JP2001038548A - カム軸を組立てる方法及びそれにより作られたカム軸 - Google Patents

カム軸を組立てる方法及びそれにより作られたカム軸

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JP2001038548A JP2000149200A JP2000149200A JP2001038548A JP 2001038548 A JP2001038548 A JP 2001038548A JP 2000149200 A JP2000149200 A JP 2000149200A JP 2000149200 A JP2000149200 A JP 2000149200A JP 2001038548 A JP2001038548 A JP 2001038548A
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William A Gordon
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】自動車エンジンのための軽量組立カム軸及びそ
のようなカム軸を組立てるための方法を提供すること。 【解決手段】軽量複合カム軸２０を作る方法が軽量カム
要素３０及びハブ３１に円筒状の穴を設けるステップ
と、半径方向にふさがれていないハブを有する軽量カム
要素を設けるステップと、半径方向にふさがれていない
ハブを有する軽量ジャーナル要素を設けるステップと、
カム要素及びジャーナル要素のハブにぴったり合った滑
りばめを形成するように寸法設定をされた円筒形軸部材
を設けるステップと、カム及びジャーナル要素を必要な
軸方向及び半径方向の配向に前記軸上配置するステップ
及び各要素のハブ及び軸のハブと重なっている部分に、
各要素を軸上の必要な軸方向及び半径方向の配向に固定
するために永久連結を確立する手段を適用するステップ
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に言えば、
機械のためのカム軸に関し、さらに詳しく言えば、自動
車エンジンのための軽量組立カム軸及びそのようなカム
軸を組立てる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の鋳造、鍛造、機械加工、グライン
ダー研削、硬化及び矯正加工技術によって作られるもの
に対して、カム軸のコスト及び重量を減らすために、自
動車及びその他の機械のための組立カム軸が６０年の間
作られてきた。ある場合には、カム軸は、軸を形成する
ために端と端をつないで組立てて、溶接したいくつかの
セグメントから作り上げられた。他の場合には、カム及
びジャーナル要素は、鋳造、鍛造又は粉末冶金技術によ
って円筒状の軸方向の穴を予め形成されて、軸又は中空
管に配置されて所定位置に溶接された。さらに他の場合
には、軸方向に伸びている半径方向の凹みを有する予め
形成された要素が中空管に配置され、管は、それの所望
の半径方向の位置及び軸方向の位置にカム及びジャーナ
ル要素を固定するために、通常一つ以上の半径方向の突
起を有する工具を管の中を押し通すことによって広げら
れた。
【０００３】アーノルド（Ａｒｎｏｌｄ）他の米国特許
５，２０１，２４６において教示されているように、追
加の重量削減が壁とハブの一方の軸方向の端部で、ウェ
ブによって接続された外壁とハブを持った薄板金製であ
るのが好ましい、カム及びジャーナル要素を形成し、ハ
ブの中の管を広げてそれらの要素を中空管に接続するこ
とによって達成された。この技術の一つの重要な限界
は、この技術によって実際に作ることができるカム及び
ジャーナル要素の最小基礎円が要素を作っている材料の
厚さの少なくとも６倍を管の直径に加えたものより大き
いということである。この限界は、要素を形成するため
にハブと外壁の間の材料の中にわん曲部を作るに必要な
総形バイトの最小厚さに起因しているので、小さい基礎
円を有する要素にはこの技術による製作法が適用できな
い。
【０００４】したがって、組立カム軸のための事実上全
てのカム及びジャーナル要素は、鋳造、鍛造又は粉末冶
金技術によって現在作られ、それによってそれらのコス
ト及び重量の可能性のある節減を十分に達成できない。
さらに、管状軸にカム及びジャーナル要素を組立てる可
