JP2003113445A

JP2003113445A - カム部材およびカムシャフト

Info

Publication number: JP2003113445A
Application number: JP2002123627A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takiguchi; 寛滝口; Takeshi Kuwabara; 岳桑原
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-04-18
Also published as: KR20030011691A; US20030097902A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】すべり接触を受けるカム部材に要求される耐
スカッフィング性と、転がり接触を受けるカム部材に要
求される耐ピッチング性とを同時に備えるカム部材およ
びそのカム部材を装着したカムシャフトを提供する。【解決手段】平均粒径１００μｍ以下の固体潤滑材を
質量比で０．５〜３．０％含有するカム部材およびその
カム部材を装着したカムシャフトにより、上記課題を解
決する。このとき、固体潤滑材は、ＷＳ₂、ＣａＦ₂、Ｂ
ａＦ₂、ＢＮ、ＭｎＳ、ＭｏＳ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、
Ｂ₂Ｏ₃およびＭｇＳｉＯ₃から選ばれる１種または２種
以上からなり、カム部材が、質量比でＣ：１．５〜３．
８％、Ｃｒ：２．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．５〜３．
０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．２〜１．０
％、Ｎｉ：０〜１．０％および残部：Ｆｅおよび不可避
不純物を有し、パーライトを主体とした基地組織中に炭
化物が析出した焼結合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用のカム
部材およびカムシャフトに関し、更に詳しくは、すべり
接触を受けるカム部材に要求される耐スカッフィング性
と、転がり接触を受けるカム部材に要求される耐ピッチ
ング性とを同時に備えるカム部材およびそのカム部材を
装着したカムシャフトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関においては、部品点数の削減等
による軽量化が要求されている。こうした要求の下、動
弁装置においても、すべり接触形態と転がり接触形態の
中間的な摺動形態からなる、部品点数の少ない直打式の
タペットを使用した動弁装置のニーズが多くなってきて
いる。

【０００３】そうした直打式のタペットを用いた動弁装
置は、ロッカーアームを使用しないので動弁装置全体の
軽量化を図ることができるものの、タペットを動作させ
るためのカムリフト量がロッカーアームを用いた動弁装
置に比較して大きくなることから、カム部材とタペット
の摺動面で種々の問題を起こすことがある。

【０００４】具体的には、カムリフト量の増大は、タペ
ットとカム部材との間の接触面圧を上昇させることとな
り、その結果、カム部材にピッチングが発生し易くなる
という問題がある。そのため、すべり接触を受ける耐ス
カッフィング性に優れたカム部材であっても、転がり接
触を受けるカム部材と同様な耐ピッチング性が要求され
る。一方で、転がり接触を受ける耐ピッチング性に優れ
たカム部材を使用した場合においても、タペットとカム
部材との間の接触面圧の上昇により、初期スカッフの発
生や異常摩耗等の問題が発生し易くなるという問題があ
り、すべり接触を受けるカム部材と同様な耐スカッフィ
ング性が要求される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、すべり
接触形態と転がり接触形態の中間的な摺動形態に対して
好ましく適用できるカム部材は、耐スカッフィング性と
耐ピッチング性の何れにも優れた特性を有することが要
求される。

【０００６】こうした要求に対し、従来より、カム部材
やタペットの摺動面に、リン酸塩皮膜処理（リューブラ
イト処理ともいう。）または水蒸気処理（スチーム処理
ともいう。）等を施して、その摺動特性を向上させてい
た。しかしながら、こうした処理は、カム部材が装着さ
れた長いカムシャフトを処理槽または処理炉に投入して
処理する必要があり、一回の処理に投入できるカムシャ
フトの本数が少なく、コストアップの原因になるという
問題があった。しかも、投入されるカムシャフトは、既
に所定の寸法に研削されたものであるため、処理後に曲
がり（歪み）が発生しやすく、その曲がりを修正する後
工程が必要になるといった問題もあった。

【０００７】本発明は、上記要求に応えるべくなされた
ものであって、すべり接触を受けるカム部材に要求され
る耐スカッフィング性と、転がり接触を受けるカム部材
に要求される耐ピッチング性とを同時に備えるカム部材
およびそのカム部材を装着したカムシャフトを提供する
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のカム部
材は、平均粒径１００μｍ以下の固体潤滑材を質量比で
０．５〜３．０％含有することに特徴を有する。

