JPS6123845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はカムシヤフト等のようにその表面の耐
摩耗性が要求される鋳鉄部材の表面をチル化する
装置のうち、特に鋳鉄部材の温度を一定範囲にコ
ントロールするようにしたものに関する。

鋳鉄部材の表面を、TIG、プラズマ或いはレー
ザー等で再溶融せしめた後急冷して表面にチル
（白鉄）組織を形成し、表面を硬化させて耐摩耗
性を向上せしめる再溶融チル化法が表面硬化法の
１つとして一般に知られている。

斯るチル化法によつて形成されるチル化層の硬
度は第１図に示す如く鋳鉄部材の母材の温度、即
ち母材による冷却効果に左右される。

具体的には、鋳鉄部材の表面をプラズマトーチ
などで軌跡を描きながら溶融せしめる場合、特に
母材の表面積及び重量に対して形成されるチル化
層の面積が一定以上のものである場合には、溶融
時間の経過につれて、母材の温度が上昇し、溶融
軌跡の後半においては母材による冷却効果が低下
して凝固速度が遅くなる。そして、母材の温度が
500℃を超えるような場合には黒鉛の析出及びレ
デブライト組織の粗大化が生じ、第１図に示す如
くチル化硬度が低下してしまう。その結果、鋳鉄
部材の表面に均一な硬度のチル化層を形成できな
いという問題がある。

これを是正すべく、溶融時間の経過と共に単位
時間当りのエネルギー供給量（加熱量）を減ら
し、溶融時間を長くして母材からの放熱量を多く
することで、母材の温度上昇を避け、母材の冷却
効果を保持してチル化硬度の低下を抑えるように
することが考えられる。

しかしながら、斯る手段による場合には、処理
時間が長くなり、またエネルギー供給量のコント
ロールが面倒であり、更に、単位時間当りのエネ
ルギー供給量を減らしても母材からの放熱が少な
い部材或いは条件では、母材への蓄熱量が増加
し、母材による冷却効果の低下は避けられない。
したがつてエネルギー供給量をコントロールする
手段は適切とはいえない。

また、チル化法においては、硬化部のポーラス
発生及び亀裂発生を防ぐため鋳鉄部材を200℃〜
400℃の範囲で予熱することが行なわれる。而し
て、この予熱段階において、母材温度が500℃を
超えると、前記した如くチル化部において、黒鉛
の析出及びレデブライトの粗大化現象が生じ、チ
ル化硬度が低下することとなる。

このように鋳鉄部材の表面をチル化する場合、
部材の形状、大きさによつて母材の冷却効果が異
なり、特に溶融面積を母材に対し広くするような
場合には、予熱による蓄熱も含めて、母材自体が
温度上昇し、500℃を超える傾向がある。その結
果、均一な硬度のチル化層を得ることができず、
且つ従来法によつてはこれを改善することができ
ないという問題がある。

本発明者等は上記従来の問題点を改善すべく本
発明をなしたものであり、その目的とする処は、
処理時間を長くかけることなく、且つ母材の温度
コントロールを容易に行なえる鋳鉄部材の表面チ
ル化装置を提供するにある。

斯る目的を達成すべく本発明は、プラズマトー
チ等の加熱装置によつてカムシヤフト等の鋳鉄部
材の特定表面を再溶融せしめるとともに、該鋳鉄
部材の母材温度を測定する非接触温度測定器など
の温度センサーを鋳鉄部材の近傍に配設し、更に
この温度センサーからの指令によりカム面の一部
に対する接触面を有する冷却端子等の冷却装置を
駆動し、母材温度を一定範囲に保持するようにし
たことをその要旨としている。

