JP3387938B2 - カムシャフト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、シャフトの外周面のカ
ム固定箇所が凹凸形状に形成され、この凹凸部にカムが
圧入されてなるカムシャフトに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、シャフトの外周に、別体のカムを
嵌合して製造されるカムシャフトとしては、以下のよう
なものが知られている。 【０００３】（１）軸線方向に延びるキー溝をシャフト
の外周に複数形成すると共に、カムのシャフト孔の内面
にはキー突条を形成し、これらのキー溝とキー突条を噛
み合わせてシャフトにカムを取り付けた上に、これらの
間隙にロウ材を充填して固定する。 （２）カムのシャフト孔に中空シャフトを通し、カムを
位置決めした後、中空シャフトのカム固定部を膨出させ
てカムを固定する。 （３）上記（２）と同様に全てのカムを位置決めした
後、中空シャフトを全長にわたって拡管し、全てのカム
を同時に固定する。 【０００４】ところが、上記（１）のカムシャフトで
は、シャフトのキー溝とカムのキー突条との相対位置に
高い寸法精度が要求されるため、これらのキー溝及びキ
ー突条の形成に手間がかかり、生産性の向上の点で障害
となる上に、多大なコストがかかるという問題があっ
た。また、上記（２）と（３）のカムシャフトでは、カ
ム固定作業に手間がかかり生産コストが高い上に、カム
には恒久的に大きな応力が加わるので、製造コストの安
い焼結体製のカムは耐久性及び信頼性の点で使用するこ
とが難しく、この点からも生産コストが高くつく問題が
あった。 【０００５】そこで、本出願人は、上記問題を解消する
ためのものとして、新規のカムシャフトについて提案し
た（特願昭６３−２９４４８３号ないし特願昭６３−２
９４４８６号参照）。このうち、特願昭６３−２９４４
８６号に記載のカムシャフトについて簡単に説明する
と、外周面のカム固定箇所に、周方向に延びる溝及びこ
れらの溝の周囲に盛り上がる突条が形成されたシャフト
と、上記シャフトの本体部より大径でかつ上記突条の外
径よりも小径なシャフト孔が形成されると共に、このシ
ャフト孔の内面には、軸線方向に延びる複数のキー突条
が形成された１以上のカムとから構成され、上記カムの
シャフト孔にシャフトのカム固定箇所を圧入し、シャフ
ト孔のキー突条でシャフトの突条にキー溝を形成すると
共に、各突条をシャフト孔の内面に圧着させることによ
り、カムが固定されているものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記カ
ムシャフトにあっては、外周面のカム固定箇所に、周方
向に延びる溝及びこれらの溝の周囲に盛り上がる突条が
形成されたシャフトにカムを圧入する際の抵抗が大き
く、圧入がやりにくいという問題がある。また、圧入時
の抵抗を減らすために、上記突条の径方向への突出量を
少なくすると、カム組み付け後の組付強度が十分に確保
されないという問題がある。 【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、カムをシャフトに圧入す
る際に、圧入しやすい上に、所望の組付強度を安定的に
確保することができるカムシャフトを提供することにあ
る。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シャフトの外周面のカム固定箇所が凹凸
形状に形成され、この凹凸部にカムが圧入されてなるカ
ムシャフトにおいて、上記凹凸部が、上記シャフトの軸
線に対して所定角度傾斜して形成された複数の第１の溝
と、これらの第１の溝に隣接しかつ上記シャフトの軸線
に直交して形成された第２の溝とから構成されたもので
ある。 【０００９】 【作用】本発明のカムシャフトにあっては、シャフトの
軸線に対して所定角度傾斜して形成された複数の第１の
溝によって、圧入時の抵抗が低減されて、カムのシャフ
トへの圧入が円滑に行われ、組付強度が安定すると共
に、第１の溝に隣接しかつ上記シャフトの軸線に直交し
て形成された第２の溝によって、圧入の際に生じる切粉
が第２の溝内に封じ込められて外部に排出されない。 【００１０】 【実施例】以下、図１ないし図５に基づいて本発明の実
施例を説明する。 【００１１】図１ないし図４において符号１は金属（例
えば、鋼、アルミ等）製の中空シャフトであり、この中
空シャフト１の各カム固定箇所１Ａには、焼結体製のカ
ム２が互いに所定間隔離間しかつ所要角度を保持して固
定されている。上記各カム固定箇所１Ａには、図１に示
