JPH07316754A - 鋳包みカムシャフト用カムロブに使用する合金及びそれを使用したカムロブ - Google Patents

鋳包みカムシャフト用カムロブに使用する合金及びそれを使用したカムロブ

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JPH07316754A
JPH07316754A JP13391394A JP13391394A JPH07316754A JP H07316754 A JPH07316754 A JP H07316754A JP 13391394 A JP13391394 A JP 13391394A JP 13391394 A JP13391394 A JP 13391394A JP H07316754 A JPH07316754 A JP H07316754A
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JP
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cam
casting
cam lobe
cast
insert
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JP13391394A
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Tamotsu Ikeda
保 池田
Akiyoshi Ishibashi
章義 石橋
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Riken Corp
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Riken Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【構成】 鋳物製カムシャフト本体と焼結部材よりなる
カムロブとが鋳包みで溶着されたカムシャフトであっ
て、カムロブの焼結部材が、重量%で、C;2.0〜3.5
%,Si;1.0%以下,Mn;1.5%以下,P;0.3〜1.0
%,S;0.05%以下,Cr;6.0〜20.0%,Ni;2.0
〜4.0%,Mo;1.5〜3.0%,V;0.5%〜2.0%,Ti
N ;2.0%以下,及び残りFeの合金よりなるカムロブ用
焼結合金及びそれを使用したカムロブ。 【効果】 表面硬さHRC53以上を有し、耐摩耗性の
すぐれたカムロブを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のカムシャフ
トに使用する焼結部材により構成された鋳包みカムシャ
フト用カムロブの焼結部材用合金及びそれを使用したカ
ムロブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近の内燃機関の高速化、高出力化に伴
い、カムロブに耐摩耗性の優れた焼結合金が用いられて
いる。その例を図1に示す。カムシャフト1は、カムシ
ャフト部2と、カムピース3とを少くとも有す。4はカ
ムジャーナル部である。カムピース3は、カムシャフト
部2と同材質で鋳造されたカム本体5と、焼結合金から
なるカムロブ6,7とからなる。カム本体5とカムロブ
6,7を焼結合金で一体に成形してカムシャフト部2に
固定することもある(実開昭58−42308号公報、
特開昭60−240363号公報、特開平1−2789
50号公報参照)。カムシャフト部に焼結合金からなる
カムロブ6,7又はカム本体5とカムロブ6,7とを固
定させるのに、これら焼結合金からなる部分を、カムシ
ャフト鋳造時金属溶湯で鋳包むことが成される。
【0003】しかし金属溶湯で焼結合金からなる少くと
もカムロブを鋳包んだ場合、金属溶湯の熱の影響で、現
在までの焼結合金組成では鋳包まれるカムロブのミクロ
組織が変化し、その後の鋳造応力除去焼鈍後に、焼結合
金のカムロブが軟化し、所定の硬さがえられず、耐スカ
ッフ特性、耐ピッチング特性などの摺動特性が劣化す
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年の内燃機関の小型
化と高速化・高出力化に伴い、動弁機構に使用されるカ
ムシャフトは、前述した如く、カムロブとロッカーのフ
ロアー面の摺動条件が苛酷になってきている。つまり、
両者間の摺動面圧が高くなり摩耗が進み、更にスカッフ
やカムロブ表面層の疲労破壊によるピッチングが起こっ
てカムシャフトの耐久性に問題が生じてきている。係る
状況のもとで、現状の焼結カムロブ金属組成では、カム
ロブを金属溶湯で鋳包んだ場合、金属溶湯の熱影響でミ
クロ組織が変化し、その後の鋳造応力除去焼鈍の熱影響
で硬さが低下し、摺動特性が劣る結果となるので、その
改善が急務となっている。
【0005】このようなカムロブの部材の耐久性の向上
が望まれる事情に鑑み創案された本発明は、金属溶湯で
鋳包んだカムロブの硬さの低下を最小限に抑え耐スカッ
フ性・耐ピッチング性が良好でカムシャフトの耐久性に
優れたカムロブ及びそれに使用する焼結合金を提供する
