JP3122298B2 - カムシャフト及びその製造方法 - Google Patents

カムシャフト及びその製造方法

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JP3122298B2 JP05352764A JP35276493A JP3122298B2 JP 3122298 B2 JP3122298 B2 JP 3122298B2 JP 05352764 A JP05352764 A JP 05352764A JP 35276493 A JP35276493 A JP 35276493A JP 3122298 B2 JP3122298 B2 JP 3122298B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カムシャフト及びその
製造方法に関し、特に詳述すれば、内燃機関用の複合カ
ムシャフトとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関用のカムシャフトは、一般に
は、鋳鉄製のものが用いられる。しかし、近年の内燃機
関の高出力、高速化は、カムシャフトのカムピースのカ
ムロブ部にこれ迄以上の耐摩耗性を要求する。カムピー
スの耐摩耗性改善のため複合カムシャフトが提案され
る。複合カムシャフトは、特開昭60−240363号
公報に開示される如く、粉末焼結合金からなるリング状
のカムピースを、鋳型内に配置し、シャフト部の鋳造時
に、カムピースをシャフト部に固定させる構成を有す。
即ち、複合カムシャフトは、粉末焼結合金からなるカム
ピースと、鋳鉄やアルミ合金からなるシャフト部とから
構成される。
【0003】このような複合カムシャフトは、カムピー
ス部の耐摩耗性が優れているので、高出力、高速機関に
適するが、カムピースとシャフト部とが、鋳造時の溶融
金属の凝固収縮により、強固な結合関係とならない。こ
のため、特開平1−278950号公報、実開昭58−
42308号公報や特開昭61−115657号公報に
開示される改良が、カムピースとカムシャフト部との結
合部に施される。この結果、カムピースとカムシャフト
部との結合強度は相当に高くなっている。
【0004】一方、カムピースを粉末焼結合金で成形す
ることは、粉末合金の量が多く、コスト高となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】粉末合金の量を少くし
て、カムシャフトのコストを下げるには、カムピースの
肉厚を少くするか、大応力の作用するカムロブ部のみを
焼結合金とすればよい。前者の場合、カムピースの強度
を落し、安全に問題を残すので好ましくない。後者の場
合、カムピース本体とカムロブ部との相対的位相角度の
ずれやカムシャフトの軸心に対するカムロブ部の正しい
寸法精度の確保が困難等の理由により、実用化に至って
いない。
【0006】本発明は、カムピースの一部を焼結合金で
成形することを可能にする手段を開発し、コスト的に有
利にして且つ耐摩耗に優れたカムシャフトとその製造法
を提供することを、解決すべき課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するために、焼結合金からなるカムロブの少くと
も一側面に凸部又は凹部を設け、この部分が鋳型用砂を
つかむ手段を基本的に用いる。この砂はカートリッジの
形態や差し込み用鋳型の形態でもよい。
【0008】本発明は、具体的には、金属溶湯により成
形されたカムシャフト部および該カムシャフト部と一体
のカムピースを有し、該カムピースがカムシャフト部と
同材質のカム本体と、粉末焼結合金からなるカムロブと
を備え、該カムロブの少くとも一側面に凹部若しくは凸
部又は凸部の切除をした部分を形成することを特徴とす
るカムシャフトを提供する。
【0009】さらに、本発明は、焼結合金からなり且つ
その少くとも一側面に凹部又は凸部を有するカムロブを
鋳枠内のカムシャフトとカム本体の模型にセットするこ
と、鋳枠内に鋳型を作ること、模型を抜型した上下鋳型
内に注湯すること、および鋳型より焼結合金からなるカ
ムロブ付きのカムシャフトを取出すことよりなるカムシ
ャフトの製造方法を提供する。
【0010】加えて、本発明は、焼結合金からなり且つ
その少くとも一側面に凹部又は凸部を有するカムロブを
カートリッジ用枠内のカムシャフトとカム本体の模型に
セットすること、カートリッジ用枠内に鋳型用砂により
カートリッジ型を作り模型を外すこと、上下カートリッ
ジ型をカムシャフト部模型とともに鋳枠内に配し鋳型用
砂により鋳型を作りカムシャフト模型のみを外すこと、
カートリッジ型を内部に有する上下鋳型内に注湯するこ
と、および鋳型よりカムシャフトを取出すことよりなる
カムシャフトの製造方法を提供する。カートリッジ型を
差し込み用鋳型とすることができる。
【0011】
【作用】カムロブの少くとも一側面に設けた凸部又は凹
部が鋳砂に喰い込み、カムロブを模型に対して正しい位
置取りとさせる。このため、鋳造したカムシャフトのカ
ムピースの寸法精度はきわめて高い。凸部又は凹部付き
のカムロブをカートリッジ型や差し込み用鋳型に配し、
各カムピースの位相角を任意の角度に精度高く保つこと
もできる。
【0012】
