(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、焼入れ処理によってカム面に均一な焼入れ硬化層を確実かつ容易に形成することができるカムシャフトの製造方法およびカムシャフトを提供する。【解決手段】  本発明のカムシャフトの製造方法は、焼入れ処理によってカム部１０のカム面１０ａに焼入れ硬化層２を形成してなるカムシャフト１を製造するためのもので、カム部１０の側面１０ｂに熱量調整部３を有する粗材を成形する工程と、熱量調整部３によりカム部１０の熱量が調整される状態で粗材を焼入れ処理し、カム面１０ａに焼入れ硬化層２を形成する工程と、を有する。焼入れ時には、カム部１０の側面１０ｂに所定の大きさで形成されたリブ３が、カムトップ部２０の熱をリブ３の周囲やシャフト部１２などに伝播させることによって分散するため、カムトップ部２０の焼入れ深さｈが深くなることはない。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れ処理によってカム部のカム面に焼入れ硬化層を形成してなるカムシャフトの製造方法であって、
カム部の側面に熱量調整部を有する粗材を成形する工程と、
前記粗材を焼入れ処理して、前記熱量調整部によりカム部の熱量を調整してカム面に焼入れ硬化層を形成する工程と、
を有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】
焼入れ処理によってカム部のカム面に焼入れ硬化層が形成されてなるカムシャフトであって、
焼入れ処理時にカム部の熱量を調整することが可能な熱量調整部を側面に備えていることを特徴とするカムシャフト。
【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およびカムシャフトに関し、特に、焼入れ処理によってカム部のカム面に焼入れ硬化層を形成してなるカムシャフトの製造方法およびカムシャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフトを製造するに際しては、カム部のカム面に焼入れ処理を施して焼入れ硬化層を形成することが従来から一般に行われている。そして、カム面に焼入れ処理を施すために、高周波誘導加熱コイルによる加熱が一般に行われている。一般に図５や図７に示すように、高周波誘導加熱コイル３０は、内周面が略円形形状に形成されている。図５に示したように、内周面が略円形形状の高周波誘導加熱コイル３０の中心軸線Ｃ１とカムシャフト１’の回転中心軸線Ｃ２とを一致させてカム面１０ａ’に焼入れ処理を行おうとすると、カム面１０ａ’の突出した部分（カムトップ部）２０’と突出していない部分（ベース円部）２１’とでは、高周波誘導加熱コイル３０の内周面との距離Ｌ１、Ｌ２が異なることとなる。すなわち、高周波誘導加熱コイル３０の内周面に対して、カム面１０ａ’のカムトップ部２０’の距離Ｌ１が小さく、ベース円部２１’の距離Ｌ２が大きくなることとなる。そのため、かかる条件でカム面１０ａ’に焼入れ処理を行うと、カムトップ部２０’において形成される焼入れ硬化層２’の深さ（焼入れ深さ）ｈ’が設定以上に深くなる。そして、カムトップ部に形成される焼入れ硬化層の深さｈが所定値（図２に鎖線で示した焼割れ発生境界値Ｋ）よりも深くなると、図６に示すように、焼割れＷが発生するなどの問題が生じる場合がある。そして、焼割れ発生の問題を回避するために、カムトップ部２０’における焼入れ硬化層２’を適切な深さに形成しようすべく、全体に入熱量を減少させるような条件で焼入れ処理を行うと、図５に示したように、カムトップ部２０’以外の特にベース円部２１’の焼入れ硬化層２’の焼入れ深さｄを必要な深さに形成することができなくなる場合があるという問題が生じることとなる。
【０００３】
