JPS599166A - 鋼材の表面硬化と窒化処理方法 - 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】 本発明は、鋼（４の表面処理方法に係わり、竹に一定の
面庄が加わる摺動面を（ｊする機械部品９例えばプ下ス
スプリンタ用ロット、シ］ツカーフソーバ用【ドツト、
ノニルゾロツカ−γ−人シー＼′ノド。

エンヅ′ンシリンクー、シリンクースリーノ、力、′（
シャフト等の機械部品の表面処理に！ｌｌｆ鏑な外面処
理方法に関−するもので、従来、一定の而１Ｆ：、が加
わる摺動面火有する機械部品、例えばシ日ツカーゾソー
ノｚ用ロットは、その表面を硬質りＩニア人メッキ処理
して用いて℃・ろ。しかしながら、硬質クロノ＼ノッＡ
を施したドツトは、その摺動面にメッキ欠陥であるクラ
ンクに−しり、シール拐のゴムや樹脂に傷をっけ、オイ
ル洩れが発生したり、更には欠陥部が侵食に５Ｌり開１
−１シて、摩耗を増大させろ欠点があった。

本発明は前記従来の処理方法の欠点を＃Ｕ除するために
なされたもので、メッキ欠陥であるクランクや発錆等Ｑ
）発生がなく、シかも摩耗か少ない熱処理面を得ろこと
ができろ、鋼材の表面処理方法を提案することにある。

本発明では、鋼材の表面に高周波焼入、浸炭焼入を施し
、その後表面を仕上加工した後に、窒化処理を施こ丁こ
とにより、りμムメッキや、窒化単独では得られない鋼
材の表面処理効果を得ることかできろ。

即ち、本発明に係わる！４相の表面処理方法によって得
られろ機械部品は、耐食、耐摩耗性に優れた効果がある
。

以下添付図に従って、本発明に係わる鋼材の表面処理方
法の好ましい実施例について解説する。

第２図ではｑザイクルエンジンのシリンターノ＼ツド部
の断面構造が示されており、図に於いてバルブロッカー
アーム（２１、（２１はパルフロツカ−７−人シャフト
＋３ｉ、＋ａ＋によって摺動自在に枢支されている。バ
ルブロッカーアーム（２）の一端には、摺動面のが形成
され−（いて、この摺動面は、カムシャフト（１）と当
接している。

叉、バルブ［ｌツカ−７−人（２）の他端（２）は、バ
ルブ（５）の上部に取イτＪけられている。従ってバル
ブ「１ツ力−アー人（２１がバルブロッカー７−人シャ
フト（３）を中心に揺動することによって、バルブ（５
）は開閉操作を行う。バルブは図上右側の弁が燃料吸入
弁を形成し、左側の弁が燃焼ガスの俳気弁を形成してい
る。バルブ（５）は、いずれも二重構造のスプリングに
よって、バルブ（５）はバルブガイド（４）に沿って、
上方に付勢されている。従って、バルブロッカーアーム
（２）はバルブ（５）とその端部によって連結されてい
るため、バルブロッカー７−人（２）の摺動面のは、カ
ムシャフト（１）に対して、大きな面圧で当接すること
になる。この結果力ムシャフ１（１）を回動−ｒること
によって、バルブ「７ンノＪ−アーム（２）発生したり
、またその摩耗、績も不拘・−となる。

こＶ）ような苛酷な条件で用いられる。パルフロツカ−
７−ム（２）とカムシャフト（１１のカッ・リフト面、
即ち摺動面■に対する表面処理は、次の如く行なう　。

先ず第１実施例について説明すると、カムシャフト（１
）の材料は、普通鋳鉄（Ｆ　Ｃ３−、？　Ｏ）でカッ・
面をチル硬化された材料から構成される。カム面のチル
硬度は、Ｊｉ　ＲＣ＆　０−　！；　０で歪取焼鈍を乙
θθ’Ｃ−ＡＪＯ′Ｃで／〜３時間桿度施したものを仕
上加し、タフドラ−ｆド処理（＠窒化処理）な行なう。

タフトライド処理は処理温度をｓｇｏ’Ｃ〜乙ｌＯ′Ｃ
でグＯ分ヘーｉｇｏ分保持後、中間冷却塩浴、３ＳＯ〜
ｓｏｏ″ＣＯ）熱浴中に冷却し、７０分〜３０分保持後
、空冷、水冷する。このようにして、カムシャフト（１
）のカム面即ち、摺動面のは、デル硬化表面にタフトラ
イド処理し熱浴冷却処理しｊこ状Ｂｗ示すのか、第２図
で拡大断面図である第２図によれば、摺動面■のチル硬
化面に１０ρ以上の化合物層かタフトライド処理により
形成され、熱浴中に冷却処理するこの方法にしって、最
表面に四三酸化鉄が形成される。

