JP2017524852A - カムシャフト組立体の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動輪、位相調整器、又は位相調整器の一部などの端部部品（１１）が配置されたキャリアシャフト（１０）を備え、キャリアシャフト（１０）に固定位置に取り付けられた複数のカム要素（１２）を備える、内燃機関のバルブを制御するための使用準備完了カムシャフト（１）の製造方法であって、少なくとも、ａ）キャリアシャフト（１０）及び端部部品（１１）を設ける工程と、ｂ）キャリアシャフト（１０）に端部部品（１１）を接合する工程と、ｃ）使用準備完了状態となるように、カム座（１３）を形成するために少なくともキャリアシャフト（１０）を研削する工程と、ｄ）第１のカム座（１３）に表面形状（１４）を形成する工程と、ｅ）使用準備完了特性を有するカム要素（１２）を配設する工程と、ｆ）表面形状（１４）を備えるカム座（１３）にカム要素（１２）を取り付ける工程と、ｇ）必要なカム要素（１２）数に対応する回数だけ工程ｄ）〜ｆ）を繰り返す工程と、を含む方法に関する。【選択図】図５

Description

本発明は、駆動輪、位相調整器、又は位相調整器の一部などの端部部品が配置されたキャリアシャフトを有し、キャリアシャフトに位置固定的に取り付けられた複数のカム要素を有する、内燃機関のバルブを制御するための使用準備完了カムシャフトの製造方法に関する。

使用準備完了カムシャフトの製造方法は、たとえば国際公開第２０１２／０３１７７０号（特許文献１）から周知であり、キャリアシャフトにカム要素を接合するため、キャリアシャフトの冷却及びカム要素の加熱を行って、カムシャフトの穴にキャリアシャフトを押し通すことができるようにしている。続いてさらにキャリアシャフトを加熱し、さらにカム要素を冷却しなければならない。その結果、形状の温度変化の結果として生じる締まりばめで、カム要素がキャリアシャフトに固定される。しかし、加熱及びそれに続く冷却は不利であり、ツーリングの点で高額の費用を必要とし、連続的な非開閉式の軸受溝を、たとえばカムシャフトモジュール内に設けて、軸受溝キャリアシャフトを押し通すべき内燃機関のシリンダヘッドに配置する場合に、特に実施される。多くの場合、カム要素をキャリアシャフト上で位置合わせするためには、さらなる機械加工工程が必要であり、さらなる機械加工工程は同様に避けるべきである。

ドイツ特許出願公開第３７１７１９０号明細書（特許文献２）は、キャリアシャフトの外表面に形成された、準備されたカム座へのカム要素の取付方法の基本原理を示す。カム座は、カム座を形成しないキャリアシャフトの部分と比べて、増加した直径を有する部分を形成する。ここで、ハブ連結部に塑性変形を生じながら、カム座にカム要素を押し込むことが提案されている。この場合、カム座は、ローラバニシング加工又は圧延加工によって製作し、たとえば環状溝構造を形成する。カム座を形成するための拡張領域は、低い精度しか見込めないマンドレルツールを使用して製作するはずである。使用準備完了カムシャフトを製造するためには、続いて、焼結材から製作されるカム要素を、たとえば研削加工及び／又は研磨加工によって仕上げ機械加工しなければならない。

国際公開第２０１２／０３１７７０号 独国特許出願公開第３７１７１９０号明細書

多くの場合、カムシャフトは、たとえば牽引機構用の駆動輪の形の端部部品、すなわち、スプロケット、ベルトプーリ、又はベルトプーリ用の取付フランジなどを備える。端部部品は、キャリアシャフトに締結してもよく、たとえば、位相調整器又は位相調整器の少なくとも一部をさらに形成してもよい。このような端部部品は、キャリアシャフトに対して正確に位置合わせしなければならず、端部部品及びキャリアシャフトを、これらが互いに対して特に位置誤差及び同心度誤差がないように設けるためには、異なるチャッキング設定における複数の切削機械加工工程が必要である場合が多い。

本発明の目的は、熱接合工程を伴わない使用準備完了カムシャフトの製造方法を改良することであり、使用準備完了カムシャフトをできるだけ少ない工程で容易に提供可能であることが求められる。

上記目的は、請求項１の前提部分による使用準備完了カムシャフトの製造方法から進展して、同請求項の特徴的特性とともに達成される。本発明の有利な改良を、従属請求項に明記する。

