JP3843445B2 - カムシャフトの再溶融処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カム表面に硬度の高いチル化組織を形成するために高密度エネルギー熱源を利用してカム表面を再溶融させるカムシャフトの再溶融処理方法に関する。
【０００２】
【本発明の背景】
カム表面を再溶融処理し、その後冷却することによってカム表面部分に所定の厚さで硬度の高いチル化層を形成し、カムの耐磨耗性を向上させることは従来から公知である。この方法では、カム表面を再溶融させるために、ＴＩＧトーチあるいはプラズマトーチ等を用い、トーチを一方の電極とし、カム側を他方の電極とするように構成する。そして、該トーチと処理するカム表面に高密度エネルギー熱源としてのアーク発生させて、このアークをカム表面に照射し、カム表面を再溶融させる。
この方法においてはアークをカム表面に照射するに際して、カムシャフトを回転させて、アーク照射領域を順次回転方向に進めるようになっている。
【０００３】
カム表面の摺動部分についてはその全面にわたって一様な深さの再溶融領域を形成することが望ましいが、トーチの照射範囲は、カム表面幅より狭いため、再溶融処理工程においてはカムシャフトを回転させながらトーチを左右にオシレート、すなわち揺動させるようにして全幅にわたってアークを照射する。
通常、一本のカムシャフトには、複数のカムが設けられており、そのそれぞれに対して再溶融処理装置を適用して上記再溶融処理を行う。この場合、一般には、一対一組の再溶融処理装置が１つのステーションに設けられており、一対のカムシャフトが当該再溶融処理ステーションに導入される。再溶融処理ステーションに導入された一対のカムシャフトに対し、一対の再溶融処理装置が同時に動作して再溶融処理を行う。そして、一対のカムの再溶融処理が完了すると、カムシャフトは次のステーションに送られ、さらに当該一対のカムシャフト上の別の一対のカムについて同様に一対の再溶融処理装置を用いて再溶融処理を行う。
【０００４】
したがって、４気筒エンジンの場合には一本のカムシャフト上に８つのカムが形成されているので、４つのステーションにわたって再溶融処理が行われることになる。
この場合、カムの再溶融処理の仕上がりに関して、不具合が生じているとき、その状態によっては、再溶融処理装置に原因する場合がある。
このような場合には、どの再溶融処理装置によって処理がおこなわれたかを突き止める必要があるが、カムシャフトからでは割り出すことは困難である。
この場合、たとえば特開平９−２０３３４４号に開示されるようにワークに刻印を付すようにしておけば事後的に装置を突き止めることが可能となる。
【０００５】
【解決しようとする課題】
しかし、上記公報に開示されるように、ワークすなわち、カムシャフトに刻印を付すこととすれば、刻印装置の設置が必要となり、装置の設置のコストだけでなく、工数が増大することとなり、作業能率が低下する。
とくに、再溶融処理の直後においては、１００℃前後の温度になっているため再溶融処理が適正であったかどうかを点検するには、作業員の安全性の面あるいは点検装置の信頼性の面等から正確にその状況を知ることは困難である。また、後工程において機械加工が付加された場合には、正確に処理の的確性を追求することは困難である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような事情に鑑みて構成されたもので、再溶融処理の作業性を低下させることなく、簡単な方法で、容易に再溶融処理にかかるカムと装置とを対応づけすることができる再溶融処理方法を提供することを目的とする。
本発明のこの目的は、複数のカムが設けられたカムシャフトのカム表面を再溶融処理するに際し、一本のカムシャフト上の複数のカムの再溶融処理装置がすべて共通とはならない再溶融処理方法において、
前記カムシャフトを再溶融処理ステーションに導入し、
前記カムシャフト上の所定のカムを所定の再溶融処理装置を用いて再溶融処理し、
次の工程に移行する前に前記所定のカムの再溶融処理をおこなった再溶融処理装置を用いてカムシャフト上に当該再溶融処理にかかるカムと再溶融処理装置とを対応づけるマーキングを付し、
マーキングを再溶融処理によりカムのベース円部に形成される再溶融化チル層とすることによって達成される。
再溶融処理ののちカム表面には、通常リューブライト処理といわれる処理が施される。本発明ではこの部分を利用して、マーキングを行うようにしたものである。
また、この処理は、カム表面にりん酸塩皮膜を形成して表面の摩擦抵抗を減少させるものである。この処理を行うと再溶融処理によって形成されたチル硬化層の表面とそれが形成されていない表面とは色が異なるため判別が可能となる。
【０００７】
