JPS5937217A - 焼結接合カムシヤフト - Google Patents

焼結接合カムシヤフト

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Publication number
JPS5937217A
JPS5937217A JP14799582A JP14799582A JPS5937217A JP S5937217 A JPS5937217 A JP S5937217A JP 14799582 A JP14799582 A JP 14799582A JP 14799582 A JP14799582 A JP 14799582A JP S5937217 A JPS5937217 A JP S5937217A
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JP
Japan
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camshaft
alloy powder
balance
impurities
main cam
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Application number
JP14799582A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Suganuma
菅沼 徹哉
Kouji Kazuoka
数岡 幸治
Yoshitaka Takahashi
義孝 高橋
Kunihiko Imahashi
今橋 邦彦
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047Camshafts

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

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】 本発明はハ゛L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カ゛6結拐刺を異なら・U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fI81図に示すように、frl1%”1
からなる細部ね1に、所定形状の圧粉体4予備焼結して
なるカムシャフトピース、例えは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6.
3.・・・と、7ユ一エルポンプ石動用カムピース4と
、ギヤピース5を嵌合組利けて、全体を焼結接台してな
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とフュー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ピースに適し
た焼結金属材料が種々開発されている。
ところで、前配りツ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7ユ
ーエルポンプを駆動するカムピース(以下、7ユーエル
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、例えは特願昭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時性に合わゼで主カムと主カム
以外のカムシャフトピースとを異なった相打で形成し、
これにより製造が容易で、しかも拐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を、 重量比でCr 2.5〜25.0%1、Mn O,1〜
s、 。
%、P 0.1〜0.8%、Cu1.0〜5.0%、8
i05〜2.0%、MOO〜!1.0%、不純物0〜2
0%、残部Feからなる合金粉末15〜60重景%と、 Co、 s〜35%となるような添加量の黒鉛と、重量
比でP O,1〜0.8 %、Mn o、 1〜3.0
%、Sio 〜2.0%、CuO〜5.0%、Cro 
〜s、。
%、M00〜05%、70〜0.5%、不純物0〜20
%、残部Feからなる合金粉末■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Hv200〜650、かつ密度が65〜Z6グ/Cf
f!’であることを特徴とするものである。
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、%は爪坦%を表わず。
合金粉末1は、Fe −2,5〜25.0%Cr−0,
1〜3.0%Mn−o、 1〜o、 8%P−1,o 
〜s、o%Cu−(1,5〜2.0%S i −o 〜
s、 o%MO−0〜2.0%不純物とからなる。さら
に好ましい組成は、Fe −3,0〜18.0%Cr−
o、 s 〜t o%Mn −0,3〜0.6%P−1
.0〜l Oa/Dcu−0,5〜1.5A8i−0,
2〜1.5%MO−0〜2.0%不純物である。
合金粉末■における各成分の添加割合限定理由を次に述
べる。
Pはマトリックスに固溶してこれを強化し、鉄基地の拡
散を活性化させるたけでなく、Fe1CとともにFe−
P−C系の液相を生じて高密度化シ、ステゲイト硬質相
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08%を越えると液相が過剰と
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、被削性も低下し、焼結時の
収縮による寸法変化のばらつきも大きくなる。したかっ
て、Po、1〜0.8%とした。
Mnは、マトリックスに固溶してこれを強化すると七も
