JP3777079B2

JP3777079B2 - カムシャフト

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Publication number: JP3777079B2
Application number: JP2000045071A
Authority: JP
Inventors: 修一田牧; 隆雄岸谷; 永司小川
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-02-17
Also published as: JP2001227618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に採用されるカムシャフトに関し、更に詳しくは、スリッパフォロワとローラフォロワとを相手部材とするカムシャフトのように、相手部材との接触態様が異なる複数のカムを、その接触態様に応じた特性を有するように形成することによって、カムシャフトの耐久性と信頼性のより一層の向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の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ある。さらに、製造されたカムシャフトには、必要に応じ、耐摩耗性の向上や強度の向上を目的とした表面処理や熱処理が施され、全体として特定の性質が付与されている。こうしたカムシャフトは、通常、同一種類の動作態様からなるカムフォロワを相手部材としたものであり、例えばすべり接触タイプのロッカーアームやタペット、または、転がり接触タイプのロッカーアームやタペット、を対象としたものである。
【０００３】
このような従来のカムシャフトが、図２に示すような異なる種類の動作態様からなるカムフォロワ（例えばすべり接触タイプのスリッパフォロワ５や転がり接触タイプのローラフォロワ６）を有するロッカーアームを相手部材として使用される場合には、相手部材とカムシャフト１に装着されたカム３、４との接触態様がそれぞれ異なるので、カムシャフト１の耐久性や信頼性の維持が図れないおそれがある。
【０００４】
すなわち、スリッパフォロワ５を相手部材とするカム３は、相手部材との摺り合わせにより高温下でのすべり摺動となることから、そうしたすべり接触に耐えることができる耐スカッフィング性（すべり摩擦による焼き付き摩耗が起こりにくい性質）が要求される。一方、ローラフォロワ６を相手部材とするカム４は、相手部材に接触する面の曲率が小さく、その接触面は高面圧下で転がり摺動することから、そうした転がり接触に耐えることができる耐ピッチング性（転がり疲労に基づく表面損傷が起こりにくい性質）が要求される。しかしながら、従来型のカムシャフトでは、そうした要求を同時に満足させることができなかった。
【０００５】
上述の問題に対して、特開平１１−２２９８２４号公報には、相手部材との接触形態が異なる複数のカムを同時に備えるカムシャフトの耐久性や信頼性を向上させるため、その接触態様に応じて異なる特性を備えた材質でそれぞれのカムが形成され、それらのカムがカム軸に装着されてなるカムシャフトが開示されている。このカムシャフトは、スリッパフォロワ５を相手部材とする場合には、チル鋳鉄製のカムを採用して耐スカッフィング性の向上を図り、ローラフォロワ６を相手部材とする場合には、焼き入れ・焼き戻し処理した鋼製のカムを採用して耐ピッチング性の向上を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、相手部材とすべり接触する上述のチル鋳鉄製のカムは、靱性が低く引張り強度も小さいので、カムシャフトに強固に装着することが困難となり、その結果、高回転・高負荷の運転時にずれが生じる可能性がある。また、そうしたずれを防止すべくカムをカム軸に強固に装着すると、カムの薄肉部に割れが発生する可能性がある。こうした問題に対して、上述の特開平１１−２２９８２４号公報には、再溶融チル化処理によってカムの接触面の強度をより一層向上させているが、根本的な解決には至っていない。また、従来のチル鋳鉄製のカムは、使用条件によってはスリッパフォロワ用またはローラフォロワ用に使用されている例もあるが、後述する本発明の実施例のように、高いピッチング性が要求される用途には適用できないものであった。
