JP2006226154A - カムシャフト及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 組み立て式のカムシャフトにおいて、カムピースとシャフトの油穴を一致させた状態で容易に成形することができるカムシャフトを提供する。
【解決手段】 円周状のベース部とベース部から突出するノーズ部とを有するカムピースと、カムピースが組み付けられるシャフトとを有し、カムピースのノーズ部に高周波焼き入れが施された焼き入れ部が形成され、ベース部に焼き入れされない焼き入れ未処理部が形成される。
【選択図】図６

Description

本発明は、自動車等の内燃機関に使用されるカムシャフト及びその成形方法に係り、特に組み立て式のカムシャフト及びその成形方法に関する。

一般に使用されている組み立て式のカムシャフトとしては、図９に示される如きものがある。このカムシャフト１０１は、図１０に示される如く円周状のベース部１０４とベース部１０４から突出するノーズ部１０３とを有し、ベース部１０４と同心で軸方向に貫通する軸孔１０５を有するカムピース１０２と、カムピース１０２の軸孔１０５に圧入される中空のシャフト１１１とを有している。

ここでエンジンは、クランクシャフトの回転が伝達されたカムシャフト１０１が回転することにより、カムピース１０２がバルブリフターもしくはロッカーアームに当接し吸入バルブ又は排気バルブを押圧して適切な時期に開閉を行い、吸気と排気を行っている。これらバルブの開閉が円滑に行われるように、カムピース１０２の摺動面には潤滑油が供給されることが一般的であり、潤滑油はシャフトの中空部内から、シャフトに設けられた油穴及びカムピースのベース部に設けられた油穴を介してカムピースの摺動面に供給される。

上記カムシャフト１０１に油穴を形成する場合、図１１の（ア）に示す如く、カムピース１０２とシャフト１１１にそれぞれ組み立て前に油穴Ｏ１０１，Ｏ１０２を形成する。カムピース１０２においては、鍛造成形後軸孔１０５を加工したカムピース１０２のベース部１０４に油穴Ｏ１０２を穿設し、その後高周波焼き入れを施してカムピース１０２を製造する。また、シャフト１１１においては、カムピース１０２を組み付けたときにカムピース１０２のベース部１０４に成形された油穴Ｏ１０２と一致する位置に油穴Ｏ１０１を穿設し、シャフト１１１を製造する。

そして上記カムシャフト１０１を成形する場合、位相を合わせたカムピース１０２を順次シャフト１１１の所定位置に圧入して組み立てる。しかしこのとき、図１１の（イ）に示す如く、カムピース１０２のベース部１０４に形成された油穴Ｏ１０２とシャフト１１１の油穴Ｏ１０１を一致させて貫通孔とするのが困難だった。

そこで、カムピース１０２をシャフト１１１の所定の位置に組み付けた後に油穴Ｏ１０１，１０２を形成することが考えられる。しかし、カムピース１０２は高周波焼き入れが施されており、図１２に示す如く全周に亘って表面に焼き入れ部Ｑ１０１が形成されている。この焼き入れ部Ｑ１０１は硬化層であるため、油穴Ｏ１０２を穿設しようとすると、穿設工具の消耗が早く、更に加工に必要な時間が増加するということがあった。

また、カムピース１０２をシャフト１１１に圧入してカムシャフト１０１を組み立て、油穴Ｏ１０１，Ｏ１０２を加工した後に高周波焼き入れを行うことも考えられる。しかし、カムピース１０２をシャフト１１１に組み付けてから高周波焼き入れを行うと、加熱によりカムピース１０２が膨張して軸孔１０５が拡大する。すると、カムピース１０２が若干動くことによって起こる位相ずれや、荷重の変化により所望のスリップトルクが得られなくなるということが考えられる。
特開昭６２−２７１９１１号

解決しようとする問題点は、組み立て式のカムシャフトにおいて、カムピースとシャフトの油穴を一致させた状態で形成するのが困難な点である。

本発明の組み立て式のカムシャフトは、円周状のベース部とベース部から突出するノーズ部とを有するカムピースと、カムピースが組み付けられるシャフトとを有し、カムピースのノーズ部に高周波焼き入れが施された焼き入れ部が形成され、ベース部に焼き入れされない焼き入れ未処理部が形成されることを第一の特徴とする。

本発明のカムシャフトの成形方法は、円周状のベース部とベース部から突出するノーズ部とを有するカムピースのノーズ部のみに高周波焼き入れを施した後、カムピースをシャフトに組み付けることを特徴とする。

