JPH0726911A

JPH0726911A - カムシャフト

Info

Publication number: JPH0726911A
Application number: JP6091921A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Murabe; 馨村部; Akira Yamakawa; 晃山川; Kenji Matsunuma; 健二松沼
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-05-13
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-01-27
Also published as: DE69400146D1; EP0624716B1; EP0624716A1

Abstract

(57)【要約】【目的】摺動による摩擦損失を低減することによって
動力損失を低減できるカムシャフトを提供すること。【構成】セラミックス製カムピース２を備えた金属製
カムシャフト８、カムフォロア４及びカムジャーナル９
を備え、このカムピースの表面粗さが０．１μｍＲａ以
下であり、かつ、ビッカース硬さが１０００ｋｇｆ／ｍ
ｍ²以上であるカムシャフトである。更にカムピース２
の材料であるセラミックスの物性値が、縦弾性係数２５
０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であり、かつ、ビッカース硬
さが１０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関などの動弁機構
において使用されるカムシャフトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年自動車工業分野においては、省資源
および地球環境保護の観点から、自動車走行燃費の低減
が急務となっている。この対策として車体重量の軽量化
や希薄燃焼化などエンジンの熱効率の向上と並んで、エ
ンジンなどの機械的損失の低減が課題となっている。エ
ンジンの機械的損失のうち動弁系における損失低減対策
としては、主として慣性重量低減を目的とした部品の軽
量化および、摺動により生じる摩擦トルクの低減が検討
されている。図１はエンジン動弁系機構を示したもので
あるが、この中でもエンジン性能面から、弁運動特性に
優れるＯＨＣ（オーバーヘッドカム）方式が主流となっ
ている。図２はＯＨＣ方式のうち直接駆動式動弁機構の
一例を示す縦断面図である。図２において、１はエンジ
ンのシリンダヘッド、２はカム、３はバルブリフタ、４
はカムフォロア、５は吸排気弁、６はバルブシート、７
は弁バネである。図２において示されているものにおい
ては、カム２によってバルブリフタを駆動しカム２の変
位を吸排気弁５に伝えるようにされている。

【０００３】図２から明らかなようにカムおよびカムフ
ォロアは互いに相対する摺動面を有する部品であるが、
両者間は接触面圧が非常に高く、加えて特にアイドリン
グ時などエンジンが低回転域での運転条件で潤滑油膜が
十分形成されない条件で摺動されるため、動弁系が作動
することによって発生する摩擦損失のエンジンの全摩擦
損失に対する割合は無視し得ない。また、このように十
分な潤滑状態でないことから、摩耗、スカッフィング、
ピッチングなどカム部の損傷の発生が大きな問題となっ
ている。近年、自動車エンジンは吸排気効率の向上を目
的として、マルチバルブ化および可変バルブタイミング
機構の採用が行われているが、バネ荷重の増加、並びに
シリンダ内の狭いスペースにこれらの機構を収納するた
めにカム幅を十分に確保できず、カム−カムフォロア間
の接触応力が上昇する。このため、摺動面間に形成され
る油膜厚さが減少し、摩擦トルクおよびカムの損傷の点
で問題となっている。この問題に対して、例えば「トラ
イボロジスト」第３１巻第１１号（１９９１）頁８５５
〜８５９にあるようにカムフォロアを軸を中心にして自
由に回転可能なローラー型にて、摺動状態を転がり摩擦
主体にすることにより摩擦および摩耗を低減できること
が示されている。また特開昭５９−３４４０９号の第１
頁右欄１３行〜第２頁左上欄１行に記載されているよう
にカムを高強度、軽量材料であるセラミックス材料を用
いることによって慣性重量の低減、および耐摩耗性の付
与を試みている例がある。しかし一方は機構の複雑化に
伴うコストの上昇が懸念され、他方ではセラミックス部
材が相手金属製部材との機械的なじみが十分に取れない
ために、セラミックス部材による相手金属製部材に対す
るアブレージョンが高まるため、相手部材の摩耗が激し
くなり損傷を来す問題があった。

