JPH0586414A - 再溶融硬化処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予熱処理によりワークの熱膨張量を加味して
ワークの被処理部の位置を正確に決定すると共にワーク
温度に応じて適性な再溶融硬化処理を施すことができる
再溶融硬化処理方法およびその装置を提供する。 【構成】 所定位置にセットされた軸状のワークの被処
理部にトーチを用いて再溶融硬化処理を施す再溶融硬化
処理方法において、上記ワークの軸方向の熱膨張量を検
出し、この熱膨張量の検出値に基づき上記トーチの軸方
向位置を調整すると共にワーク温度を演算し、このワー
ク温度の演算値に基づいて上記トーチのビーム出力若し
くは処理速度のいずれか若しくは両者を制御するように
したことを特徴としている。また再溶融硬化処理装置も
開示している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再溶融硬化処理方法お
よびその装置に係わり、特に軸状のワークの被処理部に
トーチを用いて再溶融硬化処理を施す再溶融硬化処理方
法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ワークの耐摩耗性・耐衝撃性
を高める為に、鋼製或いは鋳鉄製ワークの表面を加熱溶
融して急速硬化（チル化）させる再溶融硬化処理技術が
広く用いられている。この再溶融硬化処理技術として、
例えば特開昭６０−２５８４２１号公報には、自動車用
エンジンに組み込まれるカムシャフトにおけるカムのカ
ム面を再溶融硬化処理する方法が記載されている。この
公報に記載されたものは、カムシャフトのカムの幅に広
狭があるときは、トーチの発生するアークがカム面のい
ずれの箇所においても全幅にわたる如く供給されるよう
にしたことを特徴としている。

【０００３】ところで、再溶融硬化処理を施す際、ワー
クの温度が低いと被処理部がチル化するときに割れが生
じやすく、この被処理部の割れを防止するために、通常
は、再溶融硬化処理に先立って、ワークを所定温度に加
熱する予熱処理が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、再溶融
硬化処理に先立ってワークに予熱処理が行われるので、
軸状のワークの場合には、予熱処理によりワークが軸方
向に熱膨張するとともにワークの被処理部の位置が僅か
に軸方向に変位する。このため、上記従来の再溶融硬化
処理方法及び装置により再溶融硬化処理を施すと、トー
チは再溶融すべき被処理部から熱膨張による被処理部の
軸方向の位置変位分だけずれたワークの部分を再溶融す
るとともに、被処理部にその位置変位分だけ再溶融硬化
処理が施されない部分が生じ、被処理部に正確に再溶融
硬化処理が施されず、ワークの品質が低下するという問
題があった。また予熱処理後のワーク温度の変化によ
り、チル深さやチル硬さなどのチル特性が異なるという
問題もあった。

【０００５】そこで本発明は、上記従来技術の問題点を
解決するためになされたものであり、予熱処理によりワ
ークの熱膨張量を加味してワークの被処理部の位置を正
確に決定すると共にワーク温度に応じて適性な再溶融硬
化処理を施すことができる再溶融硬化処理方法およびそ
の装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、所定位置にセットされた軸状のワークの
被処理部にトーチを用いて再溶融硬化処理を施す再溶融
硬化処理方法において、上記ワークの軸方向の熱膨張量
を検出し、この熱膨張量の検出値に基づき上記トーチの
軸方向位置を調整すると共にワーク温度を演算し、この
ワーク温度の演算値に基づいて上記トーチのビーム出力
若しくは処理速度のいずれか若しくは両者を制御するよ
うにしたことを特徴としている。

【０００７】また本発明は、所定位置にセットされた軸
状のワークの被処理部にトーチを用いて再溶融硬化処理
を施す再溶融硬化処理装置において、上記ワークの軸方
向の熱膨張量を検出する熱膨張量検出手段と、この熱膨
張量検出手段により検出された検出値に基づき上記トー
チの軸方向位置を調整するトーチ位置調整手段と、上記
熱膨張量検出手段により検出された検出値に基づきワー
ク温度を演算する温度演算手段と、この温度演算手段に
よるワーク温度の演算値に基づいて上記トーチのビーム
出力若しくは処理速度のいずれか若しくは両者を制御す
る制御手段とを有することを特徴としている。

