JPH024763B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の弁開閉用カムシヤフトであ
り、異種材料を複合した複合カムシヤフトに関す
るものである。

内燃機関用カムシヤフトは従来鋳鉄又は鋼によ
るものが用いられていたが近年種々の材料を複合
した複合カムシヤフトが注目されている。

その理由として内燃機関の高速化、高出力化及び
軽量化の要求があげられる。即ち高速化に対応し
てカムフオロアとの摺動面であるカム表面の耐摩
耗性が必要となるが充分な耐摩耗性を有する材料
はチルド化又は焼入れした鋳鉄でしか得られなか
つた。一方、軽量化しようとした場合に強度に優
れる鋼を用いざるをえないものである。このため
耐摩耗性を要するカムロブと強度を要するステム
とを目的に応じた材料で形成し、これを組立てる
複合カムシヤフト、例えば実公昭51−7367号に示
される如き鋼鉄パイプによりなるステムに焼結合
金製カムロブを組付けたカムシヤフトが提案され
ている。この焼結合金製カムロブを用いたカムシ
ヤフトはカムロブとステムとの結合に問題があ
り、種々の考案がなされているもののそれぞれに
欠点がある。例えば特開昭54−102209号の如く、
圧粉体又は予備焼結したカムロブをステムに組付
け、これを液相焼結することにより焼結合金の収
縮と拡散を利用し結合するものがあるが、かかる
方法によればカムロブとステムの結合は強いもの
の、焼結炉中にカムシヤフト全体を通さねばなら
ず生産能率が低いばかりか、通常1250℃前後で焼
結されるため大型のカムシヤフトではステムに熱
による曲がりや歪を生じ易い。これに対して焼結
されたカムロブをろう付や溶接しようとした場合
に、焼結合金と鋼であるステムとが異種材料であ
る理由により溶接性やろう付性が低く充分な結合
強度が得難いばかりか、多孔質高硬度であり被削
性の悪い焼結合金のステムとの嵌合部を加工せね
ばならず生産性にも劣るものである。

本発明はこれら従来のカムシヤフトの問題を解
決するものであり、カムロブを３層の複合材料と
することによりカムロブの耐摩耗性、強度、生産
性を向上し、かつカムシヤフトの組付生産性を向
上しうるものであり、以下本発明を詳細に説明す
る。

まず本発明の要旨とするところは特許請求の範
囲に記載した如く下記４つの構成によりなるカム
シヤフトにある。

(1) カムロブ３が外周側に第一焼結合金材４を配
されること。

(2) カムロブ３が内周側に鋼製スリーブ２を配さ
れること。

(3) 第一焼結合金材４とスリーブ２間に第二焼結
合金材５を配すること。

(4) スリーブ２とステム１とが結合されること。

かかる本発明カムシヤフトを本発明の実施例で
ある第１図及び第１図のＡ−Ａ断面である第２図
に従つて説明する。

カムシヤフトはステム１の軸端に結合されたブ
ツシユ１１にベルト車８を組付けて回転伝達され
る。又ステム１の他の軸端はキヤツプ１２で閉ざ
され、ステム１内は中空にされる。一方ジヤーナ
ル６、ギア７、カムロブ３がステム１に組付けら
れてカムシヤフトが形成される。この時にカムロ
ブ３は第一、第二焼結合金及びスリーブを予め結
合してカムロブ単体として形成されており、ジヤ
ーナル６、ギア７と同様の手段、例えば圧入、焼
ばめや溶接、ろう付によつてステムへ組付けられ
る。これは本発明ではカムロブ３のスリーブ２が
ステム１と結合されることにより可能となるもの
である。即ち焼結合金と鋼とを直接溶接又はろう
付しようとしても異種材料の接合という制約があ
るため充分な結合がなし難いものであつたのに対
して、本発明にあつてはカムロブとステムとが鋼
製のスリーブとステムの結合により達成され、か
かる同種材料は溶接性及びろう付性に優れており
充分な結合が可能となるものである。又靭性の劣
る焼結合金は圧入、焼入れによる結合は得難いも
のであつたが本発明ではカムロブがスリーブによ
つて補強されるため圧入、焼入れによつてもある
程度の結合力が得られ、比較的軽負荷の機関では
充分に使用され得る。

