WO2005042931A1 - 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

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

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WO2005042931A1
WO2005042931A1 PCT/JP2004/016046 JP2004016046W WO2005042931A1 WO 2005042931 A1 WO2005042931 A1 WO 2005042931A1 JP 2004016046 W JP2004016046 W JP 2004016046W WO 2005042931 A1 WO2005042931 A1 WO 2005042931A1
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WO
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peripheral surface
compressive stress
camshaft
cam
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PCT/JP2004/016046
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Hiroyuki Takamura
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Nippon Piston Ring Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a camshaft used for an internal combustion engine, a camshaft, and a cam lobe material used for the same.
  • a camshaft is used in a valve train of an internal combustion engine (engine).
  • engine an internal combustion engine
  • parts such as a camshaft and a rocker arm slide at a high speed during operation, so that sliding characteristics such as wear resistance, pitting resistance and scuffing resistance are required.
  • a camshaft provided with a chill cam in which a solidified iron-iron structure is formed on a surface portion of the cam nose by rapidly solidifying the cam nose portion using a chill during manufacturing. Since this chill camshaft has a hard chill structure on the outer peripheral surface, it has excellent wear resistance and scuffing resistance.
  • camshafts have been widely used for the purpose of reducing the weight of an engine.
  • construction methods such as elastic fitting (joining utilizing elastic deformation of force lobe and plastic deformation of the shaft) and press fitting are often used.
  • the cam lobe is installed at a predetermined position on the shaft with the outer diameter of the shaft smaller than the inner diameter of the cam lobe, and the outer diameter of the shaft is made smaller than the inner diameter of the cam lobe by utilizing thermal expansion, elastic force, or the like.
  • the shaft is largely expanded, the shaft is fitted into the inner circumference of the cam lobe, the contact pressure at that time is used, and the shaft and the cam lobe are joined by the frictional force.
  • Increasing the difference between the inner diameter of the cam lobe before expanding the outer diameter of the shaft and the outer diameter of the shaft after expanding the outer diameter of the shaft increases the contact pressure and reduces the joint force between the shaft and the cam lobe. growing.
  • the camshaft can be reduced in weight and size. Therefore, the base thickness of the cam lobe (thickness between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the cam base portion) must be reduced, and the width of the cam lobe (parallel to the shaft in the cam shaft) It is effective to reduce the width of the cam lobe in any direction.
  • An iron camshaft (B) is known in which the entire cam lobe is induction hardened, and shot peening is applied to a portion (flank portion) where the residual compressive stress is insufficient due to quenching (example).
  • the portion where the residual compressive stress is insufficient due to the quenching is a portion between the cam base portion and the cam nose portion on the outer peripheral surface of the cam lobe.
  • the assembly camshaft (C) in which a sintered cam is quenched and hardened in oil and tempered, or forged.
  • an assembled camshaft (D) in which the entire outer periphery of a steel cam lobe is hardened and annealed to harden the entire outer periphery of the cam lobe (for example, see Patent Document 3 and Patent Document 4).
  • the assembled camshaft (C) is hardened not only on the outer surface but also on the inner surface of the cam lobe due to the manufacturing method, and the rock well hardness is greatly reduced by tempering, which has good curability.
  • Patent Document 1 JP-A-8-4880
  • Patent Document 2 Japanese Utility Model Application Laid-open No. 3-45950
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 5-61347
  • Patent Document 4 Patent No. 3197613
  • the above-described chill camshaft has abrasion resistance and scuffing resistance, but has the following problem if the pitting resistance is poor.
  • the base thickness of the cam lobe is reduced in consideration of the light weight of the engine, if the thickness of the cam lobe is reduced with the same interference, the inner peripheral force of the cam lobe may be cracked, or the cam lobe may be cracked. A tensile stress is applied to the outer periphery, which causes a decrease in repeated contact fatigue strength.
  • the cam lobe (A) whose entire outer periphery is surface-hardened by induction heating applies an internal compressive stress to the outer peripheral surface area.
  • Sexual deformability is required. Therefore, the internal compressive stress is superimposed by the tensile stress in the outer peripheral surface area generated by the cam joining after the cam is joined to the steel pipe, and the internal compressive stress remains in the outer peripheral surface area.
  • a tensile stress remains on the inner peripheral surface of the cam due to the joining.
  • the cam lobe whose surface is hardened there is a problem that a certain amount of sexual deformation is required on the inner peripheral surface.
  • the present invention has solved the above problems, and has prevented a crack at the time of joining the cam lobe with the shaft, and improved a cam lobe design flexibility, a cam shaft manufacturing method, and a cam shaft.
  • An object is to provide a cam lobe material to be used.
  • a method of manufacturing a camshaft according to the present invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that after performing a residual compressive stress applying process on an inner peripheral surface of a cam lobe, the cam lob is joined to the shaft.
  • the residual compressive stress can be applied to the inner peripheral surface of the cam lobe by applying the residual compressive stress to the processed surface.
  • the margin of stress that the inner peripheral surface can withstand can be expanded.
  • the cam lobe is hardly cracked, the base thickness of the cam lobe can be reduced, and the width of the cam lobe can be reduced, so that the degree of freedom in the design of the cam lobe is increased.
  • the interference can be increased, and the dynamic joining torque can be improved.
  • the present invention is characterized in that the residual compressive stress on the inner peripheral surface of the cam lobe is not less than 100MPa.
  • the residual compressive stress on the inner peripheral surface of the cam lobe is equal to or greater than the predetermined value.
  • the present invention is characterized in that, after further performing a residual compressive stress applying process on an outer peripheral surface of the cam lobe, the cam lobe is joined to the shaft.
  • the residual compressive stress is also applied to the outer peripheral surface of the cam lobe, in addition to the above-described actions, the repeated contact fatigue strength of the cam shaft is improved, and the manufactured cam shaft is realized. Pitching abrasion occurs when moved.
  • the present invention is characterized in that a residual compressive stress on an outer peripheral surface of the cam lobe is equal to or more than 100 MPa.
  • the residual compressive stress on the outer peripheral surface of the cam lobe is equal to or more than the predetermined value.
  • the residual compressive stress applying treatment is at least one of shot peening treatment (shot blast treatment), induction hardening treatment, barrel polishing treatment, carburizing quenching treatment, or carbonitriding treatment. /, Which is characterized by a shift.
