JP2016501331A - カム軸 - Google Patents

Abstract

本発明は、管状の外側軸（２）と、外側軸（２）と同軸に配置される内側軸（３）であって、外側軸（２）に対して少なくともある限定された範囲だけ回転され得る、内側軸（３）と、を有する、カム軸（１）であって、環状の隙間（４）が内側軸（３）と外側軸（２）との間の少なくとも一部の領域に設けられている、カム軸（１）に関する。本発明の本質的特徴は、外側軸（２）が、少なくとも一つの径方向内側に突出する環状段差（１０）を有しており、その環状段差（１０）を用いることにより、内側軸（３）が外側軸（２）に対して取り付け／封止されることにある。

Description

本発明はカム軸に関する。このカム軸は、請求項１の前提部によれば、管状の外側軸と、外側軸と同軸に配置される内側軸であって、外側軸に対して少なくともある限定された範囲だけ回転され得る、内側軸と、を有する。

ＥＰ１ ９６３ ６２５ Ｂ１は、一般的なカム軸を開示している。そのカム軸は、外側軸と、外側軸と同軸に配置される内側軸と、を有している。内側軸は、その軸端領域に配置された少なくとも一つの固定装置を用いて、外側軸の段差のない内側側面上に直接支持される。

調節可能なカム軸において、内側軸と外側軸との間にはある程度の運動自由度が必要であり、および／または、位相調節器および／または軸受潤滑にはオイルダクトが必要となるため、内側軸と外側軸との間には、通常、０．２〜２ｍｍの径方向高さを有する、十分な環状間隙が必要になる。したがって、内側軸と外側軸との間の位相調節器に必要なレベルに油圧を上げることを可能にするためには、これら２つの軸の端部において、封止が必要になる。先行する技術において公知の内側軸では、それらの内側軸は、通常、封止リングの領域で厚みを増したものとなっている。これは、たとえば、その環状封止部に隣接する内側軸の材料をほぼ全長にわたって除去することにより実現できる。しかしながら、このような方法では、コストが非常にかかり、また、当初は比較的大量の材料をもつ未加工内側軸が必要になる。
したがって、本発明は、そのような一般的なタイプのカム軸に対して改善された実施の形態を特定するという課題に関り、具体的には、外側軸に対して内側軸をこれまでとは違ったやり方で取り付けることに関わる。

この課題は、独立請求項１の主題に基づき、本発明により解決される。好適な実施の形態は、その従属請求項の主題をなす。

本発明は、それ自体は公知である、管状外側軸と内側軸とを有するカム軸であって、内側軸が外側軸に対して同軸に配置され、外側軸に対してある限定された範囲だけ回転され得る、カム軸において、少なくとも一つの環状段差を設けるという着想に広くいうと基づくものである。その環状段差は、径方向内側に突出しており、かつそれにより、内側軸は外側軸に取り付けられ得る。これに対して、内側軸は一定の外径を有しており、たとえばそのプレス絞りの後で、それ以上の機械加工を必要としない。したがって内側軸の最小直径は、必要なねじれ抵抗と、内側軸に結合されたカムのピニング（ピン直径）のみにより限定される。また、本発明によるカム軸により実現される特に顕著な効果としては、内側軸にはもはや、以前はそれが当たり前であったように、その外周面の大半を後で機械加工（特に旋削）することが必要ではなく、その結果、内側軸は比較的簡単に、かつコスト的にも有効に製造され得ることが挙げられる。外側軸は、その径方向内側に突出する環状段差により、軸受点の領域および封止点の領域においてのみ部分的に厚さが増している。外側軸の製造時にそのような径方向環状段差を作成する手間は、非常に少ない。環状溝は、たとえば成形工程により作成され得、特に、外側軸のプレス絞りの間に、引張りおよび圧縮条件を組み合わせた、すえ込みまたは成形により作成され得る。本発明による環状段差の径方向の厚さ次第では、その段差は、封止リングを保持したり、取り付けたりすることさえできる。

