JPH0860233A - Laser beam quenching apparatus and its quenching method - Google Patents

Laser beam quenching apparatus and its quenching method

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JPH0860233A
JPH0860233A JP19564294A JP19564294A JPH0860233A JP H0860233 A JPH0860233 A JP H0860233A JP 19564294 A JP19564294 A JP 19564294A JP 19564294 A JP19564294 A JP 19564294A JP H0860233 A JPH0860233 A JP H0860233A
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JP
Japan
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work
laser
peripheral surface
holder
outer peripheral
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JP19564294A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Endo
彰広 遠藤
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PURPOSE: To keep the roundness of a cylindrical work to a prescribed range, to enable a laser beam quenching to the work even if the inner diameter of the work is small and to prevent the lowering the surface temp. of the work. CONSTITUTION: The whole peripheral chuck 17 holding by pressing the outer peripheral surface of the cylindrical work W is constituted with three chuck claws 19. Each chuck claw 19 is the one bringing the holding surface 27 which contacts with the work W, into contact with the part of 1/3 in the whole periphery of the work W and the contacting condition with the whole periphery of the work W is held by using three chuck claws 19. Further, in each chuck claw 19, a beam damper part 29 for receiving the laser beam 31 reflected with the inner peripheral surface of the work W is arranged.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、外周面を押圧保持さ
れた円筒状のワークに対し、レーザ光を照射して焼入れ
処理を行うレ−ザ焼入れ装置およびその焼入れ方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser quenching apparatus and a quenching method for quenching a cylindrical work whose outer peripheral surface is pressed and held by irradiating it with laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】円筒状のワークの内周面をレーザ光によ
り焼入れ処理するレーザ焼入れ方法としては、例えば特
開昭59−76816号公報に記載されている。図8
は、上記したような円筒状のワークWに対し、レーザ光
1を照射している状態を示しているレーザ焼入れ装置の
側面図である。
2. Description of the Related Art A laser hardening method for hardening the inner peripheral surface of a cylindrical work with laser light is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 59-76816. FIG.
FIG. 3 is a side view of the laser hardening apparatus showing a state where the laser beam 1 is applied to the cylindrical work W as described above.

【0003】円筒状のワークWは、チャック本体3の上
端に設けられた三爪チャック5により保持されている。
三爪チャック5は、基台6上にて、ブロック7に固定さ
れた三つのチャック爪9が、ブロック7とともにワーク
Wの中心に向けて移動可能であり、各チャック爪9は、
図9に示すように、ワークWの外周面に接触する保持面
9aが、ワークWの外周面に密着するよう円弧面に形成
されている。
The cylindrical work W is held by a three-jaw chuck 5 provided on the upper end of the chuck body 3.
In the three-jaw chuck 5, three chuck claws 9 fixed to the block 7 are movable on the base 6 toward the center of the work W together with the block 7, and each chuck claw 9 is
As shown in FIG. 9, the holding surface 9a that contacts the outer peripheral surface of the work W is formed in an arc surface so as to be in close contact with the outer peripheral surface of the work W.

【0004】レーザ光1は、図示しないレーザ発振器か
ら発振された後、集光光学系が収納された光学ユニット
11内から放出され、チャック本体3の回転により回転
状態のワークWの内周面に照射される。ワークWの内部
には、ワークWの内周面で反射したレーザ光を、チャッ
ク本体3などの装置側の部材に照射させないようにする
ために、前記反射光を受光するビームダンパ13が配置
され、このビームダンパ13は上記光学ユニット11か
ら下方に延長された支持部材15の先端に取付けられて
いる。
The laser beam 1 is oscillated by a laser oscillator (not shown) and then emitted from the inside of an optical unit 11 in which a condensing optical system is housed. When the chuck body 3 rotates, the laser beam 1 is applied to the inner peripheral surface of the rotating work W. Is irradiated. Inside the work W, a beam damper 13 for receiving the reflected light is arranged in order to prevent the laser light reflected on the inner peripheral surface of the work W from irradiating a member on the apparatus side such as the chuck body 3 with the reflected light. The beam damper 13 is attached to the tip of a support member 15 extending downward from the optical unit 11.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のレ−ザ焼入れ装置においては、次のような問
題がある。
However, such a conventional laser hardening apparatus has the following problems.

【0006】(1) 三爪チャック5によりワークWの外周
部の周囲3か所を固定した状態で焼入れを行っているの
で、ワークWは焼入れ時での加熱による熱膨脹が全周で
不均一となって三角形状に変形し、焼入れ前後の真円度
で、内径が60mmのものの場合、約30μm程度悪化
する。
(1) Since quenching is performed with the three-jaw chuck 5 fixing the outer periphery of the work W at three locations, the work W has uneven thermal expansion over the entire circumference due to heating during quenching. When the inner diameter is 60 mm, the roundness before and after quenching deteriorates by about 30 μm.

【0007】(2) レーザ光1の反射光を受けるビームダ
ンパ13をワークWの内部に挿入する必要があるため、
内径が例えば60mmを下回るような小さいワークの場
合には、ビームダンパ13の容量を考慮してそれ自体を
小型化しても、ビームダンパ13をワークW内に挿入で
きず、焼入れ処理ができなくなる。
(2) Since the beam damper 13 for receiving the reflected light of the laser light 1 needs to be inserted inside the work W,
In the case of a small work having an inner diameter of less than 60 mm, for example, even if the size of the beam damper 13 is reduced in consideration of the capacity of the beam damper 13, the beam damper 13 cannot be inserted into the work W and quenching cannot be performed.

