JPS63286510A - 再溶融硬化処理装置 - 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】 、度業ユ、１旧１庄野 本発明は、例えばローラ等の鋳造品の周面を硬化すべく
この周面にチル層を形成するために供せられる再溶融硬
化処理装置に関し、更に詳述すればカム、車両用のカム
シャフト等のように曲率半径が異なる周面を有する鋳造
品の硬化処理に通した再溶融硬化処理装置に関する。

丈来夏皮直 第５図（ａ）、（ｂ）はかかる再溶融硬化処理装置の従
来例を示しており、そこではＴＩＧ　７ｇ接機のトーチ
４０から噴出されるアーク８１０によりカムシャフト３
００の周面３１０を溶融し、チル層を形成する構造にな
っている。なお、トーチ４０の先端からはブローホール
の発生及びトーチ４０の電極８３０に焼損を生じるのを
防止するために電極８３０及びアーク８１０を囲繞する
ようにしてＡｒ等のシールドガス８２０が噴出されるよ
うになっている。また、トーチ４０はカムシャフト３０
０の厚み方向、即ちこれの軸方向にオシレート運動（振
動）をするようになっており、カムシャフト３００は軸
３２０回りに回転するようになっている。

ＭＯが”ンしようとする口　占 しかしながら、上述の従来例による場合は、以下に示す
理由によりブローホールの発生及び電極８３０の焼損を
防止するには至らず、また周面３１に均一なチル層を形
成することできず、結果的に精度のよい再溶融硬化処理
が行えなくなり、更には後工程における研磨加工が煩わ
しくなるという問題があった。

即ち、 ■トーチ４０にオシレート運動をさせる形態をとるため
、生産能率の向上等を図るためにオシレート運動の周期
を早める場合には、シールドガス８２０の流れに乱れを
生じるので、良好なシールド効果が期待できず、ブロー
ホールを発生することになり、また電極８３０に焼損を
生じることになる。

■トーチ４０がカムシャフト３００の回転方向に固定さ
れているため、カムシャフト３００の回転に応じてアー
ク８１０の周面３１０に対する噴出方向（入射角）が変
化することになる。そうすると、トーチ４０の先端とカ
ムシャフト３００の周面３１０との間の距離ｌが変動し
、また第５図（ｂ）に示すようにアーク８１０の噴出方
向とトーチ４０の軸心とがずれることになるので、リメ
ルティング・ポイント（再溶融位置）８００がカムシャ
フト３００の周方向において一定せず、結果的に溶融深
さが周方向において異なることになる不具合を発生する
ことになる。また、シールドガス８２０の流れに乱れを
生じることになるので、上記同様にブローホールを発生
することになる。更には溶融部が流動することになる「
ダレ」を発生し、硬化処理面に表面に厚み方向のむらを
生じ、後工程における研磨加工の研磨化が大きくなる。

本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであり、カム、車両用のカムシャフト等のよう
に曲率半径が異なる周面を有する鋳造品の再溶融硬化処
理を行う場合にも均質な硬化処理が行え、後工程におけ
る研磨加工を能率よく行えることになる再溶融硬化処理
装置を提供することを目的とする。

。−占　”パ　るための 本発明に係る再溶融硬化処理装置は、曲率半径が異なる
周面を有する鋳造品の前記周面を再溶融してチル層を形
成する再溶融硬化処理装置において、前記鋳造品をこれ
の厚み方向に振動させる手段と、鋳造品の前記周面に対
応した周面を有し、この鋳造品と連動して回転する主回
転体と、鉛直面内で揺動自在になった鉛直リンクと、該
鉛直リンクを揺動させる駆動手段と、先、基端部に回動
軸部を有し、前記鉛直リンクの上端部に基端部を回動自
在に連結してある水平リンクと、先端側の回動軸部に連
結してある加熱トーチと、両回動軸部に連繋してあり、
前記加熱トーチを前記鉛直りンクの揺動量に対応付けて
揺動させる連繋手段と、両回動軸部の揺動を案内するガ
イド溝を先、基端部に備えた支持部材と、該支持部材の
中間部に取りつけてあり、下端に前記主回転体の前記周
面上を転動する従回転体を有し、前記トーチと前記周面
との離隔距離を一定値に設定する高さ調整機構と、前記
加熱トーチを前記鋳造品の周面に正対させるべく前記鉛
直リンクの揺動量を制御する制御器とを有してなる。

