JPH07252503A - カムシャフトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シャフト本体とカムとを別体にしたカムシャ
フトにおいて、複数のカムの組み込みを容易にする。 【構成】 射出成形粉末冶金法によりカム３を製造す
る。このとき、成形用金型内にシャフト本体２を予め挿
入しておき、このシャフト本体２の外周にカム３を射出
成形する。複数のカム３は、一体に繋がっている。 【効果】 高精度のカムシャフト１を容易に低コストで
量産できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動弁系などに用いられ
るカムシャフトおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】動弁系などに用いられるカムシャフト
は、回転自在に支持されるシャフト本体の外周に、カム
フォロワーの動きを制御するカムを設けたものである。
従来のカムシャフトとしては、例えば特開平4-89156 号
公報に記載されているように、シャフト本体およびカム
の全体を鋳鉄などにより鋳造したもの、鋼製のシャフト
本体の外周に焼結合金などからなるカムを溶接したも
の、あるいは、特開平2-213402号公報に記載されている
ように、シャフト本体の外周にカムを機械的な圧入によ
り固定したものなどがある。

【０００３】しかし、シャフト本体およびカムの全体を
一体に鋳造するものでは、それぞれの材質の選択に制約
があるとともに、鋳造であるために精度が出しにくい。
また、シャフト本体に別体のカムを溶接や圧入により組
み込むものでは、製造の工数およびコストがかさむ。こ
れは、１本のシャフト本体に組み込むカムの個数が多い
ほど顕著になる。例えば、圧入の場合、圧入のためのロ
ーレットをシャフト本体の外周に転造した後、このシャ
フト本体をカムに圧入するのであるが、これを何度も繰
り返さなければならず、工数が非常に多くなる。

【０００４】さらに、特開昭52-73212号公報には、鋼製
のシャフト本体の外周にアルミニウム合金からなるカム
およびカムギヤをダイカストにより鋳ぐるむことが記載
されている。これにより、シャフト本体とカムとを異材
質にすることは可能であるが、ダイカストできる材料は
限られており、したがって、カムの材質も制約されるこ
とになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、シャフ
ト本体およびカムの全体を鋳造する従来のカムシャフト
の製造方法では、シャフト本体およびカムのそれぞれの
材質の選択に制約があるとともに、精度を出しにくいな
どの問題があった。また、シャフト本体に別体のカムを
溶接や圧入により組み込む従来のカムシャフトの製造方
法では、製造の工数およびコストがかさむ問題があっ
た。さらに、シャフト本体の外周にカムをダイカストに
より鋳ぐるむ従来の方法でも、カムの材質が大きく制約
を受ける問題があった。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決しよう
とするもので、シャフト本体とカムとのそれぞれの材質
選定の自由度を大きくするとともに、高精度のカムシャ
フトを容易に低コストで製造できるようにすることを第
１の目的とする。また、複数あるカムの強度を高めるこ
とを第２の目的とし、シャフト本体とカムとの結合強度
を高めることを第３の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のカムシ
ャフトの製造方法は、前記第１の目的を達成するため
に、シャフト本体を予め挿入した成形用金型内に、金属
粉末およびバインダーを含む流動性混合材料を注入して
固化させることにより前記シャフト本体の外周にカムを
射出成形する射出成形工程と、この射出成形工程の後に
成形用金型内から前記シャフト本体とともに取り出した
前記カム中のバインダーを除去する脱バインダー工程
と、この脱バインダー工程の後に前記カムを加熱して焼
結する焼結工程とを有するものである。

【０００８】請求項２の発明は、前記第２の目的をも達
成するために、請求項１記載のカムシャフトの製造方法
により製造されるカムシャフトにおいて、複数のカムが
一体に繋がっているものである。

【０００９】請求項３の発明は、前記第３の目的をも達
成するために、請求項１記載のカムシャフトの製造方法
により製造されるカムシャフトにおいて、シャフト本体
の外周におけるカムの形成部が非円柱面になっているも
のである。

