(57)【要約】【課題】強度を高めるための合金元素の含有量を抑えつつ、耐久性を高め、寿命を長くでき、更に切削加工性を損なわないデフケースの製造方法を提供する。【解決手段】質量比で、炭素が１．５〜４．０％、シリコンが０．５〜３．５％、マンガンが０．０５〜０．５０％、マグネシウムが０．０２〜０．０７％、リンが０．１％以下、イオウが０．１％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成の鋳鉄材料で形成され、フェライトを有する基地に球状黒鉛が分散しているデフケース素材１を用意する第１工程と、少なくともレーザビーム６が照射されるデフケース素材１の表面を切削加工する第２工程と、デフケース素材１の強化要請部位に、レーザビーム６を照射して当該部位をオーステナイト生成温度以上に加熱し、その後、当該部位を自然冷却させることにより、当該部位に強化組織を形成し、デフケースを形成する第３工程とを順に実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量比で、炭素が１．５〜４．０％、シリコンが０．５〜３．５％、マンガンが０．０５〜０．５０％、マグネシウムが０．０２〜０．０７％、リンが０．１％以下、イオウが０．１％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成の鋳鉄材料で形成され、フェライトを有する基地に球状黒鉛が分散しているデフケース素材を用意する第１工程と、
前記デフケース素材の表面のうち、少なくともレーザビームが照射される表面を切削加工する第２工程と、
切削加工された前記デフケース素材のうち強度が他の部位よりも要請される部位に、前記レーザビームを照射して当該部位をオーステナイト生成温度以上に加熱し、その後、前記レーザビームを非照射にして当該部位を自然冷却させることにより、当該部位に強化組織を形成し、前記デフケースを形成する第３工程とを順に実施することを特徴とするデフケースの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第１工程では、前記デフケース素材における黒鉛間隔を調整する接種が行われていることを特徴とするデフケースの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第１工程で用意する前記デフケース素材を構成する鋳鉄材料では、黒鉛粒の数は、１００〜８００個／ｍｍ２ に設定されていることを特徴と
するデフケースの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記レーザビームは半導体レーザから照射されたレーザビーム、ＹＡＧレーザから照射されたレーザビーム、ＣＯ２レーザから照射されたレーザビームのうちの少なくとも１種であることを特徴とするデフケースの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、前記第２工程では、前記デフケース素材の表面のうち、少なくとも前記レーザビームが照射される表面の表面粗さ（Ｒｚ）は、３〜１００マイクロメートルに設定されていることを特徴とするデフケースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デフケースの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デフケースは、車両等の駆動系のディファレンシャルギヤを収容するケースである。デフケースは、球状黒鉛鋳鉄の溶湯を鋳型の成形キャビティに注入し、溶湯を凝固させることにより形成されている。一般的に、デフケースを形成する球状黒鉛鋳鉄には、デフケースを強化させるための合金元素が多く含まれている。
【０００３】
また、熱処理によって強化する技術としては、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、カムシャフトと同軸的な導電性をもつ外筒部材をカムシャフトに配置し、高周波電流を外筒部材に通電することにより、カムシャフトのカム部を８３０〜１０３０℃に７〜９０秒間誘導加熱し、保持した後に、空冷により冷却することで、鋳放時におけるフェライト相をパーライト相に変態させるカムシャフトの熱処理方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２１４２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、車両の出力アップの要請から、車両部品においては、耐久性の改善や長寿命化がますます要請されている。これにより、車両部品の１つであるデフケースでは、耐久性の改善や長寿命化を図るべく、強度を高めるためのマンガン、スズ、銅などの合金元素をデフケースを形成する球状黒鉛鋳鉄に添加することで、デフケースのパーライト率を高めて高強度化している。
【０００５】
しかしながら、合金元素の含有量を増加させることは、デフケースのコスト上昇を誘発する。更に、合金元素の含有量を増加させれば、デフケースの強化を図り得るものの、硬度が高くなることから、切削工具の寿命が短くなって切削加工のコストが増加するため、デフケースのコストも増加してしまう。
