JP2611758B2 - アルミニウム合金製カムシヤフト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野 本発明は内燃機関の動弁機構に用いられるアルミニウ
ム合金製カムシャフトに関する。

b. 従来の技術 第１図は自動車エンジンの動弁機構に用いられるカム
シャフトの一例を示し、ａはカム部,bはジャーナル部で
ある。このようなカムシャフトには、鋳造により一体成
形したものや、鍛造により個々に成形した構成部分を組
み合せて、溶接などにより一体にしたものなどがある。
また、一本の金属管を用い、これをバルジ成形によって
カム部，ジャーナル部などを同時に成形する方法などが
知られている。

c. 発明が解決しようとする問題点 前記の方法により製造されるカムシャフトのうち、鋳
鉄（ねずみ鋳鉄,FC30など）によって鋳造されるもの
は、鉄の比重が大きいため、その総重量が重くなるとい
う問題点がある。そのため、第２図に示すように内部を
一部中空化したものが実用化されているが、必ずしも充
分な軽量化は計られていない。

一方、軽量化の目的でアルミナ焼結体によるセラミッ
クス・カムシャフトが考えられるが、セラミックス焼結
体で作成した摺動面の表面総には、焼結体自身の有する
気孔率が１％程度で、潤滑油の保持部となるべき凹部が
ほとんどなく、実際には使用できないという問題点があ
る。また、アルミナの特質として摺動面近傍において
は、アルミナの分子構造中に水酸基（−OH）が形成され
ていて、親油性でないため、潤滑油の保持能力が極めて
劣るという問題点がある。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記従来
技術の問題点を解消してアルミニウム合金製カムシャフ
トを提供しようとするものである。

d. 問題点を解決するための手段 本発明は前記問題点を解決するため、カム部を含むカ
ムシャフトをアルミニウム合金で一体に製作し、その表
面に対し、Ni又はNi−Ｐを主成分とするマトリックス
に、微粒子を分散してなる分散メッキを施したものであ
る。

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明
する。

本発明に係るカムシャフトは、第１図に示すような中
実構造とし、これをアルミニウム合金、またはその鋳物
によって製作するものである。

用いられるアルミニウム合金は、従来のカムシャフト
と同等の機械的強度がえらる組成のものであればよく、
たとえば、従来の鋳鉄（FC30など）を用いて製作した最
小肉厚4mmの中空構造のカムシャフトに対して、これと
同形であって中実構造のアルミニウム合金鋳物（たとえ
ばAC4C−T6）を用いることによって、ほぼ同等の機械的
強度のものがえられ、かつ鋳造性，加工性についても問
題のないことが判った。

次に前記アルミニウム合金鋳物（AC4C−T6）によるカ
ムシャフトは機械的強度は得られたが、その表面硬さが
ブリネル硬さで約90であり、これを摺動面のあるカムシ
ャフトにそのまま用いるには問題がある。そこで本発明
者等はアルミニウム合金鋳物によるカムシャフトの表面
に、特殊の耐摩耗性の表面処理層を施すこと、すなわ
ち、分散メッキを施すことによって従来のカムシャフト
と性能的にほとんど変わらず、しかも軽量化された本発
明のカムシャフトを完成したのである。

本発明のカムシャフトに用いる分散メッキは、カムシ
ャフト表面に生成した金属マトリックス中に、微粒子を
共析させたもので、金属マトリックスの性質と、微粒子
固有の性質とが付加された新しい機能を発揮する表面処
理層である。

前記微粒子としては、硬質微粒子として炭化珪素（Si
C），アルミナ（Al₂O₃），窒化珪素（Si₃N₄），ダイヤ
モンド（Ｃ）等があり、また潤滑性微粒子として窒化硼
素（BN），セリライト，テフロン等がある。

なお、セリサイトは白雲母の一変種のフイロケイ酸塩
で、白色、絹光沢から真珠光沢を呈し、香粧品の増量剤
や、陶磁器用原料などに用いられるものである。また、
テフロンは四弗化エチレンCF₂＝CF₂の重合体である。

また、金属マトリックスとしては、ニッケル（Ni），
銅（Cu），ニッケル−コバルト（Ni−Co），ニッケル−
リン（Ni−P,電解あるいは無電解によるもの）などがあ
り、カムシャフトの表面被膜としては、このうち、Ni,N
i−Co,Ni−Ｐが好ましい。

以上の共析微粒子と金属マトリックスの組合せとして
硬質微粒子を使用した場合は、Ni−SiC,Ni−Ｐ−SiC,Ni
−Co−SiC,Ni−Al₂O₃,Ni−Ｐ−Al₂O₃Ni−Co−Al₂O₃,Ni
−Si₃N₄,Ni−Ｐ−Si₃N₄,Ni−Co−Si₃N₄,Ni−ダイヤモン
ド,Ni−Ｐ−ダイヤモンド,Ni−Co−ダイヤモンド等の分
散メッキが適用できる。

