JP5223895B2 - カムスプロケットおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カムスプロケットおよびその製造方法に関する。

エンジンのカムシャフトの軸方向一端側にカムスプロケットが取り付けられているが、このカムスプロケットは、その外歯それぞれに外接する仮想円の曲率中心をカムシャフトの回転軸心と一致させるように位置決めしてカムシャフトに取り付ける必要がある。

このような位置決めをするために、従来では、カムスプロケットの内径側に軸方向一方に張り出す円筒部を設け、この円筒部内にエンジンのカムシャフトの軸方向一端側を嵌合する形態にしている。

なお、前記円筒部の底壁部には、ボルトの挿通孔が設けられ、この挿通孔からボルトを差し入れてカムシャフトの軸方向一端面の雌ねじ孔に螺合することにより、カムシャフトにカムスプロケットを固定するようになっている。

このような円筒部を備える従来のカムスプロケットは、一般的に、焼結工法により製作されている。つまり、粉末合金を成形金型に充填して焼結することにより製作されている。この焼結工法では、カムスプロケットの円筒部の深さを可及的に深くした形状で製作することが可能であるなど、形状の自由度が高いものの、手間がかかるなど、製造コストが嵩むことが指摘される。

これに対し、近年では、製造コストの低減を目的として、カムスプロケットをプレス成形により製作することが行われている。このプレス成形品からなるスプロケットについては、参考までに、例えば特許文献１，２に示されている。

特許文献１には、プレス成形で製作される２枚の片面スプロケットを軸方向に掌合結合した構成のスプロケットが開示されている。この片面スプロケットの製作は、まず、鉄板をプレス成形で打ち抜くことにより外周に歯を形成するとともに軸孔を形成し、前記軸孔の周りをボス部として一側へ押し出し成形するようにしている。

特許文献２には、プレス成形で製作される１枚のカムスプロケットが開示されている。このカムスプロケットは、円形板状鋼板の中心部をインロー半抜きする工程、円形板状鋼板の外周に回転ロール成形を施すことにより、外周を軸方向に増肉する工程、円形板状鋼板に基準穴や軽量穴を打ち抜いて形成する工程、基準穴の内径旋削を行う工程、基準穴にリーマ加工を行う工程、円形板状鋼板の外周に歯切り加工を施す工程などを行い、その後、円形板状鋼板に対して、浸炭焼入処理、ショット処理、基準穴の内径仕上げ処理などを施すことにより、完成される。

実開昭６４−５７４５３号公報 特開２００１−６２５３９号公報

上記特許文献１に示すスプロケットは、２枚の片面スプロケットを組み合わせた構成であって、本発明のカムスプロケットのように１枚板とは異なる他、軸の軸方向途中に取り付けられる形態になっており、本発明のカムスプロケットのように、カムシャフトの軸方向一端側に取り付けられる形態ではない。

一方、上記特許文献２に係るカムスプロケットは、段落０００２および図６に記載されているように、１枚板であり、カムシャフトの軸方向一端側のフランジに取り付けられる形態で使用されるものの、このカムスプロケットは、その基準穴と外歯との径方向途中の領域の円周方向における数ヶ所にボルト穴を設け、このボルト穴を通してボルトをカムシャフトのフランジにねじ込むようにして、カムスプロケットをカムシャフトに固定する形態になっている。

なお、この特許文献２に係るカムスプロケットは、その製作過程において、内径側にプレス成形によってインロー半抜きすることにより一側に張り出す張り出し部を形成することが記載されているが、この張り出し部は、外周に回転ロール成形を施す際の基準として利用するためのものであって、前記基準穴を形成する工程において完全に除去されるようになっている。

このカムスプロケットの場合、張り出し部を完全に除去することによって得られる基準穴にカムシャフトの軸方向一端部を貫通させて、前記したようにカムシャフトのフランジにボルトで取り付けるようになっており、カムシャフトの軸方向一端側を、前記した焼結品からなるカムスプロケットの円筒部内に嵌合するような取り付け形態になっていない。

