JPS6330961B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、シヤフト部の外周に粉末焼結材から
なるカム部を嵌合、固定してなるカムシヤフト及
びその製造方法に関する。 最近、内燃機関等のカムシヤフトにおいては、
粉末焼結材からなるカム部をシヤフト部の外周に
嵌合、固定して構成されたものが多用されてい
る。この種のカムシヤフトでは、カム部を多孔質
の粉末焼結材によつて構成しているから、それに
潤滑油を含浸させることによつて油切れを防止
し、カム部の寿命向上を図ることができるという
利点が得られる。 ところで、カム部をシヤフト部に固定する方法
としては、カム部をシヤフト部に圧入して固定す
る方法、カム部をシヤフト部に嵌合させた後、ろ
う付けして固定する方法、またシヤフト部として
鋼管を用いる場合には、シヤフト部のカム部に対
応した部分を膨出させることにより、そこをカム
部内周に圧接させて固定するバルジ加工による固
定方法等が採用されている。これらの方法にあつ
ては、いずれもカム部をシヤフト部の外周に嵌合
させる必要があることから、カム部の内径精度が
良好であることが要求される。 ところが、従来のカムシヤフトにおいては、カ
ム部の硬度を上げてより一層の寿命向上を図るた
めに、カム部の材質として、クロム（Cr）、マン
ガン（Mn）、モリブデン（Mo）等を比較的多量
に含有し、しかも密度比が90％以上の粉末焼結材
が用いられている。この種の粉末焼結材は、周知
のように、焼結時における収縮量のバラツキが非
常に大きいものである。したがつて、カム部を焼
結したままの状態でシヤフト部に固定しようとす
ると、収縮量が過大であつた場合には、バルジ加
工による固定法にあつてはそれ程問題とならない
が、ろう付けによる固定法および圧入による固定
法にあつては、カム部をシヤフト部に嵌合するこ
とができなくなるという問題があり、他方収縮量
が過小であつた場合には、ろう付け不良、圧入に
おける圧入代の不足、シヤフト部の膨出量過多に
よる破損という問題がある。 このため、一般的にはカム部を焼結した後、そ
の内周を仕上げ加工している。ところが、前述し
たように、カム部を硬度の高い粉末焼結材によつ
て構成しているため、切削加工によつて仕上げ加
工するには切削工具の寿命が極く短くなつてしま
うという問題があり、また研削加工によつて仕上
加工するには、収縮量にバラツキがあるため、研
削代が多くなりすぎ、非能率的であるという問題
がある。 一方、特公昭58−13603号公報においては、焼
結時に液相を生じかつ収縮を生じる鉄系耐摩耗性
焼結合金粉末でカム部を予備成形し、このカム部
をシヤフト部に嵌合した後、液相を生じる温度で
焼結するカムシヤフトの製造方法も提案されてい
るが、この方法で製造されたカムシヤフトは、焼
結時にカム部全体に液相が発生するため、カム部
の外周面の気孔が液相により閉塞しやすく、潤滑
油の含浸量が減つて油切れを起こしやすいという
欠点があつた。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
カム部の焼結時における収縮量のバラツキを抑え
ることができると共に、製造工程が簡略化でき、
しかもカム部とシヤフト部との間の結合強度の信
頼性が高いカムシヤフトおよびその製造方法を提
供することを目的とする。 以下本発明を詳細に説明する。 図面は、本発明によるカムシヤフトの一実施例
を示すもので、本発明のカムシヤフトも、従来の
カムシヤフトと同様にシヤフト部１とカム部２と
から構成されている。 前記シヤフト部１は、この場合鋼管によつて構
成されているが、鋳物または粉末焼結材からなる
管材または中実棒材によつて構成してもよい。 一方、前記カム部２は、従来のカム部のように
全体が１種類の粉末焼結材によつて構成されてい
るのではなく、互いに組成の異なる外層部２１と
内層部２２とによつて構成されている。外層部２
１は、従来のカム部を構成する鉄系焼結摺動材と
同様な組成の粉末焼結材、つまり鉄（Fe）を主
成分とし、クロム（Cr）、マンガン（Mn）、モリ
ブデン（Mo）、炭素(C)等を多量に含有する粉末
焼結材によつて構成されている。したがつて、外
