JP2004036650A

JP2004036650A - カムシヤフト

Info

Publication number: JP2004036650A
Application number: JP2002190671A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Suzuki; 鈴木　善樹; Chutaro Kobayashi; 小林　忠太郎; Riichi Hamamoto; 濱本　利一
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05
Also published as: CN1467393A; DE10312475B4; US20040000213A1; ITTO20030241A1; DE10312475A1; CN100425880C

Abstract

【解決手段】鋼管からなるシヤフト１９に、ろう付けにて少なくとも軸受け筒部材３３およびカム駒３１を接合して一体化したカムシヤフト１８であり、カム駒をチル層３６を形成した鋳鉄とした。ろう付に用いるろう材３２は、銀ろうとした。カム駒３１の所定部位にニッケルめっきを施した。
【効果】カム駒が摺動する相手部品であるバルブリフタの摺動面の摩耗を防止することができ、バルブリフタに通常の材質を採用してバルブリフタの製造コストを抑えることができる。カム駒を鋳造品とすることで、カム駒の生産性の向上を図ることができる。バルブリフタの製造コストを抑えつつ同時に、カムシヤフトの軽量化を図ることができるとともに、カムシヤフトの製造コストを削減することができる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシヤフトにカムなどの構成部品をろう付け接合にて一体化させたカムシヤフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カムシヤフトの構造には、鋳造品、鍛造品および組み立て品が知られている。
鋳造品には、例えば、▲１▼特公昭６３−３００９９号公報「カムシヤフトの鋳型の製造法」に示されたものがある。次図で説明する。
図８は従来の鋳造カムシヤフトの説明図であり、上記▲１▼公報の第４図を写した図で、カムシヤフトの鋳型の製造法を用いて製造したカムシヤフトを示す。
カムシヤフト１（符号は公報記載のものを流用した。以下同様。）は、中実（ムク）の軸部５、カム３，４およびジヤーナル部２を一体に鋳込んだものである。
【０００３】
鍛造品は、鍛造で中実（ムク）の軸部、カムおよびジヤーナル部を一体に形成したものである。また、表面処理を施して機械的性質を高めたものもある。
【０００４】
組み立て品は、シヤフト（軸部）にカム駒を圧入したものや鋼管パイプにカム駒を焼きばめ若しくはろう付けしたものである。ろう付けしたものとしては、例えば、▲２▼特公昭５７−３６４６０号公報「カムシヤフトの製造方法」に示されたものがある。次図で説明する。
【０００５】
図９は従来の組み立てカムシヤフトの説明図であり、上記▲２▼公報の第４図を写した図で、カムシヤフトの製造方法で製造したカムシヤフトを示す。
カムシヤフトの組立体Ａは、鋼管からなるステム１に焼結材からなるカム駒２をろう材でろう付けしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図８の鋳造カムシヤフトは、重量が重く、自動二輪車における軽量化による燃料消費量の向上ニーズに対する期待に応え難い。
【０００７】
鍛造カムシヤフトは、鋳鉄製と比較して機械的性質が高いため、薄肉にすることで、軽量化を図れるが、製造コストが嵩む。
また、表面処理を施した鍛造カムシヤフトの場合、バルブリフタに耐磨耗性がよい高価な材質を採用する必要があり、製造コストがさらに嵩む。
【０００８】
上記図９の組み立てカムシヤフトは、焼結製のカム駒を採用するため、原材料の製造から焼結前まで手間がかかり、製造コストが嵩む。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、バルブリフタの製造コストを抑えつつ同時に、軽量化を図り、製造コストを削減したカムシヤフトを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、鋼管からなるシヤフトに、ろう付けにて少なくとも軸受け筒部材およびカム駒を接合して一体化したカムシヤフトであり、カム駒をチル層を形成した鋳鉄としたことを特徴とする。
【００１１】
