(57)【要約】      （修正有）【課題】カムシャフトの溝の表面処理における熱をカムシャフトの軸心付近にまで到達させることなく、あるいは上面処理における溝エッジ部の溶融を抑えつつ、溝表面を硬化させる表面処理を行なう方法を提供する。【解決手段】溝１８を有するカムシャフトの製造において、まず、カムシャフトの軸心方向への熱伝導を低減するための熱量低減部材を形成し、その後、熱量低減部材を形成した状態で、溝表面に熱処理を施した後、熱量低減部材を除去する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝を有するカムシャフトに、カムシャフトの軸心方向への熱伝導を低減するための熱量低減部材を形成し、
前記熱量低減部材を形成した状態で、前記溝表面に熱処理を施し、
前記熱量低減部材を除去する、
ことを特徴とするカムシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記熱量低減部材は、前記溝の側壁部の上に配置される熱誘導部材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。
【請求項３】
前記熱誘導部材は、銅または黄銅により構成されることを特徴とする請求項２に記載のカムシャフトの製造方法。
【請求項４】
前記熱量低減部材は、前記溝の側壁部の本来の高さ以上の部分であって、
前記側壁部を本来の高さ以上に形成することで前記熱量低減部材が形成され、
前記熱処理の後、前記側壁部を本来の高さにすることで、前記熱量低減部材が除去され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。
【請求項５】
前記熱量低減部材は、前記カムシャフトの溝底面に配置される断熱部材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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カムシャフトの製造方法に関する。更に具体的には、溝を有するカムシャフトの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、螺旋状の溝を有するカムシャフトが開示されている。この特許文献１のシステムでは、溝に係入又は抜脱できるように設置された従動ピンを必要に応じて溝に挿入し溝に沿ってカムシャフト軸方向に移動させる。これにより、吸気バルブを駆動するカムを変更し、吸気バルブのリフト特性を変更している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１２９２４号公報
【特許文献２】特開平７−７０６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術のようにカムシャフトの溝内にピンを摺動させて移動させるような場合、溝の磨耗が問題となる。これに対し、溝の磨耗を抑制するため、溝形成後に溝表面に焼入れ等の表面処理を施すことにより、溝表面を硬化する手法が知られている。
【０００５】
しかしながら、焼き入れにより表面処理を施す場合、焼き入れにおける熱が、溝表面からカムシャフトの軸中心部まで到達してしまうことが考えられる。このように、軸心にまで熱が到達すると、その熱によりカムシャフト全体に歪みが発生する場合があり、その結果、カムシャフトの強度が低下することも考えられる。また、このような表面処理においては溝表面が集中的に高温に晒されることとなるため、溝のエッジ部に熱が集中し、溝のエッジ部が溶融することが考えられる。
【０００６】
従って、この発明の第１の目的は、溝の表面処理における熱を、カムシャフトの軸心付近にまで到達させることなく、溝表面を硬化させる表面処理を行なうことができるよう改良したカムシャフトの製造方法を提供するものである。
【０００７】
また、この発明の第２の目的は、更に、溝のエッジ部の溶融を抑えて、溝表面を硬化させる表面処理を行なうことができるよう改良したカムシャフトの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、カムシャフトの製造方法であって、
溝を有するカムシャフトに、カムシャフトの軸心方向への熱伝導を低減するための熱量低減部材を形成し、
前記熱量低減部材を形成した状態で、前記溝表面に熱処理を施し、
前記熱量低減部材を除去する、
ことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記熱量低減部材は、前記溝の側壁部の上に配置される熱誘導部材であることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、前記熱誘導部材は、銅または黄銅により構成されることを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、
前記熱量低減部材は、前記溝の側壁部の本来の高さ以上の部分であって、
前記側壁部を本来の高さ以上に形成することで前記熱量低減部材が形成され、
前記熱処理の後、前記側壁部を本来の高さにすることで、前記熱量低減部材が除去されることを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、前記熱量低減部材は、前記カムシャフトの溝底面に配置される断熱部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、カムシャフトの軸心方向への熱伝導を低減するための熱量低減部材を形成した状態で熱処理が施される。これにより、溝表面の熱処理の際にカムシャフトの軸心まで熱が伝わるのを抑制することができる。従って、確実に溝の表面を硬化させることが出来るとともに、表面処理の際にカムシャフトに歪みが生じるのを抑えることができる。
【００１４】