断面の化合物層の層構成は、最表α【（に四三酸化鉄（
、Ｆ　ｅ　３０４　）か／〜３〃、七〇Ｙに酸素の拡散
層！；　、ｕ　（ｔｔ、そして、望素化合物であるε−
Ｆ　ｅユＮＦ　ｅ　Ｊ　Ｎが５〃でチル硬化層と成る層
構成カー゛Ｃ・きる。第３図は摩耗量と硬度分イＩｉ　
ｋ示し、カムシャフト側とトツカーアー人側との相対摩
耗を棒グラフに示したｌツカ−７−ム側はチル硬化した
ものを用い、イー・Ｌツノ人とθ）組合せ０）もσ）を
摩耗量１００係とした場合、チルカムに窒化処理（タフ
トラｒトノしたものは３０％、また、チルカムに窒化処
理十酸化皮膜処理（クツトラ、イド処理十ソルト冷却）
を施したものは２ｓ％となり、本発明の耐摩耗性が優れ
”Ｃいる。硬度はタントラ・ｒド処理のみと同等である
が、ＨＶ７３０・−ｇＳθであり、ノノソリンエンジン
や、ティー曇ζル：ｒ、ンジンの負荷荷電σ）高いもσ
）に実施され、スノノツフや摩擦摩耗に効果を発揮して
いる。

第λ実施例では、ガススプリング用ロンド、又は、ショ
ツカーグソーバ用ロットで、材料はＳ−〇Ｃ〜５ｓｏｃ
の機械構造用炭素鋼か用いられており、前処理のないも
σ）が殆んどであるが高周波焼入しているものもある。

従来はこのような前処理後硬質クロームメッキが施され
ている。メッキ欠陥であるクランクの影響を軽減させる
ため、メッキ条件を変えたクロームの二重メン片や、銅
、ニッケル、り１１−人の三層メッキ等が施されている
。第り図にシ１ツカーノソーバーの断面構造図が示され
ており、図から、ロツ１は（１）でシール材（２）とロ
ットの外径向が摺動する。シール拐（２）は耐熱、耐油
性のゴム、又は樹脂系のものか用いられている。

ｒ７ント（１）の外径向は軟質σ）シール材と摺動する
ため、メッキ欠陥によるクラックから発錆が発生すると
、微小クランクは開ＩＩ　Ｌ　、素地が錆びるため凸状
となり、軟質のシール！Ａ（２）を削り取る結果、中に
封入しである緩偵１オイル、或はガスが洩れ緩衝器の役
割をはださなくなる。

実施例（１）と同様にロットの外径を高周波焼入硬化し
、その後所定の面粗度に加工したもＶ）を、タフトライ
ド処理を行なう。タフトライド処理は、処理温度を！；
ｇＯ”０．ＩＩｏＣで３０分〜／、２０分保持後、中間
冷却塩浴の３５θ″（：、−ｉ、ｔｏｏ”（：の１Ｉｉ
１１度θ）熱浴中に７０分保持し、水冷１−ろ。又は【
１ツト径が小さく長いもθ）は、更に１ｇＯ〜、２００
″Ｃの熱浴シこ二段冷却し、曲りの発生を捧度に制？ｉ
１ｇする冷却方法も実施されている。

第Ｓ図に高周波焼入硬化した「１７トと前処理として、
焼入硬化していないロットを各々タフドラ・ｆド処理を
施し１．Ｊ　Ｉ　Ｓ、　Ｚ−）、Ｊ　？　／Ｕｌ塩水噴
霧試験による腐蝕状態の比較表を示（−た。高周波焼入
硬化後、仕上加工し、そしてタフトライド処理を施した
ものは発錆状況か違い、前処理に焼入硬化していないも
のは発錆り所か多発するのに比し高周波焼入硬化したも
σ）は、発錆進行かない。

第６図に、断面の層構成を示した。高周波焼入硬化した
ちり〕は、窒化層が均一に形成しているが、焼入硬化し
ない無処理のものは、窒化層が不均一であることから、
耐食抵抗が弱い、又、摺動面にツト摺動而の耐食、耐摩
擦摩耗性が向上する。

