JPH10176216A - レーザ焼入れ方法 - Google Patents
レーザ焼入れ方法Info
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- JPH10176216A JPH10176216A JP8337217A JP33721796A JPH10176216A JP H10176216 A JPH10176216 A JP H10176216A JP 8337217 A JP8337217 A JP 8337217A JP 33721796 A JP33721796 A JP 33721796A JP H10176216 A JPH10176216 A JP H10176216A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 供給熱量不足に起因した問題、例えば、焼入
れ範囲が狭くなったり、あるいは硬度が低下する等の不
具合が生じないようにする。 【解決手段】 本発明に係るレーザ焼入れ方法は、レー
ザビーム照射体をワークの焼入れ部に沿って送りなが
ら、その焼入れ部にレーザビームを照射して焼入れを行
うレーザ焼入れ方法において、ワークの表面に対して直
角にレーザビームを照射できない部位では、レーザビー
ムの照射角θに基づいてワークに対する供給熱量の増加
調整を行うことを特徴とする。このため、レーザビーム
をワークの表面に対して直角に照射できないことによっ
てワークにおけるレーザ光の吸収率が低下しても、供給
熱量不足に起因した問題が生じない。
れ範囲が狭くなったり、あるいは硬度が低下する等の不
具合が生じないようにする。 【解決手段】 本発明に係るレーザ焼入れ方法は、レー
ザビーム照射体をワークの焼入れ部に沿って送りなが
ら、その焼入れ部にレーザビームを照射して焼入れを行
うレーザ焼入れ方法において、ワークの表面に対して直
角にレーザビームを照射できない部位では、レーザビー
ムの照射角θに基づいてワークに対する供給熱量の増加
調整を行うことを特徴とする。このため、レーザビーム
をワークの表面に対して直角に照射できないことによっ
てワークにおけるレーザ光の吸収率が低下しても、供給
熱量不足に起因した問題が生じない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザビーム照射
体をワークの焼入れ部に沿って送りながら、その焼入れ
部にレーザビームを照射して焼入れを行うレーザ焼入れ
方法に関する。
体をワークの焼入れ部に沿って送りながら、その焼入れ
部にレーザビームを照射して焼入れを行うレーザ焼入れ
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】プレス型の抜刃部分等、高硬度が必要な
部位に対する有効な焼入れ方法としてレーザを用いた焼
入れ方法がある。一般的なレーザ焼入れ方法は、レーザ
ヘッド２（図７ 参照）をロボットによって抜刃部分ｗ
等（以下、ワークｗという）に沿って所定速度で送りな
がらそのレーザヘッド２からワークｗの表面に対して直
角にレーザビーム２ｒを照射するものである。これによ
って、レーザビーム２ｒが照射されたワークｗの表面が
急速に加熱され、さらにその熱がワークｗの内部に伝達
されることにより、そのワークｗの表面が急速に冷却さ
れて焼入れが行われる。ここで、前記レーザヘッド２の
先端部２ｆ（照射ポイント）における送り速度Ｆやレー
ザ出力Ｐ等は、ワークｗの材質や焼入れ範囲及び硬度等
を考慮して予め決められた値に設定される。
部位に対する有効な焼入れ方法としてレーザを用いた焼
入れ方法がある。一般的なレーザ焼入れ方法は、レーザ
ヘッド２（図７ 参照）をロボットによって抜刃部分ｗ
等（以下、ワークｗという）に沿って所定速度で送りな
がらそのレーザヘッド２からワークｗの表面に対して直
角にレーザビーム２ｒを照射するものである。これによ
って、レーザビーム２ｒが照射されたワークｗの表面が
急速に加熱され、さらにその熱がワークｗの内部に伝達
されることにより、そのワークｗの表面が急速に冷却さ
れて焼入れが行われる。ここで、前記レーザヘッド２の
先端部２ｆ（照射ポイント）における送り速度Ｆやレー
ザ出力Ｐ等は、ワークｗの材質や焼入れ範囲及び硬度等
を考慮して予め決められた値に設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、送り速度Ｆやレーザ出力Ｐ等を一定値に設定し
て焼入れを行うと、次のような不都合が生じる。例え
ば、図８に示されるような溝ｗｍの角部Ｌを焼入れする
場合には、レーザヘッド２とワークｗとの干渉を避ける
ためにレーザビーム２ｒを傾斜させる必要がある。しか
しながら、レーザビーム２ｒはワークｗの表面に対して
直角に照射されたときに熱効率が最大となるため、傾斜
した状態ではワークｗに対するレーザ光の吸収率Ｓが低
下する。このため、送り速度Ｆ及びレーザ出力Ｐ等を一
定に保持してもワークｗへの供給熱量が不十分となり、
焼入れ範囲が狭くなったり、あるいは硬度が低下する等
の不具合が生じる。
ように、送り速度Ｆやレーザ出力Ｐ等を一定値に設定し
て焼入れを行うと、次のような不都合が生じる。例え
ば、図８に示されるような溝ｗｍの角部Ｌを焼入れする
場合には、レーザヘッド２とワークｗとの干渉を避ける
ためにレーザビーム２ｒを傾斜させる必要がある。しか
しながら、レーザビーム２ｒはワークｗの表面に対して
直角に照射されたときに熱効率が最大となるため、傾斜
した状態ではワークｗに対するレーザ光の吸収率Ｓが低
下する。このため、送り速度Ｆ及びレーザ出力Ｐ等を一
定に保持してもワークｗへの供給熱量が不十分となり、
焼入れ範囲が狭くなったり、あるいは硬度が低下する等
の不具合が生じる。
【０００４】また、図９に示されるような凸Ｒの頂部Ｍ
を焼入れする場合を考えると、レーザヘッド２に連結さ
れたロボット又はそれに相当するレーザ加工機の回転軸
