JP4058350B2 - カムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、管状のシャフトを有しかつこのシャフトの上に半径方向に配置された複数のカムを有する、内燃機関内のバルブタイミングのためのカムシャフトに関し、各カムがシャフトに係合し、自由なシャフトの表面が各カムの基礎円を形成する。この種のカムシャフトはゼロベルトカムシャフトとも呼ばれている。

この種のカムシャフトは、ＤＥ４３２４８３６Ａ１号公報に開示されている。既知のカムシャフトは、シャフトとして金属薄板チューブを備えており、このチューブの切り抜き部の中に、同様に金属薄板から予め製造されたコップ状のカムが挿入される。いくつかの異なる実施の形態の一つにおいて、いずれの場合でも各カムには二つの切り抜き部がある。既知のカムシャフトは軽量構造となっている。軽量化の理由のために、シャフトおよびカムは適切に薄い壁となるように選択されている。カムの突出部において、カムとシャフトとの間の距離が比較的大きくなっている。その構成のために、シャフトは比較的低い剛性および安定性を有している。コップ状の金属薄板カムの製造は、複雑でありかつ費用のかかるものである。

既知のカムシャフトと比較すると、特許請求項において特徴付けられているように、本発明によって提供されるカムシャフトは、特により高い寸法安定性および製造がより簡単かつ低費用であることを特徴としている。本発明によるカムシャフトもゼロベルトカムシャフトである。

請求項１によれば、本発明によるカムシャフトは、各カムがシャフトのポケット形凹部に係合することを特徴とする。凹部のポケット形の設計は、シャフトが安定化基部を有することを意味する。その結果、前記の従来技術とは対照的に、カムの領域においてシャフトを弱めてしまう凹部または切り抜き部がシャフトに存在しない。

本発明の第一の好ましい実施形態において、シャフトのポケット形凹部の範囲の壁厚（ポケット形凹部の底部の壁厚）が、これらの範囲外の壁厚（ポケット形凹部が形成されていない範囲の壁厚）よりも薄くないか、または少なくとも実質的に薄くない（図３ ｂ）参照）。この結果、シャフトは、特に安定であり、曲げ剛性を有する。

本質的に従来技術より周知のように、各カムに対して二つのポケット形凹部をシャフト上に設けることができる。

さらなる利点は、カムが、シャフトの円周方向及び／又は軸方向に嵌合されるように、ポケット形凹部内に保持されることである。

さらに、カムは（シャフトの円周方向で）シャフトと噛み合うことができ、この場合、好ましくは、シャフト上の各二つのポケット形凹部の間に、歯（歯状突起）を形成し、各カムに、歯に対応する溝を形成する（図３ ａ）、ｂ）参照）。この種の噛み合い構造により、円周方向においてカムとシャフトとの間で大きなトルクを伝達することが可能となる。

カムは、本質的に既知の方法でシャフトの円周方向に１８０°未満の角度領域にわたって広がっている。しかし、これらのカムは、塊状に形成されることによって形作られた小型の部品として設計されることが好ましい。これらのカムは、特に安定性があり、大きな負荷を受けることができるとともに、この形状で簡単に低費用で製造することが可能である。

本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、カムの突出部において、カムとシャフトとの間に、隙間がないか、又は、シャフト及び／又はカムの壁厚と比較して、狭い隙間のみを有している。このことも、カムが高い安定性かつ高い負荷耐久力を有することに寄与している。

特に、カムが、その端部で形状が適合するように、シャフトの円周方向及び／又は軸方向に二つのポケット形凹部内に保持され、適切であれば、さらに円周方向にシャフトと噛み合う場合、カムをシャフトに対してそれらの二つの端部の領域で溶接，ろう付け又は接着によって接続するだけで十分である。

シャフトのポケット形凹部は、外側からシャフト内に簡単な方法で彫り込むことができ、または、外側からの圧力を抑制しながら内部高圧力を用いて形成することもできる。

本発明は、代表的な実施形態を参照して、以下により図面によって詳細に説明される。
図１において、１は管状のシャフトを示し、２はシャフト上に半径方向に配置された二つのカムを示し、３は二つのベアリングリングを示している。さらなるカム（図示せず）を取り付けるために設けられたシャフト１内のポケット形凹部は、４で示されている。対応する関連したポケット形凹部がシャフトの後部にも存在しており、これは図示されていない。また、各カム２は、その端部２．１でこの種の凹部の同一の対に嵌め込まれている。

カム２の設計に関する詳細，ポケット形凹部４，及びカムがポケット形凹部へ嵌め込まれた状態は、図２および図３に見ることができる。

図示するように、カム２は、完全に半円形の部品ではなく、ややＶ字型となる傾向にある。カムは、例えば簡単な方法で、塊状（内部に空洞を有しない状態の形成（図３ ａ）参照））に形成されることによって、金属薄板部材及び／又は型取りされた部材から製造されることができる。シャフト１内のポケット形凹部４は、ほぼ矩形に設計されており、それらの大きさおよび深さに関しては、カム２の端部２．１の大きさ，厚さ及び形状に対応している。これらの連続的かつ途切のない基部４．１（すなわち、シャフト１における、ポケット形凹部４に対応する範囲）は、シャフト１の他の部分とほぼ同じ壁厚ｄを有している。シャフト１の壁材料は、凹部４の領域において若干内側に簡単に押し込まれている。