【0008】(3) 図10は、ワークのレーザ光が照射さ
れる表面温度と、焼入れ硬化幅との関係を示している。
ここでは、例えば、硬度HV270以上、焼入れ硬化幅
4.2mm以上を要求値とし、焼入れ可能なワーク表面
温度の下限値は700℃としてある。上限値は900℃
であるが、これはこの温度を越えた場合には、焼入れ硬
化幅については問題ないが、表面溶融が始まり、品質上
不合格となる。
(3) FIG. 10 shows the relationship between the surface temperature of the workpiece irradiated with the laser beam and the quench hardening width.
Here, for example, a hardness HV of 270 or more and a quench hardening width of 4.2 mm or more are required values, and the lower limit of the workable surface temperature of quenching is 700 ° C. The upper limit is 900 ° C
However, when this temperature is exceeded, there is no problem with the quench hardening width, but surface melting begins and the quality fails.

【0009】図11は、S20C材を焼入れし、切断腐
食を行った場合での、焼入れ硬化幅(mm)と焼入れ硬
化深さ(mm)との関係を示している。図中で、ワーク
表面側に位置するA領域の硬度がHV400以上で、B
領域の硬度がHV300〜400である。
FIG. 11 shows the relationship between the quench hardening width (mm) and the quench hardening depth (mm) when the S20C material is quenched and cut and corroded. In the figure, the hardness of the area A located on the work surface side is HV400 or more, and B
The hardness of the area is HV300-400.

【0010】上記図11により、焼入れ硬化幅に対応し
て焼入れ硬化深さが変化し、また上記図10により焼入
れ硬化幅はワークの表面温度によって変化するので、ワ
ークの表面温度は、焼入れ硬化幅および焼入れ硬化深さ
に影響することになる。
According to FIG. 11 above, the quench hardening depth changes corresponding to the quench hardening width, and according to FIG. 10 the quench hardening width changes depending on the surface temperature of the work. Therefore, the surface temperature of the work is the quench hardening width. And it will affect the quench hardening depth.

【0011】ここで、前述したワークWとチャック爪9
とはメタル接触しているため、レーザ焼入れ時にはワー
クWの熱がチャック爪9に放熱されてワークWの表面温
度が低下することになる。この表面温度が700℃を下
回るような場合には、前記図10に示したように、焼入
れ硬化幅が要求値(4.2mm以上)を得られず、安定
した焼入れ処理ができないという問題がある。したがっ
て、この場合には、ワークWの表面温度が所定値に達す
るまで、ワークWの回転速度を落とさなければならず、
これは、焼入れ品質の不安定化のほかに、無駄なエネル
ギ消費および、焼入れサイクルタイムの長時間化による
製造コストの増大を招く。
Here, the work W and the chuck claw 9 described above are used.
Since they are in metal contact with each other, the heat of the work W is radiated to the chuck claws 9 during laser hardening, and the surface temperature of the work W is lowered. When the surface temperature is lower than 700 ° C., as shown in FIG. 10, the quench hardening width does not reach the required value (4.2 mm or more), and there is a problem that stable quenching cannot be performed. . Therefore, in this case, the rotation speed of the work W must be reduced until the surface temperature of the work W reaches a predetermined value,
In addition to destabilizing the quenching quality, this leads to wasteful energy consumption and an increase in manufacturing cost due to a long quenching cycle time.

【0012】そこで、この発明は、円筒状ワークの真円
度を所望に維持し、ワークの内径が小さいものであって
もワークに対するレーザ焼入れを可能とし、ワークの表
面温度の低下を防止することを目的としている。
Therefore, according to the present invention, it is possible to maintain the circularity of a cylindrical work piece as desired, to enable laser hardening of the work piece even if the work piece has a small inner diameter, and to prevent the surface temperature of the work piece from decreasing. It is an object.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第1に、円筒状のワークが、その外周
面に接触するワーク保持体により押圧保持された状態
で、レーザ光を照射されるレ−ザ焼入れ装置において、
前記ワーク保持体は、基台に対し前記ワークの中心部に
向かって接近離反する方向に移動可能な複数の移動体で
構成され、この複数の移動体による前記ワークの外周面
に対する接触面は、ワークの外周面における周方向全周
に接触する構成としてある。
In order to achieve the above object, the present invention firstly provides a laser beam in a state where a cylindrical work is pressed and held by a work holder that contacts the outer peripheral surface of the work. In a laser hardening device that is irradiated with
The work holder is composed of a plurality of moving bodies that can move toward and away from the center of the work with respect to the base, and a contact surface for the outer peripheral surface of the work by the plurality of moving bodies is It is configured to contact the entire outer circumferential surface of the work in the circumferential direction.