ここに、正対とは加熱トーチの軸心が周面に対して略垂
直状態になることをいう。

作且 しかるときは、再溶融硬化処理中において加熱トーチの
鋳造品の周面に対する傾き角度及び加熱トーチの先端と
周面との離隔距離を常時一定の値に設定できることにな
る。

爽施皿 以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明に係る再溶融硬化処理装置を示す一部切
欠正面図、第２図は要部の一部切欠右側面、第３図は第
１図をＡ方向から視た矢視図、第４図は本発明の原理説
明図である。

この再溶融硬化処理装置は、鋳造品よりなるカムシャフ
ト３を図上左右方向に相当する軸長方向にオシレート運
動させるオシレート機構１と、カムシャフト３の軸長方
向に複数設けたカム３０．３０・・・の周面３１を熔融
させてチル層を形成するトーチ４を前後方向に揺動可能
になす揺動機構２と、再溶融硬化処理中においてトーチ
４の軸心がカム３０の周面３１に対して常時垂直になる
ようにトーチ４の揺動量を制御し、またオシレート機構
１のオシレート運動の周期を制御する演算制御装置５と
を有してなる。

以下各部の詳細について説明する。オシレート機構１は
、ポールねし、ポールナツト等を有してなり、図上左右
方向に往復移動する可動テーブル１１０と、可動テーブ
ル１１０上に左右方向への往復移動可能に設けである支
持台１１１と、この支持台１１１に固定配置してあるモ
ータ１２、駆動軸１３等を有してなる。

可動テーブル１１０の移動はこれに連繋したモータ１１
２を介して演算制御装置５により行われるようになって
いる。即ち、演算制御装置５からモータ１１２番こ所定
の駆動指令信号が発せられると、モータ１１２が可動テ
ーブル１１０を所定の周期で往復移動させることになり
、これに伴い後述するようにして駆動軸１３に保持され
たカムシャフト３がオシレート運動をすることになる。

支持台１１１の左端にはこれを左右方向に移動させるエ
アーシリンダ１１を取りつけである。このエアーシリン
ダ１１の駆動は演算制御装置５により制御されるように
なっている。即ち、演算制御装置５からエアーシリンダ
１１に所定の駆動指令信号が発せられると、エアーシリ
ンダ１１のロッドｌｌａが進出又は退入し、これで支持
台１１１が往復移動するようになっている。エアーシリ
ンダ１１の駆動、即ち支持台１１１の移動はカムシャフ
ト３を駆動軸１３にセッチングする場合及びこのセッチ
ング状態を解除する場合に行われるようになっている。

支持台１１１には上端にモータ１２を取りつけた支持部
材１０を固定してある。モータ１２の出力軸は下向きに
なっており、この出力軸にはカップリング１２ａを介し
て減速機１４を連結してある。減速機１４は、鉛直軸回
りに回転するモータ１２の出力軸の駆動力を右端末にカ
ムシャフト３を保持する駆動軸１３に伝達し、これを水
平軸回りに所定速度で回転させるようになっている。な
お、モータ１２の駆動は演算制御装置５により制御され
るようになっている。

駆動軸１３の左端寄りの位置にはキー１０１を用いて駆
動プーリ１０２を嵌着してある。駆動プーリ１０２は駆
動軸１３の回転を第２図に示すマスターカム７に伝達す
るようになっている。即ち、駆動プーリ１０２の後方に
は対応する位置にこれと同様の従動プーリ　（図示せず
）を軸支した伝動軸７０を回動自在に設けてあり、両プ
ーリ間に掛回した無端状のタイミングベルト１０３を介
して駆動軸１３の回転が伝動軸７０に伝達され、両者が
同期して回転するようになっている。

カムシャフト３を保持する機構は、第１図及び第３図に
示す通りである。即ち、駆動軸１３の右端にはセンタリ
ング部材１６を備えた保持軸１５を連結してあり、この
センタリング部材１６と右側の対応する位置に設けたセ
ンタリング部材（図示せず）との間にカムシャフト３を
水平姿勢で、且つ芯出し状態で挟圧保持（セ７チング）
するようになっている。このセッチングは、具体的には
前記エアーシリンダ１１と右側の対応する位置に設けた
エアーシリンダ（図示せず）とを夫々のロッドが接近方
向に駆動させることにより行われるようになっている。

