JP6102407B2 - Cam manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの動弁機構を構成するカムの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a cam constituting an engine valve mechanism.
エンジンの動弁機構は、吸気ポート及び排気ポートの燃焼室側の端部に設けられた吸気弁及び排気弁(以下、単にバルブという)を開閉させるものであり、例えばロッカアームを用いない直動式の動弁機構が知られている。直動式の動弁機構は、バルブの基端部に接続されたタペットやバルブリフターと呼ばれる被駆動部と、バルブを閉弁状態に維持するためのバルブスプリングと、被駆動部を押圧するカムとを備えている。バルブは、カムの回転に伴って被駆動部が押圧されてバルブスプリングの付勢力に抗して開き、被駆動部への押圧力がなくなってバルブスプリングの付勢力が押圧力を上回ると閉じる。 A valve operating mechanism of an engine opens and closes an intake valve and an exhaust valve (hereinafter simply referred to as a valve) provided at ends of an intake port and an exhaust port on the combustion chamber side. For example, a direct acting type that does not use a rocker arm A valve operating mechanism is known. The direct-acting valve mechanism includes a driven part called a tappet or a valve lifter connected to the base end of the valve, a valve spring for maintaining the valve in a closed state, and a cam that presses the driven part. And. The driven portion is pressed against the urging force of the valve spring as the cam rotates, and the valve closes when the urging force of the valve spring exceeds the urging force.
カムは、被駆動部に接触しながら滑り移動して被駆動部を押圧するため、カムと被駆動部との接触箇所における摩擦を低減し、カムの摩耗をいかに抑制するかが重要とされている。これに対して、従来より、カムの製造時に表面硬化処理を実施して、カムの外周面(カム面)の表面硬さや耐摩耗性等を向上させることが行われている。例えば特許文献1には、カムシャフトにカム(カムピース)をろう接した後に高周波焼入れを行い、直後に水冷することで、カムの周面を必要な表面硬さに調整する方法が開示されている。高周波焼入れ(高周波焼入れ焼戻しともいう)は、生成される硬化層が比較的厚く、摩擦の大きい部分にも適用し得るため、カムの表面硬化処理として従来から採用されている。 Since the cam slides and presses the driven part while being in contact with the driven part, it is important to reduce friction at the contact point between the cam and the driven part and to suppress the cam wear. Yes. On the other hand, conventionally, a surface hardening process is performed at the time of manufacturing the cam to improve the surface hardness, wear resistance, and the like of the outer peripheral surface (cam surface) of the cam. For example, Patent Document 1 discloses a method of adjusting the peripheral surface of the cam to a required surface hardness by performing induction hardening after brazing the cam (cam piece) to the camshaft and then immediately cooling with water. . Induction hardening (also referred to as induction hardening and tempering) has been conventionally employed as a cam surface hardening treatment because a hardened layer produced is relatively thick and can be applied to a portion with high friction.
また、カムと被駆動部との接触箇所の摩擦を低減する構造として、近年、カム本体の先端部にローラを回転自在に取り付け、このローラが被駆動部に接触しながら回転するようにしたものが提案されている(例えば、特許文献2,3参照)。このようなローラ付きのカムの場合、カムとタペットとの接触応力が最も高くなるカムの先端部では、ローラがタペット上を転がって移動するため、効果的に摩擦を低減することができる。
Also, as a structure that reduces the friction at the contact point between the cam and the driven part, a roller is rotatably attached to the tip of the cam body in recent years, and this roller rotates while contacting the driven part. Has been proposed (see, for example,
しかしながら、高周波焼入れによりカムの表面に硬化層を生成する場合は、処理時にひずみが発生するため、表面硬化処理を施した後に再び所望の形状に加工する必要がある。そのため、再度加工する分の製造工程が増え、製造時間が長くなり、コスト増大のおそれがある。特に、上記したローラ付きのカムは、カム本体とローラとの組み付け位置の精度が要求されるため、表面硬化処理においてひずみが発生してしまうと、処理後の加工を高精度に行う必要があるため、さらなるコスト増大を招きかねない。 However, when a hardened layer is generated on the surface of the cam by induction hardening, distortion occurs during the processing, and thus it is necessary to process the surface again after performing the surface hardening treatment. For this reason, the number of manufacturing steps for reprocessing increases, the manufacturing time increases, and the cost may increase. In particular, the above-described cam with a roller requires accuracy of the assembly position between the cam body and the roller. Therefore, if distortion occurs in the surface hardening process, it is necessary to perform processing after the process with high accuracy. Therefore, the cost may increase further.
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、製造時間を短縮してコストを低減することができるようにした、カムの製造方法を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。 One of the objects of the present invention was invented in view of the above problems, and is to provide a cam manufacturing method capable of reducing manufacturing time and costs. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.
