JPS637327A - レ−ザ焼入れ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は焼入れ装置に関し、特にレーザを使用して偏心
部を有する軸等のコーナ部分を焼入れするレーザ焼入れ
装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、各種軸の段付部や例えばクランクソヤフト等の
偏心部を有する軸等においては、コーナ部がコーナＲを
つけたにしても強度的に弱くその部分から亀裂を生じた
り破損したりしていた。

そのために、従来は高周波焼入れ等の通常の熱処理方法
によって、軸全体あるいは軸の一部を焼入れして軸の強
度を増加させていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来技術においては、焼入れにばらつきが
あり一定した焼入れ深さを得ることが困難であった。更
に、ある部分のみ焼入れしたい場合でも、その部分を焼
入れするうちに熱エネルギの蓄積により結局、全体を焼
入れする状態乙こなってしまい部分焼入れは困難で、無
駄な労力と費用を費やすというような問題点があった。

又、例えばクランクシャフト等のように偏心部を有する
軸においては焼入れの作業性も悪く非能率的であるとい
う問題点があった。

本発明は、上記事情に鑑み提案されたものでその第１の
目的は、偏心部を有する例えばクランクシャフト等の軸
の偏心部のコーナの焼入れ可能な、しかも−方のコーナ
を焼入れした後、次に１８０゜回転して他方のコーナを
焼入れする等部分焼入れ可能なように回転自在なレーザ
ヘッドを有するレーザ焼入れ装置を提供することである
。

そして第２の目的は、偏心部を有する例えばクランクシ
ャフト等の偏心部の回転が描（円軌跡にレーザヘッドが
同期して、追従して動き偏心部のコーナ　部の焼入れを
するレーザ焼入れ装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段と作用〕本発明は上記問
題点を解決するための手段として、本装置をレーザ発振
機、レーザ発振機用制御装置、操作盤等を備えたレーザ
加工機において、レーザ発振機から発振されたレーザ光
を所定方向に偏光照射すべ（垂直方向に移動可能であり
且つ前記移動方向と直交する平面内で回転可能に取付け
られ先端にミラーを組込んだレーザヘッドと、レーザヘ
ッドを垂直方向に移動する駆動装置と、レーザヘッドを
回転割出しする駆動装置と、レーザヘッドの移動方向と
直交する回転軸に対して偏心部を有する被加工物を回転
駆動させるための駆動装置と、前記レーザヘッドがこの
被加工物の偏心部の回転動作に追従して勤（べ（回転軸
に対して直交する２つの軸によって形成される平面内で
円弧補間制御する制御部からなり、偏心部の焼入れを行
なうレーザ焼入れ装置とした。

而して、上記の如き構成によって、偏心部を有する例え
ばクランクシャフト等が回転を開始すると、回転軸に直
交するテーブル（Ｙ軸）、レーザヘッド（Ｚ軸）の動き
で前記偏芯部の動きに同期して、追従してレーザヘッド
が動き偏心部のコーナ部分の焼入れを行なうことになる
。そして、ある部分の焼入れを終了すると、ボックス内
の駆動源を駆動させ、駆動歯車と歯車の噛合によってし
一ザヘソドに連結した筒体部を１８０°回転させて反対
側のコーナ部分の焼入れ等の熱処理を開始する。

〔実施例〕

以下、本発明の１実施例を図面に基づいて更に詳しく説
明する。

（１）　　まず、本発明の装置が適用される機械につい
て説明する。

第１図は、本発明に使用されるレーザ加工機の全体正面
図を示し、第２図はレーザヘッド部近傍の拡大−部所面
図を示す。

第１図および第２図において、レーザ加工機ｌのベツド
２上にテーブル３が閃絡の駆動源によりＸ方向、Ｙ方向
に移動可能に設けられている。該テーブル３上には、−
端を回転自在にチャック４により把持され他端をローラ
５で支持されたクランクシャフト６が載置されている。

今、クランクシャフト６にレーザ光を照射すべ（レーザ
ヘッド７がボックス８に装着され、該ポ・ノクス８はユ
ニット９に取付けられていて左方に位置するレーザ発振
機１０に連通している。又、右側前面には操作盤１１が
あり、左側前面には発振機用制御装置１２が移動可能に
設けられている。

次にレーザヘッド７について詳述する。レーザヘッド７
先端部にはミラー（閃絡）が内挿されていて、筒体部１
３内部を反射してきたレーザ光を更に特定の角度に反射
してクランクシャフト６の所望のコーナ部に照射するよ
うになっている。前記レーザヘッド７は、筒体部１３に
連結しており、ユニット９に取付けられたボックス８内
に設けられている軸受押え１５．軸受１４により回転自
在に軸承されている。前記筒体部１３の一部には歯車１
６が外嵌され、ボックス８内のブラケット１７に固定さ
れた駆動源１８に連結した駆動歯車１９と噛合して、駆
動源１８により筒体部１３を１８０°回転させる働きを
する。前記筒体部１３の上部は伸縮可能になっていてレ
ーザヘッド７は上下動（Ｚ方向）可能である。又、筒体
部１３の上部にもミラー（閃絡）が内設されていて、前
記レーザ発振機１０から発振されるレーザ光を９０゜反
射させレーザヘッド７へと導いている。

