JPH07133704A - カムシャフトおよびその製造方法 - Google Patents
カムシャフトおよびその製造方法Info
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- JPH07133704A JPH07133704A JP5278599A JP27859993A JPH07133704A JP H07133704 A JPH07133704 A JP H07133704A JP 5278599 A JP5278599 A JP 5278599A JP 27859993 A JP27859993 A JP 27859993A JP H07133704 A JPH07133704 A JP H07133704A
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- camshaft
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
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- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 カム摺動面とフォロアとの間の摩擦抵抗の大
幅な低減が可能なカムシャフトおよびその製造方法を提
供する。 【構成】 マスク投影法を用いて、カム３ｂの摺動面に
エネルギー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上のエキシマレーザを照
射することによって、該摺動面に深さ１〜３０μｍ，幅
５〜５０μｍ，長さが５〜３００μｍであって、その面
積率が全摺動面の５〜４０％である微小な凹部を形成す
る。
幅な低減が可能なカムシャフトおよびその製造方法を提
供する。 【構成】 マスク投影法を用いて、カム３ｂの摺動面に
エネルギー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上のエキシマレーザを照
射することによって、該摺動面に深さ１〜３０μｍ，幅
５〜５０μｍ，長さが５〜３００μｍであって、その面
積率が全摺動面の５〜４０％である微小な凹部を形成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用ガソリ
ンエンジンなどの内燃機関において、吸・排気弁を作動
させるのに利用されるカムシャフトに係わり、とくにカ
ム摺動部の摩擦抵抗が少なく、エンジン性能の大幅な向
上が可能なカムシャフトおよびその製造方法に関するも
のである。
ンエンジンなどの内燃機関において、吸・排気弁を作動
させるのに利用されるカムシャフトに係わり、とくにカ
ム摺動部の摩擦抵抗が少なく、エンジン性能の大幅な向
上が可能なカムシャフトおよびその製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車用ガソリンエンジンに用い
られるカムシャフトは、例えば、昭和５５年４月２９日
に株式会社山海堂から初版が発行された「自動車工学全
書１９巻 自動車の製造法」の第１０６頁に記載されて
いるように、チル鋳鉄やチル化した鍛造粗材に砥石によ
る研削加工を施すことによって製造されていた。
られるカムシャフトは、例えば、昭和５５年４月２９日
に株式会社山海堂から初版が発行された「自動車工学全
書１９巻 自動車の製造法」の第１０６頁に記載されて
いるように、チル鋳鉄やチル化した鍛造粗材に砥石によ
る研削加工を施すことによって製造されていた。
【０００３】また、エンジンに組み込まれたカムシャフ
トのカム山部とロッカアームなどフォロアとの間の摺動
面には、例えばカムシャフトをオイル溜り中に浸漬する
バスタブ式、カムシャフトに向けて潤滑油を噴射させる
強制式、あるいは飛沫式、などの方式によって常時潤滑
油が補給され、摺動面の摩擦抵抗を低減させるようにな
っている。
トのカム山部とロッカアームなどフォロアとの間の摺動
面には、例えばカムシャフトをオイル溜り中に浸漬する
バスタブ式、カムシャフトに向けて潤滑油を噴射させる
強制式、あるいは飛沫式、などの方式によって常時潤滑
油が補給され、摺動面の摩擦抵抗を低減させるようにな
っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガソリ
ンエンジンなど自動車用内燃機関においては、燃費向
上，高出力化などの要求が近年においてますます高くな
っており、このような観点からカムシャフトにおいても
カム摺動部の摩擦低減が強く望まれており、カムフォロ
アとの間の摩擦係数の低いカムシャフトの開発がエンジ
ン性能を向上させるうえでの課題のひとつとなってい
た。
ンエンジンなど自動車用内燃機関においては、燃費向
