JPH07252521A - レーザ焼入れ方法 - Google Patents
レーザ焼入れ方法Info
- Publication number
- JPH07252521A JPH07252521A JP6064439A JP6443994A JPH07252521A JP H07252521 A JPH07252521 A JP H07252521A JP 6064439 A JP6064439 A JP 6064439A JP 6443994 A JP6443994 A JP 6443994A JP H07252521 A JPH07252521 A JP H07252521A
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- JP
- Japan
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- tubular
- laser beam
- cylindrical object
- laser
- diameter
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 管状又は円柱状物体外周面をレーザ焼入れす
る際、焼戻しによる軟化層形成を防止し、均一な焼入れ
層を形成する。 【構成】 ＣＯ2 レーザ発振器１よりレーザビーム２を
出射し、凹面シリンドリカルミラー５、平面インテグレ
ーションミラー６を介して管状又は円柱状物体３に照射
する。レーザビーム２の照射形状は、管状又は円柱状物
体３の回転方向の径を長手方向の径より大きくする。
る際、焼戻しによる軟化層形成を防止し、均一な焼入れ
層を形成する。 【構成】 ＣＯ2 レーザ発振器１よりレーザビーム２を
出射し、凹面シリンドリカルミラー５、平面インテグレ
ーションミラー６を介して管状又は円柱状物体３に照射
する。レーザビーム２の照射形状は、管状又は円柱状物
体３の回転方向の径を長手方向の径より大きくする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は各種回転軸等、管状又は
円柱状物体外周面のレーザビームを用いた焼入れ方法に
関する。
円柱状物体外周面のレーザビームを用いた焼入れ方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】管状又は円柱状物体表面を焼入れする場
合、集光したレーザビームを軸に対し回転する管状又は
円柱状物体表面に照射することによりレーザビーム径と
同等幅の焼入れ硬化層を得る方法が一般的に用いられて
いる。あるいは、管状又は円柱状物体を軸に対し低速で
回転させながら同時に長手方向に走査し集光したレーザ
ビームを順次照射することで管状又は円柱状物体表層に
螺旋状の焼入れ層を得る方法が用いられている。図４に
螺旋状焼入れ層を得る光学系の構成を示す。
合、集光したレーザビームを軸に対し回転する管状又は
円柱状物体表面に照射することによりレーザビーム径と
同等幅の焼入れ硬化層を得る方法が一般的に用いられて
いる。あるいは、管状又は円柱状物体を軸に対し低速で
回転させながら同時に長手方向に走査し集光したレーザ
ビームを順次照射することで管状又は円柱状物体表層に
螺旋状の焼入れ層を得る方法が用いられている。図４に
螺旋状焼入れ層を得る光学系の構成を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法は、双方と
もレーザビームが一度照射され、焼入れ、硬化した部分
あるいはその近傍に再度レーザビームが照射されるた
め、再加熱による熱影響により焼戻されて軟化層を生じ
てしまい、長手方向に均一に連続した焼入れ層が得られ
ないという欠点があった。図２（ａ）に螺旋状焼入れ層
が生じる従来法での被加工鋼材表面の温度推移を示す。
このように、従来法ではレーザビームによる加熱、昇温
で変態点ＴAc1 まで達した後、臨界冷却速度以上の冷却
速度で冷却されず、ＴMsに達する前に再加熱され、焼戻
し層が生じる原因となっている。
もレーザビームが一度照射され、焼入れ、硬化した部分
あるいはその近傍に再度レーザビームが照射されるた
め、再加熱による熱影響により焼戻されて軟化層を生じ
てしまい、長手方向に均一に連続した焼入れ層が得られ
ないという欠点があった。図２（ａ）に螺旋状焼入れ層
が生じる従来法での被加工鋼材表面の温度推移を示す。
このように、従来法ではレーザビームによる加熱、昇温
で変態点ＴAc1 まで達した後、臨界冷却速度以上の冷却
速度で冷却されず、ＴMsに達する前に再加熱され、焼戻
