JP2010017735A - 熱処理加工ツールの配線取り回し構造、熱処理加工装置、及び、複合加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工ヘッドの移動によっても光ファイバケーブルが所定の曲率半径以下にならず、信頼性の高い熱処理加工ツールの配線取り回し構造、及び、この配線取り回し構造を備えた熱処理加工装置、複合加工機を提供することにある。
【解決手段】レーザ発振器６０１と、レーザ光を導光する光ファイバケーブル６０２と、レーザ発振器６０１から導光されたレーザ光をワークＷに集光して照射するレーザ加工ヘッド６００と、を有する熱処理加工ツールにおいて、ベッド１０上に設けられたガイドレール３５０上に、レーザ加工ヘッド６００の相対移動に伴い移動する光ファイバケーブル６０２をガイドするスライダ３５１を備え、光ファイバケーブル６０２は、スライダ３５１とレーザ加工ヘッド６００の間、または、スライダ３５１間に設けられて光ファイバケーブル６０２の曲げ動作を規制するガイドバー３５２、ガイドワイヤ３５３に沿って配線される配線構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理加工ツールの配線取り回し構造、及び、熱処理加工装置、複合加工機に関し、特に、レーザ光を光ファイバケーブルを介してワークに集光して熱処理を施すレーザ加工ヘッドを有する熱処理加工ツールの配線取り回し構造、熱処理加工装置、及び、複合加工機に関するものである。

ワークに熱処理を施す熱処理加工ツールとして、レーザ光源から光ファイバケーブルを介してレーザ加工ヘッドに導光し、ワークに集光して熱処理を施すものがある。例えば、特許文献１に開示された複合加工機には、固定側に載置されたレーザ発振器と、このレーザ発振器により発振したレーザ光を導光する光ファイバケーブルと、導光されたレーザ光をワークに集光して照射するレーザ加工ヘッドと、を有する熱処理加工ツールが開示されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１による熱処理加工ツールのレーザ加工ヘッドは、所定の方向に移動しながらワークを加工するワーク加工ユニットに装着可能とされている。レーザ発振器とレーザ加工ヘッド間は光ファイバケーブルで光学的に接続されているので、レーザ加工ヘッドは、ワーク加工ユニットに装着されて移動しながら熱処理加工が可能で、かつ、複合加工機に備えられたツール装着ユニットにも装着されてツール交換が可能とされている。

しかし、特許文献１に示された熱処理加工ツールでは、レーザ発振器とレーザ加工ヘッド間に配線された光ファイバケーブルの配線取り回し構造は示されてなく、レーザ加工ヘッドの移動またはツール交換時に光ファイバケーブルが所定の曲率半径以下になる場合も想定され、光ファイバケーブルが損傷を受けるおそれもある。
特開２００７−３１３５１５号公報

従って、本発明の目的は、レーザ加工ヘッドの移動によっても光ファイバケーブルが所定の曲率半径以下にならず、信頼性の高い熱処理加工ツールの配線取り回し構造、及び、この配線取り回し構造を備えた熱処理加工装置、複合加工機を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、固定側に載置されレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器により発振した前記レーザ光を導光する光ファイバケーブルと、前記光ファイバケーブルの可撓性により前記レーザ発振器に対して相対移動可能とされ前記レーザ発振器から導光された前記レーザ光をワークに集光して照射するレーザ加工ヘッドと、を有する熱処理加工ツールにおいて、前記固定側に設けられたガイドレール上に、前記レーザ加工ヘッドの相対移動に伴い移動する前記光ファイバケーブルをガイドする移動ガイドを備え、前記光ファイバケーブルは、前記移動ガイドと前記レーザ加工ヘッドの間、または、前記移動ガイド間に設けられて前記光ファイバケーブルの曲げ動作を規制するガイド部に沿って配線されていることを特徴とする熱処理加工ツールの配線取り回し構造を提供する。