  • the residual compressive stress can be applied only to the inner peripheral surface of the cam lobe, A camshaft that performs each function can be provided. Further, according to these treatments, it is possible to apply a residual compressive stress to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the force rob by different treatments. Further, according to barrel polishing, carburizing and quenching, or carbonitriding, residual compressive stress can be simultaneously applied to the inner and outer peripheral surfaces of the cam lobe. In this manner, a camshaft having the above-described operations can be provided.
  • a camshaft that solves the above problem is characterized in that it has a cam lobe on which an inner peripheral surface has been subjected to a residual compressive stress applying process.
  • the residual compression stress is applied to the inner peripheral surface of the cam lobe, so that the residual compression stress can be applied to the processed surface.
  • the margin of the stress that the inner circumferential surface can withstand can be widened.
  • cracking force S of the cam lobe is hardly generated, and the base thickness of the cam lobe can be reduced and the width of the cam lobe can be reduced, thereby increasing the degree of freedom in the design of the cam lobe.
  • the interference at the time of joining the cam lobe to the shaft can be increased, and the dynamic joining torque can be improved.
  • a cam lobe material that solves the above problem is characterized in that a residual compressive stress applying process is performed on an inner peripheral surface.
  • the residual compression stress can be applied to the inner peripheral surface of the cam lobe, so that the residual compression stress can be applied to the processed surface.
  • the margin of the stress that the inner circumferential surface can withstand can be widened.
  • the interference can be increased and the dynamic joint torque can be improved.
  • the residual compressive stress can be applied to the processed surface by performing the residual compressive stress applying process on the inner peripheral surface of the cam lobe.
  • the margin of the stress that the inner circumferential surface can withstand can be expanded.
  • the interference can be increased, and the dynamic joining torque can be improved.
  • the repeated contact fatigue strength of the cam shaft is improved, and pitting wear occurs when the manufactured cam shaft is put into operation.
  • FIG. 1 is a sectional view and a plan view showing an example of a cam lobe of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial perspective view showing an example of a camshaft according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a mode of performing a measurement test of the number of times of pitching of a test piece in an example.
  • FIG. 4 is a graph showing a result of a pitching occurrence frequency measurement test in an example.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an internal residual stress distribution in an example.
  • FIG. 6 is a graph showing the amount of austenite of a test piece before and after a test for measuring the number of times of pitching in Examples.
  • FIG. 1 shows the center O of the inner circumference 15 of the cam lobe 1 used in the present invention and the cam nose 1
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view passing through the tip of FIG. 1 and a front view of a cam lobe 1.
  • FIG. 2 shows an example of the camshaft 2 manufactured according to the present invention.
  • FIGS. 3 to 6 relate to the embodiment, and will be described later.
  • the cam lobe 1 is joined to the shaft 3.
  • the inner peripheral surface 13 of the cam lobe 1 refers to a portion that is joined to the shaft 3 when the cam lobe 1 is used for the camshaft 2.
  • the residual compressive stress on the inner peripheral surface 13 of the cam lobe 1 after the residual compressive stress applying process is performed is equal to or greater than 100MPa.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 12 OOMPa.
  • the residual compressive stress of the inner peripheral surface 13 of the cam lobe 1 is preferably about 300-lOOOMPa. This residual compressive stress is measured by stress measurement by X-ray diffraction.
  • the residual compressive stress is applied to the inner peripheral surface 13 of the cam lobe 1 so that when the shaft 3 is inserted into the inner peripheral circle 15 of the cam lobe 1 and assembled, the stress that the inner peripheral surface 13 can withstand. You can expand the margin.
  • the base thickness 16 of the cam lobe 1 and the width 17 of the cam lobe 1 can be reduced so that the cam lobe 1 is less likely to crack.
  • Design flexibility is increased. Therefore, the camshaft according to the present invention can be lightened, and can be used for various types of engines. In addition, the interference can be increased and the dynamic joining torque can be improved.
  • the outer peripheral surface 14 of the cam lobe 1 can also be subjected to a residual compressive stress applying process.
  • the outer peripheral surface 14 of the cam opening 1 is a surface that slides on the cam follower when the cam lobe 1 is used for the camshaft 2. This processing for applying the residual compressive stress is the same as the processing described above for the inner peripheral surface 13 of the cam lobe.
  • the residual compressive stress of the outer peripheral surface 14 of the cam lobe 1 after performing the residual compressive stress applying process as described above is 100MPa or more.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually 12 OOMPa.
  • the residual compressive stress of the outer peripheral surface 14 of the cam lobe 1 is preferably about 300-lOOOMPa.
  • the residual compressive stress is measured in the same manner as the method for the cam lobe inner peripheral surface 13 described above.
  • the residual stress applying process is not particularly limited as long as it is a process capable of applying a residual compressive stress to only the inner peripheral surface 13 or the inner peripheral surface 13 and the outer peripheral surface 14 of the cam lobe 1.
  • Specific examples include shot peening (shot blasting), induction hardening, barrel polishing, carburizing and quenching, and carbonitriding.
  • the nozzle In the shot peening process (shot blasting process), usually, the nozzle is adjusted so that a shot can be made on the surface of the cam lobe material 1 (only the inner peripheral surface 13 or the inner peripheral surface 13 and the outer peripheral surface 14), and the steam
  • the processing is performed by smashing a grid of metal, glass beads, etc. on the surface of the cam lobe material 1 with compressed air or centrifugal force at a pressure of about 5 kgZcm 2 .
  • Induction quenching is a process in which the surface of the cam lobe material 1 to be treated (only the inner peripheral surface 13 or the inner peripheral surface 13 and the outer peripheral surface 14) is heated to an appropriate temperature equal to or higher than Ac or the Ac transformation point by induction heating.
  • the residual compressive stress can be applied only to the inner peripheral surface 13 of the cam lobe 1 and the inner peripheral surface of the force lob 1
  • Residual compressive stress can be applied to the surface 13 and the outer peripheral surface 14 by the same treatment, and the residual treatment is applied to the inner peripheral surface 13 and the outer peripheral surface 14 of the cam lobe 1 by different treatments.
  • Compressive stress can also be applied.