２ｓから曲率中心Ｏまでの距離ｒ1 は、レーザヘッド２
の先端部２ｆ（照射ポイント）から同じく曲率中心Ｏま
での距離ｒ2 より大きくなる。したがって、ロボットの
回転軸２ｓの送り速度Ｆｃは照射ポイントの送り速度Ｆ
よりも大きくなる。このため、前記回転軸２ｓの送り速
度Ｆｃをロボットの最大許容速度に設定した場合でも照
射ポイントの送り速度Ｆが決められた値より小さくなる
ことがある。この結果、レーザ出力Ｐが一定であっても
ワークｗへのレーザビーム２ｒの照射時間が長くなり、
供給熱量が過剰となってワークｗが溶融する等の不都合
が生じることがある。さらに、図１０に示されるよう
に、ワークｗの角部Ｃではロボットの回転軸２ｓの送り
速度Ｆｃは低下するため、照射ポイントの送り速度Ｆも
低下する。このため、前述のように、ワークｗへの供給
熱量が過剰となる。
を焼入れする場合を考えると、レーザヘッド２に連結さ
れたロボット又はそれに相当するレーザ加工機の回転軸
２ｓから曲率中心Ｏまでの距離ｒ1 は、レーザヘッド２
の先端部２ｆ（照射ポイント）から同じく曲率中心Ｏま
での距離ｒ2 より大きくなる。したがって、ロボットの
回転軸２ｓの送り速度Ｆｃは照射ポイントの送り速度Ｆ
よりも大きくなる。このため、前記回転軸２ｓの送り速
度Ｆｃをロボットの最大許容速度に設定した場合でも照
射ポイントの送り速度Ｆが決められた値より小さくなる
ことがある。この結果、レーザ出力Ｐが一定であっても
ワークｗへのレーザビーム２ｒの照射時間が長くなり、
供給熱量が過剰となってワークｗが溶融する等の不都合
が生じることがある。さらに、図１０に示されるよう
に、ワークｗの角部Ｃではロボットの回転軸２ｓの送り
速度Ｆｃは低下するため、照射ポイントの送り速度Ｆも
低下する。このため、前述のように、ワークｗへの供給
熱量が過剰となる。
【０００５】また、図１１（Ｂ）に示されるように、ワ
ークｗの角部におけるレーザビーム２ｒの照射部位Ｃ1
（以下、照射部位Ｃ1 という）では、近隣部位からの伝
達熱量ｔ1 に対する流出熱量ｔ2 が直線部における照射
部位Ｃ0 （図１１（Ａ）参照）よりも小さくなる。即
ち、角部における照射部位Ｃ1 に対して直線部における
照射部位Ｃ0 と同量の熱量を供給したのでは流出熱量ｔ
2 が小さい分だけ熱量が局部的に過剰となり、ワークｗ
の溶融などの不都合が起こり易くなる。特に、図１１
（Ｃ）に示されるように、ワークｗの鋭角部における照
射部位Ｃ2 では流出熱量ｔ2 がさらに小さくなるため
に、熱量が過剰になり易い。そこで、請求項１〜請求項
５に記載に発明は、ワークの焼入れ部位の状況に応じて
レーザ送り速度やレーザ出力等を調整できるようにし
て、前記焼入れ部位に対して適正な熱量を供給可能にす
ることを目的とするものである。
ークｗの角部におけるレーザビーム２ｒの照射部位Ｃ1
（以下、照射部位Ｃ1 という）では、近隣部位からの伝
達熱量ｔ1 に対する流出熱量ｔ2 が直線部における照射
部位Ｃ0 （図１１（Ａ）参照）よりも小さくなる。即
ち、角部における照射部位Ｃ1 に対して直線部における
照射部位Ｃ0 と同量の熱量を供給したのでは流出熱量ｔ
2 が小さい分だけ熱量が局部的に過剰となり、ワークｗ
の溶融などの不都合が起こり易くなる。特に、図１１
（Ｃ）に示されるように、ワークｗの鋭角部における照
射部位Ｃ2 では流出熱量ｔ2 がさらに小さくなるため
に、熱量が過剰になり易い。そこで、請求項１〜請求項
５に記載に発明は、ワークの焼入れ部位の状況に応じて
レーザ送り速度やレーザ出力等を調整できるようにし
て、前記焼入れ部位に対して適正な熱量を供給可能にす
ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
特徴を有するレーザ焼入れ方法によって解決される。即
ち、請求項１に記載の発明は、レーザビーム照射体をワ
ークの焼入れ部に沿って送りながら、その焼入れ部にレ
ーザビームを照射して焼入れを行うレーザ焼入れ方法に
おいて、ワークの表面に対して直角にレーザビームを照
射できない部位では、レーザビームの照射角に基づいて
ワークに対する供給熱量の増加調整を行うことを特徴と
する。即ち、レーザビームをワークの表面に対して直角
に照射できないことによってワークにおけるレーザ光の
吸収率が低下しても、照射角に基づいてワークに対する
供給熱量の増加調整が行われるため、供給熱量不足に起
因した問題、例えば、焼入れ範囲が狭くなったり、ある
いは硬度が低下する等の不具合が生じない。
特徴を有するレーザ焼入れ方法によって解決される。即
ち、請求項１に記載の発明は、レーザビーム照射体をワ
ークの焼入れ部に沿って送りながら、その焼入れ部にレ
ーザビームを照射して焼入れを行うレーザ焼入れ方法に
おいて、ワークの表面に対して直角にレーザビームを照
射できない部位では、レーザビームの照射角に基づいて
ワークに対する供給熱量の増加調整を行うことを特徴と
する。即ち、レーザビームをワークの表面に対して直角
に照射できないことによってワークにおけるレーザ光の
吸収率が低下しても、照射角に基づいてワークに対する
供給熱量の増加調整が行われるため、供給熱量不足に起
因した問題、例えば、焼入れ範囲が狭くなったり、ある
いは硬度が低下する等の不具合が生じない。
【０００７】また、請求項２に記載の発明は、レーザビ
ーム照射体をワークの焼入れ部に沿って送りながら、そ
の焼入れ部にレーザビームを照射して焼入れを行うレー
ザ焼入れ方法において、前記レーザビーム照射体の送り
速度を予め決められた値に確保できない部位では、送り
速度の低下分に基づいてワークに対する供給熱量の減少
調整を行うことを特徴とする。即ち、レーザビーム照射
体の送り速度が低下するとワークに対するレーザビーム
の照射時間が長くなるが、供給熱量の減少調整が行われ
るため、ワークに対して実際の供給熱量が過剰となるこ
とはない。このため、ワークが溶融する等の不都合が生
じることがない。