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、0.1
%未満では上記効果がほとんどなく、また3、 0%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IJ:、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、01
0〜3.0%に限定した。
Si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、0.5%以上必要であるが、2.0%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、1.
0%未満では効果が少なく、また5、 0%を越えると
寸法変化が大きくなりしがもコスト高にもなるので1.
0〜5.0%とした。
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M3C型またはM7C,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
。しがしながら、2.5%未満ではCr添加の効果が少
なく、25.0%を越えて添加すると炭化物が過剰にな
り、高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添加割合は25
〜25.0%とした。
MOはCr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、5.0%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
高となル’(7)テ3.0%以下とした。
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、Mo、Vと炭化物を形成して硬度を高める。また
、Fe−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、0.5%
未満ではこれらの効果を期待できず、また3、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
を低下さゼるので0.5〜3.5%とした。
合金粉末■としては次の組成からなるものが好ましい。
■ P 0.1〜0.8%、Mn  o、 1〜3.0
%、SiO〜2.0%、不純物2%以下、残部Fe■ 
P o、 1〜o、 8%、Mn 0.1〜5.0%、
810〜2.0%、Cu1.O〜5.0%、不純物0〜
2.0%、残部I+’e ■ p o、 i 〜o、 s%、Mn  0.1〜5
.0%、3i0、5〜2.0%、Cr0.5〜5.0%
、不純物0〜2.0%、残部Fe ■ P 0.1〜0.8%、Mn  0.1〜5. [
1%、Sio、 s 〜2.0 %、Mo  OA−0
,5%、vo、i〜o、s%、不純物0〜2.0%、残
部Fe 合金粉末Hにおける各成分元素の添加割合の限定理由は
前記合金粉末Iにおけるものとほぼ同様である。すなわ
ち、Pは合金粉末Iにおけると同様の限定理由によりo
1〜0.8%が好ましい。また、Mnも合金粉末■にお
けると同様の理由で0.1〜5.0%が好ましい。Si
の添加理由も同様で、2.0%以下とするが、合金粉末
■中にCrを含む場合にはSiは0.5%以上が必要で
ある点、注意を竪する。Cuも前記と同様の理由で1.
0〜5.0%が好ましい。Crは一部マトリックスに固
溶しこれを強化するが、一部はCと結合してM、C型の
硬質炭化物粒子を形成し耐摩耗性を向上させるが、0.
5%未満では添加効果がなく、5.0%を越えて添加す
ると炭化物量が過剰になって硬さも高くなり、被削性が
低下しコスト高になるので0.5〜5.0%に抑えた。
MOは基地を強化し硬さを上げ、炭化物形成にも寄与す
るので05%以下添加することが効M−1的である1、
0.5%を越えると硬さが高く7、(り過ぎ、コスト高
になるので好ましくない。
■は微細炭化物を4,11出してマトリックスを強化し
、硬さを高め、耐摩耗性に寄与するため、01〜05%
の添加が効果的である。0.1%未満では効果がなく、
05%を越えると硬さが高くなり’r+Aぎ相手攻撃f
1か増ずとともに被剛性が低下し、コスト高になるので
好ましくない。
本発明においては合金粉末■にPが含まれているので、
合金粉末■と同じ組成でしかし、Pが含まれてい!Lい
合金粉末■′を使用した場合と比較し、て同一の硬さ、
密度を得るために必要な合金粉末■の使用量を著しく減
少することができる。すなわち、合金粉末■′を使用す
る場合、!13 ”2 y;c (+1!!さ、WンJ
’JをイIIるためには合金粉末■′の協力Iロf用合
か1()〜80%、好ましくは20〜60%であるのに
苅し、Pを含む合金粉末■を用いた場合、合金粉末■は
3〜60%、好ましくは5〜40%と、<1ぼ半量でよ
い。なお、合金粉、末Iが6%未満では硬さ、密度が不
足し好ましくなく、50%を越えると硬さか高くなり、
被削性も低下し、コスト高になるので好ましくない。
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かかかり、焼結の進行か遅れて硬さ
や密度か出ないだけでな(、Cr、V、8i等の酸化し
ゃず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。イリし、Cuの場合は醗化し
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部やフュー
エルポンプ用カム(第21¥1(イ)及び(ロ)参照)
は、その摺動面の見掛は硬さがHv(10Ky)で15
0〜400であることが必要である。
1−1v (10)150  未満では耐摩耗性が不足
し、Hv(10)400 を越えると被剛性が低下して
好ましく jlい3、さらに好ましくは)(V200〜
