JP5262364B2

JP5262364B2 - 熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機

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Publication number: JP5262364B2
Application number: JP2008175895A
Authority: JP
Inventors: 貴也長濱
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Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-07-04
Also published as: JP2010013710A

Description

本発明は、熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機に関し、特に、レーザ光源を用いた熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機に関する。

自動車や船舶等に使用される金属部品の、耐摩耗性や強度向上を目的として焼入れ等の熱処理が行なわれている。金属部品の熱処理は、そのワークの材質、形状等を基に固有の温度に加熱し、加熱後に冷却することにより行なわれる。加熱ツールとしては、レーザ光、高周波による加熱等種々あるが、加熱コイルを備える高周波誘導加熱部と冷却液を噴射してワークの加熱部を冷却する冷却液噴射部とを有した焼入れ装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

この焼入れ装置は、高周波電流を加熱コイルに流してワークを加熱する高周波誘導加熱部と、冷却液を噴射してその加熱されたワークを冷却する冷却液噴射部とを備える高周波焼入れ装置において、加熱中若しくは加熱後のワークに飛散してくる冷却液の飛沫を遮蔽する遮蔽手段を設けている。冷却液の飛散による降温や徐冷が生じる結果、鉄鋼材料の含有炭素量が少なくなるほど高周波焼入れを行うことが困難になるからである。

この焼入れ装置によれば、遮蔽手段を圧縮空気源と圧縮空気を噴出させるノズルとを有する遮蔽空気手段としているので、冷却液の飛散による焼入れへの影響を積極的に抑制でき、また、冷却液噴射部を高周波誘導加熱部に十分近接させることができ、高周波誘導加熱及びその後の冷却が短時間で終えられ、高周波焼入れ全体に係る時間も大幅に短縮できるとされている。

しかし、特許文献１に示された焼入れ装置は、ワークに冷却液を噴射して冷却するが、冷却液にワーク全体を漬けることによりワークを冷却する方が急冷効果が高く、焼入れ処理には適している。熱処理装置、複合加工機等で、ワークの加工（加熱加工、機械加工）と焼入れ処理のために冷却液で冷却を行なう場合には、加工時に加工箇所に供給するクーラント等と熱処理冷却液の分離が問題となる。対象温度が異なるため共通に使用できないからである。
特開２００１−３２０１７号公報

従って、本発明の目的は、ワークの加工及び熱処理のための冷却が行なえ、かつ、それぞれの冷却液の分離が可能な熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機を提供することにある。

［５］本発明は、上記目的を達成するために、ワークを回転させながら、前記ワークを所定パワーの加熱ツールで加熱する加熱工程と、前記加熱工程により加熱された前記ワークを、次工程に移動させる移動工程と、前記移動工程により移動された前記ワークを回転させながら冷却液に漬け込むことにより冷却する冷却工程とを有し、前記冷却工程は、前記移動工程により前記ワークを冷却カプセル内に挿入して収容し、前記冷却カプセル内に前記冷却液を満たすことにより行なわれることを特徴とする熱処理方法を提供する。
［６］また、前記冷却工程は、前記冷却カプセル内に満たされた冷却液の温度に基づき、前記冷却カプセルへの前記冷却液の供給を停止することにより、冷却速度を制御する冷却速度制御工程を含むことを特徴とする上記［５］に記載の熱処理方法であってもよい。
［７］本発明は、上記目的を達成するために、ワークを回転させながら、前記ワークを所定のパワーで加熱する加熱ツール、及び、クーラントを前記ワークに供給しながら前記ワークの研削、切削等を行う機械加工ツールを有する加工部と、前記加工部において加熱された前記ワークを挿入して収容する冷却カプセル、及び、前記冷却カプセル内に冷却液を満たす冷却液供給部を有するワーク冷却部と、を有し、前記冷却液及び前記クーラントがそれぞれ共通の回収タンクに回収された後、それぞれが前記回収タンクから送出される冷却液回収タンク及びクーラント回収タンクが独立して設けられていることを特徴とする複合加工機を提供する。
［８］前記冷却液は冷却水であって、前記冷却液回収タンクに回収された前記冷却水が前記クーラント回収タンクに供給されることを特徴とする上記［７］に記載の複合加工機であってもよい。

