JP2002257149A - 結合方法およびカムシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、結合部材を軸に精度よく同軸
上に結合することができる方法、および、カムピースが
カム軸に精度よく同軸上に結合されたカムシャフトを提
供する。 【解決手段】 本発明のカムシャフトは、カム軸１の結
合面にカムピース２を結合してなるもので、カムピース
２が結合されるカム軸１の結合部の周面（結合面３）
は、真円加工されており、且つ、複数の凹溝４が形成さ
れている。そして、このカム軸１の結合面３にカムピー
ス３の結合穴５が焼ばめによって結合されている。真円
加工されたカム軸１の結合面３の凹溝４は、それぞれレ
ーザ加工により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結合方法およびカ
ムシャフトに関し、さらに詳しくは、結合部材と軸とを
結合する方法、および、カム軸の結合面にカムピースを
結合してなるカムシャフトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】結合部材としてカムピースを軸に結合す
るための従来の技術としては、例えば、特開平８―２７
０４０９号公報に開示されているように、シャフト（＝
カム軸）のカムピースを固定する部分のシャフト周方向
に、シャフトの軸方向に平行する突条部を複数条形成
し、カムピースに前記突条部に接合する接合穴を開口
し、この接合穴の孔径は、突条の頂部の径よりも小さく
形成し、少なくともこの接合穴周辺部のカムピースの硬
度を、前記突条部の硬度より高く形成し、前記接合穴に
突条を押し込む際に、突条が接合穴と干渉する山部を変
形させながら接合穴に嵌め込むようにした組立式カムシ
ャフトの組み立て方法が知られている。そして、当該公
報にはさらに、接合穴を形成する部分に、接合穴径より
大径の開口を有する形状のカムピースを、燒結材により
形成し、前記開口に、高い硬度の筒部材を嵌挿し、この
筒部材によって接合穴を形成することが記載されてい
る。

【０００３】そして、当該公報の組立式カムシャフトの
組み立て方法は、「カムピースに形成する接合穴の少な
くとも周辺の硬度を、シャフトに形成した突条部の硬度
よりも高く形成し、カムピースをシャフトに押し込む
と、突条の山部が台形状に変形しながら接合穴にかじり
嵌めされるようにしたので、突条部と接合面とが互いに
食い込むことなく接合させることができ、局部的な応力
集中がなく、高い接合力を得ることができ、長期間にわ
たり高い接合トルクを維持させることができる。」など
と記載されている（段落番号００１８）。すなわち、当
該公報に開示されているように、従来から一般的に行わ
れているかじり嵌め方式では、カム軸の表面に突条を形
成して、この突条部より小さいカムピースの接合穴を押
し込んで接合穴に突条部の山部を食い込ませることによ
り、カムピースとカム軸とを接合するものであった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記か
じり嵌め方式を採用している従来の技術にあっては、突
条部の山部の変形量がシャフトの周方向の位置によって
異なる可能性がある。かかる場合には、カム軸とカムピ
ースの接合穴との回転中心にズレが生じるために、同軸
上に結合することができないという問題があった。そし
て、この問題を解消してカムの精度を向上させるために
は、カム軸とカムピースを組付けた後に、カムプロフィ
ール研削加工が必要となり、手間やコストがかかるとい
う問題があった。さらに当該公報には、カムピースを燒
結材により形成することが記載されているが、燒結部材
からなるカムピースをカムプロフィール研削加工等の機
械加工を行うことは困難である。また、図６および図７
に示したように、プロフィール面２ａがその軸線Ｃに沿
って連続的に変化する所謂三次元カムピース２’、ある
いはプロフィール面に径方向の凹部２ｂが形成された所
謂凹カムピース２”の場合にも、この三次元カムピース
２’あるいは凹カムピース２”のプロフィール面の機械
加工には精度が要求されるため、カム軸とカムピースと
を結合した後に機械加工を行うことは困難である。その
ため、従来の技術にあっては、特に燒結部材からなるカ
ムピースや三次元カムピース２’、あるいは凹カムピー
ス２”をカム軸１に同軸上に精度よく結合したカムシャ
フト得ることは困難であった。

