JP2000045715A - 組立カムシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】満足できる品質の組立カムシャフトを高い生産
性の下で製造し得る組立カムシャフトの製造方法を提供
する。 【解決手段】筒状の短軸６の外周に原料粉末７によりカ
ムロブ等の形状の成形体７を成形し、この成形体７を短
軸６とともに焼結し、サブアッシー１０となす。そし
て、複数個のサブアッシー１０の各短軸６に長軸８を挿
入し、周方向及び軸方向で各サブアッシー１０を位置決
めしつつ短軸６を長軸８に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の部品を組
み立てて得られる組立カムシャフトの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の弁開閉の中間媒体であ
るロッカーアームやタベット等のカムフォロアと高面圧
で摺接するカムシャフトは、鋳造品を切削して得られる
一体品であった。しかし、近年、低コスト化、省燃費等
の要請に伴う軽量化等の指向から、複数個の部品を組み
立てて得られる組立カムシャフトが使用されるようにな
ってきている。

【０００３】かかる組立カムシャフトの製造方法として
は、焼き嵌め方式、圧入方式、拡管方式、拡散接合方式
及び溶接方式によるものが知られている。ここで、焼き
嵌め方式による製造方法は、原料粉末からカムロブ、ギ
ア又はジャーナル形状のピースを成形・焼結した後、加
熱した各ピースに筒状又は中実状の溶製品からなる長軸
を挿入し、各ピースの冷却過程における収縮力で各ピー
スを長軸に接合するものである。なお、この後、各ピー
スの回り止めのため、各ピースと長軸とにアーク溶接を
施すこともなされている。

【０００４】また、圧入方式による製造方法は、焼き嵌
め方式の製造方法と同様に各ピースを製造した後、各ピ
ースに筒状の溶製品からなる短軸を圧入してサブアッシ
ーとなす一方、外周にローレット加工による突起部を有
する筒状又は中実状の溶製品からなる長軸を用意し、そ
の長軸の突起部に各サブアッシーを圧入するものであ
る。

【０００５】さらに、拡管方式による製造方法は、焼き
嵌め方式の製造方法と同様に各ピースを製造した後、各
ピースに筒状の溶製品からなる長軸を挿入し、次いで長
軸内に工具を挿入したり、圧力油を供給したりして長軸
を拡管するものである。また、拡散接合方式による製造
方法は、筒状又は中実状の溶製品からなる長軸を用意す
る一方、この長軸の外周に原料粉末によりカムロブ、ギ
ア又はジャーナル形状の各成形体を成形し、各成形体を
その長軸とともに焼結するものである。

【０００６】他方、溶接方式による製造方法は、焼き嵌
め方式の製造方法と同様に各ピースを製造した後、各ピ
ースに筒状又は中実状の溶製品からなる長軸を挿入し、
次いで各ピースと長軸とにアーク溶接等の溶接を施すも
のである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の組
立カムシャフトの製造方法は、いずれも鋳造品から切削
により一体品を製造する方法と比較すれば低コストでは
あるものの、未だ種々の点で満足できる組立カムシャフ
トを製造し得ない。すなわち、焼き嵌め方式による製造
方法では、各ピースについて焼き嵌めのための加熱及び
冷却を施していることから、各ピースの硬度が低下し、
満足できる品質の組立カムシャフトを製造し得ないきら
いがある。また、この製造方法では、１本の組立カムシ
ャフトを製造するに際し、個々のピースについて加熱及
び冷却を施す必要があることから、生産性が極めて低く
なってしまう。

【０００８】また、圧入方式による製造方法では、各ピ
ースが焼結材である場合、長軸のローレット加工による
突起部にそのままそれらのピースを圧入することとする
と、焼結材は一般に靱性が低いことから、各ピースに割
れを生じてしまう。このため、各ピースに筒状の溶製品
からなる短軸を圧入してサブアッシーとなす必要性があ
り、高コストとなってしまう。また、この圧入方式によ
る製造方法では、各ピースを長軸に同時に圧入すること
ができず、やはり生産性が極めて低くなってしまう。