(1)ここで開示するカムの製造方法は、バルブリフト部に穿孔されたローラシャフト挿通用のローラシャフト取付孔と前記バルブリフト部の先端部の板厚方向中間部に欠成された切欠部とを有する板状のベースカムと、外周面の一部が前記バルブリフト部の先端部の外周面よりも外側に突出するように前記切欠部に設けられ、前記ローラシャフトを介して前記ベースカムに組み付けられる円筒状のローラと、を備えたカムの製造方法である。この製造方法は、前記ローラおよび前記ローラシャフトのそれぞれに対して、表面焼入れを実施する表面硬化処理工程と、前記ベースカムに窒化処理を実施する窒化処理工程と、前記表面硬化処理工程および前記窒化処理工程後に、前記表面焼入れを施した前記ローラが前記表面焼入れを施した前記ローラシャフトに対して回転自在となるように、前記窒化処理を施した前記ベースカムに対して前記ローラシャフトを固定することで前記ローラを組み付ける組付工程と、を備えている。なお、前記表面硬化処理工程では、前記表面焼入れとして高周波焼入れ焼戻し処理を実施することがより好ましい。 (1) The cam manufacturing method disclosed herein includes a roller shaft mounting hole for inserting a roller shaft drilled in a valve lift portion and a notch portion formed in a middle portion in the plate thickness direction of a tip portion of the valve lift portion. And a plate-like base cam having an outer peripheral surface, and a part of the outer peripheral surface is provided in the notch portion so as to protrude outward from the outer peripheral surface of the tip portion of the valve lift portion, and is assembled to the base cam via the roller shaft. And a cylindrical roller. The manufacturing method includes a surface hardening treatment step for performing surface quenching on each of the roller and the roller shaft, a nitriding treatment step for nitriding the base cam, the surface hardening treatment step, and the nitriding treatment. after step, so that the roller which has been subjected to the surface hardening is rotatable relative to the roller shaft subjected to said surface hardening, by fixing the roller shaft relative to the base cam subjected to the nitriding treatment An assembling step for assembling the roller . In the surface hardening treatment step, it is more preferable to perform induction hardening and tempering treatment as the surface hardening.
(2)また、前記組付行程において、前記ローラを前記ベースカムの前記切欠部の幅方向中心部に配置し、前記ローラシャフトを前記ローラに形成された貫通孔および前記ローラシャフト取付孔に挿通されて固定されることが好ましい。 (2) Further, in the assembling step, the roller is disposed at a center portion in the width direction of the notch portion of the base cam, and the roller shaft is inserted into a through hole formed in the roller and the roller shaft mounting hole. Are preferably fixed .
(3)また、前記窒化処理工程の前に、前記ベースカムに穿孔されたカムシャフト挿通用のカムシャフト取付孔をマスキングするマスキング工程と、前記組付工程後に、前記カムを前記カムシャフトに圧入により固定する組立工程と、を備えることが好ましい。この場合、前記マスキング工程において、前記ローラシャフト取付孔はマスキングせず、前記組付工程において、前記ベースカムに前記ローラシャフトをかしめにより組み付けることが好ましい。
(4)また、前記窒化処理工程では、前記窒化処理としてガス窒化処理を実施することが好ましい。
(3) Further, before the nitriding step, a masking step of masking a camshaft mounting hole for inserting a camshaft drilled in the base cam, and after the assembly step, the cam is press-fitted into the camshaft. And an assembling step for fixing. In this case, it is preferable that the roller shaft mounting hole is not masked in the masking step, and the roller shaft is assembled to the base cam by caulking in the assembly step.
(4) Further, in the nitriding treatment step, it is preferable to perform a gas nitriding treatment as the nitriding treatment.
開示のカムの製造方法によれば、ベースカムの表面硬化処理として窒化処理を採用することができるため、高い表面硬さや疲労強度,耐摩耗性等をベースカムに与えることができる。また、窒化処理では発生するひずみが少ないため、処理後に再度加工する必要がなく、製造工程を簡素化することができる。つまり、最初にベースカムの形状を完成させておき、最後に表面を硬化させるための窒化処理を行えばよいため、ベースカムを1チャックで(一度固定したらそのままの状態で)加工することができる。これにより、ベースカムの加工精度を高めることができ、製造時間を短縮してコストを削減することもできる。 According to the disclosed cam manufacturing method, nitriding treatment can be adopted as the surface hardening treatment of the base cam, so that high surface hardness, fatigue strength, wear resistance, and the like can be imparted to the base cam. Further, since the distortion generated in the nitriding process is small, it is not necessary to process again after the process, and the manufacturing process can be simplified. In other words, the shape of the base cam is first completed, and finally the nitriding treatment for hardening the surface is performed, so that the base cam can be processed with one chuck (as it is once fixed). Thereby, the processing accuracy of the base cam can be increased, and the manufacturing time can be shortened to reduce the cost.
なお、窒化処理は、高周波焼入れ焼戻し処理と比べると表面の硬化層の厚さが薄くなるが、本カムは、ベースカムの外周面のうち最もヘルツ応力が高くなる先端部にはローラが取り付けられており、ベースカムの先端部はタペットと非接触である。そのため、窒化処理を採用しても、硬化層が消耗してしまうおそれがなく、ベースカムの摩耗を適切に抑制することができる。 Note that the thickness of the hardened layer on the surface of the nitriding treatment is thinner than that of the induction hardening and tempering treatment, but this cam has a roller attached to the tip of the outer peripheral surface of the base cam where the Hertz stress is highest. The tip of the base cam is not in contact with the tappet. Therefore, even if the nitriding treatment is adopted, there is no fear that the hardened layer is consumed, and wear of the base cam can be appropriately suppressed.