【０００６】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、強度を高めるための合金元素の含有量を抑えつつ、耐久性を高め、寿命を長くでき、更に切削加工のコストを低減させることのできるデフケースの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、デフケースの製造方法について鋭意研究を進めている。そして、フェライトは炭素固溶限が少ないものの、オーステナイトは炭素固溶限が多いこと、フェライト系の鋳鉄の基地に分散している多数の球状黒鉛は炭素の塊であり、オーステナイトに炭素を拡散させる炭素供給源として利用できることに着目した。そこで、フェライトを有する基地に球状黒鉛が分散している鋳鉄材料（後述する成分組成）で形成されたデフケース素材における強化要請部位に、レーザビームを照射してオーステナイト生成温度以上の領域に加熱すれば、球状黒鉛から炭素がオーステナイトに拡散して固溶するため、その固溶後、レーザビームを非照射にして当該強化要請部位を自然冷却させることで、当該強化要請部位を局部的に強化できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明に係るデフケースの製造方法は、質量比で、炭素が１．５〜４．０％、シリコンが０．５〜３．５％、マンガンが０．０５〜０．５０％、マグネシウムが０．０２〜０．０７％、リンが０．１％以下、イオウが０．１％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成の鋳鉄材料で形成され、フェライトを有する基地に球状黒鉛が分散しているデフケース素材を用意する第１工程と、前記デフケース素材の表面のうち、少なくともレーザビームが照射される表面を切削加工する第２工程と、切削加工された前記デフケース素材のうち強度が他の部位よりも要請される部位に、前記レーザビームを照射して当該部位をオーステナイト生成温度以上に加熱し、その後、前記レーザビームを非照射にして当該部位を自然冷却させることにより、当該部位に強化組織を形成し、前記デフケースを形成する第３工程とを順に実施することを特徴とする。
【０００９】
第１工程では、質量比で、炭素（Ｃ）が１．５〜４．０％、シリコン（Ｓｉ）が０．５〜３．５％、マンガン（Ｍｎ）が０．０５〜０．５０％、マグネシウム（Ｍｇ）が０．０２〜０．０７％、リン（Ｐ）が０．１％以下、イオウ（Ｓ）が０．１％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成の鋳鉄材料で形成され、フェライトを有する基地に球状黒鉛が分散しているデフケース素材を用意する。ここで、炭素を１．５〜４．０質量％に設定したのは、１．５質量％未満の場合にはデフケース素材の鋳造性が悪化してしまうおそれがあり、４．０質量％を超える場合にはデフケース素材の強度が低下してしまうおそれがあるからである。シリコンを０．５〜３．５質量％に設定したのは、デフケース素材の鋳造性及び切削性を確保すると共に、デフケース素材の組織の安定化を図るためである。マンガンは、パーライト化促進元素であることから、マンガンを０．０５〜０．５０％に設定したのは、デフケース素材の基地組織を切削性の良好なフェライト組織とするためである。マグネシウムを０．０２〜０．０７質量％に設定したのは、０．０２質量％未満の場合には黒鉛の球状化が不十分となってしまうおそれがあり、０．０７質量％を超える場合にはデフケース素材の切削性に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。リンは、黒鉛の球状化阻害元素であることから、０．１質量％以下である必要がある。また、イオウも、黒鉛の球状化阻害元素であることから、０．１質量％以下である必要がある。デフケース素材において、フェライトが含まれていれば、デフケース素材の切削性が改善される。デフケース素材において、フェライトの面積率としては、球状黒鉛を除いた組織を１００％とするとき、上限値としては２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％が例示される。基地に分散している球状黒鉛の炭素は、オーステナイトに拡散して固溶される。球状黒鉛は、オーステナイトにおける炭素固溶量を増加させる炭素供給源として機能することができる。
【００１０】
本発明によれば、強度が他の部位よりも要請される部位、すなわち強化要請部位としては、デフケース素材において、他の部位よりも応力集中が発生し易い部位（例えば、後述する隅部およびその周辺等）が例示される。第２工程では、デフケース素材の表面のうち、少なくともレーザビームが照射される表面を切削加工する。この場合、デフケース素材の表面のほとんど全てを切削加工しても良いし、デフケース素材の表面の一部（強化要請部位を含む）を切削加工しても良いし、レーザビームが照射される強化要請部位のみを切削加工しても良い。このようにレーザビームを照射する前に、デフケース素材に対して切削加工を行う。その理由としては、レーザビーム照射により強化されて硬度が高くなるため、レーザビーム照射後に切削加工を実施すると、切削工具（特に刃具）の寿命が短くなって切削コストが高くなるからである。なお、切削面における表面粗さはレーザビームの反射率に影響を与えるため、留意することが好ましい。
【００１１】
第３工程（熱処理工程）では、切削加工されたデフケース素材のうち強度が他の部位よりも要請される部位、すなわち強化要請部位に、レーザビームを照射して当該部位をオーステナイト生成温度以上に加熱し、その後、レーザビームを非照射にして当該部位を自然冷却させることにより、当該部位に強化組織を形成し、デフケースを形成する。強化組織としては、マルテンサイトがリッチな組織が挙げられるが、パーライトがリッチな組織でも良い。本明細書によれば、リッチとは、球状黒鉛を除いた組織において、面積比で、その相が３０％以上を占めることを意味する。場合によっては４０％以上でも良い。なお、レーザビームの照射面積や、レーザビームの送り速度を適宜設定することにより、デフケースの強化要請部位に所望とする強化組織を形成することが可能となる。例えば、レーザビームの照射面積を大きくしたり、レーザビームの送り速度を遅くしたりすることで、マルテンサイトの生成を抑えつつ、パーライトを生成させることができ、逆に、レーザビームの照射面積を小さくしたり、レーザビームの送り速度を速くしたりすることで、マルテンサイトを生成させることができる。