  • the barrel polishing treatment is to rotate the cam lobe material 1 together with an abrasive such as a polishing aid or silica sand, or put the cam lobe material 1 in a vibrating container and vibrate the inner peripheral surface 13 of the cam lobe material 1. And polishing the outer peripheral surface 14.
  • an abrasive such as a polishing aid or silica sand
  • Carburizing and quenching treatment means that the cam lobe material 1 is heated in a medium containing carbon to increase the carbon content of the surface and harden, and then the surface of the cam lobe material 1 is quenched. This is the process of curing.
  • the carbonitriding treatment is a treatment in which the cam lobe material 1 is heated in a medium containing carbon and nitrogen to permeate the surface with carbon and nitrogen to harden the surface.
  • an assembled camshaft 2 as shown in FIG. 2 is obtained. Specifically, for example, it is obtained by assembling and fixing the cam lobe 1 to a predetermined position of the shaft 3 at a predetermined angle by shrink fitting or cold fitting.
  • the shrink fit and the cold fit are preferably used in terms of assembly accuracy and low equipment cost.
  • the joining torque of the camshaft 2 manufactured as described above is usually about 100 to 500 ⁇ m, preferably about 150 to 400N'm.
  • the joining torque is a value measured by the torsion test.
  • the camshaft 2 thus manufactured may include only the above-described cam lobe 1 according to the present invention, or may include the cam lobe 1 according to the present invention and a cam lobe having other properties (such as sliding characteristics). It may be provided.
  • the cam lobe 1 is hardly cracked in this way, has a degree of freedom in its design, and has various engines, for example, a lightweight and compact engine, It is possible to provide a camshaft 2 that can be used for a high-load, powerful engine.
  • the components of the cam lobe 1 used in the present invention described above are not particularly limited.
  • C (carbon): 0.8-1.2 mass%, Ni (nickel): 0 5-4. 0% by mass, Mo (Molybdenum Ii): 0.1 to 2.0 mass% iron-based sintered alloy or the like containing the inevitable impurities can be used.
  • the remaining unavoidable impurities include trace impurities mixed into the raw material powder, as well as residues of lubricants such as zinc stearate and other added components added to the sintering powder.
  • Density of the cam lobe member 1 used in the production process of the [0055] present invention is particularly limiting force normally, 7. 3-7. 6gZcm 3 about. With this density, it is possible to provide a suitable cam lobe material in terms of strength and pitting resistance, and it can be used for high-load, heavy-duty engines.
  • the hardness of the outer peripheral surface 14 (the surface subjected to the residual stress treatment) of the cam lobe material 1 used in the production method of the present invention is not particularly limited, but usually, the Rockwell hardness HRC is 5%. It is about 0-55. When the hardness is at this level, the camshaft 2 tends to have suitable wear resistance.
  • the cam lobe material 1 used in the method of the present invention is the amount of austenite 3. 0- 35 vol 0/0 degree before are use as the camshaft 2.
  • the amount of austenite after the actual operation (sliding) of the cam lobe material 1 using the cam shaft 2 is about 2.0 to 20% by volume. As described above, since the austenite amount decreases after sliding before sliding, it is considered that carotenite-induced martensitic transformation was performed.
  • the material of the shaft 3 used in the production method of the present invention is not particularly limited as long as it is usually used as the camshaft 2 of the internal combustion engine.
  • a material having a strong force such as S45C is used.
  • the cam lobe 1 used in the present invention described above is manufactured as follows before performing the residual compressive stress applying process.
  • Such an iron-based alloy powder is mixed so that the respective components are evenly mixed, and compression-molded into, for example, a predetermined cam shape as shown in FIG. 1 and then sintered.
  • This compression molding and sintering may be performed twice or more.
  • the second and subsequent compression molding is performed after sintering.
  • the cam lobe 1 on which at least the inner peripheral surface 13 of the cam lobe 1 has been subjected to the residual compressive stress applying process as described above becomes the cam lobe of the present invention. Also, at least Kam Rob 1 as described above
  • the camshaft 2 provided with the cam lobe 1 having the inner peripheral surface 13 subjected to the residual compressive stress applying process is the camshaft of the present invention.
  • an iron-based alloy powder composed of C: 0.8% by mass, Ni: 3.5% by mass, and Mo: 0.3% by mass, with the balance being Fe and unavoidable impurities, was prepared. Then, zinc stearate was added as a lubricant and mixed. Next, 5-7TonZcm compression molded into the shape of the cam lobe 1 in 2 surface pressure was (primary molding), and then, in a vacuum sintering furnace and subjected to preliminary sintering (primary sintering) at 600- 900 ° C .
  • compression molding (secondary molding) was performed at a surface pressure of 7-1 OtonZcm 2 , and then main sintering (secondary sintering) was performed at 1100 to 1200 ° C. in a vacuum sintering furnace.
  • this sintered body was subjected to a quenching and tempering treatment (heating at 900 ° C. for 100 minutes, oil cooling, heating at 150 ° C. for 60 minutes, and air cooling) to produce a cam lobe material 1.
  • Example 1-1 after the main sintering (secondary sintering) in the same manner as in Example 1, only the inner peripheral surface 13 of the cam lobe material was subjected to a residual compressive stress applying process (shot peening process). And a cam lobe material 1.
  • Example 12 after main sintering (secondary sintering) in the same manner as in Example 1, the inner peripheral surface 13 and the outer peripheral surface 14 of the cam lobe material were subjected to a residual compressive stress applying treatment (induction hardening). And a cam lobe material 1.
  • Example-1 a residual compressive stress applying process was performed only on the inner peripheral surface 13 of the cam lobe material in the same manner as in Example 1-1 to produce a cam lobe material 1. Further, in each of Examples 2 and 3, a residual compressive stress was applied to the inner peripheral surface 13 and the outer peripheral surface 14 of the cam lobe material in the same manner as in Example 12 to produce the cam lobe material 1.
  • a sintered body was prepared in the same manner as in Example 1 with the same component composition and manufacturing method, and the residual compressive stress was measured.
  • a cam lobe material of Comparative Example 1 was obtained without performing the additional treatment.
  • a sintered body was produced in the same manner as in Example 2-5 with the same component composition and manufacturing method, and a cam lobe material of Comparative Example 2-5 was obtained without performing the residual compressive stress applying treatment.