カム駒をチル層を形成した鋳鉄とすることで、カム駒が摺動する相手部品であるバルブリフタの摺動面の摩耗を防止する。その結果、バルブリフタに通常の材質を採用することができ、バルブリフタの製造コストを抑えられる。また、カム駒を鋳造品とすることで、カム駒の生産性の向上を図り、一方、鋼管からなるシヤフトにより製造コストを削減する。
つまり、バルブリフタの製造コストを抑えつつ同時に、カムシヤフトの軽量化およびカムシヤフトの製造コスト削減を図る。
【００１２】
請求項２では、ろう付に用いるろう材は、銀ろうとしたことを特徴とする。
銀ろうであれば、ろう付け温度に達した銀ろうから熱がカム駒に伝導しても、カム駒のチル層の温度はチル層の硬度を低下させる温度領域まで上昇しない。
【００１３】
請求項３は、カム駒の所定部位にニッケルめっきを施したことを特徴とする。所定部位はろう付けする部位に対応した範囲であり、ニッケルめっきを施すと、ろう付けの際のぬれ性を低下させる要因である鋳鉄の黒鉛をニッケルめっきの膜で覆うことができ、カム駒をろう付けする際のぬれ性は向上する。
【００１４】
請求項４では、ニッケルめっきは無電解めっきであることを特徴とする。
無電解めっきを採用することで、カム駒の孔や孔の縁に沿ってめっき厚をほぼ均一に形成し、縁に形成したニッケルめっきのめっき厚が厚くなる現象を抑制する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るカムシヤフトを採用した内燃機関の動弁機構の断面図であり、動弁機構１０は、内燃機関のシリンダヘッド１１の下部に設けたバルブシート１２と、シリンダヘッド１１にバルブガイド１３を介して取付けた吸気バルブ１４と、吸気バルブ１４の上部に設けたバルブスプリング１５と、バルブリフタ１６（摺動面１７）と、このバルブリフタ１６とともに吸気バルブ１４を作動させるためにシリンダヘッド１１に回転可能に取付けた吸気用のカムシヤフト１８と、を備える。
次に、カムシヤフト１８について説明する。
【００１６】
図２は本発明に係るカムシヤフトの斜視図であり、カムシヤフト１８は、シヤフト１９に第１・第２・第３・第４カム部２１，２２，２３，２４を取付けるとともに、第１・第２・第３・第４ジャーナル２５，２６，２７，２８を取付けたものである。
ここでは、第１〜第４カム部２１〜２４と第１〜第４ジャーナル２５〜２８のみを形成したが、この他に図に示していないカムフランジなどの部品を必要に応じて取付ける。
【００１７】
図３は図２の３−３線断面図であり、シヤフト１９に第１・第２・第３・第４カム部２１，２２，２３，２４を取付けるとともに、第１・第２・第３・第４ジャーナル２５，２６，２７，２８を取付けた状態を示す。
シヤフト１９の材質は、鋼管であり、例えば、機械構造用炭素鋼鋼管（記号：ＳＴＫＭ）を用いた。
【００１８】
第１カム部２１は、シヤフト１９の所定位置にカム駒３１，３１を嵌め、ろう材３２で全周ろう付けしたものである。
第２〜第４カム部２２〜２４は、第１カム部２１と同様であり、説明を省略する。
【００１９】
第１ジャーナル２５は、シヤフト１９に軸受け筒部材３３を嵌めるとともに、軸受け筒部材３３の両端をカム駒３１，３１で位置決め固定したものである。
軸受け筒部材３３は、シヤフト１９に対して所定のはめあいとなるように内径を設定した。
軸受け筒部材３３の材質は、鉄鋼材で、例えば、硬鋼（例えば、記号：Ｓ４５Ｃ）や機械構造用炭素鋼鋼管（記号：ＳＴＫＭ）を用いる。
第２〜第４ジャーナル２６〜２８は、第１ジャーナル２５と同様であり、説明を省略する。
【００２０】
図４は図２の４−４線断面図であり、カム駒３１の断面を示す。
カム駒３１は、中央にシヤフト１９に対して嵌る孔３４を直径Ｄで形成し、外周にバルブリフタ１６（図１参照）と摺動する山頂部３５を形成したものである。
カム駒３１の材質は、鋳鉄で、山頂部３５にチル層３６を形成した。
カム駒３１の孔３４の直径Ｄは、所定のはめあいとなるように所定の寸法公差に設定した。
【００２１】
図５は図３の５部詳細図であり、シヤフト１９にカム駒３１をろう材３２でろう付けした状態を模式的に示す。
ろう材３２の種類は、銀ろうである。銀ろうの成分は任意であるが、例えば、ろう付け温度を優先に選択する。
なお、図５の模式図では、シヤフト１９とカム駒３１とのはめあいの一例を示し、隙間を示したが、隙間の有無および隙間の値は任意である。
次に、本発明に係るカムシヤフト１８の製造方法の一例を説明する。
【００２２】
図６は本発明に係るカムシヤフトの製造方法の説明である。
まず、シヤフト１９を形成する。ここでは、引き抜きで内・外径を所定寸法に成形したシヤフトの素材（図に示していない）を用い、シヤフトの素材の内外面や両端に所望の形状をＮＣ旋盤で形成し、シヤフト１９を得る。
