专利名称：激光淬火方法
技术领域：
本发明涉及利用半导体激光器的淬火方法。
背景技术：
例如，在专利文献1(JP特开2003-138314号公报)中公开了本申请人提出的激光淬火装置。另外，在专利文献2(JP特开2005-238253号公报)中公开了装备在机床主轴上的能拆装自如的激光淬火工具。
这些激光淬火工具，把从激光发生源的半导体激光棒或半导体激光塔(stack)发出的激光，通过光纤、导波路，传送到工具前端的光矩上。
图1是被使用在本发明的激光淬火方法中的激光淬火工具的斜视图，图2是表示激光淬火工具的整体构成的侧剖视图，图3是图2的俯视图。用标号100表示整体的激光淬火工具具有被载置在基座110上的半导体激光塔120。半导体激光塔120具有电源连接端子122，被连接在未图示的电源上。
半导体激光塔120的输出被投入到有光通路132的保持架130内。在保持架130的光通路132内装备聚光光学系统(透镜)134，将半导体激光塔120的输出光束聚光。
被聚光的激光束向保持架140内的散光光学系统透镜142输入，进行发散使光束的轴线平行。发散的激光向安装在方形光导波路150的一端部的第1反射镜160输送。被反射镜160反射在方形光导波路150轴线方向上的激光一边被方形光导波路150内面上的反射面152反射一边前进，被投射在保持架172内的再聚光光学系统透镜170上。
在通过该方形光导波路150的期间，与以往的圆形剖面的光导波路相比，反射次数降低了，衰减也少了。
被再聚光光学系统透镜170再次聚光的激光束，被第2反射镜180将轴线改变90°，从光导波路喷嘴190射出，在未图示的工件表面上实施淬火处理。
图6是表示利用上述的激光淬火工具100的激光淬火工艺的说明图。
在工件W上激光淬火工具100的喷嘴190一边照射激光束LB一边沿箭头F1方向前进，在工件W表面上形成沿着中心线L1的淬火部Y1。在接受来自当前的喷嘴190的激光束LB的照射的部分形成激光加热部H0。
在比激光加热部H0稍微靠后的区域R1，由激光产生的热量扩散到工件W的母材内被迅速冷却。
图7是表示激光淬火原理的说明图。
图7中的a图表示接受来自喷嘴190的激光束LB的照射的状态，形成高温的激光加热部H0。
图7中的b图表示喷嘴通过后的冷却部的加热部H1的状态。因激光而接受的热能量E1扩散到工件W的母材内被迅速冷却。通过该作用形成图7中的c图所示的淬火部H2。
图8表示使喷嘴190沿着中心线L1通过的状态，表示形成了宽度尺寸D1的激光加热部H0和淬火部的状态。
因为通过一次进程的激光淬火的宽度尺寸D1比较狭窄，所以为了形成宽度尺寸较大的淬火部，需要之后进行多次进程的激光淬火。
图9表示在宽度尺寸D10的较大区域内进行激光淬火的状态。
将喷嘴190移动间距P1达到与中心线L1、L2、L3对应的位置，形成淬火层H11、H12、H13。
图10表示淬火层H13处理完成，进行相邻层H14的淬火的状态。在对层H14进行淬火时，被激光束LB加热的层H14的能量E1向通过淬火被硬化的层H13侧传导，通过该热，被硬化的淬火层H13被再次加热。
通过该再次加热，跟已经通过淬火硬化的淬火层H3的层H14相邻的部分变成退火状态，形成软化层S13。
也就是说，为了得到淬火宽度D10，通过多次进程，进行所谓的重叠烧制，在淬火层之间形成软化层。
通过该现象，淬火层表面硬度高的表面HS和硬度低的表面SS形成以带状相邻的结构。
在象这样发生淬火表面硬度不均的情况下，在后续工序的研磨和切削加工等加工中的切削量由于硬度差，形成微妙的差异，就会出现硬度不均而影响加工精度的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决上述不良情形的激光淬火方法。
为了实现上述目的，本发明的激光淬火方法具有在淬火喷嘴通过的工件表面的多个进程之间预先形成槽的工序。
(发明效果)根据本发明，一边使激光束的光点照射在工件表面上的狭小范围一边通过多进程可淬火宽度尺寸较大的部分，这时，能够防止在已经被硬化的部分发生退火。
因此，能形成具有均一硬度的淬火层。
图1是在本发明的激光淬火方法中使用的激光淬火工具的斜视图。
图2是激光淬火工具的侧剖视图。
图3是图2的俯视图。
图4是表示本发明的激光淬火方法的概要的说明图。
图5是表示通过本发明的激光淬火方法淬火处理的工件的剖面结构的说明图。
图6是表示使用激光淬火工具的激光淬火工艺的说明图。
图7是表示使用激光淬火工具的激光淬火工艺的说明图。
图8是表示沿着中心线通过喷嘴的状态说明图。
图9是表示在宽度尺寸大的区域内进行激光淬火的状态的说明图。
图10是表示发生退火的状态的说明图。
图中100-激光淬火工具，110-基座，120-半导体激光塔，130-聚光光学系统透镜保持架，134-聚光光学系统透镜，140-散光光学系统透镜保持架，142-散光光学系统透镜，150-方形光导波路，160-第1反射镜(折返用反射镜)，170-再聚光光学系统透镜，180-第2反射镜，190-光导波路喷嘴。
具体实施例方式
图4是表示本发明的激光淬火方法的概要的说明图。
本发明的激光淬火方法，在淬火喷嘴190重叠淬火的间距P1中间事先预加工槽C1、C2、C3。
这里，间距P1是根据由激光输出/激光输出模式、喷嘴形状、激光振荡器单元内的透镜形状等主要因素决定的向对象物激光照射的热能量分布的范围而被设定的。另外，槽C1、C2、C3的宽度尺寸B1也是根据由激光输出/激光输出模式、喷嘴形状、激光振荡器单元内的透镜形状等主要因素决定的向对象物激光照射的热能量分布的范围为基础而被设定的。
图4表示沿着中心线L3移动喷嘴190加工淬火层H23之后将喷嘴190以1个间距P1平行移动，加工淬火层H24的状态。
激光束LB的热能量E1也向淬火层H23侧放射，不过，由于被槽3阻隔，所以可防止对淬火层H23进行退火。
图5表示通过本发明的激光淬火方法淬火处理的工件W的剖面结构。
各淬火层H21、H22、H23、H24之间因为被槽C1、C2、C3区隔开，所以淬火处理过的表面以均一的硬化层HS覆盖。
因此，由于以均一的硬度进行后续工序的研削、切削加工等，所以能实现加工精度的提高。
权利要求
1.一种激光淬火方法，将从半导体激光塔射出的激光束会聚形成光点，从淬火喷嘴射出，而对工件表面进行淬火，其特征在于具有在淬火喷嘴通过的工件表面上的多个进程之间预先形成槽的工序。
2.如权利要求1所述的激光淬火方法，其特征在于所述槽被形成在相邻进程的中央部。
全文摘要
本发明提供一种激光淬火方法，可防止在激光淬火时相邻的完成淬火后的层上产生退火。根据本发明的激光淬火方法，在淬火喷嘴(190)重叠淬火的间距(P
文档编号C21D1/09GK101050482SQ20071008550
公开日2007年10月10日 申请日期2007年3月7日 优先权日2006年4月6日
发明者山崎恒彦, 宫川直臣 申请人:山崎马扎克公司