JPH04362119A - レーザ焼入れ装置 - Google Patents
レーザ焼入れ装置Info
- Publication number
- JPH04362119A JPH04362119A JP13651591A JP13651591A JPH04362119A JP H04362119 A JPH04362119 A JP H04362119A JP 13651591 A JP13651591 A JP 13651591A JP 13651591 A JP13651591 A JP 13651591A JP H04362119 A JPH04362119 A JP H04362119A
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- Japan
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- laser
- workpiece
- gas
- laser hardening
- nozzle
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、被加工部材の表面に
レーザ光を照射してレーザ焼入れを行うのに利用される
レーザ焼入れ装置に関するものである。
レーザ光を照射してレーザ焼入れを行うのに利用される
レーザ焼入れ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザ焼入れ装置としては、例え
ば、図２に示すようなものがあった。
ば、図２に示すようなものがあった。
【０００３】すなわち、図２に示すレーザ焼入れ装置２
１は、レーザ発振器２２と、前記レーザ発振器２２から
発振されたレーザ光２３を反射する反射鏡２４と、前記
反射されたレーザ光２３を適当な大きさにディフォーカ
スして被加工部材２５の表面に照射する集光レンズ２６
と、被加工部材２５の表面をシールドするためのシール
ドガス２７を供給するシールドガス供給用ガスノズル２
８を備え、前記レーザ光２３とシールドガス供給用ガス
ノズル２８とを同軸位置にした構造をなすものである。
１は、レーザ発振器２２と、前記レーザ発振器２２から
発振されたレーザ光２３を反射する反射鏡２４と、前記
反射されたレーザ光２３を適当な大きさにディフォーカ
スして被加工部材２５の表面に照射する集光レンズ２６
と、被加工部材２５の表面をシールドするためのシール
ドガス２７を供給するシールドガス供給用ガスノズル２
８を備え、前記レーザ光２３とシールドガス供給用ガス
ノズル２８とを同軸位置にした構造をなすものである。
【０００４】このような従来使用されてきたレーザ焼入
れ装置２１にあっては、レーザ焼入れに際して、レーザ
光２３の吸収率を高めるためにあらかじめ被加工部材２
５の表面にレーザ吸収塗布剤２９を塗布する必要があっ
たことから、加工コストが割高にならざるを得ず、実用
化の大きな妨げとなっていた。
れ装置２１にあっては、レーザ焼入れに際して、レーザ
光２３の吸収率を高めるためにあらかじめ被加工部材２
５の表面にレーザ吸収塗布剤２９を塗布する必要があっ
たことから、加工コストが割高にならざるを得ず、実用
化の大きな妨げとなっていた。
【０００５】そこで、本発明者らは、レーザ光の偏光効
果を活用し、図３に示すように、直線偏光のレーザ光３
３の偏光方向を入射面に対して平行に照射することによ
り被加工部材３５の表面を加熱すると共にシールドガス
３７をシールドガス供給用ガスノズル３８から供給する
レーザ焼入れ方法を提案してきた（特願平２−１３２２
８７号，特願平２−１３２２９１号等）。
果を活用し、図３に示すように、直線偏光のレーザ光３
３の偏光方向を入射面に対して平行に照射することによ
り被加工部材３５の表面を加熱すると共にシールドガス
３７をシールドガス供給用ガスノズル３８から供給する
レーザ焼入れ方法を提案してきた（特願平２−１３２２
８７号，特願平２−１３２２９１号等）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
光３３の偏光効果を活用してレーザ吸収塗布剤を塗布し
ないで焼入れ加工を行う図３に示した方法においては、
シールドガス３７中に僅かの酸素４０の巻き込みがあっ
ても表面が酸化し、それに伴って黒色化することによっ
て表面吸収率が急激に変化して部分的な溶融が発生する
などの問題が残されていた。
光３３の偏光効果を活用してレーザ吸収塗布剤を塗布し
