JPS6043403A - 焼結合金カムシヤフト - 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】 本発明は、内燃機関等のカムシャフトにおいて、シャフ
ト部とカム部とを別体とし、前記カム部を焼結体から構
成し、このカム部を前記シャフト部１に嵌合固定してな
るカムシャフトに関するものである。

最近、内撚磯閏等のカムシャフトにおいては、耐摩耗性
、耐高温性、加工性などの向上を目的として開発された
焼結体製のカムシャフトが多用されている。このカムシ
ャフトは、金属粉末を原料とする焼結体から構成したカ
ム部を、例えば、クロムモリブデン鏑により４１・ｌ成
されたシャフト部の外周に嵌合固定したものである。

上記構成のカムシャフトにおけるシャフト部に対すふカ
ム部の固定は、中カム部をシャフト部に圧入して固定す
る方法、　（ｉ１１カム部をシャフト部に嵌合させた後
、一時加熱して焼結体から液相を発生させ、この液相に
よシ固定する方法、０１Ｄシャフト部として鋼管を用い
る場合の固定で、シャフト部のカム部に対応した部分を
膨出させ、との膨出部分をカム部内周に圧接させて固定
する。いわゆるバルジ加工により固定する方法などによ
り行なわれている。このような固定構造によって、上記
カムシャフトは使用に耐え得る強度を得ている。

ところで、近年、車両においては、その高速度化、高出
力化、省エネルギー化、コンパクト化が特に要望されて
おり、それに伴なってカムシャフト、特にそのカム部に
、高面圧、高温、劣化油に対して摩耗が少なく、相手攻
撃性の少ない特性が表・要とされ、さらに、このカム部
のシャフト部への固定の強さの向上が必要とされていふ
。

本発明者らは、シャフト部に対するカム部の固定が強固
で、カム部が高面圧、高温、劣化油に対し摩耗が少なく
、さらに相手攻撃性の少ないカムシャフトを開発するこ
とを目的にａｈ研究を重ねたところ、下記のような知見
を得るに至った。

周知のように、焼結体は、迅−金属粉末、混合粉末、合
金粉末の加圧成形品が加熱され、溶融温度より低い加熱
温度で固体（粉体）同志が同相あるいは一部液相を交え
て結合されてなるもので、結合粉体間に間隙（空孔）　
が形成されるが、との空孔率（気孔率）は上記結合反応
（焼結）の進行度合に伴がって減少していくものである
、上記のように空孔が存在する成形焼結晶（カム部）と
シャフト部との間に、カム部材及びシャフト部材に比べ
て低い温度で溶融し、溶接性が高く、鉄を始めとする多
くの金属と合金を形成する絹（融点１０８３℃）または
銅合金を介装し、句または銅合金が液相となる程度に加
熱することにより、上記カム部の空孔中に液相状態の銅
または銅合金が浸み込んでいき、ちょうど、焼結体（カ
ム部）中に缶または銅合金が含浸された状態となる。

とこで、加熱を止め、連続的に冷却すれば、液相状態の
銅または銅合金は、カム部と土葉云如駒鹸シャフト部と
の間と、これに連結したカム部の空孔内で固化し、それ
によって、シャフト部に対するカム部の固定（接合）が
非常に強固になることが見い出された。

本発明は上記知見に基づいてなされたものである。すな
わち、本発明は、カム部（成形焼結晶）とシャフト部と
の間又は近傍に絹または銅合金を置き、このｆＩｉｉＩ
ｔたけ銅合金が液相となる程度の温度で所定時間加熱し
、その後冷却して、カム部とシャフト部との間に上記鉤
または銅合金からなる接合層を形成するとともに、上記
カム部の望孔中に錆または銅合金を液相状態で浸み込ま
せ、カム部中に含浸されるようにして固化させてなる含
浸層を形成したものである。