【０００９】この発明によれば、カム部材が平均粒径１
００μｍ以下の固体潤滑材を質量比で０．５〜３．０％
含有するので、そうしたカム部材は、相手部材との間の
摩擦係数を低減させることができ、摺動特性を向上させ
ることができる。その結果、従来のような表面処理を施
すことなく、耐スカッフィング性と耐ピッチング性を向
上させることができると共に、そうした固体潤滑材を含
有させることによりカム部材の被削性も向上させること
ができる。こうした特徴を有する本発明によれば、すべ
り接触形態と転がり接触形態の中間的な摺動形態におい
て、耐ピッチング性と耐スカッフィング性を同時に付与
することができるので、相手部材との接触面圧が高い摺
動態様に対しても好ましく適用することができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のカム部材において、前記固体潤滑材が、ＷＳ₂、Ｃａ
Ｆ₂、ＢａＦ₂、ＢＮ、ＭｎＳ、ＭｏＳ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃ 、Ｍ
ｏＯ₃、Ｂ₂Ｏ₃およびＭｇＳｉＯ₃から選ばれる１種また
は２種以上からなることに特徴を有する。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のカム部材において、前記カム部材が、
質量比でＣ：１．５〜３．８％、Ｃｒ：２．０〜２０．
０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０
％、Ｐ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０〜１．０％および
残部：Ｆｅおよび不可避不純物を有し、パーライトを主
体とした基地組織中に炭化物が析出した焼結合金である
ことに特徴を有する。

【００１２】この発明のカム部材は、上記範囲内の成分
組成を有したパーライトを主体とする基地組織中に炭化
物が析出した焼結合金であるので、このカム部材が本来
有する優れた耐スカッフィング性等のすべり接触特性と
共に、上述した固体潤滑材に基づく耐摩耗性および耐焼
付性をさらに有している。その結果、すべり接触を受け
る耐スカッフィング性に優れたカム部材に、転がり接触
を受けるカム部材に要求される耐ピッチング性を付与す
ることができる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のカム部材において、前記カム部材が、
質量比でＣ：１．５〜３．８％、Ｃｒ：２．０〜２０．
０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０
％、Ｐ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：１．０〜２．５％お
よび残部：Ｆｅおよび不可避不純物を有し、マルテンサ
イトおよびベイナイトを主体とした基地組織中に炭化物
が析出した焼結合金であることに特徴を有する。

【００１４】この発明のカム部材は、上記範囲内の成分
組成を有したマルテンサイトおよびベイナイトを主体と
する基地組織中に炭化物が析出した焼結合金であるの
で、このカム部材が本来有する優れた耐ピッチング性等
の転がり接触特性と共に、上述した固体潤滑材に基づく
耐摩耗性および耐焼付性をさらに有している。その結
果、転がり接触を受ける耐ピッチング性に優れたカム部
材に、すべり接触を受けるカム部材に要求される耐スカ
ッフィング性を付与することができる。

【００１５】請求項５に記載のカムシャフトは、上述し
た請求項１乃至請求項４の何れかに記載のカム部材が装
着されてなることに特徴を有する。

【００１６】相手部材が直打式のタペットである場合に
おいては、カムリフト量が大きくカム摺動面の接触面圧
が上昇する。この発明のカムシャフトは、すべり接触を
受けるカム部材に要求される耐スカッフィング性と、転
がり接触を受けるカム部材に要求される耐ピッチング性
とを同時に備えるカム部材を装着するので、すべり接触
形態と転がり接触形態の中間的な摺動形態からなる、相
手部材との接触面圧が高い摺動態様に対して好ましく適
用することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカム部材およびカ
ムシャフトを説明する。なお、以下において、％は、質
量比での％すなわち質量％をいう。

【００１８】本発明のカム部材１は、平均粒径１００μ
ｍ以下の固体潤滑材を０．５〜３．０％含有することに
特徴を有するものである。こうした固体潤滑材を含有す
る本発明のカム部材は、相手部材との間の摩擦係数を低
減させることができ、摺動特性を向上させることができ
る。その結果、従来のような表面処理を施すことなく、
耐スカッフィング性と耐ピッチング性を向上させること
ができると共に、そうした固体潤滑材を含有させること
によりカム部材の被削性も向上させることができる。

【００１９】（１）固体潤滑材固体潤滑材としては、ＷＳ₂、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、Ｂ
Ｎ、ＭｎＳ、ＭｏＳ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、Ｂ₂Ｏ₃およ
びＭｇＳｉＯ₃から選ばれる１種または２種以上が用い
られる。こうした固体潤滑材を後述するカム部材に含有
させることにより、相手部材との間の摩擦係数を低減し
て摺動特性を向上させることができる。固体潤滑材の作
用効果に基づいて向上する摺動特性としては、耐焼付性
と耐摩耗性が挙げられる。この摺動特性を向上させるた
めの好ましい固体潤滑材としては、ＷＳ₂ 、ＢＮ、Ｍｎ
Ｓ、ＭｏＳ₂ を挙げることができる。また、固体潤滑材
を後述するカム部材に均一に分散させて含有させること
により、カム部材の被削性が向上するので、カム部材を
所定の形状に加工するのが容易になる。