能な組立技術は、要素の設計によって要素をそれらの必
要な軸方向及び半径方向の配向に固定するために管状部
材の拡張に依存するものに必然的に制限された。これ
は、精密な組立機器のための資本費が増えるのと同様
に、熱処理及び矯正加工コストを増加させることになっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のことは、現在の
組立カム軸において存在すると知られているの限界を例
示している。したがって、上述の限界の一つ以上を克服
すること目的とした代替物を提供することは、明らかに
有益であろう。それゆえ、以下にさらに完全に開示され
る特徴を備える適切な代替物を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様におい
て、これは、葉形の外部表面を有する少なくとも一つの
軽量カム要素及びハブに円筒状の穴を設けるステップ
と、葉形の外部表面及び円筒状の穴を有し、少なくとも
一部分は前記外部表面によって半径方向にふさがれてい
ないハブを有する少なくとも一つの軽量カム要素を設け
るステップと、円筒状の外部表面及び円筒状の穴を有
し、少なくとも一部分は前記外部表面によって半径方向
にふさがれていないハブを有する少なくとも一つの軽量
ジャーナル要素を設けるステップと、前記カム要素及び
前記ジャーナル要素のハブにぴったり合った滑りばめを
形成するように寸法設定をされた外径を有する円筒形軸
部材を設けるステップと、前記カム及びジャーナル要素
を必要な軸方向及び半径方向の配向に前記軸上配置する
ステップと、各前記要素のハブ及び軸の前記ハブと重な
っている部分に、各前記要素を前記軸上の必要な軸方向
及び半径方向の配向に固定するために永久連結を確立す
る手段とを適用するステップを備える軽量複合カム軸を
作る方法によって達成される。
【０００７】添付図面と合わせて考慮されるときに、前
述及びその他、面は、以下の発明の詳細な説明から明ら
かになるであろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の好適な方法に従
ってすえ付けられるカム要素３０を有するむくの円筒状
軸部材２０を示す。カム要素は、外壁３３、円筒状ハブ
３１及び外壁３３とハブ３１を接続しているウェブ３２
を有する。この図がカム要素３０を示すだけであるが、
それはジャーナル要素について等しく例示的で、唯一の
差は、カムの葉形の外壁と比較してジャーナルの外壁は
円筒状であることであり、円筒状のハブは両方の要素に
対して同じである。円筒状のハブ３１は、軸２０にぴっ
たり合ったすべりばめを与えるように寸法設定をされ
て、目的とする機械への適用によって定まる必要な軸方
向及び半径方向の配向で軸に配置される。もちろん、ジ
ャーナル要素の場合、軸方向の配向又は位置だけが有意
である。要素が軸２０に配置された後、かしめ工具（又
は抵抗溶接用電極）４０がハブ４０と軸２０を一つに永
久に連結するためにハブに適用される。これは、その機
械又はエンジンにおけるカムの動作の間、要素を軸方向
及び半径方向の変位から守る。単一のかしめ６０又は抵
抗溶接結合７０（図６）は必要な連結を与えるために十
分であるが、信頼性及び耐久性を増やすためにハブのま
わりに、対称に間隔を置いた二、三のそのような機能を
形成することが好ましい。かしめは、連結を確立するた
めの好適な方法である。その理由は、それは、熱影響を
受けた部分を生じず、不純物及び不完全な表面仕上げに
より寛容で、したがって、通常より繰り返しできるから
である。
【０００９】図２は、図１にあるような要素３０で、今
度はそれ以上の重量削減のために円筒形中空管状の軸２
５にすえ付けられているのを示している。この場合、か
しめ又は抵抗スポット溶接の間に生ずる軸２５の変形を
防止するために、マンドレル５０がかしめ又は抵抗溶接
の前に管に挿入される。マンドレルは、抵抗溶接のため
に必要な第２の電極となる。それは軸２５の中にぴった
り合ったすべりばめを有する短い端部分５１だけが必要
で、その理由は、それが組立てプロセスの間に軸に沿っ
てハブ３１からハブ３１まで割出されることができるか
らである。これは、連続して各ハブ３１で必要な支持又
は電気接点をなお与えながら、かしめ又は溶接作業の間
の軸２５とマンドレル５０間の摩擦ドラッグを最小にす
