JP4075478B2 - エンジン用組立式カムシャフトおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン用組立式カムシャフトおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車を取り巻く環境として、燃費の向上が大きな社会問題となっており、その解決策として、部品の軽量化は大きな注目を浴びている。
【0003】
エンジン用カムシャフトの軽量化に関しては、中空のシャフト部材にカムロブ部材を機械的に締結する組立式が提案されている。
【0004】
組立式カムシャフトは、ベルトあるいはチェーンによって回転駆動されるスプロケットが、ボルト締結される。そのため、カムシャフトは、スプロケットを締結する際の反力を受けるための構造を必要とする。
【0005】
例えば、差込拡管締結された六角形のナット状部品を有する構造や、スリット(横穴あるいは溝)を有する構造(特開平11−270307号公報参照)や、切削成形された平面を有する構造が、提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、六角形のナット状部品を有する構造は、部品点数の増加によるコストアップや、軽量化効果の目減りを伴う。さらに、六角形のサイズが大きいため、エンジン、特に、シリンダヘッド部の設計自由度が、低下する問題を生じる。
【0007】
スリットを有する構造は、特殊な専用作業工具を必要とするため、一般のサービス工場において、カムシャフトの着脱が困難である問題を有する。つまり、整備市場において、専用作業工具を用いた作業を強いるため、保守容易性に問題を有する。
【0008】
さらに、切削成形された平面を有する構造は、機械的耐久性の低下が懸念される。しかし、切削加工後の肉厚に合せて、全体の肉厚を確保する場合、部品の軽量化が阻害される。
【0009】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、軽量かつ良好な機械的耐久性および保守容易性を有するエンジン用組立式カムシャフトおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の具体的な目的は、カムロブ部材および中空シャフト部材を有するエンジン用組立式カムシャフトを提供することにある。詳述すると、カムロブ部材は、中空シャフト部材を拡管して締結されており、中空シャフト部材は、締結されたカムロブ部材が位置する気筒間の位置に対応する部位において、塑性加工ツールの押圧による塑性加工によって成形された、少なくとも2つの互いに平行なシャフト固定面を有する。前記シャフト固定面は、スプロケットを前記カムシャフトに締結する際に、前記カムシャフトの回転止めとして、スパナで固定される。
【0011】
本発明の別の具体的な目的は、カムロブ部材および中空シャフト部材を有するエンジン用組立式カムシャフトの製造方法を提供することにある。詳述すると、当該製造方法は、中空シャフト部材を拡管してカムロブ部材を締結するための工程、および、締結されたカムロブ部材が位置する気筒間の位置に対応する中空シャフト部材の部位に、塑性加工ツールによって押圧することによって、少なくとも2つの互いに平行なシャフト固定面を成形するための工程を有し、前記シャフト固定面は、スプロケットを前記カムシャフトに締結する際に、前記カムシャフトの回転止めとして、スパナで固定される。
【0012】
【発明の効果】
六角形のナット状部品などの追加部品が不要であるため、部品点数の増加によるコストアップや、軽量化効果の目減りが生じない。シャフト固定面が、塑性加工ツールの押圧による塑性加工によって形成されるため、肉厚の減少が抑制され、部品の軽量化を阻害することなく、機械的耐久性の確保が容易である。
【0013】
また、特殊な専用作業工具が不要であり、作業工具(スパナ)によってカムシャフトを容易に着脱(固定)できる。シャフト固定面は、気筒間の位置に対応する部位に成形されており、カムロブ部材間の距離が広く、作業空間を容易に確保できるため、作業工具が挿入し易い。つまり、作業工具と部品との干渉が発生し難く、良好な組立作業性が確保できる。
【0014】
さらに、カムロブ部材間の距離が広いため、シャフト固定面の成形によって引き起こされる中空シャフト部材の変形が、カムロブ部材の締結部に影響を与えないように、シャフト固定面を容易に配置することができる。したがって、カムロブ部材の締結力の信頼性を確保できる。
【0015】
したがって、軽量かつ良好な機械的耐久性および保守容易性を有するエンジン用組立式カムシャフトを提供できる。
【0016】
また、軽量かつ良好な機械的耐久性および保守容易性を有するエンジン用組立式カムシャフトの製造方法を提供できる。特に、カムロブ部材間の距離が広いため、シャフト固定面を成形するための塑性加工ツールの設計自由度が大きい。したがって、当該製造方法において、大きな剛性を有する寿命の長い塑性加工ツールを用いることが可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0018】