上記目的を達成するため、本発明による方法は、少なくとも
ａ）キャリアシャフト及び端部部品を設ける工程と、
ｂ）キャリアシャフトに端部部品を接合する工程と、
ｃ）使用準備完了状態を確立するように、カム座を形成するために少なくともキャリアシャフトを研削する工程と、
ｄ）第１のカム座に表面形状を導入する工程と、
ｅ）使用準備完了特性を有するカム要素を配設する工程と、
ｆ）表面形状を備えるカム座にカム要素を取り付ける工程と、
ｇ）必要なカム要素数に対応する回数だけ工程ｄ）〜ｆ）を繰り返す工程と、
を含む。

本発明による方法を使用することで、熱接合方法を伴わない使用準備完了カムシャフトを、簡単な方法で製造することが可能である。具体的には、あらかじめ仕上げ機械加工したカム要素を配設することが可能である。使用準備完了状態を確立するように研削された、少なくともキャリアシャフトと、さらには端部部品とによって、たとえば、キャリアシャフト上の軸受箇所も研削機械加工によりあらかじめ機械加工し、それによって、工程ｄ）〜ｆ）によって製造した対応する数のカム要素を有するカムシャフトを、さらなる機械加工に出す必要がないという利点を達成することができる。最後のカム座に最後のカム要素を取り付けた後、カムシャフトを使用準備完了状態で提供して、たとえばシリンダヘッド又はカバーモジュールに装着することができる。工程ｄ）〜ｆ）によってカム要素とともに設けてもよいスペーサ要素、軸受リングなどの取り付けについては、記載しない。

具体的には、工程ｃ）は、使用準備完了状態を確立するための端部部品の機械加工、特に研削機械加工に好適である。使用準備完了状態を確立するための研削の前に、キャリアシャフトに端部部品を接合したという事実によって、組み立てた状態のキャリアシャフトと、加えて端部部品とを、研削機械加工工程によって仕上げ機械加工し、それによって、１つのチャッキング設定、たとえば１つの研削設備において、使用準備完了状態を確立することが可能である。

キャリアシャフトの研削は、カム座の機械加工と、キャリアシャフト上に形成され、カム座の間に又はカム座に隣接して形成された、軸受箇所の仕上げ機械加工とを含む。具体的には、使用準備完了状態を確立するための、キャリアシャフトの研削、及び特に端部部品の研削を、研削設備上で行ってもよく、続いて、研削されたキャリアシャフト及び端部部品から構成される組立体を、カム取付設備へ移動し、少なくとも表面形状の導入及びカム要素の取り付けを、カム取付設備によって行うことができる。表面形状の導入は、たとえばローラバニシングツールによって行ってもよい。研削機械加工工程によってカム座を準備したという事実によって、それに対応して表面形状を正確に生成することにより、最終研削工程及び／又は最終研磨工程などによりさらなる仕上げ機械加工を行う必要がないほどの正確さで、カム要素の取り付けを行うことが可能である。カム座の研削機械加工、及びローラバニシングツールによる目的とする表面形状の生成によって、結果として、あらかじめ仕上げ機械加工したカム要素を配設することが可能である。

カム取付設備上での表面形状の導入及びカム要素の取り付けのため、端部部品をカム取付設備においてクランプしてもよく、キャリアシャフトを心押し台によって端部部品の反対側でクランプするとしてもよい。

カム要素は、配設及び表面形状を備えるカム座への取り付けのため、全てのカム要素の接合工程の間、心押し台をキャリアシャフトに配置したままで、心押し台上を案内され、それによってキャリアシャフトに容易に通されることができる。このように、カム座にカム要素を取り付ける工程が大幅に簡略化される。この目的のため、心押し台は、カム要素内の穴より小さい直径を有してもよい。

カム要素の各取り付け工程前に、カム座を表面機械加工するという事実によって、力をかけずに、特に接触することなく、カム要素を前方のカム座上に案内することができるという利点が達成される。表面形状の導入は、この場合、たとえばキャリアシャフト上の端部部品に面する第１のカム座で行う。表面機械加工していないカム座にカム要素を押し込む必要なく、心押し台を取り付けたキャリアシャフトの自由端を越えて、キャリアシャフトにカム要素を通すことができる。関連するカム座にカム要素を取り付ける前にのみ、ローラバニシングツールがカム座に作用して、表面形状を生成し、それによって、表面形状を有するカム座にカム要素を保持的に取り付け、特に圧入することができる。