ところで、前記した焼結品からなるスプロケットのように内径側にカムシャフトの軸方向一端側を嵌合するための円筒部を備える形状を、プレス成形で製作しようとすると、前記円筒部を形成する際に、千切れたり、亀裂が発生したりするなど、製作しにくいことが懸念される。ここに改良の余地がある。

このような事情に鑑み、本発明は、エンジンのカムシャフトの軸方向一端側に取り付けられるカムスプロケットを、焼結加工に比べて製造コストの上昇を抑制できるプレス成形により製造可能な形状にしたうえで、カムスプロケットの外歯それぞれに外接する仮想円の曲率中心をカムシャフトの回転軸心に容易に位置決め可能な形状とすることを目的としている。

本発明は、エンジンのカムシャフトの軸方向一端側に取り付けられるプレス成形品からなるカムスプロケットであって、その内径側領域が軸方向一方に張り出されることによって外径側領域に径方向に沿うとともに外周に外歯を有する環状板部が設けられるとともに、前記内径側領域に前記環状板部と軸方向に段違いでほぼ平行となりかつ前記カムシャフトの軸方向一端面が当接される円形平板部が設けられ、さらに径方向中間領域に前記円形平板部と前記環状板部とに連接するテーパ状部が設けられ、前記テーパ状部には、カムスプロケットを前記カムシャフトの軸方向一端側に取り付ける際に、前記外歯の外接円の曲率中心を前記カムシャフトの回転軸心に一致させたうえで前記円形平板部を前記カムシャフトの軸方向一端面に当接させるための複数の押し出し部が設けられ、前記複数の押し出し部は、前記テーパ状部の円周方向における数ヶ所に前記円形平板部の張り出し方向と反対向きに押し出されることによって形成され、当該各押し出し部の内径面それぞれが、前記カムシャフトの軸方向一端側外周面に面で接触するような部分円弧形状に形成されている、ことを特徴としている。

この構成では、プレス成形により製作されるカムスプロケットでありながら、そのテーパ状部の円周方向における数ヶ所に複数の押し出し部を設けるようにし、この複数の押し出し部の内径面それぞれを部分円弧形状に形成することによって、例えば従来例で説明した焼結品からなるカムスプロケットの円筒部と同等の働きをするような部分を確保している。つまり、本発明に係るカムスプロケットは、その製造コストの上昇を抑制することが可能な形状でありながら、カムシャフトの軸方向一端側に位置決めして取り付けることが可能な形状にすることが可能になる。

好ましくは、前記各押し出し部は、正面から見て矩形状に形成されている。この構成では、複数の押し出し部を作成するためのプレス成形金型に設ける複数の押し出し用凸部の形状を比較的単純な形状にできるようになるから、このプレス成形金型の形状を長期にわたって維持することが可能になるなど、プレス成形金型の耐久性を向上するうえで有利になる。

また、本発明は、前記のようなプレス成形品からなるカムスプロケットを製造する方法であって、金属板材の中央領域を軸方向一方に張り出させることにより、外径側領域に環状板部を設け、前記中央領域に前記環状板部と軸方向に段違いでほぼ平行な円形平板部を設け、前記円形平板部と前記環状板部との間にテーパ状部を設けるプレス張り出し工程と、前記板材の前記環状板部の外形を円形にするとともに外周に外歯を設けるプレス打ち抜き工程と、前記テーパ状部の円周方向における数ヶ所に前記円形平板部の張り出し方向と反対向きに押し出すことにより押し出し部を設けるプレス押し出し工程とを含む、ことを特徴としている。

この構成では、プレス成形品からなるカムスプロケットを得るための各工程において、比較的簡単な形状のプレス成形金型を用いることによって製作することが可能になるから、作業効率を向上するうえで有利になる。