し層が生じる原因となっている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、管状又は円柱
状物体外周面のレーザを用いた焼入れ方法において、管
状又は円柱状物体に照射されるレーザビームの回転方向
の径が長手方向の径より大きい事を特徴とするレーザ焼
入れ方法である。前記回転方向の径と長手方向の径の比
は２以上とすることが好ましい。
状物体外周面のレーザを用いた焼入れ方法において、管
状又は円柱状物体に照射されるレーザビームの回転方向
の径が長手方向の径より大きい事を特徴とするレーザ焼
入れ方法である。前記回転方向の径と長手方向の径の比
は２以上とすることが好ましい。
【０００５】
【作用】本発明は再加熱を管状又は円柱状物体温度が変
態点ＴAc1 以上に滞留している間に行い、焼戻し層が生
じる原因を排除する。
態点ＴAc1 以上に滞留している間に行い、焼戻し層が生
じる原因を排除する。
【０００６】焼入れに必要な１０３Ｗ／ｃｍ2 以上の高
エネルギー密度となるようレーザビームを集光する。回
転方向のビーム径は、数回転後までのレーザビーム照射
の入熱による上昇温度を保持し管状又は円柱状物体外周
面が一様にＴAc1 以上に達することができる長さとす
る。長手方向のビーム径は、一回転後のレーザビーム照
射の入熱による上昇温度を保持し、レーザ照射による加
熱部分が回転ピッチ分だけ長手方向にずれた時に隣り合
う加熱部分が互いに途切れずにＴAc1 以上を保持し、こ
の温度域が連続するような長さとする。
エネルギー密度となるようレーザビームを集光する。回
転方向のビーム径は、数回転後までのレーザビーム照射
の入熱による上昇温度を保持し管状又は円柱状物体外周
面が一様にＴAc1 以上に達することができる長さとす
る。長手方向のビーム径は、一回転後のレーザビーム照
射の入熱による上昇温度を保持し、レーザ照射による加
熱部分が回転ピッチ分だけ長手方向にずれた時に隣り合
う加熱部分が互いに途切れずにＴAc1 以上を保持し、こ
の温度域が連続するような長さとする。
【０００７】図３に管状又は円柱状物体表面の回転方向
及び長手方向の熱履歴を示す。レーザ照射部分が１回転
前のレーザビーム照射の入熱による上昇温度を保持し、
数回転後に総積算した温度がＴAc1 以上まで昇温するよ
うに比較的高速に回転することにより、擬似的に管状材
の外周表面に全方向から同時にレーザビームを照射す
る。さらに、相対的にレーザビームを管状又は円柱状物
体に対し長手方向に送り、自己冷却あるいは外部からの
強制的な冷却により臨界冷却速度以上の冷却速度でＴMs
まで急冷却されるような送り速度をあたえ管状又は円柱
状物体表層の熱履歴をコントロールすることにより大面
積にレーザビームを照射して焼入れする。これにより管
状又は円柱状物体表層に対して焼戻しによる軟化層の無
い焼入れ層のみの均一な硬化層を形成する。
及び長手方向の熱履歴を示す。レーザ照射部分が１回転
前のレーザビーム照射の入熱による上昇温度を保持し、
数回転後に総積算した温度がＴAc1 以上まで昇温するよ
うに比較的高速に回転することにより、擬似的に管状材
の外周表面に全方向から同時にレーザビームを照射す
る。さらに、相対的にレーザビームを管状又は円柱状物
体に対し長手方向に送り、自己冷却あるいは外部からの
強制的な冷却により臨界冷却速度以上の冷却速度でＴMs
まで急冷却されるような送り速度をあたえ管状又は円柱
状物体表層の熱履歴をコントロールすることにより大面
積にレーザビームを照射して焼入れする。これにより管
状又は円柱状物体表層に対して焼戻しによる軟化層の無
い焼入れ層のみの均一な硬化層を形成する。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。
ら説明する。
【０００９】図１に実施例に用いた装置を示す。１５ｋ
ＷのＣＯ2 レーザ発振器１から出射されたφ７０ｍｍの
リングモードのレーザビーム２をｆ＝１２４０ｍｍの凹
面シリンドリカルミラー５と平面インテグレーションミ
ラー６で構成される光学系に入射し、凹面シリンドリカ
ルミラー５によって１方向に集光して焦点位置において
長さ５０ｍｍの線状ビームを得た。平面インテグレーシ
ョンミラー６は各々のセグメントミラーを任意の方向に
傾けることでレーザビームの反射方向を自由に変化させ
固定することができ、レーザビームの加工物上でのエネ
ルギー強度分布を平滑化し、焼入れ層の深さ及び形状を
制御するために使用する。
ＷのＣＯ2 レーザ発振器１から出射されたφ７０ｍｍの
リングモードのレーザビーム２をｆ＝１２４０ｍｍの凹
面シリンドリカルミラー５と平面インテグレーションミ
ラー６で構成される光学系に入射し、凹面シリンドリカ
ルミラー５によって１方向に集光して焦点位置において
