JPS6251704A - カムシヤフトの製造方法 - Google Patents

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） 本発明は、焼結金属製カムプロフィル部材を備えたアル
ミ合金鋳物カムシャフトの製造方法に関するものである
。

（従来の技術） 車両用のカムシャフトは、従来普通鋳物よりなるチルカ
ムが総合的立場から有利であるということから多用され
ており、このほかに若干高級品というイメージで合金鋳
鉄よりなるものが使用されている。また、最近焼結合金
よりなる焼結カムシャフトが使用されてきているが、こ
のものは第６図に示すように焼結合金製カム１１と鉄パ
イプ製シャフト１２を一体化して構成されたものである
。このカムシャフト１３においては、カム１１は焼結合
金によって作製されているため耐摩耗性に優れており、
かつ、作製時の機械加工量は少なくてよく、またシャフ
ト１３は中空とすることにより軽量化されており、この
中空部１４を給油路として利用している。したがって、
このカムシャフト１３は従来の鋳鉄性カムシャフトと比
較してはるかに優れた耐摩耗性を有し、機械加工費が安
価で、軽量化されており、更に給油路が簡単であるなど
の種々の長所を有する。

しかし、この焼結合金カムシャフト１３は、各々別個に
作製したカム１１とシャフト１２をろう付は等の方法に
より一体化しなければならないものであり、かかる一体
化構成はきわめて面倒なものであるから、大量生産に適
するものではなく、また重さもなおかなり重いものであ
った。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、この焼結合金製カムシャフトの、耐摩耗性に
優れ、機械加工費が安く、給油路の形成が簡便であるな
どの長所を有し、更なる軽量化を図るとともに、より量
産に適するカムシャフトの製造方法を提供せんとするも
のである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のカムシャフトの製造方法は、カム外周形状を有
し内周面にスプライン様係止部を形成したカムプロフィ
ル部材を焼結合金にて作成し、該焼結合金製カムプロフ
ィル部材と鉄パイプ中子とを、鋳型内の所定の位置に配
置し、その間にアルミ合金を注湯して鋳造することを特
徴とする。

本発明方法によれば、耐摩耗性に優れた焼結合金製のカ
ムとアルミ合金製のシャフトよりなるカムシャフトが得
られる。

本発明のカムシャフトの製造方法において使用するカム
プロフィル部材は予め別体として作製される。

この焼結合金製カムプロフィル部材の材質は特に限定さ
れず、従来の焼結カムシャフトに使用されていたものが
そのまま使用でき、例えばＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏ等を含有す
る鉄系の焼結金属材料によって作成することができる。

カムプロフィル部材の外形形状は、製造中の熱により生
じる熱歪分の取代量を見込んで、わずかに大きく作成す
るとよい。内周面に設けるスプライン様係止部の凹凸の
深さ及び幅は、この焼結合金製のカムプロフィル部材と
上記製造工程において鋳造されるアルミ合金製の軸部と
の熱膨張係数の差を考慮して定めるとよい。

カムプロフィル部材の肉厚は、プロフィル部材の材質、
形状に応じて定めるとよい。

本発明によるカムシャフトでは、カム部以外の主要部を
アルミ合金鋳物で作るため、軸承部もアルミ合金製とな
り耐摩耗性が不足する場合が考えられる。本発明ではア
ルミ合金による鋳造に際し、軸受部にガラス繊維、炭素
繊維等の強化繊維を配置して一体的に鋳造することによ
り、アルミ合金マトリックス（ＦＲＭ）等として強化す
る。或いは熱論鉄系バイブを鋳ぐるんでもよい。

鋳放し鉄パイプ中子は、製造後カムシャフトの給油路を
形成することもできる。又強度上でも薄ｔｉＩ板を円筒
形にして作製するとよい。

鋳型は分割中子型とし、カムプロフィル部材と軸承部材
を予めセットする必要があるので割型とする。この型は
金型でも砂型でも使用できる。

本発明におけるアルミ合金鋳造は、高圧でも、中圧でも
、あるいは常圧によっても行なうことができる。

（作用） 本発明の製造方法によって製造されるカムシャフトにお
いては、焼結合金によって作製されているカムプロフィ
ル部材とアルミ合金によって作製される軸部との熱膨張
係数の差によって、カムプロフィル部材と軸部の間に多
少の隙間が生じる場合があるが、カムプロフィル部材の
スプライン様係止部の凹凸と、このスプライン様係止部
の凹凸に対応して形成される軸部の凹凸の噛み合わせは
、形状数の効果によってカムシャフトが回転するときに
おいてもほとんどガタを生じない。

