JPH04187755A - クランクシヤフトおよびその製法 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
等が飛躍的に向上しているクランクシャフトおよびその
製法に関するものである。
ように、そのジャーナル部22aがエンジン20のクラ
ンクケース21に設けた軸受部23に回転自在に支受さ
れ、ピン部22bとコンロッド24とが回転自在に連結
されており、燃焼室25での爆発力によるピストン26
の下降時に、クランクシャフト22に加わる力は上記軸
受部23を中心としてクランクシャフト22を湾曲させ
るように作用する。したがって、軸受部23の軸受メタ
ル27に対するジャーナル部22aを耐久性に冨んだも
のとする必要がある。
を特定し、鋼材自体の高い耐久性により、ジャーナル部
22aの耐久性を向上させることが行われている。しか
しながら、このようにする場合には、材料のコストアッ
プ、高重量化等の問題を生じる。
トアップや高重量化を招くことなく、ジャーナル部の耐
久性を高めることをその目的とする。
トのジャーナル部の表面層が、硬質窒化層に形成されて
いるクランクシャフトを第1の要旨とし、クランクシャ
フトのジャーナル部をフッ素系ガス雰囲気下で加熱状態
で保持してその表面にフッ化膜を生成した後、窒化雰囲
気下で加熱状態で保持して上記ジャーナル部の表面層に
硬質窒化層を形成するクランクシャフトの製法を第2の
要旨とする。
ル部の表面層が硬質窒化層に形成されているものであり
、クランクシャフト全体が硬質材料で構成されているも
のではないため、安価で、それ程重量も重くなく、しか
も耐久性に富んでいる。また、本発明の方法は、クラン
クシャフトのジャーナル部をフッ素系ガス雰囲気下で加
熱状態で保持してその表面にフッ化膜を生成した後、窒
化雰囲気下で加熱状態で保持して上記フッ化膜を除去す
ると同時に、その除去跡(上記ジャーナル部の表面層)
を硬質の窒化層に形成するようにしている。この方法は
、窒化処理に先立ってフッ化処理をすることにより、ジ
ャーナル部表面を清浄化すると同時に活性化するため、
窒化層を均一にかつかなり深く迄形成することができ、
硬質窒化層の層厚を均一にかつ厚くできるようになる。
3.BF、、CF、、HF、SF6.F。
不活性ガス中に含有させたもののことをいう。これらフ
ッ素源成分の中でも、反応性、取扱い性等の点でNF、
が最も優れており実用的である。
素系ガス雰囲気下で、上記クランクシャフト(鋼製、例
えばステンレス鋼)のジャーナル部(ジャーナル部以外
の部分を公知の硬化防止剤を塗布してマスキングした状
態にしておく)を、例えばN F sの場合、250〜
400″Cの温度に加熱保持し上記ジャーナル部の表面
を処理した後、公知の窒化用ガス例えばアンモニアを用
いて窒化処理(または浸炭窒化処理)を行う。このよう
なフッ素系ガスにおけるN F s等のフッ素源成分の
濃度は、例えば1000〜1100000ppであり、
好ましくは20000〜70000 、p pm、より
好ましイノは30000〜5ooooppmである。こ
のようなフッ素系ガス雰囲気中での保持時間は、鋼種、
クランクシャフトの形状寸法、加熱温度等に応じて適当
な時間を選べばよく、通常は数分ないし数十分である。
示す鋼製のクランクシャフト22(ジャーナル部以外マ
スキングされている)のジャーナル部22aを例えば脱
脂洗浄し、第1図に示す熱処理炉lに装入する。この炉
1は、外殻2内に設けたヒータ3の内側に内容器4を入
れたビット炉で、ガス導入管5と排気管6が挿入されて
いる。ガス導入管5にはボンベ15.16から流量計1
7゜バルブ18等を経由してガスが供給される。内部の
雰囲気はモータ7で回転するファン8によって撹拌され
る。上記クランクシャフト22は金属製のコンテナ11
に入れて炉内に装入される。図中、13は真空ポンプ、
14は除害装置である。この炉中にフッ素系ガス、例え
ばNF、とN2の混合ガスを導入し、所定の反応温度に
加熱する。NF、は250〜400℃の温度で活性基の
フッ素を発生し、これにより上記ジャーナル部22aの
表面の有機、無機系の汚染を除去すると同時に、このフ
ッ素が上記ジャーナル部22aの表面のFe、クロム生
地ないしはFe O,Fe30z、Cr2O5等の酸化
物と次式に示すように反応し、ジャーナル部22aの表
面に、FeFz、FeFz、CrF、、CrFa等の化
合物を組織中に含むごく薄いフッ化膜を形成する。
zCrz (h +4F−+2CrFz +3/20z
この反応により、上記ジャーナル部22aの表面の酸化
皮膜はフッ化膜に変換され、表面に吸着されていた02
も除去される。そして、このようなフッ化膜は、02
、Hz 、Hz Oが存在しない場合、600°C以下
の温度で安定であって、後続の窒化処理までの間におけ