【0014】第2に、円筒状のワークが、その外周面に
接触するワーク保持体により押圧保持された状態で、レ
ーザ光を照射されるレ−ザ焼入れ装置において、前記ワ
ーク保持体に、前記ワークに照射されたレーザ光の反射
光を受光するビームダンパ部を設けた構成としてある。
Secondly, in a laser hardening apparatus in which a cylindrical work is pressed and held by a work holder contacting its outer peripheral surface, the work holder is provided with the laser beam. A beam damper unit for receiving the reflected light of the laser light applied to the work is provided.

【0015】第3に、第1の構成において、移動体で構
成されるワーク保持体に、ワークに照射されたレーザ光
の反射光を受光するビームダンパ部を設けた構成として
ある。
Thirdly, in the first structure, the work holder composed of a movable body is provided with a beam damper section for receiving the reflected light of the laser beam applied to the work.

【0016】第4に、第1または第3の構成において、
移動体で構成されるワーク保持体は、周方向等間隔に三
つ配置され、各ワーク保持体のワークに対する接触面
は、ワーク全周のほぼ1/3の部分に対応する円弧面で
構成されている。
Fourth, in the first or third configuration,
Three work holders composed of moving bodies are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the contact surface of each work holder with the work is an arc surface corresponding to approximately 1/3 of the entire circumference of the work. ing.

【0017】第5に、第2または第3の構成において、
ビームダンパ部は、円筒状ワークの一方の開口部から入
射してワークの内周面で反射したレーザ光を受光するも
ので、円筒状ワークの他方の開口部の周縁を覆う構成で
ある。
Fifth, in the second or third configuration,
The beam damper section receives the laser light that is incident from one opening of the cylindrical work and reflected by the inner peripheral surface of the work, and is configured to cover the peripheral edge of the other opening of the cylindrical work.

【0018】第6に、第5の構成において、ビームダン
パ部に対しレーザ光が入射する側と反対側で、ビームダ
ンパ部の先端周縁により囲まれる開口部に対向する位置
に、補助ビームダンパを設けた構成としてある。
Sixthly, in the fifth configuration, an auxiliary beam damper is provided on the side opposite to the side on which the laser light is incident on the beam damper section, at a position facing the opening surrounded by the tip peripheral edge of the beam damper section. There is.

【0019】第7に、円筒状のワークが、その外周面に
接触するワーク保持体により押圧保持された状態で、レ
ーザ光を照射されるレ−ザ焼入れ方法において、前記円
筒状のワークを、その中心部に向けて移動する複数の移
動体により、ワークの外周面の全周にわたり先端の接触
面で接触させて押圧保持し、この状態でワークに対して
レーザ光を照射する焼入れ方法としてある。
Seventh, in a laser hardening method in which a cylindrical work is pressed and held by a work holder which contacts the outer peripheral surface thereof, the cylindrical work is irradiated with laser light. With a plurality of moving bodies moving toward the center, the contact surface of the tip is brought into contact with the entire circumference of the outer peripheral surface of the work to press and hold it, and in this state, the work is irradiated with laser light, which is a quenching method. .

【0020】第8に、円筒状のワークが、その外周面に
接触するワーク保持体により押圧保持された状態で、レ
ーザ光を照射されるレ−ザ焼入れ方法において、前記ワ
ーク保持体に保持された円筒状のワークに対してレーザ
光を照射し、この照射したレーザ光の反射光を前記ワー
ク保持体に設けたビームダンパ部に照射する焼入れ方法
としてある。
Eighth, in a laser hardening method in which a cylindrical work is pressed and held by a work holder contacting its outer peripheral surface, the work is held by the work holder in a laser hardening method. In this quenching method, a cylindrical work is irradiated with laser light, and the reflected light of the irradiated laser light is applied to a beam damper portion provided on the work holder.

【0021】第9に、第7の方法において、ワークで反
射したレーザ光を、移動体で構成されるワーク保持体に
設けたビームダンパ部に照射する焼入れ方法としてあ
る。
Ninth, the seventh method is a quenching method in which a laser beam reflected by a work is applied to a beam damper portion provided on a work holder composed of a moving body.

【0022】[0022]

【作用】第1、第3の構成、第7、第9の方法によれ
ば、円筒状ワークの中心部に向かって接近離反する方向
に移動可能な複数の移動体で構成されるワーク保持体
は、ワークの外周面における周方向全周に接触した状態
でワークを保持するので、ワークの変形は抑制され、そ
の真円度が所望に維持される。
According to the first, third, seventh, and ninth methods, the work holding body is composed of a plurality of moving bodies that can move toward and away from the center of the cylindrical work. Holds the work in contact with the entire outer circumferential surface of the work in the circumferential direction, so that deformation of the work is suppressed and its roundness is maintained as desired.

【0023】第2、第3の構成、第8、第9の方法によ
れば、ワークに照射されたレーザ光の反射光が、ワーク
保持体のビームダンパ部に照射されるので、ワーク保持
体がこの反射光により加熱され、ワークとの温度差が小
さくなってワークの表面温度の低下が抑制される。
According to the second, third, eighth, and ninth methods, since the reflected light of the laser beam applied to the work is applied to the beam damper section of the work holder, the work holder is It is heated by this reflected light, and the temperature difference between the work and the work is reduced, and the decrease in the surface temperature of the work is suppressed.

