JPS61115657A - カムシヤフトの製造方法 - Google Patents

カムシヤフトの製造方法

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JPS61115657A
JPS61115657A JP23410984A JP23410984A JPS61115657A JP S61115657 A JPS61115657 A JP S61115657A JP 23410984 A JP23410984 A JP 23410984A JP 23410984 A JP23410984 A JP 23410984A JP S61115657 A JPS61115657 A JP S61115657A
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JP
Japan
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cam
shaft
cam piece
piece
camshaft
Prior art date
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Pending
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JP23410984A
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English (en)
Inventor
Harumichi Hino
治道 樋野
Makoto Kano
眞 加納
Hideaki Suzuki
秀昭 鈴木
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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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】 (産業上の利用分野) この発明は、自動車用内燃機関の動弁機構部品として使
用されるカムシャフトの製造方法に関するものである。
(従来技術) 自動車用内燃機関の動弁機構部品として使用されるカム
シャフトを製造する場合においては、従来より種々の方
法が考え出されている。
従来より最も一般的に採用されているカムシャフトは鋳
鉄製のものであり、その特にカムノーズ部分における耐
摩耗性を高めるためにチル処理を施すのが普通であった
しかしながら、鋳鉄製のカムシャフトは重量が大であり
、回転時の慣性モーメント低減や内燃機関の軽量化にと
って好ましくないものである。
そこで、強圧を受けるカム部分を耐摩耗性の焼結体から
製作し、この焼結体を溶製体で部分的に鋳ぐるむように
したり、カムシャフトを中空化したりして、カムシャフ
トの軽量化および動弁性能の向上をはかることも行われ
ている。第5図はこのようなカムシャフトを製造するた
めに用いられる鋳造装置の一橋造例を示す(特開昭58
−218335号公報に記載)ものであって、1は鋳型
枠、2は鋳型枠1を回転させる駆動機構、3は鋳型枠1
を保持する軸受である。この鋳型枠1内には鋳型5を設
置しているが、この鋳型5は軸直角方向に多数分割され
ていると共に、各部位における鋳型がさらに二つ割りし
た分割鋳型5a。
5bから形成されていて、これらの組立て後にその内部
にカムシャフト形状の鋳造空間5Cが形成されるように
したものである。そして、鋳型枠1内に装着した各分割
鋳型5a、5bにより形成される鋳造空間5Cの所定位
置に#摩耗性焼結体よりなるカムピース6.6およびジ
ャーナルピース7を各分割鋳型5a、5bと共に順次鋳
型枠1内に装着したのち端部押え板8およびくさび2に
よって固定した状態とし、この状態で駆動機1#2、を
作動させることによってS型枠1.n型5および各ピー
ス6.7を一体的に回転させ、鋳型5の開口部5dより
鋳造空間5C内に金属溶湯10を所定量供給し、金属溶
湯10に対して遠心力を付与させながら凝固させる。
この後、型ばらしを行うことによって、第6図および第
7図に示すように、カムピース6およびジャー大ルビー
スフが一体化された中空状のカムシャフト11が得られ
る。なお、ジャーナルピース7は必ずしも焼結体から形
成せず、シャフト部分と同様に溶製体から形成すること
もちろんありうる。このようなカムシャフト11におい
