JP2001271909A - 組立式カムシャフトのシャフトおよび組立式カムシャフトの製造方法 - Google Patents
組立式カムシャフトのシャフトおよび組立式カムシャフトの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鋼材製のシャフトが、カムロブ・シャフト間
の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝されても、優れた強
度を維持することができる製造容易なシャフト、および
組立式カムシャフトの製造方法を提供する。 【解決手段】 焼結合金粉末からなるカムロブ３と、鋼
材からなるシャフト２とを拡散接合して形成される組立
式カムシャフト１に用いられるシャフト２であって、そ
の鋼材を高炭素クロム軸受鋼鋼材とすることによって、
上記課題を解決した。また、組立式カムシャフトの製造
方法は、高炭素クロム軸受鋼鋼材を球状化焼き鈍し処理
し、その後引き抜き加工して所定の寸法に加工したシャ
フト２と、焼結合金粉末を圧粉成形して所定の寸法の圧
粉成形体に形成したカムロブ３とを作製し、カムロブ３
をシャフト２に組み付け、それらを拡散接合して製造す
る。
の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝されても、優れた強
度を維持することができる製造容易なシャフト、および
組立式カムシャフトの製造方法を提供する。 【解決手段】 焼結合金粉末からなるカムロブ３と、鋼
材からなるシャフト２とを拡散接合して形成される組立
式カムシャフト１に用いられるシャフト２であって、そ
の鋼材を高炭素クロム軸受鋼鋼材とすることによって、
上記課題を解決した。また、組立式カムシャフトの製造
方法は、高炭素クロム軸受鋼鋼材を球状化焼き鈍し処理
し、その後引き抜き加工して所定の寸法に加工したシャ
フト２と、焼結合金粉末を圧粉成形して所定の寸法の圧
粉成形体に形成したカムロブ３とを作製し、カムロブ３
をシャフト２に組み付け、それらを拡散接合して製造す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関等で使用
されるカムシャフトのシャフトおよびカムシャフトの製
造方法に関し、更に詳しくは、焼結合金粉末からなるカ
ムロブと、鋼材からなるシャフトとを拡散接合して形成
される組立式カムシャフトに好適に用いられるシャフト
および組立式カムシャフトの製造方法に関する。
されるカムシャフトのシャフトおよびカムシャフトの製
造方法に関し、更に詳しくは、焼結合金粉末からなるカ
ムロブと、鋼材からなるシャフトとを拡散接合して形成
される組立式カムシャフトに好適に用いられるシャフト
および組立式カムシャフトの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関用のカムシャフトとしては、チ
ル鋳鉄製のカムシャフト、鍛造加工もしくは総切削加工
によって形成された鋼製のカムシャフト、または焼結合
金製のカムをカム軸に接合した組立型のカムシャフト等
が知られている。これらのうち、組立式カムシャフト
は、特公昭５８−１３６０３号にも開示されているよう
に、焼結合金粉末を圧粉成形して所定の寸法の圧粉成形
体に形成したカムロブを、冷間引き抜き加工によって所
定の寸法に加工した鋼材製シャフトに組み付け、その
後、カムロブを液相焼結しつつ、カムロブとシャフトと
を拡散接合することによって形成される。
ル鋳鉄製のカムシャフト、鍛造加工もしくは総切削加工
によって形成された鋼製のカムシャフト、または焼結合
金製のカムをカム軸に接合した組立型のカムシャフト等
が知られている。これらのうち、組立式カムシャフト
は、特公昭５８−１３６０３号にも開示されているよう
に、焼結合金粉末を圧粉成形して所定の寸法の圧粉成形
体に形成したカムロブを、冷間引き抜き加工によって所
定の寸法に加工した鋼材製シャフトに組み付け、その
後、カムロブを液相焼結しつつ、カムロブとシャフトと
を拡散接合することによって形成される。
【０００３】こうした組立式カムシャフトにおいて、そ
れを構成するシャフトには、従来より、ＪＩＳ記号でＳ
ＴＫＭ鋼材またはＳ−Ｃ鋼材として表される機械構造用
炭素鋼の鋼管または鋼材が使用されている。
れを構成するシャフトには、従来より、ＪＩＳ記号でＳ
ＴＫＭ鋼材またはＳ−Ｃ鋼材として表される機械構造用
炭素鋼の鋼管または鋼材が使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
組立式カムシャフトにおいては、カムロブを焼結しつつ
カムロブとシャフトとを拡散接合させるため、鋼材製の
シャフトが約１０００℃以上の高温に曝されることとな
る。そのため、機械構造用炭素鋼の鋼管または鋼材から
なるシャフトは、その高温下に曝されることによって軟
化し、その強度が低下してしまうという問題がある。
組立式カムシャフトにおいては、カムロブを焼結しつつ
カムロブとシャフトとを拡散接合させるため、鋼材製の
シャフトが約１０００℃以上の高温に曝されることとな
る。そのため、機械構造用炭素鋼の鋼管または鋼材から
なるシャフトは、その高温下に曝されることによって軟
化し、その強度が低下してしまうという問題がある。
【０００５】こうした問題に対しては、炭素含有量を多
くしたＳ−Ｃ鋼材を用いてシャフトを形成することも考
えられたが、炭素含有量を多くしたＳ−Ｃ鋼材は、鋼材
の強度自体は向上するものの、鋼材の冷間引き抜き加工
が困難となり、シャフトの製造工程における大きな問題
がある。
くしたＳ−Ｃ鋼材を用いてシャフトを形成することも考
えられたが、炭素含有量を多くしたＳ−Ｃ鋼材は、鋼材
の強度自体は向上するものの、鋼材の冷間引き抜き加工
