JPS61201731A - Heater for tooth shape surface - Google Patents

Heater for tooth shape surface

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Publication number
JPS61201731A
JPS61201731A JP60041052A JP4105285A JPS61201731A JP S61201731 A JPS61201731 A JP S61201731A JP 60041052 A JP60041052 A JP 60041052A JP 4105285 A JP4105285 A JP 4105285A JP S61201731 A JPS61201731 A JP S61201731A
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reflector
mirror
laser beam
plane
reflected
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JP60041052A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Maruyama
丸山 旬一
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To heat uniformly a tooth shape surface having an intricately curved surface by splitting and reflecting laser light to different directions by the reflector of a polygon mirror, condensing the reflected light by plural reflectors and constituting each reflection surface of a plane mirror part and a concave quadratic surface mirror part. CONSTITUTION:This heater makes the heating treatment of the tooth shape surface of a rotating gear 80 by splitting and reflecting the incident laser light 1 generated from a laser light generator 60 to the different directions by the 1st reflector 10 consisting of the polygon mirror, reflecting the split and reflected laser light 2, 3, 4, by the 2nd, 3rd and 4th reflectors 20, 30, 40 respectively and making incident the reflected laser light 2', 3', 4' to the tooth shape surface from the different directions so as to intersect with each other. The plane mirror part and the concave quadratic surface mirror part are provided to each reflection mirror surface of the above-mentioned reflectors 10-40. The irradiation of the rectangular pseudo multi-mode beams from the plural directions is thus made possible and the uniform and efficient heating is made possible by bringing the incident direction of the beams in proximity to the respective normals of the side face 80a, base 80b and tip 80c of the tooth profile of the gear 80.

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、歯車やラック・ビニオンなどの歯形を有す
る製品(部品)の歯形表面を加熱して例えば表面硬化さ
せるのに利用される歯形表面の加熱装置に関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) This invention is useful for heating the tooth profile surface of a product (component) having a tooth profile such as a gear or a rack/binion to harden the surface. The present invention relates to a heating device for a tooth profile surface to be used.

(従来の技術) 従来、製品(部品)の表面を加熱する手段としては、高
周波によるものや、火炎によるものなどが知られており
、最近ではプラズマやレーザによるものが利用されるよ
うになってきている。これらのうち、レーザによるもの
としては、例えば特開昭54−116799号公報に開
示されたものがあり、これを第13図に示す、この第1
3図に示す加熱装置は、図示しないレーザ発振器より放
出されかつ基準面(紙面)に含まれる光軸をもつ入射レ
ーザ光101′を第1の反射体100により2分割して
異なる方向に反射させ、それぞれ前記入射レーザ光10
1の成分101a、101bに対向する分割反射光10
2a、102bを円筒面鏡110,120により反射さ
せ、それぞれ前記分割反射光102a、102bに対応
する反射レーザ光103a、103bを前記円筒面鏡1
10,120の焦点において互いに重畳させることによ
って、基準面内で前記入射レーザ光101の光軸に垂直
な方向にパワー密度分布をもつ線状ビームを形成させる
ようにしたものである。ここで、前記した第1の反射体
100は前記入射レーザ光101の光軸を含み、前記基
準面に垂直な面(以下、対称面という)に対して対称で
あり、かつ法線が前記基準面に含まれる2つの平面鏡1
05 、106を宥するものである。また、前記円筒面
鏡110,120は、その反射面111.121が同一
形状をなしており、それぞれ基準面に対称でかつその円
筒軸が前記基準面に含まれ、さらに互いに前記対称面に
対して対称となるように配置されているものである。
(Prior art) Hitherto, known methods for heating the surface of products (components) include methods using high frequency waves and methods using flames, and recently methods using plasma and lasers have come into use. ing. Among these, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-116799, which uses a laser, and this is shown in Fig. 13.
The heating device shown in FIG. 3 divides an incident laser beam 101' emitted from a laser oscillator (not shown) and has an optical axis included in a reference plane (paper surface) into two parts by a first reflector 100 and reflects them in different directions. , respectively, the incident laser beam 10
1 components 101a and 101b of divided reflected light 10 facing each other
2a and 102b are reflected by the cylindrical mirrors 110 and 120, and the reflected laser beams 103a and 103b corresponding to the divided reflected beams 102a and 102b are reflected by the cylindrical mirror 1.
By overlapping each other at the focal points of the laser beams 10 and 120, a linear beam having a power density distribution in a direction perpendicular to the optical axis of the incident laser beam 101 is formed within the reference plane. Here, the first reflector 100 includes the optical axis of the incident laser beam 101 and is symmetrical with respect to a plane perpendicular to the reference plane (hereinafter referred to as a plane of symmetry), and the normal line thereof is the reference plane. Two plane mirrors included in the surface 1
05, 106. Further, the cylindrical mirrors 110 and 120 have reflecting surfaces 111 and 121 of the same shape, are symmetrical to the reference plane, and have their cylindrical axes included in the reference plane, and are mutually symmetrical to the symmetrical plane. They are arranged symmetrically.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の加熱装置にあっては、
入射レーザ光101が第14図に示すようなパワー密度
分布をもついわゆる円形マルチモードビームである(第
13図A−A断面)場合には、得られる線状ビーム(第
13図B−B断面)は第15図に示すような中央部が高
いパワー密度分布となる。したがって、このような線状
ビームを用いてたとえば鋼表面を焼入れする(ビームの
送り方向は第15図(b)のy方向)と、硬化層の横断
面パターンは中央部が深く両端が浅い不均一なものとな
るという問題点があり、  ゛とくに歯形表面のように
複雑な曲面形状を有するような場合には、前記線状ビー
ムの歯面に対する入射角が大きく変動するため、歯面の
位置により硬化層深さに大きな不均一が生じてしまうと
いう問題点があった。
(Problems to be solved by the invention) However, in such a conventional heating device,
When the incident laser beam 101 is a so-called circular multimode beam having a power density distribution as shown in FIG. 14 (cross section A-A in FIG. 13), the resulting linear beam (cross section B-B in FIG. ) has a power density distribution that is high in the center as shown in FIG. Therefore, when such a linear beam is used to harden a steel surface (the beam feeding direction is the y direction in FIG. 15(b)), the cross-sectional pattern of the hardened layer is deep in the center and shallow at both ends. There is a problem that it becomes uniform, and especially when the surface has a complicated curved shape such as a tooth profile surface, the angle of incidence of the linear beam on the tooth surface varies greatly, so the position of the tooth surface changes. Therefore, there was a problem in that the depth of the hardened layer was largely non-uniform.