【０００９】さらに、拡管方式による製造方法では、工
具や圧力油による長軸の拡管の際に長軸に曲がりを生じ
やすく、この曲がりを修正しなければならないことか
ら、やはり生産性が低い。また、拡散接合方式による製
造方法においても、成形体を長軸とともに焼結する際に
長軸に曲がりを生じやすく、この曲がりを修正しなけれ
ばならないことから、やはり生産性が低い。また、この
製造方法では、組立カムシャフトの軸長以上の焼結炉を
必要とし、設備上の意味でも生産性が低くなっている。

【００１０】他方、溶接方式による製造方法では、高面
圧を受けるカムロブ等の各ピースが長軸に直接溶接さ
れ、各ピースが長軸と短い軸長でしか面接触し得ない。
このため、この製造方法では、各ピースと長軸との接合
力に不安があるとともに、溶接割れ等を生じやすいと考
えられ、必ずしも満足できる品質の組立カムシャフトを
製造し得ないきらいがある。また、この製造方法では、
溶接熱の歪みによりカムロブの各ピースのプロフィール
精度に悪影響を生じ、それを矯正するための切削代が多
大となり、やはり高コストとなってしまう。

【００１１】本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされ
たものであって、満足できる品質の組立カムシャフトを
高い生産性の下で製造し得る組立カムシャフトの製造方
法を提供することを解決すべき課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、鋭意研究を行い、本発明を完成させ
た。すなわち、本発明の組立カムシャフトの製造方法
は、筒状の短軸の外周に原料粉末によりカムロブ、ギア
又はジャーナル形状の成形体を成形する成形工程と、該
成形体を該短軸とともに焼結し、サブアッシーを得る焼
結工程と、複数個の該サブアッシーの各該短軸に長軸を
挿入し、周方向及び軸方向で各該サブアッシーを位置決
めしつつ該短軸を互いに又は該短軸を該長軸に固定する
固定工程と、を備えたことを特徴とする。

【００１３】かかる製造方法により、長軸と、外周にそ
れぞれカムロブ、ギア又はジャーナルを有し、長軸にそ
れぞれ挿入され、かつ周方向及び軸方向で位置決めされ
た状態で互いに又は長軸に固定される短軸とを備えた組
立カムシャフトが得られる。本発明の製造方法では、カ
ムロブ等の形状の成形体と短軸とを焼結した複数個のサ
ブアッシーを長軸に固定することとしており、各サブア
ッシーのカムロブ等について焼き嵌めのための加熱及び
冷却を必要としないことから、各カムロブ等の硬度が低
下することはない。

【００１４】また、この製造方法では、高面圧を受ける
各カムロブ等が短軸とともにサブアッシーとされ、これ
らのサブアッシーを長軸に固定する際、サブアッシーの
短軸と長軸とを溶接する。このため、この製造方法で
は、各カムロブのプロフィール精度に対して溶接熱の歪
みによる影響が少ない。こうして、この製造方法では、
満足できる品質の組立カムシャフトを製造することがで
きる。

【００１５】他方、この製造方法では、複数個のサブア
ッシーを長軸に固定すれば１本の組立カムシャフトを製
造することができ、各サブアッシーのカムロブ等につい
て焼き嵌めのための加熱及び冷却を必要としない。ま
た、この製造方法では、長軸とサブアッシーの短軸との
嵌合間隙を直径差０〜０．０２ｍｍの最適値にするた
め、短軸の内径を拡径したり、長軸の外径を縮径したり
する拡径工程や切削工程を行うこともできるが、かかる
拡管工程や切削工程は長軸とサブアッシーの短軸との間
において行い得るだけであり、カムロブ等と短軸との間
については全く不要である。特に、短軸として高精度引
き抜き管を採用したり、熱処理工程を行わなかったりす
る場合は、かかる拡管工程や切削工程は不要となる。

