JPS631080Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の吸排気弁開閉用カムシヤフ
トに関するものであり、特に鋼パイプ製ステムと
焼結合金製カムロブとを組み付けた組立カムシヤ
フトに関する。

カムシヤフトはタペツトやロツカアームなどの
カムフオロワと摺動することからカムロブには耐
摩耗性、特に虫食い摩耗とも称されるピツチング
（Pitting）と溶着摩耗とも称されるスカツフイン
グ（Scuffing）が生じにくいことが要求される。
同時に回転軸としての剛性が疲労強度が望まれる
もので近年になつては機関の省燃費の要求から軽
量化が望まれている。

一般にはカムシヤフトとして耐摩耗性向上の観
点からチル鋳物や焼入した合金鋳物が用いられて
いるが、長尺のカムシヤフトでは鋳造割れ、曲が
りを生じ易いばかりか、強度が得難いため肉厚が
大きく生産性に劣るばかりか重量も多大である。

これに対して強度に優れかつ重量も少ない鋼パ
イプによりカムシヤフトのステムを形成し、これ
に予め異種材料で形成したカムロブ、ジヤーナ
ル、ギヤ、軸端部品等を組付けた組立てカムシヤ
フトが注目されている。この組立てカムシヤフト
でもカムロブに耐摩耗性と生産性及びステムとの
結合性に優れる焼結合金が用いられるもので、例
えば実公昭51−7367号や特開昭54−41266号に示
される如く、カムシヤフトのカムロブとして液相
焼結合金を用い、カムロブとステムとを組付けて
焼結することにより焼結合金中元素の拡散による
拡散結合と焼結とを進行しステムとカムロブとを
治金学的に結合されてカムシヤフトが形成され
る。

さらにカムロブを液相焼結合金とすることによ
りカムロブの密度は理論密度の97％以上となつて
面圧強度及び表面硬度に優れると同時に潤滑油保
油機能を有する焼結空孔も存在するカムロブとし
て最適の材料が得られる。このような焼結合金製
カムロブには例えば特開昭55−100903号の如く異
種材料の複合焼結合金が使用されることもある
が、耐摩耗性の最も要求されるカムノーズ部のみ
を異種材料とすることが通常であり、このように
カムロブの外周面を非均一とすると偏摩耗の原因
となるばかりか、液相焼結に伴うステムとの治金
学的な結合性の低下も生じる。

又カムロブを液相焼結すると、液相焼結の場合
収縮率が15〜20％もあるために焼結による変形が
大きく粉末治金の長所である成形性が失なわれる
欠点があるが、前記した焼結合金の高い密度とス
テムとの結合性を考慮すると液相焼結合金を選択
せざるを得ない。

本考案は上記したカムロブの問題点を解決する
ものであり、カムロブとしての耐摩耗性と、ステ
ムとの結合性を維持し、さらに粉末治金の長所で
ある成形性を維持したカムロブを達成することに
よつて生産性、強度、耐摩耗性に優れたカムシヤ
フトを得るものであり、以下詳細に説明する。

まず本考案の要旨とするところは実用新案登録
請求の範囲に記載した如く下記４つの構成要件よ
りなるカムシヤフトにある。

(1) 鋼パイプ製ステムに焼結合金製カムロブが組
付けられる。

(2) カムロブ本体は固相焼結合金にて形成され
る。

(3) カムロブの外周と内周にはカムロブ本体を形
成する固相焼結合金と同一温度で焼結される液
相焼結合金を配す。

(4) 内周側の液相焼結合金の拡散によりステムと
カムロブとは結合されている。

本考案カムシヤフトにつき実施例に従つて説明
する。第１図は本考案第１実施例カムシヤフトの
断面図であり、鋼パイプ製ステム１にカムロブ
３，３、ジヤーナル４，４、ギヤ５、駆動側軸端
部品２１、自由軸端部品２２が組付けられる。ジ
ヤーナル４，４については鋼や樹脂又は焼結合金
により形成され、軸端部品２１，２２やギヤ５に
ついても鋼、樹脂、焼結合金によつて形成され、
ろう付、溶接等の適当な手段にて結合される。

