JPH04231405A - カム軸の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，焼結粉末混合物から予
備成形されかつ基軸上へ半径方向遊隙をおいてはめられ
る成形部品を，まず基軸及び成形部品の半径方向凹所へ
はまり合いにより係合する保持挿入片により基軸上に位
置ぎめし，続いて半径方向遊隙を上回る収縮を行いなが
ら溶融焼結する，カム軸の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】重量の比較的小さいカム軸への要求に応
ずると共に，このようなカム軸の製造を簡単化するため
に，カム，支持突起及びカム軸の他の成形部品を粉末冶
金で製造し，なるべく中空の鋼鉄製基軸上へはめ，溶融
焼結により基軸に結合することは，既に提案されている
（ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５００６５３号明
細書）。その際予備焼結される成形部品特にカムの角度
位置を圧力ばめにより保証するようにしているが，これ
は精確な角度位置の規定によつては困難なだけでなく，
焼結過程中に圧力ばめがゆるみ，従つて設定された角度
位置が失われるという危険もある。

【０００３】これらの欠点を避けるため，予備焼結され
る成形部品を基軸上へ半径方向遊隙をおいてはめ，成形
部品を位置ぎめするため基軸及び成形部品に一致する穴
を設け，保持挿入片として管をこれらの穴へ押込んで，
潤滑剤の供給に用いることが既に公知である（ドイツ連
邦共和国特許出願公開第３２０９９８０号明細書）。基
軸に対する成形部品の角度位置は，基軸にある保持挿入
片用の穴を介して高い精度で規定することができるが，
予備焼結されるカムに後で穴あけすることは困難である
。更に成形部品に穴あけするため，これらの圧縮成形に
充分な剛性を必要とするが，これには適当な予備焼結が
必要なので，予備焼結の際生ずる成形部品の収縮は，ゆ
るい成形部品と基軸との結合にもはや利用できない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従つて本発明の基礎に
なつている課題は，これらの欠点を回避して，最初にあ
げた種類のカム軸製造方法を改良して，基軸上における
成形部品の精確な位置ぎめが保証されるだけでなく，成
形部品と基軸との特に良好な結合も行われるようにする
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれば，成形部品の圧縮成形の際保持挿入片用
凹所を成形部品の端面に形成し，それぞれ前もつて半径
方向に基軸へ挿入されている保持挿入片が成形部品の凹
所へ係合するまで，成形部品を基軸上へはめ，それから
なるべく直立する基軸の保持挿入片上に載る成形部品を
溶融焼結する。

【０００６】

【発明の効果】この手段のため，圧縮成形の際保持挿入
片用の凹所が成形部品に形成されるので，これらの凹所
の位置精度は，成形部品の後の加工には関係せず，圧縮
成形型の精度に関係するので，精確に穴あけ可能な基軸
に関連して，精度に関する高い要求を受けるカム軸の多
量生産にとつて特に有利な条件が与えられる。更に基軸
上へはめる前における成形部品の余分な加工がなくなる
ため，予備焼結が有利に省略され，成形部品の焼結の際
生ずる全収縮が成形部品と基軸との結合に利用される。 即ち所定の食い込み度が得られ，従つて基軸なしに単独
で焼結される成形部品の内径が基軸の外径より小さい寸
法をとるため，成形部品基軸との間に一層良好な結合が
可能となる。従つて所定の食い込み度のため，対比可能
な従来技術に対して少ない縮み代を持つ材料を使用する
ことができる。対比可能な縮み代では，成形部品と基軸
との間の半径方向遊隙を大きく選ぶことができ，これが
基軸の必要な表面品質に直接影響を及ぼす。

【０００７】成形部品の端面に形成される凹所は，基軸
上における成形部品の特に簡単かつ精確な位置ぎめを保
証する。なぜならば，前もつて基軸へ挿入されている保
持挿入片が成形部品の凹所へ係合するまで，成形部品を
基軸上へはめさえすればよく，それにより基軸上におけ
る成形部品の軸線方向位置だけでなく，その角度位置も
一義的に規定されるからである。成形部品のこの位置に
より，はめる方向を前もつて設定される成形部品が基軸
上へはめられると，初めて保持挿入片を基軸の半径方向
凹所へはめることができる。