そこで、図７に示すように、高周波誘導加熱コイル３０の内周面に対して、カム部１０’のカムトップ部２０’の距離Ｌ１’とベース円部２１’の距離Ｌ２’とが適切となるように、高周波誘導加熱コイル３０の中心軸線Ｃ１とカムシャフト１’の回転中心軸線Ｃ２とを相対的にオフセットさせて配置し、すなわち、カム部１０’の面積中心が高周波誘導加熱コイル３０の中心軸線Ｃ１と一致するように配置し、この状態で焼入れ処理を行うことが従来から知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、カムシャフトのカム部の外周表面を高周波誘導加熱コイルにて高周波誘導加熱して冷却することにより、前記カム部の外周表面に沿った領域に焼入硬化層を形成するようにしたカムシャフトの高周波焼入方法において、断面円形の高周波誘導加熱コイルを用い、前記断面円形の高周波誘導加熱コイルの軸線を前記カムシャフトの軸線に対してオフセットした位置に配置して前記カム部の外周表面の各部と前記断面円形の高周波誘導加熱コイルの内周面との間の間隔を所要の距離に保持し、この状態の下で、前記カムシャフトを回転させることなく静止状態のまま前記カム部の外周表面を高周波誘導加熱して冷却を行うようにしたことなどを特徴とするカムシャフトの高周波焼入方法が開示されている。
【０００５】
そして、特許文献１には、「断面円形の高周波誘導加熱コイルを用い、断面円形の高周波誘導加熱コイルの軸線をカムシャフトの軸線に対してオフセットした位置に配置してカム部の外周表面の各部と断面円形の高周波誘導加熱コイルの内周面との間の間隔を所要の距離に保持し、この状態の下で、カムシャフトを回転させることなく静止状態のままカム部の外周表面を高周波誘導加熱して冷却を行うようにしたものであるから、高周波誘導加熱コイルの軸線とカムシャフトの軸線とのオフセット量（オフセット距離）を適宜に設定することによって、カム部の外周表面の全域にわたって均一な焼入硬化層パターン、すなわち、カム側部分に形成される焼入硬化層の深さとカムトップ側部分に形成される焼入硬化層の深さがほぼ均等な焼入硬化層パターンを得ることができる。また、カム部を高周波焼入（輪郭焼入）するために単純な構造の断面円形の高周波誘導加熱コイルを使用しているので、分割開閉構造を備える割型コイルを使用する場合に比べて、高周波誘導加熱コイルを安価なもので済ませることができる。さらに、割型コイルの場合とは異なり高周波誘導加熱コイルの分割開閉機構及び電気接触部の押圧機構が不要となるため、本発明の高周波焼入方法を施行するための高周波焼入装置も安価なものとなるという利点がある。」などと記載されている（段落００３０）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５６７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図７に示したように、カム部１０’のカム面１０ａ’のカムトップ部２０’、ベース円部２１’と断面円形の高周波誘導加熱コイル３０の内周面との間の間隔Ｌ１’、Ｌ２’を所要の距離に保持するように焼入れ装置を構成した従来の技術にあっては、カムシャフト１’と高周波誘導加熱コイル３０とを相対的にオフセットさせるための複雑な偏心機構を必要とし、またそのための大きな設備スペースが必要となり、設備コストがかかるという問題があった。
また、通常のカムシャフトは、図１に参照されるようにシャフト部１２に対して複数のカム部１０が異なる角度で設けられている場合や、カム面の形状（カムプロフィール）の異なるカム部が複数設けられている場合がある。かかる場合には特に、オフセットさせるための偏心機構が、各カム部に応じて、そのカムシャフトと高周波誘導加熱コイルとの相対的なオフセット量およびオフセット方向を調整する必要があるため、偏心機構がさらに複雑な構成となるとともに偏心機構の制御が煩雑となるなどの問題があった。そして、オフセット量およびオフセット方向を常に正確に調整することが困難であることから、形成する焼入れ硬化層の厚さに対する信頼性を向上させることができないという問題もあった。
【０００８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、焼入れ処理によってカム面に均一な焼入れ硬化層を確実かつ容易に形成することができるカムシャフトの製造方法およびカムシャフト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】
【０００９】
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、焼入れ処理によってカム部のカム面に焼入れ硬化層を形成してなるカムシャフトの製造方法であって、カム部の側面に熱量調整部を有する粗材を成形する工程と、前記粗材を焼入れ処理して、前記熱量調整部によりカム部の熱量を調整してカム面に焼入れ硬化層を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
