JPS5937216A

JPS5937216A - 焼結接合カムシヤフト

Info

Publication number: JPS5937216A
Application number: JP14799482A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Suganuma; 菅沼　徹哉; Kouji Kazuoka; 数岡　幸治; Yoshitaka Takahashi; 義孝高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1984-02-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は焼結接合カムシャフトに関し、さらに詳しくは
カムシャフトのジャーナルピース、フューエルポンプ駆
動用カムピース、ギヤピース等とロッカアーム駆動用の
主カムピースの焼結材料を異ならせた高性能かつ低コス
トの焼結接合カムシャフトに関する。

従来より、カムシャフトには一体鋳造型または組立接合
型のものが知られている。このうち、接合型カムシャフ
トは、例えば第１図に示すように、鋼管等からなる軸部
材１に、所定形状の圧粉体を予備焼結してなるカムシャ
フトピース、例えばロッカアーム等を駆動する主カムピ
ース２．２゜２と、ジャーナルピース４４・・・と、７
ユーエルポンプ駆動用カムピース４と、ギヤピース５を
嵌合組付けて、全体を焼結接合してなるものである。第
２図（イ）、（ロ）にそれぞれジャーナルピース３と７
二−エルポンプ駆動用カムピース４の斜視図を示す。そ
してこれらカムシャフトシスに適した焼結金属材料が種
々開発されている。

ところで、前記ロッカアームまたはスウィングアームを
駆動する主カムピース（以下、主カムという）２とフユ
ーエルポンプを駆動するカムピース（以下、フューエル
ポンプ駆動用カムという）４とでは、前者に比較して後
者にかかる荷重が低いため、それぞれのカムに要求され
る耐摩耗性の程度が異なる。また、ジャーナルピース（
以下、単にジャーナル部という）３やギヤピース（以下
、単にギヤ部という）５も、いずれも主カムはどの耐摩
耗性は要求されない。

しかしながら、例えば特願昭５５−２７１０７号に開示
されたような高耐摩耗性焼結材料で全部の組付ピースを
形成した場合は材料コストが高くなりまた切削仕上げ加
工も困難で、ジャーナル部、ギヤ部等を切削加工する工
具の寿命が短かくなる等、種々の不都合が生じる。

本発明は上述の欠点を解消するためのもので、軸部材に
接合する各ピースの要求特性に合わせテ主カムと主カム
以外のカムシャ７トビースとを異なった材料で形成し、
これにより製造が容易で、しかも材料コストを低く押え
ることのできる焼結接合カムシャフトを提供することを
目的とするものである。

本発明焼結接合カムシャフトは、主カムピース以外のカ
ムシャフト組付ピースが、重量比でＰ　ＩＩ　１〜０．
８％、Ｍｎ［Ｌ１〜！１．０％、８ｉ口〜２．０％、Ｃ
ｕＯ〜５．０　％、ＣｒＯ〜５．０　％、ＭｏＯ〜、０
．５％、７０〜０．５％、不純物０〜２．０％、残部Ｆ
ｅからなる合金粉末と、Ｃ０，５〜＆５％となるようＹ
ｉ添加量の黒鉛と、からなる焼結合金で形成され、硬さ
がＨＶ１５０〜４００更に好ましくはＨｖ２００〜６５
０、かつ密度が６．５〜７．６７７社３であることを特
徴とするものである。

合金粉末の特に好ましい組合せは次のものである。

■　Ｐ　Ｏ，１〜０．８％、Ｍｎ０．１〜５．０　％、
ＳｉＯ〜２．０％、不純物２％以下、残部Ｆｅ ■　Ｐ　０．１〜０．８％、Ｍｎ０．１〜Ｉ　Ｏ％　、
、　Ｓｉ口〜２．０％、Ｃｕ　１−０〜５．０％、不純
物２％以下、残部Ｆｅ ■　Ｐα１〜０．８％、Ｍｎα１〜５．０　％、Ｓｉα
５〜２．０％、Ｃｒα５〜５．０％、不純物０〜２．０
％、残部Ｆｅ ■　Ｐ　０．１〜０．８　％　、ｆＶｌｌｌ　０．１〜
ｌ　Ｏ％　、Ｌ）１０．５〜２．０　％、Ｍｏ　Ｏ〜０
．５　％、Ｖｏ、１〜０，５　％、不純物０〜２．０％
、残部１ｉ”ｃ以下、本発明カムシャフトに使用する焼結金属材料の各
成分についてさらに詳しく説明する。