【００２０】固体潤滑材の大きさおよび含有量について
は、平均粒径１００μｍ以下のものを０．５〜３．０％
含有させることが好ましい。

【００２１】固体潤滑材の平均粒径が１００μｍを超え
ると、基地硬さが低下したり、耐ピッチング性が低下す
ることがあると共に、耐スカッフィング性にも顕著な効
果がみられなくなる。また、固体潤滑材のより好ましい
平均粒径は３０μｍ以下であり、カム部材の基地組織中
により均一に分散させることができ、耐焼付性と耐摩耗
性をより向上させることができる。さらに好ましいの
は、平均粒径１０μｍ以下である。なお、本発明におい
ては、固体潤滑材の平均粒径を、レーザー散乱法や回折
法により測定した結果で表しているが、他の方法で測定
された平均粒径であっても、上記の測定法で得られた平
均粒径の範囲内のものは言うまでもなく本発明の範囲に
該当する。

【００２２】固体潤滑材の含有量が０．５％未満では、
その固体潤滑材の作用効果に基づく耐焼付性と耐摩耗性
を向上させることができないことがあると共に、耐スカ
ッフィング性を向上させることができないことがある。
なお、固体潤滑材の含有量が３．０％を超えると、疲労
強度が低くなり耐ピッチング性が低下することがあると
共に、耐腐食性が低下することがある。なお、固体潤滑
材の含有量のより好ましい範囲は１．０〜２．０％であ
り、この範囲内とすることにより、より良好な摺動特性
が得られる。

【００２３】固体潤滑材の上述した作用効果は、カム部
材の摺動表面に存在する固体潤滑材が、相手部材との間
の摩擦係数を低減させることに基づくものである。さら
に、カム部材の摺動表面から固体潤滑材が脱落した場合
には、脱落した固体潤滑材が、カム部材の摺動表面と相
手部材との間に介在することとなるので、摺動接触時の
凝着や焼き付きを効果的に防止する作用を有する。その
結果、摺動初期のなじみを向上させることができる。

【００２４】また、こうした固体潤滑材は、厳密には相
手部材の種類に応じて最適なものを選定して採用するこ
とが好ましい。さらに、固体潤滑材は、その融点が１２
００℃以上のものであることが好ましい。１２００℃以
上の融点からなる固体潤滑材は、後述するカム部材の焼
結時に含有され、均一に分散することとなるので、焼結
時に加わる焼結温度によっても本来の潤滑特性が変化し
ないことが要求されるからである。なお、固体潤滑材
は、市場から供給されるものの中から、種類や平均粒径
を選択して採用することができる。

【００２５】以上のように、上述した固体潤滑材を含有
するカム部材は、相手部材との間の摩擦係数を低減させ
ることができ摺動特性を向上させることができるので、
従来のような表面処理を施すことなく、すべり接触を受
けるカム部材に要求される耐スカッフィング性と、転が
り接触を受けるカム部材に要求される耐ピッチング性と
を同時に備えることができる。その結果、相手部材との
接触面圧が高い過酷な摺動形態に対しても好ましく適用
することができる。

【００２６】上述した固体潤滑材は、下記のカム部材に
均一に分散させて含有させることにより上述の本発明に
係る顕著な効果を発揮させることができる。第１のカム
部材は、質量比でＣ：１．５〜３．８％、Ｃｒ：２．０
〜２０．０％、Ｍｏ：０．５〜３．０％、Ｓｉ：０．２
〜１．０％、Ｐ：０．２〜１．０％、Ｎｉ：０〜１．０
％および残部：Ｆｅおよび不可避不純物を有し、パーラ
イトを主体とした基地組織中に炭化物が析出した焼結合
金からなるものであり、第２のカム部材は、質量比で
Ｃ：１．５〜３．８％、Ｃｒ：２．０〜２０．０％、Ｍ
ｏ：０．５〜３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｐ：
０．２〜１．０％、Ｎｉ：１．０〜２．５％および残
部：Ｆｅおよび不可避不純物を有し、マルテンサイトお
よびベイナイトを主体とした基地組織中に炭化物が析出
した焼結合金からなるものである。

【００２７】（２）第１のカム部材先ず、第１のカム部材について説明する。

【００２８】第１のカム部材は、質量比でＣ：１．５〜
３．８％、Ｃｒ：２．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．５〜
３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．２〜１．
０％、Ｎｉ：０〜１．０％および残部：Ｆｅおよび不可
避不純物を有し、パーライトを主体とした基地組織中に
炭化物が析出した焼結合金からなるものである。こうし
たカム部材は、すべり接触する相手部材との間で良好な
初期なじみとすべり性を有し、優れた耐スカッフィング
性（対応する相手部材にすべり接触しても、すべり摩擦
による焼付摩耗が極めて起こり難い特性）を発揮するよ
うに、パーライトを主体とした基地組織中に微細な析出
炭化物を含有する耐摩耗性に優れた焼結合金からなるも
のである。なお、本発明では、基地組織の全てがパーラ
イトで形成されていない場合もあることから、パーライ
トを主体とした基地組織と表現しているが、これは一般
的には、パーライトからなる基地組織、を意味してい
る。