各カム２に対して、互いに若干離された二つのポケット形凹部４がある。カム２がシャフト１へ取り付けられたとき、図３のｃ）に見られるように、カムは、それらの端部２．１で二つのポケット形凹部４内に正確に適合して係合する。カム２は完全に半円形の設計ではないため、シャフト上で１８０°未満の角度領域に広がっている。

二つのポケット形凹部の間が離れていることによって、同様に図３のｃ）に見られるように、カム２がシャフト１へ取り付けられ、それらの端部２．１で凹部４内に係合したとき、歯５（歯状突起部）がカム２の突出部の溝２．２と相互作用する。この結果、シャフト１の円周方向においてシャフト１とカム２との間が噛み合い、これによってシャフト１の円周方向に大きなトルクを伝達することが可能になる。

カム２の形状，それらの端部２．１の厚さ，及びポケット形凹部４の深さは、カム２の両端部２．１で、各カム２によって覆われない自由な（すなわち、自由なとは、カム２による制約を受けないことを意味し、具体的には、カム２が配置されていないことをいう。）シャフト表面１．１からカム２まで連続的で無段に推移するように、さらに互いに調整されている。

カム２は、凹部４内に正確に適合して係合することによって、シャフト１の円周方向および軸方向に形状が適合するようにさらに固定される。カム２をシャフト１に永久的に接続させるためには、６の部分に溶接，半田付け又は小さな負荷のみが加えられる接着を行なうだけで十分である。少なくとも溶接の場合は、６の部分に発生する溶接ビードは、上述した自由なシャフト表面１．１からカム２の外面２．３までの平滑な推移を確保するように、順次粉砕除去される。

本発明による上記の構造では、カム２が、その突出部において、カムとシャフト１との間に、隙間がないか、又は、シャフト１の壁厚ｄと比較して狭い隙間がのみを存在させることは、容易にできることでありかつ好ましい（図３参照）。その場合には高い安定性が実現される。この場合において、溝２．２が存在することによって、突出部におけるカム２の厚さが制限される。

また、図１のシャフト１は、その長さにわたって直径が等しくなっていない。直径は、カム２が嵌め込まれている領域において、例えば二つのベアリングリング３の間の軸受領域よりも大きくなっている。この構造は、ポケット形凹部を設けるステップと同じ加工ステップにおいて、特に圧延による内部高圧力プロセス等を利用して製造することができる。

本発明によるカムシャフトは既に述べたようにゼロベルトカムシャフトである。自由なシャフト表面１．１が各カム２の基礎円を形成するため、カムシャフトは、全体として非常に小型となることができる一方で高い安定性を持ち、それによって全体として内燃機関の構成をより小型のものとすることが可能となる。

シャフト１の管状壁の他の部分と比較してシャフト軸に対して半径方向内側に角度を成して配置されたポケット形凹部の基部によって、各カムの領域においてわずかな不均衡で良好な質量の分布が得られる。

カムがまだ完全に嵌め込まれていない、本発明にかかるカムシャフトの側面図を示している。 同様にまだカムが完全に嵌め込まれていない、本発明にかかるカムシャフトの斜視図を同様に示している。 ａ）は、本発明にかかるカムの（図１のＡ−Ａの）断面図を示し、ｂ）は、カムが嵌め込まれている領域のシャフトの断面図を示し、ｃ）は、互いに接合された二つの部品を示している。

符号の説明

１ 管状シャフト
１．１ 自由シャフト表面
２ カム
２．１ カムの端部
２．２ カムの溝
２．３ カムの外面
３ ベアリングリング
４ シャフト内のポケット形凹部
４．１ ポケット形凹部の基部
５ 歯
６ 接続部

Claims (3)

1. 管状のシャフト（１）と、このシャフト上の半径方向に配置されるカム（２）を有し、前記各カム（２）が、前記シャフト（１）に係合し、前記シャフトの表面（１．１）が前記各カム（２）の基礎円を形成するカムシャフトであって、
   前記シャフト（１）の円周方向の１８０°以下の角度領域に、円周方向に離された二つのポケット形凹部（４）を設け、
   前記シャフト（１）の前記ポケット形凹部（４）に、前記カム（２）の二つの端部（２．１）をそれぞれ係合し、
   前記シャフト（１）における前記ポケット形凹部（４）を有する領域の内径が、前記シャフト（１）におけるポケット形凹部（４）を有しない領域の内径より小さいことを特徴とするカムシャフト。
2. 前記カム（２）の二つの端部（２．１）の間に、前記シャフトの二つのポケット形凹部（４）の間に位置する歯（５）と係合する溝（２．２）を形成したことを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。
3. 前記カム（２）の前記二つの端部（２．１）が、これらの端部（２．１）の縁部（６）において、溶接、ろう付け又は接着によって前記シャフト（１）に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のカムシャフト。

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