JP2006046325A

JP2006046325A - レバー形カムフォロアー

Info

Publication number: JP2006046325A
Application number: JP2005170702A
Authority: JP
Inventors: Helmut Engelhardt; エンゲルハートヘルムト; Ernst Anmon; アモンアーンスト
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2004-06-12
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-02-16
Also published as: US20050274437A1; EP1609960A1; DE502005000466D1; EP1609960B1; US8328959B2; DE102004028667A1

Abstract

【課題】板金から作られるレバー形カムフォロアーの製造コストのを決定的に削減する。
【解決手段】板金から切りくずを排出することなく作られ、内燃機関の弁列において少なくとも一つのガス交換弁を作動させるために使用するレバー形カムフォロアー（１）を提案する。レバー形カムフォロアー（１）は、冷間加工され、中心を焼入れした熱処理可能な鋼から作られたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、板金から切りくずを排出することなく作られ、内燃機関の弁列（バルブ・トレイン）において、少なくとも一つのガス交換弁を作動させるために使用するレバー形カムフォロアーに関する。

自動車の内燃機関は、エンジンの回転に同期させて吸気弁及び排気弁を駆動する弁列機構を備えている。弁列機構は、一般にカムシャフトとカムタペットとを備えており、このカムタペットは、吸気弁及び排気弁を軸方向に作動させるために、カムシャフトの回転運動を往復運動に変換する。カムタペットはロッカーアームを備えており、このロッカーアームはカムシャフトが保持しているカムで駆動される。高性能エンジンの分野における自動車技術の進歩とともに、動作寿命が長く、メンテナンスフリー構造の小型軽量エンジンに対する需要が高まっている。

これに関しては、切りくずを排出することなく板金から作るこのようなレバー形カムフォロアーが、例えば、１６ＭｎＣｒ５のような肌焼き（表面硬化）材から一般に作られることが周知である。肌焼きでは、浸炭又は浸炭窒化を行い、続いて直後に焼入れを行うか、又は直ちに冷却して適当な焼入れ温度まで再加熱した後で焼入れを行う。求められているサービスの特性又は引き続き行われる加工の要件によっては、焼入れに続いて焼戻し、又は、サブゼロ処理（深冷処理）及び焼戻しが行われる。肌焼きは、鋼から作られた加工品における表面層の硬さをかなり高くすること及び加工品の機械的特性をより良くすることに役立つ。この目的のために、表面層は、焼入れに先立って炭素で富化される（浸炭）か又は炭素及び窒素で富化される（浸炭窒化）。浸炭と違って、窒素でさらに富化させると、窒素が表面層での変態挙動を変えることから、焼入性がよくなり、また、焼入れ後の焼戻し安定性がよくなる。

このようにして作られたレバー形カムフォロアーの欠点は、肌焼き材の熱処理に時間と費用が非常にかかるということである。

（発明の目的）
本発明の目的は、板金から作られるレバー形カムフォロアーの製造コストを決定的に削減することである。

本発明の上記及び他の目的とその効果は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

（発明の開示）
本発明は、冷間加工し、中心部を焼入れ（硬化）した熱処理可能な鋼を使用するという事実により上記目的を達成する。

レバー形カムフォロアーの断面全体に渡る変態硬化により、ほぼ一様に焼入れされた領域が得られ、この領域は、強度が高い上に良好な靭性を有する。変態硬化により強度が向上するだけではなく、微細構造が再構築され、緻密になる。焼戻しの間、先に達成された強度の増大が一部戻ってしまうとはいえ、靭性は、元の値よりも上に増大する。本発明が提供したものに従って作られたレバー形カムフォロアーは、断面を変えることなくより大きな荷重を支持でき、あるいは、同一の荷重をより小さな断面で支持できる。本発明のレバー形カムフォロアーにおけるもう一つの利点は、熱処理が異なるために、さらなる省力化の可能性があるということである。一方では、加熱運転の持続時間を短くすることができ、他方では、加熱温度を下げることができる。本発明のレバー形カムフォロアーの寸法及び形状がより安定であるということはもう一つの利点である。