【００１２】
ここで、第３工程では、レーザビームの照射部分について、オーステナイト生成温度以上に加熱してオーステナイトを生成させると共にオーステナイトにおける炭素固溶濃度を高めた後、マルテンサイトの生成を抑えつつ、自然冷却すると、パーライトが生成される。また、オーステナイト生成温度以上に加熱してオーステナイトを生成させると共にオーステナイトにおける炭素固溶濃度を高めた後、自然冷却によって急冷すると、急冷の程度によっては、パーライト変態を抑えつつ、あるいは、パーライト変態を起こさずに、フェライトと同じ結晶格子が維持されつつ、炭素が過飽和に固溶した状態となり、高い硬度および高い強度を有するマルテンサイトが生成される。
【００１３】
レーザビームが照射された部位は高温化され、オーステナイト化が進行する。レーザビームが照射された部位において、その表面温度（測温器具：放射温度計）はオーステナイト生成温度以上であれば良く、その表面温度としては、８００〜１１００℃、９００〜１１００℃、１０００〜１１００℃が例示される。レーザビームが照射された部位における表面温度については、オーステナイト生成温度以上であれば良く、その下限値としては、８００℃、８５０℃、９００℃、９５０℃が例示される。その上限値としては、１１００℃、１０５０℃、１０００℃、更には、９５０℃、９００℃、８５０℃が例示される。なお、レーザビームが照射された部位が溶融しないようにレーザビームの出力を調整する。溶融が発生すると、歪みが発生したり、レーデブライトが発生したりするためである。
【００１４】
鉄−炭素系の平衡状態図によれば、オーステナイトは、フェライトよりも炭素固溶限が高い。このためレーザビームが照射された部位において、高温化されてオーステナイト化が進行すると、組織における炭素固溶限が増加する。このため、レーザビーム照射後の自然冷却によりマルテンサイトが生成され易くなる。オーステナイトにおける炭素固溶限を増加させる炭素供給源は、鋳鉄組織に分散している球状黒鉛である。従って、鋳鉄組織において、単位面積あたりの球状黒鉛粒の数は、黒鉛間隔に影響を与える。このため、単位面積あたりの球状黒鉛粒の数が多く、黒鉛間隔が狭いと、球状黒鉛の分散性が良いことから、球状黒鉛からオーステナイトへの炭素の拡散が促進され、オーステナイトにおける炭素固溶濃度を高め易い利点が得られる。
【００１５】
そこで、本発明によれば、デフケース素材を鋳造するとき、黒鉛間隔を調整する（黒鉛間隔を狭くする）ために接種を行う。従って、第１工程で用意するデフケース素材を構成する鋳鉄材料では、球状黒鉛のサイズは、平均で、１０〜３０マイクロメートルが例示される。球状黒鉛粒の数は、平均で、１００〜８００個／ｍｍ２ に設定されている形態であることが好ましい。この場合、１５０〜７００個／ｍｍ２、２５０〜６００個／ｍｍ２、３００〜５５０個／ｍｍ２ が例示される。本明細書では、球状黒鉛粒の数は、デフケース素材の当該部位の最表面から深さ３０ミリメートル以内の領域における数値である。また、第１工程で用意するデフケース素材を構成する鋳鉄材料では、黒鉛間隔は、平均で、１０〜１００マイクロメートル、１２〜８０マイクロメートルが例示される。本明細書では、黒鉛間隔は、デフケース素材の当該部位の最表面から深さ３０ミリメートル以内の領域における数値である。
【００１６】
上記したように、単位面積あたりの球状黒鉛の数を増加させて黒鉛間隔を狭くするためには、鋳鉄溶湯に接種剤を添加する接種を行う。接種剤としては、鉄−シリコン系の接種剤、鉄−シリコン−ビスマス系の接種剤、鉄−シリコン−バリウム系の接種剤のうちの少なくとも１種が例示される。接種剤の組成、添加温度等によるが、質量比で溶湯を１００％とするとき、接種剤を外付け％で０．１〜５％、０．３〜２％添加することが例示される。ここで、溶湯１００％に対して外付け％で２％添加することは、全体で１０２％となることを意味する。本明細書では、外付け％をかかる意味で用いる。接種剤は、取鍋の段階で添加する第１添加でも良いし、取鍋から鋳型のキャビティに注湯される注湯流に添加する第２添加でも良いし、第１添加および第２添加の双方でも良い。この場合、第１添加のみを行うことが好ましく、第１添加および第２添加の双方を行うことがより好ましい。
【００１７】
レーザビームとしては、半導体レーザから照射されたレーザビーム、ＹＡＧレーザから照射されたレーザビーム、ＣＯ２レーザから照射されたレーザビームである形態が例示される。半導体レーザから照射されたレーザビームは、ＹＡＧレーザから照射されたレーザビーム、ＣＯ２レーザから照射されたレーザビームよりも吸収率が高く、当該部位を短時間でオーステナイト生成温度以上に加熱できるため、デフケース素材における歪みを抑制することができる。ＹＡＧレーザから照射されたレーザビーム、ＣＯ２レーザから照射されたレーザビームであっても、照射時間が過剰にならなければ、歪みを抑制することができる。レーザビームのビーム照射面積としては、特に限定されるものではないが、下限値としては、０．２５ｍｍ２、１．０ｍｍ２が例示され、上限値としては、２５０ｍｍ２、５００ｍｍ２、１０００ｍｍ２、２０００ｍｍ２が例示される。
【００１８】
