JPS62214131A - 表面再溶融チルカムシヤフトの製造方法 - 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、より詳しくはＴＩＧアーク、
レーザー、電子ビームなどの高密度エネルギーによって
カム摺動部表面を溶融し、自己冷却で耐摩耗性に優れた
チル層をおよびその下の焼入れ層からなる表面硬化層を
形成させる表面再溶融カムシャフトの製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

自動車用エンジンなどに組込まれるカムシャフトではカ
ム摺動表面が優れた耐摩耗１’ｌを有する必要があり、
カム摺動部をＴｒＧアーク、レーザー。

電子ビームなどの高密度エネルギーによって溶融させ、
カムシャフトの自己冷却による急冷でチル硬化層を形成
する表面硬化処理が施こされる（例えば、特開昭５９−
２３１５６号公報、特開昭５９−２０４２４号公報およ
び特開昭５３−９４２０９号公報参照）。このような表
面硬化処理による再溶融チルカムシャフトの製造におい
ては、例えば、ＴＩＧアークを利用するならば、カムシ
ャフトのカムとＴ■Ｇアークトーチのタングステン電極
との間にＴＩＧアークを不活性ガス雰囲気中で発生させ
てカムの摺動表面を溶融させ、このときにカムシャフト
をその中心軸について回転させて同時に中心軸と平行に
揺動させている（往復運動させている）。ｌ−−チはタ
ングステン電極とカム表面との距離が一定になるように
制御されている。このようにしてカムの摺動面上をアー
クが蛇行するように移動して、表血便化層の連続ビード
がカム表面に形成される。

なお、カムシャフトの代わりにトーチを揺動させてもよ
い。

このようにして形成した表面硬化層を有するカムを仕上
げ研摩して所定形成にする。この仕上げ研摩時に研摩割
れが生じることがあり、これはチル層の下のマルテンサ
イトの焼入れ硬化層に発生した残留（熱）応力に起因し
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

−ト述した研摩割れを防止するために特別の熱処理を施
こす必要がある。このような熱処理が、例えば、特開昭
５９−９３８３１号公報にて提案されており、その熱処
理方法は「カム摺動面をトーチにより加熱溶融した後冷
却し、カムを３００℃〜６００℃で０．５〜４．０時間
加熱した後除冷すること」である。

しかしながら、このような残留応力除去のための熱処理
では、処理時間が長く、それに供なって消費するエネル
ギーも大きく、また熱処理炉（加熱炉）の用意も必要で
ある。

そこで、本発明の目的は、研摩割れ防１１−のための残
留応力除去熱処理を従来よりも短時間に行なう方法を提
供することである。

また、本発明の別の目的は、残留応力除去熱処理を加熱
炉を用いずに行なう方法を櫂供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的が、カムシャフトのカムに高密度エネルギー
を適用してカム摺動部表面を溶融し、自己冷却によるチ
ル層および焼入れ層からなる表面硬化層を形成する再溶
融チルカムシャフトの製造方法において、表面硬化層の
形成後に、カム摺動部表面を溶融しない高密度エネルギ
ーを表面硬化層に適用して残留応力除去を行なうことを
特徴とする再溶融チルカムシャフトの製造方法によって
達成される。

本発明の実施態様例として、ひとつのカムに対して２本
高密度エネルギー照射トーチ（例えば、ＴＩＧアークト
ーチ）を用意して、先行するトーチで再溶融チル化処理
を行ない、後続のトーチで残留応力除去のための加熱処
理を行なうことができる。

別の実施態様例として、従来のようにひとつのカムに対
して１本の高密度エネルギー照射トーチを用意して、所
定カム表面の再溶融チル化処理が終了したところで、カ
ムシャフトの回転を逆転させかつこのトーチの高密度エ
ネルギーを溶融しない程度に下げて後もどりするように
加熱処理を行なうことができる。

