JP2015117428A

JP2015117428A - 部分焼入れ品の製造方法

Info

Publication number: JP2015117428A
Application number: JP2013263650A
Authority: JP
Inventors: 仁志池谷; Hitoshi Iketani
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-20
Also published as: JP6213873B2

Abstract

【課題】ブランク材の端面に開口した穴の内面を焼入れした後に前記端面を切削加工する部分焼入れ品の形状を工夫してその製品の端面精度を切削加工のみで高められるようにすることを課題としている。【解決手段】ブランク材の端面に、その端面に開口した穴の周縁を落ち込ませる凹部を形成し、次いで、焼入れ領域が前記凹部の設置領域外に及ばない範囲で前記穴の内面を焼入れし、その後、前記凹部の深さ未満の領域を取代として前記穴が開口したブランク材の端面を切削加工するようにした。【選択図】図４

Description

この発明は、高周焼入れやレーザ焼入れなどによって端面に開口した穴の内面が焼入れされ、その後に端面が切削加工される部分焼入れ品の製造方法に関する。

首記の部分焼入れがなされる製品として、例えば、自動車エンジンの可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）のコントローラに用いられるスプロケットがある。

その可変バルブタイミング機構のスプロケットには、ロックピンを係合させるピン穴がスプロケットの端面に開口して設けられている。

そのピン穴は、変形や摩耗を抑制するために強化した穴にする必要がある。そのピン穴の強化を焼入れによって行うことが、例えば、下記特許文献１に記載されている。焼入れによる強化は、硬質ブッシュを埋める必要がなく、ブッシュレス化によるコスト低減や生産性向上が図れる。

特開２００４−２６３６４３号公報

先に述べた可変バルブタイミング機構のコントローラは、作動液が封入される進角室と遅角室を有している。その進角室と遅角室は、液洩れを防止する必要があり、前記ピン穴が開口したスプロケットの端面もそのための封止面として利用されている。

そのために、ピン穴が開口したスプロケットの端面には高い平面度が要求される。そこで、ピン穴の内面に部分焼入れを施した後にピン穴が開口したスプロケットの端面を切削加工してその端面の平面度を高める方法が採られている。

ところが、ピン穴の内面を焼入れすると穴が開口した端面のピン穴開口周りも同時に焼入れされる。これにより、切削加工するスプロケットの端面の硬さに差が生じ、高硬度部が難加工部となって平面度などの端面精度が低下する。

端面精度の状況によっては、端面の研磨加工が必要になるが、その研磨加工は切削後に別設備を用いて行うことになるため、設備費や加工費の面で不利になる。

また、段取り変えの工程なども必要になり、生産性にも悪影響がでる。

この発明は、端面に開口した穴の内面を焼入れした後に前記端面を切削加工する部分焼入れ品の形状を工夫してその製品の端面精度を切削加工のみで高められるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ブランク材の端面に、その端面に開口した穴の周縁を落ち込ませる凹部を形成し、次いで、焼入れ領域が前記凹部の設置領域外に及ばない範囲で前記穴の内面を焼入れし、その後、前記凹部の深さ未満の領域を取代として前記穴が開口したブランク材の端面を切削加工する。

なお、ここで言うブランク材は、穴面の焼入れと端面の切削加工を行う前の半製品を指す。

この発明の製造方法によれば、製品の端面の平面度を穴面の焼入れ後に行う切削加工のみで高めることができる。

この発明の方法で製造する製品の一例を示す斜視図である。図１の製品の穴形成部の拡大斜視図である。図１の製品の穴形成部の断面図である。図１の製品の穴形成部を、端面切削加工実施前の状態にして示す拡大断面図である。評価試験による平面度の測定結果をグラフ化して示す図である。評価試験による面粗さの測定結果をグラフ化して示す図である。

以下、この発明の部分焼入れ製品の製造方法の実施の形態を添付図面の図１〜図６に基づいて説明する。

図１に示したブランク材１は、可変バルブタイミング機構用のスプロケットに対するこの発明の製造方法の適用の可否を調べるために用いた可変バルブタイミング機構封止用の部品である。

このブランク材は、可変バルブタイミング機構用スプロケットの外周に形成される歯を省略したものであって、その他の箇所の仕様は、この発明の方法の適用を検討したスプロケットと同じである。

このブランク材１には、穴２を片側の端面３に開口して設けている。その穴２は、可変バルブタイミング機構用スプロケットのロックピンを係合させるピン穴を模したものにしている。

また、ブランク材１の端面３には、穴２の周縁を落ち込ませる凹部４を形成している。その凹部４は、フラットランドの底面４ａを有する凹部が好ましい。

また、その凹部の底面４ａのフラットランドの幅を０．７ｍｍ以上確保したものが好ましく、さらに、製造する製品が焼結体である場合には、前記凹部の側壁４ｂに３０°〜６０°程度の傾斜角を付与するのがよい。

