JPS5850355A - カムシヤフト - 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】 本考案は内燃機関用カムシャフトに関するものであり、
特にカムロブ、ジャーナル、ステムなどの構成部品に異
種材ネ」を用いた複合力ムシ４・フトに関するものであ
る。

カムシャフトには、チルド鋳物又は焼入ａｊ物、浸炭焼
入鋼が用いられていたが、近年の内燃機関の要求を満足
するものではない。即ち高速化高出力化、軽量化が内燃
機関に要求されるにあって、鋳鉄カムシャフトでは重量
が低減されないばかりか、大型カムシャフトでの曲がり
や歪が防ぎ得す、鋼製カムシャフトでは而」摩耗性が得
られないＯそこでカムシャフトを構成するカムロブ、ジ
ャーナル、ステムなどの構成部品をその使用目的に応じ
た材料を用いて組立てだ複合カムシャフトが注目されて
いる。

この複合カムシャフトにはステムを鋼ノくイブとシテ、
ステムにカムロブやジャーナルを溶接、ろう付、焼結拡
散結合させたような組立型の複合力ムシャフトと、カム
ロブやジャーナルをステムを構成する金属溶湯で別包む
か、又はステムをカムロブやジャーナルを構成する金属
溶湯で別包むかの別包み型複合カムシャフトがある。

一方カムロブは成形性と血」摩耗性の見地から焼結合金
が用いられるが、カムシャフトの如く高血圧を受ける摺
動部材にあっては高密度の焼結合金とじ血圧強度を高く
される必要がある。従って添かかる液相焼結合金製のカ
ムロブは焼結合金である理由によって複合カムシャフト
に使用する場合様々な制約がある。１ず焼結合金が粉末
圧粉体より形成されることによってその最少の肉厚に制
限があり、カムロブ中央の孔に鋼パイプを損料ける組立
型複合カムシャフトではステム外径がカムロブ肉厚分小
さくなり、強度上ステム肉厚を厚くせねばならず軽量化
の効果が小さいばかりか、カムロブ自体がねじれによる
割れを生じ易いだめステムとの結合力をより強くするか
、又はカムロブ肉厚を増す手段しかとりえない。

これに対して焼結合金製カムロブを金属溶湯で別包もう
とした場合に、焼結合金空孔に存在する酸化膜が冶金学
的結合を阻害するばかりか、軒昂化のだめＡｅ又はＡｅ
金合金別包む際には鉄系合金である焼結合金製カムロブ
とステムとは冶金学的には全く結合せず、結合強度が著
しく弱い。従って例えば特開昭５０−７９６１．６号に
も示さね、る如き、湯通路と中子嵌合孔を設けて回り市
めとυ１包みセ１：を与えられるものであるが、かかる
湯通路や中子嵌合孔を設けることは前述しプζ如く焼結
合金の粉末成形上の肉厚の制限があることや、一般に高
密度で空孔の存在する焼結合金の被削性の悪さに基づく
加］二困難性、及び焼結合金強度の問題より実用化され
難い。さらに力１３シャフトにおいてはカムロブＭＢ　
Ｋ　、Ｔ＃も回軸ねじり応力及び曲げ応力が加わるだめ
、この部分でのステム強度が要求されるにもかかわらず
、別包み型複合カムシャフトではこの別包み部が最も強
度的に弱くなる欠点がある。

本発明はかかる従来のカムシャフト、特に鋳包型複合カ
ムシャフトの欠点を解決するものであり、面１摩耗性、
ステム強度、ステム−カムロブ結合強度に充分でありか
つ軽量であり、さらに生産性にも優れるカムシャフトを
得るものであって、以下に本発明の詳細な説明する。

まず本発明の要旨とするところは特許請求の範囲に記し
た如く、下記４つの構成要件により々るカムシャフトに
ある。

（１）焼結合金製カムロブがステムを形成する金属溶湯
によって別包まれてなること。

（２）焼結合金製カムロブが軸方向に貫通する中空孔を
有し、中空孔には鋼製パイプが嵌装されること。

（３）鋼製パイプはカムロブに対し軸方向に突出するこ
と。

（４）鋼製パイプがステムを形成する金属溶湯によって
別包捷れてなること。

かかる本発明カムシャフトを実施例である第１図及び第
１図Ａ−Ａ断面である第２図、第１図の要部拡大図であ
る第３図に従って説明する。

５− カムシャフトにはカムロブ３、ジャーナル４、ギア゛５
、カムギア６かステム１に」ニリυｊ包１れて形成され
ており、ステム１の軸端にはクランク軸より回転伝達さ
れるベルト車９が組付けられる。

