JP6132386B2 - 軸状部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、クランクシャフトやカムシャフト等の軸状部材の製造方法に関し、特に軸部及び該軸部と大径部の接続部となるフィレットＲ部にレーザビームを照射して焼入れする軸状部材の製造方法に関する。

例えば、エンジン等に用いられるクランクシャフトは、図１２に示すように、軸部となるジャーナル１０２とクランクピン１０４とが拡径部となるカウンタウェブ１０６を介して交互に配置され、ジャーナル１０２の軸線ＪＬとクランクピン１０４の軸線ＰＬが互いに偏芯している。

カウンタウェブ１０６との接続部となるジャーナル１０２の両端に円弧状のフィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂが形成される。また、カウンタウェブ１０６との接続部となるクランピン１０４の両端にフィレットＲ部１０５ａ、１０５ｂが形成される。この両端部に形成されるフィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂを含むジャーナル１０２、及びフィレットＲ部１０５ａ、１０５ｂを含むクランクピン１０４にレーザビームを照射して焼入れすることによりクランクシャフト１０１の曲げ強度を高める方法が開発されている。

このレーザビームの照射によるジャーナル１０２及びその両端の各フィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂの焼入れ方法は、例えば図１０に概要を模式的に示すように、回転駆動手段１１１によって軸線ＪＬの軸回りにクランクシャフト１０１を回転し、レーザ照射手段１１２からのレーザビームＢを一方のフィレットＲ部１０３ａから他方のフィレットＲ部１０３ｂに亘る軸方向の振幅で直線状に往復する走査パターンで照射して焼入れする。図１１は、この走査パターンによるジャーナル１０２及びフィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂに施される焼入れ軌跡Ｑの展開図である。

しかし、各ジャーナル１０２の両端に形成されるフィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂに隣接して大きな熱容量のカウンタウェブ１０６を有することから、フィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂにレーザビームＢを照射して入熱する際に、その熱がカウンタウェブ１０６側に拡散してフィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂが十分に加熱されずに焼入れ不足が発生することがある。また、フィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂの照射にあたりビームＢの照射角度が浅くなりエネルギの吸収率が低下することも入熱不足の要因となる。

一方、各フィレットＲ部１０３ａ、１０３ｂを十分に加熱しようとすると、ジャーナル１０２が過剰に加熱されてクランクシャフト１０１に歪みや割れが発生する要因となる。

同様に、クランクピン１０４及びその両端のフィレットＲ部１０５ａ、１０５ｂの焼入れは、クランクピン１０４の軸線ＰＬの軸回りにクランクシャフト１を回転し、レーザビームＢをフィレットＲ部１０５ａからフィレットＲ１０５ｂに亘る軸方向に振幅する往復動の走査パターンで照射して行われる。この場合にでも、フィレットＲ部１０５ａ、１０５ｂに隣接して形成される大きな熱容量のカウンタウェブ１０６によって熱が周囲に拡散して同様の不具合が懸念される。

この対策として、特許文献１には、ジャーナルやクランクピンの軸部に対してフィレットＲ部に付与する熱量を、レーザビームの照射出力、照射時間、走査速度及び回転速度等を変化させて増大する方法が開示されている。

特開２００４−８４９３１号公報

上記特許文献１によると、レーザビームの照射出力等を変化させることによってフィレットＲ部に付与する熱量が調整できる。しかし、軸方向に往復走査するレーザビームがフィレットＲ部を照射するタイミングで熱量を増大させると、フィレットＲ部にスポット的に大きな熱量が入熱されてフィレットＲ部に不連続な焼入れが施される。これにより、フィレットＲ部の焼入れ強度が周方向において不均一となり所期のクランクシャフトの曲げ強度や耐摩耗性が達成できないことがある。

また、フィレットＲ部においてスポット的に温度が上昇して該部に焼け等が発生してクランクシャフトの品質低下を誘発するおそれがある。更に、レーザの照射出力、照射時間、走査速度や回転速度等の制御は極めて厄介で、作業性の低下や焼入れ品質の低下が懸念される。

