JPH02133511A - レーザ焼入方法 - Google Patents

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】 〔陀東上の利用分野］ この発明は、し・−ザ、要人方法、待圧、曲率を有する
曲面のレーザ焼入方法に関するもノ〕である。

〔従来の技術〕

第１１図及び第１４図に示すものは１例えｉよ、特開昭
６２−１７７１１７号公報に示された従来のレーザ焼入
方法の２例を示す断面図である。

まず、第１例を示す第１１図において、符号（１）はレ
ーザ発振器、（２）はレーザ発振器（１）より照射され
たレーザ光であって、第１２図に示すように、全面同一
エネルギー密度をもって照射される。（３）はレーザ光
（２）を被加工物（５）へ導く・〈／ドミラ（４）はレ
ーザ光（２）を集光ヒ被加工物（５）ハ・照射するため
の加工レンズ、（６）は焼入硬化部（力の黒人中心部で
ある。

この従来装置は、上記のように構成されているので、φ
人ＯＫ際しては、レーザ発振器（１）から７ザ光（２）
を出射し１、これなベンドミラー（３）ニより変向し７
た後、加工レンズ（４）Ｋより集光し２、第１２図に示
す状態にして、被加工物（５）へ照射してシ・−ザ焼入
れを行ない一第１３図に示すような・焼入硬化部（７）
を得る。

また、第２例を示す第１４図において、符号（８）は、
焼入中心部（６）の溶融を防止するための反射金ｈ又は
半遮光性材料である。

この従来ｉｔの例では、その動作は第１例を示した第１
１図の場合とほぼ同様であるが、照射されたレーザ光（
２）の内、反射金属又は半遮光性材料（８）Ｋ照射され
たレーザ光は、反射して被加工物（５）には照射さねな
いか、あるいは、半遮光性材料のために一部のレーザ光
しか被加工物（５）ニは照射されず、従って、前者にあ
っては周囲の熱の伝熱によってのみ、また、後者にあっ
ては周囲の熱の伝熱と半遮光性材料を透過【〜た一部の
レーザ光てよる熱とによって、被加工物（５）は焼入わ
さ１する。

〔発明が解決しようとする！［１ 従来わレーザ焼入方法は、上記のように構成されている
グ〕で、上記第１例（（よる方法にあっては、加工レン
ズ（４）Ｋより集光されたレーザ光（２）を被加工物（
５）に照射して焼入発化部（７）を焼入硬化する場８・
、焼入硬化部（７）グ〕焼入中心部（６）へは単位面積
当りの入射エネルギー密度が周辺部に比奴し犬となるた
め、焼入硬化部（７）１７）焼入中心部（６）は、表面
溶融を起こｌ、　＋溶融部（６ａ）となって所定り〕焼
入層を形成し得す、従って、均一な焼入れを行なうこと
は不可能であるという問題点を有しており、また、上記
第１例による溶融を防止する手段をこうじた上記第２例
による方法にあっては、反射金属又は半遮光性材料（８
）を焼入れするごとＫ、被加工物（５）の焼入中心部（
６）に正しくセットしなけハばならず、そのために多大
の労力を必要とし、また、上記反射金属又は半遮光性材
料（８）のセットが焼入中心部（６）よりずれた場合に
は、上記第１例と同様に表面溶融が発生するという問題
点があり、このような問題点を解決１−たレーザ焼入方
法を得ることの課題を従来方法は有していた。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたもの
で、曲率な有する曲面の焼入れを行なう場合、その焼入
中心部が溶融することなく、また、反射金属又は遮光性
材料等のセツテングも必要とせず、しかも、広い範囲に
均質な焼入層が得られるレーザ焼入方法を得ることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るレーザ奨入方法は、その第１の手段とし
て、被加工物の曲面に照射されるレーザ光の出力分布を
ドーナツ形をこ形成し、とのレーザ光の中心を上記曲面
の中心と合わせることにより、焼入中心部のエネルギー
密度を低くしているものであり、また、鮎２の手段とし
ては、照射されるレーザ光を、エネルギー密度の高い外
周部とエネルギー密度の低い中央部とを同心状に配置し
て構成し、上記レーザ光の中心を上記曲面の中心Ｖｒ介
わ・せ照射することすζより、焼入中心部のエネルギー
密度を所望値になるように低くしているものである。

