(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で、異なるカムプロフィールの第１カムと第２カムの表面に、加熱コイルによって加熱し熱処理して同じ深さで硬化層を形成することができるカムシャフトの製造方法を提供する。【解決手段】２つのバルブカムＣ１、Ｃ１の間にポンプカムＣ２を有しており、これらのカムＣ１、Ｃ２の表面に加熱コイルＨによって加熱し焼入れして所定深さの硬化層Ｑが形成されたカムシャフトＣを製造する。加熱コイルＨにより発生する磁束Ｍがバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２とに均等に通り得る軸方向の長さＬに粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分を成形するステップと、その後、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２の表面を加熱コイルＨによって加熱し焼入れするステップとを含む。【選択図】図３
2014122374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する方法であって、
粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルにより発生する磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分とに均等に通り得る軸方向の長さに成形するステップと、
その後、前記粗材の少なくとも前記第１カムとなる部分の一方と第２カムとなる部分の表面を前記加熱コイルによって加熱し熱処理するステップとを含むことを特徴とするカムシャフトの製造方法。
【請求項２】
２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する方法であって、
粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に成形するステップと、
その後、前記粗材の少なくとも前記第１カムとなる部分の一方と第２カムとなる部分の表面を前記加熱コイルによって加熱し熱処理するステップとを含むことを特徴とするカムシャフトの製造方法。
【請求項３】
２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する方法であって、
粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルにより発生する磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分とに均等に通り得る軸方向の長さに、且つ、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に成形するステップと、
その後、前記粗材の少なくとも前記第１カムとなる部分の一方と第２カムとなる部分の表面を前記加熱コイルによって加熱し熱処理するステップとを含むことを特徴とするカムシャフトの製造方法。
【請求項４】
前記軸部となる部分を成形するステップで、前記軸部と第１カムおよび第２カムの側面とを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のカムシャフトの製造方法。
【請求項５】
前記熱処理するステップの後に、センター穴を形成するステップを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカムシャフトの製造方法。
【請求項６】
前記熱処理するステップの後に、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との外周面を荒研削および仕上研削するステップを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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】
本発明は、カムシャフトの製造方法に関し、特に、２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の動弁機構等を構成するカムシャフトにおいては、バルブカムがその内燃機関のシリンダに応じて設けられている。そして、このようなカムシャフトのなかには、たとえば特許文献１に開示されているように、カムシャフトの回転を利用して内燃機関の燃料を送るための燃料ポンプを駆動するために、バルブカム（第１カム）とはカムプロフィールが異なるポンプカム（第２カム）を、バルブカムの間に設けたものが知られている。このようなカムシャフトでは、バルブカムの間にポンプカムを設けることから、両バルブカムとポンプカムとの間の軸方向の間隔が、ポンプカムを間に設けない他のバルブカム間の軸方向の間隔と比較して、非常に狭くなる。
【０００３】
ところで、カムシャフトは一般に、粗材のカムとなる部分の外周面に焼入れなどの熱処理を行って、各カムのカム面に硬化層を表面から所定の深さで形成している。そして、この熱処理には、たとえば特許文献１及び２に開示されているように、加熱コイルによって加熱することが一般的に行われている。