【０００７】
また、相手部材と転がり接触する上述した鋼製のカムは、焼き入れ・焼き戻し処理によって靱性等の機械的強度の向上を図っているが、コストがかかるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであって、内燃機関に採用されるカムシャフトにおいて、相手部材との接触態様が異なる複数のカムを、その接触態様に応じた特性を有するように形成することにより、その耐久性と信頼性をより一層向上させたカムシャフトを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のカムシャフトは、相手部材との接触形態が異なる複数のカムを備え、対応する相手部材にすべり接触する第一のカムと転がり接触する第二のカムを拡散接合法によりカム軸に接合したカムシャフトにおいて、前記第一のカムは、Ｃ（炭素）：１．０〜３．５質量％、Ｃｒ（クロム）：３．０〜３０．０質量％、Ｍｏ（モリブデン）：０．５〜３．０質量％、Ｎｉ（ニッケル）：０〜３．０質量％、Ｓｉ（珪素）：０．２〜１．５質量％、Ｍｎ（マンガン）：１．０質量％以下、Ｐ（リン）：０．３〜０．８質量％、残部：Ｆｅ（鉄）および不可避不純物を有する耐ピッチング性焼結合金の表面に、水蒸気処理膜が形成され、前記第二のカムは、前記耐ピッチング性焼結合金で形成されることに特徴を有する。
【００１０】
この発明によれば、対応する相手部材にすべり接触する第一のカムが、耐ピッチング性焼結合金に、耐スカッフィング性を付与する表面処理（水蒸気処理）を施して形成されるので、相手部材との間で優れた耐スカッフィング性を発揮して焼き付きが極めて起こり難いと共に、第一のカムに必要十分な耐ピッチング性も有している。また、対応する相手部材に転がり接触する第二のカムが、耐ピッチング性焼結合金または焼き入れ焼き戻し処理された耐ピッチング性鋼で形成されるので、優れた耐ピッチング性を発揮し、転がり疲労に基づく表面損傷が極めて起こり難い。こうした本発明のカムシャフトは、相手部材との接触態様に応じた特性となるように各々のカムが形成されているので、その耐久性と信頼性をより一層向上させることができる。
【００１２】
この発明によれば、耐スカッフィング性を付与する表面処理として水蒸気処理されるので、形成された水蒸気処理膜により、すべり接触する際の相手部材との凝着（すなわち焼き付き）が抑制され、優れた耐スカッフィング性を発揮する。その結果、カムシャフトの耐久性と信頼性を、さらに向上させるとができる。
【００１４】
この発明によれば、第一のカムおよび第二のカムが、上述のような特性を有するように形成されているので、拡散接合法または圧入嵌合法によってカムに接合した場合であっても、従来のようなカム軸に装着する際の困難性がないので、強固に接合することができる。その結果、カムシャフトを備える内燃機関の運転時に、カムのずれや割れが起こることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明のカムシャフトを図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本発明のカムシャフト１の全体図の一例であり、図２は、本発明のカムシャフト１が備えるカム３、４が相手部材に接触する態様を示す斜視図であり、図３は、本発明で使用される焼結合金の組織写真であり、図４は、第一のカム３に施された水蒸気処理膜の断面図である。
【００１７】
本発明のカムシャフ１トは、図１と図２に示すように、相手部材５、６との接触形態が異なる複数のカム３、４をカム軸２に備えるものであり、対応する相手部材５にすべり接触する第一のカム３と、対応する相手部材６に転がり接触する第二のカム４とを有している。本発明の特徴は、第一のカム３を、耐ピッチング性焼結合金に、耐スカッフィング性を付与する表面処理を施して形成し、第二のカム４を、耐ピッチング性焼結合金または焼き入れ焼き戻し処理された耐ピッチング性鋼から形成したことにある。その結果、接触態様に応じた特性を有するカム３、４を備えることによって、耐久性と信頼性がより一層向上したカムシャフト１とすることができる。
【００１８】
