(57)【要約】【課題】カムジャーナルの表面にペーパーラップ加工を施すことなくカムシャフトの回転時のフリクションを要求レベルまで低下させることができるカムジャーナルの加工方法を提供する。【解決手段】カムシャフト１におけるカムジャーナル２の表面を砥石で研削する研削工程を通じて、その表面の算術平均粗さＲａが０．２以下となるようにされる。更に、研削工程の後に実施されるバリ取り工程では、砥粒入りのブラシ４を用いてカムジャーナル２の表面のバリ取りが行われるとともに、その表面に対し砥粒による研磨も行われる。こうしたバリ取り工程を通じて、カムジャーナル２の表面のスキューネスＲｓｋが−１．２５以下になるとともにクルトシスＲｋｕが５．５以上になるようにされる。上述した研削工程及びバリ取り工程の実施を通じて、カムジャーナル２の表面粗さがカムシャフト１の回転時のフリクションを要求レベルまで低下できる程度に小さく抑えられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトに形成されたカムジャーナルの表面を砥石で研削する研削工程と、その研削工程の実施後に前記カムジャーナルの表面に対しブラシを用いてバリ取りを行うバリ取り工程と、を有するカムジャーナルの加工方法において、
前記研削工程を通じて前記カムジャーナルの表面の算術平均粗さＲａが０．２以下になるよう前記砥石を調整し、
前記バリ取り工程を通じて前記カムジャーナルの表面のスキューネスＲｓｋが−１．２５以下になるとともにクルトシスＲｋｕが５．５以上になるよう前記ブラシとして砥粒入りのブラシを用いた
ことを特徴とするカムジャーナルの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムジャーナルの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のカムシャフトには、軸受けによって支持されるカムジャーナルが形成されている。こうしたカムシャフトの回転時のフリクションを低下させるためには、カムジャーナルの表面粗さを小さく抑えることが好ましい。そして、カムシャフトの回転時のフリクションを要求レベルまで低下させることを実現するため、カムジャーナルの表面を研削した後にバリ取りを行い、更にカムジャーナルの表面に対し特許文献１に記載されたペーパーラップ加工を施すことにより、カムジャーナルの表面粗さを小さく抑えることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６６９８３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したカムジャーナルの加工方法では、カムシャフトの回転時のフリクションを要求レベルまで低下させるため、カムジャーナルの表面にペーパーラップ加工を施さなければならない。このため、カムジャーナルの表面にペーパーラップ加工を施すための設備が必要になるとともに、ペーパーラップ加工を施すためのランニングコストが増加するという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、カムジャーナルの表面にペーパーラップ加工を施すことなくカムシャフトの回転時のフリクションを要求レベルまで低下させることができるカムジャーナルの加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するカムジャーナルの加工方法では、カムシャフトに形成されたカムジャーナルの表面を砥石で研削する研削工程を通じて、その表面の算術平均粗さＲａが０．２以下となるようにされる。更に、上記研削工程の後に実施されるバリ取り工程では、砥粒入りのブラシを用いてカムジャーナルの表面のバリ取りが行われるとともに、その表面に対し砥粒による研磨も行われる。こうしたバリ取り工程を通じて、カムジャーナルの表面のスキューネスＲｓｋが−１．２５以下になるとともにクルトシスＲｋｕが５．５以上になるようにされる。上述した研削工程及びバリ取り工程の実施を通じて、カムジャーナルの表面粗さが小さく抑えられる。すなわち、カムジャーナルの表面の算術平均粗さＲａが０．２以下、スキューネスＲｓｋが−１．２５以下、クルトシスが５．５以上になる。その結果、カムジャーナルが軸受けによって支持された状態でのカムシャフトの回転時におけるフリクションが要求レベルまで低下する。従って、カムジャーナルの表面にペーパーラップ加工を施すことなく、カムシャフトの回転時のフリクションを要求レベルまで低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】カムジャーナルの表面を研削する研削工程の実施態様を示す略図。
【図２】カムジャーナルの表面のバリ取り及び研磨を行うバリ取り工程の実施態様を示す略図。
【図３】カムジャーナルの表面性状を算術平均粗さＲａ及びスキューネスＲｓｋを用いて示した散布図。
【図４】カムジャーナルの表面性状を算術平均粗さＲａ及びクルトシスＲｋｕを用いて示した散布図。
【図５】研削工程で用いられる砥石における砥粒の粒度と算術平均粗さＲａとの関係を示すグラフ。
