JP2004124244A

JP2004124244A - 高精度焼結カムロブ材

Info

Publication number: JP2004124244A
Application number: JP2002321815A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takamura; 高村　浩行
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Also published as: US20060042081A1; WO2004031429A1; KR20050055732A; CN1681956A

Abstract

【課題】高い耐摩耗性及び耐ピッチング性を有しながら、複雑な形状のカムロブを製造する場合でも寸法精度が高く、組み立て後の研削加工が不要な高精度焼結カムロブ材、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の高精度焼結カムロブ材は、焼結用粉末の圧縮成形及び焼結を１回又は２回以上繰り返して所定形状に形成し、さらに必要に応じて調質することで得られる焼結カムロブ材であって、０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる鉄基焼結合金からなり、密度が７．３ｇ／ｃｍ^３以上、カム外周硬さがＨＲＣ４５以上であり、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して最後の焼結工程で得られる焼結体の寸法変化率が±０．５％以内である。
【選択図】　　　図１

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カムロブ材およびその製造方法に関し、更に詳しくは、高いカム性能を有しながら、組み立て後の研削加工が不要な、高精度焼結カムロブ材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関等で使用されるカムシャフトのカムロブは、運転中、高速で摺動することから、耐摩耗性、耐ピッチング性、及び耐スカッフィング性等の摺動特性が要求されている。
【０００３】
このため、従来からカムシャフトとしては、耐摩耗性、耐スカッフィング性を向上させるために、鋳造時にカムノーズの部分に冷やし金を用いて急速凝固させ、カムノーズの表面部分に硬い白鋳鉄組織を形成したチルカムシャフトが用いられている。また、耐ピッチング性を向上させるためにスチール材に焼入れ焼き戻し処理を行ったカムシャフトが使用されている。さらに、耐ピッチング性、耐スカッフィング性を向上させるために、鉄系焼結カムロブをシャフトに接合した組み立てカムシャフトが実用化されている。
【０００４】
しかしながら、チルカムシャフトは鋳物であるため、必ず研削加工にてカム形状を作り出さなければならず、また、スチール鋳造カムロブ又は液相焼結カムロブを用いた組み立てカムシャフトは、カムロブ精度が悪いために組み立て後に研削加工を行わなければならず、いずれも非常にコストがかかるという問題がある。加えて、最近では、三次元カム、凹カムといった複雑な形状へのニーズがあり、研削すると今まで以上にコストがかかるようになるという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、合金が銅を貯蔵する硬化された母材を有し、０．５〜１６重量％のモリブデン、１〜２０重量％の銅、０．１〜１．５重量％の炭素と、場合によって、総和が最大５重量％のクロム、マンガン、珪素およびニッケルの添加物と、残りの鉄とで構成される焼結合金製のカムが耐摩耗性を改善し、カムの緊急特性を改善することが開示されているが、寸法精度が充分には配慮されていないため、組み立て後に研削加工を行う必要があった。
【０００６】
一方、組み立て後に研削加工を不要とするために、特許文献２では、調質の際の歪みとは逆向きにカムの目標輪郭形状とは相違する目標輪郭形状に従って、素材を圧縮成形し、焼結しかつ修正し、修正される素材を、調質の際の歪みによってカムの目標輪郭形状に変形する、カムの製造方法を開示している。しかしながら、この方法では、上記三次元カムや凹カム等の複雑な形状に対応することが困難であった。