［２］前記移動ガイドは、前記ガイドレール上を直線移動可能なスライダであることを特徴とする上記［１］に記載の熱処理加工ツールの配線取り回し構造であってもよい。

［３］また、前記ガイド部は、所定の形状に形成されて前記移動ガイドと前記レーザ加工ヘッドの間に設けられ、前記光ファイバケーブルを所定の曲率半径以上で配線するガイドバーであることを特徴とする上記［１］に記載の熱処理加工ツールの配線取り回し構造であってもよい。

［４］また、前記ガイド部は、前記移動ガイド間に設けられ、所定の曲率半径以下に曲折しないガイドワイヤであることを特徴とする上記［１］に記載の熱処理加工ツールの配線取り回し構造であってもよい。

［５］本発明は、上記目的を達成するために、所定の方向に移動しながらワークを加工するワーク加工ユニットと、上記［１］から［４］のいずれかに記載の前記配線取り回し構造を備えた熱処理加工ツールと、を有することを特徴とする熱処理加工装置を提供する。

［６］本発明は、上記目的を達成するために、所定の方向に移動しながらワークを加工するワーク加工ユニットと、上記［１］から［５］のいずれかに記載の前記配線取り回し構造を備えた熱処理加工ツールと、前記ワークに形状加工を施す形状加工ツール、前記ワークに仕上げ加工を施す仕上げ加工ツール、または、前記熱処理加工ツールの少なくとも１つから選択されたツールを前記ワーク加工ユニットに装着するツール装着ユニットと、を有することを特徴とする複合加工機を提供する。

本発明によれば、レーザ加工ヘッドの移動によっても光ファイバケーブルが所定の曲率半径以下にならず、信頼性の高い熱処理加工ツールの配線取り回し構造、及び、この配線取り回し構造を備えた熱処理加工装置、複合加工機を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱処理加工ツールの配線取り回し構造を示し、及び、これを備えた複合加工機あって、ワーク加工ユニット２００に熱処理加工ツールであるレーザ加工ヘッド６００が装着された平面図である。尚、この複合加工機からツール装着ユニット４００を除去した構成は、ツール交換機能がない熱処理加工のみの単機能機、すなわち、熱処理加工装置として機能する。従って、以下の本発明の実施の形態では、熱処理加工ツールの配線取り回し構造、及び、これを備えた熱処理加工装置を含む構成として、複合加工機の例を示して説明する。尚、図１において、上下にＸ方向及び左右にＺ方向を規定する。

（複合加工機の構成）
この複合加工機１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、エアー供給機器、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１は、ベッド１０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１０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。また、加工ツールとして後述する熱処理加工ツール５０４の光ファイバケーブル６０２の相対移動をガイドするためのガイドレール３５０及びスライダ３５１が固定側であるベッド１０上に設けられている。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方向の移動を行なうだけでなく、例えば、閉リンク機構を並列に配置した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１０上に載置された主軸台ベース１０１に、左右の主軸台スライドガイド１０２を介してスライド可能に移動可能な左右の主軸台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。各々左右の主軸台１０３は、左右独立にＺ方向にスライドして、ワークＷを所定の心間で挟持して、その位置を固定できる構成となっている。

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。

尚、研削加工等の工具を回転させる構成では、ツール駆動モータ２０１に直結して回転させる以外に、ギアやベルトによる回転駆動方式、あるいは、摩擦伝導によるトラクションドライブ方式等であってもよい。

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１０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４０５が所定の力以上で着脱可能となるよう、ボールブッシュによる結合部４０６が形成されている。

図２は、本発明の実施の形態に係る複合加工機１において、図１のレーザ加工ヘッド６００がワーク加工ユニット２００に装着された状態からツール交換されてツール装着ユニット４００のツールポッド４０２に回収された状態を示す図である。この状態から、他の加工ツール５０１をワーク加工ユニット２００に装着するには、サーボモータ４０４によりツールタレット４０３をＸ軸回りに１８０度回転させて他の加工ツール５０１をワーク加工ユニット２００側の装着可能な位置に移動させる。この状態からＺステージ３０２を駆動してワーク加工ユニット２００を他の加工ツール５０１まで移動させて、クランプ部２０３を介して他の加工ツール５０１をワーク加工ユニット２００に固定する。