上，高出力化などの要求が近年においてますます高くな
っており、このような観点からカムシャフトにおいても
カム摺動部の摩擦低減が強く望まれており、カムフォロ
アとの間の摩擦係数の低いカムシャフトの開発がエンジ
ン性能を向上させるうえでの課題のひとつとなってい
た。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、カムシャフトにおける上記課
題に着目してなされたものであって、カム摺動面とバル
ブリフタやロッカアームなどのカムフォロアとの間の潤
滑性の大幅な向上が可能なカムシャフトおよびその製造
方法を提供することを目的としている。
題に着目してなされたものであって、カム摺動面とバル
ブリフタやロッカアームなどのカムフォロアとの間の潤
滑性の大幅な向上が可能なカムシャフトおよびその製造
方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために、カムシャフトのカム摺動面の表面形状
やカム摺動面の加工方法について鋭意検討した結果、カ
ム摺動面の表面を平滑にしてカムフォロアとの十分な接
触面積を確保し、かつ当該カム摺動面に油だまりとなる
微細な凹部ないしは溝を設けることがカム摺動面の潤滑
性を高めるために極めて有効であることを見出すと共
に、エキシマレーザやＹＡＧレーザなどのレーザ光をカ
ム摺動面に照射することによって、当該摺動面に上記の
ような油だまりとしての微細な凹部を所望の位置、所望
の寸法に形成することができることを見出し、さらに
は、摩擦抵抗の低減効果を高めるために最適な凹部のパ
ターンを確認するに至った。
達成するために、カムシャフトのカム摺動面の表面形状
やカム摺動面の加工方法について鋭意検討した結果、カ
ム摺動面の表面を平滑にしてカムフォロアとの十分な接
触面積を確保し、かつ当該カム摺動面に油だまりとなる
微細な凹部ないしは溝を設けることがカム摺動面の潤滑
性を高めるために極めて有効であることを見出すと共
に、エキシマレーザやＹＡＧレーザなどのレーザ光をカ
ム摺動面に照射することによって、当該摺動面に上記の
ような油だまりとしての微細な凹部を所望の位置、所望
の寸法に形成することができることを見出し、さらに
は、摩擦抵抗の低減効果を高めるために最適な凹部のパ
ターンを確認するに至った。
【０００７】本発明に係わるカムシャフトは、上記知見
に基づくものであって、カムの摺動面に微細な凹部を形
成せしめてなる構成としたことを特徴としており、当該
カムシャフトの実施態様においては、前記凹部が深さ１
〜３０μｍ，幅５〜５０μｍ，長さが５〜３００μｍで
あって、その面積率が全摺動面の５〜４０％を占める構
成、あるいは、前記凹部が摺動方向に対して４５〜１３
５°をなす溝である構成としたことを特徴としている。
また、本発明に係わるカムシャフトの製造方法は、カ
ムの摺動面に、例えばマスク投影法を用いて、エネルギ
ー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上のエキシマレーザ，ＹＡＧレー
ザなどのレーザ光を照射することにより前記凹部を形成
する構成としたことを特徴としており、このようなカム
シャフトおよびその製造方法の構成を前述した従来の課
題を解決するための手段としている。
に基づくものであって、カムの摺動面に微細な凹部を形
成せしめてなる構成としたことを特徴としており、当該
カムシャフトの実施態様においては、前記凹部が深さ１
〜３０μｍ，幅５〜５０μｍ，長さが５〜３００μｍで
あって、その面積率が全摺動面の５〜４０％を占める構
成、あるいは、前記凹部が摺動方向に対して４５〜１３
５°をなす溝である構成としたことを特徴としている。
また、本発明に係わるカムシャフトの製造方法は、カ
ムの摺動面に、例えばマスク投影法を用いて、エネルギ
ー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上のエキシマレーザ，ＹＡＧレー
ザなどのレーザ光を照射することにより前記凹部を形成
する構成としたことを特徴としており、このようなカム
シャフトおよびその製造方法の構成を前述した従来の課
題を解決するための手段としている。
【０００８】本発明に係わるカムシャフトは、上記のよ
うに、そのカムの摺動面に微細な凹部を形成せしめたも
のであるが、その凹部が深さ１〜３０μｍ，幅５〜５０
μｍ，長さが５〜３００μｍ、面積率が全摺動面の５〜
４０％を占めるものであること、および前記凹部が摺動
方向に対して４５〜１３５°をなす溝であることが摩擦
抵抗の低減効果をより顕著なものとするために望まし
い。
うに、そのカムの摺動面に微細な凹部を形成せしめたも
のであるが、その凹部が深さ１〜３０μｍ，幅５〜５０
μｍ，長さが５〜３００μｍ、面積率が全摺動面の５〜
４０％を占めるものであること、および前記凹部が摺動