が困難となり、シャフトの製造工程における大きな問題
がある。
【０００６】本発明は、上記問題を解決すべくなされた
ものであって、組立式カムシャフトを製造する際に、鋼
材製のシャフトが、カムロブ・シャフト間の拡散接合を
行う高温雰囲気下に曝されても、優れた強度を維持する
ことができる製造容易なシャフト、および組立式カムシ
ャフトの製造方法を提供する。
ものであって、組立式カムシャフトを製造する際に、鋼
材製のシャフトが、カムロブ・シャフト間の拡散接合を
行う高温雰囲気下に曝されても、優れた強度を維持する
ことができる製造容易なシャフト、および組立式カムシ
ャフトの製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の組立式カムシャ
フトのシャフトは、焼結合金粉末からなるカムロブと、
鋼材からなるシャフトとを拡散接合して形成される組立
式カムシャフトに用いられるシャフトであって、前記鋼
材が、高炭素クロム軸受鋼鋼材であることに特徴を有す
る。
フトのシャフトは、焼結合金粉末からなるカムロブと、
鋼材からなるシャフトとを拡散接合して形成される組立
式カムシャフトに用いられるシャフトであって、前記鋼
材が、高炭素クロム軸受鋼鋼材であることに特徴を有す
る。
【０００８】この発明によれば、カムロブ・シャフト間
の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝される組立式カムシ
ャフトに用いられるシャフトを、高炭素クロム軸受鋼鋼
材で作製する。この高炭素クロム軸受鋼鋼材は、球状化
焼き鈍し処理されることによって、冷間引き抜き加工を
容易に行うことができ、所定の寸法のシャフトに作製で
きる。こうして作製された高炭素クロム軸受鋼鋼材製の
シャフトは、カムロブ・シャフト間の拡散接合を行う高
温雰囲気下に曝されても、十分な硬さや強度を有するの
で、特に高い機械的強度が要求される組立式カムシャフ
トのシャフトとして極めて好適である。
の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝される組立式カムシ
ャフトに用いられるシャフトを、高炭素クロム軸受鋼鋼
材で作製する。この高炭素クロム軸受鋼鋼材は、球状化
焼き鈍し処理されることによって、冷間引き抜き加工を
容易に行うことができ、所定の寸法のシャフトに作製で
きる。こうして作製された高炭素クロム軸受鋼鋼材製の
シャフトは、カムロブ・シャフト間の拡散接合を行う高
温雰囲気下に曝されても、十分な硬さや強度を有するの
で、特に高い機械的強度が要求される組立式カムシャフ
トのシャフトとして極めて好適である。
【０００９】上記の組立式カムシャフトのシャフトにお
いて、前記高炭素クロム軸受鋼鋼材が、０．９５〜１．
１０質量％のＣと、１．３０〜１．６０質量％のＣｒと
を少なくとも含有することに特徴を有する。
いて、前記高炭素クロム軸受鋼鋼材が、０．９５〜１．
１０質量％のＣと、１．３０〜１．６０質量％のＣｒと
を少なくとも含有することに特徴を有する。
【００１０】この発明によれば、高炭素クロム軸受鋼鋼
材としては、０．９５〜１．１０質量％のＣと、１．３
０〜１．６０質量％のＣｒとを少なくとも含有するＳＵ
Ｊ２（ＪＩＳ記号）で表される高炭素クロム軸受鋼鋼材
を用いることが好ましい。
材としては、０．９５〜１．１０質量％のＣと、１．３
０〜１．６０質量％のＣｒとを少なくとも含有するＳＵ
Ｊ２（ＪＩＳ記号）で表される高炭素クロム軸受鋼鋼材
を用いることが好ましい。
【００１１】上記の組立式カムシャフトのシャフトにお
いて、前記シャフトが、炭化物を含んだパーライト主体
の基地組織からなり、１０５〜１１５のロックウエル硬
さ（Ｂスケール）および１１００〜１３００ＭＰａの引
張強度を有することに特徴を有する。
いて、前記シャフトが、炭化物を含んだパーライト主体
の基地組織からなり、１０５〜１１５のロックウエル硬
さ（Ｂスケール）および１１００〜１３００ＭＰａの引
張強度を有することに特徴を有する。
【００１２】この発明によれば、高炭素クロム軸受鋼鋼
材を使用してシャフトを作製したので、そのシャフト
は、カムロブ・シャフト間の拡散接合を行う高温雰囲気
下に曝された後においても、炭化物を含んだパーライト
主体の基地組織を有し、１０５〜１１５のロックウエル
硬さ（Ｂスケール）および１１００〜１３００ＭＰａの
引張強度を有している。その結果、このシャフトは、特
に高い機械的強度が要求される組立式カムシャフトのシ
ャフトとして極めて好適である。
材を使用してシャフトを作製したので、そのシャフト
は、カムロブ・シャフト間の拡散接合を行う高温雰囲気
下に曝された後においても、炭化物を含んだパーライト
主体の基地組織を有し、１０５〜１１５のロックウエル
硬さ（Ｂスケール）および１１００〜１３００ＭＰａの
引張強度を有している。その結果、このシャフトは、特
に高い機械的強度が要求される組立式カムシャフトのシ
ャフトとして極めて好適である。
【００１３】本発明の組立式カムシャフトの製造方法
は、焼結合金粉末からなるカムロブと、高炭素クロム軸
受鋼鋼材からなるシャフトとを拡散接合して形成する組
立式カムシャフトの製造方法であって、前記シャフト
は、準備された高炭素クロム軸受鋼鋼材が球状化焼き鈍
し処理され、その後引き抜き加工によって所定の寸法に
加工されてなり、前記カムロブは、準備された焼結合金
粉末が圧粉成形されて所定の寸法の圧粉成形体に形成さ
れてなり、当該カムロブが当該シャフトに組み付けら
れ、当該カムロブと当該シャフトが拡散接合されること
に特徴を有する。
は、焼結合金粉末からなるカムロブと、高炭素クロム軸
受鋼鋼材からなるシャフトとを拡散接合して形成する組
