JP4331626B2 - Laser hardening method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザビームを用いたレーザ焼入れ方法に関し、特に、レーザビームを用いてワークに円形状または環状な焼入れ領域を形成するレーザ焼入れ方法に関する。 The present invention relates to a laser quenching method using a laser beam, and more particularly to a laser quenching method for forming a circular or annular quenching region on a workpiece using a laser beam.
一般に、金属材料からなるワークに焼入れ処理を施す方法として、レーザビームを用いたレーザ焼入れ方法が知られている。このレーザ焼入れ方法は、レーザビームをワークの表面に照射して該ワークの表面近傍を急加熱し、ワーク内部への熱伝導によって自己冷却を行なうことにより、ワークの表面近傍に硬質な焼入れ層を形成するものである。 In general, a laser quenching method using a laser beam is known as a method for quenching a workpiece made of a metal material. This laser quenching method irradiates the surface of a workpiece with a laser beam, rapidly heats the vicinity of the surface of the workpiece, and performs self-cooling by heat conduction inside the workpiece, thereby forming a hard quenching layer near the surface of the workpiece. To form.
そして、このレーザ焼入れ方法は、ワークのうち焼入れが必要な部位に局部的に焼入れ処理を行なうことができること、焼入れ処理に伴う熱ひずみが極めて少ないこと、焼入れされたワークを冷却するための水、油等が不要であるといった特徴を有するものである。 And this laser quenching method is capable of locally quenching a part of the workpiece that needs to be quenched, that there is very little thermal strain associated with the quenching process, water for cooling the quenched workpiece, It has the characteristic that oil etc. are unnecessary.
ここで、レーザビームを用いてワークに円形状または環状な焼入れ領域を形成する従来技術として、レーザ発振器から出力されるレーザビームの中心部分を除去し、ワークの表面に照射されるレーザビームのスポット形状を環状とすることにより、ワークの表面近傍に環状な焼入れ領域を形成するレーザ焼入れ方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Here, as a conventional technique for forming a circular or annular quenching region on a workpiece using a laser beam, the laser beam spot irradiated on the surface of the workpiece is removed by removing the central portion of the laser beam output from the laser oscillator. There is known a laser quenching method in which an annular quenching region is formed in the vicinity of the surface of a workpiece by making the shape annular (see, for example, Patent Document 1).
一方、ワークに円形状または環状な焼入れ領域を形成する他の従来技術として、レーザビームとワークとを相対回転させつつレーザビームをワークに向けて照射するレーザ焼入れ方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, as another conventional technique for forming a circular or annular quenching region on a workpiece, there is known a laser quenching method in which a laser beam is irradiated toward the workpiece while rotating the laser beam and the workpiece relative to each other (for example, Patent Document 2).
そして、他の従来技術によるレーザ焼入れ方法は、例えば円盤状の鋸(丸鋸)等のワークに環状な焼入れ領域を形成するため、ワークを回転させながら該ワークの表面にレーザビームを照射するものである。これにより、ワークの表面近傍がレーザビームによって環状に加熱され、該ワークの表面近傍に環状な焼入れ領域を形成することができる。 In another conventional laser hardening method, for example, an annular hardened region is formed on a work such as a disk-shaped saw (round saw), and the surface of the work is irradiated with a laser beam while the work is rotated. It is. Thereby, the vicinity of the surface of the workpiece is heated in an annular shape by the laser beam, and an annular quenching region can be formed in the vicinity of the surface of the workpiece.
ところで、上述の特許文献1に記載された従来技術によるレーザ焼入れ方法は、レーザ発振器から出力されるレーザビームの中心部分を除去することにより、ワークの表面に環状なスポット形状を有するレーザビームを照射するものである。従って、ワークに形成すべき環状な焼入れ領域の面積を大きくする場合には、ワーク表面に照射されるレーザビームの焦点をぼかしてスポット形状の面積を拡大する必要がある。このため、ワークの表面に照射される単位面積当たりのレーザビームのエネルギが低下してしまい、ワークの表面近傍を所定の焼入れ温度まで加熱することができなくなる、あるいは、ワークの表面近傍が所定の焼入れ温度に達するまでの加熱時間が長くなるという問題がある。 By the way, the laser quenching method according to the prior art described in Patent Document 1 described above irradiates the surface of the workpiece with a laser beam having an annular spot shape by removing the central portion of the laser beam output from the laser oscillator. To do. Therefore, when increasing the area of the annular quenching region to be formed on the workpiece, it is necessary to enlarge the spot shape area by blurring the focal point of the laser beam irradiated on the workpiece surface. For this reason, the energy of the laser beam per unit area irradiated on the surface of the work is reduced, and it becomes impossible to heat the vicinity of the surface of the work to a predetermined quenching temperature, or the vicinity of the surface of the work is predetermined. There is a problem that the heating time until reaching the quenching temperature becomes long.