る金属素地への酸化皮膜の形成や0□の吸着を防止する
。また、このようなフッ化処理では、その第1段階で炉
材表面に対してフッ化膜が形成されることとなることか
ら、その膜によって以後の炉材表面に対するフッ素系ガ
スに基づく損傷が防止されるようになる。
部23を引き続き480〜700 ’Cの窒化温度に加
熱し、その状態でN H3、あるいはNH3と炭素源を
有するガス(例えばRXガス)との混合ガスを添加する
。これにより、上記フッ化膜が、F2または微量の水分
によって例えば次式のように還元あるいは破壊され、そ
れによって活性な金属素地が形成される。
eFs +3Hz →2Fe+6HFこのようにして、
活性な金属素地が形成されると同時に、活性なN原子が
金属内に侵入、拡散してゆき、その結果、金属素地表面
にCrN、Fe。
物層(窒化層)が形成される。ついで、処理後、クラン
クシャフト22のマスキングをとることが行われる。
同様であるが、従来法では、常温より窒化温度まで上昇
する間に形成される酸化皮膜や、このとき吸着される0
□分によって表面の活性度が低下しているので、N原子
の表面吸着の度合いが低く、不均一である。また、この
ような不均一性は、N Hxの分解の度合いを炉内で均
一に保つことが実際上困難であることによっても拡大さ
れる。本発明の方法では、上記ジャーナル部22aの表
面におけるN原子の吸着が均一かつ迅速に行われるので
、上記のような問題は生じない。
図に示すように、そのジャーナル部22aの表面層が硬
質窒化層Aで形成されていることから、耐久性に冨んで
いる。
2の軸受としてころがり軸受31が使用されている。そ
れ以外の部分は第4図と実質的に同じである。この場合
には上記クランクシャフト22のジャーナル部23とと
もにころがり軸受31(特に、玉等の転動体とその保持
器)を本発明の窒化処理方法により窒化処理する。これ
により、ころがり軸受31自身の摩擦抵抗が軽減され、
しかも、上記ジャーナル部22aところがり軸受31と
の嵌合が一層堅固なものになる。
ナル部22aだけを、この発明の窒化処理方法により窒
化処理しているが、クランクシャフト22の全体にも、
ジャーナル部23と同様に、本発明の方法による窒化処
理をしてもよい。
ものを用いているが、アルミニウム、チタン等の鋼基外
の金属材で構成しても上記と同様の効果が得られる。
シャフトの全体を硬質材料で構成しているのではなく、
ジャーナル部の表面層を硬質窒化層で構成しているため
、安価で重量も重くなく、しかも耐久性に冨んでいる。
理を行う。これにより、ジャーナル部の表面の酸化皮膜
等の不働態皮膜がフッ化膜に変化し、ジャーナル部の表
面の保護が行われる。したがって、フッ化膜の形成から
窒化処理の間に時間的な経過があっても、上記ジャーナ
ル部の表面に形成されたフッ化膜は゛良好な状態で上記
ジャーナル部の表面の保護を行う結果、上記ジャーナル
部の表面に対する再度の酸化皮膜が防止される。このフ
ッ化膜は後続の窒化処理時に分解除去され、それによっ
て上記ジャーナル部の表面が露呈するようになる。この
露呈された金属表面は活性な状態となっていることから
、窒化処理におけるN原子はジャーナル部内に浸透しや
すくなっており、上記N原子は深く均一に浸透する。こ
れにより、ジャーナル部の表面層が、厚みが厚く、かつ
均一な硬質窒化層に形成される。
00Xφ25m)のジャーナル部およびビン部をトリク
ロロエタン洗浄した後、このジャーナル部およびピン部
以外の部分をマスキングして、第1図に示すような熱処
理炉1に入れ、NF。
15分間保持した。その後530℃に加熱し、50%N
H,+50%Nzの混合ガスを炉内に導入して3時間窒
化処理を行い、しかるのち空冷して取り出した。
の窒化層の厚みは10〜70μmであり、その表面硬度
は1000〜1350Hvであった。この表面硬度は、
従来知られた方法で窒化処理したものと比べて、はるか
に大きくなっている。
第2図はクランクシャフトのジャーナル部の窒化層の状
態を示す断面図、第3図および第4図はクランクシャフ
トを組込んだエンジンの要部の断面図である。 1・・・熱処理炉 22・・・クランクシャフト 23
・・・クランクシャフトのジャーナル部特許出願人
大同酸素株式会社 代理人 弁理士 西 藤 征 音 節2図 第3図
Claims (2)
- (1)クランクシャフトのジャーナル部の表面層が、硬
質窒化層に形成されていることを特徴とするクランクシ
ャフト。 - (2)クランクシャフトのジャーナル部をフッ素系ガス
雰囲気下で加熱状態で保持してその表面にフッ化膜を生
成した後、窒化雰囲気下で加熱状態で保持して上記ジャ
ーナル部の表面層に硬質窒化層を形成したことを特徴と
するクランクシャフトの製法。
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