【０００４】
カムシャフトの従来の一般的な製造工程は、たとえば内燃機関用の場合、図５に示すように、鋳造などによりカムシャフトに近似した形状の粗材ｃ’を成形し（Ｓ１１）、軸部となる部分ｃ３’にセンター穴を形成するセンター穴加工を行い（Ｓ１２）、各カムＣ１’、Ｃ２’の軸回りの位相基準を研削加工する基準研削を行い（Ｓ１３）、バルブカムおよびポンプカムとなる部分ｃ１’、ｃ２’の荒研削を行い（Ｓ１４）、その後加熱コイルＨ’により加熱して焼入し（Ｓ１５）、熱処理によって歪んだ可能性のある粗材ｃ’のセンター穴のセンターを再度取り直すリセンター穴加工を行う（Ｓ１６）。そして、各カム間の軸部となる部分ｃ３’を研削し（Ｓ１７）、バルブカムＣ１’とポンプカムＣ２’を仕上研削する（Ｓ１８）。
【０００５】
ここで、上記特許文献１には、カムに対して焼入れを行うカム焼入れ方法において、円環状の加熱コイルを移動させて、前記カムを前記加熱コイルの円環状の内側に配置する工程と、前記カムの軸心を中心に回転させるとともに、前記カムの回転に応じて前記加熱コイルを前記軸心に垂直な一軸方向に往復動させる工程と、を含むことなどを特徴とするカム焼入れ方法が開示されている。特許文献１では、円環状の加熱コイルをＺ軸移動装置によって移動させて、円環状の加熱コイルの内側にカムシャフトのバルブカム，ポンプカムの一つが配置されるように位置決めする。したがって、特許文献１では、各カムを個別に順次熱処理を行う。なお、特許文献１には、１個の加熱コイルを設けた実施形態が開示されており、また、加熱コイル等を複数併設して、複数カムへの同時焼き入れを可能とすることが記載されている（段落００６１）。加熱コイル等を複数併設した場合でも、複数のカムが各加熱コイルの内側にそれぞれ対応して配置されるように位置決めされる。
【０００６】
一方、上記特許文献２には、回転する焼入れ箇所が近接している材料の表面近傍に隣接して配置されるコイルを備えた高周波焼き入れ装置が開示されている。そして、特許文献２の従来の技術には、２個のカム部表面を同時に焼き入れするために、コイルの形状を、両カムの略半周をそれぞれ囲繞できるように湾曲設定して平行させたヘアピン型のものを用いることが記載されている。また、特許文献２の発明が解決しようとする課題には、次のように記載されている。すなわち、平行に配置された両コイルの磁界の方向が互いに逆方向であることから、焼き入れされるカム部が近接していると、カム部の対向面側で両コイルの磁界が反発して、カム部の厚さ方向における外側だけに励磁電流を生起し、カム部の外側だけが偏奇して焼入れされる虞があり、このことは、特に、焼き入れ面とコイルとの間隔を大きくしたような場合に顕著となる。さらに、焼き入れ面とコイルとの間の隙間を必要とする場合における不具合を防ぐために、コイル同士の間隔を狭めるようにすると、対向するコイルを流れる電流が逆方向であることから、コイルの対向面側での磁場が打ち消され易く、カム部の対向面側への焼入れが行えない虞れが新たに生じる。
【０００７】
そして、特許文献２には、上記の問題を解決するために、コイルにおける対向面において、その面の長さ方向における半分の領域の交互位置に、焼き入れすべき材料の表面に向け突出する片部を固定したことを特徴とする高周波焼き入れ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−４５１６２号公報
【特許文献２】特開平０２−１９７５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、バルブカムＣ１’とその間に配置されたポンプカムＣ２’とでは、カムシャフトＣ’の径方向の大きさや軸方向の幅、およびカムプロファイルが異なる。そして、カムシャフトの粗材ｃ’は、取り代を含んでいる。一方、図５に示した従来の技術においては、バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’との荒研削工程（Ｓ１４）を行い、次いで焼入れ工程（Ｓ１５）を行った後に軸部研削工程（Ｓ１７）を行う。すなわち、焼入れ工程（Ｓ１５）では、バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’の外周面は既に荒研削されているのに対して、バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’との側面とその間の軸部となる部分ｃ３’はまだ研削されていない。そのため、焼入れ工程（Ｓ１５）では、バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分Ｃ２’との間の軸方向の長さ（間隔）Ｌ’が、カムシャフトＣ’のバルブカムＣ１’とポンプカムＣ２’との間の軸方向の長さ（間隔）よりもさらに狭い状態となっている。
【００１０】