【0024】第4の構成によれば、ワーク全周のほぼ1
/3の外周面に対応して接触する円弧面を備えたワーク
保持体を三つ使用することにより、ワーク保持体はワー
クの外周面における周方向全周に接触した状態でワーク
を保持する。
According to the fourth structure, almost 1 of the entire circumference of the work is obtained.
By using three work holders each having an arcuate surface corresponding to the outer peripheral surface of / 3, the work holder holds the work in a state of being in contact with the entire outer circumferential surface of the work in the circumferential direction.

【0025】第5の構成によれば、円筒状ワークの一方
の開口部から入射したレーザ光は、ワークの内周面で反
射し、この反射光は他方の開口部から出射してビームダ
ンパ部に照射される。
According to the fifth structure, the laser light incident from one opening of the cylindrical work is reflected by the inner peripheral surface of the work, and the reflected light is emitted from the other opening and is directed to the beam damper. Is irradiated.

【0026】第6の構成によれば、ワークの内周面で反
射したレーザ光の反射光が、ビームダンパ部よりさらに
前方に進行した場合には、補助ビームダンパがこの進行
したレーザ光を受光する。
According to the sixth configuration, when the reflected light of the laser light reflected on the inner peripheral surface of the work advances further ahead of the beam damper, the auxiliary beam damper receives the advanced laser light.

【0027】[0027]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】図1は、この発明の一実施例を示すレーザ
焼入れ装置の側面図である。ここでの円筒状のワークW
は、ワーク保持体である全周チャック17により保持さ
れている。全周チャック17は、三つのチャック爪19
がブロック21上にそれぞれ着脱可能に固定されたもの
で、チャック爪19とブロック21とが一対となって基
台22上にて、ワークWの中心部に向かって接近離反す
る方向に移動可能となる移動体で構成されている。上記
全周チャック17は、例えば空気圧による駆動するエア
チャックで構成される。
FIG. 1 is a side view of a laser hardening apparatus showing an embodiment of the present invention. Cylindrical work W here
Are held by an all-peripheral chuck 17, which is a work holder. The full circumference chuck 17 has three chuck claws 19
Are detachably fixed on the block 21, respectively, and the chuck claw 19 and the block 21 form a pair and can move on the base 22 in a direction of approaching and separating from the center of the work W. It consists of a moving body. The omnidirectional chuck 17 is composed of, for example, an air chuck driven by air pressure.

【0029】チャック爪19は、一つのチャック爪19
を平面図として示した図2に示すように、ボルト孔23
aを備えてブロック21に固定される固定部23と、固
定部23に対して垂直に形成された、ワークWを保持す
る保持部25とを有している。保持部25は、全体とし
て120度の扇形を呈しており、ワークWの外周面に接
触する接触面としての保持面27は、ワークWの外周面
と同様の凹状の円弧面に形成されている。つまり、上記
保持面27を有するチャック爪19を三つ使用すること
で、全周チャック17はワークWの外周面における周方
向全周に接触した状態となる。
The chuck claw 19 is one chuck claw 19
As shown in FIG. 2 which is a plan view of FIG.
It has a fixing portion 23 provided with a and fixed to the block 21, and a holding portion 25 that is formed perpendicular to the fixing portion 23 and holds the work W. The holding portion 25 has a fan shape of 120 degrees as a whole, and the holding surface 27 as a contact surface that comes into contact with the outer peripheral surface of the work W is formed into a concave arc surface similar to the outer peripheral surface of the work W. . That is, by using three chuck claws 19 having the holding surface 27, the full-circumferential chuck 17 is in contact with the outer circumferential surface of the work W in the circumferential direction.

【0030】三つのチャック爪19は、保持面27の固
定部23側の端部に、ワークWの中心側に突出するビー
ムダンパ部29が一体に形成されている。ビームダンパ
部29の先端29aは、保持面27と同心円状の円弧面
に形成され、三つのチャック爪19によりワークWを保
持した状態で、三つのビームダンパ部29の先端29a
の周縁によって円形の開口部30が形成される。このよ
うなビームダンパ部29は、レーザ光31のワークWの
内周面での反射光を受光するものであり、レーザ光31
は、図示しないレーザ発振器から発振された後、集光光
学系が収納された光学ユニット33内から、図1中で下
方に向けて放出される。
Each of the three chuck claws 19 is integrally formed with a beam damper portion 29 projecting toward the center of the work W at the end of the holding surface 27 on the side of the fixed portion 23. The tip 29a of the beam damper portion 29 is formed in a circular arc surface concentric with the holding surface 27, and the tip 29a of the three beam damper portions 29 is held in a state where the workpiece W is held by the three chuck claws 19.
A circular opening 30 is formed by the peripheral edge of the. The beam damper unit 29 as described above receives the reflected light of the laser light 31 on the inner peripheral surface of the work W, and the laser light 31.
Is oscillated from a laser oscillator (not shown) and then emitted downward from the inside of the optical unit 33 in which the condensing optical system is housed in FIG.

【0031】全周チャック爪17が取り付けられる基台
22は、チャック本体35上に固定され、チャック本体
35の上端面35a上の、基台22の中央に形成された
空間36内には、ビームダンパ部29より下方に漏れる
レーザ光を受光するための補助ビームダンパ37が着脱
可能に設置されている。
The base 22 to which the entire circumference chuck jaws 17 are attached is fixed on the chuck body 35, and the beam damper is provided in the space 36 formed in the center of the base 22 on the upper end surface 35a of the chuck body 35. An auxiliary beam damper 37 for receiving laser light leaking downward from the portion 29 is detachably installed.