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、レーザ焼入れ用等の熱処理加工ツール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。尚、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は、主にワークＷの形状を形成するのに使用されるので、形状加工ツールと総称することができる。また、砥石車等の研削工具５０５、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具５０６等は、主にワークＷの精度、表面粗さ等を出すのに使用されるので、仕上げ加工ツールと総称することができる。そして、ワーク加工ユニット２００、及び、自動ツール装着ユニット４００によって、形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールから所定の順序で１つの加工ツールが選択される。尚、熱処理加工ツールは、自動ツール装着ユニット４００によって交換されずに、所定の場所に載置されたものであってもよい。

旋削工具５０２としては、バイト等、工具を回転させない状態で使用するものの他、旋削用電着ホイール等の回転状態で使用する工具を装着可能である。ここで旋削用電着ホイールとは、ホイール母材の外周にバイトチップやダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を例えばニッケル等のメッキにより埋め込んだもので、ツールコストに優れる。

穴あけ、溝加工等に使用される切削工具５０３としては、ドリル、タップ、エンドミル、フライス工具等が装着可能で、これらの工具は工具の軸線回り、すなわちＸ軸回りの回転駆動が必要であるので、Ｚ軸回りの回転であるツール回転主軸２０２の回転動カの方向を変換する必要がある。この回転方向変換機構は、例えば、べベルギヤで構成することができ、工具内に組み込むことが可能である。また、ツール回転主軸２０２の回転動カを用いることなく、工具内にモータ等の回転駆動手段を有する構成としてもよい。

図３は、熱処理加工ツール５０４の具体的構成を示すものであり、レーザ加工ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバケーブル６０２から構成されることを示す図である。

熱処理加工ツール５０４は、レーザ加工ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバケーブル６０２から構成される。高出力のレーザ発振器６０１は、例えばベッド１０上に載置され、光ファイバカップラ６０３を介して光ファイバケーブル６０２の一端に光学的に接続され、光ファイバケーブル６０２の他端は光ファイバカップラ６０３を介してレーザ加工ヘッド６００へ光学的に接続されている。レーザ加工ヘッド６００は、ワークＷに対してＸ方向の位置を制御して所定のレーザビームサイズでレーザ発振器６０１から導光したレーザビームを照射するための集光レンズ６２０を有する。ここで、熱処理加工ツール５０４は、焼入れ、焼きならし、焼鈍し、または、焼戻し等の熱処理加工に使用される。

尚、熱処理加工ツール５０４を使用する場合には、ツール回転主軸２０２の回転動力は使用せず、ツール回転主軸２０２は、所定の静止剛性で固定され、レーザ加工ヘッド６００は、ワーク加工ユニット２００に固定された状態で熱処理動作を行なう。尚、レーザ加工ヘッド６００は、ワーク加工ユニット２００に搭載されずに、ワーク加工ユニット２００以外、例えば、ベッド１０上に載置されてもよく、また、自動ツール装着ユニット４００によって交換されずに、所定の場所に載置されたものであってもよい。

レーザ発振器６０１は、レーザスタックモジュール６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ及び６１０ｄ、偏光カップリング板６１１、波長カップリング板６１２とを有して構成されている。レーザスタックモジュール６１０は、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６１０は、ビーム整形し、所定の直線偏光状態のコリメート光にした後、偏光カップリング板６１１によりビーム合成を行なう。

合成されるレーザスタックモジュール６１０ａと６１０ｂの偏光方向は互いに直交しており、例えばポラロイドフィルムで構成された偏光カップリング板６１１では、レーザスタックモジュール６１０ａから出射するレーザビームは透過し、６１０ｂから出射するレーザビームは反射することで、1つのレーザビームに合成される。６１０ｃ及び６１０ｄのレーザビームも同様に合成される。

レーザスタックモジュール６１０ａ、６１０ｂの発振波長と、レーザスタックモジュール６１０ｃ、６１０ｄの発振波長とを異なる発振波長に設定しておき、波長カップリング板６１２を上記異なる発振波長の一方を透過し他の一方を反射する波長フィルタで構成することにより、波長カップリング板６１２の出射側で１つのレーザビームに合成される。