このような状態の粗材ｃ’のバルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’とを焼入れ工程（Ｓ１５）で単一の加熱コイルＨ’によって熱処理する場合には、バルブカムとなる部分ｃ１’と加熱コイルＨ’との径方向の間隔と、ポンプカムとなる部分ｃ２’と加熱コイルＨ’との径方向の間隔とが異なり、また、バルブカムとなる部分ｃ１’とその間に配置されたポンプカムとなる部分ｃ２’との軸方向の間隔が非常に狭いために、図６に示すように、加熱コイルＨ’によって発生する磁束Ｍ’がバルブカムとなる部分ｃ１’およびポンプカムとなる部分ｃ２’の表面との間隔に応じて変化できず、バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’とでそれぞれ表面から異なる深さを通ることとなり、バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’とで加熱される深さが異なり、その結果、バルブカムＣ１’とポンプカムＣ２’とで焼入れ深さに差が生じる（ばらつく）という問題があった。
【００１１】
また、図５に示した従来の技術においては、バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’との荒研削工程（Ｓ１４）の後に焼入れ工程（Ｓ１５）を行ってその後に軸部となる部分ｃ３’の研削工程（Ｓ１７）を行う。すなわち、焼入れ工程（Ｓ１５）では、既に粗材ｃ’のバルブカムとポンプカムとになる部分バルブカムとなる部分ｃ１’とポンプカムとなる部分ｃ２’とがそれぞれ研削されているのに対して、軸部となる部分ｃ３’はまだ研削されておらず、研削による取り代を含む径を有する状態である。そのために、焼入れ工程（Ｓ１５）では、粗材ｃ’の各カムとなる部分ｃ１’、ｃ２’との加熱コイルＨ’によって加熱される外周面近傍と軸部となる部分ｃ３’との径方向の長さＤ’が小さい（近い）状態となっている。この軸部となる部分ｃ３’は容積が大きいために熱ｈ’が伝導し易い。
【００１２】
そのため、この状態の粗材ｃ’を焼入れ工程（Ｓ１５）で加熱コイルＨ’により各カムとなる部分ｃ１’、ｃ２’の表面から所定の深さまでを加熱すると、図７に矢印で示したように、各カムとなる部分ｃ１’、ｃ２’の加熱された箇所において、その熱ｈ’が軸部となる部分ｃ３’に近い箇所からそれぞれ軸部となる部分ｃ３’に部分的に伝導して、温度が部分的に低下することとなる。その結果、図７に鎖線で示したように、加熱コイルＨ’によって加熱されてその熱ｈ’を保有する部分が均一な深さとならず、その結果、カム部となる部分ｃ１’、ｃ２’をそれぞれ均一な深さで焼入れすることができないという問題もあった。
【００１３】
さらに、図５に示した従来の技術においては、粗材ｃ’にセンター穴加工（Ｓ１１）を行った後に焼き入れ（Ｓ１４）を行うため、再度センターを取り直すためのリセンター穴加工（Ｓ１６）を行う必要があり、工程数が多く手間やコストがかかるなどの問題があった。さらにまた、図５に示した従来の技術においては、バルブカムとポンプカムとなる部分ｃ１’ｃ２’、の荒研削（Ｓ１４）と仕上研削（Ｓ１８）とを別の工程で行うために、荒研削のための設備と仕上研削のための設備とが必要となり、工程数が多いだけでなく、設備コストがかかるという問題もあった。
【００１４】
一方、上記特許文献１にあっては、加熱コイルが個々のカムとなる部分と対応する位置に位置決めされるものであり、１個の加熱コイルでカムプロフィールの異なる複数のカムとなる部分を加熱するものではない。
【００１５】
また、上記特許文献２にあっては、同時に焼入れするカム部が同じカムプロフィールであり、焼入れされるカム部が近接しているといっても、たとえばバルブカムの間にポンプカムを設ける場合の軸方向の間隔を想定してはいない。そして、特許文献２に記載されたコイルは、カムの回転を許容できる近傍においてその表面の略半周を囲繞できるように、その形状を湾曲設定させて平行させたヘアピン型のものである。これに対して、２つのバルブカムの間にポンプカムを設ける場合にあっては、焼入れするカム部の数や軸方向の間隔、およびカムプロフィールが、間にポンプカムを設けない２つのバルブカムと異なる。そのため、特許文献２に記載されているような加熱コイルでは、カムプロフィールが異なる２種類のカムの表面にそれぞれ均一な深さで熱処理して硬化層を形成することはできない。
【００１６】
本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、異なるカムプロフィールの第１カムと第２カムの表面に、加熱コイルによって加熱し熱処理して同じ深さで硬化層を形成することができるカムシャフトの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、異なるカムプロフィールの第１カムと第２カムの表面に、加熱コイルによって加熱し熱処理してそれぞれ均一な深さで硬化層を形成することができるカムシャフトの製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、異なるカムプロフィールの第１カムと第２カムの表面に、加熱コイルによって加熱し熱処理して同じ深さで、且つ、それぞれ均一な深さで硬化層を形成することができるカムシャフトの製造方法を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを、少ない工程で容易に製造することができる方法を提供することを目的とする。
