JP2005248793A

JP2005248793A - 組立式カムシャフト用外装部品の製造方法

Info

Publication number: JP2005248793A
Application number: JP2004059157A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Okuno; 和昭奥野; Hirohisa Harada; 浩久原田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15
Also published as: WO2005085604A8; US20070175028A1; WO2005085604A1

Abstract

【課題】生産性の向上やカムローブの硬度向上を図った組立式カムシャフト用外装部品の製造方法を提供する。
【解決手段】カムピース連成体６は、溶湯の注入直後からチラー４によって急速に熱が奪われ、チル化（白銑化）する。その結果、カムピース連成体６は、その硬度が非常に高くなる一方、引張強度や剪断強度は低下する。鋳造されたカムピース連成体６には、カムピース素形と、ノッチとが交互に形成されている。カムピース連成体６を保持装置に保持させた状態で、破断工具によりノッチに打撃を与える。すると、引張強度が低いカムピース連成体６は脆弱部であるノッチで破断し、個々のカムピースが得られる。
【選択図】図６

Description

本発明は、レシプロエンジンに用いられる組立式カムシャフト用の外装部品を製造する方法に関する。

レシプロエンジンの動弁機構としては、カムと吸排気バルブとの間にロッカアームやスイングアーム等を介在させたものの他、エンジンの高回転化や高出力化に対応すべく吸排気バルブ（タペット）の直上部にカムを配置した直接駆動式のものも採用されている。カムが形成されるカムシャフトとしては、鋳造成形や鍛造成形、切削成形による一体品が一般に採用されているが、カムローブ部とシャフト部とで機械的性質（剛性や硬度、潤滑性等）を自由に設定できる他、生産性の向上や低コスト化等を比較的容易に実現できることから、組立式カムシャフトの採用が進められている。組立式カムシャフトは、例えば、鋼管等を素材とする中空シャフトと、カムピースやノーズピース等の外装部品とからなっており、中空シャフトとこれら外装部品とが溶接結合や圧入結合、拡管結合等により固着される。

組立式カムシャフト用の外装部品は、種々の製造方法により製造されている。例えば、機械加工を主体としてカムピースを製造する方法としては、中空の棒材外周面に切削加工および研削加工を施して所定のカムプロフィールを有するカムピース素材を作成した後、所定の幅に切断してカムピース（輪切りカム）を得るもの（特許文献１参照）や、中実の棒材の外周面に切削加工および研削加工を施して所定のカムプロフィールを有するカムピース素材を作成し、カムピース素材に表面硬化処理を施した後、所定の幅に切断するとともにシャフト孔を穴あけ加工してカムピースを得るもの（特許文献２参照）が提案されている。また、塑性加工を主体とする製造方法としては、素材をカムピースの厚み方向に据え込んで輪郭形状を鍛造成形して中間成形体を得た後、中間成形体の中央部にシャフト穴を打ち抜き、このシャフト穴の内周面を仕上げ成形するもの（特許文献３参照）が提案されている。また、鋳造を主体とする製造方法としては、粒子分散アルミニウム合金を素材にダイキャスト成形によりシャフト孔（嵌合孔）を有するカムピースを形成し、シャフト孔を機械加工するもの（特許文献４参照）が提案されている。
等が公知となっている。
実開昭５２−４１４０４号公報（段落００１５〜００２２、図１，図６）特開平３−１５６０９号公報（実施例、第１図）特開２００３−２８５１３８号公報（段落００４２〜００４６，図１）特開平９−２５６８１９号公報（段落０００８，０００９、図１）

特許文献１や特許文献２に記載された製造方法は、中空あるいは中実の棒材から機械加工によってカムピースを形成するものであるため、カムプロフィールを形成するための装置（ＮＣ倣い盤等）やカムピース素材からカムピースを切り出す切断装置が必要となる他、製造に要する時間や工数が多大となる等の問題があった。また、特許文献３や特許文献４に記載された製造方法は、鍛造成形や鋳造成形によりカムピースを得るものであるが、金型におけるキャビティレイアウト等に制限があるため、一度の鍛造プロセスや鋳造プロセスで得られるカムピースの個数をあまり多くできず、生産性を高めることが難しい等の問題があった。
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、生産性の向上等を図った組立式カムシャフト用外装部品の製造方法を提供することを課題とする。