【０００８】

【実施態様】基軸の直立状態で成形部品が焼結され，保
持挿入片が成形部品の支持部を形成していると，成形部
品が軸線方向にずれる危険が回避されると共に，焼結過
程中基軸の曲げ応力が回避され，基軸の撓むおそれがな
くなるという大きい利点を生ずる。基軸を適当に支持す
れば，基軸を横にして焼結過程を従来のように行うこと
ができる。

【０００９】基軸から半径方向に突出する保持挿入片が
成形部品の端面凹所へはまり合いで係合するのを助長す
るため，成形部品にある凹所により，軸線を含む面に対
して対称な保持挿入片用心出し面を形成することができ
るので，成形部品を基軸上へはめる際，保持挿入片が成
形部品の端面凹所へ係合することにより，自動心出しが
行われる。これに関連して，凹所がＵ字状断面を持ち，
この断面が保持挿入片（通常は保持ピン）に合わされて
いると，特に有利な状態が生ずる。基軸の半径方向凹所
へ保持ピンが遊隙なしにはまるのを保証するため，保持
ピンを円錐状に形成することができる。

【００１０】比較的少ない遊隙で基軸上へはめられる成
形部品では，基軸が直立している場合，特に成形部品の
収縮の際僅かな傾斜がなくされるので，成形部品を軸線
に対して直角な向きに保持するのに，単一の保持挿入片
で充分である。半径方向遊隙が大きいと，直立する基軸
上にはまる成形部品の傾斜を防止する付加的な支持部を
設けねばならない。この目的のため，基軸へ挿入される
少なくとも３つの保持片上に，焼結過程中成形部品を載
せ，これらの保持片の１つを保持挿入片としてそれぞれ
の成形部品の凹所へはまり合いで係合させ，成形部品に
対して他の保持片に周方向の運動遊隙を持たせるのが有
利である。この手段により，直立基軸上にはまる成形部
品の許容できない傾斜が防止されると共に，保持挿入片
を除く保持片の運動遊隙のため角度位置の過大規定が回
避されるので，精確な位置ぎめが保証される。保持ピン
を含む面に保持片を配置できるようにするため，周方向
に必要な運動遊隙を考慮して，成形部品にすべての保持
片用の端面凹所を設けることができる。

【００１１】

【実施例】本発明によるカム軸製造方法を図面により説
明する。

【００１２】粉末冶金で製造される成形部品１を持つカ
ム軸を製造するため，焼結粉末混合物から圧縮成形され
る成形部品１が半径方向遊隙をおいて基軸２上へはめら
れ，位置ぎめされ，それから溶融焼結される。成形部品
１を位置ぎめするため，ピン状の保持挿入片３が使用さ
れて，基軸２の半径方向凹所４へ遊隙なしに挿入され，
成形部品１の端面凹所５へはまり合いで係合する。この
目的のため成形部品１は，保持挿入片３が凹所５へ係合
するまで，基軸２上へはめられる。直立する基軸２にお
いて，大きい半径方向遊隙でも軸線に対して直角な成形
部品１の位置を保証するため，保持挿入片３のほかに保
持片６も設けることができる。同様にピン状のこれらの
付加的な保持片６は，特に図２からわかるように，保持
挿入片３と共に，軸線に対して直角な共通の面に設けら
れている。しかしこれらの保持片６は成形部品１の対応
する端面凹所７にはまり合いで係合しているのではなく
，これらの凹所７内で周方向に運動遊隙を持つて，保持
挿入片３を介してのみ成形部品１の角度位置を規定する
。図３からわかるように，凹所７は凹所５より適当に大
きい幅を持つている。僅かな半径方向遊隙のため，直立
する基軸２上における成形部品１の許容できない傾斜の
おそれがないと，図５ないし７に示すように，付加的な
保持片６を省略することができる。

【００１３】成形部品の端面凹所５への保持挿入片３の
遊隙なし係合を容易にするため，Ｕ字状の凹所断面にお
ける場合のように，凹所５は軸線を含む面に対して対称
な心出し面を保持挿入片３のために形成することができ
る。保持挿入片３が成形部品１の端面内にあるようにす
ると，成形剖品１の軸線方向収縮を考慮できるようにす
るため，凹所５は保持挿入片３の直径より大きい深さを
持たねばならない。同じことが成形部品１の凹所５の長
さについてもいえる。