また、同様のレーザ焼入れによる不具合は、クランクシャフトに限らず、軸部と大径部との接続部にフィレットＲ部を有するカム軸等の軸状部材においても懸念される。

従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、簡単な構成で生産性に優れると共に安定した高品質の焼入れが得られる軸状部材の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載の軸状部材の製造方法は、軸部の端部にフィレットＲ部を介して大径部が連続する軸状部材とレーザ照射手段とを軸回りに相対回転させながら、前記レーザ照射手段からのレーザビームを前記フィレットＲ部及び前記軸部に照射して焼入れする軸状部材の製造方法であって、前記レーザ照射手段から前記フィレットＲ部に対し相対回転方向に沿って走査するフィレットＲ部走査行程と、前記軸部に対し該軸部の軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを連続して繰り返す走査パターンで前記フィレットＲ部及び前記軸部にレーザ照射して焼入れし、繰り返される各フィレットＲ部走査行程による前記フィレットＲ部のレーザ焼入れ軌跡が連続的であることを特徴とする。

これによると、熱容量が大きな大径部が隣接して配置されるフィレットＲ部に対し、フィレットＲ部走査行程において周方向に連続的にレーザ照射手段からレーザビームが照射されて入熱され、比較的出力が抑制されたレーザビームであっても十分に加熱されてフィレットＲ部に所望の焼入れ層が確保できる。一方、軸部においてはレーザビームの照射による過剰の入熱が抑制されて軸状部材の変形や割れの発生が回避されて高品質の焼入れが得られる。

また、軸状部材とレーザ照射手段とを軸回りに相対回転させながらレーザビームをフィレットＲ部に対して相対回転方向に沿って走査するフィレットＲ部走査行程と軸部に対し軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを連続して繰り返す走査パターンでフィレットＲ部及び軸部にレーザ照射する簡単な構成で優れた生産性がえられる。

また、各フィレットＲ部走査行程によるフィレットＲ部のレーザ焼入れ軌跡が連続的に形成されて、フィレットＲ部に連続した均一な焼入れ層が確保できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の軸状部材の製造方法において、前記走査パターンが、前記フィレットＲ部に対して相対回転方向に沿って走査する前記フィレットＲ部走査行程と、前記軸部に対して軸方向に沿って走査する前記軸部走査行程とを有するＴ字形状であることを特徴とする。

これによると、フィレットＲ部走査行程でフィレットＲ部に周方向に延在する焼入れ層が確保できると共に、軸部においては軸部走査行程による過剰の入熱が抑制されて高品質の焼入れが得られる。

請求項３に記載の発明による軸状部材の製造方法は、軸部の両端にフィレットＲ部を介して大径部が連続する軸状部材とレーザ照射手段とを軸回りに相対回転させながら、レーザ照射手段からのレーザビームを両端のフィレットＲ部及び前記軸部に照射して焼入れする軸状部材の製造方法であって、前記レーザ照射手段から前記両端のフィレットＲ部に対してそれぞれ相対回転方向に沿って各々走査する各フィレットＲ部走査行程と、前記軸部に対し該軸部の軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを連続して繰り返す走査パターンで前記両端のフィレットＲ部及び前記軸部にレーザ照射して焼入れし、繰り返される各フィレットＲ部走査行程による前記両端のフィレットＲ部のレーザ焼入れ軌跡が連続的であることを特徴とする。

これによると、熱容量が大きな大径部が隣接して配置され両フィレットＲ部に対し、周方向に連続的にレーザ照射手段からレーザビームが照射されて入熱され、比較的出力が抑制されたレーザビームであっても十分に加熱されて両フィレットＲ部に所望の焼入れ層が確保できる。また、軸部においてはレーザビームの照射による過剰の入熱が抑制されて軸状部材の変形や割れの発生が回避されて高品質の焼入れが得られる。

一方、軸部の両端にフィレットＲ部を介して大径部が連続する軸状部材とレーザ照射手段とを軸回りに相対回転させながら、レーザビームを各フィレットＲ部に対し相対回転方向に沿って走査する各フィレットＲ部走査行程と軸部に対し軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを連続して繰り返す走査パターンで両フィレットＲ部及び軸部にレーザ照射する簡単な構成で優れた生産性が得られる。

また、各フィレットＲ部走査行程による各々のフィレットＲ部のレーザ焼入れ軌跡が連続的に形成されて、各フィレットＲ部に連続した均一な焼入れ層が確保できる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の軸状部材の製造方法において、前記走査パターンが、前記両端のフィレットＲ部に対してそれぞれ前記相対回転方向に沿って走査する一対のフィレットＲ部走査行程と、各フィレットＲ部走査行程間において前記軸部に対して軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを有するＨ字形状であることを特徴とする。