前記第１．第２の実施例の材料に、チル鋳物、機械構造
用炭素鋼（ＳコθＣ〜８！００）を用いたが、これに限
定されたものではなく、チル硬化、溶射皮膜、高周波焼
入、浸炭焼入等の表面硬化した後に、タフトライド処理
を施こ丁ことができる材料であればよい。

以上説明したように、本発明に係る！４利の表面硬化と
表面処理方法によれば、鋼の表面に四三酸化鉄と窒化鉄
の層を形成し、その層下に表面硬化した層を持った。層
構成す）複合処理は、カム機構に於いて、スカッフの発
生しな〜・耐摩耗面を得ることかできる。又、緩働器（
ショツカーブソーバ）のロットでは、耐食、耐摩耗性の
摺動面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はｑザイクルエンジンのシリンダーヘット部の構
造を示す断面図、第２図は本発明に係る第１実施例で、
処理したチル硬化部の概要を示す説明図、第３図は硬度
分布を示す図、第９図は緩側器（ショッヵーゾソーハン
のロットとシール部の構造断面図、第Ｓ図は第λ実施例
で処理した高周波焼入硬化したロットの塩水噴霧試験の
説明図、第６図は第λ実施例で処理した処理層の概要を
示した説明図を示−ｒｏ 特許出願人 才５舅 東面セ゛シη距幀（ｚｉ） オＬＩ−辺 第５明 才ら（２） １、・・柩処痕・　　　　畜馴瓜′”０手　続　補　１
］ミ　宵　　（方式） ％式％［１ ） １　事件の表示 昭和５７年特許願　第１１６１９５号 ３　補正をする者 事件との関係　　　　特許出願人 ４　補正命令の日付　　　昭和５７年１０月２６日５　
補正の対象　　　図面の簡単な説明の項及び図面（第２
図　第６図） ６　補正の内容　　別紙の通り ６　補止の内容 ■　図面に代わる写真として金属組織写真を使用し／こ
だめ「図面の簡単な説明Ｊの項にその旨を明記した。 ■　図面中の第２図、第６図の金属写真に係る説明文字
を削除し、「図面の簡単な説明」の項に説明文字を挿入
した。 その際第６図の金属組織写真の左右（■と■）を入れか
えだ〇 明　　　　細　　　　書 ／　発明の名称 鋼材の表面硬化と窒化処理方法 ２、特許請求の範囲 鋼材の表、面に表面硬化（チル硬化、溶射、盛金高周波
焼入、浸炭焼入ンを施し１．そα）硬化面に窒化処理と
酸化皮膜処理を施すことを特徴とする鋼材の窒化処理方
法。 ３、発明の詳細な説明 本発明は、鋼材の表面処理方法に係わり、特に一定の面
圧が加わる摺ｌｃ！Ｉ面を有する機械部品。例えばガス
スプリング用ロット、ショッヵーブソ・−バ用ロット、
バルブロッカーグー人シャフト。 エンジンシリンダー、シリンダースリーブ、カムシャフ
ト等の機械部品の表面処理に好適な外面処理方法に関す
るもσンで、従来、一定の曲用が加わる摺動面を有する
機械部品、例えばショノヵーゾソーバ用ロットは、その
表面を硬質クロムメッキ処理して用℃・て℃・ろ３、し
かしながら、硬質クロムメッキを施し１−ロソ１−は、
その摺動向にメッキ欠陥であるクランクにより、シール
材のゴムや樹脂に傷をっ１す、オイル洩れが発生したり
、更には欠陥部が侵食により開口して、摩耗を増大させ
ろ欠点があった。 本発明は前記従来の処理方法の欠点を排除するためにな
されたもので、メッキ欠陥であるクランクや発錆等の発
生がなく、シかも摩耗が少ない熱処理面を得ることがで
きろ、鋼材の表面処理方法を提案することにある。 本発明では、鋼材の表面に高周波焼入。浸炭焼入を施し
５、その後表面を仕上加工した後に、窒化処理を施こ丁
ことにより、クロムメツＷや、窒化単独では得られない
鋼材の表面処理効果を得ろことができる。 即ち、本発明に係わる鋼材の表面処理方法によって得ら
れろ機械部品は、耐食、耐摩耗性に優れた効果がある。 以下添付図に従って、本発明に係わる鋼材σ）Ｐ面処理
