JPS6213521A

JPS6213521A - 耐摩耗性部材及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6213521A
Application number: JP60150570A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Kawaguchi; 正敏川口; Hiroshi Yoshinaga; 宏吉永; Fusao Nakajima; 中島　総郎; Toshihiko Matsubara; 松原　敏彦; Hisao Hirono; 広野　久雄; Masami Azuma; 東　雅美; Tetsuo Iwahashi; 岩橋　哲夫; Nobuo Tajima; 田島　宣夫
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-07-09
Filing date: 1985-07-09
Publication date: 1987-01-22
Also published as: DE3623047C2; DE3623047A1; GB8616732D0; US4772340A; GB2177040A; JPH0375611B2; GB2177040B; CA1254082A

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、ロッカアーム等の一部に耐摩耗
性が要求される鉄系部材及びその製造方法に関する。

（従来の技術）カムシャフト或いはロッカアーム等の鉄系部材はその一
部が常時他の部材と摺接するため、この摺接部の硬度を
高め耐摩耗性を向上させる必要がある。

そこで、従来にあっては前記鉄系部材を鋳造する際に、
金型の所定部分に冷し金をセットしておき、この冷し金
に溶湯を接触させて急冷することで、高硬度のチル組織
を形成するようにしている。

また、鋳造の際にチル組織を形成せずに、鋳造後にＴＩ
Ｇ　）−チ等を用いて鉄系部材の耐摩耗性が要求される
部分を再溶融し、この再溶融した部分を急冷することで
チル化させることも考えられている。

（発明が解決しようとする問題点）上述のように従来にあっては鋳造の際にチル部を形成す
るか、鋳造後に再溶融硬化処理によってチル部を形成し
ている。

しかしながら、最近では内燃機関の高馬力化に伴ない、
カムシャフトのリフト部或いはロッカアームのスリッパ
面の摺動面圧が高くなっており、従来よりも大巾な耐摩
耗性が要求されている。このような部材に鋳造によるチ
ル部を形成しても、該チル部の内部組織は粗いため十分
な耐摩耗性を発揮できない。

この欠点を改善すべく、Ｃｒ、　Ｎｏ、Ｎｉ、　Ｃｕ、
或いはＭｎ等の金属を配合し、チル組織の微細化及び高
硬度化を図ることも考えられるが、このようにすると、
耐摩耗性が要求されず、逆に加工性を要求される部分の
硬度まで高くなり、後加工が極めて困難となる。

一方、ＴＩＧ）−チ等を用いて、例えばカムシャフトの
耐摩耗性が要求される部分つまりカムリフト部を再溶融
硬化処理する場合には、カム摺動面の面圧を下げ且つピ
ッチングの発生を防止するために、カムリフト部の全白
に亘り且つカムリフト部のカム周方向全長に亘って再溶
融硬化処理する必要がある。

しかしながら、カムリフト部の全長及び金山に亘って再
溶融硬化させるのは、時間的にもまたコスト的にも不利
があり、またカム側壁は鋳肌のためカムリフト部の全白
に亘って再溶融させると、再溶融の際に、カムリフト側
壁の酸化物を巻き込んでガスホールを発生させたり、カ
ムリフト部の肩部に棚グレを生じる不利がある。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決すべく本発明は、カムシャフト等の鉄
系部材の耐摩耗性が要求される部分を鋳造の際にチル化
し、このチル化した部分のうち特に耐摩耗性が要求され
る部分、つまり鋳造チル部の−・部又は全部を鋳造後に
プラズマ等の加熱手段を用いて再溶融硬化処理するよう
にした。

（実施例）以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。尚
、実施例にあっては鉄系部材としてカムシャフトを示す
。

第１図は本発明に係る鉄系部材としてのカムシャフトを
成形する金型の断面図であり、鋳型（１）は上型（２）
と下型（３）からなり、これら上型（２）、下型（３）
を型合せすることでカムシャフト形状をなすキャビティ
（４）が形成される。そして、このキャビティ（４）の
うち、カムシャフトのカムリフト部を形成する部分には
銅からなる冷し金（５）をセットしている。