第２工程では、デフケース素材の表面のうち、少なくともレーザビームが照射される表面の表面粗さ（Ｒｚ）は、３〜１００マイクロメートルに設定されている。なお、本明細書中で、Ｒｚは、十点平均粗さを表している。第２工程におけるデフケース素材の表面のうち、少なくともレーザビームが照射される表面の表面粗さをＲ１とし、レーザビームが照射されない表面（黒皮を除く）の表面粗さをＲ２とすると、Ｒｚ表示で、Ｒ１としては、３〜１００マイクロメートル、３〜４０マイクロメートルが例示される。また、Ｒ２としては、３〜１００マイクロメートル、３〜４０マイクロメートルが例示される。Ｒ１とＲ２との相互関係は、Ｒ１がＲ２と同程度（Ｒ１≒Ｒ２）の場合（後述する実施形態１参照）と、Ｒ１がＲ２よりも大きい（Ｒ１＞Ｒ２）場合（後述する実施形態２参照）と、Ｒ１がＲ２よりも小さい（Ｒ１＜Ｒ２）場合とに区分される。レーザビームの反射率は、被照射物であるデフケース素材の表面粗さに影響を受けることから、Ｒ１が小さいと、デフケース素材の表面は鏡面に近くなり、レーザビームの反射率が高くなる傾向があるのに対し、Ｒ１が大きいと、デフケース素材の表面が梨地に近くなり、レーザビームの反射率が低くなる傾向があるため、レーザビームの吸収率が高められ、レーザビームの照射によるデフケース素材の加熱効率が高められる。
【００１９】
本発明によれば、レーザビーム照射により強化された強化組織に基づいてデフケースが強化されるため、鋳鉄材料に含まれる合金元素（マンガン、スズ、銅等）の量を低減させることができる。本発明に係る鋳鉄材料の組成は、質量比で、炭素が１．５〜４．０％、シリコンが０．５〜３．５％、マンガンが０．０５〜０．５０％、マグネシウムが０．０２〜０．０７％、リンが０．１％以下、イオウが０．１％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなるものである。また、より好ましい鋳鉄材料の組成としては、質量比で、炭素が３．０〜４．０％、シリコンが２．０〜３．３％、マンガンが０．１〜０．５％、マグネシウムが０．０２〜０．０６％、リンが０．０５％以下、イオウが０．０５％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなるものが例示される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、強度を高めるための合金元素の含有量を抑えつつ、デフケースの耐久性を高め、デフケースの寿命を長くできる。更に、レーザビーム照射により硬化される前のデフケース素材に切削加工を施すため、切削加工によるコストも低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図１および図２を参照して説明する。第１工程によれば、フェライト系のデフケース素材１を用意する（図１参照）。デフケース素材１は、機械室１０を形成する筒形状をなす本体部１１と、本体部１１に連設されたフランジ部１２と、本体部１１に連設された筒部１３とをもつ。本体部１１は、機械室１０に連通する開口窓１５を備えている。開口窓１５は、周縁部１６をもつ。周縁部１６は、複数（４個）の隅部１７を備えている。隅部１７は、応力集中部位であり、本実施形態に係る強化が要請される強化要請部位２である。
【００２２】
デフケース素材１は、フェライトを基材として有する基地に多数の球状黒鉛が分散するフェライトリッチな鋳鉄材料で形成された鋳鉄品（鋳造品）である。この場合、単位面積あたりの球状黒鉛の数を増加させて黒鉛間隔を狭くする接種を行うため、鋳造時に、接種剤（図２では、２次接種剤として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂａ系を例示）を添加し且つマグネシウム系の球状化剤で球状化処理した球状黒鉛鋳鉄溶湯を、図２に示す鋳型３（砂型鋳型）のキャビティ３ａに注入して凝固させる。これにより、鋳鉄系のデフケース素材１は形成されている。この場合、一次接種剤および球状化剤を取鍋４内に配置した状態で、取鍋４内に溶湯を注ぐ。更に、取鍋４を傾斜させて注湯流５を鋳型３（砂型鋳型）のキャビティ３ａに注入させる際に、二次接種剤を注湯流５に添加する。このように、接種剤の添加は、第１添加および第２添加の複数段階（二段階）とされている。
【００２３】
上記した一次接種剤および二次接種剤としては、鉄−シリコン系の接種剤、鉄−シリコン−ビスマス系の接種剤、鉄−シリコン−バリウム系の接種剤のうちのいずれかが採用されている。質量比で溶湯を１００％とするとき、一次接種剤を０．１〜１．０％外付けで添加でき、二次接種剤を０．１〜１．０％外付けで添加できる。
【００２４】
デフケース素材１において、フェライトリッチであれば、切削性が改善され、切削コストが低減される。鋳造時におけるデフケース素材１において、フェライトの面積率としては、球状黒鉛を除いた組織を１００％とするとき、４０〜９０％とされている。鋳造時におけるデフケース素材１において、パーライトが含まれていれば、強度が改善される。鋳鉄材料の組成としては、質量比で、炭素が３．０〜４．０％、シリコンが２．０〜３．３％、マンガンが０．１〜０．５％、マグネシウムが０．０２〜０．０６％、リンが０．０５％以下、イオウが０．０５％以下、残部が鉄および不可避的不純物とされている。ここで、炭素は、黒鉛を発生させるため、組織をフェライトリッチとするために貢献できる。シリコンは、黒鉛を発生させるため、組織をフェライトリッチとするために貢献できる。マンガンは、強化元素としても機能する。
【００２５】