カムシャフト１は、カム軸２と、そのカム軸２に拡散接合法または機械的な圧入嵌合法によって接合された複数のカムを備えている。さらに、必要に応じてエンドピースやジャーナルピースが設けられる。カムは、相手部材との接触態様毎に、その接触態様に応じた特性を有するように形成され、相手部材のリフト量や作用角が異なるように適宜設計されてカムシャフト１に装着される。接触態様としては、図２に示すように、スリッパフォロワ５へのすべり接触と、ローラフォロワ６への転がり接触がある。
【００１９】
（１）第一のカム
第一のカム３は、優れた耐スカッフィング性、すなわち、対応するスリッパフォロワ５にすべり接触してもすべり摩耗や焼き付きが極めて起こり難い特性を発揮するように、耐ピッチング性焼結合金に、耐スカッフィング性を付与する表面処理を施してされる。
【００２０】
先ず、表面処理の対象となる耐ピッチング性焼結合金について説明する。
【００２１】
表面処理の対象となる耐ピッチング性焼結合金の成分組成は、Ｃ（炭素）：１．０〜３．５質量％、Ｃｒ（クロム）：３．０〜３０．０質量％好ましくは４．０〜１２．０質量％、Ｍｏ（モリブデン）：０．５〜３．０質量％、Ｎｉ（ニッケル）：０〜３．０質量％、Ｓｉ（珪素）：０．２〜１．５質量％、Ｍｎ（マンガン）：１．０質量％以下、Ｐ（リン）：０．３〜０．８質量％、残部：Ｆｅ（鉄）および不可避不純物を有している。
【００２２】
この耐ピッチング性焼結合金は、主要成分となる鉄粉または所定の元素を含んだ鉄系合金粉末中に、最終的な成分組成が上記範囲内になるように所定量の各種金属粉末を添加して焼結合金用粉末を調製し、次いで通常の焼結方法により、先ず、焼結合金用粉末をプレス成形して圧粉体を形成し、その後、その圧粉体を液相焼結法によって焼結処理することにより製造される。
【００２３】
得られた耐ピッチング性焼結合金は、図３の金属組織の顕微鏡写真（２００倍）に示すように、その組織中に多くの炭化物が析出し、基地部分も、ベイナイト−マルテンサイト−残留オーステナイトからなる基地組織またはベイナイト−パーライト−残留オーステナイトからなる基地組織によって強化されているので、高強度で高い耐摩耗性を有し、優れた耐ピッチング性を有している。
【００２４】
次に、耐スカッフィング性を付与する表面処理について説明する。
【００２５】
表面処理は、上述の耐ピッチング性焼結合金に、耐スカッフィング性を付与することを目的に施される。そうした目的を達成することができる表面処理であればその種類は特に限定されない。表面処理としては、水蒸気処理やリン酸塩処理を好ましく挙げることができる。
【００２６】
図４は、耐ピッチング性焼結合金に水蒸気処理を施して形成された水蒸気処理膜の断面図である。水蒸気処理は、加熱水蒸気中で上記の耐ピッチング性焼結合金を加熱し、その表面に酸化物（Ｆｅ₃Ｏ₄）の皮膜を形成させる処理であり、形成された皮膜は、摩擦の際に相手部材との凝着を抑制する作用を有している。そのため、耐ピッチング性焼結合金表面に水蒸気処理膜を形成して得られた第一のカム３は、その焼結合金自体が有する耐ピッチング性はやや低下するものの、相手部材とすべり接触する際の焼き付きが抑制され、耐スカッフィング性が一層向上する。形成された水蒸気処理膜の厚さを１〜１５μｍとすることによって、前記の効果を十分に達成することができる。水蒸気処理膜の厚さが１μｍ未満では、前記の効果を十分に発揮することができず、水蒸気処理膜の厚さが１５μｍを超えると、Ｆｅ₂Ｏ₃やＦｅＯの割合が増加するために、相手部材への接触時の初期なじみ性が低下したり、形成された水蒸気処理膜が剥離したりする問題が起こるおそれがある。
【００２７】
リン酸塩処理は、上記の耐ピッチング性焼結合金を所定のリン酸塩溶液に浸漬等することによって、その表面に潤滑性乃至耐摩耗性に優れたリン酸塩皮膜を形成させる処理である。耐ピッチング性焼結合金表面にリン酸塩処理皮膜を形成して得られた第一のカム３は、その焼結合金自体が有する耐ピッチング性はやや低下するものの、相手部材とすべり接触する際の初期なじみ性や耐スカッフィング性が一層向上し、しかも低コストでそうした特性を付与できるという利点がある。形成されたリン酸塩処理膜の厚さは、すべり接触条件にあわせて０．５〜７μｍの範囲で設定することによって、前記の効果を十分に達成することができる。リン酸塩処理膜の厚さが０．５μｍ未満では、十分な初期なじみ性を発揮することができず、７μｍを超えると、リン酸塩処理膜の成長時間が長くなるので、コストがかかる。