上記の如き構成のレーザ加工機の櫃略の動作を説明する
。

レーザ発振機１０から発振されたレーザ光は、レーザ加
工［３４１内の所定の通路を進み、レーザヘッド７上部
の筒体部１３内に設けられたミラーによって９０°向き
を変えられ、レーザヘッド７先端に向かって進む。そし
てレーザ光は筒体部内部の所定の位置に設けられている
レンズ（回路）によって、焦点距離を調節され、更にレ
ーザヘッド７先端に取付けられたミラーで、例えばクラ
ンクシャフト６等の所定のコーナ部に向くように角度調
節され照射される。

一方、例えばクランクシャフト６等はジャーナル部２０
を回転軸（Ａ軸）として駆動源２１により回転する。こ
の時偏心しているクランクシャフト６等のコーナ部にレ
ーザ光を照射しているレーザヘッド７も、テーブル３の
Ｙ軸方向の移動とレーザヘッド７のＺ軸方向の移動によ
って偏心部の回転に同期して、追従して動くことになる
。−方のコーナ部のレーザ光による焼入れを終了したら
、ボックス８内の駆動源１８の駆動によって、駆動歯車
１９を回転させ、更に該駆動歯車１９と噛合している歯
車１６を回転させる。そして他方のコーナ部をレーザ光
による熱処理を行なうべり１８０°回転させ駆動源１８
の駆動を止める。

次に前述した通りの動作によって他方のコーナ部のレー
ザ光による焼入れを行なう。以後、順次テーブル３のＸ
方向移動によって偏心部の位置決めを行いコーナ部の焼
入れをして行く。

（２）次に、本発明の具体的な構成を説明する。

第５図は本発明の構成の一例を表わすブロック線図を示
す。

同図において、レーザ焼入れ装置は中央処理装置（以後
ＣＰＵと呼称する）５０にメインバス５０ａを介して、
キーボード付デイスプレィ５１及びその入出カポ−）５
１ａと、各種加工条件を組込んだ加ニブログラム５２と
、レーザヘッド座標値やオーバーライド等のデータを組
込んだファイル５３と、円弧補間のためにテーブルを前
後方向即ちＹ軸方向に駆動するＹ軸制御サーボモータ５
４、そのアンプ５４ａ及び補間器５４ｂと、−秒からな
りシ制御を行なうＦ、　　Ｐ　（フィードパルス）制御
部５５と、円弧補間のためにレーザヘッド７を上下方向
即ち、Ｚ軸方向に駆動するＺ軸制御サーボモータ５６．
そのアンプ５６ａ及び補間器５６ｂと、−秒毎の発生パ
ルス数を表わすレートマルチプライヤ５７ａ、補間Ｗ５
６ｂと同期させるＦ−Ｐ同期５７ｂからなり５制御を行
なうＦ、　Ｐ（フィードパルス）制御部５７と、１ｉｉ
ｌｌｉｔ福間のために回転軸（Ａ軸）を回転させるＡ軸
制御サーボモータ５８．そのアンプ５８ａ及び補間器５
８ｂと、−秒毎の発生パルス数を表わすレートマルチプ
ライヤ５９ａ、補間器５８ａと同期させるＦ。

Ｐ同期５９ｂからなりシー０．即ち、周速制御キャンセ
ルを行なうＦ、　　Ｐ　（フィードパルス）制御部５９
と、該Ｆ、Ｐ制御部５９へ入力する回転軸（Ａ軸）の速
度を演算する演算部６０とを組込んで構成する。

上述の如く構成された本装置の動作を説明する。

まず第３図に基づいて原理的な説明をする。第３図はレ
ーザヘッド７先端と偏心部の焼入れ点の回転時に描く！
ｌ８ＩＩ跡を示す。例えばクランクシャフト６等の回転
軸’ＣＡ軸）を回転させると偏心部焼入点Ｐは回転軸に
対して直交する面で円運動する軌跡を描きながら回転す
る（２点鎖線で示す）。

レーザヘッド７は、前記回転軸ＣＡ軸）回転に追従して
レーザヘッド７先端Ｈと焼入れを施す偏心部焼入れ点Ｐ
とは一定距離を保ちつつ、偏心部Ｅは回転しながら実線
部分上を回転移動することになる。

