JPH02102302A

JPH02102302A - カムシャフト及びその製造方法

Info

Publication number: JPH02102302A
Application number: JP25569988A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Matsubara; 松原　敏彦; Hiroshi Kitayama; 北山　拓
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1990-04-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］〈産業上の利用分野〉本発明は、エンジンの吸排気バルブを所定のタイミング
で開閉するためのカムシャフト及びその製造方法に関し
、特に鉄系材料を用いたカムシャフト及びその製造方法
に関する。

〈従来の技術〉従来、自動車のエンジンに於て、吸排気バルブを所定の
タイミングで開閉するためのカムシャフトには、鋳鉄に
て一体成型するものがあるが、特にロッカアーム等と直
接摺動するカム面には、例えば凝着摩耗に起因するスカ
ッフ現象の発生による機能低下を防止するべく硬質粒子
としての粒状炭化物を分散させることがある。

しかるに、高速回転型エンジンでは、カムシャフトのカ
ム面の面圧が高くなりがちであり、強度が比較的低い鋳
鉄の基地ではカムシャフトの反復運動により疲労破壊（
ピッチング現象）を発生する心配がある。

そこで、カムシャフトに基地強度が比較的強い鋳鋼を用
いることが考えられるが、鋳造の際、鋳鋼の方か鋳鉄よ
りもひけが大きく注湯温度が高いと亀裂を生じ易くなり
、また、注湯温度が低いと湯回り性が悪くなる問題かあ
る。

一方、耐スカツフ性は、スカッフの発生の抑制と拡大の
抑制とに分けられ、炭化物占有面積率が高いほどスカッ
フの発生を抑制でき、炭化物間距離の短いほどスカッフ
の拡大を抑制できることが知られており、上記粒状炭化
物に比較して同一の占有面積率で炭化物間距離が短くな
る網目状炭化物を上記カムシャフトに分散させることが
好ましい。

〈発明が解決しようとする課題〉このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、耐スカツフ性及び耐ピツチング性に優れたカムシャ
フトを提供することにある。また本発明の第２の目的は
、耐スカツフ性及び耐ピツチング性に優れたカムシャフ
トを好適に製造する方法を提供することにある。

［発明の構成］〈課題を解決するための手段〉このような目的は、エンジンの吸排気バルブを所定のタ
イミングで開閉するためのカムシャフトであって、炭素
０．８重量％乃至２０．０重量％、珪素０．４重量％乃
至２．０重量％、マンガン０゜３重量％乃至１．５重量
％、クロム６．０重量％乃至２０．０重量％、モリブデ
ン０．３重量％乃至５．０重量％、燐０．１重量％以下
、残部に鉄及び不可避不純物を含み、かつ少なくともそ
の摺動表面部に網目状炭化物が分散する鋳鋼からなるこ
とを特徴とするカムシャフトを提供することにより達成
される。特に硫黄を０．０５重量％乃至０．３重量％含
み、前記摺動表面部にて、マルテンサイト基地相中に前
記網目状炭化物が分散していると良い。また、本発明の
第２の目的は、上記成分からなる溶湯を注ｓ渇度１４３
０℃乃至１５５０°Ｃで鋳型に注渇し凝固させる過程を
有することを特徴とするカムシャフトの製造方法を提供
することにより達成される。特に前記溶湯を前記鋳型に
注湯し凝固させた後、１５０℃乃至４２０℃に加熱する
過程と、１０秒間以上空冷する過程と、１０００℃乃至
１１００℃に加熱後強制空冷する過程と、５００℃乃至
６００　℃に加熱した状態で２０分間乃至６０分間維持
する過程とをこの順番に有すると良い。

〈作用〉カムシャフトの少なくとも摺動表面部に、同じ炭化物面
積率で粒状炭化物よりも炭化物間距離の短い網目状炭化
物を分散させれば、耐スカツフ性が向上する。また、カ
ムシャフトの少なくとも摺動表面部に焼入れし、上記網
目状炭化物をマルテンサイト基地相中に分散させれば、
疲労強度が向上し、耐ピツチング性が向上する。更に、
カムシャフト鋳造時の注湯温度を１４３０℃〜１５５０
℃とすることで湯回り性が悪くなることなく、かつひげ
を伴う亀裂を生じることのないカムシャフトを鋳造する
ことができる。