図1に示されるように、本発明の実施の形態に係るエンジン用組立式カムシャフト10は、中空シャフト部材11と、複数のカムロブ部材12と、ジャーナル13とを有する。
【0019】
また、中空シャフト部材11の一端には、ベルトあるいはチェーンによって回転駆動されるスプロケット14が、締結されている。カムロブ部材12は、例えば、鍛造品あるいは焼結品であり、クランク角に対応させた位相差をもって位置決めされ、中空シャフト部材11に嵌合されており、かつ、中空シャフト部材11を拡管して締結されている。
【0020】
中空シャフト部材11は、例えば、鋼管からなり、締結されたカムロブ部材が位置する気筒間の位置に対応する部位において、塑性加工によって成形された、少なくとも2つの互いに平行なシャフト固定面11Aを有する。シャフト固定面11Aは、スプロケット14を中空シャフト部材11(カムシャフト10)に締結する際に、中空シャフト部材11の回転止めとして、スパナで固定される。
【0021】
中空シャフト部材11は、シャフト固定面11Aを有するため、六角形のナット状部品などの追加部品が不要である。したがって、部品点数の増加によるコストアップや、軽量化効果の目減りが生じない。また、特殊な専用作業工具が不要であり、作業工具(スパナ)によってカムシャフト10を容易に着脱(固定)できる。
【0022】
さらに、シャフト固定面11Aが塑性加工によって形成されるため、肉厚の減少が抑制され、部品の軽量化を阻害することなく、機械的耐久性の確保が容易である。
【0023】
シャフト固定面11Aの数は、少なくとも2つ以上あれば、特に限定されない。しかし、例えば、一対の平行な面からなる場合、成形が容易であり、生産性に優れている。
【0024】
一方、シャフト固定面11Aが形成された部位の断面が多角形形状(例えば、6角形)をなすように、一対の平行なシャフト固定面11Aを複数設ける場合、作業工具の挿入方向と中空シャフト部材11の回転位置が規制されない。したがって、良好な作業性が確保でき、作業工具による取り扱いが容易であり、作業性に優れている。
【0025】
シャフト固定面11Aが形成された部位の径は、中空シャフト部材11の本来の径より小さいことが好ましい。この場合、ツールと部品との干渉が発生し難く、さらに良好な保守容易性(組立作業性)が確保できる。そして、エンジン、特に、シリンダヘッド部の設計自由度を向上させることができる。
【0026】
シャフト固定面11Aは、気筒間の位置に対応する部位に成形されているため、カムロブ部材間の距離が広い。したがって、作業空間を容易に確保できるため、作業工具が挿入し易い。つまり、作業工具と部品との干渉が発生し難く、良好な組立作業性が確保できる。
【0027】
さらに、カムロブ部材間の距離が広いため、シャフト固定面11Aの成形によって引き起こされる中空シャフト部材11の変形が、カムロブ部材11の締結部に影響を与えないように、シャフト固定面11Aを容易に配置することができる。したがって、カムロブ部材11の締結力の信頼性を確保できる。
【0028】
なお、シャフト固定面11Aの位置は、気筒間の位置に対応しておれば、特に限定されないが、スプロケット14から遠位にある最も右側(スプロケットが締結される一端の反対側にある他端の近傍)に位置する気筒間に配置される場合、特に、組立作業性の点で好ましい。また、より軽量化を図るために、中空シャフト部材11の肉厚を薄くする際には、中空シャフト部材11にねじれが発生する虞が無いように、気筒間の最も左側(一端側)に配置するとよい。
【0029】
図2は、シャフト固定面11Aの成形による変形影響範囲を説明するための図である。適用された中空シャフト部材(鋼管)11は、外径が25.5mm、肉厚が3.3mmである。カムロブ部材間の距離は、23mmである。
【0030】
図2に示されるように、シャフト固定面11Aの成形によって引き起こされる中空シャフト部材11の変形の影響範囲は、約6mmである。つまり、シャフト固定面11Aが、隣接するカムロブ部材12の端面から6mm以上離れた部位に配置される場合、中空シャフト部材11の変形は、カムロブ部材12の締結部に対して、影響を及ぼさない。
【0031】
したがって、カムロブ部材12の締結力の信頼性を確実に確保するためには、シャフト固定面11Aは、隣接するカムロブ部材12の端面から6mm以上離れた部位に配置されることが好ましい。また、シャフト固定面11Aのサイズを増加させて最適化させた場合、作業性がさらに向上する。
【0032】
なお、カムロブ部材間の距離が21mmである場合においても、中空シャフト部材11の変形の影響範囲は、略同一の結果を示した。さらに、中空シャフト部材11の材質を変更した場合であっても、略同一の結果を示した。つまり、中空シャフト部材11の変形の影響範囲は、材質およびカムロブ部材間の距離に対する依存性が小さい。
