JPH036320A - 再溶融硬化処理部品の製造方法 - Google Patents

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） 本発明は、レーザビーム、ＴＩＧアーク、プラズマアー
ク、電子ビーム等の高密度エネルギーを照射することに
より再溶融硬化処理される部品の製造方法に関するもの
である。

（従来の技術） 近年、自動車用エンジンにおける高出力化の傾向はます
ます大きくなってきており、それに伴って、例えば、エ
ンジンの動弁機構を構成するカムシャフトにおける摺動
部位であるカム面には、より高い面圧がかかることとな
ってきている。従って、当該摺動部位における耐摩耗特
性の向上が不可欠となってきつつある。このため、カム
シャフト等の摺動部材における摺動部位に表面硬化層を
形成させることが行なわれてきている。

上記の如き表面硬化層を形成する方法の一つとして、レ
ーザビーム、ＴＩＧアーク、プラズマアーク、電子ビー
ム等の高密度エネルギーを照射することにより所望摺動
部位を再溶融硬化処理する方法がある（例えば、特開昭
６１−２７０３４０号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の如き高密度エネルギー照射による表面
硬化層形成は、対象部品（例えば、カムシャフト）をゆ
っくり回転させながら摺動部位表面にｌ］力方向対象部
位もしくは高密度エネルギー照射装置を移動させること
によって、高密度エネルギーによる照射部位を対象部品
の摺動部位のｌ］方向に相対的に往復運動させて走査さ
せることにより行なわれるのが通例である。

しかしながら、上記のような方法で表面硬化層を形成す
る場合、急激な高密度エネルキー照射により金属表面に
再溶融プールを形成することとなるため、第６図図示の
如く、再溶融プールＰの表面に“波打ち゛および“うね
り“が発生し易くなり、そのままの状態で表面硬化層か
形成されると、表面硬化層に凹凸が形成されたり、摺動
部位の端部が溶融され過ぎて肩だれを起こすことがある
。このようにして形成された表面硬化層の場合、形成後
における研磨加工時の研磨式か太き（なって、浅い表面
硬化層しか形成されないこととなったり、肩だれ部分の
欠肉により、相手部材との接触長さが制限されて、面圧
上昇による異常摩耗発生の原因となる。

上記の如き不具合に対処すべく、上記公知例（即ち、特
開昭６１−２７０３４０号公報）では、高密度エネルギ
ー照射により再溶融された部分に対してローラ等によっ
て押圧力を作用させ、その表面を平坦化させることが行
なわれている。しかしながら、上記公知例の方法による
場合、再溶融部分へ押圧力を加えるための手段として複
雑な装置が必要となるとともに、押圧力作用時における
作業性にも問題が残る。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、極めて簡
易な方法により、再溶融硬化処理部品における表面の凹
凸発生および肩たれをなくすことを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための方法） 本発明では、上記課題を解決するための方法として、対
象処理部品の表面に対して高密度エネルギーを照射して
当該部位を再溶融硬化処理するに当たって、前記高密度
エネルギーの照射により生成される再溶融プールに微少
振動を生起せしめるようにしている。

（作　用） 本発明では、上記方法により次のような作用が得られる
。

即ち、高密度エネルギーの照射により生成される再溶融
プールに微少振動を生起せしめるようにしたことにより
、再溶融プールの表面張力の低減、晶出核発生の促進お
よび放熱性の向上を図り得ることとなり、再溶融プール
の凝固が速められる。

（発明の効果） 本発明方法によれば、対象処理部品の表面に対して高密
度エネルギーを照射して当該部位を再溶融硬化処理する
に当たって、前記高密度エネルキーの照射により生成さ
れる再溶融プールに微少振動を生起せしめるようにした
ので、再溶融プールの表面張力の低減、晶出核発生の促
進および放熱性の向上を図り得ることとなり、その結果
、再溶融プールの凝固が速められ、形成される表面硬化
層の凹凸および肩だれの発生が極めて簡易な手段により
防止されることとなるという優れた効果がある。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の幾つかの好適な実
施例を説明する。

実施例１ Ｃ：３．５重量％、Ｓｉ：２．０重量％、Ｍｎ：０．６
重量％、Ｐ：０．０７重量％、Ｓ：０．０３重量％、Ｃ
ｒｈｏ、　０６重量％、Ｍｇ：０．０２重量％、Ｆｅ、
残部の組成を有する合金鋳鉄により第１図図示の如きカ
ム／ヤント１をｌｆｌ　加工し、該カムシャフト１のカ
ム部１ａの表面を表面粗さ４μｍに研削加工した。つま
り、本実施例では、再溶融硬化処理を施すべき対象処理
部品としてカムシャフト１が採用されているのである。