  • the final component composition C: 3. 4 Mass 0/0, Si: 2. 0 mass 0/0, Mn: 0. 7 wt 0/0, Cr: 0. 8 wt%, Mo: 2. 0 mass %, Ni + Cu: 2.0% by mass, and each element is melted so that the remainder is Fe and inevitable impurities, poured into a mold having a chill, rapidly cooled, and solidified to form chilled iron. Obtained. By polishing the obtained chilled iron, a cam lobe material of Comparative Example 6 was obtained.
  • Table 1 shows the component compositions of the cam lobes obtained in each of the examples and comparative examples.
  • the residual stress on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface was measured by X-ray stress measurement.
  • the joining torque was measured by a torsion test (after joining the cam lobe to the S45C end piece, fixing the end piece, and evaluating the torsion of the cam lobe).
  • the thickness limit of the cam lobe was measured by turning the cam shaft, turning the outer periphery of the cam lobe on a lathe, and measuring the thickness of the cam lobe where cracks occurred.
  • the density was measured by Archimedes' method after sealing a test piece of cam lobe material with paraffin.
  • the Rockwell hardness HRC of the outer peripheral surface was measured using a Rockwell hardness tester at C scale on the outer periphery of the cam nose of the test piece of cam lobe material at five points, and the average value was calculated.
  • the test for the number of pitching occurrences was performed as follows. Two-cylinder contact tester shown in Fig. 3 The number of occurrences of pitching of each test piece was measured. Each test piece 4 is rotated at a constant speed (arrow 41), and the rotating surface (in the direction of arrow 51) of the cylindrical test piece 5, which is the mating material, is brought into contact with the lubricating oil 6 on the contact surface of both test pieces 4 and 5. While dripping, a predetermined load of 7 was applied to rotate, and the number of times until pitching occurred was measured.
  • Measuring device Double cylinder contact tester
  • Lubricating oil engine oil 10W30
  • Judgment method Pitching cracks were detected by AE (Acoustic Emission), and the number of contacts at that time was defined as the number of pitching occurrences. The relationship between the number of pitching occurrences and the load (SN curve) at this time is shown in Fig. 4 (A)-Fig. 4 (E).
  • Fig. 5 shows the internal stress in the cross section from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the cam lobe when the cam lobe is used alone (a) and when the shaft is inserted (b: when the shaft is shrink-fitted to the cam opening)
  • the schematic diagram which shows a distribution is shown.
  • AZa in FIG. 5 is a diagram showing an internal stress distribution in a single cam lobe when no residual compressive stress applying process is performed on the inner peripheral surface of the cam lobe.
  • AZb in Fig. 5 is a diagram showing the internal stress distribution when the shaft is inserted into the cam lobe and shrink-fitted and joined when there is no residual compressive stress application treatment on the inner peripheral surface of the cam lobe.
  • BZa in FIG. 5 is a diagram showing an internal stress distribution in a single cam lobe when a residual compression stress applying process is performed only on the inner peripheral surface of the cam lobe.
  • BZb in Fig. 5 is a cam when residual compression stress is applied only to the inner peripheral surface of the cam lobe. It is a figure which shows the internal stress distribution at the time of inserting a shaft into a lob, shrink-fitting, and joining.
  • CZa in FIG. 5 is a diagram showing an internal stress distribution in a single cam lobe when a residual compressive stress applying process is performed on the inner and outer peripheral surfaces of the cam lobe.
  • CZb in FIG. 5 is a view showing an internal stress distribution when a shaft is inserted into a cam lobe, and the cam lob is joined by burning and shrinking when the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the cam lobe are subjected to a residual compressive stress applying process.
  • Table 2 shows the results of the cam lobe thickness limit test.
  • the limit of the thickness of the cam lobe all the examples of Examples 1-1, 1-2-5-1 and 5-2 have the thickness limit of 0.8-1.3 mm and 1.3 mm. It is as follows.
  • Comparative Examples 11-5 and 7 have a cam lobe thickness limit of 2.0-2.8 mm, which is not less than 2. Omm.
  • the thickness of the base of the cam lobe can be reduced, and the width of the cam lobe can be reduced, thereby increasing the degree of freedom in the design of the cam lobe.
  • the interference can be increased and the dynamic joining torque can be improved.
  • the compressive stress (1) is distributed on the inner and outer circumferences, and even in the interior, which is almost the midpoint between the inner and outer circumferences, there is less similarity compared to the inner and outer circumferences.
  • Compressive stress (-) is distributed.
  • Example-2 As shown in “Pitching frequency” in Table 2, has the effect of being able to increase “Pitching frequency” more than each Example-1 and each comparative example. It became clear.
  • the austenite amount before the pitching occurrence frequency measurement test was smaller than in each of the examples. Further, in each of the examples, the austenite amount was reduced before and after the pitching occurrence frequency measurement test, whereas in Comparative Examples 6 and 7, the austenite amount was substantially unchanged before and after the test.