方向に対して４５〜１３５°をなす溝であることが摩擦
抵抗の低減効果をより顕著なものとするために望まし
い。
【０００９】その理由は次のとおりである。
【００１０】すなわち、その深さが１μｍ未満の場合に
は油だまりとしての機能が十分には発揮されないことに
よる。 逆に３０μｍを超えた場合には、油だまりとし
ての効果がうすれ、また加工時間が増し経済性がそこな
われることによる。
は油だまりとしての機能が十分には発揮されないことに
よる。 逆に３０μｍを超えた場合には、油だまりとし
ての効果がうすれ、また加工時間が増し経済性がそこな
われることによる。
【００１１】凹部の幅が５μｍ未満の場合にも、油だま
りとしての機能が低下し、理想的な潤滑性が得られず、
幅５０μｍ，長さ３００μｍを超えた場合には、凹部の
面積率が所定範囲にあったとしても局部的には凹凸が生
じることになり、摩擦の低減効果が十分に得られなくな
ることによる。
りとしての機能が低下し、理想的な潤滑性が得られず、
幅５０μｍ，長さ３００μｍを超えた場合には、凹部の
面積率が所定範囲にあったとしても局部的には凹凸が生
じることになり、摩擦の低減効果が十分に得られなくな
ることによる。
【００１２】さらに、全摺動面に対する凹部の面積率が
５％未満の場合にも、油だまりとしての蓄油量が少なく
なって理想的な潤滑性が得られず、面積率が４０％を超
えた場合には、バルブリフタ，ロッカアームなどのカム
フォロアとの十分な接触面積を得るに足る平滑面が得ら
れなくなることによる。
５％未満の場合にも、油だまりとしての蓄油量が少なく
なって理想的な潤滑性が得られず、面積率が４０％を超
えた場合には、バルブリフタ，ロッカアームなどのカム
フォロアとの十分な接触面積を得るに足る平滑面が得ら
れなくなることによる。
【００１３】また、前記凹部が摺動方向に対して４５〜
１３５°をなす溝であることがより望ましいのは、この
ようなカムシャフトとフォロアの摺動においては、線接
触の混合潤滑状態となり、側方流れが少ないので溝を摺
動方向に平行に配置するよりも直角に配置したほうが摩
擦係数が小さくなることによる。
１３５°をなす溝であることがより望ましいのは、この
ようなカムシャフトとフォロアの摺動においては、線接
触の混合潤滑状態となり、側方流れが少ないので溝を摺
動方向に平行に配置するよりも直角に配置したほうが摩
擦係数が小さくなることによる。
【００１４】そして、本発明に係わるカムシャフトを製
造するに際しては、エネルギー密度が高く、微小スポッ
トとして集光できるレーザ加工がこのような微小凹部の
加工に適しており、エネルギー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上の
エキシマレーザ，ＹＡＧレーザなどのレーザ光を照射す
ることにより前記凹部を形成することができる。 な
お、レーザ光のエネルギー密度を１Ｊ／ｃｍ2 以上とし
たのは、エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ2 未満の場合に
は、カム摺動面の表面が溶融するだけで所望の凹部が形
成されるには至らないことによる。
造するに際しては、エネルギー密度が高く、微小スポッ
トとして集光できるレーザ加工がこのような微小凹部の
加工に適しており、エネルギー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上の
エキシマレーザ，ＹＡＧレーザなどのレーザ光を照射す
ることにより前記凹部を形成することができる。 な
お、レーザ光のエネルギー密度を１Ｊ／ｃｍ2 以上とし
たのは、エネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ2 未満の場合に
は、カム摺動面の表面が溶融するだけで所望の凹部が形
成されるには至らないことによる。
【００１５】
【発明の作用】本発明に係わるカムシャフトは、カムの
摺動面に微細な凹部を備えたものであるから、当該凹部
が油だまりとして機能し、摺動面を境界潤滑状態に保つ
ので、フォロアとの間の摺動摩擦が大幅に低減すること
になる。 また、本発明に係わるカムシャフトの製造方
法は、カム摺動面にエネルギー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上の
レーザ光を照射するものであるから、当該カム摺動面に
油だまりとしての上記凹部を形成するに適したものとな
っている。
摺動面に微細な凹部を備えたものであるから、当該凹部
が油だまりとして機能し、摺動面を境界潤滑状態に保つ
ので、フォロアとの間の摺動摩擦が大幅に低減すること
になる。 また、本発明に係わるカムシャフトの製造方
法は、カム摺動面にエネルギー密度１Ｊ／ｃｍ2 以上の
レーザ光を照射するものであるから、当該カム摺動面に
