(57)【要約】【課題】カムトップ部に耐摩耗性及び耐スカッフ性を付与すると共に、シャフト部の拡径時に伴うベースサークル部の開口周縁の破断を防止することが可能なカムロブの製造方法を提供する。【解決手段】略卵型の形状を有し、シャフト部と同心であり、開口６が形成されたベースサークル部４と、ベースサークル部４より形状半径の大きいカムトップ部５とを有し、組立カムシャフトに用いられるカムロブ３の製造方法であって、複数のカムロブ３にそれぞれ形成された開口６を熱処理用治具の棒状部に挿入するステップと、隣接するカムロブ３のカムトップ部５同士が、棒状部の軸心を中心として、相互に異なる方向に向くように、カムロブ３を積み上げるステップと、積み上げられた状態のカムロブ３を熱処理するステップとを備えたカムロブの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口が形成されたベースサークル部とカムトップ部とを有し、組立カムシャフトに用いられるカムロブの製造方法であって、
複数の前記カムロブにそれぞれ形成された開口を棒状体に挿入するステップと、
隣接する前記カムロブのカムトップ部同士が、前記棒状体の軸心を中心として相互に異なる方向に向くように、前記カムロブを積み上げるステップと、
積み上げられた状態の前記カムロブを熱処理するステップとを備えたカムロブの製造方法。
【請求項２】
前記カムロブを積む上げるステップにおいて、
隣接する複数の前記カムロブのカムトップ同士が、前記棒状体の軸心を中心として相互に９０〜２７０度ずれる方向に向くように、前記カムロブを積み上げる請求項１記載のカムロブの製造方法。
【請求項３】
前記カムロブを積み上げるステップにおいて、
隣接する前記カムロブのベースサークル部同士が密着するように、積み上げられた前記カムロブに対して、前記棒状体の両端側から軸心に沿って圧力を印加する請求項１又は２記載のカムロブの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載のカムロブの製造方法に用いられる治具であって、
前記カムロブに形成された開口が挿入される棒状部と、
前記棒状部の下端部に取り付けられており、前記棒状部に挿入された前記カムロブが積み上げられる支持部と、
前記カムロブが挿入された棒状部の上端部に固定されて、積み上げられた前記カムロブに対して圧力を印加するキャップ部とを少なくとも備えた治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、組立式カムシャフトに用いられるカムロブの製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
４サイクルの往復動作型内燃機関において、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁を開閉させるカムシャフトが設けられている。このカムシャフトは、開閉させる吸排気弁に対応した数のカムロブを有し、クランクシャフトから取り出された動力により、チェーンやタイミングベルト等を介して回転駆動されるようになっている。
【０００３】
近年の小型軽量化の要求に対応したカムシャフトとして、カムトップ部及びベースサークル部を有するカムロブに形成された開口に、シャフト部である中空の鋼管が挿入され、当該シャフト部を拡径することにより、カムロブとシャフト部とが締結された、いわゆる組立式カムシャフトが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような組立式カムシャフトに用いられるカムロブは、吸排気弁と摺接するカムトップ部のみを焼き入れし、耐摩耗性及び耐スカッフ（焼き付き）性を向上させる必要がある（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００５】
しかしながら、カムロブに対して単に焼き入れを行うと、カムトップ部のみならずベースサークル部に形成された開口の周縁をも硬化してしまい、シャフト部の拡径時に、ベースサークル部の開口の周縁に発生する応力により、当該開口の周縁が破断する場合がある。
【０００６】
これに対して、カムロブにおけるカムトップ部以外の部分を、例えば、熱処理防止剤等によりマスキングして熱処理を行う方法が考えられるが、この方法には熱処理防止剤の塗布及び研掃等に時間を要するため、カムロブの生産性が悪化する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１−１２５５０６号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平１０−３３９１１０号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平１１−２２９８２３号公報
