JPS60149727A

JPS60149727A - フオ−ク軸のレ−ザ熱処理方法

Info

Publication number: JPS60149727A
Application number: JP329684A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Suzuki; 隆敏鈴木; Yoshihiro Oishi; 大石　芳宏; Kazuyuki Nakanishi; 和之中西; Seiji Onoda; 小野田　誠次; Shigeo Moriyama; 守山　重雄; Tadashi Sugiura; 杉浦　正; Akito Isomura; 磯村　秋人; Ryuichi Uchino; 内野　龍一
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc; Aisin Corp
Priority date: 1984-01-11
Filing date: 1984-01-11
Publication date: 1985-08-07
Also published as: JPH0470368B2

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】〔発明の対象〕本発明は、レーザビームを用いて被加工物を部分熱処理
する方法に関するもので、更に詳述すれば、自動車用の
変速機に使用される、フォーク軸の凹凸面のある部分に
熱処理を行うものである。

〔本発明の利用分野〕

上記の部分熱処理方法は、凹凸面を有する、被加工物に
おいて、前記被加工物に照射するレーザビームの強さ又
は照射速度を調節することにより、被加工物の処理表面
からの深さを同一にして焼入することが可能であり、本
発明は被加工物の凹凸面が外周面とほぼ同し焼入深さを
要求される、金属材料の熱処理に対して広く利用できる
ものである。

〔従来技術〕

レーザビームによる熱処理として、（１）レーザビーム
を固定して、被加工物を一定速度で移動己て熱処理を行
うとか、または、（２）特開昭５７−１８１５１９号「
被工作物の熱処理装置」の公報に、レーザビームによっ
て被工作物を熱処理する装置において、レーザビームが
レンズを通過して、被工作物に照射する、光学手段にお
いて、光学手段と被工作物の相対位置を調節することに
より、被工作物の表面に照射されるレーザの強度分布を
変え、被工作物の種々の熱処理に好適な熱処理を行い、
−例として、内燃機関用のバルブシートの円形部品の変
態焼入についての説明がある。

〔従来技術の問題点及びその技術的分析〕この従来の（
１）、又は（２）のレーザによる熱処理方法では、被加
工物が平滑な面の場合は均一な焼入硬化層が得られるが
、被加工物に凹凸部があると、その焼入硬化層の均一化
が困難である。　□これは、被加工物の上平面、底部、
斜面部において、レーザによる単位面積当たりの吸収エ
ネルギーを一定にさせることが困難で、特に丸棒形状で
その一部に凹凸部を有する、フォーク軸においては、凹
凸部のフォーク軸を移動したときの相対移動方向に対し
て下り斜面部が、外周部、及び上り斜面部より焼入深さ
が浅くなり、焼入深さが不均一となる。これを第１図〜
第３図により説明すれば、１は自動車のトランスミッシ
ョン内のフォーク２とフォーク軸３の取付状況を示し、
フォーク軸３の一部に変速のために、変速ギヤーを移動
させる、フォーク２を固定するために、ボールベアリン
グが嵌合している溝４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・がある。

この溝は特に耐摩耗性が要求され、表面硬度がビッカー
ス硬度６００〜８５０の範囲で、焼入深さがほぼ０．５
耗以上が要求されるものである。然しこの様なフォーク
軸３をレーザを使用して、前記（１）の方法で焼入を行
うと、第１図（ロ）及び第２図に示す、フォーク軸の拡
大図において、フォーク軸の外周面の直線部を５ａ、５
ｂ、５ｃ、・・−１’７％４ａのｉ’Ｍ斜面を６及び８
、底面の直線部を７、溝４ｂの傾斜面を９．１１、底面
の直線部を１０、溝４ｃの傾斜面を１２．１４、底面の
直線を１３とし、レーザビームを固定して、フォーク軸
３を矢印方向に、一定の速度（例えば４ｍ／ｍｔｎ）で
移動させ、その結果、表面の焼入深さを測定すると５ａ
面の深さを５ａｈ、６の深さを６ｈ以下図示の如＜７ｈ
、８ｈ、５ｂｈ、９ｈ、・・・として表わせば、その深
さは二重の斜線で示す深さに焼入が行われる。