本発明において用いられる成形焼結晶（カム部）は、鉄
系焼結材料を所定形状に成形し、空孔が０．２〜２５係
存在するようにして慎成したものである。この空孔の占
める割合を０．２〜２５チとしたのは、空孔が０．２係
未溝となると、液相状態の缶または銅合金のカム部中へ
の浸み込みがほとんど起こらなくなるからであシ、空孔
が２５憾を越えると、成形焼結晶（カム部）自体の強度
が低下してしまうからである。

また、錦または銅合金としては、Ｃｕ　（無酔素銅）　
ｓ　ｃｕ−Ｐ　（Ｐ　；７係）　、　Ｃｎ−Ａ、ｇ口Ｚ
１１（Ａ、ｇ：２（１、Ｚｎ：　３５　’１６　）　、
　Ｃｕ−Ｚｎ　（Ｚｎ　：４０’Ｆ＋ＩＣｌ３−８ｙｌ
（Ｓｎｊ　２０％）、　ｃｕ−Ｎ１　（Ｎｔ　：　２０
％）。

Ｃｕ−Ａｆｆ−Ｚｎ　（Ａｇ　；　４０　％、Ｚｎ；２
０％）などが考えられる。

本発明に係る焼結合金カムシャフトの製造に当っては、
１例として、まず、第１図に示すように、シャフト部１
の外周に鉄系焼結材料により空孔が０．２〜２５係存在
するようにして形成したカム部２を嵌合し、これらシャ
フト部１勾ム部２間に鉗または銅合金３を介装して加熱
する。すると、銅ｔたは銅合金３が液相となり、との液
相状態の銅または銅合金が上記カム部２の空孔中に浸み
込んでいき、あたかも、カム部２中に液相状態のｍｔた
は銅合金３が含浸された状態となる。ここで、加熱を止
め、冷却する。冷却されると、液相状態の銅または銅合
金３は、カム部２とシャフト部１との間と、これに連続
したカム部２の空孔内で固化する。その結果、第２図に
示すように、シャツ　−ト部１とカム部２との間に接合
層４が形成されるとともに、上記カムｆｉＺ中に上記接
合層４に連続する含浸＠５が形成される。上記接合層４
とシャフト１とは、いわゆるろう付は状態にあり、強固
に接合されている。一方、この接合層４と上記含浸層５
とは、同一材料で一体となっており、しかも含浸層５と
カム部２とは３次元的に複雑にカ）らみ合い、含浸層５
の一部は、カム部２の植成粒子との間で拡散接合状態に
あり、上記接合層４とカム部２との接合は、はぼ一体も
のと変わらない程、強固なものとなっている。また、含
浸層５の存在により、−カム部２の熱伝導性が向上する
ので、このカム部２の耐摩耗性は改付される。

また、上記１Ｂｌ造工程で、銅または銅合金３の量およ
び加熱時間を調節して、液相状態の銅または銅合金３を
カム部２のシャフト１側から外表面まで拡散浸透させ、
ここで加熱を止めるようにすれば、含浸層５をカム部２
のシャフト１側から外表面にかけて連続して形成するこ
とができる。この゛ように含浸層５を構成すれば、鏑ま
たは銅合金がカム部２の摩耗表面まで存在することにな
シ、カム部２のなじみ性、耐ヌカフィック性を大巾に向
上させることができ、熱伝導性もさらに向上される。

なお、上記構成において、加熱温度は、カム部２を構成
している焼結体に液相を生じさせる程、高くしなくてよ
いので、カム部２の植成粒子が成長するととがなく、そ
のため、加熱によって、カム部２の寸法に狂いが生じる
心配はない。

また、上記構成において、カム部を既に成形焼成された
ものとして説明したが、それ以外にも、仮焼結晶または
圧粉成形品をシャフト部に（８）合し、それから銅また
は銅合金による加熱接合と同時に、カム部を焼成するよ
うにしてもよい。