一方、上述の特許文献2に記載された他の従来技術によるレーザ焼入れ方法は、ワークを回転させつつ該ワークの表面にレーザビームを照射することにより、ワークの表面近傍に環状な焼入れ領域を形成するものである。このため、回転するワークにレーザビームを照射して環状な焼入れ領域を形成するときに、ワークに対するレーザビームの照射時間は、環状な焼入れ領域の外周側では短くなり、焼入れ領域の内周側では長くなる傾向にある。 On the other hand, in the laser quenching method according to another conventional technique described in Patent Document 2 described above, an annular quenching region is formed near the surface of the workpiece by irradiating the surface of the workpiece with a laser beam while rotating the workpiece. To do. For this reason, when forming an annular quenching region by irradiating a rotating workpiece with a laser beam, the irradiation time of the laser beam on the workpiece becomes shorter on the outer periphery side of the annular quenching region, and on the inner periphery side of the quenching region. It tends to be long.
これにより、ワークに形成される焼入れ領域は、その外周側に比較して内周側ほどレーザビームによる入熱量が大きくなるので、入熱量が大きな焼入れ領域の内周側では焼入れ深さが深く、入熱量が小さな焼入れ領域の外周側では焼入れ深さが浅くなってしまう。このように、他の従来技術によるレーザ焼入れ方法は、ほぼ均一な焼入れ深さをもった円形状または環状な焼入れ領域をワークに形成するのが難しいという問題がある。 Thereby, since the amount of heat input by the laser beam is larger toward the inner peripheral side than the outer peripheral side, the quenching area formed on the workpiece has a deeper quenching depth on the inner peripheral side of the quenching region where the heat input is large, The quenching depth becomes shallow on the outer peripheral side of the quenching region where the heat input is small. As described above, another conventional laser hardening method has a problem that it is difficult to form a circular or annular hardening region having a substantially uniform hardening depth on the workpiece.
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、レーザビームを用いてワークに円形状または環状な焼入れ領域を形成する場合に、その全域に亘ってほぼ均一な焼入れ深さをもった焼入れ領域を形成することができるレーザ焼入れ方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and when a circular or annular quenching region is formed on a workpiece using a laser beam, the quenching depth is almost uniform over the entire region. An object of the present invention is to provide a laser quenching method capable of forming a quenching region.
上述した課題を解決するため本発明は、レーザビームを照射するレーザ照射装置とワークとを相対回転させつつレーザ照射装置からワークに向けてレーザビームを照射し、ワークに円形状または環状な焼入れ領域を形成してなるレーザ焼入れ方法に適用される。 In order to solve the above-described problems, the present invention irradiates a laser beam from the laser irradiation device toward the workpiece while relatively rotating the laser irradiation device that irradiates the laser beam and the workpiece, and the workpiece is circularly or annularly quenched. It is applied to a laser hardening method formed by forming
そして、請求項1の発明の特徴は、レーザビームは、焼入れ領域の内周側から外周側に亘るスポット形状を有して前記焼入れ領域の外周側と内周側とを同時に照射し、前記焼入れ領域の外周側に照射される前記レーザビームの入熱量は、前記焼入れ領域の内周側に照射されるレーザビームの入熱量よりも大きく設定したことにある。 The invention according to claim 1 is characterized in that the laser beam has a spot shape extending from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the quenching region and irradiates the outer peripheral side and the inner peripheral side of the quenching region at the same time. heat input of the laser beam irradiated on the outer peripheral side of the region is that the set to be larger than the heat input of the laser beam irradiated on the inner peripheral side of the quenching region.
請求項2の発明は、ワークに照射されるレーザビームのスポット形状は、焼入れ領域の外周側が大きく、焼入れ領域の内周側が小さくなるように設定したことにある。 The invention of claim 2 is that the spot shape of the laser beam irradiated to the workpiece is set so that the outer peripheral side of the quenching region is large and the inner peripheral side of the quenching region is small.
請求項3の発明は、ワークに照射されるレーザビームの強度分布は、焼入れ領域の内周側よりも外周側を大きく設定したことにある。 The invention according to claim 3 is that the intensity distribution of the laser beam applied to the workpiece is set larger on the outer peripheral side than on the inner peripheral side of the quenching region.
請求項4の発明は、焼入れ領域に照射されるレーザビームの入熱量は、レーザ照射装置に設けたセグメントミラーによって設定したことにある。 The invention according to claim 4 is that the heat input amount of the laser beam irradiated to the quenching region is set by a segment mirror provided in the laser irradiation apparatus.
