(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系金属平板をファインブランキングプレス加工により打ち抜いたカム駒を、鉄系金属シャフトに圧入して一体化されるカムシャフトにおいて、
前記鉄系金属平板としてクロムモリブデン合金鋼を用い、
前記ファインブランキングのダイと板押えが被加工板材を押え、
切刃に僅かに丸みをつけた前記ダイとのクリアランスを極めて小さくとったパンチによる打抜きが逆押えのクッション圧の下になされ、同時に穴抜きパンチによるシャフト挿通孔の穴抜きが逆押えピンのクッション圧の下になされて単一部材のカム駒は、ファインブランキングプレス加工によりカム駒のカムベース円部の径方向の厚さがカム軸方向の厚さに対して0.6〜1.5倍の大きさとなるように成形され、
該ファインブランキングプレス加工により該カム駒のカム面の表面に形成されたカムシャフトの軸方向に指向した複数の筋目を、カム駒のカムベース面で４〜８μｍの深さ、カムリフト面で２〜４μｍの深さに形成し、
前記カム駒のカム面の表面は、プレス成形後前記シャフトへの圧入前に熱処理され、
前記カム駒は熱処理硬化後にバレル研磨仕上げにて完成されることを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関におけるカムシャフトの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カムシャフトを製造する場合、金型によりカム駒とシャフトを一体に鋳造し、カム駒のカム面を粗加工した後、熱処理を施し、最後にカム面およびシャフト面を研磨して仕上げ加工を行うのが一般的であった。
【０００３】
またカム駒とシャフトを別個に成形した後一体に組付けてカムシャフトを製造する方法としては、特公平３−３７６６３号公報に記載された例がある。
同公報に記載されたものは、厚さ約0.2〜3.2mmの冷間圧延鋼をプレス加工によりカム形状に打ち抜きカム薄板を成形し、このカム薄板を複数枚積層してシャフトに固定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者の例では、カム駒の研磨仕上げされたカム面の表面の微小溝（研磨目）がカム軸方向と直角の周方向であり、潤滑油が微小溝に沿って周方向に逃げ易くカム接触面の油膜形成が困難である。
【０００５】
また後者の例も、１つのカム駒がカム薄板を複数枚積層して構成されているので、互いの接触面がカム面の表面に境目として表われており、同境目は周方向に形成されるものである。
したがって前者の例と同様に潤滑油が境目に沿って周方向に逃げ易くカム接触面の油膜形成が困難である。
【０００６】
さらに両例ともにカムシャフト製造における工程数が多く生産効率が良くなく、コスト高である。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、カム接触面に油膜が容易に形成され耐久性の向上が図れるとともに製造工程数が少なく生産効率に優れた内燃機関のカムシャフト構造を安価に供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、鉄系金属平板をファインブランキングプレス加工により打ち抜いたカム駒を、鉄系金属シャフトに圧入して一体化されるカムシャフトにおいて、前記鉄系金属平板としてクロムモリブデン合金鋼を用い、前記ファインブランキングのダイと板押えが被加工板材を押え、切刃に僅かに丸みをつけた前記ダイとのクリアランスを極めて小さくとったパンチによる打抜きが逆押えのクッション圧の下になされ、同時に穴抜きパンチによるシャフト挿通孔の穴抜きが逆押えピンのクッション圧の下になされて単一部材のカム駒は、ファインブランキングプレス加工によりカム駒のカムベース円部の径方向の厚さがカム軸方向の厚さに対して0.6〜1.5倍の大きさとなるように成形され、該ファインブランキングプレス加工により該カム駒のカム面の表面に形成されたカムシャフトの軸方向に指向した複数の筋目を、カム駒のカムベース面で４〜８μｍの深さ、カムリフト面で２〜４μｍの深さに形成し、前記カム駒のカム面の表面は、プレス成形後前記シャフトへの圧入前に熱処理され、前記カム駒は熱処理硬化後にバレル研磨仕上げにて完成される内燃機関のカムシャフト構造とした。
【０００９】