以下に本発明の実施の一例を添付図面に基いて
詳細に述べる。

第２図及び第３図はカムトツプ部を含むカムの
プロフイール側のみをチル化する装置として本発
明に係る表面チル化装置を適用した例を示すもの
である。

図中１は基台であり、この基台１には左右に離
間して軸受台２及び心押し台３を立設し、軸受台
２の上部にはモータ等によつて回転せしめられる
駆動歯車４の軸５を回転自在に挿着し、心押し台
３の上部には止りセンター６を位置調整可能に挿
着している。

また上記軸５の先端部には中間部から水平部７
ａを延出したアングル状アーム７を固着し、軸５
と一体的に回転するようにしている。そしてアー
ム７の固着部の軸５と反対側には軸５と同軸とな
るようにカムシヤフト８を嵌着し、このカムシヤ
フト８の他端を上記止りセンター６によつて支持
している。そしてこのカムシヤフト８は鋳鉄部材
の一種であり、所定間隔離間したカム９…をジヤ
ーナル部で連結した構造となつている。

また、前記アーム７の水平部７ａには水平部７
ａに沿つて移動可能なシリンダユニツト１１，１
１を設け、このシリンダユニツトのロツド１２，
１２先端に熱伝導性の良い銅などを材料とした冷
却端子１３，１３を取り付けている。この冷却端
子１３は第３図にも示す如く、内部に冷却水など
の冷却媒体１４を収納する室１５を形成するとと
もに、一側面にポンプなどからのフレキシブルパ
イプに連結する入口座１６及び他側面に排水ポン
プなどと繋がるフレキシブルパイプが連結する出
口座１７を形成し、更に上面はカム９のベース面
９ａに倣つた凹状接触面１８としている。

更に、カムシヤフト８上方にはカム９のトツプ
部を含むプロフイール側９ｂを溶融せしめる加熱
装置としてのプラズマトーチ１９，１９を配設
し、またカム９の近傍にはカムの温度を非接触で
測定する赤外線を利用した温度センサー２０，２
０を配設している。そしてこの温度センサー２０
からの信号を制御装置２１，２１に送り、この制
御装置２１，２１によつてカム９の母材温度が所
定値以上となつた場合に上記シリンダユニツト１
１を駆動せしめ、カム９のベース面９ａに冷却端
子１３の接触面１８を接触するようにしている。

以上において、カム９のベース面９ａに冷却端
子の接触面１８を接触せしめた状態で駆動軸５を
ゆつくり回転せしめる。そしてこれと同時にプラ
ズマトーチ１９によつてカムのプロフイール側９
ｂを所定の軌跡を描きながら再溶融せしめチル化
層２２を形成し、第３図の想像線で示す如く最初
の状態からカム９及び冷却端子１３が180゜回転
した時点で再溶融を終了する。

そしてこの場合において、再溶融時にカム９の
母材温度が所定値以上となつた場合には、制御装
置２１によつてカム９のベース面９ａに冷却端子
１３の接触面１８を接触せしめ、また母材温度が
所定値まで下つた場合には、ベース面９ａから接
触面１８を離すようにする。

このようにすることで母材温度を常に一定範囲
内に保持することができ、したがつてカム９のプ
ロフイール側９ｂに均一な硬度のチル化層を形成
することとなる。

第４図及び第５図は別実施例を示し、この実施
例はカムシヤフト８の軸部に中空部８ａを形成し
た鋳鉄部材のチル化装置として好適するものであ
る。

即ち、基台１上に立設した軸受台２及び心押し
台３に挿通した駆動軸２５及び止りセンター２６
に貫通孔２５ａ，２５ａを穿設し、一方の貫通孔
２５ａを冷却エアー源２７に繋げ、他方の貫通孔
２６ａを排気ポンプ２８に繋げている。

そして、前記実施例と同様にカムシヤフト８上
方にプラズマトーチ１９を、またカムシヤフト８
の近傍に温度センサー２０を配設し、この温度セ
ンサー２０を制御装置２１に接続している。而し
て上記温度センサー２０によつてカム母材の温度
を測定し、母材温度が所定値以上となつた場合の
み制御装置２１を介してバルブ２９を開とし、中
空部８ａ内に冷却エアーを送り込むようにしてい
る。