本発明によれば、軸部はカムプロフィル部材のカムプロ
フィル形状の内周に対応して形成されるから、カムプロ
フィル部材のカムノーズ形状部分では軸部の形が長（突
起部分が形成される。したがって、カムシャツｌ−の最
もばねの押圧力を受けるカムノーズ部のトルク伝達は大
きいものとなる。

（実施例） 以下に、本発明のカムシャフトの製造方法及びこの方法
で得られたカムシャフトの実施例を図面を参照しつつ説
明する。

実施例１ 第１図に示すように、予め作製された焼結合金製カムプ
ロフィル部材１と炭素繊維等のＦＲＭ製軸承部材２と薄
鋼板をまるめて円筒形とした鋳放し鉄パイプ中子３を３
対の分割中子型４ａ、４ｂ、４ｃ内の所定の位置に固定
し、この分割中子型により構成された型内にアルミ合金
の溶湯を徐々にこの間に注湯すると、第２図ないし第５
図に示すようなカムシャフト６が製造される。このよう
にして製造されたカムシャフト６は、軸部７がアルミ合
金によって形成されることとなり、第２図ないし第５図
に示すように、カムプロフィル部材１と軸承部２と軸部
７とが一体的に構成される。

使用したカムプロフィル部材１は、第２図及び第３図に
示すようにカム外形形状であって、内周面にスプライン
様係止部が形成されているものである。このカムプロフ
ィル部材１の実質的肉厚（スプライン様係止部８の厚さ
を除いた厚さ）ｄはカムシャフトとしての必要強度を得
るために十分で、均一な厚さとされている。スプライン
様係止部８は、例えばカムプロフィル部材ｌの内周面の
同等分点（ｔｉ）での接線（Ｔｔ）に対する法線（Ｔｎ
）から所定間隔（ｂ／２）となる位置を鋳包み平行面と
する凹凸形状として形成されている。なお、凹凸部形状
は必ずしも条件では。

ないことは自明である。この鋳包み平行面の間隔（ｂ）
はカムプロフィル部材１を形成する焼結合金と軸部７を
形成するアルミ合金との熱膨張差分によってガタが生じ
ない幅としである。

軸部７は、カムプロフィル部材１と一体化されている部
位においては円筒形の部分９とカムプロフィル部材１の
カムノーズ部１０に対応して形成された突起部分１１と
を合わせた形状となる。したがって、カムシャフト６の
カムノーズ部１０では軸部７の径（ｊｌ）が他の部分に
おける径（ｒ）よりは長いものとなっている。

なお、軸部７の円筒部の径は、第２図に示すようにカム
プロフィル部材ｌの径よりは大きく軸方向にガタを生じ
ないものとしである。

以下に、本実施例の製造方法において製造されたカムシ
ャフトと、第６図に示す従来のカムシャフト１３とのト
ルク伝達の耐久信頼性について記す。

従来のカムシャフト１３は、カム１１と中空円筒の鉄パ
イプ製シャフト１２とをろう付けにて一体接合して作製
されている。このカムシャフト１３ではカム１１と円筒
の鉄パイプ製シ゛ヤフト１２とはシャフト１２の半径ｒ
′の位置１５にて接合されており、この部分の接合強度
でトルク伝達の耐久信頼性が定まることとなる。

これに対して、本実施例のカムシャフト６は、第３図に
示すようにカムノーズ部１０以外の部分での軸径ｒはｒ
′とほぼ同じであるが、カムノーズ部１０での軸径２は
ｒ′より大きい。

すなわち、従来のカムシャフトの有効トルクはｒ’ＸＱ
で、本実施例のカムシャフトの有効トルクはβ×Ｐ及び
ｒＸＱである。したがって、ｌがｒ　（＃白より長いこ
とにより有効トルクが大きくなっている。したがって、
最も荷重の大きいカムノーズ部１０での耐久信頼性がた
かまる。しかもｒ部と１部とは一体鋳造構成のトルク伝
達体となっている。