本発明のもう一つのとりわけ有益な特徴によれば、中心硬さは６００ＨＶ以上であり、表面硬さが６８０ＨＶ以上の値を有し、中心硬さは６００ＨＶと６５０ＨＶの間の範囲にあり、表面硬さは６８０ＨＶと７００ＨＶの間の範囲にある。

最後に、本発明の別の提案によれば、レバー形カムフォロアーは、Ｃ４５Ｍという種類の熱処理可能鋼から作られており、Ｃ４５Ｍは、
０．３９−０．４６％のＣと、０．１５％までのＳｉと、０．５５−０．７０％のＭｎと、０．０２０％までのＰと、０．０７％までのＳと、０．２５−０．４０％のＣｒと、０．０２０−０．０６０％のＡｌと、０．００４０−０．０１００％のＮ_２と、０．１０−０．２０％のＮｉと、０．０５−０．１０％のＭｏと、０．００５％までのＳｎと、０．００２％までのＳｂと、０．１５％までのＣｕと、合わせて１．００から１．４５％までのＣｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒと、を有する。

この冷間成形（常温成形）され、中心を焼入れ（硬化）した鋼は、等方性のきめの細かい、高純度の鋼である。この鋼の深絞り及び形削りに対する適応性はこれまで使用されてきた冷間圧延の細長い材料に匹敵しているが、その焼入（硬化）能力は、従来の鋼のそれより明らかに優れている。この鋼の中心硬さがより高いことから、従来の鋼から作られた部品より大きな静荷重及び動荷重を支持できる。これは、大きな静荷重を受けた場所での塑性変形を小さくする。

次に、本発明を添付図面に図示した実施形態の一例を参照しながらより詳しく説明する。

図１及び２は、例として、フィンガーレバー形のカムフォロアー１を示しており、このカムフォロアー１は、板金から作られており、指のような外形を有している。横棒３がフィンガーレバー１の平行な側壁２の間に延びて側壁２を互いに接続し、これにより、断面がＵ字形状の輪郭が形成され、中間の空間４を囲んでいる。不図示のガス交換弁における弁棒（ステム）の端部が、端部６の一領域に、中間の空間４から反対を向いた下面５において、当接している。弁棒の端部は、２つのウェブ７の間に取り付けられており、２つのウェブ７は同じように下面５上に延びている。側壁２は、一直線に並んだ２つの孔８を有しており、この孔８には軸９が挿入されている。ローラ１１がこの軸９に転がり軸受け１０を介して取り付けられている。不図示のカムシャフトのカムがローラ１１に動作可能に接続されている。他の端部１２の領域において、カムフォロアー１は、不図示の支持部材の頭部に取り付けられている。カムフォロアー及び支持部材の頭部は、保持部材１３によって互いに接続されている。ウェブ７は、側壁２の延長部として一体に作られており、端部６の領域において下面５上へと１８０°曲げられている。同時に、端部６の領域では、カムフォロアー１の幅が小さくなっている。

このようなカムフォロアー１は、切りくずを排出することなく、３．５ｍｍ厚の熱処理可能な鋼Ｃ４５Ｍの細片から作られる。Ｃ４５Ｍの化学組成は以下の通りである。

０．３９−０．４６％のＣ（炭素）、０．１５％までのＳｉ（ケイ素）、０．５５−０．７０％のＭｎ（マンガン）、０．０２０％までのＰ（リン）、０．０７％までのＳ（硫黄）、０．２５−０．４０％のＣｒ（クロム）、０．０２０−０．０６０％のＡｌ（クロム）、０．００４０−０．０１００％のＮ_２（窒素）、０．１０−０．２０％のＮｉ（ニッケル）、０．０５−０．１０％のＭｏ（モリブデン）、０．００５％までのＳｎ（スズ）、０．００２％までのＳｂ（アンチモン）、０．１５％までのＣｕ（銅）、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ合わせて１．００から１．４５％まで。