そして、セソチングの解除は両エアーシリンダを夫々の
ロッドが離反する方向に駆動させることにより行われる
ようになっている。

なお、カムシャフト３のセッチングは再溶融硬化処理に
先立って行われ、前記挟圧保持を行う前に、まず駆動軸
１３の右側方に設けたエアーシリンダ１７によりカムシ
ャフト３を駆動軸１３の高さ位置にセットし、次いで両
エアーシリンダに挟圧保持動作を行わせて行われるよう
になっている。このエアーシリンダ１７の駆動も演算制
御装置５により制御されるようになっており、セッチン
グが終了すると、演算制御装置５からの過大指令信号に
よりエアーシリンダ１７のロフト１７ａが退入し、カム
シャフト３の回転に支障を来さないようになっている。

第３図に示すように、センタリング部材１６の外側方に
はカムシャフト３を駆動軸１３に保持した状態において
、カムシャフト３の端面に設けた位置決め穴（図示せず
）に嵌入し、カムシャフト３の周方向における位置決め
を行う位置決めピン１８を設けである。この位置決めピ
ン１８はコイルスプリング１９により常時先端側に付勢
されている。位置決めピン１８の基端側には径方向に検
出ピン１８ａを連出してあり、これの外側方には検出ピ
ン１８ａの位置を検知し、この検知信号をカムシャフト
３の周方向における割出し位置検出信号として演算制御
袋Ｗ５に報じる近接センサ１００を設けである。

ここに、カムシャフト３の各カム３０．３０・・・はカ
ム軸に対してその位相を個々に違えて軸支されているが
、各カム３０．３０・・・のカムシャフト３の割出し位
置に対する位相のずれ量（ずれ角度）は演算制御装置５
にずれ量データとして格納されており、演算制御装置５
はこのずれ量データと近接センサ１００からの割出し位
置検出信号とに基づき各カム３０．３０・・・の再溶融
硬化処理開始位置を演算し、演算結果により前記モータ
１２を駆動制御し、これらの再溶融硬化処理開始位置を
次に述べるトーチ４の位置に追随させるようになってい
る。

次に、揺動機構２について説明する。前後に長く、後端
部が下方に延出した２枚の平板２０ａ　、２０ａを左右
に対向状に連結してなる支持部材２０の前、後端部には
従動軸２２及び駆動軸２１を夫々揺動自在に設けである
。駆動軸２１の平板２０ａ　、　２Ｏａ間に位置する部
分には第１図に示すように２枚の平板２３ａ　、２３ａ
を左右に対向状に連結してなる鉛直リンク２３の上端部
を最外側に取りつけ、鉛直リンク２３の内側には前後に
長い２枚の平板２４ａ　、２４ａを左右に対向状に連結
してなる水平リンク２４の後端部を取りつけ、平板２４
ａ　、２４ａ間には駆動歯車２５ａと駆動フーリ２６ａ
を取りつけである。そして、これらの部材間にはカラー
２７．２７・・・を介装してある。

一方、従動軸２２の対応する位置には水平リンク２４の
前端部及び従動ブーＩＪ２６ｂを取りつけてあり、これ
らと平板２０ａ　、２Ｏａ間には同様にしてカラー（図
示せず）を介装してある。そして、右側の平板２０ａか
ら突出した従動輪２２の右端末にはＴＩＧ溶接機のトー
チ４を連結してある。なお、水平リンク２４の前、後端
部は駆動軸２１及び従動軸２２に対して回動自在になっ
ている。

そして、駆動プーリ２６ａと従動プーリ２６ｂとの間に
は無端状のタイミングベルト２８を掛回してあり、また
駆動歯車２５ａの下方にはこれと噛合する固定歯車２５
ｂを設けである。これらの歯車２５ａ、２５ｂは後述す
るようにして揺動する駆動軸２１を所定の位置に精度よ
く停止させるブレーキ機構として機能する。

