JPH0774372B2 - レ−ザ焼入れ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はレーザビームを使用して軸や筒状体などのワ
ークを環状に焼入れするレーザ焼入れ方法に関する。

従来の技術 従来レーザビームを使用して軸や筒状体などを環状に焼
入れする場合、第10図に示すようにワークａを回転させ
ながらワークａの焼入れ個所にレーザビームｂを当てて
ワークａを焼入れする方法や、第11図に示すようにワー
クａの内側に設けた反射鏡ｃを回転させて、ワークａの
内周面に沿つてレーザビームｂを振りながらワークａを
焼入れする方法が一般に採用されている。

しかし何れの方法も、レーザビームｂの照射開始点や終
了点及びこれに隣接する硬化帯境界部に焼戻しによる軟
化層が発生し、この部分の耐摩耗性や耐ピツチング疲労
限界が低下するなどの不具合が発生する。

上記不具合を解消する方法として第12図に示すようなト
ーリツク集光ミラーｄや第13図に示すようにコーン状集
光ミラーｅを用いて環状のレーザビームｂをワークａに
向けて反射する方法も提案されている。

発明が解決しようとする問題点 しかし上記方法によれば焼戻しによる軟化層の生成は防
止できるが、レーザビームｂの発生に不安定共振器しか
使用できないことから、使用に制限を受けると共に、ワ
ーク毎に焦点距離などを変えたトーリツク集光ミラーｄ
やコーン状集光ミラーｅを予め複数個用意しなければな
らないと共に、凹球面状の反射面を有するこれらミラー
は何れも高価であるなどの不具合があつた。

この発明は上記従来の不具合を改善するためになされた
もので、高価なトーリツク集光ミラーのような光学系を
使用することなくワークを均一に焼入れできるレーザ焼
入れ方法を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段及び作用 この発明は上記目的を達成するために、レーザ発生装置
で発生されたレーザビームを、回転中心に直角な面に対
してある角度傾斜され、かつ回転駆動源により高速で回
転される凹面鏡よりなる反射型偏光手段へ照射して、こ
の偏光手段によりレーザビームを環状に振りながらワー
クへ環状に照射することにより、ワークを環状に焼入れ
するようにしたもので、高価な光学系を必要とせずにワ
ークの焼入れが可能になると共に、反射型偏光手段の採
用により、偏光手段の中心を支持して高速回転が可能な
ため、照射ムラなどによる焼ムラのない均一な焼入れが
可能になる。

実 施 例 この発明の一実施例を第１図及び第２図を参照して詳述
すると、図において１は内面の一部を環状に焼入れする
筒状のワークで、このワーク１の内部中央には上部が円
錐状となつたコーン状ミラー２が設置されている。上記
コーン状ミラー２の上方には、ワーク１の軸線上に位置
して凹面鏡３が設けられている。

上記凹面鏡３は図示しないレーザ発生装置より発生され
たレーザビーム４を上記コーン状ミラー２に向けて偏向
するもので、レーザビーム４の径の２倍以上のものが用
いられると共に、反射面3a側は、ｌθ＝ｄとなるように
基準面３′に対して角度θ傾斜されている。

なおｌは凹面鏡３からコーン状ミラー２までの距離、ｄ
は環状ビーム径である。

また上記凹面鏡３の背面には上記基準面３′と直角な方
向に回転軸5aを有するエアモータなどの回転駆動源５が
接続されていて、凹面鏡３を6000〜12000rpmの高速で回
転するようになつている。

次にワーク１の焼入れ方法を説明すると、レーザ発生装
置より発生されたレーザビーム４は、回転駆動源５によ
り高速で回転される凹面鏡３で、コーン状ミラー２側へ
偏向されると共に、さらにコーン状ミラー２の反射面2a
でワーク１内周面へ反射され、ワーク１へ照射される。

また上記レーザビーム４の照射点は、凹面鏡３の回転に
伴いワーク１の内周面を高速回転し、これによつてはじ
めに照射された部分の温度が低下する前に次の照射が行
なわれるため、焼戻しによる軟化層を発生させることな
くワーク１の内周を環状に焼入れすることができるよう
になる。

なおはじめにレーザビーム４が照射されてから次のビー
ム４が照射されるまでの時間は５〜10msec以内である。
またワーク１の焼入れ幅Ｄはレーザ焼入れに必要な硬さ
やワーク１の焼入れ性を考慮して決定するものである
が、通常は0.5〜5mm程度である。

一方第３図はワーク１が軸の場合の焼入れ方法である
が、この場合２組の環状平面鏡６を適当な間隔で配置し
て、コーン状ミラー２で反射されたレーザビーム４をワ
ーク１の外周面へ向けて反射させればよい。

