JP6988330B2 - スプロケット及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、バルブタイミング制御装置に用いるスプロケット及びその製造方法に関する。

従来、エンジンのクランクシャフトと同期回転するスプロケットと、カムシャフトとの組付け角の位相を制御することにより、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを可変制御するバルブタイミング制御装置が提供されている（特許文献１、２を参照）。バルブタイミング制御装置は、内周側に複数のベーンが突設され、スプロケットおよびプレートにより密封されて固定されたハウジングと、各ベーン間を進角作動室及び遅角作動室に隔成する複数のベーンを外周側に有し、カムシャフトの端部に固定されたベーン部材とを有し、進角作動室及び遅角作動室に油圧が選択的に供給されて位相が制御される。

バルブタイミング制御装置では、ベーン部材に設けられたロックピンがスプロケットに形成されたストッパ穴部に嵌合することにより、エンジン始動時の位相を最遅角とするように制御している。ストッパ穴部には、耐摩耗性を確保するために溶製材のスリーブが圧入されている。近年、最遅角と最進角との中間位置での始動位相の固定を可能とするようなロック機構が求められている。このため、中間位置で固定できるような異形状のストッパ穴部が提案されている。

一方、粉末冶金法において、金型の壁面に潤滑剤を塗布することにより、従来の原料粉末に潤滑剤を混入する粉末潤滑成形法よりも高密度の成形体を実現することができる金型潤滑成形法が提供されている（特許文献３を参照）。また、分割した金型機構を使用することにより、成形体の各部分を一体に成形する技術も提供されている。

特願２０１７−５７７４２号公報 特願２００２−７０５１２号公報 国際公開第２０１６／１５２７７８号

中間位置で固定できるような異形状のストッパ穴部において、耐摩耗性を確保するためには異形状に適合するようなスリーブが必要となるが、このようなスリーブは高価であった。また、スリーブを廃止して耐摩耗性を確保するためにストッパ穴部に部分高周波やレーザ焼入を施すことがあったが、熱処理工程が増加する上に、耐摩耗性が満足できないこともあった。

この発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、異形状のストッパ穴部が形成されたスプロケットについて、ストッパ穴部の耐摩耗性を確保するために圧入するスリーブを必要とすることなく、ストッパ穴部の熱処理工程も必要なく、ストッパ穴部に十分な耐摩耗性を有するようなスプロケット及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、この出願に係るスプロケットは、バルブタイミング制御装置に用いるものであって、鉄系焼結合金から構成され、スプロケットの軸に直交する面内において軸を中心とする所定半径の円周に沿って所定径の小円が所定角度にわたり移動して形成された異形状の断面を有するストッパ穴部が一方の面に所定深さで形成され、所定の密度を有する低密度部と、少なくともストッパ穴部の周囲を含み、低密度部より密度の高い高密度部とから構成されている。

高密度部は、７．４Ｍｇ／ｍ^３以上であってもよい。ストッパ穴部は、第１深さを有する部分と、第１深さよりも大きい第２深さを有する部分を含んでもよい。ストッパ穴部は、高密度部の一部材から形成されていてもよい。

この出願に係るスプロケットの製造方法は、バルブタイミング制御装置に用いるスプロケットの製造方法であって、スプロケットは鉄系焼結合金から構成され、スプロケットの軸に直交する面内において軸を中心とする所定半径の円周に沿って所定径の小円が所定角度にわたり移動して形成された異形状の断面を有するストッパ穴部が一方の面に形成され、所定の密度を有する低密度部とともに、低密度部より密度が高く、少なくともストッパ穴部の周囲を含む高密度部を形成する工程とを含んでいる。

低密度部及び高密度部を形成する工程は、分割された金型機構を用いて実施してもよい。低密度部及び高密度部を形成する工程は、金型潤滑成形を用いてもよい。

この発明によると、異形状のストッパ穴部が形成されたスプロケットについて、ストッパ穴部にスリーブを圧入する必要なく、ストッパ穴部を熱処理をする必要もなく、ストッパ穴部の耐摩耗性を確保することができる。

