JP2896678B2 - 多層中空駆動軸 - Google Patents

多層中空駆動軸

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JP2896678B2 JP1005053A JP505389A JP2896678B2 JP 2896678 B2 JP2896678 B2 JP 2896678B2 JP 1005053 A JP1005053 A JP 1005053A JP 505389 A JP505389 A JP 505389A JP 2896678 B2 JP2896678 B2 JP 2896678B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも２つの同心の層から成りかつ駆
動要素が固定される多層中空駆動軸に関する。
〔従来の技術〕
このようなものの従来例として、ヨーロッパ特許第EP
−Ａ−0213529号公報において、中空軸に駆動要素（例
えば、カム、歯車、軸受シェル）を固定する方法が提案
されている。これは、市販のパイプから成る中空軸に駆
動要素を嵌め込み、駆動要素の下に位置するパイプ部分
を拡張して、駆動軸をパイプに固定する方法である。こ
の場合、パイプ自体の材料は塑性変形されるが、要素の
材料は弾性的にのみ復元可能に変形され、かくして、駆
動要素の材料の弾性復帰、所謂「スプリングバック」に
よって、中空軸に対して強固な嵌め合いが達成される。
また、未公開の西ドイツ特許出願第P3633435.9号およ
び第P3717516.5号において、出願人は、更に、部材間に
空転のない予備緊張状態による応力結合を達成するた
め、パイプおよび駆動要素の材質（特に、弾性率および
降伏点）に依存して幾何学的条件（例えば、パイプの内
径および外径）を定める設計基準を提示している。
〔発明が解決しようとする課題〕
特に、自動車エンジンのカムシャフトに本発明を適用
する場合、上記設計基準に基づく必要なかつ正確な部材
寸法は、構造的理由または重量的理由から、必ずしも満
足した結果が得られないと言うことが判った。更に、望
ましい軽量化のために、中空軸の半径方向外側層は、ね
じり応力に対して、内側層よりも大きい抵抗モーメント
を示すことが重要である。
本発明の目的は、中空軸および駆動要素の可能な寸法
が上記設計基準を順守できない場合も、上述の中空駆動
軸に駆動要素を十分に確実に固定できるよう、上記駆動
軸を改良することにある。
更に、捩じり応力および曲げ応力に鑑みて、使用材料
の強度性質を最適に利用することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、本発明の第１の構成によれば、前記多層
中空軸が、少なくとも２つの同心の層から形成され、か
つその外側層が、内側層よりも高い強度を有する材料に
より構成し、前記駆動要素を該多層中空駆動軸に力結合
により相互に固定するために、前記内側層の内部に加圧
流体を導入して半径方向外側に向けて拡張し、前記駆動
要素および外側層を半径方向外方に向けて弾性変形させ
ると同時に前記内側層を塑性変形せしめ、しかる後、加
圧流体を排除して前記駆動要素および外側層を弾性復帰
せしめると同時にこれら弾性変形された駆動要素および
外側層と塑性変形された前記内側層との間で半径方向に
おいて互いに予備緊張状態を生ぜしめ、弾性変形した外
側層と塑性変形した内側層とを、該多層中空駆動軸の長
手方向の全域に亘って相互に前記駆動要素と共に力結合
したことにより達成される。
また、上記課題は本発明の第２の構成によれば、少な
くとも２つの同心の層から成り且つ駆動要素が固定され
る多層中空駆動軸において、前記少なくとも２つの同心
の層の外側層が内側層よりも高い強度の材料により構成
され、前記駆動要素を該多層中空駆動軸に力結合により
相互に固定するために、前記内側層の内部に加圧流体を
導入して半径方向外側に向けて拡張し、前記駆動要素を
半径方向外方に向けて弾性変形させると同時に前記内側
層および外側層とを塑性変形せしめ、しかる後、流体圧
力を解放して前記駆動要素を弾性復帰せしめると同時に
この弾性変形された駆動要素と塑性変形された前記内側
層および外側層との間で半径方向において互いに予備緊
張状態を生ぜしめ、同時に、外側層と内側層との間にお
いても半径方向において互いに予備緊張を状態を生ぜし
めたことにより達成される。上記した本発明による構成
によれば、多くの用例において、２層構造で十分である
が、多くの目的のために、即ち、さもなければ相互に結
合不可能なまたは結合困難な材料を相互に結合する場
合、多数の層（例えば、金属／合成樹脂／金属、又は、
金属／セラミックス／金属の組み合わせ）も考え得る。
さらに、上記課題は、本発明の第３の構成によれば、