なお、以下の説明中、％は重量％を表わず。

Ｐはマトリックスに固溶してこれを強化し、鉄基地の拡
散を活性化さセるだけでなく、Ｆｅ。

ＣとともにＪ”　ｅ　−Ｐ　−Ｃ系の液相を生じて高密
度化し、ステダイト硬質相を形成するものであるが、０
．１％未満であるとほとんど効果が見られず、また０、
８％を越えると液相が渦層となり、炭化物、ステダイト
が異常に成長して粒界が脆化し摺動性能が劣るとともに
、被剛性も低下し、焼結時の収縮による寸法変化のばら
つきも大きくなる。

したがうて、Ｐα１〜０，８％とした。

Ｍｎは、マトリックスに固溶してこれを強化するととも
に、合金の焼入性を著しく向上させ、焼結時の冷却過程
で十分な硬さを得ることができるものであるが、０１％
未満では上記効果がほとんどなく、また五〇％を越える
と合金を噴霧合金粉とするときこの合金粉が球状化し、
硬化して粉末の圧縮性、成形性が低下するとともに、焼
結後に残留オーステナイトが増加したり、酸化により焼
結性が阻害されたりし易くなるので０．１０〜３．０％
に限定した。

８ｉは合金粉末を噴霧する際の溶湯の脱酸剤として効果
的であり、特ＶＣＣｒを含む合金粉においては０．５％
以上必要であるが、２０％を越えるとマトリックスの焼
入性が低下して硬さの低下をもたらすとともに、逆に焼
結時の酸化により焼結性が阻害されたりしやすいので２
．０％以下とした。

Ｃｕはマトリックスに固溶してこれを強化するが５．０
％を越えると寸法変化が大きくなりしかもコスト高にも
なるので好ましくない。特に好ましくは１．０〜５．０
％である。

Ｃｒは一部マトリックスに固溶してこれを強化するが、
一部はＣと結合してＭｓＣ型または一部にＭ７Ｃ３型の
硬質炭化物粒子を形成し、耐摩耗性を向上せしめるもの
である。しかじなが１：）、０．５％未満では添加効果
が少なく、５０％を越。

えて添加すると炭化物が過剰になり、市硬度になり過ぎ
て被削性が低下し、またコスト高になり好ましくない。

したがって、Ｃｒを添加する場合は０．５〜５．０％と
した。

ＭｏＧ、ＬＣｒと同様にマトリックスを強化するととも
に炭化物形成に寄与するが、０，５％を越えて添加する
と硬さが高くなり過ぎ、被削性が低下するとともにコス
ト高となるので０，５％以下とした。

■は微細炭化物を析出させてマトリックスを強化するが
、０１％未個では効果がなく０．５％を越えると相手攻
館性が増すとともに被削性が低下し、コス）　Ｋ８にも
なるので、添加する場合には０．１〜０，５％とした。

Ｃはマトリックスに固溶してこれを強化するとともに、
Ｃｒ　Ｉ　Ｍ　Ｏ＋　Ｖと炭化物を形成して硬度を高め
る。また、丁’ｅ−Ｐ−Ｃ系の液相を生じさせることに
より焼結を活性化する働きを有するものである。しかし
、［Ｌ５％未満ではこれらの効果を期待できず、また５
５％を越えると生じる液相量が過剰となり寸法精度が出
ないだけでなく炭化物も過剰となり硬さが高くなり過ぎ
て被削性を低下させるのでａ５〜３．５％′とした。