立式カムシャフトの製造方法であって、前記シャフト
は、準備された高炭素クロム軸受鋼鋼材が球状化焼き鈍
し処理され、その後引き抜き加工によって所定の寸法に
加工されてなり、前記カムロブは、準備された焼結合金
粉末が圧粉成形されて所定の寸法の圧粉成形体に形成さ
れてなり、当該カムロブが当該シャフトに組み付けら
れ、当該カムロブと当該シャフトが拡散接合されること
に特徴を有する。
【００１４】この発明によれば、組立式カムシャフトを
構成するシャフトが、高炭素クロム軸受鋼鋼材で作製さ
れるので、その高炭素クロム軸受鋼鋼材を容易に球状化
焼き鈍し処理し、その後容易に引き抜き加工することが
できる。作製されたシャフトフトは、カムロブ・シャフ
ト間の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝されても十分な
硬さや強度を有するので、そうしたシャフトによって製
造された組立式カムシャフトは、特に高い機械的強度が
要求されるカムシャフトとして好ましく使用される。
構成するシャフトが、高炭素クロム軸受鋼鋼材で作製さ
れるので、その高炭素クロム軸受鋼鋼材を容易に球状化
焼き鈍し処理し、その後容易に引き抜き加工することが
できる。作製されたシャフトフトは、カムロブ・シャフ
ト間の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝されても十分な
硬さや強度を有するので、そうしたシャフトによって製
造された組立式カムシャフトは、特に高い機械的強度が
要求されるカムシャフトとして好ましく使用される。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の組立式カムシャフトのシ
ャフト（以下「シャフト」という。）、および組立式カ
ムシャフトの製造方法について説明する。なお、以下に
おいて、「％」の記載は「質量％」を意味している。
ャフト（以下「シャフト」という。）、および組立式カ
ムシャフトの製造方法について説明する。なお、以下に
おいて、「％」の記載は「質量％」を意味している。
【００１６】図１は、本発明のシャフト２を備える組立
式カムシャフト１の一例を示す斜視図であり、図２は、
焼結炉を通過する前の本発明のシャフトの基地組織の一
例（Ａ）と、焼結炉を通過した後の本発明のシャフトの
基地組織の一例（Ｂ）を示す顕微鏡写真（４００倍）で
ある。
式カムシャフト１の一例を示す斜視図であり、図２は、
焼結炉を通過する前の本発明のシャフトの基地組織の一
例（Ａ）と、焼結炉を通過した後の本発明のシャフトの
基地組織の一例（Ｂ）を示す顕微鏡写真（４００倍）で
ある。
【００１７】シャフト２は、焼結合金粉末からなるカム
ロブ３と、鋼材からなるシャフト２とを拡散接合して形
成される組立式カムシャフトに用いられるシャフトであ
って、その鋼材を高炭素クロム軸受鋼鋼材としたもので
ある。
ロブ３と、鋼材からなるシャフト２とを拡散接合して形
成される組立式カムシャフトに用いられるシャフトであ
って、その鋼材を高炭素クロム軸受鋼鋼材としたもので
ある。
【００１８】この高炭素クロム軸受鋼鋼材は、ＪＩＳ
Ｇ ４８０５によってＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のＪＩＳ記号
で表される高炭素クロム軸受鋼鋼材、またはそれに相当
する鋼材であり、Ｃ（炭素）：０．９５〜１．１０％、
クロム（Ｃｒ）：０．９０〜１．６０％、Ｓｉ（珪
素）：０．１５〜０．７０％、Ｍｎ（マンガン）：０〜
１．１５％、Ｐ（リン）：０．０２５％以下、Ｓ（硫
黄）：０．０２５％以下、残部：Ｆｅ（鉄）および不可
避不純物からなる成分を有する。なお、必要に応じて、
Ｍｏ（モリブデン）：０．１０〜０．２５％や、本発明
の目的を阻害しない範囲の他の元素を適宜含有させるこ
ともできる。これらのうち、Ｃ：０．９５〜１．１０％
とＣｒ：１．３０〜１．６０％とを少なくとも含有する
ＳＵＪ２（ＪＩＳ記号）で表される高炭素クロム軸受鋼
鋼材、またはそれに相当する鋼材を用いることが特に好
ましい。
Ｇ ４８０５によってＳＵＪ１〜ＳＵＪ５のＪＩＳ記号
で表される高炭素クロム軸受鋼鋼材、またはそれに相当
する鋼材であり、Ｃ（炭素）：０．９５〜１．１０％、
クロム（Ｃｒ）：０．９０〜１．６０％、Ｓｉ（珪
素）：０．１５〜０．７０％、Ｍｎ（マンガン）：０〜
１．１５％、Ｐ（リン）：０．０２５％以下、Ｓ（硫
黄）：０．０２５％以下、残部：Ｆｅ（鉄）および不可
避不純物からなる成分を有する。なお、必要に応じて、
Ｍｏ（モリブデン）：０．１０〜０．２５％や、本発明
の目的を阻害しない範囲の他の元素を適宜含有させるこ
ともできる。これらのうち、Ｃ：０．９５〜１．１０％
とＣｒ：１．３０〜１．６０％とを少なくとも含有する
ＳＵＪ２（ＪＩＳ記号）で表される高炭素クロム軸受鋼
鋼材、またはそれに相当する鋼材を用いることが特に好
ましい。
【００１９】高炭素クロム軸受鋼鋼材の形状および寸法
は、最終的に製造されるシャフト２の形状に応じて適宜
選定される。そのため、シャフトの形状に応じて中空構
造の鋼管や中実構造の丸鋼が選ばれる。また、その寸法
は、冷間引き抜き加工工程との関係で適宜選定される。
は、最終的に製造されるシャフト２の形状に応じて適宜
選定される。そのため、シャフトの形状に応じて中空構
造の鋼管や中実構造の丸鋼が選ばれる。また、その寸法
は、冷間引き抜き加工工程との関係で適宜選定される。
【００２０】高炭素クロム軸受鋼鋼材は、球状化焼き鈍
し処理されることによって、冷間引き抜き加工し易い組
織に調整される。その際に形成される球状化炭化物の組
織は、ここで改めて示すまでもなく、従来同様の形態と
なる。ここでいう球状化焼き鈍し処理とは、炭化物の析