これによると、一対のフィレットＲ部走査行程と各フィレットＲ部走査行程間において軸方向に沿って走査する軸部走査行程からなるＨ字形の走査パターンで軸状部材をレーザ照射することで、各フィレットＲ部に各々のフィレットＲ部走査行程により周方向に焼入れ層が確保できると共に、軸部においては軸部走査行程におけるレーザビームの照射による過剰の入熱が抑制されて高品質の焼入れが得られる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の軸状部材の製造方法において、前記走査パターンが、一方のフィレットＲ部走査行程の走査終点から他方のフィレットＲ部走査行程の走査開始点に連続する一方の軸部走査行程と、前記他方のフィレットＲ部走査行程の走査終点から前記一方のフィレットＲ部の走査開始点に連続する他方の軸部走査行程とを有するリボン形状であることを特徴とする。

これによると、一方のフィレットＲ部走査行程及び一対の軸部走査行程を有するリボン形状走査パターンで軸状部材をレーザ照射することで、各フィレットＲ部に各々のフィレットＲ部走査行程により周方向に焼入れ層が確保できると共に、軸部においては軸部走査行程におけるレーザビームの照射による軸部に対する過剰の入熱が抑制されて高品質の焼入れが得られる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか1項に記載の軸状部材の製造方法において、前記軸部がジャーナル或いはクランクピンであり、前記大径部がカウンタウェブであり、前記軸状部材がクランクシャフトであることを特徴とする。

これは、軸状部材を、軸部がジャーナル或いはクランクピンであり、拡径部がカウンタウェブであるクランクシャフトに限定するものである。

本発明よると、軸状部材とレーザ照射手段とを軸回りに相対回転させながら、フィレットＲ部に対し相対回転方向に沿って走査するフィレットＲ部走査行程と軸部に対し軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを連続して繰り返す走査パターンでレーザ照射する簡単な構成で、フィレットＲ部に対し周方向に連続的にレーザビームが照射されてフィレットＲ部に所望の焼入れ層が確保できると共に、軸部においてはレーザビームの照射による過剰の入熱が抑制されて軸状部材の変形や割れの発生が回避されて高品質の焼入れが得られる。

本発明に係る第１実施の形態の概要を模式的に示す説明図である。 同じく、レーザビームの走査パターンを示す説明図である。 同じく、焼入れ軌跡を示す展開説明図である。 同じく、焼入れ軌跡を示す展開説明図である。 同じく、レーザビームの走査パターンを示す説明図である。 同じく、焼入れ軌跡を示す展開説明図である。 同じく、クランクシャフトの概要を示す説明図である。 第２実施の形態におけるレーザビームの走査パターンを示す説明図である。 同じく、焼入れ軌跡を示す展開説明図である。 従来のレーザ焼入れの概要を模試的に示す説明図である。 同じく、焼入軌跡を示す説明図である。 同じく、クランクシャフトの概要を示す説明図である。

（第１実施の形態）
以下、本発明の第１実施の形態を軸状部材がクランクシャフトの場合を例に図１乃至図７を参照して説明する。

本実施の形態の説明に先立ち、軸状部材であるクランクシャフト１の概要を図７を参照して説明する。

クランクシャフト１は、軸部となるジャーナル２とクランクピン４とが大径部となるカウンタウェブ６を介して交互に接続され、ジャーナル２の軸線ＪＬに対してクランクピン４の軸線ＰＬが偏芯している。

隣接するカウンタウェブ６間のジャーナル２は、カウンタウェブ６との接続部となる両端の隅角部に断面円弧状で周方向に連続する凹溝によるフィレットＲ部３ａ及び３ｂが形成される。また、一端がカウンタウェブ６に隣接する図示左端のジャーナル２にはカウンタウェブ６との接続部となる隅角部に断面円弧状で周方向に連続する凹溝によるフィレットＲ部３ｃが形成される。クランクピン４とカウンタウェブ６との接続部となるクランクピン４の両端の隅角部に断面円弧状で周方向に連続する凹溝によるフィレットＲ部５ａ及び５ｂが形成される。

図１に、クランクシャフト１のジャーナル２及びクランクピン４等にレーザ焼入れを施すクランクシャフト製造装置１０の概要を模式的に示す。クランクシャフト製造装置１０は、クランクシャフト１とレーザ照射手段１２を軸回りに相対回転させながらレーザ照射手段１２によるレーザビームＢをクランクシャフト１に照射する。本実施の形態では、クランクシャフト１を回転駆動する回転駆動手段１１及びこの回転するクランクシャフト１に予め設定された走査パターンに従ってレーザビームＢを照射するレーザ照射手段１２を備える。

