JPH0543932A - レーザ焼入れ方法 - Google Patents
レーザ焼入れ方法Info
- Publication number
- JPH0543932A JPH0543932A JP19787691A JP19787691A JPH0543932A JP H0543932 A JPH0543932 A JP H0543932A JP 19787691 A JP19787691 A JP 19787691A JP 19787691 A JP19787691 A JP 19787691A JP H0543932 A JPH0543932 A JP H0543932A
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- Japan
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- laser
- incident angle
- workpiece
- hardening
- laser light
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 直線偏光のレーザ光２をＰ偏光の向きに被加
工物６に照射し、被加工物６の表面を吸収材で被覆する
ことなく焼入れを行うレーザ焼入れにおいて、最大ない
しは最大に近い効率でレーザ光２のもつエネルギを被加
工物６に吸収させる。 【構成】 被加工物６の表面粗さがＲａ＝０．２５〜
１．０μｍの場合にレーザ光２の入射角度をθ＝７４〜
８５度に設定してレーザ焼入れを行う。
工物６に照射し、被加工物６の表面を吸収材で被覆する
ことなく焼入れを行うレーザ焼入れにおいて、最大ない
しは最大に近い効率でレーザ光２のもつエネルギを被加
工物６に吸収させる。 【構成】 被加工物６の表面粗さがＲａ＝０．２５〜
１．０μｍの場合にレーザ光２の入射角度をθ＝７４〜
８５度に設定してレーザ焼入れを行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、歯車類や軸類やディ
スク類などの機械構造物用部品等に対して焼入れを行う
のに利用されるレーザ焼入れ方法に関するものである。
スク類などの機械構造物用部品等に対して焼入れを行う
のに利用されるレーザ焼入れ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機械構造物用部品等に対して焼入れを行
うにあたっては、従来、加熱炉と水や油などよりなる冷
却槽との組み合わせによる焼入れや、高周波焼入れや、
火炎焼入れなどが行われるのが普通であったが、近年に
おいては、加熱源としてレーザを用いたレーザ焼入れも
多く行われるようになっている。
うにあたっては、従来、加熱炉と水や油などよりなる冷
却槽との組み合わせによる焼入れや、高周波焼入れや、
火炎焼入れなどが行われるのが普通であったが、近年に
おいては、加熱源としてレーザを用いたレーザ焼入れも
多く行われるようになっている。
【０００３】このレーザ焼入れにおいては、レーザ光の
吸収率を向上させるため、被加工物の表面を吸収材で被
覆したのちレーザ光を照射するのが一般的であった（例
えば、「レーザ加工技術」 第７７頁 表４・１ 昭和
６０年１月２８日日刊工業新聞社 発行）。
吸収率を向上させるため、被加工物の表面を吸収材で被
覆したのちレーザ光を照射するのが一般的であった（例
えば、「レーザ加工技術」 第７７頁 表４・１ 昭和
６０年１月２８日日刊工業新聞社 発行）。
【０００４】これに対し、直線偏光のレーザ光をＰ偏光
の向きに被加工物に入射し、レーザ光の入射角度をブリ
ュースタ角付近に設定することにより吸収率を向上さ
せ、被加工物の表面を吸収材で被覆することなく焼入れ
を行う技術が開発されてきている。
の向きに被加工物に入射し、レーザ光の入射角度をブリ
ュースタ角付近に設定することにより吸収率を向上さ
せ、被加工物の表面を吸収材で被覆することなく焼入れ
を行う技術が開発されてきている。
【０００５】レーザ光吸収率の入射角度依存性について
は、Ｆｒｅｓｎｅｌの公式を用いて各入射角度における
理論上の吸収率の計算が可能である。図６は波長１０．
６μｍの炭酸ガスレーザ光の鉄に対する吸収率を計算し
た結果を示すものであるが、鉄の場合、吸収率が最大と
なるブリュースタ角はおよそ８８度である。