【０００７】
また、特許文献３には、重量比にして０．２％以上０．５％未満のＣｕ、１．０％以上２．０％未満のＭｏ、０．６５％以上１．２％未満、不可避不純物及び残部Ｆｅである鉄系焼結合金部品は、焼結時にＣ、Ｍｏの収縮作用とＣｕの膨張作用により寸法変化が抑制される旨が記載されている。しかしながら通常は、Ｃ、Ｍｏ及びＣｕを組み合わせて用いた焼結合金はＣｕ含有量が少ないため、パーライト組織に固溶するＣｕ量が少ないため、硬さの増加が図れず硬さが低いため、耐摩耗性を充分発揮できない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平３−２９１３６１号公報
【特許文献２】
特開平８−２９５９０４号公報
【特許文献３】
特開１１−５０２１０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状を鑑みて成し遂げられたものであり、高い耐摩耗性及び耐ピッチング性を有しながら、複雑な形状のカムロブを製造する場合でも寸法精度が高く、組み立て後の研削加工が不要な高精度焼結カムロブ材、及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高精度焼結カムロブ材は、焼結用粉末の圧縮成形及び焼結を１回又は２回以上繰り返して所定形状に形成し、さらに必要に応じて調質することで得られる焼結カムロブ材であって、０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる鉄基焼結合金からなり、密度が７．３ｇ／ｃｍ^３以上、カム外周硬さがＨＲＣ４５以上であり、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して最後の焼結工程で得られる焼結体の寸法変化率が±０．５％以内であることを特徴とする。
【００１１】
鉄基焼結合金からなる焼結カムロブ材の焼結体部分の最終組成が上記範囲となるように調節する場合には、Ｎｉの強度、靭性を高める効果、Ｃｕの固溶硬化によって耐摩耗性及び耐ピッチング性が向上すると共に、焼結時の寸法安定性も向上させることができる。さらに、焼結体の圧縮成形及び焼結工程において焼結体の密度を７．３ｇ／ｃｍ^３以上とし、必要に応じて調質を行うことで、耐摩耗性及び耐ピッチング性をさらに向上させることができる。
【００１２】
この結果得られる鉄基焼結合金からなる焼結カムロブ材は、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して最後の焼結工程で得られる焼結体の寸法変化率を±０．５％以内に抑えることができることから、研削加工による修正が全く不要であるか、または必要であっても僅かに研削するだけで足り、大幅なコスト削減が可能となる。また、この焼結カムロブ材は、カム外周硬さをＨＲＣ４５以上とすることができるため、この焼結カムロブ材を用いることで、耐摩耗性及び耐ピッチング性に優れる組立カムシャフトが得られる。
【００１３】
上記焼結カムロブ材は、前記Ｎｉ及び前記Ｃｕを両方とも含有する組成であることが好ましい。最終組成に含まれるＣ及びＮｉは焼結時に収縮作用があるのに対して、Ｃｕは焼結時に膨張作用があるので、選択可能な成分群であるＮｉ及びＣｕを両方とも用いる場合には、収縮方向の寸法変動と膨張方向の寸法変動とが打ち消され、焼結時の寸法安定性を極めて優れたものとすることができる。
【００１４】
本発明に焼結体は、最終組成中に０．１〜２．５重量％のＭｏが更に含有されている場合には、Ｍｏの固溶硬化によって焼結体の耐摩耗性及び耐ピッチング性が更に向上するので好ましい。
【００１５】