第２又は第３の発明によれば、熱量低減部材として、溝の側壁部の上に熱誘導部材を形成する。これにより、熱処理の際の熱を熱誘導部材から外部に効果的に放熱することができ、カムシャフトの軸心方向への熱の伝導を抑制する事ができるとともに、熱による溝のエッジ部の溶融を抑制することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、熱量低減部材として、溝の側壁部を本来の高さ以上に形成した状態で熱処理が施される。これにより、溝表面の熱処理の際にカムシャフトの軸心まで熱が伝わるのを抑制するとともに、溝のエッジ部の溶融を抑制することができる。また、側壁部を高く形成しておけばよいため、別の部材を側壁部等に形成するような工程を要することなく、容易に軸方向への熱伝導等を抑制することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、熱量低減部材としてカムシャフトの溝底面に断熱部材を形成した状態で熱処理が行われる。従って、軸心方向への供給される熱量を抑制することができ、軸心への熱伝達を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１におけるカムシャフトについて説明するための図である。
【図２】従来の表面処理によるカムシャフトの歪みについて説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるカムシャフトの溝形成時の状態について説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるカムシャフトの溝形成時の状態について説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるカムシャフトの溝形成時の状態について説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態３におけるカムシャフトの溝形成時の状態について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるカムシャフトについて説明するための模式図である。図１に示すカムシャフト１０は、少なくともNO.1〜NO.4の４つの気筒を有する内燃機関の吸気バルブ（図示せず）を駆動する機構に用いられるものである。また、この実施の形態１においては、気筒ごとに２つの吸気バルブが形成されている。
【００２０】
カムシャフト１０には、気筒ごとに３つのカム１４が形成されている。このカムシャフト１０が用いられる機構は、気筒ごとに、３つのカム１４のうち２つのカムを、その気筒の２つの吸気バルブに対応させて用いることができるものであり、用いるカム１４を切り替えることで、吸気バルブのリフト特性を変更することができるものである。
【００２１】
このようなカム１４の切り替えは、切替部１６により行なわれる。具体的に、切替部１６には、螺旋状のスライド溝１８が形成されている。スライド溝１８には、スライドピン（図示せず）が対応して設置されている。スライドピンは、カムシャフト１０のカム軸方向（図１においては左右方向）には変位しないように設置されている。スライドピンがスライド溝１８内に係合されると、スライド溝１８に沿ってスライドピンがスライド溝１８に対し相対的に摺動して移動する。その結果、カム１４がカム軸方向に変位し、吸気バルブとカム１４との対応が切り替えられる。
【００２２】
ところで、このようにスライドピンとスライド溝１８とが摺合う場合、スライドピンの相対的な摺動によるスライド溝１８の磨耗を抑制する必要がある。このため、実施の形態１においては、レーザ照射によりスライド溝１８の表面に加熱による表面処理（熱処理）を施すことで、スライド溝表面を硬化させる。
【００２３】
ここで、表面処理時のレーザ出力が小さく入熱量が小さくなると、スライド溝１８表面の硬化深さも減少することがわかっている。従って、この実施の形態では、適正な硬化深さを確保するため、ある程度高いレーザ出力で適正時間レーザ照射を行い、高い入熱量での表面処理（焼き入れ）を行なう。具体的な例では、例えばスライド溝１８には表面硬度Hv600以上、かつ内部深さ0.2mm以上が要求される。具体的なレーザ出力及び照射時間は、このような表面硬化の要求に応じて、面粗度と必要な硬化深さとの関係で予め実験等により求めておく。
【００２４】
しかしながら、特にスライド溝１８はカムシャフト１０の軸心までの距離が短いため、単に高出力で長時間のレーザ照射を行なうとすると、レーザ照射時の熱がカムシャフト１０の軸心にまで伝導されることが考えられる。ここで、加熱膨張と冷却収縮との体積変化は均一でないため、加熱前と加熱後とでは残留応力を残し形状が変化する。例えば、全体をゆっくり昇温させ、降温させるような炉内処理であればこのような形状変化は小さく抑えることができる。しかし、レーザ照射のように局所的に加熱するような場合、入熱量の増加に比例して形状変化が大きくなり、カムシャフト１０に歪みが生じることが考えられる。
【００２５】
図２は、レーザ照射による表面処理前のカムシャフトの状態と、従来の表面処理を行った場合のカムシャフトの状態とを説明するための図である。図２において、横軸に表示された番号は、カムシャフト１０に設置されたカム１４の位置を、そのカムが対応する気筒番号（No.１〜No.4）により示したものである。また、縦軸はカムシャフトの軸心からの歪み量を表している。また図２において、四角でプロットされた線（ａ）は、表面処理前のカムシャフトの状態を表し、丸でプロットされた線（ｂ）は、従来の表面処理を行なった場合のカムシャフトの状態を表している。図２からも、表面処理を行なう前のカムシャフトに比べて、従来の表面処理を行なった場合、カムシャフト１０に大きな歪みが生じていることが判る。
【００２６】
このように、カムシャフト１０に生じた歪みは、カムシャフト１０の強度を弱めたり、カムシャフト１０の回転の振れを大きくしたりする原因となり得る。従って、カムシャフト１０形成時に生じる歪みは極力小さくすることが望まれる。従って、この発明の実施の形態１においては、カムシャフト１０の表面処理に際して、以下のような処理を行なう。
【００２７】
図３及び図４は、表面処理の際の、切替部１６の状態について説明するための図であり、図３は軸方向に水平な断面を表し、図４は図３におけるＡ−Ｂ方向の断面を表している。