更に、本実施例のカムシャフト６はスプライン様係止部
８による凹凸によって各部分の負担は軽減される。

実施例２ 次に、第２の一実施例を示すと、第７図および第８図に
示す如く、実施例１とは得られるカムシャフトが若干趣
きを異にするも、実質概念は同じである。その主な差異
をのべると、 ■；焼結合金よりなるカムプロフィル部材１６のカムノ
ーズ部１７の肉厚Ｔは他部円形部１８の肉厚ｔ′よりは
若干厚肉の構成となっていて（Ｔ’＞　白、強度アップ
の効果が大きいものである。

■；央邪の鉄バイブ１９の形状が本実施例では大径とな
っている。普通、鉄パイプ１９を大径とすると中間のＡ
１合金材部２０が薄肉化されて強度低下の要因となり易
いが、本実施例ではこの点をカバーする構造で構成され
ている。即ち、大径化した薄肉鉄パイプ１９の外周には
炭素繊維等の強化繊維を含むＦＲＭ層２１が形成されて
なり、注湯されたＡ１合金との接合が可能となる構成と
なっている。

なお、この強化繊維は巻糸様に鉄パイプが適冷された状
態でまきつけられてなるため、定常状態でブリテンショ
ンのかかる状態となり、鉄パイプ接面でトルク伝達時に
ゆるむことのない構成となっているものである。このＦ
ＲＭ層の形成は鉄パイプの全体或いは部分に設ける。

また、本実施例では鉄パイプ１９はトルク伝達時の補強
材ともなっているもので、更なる軽量化の構成となって
効果していることは云うまでもない。

（発明の効果） 一般にアルミ合金は鉄より軽いが強度に劣る。しかし、
上記に述べた如く本発明方法により製造されたカムシャ
フトにおいては、トルク伝達の耐久信頼性が向上してい
るから中空円筒の鉄パイプを使用したカムシャフトと比
較して、より軽い軸部として製造できるものである。し
たがって、カムシャフト全体としても軽量化され、例え
ば大型エンジンやツインカム（Ｄ　ＯＨＣ）式エンジン
等に使用するのに適するカムシャフトが得られる。

更に、本発明のカムシャフトの製造方法は、ダイガスト
等の大量生産に適する方法によって行なうことができる
。

本発明の製造方法によって得られるカムシャフトは、カ
ムプロフィル部材を予め別体として焼結工程まで製造で
きる。そして、一体化はアルミ合金の溶融温度までで可
能であり、カムプロフィル部材は熱の影響をほとんど受
けない。したがって、熱歪による取装置は極めてわずか
であり、機械加工費が削減された。

更に、本発明のカムシャフトはカムプロフィル部材が予
め別体で作成されるため、このカムプロフィル部材の熱
処理条件が限定されない。したがって、カムプロフィル
部材の材質としてより適したものを採用することができ
、かつ、安価なものとすることができる。

又、央部は鉄パイプ構成故に給油路として利用すること
が出来る。

更に、本発明の製造方法によるカムヤフトは、長期間使
用することによってガタを生じたとしてもカムプロフィ
ル部材のカムノーズ部に対応している軸部の突起部を加
圧し塑性変形させることによって修復することが可能で
あり、製品寿命が延びた。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のカムシャフトの製造方法を示す概略斜
視図、 第２図は実施例で得られたカムシャフトの斜視図、 第３図は実施例で得られたカムシャフトの要部断面図、 第４図は実施例で得られたカムシャフトの側面図、 第５図は実施例で得られたカムシャフトの軸承部の断面
図、 第６図は従来のカムシャフトの断面図、第７図は他の一
実施例の要部断面図、 第８図は第７図の側断面図である。 図中、 １・・・カムプロフィル部材　２・・・軸承部材３・・
・鋳放し鉄パイプ中子 ４ａ、４ｂ、４ｃ・・・分割中子型 ５・・・固定用枠組体　６・・・カムシャフト７・・・
軸部　　　　　８・・・スプライン様係止部特許出願人
　　　トヨタ自動車株式会社第３図　　　　　　第４図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 カム外周形状を有し内周面にスプライン様 係止部を形成したカムプロフィル部材を焼結合金にて作
   成し、該焼結合金製カムプロフィル部材と鉄パイプ中子
   とを、鋳型内の所定の位置に配置し、その間にアルミ合
   金を注湯して鋳造することを特徴とするアルミ合金鋳物
   製カムシャフトの製造方法。