JPS63243218A - レ−ザ焼入法 - Google Patents
レ−ザ焼入法Info
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- JPS63243218A JPS63243218A JP62076406A JP7640687A JPS63243218A JP S63243218 A JPS63243218 A JP S63243218A JP 62076406 A JP62076406 A JP 62076406A JP 7640687 A JP7640687 A JP 7640687A JP S63243218 A JPS63243218 A JP S63243218A
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- laser beam
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- 238000010791 quenching Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 26
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- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/073—Shaping the laser spot
- B23K26/0732—Shaping the laser spot into a rectangular shape
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
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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。
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〕
本発明は歯車、スプライン、セレーションなど歯形形状
を有する部品の歯面のような三次元面を均一な硬化パタ
ーンでレーザ焼入する方法に関するものである。
を有する部品の歯面のような三次元面を均一な硬化パタ
ーンでレーザ焼入する方法に関するものである。
従来のこの種のレーザ焼入法としては
（１）デフォーカスビーム焼入法
（２）オシレータにより成形したビームによる焼入法
等がある。
デフォーカスビーム焼入法は、第１３図に示すように被
処理品である歯車１の歯底１′に対して垂直にレーザビ
ーム２を原料し爾スジ方向に沿って移動焼入する方法で
ある。
処理品である歯車１の歯底１′に対して垂直にレーザビ
ーム２を原料し爾スジ方向に沿って移動焼入する方法で
ある。
オシレータにより成形したビームによる焼入法は第１４
図に示すようにレンズ３で絞ったレーザビーム２をミラ
ー５．６で反射させた後に歯車１の歯７に原料し歯スジ
方向に沿って移動焼入する方法であり、この焼入法に用
いるレーザビーム２のエネルギ分布を第１５図に示す。
図に示すようにレンズ３で絞ったレーザビーム２をミラ
ー５．６で反射させた後に歯車１の歯７に原料し歯スジ
方向に沿って移動焼入する方法であり、この焼入法に用
いるレーザビーム２のエネルギ分布を第１５図に示す。
また、従来のレーザ焼入法として第１６図に示すように
レーザビーム２を凹面鏡９，１０で反射した後第１．第
２のミラー１１°、１２で反射し被処理品１３に原料し
被処理品１３を加工するようにしたものがある。
レーザビーム２を凹面鏡９，１０で反射した後第１．第
２のミラー１１°、１２で反射し被処理品１３に原料し
被処理品１３を加工するようにしたものがある。
前記デフォーカスビーム焼入法ではレーザビーム２と焼
入面４との角度が第１７図に示すように非常に小さくな
り（角度３０°で、焼入効率は角度９０°に比べ約３／
１に下がる）焼入の・効率が悪く特に歯元部１ａでは、
この現象が顕著となり第１８図に示すような不均一な硬
化パターン８になっていた。また硬化パターンはレーザ
ビーム２のビームモードの影響を、強く受け、第１９図
に示すシングルモードの場合は第２０図に示すように歯
底部１ａが溶解する。これに対して第２１図に示すマル
チモードのレーザビーム２でも局部的にピークが発生す
るとその部分に対応した歯車表面にピーク発生部溶解１
４が生じていた（第２２図参照）。
入面４との角度が第１７図に示すように非常に小さくな
り（角度３０°で、焼入効率は角度９０°に比べ約３／