そして、本発明は、上述した問題を優位に解決するためになされたもので、簡単な構成で、２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを、少ない設備で容易に製造することができる方法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】
請求項１のカムシャフトの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する方法であって、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルにより発生する磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分とに均等に通り得る軸方向の長さに成形するステップと、その後、前記粗材の少なくとも前記第１カムとなる部分の一方と第２カムとなる部分の表面を前記加熱コイルによって加熱し熱処理するステップとを含むことを特徴とする。
請求項２のカムシャフトの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する方法であって、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に成形するステップと、その後、前記粗材の少なくとも前記第１カムとなる部分の一方と第２カムとなる部分の表面を前記加熱コイルによって加熱し熱処理するステップとを含むことを特徴とする。
請求項３のカムシャフトの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、２つの第１カムの間に、該第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも前記第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する方法であって、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルにより発生する磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分とに均等に通り得る軸方向の長さに、且つ、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に成形するステップと、その後、前記粗材の少なくとも前記第１カムとなる部分の一方と第２カムとなる部分の表面を前記加熱コイルによって加熱し熱処理するステップとを含むことを特徴とする。
請求項４のカムシャフトの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記軸部となる部分を成形するステップで、前記軸部と第１カムおよび第２カムの側面とを形成することを特徴とする。
請求項５のカムシャフトの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記熱処理するステップの後に、センター穴を形成するステップを行うことを特徴とする。
請求項６のカムシャフトの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記熱処理するステップの後に、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との外周面を荒研削および仕上研削するステップを行うことを特徴とする。
なお、本発明は、熱処理するステップの後であれば、請求項５のセンター穴を形成するステップと、請求項６の第１および第２カムとなる部分を荒研削および仕上研削するステップとのいずれか一方を行い、その後いずれか他方を行うことも含む。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明によれば、２つの第１カムの間に第２カムを有するために各カムの軸方向の間隔が非常に狭い場合であっても、カムシャフトの形状に応じて成形された粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルにより発生する磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分とに均等に通り得る軸方向の長さに成形することにより、その後の熱処理を行うステップで、加熱コイルの磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との径方向の大きさの差に応じて変化して、第１カムと第２カムとなる部分の表面を均一な深さで通ることとなり、その結果、その後の熱処理を行うステップで少なくとも第１カムの一方と第２カムの表面に同じ深さで硬化層を確実且つ容易に形成することが可能なカムシャフトの製造方法を提供することができる。
請求項２の発明によれば、粗材の第１カムとなる部分および第２カムとなる部分と、その間の軸部となる部分とが近い場合であっても、かかる軸部となる部分を前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に成形することにより、その後の熱処理を行うステップで、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との熱が軸部となる部分に伝導してそれぞれ部分的に温度低下することなく均等に温度低下することとなり、その結果、熱処理により少なくとも第１カムの一方と第２カムの表面にそれぞれ均一な深さで硬化層を確実且つ容易に形成することが可能なカムシャフトの製造方法を提供することができる。
