JP4317524B2 - カムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、駆動シャフト上にカムピースが固定されたカムシャフトに関する。

カムピースに凹部を有する内孔を形成し、この内孔にパイプ状のシャフトを挿入した後、シャフト内に高圧流体を注入して外方に膨出させることにより、シャフトを内孔の凹部に収容させて、カムピースをシャフト上に固定したカムシャフトに関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、シャフトの凹部に収容された部位が引っかかりとなって、カムピースとシャフトとの間の固着強度を向上させることができる。

しかしながら、上述の従来技術によるカムシャフトを形成するためには、シャフト内に高圧の流体を注入しなければならず、製造のために高圧の流体源やシャフトのシール装置等の設備を必要とするとともに、多大な手間と工数を要するものであった。高圧を注入せずに、カムシャフトを加熱して内孔を拡径した後、シャフトを内孔に挿入して冷却して固定する、いわゆる焼き嵌めと呼ばれる方法があったが、この方法によるカムシャフトにおいては、カムピースのシャフト上の軸方向の位置決め手段がなく、双方を固定する工程において、精密な治具を用いる必要があり、その組付け作業性と製造コストに課題を含んだものであった。
特開２００３−３１４５７６公報（第１図、第２図）

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、カムピースを駆動シャフト上に容易に固定できるカムシャフトを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、カムプロフィールを有するカムピースの内孔に、駆動シャフトを挿入することにより、前記駆動シャフト上に前記カムピースが固定されたカムシャフトにおいて、前記駆動シャフトの外周面には、半径方向内方へ向けて切り欠かれた段付部と、この段付部から半径方向外方へ向けて、軸方向に傾斜したテーパ部が形成され、前記カムピースの内孔は前記テーパ部と係合するように軸方向に傾斜しており、前記駆動シャフト上に、前記段付部およびそれに連続した前記テーパ部の組み合わせを軸方向に複数個並設し、各々の前記テーパ部の最大径を、それと連続した前記段付部側に隣接して配置された前記テーパ部の最大径よりも小さく設定するとともに、複数の前記カムピースを、前記複数のテーパ部のいずれかに係合するように、その内孔の径を互いに異ならせ、前記カムピースを加熱して前記内孔を拡径させた後、前記駆動シャフトを前記カムピースに対し、その内孔の径が大きいものから順に、前記テーパ部側から挿入して前記テーパ部と係合させるとともに、前記カムピースの一端面を前記段付部に当接させて、その軸方向の位置決めをし、その後前記カムピースを冷却することにより、前記内孔が再び縮径して締り嵌めとなることにより、前記駆動シャフト上に、複数の前記カムピースが軸方向に並んで固定されることを特徴とするカムシャフトとした。

請求項２の発明は、前記内孔に、その挿入方向に延びる複数の溝を形成し、前記内孔が縮径して締り嵌めとなることにより、前記テーパ部が前記内孔より押圧されて盛上がり、前記溝内に入り込むことにより双方が固定されることを特徴とする請求項１記載のカムシャフトとした。

＜請求項１の発明＞
カムピースを駆動シャフトに取り付ける際に、カムピースの一端面を段付部に当接させることにより、その軸方向の位置決めを行うことができるため、治具等を必要とせず、その組付け作業性を向上させ、製造コストを低減することができる。また、カムピースの一端面が段付部に当接するとともに、軸方向に傾斜した内孔とテーパ部とが係合することにより、カムピースが駆動シャフトの軸上において、両方向に強固に固着される。

また、駆動シャフト上に、段付部およびそれに連続したテーパ部の組み合わせを軸方向に複数個並設し、各々のテーパ部の最大径を、それと連続した段付部側に隣接して配置されたテーパ部の最大径よりも小さく設定するとともに、複数のカムピースを、複数のテーパ部のいずれかに係合するように、その内孔の径を互いに異ならせ、駆動シャフトをカムピースに対し、その内孔の径が大きいものから順に挿入することにより、駆動シャフト上に、複数のカムピースが軸方向に並んで固定される構成としたため、それぞれのカムピースの駆動シャフト上の軸方向の位置決めを容易に行うことができるとともに、それぞれを軸上において、両方向に強固に固定することができる。

＜請求項２の発明＞
テーパ部が内孔より押圧されて盛上がり、溝内に入り込むことにより双方が固定されるため、溝内に入り込んだ部位が引っかかりとなり、容易にカムピースを駆動シャフト上に強固に固定することができる。溝はカムピースの内孔に形成されているため、駆動シャフトが盛り上がって溝内に入り込み、カムピース側の変形が少ないため、カムプロフィールの形状への影響を低減できる。