次に、本発明に係る高精度焼結カムロブ材の製造方法は、下記最終組成となるように調製された焼結用粉末を用い、圧縮及び焼結を１回又は２回以上繰り返して所定形状に形成した焼結体を焼入れ・焼き戻し処理することにより、０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる最終組成を有する鉄基焼結合金からなり、密度が７．３ｇ／ｃｍ^３以上、カム外周硬さがＨＲＣ４５以上であり、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して最後の焼結工程で得られる焼結体の寸法変化率が±０．５％以内である焼結カムロブ材を作製することを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の高精度焼結カムロブ材を製造する際の調質として、焼入れ・焼き戻し処理を行うことにより、カム外周硬さをＨＲＣ４５以上とすることが可能である。
【００１７】
焼結体の密度を７．３ｇ／ｃｍ^３以上にするためには、前記圧縮及び焼結工程を２回以上行うことが非常に有効である。
【００１８】
前記焼結体に焼入れ・焼き戻し処理を行った後、カム外周にショットブラストを行って残留圧縮応力を生じさせることで、耐ピッチング性をさらに向上させることができるので好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の高精度焼結カムロブ材は、焼結用粉末の圧縮成形及び焼結を１回又は２回以上繰り返して所定形状に形成し、さらに必要に応じて調質することで得られる焼結カムロブ材であって、０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる鉄基焼結合金からなり、密度が７．３ｇ／ｃｍ^３以上、カム外周硬さがＨＲＣ４５以上であり、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して当該成形体に最後の焼結工程を行って得られる焼結体の寸法変化率が±０．５％以内であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る高精度焼結カムロブ材の製造方法は、下記最終組成となるように調製された焼結用粉末を用い、圧縮及び焼結を１回又は２回以上繰り返して所定形状に形成した焼結体を焼入れ・焼き戻し処理することにより、０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる最終組成を有する鉄基焼結合金からなり、密度が７．３ｇ／ｃｍ^３以上、カム外周硬さがＨＲＣ４５以上であり、最後の圧縮工程で得られる成形体と当該成形体に最後の焼結工程を行って得られる焼結体との寸法変化率が±０．５％以内である焼結カムロブ材を作製することを特徴とする。
図１は、本発明に係る高精度焼結カムロブ材を用いたカムロブ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、本発明に係る高精度焼結カムロブ材を用いたカムロブ２の一例を示す断面図である。組立式カムシャフト１は、冷間引抜き鋼管等の鋼材からなるシャフト３と、本発明に係る高精度焼結カムロブ材を用いたカムロブ２とから構成される。
【００２１】
上記本発明に係るカムロブ材の原料として用いられる焼結用粉末は、焼結体（母材）の最終組成、すなわち２回以上焼結した場合には、その最後の焼結工程を行って得られる焼結体の元素組成が０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅとなるように調製される。不可避不純物には、原料粉末に混入する微量の不純物のほか、焼結用粉末に添加されるステアリン酸亜鉛のような潤滑材やその他の添加成分の残留物も含まれる。
【００２２】
焼結用粉末としては、純鉄粉に各元素の粉体を混合したものを用いても良いし、目標組成を超えない範囲の元素を含む合金粉を用いても良い。
【００２３】
本発明に係る焼結体の金属組織は、大部分又は実質的に全てのＣｕが基地に拡散しており、Ｃｕ単相で形成される遊離Ｃｕは存在しない。
【００２４】
焼結体の最終組成においてＣ含有量が０．５重量％より少なくなると、焼入れ焼き戻し後に所望のカム外周硬さを得られにくく、耐摩耗性に劣り、Ｃ含有量が１．２重量％を超えると、圧縮性が著しく低下し、密度が上がらない原因となる。よって、Ｃ含有量を０．５〜１．２重量％、好ましくは０．８〜１．０重量％に限定する。
【００２５】