使用準備完了特性を有するカム要素の配設のため、カム要素は、キャリアシャフトへの取り付け前に、最終寸法に研削し、及び／又は表面仕上げ機械加工することができ、特にキャリアシャフト上での後の方向に対応する回転方向を有してもよいという事実に、本発明による方法の特定の利点がある。非常にまれな場合に限り、ローラバニシング径の繰り返し精度が不十分な場合には、ここで電気機械アクスル又は較正ツールを使用することが必要な場合もある。しかし、基本的に、本発明による方法によって、カム要素の取り付け後に、カムシャフトが使用に十分な精度を示すことを明らかにすることができた。具体的には、表面のゆがみ又は変形をもたらし得る熱接合方法を使用しない場合、あらかじめ仕上げ機械加工し、場合によりコーティングもした構成要素を設けてもよい。カム要素と同様に、キャリアシャフトに付される軸受リングなどのさらなる要素を、表面仕上げ機械加工及び／又はコーティングすることも可能である。

比較的新しい技術の使用により、十分に研削されたカム要素をキャリアシャフトに取り付けることが可能であり、このようにして、カム要素に関連する全ての工程段階を、組み立て工程前に行うことが可能である。このような状況において、カム要素を研削するだけでなく、たとえば、キャリアシャフトに圧入する前にあらかじめコーティングもしてよい。このような方法の場合、たとえば、カム要素を、互いに隣接し一体として位置した状態で研削し、必要な場合にはたとえばコーティング加工によって仕上げ機械加工する。その後、カム要素を一体として、すなわち、たとえばマンドレル又は他のキャリア要素に通して互いに隣接して位置した状態で、コーティングすることが可能であり、それにより、軌道だけをコーティングし、側面はコーティングしない。コーティング後、カム要素を直接配設して、表面プロファイリングを有するカム座に取り付けてもよい。

コーティングは、たとえば、「ダイヤモンドライクカーボンコーティング」を意味するＤＬＣコーティングを含んでもよい。

たとえば、使用準備完了状態を確立するためのカム座の研削中に、カム座上に一体的に形成されるように挿入ベベルを設けてもよく、それにより、カム要素が表面プロファイリングのないカム座上を進むことが容易になる。

本発明を向上させるさらなる手段について、本発明の例示的な実施形態に照らし、好ましい方法手順の説明とともに図面に基づいて、より詳細に述べる。

方法工程ａ）により設けることができる、非研削面を有するキャリアシャフトを示す。 方法工程ｂ）に明記した、非研削面とキャリアシャフトの端側に配置された端部部品とを有するキャリアシャフトの図を示す。 使用準備完了状態を確立するために研削された、すなわちキャリアシャフトにカム座が形成された状態の、キャリアシャフト及び端部部品から構成される組立体を示す。 詳細には図示しない方法で、端部部品をカム取付設備においてクランプし、キャリア管を心押し台によって端部部品に対して反対側で保持した、端部部品を有するキャリアシャフトの組立体を示す。 端部部品を有するキャリアシャフトの概略図を示し、キャリアシャフトにカム要素を取り付け中であり、カム座に表面形状を導入中であって、その目的のためにローラバニシングツールを概略的に示す。

図１は、非研削面１８を有するキャリアシャフト１０を概略的に示し、キャリアシャフト１０は中空軸形状であり、中心軸１７に沿って延びる空洞１９を備える。したがって、キャリアシャフト１０は、中心軸１７を中心に回転対称に延び、たとえば棒状材から剪断してもよい、重量を最小化した管を形成する。

図２は、キャリアシャフト１０及び端部部品１１から構成される組立体を示し、端部部品１１は、駆動輪、位相調整器、又は位相調整器の一部などであってもよく、本発明の文脈においては、端部部品１１は使用準備完了カムシャフトの一部である。端部部品１１の締結のため、端部部品１１は、一例としてキャリアシャフト１０内の空洞１９に挿入される突出部２０を備え、他の方法で、たとえば粘着接合加工又は連結要素によって、端部部品１１をキャリアシャフト１０にさらに締結してもよい。ここで、キャリアシャフト１０は非研削面１８を備え、端部部品１１もまた、非研削面、特に未処理面を備えてもよい。たとえば、以下に述べるように、組み立てた状態のキャリアシャフト１０及び端部部品１１の両方の研削機械加工を、共通のチャッキング設定で行うことから、位置公差及び寸法公差に関係なく、端部部品１１を簡単な方法でキャリアシャフト１０に接合することができる。

