JPH01116025A - ワークの焼入れ方法 - 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、回転するワークに対し高密度集中エネルギを
照射することにより焼入れ処理を施す方法に関し、特に
例えば自動車等車両におけるエンジン部品としてのクラ
ンクシャフト等、いわゆる軸物と呼ばれるワークの焼入
れ方法の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、例えば自動車等車両のエンジン部品としてのク
ランクシャフトや、トランスミッションを構成するメイ
ンシャフト等の軸物には、その硬度を高めるために焼入
れが施されている。

ところで、上記軸物が例えばトランスミッションギヤと
してのセカンダリシャフトギヤである場合には、スラス
トワッシャ溝が焼入れ時の熱影響により大きく歪むこと
から、該スラストワッシャ溝の溝加工は焼入れ後に行わ
なければならない。

そのため、上記セカンダリシャフトギヤの焼入れ後に溝
加工されたスラストワッシャ溝部分は、母材が剥き出し
の状態となって疲労破壊の起点となるおそれがある。特
に、近年におけるエンジンの高出力化に伴い、上記セカ
ンダリシャフトギヤには、大きな伝達トルクが作用する
ことから、上記スラストワッシャ溝部分に疲労破壊が起
こり易くなる。

そこで、このスラストワッシャ溝部分の疲労強度の向上
を図るべく該スラストワッシャ溝部分に局部的に焼入れ
を施す必要がある。しかし、一般的な焼入れ方法である
高周波焼入れ等では、スラストワッシャ溝部分に局部的
に焼入れを施すことは構造上の問題からでき難く、例え
ばレーザビーム等の高密度集中エネルギを用いる焼入れ
方法によるほかはない。

そして、このように、セカンダリシャフトギヤ等の軸物
のワークに対し局部的に焼入れを施す方法として、例え
ば特開昭５７−１５２４１９号公報に開示されているよ
うに、鋳鉄製シリンダヘッドの吸気バルブおよび排気バ
ルブが衝突するバルブシート面にレーザビームを照射す
ることにより、該バルブシート面の金属組織を高硬度の
マルテンサイト組織に改質せしめるようにする方法が知
られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の公報例の如くレーザビームの照射によ
る焼入れ方法では、一般的な焼入れ方法である高周波焼
入れ等と異なり、ワークの自己冷却によって焼入れが完
了するため、ワーク内部側がワーク表面側に比べて急冷
する。このようにワーク内部側が急冷すると、ワークの
焼入れによる高硬度のマルテンサイト組織がワーク表面
から幾分内部側に入ったところに生成する。つまり、ワ
ークにおける最大硬度箇所はワーク最表面ではなくその
内部側になる。したがって、ワークの疲労強度がワーク
最表面の硬さに左右されることに鑑みれば、レーザビー
ム等の高密度集中エネルギを照射することによる局部的
な焼入れ方法は、疲労強度対策のより一層の向上を図る
上で改善の余地がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、上述の如くセカンダリシャフトギヤ
等の軸物のワークに対し高密度集中エネルギを局部的に
照射する際、ワークの回転速度を適切にコントロールす
ることにより、ワーク内部側がワーク表面側に比べて急
冷するのを抑制し得、これによりワーク表面側に高硬度
のマルテンサイト組織を生成せしめ、よってワーク最表
面の硬度を最大に確保して疲労強度のより一層の向上を
図らんとすることにある。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、上述
の如きセカンダリシャフトギヤ等の軸物の回転するワー
クに対し高密度集中エネルギを照射することにより焼入
れ処理を施す方法として、まず、上記高密度集中エネル
ギの照射出力を予め焼入れ出力に固定した状態で、かつ
上記ワークを焼入れ時における所定のワーク回転速度よ
りも速い速度で回転させた状態で、該ワークを上記高密
度集中エネルギの照射により加熱する。次いで、該ワー
クの高密度集中エネルギ照射箇所が所定温度に加熱され
た段階で、上記ワークの回転速度を上記所定回転速度ま
で減速してワークを上記高密度集中エネルギの照射によ
り焼入れ処理する方法にする。

