JPH0511028Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は金属表面硬化装置に関し、一層詳細に
は、ノズルチツプからワークにプラズマガスを噴
射してワーク表面を溶融し、この溶融部に粉末状
の高硬度金属を供給して前記ワークの所定の部位
に耐摩耗性に優れた硬化層を形成する際、前記高
硬度金属を搬送する金属製の第１の管体と当該高
硬度金属を溶融部に導出するセラミツクス製の第
２の管体とを夫々個別のホルダ部材を介しパイプ
ホルダに対して一体的に且つ強固に保持可能に構
成した金属表面硬化装置に関する。

［考案の背景］ 自動車に組み込まれるカムシヤフト、ロツカー
アーム等は長期間にわたり連続して使用されなけ
ればならず、従つて、特に、その摺接部は極めて
耐摩耗性に優れていることが望まれる。このた
め、従来から、前記カムシヤフト、ロツカーアー
ム等に対し耐摩耗性に優れる硬度の高い摺接部を
形成するための種々の加工処理が施されている。

例えば、このようなカムシヤフト、ロツカーア
ーム等を鋳造成形する際に、摺接部となる部位に
冷し金を配設し、供給される溶湯をこの冷し金に
より急冷して硬化したチル層を形成する方法があ
る。然しながら、この冷し金によつては前記摺接
部に十分な硬度が得られないため、製品としての
カムシヤフト、ロツカーアーム等は長期間にわた
り使用することが不可能となる不都合が生ずる。

さらに、溶湯中にCr、Mo等の高硬度金属を添
加し、冷し金を用いて摺接部となる部位に高硬度
なチル層を形成するものが案出されている。とこ
ろが、この種のCr、Mo等を用いて所望の硬度を
有するチル層を形成するためには、溶湯中に一定
量以上の前記高硬度金属を添加しなければならな
い。しかも、硬化処理中にかなりの量のこの高硬
度金属が摺接部以外の部分にも混入してしまう。
従つて、鋳造成形後に取り出されるワークは全体
として硬度の高いものとなり、成形後のワークに
対して仕上げ加工等を施そうとする時、切削加工
が困難なものとなる欠点が指摘されている。

そこで、本出願人は前記の欠点を解消すべく、
電極を内装しプラズマガスを噴出させるノズルチ
ツプと、前記ノズルチツプを囲繞するシールドキ
ヤツプと、プラズマガスに指向して高硬度金属の
粉体または粒体を供給する金属導入管と、前記ノ
ズルチツプとシールドキヤツプとの間に前記ノズ
ルチツプより離間してこのノズルチツプ先端部を
覆う遮蔽部材とを設けた金属表面硬化装置を提案
している（特開昭第62−33785号）。

これによつて、ワークにプラズマガスを噴射す
る際にシールドガスを介してこのプラズマガスが
拡散することなく前記ワークの所定の部位を良好
に溶融して前記ワークに耐摩耗性に優れた高硬度
な硬化層を形成することが出来、しかも遮蔽部材
により高硬度金属がノズルチツプに付着すること
を阻止可能にするという効果が得られる。

ところで、前記金属導入管はシールドキヤツプ
内に臨入しており、この金属導入管がプラズマガ
スによつて発生する高温の熱に曝されるため、前
記金属導入管をセラミツクス系の材料で形成する
ことが提案されている。セラミツクスは耐熱性に
優れると共に、それ自体にアークが発生すること
がないからである。

この場合、セラミツクスは比較的高価なもので
あり、実質的にシールドキヤツプ内に臨入する金
属導入管の先端部にセラミツクス系の材料を使用
し、他の部分、すなわち、金属供給源から当該装
置に至る金属搬送路にステンレススチール等の金
属材料を採用している。従つて、セラミツクスか
らなる第１の管体と金属からなる第２の管体を接
合しなければならず、通常、耐熱性を有する接着
剤が用いられている。

然しながら、この種の接着剤では耐用性に劣る
ため、セラミツクスと金属との接合状態を長期間
にわたり維持することが出来ない。しかも、金属
導入管の内壁に金属が付着することを阻止すべ
く、超音波振動装置により前記金属導入管自体を
振動させている。このため、セラミツクスと金属
との接合部位に振動が付与され、前記接合部位が
短期間で分離してしまうという不都合が指摘され
ている。