以上説明したように、本発明に係るカムシャフトは、焼
結体製のカム部とシャツＨｔｔとの間または近傍に銅ま
たは銅合金を置き、この錦または銅合金が液相となる程
度の温度で所定時間加熱し、その後冷却して、カム部と
シャフト部との間に上記銅または銅合金からなる接合層
を形成するとともに、上記カム部の空孔中に錦または銅
合金を液相状態で浸み込ませ、カム部中に含浸されるよ
うにして固化させてなる含浸層を形成したものなので、
シャフト部に対するカム部の固定が強固で、高面圧、高
温、劣化油中においてもカム部の摩耗が少なく、さらに
カム部の相手攻堂性も少ない。

次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

〔実施例〕

カム部の焼結材料として、Ｆｅ−Ｃｒ　−ＭＯ−Ｍｎ−
（Ｃ＋ｔ）−（Ｎｈ）合金のアトマイズ粉末、Ｃ粉末お
よびＦ、−Ｐ　（Ｐ；　２７チ）粉末を用意し、ボール
ミルなどによる通常の混合方法により表のような構成の
１０種類の混合粉体を調製した。これらの混合粉体を４
〜７１０ｎ／ｌ、、７．２の子方にて所定形状（カム部
／ 状）に成形した。これらの圧粉成形品から１０００’Ｄ
で仮焼結したもの（実施例７）と、１０８０　”０〜１
２００℃で焼結したもの（実施例１〜６．８〜１０）と
を製造した。

これに対し、シャフト部はクロムモリブデン円舞の中空
鋼を用いた。このシャフト部とカム部との位置合わせは
、第１図に示すように、シャフト部に溝を形成するとと
もに、カム部に上記？１“ダに合わせた凸部を設け、こ
れら溝と凸部により行なった。

また、接合に用いる絹または銅合金は、下記の３種類を
採用し、これらを看に示すように各カム部と組み合わせ
た。

（イ）　９９係純度Ｃｕ　ワイヤ ←）　Ｃｕ−Ｎ１　（Ｎｉ　：　２０１）プレート（ハ
）　Ｃｕ　−ｚｎ　（ｚｎ　ｇ　４０　ｆｙ　）プレー
ト上記組み合わせΩものをアンモニア分ｊ９Ｔガス中で
、各り表に示す温度で加ｉジし、含ひと接合を行なった
。

上記のようにして製造した実施例１〜１００カムシヤフ
トに対し、上表に示すような構成の比較例（従来品）を
製造し、各々外観のチェックをしたところ、比較例１に
おいてはり体３０本のうち５本革具合であり、比較例２
では試験体３０本のうち７本革具合であったのに対し、
実施例においては不具合なものは皆無であった。

また、実施例８と、比較例１とをディーゼルエンジンに
組み込み、２０（＋Ｏｒ、ｐ、ｒｎ、４００ｈｒ。

劣化油中で摩耗試卿をしたところ、比較例１のもののカ
ム摩耗は１２０μｍ１回ａツカ・アーム摩耗は１３０μ
ｍであったのに対し、実施例８では、そのカム摩耗は２
０μｍ、同ロッカ・アーム摩耗は４０μｍという好成績
が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を説明するためのもので、
第１図は含浸接合前のカムシャフトの断面構成図、第２
図は含浸接合後のカムシャフトの断面構成図である。 １・・・・・・シャフト１ｉｌｓ、２・・・・・・カム
部、３・・・・・・惰又は銅合金、４・・・・・・接合
層、５・・・・・・含浸層。 第１図 第１−図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シャフト部の外周に焼結＠製のカム部を嵌合固定してな
   るカムシャフトにおいて、前記カム部を空孔が０．２〜
   ２５係存在する鉄系焼結体から（；ζ成し、このカム部
   と前記シャフト部との間に銅または銅合金からなる接合
   層を形成するとともに、前記カム部の少なくとも一部に
   前記接合層に連にする銅または銅合金含浸層を形成した
   ことを特徴とする焼結合金カムシャフト。