本発明の実施形態を図１乃至図５によって説明する。図１に示すように、カムシャフト１の駆動シャフト２上には、２個のカムピース３Ａ、３Ｂが取り付けられている。駆動シャフト２は、ＳＴＫＭ材等の炭素鋼あるいは合金鋼によるパイプ材により形成されている。図２に示すように、駆動シャフト２の外周面には、半径方向内方へ向けて切り欠かれて形成された第１段付部２１が設けられ、この第１段付部２１から駆動シャフト２の軸方向（図２において右方）に、半径方向外方へ向けて傾斜した第１テーパ部２２が形成されている。第１テーパ部２２は所定の角度で傾斜しており、略円錐状をしている。

第１テーパ部２２の終端部（図２において右端部）からは、終端部と同径の第１円柱部２３が軸方向に延びており、その端部には第１段付部２１と同様に、半径方向内方へ向けて切り欠かれて形成された第２段付部２４が設けられている。第１テーパ部２２と同様に、第２段付部２４から軸方向（図２において右方）には、半径方向外方へ向けて傾斜した第２テーパ部２５が形成されている。第２テーパ部２５は、これに限定する必要はないが、第１テーパ部２２と同角度に傾斜している。第２テーパ部２５の終端部からは、終端部と同径の第２円柱部２６が軸方向に延びている。ここで、図２に示すように、第２テーパ部２５の最大径である終端部の外径φｂ２は、これに連続した段付部２４と（第１円柱部２３を介して）隣接して配置された第１テーパ部２２の最大径である、同じく終端部の外径φａ２よりも小さく設定されている。

一方、第１カムピース３Ａおよび第２カムピース３Ｂは、炭素鋼またはＣｒ、Ｖを含んだ合金鋼による金属粉末を金型内にて加圧成形し、高温で焼結させた焼結材にて形成されている。図２に示すように、カムピース３Ａ、３Ｂの内部には内孔３１ａ、３１ｂがそれぞれ貫通している。また、カムピース３Ａ、３Ｂには、それぞれ内孔３１ａ、３１ｂの一部を取り囲むように円周状のベース円部３２ａ、３２ｂが形成されており、更に、外方へ突出したカムプロフィール３３ａ、３３ｂが、ベース円部３２ａ、３２ｂと連続するように形成されている（図３示）。

図２に示すように、カムピース３Ａ、３Ｂの内孔３１ａ、３１ｂは、それぞれ第１テーパ部２２、第２テーパ部２５と係合するように、軸方向に第１テーパ部２２および第２テーパ部２５の外周面と同角度で傾斜している。ここで、第１カムピース３Ａの内孔３１ａの入口（図２において左端部）の内径φＡ１は、常温状態において、第１段付部２１の外径φａ１よりも小さく、内孔３１ａの出口（図２において右端部）の内径φＡ２は、同じく常温状態において、第１テーパ部２２の終端部の外径φａ２よりも小さく設定されている。また、第２カムピース３Ｂの内孔３１ｂの入口（図２において左端部）の内径φＢ１は、常温状態において、第２段付部２４の外径φｂ１よりも小さく、内孔３１ｂの出口（図２において右端部）の内径φＢ２は、同じく常温状態において、第２テーパ部２５の終端部の外径φｂ２よりも小さく設定されている。従って、第１カムピース３Ａの内孔３１ａの入口および出口の内径φＡ１、φＡ２と、第２カムピース３Ｂの内孔３１ｂの入口および出口の内径φＢ１、φＢ２との間には、φＡ１＞φＢ１、φＡ２＞φＢ２の関係が存在する。

カムピース３Ａ、３Ｂの内孔３１ａ、３１ｂには、駆動シャフト２をカムピース３Ａ、３Ｂに挿入する（後述する）方向に延びるように、複数の溝３４ａ、３４ｂが形成されている。溝３４ａ、３４ｂは、内孔３１上に均等に配置されるように形成されている。カムピース３Ａ、３Ｂの少なくとも内孔３１ａ、３１ｂの硬度は、これに限定する必要はないがＨｖ３５０以上であり、駆動シャフト２の外周面の硬度（Ｈｖ１５０〜２００）よりも高く形成されている。溝３４ａ、３４ｂは、カムピース３の成形時に外形状と同時に成形してもよいが、カムピース３Ａ、３Ｂの外形状の成形後に機械加工によって形成した後、カムピース３Ａ、３Ｂを焼結してもよい。