［考案の目的］ 本考案は前記の不都合を克服するためになされ
たものであつて、ノズルチツプから射出されるプ
ラズマガスに高硬度金属を供給するためのセラミ
ツクスからなる第１の管体と前記高硬度金属を搬
送するための金属からなる第２の管体とを夫々個
別のホルダ部材を介してパイプホルダに対し一体
的に係着するよう構成し、これによつて、夫々材
質の異なる第１および第２管体同士を直接接合す
ることがないため、外部からの振動等に影響され
ることなく前記第１および第２管体をパイプホル
ダに強固に保持することが出来、長期間にわたり
連続して使用することを可能にした金属表面硬化
装置を提供することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本考案は電極と
ワークとの間にプラズマアークを発生させて前記
ワークの表面部を溶融すると共に、この溶融表面
部に導入管から高硬度金属の粉粒体を供給して硬
化層を形成する金属表面硬化装置であつて、前記
プラズマアークにシールドガスを供給するための
シールドキヤツプに装着されるパイプホルダと、
前記導入管を構成し前記粉粒体を溶融表面部に導
出するセラミツクス製の第１の管体を係着してパ
イプホルダに嵌合する第１のホルダ部材と、前記
導入管を構成し粉粒体を搬送する金属製の第２の
管体に外嵌し且つ前記パイプホルダに螺合する第
２のホルダ部材と、第１および第２ホルダ部材の
間に介装され前記第２ホルダ部材の螺回作用下に
前記第２管体の外周部を押圧保持する係止部材と
を具備することを特徴とする。

また、本考案は第１ホルダ部材の端部を第１管
体を嵌合する孔部を設けたすり割り構造とし、前
記端部を予め押圧変形させてこの端部に第１管体
を圧入することを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本考案に係る金属表面硬化装置について
好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しなが
ら以下詳細に説明する。

第１図および第２図において、参照符号１０は
本実施態様に係る金属表面硬化装置を示す。当該
装置１０を構成し外筒部材１１に囲繞される本体
部１２は略筒状を呈しており、前記本体部１２の
内周面に螺孔１４が形成される。そして、本体部
１２内に電極１６を配設し、前記螺孔１４にノズ
ルチツプ１８の一端部に形成されたねじ部２０を
螺着する。この場合、前記ノズルチツプ１８の他
端部に略円錐状の先端部２２を設けると共に、こ
のノズルチツプ１８の中央部には電極１６を挿通
するための孔部２４が形成され、前記孔部２４の
出口側には段部を介してこれより小径なプラズマ
ガス導出用ノズル部２６が連通形成される。ノズ
ルチツプ１８の外周部と本体部１２の内周部との
間には開口部２８が画成され、この開口部２８に
は冷却水が供給される。なお、ノズルチツプ１８
と本体部１２との接合部位にはシール用Ｏリング
３０を介装しておく。

さらに、ノズルチツプ１８の先端部２２に周溝
３２が刻設され、この周溝３２に嵌合するリング
部材３４を介して前記ノズルチツプ１８に遮蔽部
材３６が装着される。すなわち、前記遮蔽部材３
６は絶縁体、例えば、セラミツク系材料で形成さ
れ、その形状はノズルチツプ１８の先端部２２に
対応しており、その上部並びに下部には夫々開口
部３８，４０が画成される。前記周回する開口部
３８の内部端傍には遮蔽部材３６の上部に形成さ
れ所定の幅員を有して半径方向内方に膨出する係
止部４２ａ乃至４２ｄが臨み、これらの係止部４
２ａ乃至４２ｄの下端部にリング部材３４が係合
してこの遮蔽部材３６をノズルチツプ１８に装着
する。従つて、遮蔽部材３６の内部に膨出する係
止部４２ａ乃至４２ｄによりノズルチツプ１８の
外周壁部と遮蔽部材３６の内周壁部との間には複
数個の通路４４が画成されることが容易に諒解さ
れよう。

次いで、遮蔽部材３６の開口部３８側の端部に
流量調整部材４６が装着される。前記流量調整部
材４６は略リング状を呈しており、その一端に遮
蔽部材３６の端部を所定の深さまで嵌合する穴部
４８が形成される。そして、流量調整部材４６の
内周面と本体部１２の外周面との間に所定の間隙
からなる第１の流体導入口５０を画成すると共
に、前記流量調整部材４６の外周面とシールドキ
ヤツプ５２の内周面との間に所定の間隙からなる
第２の流体導入口５４を画成する。