本発明による解決策の別の好適な実施の形態において、内側軸は外側に向かって開いた溝を有する。その溝は、具体的には周方向の溝であり、その溝には封止リングが配置され、カム軸の組み立て時には、環状段差の軸方向の高さに配置される。外側軸の環状段差の領域に配置された封止リングに加えて、またはそれに代わって、特に内側軸が中実の断面（solid profile）を有するものとして形成されている場合には、封止リングは、したがって内側軸の外側に向かって開いた溝の中に配置され得る。内側軸が管として形成されている場合、封止リングは、好ましくは外側軸の内側に向かって開いた溝の中に配置される。径方向内側に突出する環状段差は、外側軸の長手方向端部に配置され得るが、純粋に理論上は、外側軸上の軸方向に間隔を隔てた複数の位置にも配置され得る。
本発明による解決策の好適な展開において、前記少なくとも一つの環状段差は、面取りされたエッジを有する。そのような面取りされたエッジにより、内側軸の挿入が容易になり、したがってカム軸の組み立ても容易になる。これに加えてまたは代わって、内側軸は、少なくとも一方の端部に、斜めの導入面を有する。そのような導入面によっても、カム軸の組み立て時に、内側軸を外側軸に挿入するのがやはり容易になる。

環状の隙間は、好ましくは、０．２〜２．０ｍｍの径方向厚さを有する。たとえば摺動する軸受の潤滑を目的として、あるいは位相調節器の始動を目的として、その環状の隙間に十分な量のオイルを保持可能とするためには、前記環状の隙間が内側軸と外側軸との間に設けられる。この環状の隙間は、具体的には導油路として用いられる。

本発明によるカム軸は、概して比較的簡単に組み立て可能である。この目的のために、たとえば、封止リングがまず内側軸の外側に向かって開いた溝の中にはめ込まれ、その後、その封止リングを覆うように、アセンブリスリーブが上から被される。アセンブリスリーブにより、封止リングは、内側軸側面の溝の中に押し込まれる。その後、内側軸が外側軸の中に挿入されることにより、カム軸が組み立てられる。そして、アセンブリスリーブが引き抜かれる。その結果、内側軸の溝の中に押し込まれた封止リングが、外側軸の内部側面を軸受けし、それによって内側軸と外側軸との間の環状の隙間を封止する。しかしながら、別の実施の形態において、封止リングが外側軸の溝の中に配置される場合、封止リングは、まず外側軸の内側に向かって開いた溝の中にはめ込まれ、その後、内側軸が外側軸に挿入される。内側軸の前端における斜めの導入面が挿入方向に見えるので、この導入面により挿入時に封止リングが破損することを防止できる。今述べた実施の形態によれば、このようにしてカム軸を比較的容易に組み立てることが可能になる。

本発明のさらなる重要な特徴および効果は、その他の従属請求項、添付の図面、およびそれらの添付図面を参照してなされる図面に関連した説明の中に見出すことができる。

上に述べた様々な特徴、および以下に説明する様々な特徴が、それぞれの場合について述べた組み合わせのみならず、他のさまざまな組み合わせでも、あるいは単独ででも、本発明の範囲を超えることなく利用可能であることは自明である。

本発明の好ましい実施の形態の例は図面に示されており、以下により詳細に説明される。図面において、同一、類似、または機能的に等価な構成要素は、同じ参照符号で示されている。

図面において、
図１は、本発明によるカム軸の可能な第１の実施形態の模式的断面図である。 図２は、封止リングが既に内側軸上に取り付けられている点を除けば、図１と同様の模式図である。 図３は、径方向環状段差が別の形に形成されている点を除けば、図２と同様の模式図である。 図４は、位相調整器が端部に配置されている、本発明によるカム軸の模式的断面図である。 図５ａ〜５ｄは、本発明によるカム軸を組み立てる方法の各工程を模式的に示す図である。

