JP2006200621A - 回転組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転部材をシャフト上に容易に固定できる回転組立体を提供することを目的とする。
【解決手段】 カムシャフト１のカムピース３は、取り付けられた状態で駆動シャフト２を取り囲む円周状のベース円部３１と、これに連続して形成され外方に突出したカムプロフィール３２を有しており、これらの両端面からはその挿入方向に延びる一対のスリーブ部３３が設けられている。スリーブ部３３の駆動シャフト２の外周面との当接部には内孔３４が形成され、内孔３４には駆動シャフト２の挿入方向に延びる複数の溝３５が形成されている。また、ベース円部３１およびカムプロフィール３２の内方に位置する部位には、駆動シャフト２の外周面に当接しないように、大径の逃し部３８が形成されている。カムシャフト１は、カムピース３を加熱して内孔３４を拡径した状態で、駆動シャフト２を内孔３４に挿入し、駆動シャフト２上にカムピース３が強固に固定されることにより形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シャフト上に回転部材が固着された回転組立体に関する。

カムピースに段付部を有する内孔を形成し、この内孔にパイプ状のシャフトを挿入した後、シャフト内に高圧流体を注入して外方に膨出させることにより、シャフトを内孔の段付部に収容させて、カムピースをシャフト上に固定したカムシャフトに関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、シャフトの段付部に収容された部位が引っかかりとなって、カムピースとシャフトとの間の固着強度を向上させることができる。

しかしながら、上述の従来技術によるカムシャフトを形成するためには、シャフト内に高圧の流体を注入しなければならず、製造のために高圧の流体源やシャフトのシール装置等の設備を必要とするとともに、多大な手間と工数を要するものであった。高圧を注入せずに、カムシャフトを加熱して内孔を拡径した後、シャフトを内孔に挿入して冷却し、固定する方法があったが、固定後に内孔がシャフトから押圧されることによりカムピースの表面形状が影響を受けて変化し、これを是正するためにカムピースの表面を研磨等する必要があった。
また、上述した従来技術によるカムシャフトにおいては、カムピースとシャフトとの間の回転方向の位置決め手段がなく、双方を固定する工程において、精密な治具を用いる必要があり、その組付け作業性と製造コストに課題を含んだものであった。
特開２００３−３１４５７６公報（第１図、第２図）

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、回転部材をシャフト上に容易に固定できる回転組立体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、回転部材の内孔にシャフトを挿入することにより、前記シャフト上に前記回転部材が固定された回転組立体において、前記回転部材は取り付けられた状態で前記シャフトを取り囲む回転部と、前記回転部の両端面から、前記シャフトの長さ方向に延びる一対のスリーブ部を備え、このスリーブ部の前記シャフトの外周面への当接部には前記内孔が形成されるとともに、前記回転部の内方に位置する部位には、前記シャフトの外周面に当接しないように大径の逃し部が形成され、前記内孔の径を前記シャフトの挿入部の外径よりも小さく形成するとともに、前記内孔および前記シャフトの外周面のうちの一側に、その挿入方向に延びる複数の溝を形成し、前記回転部材を加熱して前記内孔を拡径させた後、前記内孔に前記シャフトを挿入し、その後、これらを冷却して前記内孔を再び縮径させ、前記内孔および前記シャフトの外周面のうちの他側が、相手側より押圧されて盛上がることにより前記溝内に入り込み、双方が固定されることを特徴とする回転組立体とした。

請求項２の発明は、前記溝は前記内孔に形成され、前記回転部が、取り付けられた状態で前記シャフトを取り囲むベース円部と、このベース円部と連続するとともに外方に突出したカムプロフィールによって構成されることにより、前記回転部材がカムピースとされ、前記シャフト上に複数の前記カムピースが固着されて形成されたカムシャフトであることを特徴とする請求項１記載の回転組立体とした。

請求項３の発明は、前記内孔にはその挿入方向に延びる突条が設けられるとともに、前記シャフトの外周面には前記突条と係合するキー溝が形成され、前記内孔に前記シャフトを挿入する時に、前記突条と前記キー溝を係合させることにより、その回転方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項２記載の回転組立体とした。

請求項４の発明は、前記シャフトの外周面において、前記キー溝をその長さ方向に一続きに形成し、前記突条を互いに異なる位置に設けた複数個の前記カムピースを、それぞれの前記突条が前記キー溝と係合するように、前記シャフトに固着させたことを特徴とする請求項３記載の回転組立体とした。