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、加熱の対象物が歯車表面のように複雑な曲面
形状を有するときでもその表面加熱を均一に行うことが
可能である歯形表面の加熱装置を提供することを目的と
している。
This invention was made in view of these conventional problems, and it is possible to uniformly heat the surface of an object to be heated even when the object has a complex curved shape, such as the surface of a gear. The object of the present invention is to provide a heating device for a tooth profile surface.

[発明の構成〕 (問題点を解決するための手段) この発明による歯形表面の加熱装置は、レーザ光発生装
置と、前記レーザ光発生装置から発せられるレーザ光を
分割反射する第、1の反射体と、前記第1の反射体によ
り分割反射された複数の分割レーザ光を各々反射し、か
つ歯の側面と底面に向けて前記分割レーザ光を照射する
複数の第2以降の反射体とをそなえ、前記第1の反射体
が連続した複数の鏡面からなる多面体位であり、かつ前
記各鏡面が平面鏡部と凹状二次曲面鏡部とを有している
と共に、前記第2以降の反射体が前記第1の反射体の各
鏡面にそれぞれ対応しており、かつ平面鏡部のみまたは
平面鏡部と凹状二次曲面鏡部とからなる鏡面を有してい
ることを特徴としており、より好ましい実施態様におい
ては、前記第1の反射体の各平面鏡部が入射レーザ光の
光軸と垂直な1本の基準となる直線に平行であり、かつ
第1の反射体の凹状二次曲面鏡部が前記基準となる直線
の方向に前記平面鏡部になめらかにつながっており、第
2以降の反射体の凹状二次曲面鏡部が平面鏡部の片側も
しくは両側になめらかにつながっており、かつ前記第2
以降の反射体の平面鏡部に垂直で前記凹状二次曲面鏡部
の法線を含む平面が前記基準となる直線に垂直となって
いると共に、前記第1の反射体の各鏡面の凹状二次曲面
鏡部と前記鏡面に対応する前記第2以降の反射体の凹状
二次曲面鏡部とが共焦点の関係もしくはそれに近い関係
となっており、さらに前記第2以降の反射体により反射
されたレーザ光が前記第1の反射体の各鏡面の凹状二次
曲面鏡部の焦点位置付近において互いに交差するように
配設されていることを特徴としている。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) A tooth profile surface heating device according to the present invention includes a laser beam generator, a first reflector that divides and reflects the laser beam emitted from the laser beam generator, and a plurality of second and subsequent reflectors that each reflect the plurality of divided laser beams that have been divided and reflected by the first reflector and irradiate the divided laser beams toward the side and bottom surfaces of the tooth. The first reflector is a polyhedron consisting of a plurality of continuous mirror surfaces, and each of the mirror surfaces has a flat mirror portion and a concave quadratic curved mirror portion, and the second and subsequent reflectors corresponds to each mirror surface of the first reflector, and has a mirror surface consisting of only a plane mirror section or a plane mirror section and a concave quadratic curved mirror section, which is a more preferred embodiment. In the above, each plane mirror portion of the first reflector is parallel to one reference straight line perpendicular to the optical axis of the incident laser beam, and the concave quadratic curved mirror portion of the first reflector is parallel to the one reference straight line perpendicular to the optical axis of the incident laser beam. It is smoothly connected to the plane mirror part in the direction of a straight line serving as a reference, and the concave quadratic curved mirror part of the second and subsequent reflectors is smoothly connected to one side or both sides of the plane mirror part, and the second
A plane that is perpendicular to the plane mirror portion of the subsequent reflector and includes the normal to the concave quadratic curved mirror portion is perpendicular to the reference straight line, and the concave quadratic plane of each mirror surface of the first reflector The curved mirror portion and the concave quadratic curved mirror portion of the second and subsequent reflectors corresponding to the mirror surface have a confocal relationship or a relationship close to that, and furthermore, the light reflected by the second and subsequent reflectors. It is characterized in that the laser beams are arranged so as to intersect with each other near the focal point of the concave quadratic mirror portion of each mirror surface of the first reflector.

(実施例) 以下5この発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, five embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

第4図ないし第1O図は、この発明の一実施例を示す図
である。
FIG. 4 to FIG. 1O are diagrams showing an embodiment of the present invention.