クランクシャフト製造装置１０による、ジャーナル２及びその両端に形成されるフィレットＲ部３ａ、３ｂの焼入れについて説明する。

回転駆動手段１１によってクランクシャフト１をジャーナル２の軸線ＪＬの軸回りに回転させて、レーザ照射手段１２から予め設定された走査パターンに従ってジャーナル２及びその両端のフレットＲ部３ａ、３ｂを含む軸幅方向に高速で照射する。

ここで、走査パターンの一例を、図２を参照して説明する。この走査パターンは、各フレットＲ部３ａ及び３ｂに沿って相対回転方向である周方向に走査するフィレットＲ部走査行程及びジャーナル２を軸方向に直線状に走査する軸部走査行程を備えるＨ字形の走査パターンである。この走査パターンによるレーザビームＢの走査速度は、クランクシャフト１の回転速度に比較して極めて高速に設定される。

具体的には図２に示すように、例えば、一方のフィレットＲ部３ｂ上の走査点Ｐ１からジャーナル２の軸線ＪＬと平行に他方のフィレットＲ部３ａに向かって直線状でジャーナル２の表面に沿ってフィレットＲ部３ａ上の走査点Ｐ２まで走査してジャーナル２をレーザ焼入れする軸部走査行程である第１走査行程Ｓ１を有する。

この第１走査行程Ｓ１に連続して、走査点Ｐ２からクランクシャフト１の反回転方向にフィレットＲ部３ａに沿って予め設定された走査点Ｐ３まで走査する第２走査行程Ｓ２と、この走査点Ｐ３から折り返しフィレットＲ部３ａに沿ってクランクシャフト１の回転方向に走査点Ｐ２を超えて予め設定された走査点Ｐ４まで走査する第３走査行程Ｓ３と、走査点Ｐ４から折り返してフィレットＲ部３ａに沿って走査点Ｐ２まで走査する第４走査行程Ｓ４とを有する。この第２走査行程Ｓ２乃至第４走査行程Ｓ４がフィレットＲ部走査行程であって、フィレットＲ部３ａに沿って往復してフィレットＲ部３ａに所定長Ｌ１に亘る周方向のレーザ焼入を施す。

この第４走査行程Ｓ４に連続して走査点Ｐ２から軸線ＪＬと平行に他方のフィレットＲ部３ｂの走査点Ｐ１に向かってジャーナル２の表面を走査してジャーナル２をレーザ焼入れする軸部走査行程となる第５走査行程Ｓ５を有する。

この第５走査行程Ｓ５に連続して、走査点Ｐ１からクランクシャフト１の反回転方向にフィレットＲ部３ｂに沿って走査点Ｐ５まで走査する第６走査行程Ｓ６と、走査点Ｐ５から折り返しフィレットＲ部３ｂに沿ってクランクシャフト１の回転方向に走査点Ｐ１を超えて予め設定された走査点Ｐ６まで走査する第７走査行程Ｓ７と、更に走査点Ｐ６から折り返してフィレットＲ部３ｂに沿って走査点Ｐ１まで走査する第８走査行程Ｓ８とを有する。この第６走査行程Ｓ６乃至第８走査行程Ｓ８においてフィレットＲ部３ｂに沿って往復してフレットＲ部３ｂに所定長Ｌ２に亘る周方向のレーザ焼入を施す。

これら第２走査行程Ｓ２から第４走査行程Ｓ４のフィレットＲ部走査行程と、第６走査行程Ｓ６から第８走査行程Ｓ８のフィレットＲ部走査行程と、第１走査行程Ｓ１と第５走査行程Ｓ５の軸方向に走査する軸部走査行程とよってＨ字形の走査パターンが形成され、この第１走査行程Ｓ１から第８走査行程Ｓ８を順に連続的に所定時間繰り返してジャーナル２及びフィレットＲ部３ａ、３ｂをレーザ焼入れする。

図３に、この第１走査行程Ｓ１から第８走査行程Ｓ８を繰り返してレーザビームＢを照射して施される焼入れ軌跡Ｑの展開図を示す。このように各第２走査行程Ｓ２乃至第４走査行程Ｓ４のフィレットＲ部走査行程によるフィレットＲ部３ａの焼入れ軌跡が連続的に形成される。同様に、各第６走査行程Ｓ２乃至第８走査行程Ｓ８のフィレットＲ部走査行程によるフィレットＲ部３ｂの焼入れ軌跡が連続的に形成される。