少なくとも２つの同心の層から成りかつ駆動要素が固定
される多層中空駆動軸において、前記少なくとも２つの
同心の層の外側層が、内側層よりも高い強度の材料によ
り構成され、前記多層中空駆動軸が、さらに該内側層の
内側に設けられた支持環を具備しており、該外側層と該
内側層とが、予め互いに予備緊張状態にされており、前
記支持環が、その内側に導入された加圧流体による半径
方向外方に向けた拡張により塑性変形されると同時に前
記駆動要素、該多層中空管の外側層及び該内側層のいく
つかが、前記半径方向拡張により弾性変形され、しかる
後、流体圧力を解放し、弾性変形された駆動要素並びに
中空管のいくつかを弾性復帰せしめて互いに予備緊張状
態を生ぜしめ、これら弾性変形された駆動要素並びに中
空管のいくつかを塑性変形された支持環上で力結合した
ことにより達成される。
上記した本発明による上記２つの構成において、多層
中空軸上に駆動要素を確実に固定するために、特定の軸
方向に沿った必要最小限の区間にわたって中空軸を塑性
変形する必要がある。即ち、上記観点および抵抗モーメ
ントの最適活用の観点から、外側層が内側層よりも重い
材料からなる構成が好ましい。具体的には、外側層が、
高強度鋼から成りかつ内側層がアルミニウムから成る材
料の組み合わせ、外側層が高強度鋼から成りかつ内側層
がチタンから成る材料の組み合わせ、外側層が高強度鋼
から成りかつ内側層が合成樹脂からなる材料の組み合わ
せ、及び、外側層が高強度鋼から成りかつ内側層が低強
度鋼から成る材料の器見合せ等の各種材料を組み合わせ
て使用する事が可能である。
更に、独立した作業工程において、または駆動要素を
固定するために軸を半径方向に拡張する途中で、内側層
をそれぞれの外側層の中で可塑的に半径方向に拡張する
ことも可能である。
また、本発明の第３の構成において、中空軸が固定す
べき駆動要素の範囲内で段階的にのみ拡張されるような
駆動軸の好ましい組立てに対して、中空軸の全部の層が
可塑的であり、駆動要素自体だけが弾性領域内で専ら拡
張されることも可能である。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面に従って以下に説明する。
図面はカム軸の長さ方向の断面図である。多層中空軸
１にはカム２および端部フランジ３が固定されていて、
中空軸１は、カム２および駆動要素３（ここではカム２
と端部フランジ３）が占める外周範囲内で、内側から加
圧流体ゾンデ７（拡張器具）により半径方向に瞬間的に
拡張されて固定される。
中空軸１は、重量軽減のために、高強度の材料、例え
ば鋼製の外側層５と、低強度の材料、例えばアルミニウ
ム製の内側層５とから構成することができる。そして外
側層５は、その強度および表面とにより、再加工するこ
となく、図示していない滑り軸受またはコロ軸受の対向
部材として使用可能に製造することができる。
カム２および端部フランジ３の固定は、中空軸内に導
入される加圧流体ゾンデ７により、１工程の作業で行う
のが好ましく、該ゾンデの内部には、分岐管を有する流
路８を介して加圧流体が拡張領域９に導入され、この領
域は環状パッキン10によって軸方向に規制されている。
ここで中空軸１の対応する範囲は塑性変形するが、カ
ム２および端部フランジ３は弾性範囲内でのみ変形する
ので、拡張作業終了時には弾性復帰（スプリングバッ
ク）力により元に戻り、各部材の間には、力で封止した
強固な摩擦結合である、所謂「力結合」が生じる。
各部材の寸法やその材料特性が十分な伸長を生じては
ならない場合は、別途その内側に支持環４を設けること
が可能であり、この場合、中空軸１の少なくとも個々の
可塑性を有する内外層5,6は駆動要素2,3と同様に弾性的
に変形することが可能となる。
〔発明の効果〕
特に、本発明による多層中空駆動軸は、さほど正確で
ない外形寸法の中空管部材、特に全く異なった材質の中
空管を重ね合わせて１本の中空管として使用しても、
「力結合」による接合の確実さにより、カム等の駆動要
素との安定かつ堅固な結合が得られる。また外側層を、
重量の軽い材料を使用した内側層に対して、これよりも
大きい捩じれ抵抗モーメントを示す高強度或いは高剛性
の材料を使用することにより機械的強度を損なうことな
く軽量なカムシャフトを得ることが可能であり、またそ
の組立ても実質的に拡張作業のみの一工程で済むと言っ