請求項5の発明は、焼入れ領域に照射されるレーザビームの入熱量は、レーザ照射装置に設けた回折型レンズによって設定したことにある。
The invention according to
請求項1の発明によれば、レーザ照射装置とワークとを相対回転させつつワークに向けてレーザビームを照射することにより、ワークに対するレーザビームの照射時間は、環状な焼入れ領域の外周側では短く、焼入れ領域の内周側では長くなる。しかし、前記レーザビームは焼入れ領域の内周側と外周側とを同時に照射し、焼入れ領域の外周側に照射されるレーザビームの入熱量を、焼入れ領域の内周側に照射されるレーザビームの入熱量よりも大きく設定することにより、レーザビームの照射時間が短い焼入れ領域の外周側と照射時間が長い焼入れ領域の内周側とを、レーザビームによってほぼ均一に加熱することができる。これにより、ワークに形成される円形状または環状な焼入れ領域の焼入れ深さを、その全域に亘ってほぼ均一化することができ、レーザビームを用いてワークの表面近傍に均一な焼入れ処理を施すことができる。 According to the invention of claim 1, by irradiating the workpiece with the laser beam while relatively rotating the laser irradiation device and the workpiece, the irradiation time of the laser beam on the workpiece is short on the outer peripheral side of the annular quenching region. , It becomes longer on the inner peripheral side of the quenching region. However, the laser beam irradiates the inner peripheral side and the outer peripheral side of the quenching region at the same time , and the amount of heat input of the laser beam irradiated to the outer peripheral side of the quenching region is determined by the laser beam irradiated to the inner peripheral side of the quenching region. By setting the amount larger than the heat input amount, the outer peripheral side of the quenching region where the irradiation time of the laser beam is short and the inner peripheral side of the quenching region where the irradiation time is long can be heated almost uniformly by the laser beam. Thereby, the quenching depth of the circular or annular quenching region formed on the workpiece can be made almost uniform over the entire region, and a uniform quenching process is performed in the vicinity of the surface of the workpiece using the laser beam. be able to.
請求項2の発明によれば、ワークに照射されるレーザビームのスポット形状を、焼入れ領域の外周側で大きく、焼入れ領域の内周側で小さくなるように設定している。これにより、レーザビームとワークとを相対回転させてワークに円形状または環状な焼入れ領域を形成するときに、レーザビームの照射時間が長い焼入れ領域の内周側での入熱量を小さくすると共に、レーザビームの照射時間が短い焼入れ領域の外周側での入熱量を大きくすることができる。この結果、ワークに形成される焼入れ領域の焼入れ深さを、その全域に亘ってほぼ均一化することができる。 According to the second aspect of the present invention, the spot shape of the laser beam applied to the workpiece is set to be large on the outer peripheral side of the quenching region and to be small on the inner peripheral side of the quenching region. Thereby, when the laser beam and the workpiece are relatively rotated to form a circular or annular quenching region on the workpiece, the amount of heat input on the inner peripheral side of the quenching region with a long irradiation time of the laser beam is reduced, The amount of heat input on the outer peripheral side of the quenching region with a short laser beam irradiation time can be increased. As a result, the quenching depth of the quenching region formed on the workpiece can be made substantially uniform over the entire region.
請求項3の発明によれば、ワークに照射されるレーザビームの強度分布を、焼入れ領域の内周側よりも外周側が大きくなるように設定したので、レーザビームの照射時間が長い焼入れ領域の内周側での入熱量を小さくすると共に、レーザビームの照射時間が短い焼入れ領域の外周側での入熱量を大きくすることができる。この結果、レーザビームによってワークの焼入れ領域をほぼ均一に加熱することができ、ワークに形成される焼入れ領域の焼入れ深さを、その全域に亘ってほぼ均一化することができる。 According to the invention of claim 3, since the intensity distribution of the laser beam irradiated to the workpiece is set so that the outer peripheral side is larger than the inner peripheral side of the quenching region, the laser beam irradiation time is longer in the quenching region. While reducing the amount of heat input on the peripheral side, it is possible to increase the amount of heat input on the outer peripheral side of the quenching region where the laser beam irradiation time is short. As a result, the quenching area of the workpiece can be heated almost uniformly by the laser beam, and the quenching depth of the quenching area formed on the workpiece can be made substantially uniform over the entire area.