さらに、ローラをベースカムに組み付ける前に窒化処理を行うため、ローラとローラシャフトとが滑り接触する面において、硬化層のある面の硬化層のない面とができることを防ぐことができる。つまり、ローラシャフトに部分的に硬化層が生成されることを防ぎ、ローラの内周面の摩耗進行を防ぐことができる。 Further, since the nitriding treatment is performed before the roller is assembled to the base cam, it is possible to prevent the surface having the hardened layer from being formed on the surface where the roller and the roller shaft are in sliding contact with each other. That is, it is possible to prevent a hardened layer from being partially formed on the roller shaft and to prevent the progress of wear on the inner peripheral surface of the roller.
以下、図面を用いて実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment.
[1.カムの構造]
まず、本実施形態に係る製造方法で製造されるカムの構造について、図2(a),(b)及び図4を用いて説明する。図2(a)はベースカム31の正面図、図2(b)はカムローブ(カム)30をカムシャフト20に組み付けた状態の側面図である。図2(a)には、ローラ32を二点鎖線で示す。また、図4はベースカム31とローラシャフト33との組み付け部分の拡大断面図である。
[1. Cam structure]
First, the structure of the cam manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a), 2 (b) and FIG. 2A is a front view of the
本実施形態に係る製造方法で製造されるカムローブ30は、エンジンのクランクシャフト(何れも図示略)と連動して回転するカムシャフト20に圧入により固定され、カムシャフト20とともに回転する。カムシャフト20及びカムローブ30からなるカム構造10は、エンジンの各気筒における吸気弁又は排気弁(以下、バルブという)の基端部が接続されるタペット(何れも図示略)を駆動してバルブを開閉させる。
The
図2(b)に示すように、カムシャフト20は中空のパイプで構成され、エンジンのクランクシャフトからタイミングチェーンやタイミングベルト(何れも図示略)を介して回転が伝達されて回転する。カムシャフト20の軸方向には、バルブを開閉するためのカムローブ30が、バルブの個数に応じて複数固定されている。カムローブ30は、何れも同様の構成を有しているため、ここでは一つのカムローブ30を示し、その構造について説明する。
As shown in FIG. 2 (b), the
図2(a)及び(b)に示すように、カムローブ30は、カム本体である板状のベースカム31と、ベースカム31に取り付けられる円筒状のローラ32とから構成される。ベースカム31は、ベース円部31aとバルブリフト部31bとを有し、外周面(カム面)が周方向全体に亘って連続している。ベース円部31aとバルブリフト部31bとの境界線を図2(a)中に二点鎖線で示している。ベース円部31aは、ベースカム31の円形の部分であり、中央にカムシャフト20が挿通される円形の孔部31h(以下、カムシャフト取付孔31hという)が穿孔されている。言い換えると、ベース円部31aは、カムシャフト取付孔31hの軸心Sからの距離が一定の部分に対応する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
バルブリフト部31bは、ベース円部31aの外縁を部分的に拡径方向へ膨出されてなる部分であり、タペットの頂面を押圧してバルブを開閉動作させる部分である。バルブリフト部31bは、ベースカム31の幅方向(カムシャフト20が挿通される方向,板厚方向)の中間部に、その先端部(カムトップ部)31cから外周面をベース円部31a側に向かって切り欠いて形成された切欠部31nを有する。この切欠部31nには、後述するローラ32がベースカム31に対して回転自在となるように設けられる。
The
ベースカム31に欠成された切欠部31nの幅方向両側には、対向する一対のヨーク部31y,31yが形成される。このヨーク部31y,31yには、幅方向に貫通した孔部31m,31mが一直線上に設けられている。孔部31mは、その軸心Tがベース円部31aに形成されたカムシャフト取付孔31hの軸心Sと平行になるように形成されている。図4に示すように、この孔部31mには、ローラ32をベースカム31に取り付けるためのローラシャフト33が挿通される。以下、この孔部31mをローラシャフト取付孔31mという。ローラシャフト33の端部周縁には、外径側に突出した爪部33aが設けられており、この爪部33aがベースカム31のヨーク部31yの端面に打ち付けられてかしめられることで、ベースカム31にローラシャフト33が固定される。
A pair of opposing
図2(b)及び図4に示すように、ローラ32は、その中心に挿通されるローラシャフト33を介して、ベースカム31に回転自在に組み付けられる。ローラ32の内周面32hは、ローラシャフト33のすべり軸受として機能する。ローラ32は、その外周面の一部がバルブリフト部31bの先端部31cの外周面よりも外側に突出するように取り付けられる。
As shown in FIGS. 2B and 4, the
図2(a)に示すように、この先端部31cからのローラ32の突出量xは、ローラ32の外径rと、ローラシャフト取付孔31mの中心Tから先端部31cまでの長さBとの差(x=r−B)である。長さBは、カムシャフト取付孔31hの中心Sとローラシャフト取付孔31mの中心Tとを結ぶ直線方向であって、ローラシャフト取付孔31mの中心Tからバルブリフト部31bの先端部31c(縁部)までの寸法である。言い換えると、二つの中心S,Tを通る直線とバルブリフト部31bの輪郭線との交点からローラシャフト取付孔31mの中心Tまでの距離である。