この場合、前記マーキングが再溶融処理によりカムのベース円部の肩部に形成される肩だれとすることができる。ベース円部は通常、カムとしての機能が要求されることはなく、再溶融処理を行う必要がないものである。
したがって、この部分に肩だれを生じさせても、実害はない。
【０００８】
本発明の好ましい態様では、再溶融処理を行う領域に隣接したカム表面領域に前記マーキングを付すようになっている。このようにすれば、容易にマーキングが可能となるとともに、カムとこれを処理した再溶融処理装置との対応も容易に行うことができる。
さらに、通常の再溶融処理の後、当該再溶融処理領域から隔置した所定位置に前記マーキングを付ようにしてもよい。このようにすることにより、さらに別の装置にかかる再溶融処理を区別することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１を参照すると本発明の１実施例にかかるカムシャフトの再溶融処理工程に関係する装置の全体図が平面図の形式で、搬送方向に沿って示されている。
本例において再溶融処理が施されるカムシャフトは、４気筒エンジンのカムシャフトであって、４つの気筒に対応してそれぞれ４つの吸気用カムと排気カムが形成されている。
このカムシャフトの再溶融処理を行うために、４つの処理ステーションが搬送ライン上に設けられる。そして、搬送ラインには、二本のカムシャフト１、２が処理のために送り込まれ、４つのステーションのそれぞれにおいて一対のカムが処理される。
【００１０】
再溶融処理のラインはその搬送方向に沿って、搬入ステーション３、車種識別ステーション４、第１予熱ステーション５、第２予熱ステーション６、第１処理ステーション７、第１待機ステーション８、第２処理ステーション９、第３処理ステーション１０、第２待機ステーション１１、第４処理ステーション１２及び搬出ステーション１３が設けられている。そして、フロアにはピット１４が搬送方向に沿って形成されている。
搬送ステーション３、第１、第２待機ステーション８、１１、及び搬出ステーション１３には、前後１対のワーク受け部材１５がピット１４に臨むように設けられている。車種識別ステーション４には、一対の支持機構１６と識別機構１７とを有する車種識別装置１８が配置され、第１、第２予熱ステーション５、６には、それぞれ一対のプレヒータ１９、２０を有するプリヒート装置２１、２２が設けられる。また、第１〜第４再溶融処理ステーション７、８、９、１０にはトーチ２３、２４、トーチ移動装置、カムシャフト回転装置とが配置される。
【００１１】
ピット１４には各ステーションからステーションに一対のカムシャフト１、２を順次搬送するための搬送装置が配置されている。搬送装置は、油圧シリンダなどで構成される駆動機構とピット内に配置され、所定のストロークでサイクル駆動されるキャリア２５を備えており、ステーションの背後に配置された、制御盤２６に設けられたコントローラ２７により制御される。
搬入ステーション３には、一対のカムシャフトがオートローダによりカムシャフト製造ラインから搬入される。カムシャフト１、２はワーク受け部材１５によって支持され、処理が完了した後、所定のタイミングでキャリア２５によに次のステーションにタクト搬送される。
車種識別ステーション４において、カムシャフト１、２は、支持機構１６で支持されるとともに、たとえば、第１カム部の吸気用カムのノーズ部が鉛直下方を向く、所定の基準回転位置となるように回転位相が調整される。この基準回転位置において、適用車両車種識別マークが検出される。第１予熱ステーション２１においてプレヒータ１９により所定時間かけてたとえば２００℃程度の所定温度に加熱され、さらに、第２予熱ステーション２２において、所定時間かけて、たとえば４００℃に加熱される。
【００１２】
そして、第１処理ステーション７に搬入されて再溶融処理される。第１処理ステーション７では、第１カム部の吸気用及び排気用カムが再溶融処理される。
そして、第２〜第４処理ステーション９、１０、１２において、順次、第２〜第４カム部の吸気用及び排気用カムがそれぞれ再溶融処理される。
このようにして、８つのカムすなわち、第１カム〜第４カムの吸気用及び排気用カムが第１〜第４処理ステーションを通じて、再溶融処理されると、一対のカムシャフトは搬出ステーションからエンジン組立ラインへと、搬出される。第１、第２待機ステーション８、１１は、ライン停止などの場合に、一時的にカムシャフトを待機させるために設けられている。
また、図２には、上記各処理ステーション７、９、１０、１２に配置される再溶融処理装置２８が側面図の形態で示されている。
【００１３】
本例の再溶融処理装置２８は、トーチ移動装置２９と、該トーチ移動装置２９に設けられた高密度エネルギー熱源としてのアークを発生する、一対のＴＩＧトーチ２３（２４）を備えている。本例においては、ＴＩＧトーチ２３（２４）が負電極、カムシャフト３が正電極となるように電気回路を構成し、ＴＩＧトーチ２３（２４）とカムシャフト２のカムのカム表面との間にアルゴン等の不活性ガス雰囲気を形成してアーク放電を生じさせる。