＜請求項１の発明＞
内孔およびシャフトの外周面のうちの他側が、相手側より押圧されて盛上がることにより溝内に入り込み、双方が固定されるため、溝内に入り込んだ部位が引っかかりとなり、容易に回転部材をシャフト上に強固に固定することができる。また、回転部の両端面から、シャフトの長さ方向に延びる一対のスリーブ部を備え、このスリーブ部のシャフトの外周面への当接部には内孔が形成されるとともに、回転部の内方に位置する部位には、シャフトの外周面に当接しないように大径の逃し部が形成されたことにより、回転部の形状が、回転部材のシャフトへの固着により変化することを防止できる。

＜請求項２の発明＞
溝は内孔に形成され、回転部が、取り付けられた状態でシャフトを取り囲むベース円部と、このベース円部と連続するとともに外方に突出したカムプロフィールによって構成されることにより、回転部材がカムピースとされ、シャフト上に複数のカムピースが固着されて形成されたカムシャフトである構成としたことにより、カムピースがシャフトに固定されると、シャフトが溝内に入り込むため、カムピースがシャフトから受ける押圧力が緩和されて、エンジンのバルブ部材の作動量を制御するためのカムプロフィールの形状変化を防ぐことができる。

＜請求項３の発明＞
内孔にはその挿入方向に延びる突条が設けられるとともに、シャフトの外周面には突条と係合するキー溝が形成され、内孔にシャフトを挿入する時に、突条とキー溝を係合させることにより、その回転方向の位置決めを行うことにより、治具等を必要とせず、その組付け作業性を向上させ、製造コストを低減することができる。また、突条とキー溝との係合により、シャフトとカムピースとが回転方向に強固に固着される。

＜請求項４の発明＞
シャフトの外周面において、キー溝をその長さ方向に一続きに形成し、突条を互いに異なる位置に設けた複数個のカムピースを、それぞれの突条がキー溝と係合するように、シャフトに固着させたことにより、シャフト上に複数の突条と係合するキー溝を容易に形成することができ、また、シャフト上のキー溝が１つでありながら、シャフトに互いに回転方向の位相の異なる複数のカムピースを取り付けることができる。

本発明の実施形態を図１乃至図７によって説明する。図１に示すように、本実施形態による回転組立体であるカムシャフト１は、駆動シャフト２上に複数のカムピース３が固着されて形成されている。駆動シャフト２は、ＳＴＫＭ材等の炭素鋼あるいは合金鋼によるパイプ材により形成されており、その一端には図示しないエンジンのタイミングベルトが張架されるプーリ４が取り付けられている。プーリー４は駆動シャフト２と一体成形されていてもよい。更に、駆動シャフト２の外周面には、断面が略矩形状のキー溝２１がその長さ方向に一続きに形成されている。

カムピース３は炭素鋼またはＣｒ、Ｖを含んだ合金鋼による金属粉末を金型内にて加圧成形し、高温で焼結させた焼結材にて形成されている。図１乃至図３に示すように、カムピース３には、駆動シャフト２に取り付けられた状態で、駆動シャフト２の一部を取り囲むように円周状のベース円部３１が形成されており、更に、外方へ突出したカムプロフィール３２が、ベース円部３１と連続するように形成されている（ベース円部３１およびカムプロフィール３２によって、本発明の回転部を構成する）。各々のカムピース３は、ベース円部３１およびカムプロフィール３２の両端面から、駆動シャフト２の長さ方向に延びる一対のスリーブ部３３を有している。スリーブ部３３の内部にある、駆動シャフト２の外周面との当接部には内孔３４が貫通しており、内孔３４の内径ｄ（図３示）は駆動シャフト２の挿入部の外径よりも小さく形成されている。

内孔３４には、駆動シャフト２をカムピース３に挿入する（後述する）方向に延びるように、複数の溝３５が全周に渡って形成されている。溝３５は、内孔３４上に均等に配置されるように形成されている。図３に示したカムピース３においては、溝３５間に配置された各々の突出部３６の断面が矩形状に形成されているため、溝３５の断面も矩形状に形成されているが、図７（Ａ）に示すように台形状断面の突出部３６Ａ、図７（Ｂ）に示すように三角形状断面の突出部３６Ｂ、あるいは図７（Ｃ）に示すように円形状断面の突出部３６Ｃとすることにより、それぞれの間に配置された溝３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃの断面形状を適宜変化させても、後述する同様の効果が得られる。

また、各々のカムピース３の内孔３４には、内方に向けて突出した突条３７が、その駆動シャフト２への挿入方向に延びている。突条３７は溝３５間に１つ配置され、上述した駆動シャフト２上に形成されたキー溝２１と係合するように、その断面が略矩形状に形成されており、上述した溝３５間の突出部３６よりも高く内方に突出している。図１において、中央に位置するカムピース３と左端に位置するカムピース３については、それぞれの突条３７が内孔３４上において同じ位置に設けられているが、右端に位置するカムピース３については、他の２つのものとは異なった位置に形成されている。これにより、駆動シャフト２上のキー溝２１が１つでありながら、駆動シャフト２に固着された状態で、右端のカムピース３を他の２つのものに対して、その回転方向における位相を異ならせ、当接するエンジンの給排気バルブの作動タイミングを、他のものに対して変えることができる。