【００１６】さらに、この製造方法では、長軸を拡管し
たり、長軸を焼結したりしないことから、長軸に曲がり
を生じにくい。また、この製造方法では、短軸の軸長程
度の焼結炉を要するのみであり、極めて安価な設備投資
でまかない得る。こうして、この製造方法では、高い生
産性を確保できる。したがって、本発明の製造方法で
は、満足できる品質の組立カムシャフトを高い生産性の
下で製造することができる。

【００１７】短軸としては鋳鋼等の溶製品を採用するこ
とができる。短軸の外周面は、成形体から得られるカム
ロブ等との密着性を向上させるため、ローレット加工等
により粗面化されていることが好ましい。成形体をなす
原料粉末としては、カムロブ等が高面圧を受けるため、
高炭素鋼粉末等を採用する。

【００１８】焼結工程は、予備焼結、コイニング、本焼
結及び熱処理工程として実行することができる。ここ
で、カムロブ等の密度を向上させるため、コイニングを
行うことが好ましい。また、カムロブ等の硬度を高める
ため、調質や浸炭焼入れ処理等の熱処理工程を行うこと
が好ましい。焼結工程の後、サブアッシーの軸方向の寸
法精度を向上させるため、短軸に切削加工を施す切削工
程を行うことが好ましい。かかる切削工程において、サ
ブアッシーの周方向及び軸方向の位置決めを行う凹凸部
等を短軸に形成することができる。かかる凹凸部等はサ
ブアッシーの回り止めとしても機能する。

【００１９】長軸としては筒状又は中実状の鋳鋼等の溶
製品を採用することができる。筒状の長軸を採用すれ
ば、組立カムシャフトの軽量化を実現できるとともに、
内部を油通路とし得る。固定工程としては、長軸とサブ
アッシーとを組み付けた後、短軸の全周をレーザで照射
することにより互いに又は長軸に固定するレーザー溶接
法を採用することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面を参照しつつ説明する。 「成形工程」まず、図１に示す成形金型を用意する。こ
の成形金型では、図示しないダイスホルダにダイス１が
固定され、ダイス１には断面がカムロブ、ギア又はジャ
ーナル形状のキャビティ２が上下に形成されている。キ
ャビティ２内にはロアパンチ３が下方から上下動可能に
設けられており、ロアパンチ３には断面が円形の軸孔３
ａが上下に貫設されている。軸孔３ａ内にはコア４が下
方から上下動可能に設けられている。また、キャビティ
２内にはアッパーパンチ５が上方から上下動可能に設け
られており、アッパーパンチ５には断面が円形の軸孔５
ａが下方から凹設されている。

【００２１】次いで、鋳鋼製の高精度引き抜き管からな
り、外周面がローレット加工された円筒状の短軸６を用
意する。また、高炭素鋼粉末からなる原料粉末７を用意
する。そして、成形金型における所定高さに設定された
コア４の上方に短軸６を載置し、その回りのキャビティ
２に原料粉末７を投入する。この後、図示しない油圧ラ
ムを操作し、図２に示すように、成形金型のロアパンチ
３及びアッパーパンチ５で原料粉末７により短軸６の外
周にカムロブ等の形状の成形体７を成形する。 「予備焼結工程」成形金型から成形体７を短軸６ととも
に取り出し、これらを短軸６の軸長程度の焼結炉により
８００〜９５０°Ｃで予備焼結する。 「コイニング工程」得られた予備焼結体について、図示
しないコイニング金型によりコイニングを行う。なお、
このコイニング金型は図１及び図２に示す成形金型と同
様の構成をなしている。 「本焼結工程」コイニング後の予備焼結体を短軸６の軸
長程度の焼結炉により１１２０〜１２５０°Ｃで本焼結
する。 「熱処理工程」得られた本焼結体について、調質又は浸
炭焼入れ処理を施す。こうして、サブアッシー１０を得
る。 「切削工程」サブアッシー１０の軸方向の寸法精度を向
上させるため、短軸６に切削加工を施す。また、凹部６
ａ及び凸部６ｂを短軸６に形成する。こうして、図３に
示すように、凹部６ａ及び凸部６ｂをもつ短軸６と、成
形体７が短軸６の外周で焼結されたカムロブ等７からな
るサブアッシー１０を得る。 「固定工程」図４に示すように、鋳鋼からなる中実状の
長軸８を用意する。この長軸８の一端にはジャーナルが
やや大径に一体形成されており、そのジャーナルの他端
側にはサブアッシー１０における短軸６の凹部６ａと係
合する凸部８ａが形成されている。