【０００５】本発明は、上述した課題に鑑みてなされた
もので、簡単な構成で、結合部材を軸に精度よく同軸上
に結合することができる方法、および、カムピースがカ
ム軸に精度よく同軸上に結合されたカムシャフトを提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の結合方法に係
る発明は、上記目的を達成するため、結合部材と軸とを
結合する方法であって、結合部材が結合される軸の結合
面を真円加工する工程と、該真円加工された軸の結合面
に複数の凹溝を形成する工程と、真円加工されると共に
凹溝が形成された軸の結合面に結合部材を焼ばめするこ
とによって結合する工程と、を含むことを特徴とするも
のである。

【０００７】請求項２の結合方法に係る発明は、上記目
的を達成するため、請求項１に記載の発明において、凹
溝をレーザ加工により形成することを特徴とするもので
ある。

【０００８】また、請求項３のカムシャフトに係る発明
は、上記目的を達成するため、カム軸の結合面にカムピ
ースを結合してなるカムシャフトであって、カム軸の結
合面が真円加工されており、且つ、該真円加工された結
合面に複数の凹溝が形成されており、該カム軸の結合面
にカムピースが焼ばめによって結合されてなることを特
徴とするものである。

【０００９】請求項４のカムシャフトに係る発明は、上
記目的を達成するため、請求項３に記載の発明におい
て、凹溝がレーザ加工により形成されていることを特徴
とするものである。

【００１０】請求項１の発明では、真円加工された軸の
結合面に結合部材を焼きばめすることによって結合する
ために、軸の結合面に結合部材が同軸上に精度よく結合
される。そして、軸の結合面に凹溝が形成されているた
めに、結合部材が焼きばめされると、凹溝に対して結合
部材が食い込むために、軸と結合部材とが相対的にずれ
ることなく確実に結合される。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の記載の発
明において、凹溝をレーザ加工により形成することによ
って、軸の強度を低下させることがないように適切な深
さや幅などの形状の凹溝を正確に且つ容易に形成するこ
とが可能となる。なお、凹溝の形状は、軸に対して結合
部材にかかる力の方向に応じて形成することができる。

【００１２】また、請求項３の発明では、カム軸の結合
面が真円加工されていることにより、カム軸の結合面対
して焼きばめ結合されたカムピースの同軸度が保証され
る。そして、凹溝が形成されたカム軸の結合面にカムピ
ースを焼きばめすることにより、この凹溝にカムピース
の結合穴の内周面が食い込むため、カム軸とカムピース
が相対的にずれることなく確実に結合される。

【００１３】請求項４の発明では、請求項３に記載の発
明において、凹溝がレーザ加工により形成されているこ
とにより、カム軸の強度を低下させることがないように
適切な深さや幅などの形状の凹溝が正確に且つ容易に形
成される。なお、凹溝は、カム軸に対してカムピースに
かかる力の方向に応じた形状に設定することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】最初に、本発明のカムシャフトの
実施の一形態を、、図１〜図３に基づいて詳細に説明す
る。なお、図において同一符号は同一部分または相当す
る部分とする。

【００１５】本発明のカムシャフトは、概略、カム軸１
の結合面にカムピース２を結合してなるもので、カムピ
ース２が結合されるカム軸１の結合部の周面（結合面
３）は、真円加工されており、且つ、複数の凹溝４が形
成されている。そして、このカム軸１の結合面３にカム
ピース３の結合穴５が焼ばめによって結合されている。
真円加工されたカム軸１の結合面３の凹溝４は、それぞ
れレーザ加工により形成されている。

【００１６】図１に示した実施の形態においては、結合
面３はカム軸１の長手方向ほぼ中央に配置されている。
結合面３は、図２に示すように、そのカム軸１の中心軸
Ｃから表面までの径方向の距離ｄ１、ｄ２、ｄ３……の
差が許容値内となるように研削加工などによって真円加
工されている。そして、結合面３には、この実施の形態
の場合、カム軸１の長手方向に延びるように凹溝４が複
数形成されている。凹溝４は、カム軸１とカムピース２
の材質やカム軸１の径（すなわち、必要な耐トルク性
能）などによって異なるが、図３に示すように、径方向
の深さＤが５〜１００μｍで幅Ｗが５０μｍ程度に設定
することができる。このような深さＤや幅Ｗの凹溝４
は、所定のスポット径に集光されたレーザビームを照射
するレーザ加工によって形成することができる。なお、
結合面３に形成される凹溝４の数は、図示した実施の形
態に限定されることなく、必要に応じて設定することが
できる。