〔作　用］ この発明におけるレーザ焼入方法は、曲率を有する曲面
にレーザ焼入れを行なう場合、その第１の手ＥＫあって
は、ドーナツ形の出力分布のレーザ光を照射するので、
焼入中心部してはレーザ光が照射さハず、周囲の加熱の
伝熱によつで、・焼入中心部はｆＪｄ辺の焼入硬化部と
均一に焼入１１され、また、第２の手段にあっては、焼
入中心部を含むレーザ光の中央部分を、エネルギー密度
が外周部より低いレーザ光しτよって照射するようＫｍ
成１〜でいるので、レーザ光の中央部が照射する焼入部
分家、エネルギー密度の低いレーザ光Ｃτよる加熱と周
囲の加熱の伝熱とによって、周辺の焼入硬化部と同じよ
う：（、溶融することもなく、均一に焼入れされる。

〔実施例〕

以下、この発明をその実施例を示す図に基づいて説明す
る。なお、図中、符号（１１（２）　（４）（５１（６
）（７）で示すものは、従来方法Ｙ　ａ’Ｄいて同一符
号で示し、たものと同−又は同等のものである。

第１発明の実施例を示す第１図において、符号（１１）
はレーザ光（２）の中央部のｌ／−ザ光を除去し、ドー
ナツ形の出力特性を持つレーザ光を得ることができ乙ド
ーナツ形のベンドミラー、（２ａ）Ｉよベンドミラー（
１１）ｆ　ｙ再過した後のレーザ光であって、第２図に
示すよう：て、ドーナツ形に形成されている。また、（
１２Ｎ’よベンドミラー（１１Ｎ’７より除去されたレ
ーザ光を吸収する夕”ンバ・−である。

上記のように構成されているこの実施例の装置において
レーザ焼入れを行なう場合には、焼入中心部（６）へは
レーザ光（２ａ）が照射されないため、焼入中心部（６
）には溶融の発生もなく、まわりの部分をリング状に焼
入れを行なうことができる。

一方、焼入中心部（６）は１周辺の焼入れＫよる熱の熱
伝導により加熱されるため、その熱により、焼入れが行
なわれるようになる。従って、ドーナツ形のレーザ光の
照射されない部分の大きさは、轟然に、周囲の加熱を考
慮し℃定められる。

なお、上記実施例ではペンドミラー（１１）をドーナツ
形にし、出力分布がドーナツ形のレーザ光（２ａ）を得
たが、第３図に示すようＫ、不安定形共撮器（１３）を
設け、これから出射される第４図ｔて示すようなドーナ
ツ形のレーザ光（２ｂ）を被加工物（５）に照射するよ
うにしてもよい。

次に第２発明の実施例を示す第５図πおいて、符号（２
１）は、レーザ光（２）の中央部（２ｃ）のエネルギー
密度を低下させるために、外周部（２１ａ）のみ反射率
の高い金属をメツキし′１１．構成した高反射部とする
共に、中央部（２１ｂ）は反射ミラーの素材である銅材
料を研磨したのみの面である低反射部とし、この高反射
部（２１ａ）及び低反射部（２１ｂ）Ｋよって、中央部
（２ｃ）の反射率を抑えているペンドミラーである。

また、（２ｄ）は、ペンドミラー（２１）を通過した後
のレーザ光であって、第６図及び第７図に示すよう−こ
のレーザ光（２ｄ）は、中央部（２ｃ）をエネルギー密
度が低く、外周部（２ｅ）を高し・形に構成している。

この実施例は、上記のように構成されているので、レー
ザ焼入を行なう場合には、焼入中央部（ｓｌ））特に焼
入中心部（ｓ）　Ｋ照射されるレーザ光（２ｄ’ｌは、
エネルギー密度が低くなって、溶、＠の発生もない。

なお、焼入中央部（６１１）は、エネルギー密度の高い
外周部（６ｃ）の焼入れてよる熱の熱伝導によっても加
熱されるため、エネルギー密度の低い部分すなわち焼入
中央部（６ｂ）の大きさは、当然、周囲の加熱を考慮し
て定められる。