【実施例】図1にカムシャフト1の一部を示す。カムシ
ャフト1は、カムシャフト部2と、カムピース3とを少
くとも有す。4はカムジャーナル部である。カムピース
3は、カムシャフト部2と同材質で鋳造されたカム本体
5と、焼結合金からなるカムロブ6、7とからなる。カ
ムロブ6、7は、たとえば、化学成分重量%でC:1.5
〜3.5%、P:0.5〜3.0%、Cr:5.0〜15.0%、M
o:0.5〜3.0%、Ni:1.0〜3.5%よりなる粉末合金
を圧粉成型し1100℃〜1200℃で焼結して形成す
る。勿論、他の粉末合金を焼結させて、カムロブ6を成
形してもよい。カムロブ6は、図2に示す如く、カムシ
ャフト部2に接する半円部8を有し、その両端9が18
0度(角度)の関係となっている。カムロブ6の少くと
も一側面、好ましくは、両側面に、凹部10を設ける
か、凸部11を設ける。カムロブ7は、図5−図7に示
す如く、カムシャフト部2に接する円弧部12を有し、
その両端13は、角度にして180度以内の関係とす
る。その側面に凹部10又は凸部11を有す。
【0013】図8−図10に示す如く、型枠14内にカ
ムシャフト模型15を配し、この模型15に、焼結合金
からなるカムロブ6、7を配す。カムロブ6、7の端面
9、13には後述する鋳造シャフト部との結合を強固に
するための溝や突出部等の公知手段を適用させるとよ
い。図8の上型、図9の下型をセットした後、シェル砂
をブロー又は自然落させて充填、280℃の温度で2分
間加熱し、鋳型砂を固定した後抜型をする。カムロブ
6、7の凹部10又は凸部11が鋳型砂に固定され、カ
ムロブ6、7の動きが阻止される。
【0014】図11を参照する。図8と図9の型枠14
から抜型した上鋳型16を下鋳型17とを、見切線18
に沿って接着剤に固定し、鋳型空間19を作る。この鋳
型空間19にFC250材相当の溶湯を1400℃〜1
550℃で流し込むとカムロブとシャフト部が溶着した
カムシャフトが得られる。シェル型だけでなく他の有機
自硬性鋳型やCO2 型のような無機自硬性鋳型でも本方法
は、可能である。凹部10から砂をとり、又、凸部11
を切除して完成カムシャフトとする。勿論、凸部11を
切除しなくてもよい。
【0015】図12−図14にカートリッジ型20を示
す。このカートリッジ型20は、カムシャフト1の一部
を模した模型に、カムロブ6、7をセットし、図8と図
9で説明した手法と同手法でシェル砂をブローし、28
0℃、2分間の加熱をなして、砂を固定させ、抜型をし
て上下型を接着で固定してカートリッジ型20を作る。
カートリッジ型20の適所に突出部21を形成する。カ
ートリッジ型20とカムシャフト部の模型とを、図8と
図9に示す如き型枠内に配し、シェル砂をブローし、2
80℃の温度で2分間加熱する。砂の固定後、上下型枠
より型抜きし、上下鋳型22、23を接着剤で結合し、
図14の如き、鋳型空間24を有するシェル型とする。
カートリッジ型の砂と上下鋳型22、23を作る砂とは
一体化する。この鋳型空間24にFC250材相当の溶
湯を1400℃〜1550℃で流し込むとカムロブとシ
ャフト部が溶着したカムシャフトが得られた。シェル型
だけでなく他の有機自硬性鋳型やCO2 型のような無機自
硬性鋳型でも本方法は、可能である。カートリッジ型2
2、23の突出部21は、上下鋳型22、23の砂にく
い込み、シェル砂ブロー中のカートリッジ型20の動き
を阻止し、各カートリッジ型20間の相対的位置関係を
正しく保つのに有効である。
【0016】図15と図16に示す如く、焼結合金のカ
ムロブ6、7が見切り線に位置するときには差し込み用
鋳型25を用いるとよい。図18に示す如き差し込み用
鋳型25を、図12と図13に示したカートリッジ型2
0と同手法で構成する。差し込み用鋳型25は、カート
リッジ型20の上型又は下型の何れかに相当する。24
は鋳型空間である。図17に示す如く、カートリッジ模
型枠26内にカムシャフト模型27と焼結合金のカムロ
ブ7並びに差し込み用鋳型の半体に相当する差し込み用
模型28を配し、シェル砂をブローし、280℃の温度
で2分間加熱し、砂を固定させる。上下の型29、30
を成形し、抜型し、差し込み用模型を抜型した空間に差
し込み用鋳型25を挿入し、上下型29、30の見切線
31を接着剤で固定させる(図19参照)。このように
構成した差し込み用鋳型25を内包するカートリッジ2
0を、カムシャフト模型と共に造型し、図14に示す如
き鋳型を得る。この鋳型の鋳型空間24に注湯して、カ
ムシャフトを得る。本例においても、カムロブ6、7の
凹部10又は凸部11が、カートリッジ型20に強固に
くい込み、造型時や注湯時のカムロブ6、7の動きを阻
止する。
【0017】本発明の方法は、シェル型だけでなく一層
造型スピードが早い生砂型にも適用できる。本発明の方
法によって製造されたカムシャフトは、表1の結果が得
られ、鋳型の造型生産性及びカム研磨サイクルも短縮さ
れ大幅なコスト低減が図れることが分る。
【0018】
【表1】
【0019】
【効果】以上述べたように本発明によるカムシャフトの
製造方法によれば、焼結合金カムロブのカムロブ粉末の
重量軽減が図られ、カムロブに凹凸形状を付けることに
よって、カムロブが鋳型に精度良くセットされ固定化が