As shown in FIG. 2A, the protrusion amount x of the
[2.製造方法]
次に、本実施形態に係る製造方法について、図3を加えて使用する機械を例示しながら説明する。図3は、研削加工を概念的に示したものであり、図中実線はベースカム31の最終形状(完成したベースカム31)を示し、一点鎖線は仕上げ加工において外周面を研削される前のベースカム31の形状を示す。なお、わかりやすくするために実線と一点鎖線との間を大きく示している。
[2. Production method]
Next, the manufacturing method according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 conceptually shows the grinding process. In the figure, the solid line indicates the final shape of the base cam 31 (completed base cam 31), and the alternate long and short dash line indicates the
本製造方法は、ベースカム31に対する荒加工工程,仕上げ加工工程,マスキング工程,窒化処理工程と、ローラ32に対する突出量xの設定工程,表面硬化処理工程と、ベースカム31とローラ32との組付工程と、カムローブ30とカムシャフト20との組立工程とを備えている。カムローブ30は、エンジンのバルブの個数に応じて複数製造される。
This manufacturing method includes a roughing process, a finishing process, a masking process, a nitriding process for the
最初に、ローラ32に対する各工程について説明する。ここではまず、ベースカム31の外周面からローラ32が突出する突出量xを設定するとともに、ローラ32を用意する。この突出量xは、タペットがベースカム31とローラ32とを乗り換えるタイミング(カムシャフト20の回転角)と、ローラ32がタペット上を転がる長さ(すなわち、ローラ32とタペットとが接触している接触長さ)とを決定する。
First, each process for the
乗り換えのタイミングは、ベースカム31とローラ32との乗り換える時に発生する振動の大きさに影響し、ローラ32とタペットとの接触長さは摩擦低減に寄与する。そこで、乗り換え時にできるだけ振動が発生せず(振動が発生したとしてもその振動が小さくなり)、接触長さができるだけ長くなるような突出量xを設定する。また、ローラ32は、同一の外径rのもの(すなわち、一種類のローラ32)をカムローブ30の個数だけ用意する。
The timing of the transfer affects the magnitude of vibration generated when the
次に、ローラ32とローラシャフト33とを組み付け状態にする前に、ローラ32及びローラシャフト33に対してそれぞれ表面硬化処理を実施する。ここでは、表面硬化処理として、一般的な高周波焼入れ焼戻しを実施する。例えば、ローラ32の周囲に設けたコイルに高周波電流を流してローラ32の表面を加熱し、その後急冷する。ローラシャフト33に対しても同様の処理を行う。これにより、ローラ32及びローラシャフト33の各表面には、比較的厚い硬化層が形成される。なお、表面硬化処理を実施した後で、ローラ32及びローラシャフト33の表面を研削する仕上げ加工工程を設けてもよい。
Next, before the
ここで、ローラ32及びローラシャフト33の表面硬化処理として高周波焼入れ焼戻し処理を採用している理由について説明する。ローラの付いていない従来のカムの場合、カムがタペットを押圧するときのヘルツ応力(接触応力)は、バルブリフト部のカムトップが最も高くなる。これに対して、本カムローブ30は、バルブリフト部31bの先端部31cにローラ32が組み付けられており、ローラ32の外周面の一部がバルブリフト部31bの外周面よりも外側に突出している。そのため、カムローブ30の先端部31cでは、ベースカム31のバルブリフト部31bに代わってローラ32がタペットを押圧する。つまり、ローラ32とタペットとが接触するときのヘルツ応力が、バルブリフト部31bとタペットとの接触時のヘルツ応力よりも高くなる。
Here, the reason why the induction hardening and tempering process is adopted as the surface hardening process of the
そこで、ローラ32に高周波焼入れ焼戻し処理をして、ローラ32の表面に比較的厚い硬化層を生成することで、ローラ32の表面硬さを上げて耐摩耗性等を向上させ、ローラ32の摩耗量を抑制している。なお、ローラシャフト33はローラ32の内周面32hと滑り接触する部分となるため、ローラシャフト33にもローラ32と同様の表面硬化処理を施し、ローラ32と同等の表面硬さ等を与えることで、ローラ32とローラシャフト33との接触部分での摩耗を抑制する。
Therefore, the
次に、ベースカム31に対する各工程について説明する。ベースカム31の各工程の前段階として、ベースカム31の基礎となる部品を鍛造により成形する。成形された鍛造品は、少なくとも正面視で卵型であって一定の厚みを有する。また、以下の荒加工工程及び仕上げ加工工程では、エンジンの気筒毎の鍛造品を重ねて一緒に加工する。例えば一気筒に四つのバルブを有するエンジンの場合は、四つの鍛造品を重ねて一緒に加工する。また、四つの鍛造品を重ねて加工することが困難な場合は、吸気弁,排気弁毎に鍛造品を重ねて(すなわち、二つずつ)加工してもよい。
Next, each process for the
