JPH0257638A - カムの再溶融硬化処理方法 - 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］ 本発明はカムシャフトのカム摺動面の再溶融硬化処理方
法に関し、−層詳細には、ＴＩＧ、プラズマ等のアーク
を用いてカム摺動面を再溶融すると共に、粉末状の高硬
度金属を供給して耐摩耗性に優れた硬化層を形成する際
、カム摺動面の処理部形状に対応してパイロットガス量
および／または電流をコントロールすることにより前記
処理部全体の受熱量を調整して均一の厚さを有し且つ変
形等のない高精度な硬化層を形成することを可能とした
カムの再溶融硬化処理方法に関する。

［発明の背景］ 内燃機関に使用されるカムシャフトはバルブ開閉機構の
構成部品であり、他の構成部品が摺動するカム摺動面は
特に高い耐摩耗性が要求される個所の中の１つである。

この場合、金属素材のみで前記の要求通りの高い耐摩耗
性を有するカムを製造するためには特殊な合金を必要と
し、コスト面で問題となり側底採用することは出来ない
。

そこで、少なくともカム摺動面にカム自体を構成する金
属素材より高硬度な薄膜を形成すべく種々の硬化処理方
法が採用されるに至っている。その中で、カムの摺動面
をプラズマ等のアークを用いて再溶融した後、冷却処理
を施すことによりカム摺動面に硬化層を形成する、所謂
、再溶融硬化処理方法が好適な硬化処理方法として掲げ
られる。

すなわち、この再溶融硬化処理方法を第１図ａ乃至Ｃに
基づいて概略的に説明すると、先ず、第１図ａに示すよ
うに、カム２の頂点部４を水平方向に対し傾斜させ、こ
のカム２の摺動両立ち上がり部１０ａにプラズマトーチ
６を所定間隔を持たせて近接させる。次いで、このプラ
ズマトーチ６より立ち上がり部１０ａにプラズマアーク
８を当てながらカムシャフトＷを図に示す如く矢印Ｒ方
向（反時計方向）に回転させ、これによって前記カム２
の立ち上がり部１０ａ１頂点部４および立ち下がり部１
０ｂを再溶融している。

然しながら、かかる方法によると、立ち上がり部ｉ０ａ
の再溶融処理を行う際、溶融部分がその自重と前記立ち
上がり部１０ａの傾斜の存在を原因として前記プラズマ
アーク８の進行方向と反対側へ移動して凸状の溶融部１
２が形成され易い。特に、前記カム２の頂点部４近傍に
前記プラズマアーク８が到達した際、前記プラズマアー
ク８の照射方向に対する立ち上がり部１０ａの角度が大
きくなり、凸状の溶融部１２が前記立ち上がり部１０ａ
に沿って垂れ下がる虞が大きい。

一方、前記プラズマアーク８がカム２の頂点部４を越え
て立ち下がり部１０ｂを再溶融処理する際には、第１図
すに示す如く、溶融部分が未処理部分より高い位置にあ
る。このため、溶融部分の垂れ下がりは少ないがプラズ
マガス圧により比較的深い掘込部１４が形成されてしま
う。

この結果、カム２の摺動面の硬化層の深さが不均一なも
のとなると共に、前記摺動面に変形が生じてしまうとい
う不都合が露呈している。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、プラズマアークを用いてカム摺動面を再溶融す
ると共に粉末状の高硬度金属を供給して耐摩耗性に優れ
る硬化層を形成する際、カム摺動面の形状に対応してパ
イロットガス量および／または電流を制御することによ
りカム摺動面の受熱壷を調整し、これによって前記カム
摺動面に変形が生ずることを阻止し且つカム摺動面に均
一の厚さを有する硬化層を形成することを可能にしたカ
ムの再溶融硬化処理方法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、本発明はプラズマトーチ
等の加熱手段によりカムシャフトのカム摺動面に再溶融
硬化処理を施す処理方法において、前記プラズマトーチ
を前記カム摺動面に近接させ、次いで、前記プラズマト
ーチを前記カムシャフトの長軸方向に進退変位させなが
ら前記カム摺動面に粉末状の高硬度金属を供給して前記
カム摺動面を再溶融する際、前記カム摺動面の中、カム
立ち上がり部から頂部のゾーンに供給する前記プラズマ
トーチのプラズマガス量を頂部からカム立ち下がり部の
ゾーンに供給する前記プラズマガス量に比較して大とし
て再溶融硬化処理を施すことを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係るカムの再溶融硬化処理方法について
これを実施するための装置との関係において好適な実施
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２図に、ワークとしてのカムシャフトＷを把持部材に
把持させ、プラズマトーチにより再溶融硬化処理を行う
ところを示す。