前記シールドキヤツプ５２は中空状を呈し、そ
の外周部に段部５５を形成すると共に、夫々水平
方向に対し所定角度、例えば、45°だけ傾斜して
孔部５６ａ，５６ｂが穿設される。この場合、シ
ールドキヤツプ５２の端部にはねじ部５８が設け
られ、このねじ部５８に螺合するナツト部材５９
を介し前記シールドキヤツプ５２が本体部１２に
装着される。従つて、シールドキヤツプ５２内に
は本体部１２の図示しないシールドガス用通路に
連通する通路６０が画成され、この通路６０は第
１流体導入口５０を介して通路４４に連通すると
共に、第２流体導入口５４を介し前記シールドキ
ヤツプ５２と遮蔽部材３６との間に画成される通
路６１に連通する。

そこで、シールドキヤツプ５２にパイプホルダ
６２が係着される。前記パイプホルダ６２の中央
部にはシールドキヤツプ５２の外周部を嵌合する
孔部６４が形成され、このパイプホルダ６２の端
部には前記孔部６４を外部に開放するスリツト状
開口部６６が画成される。前記開口部６６の両端
側には夫々螺孔６８と孔部７０とが同軸的に連通
しており、この孔部７０に挿通される図示しない
ボルトの端部を前記螺孔６８に螺入することによ
り孔部６４の直径を縮径してパイプホルダ６２に
よりシールドキヤツプ５２の外周部を挟持する。
これによつて、パイプホルダ６２を段部５５に係
合させた状態で前記シールドキヤツプ５２に対し
固定することが出来る。

パイプホルダ６２の直径方向両端には夫々外方
に突出して膨出部７１ａ，７１ｂを形成してお
り、この膨出部７１ａ，７１ｂには水平方向に対
し所定角度、例えば、45°だけ傾斜して段付孔部
７２ａ，７２ｂと螺孔７４ａ，７４ｂがシールド
キヤツプ５２の孔部５６ａ，５６ｂと同軸的に穿
設される。

前記段付孔部７２ａ，７２ｂに第１のホルダ部
材７６ａ，７６ｂが嵌合する。前記第１ホルダ部
材７６ａは実質的にステンレススチールからな
り、その外周部は段付孔部７２ａに対応する形状
を呈している。第１ホルダ部材７６ａの中央部に
は大径な端部側から後述するステンレスパイプを
嵌合する孔部７８が所定深さまで穿設され、この
孔部７８にはテーパ孔７９が連通する。一方、前
記第１ホルダ部材７６ａの小径な端部側からも同
様に、所定の深さまで孔部８０が設けられ、この
孔部８０には第１ホルダ部材７６ａの外周部に形
成されたスリツト８２が連通する（第３図参照）。
すなわち、第１ホルダ部材７６ａの小径な端部は
すり割り構造を採用している。そして、第１ホル
ダ部材７６ａの孔部８０に高硬度金属粉末用導入
管を構成しセラミツクス系材料で形成される第１
の管体８４ａの一端部を嵌合する。なお、第１ホ
ルダ部材７６ｂは前述した第１ホルダ部材７６ａ
と同様に構成されるものであり、その詳細な説明
は省略する。

次いで、第１ホルダ部材７６ａの孔部７８に一
端を高硬度金属粉末供給源（図示せず）に接続さ
れるステンレスパイプからなる第２の管体８６ａ
の他端が嵌合すると共に、第２管体８６ａに係止
部材８８ａが外嵌する。すなわち、前記係止部材
８８ａは変形し易い金属材料、例えば、銅材料か
ら形成されており、その外周両端部は夫々半径方
向内方に傾斜する略円筒状を呈している。そし
て、係止部材８８ａの一端部を第１ホルダ部材７
６ａのテーパ孔７９に嵌合する一方、その他端部
を第２のホルダ部材９０ａに係合する。

前記第２ホルダ部材９０ａは略円筒状を呈し、
その外周部にパイプホルダ６２の螺孔７４ａに螺
入するねじ部９２ａを形成する。第２ホルダ部材
９０ａの中央部には第１ホルダ部材７６ａ側の端
部にテーパ孔９４ａを設け、このテーパ孔９４ａ
に係止部材８８ａの他端部を嵌合する。

なお、膨出部７１ｂには第１ホルダ部材７６ｂ
を介して第１管体８４ｂが保持されると共に、図
示しない係止部材並びに第２ホルダ部材９０ｂに
より第２管体８６ｂが係着される。その際、第１
ホルダ部材７６ａ，７６ｂの端部はシールドキヤ
ツプ５２に穿設された孔部５６ａ，５６ｂに嵌合
し第１管体８４ａ，８４ｂの端部は遮蔽部材３６
とシールドキヤツプ５２の間に画成される通路６
１内に所定長さ臨入し且つ前記第１管体８４ａ，
８４ｂの延長線とノズル部２６との延長線とが下
方において交差している。