このように構成されたレーザ発振器６０１は、例えば、発光点間隔２ｍｍで２５段スタックすることにより、合成されたレーザビームの光出力は１ｋＷである。また、発振波長は、８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外光であり、本構成では、８００ｎｍと８３０ｎｍの２波長を有する構成となっている。

ここで、ベッド１０上に、熱処理加工ツール５０４のＸ、Ｙ方向への移動による光ファイバケーブル６０２の相対移動をガイドするためのガイドレール３５０及びスライダ３５１が設けられている。ガイドレール３５０は、長尺状であって、ガイドレール３５０に沿ってスライドして移動可能なスライダ３５１を１又は２以上備えている。ここで、スライダ３５１は、図１に示すガイドレール３５０のレーザ加工ヘッド６００側に設けられており、ガイドレール３５０の反対側にはガイドレール３５０に固定されて光ファイバケーブル６０２を支持する固定ガイド３５６が設けられている。光ファイバケーブル６０２をガイドする移動ガイドとしてのスライダ３５１は、図１に示すように、ガイドレール３５０に接してスライドするスライド部３５１ａと光ファイバケーブル６０２を結束するための結束部３５１ｂから構成されている。尚、スライダ３５１以外の移動ガイドとして、ガイドレール３５０に支持されて移動可能なリンク機構等であってもよい。

図１に示すように、スライダ３５１とレーザ加工ヘッド６００の間には、光ファイバケーブル６０２の曲げ動作を規制するガイド部としてのガイドバー３５２が設けられている。ガイドバー３５２は、所定の形状に形成されており、一端はスライダ３５１に支持され、他端はレーザ加工ヘッド６００側に支持されている。そして、光ファイバケーブル６０２は、このガイドバー３５２に沿って結束バンド３５５等により結束されて配線されることにより、レーザ加工ヘッド６００の移動、交換に関わらず常に所定の曲率半径以上となるように配線取り回しされる。例えば、光ファイバケーブル６０２は、ファイバコア径が６００μｍの石英光ファイバケーブルであり、半径３００ｍｍ以上の配線取り回しがされる。尚、ガイドバー３５２は、剛体のみならず、弾性体であっても上記の条件を維持できるものであればよい。

また、スライダ３５１と他のスライダ３５１、又は、固定ガイド３５６との間には、ガイド部としてのガイドワイヤ３５３が設けられている。ガイドワイヤ３５３は、スライダ３５１と他のスライダ３５１、又は、固定ガイド３５６にそれぞれ結束バンド３５５等により結束されて支持されている。このガイドワイヤ３５３は、所定の曲率半径以下には曲折しないものであって、光ファイバケーブル６０２は、このガイドワイヤ３５３に沿って配線されることにより、レーザ加工ヘッド６００の移動に関わらず常に所定の曲率半径以上となるように配線取り回しされる。上記示したガイドバー３５２と同様に、例えば、ガイドワイヤ３５３は、曲率半径３００ｍｍ以下には曲折しないものである。

尚、光ファイバケーブル６０２の許容される曲率半径は、ファイバ径、材質、被覆等により種々のものがあり、これに対応して、ガイドバー３５２及びガイドワイヤ３５３の仕様を決定する。このような構成により、レーザ加工ヘッド６００がワーク加工ユニット２００に装着されて所定の加工範囲を移動でき、かつ、図３に示すように、レーザ加工ヘッド６００がツールポッド４０２に収納された状態でも光ファイバケーブル６０２が許容される曲率半径以上に維持されるので、特性変化、破損、断線等の抑制が可能となる。

レーザ加工ヘッド６００は、光ファイバカップラ６０３を介して光ファイバケーブル６０２から導光されたレーザビームをワークＷの加工表面に所定のビーム径で集光させる集光レンズ６２０を有して構成されている。そして、集光レンズ６２０は、１又は２以上のレンズの組み合わせにより構成され、例えば、ＮＡ０．２で、ワークＷの加工表面に所定のレーザビーム径で集光される。

