(57)【要約】【課題】  レーザビームを用いてワークに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形成する。【解決手段】  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の外周側での幅寸法Ａが大きく、焼入れ領域３８の内周側での幅寸法Ｂが小さい台形状に形成する。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、その全域に亘ってほぼ等しい焼入れ深さＴをもった焼入れ層３９を形成することができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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前記レーザ照射装置から前記ワークに向けてレーザビームを照射し、前記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おいて、
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。
【請求項２】
前記ワークに照射される前記レーザビームのスポット形状は、前記焼入れ領域の外周側が大きく、前記焼入れ領域の内周側が小さくなるように設定してなる請求項１に記載のレーザ焼入れ方法。
【請求項３】
前記ワークに照射される前記レーザビームの強度分布は、前記焼入れ領域の内周側よりも外周側を大きく設定してなる請求項１に記載のレーザ焼入れ方法。
【請求項４】
前記焼入れ領域に照射される前記レーザビームの入熱量は、前記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てなる請求項１，２または３に記載のレーザ焼入れ方法。
【請求項５】
前記焼入れ領域に照射される前記レーザビームの入熱量は、前記レーザ照射装置に設けた回折型レンズによって設定してなる請求項１，２または３に記載のレーザ焼入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
【特許文献１】特開平２−１３３５１１号公報
【０００６】
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）。
【０００７】
【特許文献２】特開平８−３３７８２１号公報
【０００８】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
そして、請求項１の発明の特徴は、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は、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。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）。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係るレーザ焼入れ方法が適用される斜板を備えた斜板式油圧ポンプを示す縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態に用いるワーク回転装置、レーザ照射装置を示す外観図である。
【図３】図２中のセグメントミラーを示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態による調整レーザビームのビームスポット形状を図２中の矢示IV−IV方向からみた平面図である。
【図５】第１の実施の形態による調整レーザビームの強度と焼入れ領域との関係を示す特性線図である。
【図６】レーザビームによって焼入れ層が形成された斜板を示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態による調整レーザビームのビームスポット形状を示す図４と同様な平面図である。
【図８】第２の実施の形態による調整レーザビームの強度と焼入れ領域との関係を示す特性線図である。
【図９】第３の実施の形態に用いるワーク回転装置、レーザ照射装置を示す図２と同様な外観図である。
【符号の説明】
【００７９】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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