JPH03107424A

JPH03107424A - カムシャフトの製造方法

Info

Publication number: JPH03107424A
Application number: JP24336989A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Ouchi; 大内　勝哉; Yoshifumi Yamamoto; 義史山本; Shigezo Osaki; 茂三大崎
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-05-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はカムシャフトの製造方法に関し、特に高出力エ
ンジンに使用されるカムシャフトの耐摩耗性、耐ピツチ
ング性の向上を図ったカムシャフトの製造方法に関する
。

（従来の技術）近年エンジンの出力は急速に高出力化しており、この高
出力化に伴い、カムシャフトのカム部には、より高い面
圧が加わるようになってきている。

このため、カム部の耐摩耗性、耐熱性、耐腐食性等の物
性を向上させるべく、カムシャフトは従来、次のような
方法にて製造されていた。

（１）カム部を形成する金属基材の表面層を、レーザビ
ーム、電子ビーム等のビーム熱エネルギやＴＩＧ溶接等
のアーク熱エネルギ等で再溶融して硬化させ、金属基ヰ
３表面に耐摩耗性合金チル層を形成する方法。

（２）カム部を形成する金属基材の表面に、高合金化用
の金属粉末を、粉末のまま供給したり、溶媒に分散させ
てコーティングしたりあるいはバインダーでシート化し
て貼付するかした後、これら高合金化用の金属粉末と共
に金属基材表面を、レザビーム、電子ビーム等のビーム
熱エネルギやＴＩＧ溶接等のアーク熱エネルギ等で再溶
融し、金属基材表面に耐犀粍性高台金チル層を形成する
方法。

以上のような再溶融法によって得られるチル層は微細な
組織であり、カムシャフトのカム部に優れた耐摩耗性、
耐熱性、耐腐食性等の物性を付与する。

尚、再溶融処理に際して、予熱処理を施すようにした手
法が、特開昭５９−９３８３１号公報で提案されている
。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上述した（１）、（２）の方法は、いずれも金
属基材の表面層をビーム熱エネルギやアーク熱エネルギ
等で急激に加熱して再溶融するため、次のような問題が
ある。

すなわち、カム部の表面層に、再溶融時の熱歪により引
張残留応力が発生する。

しかも、このような熱エネルギに晒されるカム部表面層
の熱影響部がマルテンサイトに変態するため、カム部表
面層の引張残留応力が増加する。

また−膜内には、再溶融処理の後にカム部の表面層に対
して仕上げ研削加工を施すが、この仕上げ研削加工によ
っても残留応力が発生する。

従って、製品化されるカムシャフトには、上記の熱歪及
びマルテンサイト変態に基因する引張残留応力に、研削
加工による残留応力が加わり、大きな残留応力が存在す
ることとなる。

そしてこの大きな残留応力により、エンジン運転中カム
シャフトのカムノーズ部にピッチングが発生し、その剥
離祠が周辺部祠に巻き込まれてしまうといった事故が発
生するおそれがあった。またこのようなピッチングによ
り、カム部の接触長さが縮小化し、これに伴ってカム部
の面圧が増大し、結果的にカム部の異常摩耗を誘発する
可能性もあった。

本発明は以上の諸点に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは、カム部表面に再溶融合金チル層
を形成して製造されるカムシャフトにピッチングが発生
するのを規制できる（すなわち、耐ピツチング性に優れ
る）と共に、耐摩耗性にも優れるカムシャフトの製造方
法を提案するにある。

（課題を解決するための手段）本発明に係るカムシャフトの製造方法は、上記目的を達
成するために、カム部表面を再溶融処理し、その後カム
部を低温で焼鈍しするようにしたことを特徴とする。