次いで、前記カムシャフト１を３００°Ｃに予熱した後
、カム部１ａに対してＴＩＧアークトーチ２を用いて再
溶融を施すと同時に、カム／ヤント１のシャフト部１ｂ
をバイブレータペン３によって加振した。この時の加振
レベルは、振動加速度・１ｍ／５ｅｃ２であり、再溶融
条件は、ワーク回転数、０６５ｒｐｍ、オシレート巾：
　６ｍｍ、オンレート回転、５０回／ｍｉｎ、電流値：
６５〜８５Ａであった。

上記の如（、ＴＩＧアークトーチ２を用いてカムシャフ
ト１のカム部１ａに再溶融処理を施した場合、ＴＩＧア
ークトーチ２とカム部１ａとの間に発生せしめられる放
電アーク４の熱により、カｌ・部１ａ表面か部分的に再
溶融して再溶融プール５（第２図参照）が形成され、そ
の後、カムシャツ１〜１自身の有する熱容量により自己
急冷されて表面硬化層か形成されることとなる。ところ
か、本実施例の場合、再溶融処理中においてバイブレー
タペン３によりカムシャツｌ−１か加振されることとな
っているため、前記再溶融プール５に微少振動か生起せ
しめられることとなり、再溶融プール５の表面張力の低
減、晶出核発生の促進および放熱性の向」−か得られる
。その結果、再溶融プール５の凝固が速められ、形成さ
れる表面硬化層の凹凸および肩たれの発生か抑止される
こととなるのである。ちなみに、本実施例の場合におけ
る再溶融硬化処理後のカム部１ａの表面粗さは５μｍで
あり（第３図参照）、カム部１ａの端部における肩たれ
も発生していなかった。

実施例２ 」１記実施例１のものと同一のカムシャフト１を対象処
理部品とし、パイブレークペン３による加振レヘルのみ
を、振動加速度＋３．　ｉｎ／　５ｅｅ２に変更して、
実施例１と同一の再溶融条件にて再溶融硬化処理を行っ
たところ、再溶融硬化処理後のカム部１ａの表面粗さは
９μｍであり（第３図参照）、カム部１ａの端部におけ
る肩たれも発生していなかった。

比較例 」１記実施例１のものと同一のカムンヤフト１を対象処
理部品とし、パイブレークペン３による加振を行わず、
実施例１と同一の再溶融条件にて再溶融硬化処理を行っ
たところ、再溶融硬化処理後のカム部１ａの表面粗さは
１１μｍとなり（第３図参照）、前記実施例１および２
のものに比へてはるかに劣ったものとなった。

実施例３ Ｃ：３．７重量％、Ｓｉ：２．２重量％、Ｍｎ：０．４
重量％、Ｐ：０．０７重量％、Ｓ：０．０３重量％、Ｃ
ｒ：０．０７重量％、Ｍｇ：０．０２重量％、Ｆｅ、残
部の組成を有する合金鋳鉄によりカムンヤフト１を粗加
工し、該カムシャフトｌのカム部１ａの表面を表面粗さ
３．８μｍに研削加工した。つまり、本実施例では、再
溶融硬化処理を施すべき対象処理部品としてカムシャフ
ト１が採用されているのである。次いで、前記カムシャ
フト１を３００℃に予熱した後、カム部１ａに対してＴ
ＩＧアークト−チ２を用いて再溶融を施すと同時に、該
ＴＩＧアークトーチ２によりカム部１ａ表面に形成され
た再溶融プール５を電磁波にて攪拌した。この時の攪拌
条件は、Ｄ　Ｕ　Ｔ　Ｙ５０％、周波数：５０Ｈｚ、磁
場強度２５０ガウスであり、再溶融条件は前記実施例１
と同様であった。

本実施例の場合、ＴＩＧアークトーチ２による再溶融処
理中において、カム部１ａ表面ニ形成すれる再溶融プー
ル５に対して電磁波による攪拌作用か与えられる結果、
再溶融プール５に微少振動が生起せしめられることとな
り、再溶融プール５の表面張力の低減、晶出核発生の促
進および放熱性の向上か得られる。その結果、再溶融プ
ール５の凝固が速められ、形成される表面硬化層の凹凸
および肩だれの発生か抑止されることとなるのである。

