JPH111715A

JPH111715A - 車両用部材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH111715A
Application number: JP15195297A
Authority: JP
Inventors: Nariaki Yamanaka; 成昭山中; Toshinori Matsuda; 敏則松田
Original assignee: Kubota Iron and Machinery Works Ltd; Kubota Tekkosho KK
Current assignee: Kubota Iron and Machinery Works Ltd; Kubota Tekkosho KK
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JP3154229B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い生産性でもって低コストで製造できるよ
うにする。【解決手段】フェライト化した球状黒鉛鋳鉄からなる
素材の外周部、あるいは穴の内周部に歯車等の歯形ある
いは摺動面等の接触部を形成し、この接触部を含む全体
にオーステンパ処理を施した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの回転軸
に取り付けられ、かつ、外周部にスタータ歯車に噛合す
る歯車を有するフライホィールや、自動車の懸架装置の
構成部材として用いられる、ボス部の穴に耐摩耗性摺動
部を有するロアーアームやアッパアーム、さらにボール
ジョイント用ソケットのように、部材の外周部に歯形を
もち、ボス部の穴の内周部にセレーションの歯部を有す
る部材や摺動面を有する部材等の車両用部材及びその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記車両用部材のうち、例えば、従来の
フライホィールは、断面形状が角状になっている棒状の
鋼材（Ｓ４８Ｃ相当）を、リング状に成形して、その両
端をフラッシュパット溶接等にて結合してからこれの外
周に歯車を切削加工して図１（ａ），（ｂ）に示すよう
な環状素材ａを作り、この環状素材ａを、図２に示すよ
うに、鋳物（ＦＣ２５相当）の必要部分に機械加工して
形成してなるフライホィール本体ｂの外周部に焼ばめに
て嵌合結合し、あるいは嵌合後溶接結合して製造されて
いる。また、歯車部分は局部的に強度を必要とするので
高周波焼き入れを行っている。また、自動車のクランク
軸歯車、オイルポンプ歯車、パーキング歯車等の歯車類
は鍛造成形後、歯部を機械加工していた。

【０００３】また、パーキングギヤ及びロアーアームや
アッパアーム及びボールジョイント等の懸架装置に用い
られる回転部材等の耐摩耗性強度を必要とする車両用部
材は熱間鍛造した後に、穴加工及びこの穴の内面にブッ
シュ圧入等を必要としていた。さらに必要に応じて必要
な部分を高周波焼き入れを行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のフライホィ
ール等の車両用部材の製造方法では、鋼材からなる環状
素材ａと鋳物からなるフライホィール本体ｂからなるた
め、機械加工が多く、製造コストが高くなり、また、焼
ばめや溶接加工により変形するため、全面振れ検知歪修
正を行う必要があった。

【０００５】上記フライホィールの場合は、エンジンの
回転作動を円滑にするためのイナーシャ（慣性力）は、
軸心部より外周部の重量が効果的であり、理想的には、
外周部の重量が大きく、軸心部の重量が最小限になるよ
うにするのが望ましい。

【０００６】ところが、上記従来のフライホィールにあ
っては、フライホィール本体ｂが片状黒鉛鋳鉄（ねずみ
鋳鉄、ＦＣ２５相当）にて形成されていたため、これの
軸心部付近の肉厚を減じることは強度上できなかった。

【０００７】すなわち、この種のフライホィールでは、
回転中心付近には遠心力による応力が積算集中されるた
め、フライホィール本体を上記した片状黒鉛鋳鉄で構成
した場合、これの強度が低いため、この回転中心部とな
る軸心部付近の肉厚を減じると、この部分にバースト
（破壊）が発生してしまうことがある。

【０００８】また、従来の片状黒鉛鋳鉄で構成したフラ
イホィール本体では、これに設けたクラッチ板摺面が、
過度な使用時に、この表面が摩耗して、スムーズなクラ
ッチ作動ができなくなる恐れがある。

【０００９】さらに、スタータモータを回転してエンジ
ンを始動する際に、耳障りな異音が発生する場合が多い
が、従来のフライホィールは、リング状歯車が鋳鉄製の
フライホィール本体ｂに嵌着した環状素材ａにリング状
歯車を設けてあること、及びこの環状素材ａが鋼材（Ｓ
４８Ｃ相当）よりなることにより、この部分の上記騒
音、振動に対する減衰能が低く、スタート時の騒音の発
生は抑制できなかった。