カムロブ３は第２図に示す如く外周面３４に液
相焼結合金３２が配され、内周面３５にも液相焼
結合金３１が配され、それ以外のカムロブ本体３
には固相焼結合金３０が配される。これら液相焼
結合金３１，３２と固相焼結合金３０とは同一温
度で焼結されて固相焼結、液相焼結されるものだ
がカムロブ本体を形成する固相焼結合金は焼結収
縮が微少であり圧粉成形時の形状を維持すると共
に空孔量が10〜30容量％存在するために含油性に
優れる。これに対してカムロブ外周面を形成する
液相焼結合金３２は液相焼結される理由によつて
焼結収縮が進み空孔は５容量％以下の極めて緻密
な焼結合金であり、面圧強度及び表面硬度に優れ
耐摩耗性効果に優れる。さらにこの外周面を形成
する液相焼結合金は第２図に示す如くカムロブと
相似形に形成することでカムロブ本体を形成する
固相焼結合金に比較して薄くかつ均一厚さに形成
されるために焼結によつて収縮しても固相焼結合
金３０と相似形に収縮し外周形状の歪や変形を受
け難い。一方カムロブ内周側に配される液相焼結
合金はステムに組付けられて焼結されることによ
り液相の発生と同時に元素の拡散によるステムと
の治金学的結合が進みステムとカムロブとの結合
を達成する。

この液相焼結合金としては外周面を形成する液
相焼結合金には耐摩耗性効果を発揮するため硬度
及び基地強度の高い材料が選択され、例えばＰ、
Ｂ、Siを0.5〜5.0％程度添加し液相温度を下げら
れたFe−Cr（Ｐ、Ｂ、Si）の鉄系焼結材料にさら
に炭化物を形成して耐摩耗性効果を発揮するCr、
又はCrとMo、Ｗ、Ｖ、Ti、Nb、等を含み、こ
れに基地をマルテンサイト又はベイナイト化させ
硬化させるNi、Cuを含む鉄系焼結合金が用いら
れる。本考案においてはかかる焼結合金として例
えば特開昭54−62108号や、特開昭55−145156号、
特開昭55−145152号に示されたFe−Ｃ−Ｐ系に
Cr、Mo、Cuの添加された液相焼結合金が適す
る。かかる液相焼結合金の液相焼結温度は通常
1120〜1180℃の間であり、本考案において使用さ
れる固相焼結合金としてはFe−Ｃ系、特に中炭
素Fe−Ｃ系の焼結合金を用いることで上記液相
焼結温度にても固相焼結される焼結合金を得られ
る。かかるFe−Ｃ系焼結合金は固相焼結されて
も収縮率は少なく圧粉成形体形状を維持する。又
特別負荷の高い機関に用いるカムシヤフトではこ
のカムロブ本体の固相焼結合金の剛性、強度を向
上するためCr、Ni等の基地強化元素や、Fe−
Cr、Fe−Mo等の硬質粒子として骨材の作用をな
す合金粉末を添加されてもかまわない。

一方内周側に配される液相焼結合金は外周側の
液相焼結合金と同じ材料でもかまわないが、この
内周側の焼結合金には液相の発生によりステムへ
の元素の拡散結合を目的とするため、より液相発
生温度の低く、かつ拡散され易い元素例えばCr、
Ni、Co等を含む焼結合金が適する。