【００２３】
その次に、カム駒３１を用意する。予め鋳造したカム駒素材（図に示していない）を所定寸法に機械加工することで、カム駒３１を得る。
引き続き、シヤフト１９を組付け治具（図に示していない）に取付け、シヤフト１９にカム駒３１を矢印▲１▼の如く嵌め、組付け治具のストッパにカム駒３１を当て位置決め（Ｘ軸方向の位置、Ａ軸方向の角度）を行う。
【００２４】
続けて、シヤフト１９に軸受け筒部材３３を矢印▲２▼の如く嵌めた後、またカム駒３１を矢印▲３▼の如く嵌めて軸受け筒部材３３を挟むことで、位置決め（Ｘ軸方向の位置）を行うとともに、組付け治具のストッパでカム駒３１の位置決め（Ａ軸方向の角度）を行う。
【００２５】
同様に、残りの６個のカム駒３１・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）および残りの３個の軸受け筒部材３３・・・を嵌める。そして、嵌めたカム駒３１の孔３４の縁３７を溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）で仮付溶接することで、仮の固定を行う。最後に、カム駒３１の縁３７を所望の条件（装置、フラックス等）で全周ろう付けすることで、カム駒３１のろう付け工程が完了する。
【００２６】
ここでは、軸受け筒部材３３をろう付けせずに、軸受け筒部材３３の両端をカム駒３１，３１で押圧することで軸受け筒部材３３を固定する。
軸受け筒部材３３に潤滑油の流路を加工する場合や図に示していないカムフランジなどの部品に仕上げ加工を施す場合には、ろう付け工程後に行う。
【００２７】
以上に述べたカムシヤフトの作用を次に説明する。
図３に示すように、鋼管からなるシヤフト１９に接合したカム駒３１をチル層３６を形成した鋳鉄とすることで、カムシヤフト１８の薄肉化を図ると同時に、カム駒３１が摺動する相手部品であるバルブリフタ１６の摺動面１７の摩耗を防止することができ、バルブリフタ１６に通常の材質を採用してバルブリフタ１６の製造コストを抑えることができる。
【００２８】
また、鋼管からなるシヤフト１９にカム駒３１をろう付けすることで、カムシヤフト１８の薄肉化を図り、カムシヤフト１８の軽量化を図ることができる。
鋼管からなるシヤフト１９にすることで、薄い肉厚のシヤフト１９を製造する際の手間を省き、製造コストを削減することができる。
カム駒３１を鋳造品とすることで、カム駒３１の生産性の向上を図ることができる。
従って、バルブリフタ１６の製造コストを抑えつつ同時に、カムシヤフト１８の軽量化を図ることができるとともに、カムシヤフト１８の製造コストを削減することができる。
【００２９】
カム駒３１のろう付に用いるろう材３２は、銀ろうとしたので、ろう付け温度に達した銀ろうから熱がカム駒３１に伝導しても、カム駒３１のチル層３６の温度はチル層３６の硬度を低下させる温度領域までは上昇せず、チル層３６の機械的性質を維持することができる。
【００３０】
シヤフト１９に軸受け筒部材３３を接合することで、カムシヤフト１８の応力の大きい第１〜第４ジャーナル２５〜２８のみを厚肉にして、カムシヤフト１８の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。
【００３１】
また、シヤフト１９に軸受け筒部材３３を接合することで、第１〜第４ジャーナル２５〜２８に異材を採用することができる。その結果、より機械的性質のよい材質を採用することで、よりカムシヤフト１８の軽量化を図ることができる。
【００３２】
次に、本発明に係るカムシヤフトの別実施の形態を示す。
図７（ａ）〜（ｃ）は別実施の形態図であり、（ａ）はカム駒の斜視図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線断面図、（ｃ）は図３の５部詳細図に対応する図である。上記図３に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
【００３３】
（ａ）において、別実施の形態のカム駒４１は、所定部位４２にニッケルめっき（の膜）４３を施したことを特徴とする。
（ｂ）において、所定部位４２は、めっき範囲であり、孔４４および孔４４の縁４５から距離Ｓ以下の範囲である。
ニッケルめっき４３は、無電解めっきであり、めっき厚をｔに設定した。４６はニッケルめっき４３を施した後の孔、４７はニッケルめっき４３を施した後の縁、Ｄｓはニッケルめっき４３を施した後の孔の直径を示す。