図において、1はレーザ光発生装置60から発せられる
ビーム径DLの円形マルチモードの入射レーザ光であり
、断面C−Cにおけるパワー密度分布は第14図に示し
たものと同じである。また、10は第1の反射体、20
,30.40は第2以後の反射体、すなわち、20は第
2の反射体、30は第3の反射体、40は第4の反射体
である。
In the figure, reference numeral 1 denotes a circular multi-mode incident laser beam with a beam diameter DL emitted from a laser beam generator 60, and the power density distribution in the cross section CC is the same as that shown in FIG. Further, 10 is a first reflector, 20
, 30 and 40 are the second and subsequent reflectors, that is, 20 is the second reflector, 30 is the third reflector, and 40 is the fourth reflector.

前記第1の反射体10は、第2図に示すように連続した
3つの鏡面11,12.13有しており、各鏡面11,
12.13はそれぞれ第2図(b)(c) (d)に示
すように、平面鏡部11a。
The first reflector 10 has three consecutive mirror surfaces 11, 12, and 13 as shown in FIG.
12 and 13 are plane mirror portions 11a, as shown in FIGS. 2(b), 2(c), and 2(d), respectively.

12a、13aとこれらの両側に凹状二次曲面すなわち
この場合は凹状円筒面鏡部11b。
12a, 13a and concave quadratic curved surfaces on both sides thereof, that is, in this case, a concave cylindrical mirror portion 11b.

11c、12b、12c、13b、13cとからなる。It consists of 11c, 12b, 12c, 13b, and 13c.

これらのうち、前記平面鏡部11a。Among these, the plane mirror portion 11a.

12a、13aは、前記入射レーザ光1の光軸に垂直な
1本の基準となる直線(以下[基準線]という)に平行
であり、また、前記凹状円筒面鏡部11b、llc、1
2b、12c、13b。
12a and 13a are parallel to one reference straight line (hereinafter referred to as [reference line]) perpendicular to the optical axis of the incident laser beam 1, and the concave cylindrical mirror portions 11b, llc, 1
2b, 12c, 13b.

13cはそれぞれの曲率半径が互いに等しく(ここでは
、曲率半径をR1゜とする)、それぞれ前記基準線方向
(以下[S方向]という)に前記平面鏡部11a、12
a、13aになめらかにつながっている。さらに、前記
第1の反射体10は、鏡面部(鏡面11,12.13を
含めたもの)の前記入射レーザ光1の光軸に垂直な面へ
の正射影が、前記入射レーザ光1のビーム断面(ビーム
径DLの円)を完全に包含するように設計されており、
前記平面鏡部11a、12a、13aのS方向の幅は互
いに等しく(この幅をSSOとする)、Sto<Dbの
関係となっている。したがって、前記入射レーザ光1の
成分1a、lb。
13c has the same radius of curvature (here, the radius of curvature is R1°), and the plane mirror portions 11a and 12 are arranged in the direction of the reference line (hereinafter referred to as [S direction]).
a, smoothly connected to 13a. Further, in the first reflector 10, the orthogonal projection of the mirror surface portion (including the mirror surfaces 11, 12, 13) onto a plane perpendicular to the optical axis of the incident laser beam 1 is It is designed to completely encompass the beam cross section (circle with beam diameter DL),
The widths of the plane mirror parts 11a, 12a, and 13a in the S direction are equal to each other (this width is referred to as SSO), and the relationship Sto<Db holds. Therefore, the components 1a, lb of the incident laser beam 1.

ICはそれぞれ前記第1の反射体10の鏡面11.12
.13で反射され、各鏡面11゜12.13より光路長
R□。/2の位置においてS方向のパワー密度分布が第
6図に示すようなものとなる分割反射レーザ光2,3.
4となる。
The ICs are mirror surfaces 11 and 12 of the first reflector 10, respectively.
.. 13, and the optical path length R□ from each mirror surface 11°12.13. The divided reflected laser beams 2, 3, . . . have a power density distribution in the S direction as shown in FIG.
It becomes 4.

次に、前記第2の反射体20は、第3図に示すように、
平面鏡部20aと該平面鏡部2Qaの片側になめらかに
つながる凹状二次曲面すなわちこの場合は凹状円筒面鏡
部20bとからなり、平面鏡部20aに垂直でかつ前記
凹状円筒面鏡部20bの法線を含む面(以下[鏡型面]
という、)が前記基準線に垂直である。また、第2の反
射体20は、前記平面鏡部20aおよび凹状円筒面鏡部
20bにより前記分割レーザ光2を完全に反射できるよ
うに設計されており、凹状円筒面鏡部20bの曲率半径
をR20とすると、前記第1の反射体10の鏡面11か
ら第2の反射体20までの光路長が(R1o−R2゜)
/2となるように配設されている。したがって、前記分
割反射レーザ光2は、その成分2a、2bがそれぞれ前
記第2の反射体20の平面鏡部20aおよび凹状円筒面
鏡部20bで反射され、この平面鏡部20aより光路長
R2゜/2すなわち、前記第1の反射体10の鏡面11
より光路長R1o/2の位置において、前記入射レーザ
光1の光軸と02の角度をなす方向から入射し、この入
射方向に垂直な面(すなわち、第1図D−D断面)上で
S方向に垂直な方向(tzS方向のパワー密度分布が第
7図に示すようなものとなる反射レーザ光2′となる。
Next, the second reflector 20, as shown in FIG.
It consists of a plane mirror part 20a and a concave quadratic curved surface smoothly connected to one side of the plane mirror part 2Qa, that is, in this case, a concave cylindrical mirror part 20b, which is perpendicular to the plane mirror part 20a and has a normal line to the concave cylindrical mirror part 20b. Including surface (hereinafter [mirror surface])
) is perpendicular to the reference line. Further, the second reflector 20 is designed so that the split laser beam 2 can be completely reflected by the plane mirror portion 20a and the concave cylindrical mirror portion 20b, and the radius of curvature of the concave cylindrical mirror portion 20b is set to R20. Then, the optical path length from the mirror surface 11 of the first reflector 10 to the second reflector 20 is (R1o-R2°)
/2. Therefore, the components 2a and 2b of the split reflected laser beam 2 are reflected by the plane mirror part 20a and the concave cylindrical mirror part 20b of the second reflector 20, respectively, and the optical path length R2°/2 is reflected from the plane mirror part 20a. That is, the mirror surface 11 of the first reflector 10
At a position of optical path length R1o/2, the incident laser beam 1 enters from a direction forming an angle of 02 with the optical axis of the incident laser beam 1, and S The reflected laser beam 2' has a power density distribution in a direction perpendicular to the direction (tzS direction) as shown in FIG.