油だまりとしての上記凹部を形成するに適したものとな
っている。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
明する。
【００１７】図１は、本発明に係わるカムシャフトを製
造するためのレーザ加工装置の一例を示すものであっ
て、図に示すレーザ加工装置１は、レーザ発振器２と、
シャフト３ａの所定箇所にカム３ｂを備えたカムシャフ
ト３を回転可能、上下および軸方向に移動可能に支持す
る加工テーブル４を主体に構成され、当該加工テーブル
４は、基盤４ａ上に配設され、図中左右方向（Ｘ軸方
向）、すなわち前記カムシャフト３の軸方向に移動する
Ｘ軸ステージ５と、該Ｘ軸ステージ５に配設され、上下
方向（Ｚ軸方向）に移動するＺ軸ステージ６と、該Ｚ軸
ステージ６に取付けられ、カムシャフト３を装着して軸
回りに回転させる回転ステージ７からなるものである。
造するためのレーザ加工装置の一例を示すものであっ
て、図に示すレーザ加工装置１は、レーザ発振器２と、
シャフト３ａの所定箇所にカム３ｂを備えたカムシャフ
ト３を回転可能、上下および軸方向に移動可能に支持す
る加工テーブル４を主体に構成され、当該加工テーブル
４は、基盤４ａ上に配設され、図中左右方向（Ｘ軸方
向）、すなわち前記カムシャフト３の軸方向に移動する
Ｘ軸ステージ５と、該Ｘ軸ステージ５に配設され、上下
方向（Ｚ軸方向）に移動するＺ軸ステージ６と、該Ｚ軸
ステージ６に取付けられ、カムシャフト３を装着して軸
回りに回転させる回転ステージ７からなるものである。
【００１８】前記レーザ発振器２から発せられたレーザ
光８は、第１ミラー９および第２ミラー１０により反射
され、マスク１１を通って第３ミラー１２に反射された
後、プロジェクションレンズ１３によってカム３ｂの摺
動面に集光され、前記マスク１１のパターンが当該摺動
面上に結像されるようになっており、所定エネルギー密
度のレーザ光を所定のショット数照射したのち、加工テ
ーブル４の回転ステージ７およびＸ軸ステージ５を作動
させることによってカムシャフト３を回転方向および軸
方向に移動させ、レーザ照射を繰り返すことによって、
カム３ｂの摺動面に所定の凹部パターンが形成される。
なお、このときマスク１１のパターンが常に正確にカ
ム３ｂの摺動面上に結像されるように、センサ１４から
の信号を参照して前記Ｚ軸ステージ６を上下動させ、前
記カム３ｂの摺動面の高さを一定に保持するようにして
いる。
光８は、第１ミラー９および第２ミラー１０により反射
され、マスク１１を通って第３ミラー１２に反射された
後、プロジェクションレンズ１３によってカム３ｂの摺
動面に集光され、前記マスク１１のパターンが当該摺動
面上に結像されるようになっており、所定エネルギー密
度のレーザ光を所定のショット数照射したのち、加工テ
ーブル４の回転ステージ７およびＸ軸ステージ５を作動
させることによってカムシャフト３を回転方向および軸
方向に移動させ、レーザ照射を繰り返すことによって、
カム３ｂの摺動面に所定の凹部パターンが形成される。
なお、このときマスク１１のパターンが常に正確にカ
ム３ｂの摺動面上に結像されるように、センサ１４から
の信号を参照して前記Ｚ軸ステージ６を上下動させ、前
記カム３ｂの摺動面の高さを一定に保持するようにして
いる。
【００１９】カムシャフト３の実際の製造に先立ち、当
該カムシャフト３の素材と同一のチル鋳鉄からなるカム
を想定した円筒形カム試験片Ｔ（図２参照）を用いて、
数種の凹部パターンについて、その潤滑性を調査した。
該カムシャフト３の素材と同一のチル鋳鉄からなるカム
を想定した円筒形カム試験片Ｔ（図２参照）を用いて、
数種の凹部パターンについて、その潤滑性を調査した。
【００２０】まず、前記チル鋳鉄からなる円筒形カム試
験片Ｔの円筒外周面Ｔｐを所定の平滑面に仕上げ研削し
たのち、図１に示したレーザ加工装置１を用いて、当該
円筒形カム試験片Ｔの円筒外周面Ｔｐにエネルギー密度
３５Ｊ／ｃｍ2 のＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ）を周波数１００Ｈｚで１０ショット照射し、３個の
カム試験片Ｔ1 ないしＴ3 の各外周面上にそれぞれ図３
ないし図５に示すパターンの凹部を形成した。
験片Ｔの円筒外周面Ｔｐを所定の平滑面に仕上げ研削し
たのち、図１に示したレーザ加工装置１を用いて、当該
円筒形カム試験片Ｔの円筒外周面Ｔｐにエネルギー密度
３５Ｊ／ｃｍ2 のＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎ
ｍ）を周波数１００Ｈｚで１０ショット照射し、３個の
カム試験片Ｔ1 ないしＴ3 の各外周面上にそれぞれ図３
ないし図５に示すパターンの凹部を形成した。
【００２１】すなわち、図３に示す凹部パターンは、第
１のカム試験片Ｔ1 に形成したパターンを示すものであ
