JP4477711B2 - カム軸及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに用いるカム軸及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、例えば自走車のエンジンに用いているカム軸は、軸と複数のカム突出部と複数のジャーナル軸受とをすべて一体鋳造している。所定寸法のブランク（半加工品）を鋳造した後で、軸受およびカム突出部の表面を機械加工し、更に必要に応じて所定寸法となるように精度よく研磨する。
【０００３】
カム軸が上方に取付けられるエンジンでは、ジャーナル軸受の周囲に柱ブロックを複数個組合わせることができるように、ジャーナル軸受の直径はカム突出部の直径よりも小さくなっている。他方で、カム軸がエンジンブロックの側部に取付けられているプッシュロッド式エンジンでは、カム軸がエンジンブロックの一端部からカム軸穴に挿入可能となるように、ジャーナル軸受の直径は少なくともカム突出部と同じでなければならない。
【０００４】
どのタイプのカム軸であっても、カム軸上の駆動構成部による曲げ力が加わると、カム軸の駆動端部のジャーナル軸受とこれに隣接するカム突出部との間が構造上弱くなる。
【０００５】
従来、このカム突出部の鼻端部（すなわち、ジャーナル軸受に面する軸端領域）は、まずカム突出部とジャーナル軸受との間のカム軸の領域を円形断面となるように鋳造される。しかしながら、構造上の強度を増すために、この鼻端部は、その後、やや小さな円形断面に加工される。この最後の工程を行う理由は、機械加工により断面積が減少したとしても、鋳造したままの領域は機械加工した領域よりもひび割れしやすいからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような製造方法では、カム突出部の鼻端部が比較的弱くなる結果となり、望ましい耐久性を達成するためには、高品質のスチールを使用する必要があったことから、カム軸の製造コストがかなり高くなる。
【０００７】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、望ましい耐久性を達成するために高品質のスチールに頼る必要ないカム軸及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、中心軸と同心円状のジャーナル軸受と偏心状のカム突出部を含むブランク部を、カム軸の駆動端部のジャーナル軸受と隣接するカム突出部の間のカム鼻端領域がカムと形状が同じであるが寸法が小さくなるように鋳造する工程と、第１のカム突出部のカムの鼻端部とカム面を磨く工程と、から構成されるカム軸を製造する方法が提供される。
【０００９】
また、本発明では、複数のジャーナル軸受と偏心状のカム突出部を備えた中心軸を含むカム軸が提供される。このカム軸では、その駆動端部のジャーナル軸受と、隣接するカムの間とのカムの鼻端領域がカムと形状は同じであるが寸法は小さいように鋳造されて、最後に研磨で仕上げられる。
【００１０】
本発明では、第１のカム突出部とカム軸の駆動端部のジャーナル軸受との間のカム鼻端部は、横断面が比較的広いが表面が滑らかになるように研磨されたカムが保持される。この方式では、より価格の高い高品質のスチールに頼る必要なく、カム軸に十分な強度と耐久性をもたらす金属を使用できる。
【００１１】
カム面を研磨するための円筒形部分と、カム鼻端を研磨するための一端の直径が大きくなっている狭い形状部分とを備えるように成形加工した研磨ホイールにより、カムの鼻端と第１カム突出部のカム面を互いに同時に研磨するのが好ましい。このため他の加工工程の必要がなくなるので、製造コストが低く抑えられる。
【００１２】
カム鼻端部の表面の設計は重要で、半径が一定に変化する指数曲線に似るのが理想的である。本発明の好ましい実施例では、こうした曲線への近似は、研磨ホイールの形状を、曲率半径が比較的短いカム面に隣接した区分と長いカム面に隣接した区分の２区分に形成し、これらの曲線が共通の接線をもつようにすることで達成される。
【００１３】