前述の如く、カムロブ３は、第一焼結合金４と
第二焼結合金５及びスリーブ２により構成され、
一体化されるが、これは焼結合金の収縮と拡散に
よる結合が利用される。具体的には第一焼結合
金、第二焼結合金の圧粉体とスリーブを組付け、
これを焼結炉中で一体的に焼結することにより完
全な結合が達成される。これはスリーブと第一焼
結合金間に第二焼結合金が介材することによる。

即ち単一の焼結合金の圧粉体とスリーブを一体
的に焼結した場合に、圧粉体とスリーブとの組付
上不可避的な組付けクリアランスが焼結完了後に
も残るという危検を防止することによる。この焼
結による結合が不充分になる理由としてまず耐摩
耗性の効果を要する焼結合金に添加されるCr，
Mo，Ni，Ｖ，Ｗ等の作用によつて焼結合金自体
のぬれ性が低下しスリーブとの結合が進み難いこ
とと焼結合金が液相発生時にスリーブとの拡散結
合を開始するため局所的に焼結合金とスリーブが
結合を開始するとある部分にはクリアランスが残
存してしまう理由による。

これに対して本発明にあつては耐摩耗性を要す
る第一焼結合金とスリーブ間に、第一焼結合金材
より液相発生温度の低い第二焼結合金を介在さ
せ、第一焼結合金が液相を発生し大きく収縮する
以前に第二焼結合金材が液相を発生し、スリーブ
と第一焼結合金間でのろう剤の役割をはたす。さ
らに第二焼結合金は当然第一焼結合金より長時間
液相状態にあるためスリーブ、第一焼結合金に対
しての拡散による結合がより進行し厳密な焼結温
度、時間の制約を受ける第一焼結合金より以上の
結合を達成することが可能となる。

かかる第二焼結合金としてはまずぬれ性に優れ
ることと液相発生温度が低いこと、及び焼結条件
は第一焼結合金の焼結条件でなされるためこの条
件での強度を必要とする。従つて具体的には重量
％でC1.0〜4.5％、（Ｐ，Ｂ，Si）のうち一種又は
二種以上を合計で1.0〜5.0％、Cu1.5〜5.0％、残
実質的なFeよりなる焼結合金が望ましい。Ｃ量
は基地組織のフエライト化を防ぐため1.0％以上、
逆に過剰なセメンタイト発生を防ぐため4.5％以
下で選択され、（Ｐ，Ｂ，Si）は少量添加で液相
発生温度を下げる効果を有するが1.0％末満でそ
の効果に不足し、5.0％超では脆化が著しい。又
Cuも液相発生温度を下げる効果を有するが、ぬ
れ性の向上と焼結収縮率の調整のため添加され、
1.0％末満であると効果がなく、5.0％以上では脆
化が著しい。さらに基地強度を向上する目的で
（Ni，Cr，Mo）のうち一種又は二種以上を0.5〜
2.0％添加することも可能である。

一方第一焼結合金材は本出願人の先に提案した
特開昭54−62108号の如き、重量％でC0.5〜4.0
％、Cr8.0〜30.0％、（Ｐ，Ｂ，Si）のうち一種又
は二種以上0.1〜5.0％、Mo20％以下含む液相焼
結合金が適する。かかる第一焼結合金は1240℃付
近で液相を生じ約６％近く収縮するが、前記第二
焼結合金は1220℃付近で液相を生じる。

この第一焼結合金と第二焼結合金は別々に圧粉
成形されても良いが、好ましくは第３図の如く一
体として成形される。まず第３図イに示すように
ダイＢ、第二パンチＤ、コアロツドＦを上げ第一
焼結合金の粉末Ｊを充填する。これは第一パンチ
Ｃを降下することによつても達成されるが、一般
にプレス機械のプレス下パンチは固定されて基台
に支承されるため以下は下パンチ固定として説明
する。

次に第３図ロに示す如く第一上パンチＧを降下
するとともにダイＢ、第二下パンチＤ、コアロツ
ドＦを第一上パンチＧの降下量の約半分ほど下降
させる。従つて粉末Ｊは相対的には第一上パンチ
Ｇと下パンチＣとにより両方から圧縮されること
となり、圧縮方向に均一な密度の圧粉体が得られ
る。尚第二下パンチＤは第３図イではシリンダに
より上昇されており第３図ロに示す如く第一上パ
ンチＧより位相をずらせて降下される第二上パン
チＨにより下降される。