すなわち、参照符号２０は再溶融硬化処理装置を示し、
当該装置１０はワークとしてのカムシャツ）Ｗを把持し
て回転させる駆動源であるモータ２２を含む。前記モー
タ２２の図示しない回転駆動軸にカムシャフトＷの一端
部を把持するチャック２４が取着されると共に、前記チ
ャック２４と対向する位置に前記力ムシャフ）Ｗの他端
部を支持するセンタ部材２６が設けられる。次に、前記
力ムシャフ）Ｗの上方には取付板２８ａ、２８ｂが互い
に対向して配設され、この取付板２８ａにモータ３０が
取着される。前記モータ３０の回転駆動軸（図示せず）
には長尺な送りねじ杆３２の一端が連結され、この送り
ねじ杆３２の他端は前記取付板２８ｂに回転自在に支承
される。

そこで、前記送りねじ杆３２に支持体３４が、図中、矢
印へ方向に移動可能に保持される。前記支持体３４は支
持部材３６を含み、この支持部材３６には後述するプラ
ズマトーチを把持する把持部材３６ａが設けられる。そ
して、前記支持部材３６内には図示しない駆動機構が設
けられ、前記把持部材３６ａを矢印Ｂ、Ｃ方向に変位自
在に構成している。

さらに、前記支持部材３６にプラズマトーチ３８が支持
される。このプラズマトーチ３８の一端にノズル部３８
ａが形成される一方、前記プラズマトーチ３８の他端に
は前記ノズル部３８ａを構成する後述するタングステン
電極と図示しない電源部とを接続すると共に、パイロッ
トガス噴射口、シールドガス噴射口に夫々ガスを供給す
るための管体３８ｂが接続されている。また、ノズル部
３８Ｈには図示しない金属粉末供給装置より金属粉末を
供給すべく金属粉末供給管３８Ｃが接続される。

次に、第３図にノズル部３８Ｈの部分拡大図を示す。図
示されるように、このノズル部３８ａは外筒体４０と内
筒体４２とから構成され、この外筒体４０と内筒体４２
との間にはシールドガス（不活性ガス）用通路４０ａが
形成される。内筒体４２の中央部にはパイロットガス通
路４２ａが形成され、さらに前記内筒体４２の先端部に
はこのパイロットガス通路４２ａに連通するパイロット
ガス噴出口４２ｂが穿設される。また、前記内筒体４２
のパイロットガス通路４２ａにはタングステン電極４４
が配設される一方、金属粉末を供給するための細管状の
金属粉末供給管３８Ｃが前記外筒体４０の外側より貫通
して前記内筒体４２の外周面４２Ｃに接するように設け
られている。

本発明に係る処理方法を実施するための再溶融硬化処理
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。

実験例■ 先ず、カムシャフトＷを再溶融処理装置２０のワーク把
持部材であるチャック２１１とセンタ部材２６間に把持
させる。次に、プラズマトーチ３８を支持する支持体３
４をモータ３０の作用下に送りねじ杆３２を回転させる
ことで移動させ、前記プラズマトーチ３８のノズル部３
８ａを再溶融硬化処理面であるカム６０のカム摺動面６
０ａに近接して位置決めする（第４図参照）。

そこで、プラズマトーチ３８を作動させる。すなわち、
図示しない電源部より管体３８ｂを介してタングステン
電極４４とワークとしてのカムシャフトＷ１間に高電圧
を印加し、プラズマアーク５２を発生させる。ここで、
第７図に示すように、プラズマアーク電流は１２０〜１
５０Ａ、好適には、例えば、１３０Ａに設定する。さら
に、前記ノズル部３８ａのシールドガス用通路４０ａよ
りシールドガスを噴出させ、また、前記ノズル部３８Ｈ
のパイロットガス噴出口４２ｂよりパイロットガスを噴
出させる。この際、パイロットガス量は１．０〜１．５
１／ｍｉｎ、好適には０．８１　／ｍｉｎに設定する。

このようにしてカム摺動面６０ａにプラズマアーク５２
が照射され、再溶融処理が開始される。

そして、カム摺動面６０ａの幅方向に前記プラズマアー
ク５２が行き渡るように前記プラズマトーチ３８を、第
４図中、矢印Ｃ方向（カムシャフトＷの長軸方向）に往
復変位させる。

次に、カムシャツ）Ｗを、第４図中、矢印り方向（反時
計回り方向）に回転させる。その際、プラズマトーチ３
８のノズル部３８ａがカム摺動面６０ａ上で第５図に示
す如き軌跡を描くよう前記プラズマトーチ３８並びにカ
ムシャフトＷの変位動作を制御する。第５図中、ａＳｂ
Ｓｃ、はカム摺動面６０ａの立ち上がり部を示し、夫、
々走査開始ゾーン、立ち上がり粗部、立ち上がり頂部を
示す。一方、０２以下はカム摺動面６０ａの立ち下がり
部を示し、Ｃ２は立ち下がり頂部、ｄは立ち下がり粗部
、ｅは走査終了ゾーンを示すものとする。

