JP2005069068A - 組立式カムシャフトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 カムピースの固定強度を確保しつつカムシャフトとしての充分な剛性を確保することができる組立式カムシャフトおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 複数の内歯１４が等間隔に形成された挿入穴１２を有するカムピース１０と、挿入穴１２に挿入され、内歯１４の間の溝底１６Ａにほぼ合致する外径の複数の突条２２を有する波板状スリーブ２０と、波板状スリーブ２０の中空部に圧入され、内歯１４の歯先１４Ａに対し波板状スリーブ２０の板厚分小さい外径を有するシャフト３０とから構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、組立式カムシャフトおよびその製造方法に関する。

従来、組立式カムシャフトおよび／またはその製造方法として、例えば、特許文献１ないし４等に記載のものが知られている。

特許文献１には、多角形孔に形成されたカムピース（カム駒）に中空のシャフトを挿入し、該中空シャフトを拡径処理することにより両者を固着させた組立式カムシャフトが記載されている。

特許文献２には、中空シャフトの外周面にシャフト外径より大径のカムロブ固定用隆起部を形成し、該隆起部にカムロブ軸孔内周面を圧入固定する方式のカムシャフトにおいて、中空シャフトの外周面に軸方向の案内溝を形成し、案内溝に摺動自在に係合する突起が形成されたカムロブを圧入固定するようにした組立式カムシャフトが記載されている。

また、特許文献３には、カムロブの内周面に複数の凹部を形成し、中空軸との結合時には、中空軸の一部を拡径することにより、中空軸の外周部分を各凹部に食い込ませている。そして、肉厚の大きなノーズ部の中央部の凹部は幅寸法を小さくして中空軸の外周部分の食い込みを強くするようにした組立式カムシャフトが記載されている。

さらに、特許文献４には、全集にわたって同じ肉厚でカムノーズ部とベースサークル部とを有する中空カムピースの内周部にパイプを配設した後に、バルジ加工により内側のパイプを膨出させて、このパイプをカムピースに結合させするようにした組立式カムシャフトとその製法が記載されている。

実開平７−３８７９６号公報 特開平７−２９３６６６号公報 特開平１１−２４７６２３号公報 特開平６−１９０４７９号公報

上述の特許文献１ないし４に記載の組立式カムシャフトにあっては、いずれも、カムピースないしはカムロブに中空のシャフトないしはパイプを挿入することによる２部品構成であり、それらの固定に際しては、バルジ加工により中空シャフトないしはパイプを拡径させる（特許文献１、３，４）か、カムロブに中空シャフトを圧入する（特許文献２）ことによる摩擦力によっている。

ところで、固定強度を上げるべくバルジ加工による変形性を確保するためには、中空シャフトないしはパイプの肉厚を余り大きくすることができない。その結果として、中空シャフトないしはパイプの剛性が小さく、カムシャフトとしては捻り変形が大きいという問題があった。

また、バルジ加工により中空シャフトないしはパイプを拡径させるには、その全長にわたり液圧を作用させる必要があり、その前後をシールするための設備等大きな設備が要求されコストがかかるものであった。

そこで、本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、カムピースの固定強度を確保しつつカムシャフトとしての充分な剛性を確保することができる組立式カムシャフトを提供すると共に、比較的簡易な設備で製造が可能な組立式カムシャフトの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態の組立式カムシャフトは、複数の内歯が等間隔に形成された挿入穴を有するカムピースと、前記挿入穴に挿入され、前記内歯の間の溝底にほぼ合致する外径の複数の突条を有する波板状スリーブと、前記波板状スリーブの中空部に圧入され、前記内歯の歯先に対し前記波板状スリーブのほぼ板厚分小さい外径を有するシャフトと、から構成されることを特徴とする。

ここで、前記内歯の数は、用いられるエンジンの気筒数の倍数であることが好ましい。
また、前記波板状スリーブは、前記カムピースの数に対応させた個数に分割されていてもよい。

また、上記目的を達成する本発明の他の形態の組立式カムシャフトの製造方法は、複数の内歯が等間隔に形成された挿入穴を有するカムピースを複数個用意し、前記内歯の間の溝底にほぼ合致する外径の複数の突条を有する波板状中空スリーブを用意し、前記内歯の歯先に対し前記波板状スリーブのほぼ板厚分小さい外径を有するシャフトを用意し、該波板状スリーブを前記複数のカムピースの挿入穴に、個々のカムピースに所定の位相差を付与しつつ挿入し、前記波板状スリーブの中空部に前記シャフトを圧入する、工程を含むことを特徴とする。