第２工程では、デフケース素材１のほとんど全ての表面を切削工具で切削加工する。従って、レーザビーム６が照射される前の強化要請部位２（開口窓１５の周縁部１６における隅部１７）の表面についても切削加工される。当該強化要請部位２における切削後の表面粗さは、Ｒｚで、３〜４０マイクロメートルである。このようにレーザビーム６を照射する前に、強化要請部位２について切削加工を行う。その理由としては、レーザビーム６照射後に切削加工を実施すると、レーザビーム６の照射により強化組織が生成されて硬化しているため、硬化後の切削が困難となったり、切削工具（特に刃具）の寿命が短くなって切削コストが高くなったりするので、これらを回避するためである。第２工程では、デフケース素材１の切削表面のうち、レーザビーム６が照射される前の強化要請部位２の表面粗さをＲ１とし、レーザビーム６が照射されない部位の表面粗さをＲ２とすると、Ｒ１がＲ２と同程度（Ｒ１≒Ｒ２）に設定され、Ｒ１及びＲ２が３〜４０マイクロメートルとされている。
【００２６】
第３工程によれば、切削加工されたデフケース素材１のうち強度が他の部位よりも要請される強化要請部位２に、レーザビーム６（高密度エネルギビーム）を照射して当該強化要請部位２をオーステナイト生成温度以上（Ａ１変態点以上）に加熱する。ある点がレーザビーム６で照射されている時間は、０．５秒以上とすることができる。その後、レーザビーム６を非照射にして当該強化要請部位２を自然冷却により急冷させる。これにより当該強化要請部位２に強化組織を形成し、デフケースを形成する。強度が他の部位よりも要請される強化要請部位２は、デフケース素材１において他の部位よりも応力集中が発生し易い部位である。レーザビーム６が照射された部位は、高温化され、オーステナイト化が進行する。
【００２７】
第３工程においては、レーザビーム６が照射された部位において、高温化されてオーステナイト化が進行すると、炭素固溶濃度が増加する。この場合、レーザビーム６が照射されたとしても、照射部位を組織変化させるものの、溶融させないようにする。溶融させると、当該部位における歪みが大きくなったり、レーデブライトが生成されたりするためである。
【００２８】
レーザビーム６を照射する時間が終了すると、照射部位は自然冷却により急冷されるため、マルテンサイトが生成される。この場合、フェライトはオーステナイト化生成温度以上に加熱されてオーステナイトとされると、炭素固溶濃度が増加する。このため、鋳鉄組織において分散している多数の球状黒鉛がオーステナイトに対して炭素供給源として働く。従って、鋳鉄組織において、単位面積あたりの球状黒鉛粒の数、黒鉛間隔は、オーステナイトにおける炭素固溶に影響を与える。単位面積あたりの球状黒鉛粒の数が多いと、または、黒鉛間隔が狭いと、単位面積あたりの炭素供給源の数が多くなり、しかも分散性が高くなるため、オーステナイトにおける炭素固溶濃度を高め易い。
【００２９】
そこで、本実施形態によれば、第１工程で用意するデフケース素材１を構成する鋳鉄材料では、単位面積あたりの球状黒鉛粒の数は、平均で、２００〜７００個／ｍｍ２ に設定されている。球状黒鉛粒の数は、デフケース素材１の当該部位の最表面から深さ３０ミリメートル以内の領域における数値である。また、黒鉛間隔は、平均で、１５〜５０マイクロメートルとされている。黒鉛間隔は、デフケース素材１の当該部位の最表面から深さ３０ミリメートル以内の領域における数値である。
【００３０】
上記したレーザビーム６としては、半導体レーザから照射されたレーザビーム６（波長：８０８ナノメートル）が採用されている。半導体レーザから照射されたレーザビーム６は、ＹＡＧレーザから照射されたレーザビーム、ＣＯ２レーザから照射されたレーザビームよりも吸収率が高いため、当該強化要請部位２を短時間でオーステナイト生成温度以上に加熱でき、歪みの発生を抑制することができる。レーザビーム６の照射条件については、照射出力は２７０〜４５０Ｗ、焦点距離は２７０ミリメートル、送り速度は０．８〜１．６ミリメートル／ｓｅｃ、ビーム照射面積は２０ｍｍ２とされている。但し、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択できる。
【００３１】
本実施形態によれば、強化組織によりデフケース素材１の応力集中部位である強化要請部位２が強化されるため、鋳鉄材料に含まれる合金元素（マンガン、スズ、銅等）の量を低減させることができ、コスト低減に貢献できる。強化組織としては、マルテンサイト単独組織、マルテンサイトリッチ組織、マルテンサイト・パーライト共存組織、マルテンサイト・フェライト共存組織が挙げられるが、パーライトリッチ組織でも良い。例えば、後述する各実施例のように、強化要請部位において、最表面側からマルテンサイトリッチ組織、パーライトリッチ組織、フェライトリッチ組織の順とすることができる。あるいは、最表面側からマルテンサイトリッチ組織、フェライト・パーライト共存組織、フェライトリッチ組織の順とすることができる。
【００３２】
上記した本実施形態によれば、炭素固溶濃度が増加したオーステナイトが急冷されて形成された上記した強化組織によりデフケースの強化要請部位２が強化される。このため、鋳鉄材料に含まれるコスト高となる合金元素（マンガン、スズ、銅等）の量を低減させることができる。なお、本実施形態によれば、デフケース素材１の全体としてはＦＣＤ４００〜４５０相当材であり、切削性を高めることができ、しかも、デフケース素材１の応力集中部位である強化要請部位２を局部的に強化させ、強化要請部位２をＦＣＤ６００〜８００、ＦＣＡＤ９００〜１２００相当材にすることができる。
【００３３】
