JPH04362117A - 筒体内面のレーザ焼入れ方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内燃機関のシリ
ンダ等の耐摩性が要求される筒体の内面にレーザ焼入れ
を行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のシリンダ等の内面に、ほぼ市
松模様状にレーザ焼入れすることにより、シリンダ内面
の耐摩耗性を向上させることが知られている。

【０００３】このような従来の筒体内面へのレーサ焼入
れ方法としては、例えば図５に示されているようなもの
がある。この方法は、レーザ発振器１から放射されたレ
ーザ光２を、反射鏡３と集束用レンズ４とを備える照射
光学系５により、焼入れしようとする筒体６内に導くと
ともに、筒体６内に配設した反射鏡７により、筒体６の
内面６ａに向かって再度反射し、反射鏡７を筒体６の中
心軸線Ｌと平行な軸線まわりに回転させるとともに、中
心軸線Ｌ方向に移動させることにより、レーザ光２を筒
体６の内面に沿って螺旋方向に走査し、かつ円周方向に
交互に配設したそれぞれｎ個の遮光部８ａと透光部８ｂ
とがレーザ光２の照射光路中に位置するようにした遮光
体８を、筒体６内に回動自在に配設し、レーザ光２の１
回転につき遮光体８をｎ等分の２分の１ピッチだけレー
ザ光２の回転と同方向又は反対方向に回動させることに
より、筒体６の内面６ａに、図４に示すような擬似市松
模様状の焼入部９を形成するものである。

【０００４】１０は、反射鏡７を支持した状態で回転し
うるとともに、集束用レンズ４とともに中心軸線Ｌ方向
に移動しうるようにした回転筒で、その外周面には、反
射鏡７により反射されたレーザ光２を通過させるための
窓孔１１が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のレ
ーザ焼入れ方法によると、レーザ光２を筒体６の内面に
沿って螺旋状に走査していたため、筒体６の内面におけ
る焼入れ開始点Ｓｔから１周して２周目に入るところで
高さＨの段差が生じ、このような段差のある部分ではピ
ストンを円滑に案内することができないという問題点が
ある。特に、筒体６の中心軸線Ｌ方向の螺旋ピッチＰ０
が大きいときは、段差が顕著に現れるので、上記のよう
な問題が深刻となる。このために、必要とする焼入れ範
囲より少なくとも１周分以上余計に焼入れすると、作業
効率が悪くなってしまう。

【０００６】また、上述のような従来の方法においては
、レーザ光２は、遮光体８の遮光部８ａを照射している
ときは、遮光部８ａの内面により乱反射させられ、筒体
６の内面６ａの焼入れには全く用いられておらず、遮光
体８の透光部８ｂを通過したものだけが実際の筒体６の
内面６ａの焼入れに用いられているに過ぎない。すなわ
ち、レーザ光２のエネルギの約２分の１が無駄に消費さ
れているという問題点がある。

【０００７】本発明は、従来の技術が有する上記のよう
な問題点に鑑み、レーザ光のエネルギをすべて有効に焼
入れに用いることができるとともに、焼入れ開始部分に
段差が生じることがなく、しかも焼入れ作業を連続して
効率よく行えるようにした筒体内面のレーザ焼入れ方法
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の筒体内面のレーザ焼入れ方法は、レーザ光を
、筒体内より筒体の円周方向と中心軸線方向とに移動さ
せて、筒体の内面を照射することにより、筒体の内面を
レーザ焼入れする方法において、前記レーザ光を、円周
方向に連続して等速回転させるとともに、一定時間間隔
毎に前記中心軸線方向に往復移動させ、かつレーザ光の
円周方向の１回転毎に、前記中心軸線方向の往復移動範
囲を、予め定めた１ピッチずつ前記中心軸線方向に順次
ずらせることを特徴としている。