ーム照射体をワークの焼入れ部に沿って送りながら、そ
の焼入れ部にレーザビームを照射して焼入れを行うレー
ザ焼入れ方法において、前記レーザビーム照射体の送り
速度を予め決められた値に確保できない部位では、送り
速度の低下分に基づいてワークに対する供給熱量の減少
調整を行うことを特徴とする。即ち、レーザビーム照射
体の送り速度が低下するとワークに対するレーザビーム
の照射時間が長くなるが、供給熱量の減少調整が行われ
るため、ワークに対して実際の供給熱量が過剰となるこ
とはない。このため、ワークが溶融する等の不都合が生
じることがない。
【０００８】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載されたレーザ焼入れ方法において、供給熱量の減
少調整は、レーザ出力を低下させることを特徴とする。
このため、省エネルギーを図ることができる。
に記載されたレーザ焼入れ方法において、供給熱量の減
少調整は、レーザ出力を低下させることを特徴とする。
このため、省エネルギーを図ることができる。
【０００９】また、請求項４に記載の発明は、請求項２
に記載されたレーザ焼入れ方法において、供給熱量の減
少調整は、レーザビームの照射角度を変化させることを
特徴とする。このため、容易に供給熱量の減少調整を行
うことができるようになる。
に記載されたレーザ焼入れ方法において、供給熱量の減
少調整は、レーザビームの照射角度を変化させることを
特徴とする。このため、容易に供給熱量の減少調整を行
うことができるようになる。
【００１０】また、請求項５に記載の発明は、レーザビ
ーム照射体をワークの焼入れ部に沿って送りながら、そ
の焼入れ部にレーザビームを照射して焼入れを行うレー
ザ焼入れ方法において、レーザビームの照射部位に対す
る近傍からの伝達熱量と、その照射部位から放散する流
出熱量とを考慮して、前記照射部位に対する供給熱量を
調整することを特徴とする。このため、伝達熱量と流出
熱量との条件が異なる照射部位、例えば、直線部におけ
る照射部位や角部における照射部位、鋭角部における照
射部位にもほぼ均等に熱量を供給できるようになる。
ーム照射体をワークの焼入れ部に沿って送りながら、そ
の焼入れ部にレーザビームを照射して焼入れを行うレー
ザ焼入れ方法において、レーザビームの照射部位に対す
る近傍からの伝達熱量と、その照射部位から放散する流
出熱量とを考慮して、前記照射部位に対する供給熱量を
調整することを特徴とする。このため、伝達熱量と流出
熱量との条件が異なる照射部位、例えば、直線部におけ
る照射部位や角部における照射部位、鋭角部における照
射部位にもほぼ均等に熱量を供給できるようになる。
【００１１】
〔第１の実施の形態〕以下、図１〜図１１に基づいて本
発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方法の説明を
行う。ここで、図１、図２は本実施の形態に係るレーザ
焼入れ方法を表すフローチャートであり、図３は本実施
の形態に係るレーザ焼入れ方法を実施するための焼入れ
装置の全体概略図である。前記焼入れ装置１は、図３に
示されるように、レーザ発振器４を備えている。前記レ
ーザ発振器４はレーザ光を発生させる部分であり、その
レーザ発振器４で発生したレーザ光が光ファイバー３も
しくは光路によってレーザヘッド２に導かれ、そのレー
ザヘッド２の先端部２ｆ（以下、照射ポイント２ｆとい
う）からレーザビーム２ｒとなってワークｗの表面に照
射される。即ち、前記レーザヘッドが本発明のレーザビ
ーム照射体に相当する。
発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方法の説明を
行う。ここで、図１、図２は本実施の形態に係るレーザ
焼入れ方法を表すフローチャートであり、図３は本実施
の形態に係るレーザ焼入れ方法を実施するための焼入れ
装置の全体概略図である。前記焼入れ装置１は、図３に
示されるように、レーザ発振器４を備えている。前記レ
ーザ発振器４はレーザ光を発生させる部分であり、その
レーザ発振器４で発生したレーザ光が光ファイバー３も
しくは光路によってレーザヘッド２に導かれ、そのレー
ザヘッド２の先端部２ｆ（以下、照射ポイント２ｆとい
う）からレーザビーム２ｒとなってワークｗの表面に照
射される。即ち、前記レーザヘッドが本発明のレーザビ
ーム照射体に相当する。
【００１２】前記レーザヘッド２は、回転軸２ｓの部分
で直交型ロボット５のハンド５ｈに連結されている。前
記直交型ロボット５は五軸制御が可能であり、前記レー
ザヘッド２を左右（Ｘ軸方向）、前後（Ｙ軸方向）、上
下（Ｚ軸方向）に移動させ、さらに、そのレーザヘッド
２をワークｗに対して任意の方向（θ、φ方向）に傾斜
させることができる。このため、前記ワークｗの表面が
三次元的な形状であっても前記レーザヘッド２をワーク
ｗの焼入れ部位に沿って送りながらその部位にレーザビ
ーム２ｒを直角にあるいは所定の傾斜で照射することが
できる。
で直交型ロボット５のハンド５ｈに連結されている。前
記直交型ロボット５は五軸制御が可能であり、前記レー
ザヘッド２を左右（Ｘ軸方向）、前後（Ｙ軸方向）、上
下（Ｚ軸方向）に移動させ、さらに、そのレーザヘッド
２をワークｗに対して任意の方向（θ、φ方向）に傾斜
させることができる。このため、前記ワークｗの表面が
三次元的な形状であっても前記レーザヘッド２をワーク
ｗの焼入れ部位に沿って送りながらその部位にレーザビ
ーム２ｒを直角にあるいは所定の傾斜で照射することが
できる。
【００１３】一般に、レーザビーム２ｒによる金属への
焼入れでは、焼入れ範囲、硬度Ｈ（ｘ，ｙ）は、ワーク
ｗに供給される熱量Ｑによって決まる。即ち、Ｈ（ｘ，
ｙ）＝ｋ1 Ｑ と表せる。ここで、ｘは焼入れ幅、ｙ
は焼入れ深さであり、ｋ1 は比例定数である。また、ワ
ークｗに供給される熱量Ｑは、レーザ出力Ｐ、レーザヘ