層部２１はその硬さが非常に高くなり、これによ
つて外周に形成されたカム面２３の寿命向上が図
られている。 また、内層部２２は、鉄を主成分とする点で外
層部２１と同様であるが、鉄を主成分とし、銅を
５〜60重量％の割合で含有する鉄系焼結材料を焼
結して形成されている。このような粉末焼結材が
上記のような成分を有することにより、内層部２
２は硬度が外層部２１に比して低く、しかも焼結
時の収縮量のバラツキが極く小さなものとなつて
いる。 なお、上記カム部２は、後に詳述するように外
層部２１と内層部２２とをそれぞれ焼結材料によ
り成形（または成形後仮焼結）した後、これらの
成形体（または仮焼結体）をシヤフト部１に嵌合
した状態で同時に焼結されている。このため、焼
結と同時に内層部２２に含まれる銅または銅合金
の一部が外層部２１に拡散、侵透し、内層部２２
と外層部２１とが強固に結合している。また、焼
結と同時に内層部２２に含まれる銅または銅合金
の一部が、シヤフト部１に対するぬれ性が良いた
めにカム部２とシヤフト部１との間を満し、これ
によつてカム部２はシヤフト部１に対して強固に
接合している。 次に、上記カムシヤフトの製造方法について詳
しく説明する。 この製造方法では、まずカム部の外層部と内層
部とをそれぞれ焼結材料により成形する。外層部
を形成する焼結材料としては、摺動材用に適した
鉄系焼結摺動材料を用いることができる。この材
料は、従来のカムシヤフトのカム部に用いるもの
と同様なものであつて、鉄を主成分とし、クロ
ム、マンガン、モリブデン、炭素等を含む焼結材
料である。この外層部用の焼結材料として、上記
の成分に加えてリン、ホウ素等を含有させた液相
焼結材料を用いると、焼結後の外層部と内層部と
の結合を更に強固なものとし、かつ外層部の焼結
に伴う収縮により内層部をシヤフト部に強く締め
付け、シヤフト部とカム部との結合強度を一層高
めることができる。 また、内層部を形成する焼結材料としては、銅
粉末、銅合金粉末、またはこれらの混合物を鉄系
の焼結材料に混合した粉体状の焼結材料を用いる
ことができる。前記銅合金は、銅を含有し、焼結
後に銅合金となる組成物（例えばCu−Ni、Cu−
Sn等）でもよい。前記銅の混合割合は、前記焼
結材料と銅の合量に対して５〜60重量％、より好
ましくは10〜40重量％である。混合割合が５重量
％未満であると、焼結時にシヤフト部が銅（また
は銅合金）により充分にぬれず、シヤフト部と内
層部との接合強度を充分に高めることができな
い。一方60重量％を越えると、焼結時に余剰の銅
または銅合金が侵出して不適当である。 上記の各焼結材料は、それぞれプレス成形等の
通常の粉体成形方法により成形されて、外層部成
形体及び内層部成形体が形成される。これらの各
成形体は、それぞれ別個に成形されるか、または
前記各材料で一体的に同時成形される。これらの
成形体を同時成形すれば、外層部と内層部との嵌
合工程等を省略して製造工程の簡略化及び短縮化
を図ることができる。 次いで前記外層部成形体及び内層部成形体を、
成形後そのまま、または必要に応じて仮焼結した
後にシヤフト部に嵌合し、その状態で同時に焼結
する。焼結及び仮焼結は、アンモニアクラツキン
グガス中や減圧下等の非酸化性雰囲気で行なうこ
とが必要である。また、焼結温度は、通常行なわ
れている鉄系焼結材の焼結と同様に、1000〜1220
℃程度である。 しかして、上記のように外層部成形体（または
その仮焼結体）と内層部成形体（またはその仮焼
結体）とをシヤフト部に嵌合して同時に焼結する
と、内層部に含有された銅（または銅合金）が毛
細管現象により外層部中に拡散、侵透し、焼結粒
子間の間隙相となつて内層部と外層部とが強固に
結合する。更に、内層部中の銅または銅合金は、
焼結に伴つてシヤフト部と内層部との間の接合部
を充たし、焼結後において内層部とシヤフト部と
が強固に結合する。 以上に詳述したように、本発明のカムシヤフト
は、カム部が内層部と外層部とからなるカムシヤ
フトにおいて、内層部を５〜60重量％の銅を含有
する鉄系焼結材により形成し、シヤフト部と内層
部及び内層部と外層部との間の結合を焼結による
銅または銅合金の液相により図つたものであるか
ら、カム部の外層部と内層部とが高い強度をもつ