請求項4の発明によれば、レーザ照射装置からワークに照射されるレーザビームをセグメントミラーによって調整することにより、焼入れ領域の内周側での入熱量を小さくすると共に、焼入れ領域の外周側での入熱量を大きくすることができる。 According to invention of Claim 4, while adjusting the laser beam irradiated to a workpiece | work from a laser irradiation apparatus with a segment mirror, while reducing the amount of heat inputs in the inner peripheral side of a quenching area | region, on the outer peripheral side of a quenching area | region The amount of heat input can be increased.
請求項5の発明によれば、レーザ照射装置からワークに照射されるレーザビームを回折型レンズによって調整することにより、焼入れ領域の内周側での入熱量を小さくすると共に、焼入れ領域の外周側での入熱量を大きくすることができる。
According to the invention of
以下、本発明に係るレーザ焼入れ方法の実施の形態を、斜板式油圧ポンプに用いられる斜板に焼入れ処理を施す場合を例に挙げ、図1ないし図9を参照しつつ詳細に説明する。まず、図1ないし図6は本発明の第1の実施の形態を示している。 Hereinafter, an embodiment of a laser quenching method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9 by taking as an example a case where a swash plate used in a swash plate hydraulic pump is subjected to a quenching process. First, FIG. 1 to FIG. 6 show a first embodiment of the present invention.
図中、1は固定容量型の斜板式油圧ポンプで、該斜板式油圧ポンプ1は、後述のケーシング2、回転軸5、シリンダブロック8、各ピストン10、斜板13、弁板14等により構成されている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a fixed displacement swash plate hydraulic pump. The swash plate hydraulic pump 1 includes a casing 2, a rotating
2は斜板式油圧ポンプ1の外殻をなすケーシングで、該ケーシング2は、筒部3Aと底部3Bとから有底筒状に形成されたケーシング本体3と、筒部3Aの開口端側を施蓋する蓋体4とにより大略構成されている。そして、ケーシング本体3の底部3Bには、後述の回転軸5が挿通される軸挿通穴3Cが形成されている。また、蓋体4には二点鎖線で示す如く一対の給排通路4A,4Bが形成されている。
Reference numeral 2 denotes a casing that forms an outer shell of the swash plate hydraulic pump 1. The casing 2 is provided with a casing main body 3 formed into a bottomed cylindrical shape from a
5はケーシング2に軸受6,7を介して回転可能に設けられた回転軸、8は回転軸5の外周側にスプライン結合されたシリンダブロックで、該シリンダブロック8は、ケーシング2内で回転軸5と一体に回転するものである。そして、シリンダブロック8の一方の端面は後述の斜板13に対向し、他方の端面は後述する弁板14に摺接している。
9,9,…はシリンダブロック8に穿設された複数のシリンダで、該各シリンダ9は、回転軸5を中心にしてシリンダブロック8の周方向に一定の間隔をもって離間し、シリンダブロック8の軸方向に延びている。そして、各シリンダ9の一端側はシリンダブロック8の端面に開口し、他端側にはシリンダポート9A,9A,…が形成されている。
.. Are a plurality of cylinders drilled in the
10,10,…は各シリンダ9内に摺動可能に挿嵌された複数のピストンで、各シリンダ9から突出したピストン10の先端側には、シュー11がそれぞれ揺動可能に設けられている。そして、各シュー11は、シュー押え12によって後述する斜板13の摺動面13Bに常に摺接するように支持されている。
.. Are a plurality of pistons slidably fitted in the
13は回転軸5に対して傾斜した状態でケーシング1内に設けられた斜板で、該斜板13は、中心部に回転軸5が挿通される軸挿通孔13Aが形成された中空の円板状に形成され、斜板13のうちシリンダブロック8と対向する面には、各シュー11が摺接する環状な摺動面13Bが設けられている。そして、各シュー11は、斜板13の摺動面13B上を円軌道を描くように摺動し、ピストン10をシリンダ9に沿って往復動させるものである。
14は蓋体4に固定されてケーシング2内に設けられた弁板で、該弁板14には、ケーシング2(蓋体4)の給排通路4A,4Bと各シリンダ9のシリンダポート9Aとの間を間欠的に連通させる一対の給排ポート(図示せず)が形成されている。
14 is a valve plate fixed to the lid 4 and provided in the casing 2. The