ッド２の先端部２ｆ（照射ポイント２ｆ）の送り速度Ｆ
（以下、レーザ送り速度Ｆという）、ワーク表面のレー
ザ吸収率Ｓ、レーザ光密度Ｇ等の因子によって決定され
る。即ち、Ｑ＝ｋ2 ×（Ｐ×Ｓ×Ｇ÷Ｆ）で表される。
ここで、ｋ2 は比例定数である。
焼入れでは、焼入れ範囲、硬度Ｈ（ｘ，ｙ）は、ワーク
ｗに供給される熱量Ｑによって決まる。即ち、Ｈ（ｘ，
ｙ）＝ｋ1 Ｑ と表せる。ここで、ｘは焼入れ幅、ｙ
は焼入れ深さであり、ｋ1 は比例定数である。また、ワ
ークｗに供給される熱量Ｑは、レーザ出力Ｐ、レーザヘ
ッド２の先端部２ｆ（照射ポイント２ｆ）の送り速度Ｆ
（以下、レーザ送り速度Ｆという）、ワーク表面のレー
ザ吸収率Ｓ、レーザ光密度Ｇ等の因子によって決定され
る。即ち、Ｑ＝ｋ2 ×（Ｐ×Ｓ×Ｇ÷Ｆ）で表される。
ここで、ｋ2 は比例定数である。
【００１４】したがって、Ｈ（ｘ，ｙ）＝ｋ1 ×ｋ2 ×
（Ｐ×Ｓ×Ｇ÷Ｆ）で表される。このため、レーザ焼入
れのための因子、即ち、レーザ出力Ｐ、レーザ送り速度
Ｆ、レーザ吸収率Ｓ、レーザ光密度Ｇ等をワークｗの加
工条件に応じて適正な値に設定することにより、ワーク
ｗに供給される熱量Ｑは一定に保持されて安定した焼入
れ品質を得ることができる。前記レーザ焼入れのための
因子（以下、レーザ焼入因子という）のデータは計算機
７からレーザ制御装置６に伝送される。さらに、前記レ
ーザ制御装置６では計算機７からのレーザ焼入因子のデ
ータに基づいて前記直交型ロボット５やレーザ発振器４
を駆動させ、ワークｗのレーザ焼入を実行する。
（Ｐ×Ｓ×Ｇ÷Ｆ）で表される。このため、レーザ焼入
れのための因子、即ち、レーザ出力Ｐ、レーザ送り速度
Ｆ、レーザ吸収率Ｓ、レーザ光密度Ｇ等をワークｗの加
工条件に応じて適正な値に設定することにより、ワーク
ｗに供給される熱量Ｑは一定に保持されて安定した焼入
れ品質を得ることができる。前記レーザ焼入れのための
因子（以下、レーザ焼入因子という）のデータは計算機
７からレーザ制御装置６に伝送される。さらに、前記レ
ーザ制御装置６では計算機７からのレーザ焼入因子のデ
ータに基づいて前記直交型ロボット５やレーザ発振器４
を駆動させ、ワークｗのレーザ焼入を実行する。
【００１５】次に、図１、図２のフローチャートに基づ
いてレーザ焼入因子の決定方法を説明する。先ず、ワー
クｗの焼入れ部位に基づいてレーザの照射経路（照射部
位）Ｌ0,Ｌ1,…, Ｌn-1,Ｌn を設定する（ステップ１０
１）。次に、レーザの照射経路の順番を表す定数Ｘを零
にして（ステップ１０２）、焼入れ部位Ｌ0 における一
般的なレーザ焼入因子、即ち、レーザ出力Ｐ、レーザ送
り速度Ｆ、レーザ吸収率Ｓ、レーザ光密度Ｇをワークｗ
の材質や焼入れ範囲、硬度Ｈ（ｘ，ｙ）に基づいて設定
する（ステップ１０３）。
いてレーザ焼入因子の決定方法を説明する。先ず、ワー
クｗの焼入れ部位に基づいてレーザの照射経路（照射部
位）Ｌ0,Ｌ1,…, Ｌn-1,Ｌn を設定する（ステップ１０
１）。次に、レーザの照射経路の順番を表す定数Ｘを零
にして（ステップ１０２）、焼入れ部位Ｌ0 における一
般的なレーザ焼入因子、即ち、レーザ出力Ｐ、レーザ送
り速度Ｆ、レーザ吸収率Ｓ、レーザ光密度Ｇをワークｗ
の材質や焼入れ範囲、硬度Ｈ（ｘ，ｙ）に基づいて設定
する（ステップ１０３）。
【００１６】次に、焼入れ部位Ｌ0 に対してレーザビー
ム２ｒを直角に照射できるか否かを判定する（ステップ
１０４）。焼入れ部位Ｌ0 が、図８（Ｂ）に示されるよ
うに、溝ｗｍの角部Ｌでレーザビーム２ｒを直角に照射
できない場所であれば（ステップ１０４ ＮＯ）、レー
ザビーム２ｒの照射可能角度θを計算し（ステップ１０
５）、直角の状態から照射可能角度θまで傾けたことに
よるレーザ吸収率の低下分ΔＳ1 を計算する（ステップ
１０６）。即ち、前記照射可能角度θが本発明の照射角
に相当する。ワークｗのレーザ吸収率はレーザビーム２
ｒをワークｗの表面に対して直角に照射してときに最大
となり、直角の状態から傾斜するにつれて低下する。
ム２ｒを直角に照射できるか否かを判定する（ステップ
１０４）。焼入れ部位Ｌ0 が、図８（Ｂ）に示されるよ
うに、溝ｗｍの角部Ｌでレーザビーム２ｒを直角に照射
できない場所であれば（ステップ１０４ ＮＯ）、レー
ザビーム２ｒの照射可能角度θを計算し（ステップ１０
５）、直角の状態から照射可能角度θまで傾けたことに
よるレーザ吸収率の低下分ΔＳ1 を計算する（ステップ
１０６）。即ち、前記照射可能角度θが本発明の照射角
に相当する。ワークｗのレーザ吸収率はレーザビーム２
ｒをワークｗの表面に対して直角に照射してときに最大
となり、直角の状態から傾斜するにつれて低下する。
【００１７】したがって、レーザビーム２ｒがワークｗ
に与える熱量は一定であっても、レーザビーム２ｒが傾
斜することにより、ワークｗが実際に受け取る熱量Ｑは
レーザ吸収率Ｓの低下分だけ低下する。このため、レー
ザ吸収率の低下分ΔＳ1 に基づいてレーザ出力をΔＰ1
だけ増加させたり、あるいは、レーザ送り速度をΔＦ1
だけ低下させる（ステップ１０７）。ここで、レーザ送
り速度を低下させれば、ワークｗに対するレーザビーム
２ｒの照射時間が長くなり、レーザ出力を増加させるこ
となく供給熱量を増加させることができる。また、図６
（Ａ）に示されるように、レーザ光密度Ｇを増加させて
も供給熱量を増加させることができる。このようにし
て、レーザビーム２ｒの傾斜に基づくレーザ出力等の修
正が終了すると、処理をステップ１０８に進める（図２
参照）。
に与える熱量は一定であっても、レーザビーム２ｒが傾
斜することにより、ワークｗが実際に受け取る熱量Ｑは
レーザ吸収率Ｓの低下分だけ低下する。このため、レー
ザ吸収率の低下分ΔＳ1 に基づいてレーザ出力をΔＰ1
だけ増加させたり、あるいは、レーザ送り速度をΔＦ1
だけ低下させる（ステップ１０７）。ここで、レーザ送
り速度を低下させれば、ワークｗに対するレーザビーム
