JP2015196194A - カムシャフト成形装置及びカムシャフト成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シール材を不要とすることができるカムシャフト成形装置を提供する。
【解決手段】中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌する部分を拡径して中空シャフトＷに遊嵌されたカムロブ５１１を中空シャフトＷに嵌合させるカムシャフト成形装置１００であって、中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌する部分を拡径可能に支持する型１２０と、中空シャフトＷ内部に嵌通されるインナー軸１１０と、ダイラタント流体を圧送する圧送装置と、を具備し、インナー軸１１０には、インナー軸１１０内部において軸方向に沿って形成される第一流路１１１と、インナー軸１１０の外周面において周方向に沿って形成される溝部１１３と、溝部１１３と第一流路１１１とを接続する第二流路１１２と、が形成され、圧送装置は、溝部１１３が、中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌される部分に位置する状態で、第一流路１１１にダイラタント流体を圧送する。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径して、中空シャフトに遊嵌されたカムロブを中空シャフトに嵌合させるカムシャフト成形装置及びカムシャフト成形方法の技術に関する。

カムシャフトとは、エンジンを構成する部品の一つとして公知である。より具体的には、カムシャフトとは、バルブを開閉する各気筒のカム（カムロブ）を備えるシャフトである。近年では、カムシャフトには、軽量化の目的で中空シャフトが用いられている。

カムシャフトを製造する際には、ハイドロフォーム成形によるカムシャフト成形方法が公知である。ハイドロフォーム成形によるカムシャフト成形方法は、中空シャフトを型内部に収めて型締めした後に、中空シャフトの内側に内圧を作用させて、中空シャフトを型に合わせ膨らませて成形するものである。

しかし、ハイドロフォーム成形によるカムシャフト成形方法では、中空シャフト全体に内圧が作用し、ジャーナル部に該当する部分の金属管が変形するおそれがあった。カムシャフトを製造する際には、ジャーナル部は変形させずに、カムロブが遊嵌する部分のみを拡径してすることが望まれている。

そこで、近年では、ハイドロフォーム成形を応用して、中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径して、中空シャフトに遊嵌されたカムロブを中空シャフトに嵌合させる方法が試みられている（例えば、特許文献１）。

以下では、特許文献１に代表されるような、中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径して、中空シャフトに遊嵌されたカムロブを中空シャフトに嵌合させるカムシャフト成形装置（以下、従来のカムシャフト成形装置２００）について説明する。

図４を用いて、従来のカムシャフト成形装置２００について説明する。
なお、図４では、従来のカムシャフト成形装置２００を断面視にて模式的に表している。また、以下では、図４に示す軸方向、径方向及び周方向に従って説明するものとする。

カムシャフト成形装置２００は、中空シャフトＷにカムロブ５１１を遊嵌し、カムロブ５１１が遊嵌される部分を拡径して、中空シャフトＷに遊嵌されたカムロブ５１１を中空シャフトＷに嵌合させる装置である。なお、カムシャフト成形装置２００では、説明を分かり易くするため、中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａとして２か所の部分を拡径し、遊嵌されたカムロブ５１１を拡径部５１２で嵌合させるものとする。

カムシャフト成形装置２００は、インナー軸２１０と、型２２０と、シール材２３０と、圧送装置（図示略）と、を具備している。

インナー軸２１０は、中空シャフトＷの内部に挿通され、拡径部５１２を加圧させる流体を拡径部５１２まで導くものである。インナー軸２１０には、第一流路２１１と、溝部２１３と、第二流路２１２と、が形成されている。

第一流路２１１は、インナー軸２１０の内部において軸方向に沿って形成される流路である。溝部２１３は、インナー軸２１０の側面（外周面）において周方向に沿って形成される凹溝である。第二流路２１２は、インナー軸２１０の内部において径方向に沿って形成され、溝部２１３と第一流路２１１とを接続する流路である。

型２２０は、カムシャフト５００のカムロブ５１１が遊嵌される部分（拡径部５１２）以外、すなわち中空シャフトＷをカムシャフト５００として成形した際にジャーナル部５１０に該当する部分を径方向に支持する型である。型２２０には、軸方向に沿って、中空シャフトＷの外径と同一径の円筒形状の空間が形成され、中空シャフトＷが挿通されている。

入れ子２２１は、カムロブ５１１の位相を決定して固定するための保持具である。入れ子２２１は、型２２０に形成される隙間に嵌合されている。

シール材２３０は、軸シールとして中空シャフトＷとインナー軸２１０との隙間をシールするものである。シール材２３０は、略リング形状に構成されている。シール材２３０は、軸方向において、中空シャフトＷの拡径部５１２に対して所定の間隔を設けて配置されている。

圧送装置は、第一流路２１１に拡径部５１２を加圧させる流体を圧送する装置である。

このような構成とすることによって、圧送装置によって、流体が第一流路２１１に圧送され、第一流路２１１に圧送された流体が第二流路２１２を経由して溝部２１３に圧送され、圧送された流体がカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａを内側から加圧して、拡径部５１２として拡径される。