次に、カムピース３Ａ、３Ｂを、駆動シャフト２上に固着させる方法について説明する。まず、内孔３１ａに複数の溝３４ａが形成された第１カムピース３Ａを、２００℃以上の高温に加熱することにより、内孔３１ａを拡張する。加熱により、第１カムピース３Ａの内孔３１ａの入口の内径φＡ１が、第１テーパ部２２の終端部および第１円柱部２３の外径φａ２よりも大きくなった状態で、第１カムピース３Ａの内孔３１ａ内に、駆動シャフト２をその第２テーパ部２５側（図２において右方）から挿入する（焼き嵌め）。加熱により内孔３１ａは拡径されているため、駆動シャフト２の挿入は円滑に行うことができる。駆動シャフト２を内孔３１ａ内に挿入することにより、拡径された内孔３１ａは第２円柱部２６および第１円柱部２３を乗越え、第１カムピース３Ａの左端面が第１段付部２１に当接して、軸方向に位置決めされる。また、それとともに、内孔３１ａが第１テーパ部２２と係合する。

次に、第２カムピース３Ｂを第１カムピース３Ａと同様に加熱し、内孔３１ｂの入口の内径φＢ１が、第２テーパ部２５の終端部および第２円柱部２６の外径φｂ２よりも大きく、かつ、第１円柱部２３の外径φａ２よりも小さい状態で、第１カムピース３Ａと同様に、第２カムピース３Ｂの内孔３１ｂ内に駆動シャフト２を挿入する。加熱により内孔３１ｂは拡径されているため、駆動シャフト２の挿入は円滑に行うことができる。駆動シャフト２を内孔３１ｂ内に挿入することにより、拡径された内孔３１ｂは第２円柱部２６を乗越え、第２カムピース３Ｂの左端面が第２段付部２４に当接して、軸方向に位置決めされる。また、それとともに、内孔３１ｂが第２テーパ部２５と係合する。

次に、駆動シャフト２を複数のカムピース３Ａ、３Ｂの内孔３１ａ、３１ｂに挿入した状態で冷却すると、拡径されていた内孔３１ａ、３１ｂが再び縮径し、駆動シャフト２の外周面を内方に押圧し始める（締まり嵌め）。従って、内孔３１ａ、３１ｂよりも硬度の低い駆動シャフト２の外周面が、内孔３１ａ、３１ｂによって押圧され、内孔３１ａ、３１ｂによって拘束されていない、溝３４ａ、３４ｂと対向した部位が外方に盛上がり、それぞれ溝３４ａ、３４ｂ内に入り込む（図４および図５示）。

上述したように、駆動シャフト２を、その内孔３１ａ、３１ｂの径の大きい第１カムピース３Ａから順に挿入することにより、複数のカムピース３Ａ、３Ｂが軸方向に並んで固定される。この状態において、カムピース３Ａ、３Ｂは、その一端面が段付部２１、２４に当接することにより、駆動シャフト２の軸上において、図１の左方向に対して固定され、内孔３１ａ、３１ｂがテーパ部２２、２５と係合することにより、図１の右方向に対して固定される。カムシャフト１は図示しない内燃機関のシリンダーヘッドにおいて回転可能に固定され、回転することにより、カムプロフィール３３ａ、３３ｂと当接する給排気バルブの作動を制御する。

本実施形態によれば、カムピース３Ａ、３Ｂを駆動シャフト２に取り付ける際に、カムピース３Ａ、３Ｂの一端面を段付部２１、２４に当接させることにより、その軸方向の位置決めを行うことができるため、治具等を必要とせず、その組付け作業性を向上させ、製造コストを低減することができる。また、カムピース３Ａ、３Ｂの一端面が段付部２１、２４に当接するとともに、軸方向に傾斜した内孔３１ａ、３１ｂとテーパ部２２、２５とが係合することにより、カムピース３Ａ、３Ｂが駆動シャフト２の軸上において、両方向に強固に固着される。