請求項３の発明によれば、２つの第１カムの間に第２カムを有するために各カムの軸方向の間隔が非常に狭く、且つ、粗材の第１カムとなる部分および第２カムとなる部分と、その間の軸部となる部分とが近い場合であっても、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルにより発生する磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分とに均等に通り得る軸方向の長さに、且つ、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に成形することにより、その後の熱処理を行うステップで、加熱コイルの磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との径方向の大きさの差に応じて変化して、第１カムと第２カムとなる部分の表面を均一な深さで通り、且つ、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との熱が軸部となる部分に伝導してそれぞれ部分的に温度低下することなく均等に温度低下することとなり、その結果、熱処理により少なくとも第１カムの一方と第２カムの表面に同じ深さで、且つ、それぞれ均一な深さで、硬化層を確実且つ容易に形成することが可能なカムシャフトの製造方法を提供することができる。
請求項４の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記軸部となる部分を成形するステップで、前記軸部と第１カムおよび第２カムの側面とを形成することにより、少ない工程で容易に第１カムと第２カムを形成することが可能なカムシャフトの製造方法の提供することができる。
請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、熱処理するステップの後に、センター穴を形成するステップを行うことにより、従来の技術のように再度センター穴のセンターを取り直すリセンター穴加工を行うステップが不要となる。そのため、カムシャフトを製造するための工程数を少なくすることが可能なカムシャフトの製造方法の提供することができる。
請求項６の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、熱処理するステップの後に、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との外周面を荒研削および仕上研削するステップを行うことにより、従来の技術のように荒研削と仕上研削を別工程で行う必要がなく、したがって、それぞれの研削のための設備が必要なくなる。そのため、カムシャフトを製造するための工程の数や設備の数を少なくすることが可能なカムシャフトの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるカムシャフトの製造方法で行われる各ステップの実施の一形態を説明するために示したブロック図である。
【図２】本発明により製造されるカムシャフトとその粗材の実施の一形態を説明するために示した部分正面図である。
【図３】本発明により、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルにより発生する磁束が第１カムとなる部分と第２カムとなる部分とに均等に通り得る軸方向の長さに成形した場合の、加熱コイルにより発生する磁束を説明するために示した部分拡大断面図である。
【図４】本発明により、粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分を、前記加熱コイルによって加熱された第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に成形した場合の、温度低下と形成される硬化層を説明するために示した部分拡大断面図である。
【図５】従来の技術によるカムシャフトの製造方法で行われる各ステップの実施の一形態を説明するために示したブロック図である。
【図６】従来の技術における粗材の第１カムとなる部分と第２カムとなる部分との間の軸部となる部分の軸方向の長さのままで焼入れする場合の、加熱コイルにより発生する磁束を説明するために示した部分拡大断面図である。
【図７】従来の技術における粗材の第１カムとなる部分および第２カムとなる部分と軸部となる部分とが径方向に近いままの状態で焼入れする場合の、温度低下と形成される硬化層を説明するために示した部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
