JPS60234168A - 再溶融チルカムシヤフトおよびその製造方法 - Google Patents

再溶融チルカムシヤフトおよびその製造方法

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JPS60234168A
JPS60234168A JP9165484A JP9165484A JPS60234168A JP S60234168 A JPS60234168 A JP S60234168A JP 9165484 A JP9165484 A JP 9165484A JP 9165484 A JP9165484 A JP 9165484A JP S60234168 A JPS60234168 A JP S60234168A
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JP
Japan
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chill
cam
camshaft
hardened layer
sliding surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP9165484A
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English (en)
Inventor
Hideo Nonoyama
野々山 秀夫
Toshiharu Fukumizu
敏治 福泉
Akiyoshi Morita
章義 森田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H53/00Cams ; Non-rotary cams; or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
    • F16H53/02Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams
    • F16H53/025Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams characterised by their construction, e.g. assembling or manufacturing features

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

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、再溶融チルカムシャフトおよびその製造方法
に関し、経しくは、鋳鉄製カムシャフトのカム摺動面に
冶金を利用して形成されたチル硬化層と、高密度エネル
ギ照射を利用して再溶融・自己冷却により形成されたチ
ル硬化層との2層チル硬化層を有することにより、カム
摺動面の全周に渡って優れた摺動特性とすることのでき
る再溶融チルカムシャフ1−およびその製造方法にがが
る。
〔従来技術〕
従来、鋳鉄製力ムシャフI・のカム摺動面を全周に渡っ
て表面硬化処理する方法として、2つの方法が採用され
ている。
その1つの方法は、高周波焼入により鋳鉄製カムシャフ
トのカム摺動面の全周に渡って、マルテンザイトM織か
らなる表面硬化層を形成する力lLである。
この方法においては、鋳鉄製力ムシャフI−のカム摺動
面を部分的に表面焼入硬化するより全周を表面焼入硬化
することとした方が、高周波焼入コイルの成形加工が簡
単となることから、結果的にそのような表面硬化様式と
しているものである。
そして、この方法においては、表面焼入硬化されたカム
摺動面における疲労剥離摩耗に耐える特性、いわゆる、
耐ピツチング性には優れているものの、引掻摩耗に耐え
る特性、いわゆる、耐スカッフィング性における耐久性
が充分でないという欠点がある。
また、高周波焼入による高い焼入硬さを確保するために
、鋳造材質中にCr、Mo、N+等の焼入性向上元素を
多量に添加しなければならないことから鋳造不良が増加