そのうえで、鉛直リンク２３には図外の連繋手段を介し
て鉛直リンク２３を前後方向に所定量揺動させるモータ
２９を連繋してある。モータ２９は揺動機構２の左側方
に設けられており、演算制御装置５からの所定の駆動指
令信号を受け、鉛直リンク２３を揺動させるようになっ
ている。

かくして、モータ２９を駆動して鉛直リンク２３を前後
方向に揺動させると、これに伴い駆動軸２１が鉛直リン
ク２３の揺動量に対応した量だけ揺動することになる。

そうすると、駆動軸２１に取りつけた駆動ブー’Ｊ２６
ａが駆動プーリ２６ａの揺動量に対応しただけタイミン
グベルト２８に対して移動することになるので、結果的
にタイミングベルト２８が従動プーリ２６ｂを駆動プー
リ２６ａと同一量揺動させ、従動軸２２を駆動軸２１と
同一量前後方向に揺動させることになる。しかして、こ
れでトーチ４が前後方向に揺動することになる。

なお、第２図に示すように平板２０ａ　、２０ａの前、
後端部には駆動軸２１及び従動軸２２の前後方向への揺
動を案内する案内溝２００を形成してある。案内溝２０
０は前後に長い長大状に形成されており、これの前、後
端部が駆動軸２１及び従動軸２２の揺動量、つまりトー
チ４の揺動量を規制するようになっている・また・揺動
機構２はこれ全体が図外のエアーシリンダにより昇降さ
れるようになっており・再溶融硬化処理に先立って図示
する高さ位置にセフチングされるようになっている。そ
して、セッチングが完了すると、エアーシリンダのロッ
ドは退入することになるが、次に述べるマスターカム７
により落下しないよう支持されている。なお、揺動機構
２の上方位置にはマスターカム７に過大の荷重がかかる
ことを防止するための吊支機構（図示せず）を設けてあ
り、２０３は揺動機構２の上下動を案内するガイド機構
である。

支持部材２０の前後方向中間部、より具体的には右側の
平板２０ａの対応する位置の外面側には高さ調整機構２
０１を取りつけである。この高さ調整機構２０１はトー
チ４の下端面とカムシャフト３のカム３０の周面３１と
の離隔距離を再溶融硬化処理中において常時一定の値に
設定するためのものである。

即ち、高さ調整機構２０１の下端には前記マスターカム
７の周面上を転動するベアリング２０２を回転自在に取
りつけてあり、マスターカム７の回転位置に応じて支持
部材２０、つまりトーチ４の高さが変動するようになっ
ている。しかして、マスターカム７の形状はカム３０と
相似の形状に選定されており、また上述の如くマスター
カム７とカム３０は同期して回転するようになっている
ので、結果的に回転中心からの曲率半径が回転位置に応
じて変化する周面３１の高さ位置の変化に対応してトー
チ４が上下動することになる。ここに、マスターカム７
のカム３０に対する大きさは、ベアリング２０２の転動
面がマスターカム７の周面に当接した状態において、ト
ーチ４の下端とカム３０の周面３１との離隔距離が常時
第４図（ａ）に示すｌになるように、高さ調整機構２０
１とトーチ４との離隔距離等により決定されるトーチ４
の揺動量を考慮したうえで選定されている。

かくして、演算制御装置５からの駆動指令信号によりモ
ータ２９を駆動して、またカムシャフト３にオシレート
運動をさせると、上述の如くトーチ４が揺動し、これの
下端とカム３０の周面３１との離隔距離が常時ｌに設定
されることになる。そのうえで、演算制御装置５は第４
図（ａ）に示すようにトーチ４の軸心が周面３１に対し
て常時垂直になるようにトーチ４の姿勢制御を行うべく
トーチ４の揺動量及び揺動方向を制御するようになって
いる。この姿勢制御は、前記再溶融硬化処理開始位置に
基づき行われるようになっている。即ち、演算制御装置
５には、またカム３００周面３１のプロフィールに関す
る情報が予め格納されており、再溶融硬化処理位置から
のプロフィールに関する情報を逐次読出し、このプロフ
ィールに追随させるべくモータ２９の回転方向及び回転
量を制御し、トーチ４の揺動方向及び揺動量、つまりこ
れの姿勢制御を行うようになっている。

