JPS6311550B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本考案は内燃機関用カムシヤフトに関するもの
であり、特にカムロブ、ジヤーナル、ステムなど
の構成部品に異種材料を用いた複合カムシヤフト
に関するものである。

カムシヤフトにはチルド鋳物又は焼入鋳物、浸
炭焼入鋼が用いられていたが、近年の内燃機関の
要求を満足するものではない。即ち高速化高出力
化、軽量化が内燃機関に要求されるにあつて、鋳
鉄カムシヤフトでは重量が低減されないばかり
か、大型カムシヤフトでの曲がりや歪が防ぎ得
ず、鋼製カムシヤフトでは耐摩耗性が得られな
い。そこでカムシヤフトを構成するカムロブ、ジ
ヤーナル、ステムなどの構成部品をその使用目的
に応じた材料を用いて組立てた複合カムシヤフト
が注目されている。

この複合カムシヤフトにはステムを鋼パイプと
して、ステムにカムロブやジヤーナルを溶接、ろ
う付、焼結拡散結合させたような組立型の複合カ
ムシヤフトと、カムロブやジヤーナルをステムを
構成する金属溶湯で鋳包むか、又はステムをカム
ロブやジヤーナルを構成する金属溶湯で鋳包むか
の鋳包み型複合カムシヤフトがある。

一方カムロブは成形性と耐摩耗性の見地から焼
結合金が用いられるが、カムシヤフトの如く高面
圧を受ける摺動部材にあつては高密度の焼結合金
とし面圧強度を高くされる必要がある。従つて添
加元素の選択性が広く耐摩耗性に優れかつ密度を
高くしうる液相焼結合金が最も適している。

かかる液相焼結合金製のカムロブは焼結合金で
ある理由によつて複合カムシヤフトに使用する場
合様々な制約がある。まず焼結合金が粉末圧粉体
より形成されることによつてその最少の肉厚に制
限があり、カムロブ中央の孔に鋼パイプを取付け
る組立型複合カムシヤフトではステム外径がカム
ロブ肉厚分小さくなり、強度上ステム肉厚を厚く
せねばならず軽量化の効果が小さいばかりか、カ
ムロブ自体がねじれによる割れを生じ易いためス
テムとの結合力をより強くするか、又はカムロブ
肉厚を増す手段しかとりえない。

これに対して焼結合金製カムロブを金属溶湯で
鋳包もうとした場合に、焼結合金空孔に存在する
酸化膜が治金学的結合を阻害するばかりか、軽量
化のためAl又はAl合金で鋳包む際には鉄系合金
である焼結合金製カムロブとステムとは治金学的
には全く結合せず、結合強度が著しく弱い。従つ
て例えば特開昭50−79616号にも示される如き、
湯通路と中子嵌合孔を設けて回り止めと鋳包み性
を与えられるものであるが、かかる湯通路や中子
嵌合孔を設けることは前述した如く焼結合金の粉
末成形上の肉厚の制限があることや、一般に高密
度で空孔の存在する焼結合金の被削性の悪さに基
づく加工困難性、及び焼結合金強度の問題より実
用化され難い。さらにカムシヤフトにおいてはカ
ムロブ部に最も回軸ねじり応力及び曲げ応力が加
わるため、この部分でのステム強度が要求される
にもかかわらず、鋳包み型複合カムシヤフトでは
この鋳包み部が最も強度的に弱くなる欠点があ
る。

本発明はかかる従来のカムシヤフト、特に鋳包
型複合カムシヤフトの欠点を解決するものであ
り、耐摩耗性、ステム強度、ステム−カムロブ結
合強度に充分でありかつ軽量であり、さらに生産
性にも優れるカムシヤフトを得るものであつて、
以下に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
囲に記した如く、下記４つの構成要件によりなる
カムシヤフトにある。