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Description

明 細 書
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 技術分野
[0001] 本発明は、内燃機関に用いられるカムシャフトの製造方法、カムシャフト及びこれに 用いるカムロブ材に関する。
背景技術
[0002] 内燃機関（エンジン）の動弁装置において、カムシャフトが用いられている。こうした 内燃機関において、カムシャフトやロッカーアーム等の部品は、運転中に高速で摺動 することから、耐摩耗性、耐ピッチング性および耐スカツフィング性等の摺動特性が要 求されている。
[0003] このため、従来より、铸造時にカムノーズ部分に冷やし金を用いて急速凝固させ、 カムノーズの表面部分に固い白铸鉄組織を形成したチルカムを備えるカムシャフトが 用いられている。このチルカムシャフトは、外周表面に固いチル組織を有するため、 優れた耐摩耗性及び耐スカツフィング性を有するものである。
[0004] 一方、近年においては、エンジンの軽量ィ匕を目的として、組立カムシャフトが多く用 いられている。この組立カムシャフトのカムロブとシャフトとの接合には、弾性嵌め（力 ムロブの弾性変形、シャフトの塑性変形を利用して接合すること）、圧入等の工法が 多く用いられている。これらの工法は、カムロブの内径よりシャフトの外径を小さくした 状態でカムロブをシャフトの所定位置に設置し、熱膨張や弾性力等を利用して、シャ フトの外径をカムロブの内径よりも大きく拡張して、シャフトをカムロブの内周円にはめ 込み、その際の接触圧力を利用し、その摩擦力によりシャフトとカムロブを接合させる ものである。シャフト外径拡張前のカムロブの内径と、シャフト外径拡張後のシャフト の外径との差 (以下、締め代という。）を大きくすると、接触圧力が増え、シャフトとカム ロブとの接合力が大きくなる。
[0005] また、エンジンの軽量化、コンパクトィ匕を図るために、カムシャフトを軽量、小型にす ることができる。そのために、カムロブのベース肉厚（カムベース部分の内周面と外周 面との間の厚み）を小さくすること、カムロブの幅 (カムシャフトにおけるシャフトと平行 な方向のカムロブの幅）を小さくすることが有効である。
[0006] ここで、カムをスチールパイプに接合する前に、鋼製カムロブの外周全体を誘導カロ 熱によって表面硬化させ、外周表面区域に内部圧縮応力を付加させた鋼製カムロブ (A)が知られている（例えば、特許文献 1参照)。この鋼製カムロブ (A)は、耐ピッチ ング性が高められたものである。
[0007] また、カムロブ全体を高周波焼入し、焼入による残留圧縮応力の不足した箇所 (フ ランク部分）にショットピーユングが施された铸鉄カムシャフト（B)が知られている（例 えば、特許文献 2参照)。この焼入による残留圧縮応力の不足した箇所は、具体的に は、カムロブ外周面におけるカムベース部分とカムノーズ部分の間の部分である。
[0008] さらに、カムをスチールパイプに弾性嵌め、圧入 (焼嵌め）接合する工法において、 焼結カムを油中にて焼入硬化させ、かつ焼戻しをした組立カムシャフト (C)や、鍛造 された鋼製カムロブの外周全体を硬化し、かつ、焼きなますことにより、カムロブの外 周全体を硬化した組立カムシャフト（D)が知られている（例えば、特許文献 3、特許文 献 4参照)。このうち、組立カムシャフト (C)は、その製造方法のため、カムロブの外周 面だけでなく内周面にも硬化処理がされており、硬化性が良ぐ焼戻しによってもロッ クウエル硬度が大きく低下せず、優れた回転曲げ強さを有し、耐用時間が長いもので あるが、積極的に内周面に残留圧縮応力付加処理を施したものではない。また、熱 間鍛造及び焼きなましによる（D)の鋼製カムロブは、カムロブ外周表面区域だけが 硬化処理されているが、積極的に内周面に残留圧縮応力付加処理を施したもので はない。
特許文献 1：特開平 8-4880号公報
特許文献 2：実開平 3— 45950号公報
特許文献 3：特公平 5 - 61347号公報
特許文献 4：特許 3197613号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 前述のチルカムシャフトにおいては、耐摩耗性及び耐スカツフィング性を有するもの の、耐ピッチング性に劣ると 、う問題があった。 [0010] また、エンジンの軽量ィ匕を考慮して、カムロブのベース肉厚を小さくする場合、同一 の締め代でカムロブの肉厚を小さくすると、カムロブの内周力 割れが生じたり、カム ロブ外周に引張応力がかかり、繰返し接触疲労強度の低下を招く。
[0011] 同様に、カムロブの幅を小さくした場合、同一の接合トルク（シャフトがカムロブを回 転させるために必要な力）を得るためには、締め代を大きくする必要がある。その結 果、ベース肉厚を小さくする場合と同様に、カムロブに割れが生じたり、カムロブ外周 の繰返し接触疲労強度の低下を招く。
[0012] このように、カムロブの形状を変更した場合、使用されるエンジンの種類が限定され てしまい、カムロブの設計の自由度に欠けるといった問題があった。
[0013] 一方、外周全体を誘導加熱により表面硬化させたカムロブ (A)は、外周表面区域 に内部圧縮応力を付加したが、スチールパイプを拡管して接合するために、その内 周面にある程度の弹性的な変形性が必要となる。そのため、カムのスチールパイプ への接合後のカム接合により生ずる外周表面区域の引張応力により、内部圧縮応力 が重畳され、外周表面区域に内部圧縮応力が残る。一方、このカムの内周面は、接 合により引張応力が残る。
[0014] また、焼入をしたカムロブにショットピーユングを施した铸鉄カムシャフト（B)も、外周 全体の表面区域に残留圧縮応力を付加させたものであり、上述の外周全体を誘導 加熱により表面硬化させたカムロブと同様に、その内周面にある程度の弹性的な変 形性が必要となるという問題がある。
[0015] これらのカムシャフトや、焼結合金を油中にて焼入硬化させ、かつ焼戻しをした組 立カムシャフト（C)、鍛造により鋼製カムロブの外周全体を硬化し、かつ焼きなましを した組立カムシャフト（D)は、カムロブの外周表面が硬化されることにより、耐ピッチン グ性を有するものの、上述のカムロブのベース部肉厚や幅における設計の自由度の 問題を解決できるものとはなって 、なかった。
[0016] そこで、本発明は、こうした問題点を解決し、カムロブのシャフトとの接合時における 割れを防止し、カムロブの設計の自由度を向上させた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を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 [0017] 上記課題を解決する本発明のカムシャフトの製造方法は、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。
[0018] この発明によれば、カムロブの内周面に残留圧縮応力付加処理をすることにより、 その処理面に、残留圧縮応力を付与することができる。その結果、カムロブの内周円 にシャフトを挿入して組み立てる際、その内周面が耐えられる応力の余裕を広げるこ とができる。このことにより、カムロブにシャフトを接合する際に、カムロブの割れが生 じにくく、カムロブのベース肉厚を小さくしたり、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す。また、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。
[0019] 上記本発明においては、前記カムロブの内周面の残留圧縮応力が、 lOOMPa以 上であることを特徴とする。
[0020] この発明によれば、カムロブの内周面の残留圧縮応力が所定の値以上であるため
、上述の効果を顕著に奏するカムシャフトを提供することができる。
[0021] 上記本発明においては、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。
[0022] この発明によれば、カムロブの外周面にも残留圧縮応力が付与されているため、上 述の各作用に加え、カムシャフトの繰返し接触疲労強度が向上し、製造したカムシャ フトを実動させた際のピッチング摩耗が生じに《なる。