て一体的に結合し、かつカム部とシヤフト部とが
密接して強固に接合しており、その結合強度の信
頼性も高いものである。また、本発明の製造方法
によれば、シヤフト部に対するカム部の嵌合、固
定を、カム部の焼結と同時に行なうようにしたか
ら、製造工程を短縮化し、かつ簡略化することが
でき、また内層部中の銅または銅合金の液相発生
温度を考慮して焼結条件を選択し、外層部への銅
または銅合金の含侵量を調整することによつてカ
ム部の熱伝導性を向上させることができ、従つて
使用時に発生する摩擦熱の放散性が良好で耐久性
の高いカムシヤフトを得ることができる。また、
カム部の外層部は内層部に比して液相を発生しに
くいので、焼結時にカム部外周面の気孔が閉塞さ
れることが少なく、潤滑油の含浸により良好な潤
滑性が得られる。さらに必要に応じては、焼結時
に内層部の銅または銅合金を外層部のカムノーズ
まで含浸させ、機械的ななじみ性を向上すること
もできる。 次に実施例を示して本発明を更に具体的に説明
する。 実施例 カム部の内層部と外層部とをそれぞれ表中に示
す組成をもつた焼結材料を用い、成形圧力４〜
7t／cm²で同時または別個に成形した。得られた成
形体を鋼製（SCM21製）のパイプからなるシヤ
フト部に嵌合させ、アンモニアクラツキングガス
中または減圧下において1000〜1220℃の所定温度
で焼結し、試料番号１〜10の10種のカムシヤフト
を各々30個製造した。 また、比較試料として、表中の外層部の欄に示
す組成をもつ焼結材料により一体的なカム部を成
形、焼結し、前記シヤフト部にロウ付けしてカム
シヤフトを製造した。 上記の試料及び比較試料について、カム部とシ
ヤフト部との接合状態及び位置ずれ等の不具合を
調べた。その結果を表中に合わせて示した。 また、本発明による試料番号７のカムシヤフト
と比較用のカムシヤフトとをそれぞれジーゼルエ
ンジンに組み込み、劣化油中、スプリング荷重
120Kg、回転数2000rpmで400時間運転した後、ロ
ツカアーム摩耗量とカム摩耗量とを測定したとこ
ろ、表中に示す結果を得た。

【表】

【表】 表中に示すように、実施例のカムシヤフトは、
いずれも外層部の収縮量のバラツキを内層部で緩
和することにより良好な接合状態で製造され、位
置ずれ等の不具合も生じなかつた。それに対し、
比較例のカムシヤフトでは、カム部の収縮量にバ
ラツキが生じ、ロウ付けを施したのにもかかわら
ず、カム部とシヤフト部との間に隙間が生じ、位
置ずれの発生頻度も高かつた。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の一実施例を示す断面図であ
る。 １……シヤフト部、２……カム部、２１……外
層部、２２……内層部、２３……カム・ノーズ
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シヤフト部の外周に粉末焼結材からなるカム
   部を嵌合固定してなるカムシヤフトにおいて、 前記カム部は、前記シヤフト部の外周に接合す
   る内層部と、この内層部の外周をとり巻き、外面
   がカム面として形成された外層部とからなり、前
   記内層部が銅を５〜60重量％含有する鉄系焼結材
   により形成される一方、前記外層部は鉄系焼結摺
   動材により形成され、シヤフト部と内層部、およ
   び内層部と外層部が同時焼結により結合されてい
   ることを特徴とするカムシヤフト。 ２ シヤフト部の外周に、粉末焼結材からなり外
   面にカム面を有する外層部と、この外層部の内周
   に嵌合された内層部とからなるカム部を嵌合固定
   するにあたつて、 銅を５〜60重量％含有する粉末焼結材料で内層
   部成形体またはこれを仮焼結した内層部仮焼結体
   を形成するとともに、鉄系焼結摺動材料で外層部
   成形体またはこれを仮焼結した外層部仮焼結体を
   形成し、前記シヤフト部に、前記内層部成形体ま
   たは内層部仮焼結体と、前記外層部成形体または
   外層部仮焼結体とを嵌合し、これらを非酸化性雰
   囲気内で焼結して内層部と外層部とを形成すると
   同時に、内層部を前記シヤフト部に接合すること
   を特徴とするカムシヤフトの製造方法。