JP2008138612A - カムシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【構成】 カムシャフトのカム１２のカムノーズ部１５をチル化するためのチラー２０に高硬度材１６を装着した状態で、チラー２０とともに高硬度材１６を鋳ぐるんで中間鋳造品２３を鋳造し、この中間鋳造品２３を図の破線に沿って切削加工して、カムノーズ部１５に高硬度材１６の一部１８を表出させる。この高硬度材１６は、抜け止め部１７と表層部１８とを首部１９で接続した構造であり、抜け止め部１７の断面積が首部１９よりも大きい。
【効果】 カムノーズ部１５をチル化するためのチラー２０を利用して高硬度材１６を鋳ぐるんだカムシャフトを容易に鋳造することができる。また、高硬度材１６の首部１９を内部の抜け止め部１７よりも細くしているので、高硬度材１６の脱落を確実に防止することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車用内燃機関の動弁系に好適に用いられるカムシャフト及びその製造方法に関する。

特許文献１〜３には、自動車用内燃機関のカムシャフトの製造方法として、高い耐摩耗性や耐面圧性が要求される摺動部すなわちカムのカムノーズ部に、被鋳ぐるみ部材（高硬度材）を鋳ぐるむ技術が記載されている。また、このカムノーズ部をチル化することで耐摩耗性や耐面圧性を向上する技術が知られている。
特開平１１−２１０４１４号公報 特開平１１−２９４１１５号公報 特開平８−２５７７３７号公報

しかしながら、前者のように被鋳ぐるみ部材を単に鋳ぐるむものでは、上記特許文献１〜３のように溶着性能を向上させても、やはり被鋳ぐるみ部材の脱落が懸念される。一方、後者のチル化によりカムノーズの耐摩耗性等を向上する技術では、材質そのものが一様のために、その耐摩耗性等の向上には限界があり、仕様に応じた十分な要求特性，強度，面圧，加工性を得られないことがあり、更なる改善が望まれていた。本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。

第１の発明に係るカムシャフトは、カムに高硬度材が鋳ぐるまれており、この高硬度材が、上記カムの内部に形成される抜け止め部と、上記カムのカムノーズ部に表出する表層部と、上記抜け止め部と表層部とを接続する首部と、を有し、上記抜け止め部の断面積を首部の断面積よりも大きく設定したことを特徴としている。

第２の発明に係るカムシャフトの製造方法は、カムシャフトのカムのカムノーズ部をチル化するためのチラー（冷やし金）に高硬度材を装着した状態で、チラーとともに高硬度材を鋳ぐるんだ中間鋳造品を鋳造する鋳造工程と、上記カムノーズ部が表出するように中間鋳造品を切削して、このカムノーズ部に高硬度材の一部を表出させる切削工程と、を有することを特徴としている。

第１の発明によれば、カムノーズ部に高硬度材を鋳ぐるんで、その一部を表出させているために、カムノーズ部の耐摩耗性や耐面圧性を有効に向上することができる上、この高硬度材の首部を内部の抜け止め部より細くしているので、この高硬度材の脱落を確実に防止することができる。

第２の発明によれば、カムノーズ部をチル化するためのチラーを利用して、鋳造時に高硬度材を所定位置に保持することができ、既存の鋳型設備を利用して高硬度材を鋳ぐるんだカムシャフトを容易に製造することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係るカムシャフト１０を示している。このカムシャフト１０は、複数箇所でシリンダヘッド側へ回転可能に支持されており、その内部にオイル通路１１（図２等参照）が形成された中空形状をなしている。このカムシャフト１０には、各気筒毎に吸気弁又は排気弁（以下、吸・排気弁と略す）を駆動する一対の動弁カム１２が設けられており、かつ、気筒間に、例えば筒内直噴型内燃機関に適用される高圧燃料ポンプやバキュームポンプ等を駆動するための補機駆動カム１３が設けられている。つまり、カムシャフト１０の軸方向についてポンプ駆動カム１３の両側に動弁カム１２が配置されている。後述するように、このカムシャフト１０は上記の動弁カム１２及びポンプ駆動カム１３を含めて鋳造により一体的に形成される。

図２に示すように、各動弁カム１２には、ベースサークル部１４に比して径方向外方へ張り出したカムノーズ部１５が形成されており、このカムノーズ部１５のカムプロフィールに応じて吸・排気弁がリフトすることとなる。そして高い耐摩耗性や耐面圧性が要求されるカムノーズ部１５に対応して、被鋳ぐるみ部材としての高硬度材１６が鋳ぐるまれている。

この高硬度材１６は、例えばＳＵＪ２（高炭素工具鋼）、ＳＫ材（炭素工具鋼）あるいはＳＫＤ材（合金工具鋼）のような、他の一般部を形成する鋳鉄に比して硬度が高く耐摩耗性や耐面圧性に優れた材料により形成されていて、動弁カム１２の内部に形成される抜け止め部１７と、カムノーズ部１５に表出する表層部１８と、抜け止め部１７と表層部１８とを接続する棒状の首部１９と、を有している。そして、首部１９の長手方向に直交する断面積に関し、抜け止め部１７の断面積を首部１９の断面積よりも大きく設定している。つまり、首部１９の長手方向である抜け方向に関して、この首部１９を内側の抜け止め部１７よりも細く設定している。