る。用語かしめがハブ３１と軸２０、２５の間の連結変
形を生ずるいかなる外部から適用される機械的方法をも
表すために便宜上使われている点に注意されたい。した
がって、かしめは、ハブ及びその下にある軸をくぼませ
るポンチでハブをたたくことに関するだけでなく、それ
は同様の変形を生ずるロール成形又は他の機械的技術に
も適用する。
【００１０】図３、４及び５は、軸２０、２５にすえ付
けられて、軸２０、２５とハブ３１の間をそれぞれ、融
接８０、ろう付け結合９０及び接着材による接着結合９
５によって所定の位置に固定された要素３０の部分図を
示す。融接８０に対して、ハブ３１は軸２０、２５にス
ナッグフィットしていてもよいが、ろう付け材料及び接
着剤の配置の方法によっては、若干の隙間がそれらの結
合部に必要なことがある。完全に半径方向にふさがれた
ハブを有する要素を用いてろう付けが可能であるが、本
発明の方法は、要素外壁を加熱することなくろう付け結
合部を形成するためだけにハブの誘導加熱を行い、それ
にによって完全に熱処理した要素を使用することを可能
にすることに留意されたい。これは、完全にふさがれた
ハブについては可能でない。
【００１１】図６は、ハブ３１と軸２０、２５の間に形
成された抵抗スポット溶接ナゲット７０を示す。適切に
作られた抵抗溶接は非常に強くて耐久性があり、要素ハ
ブ３１と軸２０、２５の間に必要な連結を与える５方法
については、それらは望ましさにおいてかしめ以外の何
ものにも劣らない。しかし、抵抗溶接装置は、機械的か
しめ機器と比較して, 購入及び保守費が比較的高価であ
る。したがって、かしめは好適な方法であり、その直ぐ
後に抵抗スポット溶接が続き, 融接, ろう付け及び接着
剤接合がもっと後に続く。
【００１２】図７及び８は、本発明のカム軸組立方法に
おいて使用できるもう一つのカム要素３０′の軸方向の
図及び半径方向の断面図を示す。これは、上に示された
ものと事実上同じものであるが、この場合、ハブ３１は
適切に隆起を作られた表面を有する軸上の半径方向の配
向に要素をキー止めする少なくとも一つの軸方向のみぞ
３６を有する。図９は、カム要素３０′及びそれらのハ
ブ３１の中にみぞ３６を有するジャーナル要素３８が上
に組立てられている短い局所的軸方向の隆起１３０を有
する軸１２５を示す。一旦すえ付けられると、要素は、
かしめ、スポット溶接によって又は焼嵌めによって所定
の位置に固定できる。焼きばめは、要素３０′、３８を
加熱するか若しくは軸１２５を冷却するかのどちらか又
は両方、すなわち、熱い要素を常温の軸上に置いて、要
素及び軸を周囲温度にならせることによって達成され
る。軸の熱膨張及び要素の収縮は、機械的に押し合わせ
できるより、かなりきついはめ合いを作る。生じた把握
は、堅固で、強くて耐久性がある。
【００１３】図１０及び１１は、本発明の方法によって
カム軸上の組立を可能にする二つの他の要素３０の半径
方向の断面図を示す。図１０の要素３０″は、ウェブが
軸方向の中央に置かれているが、図１１のものは皿形の
ウェブを有する。両方の場合において、たとえウェブの
少なくともいくらかが外壁の内側で軸方向に位置してい
ても、ハブ３１の少なくとも一部分が外壁３３によって
半径方向にふさがれることはない。本発明の利点は、そ
のような非閉塞ハブを有するカム及びジャーナル要素に
よって可能にされる。その理由は、それらがカム軸に必
要な軸方向及び半径方向に連結された配向を外壁に影響
を及ぼさずに作るために半径方向に向いた工具及び取付
け技術にだけハブを露出するからであある。
【００１４】カム軸を作る全ての上記の方法を可能にす
ることに加えて、非閉塞ハブを有する要素をマンドレラ
イジング、ボーライジング及びカム軸管を局所的又は普
遍的のいずれかに拡張するすべての他の方法を含む従来
の技術の全ての方法を使用してカム軸に使用できる。し
かし、上に開示された方法は、従来技術のものより必要
とする工具作業及び取付作業がずっと精巧でないのでむ
しろ好まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の組立の好適な方法を例示しているむく
の軸を有するカム軸の部分断面図を示す。
【図２】中空軸を使用すること以外図１に記載の本発明
の同じ方法のもう一つの部分断面図を示す。
【図３】本発明によって行われた要素ハブと軸の間の融