さらに第４図及び第５図は光軸10′より偏心した位置を
回転中心として集光レンズ10を回転させることによりレ
ーザビーム４の環状照射を可能にした参考例を示すもの
で、次にこれを説明すると、上記集光レンズ10は第６図
に示すようにレンズ筒11にベアリング12を介して回転自
在に取付けられたレンズホルダ13に、光軸10′が回転中
心13′よりε偏心した位置に取付けられている。上記レ
ンズホルダ13はベルトなどの動力伝達手段14により回転
しないモータなどの回転駆動源（図示せず）に接続され
ていて、この回転駆動源により100rpm以上の高速で矢印
方向（第７図参照）へ回転されると共に、レンズホルダ
13の下面には冷却フイン15が突設されていて、放熱効果
を高めることにより、集光レンズ10が熱によつて歪んだ
り、寿命が低下するのを防止している。

次に上記焼入れ装置によるレーザ焼入れ方法を説明する
と、回転駆動源により高速回転される集光レンズ10に達
した第４図の４′に示すような強度分布を有するレーザ
光は、集光レンズ10により偏光されて、第８図に示す噴
射ノズルのようなワーク１の内面に達し、照射点がワー
ク１の内面に沿つて回転し、ワーク１を環状に焼入れす
る。この場合も上記実施例同様はじめにレーザビーム４
が照射された部分の温度が低下する前に次のビーム４が
達するため、焼戻しによる軟化層の発生が防止できる
が、集光レンズ10を回転させる場合、集光レンズ10の外
周部を支持するレンズホルダ13を回転させなければなら
ないため、回転機構が複雑になると共に、レンズホルダ
13の回転精度が悪いと、ワーク１上で照射ムラが発生し
て、均一な焼入れができなくなる虞がある。

また同様な方法で第９図に示すようなリリーフ弁14等の
バルブシート14aの焼入れも可能である。

発明の効果 この発明は以上詳述したように、レーザ発生装置で発生
されたレーザビームを、回転中心に直角な面に対してあ
る角度傾斜され、かつ回転駆動源により高速で回転され
る凹面鏡よりなる反射型偏光手段へ照射して、この偏光
手段によりレーザビームを環状に振りながらワークへ環
状に照射することにより、ワークを環状に焼入れするよ
うにしたことから、トーリック集光ミラーのような高価
な光学系を使用せずにワークの焼入れが可能になると共
に、照射開始点や終点及びこれらに隣接する硬化境界に
焼戻しによる軟化層が発生することがないため、焼入れ
品質が大幅に向上する。

また凹面鏡より反射されたレーザビームはある一定の幅
を持ってワークに達し、ワークを一定の幅で連続的に焼
入れすることができるため、ワークを線状に走査して焼
入れする場合に比べて短時間で広範囲の焼入れが可能と
なり、生産性が大幅に向上すると共に、凹面鏡の傾きに
よって焼入れ幅が任意に選択できるため、ワークの材質
や形状に応じて焼入れ幅を適確に設定できる効果もあ
る。

さらに凹面鏡の採用により、凹面鏡の中心を支持して凹
面鏡を高速で回転させることができるため、精度の高い
回転が可能となり、これによってワーク上において照射
ムラが発生することがないため、均一な焼入れが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法に用いるレーザ焼入れ装置の一実
施例を示す概略図、第２図は第１図II円内の拡大図、第
３図は他の実施例を示す説明図、第４図ないし第９図は
参考例を示す説明図、第10図ないし第13図は従来の説明
図である。 １はワーク、４はレーザビーム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ発生装置で発生されたレーザビーム
   ４を、回転中心に直角な面に対してある角度傾斜され、
   かつ回転駆動源５により高速で回転される凹面鏡３より
   なる反射型偏光手段へ照射して、この偏光手段によりレ
   ーザビーム４を環状に振りながらワーク１へ環状に照射
   することにより、ワーク１を環状に焼入れすることを特
   徴とするレーザ焼入れ方法。
2. 【請求項２】偏光手段により環状に振られたレーザビー
   ム４を、筒状ワーク１内に位置させたコーン状ミラー２
   によりワーク１の内周面へ一定の幅Ｄで環状に反射させ
   ることにより、ワーク１内面を環状に焼入れしてなる請
   求項１記載のレーザ焼入れ方法。
3. 【請求項３】偏光手段により環状に振られたレーザビー
   ム４をコーン状ミラー２と複数の環状平面鏡６によりワ
   ーク１の外周面へ環状に反射させることにより、ワーク
   １の外周面を環状に焼入れしてなる請求項１記載のレー
   ザ焼入れ方法。