長さ５０ｍｍの線状ビームを得た。平面インテグレーシ
ョンミラー６は各々のセグメントミラーを任意の方向に
傾けることでレーザビームの反射方向を自由に変化させ
固定することができ、レーザビームの加工物上でのエネ
ルギー強度分布を平滑化し、焼入れ層の深さ及び形状を
制御するために使用する。
【００１０】以上のようにして得られた集光ビームサイ
ズは３ｍｍ×５０ｍｍで、レーザ出力１５ｋＷにおいて
１０４Ｗ／ｃｍ2 の高エネルギー密度に集光した線状ビ
ームを得ることができた。図３に示すように、集光した
レーザビーム２の長さ方向と管状又は円柱状物体３の長
手方向が互いに垂直となるように配置した。管状又は円
柱状物体３の表面にはレーザビーム２の反射を抑え、管
状又は円柱状物体３への入熱量の低下を防止するため反
射防止材をあらかじめ塗布しておいた。この位置におい
てφ５０ｍｍ、長さｌ＝２００ｍｍの管状又は円柱状物
体３を２８０ｒｐｍ以上の高速に回転しながら管状又は
円柱状物体３の半円周面に上記形状の線状ビームを照射
した。管状又は円柱状物体３の回転と同時に長手方向に
送り速度１．５ｍ／ｍｉｎ以上の速度で走査し、レーザ
照射直後に臨界冷却速度以上の冷却速度を得る為に冷却
が必要であれば冷却材を吹き付けることで管状又は円柱
状物体３への入熱量及び熱履歴をコントロールした。こ
のようにレーザ照射による加熱部分、非加熱部分の温度
分布については管状又は円柱状物体３を高速に回転する
事によって目的の焼入れ部分全体を均一に加熱し、所定
の変態温度に到達後長手方向に管状又は円柱状物体３を
送り、管状又は円柱状物体３内部との温度差による自己
冷却、又は外部からの冷却材吹き付けによって管状又は
円柱状物体３に均一な無限大の長さに相当する大表面の
焼入れ層を得た。
ズは３ｍｍ×５０ｍｍで、レーザ出力１５ｋＷにおいて
１０４Ｗ／ｃｍ2 の高エネルギー密度に集光した線状ビ
ームを得ることができた。図３に示すように、集光した
レーザビーム２の長さ方向と管状又は円柱状物体３の長
手方向が互いに垂直となるように配置した。管状又は円
柱状物体３の表面にはレーザビーム２の反射を抑え、管
状又は円柱状物体３への入熱量の低下を防止するため反
射防止材をあらかじめ塗布しておいた。この位置におい
てφ５０ｍｍ、長さｌ＝２００ｍｍの管状又は円柱状物
体３を２８０ｒｐｍ以上の高速に回転しながら管状又は
円柱状物体３の半円周面に上記形状の線状ビームを照射
した。管状又は円柱状物体３の回転と同時に長手方向に
送り速度１．５ｍ／ｍｉｎ以上の速度で走査し、レーザ
照射直後に臨界冷却速度以上の冷却速度を得る為に冷却
が必要であれば冷却材を吹き付けることで管状又は円柱
状物体３への入熱量及び熱履歴をコントロールした。こ
のようにレーザ照射による加熱部分、非加熱部分の温度
分布については管状又は円柱状物体３を高速に回転する
事によって目的の焼入れ部分全体を均一に加熱し、所定
の変態温度に到達後長手方向に管状又は円柱状物体３を
送り、管状又は円柱状物体３内部との温度差による自己
冷却、又は外部からの冷却材吹き付けによって管状又は
円柱状物体３に均一な無限大の長さに相当する大表面の
焼入れ層を得た。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、従来よりも管状又は円
柱状物体表面の広い面積に焼入れ層を形成することがで
きる。あるいはレーザビームの複数回照射による再加熱
が原因で生じる焼戻しによる軟化層のない均一な焼入れ
層を従来よりも広範囲にわたり効率的に処理する事がで
きる。これにより回転軸あるいは往復褶動部の耐摩耗特
性が向上する効果がある。
柱状物体表面の広い面積に焼入れ層を形成することがで
きる。あるいはレーザビームの複数回照射による再加熱
が原因で生じる焼戻しによる軟化層のない均一な焼入れ
層を従来よりも広範囲にわたり効率的に処理する事がで
きる。これにより回転軸あるいは往復褶動部の耐摩耗特
性が向上する効果がある。
【図１】本発明を実施するために用いる装置の例を示す
図である。
図である。
【図２】従来法と本発明法における管状又は円柱状物体
表面の温度推移を比較して示す図である。
表面の温度推移を比較して示す図である。
【図３】レーザ照射中の管状又は円柱状物体表面の温度
分布を示す図である。
分布を示す図である。
【図４】従来の管状又は円柱状物体に対するレーザ照射
方法を示す図である。
方法を示す図である。
１ ＣＯ2 レーザ発振器 ２ レーザビーム ３ 管状又は円柱状物体 ４ ベンドミラー ５ 凹面シリンドリカルミラー ６ 平面インテグレーションミラー
Claims (2)
- 【請求項１】 管状又は円柱状物体外周面のレーザを用