（作用） 上記の構成により、本発明方法では、焼入れに供された
高速回転するワークに対し照射出力を予め焼入れ出力に
固定した高密度集中エネルギが照射され、その後、上記
ワークの高密度集中エネルギ照射箇所が所定温度に加熱
されると、ワークの回転速度が焼入れ時における所定回
転速度まで減速せしめられ、上記高密度集中エネルギの
照射によりワークが焼入れ処理される。このように、高
密度集中エネルギの照射初期時、ワークを高速回転させ
ることによりワークの高密度集中エネルギ照射箇所全体
が均一に予熱されることから、ワークが高密度集中エネ
ルギ照射後に自己冷却する際、ワーク内部側がワーク表
面側に比べて急冷するのが上記予熱の熱影響によって抑
制され、これによりワーク表面側に高硬度のマルテンサ
イト組織を生成し得、よってワーク最表面の硬度を最大
に確保して疲労強度のより一層の向上が図られることと
なる。また、上述の如くワークは高密度集中工ネルギ照
射初期時に予熱されることから、この予熱によってワー
ク表面に薄い酸化膜が形成され、これによりワークに対
し照射される高密度集中エネルギの反射率を低減せしめ
てその吸収性の向上が図られることにもなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るワーク焼入れ方法を自動
車等車両におけるトランスミッション部品としてのセカ
ンダリシャフトギヤ１に適用した場合を示す。該セカン
ダリシャフトギヤ１は、炭素含有量が０．１７〜０．２
３重量％のクロム鋼鋼材からなり、浸炭焼入れ後にスラ
ストワッシャ溝１ａが溝加工により形成されている。こ
のように、該スラストワッシャ溝１ａの溝加工を浸炭焼
入れ後に行うのは、セカンダリシャフトギヤｌの焼入れ
時に溝加工しておくと、スラストワッシャ溝１ａが焼入
れ時の熱影響により太き（歪むことから、この熱歪を防
止すべく溝加工を焼入れ後に行う必要があるからである
。したがって、上記セカンダリシャフトギヤ１のスラス
トワッシャ溝１ａ部分はその母材が剥き出しの状態とな
っていて、疲労破壊の起点となるおそれがあることから
、さらに、スラストワッシャ溝１ａ部分を局部的に焼入
れする必要があるのである。なお、上記セカンダリシャ
フトギヤ１は外径が３６ｍｍに、スラストワッシャ溝１
ａの深さおよび幅が共に３相にそれぞれ設定されている
。

次に、上記セカンダリシャフトギヤ１のスラストワッシ
ャ溝１ａ部分の焼入れ要領を説明するに、まず、セカン
ダリシャフトギヤ１を駆動源としてのモータ２の図示し
ない回転軸に回転支持具３を介して回転一体に連結して
片持ち支持させる。

次いで、上記モータ２を、予めセカンダリシャフトギヤ
１の焼入れ条件に応じて回転時間および回転速度を設定
するコントローラ４の制御により回転駆動させ、上記セ
カンダリシャフトギヤ１をその焼入れ時における所定の
ワーク回転速度よりも速い速度、例えば６０ｒｐｍで高
速回転させる。

そして、この高速回転するセカンダリシャフトギヤ１の
スラストワッシャ溝１８に照射出力を予め焼入れ出力に
固定した高密度集中エネルギとしてのＣＯ２レーザビー
ム等のレーザビームＡを、その焦点を１６．０ｍｍはず
した状態で、かつ照射出力を例えば１．６Ｋｗの焼入れ
出力に固定した状態で６秒間照射する。この際、アシス
トガスとしてＡｒガスを用いる。そして、このレーザビ
ームＡの照射により、上記セカンダリシャフトギヤ１の
レーザビームＡ照射箇所、つまりスラストワッシャ溝１
ａ部分全体が所定温度に均一に加熱され、その表面に薄
い酸化膜（図示せず）が形成される。

その後、上記セカンダリシャフトギヤ１のスラストワッ
シャ溝１ａ部分が所定温度に加熱された段階で、セカン
ダリシャフトギヤ１をコントローラ４の制御により上記
焼入れ時における所定回転速度、例えば２０ｒｐｍの低
速回転まで減速させ、レーザビームＡをスラストワッシ
ャ溝１ａ部分に４秒間照射して焼入れ処理する。

このように、本実施例では、セカンダリシャフトギヤ１
のスラストワッシャ溝１ａ部分の焼入れ初期時に、セカ
ンダリシャフトギヤ１の回転速度を高速回転させること
によりスラストワッシャ溝１ａ部分全体を均一に予熱し
ていることから、該スラストワッシャ溝１ａ部分がレー
ザビームＡ照射後に自己冷却する際、スラストワッシャ
溝１ａ部分内部側がその表面側に比べて急冷するのを上
記予熱の熱影響によって抑制せしめ、これによりスラス
トワッシャ溝１ａ部分表面側に高硬度のマルテンサイト
組織を生成し得、よってスラストワッシャ溝１ａ部分最
表面の硬度を最大に確保して疲労強度のより一層の向上
を図ることができる。