更に、本実施形態によれば、このようにレーザビーム６を照射する前に、即ち、デフケース素材１の強化要請部位２がレーザビーム照射により強化（硬化）される前に切削加工を行うため、硬化後の切削を回避また低減することができ、フェライト系の組織を切削することになり、切削コストの低減化に有利である。
【００３４】
図１に示すように、デフケース素材１の本体部１１にシャフト挿入孔１９が切削加工で形成されている。シャフト挿入孔１９の周縁部１９ａも強化要請部位２Ｘとされている。強化要請部位２Ｘについても、強化要請部位２の場合と同様にレーザビーム６が照射されて強化組織が形成されている。
【００３５】
なお、本実施形態によれば、隅部１７は、複数箇所形成されており、各隅部１７は、強化が要請される強化要請部位２であるが、これに限らず、当該４箇所全てを強化することに限定されず、１箇所のみ強化することにしても良いし、対角線上の２箇所を強化するようにしても良いし、隣り合う２箇所を強化するようにしても良いし、３箇所を強化するようにしても良い。少なくとも１箇所の隅部１７を強化するだけで、デフケースの耐久性を高め、デフケースの寿命を長くできる。
【００３６】
（実施形態２）
図３は、実施形態２を示す。本実施形態は、前記した実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。レーザビーム６の反射率は、被照射物の表面粗さに影響を受ける。本発明者は、被照射物の表面は、粗さが小さいと、鏡面に近くなり、レーザビーム６の反射率が高くなる傾向があり、これに対して金属製品の表面粗さが大きいと、表面が梨地に近くなり、レーザビーム６の反射率が低くなることを確認している。
【００３７】
これに基づき、第２工程では、即ち、レーザビーム６の照射前の切削工程においては、デフケース素材１の周縁部１６のうち、Ｒｚ表示で、レーザビーム６が照射される強化要請部位２の表面粗さをＲ１とし、レーザビーム６が照射されない部位の表面の表面粗さをＲ２とする。この場合、Ｒ１がＲ２よりも大きく（Ｒ１＞Ｒ２）設定され、Ｒ１及びＲ２が３〜４０マイクロメートルとされている。
【００３８】
従って、デフケース素材１の表面のうち、レーザビーム６が照射される強化要請部位２
の表面において、レーザビーム６の反射率が低くなり、レーザビーム６の吸収率を高めることができるため、レーザビーム６の照射による強化要請部位２の加熱効率を高めることができる。故に、レーザビーム６の照射時間を短縮してデフケース素材１の歪みを抑制しつつ、強化組織を生成できる。強化組織としては、マルテンサイトリッチ組織およびパーライトリッチ組織のうちの少なくとも一方が挙げられる。例えば、後述する各実施例のように、最表面側からマルテンサイトリッチ組織、パーライトリッチ組織、フェライトリッチ組織の順とすることができる。あるいは、最表面側からマルテンサイトリッチ組織、フェライト・パーライト共存組織、フェライトリッチ組織の順とすることができる。
【００３９】
（実施形態３）
本実施形態は、前記した実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図１を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。本実施形態によれば、ＹＡＧレーザ（波長：１．０６マイクロメートル）のレーザビーム６が照射される。本実施形態においても、レーザビーム６が照射された強化要請部位２の表面層は、９００〜１１００℃に高温化され、オーステナイト化が進行する。このように高温化されてオーステナイト化が進行すると、オーステナイトにおける炭素固溶濃度が増加する。レーザビーム６の照射時間が終了すると、照射された部位（炭素固溶濃度が大きくなったオーステナイト）は自然冷却により急冷されるため、強化要請部位２の表面層にマルテンサイトが生成され、強化組織が得られる。
【００４０】
（実施形態４）
図４は、実施形態４を示す。本実施形態は、前記した実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図４に示すように、デフケース素材１の開口窓１５は、周縁部１６をもつ。周縁部１６は、複数（４個）の隅部１７を備えている。本実施形態に係る強化が要請される強化要請部位２Ｃは、開口窓１５の周縁部１６の全てである。
【００４１】
第３工程によれば、切削加工されたデフケース素材１のうち強度が他の部位よりも要請される強化要請部位２Ｃに、レーザビーム６（高密度エネルギビーム）を照射して当該強化要請部位２をオーステナイト生成温度以上（Ａ１変態点以上）に加熱する。その後、レーザビーム６を非照射にして当該強化要請部位２を自然冷却により急冷させる。これにより当該強化要請部位２に強化組織を形成し、デフケースを形成する。
【００４２】
（実施形態５）
本実施形態は、前記した実施形態４と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図４を準用する。以下、相違する部分を中心として説明する。図４に示すように、デフケース素材１の開口窓１５は、周縁部１６をもつものの、その周縁部１６は、切削加工されておらず、黒皮のままである。周縁部１６は、複数（４個）の隅部１７を備えており、本体部１１のうち少なくとも隅部１７周辺（周縁部１６を除く）は、切削加工されている。本実施形態に係る強化が要請される強化要請部位は、本体部１１のうち隅部１７周辺（周縁部１６を除く）の部位である。
【００４３】
第３工程によれば、切削加工されていない周縁部１６にレーザビーム（高密度エネルギビーム）を照射することなく、本体部１１のうち隅部１７の周辺の部位にレーザビーム６を照射して当該部分をオーステナイト生成温度以上（Ａ１変態点以上）に加熱する。その後、レーザビーム６を非照射にして当該部位を自然冷却により急冷させる。これにより、本体部１１のうち隅部１７周辺の部位に強化組織を形成し、デフケースを形成する。