【０００９】

【作用】レーザ光が、筒体の円周方向に連続して等速回
転させるとともに、一定時間間隔毎に筒体の中心軸線方
向に往復移動させ、かつレーザ光の円周方向の１回転毎
に、中心軸線方向の往復移動範囲を、予め定めた１ピッ
チずつ中心軸線方向に順次ずらせることにより、各段が
水平山部と水平谷部とが円周方向に交互に連続する台形
パルス波形状をなし、かつ各段の水平山部と次段の水平
山部との間に円周方向の位相が半ピッチ分ずれた各段の
水平谷部が位置する市松模様状の焼入部が形成される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の方法の一実施要領を、図１な
いし図３を参照して説明する。

【００１１】図３は、本発明の方法の実施に用いるレー
ザ焼入装置の一例を示す。この装置は、図５に示す従来
のレーザ焼入装置から、遮光体８を除去したのと同一の
構造としてある。なお、図５に示すものと同一の部材に
は、同一の符号を付して図示し、その詳細な説明は省略
する。

【００１２】反射鏡７の回転手段、及び反射鏡７と集束
用レンズ４とを同時に昇降させる昇降手段（いずれも図
示略）の制御は、予め定めたプログラムに従って数値制
御により行うのがよい。

【００１３】この装置を用いて、本発明の方法を実施す
るには、まず、反射鏡３により反射されたレーザ光２が
筒体６の内面６ａの焼入れ開始点Ｓｔに位置するまで、
集束用レンズ４と回転筒１０と反射鏡７を、筒体６の中
心軸線Ｌに沿って下降する。

【００１４】この状態から、回転筒１０の回転手段を作
動し、回転筒１０と反射鏡７とを一定速度で連続的に回
転させることにより、反射鏡７により反射されたレーザ
光２を、筒体６の円周方向に連続して等速回転させる。

【００１５】また、反射鏡７の回転周期に同期して、昇
降手段により、集束用レンズ４と回転筒１０と反射鏡７
とを、一定時間間隔毎に、予め定めた範囲Ｄ内を中心軸
線Ｌ方向に交互に下降及び上昇させるとともに、レーザ
光２の円周方向の１回転毎に（すなわち反射鏡７の１回
転毎に）、上記往復移動範囲Ｄを、予め定めた１ピッチ
Ｐ１ずつ中心軸線Ｌ方向に順次ずらせる（図１参照）。 なお、往復移動範囲ＤはピッチＰ１の２分の１とし、レ
ーザ光２が１回転する直前には、レーザ光２は範囲Ｄの
下端側に位置し、１回転終了直後に、その位置から半ピ
ッチ（１／２Ｐ１）分だけ下降して、第２周目における
範囲Ｄの上端側に移行するようにするのがよい。

【００１６】このようにすることにより、筒体６の内面
には、図１に示すように、上から第１段目及びそれ以下
の各段が、水平山部１２ａと水平谷部１２ｂとがそれら
の間に下向き傾斜部１２ｃと上向き傾斜部１２ｄとを順
次挟んで円周方向に交互に連続する台形パルス波形状を
なし、かつ上下に隣接する上段の水平山部１２ａと下段
の水平山部１２ａとの間に、上段の水平谷部１２ｂが、
円周方向に隣接する水平山部１２ａ間のピッチＰ２の半
ピッチ（１／２Ｐ２）分だけ円周方向にずれて位置する
市松模様状の焼入部１２が形成される。

【００１７】焼入部１２の第１段目から第２段目に移行
する部分には、第１段目の最終の水平谷部１２ｂから第
２段目の最初の水平山部１２ａに連なる段切換用の下向
き傾斜部１２ｅが形成され、下向き傾斜部１２ｅは、水
平山部１２ａから水平谷部に移る際の下向き傾斜部１２
ｃと同一であるので、段が切換ったことが見立たず、か
つ移行部分に段差が生じない。

