JPS6233758A

JPS6233758A - プラズマガスを用いた金属表面硬化方法および装置

Info

Publication number: JPS6233758A
Application number: JP17202285A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Saga; 佐賀　紀彦; Hisao Hirono; 広野　久雄; Toshio Miyazawa; 敏夫宮沢
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-08-05
Filing date: 1985-08-05
Publication date: 1987-02-13
Also published as: JPH0116314B2

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】本発明はプラズマガスを用いた金属表面硬化方法および
装置に関し、一層詳細にはワークにプラズマガスを噴射
してワーク表面を溶融し、この溶融部に粉末状の高硬度
金属を供給して前記ワークの所定の部位に耐摩耗性に優
れた硬化層を形成する際、前記プラズマガスが拡散する
ことを阻止すると共に前記高硬度金属が不要な部分に付
着することなく前記ワークの表面硬化処理加工を行うこ
とが可能なプラズマガスを用いた金属表面硬化方法およ
び装置に関する。

自動車に組み込まれるカムシャフト、ロッカーアーム等
は長期間に亘り連続して使用されなければならず、従っ
て、特に、その摺接部は極めて耐摩耗性に優れているこ
とが望まれる。このため、従来から前記カムシャフト、
ロッカーアーム等に対し耐摩耗性に優れる硬度の高い摺
接部を形成するための種々の加工処理が施されている。

例えば、このようなカムシャフト、ロッカーアーム等を
鋳造成形する際に、摺接部となる部位に冷し金を配設し
、供給される溶湯をこの冷し金により急冷して硬化した
チル層を形成する方法がある。然しなから、この冷し金
によっては前記摺接部に十分な硬度が得られないため、
製品としてのカムシャフト、ロッカーアーム等は長期間
に亘り使用することが不可能となる不都合が生ずる。

そこで、溶湯中にＣｒ　％　Ｍｏ等の高硬度金属を添加
し、冷し金を用いて摺接部となる部位に高硬度なチル層
を形成するものが案出されている。ところが、この種の
ＣｒＳＭｏ等を用いて所望の硬度を有するチル層を形成
するためには、溶湯中に一定量以上の前記高硬度金属を
添加しなければならない。しかも、硬化処理中にかなり
の量のこの高硬度金属が慴接部以外の部分にも混入して
しまう。従って、鋳造成形後に取り出されるワークは全
体として硬度の高いものとなり、成形後ワークに対して
仕上げ加工等を施そうとする時、切削加工が困難なもの
となる欠点が指摘される。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ワークにプラズマガスを噴射する際にこのプラ
ズマガスが拡散することなく良好に前記ワークの所定の
部位を溶融すると共に、粉末状の高硬度金属を不要な部
分に付着させることなく前記所定部位に供給することに
より、前記ワークに耐摩耗性に優れた高硬度な硬化層を
形成することを可能にするプラズマガスを用いた金属表
面硬化方法および装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明はワークに対して
アークを発生させ、前記アークに対して作動ガスを供給
してプラズマガスとして前記ワークに噴出させ、前記プ
ラズマガスに粉体または粒体からなる高硬度金属を供給
して前記ワークに高硬度金属が混入した溶融池を生成す
ると共に、前記プラズマガスの周回にシールドガスを供
給して前記プラズマガスの噴出範囲を規制することを特
徴とする。

さらにまた、本発明は電極を内装しプラズマガスを噴出
させるための狭小なノズル開口部を画成したノズルチッ
プと、前記ノズルチップを囲繞してシールドガスを前記
ノズルチップの先端部に供給するシールドキャップと、
前記シールドキャップに所定角度傾斜してその内部に臨
み且つ前記ノズル開口部から導出されるプラズマガスに
指向して高硬度金属の粉体または粒体を供給する金属導
入管と、前記ノズルチップとシールドキャップとの間に
前記ノズルチップより離間してこのノズルチップ先端部
を覆い且つシールドガスの分流路を画成する遮蔽部材を
設けることを特徴とする。

次に、本発明に係るプラズマガスを用いた金属表面硬化
方法についてそれを実施する装置との関係において好適
な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に
説明する。

第１図乃至第３図において、参照符号１０は本発明に係
るプラズマガスを用いた金属表面硬化装置を示す。この
場合、前記装置１０は中空上のシールドキャップ１２と
下端部に半球状の先端部１３を有するノズルチップ１４
とを含み、前記シールドキャップ１２とノズルチップ１
４との間にはシールドガス用通路１６が画成される（第
２図参照）。