以上の鋳型（１）のキャビティ（４）内に例えばＦＣ２
５相当の溶湯を注湯し、第２図に示す如きカムシャフト
（θ）を得る。このカムシャフト（６）はカム部（７）
及びジャーナル部（７ａ）からなり、カム部（７）のカ
ムリフト部（８）には前記冷し金（５）による鋳造チル
部（９）が形成されている。

そして、本発明に係るカムシャフトを製造するには、鋳
造チル部（９）を形成したカムリフト部（８）のうち、
特に耐摩耗性が要求される部分、具体的にはカムトップ
を中心としてカムプロフィルに沿って前後それぞれ１０
〜９０”の範囲で２１層以上の［口の部分に、プラズマ
トーチ（１０）から噴出するプラズマアーク（１１）を
蛇行軌跡を描くように照射することで、該部分を再溶融
せしめ、この再溶融した部分を急冷することで、第３図
及び第４図に示すようにチル部（９）の上に更に再溶融
硬化処理によるチル部（１２）を形成する。

このように再溶融するにあたり、カムリフト部（８）の
エツジ部を残すようにすれば、棚グレを確実に防ぐこと
ができる。

また、上記の実施例にあっては、単に鋳造チル部（９）
を再溶融せしめただけであるが、再溶融せしめる際に、
母材と異なる耐摩耗性に優れた異種金属粉末、例えばＣ
ｒ、　Ｎｏ、　Ｎｉ、　Ｃｕ或イハＮｎ若シくはこれら
の合金等を同時に添加するようにしてもよい、このよう
にすれば、前記再溶融硬化処理によって形成されるチル
部（１２）は極めて耐摩耗性に優れた合金組織或いは固
溶体組織となる。

斯かる異種金属を添加しつつ再溶融硬化処理する装置を
第５図及び第６図に示す、第５図はプラズマトーチ（１
０）の先端部の拡大断面図であり、第６図はこのプラズ
マトーチ（ｌＯ）を用いた再溶融硬化処理装置の全体図
である。

プラズマトーチ（ｌＯ）の先部には第５図に示すような
ノズル部（２５）が設けられる。ノズル部（２５）では
シールドキャップ（２６）内にチップ（２７）を配設し
、それらの間にシールドガスのための通路（２８）を形
成している。チップ（２７）の中心には作動ガス通路（
２７ａ）を形成し、その周囲には冷却通路（２９）が形
成される。　（３０）はタングステン等の電極である。

またシールドキャップ（２Ｇ）には異種金属粉未導入管
（３１）、（３１）を、その軸線の延長線が通路（２７
ａ）の延長線と交叉する如く挿通固着している。斯かる
ノズル部（２５）の電極（３ｏ）による放電と作動ガス
のプラズマ化でカムシャフト（６）のカム部（７）の外
表面に溶融池を形成する一方、異種金属粉未導入管（３
１）、（３１）からの金属粉末の供給で再溶融硬化処理
を行う、第６ｒｉｌＪにおいて、（３２）はプラズマ電
源であり、プラズマトーチ（１ｏ）の電極（３０）に対
して所要の電力を供給する。また（３３）は粉末供給装
置であり、振動装置（３４）で振動を加えながら、管路
（３５）　、（３５）を介して上記金属粉未導入管（３
１）、　（３１）に対して異種金属粉末を供給する。管
路（３５）、　（３５）の途中には粉末の供給について
確認を行う検出装置（３６）が配設されている。

