JPH09256819A

JPH09256819A - 組立カムシャフト製造方法

Info

Publication number: JPH09256819A
Application number: JP6566096A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kuroda; 明浩黒田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-09-30

Abstract

(57)【要約】【課題】カムシャフトを軽量にすると共に、容易に製
作可能な製造方法を提供する。【解決手段】アルミニウム合金製のカムと、鋼管から
なるシャフトを、亜鉛はんだを用いた超音波はんだ付け
によって一体にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組立カムシャフト
の製造方法、詳しくは、アルミニウム合金製のカムと鉄
製のシャフトを組み立てることによってカムシャフトを
製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関等に使用されるカムシャフト
は、カムとシャフトを鋳鉄あるいは鋼材を用いて鋳造も
しくは鍛造によって一体に形成することが一般的であ
る。

【０００３】鋳造によってカムシャフトを形成した場合
には、カム面の摩耗を防ぐためにチル化や高周波焼入れ
またはレーザ焼入れによって硬化することが行われる。
硬化されたカム面は、その硬さがＨＲＣ５０ないし６０
となり、カム面の仕上げ加工が困難である。また、鋳造
カムシャフトでは、カム面の抜き勾配による駄肉や、表
面の粗さが大きいことから、多くの量を機械加工によっ
て加工する必要があり、加工に多くの時間と費用を要す
る。さらに、鋳造カムシャフトでは、カム側面の抜き勾
配による重量増加によって、軽量のカムシャフトを製作
することができない。

【０００４】鍛造カムシャフトにおいては、抜き勾配に
よる重量増加や、カムシャフト内を中空にすることが困
難であることから、軽量なカムシャフトが得られない。
また、カムシャフトの製造方法として、カムとシャフト
を類似の材料で別体に形成して溶接する方法も提案され
ているが、小型の部品を精度よく溶接することは困難で
ある。また、カムシャフトは使用時に高速回転されるか
ら、溶接後に溶接部表面を精度よく機械加工する必要が
あり、加工費が高額になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、カムの機
械加工が容易で、軽量かつ安価なカムシャフトを提供す
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、カムをアルミニウム合金のダイカスト
によって成形し、鋼管の側面にはんだ付けによって接合
したり、ダイカストによりアルミニウム合金からカムを
鋳造すると共に鋼管を加工してシャフトを形成し、カム
とシャフトを各々はんだ浴に浸漬して超音波を印加する
ことによってはんだ層を形成し、前記カムとシャフトを
組合わせてはんだ付けする製造方法とした。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明の実施
例を示し、図１は４気筒エンジン用カムシャフトの一部
断面図、図２は製造過程を示す説明図、図３は本発明を
適用したカムシャフトの全体斜視図である。

【０００８】カム１の原料は、母材となるアルミニウム
合金、たとえばＪＩＳのＡＣ４Ａに、強化材である１な
いし２０μｍの粒径を有するアルミナもしくは炭化珪素
の粒子を、溶湯攪拌法によって分散させた粒子分散アル
ミニウム合金からなり、強化材は１ないし３０容量パー
セントの比率で分散されている。そして、この原料を５
０ないし２００ＭＰａの圧力でダイカスト成形すること
によって、カム１が形成される。

【０００９】カム１はダイカストにより形成されるの
で、一般の鋳造法によるものに比べ、表面が滑らかで寸
法精度もよく、抜き勾配が少ないため駄肉の量も少な
い。また、カム１を粒子分散アルミニウム合金によって
形成したので、鋳鉄や鍛造用鋼材に比べて軽く、粒子分
散によって通常のアルミニウム合金よりも耐摩耗性に優
れている。カム１は、カムノーズ１ａと嵌合孔１ｂを備
えており、嵌合孔１ｂはダイカスト成形後に機械加工さ
れて、シャフト２の嵌合部２ａと嵌合する径に拡開され
る。

【００１０】次に、カム１は、はんだ浴に漬けられる。
このはんだ浴は、３８２℃の共晶点を持つ、５重量パー
セントの亜鉛と９５重量パーセントのアルミニウムとの
合金、例えばＪＩＳのＡＨ−Ｚ９５Ａが、溶融された状
態で４２０℃に保たれており、アルミニウム用亜鉛はん
だを形成している。そして、はんだ浴中に、周波数１
８．６ｋＨｚ、出力６００Ｗの超音波を５秒間印加し
て、カム１に５０μｍの亜鉛はんだ層を形成する。図２
（ａ）は、カム１およびシャフト２のはんだ層を形成し
た状態を示している。

【００１１】一般的に、アルミニウム合金では、その表
面の酸化被膜によってはんだが定着しにくいが、本発明
で用いる超音波はんだ付けでは、はんだ浴中に超音波を
印加することによってキャビテーションを発生させ、酸
化被膜を破壊して短時間で容易に合金反応を得ることが
できる。

【００１２】一方、シャフト２は、鋼管、例えばＪＩＳ
に規定されている機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１７Ｃ
を、適切な長さに切断して、ジャーナル２ｂおよび嵌合
部２ａの寸法を整えたり溝２ｃを形成する等の機械加工
を施す。次に、前記はんだ浴にシャフト２を入れ、カム
１の場合と同条件において１０秒間の超音波を印可す
る。すると、シャフト２の表面には、１０μｍの亜鉛は
んだ層が形成される。