集光されるレーザビーム径は、レーザ加工ヘッド６００のワークＷの加工表面に対する位置により制御することができ、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍまで変化するよう設定できる。あるいは、レーザ加工ヘッド６００上の集光レンズ６２０を光軸方向へ移動させる機構を有する構成とすることにより、ワークＷの加工表面までの距離を変化させるようにして、集光されるレーザビームの径を変化させることもできる。

また、ワークＷの加工表面に集光されるレーザビームは、略矩形状のビームプロファイルを有するものとすることもできる。各レーザスタックモジュール６１０でのビーム整形においてファーフィールドパターンを略矩形状にしておくことで、ワークＷの加工表面に集光されるレーザビームを、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍの略矩形状にすることもできる。

レーザ加工ヘッド６００には、ツール回転主軸２０２のクランプ部２０３に締結するためのテーパ部５１０が形成されている。具体的には、テーパ部５１０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。

また、レーザ加工ヘッド６００には、ワークＷの加工表面にクーラント等の強制冷却用流体を供給するための冷却装置として、供給ノズル７００が搭載されている。供給ノズル７００は、レーザ加工ヘッド６００に搭載されていなくても、レーザ加工ヘッド６００の移動に対応してワークＷの加工表面へクーラントを供給できればよい。また、クーラントの供給は、形状加工又は仕上げ加工で使用するクーラントの供給と併用してもよい。また、ワークＷの加工表面を強制冷却する手段は、クーラント供給以外でもよく、例えば、水、エアー、液体窒素等によるものでもよい。また、上記強制冷却によらず、ワークＷの加工表面を加熱後に、自然冷却させる自己冷却法によっても熱処理加工を施すことができる。

尚、クーラントの供給等を行なう冷却チューブ類を光ファイバケーブル６０２と同様に、ガイドバー３５２又はガイドワイヤ３５３に沿って配線することもできる。このような配線取り回し構造により、冷却チューブ類の曲折、キンク等による冷却媒体の流通阻害が抑制できる。

ワーク加工ユニット２００は、ツール回転主軸２０２を停止状態に保持するブレーキ等の静止手段、ツール回転主軸２０２の静止トルクが大きく設定できるツール駆動モータ２０１、又は、ツール回転主軸２０２を停止状態に保持する回転停止サーボ剛性の大きな制御手段を有して構成することが好ましい。また、熱処理加工ツール５０４等のように、回転状態で加工しないツールを使用する場合は、テーパ部５１０とクランプ部２０３による締結でなく、他の固定方法による構成とすることもできる。

研削工具５０５は、例えば、ＣＢＮ(Cubic Boron Nitride:立方晶窒化ホウ素）の砥粒を使用したＣＢＮホイールであり、高精度の研削加工が可能な構成となっている。

表面仕上げ工具５０６は、超仕上げ加工により滑らかな表面を得るために、砥石に振動を与える超音波発生装置等の加振手段を表面仕上げ工具５０６に内蔵している。また、表面仕上げ工具５０６は、ＥＬＩＤ研削加工用として、ダイヤモンド砥粒を鋳鉄ボンド剤で固定した砥石車で構成され、また、電解液供給手段および電解電源を具備する構成とされている。

（本実施の形態に係る複合加工機による加工工程例）
図４は、本実施の形態に係る複合加工機による加工工程の例を説明する図である。この加工工程例は、旋削加工、穴あけ加工、レーザ焼入れ処理、研削加工、表面仕上げ加工を本実施の形態に係る複合加工機により、順次加工ツールを交換しながら加工するものである。

長尺状のワークＷを主軸１０５間にセットしてワークＷを支持し、加工をスタートすると、旋削加工のための旋削工具５０２の装着工程により、旋削工具５０２がワーク加工ユニット２００へ装着される（Ｓ１０１）。次に、旋削工具５０２をワークＷの材質に適合した回転数で回転させ、旋削加工を行なう（Ｓ１０２）。この工程により、ワークＷの外径加工が終了する。