鉄系金属平板をプレス加工により打ち抜いて成形したカム駒が、積層されることなく単一部材で１つのカム駒として使用され、カム面の表面を研磨することなくプレス加工によって軸方向に指向した複数の筋目を同時に形成するので、製造工程数が少なく生産効率に優れるとともに、カム面において軸方向に指向して形成される複数の筋目は潤滑油が周方向に逃げるのを阻止して潤滑油を保持するので、カム接触面に油膜を容易に形成することができ、カムシャフトの耐久性の向上を図ることができる。
【００１１】
カムリフト面は、筋目が比較的浅い溝で形成されて面圧の増加が抑えられ、他方筋目が比較的深い溝で形成されるカムベース面には多量の潤滑油による油膜が形成され、かつ周方向にも連れまわりして潤滑性が増し耐久性を向上させることができる。
【００１３】
ファインブランキングプレス機による精密打抜き加工によりカム駒を成形することで、カム軸方向の筋目を同時に形成することができ、カム面の研磨工程が省けて工程数を減らし作業効率を向上させることができる。
【００１５】
カム駒のカム面の表面は、プレス成形後シャフトに圧入される前に、熱処理され完成状態とされるので、カム面表面の筋目が硬化して変形し難いため、シャフトへの圧入においても筋目を維持することができるとともに、専用に熱処理するので管理がし易い。
【００１６】
カム駒のカムベース円部の径方向の厚さが、カム軸方向の厚さに対して0.6倍以上の大きさとすることで、シャフトから受けるカム駒の伝達荷重に対してカム駒を大型化することなくスリップトルクを確保することができる。
また、1.5倍までの範囲であれば形状精度の低下を避けることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図９に基づいて説明する。
本実施の形態に係るカムシャフト１の製造工程の概略を図１に示す。
カム駒２とシャフト３を別個に製造し最後に両者を組付ける。
【００１８】
シャフト３は、炭素鋼（例えばＪＩＳ Ｓ４８Ｃ）を鍛造により成形してレース加工を施し、次いで高温焼もどしにより調質処理を行って強じんな状態とする。
【００１９】
カム駒２は、合金鋼（例えばＳＣＭ４１５Ｈ）の厚さＤが６mm（厚さ５〜15mm可）の厚鋼板をファインブランキングプレス機10により精密打抜き加工を施して成形し、浸炭後焼入れの熱処理を行い、バレル処理でバリ取りをしておく。
【００２０】
こうして製造されたシャフト３とカム駒２を圧入治具21，22に固定してサーボプレス機20により互いに常温圧入して一体に組付ける。
【００２１】
ファインブランキング法は、切刃付近の材料を圧縮応力状態に維持してプレス時における材料分離する過程でのき裂発生を抑制して精密な打抜き加工を実行する方法である。
【００２２】
図２にファインブランキングプレス機10の金型構成を示す。
被加工板材５は、カム駒２の輪郭に穿設されたダイ12と板押え16に挟まれて固定され、ダイ12と板押え16にはＶ字型突起16ａ，12ａが突出していて、まずこのＶ字型突起16ａ，12ａが被加工板材５に押し込まれて圧縮力の逃げを防止する。
【００２３】
板押え16の穿孔に摺動自在にパンチ11が嵌挿され、パンチ11に対向して逆押え14がダイ12の穿孔に摺動自在に嵌挿され、パンチ11の下降に対して対抗するクッション圧がかかり、材料が加圧された状態で打抜きがなされる。
【００２４】
この打抜きと同時にカム駒２のシャフト挿通孔２ａの穴抜きが実行され、そのための穴抜きパンチ13が逆押え14に互いに摺動自在に嵌挿され、穴抜きパンチ13と対向して逆押えピン15がパンチ11に摺動自在に嵌挿されている。
【００２５】
まず上下の型が開いたところに被加工板材５が送られ、下型が上昇して被加工板材５を挟み、ダイ12と板押え16のＶ字型突起16ａ，12ａが押し込まれて圧縮応力状態を維持し、図３に示すようにパンチ11によるカム駒２の打抜きが逆押え14のクッション圧の下になされ、同時に穴抜きパンチ13によるシャフト挿通孔２ａの穴抜きが逆押えピン15のクッション圧の下になされてカム駒２が成形される。
【００２６】
ダイ12とパンチ11のクリアランスは極めて小さく、ダイの切刃に僅かに丸みをつけて切刃近傍の圧縮力を高め、上記の圧縮応力維持と相俟って切断面にき裂を発生させずに平滑なせん断面を形成して図４ないし図７に示すカム駒２が成形される。
【００２７】
しかしせん断面には微小傷による筋目が軸方向に指向して形成される。