【００１０】
【発明の開示】
本発明は、組立式カムシャフトに用いられるカムロブの製造方法に関し、特に、カムトップ部に耐摩耗性及び耐スカッフ性を付与すると共に、シャフト部の拡径時に伴うベースサークル部の開口周縁の破断を防止することが可能なカムロブの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、開口が形成されたベースサークル部とカムトップ部とを有し、組立カムシャフトに用いられるカムロブの製造方法であって、複数の前記カムロブにそれぞれ形成された開口を棒状体に挿入するステップと、隣接する前記カムロブのカムトップ部同士が、前記棒状体の軸心を中心として相互に異なる方向に向くように、前記カムロブを積み上げるステップと、積み上げられた状態の前記カムロブを熱処理するステップとを備えたカムロブの製造方法が提供される。
【００１２】
本発明では、カムロブに形成された開口を棒状体に挿入し、当該挿入された複数のカムロブにおいて、隣接するカムロブのカムトップ部同士が、棒状体の軸心を中心として相互に異なる方向に向くように積み上げ、その状態のまま熱処理を行う。
【００１３】
このような製造方法により、複数のカムロブの各カムトップ部が、当該カムロブの積層から顕著に露出することとになり、カムロブのカムトップ部のみを局所的に且つ効率的に熱処理して硬化することが可能となる。これに対し、複数のカムロブの各ベースサークル部に形成された開口の周縁は、当該カムロブの積層から露出していないため、熱処理されにくく硬化しない。
【００１４】
このような熱処理をカムロブに施すことにより、カムトップ部に耐摩耗性及び耐スカッフ性を付与すると共に、組立式カムシャフトの組立時におけるシャフト部の拡径時に伴うベースサークル部の開口周縁の破断を防止することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施形態に係る組立式カムシャフトの要部斜視図、図２は本発明の実施形態に係るカムロブの正面図、図３は本発明の実施形態に係るカムロブ及び熱処理用治具の分解斜視図、図４（Ａ）は本発明の実施形態に係るカムロブを熱処理用治具に積み上げた状態の側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う断面図、図５（Ａ）は他の積み上げ順序によりカムロブを熱処理治具に積み上げた状態の側面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図、図６は全てのカムトップ部が同一方向に向き、両端から圧力を印加せずに熱処理した場合と、本実施形態に従った方向にカムトップ部が向き、両端から圧力を印可して熱処理した場合との有効硬化層深さを比較した図である。
【００１７】
本発明の実施形態に係るカムロブ３は、図１に示すように、組立式カムシャフト１に用いられるものであり、この組立式カムシャフト１は、所定の軸方向長さを有した中空の鋼管からなるシャフト部２と、複数のカムロブ３とを有している。
【００１８】
この組立式カムシャフト１のカムロブ３は、図２に示すように略卵型の形状のベースサークル部４と、カム機能により自動車エンジンの吸排弁（不図示）を駆動する、ベースサークル部４より形状半径の大きい（軸心からの半径が大きい）カムトップ部５とから構成されている。さらに、カムロブ３のベースサークル部４には、当該ベースサークル部４と同心の開口６が形成されていると共に、当該開口６の周縁に実質的に等間隔に８個の溝６ａが形成されている。
【００１９】
この組立式カムシャフト１は、カムロブ３の開口６にシャフト部２が挿入されて、複数のカムロブ３がシャフト部２の所定位置に配置された後に、シャフト部２内にマンドレル（不図示）が挿通されて、カムロブ３の開口６の周縁に形成された各溝６ａに対応する位置で、シャフト部２が拡径されることにより、シャフト部２と各カムロブ３とが締結され、このカムロブ３を有する組立式カムシャフト１が組み立てられる。
【００２０】
以下に、本発明の実施形態に係るカムロブ３の熱処理方法について説明する。
【００２１】
まず、図３及び図４（Ａ）に示すように、冷間鍛造により開口６及び各溝６ａも含めて成形された２０個のカムロブ３の各開口６を、熱処理用治具１０のステンレス製の棒状部１１に挿入する。
【００２２】
