特許 6244151 レーザ焼入れ方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6244151

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】レーザ焼入れ方法

(51)【国際特許分類】

   C21D 1/09 20060101AFI20171127BHJP

   C21D 9/28 20060101ALI20171127BHJP

   B23K 26/352 20140101ALI20171127BHJP

   B23K 26/04 20140101ALI20171127BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   C21D1/09 M

   C21D9/28 A

   B23K26/352

   B23K26/04

   B23K26/00 G

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-196944(P2013-196944)

(22)【出願日】2013年9月24日

(65)【公開番号】特開2015-63715(P2015-63715A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2016年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】特許業務法人 エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮本 信行

【審査官】 田口 裕健

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−２０４８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０１３１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２５８４０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｄ １／０９、 １／３４

Ｃ２１Ｄ ９／００− ９／４４

Ｂ２３Ｋ ２６／００−２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザを軸部材に向けて照射して軸部材の外周部に焼入れを行うレーザ焼入れ方法であって、
軸部材の周囲に配置されてレーザを軸部材に照射する複数の照射源を用い、
複数の照射源のうち少なくとも一部の照射源による軸部材に対するレーザの照射方向を変化させ、且つ、複数の照射源のうちその他の照射源による軸部材に対する照射方向を固定すると共に軸部材を周方向に回転可能とし、
軸部材における照射源によって最初に照射される位置を他の照射源によって最初に照射される位置と近傍とするとともに、照射源によって最後に照射される位置を他の照射源によって最後に照射される位置と近傍とすることを特徴とするレーザ焼入れ方法。

【請求項2】

複数の照射源のうち少なくとも一部の照射源は、軸部材の周方向に移動することによって、軸部材に対するレーザの照射方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ焼入れ方法。

【請求項3】

複数の照射源のうち少なくとも一部の照射源は、レーザの照射を行う位置を固定した状態でレーザの照射方向を変化させることによって、軸部材に対するレーザの照射方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ焼入れ方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軸部材の外周面にレーザによって焼入れを行うレーザ焼入れ方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般に、鋼材などの金属の硬度を向上させるために、レーザ等を用いた焼入れを行う。レーザ焼入れは、焼入れする部位にレーザを照射して加熱し、加熱された部位から内部への熱伝導によって被加熱部位が急速に冷却されて焼入れ（硬化層の形成）されるものである。棒状または円筒状に形成されたシャフト等の軸部材の外周面にレーザの照射によって焼入れを行う場合、硬度のばらつきが生じるのを防止するため、軸部材の周方向に均一な硬化層を形成する必要がある。そのため、従来、所定方向から軸部材の一点に向けてレーザを照射させつつ、軸部材を一定速度で回転させることにより、軸部材の外周面の周方向に均一にレーザを照射する方法が採用されている。

【0003】

ここで、レーザを照射しながら被照射物である軸部材を一回転させる場合、照射の開始位置と終了位置との間に隙間が生じないように、被照射物を一回転よりも多めに（例えば３７０°）回転させる。しかしながら、この場合、軸部材においてレーザの照射が２回行われる部分が生じ、この部分は、一回目の照射後に冷却されて２回目の照射によって再加熱されることになる。そのため、焼戻しが発生して硬度が低下し、均一な焼入れができないという問題があった。

【0004】

これに対し、例えば、特許文献１には、被照射物を高速で回転させながら一定時間レーザを照射することにより、被照射物の周方向に均一な加熱を行う技術が開示されている。すなわち、モータによって回転する回転台に被照射物を載置し、この回転台を５００ｒｐｍで高速回転させながら、所定の方向から１１５秒間継続してレーザを照射する。これにより、被照射位置が高速で移動していくので、被照射物の該表面に均一な厚さの硬化層を形成している。そして、高速で回転させることにより、照射後に冷却される前に再度加熱させることができるので、焼戻しの発生を抑えることが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−３１５８６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、このように高回転で被照射物である軸部材を回転させて同一箇所に複数回レーザを照射する場合、被照射物の径が大きいと焼入れ深さが浅くなってしまい、形成される硬化層が薄くなってしまう。そのため、高速回転する被照射物にレーザ焼入れを行う場合は、被照射物の焼入れの深さを確保するために、照射するレーザの出力を大きくする必要がある。そのため、レーザを照射するためのレーザ発振器等のコストが増大してしまうという問題があった。