２ｒの照射時間が長くなり、レーザ出力を増加させるこ
となく供給熱量を増加させることができる。また、図６
（Ａ）に示されるように、レーザ光密度Ｇを増加させて
も供給熱量を増加させることができる。このようにし
て、レーザビーム２ｒの傾斜に基づくレーザ出力等の修
正が終了すると、処理をステップ１０８に進める（図２
参照）。
【００１８】一方、焼入れ部位Ｌ0 に対してレーザビー
ム２ｒを直角に照射できる場合には（ステップ１０４
ＹＥＳ）、レーザ出力等を修正しないで処理をステップ
１０８に進める。ステップ１０８では、直交型ロボット
５に連結されているレーザヘッド２の回転軸２ｓの部分
の送り速度Ｆｃ（以下、軸送り速度Ｆｃ）をレーザ送り
速度Ｆに基づいて計算する。例えば、焼入れ部位Ｌ0
が、図７に示されるように、平らな部分に配置されてい
れば Ｆ＝Ｆｃとなる。しかしながら、図９に示される
ように、凸Ｒの頂部Ｍのような部分に配置されていれ
ば、前述のように、Ｆ≪Ｆｃとなる。このため、ステッ
プ１０９で軸送り速度Ｆｃが直交型ロボット５の能力を
超えていないか否かを判定する。
ム２ｒを直角に照射できる場合には（ステップ１０４
ＹＥＳ）、レーザ出力等を修正しないで処理をステップ
１０８に進める。ステップ１０８では、直交型ロボット
５に連結されているレーザヘッド２の回転軸２ｓの部分
の送り速度Ｆｃ（以下、軸送り速度Ｆｃ）をレーザ送り
速度Ｆに基づいて計算する。例えば、焼入れ部位Ｌ0
が、図７に示されるように、平らな部分に配置されてい
れば Ｆ＝Ｆｃとなる。しかしながら、図９に示される
ように、凸Ｒの頂部Ｍのような部分に配置されていれ
ば、前述のように、Ｆ≪Ｆｃとなる。このため、ステッ
プ１０９で軸送り速度Ｆｃが直交型ロボット５の能力を
超えていないか否かを判定する。
【００１９】軸送り速度Ｆｃが直交型ロボット５の能力
を超えている場合には（ステップ１０９ ＮＯ）、その
軸送り速度Ｆｃを直交型ロボット５の許容能力まで下げ
た状態で、レーザ送り速度Ｆｔを計算する（ステップ１
１０）。さらに、レーザ送り速度の低下分（Ｆ−Ｆｔ）
を計算する（ステップ１１２）。そして、レーザ送り速
度の低下に起因して増加する供給熱量を打ち消すよう
に、レーザ出力をΔＰ2だけ低下させる（ステップ１１
３）。この場合、図６（Ｂ）に示されるように、レーザ
光密度Ｇを減少させて供給熱量を低下させる方法でも可
能である。また、図５に示されるように、可変スリット
９でレーザビーム２ｒを遮る量を調整して、供給熱量を
低下させる方法でも可能である。このようにして、レー
ザ送り速度の低下に基づくレーザ出力の修正が終了する
と、処理をステップ１１４に進める。一方、軸送り速度
Ｆｃが直交型ロボット５の能力を超えていない場合には
（ステップ１０９ ＹＥＳ）、レーザ送り速度Ｆを変化
させなくても良いため、レーザ出力等を修正しないで処
理をステップ１１４に進める。
を超えている場合には（ステップ１０９ ＮＯ）、その
軸送り速度Ｆｃを直交型ロボット５の許容能力まで下げ
た状態で、レーザ送り速度Ｆｔを計算する（ステップ１
１０）。さらに、レーザ送り速度の低下分（Ｆ−Ｆｔ）
を計算する（ステップ１１２）。そして、レーザ送り速
度の低下に起因して増加する供給熱量を打ち消すよう
に、レーザ出力をΔＰ2だけ低下させる（ステップ１１
３）。この場合、図６（Ｂ）に示されるように、レーザ
光密度Ｇを減少させて供給熱量を低下させる方法でも可
能である。また、図５に示されるように、可変スリット
９でレーザビーム２ｒを遮る量を調整して、供給熱量を
低下させる方法でも可能である。このようにして、レー
ザ送り速度の低下に基づくレーザ出力の修正が終了する
と、処理をステップ１１４に進める。一方、軸送り速度
Ｆｃが直交型ロボット５の能力を超えていない場合には
（ステップ１０９ ＹＥＳ）、レーザ送り速度Ｆを変化
させなくても良いため、レーザ出力等を修正しないで処
理をステップ１１４に進める。
【００２０】ステップ１１４では、焼入れ部位Ｌ0 が、
図１１（Ａ）に示されるように、平面視においてほぼ直
線部にあるか否かを判定する。例えば、図１１（Ａ）に
示されように、焼入れ部位Ｌ0 が直線部Ｃ0 にあれば、
近隣部位からの伝達熱量ｔ1 と流出熱量ｔ2 とのバラン
スがほぼ一定になる。しかしながら、図１１（Ｂ），
（Ｃ）に示されるように、焼入れ部位Ｌ0 がコーナー部
Ｃ1,Ｃ2 であれば、焼入れ部位Ｌ0 が直線部Ｃ0 にある
場合と比較して伝達熱量ｔ1 に対する流出熱量ｔ2 が小
さくなる。このため、レーザ送り速度Ｆやレーザ出力Ｐ
等が一定であってもコーナー部Ｃ1,Ｃ2 では局部的に熱
量が過剰となる。さらに、前記熱量の過剰率はコーナー
部の角度が小さくなるほど、即ち、鋭角になるほど大き
くなる。また、前記コーナー部Ｃ1,Ｃ2 では、図１０に
示されるように、レーザ送り速度Ｆも低下する。このた
め、焼入れ部位Ｌ0 がコーナー部Ｃ1,Ｃ2 であれば（ス
テップ１１５ＹＥＳ）、過剰となる熱量を打ち消すよう
にレーザ出力ＰをΔＰ3 だけ低下させる。
図１１（Ａ）に示されるように、平面視においてほぼ直
線部にあるか否かを判定する。例えば、図１１（Ａ）に
示されように、焼入れ部位Ｌ0 が直線部Ｃ0 にあれば、
近隣部位からの伝達熱量ｔ1 と流出熱量ｔ2 とのバラン
スがほぼ一定になる。しかしながら、図１１（Ｂ），
（Ｃ）に示されるように、焼入れ部位Ｌ0 がコーナー部
Ｃ1,Ｃ2 であれば、焼入れ部位Ｌ0 が直線部Ｃ0 にある
場合と比較して伝達熱量ｔ1 に対する流出熱量ｔ2 が小
さくなる。このため、レーザ送り速度Ｆやレーザ出力Ｐ
等が一定であってもコーナー部Ｃ1,Ｃ2 では局部的に熱
量が過剰となる。さらに、前記熱量の過剰率はコーナー
部の角度が小さくなるほど、即ち、鋭角になるほど大き
くなる。また、前記コーナー部Ｃ1,Ｃ2 では、図１０に
示されるように、レーザ送り速度Ｆも低下する。このた
め、焼入れ部位Ｌ0 がコーナー部Ｃ1,Ｃ2 であれば（ス