【００１０】

【作用】請求項１の発明のカムシャフトの製造方法で
は、まず射出成形工程において、シャフト本体を予め挿
入した成形用金型内に、金属粉末およびバインダーを含
む流動性混合材料を注入して冷却固化させることにより
前記シャフト本体の外周にカムを射出成形する。つぎ
に、成形用金型からカムの成形されたシャフト本体を取
り出した後、カム中のバインダーを除去する。つぎに、
カムを加熱して焼結する。このような製造工程であるか
ら、シャフト本体の材質としては、焼結時の熱などに耐
えられる適宜のものを採用でき、カムの材質も、射出成
形粉末冶金法の適用が可能な適宜のものを採用できる。
そして、カムがたくさんあっても、これらカムを一度に
成形できる。

【００１１】請求項２の発明のカムシャフトでは、複数
のカムが一体に繋がっているため、その強度が高くな
り、また、成形用金型において、一体に繋がった複数の
カムに対してゲートを共用できる。

【００１２】請求項３の発明のカムシャフトでは、非円
柱面からなるシャフト本体の外周にカムが成形されてい
ることにより、シャフト本体とカムとの結合強度が高
い。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１は、カムシャフト１の第１実施
例を示している。本カムシャフトは、シャフト本体２の
外周に複数のカム３を組み込んだものである。これらカ
ム３は、シャフト本体２に対して、それぞれ所定の方向
性をもって固定されている。そして、複数のカム３は、
軸方向において一体に繋がっている。なお、本実施例に
おいて、前記シャフト本体２の外周面は円柱面となって
いるが、このシャフト本体２は、中空なパイプ状でも、
中実でもよい。

【００１４】そして、シャフト本体２の材質は、鋼鉄、
ステンレスあるいは制振合金などである。また、カム３
の材質は、鉄、ステンレス、ハイス（高速度工具鋼）あ
るいはタングステン合金などである。なお、シャフト本
体２とカム３とを同一材質としてもよいが、もちろん異
材質とすることもできる。

【００１５】製造に際し、前記カム３は、射出成形粉末
冶金法（ＭＩＭ）によりシャフト本体２の外周に成形さ
れる。図２は、その射出成形工程に用いる成形用金型11
の一例を示している。同図において、12は固定型、13は
可動型で、これら固定型12および可動型13は、図示上下
方向に互いに移動して開閉し、型閉時に相互間にカム３
の形状をしたキャビティ14を形成するものである。複数
のカム３が一体に繋がるため、キャビティ14は連続した
１つのものとなっている。そして、このキャビティ14に
臨ませて、固定型12にはゲート15が形成されている。ま
た、各カム３の外周面は、１つずつのカム３に対応して
固定型12および可動型13にそれぞれ埋め込んで固定され
た入子16，17により形成される。このような入子16，17
の構造は、方向性の違いから各カム３で固定型12と可動
型13との分割面位置を変えなければならないこと、およ
び、特に成形されるカム３の外周面の精度を高めるため
に採用されたものである。

【００１６】そして、射出成形工程に際しては、まず型
閉するが、この型閉に際して、固定型12と可動型13との
間にシャフト本体２を予め挿入しておく。この状態で、
金属粉末およびワックス系あるいはポリマー系のバイン
ダーを含む流動性混合物（材料）をゲート15からキャビ
ティ14内に注入、充填する。そして、キャビティ14内に
充填された材料が冷却により固化した後、型開して、シ
ャフト本体２の外周にカム３が成形されてなるカムシャ
フト１を取り出す。つぎに、脱バインダー工程におい
て、成形された前記カム３中のバインダーを除去する。
つぎに、焼結工程において、前記カムシャフト１に成形
されたカム３を焼結炉で加熱して焼結する。さらに、必
要に応じて、後処理が施されて製品が完成する。