ここで02およびT2は、前記第1の反射体10の鏡面
11の平面鏡部11aの法線および前記第2の反射体2
0の平面鏡部20aの法線が前記入射レーザ光1の光軸
となす角をそれぞれθll+θ2oとし、前記分割反射
レーザ光2の成分2aの前記第2の反射体20の平面鏡
部20aへの入射幅(すわち、平面鏡部20aにおいて
S方向に垂直な方向の幅)をT2゜とすると、 θ2=2(θ2゜−011) T2 =−T2 、cos (θ2O−2011)とな
る。
Here, 02 and T2 are the normal line of the plane mirror portion 11a of the mirror surface 11 of the first reflector 10 and the second reflector 2.
The angle between the normal line of the plane mirror section 20a of 0 and the optical axis of the incident laser beam 1 is θll+θ2o, and the width of incidence of the component 2a of the split reflected laser beam 2 on the plane mirror section 20a of the second reflector 20 is (That is, the width in the direction perpendicular to the S direction in the plane mirror portion 20a) is T2°, then θ2=2(θ2°−011) T2 =−T2, cos(θ2O−2011).

次に、前記第3の反射体30は、第4図に示すように、
平面鏡部30aと該平面鏡部30aの両側になめらかに
つながる凹状二次曲面すなわちこの場合は凹状円筒面鏡
部30b、30cとからなり、鏡型面が前記基準線に垂
直である。また、第3の反射体30は、前記平面鏡部3
Qaおよび凹状円筒面鏡部30b、30cにより、前記
分割レーザ光3を完全に反射できるように設計されてお
り、凹状円筒面鏡部30b、3Qcの曲率半径をR2O
とすると、前記第1の反射体10の鏡面12から第3の
反射体30までの光路長が(Rr O−R30) /2
となるように配設されている。したがって、前記分割反
射レーザ光3は。
Next, the third reflector 30, as shown in FIG.
It consists of a plane mirror section 30a and concave quadratic curved surfaces smoothly connected to both sides of the plane mirror section 30a, that is, concave cylindrical mirror sections 30b and 30c in this case, and the mirror-shaped surfaces are perpendicular to the reference line. Further, the third reflector 30 includes the plane mirror portion 3
Qa and the concave cylindrical mirror parts 30b and 30c are designed to completely reflect the split laser beam 3, and the radius of curvature of the concave cylindrical mirror parts 30b and 3Qc is set to R2O.
Then, the optical path length from the mirror surface 12 of the first reflector 10 to the third reflector 30 is (Rr O-R30) /2
It is arranged so that. Therefore, the split reflected laser beam 3 is.

その成分3a、3b、3cがそれぞれ前記第3の反射体
30の平面鏡部30aおよび凹状円筒面鏡部30b、3
0cで反射され、この平面鏡部30aより光路長R35
/ 2すなわち前記第1の反射体10の鏡面12より光
路長R1゜/2の位置において、前記入射レーザ光1の
光軸とθ3の角度をなす方向から入射し、この入射方向
に垂直な面(第1図E−E断面)上で、S方向に垂直な
方向(tsS方向のパワー密度分布が第8図に示すよう
なものとなる反射レーザ光3′となる。ここで、θ3お
よびT3は、前記第1の反射体10の鏡面12の平面鏡
部12aの法線および前記第3の反射体30の平面鏡部
30mの法線が、前記入射レーザ光1の光軸となす角を
それぞれθ亀2.03oとし、第3の反射体30の平面
鏡部30aのS方向に垂直な方向の幅をTsoとすると
The components 3a, 3b, 3c are the plane mirror portion 30a and the concave cylindrical mirror portions 30b, 3 of the third reflector 30, respectively.
0c, and the optical path length R35 is reflected from this plane mirror portion 30a.
/ 2, that is, at a position with an optical path length R1°/2 from the mirror surface 12 of the first reflector 10, the laser beam enters from a direction forming an angle of θ3 with the optical axis of the incident laser beam 1, and a plane perpendicular to this direction of incidence. (E-E cross section in Figure 1), the reflected laser beam 3' has a power density distribution in the direction perpendicular to the S direction (tsS direction) as shown in Figure 8.Here, θ3 and T3 is the angle between the normal line of the plane mirror part 12a of the mirror surface 12 of the first reflector 10 and the normal line of the plane mirror part 30m of the third reflector 30 and the optical axis of the incident laser beam 1, respectively. Let the angle be 2.03o, and the width of the plane mirror portion 30a of the third reflector 30 in the direction perpendicular to the S direction be Tso.