【００４４】
なお、本体部１１のうち隅部１７周辺の部位は、４箇所あるが、当該４箇所全てを強化することに限定されず、１箇所のみ強化することにしても良いし、対角線上の２箇所を強化するようにしても良いし、隣り合う２箇所を強化するようにしても良いし、３箇所を強
化するようにしても良い。また、本体部１１のうち周縁部１６の全周に隣接する部分を切削加工すると共に、切削加工した当該部分にレーザビーム（高密度エネルギビーム）を照射等することで、当該本体部１１に強化組織を形成しても良い。
【実施例１】
【００４５】
前記した実施形態１に基づいて実施例１を実施した。レーザビーム６の照射条件については、照射出力は２７０〜４５０Ｗ、焦点距離は２７０ミリメートル、送り速度は１．０ミリメートル／ｓｅｃ、ビーム照射面積は２０ｍｍ２とした。図５は、レーザビーム６照射による熱処理を実施する前の組織と、レーザビーム６照射による熱処理を実施した後の組織を示す。腐食液はナイタルとした。この場合、実施形態１と同種および同材質のデフケース素材１（質量％で、炭素：３．７％、Ｓｉ：２．７％、Ｍｎ：０．２５％、Ｍｇ：０．０４３％、Ｐ：０．０２５％、Ｓ：０．０１２％、残部が鉄および不可避的不純物からなる球状黒鉛鋳鉄、黒鉛球状化率：８３％、黒鉛粒数：３１５個／ｍｍ２）を用いた。
【００４６】
図５に示すように、熱処理を実施する前の組織によれば、球状黒鉛を除いた面積を１００％とするとき、フェライトが９０％でパーライトが１０％を占めるフェライトリッチ組織（フェライト系組織）とされている。更に、図５に示すように、熱処理を実施した後の組織によれば、最表面側にマルテンサイト相（灰色っぽい領域）が生成され、その内側にパーライト相（マルテンサイト相よりも色が濃い領域）が形成され、その内側にフェライト相（白色っぽい領域）が形成されている。従って、最表面側からマルテンサイト相、パーライトリッチ相、フェライト相の順に形成されている。焼入深さは、０．２ミリメートルとされている。焼入深さとは、焼入によりビッカース硬さ（Ｈｖ）が３５０以上となった深さをいう。なお、ビッカース硬さが３５０以上の部位は、マルテンサイト相とマルテンサイト・パーライト共存組織（マルテンサイト相とパーライトリッチ相との境界）とからなる。
【実施例２】
【００４７】
前記した実施形態１に基づいて実施例２を実施した。レーザビーム６の照射条件については、照射出力は２７０〜４５０Ｗ、焦点距離は２７０ミリメートル、送り速度は０．８ミリメートル／ｓｅｃ，１．２ミリメートル／ｓｅｃ，１．６ミリメートル／ｓｅｃ、ビーム照射面積は２０ｍｍ２とした。
【００４８】
図６は、レーザビーム６の送り速度を変化させたときにおけるレーザビーム６照射による熱処理後の組織を示す。この場合、実施例１と同種および同材質のデフケース素材１（質量％で、炭素：３．７％、Ｓｉ：２．７％、Ｍｎ：０．２５％、Ｍｇ：０．０４３％、Ｐ：０．０２５％、Ｓ：０．０１２％、残部が鉄および不可避的不純物からなる球状黒鉛鋳鉄、黒鉛球状化率：８３％、黒鉛粒数：３１５個／ｍｍ２）を用いた。
【００４９】
試験片Ａについては、レーザビーム６の送り速度が０．８ｍｍ／ｓｅｃで、焼入深さは０．４ミリメートルであった。試験片Ｂについては、レーザビーム６の送り速度が１．２ｍｍ／ｓｅｃで、焼入深さは０．２ミリメートルであった。試験片Ｃについては、レーザビーム６の送り速度が１．６ｍｍ／ｓｅｃで、焼入深さは０．１５ミリメートルであった。試験片Ａについて、熱処理後の組織によれば、最表面側にマルテンサイト相が生成され、その内側にパーライト相が形成され、その内側にフェライト相が形成されている。従って、最表面側からマルテンサイト相、パーライトリッチ相、フェライト相の順に形成されている。
【００５０】
試験片Ａのようにレーザビーム６の送り速度が遅くなると、焼入深さが深くなる。その理由としては、レーザビーム６の送り速度が遅くなると、レーザビーム６の照射時間が長くなるため、球状黒鉛を構成している炭素が基地に拡散され易くなり、焼入深さが深くなるものと推察される。
【実施例３】
【００５１】
前記した実施形態１に基づいて実施例３を実施した。この場合、実施例１と同種および同材質のデフケース素材１（質量％で、炭素：３．７％、Ｓｉ：２．７％、Ｍｎ：０．２５％、Ｍｇ：０．０４３％、Ｐ：０．０２５％、Ｓ：０．０１２％、残部が鉄および不可避的不純物からなる球状黒鉛鋳鉄、黒鉛球状化率：８３％、黒鉛粒数：３１５個／ｍｍ２）を用いた。
【００５２】
レーザビーム６の照射条件については、照射出力は２７０〜４５０Ｗ、焦点距離は２７０ミリメートル、送り速度は０．８ミリメートル／ｓｅｃ、ビーム照射面積は２０ｍｍ２とした。
【００５３】
図７は、一次接種および二次接種を共に実施した場合（図７中では、「２次接種有り」と表示）と、一次接種を実施して二次接種を実施していない場合（図７中では、「２次接種無し」と表示）とにおけるレーザビーム６の照射による熱処理後の組織を示す。なお、熱処理後のデフケース素材１の単位面積あたりの球状黒鉛粒数は、熱処理前のデフケース素材１の単位面積あたりの球状黒鉛粒数とほとんど変わらない。これにより、図７から理解できるように、一次接種および二次接種を共に実施した場合には、一次接種を実施して二次接種を実施していない場合に比して、熱処理前のデフケース素材１の単位面積あたりの球状黒鉛粒数が多くなっていることから、黒鉛間隔が狭いと言える。逆に、一次接種を実施して二次接種を実施していない場合には、一次接種および二次接種を共に実施した場合に比して、熱処理前のデフケース素材１の単位面積あたりの球状黒鉛粒数が少なくなっていることから、黒鉛間隔が広いと言える。試験片について、熱処理後の組織によれば、最表面側にマルテンサイト相が生成され、その内側にパーライト相が形成され、その内側にフェライト相が形成されている。