次に第３図ハに示す如く第一下パンチＣをシリ
ンダにより上昇させると共にコアロツドＦ、ダイ
Ｂを上昇させ粉末ＪとダイＢの上面を同一高さに
する。一方第二下パンチＤをシリンダにより下降
すると同時に第二焼結合金の粉末Ｋを充填する。
このように粉末Ｋを吸い込み充填することが望ま
しいが、第二下パンチＤは第３図ロの状態からさ
らに第二上パンチＨによりある程度下げられてい
るためこの位置から下げることによつて粉末Ｋを
充填しても良い。

次に第３図ニに示す如く第二下パンチＤはその
ままで第一下パンチＣ及び粉末Ｊを第一上パンチ
Ｇにより下降する。この場合に第一下パンチＣは
シリンダにより浮動されており第一上下パンチ
Ｇ，Ｃにより粉末Ｊが圧縮されることはない。第
３図ニの状態から第一上パンチＧより位相差分遅
れた第二上パンチＨが粉末Ｋの圧縮を開始すると
同時にダイＢ、コアロツドＦ、を同速度で下降す
る。従つて第一第二上パンチ、ダイ、第一下パン
チが同速度で下降することとなり粉末Ｋは相対的
に第二下パンチＤにより圧粉される。次に第一上
パンチＧの下降限時にダイ、コアロツドの移動を
止め第二上パンチＨのみで圧粉成形し、第３図ホ
の状態となる。かかる圧粉成形によつて粉末Ｋは
上下方向から同量圧粉され均一な密度が得られ
る。次いで第３図ヘに示す如く第一、第二上パン
チを上昇し、ダイＢ、コアロツドＦをひき下げて
成形圧粉体Ｌを取り出す。

かかる製造方法によれば肉厚が薄くかつ圧縮方
向が比較的高い二種の材料による圧粉体も容易に
形成されるものであり、さらに圧粉成形時には第
一第二下パンチが最下降位置で基台により支承さ
れ、上パンチも一つのクランクで位相をずらせた
２つの上パンチを設けることのみでよいため、機
構的構造的な無理がない。

以上記した本発明カムシヤフトはカムロブを第
一、第二焼結合金材とスリーブにより形成したこ
とによつて耐摩耗性、強度及び結合強度に優れる
ばかりか、焼結はカムロブのみが行なわれるため
生産能率の高いものである。

尚第二焼結合金はその主たる効果が第一焼結合
金とスリーブとの結合力の向上にあるが、添加元
素が多く高価である第一焼結合金の量を低減し、
経済的な効果もあげうるものであるが、第一第二
焼結合金の配分はそれぞれが圧粉成形できる限界
で決定され、通常0.5mm以上の肉厚が必要である。

さらに通常のカムシヤフトで設けられる油穴や
ギア、カムロブ、ジヤーナルの回り止めピン等を
設けることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明のカムシヤフトの実施例断面
図。第２図：第１図Ａ−Ａ断面図。第３図イ〜
へ：本発明の製造を示す断面図。 付号の説明、１……ステム、２……スリーブ、
３……カムロブ、４……第一焼結合金材、５……
第二焼結合金材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼製パイプによりなるステム１と焼結合金製
   カムロブ３によりなるカムシヤフトにおいて、該
   カムロブ３が外周側に第一焼結合金材４を配し内
   周側に鋼製スリーブ２を配し、該鋼製スリーブ２
   と第一焼結合金材４間に第二焼結合金材５を配し
   てカムロブ３を形成し、前記スリーブ２とステム
   １を結合して形成されるカムシヤフト。 ２ 前記第一焼結合金材が液相焼結合金であり前
   記第二焼結合金材は液相発生温度が相対的に低い
   液相焼結合金であり、前記スリーブ２と第一焼結
   合金材４、第二焼結合金材５とが焼結収縮及び拡
   散により結合されてなることを特徴とする前記特
   許請求の範囲第一項記載のカムシヤフト。