ないで焼入れ加工を行う図３に示した方法においては、
シールドガス３７中に僅かの酸素４０の巻き込みがあっ
ても表面が酸化し、それに伴って黒色化することによっ
て表面吸収率が急激に変化して部分的な溶融が発生する
などの問題が残されていた。
【０００７】また、自動車の自動変速装置等の油圧部分
への焼入れにおいては、オイル性能の劣化防止の観点か
ら被加工部材の表面に酸化膜等のなんらの残留物も残さ
ない焼入れ装置の開発への要求が高まっており、これら
の問題を解決しそしてまた要求を満たすことが課題とな
っていた。
への焼入れにおいては、オイル性能の劣化防止の観点か
ら被加工部材の表面に酸化膜等のなんらの残留物も残さ
ない焼入れ装置の開発への要求が高まっており、これら
の問題を解決しそしてまた要求を満たすことが課題とな
っていた。
【０００８】
【発明の目的】この発明は、このような従来の課題にか
んがみてなされたもので、レーザ光のもつ偏光効果を十
分に活用することができ、かつまたレーザ光の偏光効果
を活用すると同時にシールドガスによって被加工部材の
表面をガスシールドするレーザ焼入れを行う場合であっ
ても酸素の巻き込みがなく、したがって、残留酸化膜等
の発生しない安定したレーザ焼入れを行うことが可能で
あるレーザ焼入れ装置を提供することを目的としている
。
んがみてなされたもので、レーザ光のもつ偏光効果を十
分に活用することができ、かつまたレーザ光の偏光効果
を活用すると同時にシールドガスによって被加工部材の
表面をガスシールドするレーザ焼入れを行う場合であっ
ても酸素の巻き込みがなく、したがって、残留酸化膜等
の発生しない安定したレーザ焼入れを行うことが可能で
あるレーザ焼入れ装置を提供することを目的としている
。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、被加工部材
の表面にレーザ光を照射すると共に前記被加工部材の表
面にシールドガスを供給してレーザ焼入れを行うレーザ
焼入れ装置において、ビーム形状を成形した直線偏光の
レーザ光の偏光方向を入射面に対して平行に照射する光
学系を備えると共に、先端側にシールドガスの乱流防止
機構を設けたシールドガス供給用ガスノズルを備えた構
成としたことを特徴としており、このようなレーザ焼入
れ装置に係わる発明の構成をもって前述した従来の課題
を解決するための手段としている。
の表面にレーザ光を照射すると共に前記被加工部材の表
面にシールドガスを供給してレーザ焼入れを行うレーザ
焼入れ装置において、ビーム形状を成形した直線偏光の
レーザ光の偏光方向を入射面に対して平行に照射する光
学系を備えると共に、先端側にシールドガスの乱流防止
機構を設けたシールドガス供給用ガスノズルを備えた構
成としたことを特徴としており、このようなレーザ焼入
れ装置に係わる発明の構成をもって前述した従来の課題
を解決するための手段としている。
【００１０】
【発明の作用】以下、この発明を図面に基づいて作用と
共に説明する。
共に説明する。
【００１１】図１は、この発明の実施態様におけるレー
ザ焼入れ装置の構成を示す図である。
ザ焼入れ装置の構成を示す図である。
【００１２】図１に示すレーザ焼入れ装置１において、
２はレーザ発振器、３はレーザ発振器２より発振された
直線偏光のレーザ光、４はレーザ光３を反射する固定の
反射鏡（光学系）、５，６はレーザ光３を入射面に対し
て平行な方向と垂直な方向でそれぞれ独立して成形する
のに用いられる凹面鏡（光学系）、７は被加工部材であ
って、各凹面鏡５，６はそれぞれミラーホルダ８，９に
保持されており、入射角の調整機能を有するものとなっ
ている。そして、同じく図１において、矢印Ａ１ ，Ａ
２ はそれぞれの位置での偏光面の向きを示している。
２はレーザ発振器、３はレーザ発振器２より発振された
直線偏光のレーザ光、４はレーザ光３を反射する固定の
反射鏡（光学系）、５，６はレーザ光３を入射面に対し
て平行な方向と垂直な方向でそれぞれ独立して成形する
のに用いられる凹面鏡（光学系）、７は被加工部材であ
って、各凹面鏡５，６はそれぞれミラーホルダ８，９に
保持されており、入射角の調整機能を有するものとなっ
ている。そして、同じく図１において、矢印Ａ１ ，Ａ
２ はそれぞれの位置での偏光面の向きを示している。
【００１３】さらに、１１ａはシールドガス供給用ガス
ノズル１１のノズル本体であって、このノズル本体１１
ａのノズル内壁はガス導入口側からノズル先端方向に内
径が拡大していると共に、その先端側には逆流防止機構