って、断続距離ｄ＝８０μｍをおいて、深さ４μｍ，幅
ｗ＝３０μｍ，長さｌ＝１５０μｍの断続した溝Ｇが間
隔ｓ＝１２０μｍを隔てて、当該カム試験片Ｔ1 の円周
方向、つまりカムとフォロアとの摺動方向Ｄと直角をな
す方向に並んだ形状を有し、隣接する断続溝列の断続部
と各溝Ｇの中央部が互い違いに位置するようにして溝Ｇ
が平滑面上に均一に分布するようにしてある。なお、当
該溝Ｇの全摺動面に対する面積率は約１６％となってい
る。
１のカム試験片Ｔ1 に形成したパターンを示すものであ
って、断続距離ｄ＝８０μｍをおいて、深さ４μｍ，幅
ｗ＝３０μｍ，長さｌ＝１５０μｍの断続した溝Ｇが間
隔ｓ＝１２０μｍを隔てて、当該カム試験片Ｔ1 の円周
方向、つまりカムとフォロアとの摺動方向Ｄと直角をな
す方向に並んだ形状を有し、隣接する断続溝列の断続部
と各溝Ｇの中央部が互い違いに位置するようにして溝Ｇ
が平滑面上に均一に分布するようにしてある。なお、当
該溝Ｇの全摺動面に対する面積率は約１６％となってい
る。
【００２２】図４は、第２のカム試験片Ｔ2 に形成した
凹部パターンを示すものであって、図３に示したパター
ンを９０°回転させることによって、溝Ｇが摺動方向Ｄ
に平行となるようにしたものである。
凹部パターンを示すものであって、図３に示したパター
ンを９０°回転させることによって、溝Ｇが摺動方向Ｄ
に平行となるようにしたものである。
【００２３】また、図５に示す凹部パターンは、第３の
カム試験片Ｔ3 に形成したものであって、図３および図
４に示した溝Ｇと同じく深さ４μｍ，幅ｗ＝３０μｍ，
長さｌ＝１５０μｍの溝Ｇを摺動方向Ｄに対して４５°
と１３５°をなす方向に交互に配列したものであり、こ
の溝Ｇの全摺動面に占める面積率は約１２％となってい
る。
カム試験片Ｔ3 に形成したものであって、図３および図
４に示した溝Ｇと同じく深さ４μｍ，幅ｗ＝３０μｍ，
長さｌ＝１５０μｍの溝Ｇを摺動方向Ｄに対して４５°
と１３５°をなす方向に交互に配列したものであり、こ
の溝Ｇの全摺動面に占める面積率は約１２％となってい
る。
【００２４】図６は、前記円筒形カム試験片Ｔのカムと
しての潤滑性を測定するための摺動特性試験機の構成を
示す概略説明図であって、図に示す摺動特性試験機２０
は、カム試験片Ｔを取付ける回転軸２１と、モータ２２
と、該モータ２２と前記回転軸２１との間を連結するト
ルク検出器２３を備え、前記回転軸２１に取付けられて
回転する円筒形カム試験片Ｔに、カムフォロアと同一素
材から形成されるとともにホルダ２４に保持されたフォ
ロア模擬部材２５をスプリング２６によって所定の押圧
力で押し付け、前記トルク検出器２３によりカム試験片
Ｔとフォロア模擬部材２５との間に発生する摩擦トルク
を計測するものである。 なお、前記カム試験片Ｔとフ
ォロア模擬部材２５との間には潤滑油が常時補給される
ようになっている。
しての潤滑性を測定するための摺動特性試験機の構成を
示す概略説明図であって、図に示す摺動特性試験機２０
は、カム試験片Ｔを取付ける回転軸２１と、モータ２２
と、該モータ２２と前記回転軸２１との間を連結するト
ルク検出器２３を備え、前記回転軸２１に取付けられて
回転する円筒形カム試験片Ｔに、カムフォロアと同一素
材から形成されるとともにホルダ２４に保持されたフォ
ロア模擬部材２５をスプリング２６によって所定の押圧
力で押し付け、前記トルク検出器２３によりカム試験片
Ｔとフォロア模擬部材２５との間に発生する摩擦トルク
を計測するものである。 なお、前記カム試験片Ｔとフ
ォロア模擬部材２５との間には潤滑油が常時補給される
ようになっている。
【００２５】図７は、前記摺動特性試験機２０による各
カム試験片Ｔ1 ないしＴ3 の摩擦係数の測定結果を、円
筒形カム試験片Ｔの円筒外周面Ｔｐに砥石研削を施した
比較試験片Ｔ4 による測定結果と共に示したものであ
り、レーザ加工により、摺動面に図３ないし図５に示し
た凹部パターンを形成したカム試験片Ｔ1 ないしＴ3 で
は、砥石研削による比較試験片Ｔ4 に較べて、フォロア
模擬部材２５との間の摩擦係数が低減しており、とくに
摺動方向Ｄに直交する溝Ｇを備えた試験片Ｔ1 （図３の
パターン）、および摺動方向Ｄに対して４５°および１
３５°に傾斜する溝Ｇを備えた試験片Ｔ3 （図５のパタ
ーン）の摩擦係数が大幅に減少しており、凹部パターン
は摺動方向Ｄに対して４５〜１３５°の範囲の傾斜角度
をなす溝であることが、摩擦低減により好ましいことが
確認された。
カム試験片Ｔ1 ないしＴ3 の摩擦係数の測定結果を、円
筒形カム試験片Ｔの円筒外周面Ｔｐに砥石研削を施した
比較試験片Ｔ4 による測定結果と共に示したものであ
り、レーザ加工により、摺動面に図３ないし図５に示し
た凹部パターンを形成したカム試験片Ｔ1 ないしＴ3 で
は、砥石研削による比較試験片Ｔ4 に較べて、フォロア