低温焼鈍しの処理温度としては、３００℃未満であるこ
とが好ましい。

（作　用）本発明では、先ずカム部表面を、上述した方法（１）、
（２）と同様にして再溶融処理する。

この再溶融処理により、カム部表面に微細組織の耐摩耗
性（高）合金チル層が形成され、カム部表面の耐摩耗性
、耐熱性、耐腐食性等の物性が向上する。

次に、耐摩耗性（高）合金チル層を低温で焼鈍しする。

ここに、焼鈍し処理の温度が低温（すなわち、少量の熱
量）であるため、熱は表面の耐摩耗性（高）合金チル層
には達するものの、カム部の内部には及ばない。

従ってカム部内部は加熱されることがなく、焼鈍し時の
熱影響を受けることはない。

一方、表面の耐摩耗性（高）合金チル層は、低温で（す
なわち、穏やかに）加熱される。この結果として、耐摩
耗性（高）合金チル層中の引張残留応力が解放されて引
張残留応力を低減させることができ、これにより耐摩耗
性（高）合金チル層の耐摩耗特性、耐ピツチング特性が
向上する。

このとき、焼鈍し処理の温度が低温であるため、耐摩耗
性（高）合金チル層の微細な組織はそのまま維持され、
優れた耐摩耗性、耐熱性、耐腐食性等の物性はそのまま
保持される。

このような作用を発揮させるためには、焼鈍し温度を１
５０℃以上で３００℃未満とすることが好ましい。

１５０℃未満であると、加熱効果がなくなって引張残留
応力が解放されず、引張残留応力の低減効果を得ること
ができなくなる。

逆に、３００℃を越えると、耐摩耗性（高）合金チル層
の組織に熱影響が及び、微細な組織が一部あるいは大部
分消失して硬度が低下し、耐摩耗性、耐熱性、耐腐食性
等の物性が損なわれてしまう。しかも、カム部内部にま
で熱影響が及ぶおそれがあり、カム部内部に熱歪等が生
じてカム部内部において引張残留応力が発生することが
ある。

また、低温焼鈍しの加熱手法としては、真空熱処理炉法
１通電加熱法等が好ましい。とりわけ通電加熱法は、内
部を加熱せずに表面層のみを加熱する上で最適な加熱法
である、断続加熱を容易に行うことができるため、−層
好ましい。

（実　施　例）以下に、本発明の好適な実施例について詳述する。

実施例１〜３先ず、鋳鉄性カムシャフトのカム部の表面を研削して黒
皮を除去した後に、このカム部表面にアクリル系の接着
テープで合金粉末シートを接む固定する。

この合金粉末シートは、その組成がＭｏ；２゜５〜１５
．０ｗ１％、　　Ｐ　；　０．　５−３．　０ｗ１％、
Ｃｒ；１０ｗｔ％以下、　　Ｃ；　１．　５−５．　０
ｗ１％　Ｆｅ；残で、粒度か１００メツシユアンダーの
合金粉末とアセトンで希釈したアクリル樹脂とを混練後
、厚さ０．１〜１．０ｍｍでシート状に成形したもので
ある。

そしてこのシートを接着固定した後、カムシャフトを窒
素ガスの雰囲気内で１時間、温度３００℃で脱ろう処理
し、アセトン、アクリル樹脂を除去する。

この後、表１の条件てＴＩＧトーチからのアーク熱にて
高合金再溶融処理し、耐摩耗性高合金チル層を形成する
。

表１　高合金再溶融処理のＴＴＧ条件以上のようにして高合金再溶融処理したカムシャフトを
、真空熱処理炉で以下の条件にて低温焼鈍し処理した。

実施例］：昇温速度５〜１０℃／分１５０℃×１．５時間保持後、炉冷実施例２：昇温速度５〜ｂ２００℃×１．５時間保持後、炉冷実施例３：昇温速度５〜ｂ２９０℃×１．５時間保持後、炉冷これら低温焼鈍し処理品のカムノーズ部につき、歪ゲー
ジ法で残留応力を測定し、またモータリングテストを実
施してピッチングの発生状況と摩耗状況を観察した。