今般、成形されたカム駒２においてこの筋目の深さを測定すると、カムベース面２ｃ（ベース円を構成する外周面）では４〜８μｍで、カムリフト面２ｄ（ベース円からリフトする外周面）では２〜４μｍであった。
【００２８】
カム駒２のカム面の表面を写した拡大写真を図９に示す。
図９はカム駒２のカムリフト面２ｄを16倍に拡大した写真であり、同部分で筋目の深さは約２μｍであり、該筋目がプレス方向である軸方向に指向して形成されている。
【００２９】
この軸方向に指向した多数の筋目は、潤滑油が周方向に逃げるのを阻止して潤滑油を保持するので、カム接触面に油膜を容易に形成することができ、カムシャフト１の耐久性の向上を図ることができる。
【００３０】
カムリフト面２ｄは、筋目が比較的浅い溝で形成されて面圧の増加が抑えられ、他方筋目が比較的深い溝で形成されるカムベース面２ｃには多量の潤滑油による油膜が形成され、かつ周方向にも連れまわりして潤滑性が増し益々耐久性を向上させることができる。
【００３１】
比較のため図１０に従来のカム駒における研磨仕上げされたカム面の表面の16倍の拡大写真を示す。
微小溝（研磨目）がカム軸方向と直角の周方向に指向して形成されており、溝の深さは、カムベース面およびカムリフト面に関係なくカム面全周に亘って2.5μｍ程度である。
【００３２】
したがって従来の研磨仕上げされたカム駒は、研磨目に沿って潤滑油が周方向に逃げ易くカム接触面の油膜形成が困難である。
【００３３】
また図６に示すように本カム駒２のカムベース円部の径方向の厚さｄは４mmであり、カム軸方向の厚さＤの６mmに対して0.6倍以上ある。
【００３４】
このようにファインブランキングプレス機10により成形されたカム駒２は、浸炭熱処理されバリ取りされて完成状態とされた後に別個に製造された前記シャフト３に圧入される。
【００３５】
カム駒２のカムベース円部の径方向の厚さが、カム軸方向の厚さに対して0.6倍以上の大きさであるので、シャフト３から受けるカム駒２の伝達荷重に対してカム駒２を大型化することなくスリップトルクを確保することができる。
【００３６】
なおカムベース円部における径方向の厚さは、カム軸方向の厚さに対して0.6〜1.0倍の範囲がカムベース円部の形状精度を高く維持してかつ小型化を図るのに最も好ましく、約1.5倍までの範囲であれば形状精度の低下を避けることができる。
【００３７】
シャフト３に圧入される前に、熱処理され完成状態とされるので、カム駒２はカム面表面の筋目が硬化して変形し難いため、シャフトへの圧入においても筋目を維持することができるとともに、専用に熱処理するので管理がし易い。
【００３８】
シャフト３には２枚のカム駒２がサーボプレス機20により圧入され、図７および図８に示すカムシャフト１が製造される。
【００３９】
以上のようにカム駒２は、積層されることなく単一部材で１つのカム駒として使用され、カム面の表面を研磨することなくファインブランキングプレス加工によって軸方向に指向した複数の筋目を同時に形成するので、製造工程数が少なく生産効率に優れている。
【００４０】
こうして製造されたカムシャフト１は、内燃機関のシリンダヘッドにベアリング６，７を介して軸支される。
このカムシャフト１のカム駒２のカム面は、軸方向に指向した筋目により潤滑油が保持され油膜が容易に形成されるので、ローラ型のカムフォロワはもとよりスリッパ型のカムフォロワにも適用することができる。
【００４１】
次にカム表面形成部材の加工工数を削減したカムシャフトの構造を図１１ないし図１４に基づいて説明する。
従来、カム面の全面が金属薄板で形成され、その他のカムシャフト本体が樹脂で形成されたカムシャフト構造がある（特開２００１−３２９０５号公報）。
【００４２】
これは金型のカム表面成形面に所定の金属薄板を予めセットし、溶融状態の樹脂をその金型内に注入して製造する。
しかしカム面の金属薄板は、本体の樹脂にモールドされているが、接着されていないので、カムリフト時の荷重で剥がれるおそれがある。
【００４３】
そこで金属薄板に代えて耐高面圧樹脂を用いる。
斯かる構造のカムシャフトを製造する一過程を図１１に示す。
完成状態のカムシャフトの形状に内部が形成された下型61と上型62からなる金型において、カム表面成形面に予め耐高面圧樹脂材51の成形品をセットしておき、そこに安価な樹脂材52を注入する。
【００４４】
