JPS63167004A - 軟窒化カムシヤフト - 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】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関のカムシャフトのカム面、特にロッカ
ーアーム、ローラータペット等の接触表面に発生する剥
離現象を有効に阻止し、併わせて回転軸の焼付を阻止し
得る様に、した内燃機関のカムシャフトに関するもので
ある。

従来の技術 第１図は一般的なカムシャフト８を示す。内燃機関にお
いてカム部９とロッカーアームとのＩＩＩ触を、すべり
接触に代えて転がシ接触とする事により、ローラーをロ
ッカーアームに設ける事もあるが、このローラーの回転
を滑らかなものにする為、カム部９のカム面を硬く且つ
滑らかにする必要が生ずる。

そこで従来のカムシャフトは鋳鉄を用いるものが多くカ
ム部９とジャーナル部１０を一体＠造する際にカム部に
冷し金を設け、チル硬化したものを機械加工して用いる
チルカム方法、更に表面処理として軟窒化処理や、リン
酸塩皮膜処理を施しだカムシャフトが使用されている。

発明が解決しようとする問題点 内燃機関υ性能向上に伴い、特にカム面の剥離現象及び
回転軸２の焼付現象等を阻止する方法が研究されている
。

鋳鉄の欠点は巣が多い事であり、巣やグラファイトがチ
ルカム部最表面近傍に生じると、そこを起点にしてピッ
チングが発生し破壊に至る。

またチルカム面の切削加工性が悪く、切削割れ等が生じ
易い。

この他、カム部をチル硬化せず、一体鍛造後機械加工を
施すとともにカム面の高周波焼入を行い、更に表面処理
を施すことも行われているが、焼割れや歪が多く、チル
カムと同様の欠点を有する。

ざらにまた、使用材料を鋳鉄から鋼に変更し、一体鍛造
後にカム部と回転軸に浸炭焼入や高周波焼入、火炎焼入
等を行い使用しているカムシャフトにおいても、カム面
の剥離現象対策はできるが、回転軸の焼付現象を阻止で
きないと言った欠点を有する。

問題点を解決するだめの手段 ００．１〜０．６％、　Ｏｒ　０．０５〜２．５％、　
Ａｎ　０゜２％ｍａＸ、Ｖ０．０３〜０．２５％、Ｍｏ
０．２５％以下の軟窒化鋼により、一体鍛造を施したも
のを機械加工後、軟窒化処理を施す。

作　　　　　　　　用 カムシャフト用に特殊な合金と鍛造及び表面処理を組み
合わすことで、カム面の剥離現象及び回転軸の焼付現象
と言う不具合いが同時に解決できる。

実　　　施　　　例 以下本発明の実施例を図面によって説明する。

第１図は内燃機関用の鍛造カムシャフト素材８を表わす
もので、軸線方向に多数のカム部９とジャーナル部１０
とを有する。

上記素材８の成形に当りまず、軟窒化用鋼材の棒状材を
、所要大に切断する。

軟窒化用鋼としては、ｃ　ｏ、　１　％以下では強度が
満たせず、Ｃ０．６チ以上では切削性が悪くなることか
ら、Ｃ範囲としては０．１〜０．６チとした。

Ｏｒｏ、０５１以下では軟窒化硬度がです、Ｃｒ２゜５
％以上になると切削性が悪く軟窒化後脆くなる傾向があ
るため、Ｏｒは０．０５〜２．５チの範囲とした。

Ａノにおいては０．２１以上では軟窒化処理後の脆化を
きたすので、０．２チ以下とした。

■を添加した場合は必ずしもＡノを添加しないでよい。

■は０，０３％以下では軟窒化処理の硬化層が特に薄く
なシ、０．２５％以上では経済的でないため、０．Ｏａ
〜０．２５チ範囲とした。

Ｍｏは焼入性向上のため０．２５％以下とした。

切断された素材を熱間鍛造に適した温度、例えば１２０
０°Ｃに加熱し、次ぎに第２図の工程系列に示す如く、
これを熱間鍛造して軸線方向に多数のカム部９及びジャ
ーナル部１０を有する素材を形成する。

なお、素材加熱温度が１０００°Ｃ以下の場合は素材の
成形抵抗が高く、金型寿命が短カ１く、欠肉も発生する
。

続いて、必要によシこの素材に曲がり矯正２を加えた後
、第３図のヒートカーブＡで示される如くこの素材に規
準加工３を施して必要な硬度を付与し、素材の全体的強
度を高める。