は、Ｆｒｅｓｎｅｌの公式を用いて各入射角度における
理論上の吸収率の計算が可能である。図６は波長１０．
６μｍの炭酸ガスレーザ光の鉄に対する吸収率を計算し
た結果を示すものであるが、鉄の場合、吸収率が最大と
なるブリュースタ角はおよそ８８度である。
【０００６】ブリュースタ効果を活用したレーザ焼入れ
では、吸収率はレーザ光の入射角度に大きく依存し、し
かもその入射角度は見かけの入射角度ではなく、被加工
物表面の微細な凹凸に対する入射角度に依存している。
では、吸収率はレーザ光の入射角度に大きく依存し、し
かもその入射角度は見かけの入射角度ではなく、被加工
物表面の微細な凹凸に対する入射角度に依存している。
【０００７】図６に示した理論上の吸収率はきわめて平
滑な表面を有する供試体に対するものであるが、実際に
レーザ焼入れの対象となる部品ではその表面にある程度
の粗さをもっている。そのため、最も高い吸収率が得ら
れるレーザ光の入射角度は理論上のブリュースタ角とは
異なっていることから、実際にレーザ焼入れを行う場合
において効率の良い、より望ましくは最大のレーザ光吸
収率が得られるようにすることが課題となっていた。
滑な表面を有する供試体に対するものであるが、実際に
レーザ焼入れの対象となる部品ではその表面にある程度
の粗さをもっている。そのため、最も高い吸収率が得ら
れるレーザ光の入射角度は理論上のブリュースタ角とは
異なっていることから、実際にレーザ焼入れを行う場合
において効率の良い、より望ましくは最大のレーザ光吸
収率が得られるようにすることが課題となっていた。
【０００８】
【発明の目的】この発明は、このような課題を解決する
ためになされたもので、望むらくは最大の効率ないしは
最大に近い効率でレーザ光のもつエネルギを被加工物に
吸収させることができるようにすることを目的としてい
る。
ためになされたもので、望むらくは最大の効率ないしは
最大に近い効率でレーザ光のもつエネルギを被加工物に
吸収させることができるようにすることを目的としてい
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、実際にレー
ザ焼入れの対象となる部品ではその表面にある程度の粗
さをもっていることに着目し、被加工物の表面粗さによ
って最適なレーザ光の入射角度を設定すると共に、発明
者らの詳細な実験研究により、表面粗さに対する最適な
レーザ光の入射角度範囲を明らかにしたものである。
ザ焼入れの対象となる部品ではその表面にある程度の粗
さをもっていることに着目し、被加工物の表面粗さによ
って最適なレーザ光の入射角度を設定すると共に、発明
者らの詳細な実験研究により、表面粗さに対する最適な
レーザ光の入射角度範囲を明らかにしたものである。
【００１０】すなわち、この発明は、直線偏光のレーザ
光をＰ偏光の向きに被加工物に照射し、被加工物の表面
を吸収材で被覆することなく焼入れを行うレーザ焼入れ
において、被加工物の表面粗さがＲａ＝０．２５〜１．
０μｍの場合にレーザ光の入射角度をθ＝７４〜８５度
の範囲に設定することにより、最大ないしは最大に近い
効率でレーザ光のもつエネルギを被加工物に伝達せんと
する構成としたことを特徴とするものであり、このよう
なレーザ焼入れ方法に係わる発明の構成をもって前記し
た従来の課題を解決するための手段としている。
光をＰ偏光の向きに被加工物に照射し、被加工物の表面
を吸収材で被覆することなく焼入れを行うレーザ焼入れ
において、被加工物の表面粗さがＲａ＝０．２５〜１．
０μｍの場合にレーザ光の入射角度をθ＝７４〜８５度
の範囲に設定することにより、最大ないしは最大に近い
効率でレーザ光のもつエネルギを被加工物に伝達せんと
する構成としたことを特徴とするものであり、このよう
なレーザ焼入れ方法に係わる発明の構成をもって前記し
た従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】図２は、表面粗さがＲａ＝０．６０μｍの
低炭素鋼に対する炭酸ガスレーザ光の吸収率をカロリメ
トリックな手法を用いて測定した結果を示したものであ
る。
低炭素鋼に対する炭酸ガスレーザ光の吸収率をカロリメ
トリックな手法を用いて測定した結果を示したものであ
る。
【００１２】また、図３は、表面粗さがＲａ＝０．０２
μｍの低炭素鋼について同様に測定した結果を示したも
のである。
μｍの低炭素鋼について同様に測定した結果を示したも