次に、穴あけ加工を行なう。旋削工具５０２をツールタレット４０３へ回収した後、切削工具５０３、すなわち、ドリルをワーク加工ユニット２００へ装着する（Ｓ１０３）。主軸１０５の回転を停止させ、ワークＷを停止させた状態で、ドリルを回転させ所定の深さまで切込んで穴あけ加工が完了する（Ｓ１０４）。

次に、機上焼入れを行なう。切削工具５０３をツールタレット４０３へ回収した後、レーザ加工ヘッド６００をワーク加工ユニット２００へ装着する（Ｓ１０５）。このレーザ加工ヘッド６００をワーク加工ユニット２００へ装着した状態は、図２に示される状態であって、光ファイバケーブル６０２はガイドバー３５２に沿って配線されているため、所定の曲率半径以上となっている。次に、レーザ加工ヘッド６００をＸステージ３０１及びＺステージ３０２により、焼入れ開始位置に移動させる。これは、図１に示される状態であって、光ファイバケーブル６０２はガイドバー３５２及びガイドワイヤ３５３に沿って配線されているため、所定の曲率半径以上となっている。特に、レーザ加工ヘッド６００の移動中で曲率半径の小さいＵターン部３５４においても、ガイドワイヤ３５３に沿って配線されているため、所定の曲率半径以上が確保されている。

Ｘステージ３０１により集光レンズ６２０からワークＷの加工表面に照射されるレーザビーム径が決定される。主軸１０５を回転させてワークＷを所定の回転数で回転させながら、Ｚステージ３０２によりレーザ加工ヘッド６００を所定の速度で送り動作させる。本加工例では、レーザビームの光出力１ｋＷ、加工表面でのレーザビームサイズ２ｍｍ×２ｍｍ、焼入れ速度５ｍｍ／ｓの条件とすると、焼入れ温度は約１０００度であった。

集光レンズ６２０からワークＷの加工表面にレーザビームを照射して約１０００度の焼入れ温度に加熱しながら、供給ノズル７００からクーラントを加工表面に供給して、約２００度まで急冷させる。このような焼入れ加工を所定の熱処理範囲に連続的に行なうことにより、ワークＷは表面から約３ｍｍの深さまで焼入れ処理が施された（Ｓ１０６）。

次に、研削加工を行なう。レーザ加工ヘッド６００をツールタレット４０３へ回収した後、研削工具５０５をワーク加工ユニット２００へ装着する（Ｓ１０７）。ワークＷを研削工具５０５とワークＷの材質に適合した回転数で回転させ、また、研削工具５０５の材質に適合した回転数で回転させて研削加工を行なう（Ｓ１０８）。

最後に、ワークＷの表面仕上げ加工を行なう。研削工具５０５をツールタレット４０３へ回収した後、表面仕上げ工具５０６をワーク加工ユニット２００へ装着する（Ｓ１０９）。装着された表面仕上げ工具５０６により、超仕上げ加工、ＥＬＩＤ研削、ラッピング、ポリッシング、あるいは、バフ仕上げ等の表面仕上げ加工を行なう（Ｓ１１０）。以上の一連の加工により、１台の複合加工機で、形状加工から仕上げ加工までのほとんどすべての加工が可能となる。また、上記した加工工程例１では、形状加工、熱処理、仕上げ加工を組み合せた加工工程としたが、形状加工と熱処理とを組み合せた加工工程、あるいは、熱処理と仕上げ加工とを組み合せた加工工程とすることも容易に可能である。

