JP5057093B2 - 組立カムシャフト、カムロブおよび組立カムシャフトの組立方法 - Google Patents
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Description
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、請求可能発明と称する)の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、(1)〜(7)項の各々が、請求項1〜(7)の各々に相当する。
本項に記載の組立カムシャフトによれば、焼嵌め時にカムロブの低熱伝導層よりも内側部分(以下、内周部という)を熱処理温度(焼戻し温度)よりも高い温度に昇温させても、カムロブの低熱伝導層よりも外側部分(以下、外周部という)が熱処理温度(焼戻し温度)よりも高い温度に昇温することを防ぐことができる。
これにより、カムロブの外周部の硬度を確保しつつ焼嵌め時に十分な締め代を確保することが可能になり、カムロブの軸穴とシャフトの軸との組付け精度(位置決め精度)が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。また、焼嵌め時に十分な締め代を確保することができることから、意図しないタイミングでカムロブがシャフトに接触してしまうことを防ぐことができる。したがって、従来のように、熱容量を確保するためにカムロブを大型化させる必要がなく、カムロブを軽量化することができる。さらに、焼嵌め時の締め代をより大きく設定することができることから、シャフトに対するカムロブのねじりトルクを増大させることが可能になり、組立カムシャフトをより排気量が大きいエンジンに対応させることができる。加えて、従来、非円形のカムロブを加熱して熱膨張させた場合、カムロブの軸穴が非円形に変形していたが、本項の態様では、低熱伝導層及び内周部を円環状に形成することで、焼嵌め時にカムロブの軸穴を真円に近い形で拡径させることが可能になり、カムロブの軸穴およびシャフトの軸の寸法公差が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。
本項に記載の組立カムシャフトによれば、カムロブの基材よりも熱伝導率が低い材料により低熱伝導層が構成される。
本項の態様において、カムロブの基材を従来のスチール系焼結材により構成し、低熱伝導層を、例えばチタン合金により構成することができる。また、低熱伝導層は、軸穴と同心の円環状に形成することができる。さらに、低熱伝導層は、内側の輪郭を軸穴の同心円とし、外側の輪郭を、外周部の軸直角方向の厚さが外周の全周に亘って一定となるように非円形に形成してもよい。
本項に記載の組立カムシャフトによれば、複数の熱絞り部をカムロブの内周面を取り囲むように配設することで低熱伝導層が構成される。
本項の態様において、軸方向へ貫通させた複数の貫通孔をカムロブの軸穴の回りに円環状に配設することで、隣り合う各貫通孔間にそれぞれ熱絞り部を形成することができる。
本項に記載のカムロブによれば、焼嵌め時に内周部を熱処理温度(焼戻し温度)よりも高い温度に昇温させても、外周部が熱処理温度(焼戻し温度)よりも高い温度に昇温することを防ぐことができる。
これにより、外周部の硬度を確保しつつ焼嵌め時に十分な締め代を確保することが可能になり、軸穴とシャフトの軸との組付け精度(位置決め精度)が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。また、焼嵌め時に十分な締め代を確保することができることから、意図しないタイミングでカムロブがシャフトに接触してしまうことを防ぐことができる。したがって、従来のように、熱容量を確保するためにカムロブを大型化させる必要がなく、カムロブを軽量化することができる。さらに、焼嵌め時の締め代をより大きく設定することができることから、シャフトに対するねじりトルクを増大させることが可能になり、組立カムシャフトをより排気量が大きいエンジンに対応させることができる。加えて、従来、非円形のカムロブを加熱して熱膨張させた場合、カムロブの軸穴が非円形に変形していたが、本項の態様では、低熱伝導層及び内周部を円環状に形成することで、焼嵌め時に軸穴を真円に近い形で拡径させることが可能になり、軸穴およびシャフトの軸の寸法公差が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。
本項に記載のカムロブによれば、基材よりも熱伝導率が低い材料により低熱伝導層が構成される。
本項の態様において、基材を従来のスチール系焼結材により構成し、低熱伝導層を、例えばチタン合金により構成することができる。また、低熱伝導層は、軸穴と同心の円環状に形成することができる。さらに、低熱伝導層は、内側の輪郭を軸穴の同心円とし、外側の輪郭を、外周部の軸直角方向の厚さが外周の全周に亘って一定となるように非円形に形成してもよい。
本項に記載のカムロブによれば、内周面を取り囲むように複数の熱絞り部を配設することで低熱伝導層が構成される。