(1) 焼結合金製カムロブがステムを形成する金属
溶湯によつて鋳包まれてなること。

(2) 焼結合金製カムロブが軸方向に貫通する中空
孔を有し、中空孔には鋼製パイプが嵌装される
こと。

(3) 鋼製パイプはカムロブに対し軸方向に突出す
ること。

(4) 鋼製パイプがステムを形成する金属溶湯によ
つて鋳包まれてなること。

かかる本発明カムシヤフトを実施例である第１
図及び第１図Ａ−Ａ断面である第２図、第１図の
要部拡大図である第３図に従つて説明する。

カムシヤフトにはカムロブ３、ジヤーナル４、
ギア５、カムギア６がステム１により鋳包まれて
形成されており、ステム１の軸端にはクランク軸
より回転伝達されるベルト車９が取付けられる。
カムロブ３は中空孔３０が設けられ中空孔３０に
は鋼製パイプ２が結合される。カムロブ３とパイ
プ２とはカムロブが粉末圧粉体の状態でパイプ２
に組付られ、これを液相焼結することによりカム
ロブ３の収縮及び拡散の進行によつて治金学的に
完全に結合されている。パイプ２にはカムロブ３
より軸方向に突出した突出軸端部２３を有する。

カムシヤフトはカムロブ３、ジヤーナル４など
を鋳型にセツトした後にステム１を形成する金属
溶湯、具体的には軽量でありかつ強靭なAl合金
溶湯が鋳込まれるが、パイプ２を有するためにパ
イプ内周側に油通路１３とパイプ外周側に鋳包み
突起１２が形成される。従つてパイプ２は内外周
側から完全にAl合金に鋳包まれることによつて
ステム１との強固な結合が達成される。特に収縮
量の大きなAl合金で鋳包む場合にパイプの外周
側では強く結合されることなる。又パイプの外周
側及び／又は内周側に第３図に示す如き比較的深
い旋条痕２７を設けることで鋳包み性の向上とパ
イプ２のステム１に対しての回り止めが達成され
る。この回り止めの手段としては旋条痕２７以外
に溝や突起を設けても達成されることはもちろん
である。

一方ジヤーナル４、ギア５については特別の耐
摩耗性を要しないため鋼によつて形成されるが、
回転ねじり力、曲げ応力もカムロブと比較し相対
的に小さいため第１図に示すようにジヤーナル４
に鋳包み用溝４１を設けることや第４図に示す如
くギア５に偏心した環状の鋳包み用溝５１を設け
る等の手段によつてステム１との結合が達成され
うる。

さらにカムギア６については耐摩耗性をカムロ
ブと同等に要求され従つて焼結合金が用いられる
ことが好ましいが、第１図に示す如くカムロブ３
とカムギア６の軸方向位置が接近するものが一般
的であるため、第５図に示す如く１本のパイプ２
に複数のカムロブ３とカムギア６を組付けてもか
まわない。この場合に一点鎖線で示すステム１の
パイプ２に対しての鋳包み突起１２を形成するた
めパイプ２には湯通路２９が設けられることが必
要となる。ただしカムロブ３とカムギア６との軸
方向間隔がある程度広い場合は各カムロブ３及び
カムギア６に別々にパイプ２を設けることが好ま
しい。

このように本発明ではカムロブにこれより軸方
向長さの長い鋼製のパイプを結合し、これをステ
ムに鋳包むためパイプがステムに強固に鋳包まれ
ステムとの結合強度が優れるものであるが、さら
に鋼パイプがステム１の補強効果も果たす。即ち
最も曲げ、ねじりの加わるカムロブ部のステムに
比較的径が大きくかつ軸方向にも長い鋼製のパイ
プが鋳包まれているためステムに加わる曲げ、ね
じり力をパイプによつて支承する補強効果が得ら
れる。

一方ステム１に設けられた鋳包み突起１２はそ
の肉厚が厚いほど鋳包み強度及びステム強度が得
られるが、同時にカムロブ３も最小肉厚を大きく
とることが可能となり、カムロブ３の最小肉厚を
充分にとりかつステム１外径を大きくとることが
可能となつてステム１、カムロブ３の各々の強度
も向上される。ただしパイプ２がステムの補強効
果を発揮するにはある程度の外径と肉厚を要し、
かつパイプ内周に形成される湯通路１３の外径も
鋳造性を高める上で大きい方が好ましいため、こ
れらのバランスによつてパイプ２の径及び肉厚は
選択される。

さらに本発明の効果を向上するものとして以下
実施例を示す。

まずステム１とパイプ２との回転方向の回り止
め手段としては、パイプ２に回り止め手段となる
溝加工をするのみでなく、例えば第６図に示す如
くステム１の中心に対してパイプ２の中心を偏心
させることがなされる。かかる偏心したパイプ２
を配することによつてステム１の回転を油通路１
３がクランク作用をなしてパイプ２へ伝達するこ
ととなり、特別な回り止め手段を必要としない。