（ｃ）において、シヤフト１９にカム駒４１の縁４７をろう材３２で全周ろう付けした。
【００３４】
次に、別実施の形態の作用を説明する。
カム駒４１の所定部位４２にニッケルめっき４３を施したことにより、ろう付けの際のぬれ性を低下させる要因である鋳鉄の黒鉛をニッケルめっき４３の膜で覆うことができ、鋳鉄をろう付けする際のぬれ性を向上させることができる。従って、ろう付け強度を高めることができる。
【００３５】
ニッケルめっき４３を電気めっき（電気処理）または、無電解めっき（化成処理）で形成するが、電気めっきでカム駒４１の所定部位４２にニッケルめっきを施すと、めっき厚のばらつきが大きくなりやすく、特に、孔４４の縁４５に析出する膜は厚くなる。その結果、ニッケルめっきを施した後の孔の寸法のばらつきは大きくなる。
【００３６】
ニッケルめっき４３を無電解めっきとすることで、母材であるカム駒４１の孔４４や孔４４の縁４５に沿ってめっき厚ｔをほぼ均一に形成し、縁４５に形成したニッケルめっき４３が局部的に成長してめっき厚が厚くなる現象を抑制することができる。その結果、めっきを行った孔４６の直径Ｄｓの真円度を確保することができ、ニッケルめっき４３を施した後の手直しを省いて生産効率の向上を図ることができる。
【００３７】
尚、本発明の実施の形態に示したシヤフト１９の外面に周り止め用の凹部または凸部を形成し、この凹部または凸部に嵌合する凹部または凸部をカム駒３１の孔３４に形成することも可能である。
カム駒３１を鋳鉄とし且つチル層３６を形成したが、カム駒３１の材質や特性の処理は任意である。
動弁機構１０では、吸気系（吸気バルブ１４や吸気用のカムシヤフト１８）を示したが、排気系（排気バルブや排気用のカムシヤフト）でもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、鋼管からなるシヤフトに、ろう付けにて少なくとも軸受け筒部材およびカム駒を接合して一体化したカムシヤフトであり、カム駒をチル層を形成した鋳鉄としたので、カム駒が摺動する相手部品であるバルブリフタの摺動面の摩耗を防止することができ、バルブリフタに通常の材質を採用してバルブリフタの製造コストを抑えることができる。また、カム駒を鋳造品とすることで、カム駒の生産性の向上を図ることができる。つまり、バルブリフタの製造コストを抑えつつ同時に、カムシヤフトの軽量化を図ることができるとともに、カムシヤフトの製造コストを削減することができる。
【００３９】
請求項２では、ろう付に用いるろう材は、銀ろうとしたので、ろう付け温度に達した銀ろうから熱がカム駒に伝導しても、カム駒のチル層の温度はチル層の硬度を低下させる温度領域までは上昇せず、チル層の機械的性質を維持することができる。
【００４０】
請求項３では、カム駒の所定部位にニッケルめっきを施したので、ろう付けの際のぬれ性を低下させる要因である鋳鉄の黒鉛をニッケルめっきの膜で覆うことができ、鋳鉄をろう付けする際のぬれ性を向上させることができる。従って、ろう付け強度を高めることができる。
【００４１】
請求項４では、ニッケルめっきは無電解めっきなので、カム駒の孔や孔の縁に沿ってめっき厚をほぼ均一に形成し、縁に形成したニッケルめっきが局部的に成長してめっき厚が厚くなるのを抑制することができる。その結果、めっきを行った孔の直径の真円度を確保することができ、ニッケルめっきを施した後の手直しを省いて生産効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るカムシヤフトを採用した内燃機関の動弁機構の断面図
【図２】本発明に係るカムシヤフトの斜視図
【図３】図２の３−３線断面図
【図４】図２の４−４線断面図
【図５】図３の５部詳細図
【図６】本発明に係るカムシヤフトの製造方法の説明
【図７】別実施の形態図
【図８】従来の鋳造カムシヤフトの説明図
【図９】従来の組み立てカムシヤフトの説明図
【符号の説明】
１６…バルブリフタ、１７…バルブリフタの摺動面、１８…カムシヤフト、１９…シヤフト、３１…カム駒、３２…ろう材、３３…軸受け筒部材、３６…チル層、４２…所定部位、４３…ニッケルめっき。

Claims

鋼管からなるシヤフトに、ろう付けにて少なくとも軸受け筒部材およびカム駒を接合して一体化したカムシヤフトであり、前記カム駒をチル層を形成した鋳鉄としたことを特徴とするカムシヤフト。
前記ろう付に用いるろう材は、銀ろうとしたことを特徴とする請求項１記載のカムシヤフト。
前記カム駒の所定部位にニッケルめっきを施したことを特徴とする請求項１記載のカムシヤフト。
前記ニッケルめっきは無電解めっきであることを特徴とする請求項３記載のカムシヤフト。