【００２９】この第１のカム部材に固体潤滑材を含有さ
せてなる本発明に係るカム部材は、すべり接触を受ける
耐スカッフィング性に優れたカム部材に、転がり接触を
受けるカム部材が備える優れた耐ピッチング性を付与し
たものである。こうして得られたカム部材は、相手部材
との接触面圧が高い摺動形態に対しても好ましく適用す
ることができる。

【００３０】第１のカム部材を構成する焼結合金そのも
のについて説明する。焼結合金の基地組織は、すべり性
のよいパーライトを主体とする基地組織に、Ｃｒ炭化物
やＣｒ−Ｆｅ−Ｍｏ−Ｐ複合炭化物等の炭化物が析出し
た形態である。さらに、その基地組織の有するオーステ
ナイト（残留オーステナイトともいう。）の割合（残留
オーステナイト量ともいう。）は１０％以下である。こ
うした焼結合金は、相手部材とすべり接触する際に、初
期スカッフの抑制と優れた初期なじみ性を発揮すると共
に、相手攻撃性の抑制と優れた耐摩耗性を発揮すること
ができる。また、その基地組織には、熱伝導性の悪い残
留オーステナイトがあまり残存しないので、残留オース
テナイトを要因とした耐スカッフィング性の低下が抑制
される。

【００３１】この焼結合金においては、焼結合金中のＮ
ｉ含有量を０〜１．０％とすることによって、基地組織
中の残留オーステナイト量を抑制している。Ｎｉ含有量
が１．０％を超えると、基地組織中の残留オーステナイ
ト量が急激に増加する傾向がある。こうした残留オース
テナイトは、耐摩耗性を向上させるには好ましい場合も
あるが、耐スカッフィング性に対してはあまり好ましく
ない。例えば、残留オーステナイト量が１０％を超えた
焼結合金は、鋼材からなる相手部材に対してスカッフの
発生が起こり易くなる。Ｎｉを添加しない場合であって
も、残留オーステナイトの生成を抑制し、優れた耐摩耗
性と耐ピッチング性を発揮させることができるので、こ
の焼結合金においては、Ｎｉ含有量を０〜１．０％に限
定する。

【００３２】次に、焼結合金が含有するＮｉ以外の各成
分元素を上記範囲に限定した理由を以下に説明する。

【００３３】Ｃは、高硬度の微細炭化物を形成して十分
な摩耗特性と耐スカッフィング性を発揮させるために
１．５％以上含有することが好ましい。しかし、Ｃ含有
量が３．８％を超えると、粗大な炭化物（主にＣｒ炭化
物）が焼結合金中で形成され、その粗大な炭化物が液相
焼結中に粗大な空孔を生じさせて基地組織を脆化させ
る。このため、Ｃ含有量を１．５〜３．８％に限定す
る。また、焼結合金を高負荷・高面圧下で使用する場合
には、Ｃ含有量を２．０〜３．８％と高めに設定すると
同時に、Ｃｒ含有量を１２．０〜２０．０％と高めに設
定することが好ましい。

【００３４】Ｃｒは、相手部材の機械的特性等に合わ
せ、２．０〜２０．０％の範囲で調整される。しかし、
Ｃｒ含有量が２０．０％を超えると、Ｃｒ炭化物を微細
化させる度合いが小さくなり、硬さも過大になることが
ある。Ｃｒ含有量が２．０％未満では、Ｃｒ炭化物がや
や粗大になってくるので、高硬度の微細炭化物を十分に
析出させることができず、十分な耐摩耗性および耐スカ
ッフィング性を有さないことがある。このため、Ｃｒ含
有量を２．０〜２０．０％に限定する。また、焼結合金
を高負荷・高面圧下で使用する場合には、Ｃ含有量との
関係において、Ｃｒ含有量を１２．０〜２０．０％と高
めに設定することが好ましい。

【００３５】Ｍｏは、基地に固溶して硬度を高め、耐摩
耗性を向上させる目的で添加される。しかし、この効果
は、Ｍｏ含有量が３．０％を超えてもほとんど変化しな
い。Ｍｏ含有量が０．５％未満では、こうした効果を十
分に発揮できないことがある。このため、Ｍｏ含有量を
０．５〜３．０％に限定する。なお、この範囲内のＭｏ
は、残留オーステナイト量に影響を及ぼさない。