【0033】
以上のように、組立式カムシャフト10は、軽量かつ良好な機械的耐久性および保守容易性を有する。
【0034】
次に、組立式カムシャフト10の製造方法を説明する。
【0035】
組立式カムシャフト10の製造方法は、図3に示されるよう、挿入工程、拡管締結工程、面成形工程、曲り矯正工程を有する。
【0036】
挿入工程においては、中空シャフト部材11に、所定数のカムロブ部材12が挿入され、位置決めされる。
【0037】
拡管締結工程においては、マンドレル20を中空シャフト部材11の中に挿通し、中空シャフト部材11を拡管させてカシメることによって、カムロブ部材12が中空シャフト部材11に機械的に締結される。
【0038】
面成形工程においては、拡管締結工程において締結されたカムロブ部材が位置する気筒間の位置に対応する中空シャフト部材11の部位に、塑性加工ツール21A,21Bによって、少なくとも2つの互いに平行なシャフト固定面11Aが成形される。この際、カムロブ部材間の距離が広いため、シャフト固定面11Aを成形するための塑性加工ツール21A,21Bの設計自由度が大きい。したがって、当該製造方法において、大きな剛性を有する寿命の長い塑性加工ツール21A,21Bを用いることが可能となる。
【0039】
図4および図5は、塑性加工ツール21A,21Bの一例を示している。なお、図5に示される多角形形状の塑性加工ツール(金型)と異なり、図4に示される平らな塑性加工ツール(金型)の場合、一対の平行な面を形成後、中空シャフト部材11を回転させることを繰り返すことによって、多角形形状のシャフト固定面11Aが成形される。
【0040】
なお、面成形工程は、拡管締結工程の後に実行されるため、拡管締結工程に影響が及ぼさない。
【0041】
曲り矯正工程においては、拡管締結工程および面成形工程において発生する中空シャフト部材11の曲りが矯正される。つまり、拡管締結工程に基づく曲りを矯正するための工程と、面成形工程に基づく曲りを矯正するための工程とが共用されるため、工程の増加を防止し、ラインの短縮およびコストの削減が図られる。
【0042】
詳述すると、曲り矯正工程においては、まず、中空シャフト部材11の曲りが測定される。そして、測定結果に基づいて検出される中空シャフト部材11の曲り矯正が必要な部位を、中空シャフト部材11の長手方向と交差する方向に、塑性加工ツール22によって押圧することによって、塑性変形させる。なお、塑性加工ツール22によって押圧される側の反対に位置する側は、受け部23によって支持される。
【0043】
曲りが矯正された中空シャフト部材11は、機械加工工程へと進む。したがって、機械加工工程において、取り代が偏り、粗材面残りが発生したり、加工後の肉厚の偏りにより回転のアンバランスが発生することが防がれる。
【0044】
以上のように、軽量かつ良好な機械的耐久性および保守容易性を有するエンジン用組立式カムシャフトの製造方法を提供できる。
【0045】
次に、曲り矯正工程に適用される塑性加工装置を説明する。
【0046】
図6に示されるように、塑性加工装置30は、台座部31、支柱部32、ガイドレール部34、曲り矯正部35、および、受け台部40を有する。
【0047】
支柱部32は、台座部31の両側に配置され、その上部にガイドレール部34が固定されている。支柱部32は、中空シャフト部材11を支持し、かつ回転させるためのセンタ33(33A,33B)を有している。なお、センタ33の一方33Aは、直線方向に駆動され、センタ33の他方33Bは、回転駆動される。
【0048】
曲り矯正部35は、図7および図8に示されるように、プレスロッド36、シリンダ部37、サーボモータ38、および、ローラ39を有する。
【0049】
プレスロッド36は、曲り矯正のための塑性加工ツールを有しており、油圧シリンダなどの往復直線運動駆動手段からなるシリンダ部37によって駆動され、上下方向に移動自在である。シリンダ部37は、移動自在にガイドレール部34に支持され、また、サーボモータ38が取付けられている。サーボモータ38によって回転させられるローラ39は、ガイドレール部34にスライド自在に取付けられている。
【0050】
したがって、プレスロッド36は、センタ33によって支持される中空シャフト部材11に対して近接離間自在、かつ、中空シャフト部材11の長手方向(軸方向)に移動自在である。
【0051】
受け台部40は、シリンダ部41および受け部42を有する。
【0052】
受け部42は、油圧シリンダなどの往復直線運動駆動手段からなるシリンダ部41によって駆動され、上下方向に移動自在である。また、受け部42は、図9に示されるように、位置センサ43およびスプリング(弾性部材)44を有しており、中空シャフト部材11の曲がりを検出可能である。なお、スプリング44は、受け部42が中空シャフト部材11に接触して位置決めする際の緩衝機能を有する。