θ3=2(03G−012) T3  =−Tso  cos  (θ3 o −20
12)となる。
θ3 = 2 (03G-012) T3 = -Tso cos (θ3 o -20
12).

次に、前記第4の反射体40は、第5図に示すように平
面鏡部40aと該平面鏡部40aの片側になめらかにつ
ながる凹状二次曲面すなわちこの場合は凹状円筒面鏡部
40bとからなり、鏡型面が前記基準線に垂直である。
Next, as shown in FIG. 5, the fourth reflector 40 is composed of a plane mirror part 40a and a concave quadratic curved surface smoothly connected to one side of the plane mirror part 40a, that is, in this case, a concave cylindrical mirror part 40b. , the mirror surface is perpendicular to the reference line.

また、第4の反射体40はこの平面鏡部40aおよび凹
状円筒面鏡部40bにより、前記分割レーザ光4を完全
に反射できるように設計されており、凹状円筒面鏡部4
0bの曲率半径をR4゜とすると、前記第1の反射体1
0の鏡面13から第4の反射体40までの光路長が(R
1o −Ra o ) /2となるように配設されてい
る。したがって、前記分割反射レーザ光4は、その成分
4a、4bがそれぞれ前記第4の反射体40の平面鏡部
40aおよび凹状円筒面鏡部40bで反射され、平面鏡
部40aより光路長R40/2すなわち前記第1の反射
体10の鏡面13より光路長RIO/2の位置において
Further, the fourth reflector 40 is designed to completely reflect the split laser beam 4 with the flat mirror section 40a and the concave cylindrical mirror section 40b.
If the radius of curvature of 0b is R4°, then the first reflector 1
The optical path length from the mirror surface 13 at 0 to the fourth reflector 40 is (R
1o-Rao)/2. Therefore, the components 4a and 4b of the split reflected laser beam 4 are reflected by the plane mirror section 40a and the concave cylindrical mirror section 40b of the fourth reflector 40, respectively, and the optical path length R40/2, that is, the At a position at an optical path length RIO/2 from the mirror surface 13 of the first reflector 10.

前記入射レーザ光1の光軸と04の角度をなす方向から
入射し、この入射方向に垂直な面(第15]F−F断面
)上でS方向に垂直な方向(t4方向)のパワー密度分
布が第9図に示すようなものとなる反射レーザ光4′と
なる。ここで、θ4およびT4は、前記第1の反射体1
oの鏡面13の平面鏡部13aの法線および前記第4の
反射体40の平面鏡部40aの法線が、前記入射レーザ
光゛1−の光軸となす角をそれぞれθ13+  040
とし、前記分割反射レーザ光4の成分4aの前記第4の
反射体40の平面鏡部40aへの入射+111(平面鏡
部40aにおいて、S方向に垂直な方向の暢)をT2O
とすると、 θ=2(θ4゜−θ!3) T4 = −T46 coS(θ4o−2013)とな
る。
The power density is incident from a direction forming an angle of 04 with the optical axis of the incident laser beam 1, and in a direction perpendicular to the S direction (t4 direction) on a plane (15th] F-F cross section perpendicular to this direction of incidence. The reflected laser beam 4' has a distribution as shown in FIG. Here, θ4 and T4 are the first reflector 1
The angles formed by the normal line of the plane mirror part 13a of the mirror surface 13 of o and the normal line of the plane mirror part 40a of the fourth reflector 40 with the optical axis of the incident laser beam '1-' are θ13+040, respectively.
The incidence of the component 4a of the split reflected laser beam 4 on the plane mirror section 40a of the fourth reflector 40 +111 (in the direction perpendicular to the S direction in the plane mirror section 40a) is T2O.
Then, θ=2(θ4°−θ!3) T4=−T46 coS(θ4o−2013).

さらに、前記第2.第3.第4の反射体2o、30.4
0による反射レーザ光2’、3’、4’は、それぞれの
光路上において前記第1の反射体10の鏡面11,12
.13からの光路長がR,◇/2となる位置付近で互い
に交差するようになっており、この位置付近に被加工物
であるたとえば歯車80の歯面のうち側面80aおよび
底面80bを位置させてレーザ処理を行う。
Furthermore, the second. Third. Fourth reflector 2o, 30.4
The reflected laser beams 2', 3', and 4' due to
.. They intersect each other near a position where the optical path length from 13 is R, ◇/2, and the side surface 80a and bottom surface 80b of the tooth surface of a workpiece, for example, a gear 80, are located near this position. Perform laser treatment.

したがって、このような構成の加熱装置を用いて例えば
歯車8oの歯面を焼入れ加熱処理を行う場合には、第1
図および第10図に示すように、歯車80を点θ(歯車
8oの中心軸)のまわりで矢印の方向に回転させた状態
とし、前記反射レーザ光2’、3’、4’を照射する。
Therefore, when performing hardening heat treatment on the tooth surface of the gear 8o using a heating device having such a configuration, for example, the first
As shown in the figure and FIG. 10, the gear 80 is rotated in the direction of the arrow around the point θ (center axis of the gear 8o), and the reflected laser beams 2', 3', and 4' are irradiated. .