【図６】同砥石における砥粒の集中度と砥層における砥粒の体積比率との関係を示す具グラフ。
【図７】同砥石における砥粒の粒度と結合度との関係を従来と比較して示すグラフ。
【図８】バリ取り工程前のカムジャーナルの表面における粗さ曲線を示すグラフ。
【図９】バリ取り工程後のカムジャーナルの表面における粗さ曲線を示すグラフ。
【図１０】カムシャフトの軸トルクのデータをカムシャフトの回転速度毎にプロットした散布図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、カムジャーナルの加工方法の一実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、内燃機関のカムシャフト１には、軸受けによって支持されるカムジャーナル２が形成されている。そして、カムシャフト１の回転時のフリクションを要求レベルまで低下させることを目的として、カムジャーナル２の表面に対し表面粗さを小さく抑える加工が施される。ちなみに、カムジャーナル２の表面粗さ（面性状）に関係する指標値としては、算術平均粗さＲａ、二乗平均平方根粗さＲｑ、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ、及び粗さ曲線のクルトシスＲｋｕ等があげられる。以下、これら指標値の詳細について列記する。
【０００９】
算術平均粗さＲａの算出には、カムジャーナル２の表面を測定して得られる粗さ曲線が用いられる。この算術平均粗さＲａは、上記粗さ曲線の平均線方向に基準長さＬだけ抜き取り、その抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計して平均した値である。そして、粗さ曲線の平均線方向にＸ軸をとり、粗さ曲線の縦倍率の方向にＹ軸をとり、その粗さ曲線を次の式「Ｙ＝ｆ（Ｘ）」で表した場合、算術平均粗さＲａは次の式（１）を用いて求められる。
【００１０】
【数１】
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二乗平均平方根粗さＲｑは、粗さ曲線の上記基準長さＬにおいて、測定曲線の二乗平方根を表しており、粗さ曲線のスキューネスＲｓｋ及びクルトシスＲｋｕを求める際に用いられる。この二乗平均平方根粗さＲｑは、次の式（２）を用いて求められる。
【００１１】
【数２】
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粗さ曲線のスキューネスＲｓｋは、粗さ曲線における平均線を中心とした山部と谷部との対称性を表している。そして、スキューネスＲｓｋが「０」よりも大きくなるほど粗さ曲線が谷部側に偏っていることを意味し、スキューネスＲｓｋが「０」よりも小さくなるほど粗さ曲線が山部側に偏っていることを意味している。また、スキューネスＲｓｋが「０」であるときには、粗さ曲線が平均線を中心に対称となっていることを意味する。
【００１２】
【数３】
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粗さ曲線のクルトシスＲｋｕは、粗さ曲線における高さ分布の尖り度を表している。そして、クルトシスＲｋｕが「３」であるときには、粗さ曲線の高さ分布が正規分布となっていることを意味する。また、クルトシスＲｋｕが「３」よりも大きくなるほど粗さ曲線の高さ分布が尖った形状となっていることを意味し、クルトシスＲｋｕが「３」よりも小さくなるほど粗さ曲線の高さ分布が潰れた形状となっていることを意味する。
【００１３】
【数４】
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次に、カムジャーナル２の表面粗さを小さく抑えるための加工方法について、従来と比較しながら詳しく説明する。
【００１４】
カムジャーナル２の表面粗さを小さく抑える加工として、まずはカムジャーナル２の表面を図１に示す砥石３で研削する研削工程が実施される。こうした研削工程では、カムシャフト１を回転させるとともに砥石３を回転させた状態のもと、その砥石３をカムジャーナル２に接触させることによってカムジャーナル２の表面を研削する。このように研削されたカムジャーナル２の表面の算術平均粗さＲａに応じたスキューネスＲｓｋ及びクルトシスＲｋｕをそれぞれ図３及び図４に示す。
【００１５】
図３は横軸を算術平均粗さＲａとするとともに縦軸をスキューネスＲｓｋとし、図３の「□」、「△」、「○」、「◇」は複数のカムシャフト１のカムジャーナル２に対し上記研削工程を実施した後の算術平均粗さＲａ及びスキューネスＲｓｋに関するデータを示している。なお、図３において「□」、「△」、「○」、「◇」はそれぞれ算術平均粗さＲａを「０．１」、「０．２」、「０．３」、「０．５」としたときのスキューネスＲｓｋを表している。
【００１６】