このようにしても前記実施例同様に母材温度を
一定範囲にコントロールでき、均一な硬度のチル
化層を得ることができる。

次に具体的な実施例を以下に示す。

実験例 １ 鋳鉄部材としてFC30のカムシヤフトを用意
し、その全体を約400℃に予熱した後、第２図に
示した装置を用いてカムトツプ半周をプラズマア
ークを用いて50Aで端部に平行な溶融軌跡を重ね
るようにして連続的に溶融硬化せしめた。尚、こ
の場合、温度センサーによつて測定した母材温度
が450℃を越えたときにカムのベース面に冷却端
子を接触せしめ、母材温度が約400℃となるよう
にして再溶融を行なつた。

このようにして得られたチル化層の硬度は
HRC56±２で略々全周均一な硬度が得られた。

これに対し、従来装置によつてチル化したもの
は、溶融をはじめてまもなく、カム母材温度が約
550℃まで上昇し、溶融開始部ではチル化硬度が
HRC56であつたが、溶融開始部ではチル化硬度
はHRC44となつており、最適硬度とされる
HRC48〜HRC58の範囲から外れる部分が生じ、
特に最も重要なカムトツプ面において充分な硬度
が得られなかつた。

実験例 ２ 鋳鉄部材としてFC30の中空状カムシヤフトを
用意し、その全体を約400℃に予熱した後、第４
図に示した装置を用いて、50Aのプラズマアーク
をカム面の端部に平行な軌跡を重ねるようにして
連続して溶射し、カム面全面を溶融硬化せしめ
た。この場合、中空部内に10℃の冷却エアを約80
／minの割合で母材温度を400℃〜450℃の範囲
に保つようにした。

このようにして形成したカム表面のチル化層の
硬度はHRC56〜58の均一なものであつた。

以上の説明で明らかな如く本発明によれば、カ
ムシヤフト等の鋳鉄部材の表面を再溶融せしめた
後急冷してチル化するに際し、非接触温度センサ
ーによつて母材温度を検知し、この母材温度に応
じて冷却端子等の冷却装置を用いて母材温度を低
下せしめ、母材温度を一定範囲、例えば300℃〜
500℃の範囲におさめるようにしたので、母材の
冷却効果を一定にでき、もつて均一且つ最適なチ
ル化層を形成することができる。

また斯るチル化層の形成を本発明装置によれば
処理時間を短くして且つ容易な手段によつて得る
ことができる等多大の効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施の一例を示すものであり、
第１図は母材温度と硬度との関係を示す線図、第
２図は本発明に係るチル化装置の側面図、第３図
は第２図のＡ−Ａ線断面図、第４図は別実施例を
示す第２図と同様の側面図、第５図は第４図のＢ
−Ｂ線断面図である。 尚、図面中８は鋳鉄部材、８ａは中空部、１３
は冷却端子、１８は接触面、１９は加熱装置、２
０は温度センサー、２７は圧送装置である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳鉄部材の表面を加熱して再溶融せしめる加
   熱装置と、鋳鉄部材の母材温度を感知する温度セ
   ンサーと、この温度センサーによつて感知した母
   材温度に応じて上記母材温度を低下せしめる冷却
   装置とからなることを特徴とする鋳鉄部材の表面
   チル化装置。 ２ 前記鋳鉄部材はカムシヤフトであり、前記冷
   却装置は冷却端子を備え、この冷却端子は内部に
   冷却媒体を保有するとともに、カムのベース面に
   倣つた接触面を形成し、且つカムのベース面に対
   し接離動をなすようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の鋳鉄部材の表面チル化装
   置。 ３ 前記鋳鉄部材は内部に中空部が形成され、前
   記冷却装置は上記中空部に冷却媒体を送り込む圧
   送装置を備えていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の鋳鉄部材の表面チル化装置。