即ち焼入深さを寸法で示せば、５ａｈ＃０．５９．６ｈ
＃０．３６，７ｈ＃０．５９，８ｈ＃０．５２゜５ｂｈ
＃０．６０．９ｈ＃０．３６部、・・・であった。

これは第３図で示すように、被加工物３が矢印の様に一
定速度Ｖで左行する時、１５／−１８を各面を照射する
レーザビームとすれば、５ａに直角に照射するレーザビ
ーム１５は直接５ａ面のみを加熱するが、下り斜面６へ
照射するレーザビーム１６は傾斜した分だけ単位面積エ
ネルギーが小さくなり、焼入深さが小さいことはよく知
られている。しかし、８の上り斜面は斜面６の加熱時に
直角に（第３図に示す例のフォーク軸の傾斜角は４５°
である）反射するレーザビームで予熱された上、レーザ
ビームで加熱するため焼入深さが深くなり、前記の様な
状況となる。

このフォーク軸の耐久摩耗テストを実施すると、前記下
り斜面部の摩耗が極めて早く、フォーク軸として使用で
きないという欠点がある。

〔技術的課題〕

そこで、本発明はレーザを使用して、前記フォーク軸の
凹凸溝に焼入を行い、フォーク軸の表面部と斜面部とに
おいて、はぼ均一の焼入深さが得られる、レーザビーム
による熱処理方法を、その技術的課題とするものである
。

〔技術的解決手段〕

上記技術的課題を解決するために、講じた技術的手段は
、フォーク軸の焼入において、レーザビームを一定に固
定して焼入を行う場合に、（１）フォーク軸に照射する
レーザビームの照射力を、フォーク軸の表面の状況に合
せて調節するもので、フォーク軸凹凸部の、フォーク軸
の移動によるレーザビームの相対的な移動方向（以下、
レーザビーム移動方向という）に対して底部よりの上り
斜面に照射するレーザビームの強さをＰｌとし、下り斜
面部の照射の強さをＰ２とし、Ｐ２＞ＰＩの様に照射す
るとか、（２）フォーク軸の移動速度をフォーク軸の表
面の状況に合せて調節するもので、フォーク軸凹凸部の
、レーザビーム移動方向に対して上り斜面部にレーザビ
ームを照射する場合のフォーク軸の移動速度を■１とし
、下り斜面部に照射する場合のフォーク軸の移動速度を
■２として、ｖ、＞ｖ２とし下り斜面部の照射時間を長
くするものである。

〔技術的手段の作用〕

上記技術的手段は、次のように作用する。すなわち、（１）レーザビームの移動方向に対して下り斜面相当部
には、レーザビームの照射する力を、上り斜面部に比較
して強く照射することにより、”（２）又フォーク軸の
移動速度を下り斜面相当部を上り斜面相当部に比較して
遅くすることにより、レーザビームの照射が長時間とな
り、従ってフォーク軸の凹凸部のある表面と、上り斜面
及び下り斜面の焼入深さが一定となり、均一な熱処理が
出来る、それゆえに、自動車用のトランスミッションの
耐摩耗性に秀れたフォーク軸として使用することが出来
るものである。

〔本発明によって生した特有の効果〕

（１）従来は浸炭焼入法により焼入、焼戻しを行ってお
り、膨大な設備により行っていたが、レーザにより簡単
に、フォーク軸の機械加工ライン内で熱処理の実施が出
来る。

（２）フォーク軸の凹凸部の傾斜面と、その他の面とも
均一な熱処理が出来、フォーク軸の耐摩耗性が著しく向
上できる。

（３）レーザにより均一な熱処理が出来るために、寸法
精度を向上させることができる。

（４）従来の浸炭法に比較して、エネルギーの使用が少
なくなり、熱処理のコストが大１に低減できる。

〔更に詳細な本発明の説明〕

本発明では、レーザ熱処理により焼入するフォーク軸の
凹凸部の焼入深さをほぼ均一とすることを目的とし、そ
の技術的解決手段として主として、フォーク軸の凹凸部
の、フォーク軸の移動によるレーザビームの相対的な移
動方向に対して上り斜面の部分と下り斜面の部分に着目
して、レーザビームの強さ及びフォーク軸の移動速度を
フォーク軸の表面状況に応して調節する方法を採用した
尚、フォーク軸の凹凸部の、外周面の直線部と凹部の直
線部との平坦部、レーザビーム移動方向に対して上り斜
面、及び下り斜面における照射レーザビームの強さ及び
フォーク軸の移動速度について詳述すると以下の様であ
る。