【００３６】Ｓｉは、ＣおよびＰ含有量を低くした際に
液相の生成を促進させる成分であるが、Ｓｉ含有量が
０．２％未満では液相促進の効果が得られない。また、
Ｓｉは、粉末製造時の脱酸素剤として添加するため、多
少残存することがあり、その管理可能範囲として、０．
２％を下限値とした。一方、Ｓｉ含有量が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
し、焼結後の焼結合金の変形が大きくなることがある。
このため、Ｓｉ含有量を０．２〜１．０％に限定する。

【００３７】Ｐは、Ｆｅ−Ｃ−Ｐ共晶のステダイトを生
じさせる。ステダイトは硬度が非常に高く、融点が９５
０℃前後と低いため液相焼結を促進させる。しかし、Ｐ
含有量が１．０％を超えると、ステダイトが過多に生
じ、被削性を向上させる固体潤滑材を含有した場合であ
っても、好適な被削性を維持できなくなることがある。
また、０．２％未満では、ステダイトの析出量が少なく
なって、高い耐摩耗性が得られず、また、液相も生じに
くくなる。このため、Ｐ含有量を０．２〜１．０％に限
定する。

【００３８】上述した以外の成分組成として、Ｍｎ、
Ｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗの中の一種類以上を必要に応じ
て適当量添加することができる。これらの元素を添加す
る目的は、液相焼結時における液相の発生と炭化物の形
成を促進させることにあるが、その添加量は相手部材の
硬度を考慮して０．１〜５．０％の範囲内で適宜適量を
添加することが望ましい。さらに、３００ｐｐｍ以下の
Ｃａを、加工性の改善を目的として添加することができ
る。また、１．０％以下のＭｎの添加は基地強化に効果
があるが、Ｍｎ含有量が１．０％を超えると、焼結の進
行が抑制されるため、粗大な空孔が残って圧粉成形性や
焼結性が低下する。

【００３９】次に、第１のカム部材の製造方法について
説明する。

【００４０】第１のカム部材は、主要成分となる鉄粉ま
たは所定の元素を含んだ鉄系合金粉末中に、最終的な成
分組成が上記範囲内となるように所定量の各種金属粉末
および固体潤滑材を添加して焼結合金用粉末を調整し、
次いで通常の焼結方法により、先ず、その焼結合金用粉
末をプレス成形して所定形状からなる圧粉体を形成し、
その後、その圧粉体を液相焼結法によって焼結処理する
ことにより製造される。焼結合金用の粉末には、金型成
型時の圧粉性と型抜け性を良くするために、ステアリン
酸亜鉛等の潤滑剤を添加することが好ましい。液相焼結
処理の好ましい処理温度は１１００〜１２００℃であ
り、更に好ましくは１１１０〜１１６０℃である。ま
た、この時の焼結時間は６０〜９０分間程度が好まし
い。また、必要に応じて焼き戻し処理等を行い、得られ
る第１のカム部材の特性を調整することができる。

【００４１】第１のカム部材の製造に際し、第１のカム
部材の圧粉体を液相焼結する際の収縮と拡散現象によっ
て、第１のカム部材とカム軸とを強固に拡散接合させる
ことができる。具体的には、カム軸と、焼結合金からな
る第１のカム部材とを組み付けるカムシャフトの場合、
液相焼結時に、第１のカム部材の高密度焼結処理と、第
１のカム部材をカム軸に拡散接合させる接合処理とを同
時に行って、強固にカムシャフトに接合させることがで
きる。

【００４２】（３）第２のカム部材次に、第２のカム部材について説明する。

【００４３】第２のカム部材は、質量比でＣ：１．５〜
３．８％、Ｃｒ：２．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．５〜
３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．２〜１．
０％、Ｎｉ：１．０〜２．５％および残部：Ｆｅおよび
不可避不純物を有し、マルテンサイトおよびベイナイト
を主体とした基地組織中に炭化物が析出した焼結合金か
らなるものである。こうしたカム部材は、転がり接触す
る相手部材との間で、転がり疲労に基づく表面損傷が極
めて起こり難い性質（優れた耐ピッチング性）と、優れ
た耐摩耗性とを発揮する。なお、本発明では、基地組織
の全てがマルテンサイトおよびベイナイトで形成されて
いない場合もあることから、マルテンサイトおよびベイ
ナイトを主体とした基地組織と表現しているが、これは
一般的には、マルテンサイトおよびベイナイトからなる
基地組織、を意味している。

【００４４】この第２のカム部材に固体潤滑材を含有さ
せてなる本発明に係るカム部材は、転がり接触を受ける
耐ピッチング性に優れたカム部材に、すべり接触を受け
るカム部材が備える優れた耐スカッフィング性を付与し
たものである。こうして得られたカム部材は、相手部材
との接触面圧が高い摺動形態に対しても好ましく適用す
ることができる。