本発明の一形態による組立式カムシャフトによれば、複数の内歯が等間隔に形成された挿入穴を有するカムピースの挿入穴に、内歯の間の溝底にほぼ合致する外径の複数の突条を有する波板状スリーブが挿入され、その波板状スリーブの中空部に、内歯の歯先に対し波板状スリーブのほぼ板厚分小さい外径を有するシャフトが圧入されて、組立式カムシャフトが構成される。カムピースの挿入穴に波板状スリーブが挿入された状態では、波板状スリーブの突条は内歯の間の溝底にほぼ密着するが、その内径側の凹部は内歯の歯先に対し浮き上がった状態にある。そこで、シャフトが圧入されると、波板状スリーブの内径側の浮き上がった凹部が内歯の歯先に対し密着するまで塑性変形される。同時に、波板状スリーブの内径側の凹部は周方向にも押出され、塑性流動によりカムピースの内歯外形にも密着し、締り嵌めの状態となる。

従って、この締り嵌めにより、カムピースの固定強度が確保され、シャフトは十分な強度のものを用いることができるので、カムシャフトとしての充分な剛性を確保することができる組立式カムシャフトが得られるという効果を奏する。

また、上記内歯の数を、用いられるエンジンの気筒数の倍数であるようにした構成によれば、カムピースと波板状スリーブとの挿入の際に単に角度位置を変えるのみで、上記効果に加えて、カムピースの位相差を簡単に設定することができるという効果を奏する。

さらに、上記波板状スリーブを、カムピースの数に対応させた個数に分割した構成によれば、上記効果に加えて、使用すべき材料が軽減され、そのプレス加工が容易であると共に、カムピース単位にサブアッセンブリが可能となり組立てが容易となるという効果を奏する。

また、本発明の他の形態の組立式カムシャフトの製造方法によれば、複数の内歯が等間隔に形成された挿入穴を有するカムピースを複数個用意し、内歯の間の溝底にほぼ合致する外径の複数の突条を有する波板状中空スリーブを用意し、内歯の歯先に対し波板状スリーブのほぼ板厚分小さい外径を有するシャフトを用意した後、該波板状スリーブを複数のカムピースの挿入穴に、個々のカムピースに所定の位相差を付与しつつ挿入し、そして、波板状スリーブの中空部にシャフトを圧入するのみでよいので、従来のバルジ加工に比べ、比較的簡易な設備で製造が可能であるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、以下添付図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１において、本発明に係る組立式カムシャフトの各構成部品を説明する。１０はカムピースであり、ベースサークル部１０Ａとカムノーズ部１０Ｂとを備えている。カムピース１０は、さらにベースサークル部１０Ａと同軸の挿入穴１２を有し、該挿入穴１２には複数の内歯１４が等間隔に形成されている。内歯１４は、挿入穴１２の周面からほぼ台形状に突出する形状である。この結果、ほぼ台形状の内歯１４の間には、同じく等間隔に溝１６が形成され、その溝底１６Ａが挿入穴１２の外側径を定め、ほぼ台形状の内歯１４の歯先１４Ａが挿入穴１２の内側径を定めることになる。なお、内歯１４の数は、用いられるエンジンの気筒数の倍数となるようにする。

次に、２０は所定の厚みを有する波板状スリーブであり、内歯１４の間の溝底１６Ａにほぼ合致する、換言すると、挿入穴１２の外側径にほぼ等しい外径の複数の突条２２を有している。すなわち、この複数の突条２２も周方向に等間隔に形成され、突条２２の間に同じく等間隔に凹部２４が形成されている。波板状スリーブ２０は、例えば、軟鋼あるいは硬鋼製のパイプからプレス成型により形成されている。なお、軟鋼の場合には、その板厚を１．２〜１．５ｍｍとし、硬鋼の場合には、その板厚を０．６〜０．８ｍｍとするのが、加工性等の観点から好ましい。

さらに、３０は波板状スリーブ２０の中空部に圧入されるシャフトであり、内歯１４の歯先１４Ａに対し波板状スリーブ２０のほぼ板厚分小さい外径を有している。なお、このシャフト３０は十分な捻り強度を有する限り中実または中空のいずれであってもよい。

また、４０はジャーナル用の円環であり、内歯１４の間の溝底１６Ａ、すなわち、挿入穴１２の外側径または波板状スリーブ２０の外径にほぼ等しい内径を有している。

ここで、本発明の好ましい一実施の形態として、図２に示す４気筒エンジン用の組立式カムシャフトについて、その組立ての手順を図１、４および５をも用いて説明する。

まず、複数の内歯１４が等間隔に形成された挿入穴１２を有するカムピース１０を複数個、すなわち、このカムシャフトが使用されるエンジンの気筒数と気筒当たりバルブ数に合わせた数を用意する。本実施の形態の４気筒エンジンで、吸気系または排気系のバルブが１気筒当たり２個の場合には、８個のカムピース１０が用意される。そして、内歯１４の間の溝底１６Ａにほぼ合致する外径の複数の突条２２を有する波板状スリーブ２０、および内歯１４の歯先１４Ａに対し波板状スリーブ２０のほぼ板厚分小さい外径を有するシャフト３０を用意すると共にジャーナル用円環４０を用意する。