レーザビームを照射した場合に、フォーク軸の凹凸部が
吸収する単位面積当りのエネルギーは、平坦部の単位面
積当りの吸収エネルギーをＥ。、上り斜面の単位面積当
りの吸収エネルギーをＥｌ、下り斜面部の単位面積当り
の吸収エネルギーをＥ２とすると、ＥＯ＞Ｅｌ＃Ｅ２と
なる。（ここで、フォーク軸に於いては、フォーク軸の
凹凸部の外周面の直線部と四部の直線部とは、レーザ焦
点位置からの距離の差は無視できるものとする。

）そして、焼入深さを均一にするためには、単位面積当り
の吸収エネルギーを等しくなる様にレーザビームの強さ
及びフォーク軸の移動速度を調整する必要がある。しか
し、下り斜面部を照射する際に、そのレーザの反射等に
より上り斜面部が予熱され、その効果により該上り斜面
部に吸収エネルギーが予蓄される。

従って、フォーク軸の凹凸部の平坦部を照射する場合の
レーザビームの強さをｐｏとすると、均一な焼入深さを
得るには、ＰＯ＜ＰＩ＜Ｐ２となるようにレーザビーム
を照射して焼入を行う必要がある。

また、フォーク軸の凹凸部の平坦部を照射する場合のフ
ォーク軸の移動速度を■ｏとすると、均一な焼入深さを
得るには、ｖＯ＞ｖｌ＞、ｖ２となるようにフォーク軸
を移動して照射・焼入を行う必要がある。

ここで、上述したフォーク軸の凹凸部のレーザビーム移
動方向に対して下り斜面部を照射する際にもたらされる
上り斜面部の予熱効果の度合いは、斜面部の有する角度
、凹部の直線部の長さ等により異なる。

従って、フォーク軸の凹凸部の形状に応じたレーザビー
ムの強さまたはフォーク軸の移動速度を選択することが
好ましい。

また、上記の説明では、レーザビームの強さとフォーク
軸の移動速度の調整についてそれぞれ別のものとして扱
ったが、両者を同時に行うことにより制御精度の向」二
或いは、装置製作の容易化を図ることができる。

〔実施例〕

以下、上記技術的手段の一具体例を示す実施例について
、第４図〜第６図に基づいて説明する。

（実施例−１）本発明の実施例−１のフォーク軸のレーザ熱処理方法を
、第４図に基づいて説明する。

本実施例の方法はレーザビームの強さの調節をビームの
経路に配置したスリッタによって行うもので、２０はレ
ーザ発振器、２１はレーザビーム、２２は反射鏡、２３
はスリッタ、２４はレンズで、２５はフォーク軸で、焼
入部に２５ａに前記凹凸を有している。２６はＸＹテー
ブル、２７はフォーク軸の固定部、２８はモータで、Ｘ
Ｙチー上記の構成においてその作用を述べれば、フォー
ク軸２５を定位置固定し、レーザビーム２１を発振する
と共に、制御装置２９によりモータ２８を作動させる。

モータの回転は一定のため、フォーク軸２５を矢印方向
に移動させる。一方スリッタ２３は銅またはアルミニウ
ム合金よりなり、必要量のパワーを通過させ、残りは反
射させるものであり、このスリッタ２３を通過したレー
ザビームは、反射鏡２２．レンズ２４を通じて、フォー
ク軸２５の凹凸部２５ａを断続的に照射する。又位置検
出装置３０により、レーザビーム移動方向に対してフォ
ーク軸の凹凸部の下り斜面を照射する場合には、制御装
置２９の作用により、スリッタが全開し、発振されたレ
ーザビーム総てが通過すれば、下り斜面へのレーザビー
ムの強さはフルとなり、他の凹凸面の断続の照射力より
強くなり、従って各部の焼入深さは均一となる。この場
合、焼入の深さについては、スリッタ２３によりレーザ
の遮蔽される量の大小によって自由に調節出来るもので
ある。

（実施例〜２）本発明の実施例−２のフォーク軸のレーザ熱処理方法を
第５図に基づいて説明する。

本実施例の方法はレーザビームの強さの調節を発振器自
体で行うもので、構成は実施例−１とほぼ同様で、２０
はレーザ発振器、３２は操作盤、３３はポテンショメー
タで、フォーク軸２５の凹凸部の下り斜面を、位置検出
装置３０にて検出し、ポテンショメータ３３及び操作ｉ
３２の作用により、レーザ発振器２０よりのレーザビー
ムの照射力を、下り斜面部分以外の照射力に比較して強
くすることにより、各部の焼入深さを均一にするもので
ある。

