JPH04321706A - 内燃機関用カムシャフトおよびその加工方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の原動機であ
る内燃機関の動弁機構部品として利用される内燃機関用
カムシャフトおよびその加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の原動機である内燃機関の動弁
機構部品として利用されている従来のカムシャフトは、
カムシャフト素材を鋳造や熱間鍛造−熱処理等により製
造し、その後所定の寸法ないしはプロフィールとなるよ
うにカムジャーナル，シャフトエンドおよびカムの研削
加工を行なう工程により製造されている。

【０００３】ところで、自動車用内燃機関にあっては、
従来以上の高性能化、すなわち燃費，耐久性および出力
のこれまで以上の向上が要求されており、カムシャフト
についても従来以上のカム摺動部の低フリクション化お
よび耐摩耗性の向上が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
カムシャフトにあっては、カムシャフト材料そのものを
低フリクション化に適した材料や耐摩耗性に優れた材料
に変更したり、窒化処理やコーティング等の表面処理を
施したりして対応することは、コスト高となるためあま
り得策ではないという問題点がある。

【０００５】また、ロッカアームにニードルベアリング
を組み込んで、カムとカムフォロアとの摺接部のフリク
ションを抑えた動弁機構を有する内燃機関もあるが、ニ
ードルベアリングと組み込むことによる動弁機構部品の
等価慣性重量の増加により高回転型の高性能エンジンに
は不向きであるという問題点があった。

【０００６】

【発明の目的】本発明は、上記したような従来の問題点
に着目してなされたものであって、カムとカムフォロア
との間の摺接部が低フリクションでかつまたカム部分の
耐摩耗性に優れた内燃機関用カムシャフトを提供するこ
とを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、種々の検討を加えた結果、本発明者らは、カムの研
削工程後、カム表面にクロスハッチ状の加工条痕を残し
て仕上げることにより、カムとカムフォロアとの間での
摺接部のフリクションが低下し、耐摩耗性も向上すると
いう知見を得た。

【０００８】すなわち、本発明に係わる内燃機関用カム
シャフトは、シャフトにカムをそなえたカムシャフトに
おいて、所定のカムプロフィールとなるように研削加工
をした後、仕上加工を加えてカム表面にクロスハッチ状
の加工条痕を有する構成としたことを特徴としている。

【０００９】また、本発明に係わる内燃機関用カムシャ
フトの加工方法は、シャフトにカムをそなえたカムシャ
フトの前記カム表面を加工するに際し、所定のカムプロ
フィールとなるように研削加工を行ったのち、カムシャ
フトと仕上加工工具とをカム円周方向に相対移動させる
と共にカム軸方向にも相対移動させつつ前記仕上加工工
具によりカム表面を仕上加工して、カム表面に、クロス
ハッチ状の加工条痕を残す構成としたことを特徴として
いる。

【００１０】

【発明の作用】本発明を完成するにあたり、図４に示す
ように、カムとカムフォロアとを模擬した試験機を用い
て摺動試験を行なった。

【００１１】この試験機は、カムシャフトと同じ材質で
あってカムを模擬したリング試験片１１を回転軸１２に
取り付け、ホルダー１３に取り付けられたカムフォロア
材と同じ材料であってロッカアームチップを模擬した円
盤試験片１４を矢印Ａ１０方向に回転するリング試験片
１１にスプリング１５の反発力により押し付け、回転軸
１２とモータ１６との間に連結したトルク検出器１７に
より両試験片１１，１４間で発生する摩擦トルクを計測
する構成となっている。

【００１２】そこで、通常の研削加工のみを施した比較
例１のリング試験片１１と、研削加工後にラッピングテ
ープにより仕上げ加工を施して、図５に示すように、リ
ング円周方向に研削加工の加工条痕１８を残した比較例
２のリング試験片１１と、図６に示すように、リング試
験片１１を矢印Ａ１１方向に回転させると共に矢印Ａ１
２方向にオシレートさせながら、バックアップローラ１
９によりバックアップされたラッピングテープ２０によ
って仕上げ加工を十分に行い、クロスハッチ状の加工条
痕２１が残るようにした本発明適用例の試験片１１とに
ついて、それぞれ摩擦係数の計測を行ったところ、図７
に示す結果であった。また、５０時間試験後の摩耗量を
計測したところ、表１に示す結果であった。

【００１３】

【表１】

【００１４】図７および表１に示すように、研削加工後
にラッピングテープ２０によりクロスハッチ状に加工条
痕２１が残るように仕上げた本発明適用例の試験片１１
の摩擦係数および摩耗量は、他の比較例１，２の試験片
１１に比べて小さいことがわかる。

【００１５】従って、所定のカムプロフィールとなるよ
うに研削加工を行ったのち、ラッピングテープ等の仕上
加工工具によりカム表面にクロスハッチ状に加工条痕を
残すような仕上加工を施すことにより、カムとカムフォ
ロアとの間のフリクションが低減しかつまた摩耗が抑制
されることとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例を示す図である
。

【００１８】図１に示すように、シャフト１ａに、所定
のカムプロフィールとなるように研削加工されたカム１
ｂを有するカムシャフト１を矢印Ａ１方向であるカム軸
方向、すなわち図１に示す場合は左右方向にオシレート
させることのできるチャック２に固定し、カムシャフト
１を矢印Ａ２方向であるカム円周方向に回転させるとと
もに矢印Ａ１方向であるカム軸方向にオシレートさせな
がら、矢印Ａ３方向に移動しかつバックアップローラ３
により矢印Ａ４方向に押圧された仕上加工工具であるラ
ッピングテープ４によってカム１ｂの表面を仕上加工し
、カム表面にクロスハッチ状の加工条痕６を残すように
仕上加工を行った。