し、その結果としてコストも高騰するという問題点があ
る。
さらに、この方法においては、鋳鉄製カムシャフト相形
材を鋳放し状態において基地組織を全てパーライト組織
と遊離セメンタイトとすることは難しく、若干のフェラ
イト組織を含む組織となることは避けられない。
このため、高周波焼入した場合において、所定の焼入硬
さを確保することが出来ないことがしばしば発生ずると
いう問題点がある。
また、この方法により製造した鋳鉄製カムシャフトは、
基地組織がパーライト組織であり、その中に遊離セメン
タイト組織を含有していることから、その後の機械加工
工程における切削性が悪くjJl] I困難となるとい
う問題を発生ずることが多く、特に、カムに油孔を穿設
することは殆ど不可能に近い。
また、高周波焼入の仕方によっては、焼割れを発生しや
すい等の問題点もある。
次に、もう1つの方法は、最近、ラッシュアジャスタ等
を設置してタペット調整を不要とした動弁機構において
、カムベース内部の摩耗対策として開発された、冶金に
よりカム摺動面の全周に渡ってデル硬化層を形成させる
方法である。
この方法においては、チル硬化層の形成を冶金の冷却に
よることとしているためチル硬化深さの制御が困難とな
り、メインオイルホールの穿孔加工でさえ困難となる場
合が多いという問題点がある。
また、使用する冶金のメンテナンス、冶金おさめ工数が
かかること等から、コスト的にも高騰するという問題点
がある。
さらに、この方法により製造した鋳鉄製カムシャフトの
カム摺動面は、チル硬化層が粗い組織状態となり、遊離
黒鉛も大きいことから、耐スカッフィング性、耐ピツチ
ング性等の摺動特性において満足すべき耐久性を確保す
ることができず、カム摺動面圧を低減したり、in的な
配慮をしたりする等といった設計的な対策が不可避であ
るという問題点がある。
〔発明の目的〕
本発明は、鋳鉄製カムシャフトのカム摺動面を冶金を用
いた鋳造成形によるチル硬化層を形成するとともに、T
IGアーク、レーザビーム、電子ビーム等の高密度エネ
ルギ照射により、再溶融・自己冷却されたセメンタイト
組織を主要な相とするチル硬化層をカム摺動面表層部の
全周に渡って形成した2貫−チル硬化j−とすることに
よって、カム摺動面の耐摩耗性5酬スカツフイング性等
の摺動特性を改善し、もって、メンテナンスフリーの動
弁4714Nにおいて、鋳鉄製力ムシャフ1のカム摺動
面の全周に渡って摺動特性に優れた再溶融チルカムシャ
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。
〔発明の構成〕
このような目的は、本発明によれば、鋳鉄製カムシャフ
トにおけるカム摺動面の一部もしくは全周に渡って冶金
を用いた鋳造成形により形成されたチル硬化層と、カム
摺動面の表Jfi部全周に渡ってT I Gアーク2 
レーザビーム、電子ビーム等の高密度エネルギ照射にて
再溶融・自己76却して形成されたセメンタイト組織を
主要な相とするチル硬化層からなる2層チル硬化層を有
することを特徴とする阿溶融デルカムシャフト、および
、鋳鉄製カムシャフトにおけるカム摺動面の一部もしく
は全周に渡って冶金を配置した状態で鋳造成形すること
によってチル硬化層を形成し、ついで、カム摺動面の表
層部を全周に渡ってTIGアーク。
レーザビーム、電子ビーム等の高密度エネルギを照射し
て加熱再溶融した後、自己冷却によってカム摺動面の全
周に渡ってセメンタイト組織を主要な相とするチル硬化
層を形成させることによって2層チル硬化層を形成させ
ることを特徴とする再溶融チルカムシャフトの製造方法
によって達成される。
〔実施例〕
以下、添付図面に基づいて、本発明の1実施例を説明す
る。
まず、重量比率で、Ci3.4%、St;2.0%。
Mn;0.65%、P、0.20%、S、0.20%。
CrHo、45%、Ni;0.15%、Mo;0.20
%、残部実質的にFeからなる鋳鉄材質を用いて、カム
シャフト鋳造鋳型においてカム摺動面のカムプロフィル
部に冶金を配置した状態で鋳造して、カムヘース円径;
φ30+n、カム摺動面幅;15曹1.長さ;360m
mの寸法を有する鋳鉄製カムシャフト粗形材を鋳造成形
後、鋳放し状態にてカムシャフトにおける加工すべき各