【００１８】図１の例では、水平山部１２ａと水平谷部
１２ｂとの中心軸線Ｌ方向の移動距離Ｔ１を、水平山部
１２ａ及び水平谷部１２ｂの焼入れ幅Ｗより大としてあ
るが、図２に示すように、移動距離Ｔ２を焼入れ幅Ｗと
ほぼ同一とすることにより、図１に示す傾斜部１２ｃ，
１２ｄ，１２ｅをほとんどなくし、各段相互の移行部分
をさらに目立たなくすることができる。

【００１９】なお、図１に示す各傾斜部１２ｃ，１２ｄ
，１２ｅの焼入れ幅Ｗ′が水平山部１２ａや水平谷部１
２ｂの焼入れ幅Ｗより狭いのは、各傾斜部１２ｃ，１２
ｄ，１２ｅにおいては、レーザ光２の走査速度が円周方
向の回転角速度と中心軸線Ｌ方向の移動速度とを合成し
た速度となり、水平山部１２ａ等の走査速度より速く、
その分だけレーザ光２の照射線量が低下するので、照射
密度の高い中央部だけが焼入れされ、両側部が焼入れさ
れない状態となるからである。

【００２０】

【発明の効果】本発明によると、次のような効果を奏す
ることができる。 （ａ）　　レーザ光を遮光体等により遮ぎることなく、
そのすべてを筒体の内面に照射してレーザ焼入れに用い
ることができるので、レーザ光のエネルギ効率がよい。 （ｂ）　　焼入部が、従来のような螺旋状でなく、各段
が台形パルス波形状の環状体をなす多段状体としたので
、焼入れ開始部分に段差が生じることがなく、また第１
周目（第１段目）と第２周目（第２段目）との段差が目
立たない美麗な市松模様状の焼入部を形成することがで
きる。 （ｃ）　　焼入れ開始部分に段差が生じないので、所望
の焼入れ領域より広い範囲にわたって余分な焼入れを行
う必要がない。 （ｄ）　　レーザ光の円周方向の始動を途中で停止させ
たり、中断したりすることなく、連続して作業を行うこ
とができるので、作業性及び作業効率がよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によりレーザ焼入れした筒体内面
の焼入部の一例を示す展開図である。

【図２】本発明の方法によりレーザ焼入れした筒体内面
の焼入部の他の例を示す展開図である。

【図３】本発明の方法の実施に用いる装置の一例を示す
概略斜視図である。

【図４】従来の方法によりレーザ焼入れした筒体内面の
焼入部の一例を示す展開図である。

【図５】従来の方法の実施に用いる装置の一例を示す概
略斜視図である。

【符号の説明】

１　　　　レーザ発振器 ２　　　　レーザ光 ３　　　　反射鏡 ４　　　　集束用レンズ ５　　　　照射光学系 ６　　　　筒体 ６ａ　　内面 ７　　　　反射鏡 １０　　　　回転筒 １１　　　　窓孔 １２　　　　焼入部 １２ａ　　水平山部 １２ｂ　　水平谷部 １２ｃ，１２ｄ　　　　下向き傾斜部 １２ｅ　　上向き傾斜部 Ｄ　　　　往復移動範囲 Ｌ　　　　中心軸線 Ｓｔ　　　焼入れ開始点 Ｐ１，Ｐ２　　　　ピッチ Ｗ，Ｗ′　　　　焼入れ幅 Ｔ１，Ｔ２　　　　移動距離

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザ光を、筒体内より筒体の円周方向と
   中心軸線方向とに移動させて、筒体の内面を照射するこ
   とにより、筒体の内面をレーザ焼入れする方法において
   、前記レーザ光を、円周方向に連続して等速回転させる
   とともに、一定時間間隔毎に前記中心軸線方向に往復移
   動させ、かつレーザ光の円周方向の１回転毎に、前記中
   心軸線方向の往復移動範囲を、予め定めた１ピッチずつ
   前記中心軸線方向に順次ずらせることを特徴とする筒体
   内面のレーザ焼入れ方法。