【００１７】カムピース２の基端部にはカム軸１が挿通
される結合穴５が成形されている。結合穴５は、カム軸
１の真円加工された結合面３の径よりもわずかに小さい
径に成形されている。

【００１８】このように成形されたカムピース２は、焼
きばめすることによってその結合穴５内にカム軸１が嵌
合されて、カムシャフトが使用される通常の温度環境下
での温度においてその結合穴５が結合面３と確実に結合
される。

【００１９】なお、本発明のカムシャフトは、上述した
実施の形態に限定されることなく、カム軸１に対してカ
ムピース２に加わる力の方向などに応じて、例えば、図
４に斜視図で示すように複数の凹溝４をカム軸１の周方
向に形成することもでき、また、図は省略するが凹溝４
を螺旋状に形成することもでき（すなわち、「複数の凹
溝」には、結合面３の周囲を複数周回する螺旋状の単一
条の凹溝４も含まれる。）、あるいは、図５に結合面３
の拡大正面図で示すように凹溝４を複数の螺旋状に形成
することもできる。さらに、凹溝４は、そのカム軸１の
軸方向に関して、カムピース２の結合穴５の軸方向の長
さと同じ長さの範囲に形成することができ、また必要に
応じて、カムピース２の結合穴５の軸方向の長さよりも
長い、あるいは、短い範囲に形成することもできる。ま
た、本発明は、図６に示したような三次元カムピース
２’や図７に示したような凹カムピース２”である場合
にも、カム軸１に対して精度よく同軸上に結合されたカ
ムシャフトとすることができる。

【００２０】次に、本発明の結合方法の実施の一形態
を、結合部材としてのカムピース２とカム軸１とを結合
する場合によって詳細に説明する。この実施の形態にお
ける本発明の結合方法は、カムピース２とカム軸１とを
結合する場合であって、カムピース２が結合されるカム
軸１の結合面３を真円加工する工程と、この真円加工さ
れたカム軸１の結合面３に複数の凹溝４を形成する工程
と、真円加工されると共に凹溝４が形成されたカム軸１
の結合面３にカムピース２を焼ばめすることによって結
合する工程とを含み、さらには、凹溝４をレーザ加工に
より形成するものである。

【００２１】最初に、カム軸１のカムピース２が結合さ
れる結合面３を、そのカム軸１の中心軸Ｃから表面まで
の径方向の距離ｄ１、ｄ２、ｄ３……の差が許容値内と
なるように研削加工などによって真円加工する（真円加
工工程）。その後、真円加工された結合面３に、所定の
スポット径に集光されたレーザビームを照射するレーザ
加工によって例えば径方向の深さＤが５〜１００μｍ
で、幅Ｗが５０μｍ程度の凹溝４を複数形成する（凹溝
形成工程）。

【００２２】ここで、図８に示すように、凹溝４をミー
リングカッタなどの刃具１０を使用する機械加工によっ
て形成する場合を仮定すると、かかる機械加工の場合に
は、微細な深さＤの凹溝４を形成することが困難であ
り、通常では、５００μｍ以上の深さＤ’しか形成する
ことができない。このような深さＤ’で凹溝４を形成す
ると、カム軸１が中空である場合などには、その径が減
少して強度低下することがある。また、機械加工は、そ
の刃具１０の形状に依存するために微細な形状の凹溝４
を形成することが困難である。さらに、機械加工は、刃
具１０の加工反力を受けるためにその加工装置が大型と
なると共に刃具１０に寿命があり、また、加工速度に限
界がある。

【００２３】しかしながら、本発明では、レーザ加工に
よって凹溝４を形成することとしたことにより、図３に
示したように、深さＤが５〜１００μｍで、幅Ｗが５０
μｍ程度の比較的微細な凹溝４をそれぞれ結合面３に対
して非接触で形成することができるため、機械加工のよ
うに刃具１０の加工反力を受けることがなく、加工速度
が速く生産性を向上させることが可能となる。なお、結
合面３に形成される凹溝４の数は、図示した実施の形態
に限定されることなく、必要に応じて設定することがで
きる。