【0032】上記チャック本体35は、下部の回転部3
9が固定部41に対して回転可能であり、回転部39の
回転に伴うチャック本体35の回転によりワークWも回
転し、ワークWの回転中に、レーザ光31がワークWの
内周面に照射される。
The chuck body 35 has a lower rotating portion 3
9 is rotatable with respect to the fixed part 41, and the work W is also rotated by the rotation of the chuck body 35 accompanying the rotation of the rotating part 39. During the rotation of the work W, the laser light 31 is directed to the inner peripheral surface of the work W. Is irradiated.

【0033】固定部41は支持台43に固定されてお
り、支持台43はテーブル45上に設置されたブラケッ
ト47の中心軸49を中心に回動可能であり、この回動
位置を所定に設定することでワークWを傾け、これによ
り鉛直方向下方に照射されるレーザ光31をワークWの
内周面に照射することが可能となる。
The fixed portion 41 is fixed to a support base 43, and the support base 43 is rotatable about a central axis 49 of a bracket 47 installed on the table 45, and this rotation position is set to a predetermined value. By doing so, it becomes possible to incline the work W, and thereby to irradiate the inner peripheral surface of the work W with the laser light 31 which is irradiated downward in the vertical direction.

【0034】次に、上記したようなレーザ焼入れ装置の
動作を説明する。
Next, the operation of the laser hardening apparatus as described above will be described.

【0035】ワークWを全周チャック17にセットし、
この状態で三つのチャック爪19をブロック21ととも
に基台22に対してワークWの中心方向に向けて移動さ
せ、これにより全周チャック17でワークWが保持され
る。支持台43は、ブラケット47の中心軸49を中心
に回動させて所定角度に設定し、この状態でチャック本
体35を回転部39を介し固定部41に対して所定速度
で回転させる。
The work W is set on the entire circumference chuck 17,
In this state, the three chuck claws 19 are moved together with the block 21 toward the center of the work W with respect to the base 22, so that the work W is held by the entire circumference chuck 17. The support base 43 is rotated about the central axis 49 of the bracket 47 to set a predetermined angle, and in this state, the chuck body 35 is rotated at a predetermined speed with respect to the fixed portion 41 via the rotating portion 39.

【0036】チャック本体35の回転に伴い全周チャッ
ク17に保持されたワークWも回転し、この回転状態の
ワークWの内周面に対し、上方の光学ユニット33内か
らレーザ光31を照射し、これにより、ワークWの内周
面の周方向に沿って焼入れ処理がなされる。
As the chuck body 35 rotates, the work W held by the full-circumferential chuck 17 also rotates, and the inner peripheral surface of the work W in this rotating state is irradiated with the laser light 31 from inside the optical unit 33 above. As a result, the quenching process is performed along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the work W.

【0037】ここで、円筒状のワークWを保持する全周
チャック17は、各チャック爪19の保持面27が、ワ
ークWの外周面全周の1/3に対して接触し、このため
このチャック爪19を三つ使用することで、ワークWの
外周面全周に接触した状態で保持することが可能とな
る。これにより、焼入れにより加熱されるワークWの膨
脹が、全周一様に内側に向かうことになり、ワークWの
焼入れ処理後の真円度が向上する。図3は、円筒状のワ
ークWにおける焼入れ前後の真円度の悪化代を、三つの
ワークWのサンプル(内径60mm)に対して示したも
ので、これによれば平均で9μm(従来は約30μm)
まで改善されていることがわかる。
Here, in the full-circumferential chuck 17 that holds the cylindrical work W, the holding surface 27 of each chuck claw 19 makes contact with one-third of the entire outer peripheral surface of the work W. By using three chuck claws 19, the work W can be held in contact with the entire outer peripheral surface of the work W. As a result, the expansion of the work W heated by the quenching uniformly goes inward all around, and the roundness of the work W after the quenching treatment is improved. FIG. 3 shows the margin of deterioration of the roundness of the cylindrical work W before and after quenching for the samples of three works W (inner diameter 60 mm). 30 μm)
You can see that it has been improved.

【0038】ワークWの内周面に照射されたレーザ光3
1は、ここで反射しチャック爪19のビームダンパ部2
9上に達する。ビームダンパ部29は、レーザ光31の
反射光を受けることで温度上昇し、これに伴いワークW
に接触する保持部25も温度上昇し、全周チャック17
全体の温度も上昇する。この結果、レーザ光31により
加熱されているワークWと全周チャック17との温度差
が小さくなり、ワークWの全周チャック17への放熱が
抑制される。これにより、ワークWのレーザ光31が照
射される表面温度の低下が防止されて、焼入れ硬化幅は
所望に維持され、安定した焼入れ処理ができることとな
る。
Laser light 3 irradiated on the inner peripheral surface of the work W
1 is reflected here, and the beam damper portion 2 of the chuck claw 19
Reach 9 above. The beam damper unit 29 receives the reflected light of the laser light 31, and its temperature rises.
The temperature of the holding portion 25 that comes into contact with the
The overall temperature also rises. As a result, the temperature difference between the work W heated by the laser beam 31 and the full-circumferential chuck 17 becomes small, and the heat radiation of the work W to the full-circumferential chuck 17 is suppressed. As a result, a decrease in the surface temperature of the work W irradiated with the laser beam 31 is prevented, the quench hardening width is maintained as desired, and stable quenching processing can be performed.