しかして、かかる制御により第４図（ａ）、（ｂ）に示
すように、トーチ４がカム３０の周面３１に正対し、か
つ両者の離隔距離が常時ｌに設定された状態でカム周面
の再溶融硬化処理が行われることになるので、図示する
ようにアーク８１が周面３１に対して垂直に噴出され、
リメルティング・ポイント８が一定し、且つシールドガ
ス８２の流れに乱れを生じる虞れがないので、ブローホ
ールの発生及び電極８３の焼損を防止でき、またカム３
０の周方向においてチル層を均一に形成できることにな
る。

なお、カム３０の周面３１に対するトーチ４の軸心の傾
きは上述の如き理由により、垂直状態に設定することが
望ましいが、垂直状態に限定されるものではなく、これ
に近い傾き状態に設定することにしてもよいことは勿論
である。

次に、本発明装置を用いてカムシャフト３の再溶融硬化
処理を行う場合の手順について説明する。

まず、演算制御装置５からの駆動指令信号により、各エ
アーシリンダを駆動して、揺動機構２を所定の高さ位置
にセッチングすると共に、カムシャフト３を駆動軸１３
にセッチングする。次いで、モータ１１２を駆動制御し
て、例えば最左側に位置するカム３０がトーチ４の下方
に位置するようにセッチングする。

次いで、演算制御装置５からモータ１１２．１２．２９
に夫々駆動指令信号を発して、カムシャフト３にオシレ
ート運動をさせ、またこれを回転させると共にトーチ４
を揺動させ、且つトーチ４からアーク８１及びシールド
ガス８２を噴出せしめ、最左側のカム３０の再溶融硬化
処理を実行する。そして、このカム３０の再溶融硬化処
理が完了すると、トーチ４からのアーク８１及びシール
ドガス８２の噴出を停止させ、またモータ１１２．１２
．２９の駆動を停止させる。

次に、演算制御装置５はモータ１１２を駆動して、カム
シャフト３を右側に所定量移動せしめ、左側から２番目
のカム３０をトーチ４の下方に位置させ、その後上記同
様にして２番目のカム３０の再溶融硬化処理を実行する
。そして、最右側に位置するカム３０の再溶融硬化処理
が終了すると、上記したようにしてカムシャフト３のセ
ッチングを解除し、以下同様にして２番目以降のカムシ
ャフト３の再溶融硬化処理を順次実行する。ここに、各
カム３０．３０・・・の再溶融硬化処理の順序について
は上記の例に限定されるものではなく、予め演算制御装
置５に設定入力した順序に関する情報に基づき順次再溶
融硬化処理を行うことにしてもよいことは勿論である。

なお、上記実施例において、エアーシリンダの代わりに
油圧シリンダでカムシャフト３のセッチング等を行うこ
とにしてもよいし、前記ベアリング２０２の代わりにロ
ーラ等の回転体を高さ調整機構２０１に取りつけること
にしてもよいし、複数のカムシャフト３が同時に再溶融
硬化処理できる装置構成をとってもよい。また、上記実
施例では曲率半径が異なる鋳造品の一例としてカムシャ
フト３の再溶融硬化処理を行う場合について説明したが
、本発明装置はカム等についても同様に適用でき、また
ローラ等のように円形状をなす鋳造品の再溶融硬化処理
についても同様に通用できることは勿論であり、鋳造品
の材質については鋳物に限定されるものではなく、鋼材
についても同様に適用できることは勿論である。また、
トーチについてはＴＩＧ溶接機のそれに限定されるもの
ではなく、レーザ溶接機等の他のトーチを用いることに
してもよい。

また、上記実施例では駆動軸１３、つまりカムシャフト
３を一定の速度で回転することとしたが・カム３０のプ
ロフィールに応じて演算制御装置５によりカムシャフト
３の回転速度を制御し、カム３０の回転角に対してその
周長（回転中心角に対する周方向距離）が常時一定にな
るように回転させる実施形態をとることにしてもよい。

かかる実施形態をとる場合は、トーチ４により再溶融硬
化処理が施されるカム３０の表面積が常時同一になるの
で、より均一なチル層を得ることができることになると
いう利点がある。