そして、シールドキャップ１２には夫々水平方向に対し
所定角度傾斜して孔部１８ａ、１８ｂを穿設する。一方
、前記ノズルチップ１４の外周部には所定の位置に周溝
２０を刻設すると共に、その中央部に鉛直方向に指向し
て作動ガス供給用通路２２を形成し、この通路２２の出
口側には段部を介してこれより小径なプラズマガス導出
用ノズル部２４を連通形成する。また、ノズルチップ１
４には前記通路２２を囲繞するようにして冷却水用開口
部２５を形成すると共に、通路２２内にタングステン電
極２６を配設し、さらに前記ノズルチップ１４の外周部
には遮蔽部材２８を装着する。

すなわち、前記遮蔽部材２８は絶縁体、例えば、セラミ
ック系材料で形成され、その形状はノズルチップ１４の
先端部１３の半球形状に対応して碗状を有しており、そ
の上部並びに下部には夫々開口部３０．３２が画成され
る。前記周回する開口部３０の内部端傍にはこの遮蔽部
材２８の上部に形成され所定の幅員を有して半径方向内
方に膨出する係止部３６ａ乃至３６ｄがしｎみ、さらに
、これらの係止部３６ａ乃至３６ｄには前記ノズルチッ
プ１４の周溝２０に対応する溝部３Ｂａ乃至３８ｄが刻
設される。そして、前記周溝２０と溝部３８ａ乃至３８
ｄとにリング部材４２を介装してこの遮蔽部材２８をノ
ズルチップ１４に装着する。すなわち、遮蔽部材２８の
内部に膨出する係止部３６ａ乃至３６ｄによってノズル
チップ１４の外周壁部と遮蔽部材２８の内周壁部との間
には複数個の通路４０が画成されることが容易に諒解さ
れよう。

一方、シールドキャップ１２の孔部１８ａ、１８ｂには
夫々高硬度金属粉末用導入管４４ａ、４４ｂが嵌装され
る。前記導入管４４ａ、４４ｂはステンレス等で形成さ
れる第１の管体４６ａ、４６ｂとセラミック系材料で形
成される第２の管体４８ａ、　４８ｂとを含み、前記管
体４６ａ、４８ａおよび４６ｂ、４８ｂは夫々ジヨイン
ト５０ａ、５０ｂを介して一体的に連結される。この場
合、第２管体４３ａ、４８ｂの一端部側は通路１６内に
所定長さ臨入しており、前記第２管体４８ａ、４８ｂの
軸線の延長線とノズル部２４の延長線とが下方において
交差するよう夫々の孔部１８ａ、１８ｂの角度を選択し
ておく。

本発明に係るプラズマガスを用いた金属表面硬化装置は
基本的には以上のように構成されるものであり、次にそ
の作用並びに効果について説明する。

そこで、先ず、当該装置１０をワークＷの摺接部となる
部位の近傍に位置決めして後、タングステン電極２６を
図示しない直流電源のマイナス側に接続し、一方、ワー
クＷをプラス側に接続スル。さらに、通路２２にはアル
ゴンガス等の作動ガスを供給し、一方、通路１６にはシ
ールドガスを供給する。このため、タングステン電極２
６とワークＷとの間にアークが発生する。そして、この
プラズマガスはノズル部２４を介して絞られて高温、高
速のプラズマアークとして先端部１３から遮蔽部材２８
の開口部３２を介して外部に導出される。

この場合、第３図に示すように、通路１６に供給された
シールドガスの一部は遮蔽部材２８の上部に形成された
係止部３６ａ乃至３６ｄの間隙から通路４０に侵入して
前記導出されたプラズマアークに吹き付けられる。従っ
て、前記プラズマアークはその周方向から供給されるシ
ールドガスによりそのガス流による収束効果と冷却によ
るサーマルピンチ効果の作用によりさらにこの直径を小
さくすることが出来、ワークＷの所望の部位に高温、高
速のプラズマアークを噴射してこれを効果的に溶融して
溶融池５２を形成することが可能となる。