１に下がる）焼入の・効率が悪く特に歯元部１ａでは、
この現象が顕著となり第１８図に示すような不均一な硬
化パターン８になっていた。また硬化パターンはレーザ
ビーム２のビームモードの影響を、強く受け、第１９図
に示すシングルモードの場合は第２０図に示すように歯
底部１ａが溶解する。これに対して第２１図に示すマル
チモードのレーザビーム２でも局部的にピークが発生す
るとその部分に対応した歯車表面にピーク発生部溶解１
４が生じていた（第２２図参照）。
また、前記オシレータにより成形したレーザビームを用
いての焼入法の場合は端部のエネルギー密度が高く、歯
先部１ｂが溶解していた（第１４図参照）。また歯先部
溶解防止のために第２３図に示すようにスリット１５で
レーザビーム２の両端の強度の強い部分をカットした場
合均一なビームモードが得られるがエネルギー効率が非
常に悪くなっていた。
いての焼入法の場合は端部のエネルギー密度が高く、歯
先部１ｂが溶解していた（第１４図参照）。また歯先部
溶解防止のために第２３図に示すようにスリット１５で
レーザビーム２の両端の強度の強い部分をカットした場
合均一なビームモードが得られるがエネルギー効率が非
常に悪くなっていた。
第１６図に示すレーザ焼入法において、レーザビーム２
の入射ビーム形状は第２４図のようになり、成形ビーム
モード２′は第２５図及び第２６図に示すような山形に
なる。
の入射ビーム形状は第２４図のようになり、成形ビーム
モード２′は第２５図及び第２６図に示すような山形に
なる。
この成形ビームモード２′の欠点は１方向のみ矩形にな
るが、この１方向に対して直角方向の成形ビームは矩形
にならず入射ビームがそのまま残る。
るが、この１方向に対して直角方向の成形ビームは矩形
にならず入射ビームがそのまま残る。
よって、入射ビーム径りはそのままであり、成形ビーム
のエネルギー密度はＰ／Ｄｇとなる。
のエネルギー密度はＰ／Ｄｇとなる。
なおＰはレーザ出力である。
このため例えばレーザ焼入れでは健全な焼入層を得るた
めには大きなレーザ出力が必要になっていたし、処理速
度を大幅に下げなければならなかった。
めには大きなレーザ出力が必要になっていたし、処理速
度を大幅に下げなければならなかった。
本発明は上記の事情に鑑みなされたものでその目的とす
るところは、被処理品の三次元面の熱処理においてエネ
ルギー密度の高い成形ビームによる焼入れが可能になっ
て表面溶解なく均一な硬化パターンが得られて良好な品
質の焼入品を高速処理で製作することができるレーザ焼
入法を提供することにある。
るところは、被処理品の三次元面の熱処理においてエネ
ルギー密度の高い成形ビームによる焼入れが可能になっ
て表面溶解なく均一な硬化パターンが得られて良好な品
質の焼入品を高速処理で製作することができるレーザ焼
入法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕上記の目的を
達成するために本発明は、レーザビームを用いた三次元
面の熱処理において、漏斗状で内面が反射ミラーになさ
れた反射ミラー構体にレーザビームを入射して成形ビー
ムのエネルギーを高密度化するようにして、表面溶解な
く均一な硬化パターンを得るようにした。
達成するために本発明は、レーザビームを用いた三次元
面の熱処理において、漏斗状で内面が反射ミラーになさ
れた反射ミラー構体にレーザビームを入射して成形ビー
ムのエネルギーを高密度化するようにして、表面溶解な
く均一な硬化パターンを得るようにした。
以下、本発明の実施例を第１図乃至第１２図に基づいて
説明する。
説明する。
第１図に本発明に係るレーザ焼入法に用いるレーザ焼入
装置の要部を示す。このレーザ焼入装置は反射ミラー構
体２０を備えている。この反射ミラー構体２０は４枚の
反射ミラー２１゜２２．２３．２４を漏斗状に組み合せ
て成る。
装置の要部を示す。このレーザ焼入装置は反射ミラー構
体２０を備えている。この反射ミラー構体２０は４枚の
反射ミラー２１゜２２．２３．２４を漏斗状に組み合せ
て成る。
これら反射ミラー２１，２２．２３．２４は例えば鏡面
仕上げしたＣｕ、Ａｌ１板である。
仕上げしたＣｕ、Ａｌ１板である。
上記した反射ミーラ横体２０を用いたレーザ焼入は、被
処理品である歯車２５め歯２６のピッチＰ′より大きい
寸法のレーザビーム２７を、前記歯２６の真上に設けた
反射ミラー構体２０を介して歯元部２８に向って照斜し
、歯車２５を第１図に示すようにＸ方向に移動して行う
。
処理品である歯車２５め歯２６のピッチＰ′より大きい
寸法のレーザビーム２７を、前記歯２６の真上に設けた
反射ミラー構体２０を介して歯元部２８に向って照斜し
