JP2003014085A - Assembled camshaft - Google Patents
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- JP2003014085A JP2003014085A JP2001201610A JP2001201610A JP2003014085A JP 2003014085 A JP2003014085 A JP 2003014085A JP 2001201610 A JP2001201610 A JP 2001201610A JP 2001201610 A JP2001201610 A JP 2001201610A JP 2003014085 A JP2003014085 A JP 2003014085A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 シャフト拡径処理時のカムピースの割れを未
然に防止することができる組立式カムシャフトを提供す
る。
【解決手段】 中空状のシャフト2をカムピース1内に
挿入した上でシャフト2を拡径処理することにより両者
を不離一体に固定してなる組立式カムシャフトにおい
て、カムピース1は、その密度が7.1〜7.4g/c
m3の範囲となるように温間成形した鉄系焼結成形体に
焼入れおよび焼戻しの熱処理を施したものをもって形成
されている。鉄系焼結成形体の組成としては、Cu:
1.5〜4重量%、C:0.7〜1.0重量%をそれぞ
れ含有し、残部をFeおよび不可避不純物とする。
(57) [Problem] To provide an assembling camshaft that can prevent cracking of a cam piece at the time of shaft diameter expansion processing. SOLUTION: In an assembling camshaft in which a hollow shaft 2 is inserted into a cam piece 1 and then the shaft 2 is fixed in a non-separable manner by expanding the diameter of the shaft 2, the cam piece 1 has a density of 7%. .1 to 7.4 g / c
It is formed by subjecting an iron-based sintered compact warm-formed to a range of m 3 to a heat treatment of quenching and tempering. The composition of the iron-based sintered compact was Cu:
1.5 to 4% by weight and C: 0.7 to 1.0% by weight, respectively, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の動弁系
の主要素として機能することになるカムシャフトに関
し、特に別々に形成した中空状のシャフトと焼結金属製
のカムピースとをシャフトの拡径(拡管)処理により相
互に一体化した組立式カムシャフトの改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a camshaft that functions as a main element of a valve train of an internal combustion engine, and particularly to a hollow shaft and a sintered metal campiece that are separately formed. The present invention relates to an improvement of a prefabricated camshaft which is integrated with each other by a diameter expansion (expansion) process.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種の組立式カムシャフトとして、例
えば特開平8−333659号公報、特開平9−316
12号公報、特開平11−50210号公報に記載のも
ののほか、特開平10−339110号公報等に記載の
ものが提案されている。2. Description of the Related Art As an assembly type camshaft of this type, for example, JP-A-8-333659 and JP-A-9-316.
In addition to those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 12-52110 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-50210, those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-339110 are proposed.
【0003】上記特開平8−333659号公報、特開
平9−31612号公報および特開平11−50210
号公報に記載の技術では、鉄(Fe)を主成分とする焼
結合金製のカムピース(カムロブ)の耐摩耗性向上を目
的としてモリブデンを含有させることを基本としてお
り、他方、特開平10−339110号公報に記載の技
術では、シャフト拡径時のカムピースの割れ対策とし
て、その内周側が外周側よりも硬さが低くなるように熱
処理時の条件を調整するようにしている。JP-A-8-333659, JP-A-9-31612 and JP-A-11-50210.
The technique described in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-101868 is based on the inclusion of molybdenum for the purpose of improving wear resistance of a cam alloy (cam lobe) made of a sintered alloy containing iron (Fe) as a main component. In the technique described in Japanese Patent No. 339110, as a countermeasure against the cracking of the cam piece when the diameter of the shaft is expanded, the heat treatment condition is adjusted so that the inner peripheral side has a lower hardness than the outer peripheral side.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】特開平8−33365
9号公報、特開平9−31612号公報および特開平1
1−50210号公報に記載のように焼結合金の組成改
良に着目したものでは、それだけではシャフト拡径処理
時のカムピース側の割れ対策とはならず、なおも改善の
余地を残している。[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-33365
No. 9, JP-A-9-31612, and JP-A-1
As described in Japanese Patent Publication No. 1-50210, attention is paid to the compositional improvement of the sintered alloy, and that alone does not provide a countermeasure against cracking on the cam piece side at the time of shaft diameter expansion processing, and there is still room for improvement.
【0005】また、特開平10−339110号公報に
記載のものでは、シャフト拡径時のカムピースの割れを
考慮したものではあるが、そのカムピースは熱間多段フ
ォーマーによって鍛造成形したものを使用することを前
提としているため、必ずしも焼結金属製のカムピースの
割れ対策となならず、上記と同様になおも改善の余地を
残している。In Japanese Patent Laid-Open No. 10-339110, the crack of the cam piece when the diameter of the shaft is expanded is taken into consideration, but the cam piece should be forged by a hot multi-stage former. Since it is based on the above, it is not necessarily a countermeasure against cracking of the sintered metal cam piece, and there is still room for improvement as in the above case.