更に、再溶融硬化処理中におけるカムシャフト３の熱膨
張による伸びに関するデータを予め演算制御装置５に設
定入力しておき、このデータに基づき上記した再溶融硬
化処理を行うことにしてもよい。かかる実施形態をとる
場合は、より精細な再溶融硬化処理が行えることになる
ので、更に一層均一なチル層を得ることができることに
なるという利点がある。

光訓箆洟果 以上の本発明による場合は、鋳造品がオシレート運動を
することになるので、上述の従来例による場合と異なり
シールドガスの流れに乱れを生じず、ブローホールを発
生する虞れがなく、また加熱トーチの電極に焼損を生じ
る虞れがない。

また、再溶融硬化処理中において加熱トーチを鋳造品の
周面に対して常時正対させることができ、また加熱トー
チの先端と周面との離隔距離を常時一定の値に設定でき
ることになるので、上述の従来例による場合と異なり溶
融深さを鋳造品の周方向において均一になし得る。また
この点においてもシールドガスの流れに乱れを生じる虞
れを低減できることになるので、ブローホールの発生及
び電極の焼損をより低減し得ることになると共に「ダレ
Ｊを発生する虞れがないので、後工程における研磨加工
を能率よ（行えることになる。

従って、ローラ等のように回転中心からの距離が一定に
なった、つまり再溶融硬化処理面が円周面である鋳造品
の再溶融硬化処理を精度よく行えることは勿論のこと、
上記した理由によりカム、車両用のカムシャフトのよう
に回転中心からの距離が異なる周面を有する鋳造品の再
溶融硬化処理をも精度よく行えることになる。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第４図は本発明の実施例を示しており、第
１図は本発明に係る再溶融硬化処理装置を示す一部切欠
正面図、第２図は要部の一部切欠右側面、第３図は第１
図をＡ方向から視た矢視図、第４図（ａ）、（ｂ）は本
発明の原理説明図である。 第５図（ａ）、（ｂ）は従来装置を用いて再溶融硬化処
理を行う場合を示す説明図である。 １　・・・オシレート機構 １１・・・エアーシリンダ １２・・・モータ １３・・・駆動軸 １００　　・・・近接センサ １０２　　・・・駆動プーリ １１０　　・・・可動テーブル １１２　　・・・モータ ２　・・・揺動機構 ２０・・・支持部材 ２１・・・駆動軸 ２２・・・従動軸 ２３・・・鉛直リンク ２４・・・水平リンク ２６ａ　　・・・駆動プーリ ２６ｂ　　・・・従動プーリ ２８・・・タイミングベルト ２００　・・・案内溝 ２０２　　・・・ベアリング ３　・・・カムシャフト ３０・・・カム ３１・・・周面 ４　・　・　・　トーチ ５　・・・演算制御装置 ７　・・・マスターカム 特許出願人　　　富士電子工業株式会社代理人　弁理士
　大　西　孝　治 第３図 第４図（Ｅ）　　　　　　　　　第４図（１））第５図
（ａ） 第５図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）曲率半径が異なる周面を有する鋳造品の前記周面
   を再溶融してチル層を形成する再溶融硬化処理装置にお
   いて、前記鋳造品をこれの厚み方向に振動させる手段と
   、鋳造品の前記周面に対応した周面を有し、この鋳造品
   と連動して回転する主回転体と、鉛直面内で揺動自在に
   なった鉛直リンクと、該鉛直リンクを揺動させる駆動手
   段と、先、基端部に回動軸部を有し、前記鉛直リンクの
   上端部に基端部を回動自在に連結してある水平リンクと
   、先端側の回動軸部に連結してある加熱トーチと、両回
   動軸部に連繋してあり、前記加熱トーチを前記鉛直リン
   クの揺動量に対応付けて揺動させる連繋手段と、両回動
   軸部の揺動を案内するガイド溝を先、基端部に備えた支
   持部材と、該支持部材の中間部に取りつけてあり、下端
   に前記主回転体の前記周面上を転動する従回転体を有し
   、前記トーチと前記周面との離隔距離を一定値に設定す
   る高さ調整機構と、前記加熱トーチを前記鋳造品の周面
   に正対させるべく前記鉛直リンクの揺動量を制御する制
   御器とを具備することを特徴とする再溶融硬化処理装置
   。