テップ１１５ＹＥＳ）、過剰となる熱量を打ち消すよう
にレーザ出力ＰをΔＰ3 だけ低下させる。
【００２１】なお、図４に示されるように、コーナー部
Ｃ1,Ｃ2 であってもレーザヘッド２を矢印で示す軌跡に
倣って移動させることにより、レーザ送り速度Ｆを一定
に保持することは可能である。この場合には、流出熱量
ｔ2 が低下する分を考慮してレーザ出力Ｐを低下させ
る。また、図５に示されるように、焼入れ部位Ｌ0 がＲ
部Ｃ4 であれば、同様に近隣部位からの伝達熱量ｔ1 に
対する流出熱量ｔ2 が小さくなるため熱量が局部的に過
剰となり、その過剰率はＲが小さくなるほど大きくな
る。さらに、前記Ｒ部Ｃ4 ではレーザ送り速度Ｆも低下
する。したがって、焼入れ部位Ｌ0 がＲ部Ｃ4であれば
（ステップ１１６ ＹＥＳ）、過剰となる熱量を打ち消
すようにレーザ出力ＰをΔＰ4 だけ低下させる。このよ
うにして、過剰となる熱量に基づくレーザ出力の修正が
終了すると、処理をステップ１１９に進める。
Ｃ1,Ｃ2 であってもレーザヘッド２を矢印で示す軌跡に
倣って移動させることにより、レーザ送り速度Ｆを一定
に保持することは可能である。この場合には、流出熱量
ｔ2 が低下する分を考慮してレーザ出力Ｐを低下させ
る。また、図５に示されるように、焼入れ部位Ｌ0 がＲ
部Ｃ4 であれば、同様に近隣部位からの伝達熱量ｔ1 に
対する流出熱量ｔ2 が小さくなるため熱量が局部的に過
剰となり、その過剰率はＲが小さくなるほど大きくな
る。さらに、前記Ｒ部Ｃ4 ではレーザ送り速度Ｆも低下
する。したがって、焼入れ部位Ｌ0 がＲ部Ｃ4であれば
（ステップ１１６ ＹＥＳ）、過剰となる熱量を打ち消
すようにレーザ出力ＰをΔＰ4 だけ低下させる。このよ
うにして、過剰となる熱量に基づくレーザ出力の修正が
終了すると、処理をステップ１１９に進める。
【００２２】一方、焼入れ部位Ｌ0 がほぼ直線部にある
と判定された場合には（ステップ１１４ ＹＥＳ）、レ
ーザ出力等を修正しないで処理をステップ１１９に進め
る。ステップ１１９では、レーザの照射経路の順番を表
す定数Ｘに１を加算して、ステップ１２０で前記定数Ｘ
が最終値ｎか否かを判定する。Ｘ≠ｎのため、処理をス
テップ１０３に戻し、次の焼入部位Ｌ1 の一般的なレー
ザ焼入因子を設定する。焼入部位Ｌ1 の場合も、前述の
焼入部位Ｌ0 と同様にステップ１０４〜ステップ１１８
の処理を実行し、ステップ１０３で設定した一般的なレ
ーザ焼入因子を必要に応じて修正し、ステップ１１９で
定数Ｘに１を加算する。そして、ステップ１２０で前記
定数Ｘが最終値ｎか否かを判定して、処理をステップ１
０３に戻す。
と判定された場合には（ステップ１１４ ＹＥＳ）、レ
ーザ出力等を修正しないで処理をステップ１１９に進め
る。ステップ１１９では、レーザの照射経路の順番を表
す定数Ｘに１を加算して、ステップ１２０で前記定数Ｘ
が最終値ｎか否かを判定する。Ｘ≠ｎのため、処理をス
テップ１０３に戻し、次の焼入部位Ｌ1 の一般的なレー
ザ焼入因子を設定する。焼入部位Ｌ1 の場合も、前述の
焼入部位Ｌ0 と同様にステップ１０４〜ステップ１１８
の処理を実行し、ステップ１０３で設定した一般的なレ
ーザ焼入因子を必要に応じて修正し、ステップ１１９で
定数Ｘに１を加算する。そして、ステップ１２０で前記
定数Ｘが最終値ｎか否かを判定して、処理をステップ１
０３に戻す。
【００２３】このようにして、以後、焼入部位Ｌ2,Ｌ3,
…, Ｌn-1,Ｌn について、ステップ１０３〜ステップ１
２０までの処理を繰り返し実行して、各々の焼入部位Ｌ
2,Ｌ3,…, Ｌn-1,Ｌn についてレーザ焼入因子を設定す
る。そして、最終の焼入部位Ｌn についてレーザ焼入因
子の設定が終了した段階で処理を終了する。
…, Ｌn-1,Ｌn について、ステップ１０３〜ステップ１
２０までの処理を繰り返し実行して、各々の焼入部位Ｌ
2,Ｌ3,…, Ｌn-1,Ｌn についてレーザ焼入因子を設定す
る。そして、最終の焼入部位Ｌn についてレーザ焼入因
子の設定が終了した段階で処理を終了する。
【００２４】このように、本実施の形態に係るレーザ焼
入れ方法では、ワークｗの表面に対して直角にレーザビ
ーム２ｒを照射できない部位では、レーザビーム２ｒの
照射角に基づいてワークｗに対する供給熱量の増加調整
を行うため、供給熱量不足に起因した問題、例えば、焼
入れ範囲が狭くなったり、あるいは硬度が低下する等の
不具合が生じない。また、レーザ送り速度を予め決めら
れた値に確保できない部位では、送り速度の低下分に基
づいてワークｗに対する供給熱量の減少調整を行うた
め、ワークｗに対して実際の供給熱量が過剰となること
はない。このため、ワークｗが溶融する等の不都合が生
じることがない。
入れ方法では、ワークｗの表面に対して直角にレーザビ
ーム２ｒを照射できない部位では、レーザビーム２ｒの
照射角に基づいてワークｗに対する供給熱量の増加調整
を行うため、供給熱量不足に起因した問題、例えば、焼
入れ範囲が狭くなったり、あるいは硬度が低下する等の
不具合が生じない。また、レーザ送り速度を予め決めら
れた値に確保できない部位では、送り速度の低下分に基
づいてワークｗに対する供給熱量の減少調整を行うた
め、ワークｗに対して実際の供給熱量が過剰となること
はない。このため、ワークｗが溶融する等の不都合が生
じることがない。
【００２５】さらに、供給熱量の減少調整は、レーザ出
力を低下させるため省エネルギーを図ることができる。
また、レーザビーム２ｒの照射角度を変化させて供給熱
量の減少調整も行えるため、減少調整を容易に行うこと
ができる。また、レーザビーム２ｒの照射部位に対する
近傍からの伝達熱量と、その照射部位から放散する流出
熱量とに基づいて、前記照射部位に対する供給熱量を調
整できるため、伝達熱量と流出熱量との条件が異なる照
射部位、例えば、直線部における照射部位や角部におけ
る照射部位、鋭角部における照射部位にもほぼ均等に熱