【0006】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、焼結金属製のカムピースを使用することを
前提として、特にシャフト拡径処理時のカムピースの割
れを未然に防止することができるようにした組立式カム
シャフトを提供するものである。The present invention has been made in view of the above problems, and presumes the use of a sintered metal cam piece, and in particular, prevents the cam piece from cracking during shaft diameter expansion processing. (EN) Provided is a prefabricated camshaft capable of
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、中空状のシャフトをカムピース内に挿入した上でシ
ャフトを拡径処理することにより両者を不離一体に固定
してなる組立式カムシャフトにおいて、上記カムピース
は、その密度が7.1〜7.4g/cm3の範囲となる
ように温間成形した鉄系焼結成形体をもって形成されて
いることを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, an assembling cam is formed by inserting a hollow shaft into a cam piece and expanding the diameter of the shaft so that the both shafts are fixed in a separated manner. In the shaft, the cam piece is characterized by being formed of an iron-based sintered compact that has been warm-formed so that its density is in the range of 7.1 to 7.4 g / cm 3 .
【0008】この場合、請求項2に記載の発明のよう
に、上記カムピースは、その密度が7.1〜7.4g/
cm3の範囲となるように温間成形した鉄系焼結成形体
(圧粉体)に焼入れおよび焼戻しの熱処理を施したもの
をもって形成されていることが望ましい。In this case, as in the invention described in claim 2, the cam piece has a density of 7.1 to 7.4 g /
It is desirable that the iron-based sintered compact (compacted powder compact) warm-molded to have a range of cm 3 is formed by subjecting it to heat treatment such as quenching and tempering.
【0009】さらに望ましくは、請求項3に記載の発明
のように、上記カムピースを形成することになる鉄系焼
結成形体は、その組成としてCu:1.5〜4重量%、
C:0.7〜1.0重量%をそれぞれ含有し、残部がF
eおよび不可避不純物であることとする。More preferably, as in the invention according to claim 3, the iron-based sintered compact for forming the cam piece has a composition of Cu: 1.5 to 4% by weight,
C: 0.7 to 1.0% by weight, respectively, with the balance being F
e and unavoidable impurities.
【0010】したがって、この請求項1,2に記載の発
明では、鉄系焼結成形体の密度を7.1g/cm3以上
とすることで熱処理後の引張強度等の機械的特性が向上
し、例えば所定のマンドレルを用いて行うシャフトの拡
径時にカムピース側に発生する応力に十分に耐え得るよ
うになり、割れ発生防止の上で有効に作用する。しか
も、上記密度向上のための手段として、材料粉末および
金型を130℃程度に加熱して圧縮成形を行なう温間成
形法を採用したことから、経済的不利益を伴うことなく
鉄系焼結成形体の密度を7.1〜7.4g/cm3の範
囲内まで向上させることができる。Therefore, in the inventions according to claims 1 and 2, mechanical density such as tensile strength after heat treatment is improved by setting the density of the iron-based sintered compact to 7.1 g / cm 3 or more, For example, it becomes possible to sufficiently withstand the stress generated on the cam piece side when the diameter of the shaft is expanded by using a predetermined mandrel, and it works effectively in preventing cracking. Moreover, as a means for improving the density, since the warm molding method in which the material powder and the mold are heated to about 130 ° C. to perform compression molding is adopted, the iron-based sintered material is produced without economical disadvantage. The density of the features can be increased to within the range of 7.1-7.4 g / cm 3 .
【0011】特に、請求項3に記載の発明のように、鉄
系焼結成形体の組成としてCu:1.5〜4重量%、
C:0.7〜1.0重量%をそれぞれ含有し、残部がF
eおよび不可避不純物であると、カムピースに要求され
る耐摩耗性をも十分に充足することができるようにな
る。In particular, according to the invention of claim 3, the composition of the iron-based sintered compact is Cu: 1.5 to 4% by weight,
C: 0.7 to 1.0% by weight, respectively, with the balance being F
With e and unavoidable impurities, the wear resistance required for the cam piece can be sufficiently satisfied.
【0012】ここで、焼結工法により製造されるカムピ
ースはその寸法精度に優れていることから、組立式カム
シャフトへの積極的採用が提案されていることは先に述
べたとおりである。その一方、マンドレルによりパイプ
状のシャフトを拡径処理してカムピースをそのシャフト
に固定する場合に、カムピースに発生する内部応力が大
きいために通常の焼結材料では割れが発生し、実用化が
困難となっている。拡径処理時の内部応力に耐え得るよ
うに、成形、仮焼結、再成形、本焼結の順に成形と焼結
とを繰り返す工法や焼結鍛造等によってカムピース自体
の密度を高める方法もあるが、いずれの工法も大幅な工
程増加によるコストアップが余儀なくされる。Since the cam piece manufactured by the sintering method is excellent in dimensional accuracy, it has been proposed that the cam piece is positively adopted for the assembly type cam shaft. On the other hand, when a pipe-shaped shaft is expanded with a mandrel and the cam piece is fixed to the shaft, the internal stress generated in the cam piece is large and cracks occur in ordinary sintered materials, making practical application difficult. Has become. There is also a method of increasing the density of the cam piece itself by a method of repeating molding and sintering in order of molding, pre-sintering, re-molding, and main sintering so as to be able to withstand the internal stress during the diameter expansion process, or by sintering forging. However, both methods inevitably increase costs due to a large number of steps.