【００１０】また、従来のロアーアームやアッパアーム
等の懸架装置部材やパーキング歯車等の回転部材は、主
としてその強度上のことから鍛造にて成形されていたた
め、１つの素材から、複数の工程を経て成形されるとい
う多くの手間がかかるという問題があった。

【００１１】本発明は上記のことにかんがみなされたも
ので、高い生産性でもって低コストで製造でき、またフ
ライホィールの場合、外周部に比較して中心部の肉厚を
薄くできてイナーシャ性能が向上でき、また、クラッチ
板の摺接面の摩耗による表面荒れが防止でき、さらにエ
ンジンスタート時におけるリング状歯車部での異音の発
生を低減できるように、またパーキング歯車やロアーア
ーム、アッパアームの場合も、鋳物にて構成できるよう
にした車両用部材及びその製造方法を提供することを目
的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る車両用部材は、フェライト化した球状
黒鉛鋳鉄からなる素材の外周部、あるいは穴の内周部に
歯車等の歯部あるいは摺動面等の接触部を形成し、この
接触部を含む全体をオーステンパ処理した構成となって
いる。また上記車両用部材の接触部にショットピーニン
グを施し、また接触部に高周波焼き入れを施すと共に、
この部分にショットピーニングを施した。

【００１３】また、この車両用部材の素材の化学成分
が、Ｃ：３．５〜４．２ｗｔ％、Ｓｉ：０．９〜２．４
ｗｔ％、Ｍｎ：０．３〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．０１
〜０．０６ｗｔ％、残りＦｅになっている。

【００１４】また、本発明に係る車両用部材の製造方法
は、球状黒鉛鋳鉄にて鋳造成形された素材をフェライト
化し、その後、この素材の外周部あるいは穴の外周部
に、塑性加工あるいは機械加工のいずれかの加工方法に
て歯部あるいは摺動面等の接触部を形成し、ついで、こ
の接触部を含む全体をオーステンパ処理する。

【００１５】そして上記製造工程に加えて、オーステン
パ処理後の接触部に機械機構後ショットピーニングを施
し、また、オーステンパ処理後の接触部に高周波焼き入
れを施してから、この部分にショットピーニングを施
す。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態の一例
であるフライホィールについて図３以下に基づいて説明
する。図中１はフライホィール素材であり、このフライ
ホィール素材１はボス部２、ボス部周囲の薄肉部３、外
周側の厚肉部４及び厚肉部４の外周部に設けたリング状
歯車部５とを有している。

【００１７】このフライホィール素材１は、Ｃ：３．８
ｗｔ％、Ｓｉ：１．８ｗｔ％、Ｍｎ：０．６ｗｔ％、
Ｐ：０．０５ｗｔ％、Ｓ：０．０１ｗｔ％、Ｍｇ：０．
０４ｗｔ％の球状黒鉛鋳鉄にて成形されている。そして
このフライホィール素材１は鋳造成形後熱処理してフェ
ライト化する。このフェライト化は８５０〜９２０℃で
０．５〜２．０時間加熱し、その後、炉内冷却すること
によって得られる。そしてこのときの硬度はＨｖ１００
〜１７５となるようにする。

【００１８】その後、このフライホィール素材１のボス
部２及びクラッチ板摺接部等の必要個所を機械加工して
から、リング状歯車部５にリング状歯車を塑性加工にて
成形してフライホィールとする。このリング状歯車の塑
性加工は転造加工やプレス成形により行われる。また歯
切り盤等による機械加工により歯車を成形してもよい。

【００１９】その後、このフライホィールの全体を熱処
理炉に入れてオーステンパー処理をする。このオーステ
ンパ処理は図４に示すように、８５０〜９２０℃に０．
５〜２．０時間加熱してから３７０〜４００℃で０．５
〜２．５時間加熱して空冷することによって行われる。
このときの処理温度と時間はフライホィール１の肉厚と
化学成分の関係から設定するものであるが、８５０〜９
２０℃の加熱時間は０．５時間未満ではオーステナイト
化に不十分な場合がある。これは特にチル（自由セメン
タイト）が発生しているときである。また、２時間を越
えても不必要に長くなるのみで、エネルギの無駄で生産
性を阻害するばかりである。