更に、図２に示すように、それぞれのカムピース３のベース円部３１とカムプロフィール３２の内方に位置する部位には、駆動シャフト２の外周面に当接しないように大径に刳り貫かれた逃し部３８が、駆動シャフト２の全周に渡って形成されている。カムピース３の少なくとも内孔３４の硬度は、これに限定する必要はないがＨｖ３５０以上であり、駆動シャフト２の外周面の硬度（Ｈｖ１５０〜２００）よりも高く形成されている。溝３５および突条３７は、カムピース３の成形時に外形状と同時に成形してもよいが、カムピース３の外形状の成形後に機械加工によって形成した後、カムピース３を焼結してもよい。

次に、カムピース３を、駆動シャフト２上に固着させる方法について説明する。まず、内孔３４に複数の溝３５が形成されたカムピース３を、２００℃以上の高温に加熱することにより、内孔３４の内径ｄを拡張する。この状態で、図４に示すように、各々のカムピース３の突条３７と駆動シャフト２のキー溝２１を係合させることにより、双方の回転方向の位置決めを行いながら、内孔３４内に駆動シャフト２をその長さ方向に挿入する（焼き嵌め）。加熱により内孔３４は拡径されているため、駆動シャフト２の挿入は円滑に行うことができる。

ここで、それぞれのカムピース３の駆動シャフト２上の位置を考慮して、そのスリーブ部３３の挿入方向の長さを設定した後、図１に示すように、駆動シャフト２に複数のカムピース３を挿入する際、プーリー４の端面に、例えば、合成樹脂材料にて所定の厚みに形成されたスペーサ５Ａを介して、その左側のスリーブ部３３の端部が当接するように、左端に位置するカムピース３を挿入する。次に、このカムピース３の右側のスリーブ部３３の端面に、同じく、合成樹脂材料にて形成されたスペーサ５Ｂを介して、中央に位置するカムピース３の左側のスリーブ部３３の端部が当接するように中央のカムピース３を挿入する。以下、同様に、隣り合ったカムピース３のスリーブ部３３間に、スペーサ５Ｂを介装しながら各々のカムピース３を駆動シャフト２に挿入することにより、それぞれのスリーブ部３３の長さによって、カムピース３を駆動シャフト２上にその軸方向位置を正確に配置することができる。上述したスペーサ５Ａ、５Ｂは、各々のカムピース３が駆動シャフト２上に固着した後、駆動シャフト２上から取り去られることにより、隣り合ったカムピース３のスリーブ部３３間には所定の隙間が形成され、スリーブ部３３同士が当接することを防ぎ、その間において応力が発生することを防止する。

次に、駆動シャフト２を複数のカムピース３の内孔３４に挿入した状態で冷却すると、拡径されていた内孔３４が再び縮径し、駆動シャフト２の外周面を内方に押圧し始める。従って、内孔３４よりも硬度の低い駆動シャフト２の外周面が、内孔３４によって押圧され、内孔３４によって拘束されていない溝３５と対向した部位が外方に盛上がり、それぞれ溝３５内に入り込む（図５および図６示）。これにより、駆動シャフト２と複数のカムピース３が互いに強固に固定され、カムシャフト１が完成する。カムシャフト１は図示しない内燃機関のシリンダーヘッドにおいて回転可能に固定され、回転することにより、カムプロフィール３２と当接する給排気バルブの作動を制御する。

本実施形態によれば、駆動シャフト２の外周面が内孔３４より押圧されて盛上がり、溝３５内に入り込むことにより双方が固定されるため、溝３５内に入り込んだ部位が引っかかりとなり、簡単な方法でカムピース３を駆動シャフト２上に強固に固定することができる。また、カムピース３が駆動シャフト２に固定されると、駆動シャフト２が溝３５内に入り込むため、カムピース３が駆動シャフト２から受ける押圧力が緩和されて、カムプロフィール３２の形状が変化することがない。