図３に示すように、本実施例にあっては、カムノーズ部１５を高硬度化するために、このカムノーズ部１５が鋳造時に適宜なチラー２０を用いてチル化されている。このチラー２０には、高硬度材１６の先端部２２が嵌合する凹部２１が形成されている。製造時には、先ず鋳造工程において、高硬度材１６の先端部２２をチラー２０の凹部２１に嵌合して、高硬度材１６をチラー２０に保持・装着した状態で、このチラー２０を砂型内にセットし、チラー２０とともに高硬度材１６が鋳ぐるまれた中間鋳造品２３を鋳造する。そして、型ばらしや後の切削工程において、カムノーズ部１５が表出するように中間鋳造品２３の表層部分を図３の破線で示す位置まで切削して、高硬度材１６の先端部２２を削除し、カムノーズ部１５に高硬度材１６の一部である表層部１８を表出させる。

図４に示すように、ポンプ駆動カム１３は、ベースサークル部１４に比して径方向へ張り出した合計３つのカムノーズ部１５が三方に形成された略三角形状をなしている。そしてこれらのカムノーズ部１５のそれぞれに対して、上記の動弁カム１２と同様に、被鋳ぐるみ部材としての高硬度材１６が鋳ぐるまれている。各高硬度材１６は、上記の動弁カム１２の場合と同様に、鋳鉄に比して硬度の高い材料により形成されていて、抜け止め部１７と表層部１８とを細い首部１９で接続した構造をなし、鋳造時にはチラー２０により位置決めされた状態でチラー２０とともに鋳ぐるまれる。

なお、図５に示すように、表層部１８Ａを首部１９よりも断面積の大きい形状として、この表層部１８Ａをカムノーズ部１５の広い範囲にわたって表出させて、耐摩耗性や耐面圧性を向上させるようにしても良い。

このような本実施例によれば、高硬度材１６における表層部１８と抜け止め部１７とを繋ぐ首部１９が抜け止め部１７よりも細いために、抜け止め部１７が首部１９を通り抜けることが物理的に不可能であり、高硬度材１６の脱落を確実に防止することができる。

また、カムノーズ部１５の中でも特に高い面圧が要求される頂部の付近にのみ、高硬度材１６の表層部１８を表出させることによって、その耐摩耗性や耐面圧性を効率的に向上することができる。しかも、高硬度材１６を鋳造時に鋳ぐるんでいるために、例えば周知の焼嵌め工法や圧入工法により鋳造後のカムの外周に高硬度材を固定する場合に比して、製造作業の簡素化や製造コストの低減化を図ることができる。更に、カムノーズ部１５の耐摩耗性や耐面圧性を向上するためのチラー２０を利用して、鋳造時に鋳ぐるまれる高硬度材１６を所定位置に良好に保持することができ、既存の鋳造設備に大きな変更を加える必要がないので、その適用が極めて容易である。

両側に動弁カム１２が配置されるポンプ駆動カム１３に対し、上記の焼嵌めや圧入工法により鋳造後に高硬度材を固定するためには、高硬度材が動弁カム１２を通り抜けることができるように、高硬度材の内径を少なくとも動弁カム１２の外径よりも大きく設定する必要があり、ポンプ駆動カムの大型化を招いてしまう。これに対して本実施例のようにポンプ駆動カム１３に対して高硬度材１６を鋳造時に鋳ぐるむ場合には、両側の動弁カム１２の外径による制約を受けることがないので、ポンプ駆動カム１３の外径を例えば動弁カム１２の外径以下に縮小することが可能であり、小型化・軽量化を図ることができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、高硬度材の形状に関しては、抜け止め部と表層部との間に部分的に細くなった首部が存在するものであれば良く、図示実施例の形状や寸法に限定されるものではない。

本発明の一実施例に係るカムシャフトを示す側面図。 上記カムシャフトの動弁カムを示す断面図。 上記動弁カムを中間鋳造品の状態で示す断面図。 上記カムシャフトの補機駆動カムを示す断面図。 上記実施例に係る高硬度材の他の形状例を示す要部断面図。

符号の説明

１０…カムシャフト
１２…動弁カム
１３…補機駆動カム
１５…カムノーズ部
１６…高硬度材
１７…抜け止め部
１８…表層部
１９…首部
２０…チラー

Claims (6)

1. カムシャフトのカムに高硬度材が鋳ぐるまれており、この高硬度材が、上記カムの内部に形成される抜け止め部と、上記カムのカムノーズ部に表出する表層部と、上記抜け止め部と表層部とを接続する首部と、を有し、上記抜け止め部の断面積を首部の断面積よりも大きく設定したことを特徴とするカムシャフト。
2. 上記カムノーズ部がチル化されていることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。
3. 上記カムシャフトには、補機駆動カムの両側に動弁カムが設けられており、少なくとも補機駆動カムに上記高硬度材が鋳ぐるまれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカムシャフト。
4. 上記表層部がカムノーズ部の広い範囲にわたって表出するように、この表層部を首部よりも断面積の大きい形状とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカムシャフト。
5. カムシャフトのカムのカムノーズ部をチル化するためのチラーに高硬度材を装着した状態で、上記チラーとともに高硬度材を鋳ぐるんだ中間鋳造品を鋳造する鋳造工程と、
   上記カムノーズ部が表出するように中間鋳造品を切削して、このカムノーズ部に高硬度材の一部を表出させる切削工程と、
   を有することを特徴とするカムシャフトの製造方法。
6. 上記高硬度材が、上記カムの内部に形成される抜け止め部と、カムノーズ部に表出する表層部と、上記抜け止め部と表層部とを接続する首部と、を有し、上記抜け止め部の断面積を首部の断面積よりも大きく設定したことを特徴とする請求項５に記載のカムシャフトの製造方法。

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