【００２８】
図３及び図４に示されるように、スライド溝１８の側面２０ａを構成する凸部２０（側壁部）の上に、熱誘導部材２２（熱量低減部材）を配置する。ここで、熱誘導部材２２は、凸部２０の側面２０ａ側の面において、側面２０ａと同一平面を構成するように形成する。熱誘導部材２２は、例えば、銅や黄銅により構成されたものが好ましいが、カムシャフトの材料に比べて熱伝導率の高い材料であれば特にこれらの材料に限定されるものではない。図４に示されるように、熱誘導部材２２は、スライド溝１８が形成されている部分より若干多く、凸部２０を囲むように形成すればよい。
【００２９】
この状態で図３に示されるように、スライド溝１８の底部及び側面２０ａにむけてレーザ３０によりレーザ照射を行なう。このとき、スライド溝１８の表面は高温となり（高温部（ａ））となり、また熱はスライド溝１８表面から次第に深く伝わっていく（入熱範囲（ｂ））。
【００３０】
ここで、実施の形態１においては、凸部２０上には熱誘導部材２２が形成されている。これによりレーザ３０の照射による熱は凸部２０上に形成された熱誘導部材２２側に多く伝導し、熱誘導部材２２から効果的に放熱される。従って、カムシャフト１０の軸心近傍側に到達しないようにすることができる。
【００３１】
なお、このような熱処理の後、熱誘導部材２２は除去する。これにより、表面に確実に硬化処理が施された切替部１６を有するカムシャフト１０が形成される。
【００３２】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、レーザ３０の出力をある程度高くしてスライド溝１８の表面処理を行った場合であっても、レーザ３０の熱を、熱誘導部材２２側に効果的に導いて放出することができる。これにより、高い出力のレーザ照射による焼き入れによりスライド溝１８の表面を確実に硬化させることができるとともに、この表面処理時のレーザ３０の熱によりカムシャフト１０に歪みが生じるのを抑制することができる。また、このように熱誘導部材２２を設置してレーザ照射を行なうことにより、スライド溝１８のエッジ部分（即ち、凸部２０の角）に熱が集中するのを抑えることができるため、エッジ部分の溶解をも抑えることができる。
【００３３】
なお、この実施の形態１においては、カムシャフト１０が吸気バルブを駆動する機構に用いられる場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、カムシャフト１０を、排気バルブを駆動する機構に用いるものであってもよい。
【００３４】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２における表面処理の際のスライド溝付近の状態を説明するための図である。実施の形態２においては、スライド溝１８の表面処理に際し、熱誘導部材２２に替えて、凸部２０を最終的な形状より高く形成しておく点を除き、実施の形態１と同じものである。
【００３５】
具体的に、図５に示すように、表面処理の前、切替部１６の凸部２０は最終的な軸心からの高さH20よりも高く形成されている。これにより、本来の凸部２０の高さ以上の部分にまでレーザ照射が可能となるため、レーザ照射時の高熱部（ａ）はスライド溝１８表面（底面及び側面２０ａ）全体に行き渡らせることができる。また、レーザ照射による熱が凸部２０上方にも発散するため、入熱範囲（ｂ）の軸心までの到達を抑制することができる。なお、レーザ照射の後、凸部２０は、本来の高さH20となるように不要部分４０が除去される。
【００３６】
以上のように実施の形態２によれば、表面処理時のカムシャフト１０の歪みや、スライド溝１８のエッジ部分の溶解を防止しつつ、スライド溝１８の硬化のための表面処理を確実に行なうことができる。また、この実施の形態２では、凸部２０を予め形成しておくことができるため、熱処理のための熱誘導部材を形成する工程を省くことができる。
【００３７】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３における表面処理時のカムシャフトのスライド溝付近の状態を説明するための図である。実施の形態３においては、スライド溝１８の表面処理に際し、熱誘導部材２２を形成せず、スライド溝１８底部に断熱部材５０を設置する点を除いて、実施の形態１と同様の表面処理を行なう。
【００３８】
具体的に、実施の形態３では、スライド溝１８の表面処理前に、スライド溝１８内に断熱部材５０を配置する。ここで、断熱部材５０は、例えば耐熱性セラミック等により構成されることが好ましいが、レーザ３０からの熱に対する断熱性を有するものであれば、これに限られるものではない。また、この発明において断熱部材５０は図６に示されるようなブロック形状のものに限るものではない。断熱部材５０は、例えば、シール状のものや、スライド溝１８底面に断熱性を有する材料を塗布することにより形成されるものであってもよい。
【００３９】
表面処理に際しては、このように断熱部材５０が形成された状態で、レーザ３０によるレーザ照射が行なわれる。これにより、スライド溝１８底部への入熱を抑制し、側面２０ａ方向に高熱部（ａ）、入熱範囲（ｂ）を集中させることができる。このとき、スライド溝１８底面へは、側面２０ａ側に供給された熱が回り込むため、スライド溝１８底面部をも硬化させることができる。従って、カムシャフト１０の軸心への熱の伝導を抑えつつ、スライド溝１８表面の確実な焼入れによる硬化を行なうことができる。なお、実施の形態３においても表面処理の後、断熱部材５０は除去され、スライド溝１８が完成される。
【００４０】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１０  カムシャフト
１４  カム
１６  切替部
１８  スライド溝
２０  凸部
２０ａ  側面
２２  熱誘導部材
３０  レーザ
４０  不要部分
５０  断熱部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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