方法の好ましい実施例について解説する。 第１図ではｑザイクルエンジンのシリンダー−＼ラド部
の断面構造が示されており、図に於いてバルブロッカー
アーノ＼〈２１．（２）はバルブロッカー７−′ムシ−
へ・フト（８）、（８１Ｋよって摺動自在に枢支されて
いる。バルブロッカーアーノ・（２）の一端には５摺動
面■が形成されていて、こσ）摺勢面は、力１・とヤフ
ト（１）と当接して℃・る。 又、バルブロッカーアーム（りの他端（２）は、パルプ
（ｌｉ）の上部に取付けられている。従ってバルブロッ
カーアーム（りがバルブロッカー７−人シャフト（８）
を中心に揺動することによって、ノくルプ（Ｆ＋は開閉
操作を行う。パルプは図上右側の弁が燃料吸入弁を形成
し、左側の弁が燃焼ガス０ン排気弁を形成して（・る。 パルプ（５）は、℃・ずれも二重構造のスプリングによ
って、パルプ（５）はパルプガイド（４）に沿って、上
方に付勢されている。従って、ノ（ルブロツカー１−）
、（２）はパルプ（５）とその端部によって連結されて
いるため、バルブロッカー／−ノ・（２）の摺動面■は
、カムシャフト（１）に対して、大きな面圧で当接する
ことになる。この結果カムシャフト（１１を回動するこ
とによって、バルブロッカーアーム（りを揺動させろと
、その摺動面（んには、スカンフが発生したり、またそ
の摩耗箪も不均一となる。 こｌ／）ような苛酷な条件で用（・られイ）。ハルブロ
ッカ−アーム（２）とカム／ヤント（１）σ】六人リフ
ト面、即ち摺動向［有］に対する表面処理は、次の如く
行なう。 先ず第１実施例について説明すると、カムシャフト０）
の材料は、普通鋳鉄（ＦＣ−３０）でカッ、面をチル硬
化された材料から構成されろ。カッ、面のデル硬度は、
ＨＲＣ１／　０−　＆θで歪取焼鈍を乙００°Ｃ−ｔ３
ｏ″Ｃで／〜３時間程度施したものを仕上側し、タフト
ライド処理（軟窒化処理）を行なう。タフトライド処理
は処理温度をＳｇＯ℃〜４１０″Ｃで４／θ分〜１ｇＯ
分保持後、中間冷却塩浴、、３ｋＯ〜３００°Ｃの熱浴
中に冷却し、７０分〜３０分保持後、空冷、水冷する。 こσノよ５にし℃、カムシャツ）　＋１１のカム面即ち
、摺動面［有］は、デル硬化表面にタフトライト′処理
し熱浴冷却処理した状態欠示すのが、第２図で拡大断面
図である第２図によれば、摺動向（４）σフチノ［硬化
面に／θＡ１以上の化合物層がタフドラ・イド処理によ
り形成され、熱浴中に冷却処理するこの方法によって、
最表面に四三酸化鉄が形成される。 断面の化合物層の層構成は、最表ｉ！ＩＩｃ四二酸化鉄
（Ｆｅ３０４）が１〜３戸、その）　ｉ（酸素ｌ））拡
散層５４１位、そして、窒素化合物であろε−Ｆｅ　、
２ＮＦｅ　ＪＮが３．ｕでチル硬化層と成る層構成がで
キル。　第３図は摩耗量と硬度分布を示し、カムシャフ
ト側とロッカー７−ム側との相対摩耗を棒グラフに示し
たＩＩラッカアーム側はイノＬ硬化しムニものを用い、
チルカッ・との組合せのものを摩耗＠ｉｏ。 チとした場合、千ノ１カッ・に窒化処理（クツｌライ１
゛）したもσノは３０％、また、チルカムに窒化処理１
−酸化皮膜処理（タフ）ライド処理→ソ、・Ｌ１冷却）
を施１−たものは、２！ｉ係となり、本発明の耐摩耗性
が優れている。硬度はタフトライド処ｆＪＪのみと同等
であるが、ＨＶ’）３０”−ｇ３；０’であり、ガソリ
ンエンジンや、デイビ、ＩＬニレ、ンの負荷荷重ｖ）高
（・もσ）（（実施され、スカッフやｌｌ＃ｌ摩擦に効
果を発揮している。 第コ実施例では、ガススプリング用ロンド、又は、ショ
ツカーグソーバ用ロットで、材料は８２００〜５ｓｏｏ
の機械構造用炭素鋼が用いられており、前処理のないも
のが殆んどであるが高周波焼入しているものもある。従