まず、荒加工工程において、この鍛造品を荒加工して、切欠部31nとなる部分を形成するとともに、カムシャフト取付孔31h及びローラシャフト取付孔31mとなる部分を穴あけ加工する。また、この鍛造品の外周面を荒加工してベースカム31の最終的なカムプロフィールに近い形状に形成する。ここでいう最終的なカムプロフィールに近い形状とは、外周面を仕上げ加工(すなわち研削)するだけで、所望のカムプロフィールとなる形状をいう。なお、荒加工工程を省略し、鍛造品を成形する段階で、切欠部31nやカムシャフト取付孔31h,ローラシャフト取付孔31mとなる部分を形成し、外周面をベースカム31の最終的なカムプロフィールに近い形状に形成してもよい。
First, in the roughing process, the forged product is roughed to form a portion that becomes the
荒加工工程後の鍛造品は、仕上げ加工工程において、最終的なベースカム31の形状に形成される。仕上げ加工工程は、例えばNC旋盤のように数値制御で加工が可能な装置を用いても行ってもよく、手作業で加工してもよい。荒加工工程後の鍛造品には、まず、カムシャフト取付孔31hとローラシャフト取付孔31mとを一つずつ仕上げ加工する。カムシャフト取付孔31hは、ベース円部31aの中心に位置するため位置決めがしやすい。そのため、カムシャフト取付孔31hを先に仕上げ加工し、次いでカムシャフト取付孔31hを基準にしてローラシャフト取付孔31mを位置決めして仕上げ加工する。このようにして卵型の鍛造品には二つの孔部31h,31mが形成される。
The forged product after the roughing process is formed into the final shape of the
なお、カムシャフト取付孔31hは、カムシャフト20の径よりもやや小さい径に形成され、ローラシャフト取付孔31mは、ローラシャフト33の径よりもやや大きい径に形成される。これは、カムローブ30はカムシャフト20に対して圧入により固定されるのに対し、ローラシャフト33はベースカム31に対してかしめにより固定されるためである。
The
二つの孔部31h,31mが形成された鍛造品には、続いてその外周面を研削して仕上げ加工する。外周面の仕上げ加工(研削工程)を図3に例示する。この研削工程では、一点鎖線で示す鍛造品は、カムシャフト取付孔31h及びローラシャフト取付孔31mがそれぞれチャック(固定装置)2で固定されることにより支持され、その外周面に研削砥石3が高速回転しながら接触する。研削砥石3は、予め設定された送り量(切り込み量)Cだけ鍛造品側へと進められながら鍛造品の外周を移動し、鍛造品の外周面を研削する。これにより、所望のカムプロフィールを有するベースカム31が完成する。
The forged product in which the two
完成したベースカム31は、次のマスキング工程においてベースカム31のカムシャフト取付孔31hをマスキングする。マスキング工程では、ベースカム31のカムシャフト取付孔31hに薬剤塗布やメッキ等によりマスキングを行い、次の窒化処理工程でカムシャフト取付孔31hに硬化層が生成されることを防止する。これは、カムシャフト20とカムローブ30とは圧入により固定されるため、圧入代を適切に管理することが重要であるところ、硬化層が生成されるとその厚さ分だけ圧入代が減少してしまうためである。つまり、マスキング工程でカムシャフト取付孔31hをマスキングすることで、圧入代を適切に管理することが可能となる。
The completed
なお、マスキング工程では、ベースカム31のローラシャフト取付孔31mにはマスキングしない。これは、ベースカム31とローラシャフト33とはかしめにより固定されるため、カムシャフト取付孔31hのように圧入代を管理する必要がないためである。つまり、図4に示すように、ベースカム31のローラシャフト取付孔31mの内周面とローラシャフト33の外周面との間には僅かな隙間が形成されるため、ローラシャフト取付孔31mに窒化処理が施されたとしても、ローラ32の組み付けに影響を与えないからである。
In the masking step, the roller
マスキングされたベースカム31は、最後に窒化処理工程において窒化される。本ベースカム31には、窒化処理として、一般的なガス窒化処理が施される。例えば、ベースカム31を洗浄して油分や汚れ等を除去した後、密閉可能なケース内に収納し、アンモニアガス(NH3)を吹き込みながら所定温度に所定時間加熱する。これにより、ベースカム31の表面には硬化層(窒化層)が生成される。なお、ガス窒化処理の具体的な手法は周知の手法を採用可能である。
The
ここで、ベースカム31の表面硬化処理として窒化処理を採用している理由について説明する。窒化処理は、マルテンサイト化による硬化ではないため処理温度が比較的低く、ひずみが少ないというメリットがある。そのため、仕上げ加工が終了した後で窒化処理を行うことができ、窒化処理後に再度加工する必要がない。また、窒化処理によって高い表面硬さや疲労強度を得ることもできる。その反面、窒化処理により生成される硬化層は、高周波焼入れ焼戻し処理で生成される硬化層の厚さと比較すると薄いというデメリットがある。
Here, the reason why the nitriding process is adopted as the surface hardening process of the
これに対して、上記のように本カムローブ30は、バルブリフト部31bの先端部31cにローラ32が組み付けられているため、先端部31cではバルブリフト部31bはタペットと接触しない。言い換えると、ベースカム31とタペットとが接触するのは、バルブリフト部31bのうち先端部31cを除いた立上り部と立下り部であり、これらは先端部31cと比較してヘルツ応力が低い。つまり、本カムローブ30の場合、ベースカム31の摩耗量は従来のカムと比較して少なくなるため、窒化処理により生成される硬化層の厚さでも摩耗に十分耐えることができる。したがって、ベースカム31の表面硬化処理として窒化処理を採用することが可能である。
On the other hand, since the