【００５４】
また、図７から理解できるように、一次接種および二次接種を共に実施した場合と、一次接種を実施して二次接種を実施していない場合とにおけるレーザビーム６の照射による熱処理後の組織については、最表面側からマルテンサイトリッチ相、パーライトリッチ相、フェライトリッチ相の順に形成されている。ここで、一次接種および二次接種を共に実施した場合には、一次接種を実施して二次接種を実施していない場合に比して、熱処理後のデフケース素材１の焼入れ深さが増加する傾向にある。これは、熱処理前のデフケース素材１の単位面積あたりの球状黒鉛粒数が多いと、黒鉛間隔が狭くなり、球状黒鉛を構成している炭素が基地に拡散され易くなって、熱処理後のデフケース素材１の焼入深さが深くなるものと推察される。
【００５５】
これに対して、一次接種を実施して二次接種を実施していない場合には、一次接種および二次接種を共に実施した場合に比して、熱処理後のデフケース素材１の焼入れ深さが減少する傾向にある。これは、熱処理前のデフケース素材１の単位面積あたりの球状黒鉛粒数が少ないと、黒鉛間隔が広くなり、球状黒鉛を構成している炭素が基地に拡散され難くなって、熱処理後の目標組織であるマルサンサイト相の生成に影響を与え、熱処理後のデフケース素材１の焼入れ深さが減少するものと推察される。
【００５６】
（その他）前記した実施形態では、シャフト挿入孔１９の周縁部１９ａも強化要請部位２Ｘとされており、強化要請部位２と同様にレーザビーム６が照射されて強化組織が形成されているが、これに限らず、強化要請部位２Ｘにはレーザビームを照射しない形態でも良い。また、前記した実施形態では、鋳鉄の溶湯を鋳型３（砂型鋳型）のキャビティに注湯しているが、鋳型としては、金型でも良く、セメント型でも良い。Ｒ１とＲ２との相対関係は、Ｒ１＜Ｒ２の関係でも良い。本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態および実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態および実施例に特有の構造および機能は、他の実施形態についても適用できる。
【００５７】
前記した記載から次の技術的思想が把握される。
（付記項１）質量比で、炭素が１．５〜４．０％、シリコンが０．５〜３．５％、マンガンが０．０５〜０．５０％、リンが０．１％以下、イオウが０．１％以下、残部が鉄および不可避的不純物からなる組成の鋳鉄材料で形成され、フェライト系基地に球状黒鉛が分散しているデフケース素材を鋳造する第１工程と、前記デフケース素材の表面のうち、少なくともレーザビームが照射される表面を切削加工する第２工程と、切削加工された前記デフケース素材のうち強度が他の部位よりも要請される部位に、前記レーザビームを照射して当該部位をオーステナイト生成温度以上に加熱し、その後、前記レーザビームを非照射にして当該部位を自然冷却させることにより、当該部位にマルテンサイト強化組織（強化組織）を形成し、前記デフケースを形成する第３工程とを順に実施し、第１工程において、球状黒鉛のサイズは、平均で１０〜４０マイクロメートルであり、単位面積あたりの球状黒鉛は、１５０個／ｍｍ２以上であることを特徴とするデフケースの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施形態１に係り、デフケース素材を示す斜視図である。
【図２】実施形態１に係り、接種剤を添加して黒鉛間隔を調整するための接種を行っている状態を示す構成図である。
【図３】実施形態２に係り、デフケース素材を示す斜視図である。
【図４】実施形態４に係り、デフケース素材を示す斜視図である。
【図５】実施例１に係り、レーザビーム照射による熱処理の前後の組織を示す写真図である。
【図６】実施例２に係り、レーザビーム照射による送り速度を変化させたときにおける熱処理後の組織を示す写真図である。
【図７】実施例３に係り、黒鉛間隔を調整する二次接種を実施した場合と実施していない場合とにおける組織を示す写真図である。
【符号の説明】
【００５９】
１はデフケース素材、１０は機械室、１１は本体部、１５は開口窓、１７は隅部、２は強化要請部位、３は鋳型、４は取鍋、５は注湯流、６はレーザビームを示す。
【図１】
2009035807.tif 000003
【図２】
2009035807.tif 000004
【図３】
2009035807.tif 000005
【図４】
2009035807.tif 000006
【図５】
2009035807.tif 000007
【図６】
2009035807.tif 000008
【図７】
2009035807.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月28日(2007.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009035807.tif 000010
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2009035807.tif 000011
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2009035807.tif 000012