【００２８】
なお、水蒸気処理膜をラッピング加工することによって、第一のカムの表面粗さを小さくし、摩擦係数を更に減少させて耐スカッフィング性を向上させることが好ましい。ラッピング加工としては、ペーパーラッピング加工が好ましい。ペーパーラッピングは、エメリー紙等の研磨紙（＃１０００番程度）を用いて表面を滑らかにする方法であり、薄く形成された水蒸気処理膜を極力除去しない状態で、その表面を所定の表面粗さに均一に仕上げることができるという利点がある。ペーパーラッピング加工による第一のカムの好ましい表面粗さは、Ｒｚ（十点平均粗さ）６．３μｍ以下であり、摩擦係数を更に減少させて耐スカッフィング性をより一層向上させることができる。下限値は特に規定されず、すべり接触条件が厳しい場合でもＲｚ（十点平均粗さ）を小さくすれば耐スカッフィング性を向上させることができる。しかし、下限値を小さくすると、加工コストも拡大するので、それらの調和点が適宜設定される。
【００２９】
こうして得られた第一のカム３は、上述の表面処理によって付与された耐スカッフィング性と、上述の焼結合金自体の耐ピッチング性とを有するので、すべり接触タイプのカムとしての要求特性を満たし、カムシャフトに好適に使用することができる。
【００３０】
次に、上述の耐ピッチング性焼結合金が含有する各成分元素を上記範囲内に限定した理由を以下に説明する。
【００３１】
Ｃは、高硬度の微細炭化物を形成して十分な耐摩耗性を発揮させるために、１．０質量％以上必要である。しかし、Ｃ含有量が３．５質量％を超えると、粗大な炭化物（主にＣｒ炭化物）が焼結合金中で形成され、その粗大な炭化物が液相焼結中に粗大な空孔を生じさせて基地を脆化させる。このため、Ｃ含有量を１．０〜３．５質量％に限定する。
【００３２】
Ｃｒは、相手部材の機械的特性等に合わせ、３．０〜３０．０質量％好ましくは４．０〜１２．０質量％の範囲で適宜調整される。しかし、Ｃｒ含有量が３０．０質量％を超えると、Ｃｒ炭化物を微細化させる度合いが小さくなり、硬さも過大になる。Ｃｒ含有量が３．０質量％未満では、Ｃｒ炭化物がやや粗大になってくるので、高硬度の微細炭化物を十分に形成することができない。
【００３３】
Ｍｏは、基地に固溶して硬度を高め、耐摩耗性を向上させる目的で添加される。しかし、この効果は、Ｍｏ含有量が３．０質量％を超えてもほとんど変化しない。Ｍｏ含有量が０．５質量％未満では、こうした効果を十分に発揮できない。このため、Ｍｏ含有量を０．５〜３．０質量％に限定する。
【００３４】
Ｎｉは、基地強化の目的で添加され、焼結後の基地組織を、ベイナイト−マルテンサイト−残留オーステナイトからなる基地組織またはベイナイト−パーライト−残留オーステナイトからなる基地組織として強化し、高い引張強さ、優れた耐摩耗性と耐ピッチング性を発揮させる。しかし、Ｎｉ含有量が３．０質量％を超えると、多量のオーステナイトが残留し、硬さ低下の原因となることがある。なお、Ｎｉを添加しない場合であっても、優れた耐摩耗性と耐ピッチング性を発揮させることができるので、Ｎｉ含有量を０〜３．０質量％に限定する。特に、焼結合金中に０〜０．７質量％のＮｉを含有させると、基地組織のパーライト率の向上と、スカッフの発生要因となる基地中の残留オーステナイト量の低減が図れ、高い耐スカッフィング性を付与することができるので、耐スカッフィング性を重視する場合に好ましい。また、焼結合金中に０．８〜３．０質量％のＮｉを含有させると、ベイナイト主体の組織にすることができ、高い耐ピッチング性を付与することができるので、耐ピッチング性を重視する場合に好ましい。
【００３５】
Ｓｉは、ＣおよびＰ含有量を低くした際に液相の生成を促進させる成分であるが、Ｓｉ含有量が０．２質量％未満では液相促進の効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が１．５質量％を超えると、基地が脆化するほか、粉末の圧粉成形性が低下し、焼結後の焼結合金の変形が大きくなる。このため、Ｓｉ含有量を０．２〜１．５質量％に限定する。
【００３６】
Ｍｎは、基地強化に効果がある。しかし、Ｍｎ含有量が１．０質量％を超えると、焼結の進行が抑制されるため、粗大な空孔が残って焼結性が低下する。そのため、Ｍｎ含有量の上限を１．０質量％に限定する。
【００３７】