最初に、図２に基づいて、本発明により製造するカムシャフト（実線で示した）Ｃとその粗材（鎖線で示した）ｃの実施の一形態を説明する。本発明は、第１カムＣ１と第２カムＣ２とを有するカムシャフトＣを一体で製造するためのものである。この実施の形態におけるカムシャフトＣは、たとえば直噴型の内燃機関の動弁機構等を構成するもので、第１カムが内燃機関の吸気や排気を制御するバルブを操作するためのバルブカムＣ１であり、第２カムが燃料を送る燃料ポンプを駆動するためのポンプカムＣ２である。バルブカムＣ１は、内燃機関の気筒数に応じた数の対で設けられる。ポンプカムＣ２は、一対のバルブカムＣ１の間または互いに隣接する対のバルブカムＣ１の間（つまり、２つのバルブカムＣ１、Ｃ１の間）に設けられる。これらの各カムＣ１、Ｃ２の間には軸部Ｃ３が形成される。ポンプカムＣ２は、直噴型の内燃機関で各気筒に所定のタイミングで燃料を送ることができるように複数のカムトップを有するなど、バルブカムＣ１とは異なるカムプロフィールで成形される。バルブカムＣ１とポンプカムＣ２の外周面には、熱処理として焼入れにより、表面から所定の深さで硬化層Ｑがそれぞれ形成される。
【００２１】
このような構成のカムシャフトＣを一体で製造するための粗材ｃは、その製造するカムシャフトＣに近似した形状で鋳造により一体に成形され、各部ｃ１、ｃ２、ｃ３に切削加工や研削加工などの除去加工が施される。そのため、粗材ｃは、図２に鎖線で示したように、切削加工や研削加工などによる取り代を含む大きさに成形される。すなわち、各カムｃ１、ｃ２となる部分の径および軸方向の厚さは、取り代の分だけカムシャフトＣの各カムＣ１、Ｃ２の径と軸方向の厚さよりも大きく成形されている。また、粗材ｃの軸部となる部分ｃ３の径は軸部Ｃ３の径よりも大きく成形されているが、各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の軸方向の厚さが各カムＣ１、Ｃ２よりも大きく成形されているため、粗材ｃの軸部となる部分ｃ３の軸方向の長さはカムシャフトＣの軸部Ｃ３の軸方向の長さよりも短く成形されている。なお、各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の軸方向の厚さが大きく成形されるために、粗材ｃの軸部となる部分ｃ３の軸方向の長さはカムシャフトの軸部よりも軸方向に短くなっている。
【００２２】
この実施の形態においては、各カムＣ１、Ｃ２の外周面に硬化層を形成するための加熱コイルＨは、２つのバルブカムとなる部分ｃ１のうちの一方と、ポンプカムとなる部分ｃ２とを同時に加熱することができる大きさおよび形状を有している。しかしながら、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、加熱コイルＨは、２つのバルブカムとなる部分ｃ１とその間に設けられるポンプカムとなる部分ｃ２とを同時に加熱することができる大きさおよび形状を有することもできる。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態を、上述したようなカムシャフトＣを製造する場合により、図１および図３に基づいて説明する。
本発明のカムシャフトの製造方法は、概略、２つのバルブカムＣ１、Ｃ１の間にポンプカムＣ２を有しており、少なくともバルブカムの一方Ｃ１とポンプカムＣ２の表面を加熱コイルＨによって加熱し焼入れして所定深さの硬化層Ｑが形成されたカムシャフトＣを製造するものであって、この実施の形態では、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部ｃ３となる部分を、加熱コイルＨにより発生する磁束Ｍがバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２とに均等に通り得る軸方向の長さＬに成形するステップ（図１のＳ２）と、その後、粗材ｃの少なくともバルブカムとなる部分ｃ１の一方とポンプカムとなる部分ｃ２の表面を加熱コイルＨによって加熱し焼入れするステップ（図１のＳ３）とを含んでいる。
【００２４】
図１に示すように、カムシャフトＣを製造するにあたり、最初に上述したように構成された粗材（図２の鎖線を参照）ｃを鋳造により成形する（Ｓ１）。次に、両カムＣ１、Ｃ２の間の軸部となる部分ｃ３を切削加工してから（Ｓ２）、加熱コイルＨを少なくともバルブカムとなる部分ｃ１の一方とポンプカムとなる部分ｃ２の表面に対向させて配置してその表面に所定の深さで加熱して焼入れする（Ｓ３）。
【００２５】
ここで、図３に示すように、バルブカムとなる部分ｃ１の表面とポンプカムとなる部分ｃ２の表面とでは、加熱コイルＨに対する間隔が異なる。そして、２つのバルブカムＣ１、Ｃ１の間にポンプカムＣ２を設けること、しかも、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２が切削加工時の取り代を含むことから、成形されたときの粗材（図１のＳ１）ｃは、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸方向の間隔が非常に狭くなっている、言い換えると、軸部となる部分ｃ３の軸方向の長さが非常に短くなっている。そのため、このような粗材ｃを加熱コイルＨにより加熱すると、図６に参照されるように、バルブカムＣ１とポンプカムＣ２の焼入れ深さが異なって硬化層Ｑを均等に成形することができない。
【００２６】