本発明のカムシャフトの成形方法は、カムピースをシャフトに組み付けた後、カムピースのベース部及びシャフトに連通する油穴が穿設されることを第二の特徴とする。

本発明の特徴によるカムシャフトによれば、円周状のベース部とベース部から突出するノーズ部とを有するカムピースと、カムピースが組み付けられるシャフトとを有し、カムピースのノーズ部に高周波焼き入れが施された焼き入れ部が形成され、ベース部に焼き入れされない焼き入れ未処理部が形成されるので、耐摩耗性の要求されるノーズ部のみを硬化することができ、ベース部に後加工を施すことができる。

本発明の特徴によるカムシャフトの成形方法によれば、円周状のベース部とベース部から突出するノーズ部とを有するカムピースのノーズ部のみに高周波焼き入れを施した後、カムピースをシャフトに組み付けるので、上記カムシャフトを実現できる。

本発明の第二の特徴によるカムシャフトの成形方法によれば、カムピースをシャフトに組み付けた後、カムピースのベース部及びシャフトに連通する油穴が穿設されるので、カムピースとシャフトとに同時に穿設できるため、カムピースとシャフトとの油穴が一致する状態に容易に成形できる。

本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図は本発明の実施例によるカムシャフトの実施例を表すもので、図１はカムシャフトを表し、（ア）は側面図、（イ）は断面図、図２はカムピースを表す平面図、図３は図１の（ア）のＡ−Ａ断面図、図４は高周波焼き入れ方法を示す平面図、図５は焼き入れの工程を表し、（ア）は焼き入れ前、（イ）は焼き入れ中の状態を示す部分断面側面図、図６は焼き入れ後のカムピースを表す平面図、図７はカムシャフトの組み立て工程を表し、（ア）は組み付け前、（イ）は組み付け後、（ウ）は油穴穿設後の状態を表す断面図、図８は他の実施例による高周波加熱装置を表す平面図である。

本発明の実施例によるカムシャフト１について、図１乃至図８に基づいて説明する。

図１に示されるのは本発明の実施例によるカムシャフト１である。このカムシャフト１は中空で円筒状のシャフト１１と、シャフト１１に組み付けられる複数のカムピース２及びジャーナル６と、シャフト１１の両端に取り付けられる両端部材１３とを有している。カムピース２は図２に示される如く、円周状のベース部４とベース部４から突出するノーズ部３とを有し、ベース部４と同心で軸方向に貫通する軸孔５を有する。

上記カムシャフト１におけるカムピース２のベース部４とシャフト１１には図３に示す如く、シャフト１１の軸直方向に貫通する油穴Ｏが形成され、シャフト１１の中空部１２に供給される潤滑油が油穴Ｏを介してカムピース２の摺動面に供給される。

また、上記カムピース２のノーズ部３はバルブを押圧するため消耗が大きくなるので、耐摩耗性及び耐久性を高めるため、図６に示される如く高周波焼き入れが施された焼き入れ部Ｑ１が形成されている。

上記カムピース２の製造工程を説明する。まず鍛造成形で完成形状と略同形の予備体を製造し、ついでこの予備体に軸孔５を打ち抜き成形する。ついでこのカムピース２のノーズ部３に高周波焼き入れを施し、ノーズ部３に焼き入れ部Ｑ１を形成する。

上記カムピース２の高周波焼き入れ工程について、図４及び図５を基に説明する。図に示されるのは高周波焼入装置５１で、５２は高周波加熱コイルである。この高周波加熱コイル５２は図４に示す如く略Ｙ字形状で、図５に示す如く加熱コイル５２の一報端部が後記する支治具５３の軸方向に折曲した状態に形成されている。５３は軸線方向に進退可能である支持具で、カムピース２の軸孔５と略同径の突部５４と、突部５４から連続し突部５４より大径の円柱部５５とよりなり、円柱部５５は図示せぬ制御装置に連続している。

この高周波焼入装置５１を使用してカムピース２のノーズ部３に高周波焼き入れを施す工程を説明する。まず図５の（ア）に示す如くカムピース２の軸孔５を支治具５３の突部５４に嵌合する。ついで支持具５３が軸方向に移動することによりカムピース２が高周波加熱装置５１方向へと移動し、図５の（イ）に示す如く高周波加熱コイル５２内周にカムピース２のノーズ部３が配置される所定の位置まで移動して停止する。カムピース２が高周波加熱コイル５２に対して所定の位置に配置されると、同時に高周波加熱コイル５２に高周波電流が供給され、カムピース２のノーズ部３が加熱され、直後にカムピース２の加熱部に焼入液を噴射する。加熱が完了後、冷却液を加熱部に噴射して冷却し、ノーズ部３に硬化層である焼き入れ部Ｑ１が成形される。

上記の如く高周波焼き入れが施されたカムピース２は、図６に示す如く、ノーズ部３には硬化層である焼き入れ部Ｑ１が形成され、ベース部４には高周波焼き入れが施されていないため硬化層を有さない焼き入れ未処理部Ｑ２が形成される。