部を機械加工し、ついで、メインオイルホールとヘース
内部に通ずる油孔を穿孔した後、カム摺動面の黒皮面を
削除すべく、取代を1.5 *m程度として機械加工仕
−卜した。
次に、TIGアークによりカム摺動面の全周に渡って、
加熱再溶融した後、自己冷却してチル硬化層を形成させ
た。
なお、冶金によりチル硬化層を形成したカムプロフィル
部においてはその上を加熱再溶融した後、自己冷却して
チル硬化層を形成させた。
TIGアーク照射条件としては、被処理カム摺動面を環
状電気炉加熱により250°C程度まで予熱した後、直
流電流値を70〜ll0A、第1図のTIGアーク照射
状態を示す説明図におけるタングステン電極1と被処理
カム摺動面2との間隔Tを2■m、TIGアーク照射の
ためのタングステン電極1 (トーチ)走査スピードを
20 ms / secとし、カム摺動面幅に対するト
ーチl揺動幅を変えてTTGアーク照射することにより
、ロッカアーム当り面に対するカム摺動面のチル硬化層
幅の比率(硬化幅比)を変化させて加熱再溶融した後、
カムシャフト本体により自己冷却させた。
上述の条件にて再溶融・自己冷却した鋳鉄製カムシャフ
トのカム摺動面における、チル硬化層の分布状態を第2
図および第3図に示す。
これらの図において、4は再溶融・自己冷却により形成
されたチル硬化層、5は冶金冷却により形成されたチル
硬化層、6はチル硬化されていない鋳放し状態の部位を
示している。
次に、このTTGアークにより再溶融・自己冷却した鋳
鉄製カムシャフト6本と冶金を用いてカムプロフィル部
のみをチル硬化処理した鋳鉄製カムシャフト1本の計7
本をそれぞれエンジンに絹み付け、250 Orpm運
転とアイドリング運転を繰り返す中負荷でのアンプダウ
ン耐久試験を400時間実施した。
この結果をまとめて下表に示す。
この表において、「チル硬化深さ」とは第3図に示すカ
ム摺動面の中央部におけるチル硬化深さtであり、「硬
化比」とは第3図に示すロッカアームの摺動面幅aに対
するカム摺動面における再溶融・自己冷却したチル硬化
層幅すの比率、即ち、硬化幅比B = b / aで表
示される値である。
また、「摩耗量」とは上記アンプダウン耐久試験後にお
ける摩耗痕深さを示し、[スカッフィング評点」とは上
記アンプダウン耐久試験後におけるカム摺動面における
スカッフィング発生の程度を指数により示したもので、
0〜]0で段階的に表示し10に近い程耐スカッフィン
グ性に優れていることを示している。
また、「総合評価」とは、上記アップダウン耐久試験後
のカム摺動面における「摩耗量」、[スカッフィング評
点」から、摺動特性を総合的に評価したもので、○は極
めて優秀、0は優良、△は良好、××は著しく劣ってい
ることを示している。
また、「当り面部」とはカム摺動面における相手材であ
るロッカアームとの当り面部のことであり、ここで、「
境界異富摩耗量」とはカム摺動面におけるチル硬化層と
母材との境界部における偏摩耗の発生の有無を示してい
る。
この表から明らかなように、カム摺動面の中央部におけ
るチル硬化深さtが0.3 *璽以上であれば、カム摺
動面における耐摩耗性、耐スカッフィング性のいずれに
おいても、冶金によりチル硬化層を形成したカム摺動面
における摺動特性より優れていることが理解される。
なお、チル硬化深さtが0.3 +u+未満ではチル硬
化層形成による摺動特性改善効果が充分でなく、1、5
 ++nを越えると再溶融後の自己冷却によるチル硬化
が充分でなくチル硬化層の硬さが不充分となることから
チル硬化深さtは0.3〜1.5 msとするのが望ま
しい。
また、ロッカアームの当り面幅aとの関係においては、
再溶融チル硬化層幅がロッカアームの当り面幅aより広
ければ、即ち、硬化幅比Bカ月、θ以上であればチル硬
化層と母材との境界部における偏摩耗は発生しないこと
が明らかとなった。
また、表の試料■に相当する鋳鉄製カムシャフトを用い
て、回転数i 200 Orpm 、スプリング荷宙;
50%アンプの中速ピッチング試験を500時間実施し
たところ、極めて浅いピッチングが僅か認められただけ
で、更に200時間継続してもそのピッチング状態の進
行は認められなかった。