【００１３】前記はんだ層を形成したカム１の嵌合孔１
ｂを、同じくはんだ層を形成したシャフト２の嵌合部２
ａに図２（ｂ）に示すように、５００Ｎ程度のプレスに
よって嵌合圧入する。そして、圧入した部分を、バーナ
や高周波誘導加熱によってはんだ層が溶融する温度にな
るまで加熱し、周波数１９．６ｋＨｚ、出力６００Ｗの
超音波を５秒間印可する。図２（ｃ）は、カム１とシャ
フト２のはんだ付け終了後の状態を示す。カム１とシャ
フト２のはんだ層を溶融させる際に超音波を加えること
により、はんだ表面の酸化被膜が破壊されてはんだがよ
く混じり合うとともに、はんだの流動が促進されてカム
１とシャフト２の隙間に約５０μｍの均一な厚さのはん
だ層を形成することができる。そして最後に、カム１の
外形を機械加工によって仕上げる。

【００１４】図４は本発明を適用したカムシャフトの他
の実施例を示す断面図である。この実施例では、シャフ
ト２の嵌合部２ａにスプライン歯２ｄを形成し、カム１
の嵌合孔１ｂには前記スプライン歯２ｄが嵌合するスプ
ライン溝１ｃが形成されている。シャフト２とカム１
は、嵌合部２ａと嵌合孔１ｂによって嵌合されて径方向
に固定され、スプライン歯２ｄとスプライン溝１ｃによ
って回転方向に規制される。このスプラインによって、
カム１をシャフト２に圧入する際に回転方向の位置決め
を正確にかつ容易に行うことができる。また、スプライ
ンの代わりにキーやセレーションによっても、カム１の
回転方向の位置決めをすることができる。

【００１５】図５はさらに他の実施例を示し、ジャーナ
ル軸部３をシャフト２とは別体に形成すると共に、シャ
フト２をテーパ形状とした。カム１とジャーナル軸部３
の各嵌合孔１ｂ，３ａは、シャフト２のテーパと関係な
く、ストレート形状である。ジャーナル軸部３は、カム
１と同様に、嵌合孔３ａへの超音波はんだ付けによって
はんだ層を形成し、シャフト２にプレスにより嵌合した
状態で加熱して、はんだ層を溶融しながら超音波を印加
することによってはんだ付けされる。この実施例では、
カム１とジャーナル軸部３をシャフト２に圧入嵌合する
際には、各はんだ層を変形させながら圧入することが容
易なため、強固な圧入状態が得られる。

【００１６】さらに、各嵌合孔１ｂ，３ａと、シャフト
２の嵌合部２ａをほぼ同じ寸法にすれば、圧入によって
各嵌合孔１ｂ，３ａと嵌合部２ａが直接接触することに
なり、はんだ付けの際にも、各嵌合孔１ｂ，３ａと嵌合
部２ａとの隙間からはんだが流れてしまうことがない。

【００１７】

【発明の効果】本発明では、カム１をアルミニウム合金
をダイカストによって鋳造したので、カム面の硬度は高
くなく、機械加工が容易である。また、ダイカストでは
抜き勾配が少なく、表面粗さが低く滑らかであるから、
後工程に要する機械加工も少なくて済むと共に、駄肉が
少なくアルミ合金自体が軽いことも相まってカム１が軽
量になる。また、シャフト２の素材として鋼管を用いる
ため、軽量かつ安価であり、アルミ合金に比べて十分な
強度が得られる。そして、アルミニウム合金製のカム１
と鋼製のシャフト２を超音波はんだ付けによって接合し
たので、異なる材料であっても強固に接合することがで
きる。また、溶接によって組み立てられたカムシャフト
に比べ、溶接時の歪みがなく、温度も低いので短時間に
生産することができる。したがって、本発明の製造方法
を用いたカムシャフトでは、軽量なカムシャフトを作る
ことができ、その製造方法も容易で、短時間で作業がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するカムシャフトの一部断面図で
ある。

【図２】製造方法の手順を示す断面図である。

【図３】カムシャフトの外観斜視図である。

【図４】本発明を適用するカムシャフトの他の例であ
る。

【図５】本発明を適用するカムシャフトのさらに他の例
である。

【符号の説明】

１カム１ｂ嵌合孔２シャフト２ａ嵌合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カムをアルミニウム合金のダイカストに
よって成形し、鋼管の側面にはんだ付けによって接合し
たことを特徴とする組立カムシャフトの製造方法。
【請求項２】ダイカストによりアルミニウム合金から
カムを鋳造すると共に鋼管を加工してシャフトを形成
し、カムとシャフトを各々はんだ浴に浸漬して超音波を
印加することによってはんだ層を形成し、前記カムとシ
ャフトを組合わせてはんだ付けすることを特徴とする組
立カムシャフトの製造方法。
【請求項３】カムの嵌合孔とシャフトの嵌合部にそれ
ぞれはんだ層を形成し、該嵌合孔と嵌合部を嵌合し、は
んだの融点以上の温度に加熱しながら超音波を印加する
ことを特徴とする請求項２記載の組立カムシャフトの製
造方法。