【０００８】このように構成された本発明においては、
ワーク熱膨張量を検出し、この検出値に基づいてトーチ
の軸方向軸方向位置を調整しているので、トーチが被処
理部以外の部分を再溶融したり、被処理部に再溶融硬化
処理が施されない部分が生じたりすることはなく、被処
理部に正確に再溶融硬化処理を施すことができる。ま
た、ワーク温度に基づいてトーチのビーム出力若しくは
処理速度のいずれか若しくは両者を制御しているので、
ワークの温度変化に起因するチル特性のばらつきを防止
できる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例について図１乃至図５
を参照して説明する。この実施例は、自動車の４気筒エ
ンジンのカムシャフトのカムに再溶融硬化処理を施すた
めの再溶融硬化処理方法およびその装置に本発明を適用
したものである。図１は本発明の再溶融硬化処理装置を
示す全体構成図、図２はＴＩＧトーチとカムシャフトを
示す斜視図、図３はカムシャフトの熱膨張によりカムの
位置変位を示すカムシャフトの部分正面図である。

【００１０】先ずカムシャフトＣＳについて説明する。
カムシャフトＣＳは、ダクタイル鋳鉄を用いて製造さ
れ、図１に示されるように、カムシャフトＣＳには、吸
気用カム１と排気用カム２からなる第１カム部Ｃ１〜第
４カム部Ｃ４が設けられている。またカムシャフトＣＳ
の前端部と後端部にはそれぞれジャーナル部３、４が設
けられ、ジャーナル部４には後端面から係合孔４ａが凹
設されている。

【００１１】各吸気用カム１と排気用カム２のカム面５
の軸方向の幅Ｗ（図２参照）は同幅に形成され、再溶融
硬化処理は各カム１、２のカム面５のうち円筒面５ａを
除くノーズ部のバルブ駆動面５ｂ（図２に２点鎖線で示
した溶融開始位置Ｍ１とこの位置Ｍ１と反対側の溶融終
了位置との間の面）に全幅Ｗにわたって施される。尚、
カム面５の前後両側にはエッジ部５ｃが形成されてい
る。

【００１２】次に図１により、再溶融硬化処理装置につ
いて説明する。図１に示すように、再溶融硬化処理装置
は、トーチ移動駆動装置３０と、このトーチ移動駆動装
置３０に設けられたＴＩＧトーチ４０と、回転支持装置
５０を備えている。トーチ移動駆動装置３０は、本体装
置３１と前方に突出したアーム３２を備え、この本体装
置３１がアーム３２を前後方向（Ｘ軸方向）及び上下方
向（Ｚ軸方向）に往復移動させる。アーム３２の先端に
は支持部材３３を介してＴＩＧトーチ４０が取り付けら
れている。

【００１３】上記回転支持装置５０は、ピットＰの後方
に配設された油圧シリンダ５１と、油圧シリンダ５１の
ロッド５１ａにガイド部材５２を介して連結された支持
軸部材５３と、ピットＰの前方に油圧シリンダ５１と対
向状に配設された油圧シリンダ５４と、油圧シリンダ５
４のロッド５４ａにガイド部材５５を介して連結された
サーボモータ５６と、このサーボモータ５６の出力軸端
部に設けられたホルダ５７などで構成されている。

【００１４】上記支持軸部材５３とサーボモータ５６及
びホルダ５７は、油圧シリンダ５１、５４により、図１
において実線で示した進出位置と２点鎖線で示した退避
位置とに切り換え可能になっている。ホルダ５７は、３
組の把持部５７ａを有する。また支持軸部材５３の前端
にはカムシャフトＣＳの係合穴４ａに係合可能なピン５
３ａが設けられている。