Ｐは、Ｆｅ−Ｃ−Ｐ共晶のステダイトを生じさせる。ステダイトは硬度が非常に高く、凝固点が９５０℃前後と低いため液相焼結を促進させる。しかし、Ｐ含有量が０．８質量％を超えると、ステダイトが過多に生じ、被削性が悪くなる。また、０．３質量％未満では、ステダイトの析出量が少なくなって、高い耐摩耗性が得られず、また、液相も生じにくくなる。このため、Ｐ含有量を０．３〜０．８質量％に限定する。
【００３８】
なお、上述した以外の成分組成として、Ｃｕ、Ｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗの中の一種類以上を必要に応じて適当量添加することができる。
【００３９】
（２）第二のカム
第二のカム４は、優れた耐ピッチング性、すなわち、対応するローラフォロワ６に転がり接触しても転がり疲労に基づく表面損傷が起こり難い特性を発揮する材料で形成される。本発明においては、耐ピッチング性焼結合金、または焼き入れ焼き戻し処理された鋼材を好ましく用いることができる。
【００４０】
先ず、耐ピッチング性焼結合金製の第二のカムについて説明する。
【００４１】
第二のカム４を形成するための耐ピッチング性焼結合金は、上述した耐ピッチング性焼結合金、すなわち第一のカム用として表面処理の対象となる耐ピッチング性焼結合金と同じものが用いられる。従って、その成分組成、その作用、およびその製造方法も、上述の耐ピッチング性焼結合金と同じである。
【００４２】
耐ピッチング性焼結合金は、第一のカムと第二のカムに共通することになるので、各々のカムの相手部材の機械的特性に応じてその成分組成を適宜調整し、各々の相手部材に対して好適な特性を発揮するように焼結合金の基地組織を調整することが好ましい。具体的には、耐スカッフィング性を重視する場合には、Ｎｉ含有量をやや低めにして、基地組織のパーライト率の向上と、スカッフの発生要因となる基地中の残留オーステナイト量の低減を図り、耐ピッチング性を重視する場合には、Ｎｉ含有量をやや高めにして、ベイナイト主体の組織とし、高い耐ピッチング性を付与する。
【００４３】
第二のカム４には、第一のカム３ほどの耐スカッフィング性が要求されないので、耐ピッチング性焼結合金に、耐スカッフィング性を付与する表面処理を施すことは不要である。なお、水蒸気処理膜が形成された第二のカム４は、転がり接触によってその水蒸気処理膜が疲労して、剥離やピッチングの原因になることがあるので、転がり接触部分には、なるべく水蒸気処理されない手段をとることが好ましい。
【００４４】
こうして得られた第二のカム４は、転がり接触タイプのカムとしての要求特性を満たし、カムシャフトに好適に使用することができる。
【００４５】
次に、焼き入れ焼き戻し処理された鋼製の第二のカムについて説明する。
【００４６】
第二のカム４としては、Ｓ５０Ｃ（炭素鋼鋼材）、ＳＣｒ（クロム鋼鋼材）、ＳＣＭ（クロムモリブデン鋼鋼材）等の焼き入れ焼き戻し処理によって機械的特性、特に靱性や耐疲労特性、を向上させることができる鋼を使用することが好ましい。焼き入れ焼き戻し処理の条件は、通常の方法により、得られるカムの特性を考慮しながら適宜条件設定される。得られた第二のカムは、優れた耐ピッチング性を示し、転がり接触タイプのカムとして好ましく使用できる。なお、焼き入れ焼き戻し処理した鋼製の第二のカムにも、上述の表面処理膜は不要である。
【００４７】
（３）カムシャフトの製造
本発明のカムシャフト１は、図１に示すように、鋼管製のカム軸２に、上述した第一のカム３と第二のカム４が、接触形態が異なる相手部材に応じて所定の位置に所定の作用角となるように接合されてなるものである。カムとカム軸の接合方法は、拡散接合による方法と、機械的な圧入嵌合による方法を好ましく適用できる。
【００４８】
拡散接合法は、鋼管製のカム軸に、焼結前の圧粉状態の第一のカム用の耐ピッチング性焼結合金と、第二のカム用の耐ピッチング性焼結合金とを、所定の位置および角度で装着し、液相焼結法によって各カムを液相焼結しつつ、カム軸に拡散接合する方法である。本発明においては、第一のカム用の耐ピッチング性焼結合金と第二のカム用の耐ピッチング性焼結合金とが同じ材料であり、しかも、各部材自体の焼結と部材間の拡散接合とを同時に行うことができるので、極めて効率的に焼結と接合を行うことができる。
【００４９】