Ｎｉは、強度、靭性を高める効果があり、また、焼入れ焼き戻し処理後に加工誘起変態可能な残留オーステナイトを生じさせることにより、耐ピッチング性を向上させる働きがあるが、Ｎｉ含有量が０．３重量％より少なくなると、十分な強度、靭性が得られず、残留オーステナイト量も少なく、Ｎｉ含有量が５．０重量％を超えると、残留オーステナイトが安定になってしまい、加工誘起変態を起こさないために、逆に耐ピッチング性が低下する原因となる。よって、Ｎｉ含有量を０．３〜５．０重量％、好ましくは０．５〜３．０重量％に限定する。
【００２６】
Ｃｕは、固溶硬化と寸法変化量を調節する働きがあり、Ｃ、Ｎｉは焼結時に収縮作用があるので、膨張作用があるＣｕを入れることにより、寸法変化量を調節できる効果がある。Ｃｕ含有量が０．２重量％より少なくなると、Ｃ、Ｎｉの収縮作用に負けてしまうため、寸法変化率が収縮方向に大きくなってしまい、Ｃｕ含有量が４．０重量％を超えると、逆に寸法変化率が膨張方向に大きくなってしまう原因となる。よって、Ｃｕ含有量を０．２〜４．０重量％、好ましくは０．５〜３．０重量％に限定する。
【００２７】
焼結体の最終組成が上記範囲内となるように調節することによって、焼結用粉末の圧縮成形体を焼結する時の寸法安定性を向上させることができ、しかも、耐摩耗性及び耐ピッチング性に優れる焼結体が得られる。
【００２８】
特に、Ｃ及びＮｉは焼結時に収縮作用があるのに対して、Ｃｕは焼結時に膨張作用があるので、選択可能な成分群であるＮｉ及びＣｕを両方とも用いる場合には収縮方向の寸法変動と膨張方向の寸法変動とが打ち消され、耐摩耗性及び耐ピッチング性に悪影響を及ぼすことなく、焼結時の寸法安定性を極めて小さくすることができるので好ましい。
【００２９】
本発明に焼結体は、最終組成中にＭｏが含有されていることが好ましい。Ｍｏは、焼入れ性を高め、固溶硬化による効果があるが、Ｍｏ含有量が０．１重量％より少なくなると、十分な硬化が得られず、Ｍｏ含有量が２．５重量％を超えると、圧縮性が著しく悪くなる原因となる。よって、Ｍｏ含有量を０．１〜２．５重量％、好ましくは０．２５〜２．０重量％に限定する。
【００３０】
なお、Ｍｏを用いる場合には、選択可能な成分群であるＮｉ及びＣｕのうち少なくともＣｕを組み合わせることが好ましい。ＭｏはＣ及びＮｉと同様に焼結時に収縮作用があるので、焼結時に膨張作用があるＣｕを組み合わせることでＭｏによる寸法変動を打ち消すことができる。
【００３１】
上記焼結用粉末を所定形状に圧縮成形する工程及び得られた圧縮成形体を焼結する工程を１回又は必要に応じて２回以上繰り返して行うことによって、最終的に得られる焼結体の密度を７．３ｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは７．４ｇ／ｃｍ^３以上以上に調節する。焼結体の密度を上げるためには、圧縮及び焼結工程を２回以上繰り返すことが非常に有効である。焼結体の密度が７．３ｇ／ｃｍ^３より小さいと、空孔が多すぎて耐摩耗性及び耐ピッチング性が不十分になる。通常は、１回目の仮成形・仮焼結（一次成形及び一次焼結）と２回目の本成形・本焼結（二次成形及び二次焼結）の全２回行うことによって、密度７．３ｇ／ｃｍ^３以上で寸法精度も良好な焼結体が得られる。
【００３２】
なお、焼結用粉末の組成中にＣの量が多い場合には、圧縮率が落ちるため圧縮は２回以上行うことが好ましいが、逆にＣの量が少ない場合には、１回の圧縮工程でも所望の焼結カムロブを得ることができる。
【００３３】
圧縮工程では、通常はメカプレス等を用いてプレス成形を行う。圧縮成形時の面圧は、具体的には、仮成形（一次成形）、すなわち最後の圧縮成形工程を除く圧縮成形の段階では通常５〜７ｔｏｎ／ｃｍ^２程度とする。また、最後の圧縮成形工程（二次成形）の段階及び１回しか圧縮成形を行わない場合は、通常７〜１０ｔｏｎ／ｃｍ^２程度とし、仮成形よりも高くするのが一般的である。
【００３４】
焼結工程は、通常は真空焼結炉等で行う。焼結工程での焼結温度は、具体的には、仮焼結（一次焼結）、すなわち最後の焼結工程を除く焼結の段階では、通常６００〜９００℃程度とする。また、最後の焼結工程（二次焼結、本焼結）の段階及び１回しか焼結を行わない場合は、通常１１００〜１２００℃程度、好ましくは１１５０〜１２００℃程度とし、仮焼結よりも高くするのが一般的である。
【００３５】