ことで、従来技術の問題を解消させるものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる鋳包み用
カムロブは、重量%で、C;2.0〜3.5%,Si;1.0%
以下,Mn;1.5%以下,P;0.3〜1.0%,S;0.05
%以下,Cr;6.0〜20.0%,Ni;2.0〜4.0%,Mo;
1.5〜3.0%,V;0.5〜2.0%,TiN ;2%以下,を
含有し、残部鉄からなる焼結合金よりなるものである。
【0007】以下、本発明の鋳包み用カムロブの組成の
限定理由を以下説明する。Cは、2.0〜3.5%の範囲で
一部基地に固溶して基地を強化し、その他が炭化物を形
成するが、2.0%未満ではその効果が得られず耐摩耗性
が低下する。また3.5%超えると黒鉛や炭化物が粗大化
し耐ピッチング性が劣り耐摩耗性が低下する。Siを1.0
%以下に限定する理由は、Siが1.0%を超えると基地が
脆化するほか、粉末の圧粉成形性が低下するばかりでな
く、鋳包んだ際にフェライトが析出しやすくなり鋳造応
力除去焼鈍後の硬さの低下を招き耐摩耗性が低下する。
Mnを1.5%以下に限定する理由は、Mnが1.5%を超える
と、焼結の進行が抑制される結果、粗大な空孔が残り、
また圧粉成形性が低下する傾向にある。但し、焼き入れ
性の向上の効果と鋳造応力除去焼鈍後の硬さ低下を防止
する場合は1.5%を上限とする。Pは、0.3〜1.0%の
範囲で、Fe−C−P共晶のステダイトを生じさせ耐摩耗
性に寄与すると共に、焼結時に液相を生じ、焼結体を高
密度化するのに効果があるが、0.3%未満では添加の効
果がなく、1.0%を超えると析出するステダイト量も過
多となって被削性が悪くなり、また脆化も進む。Sは原
材料に含まれる不可避成分であるが、S量が多くなると
強度が低下するので上限を0.05%とした。Crは6.0〜
20.0%の範囲で、Cと結合し炭化物を形成し耐スカッ
フ性を向上させる。6.0%未満ではその効果が薄れ、2
0.0%を超えると炭化物が粗大化し脆化し鋳包んだ際に
カムロブが割れ易くなる。Niは、2.0〜4.0%の範囲
で、鋳包んだ後の熱影響で硬さを高める効果があり、基
地を強化し、鋳造応力除去焼鈍後の硬さを確保させ、耐
摩耗性を向上させる効果がある。2.0%では、その効果
がなく、4.0%を超えると鋳造応力除去焼鈍後に残留オ
ーステナイトが過剰になりカム研磨加工性を悪くするば
かりでなく、耐ピッチング性も低下する。Moは、1.5〜
3.0%の範囲では炭化物の形成と一部基地に固溶し基地
を強化すると共に、鋳包んだ後の硬さを上昇させ、さら
には鋳造応力除去焼鈍後に二次炭化物を析出させ硬さの
低下を防止する効果がある。1.5%未満ではその効果が
得られず、3.0%を超えると鋳造応力除去焼鈍後に残留
オーステナイトと炭化物が過剰になりカム研磨加工性を
悪くするばかりでなく、鋳造後に割れ易くなる。Vは、
0.5〜2.0%の範囲で炭化物の形成と鋳造応力除去焼鈍
後の硬さの低下を防止する効果があり耐摩耗性を向上さ
せる。0.5%未満ではその効果が得られず、2.0%を超
えると炭化物が過剰になりカム研磨加工性を悪くする。
TiN は、焼結の際にセラミック粉末として混合され、2
%以下に限定する理由は、2%を超えると圧粉成形性を
悪くするばかりでなく、カムとしての使用時に相手攻撃
性が大きくなる。しかし、耐摩耗性の向上を図る場合は
選択的に2%以下の範囲で配合される。以上の合金元素
は、TiN ,Niを除き、合金として粉末中に固溶している
ことが望ましい。
【0008】上記の諸性質は金属溶湯で鋳包んだ後でも
確保されるが、焼戻し効果も兼ね備えた鋳造応力除去焼
鈍処理を行うことにより二次炭化物が分散した焼戻しマ
ルテンサイト組織とすると一層良好な結果が得られる。
この場合HRC53以上の硬さが確保されることと、十
分な鋳造応力の除去が得られるように熱処理条件を設定
することが好ましい。一般に、鋳鉄鋳物のカムシャフト
の鋳造応力を十分に除去するには、550℃〜600℃
×2時間以上の処理が必要とされている。しかし、従来
までの焼結カムロブの組成では、この鋳造応力除去焼鈍
によってカムロブの硬さが低下し所定の硬さの確保が困
難であった。本カムロブは、1380℃〜1550℃の
注湯温度で鋳包み、そして550℃以上・2時間の鋳造
応力除去焼鈍後でも硬さが容易に得られるので、十分な
鋳造応力除去と優れた耐摩耗性を有するものである。
【0009】
【作用】上述のようにCとCr,Mo,Vの含有量を炭化物
が析出し易くなるように定め、Ni,Moで基地を強化し、
また、Mo,Vで焼き戻し効果も兼ね備えた鋳造応力除去
で硬さの大幅な低下防止することで、HRC53以上の
硬さが得られる耐摩耗性の優れた鋳包み用カムシャフト
のカムロブを構成することができた。
【0010】
【実施例】以下実施例により本発明を詳しく説明する。
図1に示すカムシャフト1のカムロブ6,7の製造に好
適な例を示す。重量%で、C;2.0〜3.5%,Si;1.0
%以下,Mn;1.5%以下,P;0.3〜1.0%,S;0.0
5%以下,Cr;6.0〜20.0%,Ni;2.0〜4.0%,M
