JPS61149424A

JPS61149424A - 凹凸部からなる部材のレ−ザ−焼入方法

Info

Publication number: JPS61149424A
Application number: JP28083184A
Authority: JP
Inventors: Shigehiko Arita; 有田　重彦; Yuji Yasusaka; 安坂　雄二; Hideaki Kobayashi; 秀明小林; Masao Yamashita; 山下　柾夫
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1984-12-24
Publication date: 1986-07-08

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】〔産業上の利用分野と背景〕本発明は、凹凸部からなる部材のレーザー焼入方法に関
し、特に、内燃機関用ピストンリング溝のレーザー焼入
方法に関する。

周知のごとく、例えば、内燃機関のピストンリング溝に
おいて、その上下すきまが摩耗によって大きくなると、
ポンプ作用により潤滑油が上がり過ぎ、潤滑油消費量が
大となり、また、リング角部で叩かれてピストンリング
溝の摩耗・が甚だしくなる。殊に、近時、低質燃料使用
に伴いそのピストンリング溝の摩耗の傾向は増大してい
る。一方、狭すぎるとピストンの変形により、ピストン
リングの張りが妨げられ、しかも背隙圧力が下がる。

したがって、ピストンリングのシール性が損なわれる。

そのため、従来の軽合金ピストンは、ピストンリング溝
に摩耗防止のため、特殊鋳鉄のリング受を鋳込む構造に
したり、ダクタイル鋳鉄製で一体構造のピストンでは、
ピストンリング溝を高周波焼入によって硬化し、耐摩耗
性の向上を図つている。

一方、レーザー光は普通の光に比べて、きわめてエネル
ギー密度の高い、平行性のよい光線であるので、これを
レンズで集光した場合、非常に強いエネルギー密度を得
ることができ、かがるエネルギーを利用して、各種のレ
ーザー加工が普及し始めている０例えば、加熱部分の容
積が小さいので、短時間の照射ののち照射を止めること
で自己冷却できる、レーザーによる焼入方法も、その一
つである。

〔従来の技術〕

例えば、特開昭５７−１４０８１８号公報において、モ
ジュールの小さい歯車等の凹凸に富む部材表面にレーザ
ーによる焼入を施す場合、レーザー光のエネルギー密度
が大きいため、該部材表面に一様な厚さのりん酸マンガ
ン等レーザー吸収材の皮膜を設けておいて照射すると、
その角部は加熱され易（、かつ、内部へ熱が伝わり難い
ので、溶融することがあり、そのため、予め、レーザー
吸収材の皮膜を部分的に除去したり、皮膜厚さを調整す
る提案が紹介されている。

ところが、かかる提案の場合、当該皮膜は前記のごとく
、金属面にレーザーを照射すると、８０〜９０％反射し
てしまうことを防止するものであるが、コロイド状の黒
鉛、またはりん酸マンガンで皮膜を形成した場合、その
皮膜厚さを調整することは、つまり、コーテイング後に
部分的に剥離することは、酸化防止のため窒素ガスを吹
きつける関係もあり、全体が剥離し昌くなり、しかも、
密着性の良いコーテイング材を選ぶ必要が生じる等、工
数がかかり、焼入コスト高となる、という不都合が存在
する。

なお、内燃機関のピストンリング自体の両側面の摩耗領
域のみを焼入する方法が特開昭５６−９６１３５号公報
で紹介されているが、当該公報記載の技術では前記不都
合は解消されないのは勿論、そこには前記不都合を解消
する手段は示唆されていない。

