JP2008121433A - カムシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カムピースの外周に研磨によらずにクラウニングを形成する。
【解決手段】カムシャフト１０は、シャフト本体１１にカムピース１２を組み付けたものである。カムピース１２は、焼結によってネットシェイプ成形又はニアネットシェイプ成形されており、かかる焼結ネットシェイプ成形方法により、カムピース１２の外周にクラウニング１５が形成されている。カムピース１２にクラウニング１５を形成するに際しては、研磨が不要なので、研磨加工に起因するコストアップを回避することが可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は、カムシャフト及びその製造方法に関するものである。

自動車の内燃機関に用いられるカム機構は、ロッカアームに設けたローラの外周面とカムシャフトのカムピースの外周面とを接触させた状態で、カムシャフトを回転させるようになっている。そして、特許文献１には、この種のカム機構において、ローラの外周面のエッジ状をなす側縁がカムピースの外周面に接触することによって、カムピースの外周面の摩耗が進むのを回避する手段として、ローラの外周に研磨によってクラウニングを形成する技術が開示されている。
特開２００４−２５７２９０公報

上記の技術は、ローラの幅がカムピースよりも狭い場合に好適であるが、逆にローラの幅に比べてカムピースの幅が小さい場合には、カムピースの外周にクラウニングを形成する必要がある。
ところが、非円形（略卵形）をなしているカムピースに対して研磨を施すことは、加工が難しく、コストが高くつくという問題がある。
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、カムピースの外周に研磨によらずにクラウニングを形成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、シャフト本体にカムピースを組み付けてなるカムシャフトであって、前記カムピースを焼結によってネットシェイプ成形又はニアネットシェイプ成形することで、前記カムピースの外周にクラウニングが形成されているところに特徴を有する。
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記カムピースが、その回転中心軸と直角な方向に型開きされる一対の金型によって成形されているところに特徴を有する。
請求項３の発明は、請求項２に記載のものにおいて、前記一対の金型のパーティングラインが、前記カムピースの長径方向両端に位置しているところに特徴を有する。
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記カムピースが焼き嵌めによって前記シャフト本体に固定されているところに特徴を有する。

請求項５の発明は、シャフト本体にカムピースを組み付けてなるカムシャフトを製造する方法であって、前記カムピースを焼結によってネットシェイプ成形又はニアネットシェイプ成形することで、前記カムピースの外周にクラウニングを形成するところに特徴を有する。
請求項６の発明は、請求項５に記載のものにおいて、前記カムピースを、その回転中心軸と直角な方向に型開きされる一対の金型によって成形するところに特徴を有する。
請求項７の発明は、請求項６に記載のものにおいて、前記一対の金型のパーティングラインを、前記カムピースの長径方向両端に位置させるところに特徴を有する。
請求項８の発明は、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のものにおいて、前記カムピースを焼き嵌めによって前記シャフト本体に固定するところに特徴を有する。

＜請求項１及び請求項５の発明＞
カムピースにクラウニングを形成するに際しては、研磨が不要なので、コスト低減を図ることが可能である。

＜請求項２及び請求項６の発明＞
金型は、カムピースの回転中心軸を中心とする径方向に型開きされるので、カムピースの外周面上における金型のパーティングラインは、周方向に延びる形態ではなく、幅方向となる。したがって、一般にカムピースの幅寸法がカムピースの外径に比べて小さいことに鑑みると、パーティングラインに沿って形成されるバリの長さが短くなり、バリの除去加工が容易となる。

＜請求項３及び請求項７の発明＞
金型のパーティングラインがカムピースの長径方向両端に位置するようにしたので、一方のパーティングラインは、カムノーズ部の頂上に位置することになる。このカムノーズ部の頂上は、カムノーズ部における２つの加速領域の境界であるから、ロッカアームに対するカムピースの加速動作に支障はない。よって、このカムノーズ部の頂上におけるバリの除去加工には高い精度が要求されず、バリ除去加工のコストを低減することができる。