来はこのよ５な前処理後硬質クロームメッキが施されて
〜・る。メッキ欠陥であるクラックの影響な軽減させる
ため、メッキ条件を変えたクロームの二連メッキや、銅
、ニッケル、クロームの三層メッキ等が施されている。 第９図にショソカープソーバーの断面構造図が示されて
おり、図から、ロットは０）でシール材（２）とロット
の外径面が摺動する。シール材（幻は耐熱、耐油性σン
ゴ人、又は樹脂系のものが用いられている。 ロット０）の外径面は軟質のシール材と摺動するため、
メッキ欠陥によるクランクから発錆が発生すると、微小
クランクは開口し、素地が錆びるため凸状となり、軟質
のシール材（１１を削り取る結果、中に封入しである緩
衝オイル９或はガスが洩れ緩衝器の役割ｔはたさなくな
る。 実施例（１）と同様にロットの外径を高周波焼入硬化し
、その後所定の面粗度に加工したものを、クフトライド
処理を行な５゜タフトライド処理は、処理温度をｓｇθ
°Ｃ７０°Ｃで３０分〜７．２０分保持後、中間冷却塩
浴の、３！；０”（、−りｏｏ′Ｃの温度の熱浴中ＩＣ
／０分保持し、水冷する。又は１ツト径が小さく長〜・
ものは、更に／ｇθ〜−〇〇°Ｃの熱浴に二段冷却し、
曲りσ］発生を極度に制御する冷却方法も実施されてい
る。 第Ｓ図圧扁周波焼入硬化したロノ１と前処理として、焼
入硬化していないロソ）、タ各々タフトライド処理を施
し、Ｊ　Ｉｓ、Ｚ−，１Ｊ７１０１塩水噴錫試験による
腐蝕状態の比較表を示（、た。高周波焼入硬化後、仕上
加工し、そしてタフトライド処理を施したものは発錆状
況が違（・、前処理に焼入硬化していな（・ものは発錆
ケ所が多発するのに比し高周波焼入硬化したものは、発
錆進行がない。 第６図に、断面の層構成を示した、高周波焼入硬化した
ものは、窒化層が均一に形成しているが、焼入硬化しな
−・無処理のものは、窒化層か不均一であることから、
耐食抵抗が弱い、又、摺動面に繰返し広力が作用１．て
も、摺動面が沈下せず、ロット摺動面の耐食・耐摩擦摩
耗性が向上する。 前記第１．第２の実施例の材料に、チル鋳物、機械構造
用炭素鋼（ｓ、ｘｏｃ〜５３ｏｃ）を用いたが、これに
限定されたものではなく、チル硬化、溶射皮膜、高周波
焼入、浸炭焼入等の表面硬化した後に、タフトライド処
理を施こすことができる材料であればよい。 以上説明したように１４本発明に係る鋼材の表面硬化と
表面処理方法によれば、鋼の表面に四三酸化鉄と窒化鉄
の層を形成し、その層下に表面硬化した層を持った０層
構成の複合処理は、カム機構に於いて、スカッフの発生
しない耐摩耗面を得ることができる。又、緩衝器（ショ
ッヵーブソーバ）のロットでは、耐食、耐摩耗性の摺動
面を得ることができる。 グ、　図面の簡単な説明 第７図はタサイクルエンジンのシリンダーヘット部の構
造を示す断面図、第２図は本発明に係る第１実施例で、
処理したカムシャフトσ）（１）力ｌ・部と■ジャーナ
ル部の金属組織である。 第３図は硬度分布を示す図、第４図は緩衝器（ショツカ
ーブソーパ）のロットとシール部の１ｍ’１ｈＷＲ面図
、第、５図は第２実施例で処理した高周波焼入硬化した
ロットの塩水噴霧試験の討明図、第を図は第１実施例で
処理した処理層の金属組織で■高周波焼入硬化σ）もの
■非高周波焼入のものであるＯ特許出動人 バーカー熱処理工業株式会社 代表者　里　見　彰　彦 第２図 ｘｓ’ｏ。 ■　　　　　　■ 第３間 λ（面づシの信邦土皺（山州） 才５図 才６霞

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｍ　１，１の表面に表向硬化（デル硬化、溶射、盛金高
   岡波焼入、浸炭焼入）を施し、そ０）硬化面に窒化処理
   と酸化皮膜処理な施丁ことを特徴とする鋼材の窒化処理
   方法。