可能であり、またカートリッジ化することによって有機
・無機自硬性鋳型ばかりでなく生砂型によっても製造可
能であり、さらには、カム位相角がずれた場合単純な見
切り線でもって鋳型の分割が可能であり、カムロブが精
度良くセットされた鋳型の製造が可能となる。焼結合金
のカムロブのコスト低減や鋳型造型工数も削減でき生産
性がアップする結果が得られる。また、カムシャフトと
しての軸曲りやカム位相角のずれが少ないことから、カ
ム研磨取り代が少なくでき研磨工数も生産性がアップす
る効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】カムシャフトの一部の斜視図である。
【図2】カムロブの一例の正面図である。
【図3】凹部付きカムロブの断面図である。
【図4】凸部付きカムロブの断面図である。
【図5】カムロブの別の例の正面図である。
【図6】凹部付きカムロブの断面図である。
【図7】凸部付きカムロブの断面図である。
【図8】型枠に模型とカムロブを配した図である。
【図9】図8と同じ図、但し下型用の図である。
【図10】型枠内の模型とカムロブを示す断面図であ
る。
【図11】鋳型内の鋳型空間を示す断面図である。
【図12】カートリッジ型の断面図である。
【図13】カートリッジ型の断面図である。
【図14】カートリッジ型を有する鋳型の断面図であ
る。
【図15】見切り線上にカムロブが位置する例の正面図
である。
【図16】見切り線上にカムロブが位置する別の例の正
面図である。
【図17】差し込み用模型を使う型枠の断面図である。
【図18】差し込み用鋳型の斜視図である。
【図19】差し込み鋳型を有するカートリッジ型の正面
図である。
【符号の説明】
1 カムシャフト 2 カムシャフト部 3 カムピース 5 カム本体 6、7 カムロブ 10 凹部 11 凸部 14 型枠 15、27 模型 19 鋳型空間 20 カートリッジ型 21 突出部 24 鋳型空間 25 差し込み用鋳型 28 差し込み用模型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F16H 53/02 F16H 53/02 A (72)発明者 坂 勉 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 藤原 昭 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 山田 範之 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−219042(JP,A) 特開 平3−5063(JP,A) 特開 昭63−10066(JP,A) 特開 昭62−134160(JP,A) 特開 昭61−115660(JP,A) 特開 昭60−33303(JP,A) 特開 昭58−2404(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 19/00 B22C 9/02 103 B22C 9/22 B22F 3/02 F01L 1/04 F16H 53/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属溶湯により成形されたカムシャフト
    部および該カムシャフト部と一体のカムピースを有し、
    該カムピースがカムシャフト部と同材質のカム本体と、
    粉末焼結合金からなるカムロブとを備え、該カムロブの
    少くとも一側面に凹部若しくは凸部又は凸部の切除をし
    た部分を形成することを特徴とするカムシャフト。
  2. 【請求項2】 焼結合金からなり且つその少くとも一側
    面に凹部又は凸部を有するカムロブを鋳枠内のカムシャ
    フトとカム本体の模型にセットすること、鋳枠内に鋳型
    を作ること、模型を抜型した上下鋳型内に注湯するこ
    と、および鋳型より焼結合金からなるカムロブ付きのカ
    ムシャフトを取出すことよりなるカムシャフトの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 焼結合金からなり且つその少くとも一側
    面に凹部又は凸部を有するカムロブをカートリッジ用枠
    内のカムシャフトとカム本体の模型にセットすること、
    カートリッジ用枠内に鋳型用砂によりカートリッジ型を
    作り模型を外すこと、上下カートリッジ型をカムシャフ
    ト部模型とともに鋳枠内に配し鋳型用砂により鋳型を作
    りカムシャフト模型のみを外すこと、カートリッジ型を
    内部に有する上下鋳型内に注湯すること、および鋳型よ
    りカムシャフトを取出すことよりなるカムシャフトの製
    造方法。
  4. 【請求項4】 カートリッジ型が差し込み用鋳型である
    請求項3記載のカムシャフトの製造方法。
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JP4793438B2 (ja) * 2008-12-24 2011-10-12 トヨタ自動車株式会社 カムシャフトの鋳造方法、およびカムシャフト用鋳型
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