【００１５】ホルダ５７は、油圧シリンダ５４のロッド
５４ａがフルストローク進出・後退駆動することにより
進出位置と退避位置とに切り換えられる。このホルダ５
７の進出位置がＸ軸方向の基準点Ｐ₀ （図３参照）に設
定される。カムシャフトＣＳが、再溶融硬化処理装置に
セットされる前は、支持軸部材５３とホルダ５７は、退
避位置にあり且つホルダ５７は非把持位置に切り換えら
れている。またＴＩＧトーチ４０は、カムシャフトＣＳ
の熱膨張がないものとしてセットされる。すなわち、図
３に示されたように、ＴＩＧトーチ４０は、カム１、２
の幅方向中心の位置においてカムシャフトＣＳの軸心を
通る上下方向（Ｚ軸方向）の中心線Ｌ上に位置してい
る。尚、カムシャフトＣＳを所定位置にセットすると
は、ジャーナル部３の前端面が基準点Ｐ₀ に位置した状
態でホルダ５７に把持され且つジャーナル部４が係合穴
４ａを介して支持軸部材５３に支持された状態をいう。

【００１６】さらに支持軸部材５３の前側とホルダ５７
の後側には、それぞれ受け部１８ａを有しキャリヤ２２
で搬送されたカムシャフトＣＳを載置するためワーク受
け部材１８がピットＰに臨むように設けられている。ホ
ルダ５７側のワーク受け部材１８には、カムシャフトＣ
Ｓを検出するための非接触式の検出スイッチ１９が設け
られている。

【００１７】上記油圧シリンダ５１のロッド５１ａの近
傍には、カムシャフトＣＳの軸方向の熱膨張量を測定す
るためのリミットスイッチ２０が配置されている。この
リミットスイッチ２０は、軸方向に複数個配置された近
接スイッチにより構成されている。次に図４及び図５を
参照して、再溶融硬化処理を施すための再溶融硬化処理
の制御内容について説明する。図４及び図５において、
Ｓは各ステップを示している。

【００１８】先ず図５に示す制御内容について説明す
る。予熱処理を施されたカムシャフトＣＳは、ワーク受
け部材１８の受け部１８ａに載置される。このとき、検
出スイッチ１９がＯＮとなる（Ｓ１）。次に油圧シリン
ダ５１、５４が駆動されて支持軸部材５３及びホルダ５
７が退避位置から進出位置に切り換えられ、支持軸部材
５３のピン５３ａがカムシャフトＣＳのジャーナル部４
の係合穴４ａに係合され、その後ホルダ５７が非把持位
置から把持位置に切り換えられ、カムシャフトＣＳのジ
ャーナル部３がその前端面を基準点Ｐ₀ に位置した状態
でホルダ５７により把持される。このようにして、カム
シャフトＣＳが所定位置にセットされる（Ｓ２）。

【００１９】次にリミットスイッチ２０によりカムシャ
フトＣＳの軸方向の熱膨張量が測定され、このリミット
スイッチ２０からの検出信号が読込まれる（Ｓ３）。次
に検出されたカムシャフトＣＳの軸方向の熱膨張量に基
づいて、カムシャフトＣＳの温度が、次式により演算さ
れる（Ｓ４）。 Ｔ＝Ａ×ΔＬ／Ｌ＋ΔＴ Ａ：定数（ダクタイル鋳鉄の熱膨張係数αの逆数） ΔＬ：カムシャフトＣＳの熱膨張量 Ｌ：カムシャフトＣＳの全長 ΔＴ：室温 次に上記の演算により求められたカムシャフトＣＳの温
度が設定温度範囲内であるか否かが判定される（Ｓ
５）。カムシャフトＣＳの温度が設定温度より低い場合
には、以降の再溶融硬化処理が中止される（Ｓ５）。

【００２０】一方、カムシャフトＣＳの温度が設定温度
範囲内である場合には、カムシャフトＣＳの熱膨張によ
る第１カム部Ｃ１の吸気用カム１及び排気用カム２の常
温状態における位置からの位置変位量ΔＸｎ（図３参
照）が、次式により演算される（Ｓ７）。 ΔＸｎ＝α×（Ｔ−ΔＴ）×Ｘｎ （ｎ＝１、２） α：ダクタイル鋳鉄の熱膨張係数 Ｔ：カムシャフトＣＳの温度 ΔＴ：室温 上記演算結果に基づいて吸気用カム１及び排気用カム２
の中心のＸ座標Ｘｍ（ｍ＝１、２）が次式により演算さ
れる（Ｓ８）。