続いて、上記カムピース２を使用してカムシャフト１を組み立てる方法を説明する。まず上記の如くノーズ部３に焼き入れ部Ｑ１が形成された複数のカムピース２を、図８の（ア）に示す如く中空のシャフト部１１に位相を合わせて順次圧入して、図８の（イ）に示す如く所定の位置に配置する。ついで順次全てのカムピース２が所定の位置に配置された後、ドリル等の穿設具を使用して、図８の（ウ）に示す如くカムピース２のベース部４からシャフト１１まで連通する穴を穿設し、油穴Ｏを成形する。

よって上記の如き組み立て式のカムシャフト１によれば、円周状のベース部４とベース部４から突出するノーズ部３とを有するカムピース２と、カムピース２が組み付けられるシャフト１１とを有し、カムピース２のノーズ部３に高周波焼き入れが施された焼き入れ部Ｑ１が形成され、ベース部４に焼き入れされない焼き入れ未処理部Ｑ２が形成されるので、耐摩耗性の要求されるノーズ部のみを硬化することができる。

また、上記の如き組み立て式のカムシャフト１の成形方法によれば、円周状のベース部４とベース部４から突出するノーズ部３とを有するカムピース２のノーズ部３のみに高周波焼き入れを施した後、カムピース２をシャフト１１に組み付けるので、上記カムシャフトを実現できる。

上記組み立て式のカムシャフト１の成形方法において、カムピース２をシャフト１１に組み付けた後、カムピース２のベース部４及びシャフト１１に連通する油穴Ｏが穿設されるので、カムピース２とシャフト１１とに同時に穿設できる。

なお、高周波加熱コイルの形状は上記実施例に限定されるものではなく、図８に示す如く、高周波加熱コイル６４を一方端部がＹ字形状になるように巻回し、水平方向に二重の状態に形成したものでもよく、カムピース２のノーズ部３のみに高周波焼き入れを施すことができる形状であればよい。

また、本実施例では支治具５３にカムピース２を配置してカムピース２に一個ずつ高周波焼き入れを施したが、カムピースを棒状の支治具に離間した状態で複数個嵌装させ、高周波加熱コイルも複数個配置し、同時に複数のカムピースのノーズ部に高周波焼き入れを施してもよい。あるいは、高周波加熱コイルが定位置に配置され、カムピースが順次加熱コイルの内周側に移動して高周波焼き入れを施されるという形式でもよい。

本発明の実施例によるカムシャフトを表し、（ア）は側面図、（イ）は断面図である。 本発明の実施例によるカムピースを表す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例による高周波焼き入れ方法を示す正面図である。 本発明の実施例による焼き入れの工程を表し、（ア）は焼き入れ前、（イ）は焼き入れ中の状態を示す部分断面側面図である。 本発明の実施例による焼き入れ後のカムピースを表す平面図である。 本発明の実施例によるカムシャフトの組み立て工程を表し、（ア）は組み付け前、（イ）は組み付け後、（ウ）は油穴穿設後の状態を表す断面図である。 他の実施例による高周波加熱装置を表す正面図である。 従来のカムシャフトを表す側面図である。 従来のカムピースを表す平面図である。 従来のカムシャフトの組み立て工程を表し、（ア）は組み付け前、（イ）は組み付け後を表す断面図である。 従来の焼き入れ後のカムピースを表す平面図である。

符号の説明

２ カムピース
３ ノーズ部
４ ベース部
１１ シャフト
Ｑ１ 焼き入れ部
Ｑ２ 焼き入れ未処理部
Ｏ 油穴

Claims (3)

1. 円周状のベース部（４）と該ベース部（４）から突出するノーズ部（３）とを有するカムピース（２）と、該カムピース（２）が組み付けられるシャフト（１１）とを有する組み立て式のカムシャフトにおいて、前記カムピース（２）のノーズ部（３）に高周波焼き入れが施された焼き入れ部（Ｑ１）が形成され、前記ベース部（４）に焼き入れされない焼き入れ未処理部（Ｑ２）が形成されることを特徴とする組み立て式のカムシャフト。
2. 円周状のベース部（４）と該ベース部（４）から突出するノーズ部（３）とを有するカムピース（２）のノーズ部（３）のみに高周波焼き入れを施した後、前記カムピース（２）をシャフト（１１）に組み付けることを特徴とするカムシャフトの成形方法。
3. 上記カムシャフトの成形方法において、前記カムピース（２）を前記シャフト（１１）に組み付けた後、前記カムピース（２）のベース部（４）及びシャフト（１１）に連通する油穴（Ｏ）が穿設されることを特徴とする請求項２記載のカムシャフトの成形方法。

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