【0007】

そこで、本発明は、軸部材の外周に均一にレーザ焼入れを行う方法であって、照射するレーザの出力を大きくせずとも焼戻しの発生を抑止することが可能なレーザ焼入れ方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るレーザ焼入れ方法は、レーザを軸部材に向けて照射して軸部材の外周部に焼入れを行うレーザ焼入れ方法であって、軸部材の周囲に配置されてレーザを軸部材に照射する複数の照射源を用い、複数の照射源のうち少なくとも一部の照射源による軸部材に対するレーザの照射方向を変化させ、且つ、複数の照射源のうちその他の照射源による軸部材に対する照射方向を固定すると共に軸部材を周方向に回転可能とし、軸部材における照射源によって最初に照射される位置を他の照射源によって最初に照射される位置と近傍とするとともに、照射源によって最後に照射される位置を他の照射源によって最後に照射される位置と近傍とすることを特徴とする。

【0009】

これにより、高速で軸部材を回転させて何度も同部位に照射しなくとも、軸部材の周方向に均一に焼入れすることができる。また、軸部材における照射源によるレーザ照射の開始位置と終了位置とを重ならないようにすることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、高速で軸部材を回転させて何度も同部位に照射する必要が無いため、レーザの出力を大きくしなくとも、軸部材における焼入れ深さを確保することができる。また、レーザ照射の開始位置と終了位置とが重ならないため、焼戻しの発生による軸部材の硬度低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の焼入れ装置の構成を概略的に示す概略図である。

【図2】本発明のレーザ照射部の斜視図である。

【図3】本発明のレーザ照射部の動作を概略的に表した図である。

【図4】本発明の焼入れ処理を示す図である。

【図5】変形例における焼入れ装置の構成を概略的に示す概略図である。

【図6】変形例におけるレーザ照射部の動作を概略的に表した図である。

【図7】変形例における焼入れ処理を示す図である。

【図8】別実施例におけるレーザ照射部の動作を概略的に表した図である。

【図9】別実施例におけるレーザ照射部の動作を概略的に表した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１乃至図４は、本発明の一実施形態を示すものである。

【0013】

図１に示すように、焼入れ装置１は、レーザＬを被照射物に照射するレーザ照射部２と、レーザ照射部２によるレーザＬの照射位置を移動させるレーザ移行機構３と、焼入れ作業の制御を行う焼入れ制御装置４と、レーザ移行機構３の制御を行うロボットコントローラ５とを有している。

【0014】

図１および図２に示すように、レーザ照射部２は、レーザＬを発振するレーザ発振器２１と、レーザ発振器２１と光ファイバ２２を介して接続する第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂと、第１レーザヘッド２３ａおよび第２レーザヘッド２３ｂに装着されてレーザＬを被照射物である軸部材Ｗに向けて照射するレンズユニット２４と、軸部材Ｗを保持するワーク保持部２５と、を備えている。

【0015】

レーザ発振器２１が発振するレーザＬは、半導体レーザやＹＡＧレーザ等の、一般的にレーザ焼入れ作業に用いられる種類のレーザである。レーザ発振器２１から発振されたレーザＬは、光ファイバ２２を介して第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとに案内される。第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとが有するレンズユニット２４は、集合レンズ等を有し、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとに案内されたレーザＬを、焼入れ部位に向けて照射する。ワーク保持部２５は、軸部材Ｗの軸方向に移動可能な２個のプレート２５ａ，２５ｂを有しており、このプレート２５ａ，２５ｂがそれぞれ円筒形状の軸部材Ｗの長手方向両端部を把持することによって、軸部材Ｗを保持する。

【0016】

レーザ移行機構３は、多軸アーム型ロボットであり、焼入れ装置１はレーザ移行機構３を２台有している。一方のレーザ移行機構３のアーム３１先端部のハンド３２ａには第１レーザヘッド２３ａが設けられ、他方のレーザ移行機構３のアーム３１先端部のハンド３２ｂには第２レーザヘッド２３ｂが設けられている。レーザ移行機構３の動作によって第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとをそれぞれ移動させることができる。

【0017】

焼入れ制御装置４は、レーザ発振器２１と、レーザ移行機構３の動作を制御するロボットコントローラ５と、ワーク保持部２５と接続している。これにより、焼入れ制御装置４は、レーザ発振器２１によるレーザＬの発振と、レーザ移行機構３による第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの移動と、ワーク保持部２５のプレート２５ａ，２５ｂの移動を制御可能となっている。