図３に見られるように、熱処理後の、本発明の鋼Ｃ４５Ｍの硬さ曲線は、ＤＣ０４Ｍという種類の従来の鋼に比べて、細片の中央に向けて平坦にしか下方へ傾斜していない。表面硬さが約７５０ＨＶである一方で、中心の硬さは約６５０ＨＶという値に達している。部品の外形及び加わる荷重に合わせなければならない焼入性をこのように最適化したので、この鋼は、中心の硬さ、靭性及び弾性が高い。最終的な検討では、冷間加工され、中心を焼入れした鋼のこの高い中心硬さにより、壁断面の縮小、強度の増大、及び総重量の低減のような前述した潜在的な節約が可能になる。

図４によれば、肌焼き（表面硬化）鋼Ｃ１６Ｍから作られたカムフォロアー１が従来の肌焼き処置を受けている。この肌焼き処置では、レバー１が１２０分間８８０℃の温度に保持される。この処置に続いて、この部品は室温まで急冷され、次に１２０分間焼き戻される。この熱処理は、焼入れ（硬化）され、比較的脆い状態にある材料に高い靭性を与えることを意図したものである。この処置は、１６０〜６５０℃の間の温度まで加熱して適切な時間保持し、そして再び室温まで冷却するというものである。この焼戻しステップにより、硬さが低下し、強度が下がり、そして延性及び靭性が増大する。したがって、肌焼きにより、表面が得られる最大の硬さを有し、中心はそれよりかなり軟らかい準複合材料が形成される。

同じカムフォロアー１を熱処理可能鋼Ｃ４５Ｍで作った場合、このカムフォロアー１は、最初に、３０分間８４０℃で保持することにより穏やかな浸炭とともに焼入れする。この場合も同様に、続いて室温まで急冷し、そして１２０分間焼き戻す。第１のケースでは、肌焼きでの実際の焼入れステップが１２０分間続き、第２のケースでは、たったの３０分であること、この結果、焼入れステップだけで７５パーセントの時間の節約が達成されたことがはっきりと分かる。もう一つの利点は、４０℃も低い温度で焼入れすることが可能ということであり、このことは、相当量のエネルギーを節約できることを意味する。もう一つの利点は、結局、Ｃ４５Ｍという種類の鋼からなる本発明のカムフォロアー１は、Ｃ１６Ｍという種類の鋼から作られ肌焼き（表面硬化）されたカムフォロアーに比べて、形の歪みと不安定性がずっと小さく、したがって、機械加工による再加工を必要としないというものである。

図１は、カムフォロアーの縦断面を示す。図２は、図１のカムフォロアーの上面図である。図３は、従来の鋼と本発明の鋼との硬さの比較を示す。図４は、従来の鋼と本発明の鋼の熱処理を示す。

Claims

板金から切りくずを排出することなく作られ、内燃機関の弁列において少なくとも一つのガス交換弁を作動させるために使用するレバー形カムフォロアーであって、前記板金が冷間加工され、中心を焼入れした熱処理可能な鋼である、レバー形カムフォロアー。
前記カムフォロアーは、６００ＨＶ以上の中心硬さと、６８０ＨＶ以上の表面硬さと、を有する、請求項１のレバー形カムフォロアー。
中心硬さが６００から６５０ＨＶの値を有し、表面硬さが６８０から７５０ＨＶの値を有する、請求項１のレバー形カムフォロアー。
前記カムフォロアーは、Ｃ４５Ｍという種類の熱処理可能鋼から作られており、前記Ｃ４５Ｍは、
０．３９−０．４６％のＣ、０．１５％までのＳｉ、０．５５−０．７０％のＭｎ、０．０２０％までのＰ、０．０７％までのＳ、０．２５−０．４０％のＣｒ、０．０２０−０．０６０％のＡｌ、０．００４０−０．０１００％のＮ_２、０．１０−０．２０％のＮｉ、０．０５−０．１０％のＭｏ、０．００５％までのＳｎ、０．００２％までのＳｂ、０．１５％までのＣｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ合わせて１．００から１．４５％まで
からなる、請求項１のレバー形カムフォロアー。