JPS5893811A

JPS5893811A - レ−ザ加熱方法

Info

Publication number: JPS5893811A
Application number: JP56191368A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Suzuki; 隆敏鈴木; Hideo Tachikawa; 英男太刀川; Shigeo Moriyama; 守山　重雄
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1981-11-27
Filing date: 1981-11-27
Publication date: 1983-06-03
Also published as: JPS639004B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、金属等の材料にレーザを照射して加熱１行な
う加熱方法に関するものである。

従来よｐ、レーザ照射による加熱方法としては、被加工
材料表面がレーザ光を反射−してしまい被加工材料の加
熱所望部分が十分に加熱されないので、予め加熱すべ電
波加工材料の表面にレーザ吸収物質の層を形成してレー
ザ、照射加熱処理を行なう方法が取られている。その被
覆物質として、現在、粉末黒鉛、切屑酸化物、リン酸樵
尋が実用に供されている。その中でも、リン酸塩は、特
に脚酸ガスレーザ啜収率が高く、化成処理によシ金属（
％に鉄）表面に比較的均一なリン酸塩被膜を生成させる
ことが可能である次め、広く実用に供されている。

ところが、上記リン酸塩におっても、レーザ吸収率は禾
だ満足できるものではなく、ｔた、化成処理に依るため
に工程が複雑で管理が難しい等技術的に関門が多く、更
に鉄等の金属表面を腐食する等の欠点を有する。

そこで、発明者らは、レーザ吸収率が極めてよく、しか
も工程が簡単で被加工材料の加熱所望部分表面ｔ−嘴食
しない被覆物質を被加工材料表面に形成し、効率のよい
レーザ加熱処理を行なうことを目的として研究を重ね、
本発明２ｉすに至ったのである。

即ち、本発明のレーザ加熱方法は、加熱すべき被加工材
の表面に、予め珪酸ソーダの被覆層を形成して、然る後
に、被加工材の加熱所望部分圧し−ザを、照射するとと
ｔ−特徴とするものである。

本発明に依れば、珪酸ソーダが非常に高いレーザ吸収能
を有するので、所望する局部的加熱を効率よく行うこと
ができる。

本発明に於いて、被加工材は、金属の他プラスチック、
セラミックス等がある。被覆層がレーザを吸収すること
に依つて、被加工材の表面の熱効率の向上が見られる材
料であれば総て適用しつる。

また、本発明は、焼入れ、焼戻しのほか、金属、プラス
チック、セラミックス等を加熱する種４の加熱処理方ｔ
ｋＫ利用でをる。

また、本発明に於いて用いる被覆物質九るケイ酸ソーダ
は、酸化ナトリウム（Ｎａ、　Ｏ）と酸化珪素（８１０
ｍ　）とから成るものであり、通常水ガラスと言われて
いる。水ガラスには、Ｊ工Ｓ規格に依って（−５ｌｏｔ
／１ｉＪ１１Ｑのモル比ｎにより、１号（ｎ−１１１，
２号（ｎ■Ｒ５）、８号（ｎ−ＩＬＩ）Ｊ等の種類があ
るが、いずれのものであっても本発明の効果ｔ−発揮す
る。

また、本発明に放ける被覆層の厚さは、少なくとも１μ
ｍ以上あればよい。レーザＯ照射条件、被加工材の材質
、被覆材料等により異なるが、被覆層の厚さが余り薄過
ぎると被加工材料表面に於けるレーザの反射の割合が多
く成り十分にレーザを吸収することができない。また、
逆に被覆層の厚さが５００μｍ以上に成ると被覆層に於
いてレーザを吸収する過程で、被覆層に多くの熱量を奪
われ被加工材表面に於ける熱効率が低下する恐れがある
。

また、本発明に於いて、被覆層を形成するに際しては、
珪酸ソーダの水溶液中に被加工材料を浸漬すること、被
加工材料表面にスプレー、はけ塗９等により塗布するこ
とによシ行ない、被加工材加熱部分表面に均一に塗布す
る。これは、被覆層表面が均一でない場合には、該表面
にレーザを照射した際に表面の不均一な部分に於いてそ
の割合に応じて乱反射する割合が多く成り、レーザ吸収
率が悪いからである。