本発明の実施の形態によれば、以下の効果を有する。
（１）光ファイバケーブル６０２が、曲げ動作を規制するガイドバー３５２又はガイドワイヤ３５３に沿って配線されているので、レーザ加工ヘッド６００の移動、交換時でも常に所定の曲率半径以上となるように配線取り回しされる。これにより、光ファイバケーブルの特性変化、破損、断線等の抑制が可能となり、信頼性の高い熱処理加工ツールの配線取り回し構造、及び、この配線取り回し構造を備えた熱処理加工装置、複合加工機が可能になる。
（２）クーラントの供給用を行なう冷却チューブ類を光ファイバケーブル６０２と同様に、ガイドバー３５２又はガイドワイヤ３５３に沿って配線することもできる。このような配線取り回し構造により、冷却チューブ類の曲折、キンクによる冷却媒体の流通阻害が抑制できる。
（３）レーザ発振器６０１からレーザ加工ヘッド６００へ接続される光ファイバケーブル６０２の信頼性が向上するので、特に、複合加工機を実現する上で大きな効果を有する。大パワーのレーザ光で焼入れ処理等を行なう場合には、レーザ加工ヘッド６００にレーザ発振器自体を搭載することが困難であり、本発明により安全な複合加工機が可能になる。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱処理加工ツールの配線取り回し構造を示し、及び、これを備えた複合加工機あって、ワーク加工ユニット２００に熱処理加工ツールであるレーザ加工ヘッド６００が装着された平面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る複合加工機において、図１のレーザ加工ヘッド６００がワーク加工ユニット２００に装着された状態からツール交換されてツール装着ユニット４００のツールポッド４０２に回収された状態を示す図である。 図３は、熱処理加工ツール５０４の具体的構成を示すものであり、レーザ加工ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバケーブル６０２から構成されることを示す図である。 図４は、本実施の形態に係る複合加工機による加工工程の例を説明する図である。

符号の説明

１…複合加工機、１０…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、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、３５０…ガイドレール、３５１…スライダ、３５２…ガイドバー、３５３…ガイドワイヤ、３５４…Ｕターン部、３５５…結束バンド、３５６…固定ガイド、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…溝部、４０６…結合部、５０１…加工ツール、５０２…旋削工具、５０３…切削工具、５０４…熱処理加工ツール、５０５…研削工具、５０６…表面仕上げ工具、５１０…テーパ部、６００…レーザ加工ヘッド、６０１…レーザ発振器、６０２…光ファイバケーブル、６０３…光ファイバカップラ、６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ、６１０ｄ…レーザスタックモジュール、６１１…偏光カップリング板、６１２…波長カップリング板、６２０…集光レンズ、７００…供給ノズル

Claims (6)

1. 固定側に載置されレーザ光を発振するレーザ発振器と、前記レーザ発振器により発振した前記レーザ光を導光する光ファイバケーブルと、前記光ファイバケーブルの可撓性により前記レーザ発振器に対して相対移動可能とされ前記レーザ発振器から導光された前記レーザ光をワークに集光して照射するレーザ加工ヘッドと、を有する熱処理加工ツールにおいて、
   前記固定側に設けられたガイドレール上に、前記レーザ加工ヘッドの相対移動に伴い移動する前記光ファイバケーブルをガイドする移動ガイドを備え、
   前記光ファイバケーブルは、前記移動ガイドと前記レーザ加工ヘッドの間、または、前記移動ガイド間に設けられて前記光ファイバケーブルの曲げ動作を規制するガイド部に沿って配線されていることを特徴とする熱処理加工ツールの配線取り回し構造。
2. 前記移動ガイドは、前記ガイドレール上を直線移動可能なスライダであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理加工ツールの配線取り回し構造。
3. 前記ガイド部は、所定の形状に形成されて前記移動ガイドと前記レーザ加工ヘッドの間に設けられ、前記光ファイバケーブルを所定の曲率半径以上で配線するガイドバーであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理加工ツールの配線取り回し構造。
4. 前記ガイド部は、前記移動ガイド間に設けられ、所定の曲率半径以下に曲折しないガイドワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理加工ツールの配線取り回し構造。
5. 所定の方向に移動しながらワークを加工するワーク加工ユニットと、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の前記配線取り回し構造を備えた熱処理加工ツールと、
   を有することを特徴とする熱処理加工装置。
6. 所定の方向に移動しながらワークを加工するワーク加工ユニットと、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の前記配線取り回し構造を備えた熱処理加工ツールと、
   前記ワークに形状加工を施す形状加工ツール、前記ワークに仕上げ加工を施す仕上げ加工ツール、または、前記熱処理加工ツールの少なくとも１つから選択されたツールを前記ワーク加工ユニットに装着するツール装着ユニットと、
   を有することを特徴とする複合加工機。

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