650である。
ハ゛ム結体の密1ψは6.5〜7.6 f/cmsの範
囲とするのが好ましい。密度を前記範囲にすることによ
り、カムシャフト約付ピースの摺動面部の有効多孔率を
01〜10%に調節することができる。有効多孔率が上
記範囲外であると、所望の潤滑効果が現われず好ましく
ない。
前記組成の金属材料を用いて所定形状に焼結するには、
次のようにして行なう。まず、噴霧合金法によりほば6
0メツシユ以下に調製した合金粉末■に、黒鉛を最終製
品中のねらい値が所定範囲内になるようなiれで加え、
最後に合金粉末11を添加し、十分混合したのち、5〜
7トン/Cf?1.2の斗力下にjす「定形状の圧粉体
を作製し、不活性jjス雰囲気中500〜1000℃で
予備焼結する。得られた予備焼結ピース部材を軸部材に
組(=Jけたのも、全体を1050〜11°80℃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
ピース用焼結相打としては、例えば特願昭55−271
07号にDhi示されている耐厚耗性焼結合金材料(C
r 2.5〜7.5%、Mn0.10〜3.0%、P 
O,2〜a、 a%、Cut、0〜5.0%、Sio、
5〜2.0%、Mo3%以下、C1,5〜35%、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1 Cr25.0%、Cuto%、Si  2.o%、PO
18%、Mn3.0%、不純物2%以下、残部Feから
なる噴霧合金粉末1(−60メツシユ)50%に、65
%Cとなるように黒鉛を添加し、残部としてP o、 
a%、Mn3.0%、Si2.0%、不純物2%以下、
残部Feからなる合金粉末It(−60メツシユ)を添
加したのち十分混合し、6トン/cm2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900℃で予備焼結した。予備焼結体を軸部材
に組何け、アンモニア分解ガス雰囲気中、1120℃で
焼結し、機械加工してエンジンカムシャフトを製造した
。下記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2 Cr2.5%、MO3,[1%、Cus、o%、5iO
15%、2011%、Mno、1%、不純物2%  実
以下、残部Feからなる噴霧合金粉末I(−60メツシ
ユ)5%に、1.0%Cとなるように黒鉛を添加し、残
部として201%、Mn 0.1%、不純物2%以下、
残部Feからなる合金粉末Il (−60メツシユ)を
添加した。得られた混合粉末から実施例1と同様にして
エンジンカムシャフトを製作し、同様に試験評価を行な
った。
実施例6 crie、o%、MO1,0%、Cus、o%、実8i
to%、P O,6%、Mn i、 0%、不純物2%
以下、残部Feよりなる噴霧合金粉末I(−60メツシ
ユ)40%に、6.0%Cとなるように黒鉛を添加し、
さらに残部としてCu1.0%、PO36%−Mn 2
.0 %、Si 1.5%、残部Feからなる合金粉末
1(−60メツシユノを添加したのち、実施例1と同様
にしてカムシャフトを製作した。このカムシャフトにつ
いて試験評価を行なった。
雄側4 Cr5.0%、Moto%、Cu 5. O% 、81
1.0%、PO93%、Mn10%、不純物2%以下、
残部Feよりなる噴霧合金粉末J(−60メツシユ)5
%に、30%Cとなるように黒鉛を添加し、さらに残部
としてCus、o%、PO13%、Mn0.3%、不純
物2%以下、残部Feからなる合金粉末1(−60メソ
シユ)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。
雄側5 Cry、o%、Moto%、Cu3.0%、Si1.0
%、2015%、Mn 1.0%、不純物2%  実以
下、残部Feよりなる噴霧合金粉末1(−60メツシユ
)10%に、2.5%Cとなるように黒船を添加し、更
に残部としてCro、5%、Mn0.1%、SiO,5
%、PO35%、不純物2%以下、残部Feよりなる噴
霧合金粉末■(−60メツシー)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6 Cril、0%、Moto%、Cu 3.o%、Si1
.0%、P o、 s%、Mn1.0%、不純物2% 
実以下、残部1i”6よりなる合金粉末J(−60メツ
シユ)30%に、2.5%Cとなるように黒鉛を添加し
、さらに残部としてCrs、o%、M n 3.0%、
8i  2.o%、1095%、不純物2%以下、残部
1i”eよりなる噴霧合金粉末■(−60メツシユ)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
、試験評価雄側7 Cr5.o  %、MOo、2 %、5ito %、P
05%、Mn0.3%、不純物2%以下、残部Feより
なる噴霧合金粉末I(−60メツシユ)20%に、1.
5%Cとなるように黒鉛を添加し、さらに残部としてC
rto%、MOo、 5%、V o、 s%、2015
%、MnO,1%、Si1.0%、不純物2%以下、残
部Feよりなる噴霧合金粉末II(−60メツシユ)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。
雄側8 実施例7で用いた噴霧合金粉末120%に、15%Cと
なるように黒鉛を添加し、さらに残部としてCrs、o
%、V O,1%、2015%、Mn3.0%、8it
o%、不純物2%以下、残部Feよりなる噴霧合金粉末
1(−60メツシユ)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。
Crs、o %、Moto %、Cu2.0 %、20
5%、Si1.0%、Mn 1.0%、不純物2%以下
、残部Feよりなる噴籾合金粉末I(−60メツシ=)