この熱処理用治具１０は、前記棒状部１１と、当該棒状部１１の下端部に取り付けられており、挿入されたカムロブ３が積み上げられて、当該カムロブ３の積層を支持する略鍔状の支持部１２と、前記棒状部１１の上端部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成されたキャップ部１３と、支持部１２に積み上げられた最上段のカムロブ３とキャップ部１３との間に介装される銅製のスペーサ１４とを備えている。なお、熱処理用治具１０の棒状部１１の直径は、図４（Ｂ）に示すように、カムロブ３の挿入容易性及び硬化の防止を考慮して、カムロブ３の開口６の直径に対してクリアランスｃを持つように形成されている。このクリアランスｃは、０．１〜０．４ｍｍが好ましい。
【００２３】
次に、図３、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、隣接するカムロブ３のカムトップ部５同士が、熱処理用治具１０の棒状部１１の軸心を中心として、相互に異なる方向に向くように、複数のカムロブ３を熱処理用治具１０の支持部１２に積み上げる。より具体的には、２０個のカムロブ３から成る積層において、最下段からｍ段目のカムロブ３のカムトップ部５の突出方向に対して、ｎ段目のカムロブ３のカムトップ部５の突出方向が、熱処理用治具１０の棒状部１１の軸心を中心として、９０×（ｎ−ｍ）度ずれるように積層されている（但し、ｍ、ｎは自然数であり、ｍ＜ｎの関係にある）。
【００２４】
例えば、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、熱処理用治具１０の棒状部１１に挿入された２０個のカムロブ３から成る積層は、熱処理用治具１０の棒状部１１の軸心を中心として、第４のカムロブ３ｄの上に積み上げられた第３のカムロブ３ｃのカムトップ部５の突出方向は、第４のカムロブ３ｄのカムトップ部５の突出方向に対して９０度ずれており、当該第３のカムロブ３ｃの上に積み上げられた第２のカムロブ３ｂのカムトップ部５の突出方向は、第４のカムロブ３ｄのカムトップ部５に対して１８０度、第３のカムロブ３ｃのカムトップ部５に対して９０度ずれており、当該第２のカムロブ３ｂの上に積み上げられた第１のカムロブ３ａのカムトップ部５の突出方向は、第４のカムロブ３ｄのカムトップ部５に対して２７０度、第３のカムロブ３ｃのカムトップ部５に対して１８０度、第２のカムロブ３ｂのカムトップ部５に対して９０度ずれるように積み上げられた５個の組み合わせ、即ち、このような順序で積み上げられた２０個のカムロブ３から構成されている。
【００２５】
このように、隣接するカムロブ３のカムトップ部５同士が、熱処理用治具１０の棒状部１１の軸心を中心として、相互に９０度ずれて向くように、カムロブ３を積み上げることにより、図４（Ａ）に示すように、実質的に同一方向に向いたカムトップ部５を有するカムロブ３同士が隣接することなく、当該カムトップ部５同士の間に空間Ｓを形成されて各カムロブ３のカムトップ部５のみが露出させることができる。
【００２６】
なお、上記のカムロブ３の積層を構成する組み合わせの積み上げ順序は、上記の順序に特に限定されず、例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、熱処理用軸１０の棒状部１１の軸心を中心として、第４のカムロブ３ｄの上に積み上げられた第３のカムロブ３ｃのカムトップ部５の突出方向が、第４のカムロブ３ｄのカムトップ部５の突出方向に対して１８０度ずれており、当該第３のカムロブ３ｃの上に積み上げられた第２のカムロブ３ｂのカムトップ部５の突出方向が、第４のカムロブ３ｄのカムトップ部５に対して２７０度、第３のカムロブ３ｃのカムトップ部５に対して９０度ずれており、当該第２のカムロブ３ｂの上に積み上げられた第１のカムロブ３ａのカムトップ部５の突出方向が、第４のカムロブ３ｄのカムトップ部５に対して４５０度、第３のカムロブ３ｃのカムトップ部５に対して２７０度、第２のカムロブ３ｂのカムトップ部５に対して１８０度ずれるように積み上げても、実質的に同一方向に向いたカムトップ部５同士の間に空間Ｓを形成することができ、上述の積み上げ順序の場合と同様の効果を奏する。
【００２７】
次に、図３に示すように、熱処理用治具１０に挿入されて積み上げられたカムロブ３の内で最上段に位置するカムロブ３の上にスペーサ１４を積み上げ、さらに、棒状部１１の上端部に形成された雄ねじに、雌ねじを螺合させてキャップ部１３を、０．９８〜４．９［Ｎ・ｍ］のトルクで締め付ける。
【００２８】
このように、キャップ部１３を所定のトルクで棒状体１１に締結させ、熱処理用治具１０に挿入されて積み上げられた２０個のカムロブ３に対して、棒状部１１の両端側から軸心に沿って所定の圧力を印加することにより、隣接するカムロブ３のベースサークル部４同士の密着性が向上する。また、変形しやすい銅製のスペーサ１４を介装させることにより、密着性をさらに向上させることができる。さらに、隣接するカムロブ３同士において、ベースサークル部４同士が密着し、カムトップ部５同士が接触しないように積み上げられているため、隣接するカムロブ３同士の接触面が少なくなり、カムロブ３の側面の平面度によるカムロブ３の密着性への影響も少なくなる。
