JP4310609B2 - ２部材の嵌合固定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２部材を嵌合固定する方法に係り、特にエンジンの動弁系に用いられる組立式カムシャフトの製造に向けて好適な２部材の嵌合固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
組立式カムシャフトは、中実または中空のシャフトに別体のカムピースを所定の位相で嵌合固定してなるもので、従来、前記シャフトに対するカムピースの嵌合固定方法としては、例えば、溶接による方法（特開平３−１８５２０２号公報）、カムピースの焼結と同時に拡散接合する方法（特開昭６３−７１５０６号公報）、中空シャフトのバルジ加工を利用する方法（特開昭６３−９６０３号公報）、温度差ばめを利用する方法（特開平４−３５０３０７号公報、特開平３−２７５９０７号公報）など、多くの方法が実施されまたは試みられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記溶接、拡散接合およびバルジ加工を利用する方法によれば、何れも接合強度は十分となるものの、シャフトの変形が避けられないため、シャフト自体の矯正に加えて、最終的なカム面（カムプロファイル）の研削加工、いわゆるカム研が必要になり、これらの作業に多くの工数と時間とを要して生産性および製造コストが犠牲になる、という問題があった。また、最近のエンジン性能の向上に伴って三次元カムシャフトの使用も進んでいるが、このものでは、カムプロファイルが複雑化するため、カム研によりその精度出しを行うことは極めて困難で、前記した各嵌合固定方法の利用は実質断念せざるを得ない状況にもあった。
一方、上記温度差ばめを利用する方法によれば、シャフトの変形がないため、高精度のカムピースを用意することで、カム研を行わなくても十分なる精度保証が可能になるが、接合力はシャフトとカムピースとの間の摩擦力だけに依存するため、一般に接合強度が低く、耐久信頼性の面で問題が残ることとなっていた。
【０００４】
本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、精度保証上有利な温度差ばめを利用しても十分なる接合強度を確保することができる、適用範囲の広い２部材の嵌合固定方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、軸状部材に１個または複数個のリング状部材を温度差ばめした後、両部材を所定量だけ相対回転または相対移動させることを特徴とする。
このように行う２部材の嵌合固定方法によれば、温度差ばめした後、２部材を相対回転または相対移動させることで、２部材の微視的な接触面が拡大すると共に、２部材の接合界面から油分等の潤滑物質が排出され、結果として、２部材の接合界面の摩擦係数が高くなって接合力が増大する。
本発明において、上記軸状部材およびリング状部材は、組立式カムシャフトを構成するシャフトとカムピースとの組合せであり、複数のカムピースを分割型により拘束しながらシャフトを回転または軸方向移動させることで、複数のカムピースを一括してシャフトに嵌合固定することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
本発明の実施に際しては、図１に示すように、軸状部材１に対してリング状部材２を所定の締代（２０〜３０μｍ）となるように温度差ばめし、その後、両部材１と２とを、所定の量だけ相対回転（矢印Ａ）または相対移動（矢印Ｂ）させる。前記温度差ばめに際しては、その後の相対回転量または相対移動量を見込んで、軸状部材１に対するリング状部材２の嵌合位置を調整するようにし、これにより、前記相対回転または相対移動を終えた段階では、軸状部材１上の目標位置にリング状部材２が位置決めされるようになる。
【０００７】
ここで、上記軸状部材１とリング状部材２とは、特にその材質を問うものではなく、同種材料の組合せ（例えば、鉄系材料同士、アルミニウム系材料同士）であっても、異種材料の組合せ（例えば、アルミニウム系材料と鉄系材料、チタン系材料と鉄系材料）であってもよい。また、同種材料を組合わせる場合は、当然のこととして成分系を異ならせてもよい。