量を供給できるようになる。このため、ワークｗの直線
部や角部、Ｒ部でも均等に焼入れを行うことができるよ
うになる。
力を低下させるため省エネルギーを図ることができる。
また、レーザビーム２ｒの照射角度を変化させて供給熱
量の減少調整も行えるため、減少調整を容易に行うこと
ができる。また、レーザビーム２ｒの照射部位に対する
近傍からの伝達熱量と、その照射部位から放散する流出
熱量とに基づいて、前記照射部位に対する供給熱量を調
整できるため、伝達熱量と流出熱量との条件が異なる照
射部位、例えば、直線部における照射部位や角部におけ
る照射部位、鋭角部における照射部位にもほぼ均等に熱
量を供給できるようになる。このため、ワークｗの直線
部や角部、Ｒ部でも均等に焼入れを行うことができるよ
うになる。
【００２６】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、この本発明の実施の形態には請求の範囲に記載し
た技術的事項以外に次のような各種の技術的事項を有す
るものであることを付記しておく。 （１） 請求項２に記載されたレーザ焼入れ方法におい
て、供給熱量の減少調整は、レーザの光密度を減少させ
ることを特徴とするレーザ焼入れ方法。
たが、この本発明の実施の形態には請求の範囲に記載し
た技術的事項以外に次のような各種の技術的事項を有す
るものであることを付記しておく。 （１） 請求項２に記載されたレーザ焼入れ方法におい
て、供給熱量の減少調整は、レーザの光密度を減少させ
ることを特徴とするレーザ焼入れ方法。
【発明の効果】本発明に係るレーザ焼入れ方法による
と、ワークに対して均等に熱量を調整することができる
ため、安定した焼入れの品質を得ることができる。
と、ワークに対して均等に熱量を調整することができる
ため、安定した焼入れの品質を得ることができる。
【図１】本発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方
法を表すフローチャートである。
法を表すフローチャートである。
【図２】本発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方
法を表すフローチャートである。
法を表すフローチャートである。
【図３】本発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方
法を実施するためのレーザ焼入れ装置の全体概略図であ
る。
法を実施するためのレーザ焼入れ装置の全体概略図であ
る。
【図４】本発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方
法の角部におけるレーザ送り方法を表す平面図及びレー
ザ送り速度の変化を表す図面である。
法の角部におけるレーザ送り方法を表す平面図及びレー
ザ送り速度の変化を表す図面である。
【図５】本発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方
法のＲ部における可変スリットを用いた供給熱量調整方
法を表す斜視図である。
法のＲ部における可変スリットを用いた供給熱量調整方
法を表す斜視図である。
【図６】本発明の一の実施の形態に係るレーザ焼入れ方
法のレーザ光密度を調整する方法を表す側面図である。
法のレーザ光密度を調整する方法を表す側面図である。
【図７】平面部分にレーザビームを照射している様子を
表す側面図である。
表す側面図である。
【図８】溝の角部におけるレーザビームの照射状況を表
す側面図である。
す側面図である。
【図９】凸Ｒの頂部におけるレーザ送り方法を表す側面
図である。
図である。
【図１０】角部における一般的なレーザ送り方法を表す
平面図及びレーザ送り速度の変化を表す図面である。
平面図及びレーザ送り速度の変化を表す図面である。
【図１１】直線部、角部及び鋭角部における焼入れ部位
の伝達熱量、流出熱量を表す平面図である。
の伝達熱量、流出熱量を表す平面図である。
ｗ ワーク １ 焼入れ装置 ２ レーザヘッド（レーザビーム照射体） ２ｒ レーザビーム ２ｆ 照射ポイント ４ レーザ発振器
Claims (5)
- 【請求項１】 レーザビーム照射体をワークの焼入れ部
に沿って送りながら、その焼入れ部にレーザビームを照
射して焼入れを行うレーザ焼入れ方法において、 ワークの表面に対して直角にレーザビームを照射できな
い部位では、レーザビームの照射角に基づいてワークに
対する供給熱量の増加調整を行うことを特徴とするレー
ザ焼入れ方法。 - 【請求項２】 レーザビーム照射体をワークの焼入れ部
に沿って送りながら、その焼入れ部にレーザビームを照
射して焼入れを行うレーザ焼入れ方法において、 前記レーザビーム照射体の送り速度を予め決められた値
に確保できない部位では、送り速度の低下分に基づいて
ワークに対する供給熱量の減少調整を行うことを特徴と
するレーザ焼入れ方法。 - 【請求項３】 請求項２に記載されたレーザ焼入れ方法
において、 供給熱量の減少調整は、レーザ出力を低下させることを
特徴とするレーザ焼入れ方法。 - 【請求項４】 請求項２に記載されたレーザ焼入れ方法
において、 供給熱量の減少調整は、レーザビームの照射角度を変化
させることを特徴とするレーザ焼入れ方法。 - 【請求項５】 レーザビーム照射体をワークの焼入れ部
に沿って送りながら、その焼入れ部にレーザビームを照
射して焼入れを行うレーザ焼入れ方法において、 レーザビームの照射部位に対する近傍からの伝達熱量
と、その照射部位から放散する流出熱量とを考慮して、
前記照射部位に対する供給熱量を調整することを特徴と