図１〜図４に示すように、本発明によるカム軸１は、管状の外側軸２と、その外側軸２と同軸に配置される内側軸３であって、外側軸２に対して少なくともある限定された範囲だけ回転され得る、内側軸３と、を有する。摺動する軸受けの潤滑を目的として、および／または位相調節器５（図４を参照）の始動を目的としてオイルを通すために、環状の隙間４が内側軸３と外側軸２との間の少なくとも一部の領域に設けられる。そのような位相調節器５は、内側軸３を外側軸２に対して相対的に回転させるために公知の方法で用いられる。ここで、内側軸３は、第１のカム６に回転固定するやり方で接続され、外側軸２は第２のカム７に回転固定するやり方で接続される。内側軸３と第１のカム６との間の回転固定による接続は、ピン配置８を用いて行われる。ここでそれぞれの場合において、ピン配置８はピン９を有しており、そのピン９は内側軸３に挿入され、同時に第１のカム６に対して回転固定により接続される。周方向に延びるスロットが、ピン９の軸方向高さで外側軸２に設けられている。内側軸３を外側軸２に対して相対的に回転させる際に、そのスロット内においてピン９は移動可能である。

カム軸１の軸方向において、環状の隙間４を封止可能なように、本発明によれば、外側軸２は、少なくとも一つの径方向内側に突出する環状段差１０を有しており、その環状段差１０を用いることにより、内側軸３が外側軸２に対して取り付けられ、かつ封止される。外側軸２の内側面上に配置された環状段差１０は、たとえば成形工程により比較的簡単に、かつコスト的にも有効に作成され得る。具体的には、外側軸２のプレス絞りの間に、引張りおよび圧縮条件を組み合わせた、すえ込みまたは成形により作成され得る。この環状段差１０を設けることにより、内側軸３が一定の外径で構成され得、その結果、比較的コスト的にも有効に製造され得るという優れた効果が得られる。内側軸３の複雑で高価な事後加工が従来は必要であったが、これにより、そのような加工は通常省略可能になる。

図１および図４を見ればわかるように、外側軸２は、環状段差１０の領域に内側に向かって開いた環状溝１１を有している。その溝に封止リング１２が配置されている。これに対して、図２、図３および図５に示す内側軸３は、外側に向かって開いた溝１１を有しており、その溝１１の中には封止リング１２’が配置され、カム軸１の組み立て時には、環状段差１０の軸方向の高さに封止リング１２’が配置される。溝１１が環状段差１０の領域に設けられるとき、内側軸３の断面積を低減する必要はなくなる。したがって、その軸は、必要最低限の直径に制約され得る。直径は、必要なねじれ抵抗と、第１のカム６のピン配置８（ピン９の直径）のみにより限定される。外側軸２に封止リング１２を取り付けると、後に説明するように、特にカム軸１の組み立て時において効果がもたらされる。この場合、内側軸３は全体としてずっと小さい直径を有し、その直径はねじれ抵抗とピン配置８によってのみ限定されるので、この軸は、従来の技術により公知の内側軸よりもはるかに軽くすることが可能である。図示される内側軸３は、中実の断面を有するように形成されるが、中空の内側軸３ももちろん考えられないわけではない。

封止リング１２、１２’はプラスチック（特にエラストマーやポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ））から形成され得るが、金属製の封止リングももちろん考えられないわけではない。封止リング１２、１２’は、カム軸１を含む内燃機関の動作中に生じる温度のみならず、カム軸１内部の化学的環境にも長時間耐えうる。なお封止リング１２、１２’の材料として上に挙げたプラスチックは単なる例にすぎないことは理解されたい。したがって、他のプラスチックを用いることも可能である。

図１および図５を見ればわかるように、少なくとも一つの環状段差１０は、少なくとも一つの面取りされたエッジ１３を有している。実施の形態によっては二つの面取りされたエッジ１３、１３’を有する場合すらある。これによって、内側軸３を外側軸２に挿入するのが容易になる。同様に、内側軸３の少なくとも一つの端部に斜めの導入面１４を設けることも可能である。この面により、内側軸３を外側軸２に導入することが容易になり、ひいては、カム軸の組み立てそのものが容易になる。たとえば図３から図５に示すように、環状段差１０が外側軸２の軸端領域に位置する場合、環状段差１０は通常、面取りされたエッジ１３を一つだけ有する。