この結果は、表２に示す通りであった。

更に、実施例１〜３のいずれにおいても、カムノーズ部
の基地硬さはＨｖ７７５〜７８０を示し、硬さの低下は
見られなかった。

比較例１低温焼鈍し処理を行わない高合金再溶融処理を行なった
だけの処理品のカムノーズ部につき、実施例１〜３と同
様の残留応力測定及びモータリングテストによるピッチ
ング発生状況と摩耗状況の観察を行った。

この結果は、表２に示す通りであった。

またカムノーズ部の基地硬さはＨｖ７８５を示し、表２
からも明らかなように耐摩耗性は良好な結果を示したが
、ピッチングは多数発生した。

比較例２〜４実施例１〜３と同様の高合金再溶融処理を行なった後の
カムシャフトを、以下の条件にて真空熱処理炉で焼鈍し
処理した。

比較例２：昇温速度５〜１１３０℃×１゜比較例３：昇温速度５〜１４００℃×１゜比較例４：昇温速度５〜１６００℃×１゜０℃／分５時間保持後。

Ｏ℃／分５時間保持後。

０℃／分５時間保持後。

炉冷炉冷炉冷これら比較例２〜４の焼鈍し処理品のカムノーズ部につ
き、実施例１〜３と同様の残留応力測定及びモータリン
グテストによるピッチング発生状況と摩耗状況の観察を
行った。

この結果は、表２に示す通りであった。

またカムノーズ部の基地硬さは、比較例２では比較例１
と同程度であり、耐摩耗性は良好であった。しかし、比
較例３のカムノーズ部の基地硬さはＨｖ６７０、比較例
４のそれはＨｖ　５２０と、いずれも小さな値を示して
おり、表２から明らかなように摩耗量は大幅に増加した
。

表２から明らかなように、残留応力が低減し、耐摩耗特
性、耐ピツチング特性とも向上させるには、１５０℃以
上３００℃未満の低温焼鈍し処理を行うことが重要であ
ることが判る。

また、３００℃を超えると材料特性（高合金再溶融処理
部の硬度）が低下し、摩耗量が増加することが判る。

実施例４実施例１〜３の高合金再溶融処理した後のカムシャフト
を、通電加熱法にて低温焼鈍し処理した。

この例では１サイクルを３０秒とし、このうち最初の１
０秒間は電流値４０Ａで通電ＯＮとし、残りの２０秒は
通電をＯＦＦとする断続加熱を行い、２９０℃まで昇温
し、最終サイクル（すなわち、２９０℃まで昇温するサ
イクル）の後、放冷して焼鈍し処理した。

なお、２７０℃まで昇温した時点及び２８０℃まで昇温
した時点で、若干の冷却を行なった。

第１図は、通電加熱によって低温焼鈍しを行なった際の
カムシャフトの温度変化を示すグラフで　２ある。

そしてこのような焼鈍し処理品のカムノーズ部につき、
実施例１〜３と同様の残留応力測定及びモータリングテ
ストによるピッチング発生状況と摩耗状況の観察を行っ
た。

この結果は、残留応力は３ｋｇ１”／ＩｎＡであり、カ
ムノーズ部の基地硬さの低下も見られず、耐摩耗特性、
耐ピツチング特性ともに良好であった。

（発明の効果）以上詳述した本発明によれば、カムシャフトのカム部表
面の再溶融処理時に発生した引張残留応力を、その後に
実施する低温焼鈍し処理により解放させることができ、
残留する引張応力を低減させることができる。この結果
、製品化されるカムシャフトには大きな引張残留応力が
存在せず、ピッチングが発生するのを効果的に抑制する
ことができ、耐摩耗特性、耐ピツチング特性に優れたカ
ムシャフトを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に採用される通電加熱の際の処理を示す
グラフである。特５′１出願人ンダ株式公刊代理人弁理上色健輔同

Claims

【特許請求の範囲】

（１）カム部表面を再溶融処理し、その後該カム部を低
温で焼鈍しするようにしたことを特徴とするカムシャフ
トの製造方法。
（２）前記低温焼鈍しの処理温度が、３００℃未満であ
る請求項１記載のカムシャフトの製造方法。