次いで、耐スカッフィング性を付与する表面処理工程を経てカムシャフトが製造される。この表面処理工程の際、転がり接触する第二のカム４用の耐ピッチング性焼結合金の表面にも同時に表面処理が施されるので、第二のカムには、その転がり接触部分にマスキングして、表面処理が施されないような手段をとることが好ましい。また、製造工程上、やむを得ず表面処理が施された場合、例えば水蒸気処理膜が形成された場合には、エメリーペーパー等で母材の一部が露出するまで研磨することにより表面の脆く粗い部分を除去し、Ｒｚ３．２μｍ以下の滑らかな表面にすることが好ましい。
【００５０】
拡散接合法によるカムシャフト１の製造は、効率的であると共に、従来のようなカムのずれやカムの割れ等の問題が生じない。
【００５１】
圧入嵌合法は、特開平５−１０３４０号公報に示すような方法でカム軸にカムを接合する方法である。すなわち、転造によって所定の位置に隆起部が形成されたカム軸１に、耐ピッチング性焼結合金に耐スカッフィング性を付与する表面処理を施して形成された第一のカム３と、耐ピッチング性焼結合金または焼き入れ焼き戻し処理された鋼で形成された第二のカム４とを、順次、所定の位置に所定の角度で圧入して接合する方法によって、カムシャフトが製造される。耐ピッチング性焼結合金で形成される第一のカムないし第二のカム、および焼き入れ焼き戻し鋼で形成される第二のカムは、何れも引張り強度や疲労強度に優れるので、従来のようなカムのずれやカムの割れ等のおそれなく、それらのカムをカム軸に強固に接合できる。
【００５２】
以上のように、本発明のカムシャフト１は、スリッパフォロワ５とローラフォロワ６とを相手部材とするカムシャフトのように、相手部材との接触態様が異なる複数のカム３、４を、その接触態様に応じた特性を有するように形成したので、カムシャフト１の耐久性と信頼性をより一層向上させることができると共に、加工性とコスト面においても優れている。
【００５３】
【実施例】
以下、本発明のカムシャフトを更に具体的に説明する。
【００５４】
（実施例１）
焼結後の成分組成が、Ｃ：２．４質量％、Ｃｒ：１２．０質量％、Ｍｏ：１．０質量％、Ｓｉ：０．８質量％、Ｎｉ：１．５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た。更に、潤滑剤としてステアリンサン亜鉛を加えて混合した。次いで、５〜７ｔ／ｃｍ² の面圧でプレス成形して圧粉体を成形した後、鋼管製のカム軸に組み付け、真空炉中で１３７３〜１４７３°Ｋ（平均１４３３°Ｋ）の温度で焼結した後、カム研削盤にて仕上加工し、実施例１の焼結合金製のカムシャフトを得た。
【００５５】
（実施例２）
焼結後の成分組成が、Ｃ：２．６質量％、Ｃｒ：８．０質量％、Ｍｏ：２．０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た。その他は、実施例１と同様として実施例２の焼結合金製のカムシャフトを得た。
【００５６】
（実施例３）
焼結後の成分組成が、Ｃ：２．０質量％、Ｃｒ：４．０質量％、Ｍｏ：２．０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た。その他は、実施例１と同様として実施例３の焼結合金製のカムシャフトを得た。
【００５７】
（実施例４〜実施例６）
実施例１〜実施例３で得られた各焼結合金製のカムに、水蒸気処理炉で８２３〜８７３°Ｋの温度で９０分間処理し、耐スカッフィング性を付与した実施例４〜実施例６の焼結合金製のカムシャフトを得た。
【００５８】
（実施例７）
機械的な圧入嵌合法で用いる転がり接触タイプのカムとして、Ｓ５０Ｃ材を高周波焼き入れ焼き戻し処理した後、鋼管製のカム軸に圧入嵌合法で接合し、さらにカム研削盤で仕上加工し、表面硬さＨｖ７２０程度の実施例７の焼き入れ焼き戻し鋼製のカムシャフトを得た。
【００５９】
（比較例１）
成分組成が、Ｃ：３．４質量％、Ｃｒ：０．８質量％、Ｍｏ：２．０質量％、Ｎｉ＋Ｃｕ：２．０質量％、Ｓｉ：２．０質量％、Ｂ：０．４質量％、Ｍｎ：０．７質量％、Ｆｅ：残り、となるように各元素を溶解し、冷やし金を設けた鋳型に流し込んで冷却した後、カム研削盤で仕上加工し、比較例１のチル鋳鉄製のカムシャフトを得た。
【００６０】
（評価方法）