その他の実施態様例として、表面硬化層を形成する再溶
融チル化処理ステーションの後に同様な高密度エネルギ
ー照射処理ステーションを設けて（同様な処理ステーシ
ョンを２つ設けて）、再溶融チル化処理後に直ちに次の
ステーションにて溶融しない高密度エネルギーを形成し
た表面硬化層に照射して加熱処理を行なうこともできる
。この実施態様例の場合および最初に述べた実施態様例
の場合においては、適用する高密度エネルギーを同種の
ものの組合せ（例えば、ＴＴＧアークそしく５） て次もＴＩＧアーク）あるいは異種のものの組合せ（例
えば、レーザビームそして次にＴＩＧアーク）で行なう
ことができる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例によって本
発明の詳細な説明する。

（例１） 第１図（ａ）、第１図（ｂ）および第１図（Ｃ）は、カ
ムシャフトのひとつのカムについて２本のＴ　Ｔ　Ｇア
ークトーチを用意して本発明の方法にしたがってカム摺
動表面に表面硬化層を形成する再溶融チル化処理および
熱処理を行なっている工程を説明する概略図である。

カムシャフトのカム１にＴＴＧアークによる再溶融チル
化処理を施こす従来のＴＩＧアークトーチ２の他にＴｆ
Ｇアークトーチ３を用意する。このＴＩＧアークトーチ
３は残留（熱）応力除去のための熱処理（加熱）を行な
うもので、トーチ３とカム中心とを結ぶ線がトーチ２と
カム中心とを結ぶ線とで約４５°の角度を形成するよう
に配置されている。このトーチ３の駆動機構はトーチ２
のものと同じで、カム表面とトーチのタングステン電極
との間隙が一定となるようＯこ制御されており、カム１
の回転につれてカム表面プロフィルに追従して動く。

まず、粗加工したカムシャフトを用意し、このカムシャ
フトのカム１は、例えば、カム幅が１３曹■で、ベース
円直径が２８龍で、リフト量が８ｍｍである。このカム
シャフトを再溶融チル化処理ステーションのカムシャフ
ト支持駆動部（図示せず）トにセットする。この支持駆
動部によってカムシャフトは、例えば、そのカムシャフ
ト中心軸の回りに３００°／分の速度で回転し、かつカ
ムシャフト中心軸方向に幅９−１で速度１．２秒／サイ
クルにて往復運動（オシレート）することになる。

第１図（ａ）の再溶融チル化処理の開始段階においては
、トーチ２にカム表面を溶融するアーク４を発生させる
強電流（例えば、１２ＱＡ）を流し、同時にカムシャフ
トを往復運動させる。アーク４の発生開始から約４秒後
にカムシャフトを回転（矢印六方向）させる。一方、ト
ーチ３にカム表面を溶融しないレベルのアーク５を発生
させる弱電流（例えば、２０〜３０Ａ）を流す。この弱
電流は強電流と同時に流し始めてもよく、あるいはカム
シャフト回転時から流してもよい。

カムシャフトを往復運動させながら回転させて、第１図
（ｂ）に示すように、ＴＩＧアークトーチ２による再溶
融チル化処理によってチル層および焼入れ層からなる表
面硬化層６が形成される。そして、この表面硬化層６が
トーチ３のところにて、そのアーク５によって加熱され
て表面硬化層６内に生じた熱応力（残留応力）が解放さ
れる。

カムシャフトの回転がさらに進み、第１図（Ｃ）は処理
の最終段階を示しでおり、１ヘーチ２による表面硬化層
６の形成が所定終了地点７にて終ってトーチ２への電流
供給はなされていないのでアーク４は発生していない。

そして、表面硬化層６の熱処理のためにトーチ３での了
−り５のみを所定終了地点７まで発生させている。

このようにしてＴＴＧアークを利用した再溶融チル化処
理での表面硬化層の形成およびこの表面硬化層の熱処理
を施こし、自然空冷したカムシャフトをカム研摩機にセ
ットする。このカム研摩機にてカム表面を０．５　ｎ＋
深さ研摩除去し、研摩面を磁気探傷法によって検査する
。この検査の結果、表面硬化層を含むカム摺動面には研
摩割れのないことがわかった。