〈実施例〉以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

内燃機関本体（図示せず）には、第１図及び第２図に示
すように、一対の吸気バルブ１．２が設けられている。

これら両吸気バルブ１．２は、クランク軸（図示せず）
の１／２の速度で同期駆動されるカムシャフト３に一体
的に設けられた概ね鶏卵形断面をなす一対の低速用カム
４．６及び単一の高速用カム５と、これらカム４〜６に
係合して揺動運動を行う伝達部材としての第１〜第３０
ツカアーム７〜９との働きにより、その開閉動作を行う
ようにされている。また、本内燃機関には、一対の排気
バルブ（図示せず）が備えられており、上記した吸気バ
ルブ１．２と略同様な構成にて開閉駆動されるが、以下
、吸気バルブ側についてのみ説明する。

第１〜第３０ツカアーム７〜９は、カムシャフト３の下
方に該シャフトと平行に固設されたロッカシャフト１０
に対して互いに隣接して揺動自在に軸支されている。こ
れらのうちの第１及び第３０ツカアーム７．９は、基本
的に同一形状であり、その基部がロッカシャフト１０に
軸支され、各々の遊端部が両吸気バルブ１．２の上方に
延出している。両口ツカアーム７．９の遊端部には、各
吸気バルブ１．２の上端に当接するタペットねじが各々
進退可能なように螺着され、かつロックナツトにより緩
み止めされている。

第２０ツカアーム８は、第１及び第３０ツカアーム７．
９間でロッカシャフト１０に軸支されている。この第２
０ツカアーム８は、ロッカシャフト１０から両吸気バル
ブ１．２の中間に向けて僅かに延出しており、図示され
ないリフタの上端部が当接し、第２０ツカアーム８上面
のカムスリッパ８ａが高速用カム５に常時摺接するよう
に該ロッカアームを弾発付勢している。

前記したように、カムシャフト３は、機関本体の上方に
回転自在に支持され、低速用カム４．６と高速用カム５
とが一体的に連設されている。また、カムシャフト３の
寸法は、シャフト直径２２゜５履、カム基礎円直径２９
．５ｍｍ、ジャーナル直径２９．０ｍとなっている。

低速用カム４．６は、機関の低速回転域に適合したカム
プロフィルに形成されており、第１、第３０ツカアーム
７．９の上面に形成されたカムスリッパ７ａ、９ａに、
その外周面を各々摺接し得るようにされている。また高
速用カム５は、機関の高速回転域に適合したカムプロフ
ィルに形成されている。

各ロッカアーム７〜９は、その中央部を貫通してロッカ
シャフト１０と平行に穿設された孔内に装着された連結
装置１４により、一体的に揺動し得る状態と、相対変位
し得る状態とを選択的に切換可能にされている。

一方、各吸気バルブ１．２の各バルブステム１ａ、２ａ
上部には、コツタを介してバルブスプリングリテーナ１
５．１６が設けられていると同時に、これらリテーナ１
５．１６と機関本体との間には、各バルブステムＩａ、
２ａを囲繞する各々一対のバルブスプリング１７．１８
が巻装されており、これをもって各吸気バルブ１．２を
常時閉弁方向、即ち第２図に於ける上方へ向けて弾発付
勢している。

ここで、上記カムシャフト３は、炭素１．４重量％（以
下ｗｔ％と記す）、珪素１．２ｗｔ％、マンガン０．７
ｗｔ％、クロム１３．０ｗｔ％、モリブデンＱ、７ｗｔ
％、硫黄０．１５ｗｔ％、燐０．Ｉｗｔ％以下、残部に
鉄及び不可避不純物を含み、かつその表面部が網目状炭
化物の分散するマルテンサイト基地相からなる鋳鋼から
なる。

このようなカムシャフト３を形成するには、上記組成の
材料を溶湯とし、１４３０℃〜１５５０°Ｃにて鋳型に
注湯して冷却凝固させる。そして、８３０〜９５０℃で
５時間焼鈍処理する。しかる後、このカムシャフト３を
１５０℃〜４２０℃に加熱し、１０秒間以上空冷する（
予熱処理）。次に１０００℃〜１１００℃に加熱し、強
制空冷してマルテンサイト基地相を形成させる（焼入れ
）。

更に５００℃〜６００　℃に加熱した状態で２０分間〜
６０分間維持する（焼戻し）。このとき、マルテンサイ
ト基地相には網目状炭化物（炭化物占有面積率１３％）
が分散している。

尚、本実施例に於て、鋳型への注湯温度を１４３０℃〜
１５５０℃としたが、これは１４３０℃未満の溶ｉ温度
では第３図に示すように湯回り性が悪くなり、１５５０
℃を越える注湯温度ではひげを伴う亀裂を生じるためで
ある。特にカムシャフトの如く凸部と凹部とを有する棒
状部材に於ては凹部の冷却速度が遅くなりがちになり該
部分に亀裂を生じ易くなることから全体の凝固速度を可
及的に早め一ヒ記凸部と凹部を含む表面部分を早期に凝
固させる必要がある。