図４は横軸を算術平均粗さＲａとするとともに縦軸をクルトシスＲｋｕとし、図４の「□」、「△」、「○」、「◇」は複数のカムシャフト１のカムジャーナル２に対し上記研削工程を実施した後の算術平均粗さＲａ及びクルトシスＲｋｕに関するデータを示している。なお、図４において「□」、「△」、「○」、「◇」はそれぞれ算術平均粗さＲａを「０．１」、「０．２」、「０．３」、「０．５」としたときのクルトシスＲｋｕを表している。
【００１７】
従来は、上記研削工程を通じてカムジャーナル２の表面の算術平均粗さＲａをある程度（例えば０．５程度）まで低下させた後、その表面に対しバリ取りのためのバリ取り工程が実施され、更にカムジャーナル２の表面に対しペーパーラップ加工を施すペーパーラップ工程が実施される。このように研削工程の後にバリ取り工程及びペーパーラップ工程を順に実施することにより、カムジャーナル２を軸受で支持した状態のもとでカムシャフト１を回転させたときのフリクションが要求レベルまで低下するよう、カムジャーナル２の表面粗さが小さく抑えられるようになる。
【００１８】
図３の「◆」は、上記バリ取り工程及び上記ペーパーラップ工程を実施した後であって、カムシャフト１の回転時のフリクションが要求レベルまで低下した状態での算術平均粗さＲａ及びスキューネスＲｓｋに関するデータを示している。なお、図中に破線で示すエリアは、カムシャフト１の回転時のフリクションを要求レベルまで低下させ得る目標エリアＡ１を表している。そして、従来は、上記バリ取り工程及び上記ペーパーラップ工程の実施を通じて、算術平均粗さＲａ及びスキューネスＲｓｋに関するデータが目標エリアＡ１に入るようにしている。なお、この目標エリアＡ１は、算術平均粗さＲａが０．２以下となり、且つ、スキューネスＲｓｋが−１．２５以下となるエリアである。
【００１９】
図４の「◆」は、上記バリ取り工程及び上記ペーパーラップ工程を実施した後であって、カムシャフト１の回転時のフリクションが要求レベルまで低下した状態での算術平均粗さＲａ及びクルトシスＲｋｕに関するデータを示している。なお、図中に破線で示すエリアは、カムシャフト１の回転時のフリクションを要求レベルまで低下させ得る目標エリアＡ２を表している。そして、従来は、上記バリ取り工程及び上記ペーパーラップ工程の実施を通じて、算術平均粗さＲａ及びクルトシスＲｋｕに関するデータが目標エリアＡ２に入るようにしている。なお、この目標エリアＡ２は、算術平均粗さＲａが０．２以下となり、且つ、クルトシスＲｋｕが５．５以上となるエリアである。
【００２０】
しかし、カムシャフト１の回転時のフリクションを要求レベルまで低下させるために上記ペーパーラップ工程を実施すると、カムジャーナル２の表面にペーパーラップ加工を施すための設備が必要になるとともに、ペーパーラップ加工を施すためのランニングコストが増加するという問題が生じる。こうした問題に対処するため、この実施形態のカムジャーナル２の加工方法では、ペーパーラップ工程を省略してもカムシャフト１の回転時のフリクションを要求レベルまで低下させることができるよう、上記研削工程及び上記バリ取り工程の実施の仕方を調整している。
【００２１】
詳しくは、上記研削工程を通じてカムジャーナル２の表面の算術平均粗さＲａが０．２以下になるよう図１に示される砥石３の調整を行う。こうした砥石３の調整としては、砥石３における砥粒の粒度、集中度、及び結合度などの調整があげられる。なお、ここでいう砥粒の粒度とは、砥石３の砥層に含まれる砥粒の大きさを表している。また、砥粒の集中度とは上記砥層に含まれる砥粒の量を表しており、砥粒の結合度とは上記砥層に砥粒を保持する結合剤の保持力の強さを表している。
【００２２】
図５〜図７は、砥石３における砥粒の粒度、集中度、及び結合度を示す説明図である。図５は、砥石３における砥粒の粒度と算術平均粗さＲａとの関係を示している。従来は研削工程後のカムジャーナル２の表面の算術平均粗さＲａが０．５程度となるよう上記砥粒の粒度が選択されていたが、この実施形態では算術平均粗さＲａが０．２以下となるように砥粒の粒度が選択されている。図６は、砥石３における砥粒の集中度と砥層における砥粒の体積比率との関係を示している。この実施形態における砥石３の砥粒の集中度は、図６に示されるように従来よりも小さくされている。図７は、この実施形態の砥石３における砥粒の粒度と結合度との関係を従来と比較して示している。同図から分かるように、この実施形態の砥石３における砥粒の結合度は、従来よりも弱く（軟らかく）されている。
【００２３】
上述したように調整された砥石３を用いて研削工程を実施することにより、カムジャーナル２の表面の算術平均粗さＲａが０．２以下とされる。こうした研削工程の後、図２に示される砥粒入りのブラシ４を用いてバリ取り工程が実施される。このブラシ４の外周には、ポリアミド系合成繊維に研磨用砥粒材を混ぜ合わせることにより形成されたフィラメント状の多数の線材５が放射状に延びるように設けられている。なお、上記研磨用砥粒材としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、シリコンカーバイト（炭化ケイ素）、及びダイヤモンドパウダー等が用いられている。そして、バリ取り工程では、カムシャフト１を回転させるとともにブラシ４を回転させた状態のもと、そのブラシ４（線材５）をカムジャーナル２に接触させることによってカムジャーナル２の表面のバリ取りを行うとともに、同表面に対し線材５の研磨用砥粒材による研磨も行う。