【0013】その一方、近年に至り、焼結材料となる粉
末および成形金型を130℃程度に加熱して圧縮成形す
る温間成形と称される工法が試みられており、上記のよ
うな工程増加を伴うことなくより高密度の成形体が得ら
れるとされている。すなわち、図2にも示すように、従
来より広く用いられてきた常温成形法では焼結後の成形
体密度が7.1g/cm3程度が限界であるとされてい
るのに対して、上記温間成形法では焼結前の圧粉体の密
度を7.4g/cm3程度まで高密度化することがで
き、本発明ではこの温間成形法を使用することを前提と
している。なお、7.4g/cm3を大きく上回るよう
な高密度化は工業的生産条件下では困難であるため、そ
の焼結成形体の密度の範囲を7.1〜7.4g/cm3
と規定した。On the other hand, in recent years, a method called warm forming has been attempted, in which powder as a sintering material and a molding die are heated to about 130 ° C. and compression-molded. It is said that a higher density molded body can be obtained without increasing the number. That is, as shown in FIG. 2, in the conventional cold forming method which has been widely used, the limit of the density of the green body after sintering is about 7.1 g / cm 3 , whereas the above The warm compaction method can increase the density of the green compact before sintering to about 7.4 g / cm 3 , and the present invention is premised on the use of this warm compaction method. In addition, since it is difficult to increase the density to a value much higher than 7.4 g / cm 3 under industrial production conditions, the density range of the sintered compact is set to 7.1 to 7.4 g / cm 3.
Stipulated.
【0014】焼結成形体の機械的特性、特に引張強度は
密度との相関が高く、その高密度化にほぼ比例して引張
強度が向上し、例えば焼結成形体の密度が7.1g/c
m3の場合には引張強度は1000MPa以上に達す
る。その結果として、上記鉄系焼結成形体にて形成した
カムピースを相手側となるシャフトに固定するにあた
り、例えばマンドレルにてそのシャフトを拡径処理した
際にカムピース側に発生する応力は上記の引張強度を下
回り、カムピースの割れ発生を招くことなく、シャフト
の拡径処理をもって両者を確実に固定できることを確認
できた。The mechanical properties of the sintered compact, particularly the tensile strength, have a high correlation with the density, and the tensile strength is improved almost in proportion to the increase in the density. For example, the density of the sintered compact is 7.1 g / c.
In the case of m 3 , the tensile strength reaches 1000 MPa or more. As a result, when fixing the cam piece formed of the iron-based sintered compact to the opposite shaft, for example, the stress generated on the cam piece side when the shaft is expanded by a mandrel is the tensile strength described above. It was confirmed that the both can be securely fixed by expanding the diameter of the shaft without causing cracking of the cam piece.
【0015】上記カムピースは、所定形状に温間成形し
た圧粉体を1080℃以上の焼結温度で焼結した後に、
さらに浸炭焼入れと焼戻し処理もしくは高周波焼入れと
焼戻し処理等の熱処理を施すことにより製造される。高
密度化による強度向上は他の材料にも共通する性質であ
るが、所要の機械的強度を得ると同時により経済的な製
法で製造するためには、材料中の含有成分も選択する必
要がある。The above-mentioned cam piece is obtained by sintering a green compact warm-formed into a predetermined shape at a sintering temperature of 1080 ° C. or higher,
Further, it is manufactured by performing heat treatment such as carburizing and tempering treatment or induction hardening and tempering treatment. The improvement of strength by densification is a property common to other materials, but in order to obtain the required mechanical strength and at the same time to manufacture by a more economical manufacturing method, it is necessary to select the components contained in the material. is there.
【0016】例えば、Crを含有する鉄系焼結材料はカ
ムピース用として広く用いられているが、粒界酸化を防
止する上で焼結および熱処理の雰囲気が限定されてしま
い、生産性の高い連続炉での処理が不可能となるため
に、含有しない方が好ましい。また、Niについては2
%以上含有すると残留オーステナイトが多く析出される
ことから、耐摩耗性向上の観点からはその含有は好まし
くない。For example, although an iron-based sintered material containing Cr is widely used for a cam piece, the atmosphere for sintering and heat treatment is limited in order to prevent grain boundary oxidation, and continuous production with high productivity. It is preferable not to contain it, because treatment in a furnace becomes impossible. For Ni, 2
%, The amount of retained austenite is largely precipitated, so that the content thereof is not preferable from the viewpoint of improving wear resistance.
【0017】また、Fe−Cu−C系の焼結材料は、高
価な合金元素を含まず最も一般的な材料である。Cuは
素地を強化して強度を向上させるには有効であるが、
1.5%以下では所望の効果を得ることができず、他
方、その含有量が4%を越えると脆化するとともに焼結
時の寸法膨張が大きくなるために過剰な含有は好ましく
ない。よって、Cuの含有量は請求項3に記載のように
1.5〜4重量%とし、より望ましくは2〜3重量%と
する。The Fe-Cu-C type sintered material is the most general material without containing expensive alloying elements. Cu is effective in strengthening the base material and improving the strength,
If it is less than 1.5%, the desired effect cannot be obtained. On the other hand, if its content exceeds 4%, embrittlement occurs and dimensional expansion during sintering becomes large, so excessive content is not preferable. Therefore, the content of Cu is set to 1.5 to 4% by weight as described in claim 3, and more preferably 2 to 3% by weight.