、歯車２５を第１図に示すようにＸ方向に移動して行う
。
この場合、第１図に示すように反射ミラー構体２０に入
射するＣ−ザビーム２７の周側部分イは各反射ミラー２
１．２２．２３．２４により反射されるし、レーザビー
ム２７の中部分目は反射されることなく反射ミラー構体
２０を通過する。
射するＣ−ザビーム２７の周側部分イは各反射ミラー２
１．２２．２３．２４により反射されるし、レーザビー
ム２７の中部分目は反射されることなく反射ミラー構体
２０を通過する。
このために、この反射ミラー構体２０を出たレーザビー
ム２７の成形ビームモード２７′は第２図及び第３図に
示すように一辺がｇで他辺がｊ２１の四辺形状になる。
ム２７の成形ビームモード２７′は第２図及び第３図に
示すように一辺がｇで他辺がｊ２１の四辺形状になる。
このような成形ビームモード２７′を有するレーザビー
ム２７が歯車２５に照斜された場合、歯２６上でのレー
ザ加熱域ハ（停止時）は第５図に示すようにＤ １Ｘ＃
２になる。
ム２７が歯車２５に照斜された場合、歯２６上でのレー
ザ加熱域ハ（停止時）は第５図に示すようにＤ １Ｘ＃
２になる。
このエネルギー密度と第１６図に示す従来のレーザ焼入
法の場合におけるレーザビーム２のエネルギー密度との
比較例を第６図に示す。
法の場合におけるレーザビーム２のエネルギー密度との
比較例を第６図に示す。
従来のレーザ焼入法の場合、レーザビーム２の大きさは
Ω×Ｄであるが、このレーザビーム２が歯面上に照斜さ
れた場合、歯車表面上での面積でΩ２ＸＤとなり（第６
図（ａ）参照）、大幅にエネルギー密度が低下する。
Ω×Ｄであるが、このレーザビーム２が歯面上に照斜さ
れた場合、歯車表面上での面積でΩ２ＸＤとなり（第６
図（ａ）参照）、大幅にエネルギー密度が低下する。
したがって、平板上ではｊｌＸＤの大きさで良好な焼入
れが可能であっても、歯車では加熱不足により処理速度
を極端に落さねばならない。
れが可能であっても、歯車では加熱不足により処理速度
を極端に落さねばならない。
この条件で焼入れると第２７図に示すように歯車への入
熱が大きくなり、自己冷却焼入れ効果が小さくなって、
焼入れ中間層（軟化部）Ｂが生じる。
熱が大きくなり、自己冷却焼入れ効果が小さくなって、
焼入れ中間層（軟化部）Ｂが生じる。
本発明に係るレーザ焼入法におけるレーザビーム２７の
エネルギー密度は第６図（ｂ）に示すようにＩ） １ｘ
ｆ１２となりＤｘΩ２に比べかなり小さく出来適正なエ
ネルギー密度が成形される。
エネルギー密度は第６図（ｂ）に示すようにＩ） １ｘ
ｆ１２となりＤｘΩ２に比べかなり小さく出来適正なエ
ネルギー密度が成形される。
すなわち、従来のレーザ焼入法では、第１２図のマルチ
モードのレーザビームのエネルギー分布において斜線に
示す部分（約８０％）のレーザ出力が焼入れに寄与する
が本発明に係るレーザ焼入法の場合はぼ１００％のレー
ザ出力が焼入れに寄与できる。
モードのレーザビームのエネルギー分布において斜線に
示す部分（約８０％）のレーザ出力が焼入れに寄与する
が本発明に係るレーザ焼入法の場合はぼ１００％のレー
ザ出力が焼入れに寄与できる。
そして、本発明に係るレーザ焼入法におけるレーザビー
ム２７のエネルギー°密度はＰ／Ｄ。
ム２７のエネルギー°密度はＰ／Ｄ。
・ｇ２となり、ｆｌ １を自由に設定できるためレーザ
焼入れに必要なエネルギー密度、移動加工時の作用時間
が適切となり健全な品質の加工層（硬化パターン）２８
を得る（第７図参照）。
焼入れに必要なエネルギー密度、移動加工時の作用時間
が適切となり健全な品質の加工層（硬化パターン）２８
を得る（第７図参照）。
また、上記したレーザ焼入法において前記反射ミラー構
体２０を用いてエネルギー密度の高い成形ビームを得る
がこの成形ビームはＸ、 Ｙの２方向とも矩形のエネル
ギー分布をもつ。このためにＸ、Ｙの２方向の移動加工
が可能になり、フレキシブルな加工ができる。
体２０を用いてエネルギー密度の高い成形ビームを得る
がこの成形ビームはＸ、 Ｙの２方向とも矩形のエネル
ギー分布をもつ。このためにＸ、Ｙの２方向の移動加工
が可能になり、フレキシブルな加工ができる。
適用例
モジュール：Ｍ、歯数：Ｚ１歯車外径：ｄｌ、圧力角＝
α０１基準ピッチ円径：ｄｏ−Ｚ−Ｍ。
α０１基準ピッチ円径：ｄｏ−Ｚ−Ｍ。
転位置：ｙ１転位係数： ｘ ｗｍ ｙ ／ Ｍとして
第８図のように反射ミラー構体２０を歯車２５の上方ｆ
ｍｍに置くとした時、反射ミラー２１，２２゜２３．２
４の角度θ、は、 上から照斜するレーザビームの一辺の長さａはで近似的
に与えられる。
第８図のように反射ミラー構体２０を歯車２５の上方ｆ