【００２４】
図８及び図９は、バリ取り工程前後のカムジャーナル２の表面における粗さ曲線の違いを示している。カムジャーナル２の表面における粗さ曲線は、バリ取り工程前かつ研削工程後においては図８に示す状態であるのに対し、バリ取り工程後には図９に示す状態となる。そして、上記バリ取り工程を通じて、カムジャーナル２の表面のスキューネスＲｓｋが−１．２５以下となり、且つ、同表面のクルトシスＲｋｕが５．５以上となるようにされる。すなわち、上記スキューネスＲｓｋが−１．２５以下となり、且つ、上記クルトシスＲｋｕが５．５以上となるよう、ブラシ４における線材５の砥粒の種類、比率、及び粒度等が調整される。
【００２５】
以上のように、研削工程及びバリ取り工程の実行態様を調整することにより、カムジャーナル２の表面の算術平均粗さＲａ、スキューネスＲｓｋ、及びクルトシスＲｋｕが図３に示す目標エリアＡ１及び図４に示す目標エリアＡ２に入るようになる。なお、図３及び図４における「●」は、上記バリ取り工程後におけるカムジャーナル２の表面の面性状（Ｒａ、Ｒｓｋ、Ｒｋｕ）の一例を示している。
【００２６】
次に、カムジャーナル２の加工方法として、従来の方法を採用した場合と、この実施形態の方法を採用した場合とでのカムシャフト１の回転時のフリクションの違いについて説明する。
【００２７】
図１０は、横軸をカムシャフトの回転速度とする一方で縦軸をカムシャフトの軸トルクとし、定められた回転速度での軸トルクのデータをプロットした散布図である。なお、図中の「△」は従来の加工方法を採用した場合の軸トルクを表しており、図中の「◆」は本実施形態の加工方法を採用した場合の軸トルクを表している。
【００２８】
図中にプロットされたデータは、次のようにして得たものである。すなわち、カムジャーナル２と軸受けとを８時間に亘ってオイルで潤滑しつつ摺り合わせた後、そのオイルを交換してカムシャフト１の軸トルクが安定するまで同カムシャフト１の回転を続ける。その後、定められた回転速度でカムシャフト１を回転させつつ、そのときの軸トルクを所定時間測定する。そうした測定を複数回行って得られた回転速度毎の軸トルクを平均化して軸トルクのデータとし、そのデータを回転速度毎に図中にプロットする。
【００２９】
図１０から分かるように、この実施形態の加工方法を採用した場合（実線）、従来の加工方法を採用した場合（破線）とほぼ同等までフリクション（軸トルク）を低下させることができる。また、低回転速度領域では、この実施形態の加工方法を採用することにより、従来の加工方法を採用した場合よりも、フリクションを低下させることができる。これは、低回転速度領域では、カムジャーナル２の表面と軸受けとをオイルで潤滑する際、この実施形態の加工方法を採用した場合には、従来の加工方法を採用した場合と比較して、上記オイルをより効果的なじませることができるためと推測される。
【００３０】
次に、上記カムジャーナルの加工方法の作用について説明する。
カムシャフト１に形成されたカムジャーナル２の表面を研削する研削工程を通じて、その表面の算術平均粗さＲａが０．２以下となるようにされる。更に、上記研削工程の後に実施されるバリ取り工程では、砥粒入りのブラシ４を用いてカムジャーナル２の表面のバリ取りが行われるとともに、その表面に対し砥粒による研磨も行われる。こうしたバリ取り工程を通じて、カムジャーナル２の表面のスキューネスＲｓｋが−１．２５以下になるとともにクルトシスＲｋｕが５．５以上になるようにされる。上述した研削工程及びバリ取り工程の実施を通じて、カムジャーナル２の表面粗さが小さく抑えられる。すなわち、カムジャーナル２の表面の算術平均粗さＲａが０．２以下、スキューネスＲｓｋが−１．２５以下、クルトシスが５．５以上になる。その結果、カムジャーナル２が軸受けによって支持された状態でのカムシャフト１の回転時におけるフリクションが要求レベルまで低下する。
【００３１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）カムジャーナル２の表面にペーパーラップ加工を施すことなくカムシャフト１の回転時のフリクションを要求レベルまで低下させることができる。
【００３２】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・研削工程における砥石３の調整、すなわち砥粒の粒度、集中度、及び結合度の調整については適宜変更してもよい。
【００３３】
・バリ取り工程で用いられる砥粒入りのブラシ４については、その砥粒の種類、比率、及び粒度等を適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１…カムシャフト、２…カムジャーナル、３…砥石、４…ブラシ、５…線材。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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