本発明は、エンジンのカムシャフトの軸方向一端側に取り付けられるカムスプロケットを、焼結加工に比べて製造コストの上昇を抑制できるプレス成形により製造可能な形状にしたうえで、カムスプロケットの外歯それぞれに外接する仮想円の曲率中心をカムシャフトの回転軸心に容易に位置決め可能な形状とすることが可能になる。

本発明に係るカムスプロケットの一実施形態で、カムシャフトに取り付けた状態を示す斜視図である。 図１のカムスプロケットとカムシャフトとを分離した状態を示す斜視図である。 図２においてカムスプロケットの背面側を見せた状態の斜視図である。 図１のカムスプロケットの正面図である。 図４の（５）−（５）線断面の矢視図である。 図４の（６）−（６）線断面の矢視図である。 本発明の一実施形態のカムスプロケットをエンジンに使用した形態を示す参考図である。 図１から図５のカムスプロケットの製造手順の第１プレス工程で得られる加工対象を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の（ｂ）−（ｂ）線断面の矢視図である。 図８に続く第２プレス工程で得られる加工対象を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の（ｂ）−（ｂ）線断面の矢視図である。 図９に続く第３プレス工程で得られる加工対象を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の（ｂ）−（ｂ）線断面の矢視図である。 図１０に続く第４プレス工程で得られる加工対象を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の（ｂ）−（ｂ）線断面の矢視図である。 図１１に続く第５プレス工程で得られる加工対象を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の（ｂ）−（ｂ）線断面の矢視図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図１２に、本発明の一実施形態を示している。まず、図７に示すように、エンジン１の正面側にはクランクスプロケット２と吸気側のカムスプロケット３と排気側のカムスプロケット４とが設置されており、クランクスプロケット２と両カムスプロケット３，４とにチェーン５が巻き掛けられている。なお、符号６はチェーンダンパ、７はチェーンテンショナである。

この実施形態では、前記２つのカムスプロケット３，４のうち、例えば排気側のカムスプロケット４に本発明を適用した例を挙げる。

このカムスプロケット４は、図１から図３に示すように、排気側カムシャフト８の軸方向一端面にボルト９によって取り付けられるものであって、その内径側領域が軸方向一方に張り出されることによってお皿のような形状に製作されたプレス成形品からなる。

先に、カムシャフト８の軸方向一端面には、ボルト９が螺合される雌ねじ孔８ａが設けられているとともに、この雌ねじ孔８ａの近傍には、カムスプロケット４の取り付け位置の基準となるキー状突起８ｂが設けられている。

一方、カムスプロケット４は、外径側に環状板部４１が、内径側に円形平板部４２が、径方向中間にテーパ状部４３が設けられている。

環状板部４１は径方向に沿う形状にされており、その外周には径方向外向きに突出する複数の外歯４４が設けられている。円形平板部４２は、環状板部４１と軸方向に段違いでほぼ平行に形成されており、その中心にはボルト挿通用および円周方向位置決め用のキー孔４５が設けられている。テーパ状部４３は、円形平板部４２と環状板部４１とを連接するように設けられており、その円周方向における数ヶ所には軸方向に貫通する軽量化用の円形孔４６が設けられている。

さらに、テーパ状部４３から円形平板部４２に至る領域の円周方向における数ヶ所には、押し出し部４７が設けられている。この複数の押し出し部４７は、カムスプロケット４をカムシャフト８の軸方向一端側に取り付ける際に、前記外歯４４それぞれに外接する仮想円８２の曲率中心８３（図４参照）をカムシャフト８の回転軸心に一致させたうえで円形平板部４２をカムシャフト８の軸方向一端面に当接させる状態に位置決めするために設けられている。

具体的に、押し出し部４７は、図５および図６に示すように、テーパ状部４３の円周方向における数ヶ所に円形平板部４２の張り出し方向と反対向きに押し出されることによって形成されている。この押し出し部４７個々の内径面４７ａそれぞれは、図４に示すように、カムシャフト８の軸方向一端側外周面に面で接触するように部分円弧形状に形成されている。