【0039】図4は、ワークWを焼入れた場合の、ワー
クWの表面温度と、ワークWの焼入れ時での回転速度
(m/分)との関係を、本実施例(実線)と従来例(一
点鎖線)とで比較して示している。なお、ここでのレー
ザパワーは、4.8kwである。これによれば、焼入れ
可能温度範囲を700℃〜900℃とした場合、ワーク
Wの回転速度は、従来に比べて1.4倍程度まで上昇し
ている。この結果、焼入れ品質の安定化のほかに、省エ
ネルギ効果と、焼入れサイクルタイムの短縮による製造
コストの低下が可能となる。
FIG. 4 shows the relationship between the surface temperature of the work W when the work W is quenched and the rotation speed (m / min) at the time of quenching the work W in this embodiment (solid line) and the conventional example. (Dotted line) is shown for comparison. The laser power here is 4.8 kw. According to this, when the quenchable temperature range is 700 ° C. to 900 ° C., the rotation speed of the work W is increased to about 1.4 times that of the conventional one. As a result, in addition to stabilizing the quenching quality, it is possible to save energy and reduce the manufacturing cost by shortening the quenching cycle time.

【0040】また、ワークWを連続的に焼入れた場合、
ある程度回数を重ねると、ワークWに対する入熱量と放
熱量とが等しくなり、ワークWは平衡温度に達する。こ
のときの温度が焼入れ可能な温度範囲となるよう、ワー
クWの回転速度を調節する。図5は、焼入れ回数に対
し、チャック爪19の温度aと、ワークWのレーザ光3
1が照射される表面温度b(ワークWの4通りの回転速
度に応じて4通り示してある)とを示しており、ワーク
Wの表面温度bは、ワークWの回転速度によって変化し
ていることがわかる。このため、焼入れ回数に応じてワ
ークWの回転速度を適宜変化させることで、ワークWの
表面温度bを焼入れ可能温度範囲(700〜900℃)
に入れることが可能である。
When the work W is continuously quenched,
After a certain number of times, the heat input amount and the heat radiation amount for the work W become equal, and the work W reaches the equilibrium temperature. The rotation speed of the work W is adjusted so that the temperature at this time falls within a temperature range in which quenching is possible. FIG. 5 shows the temperature a of the chuck claw 19 and the laser light 3 of the work W with respect to the number of times of quenching.
1 is the surface temperature b (4 types are shown according to the 4 types of rotation speeds of the workpiece W), and the surface temperature b of the workpiece W is changed by the rotation speed of the workpiece W. I understand. Therefore, by appropriately changing the rotation speed of the work W according to the number of times of quenching, the surface temperature b of the work W can be set to a quenchable temperature range (700 to 900 ° C.).
It is possible to put in.

【0041】図6は、チャック爪19の温度aと、ワー
クWの表面温度bと、ワークWの外側の温度cとを示し
ている。これによれば、(1)による従来例ではチャッ
ク爪19の温度aが低いことから、ワーク表面温度bは
700〜900℃の焼入れ可能温度範囲に達していない
が、(2)による本実施例ではチャック爪19の温度a
がワークWの外側温度cとほぼ等しい200℃前後であ
り、ワーク表面温度bは上記焼入れ可能範囲に達してい
ることがわかる。
FIG. 6 shows the temperature a of the chuck jaws 19, the surface temperature b of the work W, and the temperature c outside the work W. According to this, in the conventional example according to (1), since the temperature a of the chuck jaws 19 is low, the work surface temperature b does not reach the quenchable temperature range of 700 to 900 ° C., but the present example according to (2) Then the temperature a of the chuck claw 19
Is around 200 ° C., which is almost equal to the outer temperature c of the work W, and it can be seen that the work surface temperature b reaches the quenchable range.

【0042】ここで、上記図6にて(3)で示すよう
に、チャック爪19の温度aが上昇しすぎた場合には、
ワークWの表面温度bも900℃を越えてしまうので、
例えば図7に示すように、エアノズル51を用いてチャ
ック爪19を冷却する。
Here, as shown by (3) in FIG. 6, when the temperature a of the chuck claw 19 rises too much,
Since the surface temperature b of the work W also exceeds 900 ° C,
For example, as shown in FIG. 7, the chuck claw 19 is cooled by using the air nozzle 51.

【0043】また、ビームダンパ部29をチャック爪1
9に設けてあるので、従来のように光学ユニット33側
からビームダンパ部を円筒状のワークWに挿入する必要
がなく、このため内径が60mm以下と小さいワークで
あってもレーザ焼入れが可能である。
In addition, the beam damper 29 is attached to the chuck claw 1.
Since it is provided in No. 9, it is not necessary to insert the beam damper portion into the cylindrical work W from the optical unit 33 side as in the conventional case, and therefore laser hardening is possible even for a work having an inner diameter as small as 60 mm or less. .