この場合第10図(a)は歯先部に反射レーザ光2′、
3’ 、4’が照射されている状態を示すものであり、
第1θ図(b)は歯元部に反射レーザ2′、3’ 、4
’が照射されている状態を示すものである。この第1θ
図から判るように、3方向から入射する長方形擬似マル
チモードビームのうち少なくとも1つのビームの入射方
向を、被処理部である歯面すなわち側面80aおよび底
面80bの各位置における法線方向に一致させるかまた
は近づけることが可能となるため、均一な硬化層が得ら
れる。この場合、歯先部80cの過熱を防止する方法と
して、例えば、歯先部80cにはレーザ吸収材を塗布せ
ず、この歯先部80cをレーザ光の反射率が高い状態と
しておくことにより、歯先部80cにおける過度の温度
上昇を軽減して加熱のより一層の均一化をはかるように
することもできる。また、他の方法としては5分割反射
レーザ光3.4あるいは反射レーザ光3’ 、4’の光
路上にシャッタを設け、歯先部80cへの反射レーザ3
’ 、4’の照射を切るようにして過熱を防止してもよ
い。
In this case, FIG. 10(a) shows that the laser beam 2' is reflected at the tip of the tooth,
This shows the state where 3' and 4' are irradiated,
Figure 1θ (b) shows the reflected lasers 2', 3', 4 at the root of the tooth.
' indicates the state where it is irradiated. This 1st θ
As can be seen from the figure, the incident direction of at least one of the rectangular pseudo multimode beams incident from three directions is made to match the normal direction at each position of the tooth surface, that is, the side surface 80a and the bottom surface 80b, which are the parts to be processed. A uniform hardened layer can be obtained because the hardened layer can be brought close to the surface. In this case, as a method for preventing overheating of the tooth tip 80c, for example, by not applying a laser absorbing material to the tooth tip 80c and leaving the tooth tip 80c in a state where the reflectance of laser light is high, It is also possible to reduce excessive temperature rise at the tooth tip portion 80c to achieve more uniform heating. Another method is to provide a shutter on the optical path of the 5-split reflected laser beam 3.4 or the reflected laser beams 3' and 4', and to direct the reflected laser beam 3 to the tooth tip 80c.
Overheating may be prevented by turning off the irradiation of ' and 4'.

なお、ここでは、焼入れの場合について説明したが、表
面を溶融させるような処理に対しても適用可能であるこ
とは明瞭である。
Although the case of hardening has been described here, it is clear that the present invention can also be applied to treatments that melt the surface.

第11図および!s12図は、この発明の他の実施例を
示す図である。
Figure 11 and! Figure s12 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

図において、1はレーザ光発生装置6oから発せられる
ビーム径DLの円形マルチモードの入射レーザ光であり
、10は第1の反射体、2o。
In the figure, 1 is a circular multi-mode incident laser beam with a beam diameter DL emitted from a laser beam generator 6o, 10 is a first reflector, and 2o.

3G、40.50は第2以後の反射体すなわち。3G, 40.50 is the second and subsequent reflectors, that is.

20は第2の反射体、30は第3の反射体、4゜は第4
の反射体、50は第5の反射体である。
20 is the second reflector, 30 is the third reflector, 4° is the fourth reflector
50 is a fifth reflector.

前記第1の反射体10は、第11図に示すように連続し
た4つの鏡面11,12,13.14を有しており、各
鏡面11,12,13.14はそれぞれ平面鏡部と、こ
れらの両側になめらかにつながる凹状二次曲面すなわち
この場合は凹状円筒鏡部とからなるものであり、その詳
細は前記実施例の場合と同じものとすることができる。
The first reflector 10 has four continuous mirror surfaces 11, 12, 13.14 as shown in FIG. It consists of a concave quadratic curved surface smoothly connected to both sides of the mirror, that is, a concave cylindrical mirror portion in this case, and its details can be the same as those of the previous embodiment.

また、前記第2の反射体20.第3の反射体30、第4
の反射体40.および第5の反射体50は、ともに平面
鏡部と該平面鏡部の両側になめらかにつながる凹状二次
曲面すなわちこの場合は凹状円筒面鏡部とからなるもの
であり、この詳細は前記実施例の場合と同じものとする
ことができる。
Further, the second reflector 20. Third reflector 30, fourth
reflector 40. and the fifth reflector 50 both consist of a flat mirror part and a concave quadratic curved surface smoothly connected to both sides of the flat mirror part, that is, in this case, a concave cylindrical mirror part, the details of which are as in the above embodiment. can be made the same as

したがって、このような構成の加熱装置を用いて例えば
歯車80の歯面の加熱焼入れ処理を行う場合には、第1
21mに示すようにしてレーザ光2”、3”、4’、5
’を照射する。このとき、4方向から入射する長方形擬
似マルチモードビームのうち少なくとも1つのビームの
入射方向を。
Therefore, when heating and hardening the tooth surface of the gear 80 using a heating device having such a configuration, for example, the first
Laser beams 2", 3", 4', 5 as shown at 21m
'Irradiate. At this time, the incident direction of at least one beam among the rectangular pseudo multimode beams incident from four directions.

歯面の特に側面80aと底面80bの各位置における法
線方向に一致させるかまたは近づけることが可能となる
ため、均一な焼入れ硬化層が得られる。なお、この場合
にも歯面におけるレーザ吸収材の塗布を部分的に変更し
たり、レーザ光を適宜遮断するシャッターを設けたりし
て、加熱のより一層の均一化をはかるようにすることも
できる。
Since it is possible to align or approach the normal direction at each position of the tooth surface, particularly the side surface 80a and the bottom surface 80b, a uniform hardened layer can be obtained. In this case, it is also possible to partially change the coating of the laser absorbing material on the tooth surface or provide a shutter that blocks the laser beam as appropriate to make the heating even more uniform. .