しかし、従来のカムシャフト成形装置２００では、シール材２３０が成形圧まで耐えられず、シール構造が成立しないため、製品を量産する装置として用いることができなかった。そこで、中空シャフトＷに遊嵌されたカムロブ５１１を中空シャフトＷに嵌合させるカムシャフト成形では、シール材を不要とすることが望まれている。

特開２０００−２０２５３６号公報

本発明の解決しようとする課題は、シール材を不要とすることができるカムシャフト成形装置及びカムシャフト成形方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径して該中空シャフトに遊嵌されたカムロブを該中空シャフトに嵌合させるカムシャフト成形装置であって、前記中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径可能に支持する型と、前記中空シャフト内部に嵌通されるインナー軸と、ダイラタント流体を圧送する圧送装置と、を具備し、前記インナー軸には、前記インナー軸内部において軸方向に沿って形成される第一流路と、前記インナー軸の外周面において周方向に沿って形成される溝部と、前記溝部と前記第一流路とを接続する第二流路と、が形成され、前記圧送装置は、前記溝部が、前記中空シャフトのカムロブが遊嵌される部分に位置する状態で、前記第一流路にダイラタント流体を圧送するものである。

請求項２においては、中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径して該中空シャフトに遊嵌されたカムロブを該中空シャフトに嵌合させるカムシャフト成形方法であって、前記中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径可能に支持し、前記中空シャフト内にダイラタント流体を圧送して、前記中空シャフトを内側から加圧し、前記中空シャフトのカムロブが遊嵌される部分を拡径させるものである。

本発明のカムシャフト成形装置及びカムシャフト成形方法によれば、シール材を不要とすることができる。

カムシャフトの構成を示した模式図。 カムシャフト成形装置の構成を示した模式図。 カムシャフト成形工程の流れを示したフロー図。 従来のカムシャフト成形装置の構成を示した模式図。

図１を用いて、カムシャフト５００の構成について説明する。
なお、図１では、カムシャフト５００の構成について斜視にて模式的に表している。また、図１の右上には、カムロブ５１１の構成について断面視にて模式的に表している。さらに、以下では、図１に示す軸方向、径方向及び周方向に従って説明するものとする。

カムシャフト５００は、本発明のカムシャフト成形装置及びカムシャフト成形方法の成形対象である。カムシャフト５００は、エンジンを構成する部品の一つである。カムシャフト５００は、ジャーナル部５１０と、カムロブ５１１と、から構成されている。

カムロブ５１１は、軸方向の断面視にて卵型の円盤形状になるように構成されている。ジャーナル部５１０は、中空の金属管によって形成されている。ジャーナル部５１０には、それぞれのカムロブ５１１に嵌合される部分である拡径部５１２が形成されている。ジャーナル部５１０は、各カムロブ５１１を軸方向に連結するものである。

図２を用いて、カムシャフト成形装置１００の構成について説明する。
なお、図２では、カムシャフト成形装置１００の構成について側面断面視にて模式的に表している。

カムシャフト成形装置１００は、本発明のカムシャフト成形装置に係る実施形態である。カムシャフト成形装置１００は、中空シャフトＷにカムロブ５１１を遊嵌し、カムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａを拡径して、中空シャフトＷに遊嵌されたカムロブ５１１を中空シャフトＷに嵌合させる装置である。

なお、本実施形態のカムシャフト成形装置１００では、説明を分かり易くするため、カムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａとして１か所の部分を拡径し、遊嵌されたカムロブ５１１を拡径部５１２で嵌合させるものとする。

カムシャフト成形装置１００は、インナー軸１１０と、型１２０と、入れ子２１と、圧送装置（図示略）と、を具備している。

インナー軸１１０は、中空シャフトＷの内部に挿通され、後述するダイラタント流体をカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａまで導くものである。インナー軸１１０には、第一流路１１１と、溝部１１３と、第二流路１１２と、が形成されている。

第一流路１１１は、インナー軸１１０の内部において軸方向に沿って形成される流路である。溝部１１３は、インナー軸１１０の側面（外周面）において周方向に沿って形成される凹溝である。第二流路１１２は、インナー軸１１０の内部において径方向に沿って形成され、溝部１１３と第一流路１１１とを接続する流路である。

型１２０は、カムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａ以外、すなわち中空シャフトＷをカムシャフト５００として成形した際にジャーナル部５１０に該当する部分を径方向に支持する型である。

つまり、型１２０は、中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａが拡径部５１２として拡径可能となるように、中空シャフトＷを支持している。このように、型１２０は、中空シャフトＷをカムシャフト５００として成形した際にジャーナル部５１０に該当する部分が拡径することを許容しないとともに、中空シャフトＷにおけるカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａが拡径部５１２としての拡径を許容している。

型１２０には、軸方向に沿って、中空シャフトＷの外径と同一径の円筒形状の空間が形成され、当該空間に中空シャフトＷが挿通されている。

入れ子１２１は、カムロブ５１１の位相を決定して固定するための保持具である。

圧送装置は、インナー軸１１０の溝部１１３が、中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａに位置する状態で、第一流路１１１にダイラタント流体を圧送する装置である。第一流路１１１に圧送されたダイラタント流体は、第二流路１１２を通じて溝部１１３に供給され、中空シャフトＷにおけるカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａを拡径し、図１の拡径部５１２が形成される。