本発明によれば、ワークの加工及び熱処理のための冷却が行なえ、かつ、それぞれの冷却液の分離が可能な熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機を提供することができる。

本発明の実施の形態において、加熱ツールとしては、レーザ光、電子ビーム、プラズマ、高周波、及び、ＴＩＧ等が使用可能である。電子ビームによる加熱は、固体中の電子を高熱や高電界により空間に放出させ、これを電界により加速すると共に、電子レンズにより電子線をビーム状に収束させて照射することにより行なう。また、プラズマによる加熱は、電極間に不活性ガスを流し、放電することによって得られる高温プラズマにより行なう。具体的には、直流放電プラズマ、電子ビーム励起プラズマ等が使用できる。また、高周波による加熱では、誘導子（コイル）を用いてワーク表面の必要部分を表面だけ加熱することができる。また、ＴＩＧ（Tungsten Insert Gas）による加熱は、タングステン電極を用い、アルゴン、ヘリウムといった不活性ガスをシールドガスとして用いることで必要部分を加熱することができる。以下の本発明の実施の形態では、所定のビーム形状でパワー制御が容易なレーザ光を加熱ツールとして使用した例を示す。

（本発明の第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置、熱処理方法を説明するための装置概略を示す図である。図２は、ワーク上に照射されるレーザ光源の構成を示す斜視図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置、熱処理方法の特に冷却工程を説明するための図である。図４は、ワークに焼入れ処理を行なう場合の時間と温度の関係を示す図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置は、ワークＷを回転駆動するチャック部１０６、主軸１０５、及び、封止部１０７から大略構成される加工部９００と、冷却液９９０が内部全体に充填される冷却カプセル８００、カプセル内温度計８１０、冷却液供給部８２０、ドレン配管８３０、冷却液ポンプ８４０、液温制御部８５０、攪拌ファン８６０、及び、冷却液回収タンク９１０から大略構成される冷却部と、から構成されている。ここで、加工部９００から冷却部９０１へのワークＷの移動は、別途、移動・搬送装置を設けてもよく、また、加工部の移動ステージ（特に、トラーバース用ステージ）をワークＷの冷却カプセル８００への移動に使用してもよい。

加工部９００において、ワークＷは、チャック部１０６により主軸１０５に保持され、所定の回転数で回転駆動される。チャック部１０６とワークＷの間には、封止部１０７が設けられており、ワークＷを冷却カプセル８００内に収容して冷却カプセル８００内を冷却液９９０で内部全体を充填した時に、冷却液９９０がワークＷと冷却カプセル８００の開口部８０１の間隙から漏れにくくしている。この封止部１０７は、ワークＷが回転可能で、ワークＷと冷却カプセル８００の開口部８０１の間隙を塞ぐように弾性部材で形成されている。

ワークＷにレーザ光を照射するためのレーザ光源が設けられ、図１にはレーザヘッド６００を図示している。このレーザヘッド６００は、図示しないＺ軸方向移動のためのステージに装着されており、ワークＷの外周上を、所定のＺ方向送り速度でレーザ照射でき、あるいは、所定の周波数でＺ方向にレーザ光をスキャン照射できる。これにより、図１に示すように所望の加熱範囲１１０に亘ってレーザ照射により加熱することができる。

図２に示すように、レーザ光源は、レーザ発振器６０１とレーザヘッド６００から大略構成され、レーザ発振器６０１とレーザヘッド６００を光ファイバカップラ６５０を介して伝送ファイバ６５１で光学的に接続した構成とされている。レーザヘッド６００は上記したようにＺ方向の移動制御がされると共に、Ｙ方向の移動制御がされてレーザ照射ビームの大きさを変更することができる。また、ワークＷが図２に示すような、段部、テーパ部等を有する形状に対応するよう、回転（θ）機構により姿勢制御可能な構成とすることもできる。

レーザ発振器６０１は、レーザスタックモジュール６０２、６０３、及び６０４、ダイクロイックミラー６０５，６０６を有して構成されている。レーザスタックモジュール６０２〜６０４は、半導体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６０２〜６０４は、特定の波長の光を反射しその他の波長の光を透過させるダイクロイックミラー６０５，６０６により１本のレーザ光に合成される。

このように構成されたレーザ発振器６０１は、光出力１．８ｋＷ、発振波長は８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外光である。尚、半導体レーザ以外に、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等を使用することも可能である。