すように、カム２の固定に先立って、多数の第１の溝３
Ａが中空シャフト１の軸線に対して所定角度傾斜して転
造により形成され、これにより溝３Ａどうしの間隙が盛
り上がり、第１の突条４Ａとなっている。そして、これ
らの第１の突条４Ａの両端に隣接しかつ上記中空シャフ
ト１の軸線に直交して第２の溝３Ｂが上記中空シャフト
１に転造により形成され、これにより溝３Ｂどうしの間
隙が盛り上がり、第２の突条４Ｂとなっている。ここ
で、上記中空シャフト１のシャフト本体部１Ｂの外径Ｄ
１は、１８ｍｍ以上に設定されるのが望ましい。その理
由は、外径Ｄ１が１８ｍｍより小さいと、カム２との接
合面積が小さいため、組付強度が安定しないからであ
る。また、上記中空シャフト１の表面粗さは、１００μ
ｍ以下に設定されている。その理由は、表面粗さが１０
０μｍを超えると、滑らかな転造山が形成されず、組付
強度が安定しないからである。さらに、中空シャフト１
のシャフト本体部１Ｂの外径Ｄ１と上記各突条４Ａ，４
Ｂの外径Ｄ２との差は、０．３〜２ｍｍに設定されるの
が好ましい。その理由は、上記外径Ｄ１と外径Ｄ２との
差が０．３ｍｍより小さいと、嵌合代が少ないため、組
付強度が下がると共に、外径Ｄ１と外径Ｄ２との差が２
ｍｍを超えると、転造部に座屈を生じ易く、組付強度が
下がるからである。 【００１２】上記カム２には、シャフト本体１Ｂの外径
Ｄ１よりも大きく、突条４Ａ，４Ｂの外径Ｄ２より小さ
い内径Ｄ３を有する円形のシャフト孔５が軸線に沿って
形成されている。このシャフト孔５の内面には、軸線に
沿って延びるキー突条６が周回りに等間隔に複数（図２
において８つ）形成され、各キー突条６の断面は矩形状
とされている。これらのキー突条６の突出量は、その内
径Ｄ４がＤ１≦Ｄ４＜Ｄ３＜Ｄ２を満たすようになって
いる。また、上記突条４Ａ，４Ｂの幅や断面形状は、カ
ム２を中空シャフト１に圧入する際に、突条４Ａ，４Ｂ
がキー突条６により良好に切削されるように考慮すべき
である。 【００１３】上記のように構成されたカム２を中空シャ
フト１に固定するには、中空シャフト１の一端側のカム
固定箇所１Ａから順に、溝３Ａ，３Ｂ及び突条４Ａ，４
Ｂの転造と、カム２の圧入とを交互に繰り返していく。
この場合、図４に示すように、各キー突条６が先端エッ
ジ６Ａで各突条４Ａ，４Ｂを順に切り欠いてキー溝７を
形成すると共に、キー突条６を除くシャフト孔５の先端
エッジ５Ａが各突条４Ａ，４Ｂの頭頂部を僅かに切り欠
いていく（あるいは塑性変形させていく）。従って、圧
入後は、キー突条６が自ら形成したキー溝７に隙間なく
嵌合すると共に、各突条４Ａ，４Ｂの頭頂部がシャフト
孔５の内面に圧着され、カム２が強固に固定される。ま
た、上記カム２の圧入に際しては、上記中空シャフト１
の各カム固定箇所１Ａに、多数の突条４Ａが、中空シャ
フト１の軸線に対して所定角度傾斜して転造により形成
されているから、上記各突条４Ａが上記軸線に対して所
定角度傾斜している分だけ圧入に対する抵抗が抑制さ
れ、円滑に圧入がなされる上に、上記中空シャフト１の
シャフト本体部１Ｂの外径Ｄ１が、１８ｍｍ以上に設定
されると共に、中空シャフト１の表面粗さが、１００μ
ｍ以下に設定される一方、中空シャフト１のシャフト本
体部１Ｂの外径Ｄ１と上記各突条４Ａ，４Ｂの外径Ｄ２
との差が、０．３〜２ｍｍに設定されているから、十分
な接合面積及び嵌合代が得られ、かつ滑らかな転造山が
形成されると共に、転造部の座屈が生じないため、高い
組付強度を安定的にかつ確実に確保することができる。
しかも、上記第１の突条４Ａの両端に隣接しかつ上記中
空シャフト１の軸線に直交して第２の突条４Ｂが形成さ
れているから、圧入の際に生じる切粉が、第２の突条４
Ｂ間の溝３Ｂ内に封じ込められて外部に排出されること
がない。なお、圧入が完了したままの状態でもこのカム
シャフトは使用可能であるが、強度及び信頼性をさらに
高めるために、カム２と中空シャフト１との空隙にロウ
剤を充填したり、カム２と中空シャフト１とをスポット
溶接してもよい。 【００１４】このようにして得られたカムシャフトにあ
っては、中空シャフト１にカム２を圧入するだけでカム
２を任意の角度位置に固定できるため、組み付け作業が
極めて容易で手間がかからず、生産性が高められ、その
分製造コストの低減が図れる。また、カム２のキー突条
６は自らが切り開いたキー溝７に密着状態で嵌合するか
ら、固定力が極めて大きい上に、がたつきが全くなく、
高い位置精度が容易に実現できる。さらに、圧入後のカ
ム２には、従来の圧入型のカムシャフトほど大応力が加
わらないため、低コストで寸法精度の高い焼結体製のカ