【0018】Cは素地に固溶して強度を向上させる作用
があり、焼結成形体に焼入れ処理を施すことを前提とし
た場合には必要不可欠な元素である。焼入れ後の材料組
織はマルテンサイトおよび微細なパーライトにより構成
されるが、カムピースのような耐摩耗性が要求される部
品には十分なマルテンサイト組織を得るために0.7%
以上の含有が必要である。その一方、Cの含有量が1.
0%を越えると脆化するとともに圧縮成形時の圧縮性を
阻害して密度向上が困難となることから、そのCの含有
量は請求項3に記載のように0.7〜1.0%とした。C has the function of forming a solid solution in the matrix to improve the strength, and is an indispensable element on the assumption that the sintered compact is subjected to quenching treatment. The material structure after quenching is composed of martensite and fine pearlite, but in order to obtain a sufficient martensite structure for parts requiring wear resistance such as cam pieces, 0.7%
The above contents are required. On the other hand, the content of C is 1.
When the content exceeds 0%, embrittlement occurs and the compressibility during compression molding is impaired, and it becomes difficult to improve the density. Therefore, the C content is 0.7 to 1.0% as described in claim 3. And
【0019】請求項4に記載の発明は、上記請求項2ま
たは3に記載の発明を前提として、カムピースの軸心方
向での厚み寸法が5mm以上であることを特徴としてい
る。The invention according to claim 4 is based on the invention according to claim 2 or 3, and is characterized in that the thickness of the cam piece in the axial direction is 5 mm or more.
【0020】さらに、請求項5に記載の発明は、上記請
求項2〜4のいずれかに記載の発明を前提として、カム
ピースの少なくとも一方の側面においてベースサークル
の内側に相当する位置に一段高い環状凸部が温間成形を
もって形成されていることを特徴としている。Further, the invention according to claim 5 is based on the invention according to any one of claims 2 to 4, and the annular shape is raised to a position corresponding to the inside of the base circle on at least one side surface of the cam piece. It is characterized in that the convex portion is formed by warm forming.
【0021】したがって、請求項4に記載の発明では、
カムピースの最小厚み寸法が5mmあれば足りることを
意味し、結果としてエンジンの軽量化およびフリクショ
ンの低減化ならびにエンジン設計の際の設計自由度向上
の上で有利に作用するとともに、カムピースそのものの
製造コストの低減にも寄与できるようになる。すなわ
ち、自動車用エンジンに用いられるカムピースは、エン
ジン自体の軽量化およびフリクションの低減に対応する
ために、可能な限りその厚み寸法(カムピース自体の軸
心方向での厚み寸法)を小さくすることが求められてい
る。一方、カムピースの厚み寸法を小さくするほどシャ
フト拡径時に発生する内部応力が増大して強度的に不利
になるが、上記のような引張強度の向上効果のために、
カムピースの厚み寸法として最低で5mm確保できれば
材料自体の引張強度がシャフト拡径時の内部応力を上回
り、拡径時の割れを防止できることが確認できた。Therefore, in the invention described in claim 4,
This means that a minimum thickness of 5 mm is sufficient for the cam piece, and as a result, it has an advantageous effect in reducing the weight of the engine, reducing friction, and improving the degree of freedom in designing the engine, as well as the manufacturing cost of the cam piece itself. Can also contribute to the reduction of That is, a cam piece used for an automobile engine is required to have its thickness dimension (thickness in the axial direction of the cam piece itself) as small as possible in order to reduce the weight of the engine itself and reduce friction. Has been. On the other hand, as the thickness of the cam piece is made smaller, the internal stress generated when the shaft is expanded is increased, which is disadvantageous in terms of strength, but due to the effect of improving the tensile strength as described above,
It has been confirmed that if the thickness of the cam piece can be at least 5 mm, the tensile strength of the material itself exceeds the internal stress when the shaft is expanded and cracks can be prevented when the shaft is expanded.
【0022】また、請求項5に記載の発明では、カムピ
ースの重量増加と相手側バルブリフタとの摺動面積の増
加を抑制しつつ、そのカムピースの内周側面積の増加に
より、相対的に拡径処理時における発生応力低減の上で
有効に作用するようになる。すなわち、局部的な環状凸
部を形成したことにより、カムピース全体の厚み寸法を
大きくした場合と比べてカムピースの重量増加を抑制で
きることはもちろん、相手側となるバルブリフタの摺動
面との間のフリクションを増加させることもない。ま
た、上記環状凸部は温間成形の際に同時成形されるもの
であるから、機械加工等による削り出しが不要となり、
例えばカムピースの厚み寸法が12.5mmの場合に
0.5mm程度の高さの環状凸部を形成するだけで拡径
時の発生応力をおよそ5%低減できることが確認でき
た。According to the fifth aspect of the present invention, the increase in the weight of the cam piece and the increase in the sliding area with the mating valve lifter are suppressed, and the inner peripheral area of the cam piece is increased, whereby the diameter of the cam piece is relatively increased. It becomes effective in reducing the stress generated during processing. That is, by forming the local annular convex portion, it is possible to suppress the increase in weight of the cam piece as compared with the case where the thickness dimension of the entire cam piece is increased, and of course, friction between the sliding surface of the valve lifter on the other side is suppressed. Also does not increase. Further, since the annular convex portion is formed at the same time during warm forming, it is not necessary to cut out by mechanical processing,
For example, when the thickness of the cam piece is 12.5 mm, it was confirmed that the stress generated during the diameter expansion can be reduced by about 5% simply by forming the annular protrusion having a height of about 0.5 mm.