ここで、例えばレーザビームＢの走査速度に対し、クランクシャフト１の回転速度が過剰に速い場合、即ち、相対回転速度が過剰に速い場合には、図４に示しように、各第２走査行程Ｓ２乃至第４走査行程Ｓ４のフィレットＲ部走査行程によるフィレトＲ部３ｂの焼入れ軌跡Ｑａの間に不連続となる隙間δが生じる。同様に第６走査行程Ｓ６乃至第８走査行程Ｓ８によるフィレットＲ部３ａの焼入れ軌跡Ｑｂの間に隙間δが生じることがある。

このようにフィレットＲ部３ａ及び３ｂにおいて焼入れが不連続になることが懸念されることから、クランクシャフト１の回転速度やフィレットＲ部走査行程における走査点Ｐ３から走査点Ｐ４の長さＬ１及び走査点Ｐ５から走査点Ｐ６の長さＬ２を予め実験やシミュレーションにより調整して各焼入軌跡Ｑａ、Ｑｂをラップさせて連続させることが好ましい。

同様に、ジャーナル２においても焼入れが連続することが好ましく、クランクシャフト１の回転速度やビーム走行速度或いはビーム径等を予め実験及びシミュレーションにより調整して焼入れを連続させることが好ましい。

このジャーナル２及びフィレットＲ部３ａ、３ｂのレーザ焼入れによると、熱容量が大きなカウンタウェブ６が隣接して配置されて熱拡散が懸念されるフィレットＲ部３ａ及び３ｂに対し、周方向全周に亘って連続的にレーザビームＢを照射して入熱されることから、比較的出力が抑制されたレーザビームＢであっても十分に入熱されて周方向に均一に連続する所望の焼入れ層が確保できると共に、ジャーナル２においてはレーザビームＢの照射による過剰の入熱が抑制されてクランクシャフト１の変形や割れの発生が回避される。

また、クランクピン４及びフィレットＲ部５ａ及び５ｂの焼入れにおいても、回転駆動手段１１によってクランクシャフト１をクランクピン４の軸線ＰＬの軸回りに回転させて、図２に対応する符号を付するように同様の走査パターンに従ってクランクピン４及びフィレットＲ部及び５ｂにレーザビームＢを照射することによって同様にレーザ焼入れができる。

次に、一端にのみがカウタウエブ６に隣接する図示左端のジャーナル２及びフィレットＲ部３ｃの焼入れについて説明する。

回転駆動手段１１によってクランクシャフト１をジャーナル２の軸線ＪＬの軸回りに回転させて、レーザ照射手段１２から予め設定された走査パターンに従ってジャーナル２及びフレットＲ部３ｃを含む軸幅方向に高速で照射する。

ここで、この走査パターンの例を図５に基づいて説明する。例えば、ジャーナル２に沿って軸線ＪＬ方向に直線状に走査する軸部走査行程及びフィレットＲ部３ｃに沿う周方向のフィレットＲ部走査行程によるＴ字形に走査する。具体的には、図５に示すように、ジャーナル２の端部の走査点Ｐ１１から軸線ＪＬと平行にフィレットＲ部３ｃに向かって直線状にジャーナル２の表面に沿ってフィレットＲ部３ｃの走査点Ｐ１２まで走査してジャーナル２をレーザ焼入れする軸部走査行程となる第１１走査行程Ｓ１１を有する。

この第１１走査行程Ｓ１１に連続して走査点Ｐ１２からクランクシャフト１の反回転方向にフィレットＲ部３ｃに沿って予め設定された走査点Ｐ１３まで走査する第１２走査行程Ｓ１２と、この走査点Ｐ１３から折り返しフィレットＲ部３ｃに沿ってクランクシャフト１の回転方向に走査点Ｐ１２を超える予め設定された走査点Ｐ１４まで走査する第１３走査行程Ｓ１３と、走査点Ｐ１４から折り返してフィレットＲ部３ｃに沿って走査点Ｐ１２まで走査する第１４走査行程Ｓ１４とを有する。この第１２走査行程Ｓ１２乃至第１４走査行程Ｓ１４がフィレットＲ部３ｃを周方向にレーザ焼入れするフィレットＲ部走査行程となる。

この第１４走査行程Ｓ１４に連続して走査点Ｐ１２から軸線ＪＬと平行にジャーナル２の表面に沿って走査点Ｐ１１まで照射してジャーナル２をレーザ焼入れする軸部走査行程となる第１５走査行程Ｓ１５を有する。