【００１４】図８によれば，カム軸を製造するため，準
備された基軸２が垂直な回転軸線を持つ回転テーブル８
に挿入されて，基軸２に結合すべき成形部品１を直立す
る基軸２上へ通すことができるようにしている。この目
的のためまず直立軸上で一番下の保持挿入片３をこの成
形部品１の端面凹所５へ係合させる。それから上方へ続
く成形部品１例えばカム用の保持挿入片３を，このため
に基軸２に設けられる凹所４へ挿入し，成形部品１を基
軸２上へはめることができるが，成形部品の角度位置は
考慮できない。成形部品が向きを統一されて基軸２へ供
給されると，回転テーブル８を介して基軸２を適当な角
度位置へ回して，成形部品を正しい位置ではめることが
できる。図９には，順次に続く成形部品１をはめるため
２つの順次に続く角度位置の間の角度段階αが示されて
いる。これから容易にわかるように，回転テーブル８に
よる基軸２の回転変位を，保持挿入片３の挿入用凹所４
を正しい位置で形成するのに利用することができる。

【００１５】個々の成形部品を順次にはめた後，図８の
一番上に示す軸受レースをはめて，こうして準備される
カム軸を溶融焼結過程にかけ，成形部品１と基軸２との
固定的金属結合を行うことができる。なぜならば焼結の
際成形部品１は，半径方向遊隙を著しく上回る程度の収
縮を受けるからである。

【００１６】縮み代は，成形部品１に使用される焼結粉
末混合物及び合金化される鉄粉に関係し，一般に１ない
し６％である。この焼結粉末混合物は更に２０重量％ま
での青銅を含むことができ，この青銅は成形部品の滑り
特性を改善するのみならず，焼結の際銅の蒸気圧を下回
ると，成形部品と基軸とのろう着も行う。成形部品用に
選ばれる焼結粉末混合物は，同時に保持挿入片３及び保
持片６用の凹所５及び７を形成しながら，６．５ないし
６．７ｇ／ｃｍ３の圧縮密度を持つ成形部品１に圧縮成
形される。この圧縮密度は，予備焼結を使用する必要な
しに，続く取扱いにとつて充分な湿態強度を可能にする
。特別な場合湿態強度を高める焼結過程を圧縮成形に続
けることができるが，主焼結過程中に成形部品の著しい
収縮をあまり先行させないようにするため，この焼結過
程において収縮を限界内に保つように，特に留意せねば
ならない。

【００１７】１つの例として，６重量％のモリブデンと
合金化される鉄粉が成形部品１用に使用され，２．８重
量％の１６％鉄−燐合金粉末，１．８５重量％の黒鉛及
び滑剤としての０．８重量％のろうとに混合された。こ
の粉末混合物からカムが圧縮成形され，その湿態密度は
６．５ｇ／ｃｍ３であつた。これらの成形部品が，図８
のように，鋼Ｓｔ５８から成り周面を研摩されている基
軸上へはめられた。肉厚が５ｍｍの中空基軸の外径は２
５．０ｍｍと測定された。カムの内径は２５．１ｍｍだ
つたので，カムをカム軸上へ問題なくはめることができ
た。２．５ｍｍの直径を持つピン状保持挿入片上で成形
部品を本発明により位置ぎめした後，こうして組立てら
れたカム軸が，真空炉内に直立して，１０６０℃の焼結
温度で２時間焼結され，炉内の温度偏差は±５℃と測定
された。炉内の焼結圧力は４．１０−２ｍｂであつた。 焼結過程に続いてカム軸は９００℃まで徐々に冷却され
，それから焼入れのため窒素中で急冷された。５５０℃
での焼戻し過程後，基軸にはＨＲＣ５１±１の硬度が確
認された。５００ｍｍの長さの焼結されたカム軸の最大
撓みは，焼結過程中直立配置のため，０．１ｍｍより小
さかつた。冶金学的検査の結果，溶融焼結後拡散により
成形部品と基軸との間に完全な金属結合が行われた。 成形部品の自由収縮は５．３％と測定されたので，１．
２３ｍｍの食い込み度が得られた。この比較的大きい食
い込み度は基軸上に成形部品を確実に収縮ばめし，収縮
に抗する基軸の作用により，溶融相が成形部品の圧縮を
行つた。焼結密度は７．７ｇ／ｃｍ３と測定された。軸
のねじり強度は成形部品と基軸との結合部のねじり強度
より小さいので，この結合部のねじり強度は求められな
かつた。