また、被加工材へのレーザ照射は、上記の如く塗布し九
水溶液が乾燥してから行なうのが好ましく、乾燥前にレ
ーザ照射を行うと水分の蒸発が多くなり熱効率が悪くな
る。

以上の構成に依り、本発明のレーザ加熱方法は、被覆物
質として用いる珪酸ソーダが非常に高いレーザ吸収能を
有するので、その所望する被加工材加熱部分の熱効率が
大賢艮い。

ま九、５被覆物質、たる珪酸ソーダはアルカリ性の液体
でろるので、被加工材の被覆表面が浸食されることなく
、浸漬くスプレー或いははけ！１１９等に依り被覆した
後に乾燥させレーザ照射を行なえばよいので、工程を単
純にすることができ、簡便に加熱処理を行なうことがで
きる。

また、形状の複雑１被加工材にも簡単に被覆層・を形成
することができる。

尚、本発明に於いて社、上記水ガラスにマイカ、珪酸、
カーボンブラック等の粉条ｔ−混合して被覆Ｆ＠を形成
することもで櫃る。この場合には、熱処理後に於けるこ
の被覆層の除去が容易である。

以下、本発明の実施例を示す。

実施例り板厚５ｍ１１１の８ＫＢ＄１−被加工材とし、これを珪
酸ソーダ！！θ％と水８０％から成る水ガラスの中Ｖｃ
ｆ！に潰した後、これを取り出し、大気中で乾燥するこ
とにより、珪酸ソーダの被覆層を生成させ友。

該被覆層の厚さは５μｍであった。然る後、該被覆部に
、次酸ガスレーザを出力ｓｏｏｗ、ビーム径８φ、試料
送り速度５０ｆｆ／８ｅｏで照射した。

これにより、被加工材には、幅１１ｇ、深さα８ｎの焼
入れ妙化部が得られた。該硬化部の硬さは、約Ｅｖ　＝
　９００でおシ、十分焼入れが成されていた。被加工材
の焼入れ硬化部分の表面から深さ方向への硬さ分布を第
１図に、曲線１で示す。また、被加工材硬化部の焼入れ
断面部分の鴎徽鏡写真（倍率５０倍）を第２図に示す、
第２図に於いて、円孤状断面を呈する部分が焼入れされ
た部分である。

また、比較例として、日本パーカライジング製バーコリ
ューブライト（１Ｕ−１’ＡＭ）を用い、この液中和、
上記と同様の被加工材ｔ−９５’０にて１０ないし１６
分間浸漬し、リン酸塩の被覆層を生放させた。次いで、
この被加工材に上記と同様の条件で脚酸ガスレーザ金照
射し九。これにより、被加工材には、＠Ｌ９１１Ｍ、深
さ０１１１１の焼入れ硬化部が得られた。該硬化部の硬
さは約ＨＹ　−８８０であった。該被加工材硬化部の表
面からの深さ方゛向への硬さ分布を第１図に、曲４１ｚ
で示す。また、尤の硬化部の焼入れ断面部分の顕ｗｌ鏡
写真（倍率５０倍）を第８図に示す、第８図に於いて、
′円孤状断面を呈する部分が焼入れされた部分である。

また、上記リン酸塩被覆層を形成した場合、上記水ガラ
スにより得られた硬化部の深さα８ｆｆと同じ深さを得
るには、試料の送り速度を８１１Ｉ／５ｅａ（他は同一
条件）という遅い速度にし危ければならなかった。ここ
に、試料送り速度が約半分であったことは、レーザによ
る入熱を約２倍要するということを意味する。即、ち、
上記水ガラスの場合に仲１、・試料送シ速度が５０１Ｍ
／　８ｅｏであったから、リン酸塩の場合よシも約し６
倍程レーザ吸収率が＾いことが分る。

以上より明らかの如く、珪酸ソーダ被覆層を形成せしめ
レーザを照射するレーザ加熱方法は、リン酸塩の被覆層
を形成せしめた場合よシ、工程が少なくかつ簡便である
上に、レーザ吸収率も非常によく、本発明の効果が顕著
であることが分る。