＜請求項４及び請求項８の発明＞
中空パイプからなるシャフト本体を局部的に拡径させてカムピースを固定する方法では、シャフト本体の拡径変形を全周に亘って均一にすることが難しいため、カムピースの軸中心がシャフト本体に対して偏心することが懸念されるが、本発明では、シャフト本体は殆ど変形しないので、カムピースがシャフト本体に対して偏心する虞がない。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図７を参照して説明する。エンジンのシリンダヘッド３０にはラッシュアジャスタ３１が固定され、そのラッシュアジャスタ３１の上端にロッカアーム３２の基端部３２Ａが支承されている。また、シリンダヘッド３０には、バルブステム３３が上下動可能に且つ上方へ付勢された状態で設けられ、バルブステム３３の上端にロッカアーム３２の先端部３２Ｂが支承されている。ロッカアーム３２には、水平な支持軸３４によってローラ３５が回転可能に取り付けられ、ローラ３５の外周面にはカムシャフト１０のカムピース１２が上方から当接されている。ローラ３５の外周面にはクラウニングは形成されていない。

カムシャフト１０は、シャフト本体１１と、シャフト本体１１に一体に回転するように取り付けられた複数のカムピース１２とからなる。シャフト本体１１は、横断面形状が円形である軸状をなし、その軸線はローラ３５の支持軸３４と平行をなしていて、シリンダヘッド３０に回転可能に支持されている。

カムピース１２は概ね卵型をなし、カムピース１２には、カムベース部１３と同心の円形をなす取付孔１４が貫通して形成されている。カムピース１２の厚さ寸法（取付孔１４の貫通後方と平行な寸法）は、カムベース部１３の外径よりも小さい寸法であって、ローラ３５の厚さ寸法よりも少し大きい寸法となっている。かかるカムピース１２は、その外周面をローラ３５の外周面に対して上から当接する形態で接触している。また、カムピース１２の幅方向（厚さ方向）の中心は、ローラ３５の幅方向の中心と合致しているので、カムピース１２の左右両面部はローラ３５から少しはみ出した形態となっている。

かかるカムピース１２には、その外周面における左右両側縁部を全周に亘ってテーパ状に切欠した形態のクラウニング１５が形成されている。このクラウニング１５の形成は、カムピース１２を成形する工程にて同時に行われる。以下、カムピース１２の製造工程を説明する。

一対の金型２０は、カムピース１２の回転中心軸（取付孔１４の中心軸であり、シャフト本体１１の回転中心と同軸である）と直角な方向（図３及び図４における左右方向）に型閉め・型開きされるようになっている。一対の金型２０における互いに対向する面には、対称な形状をなす凹部２１が形成されている。各凹部２１は、夫々、カムノーズ部１６の半分とカムベース部１３の半分とを成形するものであって、凹部２１のうちカムピース１２の外周面を成形するための曲面部には、その左右両角部に沿ったテーパ面２２が形成されている。一対の金型２０を型閉めした状態では、２つの凹部２１によって１つのキャビティ２３が形成される。また、キャビティ２３内には、取付孔１４の内周面を成形するための円柱形をなす中子２４が配置されている。

かかるキャビティ２３内に焼結用合金（例えば、クロム系合金）の粉末を充填し、焼結すると、カムピース１２がネットシェイプ成形又はニアネットシェイプ成形される。成形後は、金型２０を型開きするとともに中子２４をは外せば、カムピース１２が得られる。この時点でのカムピース１２の表面は、研磨処理が不要な程に平滑な面に仕上がっているが、カムピース１２の外周面（ローラ３５の外周面と接触する面）には、金型２０のパーティングラインと対応する部分にはバリ１７が突出している（図５及び図６を参照）。金型２０は、カムピース１２の回転中心と直角な方向に型開きされるので、バリ１７は、カムピース１２の厚さ方向（カムピース１２の回転中心軸と平行な方向）に直線状に延びる形態である。尚、金型２０のパーティングラインと対応する位置以外の部分では、バリ１７は発生しない。

この後、熱処理（約９００℃の焼き入れ）を行うことにより、カムピース１２の表面を硬化させ、熱処理後にバリ１７を除去する。そして、最後に、サイジング加工としてカムピース１２の表面状態の改善と寸法の矯正とを行うための冷間プレスを行う。以上により、カムピース１２の製造が完了する。完成したカムピース１２の外周面には、その左右両側縁部に沿い且つ全周に亘ってテーパ状のクラウニング１５が形成されている。

製造されたカムピース１２は、焼き嵌めによってシャフト本体１１に組み付けられる。即ち、カムピース１２を加熱することによって取付孔１４の内径寸法をシャフト本体１１の外径よりも増大させ、その状態でカムピース１２を、シャフト本体１１に対して軸方向における所定に位置に且つ周方向における所定の向きに外嵌する。外嵌した後にカムピース１２を常温まで冷却すると、その過程で取付孔１４の内径が次第に小さくなり、取付孔１４の内周がシャフト本体１１の外周に対して締め付けるように密着し、カムピース１２がシャフト本体１１に固着される。以上により、シャフト本体１１に対するカムピース１２の組み付けが完了し、カムシャフト１０が得られる。