そして、このアーク放電による高密度エネルギーを熱源として、カム表面を再溶融させる。その後、冷却して硬度の高いチル化組織を形成する。
さらに、再溶融処理装置２８は、温度検出器３０、カムシャフトの両端の軸部を支持する回転支持装置３１と、トーチに対して上記アーク発生用電力を供給するトーチ電源ユニット３２を備えている。上記のように制御盤２６には、４つの再溶融処理装置を制御するコントロールユニット２７を備えている。さらに、トーチ移動装置３１等を駆動するための油圧を供給する油圧供給装置３３を備えている。
【００１４】
回転支持装置は、ピット１４の後方に配置された油圧シリンダ３４と該油圧シリンダ３４のロッドにガイド部材を介して連結された支持軸部材と、ピットの前方に油圧シリンダと対向して配置された油圧シリンダ３５と、該油圧シリンダのロッドにガイド部材を介して連結されたサーボモータ３６と、該サーボモータ３６の出力軸端部に設けられてホルダ３７を備えている。
上記支持部材とサーボモータ３６及びホルダ３７は油圧シリンダ３５により、前進位置と後退位置との間で位置の切替ができるようになっている。ホルダは３組の把持部を有し、これらの把持部は油圧シリンダの作用により、把持部と非把持部とに切替可能になっている。
トーチ移動装置２９は、装置本体と該本体から前方に突出したアーム３８を備え、該アームを前後方向に往復動させるサーボモータと上下方向に往復動するサーボモータと、アームの先端でトーチを支持する支持部材を備えている。
【００１５】
図３に示すように、トーチの近傍に、カム表面の温度を形成する上記温度検出装置が取り付けられている。温度検出装置３０は、蒸着サーモパイルを検出素子として内蔵した赤外線方式のものである。
ＴＩＧトーチ２３からカム面４１に対して照射されるとき、カムシャフト１は回転させられ、これによって、カム４０のカム面４１へのアークの照射領域が順次送られるようになっている。また、ＴＩＧトーチ２３のＴＩＧアーク照射幅はカム幅より小さいのでカム面４１の全幅にわたって均一に溶融領域を形成するためにＴＩＧトーチ２３はカム面４１の幅方向にオシレートすなわち揺動される。
この結果、ＴＩＧトーチ２３は、回転するカム面上において図の線Ａに示すように蛇行したオシレート軌跡を描きながら溶融領域６を形成する。
【００１６】
この場合において、チル組織は、カム表面全面にわたって形成することがカムの耐磨耗性能上好ましい。
このためには、オシレートの幅がカム４０の幅とが極力接近するようにトーチ２３を揺動させるのが望ましい。
本例において、再溶融処理装置は、通常の再溶融処理が完了した後、図４に示すようにカム４０のベース円部４２をトーチ２３を用いてアークを照射して意図的に肩ダレが生じさせる。
この場合、第１処理ステーションにおける第１再溶融処理装置によって、再溶融処理がなされたことを示すために、当該処理したカムのベース円部４２の右側に１つの側部に上記意図的な肩ダレ４３によってマーキングを施す。
【００１７】
上記したように、再溶融処理においては、トーチ２３は、カム表面上を回転方向及び幅方向に関して、任意に移動することができる。したがって、通常の再溶融処理が行われた後に、所定の位置に意図的な肩ダレ４３のための照射を行うように、予め、コントロールユニット２７において再溶融処理装置２８に対し、カム上の回転位置と、左右方向位置を設定して置けばよい。このことは、一般的には、プログラム上の操作であるので簡単である。
本例では、各処理ステーション７、９、１０、１２においてトーチ２３、２４は２つづつ設けられており、トーチは再溶融処理ステーションにおいて全体で８個存在することとなる。したがってどのトーチによってカムの再溶融処理が行われたかを特定するためには全部で８通りのマーキングを行えば良いことになる。
【００１８】
図４に示すように、カムの回転方向に関してベース円部の異なる位置に２カ所（たとえば、ノーズトップから１２０°及び２４０°）、幅方向に関して左右側部の２カ所、合計４カ所の異なる部位において肩ダレ４３を発生させて、マーキングを行うことにより、８通り以上のマーキングが可能となる。たとえば、８個のカムに対応して図５に示すようなマーキングを行うことによって、どのステーションのどのトーチによってそれぞれのカムが再溶融処理されたかを事後的に突き止めることができる。
このように、カムシャフトのそれぞれについて、カムの仕上がりを、再溶融処理装置との関係を正確に把握することができるようにすることは、再溶融処理の性能を高め安定した高品質のチル硬化層を有するカムシャフト１、２を製造するために極めて重要である。
【００１９】