【０００４】この問題に対し特開平５−３４０２１２に
はその第２頁に記載のようにアジャスティングシムをセ
ラミックス化し、母材と組成が異なり、かつ低硬度のセ
ラミックス表面層を設けることにより、摺動初期での表
面層の摩耗による馴染み効果により、カム軸駆動電力が
低減されることが開示されている。アジャスティングシ
ムはカムに対してオフセットして備えられるため、回転
可能となっている。そのためアジャスティングシムの摺
動面に対して一部分が選択的に摩耗することは少ない。
一方カムはノーズ部において最大負荷がかかり、選択的
に損傷されやすい。このためアジャスティングシムと比
較すると、ノーズ部における表面粗さが使用中に劣化す
る懸念がある。また、カムシャフトのジャーナル部９
は、図３に示すようにカムシャフト８を回転可能に支持
する軸受を形成している。このため、該ジャーナル部９
は、カム−カムフォロア間の摺動ほど過酷ではないもの
のヘルツ弾性接触下におかれるため、一般的に言っても
高接触応力下の摺動であり、加えて滑り軸受であるため
苛酷な摺動部を形成しているものと考えられる。しか
し、カムシャフトのジャーナル部の摩擦・摩耗の低減に
ついてはこれまで十分検討されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は摺動による摩
擦損失を低減し、大幅な動力損失の低減を可能とし、更
に摺動によるカムおよびフォロアの損傷を防止する。以
上述べた従来の課題を解決しうるカムシャフトを提供し
ようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成は、特許請求の範囲に記載のとおりのカ
ムシャフトである。その要点を述べると、本発明のカム
シャフトはカムピースがセラミックスからなり、好まし
くはカムフォロアおよびジャーナルピースもセラミック
スからなる。これらセラミックス部材が金属基材料から
なる軸に備えられ、摺動面の表面粗さを０．１μｍＲａ
以下とすることを特徴とする。また、好ましくはセラミ
ックス材料として縦弾性率２５０００ｋｇｆ／ｍｍ²以
上、ビッカース硬さ１０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の材料
を用いることを特徴とする。

【０００７】すなわち本願発明カムシャフトは相手部材
と摺動するカムピース及びジャーナルピースを構成する
材料としては上記範囲のものであればモノリシックセラ
ミックス焼結体でもよく、又繊維、ウィスカー、ナノ粒
子などで強化されたセラミックス系材料でもよい。モノ
リシックセラミックス焼結体にはアルミナ、ジルコニ
ア、ムライト、スピネル等の酸化物、窒化ケイ素、窒化
アルミニウム、窒化チタンなどの窒化物、炭化ケイ素や
炭化チタンなどの炭化物、窒化ホウ素や炭化ホウ素等の
ホウ化物、ケイ化チタン等のケイ化物などがある。複合
材料としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊
維、チラノ繊維などで強化されたアルミナ、窒化ケイ素
又は結晶化ガラスなどの長繊維強化複合材料、炭化ケイ
素ウィスカー等で強化したアルミナまたは窒化ケイ素な
どのウィスカー強化複合材料、窒化チタンや炭化ケイ素
のミクロンあるいはナノ粒子などで強化された窒化ケイ
素又はアルミナなどの粒子分散強化複合材料を挙げるこ
とができる。