請求項１の組立式カムシャフト用外装部品の製造方法は、組立式カムシャフト用の外装部品を製造する方法であって、シャフト嵌入孔を有する複数の外装部品素形が脆弱部を挟んで連成された外装部品連成体を鋳造成形する鋳造工程と、当該外装部品連成体を前記脆弱部で破断させて外装部品を得る分割工程とを含むことを特徴とする。
請求項１の製造方法では、例えば、金型内にカムピース素形およびノッチを形成する入れ子とシャフト孔を形成する砂中子とをセットした後、湯口から鋳鋼等の溶湯を金型に注ぐ。そして、外装部品連成体が得られたら、これを治具にセットしてノッチに鋭利な刃先を有する工具で打撃を与え、破断させることにより外装部品を得る。

また、請求項２は、請求項１の組立式カムシャフト用外装部品の製造方法において、前記鋳造工程時に前記外装部品連成体をチル化することを特徴とする。
請求項１の製造方法では、例えば、入れ子を銅合金等で製作したチラーとすることにより、溶湯を急冷して外装部品連成体をチル化させる。

請求項１の組立式カムシャフト用外装部品の製造方法によれば、一度の鋳造プロセスで多数の外装部品素形と脆弱部とを有する外装部品連成体が得られ、更にこの外装部品連成体の脆弱部にエアハンマや手作業による打撃を与えて破断させることで多数個の外装部品を短時間で製造することができる。また、請求項２の組立式カムシャフト用外装部品の製造方法によれば、外装部品の硬度を高められると同時に、外装部品連成体の脆弱部での破断が容易となる。

以下、本発明を組立式カムシャフト用カムピースの製造に適用した一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係る組立式カムシャフト（以下、単にカムシャフトと記す）を示す斜視図であり、図２は同カムシャフトの要部縦断面図であり、図３は鋳造金型を示す縦断面図であり、図４は鋳造金型の要部を示す縦断面図であり、図５はチラーを示す斜視図であり、図６はカムピース連成体の鋳造工程を示す説明図であり、図７はカムピース連成体からチラーに熱が奪われる状態を示す説明図であり、図８はカムピース連成体を示す斜視図であり、図９はカムピース連成体の破断工程を示す説明図であり、図１０はカムピースの斜視図であり、図１１はカムシャフトの組立工程を示す説明図である。

図１および図２に示すカムシャフト１００は、４サイクルＤＯＨＣ４気筒エンジンの吸気バルブを駆動するもので、中空シャフト１０１にカムピース９やエンドピース１０２を固着させることにより製造されている。中空シャフト１０１は、冷間引抜鋼管（例えば、機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１７Ｃ等）を素材とする機械加工品であり、両端のセンタを基準としてその外周面が研削仕上げされている。また、カムピース９やエンドピース１０２は、鋳鋼（例えば、低合金鋼鋳鋼ＳＣＮＣｒＭ２）を素材とする鋳造品であり、中空シャフト１０１に対して圧入（あるいは、ろう付け）により外嵌・固着されている。

次に、図３〜図１１を参照して、本実施形態におけるカムピース９の製造設備とカムピース９およびカムシャフト１００の製造手順とを述べる。
図３において、鋳造設備１は、二分割型の鋳造金型２と、この鋳造金型２に対して砂中子３１を挿入する中子駆動装置３とを主要構成要素としている。鋳造金型２は、溶湯を注入するための受口２１と、受口２１から下方に延設された湯口２２と、湯口２２からの溶湯を水平に導く湯道２３と、湯道２３の先端から上方に延設されたキャビティ２４と、キャビティ２４の上端に形成された開口２５とを備えている。

図４に示すように、鋳造金型２にはチラー保持部２６が形成されており、キャビティ２４を形成する多数個のチラー（冷し金）４がこのチラー保持部２６に積層された状態で収納されている。チラー４は、熱伝導性に優れた銅合金を素材としており、図５に示すように、その内面にカムピース素形形成部４１とノッチ形成部４２とを有している。ノッチ形成部４２は、チラー４の一端（図５中で左方）から、キャビティ２４内に突出するかたちで全周に形成されている。

カムピース９の製造にあたり、製造作業者は先ず、図６（ａ）に示すように、中子駆動装置３を用いて、型締めされた鋳造金型２のキャビティ２４内に砂中子３１を挿入する。しかる後、図６（ｂ）に示すように、製造作業者は、とりべ５を用いて受口２１から鋳造金型２内に溶湯５１を注ぐ。すると、溶湯５１は、湯口２２および湯道２３を経由して、キャビティ２４および開口２５に流入する。

