JPH075978B2 - シリンダブロツクの焼入れ方法およびその装置 - Google Patents

シリンダブロツクの焼入れ方法およびその装置

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JPH075978B2
JPH075978B2 JP61083825A JP8382586A JPH075978B2 JP H075978 B2 JPH075978 B2 JP H075978B2 JP 61083825 A JP61083825 A JP 61083825A JP 8382586 A JP8382586 A JP 8382586A JP H075978 B2 JPH075978 B2 JP H075978B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/14Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes

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  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は、内燃機関におけるシリンダブロックのライ
ナー面を疑似市松模様にレーザ焼入れするシリンダブロ
ックの焼入れ方法およびその装置に関する。
(従来の技術) シリンダブロックのライナー面のように耐摩耗性が厳し
く要求される部分は、特殊合金鋳鉄製のスリーブを嵌合
するのが一般的であるが、スリーブの部品代およびこの
スリーブをシリンダブロックに対して嵌着するための工
程および仕上げ加工の必要性からコストアップの原因に
なっている。そこで、シリンダブロックのライナー面を
疑似市松模様にレーザ焼入れする方法が行われている。
このレーザ焼入れ方法は、レーザ発振器から発振された
レーザ光を光学系によって集光して前記シリンダブロッ
クの内部に導き、ライナー面に対して照射することによ
って焼入れするようにしている。この場合、ライナー面
の全面を焼入れすることなく、疑似市松模様に焼入れす
る手段としてシリンダブロックの内周面に沿ってレーザ
照射光学系を回転させるとともに、レーザ発振をオン、
オフさせてライナー面に焼入れ部と非焼入れ部とを交互
に形成して疑似市松模様を形成している。したがって、
オン、オフの切換の前後で焼入れ状態が不安定となり、
第5図に示すように、焼入れ部の両端が丸みの付き、軸
方向にも不揃いの焼入れパターンとなり、クラックが発
生しやすく、また高速焼入れが出来ないという欠点があ
る。
(発明が解決しようとする問題点) この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その
目的とするところは、高速で正確な焼入れパターンの焼
入れができるとともに、クラックの発生を防止すること
ができるシリンダブロックの焼入れ方法およびその装置
を提供することにある。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段及び作用) この発明の1つは、シリンダブロックのライナー面に疑
似市松模様のレーザ焼入れを行なうシリンダブロックの
焼入れ方法において、前記シリンダブロックのライナー
面に沿ってシリンダ内の所定位置に遮光手段をセット
し、移動機構と回転機構を同期駆動することにより、前
記ライナー面におけるシリンダの筒軸方向に所定ピッチ
を有した第1の螺旋経路でレーザ光を移動させ同レーザ
光を前記遮光手段の背面側から連続照射させることによ
り、前記筒軸方向における前記第1の螺旋経路間に第2
の螺旋経路となる螺旋状の非焼入れゾーンを残して前記
第1の螺旋経路上に焼入れ部と非焼入れ部を交互に第1
の不連続帯状焼入れパターンを成形する第1の焼入れ工