このことを実証するために、上述の如き要領にてセカン
ダリシャフトギヤ１のスラストワッシャ溝１ａ部分に焼
入れを施した本実施例の硬度データを比較例の硬度デー
タと共に第２図に示す。なお、比較例のデータは、セカ
ンダリシャフトギヤ１をその焼入れに必要な回転速度で
もって定速回転せしめた状態でレーザビームＡをスラス
トワッシャ溝１ａ部分に照射して得たものである。この
データより明らかな如く、実線にて示す本実施例では、
スラストワッシャ溝１８部分の最表面が最も硬くビッカ
ース硬度（Ｈｖ）で５５０であったが、破線にて示す比
較例では、最硬度部分は表面から約０．２２ｍｍ離れた
ところにあり、最表面はビッカース硬度で４５０と低く
なっていた。したがって、本実施例では、スラストワッ
シャ溝１ａ部分の疲労強度の上昇率（Ｈ）が比較例に比
べてビッカース硬度で１００はど向上していることが判
る。

さらに、上記実施例では、セカンダリシャフトギヤ１の
スラストワッシャ溝１ａ部分をその焼入れに先立って予
熱する手段として、モータ２の回転速度をコントローラ
４によって制御することにより行うので、例えばレーザ
ビームＡの照射出力を制御する方法に比べて非常に精度
良くかつ簡単に制゛御し得、効率の良い熱処理方法であ
るといえる。

また、上記実施例では、上述の如くセカンダリシャフト
ギヤ１のスラストワッシャ溝１ａ部分表面には、レーザ
ビームＡ照射初期時に予熱されることによって薄い酸化
膜が形成されていることから、この酸化膜によってレー
ザビームＡの反射率が低減されてその吸収性の向上を図
ることができるというメリットをも存する。

なお、上記実施例では、高密度集中エネルギとしてレー
ザビームＡを用いたが、これに限らず、例えば電子ビー
ムであっても同様の作用効果を得ることができるもので
ある。

また、上記実施例では、焼入れに供するワークがセカン
ダリシャフトギヤ１である場合を示したが、これに限ら
ず、例えばエンジン部品のクランクシャフト等の軸物で
あってもよく、さらには自動車等車両以外の軸物部品に
も適用可能なことはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明方法によれば、焼入れ時に
おける所定のワーク回転速度よりも速い速度で回転する
ワークに高密度集中エネルギをその照射出力を予め焼入
れ出力に固定した状態で照射することによりワークの高
密度集中エネルギ照射箇所全体を均一に予熱し、次いで
、上記ワークをその高密度集中エネルギ照射箇所が所定
温度にに加熱された段階で、上記焼入れ時における所定
回転速度まで減速させるので、高密度集中エネルギ照射
後にワーク内部側がワーク表面側に比べて急冷するのを
上記予熱の熱影響によって抑制し得、これによりワーク
最表面の硬度を最大に確保して疲労強度のより一層の向
上を図ることができる。

また、上記予熱によってワーク表面に形成された酸化膜
により、高密度集中エネルギの反射率を低減してその吸
収性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るワーク焼入れ方法をセカ
ンダリシャフトギヤのスラストワッシャ溝に適用した説
明図、第２図はセカンダリシャフトギヤのスラストワッ
シャ溝に焼入れを施した本実施例の硬度データを比較例
の硬度データと共に示すデータである。 １・・・セカンダリシャフトギヤ、１ａ・・・スラスト
ワッシャ溝、Ａ・・・レーザビーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転するワークに対し高密度集中エネルギを照射
   することにより焼入れ処理を施す方法であって、上記高
   密度集中エネルギの照射出力を予め焼入れ出力に固定し
   た状態で、かつ上記ワークを焼入れ時における所定のワ
   ーク回転速度よりも速い速度で回転させた状態で、該ワ
   ークを上記高密度集中エネルギの照射により加熱し、次
   いで、該ワークの高密度集中エネルギ照射箇所が所定温
   度に加熱された段階で、上記ワークの回転速度を上記所
   定回転速度まで減速してワークを上記高密度集中エネル
   ギの照射により焼入れ処理することを特徴とするワーク
   の焼入れ方法。