第６図において、　（３７）は制御装置である。制御袋
！　（３７）はコンピュータからなり、予め組み込まれ
たプログラムに従って、前述したワーク回転用モータ（
１４）と、トーチ（１ｏ）を横方向に移動させるモータ
（２２）と、トーチ（１ｏ）を上下方向に移動させるベ
ース（２０）内のモータ（２０ａ）とに対して動作を指
示する制御信号を付与する。この制御信号はパルス信号
である。従って上記各モータにはパルスモータが使用さ
れる。また、別の方式として、エンコーダ等の位置検出
器のサーボモータによるフィードバック制御を行う方法
でもよい、また同時に、プラズマ電源（３２）、粉末供
給装置（３３）、振動装置（３４）に対しても作動のた
めに駆動信号を付与する。

一方、ベース（２ｏ）と一体となった取付台（３８）に
固設された（３９）はカム部検出器であり、この検出器
（３９）によって各カム部の位置及び各カム部における
カム面の位置が検出され、その検出信号が制御装置（３
７）に送られる。

次にカムシャフト（６）の処理方法及びプラズマトーチ
（１０）の制御方法を説明する。

鋳造の際に鋳造チル部（９）を形成したカムシャフト（
６）を予熱部で予熱しこれをローグーで移し、ワークチ
ャック（４２）とセンタ（１５）との間に配置固定する
。続いて、モータ（２２）による送りネジ（２１）の作
用でベース（２ｏ）を横方向に移動させ、且つホルダ（
２０をベース（２ｏ）内のモータ（２０ａ）で下動させ
る。こうして待機状態にあったトーチ（１Ｇ）を、第６
図に示される如く、カムシャフト（８）の左端の第１の
カム部（７−１）に対して、そのノズル部（２５）がカ
ム面との間に所定のクリアランスを保持して配置する。

斯かる状態において、トーチ（１０）のノズル部（２５
）によってカムシャフト（６）のカム部（７−１）のカ
ム面に、再溶融硬化処理を施す＝この場合において、カ
ムシャフト（８）はモータ（１４）によって減速機構（
１３）を介し低速で回転させる一方、トーチ（１０）は
その先部をカム面との間で一定のクリアランスを保持す
べくカム部（７−１）の高さ変化に対応させながら上下
動させると共に、カム部（７−１）のカム面の幅の間に
おいてトーチ（１０）を横方向に往復動させる。トーチ
（１ｏ）の上下動はベース（２ｏ）内のモータ（，２０
ａ）によって、またその往復動はモータ（２２）によっ
て、それぞれ制御装置（３７）による制御の下で行われ
る。この結果、第２図に示すように、トーチ（ｌＯ）は
カム面上において、蛇行軌跡を描きながら再溶融硬化処
理を行うことになる。

上記の如くして、カム部（７−１）の再溶融硬化処理が
終了した後には、隣りのカム部（７−２）にトーチ（ｌ
Ｏ）を移動させ、前記と同様な溶融処理を行う、以後、
トーチ（１０）を、各カム部について順次に送り°、各
カム部で再溶融硬化処理を施し、処理を完了した後にト
ーチ待機位置に移動させ、待機・させるように制御する
。斯くして、カムシャフトを交換し、新たなカムシャフ
トに対して前記と同様な処理を施す。

以上においてトーチ（１０）の横方向の移動は、制御装
置（３７）から与えられるパルス信号によって、モータ
（２２）を動作させることにより行われる。

上記再溶融硬化処理装置によれば、一つのトーチ（１０
）によって複数のカム部についての再溶融硬化処理を行
うことができるため、装置全体を簡易且つ小型に形成す
ることができる。

次に他の変更実施例として、第６図の想像線で示す如く
、前記トーチ（１０）に対して、他のトーチ（１０°）
を右側位置に設けるように構成することができる。トー
チ（１０°）について、　（２４°）はホルダ、　（２
０’）はベースである。ベース（２０°）は前記ガイド
バー（ｆｉｌｌ）、（１９）に嵌挿され、且つ送りネジ
（２１’）に螺合している。よってモータ　（２２°）
によってトーチ（１０′）も独自に移動し得るように構
成される。トーチ（１０°）に係るその他の構成は。