【０００８】

【作用】本願発明カムシャフトを用いた場合、カム軸駆
動トルク、即ちカム−カムフォロア間および軸受部での
摩擦損失が大幅に低減し内燃機関の動力損失を低減する
ことが可能であり、また同時にカムの摺動による自身お
よびフォロアに対する損傷、即ちカムおよびフォロアの
スカッフィング摩耗などが顕著に改善することが可能で
あるとの知見に至ったものである。自動車エンジンなど
の内燃機関の動弁系機構においては、通常潤滑油による
潤滑下におかれることから、理想としては潤滑油膜の形
成により摺動面間の固体接触が生じない流体潤滑状態で
の使用が望まれる。本願発明者らは鋼と鋳鉄の組合せに
対して相対する摺動面の表面粗さの２乗平均である合成
面粗度と、摺動条件により決定される最小油膜厚さとの
比である膜厚比と摩擦係数の間に図４に示す関係を見出
した。なお、膜厚比は以下の式で計算される。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここで最小油膜厚さは図５のローラーチッ
プ型の摩擦試験でのローラー１１の径をＲ、速度パラメ
ータをＵ、材料パラメータをＧ、荷重パラメータをＷと
すると、最小油膜厚さ＝２．６５×Ｒ×Ｕ^0.7×Ｇ^0.54
／Ｗ^0.13で与えられるものであり、合成面粗度はチップ
面粗度（Ｒａ）をＲ₁、ローラー面粗度（Ｒａ）をＲ₂と
すると、合成面粗度＝（Ｒ₁ ²＋Ｒ₂ ²）^0.5で与えられる
ものである。膜厚比が１以下の領域は境界潤滑領域であ
り、３以上の領域は完全流体潤滑となり摩擦の低い状態
となる。１〜３は境界潤滑と流体潤滑の中間の状態であ
る混合潤滑流体とされる。自動車用エンジンの機械損失
に占める動弁系での損失はアイドリング状態で最も多
く、全体の２０〜２５％となる。図４においてエンジン
のアイドリング状態に相当するのは膜厚比０．１〜１程
度の境界潤滑領域である。従って摩擦損失を低減するに
は潤滑状態をより流体潤滑に近い状態、すなわち膜厚比
を大きくすることにより可能となることを見出した。

【００１１】鋳鉄カム−鋼アジャスティングシムの組合
せについて、摺動面を鏡面研磨したものについてカム軸
駆動トルクを測定したところ５％の低減効果が認められ
たが、連続運転による耐久試験を実施したところ時間の
経過に伴いカム軸駆動トルクが上昇する問題が生じた。
摺動後のカム及びカムフォロアの表面を観察したところ
特にカムノーズ部の面粗度が劣化しており、一部焼き付
きも認められた。カムノーズ部は油膜厚さが小さくなる
部分であることから、接触部の微小突起間の固体接触の
繰返しにより面粗度が劣化し、結果的に初期と比較して
膜厚比が低下しカム軸駆動トルクが増加したものと考え
られた。更に詳細に検討した結果、セラミックスカムピ
ースのビッカース硬さが１０００ｋｇｆ／ｍｍ²未満で
は、カムフォロア側からの攻撃による摩耗によってカム
ピースの特にノーズ部において面粗度が大きくなり、場
合によっては局部的な摩耗を生じカムフォロアとのクリ
アランスが変化するためより一層摺動摩擦抵抗が増大す
ることを見出した。このような状態が継続することによ
り、ついには焼き付きおよびカムのスカッフィング損傷
を引き起こす危険性が認められた。従ってビッカース硬
さは１０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の材料を利用するのが
好ましい。

【００１２】また、特に問題となるアイドリング状態を
含むエンジンの低回転領域ではカム−カムフォロア間の
接触面圧が上昇するためカムピース及びカムフォロアに
弾性変形が生じる。そのためヤング率の低い材質を使用
した場合変形量が増大するため摺動対の面粗度が増大し
た場合と同様に接触面積が増大するため、摺動摩擦抵抗
が増加する。以上の状況を鑑みて検討を行った結果、カ
ムシャフトのカムピースをセラミックスとなし、更に好
ましくはジャーナルピースをセラミックスとすることに
よりカム軸駆動トルクの低減が可能であることを見出し
た。なおジャーナルピースの面粗度は０．１μｍＲａ以
下とする。カムシャフトの摺動部分にセラミックス製部
材を使用することにより、カムシャフト自体の重量を低
減することが可能となる。このため弁バネ荷重、並びに
ジャーナル軸受部の負荷を低減することが可能となり、
摺動摩擦抵抗を低減することが可能となる。また摺動対
の一方をセラミックスとすることにより、従来の金属同
士の摺動対と比較して摩擦係数を低減することが可能と
なる。これは金属同士と比較してセラミックス−金属の
組み合わせでは一般に物質間の結合状態が異なるため、
固体摩擦時の表面の活性度か低く、相互作用による凝着
性が低いためと考えられる。

