JPH0140893B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、被加工物にレーザ光を照射してレ
ーザ焼入れを行うレーザ焼入れ装置、特にミラー
を振動させて反射したレーザ光の照射方向を変え
てレーザ焼入れを行うものに関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来のレーザ焼入れ装置に関するもの
である。図において、１はレーザ出力設定器、２
は、レーザ出力設定器１と接続されたレーザ発振
器で、レーザ出力設定器１のレーザ出力指令信号
により一定の出力値のレーザ光３を出力するもの
である。４はレーザ光３の方向を変えるベンドミ
ラー、５はレーザ光３を反射して集光させる集光
ミラー、６はレーザ光の照射方向を変えるため振
動する振動ミラーで、シリコン、アルミニウム又
は銅等の金属を基材にしている。７は振動ミラー
６を振動させるミラー駆動装置でミラー駆動信号
発生器８と接続されており、ミラー駆動信号発生
器８のミラー駆動信号に従つて駆動し、振動ミラ
ー６を一定幅で振動させるものである。９は被加
工物である。

従来のレーザ焼入れ装置は、上記のように構成
され、レーザ出力設定器１のレーザ出力指令信号
によつてレーザ発振器２は一定の出力値のレーザ
光３を出力する。そのレーザ光３はベンドミラー
４によつて集光ミラー５に導かれ、集光ミラー５
で集光された反射光となる。その反射光は振動し
ている振動ミラー６で再び反射しながら、その照
射方向を変化させて被加工物９に照射し、焼入れ
を行う。その振動ミラー６はミラー駆動装置７に
より、ミラー駆動信号発生器８の振動ミラー駆動
信号に従つて一定幅で振動する。従つて、振動ミ
ラー６で反射したレーザ光３は振動ミラー６によ
つて一定の振幅にその照射方向が変化するように
振動させられる。このときのミラー駆動信号発生
器８のミラー駆動信号は一般に第６図ａに示すよ
うな三角波である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のレーザ焼入れ装置では、ミ
ラー駆動装置７によつて駆動される振動ミラー６
はシリコン、アルミニウムまたは銅等の金属を基
材に使用した重量のあるミラーであり、また大出
力レーザになれば冷却装置も必要となつて重くな
る。このため、振動ミラー６の実際の動きは、第
６図ｂに示すように振動ミラー６の振動方向の転
換部分１０，１１では、振動ミラー６が50〜60Hz
程度の高速で振動させられているために慣性によ
つて方向が急に変わることができず、移動速度が
遅くなる。

それ故、振動ミラー６によつてこのような振幅
を持つレーザ光３が被加工物９に照射されて焼入
れが行われると、第７図に示す被加工物９におけ
る焼入れ面の断面で焼入れ部分１２の両端１３，
１４はそれぞれ入熱が多くなるため均一になら
ず、その両端１３，１４の表面部分１５，１６は
表面が溶融して表面状態を悪くしてしまう等の問
題点があつた。

この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、被加工物の焼入れ面における焼入
れ深さを均一にし、更に表面溶融のない良質なレ
ーザ焼入れができるレーザ焼入れ装置を得ること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ焼入れ装置は、ミラー駆
動手段を駆動させるミラー駆動発生器からの同期
信号に同期してレーザ発振器の出力をミラーの振
動方向転換時に降下させるよう制御する制御回路
を備えるように構成したものである。

〔作用〕

この発明においては、制御回路によつてミラー
駆動手段を駆動させるミラー駆動発生器からの同
期信号に同期してレーザ発振器の出力をミラーの
振動方向転換時に降下させ、振動ミラーの移動速
度が遅くなる振動方向の転換部分へのレーザ光の
照射エネルギーを低下させて被加工物の焼入れ部
分の両端における入熱を少くし、焼入部分全体に
均一な入熱を行つている。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す一部ブロツ
ク図を含む斜視図である。

図において従来例と同一の構成は、同一符号を
付して重複した説明を省略する。１７はレーザ発
振器２にレーザ出力指令信号１８を送るレーザ出
力調整器で、レーザ発振器２に接続されている。
そのレーザ出力調整器１７にはレーザ発振器２か
ら出力されるレーザ出力を所定の出力値に設定す
る第１レーザ出力設定器１と第２レーザ出力設定
器１９とがそれぞれ接続されている。更に、レー
ザ出力調整器１７にはミラー駆動信号発生器８が
接続されており、ミラー駆動信号発生器８から振
動ミラー６の振動数に同期した同期信号２０が入
力される。更にまた、レーザ出力調整器１７には
パルス幅を調整する降下時間設定器２１が接続さ
れている。第２図はレーザ出力調整器１７の回路
図である。このレーザ出力調整器１７は単安定マ
ルチバイブレータ２２と切換スイツチ２３とから
構成されている。