出が起こる温度域を、徐冷（空冷または炉冷）、長時間
加熱、または過熱冷却の繰り返し、等することにより、
鋼中の炭化物を球状化する焼き鈍しであり、周知の方法
で行うことができる。なお、球状化焼き鈍し処理の条件
は、後述するような高温雰囲気下に曝された後のシャフ
ト２の機械的特性を考慮して適宜調整される。その一例
としては、７６０〜８２０℃で４〜６時間加熱し、その
後約５０℃／ｈｒの速度で７２０℃になるまで冷却し、
次いで７２０℃で４〜６時間加熱し、その後１０〜１５
℃／ｈｒの速度で６００℃になるまで徐冷し、次いで室
温まで放冷する。
し処理されることによって、冷間引き抜き加工し易い組
織に調整される。その際に形成される球状化炭化物の組
織は、ここで改めて示すまでもなく、従来同様の形態と
なる。ここでいう球状化焼き鈍し処理とは、炭化物の析
出が起こる温度域を、徐冷（空冷または炉冷）、長時間
加熱、または過熱冷却の繰り返し、等することにより、
鋼中の炭化物を球状化する焼き鈍しであり、周知の方法
で行うことができる。なお、球状化焼き鈍し処理の条件
は、後述するような高温雰囲気下に曝された後のシャフ
ト２の機械的特性を考慮して適宜調整される。その一例
としては、７６０〜８２０℃で４〜６時間加熱し、その
後約５０℃／ｈｒの速度で７２０℃になるまで冷却し、
次いで７２０℃で４〜６時間加熱し、その後１０〜１５
℃／ｈｒの速度で６００℃になるまで徐冷し、次いで室
温まで放冷する。
【００２１】球状化焼き鈍し処理された高炭素クロム軸
受鋼鋼材は、その後の引き抜き加工によって所定の形状
・寸法のシャフトに加工される。得られたシャフトは、
図２（Ａ）に示すように、球状化した微細な炭化物（主
にクロム炭化物）を基地中に有する組織となっている。
引き抜き加工としては、通常、周知方法の冷間引き抜き
加工で行われる。特に、シャフトの外周や内周（中空の
場合）に異形溝や突起を有するシャフトに加工する場合
には、球状化焼き鈍し処理が有効であり、高強度の高炭
素クロム軸受鋼鋼材であっても、引き抜きダイスの過度
の消耗を伴うことなく冷間引き抜き加工を容易に行うこ
とができるという効果がある。
受鋼鋼材は、その後の引き抜き加工によって所定の形状
・寸法のシャフトに加工される。得られたシャフトは、
図２（Ａ）に示すように、球状化した微細な炭化物（主
にクロム炭化物）を基地中に有する組織となっている。
引き抜き加工としては、通常、周知方法の冷間引き抜き
加工で行われる。特に、シャフトの外周や内周（中空の
場合）に異形溝や突起を有するシャフトに加工する場合
には、球状化焼き鈍し処理が有効であり、高強度の高炭
素クロム軸受鋼鋼材であっても、引き抜きダイスの過度
の消耗を伴うことなく冷間引き抜き加工を容易に行うこ
とができるという効果がある。
【００２２】引き抜き加工されたシャフト２は、組立式
カムシャフトの製造の際に、カムロブの液相焼結ないし
カムロブ・シャフト間の拡散接合を行うための焼結炉を
通過し、約１０００℃以上の高温雰囲気に曝される。こ
のような高温雰囲気の焼結炉を通過した後のシャフト２
は、図２（Ｂ）に示すように、微細な析出炭化物を含ん
だパーライト主体の基地組織を有しており、その高温雰
囲気で焼き鈍されても過度に軟化することなく、ロック
ウエル硬さ、降伏強度、引張強さ等の機械的特性に優れ
たシャフトを作製することができるという顕著な効果を
発揮する。
カムシャフトの製造の際に、カムロブの液相焼結ないし
カムロブ・シャフト間の拡散接合を行うための焼結炉を
通過し、約１０００℃以上の高温雰囲気に曝される。こ
のような高温雰囲気の焼結炉を通過した後のシャフト２
は、図２（Ｂ）に示すように、微細な析出炭化物を含ん
だパーライト主体の基地組織を有しており、その高温雰
囲気で焼き鈍されても過度に軟化することなく、ロック
ウエル硬さ、降伏強度、引張強さ等の機械的特性に優れ
たシャフトを作製することができるという顕著な効果を
発揮する。
【００２３】本発明のシャフトは、こうした顕著な特徴
を有するものであって、高強度の高炭素クロム軸受鋼鋼
材を単に球状化処理して加工し易くしたにとどまらず、
その後に、組立式カムシャフトの製造に際して必須の焼
結工程を通過した場合であっても、その高温雰囲気によ
って過度に軟化されることがなく、十分に高い機械的特
性を保有している。その結果、シャフト２の径を小さく
したり、中空タイプのシャフトにおいてはその肉厚を薄
くすることが可能となるので、組立式カムシャフトに優
れた耐久性能を維持させたまま、その軽量化を達成する
ことができる。
を有するものであって、高強度の高炭素クロム軸受鋼鋼
材を単に球状化処理して加工し易くしたにとどまらず、
その後に、組立式カムシャフトの製造に際して必須の焼
結工程を通過した場合であっても、その高温雰囲気によ
って過度に軟化されることがなく、十分に高い機械的特
性を保有している。その結果、シャフト２の径を小さく
したり、中空タイプのシャフトにおいてはその肉厚を薄
くすることが可能となるので、組立式カムシャフトに優
れた耐久性能を維持させたまま、その軽量化を達成する
ことができる。
【００２４】焼結炉を通過した後の冷却条件としては、
１１００℃以上の温度から冷却を開始し、特にＡ１変態
点付近の冷却速度を１０〜２０℃／分とすることが好ま
しく、上述のような微細な析出炭化物を含んだパーライ
ト主体の基地組織とすることができる。
１１００℃以上の温度から冷却を開始し、特にＡ１変態
点付近の冷却速度を１０〜２０℃／分とすることが好ま
しく、上述のような微細な析出炭化物を含んだパーライ
ト主体の基地組織とすることができる。
【００２５】組立式カムシャフトの製造においては、カ
ムロブの液相焼結ないしカムロブ・シャフト間の拡散接
合が適正に行われるように焼結炉の温度条件や冷却条件