本考案に係る金属表面硬化装置は基本的には以
上のように構成されるものであり、次にその作用
並びに効果について説明する。

先ず、当該装置１０をワークＷの摺接部となる
部位の近傍に位置決めした後、電極１６を図示し
ない直流電源のマイナス側に接続し、一方、ワー
クＷをプラス側に接続する。さらに、孔部２４に
はアルゴンガス等の作動ガスを供給し、通路６０
にシールドガスを供給する。このため、電極１６
とワークＷとの間にアークが発生し、プラズマガ
スがノズル部２６を介して絞られて高温、高速の
プラズマアークとして先端部２２から遮蔽部材３
６の開口部４０を介して外部に導出される。

この場合、第２図に示すように、通路６０に供
給されたシールドガスの一部は流量調整部材４６
の第１流体導入口５０を介して遮蔽部材３６の通
路４４に侵入して前記導出されたプラズマアーク
に吹き付けられる。従つて、前記プラズマアーク
はその周方向から供給されるシールドガスにより
そのガス流による収束効果と冷却によるサーマル
ピンチ効果の作用によりさらにこの直径を小さく
することが出来、ワークＷの所望の部位に高温、
高速のプラズマアークを噴射してこれを効果的に
溶融して溶融池１００を形成することが可能とな
る（第４図参照）。

一方、第２管体８６ａ，８６ｂには図示しない
高硬度金属供給源から高硬度金属１０２が供給さ
れ、前記高硬度金属１０２は管体８４ａ，８４ｂ
から前記プラズマアーク中に供給される。この場
合、高硬度金属１０２としてはCr、Mo、Ni、
Ｗ、Ｖ、Nb等の単体、これらの金属同士または
他の金属との合金あるいは炭素等との化合物等
種々のものを選択することが可能である。また、
その際、前記高硬度金属１０２は単独あるいは２
種以上複合して供給される。

夫々の第１管体８４ａ，８４ｂからプラズマア
ーク中に供給される高硬度金属１０２は前記プラ
ズマアークにより加熱されて高速で溶融池１００
内に混入される。ここで、高硬度金属１０２には
プラズマアークの噴出圧力が作用すると共に、当
該装置１０がワークＷの上方を所定方向に変位す
るよう移動制御されるため、この高硬度金属１０
２は攪拌されて溶融池１００内に均一に分散す
る。その際、前記高硬度金属１０２が溶融し易い
ものであればこの溶融池１００内に溶融し、一
方、溶解し難いものであれば前記溶融池１００内
に分散する。

このようにして、当該装置１０を変位させてワ
ークＷの所定の部位に溶融池１００を形成した
後、電極１６とワークＷへの通電を停止する。次
いで、所定時間前記ワークＷを冷却すれば、高硬
度金属１０２が均一に分散あるいは混入した硬化
層がこのワークＷの所望の表層部に形成される。

この場合、当該実施態様によれば、夫々材質の
異なる第１管体８４ａと第２管体８６ａとを直接
接着剤により接合することなく第１および第２ホ
ルダ部材７６ａ，９０ａ並びに係止部材８８ａを
介しパイプホルダ６２に対し強固に保持すること
が出来る。

すなわち、前述したように、第１ホルダ部材７
６ａにはシールドキヤツプ５２の孔部５６ａに嵌
合する端部側に第１管体８４ａを嵌合するための
孔部８０を穿設すると共に、この孔部８０にスリ
ツト８２が連通してすり割り構造を採用してい
る。従つて、先ず、第１ホルダ部材７６ａの端部
を押圧しこのスリツト８２を介して孔部８０を予
め楕円形状に変形させておく。そして、孔部８０
に第１管体８４ａの一端部を圧入すれば、楕円形
状に変形されている孔部８０がこの第１管体８４
ａにより拡開され、前記孔部８０を形成した第１
ホルダ部材７６ａの端部によりこの第１管体８４
ａを強固に挟持することが出来る。

このように第１管体８４ａを保持した第１ホル
ダ部材７６ａをパイプホルダ６２の段付孔部７２
ａ内に嵌合し、前記第１ホルダ部材７６ａのテー
パ孔７９に係止部材８８ａの一端部を嵌合する。
さらに、パイプホルダ６２から離脱している第２
ホルダ部材９０ａと係止部材８８ａと第１ホルダ
部材７６ａの孔部７８とに第２管体８６ａを一体
的に嵌合する。次に、第２ホルダ部材９０ａを螺
回しこの第２ホルダ部材９０ａに形成されている
ねじ部９２ａをパイプホルダ６２の螺孔７４ａに
螺入していくと、前記第２ホルダ部材９０ａの端
部に形成されているテーパ孔９４ａに係止部材８
８ａの他端部が嵌合する。