そして、波板状スリーブ２０をカムピース１０の挿入穴１２とジャーナル用円環４０とに、個々のカムピース１０に所定の位相差を付与しつつ挿入する。本実施の形態において、各番気筒に対応するカムピースにそれぞれ対応する添数字を付して表すと、１番気筒のカムピース１０_１に対して２番気筒のカムピース１０_２は、９０°、換言すると、２つの内歯分位相がずらされている。同様に、２番気筒のカムピース１０_２に対し４番気筒のカムピース１０_４、および４番気筒のカムピース１０_４に対し３番気筒のカムピース１０_３が、各気筒の点火順に合わせ、それぞれ９０°の位相差を有して、波板状スリーブ２０に配置される。

なお、本実施の形態は、吸気系または排気系のバルブが１気筒当たり２個のタイプであるから、同位相の２つのカムピース１０の間にジャーナル用円環４０が挟まれて位置されている。バルブが１個の場合には、ジャーナル用円環４０はカムピース１０のいずれかの側に配置されることは言うまでもない。ここで、カムピース１０の挿入穴１２に波板状スリーブ２０が挿入された状態では、波板状スリーブ２０の突条２２は内歯１４の間の溝底１６Ａにほぼ密着するが、その内径側の凹部２４は、図４および図５において想像線で示されているように、内歯１４の歯先１４Ａに対し浮き上がった状態にある。

そこで、シャフト３０が圧入されると、波板状スリーブ２０の内径側の浮き上がった凹部２４は内歯１４の歯先１４Ａに対し密着するまで塑性変形される。同時に、波板状スリーブ２０の内径側の凹部２４は周方向にも押出され、塑性流動によりカムピースの内歯１４の外形にも密着し、図４および図５において実線で示されているように、締り嵌めの状態となる。

かくて、図２に示す本発明の好ましい一実施の形態としての４気筒エンジン用の組立式カムシャフトが製造される。この組立式カムシャフトによれば、波板状スリーブ２０の突条２２の形状が梁構造の役目を果たすので、カムシャフトの捻り剛性は格段に向上する。また、波板状スリーブ２０とシャフト３０との圧入に加え、両者を溶接すれば、さらに剛性を上げることができる。

なお、この実施形態では、波板状スリーブ２０がシャフト３０のほぼ全長に亘り存するようにしたが、この波板状スリーブ２０（カムピースに対応させて、添数字を付す）は、図３に示すように、カムピースの数に対応させた個数に分割して形成されてもよい。このようにすると、波板状スリーブ２０の材料が低減され、そのプレス加工が容易であると共に、カムピース単位にサブアッセンブリが可能となり組立てが容易となる。

なお、上述した実施の形態においては、カムシャフトのすべり軸受けとして、ジャーナル用円環４０を用いる例を説明したが、これに代え、ころがり軸受けを用いることも可能である。すなわち、ころがり軸受けとしてのボールベアリングのインナーレースをこのジャーナル用円環４０に代えて、直接に波板状スリーブ２０に圧入するようにしてもよい。これは、市販のボールベアリングを用いることができ、すべり軸受けに比べ一層のフリクション低減が図れ、潤滑が不要等の効果が期待できる。

（Ａ）は本発明による組立式カムシャフトの一実施形態の一部を示す分解斜視図、（Ｂ）はその端面図である。 本発明による組立式カムシャフトの一実施形態を示す斜視図である。 本発明による組立式カムシャフトの他の実施形態を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４の一部拡大図であり、想像線はシャフトを挿入する前のスリーブの状態、実線はシャフトを圧入した後のスリーブの状態を示している。

符号の説明

１０ カムピース
１２ 挿入穴
１４ 内歯
１４Ａ 歯先
１６ 溝
１６Ａ 溝底
２０ 波板状スリーブ
２２ 突条
２４ 凹部
３０ シャフト
４０ 円環

Claims (4)

1. 複数の内歯が等間隔に形成された挿入穴を有するカムピースと、
   前記挿入穴に挿入され、前記内歯の間の溝底にほぼ合致する外径の複数の突条を有する波板状スリーブと、
   前記波板状スリーブの中空部に圧入され、前記内歯の歯先に対し前記波板状スリーブのほぼ板厚分小さい外径を有するシャフトと、
   から構成されることを特徴とする組立式カムシャフト。
2. 前記内歯の数は、用いられるエンジンの気筒数の倍数であ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。
3. 前記波板状スリーブは、前記カムピースの数に対応させた個数に分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の組立式カムシャフト。
4. 複数の内歯が等間隔に形成された挿入穴を有するカムピースを複数個用意し、
   前記内歯の間の溝底にほぼ合致する外径の複数の突条を有する波板状スリーブを用意し、
   前記内歯の歯先に対し前記波板状スリーブのほぼ板厚分小さい外径を有するシャフトを用意し、
   該波板状スリーブを前記複数のカムピースの挿入穴に、個々のカムピースに所定の位相差を付与しつつ挿入し、
   前記波板状スリーブの中空部に前記シャフトを圧入する、
   工程を含むことを特徴とする組立式カムシャフトの製造方法。
   

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