このことは、特に、本例のように、複数のカムが設けられたカムシャフトのカム表面を再溶融処理するに際し、一本のカムシャフト上の複数のカムの再溶融処理装置がすべて共通とはならない再溶融処理を行う場合には、重要である。
すなわち、特定のカムの仕上がりの不具合のためにすべての再溶融処理装置を点検することとなると、作業効率が著しく低下するからである。
この点、本発明では、カムシャフトの特定のカムを点検することによって、再溶融処理が適正に行われていないことが再溶融処理後に判明した場合には、ただちに当該カムの再溶融処理装置を突き止めることができる。これによって、当該再溶融処理にかかる装置のみを点検することにより、迅速に装置の最適運転状態を回復することができるからである。
【００２０】
この場合、カムの摺動特性の向上は、ノーズ部に形成されるチル化領域４５において要求されるものであって、ベース円部４２はカムとしての機能が要求されることはなく、再溶融処理を行う必要がないものであって、この部分に肩だれを生じさせても、実害はない。
図６には、本発明の他の実施例が示されている。本例においては、通常の再溶融処理の後に当該再溶融処理装置２８を用いて、カムのベース円部４２にマーキングを施すことは前例と同じであるが、本例において、上記のように肩だれを生じさせるのではなく、再溶融処理を行うものである。すなわち、通常のチル化組織を形成するのと同じ処理を行う。
そして、この後、カムシャフト１、２に対してリューブライト処理と言われるリン酸塩皮膜をカム表面に形成する処理が行われる。
【００２１】
この処理が行われると、チル化組織の形成された表面とそれ以外の部分とは色が異なるため、チル化組織の部分４４を目視で区別することができる。したがって、上記のように回転方向に２カ所、幅方向で２ヶ所のマーキング位置をカム表面のベース円部に設定し、この部分にチル化組織を形成するべく再溶融処理を行う。これによって、前例の肩ダレによるマーキングと同様の効果を得ることができる。
本例においては、カム表面に形成されるものであるので、肩だれと異なり、外観上には全く表れないという利点がある。なお、上記回転方向で２カ所及び幅方向で２カ所のマーキングを設定することにより、最大２４通りの再溶融処理を区別することができることになる。事実上あらゆる態様における再溶融処理装置とカムとの対応付けを行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、上記のように極めて簡単な作業により確実に、再溶融処理されたカムと当該再溶融処理装置との対応づけを行うことができ、容易に再溶融処理の不具合を発見できるとともに、迅速な対応が可能となる。装置の不具合があったとしても速やかに復旧して、最適運転を回復することができる。また、装置ごとの管理が可能となるため、他の再溶融処理装置の計測機器等の信頼性を損なうことがない。また、作業者の安全性の面でも良好な結果を得ることができる。本発明よれば、カムシャフトが再溶融処理の後の工程において機械加工された場合であっても、確実の再溶融処理装置との対応づけが可能であり、再溶融処理の品質を確実に向上させることができる。
【００２３】
この結果、良好の品質のチル化組織を有するカムシャフトを安定的に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例にかかる再溶融処理装置を平面図の形式で示した全体図、
【図２】図１の再溶融処理装置の内の１つの再溶融処理装置の側面図、
【図３】再溶融処理の状態を示す斜視図、
【図４】マーキングの位置を示す説明図、
【図５】マーキングの種類を示す関係図、
【図６】他の実施例にかかるマーキングの位置を示す説明図である。
【符号の説明】
１、２ カムシャフト
３ 搬入ステーション
７、９、１０、１２ 再溶融処理ステーション
２３、２４ トーチ
２８ 再溶融処理装置
４３、４４ マーキング。

Claims (1)

1. 複数のカムが設けられたカムシャフトのカム表面を再溶融処理するに際し、一本のカムシャフト上の複数のカムの再溶融処理装置がすべて共通とはならない再溶融処理方法において、
   前記カムシャフトを再溶融処理ステーションに導入し、
   前記カムシャフト上の所定のカムを所定の再溶融処理装置を用いて再溶融処理し、
   次の工程に移行する前に前記所定のカムの再溶融処理をおこなった再溶融処理装置を用いてカムシャフト上に当該再溶融処理にかかるカムと再溶融処理装置とを対応づけるマーキングを付し、
   カム表面にりん酸塩皮膜を形成する工程を備えており、前記マーキングが再溶融処理によりカムのベース円部に形成される再溶融化チル層であることを特徴とするカムシャフトの再溶融処理方法。

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