この場合、係止部材８８ａの両端部は夫々外方
に指向して半径方向内方に傾斜しており、この状
態で第２ホルダ部材９０ａをさらに螺回すれば、
前記係止部材８８ａの両端部には第１ホルダ部材
７６ａと第２ホルダ部材９０ａの夫々の端部によ
り、第５図中、矢印方向に押圧力が作用する。そ
の際、係止部材８８ａを比較的変形し易い、例え
ば、銅材料で形成しているため、前記矢印方向へ
の押圧力によりこの係止部材８８ａが半径方向内
方へと変形し、第２管体８６ａの外周部をしつか
りと保持するに至る。

結果的に、第１管体８４ａと第２管体８６ａと
はパイプホルダ６２に対し強固に保持されること
になる。これによつて、従来のように、セラミツ
クス系材料からなる第１管体８４ａとステンレス
パイプからなる第２管体８６ａとを直接接着剤に
より接合するものとは異なり、前記第１管体８４
ａと第２管体８６ａとが分離することがない。こ
のため、例えば、第２管体８６ａに図示しない超
音波振動装置を介し所定の振動を付与する際に
も、前記振動に影響されることなく前記第１管体
８４ａと第２管体８６ａとをパイプホルダ６２に
対し強固に保持することが可能となるという効果
が得られる。結局、当該装置１０を長期間にわた
り連続して使用することが出来、極めて効率的な
表面処理工程を遂行し得るという利点が挙げられ
る。

［考案の効果］ 以上のように、本考案によれば、電極とワーク
との間に発生するプラズマアーク中に高硬度金属
を供給するセラミツクス製第１の管体と、前記高
硬度金属を搬送する金属製第２の管体とを夫々個
別のホルダ部材を介しパイプホルダに対し一体的
に保持するよう構成している。このように、材質
の異なる第１管体と第２管体とを直接接着剤等に
より接合することがないため、前記第１管体と第
２管体とが分離することを阻止することが出来
る。従つて、外部からの振動等に影響されること
なく第１および第２管体をパイプホルダに対し強
固に保持することが可能となり、当該装置を長期
間にわたり連続して使用することが出来るという
効果が得られる。これによつて、表面硬化作業の
効率化を容易に達成し得るという利点が顕在化す
る。

以上、本考案について好適な実施態様を挙げて
説明したが、本考案はこの実施態様に限定される
ものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の改良並びに設計の変更が可能なこと
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る金属表面硬化装置の一部
省略分解斜視図、第２図は当該装置の一部省略縦
断面図、第３図は当該装置を構成する導入管の一
部省略分解斜視図、第４図は当該装置の使用状態
を示す一部省略説明図、第５図は第３図に示す導
入管の組付作業の説明図である。 １０……金属表面硬化装置、１２……本体部、
１８……ノズルチツプ、３６……遮蔽部材、４６
……流量調整部材、５２……シールドキヤツプ、
６２……パイプホルダ、７６ａ，７６ｂ……ホル
ダ部材、８４ａ，８４ｂ，８６ａ，８６ｂ……管
体、８８ａ，８８ｂ……係止部材、９０ａ，９０
ｂ……ホルダ部材。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 電極とワークとの間にプラズマアークを発生
   させて前記ワークの表面部を溶融すると共に、
   この溶融表面部に導入管から高硬度金属の粉粒
   体を供給して硬化層を形成する金属表面硬化装
   置であつて、前記プラズマアークにシールドガ
   スを供給するためのシールドキヤツプに装着さ
   れるパイプホルダと、前記導入管を構成し前記
   粉粒体を溶融表面部に導出するセラミツクス製
   の第１の管体を係着してパイプホルダに嵌合す
   る第１のホルダ部材と、前記導入管を構成し粉
   粒体を搬送する金属製の第２の管体に外嵌し且
   つ前記パイプホルダに螺合する第２のホルダ部
   材と、第１および第２ホルダ部材の間に介装さ
   れ前記第２ホルダ部材の螺回作用下に前記第２
   管体の外周部を押圧保持する係止部材とを具備
   することを特徴とする金属表面硬化装置。 (2) 請求項１記載の装置において、第１ホルダ部
   材の端部は第１管体を嵌合する孔部を設けたす
   り割り構造とし、前記端部を予め押圧変形させ
   てこの端部に第１管体を圧入することを特徴と
   する金属表面硬化装置。