また、通常、内燃機関のピストンリング溝の摩耗防止の
ため、高周波焼入れ法が行われているが、かかる周知の
方法では、加熱コイルをピストンリング溝に挿入して焼
入することから、ピストンリング溝の巾の小さい小形機
関のピストンには、通用が困難であり、一方、高周波焼
入では、ピストンリング溝の全表面の焼入となりやすく
、かつ、深くなるので、しかも、場合によっては、液冷
等冷却しなければならず、その熱ショックもあり、加え
て焼入歪が大きく焼入後の研磨加工が必要であって、焼
入コスト高となるという不都合が存在する。また、焼入
による焼割れの可能性も大きい。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、これら従来技術の有する諸問題を一括
して払拭しようとして創作したもので、凹凸部を形成す
る部材における凹部内面をレーザー焼入するに際し、黒
鉛等のレーザーを吸収する材質からなる遮蔽板を用いて
、凹部の外角部を遮蔽し過熱熔融を防止しようとする、
レーザー焼入方法を提供するものであり、また、該凹部を内燃機関のピストンリング溝とし、該溝
の上下の両側面の焼入に際し、焼入終了位置と焼入終了
位置とをオーバーラツプさせて焼入するレーザー焼入方
法を提供するものであり、更には、内燃機関のピストン
リング溝の上下の両側面をレーザー焼入するに際し、焼
入リング溝を構成するリングランドの両側面をも焼入す
るレーザー焼入方法を提供するものである。

以下、本発明の構成を実施例により詳細に説明する。第
１図は本発明の実施例の一部断面模型図、第２図は同要
部拡大断面図を示すが、材質をダクタイル鋳鉄で構成し
たピストンｌにおける、そのクラウン（トップランド（
１４）　）の次に順次３本の圧縮リング溝３（巾約５ｆ
ｌ以下）と２本の油かきリング溝４を具備する通常の小
形ディーゼル機関用ピストンで、例えば、第１圧縮リン
グ溝３の上側面７を焼入する場合、該溝３に黒鉛をコー
ティングし、レーザー光８を集光レンズ５により集光し
た後、反射鏡６によって形成した、入射角αでもって、
該上側面７に照射しながら、該ピストン１　　（２００
ｍ径のもの）を回転させ溝全周を焼入する。その焼入は
約８秒間で、硬化深さ約ＩＩの焼入ができるごときパワ
ー密度によって行われる。なお、本実施例の場合、深さ
０．２■１でよい。

次いで、開溝３の下側面７°を焼入する場合、ピストン
ｌを上下反転させて照射してもよいが、レーザー光８の
入射角αを変化させて照射させてもよい。

ここにおいて、本実施例は、特に、リング／ＪＩ３の両
側面７．７°を焼入するに際し、第２図に示すごとく、
レーザー光８に入射角αをもたせ、しかも、該満３のコ
ーテイング材と同様の黒鉛を塗布した遮蔽板９を介して
角部１２をマスクして照射させるので、該角部１２の照
鉛皮１）１）０を、事前に剥離してその厚さ調整をする
必要もなく、摩耗領域１）のみに焼入ができ、該角部１
２が熔融することがなく、溶融による割れ、変化などの
欠陥を防止できる。

次に、第り図におけるリング／＋ｌ１３の上下いずれの
側面７．７゛　もその全周を焼入するに際し、焼入開始
位置と焼入終了位置とをオーバーラツプさせて焼入する
。これを詳しくいえば、第３図に示すごとく、本来、レ
ーザー焼入（イ）は、高周波焼入（ロ）に比べ、焼入深
さａが相当小さいので、急冷による熱ショックで誘発す
る焼割れの発生や焼入歪の発生がない、そこで、焼入後
の研磨加工の必要もないので、高周波焼入と同様の、第
４図（ロ）に示すごとく、非焼入部１３を設けてレーザ
ー焼入した場合（１）と、図示しないが、オーバーラツ
プさせて焼入した場合（■）とを比較試リングランド１
６をＣとして、それぞれその（ハ）図に示す膨出５Ｗ１
７を測定したところ、第５図示のごとく、オーバーラツ
プさせて焼入した場合（■）は膨出部１７は、意外にも
零であった。したがって、ライナとピストン間で、該膨
出部１７によるスカッフィングの発生はなく、ひいては
プロバイや油上りが防止できる。