１２を設けており、ガス導入口側から導入されたシール
ドガス１３（１３ａ）はノズル本体１１ａ内を通過した
のち乱流防止機構１２を出ることにより層流のシールド
ガス１３（１３ｂ）となって被加工部材７の表面に向け
て流れる。
ノズル１１のノズル本体であって、このノズル本体１１
ａのノズル内壁はガス導入口側からノズル先端方向に内
径が拡大していると共に、その先端側には逆流防止機構
１２を設けており、ガス導入口側から導入されたシール
ドガス１３（１３ａ）はノズル本体１１ａ内を通過した
のち乱流防止機構１２を出ることにより層流のシールド
ガス１３（１３ｂ）となって被加工部材７の表面に向け
て流れる。
【００１４】このような構成をもつレーザ焼入れ装置１
において、レーザ発振器２から出射されたレーザ光３は
、最初の光学系である反射鏡４によって方向を変えられ
、つぎに同じく光学系である凹面鏡５，６によってビー
ム形状を成形され、かつ直線偏光のレーザ光３の偏光方
向を入射面に対して平行にして被加工部材７の表面に照
射される。
において、レーザ発振器２から出射されたレーザ光３は
、最初の光学系である反射鏡４によって方向を変えられ
、つぎに同じく光学系である凹面鏡５，６によってビー
ム形状を成形され、かつ直線偏光のレーザ光３の偏光方
向を入射面に対して平行にして被加工部材７の表面に照
射される。
【００１５】このとき、凹面鏡５，６はミラーホルダ８
，９に保持されているため、必要なビームサイズは曲率
の異なる凹面鏡に交換することにより任意に得ることが
できる。
，９に保持されているため、必要なビームサイズは曲率
の異なる凹面鏡に交換することにより任意に得ることが
できる。
【００１６】さらに、レーザ光３の被加工部材７への入
射角は、偏光の効果を高めるため、一般的には６０〜８
５度に設定されるのが望ましいが、凹面鏡５，６はそれ
ぞれミラーホルダ８，９に保持されているため、入射角
の設定は容易に行うことが可能である。
射角は、偏光の効果を高めるため、一般的には６０〜８
５度に設定されるのが望ましいが、凹面鏡５，６はそれ
ぞれミラーホルダ８，９に保持されているため、入射角
の設定は容易に行うことが可能である。
【００１７】したがって、本発明者らが先に提案したレ
ーザの偏光効果を活用した加熱方法を実施することがで
きる。
ーザの偏光効果を活用した加熱方法を実施することがで
きる。
【００１８】ところで、シールドガス１３は、ノズル内
部で焼入れ幅Ｗをシールドするために必要な大きさまで
広げられる。ここで、ノズル内壁は、ノズル本体１１ａ
のガス導入口から先端部に向かって内径が順次拡大して
いるため、シールドガス１３の乱れは比較的小さく抑え
ることができる。そして、このシールドガス１３は、例
えば、メッシュ状の金属網で製作した乱流防止機構１２
によって層流状態のシールドガス１３ｂとなって被加工
部材７の必要な範囲をシールドする。
部で焼入れ幅Ｗをシールドするために必要な大きさまで
広げられる。ここで、ノズル内壁は、ノズル本体１１ａ
のガス導入口から先端部に向かって内径が順次拡大して
いるため、シールドガス１３の乱れは比較的小さく抑え
ることができる。そして、このシールドガス１３は、例
えば、メッシュ状の金属網で製作した乱流防止機構１２
によって層流状態のシールドガス１３ｂとなって被加工
部材７の必要な範囲をシールドする。
【００１９】したがって、大気すなわち酸素等の巻き込
みのない安定した状態で残留酸化膜の発生しないレーザ
加工が行える。この場合、乱流防止機構１２として金属
網を用いる場合は、５０メッシュより粗いサイズのもの
では良好な層流状態のシールドガス１３ｂが得られない
ことが実験的に判明した。
みのない安定した状態で残留酸化膜の発生しないレーザ
加工が行える。この場合、乱流防止機構１２として金属
網を用いる場合は、５０メッシュより粗いサイズのもの
では良好な層流状態のシールドガス１３ｂが得られない
ことが実験的に判明した。
【００２０】
【実施例】この実施例においては、被加工部材７として
、低炭素鋼であるＪＩＳＳ４０Ｃ材を調質した母材を用
い、この被加工部材７に、レーザ出力：２．５ｋＷ，入
射角：７５度，被加工部材７の表面でのビーム形状：６
．５×６．５ｍｍ，ビーム送り速度：１．５ｍ／ｍｉｎ
のレーザ照射条件で被加工部材７の表面にレーザ光３を
照射すると同時に、ノズル先端の内径：３０ｍｍ，ノズ
ル内壁のテーパ０．３，ノズル先端から１０ｍｍの位置
に１００メッシュの金属網を乱流防止機構１２として設