これら周方向に走査する第１１走査行程Ｓ１１及び第１５走査行程Ｓ１５の軸部走査行程と軸方向に走査する第１２走査行程Ｓ１２乃至第１４走査行程Ｓ１４によるフィレットＲ部走査行程とによるＴ字形の走査パターンが形成され、この第１１走査行程Ｓ１１から第１５走査行程Ｓ１５を順に所定時間繰り返してジャーナル２及びフィレットＲ部３ｃをレーザ焼き入れする。

図６に、この第１１走査行程Ｓ１１から第１５走査行程Ｓ１５を繰り返してレーザビームＢを照射した焼入れ軌跡Ｑの展開図を示す。このように各第１２走査行程Ｓ１２乃至第１４走査行程Ｓ１４のフィレットＲ部走査行程によるフィレットＲ部３ｃの焼入れ軌跡が連続的に形成される

ここで、例えばレーザビームＢの走査速度に対し、クランクシャフト１の回転速度が過剰に速い場合、即ち、その相対回転速度が過剰に速い場合には、フィレットＲ部走査行程によって照射されるフィレトＲ部３ｃの焼入れ軌跡の間に隙間が生じることがあり、この隙間により焼入れが不連続になることが懸念されることから、クランクシャフト１の回転速度やフィレットＲ部走査行程における走査点Ｐ１３から走査点Ｐ１４の長さＬ３を予め調整して焼入れ軌跡をラップさせて連続させることが好ましい。

このジャーナル２及びフィレットＲ部３ｃのレーザ焼き入れによると、熱容量が大きなカウンタウェブ６が隣接して配置されて熱拡散が懸念されるフィレットＲ部３ｃに対し、周方向全周に亘って連続的にレーザビームＢが照射されて入熱されることから、比較的出力が抑制されたレーザビームＢであっても十分に入熱されて周方向に均一に連続する所望の焼入れ層が確保できると共に、ジャーナル２においてはレーザビームＢの照射による過剰の入熱が抑制されてクランクシャフト１の変形や割れの発生が回避される。

これによると、熱容量が大きなカウンタウェブ６が隣接して配置されて熱拡散が懸念されるフィレットＲ部３ａ、３ｂ、３ｃや５ａ、５ｂに対し、レーザ照射手段１２から周方向に連続的にレーザビームＢが照射されて入熱され、レーザビームＢの出力を増大させることなく十分に加熱されてフィレットＲ部３ａ、３ｂ、３ｃや５ａ、５ｂに所望の焼き入れ層が確保できる。

一方、ジャーナル２やクランクピン４においてはレーザビームＢの照射による過剰の入熱が抑制されてクランクシャフト１の変形や割れの発生が回避される高品質の焼入れが得られる。

また、クランクシャフト１とレーザ照射手段１２とを軸回りに相対回転させながら、レーザビームＢを３ａ、３ｂ、３ｃや５ａ、５ｂに沿って周方向に走査すると共にジャーナル２やクランクピン４に対し軸方向に沿って走査する行程とを連続して繰り返す走査パターンでクランクシャフト１にレーザ照射する簡単な構成で優れた生産性がえられる。

（第２実施の形態）
図８及び図９を参照して本発明の第２実施の形態を説明する。この第２実施形態は走査パターンが第１実施の形態と異なり、他の構成は第１実施の形態と同一であり、走査パターンを主に説明する。なお、図１乃至図６と対応する部位に同一符号を付することで該部の詳細な説明を省略する。

第１実施の形態と同様に、クランクシャフト１の両側にフィレットＲ部３ａ及び３ｂが形成されたジャーナル２の焼入れは、回転駆動手段１１によってクランクシャフト１をジャーナル２の軸線ＪＬの軸回りに回転させて、レーザ照射手段１２から予め設定された一対のフィレットＲ部走査行程及び一対の軸部走査行程を備えたリボン形状の走査パターンに従ってジャーナル２及びフィレットＲ部３ａ、３ｂを含む軸幅方向に高速で照射する。

ここで、走査パターンについて図８を参照して説明する。この走査パターンはフィレットＲ部３ａとフィレットＲ部３ｂに対して周方向に互いに対向して走査する一対のフィレットＲ部走査行程と、互いのフィレットＲ部走査行程の走査開始点と走査終点とをジャーナル２の表面に沿って走査する一対の軸部走査行程によるリボン形状に走査する。