以上の工程を経たベースカム31には、組付工程において、ローラ32がローラシャフト33を介して回転自在に組み付けられる。具体的には、ローラ32は、その中心の貫通孔がベースカム31のヨーク部31y,31yに形成されたローラシャフト取付孔31m,31mと重なり、二つのヨーク部31y,31yとの隙間が略同等となるように、切欠部31nの幅方向中心部に配置される。この状態で、ローラシャフト33が、一方のヨーク部31yのローラシャフト取付孔31mに挿通され、続いてローラ32の貫通孔に挿通され、さらに他方のヨーク部31yのローラシャフト取付孔31mに挿通される。そして、ローラシャフト33の両端部の爪部33aが叩いて潰されることで、ベースカム31に固定される。
In the assembling process, the
このように、ベースカム31にローラ32が取り付けられることで、カムローブ30が製造される。なお、ベースカム31に対する各工程と、ローラ32に対する各工程とは、何れを先に実施してもよいし、同時に実施してもよい。
組立工程では、複数のカムローブ30をカムシャフト20に対して、所定の位置に所定の角度で圧入により組み付けて固定する。これにより、カム構造10が完成する。
Thus, the
In the assembly process, the plurality of
[3.フローチャート]
本実施形態に係るカムの製造方法をまとめると以下のようになる。図1に示すように、ベースカム31の基礎となる鍛造品を成形し(ステップS10)、この鍛造品にカムシャフト取付孔31h,ローラシャフト取付孔31mを荒加工により形成し、さらに外周面も荒加工して最終的なカムプロフィールに近い形状とする(荒加工工程,ステップS20)。次に仕上げ加工工程を実施する(仕上げ加工工程,ステップS30)。つまり、カムシャフト取付孔31hを仕上げ加工し、次いでカムシャフト取付孔31hを基準としてローラシャフト取付孔31mを仕上げ加工する。そして外周面を研削工程を実施する。これにより、所望のカムプロフィールを有するベースカム31が完成する。
[3. flowchart]
The cam manufacturing method according to the present embodiment is summarized as follows. As shown in FIG. 1, a forged product serving as a base of the
次に、ベースカム31のカムシャフト取付孔31hのみをマスキングする(マスキング工程,ステップS40)。そして、ベースカム31に窒化処理を施して(窒化処理工程,ステップS50)、ベースカム31の表面に硬化層を生成する。
Next, only the
一方で、ベースカム31の外周面からのローラ32の突出量xを設定するとともに、外径rのローラ32を複数用意する(ステップS15)。そして、ローラ32及びローラシャフト33に高周波焼入れ焼戻し処理をして、表面に硬化層を生成する(表面硬化処理工程,ステップS25)。なお、図1ではベースカム31に対するステップS10〜S50の工程と、ローラ32に対するステップS15,S25の工程とを並行して行うように表現しているが、先にローラ32の表面硬化処理まで終わらせた後、ベースカム31を加工してもよいし、その逆の順番でもよい。
On the other hand, the projection amount x of the
次に、完成したベースカム31にローラ32を組み付ける(組付工程,ステップS60)。すなわち、ローラ32をベースカム31の切欠部31nに配置し、ローラシャフト33をローラシャフト取付孔31mとローラ32の中心の貫通孔とに挿通する。そして、ローラシャフト33の両端部の爪部33aを叩いてローラシャフト33をベースカム31に固定する。これにより、カムローブ30が完成する。
最後に、カムシャフト20に複数のカムローブ30を圧入により組み付けて固定し、カム構造10が完成する(組立工程,ステップS70)。
Next, the
Finally, a plurality of
[4.効果]
したがって、本実施形態に係るカムの製造方法によれば、ベースカム31の表面硬化処理として窒化処理を採用することができるため、高い表面硬さや疲労強度,耐摩耗性等をベースカム31に与えることができる。また、窒化処理では発生するひずみが少ないため、処理後に再度加工する必要がなく、製造工程を簡素化することができる。つまり、最初にベースカム31の形状を完成させておき、最後に表面を硬化させるための窒化処理を行えばよいため、ベースカム31を1チャックで(一度固定したらそのままの状態で)加工することができる。これにより、ベースカム31の加工精度を高めることができ、製造時間を短縮してコストを削減することもできる。
[4. effect]
Therefore, according to the cam manufacturing method according to the present embodiment, nitriding can be employed as the surface hardening treatment of the
なお、窒化処理は、高周波焼入れ焼戻し処理と比べると表面の硬化層の厚さが薄くなるが、本カムローブ30は、ベースカム31の外周面のうち最もヘルツ応力が高くなる先端部31cにはローラ32が取り付けられており、ベースカム31の先端部31cはタペットと非接触である。そのため、窒化処理を採用しても、硬化層が消耗してしまうおそれがなく、ベースカム31の摩耗を適切に抑制することができる。
In the nitriding process, the thickness of the hardened layer on the surface is reduced as compared with the induction hardening and tempering process. However, the