【0044】ワークWの内周面に向けて照射されたレー
ザ光31が、ビームダンパ部29よりさらに下方に漏れ
た場合には、この漏れたレーザ光は補助ビームダンパ3
7が受け、チャック本体35側へのレーザ光の照射は回
避される。
When the laser light 31 emitted toward the inner peripheral surface of the work W leaks further below the beam damper portion 29, the leaked laser light is the auxiliary beam damper 3.
7, the irradiation of the laser beam on the chuck body 35 side is avoided.

【0045】なお、上記実施例では、ビームダンパ部2
9がチャック爪19と一体化している構成としたが、鋳
物からなるチャック爪19に対し、ビームダンパ部29
を銅としてねじなどにより着脱可能な構成としてもよ
い。
In the above embodiment, the beam damper unit 2
9 is integrated with the chuck claws 19, the beam damper part 29 is provided for the chuck claws 19 made of casting.
The copper may be detachable with a screw or the like.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、円筒状のワークの中心部に向かって接近離反する
方向に移動可能なワーク保持体は、ワークの外周面にお
ける周方向全周に接触するので、この状態でレーザ焼入
れを行ってもワークの熱膨張による変形は抑制され、そ
の真円度を所望に維持することができる。
As described above, according to the present invention, the work holder movable in the direction toward and away from the center of the cylindrical work is provided on the outer peripheral surface of the work in the entire circumferential direction. Therefore, even if laser hardening is performed in this state, the deformation of the work due to thermal expansion is suppressed, and the roundness can be maintained as desired.

【0047】また、円筒状のワークの外周面を押圧保持
するワーク保持体に、ワークに照射されたレーザ光の反
射光を受光するビームダンパ部を設けたため、ビームダ
ンパ部がレーザ光の反射光を受けることで温度上昇し、
これに伴い温度上昇するワーク保持体とワークとの温度
差が小さくなって、ワークの表面温度の低下を抑制する
ことができ、安定した焼入れ処理が可能となる。
Further, since the work holder for pressing and holding the outer peripheral surface of the cylindrical work is provided with the beam damper portion for receiving the reflected light of the laser light applied to the work, the beam damper portion receives the reflected light of the laser light. That raises the temperature,
Along with this, the temperature difference between the work holder and the work, which rises in temperature, is reduced, and the decrease in the surface temperature of the work can be suppressed, and stable quenching processing can be performed.

【0048】ワークの内周面で反射したレーザ光が、ビ
ームダンパ部よりさらに前方に進行した場合には、補助
ビームダンパがこれを受けるので、レーザ光の漏れ防止
が可能となる。
When the laser light reflected on the inner peripheral surface of the work travels further forward than the beam damper, the auxiliary beam damper receives it, so that the leakage of the laser light can be prevented.

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

【図1】この発明の一実施例を示すレーザ焼入れ装置の
側面図である。
FIG. 1 is a side view of a laser hardening apparatus showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1のレーザ焼入れ装置のチャック爪の拡大さ
れた平面図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view of chuck jaws of the laser hardening device of FIG.

【図3】図1のレーザ焼入れ装置による円筒状ワークの
焼入れ前後の真円度の変化を示した説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing changes in circularity before and after quenching of a cylindrical work by the laser quenching apparatus of FIG.

【図4】ワークの回転速度とワークの表面温度との関係
を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between a rotation speed of a work and a surface temperature of the work.

【図5】連続焼入れ時でのワークの表面温度とチャック
温度とを示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a surface temperature of a work and a chuck temperature during continuous hardening.

【図6】焼入れ時でのワークの表面温度および同外側温
度とチャック温度とを、従来と比較して示した説明図で
ある。
FIG. 6 is an explanatory view showing the surface temperature and the outside temperature of the work and the chuck temperature at the time of quenching in comparison with the conventional one.

【図7】チャック爪に対する冷却機構を設けた例を示す
要部の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of essential parts showing an example in which a cooling mechanism for a chuck claw is provided.

【図8】従来例を示すレーザ焼入れ装置の側面図であ
る。
FIG. 8 is a side view of a laser hardening apparatus showing a conventional example.

【図9】図1のレーザ焼入れ装置のチャック爪の拡大さ
れた平面図である。
9 is an enlarged plan view of chuck jaws of the laser hardening apparatus of FIG. 1. FIG.

【図10】ワークの表面温度と焼入れ硬化幅との関係を
示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a relationship between a surface temperature of a work and a quench hardening width.

【図11】ワークに表面における焼入れ硬化幅と焼入れ
硬化深さに対する硬度を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing hardness with respect to a quench hardening width and a quench hardening depth on the surface of the work.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

W ワーク 17 全周チャック(ワーク保持体) 19 チャック爪 22 基台 27 保持面(接触面) 29 ビームダンパ部 30 開口部 31 レーザ光 37 補助ビームダンパ W Work 17 All-round chuck (work holder) 19 Chuck claw 22 Base 27 Holding surface (contact surface) 29 Beam damper section 30 Opening section 31 Laser light 37 Auxiliary beam damper