かかる本考案の焼結合金製カムロブは第３図に
示す如き複合粉末成形装置にて形成される。第３
図において、まずダイ１１、コアロツド１２、第
１下パンチ１３、第１上パンチ１６にて固相焼結
合金を形成する粉末Ａを充填後圧粉成形し、次い
で第４図に示す如く第２下パンチ１４を下げるこ
とにより外周の液相焼結合金を形成する粉末Ｂを
充填し、同様に第３下パンチ１５を下げることに
より内周側の液相焼結合金を形成する粉末Ｃを充
填する。次いで第５図に示す如く第１、第２、第
３上パンチ１６，１７，１８を下ろしてカムロブ
を成形し、次いでダイ１１、コアロツド１２を下
げてカムロブをダイ１１上へ取出す。

次にカムロブを最終焼結温度以下の温度で予備
焼結した後にステムに組付けて焼結し、カムシヤ
フトが得られる。

上記した如きカムロブでは外周側と内周側の液
相焼結合金の収縮量が大きいため、第６図に示す
如く内周側の圧粉体３１０、外周側の圧粉体３２
０とを固相焼結合金を形成する圧粉体３００より
大きく形成されることにより焼結完了後の成形性
を高くされる。

尚外周側の液相焼結合金はカムシヤフトとして
の面圧強度を得る上で１mm以上の相対的に厚肉の
焼結合金とされることが必要であるのに対して、
内周側の液相焼結合金は肉厚が薄くともかまわな
い。従つて内周側の焼結合金を配する手法として
第７図に示す如く、例えば第３図から第５図の如
くして形成されれた外周側液相焼結合金とカムロ
ブ本体の固相焼結合金とを形成する粉末成形体又
は一次焼結体Ｄに、粉末Ｃ供給と同時にロール８
で加圧し、内周側に薄く液相焼結合金の粉末成形
層Ｃを形成されることもなされる。

さらに第８図に示す如く液相焼結合金を形成す
る粉末Ｂに溝部８０を形成し、ここに固相焼結合
金を形成する粉末Ａを充填して成形しカムロブを
形成される場合もあるが、このように軸方向に対
して非対称なカムロブは本考案の如く固相と液相
と収縮率の大きく異なる焼結合金を用いる場合に
は変形、歪の原因となるため、第８図に示したカ
ムロブ３の液相部８２を互いに合わせる如く２つ
重ねて使用し、変形、歪を防止することが好まし
い。

以上記した如く本考案のカムシヤフトは成形性
と形状安定性に優れる固相焼結カムロブ本体を有
し、この外周には耐摩耗性に優れる液相焼結合金
を配し、又内周にもステムとの結合性に優れる液
相焼結合金を配すため、耐摩耗性、形状安定性、
ステムとの結合性に優れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図：本考案カムシヤフト第１実施例断面
図。第２図：本考案カムシヤフトのカムロブを説
明する要部断面図。第３図〜第５図：本考案カム
シヤフトのカムロブ製造方法を説明する要部断面
図。第６図：本考案他の実施例を示す断面図。第
７図：本考案のカムロブの他の実施例製造方法を
説明する要部断面図。第８図：本考案他の実施例
断面図。 付号の説明、１：ステム、３：カムロブ、３
０：カムロブ本体、３２：外周側液相焼結合金、
３１：内周側液相焼結合金、４：ジヤーナル、
５：ギア。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 鋼パイプ製ステムに焼結合金製カムロブが組
   付けられ、かつ該焼結合金製カムロブと鋼ステ
   ムとは焼結合金製カムロブの液相焼結に伴う拡
   散結合により接合されてなるカムシヤフトにお
   いて、前記焼結合金製カムロブ本体は固相焼結
   合金により形成され、かつカムロブの外周と内
   周には該カムロブ本体を形成する固相焼結合金
   と同一温度にて焼結される液相焼結合金が配さ
   れたことを特徴とするカムシヤフト。 (2) 前記カムシヤフトのカムロブの外周側液相焼
   結合金とカムロブ本体を形成する固相焼結合金
   との境界層がカムロブ外周形状と相似形状であ
   ることを特徴とする前記実用新案登録請求の範
   囲第１項記載のカムシヤフト。