レーザ発振器６０１から出射されるレーザ光は、コリメートされて光ファイバカップラ６５０を介して伝送ファイバ６５１に光学的に接続され、レーザヘッド６００に導光される。レーザヘッド６００内の集光レンズによりワーク１０へ集光して照射される。

図１に示すように、冷却カプセル８００は、内部にワークＷを収容できる内空部８０２を有し、また、加工部９００に対向する側にワークＷを挿入可能な開口部８０１が設けられている。冷却カプセル８００内の下部には、冷却液９９０の温度分布を均一にするための攪拌ファン８６０が設けられ、上部には内空部８０２の冷却液温度を検出するため熱電対によるカプセル内温度計８１０が設けられている。また、上部には冷却液供給部８５０、ドレン配管８３０の取出口８３５が設けられている。冷却カプセル８００の下のテーブル９１５には冷却液回収タンク９１０が加工部９００から離間して独立して設けられている。

次に、図３に示すように、ワークＷが冷却カプセル８００の内空部８０２に収容され、封止部１０７で開口部８０１が覆われた状態で、冷却液供給部８２０から冷却カプセル８００の内空部８０２に冷却液９９０が供給される。冷却液９９０は、内空部８０２に十分充填され、過剰な冷却液９９０はドレン配管８３０の取出口８３５からドレン配管８３０を通して冷却液回収タンク９１０に回収される。また、封止部１０７と開口部８０１の隙間から漏れる冷却液９９０も冷却液回収タンク９１０に回収される。回収された冷却液９９０は冷却液ポンプ８４０で汲水され、カプセル内温度計８１０による冷却液温度の測定結果に基づいて液温制御部８５０が冷却液ポンプ８４０を制御して、所定の温度になるよう冷却液供給部８２０から冷却液９９０を適宜供給する。

尚、冷却液９９０としては工業用水を使用することができるが、これに限らず、ワークＷを冷却できる液状冷却媒体であれば使用可能である。

（熱処理方法）
ワークＷを回転させながら、ワークＷを所定パワーの加熱ツールで加熱する加熱工程（Ｓ１０１）と、加熱工程（Ｓ１０１）により加熱されたワークＷを、次工程に移動させる移動工程（Ｓ１０２）と、移動工程（Ｓ１０２）により移動されたワークＷを回転させながら冷却液９９０に漬け込むことにより冷却する冷却工程（Ｓ１０３）、を有することを特徴とする熱処理方法である。

（加熱工程）Ｓ１０１
加熱工程（Ｓ１０１）は、ワークＷにレーザヘッド６００からレーザ照射を行ない所定の温度まで加熱する工程である。図１に示すように、ワークＷを封止部１０７を装着した状態でチャック部１０６により主軸１０５に取り付ける。ワークＷを所定の回転数で回転させながら、レーザヘッド６００から所定のレーザパワーでワークＷの外周面上の加熱範囲１１０にレーザ照射を行なう。レーザ照射は、所定のＺ方向送り速度でレーザ照射し、あるいは、所定の周波数でＺ方向にレーザ光をスキャン照射することにより行ない、熱処理必要部位にのみ加熱することができる。

（移動工程）Ｓ１０２
移動工程Ｓ１０２は、加熱工程Ｓ１０１により加熱されたワークＷを、次の工程である冷却工程Ｓ１０３を行う冷却カプセル８００内へ移動させる工程である。加工部９００から冷却部９０１へのワークＷの移動は、別途、移動・搬送装置を設けてもよく、また、加工部の移動Ｚステージ（トラーバース用ステージ）をワークＷの冷却カプセル８００への移動に使用してもよい。この移動工程は、例えば、焼き入れ処理の場合には、温度低下が所定内であるように、ＣＣＴ（Continuous Cooling Transformation）線図に基づき、所定の時間内に行なう必要がある。