て、カムピース6およびジャーナルピース7には、Fe
系の耐摩耗性焼結合金や、該合金に表面処理を施したも
のや、セラミックスあるいはサーメット等の硬質焼結体
から形成したものなどが使用され、また、シャフト部を
構成する金属としては軽量化の観点からアルミニウム合
金などが用いられる。
なお、ガムピース6およびジャーナルピース7とシャフ
ト部との結合が強固になされるように、各々鋳包み部の
強度を増すための凹部12およびスプライン13が設け
てあり、シャフト部の中空部分はオイル穴として使用さ
れる。
しかしながら、このような従来のカムシャフトの製造方
法にあっては、使用するカムピース6(およびジャーナ
ルピース7)の全体が一様に緻密な焼結体であり、カム
ピース6(およびジャーナルピース7)がシャフト部を
構成する軽合金よりも比重が大きい材料から形成され、
前記カムピース6(およびジャーナルピース7)が軽合
金で鋳包まれたものとなっていたため、カムピース6(
およびジャーナルピース7)とシャフト部とは単純な鋳
包みによる機械的な結合であるにすぎず、とくに大きな
負荷が加わったときには両者の界面にはく離が生じるお
それがあり、カムシャフトの重量も若干増加するという
問題点があった。
(発明の目的) この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、カムピース(およびジャーナルピース)とシ
ャフト部との結合が著しく強固になされ、たとえ大きな
負荷が加わったときでも両者の結合界面でのはく離のお
それがほとんどなく、シかも従来の焼結体カムピース(
およびジャーナルピース)を用いた場合はど重量の増加
p<ないカムシャフトを提供することを目的としている
(発明の構成) この発明は、焼結体よりなるカムピース(およびジャー
ナルピース)を溶製体よりなるシャフト部で部分的に鋳
包んだカムシャフトを製造するに際し、前記カムピース
(およびジャーナルピース)として、カム面(およびジ
ャーナル面〕側が緻密であって耐摩耗性に優れている共
にシャフト結合側が空孔を有するものを用い、前記カム
ピース(およびジャーナルピース)の空孔部分にシャフ
ト部形成用金属溶湯を浸透させて結合させるようにした
ことを特徴としている。そして、この発明の一実施態様
において、カムピース(およびジャーナルピース)は異
質の粉末を用いて製作ざれ、カム面(およびジャーナル
面)側が焼結後に緻密となる粉末を用いると共に、シャ
フト結合側が焼結後に空孔を生じる粉末を用いて製作さ
れたものとすることができ、また、この発明の他の実施
態様において、カムピース(およびジャーナルピース)
は同質の粉末を用いて製作され、カム面(およびジャー
ナル面)側が焼結前に高圧縮されかつシャフト結合側が
焼結前に軽圧縮された圧粉体より製作されたものとする
ことができる。
ここで、カムピース(必要に応じてジャーナルピースも
含まれるが、カムピースよりも負荷が小さいため、以下
においてはカムピースのみの場合について説明する。)
を構成する焼結体の素材としては、緻密で耐摩耗性にす
ぐれた部分を形成するために、Fe −Cr−Mo −
V−C系合金や、Fe−Cr−Mo−V−P−C系合金
や、Fe−Cr−B−P−C系合金などが用いられるが
、もちろんこのような成分系のもののみに限定されるも
のではない、また、シャフト部結合側の空孔を有する部
分を形成する材料としては、上記と異質のものを使用す
る場合に、Fe−Cu−C系をはじめとしてその他の種
々のものが使用される。
さらに、シャフト部を構成する金属とじては、カムシャ
フトの軽量化の観点からアルミニウム合金を使用するこ
とが望ましいが、その他の金属も使用可能であり、適宜
強化用繊維を含めたものを使用することも可能である。
(実施例1・) Fe−12重量%Cr−1重量%M o −1重量%V
−t。5重量%C合金粉末に、Fe−27重量%P合金
粉末を2重量%と、黒鉛粉末を1重量%と、潤滑剤とし
てステアリン酸亜鉛を0.75重量%とを添加し、V型
ブレンダーで約30分聞易合したものを耐摩耗性鉄系合
金粉末(1)とした。
一方、Fe−1,5重量%Cu−0,7重量%C合金粉
末に、上記と同じく潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0
.75重量%添加して混合したものをシャフト結合側混
合粉末(II)とした。
次に、この鉄系合金粉末(1)を第1図に示したダイス