模擬部材２５との間の摩擦係数が低減しており、とくに
摺動方向Ｄに直交する溝Ｇを備えた試験片Ｔ1 （図３の
パターン）、および摺動方向Ｄに対して４５°および１
３５°に傾斜する溝Ｇを備えた試験片Ｔ3 （図５のパタ
ーン）の摩擦係数が大幅に減少しており、凹部パターン
は摺動方向Ｄに対して４５〜１３５°の範囲の傾斜角度
をなす溝であることが、摩擦低減により好ましいことが
確認された。
【００２６】次に、チル鋳鉄からなる実際のカムシャフ
ト３のカム３ｂの摺動面に仕上げ研削を施すことによっ
て所定の平滑度としたのち、図１に示したレーザ加工装
置１の加工テーブル４に当該カムシャフト３を装着し、
前記摺動面にエネルギー密度３５Ｊ／ｃｍ2 のＫｒＦエ
キシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を周波数１００Ｈｚで
１０ショット照射することによって、カムシャフト３の
すべてのカム摺動面に、図３に示したものと同様の深さ
４μｍ，幅ｗ＝３０μｍ，長さｌ＝１５０μｍ，面積率
１６％の直交溝パターンを形成した。
ト３のカム３ｂの摺動面に仕上げ研削を施すことによっ
て所定の平滑度としたのち、図１に示したレーザ加工装
置１の加工テーブル４に当該カムシャフト３を装着し、
前記摺動面にエネルギー密度３５Ｊ／ｃｍ2 のＫｒＦエ
キシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を周波数１００Ｈｚで
１０ショット照射することによって、カムシャフト３の
すべてのカム摺動面に、図３に示したものと同様の深さ
４μｍ，幅ｗ＝３０μｍ，長さｌ＝１５０μｍ，面積率
１６％の直交溝パターンを形成した。
【００２７】そして、当該カムシャフト３を実際のガソ
リンエンジンに組み込んで実際に作動させたときに、当
該カムシャフト３にかかる軸トルクをトルクメータによ
って測定した。
リンエンジンに組み込んで実際に作動させたときに、当
該カムシャフト３にかかる軸トルクをトルクメータによ
って測定した。
【００２８】図８は、その測定結果を砥石研削加工によ
って製造した従来のカムシャフトを用いた場合の測定結
果と共に示しており、レーザ加工によって所定形状およ
び面積率の凹部をカム３ｂの摺動面に形成した本発明カ
ムシャフト３を用いた場合には、図中に白ぬき丸で示す
砥石研削による従来タイプのカムシャフトを用いた場合
にくらべて軸トルクが小さく、カムフォロアとの摩擦抵
抗が大幅に低減していることが確認された。
って製造した従来のカムシャフトを用いた場合の測定結
果と共に示しており、レーザ加工によって所定形状およ
び面積率の凹部をカム３ｂの摺動面に形成した本発明カ
ムシャフト３を用いた場合には、図中に白ぬき丸で示す
砥石研削による従来タイプのカムシャフトを用いた場合
にくらべて軸トルクが小さく、カムフォロアとの摩擦抵
抗が大幅に低減していることが確認された。
【００２９】なお、図９および図１０は、レーザ加工に
よる本発明カムシャフト３と砥石研削加工による従来の
カムシャフトのカム摺動面の表面形状を測定した結果を
それぞれ示すものであって、図９に示した本発明カムシ
ャフト３のカム摺動面には、摩擦低減に有効な平滑面と
油だまりとして機能する溝が所定の比率で均一に分布し
ているのに対して、図１０に示した従来のカムシャフト
のカム摺動面には、不定形な研削条痕が不規則に分布し
ているに過ぎなく、カムフォロアとの十分な接触面積を
得るための平滑面がほとんど存在していないことが確認
された。
よる本発明カムシャフト３と砥石研削加工による従来の
カムシャフトのカム摺動面の表面形状を測定した結果を
それぞれ示すものであって、図９に示した本発明カムシ
ャフト３のカム摺動面には、摩擦低減に有効な平滑面と
油だまりとして機能する溝が所定の比率で均一に分布し
ているのに対して、図１０に示した従来のカムシャフト
のカム摺動面には、不定形な研削条痕が不規則に分布し
ているに過ぎなく、カムフォロアとの十分な接触面積を
得るための平滑面がほとんど存在していないことが確認
された。
【００３０】なお、上記実施例においては、カムの摺動
面に断続した溝Ｇを形成した例を示したが、凹部形状と
しては上記のような溝のみに限定されるわけではなく、
丸形や方形の凹部でもよい。
面に断続した溝Ｇを形成した例を示したが、凹部形状と
しては上記のような溝のみに限定されるわけではなく、
丸形や方形の凹部でもよい。
【００３１】また、レーザ加工に用いるレーザの種類に
ついても特に限定されず、上記実施例のエキシマレーザ
のほか、ＹＡＧレーザでもよい。
ついても特に限定されず、上記実施例のエキシマレーザ
のほか、ＹＡＧレーザでもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わるカ
ムシャフトは、上記構成、すなわちカムの摺動面に微細