【０００８】
上記軸状部材１およびリング状部材２の製造方法は任意であり、特にリング状部材２については、冷間鍛造、鋳造、焼結等の種々の加工方式を採用できる。ただし、これら軸状部材１およびリング状部材２は、相互の嵌合面すなわち軸状部材１の外周とリング状部材２の内周とを、機械加工や研磨加工により高精度に仕上げておく必要がある。また、これら軸状部材１およびリング状部材２の形状も任意であり、軸状部材１としては、図示（図１）の中実形状であっても、中空形状であってもよく、リング状部材２としては、単純なリング形状であっても、カムのような異形状であってもよい。
【０００９】
本実施の形態において、上記軸状部材１にリング状部材２を温度差ばめするには、焼ばめと冷ばめうちのどちらを選択してもよいが、温度差をつけるのが容易であることから焼ばめを選択するのが望ましい。この場合、リング状部材２を適当な手段により加熱した後、その孔に軸状部材１を挿入させて焼ばめを行うが、この時の加熱温度としては、リング状部材２の材質に応じて適宜温度を選択する。
【００１０】
本実施の形態において、軸状部材１とリング状部材２とを相対回転または相対移動させる方法は任意であり、軸状部材１を位置固定してリング状部材２を回転または直線移動させても、リング状部材２を位置固定して軸状部材１を回転または直線移動させるようにしてもよい。ただし、組立式カムシャフトのようにシャフト（軸状部材）上に複数のカムピース（リング状部材）を位相を変えて配置する必要がある場合は、複数のリング状部材２を所定の位相で位置固定して軸状部材１を回転または直線移動させるのが望ましい。
【００１１】
上記したように、両部材１と２とを温度差ばめした後、両者を相対回転または相対移動させることで、図２、３に示すように、軸状部材１とリング状部材２との微視的な接触面（真実接触面）Ｓが拡大し、両部材１と２の接合界面における摩擦係数は高くなる。因みに、軸状部材１に、単にリング状部材２を温度差ばめしただけでは、図３の上側に示すように、両者の接合界面は点接触に近い状態となり、その分、摩擦係数は低い。一方、このように軸状部材１とリング状部材２とを相対回転または相対移動させることで、両者の表面に付着していた油分等の潤滑物質が接合界面から排出され、前記同様に接合界面における摩擦係数が高くなる。すなわち、両部材１と２とを温度差ばめした後、両者を相対回転または相対移動させることで、両者の真実接触面が拡大すると共に、両者の接合界面から潤滑物質が排出され、これにより接合界面の摩擦係数が大幅に高まり、この結果、両部材１と２との接合力は、単に両者を温度差ばめした場合よりも大幅に増大する。
【００１２】
図４は、組立式カムシャフトの製造に適用した場合の本発明の実施の形態を示したものである。同図において、１０は、シャフト１１に複数のカムピース１２を焼ばめしてなるカムシャフトサブアセンブリ体、１５は、固定型１６と可動型１７とからなる上下二分割の拘束型、２０は、前記固定型１６の側方に進退動可能に配置された左右一対のチャックユニットである。拘束型１５を構成する可動型１７は、図示を略す昇降手段により固定型１６に対して型閉じ型開きされるようになっており、両者の合せ部には、前記カムシャフトサブアセンブリ体１０の外形状に倣うインプレッション１８が型彫りされている。
【００１３】
組立式カムシャフトの製造に際しては、先ず、固定型１６に対して可動型１７を型開きした状態として、固定型１６のインプレッション１８内に前記焼ばめを終えたカムシャフトサブアセンブリ体１０を納め、適宜回転方向に位置決めした後、可動型１７を下降させて型閉じする。これにより、カムシャフトサブアセンブリ体１０は、そのシャフト１１の両端部を残して拘束型１５のインプレッション１８に収納され、この状態で各カムピース１２は回転方向および軸方向に拘束される。この場合、シャフト１１の両端部は拘束型１０からわずか突出しており、前記型閉じ終了と同時に左右一対のチャックユニット２０が前進し、前記シャフト１１の両端部をチャッキングする。左右一対のチャックユニット２０は、その一方または両方が回転駆動手段に支持されており、前記チャッキング終了と同時にチャックユニット２０が回転し、シャフト１１を一定角度（一例として、６〜１２度）だけ回転させる。すると、各カムピース１２が拘束型１５により拘束されているので、シャフト１１とカムピース１２との間に相対回転が生じ、これにより、前記図１に関連して説明したように、軸状部材としてのシャフト１１とリング状部材としてのカムピース１２との真実接触面が拡大すると共に、両者の接合界面から潤滑物質が排出され、この結果、各カムピース１２はシャフト１１に対して一括して強固に嵌合固定され、これにて組立式カムシャフトの製造は完了する。