Ｃを除く金属成分元素はＦｅとの合金粉末の形で添加さ
れるのが好ましい。合金粉末としない場合には、焼結時
の元素の拡散に時間がかかり、焼結の進行が遅れて硬さ
や密度が出ないだけでなく　、’Ｃｒ　、　Ｖ、　８　
ｉ等の酸化しやすい元素が酸化されて焼結が阻害される
からである。また、成分元素の偏析により組織が不均一
になり、耐摩耗性、被削性が低下する。但し、Ｃｕの場
合は酸化しにくいこと、及び拡散が比較的容易であるこ
とから必ずしも合金粉とする必要はなく、単独添加でも
よい。合金粉末は、常法にしたがい噴霧法で製造される
。

上記組成の焼結合金で作製されるジャーナルｉや７Ｓ−
エルポンプ用カム（第２図（イ）及び（ロ）を参照）は
、その摺動１１１１のＳＩＩ、Ｊ：”ｔ　Ｇ’Ｊ硬さが
Ｈｖ　（１０Ｋｙ）で１５０〜４００　　テあり　コト
カ必５Ｑ　テする。１．Ｉｖ　（１０）　１５０未満で
は耐摩耗性が不足し、口ｖ（１０）４０口を越えると被
削性が低下して好ましくない。さらに好ましくはｌ−１
ｖ２００〜３５０である。

蕎結体のＶｒｉムとは６．５〜７．６　ｆ／ｇｐ＊の１
１氾囲とするのが好ましい。１・ｄ良を前記範Ｕ■にす
ることにより、カムシャフト組付ピースの摺！ｉ＋Ｑ口
ｉｔ　？ｉｔ’ｒの有効多札率忙０，１〜１０％にｈ’
ｉ　Ｍすることができる。イｆ効多孔率が」二記１１・
１３間外であると、所望のａＩ酵効果が現われず好まし
くない。

１’ｉｉＴ　ｉｅ計（成の余角材料を用いて１１ｒ定形
状に焼結するには、次のようにして行なう。まず、県多
δ合金法により番、ナば６０メツシニ以下にｉＰ’！刺
した合金粉末Ｉに、ｌ”Ａ鉛を最終も・ツ品中のねらい
値が所定範囲内になるようｉ（ｔｉ’ｔで加え、十分混
合したのち５〜７ト７／（７ｒ？の圧力下に所定Ｕ状の
圧粉体を１１叫＋ｉ！　ｌ、　、不活性ガス豚囲気中５
００〜１０００℃で千向蜆結する。得られた予備焼結ピ
ース部材を軸部材に組付けたのち、全体を１０５０〜１
１８０℃で焼結して接合カムシャフトを得る。カムシャ
フトの主カムピース用焼結材料としては、例えば特願昭
５５−２７１０７号に開示されている耐摩耗性焼結合金
材料（Ｃｒ２．５〜７．５％、ＭｎＯ，１０〜５．０％
、Ｐ　Ｏ，２〜０．８％、Ｃｕ　１．０〜５．０％、Ｓ
ｉＱ、５〜２．０％、Ｍｏ５．％以下、Ｃ１，５〜５．
５％、不純物２％以下、残部Ｆｅ）を用いることが好ま
しい。

次に、本発明カムシャフトを、以下の実施例及び比較例
を用いてさらに詳しく説明する。

実施例１２０１１％、ｈｌｎ　３．０％、Ｓｉ　２．０％、不純
物２％以下、残部Ｆｅよりなる噴霧合金粉末（−６０メ
ツシニ）に、２，５％Ｃとなるように黒鉛粉末を添加し
たのち、６トン／ノ、！の圧力でジャーナル部粗形材（
圧粉体）を成形し、アンモニア分解ガス雰囲気中９５０
℃で予備焼結した。予備焼結体を軸部材に組付け、アン
モニア分解ガス雰囲気中、１１２０℃で焼結し、機械加
工してエンシンカーシャフトを製造した。下ｄｄ試験法
にしたがってカムシャフトジャーナル部の評価を行なっ
た。

実施例２ＰＯ８８％、八りｎ０１１％、不純物２％以下、残部Ｆ
ｅからなるＩｙ′ｔ　ｆ：ｉ合金粉末（−６０メッシ、
）ＫＯ，５％Ｃとなるように黒鉛粉末を添加したのち、
実施例１と同様にカムシャフトを製作し、試験評価を行
なった。