図から容易に諒解されるように、カムの立ち上がり部で
あるａ乃至Ｃ３において、走査開始ゾーンａでのノズル
部３８ａの軌跡のピッチ間隔は密であり、立ち上がり粗
部すでのピッチ間隔は粗であり、立ち上がり頂部ｃ、で
のピッチ間隔は前記走査開始ゾーンａと立ち上がり粗部
すのピッチ間隔の略中間である。

また、立ち下がり頂部Ｃ２と前記立ち上がり頂部Ｃ，に
右けるプラズマトーチ３８の軌跡のピッチ間隔は等しく
、立ち下がり粗部ｄと前記立ち上がり粗部すにおけるピ
ッチ間隔は等しく、さらに走査終了ゾーンｅと前記走査
開始ゾーンａにおけるピッチ間隔は等しい。これは、前
記プラズマトーチ３８と前記カム摺動面６０ａとの相対
角度が前記カム摺動面６０ａの部位によって異なること
による。

ところで、前記ノズル部３８ａに設けられた金属粉末供
給管３８ｃより前記プラズマアーク５２へ粉末状の高硬
度金属５４を送給してカム摺動面６０ａに合金層を形成
する。この合金層はカム摺動面６０ａの中、立ち上がり
粗部ｂ、立ち上がり頂部Ｃ１％立ち下がり頂部Ｃ２、立
ち下がり粗部ｄにおいてなされる。

ここで、プラズマトーチ３８は支持部材３６内に設けら
れた図示しない駆動機構により、第４図中、矢印Ｃ方向
に変位すると共に、カム摺動面６０ａの立ち上がり部ａ
乃至Ｃ３から立ち下がり部Ｃ２乃至ｅにおける前記プラ
ズマトーチ３８の離間距離を一定に保持すべく当該プラ
ズマトーチ３８を矢印Ｂ方向に適宜移動させる。

次に、プラズマアーク５２の照射位置が前記カム摺動面
６０ａの中、立ち下がり頂部ｃ２に至る際、前記パイロ
ットガス量を０．８β／ｍ　ｉ　ｎに調整する。また、
アーク電流は、前記立ち上がり部ａ乃至Ｃ１における再
溶融硬化処理工程時と同じ１３０Ａに設定する。

このように、カム摺動面６０ａをプラズマアーク５２に
より照射すると共に、粉末状の高硬度金属をプラズマア
ーク５２へ供給して前記カム摺動面６０ａの金属と共に
溶融させ、然る後、冷却してカム摺動面６０ａに硬化層
７０を形成している。

この際、本実験例では、カム摺動面６０ａの中、カム立
ち上がり部（ａ乃至Ｃ＋）を再溶融する時のパイロット
ガス量をカム立ち下がり部（Ｃ２乃至ｅ）の再溶融時の
パイロットガス量より大きく選択している。このため、
特に、カム立ち上がり部において処理温度を低く設定す
ることが出来、このカム立ち上がり部に溶融部の垂れに
よる凸状溶融部が形成されることを阻止することが可能
となる。一方、カム立ち下がり部におけるパイロットガ
ス量を減少させることにより、このカム立ち下がり部の
溶融部分にパイロットガス圧による掘込部が形成される
ことを防止している。従って、第６図に示すように、カ
ム摺動面６０ａには均一な厚さを有する硬化層７０が形
成されることになる。なお、この硬化層７０の厚さを実
際に測定したところ、２．０±１．０ｍｍであり、実用
上問題のない硬化層７０が得られたく第７図■参照）。

実験例■ パイロットガス量をカム立ち上がり部で１．２１／ｍｉ
ｎ　〜１．７β／ｍｉｎ、好ましくは、１．３５　Ａ　
／ｍｉｎとし、カム立ち下がり部に右いては０．４　ｊ
２　／ｍｉｎ　〜０．９β／ｍｉｎ　、好ましくは、０
．６１　／ｍｉｎとする。さらに、プラズマアーク電流
をカム立ち上がり部で１２０Ａ〜１４０　Ａ　、好まし
くは、１３０Ａに設定し、カム立ち下がり部で９０Ａ〜
１２０Ａ、好ましくは、１１０Ａに設定する。