【００１７】前記実施例の構成によれば、シャフト本体
２とカム３とを別体としたことにより、これらシャフト
本体２およびカム３の材質選定の自由度が大きくなり、
異種材質とすることももちろん可能である。シャフト本
体２の材質としては、焼結時の熱などに耐えられる適宜
のものを採用できる。また、カム３の材質も、ＭＩＭの
適用が可能な適宜のものを採用できる。実際、ＭＩＭの
適用により、非常に多様な材質が採用可能である。例え
ば、シャフト本体２およびカム３の材質を焼結接合され
る材質とすれば、シャフト本体２およびカム３の結合を
強固なものとできる。また、シャフト本体２の材質を制
振合金とすれば、優れた制振、防音効果が得られる。さ
らに、シャフト本体２も、耐蝕性に優れた材質にしたり
できる。一方、カム３については、例えば、これをステ
ンレスとすれば、錆びにくくできる。また、カム３をハ
イスやタングステン合金とすれば、強度を向上できる。

【００１８】また、１本のシャフト本体２に対して多数
あるカム３を一度に成形できる。したがって、カムシャ
フト１を少ない工数で、低コストで製造できる。さら
に、複数のカム３が一体に繋がるため、成形用金型11に
おいて、複数のカム３に対してゲート15を共用できる。
したがって、成形用金型11の構成を簡単にできる。ま
た、複数のカム３が一体に繋がっていることは、これら
カム３の強度を高める。

【００１９】さらに、ＭＩＭの適用により、製造される
カム３の精度を上げられ、高精度のカムシャフト１を容
易に量産できる。精度向上により、カムシャフト１全体
の重量バランスもよくなる。

【００２０】図３は、成形用金型11の他の例を示してい
る。この成形用金型11は、型閉した固定型11と可動型12
との間にランナー21を形成するようにし、このランナー
21の先端のサイドゲート22をキャビティ14における両端
のカム３の端面に相当する位置へ開口させるものであ
る。カム３の外周面に相当する位置にゲート22を開口さ
せると、高精度が要求されるカム３の外周面にゲート跡
が残って、その後加工も必要になるが、前述のように、
カム３の端面に相当する位置にゲート22を設ければ、ゲ
ート跡の処理が容易になる。

【００２１】図４は、成形用金型11のさらに他の例を示
している。この成形用金型11は、キャビティ14におい
て、両端のカム３のさらに軸方向外側の位置に延出部26
を設け、ここに固定型12側に設けたゲート27を開口させ
たものである。延出部26は、カムシャフト１においてカ
ム３ではない凸部を形成する。すなわち、この凸部はカ
ム３ではないので、精度などにおいて問題はなく、ゲー
ト跡の処理が容易になる。

【００２２】図５は、本発明のカムシャフト１の第２実
施例を示している。このカムシャフト１では、複数のカ
ム３自体は離散的に位置しているが、これらカム３をシ
ャフト本体２の外周を覆う円筒状の連結部31により一体
に繋いだものである。すなわち、この連結部31は、カム
３と一体に射出成形される。前記連結部31により、複数
のカム３の強度が向上し、また、成形用金型11におい
て、複数のカム３に対してゲート15を共用できる。

【００２３】図６は、本発明のカムシャフト１の第３実
施例を示している。このカムシャフト１では、複数のカ
ム３が互いに分離して位置している。この場合、成形用
金型11において、キャビティ14は、各カム３毎に互いに
分離したものとなり、したがって、各キャビティ14のそ
れぞれに対してゲート36を設ける必要がある。

【００２４】図７は、本発明のカムシャフト１の第４実
施例を示している。このカムシャフト１は、シャフト本
体２の外周において少なくともカム３の形成部に、その
軸方向に沿う平目ローレット41をカム３の成形前に転造
などにより形成したものである。この平目ローレット41
が成形されたカム３に喰い込むことにより、カム３をシ
ャフト本体２に対して確実に回り止めでき、シャフト本
体２とカム３との結合強度、特にねじりに対する強度が
高まる。