そこで、本発明のこの実施の形態では、図３に示すように、加熱コイルＨによって加熱をする前に、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分ｃ３を切削加工して（図１のＳ２）、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸方向の間隔を広げるように、言い換えれば、軸部となる部分ｃ３の軸方向の長さＬを延長させるように成形しておく。これにより、図３に示すように、加熱コイルＨをバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との表面に対向させて配置し、各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の表面から所定の深さまでを加熱して焼入れすると（図１のＳ３）、発生する磁束Ｍが、バルブカムとなる部分ｃ１の表面とポンプカムとなる部分ｃ２の表面との加熱コイルＨに対する間隔Ｌに応じて変化することができ、したがって、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との表面に均等の深さで通ることができる。そのため、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との表面から加熱される深さが同じとなり、結果として、バルブカムＣ１とポンプカムＣ２との表面を同じ深さで焼入れして、硬化層Ｑを同様の深さに形成することができる。
【００２７】
また、本発明のこの実施の形態では、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分ｃ３の切削加工を行って軸部Ｃ３を成形ことにより、同時に、カムシャフトＣのバルブカムＣ１とポンプカムＣ２の側面を成形することができる。
【００２８】
続いて、この実施の形態では、軸部Ｃ３にセンター穴を形成するためのセンター穴加工を行い（図１のＳ４）、各カムＣ１、Ｃ２の軸回りの回転位相基準を研削し（図１のＳ５）、両カムとなる部分ｃ１、ｃ２間の軸部となる部分ｃ３を研削して軸部Ｃ３を形成し（図１のＳ６）、バルブカムＣ１とポンプカムＣ２の各カム面の荒研削と仕上研削を行う（図１のＳ７）。
【００２９】
このとき、既に各カムＣ１、Ｃ２の表面の焼入れ（Ｓ３）が行われた後でセンター穴加工（Ｓ４）を行うことから、従来の技術のようにセンター穴加工（図５のＳ１２）を行った後に焼入れ（図５のＳ１５）を行うことによるセンターずれが生じることがなく、したがって従来の技術におけるリセンター穴加工（図５のＳ１６）の工程を行う必要がなくなる。また、本発明では、バルブカムＣ１とポンプカムＣ２の各カム面の荒研削と仕上研削を同じ工程で行うことができることから、同じカム面の研削設備を使用して荒研削と仕上研削を行うことができ、したがって、荒研削と仕上研削を異なる工程で行うために異なる研削設備を使用する必要があった従来の技術と比較して、研削に必要となる設備の数を削減することができる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施の形態を、主に図４に基づいて説明する。なお、この実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様または相当する部分については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３１】
上述した第１の実施の形態においては、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸方向の間隔を広げるよう切削加工したのに対して、この第２の実施の形態では、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分ｃ３の径を縮径させるよう切削加工する（この内容については後述する）。
【００３２】
ここで、一般に、加熱コイルＨにより各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の加熱される表面から軸部となる部分ｃ３までの熱伝導によって加熱部の温度が低下する。この各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の加熱される表面から軸部となる部分ｃ３までの距離が短い場合には、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２の径が異なるため、軸部となる部分ｃ３への熱伝導量が異なり、温度低下が均一とならない。しかし、温度低下の度合いの差は、熱伝導距離が長くなるにしたがって、次第に緩やかになる。そのため、各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の加熱される表面から軸部となる部分ｃ３までの距離が長い場合には、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２の径が異なっても、次第に温度低下量が同じになってくる。なお、この温度低下の程度は、軸部の径を変えて実験するなどして経験的に求めることができる。
【００３３】