な凹部を形成してなる構成としたものであるから、前記
凹部が油だまりとして機能し、フォロアとの間の摺動摩
擦の大幅な低減が可能であって、エンジン性能の大幅な
向上が期待できる。 また、本発明に係わるカムシャフ
トの製造方法は、カム摺動面に所定エネルギー密度のレ
ーザ光を照射する構成としたものであるから、カムシャ
フトのカム摺動面に微細な凹部を容易かつ正確に形成す
ることができ、本発明に係わるカムシャフトを高能率に
製造することができるという優れた効果をもたらすもの
である。
ムシャフトは、上記構成、すなわちカムの摺動面に微細
な凹部を形成してなる構成としたものであるから、前記
凹部が油だまりとして機能し、フォロアとの間の摺動摩
擦の大幅な低減が可能であって、エンジン性能の大幅な
向上が期待できる。 また、本発明に係わるカムシャフ
トの製造方法は、カム摺動面に所定エネルギー密度のレ
ーザ光を照射する構成としたものであるから、カムシャ
フトのカム摺動面に微細な凹部を容易かつ正確に形成す
ることができ、本発明に係わるカムシャフトを高能率に
製造することができるという優れた効果をもたらすもの
である。
【図１】本発明に係わるカムシャフトの製造に用いるレ
ーザ加工装置の構成例を示す概略説明図である。
ーザ加工装置の構成例を示す概略説明図である。
【図２】カム摺動面の摩擦係数を測定するための円筒型
カム試験片の形状を示す斜視説明図である。
カム試験片の形状を示す斜視説明図である。
【図３】本発明に係わるカムシャフトのカム摺動面に形
成する凹部パターンの一例として直交溝パターンを示す
説明図である。
成する凹部パターンの一例として直交溝パターンを示す
説明図である。
【図４】本発明に係わるカムシャフトのカム摺動面に形
成する凹部パターンの一例として平行溝パターンを示す
説明図である。
成する凹部パターンの一例として平行溝パターンを示す
説明図である。
【図５】本発明に係わるカムシャフトのカム摺動面に形
成する凹部パターンの一例として傾斜溝パターンを示す
説明図である。
成する凹部パターンの一例として傾斜溝パターンを示す
説明図である。
【図６】図２に示した円筒形カム試験片の摩擦係数を測
定するための摺動特性試験機の構成を示す概略説明図で
ある。
定するための摺動特性試験機の構成を示す概略説明図で
ある。
【図７】カムシャフトのカム摺動面に形成した凹部パタ
ーンの摩擦係数におよぼす影響を示すグラフである。
ーンの摩擦係数におよぼす影響を示すグラフである。
【図８】図３に示した直交溝パターンをカムシャフトの
カム摺動面に形成した本発明カムシャフトと砥石研削加
工により製造した従来のカムシャフトをエンジンに組み
込んだ場合にそれぞれのカムシャフトにかかる軸トルク
を比較して示すグラフである。
カム摺動面に形成した本発明カムシャフトと砥石研削加
工により製造した従来のカムシャフトをエンジンに組み
込んだ場合にそれぞれのカムシャフトにかかる軸トルク
を比較して示すグラフである。
【図９】図３に示した直交溝パターンを形成した本発明
カムシャフトのカム摺動面の表面形状を示すグラフであ
る。
カムシャフトのカム摺動面の表面形状を示すグラフであ
る。
【図１０】砥石研削加工による従来のカムシャフトのカ
ム摺動面の表面形状を示すグラフである。
ム摺動面の表面形状を示すグラフである。
３ カムシャフト ３ｂ カム ８ レーザ光 １１ マスク Ｇ 凹部（溝）
Claims (7)
- 【請求項１】 カムの摺動面に微細な凹部を形成せしめ
てなることを特徴とするカムシャフト。 - 【請求項２】 前記凹部が深さ１〜３０μｍ，幅５〜５
０μｍ，長さが５〜３００μｍであって、その面積率が
全摺動面の５〜４０％を占めることを特徴とする請求項
１記載のカムシャフト。 - 【請求項３】 前記凹部が摺動方向に対して４５〜１３
５°をなす溝であることを特徴とする請求項２記載のカ
ムシャフト。 - 【請求項４】 カムの摺動面に、エネルギー密度１Ｊ／
ｃｍ2 以上のレーザ光を照射することにより前記凹部を
形成することを特徴とする請求項１，請求項２または請
求項３記載のカムシャフトの製造方法。 - 【請求項５】 マスク投影法により前記凹部を形成する
ことを特徴とする請求項４記載のカムシャフトの製造方
法。 - 【請求項６】 エキシマレーザを用いることを特徴とす
る請求項４または請求項５記載のカムシャフトの製造方
法。 - 【請求項７】 ＹＡＧレーザを用いることを特徴とする
請求項４または請求項５記載のカムシャフトの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5278599A JPH07133704A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | カムシャフトおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5278599A JPH07133704A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | カムシャフトおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07133704A true JPH07133704A (ja) | 1995-05-23 |