つまり、この複数の押し出し部４７は、円周方向に不連続になっているものの、それらの各内径面４７ａそれぞれで囲む内径側空間にはカムシャフト８の軸方向一端側が嵌め合わされるようになる。

ちなみに、複数の押し出し部４７の内径面４７ａそれぞれを内接させて得られる仮想円８１（図４参照）の直径寸法は、カムシャフト８の軸方向一端側の外径寸法とほぼ一致する寸法あるいは若干大きい寸法に設定されている。これにより、複数の押し出し部４７の各内径面４７ａそれぞれで囲む内径側空間にカムシャフト８の軸方向一端側がジャストフィットまたはルーズフィット状態で嵌め合わされるようになる。このように嵌め合わせると、カムスプロケット４の外歯４４それぞれに外接する仮想円８２の曲率中心８３（図４参照）が、カムシャフト８の回転軸心と一致するように位置決めされるようになる。

このように、プレス成形品からなるカムスプロケット４は、カムシャフト８の軸方向一端側に、いわゆる「インロー」嵌合させるための部分を有する形状に形成されている。

次に、図８から図１２を参照して、前記したプレス成形品のカムスプロケット４を製造する方法を詳細に説明する。

まず、第１プレス工程では、図８に示すように、例えば正方形の金属板材１００の中心にキー孔４５を、また、それを囲む円周上の数ヶ所に軽量化用の円形孔４６を形成する。この第１プレス工程では、図示していない押し金型と受け金型とを用いて金属板材１００をプレスすることにより孔開けしている。この金属板材１００の素材としては、例えばＳＰＨ４４０(熱間圧延鋼材)などが用いられる。

第２プレス工程では、図９に示すように、金属板材１００の中央領域を当該金属板材１００の正面側あるいは背面側に張り出させることにより、外径側領域に環状板部４１を設け、前記中央領域に円形平板部４２を設け、さらに円形平板部４２と環状板部４１との間にテーパ状部４３を設ける。この第２プレス工程では、図示していない押し金型と受け金型とを用いて金属板材１００をプレスすることにより段差を作るようにしている。

第３プレス工程では、図１０に示すように、金属板材１００の環状板部４１の外形を円形にするとともに外周に外歯４４を設ける。この第３プレス工程では、図示していない押し金型と受け金型とを用いて金属板材１００をプレストリムすることにより外径側領域の余分な部分を切除して、外歯４４を形付けるようにしている。

第４プレス工程では、図１１に示すように、外歯４４の形状を整えるとともに、キー孔４５の縁を仮想線で示すように盛り上げ、さらにアライメントマーク４８となる凹みを作るようにしている。この第４プレス工程では、図示していない押し金型と受け金型とを用いて金属板材１００をプレスすることにより、金属板材１００の外歯４４およびキー孔４５をコイニングするようにしている。

第５プレス工程では、図１２に示すように、金属板材１００のテーパ状部４３から円形平板部４２に至る領域の円周方向における数ヶ所を、円形平板部４２の張り出し方向と反対向きに押し出すことにより押し出し部４７を設ける。この第５プレス工程では、図示していない押し金型と受け金型とを用いて金属板材１００をプレスすることにより、前記押し金型に設けられている押し出し部４７の転写用の凸部で金属板材１００の所定場所を塑性変形させることで押し出し部４７を転写形成するようにしている。

この後、金属板材１００に対して、適宜、ショット処理などを施すことにより、完成される。

以上説明したように、本発明を適用した実施形態では、プレス成形により製作されるカムスプロケット４でありながら、そのテーパ状部４３の円周方向における数ヶ所に複数の押し出し部４７を設けるようにし、この複数の押し出し部４７の内径面４７ａそれぞれを部分円弧形状に形成することによって、例えば従来例で説明した焼結品からなるカムスプロケットの円筒部と同等の働きをするような部分を確保している。つまり、この実施形態に係るカムスプロケット４は、その製造コストの上昇を焼結品に比べて抑制することが可能な形状でありながら、カムシャフト８の軸方向一端側に位置決めして取り付けることが可能な形状にすることが可能になる。したがって、本発明では、比較的安価でありながら十分な位置決め精度を有するカムスプロケット４を提供することが可能になる。