具体的には、例えば、一方のフィレットＲ部３ａの走査開始点となる走査点Ｐ２１からフィレットＲ部３ａに沿ってクランクシャフト１の回転方向に走査終点となる走査点Ｐ２２まで走査するフィレットＲ部走査行程である第２１走査行程Ｓ２１と、クランクシャフト１の回転方向において走査点Ｐ２１及び走査点Ｐ２２と対応するフィレットＲ部３ｂ側の走査開始点となる走査点Ｐ２３から走査終点となる走査点Ｐ２４に亘って走査するフィレットＲ部走査行程である第２３走査行程Ｓ２３とを有する。この走査点Ｐ２２から走査点Ｐ２３に向かって軸線ＪＬに対してクランクシャフト１の反回転方向に傾斜する直線状でジャーナル２の表面を走査する軸部走査行程である第２２走査行程Ｓ２２と、走査点Ｐ２４から走査点Ｐ２１に向かって軸線ＪＬに対してクランクシャフト１の反回転方向に傾斜する直線状でジャーナル２の表面を走査する軸部走査行程である第２４走査行程Ｓ２４とを有する。

そして、順に第２１走査行程Ｓ２１でフィレットＲ部３ａのおける走査点Ｐ２１から走査点Ｐ２２をレーザ焼入れし、第２２走査行程Ｓ２２において走査点Ｐ２２から走査点Ｐ２３までジャーナル２の表面をレーザ焼入れし、第２３走査行程Ｓ２３でフィレットＲ部３ｂにおける走査点Ｐ２３から走査点Ｐ２４をレーザ焼入れし、第２４走査行程Ｓ２４において走査点Ｐ２４から走査点Ｐ２１までジャーナル２の表面をレーザ焼入れする。

これら第２１走査行程Ｓ２１から第２２走査工程Ｓ２２、第２３走査工程Ｓ２３、第２４走査行程Ｓ２４を順に繰り返してジャーナル２及びフィレットＲ部３ａ、３ｂをレーザ焼入れする。

図９に、この第２１走査行程Ｓ２１から第２４走査行程Ｓ２４を繰り返してレーザビームＢを照射した焼入れ軌跡Ｑの展開図を示す。

各第２１走査行程Ｓ２１のフィレットＲ部走査行程によるフィレットＲ部３ａの焼入れ軌跡が連続的に形成される。また、各第２３走査行程Ｓ２３のフィレットＲ部走査行程によるフィレットＲ部３ｂの焼入れ軌跡が連続的に形成される

ここで、例えばレーザビームＢの走査速度に対し、クランクシャフト１の回転速度が過剰に速い場合、即ち、その相対回転速度が過剰に速い場合には、各第２１走査行程Ｓ２１によって照射されるフィレトＲ部３ａにおける焼入れ軌跡及び第２３走査行程Ｓ２３によってフィレットＲ部３ｂにおける焼入れ軌跡の間に隙間が生じることがあり、焼き入れが不連続になることが懸念されることから、クランクシャフト１の回転速度や第２１走査行程Ｓ２１における走査点Ｐ２１から走査点Ｐ２２の長さＬ４及び第２３走査行程Ｓ２３における走査点Ｐ２３から走査点Ｐ２４の長さＬ５を調整して焼入れ軌跡をラップさせて連続させることが好ましい。

このジャーナル２及びフィレットＲ部３ａ、３ｂのレーザ焼入れによると、熱容量が大きなカウンタウェブ６が隣接して配置されて熱拡散が懸念されるフィレットＲ部３ａ及び３ｂに対し、周方向全周に亘って連続的にレーザビームＢが照射されて入熱されることから、レーザビームＢの出力を増大させることなく十分に入熱されて周方向に均一に連続する所望の焼入れ層が確保できると共に、ジャーナル２においてはレーザビームＢの照射による過剰の入熱が抑制されてクランクシャフト１の変形や割れの発生が回避される。

また、クランクピン４及びフィレットＲ部５ａ及び５ｂの焼入れにおいても、回転駆動手段１１によってクランクシャフト１をクランクピン４の軸線ＰＬの軸回りに回転させて、図８に対応する符号を付するように同様の走査パターンに従ってクランクピン４及びフィレットＲ部５ａ及び５ｂにレーザビームＢを照射することによって同様にレーザ焼入れができる。

また、第１実施の形態に比べ、フィレットＲ部に入力される熱量が小さく、フィレットＲ部の要求焼入れ熱量が少ない場合により有効であり、かつ走査パターンの走査工程が少なく、制御の簡素化に伴い生産性の向上が得られる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、クランクシャフト１を回転駆動し、回転するクランクシャフトにレーザ照射手段からレーザビームを照射する場合を例に説明したが、クランクシャフトを固定してレーザ照射手段をクランク軸回りに回転することもできる。