請求項２のカムシャフトに係る発明は、上記目的を達成するため、焼入れ処理によってカム部のカム面に焼入れ硬化層が形成されてなるカムシャフトであって、焼入れ処理時にカム部の熱量を調整することが可能な熱量調整部を側面に備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明では、カムシャフトの粗材を成形するにあたって、カム部の側面に熱量調整部を形成し、この粗材を焼入れ処理する。この焼入れ処理するときには、カム部の側面に形成された熱量調整部によって、カム部に対する入熱量またはカム部からの放熱量が調整されるため、カム面に均一な深さの焼入れ硬化層が確実かつ容易に形成されるカムシャフトの製造方法が提供される。
請求項２の発明では、カム部の側面に熱量調整部を備えていることにより、粗材を焼入れ処理するときにカム部に対する入熱量またはカム部からの放熱量が調整されるため、カム面に均一な深さの焼入れ硬化層が確実かつ容易に形成される構造のカムシャフトが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、カム部の側面に熱量調整部を有する粗材を成形する工程と、前記粗材を焼入れ処理して、前記熱量調整部によりカム部の熱量を調整してカム面に焼入れ硬化層を形成する工程と、を有するという簡単な構成で、焼入れ処理によってカム面に均一な焼入れ硬化層を確実か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、焼入れ処理時にカム部の熱量を調整することが可能な熱量調整部を側面に備えているという簡単な構成で、カム面に均一な深さの焼入れ硬化層が確実かつ容易に形成される構造のカムシャフトを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の一形態を図１〜図４に基いて詳細に説明する。なお、同一符号は同一部分または相当部分を示すものとする。
本発明のカムシャフトの製造方法は、概略、焼入れ処理によってカム部１０のカム面１０ａに焼入れ硬化層２を形成してなるカムシャフト１を製造するためのもので、カム部１０の側面１０ｂに熱量調整部３を有する粗材を成形する工程と、熱量調整部３によりカム部１０の熱量が調整される状態で粗材を焼入れ処理し、カム面１０ａに焼入れ硬化層２を形成する工程と、を有する。
また、本発明のカムシャフト１は、概略、焼入れ処理によってカム部１０のカム面１０ａに焼入れ硬化層２が形成されてなるもので、焼入れ処理時にカム部１０の熱量を調整することが可能な熱量調整部３を側面１０ｂに備えている。
【００１３】
図１に示した実施の形態におけるカムシャフト１は、例えば内燃機関の動弁系に使用されるもので、内燃機関の気筒数に応じた複数対のカム部１０とジャーナル部１１とがシャフト部１２に一体に設けられている。また、この実施の形態における各カム部１０は、平板カムで、外周面がカム面１０ａを構成しており、カム面１０ａが径方向に突出したカムトップ部２０と、カム面１０ａが径方向に突出していないベース円部２１とを有している。一対で構成されるカム部１０、１０はカムトップ部２０が同じ位相となっており、かつ、カム部１０が内燃機関の気筒と対応する各対ごとに異なる位相で設けられている。このように構成されるカムシャフト１の粗材は、鋳造などによって成形することができる。
【００１４】
図３および図４に示すように、粗材の各カム部１０の側面１０ｂには、熱量調整部としてリブ３が形成されている。この実施の形態におけるリブ３は、シャフト部１２からカムトップ部２０に向かう途中であって、形成しようとするカムトップ部２０の焼入れ深さｈまで延在しており、各カム部１０の両側面１０ｂ、１０ｂに一体に形成されている。リブ３の軸方向の厚さａ１、幅ａ２、径方向の長さｂ、シャフト部１２との接続部分の曲率半径Ｒなど、リブ３の大きさ（厚さａ１、幅ａ２、径方向の長さｂ、曲率半径Ｒにより決定される体積）は、カムプロファイルの形状やカムシャフト１の材質特性、あるいはカム部１０に対する加熱方法などに応じて、図２に鎖線で示したようにカムトップ部２０の焼入れ深さｈが焼割れ発生境界値Ｋを下回るように設定される。
【００１５】