特に、この実施形態では、複数の押し出し部４７を平面視で矩形状にしているから、図示していないが、プレス成形金型に設ける複数の押し出し用凸部の形状を比較的単純な形状にできるようになる。そのため、このプレス成形金型の形状を長期にわたって維持することが可能になるなど、プレス成形金型の耐久性を向上するうえで有利になる。また、この実施形態では、カムスプロケット４を製作するための第１プレート工程から第５プレート工程までにおいて、図示していないが、それぞれの工程で得られる形状から判るように、比較的簡単な形状のプレス成形金型を用いることによって製作することが可能になるから、作業効率を向上するうえで有利になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

例えば上記実施形態では、カムシャフト８の軸方向一端側にカムスプロケット４を取り付ける場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。図示していないが、例えばカムシャフト８の軸方向一端側に可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）のコントローラを設けている場合には、このコントローラの円筒形ハウジングを、カムスプロケット４における複数の押し出し部４７の各内径面４７ａで囲む内径側空間に嵌め合わせる形態にすることが可能である。

４ カムスプロケット
８ カムシャフト
９ ボルト
４１ カムスプロケットの環状板部
４２ カムスプロケットの円形平板部
４３ カムスプロケットのテーパ状部
４４ キー孔
４７ 押し出し部
４７ａ 押し出し部の内径面
８１ 押し出し部の各内径面それぞれの内接仮想円
８２ 外歯それぞれの外接仮想円
８３ 外接仮想円の曲率中心

Claims (3)

1. エンジンのカムシャフトの軸方向一端側に取り付けられるプレス成形品からなるカムスプロケットであって、
   その内径側領域が軸方向一方に張り出されることによって外径側領域に径方向に沿うとともに外周に外歯を有する環状板部が設けられるとともに、前記内径側領域に前記環状板部と軸方向に段違いでほぼ平行となりかつ前記カムシャフトの軸方向一端面が当接される円形平板部が設けられ、さらに径方向中間領域に前記円形平板部と前記環状板部とに連接するテーパ状部が設けられ、
   前記テーパ状部には、カムスプロケットを前記カムシャフトの軸方向一端側に取り付ける際に、前記外歯の外接円の曲率中心を前記カムシャフトの回転軸心に一致させたうえで前記円形平板部を前記カムシャフトの軸方向一端面に当接させるための複数の押し出し部が設けられ、
   前記複数の押し出し部は、前記テーパ状部の円周方向における数ヶ所に前記円形平板部の張り出し方向と反対向きに押し出されることによって形成され、当該各押し出し部の内径面それぞれが、前記カムシャフトの軸方向一端側外周面に面で接触するような部分円弧形状に形成されている、ことを特徴とするカムスプロケット。
2. 請求項１に記載のカムスプロケットにおいて、
   前記各押し出し部は、正面から見て矩形状に形成されている、ことを特徴とするカムスプロケット。
3. 請求項１または２に記載のプレス成形品からなるカムスプロケットを製造する方法であって、
   金属板材の中央領域を軸方向一方に張り出させることにより、外径側領域に環状板部を設け、前記中央領域に前記環状板部と軸方向に段違いでほぼ平行な円形平板部を設け、前記円形平板部と前記環状板部との間にテーパ状部を設けるプレス張り出し工程と、
   前記板材の前記環状板部の外形を円形にするとともに外周に外歯を設けるプレス打ち抜き工程と、
   前記テーパ状部の円周方向における数ヶ所に前記円形平板部の張り出し方向と反対向きに押し出すことにより押し出し部を設けるプレス押し出し工程とを含む、ことを特徴とするカムスプロケットの製造方法。

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