た簡便さが得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例を示す断面図である。 〔図中の符号〕 １……中空軸、 ２……カム、 ３……端部フランジ、 ４……支持環、 ５……中空軸、 ６……中空軸の内側層、 ７……ゾンデ、 ８……圧力液体流路、 ９……拡張領域、 10……パッキン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−189830（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−59062（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−157780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−132325（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−94210（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−21612（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16C 3/02 F16H 53/02

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも２つの同心の層（5,6）から成
    りかつ駆動要素（2,3）が固定される多層中空駆動軸
    （１）において、 前記多層中空軸（１）が、少なくとも２つの同心の層
    （5,6）から形成され、かつその外側層（５）が、内側
    層（６）よりも高い強度を有する材料により構成し、 前記駆動要素を該多層中空駆動軸に力結合により相互に
    固定するために、前記内側層の内部に加圧流体を導入し
    て半径方向外側に向けて拡張し、前記駆動要素および外
    側層を半径方向外方に向けて弾性変形させると同時に前
    記内側層を塑性変形せしめ、 しかる後、流体圧力を解放して前記駆動要素および外側
    層を弾性復帰せしめると同時にこれら弾性変形された駆
    動要素および外側層と塑性変形された前記内側層との間
    で半径方向において互いに予備緊張状態を生ぜしめ、弾
    性変形した外側層と塑性変形した内側層とを、該多層中
    空駆動軸の長手方向の全域に亘って相互に前記駆動要素
    と共に力結合したことを特徴とする多層中空駆動軸。
  2. 【請求項２】前記内側層（６）が、アルミニウム、チタ
    ン、合成樹脂、または低強度鋼から成ることを特徴とす
    る請求項１に記載の多層中空駆動軸。
  3. 【請求項３】少なくとも２つの同心の層（5,6）から成
    り且つ駆動要素（2,3）が固定される多層中空駆動軸
    （１）において、 前記少なくとも２つの同心の層（5,6）の外側層（５）
    が内側層（６）よりも高い強度の材料により構成され、 前記駆動要素を該多層中空駆動軸に力結合により相互に
    固定するために、前記内側層の内部に加圧流体を導入し
    て半径方向外側に向けて拡張し、前記駆動要素を半径方
    向外方に向けて弾性変形させると同時に前記内側層およ
    び外側層とを塑性変形せしめ、 しかる後、流体圧力を解放して前記駆動要素を弾性復帰
    せしめると同時にこの弾性変形された駆動要素と塑性変
    形された前記内側層および外側層との間で半径方向にお
    いて互いに予備緊張状態を生ぜしめ、同時に、外側層と
    内側層との間においても半径方向において互いに予備緊
    張を状態を生ぜしめたことを特徴とする多層中空駆動
    軸。
  4. 【請求項４】少なくとも２つの同心の層（5,6）から成
    りかつ駆動要素（2,3）が固定される多層中空駆動軸
    （１）において、 前記少なくとも２つの同心の層（5,6）の外側層（５）
    が、内側層（６）よりも高い強度の材料により構成さ
    れ、 前記多層中空駆動軸（１）が、さらに該内側層（６）の
    内側に設けられた支持環（４）を具備しており、 該外側層（５）と該内側層（６）とが、予め互いに予備
    緊張状態にされており、 前記支持環（４）が、その内側に導入された加圧流体に
    よる半径方向外方に向けた拡張により塑性変形されると
    同時に前記駆動要素（2,3）、該多層中空管の外側層
    （５）及び該内側層（６）のいくつかが、前記半径方向
    拡張により弾性変形され、 しかる後、流体圧力を解放し、弾性変形された駆動要素
    並びに中空管のいくつかを弾性復帰せしめて互いに予備
    緊張状態を生ぜしめ、 これら弾性変形された駆動要素並びに中空管のいくつか
    を塑性変形された支持環（４）上で力結合したことを特
    徴とする多層中空駆動軸。
JP1005053A 1988-01-14 1989-01-13 多層中空駆動軸 Expired - Lifetime JP2896678B2 (ja)

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