カムロブ３は中空孔３０が設けられ中空孔３０には鋼製
パイプ２が結合される。カムロブ３とパイプ２とはカム
ロブが粉末圧粉体の状態でパイプ２に組付られ、これを
液相焼結することによりカムロブ３の収縮及び拡散の進
行によって冶金学的に完全に結合されている。パイプ２
にはカムロブ３より軸方向に突出した突出軸端部２３を
有する。

カムシャフトはカムロブ３、ジャーナル４などを鋳型に
七ノドしフコ後にステム１を形成する金属溶湯、具体的
には軽量でありかつ強靭なＡｅ合金溶湯が鋳込外れるが
、パイプ２を有するためにパイプ内周側に油通路１３と
パイプ外周側に別包み突起１２が形成される。従ってパ
イプ２は内外周側から完全にＡ６合金に別包１れること
によってステム１との強固な結合が達成される。特に収
縮量の大きなＡ１合金でツ５ｊ包む場合にパイプの外周
側では６− 強く結合されることなる。又パイプの外周側及び／又は
内周側１に第３図に示す如き比較的深い旋条痕２７を設
けることで鋳包み性の向」−とパイプ２のステム１に対
しての回り止めが達成される。この回り市めの手段とし
ては旋条痕２７以外に溝や突起を設けても達成されるこ
とはもちろんである。

一方ジャーナル４、ギア５については特別の耐摩耗性を
要しないため鋼によって形成されるが、回転ねじり力、
曲げ応力もカムロブと比較し相対的に小さいため第１図
に示すようにジャーナル４に鋳包み用溝４１を設けるこ
とや第４図に示す如くギア５に偏心した環状の鋳包み用
溝５１を設ける等の手段によってステム１との結合が達
成されつる。

さらにカムギア６については耐摩耗性をカムロブと同等
に要求され従って焼結合金が用いられることが好ましい
が、第１図に示す如くカムロブ３とカムギア６の軸方向
位置が接近するものが一般的であるだめ、第５図に示す
如く１本のパイプ２に複数のカムロブ３とカムギア６を
組付けてもか脣わない。この場合に一点鎖線で示すステ
ム１のパイプ２に対しての鋳包み突起１２を形成するた
めパイプ２にｄ、湯通路２９が設けられることが必要と
なる。ただしカムロブ３とカムギア６との軸方向間隔が
ある程度広い場合は各カムロブ３及びカムギア６に別々
にパイプ２を設けることが好寸しい。

このように本発明ではカムロブにこれより軸方向長さの
長い鋼製のパイプを結合し、これをステムに鋳包むため
パイプがステムに強固に鋳包まれステムとの結合強度が
優れるものであるが、さら）に鋼パイプがステム１の補
強効果も果だず。即ち最も曲げ、ねじりの加わるカムロ
ブ部のステムに比較的径が大きくかつ軸方向にも長い鋼
製のパイプが鋳包まれているためステムに加わる曲げ、
ねじり力をパイプによって支承する補強効果が得られる
。

一方ステム１に設けられた鋳包み突起］２はその肉厚が
厚いほど鋳包み強度及びステム強度が得られるが、同時
にカムロブ３も最小肉厚を大きくとることが可能となり
、カムロブ３の最小肉厚を充分にとりかつステム１外径
を大きくとることが可能となってステム１、カムロブ３
の各々の強度も向上される。ただしパイプ２がステムの
補強効果を発揮するにはある程度の外径と肉厚を要し、
かつバイブ内周に形成される湯通路１３の外径も鋳造性
を高める上で大きい方が好ましいため、これらのバラン
スによってパイプ２の径及び肉厚は選択される。

さらに本発明の効果を向上するものとして以下実施例を
示す。

寸ずステム１とパイプ２との回転方向の回り止め手段と
しては、パイプ２に回り止め手段となる溝加工をするの
みでなく、例えば第６図に示す如くステム１の中心に対
してパイプ２の中心を偏心させることがなされる。かか
る偏心したパイプ２を配することによってステム１の回
転を油通路１３がクランク作用を外してパイプ２へ伝達
することとなり、特別な回り止め手段を必要としない。

又第７図に示す如くパイプ２の軸端を軸方向に９一 対して傾斜させることによって充分な回り止め手段とす
ることが可能であり、さらに加工も極めて容易である。

パイプ２は鋼管を切断して得られるが、又第８図に示す
如く肉厚を周方向で変える如き断面が非真円環のパイプ
２を用いてもよい。かがるパイプ２を用いることにより
パイプ２の内外周がそれぞれクランク作用をなすと同時
に回り止め手段として作用する。

さらにカムロブ３の中空孔３ｏにカムロブ肉厚が著しく
小さくなら々い範囲で波型を形成した第９図の如きカム
シャフトも可能である。ががるカムンヤ・フトではパイ
プ２にも波型の中空孔３ｏと同一断面に加工されたパイ
プ２が用いられるだめ回り止めの効果が高い。