本実施形態によれば、カムピース１２にクラウニング１５を形成するに際しては、研磨が不要なので、コスト低減を図ることが可能である。
また、カムピース１２を成形するための金型２０が、カムピース１２の回転中心軸と直角な方向に型開きされるので、カムピース１２の外周面上における金型２０のパーティングラインは、周方向に延びる形態ではなく、幅方向となる。したがって、一般にカムピース１２の幅寸法がカムピース１２の外径に比べて小さいことに鑑みると、パーティングラインに沿って形成されるバリ１７の長さが短くなり、バリ１７の除去加工が容易となる。

また、一対の金型２０のパーティングラインがカムピース１２の長径方向両端に位置するようにしたので、カムノーズ部１６側のパーティングラインは、カムノーズ部１６の頂上（図５及び図６における上端）に位置することになる。このカムノーズ部１６の頂上は、カムノーズ部１６における２つの加速領域の境界であって加速度がゼロになる部分であることから、ロッカアーム３２に対するカムピース１２の加速動作に支障はない。よって、このカムノーズ部１６の頂上におけるバリ１７の除去加工には高い精度が要求されず、バリ１７の除去加工に要するコストを低減することができる。

また、カムピースをシャフト本体に組み付ける手段としては、中空パイプからなるシャフト本体を局部的に拡径させてその外周をカムピースの取付孔の内周に密着させる方法が考えられるが、この拡径による固定方法では、シャフト本体の拡径変形を全周に亘って均一にすることが難しいため、カムピースの回転中心軸がシャフト本体の軸心に対して径方向へ偏心することが懸念される。
これに対し、本実施形態では、カムピース１２を焼き嵌めによってシャフト本体１１に固着しているで、シャフト本体１１は殆ど変形せずに済み、カムピース１２がシャフト本体１１に対して偏心する虞がない。

＜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態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）金型は、カムピースの回転中心軸と平行に型開きされるものであってもよい。
（２）金型のパーティングラインの位置は、カムピースの長径方向両端ではなく、カムノーズ部における頂上以外の領域（加速領域）とカムベース部の２位置でもよく、カムベース部上の２位置であってもよい。
（３）シャフト本体に対するカムピースの組付け方法としては、焼き嵌めに限らず、シャフト本体を中空パイプとしてそのシャフト本体を拡径させてもよく、カムピースをシャフト本体に圧入してもよい。

実施形態１においてカムシャフトの使用形態をあらわす側面図 カムピースとローラとの当接状態をあらわす正面図 カムピースを成形するための金型の断面図 カムピースが金型内で成形された状態をあらわす断面図 成形直後のカムピースの側面図 成形直後のカムピースの正面図 成形が完成したカムピースの側面図

符号の説明

１０…カムシャフト
１１…シャフト本体
１２…カムピース
１５…クラウニング
２０…金型

Claims (8)

1. シャフト本体にカムピースを組み付けてなるカムシャフトであって、
   前記カムピースを焼結によってネットシェイプ成形又はニアネットシェイプ成形することで、前記カムピースの外周にクラウニングが形成されていることを特徴とするカムシャフト。
2. 前記カムピースが、その回転中心軸と直角な方向に型開きされる一対の金型によって成形されていることを特徴とする請求項１記載のカムシャフト。
3. 前記一対の金型のパーティングラインが、前記カムピースの長径方向両端に位置していることを特徴とする請求項２記載のカムシャフト。
4. 前記カムピースが焼き嵌めによって前記シャフト本体に固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のカムシャフト。
5. シャフト本体にカムピースを組み付けてなるカムシャフトを製造する方法であって、
   前記カムピースを焼結によってネットシェイプ成形又はニアネットシェイプ成形することで、前記カムピースの外周にクラウニングを形成することを特徴とするカムシャフトの製造方法。
6. 前記カムピースを、その回転中心軸と直角な方向に型開きされる一対の金型によって成形することを特徴とする請求項５記載のカムシャフトの製造方法。
7. 前記一対の金型のパーティングラインを、前記カムピースの長径方向両端に位置させることを特徴とする請求項６記載のカムシャフトの製造方法。
8. 前記カムピースを焼き嵌めによって前記シャフト本体に固定することを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のカムシャフトの製造方法。

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