程と、前記遮光手段をライナー面の円周方向へ所定角度
回動させレーザ光の透過部と遮光部との位相を前記第1
の焼入れ工程のセット位置から変更し、前記移動機構と
回転機構を同期駆動することにより、前記ライナー面に
おけるレーザ光を前記第2の螺旋経路で移動させ前記第
2の螺旋経路上に焼入れ部と非焼入れ部とを交互に第2
の不連続帯状焼入れパターンを形成する第2の焼入れ工
程とを具備したことを特徴とする。
もう1つの発明は、シリンダブロックのライナー面に疑
似市松模様のレーザ焼入れを行なうシリンダブロックの
焼入れ装置において、レーザ発振器と、同レーザ発振器
のレーザ発光部に連結さ、レーザ光を所定位置にセット
された前記シリンダブロックのシリンダの筒軸線上に導
く鏡筒と、前記レーザ発振器に設けられ前記シリンダの
筒軸線と平行に移動可能な昇降ヘッドと、同昇降ヘッド
に回転自在に設けられると共に、一端部が前記鏡筒に前
記軸線方向に相対移動自在に連結されて前記昇降ヘッド
の移動によりレーザ光の光路を伸縮可能に形成し、他端
部に前記シリンダ内に延び前記ライナー面へ照射される
レーザ光が導出される開口窓を有するレーザ照射ヘッド
を持った回転筒と、前記レーザ発振器と前記昇降ヘッド
との間に設けられ同昇降ヘッドを駆動する移動機構と、
前記昇降ヘッドと前記回転筒との間に設けられ同回転筒
を回転駆動するとともに、前記移動機構と同期駆動して
ライナー面におけるレーザ光をシリンダの筒軸方向に所
望のピッチを有した複数の螺旋経路で移動させてレーザ
光を連続照射させる回転機構と、前記昇降ヘッドに所定
回転自在に連結された状態で前記レーザ照射ヘッドを包
囲し同レーザ照射ヘッドから照射されるレーザ光を遮光
する遮光部材と、同遮光部材と前記昇降ヘッドとの間に
設けられ、遮光部材の回動方向の停止位置を切り換え駆
動し遮光部材を前記ライナー面の円周方向におけるレー
ザ光の透過部と遮光部との位相を変更せしめる遮光部部
材回動切換え手段とを具備したことを特徴とする。
(実施例) 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図はシリンダブロックのレーザ焼入れ装置を示すも
ので、1は被焼入れ部品としてのシリンダブロックであ
り、2はライナー面である。一方、3はレーザ発振器で
あり、このレーザ発振器3から発振されるCO2レーザ光
Lはレーザ照射光学系4によって前記シリンダブロック
1のライナー面2に導かれるようになっている。すなわ
ち、5は直角に屈曲する鏡筒であり、この屈曲部には第
1の反射ミラー6が設けられ、レーザ光Lを90°反射す
るようになっている。この鏡筒5の外側には回転筒7が
嵌合されていて、この回転筒7は昇降ヘッド8に軸受9
を介して回転自在に支持されている。そして、回転筒7
の外周面にはウォーム10と歯合するウォームホィール11
が刻設され、このウォーム10はNCモータもしくはパルス
モータ(図示しない)に連結され、回転機構12を構成し
ている。また、前記昇降ヘッド8は上下方向に設けたガ
イドレール13にスライド自在に係合しており、この昇降
ヘッド8はNCモータもしくはパルスモータなどの駆動源
14と連動する送りねじ15と歯合され、昇降ヘッド8を上
下方向に移動する移動機構16を構成している。さらに、
前記回転筒8の下端部には集光レンズ17が装着されてい
るとともに、外周面にはねじ部18が刻設され、このねじ
部18には円筒状のレーザ照射ヘッド19が螺合されてい
る。そして、このレーザ照射ヘッド19の下端部には第2
の反射ミラー20が装着されている。そして、この第2の
反射ミラー20によってレーザ光Lを90°屈折してレーザ
照射ヘッド19の側部に設けた開口窓21から照射するよう
になっている。したがって、レーザ照射ヘッド19は前記
回転筒7のねじ部18に対してねじ込むことによって回転
筒7に対して上下動自在であり、集光レンズ17と第2の
反射ミラー21との距離を可変でき、焼入れパターンの大
きさを自由に可変できるようになっている。また、前記
レーザ照射ヘッド19の外周には円筒状の遮光部材22が嵌
合されている。この遮光部材22は、第2図に示すよう
に、開口窓21と対応する円周上に透過部23…と遮光部24
…とを交互に配置することによって構成されている。そ
して、前記透過部23は矩形状の開口によって形成され、
遮光部24はレーザ光Lが当たった場合、乱反射してライ
ナー面2に照射されないように円柱棒状に形成されてい
る。また、この遮光部材23の上端部は遮光部部材回動切
換え手段としてのエジェクトシリンダ25に連結されてい
て、遮光部材23を前記レーザ照射ヘッド19の開口窓21に
対して周方向に相対的に回動させ、透過部23…と遮光部
24…との位相調節できるようになっている。
つぎに、前述のように構成されたレーザ焼入れ装置によ
ってシリンダブロック1のライナー面2を疑似市松模様
に焼入れする方法について説明する。
まず、移動機構16によって昇降ヘッド8を下降してレー
ザ照射ヘッド19をシリンダブロック1に挿入し、開口窓
21をライナー面2に対向する。この場合、ライナー面2
の上部aおよび下部bを残し、中間を被焼入れ領域cと
すると、まず、この被焼入れ領域cの上端部にレーザ照
射ヘッド19の開口窓21を対向させる。この状態で、レー
ザ発振器3からレーザ光Lを発振させると、レーザ光L
は第1の反射ミラー6によって反射され、集光レンズ17
によって集光される。集光されたレーザ光Lは第2の反
射ミラー22によって再び反射され、開口窓21を介して外
部に照射される。このとき、回転筒7は回転機構12によ
って回転されるため、レーザ照射ヘッド19はレーザ光L
の光軸を中心として回転する。この回転筒7の回転と同
期して昇降ヘッド8は移動機構16によって徐々に下降す
るため、レーザ照射ヘッド19はシリンダブロック1の内
周面に沿って回転しながら下降し、ライナー面2に向っ
て照射されるレーザ光Lは螺旋状を描くことになる。一
方、このとき、レーザ照射ヘッド19の外側には遮光部材
22が設けられているため、開口窓21から照射されるレー
ザ光Lが遮光部材22の透過部23…に対向したときのみラ
イナー面2に照射され、遮光部24…に対向したときには
乱反射してライナー面2にはレーザ光Lが照射されな
い。したがって、ライナー面2には第3図に示すように
焼入れ26…と非焼入れ部27…とが交互に形成され、第1
の不連続帯状焼入れパターン28が形成される。
前述のように、ライナー面2に対して第3図に示すよう
に第1の不連続帯状焼入れパターン28を形成したのち、
エジェクタシリンダ25によって遮光部材22を僅かに回動
させ、開口窓21に対する透過部23…と遮光部24…の位相
をずらし、第1の不連続帯状焼入れパターン28の焼入れ
部26に遮光部24…を対向させ、非焼入れ部27…に透過部
23を対向させる。そして、回転機構12によって回転筒7
を逆方向に回転するとともに、移動機構16によって昇降
ヘッド8を上昇させると、第1の不連続帯状焼入れパタ
ーン28の間に第2の不連続帯状焼入れパターン29が形成
され、第4図に示すように、ライナー面2の被焼入れ領
域cに対して疑似市松模様の焼入れパターンが形成され
る。この場合、第1および第2の不連続帯状焼入れパタ
ーン28、29の焼入れ部26…の幅をd、被焼入れ部27…の
幅をeとすると、d>eの関係にあり、焼入れ部26相互
のラップ幅を(2f)とすると、(2f/d)×100=30〜70
%になっている。
また、この実施例における焼入れ条件は、レーザ出力2.
5KW、速度5.5m/min、ビーム幅8.0mm、集光レンズ10inch
としたとき、焼入れ部の硬度HB504〜515、焼入れ深さ0.
17〜0.26mm、焼入れ部の縦幅2.67〜4.05mm、横幅12.9〜
13.2mm、チル深さ0.01mm(ホーニング仕上げ取り代0.02
〜0.05mm以下)で可能となった。なお、チル組織はホー
ニング仕上げ取り代より深いとクラックが発生しやす
い。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、レーザ光の照
射経路を複数の螺旋経路に設定したこと、レーザ光を連
続照射により焼入れしたこと、および遮光手段(部材)
を回動可能とすることにより各螺旋経路間に焼入れ部と
非焼入れ部との焼入れパターンの位相をずらす技術を採
用することにより、シリンダブロックのライナー面の焼
入れが効率的に行え、シリンダ1気筒あたりの焼入れに
要する時間の短縮化を図ることができ量産性に優れてい
る。しかも、レーザ光を連続照射のまま各螺旋経路を移
動して焼入れすることにより、シリンダ面に形成される
各不連続焼入れパターンの焼入れ状態は、各パターン間
または同一パターン内においても略均一な安定した焼入
れが可能となり、耐摩耗性の高いシリンダブロックが実
現可能となり、ひいては性能の優れた商品価値の高いエ
ンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示すレーザ焼入れ装置の
縦断側面図、第2図は同じく遮光部材の斜視図、第3図
および第4図は焼入れパターンを示す説明図、第5図は
従来の焼入れパターンを示す説明図である。 1……シリンダブロック、2……ライナー面、3……レ
ーザ発振器、L……レーザ光、4……レーザ光学系、12
……回転機構、16……移動機構、19……レーザ照射ヘッ
ド、22……遮光部材、24……透過部、24……遮光部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダブロックのライナー面に疑似市松
    模様のレーザ焼入れを行なうシリンダブロックの焼入れ
    方法において、 前記シリンダブロックのライナー面に沿ってシリンダ内
    の所定位置に遮光手段をセットし、移動機構と回転機構
    を同期駆動することにより、前記ライナー面におけるシ
    リンダの筒軸方向に所定ピッチを有した第1の螺旋経路
    でレーザ光を移動させ同レーザ光を前記遮光手段の背面
    側から連続照射させることにより、前記筒軸方向におけ
    る前記第1の螺旋経路間に第2の螺旋経路となる螺旋状
    の非焼入れゾーンを残して前記第1の螺旋経路上に焼入
    れ部と非焼入れ部を交互に第1の不連続帯状焼入れパタ
    ーンを形成する第1の焼入れ工程と、 前記遮光手段をライナー面の円周方向へ所定角度回動さ
    せレーザ光の透過部と遮光部との位相を前記第1の焼入
    れ工程のセット位置から変更し、前記移動機構と回転機
    構を同期駆動することにより、前記ライナー面における
    レーザ光を前記第2の螺旋経路で移動させ前記第2の螺
    旋経路上に焼入れ部と非焼入れ部とを交互に第2の不連
    続帯状焼入れパターンを形成する第2の焼入れ工程と、 を具備したことを特徴とするシリンダブロックの焼入れ
    方法。
  2. 【請求項2】シリンダブロックのライナー面に疑似市松
    模様のレーザ焼入れを行なうシリンダブロックの焼入れ
    装置において、 レーザ発振器と、 同レーザ発振器のレーザ発光部に連結され、レーザ光を
    所定位置にセットされた前記シリンダブロックのシリン
    ダの筒軸線上に導く鏡筒と、 前記レーザ発振器に設けられ前記シリンダの筒軸線と平
    行に移動可能な昇降ヘッドと、 同昇降ヘッドに回転自在に設けられると共に、一端部が
    前記鏡筒に前記軸線方向に相対移動自在に連結されて前
    記昇降ヘッドの移動によりレーザ光の光路を伸縮可能に
    形成し、他端部に前記シリンダ内に延び前記ライナー面
    へ照射されるレーザ光が導出される開口窓を有するレー
    ザ照射ヘッドを持った回転筒と、 前記レーザ発振器と前記昇降ヘッドとの間に設けられ同
    昇降ヘッドを駆動する移動機構と、 前記昇降ヘッドと前記回転筒との間に設けられ同回転筒
    を回転駆動するとともに、前記移動機構と同期駆動して
    ライナー面におけるレーザ光をシリンダの筒軸方向に所
    望のピッチを有した複数の螺旋経路で移動させてレーザ
    光を連続照射させる回転機構と、 前記昇降ヘッドに所定回転自在に連結された状態で前記
    レーザ照射ヘッドを包囲し同レーザ照射ヘッドから照射
    されるレーザ光を遮光する遮光部材と、 同遮光部材と前記昇降ヘッドとの間に設けられ、遮光部
    材の回動方向の停止位置を切り換え駆動し遮光部材を前
    記ライナー面の円周方向におけるレーザ光の透過部と遮
    光部との位相を変更せしめる遮光部部材回動切換え手段
    と、 を具備したことを特徴とするシリンダブロックの焼入れ
    装置。
JP61083825A 1986-04-11 1986-04-11 シリンダブロツクの焼入れ方法およびその装置 Expired - Lifetime JPH075978B2 (ja)

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