が優先的に設定されるので、そうした条件によってもシ
ャフト２が軟化して機械的特性が低下しないように、上
述した高炭素クロム軸受鋼鋼材の成分組成や球状化焼き
鈍し処理条件が適宜設定される。
ムロブの液相焼結ないしカムロブ・シャフト間の拡散接
合が適正に行われるように焼結炉の温度条件や冷却条件
が優先的に設定されるので、そうした条件によってもシ
ャフト２が軟化して機械的特性が低下しないように、上
述した高炭素クロム軸受鋼鋼材の成分組成や球状化焼き
鈍し処理条件が適宜設定される。
【００２６】組立式カムシャフトが製造された後におけ
るシャフト２は、ロックウエル硬さ（Ｂスケール）が１
０５〜１１５ＨＲＢ、好ましくは１０８〜１１２ＨＲ
Ｂ、降伏強度が６００〜７００ＭＰａ、好ましくは６５
０〜７００ＭＰａ、引張強度が１１００〜１３００ＭＰ
ａ、好ましくは１１５０〜１３００ＭＰａの機械的特性
を有することが好ましい。こうした機械的特性を有する
シャフト２は、特に高い機械的特性が要求される組立式
カムシャフト１のシャフトとして極めて好適に用いられ
る。
るシャフト２は、ロックウエル硬さ（Ｂスケール）が１
０５〜１１５ＨＲＢ、好ましくは１０８〜１１２ＨＲ
Ｂ、降伏強度が６００〜７００ＭＰａ、好ましくは６５
０〜７００ＭＰａ、引張強度が１１００〜１３００ＭＰ
ａ、好ましくは１１５０〜１３００ＭＰａの機械的特性
を有することが好ましい。こうした機械的特性を有する
シャフト２は、特に高い機械的特性が要求される組立式
カムシャフト１のシャフトとして極めて好適に用いられ
る。
【００２７】カムロブ３は、従来から検討され且つ知ら
れている焼結合金製のカムロブを用いることができる。
また、そのカムロブは、すべり接触タイプのカムロブで
も転がり接触タイプのカムロブでもよく、特に限定され
ない。具体的には、鉄系の焼結合金粉末を準備し、その
焼結合金粉末を圧粉成形して所定の寸法の圧粉成形体を
形成し、その後、上述のような冷間引き抜き加工して得
られたシャフトに、所定の位置および角度で順次組み付
ける。次いで、組み付け後の組立式カムシャフトを、連
続焼結炉に入れて通過させ、カムロブの液相焼結ないし
カムロブ・シャフト間の拡散接合を行って、組立式カム
シャフトが製造される。組み付け後の組立式カムシャフ
トが通過する焼結炉の処理温度と処理時間は、その焼結
合金粉末の成分組成やシャフトの成分組成によっても若
干異なるが、通常１１００〜１２００℃で、５０〜６０
分間である。なお、組立式カムシャフトには、カムロブ
の他、一般的な組立式カムシャフトに装着され得るジャ
ーナルピースやエンドピースを備えていてもよく、ま
た、カムロブの組み付けは、カムロブとシャフトとが動
かないように固定されていればよく、隙間ばめ等の適宜
手段によって行われる。
れている焼結合金製のカムロブを用いることができる。
また、そのカムロブは、すべり接触タイプのカムロブで
も転がり接触タイプのカムロブでもよく、特に限定され
ない。具体的には、鉄系の焼結合金粉末を準備し、その
焼結合金粉末を圧粉成形して所定の寸法の圧粉成形体を
形成し、その後、上述のような冷間引き抜き加工して得
られたシャフトに、所定の位置および角度で順次組み付
ける。次いで、組み付け後の組立式カムシャフトを、連
続焼結炉に入れて通過させ、カムロブの液相焼結ないし
カムロブ・シャフト間の拡散接合を行って、組立式カム
シャフトが製造される。組み付け後の組立式カムシャフ
トが通過する焼結炉の処理温度と処理時間は、その焼結
合金粉末の成分組成やシャフトの成分組成によっても若
干異なるが、通常１１００〜１２００℃で、５０〜６０
分間である。なお、組立式カムシャフトには、カムロブ
の他、一般的な組立式カムシャフトに装着され得るジャ
ーナルピースやエンドピースを備えていてもよく、ま
た、カムロブの組み付けは、カムロブとシャフトとが動
かないように固定されていればよく、隙間ばめ等の適宜
手段によって行われる。
【００２８】次に、シャフトに用いる高炭素クロム軸受
鋼鋼材の各化学成分の範囲について説明する。
鋼鋼材の各化学成分の範囲について説明する。
【００２９】Ｃ含有量が０．９５％より少なくなると、
高炭素クロム軸受鋼鋼材特有の微細なＣｒ炭化物が形成
されず、Ｃ含有量が１．１０％を超えると、炭化物の粗
大化が進み、何れの場合も強度低下の原因となる。よっ
て、Ｃ含有量を０．９５〜１．１０％に限定する。
高炭素クロム軸受鋼鋼材特有の微細なＣｒ炭化物が形成
されず、Ｃ含有量が１．１０％を超えると、炭化物の粗
大化が進み、何れの場合も強度低下の原因となる。よっ
て、Ｃ含有量を０．９５〜１．１０％に限定する。
【００３０】Ｃｒは、Ｃと結びついてＣｒ炭化物を形成
するが、Ｃｒ含有量が０．９０％より少なくなると、微
細な炭化物が十分に形成されず、Ｃｒ含有量が１．６０
％を超えると、炭化物の粗大化が進み、何れの場合も強
度低下の原因となる。よって、Ｃｒ含有量を０．９０〜
１．６０％に限定する。なお、シャフトとして十分な強
度を発揮する炭化物の析出量としては、図２（Ｂ）のよ
うに観察される基地組織中の面積率で、７〜９％である
ことが好ましい。
するが、Ｃｒ含有量が０．９０％より少なくなると、微
細な炭化物が十分に形成されず、Ｃｒ含有量が１．６０
％を超えると、炭化物の粗大化が進み、何れの場合も強
度低下の原因となる。よって、Ｃｒ含有量を０．９０〜
１．６０％に限定する。なお、シャフトとして十分な強
度を発揮する炭化物の析出量としては、図２（Ｂ）のよ
うに観察される基地組織中の面積率で、７〜９％である
ことが好ましい。
【００３１】ＳｉとＭｎは、アルミニウムと並び強力な
脱酸材であり、製造時に添加される。しかし、あまりに
過剰に残存すると、Ｓｉは酸化物、Ｍｎは硫化物とし
て、それぞれ介在する量が増し、何れも強度低下の原因