カムロブ３とパイプ２との結合はカムロブ３を粉末圧粉
体の状態でパイプ２と組付け、液相焼結することにより
達成されることは前記した如くであるが、この際にパイ
プ２には第１０図に示す如く軸端の突出部２３を軸方向
端に向かい漸次拡管１０− されだ半径方向突出部２５を設けることが好捷しい。こ
ハフは丑ず突出部２３を鋳包むステムの鋳包み部１２に
よってパイプ２が軸方向への鋳包み強度が向されること
と、カムロブの生産性が向」ニすることによる。即ち圧
粉体のカムロブ３を半径方向突出部２５が支承するため
第１１図の如く、カムロブ３とパイプ２を絹イ・１け、
組付は体を積層して焼結することにより製造されるもの
で生産性が著しく向上する。尚この半径方向突出部２５
は全周に設けられる必要はなく、第９図の如き波型に設
けらｈてもよく、さらにパイプ２の両端に設けられても
よい。又パイプ２の軸端を第１０図の如く拡管した場合
に他の一端はしぼり加工してもよいが、ステｌ、　ｌの
鋳包み突起］２による鋳包み強度を得るには第１２図に
示ず如くパイプ２の両端２３・２３に半径方向の突出部
２５を設けることが好寸しい。この場合に一方の半径方
向突出部２５は焼結後に加工される必要がある。

尚、ステム１を形成する金属溶湯は軽量化の目的のだめ
軽金属から選ばれ具体的にはＡＩ又はＡ／？合金、好」
・シ＜は強度及び鋳造性より亜共晶又は過共晶のＡ／！
−８１合金が用いらハ、鋳造方法としてはダイツノスト
によることが望ましい。

又かかるＡ６合金とのｕｊ包み性を向上するために各構
成部材に和面加Ｉ［を施すことやアルミナイズ処理を施
すこと、及び焼結合金に封孔処理を施すことがなされ、
ステム１にもンヨノトプラスト加工などの強化処理が施
されて実用化さＪ′ｌる。

以上記した如く本発明ツノムンヤフトはカムロブに焼結
合金を配したことによる而ｔ　ＪｉＷ耗件の向上とカム
ロブにパイプを結合しパイプをステノ、に鋳包むことに
よるステト強度の向上、カムロブ強度の向」−が達成さ
れるのみでなく、パイプの補強効果も得られ、さらに焼
結合金に加工を要しないばかりか、パイプとの結合も容
易でかつ強固であり生産性にも優れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明第一実施例断面図。 第２図：第１図Ａ−Ａ断面図。 第３図：第１図波部拡犬断面図。 第４〜第１１図二本発明の詳細な説明する断面図。 第１２Ｎ：本発明他の実施例断面図。 伺号の説明 １：ステム　　　　　　２：パイプ ３：カムロブ　　　　　４：ジャーナル５：ギア　　　
　　　　６：カムギア ２３：突出部　　　　　３０：中空部 特許出願人 日本ピストンリング株式会社 １３− 特開昭５８−　５０３５５（５） ／〜 区　　　　　　　Ｃっ 第１２図 手続補正齋 昭和５７年２　月／ヲ日 １・事件の表示 昭和５６年　特　　Ｙ［項第　１４５６０５　　号２、
発明の名称 カムシャフト ３、補正をする者 事件との関保　　特　　許　　出願人 （〒１０２） ケヨダ　　７デン〜り 住所　東京都千代田区九段北４丁目２番６号４、補正の
対象　明細書の発明の詳細な説明の欄５、補正命令の日
刊　　昭和５７年１月５日６、補正の内容 明細朋第２頁第２行の［３、発明の詳細な説明を「３、
発明の詳細な説明」と訂正し才す。 〜　２〜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼結合金製カムロブ３をステム１を形成する金属
   溶湯によってｖｊ包捷れてなるカムシャフトに訃いて、
   前記Ｉ焼結合金製カムロブ３が軸方向に貫通する中空孔
   ３０を有し、該中空孔３０に嵌装され結合されたカムロ
   ブ３に対して軸方向に突出ずご二 る鋼製バイブ２を有し、該鋼製パイプ２前記ステム１を
   形成するが金属溶湯に」：って鋳包寸れてなることを特
   徴とするカムシャフト。
2. （２）前記バイブ２がステム１に対してその中心が偏心
   されてなることを特徴とする特許 範囲第１項記載のカムシャフト。
3. （３）前記パイプ２がその軸方向端に向い漸次拡管され
   た半径方向突出部２５を有することを特徴とする前記特
   許請求の範囲第１項記載のカムシャフト。
4. （４）前記ステム１がＡｅ又はＡｌ合金によりなること
   を特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載のカノ、ジ
   ャント０