[0023] 上記本発明においては、前記カムロブの外周面の残留圧縮応力が、 lOOMPa以 上であることを特徴とする。
[0024] この発明によれば、カムロブの外周面の残留圧縮応力が所定の値以上であるため
、上述の効果を顕著に奏するカムシャフトを提供することができる。
[0025] 上記本発明にお ヽては、前記残留圧縮応力付加処理が、ショットピーユング処理 ( ショットブラスト処理）、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!/、ずれかであることを特徴とする。
[0026] この発明によれば、ショットピーユング処理 (ショットブラスト処理)又は高周波焼入 処理によると、カムロブの内周面のみに残留圧縮応力を付与することができ、上述の 各作用を奏するカムシャフトを提供することができる。また、これらの処理によると、力 ムロブの内周面と外周面に、異なる処理によっても残留圧縮応力を付与することがで きる。また、バレル研磨処理、浸炭焼入処理又は浸炭窒化処理によると、カムロブの 内周面と外周面に、同時に残留圧縮応力を付与することができる。このようにして、上 述の各作用を有するカムシャフトを提供することができる。
[0027] また、上記課題を解決するカムシャフトは、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。
[0028] この発明によれば、カムロブの内周面に残留圧縮応力付加処理が施されたことによ り、その処理面に、残留圧縮応力を付与することができる。その結果、カムロブの内 周円にシャフトを挿入して組み立てる際、その内周面が耐えられる応力の余裕を広 げることができる。このことにより、カムロブにシャフトを接合する際に、カムロブの割れ 力 S生じにくく、カムロブのベース肉厚を小さくしたり、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す。また、カムロブをシャフトに接合する際の締め代 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。
[0029] また、上記課題を解決するカムロブ材は、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。
[0030] この発明によれば、カムロブの内周面に残留圧縮応力付加処理が施されたことによ り、その処理面に、残留圧縮応力を付与することができる。その結果、カムロブの内 周円にシャフトを挿入して組み立てる際、その内周面が耐えられる応力の余裕を広 げることができる。このことにより、カムロブにシャフトを接合する際に、カムロブの割れ 力 S生じにくく、カムロブのベース肉厚を小さくしたり、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す。また、締め代を増カロさせることができ、動的接 合トルクを向上させることができる。
発明の効果
[0031] 本発明のカムシャフトの製造方法によれば、カムロブの内周面に残留圧縮応力付 加処理をすることにより、その処理面に、残留圧縮応力を付与することができる。その 結果、カムロブの内周円にシャフトを挿入して組み立てる際、その内周面が耐えられ る応力の余裕を広げることができる。このことにより、カムロブにシャフトを接合する際 に、カムロブの割れが生じにくぐカムロブのベース肉厚を小さくしたり、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す。また、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。さらに、カムロブの外周面にも 残留圧縮応力を付与することにより、カムシャフトの繰返し接触疲労強度が向上し、 製造したカムシャフトを実動させた際のピッチング摩耗が生じに《なる。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]本発明のカムロブの一例を示す断面図及び平面図である。
[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。
符号の説明
[0033] 1 カムロブ
11 カムノース、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
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下に、図面を参照して本発明のカムシャフトの製造方法について説明する。
[0035] まず、図 1は、本発明に用いられるカムロブ 1の内周円 15の中心 Oとカムノーズ部 1
1の先端を通る断面図及びカムロブ 1の正面図を示す。図 2は、本発明により製造さ れたカムシャフト 2の一例を示す。なお、図 3—図 6は、実施例に関するものであるた め、後述する。
[0036] 本発明のカムシャフト 2の製造方法は、カムロブ 1の内周面 13に残留圧縮応力付加 処理を行った後、そのカムロブ 1をシャフト 3に接合するものである。なお、カムロブ 1 の内周面 13とは、カムロブ 1をカムシャフト 2に用いた場合にシャフト 3と接合する部分 をいう。
[0037] このように残留圧縮応力付加処理を施した後における、カムロブ 1の内周面 13の残 留圧縮応力は、 lOOMPa以上である。この上限値は特に限定されないが、通常、 12 OOMPaである。また、カムロブ 1の内周面 13の残留圧縮応力は、好ましくは、 300— lOOOMPa程度である。なお、この残留圧縮応力は、 X線回折による応力測定により 測定される。
[0038] このように、カムロブ 1の内周面 13に残留圧縮応力を付与することにより、カムロブ 1 の内周円 15にシャフト 3を挿入して組み立てる際、その内周面 13が耐えられる応力 の余裕を広げることができる。このことにより、カムロブ 1にシャフト 3を接合する際に、 カムロブ 1の割れが生じにくぐカムロブ 1のベース肉厚 16を小さくしたり、カムロブ 1 の幅 17を小さくすることができ、カムロブ 1の設計の自由度が増す。そのため、本発 明によるカムシャフトを軽量ィ匕することもでき、様々なタイプのエンジンに使用すること ができる。また、締め代を増カロさせることができ、動的接合トルクを向上させることがで きる。
[0039] また、本発明のカムシャフト 2の製造方法においては、カムロブ 1の内周面 13の他、 カムロブ 1の外周面 14にも、残留圧縮応力付加処理を行うことができる。なお、カム口 ブ 1の外周面 14とは、カムロブ 1をカムシャフト 2に用いた場合にカムフォロワと摺動 する面をいう。この残留圧縮応力付加処理は、上述の、カムロブ内周面 13に対する 処理として説明したものと同様である。
[0040] このように残留圧縮応力付加処理を施した後における、カムロブ 1の外周面 14の残 留圧縮応力は、 lOOMPa以上である。この上限値は特に限定されないが、通常、 12 OOMPaである。また、カムロブ 1の外周面 14の残留圧縮応力は、好ましくは、 300— lOOOMPa程度である。なお、この残留圧縮応力は、上述のカムロブ内周面 13につ いての方法と同様に測定される。
[0041] このように、カムロブ 1の外周面 14にも残留圧縮応力を付与することにより、カムシャ フト 2の繰返し接触疲労強度が向上し、製造したカムシャフト 2を実動させた際のピッ チング摩耗が生じにくくなる。
[0042] ここで、残留応力付加処理とは、カムロブ 1の内周面 13のみまたは内周面 13と外 周面 14とに残留圧縮応力を付加することができる処理であれば、特に限定されない 力 具体的には、ショットピーユング処理 (ショットブラスト処理）、高周波焼入処理、バ レル研磨処理、浸炭焼入処理、浸炭窒化処理等が挙げられる。
[0043] ショットピー-ング処理（ショットブラスト処理）は、通常、カムロブ材 1の表面（内周面 13のみ、または内周面 13と外周面 14)にショットできるようにノズルを調整し、スチー ル、ガラスビーズ等のグリッドを、 5kgZcm2程度の圧力で圧縮空気や遠心力などに よりカムロブ材 1の表面にぶっけることにより処理が行われる。