【００１９】このとき、カム表面の表面粗さは中心線平
均粗さでＲａ０．１５μｍ以下となるようにすることが
好ましい。

【００２０】この実施例において、矢印Ａ１方向のオシ
レートサイクル１０００Ｈｚ，ストローク２ｍｍ，研磨
時間６０秒，ラッピングテープ４のアルミナ粒度１５μ
ｍ，バックアップローラ３による押し付け面圧１２ｋｇ
ｆ／ｍｍ２，ラッピングテープ４のテープ周速５０ｍ／
ｍｉｎ，の条件でカム１ｂの仕上加工を行ったカムシャ
フト１について、カムシャフト１の軸トルクを計測した
ところ、図２に示す結果であった。また、１００時間の
耐摩耗評価後のカムシャフトの摩耗量を調べたところ、
表２に示す結果であった。

【００２１】図２に示すように、従来の研削加工のみに
より仕上げたカムシャフトに比較して、クロスハッチ状
の加工条痕６が残るようにして仕上加工を行った本発明
実施例のカムシャフトの方が軸トルクが小さく、フリク
ションが少ないことがわかる。また、表２に示すように
、１００時間の耐摩耗評価試験後のカムシャフトの摩耗
量も少ないことがわかる。

【００２２】

【表２】

【００２３】図３は、本発明の他の実施例を示すもので
あって、図３に示すように、シャフト１ａに、所定のカ
ムプロフィールとなるように研削加工されたカム１ｂを
有するカムシャフト１を矢印Ａ１方向であるカム軸方向
にオシレートさせることのできるチャックに固定し、カ
ムシャフト１を矢印Ａ２方向であるカム円周方向に回転
させるとともに矢印Ａ１方向であるカム軸方向にオシレ
ートさせながら、矢印Ａ５方向に回転しかつ粒度の細か
い仕上げ用砥石面７ａを有する仕上加工工具である砥石
７を押しつけることにより、カム表面にクロスハッチ状
の加工条痕を残すように仕上加工を行なった場合を示す
。

【００２４】このようにしたときでも、カムとカムフォ
ロアとの間の摺接部が低フリクションでありかつまた耐
摩耗性に優れた内燃機関用カムシャフトとすることが可
能であった。

【００２５】また、本発明実施例によるカムシャフトの
カム表面のうねり形状を測定したところ、従来の研削仕
上したカムシャフトではうねりの高低差がおよそ２．５
μｍ前後であったのに対して、本発明実施例のカムシャ
フトではうねりの高低差がおよそ１μｍ以下と小さなも
のとなっており、このため、運転初期においてカムとカ
ムフォロアとの間で発生することがある異音を抑制する
ことが可能であった。

【００２６】

【発明の効果】本発明に係わる内燃機関用カムシャフト
では、所定のカムプロフィールとなるように研削加工し
た後、仕上加工を加えてカム表面にクロスハッチ状の加
工条痕を有する構成とし、また、本発明に係わる内燃機
関用カムシャフトの加工方法では、所定のカムプロフィ
ールとなるように研削加工を行った後、カムシャフトと
仕上加工工具とをカム円周方向に相対移動させると共に
カム軸方向にも相対移動させつつ前記仕上加工工具によ
りカム表面を仕上加工して、カム表面に、クロスハッチ
状の加工条痕を残す構成としたから、カム表面にクロス
ハッチ状の加工条痕を有していることによって、カムと
カムフォロアとの間の摺接部が低フリクションのものと
なり、摩耗の発生が抑制されてカム部分の摩耗耗性に優
れたものにすることが可能であるという著しく優れた効
果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、図１の（ａ）は部分
正面説明図、図１の（ｂ）は部分断面説明図、図１の（
ｃ）はカムシャフトのカム表面の説明図である。

【図２】カムシャフトの軸トルクを計測した結果を例示
するグラフである。

【図３】本発明の他の実施例を示し、図３の（ａ）は部
分正面説明図、図３の（ｂ）は部分断面説明図である。

【図４】摩耗試験機の一例を示す説明図である。

【図５】カム表面に円周方向の加工条痕を残した比較例
を示し、図５の（ａ）は正面説明図、図５の（ｂ）は側
面説明図である。

【図６】カム表面にクロスハッチ状の加工条痕を残した
本発明適用例を示し、図６の（ａ）は平面説明図、図６
の（ｂ）は断面説明図、図６の（ｃ）はカム表面の正面
説明図である。

【図７】各供試片の摩耗係数を測定した結果を例示する
グラフである。

【符号の説明】

１　　カムシャフト １ａ　　シャフト １ｂ　　カム ４　　ラッピングテープ（仕上加工工具）６　　クロス
ハッチ状の加工条痕 ７　　砥石（仕上加工工具） Ａ１　　　カム軸方向 Ａ２　　　カム円周方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　シャフトにカムをそなえたカムシャフ
   トにおいて、所定のカムプロフィールとなるように研削
   加工をした後、仕上加工を加えてカム表面にクロスハッ
   チ状の加工条痕を有することを特徴とする内燃機関用カ
   ムシャフト。
2. 【請求項２】　　シャフトにカムをそなえたカムシャフ
   トの前記カム表面を加工するに際し、所定のカムプロフ
   ィールとなるように研削加工を行ったのち、カムシャフ
   トと仕上加工工具とをカム円周方向に相対移動させると
   共にカム軸方向にも相対移動させつつ前記仕上加工工具
   によりカム表面を仕上加工して、カム表面に、クロスバ
   ッチ状の加工条痕を残すことを特徴とする内燃機関用カ
   ムシャフトの加工方法。