【0018】

次に、図２および図３を用いて、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの移動について説明する。第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、レーザ移行機構３によって、ワーク保持部２５によって保持された軸部材Ｗの周囲を、軸部材Ｗの中心軸を中心に周方向に水平に等速で旋回可能となっている。第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの旋回速度は同速度である。第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの旋回軌道は上下方向にずれており、互いの旋回を妨げないようになっている。また、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、軸部材Ｗの周囲を旋回している間、常に軸部材Ｗの中心軸に向かってレーザＬを照射するように、ハンド３２ａ，３２ｂによって回転する。

【0019】

軸部材Ｗにおける第１レーザヘッド２３ａから照射されるレーザＬの照射位置は、第１レーザヘッド２３ａの旋回に伴って第１の軌道Ａに沿って移動する。また、軸部材Ｗにおける第２レーザヘッド２３ｂから照射されるレーザＬの照射位置は、第２レーザヘッド２３ｂの旋回に伴って第２の軌道Ｂに沿って移動する。

【0020】

第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、それぞれ旋回を開始してからある所定の地点に到達したときに焼入れ可能な出力量のレーザＬの照射を開始する。したがって、第１レーザヘッド２３ａが焼入れ可能な出力量のレーザＬの照射を開始する時の軸部材ＷにおけるレーザＬの照射位置が、第１の軌道Ａの始点となる。一方、第２レーザヘッド２３ｂが焼入れ可能な出力量のレーザＬの照射を開始する時の軸部材ＷにおけるレーザＬの照射位置が、第２の軌道Ｂの始点となる。また、焼入れ可能な出力量のレーザＬを照射しながら旋回する第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、それぞれある所定の位置に到達したときに、焼入れ可能な出力量のレーザＬの照射を終了する。したがって、第１レーザヘッド２３ａによる焼入れ可能な出力量のレーザＬの照射終了時におけるレーザＬの照射位置が、第１の軌道Ａの終点となる。一方、第２レーザヘッド２３ｂによる焼入れ可能な出力量のレーザＬの照射終了時におけるレーザＬの照射位置が、第２の軌道Ｂの終点となる。

【0021】

第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとはそれぞれ等速で旋回し、第１の軌道Ａと第２の軌道Ｂとは、それぞれ軸部材Ｗの中心軸を中心とした円周上を半周する。そして、第１の軌道Ａの始点は第２の軌道Ｂの始点の近傍であり、第１の軌道Ａの終点は第２の軌道Ｂの終点の近傍である。

【0022】

ここで、本実施形態における近傍とは、互いに密接して隣り合った位置をいう。すなわち、第１の軌道Ａの始点における第１レーザヘッド２３ａによるレーザＬの照射範囲と、第２の軌道Ｂの始点における第２レーザヘッド２３ｂによるレーザＬの照射範囲とは密接している。また、第１の軌道Ａの終点における第１レーザヘッド２３ａによるレーザＬの照射範囲と、第２の軌道Ｂの終点における第２レーザヘッド２３ｂによるレーザＬの照射範囲とは密接している。

【0023】

次に、図４を用いて、軸部材Ｗの外周面にレーザＬを照射して焼入れを行うレーザ焼入れ処理について説明する。

【0024】

まず、ステップＳ１において、焼入れ制御装置４は、ワーク保持部２５のプレート２５ａ，２５ｂによって、所定位置に軸部材Ｗがセットされているか否かを判断する。軸部材Ｗをセットする位置には、軸部材Ｗを検出する図示しないセンサが設けられている。そして、軸部材Ｗが所定位置にセットされていることを該センサによって検出された場合はステップＳ２に処理を移し、軸部材Ｗが所定位置にセットされていることを検出しない場合はステップＳ１の処理を繰り返し実行する。

【0025】

ステップＳ２において、焼入れ制御装置４は、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとを旋回開始位置に移動させる処理を行う。焼入れ制御装置４は、ロボットコントローラ５に、ロボット３を動作させて第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとを移動させるための制御信号を送信する。これにより、ロボット３によって第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがそれぞれ旋回開始位置に移動する。なお、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの旋回開始位置は、軸部材Ｗにおける焼入れ部位によって上下方向に変更することができる。