【0023】[0023]
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、温間成
形したカムピースに熱処理を施すことによって引張強度
等の機械的強度が向上し、シャフト拡径処理時における
カムピースの割れを確実に防止できるようになり、特に
請求項2に記載の発明のように熱処理として焼入れ,焼
戻し処理を施すとそのカムピースの割れ発生防止効果が
一段と顕著となる利点がある。According to the invention as set forth in claim 1, the mechanical strength such as tensile strength is improved by subjecting the warm-formed cam piece to the heat treatment, and the crack of the cam piece during the shaft diameter expansion processing is surely performed. It is possible to prevent the occurrence of cracks. Particularly, when the quenching and the tempering are performed as the heat treatment as in the second aspect of the invention, there is an advantage that the effect of preventing the cam piece from cracking becomes more remarkable.
【0024】また、請求項3に記載の発明によれば、F
eを主成分とする焼結材料のCuおよびCの含有量を特
定の値に規定したものであるから、請求項2に記載の発
明と同様の効果に加えて、カムピースに要求される耐摩
耗性性能をも十分に満たすことができる効果がある。According to the invention described in claim 3, F
Since the content of Cu and C in the sintered material containing e as a main component is defined to be a specific value, in addition to the effect similar to that of the invention described in claim 2, wear resistance required for the cam piece It is also effective in satisfying sexual performance.
【0025】請求項4に記載の発明によれば、カムピー
スの最小厚み寸法を特定の値に規定したものであるか
ら、請求項2または3に記載の発明と同様の効果に加え
て、エンジンの軽量化、フリクションの低減化ならびに
エンジン設計の際の設計自由度の拡大化に寄与できる利
点がある。According to the invention described in claim 4, since the minimum thickness dimension of the cam piece is specified to a specific value, in addition to the same effect as the invention described in claim 2 or 3, There are advantages that it can contribute to weight reduction, reduction of friction, and expansion of design freedom when designing an engine.
【0026】さらに請求項5に記載の発明によれば、カ
ムピースの側面に環状凸部を温間成形の際に形成したも
のであるから、カムピースの重量増加と相手側バルブリ
フタとの摺動面積の増加を抑制しつつ、拡径処理時にお
けるカムピース側の発生応力を低減できる利点がある。Further, according to the invention of claim 5, since the annular convex portion is formed on the side surface of the cam piece during the warm forming, the weight increase of the cam piece and the sliding area of the mating valve lifter are reduced. There is an advantage that the stress generated on the cam piece side at the time of the diameter expansion processing can be reduced while suppressing the increase.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】図1には本発明に係るカムシャフ
トの好ましい実施の形態として焼結成形体からなるカム
ピースの詳細を示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows details of a cam piece made of a sintered compact as a preferred embodiment of a cam shaft according to the present invention.
【0028】このカムピース1は、Fe−Cu−C系の
焼結用金属粉末を用いて温間成形法により所定のカムプ
ロフィールを含む形状に圧縮成形し、この圧粉体を焼結
した後に、さらに浸炭焼入れおよび焼戻しの熱処理を施
すことにより形成したものである。なお、圧縮成形の際
には、相手側となる中空状のシャフト2を挿入するため
凹溝3a付きのシャフト穴3が同時に形成されるととも
に、カムピース1の両側面にはベースサークルの内側に
相当する位置に微小高さの環状凸部4が同時成形され
る。The cam piece 1 is compression-molded into a shape including a predetermined cam profile by a warm molding method using a Fe-Cu-C-based metal powder for sintering, and after sintering the green compact, Further, it is formed by performing heat treatment such as carburizing and quenching and tempering. At the time of compression molding, a shaft hole 3 with a concave groove 3a is formed at the same time for inserting the hollow shaft 2 on the opposite side, and both sides of the cam piece 1 correspond to the inside of the base circle. The ring-shaped convex portion 4 having a minute height is simultaneously formed at the position.
【0029】上記温間成形法とは、焼結用金属粉末およ
び金型をともに130℃程度に加熱した状態で圧縮成形
して圧粉体を成形する方法であり、図2から明らかなよ
うに従来の常温での圧縮成形法と比べて圧粉体の密度を
一段と高密度化できる点に特徴がある。ここでは、圧縮
成形後の圧粉体の密度が7.1〜7.4g/cm3とな
るように成形する。The warm compaction method is a method of compacting a green compact by compressing and compacting both the metal powder for sintering and the mold at about 130 ° C., as shown in FIG. It is characterized in that the density of the green compact can be further increased compared to the conventional compression molding method at room temperature. Here, the compact is compacted to have a density of 7.1 to 7.4 g / cm 3 .