上記した各実施例では、各鏡面における凹状二次曲面鏡
部が円筒面鏡であるものを示したが、これらの二次曲面
鏡部が、放物線を該放物線を含む平面に垂直な方向に平
行移動する際に軌跡として得られる曲面であっても、各
凹状二次曲面鏡部が前述のように、共焦点の関係にある
場合には、全く同様の結果が得られることは明瞭である
In each of the above-mentioned embodiments, the concave quadratic curved mirror portion of each mirror surface is a cylindrical mirror, but these quadratic curved mirror portions extend the parabola parallel to the direction perpendicular to the plane containing the parabola. Even with a curved surface obtained as a locus during movement, it is clear that exactly the same result can be obtained if each concave quadratic curved mirror section is in a confocal relationship as described above.

また、各凹状二次曲面鏡部が、厳密には、前述のように
共焦点の関係にないとしても、それに近い関係にある場
合には、はとんど同様の結果が得られることは明瞭であ
る。
Furthermore, even if the concave quadratic mirror parts do not have a confocal relationship as mentioned above, it is clear that almost the same results can be obtained if they have a close relationship. It is.

[発明の効果] 以上説明してきたように、この発明による歯形表面の加
熱装置では、レーザ光発生装置と、前記レーザ光発生装
置から発せられるレーザ光を分割反射する第1の反射体
と、前記第1の反射体により分割反射された複数の分割
レーザ光を各々反射し、かつ歯形表面に向けて前記分割
レーザ光を照射する複数の!s2以降の反射体とをそな
え、前記第1の反射体が連続した複数の鏡面からなる多
面体位であり、かつ前記各鏡面が平面鏡部と凹状二次曲
面鏡部とを宥していると共に、前記第2以降の反射体が
前記第1の反射体の各鏡面にそれぞれ対応しており、か
つ平面鏡部のみまたは平面鏡部と凹状二次曲面鏡部とか
らなる鏡面を有している構成としたため、たとえば歯車
の歯面のように。
[Effects of the Invention] As described above, the tooth profile surface heating device according to the present invention includes a laser beam generator, a first reflector that divides and reflects the laser beam emitted from the laser beam generator, and a first reflector that divides and reflects the laser beam emitted from the laser beam generator, and A plurality of laser beams each reflecting a plurality of divided laser beams that have been divided and reflected by a first reflector, and irradiating the divided laser beams toward the tooth-shaped surface. s2 and subsequent reflectors, the first reflector is a polyhedron consisting of a plurality of continuous mirror surfaces, and each of the mirror surfaces accommodates a plane mirror portion and a concave quadratic curved mirror portion, The second and subsequent reflectors correspond to each mirror surface of the first reflector, and have a mirror surface consisting of only a plane mirror portion or a plane mirror portion and a concave quadratic curved mirror portion. , like the tooth surface of a gear.

被処理部が複雑な曲面形状を有するような場合において
も、複数の方向から長方形擬似マルチモードビームを照
射することが可能となり、かつ前記長方形擬似マルチモ
ードビームのうち少なくとも1つのビームの入射方向を
被処理部の各位置における法線方向に一致させるかまた
は近づけることが可能となるので、その結果と、して、
たとえば、焼入れのような処理においてかなり均一な硬
化層を形成させることができるという非常に優れた効果
が得られる。
Even when the part to be processed has a complicated curved shape, it is possible to irradiate the rectangular pseudo multimode beam from multiple directions, and the direction of incidence of at least one of the rectangular pseudo multimode beams can be adjusted. Since it is possible to match or approach the normal direction at each position of the processed part, as a result,
For example, a very good effect can be obtained in that a fairly uniform hardened layer can be formed in a treatment such as hardening.