最後の焼結工程で得られた焼結体に必要に応じて調質を行うことで、表面の摺動特性をさらに向上させてもよい。上記焼結体に適用可能な調質の方法としては、焼入れ・焼き戻し処理、ショットブラスト、窒化（純窒化、浸炭窒化、プラズマ窒化）、溶浸等があり、これらのうち１つだけ又２つ以上の方法を適用することができる。
【００３６】
これらの方法のうち、焼入れ・焼き戻し処理によってカム外周硬さを増して耐摩耗性を向上させることが好ましい。焼入れ・焼き戻し処理の手順・条件は、通常、熱処理炉にて９００℃前後にカムピースを加熱し、その後、油若しくは水にて急冷し焼入れする。その後、１００〜３００℃位に再加熱して焼き戻しを行なう。
【００３７】
さらに、焼入れ・焼き戻し処理を行ったカム外周にショットブラストを行って残留圧縮応力を生じさせ、耐ピッチング性を向上させることが特に好ましい。この場合、ショットブラストの手順・条件は、通常、カムピースを回転させ、その外周にショットできる様にノズルを調整し、スチール、ガラスビーズ等のグリットを用い、５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で処理を行なう。
【００３８】
溶浸を行う場合、鉄基焼結合金の焼結体（母材）の空孔内にＣｕ等の溶浸材を高温加熱により溶浸し、その後急冷して焼き戻し処理等を行う。この場合、焼結体（母材）の組成と溶浸後に得られるカムロブ全体の組成は相違するが、焼結体の部分が上記鉄基焼結合金の元素組成を有している必要がある。
【００３９】
上記の圧縮成形及び焼結、さらに必要に応じて調質を行うことによって作製される鉄基焼結合金製のカムロブ材は、焼結体部分の最終組成を０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる組成とし、且つ、焼結体密度を７．３ｇ／ｃｍ^３以上とすることによって、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して当該成形体に最後の焼結工程を行って得られる焼結体の寸法変化率を±０．５％以内に抑えることが可能である。
【００４０】
焼結カムロブは、圧縮成形体を焼結する段階だけでなく、焼結後に焼入れ・焼き戻し処理やショットブラスト等の調質を行う段階でも寸法変化を生じるが、最も寸法変化が大きいのは焼結段階であり、調質段階での寸法変化は僅かである。このため、焼結時の寸法安定性を向上させて、最後の圧縮工程で得られる成形体に対する最後の焼結工程で得られる焼結体の寸法変化率を±０．５％以内に抑えることによって、その後の調質によって若干の寸法変化が生じるとしても、研削加工によって寸法を修正する必要が全くないか或いは僅かに研削するだけで足り、そのままで或いは従来と比べて非常に少ない研削加工を行うだけでカムシャフトの組み立てに用いることができる。
【００４１】
特開平８−２９５９０４号に記載されているような、調質の際の歪みによってカムの目標輪郭形状に変形する製造方法により研削加工を不要にする場合と異なり、本発明においては、最近増加している複雑な形状のカムに対応することができ、複雑な形状のカムに対する高い研削加工費用も削減できるようになり、大幅なコスト削減を実現できる。
【００４２】
ここで、前記寸法変化率とは、三次元測定機を使用し、二次成形体と二次焼結体の外周形状を、３６０°に渡り１°毎に最低１点測定し、測定点からトレースされた両方の形状を重ね合わせて各測定点の寸法変化率を求め、そのなかの最大値のことである。
【００４３】
また、上記の圧縮成形及び焼結、さらに必要に応じて調質を行うことによって作製される鉄基焼結合金製のカムロブ材は、焼結時の寸法安定性に優れていて研削加工が不要になると共に、カム外周硬さをＨＲＣ４５以上、好ましくはＨＲＣ５０以上とすることが可能であり、優れた耐摩耗性と耐ピッチング性が付与される。特に、カム外周部にショットブラスト処理を行って残留圧縮応力を生じさせる場合には、カムロブ材の耐ピッチング性をさらに向上させることができる。
【００４４】
このようにして作製されたカムロブ材を、Ｓ４５Ｃ等の材質からなるシャフトの所定位置に所定角度で、焼きばめ又は冷やしばめによって組み付け、固定することによって組立カムシャフトが得られる。カムロブ材をシャフトに組み付け、固定する方法としては、上記した焼きばめや冷やしばめが組立精度、安価な設備費の点で好ましいが、圧入や拡散接合等の他の方法によることも可能である。