また自己潤滑性微粒子を使用した場合は、Ni−BN,Ni
−Ｐ−BN,Ni−Co−BN,Ni−セリサイト,Ni−Ｐ−セリサ
イト,Ni−Co−セリサイト,Ni−テフロン,Ni−Ｐ−テフ
ロン,Ni−Co−テフロン等の分散メッキが適用できる。

ここで、カムシャフトにアルミニウム合金鋳物（AC4C
−T6）を用いて、これに硬質微粒子として、たとえばSi
Cを分散材としたNi−Ｐ−SiC分散メッキ被膜を表面に施
すと、Ni−Ｐマトリックス自体で、マイクロビッカース
硬度700（Hmv）前後となり、硬度においては従来のFC30
のカムシャフトと同等以上の値がえられる。しかもNi−
Ｐ−SiC分散メッキ被膜にはSiC粒子が共析しているた
め、カムシャフトの回転にともなって、相手側のロッカ
ーアームとの間断のない接触抵抗に対しても、このSiC
粒子が耐摩耗性を発揮して、カムシャフト表面の硬さを
補強し、かつ維持し続けるため、カム面の摩耗は全く生
じることがない。

また、アルミニウム合金鋳物（AC4C−T6）のカムシャ
フトにNi−Ｐ−BN分散メッキ被膜を施した場合も同様な
硬度がえられるとともに、そこに自己潤滑性であるBNが
共析されているため、この被膜は潤滑性を発揮し、カム
シャフトの回転に対するロッカーアームの摺動が極めて
滑らかになる。

e. 実施例 （１） 第１図に示す四輪自動車用カムシャフトをアル
ミニウム合金鋳物（AC4C−T6）で製作した。このカムシ
ャフト表面に硬質微粒子を分散材とするNi−Ｐ−SiC分
散メッキを施したあとメッキ面を研磨し、メッキ厚さを
70μｍとした。その結果、このカムシャフトの重量は0.
7kgとなり、同一形状のFC30の重量に対し約66％の軽量
化率がえられた。

次にこのカムシャフトをエンジンに組込み、1000rpm,
400時間の条件で耐久試験を実施したが、耐久試験中、
何等の問題も発生しなかった。耐久試験終了後、エンジ
ンを分解し、カムシャフトを調査したところ、母材内部
には何等異常はなく、または分散メッキの施されたシャ
フト表面の摩耗量は、従来の鋳鉄（FC30）による場合の
1/5であり、極めてよい結果がえられた。さらにNi−Ｐ
−SiC分散メッキの密着性も良好であり、剥離等のトラ
ブルも皆無であった。

（２） 実施例（１）と同じ材料のカムシャフト表面
に、自己潤滑性微粒子を分散材とするNi−Ｐ−BN分散メ
ッキを施したあと、メッキ面を研磨し、メッキ厚を70μ
ｍとした。

このカムシャフトをエンジンに組み込み、実施例１と
同じ条件で耐久試験を実施したが、ほぼ同様な結果がえ
られた。

f. 発明の効果 以上のように、本発明に係るカムシャフトによれば、
充分な強度のものがえられるとともに、従来の鋳鉄製カ
ムシャフトに比較して60〜70％の軽量化が可能となっ
た。

また、本発明に係るカムシャフトは、その表面にたと
えばNi−Ｐ−SiC分散メッキを施した場合、従来のFC30
のカムシャフトと同等以上の表面硬さが得られ、さらに
SiCの粒子により、さらに硬度が補強され、かつ持続で
きる。

また、潤滑性微粒子を含む、たとえばNi−Ｐ−BN分散
メッキを施した場合、従来のFC30のカムシャフトと同等
以上の表面硬さが得られるとともに、カムシャフトの回
転とカッカーアームの動きが極めて滑らかとなり、機械
損失が減少し、燃費の節約と円滑な作動がえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中実構造のカムシャフトの説明図、第２図は中
空構造のカムシャフトの説明図である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カム部を含むカムシャフトをアルミニウム
   合金で一体に製作し、その表面に対し、Ni又はNi−Ｐを
   主成分とするマトリックスに、微粒子を分散してなる分
   散メッキを施したことを特徴とするアルミニウム合金製
   カムシャフト。
2. 【請求項２】微粒子にSiC,Al₂O₃,Si₃N₄,ダイヤモンド等
   の硬質微粒子を用いたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載のアルミニウム合金製カムシャフト。
3. 【請求項３】微粒子にBN,セリサイト，四佛化エチレン
   の重合体等の自己潤滑性微粒子を用いたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のアルミニウム合金製カ
   ムシャフト。