のである。
【００１３】図２に示すように、表面粗さがＲａ＝０．
６０μｍの材料については最大の吸収率が入射角度θ＝
８０度付近に見られ、図６に示した理論上のブリュース
タ角よりも約８度ほど低角側へシフトしたものとなって
いる。
６０μｍの材料については最大の吸収率が入射角度θ＝
８０度付近に見られ、図６に示した理論上のブリュース
タ角よりも約８度ほど低角側へシフトしたものとなって
いる。
【００１４】また、図３に示すように、表面粗さがＲａ
＝０．０２μｍの材料については最大の吸収率が入射角
度θ＝８６度付近に見られ、図６に示した理論上のブリ
ュースタ角にほぼ等しいものとなっている。
＝０．０２μｍの材料については最大の吸収率が入射角
度θ＝８６度付近に見られ、図６に示した理論上のブリ
ュースタ角にほぼ等しいものとなっている。
【００１５】このように、吸収率の最大値は、材料の表
面粗さ（Ｒａ）によってブリュースタ角とは異なる入射
角度（θ）に現れるため、最大の効率でレーザ光のもつ
エネルギを被加工物に伝達するためには、被加工物の表
面粗さによってレーザ光の入射角度を変える必要があ
る。また、その値は、被加工物の表面粗さがＲａ＝０．
２５〜１．０μｍの場合にレーザ光の入射角度をθ＝７
４〜８５度の範囲に設定した場合に最大ないしは最大に
近い効率が得られることが発明者らによる詳細な実験・
研究により明かとなった。
面粗さ（Ｒａ）によってブリュースタ角とは異なる入射
角度（θ）に現れるため、最大の効率でレーザ光のもつ
エネルギを被加工物に伝達するためには、被加工物の表
面粗さによってレーザ光の入射角度を変える必要があ
る。また、その値は、被加工物の表面粗さがＲａ＝０．
２５〜１．０μｍの場合にレーザ光の入射角度をθ＝７
４〜８５度の範囲に設定した場合に最大ないしは最大に
近い効率が得られることが発明者らによる詳細な実験・
研究により明かとなった。
【００１６】そして、上記の範囲であれば実用上十分な
吸収率が得られるが、さらには、おのおのの表面粗さに
応じた最適な入射角度を設定することが望ましいことが
わかった。
吸収率が得られるが、さらには、おのおのの表面粗さに
応じた最適な入射角度を設定することが望ましいことが
わかった。
【００１７】
【発明の作用】この発明に係わるレーザ焼入れ方法にお
いては、被加工物の表面粗さを考慮してレーザ光の入射
角度を設定するようにし、被加工物の表面粗さがＲａ＝
０．２５〜１．０μｍの場合にレーザ光の入射角度をθ
＝７４〜８５度の範囲に設定するようにしているので、
２５％以上のレーザ吸収率が得られるようになってレー
ザ光のもつエネルギが効率よく被加工物に伝達されるよ
うになることから、吸収材で被覆しなくとも実用上にお
いて十分な焼入れが実施されるようになる。
いては、被加工物の表面粗さを考慮してレーザ光の入射
角度を設定するようにし、被加工物の表面粗さがＲａ＝
０．２５〜１．０μｍの場合にレーザ光の入射角度をθ
＝７４〜８５度の範囲に設定するようにしているので、
２５％以上のレーザ吸収率が得られるようになってレー
ザ光のもつエネルギが効率よく被加工物に伝達されるよ
うになることから、吸収材で被覆しなくとも実用上にお
いて十分な焼入れが実施されるようになる。
【００１８】
【実施例】図１は、この発明の実施例において用いたレ
ーザ焼入れ装置の基本構成を示すものであって、１はレ
ーザ発振器、２はレーザ発振器１より出射されたレーザ
光、３は前記レーザ光２を屈折させる反射鏡、４はレー
ザ光２を集光するための集光レンズ、５ａ，５ｂはレー
ザ光２の各位置における偏光方向、６は被加工物であ
る。
ーザ焼入れ装置の基本構成を示すものであって、１はレ
ーザ発振器、２はレーザ発振器１より出射されたレーザ
光、３は前記レーザ光２を屈折させる反射鏡、４はレー
ザ光２を集光するための集光レンズ、５ａ，５ｂはレー
ザ光２の各位置における偏光方向、６は被加工物であ
る。
【００１９】そこで、表面粗さがＲａ＝０．６０μｍの
低炭素鋼よりなる被加工物６に対し、レーザ出力：１．
８５ｋＷ，ビーム移動速度：２．０ｍ／ｍｉｎ，レーザ
光２の入射角度：θ＝８０度（すなわち、カロリメトリ
ックな測定により最大の吸収率を示した角度）で直線偏
光のレーザ光２をＰ偏光の向きに被加工物６に照射して
レーザ焼入れを行い、次いで、被加工物６の硬化層を含
む断面を金属顕微鏡で調べたところ、図４に示す結果で