ここで、特記すべき事項として、カムシャフト成形装置１００においては、中空シャフトＷの拡径部５１２を加圧して形成するための流体として、ダイラタント流体を用いている。

ダイラタント流体は、小さい剪断応力には液体のように振る舞い、大きい剪断応力には固体のように振る舞う性質を有する流体である。言い換えれば、ダイラタント流体とは、ゆっくりとした変形に対しては流動性を示し、急激な変形に対しては固体的に作用する特性を有する流体である。

図３を用いて、カムシャフト成形工程Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図３では、カムシャフト成形工程Ｓ１００の流れについてフローチャートにて表している。

カムシャフト成形工程Ｓ１００は、本発明のカムシャフト成形方法に係る実施形態である。カムシャフト成形工程Ｓ１００は、中空シャフトＷにカムロブ５１１を遊嵌し、カムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａを、上述したカムシャフト成形装置１００を用いて拡径して、中空シャフトＷに遊嵌されたカムロブを中空シャフトに拡径された拡径部５１２で嵌合させる工程である。

ステップＳ１１０において、作業者は、中空シャフトＷをカムシャフト５００として成形した際に、中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａ（拡径部５１２）にカムロブ５１１を遊嵌させる。

ステップＳ１２０において、作業者は、型１２０における前記円筒形状の空間内に中空シャフトＷを収納するとともに、型１２０の型締めを行い、中空シャフトＷのジャーナル部５１０に相当する部分を外周側から型１２０によって支持する。

ステップＳ１３０において、作業者は、中空シャフトＷの内部にインナー軸１１０を挿嵌させる。このとき、インナー軸１１０に形成された溝部１１３を、中空シャフトＷのカムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａの位置に一致させるように、中空シャフトＷの内部にインナー軸１１０を挿嵌させる。

ステップＳ１４０において、圧送装置によって、ダイラタント流体を第一流路１１１に圧送する。このとき、第一流路１１１に圧送されたダイラタント流体は、第二流路１１２を経由して溝部１１３に圧送され、カムロブ５１１が遊嵌される部分５１２ａを内側から加圧し、拡径部５１２が拡径される。

また、圧送されるダイラタント流体は、圧送装置から第一流路１１１、第二流路１１２及び溝部１１３に導かれ、加圧により急激に変形されることによって、固体的に作用する性質を有している。

ダイラタント流体が固体的に作用することによって、中空シャフトＷとインナー軸１１０との隙間がダイラタント流体自体によってシールされる。従って、中空シャフトＷとインナー軸１１０の隙間のジャーナル部５１０にダイラタント流体が浸入することがない。

カムシャフト成形装置１００及びカムシャフト成形方法Ｓ１００の効果について説明する。
カムシャフト成形装置１００及びカムシャフト成形方法Ｓ１００によれば、シール材を不要とすることができる。

すなわち、カムシャフト成形装置１００及びカムシャフト成形方法Ｓ１００によれば、ダイラタント流体が有する、急激に変形されることによって固体的に作用する性質を利用して、中空シャフトＷとインナー軸１１０との隙間をダイラタント流体自体によってシールさせることにより、中空シャフトＷとインナー軸１１０との隙間にダイラタント流体が浸入することを防止し、シール材を不要とすることができる。

なお、本実施形態では、シール材を設けない構成としたが、安全上の観点から中空シャフトＷの軸方向の端側の中空シャフトＷとインナー軸１１０との隙間にシール材を設ける構成としても良い。

１００ カムシャフト成形装置
１１０ インナー軸
１１１ 第一流路
１１２ 第二流路
１１３ 溝
１２０ 型
２００ 従来のカムシャフト成形装置
５００ カムシャフト
５１０ ジャーナル部
５１１ カムロブ

Claims (2)

1. 中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径して該中空シャフトに遊嵌されたカムロブを該中空シャフトに嵌合させるカムシャフト成形装置であって、
   前記中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径可能に支持する型と、
   前記中空シャフト内部に嵌通されるインナー軸と、
   ダイラタント流体を圧送する圧送装置と、
   を具備し、
   前記インナー軸には、
   前記インナー軸内部において軸方向に沿って形成される第一流路と、
   前記インナー軸の外周面において周方向に沿って形成される溝部と、
   前記溝部と前記第一流路とを接続する第二流路と、
   が形成され、
   前記圧送装置は、前記溝部が、前記中空シャフトのカムロブが遊嵌される部分に位置する状態で、前記第一流路にダイラタント流体を圧送する、
   カムシャフト成形装置。
2. 中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径して該中空シャフトに遊嵌されたカムロブを該中空シャフトに嵌合させるカムシャフト成形方法であって、
   前記中空シャフトのカムロブが遊嵌する部分を拡径可能に支持し、
   前記中空シャフト内にダイラタント流体を圧送して、前記中空シャフトを内側から加圧し、前記中空シャフトのカムロブが遊嵌される部分を拡径させる、
   カムシャフト成形方法。

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