このように、第２の実験例では、パイロットガス量の他
、プラズマアーク電流をカム立ち上がり部とカム立ち下
がり部とで夫々異なる値に設定している。これによって
、硬化層７０の厚さが２．０±Ｑ、　５ｍｍとなり、よ
り一層均−な厚さの硬化層７０が得られた（第７図■参
照）。

実験例■ パイロットガス量をカム立ち上がり部において１．２１
　／ｍｉｎ〜１．７β／ｍｉｎ、好ましくは、１．２５
β／ｍ　ｉ　ｎとし、カム立ち下がり部においてＱ、　
４　Ｒ／ｍｉｎ　〜０．９　ｊｉ！　／ｍｉｎ、好まし
くは、０．８１／ｍ　ｉ　ｎに設定する。さらに、プラ
ズマアーク電流を走査開始ゾーンａにおいて１５Ａ〜２
５Ａ１好ましくは、２０Ａ１カム立ち上がり粗部すにお
いて１４０八〜１６０　Ａ　、好ましくは１５０　Ａ　
、カムの頂点部ＣＩ、Ｃ２において８０Ａ〜１２ＯＡ　
、好ましくは、１０５Ａ、また、カム立ち下がり粗部ｄ
において１２０Ａ〜１４０Ａ、好ましくは１３０Ａ。

走査終了ゾーンｅにおいて４０Ａ〜６０Ａ１好ましくは
、４５Ａとする。

すなわち、第３の実験例においては、カム摺動面６０ａ
におけるプラズマトーチの蛇行軌跡のピッチに応じてプ
ラズマアーク電流を制御しているのでカム摺動面６０ａ
に形成される硬化層の厚さは２．０±Ｑ、　２ｍｍとな
り、極めて高品質な硬化層７０が得られた（第７図■参
照）。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、プラズマアークを用い
てカム摺動面を再溶融すると共に、粉末状の高硬度金属
を供給してカム摺動面に硬化層を形成する際、カム摺動
面の中、カム立ち上がり部から頂部のゾーンと、頂部か
らカム立ち下がり部のゾーンとに応じてプラズマガス量
および／またはプラズマ電流を調節し、さらにカム摺動
面における前記プラズマトーチの蛇行軌跡のピッチ間隔
に応じてプラズマ電流を制御している。このため、カム
摺動面が必要以上に大きな受熱量やガス圧を受けること
を防止し、前記カム摺動面に均一な厚さの硬化層を形成
することが可能となる。これによって、二次加工等の仕
上げ研磨を施す工程を省略することが出来ると共に、耐
摩耗性に優れるカム摺動面を形成し得るという効果が得
られる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
例えば、再溶融硬化処理としてプラズマを採用する代わ
りに、ＴＩＧ等の任意の手段が使用可能である等、本発
明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ａおよびｂは従来技術に係る再溶融硬化処理法に
より加工する際の作用説明図、第２図は本発明方法を実
施するための再溶融硬化処理装置の一部省略断面図、 第３図は第２図に示すプラズマトーチの部分拡大断面図
、 第４図は当該装置を構成するプラズマトーチとカムシャ
フトとの斜視説明図、 第５図は第４図においてプラズマトーチがカム摺動面上
を変位する軌跡を示す図、 第６図は本発明方法に基づいて処理されたカムの断面図
、 第７図は本発明に係る再溶融硬化処理方法の実験例■乃
至■の処理条件を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマトーチ等の加熱手段によりカムシャフト
   のカム摺動面に再溶融硬化処理を施す処理方法において
   、前記プラズマトーチを前記カム摺動面に近接させ、次
   いで、前記プラズマトーチを前記カムシャフトの長軸方
   向に進退変位させながら前記カム摺動面に粉末状の高硬
   度金属を供給して前記カム摺動面を再溶融する際、前記
   カム摺動面の中、カム立ち上がり部から頂部のゾーンに
   供給する前記プラズマトーチのプラズマガス量を頂部か
   らカム立ち下がり部のゾーンに供給する前記プラズマガ
   ス量に比較して大として再溶融硬化処理を施すことを特
   徴とするカムの再溶融硬化処理方法。
2. （２）請求項１記載の方法において、前記カムシャフト
   におけるカムの摺動面の中、カム立ち上がり部から頂部
   のゾーンにおけるプラズマアーク電流を頂部からカム立
   ち下がり部のゾーンにおけるプラズマアーク電流に比較
   して大として再溶融硬化処理を施すことを特徴とするカ
   ムの再溶融硬化処理方法。
3. （３）請求項１記載の方法において、前記カムシャフト
   におけるカム摺動面における前記プラズマトーチの蛇行
   軌跡のピッチ間隔に応じてプラズマアーク電流を調整し
   再溶融硬化処理を施すことを特徴とするカムの再溶融硬
   化処理方法。