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

第1図はこの発明の一実施例による歯形表面の加熱装置
の要部構成を示す説明図、第2図(a)は第1図に示し
た第1の反射体の正面図、第2図(b)(c)(d)は
各々第2図(L)のG−G、H−H,I−I線での形状
説明図、第3図、第4図および第5図はそれぞれ第1図
に示した第2の反射体、第3の反射体および第4の反射
体の形状を示す説明図、第6図、第7図、第8図および
第9図はそれぞれ第1の反射体、第2の反射体、第3の
反射体および第4の反射体による反射レーザ光の焦点位
置におけるS方向+t2方向+j3方向+L4方向のパ
ワー密度分布を示す説明図、第1O図(a)(b)はそ
れぞれ歯車の歯先部分および歯底部分へのレーザ光の照
射状況を示す説明図、第11図はこの発明の他の実施例
による第1の反射体の斜視図、第12図は第11図の反
射体および第2以後の反射体を用いて歯車の歯面を加熱
する状況を示す説明図、第13図は従来のレーザ光によ
る加熱装置の要部構成を示す説明図、第14図は円形マ
ルチモードの入射レーザ光のパワー密度分布を示す説明
図、第15図は照射位置〔第13図B−B断面〕におけ
るパワー密度分布を示す説明図である。 1・・・入射レーザ光、 la、lb、lc、ld−・・入射レーザ光の成分、2
.3,4.5・・・分割反射レーザ光、2’、3′、4
′、5’・・・反射レーザ光、10・・・第1の反射体
、 20・・・第2の反射体、 30・・・第3の反射体、 40・・・第4の反射体。 50・・・第5の反射体、 60・・・レーザ光発生装置、 11.12,13.14・・・第1の反射体の鏡面、 11a、12a、13a、20a、30a。 40a・・・平面鏡部、 11b、12b、13b、20b、30b。 40b、llc、12c、13c、30c・−凹状二次
曲面鏡部。 特許出願人   日産自動車株式会社 代理人弁理士  小  塩   豊 第2図 r、a>        (b) 第3図   第4図   第5図 第6図    第7図 第8図    第9図 第10図 第11図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the main part configuration of a tooth profile surface heating device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2(a) is a front view of the first reflector shown in FIG. 1, and FIG. (b), (c), and (d) are explanatory diagrams of the shape taken along lines GG, H-H, and I-I in Figure 2 (L), respectively, and Figures 3, 4, and 5 are diagrams showing the shapes, respectively. An explanatory diagram showing the shapes of the second reflector, third reflector, and fourth reflector shown in FIG. 1, and FIGS. 6, 7, 8, and 9 are the first reflection Explanatory diagram showing the power density distribution in the S direction + t2 direction + j3 direction + L4 direction at the focal position of the laser beam reflected by the body, the second reflector, the third reflector, and the fourth reflector, Figure 1O (a) (b) is an explanatory view showing the state of irradiation of laser light to the top and bottom portions of a gear, respectively; FIG. 11 is a perspective view of a first reflector according to another embodiment of the present invention; FIG. 12 is an explanatory diagram showing a situation in which the tooth surface of a gear is heated using the reflector shown in FIG. 11 and the second and subsequent reflectors, and FIG. 13 is an explanatory diagram showing the main part configuration of a conventional heating device using laser light. FIG. 14 is an explanatory diagram showing the power density distribution of a circular multi-mode incident laser beam, and FIG. 15 is an explanatory diagram showing the power density distribution at the irradiation position [cross section BB in FIG. 13]. 1...Incoming laser light, la, lb, lc, ld-...Components of the incident laser light, 2
.. 3, 4.5...Divided reflected laser beam, 2', 3', 4
', 5'...Reflected laser beam, 10...First reflector, 20...Second reflector, 30...Third reflector, 40...Fourth reflector . 50... Fifth reflector, 60... Laser light generator, 11.12, 13.14... Mirror surface of first reflector, 11a, 12a, 13a, 20a, 30a. 40a...Plane mirror portion, 11b, 12b, 13b, 20b, 30b. 40b, llc, 12c, 13c, 30c - concave quadratic curved mirror section. Patent Applicant: Nissan Motor Co., Ltd. Representative Patent Attorney Yutaka Oshio Figure 2 r, a> (b) Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9 Figure 10 Figure 11 figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)レーザ光発生装置と、前記レーザ光発生装置から
発せられるレーザ光を分割反射する第1の反射体と、前
記第1の反射体により分割反射された複数の分割レーザ
光を各々反射し、かつ歯の側面と底面に向けて前記分割
レーザ光を照射する複数の第2以降の反射体とをそなえ
、前記第1の反射体が連続した複数の鏡面からなる多面
体鏡であり、かつ前記各鏡面が平面鏡部と凹状二次曲面
鏡部とを有していると共に、前記第2以降の反射体が前
記第1の反射体の各鏡面にそれぞれ対応しており、かつ
平面鏡部のみまたは平面鏡部と凹状二次曲面鏡部とから
なる鏡面を有していることを特徴とする歯形表面の加熱
装置。
(1) A laser beam generator, a first reflector that divides and reflects the laser beam emitted from the laser beam generator, and each reflects a plurality of divided laser beams that are divided and reflected by the first reflector. , and a plurality of second and subsequent reflectors that irradiate the divided laser beams toward the side and bottom surfaces of the teeth, and the first reflector is a polyhedral mirror consisting of a plurality of continuous mirror surfaces, and the Each mirror surface has a plane mirror section and a concave quadratic curved mirror section, and the second and subsequent reflectors respectively correspond to each mirror surface of the first reflector, and only the plane mirror section or the plane mirror section is provided. 1. A heating device for a tooth profile surface, characterized in that the device has a mirror surface consisting of a concave quadratic mirror section and a concave quadratic mirror section.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4794231A (en) * 1987-12-24 1988-12-27 United Technologies Corporation Method of and arrangement for laser welding
US5130721A (en) * 1989-01-09 1992-07-14 General Laser, Inc. Laser wire marking method and apparatus
EP1358963A1 (en) * 2002-04-29 2003-11-05 C. Stiefelmayer GmbH &amp; Co.KG Method for laser thermal processing, in particular hardening, of workpieces
CN100420976C (en) * 2006-12-05 2008-09-24 河北工业大学 Cylinder rotating mirror apparatus used for laser scanner
JP2009235490A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Hitachi Constr Mach Co Ltd Laser heat-treatment apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4794231A (en) * 1987-12-24 1988-12-27 United Technologies Corporation Method of and arrangement for laser welding
US5130721A (en) * 1989-01-09 1992-07-14 General Laser, Inc. Laser wire marking method and apparatus
EP1358963A1 (en) * 2002-04-29 2003-11-05 C. Stiefelmayer GmbH &amp; Co.KG Method for laser thermal processing, in particular hardening, of workpieces
CN100420976C (en) * 2006-12-05 2008-09-24 河北工业大学 Cylinder rotating mirror apparatus used for laser scanner
JP2009235490A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 Hitachi Constr Mach Co Ltd Laser heat-treatment apparatus

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