例えば、上記実施の形態では走査パターンが、Ｈ字形、Ｔ字形及びリボン形の場合を例に説明したが、フィレットＲ部に沿って走査可能な矩形の走査パターン等の他の走査パターンに変更することも可能であり、また、クランクシャフトに限らず、軸部と大径部との接続部にフィレットＲ部を有するカムシャフト等の他の軸状部材のレーザ焼入れ等に適用することもできる。

１ クランクシャフト（軸状部材）
２ ジャーナル（軸部）
３ａ、３ｂ、３ｃ フィレットＲ部
４ クランクピン（軸部）
５ａ、５ｂ フィレットＲ部
６ カウンタウェブ（大径部）
１０ クランクシャフト製造装置
１１ 回転駆動手段
１２ レーザ照射手段
Ｐ１〜Ｐ６ 走査点
Ｓ１、Ｓ５ 第１、第５走査行程（軸部走査行程）
Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８ 第２、第３、第４、第６、第７、第８走査行程（フィレット走査行程）
Ｐ１１〜Ｐ１４ 走査点
Ｓ１１、Ｓ１５ 第１１、第１５走査行程（軸部走査行程）
Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４ 第１２、第１３、第１４走査行程（フィレット部走査行程）
Ｐ２１、Ｐ２３ 走査点（走査開始点）
Ｐ２２、Ｐ２４ 走査点（走査終点）
Ｓ２１、Ｓ２３ 第２１、第２３走査行程（フィレットＲ部走査行程）
Ｓ２２、Ｓ２４ 第２２、第２４走査行程（軸部走査行程）

Claims (6)

1. 軸部の端部にフィレットＲ部を介して大径部が連続する軸状部材とレーザ照射手段とを軸回りに相対回転させながら、前記レーザ照射手段からのレーザビームを前記フィレットＲ部及び前記軸部に照射して焼入れする軸状部材の製造方法であって、
   前記レーザ照射手段から前記フィレットＲ部に対し相対回転方向に沿って走査するフィレットＲ部走査行程と、前記軸部に対し該軸部の軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを連続して繰り返す走査パターンで前記フィレットＲ部及び前記軸部にレーザ照射して焼入れし、
   繰り返される各フィレットＲ部走査行程による前記フィレットＲ部のレーザ焼入れ軌跡が連続的であることを特徴とする軸状部材の製造方法。
2. 前記走査パターンが、前記フィレットＲ部に対して相対回転方向に沿って走査する前記フィレットＲ部走査行程と、前記軸部に対して軸方向に沿って走査する前記軸部走査行程とを有するＴ字形状であることを特徴とする請求項１に記載の軸状部材の製造方法。
3. 軸部の両端にフィレットＲ部を介して大径部が連続する軸状部材とレーザ照射手段とを軸回りに相対回転させながら、レーザ照射手段からのレーザビームを両端のフィレットＲ部及び前記軸部に照射して焼入れする軸状部材の製造方法であって、
   前記レーザ照射手段から前記両端のフィレットＲ部に対してそれぞれ相対回転方向に沿って各々走査する各フィレットＲ部走査行程と、前記軸部に対し該軸部の軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを連続して繰り返す走査パターンで前記両端のフィレットＲ部及び前記軸部にレーザ照射して焼入れし、
   繰り返される各フィレットＲ部走査行程による前記両端のフィレットＲ部のレーザ焼入れ軌跡が連続的であることを特徴とする軸状部材の製造方法。
4. 前記走査パターンが、前記両端のフィレットＲ部に対してそれぞれ前記相対回転方向に沿って走査する一対のフィレットＲ部走査行程と、各フィレットＲ部走査行程間において前記軸部に対して軸方向に沿って走査する軸部走査行程とを有するＨ字形状であることを特徴とする請求項３に記載の軸状部材の製造方法。
5. 前記走査パターンが、一方のフィレットＲ部走査行程の走査終点から他方のフィレットＲ部走査行程の走査開始点に連続する一方の軸部走査行程と、前記他方のフィレットＲ部走査行程の走査終点から前記一方のフィレットＲ部の走査開始点に連続する他方の軸部走査行程とを有するリボン形状であることを特徴とする請求項３に記載の軸状部材の製造方法。
6. 前記軸部がジャーナル或いはクランクピンであり、前記大径部がカウンタウェブであり、前記軸状部材がクランクシャフトであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の軸状部材の製造方法。

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