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
【０００１】
【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。
【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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