JPWO2005042931A1 - カムシャフトの製造方法、カムシャフト及びこれに用いるカムロブ材 - Google Patents
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Abstract
Description
[図2]本発明のカムシャフトの一例を示す部分斜視図である。
[図3]実施例における試験片のピッチング発生回数の測定試験を行う態様を表す模式図である。
[図4]実施例におけるピッチング発生回数測定試験の結果を表すグラフである。
[図5]実施例における内部残留応力分布を示す模式図である。
[図6]実施例におけるピッチング発生回数測定試験前後の試験片のオーステナイト量を示すグラフである。
11 カムノーズ部
12 カムベース部
13 カムロブ内周面
14 カムロブ外周面
15 カムロブ内周円
16 カムベース部肉厚
17 カムロブの幅
2 カムシャフト
3 シャフト
4 試験片
41 試験片の回転方向
5 試験の相手材
51 相手材の回転方向
6 潤滑油
7 荷重
O カムロブ内周円の中心
二次焼結後に、C:0.8質量%,Ni:3.5質量%,Mo:0.3質量%と、残部がFe及び不可避的不純物からなる鉄系合金粉末を調製し、さらに、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を加えて混合した。次に、5〜7ton/cm2の面圧でカムロブ1の形状に圧縮成形(一次成形)し、次いで、真空焼結炉内で、600〜900℃で仮焼結(一次焼結)を行った。さらに、7〜10ton/cm2の面圧で圧縮成形(二次成形)し、次いで、真空焼結炉内で、1100〜1200℃で本焼結(二次焼結)を行った。次いで、この焼結体に焼入焼戻し処理(900℃で100分加熱した後、油冷し、さらに150℃で60分加熱した後、空冷)処理を行い、カムロブ材1を作製した。
二次焼結後に表1に示すような成分組成となる鉄系合金粉末から、実施例1と同様にして焼結体を作製し、実施例1と同様の熱処理を行い、実施例2〜5のカムロブ材1を得た。
実施例1と成分組成および製造方法を同様にして焼結体を作製し、残留圧縮応力付加処理を行わない、比較例1のカムロブ材を得た。同様に、実施例2〜5と成分組成および製造方法を同様にして焼結体を作製し、残留圧縮応力付加処理を行わない、比較例2〜5のカムロブ材を得た。
最終の成分組成が、C:3.4質量%、Si:2.0質量%、Mn:0.7質量%、Cr:0.8質量%、Mo:2.0質量%、Ni+Cu:2.0質量%と、残部がFe及び不可避的不純物となるように各元素を融解させ、冷やし金を有する鋳型に流し込んで急冷し、凝固させてチル鋳鉄を得た。得られたチル鋳鉄を研磨することにより、比較例6のカムロブ材を得た。
二次焼結後に、C:0.8質量%と、残部がFe及び不可避的不純物からなる鉄系合金粉末を調製し、実施例1の製造方法と同様にして比較例7のカムロブ材を得た。
各実施例及び各比較例により得られたカムロブについて、成分組成を表1に示す。また、各実施例及び各比較例により得られたカムロブについて、内周面及び外周面の残留応力、接合トルク、カムロブ肉厚限度、密度、外周面のロックウェル硬さHRC、ピッチング発生回数、内部応力分布、ピッチング発生回数測定試験前後のオーステナイト量を測定した。その結果を表2に示す。
(試験条件)
測定装置:二円筒接触試験機
回転数:1500rpm
潤滑油:エンジンオイル 10W30
油温:100℃
油量:2×10−4m/m3min
荷重:2000N(各実施例−1、比較例6、7)、
2500N(各実施例−1、比較例6、7)、
3000N(各実施例−1、各実施例−2、比較例1〜7)
滑り率:0%
相手材:SUJ2
判定方法:AE(アコースティックエミッション)にて、ピッチング発生の亀裂を検知し、そのときの接触回数をピッチング発生回数とした。このときのピッチング発生回数と荷重との関係(S−N曲線)を図4(A)〜図4(E)に示す。
具体的に、図5のA/aは、カムロブ内周面に残留圧縮応力付加処理が無い場合のカムロブ単体における内部応力分布を示す図である。
図5のA/bは、カムロブ内周面に残留圧縮応力付加処理が無い場合のカムロブにシャフトを挿入して焼きバメして接合した時における内部応力分布を示す図である。
図5のB/aは、カムロブ内周面のみに残留圧縮応力付加処理を施した場合のカムロブ単体における内部応力分布を示す図である。
図5のB/bは、カムロブ内周面のみに残留圧縮応力付加処理を施した場合のカムロブにシャフトを挿入して焼きバメして接合した時における内部応力分布を示す図である。
図5のC/aは、カムロブ内周面及び外周面に残留圧縮応力付加処理を施した場合のカムロブ単体における内部応力分布を示す図である。