【００４５】第２のカム部材を構成する焼結合金そのも
のについて説明する。焼結合金の基地組織は、高強度・
高靱性のマルテンサイトおよびベイナイトを主体とする
マルテンサイト−ベイナイト−残留オーステナイトから
なる基地組織に、多くのＣｒ炭化物やＣｒ−Ｆｅ−Ｍｏ
−Ｐ複合炭化物等の析出炭化物を析出させて耐摩耗性を
付与させたものであり、優れた耐ピッチング性を有して
いる。なお、基地組織がパーライト−ベイナイト−残留
オーステナイトからなる焼結合金も同様の特性を有し、
第２のカム部材として好ましく用いることができる。

【００４６】焼結合金製の第２のカム部材は、Ｎｉ含有
量が１．０〜２．５％である点のみが第１のカム部材と
異なるだけである。なお、Ｎｉ含有量は、厳密には１．
０％超であり、第１のカム部材におけるＮｉ含有量とは
重複しない。この範囲のＮｉ含有量を有する焼結合金
は、基地組織中に多くの残留オーステナイトを有してい
る。そのため、高い靱性と、優れた耐疲労特性・耐摩耗
性を発揮することができる。しかし、Ｎｉ含有量が２．
５％を超えてもその効果は変わらない。Ｎｉ含有量が
１．０％以下では、残留オーステナイト量が１０％以下
となり、転がり接触する第２のカム部材に要求される優
れた耐疲労特性と耐摩耗特性を十分に満たすことができ
ないことがある。さらに、基地組織もパーライトを主体
の組織に変化するので、転がり接触する第２のカム部材
に要求される耐ピッチング性を十分に満たすことができ
ないことがある。このため、Ｎｉ含有量を１．０〜２．
５％に限定している。

【００４７】この焼結合金が含有するＮｉ以外の各成分
元素の作用、およびその各成分元素を上記範囲内に限定
した理由は、上述した第１のカム部材用の焼結合金の場
合と同じである。さらに、第２のカム部材の製造方法に
ついても、上述の焼結合金製の第１のカム部材の場合と
同じである。

【００４８】なお、第２のカム部材の耐スカッフィング
性をさらに向上させたい場合には、Ｎｉ含有量をやや低
めにして、基地組織のパーライト率の向上と、スカッフ
の発生要因となる基地組織中の残留オーステナイト量の
低減を図ることにより達成することができる。また、耐
ピッチング性をより重視する場合には、Ｎｉ含有量をや
や高めにして、マルテンサイトとベイナイト主体の基地
組織とし、高い耐ピッチング性を付与することができ
る。

【００４９】（４）カムシャフト本発明に係るカムシャフトは、図１に示すように、鋼管
製のカム軸２に、上述した第１のカム部材および第２の
カム部材の何れか１種又は両方を、所定の位置に所定の
作用角となるように接合されてなるものである。カム部
材とカム軸の接合方法は、拡散接合による方法と、機械
的な圧入嵌合による方法を好ましく適用できる。

【００５０】拡散接合法は、カム軸に、焼結前の圧粉状
態の第１のカム部材用焼結合金および第２のカム部材用
焼結合金の何れか１種又は両方を、所定の位置および角
度で装着し、液相焼結法によって各カム部材を液相焼結
しつつ、カム軸に拡散接合する方法である。

【００５１】なお、第１のカム部材および第２のカム部
材を備えるカムシャフトを製造する場合においては、異
なる成分組成を有する第１のカム部材用焼結合金および
第２のカム部材用焼結合金を、同じ温度で焼結すること
ができ且つ同じ温度で拡散接合することができるので、
極めて効率的にカムシャフトを製造することができると
いう利点もある。

【００５２】なお、本発明に係るカム部材およびカムシ
ャフトにおいては、拡散接合処理した後に水蒸気処理等
の耐スカッフィング性を付与する表面処理を施す必要が
ないので、従来よりも効率的且つ低コストでカムシャフ
トを製造することができる。

【００５３】圧入嵌合法は、特開平５−１０３４０号公
報に示すような方法でカム軸にカム部材を接合する方法
である。すなわち、転造によって所定の位置に隆起部が
形成された鋼管製のカム軸２に、第１のカム部材および
第２のカム部材の何れか１種又は両方と、耐ピッチング
性焼結合金または焼き入れ焼き戻し処理された耐ピッチ
ング性鋼からなるカム部材とを、順次、所定の位置に所
定の角度で圧入して接合する方法によって、カムシャフ
トが製造される。