【0026】

ステップＳ３において、焼入れ制御装置４は、旋回開始位置に移動した第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの旋回を開始させる処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置４は、ロボットコントローラ５へと制御信号を出力し、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとを、軸部材Ｗの中心軸を中心に互いに同速度かつ等速で水平に旋回させる。

【0027】

ステップＳ４において、焼入れ制御装置４は、レーザＬの照射を開始する処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置４は、レーザ発振器２１にレーザＬの発振を開始する制御信号を出力する。これにより、レーザ発振器２１から発振されたレーザＬが光ファイバ２２を介して第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとに案内され、レンズユニット２４から軸部材Ｗ向けて照射される。なお、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、常にレーザＬの照射方向が軸部材Ｗの中心軸に向かうように向きを調整しながら旋回する。

【0028】

ステップＳ５において、焼入れ制御装置４は、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがレーザＬを照射する位置が、それぞれ第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの始点に到達したか否かを判断する。具体的には、ロボットコントローラ５が第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがそれぞれ第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの始点に到達したか否かを判断し、ロボットコントローラ５から焼入れ制御装置４へと信号が出力される。そして、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがそれぞれ第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの始点に到達した場合にはステップＳ６に処理を移し、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがまだそれぞれ第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの始点に到達していない場合は、ステップＳ５の処理を繰り返し実行する。

【0029】

ステップＳ６において、焼入れ制御装置４は、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとから照射されるレーザＬが軸部材Ｗに焼入れするのに十分な出力量にするためにレーザＬの出力を調整する処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置４は、レーザ発振器２１に制御信号を出力し、レーザ発振器２１のレーザＬの発振出力を上げる。これにより、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとから照射されるレーザＬは、軸部材Ｗに焼入れするのに十分な出力量となる。

【0030】

ステップＳ７において、焼入れ制御装置４は、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがレーザＬを照射する位置が、第１の軌道Ａ，第２の軌道Ｂの終点に到達したか否かを判断する。具体的には、ロボットコントローラ５が第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがそれぞれ第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの終点に到達したか否かを判断し、ロボットコントローラ５から焼入れ制御装置４へと信号が出力される。そして、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがレーザＬを照射する位置がそれぞれ第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの終点に到達した場合にはステップＳ８に処理を移し、まだ第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの終点に到達していない場合は、ステップＳ７の処理を繰り返し実行する。

【0031】

ステップＳ８において、焼入れ制御装置４は、レーザＬの照射を終了する処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置４は、レーザ発振器２１にレーザＬの発振を終了する制御信号を出力する。これにより、レーザ発振器２１がレーザＬの発振を停止し、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂからのレーザＬの照射が終了する。

【0032】

ステップＳ９において、焼入れ制御装置４は、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの旋回を終了させる処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置４は、ロボットコントローラ５へと制御信号を出力し、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂの軸部材Ｗ周囲の旋回を終了させる。旋回を終了した第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、それぞれ所定の待機位置へと移動する。本処理が終了するとレーザ焼入れ処理が終了する。

【0033】

以上のように構成されたレーザ焼入れ方法によれば、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、レーザＬを軸部材Ｗの中心軸に向けて照射しながら、軸部材Ｗの周囲を水平に旋回する。第１レーザヘッド２３ａから照射される焼入れ可能な出力量のレーザＬによる照射位置の第１の軌道Ａと、第２レーザヘッド２３ｂから照射される焼入れ可能な出力量のレーザＬによる照射位置の第２の軌道Ｂとは、軸部材Ｗの外周に沿った軌道となる。そして、第１の軌道Ａの始点と第２の軌道Ｂの始点とが近傍であるとともに、第１の軌道Ａの終点と第２の軌道Ｂの終点とが近傍であり、第１の軌道Ａと第２の軌道Ｂとは重複しない。したがって、軸部材Ｗの焼入れ部位において、第１レーザヘッド２３ａによってレーザＬが照射された部位が冷却された後にさらに第２レーザヘッド２３ｂによってレーザＬが照射されることはない。そのため、高出力のレーザを高速で何度も同一部位にレーザを照射しなくとも、再加熱することによって生じる硬度低下を防ぎ、均一な焼入れを行うことができる。

【0034】

また、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、それぞれレーザヘッド自体が移動することによってレーザＬの照射方向を変化させることによって、軸部材Ｗにおける照射位置を移動させる。これにより、軸部材Ｗを回転させなくとも、軸部材Ｗの全周囲に焼入れを行うことができる。