耐高面圧樹脂材51としては例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を用い、安価な樹脂材52としては例えばフェノールを用いる。
カムシャフト本体を形成する注入された安価な樹脂材52とカム面を形成する耐高面圧樹脂材51とは接着し、図１３および図１５に示すような２層成形構造となる。
【００４５】
安価な樹脂材52と耐高面圧樹脂材51とは接着しているので、カムリフト荷重により、耐高面圧樹脂材51が剥がれることはない。
高価な耐高面圧樹脂材51はカム面にのみ使用してその他のカムシャフト本体は低価格の樹脂材52を使用しているので、低コストである。
耐高面圧樹脂材51は、カムシャフトに金属薄板に匹敵する程の耐久性を維持させることができる。
【００４６】
図１２は、別の製造方法を示すもので、予め成形しておいた安価な樹脂材52を金型71，72にセットし、カム表面成形面と樹脂材52との間に耐高面圧樹脂材61を注入する。
【００４７】
カムシャフト本体を形成する安価な樹脂材52とカム面を形成する注入された耐高面圧樹脂材51とは接着し、前記と同様に図１３および図１４に示すような２層成形構造を構成することができる。
【００４８】
以上のようなカムシャフト製造方法によれば、例えば図１５に示すようにカム面のうちカムベース面を除いたカムリフト側のみを耐高面圧樹脂材81とし、その他のカムシャフト本体を安価な樹脂材82で構成することも容易にできる。
【００４９】
また図１６に示すようにカム本体を形成する安価な樹脂材92のカム面全周に亘って形成される耐高面圧樹脂材91の厚みをカムリフト側を厚く形成するようにしてもよい。
【００５０】
このように特にカムフォロワとの接触圧が大きくかかるカムリフト側のカム面のみを耐高面圧樹脂材81にしたり、カムリフト側の耐高面圧樹脂材91を厚くしたりして、高価な耐高面圧樹脂材をできるだけ必要最小限に用いることで、耐久性を維持しながらコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るカムシャフトの製造工程の概略を示す説明図である。
【図２】ファインブランキングプレス機の金型構成を示す概略断面図である。
【図３】同ファインブランキングプレス機による加工途中を示す概略断面図である。
【図４】カム駒の正面図である。
【図５】同側面図である。
【図６】図４におけるVI−VI線に沿って切断した断面図である。
【図７】カムシャフトの断面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線に沿って切断した断面図である。
【図９】本カム駒のカム面の表面を写した拡大写真を示す図である。
【図１０】従来のカム駒における研磨仕上げされたカム面の表面を写した拡大写真を示す図である。
【図１１】別のカムシャフト構造を製造する過程を示す金型の断面図である。
【図１２】また別の金型の断面図である。
【図１３】カムシャフト構造を示す縦断面図である。
【図１４】同横断面図である。
【図１５】別のカムシャフト構造を示す横断面図である。
【図１６】また別のカムシャフト構造を示す横断面図である。
【符号の説明】
１…カムシャフト、２…カム駒、３…シャフト、５…被加工板材、６，７…ベアリング、
10…ファインブランキングプレス機、11…パンチ、12…ダイ、13…穴抜きパンチ、14…逆押え、15…逆押えピン、16…板押え、
20…サーボプレス機、21，22…圧入治具、
51…耐高面圧樹脂材、52…樹脂材、61…下型、62…上型、71，72…金型、
81…耐高面圧樹脂材、82…樹脂材、
91…耐高面圧樹脂材、92…樹脂材。
【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】
0003846705.tif 000010
【図１０】
0003846705.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003846705.tif 000013
【図１３】
0003846705.tif 000014
【図１４】
0003846705.tif 000015
【図１５】
0003846705.tif 000016
【図１６】
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