【0053】
次に、図10を参照し、塑性加工装置30による曲り測定を説明する。
【0054】
まず、面成形工程を経た中空シャフト部材11の一端を、センタ33Bに位置決めした後、センタ33Aを前進させて、中空シャフト部材11の他端に接触させることで、中空シャフト部材11が支持される。
【0055】
次に、全ての受け台部40を作動させる。つまり、各受け部42をシリンダ部41によって上昇させ、中空シャフト部材11に接触させる。
【0056】
そして、センタ33Bによって中空シャフト部材11を回転させながら、受け部42の位置センサ43による測定を実行する。この結果、中空シャフト部材11の曲り矯正が必要な部位の、長手方向の位置および変形量が検出される。
【0057】
次に、図11を参照し、塑性加工装置30による曲り矯正を説明する。
【0058】
まず、曲りの測定結果に基づいてサーボモータ38が制御され、曲り矯正部35が、ガイドレール部34に沿って(中空シャフト部材11の長手方向)に駆動され、曲り矯正が必要な部位の上方に位置決めされる。
【0059】
次に、曲り矯正が必要な部位を間に挟む位置に配置されている受け台部40を作動させる。なお、受け部42は、シリンダ部41によって最前進位置まで上昇させられ、中空シャフト部材11を支持する。
【0060】
そして、曲り矯正部35のプレスロッド36が、シリンダ部37によって降下させられ、曲り矯正が必要な部位を(中空シャフト部材11の長手方向と交差する方向に)押圧し、検出された変形量に対応させて塑性変形させる。なお、必要に応じ、センタ33Bによって中空シャフト部材11を回転させる。
【0061】
そして、曲り矯正が必要な全ての部位に対して、曲り矯正を繰り返すことによって、中空シャフト部材11の長手方向の曲りが矯正される。
【0062】
図12は、本発明の実施の形態に係る塑性加工装置の変形例を説明するための正面図である。
【0063】
塑性加工装置50は、図6〜図11に示される塑性加工装置30と異なり、上方成形部51および下方成形部54をさらに有する。
【0064】
上方成形部51は、例えば、図4および図5に示される塑性加工ツール21Aを有するプレスロッド52と、プレスロッド52を駆動するためのシリンダ部53とを有し、中空シャフト部材11の上面にシャフト固定面を成形するために使用される。
【0065】
下方成形部54は、例えば、図4および図5に示される塑性加工ツール21Bを有するプレスロッド55と、プレスロッド55を駆動するためのシリンダ部56を有し、中空シャフト部材11の下面にシャフト固定面を成形するために使用される。
【0066】
なお、上方成形部51は、曲り矯正部35と同様に、サーボモータおよびローラ(不図示)を有しており、ガイドレール部34に沿って、中空シャフト部材11の長手方向に移動自在である。そのため、上方成形部51は、曲り矯正の際は、退避位置に移動しており、上方成形部51と曲り矯正部35との干渉は、発生しない。
【0067】
一方、下方成形部54は、シャフト固定面が成形される気筒間の位置の下方かつ受け台部40の間に配置される。したがって、下方成形部54は、曲り矯正の際は、プレスロッド55を降下させた状態で待機するため、受け台部40の動作を妨害しない。
【0068】
次に、塑性加工装置50による面成形工程を説明する。
【0069】
まず、拡管締結工程を経た中空シャフト部材11の一端を、センタ33Bに位置決めした後、センタ33Aを前進させて、中空シャフト部材11の他端に接触させることで、中空シャフト部材11が支持される。
【0070】
次に、上方成形部51は、退避位置から気筒間の位置の上方に移動し、プレスロッド52を中空シャフト部材11に向かって下降させる。一方、下方成形部54は、プレスロッド55を中空シャフト部材11に向かって上昇させる。
【0071】
そして、気筒間の位置に対応する中空シャフト部材11の部位に、プレスロッド52およびプレスロッド55の塑性加工ツール21A,21Bによって、シャフト固定面が成形される。
【0072】
なお、塑性加工装置50による曲り矯正工程は、図13に示されるように、上方成形部51が退避位置に配置され、下方成形部54のプレスロッド55が降下していることを除けば、塑性加工装置30による曲り矯正と同様である。したがって、その説明は繰り返さない。
【0073】
以上のように、塑性加工装置50は、シャフト固定面を成形する機能と、中空シャフト部材の曲りを矯正する機能とを備えており、面成形工程および曲り矯正工程を一体的に実行する。したがって、工数の削減および生産設備のコストダウンを図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るエンジン用組立式カムシャフトの正面図である。