に、2.5%Cとなるように黒鉛を添加し、その後実施
例1と同様にしてカムシャフトを製作し、試験評価した
比較例2 一般の炭素鋼845を機械加工して軸部材に組利け、カ
ムシャフトを製作したのち、試験a゛1′価した。
比較例6 一般的なりロムモリブデンnqの8CM40 ヲ機械加
Z[して軸部材に組付け、カムシャフトを製作したのち
試験評価した。
上記各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。
■ 摺動向部見用は硬さHv (10) :ビッカース
硬 ゛度試験法による。
■ 焼結体密度(f/cms )  :水滴法(JIS
Z2505 )により測定 ■ 耐久性ニアツブダウンの台上耐久加速試験を200
時間行ない、試験終了後のノJ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7.0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1のノ(イト介命を1としたときの他の
例のバイト寿命比で表わす。
前記各実施例及び比較例の結果を第1表に示す。
前記表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か比較例1のもの(
特願昭55−27107号開示の耐摩R:性JII:l
、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」ニしでいることがわかる
。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(Jピース、例えはギヤ部、フ
ューエルポンプ駆動Jlカムもまた前記焼結1料で形成
することができる。
したかって、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相r+で成形層ることな
く、各組付ピースに適した焼結相r1で71!;、形す
ることができ、製造が容易で、相打費コストが安価で、
しかも工具寿命も伸ひ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一部断面側面図、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ムピースの斜視図
を示す。 1・・・軸部材、2・・・主カム、6・・・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  トヨタ自動沖株式会社 (ほか1名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  主カムピース以外のカムシャツ)M(−1ピ
    ースが、 重量比でCr  2.5〜25.0%、Mn [1,t
     〜3.0%、P 0.1〜0.8%、Cu1.O〜5
    .0%、Sio、5〜20%、Mo o〜3.0%、不
    純物0〜2.0%、残部Feからなる合金粉末16〜6
    0重量%と、 Co、’s〜3.5%となるような添加量の黒鉛と、 重量比でP O,1〜0.8%、Mn o、 1〜3.
    0%、Si O〜20%、Cu  O〜5.0 %、C
    rO〜5.0%、MOO〜0.5%、70〜0.5%、
    不純物0〜2.0%、残部Feからなる合金粉末■とか
    らなる焼結合金で形成され、硬さがHv 150〜40
    0更に好ましくは1(V200〜350、かつ密度か6
    .5〜7.6 y/c広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 0.1〜0.8%、LVnO
    01〜30%、Si  o〜2.0%、不純物0〜2.
    0%、残部Feからなる特許請求の範囲第1項記載のカ
    ムシャフト。 (3)合金粉末IIが、P D、 1〜0.8%、Mn
    0.1〜6.0%、Sio 〜2.0%、Cu、to 
    〜5.0%、不純物O〜20%、残部Feからなる特r
    ?’l’ Mn求の範囲第1項記載のカムシャフト。 (4ン 合金粉末■が、P 0.1〜0.8%、Mn0
    .1〜30%、si  [1,5〜2.0 %、Cr 
    O,5〜5.0%、不純物0〜2.0%、残部1i″e
    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、P O,1〜0.8 %、Mno
    、i〜3.0 %、Sio、s 〜2.0%、Cr O
    ,5〜5.[1%、Mo O〜0.5 %、V O,1
    〜0.5 %、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 
    %、Mn0、1〜6.0%、PO92〜0.8%、Cu
    1.O〜5.0 %、Sio、5〜2.0 %、Mo 
     o〜3.0 %、c t s 〜3.5%、不純物0
    〜20%、残部Feからなる耐)メ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。
JP14799582A 1982-08-26 1982-08-26 焼結接合カムシヤフト Pending JPS5937217A (ja)

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JP14799582A Pending JPS5937217A (ja) 1982-08-26 1982-08-26 焼結接合カムシヤフト

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JP (1) JPS5937217A (ja)

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