接の部分断面図である。
【図４】図３に見られるろう付け結合措置を示す。
【図５】要素ハブと軸の間の接着剤接合措置を示す。
【図６】本発明の方法の適用から生じた要素ハブと軸の
間の抵抗溶接部の断面図を示す。
【図７】内向きみぞ付ハブを有するカム要素の軸方向の
図である。
【図８】図７の線b-b に沿った断面図である。
【図９】カムを組立てられた局所的隆起付き管状軸及び
みぞ付のハブを有するジャーナル要素を与える本発明に
よるもう一つの実施例の断面図である。
【図１０】軸方向の中心に置かれたウェブを有し、本発
明の方法に従って組立できる要素を示す。
【図１１】外壁によって部分的に半径方向にだけふさが
れ、それによって本発明の方法よる組立にその使用を可
能にするハブを有するもう一つの要素の断面図を示す。
【符号の説明】
２０、２５ 軸部材 ３０ カム要素 ３１ ハブ ３２ ウェブ ３３ 外壁 ６０ かしめ ７０ 抵抗溶接接合 ８０ 融接 ９０ ろう付け結合
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） Ｂ２３Ｐ 19/04 Ｂ２３Ｐ 19/04 Ａ Ｂ Ｆ０１Ｌ 1/04 Ｆ０１Ｌ 1/04 Ｅ Ｆ１６Ｈ 53/02 Ｆ１６Ｈ 53/02 Ａ (72)発明者 ジョバンニ シー アルビニ アメリカ合衆国コネチカット州06795 ウ ォータータウン スキルトン ロード 100 (72)発明者 ロバート イー スコンバーグ アメリカ合衆国コネチカット州06022 コ リンスビル ウエスト ロード 26 (72)発明者 ウイリアム エイ ゴードン アメリカ合衆国コネチカット州06022 コ リンスビル ワーナー ロード 35

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】葉形の外壁及び円筒状の穴を有し、少なく
    とも一部分は前記外壁によって半径方向にふさがれてい
    ないハブを有する少なくとも一つの軽量カム要素を設け
    るステップと、 円筒状の外壁及び円筒状の穴を有し、少なくとも一部分
    は前記外壁によって半径方向にふさがれていないハブを
    有する少なくとも一つの軽量ジャーナル要素を設けるス
    テップと、 前記カム要素及び前記ジャーナル要素のハブにぴったり
    合った滑りばめを形成するように寸法を設定された外径
    を有する円筒形軸部材を設けるステップと、 前記カム及びジャーナル要素を必要な軸方向及び半径方
    向の配向に前記軸上に位置決めするステップと、 各前記要素のハブ及び軸の前記ハブと重なっている部分
    に、各前記要素を前記軸上の必要な軸方向及び半径方向
    の配向に固定するために永久連結を確立する手段を適用
    するステップとを備える軽量複合カム軸を作る方法。
  2. 【請求項２】永久連結を確立する手段を適用するステッ
    プがハブ及びその下にある軸の部分の中に少なくとも一
    つの局部的変形部を機械的に形成するステップから成る
    請求項１の方法。
  3. 【請求項３】円筒形軸部材を設けるステップが中空の管
    状軸部材を設けることから成る請求項１の方法。
  4. 【請求項４】永久連結を確立する手段を適用するステッ
    プがなめらかな円筒状表面を有し前記管状軸にぴったり
    滑りばめするマンドレルを要素のうちの少なくとも一つ
    に合わせるように前記管状軸に挿入し、各前記要素のハ
    ブ及び前記マンドレルと合っている軸の部分にハブ及び
    その下にある軸を局所的に変形させるためにかしめ工具
    を当てることによってハブ及びその下にある軸の部分の
    中に少なくとも一つの局部的変形部を機械的に形成する
    ステップをさらに備える請求項３の方法。
  5. 【請求項５】永久連結を確立する手段を適用するステッ
    プが前記ハブと前記軸の間に少なくとも一つの抵抗溶接
    結合を作るステップから成る請求項１の方法。
  6. 【請求項６】永久連結を確立する手段を適用するステッ
    プが前記ハブ及び前記軸の間に少なくとも一つの抵抗溶
    接結合を作るステップから成る請求項３の方法。
  7. 【請求項７】永久連結を確立する手段を適用するステッ
    プが前記ハブ及び前記軸の間に少なくとも一つの融接結