一方、夫々の導入管４４ａ、４４ｂからは前記ブラズマ
アーク中に粉末状の高硬度金属５４が供給される。この
場合、高硬度金属５４としてはＣｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｗ、
■、Ｎｂ等の単体、これらの金属同士または他の金属と
の合金あるいは炭素等との化合物等種々のものを選択す
ることが可能である。また、その際、前記高硬度金属は
単独あるいは二種以上複合して供給される。

このようにして、夫々の導入管４４ａ、４４ｂからプラ
ズマアーク中に供給される高硬度金属５４は前記プラズ
マアークにより加熱されて高速で溶融池５２内に混入さ
れる。ここで、高硬度金属５４にはプラズマアークの噴
出圧力が作用すると共に、当該装置１０がワークＷの上
方を所定方向に変位するよう移動制御されるため、この
高硬度金属５４は攪拌されて溶融池５２内に均一に分散
する。その際、前記高硬度金属５４が溶解し易いもので
あれば、この溶融池５２内に溶融し、一方、溶解しにく
いものであれば前記溶融池５２内に分散する。

このようにして、当該装置１０を変位させてワークＷの
所定の部位に溶融池５２を形成して後、タングステン電
極２６とワークＷへの通電を停止する。次いで、所定時
間前記ワークＷを冷却すれば、高硬度金属５４が均一に
分散あるいは混入した硬化層がこのワークＷの所望の表
層部に形成される。なお、この場合、シールドキャップ
１２の内部に高硬度金属５４を導入するための導入管４
４ａ、４４ｂの第２管体４８ａ、４８ｂが臨んでいるが
、この第２管体４３ａ、４８ｂはセラミック系の材料で
形成されているためにプラズマアークによって発生する
高温の熱により損傷することはない。

ところで、前述したように、タングステン電極２６とワ
ークＷとの間に発生するプラズマアークは遮蔽部材２８
と先端部１３との間で画成される通路４０を介して供給
されるシールドガスにより好適にその径を縮小される。

従って、夫々の導入管４４ａ、４４ｂから所定速度で送
給される粉末状高硬度金属５４により悪影響を蒙ること
は回避される。すなわち、ノズル部２４から導出される
プラズマアークは進行方向、すなわち、ワークＷ側に指
向して拡散する傾向にある。従って、遮蔽部材２８を設
けていなければ、前記プラズマアークは徐々に拡散し、
一方、所定速度の高硬度金属５４が供給されることによ
り、このプラズマアークは前記高硬度金属５４が供給さ
れない方向に拡開し、第４図に示すように、略長方形状
を有する溶融池５２が形成されてしまう。このため、前
記ワークＷが好適に溶融されず、また、供給される高硬
度金属５４がこの溶融池５２内で均一に分散されない場
合が生ずる。

然しなから、本発明では遮蔽部材２８を設けて通路４０
を画成し、この通路４０を介してシールドガスを分岐さ
せてノズル部２４から導出されるプラズマアークをさら
に小径にしてワークＷに噴射するよう制御している。従
って、夫々の導入管４４ａ、４４ｂから供給される高硬
度金属５４に影響されることなく、前記ワークＷに良好
な溶融池５２を形成し、前記高硬度金属５４のワークＷ
に対する均一な混入作用を達成している（第４図中破線
参照）。

さらにまた、この遮蔽部材２８を設けることにより、第
２管体４８ａ、４８ｂからプラズマアークに送給される
高硬度金属５４がノズルチップ１４自体に付着すること
を阻止している。蓋し、このノズルチップ１４に高硬度
金属５４が付着すれば、ノズルチップ１４の先端部１３
からのアーク、すなわち、ダブルアークが発生してワー
クＷに噴射されるプラズマアークのエネルギが不安定と
なると共に、このノズルチップ１４に損傷を与える場合
が多い。

然しなから、本発明では、前記ノズルチップ１４の先端
部１３を覆うようにして遮蔽部材２８を設け、この遮蔽
部材２８とノズルチップ１４とに所定の隙間を有する通
路４０を画成し、これにシールドガスを導入して高硬度
金属５４の付着を防止することにより、装置自体に損傷
を与えることがないよう構成している。この場合、遮蔽
部材２８をセラミック系の材料で形成しているため、こ
こにアークが発生することを阻止すると共にプラズマア
ークの熱に容易に耐えることが出来る。