カムシャフト３を＠造した後に焼入れしたが、最初の予
熱処理が１５０℃未満であると熱量不足で焼入れ時の割
れを発生し、４２０℃を越えるとクラックを発生する。

その後の空冷時間を１０秒間以上としたのは、内部に充
分に熱拡散させるためであり、１０秒間未満であると焼
入れ時に割れを生じる。また、焼入れで、１０００℃〜
１１００℃に加熱した後に強制空冷したが、これは多方
向から強制的に空気を吹き付け、表面応力を小さくし割
れの発生を防止するためである。更に、焼戻しとして５
００℃〜６００℃に２０分間〜６０分間加熱保持したが
、これは表面応力を除去し、組織を安定化づることによ
り割れやシャフトの曲がりを防止するためである。

以下に本発明に基づくカムシャフト３の各成分の添加理
由について説明する。

まず、炭素は炭化物組織を得るために添加しており、０
，６ｗｔ％未満では炭化物組織が得られず２、Ｑｗｔ％
を越えると炭化物の量が過大となり機械加工性が低下す
る。

珪素は鋳造性を改善するために添加しており、０．４ｗ
ｔ％未満では鋳造性を改善できず、０．２ｗｔ％を越え
るとカムシャフト３が脆化する。

マンガンは基地相を強化するために添加しており、０，
３ｗｔ％未満では基地相が強化されず、１゜５ｗｔ％を
越えると焼入れ時に残留オーステナイトが増加して硬度
が低下し、かつ寸法の安定性が低下する。また、マンガ
ンはカムシャフト３に硫黄を添加する場合には硫化マン
ガンを生成して網目状炭化物に入り込みカムシャフト３
の被削性を向上させる。

クロムは炭化物を形成させ、セメンタイトを安定にし、
パーライトを微細にしてカムシャフト３の硬さ、耐磨耗
性及び耐熱性を増大させるために添加しており、６．０
ｗｔ％未満では炭化物か晶出せず、１５．０ｗｔ％を越
えると機械加工性が悪くなるが、２０．０ｗｔ％までは
工具を選定することにより許容される。

モリブデンは基地相を強化し焼入れの後の焼戻し軟化を
防止するために添加しており、０．３ｗｔ％未満では焼
戻し軟化の防止効果が得られず、５゜Ｏｗｔ％を越えて
添加しても軟化防止効果が向上しない。

燐は靭性向上の為に添加しており、０．１ｗｔ％を越え
ると脆化する。

硫黄は前記したように、マンガンと共にカムシャフト３
の被削性を向上させる場合に添加し、０゜０５ｗｔ％未
満では硫化物が殆ど得られず、０．３ｗｔ％を越えると
被削性向上効果が少なくなると共に靭性が小となる。

実際に上記構造のカムシャフト３を飽和水蒸気中で５０
０℃〜６００℃に３０分間〜６０分間維持して表面に［
ｅ３０４からなる皮膜を形成したものを用い、エンジン
の回転速度を変化させ、弁作動状態を１００万回切換え
たが、カム面のスカッフ、ピッチングによる異常摩耗は
見られなかった。