（実施例−３）本発明の実施例−３のフォーク軸のレーザ熱処理方法を
第６図に基づいて説明する。

本実施例の方法はレーザビームの強さを一定として、フ
ォーク軸の移動速度を調節することにより行うものであ
る。

構成は実施例−１とほぼ同様で、２０はレーザ発振器、
２２は反射鏡、２５はフォーク軸、２６はＸＹテーブル
、２８は回転が自由に制御できるパルスモータで、２８
ａは送り軸、３４はＸＹテーブル制御装置、３５は操作
盤である。

上記構成の装置において、フォーク軸の外周面直線部と
底部の直線部及び上り斜面の移動速度■１を４．０〜６
．０　ｍ　／　ｍｉｎで、フォーク軸の下り斜面の移動
速度■２を１．８〜５．Ｑ　ｍ　／　ｍｉｎの間で、レ
ーザにより焼入を数回行い、その焼入深さを測定した、
その結果を第１表に示す。

第　１　表ここで、フォーク軸の外周面直線部と底部の直線部の平
面とレーザビーム移動方向に対して上り斜面の焼入深さ
がほぼ等しい値となった。これは、下り斜面のレーザ照
射の際に、そのレーザの反射等で上り斜面が予熱され、
その効果により、平面部と同一速度で平面部とほぼ等し
い焼入深さが得られたと考えられる。

以上、焼入深さをほぼ同じとするには第１表によれば、
テストＮｏ、　１　（７）　Ｖ　＋　／　Ｖ　２　＝　
２．２となり、陽３のＶｌ／Ｖ２＝１．８である。但し
焼入深さのバラツキを考慮すればＶｌ／Ｖ２＝１．５〜
２．５になる。

今回は使用上の焼入深さが、はぼ０．５鰭以上と決めら
れているため、前記直線部と下り斜面が同じで、かつ使
用可能なものは、テスト阻１の場合のみである。

【図面の簡単な説明】

第１図の（イ）はトランスミッションのフォークとフォ
ーク軸の取付状況を示す斜視図であり、（ロ）はフォー
ク軸の凹凸部の拡大断面図である。第２図は従来方法で行った、フォーク軸の焼入パターン
の断面拡大図であり、第３図は゛焼入状況の説明図で、
第４図はスリッタによりレーザパワーを調節するレーザ
熱処理装置の概略図、第５図はポテンショメータにより
レーザパワーを調節するレーザ熱処理装置の概略図、第
６図はフォーク軸の移動速度を調節するレーザ熱処理装
置の概略図である。　３・・・フォーク軸、４・・・凹
凸部、４ａ、４ｂ、自−フォーク軸の底部直線部、５ａ
、５ｂ、５ｃ、・・・フォーク軸の表面直線部、６．９
・・・フォーク軸移動方向に対して下り斜面、８．１１
・・・フォーク軸移動方向に対して上り斜面特許出願人アイシン梢機株式会社代表者　中井令夫株式会社　豊田中央研究所代表取締役　小　松　登第１図第２ｆｌ！１第３図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フォーク軸の凹凸部に、レーザビームを照射して
、前記フォーク軸を移動させて熱処理を行う、フォーク
軸のレーザ熱処理方法において、前記フォーク軸の凹凸
部の、フォーク軸の移動によるレーザビームの相対的な
移動方向に対して上り斜面部を照射する場合のレーザビ
ームの強さをＰＩとし、レーザビームの移動方向に対し
て下り斜面を照射する場合のレーザビームの強さをＰ２
とすれば、ＰＩ＜Ｐ２となるようにレーザビームを照射
して、焼入を行う、フォーク軸のレーザ熱処理方法。
（２）フォーク軸の凹凸部に、レーザビームを照射して
、前記フォーク軸を移動させて熱処理を行う、フォーク
軸のレーザ熱処理方法において、フォーク軸の凹凸部の
フォーク軸の移動によるレーザビームの相対的な移動方
向に対して上り斜面を照射する場合のフォーク軸の移動
速度をＶ、とじ、前記フォーク軸の移動方向に対して下
り斜面を照射する場合の移動速度を■２とすれば、■、
＞■２となるフォーク軸の移動速度で焼入を行う、フォ
ーク軸のレーザ熱処理方法。
（３）前記フォーク軸の移動速度において、■１−１．
５〜２．５　Ｖ　２（ｍ　／　ｍ１ｎ）になる、特許請
求の範囲第（幻項記載のフォーク軸のレーザ熱処理方法
。