ム２を使用することができ、この点からも低コスト化及
び高精度化が図れる。また、この実施例では、中空シャ
フト１の突条４Ａ，４Ｂの圧入前の外径Ｄ２がシャフト
孔５の内径Ｄ３よりも大きく形成されているため、圧入
後は各突条４Ａ，４Ｂの切り欠かれたあるいは塑性変形
させられた頭頂部がシャフト孔５の内面に圧着する。従
って、この圧着力が各キー突条６と各キー溝７との上記
嵌合力に相乗されるため、一層大きなカム固定強度が得
られる。 【００１５】なお、上記実施例では、キー突条６の断面
形状は矩形状で説明したが、これらを３角形状や半円形
状に変更してもよい。また、シャフト孔５の内径Ｄ３を
シャフト圧入方向前方側（図４において左側）から後方
側にかけて漸次縮小させ、シャフト孔５を僅かに狭まる
テーパ状とし、シャフト圧入時にシャフト孔５の先端エ
ッジ５Ａで僅かに切り欠かれた突条４Ａ，４Ｂの頭頂部
を上記テーパ面により圧迫し、圧入後のカム２に適度な
応力をかける構成としてもよい。さらに、上記円形のシ
ャフト孔５にキー突条６を形成する構成の代わりに、シ
ャフト孔を多角形状に形成してもよい。さらにまた、上
記実施例においては、中空シャフト１を用いて説明した
が、中実のシャフトでもよいことは言うまでもない。ま
た、シャフトの表面に転造により多数の溝３Ａが上記シ
ャフトの軸線に対して所定角度傾斜して形成されたもの
の代わりに、図５に示すように、上記溝３Ａと、この溝
３Ａに交差する溝３Ｃとから構成されたものでもよく、
さらに、図１あるいは図５において、転造の代わりに、
シャフト本体１Ｂより大径に形成された拡径部（カム固
定箇所）１Ａに、切削により、傾斜溝を一方向にあるい
は互いに交差する方向にかつ周溝をシャフトの軸線に直
交する方向にそれぞれ形成してもよい。 【００１６】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は、シャフ
トの外周面のカム固定箇所が凹凸形状に形成され、この
凹凸部にカムが圧入されてなるカムシャフトにおいて、
上記凹凸部が、上記シャフトの軸線に対して所定角度傾
斜して形成された複数の第１の溝と、これらの第１の溝
に隣接しかつ上記シャフトの軸線に直交して形成された
第２の溝とから構成されたものであるから、シャフトの
軸線に対して所定角度傾斜して形成された複数の第１の
溝によって、圧入時の抵抗が低減されることにより、カ
ムのシャフトへの圧入を円滑にかつ確実に行うことがで
き、所望の組付強度を安定的に確保することができると
共に、第１の溝に隣接しかつ上記シャフトの軸線に直交
して形成された第２の溝によって、圧入の際に生じる切
粉が第２の溝内に封じ込められることにより、外部に排
出されることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】シャフトの一例を示す正面図である。 【図２】本発明の一実施例を示す断面図である。 【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であ
る。 【図４】カムシャフトの製造工程を示す断面図である。 【図５】シャフトの他の一例を示す正面図である。 【符号の説明】 １ 中空シャフト １Ａ カム固定箇所 ２ カム ３Ａ・３Ｃ 第１の溝 ３Ｂ 第２の溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花田 久仁夫 新潟県新潟市小金町三番地１ 三菱マテ リアル株式会社新潟製作所内 (72)発明者 ルーカス マット リヒティンシュタイン国 9492 エッシ ェン （番地なし） プレス ウント シュタンツベルク アーゲー内 (56)参考文献 特開 平２−150541（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−120761（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16H 53/02

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 シャフトの外周面のカム固定箇所が凹凸
   形状に形成され、この凹凸部にカムが圧入されてなるカ
   ムシャフトにおいて、上記凹凸部が、上記シャフトの軸
   線に対して所定角度傾斜して形成された複数の第１の溝
   と、これらの第１の溝に隣接しかつ上記シャフトの軸線
   に直交して形成された第２の溝とから構成され、 前記第２の溝は、前記第１の溝によって形成される第１
   の突条の両端に、形成されている ことを特徴とするカム
   シャフト。