JPH03181655A - カムシャフトの製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はカムシャフトの製造方法に関する。

（従来の技術） エンジンの多弁化等に伴い、複雑な形状のカムシャフト
が要求されるようになってきたため、カムシャフトの製
造方法としては、従来から知られている鍛造若しくは鋳
造により得たカムシャフト素材を機械加工する方法に代
えて、実開昭４８−９８０５号公報に示されるように、
中空部を有するカム部材及びジャーナル部材と、シャフ
ト部材とを各々別個に設けておき、カム部材及びジャー
ナル部材の中空部にシャフト部材を嵌入した後、カム部
材及びジャーナル部材とシャフト部材とを各々溶接する
方法が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、カム部材及びジャーナル部材とシャフト部材
とを溶接する際、カム部材及びジャーナル部材の中空部
の周方向に沿って溶接していくと、シャフト部材が撓み
変形するという問題がある。

つまり、溶接開始点から周方向へ１８０度移動した部位
が収縮して縮むため、シャフト部材が溶接部でへの字状
に曲がるという問題がある。特に、近時におけるエンジ
ンの軽量化の要請からシャフト部材としてパイプを用い
る場合には、シャフト部材の曲がり変形は顕著である。

また、浸炭焼入れ等の表面硬化処理したカム部材及びジ
ャーナル部材をシャフト部材に溶接する場合、シャフト
部材が変形すると、カム部材及びジャーナル部材の表面
に対する研削代が大きくなって表面硬化層が残らなかっ
たり、或いは表面硬化層を残そうとすると未研削部が生
じて所定の形状が得られないという問題がある。

上記に鑑みて、本発明は、カム部材及びジャーナル部材
とシャフト部材とを各々溶接してカムシャフトを製造す
る方法であるにも拘らず、溶接によってシャフト部材が
曲がるのを防止することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は、シャフト部材の
曲がりを阻止した状態でカム部及びジャーナル部とシャ
フト部材とを溶接し、次に、シャフト部材に対して焼戻
しをすることによってシャフト部材に生じた応力を解放
させるものである。

具体的に本発明が講じた解決手段は、カム部材及びジャ
ーナル部材をバイブ製のシャフト部材に嵌装すると共に
該シャフト部材の中空部に芯棒を挿入して該シャフト部
材の曲がりを阻止し、次に、該カム部材及びジャーナル
部材とシャフト部材とを各々溶接した後、該シャフト部
材に対して焼戻しを行ない、しかる後、上記シャフト部
材の中空部から上記芯棒を抜き去る構成とするものであ
る。

（作用） 上記の構成により、シャフト部材の中空部に芯棒を挿入
してシャフト部材の曲がりを阻止した状態で、カム部材
及びジャーナル部材とシャフト部材とを溶接するため、
溶接した状態ではシャフト部材は曲がっていない。

また、シャフト部材に焼戻しを行なった後、該シャフト
部材から芯棒を引き抜くため、溶接により生じたシャフ
ト部材の溶接部における応力は焼戻しによって解放され
ているため、芯棒を引き抜いてもシャフト部材は殆ど曲
がらない。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図〜第３図に基づいて説明
する。

まず、例えばＪＩＳ−ＳＣＭ４１５Ｈよりなる素材を所
定形状に機械加工してカム部材１及びジャーナル部材２
を製作する。その後、カム部材１及びジャーナル部材２
の溶接割れを防止するため溶接箇所に防炭処理を施した
後、該カム部材１及びジャーナル部材２に浸炭焼入れ及
び焼戻しを行ない、カム部材１及びジャーナル部材２の
表面に表面硬化層を形成する。尚、防炭処理としては、
溶接箇所に防炭材としての水ガラスを塗布しておき、浸
炭焼入れ後にワイヤブラシ等で水ガラスを除去する方法
、或いは溶接箇所にニッケルめっき又は銅めっきをして
溶接箇所をマスキングしておく方法等を適用できる。ま
た、この場合の焼戻しは、カム部材１及びジャーナル部
材２に対する靭性の付与と熱歪みの除去のために行なう
ものである。

また、例えばＪ　Ｉｓ−Ｓｌ５−５ＴＫよりなる素材を
所定形状に機械加工してパイプ製のシャフト部材３を製
作する。

次に、カム部材１及びジャーナル部材２をシャフト部材
３に嵌装した後、カム部材１及びジャーナル部材２を軸
方向の所定位置にセットする。

次に、シャフト部材３の中空部３ａに挿入されて該シャ
フト部材３の曲がりを阻止する芯棒５を準備する。

芯棒５の直径としては、シャフト部材３の中空部３ａの
内径よりも若干径小に形成することが好ましく、具体的
には、シャフト部材３の曲がり量を少なくするために、
芯棒５の外周面とシャフト部材３の内周面とのクリアラ
ンスを０．５ｍｍ以下に設定することが好ましい。この
場合、クリアランスは小さいほうが好ましいが、０．　
０５ｍｍ未満に設定することは、加工精度の確保に工数
及び費用が掛かる反面、それに伴う効果が得られないの
で、クリアランスは０．０５ｍｍ以上が好ましい。

また、芯棒５の材質としては、シャフト部材３の曲がり
を阻止するために剛性の高いことが好ましいが、実用的
には通常の鋼部材で十分である。

すなわち、通常の鋼部材よりも剛性の高いものとしてタ
ングステン鋼やモリブデン鋼等があるが、これらはいず
れも高価であるし、シャフト部材３の外径が大きい場合
にはそれに伴って内径も大きくなり、ひいては芯棒５の
直径も大きくなって剛性が高くなるためである。