また、カムピース３は駆動シャフト２に取り付けられた状態で、ベース円部３１およびカムプロフィール３２の両端面から駆動シャフト２の長さ方向に延びる一対のスリーブ部３３を備え、このスリーブ部３３の駆動シャフト２の外周面への当接部には、溝３５を有した内孔３４が形成され、ベース円部３１およびカムプロフィール３２の内方に位置する部位には、駆動シャフト２の外周面に当接しないように大径の逃し部３８が形成されたことにより、スリーブ部３３の内孔３４により、カムピース３が駆動シャフト２に強固に固定されるとともに、カムプロフィール３２の内方に形成された逃し部３８により、エンジンのバルブ部材の作動量を制御するためのカムプロフィール３２の形状が、カムピース３の駆動シャフト２への固着により変化することを更に防止できる。

また、カムピース３を駆動シャフト２に取り付ける際に、突条３７とキー溝２１を係合させることにより、その回転方向の位置決めを行うことができるため、治具等を必要とせず、その組付け作業性を向上させ、製造コストを低減することができる。また、突条３７とキー溝２１との係合により、駆動シャフト２とカムピース３とが回転方向に強固に固着される。更に、駆動シャフト２の外周面において、キー溝２１をその長さ方向に一続きに形成し、突条３７を互いに異なる位置に設けた複数個のカムピース３を、それぞれの突条３７がキー溝２１と係合するように、駆動シャフト２に固着させたことにより、駆動シャフト２上に複数の突条３７と係合するキー溝２１を容易に形成することができる。また、駆動シャフト２上のキー溝２１が１つでありながら、駆動シャフト２に互いに回転方向の位相の異なる複数のカムピース３を取り付けることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）溝および突条は駆動シャフトの外周面側に形成してもよい。
（２）本発明はカムシャフトのみでなく、ステアリングシャフトあるいはトランスミッションのカウンターギヤ等、あらゆる回転組立体に適用可能である。
（３）カムピースと別体の部材をカムピースに取り付けて、突条としてもよい。
（４）駆動シャフトの外周面に、取り付けるカムピースごとに複数個のキー溝を形成すれば、それぞれのキー溝の強度を低減させることができる。
（５）本発明はカムピースのみでなく、駆動シャフト上に固定され、ベアリングと係合するジャーナル管に適用してもよい。

本実施形態によるカムシャフトの一部外観図である。 図１の断面図である。 図１に示したカムピースの正面図である。 カムピースに駆動シャフトを挿入するところを示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図５の要部拡大図である。 本実施形態の変形例１を示す要部拡大図（Ａ）、変形例２を示す要部拡大図（Ｂ）および変形例３を示す要部拡大図（Ｃ）である。

符号の説明

１…カムシャフト
２…駆動シャフト
３…カムピース
２１…キー溝
３１…ベース円部
３２…カムプロフィール
３３…スリーブ部
３４…内孔
３５…溝
３７…突条
３８…逃げ部

Claims (4)

1. 回転部材の内孔にシャフトを挿入することにより、前記シャフト上に前記回転部材が固定された回転組立体において、
   前記回転部材は取り付けられた状態で前記シャフトを取り囲む回転部と、前記回転部の両端面から、前記シャフトの長さ方向に延びる一対のスリーブ部を備え、このスリーブ部の前記シャフトの外周面への当接部には前記内孔が形成されるとともに、前記回転部の内方に位置する部位には、前記シャフトの外周面に当接しないように大径の逃し部が形成され、前記内孔の径を前記シャフトの挿入部の外径よりも小さく形成するとともに、前記内孔および前記シャフトの外周面のうちの一側に、その挿入方向に延びる複数の溝を形成し、
   前記回転部材を加熱して前記内孔を拡径させた後、前記内孔に前記シャフトを挿入し、その後、これらを冷却して前記内孔を再び縮径させ、前記内孔および前記シャフトの外周面のうちの他側が、相手側より押圧されて盛上がることにより前記溝内に入り込み、双方が固定されることを特徴とする回転組立体。
2. 前記溝は前記内孔に形成され、前記回転部が、取り付けられた状態で前記シャフトを取り囲むベース円部と、このベース円部と連続するとともに外方に突出したカムプロフィールによって構成されることにより、前記回転部材がカムピースとされ、前記シャフト上に複数の前記カムピースが固着されて形成されたカムシャフトであることを特徴とする請求項１記載の回転組立体。
3. 前記内孔にはその挿入方向に延びる突条が設けられるとともに、前記シャフトの外周面には前記突条と係合するキー溝が形成され、前記内孔に前記シャフトを挿入する時に、前記突条と前記キー溝を係合させることにより、その回転方向の位置決めを行うことを特徴とする請求項２記載の回転組立体。
4. 前記シャフトの外周面において、前記キー溝をその長さ方向に一続きに形成し、前記突条を互いに異なる位置に設けた複数個の前記カムピースを、それぞれの前記突条が前記キー溝と係合するように、前記シャフトに固着させたことを特徴とする請求項３記載の回転組立体。

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