    合を作るステップから成る請求項３の方法。
  8. 【請求項８】永久連結を確立する手段を適用するステッ
    プが前記ハブ及び前記軸の間に少なくとも一つのろう付
    け結合を作るステップから成る請求項３の方法。
  9. 【請求項９】永久連結を確立する手段を適用するステッ
    プが前記ハブ及び前記軸の間に少なくとも一つの接着剤
    接合を作るステップから成る請求項３の方法。
  10. 【請求項１０】前記少なくとも一つの軽量カム要素及び
    一つの軽量ジャーナル要素を設けるステップが少なくと
    も一つのカム要素及び一つのジャーナル要素を設けるこ
    とから成り、各々は第１及び第２の軸方向の端部のある
    外壁、円筒形穴及び第１と第２の軸方向の端部を有する
    ハブと、前記外壁の第１の軸方向の端部と前記ハブの第
    ２の軸方向の端部の間に伸びているウェブ部材を備え、
    前記ウェブ部材は、外壁とハブに対して事実上垂直であ
    る請求項１の方法。
  11. 【請求項１１】円筒状の穴と少なくとも一つの軸方向み
    ぞが付いていて、少なくとも一部分は前記外壁によって
    半径方向にふさがれていないハブ及び葉形の外壁を有す
    る少なくとも一つの軽量カム要素を設けるステップと、 円筒状の穴と少なくとも一つの軸方向みぞが、付いてい
    て少なくとも一部分は前記外壁によって半径方向にふさ
    がれていないハブ及び葉形の外壁を有する少なくとも一
    つの軽量ジャーナル要素を設けるステップと、 前記カム要素及び前記ジャーナル要素のハブに締りばめ
    を形成するように寸法を設定された外径とあらかじめ定
    めた軸方向及び半径方向の位置に外部軸方向隆起を有す
    る中空円筒形壁付き軸部材を設けるステップと、 前記要素の穴にある軸方向みぞが前記隆起の軸方向及び
    半径方向の位置において前記軸表面にある軸方向隆起と
    位置が合うように、前記カム及びジャーナル要素を必要
    な軸方向及び半径方向の配向に前記軸上に位置決めする
    ステップと、 前記カム及びジャーナル要素をそれらの予め定めた位置
    に固定するステップを備える軽量複合カム軸を作る方
    法。
  12. 【請求項１２】前記カム及びジャーナル要素をそれらの
    予め定めた位置に固定するステップが前記カム及びジャ
    ーナル要素を前記軸上のそれらの必要な軸方向及び半径
    方向の配向に固定するために前記ハブの内径と前記軸の
    外径の間に焼嵌めをつくるステップから成る請求項１１
    の方法。
  13. 【請求項１３】前記ハブの内径と前記軸の外径の間に焼
    嵌めをつくるステップが前記軸を前記要素及び前記カム
    に対して周囲温度以下にし、ジャーナル要素を前記軸に
    対して周囲温度以上にし、組立の後、前記軸及び前記カ
    ムとジャーナル要素を周囲温度へ戻すことを可能にする
    ステップから成る請求項１２の方法。
  14. 【請求項１４】前記カム及びジャーナル要素をそれらの
    予め定めた位置に固定するステップが各要素のハブ及び
    前記ハブと位置が合っている部分に前記ハブと前記軸の
    間に永久連結を確立する手段を適用することから成る請
    求項１１の方法。
  15. 【請求項１５】なめらかな表面を有する円筒状の軸と、 必要な半径方向及び軸方向の配向に前記軸に配置された
    少なくとも一つの軽量カム要素及び一つの軽量ジャーナ
    ル要素と、 各前記要素を前記軸上の前記必要な軸方向及びで半径方
    向の配向に固定する手段を備え、 各前記カム要素及び前記ジャーナル要素は、内側と外側
    の表面及び第１と第２の軸方向端部を有する中空の事実
    上円筒状の内側ハブ部材と、前記内側のハブ部材から半
    径方向に間隔を置くとともに、内側と外側の表面を有す
    る適切に形づくられた外壁と、前記外壁の第１の軸方向
    端部と前記ハブ部材の第２の軸方向端部の間の半径方向
    に伸びて、前記外壁を前記ハブ部材に接合しているウェ
    ブ部分とを備える機械における回転使用のための軽量組
    立カム軸。
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