実施例１〜７および比較例１で得られたカムシャフトと、各カムの相手部材として、すべり接触型のスリッパフォロワと、転がり接触型のローラフォロワとをそれぞれ用いた。試験は、ばねの圧縮量を変更することによりカムにかかる負荷（面圧）を自由に調節できるモータリング試験装置を使用した。
【００６１】
耐スカッフィング性は、１０００ｒ．ｐ．ｍ．の低速で回転させ、負荷（面圧）を変化させてスカッフィングが発生したときの負荷（面圧）を限界面圧として評価した。耐ピッチング性は、３０００ｒ．ｐ．ｍ．の高速で回転させ、負荷（面圧）を変化させてピッチングが発生したときの負荷（面圧）を限界面圧として評価した。なお、ピッチングの発生の判断は、ピッチングの発生時に起こる異音のモニタリングおよび摺動表面の観察によった。
【００６２】
（評価結果）
図５は、実施例１〜７で得られたカムの耐スカッフィング性と耐ピッチング性を、比較例１の限界面圧との比較において評価した結果を示すグラフである。なお、図中には、すべり接触する第一のカムに要求される耐スカッフィング性と耐ピッチング性の基準、および転がり接触する第二のカムに要求される耐スカッフィング性と耐ピッチング性の基準をそれぞれ示した。
【００６３】
実施例１〜３の焼結合金製のカムおよび実施例７の鋼製のカムは、耐スカッフィング性と耐ピッチング性に関し、転がり接触する第二のカムに要求される基準を何れも超えていた。特に、耐ピッチング性においては、比較例１に示す従来のカムよりも著しく優れていた。
【００６４】
実施例４〜６の焼結合金製のカムは、耐スカッフィング性と耐ピッチング性に関し、すべり接触する第一のカムに要求される基準を何れも超えていた。特に、耐スカッフィング性が付与されているので、実施例１〜３のカムに比べて耐スカッフィング性が著しく向上した。一方、水蒸気処理されたことによって、実施例１〜３のカムに比べてやや耐ピッチング性が低下しているものの、第一のカムに要求される基準を超える優れた耐ピッチング性を示していた。また、比較材１に比べ、耐スカッフィング性と耐ピッチング性の何れも良好な結果を示した。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、相手部材との接触態様に応じた特性となるように各々のカムが形成されているので、その耐久性と信頼性をより一層向上させることができる。
【００６６】
請求項２の発明によれば、形成された水蒸気処理膜により、すべり接触する際の相手部材との凝着が抑制され、優れた耐スカッフィング性を発揮するので、カムシャフトの耐久性と信頼性をさらに向上させるとができる。
【００６７】
請求項３の発明によれば、拡散接合法または圧入嵌合法によってカムに接合した場合であっても、従来のようなカム軸に装着する際の困難性がないので、強固に接合することができ、カムシャフトを備える内燃機関の運転時に、カムのずれや割れが起こることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカムシャフトの全体図の一例である。
【図２】本発明のカムシャフトが備えるカムが相手部材に接触する態様を示す斜視図である。
【図３】本発明で使用される焼結合金の組織写真である。
【図４】第一のカムに施された水蒸気処理膜の断面図である。
【図５】実施例１〜７で得られたカムの耐スカッフィング性と耐ピッチング性を、比較例１の限界面圧との比較において評価した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１カムシャフト
２カム軸
３第一のカム
４第二のカム
５スリッパフォロワ
６ローラフォロワ
７炭化物
８基地
９水蒸気処理膜

Claims

相手部材との接触形態が異なる複数のカムを備え、対応する相手部材にすべり接触する第一のカムと転がり接触する第二のカムを拡散接合法によりカム軸に接合したカムシャフトにおいて、
前記第一のカムは、Ｃ（炭素）：１．０〜３．５質量％、Ｃｒ（クロム）：３．０〜３０．０質量％、Ｍｏ（モリブデン）：０．５〜３．０質量％、Ｎｉ（ニッケル）：０〜３．０質量％、Ｓｉ（珪素）：０．２〜１．５質量％、Ｍｎ（マンガン）：１．０質量％以下、Ｐ（リン）：０．３〜０．８質量％、残部：Ｆｅ（鉄）および不可避不純物を有する耐ピッチング性焼結合金の表面に、水蒸気処理膜が形成され、
前記第二のカムは、前記耐ピッチング性焼結合金で形成されることを特徴とするカムシャフト。