ｍｍに置くとした時、反射ミラー２１，２２゜２３．２
４の角度θ、は、 上から照斜するレーザビームの一辺の長さａはで近似的
に与えられる。
ｃ ｍ Ｍ ・ｒｒ −Ｓ （ｄ −ｄ ｏ ）したが
って、モジュールＭ−４，５、歯数Ｚ−３２、歯車外径
ｄ、−１５６φ、圧力角２７°、転位量２．３の歯車の
場合、ギヤの上ｆ−１０關のところにミラーを置くと焼
入条件出力５ ＫＷ。
って、モジュールＭ−４，５、歯数Ｚ−３２、歯車外径
ｄ、−１５６φ、圧力角２７°、転位量２．３の歯車の
場合、ギヤの上ｆ−１０關のところにミラーを置くと焼
入条件出力５ ＫＷ。
速度４００ ａｍ／ ａ＋１ｎ ％θ１−８．７°で硬
化深さ１．２ｍｍが得られた。
化深さ１．２ｍｍが得られた。
また、本発明に係るレーザ焼入法において、第２１図に
おけるようなレーザビーム２のビームモードにピークが
生じピーク発生部溶解を生じたが、このピーク発生部溶
解防止のためにはセグメントミラーシステムまたはカラ
イドスコープを用いる方が好ましいが多少の表面溶解が
許容出来る部品に対しては第１０図に示すディフォーカ
スビーム方式または第１５図に示すオシレータビーム方
式を用いてもよい。
おけるようなレーザビーム２のビームモードにピークが
生じピーク発生部溶解を生じたが、このピーク発生部溶
解防止のためにはセグメントミラーシステムまたはカラ
イドスコープを用いる方が好ましいが多少の表面溶解が
許容出来る部品に対しては第１０図に示すディフォーカ
スビーム方式または第１５図に示すオシレータビーム方
式を用いてもよい。
以上詳述したように、本発明に係るレーザ焼入法は、レ
ーザビームを用いた三次元面の熱処理において、漏斗状
で内面が反射ミラーになされた反射ミラー構体にレーザ
ビームを入射して成形ビームのエネルギーを高密度化す
るようにしたことを特徴とするものである。
ーザビームを用いた三次元面の熱処理において、漏斗状
で内面が反射ミラーになされた反射ミラー構体にレーザ
ビームを入射して成形ビームのエネルギーを高密度化す
るようにしたことを特徴とするものである。
したがって、レーザビームが前記反射ミラー構体によっ
てエネルギー密度の高い成形ビームになされるので、こ
の成形ビームによるレーザ焼入れでは表面溶解なく均一
な効果パターンが得られ良好な品質の焼入品を高速処理
で製作することができる。
てエネルギー密度の高い成形ビームになされるので、こ
の成形ビームによるレーザ焼入れでは表面溶解なく均一
な効果パターンが得られ良好な品質の焼入品を高速処理
で製作することができる。
第１図は本発明に係るレーザ焼入法の説明図、第２図は
成形ビームの形状を示す斜視図、第３図は同説明図、第
４図は成形ビームによる歯車の焼入れの説明図、第５図
は歯車のレーザ加熱域を示す斜視図、第６図は本発明に
係るレーザ焼入法による成形ビームのエネルギー密度と
従来法による成形ビームのエネルギー密度の比較を示す
説明図、第７図は本発明に係るレーザ焼入法で焼入れし
た時の硬化パターンの説明図、第８図は本発明に係るレ
ーザ焼入法に用いる焼入装置の寸法表示を示す説明図、
第９図は均一化されたレーザビームの説明図、第１０図
は本発明に係るレーザ焼入法をデフォーカスビームによ
る焼入れに適用した場合を示す説明図、第１１図は本発
明に係るレーザ焼入法をオシレータによる焼入れに適用
した場合を示す説明図、第１２図はレーザビームのエネ
ルギー分布の説明図、第１３図は従来のレーザ焼入法の
説明図、第１４図は従来のレーザ焼入法の説明図、第１
５図はビームモード（エネルギー分布）の説明図、第１
６図は従来のレーザ焼入法の説明図、第１７図はレーザ
ビームと焼入面との角度の説明図、第１８図は硬化パタ
ーの説明図、第１９図はレーザビームのシングルモード
の説明図、第２０図はシングルモードのレーザビームに
よる硬化パターンの説明図、第２１図はレーザビームの
マルチモードの説明図、第２２図はマルチモードのレー
ザビームによる硬化パターンの説明図、第２３図は従来
のレーザ焼入法の説明図、第２４図は第１６図Ａ部の詳
細説明図、第２５図は従来のレーザ焼入法における成形
ビームの形状を示す斜視図、第２６図は同説明図、第２
７図は従来のレーザ焼入法（第１６図の方式）で行なっ
た時の硬化パターンの説明図である。 ２０は反射ミラー構体、２１，２２，２３゜２４は反射
ミラー、２５は歯車、２６は歯、２７はレーザビーム、
２７′は成形ビームモード、２８は加工層。
成形ビームの形状を示す斜視図、第３図は同説明図、第
４図は成形ビームによる歯車の焼入れの説明図、第５図
は歯車のレーザ加熱域を示す斜視図、第６図は本発明に
係るレーザ焼入法による成形ビームのエネルギー密度と