図５ａ〜図５ｄは、本発明によるカム軸１の可能な組み立て方法を示している。この方法の図５ａに示す第１の工程において、アセンブリスリーブ１５がまず内側軸３と同軸になるように位置合わせされる。この場合、内側軸３は、その溝１１’内に封止リング１２’を受けている。次にこの方法の図５ｂに示す工程において、アセンブリスリーブ１５が封止リング１２’そして内側軸３の上から被せられる。次にこの方法の図５ｃに示す工程において、内側軸３がカム軸１の外側軸２の中に挿入される。アセンブリ補助部材１５を内側軸３の上に被せると、アセンブリ補助部材１５は、封止リング１２’を内側軸側面上の溝１１’に押し込む。内側軸３が外側軸２内の最終の位置にいったん到達すると、この方法の図５ｄに示す工程において、アセンブリスリーブ１５が引き抜かれる。すると、封止リング１２’は内側軸３内の溝１１’から少なくとも部分的に立ち上がり、外側軸２の内部側面、すなわち、環状段差１０の内側側面に軸受けされる。

しかしながら、封止リング１２が外側軸２の溝１１に配置される場合には、カム軸の組み立てにあたり、まず封止リング１２が溝１１にはめ込まれる。そして次に内側軸３が外側軸２内に挿入される。内側軸３の連続する外径により、たとえ内側軸を外側軸２内に挿入しても、封止リング１２が破損することはない。したがって、この場合、アセンブリ補助部材１５を完全に省略することができる。

本発明によるカム軸１によれば、その組み立て方法を簡略化できるだけではなく、その重量も大幅に低減し得る。これにより、特に自動車の内燃機関に用いた場合に顕著な効果が得られる。また、径方向環状段差１０は、作成に際して比較的簡単でコスト的にも有効である。これは、従来はその軸方向ほぼ全長にわたって複雑なやり方で事後加工されていた内側軸と比べて、明らかにすぐれたものである。

Claims (10)

1. 管状の外側軸（２）と、前記外側軸（２）と同軸に配置される内側軸（３）であって、前記外側軸（２）に対して少なくともある限定された範囲だけ回転され得る、内側軸（３）と、を有する、カム軸（１）であって、環状の隙間（４）が前記内側軸（３）と前記外側軸（２）との間の少なくとも一部の領域に設けられている、カム軸（１）において、
   前記外側軸（２）は、少なくとも一つの径方向内側に突出する環状段差（１０）を有しており、その環状段差（１０）を用いることにより、前記内側軸（３）が前記外側軸（２）に対して取り付け／封止されることを特徴とする、カム軸。
2. 前記内側軸（３）は一定の外径を有することを特徴とする、請求項１に記載のカム軸。
3. 前記外側軸（２）は前記環状段差（１０）の領域において内側に向かって開いた溝（１１）を有しており、前記溝（１１）の中に封止リング（１２）が配置されることを特徴とする、請求項１または２の記載のカム軸。
4. 前記内側軸（３）は外側に向かって開いた溝（１１’）を有しており、前記溝（１１’）の中には封止リング（１２’）が配置され、前記カム軸の組み立て時には、前記環状段差（１０）の軸方向の高さに配置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載のカム軸。
5. 前記封止リング（１２， １２’）はエラストマーまたはポリテトラフロロエチレン（ＰＴＥＥ）からなることを特徴とする、請求項３または４に記載のカム軸。
6. 前記少なくとも一つの環状段差（１０）は、具体的にはすえ込みにより、前記外側軸（２）を成形することにより作成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載のカム軸。
7. 前記少なくとも一つの環状段差（１０）は少なくとも一つの面取りされたエッジ（１３，１３’）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載のカム軸。
8. 前記内側軸（３）は少なくとも一つの端部において斜めの導入面（１４）を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載のカム軸。
9. 前記環状の隙間（４）は０．２ｍｍから２ｍｍの径方向の厚さを有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一つに記載のカム軸。
10. 前記内側軸（３）は第１のカム（６）に回転固定するやり方で接続され、前記外側軸（２）は第２のカム（７）に回転固定するやり方で接続されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一つに記載のカム軸。

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