[0044] 高周波焼入処理とは、カムロブ材 1の処理する表面部分（内周面 13のみ、または内 周面 13と外周面 14)を誘導加熱により Ac又は Ac変態点以上の適当な温度にカロ
3 1
熱した後、適当な冷却剤で冷却し、さらに硬さを調節し、じん性を増すために、 Ac変 態点以下の適当な温度に加熱した後、冷却する処理である。
[0045] 以上説明した、ショットピーユング処理 (ショットブラスト処理)又は高周波焼入処理 によると、カムロブ 1の内周面 13にのみ残留圧縮応力を付与することができる他、力 ムロブ 1の内周面 13と外周面 14に同一の処理によって残留圧縮応力を付与すること ができ、また、カムロブ 1の内周面 13と外周面 14にそれぞれ異なる処理によって残留 圧縮応力を付与することもできる。
[0046] バレル研磨処理とは、カムロブ材 1と研磨助剤やけい砂等の研磨材とともに回転さ せるか又はカムロブ材 1を振動容器に入れ、振動させて、カムロブ材 1の内周面 13と 外周面 14とを研磨することをいう。
[0047] また、浸炭焼入処理とは、カムロブ材 1を、炭素を含む媒剤中で加熱し、その表面 の炭素含有量を増して硬化させた後、焼入によってカムロブ材 1の表面を硬化させる 処理をいう。
[0048] 浸炭窒化処理とは、カムロブ材 1を、炭素及び窒素を含む媒剤中で加熱し、その表 面に炭素と窒素を浸透させて、表面を硬化させる処理を 、う。
[0049] これらのバレル研磨処理、浸炭焼入処理又は浸炭窒化処理によると、カムロブ 1の 内周面 13と外周面 14に、同時に残留圧縮応力を付与することができる。
[0050] このようにして所定の処理が施されたカムロブ 1は、シャフト 3に接合されることにより
、図 2に示すような組立カムシャフト 2が得られる。具体的には、例えば、シャフト 3の 所定位置に所定角度で、カムロブ 1を焼きばめ又は冷やしばめによって組み付け、 固定することによって得られる。この焼きばめ及び冷やしばめは、組立精度、安価な 設備費の点で好ましく用いられる。
[0051] このようにして製造されるカムシャフト 2における接合トルクは、通常、 100— 500Ν· m程度、好ましくは 150— 400N'm程度である。接合トルクは、ネジリ試験により測定 される値である。
[0052] なお、こうして製造されるカムシャフト 2は、上述の本発明によるカムロブ 1のみを備 えてもよいし、本発明によるカムロブ 1と、他の性質 (摺動特性等）を有するカムロブと を備えるものとしてもよい。
[0053] 本発明のカムロブ 1の製造方法によれば、このようにして、カムロブ 1に割れが生じ にくく、その設計に自由度があり、種々のエンジン、例えば、軽量でコンパクトなェン ジンや高負荷の力かるエンジンにも使用が可能であるカムシャフト 2を提供することが できる。
[0054] ここで、上述の本発明に用いるカムロブ 1の成分糸且成は、特に限定されないが、例 えば、 C (炭素） : 0. 8-1. 2質量％、 Ni (ニッケル） : 0. 5-4. 0質量％、 Mo (モリブデ ン）： 0. 1-2. 0質量％及び残部が不可避的不純物を含有する鉄系焼結合金等を用 いることができる。残部の不可避的不純物は、原料粉末に混入する微量の不純物の 他、焼結用粉末に添加されるステアリン酸亜鉛のような潤滑剤やその他の添加成分 の残留物も含まれる。
[0055] 本発明の製造方法において用いられるカムロブ材 1の密度は、特に限定されない 力 通常、 7. 3-7. 6gZcm3程度である。密度がこの程度であると、強度、耐ピッチ ング性の点で好適なカムロブ材が提供でき、高負荷の力かるエンジンにも使用できる
[0056] また、本発明の製造方法おいて用いられるカムロブ材 1の外周面 14 (残留応力付 加処理を施した面）の硬度は、特に限定されないが、通常、ロックウェル硬さ HRCが 5 0— 55程度である。硬さがこの程度であると、カムシャフト 2が好適な耐摩耗性を有す るちのとなる。
[0057] また、本発明の製造方法において用いられるカムロブ材 1は、カムシャフト 2として用 いる前のオーステナイト量が 3. 0— 35体積0 /0程度である。また、このカムロブ材 1を カムシャフト 2に用いて実動（摺動）させた後のオーステナイト量が 2. 0— 20体積％ 程度である。このようにオーステナイト量が摺動前より後の方が減少することから、カロ 工誘起マルテンサイト変態が行われたと考えられる。
[0058] 本発明の製造方法において用いられるシャフト 3の材質は、通常、内燃機関のカム シャフト 2として用いられているものであれば特に限定されないが、例えば、 S45C等 力もなる材質のものが用いられる。
[0059] また、上述の本発明に用いられるカムロブ 1は、残留圧縮応力付加処理を行う前に 、以下のようにして作製される。まず、最終的に所望の成分組成になるように、鉄系合 金粉末を配合、調製する。そうした鉄系合金粉末を、各成分が均等に混ざるように混 合し、例えば図 1に示すような所定のカムの形状に圧縮成形した後、焼結を行う。こ の圧縮成形と、焼結は、 2回以上行ってもよい。なお、 2回目以降の圧縮成形は、焼 結の後に行われる。
[0060] ここで、上述のように少なくともカムロブ 1の内周面 13に残留圧縮応力付加処理を 行ったカムロブ 1は、本発明のカムロブとなる。また、上述のように少なくともカムロブ 1 の内周面 13に残留圧縮応力付加処理を行ったカムロブ 1を備えたカムシャフト 2は、 本発明のカムシャフトとなる。
実施例
[0061] 以下に、実施例と比較例によって本発明をさらに具体的に説明する。
[0062] (実施例 1)
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 酸亜鉛をカ卩えて混合した。次に、 5— 7tonZcm2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°Cで仮焼結（一次焼結） を行った。さらに、 7— lOtonZcm2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°C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°Cで 100分加熱した後、油冷し、さらに 150°C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。
[0063] 実施例 1-1として、実施例 1と同様にして本焼結（二次焼結）した後、カムロブ材内 周面 13にのみ残留圧縮応力付加処理 (ショットピーユング処理）を行い、カムロブ材 1を作製した。また、実施例 1 2として、実施例 1と同様にして本焼結（二次焼結)した 後、カムロブ材内周面 13および外周面 14に残留圧縮応力付加処理 (高周波焼入） を行い、カムロブ材 1を作製した。
[0064] (実施例 2— 5)
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。
[0065] 各実施例— 1について、実施例 1—1と同様にしてカムロブ材内周面 13のみに残留 圧縮応力付加処理を行い、カムロブ材 1を作製した。また、各実施例— 2について、実 施例 1 2と同様にしてカムロブ材内周面 13および外周面 14に残留圧縮応力付加処 理を行い、カムロブ材 1を作製した。
[0066] (比較例 1一 5)
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。
[0067] (比較例 6)
最終の成分組成が、 C : 3. 4質量0 /0、 Si: 2. 0質量0 /0、 Mn: 0. 7質量0 /0、 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、冷やし金を有する铸型に流し込んで急冷し、凝固さ せてチル铸鉄を得た。得られたチル铸鉄を研磨することにより、比較例 6のカムロブ 材を得た。
[0068] (比較例 7)
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力もなる鉄系合 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。