となる。よって、Ｓｉ含有量を０．１５〜０．７０％、
Ｍｎ含有量を０〜１．１５％にそれぞれ限定する。
脱酸材であり、製造時に添加される。しかし、あまりに
過剰に残存すると、Ｓｉは酸化物、Ｍｎは硫化物とし
て、それぞれ介在する量が増し、何れも強度低下の原因
となる。よって、Ｓｉ含有量を０．１５〜０．７０％、
Ｍｎ含有量を０〜１．１５％にそれぞれ限定する。
【００３２】ＰとＳは、被削性を増すが、その含有量が
増えると、偏析や脆化を促進させるので、含有量を何れ
も０．０２５％以下に極力少なくさせることが好まし
い。
増えると、偏析や脆化を促進させるので、含有量を何れ
も０．０２５％以下に極力少なくさせることが好まし
い。
【００３３】
【実施例】以下、本発明のシャフトを更に具体的に説明
する。
する。
【００３４】（実施例１）シャフト用の鋼材として、外
径３５ｍｍのＳＵＪ２（ＪＩＳ Ｇ ４８０５）で表示
される高炭素クロム軸受鋼丸鋼材を準備した。この丸鋼
材を球状化焼き鈍し処理した。その処理条件としては、
８００℃で４時間加熱し、その後５０℃／ｈｒの速度で
７２０℃になるまで冷却し、次いで７２０℃で４時間加
熱し、その後１２℃／ｈｒの速度で６００℃になるまで
徐冷し、次いで室温まで放冷した。その後、冷間引き抜
き加工を行って、外径２０ｍｍのシャフトに加工した。
このときのシャフトの組織写真を、図２（Ａ）に示し
た。
径３５ｍｍのＳＵＪ２（ＪＩＳ Ｇ ４８０５）で表示
される高炭素クロム軸受鋼丸鋼材を準備した。この丸鋼
材を球状化焼き鈍し処理した。その処理条件としては、
８００℃で４時間加熱し、その後５０℃／ｈｒの速度で
７２０℃になるまで冷却し、次いで７２０℃で４時間加
熱し、その後１２℃／ｈｒの速度で６００℃になるまで
徐冷し、次いで室温まで放冷した。その後、冷間引き抜
き加工を行って、外径２０ｍｍのシャフトに加工した。
このときのシャフトの組織写真を、図２（Ａ）に示し
た。
【００３５】一方、カムロブとしては、焼結後の成分組
成が、Ｃ：２．４質量％、Ｃｒ：１２．０質量％、Ｍ
ｏ：１．０質量％、Ｓｉ：０．８質量％、Ｎｉ：１．９
質量％、Ｐ：０．５質量％、Ｆｅ：残り、となるように
各元素を鉄粉中に添加して焼結用粉末を調整し、さら
に、潤滑剤としてステアリンサン亜鉛を加えて混合し、
次いで、５〜７ｔ／ｃｍ2 の面圧でプレス成形した圧粉
体成形体を準備した。
成が、Ｃ：２．４質量％、Ｃｒ：１２．０質量％、Ｍ
ｏ：１．０質量％、Ｓｉ：０．８質量％、Ｎｉ：１．９
質量％、Ｐ：０．５質量％、Ｆｅ：残り、となるように
各元素を鉄粉中に添加して焼結用粉末を調整し、さら
に、潤滑剤としてステアリンサン亜鉛を加えて混合し、
次いで、５〜７ｔ／ｃｍ2 の面圧でプレス成形した圧粉
体成形体を準備した。
【００３６】この圧粉成形体を、上記のシャフトに組み
付け、真空焼結炉中で１１００℃、６０分間の条件でカ
ムロブを液相焼結させつつ、カムロブ・シャフト間の拡
散接合を行い、使用した高炭素クロム軸受鋼鋼材のＡ１
変態点付近の冷却速度を１５℃／分とした条件で冷却を
行い、組立式カムシャフトを製造した。このときのシャ
フトの組織写真を、図２（Ｂ）に示した。さらに、ロッ
クウエル硬さ（Ｂスケール）測定と引張試験を行って、
硬さ（ＨＲＢ）、降伏強度、引張強度をそれぞれ測定
し、表１に示した。
付け、真空焼結炉中で１１００℃、６０分間の条件でカ
ムロブを液相焼結させつつ、カムロブ・シャフト間の拡
散接合を行い、使用した高炭素クロム軸受鋼鋼材のＡ１
変態点付近の冷却速度を１５℃／分とした条件で冷却を
行い、組立式カムシャフトを製造した。このときのシャ
フトの組織写真を、図２（Ｂ）に示した。さらに、ロッ
クウエル硬さ（Ｂスケール）測定と引張試験を行って、
硬さ（ＨＲＢ）、降伏強度、引張強度をそれぞれ測定
し、表１に示した。
【００３７】（比較例１）シャフト用の鋼材として、外
径３５ｍｍのＳ４５Ｃ（ＪＩＳ記号）で表される機械構
造用炭素鋼丸鋼材を準備した。この丸鋼材の冷間引き抜
き加工を行って、外径２０ｍｍのシャフトに加工した。
このときのシャフトの組織写真を、図３（Ａ）に示し
た。
径３５ｍｍのＳ４５Ｃ（ＪＩＳ記号）で表される機械構
造用炭素鋼丸鋼材を準備した。この丸鋼材の冷間引き抜
き加工を行って、外径２０ｍｍのシャフトに加工した。
このときのシャフトの組織写真を、図３（Ａ）に示し
た。
【００３８】カムロブについては、実施例１と同様の圧
粉体成形体を準備し、さらに実施例１と同様の方法で、
カムロブを液相焼結させつつ、カムロブ・シャフト間の
拡散接合を行い、次いで、実施例１と同様の条件で冷却
を行い、組立式カムシャフトを製造した。このときのシ
ャフトの組織写真を、図３（Ｂ）に示した。さらに、硬
さ（ＨＲＢ）、降伏強度、引張強度をそれぞれ測定し、
表１に示した。
粉体成形体を準備し、さらに実施例１と同様の方法で、
カムロブを液相焼結させつつ、カムロブ・シャフト間の
拡散接合を行い、次いで、実施例１と同様の条件で冷却
を行い、組立式カムシャフトを製造した。このときのシ
ャフトの組織写真を、図３（Ｂ）に示した。さらに、硬
さ（ＨＲＢ）、降伏強度、引張強度をそれぞれ測定し、
表１に示した。
【００３９】（比較例２）シャフト用の鋼材として、外
径３５ｍｍ、内径２７ｍｍのＳＴＫＭ１３（ＪＩＳ記
号）で表される機械構造用炭素鋼鋼管を準備した。この
鋼管を焼きならし処理した後、冷間引き抜き加工を行っ
て、外径２０ｍｍ、内径１２ｍｍのシャフトに加工し
た。
径３５ｍｍ、内径２７ｍｍのＳＴＫＭ１３（ＪＩＳ記
号）で表される機械構造用炭素鋼鋼管を準備した。この
鋼管を焼きならし処理した後、冷間引き抜き加工を行っ
て、外径２０ｍｍ、内径１２ｍｍのシャフトに加工し
た。
【００４０】カムロブについては、実施例１と同様の圧