実施例５Ｃｕ　ｔ、　０％、Ｐ　０．６％、Ｍｎ　１．０％、ｓ
ｔｏ、ｓ％、不純物２％以下、残部Ｆｅからなる噴霧合
金粉末（−６０メツシユ）に、１．０％Ｃとなるように
黒鉛を添加したのち、実施例１と同様にカムシャツ）Ｑ
製作し、試験評価を行なった。

実施例４Ｃｕ５．０％、ＰＯ６３％、Ｍｎ　１．０％、８ｉｏ、
ｓ％、不純物２％以下、残部Ｆｅからなる噴霧合金粉末
（−６０メツシユ）に、０．５％Ｃとなるように黒鉛を
添加したのち、実施例１と同様にカムシャフトを製作し
、試験評価を行なった。

実施例５Ｃｒ０．５％、Ｐα６％、Ｍｎ　０．６％、８１　ｔ　
ｓ％、不純物２％以下、残部Ｆｅからなる噴霧合金粉末
（−６０メツシユ）に、３．０％Ｃとなるように黒鉛を
添加したのち、実施例１と同様にカムシャフトを製作し
、試験評価を行なった。

実施例６Ｃｒ　２．４　％、１０１３％、Ｍｎ　０．６％、Ｓｉ
　１．０％、不純４１／１２％以下、残部Ｆｅからなる
噴霧合金粉末（−６０メツシユ）に、３．５％Ｃとなる
ように黒鉛を添加したのち、実施例１と同様にカムシャ
フトを製作し、試験評価を行なった。

実施例７Ｃｒ３．０％、Ｍｏ　０．５％、７０．１％、１０１５
％、ＭｎＯ，！＋％、Ｓｔｌ、０％、不純ｖＡ２％以下
、残部Ｆｅからなる噴霧合金粉末（−６０メツシユ）に
、２．０％Ｃとなるように黒鉛を添加したのち、実施例
１と同様にカムシャフトを製作し、試験評価を行なった
。

実施例８Ｃｒ５．０％、Ｖ　Ｄ、　５　％、ＰＯ１５％　、Ｍｎ
　０．５　％、Ｓｉ１．０％、不純物２％以下、残部１
ｉ”ｅからなる噴霧合金粉末（−６０メツシユ）に、２
．０％Ｃとなるように黒ζイ）を添加したのち、実施例
１と同様にカムシャフトを製作し、試験評価を行なった
。

比較例１Ｃｆ　５．０％、ＦＪｏ　１．０％、Ｃｕ　２．０％、
１０１５％、１９ｉｔＯ％、Ｍｎ　１．０％、不純物２
％以下、残部Ｆｅよりなる１ａ籾合金わｊ末（−６０メ
ツシユ）に１２．５％Ｃとなるように黒鉛を添加し、そ
の後実施例１ど同様にしてカムシャフトを製作し、試験
δ゛１２価した。

北東〈例入 −・般の、炭素鋼８４５を機械加工して一部利に組伺り
、カムシャフトを製作したのち、試験評価した。

比較例６一般的なりロム　モリブデン百の８０Ｍ４０を機械加工
して軸部材に組付け、カムシャフトを製伶したのち試験
評価をした。

上記方実施例及び比較例で得られたカムシャフトについ
て以下の方法により試験を行ない、結果を第１表に示す
。第１表の試験項目中、■〜■はそれぞれ次の意味を表
わす。

■・摺動面部見掛は硬さＨｖ（１０）　：ビッカース硬
度試験法 ■　焼結体密度（ｊ’／ｍ”　）　：本漬法（ＪＩ８Ｚ
２５０５）により測定 ■　耐久性ニアツブダウンの台上耐久速度試験を２００
時間行ない、試験終了後のカムシャフトジャーナル部の
スカッフィング程度を１０点満点の評価法で評価する。