本実施の形態のスプロケットを示す上面図である。 本実施の形態のスプロケットを示す側面図である。 本実施の形態のスプロケットを示す斜視図である。

以下、本実施の形態のスプロケット及びスプロケットの製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態のスプロケットを示す上面図である。図２は、本実施の形態のスプロケットを示す側面図である。図３は、本実施の形態のスプロケットを示す斜視図である。

図１から図３に示すように、本実施のスプロケット１０は、一軸について、軸方向に所定厚さを有し、軸を中心として所定の径を有する内周面と、所定の径を有する外周面によって規定されている。外周面には、所定形状を有する歯１１が形成されている。

スプロケット１０の一方の面には、軸を中心とした所定の径を有する円周に沿って所定の径を有する小円が所定角度にわたり移動して形成された異形状の断面を有するストッパ穴部１３が形成されている。この異形状のストッパ穴部１３の断面形状は、「まゆ形状」と称されることもある。ストッパ穴部１３は、スプロケット１０の一方の面に形成され、軸について対称になるように２箇所に形成されてもよい。

ストッパ穴部１３は、前記小円が軸について半時計回りに所定の角度にわたり第１深さで形成した第１底面１３ａと、第１底面の形成に続いて半時計回りに所定の角度にわたり第１深さよりも深い第２深さで形成した第２底面１３ｂとを有している。ストッパ穴部１３は、第１深さの第１底面１３ａと、第２深さの第２底面１３ｂを有するため、底面に段差が形成されている。スプロケット１０は、このようなストッパ穴部１３の段差によって、ストッパ穴部１３に挿入されるロックピンを２段階で固定することを可能にしている。したがって、ストッパ穴部１３は、最遅角だけではなく、最遅角と最進角との中間位置での始動位相の固定を可能にしている。

スプロケット１０には、軸Ｌと平行に一方の面から他方の面に貫通する複数の通孔１２が形成されている。この通孔１２は、図示しないボルト及びナットを通すことによって、スプロケット１０をバルブタイミング制御装置の図示しないハウジングに密封して固定することを可能にしている。

本実施の形態のスプロケット１０は、鉄系焼結合金によって形成されている。詳しくは、所定の密度を有する低密度部１０ａと、少なくともストッパ穴部１３の周囲を含む、低密度部よりも密度の高い高密度部１０ｂから構成されている。図１に示すように、内周面及びストッパ穴部１３から所定距離までの範囲が高密度部１０ｂから構成されてもよい。高密度部１０ｂは、これに限らず、ストッパ穴部１３の周囲を含むものであればよい。

鉄系焼結合金は、熱処理を施す場合と、熱処理を施さない場合（熱処理レス）について、それぞれ適切な材料を選択することができる。熱処理は、焼結により焼結部品を製造した後で、さらに焼き戻し等の所定の工程を実施することにより所望の性質を確保するものである。

熱処理を実施する場合、低密度部１０ａ及び高密度部１０ｂには、ともにＦｅ−０．５Ｎｉ−０．５Ｍｏ−Ｃ系材を使用することができる。Ｆｅ−０．５Ｎｉ−０．５Ｍｏ−Ｃ系材は、ニッケル、モリブデン、マンガン及び炭素を含み、残部が鉄によって構成されている。

低密度部１０ａは、密度が７．４Ｍｇ／ｍ^３に達しなければよい。低密度部１０ａは、Ｆｅ−０．５Ｎｉ−０．５Ｍｏ−Ｃ系材に限らず、密度が７．４Ｍｇ／ｍ^３に達しないような適切な鉄系焼結金属であってもよい。高密度部１０ｂは、密度が７．４Ｍｇ／ｍ^３以上であればよい。高密度部１０ｂは、Ｆｅ−０．５Ｎｉ−０．５Ｍｏ−Ｃ系材に限らず、密度が７．４Ｍｇ／ｍ^３以上の適切な鉄系焼結金属であってもよい。