ぢなみに、本実施例の場合における再溶融硬化処理後の
カム部１ａの表面粗さは３〜５μｍであり（第４図参照
）、カム部１ａの端部における肩だれも発生していなか
った。

実施例４ 上記実施例３のものと同一のカムシャフト１を対象処理
部品とし、電磁波の周波数のみを５Ｈｚに変更して、実
施例３と同一の再溶融条件にて再溶融硬化処理を行った
ところ、再溶融硬化処理後のカム部１ａの表面粗さは６
５〜８μｍであり（第４図参照）、カム部１ａの端部に
おける肩たれも発生していなかった。

上記各実施例の場合、再溶融硬化処理を施す前に対象処
理部品であるカムンヤフトを所定温度まて予熱すること
により、ＴＩＧアーク等による高密度工不ルキー照射に
よる焼き割れを防止するようにしているが、この時のカ
ム部の温度は必ずしも一定ではなく、他のカム部の溶融
熱の伝導、当該カム部が保持している保持熱の大気中へ
の放熱等により絶えず変化している。一方、再溶融硬化
処理時におけるカム部の温度は、再溶融硬化層の深さ、
１１等に影響を及ぼす重要な因子の−ってあることは周
知の通りであり、量産工程において再溶融硬化層の深さ
、巾等を一定とするためには、処理対象となるカム部の
温度に応じて他の処理条件を変化させてやる必要が生ず
る。

ところで、対象処理部品（上記実施例の場合、カムシャ
フト）の予熱温度を一定範囲内に管理し、再溶融処理ス
テーションにおけるカム部温度を測定したところ、第５
図図示の如く、各再溶融硬化処理ステーション毎のカム
部温度を常にほぼ一定に保持することができることが判
明した。また、カム部の材質およびＴＩＧアークト−チ
の移動速度が一定の場合、再溶融硬化層の深さＤは、Ｔ
ＩＧアークト−チに印加される電流値Ｉおよびカム部温
度Ｔにより次式で与えられるという事実がある。

Ｄ＝０．５２Ｉ　＋１．７４Ｘ１０−３Ｔ−３，９２上
記の点に着目すれば、再溶融硬化処理ステーション毎に
予想されるカム部温度に応じてＴＩＧアークト−チに印
加される電流値を変更して再溶融硬化処理することによ
り、カムシャフトの各カム部に形成される再溶融硬化層
の深さを均一にすることが可能となるのである。

また、上記各実施例ては、高密度エネルギー照射装置と
して、ＴＩＧアークト−チを用いたものについて説明し
たが、高密度エネルギー照射装置としては、その他、レ
ーザビーム、プラズマアーク、電子ビーム等を用いるこ
ともできる。

さらに、上記各実施例では、再溶融硬化処理を施すべき
対象処理部品をカムシャフトとしているか、本発明方法
は、その他の各種摺動部材にも適用可能なことは勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１，２において使用される再溶
融硬化処理装置の概略構成図、第２図はＴＩＧアークト
ーチを用いてカムシャフトのカム部表面に再溶融プール
を形成している状況を示す図、第３図は本発明の実施例
１，２におけるバイブレータペンによる振動加速度と再
溶融硬化層の表面粗さとの関係を示す特性図、第４図は
本発明の実施例３，４における電磁波の周波数と再溶融
硬化層の表面粗さとの関係を示す特性図、第５図はカム
シャフトの各カム部に対して再溶融硬化処理を施す場合
における各再溶融硬化処理ステーションにおけるカム部
温度の変化を示す特性図、第６図は従来の方法により生
成された再溶融プールを示す断面図である。 １・・・・・・・対象処理部品（カムシャフト）２・・
・・・・・ＴＩＧアークトーチ ３・・・・・・・パイブレークペン ４・・・・・・・放電アーク ５・・・・・・・再溶融プール −４＋ Ｒ１、） ′″″Ｌ　〈 ロ ー１０６−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．対象処理部品の表面に対して高密度エネルギーを照
   射して当該部位を再溶融硬化処理するに当たって、前記
   高密度エネルギーの照射により生成される再溶融プール
   に微少振動を生起せしめるようにしたことを特徴とする
   再溶融硬化処理部品の製造方法。