例示の方法でブランク材１に設けた凹部４は、図４に示したフラットランドの底面４ａを有し、その底面４ａのランド幅Ｗが０．７ｍｍ以上あるものにしている。

また、図４に示した段差（＝凹部の深さ）Ｈが０．５〜０．７ｍｍ程度ある凹部にしている。その段差Ｈは、端面の切削加工による取代ｔ（図４参照）よりも大きい。

さらに、例示のブランク材１は、粉末冶金法で製造された焼結体であるので、原料粉末の圧粉成形に用いる金型の保護などのために、金型によって成形される側壁４ｂをα＝３０°〜６０°程度の角度で傾斜させた凹部にしている。

この発明は、このようなブランク材（図示のそれは焼結材）に穴面の焼入れと端面の切削加工を施して目的の製品に仕上げる。

穴２の内面の焼入れは、高周波焼入れやレーザ焼入れなどで行う。高周波焼入れは、焼入れ用のコイルを穴に挿入し、そのコイルに通電することで穴面を誘導電流によって発熱させて焼入れ温度に加熱し、その後、穴面を急冷する方法で行う。

レーザ焼入れも同様に穴の内面を焼入れ温度に加熱し、その後、穴面を急冷する方法で行う。

このときの焼入れは、図４に示した焼入れ領域（点々で示す部位）５が凹部４の設置領域外に及ばない範囲で行う。先に述べた可変バルブタイミング機構用スプロケットのピン穴については、焼入れ深さｄが最大で０．５ｍｍ程度要求されている。その要求を満たす焼入れ深さにすれば、焼入れ領域５は、フラットランドの幅Ｗを例えば０．７ｍｍに設定した製品の場合、凹部４の設置領域内に収まる。

穴面の焼入れを完了したら次にブランク材１の穴が開口した側の端面を切削加工する。製造する製品が可変バルブタイミング機構用のスプロケットの場合、切削加工での端面の取代ｔは、０．２ｍｍ程度に設定されている。従って、凹部４の深さを例えば０．５ｍｍに設定しておけば、端面の切削は、焼入れ領域５が含まれない領域のみについて実施されることになる。

このように、この発明の方法によれば、焼入れ領域５が含まれない領域、つまり、端面の硬さの差が無い領域のみが切削されるため、切削加工後の製品の端面の平面度や面粗さが、凹部４の無いブランクを同様に加工するもの（硬度差が生じた端面を切削加工するもの）に比べて著しく向上する。その効果が評価試験によって確認された。

評価試験は、穴２の開口部に凹部４を設けた図１のブランク材１と、比較用リングを用いて行った。比較用リングには、凹部４が無い。その他の仕様はブランク材１と同じである。

評価用の試料として、ブランク材１と比較用リングをそれぞれ６個準備し、各試料の穴面に同一条件で高周波焼入れを施した。そして、その後に、切削工具（バイト）を用いて同一条件で穴の開口している側の端面を切削した。

その後、切削面の平面度を、３次元測定器を使用して測定し、さらに、切削面の面粗さも測定器を用いて測定した。平面度の測定結果を表１と図５に、また、面粗さの測定結果を表２と図６にそれぞれ示す。

可変バルブタイミング機構用スプロケットの場合、コントローラの進角室と遅角室に面する端面の製品規格平面度は０．０２、その端面の製品規格面粗さは０．８００となっている。

この発明の方法で製造される製品は、評価試験の結果からわかるように、凹部無しで製造される製品に比べて平面度や面粗さが著しく高まっており、製品規格を余裕をもってクリアすることができる。

なお、ブランク材に設けた穴の周縁を落ち込ませる凹部は、穴面の焼入れ深さを目視判別する際の照合基準としても利用することができる。

焼入れされた箇所は変色する。その変色箇所がサイズの定まっている凹部の周壁からどれくらい離れているかを目視判別することで、変色箇所の寸法測定をせずに穴面の焼入れ深さを知ることが可能である。

なお、この発明の方法は、鉄系の溶製金属で作られる製品の製造にも適用することができる。溶製金属のブランクに設ける前述の凹部は、エンドミルなどで加工した側壁に傾斜の無いものであってもよい。

１ブランク材
２内面を焼入れする穴
３穴が開口した側の端面
４凹部
４ａ底面
４ｂ側壁
５焼入れ領域
Ｗランド幅
α 凹部の側壁の傾斜角
ｄ焼入れ深さ

Claims

ブランク材の端面に、その端面に開口した穴の周縁を落ち込ませる凹部を形成し、次いで、焼入れ領域が前記凹部の設置領域外に及ばない範囲で前記穴の内面を焼入れし、その後、前記凹部の深さ未満の領域を取代として前記穴が開口したブランク材の端面を切削加工する部分焼入れ品の製造方法。
前記凹部として、幅が０．７ｍｍ以上あるフラットランドの底面を有する凹部を設けて穴面の焼入れと端面の切削加工を行う請求項１に記載の部分焼入れ品の製造方法。
前記ブランク材が焼結体であり、前記凹部として、側壁に３０°〜６０°の傾斜角を付与した凹部を設けて穴面の焼入れと端面の切削加工を行う請求項１又は請求項２に記載の部分焼入れ品の製造方法。