【００２１】Ｘｍ＝Ｘｎ＋ΔＸｎ （ｍ、ｎ＝１、２） 次に、吸気用カム１及び排気用カム２のバルブ駆動面５
ｂに再溶融硬化処理を施すためにＴＩＧトーチ４０をＸ
軸方向に往復移動させる移動範囲の両端のＸ軸座標値Ｘ
ｐ（ｐ＝１、２）が次式により演算される（Ｓ９）。 Ｘｐ＝Ｘｍ±０．５Ｗ （ｍ、ｐ＝１、２） 次に、吸気用カム１の中心位置データＸｍ（ｍ＝１）に
基づいて、ＴＩＧトーチ４０が吸気用カム１の中心線Ｌ
₁ （図３参照）上に位置するように制御される。その
後、油圧モータ５６により、吸気用カム１の溶融開始位
置Ｍ₁ がＴＩＧトーチ４０の下方に位置するようにカム
シャフトＣＳがＸ軸方向回りに回転駆動される。溶融開
始位置Ｍ₁ がＴＩＧトーチ４０の下方に位置すると、Ｔ
ＩＧトーチ４０に所定のアーク電流が供給されると共
に、図２に示されるように、サーボモータ５６によりカ
ムシャフトＣＳが低速度で回転駆動される。また同時に
ＴＩＧトーチ４０も、バルブ駆動面５ｂの形状に応じて
上下方向に移動されるように制御されると共に往復移動
範囲データＸｐ（ｐ＝１）に基づいてバルブ駆動面５ｂ
の幅Ｗの全域にわたって再溶融するように制御される。
このようにして、バルブ駆動面５ｂに再溶融硬化処理が
施される（Ｓ１０）。尚、このとき、チル特性を一定に
するために、カムシャフトＣＳの温度に基づいて、トー
チ出力及び処理速度を制御しているが、この点について
は、図５により、後に説明する。

【００２２】このように、カムシャフトＣＳの熱膨張に
よる吸気用カム１のＸ軸方向の位置変位量ΔＸｎを加味
してトーチ４０の移動範囲が決定され、バルブ駆動面５
ｂに再溶融硬化処理が施される。このため、バルブ駆動
面５ｂの前側のエッジ部５ｃが再溶融されて肩だれが生
じたり、バルブ駆動面５ｂの後端部に再溶融硬化処理が
施されなかったりすることがなく、正確にバルブ駆動面
５ｂに再溶融硬化処理を施すことが出来る。

【００２３】吸気用カム１の再溶融硬化処理が完了する
と、ＴＩＧトーチ４０は、排気用カム２の中心位置デー
タＸｍ（ｍ＝２）に基づいて制御駆動され、排気用カム
２の中心線上に移動する（Ｓ１１）。次に、上記同様に
排気用カム２のバルブ駆動面５ｂに再溶融硬化処理が施
される。この場合も、ＴＩＧトーチ４０は、往復移動範
囲データＸｐ（ｐ＝２）に基づいてバルブ駆動面５ｂの
幅Ｗの全域にわたって再溶融するように制御駆動される
ので、排気用カム２のバルブ駆動面５ｂに正確に再溶融
硬化処理を施すことが出来る。

【００２４】次に図５を参照して、図４のＳ１０及びＳ
１２における再溶融硬化処理についてさらに詳細にす
る。先ずカムシャフトＣＳの温度（Ｔ）をカムシャフト
ＣＳの熱膨張量から演算して求める（Ｓ２０）。これ
は、上述した図４のＳ４に示されている。次に、この演
算により求められたカムシャフトＣＳの温度（Ｔ）とカ
ムシャフトＣＳの基準温度（Ｔ₁ ）とを比較する（Ｓ２
１）。ここでカムシャフトＣＳの基準温度（Ｔ ₁ ）は、
予熱処理された後のカムシャフトＣＳの予想温度を所定
値である基準温度（Ｔ₁ ）として設定したものである。