そして、エンジン等の回転源(図示せず)によって回転軸5とシリンダブロック8とが回転すると、各ピストン10の先端側に設けられたシュー11は、斜板13の摺動面13B上を円軌道を描くように摺動し、ピストン10をシリンダ9に沿って往復動させる。これにより、斜板式油圧ポンプ1は、給排通路4A,4Bから弁板14の給排ポート、シリンダポート9Aを介してシリンダ9内に作動油を吸込み、この作動油をピストン10によって加圧することにより、シリンダポート9A、弁板14の給排ポート、給排通路4A,4Bを通じて高圧な圧油として吐出するものである。
When the
このように、斜板式油圧ポンプ1の作動時において、各ピストン10に設けられたシュー11は、斜板13の摺動面13B上を常時摺動する。このため、斜板13の摺動面13Bは、後述するレーザ焼入れ方法を用いた焼入れ処理が施されており、以下、この斜板13の摺動面13Bに対するレーザ焼入れ方法について、図2ないし図6を参照しつつ説明する。
As described above, when the swash plate hydraulic pump 1 is operated, the
図中、21はワーク回転装置で、該ワーク回転装置21は、モータ22と、該モータ22によって回転駆動される後述のワークテーブル24とにより大略構成されている。ここで、モータ22は、基台(図示せず)に固定して設けられ、その出力軸22Aにはプーリ23が取付けられている。
In the figure,
24はモータ22によって回転駆動されるワークテーブルで、該ワークテーブル24は、例えば銅等の熱伝導率の高い材料を用いて形成され、基台(図示せず)に回転可能に支持されている。そして、ワークテーブル24の上端側には、ワークとしての斜板13が摺動面13Bを上方に向けた状態で着脱可能に固定される。
一方、ワークテーブル24の下端側にはプーリ25が取付けられ、該プーリ25とモータ22に設けられたプーリ23とにはタイミングベルト26が巻回されている。また、ワークテーブル24の内部には、水等の冷却媒体が流通する冷媒通路(図示せず)が設けられ、この冷媒通路に冷却媒体を流通させることにより、ワークテーブル24に固定された斜板13が冷却される。
On the other hand, a
そして、ワークテーブル24は、モータ22の回転がタイミングベルト26によって伝達されることにより、斜板13と一緒に軸線O−Oを中心として矢示R方向に回転するものである。
The work table 24 is rotated in the direction indicated by the arrow R around the axis OO together with the
27はレーザ照射装置で、該レーザ照射装置27は、ワークテーブル24によって回転する斜板13に向けて後述のレーザビーム29を照射するものである。そして、レーザ照射装置27は、後述のレーザ発振器28、第1のベンドミラー31、セグメントミラー33、第2のベンドミラー36等により構成されている。
A
28はレーザ発振器で、該レーザ発振器28は、例えばCO2レーザ、YAGレーザ、半導体レーザ等の発振器により構成され、レーザビーム29を発振するものである。そして、レーザ発振器28によって発振されたレーザビーム29は、後述する第1のベンドミラー31に向けて照射されるものである。
30はレーザビーム29の入射口30Aと出射口30Bとを有する筐体で、該筐体30内には、第1のベンドミラー31、セグメントミラー33、第2のベンドミラー36等が配設されている。
31は第1のベンドミラーで、該ベンドミラー31は、筐体30の入射口30A近傍に配置されたミラーマウント32に取付けられている。そして、ベンドミラー31は、入射口30Aを通じて筐体30内に導入されたレーザビーム29を反射し、セグメントミラー33へと導くものである。また、ミラーマウント32は、筐体30に対して位置調整可能に取付けられ、ベンドミラー31によるレーザビーム29の反射方向を、セグメントミラー33に向けて適宜に調整できるようになっている。
33はセグメントミラーで、該セグメントミラー33は、図3に示すように、ミラーマウント34にそれぞれ個別に取付けられた多数の平面鏡33A,33A,…の集合体によって構成されている。ここで、各平面鏡33Aは、球面継手等(図示せず)を介してミラーマウント34にそれぞれ位置調整可能に取付けられ、これら各平面鏡33Aの角度を適宜に調整することができるように構成されている。
そして、セグメントミラー33は、各平面鏡33Aの角度を調整することにより、レーザ発振器28から出力されたレーザビーム29を、任意のスポット形状と強度分布とをもったレーザビームに調整し、この調整レーザビーム35を後述のベンドミラー36に向けて反射するものである。また、ミラーマウント34は、筐体30に対して位置調整可能に取付けられ、セグメントミラー33による調整レーザビーム35の反射方向を、ベンドミラー36に向けて適宜に調整できるようになっている。
The
36は第2のベンドミラーで、該ベンドミラー36は、筐体30の出射口30B近傍に配置されたミラーマウント37に取付けられている。そして、ベンドミラー36は、セグメントミラー33によって反射された調整レーザビーム35を反射し、筐体30の出射口30Bを通じて、ワーク回転装置21のワークテーブル24に固定された斜板13へと導くものである。また、ミラーマウント37は、筐体30に対して位置調整可能に取付けられ、ベンドミラー36によるレーザビーム29の反射方向を、斜板13の摺動面13Bに向けて適宜に調整できるものである。
なお、上述した各ミラーマウント32,34,37には、冷却媒体が流通することによりミラーを冷却する冷却機構と、ミラーに向けてドライエアを吹付けることにより該ミラーの曇りを防止する曇り防止機構(いずれも図示せず)が設けられている。 Each of the above-described mirror mounts 32, 34, and 37 includes a cooling mechanism that cools the mirror by circulating a cooling medium, and a fog prevention mechanism that prevents the mirror from fogging by blowing dry air toward the mirror. (Both not shown) are provided.