【００２２】そして、複数個用意したサブアッシー１０
の各短軸６に長軸８を挿入し、長軸８と各サブアッシー
１０とを組み付ける。この際、長軸８における凸部８ａ
がサブアッシー１０における短軸６の凹部６ａと係合
し、サブアッシー１０における短軸６の凸部６ｂが次の
サブアッシー１０における短軸６の凹部６ａと係合して
行く。この後、各サブアッシー１０の短軸６の全周９を
レーザで照射し、長軸８に各サブアッシー１０を固定す
る。こうして、図５に示す組立カムシャフトが得られ
る。

【００２３】この製造方法では、カムロブ等７の形状の
成形体７と短軸６とを焼結した複数個のサブアッシー１
０を長軸８に固定することとしており、各サブアッシー
１０のカムロブ等７について焼き嵌めのための加熱及び
冷却を必要としないことから、各カムロブ等７の硬度が
低下することはない。また、この製造方法では、高面圧
を受ける各カムロブ等７が短軸６とともにサブアッシー
１０とされ、これらのサブアッシー１０を長軸８に固定
する際、サブアッシー１０の短軸６と長軸８とを溶接す
る。このため、この製造方法では、各カムロブ７のプロ
フィール精度に対して溶接熱の歪みによる影響が少な
い。

【００２４】他方、この製造方法では、複数個のサブア
ッシー１０を長軸８に固定すれば１本の組立カムシャフ
トを製造することができ、各サブアッシー１０のカムロ
ブ等７について焼き嵌めのための加熱及び冷却を必要と
しない。また、この製造方法では、短軸６として高精度
引き抜き管を採用しているため、長軸８とサブアッシー
１０の短軸６との嵌合間隙を最適値にする拡管工程や切
削工程を行っていない。さらに、この製造方法では、長
軸８を拡管したり、長軸８を焼結したりしないことか
ら、長軸８に曲がりを生じにくい。また、この製造方法
では、短軸６の軸長程度の焼結炉を要するのみであり、
極めて安価な設備投資でまかない得る。

【００２５】したがって、この製造方法では、満足でき
る品質の組立カムシャフトを高い生産性の下で製造する
ことができる。特に、この製造方法では、同時に行うレ
ーザ接合によりサブアッシー７の長軸８への組み立てを
行うことができるため、高い生産性を発揮することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係り、成形工程前を示す成形金型等
の断面図である。

【図２】実施形態に係り、成形工程後を示す成形金型等
の断面図である。

【図３】実施形態に係り、切削工程後のサブアッシーの
斜視図である。

【図４】実施形態に係り、固定工程前を示す長軸とサブ
アッシーとの斜視図である。

【図５】実施形態により得た組立カムシャフトの斜視図
である。

【符号の説明】

６…短軸 ７…原料粉末、成形体、カムロブ等 １０…サブアッシー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G016 AA04 AA19 BA25 CA01 CA04 CA06 CA13 CA32 EA03 FA11 FA14 FA16 GA00 GA01 3J030 AC03 BB03 BC03 BC10 EA14 EB01 EB07 EB09 EC07 4K018 AA28 CA12 FA02 FA06 FA08 FA27 HA04 JA29 JA34 KA01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状の短軸の外周に原料粉末によりカムロ
   ブ、ギア又はジャーナル形状の成形体を成形する成形工
   程と、 該成形体を該短軸とともに焼結し、サブアッシーを得る
   焼結工程と、 複数個の該サブアッシーの各該短軸に長軸を挿入し、周
   方向及び軸方向で各該サブアッシーを位置決めしつつ該
   短軸を互いに又は該短軸を該長軸に固定する固定工程
   と、を備えたことを特徴とする組立カムシャフトの製造
   方法。