あった。
低炭素鋼よりなる被加工物６に対し、レーザ出力：１．
８５ｋＷ，ビーム移動速度：２．０ｍ／ｍｉｎ，レーザ
光２の入射角度：θ＝８０度（すなわち、カロリメトリ
ックな測定により最大の吸収率を示した角度）で直線偏
光のレーザ光２をＰ偏光の向きに被加工物６に照射して
レーザ焼入れを行い、次いで、被加工物６の硬化層を含
む断面を金属顕微鏡で調べたところ、図４に示す結果で
あった。
【００２０】また、比較のために、同じく表面粗さがＲ
ａ＝０．６０μｍの低炭素鋼よりなる被加工物６に対
し、レーザ出力：１．８５ｋＷ，ビーム移動速度：２．
０ｍ／ｍｉｎ，レーザ光２の入射角度：θ＝８８度（す
なわち、理論上のブリュースタ角）で直線偏光のレーザ
光２をＰ偏光の向きに被加工物６に照射してレーザ焼入
れを行い、次いで、被加工物６の硬化層を含む断面を金
属顕微鏡で調べたところ、図５に示す結果であった。
ａ＝０．６０μｍの低炭素鋼よりなる被加工物６に対
し、レーザ出力：１．８５ｋＷ，ビーム移動速度：２．
０ｍ／ｍｉｎ，レーザ光２の入射角度：θ＝８８度（す
なわち、理論上のブリュースタ角）で直線偏光のレーザ
光２をＰ偏光の向きに被加工物６に照射してレーザ焼入
れを行い、次いで、被加工物６の硬化層を含む断面を金
属顕微鏡で調べたところ、図５に示す結果であった。
【００２１】図４および図５に示すように、レーザ出力
およびビーム移動速度が同一でありながら、硬化層深さ
は、本発明実施例におけるレーザ光２の入射角度がθ＝
８０度である場合の方が、比較例におけるレーザ光の入
射角度がθ＝８８度である場合に比べて、より一層大き
いものとなっており、従来ブリュースタ角でレーザ光２
を入射させるのがよいとされていた場合に比べてより一
層効率良くエネルギを伝達できることが確かめられた。
およびビーム移動速度が同一でありながら、硬化層深さ
は、本発明実施例におけるレーザ光２の入射角度がθ＝
８０度である場合の方が、比較例におけるレーザ光の入
射角度がθ＝８８度である場合に比べて、より一層大き
いものとなっており、従来ブリュースタ角でレーザ光２
を入射させるのがよいとされていた場合に比べてより一
層効率良くエネルギを伝達できることが確かめられた。
【００２２】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、直線偏光のレーザ光をＰ偏光の向きに被加工物に
照射し、被加工物の表面を吸収材で被覆することなく焼
入れを行うレーザ焼入れにおいて、被加工物の表面粗さ
がＲａ＝０．２５〜１．０μｍの場合にレーザ光の入射
角度をθ＝７４〜８５度の範囲に設定する構成としたか
ら、最大ないしは最大に近い効率でレーザ光のもつエネ
ルギを被加工物に伝達することが可能となり、その結
果、できるだけ低い出力のレーザで高いエネルギ効率の
レーザ焼入れ加工を行うことが可能になるという著しく
優れた効果がもたらされる。
れば、直線偏光のレーザ光をＰ偏光の向きに被加工物に
照射し、被加工物の表面を吸収材で被覆することなく焼
入れを行うレーザ焼入れにおいて、被加工物の表面粗さ
がＲａ＝０．２５〜１．０μｍの場合にレーザ光の入射
角度をθ＝７４〜８５度の範囲に設定する構成としたか
ら、最大ないしは最大に近い効率でレーザ光のもつエネ
ルギを被加工物に伝達することが可能となり、その結
果、できるだけ低い出力のレーザで高いエネルギ効率の
レーザ焼入れ加工を行うことが可能になるという著しく
優れた効果がもたらされる。
【図１】この発明の実施例において用いたレーザ焼入れ
装置の基本構成を示す説明図である。
装置の基本構成を示す説明図である。
【図２】表面粗さがＲａ＝０．６０μｍの低炭素鋼に対
する炭酸ガスレーザ光の吸収率をカロリメトリックな方
法を用いて測定した結果を示すグラフである。
する炭酸ガスレーザ光の吸収率をカロリメトリックな方
法を用いて測定した結果を示すグラフである。
【図３】表面粗さがＲａ＝０．０２μｍの低炭素鋼に対
する炭酸ガスレーザ光の吸収率をカロリメトリックな方
法を用いて測定した結果を示すグラフである。
する炭酸ガスレーザ光の吸収率をカロリメトリックな方
法を用いて測定した結果を示すグラフである。
【図４】この発明の実施例でレーザ焼入れを行ったとき
の硬化層を含む被加工物の断面を示す金属顕微鏡写真で
ある。
の硬化層を含む被加工物の断面を示す金属顕微鏡写真で
ある。
【図５】この発明の比較例でレーザ焼入れを行ったとき