[0069] (評価方法）
各実施例及び各比較例により得られたカムロブにっ ヽて、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。
[0070] 内周面及び外周面の残留応力は、 X線応力測定により測定した。また、接合トルク は、ネジリ試験（S45Cのエンドピースにカムロブを接合した後、エンドピースを固定し 、カムロブをネジリ評価した）により測定した。カムロブ肉厚限度は、カムシャフトを糸且 み立てた後、カムロブ外周を旋盤カ卩ェして、割れが生じるカムロブの肉厚を測定した
[0071] 密度は、カムロブ材の試験片をパラフィンで封孔処理した後、アルキメデス法によつ て測定した。また、外周面のロックウェル硬さ HRCは、ロックウェル硬度計により、 Cス ケールにて、カムロブ材の試験片のカムノーズ部の外周を 5点計測し、その平均値を 算出した。
[0072] ピッチング発生回数の試験は以下のように行った。図 3に示す二円筒接触試験機 により、各試験片のピッチング発生回数を測定した。各試験片 4を一定速度に回転さ せ (矢印 41)、相手材である円筒試験片 5の回転 (矢印 51の方向）面を接触させ、両 試験片 4及び 5の接触面に潤滑油 6を滴下しながら所定の荷重 7をかけて回転させ、 ピッチングが発生するまでの回数を計測した。
(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°C
油量： 2 X 10 m / min
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 1一 7)
滑り率： 0%
相手材： SUJ2
判定方法: AE (アコースティックェミッション）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。
内部応力分布については、図 5に、カムロブ単体時（a)、シャフト挿入時 (b :カム口 ブにシャフトを焼きバメ接合した場合）におけるカムロブの内周側から外周側までの 断面における内部応力分布を示す模式図を示す。
具体的に、図 5の AZa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 AZb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 BZa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 BZb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 CZa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 CZb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ノ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。
[0074] オーステナイト量の測定は、 X線応力測定装置 (株式会社リガク製)を用い、試験片 の外周部について行った。ピッチング発生回数測定試験前の測定結果を図 6 (a)に 、ピッチング発生回数測定試験後の測定結果を図 6(b)に示すとともに、両試験結果 を表 2に示す。
[0075] (評価結果）
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 1一 5、 7は、カムロブ肉厚限度が 2. 0-2. 8mmであり、 2. Omm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. Ommのものより約 1Z2. 5 (実施例 4 1)一 lZ 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カ卩したことにより、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、カムロブの耐カ（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、カム口 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。
[0076] 次いで、内部応力分布について考察する。 図 5の AZa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 AZb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 BZaについて、カムロブの内周面に残留圧縮応力（一)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（一)が分布している。 図 5の BZbについて、シャフト挿入 (焼きノメ接合）時は、接合により生じる図 5の A Zbの内周側力も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 (一)が分布し、外周側は引張応力（+ )が分布している 図 5の CZaについて、カムロブの内周面及び外周面に残留圧縮応力（一)を付加し た場合は内周側と外周側には圧縮応力 (一)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 Zbの内周側力も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 (一)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 、ては残留応力が（0)生じて 、な 、。
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 、ることが明らかになつた。
カムロブの外周面 14に残留圧縮応力付加処理を行った各実施例— 2では、図 4 (A )一図 4 (E)に示すように外周面 14に残留圧縮応力付加処理を行って ヽな 、各実施 例— 1及び比較例 1一 5と比較してピッチング発生回数が向上している。これは、外周 面 14に残留圧縮応力を付加することにより疲労強度が向上したためである。
図 5の CZb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 カゝになった。
[0078] 各比較例は、各実施例に比べて、ピッチング発生回数測定試験前のオーステナイ ト量が少ない。また、各実施例は、ピッチング発生回数測定試験の前後でオーステナ イト量が減少しているのに対し、比較例 6， 7では、試験前後でオーステナイト量がほ ぼ変化していない。
[0079] [表 1]
Figure imgf000018_0001
※単位：
[0080] [表 2]
Figure imgf000019_0001

Claims

請求の範囲
[1] 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。
[2] 前記カムロブの内周面の残留圧縮応力力 lOOMPa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。
[3] 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。
[4] 前記カムロブの外周面の残留圧縮応力力 lOOMPa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。
[5] 前記残留圧縮応力付加処理が、ショットピーユング処理、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 、ずれかであることを特徴 とする請求項 1乃至請求項 4のいずれ力 1項に記載のカムシャフトの製造方法。
[6] 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。
[7] 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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