熱処理を実施しない場合（熱処理レス）、低密度部１０ａ及び高密度部１０ｂには、ともにＦｅ−３Ｃｒ−０．５Ｍｏ−１Ｃｕ−Ｃ系材を使用することができる。この場合にも、低密度部１０ａは密度が７．４Ｍｇ／ｍ^３に達しなければよく、高密度部１０ｂは密度が７．４Ｍｇ／ｍ^３以上であればよい。また、低密度部１０ａ及び高密度部１０ｂは、Ｆｅ−３Ｃｒ−０．５Ｍｏ−１Ｃｕ−Ｃ系材に限らず、適切な鉄系焼結金属であってもよい。

本実施の形態のスプロケット１０は、ストッパ穴部１３の周囲が、鉄系焼結金属により密度が７．４Ｍｇ／ｍ^３以上になるように形成されている。したがって、十分な耐摩耗性が確保され、ストッパ穴部１３へのスリーブの圧入や、部分高周波やレーザ焼入の必要がない。

本実施の形態のスプロケット１０の製造方法においては、分割した金型機構を使用し、低密度部１０ａ及び高密度部１０ｂを同時に成形する。分割した金型機構を使用することにより、低密度部１０ａ及び高密度部１０ｂから構成されるスプロケット１０を一体として形成することができる。

本実施の形態では、密度７．４Ｍｇ／ｍ^３以上を得るために原料内の潤滑剤を通常に比べて少なくしている。このため、低密度部１０ａ及び高密度部１０ｂは、ともに金型潤滑成形により成形する。金型潤滑成形は、金型の壁面に潤滑剤を塗布し、原料内の潤滑剤が通常より少なくても原料粉末を成形することができる。

本実施の形態では、分割した金型機構を使用することにより、所望の部分を高密度化することができるため、成形時の加圧力不足を解消し、かつ軽量化が可能である。

１０ スプロケット
１０ａ 低密度部
１０ｂ 高密度部
１３ ストッパ穴部

Claims (7)

1. バルブタイミング制御装置に用いるスプロケットであって、
   鉄系焼結合金から構成され、スプロケットの軸に直交する面内において前記軸を中心とする所定半径の円周に沿って所定径の小円が所定角度にわたり移動して形成された異形状の断面を有するストッパ穴部が一方の面に所定深さで形成され、
   所定の密度を有する低密度部と、前記軸に対向する内周面から所定の範囲と前記ストッパ穴部の周囲の所定の範囲とを含み、前記低密度部より密度の高い高密度部とから構成され、前記内周面から所定の範囲と前記ストッパ穴部の周囲の所定の範囲とは連結されているスプロケット。
2. 前記高密度部は、７．４Ｍｇ／ｍ３以上である請求項１に記載のスプロケット。
3. 前記ストッパ穴部は、第１深さを有する部分と、前記第１深さよりも大きい第２深さを有する部分を含む請求項１又は２に記載のスプロケット。
4. 前記ストッパ穴部は、前記高密度部の一部材から形成された請求項１から３のいずれか一項に記載のスプロケット。
5. バルブタイミング制御装置に用いる鉄系焼結合金から構成されたスプロケットの製造方法であって、
   金型機構を用いて、前記スプロケットの軸に直交する面内において前記軸を中心とする所定半径の円周に沿って所定径の小円が所定角度にわたり移動して形成された異形状の断面を有するストッパ穴部が一方の面に形成されるように、所定の密度を有する低密度部とともに、前記低密度部より密度が高く、少なくとも前記ストッパ穴部の周囲を含む高密度部とから構成された成形体を形成する工程と、
   前記成形体を焼結する工程と
   を含み、
   前記高密度部は、前記軸に対向する内周面から所定の範囲と前記ストッパ穴部の周囲の所定の範囲とを含み、前記内周面から所定の範囲と前記ストッパ穴部の周囲の所定の範囲とは連結されている製造方法。
6. 前記低密度部及び前記高密度部を形成する工程は、分割された金型機構を用いて実施する請求項５に記載の製造方法。
7. 前記低密度部及び前記高密度部を形成する工程は、金型潤滑成形を用いる請求項５又は６に記載の製造方法。

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