【００５４】この場合において、焼き入れ焼き戻し処理
された耐ピッチング性鋼製のカム部材としては、Ｓ５０
Ｃ（炭素鋼鋼材）、ＳＣｒ（クロム鋼鋼材）、ＳＣＭ
（クロムモリブデン鋼鋼材）等の焼き入れ焼き戻し処理
によって機械的特性、特に耐疲労特性を向上させた鋼か
らなるカム部材を用いることができる。焼き入れ焼き戻
し処理の条件は、通常の方法により、得られるカム部材
の特性を考慮しながら適宜条件設定される。得られた鋼
製のカム部材は、優れた耐ピッチング性を示し、転がり
接触タイプのカムとして好ましく使用される。

【００５５】第１のカム部材、第２のカム部材、および
焼き入れ焼き戻し処理された耐ピッチング性鋼からなる
カム部材は、何れも強化されており、引張り強度や疲労
強度に優れるので、より強固に圧入嵌合させることがで
き、カム部材のずれや割れ等のおそれなく、それらのカ
ム部材をカム軸に強固に接合できる。

【００５６】以上のように、本発明のカムシャフト１
は、すべり接触を受けるカム部材に要求される耐スカッ
フィング性と、転がり接触を受けるカム部材に要求され
る耐ピッチング性とを同時に備えるカム部材を装着する
ので、すべり接触形態と転がり接触形態の中間的な摺動
形態からなる、相手部材との接触面圧が高い摺動態様に
対して好ましく適用することができる。

【００５７】

【実施例】以下、本発明のカム部材およびカムシャフト
を更に具体的に説明する。

【００５８】（実施例１）焼結後の成分組成が、表１に
示す含有量となるように各金属元素を鉄粉中に添加して
焼結用粉末を調整した。このとき、固体潤滑材として、
平均粒径４０μｍのＭｎＳが０．５％含有するように添
加した。更に、離型剤としてステアリン酸亜鉛を１％加
えて混合した。

【００５９】次いで、５〜７ｔ／ｃｍ²の面圧でプレス
成形して圧粉体を成形した後、鋼管製のカム軸に組み付
け、真空炉中で１１００〜１２００℃（平均１１６０
℃）の温度で焼結してパーライトを主体とした基地組織
を有する焼結体とした後、カム研削盤で仕上げ加工し、
実施例１のカム部材を有するカムシャフトを得た。

【００６０】（実施例２〜２８）焼結後の成分組成が、
表１に示す含有量となるように各金属元素、固体潤滑材
および離型剤を鉄粉中に添加して焼結用粉末を調整し
た。次いで、実施例１と同様にして、実施例２〜２８の
カム部材を有するカムシャフトを得た。

【００６１】（比較例１）焼結後の成分組成が、表２に
示す含有量となるように各金属元素および離型剤を鉄粉
中に添加して焼結用粉末を調整した。次いで、実施例１
と同様にして、比較例１のカム部材を有するカムシャフ
トを得た。

【００６２】（比較例２〜１０）焼結後の成分組成が、
表２に示す含有量となるように各金属元素、固体潤滑材
および離型剤を鉄粉中に添加して焼結用粉末を調整し
た。次いで、実施例１と同様にして、比較例２〜１０の
カム部材を有するカムシャフトを得た。

【００６３】（比較例１１、１２）焼結後の成分組成
が、表２に示す含有量となるように各金属元素および離
型剤を鉄粉中に添加して焼結用粉末を調整した。次い
で、実施例１と同様にしてカム部材を有するカムシャフ
トを得た後、得られたカムシャフトにリン酸塩皮膜処理
または水蒸気処理を行って、比較例１１、１２のカムシ
ャフトを得た。

【００６４】

【表１】

【００６５】

【表２】

【００６６】（評価方法）実施例１〜２８および比較例
１〜１２で得られたカムシャフトの耐スカッフィング性
と耐ピッチング性の評価を行った。また、焼結体をカム
研削盤で仕上げ加工した際の被削性も評価した。

【００６７】耐スカッフィング性は、実機エンジン相当
の高圧雰囲気摩耗摩擦試験機を用い、負荷（荷重）が徐
々に上昇するように変化させ、スカッフィングが発生し
たときの負荷を限界面圧として評価した。試験条件は、
相手部材：ＳＣＭ４１５浸炭焼入品、回転数：５６００
ｒｐｍ、油種：１０Ｗ３０、油温：１１０℃±５℃、荷
重：５０ニュートン／分、とした。

【００６８】耐ピッチング性は、高負荷摩擦試験機を用
い、円筒形状からなるカム部材と相手部材との間の負荷
（面圧）を一定にし、ピッチングが発生したときの負荷
（繰り返し回数：Ｎ）を限界繰り返し回数として評価し
た。なお、ピッチングの発生の判断は、ピッチングの発
生時に起こる異音のモニタリングおよび摺動表面の観察
によって行った。試験条件は、相手部材：ＳＵＪ２、回
転数：１５００ｒｐｍ、面圧：１０００ＭＰａ、とし
た。