このように成形されたカムシャフト１の粗材を焼入れ処理するに際しては、図５に示したように、内周面が略円形形状の高周波誘導加熱コイル３０の中心軸線Ｃ１とカムシャフト１の回転中心軸線（シャフト部１２の中心軸線）Ｃ２とを一致させて配置させることもできる。この場合には、高周波誘導加熱コイル３０の内周面に対するカムトップ部２０とベース円部２１との距離Ｌ１、Ｌ２が異なることとなる。カム部１０は、高周波誘導加熱によってカム面１０ａが加熱されると、カムトップ部２０がベース円部２１と比較して、突出して高周波誘導加熱コイル３０に近いために温度が上昇し易い傾向にある。しかしながら、本発明では、カム部１０の側面１０ｂに、カムトップ部２０の先端表面から所定の深さｈ（言換えれば、シャフト部１２から径方向の所定の長さｂ）からシャフト部１２に向かって延在するよう形成されたリブ３によって、カムトップ部２０の熱がリブ３からその周囲やシャフト部１２などに伝播することによって逃がされ分散される。そのため、カムトップ部２０の深さｈよりもシャフト部１２側の温度が上昇することが回避され、その結果、焼入れ深さｈが深くなることなく、図２に鎖線で示した焼割れ発生境界値Ｋを下回ることとなり、焼入れ硬化層２をがベース円部２１の焼入れ深さｄと略同じ深さで均一に形成することができる。
【００１６】
なお、リブ３の軸方向の厚さａ１、幅ａ２、径方向の長さｂを長く（大きく）、また、曲率半径Ｒを小さく（すなわち、シャフト部１２との接続部分の幅が大きくなる）することなどにより、カムトップ部２０の放熱量を増加させて、焼入れ硬化層２の主にカムトップ部２０の深さｈを浅く形成することができる。また、これとは逆に、リブ３の軸方向の厚さａ１、幅ａ２、径方向の長さｂを短く（小さく）、また、曲率半径Ｒを大きく（すなわち、シャフト部１２との接続部分の幅が小さくなる）することなどにより、カムトップ部２０の放熱量を減少させて、焼入れ硬化層２の主にカムトップ部２０の深さｈを深く形成することができる。カム部１０のプロファイル形状や形成する焼入れ硬化層２のカムトップ部２０の深さｈに応じて、リブ３の軸方向の厚さａ１や幅ａ２を一定でなく変化させるように形成してもよい。これらリブ３の軸方向の厚さａ１や幅ａ２、径方向の長さｂ、シャフト部１２との接続部分の曲率半径Ｒなどで決定される体積の大きさは、そのリブ３による放熱量に、ひいては焼入れ硬化層２の焼入れ深さｈ影響する。
【００１７】
また、本発明は上述した実施の形態に限定されることはなく、カムシャフト１のカム面１０ａに焼入れ硬化層２を形成すべく加熱するために、高周波誘導加熱コイル３０に換えてレーザビームを照射するなど、他の手法により加熱する場合にも適用することができる。また、本発明は、平板カムに限定されることなく、他のカムプロフィールを有するカム部１０に対しても適用することができる。かかる場合には、リブ３の形状や大きさをカムプロフィールに応じて設定することができる。また、リブ３は、加熱方法などによってはカム部１０の一方の側面１０ｂのみに形成してもよく、また、カム部１０の側面１０ｂに複数形成してもよい。そして、リブ３は、カムトップ部２０の放熱量を調整するだけでなく、カム部１０に対する加熱量（入熱量）を調整する、すなわち、焼入れ深さｈが深くなる傾向にあるカムトップ部２０を、加熱し難くなるように構成することなどもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のカムシャフトの実施の一形態における全体を示す正面図である。
【図２】カムトップ部における焼入れ深さとカム部の側面に形成するリブの大きさとの関係を示すグラフである。
【図３】図１に示したカムシャフトの部分拡大図である。
【図４】図３のＡ‐Ａ線断面図である。
【図５】従来の技術において、内周面が略円形形状の高周波誘導加熱コイルの中心軸線とカムシャフトの回転中心軸線とを一致させてカム面に焼入れ処理を行う場合を示す説明図である。
【図６】カムトップ部に焼入れ硬化層が深く形成されて焼割れが発生した状態を示す説明図である。
【図７】従来の技術において、内周面が略円形形状の高周波誘導加熱コイルの中心軸線とカムシャフトの回転中心軸線とをオフセットさせてカム面に焼入れ処理を行う場合を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１：カムシャフト、  ２：焼入れ硬化層、  ３：リブ（熱量調整部）、  １０：カム部、  １０ａ：カム面、  １０ｂ：側面、  ２０：カムトップ部、  ２１：ベース円部、  ３０：高周波誘導加熱コイル
【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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