又第７図に示す如くパイプ２の軸端を軸方向に
対して傾斜させることによつて充分な回り止め手
段とすることが可能であり、さらに加工も極めて
容易である。

パイプ２は鋼管を切断して得られるが、又第８
図に示す如く肉厚を周方向で変える如き断面が非
真円環のパイプ２を用いてもよい。かかるパイプ
２を用いることによりパイプ２の内外周がそれぞ
れクランク作用をなすと同時に回り止め手段とし
て作用する。

さらにカムロブ３の中空孔３０にカムロブ肉厚
が著しく小さくならない範囲で波型を形成した第
９図の如きカムシヤフトも可能である。かかるカ
ムシヤフトではパイプ２にも波型の中空孔３０と
同一断面に加工されたパイプ２が用いられるため
回り止めの効果が高い。

カムロブ３とパイプ２との結合はカムロブ３を
粉末圧粉体の状態でパイプ２と組付け、液相焼結
することにより達成されることは前記した如くで
あるが、この際にパイプ２には第１０図に示す如
く軸端の突出部２３を軸方向端に向かい漸次拡管
された半径方向突出部２５を設けることが好まし
い。これはまず突出部２３を鋳包むステムの鋳包
み部１２によつてパイプ２が軸方向への鋳包み強
度が向されることと、カムロブの生産性が向上す
ることによる。即ち圧粉体のカムロブ３を半径方
向突出部２５が支承するため第１１図の如く、カ
ムロブ３とパイプ２を組付け、組付け体を積層し
て焼結することにより製造されるもので生産性が
著しく向上する。尚この半径方向突出部２５は全
周に設けられる必要はなく、第９図の如き波型に
設けられてもよく、さらにパイプ２の両端に設け
られてもよい。又パイプ２の軸端を第１０図の如
く拡管した場合に他の一端はしぼり加工してもよ
いが、ステム１の鋳包み突起１２による鋳包み強
度を得るには第１２図に示す如くパイプ２の両端
２３，２３に半径方向の突出部２５を設けること
が好ましい。この場合に一方の半径方向突出部２
５は焼結後に加工される必要がある。

尚、ステム１を形成する金属溶湯は軽量化の目
的のため軽金属から選ばれ具体的にはAl又はAl
合金、好ましくは強度及び鋳造性より亜共晶又は
過共晶のAl−Si合金が用いられ、鋳造方法とし
てはダイカストによることが望ましい。

又かかるAl合金との鋳包み性を向上するため
に各構成部材に粗面加工を施すことやアルミナイ
ズ処理を施すこと、及び焼結合金に封孔処理を施
すことがなされ、ステム１にもシヨツトブラスト
加工などの強化処理が施されて実用化される。

以上記した如く本発明カムシヤフトはカムロブ
に焼結合金を配したことによる耐摩耗性の向上と
カムロブにパイプを結合しパイプをステムに鋳包
むことによるステム強度の向上、カムロブ強度の
向上が達成されるのみでなく、パイプの補強効果
も得られ、さらに焼結合金に加工を要しないばか
りか、パイプとの結合も容易でかつ強固であり生
産性にも優れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明第一実施例断面図。第２図：第
１図Ａ−Ａ断面図。第３図：第１図要部拡大断面
図。第４〜第１１図：本発明の製造を説明する断
面図。第１２図：本発明他の実施例断面図。 付号の説明、１：ステム、２：パイプ、３：カ
ムロブ、４：ジヤーナル、５：ギア、６：カムギ
ア、２３：突出部、３０：中空部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 焼結合金製カムロブ３をステム１を形成する
   金属溶湯によつて鋳包まれてなるカムシヤフトに
   おいて、前記焼結合金製カムロブ３が軸方向に貫
   通する中空孔３０を有し、該中空孔３０に嵌装さ
   れ結合されたカムロブ３に対して軸方向に突出す
   る鋼製パイプ２を有し、該鋼製パイプ２が前記ス
   テム１を形成する金属溶湯によつて鋳包まれてな
   ることを特徴とするカムシヤフト。 ２ 前記パイプ２がステム１に対してその中心が
   偏心されてなることを特徴とする前記特許請求の
   範囲第１項記載のカムシヤフト。 ３ 前記パイプ２がその軸方向端に向い漸次拡管
   された半径方向突出部２５を有することを特徴と
   する前記特許請求の範囲第１項記載のカムシヤフ
   ト。 ４ 前記ステム１がAl又はAl合金によりなるこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の
   カムシヤフト。