前記トーチ（１０）と同様である。ただし、トーチ（１
０’）のモータ　（２２°）による横方向の移動及びベ
ース　（２０’）内のモータによる上下方向の移動は制
御装置（３７）の制御の下に行われる。

第７図（Ａ）乃至（Ｃ）は再溶融硬化処理によって形成
されるチル部（１２）の形成部分についての別実施例を
示すものであり、第７図（Ａ）に示すチル部（１２）は
カムトップ部において金山に亘って形成され、カムベー
ス内部に向うに従って徐々にその巾を狭くしており、第
７図（Ｂ）に示すチル部（１２）はカムリフト部（８）
の途中まで全肉に亘って形成され、更に第７図（Ｃ）に
示すチル部（１２）は鋳造チル部（９）と完全にオーバ
ラップするように形成されている。

次に具体的な数値を示した例を以下に述べる。

化学的１ｍ＆カ、　Ｃ：　３．４７ｗｔ＄　、　Ｓｉ　
：　１．８１ｗｔ＄、Ｍｎ　：　０．５７ｗｔ＄　、　
　Ｐ　：　０．０９ｗｔＸ　、　Ｓ　：　０．０８７ｗ
ｔＸ、Ｃｒ　：　０．４２ｗｔＸ　、　Ｆｅ　：残部、
とした元湯に、　Ｆｅ　−９ｉ（Ｓｉニア５ｗｔＸ）　
：　０．２ｗｔＸを接種し、コノ溶湯をカムリフト部に
冷し金をセットした鋳型に注湯しカムリフト部をチル化
させた。

この後、脱砂、歪み取り焼鈍及びセンター穴とキー溝加
工等を行った後、カムシャフトを４５０℃程度まで予熱
昇温し、プラズマアークを用い且つＯｒ、　Ｎｏ系の合
金粉末を添加しながらカムリフト部のトップ部近傍のみ
を再溶融せしめ、この再溶融部を急冷してチル化させた
。

このようにして得たれたカムシャフトの再溶融硬化処理
によるチル部には黒鉛の析出は認められず、その硬度は
第８図に示す如くであった。

即ち、第８図に示すように再溶融硬化処理によって形成
されたチル部の硬度は７００ＨｍＶにも達し、鋳造チル
部の硬度に比較して大巾に向上していることが分る。

尚、実施例にあっては鉄系部材としてカムシャフトにつ
いて説明したが、これに限らずロッカアーム等の一部に
耐摩耗性が要求される部材であればよい。

また、チル部（１２）の形成パターンは上記のものに限
らず、鋳造チル部（９）にリメルトチル部（１２）を点
在させるようなもの、或いは鋳造チル部（８）に対しリ
メルトチル部（１２）を縞状に形成するようにしてもよ
い。

（発明の効果）参考写真（Ｉ）は本発明に係るカムシャフトの再溶融硬
化処理によって形成されたチル部の金属組織を示す顕微
鏡写真、参考写真（ＩＩ）、（ｍ）。

（ＩＴ）は従来方法による鋳造チル部の金属組織を示す
顕微鏡写真であり、各写真（Ｉ）〜（ＩＶ’）において
（Ａ）は１００倍、（Ｂ）は４００倍の拡大率のもので
ある。

そして、参考写真（Ｉ）におけるものは、鋳造の際に銅
冷し金によって鋳造チル部を形成し、この鋳造チル部の
上に更に再溶融硬化処理によってリメルトチル部を形成
したものであり、リメルトチル部の硬度は平均値でＨｍ
Ｖ７８０　（ＨＲ（：６３　）であった。

参考写真（ＩＩ　）におけるものは、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｎｏ
合金鋳鉄の鋳造チル組織を示し、この鋳造チル組織の硬
度は平均値テＨ＠Ｖ５７７　（ＨＲＣ５４）　テアツタ
。