粉体成形体を準備し、さらに実施例１と同様の方法で、
カムロブを液相焼結させつつ、カムロブ・シャフト間の
拡散接合を行い、次いで、実施例１と同様の条件で冷却
を行い、組立式カムシャフトを製造した。このときのシ
ャフトについて、硬さ（ＨＲＢ）、降伏強度、引張強度
をそれぞれ測定し、表１に示した。
粉体成形体を準備し、さらに実施例１と同様の方法で、
カムロブを液相焼結させつつ、カムロブ・シャフト間の
拡散接合を行い、次いで、実施例１と同様の条件で冷却
を行い、組立式カムシャフトを製造した。このときのシ
ャフトについて、硬さ（ＨＲＢ）、降伏強度、引張強度
をそれぞれ測定し、表１に示した。
【００４１】（結果）
【表１】
【００４２】焼結炉を通過した後の比較例１のシャフト
の組織（図３（Ｂ）を参照。）は、組織が粗大化し、顕
著な軟化が起こっていることが観察されたが、焼結炉を
通過した後の実施例１のシャフトの組織（図２（Ｂ）を
参照。）は、微細な炭化物を含んだパーライト主体の組
織となっており、顕著な軟化が生じていないことが観察
された。また、こうした組織の相違は、得られたシャフ
トの機械的特性に大きく影響し、表１に示したように、
実施例１の本発明のシャフトは、比較例１、２に比べて
硬さが大きく、降伏強度と引張り強度においては２倍以
上の値が得られた。
の組織（図３（Ｂ）を参照。）は、組織が粗大化し、顕
著な軟化が起こっていることが観察されたが、焼結炉を
通過した後の実施例１のシャフトの組織（図２（Ｂ）を
参照。）は、微細な炭化物を含んだパーライト主体の組
織となっており、顕著な軟化が生じていないことが観察
された。また、こうした組織の相違は、得られたシャフ
トの機械的特性に大きく影響し、表１に示したように、
実施例１の本発明のシャフトは、比較例１、２に比べて
硬さが大きく、降伏強度と引張り強度においては２倍以
上の値が得られた。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のシャフト
および組立式カムシャフトの製造方法によれば、組立式
カムシャフトを構成するシャフトを、高炭素クロム軸受
鋼鋼材で作製したので、その高炭素クロム軸受鋼鋼材を
容易に球状化焼き鈍し処理し、その後容易に引き抜き加
工することができる。作製されたシャフトは、カムロブ
・シャフト間の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝されて
も十分な硬さや強度を有するので、そうしたシャフトに
よって製造された組立式カムシャフトは、特に高い機械
的強度が要求されるカムシャフトとして好ましく使用さ
れる。
および組立式カムシャフトの製造方法によれば、組立式
カムシャフトを構成するシャフトを、高炭素クロム軸受
鋼鋼材で作製したので、その高炭素クロム軸受鋼鋼材を
容易に球状化焼き鈍し処理し、その後容易に引き抜き加
工することができる。作製されたシャフトは、カムロブ
・シャフト間の拡散接合を行う高温雰囲気下に曝されて
も十分な硬さや強度を有するので、そうしたシャフトに
よって製造された組立式カムシャフトは、特に高い機械
的強度が要求されるカムシャフトとして好ましく使用さ
れる。
【００４４】本発明は、こうした顕著な効果を有するも
のであって、高強度の高炭素クロム軸受鋼鋼材を単に球
状化処理して加工し易くしたにとどまらず、その後に、
組立式カムシャフトの製造に際して必須の焼結工程を通
過した場合であっても、その高温雰囲気によって過度に
軟化されることがなく、十分に高い機械的特性を保有さ
せることができる。その結果、シャフトの径を小さくし
たり、中空タイプのシャフトにおいてはその肉厚を薄く
することが可能となるので、組立式カムシャフトに優れ
た耐久性能を維持させたまま、その軽量化を達成するこ
とができる。
のであって、高強度の高炭素クロム軸受鋼鋼材を単に球
状化処理して加工し易くしたにとどまらず、その後に、
組立式カムシャフトの製造に際して必須の焼結工程を通
過した場合であっても、その高温雰囲気によって過度に
軟化されることがなく、十分に高い機械的特性を保有さ
せることができる。その結果、シャフトの径を小さくし
たり、中空タイプのシャフトにおいてはその肉厚を薄く
することが可能となるので、組立式カムシャフトに優れ
た耐久性能を維持させたまま、その軽量化を達成するこ
とができる。
【図１】本発明のシャフトを備える組み立てカムシャフ
トの一例を示す斜視図である。
トの一例を示す斜視図である。
【図２】焼結炉を通過する前の本発明のシャフトの基地
組織の一例（Ａ）と、焼結炉を通過した後の本発明のシ
ャフトの基地組織の一例（Ｂ）を示す顕微鏡写真（４０
０倍）である。
組織の一例（Ａ）と、焼結炉を通過した後の本発明のシ
ャフトの基地組織の一例（Ｂ）を示す顕微鏡写真（４０
０倍）である。
【図３】焼結炉を通過する前の従来型のシャフトの基地
組織の一例（Ａ）と、焼結炉を通過した後の従来型のシ
ャフトの基地組織の一例（Ｂ）を示す顕微鏡写真（１０
０倍）である。
組織の一例（Ａ）と、焼結炉を通過した後の従来型のシ
ャフトの基地組織の一例（Ｂ）を示す顕微鏡写真（１０
０倍）である。
【符号の説明】 １ 組立式カムシャフト ２ シャフト ３ カムロブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/18 Ｃ２２Ｃ 38/18 Ｆターム(参考） 3G016 BA33 BA34 CA52 EA02 EA10 FA11 FA17 FA33 GA01 3J030 EA01 EB01 EB05 EB09 EC04 EC07 4K018 AA32 DA11 JA29 KA70
Claims (4)
- 【請求項１】 焼結合金粉末からなるカムロブと、鋼材