【００２５】なお、回り止めのための形状は、前記第４
実施例のような平目ローレット41に限らず、図８に示す
第５実施例のような６角柱面、他の角柱面、断面楕円の
柱面など、適宜の異形でよい。

【００２６】図９は、本発明のカムシャフト１の第６実
施例を示している。このカムシャフト１は、シャフト本
体２の外周において少なくともカム３の形成部に、円周
方向の凸部42をカム３の成形前に形成したものである。
また、図９は、本発明のカムシャフト１の第６実施例を
示している。このカムシャフト１は、シャフト本体２の
外周において少なくともカム３の形成部に、円周方向の
綾目ローレット43をカム３の成形前に形成したものであ
る。これらの凸部42や綾目ローレット43により、やはり
シャフト本体２とカム３との結合強度が高まる。特に円
周方向の凸部42は、軸方向のずれ止めに効果的であり、
綾目ローレット43は、回り止めと軸方向のずれ止めとの
両方に効果的である。

【００２７】なお、前記第４実施例から第７実施例にお
いて、シャフト本体２の両端部などの軸受部は、断面真
円にする必要がある。

【００２８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、射出成形粉末
冶金法を利用してカムを製造し、その際、成形用金型内
にシャフト本体を予め挿入しておき、このシャフト本体
の外周にカムを射出成形するようにしたので、シャフト
本体とカムとのそれぞれの材質選定の自由度が大きく、
また、１本のシャフト本体に対して多数のカムがあって
も、高精度のカムシャフトを容易に低コストで量産でき
る。

【００２９】請求項２の発明によれば、複数のカムが一
体に繋がっているので、これらカムの強度が向上すると
ともに、成形用金型において、一体に繋がった複数のカ
ムに対してゲートを共用でき、成形用金型の構成を簡単
にできる。

【００３０】請求項３の発明によれば、シャフト本体の
外周におけるカムの形成部が非円柱面になっているの
で、シャフト本体とカムとの結合強度を高くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカムシャフトの第１実施例を示す側面
図である。

【図２】同上カムの成形用金型の一例を示す断面図であ
る。

【図３】同上カムの成形用金型の他の例を示す分割面の
平面図である。

【図４】同上カムの成形用金型のさらに他の例を示す断
面図である。

【図５】本発明のカムシャフトの第２実施例を示す断面
図である。

【図６】本発明のカムシャフトの第３実施例を示す断面
図である。

【図７】本発明のカムシャフトの第４実施例を示すもの
で、（ａ）は断面図、（ｂ）はシャフト本体の側面図で
ある。

【図８】本発明のカムシャフトの第５実施例を示す断面
図である。

【図９】本発明のカムシャフトの第６実施例を示すシャ
フト本体の側面図である。

【図１０】本発明のカムシャフトの第７実施例を示すシ
ャフト本体の側面図である。

【符号の説明】

１ カムシャフト ２ シャフト本体 ３ カム 11 成形用金型

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフト本体を予め挿入した成形用金型
   内に、金属粉末およびバインダーを含む流動性混合材料
   を注入して固化させることにより前記シャフト本体の外
   周にカムを射出成形する射出成形工程と、この射出成形
   工程の後に成形用金型から前記シャフト本体とともに取
   り出した前記カム中のバインダーを除去する脱バインダ
   ー工程と、この脱バインダー工程の後に前記カムを加熱
   して焼結する焼結工程とを有することを特徴とするカム
   シャフトの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカムシャフトの製造方法
   により製造されるカムシャフトにおいて、複数のカムが
   一体に繋がっていることを特徴とするカムシャフト。
3. 【請求項３】 請求項１記載のカムシャフトの製造方法
   により製造されるカムシャフトにおいて、シャフト本体
   の外周におけるカムの形成部が非円柱面になっているこ
   とを特徴とするカムシャフト。