溶湯５１は、鋳造金型２に注入されると、図６（ｃ）に示すように、カムピース連成体６を含む鋳込品７となる。この際、本実施形態では、キャビティ２４がチラー４に形成されているため、図７に示すように、カムピース連成体６は、溶湯５１の注入直後からチラー４によって急速に熱が奪われ、チル化（白銑化）する。その結果、カムピース連成体６は、その硬度が非常に高くなる一方、引張強度や剪断強度は低下する。

製造作業者は、所定時間が経過して鋳込品７が完全に凝固すると、図６（ｃ）に示すように、中子駆動装置３に砂中子３１の解放と退避動（上昇動）とを行わせる。次に、製造作業者は、鋳造金型２を開いて鋳込品７を取り出し、不要部分（鋳造金型２の湯道２３や開口２５等にあたる部分）や砂中子３１を除去してカムピース連成体６を得る。図８に示すように、カムピース連成体６には、カムピース素形形成部４１（図４参照）によるカムピース素形（外装部品素形）６１と、ノッチ形成部４２（図４参照）によるノッチ（脆弱部）６２とが交互に形成されている。

次に、製造作業者は、図９に示すように、カムピース連成体６を保持装置８１に保持させた状態で、破断工具８２によりノッチ６２に打撃を与える。すると、引張強度が低いカムピース連成体６は脆弱部であるノッチ６２で破断し、個々のカムピース９が得られる。カムピース９は、図１０に示すように、カムピース素形形成部４１（図７参照）により形成されたカム面９１と、砂中子３１（図７参照）により形成されたシャフト孔９２と、破断面である側面９３とを有している。

次に、製造作業者は、必要に応じてカム面９１に対する粗加工やシャフト孔９２に対する切削加工を行った後、図１１に示すように、中空シャフト１０１に外嵌させて圧入する。次に、製造作業者は、中空シャフト１０１に対してノーズピース等、他の外装部品を取り付けた後、カム面９１にカムプロフィールを形成するための研削仕上げを行い、図１に示すカムシャフト１００を得る。尚、図１に示すように、カムシャフト１００では、カムピース９の側面９３が破断面のままであるが、相手側部品（ロッカアームやタペット）とはカム面９１のみが摺接することと、エンジンに組み付けられた状態ではカムシャフト１００が露出しないことにより不具合はない。

本実施形態では、以上述べた手順でカムピース９およびカムシャフト１００を製造するようにしたため、カムピースの硬度を高めながら、従来装置に較べて生産性の大幅な向上を実現できた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態は、本発明をカムピースの製造方法に適用したものであるが、ジャーナルやエンドピース等、他の外装部品にも当然に適用可能である。また、カムピースや中空シャフトの素材を始め、鋳造金型の具体的構造やチラーの材質等についても、前記実施形態で挙げたものに限られるものではなく、設計上あるいはコスト上の判断等に基づいて適宜選択あるいは変更可能である。

実施形態に係る組立式カムシャフトを示す斜視図である。実施形態に係る組立式カムシャフトの要部斜視図である。鋳造金型を示す縦断面図である。鋳造金型の要部を示す縦断面図である。チラーを示す斜視図である。カムピース連成体の鋳造工程を示す説明図である。カムピース連成体からチラーに熱が奪われる状態を示す説明図である。カムピース連成体を示す斜視図である。カムピース連成体の破断工程を示す説明図である。カムピースの斜視図である。カムシャフトの組立工程を示す説明図である。

符号の説明

１カムシャフト
２鋳造金型
４チラー
６カムピース連成体（外装部品連成体）
９カムピース（外装部品）
２４キャビティ
３１砂中子
４１カムピース素形形成部
４２ノッチ形成部
６１カムピース素形（外装部品素形）
６２ノッチ（脆弱部）
８２破断工具
９１カム面
９２シャフト孔
９３側面
１００カムシャフト
１０１中空シャフト

Claims

組立式カムシャフト用の外装部品を製造する方法であって、
シャフト嵌入孔を有する複数の外装部品素形が脆弱部を挟んで連成された外装部品連成体を鋳造成形する鋳造工程と、
当該外装部品連成体を前記脆弱部で破断させて外装部品を得る分割工程と
を含むことを特徴とする組立式カムシャフト用外装部品の製造方法。
前記鋳造工程時に前記外装部品連成体をチル化す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用外装部品の製造方法。