尚、本実施例では摺動式のロッカアームを用いたが、ロ
ーラロッカアームに対するカムシャフトにも同様に適用
できることは云うまでもない。

［発明の効果］このように本発明によれば、カムシャフトの少なくとも
摺動表面部に、同じ炭化物占有面積率で粒状炭化物より
も炭化物間距離が短くスカッフの拡大を一層防止し得る
網目状炭化物を分散させることで耐スカツフ性が向上す
る。また、カムシャフトの少なくとも摺動表面部に所定
の温度管理をして焼入れし、上記網目状炭化物をマルテ
ンサイト基地相中に分散させれば、疲労強度が向上し、
耐ピツチング性が向上する。更に、カムシャフト鋳造時
の注湯温度を１４３０℃〜１５５０℃とすることで湯回
り性が悪くなることなく、かつひげを伴う亀裂を生じる
ことのないカムシャフトを鋳造することができる。以上
のことから本発明の効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づくカムシャフトが用いられた自動
車のエンジンの動弁機構を一部切除して示す正面図であ
る。第２図は第１図と同じく動弁機構を一部切除して示す側
面図である。第３図は本発明に基づくカムシャフト製造時の注湯温度
と湯回り率との関係を示すグラフである。１．２・・・吸気バルブ　１ａ、２ａ・・・バルブスデ
ム３・・・カムシャフト　　４．６・・・低速用カム５
・・・高速用カム　　　７・・・第１０ツカアーム８・
・・第２０ツカアーム９・・・第３０ツカアーム７ａ、
　８ａ、９ａ・・・カムスリッパ１０・・・ロッカシャ
フト１１・・・シリンダヘッド１４・・・連結装置　　
　１５．１６・・・リテーナ１７．１８・・・バルブス
プリング手続補正書（自発）１．事件の表示昭和６３年特許願第２５５６９９号２、発明の名称カムシャフト及びその製造方法３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　　東京都港区南青山二丁目１番１号名　称　　
（５３２）本田技研工業株式会社４、代理人居　所　　〒　１０２　　東京都千代田区飯田橋１−８
−６渋澤ビル　　電話　２６２−１７６１（補正の内容）１、特許請求の範囲を別紙の如く訂正する。２、明細書第５頁第４行のｒ２０．０重量％」を「２．
０重量％」と訂正する。３、明細書第１２頁第１１行〜第１２行の「０゜２ｗｔ
％」をＩｒ２．０ｗｔ％」と訂正する。（以上）６、補正により増加する請求項の数　　０７、補正の対
象　明細書の特許請求の範囲及び発明の詳細な説明の欄（特許請求の範囲）（１）エンジンの吸排気バルブを所定のタイミングで開
閉するためのカムシャフトであって、炭素０．８重量％
乃至２．０重量％、珪素０゜４重量％乃至２．０重量％
、マンガン０．３重量％乃至１．５重量％、クロム６．
０重量％乃至２０．０重量％、モリブデン０．３重量％
乃至５゜０重量％、燐０．１重量％以下、残部に鉄及び
不可避不純物を含み、かつ少なくともその摺動表面部に
網目状炭化物が分散する鋳鋼からなることを特徴とする
カムシャフト。（２）前記鋳鋼に硫黄を０．０５重量％乃至０゜３重囲
％含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
カムシャフト。（３）前記摺動表面部にて、マルテンサイト基地相中に
前記網目状炭化物が分散していることを特徴とする特許
請求の範囲第１項乃至第２項に記載のカムシャフト。（４）炭素０．８重量％乃至２．０重量％、珪素０．４
重量％乃至２．０重量％、マンガン０．３重量％乃至１
．５重量％、クロム６．０重量％乃至２０．０重量％、
モリブデン０．３重量％乃至５．０重量％、燐０．１重
量％以下、残部に鉄及び不可避不純物を含む成分からな
る溶湯を注湯温度１４３０℃乃至１５５０℃で鋳型に注
渇し凝固させる過程を有することを特徴とするカムシャ
フトの製造方法。（５）前記溶湯を前記鋳型に注湯し凝固させた後、１５
０℃乃至４２０℃に加熱する過程と、１０秒間以上空冷
する過程と、１０００℃乃至１１００℃に加熱俊強制空冷する過程と
、５００℃乃至６００℃に加熱した状態で２０分間乃至６
０分間維持する過程とをこの順番に有することを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載のカムシャフトの製造
方法。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンの吸排気バルブを所定のタイミングで開
閉するためのカムシャフトであって、炭素０．８重量％
乃至２０．０重量％、珪素０．４重量％乃至２．０重量
％、マンガン０．３重量％乃至１．５重量％、クロム６
．０重量％乃至２０．０重量％、モリブデン０．３重量
％乃至５．０重量％、燐０．１重量％以下、残部に鉄及
び不可避不純物を含み、かつ少なくともその摺動表面部
に網目状炭化物が分散する鋳鋼からなることを特徴とす
るカムシャフト。
（２）前記鋳鋼に硫黄を０．０５重量％乃至０．３重量
％含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
カムシャフト。
（３）前記摺動表面部にて、マルテンサイト基地相中に
前記網目状炭化物が分散していることを特徴とする特許
請求の範囲第１項乃至第２項に記載のカムシャフト。
（４）炭素０．８重量％乃至２０．０重量％、珪素０．
４重量％乃至２．０重量％、マンガン０．３重量％乃至
１．５重量％、クロム６．０重量％乃至２０．０重量％
、モリブデン０．３重量％乃至５．０重量％、燐０．１
重量％以下、残部に鉄及び不可避不純物を含む成分から
なる溶湯を注湯温度１４３０℃乃至１５５０℃で鋳型に
注湯し凝固させる過程を有することを特徴とするカムシ
ャフトの製造方法。
（５）前記溶湯を前記鋳型に注湯し凝固させた後、１５
０℃乃至４２０℃に加熱する過程と、１０秒間以上空冷する過程と、１０００℃乃至１１００℃に加熱後強制空冷する過程と
、５００℃乃至６００℃に加熱した状態で２０分間乃至６
０分間維持する過程とをこの順番に有することを特徴と
する特許請求の範囲第４項に記載のカムシャフトの製造
方法。