本項の態様において、軸方向へ貫通させた複数の貫通孔を軸穴の回りに円環状に配設することで、隣り合う各貫通孔間にそれぞれ熱絞り部を形成することができる。
本項に記載の組立カムシャフトの製造方法によれば、カムロブの内周面が加熱されるので、カムロブの内周部を熱処理温度(焼戻し温度)よりも高い温度に昇温させても、カムロブの外周部が熱処理温度(焼戻し温度)よりも高い温度に昇温することを防ぐことができる。
これにより、カムロブの外周部の硬度を確保しつつ焼嵌め時に十分な締め代を確保することが可能になり、カムロブの軸穴とシャフトの軸との組付け精度(位置決め精度)が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。また、焼嵌め時に十分な締め代を確保することができることから、意図しないタイミングでカムロブがシャフトに接触してしまうことを防ぐことができる。したがって、従来のように、熱容量を確保するためにカムロブを大型化させる必要がなく、カムロブを軽量化することができる。さらに、焼嵌め時の締め代をより大きく設定することができることから、シャフトに対するカムロブのねじりトルクを増大させることが可能になり、組立カムシャフトをより排気量が大きいエンジンに対応させることができる。加えて、従来、非円形のカムロブを加熱して熱膨張させた場合、カムロブの軸穴が非円形に変形していたが、本項の態様では、低熱伝導層及び内周部を円環状に形成することで、焼嵌め時にカムロブの軸穴を真円に近い形で拡径させることが可能になり、カムロブの軸穴およびシャフトの軸の寸法公差が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。
本項の態様では、例えば、カムロブの軸穴にプラグヒータを挿入させることで、カムロブを内周面から加熱することができる。
本項に記載の組立カムシャフトの製造方法によれば、カムロブの外周部をカムロブの熱処理温度(焼戻し温度)にまで昇温することを防ぐことができ、カムロブの外周部の硬度を確保することで組立カムシャフトの性能を確保することができる。
本発明の第1実施形態を図1〜図9に基いて説明する。
第1実施形態の組立カムシャフトは、カムロブ1がシャフト2に焼嵌めにより組付けられる。カムロブ1は、図1(a)に示される平面視において外周面1bの輪郭が非円形(略卵形)に形成され、軸方向(図1(b)における上下方向)に所定のカム厚を有する。また、カムロブ1は、焼嵌め時にシャフト2が挿入される軸穴3を有する。該軸穴3は、平面視において真円に形成され、内壁面が当該カムロブ1の内周面1aをなす。
まず、図2に示されるように、第1スライド型9および第2スライド型10をダイ本体7aに対して位置決めし、ダイ7に、カムロブ1の内周部5および外周部6を成形するための第1成形部13を形成する。この時、第1パンチ型11および第2パンチ型12は上昇端に位置している。次に、第1成形部13に基材(スチール系焼結材)を充填した後、図3に示されるように、第1成形部13に充填された基材を、第1スライド型9と第1パンチ型11とにより加圧して予備圧縮する。
図6に示されるように、焼嵌めの加熱前の状態においては、カムロブ1の温度は均一(常温)である。次に、図7に示されるように、軸穴3にプラグヒータ15を挿入してカムロブ1を内周面1aから加熱する。この状態で所定時間が経過すると、図7に示されるように、内周部5の温度がカムロブ1の熱処理温度T0(焼戻し温度)を超え、外周部6の温度が熱処理温度T0よりも低い状態になる。
第1実施形態によれば、カムロブ1の内周面1aと外周面1bとの間に、カムロブ1の基材よりも熱伝導率が低い低熱伝導層4を形成し、焼嵌め時にカムロブ1の内周面1aを加熱したので、焼嵌め時にカムロブ1の内周部5を熱処理温度T0(焼戻し温度)よりも高い温度に昇温させても、カムロブ1の外周部1bが熱処理温度T0よりも高い温度に昇温することを防ぐことができる。
これにより、カムロブ1の外周部6の硬度を確保しつつ、焼嵌め時には軸穴3を十分に拡径させて締め代を確保することが可能になり、カムロブ1の軸穴3とシャフト2の軸との組付け精度(位置決め精度)が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。
また、焼嵌め時に十分な締め代を確保することができることから、意図しないタイミングでカムロブ1がシャフト2に接触してしまうことを防ぐことができる。したがって、従来のように、熱容量を確保するためにカムロブ1を大型化させる必要がなく、カムロブ1を軽量化することができる。
さらに、焼嵌め時の締め代をより大きく設定することができることから、シャフト2に対するカムロブ1のねじりトルクを増大させることが可能になり、組立カムシャフトをより排気量が大きいエンジンに対応させることができる。