【００２９】
次に、熱処理用治具１０に挿入されて積み上げられた状態のカムロブ３に脱脂処理を行った後に熱処理する。この熱処理としては、例えば、カムロブ３を構成する材質として、ＪＩＳ−Ｇ４０５２に規格される焼入性を保証したクロム鋼鋼材ＳＣｒ４２０Ｈを用いた場合には、炭化水素系ガス等の浸炭ガスで満たされた浸炭雰囲気下で９００〜９５０℃、６時間程度加熱して材料表面層に炭素を拡散浸透させた後に、１００℃程度の油で１０分程度急冷して焼き入れを行い、その後１５０〜１８０℃で２時間程度焼き戻しを行う。
【００３０】
この際、積み上げられたカムロブ３において、実質的に同一方向に突出するカムトップ部５同士の間に空間Ｓが形成され、当該カムトップ部５が露出されているため、当該カムトップ部５が浸炭ガスや焼入油に曝され、当該カムトップ部５を局所的に効率的に浸炭焼入処理をすることが可能となる。
【００３１】
また、例えば、図６に示すように、積み上げられる全てのカムロブ３の各カムトップ部５が同一方向に向くように単に積み上げた場合には、隣接するカムロブ３の接触面が多いため、質量効果により有効硬化層深さが比較的浅くなる。これに対して、本発明の本実施形態の積み上げ順序を採用することにより、隣接するカムロブ３同士の接触面が少なくなり浸炭焼入時の質量効果が減少するため、カムトップ部５の有効硬化層深さを十分に得ることが可能となる。
【００３２】
また、積み上げられたカムロブ３において、各カムロブ３のベースサークル部４に形成された開口６の周縁は露出しておらず、熱処理用治具１０の棒状体１１の軸心に沿って両端側からカムロブ３に対して所定の圧力が印加されて密閉されているため、浸炭焼入処理時に、当該開口６の周縁が浸炭ガスや焼き入れ油に曝されず、当該開口６の周縁が硬化されることはない。例えば、図６に示すように、積み上げられたカムロブ３に対して両端側から所定の圧力を印加しない場合には、カムロブ３の開口６の周縁が浸炭ガスや焼き入れ油に曝されて硬化してしまう。これに対して、当該カムロブ３に対して両端側から所定の圧力を印加して、カムロブ３の開口６の周縁が浸炭ガスや焼き入れ油に曝されるのを防止し、有効硬化層深さを浅くすることが可能となる。
【００３３】
このような浸炭焼入処理をカムロブ３に施すことにより、カムトップ部５のみを局所的に且つ効率的に浸炭焼入処理して、当該カムトップ部５を硬化させて耐摩耗性及び耐スカッフ性を付与すると共に、組立式カムシャフト１の組立時におけるシャフト部２の拡径時に伴うベースサークル部の開口６の周縁の破断を防止することが可能となる。
【００３４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。例えば、本実施形態では熱処理に際して積み上げるカムロブの数を２０個として説明したが、本発明では特に限定されることなく、例えば２０個未満或いは２１個より多い数のカムロブを積み上げて熱処理を行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る組立式カムシャフトの要部斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るカムロブの正面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るカムロブ及び熱処理用治具の分解斜視図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明の実施形態に係るカムロブを熱処理用治具に装着した状態の側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う断面図である。
【図５】図５（Ａ）は他の積み上げ順序によりカムロブを熱処理用治具に積み上げた状態の側面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿う断面図である。
【図６】図６は、全てのカムトップ部が同一方向に向き、両端から圧力を印加せずに熱処理した場合と、本実施形態に従った方向にカムトップ部が向き、両端から圧力を印可して熱処理した場合との有効硬化層深さを比較した図である。
【符号の説明】
１…組立式カムシャフト
２…シャフト部
３…カムロブ
４…ベースサークル部
５…カムトップ部
６…開口
６ａ…溝
１０…熱処理用治具
１１…棒状部
１２…支持部
１３…キャップ部
１４…スペーサ
【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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