【0035】

なお、第１の軌道Ａの始点と第２の軌道Ｂの始点、および第１の軌道Ａの終点と第２の軌道Ｂの終点とは、それぞれ一部または全部が重なってもよい。この場合は、照射範囲が重なる部分は、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとによって同時に加熱される。そのため、第１レーザヘッド２３ａによるレーザＬの照射によって加熱された部分が、第２レーザヘッド２３ｂによるレーザＬの照射によって再加熱されることはない。また、レーザＬの出力が高く、軸部材ＷにおいてレーザＬが照射された部分の周囲も熱伝導によって加熱される場合は、第１の軌道Ａの始点と第２の軌道Ｂの始点、および第１の軌道Ａの終点と第２の軌道Ｂの終点とは、加熱範囲内であれば離れた位置となってもよい。

【0036】

また、上記実施形態では、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとを旋回させるレーザ移行機構３は多軸アーム型ロボットである。しかし、これに限らず、例えば、軸部材Ｗの周囲を円形に囲むレールを設け、該レール上を第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとがスライド移動するようにしてもよい。また、軸部材Ｗを中心に回転するテーブルを設け、該回転テーブルに設けられた第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとが、回転テーブルの回転とともに軸部材Ｗの周囲を回転するようにしてもよい。その他、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとを軸部材Ｗの周囲を周方向に移動させることが可能な手段を用いてもよい。

【0037】

また、上記実施形態では、２個のレーザヘッドから軸部材ＷにレーザＬを照射して焼入れを行っているが、レーザヘッドの数は、偶数であれば４個であったり６個であったりしてもよい。この場合であっても、隣り合うレーザヘッドが照射するレーザＬの軌道の始点と終点とは、隣り合うレーザヘッドが照射するレーザＬの軌道の始点または終点と近傍となるようにするものとする。

【0038】

さらに、上記実施形態では、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとは、旋回を開始してから第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの始点に到達してから、軸部材Ｗに焼入れするのに十分な出力量のレーザＬを照射する（上記ステップＳ６，Ｓ７参照）。しかし、これに限らず、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの旋回開始位置におけるレーザＬの照射位置を第１の軌道Ａおよび第２の軌道Ｂの始点とし、旋回開始とともに軸部材Ｗに焼入れするのに十分な出力量のレーザＬの照射を開始してもよい。この場合、第１レーザヘッド２３ａと第２レーザヘッド２３ｂとの旋回開始位置におけるレーザＬの照射位置を互いに近傍とする。

【0039】

（変形例）
次に、図５乃至図７を用いて、焼入れ装置１の変形例である焼入れ装置１００について説明する。なお、上記実施例と重複または同一の部分の説明については省略し、また、上記実施例と同一の構成部分は、同一の符号を付して示す。

【0040】

図５に示すように、ワーク保持部１２５は、軸部材Ｗの軸方向に移動可能な２個のプレート１２５ａ，１２５ｂを有しており、このプレート１２５ａ，１２５ｂがそれぞれ軸部材Ｗの長手方向両端部を把持する。また、プレート１２５ａ，１２５ｂは、回転モータ１２５ｃによって回転自在の回転軸１２５ｄに接続しており、軸部材Ｗを保持した状態で、軸部材Ｗの周方向に回転可能になっている。

【0041】

レーザ照射部１０２は、レーザ発振器２１と光ファイバ２２を介して接続する第１レーザヘッド１２３ａと第２レーザヘッド１２３ｂとを有している。第１レーザヘッド１２３ａは、レーザ移行機構１０３のハンド１３２ａに設けられ、ワーク保持部１２５によって保持された軸部材Ｗの周囲を水平に等速で旋回可能となっている。一方、第２レーザヘッド１２３ｂは、第１レーザヘッド１２３ａの旋回軌道上に設けられたブラケット１２６に、レーザＬを軸部材Ｗの中心軸に向けて照射可能に設けられている。すなわち、第１レーザヘッド１２３ａは、軸部材Ｗの周囲を旋回可能に設けられ、第２レーザヘッド１２３ｂは、軸部材Ｗから第１レーザヘッド１２３ａの旋回半径と同距離の位置に固定されている。