【図2】 シャフト固定面の成形による変形影響範囲を説明するための図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係るエンジン用組立式カムシャフトの製造方法を説明するための図である。
【図4】 シャフト固定面を成形するための塑性加工ツールの一例を説明するための断面図である。
【図5】 シャフト固定面を成形するための塑性加工ツールの別の一例を説明するための断面図である。
【図6】 本発明の実施の形態に係る塑性加工装置を説明するための正面図である。
【図7】 図6に示される曲り矯正部を説明するための正面図である。
【図8】 図6に示される曲り矯正部を説明するための側面図である。
【図9】 図6に示される受け台部を説明するための部分断面図である。
【図10】 図6の塑性加工装置による曲り測定を説明するための正面図である。
【図11】 図6の塑性加工装置による塑性変形を説明するための正面図である。
【図12】 本発明の実施の形態に係る塑性加工装置の変形例を説明するための正面図であり、面成形工程を示している。
【図13】 図12の塑性加工装置による曲り矯正工程を示している正面図である。
【符号の説明】
10…組立式カムシャフト、
11…中空シャフト部材、
11A…シャフト固定面、
12…カムロブ部材、
13…ジャーナル、
14…スプロケット、
20…マンドレル、
21A,21B…塑性加工ツール、
22…塑性加工ツール、
23…受け部、
30…塑性加工装置、
31…台座部、
32…支柱部、
33(33A,33B)…センタ、
34…ガイドレール部、
35…曲り矯正部、
36…プレスロッド、
37…シリンダ部、
38…サーボモータ、
39…ローラ、
40…受け台部、
41…シリンダ部、
42…受け部、
43…位置センサ、
44…スプリング、
50…塑性加工装置、
51…上方成形部、
52…プレスロッド、
53…シリンダ部、
54…下方成形部、
55…プレスロッド、
56…シリンダ部。
Claims (8)
- カムロブ部材および中空シャフト部材を有するエンジン用組立式カムシャフトであって、
前記カムロブ部材は、前記中空シャフト部材を拡管して締結されており、
前記中空シャフト部材は、締結された前記カムロブ部材が位置する気筒間の位置に対応する部位において、塑性加工ツールの押圧による塑性加工によって成形された、少なくとも2つの互いに平行なシャフト固定面を有し、
前記シャフト固定面は、スプロケットを前記カムシャフトに締結する際に、前記カムシャフトの回転止めとして、スパナで固定される
ことを特徴とするエンジン用組立式カムシャフト。 - 前記シャフト固定面が形成された部位の径は、前記中空シャフト部材の径より小さいことを特徴とする請求項1に記載のエンジン用組立式カムシャフト。
- 前記シャフト固定面は、隣接するカムロブ部材の端面から6mm以上離れていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンジン用組立式カムシャフト。
- 前記シャフト固定面が形成された部位の断面は、多角形形状を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジン用組立式カムシャフト。
- カムロブ部材および中空シャフト部材を有するエンジン用組立式カムシャフトの製造方法であって、
中空シャフト部材を拡管してカムロブ部材を締結するための拡管締結工程、および、
締結された前記カムロブ部材が位置する気筒間の位置に対応する中空シャフト部材の部位に、塑性加工ツールによって押圧することによって、少なくとも2つの互いに平行なシャフト固定面を成形するための面成形工程を有し、
前記シャフト固定面は、スプロケットを前記カムシャフトに締結する際に、前記カムシャフトの回転止めとして、スパナで固定される
ことを特徴とするエンジン用組立式カムシャフトの製造方法。 - さらに中空シャフト部材の曲りを矯正するための曲り矯正工程を有し、前記面成形工程は、前記曲り矯正工程の前であることを特徴とする請求項5に記載のエンジン用組立式カムシャフトの製造方法。
- さらに中空シャフト部材の曲りを矯正するための曲り矯正工程を有し、前記面成形工程および前記曲り矯正工程は、一体的に実行されることを特徴とする請求項5に記載のエンジン用組立式カムシャフトの製造方法。
- 前記曲り矯正工程においては、中空シャフト部材の曲りが測定され、当該測定結果に基づいて検出される中空シャフト部材の曲り矯正が必要な部位を、中空シャフト部材の長手方向と交差する方向に、塑性加工ツールによって押圧することによって、塑性変形させることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載のエンジン用組立式カムシャフトの製造方法。
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