図３は、研削した状態のキャリアシャフト１０及び端部部品１１から構成される組立体を示す。キャリアシャフト１０及び端部部品１１の使用可能状態をもたらすための研削機械加工の結果として、キャリアシャフト１０の外側にカム座１３の列を示す。一例として、２つの軸受箇所１５も示し、軸受箇所１５はカム座１３の直径より小さい直径を有する。詳細には図示しない方法で、端部部品１１を切削機械加工することも可能であり、端部部品１１は、駆動輪、センサディスク、位相調整器の一部などを形成する。

図４は、図３によるキャリアシャフト１０及び端部部品１１から構成される組立体の改良として、カム取付設備上でのチャッキング設定における組立体を示し、詳細には図示しない方法で、端部部品１１をクランプしてもよく、キャリアシャフト１０を端部部品１１に対して反対側で心押し台１６に保持する。心押し台１６は、たとえば端側で空洞１９に挿入する。このチャッキング設定において、キャリアシャフト１０及び端部部品１１から構成される組立体は、中心軸１７を中心に回転させることができる。

最後に、図５は、キャリアシャフト１０及び端部部品１１から構成される組立体を示し、第１のカム座１３は、概略的に図示したローラバニシングツール２１によってあらかじめ機械加工して、カム要素１２を装着しており、端部部品１１に隣接した左側のカム座１３は、表面形状１４を有する。ローラバニシングツール２１は、一例として、ローラバニシングツール２１によってカム座１３上に複写される溝構造で示し、一例として、キャリアシャフト１０を中心軸１７を中心に回転させる間カム座１３に押し付けられる２重配置で示す。ローラバニシングツール２１は、一例として、同様にあらかじめ表面形状１４を有する第２のカム座１３上に示す。

第１のカム座１３に取り付けた状態のカム要素１２を示し、さらなるカム要素１２を、一例として心押し台１６上に示し、そこに配設する。ローラバニシングツール２１によって、次のカム座１３に表面形状１４を導入したとき、当該座１３にさらなるカム要素１２を取り付けることができる。

ここで、使用準備完了状態を確立するため、カム要素１２をあらかじめ仕上げ機械加工し、かつ、たとえばコーティングしてある場合もある。

図１〜５の順で、示してある例示的実施形態に基づいて、使用準備完了カムシャフト１の製造方法を以下のように説明することができる。

方法工程ａ）において、図１によるキャリアシャフト１０を設け、さらなる方法工程ｂ）において、図２に示すように、キャリアシャフト１０に端部部品１１を接合することができる。

さらなる方法工程ｃ）において、使用準備完了状態を確立するように少なくともキャリアシャフト１０の研削を行ってもよく、それによって、図３によるカム座１３を形成する。ここで、使用準備完了状態を確立するための研削の間、キャリアシャフト１１だけでなく端部部品１１を研削機械加工してもよい。ここで、使用準備完了状態を確立するための研削は、使用準備完了状態を確立するための軸受箇所１５の形成をさらに含む。

図４において、キャリアシャフト１０及び端部部品１１から構成される組立体を、研削設備（図３）からカム取付設備（図４及び図５）へと移動する。ここで、図４は、カム取付設備の一部としてチャッキング設定に役立つ心押し台１６を示し、詳細には図示しない方法で、端部部品１１をクランプすることができ、それによって、キャリアシャフト１０及び端部部品１１から構成される組立体の明確なチャッキング設定を実現することができる。

さらなる方法工程ｄ）、ｅ）、ｆ）、及びｇ）において、図５に示すように、ローラバニシングツール２１によって、表面形状１４の導入を初めに実施することが可能であり、研削機械加工工程によって準備したカム座１３に表面形状１４を施す。続いて、心押し台１６の領域に示すように、使用準備完了特性を有するカム要素１２を配設し、カム要素１２は矢印の方向に沿ってキャリアシャフト１０上を案内されることができ、表面形状１４を備えるカム座１３へのカム要素１２の取り付けを、方法工程ｆ）のとおり実施することができる。