【0030】また、上記の温間成形法に用いるFe−C
u−C系の焼結用金属粉末は、その組成としてCuを
1.5〜4重量%、Cを0.7〜1.0重量%それぞれ
含有し、且つ残部がFeおよび不可避不純物であるもの
を用いる。Cuの含有量としては少なすぎても多すぎて
も好ましくないことは先に述べたとおりであり、より望
ましくは2.0〜3.0重量%とする。Further, Fe--C used in the warm forming method described above.
The composition of the u-C-based metal powder for sintering contains Cu of 1.5 to 4% by weight and C of 0.7 to 1.0% by weight, and the balance is Fe and inevitable impurities. To use. As described above, the Cu content is not preferably too low or too high, and is more preferably 2.0 to 3.0% by weight.
【0031】上記圧縮成形に続く焼結処理は、ブタン変
成ガス雰囲気中にて1120℃の温度条件で行うものと
し、また焼結後の熱処理は、浸炭温度900℃にて浸炭
処理を施した後に60℃にて油焼入れ処理を行い、さら
に180℃にて焼戻し処理を行うものとする。The sintering treatment subsequent to the above compression molding is carried out under a temperature condition of 1120 ° C. in a butane metamorphic gas atmosphere, and the heat treatment after sintering is carried out after carburizing treatment at a carburizing temperature of 900 ° C. Oil quenching treatment is performed at 60 ° C., and further tempering treatment is performed at 180 ° C.
【0032】熱処理後のカムピース1の引張強度はその
密度に比例して向上し、図3から明らかなように例えば
密度7.1g/cm3の場合に1030MPa以上に達
するようになる。The tensile strength of the cam piece 1 after heat treatment is increased in proportion to its density, and as is clear from FIG. 3, it reaches 1030 MPa or more when the density is 7.1 g / cm 3 .
【0033】上記の熱処理をもって完成したカムピース
ピース1は、相手側となる中空状のシャフト(例えば鋼
管製のもの)2に外挿されて相対位置決めがなされた後
に、シャフト2の内部に所定のマンドレルを圧入して例
えば拡径率3.3%程度のもとで拡径もしくは拡管処理
することにより両者は不離一体に固定される。なお、こ
こにいう拡径率とは、拡径後のシャフト2の直径をA、
拡径前のシャフト2の直径をBとしたときに、(A−
B)/Bで表される。The cam piece 1 completed by the above heat treatment is externally inserted into a hollow shaft (for example, made of steel pipe) 2 on the opposite side to be positioned relative to the other, and then a predetermined amount is provided inside the shaft 2. By press-fitting the mandrel and expanding or expanding the diameter of the mandrel at a diameter expansion ratio of about 3.3%, the both are fixed in a separated manner. The term "diameter expansion ratio" here means that the diameter of the shaft 2 after the diameter expansion is A,
When the diameter of the shaft 2 before the diameter expansion is B, (A-
B) / B.
【0034】実施例1として、Cuを3.0重量%、C
を0.8重量%それぞれ含有し且つ残部がFeおよび不
可避不純物としたFe−Cu−C系の焼結用金属粉末を
用いて密度が7.1g/cm3となるように温間成形し
た圧粉体を、ブタン変成ガス雰囲気中で温度1120℃
にて焼結し、さらに焼結後の熱処理として、浸炭温度9
00℃にて浸炭処理を施した後に60℃にて油焼入れ処
理を行い、さらに180℃にて焼戻し処理を行ってカム
ピースを製作した。As Example 1, 3.0 wt% Cu and C
Of Fe-Cu-C based metal powder containing 0.8% by weight of Fe and the balance being Fe and unavoidable impurities, and warm compacted to a density of 7.1 g / cm 3. The temperature of the powder is 1120 ° C in a butane metamorphic gas atmosphere.
At a carburizing temperature of 9 as a heat treatment after sintering.
After performing a carburizing treatment at 00 ° C., an oil quenching treatment was performed at 60 ° C., and a tempering treatment was further performed at 180 ° C. to manufacture a cam piece.
【0035】実施例2として、Fe−Cu−C系の焼結
用金属粉末の組成をCu:3.0重量%、C:0.8重
量%、Feおよび不可避不純物:残部、とした上で、密
度が7.2g/cm3となるように温間成形し、それ以
外は実施例1と同じ条件でカムピースを製作した。In Example 2, the composition of the Fe—Cu—C based metal powder for sintering was set to Cu: 3.0% by weight, C: 0.8% by weight, Fe and inevitable impurities: balance. Then, a cam piece was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that warm molding was performed so that the density was 7.2 g / cm 3 .
【0036】比較例1として、温間成形時の密度が6.
7g/cm3となるように圧粉体を圧縮成形し、それ以
外は全て実施例1と同じ条件でカムピースを製作した。As Comparative Example 1, the density during warm forming was 6.
The green compact was compression-molded to 7 g / cm 3, and a cam piece was manufactured under the same conditions as in Example 1 except for the above.