図5のC/bは、カムロブ内周面及び外周面に残留圧縮応力付加処理を施した場合のカムロブにシャフトを挿入して焼きバメして接合した時における内部応力分布を示す図である。
カムロブ肉厚限度試験結果を表2に示す。カムロブ肉厚限度に関しては、実施例1−1、1−2〜5−1、5−2の全ての実施例は、カムロブ肉厚限度が0.8〜1.3mmであり、1.3mm以下である。
比較例1〜5、7は、カムロブ肉厚限度が2.0〜2.8mmであり、2.0mm以上である。
本発明の実施例1−1、1−2〜5−1、5−2の全ての実施例は、比較例のうちカムロブ肉厚限度が最も小さい比較例1の2.0mmのものより約1/2.5(実施例4−1)〜1/1.5(実施例2−1)程度、カムロブ肉厚限度を小さくすることが出来る。
これは、カムロブの内周面に残留圧縮応力を付加したことにより、カムロブとシャフトの接合により発生する引張応力が、差し引かれて少なくなり、カムロブの耐力(降伏点)と合わせて、割れの発生する肉厚が小さくなる為である。
このことから、本発明の各実施例は、カムロブのベース肉厚を小さくし、また、カムロブの幅を小さくすることができ、カムロブの設計の自由度が増したものである。
また、本発明の各実施例は、締め代を増加させることができ、動的接合トルクを向上させることができる。
図5のA/aについて、シャフトに接合するための内周加工による小量の加工残留圧縮応力が分布している。
図5のA/bについて、シャフト挿入(焼きバメ接合)時は、内周側から外周側にかけて減少傾向に傾斜した引張応力(+)が分布している。
図5のB/aについて、カムロブの内周面に残留圧縮応力(−)を付加した場合は、内周側から外周側にかけて減少傾向に傾斜した圧縮応力(−)が分布している。
図5のB/bについて、シャフト挿入(焼きバメ接合)時は、接合により生じる図5のA/bの内周側から外周側にかけて減少傾向に傾斜した引張応力(+)が重畳されて相殺され、内周側は圧縮応力(−)が分布し、外周側は引張応力(+)が分布している。
図5のC/aについて、カムロブの内周面及び外周面に残留圧縮応力(−)を付加した場合は内周側と外周側には圧縮応力(−)が分布しており、内周側と外周側のほぼ中間点である内部においても、内周側と外周側に比較して少ない同様の圧縮応力(−)が分布している。
図5のC/bについて、シャフト挿入(焼きバメ接合)時は、接合により生じる図5のA/bの内周側から外周側にかけて減少傾向に傾斜した引張応力(+)が重畳されて相殺され内周側と外周側には圧縮応力(−)が分布しており、内周側と外周側のほぼ中間点である内部においては残留応力が(0)生じていない。
上述の通り、カムロブの内周面又はカムロブの内周面及び外周面に残留圧縮応力(−)を付加した後に、シャフトを挿入(焼きバメ接合)して接合した各実施例は、表2の「カムロブ肉厚限度」に示されている通り、比較例よりも「カムロブ肉厚限度」を小さくすることが出来る効果を有していることが明らかになった。
図5のC/bに示された内部応力分布を有する、カムロブの内周面及び外周面に残留圧縮応力(−)を付加した後に、シャフトを挿入(焼きバメ接合)して接合した各実施例−2は、表2の「ピッチング発生回数」に示されている通り、各実施例−1及び各比較例よりも「ピッチング発生回数」を増加させることが出来る効果を有していることが明らかになった。
Claims (7)
- カムロブの内周面に残留圧縮応力付加処理を行った後、前記カムロブをシャフトに接合することを特徴とするカムシャフトの製造方法。
- 前記カムロブの内周面の残留圧縮応力が、100MPa以上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の製造方法。
- 前記カムロブの外周面に、更に残留圧縮応力付加処理を行った後、前記カムロブを前記シャフトに接合することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカムシャフトの製造方法。
- 前記カムロブの外周面の残留圧縮応力が、100MPa以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のカムシャフトの製造方法。
- 前記残留圧縮応力付加処理が、ショットピーニング処理、高周波焼入処理、バレル研磨処理、浸炭焼入処理又は浸炭窒化処理の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のカムシャフトの製造方法。
- 内周面に残留圧縮応力付加処理が施されたカムロブを有することを特徴とするカムシャフト。
- 内周面に残留圧縮応力付加処理が施されたことを特徴とするカムロブ材。
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