いた焼入れ方法において、管状又は円柱状物体に照射さ
れるレーザビームの回転方向の径が長手方向の径より大
きい事を特徴とするレーザ焼入れ方法。 - 【請求項２】 前記回転方向の径と長手方向の径の比が
２以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザ焼
入れ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6064439A JPH07252521A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | レーザ焼入れ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6064439A JPH07252521A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | レーザ焼入れ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07252521A true JPH07252521A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=13258322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6064439A Withdrawn JPH07252521A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | レーザ焼入れ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07252521A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004063217A (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Matsushita Electric Works Ltd | 密封リレーの封止方法及び封止構造とその装置 |
| JP2007327105A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Jtekt Corp | レーザ熱処理方法及びその装置 |
| JP2010013710A (ja) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Jtekt Corp | 熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機 |
| DE102017220092A1 (de) | 2016-11-16 | 2018-05-17 | Okuma Corporation | Bearbeitungsvorrichtung und Bearbeitungsverfahren |
| JP2023012338A (ja) * | 2021-07-13 | 2023-01-25 | 住友重機械工業株式会社 | 熱処理方法 |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP6064439A patent/JPH07252521A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004063217A (ja) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Matsushita Electric Works Ltd | 密封リレーの封止方法及び封止構造とその装置 |
| JP2007327105A (ja) * | 2006-06-08 | 2007-12-20 | Jtekt Corp | レーザ熱処理方法及びその装置 |
| JP2010013710A (ja) * | 2008-07-04 | 2010-01-21 | Jtekt Corp | 熱処理装置、熱処理方法、及び、複合加工機 |
| DE102017220092A1 (de) | 2016-11-16 | 2018-05-17 | Okuma Corporation | Bearbeitungsvorrichtung und Bearbeitungsverfahren |
| JP2023012338A (ja) * | 2021-07-13 | 2023-01-25 | 住友重機械工業株式会社 | 熱処理方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |