JPH0774372B2 - Laser hardening method - Google Patents

Laser hardening method

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JPH0774372B2
JPH0774372B2 JP60248999A JP24899985A JPH0774372B2 JP H0774372 B2 JPH0774372 B2 JP H0774372B2 JP 60248999 A JP60248999 A JP 60248999A JP 24899985 A JP24899985 A JP 24899985A JP H0774372 B2 JPH0774372 B2 JP H0774372B2
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laser
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quenching
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秀夫 久田
和夫 森津
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はレーザビームを使用して軸や筒状体などのワ
ークを環状に焼入れするレーザ焼入れ方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser quenching method for quenching a workpiece such as a shaft or a tubular body in an annular shape by using a laser beam.

従来の技術 従来レーザビームを使用して軸や筒状体などを環状に焼
入れする場合、第10図に示すようにワークaを回転させ
ながらワークaの焼入れ個所にレーザビームbを当てて
ワークaを焼入れする方法や、第11図に示すようにワー
クaの内側に設けた反射鏡cを回転させて、ワークaの
内周面に沿つてレーザビームbを振りながらワークaを
焼入れする方法が一般に採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the case of quenching a shaft or a cylindrical body using a laser beam in an annular shape, a laser beam b is applied to the quenching point of the work a while rotating the work a as shown in FIG. And a method of rotating the reflecting mirror c provided inside the work a as shown in FIG. 11 and quenching the work a while swinging the laser beam b along the inner peripheral surface of the work a. Generally adopted.

しかし何れの方法も、レーザビームbの照射開始点や終
了点及びこれに隣接する硬化帯境界部に焼戻しによる軟
化層が発生し、この部分の耐摩耗性や耐ピツチング疲労
限界が低下するなどの不具合が発生する。
However, in any of the methods, a softening layer due to tempering is generated at the irradiation start point and the end point of the laser beam b and the hardening zone boundary portion adjacent to the irradiation point, and the wear resistance and the pitting fatigue limit of this portion are lowered. A problem occurs.

上記不具合を解消する方法として第12図に示すようなト
ーリツク集光ミラーdや第13図に示すようにコーン状集
光ミラーeを用いて環状のレーザビームbをワークaに
向けて反射する方法も提案されている。
As a method for solving the above-mentioned inconvenience, a method for reflecting an annular laser beam b toward a work a using a Toric condensing mirror d as shown in FIG. 12 or a cone-shaped condensing mirror e as shown in FIG. Is also proposed.

発明が解決しようとする問題点 しかし上記方法によれば焼戻しによる軟化層の生成は防
止できるが、レーザビームbの発生に不安定共振器しか
使用できないことから、使用に制限を受けると共に、ワ
ーク毎に焦点距離などを変えたトーリツク集光ミラーd
やコーン状集光ミラーeを予め複数個用意しなければな
らないと共に、凹球面状の反射面を有するこれらミラー
は何れも高価であるなどの不具合があつた。
Problems to be Solved by the Invention However, although the above method can prevent the generation of the softened layer due to tempering, only the unstable resonator can be used for generating the laser beam b, so that the use is restricted and each work is Toric condensing mirror d with different focal length etc.
A plurality of cone-shaped condensing mirrors e must be prepared in advance, and all of these mirrors having a concave spherical reflection surface are expensive.

この発明は上記従来の不具合を改善するためになされた
もので、高価なトーリツク集光ミラーのような光学系を
使用することなくワークを均一に焼入れできるレーザ焼
入れ方法を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a laser hardening method capable of uniformly hardening a workpiece without using an optical system such as an expensive Torrick condensing mirror. It is a thing.

問題点を解決するための手段及び作用 この発明は上記目的を達成するために、レーザ発生装置
で発生されたレーザビームを、回転中心に直角な面に対
してある角度傾斜され、かつ回転駆動源により高速で回
転される凹面鏡よりなる反射型偏光手段へ照射して、こ
の偏光手段によりレーザビームを環状に振りながらワー
クへ環状に照射することにより、ワークを環状に焼入れ
するようにしたもので、高価な光学系を必要とせずにワ
ークの焼入れが可能になると共に、反射型偏光手段の採
用により、偏光手段の中心を支持して高速回転が可能な
ため、照射ムラなどによる焼ムラのない均一な焼入れが
可能になる。
Means and Actions for Solving the Problems In order to achieve the above-mentioned object, the present invention makes a laser beam generated by a laser generator inclined by a certain angle with respect to a plane perpendicular to the center of rotation and has a rotary drive source. By irradiating the reflection type polarizing means consisting of a concave mirror rotated at a high speed by irradiating the work annularly while oscillating the laser beam annularly by this polarizing means, the work is hardened in an annular shape. The work can be hardened without the need for an expensive optical system, and the adoption of a reflective polarization means allows the center of the polarization means to be supported for high-speed rotation, so there is no unevenness in baking due to uneven irradiation. Hard quenching becomes possible.

実 施 例 この発明の一実施例を第1図及び第2図を参照して詳述
すると、図において1は内面の一部を環状に焼入れする
筒状のワークで、このワーク1の内部中央には上部が円
錐状となつたコーン状ミラー2が設置されている。上記
コーン状ミラー2の上方には、ワーク1の軸線上に位置
して凹面鏡3が設けられている。
EXAMPLE An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylindrical work in which a part of the inner surface is quenched into an annular shape. A cone-shaped mirror 2 having a cone-shaped upper part is installed in the. Above the cone-shaped mirror 2, a concave mirror 3 is provided on the axis of the work 1.

上記凹面鏡3は図示しないレーザ発生装置より発生され
たレーザビーム4を上記コーン状ミラー2に向けて偏向
するもので、レーザビーム4の径の2倍以上のものが用
いられると共に、反射面3a側は、lθ=dとなるように
基準面3′に対して角度θ傾斜されている。
The concave mirror 3 is for deflecting a laser beam 4 generated by a laser generator (not shown) toward the cone-shaped mirror 2. The concave mirror 3 has a diameter which is at least twice the diameter of the laser beam 4 and is used on the reflecting surface 3a side. Is inclined by an angle θ with respect to the reference plane 3 ′ such that lθ = d.

なおlは凹面鏡3からコーン状ミラー2までの距離、d
は環状ビーム径である。
In addition, l is the distance from the concave mirror 3 to the cone-shaped mirror 2, d
Is the annular beam diameter.

また上記凹面鏡3の背面には上記基準面3′と直角な方
向に回転軸5aを有するエアモータなどの回転駆動源5が
接続されていて、凹面鏡3を6000〜12000rpmの高速で回
転するようになつている。
Further, a rotary drive source 5 such as an air motor having a rotary shaft 5a in a direction perpendicular to the reference plane 3'is connected to the back surface of the concave mirror 3 so that the concave mirror 3 can be rotated at a high speed of 6000 to 12000 rpm. ing.

次にワーク1の焼入れ方法を説明すると、レーザ発生装
置より発生されたレーザビーム4は、回転駆動源5によ
り高速で回転される凹面鏡3で、コーン状ミラー2側へ
偏向されると共に、さらにコーン状ミラー2の反射面2a
でワーク1内周面へ反射され、ワーク1へ照射される。
Next, a method of quenching the work 1 will be described. The laser beam 4 generated by the laser generator is deflected to the cone-shaped mirror 2 side by the concave mirror 3 which is rotated at a high speed by the rotary drive source 5, and the cone-shaped mirror 2 is further rotated. Reflection surface 2a of the circular mirror 2
Is reflected by the inner peripheral surface of the work 1 and is irradiated onto the work 1.

また上記レーザビーム4の照射点は、凹面鏡3の回転に
伴いワーク1の内周面を高速回転し、これによつてはじ
めに照射された部分の温度が低下する前に次の照射が行
なわれるため、焼戻しによる軟化層を発生させることな
くワーク1の内周を環状に焼入れすることができるよう
になる。
Further, the irradiation point of the laser beam 4 rotates the inner peripheral surface of the work 1 at a high speed as the concave mirror 3 rotates, so that the next irradiation is performed before the temperature of the first irradiated portion decreases. It becomes possible to quench the inner circumference of the work 1 into an annular shape without generating a softened layer due to tempering.

なおはじめにレーザビーム4が照射されてから次のビー
ム4が照射されるまでの時間は5〜10msec以内である。
またワーク1の焼入れ幅Dはレーザ焼入れに必要な硬さ
やワーク1の焼入れ性を考慮して決定するものである
が、通常は0.5〜5mm程度である。
The time from the first irradiation of the laser beam 4 to the irradiation of the next beam 4 is within 5 to 10 msec.
The hardening width D of the work 1 is determined in consideration of the hardness required for laser hardening and the hardenability of the work 1, but is usually about 0.5 to 5 mm.

一方第3図はワーク1が軸の場合の焼入れ方法である
が、この場合2組の環状平面鏡6を適当な間隔で配置し
て、コーン状ミラー2で反射されたレーザビーム4をワ
ーク1の外周面へ向けて反射させればよい。
On the other hand, FIG. 3 shows a quenching method in the case where the work 1 is an axis. In this case, two sets of annular plane mirrors 6 are arranged at appropriate intervals and the laser beam 4 reflected by the cone-shaped mirror 2 is applied to the work 1. It may be reflected toward the outer peripheral surface.

さらに第4図及び第5図は光軸10′より偏心した位置を
回転中心として集光レンズ10を回転させることによりレ
ーザビーム4の環状照射を可能にした参考例を示すもの
で、次にこれを説明すると、上記集光レンズ10は第6図
に示すようにレンズ筒11にベアリング12を介して回転自
在に取付けられたレンズホルダ13に、光軸10′が回転中
心13′よりε偏心した位置に取付けられている。上記レ
ンズホルダ13はベルトなどの動力伝達手段14により回転
しないモータなどの回転駆動源(図示せず)に接続され
ていて、この回転駆動源により100rpm以上の高速で矢印
方向(第7図参照)へ回転されると共に、レンズホルダ
13の下面には冷却フイン15が突設されていて、放熱効果
を高めることにより、集光レンズ10が熱によつて歪んだ
り、寿命が低下するのを防止している。
Further, FIGS. 4 and 5 show a reference example in which the converging lens 10 is rotated about a position eccentric from the optical axis 10 'as a rotation center to enable annular irradiation of the laser beam 4. The optical axis 10 'of the condenser lens 10 is eccentric from the center of rotation 13' of the lens holder 13 which is rotatably attached to the lens barrel 11 via a bearing 12 as shown in FIG. Installed in position. The lens holder 13 is connected to a rotary drive source (not shown) such as a motor which does not rotate by a power transmission means 14 such as a belt, and this rotary drive source allows a high speed of 100 rpm or more in the arrow direction (see FIG. 7). Lens holder
A cooling fin 15 is projectingly provided on the lower surface of 13 to prevent heat from distorting the condenser lens 10 and shortening the life of the condenser lens 10 by enhancing the heat dissipation effect.

次に上記焼入れ装置によるレーザ焼入れ方法を説明する
と、回転駆動源により高速回転される集光レンズ10に達
した第4図の4′に示すような強度分布を有するレーザ
光は、集光レンズ10により偏光されて、第8図に示す噴
射ノズルのようなワーク1の内面に達し、照射点がワー
ク1の内面に沿つて回転し、ワーク1を環状に焼入れす
る。この場合も上記実施例同様はじめにレーザビーム4
が照射された部分の温度が低下する前に次のビーム4が
達するため、焼戻しによる軟化層の発生が防止できる
が、集光レンズ10を回転させる場合、集光レンズ10の外
周部を支持するレンズホルダ13を回転させなければなら
ないため、回転機構が複雑になると共に、レンズホルダ
13の回転精度が悪いと、ワーク1上で照射ムラが発生し
て、均一な焼入れができなくなる虞がある。
Next, the laser quenching method by the quenching device will be described. The laser light having the intensity distribution as shown in 4'of FIG. Is polarized by and reaches the inner surface of the work 1 such as the injection nozzle shown in FIG. 8, and the irradiation point rotates along the inner surface of the work 1 to quench the work 1 in an annular shape. Also in this case, similarly to the above embodiment, the laser beam 4 is first introduced.
Since the next beam 4 arrives before the temperature of the part irradiated with is reduced, it is possible to prevent the softening layer from being generated by tempering, but when rotating the condenser lens 10, the outer peripheral portion of the condenser lens 10 is supported. Since the lens holder 13 must be rotated, the rotation mechanism becomes complicated and the lens holder 13
If the rotation accuracy of 13 is poor, uneven irradiation may occur on the work 1 and uniform quenching may not be possible.

また同様な方法で第9図に示すようなリリーフ弁14等の
バルブシート14aの焼入れも可能である。
Further, the valve seat 14a such as the relief valve 14 as shown in FIG. 9 can be quenched by the same method.

発明の効果 この発明は以上詳述したように、レーザ発生装置で発生
されたレーザビームを、回転中心に直角な面に対してあ
る角度傾斜され、かつ回転駆動源により高速で回転され
る凹面鏡よりなる反射型偏光手段へ照射して、この偏光
手段によりレーザビームを環状に振りながらワークへ環
状に照射することにより、ワークを環状に焼入れするよ
うにしたことから、トーリック集光ミラーのような高価
な光学系を使用せずにワークの焼入れが可能になると共
に、照射開始点や終点及びこれらに隣接する硬化境界に
焼戻しによる軟化層が発生することがないため、焼入れ
品質が大幅に向上する。
Effect of the Invention As described in detail above, according to the present invention, a laser beam generated by a laser generator is tilted at an angle with respect to a plane perpendicular to the center of rotation and is rotated at a high speed by a rotary drive source. By irradiating the reflection type polarizing means, the laser beam is circularly irradiated by the polarizing means and irradiated to the work annularly, so that the work is quenched in an annular shape, which is expensive like a toric condenser mirror. Quenching of a work is possible without using a special optical system, and since a softening layer due to tempering does not occur at the irradiation start point or end point and the hardening boundary adjacent to these, quenching quality is greatly improved.

また凹面鏡より反射されたレーザビームはある一定の幅
を持ってワークに達し、ワークを一定の幅で連続的に焼
入れすることができるため、ワークを線状に走査して焼
入れする場合に比べて短時間で広範囲の焼入れが可能と
なり、生産性が大幅に向上すると共に、凹面鏡の傾きに
よって焼入れ幅が任意に選択できるため、ワークの材質
や形状に応じて焼入れ幅を適確に設定できる効果もあ
る。
Also, the laser beam reflected from the concave mirror reaches the work with a certain width, and the work can be continuously hardened with a constant width, so compared to the case where the work is linearly scanned and hardened. A wide range of quenching is possible in a short time, productivity is greatly improved, and since the quenching width can be arbitrarily selected by the inclination of the concave mirror, the hardening width can be set appropriately according to the work material and shape. is there.

さらに凹面鏡の採用により、凹面鏡の中心を支持して凹
面鏡を高速で回転させることができるため、精度の高い
回転が可能となり、これによってワーク上において照射
ムラが発生することがないため、均一な焼入れが可能に
なる。
Furthermore, by adopting a concave mirror, the concave mirror can be rotated at high speed while supporting the center of the concave mirror, which enables highly accurate rotation, which does not cause uneven irradiation on the workpiece, so that uniform quenching is possible. Will be possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明方法に用いるレーザ焼入れ装置の一実
施例を示す概略図、第2図は第1図II円内の拡大図、第
3図は他の実施例を示す説明図、第4図ないし第9図は
参考例を示す説明図、第10図ないし第13図は従来の説明
図である。 1はワーク、4はレーザビーム。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a laser hardening apparatus used in the method of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view within a circle II in FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view showing another embodiment, and FIG. 9 to 10 are explanatory views showing a reference example, and FIGS. 10 to 13 are conventional explanatory views. 1 is a work and 4 is a laser beam.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ発生装置で発生されたレーザビーム
4を、回転中心に直角な面に対してある角度傾斜され、
かつ回転駆動源5により高速で回転される凹面鏡3より
なる反射型偏光手段へ照射して、この偏光手段によりレ
ーザビーム4を環状に振りながらワーク1へ環状に照射
することにより、ワーク1を環状に焼入れすることを特
徴とするレーザ焼入れ方法。
1. A laser beam 4 generated by a laser generator is tilted at an angle with respect to a plane perpendicular to the center of rotation,
Further, the work 1 is annularly irradiated by irradiating the reflection type polarization means composed of the concave mirror 3 which is rotated at a high speed by the rotary drive source 5, and irradiating the work 1 annularly while oscillating the laser beam 4 annularly by the polarization means. A laser quenching method, characterized in that the laser quenching is performed.
【請求項2】偏光手段により環状に振られたレーザビー
ム4を、筒状ワーク1内に位置させたコーン状ミラー2
によりワーク1の内周面へ一定の幅Dで環状に反射させ
ることにより、ワーク1内面を環状に焼入れしてなる請
求項1記載のレーザ焼入れ方法。
2. A cone-shaped mirror 2 in which a laser beam 4 circularly oscillated by a polarizing means is positioned in a cylindrical work 1.
2. The laser hardening method according to claim 1, wherein the inner surface of the work 1 is annularly quenched by causing the inner surface of the work 1 to be annularly reflected with a constant width D.
【請求項3】偏光手段により環状に振られたレーザビー
ム4をコーン状ミラー2と複数の環状平面鏡6によりワ
ーク1の外周面へ環状に反射させることにより、ワーク
1の外周面を環状に焼入れしてなる請求項1記載のレー
ザ焼入れ方法。
3. An outer peripheral surface of a work 1 is hardened in an annular shape by causing a laser beam 4 oscillated in an annular shape by a polarizing means to be annularly reflected by the cone-shaped mirror 2 and a plurality of annular plane mirrors 6 to the outer peripheral surface of the work 1. The method of laser hardening according to claim 1, wherein
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03170616A (en) * 1989-11-29 1991-07-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Laser beam optical instrument for heating inner face of pipe
JPH0463223A (en) * 1990-06-30 1992-02-28 Okuma Mach Works Ltd Scanning method of laser beam
JPH04127253U (en) * 1991-05-10 1992-11-19 三菱自動車工業株式会社 Laser hardening equipment for cylindrical inner surface
US5449879A (en) * 1993-10-07 1995-09-12 Laser Machining, Inc. Laser beam delivery system for heat treating work surfaces
FR2777810B1 (en) * 1998-04-28 2000-05-19 Air Liquide METHOD AND DEVICE FOR TREATING THE INTERNAL SURFACE OF A GAS BOTTLE
US6534134B1 (en) * 1998-11-20 2003-03-18 University Of Puerto Rico Apparatus and method for pulsed laser deposition of materials on wires and pipes

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57171618A (en) * 1981-04-16 1982-10-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Hardening method by laser
JPS5939490A (en) * 1982-08-27 1984-03-03 Toshiba Corp Laser working device
JPS60236483A (en) * 1984-05-09 1985-11-25 三菱電機株式会社 Laser heater
JPS6199622A (en) * 1984-10-22 1986-05-17 Mitsubishi Electric Corp Laser beam machine

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