スカッフィング評点合格基準は１０以上である。

■　被削性：旋盤を用いてカムシャフトジャーナル部を
加工し、比較例１０パイトスｌ　命を１としたときの他
の例のバイト鋳命比で表わす。

前記各実施例及び比較例の結果を第１表に示す。

前記衣から明らかなように、本発明によるカムシャフト
ジャーナル部は摺動面部見掛は硬さが比較例１のもの（
特願昭５５−２７１０７号開示の削）γ純性焼結合金）
に比較して低いものの、耐久性はほぼ同等であり、また
被削性が著しく向上していることがわかる。本発明にお
いては、カムシャフトジャーナル部だけでなく主カム以
外の他の組付ピース、例えばギヤ部、フューエルポンプ
駆動用カムもまた前記焼結材料で形成することができる
。

したがって、本発明焼結接合カムシャフトは、ジャーナ
ル部、ギヤ部、フューエルポンプ駆動用カムを従来のよ
うに主カム用材料と同一の焼結材料で成形することなく
、各組付ピースに適した焼結材料で成形することができ
、製造が容易で、４ｔ　ＦＩタシコストが安価で、しか
も工具寿命も伸びるという利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼結接合カムシャフトの軸部断面ｆｉｌ１１面
図、第２図（イ）及び（ロ）はそれぞれカムシャフトジ
ャーナルピース及びフューエルポンプ駆動用カへピース
の斜視図を示す。１・・・軸部材、２・・・主カム、３・・・ジャーナル
部、４・・・フューエルポンプ駆動用カム、５・・・ギ
ヤ部特許出願人　　トヨタ自動車林式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）主カムピース以外のカムシャフト組付ヒースが、
重量比でＰｎｌ〜α８％、Ｍｎα１〜五０％、Ｓｉｎ　
〜２．０％、ＣｕＯ〜５．０％、ＣｒＯ〜５．０％、Ｍ
ｏＯ〜α５％、■ＯＮａ、５％、不純物０〜２．０％、
残部Ｆｅからなる合金粉末と、Ｃ０１５〜＆５％となる
ような添加量の黒鉛と、からなる焼結合金で形成され、
硬さがＨｖ１５０〜４００更に好ましくはＨｖ２００〜
３５０、かつ密度が６５〜７．６ｂ優３であることを特
徴とする焼結接合カムシャフト。
（２）合金粉末が、Ｐ　Ｏ，１〜０．８％、Ｍｎ　　０
．１〜五〇％、８ｉ０〜２．０％、不純物０〜２．０％
、残部Ｆｅからなる特許請求の範囲第１項記載の焼結接
合カムシャフト。
（３）合金粉末がＰ　Ｏ，ｉ　〜［１８％、Ｍｎα１−
４０％、ＳｉＯ〜２．０％、Ｃｕ　ｔＯ〜Ｆ１．０％、
不純物Ｄ〜２，０ア、残部Ｆｅからなる特許請求の範囲
第１項記載のカムシャフト。
（４）　　合金粉末がＰ　０．１〜（Ｌ　８　％　、八
４ｎＯ，ｆ　〜３．０％、Ｓｉ０．５〜２．０％、Ｃｒ
　０．５〜５．０％、不純物０〜２．０％、残部Ｆｅか
らなる特許請求の範囲第１項記載のカムシャフト。
（５）合金粉末が、２口、　Ｉ　Ｍ＋／　ｏ、　８％、
Ｍｎ　０．１〜３．０％、８ｉ０．５〜２．０　％、Ｃ
ｒ０．５〜５．０％、Ｍｏ　Ｏ〜０．５％、ＶＱＩ　〜
［１５％、不純物０〜２．０％、残部Ｆｅからなる特許
請求の範囲第１項記載のカムシャフト。
（６）主カムピースが、Ｃｒ　２．５〜７．５％、へ紬
０．１〜３０％、Ｐ　０．２〜０．８％、Ｃｕ１．０〜
５．０％、ＳｉＯ，５〜２１口％、Ｍｏ０〜４０％、Ｃ
１，５〜５．５％、不純物Ｑ−２，０％、残部Ｆｅから
なる耐摩耗性焼結合金で形成された特許請求の範囲第１
項ないし第５項のいずれか１項記載のカムシャフト。