【0042】

図６に示すように、軸部材Ｗにおける第１レーザヘッド１２３ａから照射されるレーザＬによる照射位置は、第１レーザヘッド１２３ａの旋回に伴って軌道Ｃに沿って移動する。一方、第２レーザヘッド１２３ｂは固定されているため、同一箇所に向けてレーザＬを照射する。軌道Ｃは略円形であり、軌道Ｃの始点および終点は、第２レーザヘッド１２３ｂによってレーザＬが照射される位置の近傍となる。なお、第１レーザヘッド１２３ａの旋回速度はワーク保持部１２５の回転速度の２倍であり、ワーク保持部１２５が軸部材Ｗを半周回転させる間に、第１レーザヘッド１２３ａは軸部材Ｗの周囲を一周旋回する。

【0043】

次に、図７を用いて、軸部材Ｗの外周面にレーザＬを照射して焼入れを行うレーザ焼入れ処理について説明する。

【0044】

まず、ステップＳ１１において、焼入れ制御装置１０４は、軸部材Ｗを保持したワーク保持部１２５の回転を開始するために、回転モータ１２５ｃに制御信号を出力する。これにより、軸部材Ｗが周方向への回転を開始する。

【0045】

ステップＳ１２において、焼入れ制御装置１０４は、ロボットコントローラ５に制御信号を送信して、第１レーザヘッド１２３ａを旋回開始位置に移動させる処理を行う。

【0046】

ステップＳ１３において、焼入れ制御装置１０４は、ロボットコントローラ１０５へと制御信号を出力し、第１レーザヘッド１２３ａの旋回を開始させる処理を実行する。これにより、第１レーザヘッド１２３ａは、軸部材Ｗの中心軸を中心に等速で水平に旋回する。

【0047】

ステップＳ１４において、焼入れ制御装置１０４は、レーザＬの照射を開始する処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置１０４は、レーザ発振器１２１にレーザＬの発振を開始する制御信号を出力し、第１レーザヘッド１２３ａと第２レーザヘッド１２３ｂとからレーザＬを軸部材Ｗの中心軸に向けて照射させる。

【0048】

ステップＳ１５において、焼入れ制御装置１０４は、第１レーザヘッド１２３ａがレーザＬを照射する位置が、第２レーザヘッド１２３ｂがレーザＬを照射する位置の近傍である軌道Ｃの始点に到達したか否かを判断する。そして、第１レーザヘッド１２３ａがレーザＬを照射する位置が軌道Ｃの始点に到達した場合にはステップＳ１６に処理を移し、第１レーザヘッド１２３ａがレーザＬを照射する位置が軌道Ｃの始点に到達していない場合は、ステップＳ１５の処理を繰り返し実行する。

【0049】

ステップＳ１６において、焼入れ制御装置１０４は、第１レーザヘッド１２３ａと第２レーザヘッド１２３ｂとから照射されるレーザＬが軸部材Ｗに焼入れするのに十分な出力量にするためにレーザＬの出力を調整する処理を実行する。これにより、第１レーザヘッド１２３ａと第２レーザヘッド１２３ｂとから照射されるレーザＬは、軸部材Ｗに焼入れするのに十分な出力量となる。

【0050】

ステップＳ１７において、焼入れ制御装置１０４は、第１レーザヘッド１２３ａがレーザＬを照射する位置が、第２レーザヘッド１２３ｂがレーザＬを照射する位置の近傍である軌道Ｃの終点に到達したか否かを判断する。そして、第１レーザヘッド１２３ａがレーザＬを照射する位置が軌道Ｃの終点に到達した場合にはステップＳ１８に処理を移し、第１レーザヘッド１２３ａがレーザＬを照射する位置が軌道Ｃの終点に到達していない場合は、ステップＳ１７の処理を繰り返し実行する。

【0051】

ステップＳ１８において、焼入れ制御装置１０４は、レーザＬの照射を終了する処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置４は、レーザ発振器１２１にレーザＬの発振を終了する制御信号を出力する。これにより、レーザ発振器１２１がレーザＬの発振を停止し、第１レーザヘッド１２３ａと第２レーザヘッド１２３ｂからのレーザＬの照射が終了する。

【0052】

ステップＳ１９において、焼入れ制御装置４は、第１レーザヘッド１２３ａの旋回を終了させるとともに、ワーク保持部１２５の回転を終了させる処理を実行する。具体的には、焼入れ制御装置１０４は、ロボットコントローラ１０５へと制御信号を出力し、第１レーザヘッド１２３ａの旋回を終了させ、回転モータ１２５ｃに制御信号を出力してワーク保持部１２５の回転を終了させる。本処理が終了するとレーザ焼入れ処理が終了する。