21とリング形状の仕切枠22と下パンチ23とで囲ま
れる空間部分に充填し、また、混合粉末(II)をコア
24と上記仕切枠22と下パンチ23とで囲まれる空間
部分に充填した。続いて、仕切枠22を抜き取った後、
環状の上パンチ25と下パンチ23との間で上記粉末(
1)(ff)を約7 Lonf / ClI2の加圧力
で圧縮して第2図に示すような中空部26を有するカム
形状の圧粉体27を作成した0次いで、この圧粉体27
を脱ろうした後、露点−30℃の窒素雰囲気中で112
0°CX1時間の条件で加熱焼結して焼結カムピースを
作製した。
この焼結条件において、鉄系合金粉末(1)は完全に焼
結してほぼ真密度に近いものとなるが、混合粉末(II
)は焼結不足となり、空孔を約20体積%含んでいるも
のとなる。
ここで、焼結温度と焼結体の密度との関係を第1表に示
す。
第1表  焼結温度と焼結体の密度 この表から、焼結温度が1100°C以下では合金粉末
(1)が十分焼結せず、#摩耗性が不十分となり、焼結
温度が1130°C以上では温度が高すぎるために焼結
体の寸法変化が大となるので好ましくない。従って、1
100°C〜1120°Cで焼結したカムピースでは、
カムフォロワまたはタペットに当接する部位が緻密であ
り、基地中にCr、Mo、V系の複合炭化物が分散して
いるため、耐摩耗性に債れたものとなる。一方、軽合金
に特色まれるシャフト結合側の部分は20〜26体積%
程度の空孔を有していて粗となっているものとなる。
ところで、前記空孔率を変化させるには、前記カムピー
スのシャフト結合側を構成する合金粉末中のCu量を制
御すればよい。第2表は上記Fe−Cu−C粉末中のC
u量と空孔率との関係(ただし、焼結温度1120°C
1成形圧7 tonf/Cl112の場合)を示したも
ので、第2表に示すように、Cu量を減少させることに
よって空孔率を増加させることができる。
第2表  Fe−Cu−0,7重量%C焼結体のCu量
と空孔率との関係 次に、上記工程により製作した焼結カムピースをカムシ
ャフト成形型内に配設し、遠心鋳造法(第5図に例示し
た装置)、ダイカスト法、高圧鋳造法等により、軽合金
(JIS  AC4B。
MC2等)溶湯で鋳包んで、焼結体よりなるカムピース
と溶製体よりなるシャフトとを一体化したカムシャフト
を製作した。
このようにして製作したカムシャフトにおいて、カムピ
ースのシャフト結合側特色み部分の空孔には、部分的ま
たは全体的に軽合金が浸透しており、鋳包み部分の結合
界面は著しく強固なものであった。
そして、前記各鋳造法により製作したカムシャフトの耐
久試験(アイドリング400時間、フルロード400時
間)を行った結果、耐摩耗性に著しく優れたものであり
、また、シャフト部および鋳包み結合部には何ら問題が
なかった。
(実施例2) この実施例では、前記鉄系合金粉末(1)のみを用いて
焼結カムピースを製作した場合を示す。すなわち第3図
に示すように、鉄系合金粉末(1)をダイス31とコア
32と下パンチ33a 、33bとで囲まれる空間部分
に充填する。なお、この場合、下パンチ33a、33b
は別体となっており、コア32側の下パンチ33aの方
がより高い位置(文の差)で停止している。
続いて、上パ′ンチ34と下バンチ33a、33bとの
間で上記合金粉末(1)を7 tonf / cab2
の加圧力で圧縮成形した。この圧縮過程において、下パ
ンチ33a、33bは、第4図に示すように、圧縮成形
後に同一高さとなるように各々図示しない油圧機構で制
御される。したがって、このようにして成形された圧粉
体は、そのカム面側が高密度になっていると共に、シャ
フト結合側がこれよりも低密度になっている0次いで、
この圧粉体を前記実施例1の場合と同様の条件で焼結す
ることにより焼結カムピースを製作した。なお、焼結カ
ムピースのシャフト結合部分における空孔率は、第3図
に示す2寸法を変化させることにより変化し、この実施
例では第3表に示す結果が得られた。
第3表 粉末の圧縮量と空孔率との関係法に、上記工程
により製作した焼結カムピースをカムシャフト成形型内
に配設し、前記実施例1の場合と同様に、遠心鋳造法(
第5図に例示した装置)、ダイカスト法、高圧鋳造法等
により、軽合金(JIS  AC4B、MC2等)溶湯
で鋳包んで、焼結体よりなるカムピースと溶製体よりな
るシャフトとを一体化したカムシャフトを製作した。
このようにして製作したカムシャフトにおいて、カムピ
ースのシャフト結合側特色み部分の空孔には、部分的ま