【００６９】実施例１〜２８および比較例１〜１２のカ
ムシャフトにおける耐スカッフィング性、耐ピッチング
性および被削性の評価は、固体潤滑材を含有させない比
較例１を基準とし、耐スカッフィング性については、従
来のカム部材（３００Ｎ。以下同じ。）と同程度または
従来のカム部材より１０％未満の範囲内で向上した程度
のものは×、従来のカム部材よりもやや改善されたがそ
の向上の程度が１０％以上２０％未満であるものを△、
その向上の程度が２０％以上で所望の結果が十分に達成
されたものを○、として評価した。また、耐ピッチング
性については、従来のカム部材（１０⁷ 回数）の９０％
未満の程度のものは×、９０％以上１００％未満の程度
のものは△、従来と同程度（１００％）以上のものは
○、として評価した。また、被削性については、従来の
カム部材の９５％未満の程度のものは×、９５％以上１
００％未満の程度のものは△、従来と同程度（１００
％）以上のものは○、として評価した。

【００７０】（評価結果）結果を表１および表２に示し
た。

【００７１】実施例１〜２８のカムシャフトに装着され
たカム部材の摺動面には、スカッフィングもピッチング
も発生していないのが確認された。一方、比較例１〜１
２のカムシャフトに装着されたカム部材の摺動面には、
少なくともスカッフィングまたはピッチングの何れかが
発生しているのが確認された。また、被削性について
は、実施例１〜２８のカムシャフトに装着したカム部材
は、特に優れていた。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカム部材
によれば、平均粒径１００μｍ以下の固体潤滑材を質量
比で０．５〜３．０％含有するので、相手部材との間の
摩擦係数を低減させることができ、摺動特性を向上させ
ることができる。その結果、従来のような表面処理を施
すことなく、耐スカッフィング性と耐ピッチング性を向
上させることができると共に、カム部材の被削性も向上
させることができる。従って、本発明のカム部材は、す
べり接触形態と転がり接触形態の中間的な摺動形態にお
いて、耐ピッチング性と耐スカッフィング性を同時に備
えることができるので、相手部材との接触面圧が高い摺
動態様に対しても好ましく適用することができる。

【００７３】さらに、本発明のカムシャフトにおいて
は、すべり接触を受けるカム部材に要求される耐スカッ
フィング性と、転がり接触を受けるカム部材に要求され
る耐ピッチング性とを同時に備えるカム部材を装着する
ので、すべり接触形態と転がり接触形態の中間的な摺動
形態からなる、相手部材との接触面圧が高い摺動態様に
対して好ましく適用することができる。それゆえ、相手
部材が直打式のタペットのようにカムリフト量が大きく
カム摺動面の接触面圧が上昇する摺動形態であっても、
好ましく適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカム部材が装着されたカムシャフトの
一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１カムシャフト２カム軸３、４カム部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｌ 1/04 Ｆ０１Ｌ 1/04 ＣＫＦターム(参考） 3G016 AA19 BA34 EA02 FA11 FA29 FA33 GA02 4K018 AA32 AB01 AB03 AB05 JA16 KA02 KA03 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径１００μｍ以下の固体潤滑材を
質量比で０．５〜３．０％含有することを特徴とするカ
ム部材。
【請求項２】前記固体潤滑材が、ＷＳ₂、ＣａＦ₂、Ｂ
ａＦ₂、ＢＮ、ＭｎＳ、ＭｏＳ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、
Ｂ₂Ｏ₃およびＭｇＳｉＯ₃から選ばれる１種または２種
以上からなることを特徴とする請求項１に記載のカム部
材。
【請求項３】前記カム部材が、質量比でＣ：１．５〜
３．８％、Ｃｒ：２．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．５〜
３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．２〜１．
０％、Ｎｉ：０〜１．０％および残部：Ｆｅおよび不可
避不純物を有し、パーライトを主体とした基地組織中に
炭化物が析出した焼結合金であることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載のカム部材。
【請求項４】前記カム部材が、質量比でＣ：１．５〜
３．８％、Ｃｒ：２．０〜２０．０％、Ｍｏ：０．５〜
３．０％、Ｓｉ：０．２〜１．０％、Ｐ：０．２〜１．
０％、Ｎｉ：１．０〜２．５％および残部：Ｆｅおよび
不可避不純物を有し、マルテンサイトおよびベイナイト
を主体とした基地組織中に炭化物が析出した焼結合金で
あることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
カム部材。
【請求項５】請求項１乃至請求項４の何れかに記載の
カム部材が装着されてなることを特徴とするカムシャフ
ト。