カム突出部とジャーナル軸受間の鼻端領域全体を研磨可能であるが、研磨ホイールの軸端部の摩耗が発生し、仕上げが難しくなる。したがって、カム軸の軸線に垂直になる前に直径の大きいほうの区分が終端し、ジャーナル軸受に隣接した鼻端領域の一部を鋳造されたままに残しておくのが好ましい。鼻端領域のこの区分は、その大きさやジャーナル軸受への近接性のために、鋳造されたまま残されたとしても故障が発生する可能性は低くなる。
【００１４】
第１カムの鼻端だけしか脆弱さがないが、すべてのカムの鼻端をこの方法で形成するのが可能である。カム軸と研磨ホイールを適切に設計することで、必要なもの以外の突出部の半径が研磨されることなくあらゆるカムとカム鼻端を同じホイールを使用して研磨することができる。これは、接触を避けるべき研磨区分を回避するように残りの突出部にあそびをもつように鋳造を設計することで達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るカム軸及びその製造方法の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、その駆動端部のみを示すカム軸の部分斜視図である。カム軸１０は、複数の穴１４が設けられた駆動板１２を有する。これらの穴１４を通して駆動スプロケット（図示省略）がカム軸１０にボルト締めされている。図１は、さらに第１のジャーナル軸受１６および第１のカム突出部１８も示している。このカム突出部１８は通常は排気弁（図示省略）を駆動させる。
【００１７】
カム軸１０は、最終仕上げのカム軸と形状が同様であるが寸法はやや大きいブランク部を鋳造した後、カム突出部１８の表面とジャーナル軸受１６とカム鼻端部とが、所定の寸法に精度よく研磨又は機械加工されることにより形成される。ジャーナル軸受１６とカム突出部１８とに挟まれた領域では、ブランク部はカム突出部１８と形状は同様であるが寸法はやや小さく形成されている。
【００１８】
上述したように、未仕上のままだとカム鼻端部を形成する領域では脆弱になり、ひび割れしやすくなるので、従来ではカム鼻端部を円断面に機械加工する。しかし、このような加工では金属の残存量が少ないので、依然としてクランク軸として構造上弱い。そこで、この問題を回避するために、本実施形態におけるカム軸１０は、適切に形成された研磨ホイールを用いて、カム突出部１８の表面が研磨されるのと同時に、カム鼻端部を図２に示すような形状に研磨することで形成される。
【００１９】
図２は、カム突出部１８とジャーナル軸受１６との間のカム軸１０の一部を表した拡大平面図である。その表面が仕上げられる前のブランク部の形状は、図２において点線３０で表されている。ジャーナル軸受１６は、望ましい直径になり、その端部は、加工後の円錐領域２０及び円筒形領域２２により画定された小さな段により形成されている。
【００２０】
この小さな段の直後に続く領域２４は、鋳造されたままの状態で維持され、加工されたり研磨されたりすることはない。カム突出部１８と、２つの区分２８、２６からなる鼻端領域とはすべて同時に研磨されるので、断面形状はすべて同じである。カム突出部１８の幅を持ち、カム突出部１８の表面を研磨する円筒部分と、区分２８、２６を研磨する円筒部分の端部の直径がより大きいリング部とを含む研磨ホイール（図示省略）を用いて、研磨がなされる。区分２８の半径は、区分２６の半径よりも小さく、これら２つの区分２８、２６は接線方向に接合されて、徐々に変化するので、２つの区分２８、２６はともに指数曲線に近似する。区分２６は、鋳造されたままの領域２４に隣接し、その境界部においては、カム軸１０の軸線と垂直になる前に終端している。その結果として、研磨ホイールの側部は、研磨処理中に侵食されることがないので、必要に応じてホイールを仕上げることで研磨ホイールの寿命を長くすることができる。
【００２１】
以上、第１のカム突出部１８の鼻端部の製造に関して本発明を説明してきたが、当然のことながら同じ方法を使用して、他のあらゆるカム突出部とこれに隣接するジャーナル軸受との間の鼻端部を形成することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るカム軸の製造方法より製造されたカム軸の斜視図である。
【図２】図１のカム軸のカム突出部の鼻端部を部分的に示す拡大平面である。
【符号の説明】