【００１３】本願発明の好ましい態様によればカムシャ
フトに備えられるセラミックスは、摺動面のビッカース
硬さが１０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上、かつ縦弾性係数が
２５０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることから、鋳鉄カ
ム−鋼カムフォロアの組合せで生じていた、材料因子に
起因する摩擦抵抗の増大を抑制することが可能となる。
又、セラミックスの有する硬さの効果により、セラミッ
クス側摺動面の表面粗さは初期の状態を保つことが可能
となり初期に設定した摩擦抵抗から劣化せず維持するこ
とが可能となる。セラミックスと金属の摺動対について
は、セラミックス摺動部材の金属摺動部材に対する攻撃
性が問題となる。特に本願発明カムシャフトは膜厚比を
制御することにより低摩擦を実現するため、アイドリン
グ状態等の膜厚比の低い状態で、特に潤滑油が劣化、減
少により本来の油膜厚さより薄くなる場合セラミックス
部材が金属製部材を攻撃することにより面粗度の増大を
起こし、その結果摺動摩擦抵抗が増加する危険性があ
る。これに対し本願発明カムシャフトではカムピース及
びジャーナルピースの面粗度を０．１μｍＲａ以下にす
ることにより、固体間の接触が存在する境界潤滑領域で
も相手部材の表面粗さを劣化させないことを見出した。

【００１４】更に好ましくはセラミックス部材の表面粗
さを０．０５μｍＲａにすることにより更に相手攻撃性
を低減することが可能となる。本願発明カムシャフトの
カムピースとカムフォロアの組み合わせについて、相対
する摺動面の表面粗さが合成面粗度で０．１μｍＲａ以
下にすることにより、従来の動弁系機構と比較して摺動
摩擦抵抗を低減することが可能となる。これは動弁系の
摩擦において最も問題となるアイドリング状態において
膜厚比を増加させることにより、摺動面での固体間接触
を低減することができ結果として優れた摩擦損失低減効
果を示したものと考えられる。更に好ましくは摺動対間
の合成面粗度を０．０５μｍ以下にすることにより更に
優れた摩擦損失低減効果を示す。これは図４に示した膜
厚比−摩擦係数の特性曲線において膜厚比を増加させる
ことに相当し、その結果流体潤滑の割合が増加するため
と考えられる。

【００１５】エンジンの高効率化に伴いシリンダヘッド
内の機構が複雑化し、その機構を限られたスペースに組
み込む必要があることから、結果としてカム幅が十分に
確保できなくなっている。このためカムの単位幅当たり
の焼付荷重が小さい鋳鉄のような金属系の材料をカムを
用いると、バネ荷重を下げる必要があり、結果としてサ
ージング発生回転数が低下するなど、エンジンの効率が
落ちることとなる。これに対して単位幅当たりの接触荷
重が２０ｋｇｆ／ｍｍで使用されるカムシャフトであれ
ば、バネ荷重も従来のとおりであるため、高回転領域ま
で使用可能なエンジンを供することが可能となる。エン
ジンの高回転領域では弁バネのサージング現象が発生す
る。これは弁バネが高回転で共振を起こし、カムフォロ
アがカムに対して高速で衝突する。このため高回転域で
の使用に対するカムシャフトの破壊、および寿命に対す
る信頼性が問題となる。従ってエンジン回転の危険領域
（通常６０００ｒｐｍ以上）まで高い信頼性を有するカ
ムを得るには、高速衝撃に強い材料を用いることが好ま
しい。そこでサージングに耐えうる材料を鋭意検討した
ところ、ＪＩＳＲ１６０１に準拠した３点曲げ強度が
１２０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の本発明のセラミックス材料
であれば、この衝撃にも耐えうることが判った。