そして、レーザ発振器28から出力されたレーザビーム29は、筐体30内のベンドミラー31によって反射されてセグメントミラー33に入射し、このセグメントミラー33からベンドミラー36へと反射されるときに調整レーザビーム35へと調整される。そして、セグメントミラー33からベンドミラー36に向けて反射された調整レーザビーム35は、ベンドミラー36によって反射されることにより、ワーク回転装置21のワークテーブル24に固定された斜板13の摺動面13B上に集光する。
The
このとき、斜板13は、ワークテーブル24と一緒に軸線O−Oを中心として矢示R方向に回転しているので、斜板13の摺動面13Bは、調整レーザビーム35によって環状に加熱され、この摺動面13Bには、図4中に二点鎖線で示す環状な焼入れ領域38が形成される。
At this time, since the
ここで、斜板13の摺動面13B上に集光した調整レーザビーム35のビームスポット35′についてみると、このビームスポット35′は、セグメントミラー33を構成する各平面鏡33Aの角度を調整することにより、図4に示す如くほぼ台形状に形成されている。そして、ビームスポット35′は、図4中に斜線で示されているように焼入れ領域38の内周側から外周側に亘るスポット形状を有し、焼入れ領域38の外周側と内周側とに同時に照射される。この場合、ビームスポット35′は、焼入れ領域38の外周側における幅寸法Aが、焼入れ領域38の内周側における幅寸法Bよりも大きな台形状に形成されている(A>B)。
Here, regarding the
一方、斜板13の摺動面13Bに照射される調整レーザビーム35の強度分布についてみると、図5に示すように、調整レーザビーム35の強度は、焼入れ領域38の内周側から外周側に亘ってほぼ均一に設定されている。
On the other hand, regarding the intensity distribution of the
従って、斜板13の摺動面13B上に調整レーザビーム35を照射した状態で、斜板13を軸線O−Oを中心として矢示R方向に回転させ、斜板13の摺動面13Bに環状な焼入れ領域38を形成することにより、調整レーザビーム35の照射時間が長い焼入れ領域38の内周側での入熱量を小さく抑えると共に、調整レーザビーム35の照射時間が短い焼入れ領域38の外周側での入熱量を大きくすることができるようになっている。
Accordingly, in a state where the
次に、上述のワーク回転装置21、レーザ照射装置27を用いたレーザ焼入れ方法によって斜板13の摺動面13Bに環状な焼入れ領域38を形成する作業について述べる。
Next, an operation of forming the
まず、ワーク回転装置21のワークテーブル24に、斜板13を摺動面13Bを上方に向けた状態で固定する。そして、モータ22を作動させてワークテーブル24を回転させることにより、斜板13を軸線O−Oを中心として矢示R方向に回転させる。
First, the
一方、レーザ照射装置27は、レーザ発振器28からレーザビームを出力し、このレーザビーム29を、第1のベンドミラー31からセグメントミラー33に向けて反射させ、このセグメントミラー33によって任意のスポット形状と強度分布とをもった調整レーザビーム35に調整(加工)する。そして、セグメントミラー33によって調整された調整レーザビーム35を、第2のベンドミラー36で反射させた後、ワークテーブル24に固定された斜板13の摺動面13Bに照射する。
On the other hand, the
従って、斜板13は、軸線O−Oを中心として矢示R方向に回転した状態で調整レーザビーム35が照射されることにより、この調整レーザビーム35によって環状に加熱される。これにより、図4中に二点鎖線で示すように、斜板13の摺動面13Bには環状な焼入れ領域38が形成される。
Therefore, the
そして、例えばワークテーブル24に設けた冷媒通路に水等の冷却媒体(いずれも図示せず)を流通させ、加熱された斜板13を冷却することにより、斜板13の摺動面13Bに対するレーザ焼入れ作業が終了する。
Then, for example, a cooling medium such as water (not shown) is circulated through a coolant passage provided in the work table 24 to cool the
ここで、回転する斜板13に調整レーザビーム35を照射することにより、斜板13の摺動面13Bに環状な焼入れ領域38を形成するときには、斜板13に対する調整レーザビーム35の照射時間は、焼入れ領域38の外周側では短くなり、焼入れ領域38の内周側では長くなる。
Here, when the
これに対し、本実施の形態では、斜板13の摺動面13Bに照射される調整レーザビーム35のビームスポット35′を、焼入れ領域38の外周側における幅寸法Aが大きく、焼入れ領域38の内周側における幅寸法Bが小さい台形状に形成している。
On the other hand, in the present embodiment, the
これにより、斜板13の摺動面13Bに環状な焼入れ領域38を形成するときに、調整レーザビーム35の照射時間が長い焼入れ領域38の内周側での入熱量を小さく抑えると共に、調整レーザビーム35の照射時間が短い焼入れ領域38の外周側での入熱量を大きくすることができる。従って、焼入れ領域38の内周側と外周側とを、調整レーザビーム35によってほぼ均一に加熱することができる。
Thus, when the
この結果、斜板13の摺動面13Bに形成された環状な焼入れ領域38は、その全域に亘って均等に焼入れされるので、図6に示すように、斜板13の摺動面13Bの近傍部位に、その内周側から外周側に亘ってほぼ等しい焼入れ深さTをもった硬質な焼入れ層39を形成することができる。