【００２０】またこのときの温度設定は、８５０℃未満
では完全なオーステナイト化が困難な場合があり、また
長時間を要する。９２０℃を越える必要はない。

【００２１】また、上記フライホィール素材１の構成材
料の化学成分は、基本的には塑性加工を容易にするため
に、マトリックスのＳｉ量を極度に低減した。しかし、
Ｓｉ：０．９ｗｔ％未満では溶解中の脱酸が不十分で鋳
鉄欠陥が多発し、湯流れ等鋳造特性に問題が生じる。Ｓ
ｉ：２．４ｗｔ％を越えるとマトリックスはシリコンフ
ェライトの特性が顕著になって硬く脆くなり、塑性加工
は困難になる。

【００２２】一方Ｃの量については、炭素当量（Ｃ・Ｅ
＝Ｃｗｔ％＋１／３Ｓｉｗｔ％）を共晶（４．３ｗｔ
％）点以上にする必要があり、少なくとも３．５ｗｔ％
が必要である。また実際の溶解では、４．２ｗｔ％の炭
素当量が望ましい。

【００２３】Ｍｎ量は、脱酸と焼き入れ性を確保するた
め、０．３ｗｔ％未満では効果は少く、１．０ｗｔ％を
越えるとチル化傾向を増す。Ｍｇ量は、球状黒鉛にする
ための最適な添加量である。すなわち、０．０１ｗｔ％
未満では球状化が困難であり、０．０６ｗｔ％を越える
と飽和する。

【００２４】上記Ｓｉ、Ｃ、Ｍｎ、Ｍｇの含有割合は球
状黒鉛鋳鉄のための４大元素の最適組み合せであるが、
材料の脆化をもたらさないで熱処理性を向上するために
Ｃｕを０．４〜１．５ｗｔ％添加してもよい。

【００２５】上記オーステンパ処理後において、リング
状歯車の歯元強度を向上する必要がある機種について
は、このリング状歯車部にショットピーニングを施し
た。この歯部の残留オーステナイト量を測定した結果、
ショットピーニング前では３８％であったが、ショット
ピーニング後では２０％に減少した。一般には、このシ
ョットピーニングにより残量オーステナイト量は３０〜
１％に減少される。

【００２６】また、別機種では、オーステンパー処理
後、リング状歯車部に高周波焼き入れを施してからショ
ットピーニングを施して硬度の向上を図った。オーステ
ンパ処理時の硬度はＨＲＣ３０であったものが高周波焼
き入れ後では、ＨＲＣ５３となった。スタータ歯車との
なじみの違いにより、硬度の高い方が良好な場合があ
る。この高周波焼き入れにより硬度はＨＲＣ５０〜６５
になる。

【００２７】球状黒鉛鋳鉄の一例として、９００Ｎ／ｍ
ｍ²級のオーステンパー球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ９０Ａ
Ｔ）の機械的性質は表１に示す通りである。

【００２８】

【表１】

【００２９】また、上記ＦＣＤ９０ＡＴの疲労強度は図
５に示すようになり、Ｓ４８Ｃ焼き入れ材とＦＣＤ９０
ＡＴの耐摩耗性を比較すると図６に示すようになる。さ
らに、Ｓ４８Ｃ材とＦＣＤ９０ＡＴの歯車振動の減衰能
力を比較すると図７に示すようになる。これらの結果に
より、ＦＣＤ９０ＡＴはＳ４８Ｃ材に比較して、耐摩耗
性が若干劣るが、歯車振動の減衰能力において優れてい
ることがわかる。

【００３０】また本発明の実施例による球状黒鉛鋳鉄は
ショットピーニングを施すことにより図８に示すように
歯元曲げ疲労試験の強度が向上する。図中Ａはショット
ピーニングを施した場合、Ｂはショットピーニングを施
さない場合である。

【００３１】本発明は上記フライホィール以外にも、従
来、鍛造にて製造されていた自動車の懸架部品であるロ
アーアームやアッパアームにおいても適用される。この
場合、ロアーアームやアッパアームの素材を、上記フラ
イホィールの実施例の場合と同様の化学成分で球状黒鉛
鋳鉄にて鋳造成形し、ついでこれをフェライト化し、そ
の後、ボス部や／及び先端部に有する穴の内周面、ある
いは軸部の外周面に、塑性加工により、あるいは機械加
工によりセレーション等の円滑鏡面部または歯部を形成
する。ついでこの素材全体をオーステンパー処理を施
す。