o;1.5〜3.0%,V;0.5〜2.0%,及び残部Feの組
成よりなる合金粉末にTiN 粉末2.0%以下,潤滑材0.5
%を混合し、所定のカムロブ形状に圧粉成型し、その後
1000℃〜1150℃にて連続真空炉にて焼結し冷却
して得られたカムロブを、鋳造用鋳型に配し、FC30
0材が得られるように配合された原材料を溶解炉にて溶
解し、鋳造温度1450℃で鋳型空間に流し込み、溶湯
とカムロブの接触界面を溶着させた鋳包みカムシャフト
の素材を製造した。その後、表1の条件で鋳造応力除去
焼鈍を施し、カムシャフトの長さを決めるセンタリング
加工・軸レース加工及び研磨を経て、所定のカムプロフ
ィールを出すためにカム研磨加工し、評価用の鋳包みカ
ムシャフトとした。
【0011】
【表1】
【0012】上記の工程に従って、表1のように本発明
のカムロブ6,7を有するカムシャフト(No.1〜8)と
比較用カムロブ材のカムシャフト(No.9〜11)を製造
した。それぞれ表面硬さを測定した後、エンジンに装着
して摩耗試験を行った。即ち、1.6リッター、直列4気
筒DOHCエンジンを使用し、モータリング運転で、カ
ムシャフトのカムロブを摺動させて、3000回転で1
50時間運転後、カムロブとロッカーアームの摩耗量、
及びカムのスカッフィングの有無を調べた。ロッカーア
ームは、JIS SKD11相当の化学組成でシェル鋳
型に鋳造された鋳鋼材を加工したのち焼入れ・焼戻しの
処理をし、さらにガス軟窒化処理したものを使用した。
【0013】表1の結果に示すように本発明の鋳包みカ
ムシャフト用カムロブは、相手材であるロッカーアーム
と相性が良く、自身の摩耗量も少ない。
【0014】図2に示すカムシャフト8の例は、カムシ
ャフト部9にジャーナル部10とカム本体11のための
鋳造用鋳型に、前述した成分からなり且つ加工をなした
カムロブ12、13を配し、FC300材が得られるよ
うに配合された原材料を溶解炉にて溶解し、鋳造温度1
450℃で鋳型空間にこれを流し込み、鋳包みカムシャ
フト8の素材を鋳造した。その後、表1の条件で鋳造応
力除去焼鈍を施し、カムシャフトの長さを決めるセンタ
リング加工・軸レース加工及び研磨を経て、所定のカム
プロフィールを出すためにカム研磨加工し、評価用の鋳
包みカムシャフトとした。図2に示す例は、カムロブ1
2、13がカム本体11の全周を覆うものであるが、図
1の例と同じテストをした結果、同効果が確認された。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、現状鋳包みカムロ
ブ成分では、鋳包み後の硬さが鋳造応力除去焼鈍後に硬
さが低下し摺動特性が十分でなかったが、本発明により
C;2.0〜3.5%,Si;1.0%以下,Mn;1.5%以下,
P;0.3〜1.0%,S;0.05%以下,Cr;6.0〜20.
0%,Ni;2.0〜4.0%,Mo;1.5〜3.0%,V;0.5
〜2.0%,TiN ;2%以下,を含有し、残部鉄からなる
化学組成範囲の焼結合金よりなる鋳包み用カムロブは、
表面硬さHRC53以上有し、条件が苛酷な摺動におい
て優れた性能を発揮することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例のカムシャフトを示す斜視図であ
る。
【図2】本発明の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1、8 カムシャフト 3 カムピース 5、11 カム本体 6、7、12、13 カムロブ 9 カムシャフト部 10 ジャーナル部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F16H 53/02 A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳物製カムシャフト本体と摺動部のカム
    ロブ部が焼結部材より構成され、本体とカムロブが溶着
    されている鋳包みカムシャフトにおいて、カムロブ部の
    焼結部材が、重量%で、C;2.0〜3.5%,Si;1.0%
    以下,Mn;1.5%以下,P;0.3〜1.0%,S;0.05
    %以下,Cr;6.0〜20.0%,Ni;2.0〜4.0%,Mo;
    1.5〜3.0%,V;0.5〜2.0%,TiN ;2.0%以下,
    及び残部Feの焼結合金よりなることを特徴とする鋳包み
    カムシャフト用カムロブに使用する合金。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の組成をもち、鋳包みされ
    かつ鋳造応力除去の焼鈍後HRC53以上の硬度を保持
    している鋳包みカムシャフト用カムロブ。
JP13391394A 1994-05-25 1994-05-25 鋳包みカムシャフト用カムロブに使用する合金及びそれを使用したカムロブ Pending JPH07316754A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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