たは全体的に軽合金が浸透しており、鋳包み部分の結合
界面は著しく強固なものであった。
そして、前記各鋳造法により製作したカムシャフトの耐
久試験(アイドリング400時間、フルロード400時
間)を行った結果、耐摩耗性に著しく優れたものであり
、また、シャフト部および鋳包み結合部には何ら問題は
なかった。
(発明の効果) 以上説明してきたように、この発明によれば、焼結体よ
りなるカムピースを溶製体よりなるシャフト部で部分的
に鋳包んだカムシャフトを製造するに際し、前記カムピ
ースとして、カム面側が緻密であって耐摩耗性に優れて
いる共にシャフト結合側が空孔を有するものを用い、前
記カムピースの空孔部分にシャフト部形成用金属溶湯を
浸透させて結合させるようにしたから、カムピースとシ
ャフト部分との結合が著しく強固になされ、たとえカム
部分に大きな負荷が加わったときでも。
両者の結合界面でのはく離のおそれがほとんどなく、し
かも従来のカムピース特色みカムシャフトはど重量の増
加がないという非常にすぐれた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例1において使用したカムピー
ス成形型の断面説明図、第2図は第1図の成形型により
製作したカムピースの斜面説明図、第3図および第4図
はこの発明の実施例2において使用したカムピース成形
型の各々粉末充填後および粉末圧縮後の状態を示す断面
説明図、第5図は従来の中空カムシャフトを製造する遠
心鋳造鋳型の断面説明図、86図および第7図は第5図
の鋳型により製造した中空カムシャフトの各々軸方向断
面図および軸直角方向断面図である。 6・・・カムピース、 7・・・ジャーナルピース、 10・・・金属溶湯、 11・・・カムシャフト、 27・・・圧粉体、 (1)・・・鉄系合金粉末、 (I[)・・・シャフト結合側混合粉末。      
         1特許出願人   日産自動車株式
会社 代理人弁理士  小  塩   豊 第1図 q 第2図 4丁)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)焼結体よりなるカムピースを溶製体よりなるシャ
    フト部で部分的に鋳包んだカムシャフトを製造するに際
    し、前記カムピースとして、カム面側が緻密であって耐
    摩耗性に優れている共にシャフト結合側が空孔を有する
    ものを用い、前記カムピースの空孔部分にシャフト部形
    成用金属溶湯を浸透させて結合させることを特徴とする
    カムシャフトの製造方法。
  2. (2)カムピースは異質の粉末を用いて製作され、カム
    面側が焼結後に緻密となる粉末を用いると共に、シャフ
    ト結合側が焼結後に空孔を生じる粉末を用いて製作され
    たものである特許請求の範囲第(1)項記載のカムシャ
    フトの製造方法。
  3. (3)カムピースは同質の粉末を用いて製作され、カム
    面側が焼結前に高圧縮されかつシャフト結合側が焼結前
    に軽圧縮された圧粉体より製作されたものである特許請
    求の範囲第(1)項記載のカムシャフトの製造方法。
JP23410984A 1984-11-08 1984-11-08 カムシヤフトの製造方法 Pending JPS61115657A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6379934A (ja) * 1986-09-23 1988-04-09 Ryobi Ltd 金属粒子又は金属間化合物粒子分散型ダイカスト用複合材料及びその製造方法
WO1997037107A1 (de) * 1996-03-29 1997-10-09 Bleistahl Produktions-Gmbh & Co. Kg Verfahren zur herstellung von zylinderköpfen für verbrennungsmotoren
JP2010059912A (ja) * 2008-09-05 2010-03-18 Toyota Motor Corp 組立カムシャフト、カムロブおよび組立カムシャフトの組立方法
CN103032120A (zh) * 2011-09-29 2013-04-10 北京有色金属研究总院 一种粉末冶金复合凸轮片及其制备方法

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