この規準加工における加熱温度は、８８００Ｃ乃至９６
００Ｃとし、その温度に１乃至２時間保持した後、冷却
する。

なお、その加熱温度が８８０００よシ低いと、結晶粒が
小さく成り切削性が低下し、９６０°Ｃよシ高いと結晶
、拉が粗大と成り強度が低下する。

およびなお、規準加工時の冷却速度は、一般に炭素量が
低い場合は強制空冷し、高い場合は徐冷する。

さらにこの素材のジャーナル部１０などにレース加工４
を施した後、そのレース加工による応力を除去するため
第３図のヒートカーブＢで示される如く、この素材に歪
取り焼鈍５を施す。

この歪取り焼鈍５は、先に行われた規準加工３の加熱温
度より低い６０００Ｃ乃至６５０°Ｃに、１乃至２時間
保持すると共に、冷却方法も炉中冷却が採用される。

次ぎにこの素材のカム部９およびジャーナル部ｌＯに研
摩加エフを行ない、この鍛造カムシャフト素材８を所定
の寸法精度に仕上げ、その後、第２図のヒートカーブＣ
に示される如く先の歪取り焼鈍５より低い温度、例えば
５８０°Ｃ付近において３時間程度保持した後油冷する
軟窒化処理７を施す。

この軟窒化処理７によりこの素材の最表面には、焼付抵
抗の大きい化合物層が形成されて、カムシャフト使用開
始時における相手摺接部材との初期なじみを良好にする
と共に、化合物層の下に硬い窒化層が形成されるので、
この化合物層と窒化層とにより、カム部の耐摩耗性は十
分に高められる。

なお、第３図によって明らかな如く、焼串加工、歪取り
焼鈍、軟窒化処理と順次前温度を低くするので、加熱に
よる素材の曲がりが極めて少なく、曲がり矯正工程も不
要になる。

第４図は、上記本発明によるカムシャフトと従来のカム
シャフトとを比較するために実施した、ＦＡＬＥＸ試験
機による焼付限界荷重測定結果を示すものである。試験
条件としては、固定子側Ｖ−ＶＬＯＣＫを８０Ｍ４２０
浸炭焼入し、回転子側ＰＩＮを各々のカムシャフトと同
一条件の材質及び処理を施したものの組合わせにした。

回転子側ＰＩＮであるＡ−２はチル鋳鉄＋軟窒化、Ｂ−
２は浸炭焼入＋軟窒化、Ｃ−１は本発明に従う軟窒化鋼
＋軟窒化処理を施したものである。

この試験結果から、本発明に従うＣ−１軟窒化鋼＋軟窒
化処理のものは、焼付限界荷重が高いことが明白である
。

これは本発明によるカムシャフト８が焼付ニくいと言う
ことで、実機におけるカム面の耐ピツチング性も、ＦＡ
ＬＥＸ試験の焼付限界荷重と同様、優れた成績を示し、
良好な耐摩耗性、耐焼付性、耐ピツチング性が得られた
。

即ち、第５図は本発明実施例力ムシャフ）Ｃ−１と従来
カムシャフトＡ−２，Ｂ−１とを実機により比較したも
ので、図から明らかな如くカムシャツ）Ｏ−１は殆ど摩
耗が見られない。

なお、この実機試験は、表−１の条件にて行われた。

表　　−１ 効　　　　　　　　果 以上のように本発明は、カムシャフト用に特殊な合金と
鍛造及び表面処理を組み合わすことで、（１）　　カム
面及び回転軸の両方の耐摩耗、耐焼付、耐ピツチング性
を優れたものにすることができる。

（２）鋼による表面硬化法の高周波焼入、火炎焼入、浸
炭焼入等では歪が多く、歪矯正が必要となるが、本発明
カムシャフトは軟窒化処理後の歪発生量が少なく矯正の
必要がない。

（３）　　カムシャフト素材が鋳鉄でなく素材欠陥を有
さないため、安定した品質が得られ、歩留りが向上し信
頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関のカムシャフトの平面及び断面図。第
２図は鍛造カムシャフト製造工程系列図。 第３図は熱処理の温度一時間線図。第４図はＦＡＬＥＸ
試験による焼付限界荷重測定結果の説明図、：。 第５図は実機による摩耗試験結果の説明図である。 （記号の説明） ８・・・・・−・−・・カムシャフト（１）９・・・・
・・・・−・・カ　ム　部。 １０・・・・・・・・−・・ジャーナル部。 第１図 第４図 一一←シＨと 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カム部９とジャーナル部１０を一体に鍛造成形してなる
   カムシャフト８において、カム部とジャーナル部とをＣ
   ０．１〜０．６％、Ｃｒ０．０５〜２．５％、Ａｌ０．
   ２％ｍａｘ、Ｖ０．０３〜０．２５％、Ｍｏ０．２５％
   以下とした軟窒化用鋼材により、一体鍛造成形されたカ
   ムシャフトに機械加工を施した後、軟窒化処理を施した
   ことを特徴とするカムシャフト。