１０ カム軸
１２ 駆動板
１４ 穴
１６ ジャーナル軸受
１８ 第１のカム突出部
２０ 円錐領域
２２ 円筒形領域
２４ 領域
２６、２８ 区分
３０ 点線

Claims (8)

1. 中心軸を含むカム軸（１０）の製造方法であって、
   駆動端部（１２）と同心状のジャーナル軸受（１６）と偏心状のカム突出部（１８）とを備えた中心軸と、カム軸（１０）の上記駆動端部（１２）の上記ジャーナル軸受（１６）と上記ジャーナル軸受（１６）に隣接する上記カム突出部（１８）との間にあるカム鼻端部（２６，２８）とを含むブランク部を鋳造する工程であって、上記カム突出部（１８）は、上記中心軸に対して垂直な断面が非円形であり、上記カム鼻端部（２６，２８）は、直接隣接する上記カム突出部（１８）と同じ非円形の断面を有するが上記中心軸に対する半径方向の寸法が小さく形成されている、工程と、
   上記カム鼻端部（２６，２８）と上記カム突出部（１８）のカム面とを研磨する工程と
   を含むことを特徴とする中心軸を含むカム軸の製造方法。
2. 上記カム鼻端部（２６，２８）及び上記カム突出部（１８）のカム面は、該カム面を研磨する円筒部分と、上記カム鼻端部を研磨する輪郭部分とを有するように成形された研磨ホイールにより、互いに同時に研磨され、上記輪郭部分は、上記研磨ホイールの一端部に上記円筒部分に隣接するように配置されるとともに上記カム面を研磨する上記円筒部分に比べて軸方向の幅が狭く且つ直径が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の中心軸を含むカム軸の製造方法。
3. 上記研摩ホイールの上記輪郭部分は、上記円筒部分に隣接する第１の曲線区分と、該第１の曲線区分より曲率半径が大きく且つ上記第１の曲線区分に隣接する第２の曲線区分との２つの区分で形成され、上記第１の曲線区分及び上記第２の曲線区分は共通の接線をもつことを特徴とする請求項２に記載の中心軸を含むカム軸の製造方法。
4. 上記ジャーナル軸受（１６）に隣接した鼻端領域の部分（２４）は鋳造されたままの状態であり、上記研摩ホイールの上記輪郭部分は、上記部分（２４）側においては上記カム軸の軸線に垂直になる前に終端していることを特徴とする請求項２又は３に記載の中心軸を含むカム軸の製造方法。
5. すべてのカム突出部のカム鼻端部は、上記カム突出部（１８）とこれに隣接するジャーナル軸受（１６）との間の鼻端部（２６，２８）と同じ方式で形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の中心軸を含むカム軸の製造方法。
6. 駆動端部（１２）と同心状のジャーナル軸受（１６）と偏心状のカム突出部（１８）とを備えた中心軸を含むカム軸（１０）であって、
   前記カム突出部は、上記中心軸に対して垂直な断面が非円形であり、上記カム軸（１０）は、上記カム軸（１０）の上記駆動端部（１２）のジャーナル軸受（１６）と該ジャーナル軸受（１６）に直接隣接する上記カム突出部（１８）との間にあるカム鼻端部（２６，２８）を備え、該カム鼻端部（２６，２８）は、直接隣接する上記カム突出部と同じ非円形の断面を有するが上記中心軸に対する半径方向の寸法が小さくなるように鋳造されており、上記カム突出部（１８）と上記カム突出部に隣接するカム鼻端部（２６，２８）は研磨面を有していることを特徴とするカム軸。
7. 上記カム軸（１０）は、上記ジャーナル軸受け（１６）と上記カム突出部に直接隣接する上記カム鼻端部（２６，２８）との間において軸方向に延びる非研磨部分（２４）を備え、上記非研磨部分（２４）は加工されたり研磨されたりすることなく、鋳造されたままで残されることを特徴とする請求項６に記載のカム軸。
8. 上記カム突出部（１８）に直接隣接する上記カム鼻端部（２６，２８）は、上記カム突出部に隣接する第１の曲線部分（２８）と、該第１の曲線部分より曲率半径が大きく且つ上記第１の曲線部分（２８）に隣接する第２の曲線部分（２６）との２つで形成され、上記第１の曲線部分（２８）及び上記第２の曲線部分（２６）は共通の接線をもつことを特徴とする請求項７に記載のカム軸。

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