なお、（２２）はペンドミラ＝（２１）を支持している
ミラーホルタ゛−（２３）は冷却バイブである。

なお、上記実施例では、ペンドミラー（２１’）１７）
外周部（２］ａ）ｎみ反射率の高い金嘆をメツキしたが
、ｙ　ｇ　＜：　ｉ／ｃ示すように１反射率の高い金属
をメツキしまたドーナツ形のペンドミラー（２４）の白
シて反射率の低いミラー（７５）？挿入して１枚のペン
ドミラー（２６）として使用してもよく、この場合も上
記実施例と同様に、第９夕１及び第１０り）ｆ示すよう
なレーザ光が得られ、従って、上記実施例と同様の効果
が得られる。

また、上記第１及び第２発明の各実施例では、被加工物
（５）を固定してレーザ焼入名を行なう場合について説
明ｌ−だが、被加工物（５）をその曲面の中心を中心軸
として回転させる運動を上記焼入方法（て組み合わせで
、レーザ焼入ｆ″１をし２てもよい。この場合には、ビ
ームモードの片寄りを補正し、均質なφ大破化部（７）
が得られる効果が付加さねる。

〔発明の効果］ Ｊｕｌ上のよう（て、この発明によりは、第１発明にお
いては、被加工物に照射されるレーザ光をドナッ形の出
力分布に形成したために、焼入中心部にはレーザ光が照
射さねず、周囲のレーザ光による焼入熱の伝熱によつ℃
焼入れが行なわれ、また、第２発明にあっては、被加工
物に照射さｔするレーザ光を、中央部のエネルギー密度
が低いような出力分布Ｋｍ成したためＫ、照射されるエ
ネルギー密度は低く、従って、発熱量も少なく、その結
果。

この低い発熱量と周囲からの伝熱とによって焼入れが行
なわれ、従って、焼入中心部では溶融の発生もなく、ま
た、反射金属や半遮光性材料のセツティングの必要性も
なく、その結果、均質な焼入硬化層が得られるレーザ焼
入方法が得られる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１発明（でおける一実施例による
レーザ焼入方法を示す断面図、第２図＆ｉ第１図のレー
ザ光のビーム形状の断面図、第３図はこの第１発明の他
の実施例を示す断面図、第４図は第３図のレーザ光のビ
ーム形状の断面図、第５図はこの発明の第２発明におけ
る一実施例によるレーザ焼入方法を示す断面図、第６図
は、第５図のレーザ光のビーム形状の断面図、第７図）
は第６図のエネルギー密度の分布図、第８図はこの第２
発明の他の実施例を示すＵｒ断面図第９図は第８図のＶ
−ザ光のビーム形状の断面図、第１０図は第９図のエネ
ルギー密度の分布図、第１１図は従来のレーザ焼入方法
の一例を示す断面図、第１２図は第１１図のレーザ光の
ビーム形状の断面図、第１３図は第１２図による被加工
物（５）を上から見た平面図、第１４図は従来のレーザ
焼入方法の他の例を示す断面図である。 （１１−＄　ｖ−ザ発揚器、（２＞（２ａ）（２ｂ）（
２ｄ）・・レーザ光、（２ｃ）・曇中央部、（２ｅ）＊
　＊外周部、（３）（１１）（２１）（２ｉ”　’ペン
ドミラー（４）・・加光レンズ、（５）・・被加工物、
（６）・・焼入中心部、（７）・・焼入硬化部、（１２
）・・ダン・ぞ−（１３）・・不安定形共娠器。 なお、各図中、同−符月は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　曲率を有する曲面のレーザ焼入方法において、
   照射するレーザ光をドーナツ形の出力モードに形成し、
   このドーナツ形レーザ光の中心を上記曲面の中心に合わ
   せ照射してレーザ焼入れを行なうことを特徴とするレー
   ザ焼入方法。
2. （２）　曲率を有する曲面のレーザ焼入方法において、
   照射するレーザ光を、エネルギー密度の高い外周部とエ
   ネルギー密度の低い中央部とを同心状にして構成し、上
   記レーザ光の中心を上記曲面の中心に合わせ照射してレ
   ーザ焼入れを行なうことを特徴とするレーザ焼入方法。