さらに、ローラ32をベースカム31に組み付ける前に窒化処理を行うため、ローラ32とローラシャフト33とが滑り接触する面において、硬化層のある面と硬化層のない面とができることを防ぐことができる。仮に、ローラ32をベースカム31に組み付けた状態で窒化処理を行うとすると、図4に示すように、ヨーク部31yとローラ32の端面との隙間に位置するローラシャフト33の外周面には硬化層が生成される。一方、ローラ32の内周面32hやこの内周面32hに対向するローラシャフト33の外周面には硬化層は生成されない。
Further, since the nitriding treatment is performed before the
ところで、ローラ32は、ベースカム31に固定されたローラシャフト33に対して回転自在に設けられており、切欠部31n内でローラシャフト33の軸方向に移動し得る。そのため、ヨーク部31yとローラ32の端面との隙間に位置するローラシャフト33の外周面だけ硬化層が生成されていると、ローラ32が軸方向に移動したときにローラ32の内周面32hの摩耗が進行してしまう。そこで、本製造方法では、ローラ32をベースカム31に組み付ける前にベースカム31に対して窒化処理を施すことで、ローラシャフト33に部分的に硬化層が生成されることを防ぎ、ローラ32の内周面32hの摩耗の進行を防ぐことができる。
By the way, the
また、ローラ32及びローラシャフト33は、表面硬化処理工程において高周波焼入れ焼戻しされるため、比較的厚みのある硬化層を生成することができる。これにより、タペットとの接触時の高いヘルツ応力にも耐え得るローラ32を備えたカムローブ30を製造することができる。また、ローラシャフト33にもローラ32と同様の表面硬化処理を施すことにより、ローラ32とローラシャフト33との接触箇所での摩耗を防止することができる。さらに、ローラ32及びローラシャフト33に高周波焼入れ焼戻し処理した後に、窒化処理をしたベースカム31に組み付けることで、ローラ32及びローラシャフト33の表面硬さが低下することを防止することもできる。
Moreover, since the
また、ベースカム31を窒化処理する前に、マスキング工程においてカムシャフト取付孔31hをマスキングするため、カムローブ30とカムシャフト20との圧入代を適切に管理することができる。さらに、このマスキング工程ではローラシャフト取付孔31mはマスキングしないため、マスキング工程の時間を短縮することができ、カムローブ30の製造時間を短縮することができる。なお、ローラシャフト33はベースカム31に対してかしめにより固定されるため、圧入代を管理する必要がなく、製造工程を簡素化することができる。
Further, since the
また、本実施形態の窒化処理工程では、アンモニアガスを使用するガス窒化処理を実施するため、低コストで窒化処理を行うことができるとともに、塩浴窒化処理を実施する場合と比較して環境への負荷を小さくすることができる。また、塩浴軟窒化処理を実施する場合は、酸化スケールの付着を防止するためにローラシャフト取付孔31mに対してもマスキングをする必要が生じるが、ガス窒化処理の場合は酸化スケールは付着しないため、マスキングが不要となり、製造時間を短縮することができる。
Further, in the nitriding process of the present embodiment, since the gas nitriding process using ammonia gas is performed, the nitriding process can be performed at a low cost, and the environment is compared with the case where the salt bath nitriding process is performed. The load of can be reduced. Further, when performing the salt bath soft nitriding treatment, it is necessary to mask the roller
[5.その他]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、ローラ32及びローラシャフト33の表面硬化処理は高周波焼入れ焼戻し処理に限られず、他の表面焼入れ処理でもよい。また、高い表面硬度を与えることのできれば、表面焼入れ処理以外の表面硬化処理をローラ32及びローラシャフト33に施してもよい。
[5. Others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the surface hardening process of the
また、窒化処理工程で実施される窒化はガス窒化に限られず、ガス窒化の代わりに液体窒化(塩浴窒化)を実施してもよい。液体窒化処理によれば、ガス窒化処理と比較して窒化処理工程の時間を短縮することができる。また、軟窒化処理を実施して耐摩耗性や耐疲れ性を向上させてもよい。
また、カムシャフト20とカムローブ30との圧入代を管理する手法や工程を別に用意して、カムシャフト取付孔31hのマスキングを省略してもよい。また、ローラシャフト33の固定方法はかしめに限られず、圧入によってベースカム31に固定してもよい。この場合、マスキング工程においてローラシャフト取付孔31mもマスキングすることが好ましい。
The nitriding performed in the nitriding process is not limited to gas nitriding, and liquid nitriding (salt bath nitriding) may be performed instead of gas nitriding. According to the liquid nitriding treatment, the time of the nitriding treatment step can be shortened as compared with the gas nitriding treatment. Further, soft nitriding treatment may be performed to improve wear resistance and fatigue resistance.