【0037】比較例2として、Fe−Cu−C系の焼結
用金属粉末の組成をCu:3.0重量%、C:0.5重
量%、Feおよび不可避不純物:残部、とした上で、そ
れ以外は実施例1と同じ条件でカムピースを製作した。In Comparative Example 2, the composition of the Fe-Cu-C based metal powder for sintering was Cu: 3.0% by weight, C: 0.5% by weight, Fe and unavoidable impurities: balance. A cam piece was manufactured under the same conditions as in Example 1 except for the above.
【0038】これら実施例1,2および比較例1,2の
諸条件等をまとめたものを表1に示す。なお、製作した
カムピース1のサイズは、図1に示すようにカムピース
1の厚み寸法(軸心方向での厚み寸法)W=12.5m
m、シャフト穴3の直径D=18.2mm、環状凸部4
の最大直径M=34mm、環状凸部4の高さC=0.5
mm、ベースサークル部の肉厚t=5.65mmとし
た。また、比摩耗量はピンオンディスク試験機により評
価し、実施例1における摩耗量を1としたときの割合で
表している。Table 1 summarizes the conditions and the like of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. The size of the manufactured cam piece 1 is, as shown in FIG. 1, the thickness dimension of the cam piece 1 (thickness dimension in the axial direction) W = 12.5 m
m, diameter D of shaft hole 3 = 18.2 mm, annular protrusion 4
Maximum diameter M = 34 mm, height of the annular convex portion C = 0.5
mm, and the wall thickness t of the base circle portion was t = 5.65 mm. Further, the specific wear amount is evaluated by a pin-on-disk tester and is expressed as a ratio when the wear amount in Example 1 is 1.
【0039】[0039]
【表1】 [Table 1]
【0040】[0040]
【表2】 [Table 2]
【0041】表1から明らかなように、実施例1,2は
ともに比摩耗量が小さく且つ引張強度に優れており、所
期の要求性能を充足していることがわかる。これに対し
て、比較例1は圧縮成形時の密度が低いために焼結およ
び熱処理後において十分な引張強度が得られない。ま
た、比較例2ではCの含有量が小さいために比摩耗量が
1.7と大きく、耐摩耗性に問題がある。As is clear from Table 1, both Examples 1 and 2 are small in specific wear amount and excellent in tensile strength, and it is understood that the required performance is satisfied. On the other hand, in Comparative Example 1, since the density during compression molding is low, sufficient tensile strength cannot be obtained after sintering and heat treatment. Further, in Comparative Example 2, since the content of C is small, the specific wear amount is as large as 1.7, and there is a problem in wear resistance.
【0042】表2は実施例1に相当するカムピース1を
マンドレルにてシャフト2を拡径させて結合するにあた
り、そのカムピース1に発生する内部応力を示してお
り、実施例3〜5ではカムピース2の厚み寸法Wのみを
変化させた場合の内部応力を示している。実施例1から
明らかなように、内部発生応力が引張強度よりも小さけ
ればシャフト拡径時にカムピース1には割れが発生しな
いことになる。また、実施例3〜5のようにカムピース
1の厚み寸法Wを実施例1よりも小さくした場合にも材
料自体の引張強度が内部発生応力を上回っており、たと
えカムピース1の厚み寸法Wが5mmであってもシャフ
ト拡径時に割れが発生しないことがわかる。Table 2 shows the internal stress generated in the cam piece 1 when the cam piece 1 corresponding to the first embodiment is joined by expanding the diameter of the shaft 2 with the mandrel. In the third to fifth embodiments, the cam piece 2 is shown. 7 shows the internal stress when only the thickness dimension W of is changed. As is clear from Example 1, if the internally generated stress is smaller than the tensile strength, the cam piece 1 will not crack when the shaft diameter is expanded. Further, even when the thickness dimension W of the cam piece 1 is smaller than that of the first embodiment as in Examples 3 to 5, the tensile strength of the material itself exceeds the internally generated stress, even if the thickness dimension W of the cam piece 1 is 5 mm. Even when the shaft diameter is expanded, it can be seen that no crack occurs.
【0043】また、図1に示したように厚み寸法W=1
2.5mmのカムピース1の両側面に高さが0.5mm
の環状凸部4を形成したことから、その受圧面積の拡大
化によって拡径時における内部発生応力の低減化が図ら
れ、上記のように高さが0.5mmの環状凸部4をもっ
ておよそ5%の応力低減効果が確認できた。ただし、環
状凸部4の高さ寸法Cを必要以上に大きくすると、環状
凸部4の段差が大きくなることにより、温間成形(圧縮
成形)時に他の部位との密度の不均一が生じないよう、
金型のパンチ等を分割させて、それぞれの加圧力を等し
く制御する等、装置の複雑化や生産性の低下を招くおそ
れがあるので、最大でも厚み寸法Wのおよそ20%程度
にとどめるのが望ましい。Further, as shown in FIG. 1, the thickness dimension W = 1
0.5mm height on both sides of 2.5mm cam piece 1
Since the annular convex portion 4 is formed, the internally generated stress at the time of diameter expansion is reduced by enlarging the pressure receiving area, and as described above, the annular convex portion 4 having a height of 0.5 mm has a size of about 5 mm. % Stress reduction effect was confirmed. However, if the height dimension C of the annular convex portion 4 is unnecessarily increased, the step difference of the annular convex portion 4 becomes large, so that non-uniformity in density with other parts does not occur during warm molding (compression molding). Like
Since there is a risk of complicating the apparatus and lowering productivity, such as dividing the punch of the die and controlling the pressure applied to each punch equally, it is preferable to limit the thickness to about 20% of the thickness W at the maximum. desirable.