レーザ出力調整器１７の単安定マルチバイブレ
ータ２２の入力側に降下時間設定器２１が接続さ
れ、単安定マルチバイブレータ２２のトリガ入力
２４にはミラー駆動信号発生器８の同期信号を送
る出力側が接続されている。

また、切換スイツチ２３の出力側である可動接
点２３ａはレーザ出力指令信号１８を伝えるため
にレーザ発振器２に接続されており、切換スイツ
チ２３の第１固定接点２３ｂは第１レーザ出力設
定器１に接続され、その第２固定接点２３ｃは第
２レーザ出力設定器１９に接続されている。そし
て、この切換スイツチ２３は可動接点２３ａが常
時は第１固定接点２３ａと接触しており、単安定
マルチバイブレータ２２からのパルス波のパルス
出力信号によつて、励磁コイル２３ｄが励磁され
第２固定接点２３ｃに接触させられるリレースイ
ツチとして構成されている。

単安定マルチバイブレータ２２はミラー駆動信
号発生器８からの同期信号に同期したパルス波が
発生するものが選定され、その同期信号の時間間
隔は振動ミラー６の振動数によつて決定される。

なお、この実施例のレーザ発振器２は放電励起
強度を変化させてレーザ出力を制御できるもので
あり、使用されるものとしては高速度応答できる
ものが望ましい。

上記のように構成されたレーザ焼入れ装置にお
いては、まず、ミラー駆動発生器８から同期信号
が出力されない場合には、単安定マルチバイブレ
ータ２２は動作せず、可動接点２３ａは第１固定
接点２３ａと接触したままであり、第１レーザ出
力設定器１によつてレーザ光３を所定の出力値に
設定するレーザ出力指令信号１８がレーザ発振器
２に送られ、レーザ発振器２は従来例と同様な所
定の出力値のレーザ光３を出力する。

次に、ミラー駆動発生器８から同期信号が出力
された場合には、その同期信号はレーザ出力調整
器１７の単安定マルチバイブレータ２２のトリガ
入力２４に入力され、単安定マルチバイブレータ
２２はパルス波のパルス出力信号を発生させる。
なお、そのパルス出力信号は、降下時間設定器２
１によつて所定のパルス幅を有するパルス出力信
号に設定される。

このように単安定マルチバイブレータ２２がパ
ルス出力信号を発生すると、そのパルス出力信号
によつて切換スイツチ２３の励磁コイル２３ｄが
励磁されて第１固定接点２３ｂに接触していた可
動接点２３ａが可動して第２固定接点２３ｃに接
触する。可動接点２３ａが第２固定接点２３ｃに
接触している時間はパルス出力信号のパルス幅の
時間である。また、パルス出力信号のパルス間隔
の時間には励磁コイル２３ｄは励磁されず、可動
接点２３ａは復帰して第１固定接点２３ｂと接触
する。従つて、可動接点２３ａがそのパルス出力
信号によつて一定間隔で第１固定接点２３ｂと第
２固定接点２３ｃとの間で、スイツチング動作を
行う。そして、可動接点２３ａが第１固定接点２
３ｂに接触しているときには第１レーザ出力設定
器１によつてレーザ発振器２に所定のレーザ出力
値を出力させるレーザ出力指令信号１８がレーザ
発振器２へ送られ、固定接点２３ａが第２固定接
点２３ｃに接触しているときには第２レーザ出力
設定器１９によつてレーザ発振器２に所定のレー
ザ出力値を出力させるレーザ出力指令信号１８が
レーザ発振器２へ送られ、レーザ発振器２の発す
るレーザ光３の出力を制御する。このとき、例え
ば第１レーザ出力設定器１の設定値を高くしてお
き、第２レーザ出力設定器１９の設定値を第１レ
ーザ出力設定器１の設定値よりも低くしておけ
ば、第３図ｃに示すようなパルス波のレーザ出力
指令信号１８となり、その信号１８のうちパルス
幅ｗの部分が第１のレーザ出力設定器１の設定値
を表わし、信号１８のうちパルス間隔即ち降下時
間幅ｔの部分が第２のレーザ出力設定器１９の設
定値を表わし、第２のレーザ出力設定器１９によ
つて設定された設定値のときにレーザ光３の出力
が低下させられることがわかる。