駆動シャフト２上に、段付部２１、２４およびそれに連続したテーパ部２２、２５の組み合わせを軸方向に複数個並設し、テーパ部２５の最大径φｂ２を、それと連続した段付部２４側に隣接して配置されたテーパ部２２の最大径φａ２よりも小さく設定するとともに、複数のカムピース３Ａ、３Ｂを、テーパ部２２、２５のそれぞれに係合するように、その内孔３１ａ、３１ｂの径を互いに異ならせ、駆動シャフト２をカムピース３Ａ、３Ｂに対し、その内孔３１ａ、３１ｂの径が大きいもの（第１カムピース３Ａ）から順に挿入することにより、駆動シャフト２上に、複数のカムピース３Ａ、３Ｂが軸方向に並んで固定される構成としたため、それぞれのカムピース３Ａ、３Ｂの駆動シャフト２上の軸方向の位置決めを容易に行うことができるとともに、それぞれを軸上において、両方向に強固に固定することができる。

また、内孔３１ａ、３１ｂに、その挿入方向に延びる複数の溝３４ａ、３４ｂを形成し、内孔３１ａ、３１ｂが縮径して締り嵌めとなることにより、テーパ部２２、２５が内孔３１ａ、３１ｂより押圧されて盛上がり、溝３４ａ、３４ｂ内に入り込むことにより双方が固定されるため、溝３４ａ、３４ｂ内に入り込んだ部位が引っかかりとなり、簡単な方法でカムピース３Ａ、３Ｂを駆動シャフト２上に強固に固定することができる。また、溝３４ａ、３４ｂはカムピース３Ａ、３Ｂの内孔３１ａ、３１ｂに形成され、カムピース３Ａ、３Ｂの内孔３１ａ、３１ｂの硬度が、駆動シャフト２の外周面の硬度よりも高いことにより、カムピース３Ａ、３Ｂが駆動シャフト２に固定されると、駆動シャフト２が溝内に入り込みやすく、双方が強固に固定されるとともに、カムピース３Ａ、３Ｂ側の変形が少ないため、カムプロフィール３３ａ、３３ｂの形状への影響を低減できる。更に、溝３４ａ、３４ｂをカムピース３Ａ、３Ｂの成形時に内孔３１ａ、３１ｂに形成すれば、機械加工を施す必要がなく、その生産性を向上させることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）溝は駆動シャフトの外周面側に形成してもよい。
（２）駆動シャフト上に段付部およびそれに連続したテーパ部の組み合わせを、軸方向に３個以上並設し、それらのテーパ部の外径を徐々に変化させ、カムピースを３個以上取り付けるようにしてもよい。

本実施形態によるカムシャフトの一部を示す断面図である。 図１に示したカムシャフトの組付け前の断面図である。 図１に示したカムピースの正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図４の要部拡大図である。

符号の説明

１…カムシャフト
２…駆動シャフト
３Ａ…第１カムピース
３Ｂ…第２カムピース
２１…第１段付部
２２…第１テーパ部
２４…第２段付部
２５…第２テーパ部
３１ａ、３１ｂ…内孔
３３ａ、３３ｂ…カムプロフィール
３４ａ、３４ｂ…溝

Claims (2)

1. カムプロフィールを有するカムピースの内孔に、駆動シャフトを挿入することにより、前記駆動シャフト上に前記カムピースが固定されたカムシャフトにおいて、
   前記駆動シャフトの外周面には、半径方向内方へ向けて切り欠かれた段付部と、この段付部から半径方向外方へ向けて、軸方向に傾斜したテーパ部が形成され、前記カムピースの内孔は前記テーパ部と係合するように軸方向に傾斜しており、前記駆動シャフト上に、前記段付部およびそれに連続した前記テーパ部の組み合わせを軸方向に複数個並設し、各々の前記テーパ部の最大径を、それと連続した前記段付部側に隣接して配置された前記テーパ部の最大径よりも小さく設定するとともに、複数の前記カムピースを、前記複数のテーパ部のいずれかに係合するように、その内孔の径を互いに異ならせ、
   前記カムピースを加熱して前記内孔を拡径させた後、前記駆動シャフトを前記カムピースに対し、その内孔の径が大きいものから順に、前記テーパ部側から挿入して前記テーパ部と係合させるとともに、前記カムピースの一端面を前記段付部に当接させて、その軸方向の位置決めをし、その後前記カムピースを冷却することにより、前記内孔が再び縮径して締り嵌めとなることにより、前記駆動シャフト上に、複数の前記カムピースが軸方向に並んで固定されることを特徴とするカムシャフト。
2. 前記内孔に、その挿入方向に延びる複数の溝を形成し、前記内孔が縮径して締り嵌めとなることにより、前記テーパ部が前記内孔より押圧されて盛上がり、前記溝内に入り込むことにより双方が固定されることを特徴とする請求項１記載のカムシャフト。

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