からなるシャフトとを拡散接合して形成される組立式カ
ムシャフトに用いられるシャフトであって、前記鋼材
が、高炭素クロム軸受鋼鋼材であることを特徴とする組
立式カムシャフトのシャフト。 - 【請求項２】 前記高炭素クロム軸受鋼鋼材が、０．９
５〜１．１０質量％のＣと、１．３０〜１．６０質量％
のＣｒとを少なくとも含有することを特徴とする請求項
１に記載の組立式カムシャフトのシャフト。 - 【請求項３】 前記シャフトが、炭化物を含んだパーラ
イト主体の基地組織からなり、１０５〜１１５のロック
ウエル硬さ（Ｂスケール）および１１００〜１３００Ｍ
Ｐａの引張強度を有することを特徴とする請求項１また
は請求項２に記載の組立式カムシャフトのシャフト。 - 【請求項４】 焼結合金粉末からなるカムロブと、高炭
素クロム軸受鋼鋼材からなるシャフトとを拡散接合して
形成する組立式カムシャフトの製造方法であって、前記
シャフトは、準備された高炭素クロム軸受鋼鋼材が球状
化焼き鈍し処理され、その後引き抜き加工によって所定
の寸法に加工されてなり、前記カムロブは、準備された
焼結合金粉末が圧粉成形されて所定の寸法の圧粉成形体
に形成されてなり、当該カムロブが当該シャフトに組み
付けられ、当該カムロブと当該シャフトが拡散接合され
ることを特徴とする組立式カムシャフトの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000090725A JP3696476B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 組立式カムシャフトのシャフトおよび組立式カムシャフトの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000090725A JP3696476B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 組立式カムシャフトのシャフトおよび組立式カムシャフトの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001271909A true JP2001271909A (ja) | 2001-10-05 |
| JP3696476B2 JP3696476B2 (ja) | 2005-09-21 |
Family
ID=18606296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000090725A Expired - Fee Related JP3696476B2 (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 組立式カムシャフトのシャフトおよび組立式カムシャフトの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3696476B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007077880A1 (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | 焼結部品が接合された軸部材の製造方法、および内燃機関用カムシャフト |
| JP2008087003A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Toyota Motor Corp | 摩擦圧接部材 |
| JPWO2013047761A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2015-03-30 | 日本ピストンリング株式会社 | 内燃機関用カムシャフトの製造方法 |
| JP7471068B2 (ja) | 2019-09-30 | 2024-04-19 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 肌焼鋼の球状化焼なまし方法 |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000090725A patent/JP3696476B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007077880A1 (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Nippon Piston Ring Co., Ltd. | 焼結部品が接合された軸部材の製造方法、および内燃機関用カムシャフト |
| JP2008087003A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Toyota Motor Corp | 摩擦圧接部材 |
| JPWO2013047761A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2015-03-30 | 日本ピストンリング株式会社 | 内燃機関用カムシャフトの製造方法 |
| JP7471068B2 (ja) | 2019-09-30 | 2024-04-19 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 肌焼鋼の球状化焼なまし方法 |
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|---|---|
| JP3696476B2 (ja) | 2005-09-21 |
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