参考写真（ＩＩＩ）におけるものは、ＦＣ２５相当の鋳
鉄材料を用い、銅冷し金によって形成した鋳造チル組織
を示し、この鋳造チル部の硬度は平均値テ）１ｍＶ６０
０　（ＨＲＣ５９）　テあった。

参考写真（ｒＶ）におけるものは、Ｆｃ２５相当の鋳鉄
材料を用い、これに再溶融硬化処理によってチル部を形
成した該チル部の組織を示し、チル部の硬度は平均値テ
ＨｓＶ６７７　（ＨＲＣ５９）　テあった。

このように本発明によって形成した再溶融硬化処理によ
るチル部は従来に較べ大巾にその硬度が向上し、しかも
写真からも分るように組織が極めて微細化している。

したがって本発明によれば、極めて高硬度の耐摩耗性に
優れた組織を得ることができる。

また１本発明によれば、既に鋳造チル部が形成されてい
る部分に重ねて再溶融硬化処理によるチル組織を形成す
るようにしたので、従来の再溶融硬化処理に伴なう問題
、つまり再溶融の際の表層部の酸化物の巻き込み、或い
は黒鉛の燃焼もなく、ガスホール、ピンホール等の発生
もない。

更に本発明によれば、鋳造チル部の鋳肌部は、酸化物が
微量であるため、従来の如く黒皮を除くための研削加工
を施さずに、そのまま直接鋳造チル部に重ねて再溶融硬
化処理を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る鉄系部材を鋳造する鋳型の断面図
、第２図はカムシャフトを再溶融せしめている状態の斜
視図、第３図は再溶融硬化処理によるチル部を形成した
カムシャフトの斜視図、第４図は同じく再溶融硬化処理
によるチル部を形成したカムシャフトの要部断面図、第
５図はプラズマトーチの一部拡大断面図、第６図は再溶
融硬化処理装置の全体図、第７図（Ａ）乃至（Ｃ）は別
実施例を示す第３図と同様の図、第８図はカム）ｙプ部
からの深さと硬度との関係を示すグラフである。尚１図面中（１）は鋳型、（５）は冷し金、（６）は鉄
系部材であるカムシャフト、（７）はカム部。（８）はカムリフト部、（９）は鋳造チル部、（１２）
は再溶融硬化、処理によるチル部である。特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代理人　
　弁理士　　　下　　１）　容一部間　　　　　弁理士
　　　　大　　橋　　邦　　部同　　　弁理士　　　小
　　山　　　　右同　　　弁理士　　　野　　１）　　
　茂第１図第７図う蛮さくｍｍ）手続補正書（［１先昭和６１年　５月３０日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋳造によって得られる鉄系部材において、この部
材の耐摩耗性が要求される部分には鋳造チル部が形成さ
れ、この鋳造チル部のうち特に耐摩耗性が要求される部
分には再溶融硬化処理によるチル部が形成されているこ
とを特徴とする耐摩耗性部材。
（２）前記再溶融硬化処理によるチル部は母材と異なる
耐摩耗性金属との合金組織又は固溶体組織となっている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐摩耗性
部材。
（３）鉄系部材を鋳造するにあたり、型内に冷し金等を
セットすることで鉄系部材の耐摩耗性が要求される部分
にチル部を形成し、次いで鉄系部材を型から取出した後
、チル部表面を研削加工するか若しくはそのままの状態
で前記チル部のうち特に耐摩耗性が要求される部分をプ
ラズマ等の加熱手段により再溶融せしめ、この再溶融し
た部分を急冷することで前記とは別のチル部を形成する
ようにしたことを特徴とする耐摩耗性部材の製造方法。
（４）前記加熱手段で鋳造の際に形成したチル部を再溶
融するにあたり、母材とは異る耐摩耗性金属粉末を再溶
融部に供給するようにしたことを特徴とする特許請求の
範囲第３項記載の耐摩耗性部材の製造方法。