以上のように本発明によれば、電極とワークとの間にプ
ラズマアークを発生させ、さらに遮蔽部材内を通過した
シールドガスにより前記プラズマアークの径を好適に縮
小してワークを溶融すると共に、このプラズマアークに
供給される高硬度金属を高速で前記溶融部に混入してい
る。このため、前記高硬度金属を所定の速度でプラズマ
アーク中に供給しても、このプラズマアークが拡散する
ことがなく、ワークの所定の部位を確実に溶融すること
が出来る。そして、この溶融部に前記高硬度金属を均一
に送給して耐摩耗性に優れた高硬度な硬化層を得ること
が可能となる。さらにまた、ノズルチップの外周部に遮
蔽部材を装着しているため、このノズルチップに高硬度
金属が付着することを阻止し、前記ノズルチップの損耗
を回避して長期間に亘って良好に使用されるという効果
が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、例え
ば、金属粉末用導入管の数を増加することが出来、また
、遮蔽部材はその表層部に絶縁体を被覆させても同一作
用を営むことが可能である等、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能なこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るプラズマガスの発生装置の一部
省略分解図、第２図は本発明装置の一部省略正面縦断面
図、第３図は本発明装置の一部省略拡大図、第４図はプ
ラズマアークの発生状態を示す説明図である。１０・・・装置　　　　　　　１２・・・シールドキャ
ップ１４・・・ノズルチップ　　　１６．２２・・・通
路２４・・・ノズル部　　　　　２６・・・タングステ
ン１掻２８・・・遮蔽部材　　　　　４４ａ、４４ｂ・
・・導入管４４ａ補　　　　　　丁　　　　　　雪手続補正書く自発）１、　事件の表示　　　昭和６０年　特許願　第１７２
０２２号（昭和６０年８月５日付出願）２、発明の名称　　　プラズマガスを用いた金属表面硬
化方法および装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　　　　　東京都港区南青山二丁目１番１号名　
称　　　　（５３２）　　本田技研工業株式会社代表者
　久米　是志４、代理人６、補正の対象　　（１）　　明細書の「発明の詳細な
説明」の欄＋１）　　明細書「発明の詳細な説明」中、
第７頁第６行目の「・・・、前記位置１０は中空上の」とあるを、「・・
・、前記位置１０は中空状の」と補正します。（２）同、第１３頁第８行目の［・・・溶融池５２が形成されて・・・」とあるを「・
・・溶融池５２ａが形成されて・・・」と補正します。（３）同、第１３頁第１０行目の「・・・この溶融池５２内で均」とあるを、「・・・こ
の溶融池５２ａ内で均」と補正します。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ワークに対してアークを発生させ、前記アークに
対して作動ガスを供給してプラズマガスとして前記ワー
クに噴出させ、前記プラズマガスに粉体または粒体から
なる高硬度金属を供給して前記ワークに高硬度金属が混
入した溶融池を生成すると共に、前記プラズマガスの周
回にシールドガスを供給して前記プラズマガスの噴出範
囲を規制することを特徴とするプラズマガスを用いた金
属表面硬化方法。
（２）電極を内装しプラズマガスを噴出させるための狭
小なノズル開口部を画成したノズルチップと、前記ノズ
ルチップを囲繞してシールドガスを前記ノズルチップの
先端部に供給するシールドキャップと、前記シールドキ
ャップに所定角度傾斜してその内部に臨み且つ前記ノズ
ル開口部から導出されるプラズマガスに指向して高硬度
金属の粉体または粒体を供給する金属導入管と、前記ノ
ズルチップとシールドキャップとの間に前記ノズルチッ
プより離間してこのノズルチップ先端部を覆い且つシー
ルドガスの分流路を画成する遮蔽部材を設けることを特
徴とするプラズマガスを用いた金属表面硬化装置。
（３）特許請求の範囲第２項記載の装置において、遮蔽
部材の少なくとも表層部全面部を絶縁体で形成してなる
プラズマガスを用いた金属表面硬化装置。
（４）特許請求の範囲第２項または第３項記載の装置に
おいて、遮蔽部材の一端縁部に所定の幅員を有し半径方
向内方に指向して膨出する複数の係止部を設け、前記係
止部とノズルチップとに夫々対応する周溝を形成し、前
記周溝にリング部材を介装して前記遮蔽部材をノズルチ
ップに装着してなるプラズマガスを用いた金属表面硬化
装置。
（５）特許請求の範囲第２項記載の装置において、粉末
金属導入管は少なくともその先端部をセラミック系の材
料で形成してなるプラズマガスを用いた金属表面硬化装
置。