【００４５】
組み付け後は、カムロブ部の研削加工が全く不要であるか、或いは必要であっても、従来と比べて非常に僅かの研削加工を行うだけで足り、耐摩耗性及び耐ピッチング性に優れる組立カムシャフトが得られる。
【００４６】
【実施例】
（実施例１）
２回焼結後の焼結体の成分組成が、Ｃ：１．２重量％、Ｎｉ：１．５重量％、Ｆｅ：残部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製した。さらに潤滑材としてステアリン酸亜鉛を加えて混合した。まず、５〜７ｔｏｎ／ｃｍ^２の面圧で１回目のプレス成形（１次成形）を行い、圧粉体を形成した後、真空焼結炉中で６００℃〜９００℃の温度で仮焼結（１次焼結）をし、仮焼結体を得た。次いで、仮焼結体を７〜１０ｔｏｎ／ｃｍ^２の面圧で２回目のプレス成形（２次成形）を行い、その２次成形体を、真空焼結炉中で１１００℃〜１２００℃の温度で本焼結（２次焼結）をし、２次焼結体を得た。得られた２次焼結体に焼き入れ焼き戻し処理を行い、次いで、カム外周にスチールグリットを用いて距離１００ｍｍ、エアー圧５ｋｇ／ｃｍ^２でショットブラストを行ない、図２に示す形状をもつ焼結カムロブ材を得た。
【００４７】
（実施例２〜４）
２回焼結後の焼結体の成分組成が、表１に示した組成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製した。その他は、実施例１と同様にして実施例２〜６の焼結カムロブ材を得た。
【００４８】
【表１】

【００４９】
（比較例１）
最終の成分組成がＴ．Ｃ：３．４重量％、Ｓｉ：２．０重量％、Ｍｎ：０．７重量％、Ｃｒ：０．８重量％、Ｍｏ：２．０重量％、Ｎｉ＋Ｃｕ：２．０重量％となるように各元素を溶かして、冷やし金を有する鋳型に流し込んで急冷凝固してチル鋳鉄を得、それを研磨して比較例１のカムロブ材を得た。
【００５０】
（比較例２）
２回焼結後の焼結体の成分組成が、Ｃ：０．８重量％、Ｃｕ：５．０重量％、Ｆｅ：残部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製した。その他は、実施例１と同様にして比較例２の焼結カムロブ材を得た。
＜試験条件＞
（１）密度
各実施例・比較例で得られたカムロブ材の試験片をパラフィンで封孔処理し、アルキメデス法によって密度を測定した。測定結果を表２に示す。
【００５１】
（２）カム外周硬さ
ロックウエル硬度計により、Ｃスケールにて、各実施例・比較例で得られた試験片のカムノーズの外周を５点計測し、その平均値を算出した。測定結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】

【００５３】
（３）耐ピッチング試験及び耐摩耗試験
図３に示す二円筒接触試験機により、各試験片のピッチング発生回数を測定した。一定速度に回転する各試験片４と相手材円筒試験片５の回転面を接触させ、両試験片の接触面に潤滑油６を滴下しながら所定の荷重７をかけて回転させ、ピッチングが発生するまでの回転数を計測した。また、一定回転数（１×１０^５回）当たりの摩耗沈み量（μｍ）を測定した。
【００５４】
（測定条件）
測定装置：二円筒接触試験機
回転数：１５００ｒｐｍ
潤滑油：エンジンオイル　１０Ｗ３０
油温：１００℃
油量：２×１０^−４ｍ^３／ｍｉｎ
荷重：１５００Ｎ、２０００Ｎ、２５００Ｎ
スベリ率：０％
相手材：ＳＵＪ２
判定方法：ＡＥ（アコースティックエミッション）にて、ピッチング発生の亀裂を検知し、そのときの接触回数をピッチング発生回数としてＳ−Ｎ曲線を作成し、各試験片と比較した。
【００５５】
耐ピッチング試験結果を図４に示し、耐摩耗試験結果を図５に示す。
【００５６】
耐ピッチング性及び耐摩耗性に関しては、実施例１〜４及び比較例２は、比較例１より良好な結果であった。
【００５７】
（４）寸法変化率
三次元測定機を使用し、二次成形体と二次焼結体の外周形状を３６０°に渡り１°毎に測定し、測定点からトレースされた両方の形状を重ね合わせて各測定点の寸法変化率を求め、そのなかの最大値を二次成形体に対する二次焼結体の寸法変化率として特定した。