【図1】本発明に係る組立式カムシャフト実施の形態を
示す図で、(A)はその正面図、(B)はその全断面
図。1A and 1B are views showing an embodiment of an assembled camshaft according to the present invention, in which FIG. 1A is a front view thereof, and FIG.
【図2】焼結成形体の圧縮成形時における成形荷重と密
度との関係を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a molding load and a density during compression molding of a sintered compact.
【図3】焼結成形体の焼結後における密度と引張強度と
の関係を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing the relationship between the density and the tensile strength of a sintered compact after sintering.
1…カムピース 2…シャフト 4…環状凸部 1 ... Cam piece 2 ... Shaft 4 ... annular protrusion
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01L 1/04 F01L 1/04 H (72)発明者 岩切 誠 千葉県松戸市稔台520番地 日立粉末冶金 株式会社内 (72)発明者 光野 貴雄 千葉県松戸市稔台520番地 日立粉末冶金 株式会社内 (72)発明者 平尾 隆行 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 西村 公男 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 板倉 浩二 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G016 AA19 BA34 CA04 EA03 EA09 EA10 EA24 FA08 GA05 3J030 EA01 EB01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) F01L 1/04 F01L 1/04 H (72) Inventor Makoto Iwakiri 520 Minorita, Matsudo City, Chiba Hitachi Powdered Metals Stock Company (72) Inventor Takao Mitsuno 520 Minoridai, Matsudo City, Chiba Prefecture Hitachi Powdered Metals Co., Ltd. (72) Inventor Takayuki Hirao 2 Takaracho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Kimio Nishimura Nissan Motor Co., Ltd. 2 Takaramachi, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa Prefecture Koji Itakura Koji Itakura 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama, Kanagawa F-Term, Nissan Motor Co., Ltd. (reference) 3G016 AA19 BA34 CA04 EA03 EA09 EA10 EA24 FA08 GA05 3J030 EA01 EB01
Claims (5)
した上でシャフトを拡径処理することにより両者を不離
一体に固定してなる組立式カムシャフトにおいて、 上記カムピースは、その密度が7.1〜7.4g/cm
3の範囲となるように温間成形した鉄系焼結成形体をも
って形成されていることを特徴とする組立式カムシャフ
ト。1. A prefabricated camshaft in which a hollow shaft is inserted into a cam piece and then the shaft is expanded so as to be fixedly fixed to each other, wherein the cam piece has a density of 7.1. ~ 7.4g / cm
A prefabricated camshaft, characterized in that it is formed of an iron-based sintered compact that is warm-formed within the range of 3 .
7.4g/cm3の範囲となるように温間成形した鉄系
焼結成形体に焼入れおよび焼戻しの熱処理を施したもの
をもって形成されていることを特徴とする請求項1に記
載の組立式カムシャフト。2. The cam piece has a density of 7.1 to 1.
The prefabricated cam according to claim 1, which is formed of an iron-based sintered compact that has been warm-formed to a range of 7.4 g / cm 3 and that has been subjected to heat treatments such as quenching and tempering. shaft.
系焼結成形体は、その組成としてCu:1.5〜4重量
%、C:0.7〜1.0重量%をそれぞれ含有し、残部
がFeおよび不可避不純物であることを特徴とする請求
項2に記載の組立式カムシャフト。3. The iron-based sintered compact for forming the cam piece contains Cu: 1.5-4 wt% and C: 0.7-1.0 wt%, respectively, as the composition, and the balance. Is an Fe and unavoidable impurities, The prefabricated camshaft according to claim 2, wherein
が5mm以上であることを特徴とする請求項2または3
に記載の組立式カムシャフト。4. The thickness dimension of the cam piece in the axial direction is 5 mm or more.
Assembled camshaft according to.
においてベースサークルの内側に相当する位置に一段高
い環状凸部が温間成形をもって形成されていることを特
徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の組立式カムシ
ャフト。5. A raised annular protrusion is formed at a position corresponding to the inside of the base circle on at least one side surface of the cam piece by warm forming. Assembled camshaft described.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001201610A JP2003014085A (en) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Assembled camshaft |
| EP02013813A EP1273769A3 (en) | 2001-07-03 | 2002-06-21 | Cam lobe piece of built-up type camshaft |
| US10/187,434 US20030033901A1 (en) | 2001-07-03 | 2002-07-02 | Cam lobe piece of built-up type camshaft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001201610A JP2003014085A (en) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Assembled camshaft |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003014085A true JP2003014085A (en) | 2003-01-15 |
Family
ID=19038536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001201610A Pending JP2003014085A (en) | 2001-07-03 | 2001-07-03 | Assembled camshaft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003014085A (en) |
-
2001
- 2001-07-03 JP JP2001201610A patent/JP2003014085A/en active Pending
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