As a result, the
次に、図7及び図8は本発明の第2の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ワークに照射されるレーザビームの強度分布を、焼入れ領域の内周側よりも外周側が大きくなるように設定したことにある。なお、本実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIGS. 7 and 8 show a second embodiment of the present invention. The feature of the present embodiment is that the intensity distribution of the laser beam irradiated to the workpiece is changed to the outer circumference than the inner circumference side of the quenching region. The side is set to be larger. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図中、41は斜板13の摺動面13Bに照射される調整レーザビームで、該調整レーザビーム41は、第1の実施の形態で用いたレーザ照射装置27のレーザ発振器28から出力されたレーザビーム29を、セグメントミラー33を用いて任意のスポット形状と強度分布とをもったレーザビームに調整したものである。
In the figure,
ここで、斜板13の摺動面13B上に集光した調整レーザビーム41のビームスポット41′についてみると、このビームスポット41′は、セグメントミラー33を構成する各平面鏡33Aの角度を調整することにより、図7に示すように、焼入れ領域38の内周側と外周側とで等しい幅寸法Cと、この幅寸法Cよりも大きな長さ寸法Dを有する長方形状に形成されている。
Here, regarding the
一方、斜板13の摺動面13Bに照射される調整レーザビーム41の強度分布についてみると、図8に示すように、調整レーザビーム41の強度は、焼入れ領域38の内周側では小さく、焼入れ領域38の外周側に向けて徐々に大きくなるように設定されている。
On the other hand, regarding the intensity distribution of the
従って、斜板13を軸線O−Oを中心として矢示R方向に回転させながら、該斜板13の摺動面13Bに調整レーザビーム41を照射して環状な焼入れ領域38を形成するときに、調整レーザビーム41の照射時間が長い焼入れ領域38の内周側での入熱量を小さく抑えると共に、調整レーザビーム41の照射時間が短い焼入れ領域38の外周側での入熱量を大きくすることができるようになっている。
Accordingly, when the
本実施の形態によるレーザ焼入れ方法は、斜板13の摺動面13Bに照射される調整レーザビーム41のビームスポット41′を長方形状とすると共に、調整レーザビーム41の強度分布を、焼入れ領域38の内周側では小さく、焼入れ領域38の外周側に向けて徐々に大きくなるように設定している。
In the laser hardening method according to the present embodiment, the
これにより、斜板13を回転させながら該斜板13の摺動面13Bに調整レーザビーム41を照射して環状な焼入れ領域38を形成するときに、調整レーザビーム41の照射時間が長い焼入れ領域38の内周側での入熱量を小さくし、調整レーザビーム41の照射時間が短い焼入れ領域38の外周側での入熱量を大きくすることができるので、焼入れ領域38の内周側と外周側とを、調整レーザビーム41によってほぼ均一に加熱することができる。
Thus, when the
この結果、斜板13の摺動面13Bに形成された環状な焼入れ領域38は、その全域に亘って均等に焼入れされるので、図6に示すように、斜板13の摺動面13Bの近傍部位に、その内周側から外周側に亘ってほぼ等しい焼入れ深さTをもった硬質な焼入れ層39を形成することができる。
As a result, the
次に、図9は本発明の第3の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、焼入れ領域に照射されるレーザビームの入熱量を、レーザ照射装置に設けた回折型レンズによって設定することにある。なお、本実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the amount of heat input of the laser beam irradiated to the quenching region is set by a diffractive lens provided in the laser irradiation apparatus. There is to do. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図中、51は上述した第1の実施の形態によるレーザ照射装置27に代えて本実施の形態に用いたレーザ照射装置で、該レーザ照射装置51は、レーザ発振器28、後述の回折型レンズ53、集光レンズ55等により大略構成されている。
In the figure,
52はレーザビーム29の入射口52Aと出射口52Bとを有する筐体で、該筐体52内には、回折型レンズ53、集光レンズ55等が配設されている。
53は回折型レンズで、該回折型レンズ53は、筐体52の入射口52A近傍に配置されたレンズホルダ54に取付けられている。ここで、回折型レンズ53は、その表面に形成された微細な凹凸形状パターンによって光の位相を自由に変調することができ、レーザ発振器28から出力されたレーザビーム29を、例えば第1の実施の形態と同様な調整レーザビーム35に調整(加工)し、この調整レーザビーム35を斜板13の摺動面13Bに照射するものである。