このことは、レーザ発振器２から出力されるレ
ーザ光３の出力は、レーザ出力調整器１７によつ
てミラー駆動信号発生器８の同期信号に同期して
レーザ出力が低下させられ、そのレーザ出力が低
下させられるときは、ミラー駆動装置７によつて
第３図ｂに示すように振動ミラー６が動きその振
動方向が転換するときと一致させられていること
を意味する。なお、レーザ光３の出力が降下して
いる時間は降下時間設定器２１で設定される。

そこで、レーザ光３の出力を第１及び第２レー
ザ出力設定器１，１９で予め適正な値に設定して
おき、また、レーザ光３の出力が低下する時間を
降下時間設定器２１で適正な値に設定しておけ
ば、第４図に示すように被加工物７における焼入
れ面で焼入れ部分２５の両端への入熱量を少なく
することができ、それによつて、焼入れ部分２５
全体が均一に入熱されて焼入れ深さは均一とな
り、表面溶融もなくなる。

なお、この実施例では、集光ミラー５を使用し
ているが、集光ミラー５の代わりに集光レンズを
使用しても実施し得ることは勿論である。また、
この実施例では振動ミラー６に反射面が平面のも
のを使用しているが、反射面が凹面のいわゆる集
光ミラーを使用しても良く、同様の作用・効果を
奏することは勿論である。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したとおり、被加工物に
レーザ光を照射するミラーを振動させるミラー駆
動手段を駆動させるミラー駆動発生器からの同期
信号に同期してレーザ発振器の出力をミラーの振
動方向転換時に制御回路によつて降下させるよう
にしたので、振動ミラーの振動方向の転換部分で
のレーザ光の照射エネルギー即ち出力は低くな
り、被加工物における焼入れ部分全体に均一な入
熱がなされ、それによつて均一な焼入れ深さが得
られ、また表面溶融のない良質なレーザ焼入れが
得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ焼入
れ装置の一部ブロツク図を含む斜視図、第２図は
同装置のレーザ出力を制御する制御回路の回路
図、第３図は同装置の動作を説明するためのタイ
ミングチヤート、第４図は同装置により焼入れさ
れた被加工物の断面図、第５図は従来のレーザ焼
入れ装置を示す斜視図、第６図は同装置の動作を
説明するためのタイミングチヤート、第７図は同
装置により焼入れされた被加工物の断面図であ
る。 図において、２はレーザ発振器、５は集光ミラ
ー（集光手段）、６は振動ミラー、７はミラー駆
動装置（ミラー駆動手段）、８はミラー駆動信号
発生器、１７はレーザ出力調整器（制御回路）、
２１は降下時間設定器（制御回路）である。な
お、各図中同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振器と、該レーザ発振器からのレー
   ザ光を集光する集光手段と、該集光手段により集
   光されたレーザ光を反射して被加工物に照射する
   ミラーと、該ミラーを振動させるミラー駆動手段
   と、該ミラー駆動手段にミラー駆動手段を駆動す
   るためのミラー駆動信号を送るミラー駆動信号発
   生器とからなるレーザ焼入れ装置において、前記
   ミラー駆動信号発生器からの同期信号に同期して
   前記レーザ発振器のレーザ出力を前記ミラーの振
   動方向転換時に降下させるように制御する制御回
   路を設けたことを特徴とするレーザ焼入れ装置。 ２ 前記制御回路はレーザ発振器のレーザ出力を
   所定の値に設定する二つのレーザ出力設定器と、
   パルス波のパルス幅を所定の値に設定する降下時
   間設定器と、ミラー駆動信号発生器からの同期信
   号と降下時間設定器からの信号とを受けて同期信
   号に同期し、且つ所定の値にパルス幅が設定され
   たパルス波のパルス出力信号を発生させ、該パル
   ス出力信号によつて二つのレーザ出力設定器から
   のレーザ出力信号を適宜選択してミラーの振動方
   向転換時にレーザ出力を低下させるように指令す
   るレーザ出力指令信号をレーザ発振器に送るレー
   ザ出力調整器とからなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のレーザ焼入れ装置。