次に、第４図（イ）において、摩耗が特に問題となる、
第１および第２圧縮リングの４３．３のそれぞれの上下
両側７．７°のみレーザー焼入を施し、これらリングラ
ンド１５．１６のピストン軸方向の傾きを測定したとこ
ろ、第２リングランド１６がクラウン側へ倒れているこ
とを発見し、かかる倒れを解消しようとして試行該誤し
た結果、焼入しないｇＡ３リング溝上面、すなわち、第
２１Ｊングランド１６の下面へもレーザー焼入を施した
ところ、その倒れが殆ど解消した。これを第６図に示す
。

なお、本発明は、主として内燃機関のダクタイル鋳鉄製
ピストンのピストンリング１を実施例として説明したが
、これに限らず、炭素鋼や工具鋼などの凹凸部材にも通
用でき、かつ、用途として内燃機関の他の部材にも通用
でき、また、コーテイング材としては、カーボン粉末、
金属酸化物、りん酸塩など特に限定することなく使用し
てもよい。

本発明は叙上の構成を採択したので、以下の効果を奏す
る。

■凹凸部からなる部材、たとえば内燃機関のピストンリ
ング溝の内面を適宜の入射角でもってレーザー焼入をす
る際、その外端角部に、該レーザーが照射しないので、
外端角部の過熱による溶融を防ぐことができ、更にコー
テイング材の厚さの調整等の工数が省かれ、生産コスト
を下げることができる。

■内燃機関、殊に、小形内燃機関のピストンリング溝の
対面する両側面をレーザー焼入するとき、該溝の全周に
わたり、しかも、焼入開始位置と焼入終了位置とをオー
バーラツプして焼入するので、焼入部と非焼入部の混在
によるピストン外周の歪が発生せず、しかも、焼入操作
も非焼入部を残すなどの繁雑さを、伴わない。

■内燃機関のピストンリング溝の対面する両側面をレー
ザー焼入するとき、該焼入リング溝を構成するリングラ
ンドの両側面をも焼入するので、該リングランドが、ピ
ストンのクラウン側へもまた、スカート側へも倒れるこ
とがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を一部断面のピストンに通用す
る横型図、第２図は第１図の要部拡大断面図、第３図は
焼入の組織図、第４図（イ）はピストン断面図、（ロ）
は同（イ）のＡ−Ａ断面図、（ハ）は同（イ）のＢ−Ｂ
断面図、第５図は非焼入部を作って焼入した場合とオー
バラップ焼入した場合の比較図、第６図はリングランド
の倒れ状態グラフを示す。 ■・・・ピストン、３・・・リング溝、７．７″・・・
側面、８・・・レーザー光、９・・・遮蔽板、１０・・
・黒鉛皮膜、１２・・・角部、１３・・・非焼入部、１
４・・・トップランド、１５・・・第１リングランド、
１６・・・第２リングランド

Claims

【特許請求の範囲】

（１）凹凸部からなる部材の凹部内面をレーザー焼入す
るに際し、黒鉛等レーザーを吸収する吸収材を用いた遮
蔽板によって、該凹部の外端角部を遮蔽し、過熱溶融を
防止することを特徴とする凹凸部からなる部材のレーザ
ー焼入方法。
（２）凹部を内燃機関のピストンリング溝とし、該溝の
対面する両側面をレーザー焼入するに際し、焼入開始位
置と焼入終了位置とをオーバーラップさせて焼入する特
許請求の範囲第（１）項に記載の凹凸部からなる部材の
レーザー焼入方法。
（３）凹部を内燃機関のピストンリング溝とし、該溝の
対面する両側面をレーザー焼入するに際し、当該焼入す
るリング溝を構成するリングランドの両側面をも焼入す
る特許請求の範囲第（１）項または第（２）項に記載の
凹凸部からなる部材のレーザー焼入方法。