（冷却工程）Ｓ１０３
冷却工程Ｓ１０３は、加熱されたワークＷを、冷却カプセル８００で冷却液９９０に漬け込むことにより強制冷却する工程である。冷却カプセル８００の内空部８０２にワークＷを配置し、開口部８０１を封止部１０７で覆うことにより、冷却液供給部８２０から冷却液９９０を供給し、内空部８０２に冷却液９９０を満たすことでワークＷが冷却液９９０中に漬け込まれる状態とする。この状態で、ワークＷを所定の回転数で回転させる。冷却液９９０を攪拌ファン８６０により攪拌して温度分布を均一にしながら、冷却液供給部８２０から冷却カプセル８００の内空部８０２に冷却液９９０を供給する。冷却液９９０は、内空部８０２に十分充填され、過剰な冷却液９９０はドレン配管８３０の取出口８３５からドレン配管８３０を通して冷却液回収タンク９１０に回収される。また、封止部１０７と開口部８０１の隙間から漏れる冷却液９９０も冷却液回収タンク９１０に回収される。回収された冷却液９９０は冷却液ポンプ８４０で汲水され、カプセル内温度計８１０による冷却液温度の測定結果に基づいて液温制御部８５０が冷却液ポンプ８４０を制御して、所定の温度になるよう冷却液供給部８２０から冷却液９９０が適宜供給される。

上記のような工程により、加熱されたワークＷを強制冷却するが、所定の温度あるいは所定の時間で強制冷却を終了し、徐冷に切り替えることができる。ワークＷを開口部８０１から冷却カプセル８００の外に出すことにより、ワークＷは空冷状態となる。例えば、鋼の焼入れ処理では、約２５０℃で空冷に切り替えることで、危険区域（約２５０℃）を回避した焼入れ処理が可能となり、焼き割れの発生が抑制できる。

（本発明の第１の実施の形態に係る熱処理方法による鋼材の焼入処理）
図２に示すように、ワークＷが、円筒面以外に、段付部の端面及びテーパ面等を有するワーク形状の場合に、鋼材に焼入れ処理を行なう場合を説明する。

（加熱工程Ｓ１０１）
熱処理される鋼材（例えば、Ｓ４５Ｃ）であるワークＷを、加工部９００においてチャック部１０６により主軸１０５に保持して、所定の回転速度で回転させる。ワークＷの焼入れ必要部位に対して、レーザヘッド６００のＹ方向（必要に応じてθ角度）の制御を行いながら、レーザヘッド６００をＺ方向にスキャンしながらレーザ光を照射する。レーザ光のスキャン照射において、入力されたワークの形状データに基づいて、ワーク内部の熱伝導性を考慮しながら加熱制御することができる。また、ワーク熱処理範囲に対して温度測定を行ないながら、レーザパワー、ワーク回転数、スキャン速度（スキャン周波数）及びスキャン回数を制御することにより上記の加熱制御を行なうことも可能である。

図４に示すｔ_１から加熱工程が始まり、ｔ_２には、加熱範囲１１０の温度がＡ３変態温度（約７３０℃）以上となる約９００℃まで上昇する。上記示したような加熱制御により、加熱範囲１１０全体が均一にＡ３変態温度以上となったｔ_２で加熱工程が終了する。

（移動工程Ｓ１０２）
加熱工程が終了したワークＷを、加工部９００から冷却部９０１まで移動させる。この移動工程は、ＣＣＴ線図に基づき、所定の時間内に行なう必要があり、Ｓ４５Ｃの場合は約２秒以内である。この移動工程は、図４に示すｔ_２〜ｔ_３であり、この間に若干の温度低下が生じる。

（冷却工程Ｓ１０３）
冷却工程では、加熱されたワークＷを、冷却カプセル８００で冷却液９９０に漬け込むことにより強制冷却し、ｔ_３からｔ_５の間でワークＷは急冷される。この急冷により、オーステナイトからマルテンサイト組織となり、所定の深さまで焼入れ処理が施される。

（危険区域の回避処理）
上記示した冷却工程では、ｔ_３からｔ_５の約常温までワークＷを急冷したが、例えば非接触で温度測定を行なうことで、あるいは、所定の時間経過後に、ワークＷを開口部８０１から冷却カプセル８００の外に出すことにより、危険区域（約２５０℃）を回避した焼入れ処理が可能である。すなわち、約２５０℃に達したｔ_４の時点でワークＷを冷却カプセル８００の外に出すことで、その後は大気雰囲気での徐冷となり、焼き割れの発生が抑制できる。