【0053】

以上のように、第１レーザヘッド１２３ａがレーザＬを照射しながら軸部材Ｗの周囲を一周旋回する間に、第２レーザヘッド１２３ｂは、半回転する軸部材Ｗに照射する。このように、第１レーザヘッド１２３ａは旋回移動する一方で、第２レーザヘッド１２３ｂは移動しないため、軌道Ｃの始点と終点との位置決めが容易となる。

【0054】

なお、上記実施形態では、レーザヘッドが軸部材Ｗの周囲を旋回しながら軸部材ＷにレーザＬを照射するが、これに限らず、レーザヘッドを旋回させずに軸部材Ｗにレーザ焼入れを行ってもよい。

【0055】

例えば、図８に示すように、第１レーザヘッド２２３ａ、第２レーザヘッド２２３ｂ、第３レーザヘッド２２３ｃ、および第４レーザヘッド２２３ｄの４個のレーザヘッドを、それぞれ互いに等間隔で軸部材Ｗの周囲に配置するようにしてもよい。この場合、レーザヘッド２２３ａ〜２２３ｄが照射位置を同時に等速で移動させ、軸部材Ｗの外周を４分の１ずつ照射する。この第１レーザヘッド２２３ａ〜第４レーザヘッド２２３ｄの移動する照射位置の始点と終点は、それぞれ隣り合う第１レーザヘッド２２３ａ〜第４レーザヘッド２２３ｄの照射位置の始点または終点と近傍とする。

【0056】

このように、第１レーザヘッド２２３ａ〜第４レーザヘッド２２３ｄ自体は移動せず、それぞれの照射位置のみを移動させるので、レーザ移行機構を使用せずにシンプルな制御で軸部材Ｗの周囲に均一な焼入れを行うことができる。

【0057】

また、図９に示すように、第１レーザヘッド３２３ａと第２レーザヘッド３２３ｂとを、それぞれ照射位置を同時に等速で移動させつつ、第１レーザヘッド３２３ａと第２レーザヘッド３２３ｂとが、直線的に移動していくようにしてもよい。この場合、第１レーザヘッド３２３ａと第２レーザヘッド３２３ｂとは、それぞれ軸部材Ｗの外周の半分ずつを照射するようにする。すなわち、まず、第１レーザヘッド３２３ａと第２レーザヘッド３２３ｂとは、軸部材Ｗの外周の互いに近傍の位置にレーザＬを照射させる。次に、それぞれ直線的に軸部材Ｗの側方を移動しつつ、レーザＬの照射位置を移動させていく。そして、第１レーザヘッド３２３ａのレーザＬの照射位置と、第２レーザヘッド３２３ｂのレーザＬの照射位置とが近傍となると、レーザＬの照射を終了する。なお、第１レーザヘッド３２３ａと第２レーザヘッド３２３ｂとを、それぞれ照射位置を同時に等速で移動させつつ、軸部材Ｗが第１レーザヘッド３２３ａと第２レーザヘッド３２３ｂとの間を直線的に移動するようにしてもよい。この場合であっても、第１レーザヘッド３２３ａと第２レーザヘッド３２３ｂとは、それぞれ軸部材Ｗの外周の半分ずつを照射するようにする。

【符号の説明】

【0058】

１，１０１ 焼入れ装置
２，１０２ レーザ照射部
３，１０３ レーザ移行機構
４，１０４ 焼入れ制御装置
５，１０５ ロボットコントローラ
２１，１２１ レーザ発振器
２２ 光ファイバ
２３ａ，１２３ａ，２２３ａ，３２３ａ 第１レーザヘッド
２３ｂ，１２３ｂ，２２３ｂ，３２３ｂ 第２レーザヘッド
２４ レンズユニット
２５，１２５ ワーク保持部
２５ａ，２５ｂ，１２５ａ，１２５ｂ プレート
３１ アーム
３２ａ，３２ｂ，３２ａ，３２ｂ ハンド
１２５ｃ 回転モータ
１２５ｄ 回転軸
１２６ ブラケット
２２３ｃ 第３レーザヘッド
２２３ｄ 第４レーザヘッド
Ａ 第１の軌道
Ｂ 第２の軌道
Ｃ 軌道
Ｌ レーザ
Ｗ 軸部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】