置したシールドガス供給用ガスノズル１１を用いて、こ
のシールドガス供給用ガスノズル１１からＮ２ ガスを
３０ ｌ／ｍｉｎの流量で流した本発明実施例の場合
と、レーザ照射条件ならびにシールドガスの種類および
流量を同一とし、従来使用されてきた図３に示す筒状の
シールドガス供給用ガスノズル３８を用いた比較例の場
合とについて各々被加工部材７，３５の焼入れ実験を行
った。
、低炭素鋼であるＪＩＳＳ４０Ｃ材を調質した母材を用
い、この被加工部材７に、レーザ出力：２．５ｋＷ，入
射角：７５度，被加工部材７の表面でのビーム形状：６
．５×６．５ｍｍ，ビーム送り速度：１．５ｍ／ｍｉｎ
のレーザ照射条件で被加工部材７の表面にレーザ光３を
照射すると同時に、ノズル先端の内径：３０ｍｍ，ノズ
ル内壁のテーパ０．３，ノズル先端から１０ｍｍの位置
に１００メッシュの金属網を乱流防止機構１２として設
置したシールドガス供給用ガスノズル１１を用いて、こ
のシールドガス供給用ガスノズル１１からＮ２ ガスを
３０ ｌ／ｍｉｎの流量で流した本発明実施例の場合
と、レーザ照射条件ならびにシールドガスの種類および
流量を同一とし、従来使用されてきた図３に示す筒状の
シールドガス供給用ガスノズル３８を用いた比較例の場
合とについて各々被加工部材７，３５の焼入れ実験を行
った。
【００２１】この結果、従来使用されてきた筒状のシー
ルドガス供給用ガスノズル３８を用いた場合には、被加
工部材３５の焼入れ部表面に黒色の酸化物が観察された
が、本発明によるシールドガス供給用ガスノズル１１を
備えたレーザ焼入れ装置１を使用した場合には、被加工
部材７の表面に酸化膜等のなんらの残留物も見られない
焼入れ部を得ることができた。
ルドガス供給用ガスノズル３８を用いた場合には、被加
工部材３５の焼入れ部表面に黒色の酸化物が観察された
が、本発明によるシールドガス供給用ガスノズル１１を
備えたレーザ焼入れ装置１を使用した場合には、被加工
部材７の表面に酸化膜等のなんらの残留物も見られない
焼入れ部を得ることができた。
【００２２】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明に係
わるレーザ焼入れ装置では、ビーム形状を成形した直線
偏光のレーザ光の偏光方向を入射面に対して平行に照射
する光学系を備えると共に、先端側にシールドガスの乱
流防止機構を設けたシールドガス供給用ガスノズルを備
えた構成としたことから、レーザ吸収塗布剤を塗布しな
くともレーザ焼入れを行うことができるレーザ光の偏光
効果を活用すると同時に加工部分にシールドガスを供給
するレーザ焼入れにおいて前記シールドガス中への酸素
の巻き込みがなく、したがって残留酸化膜が発生しない
安定したレーザ焼入れを行うことが可能になるという優
れた効果がもたらされる。
わるレーザ焼入れ装置では、ビーム形状を成形した直線
偏光のレーザ光の偏光方向を入射面に対して平行に照射
する光学系を備えると共に、先端側にシールドガスの乱
流防止機構を設けたシールドガス供給用ガスノズルを備
えた構成としたことから、レーザ吸収塗布剤を塗布しな
くともレーザ焼入れを行うことができるレーザ光の偏光
効果を活用すると同時に加工部分にシールドガスを供給
するレーザ焼入れにおいて前記シールドガス中への酸素
の巻き込みがなく、したがって残留酸化膜が発生しない
安定したレーザ焼入れを行うことが可能になるという優
れた効果がもたらされる。
【図１】この発明に係わるレーザ焼入れ装置の実施態様
による概略構成を示す説明図である。
による概略構成を示す説明図である。
【図２】従来のレーザ焼入れ装置の概略構成図を示す説
明図である。
明図である。
【図３】従来のレーザ光の偏光効果を活用したレーザ焼
入れ装置の概略構成を示す説明図である。
入れ装置の概略構成を示す説明図である。
１ レーザ焼入れ装置
３ レーザ光
４ 反射鏡（光学系）
５ 凹面鏡（光学系）
６ 凹面鏡（光学系）
７ 被加工部材
１１ シールドガス供給用ガスノズル１２ 乱流防
止機構 １３ シールドガス
止機構 １３ シールドガス
Claims (1)
- 【請求項１】 被加工部材の表面にレーザ光を照射す
ると共に前記被加工部材の表面にシールドガスを供給し
てレーザ焼入れを行うレーザ焼入れ装置において、ビー
ム形状を成形した直線偏光のレーザ光の偏光方向を入射
面に対して平行に照射する光学系を備えると共に、先端
側にシールドガスの乱流防止機構を設けたシールドガス
供給用ガスノズルを備えたことを特徴とするレーザ焼入