2 表 〔発明の効果〕 以上により明らかなように、本発明にかかる再溶融チル
カムシャフトおよびそのW漬方法によれば、鋳鉄製カム
シャフトのカム摺動面を冶金を用いた鋳造成形によるチ
ル硬化層を形成するとともに、TIGアーク、レーザビ
ーム、電子ビーム等の高密度エネルギ照射により、再溶
融・自己冷却されたセメンタイト組織を主要な相とする
チル硬化層をカム摺動面表IW 91〜の全周に渡って
形成して、21i1チル硬化層とすることによって、カ
ム摺動面の耐摩耗性、耐スカッフィング性等の摺動特性
を改善し、もって、メンテナンスフリーの動弁機構にお
いて、鋳鉄製カムシャフトのカム摺動面の全周に渡って
摺動特性に優れたものとすることができる利点がある。
加えて、本発明の再溶融チルカムシャフトによれば、メ
インオイルホール、カム油孔等をチル硬化層を形成する
前に穿孔することができることがら穿孔加工が容易とな
り、従って、デリバリ−パイプ等の/IJ肩構造的な配
慮を必要とせず、動弁機構を著しく簡単な構造とするこ
とができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、TIGアーク照射状態を示す説明図。 第2図は、本発明の鋳鉄製カムシャフトのカム横断面図
。 第3図は、本発明の鋳鉄製カムシャフトのカムプロフィ
ル部縦断面図である。 1−−−−・タングステン電極(トーチ)。 2−−−−−被処理カム摺動面。 3−m−〜−−T I Gアーク。 4−−−−一再溶融・自己冷却により形成されたチル硬
化層。 5−−−一冶金冷却により形成されたチル硬化層。 6−−−−−−鋳放し状態組織部位。 7−−−−−−メインオイルホール。 8−−−−−一カム油孔。 a −−−−−一ロソ力アームの当り面幅。 b =−−−−−チル硬化層幅。 1−−−−−カム中央部におけるチル硬化層深さ。 5 B −−−−チル硬化層幅比。 ’r −−−−タングステン電極と被処理カム摺動面と
の間隙。 出願人 !・ヨタ自必1L捗式会社 7 6 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、鋳鉄製カムシャフトにおけるカムプロフィル面の一
    部もしくは全周に渡って冶金を用いた鋳造成形により形
    成されたチル硬化層と、カム摺動面の表層部全周に渡っ
    てTIGアーク、レーザビーム、電子ビーム等の高密度
    エネルギ照射にて再溶融・自己冷却して形成されたセメ
    ンタイト組織を主要な相とするチル硬化層とからなる、
    2層チル硬化層を有することを特徴とする再溶融チルカ
    ムシャフト。 2、鋳鉄製カムシャフトにおけるカム摺動面のカムプロ
    フィル部に2層チル硬化層を形成させた、特許請求の範
    囲第1項記載の再溶融チルカムシャフト。 3、鋳鉄製カムシャフトのカム中心部、および、ベース
    内部にそれぞれ穿設された油孔を有する、特許請求の範
    囲第1項記載の再溶融チルカムシャフト。 4、鋳鉄製カムシャフトのカム摺動面に形成された再溶
    融チル硬化層幅を、ロッカアーム等のカム摺動面と摺動
    する相手材の当り幅以上とした特許請求の範囲第1項記
    載の再溶融チルカムシャフト。 5、鋳鉄製カムシャフトのカム摺動面に形成されたチル
    硬化層のカム摺動面幅中心部におけるチル硬化深さを0
    .3〜1.5 vnsとした、特許請求の範囲第1項記
    載の再溶融チルカムシャフト。 6、鋳鉄製カムシャフトにおけるカムプロフィル面の一
    部もしくは全周に渡って冶金を配置した状態で鋳造成形
    することによってチル硬化層を形成し、ついで、カム摺
    動面の表層部を全周に渡ってTIGアーク、レーザビー
    ム、電子ビーム等の高密度エネルギを照射して加熱再溶
    融した後、自己冷却によってカム摺動面の全周に渡って
    セメンタイト組織を主要な相とするチル硬化層を形成さ
    せることによって、2層チル硬化層を形成させることを
    特徴とする再溶融チルカムシャフトの製造方法。
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