方法工程ｇ）のとおり、対応する数のカム要素１２をキャリアシャフト１０に取り付けるまで、工程ｄ）〜ｆ）を繰り返してもよく、４つのカム座１３が設けられることから、例示的実施形態に示すように、たとえば取り付けを全部で４回実施することが可能である。

本発明は、その実施形態について、上記で特定した好ましい例示的実施形態に制限されない。むしろ、根本的に異なる実施形態の場合であっても、提示した解決方法を使用する多くの変形が考えられる。構造的詳細及び空間的配置を含めた、特許請求の範囲、明細書、又は図面から明らかになる全ての特徴及び／又は利点は、単独でも、様々に組み合わせても、本発明に不可欠である。

１ カムシャフト
１０ キャリアシャフト
１１ 端部部品
１２ カム要素
１３ カム座
１４ 表面形状
１５ 軸受箇所
１６ 心押し台
１７ 中心軸
１８ 非研削面
１９ 空洞
２０ 突出部
２１ ローラバニシングツール

Claims (9)

1. 駆動輪、位相調整器又は位相調整器の一部などの端部部品（１１）が配置されたキャリアシャフト（１０）を有し、位置を固定するように前記キャリアシフト（１０）に取り付けられた複数のカム要素（１２）を有する、内燃機関のバルブを制御するための使用準備完了カムシャフト（１）の製造方法であって、少なくとも、
   ａ）前記キャリアシャフト（１０）及び前記端部部品（１１）を設ける工程と、
   ｂ）前記キャリアシャフト（１０）に前記端部部品（１１）を接合する工程と、
   ｃ）使用準備完了状態を確立するように、複数のカム座（１３）を形成すべく少なくとも前記キャリアシャフト（１０）を研削する工程と、
   ｄ）第１のカム座（１３）に表面形状（１４）を導入する工程と、
   ｅ）使用準備完了特性を有するカム要素（１２）を配設する工程と、
   ｆ）前記表面形状（１４）が設けられた前記第１のカム座（１３）に前記カム要素（１２）を取り付ける工程と、
   ｇ）必要な数のカム要素（１２）に対応する回数だけ工程ｄ）〜ｆ）を繰り返す工程と、
   を含む方法。
2. 前記工程ｃ）が、使用準備完了状態を確立するために前記端部部品（１１）を機械加工すること、特に研削機械加工することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記キャリアシャフト（１０）を研削することが、前記複数のカム座（１３）を機械加工することと、前記キャリアシャフト（１０）に形成され、前記複数のカム座（１３）の間に又は該複数のカム座（１３）に隣接して形成された、軸受箇所（１５）を仕上げ機械加工することと、を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 使用準備完了状態を確立するために、前記キャリアシャフト（１０）、特に前記端部部品（１１）を研削することが、研削設備上で行われ、少なくとも前記表面形状（１４）を導入すること、及び、前記カム要素（１２）を取り付けることが、カム取付設備上で行われる、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
5. カム取付設備上での前記表面形状（１４）の前記導入及び前記カム要素（１２）の前記取り付けのため、前記端部部品（１１）が前記カム取付設備においてクランプされ、
   前記キャリアシャフト（１０）が心押し台（１６）によって前記端部部品（１１）の反対側でクランプされる、請求項４に記載の方法。
6. 前記配設のために、及び、前記表面形状（１４）を備える前記複数のカム座（１３）への前記取り付けのために、全ての前記カム要素（１２）の前記接合工程の間、前記心押し台（１６）が前記キャリアシャフト（１０）に配置されたままとなるように、前記カム要素（１２）が前記心押し台（１６）上を案内される、請求項５に記載の方法。
7. 使用準備完了特性を有する前記カム要素（１２）の前記配設のため、前記カム要素（１２）が、前記キャリアシャフト（１０）に取り付けられる前に最終寸法に研削され、及び／又は、表面仕上げ機械加工され、特に前記キャリアシャフト（１０）上での後の方向に対応する回転方向を有する、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 使用準備完了特性を有する前記カム要素（１２）の前記配設のため、前記カム要素（１２）が、前記キャリアシャフト（１０）に取り付けられる前にコーティングされる、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の方法。
9. 前記カム要素（１２）が、使用準備完了状態を確立するための前記研削によって生成された前記複数のカム座（１３）の直径より、わずかに大きい直径を有する穴を備える、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の方法。

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