形の軸部材であり、前記複数の面発光レーザは、前記軸部材と同心円状に配置されたものとしてよい。こうすれば、レーザ発光部の製造や調整を容易にできる。 (6) In such a configuration, the object to be quenched may be a shaft member having a circular outer periphery, and the plurality of surface emitting lasers may be arranged concentrically with the shaft member. This facilitates the manufacture and adjustment of the laser emitting section.

（７）こうした構成において、前記複数の面発光レーザの各々から前記焼入れ対象物の表面に照射されるレーザ光の照射範囲は、前記経路に沿った方向において、重なり合う重複領域を有するものとしてよい。こうすれば、複数の面発光レーザのアライメントにズレが生じても、レーザ光が当たらない領域が生じることを抑制できる。 (7) In such a configuration, the irradiation range of the laser light emitted from each of the plurality of surface-emitting lasers to the surface of the object to be hardened may have overlapping regions in the direction along the path. In this way, even if the plurality of surface-emitting lasers are misaligned, it is possible to suppress the occurrence of regions where the laser light does not hit.

（８）こうした構成において、前記照射位置移動部は、焼入れ範囲より広い範囲に亘って前記照射位置の移動を行ない、前記通電部は、前記レーザ発光部への通電を、前記レーザ発光部による照射位置が、前記移動に伴って、前記焼入れ範囲に入ってから離脱するまでの間に行なうものとしてよい。こうすれば、焼入れ範囲の端部においてレーザ光によって上昇する温度を連続的に高めることができ、焼入れ範囲の端部の温度のバラツキを防止できる。 (8) In such a configuration, the irradiation position moving unit moves the irradiation position over a range wider than the quenching range, and the energizing unit controls the energization of the laser emitting unit so that the irradiation by the laser emitting unit is performed. The position may be performed between entering and leaving the quenching range along with the movement. In this way, the temperature raised by the laser beam at the end of the hardening range can be continuously increased, and the temperature variation at the end of the hardening range can be prevented.

（９）この他、レーザ光を用いた焼入れ方法として実施することができる。この焼入れ方法では、焼入れ対象物の表面におけるレーザ光の照射位置が、前記焼入れ対象物の外周に沿った連続的な経路となるようにレーザ発光部を配置し、前記レーザ光の照射位置を、前記経路に交差する方向に、前記焼入れ対象物の焼入れ範囲に亘って移動し、少なくとも、前記焼入れ対象物における前記レーザ光の照射位置が前記焼入れ範囲にある場合に、前記レーザ発光部に通電を行なって、前記レーザ発光部からレーザ光を射出させ、前記焼入れ対象物の前記照射位置を焼入れ温度以上に加熱して、焼入れを行なう。この焼入れ方法によれば、上述した焼入れ装置と同様の作用効果を奏することができる。 (9) In addition, it can be implemented as a hardening method using a laser beam. In this quenching method, the laser light emitting unit is arranged so that the irradiation position of the laser beam on the surface of the object to be quenched forms a continuous path along the outer circumference of the object to be quenched, and the irradiation position of the laser beam is set to: It moves across the hardening range of the hardening object in the direction intersecting the path, and energizes the laser light emitting part at least when the irradiation position of the laser beam on the hardening object is in the hardening range. Then, a laser beam is emitted from the laser light emitting portion, and the irradiation position of the object to be quenched is heated to a quenching temperature or higher to perform quenching. According to this quenching method, it is possible to obtain the same effects as those of the quenching apparatus described above.

（１０）上記各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。ソフトウェアによって実現されていた構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。 (10) In each of the above embodiments, part of the configuration implemented by hardware may be replaced with software. At least part of the configuration implemented by software can also be implemented by a discrete circuit configuration. In addition, when part or all of the functions of the present disclosure are realized by software, the software (computer program) can be provided in a form stored in a computer-readable recording medium. "Computer-readable recording medium" means not only portable recording media such as flexible disks and CD-ROMs, but also various internal storage devices such as RAM and ROM, and fixed to computers such as hard disks. It also includes an external storage device. That is, the term "computer-readable recording medium" has a broad meaning including any recording medium capable of fixing data packets instead of being temporary.

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the respective modes described in the Summary of the Invention column may be used to solve some or all of the above problems, or Substitutions and combinations may be made as appropriate to achieve part or all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.

１０…焼入装置、２０…レーザ発光部、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１ａ，２１ｂ…面発光レーザ、２２…ケース、２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５ａ，２５ｂ…ベース部、３０…移動部、３１…支持部、４０…制御部、５０…搬送装置、５１，５２…ローラ、５５…コンベア、５７…センサ、１００…焼入れ装置、２００…レーザ発光部、２２１…面発光レーザ、２３０…環状鏡、２３５…表面反射鏡、３００…移動部、３３１…支持部、５００…搬送装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Hardening apparatus 20... Laser emission part 21, 21A, 21B, 21a, 21b... Surface emitting laser 22... Case 25, 25A, 25B, 25a, 25b... Base part 30... Moving part 31... DESCRIPTION OF SYMBOLS Support part 40... Control part 50... Conveying apparatus 51, 52... Roller 55... Conveyor 57... Sensor 100... Quenching apparatus 200... Laser emitting part 221... Surface emitting laser 230... Annular mirror 235 ... surface reflecting mirror, 300 ... moving section, 331 ... supporting section, 500 ... conveying device

Claims

a laser light emitting unit arranged at a position where the irradiation position of the laser light on the surface of the object to be quenched becomes a continuous path along the outer periphery of the object to be quenched;
an irradiation position moving unit that moves the irradiation position of the laser beam over the quenching range of the quenching object in a direction intersecting the path;
an energization unit that energizes the laser light emitting unit at least when the irradiation position of the laser beam on the quenching object is within the quenching range;
Quenching equipment with.

2. The hardening apparatus according to claim 1, wherein said laser emitting unit includes a plurality of surface emitting lasers.

3. The hardening apparatus according to claim 2, wherein said plurality of surface-emitting lasers are arranged at positions facing said surface of said object to be hardened with a gap of a predetermined length therebetween.

4. The hardening apparatus according to claim 3, wherein said irradiation position moving part moves at least one of said hardening object and said laser emitting part in said direction.

5. The hardening apparatus according to claim 3, wherein said plurality of surface emitting lasers are arranged at equal intervals along said outer periphery.

The hardening object according to any one of claims 2 to 5, wherein the hardening target is a shaft member having a circular outer periphery, and the plurality of surface-emitting lasers are arranged concentrically with the shaft member. Quenching equipment.

7. The irradiation range of the laser light emitted from each of the plurality of surface-emitting lasers onto the surface of the object to be hardened has overlapping regions in the direction along the path. The quenching device according to item 1.

The irradiation position moving unit moves the irradiation position over a range wider than the hardening range,
The current-carrying part energizes the laser light-emitting part during a period from when the irradiation position by the laser light-emitting part enters the hardening range due to the movement until it leaves the hardening range,
The hardening apparatus according to any one of claims 1 to 7.

A hardening method using a laser beam,
arranging the laser light emitting part so that the irradiation position of the laser light on the surface of the object to be quenched becomes a continuous path along the outer circumference of the object to be quenched;
moving the irradiation position of the laser beam over the hardening range of the hardening object in a direction intersecting with the path;
at least when the irradiation position of the laser beam on the object to be quenched is within the quenching range, energizing the laser light emitting unit to emit the laser light from the laser light emitting unit;
A quenching method, wherein the irradiation position of the object to be quenched is heated to a quenching temperature or higher to perform quenching.