の硬化層を含む被加工物の断面を示す金属顕微鏡写真で
ある。
の硬化層を含む被加工物の断面を示す金属顕微鏡写真で
ある。
【図６】Ｆｒｅｓｎｅｌの公式を使って計算した炭酸ガ
スレーザ光の鉄に対する吸収率を示したグラフである。
スレーザ光の鉄に対する吸収率を示したグラフである。
２ レーザ光 ６ 被加工物 Ｒａ 被加工物の表面粗さ θ レーザ光の入射角度
【手続補正書】
【提出日】平成３年８月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金 田 佳 代 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 直線偏光のレーザ光をＰ偏光の向きに被
加工物に照射し、被加工物の表面を吸収材で被覆するこ
となく焼入れを行うレーザ焼入れにおいて、被加工物の
表面粗さがＲａ＝０．２５〜１．０μｍの場合にレーザ
光の入射角度をθ＝７４〜８５度の範囲に設定すること
を特徴とするレーザ焼入れ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19787691A JPH0543932A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザ焼入れ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19787691A JPH0543932A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザ焼入れ方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543932A true JPH0543932A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16381791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19787691A Pending JPH0543932A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | レーザ焼入れ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0543932A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5763625A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-17 | Mitsubishi Electric Corp | Heat treatment device for surface using laser |
| JPH02122016A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Brother Ind Ltd | レーザ光による溝部焼入装置 |
| JPH02141525A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Toshiba Corp | レーザビームによる表面焼入れ方法 |
-
1991
- 1991-08-07 JP JP19787691A patent/JPH0543932A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5763625A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-17 | Mitsubishi Electric Corp | Heat treatment device for surface using laser |
| JPH02122016A (ja) * | 1988-10-31 | 1990-05-09 | Brother Ind Ltd | レーザ光による溝部焼入装置 |
| JPH02141525A (ja) * | 1988-11-22 | 1990-05-30 | Toshiba Corp | レーザビームによる表面焼入れ方法 |
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