Further, a method and a process for managing the press-fitting allowance between the
また、上記実施形態では、荒加工後に、カムシャフト取付孔31hを仕上げ加工し、その後でローラシャフト取付孔31mを仕上げ加工する場合を例示しているが、仕上げ加工の順番は反対でもよい。すなわち、ローラシャフト取付孔31mの位置決めを冶具を用いて精度良く行うことで、ローラシャフト取付孔31mを先に仕上げ加工し、ローラシャフト31mを基準としてカムシャフト取付孔31hを仕上げ加工してもよい。
In the above embodiment, the case where the
また、上記実施形態では、ベースカム31に対する荒加工工程及び仕上げ加工工程において、エンジンの気筒毎の鍛造品を重ねて一緒に加工する場合を例示しているが、全ての気筒の鍛造品を重ねて一緒に加工してもよい。また、荒加工工程では全ての気筒の鍛造品を重ねて一緒に加工し、仕上げ加工工程ではエンジンの気筒毎の鍛造品を重ねて一緒に加工してもよいし、荒加工工程では鍛造品を重ねずにそれぞれ加工し、仕上げ加工工程においてエンジンの気筒毎の鍛造品や全ての気筒の鍛造品を重ねて一緒に加工してもよい。
Moreover, in the said embodiment, in the roughing process and finishing process with respect to the
なお、ベースカム31となる部品を鍛造品として説明しているが、ベースカム31となる部品は鍛造により成形された部品に限られず、他の手法により成形された部品であってもよい。
また、上記実施形態では、ローラ32がベースカム31に固定されたローラシャフト33に対して回転するカム構造10を説明したが、ローラ32とローラシャフト33とが固定され、ローラシャフト33がベースカム31に対して回転するカム構造であってもよい。また、ローラ32がローラシャフト33に対して回転自在であり、さらにローラシャフト33もベースカム31に対して回転自在であってもよい。
In addition, although the component used as the
In the above embodiment, the
10 カム構造
20 カムシャフト
30 カムローブ(カム)
31 ベースカム
31a ベース円部
31b バルブリフト部
31c 先端部
31h カムシャフト取付孔
31m ローラシャフト取付孔
31n 切欠部
31y ヨーク部
32 ローラ
33 ローラシャフト
r ローラの外径
x 突出量
S カムシャフト取付孔の中心
T ローラシャフト取付孔の中心
10
31
Claims (4)
前記ローラおよび前記ローラシャフトのそれぞれに対して、表面焼入れを実施する表面硬化処理工程と、
前記ベースカムに窒化処理を実施する窒化処理工程と、
前記表面硬化処理工程および前記窒化処理工程後に、前記表面焼入れを施した前記ローラが前記表面焼入れを施した前記ローラシャフトに対して回転自在となるように、前記窒化処理を施した前記ベースカムに対して前記ローラシャフトを固定することで前記ローラを組み付ける組付工程と、を備えた
ことを特徴とする、カムの製造方法。 A plate-like base cam having a roller shaft mounting hole for inserting a roller shaft bored in the valve lift portion and a notch portion formed in the middle portion in the plate thickness direction of the tip portion of the valve lift portion; A cam having a cylindrical roller provided at the notch so that the portion protrudes outward from the outer peripheral surface of the tip of the valve lift portion and assembled to the base cam via the roller shaft A method,
A surface hardening treatment step of performing surface hardening for each of the roller and the roller shaft;
A nitriding step for nitriding the base cam;
After the surface hardening process and the nitriding process, so that the roller which has been subjected to the surface hardening is rotatable relative to the roller shaft subjected to said surface hardening, to said base cam subjected to the nitriding treatment And an assembly step of assembling the roller by fixing the roller shaft .
ことを特徴とする、請求項1記載のカムの製造方法。 In the assembling step, the roller is disposed in the center in the width direction of the notch portion of the base cam, and the roller shaft is inserted and fixed to a through hole formed in the roller and the roller shaft mounting hole. The method of manufacturing a cam according to claim 1, wherein
前記組付工程後に、前記カムを前記カムシャフトに圧入により固定する組立工程と、を備え、
前記マスキング工程において、前記ローラシャフト取付孔はマスキングせず、
前記組付工程において、前記ベースカムに前記ローラシャフトをかしめにより組み付ける
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のカムの製造方法。 Before the nitriding step, a masking step of masking a camshaft mounting hole for inserting a camshaft drilled in the base cam;
An assembly step of fixing the cam to the camshaft by press-fitting after the assembly step;
In the masking step, the roller shaft mounting hole is not masked,
3. The cam manufacturing method according to claim 1, wherein in the assembling step, the roller shaft is assembled to the base cam by caulking.
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のカムの製造方法。 The cam manufacturing method according to claim 1, wherein in the nitriding step, gas nitriding is performed as the nitriding.
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