上記において、本発明の第１実施の形態に係る熱処理方法に基づいて、熱処理として焼入れ処理を説明したが、加熱工程においてワークＷを焼戻し温度（約２００℃）まで均一に加熱し、冷却工程では例えば冷却液９９０の液量を減らして徐冷することで焼戻し処理を行なうこともできる。その他、加熱工程及び冷却工程の組合せにより、焼きならし等の種々の熱処理を行なうこともできる。

（本発明の第１実施の形態の効果）
本発明の第１実施の形態に係る熱処理装置、熱処理方法によれば、次のような効果を有する。
（１）冷却カプセル８００で使用する冷却液９９０を回収する冷却液回収タンク９１０を、加工部９００から離間して独立して設ける構成としているので、加工時に加工箇所に供給するクーラント等と熱処理のための冷却液の分離回収が可能となる。これにより、複合加工機への適用も可能となる。
（２）上記の構成により、冷却カプセル８００で大量の冷却液を使用できるようになるので、ワークＷを冷却液に漬け込むことにより冷却（急冷）でき、特に、冷却速度が均一化されること、温度の制御性がよいこと、急冷効果が高いことから、高品質な焼き入れが可能となる。
（３）カプセル内温度計８１０による冷却液温度の測定結果に基づいて液温制御部８５０が冷却液ポンプ８４０を制御して、所定の温度になるよう冷却液供給部８２０から冷却液９９０を適宜供給するので、熱処理温度の制御が可能となり、高精度の熱処理が可能となる。
（４）加熱ツールとしてレーザ光源を使用するので、ワークＷの熱処理必要部位のみを加熱でき、高機能な熱処理が可能となる。
（５）ワークＷを収容できる大きさの冷却カプセル８００に冷却液を供給して熱処理を行なう構成であるので、使用する冷却液を削減でき、また、冷却カプセルの小型化が可能となる。
（６）冷却カプセル８００内で熱処理を行なうので、蒸気の発生が抑制され、クリーンな装置環境が得られる。

（本発明の第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態に係る熱処理装置を、複合加工機に適用したものである。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理装置を複合加工機に適用した場合の構成を示す平面図である。図６は、冷却水を加工用クーラントに供給して利用する場合の回収タンクの構成を示す図である。

（複合加工機の構成）
本発明の実施の形態に係る複合加工機は、ワーク加工ユニット２００に種々の加工ツール５０１を装着でき、例えば、図５に示すように、熱処理加工ツールであるレーザヘッド６００が装着される。尚、図５において、上下にＸ方向及び左右にＺ方向を規定する。

この複合加工機１０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、複合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、レーザ発振器、オイル供給装置、冷却装置、エア供給機器、クーラント供給装置、切屑収集装置及びこれらの装置を複合加工機本体と接続するダクト装置等からなっている。

複合加工機１０は、ベッド１１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１１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、Ｚステージ３０２上に載置され各種の加工ツールを着脱可能に搭載するワーク加工ユニット２００と、加工ツール５０１をワーク加工ユニット２００の所定位置に着脱するツール装着ユニット４００とを有する。尚、ワーク加工ユニット２００は、Ｘステージ３０１及びＺステージ３０２によりＸ及びＺ方向の移動を行うだけでなく、例えば、閉リンク機構を並列に配置して旋回動作も可能な所謂パラレル機構等によりＸＺ平面内で移動するものであってもよい。

ワーク支持駆動ユニット１００は、ベッド１１上に載置された主軸台ベース１０１に、主軸台スライドガイド１０２を介してＺ方向にスライド可能に移動可能な主軸台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。主軸台１０３はチャック部１０６を備え、封止部１０７を装着した状態でチャッキングしてワークＷを片持ち支持する構成とされている。

ワーク加工ユニット２００は、研削加工等の工具の回転とワークＷとの回転により加工を行なう場合には、加工ツール５０１を装着したツール回転主軸２０２をツール駆動モータ２０１で所定回転数で回転駆動する。また、旋削、熱処理等の工具を回転させずワークＷの回転により加工を行なう場合には、加工ツール５０１を装着したツール回転主軸２０２は回転させず所定の回転方向位置で所定の静止剛性で固定される。

第１の実施の形態と同様に、冷却液回収タンクを加工部から離間して独立して設けることができる。すなわち、冷却液回収タンクと研削、切削等で使用するクーラント回収タンクを別々にベッド１１上に設けることができる。