れ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13651591A JPH04362119A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | レーザ焼入れ装置 |
| US07/892,886 US5313042A (en) | 1991-06-07 | 1992-06-03 | Laser hardening device |
| DE4218903A DE4218903C2 (de) | 1991-06-07 | 1992-06-09 | Laser-Härtungsvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13651591A JPH04362119A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | レーザ焼入れ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362119A true JPH04362119A (ja) | 1992-12-15 |
Family
ID=15176983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13651591A Pending JPH04362119A (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | レーザ焼入れ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04362119A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012091198A (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Toshiba Corp | レーザ加工装置およびその加工方法 |
| JP2024511694A (ja) * | 2021-02-02 | 2024-03-15 | グロツ・ベッケルト コマンディートゲゼルシャフト | カードワイヤのレーザー硬化法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5763625A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-17 | Mitsubishi Electric Corp | Heat treatment device for surface using laser |
| JPH02122016A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Brother Ind Ltd | レーザ光による溝部焼入装置 |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP13651591A patent/JPH04362119A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5763625A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-17 | Mitsubishi Electric Corp | Heat treatment device for surface using laser |
| JPH02122016A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Brother Ind Ltd | レーザ光による溝部焼入装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012091198A (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Toshiba Corp | レーザ加工装置およびその加工方法 |
| JP2024511694A (ja) * | 2021-02-02 | 2024-03-15 | グロツ・ベッケルト コマンディートゲゼルシャフト | カードワイヤのレーザー硬化法 |
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