【００１８】他の例では，１８重量％のクロムと合金化
される鉄粉に，３．４４重量％の１６％鉄−燐合金粉末
，２．４０重量％の黒鉛，１．７０重量％の電解銅，１
．２重量％の錫粉末，０．８重量％のモリブデン及び滑
剤としての０．５重量％のろうが混合され，この粉末混
合物から６．６ｇ／ｃｍ３の圧縮密度を持つカム軸用の
成形部品が圧縮成形された。成形部品の穴直径は３１．
０ｍｍ，軸線方向カム幅は１５．０ｍｍであつた。 鋼Ｓｔ５８から成る中空基軸（肉厚５ｍｍ）の外径は２
９．９５ｍｍと測定され，５％の自由収縮で０．５ｍｍ
の食い込み度が得られた。基軸上へはめられる成形部品
は，基軸を直立させた状態で，真空炉において１０８５
℃で２時間焼結され，同じ炉において１０５０℃の焼入
れ温度で焼入れされた。５５０℃で２時間焼戻した後，
ＨＲＣ５０±１の硬度が確認された。５００ｍｍの長さ
の軸の最大撓みは０．１４ｍｍであつた。冶金学的検査
の結果，拡散による基軸と成形部品との金属結合に加え
て，焼結中に溶融青銅相による付加的なろう着も認めら
れた。成形部品の密度は７．６３ｇ／ｃｍ３であつた。 結合部のねじり強度は軸のねじり強度より大きかつた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造すべきカム軸用の基軸の側面
図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。

【図３】予備成形されたカムの正面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線によるカムの断面図である
。

【図５】図１のＶ−Ｖ線による断面図である。

【図６】図１のＶ−Ｖ断面の範囲における予備成形され
たカムの正面図である。

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線によるカムの断面図で
ある。

【図８】回転テーブルに挿入されて一部に成形部品をは
められている直立基軸の側面図である。

【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線による断面図である。

【符号の説明】

１　　成形部品 ２　　基軸 ３　　保持挿入片 ５　　凹所

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　焼結粉末混合物から予備成形されかつ
   基軸（２）上へ半径方向遊隙をおいてはめられる成形部
   品（１）を，まず基軸（２）及び成形部品（１）の半径
   方向凹所（５）へはまり合いにより係合する保持挿入片
   （３）により基軸（２）上に位置ぎめし，続いて半径方
   向遊隙を上回る収縮を行いながら溶融焼結するカム軸製
   造方法において，成形部品（１）の圧縮成形の際保持挿
   入片（３）用凹所（５）を成形部品（１）の端面に形成
   し，それぞれ前もつて半径方向に基軸（２）へ挿入され
   ている保持挿入片（３）が成形部品（１）の凹所（５）
   へ係合するまで，成形部品（１）を基軸（２）上へはめ
   ，それから成形部品（１）を溶融焼結することを特徴と
   する，基軸と成形部品から成るカム軸の製造方法。
2. 【請求項２】　　成形部品（１）にある凹所（５）によ
   り，軸線を含む面に対して対称な保持挿入片（３）用心
   出し面を形成することを特徴とする，請求項１に記載の
   方法。
3. 【請求項３】　　凹所（５）の断面をＵ字状にすること
   を特徴とする，請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】　　基軸（２）へ挿入される少なくとも３
   つの保持片（６）上に，焼結過程中成形部品（１）を載
   せ，これらの保持片の１つを保持挿入片（３）としてそ
   れぞれの成形部品（１）の凹所（５）へはまり合いで係
   合させ，成形部品（１）に対して他の保持片（６）に周
   方向の運動遊隙を持たせることを特徴とする，請求項１
   ないし３の１つに記載の方法。