図１に鎖線で示したように、粗材ｃは、製造するカムシャフトＣに取り代を加えた大きさに成形されている。そのため、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分ｃ３の径もカムシャフトＣの軸部Ｃ３の径よりも大きい。さらに、図５に示したように従来の技術では、バルブカムおよびポンプカムとなる部分ｃ１、ｃ２を荒研削（Ｓ１４）を行った後に焼入れ（Ｓ１５）を行うため、この焼入れ（Ｓ１５）の際には、各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の径が粗材成形（Ｓ１１）のときよりも小さくなっている。そのため、加熱コイルＨにより各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の加熱される表面と軸部となる部分ｃ３とが近い。そして、この軸部となる部分ｃ３は、各カムとなる部分ｃ１、ｃ２と比較して容積が大きいことから熱ｈが伝道し易い。これらのことから、粗材ｃに対して加熱コイルＨにより各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の表面から所定の深さまでを加熱すると、図７に示したように、各カムとなる部分ｃ１、ｃ２の加熱された箇所において、軸部となる部分ｃ３に近い箇所から熱ｈが軸部となる部分ｃ３に伝導して、部分的に温度が低下することとなる。その結果、カム部となる部分ｃ１、ｃ２をそれぞれ均一な深さで焼入れすることができない。
【００３４】
そこで、本発明のこの実施の形態では、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分ｃ３を切削加工することにより縮径させて（図１のＳ２）、比較的容積の大きい軸部となる部分ｃ３と、カム部となる部分ｃ１、ｃ２の加熱コイルＨにより加熱（図１のＳ３）される箇所とを径方向に離す。この軸部となる部分ｃ３をカム部となる部分ｃ１、ｃ２から径方向に離すように両者ｃ３とｃ１およびｃ２の間の径方向に増加させる距離Ｄは、上記経験的に求められる温度低下の程度に基づいて、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２の加熱コイルＨによって加熱された箇所の温度がそれぞれ均等に温度低下し得る径に設定することができる。そのため、バルブカムおよびポンプカムとなる部分ｃ１、ｃ２との表面から加熱された箇所が均一な温度となり、結果として、表面を均一な深さで焼入れして、バルブカムＣ１とポンプカムＣ２との表面にそれぞれ硬化層Ｑを均一に形成することができる。
【００３５】
そして、本発明のこの実施の形態でも、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分ｃ３の切削加工を行って軸部Ｃ３を成形ことにより、同時に、カムシャフトＣのバルブカムＣ１とポンプカムＣ２の側面を成形することができることは、上述した第１の実施の形態と同様である。
また、第２の実施の形態における焼入れの後の工程（図１のＳ４〜Ｓ７）は、上述した第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３６】
上述した第１の実施の形態と第２の実施の形態は、いずれか一方のみで各カム部Ｃ１、Ｃ２に所望の硬化層Ｑを正確に形成することができれば、他方を行う必要がない。しかしながら、上述した第１の実施の形態と第２の実施の形態を組み合わせて、すなわち、加熱コイルＨにより発生する磁束Ｍが、バルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との径方向の大きさの差に応じて変化し得る軸方向の長さに伸ばし（第１の実施の形態）、且つ、加熱コイルＨによって加熱されたバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との熱ｈがそれぞれ均等に温度低下し得る径に軸部となる部分ｃ３を縮径させて、バルブカムとなる部分ｃ１およびポンプカムとなる部分ｃ２と軸部となる部分ｃ３とを径方向に離す（第２の実施の形態）ように、粗材ｃのバルブカムとなる部分ｃ１とポンプカムとなる部分ｃ２との間の軸部となる部分ｃ３の切削加工を行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、第１カムがバルブカムで、第２カムがポンプカムである場合に限定されることはなく、２つの第１カムの間に、この第１カムとは異なるカムプロフィールの第２カムを有しており、少なくとも第１カムの一方と第２カムの表面を加熱コイルによって加熱し熱処理して所定深さの硬化層が形成されたカムシャフトを製造する場合に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
Ｃ：カムシャフト、  Ｃ１：バルブカム（第１カム）、  Ｃ２：ポンプカム（第２カム）、  Ｃ３：軸部、  Ｈ：加熱コイル、  Ｍ：磁束、  ｈ：熱、  Ｑ：硬化層、  ｃ：粗材、  ｃ１：バルブカムとなる部分、  ｃ２：ポンプカムとなる部分、  ｃ３：軸部となる部分
【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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【図７】
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