【００１６】このような材料は結晶相の平均粒径を１０
μｍ以下に微粒化することや、平均結晶粒径がマトリッ
クス構成相の平均結晶粒径以下の第２相をマトリックス
の粒界や粒内に分散、あるいはこれらの複合により得ら
れる。好ましくはマトリックスを構成する結晶相の平均
粒径が３０μｍあたりの線密度で３５個以上である。な
お、ここでの線密度とは任意の観察面での任意の３０μ
ｍの線分が通過する結晶粒の個数である。複合化の際結
晶粒の微細化を図ることによって衝撃応力によって発生
する亀裂が単位長さだけ進展するのに必要な結晶粒数及
び粒界数が大幅に増加するため衝撃応力が緩和され、結
果として破壊に要する当初のエネルギが大きくなるもの
と考えられる。又、第２相を分散することによりクラッ
クのピン留めあるいはディフラクションを起こすことに
より、破壊に対する抵抗を高めることができるものと考
えられる。カムピースの材料として更に好ましくは１５
０ｋｇｆ／ｍｍ²以上の強度を有する材料を用いること
によりサージングに対する信頼性を更に高めることが可
能となる。この材料は結晶粒の微細化、およびナノサイ
ズの粒子による析出強化により得られるものである。こ
のため衝撃に対する抵抗が更に高まり、過回転に対する
信頼性が高まるものと考えられる。

【００１７】

【実施例】以下実施例によって本発明を具体的に説明す
る。実施例１各種セラミックス製チップと鋳鉄製ローラーの組合せで
図５に示すローラーチップ型の摩擦試験を実施した。こ
れはチップ１０、ローラー１１および試料保持具１２を
備えている。評価に用いた材料の特性を表１に示す。試
験は摺動条件及び表面粗度を変化させることにより膜厚
比をパラメータとし、そのときの摩擦係数を測定した。
膜厚比は前述通り式（１）により計算される値である。
結果は図６に示す。図中でＮo.６はチップが鋳鉄、Ｎo.
２はジルコニア、Ｎo.１はアルミナ、Ｎo.４は炭化ケイ
素ウィスカーで分散強化された窒化ケイ素、Ｎo.５は炭
化ケイ素の８０ｎｍの粒子で分散強化された窒化ケイ
素、Ｎo.３は市販の窒化ケイ素である。いずれの材料に
ついても膜厚比の増加に伴い、摩擦係数が低下する現象
が認められた。又、その際の摩擦係数は鋳鉄＞ジルコニ
ア＞アルミナ＞炭化ケイ素ウィスカー分散強化窒化ケイ
素＞炭化ケイ素ナノ粒子分散強化窒化ケイ素＞窒化ケイ
素の順になっており、これらセラミックス系の材料を使
用することにより鋳鉄に比べ摺動部で発生する摩擦抵抗
を低減できることが判った。

【００１８】

【表１】

【００１９】次に表面粗さを０．１μｍＲａとしたＣｒ
−Ｍｏ鋼のローラーに対し、表１に示した材質の表面粗
さを変化させたチップを用いてローラーチップ型摩擦試
験を行い、試験後のＣｒ−Ｍｏ鋼製ローラーの面粗度を
測定した。試験は３００ｒｐｍ、油潤滑下で５分間摺動
した。結果は表２に示す。チップ側の面粗度を０．１μ
ｍＲａ以下にすることにより、Ｃｒ−Ｍｏ鋼製ローラー
の表面粗さが試験前の０．１μｍＲａと比較して、本発
明品では同等の水準もしくはそれ以下となっていること
から、相手材に対する攻撃性を低減しうることが判っ
た。