【００２５】演算により求められたカムシャフトＣＳの
温度（Ｔ）とその基準温度（Ｔ₁ ）とが等しければ、Ｔ
ＩＧトーチ４０には、基準ビーム出力となるような基準
電流が供給される（Ｓ２２）。さらに、カムシャフトＣ
Ｓの回転速度が基準速度となるようにサーボモータ５６
の回転速度が制御される（Ｓ２３）。カムシャフトＣＳ
の温度（Ｔ）がその基準温度（Ｔ₁ ）より低ければ、Ｔ
ＩＧトーチ４０のビーム出力が増大するように電流値が
制御され（Ｓ２４）、さらにカムシャフトＣＳの回転速
度が小さくなるようにサーボモータ５６の回転速度が制
御される（Ｓ２５）。カムシャフトＣＳの温度（Ｔ）が
その基準温度（Ｔ₁ ）より高ければ、ＴＩＧトーチ４０
のビーム出力が減少するように電流値が制御され（Ｓ２
６）、さらにカムシャフトＣＳの回転速度が大きくなる
ようにサーボモータ５６の回転速度が制御される（Ｓ２
７）。

【００２６】このように、カムシャフトＣＳの熱膨張量
から演算して求められたカムシャフトＣＳの温度（Ｔ）
の値に応じて、ＴＩＧトーチ４０及び処理速度を適性に
制御するようにしたため、従来から問題になっていたカ
ムシャフトＣＳの温度変化に起因するチル深さ・チル硬
さのばらつきを防止でき、カムシャフトＣＳの温度変化
にかかわらず常に一定のチル特性を有するカムを製造す
ることが出来る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ワ
ーク熱膨張量を検出し、この検出値に基づいてトーチの
軸方向軸方向位置を調整しているので、トーチが被処理
部以外の部分を再溶融したり、被処理部に再溶融硬化処
理が施されない部分が生じたりすることはなく、被処理
部に正確に再溶融硬化処理を施すことができる。また、
ワーク温度に基づいてトーチのビーム出力若しくは処理
速度のいずれか若しくは両者を制御しているので、ワー
クの温度変化に起因するチル特性のばらつきを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の再溶融硬化処理装置の一実施
例を示す全体構成図である。

【図２】図２は、ＴＩＧトーチとカムシャフトを示す斜
視図である。

【図３】図３は、カムシャフトの熱膨張によりカムの位
置変位を示すカムシャフトの部分正面図である。

【図４】図４は、再溶融硬化処理を施すための再溶融硬
化処理の制御内容を示すフローチャートである。

【図５】図５は、再溶融硬化処理のトーチ出力及び処理
速度の制御内容を示すフローチャートである。

【符号の説明】

ＣＳ カムシャフト １ 吸気用カム ２ 排気用カム ２０ リミットスイッチ ３０ トーチ移動駆動装置 ４０ ＴＩＧトーチ ５０ 回転支持装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定位置にセットされた軸状のワークの
   被処理部にトーチを用いて再溶融硬化処理を施す再溶融
   硬化処理方法において、 上記ワークの軸方向の熱膨張量を検出し、 この熱膨張量の検出値に基づき上記トーチの軸方向位置
   を調整すると共にワーク温度を演算し、 このワーク温度の演算値に基づいて上記トーチのビーム
   出力若しくは処理速度のいずれか若しくは両者を制御す
   るようにしたことを特徴とする再溶融硬化処理方法。
2. 【請求項２】 所定位置にセットされた軸状のワークの
   被処理部にトーチを用いて再溶融硬化処理を施す再溶融
   硬化処理装置において、 上記ワークの軸方向の熱膨張量を検出する熱膨張量検出
   手段と、 この熱膨張量検出手段により検出された検出値に基づき
   上記トーチの軸方向位置を調整するトーチ位置調整手段
   と、 上記熱膨張量検出手段により検出された検出値に基づき
   ワーク温度を演算する温度演算手段と、 この温度演算手段によるワーク温度の演算値に基づいて
   上記トーチのビーム出力若しくは処理速度のいずれか若
   しくは両者を制御する制御手段とを有することを特徴と
   する再溶融硬化処理装置。