しかし、本第２の実施の形態では、ベッド１１上で冷却液及びクーラントがそれぞれ共通の回収タンクに回収された後、独立して設けられた冷却液回収タンク及びクーラント回収タンクにそれぞれ送出されて回収される例を示す。

図５に示すように、ワークＷが支持された主軸１０５の延長線上には冷却カプセル８００がベッド１１上に載置され、ワークＷが加工される領域と冷却カプセル８００の配置される領域に跨って共通の回収タンクとしてオイルパン９２０がベッド１１上に設けられている。

オイルパン９２０は、ワークＷが機械加工される場合にクーラント供給ノズル７００から供給されるクーラント９９１をベッド１１上で回収し、また、冷却カプセル８００での冷却工程で使用した冷却液９９０を回収する。オイルパン９２０で回収されるクーラント９９１と冷却水９９２をどの様に処理するかは後述する。

ツール回転主軸２０２は、加工ツール５０１のテーパ部５１０をクランプして、加工ツール５０１とツール回転主軸２０２を強固に締結するクランプ部２０３を有している。具体的には、クランプ部２０３は、複合加工機用のＨＳＫインターフェース規格等の互換性を有する規格により構成されている。ＨＳＫインターフェース規格によりクランプ部２０３が構成されている場合、加工ツール５０１のテーパ部５１０と端面は２面拘束により、ツール回転主軸２０２に強固に締結される。

ツール装着ユニット４００は、ベッド１１上の所定の位置に載置され、種々の加工ツール５０１を保持可能な複数のツールポッド４０２を有したツールタレット４０３と、Ｘ軸回りに割出し制御をするサーボモータ４０４により構成されている。ツールポッド４０２の内部には、加工ツール５０１の先端部に形成された溝部が着脱可能となる結合部４０５が形成されている。

加工ツール５０１には、旋削加工に使用される旋削用電着ホイール等の旋削工具５０２、穴あけ、溝加工等に使用されるドリル、エンドミル等の切削工具５０３、レーザヘッド６００等の加熱ツールとしての熱処理工具５０４、研削加工に使用される砥石車（例えば、ＣＢＮホイール）等の研削工具５０５、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具５０６がある。

図６に、複合加工機１０のクーラント９９１及び冷却水９９２の回収システムを説明するための構成を示す。加工部９００において、例えば研削工具５０５が加工ツール５０１として図示省略するツール回転主軸２０２に装着され、クーラント供給ノズル７００からクーラント９９１を供給しながら、ワークＷに研削加工を行う。このとき使用したクーラント９９１は、オイルパン９２０で回収され、切替バルブ９３０によりクーラントタンク９４０に送出される。

研削加工終了後、研削工具５０５をツール装着ユニット４００側に回収し、レーザヘッド６００を装着してワークＷの必要部位に加熱を行なう。この加熱工程の後に、Ｚステージ３０２によりワークＷを冷却カプセル８００の内空部８０２まで移動させ、冷却液９９０を満たすことによりワークＷを急冷させる。このとき使用された冷却液９９０はオイルパン９２０で回収され、切替バルブ９３０により冷却液タンク９５０に送出される。

クーラントタンク９４０内のクーラント９９１は、クーラント供給ポンプ９６０によりクーラント供給装置９７０に送出され、必要に応じてクーラント供給ノズル７００へ供給される。一方、冷却カプセル８００への冷却液９９０の供給は、冷却液供給バルブ９８０を介して必要に応じて冷却液供給部８２０から供給される。

尚、本実施の形態では、冷却液９９０として冷却水９９２（工業用水）を使用することができる。この場合には、冷却液タンク９５０に回収された冷却水９９２は一定水位以上になると隣接するクーラントタンク９４０にオーバフローして、クーラントタンク９４０に冷却水９９２が供給される。これにより、蒸発によるクーラントタンク９４０内の水分の補給が可能となる。

（本発明の第２実施の形態の効果）
本発明の第２実施の形態に係る複合加工機によれば、第１実施の形態の効果に加えて次のような効果を有する。すなわち、複合加工機では、加工時にワークＷにクーラントを供給するが、これと熱処理のための冷却液との分離が容易にできる。さらに、冷却液を冷却水（工業用水）とすることで、クーラントタンク９４０への水の補給も可能となる。