次に、第１図に示すように、芯棒５をシャフト部材３の
中空部３ａに挿入して該シャフト部材３の曲がりを阻止
した後、高エネルギービーム６例えばレーザービーム或
いは電子ビーム等を照射して、カム部材１及びジャーナ
ル部材２とシャフト部材３とを各々全周に亘って溶接し
てカムシャフト素材７を得る。この場合、シャフト部材
３は芯棒５により曲がりを阻止されているので、高エネ
ルギービーム６で溶接しても曲がらない。

次に、溶接後のカムシャフト素材７に対して芯棒５が挿
入された状態で焼戻しを行なう。この焼戻し工程におけ
る加熱温度としては、浸炭焼入れにより形成されたカム
部材１及びジャーナル部材２の表面硬化層の軟化を避け
るために、浸炭焼入れ後に行なう焼戻し工程での加熱温
度と同程度の温度に加熱して行なうことが好ましく、具
体的には、２００℃以下の温度に加熱することが好まし
い。その理由は、浸炭焼入れ後の焼戻し工程での加熱は
通常２００℃以下で行われており、この範囲であれば表
面硬化層の硬さが殆ど低下しない一方、２００℃を越え
ると急激に硬さが低下するためである。

次に、第２図に示すように、シャフト部材３の中空部３
ａから芯棒５を抜き去る。

このようにしてカムシャフト素材７に焼戻しを行なった
後に芯棒５を引き抜くと、溶接によって生じていたシャ
フト部材３の溶接部における応力は焼戻しによって解放
されているので、シャフト部材３の中空部３ａから芯棒
５を引き抜いてもシャフト部材３は曲がらない。

次に本発明を評価するために行なったシャフト部材３の
曲がりｆｉｌｌ定テス定心ストて説明する。

具体例及び比較例に供するため、Ｊ　Ｉ　Ｓ−５ＣＭ５
−５Ｃよりなるカム部材１及びジャーナル部材２と、Ｊ
　Ｉ　Ｓ−８Ｔ５−８ＴＫよりなるシャフト部材３と、
Ｊ　Ｉ　Ｓ−５４５Ｃよりなりシャフト部材３の内周面
とのクリアランスが０．１５ｍｍに設定された芯棒５と
を準備した。

次に、カム部材１及びジャーナル部材２に対して防炭処
理した後、浸炭焼入れをし、その後１９０℃の温度下で
２時間保持した後、徐冷して焼戻しを行なった。その後
、カム部材１及びジャーナル部材２をシャフト部材３に
嵌装すると共に、シャフト部材３の中空部３ａに芯棒５
を挿入し、この状態でカム部材１及びジャーナル部材２
とシャフト部材３とを各々溶接してカムシャフト素材７
を得た。

次に、具体例としては、カムシャフト素材７を１９０℃
の温度下で１時間保持した後、徐冷して焼戻しを行ない
、その後、芯棒５をシャフト部材３から抜き去ってカム
シャフトを得た。

また、比較例としては、カムシャフト素材７を焼き戻す
ことなく、芯棒５をシャフト部材５から抜き去ってカム
シャフトを得た。この場合、シャフト部材５の溶接部に
おける応力は解放されていないので、芯棒５を引き抜く
のに大きな力を必要とした。

その結果、具体例により得たカムシャフトは曲げ変形が
少なく、振れの最大値が０．１７ｍｍであったのに対し
て、比較例により得たカムシャフトは曲げ変形が大きく
、振れの最大値はｏ、３５ｍｍであって、本発明の効果
を確認できた。

また、カム部材１及びジャーナル部材２には予め、片面
０．１ｍｍの研削代を設けていたため、具体例により得
たカムシャフトでは所定の形状に研削できたが、比較例
により得たカムシャフトにおいては、凸部側では研削量
が過大となる反面、凹部側では未研削部が生じて所定の
形状を得ることができなかった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係るカムシャフトの製造
方法によると、シャフト部材の中空部に芯棒を挿入して
シャフト部材の曲がりを阻止した状態で溶接し、次にシ
ャフト部材に対して焼戻しを行なって溶接部の応力を解
放してから芯棒を引き抜くため、芯棒を引き抜いてもシ
ャフト部材は殆ど曲がらない。このように本発明の方法
によると、カム部材及びジャーナル部材とシャフト部材
とを溶接しているにも拘らず、シャフト部材に発生する
曲がりを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例であるカムシャフト
の製造方法を示し、第１図は溶接工程の断面図、第２図
は芯棒の引き抜き後の状態を示す断面図、第３図は各工
程を示すブロック図である。 １・・・カム部材 ２・・・ジャーナル部材 ３・・・シャフト部材 ３ａ・・・中空部 ４・・・カムシャフト素材 ５・・・芯棒 ６・・・高エネルギービーム ７・・・カムシャフト素材 ほか２名 第 図 １・・・カム部材 ２・・・ジャーナル部材 ３・・・シャフト部材 ３ａ・・・中空部 ４・・・カムシャフト素材 ５・・・芯棒 ６・・・高エネルギービーム ７・・・カムシャフト素材 し 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）カム部材及びジャーナル部材をパイプ製のシャフ
   ト部材に嵌装すると共に該シャフト部材の中空部に該シ
   ャフト部材の曲がりを阻止するための芯棒を挿入し、次
   に、該カム部材及びジャーナル部材とシャフト部材とを
   各々溶接した後、該シャフト部材に対して焼戻しを行な
   い、しかる後、上記シャフト部材の中空部から上記芯棒
   を抜き去ることを特徴とするカムシャフトの製造方法。