加えて、従来、外形が非円形であるカムロブ1を加熱して熱膨張させた場合、カムロブ1の軸穴3が非円形に変形していたが、第1実施形態によれば、低熱伝導層4内側の内周部5を円環状に形成することで、焼嵌め時にはカムロブ1の軸穴3を真円に近い形で拡径させることが可能になり、カムロブ1の軸穴3およびシャフト2の軸の寸法公差が緩和されて製造コストの増大を抑制することができる。
図10に示されるように、軸方向へ貫通させた複数の貫通孔22をカムロブ21の軸穴3の回りに円環状に配設し、隣り合う各貫通孔22間にそれぞれ熱絞り部23を形成することにより、内周面5と外周面6との間に低熱伝導層4を形成してもよい。この場合も、上述した実施形態と同等の作用効果を得ることができる。なお、貫通孔22は、図10に示される矩形であってもよいし、あるいは、円形とすることができる。
本発明の第2実施形態を図14に基づき説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と同一あるいは相当する構成には同一の名称および符号を付与し、重複する説明を省略する。
カムロブ31は、内周部(軸穴3が形成されたカムロブ31の内側部分)に低熱伝導層4を有する。該低熱伝導層4は、スチール系焼結材からなる基材よりも熱伝導率が低い例えばチタン合金等からなる焼結材により構成される。
まず、カムロブ31全体を加熱して、カムロブ31の温度が当該カムロブ31の熱処理温度T0(焼戻し温度)以下になるように、言い換えると、カムロブ31の温度が当該カムロブの熱処理温度T0(焼戻し温度)を超えないように、ヒータを制御しながらカムロブ31を昇温させる。この状態で、カムロブ31の軸穴3にシャフトを挿入し、カムロブ31とシャフトとを位置決めさせる。さらに、この状態で、カムロブ31を急冷却してカムロブ31の軸穴3を縮径させる。これにより、カムロブ31をシャフトに結合させることができる。
第2実施形態によれば、カムロブ31の内周部を該カムロブ31の基材よりも熱伝導率が低い低熱伝導層4により形成し、焼嵌め時にカムロブ31全体を焼戻し温度以下に加熱したので、カムロブ31の軸穴3にシャフトを挿入している時にカムロブ31の内周部(第2実施形態では低熱伝導層4)がシャフトに接触した場合であっても、カムロブ31からシャフトへ熱が急激に移動することで軸穴3の縮径が開始されるのを防ぐことができる。
これにより、カムロブ31の熱容量を低減することが可能になり、その結果、従来と比較してカムロブ31ひいては該カムロブ31が組付けられた組立カムシャフトを軽量化することができる。また、同一の熱容量でカムブロック31を比較した場合、低熱伝導層4を持たない従来のカムロブよりも焼嵌め時にカムロブ31の温度が低下し難いことから、従来の製造方法と比較してカムロブ31のシャフトへの組付け性を向上させることができる。さらに、焼嵌め時におけるカムロブ31の温度を当該カムロブ31の熱処理温度T0(焼戻し温度)以下に止めたので、カムロブ31の外周部6(外周面31bを含む低熱伝導層4よりも外側部分)の硬度を確保することができる。
Claims (7)
- 焼嵌めによりカムロブがシャフトに結合される組立カムシャフトであって、
前記カムロブの内周面と外周面との間に、該カムロブの基材よりも熱伝導率が低い低熱伝導層が形成され、
前記カムロブは、焼嵌め時に内周面から加熱され、前記低熱伝導層よりも内側部分が熱処理温度よりも高い温度に昇温され、前記低熱伝導層よりも外側部分が前記熱処理温度よりも低い温度に昇温されることを特徴とする組立カムシャフト。 - 前記低熱伝導層は、前記カムロブの基材よりも熱伝導率が低い材料により構成されることを特徴とする請求項1に記載の組立カムシャフト。
- 前記低熱伝導層は、複数の熱絞り部を前記カムロブの内周面を取り囲むように配設することにより構成されることを特徴とする請求項1に記載の組立カムシャフト。
- 焼嵌めによりシャフトに結合される組立カムシャフトのカムロブであって、
内周面と外周面との間に、基材よりも熱伝導率が低い低熱伝導層が形成され、焼嵌め時に内周面から加熱され、前記低熱伝導層よりも内側部分が熱処理温度よりも高い温度に昇温され、前記低熱伝導層よりも外側部分が前記熱処理温度よりも低い温度に昇温されることを特徴とするカムロブ。 - 前記低熱伝導層は、基材よりも熱伝導率が低い材料により構成されることを特徴とする請求項4に記載のカムロブ。
- 前記低熱伝導層は、複数の熱絞り部を内周面を取り囲むように配設することにより構成されることを特徴とする請求項4に記載のカムロブ。
- 焼嵌めによりカムロブをシャフトに結合させることで得られる組立カムシャフトの製造方法であって、
前記カムロブの内周面と外周面との間に、該カムロブの基材よりも熱伝導率が低い低熱伝導層を形成しておいて、
焼嵌め時に前記カムロブを内周面から加熱し、前記カムロブの前記低熱伝導層よりも内側部分を熱処理温度よりも高い温度に昇温させるとともに前記カムロブの前記低熱伝導層よりも外側部分を前記熱処理温度よりも低い温度に昇温させて前記カムロブの軸穴を拡径させることを特徴とする組立カムシャフトの製造方法。
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