以上、本発明の熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置、熱処理方法を説明するための装置概略を示す図である。図２は、ワーク上に照射されるレーザ光源の構成を示す斜視図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係る熱処理装置、熱処理方法の特に冷却工程を説明するための図である。図４は、ワークに焼入れ処理を行なう場合の時間と温度の関係を示す図である。図５は、本発明の第２の実施の形態に係る熱処理装置を複合加工機に適用した場合の構成を示す平面図である。図６は、冷却水を加工用クーラントに供給して利用する場合の回収タンクの構成を示す図である。

符号の説明

１０…複合加工機、１１…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、１０６…チャック部、１０７…封止部、１１０…加熱部、２００…ワーク加工ユニット、２０１…ツール駆動モータ、２０２…ツール回転主軸、２０３…クランプ部、３０１…Ｘステージ、３０２…Ｚステージ、４００…ツール装着ユニット、４０２…ツールポッド、４０３…ツールタレット、４０４…サーボモータ、４０５…結合部、５０１…加工ツール、５０２…旋削工具、５０３…切削工具、５０４…熱処理工具、５０５…研削工具、５０６…表面仕上げ工具、５１０…テーパ部、６００…レーザヘッド、６０１…レーザ発振器、６０２，６０３，６０４…レーザスタックモジュール、６０５，６０６…ダイクロイックミラー、６５０…光ファイバカップラ、６５１…伝送ファイバ、７００…クーラント供給ノズル、８００…冷却カプセル、８０１…開口部、８０２…内空部、８１０…カプセル内温度計、８２０…冷却液供給部、８３０…ドレン配管、８３５…取出口、８４０…冷却液ポンプ、８５０…液温制御部、８６０…攪拌ファン、９００…加工部、９０１…冷却部、９１０…冷却液回収タンク、９１５…テーブル、９２０…オイルパン、９３０…切替バルブ、９４０…クーラントタンク、９５０…冷却液タンク、９６０…供給ポンプ、９７０…クーラント供給装置、９８０…冷却液供給バルブ、９９０…冷却液、９９１…クーラント、９９２…冷却水

Claims

ワークを回転させながら、前記ワークを所定のパワーで加熱する加熱ツールを有する加工部と、
前記加工部において加熱された前記ワークを挿入して収容する冷却カプセル、前記冷却カプセル内に冷却液を満たす冷却液供給部、及び、前記冷却液供給部から排出される前記冷却液を回収する冷却液回収タンクを有するワーク冷却部と、を有し、
前記冷却液回収タンクが前記加工部から離間して独立して設けられていることを特徴とする熱処理装置。
前記加熱ツールは、レーザ光源を有して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
前記冷却カプセルは、前記冷却カプセル内の温度を測定してこの測定結果に基づいて前記冷却液の温度制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
前記加工部と前記ワーク冷却部との間に、前記ワークを移動させる搬送部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
ワークを回転させながら、前記ワークを所定パワーの加熱ツールで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により加熱された前記ワークを、次工程に移動させる移動工程と、
前記移動工程により移動された前記ワークを回転させながら冷却液に漬け込むことにより冷却する冷却工程とを有し、
前記冷却工程は、前記移動工程により前記ワークを冷却カプセル内に挿入して収容し、前記冷却カプセル内に前記冷却液を満たすことにより行なわれることを特徴とする熱処理方法。
前記冷却工程は、前記冷却カプセル内に満たされた冷却液の温度に基づき、前記冷却カプセルへの前記冷却液の供給を停止することにより、冷却速度を制御する冷却速度制御工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の熱処理方法。
ワークを回転させながら、前記ワークを所定のパワーで加熱する加熱ツール、及び、クーラントを前記ワークに供給しながら前記ワークの研削、切削等を行う機械加工ツールを有する加工部と、
前記加工部において加熱された前記ワークを挿入して収容する冷却カプセル、及び、前記冷却カプセル内に冷却液を満たす冷却液供給部を有するワーク冷却部と、を有し、
前記冷却液及び前記クーラントがそれぞれ共通の回収タンクに回収された後、それぞれが前記回収タンクから送出される冷却液回収タンク及びクーラント回収タンクが独立して設けられていることを特徴とする複合加工機。
前記冷却液は冷却水であって、前記冷却液回収タンクに回収された前記冷却水が前記クーラント回収タンクに供給されることを特徴とする請求項７に記載の複合加工機。