（例２） 第２図（ａ）、第２図（ｂ）および第２図（Ｃ）は、ひ
とつのカムについて従来通り１本のＴＩＧアークトーチ
を用いて本発明の方法にしたがって再溶融チル化処理お
よび熱処理を行なう工程を説明する概略図である。

この場合には、例１でのトーチ３を省略し、カムシャフ
ト支持駆動部がカムシャフトを逆回転でき、かつトーチ
２への流す電流を強電流又は弱電流に切換えできるよう
になっている。

例１と同じ粗加工カムシャフトを再溶融チル化処理ステ
ーションのカムシャフト支持駆動部上にセットする。こ
の駆動部によってカムシャフトをその中心軸の回り３０
０°／分の速度で回転させ、かつ幅９龍で速度１．２秒
／サイクルにて往復運動（オシレート）させる。

第２図（ａ）に示すように、Ｔ■Ｇアークトーチ２に１
２ＯＡの強電流を流してカム１との間にＴＩＧアーク４
を発生させて、このＴＩＧアーク４によってカム表面を
溶融させ自己冷却にて表面硬化層６を形成する。このと
き、カムシャフトは矢印Ａ方向に回転しかつ往復運動し
ているので、カムノーズに向かって表面硬化層６が形成
されている。

次に、第２図（ｂ）のように表面硬化層６の形成終了地
点７に達するまで再溶融チル化処理を行なう。所定の表
面硬化ＮＧを得たところで、カムシャフトの回転を止め
かつアーク電流を溶融しない弱電流（２５Ａ）にする。

その後に、第２図（Ｃ）に示すように、カムシャフトを
矢印Ｂ方向に逆回転させ、その回転速度を２５０°／ｍ
ｉｎにする。往復運動は同じ幅９ｍｍの１．２秒／サイ
クルに維持して、表面硬化層６を弱電流でのアーク５に
よって加熱する。

このようにしてＴＩＧアークによる再溶融チル化処理お
よび熱処理を施こしたカムシャフトを例１と同じように
０．５　＊＊深さ研摩除去し、磁気探傷で検査する。こ
の結果、表面硬化層を含むカム摺動面に研摩割れのない
ことがわかった。

〔発明の効果〕

本発明にしたがって、再溶融チル化処理後の高密度エネ
ルギー適用による熱処理によって残留応力を従来よりも
短時間に解放できて、研摩割れを防止することができる
。

例１ではトーチを１本増設することで熱処理時間が再溶
融チル化処理時間と重なっており、処理時間はそれほど
増えない。Ｍ２ではほぼ従来設備をそのまま利用できて
設備費がかからない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第１図（ｂ）および第１図（ｅ）は、２
本のＴＩＧアークトーチで再溶融チル此処理および熱処
理を行なう場合のカムシャフトのカムおよびトーチの概
略図である。 第２図（ａ）、第２図（ｂ）および第２図（Ｃ）は、１
本のＴＩＧアークトーチで再溶融チル化処理および熱処
理を行なう場合のカムシャフトのカムおよびトーチの概
略図である。 ■・・・カム、　　　２・・・トーチ、　　　３・・・
トーチ、４．５・・・アーク、　　６・・・表面硬化層
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、カムシャフトのカムに高密度エネルギーを適用して
   カム摺動部表面を溶融し、自己冷却によるチル層および
   焼入れ層からなる表面硬化層を形成する再溶融チルカム
   シャフトの製造方法において、前記表面硬化層の形成後
   に、カム摺動部表面を溶融しない高密度エネルギーを前
   記表面硬化層に適用して残留応力除去を行なうことを特
   徴とする再溶融チルカムシャフトの製造方法。