このようにお互いがある一定の相対速度をもちながら１
回転してはじめてＣ描心ビンの円囲全体が焼入れされる
。

第４図はレーザ焼入れ装置の全体の流れを示すフローチ
ャート図を示す。

同図において、スタートしてまず第０段でＹ軸。

Ｚ軸、半径、角度等からレーザヘッドの始点ｆＸ４１を
決定し、第０段でＯ°〜３６０°のどれ位の範囲を必要
とするかの円弧捕間の範囲を決定する。

次に第０段で、例として次に示すような計算式により円
弧のＦ、　　Ｐ　（フィードパルス）数をもとめる。

シ （全円の場合）　Ｆ、Ｐ数＝　（１＋　−）　　・Ｒ・
４今、ＲをＬＯＧとして上記の式を完成させると、シ Ｆ、Ｐ数＝　（１＋　−）　×１００　Ｘ４　＝６８２
．８となる。

次Ｇこ第０段で、円弧のＦ、Ｐを基準として直線のＦ、
Ｐ数を求め、第０段で例として次に示すような計算式に
より直線の速度を求める。

今、円弧の速度（Ｚ、　Ｙ）を１０００として上記の式
を完成させると、 となりこれが同期速度である。

次に第０段でオーバライドを変えるか否かチエツクする
。例えばクランクシャフト６等の偏心部の大きさ等によ
っては同一速度で熱処理を行なうに適さない場合がある
。このような場合には回転速度を変える必要があり、第
６図に示すようなオーバライドを表わす図に従ってスピ
ードを変えて行く。

第■股で、オーバライドを変える必要があると判断され
れば第０段で、全周か否か判断し全周必要でない時は第
０段で、始点から終点まで座標上で範囲を決定し第［相
］段にすすむ。第０段で、全周必要なら第０段に進み、
データによってオーバライドを決定して第［相］段に進
む。第［相］段で、今までの各データを設定して第０段
で所望の偏心部のコーナ部の焼入れが実行されることに
なる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、被加工物の回転にレ
ーザヘッドが追従して動くので、特に、例えばクランク
シャフト等のように偏心した部分を有する被加工物にお
いて有効な焼入れが可能となった。更にレーザヘッド先
端のミラーの取付角度の調節が自在なため、コーナ部あ
るいは別の部分等所望の部分の焼入れが可能である。

又、従来にないレーザによる焼入れのため、熱変形が少
なく一定の均一な焼入れ深さを保つことができる。更に
焼入れによるエネルギ蓄積はオーバライドを変えること
で取除くことができ、利用価値の大きなレーザ焼入れ装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用されるレーザ加工機の全体正面図
を示し、第２図はレーザヘッド部近傍の拡大−細断面図
を示し、第３図はレーザヘッド先端と偏心部の焼入れ点
の回転時に描＜ｉ跡図を示し、第４図は本発明のフロー
チャート図を示し、第５図は本発明のＦＲ成の一例を表
わすブロック線図を示し、第６図はオーバーライドを表
わす図を示す。 １・・・レーザ加工機　　　２・・・ベツド３・・・テ
ーブル　　　　　６・・・クランクシャフト７・・・レ
ーザヘッド　　　１０・・・レーザ発振機１３・・・筒
体部　　　　　　１６・・・歯車１９・・・駆動歯車　
　　　　５０・・・中央処理装置５２・・・加ニブログ
ラム ５４・・・Ｙ軸制御サーボモータ ５５・・・Ｆ、　Ｐ　（フィールドパルス）制御部５６
・・・Ｚ軸制御サーボモータ ５７・・・Ｆ、　　Ｐ　　（フィールドパルス）制御部
５８・・・Ａ軸制御サーボモータ ５９・・・Ｆ、　　Ｐ　（フィールドパルス＞　制御部
６０・・・演算部　　　　　　Ｅ・・・偏心部Ｈ・・・
レーザヘッド先端　Ｐ・・・偏心部焼入点特許出願人　
　日立精機株式会社 一５１５＋！： 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ発振機、レーザ発振機用制御装置、操作盤等を備
   えたレーザ加工機において、レーザ発振機から発振され
   たレーザ光を所定方向に偏光照射すべく垂直方向に移動
   可能であり且つ前記移動方向と直交する平面内で回転可
   能に取付けられ先端にミラーを組込んだレーザヘッドと
   、レーザヘッドを垂直方向に移動する駆動装置と、レー
   ザヘッドを回転割出しする駆動装置と、レーザヘッドの
   移動方向と直交する回転軸に対して偏心部を有する被加
   工物を回転駆動させるための駆動装置と、前記レーザヘ
   ッドがこの被加工物の偏心部の回転動作に追従して動く
   べく回転軸に対して直交する２つの軸によって形成され
   る平面内で円弧補間制御する制御部とからなり、偏心部
   の焼入れを行なうレーザ焼入れ装置。