実施例２被覆量の異なる被覆層を形成し、レーザ照射を行ない、
焼入断面積の関係について測定した。

即ち、板厚５ＩｔＭの共析戻紫＃４（Ｓに５）ｔ−被加
工材とし、これを水ガラス中に浸漬した後、大気中で乾
燥することによシ珪酸ソーダの被覆層を生成させた。こ
の際、檎４の濃度の水ガラスを準備しておき、珪酸ソー
ダの被覆層の量が異なる各櫨試片を調製した。レーザ照
射は、該被覆層に戻酸ガスレーザ金出力９００　Ｗ、ビ
ーム径６φ、試料送９速度δ０寵／Ｓθ０で行なった。

被覆層の厚さによるレーザ吸収率を評価する為に、焼入
部の断面積の大小金評価した。これは、被覆層のレーザ
吸収率が高い程焼入部の体積が大きく放るからであり、
その焼入体積に比例関係にある焼入断面積全測定すれば
、レーザ吸収能の大きさを評価できるからである。被覆
層の重量と焼入断面積との関係を第４図に１曲線３で示
す。

尚、比較例として、被覆物質としてリン酸マンガン、マ
イカ（雲母）、酸化珪素（８１（ｈ　）、カーボンブラ
ックを用い、上記と同様の被加工材上にその被覆量を種
、４ＫＫえて被覆し、それぞれについて上記と同様のレ
ーザ照射加熱処理を行なった。ここに、マイカ、酸化珪
素、カーボンブラックは、粉末であるのでバインダとし
てポリビニールアルコール（ｐ、　Ｖ、　Ａ、　）水溶
液音用いて、両者の混合液金スプレーで噴霧し被加工材
に被覆した。

また、リン酸塩被覆層は、リン酸マンガンを化成処理に
よって生成させた。被覆量と焼入断面積との関係を第４
図に、リン酸マンガンの場合は曲線４、マイカの場合は
曲線も、酸化珪素の場合は曲線６、カーボンブラックの
場合は曲線フの各曲線で示した。

第４′図から明らかの如く、被覆層が水ガラスの場合に
は、特に被覆量がａｔ／ｖｌからＲｏｔ／ｄ（厚み２μ
ｍから！！８μＩＩ）Ｋ於いて他の被覆物質の場合より
も非常に高いレーザ吸収率を示していることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、珪酸ソーダおよびリン酸塩被覆層にレーザ照
射を行なった被加工材焼入部分の表面から深さ方向への
硬さ分布を示す図。第２図および第８図は、その焼入れ
断面部分の顧徽鏡写真（倍率５．ｔ１倍）、第４図は、
珪酸ソーダ、リン酸マンガン、マイカ、酸化珪素、カー
ボンブラックを被覆層とした場合のレーザ照射による被
覆量と燭入れ断面積との関係を示す図である。特許出願人株式会社　豊田中央研究所代理人弁理士１１１柵祥拳弁理士高橋克彦升城士杉本　勝第４ＴｉＪ被　　覆　　　量　（ｇｉｎり２）手続補正書（方式）％式％１、事件の表子　　　昭和６６年特許願第　１９１８８
８　　　号１発明の名称　　　Ｖ−ず加熱方法８、補正をする者事件との関係　　　特許出願人愛知県愛知郡長久手町大字長瀬字横道４１番地のｌＣ８
６０）株式会社豊田中央研究所代表取締役　小　松　　　　！４、代理人＆　補正命令の日付　　　昭和６７年８月６日（発送日
　昭和５？年３月１１０８）６、補正の対象　　明細書の「発明の詳細な説明」。ｒａｗｉｍの１単な説明」の― 十−補一事−４ ÷ｉ手吟割腎７　補正の内容】　明細書第６頁第１８行に、「断面部分の顕微鏡写真
」とあるな、「新面部分の金属組織の顕微簀写真」と補
正する。２　明細書第７頁第７行目に、「断面部分の顕微鏡写真
」とあるを、「断面部分の金属組織の顕微鏡写真」と補
正する。８　明細書第１０頁第７行目に、「断面部分の顕微鏡写
真」とあるを、「断面部分の金属組織のＩｉ１微鏡写真
」と補正する。以上

Claims

【特許請求の範囲】

加熱すべき被加工材の表面に、珪酸ソーダの被覆層を形
成し、然る後被加工材の加熱所望部分にレーザを照射す
ることを特徴とするレーザ加熱方法。