【００１４】
なお、上記シャフト１１は、回転させることなく直線移動させてもよいことはもちろんで、この場合は、図４に示した態様で、左右一対のチャックユニット２０を同期して軸方向移動させればよい。
また、上記拘束型１５は、上下二分割の構造に代えて、左右二分割の構造としてもよいもので、この場合は、一対のチャックユニット２０が上下方向に配置されることになる。
【００１５】
【実施例】
シャフトとして、ＪＩＳ Ｓ４５Ｃからなる外径２５ｍｍの中実シャフトを用意すると共に、カムピースとして、３％Ｃｒ−０.３％Ｍｏ−０.３％Ｖ−ｂａｌＦｅの組成を有する原料粉（川崎製鉄製 ＫＩＰ３０ＣＲＶ）の圧粉体を１２５０℃で焼結した後、焼入れ焼戻しの熱処理（８６５℃×５０分窒素ガス冷→１８０°×９０分焼戻し）を施してなるものを用意し、前記中実シャフトの周面およびカムピースの内径を研磨仕上げした後、カムピースを２９０℃に８分間加熱して、狙い締代が２５μｍとなるようにシャフトに焼ばめし、その後、カムピースを位置固定してシャフトを種々の角度回転させて複数の組立試料を得た。そして、各組立試料についてねじり試験を行って接合強度（ねじり強度）を求めた。
【００１６】
図５は、上記したねじり試験の結果を示したものである。これより、ねじり強度は、焼ばめ後の回転角度が２度程度までは、通常の焼ばめによるねじ強度とほとんど変わりがないものの、回転角度が２度を超えると、回転角度の増加に応じてほぼ直線的にねじり強度が上昇している。特に、回転角度が約７度以上になると、カムシャフトとして必要な目標強度３５０Ｎ・ｍを上回るようになり、本発明の方法が、組立式カムシャフトの製造に向けてきわめて有用であることが明らかになった。
【００１７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る２部材の嵌合固定方法によれば、精度保証上有利な温度差ばめを利用しても十分なる接合強度を確保することができ、その適用範囲は拡大する。特に、組立式カムシャフトの製造に適用した場合は、面倒なカム面の研磨いわゆるカム研が不要になるので、生産性の向上並びに製造コストの低減に大きく寄与する効果を奏し、その上、三次元カムシャフトの製造にも利用できて、その利用価値は著しく高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る２部材の嵌合固定方法の実施の形態を示す断面図である。
【図２】 本嵌合固定方法を実行した後の接合界面の微視的状態を拡大して示す断面図である。
【図３】 本嵌合固定方法を実行した前後の接合界面の微視的状態を示す模式図である。
【図４】 組立式カムシャフトの製造に適用した場合の本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図５】 本発明の実施例で得た組立試料のねじり試験結果を示したもので、ねじり強度に及ぼす焼ばめ後の回転角度の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 軸状部材
２ リング状部材
１０ カムシャフトサブアセンブリ体
１１ シャフト
１２ カムピース
１５ 拘束型（分割型）
２０ チャックユニット

Claims (1)

1. 軸状部材に１個または複数個のリング状部材を温度差ばめした後、両部材を所定量だけ相対回転または相対移動させて２部材を嵌合固定する方法であって、前記軸状部材および前記リング状部材が、組立式カムシャフトを構成するシャフトおよびカムピースであり、複数のカムピースを分割型により拘束しながらシャフトを回転または軸方向移動させることを特徴とする２部材の嵌合固定方法。

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