従来法による成形ビームのエネルギー密度の比較を示す
説明図、第７図は本発明に係るレーザ焼入法で焼入れし
た時の硬化パターンの説明図、第８図は本発明に係るレ
ーザ焼入法に用いる焼入装置の寸法表示を示す説明図、
第９図は均一化されたレーザビームの説明図、第１０図
は本発明に係るレーザ焼入法をデフォーカスビームによ
る焼入れに適用した場合を示す説明図、第１１図は本発
明に係るレーザ焼入法をオシレータによる焼入れに適用
した場合を示す説明図、第１２図はレーザビームのエネ
ルギー分布の説明図、第１３図は従来のレーザ焼入法の
説明図、第１４図は従来のレーザ焼入法の説明図、第１
５図はビームモード（エネルギー分布）の説明図、第１
６図は従来のレーザ焼入法の説明図、第１７図はレーザ
ビームと焼入面との角度の説明図、第１８図は硬化パタ
ーの説明図、第１９図はレーザビームのシングルモード
の説明図、第２０図はシングルモードのレーザビームに
よる硬化パターンの説明図、第２１図はレーザビームの
マルチモードの説明図、第２２図はマルチモードのレー
ザビームによる硬化パターンの説明図、第２３図は従来
のレーザ焼入法の説明図、第２４図は第１６図Ａ部の詳
細説明図、第２５図は従来のレーザ焼入法における成形
ビームの形状を示す斜視図、第２６図は同説明図、第２
７図は従来のレーザ焼入法（第１６図の方式）で行なっ
た時の硬化パターンの説明図である。 ２０は反射ミラー構体、２１，２２，２３゜２４は反射
ミラー、２５は歯車、２６は歯、２７はレーザビーム、
２７′は成形ビームモード、２８は加工層。
Claims (1)
- レーザビームを用いた三次元面の熱処理において、漏斗
状で内面が反射ミラーになされた反射ミラー構体にレー
ザビームを入射して成形ビームのエネルギーを高密度化
するようにしたことを特徴とするレーザ焼入法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62076406A JPS63243218A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | レ−ザ焼入法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62076406A JPS63243218A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | レ−ザ焼入法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63243218A true JPS63243218A (ja) | 1988-10-11 |
Family
ID=13604371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62076406A Pending JPS63243218A (ja) | 1987-03-31 | 1987-03-31 | レ−ザ焼入法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63243218A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5160556A (en) * | 1990-08-22 | 1992-11-03 | United Container Machinery Group, Inc. | Method of hardening corrugating rolls |
| JP2016023784A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | Ｎｓｋワーナー株式会社 | コアプレートを備えた摩擦板及びその製造方法 |
-
1987
- 1987-03-31 JP JP62076406A patent/JPS63243218A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5160556A (en) * | 1990-08-22 | 1992-11-03 | United Container Machinery Group, Inc. | Method of hardening corrugating rolls |
| JP2016023784A (ja) * | 2014-07-24 | 2016-02-08 | Ｎｓｋワーナー株式会社 | コアプレートを備えた摩擦板及びその製造方法 |
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