【００２４】一方、カムピース２の結合穴５は、真円加
工されたカム軸１の結合面３の径よりもわずかに小さい
径に形成される。そして、焼きばめによる結合工程にお
いては、カムピース２の結合穴５を膨張させてその内径
が広がるように加熱し、この状態で結合穴５にカム軸１
を挿通して結合面３を嵌合する。カムシャフトが使用さ
れる通常の温度環境下での温度においては、カムピース
２の結合穴５は、収縮してカム軸１の真円加工された結
合面３と同軸上に精度よく結合される。そして、図３に
示すように、カム軸１の結合面３に凹溝４が形成されて
いるため、結合穴５が収縮したカムピース２は、その内
周が凹溝４に食い込むこととなる。そのため、カム軸１
とカムピース２が相対的に回転するようにずれることが
なく確実に結合される。なお、本発明は、カムピース２
が図６に示したような三次元カムピース２’や図７に示
したような凹カムピース２”である場合にも、精度よく
同軸上にカム軸１に結合することができる。また、本発
明の結合方法は、カムピース以外の結合部材２とカム軸
以外の軸１とを結合する場合にも適用することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、結合部材が結
合される軸の結合面を真円加工する工程と、該真円加工
された軸の結合面に複数の凹溝を形成する工程と、真円
加工されると共に凹溝が形成された軸の結合面に結合部
材を焼ばめすることによって結合する工程と、を含むこ
とにより、軸の結合面に結合部材が同軸上に精度よく結
合され、しかも、軸の結合面に形成された凹溝に対して
焼きばめされた結合部材が食い込むために、軸と結合部
材とを相対的にずれることなく確実に結合することがで
きる結合方法を提供することができる。

【００２６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、凹溝をレーザ加工により形成することによ
り、適切な深さや幅などの形状の凹溝を正確に且つ容易
に形成することができる結合方法を提供することができ
る。

【００２７】請求項３の発明によれば、カム軸の結合面
が真円加工されており、且つ、該真円加工された結合面
に複数の凹溝が形成されており、該カム軸の結合面にカ
ムピースが焼ばめによって結合されてなることにより、
カム軸の結合面対して結合されたカムピースの同軸度が
保証され、しかも、カム軸とカムピースが相対的にずれ
ることなく確実に結合されたカムシャフトを提供するこ
とができる。

【００２８】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
において、凹溝がレーザ加工により形成されていること
により、適切な深さや幅などの形状の凹溝が正確に且つ
容易に形成されたカムシャフトを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によりカム軸とカムピースとを結合する
前の状態を説明する斜視図である。

【図２】カムピースが焼きばめによってカム軸に結合さ
れた状態の断面図である。

【図３】カムピースの内周面が凹溝に食い込んだ状態を
示す部分拡大図である。

【図４】カム軸の結合面に形成する凹溝の他の実施の形
態を示す斜視図である。

【図５】凹溝が複数の螺旋状に形成された結合面の他の
実施の形態を示す部分拡大正面図である。

【図６】三次元カムを示す斜視図である。

【図７】凹カムを示す側面図である。

【図８】刃具を用いた機械加工により凹溝が形成される
状態の結合面を示す断面図である。

【符号の説明】

１ カム軸（軸） ２ カムピース（結合部材） ３ 結合面 ４ 凹溝 ５ 結合穴

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） Ｆ１６Ｈ 53/02 Ｆ１６Ｄ 1/06 Ｊ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結合部材と軸とを結合する方法であっ
   て、 結合部材が結合される軸の結合面を真円加工する工程
   と、 該真円加工された軸の結合面に複数の凹溝を形成する工
   程と、 真円加工されると共に凹溝が形成された軸の結合面に結
   合部材を焼ばめすることによって結合する工程と、を含
   むことを特徴とする結合方法。
2. 【請求項２】 凹溝をレーザ加工により形成することを
   特徴とする請求項１に記載の結合方法。
3. 【請求項３】 カム軸の結合面にカムピースを結合して
   なるカムシャフトであって、 カム軸の結合面が真円加工されており、且つ、該真円加
   工された結合面に複数の凹溝が形成されており、 該カム軸の結合面にカムピースが焼ばめによって結合さ
   れてなることを特徴とするカムシャフト。
4. 【請求項４】 凹溝がレーザ加工により形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のカムシャフト。