【００２０】

【表２】

【００２１】実施例２表１に示した材質のカムピースと鋳鉄製軸を用いて図７
に示すカムシャフトを作製した。これらのカムシャフト
のカムピース及びジャーナルピースとカムフォロア及び
軸受との接触面を種々の条件で表面仕上げをし、表３〜
表５に示す合成面粗度とした。このようにして作製した
カムシャフトを図８に示す市販の２０００ｃｃ自動車用
ガソリンエンジンから流用した直接駆動式ＯＨＣ動弁機
構（シリンダヘッド）を取り付けたモータリング装置に
より、機関換算回転数毎分５００，１５００，３０００
回転で回転させてカム軸駆動トルクを測定した。従来の
鋳鉄製カムピースおよびジャーナルピースを用いたカム
シャフトについても同様の測定を行い、下記式（２）よ
り表３〜表５に示すセラミックスを用いたカムシャフト
のカム軸駆動トルク低減率を算出した。カム軸トルク低減率＝〔１−｛（各種セラミックス使用
カムシャフトのカム軸トルク）／（従来の鋳鉄製カムシ
ャフトのカム軸トルク）｝〕×１００（％）以上の結果を表３〜表５に示す。表３〜表５の結果より
明らかなように本発明カムシャフトを使用することによ
り、鋳鉄品に比べ摺動摩擦抵抗低減による大幅なカム軸
トルクの低減効果が認められた。

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】

【表５】

【００２５】また実施例中窒化ケイ素についてジャーナ
ルピースもセラミックスとしたカムシャフトを作製し、
図８に示すモータリング装置に組み込み５００ｒｐｍで
運転した時の、従来鋳鉄品に対するトルク低減率を測定
した。結果は表６に示すようにカムピースのみセラミッ
クスを用いたカムシャフトと比較してジャーナルピース
もセラミックスとすることにより更にトルク低減率が向
上した。

【００２６】

【表６】

【００２７】実施例３実施例２で使用した各種カムシャフトのうち表１のＮo.
３に示す窒化ケイ素製カムを備えたカムシャフトを実施
例２と同じモータリング装置を使用して回転数１５００
ｒｐｍで２００時間連続稼動した。試験に際し摺動面の
表面粗さを合成面粗度で０．０５μｍＲａとし、実施例
２、表４の比較例とした鋳鉄カム、摺動面の合成面粗度
０．５μｍＲａのときのカム軸駆動トルクに対する低減
率を測定した。なお測定に際しては摺動対の初期馴染み
を得る目的で慣らし運転を実施した。

【００２８】結果は図９に示すように従来鋳鉄品は時間
の経過に伴いトルク低減率が低下するが、それに対し本
願実施例においては試験時間全体に渡ってトルク低減率
に変化はほとんどなく、本発明カムシャフトによる動弁
系の摩擦損失低減効果は長時間に渡り効果のあることが
判った。すなわち本発明品では初期の良好なトルク低減
状態が長時間持続し、初期に設定した面粗度の効果を持
続させることができる。試験終了後の摺動面を観察した
ところ、従来鋳鉄品では特にカムノースの面が荒れてお
り、この荒れのため膜厚比の低下を招き、カム軸駆動ト
ルクが増加したものと考えられる。

【００２９】実施例４動弁系の弁バネのバネ係数を変化させることにより、カ
ムの最大リフト時の接触荷重を変化させ、その際の動弁
系の焼付性を検討した。試験は図８に示す装置からトル
ク計を取り除き、回転数を１０００ｒｐｍとし、接触荷
重を変化させた。使用したカムシャフトはカムピースの
みセラミックスとしたものであり、相対する摺動面の面
粗度は合成面粗度で０．０５μｍＲａとした。なお接触
荷重はバネ荷重をカム幅で除した線荷重とした。結果は
表７に示すように、本願カムシャフトを用いることによ
り鋳鉄品と比較して優れた耐焼付性を示した。