【００５８】
（５）カムリフト誤差
二次焼結体を焼入れ、焼き戻し後、更にショットブラストした後の試験片についてカムリフト誤差を測定した。カムプロフィール測定プログラムアドコールを用いてカムプロフィールを測定し、目的のプロフィールと比較して、その誤差を検出し、リフト誤差とした。
【００５９】
寸法変化率とカムリフト誤差の測定結果を図６に示す。図６から、寸法変化率が±０．５％以下である実施例１〜４は、一般的な研磨品のカムリフト誤差のスペック（０．０５ｍｍ）を満たしているが、寸法変化率が±０．５％を超えている比較例２は、一般的な研磨品のカムリフト誤差のスペックから外れることが示される。
【００６０】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、焼結体部分（母材）を構成する鉄基焼結合金の最終組成と密度を調節し、さらに必要に応じて調質を行うことで、焼結時の寸法精度が高く、しかも耐摩耗性及び耐ピッチング性に優れる高精度焼結カムロブ材が得られ、研削加工に費やされるコストが大幅に削減されると共に、摺動性能及び耐久性に優れる組立カムシャフトが得られる。
【００６１】
特に、本発明に係る高精度焼結カムロブ材は、複雑な形状のカムロブを作製する場合にも対応することができ、研削加工が全く又はほとんど不要なカムロブを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高精度焼結カムロブ材を用いたカムロブ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。
【図２】本発明の高精度焼結カムロブ材を用いたカムロブの一実施の形態を示す断面図である。
【図３】実施例に用いた二円筒接触試験機の概略図である。
【図４】実施例の耐ピッチング試験結果をまとめたグラフである。
【図５】実施例の耐摩耗試験結果をまとめたグラフである。
【図６】実施例の寸法変化率とカムリフト誤差をまとめたグラフである。
【符号の説明】
１…組立式カムシャフト
２…カムロブ
３…シャフト
４…試験片
５…相手材
６…潤滑油
７…荷重

Claims

焼結用粉末の圧縮成形及び焼結を１回又は２回以上繰り返して所定形状に形成し、さらに必要に応じて調質することで得られる焼結カムロブ材であって、０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる鉄基焼結合金からなり、密度が７．３ｇ／ｃｍ^３以上、カム外周硬さがＨＲＣ４５以上であり、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して最後の焼結工程で得られる焼結体の寸法変化率が±０．５％以内であることを特徴とする、高精度焼結カムロブ材。
前記Ｎｉ及び前記Ｃｕを両方とも含有する請求項１に記載の高精度焼結カムロブ材。
０．１〜２．５重量％のＭｏを更に含有する請求項２に記載の高精度焼結カムロブ材。
下記最終組成となるように調製された焼結用粉末を用い、圧縮及び焼結を１回又は２回以上繰り返して所定形状に形成した焼結体を焼入れ・焼き戻し処理することにより、０．３〜５．０重量％のＮｉ及び０．２〜４．０重量％のＣｕのうち一方又は両方、０．５〜１．２重量％のＣ、及び、不可避不純物及び残部がＦｅからなる最終組成を有する鉄基焼結合金からなり、密度が７．３ｇ／ｃｍ^３以上、カム外周硬さがＨＲＣ４５以上であり、最後の圧縮工程で得られる成形体に対して最後の焼結工程で得られる焼結体の寸法変化率が±０．５％以内である焼結カムロブ材を作製することを特徴とする、高精度焼結カムロブ材の製造方法。
前記圧縮及び焼結工程を２回以上行う請求項４に記載の高精度焼結カムロブ材の製造方法。
前記焼入れ・焼き戻し処理の後、カム外周にショットブラストを行う請求項４又は５に記載の高精度焼結カムロブ材の製造方法。
前記最終組成に前記Ｎｉ及び前記Ｃｕが両方とも含有される請求項４乃至６いずれかに記載の高精度焼結カムロブ材の製造方法。
前記最終組成に０．１〜２．５重量％のＭｏが更に含有される請求項７に記載の高精度焼結カムロブ材の製造方法。