Family
ID=17599517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5278599A Pending JPH07133704A (ja) | 1993-11-08 | 1993-11-08 | カムシャフトおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07133704A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007225105A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-09-06 | Nissan Motor Co Ltd | 低摩擦摺動部材、その製造装置並びに製造方法 |
| WO2009060569A1 (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-14 | Panasonic Corporation | ローラ加工方法、およびローラ加工装置 |
| JP2011502795A (ja) * | 2007-11-16 | 2011-01-27 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | レーザアブレーションされたシームレスロールツール |
| CN103071931A (zh) * | 2013-01-14 | 2013-05-01 | 温州大学 | 一种飞秒激光对凸轮表面微造型的方法 |
| JP2013124571A (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 摺動面の加工方法及びカムシャフト |
| JP2013123765A (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 複合加工機 |
| JP2016036852A (ja) * | 2014-08-05 | 2016-03-22 | 株式会社不二Ｗｐｃ | 微小ディンプル形成方法及び該形成方法により形成された微小ディンプルを備えた部材 |
| JP2016052716A (ja) * | 2010-09-08 | 2016-04-14 | サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ | ボア切削工具およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-11-08 JP JP5278599A patent/JPH07133704A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US8202004B2 (en) | 2006-01-24 | 2012-06-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Low-friction slide member, production apparatus therefor and process for producing the same |
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| JP2009131896A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-06-18 | Panasonic Corp | ローラ加工方法、およびローラ加工装置 |
| JP4667495B2 (ja) * | 2007-11-05 | 2011-04-13 | パナソニック株式会社 | ローラ加工方法、およびローラ加工装置 |
| KR101101469B1 (ko) * | 2007-11-05 | 2012-01-03 | 파나소닉 주식회사 | 롤러가공방법 |
| JP2011502795A (ja) * | 2007-11-16 | 2011-01-27 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | レーザアブレーションされたシームレスロールツール |
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