【００３２】上記フライホィール以外の車両用部材の例
として乗用車等の車両に鍛造成形されて一般に用いられ
る歯車等、パーキングポール、ワンウェイクラッチ、イ
ンジェクションポンププーリ、さらに図９に示すような
アウタージョイントや、ロアーアーム、アッパアームさ
らにボールジョイント用ソケット等の回動部材に適用さ
れる。そしてこれらの部材においてセレーション等の歯
部あるいは摺動面等の接触部を有する場合は塑性加工あ
るいは機械加工にてこれらを成形加工する。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、車両用部材が、例えば
フライホィールのように、従来、鋼材と片状黒鉛鋳鉄と
を組み合わせた構成された車両用部材の素材を、鋳造成
形だけで構成できて、高い生産性でもって低コストで製
造できる。そして片状黒鉛鋳鉄より強度を高くすること
ができることにより、外周部に比較して中心部の肉厚を
薄くできてイナーシャ性能を向上することができる。さ
らに、クラッチ板の摺接面の摩耗による表面荒れを防止
できる。そしてさらに、球状黒鉛鋳鉄による一体成形体
の外周部に歯車を設けることにより、エンジンスタート
時におけるリング状歯車部での異音の発生を低減するこ
とができる。

【００３４】また、上記フライホィール以外の車両以
外、例えば、歯車部材やアウタージョイント等、従来鍛
造材料にて構成されていた車両部材をも、成形が容易な
鋳物成形で十分な強度に構成でき、これらの部材の生産
コストを低減することができると共に、生産性を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）従来のフライホィールの製造方法におけ
る構成部材の１つである環状素材を一部部破して断面形
状を示した平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図２】従来のフライホィールの製造方法により製造さ
れたフライホィールを示す断面図である。

【図３】本発明に係る車両用部材の一例であるフライホ
ィールの素材を示す断面図である。

【図４】オーステンパ処理条件を示す線図である。

【図５】ＦＣＤ９０ＡＴの疲労強度を示す線図である。

【図６】ＦＣＤ９０ＡＴとＳ４８Ｃ焼き入れ材の耐摩耗
性を示す線図である。

【図７】ＦＣＤ９０ＡＴとＳ４８Ｃの歯車振動の減衰能
力の比較を示す線図である。

【図８】球状黒鉛鋳鉄のショットピーニングの有，無の
それぞれの歯元曲げ疲労試験の強度を示す線図である。

【図９】本発明に係る車両用部材の他例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…フライホィール素材、２…ボス部、３…薄肉部、４
…肉厚部、５…リング状歯車部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２１Ｄ 9/32 Ｃ２１Ｄ 9/32 ＡＺＣ２２Ｃ 37/04 Ｃ２２Ｃ 37/04 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェライト化した球状黒鉛鋳鉄からなる
素材の外周部、あるいは穴の内周部に歯車等の歯形ある
いは摺動面等の接触部を形成し、この接触部を含む全体
にオーステンパ処理を施したことを特徴とする車両用部
材。
【請求項２】接触部にショットピーニングを施したこ
とを特徴とする請求項１記載の車両用部材。
【請求項３】接触部に高周波焼き入れを施すと共に、
この部分にショットピーニングを施したことを特徴とす
る請求項１記載の車両用部材。
【請求項４】素材の化学成分が、Ｃ：３．５〜４．２
ｗｔ％、Ｓｉ：０．９〜２．４ｗｔ％、Ｍｎ：０．３〜
１．０ｗｔ％、Ｍｇ：０．０１〜０．０６ｗｔ％、残り
Ｆｅにしたことを特徴とする請求項１記載の車両用部
材。
【請求項５】球状黒鉛鋳鉄にて鋳造成形された素材を
フェライト化し、その後、この素材の外周部あるいは穴
の内周部に、塑性加工あるいは機械加工のいずれかの加
工方法にて歯形あるいは摺動面等の接触部を形成し、つ
いで、この接触部を含む全体をオーステンパ処理するこ
とを特徴とする車両用部材の製造方法。
【請求項６】オーステンパ処理後の接触部に機械加工
後ショットピーニングを施すことを特徴とする請求項５
記載の車両用部材の製造方法。
【請求項７】オーステンパ処理後の接触部に高周波焼
き入れを施してから、この部分にショットピーニングを
施すことを特徴とする請求項５記載の車両用部材の製造
方法。