55は集光レンズで、該集光レンズ55は、筐体52の出射口52B近傍に配置されたレンズホルダ56に取付けられている。そして、集光レンズ55は、回折型レンズ53を通過した調整レーザビーム35を、ワーク回転装置21のワークテーブル24に固定された斜板13の摺動面13B上に集光させるものである。
本実施の形態に用いるレーザ照射装置51は上述の如き回折型レンズ53を備えたもので、レーザ発振器28から出力されたレーザビーム29は、回折型レンズ53を通過する間に調整レーザビーム35となる。そして、この調整レーザビーム35は、集光レンズ55を通過した後、ワーク回転装置21のワークテーブル24に固定された斜板13の摺動面13Bに照射され、該摺動面13B上に台形状のビームスポット35′を形成する。
The
これにより、上述した第1の実施の形態と同様に、斜板13の摺動面13Bに環状な焼入れ領域38を形成するときに、斜板13に対する調整レーザビーム35の照射時間が長い焼入れ領域の内周側での入熱量を小さく抑えると共に、調整レーザビーム35の照射時間が短い焼入れ領域の外周側での入熱量を大きくすることができる。
Thus, as in the first embodiment described above, when the
従って、本実施の形態においても、斜板13の摺動面13Bに形成された環状な焼入れ領域の全域に亘って均一な焼入れ処理を施すことができ、斜板13の摺動面13Bの近傍部位に、その内周側から外周側に亘ってほぼ等しい焼入れ深さをもった硬質な焼入れ層を形成することができる。
Therefore, also in the present embodiment, uniform quenching can be performed over the entire area of the annular quenching region formed on the sliding
なお、上述した第1の実施の形態では、斜板13をワークテーブル24によって回転させつつ、該斜板13の摺動面13Bに向けてレーザ照射装置27からレーザビーム29を照射する場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば斜板13を固定し、この斜板13に対してレーザ照射装置27全体を回転させつつ、該レーザ照射装置27から斜板13の摺動面13Bに向けてレーザビーム29を照射するようにしてもよい。このことは、第2,第3の実施の形態についても同様である。
In the first embodiment described above, the
また、上述した各実施の形態では、レーザ焼入れ処理が施されるワークとして、斜板式油圧ポンプ1に用いられる斜板13を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば斜板式油圧ポンプに用いられるシュー、弁体が離着座する弁シート等の円形状または環状な焼入れ領域を有する部材に広く適用することができる。
Moreover, in each embodiment mentioned above, the
13 斜板(ワーク)
13B 摺動面
21 ワーク回転装置
27,51 レーザ照射装置
28 レーザ発振器
29 レーザビーム
33 セグメントミラー
35,41 調整レーザビーム
38 焼入れ領域
35′,41′ ビームスポット
39 焼入れ層
53 回折型レンズ
13 Swash plate (work)
Claims (5)
前記レーザビームは、前記焼入れ領域の内周側から外周側に亘るスポット形状を有して前記焼入れ領域の外周側と内周側とを同時に照射し、
前記焼入れ領域の外周側に照射される前記レーザビームの入熱量は、前記焼入れ領域の内周側に照射される前記レーザビームの入熱量よりも大きく設定したことを特徴とするレーザ焼入れ方法。 A laser quenching method in which a laser beam is irradiated from the laser irradiation device toward the workpiece while relatively rotating a laser irradiation device that irradiates a laser beam and the workpiece, and a circular or annular quenching region is formed on the workpiece. In
The laser beam has a spot shape that extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the quenching region, and simultaneously irradiates the outer peripheral side and the inner peripheral side of the quenching region,
The laser quenching method according to claim 1, wherein a heat input amount of the laser beam irradiated to the outer peripheral side of the quenching region is set larger than a heat input amount of the laser beam irradiated to the inner peripheral side of the quenching region.
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