するレーザ焼入れ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33721796A JP3385886B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | レーザ焼入れ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33721796A JP3385886B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | レーザ焼入れ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10176216A true JPH10176216A (ja) | 1998-06-30 |
| JP3385886B2 JP3385886B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=18306550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33721796A Expired - Fee Related JP3385886B2 (ja) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | レーザ焼入れ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3385886B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005248326A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | General Electric Co <Ge> | 低フルエンス境界斜レーザショックピーニング |
| JP2008240710A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Precision Machinery Ltd | 斜板式ピストンポンプ・モータ及びその製造方法 |
| JP2010507726A (ja) * | 2006-10-27 | 2010-03-11 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ | 複雑な形状の構成部分を表層被膜焼入れするための方法及び装置 |
| JP2013104103A (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-30 | Univ Of Shiga Prefecture | レーザ熱処理システム |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101912112B1 (ko) * | 2016-12-30 | 2018-10-30 | 입체코퍼레이션(주) | 원형 톱 바디의 열처리 방법 |
-
1996
- 1996-12-17 JP JP33721796A patent/JP3385886B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005248326A (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-15 | General Electric Co <Ge> | 低フルエンス境界斜レーザショックピーニング |
| JP2010507726A (ja) * | 2006-10-27 | 2010-03-11 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ | 複雑な形状の構成部分を表層被膜焼入れするための方法及び装置 |
| JP2008240710A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kawasaki Precision Machinery Ltd | 斜板式ピストンポンプ・モータ及びその製造方法 |
| WO2008120483A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Kabushiki Kaisha Kawasaki Precision Machinery | 斜板式ピストンポンプ・モータ及びその製造方法 |
| US20100107865A1 (en) * | 2007-03-29 | 2010-05-06 | Kabushiki Kaisha Kawasaki Precision Machinery | Swash plate type piston pump motor and method for manufacturing the same |
| KR101048592B1 (ko) * | 2007-03-29 | 2011-07-12 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 사판식 피스톤 펌프ㆍ모터 및 그의 제조 방법 |
| US8425699B2 (en) * | 2007-03-29 | 2013-04-23 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Swash plate type piston pump motor and method for manufacturing the same |
| JP2013104103A (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-30 | Univ Of Shiga Prefecture | レーザ熱処理システム |
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|---|---|
| JP3385886B2 (ja) | 2003-03-10 |
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