【００３０】

【表７】

【００３１】実施例５表１及び表８に示す材質を用いたカムシャフトについて
過回転試験を実施した。なお表８の窒化ケイ素焼結体の
うちＮo.３−１が表１のＮo.３としたものと同一材質で
ある（したがってＮo.３−２，Ｎo.３−３は結晶粒径が
さらに小さく高強度なものである。過回転試験は実施例
２〜４と同様のモータリング装置を使用し、回転数は３
０００ｒｐｍより５００ｒｐｍずつ上昇させた。なおそ
の際各回転数で１２０秒ずつ保持した。カムシャフトは
カムピースのみセラミックスを備え、相対する摺動面間
の面粗度を合成面粗度で０．０５μｍＲａとした。結果
は表９に示すように、従来の鋳鉄製カムシャフトは機関
回転数６５００ｒｐｍで異常振動が発生し焼付現象が見
られたのに対し、ＪＩＳＲ１６０１に準拠した３点曲
げ強度で１２０ｋｇｆ／ｍｍ²以上を有する材質につい
てはサージングによる破壊回転数が向上しており、とり
わけ１５０ｋｇｆ／ｍｍ²であるカムピースを備えたカ
ムシャフトの破壊発生回転数は９５００ｒｐｍと大きく
向上した。

【００３２】

【表８】

【００３３】

【表９】

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本願発明はエンジン
などの内燃機関の動弁系の動力損失の大幅な低減および
耐摩耗性の改善を可能とし、内燃機関の燃費、出力及び
耐久性及び危険回転域での信頼性を向上することが可能
なカムシャフトを提供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンの各動弁系機構の説明図、

【図２】直動式動弁系機構の縦断面図、

【図３】シリンダヘッド機構の斜視図、

【図４】膜厚比と摩擦係数の関係（鋳鉄−鋼）を示すグ
ラフ、

【図５】ローラーチップ型摩擦試験装置の説明図、

【図６】摩擦試験結果を示すグラフ、

【図７】カムシャフトの説明図、

【図８】モータリング試験装置概念図、

【図９】耐久試験結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１シリンダヘッド２カムピース３バルブリフタ４カムフォロア５吸排気弁６バルブシート７弁バネ８金属製カムシャフト９ジャーナルピース１０チップ１１ローラー１２試料保持具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス製カムピースを備えた金属
製カムシャフト、カムフォロアおよびカムジャーナルを
備え、このカムピースの表面粗さが０．１μｍＲａ以下
であり、かつビッカース硬さが１０００ｋｇｆ／ｍｍ²
以上であることを特徴とするカムシャフト。
【請求項２】カムピースを構成するセラミックスの物
性値が縦弾性係数２５０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上であ
り、かつビッカース硬さが１０００ｋｇｆ／ｍｍ²であ
ることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。
【請求項３】カムピース−カムフォロア間の接触面圧
が線荷重で２０ｋｇｆ／ｍｍ以上で使用されることを特
徴とする請求項１または２に記載のカムシャフト。
【請求項４】カムピースとカムフォロアの組合せにお
いて、相対する摺動面の合成面粗さが０．１μｍＲａ以
下であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに
記載のカムシャフト。
【請求項５】カムシャフトを構成するセラミックスが
ＪＩＳＲ１６０１に準拠した３点曲げ試験で、強度が
１２０ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることを特徴とする請求
項１ないし４の何れかに記載のカムシャフト。
【請求項６】請求項４に記載のセラミックスの３点曲
げ強度が１５０ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることを特徴と
する請求項１ないし５の何れかに記載のカムシャフト。
【請求項７】セラミックスが窒化ケイ素をマトリック
スとすることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに
記載のカムシャフト。
【請求項８】ジャーナルピースがセラミックスである
ことを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載のカ
ムシャフト。