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円筒状のワークが、その外周面に接触す
るワーク保持体により押圧保持された状態で、レーザ光
を照射されるレ−ザ焼入れ装置において、前記ワーク保
持体は、基台に対し前記ワークの中心部に向かって接近
離反する方向に移動可能な複数の移動体で構成され、こ
の複数の移動体による前記ワークの外周面に対する接触
面は、ワークの外周面における周方向全周に接触する構
成であることを特徴とするレ−ザ焼入れ装置。
1. A laser hardening apparatus in which a cylindrical work is pressed and held by a work holder that contacts an outer peripheral surface of the work, and the work holder is mounted on a base. On the other hand, it is composed of a plurality of moving bodies that can move toward and away from the center of the work, and the contact surface of the plurality of moving bodies with respect to the outer peripheral surface of the work is the entire circumference in the circumferential direction of the outer peripheral surface of the work. A laser hardening apparatus characterized in that it is in contact with a laser.
【請求項2】 円筒状のワークが、その外周面に接触す
るワーク保持体により押圧保持された状態で、レーザ光
を照射されるレ−ザ焼入れ装置において、前記ワーク保
持体に、前記ワークに照射されたレーザ光の反射光を受
光するビームダンパ部を設けたことを特徴とするレ−ザ
焼入れ装置。
2. A laser hardening apparatus in which a cylindrical work is pressed and held by a work holder that is in contact with the outer peripheral surface of the work, and the work is held by the work holder. A laser hardening device, comprising a beam damper part for receiving the reflected light of the emitted laser light.
【請求項3】 移動体で構成されるワーク保持体に、ワ
ークに照射されたレーザ光の反射光を受光するビームダ
ンパ部を設けたことを特徴とする請求項1記載のレ−ザ
焼入れ装置。
3. The laser hardening apparatus according to claim 1, wherein the work holding member composed of a moving body is provided with a beam damper section for receiving the reflected light of the laser light applied to the work.
【請求項4】 移動体で構成されるワーク保持体は、周
方向等間隔に三つ配置され、各ワーク保持体のワークに
対する接触面は、ワーク全周のほぼ1/3の部分に対応
する円弧面で構成されていることを特徴とする請求項1
または3記載のレ−ザ焼入れ装置。
4. The work holders composed of moving bodies are arranged at three equal intervals in the circumferential direction, and the contact surface of each work holder with respect to the work corresponds to a portion of about ⅓ of the entire circumference of the work. 2. The structure according to claim 1, wherein the structure is an arc surface.
Alternatively, the laser hardening device according to the item 3.
【請求項5】 ビームダンパ部は、円筒状ワークの一方
の開口部から入射してワークの内周面で反射したレーザ
光を受光するもので、円筒状ワークの他方の開口部の周
縁を覆う構成であることを特徴とする請求項2または3
記載のレ−ザ焼入れ装置。
5. The beam damper section receives laser light that is incident from one opening of a cylindrical work and reflected by the inner peripheral surface of the work, and covers the peripheral edge of the other opening of the cylindrical work. 2. The method according to claim 2 or 3, wherein
The described laser quenching device.
【請求項6】 ビームダンパ部に対しレーザ光が入射す
る側と反対側で、ビームダンパ部の先端周縁により囲ま
れる開口部に対向する位置に、補助ビームダンパを設け
たことを特徴とする請求項5記載のレーザ焼入れ装置。
6. The auxiliary beam damper is provided on the side opposite to the side where the laser light is incident on the beam damper section and at a position facing the opening surrounded by the tip peripheral edge of the beam damper section. Laser hardening equipment.
【請求項7】 円筒状のワークが、その外周面に接触す
るワーク保持体により押圧保持された状態で、レーザ光
を照射されるレ−ザ焼入れ方法において、前記円筒状の
ワークを、その中心部に向けて移動する複数の移動体に
より、ワークの外周面の全周にわたり先端の接触面で接
触させて押圧保持し、この状態でワークに対してレーザ
光を照射することを特徴とするレ−ザ焼入れ方法。
7. In a laser hardening method in which a cylindrical work is pressed and held by a work holder that is in contact with the outer peripheral surface of the work, the cylindrical work is centered in the laser hardening method. A plurality of moving bodies that move toward the section are brought into contact with the contact surface of the tip over the entire circumference of the outer peripheral surface of the work to press and hold it, and in this state, the work is irradiated with laser light. -The hardening method.
【請求項8】 円筒状のワークが、その外周面に接触す
るワーク保持体により押圧保持された状態で、レーザ光
を照射されるレ−ザ焼入れ方法において、前記ワーク保
持体に保持された円筒状のワークに対してレーザ光を照
射し、この照射したレーザ光の反射光を前記ワーク保持
体に設けたビームダンパ部に照射することを特徴とする
レ−ザ焼入れ方法。
8. A laser-irradiated laser hardening method in which a cylindrical work is pressed and held by a work holder that contacts the outer peripheral surface of the work, and the cylinder is held by the work holder. A laser quenching method, comprising: irradiating a laser beam onto a work piece, and irradiating the beam damper portion provided on the workpiece holder with reflected light of the irradiated laser light beam.
【請求項9】 ワークで反射したレーザ光を、移動体で
構成されるワーク保持体に設けたビームダンパ部に照射
することを特徴とする請求項7記載のレ−ザ焼入れ方
法。
9. The laser hardening method according to claim 7, wherein the laser beam reflected by the work is applied to a beam damper portion provided on a work holder composed of a moving body.
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