JP6498763B2 - 少なくとも１つの軸方向に固定された摺動要素を有するカム軸 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒内燃機関用のカム軸であって、内燃機関の弁を制御するための少なくとも２つのカム要素を含む摺動要素と、軸方向に延びかつ表面に摺動要素を受け止めるスプライン軸とを含み、摺動要素が、スプライン軸の外側スプラインシステムと相互作用する内側スプラインシステムを有し、この結果摺動要素が、スプライン軸と共に回転するようにスプライン軸に固定的に取付けられており、少なくとも１つの摺動要素が、軸方向に移動することができるようにスプライン軸に受け止められているカム軸に関する。

独国特許出願公開第１０２００４０１１５８６号明細書は、多気筒内燃機関用の弁機構について説明しており、この弁機構は、スプライン軸と複数の摺動要素とから実質的に構成されるカム軸を含む。摺動要素はスプライン軸の外側スプラインシステムに係合する内側スプラインシステムを有し、この結果この摺動要素は、スプライン軸と共に回転するようにスプライン軸の表面に固定的に受け止められているが、軸方向の可動性も保たれている。外部のアクチュエータを介して摺動要素は、例えば様々なカム要素によりタッピング要素を駆動し、これにより弁の制御運動を変化させるために、動作中個別の位置間を軸方向に往復して動くことができる。

弁機構とカム軸との全体的な設計に応じて軸方向に固定された状態で配置されたカム要素が必要となり、同時にカム軸は、例えば摺動要素の表面に構成される軸方向に移動可能なカム要素を含むことになる。この明細書では軸方向に固定されたカム要素を形成するために摺動要素がスプライン軸にピン留めされており、例えばピンは、スプライン軸及び摺動要素の支持管を横切る方向に誘導され得る。このようにして摺動要素が軸方向にスプライン軸の表面で固定される一方で、例えば隣の摺動要素は、軸方向に移動可能な方式でスプライン軸に受け止められたままであり続ける。

支持管をスプライン軸にピン留めすることは複雑で不都合であり、これに応じてピン留め手段を適用することが必要になる。またカム軸の後の動作中、摺動要素はスプライン軸の同じ部分に常に取付けられており、結果として比較的大きな半径方向の遊びが構成される恐れがあり、スプライン軸における摺動要素の円滑な稼働性能がさらに低下する結果になる。

独国特許出願公開第１０２００４０１１５８６号明細書

本発明の目的は、スプライン軸の表面に少なくとも１つの軸方向に固定された摺動要素を含むカム軸を作ることであり、軸方向の固定が簡単な構成になる。特にスプライン軸の表面で軸方向に固定された摺動要素に動く余地がある場合、この可動性が排除される。

請求項１の前提部に記載のカム軸から始まり、この目的は特徴的な機構を用いて達成される。本発明の有効な展開形態が従属請求項で説明される。

本発明は、スプライン軸に対する軸方向の固定のために少なくとも１つの摺動要素が、軸方向に構成されかつこの摺動要素とスプライン軸との間の少なくとも１つのかしめ接続部によって作られるポジティブロック接続部を有するという技術的な教示を含む。

本発明は、摺動要素とスプライン軸との間におけるポジティブロック接続部の作製という一般的な概念から始まる。このポジティブロック接続部は、摺動要素をスプライン軸の表面に軸方向に固定する。かしめ接続部は、摺動要素とスプライン軸との間に１箇所又は複数箇所設けられてもよく、かしめ接続部は、支持管の材料部分におけるいかなる形態の塑性永久変形をも示し、これによりスプライン軸に対するポジティブロック接続部が形成される。本明細書ではかしめ接続部の形状、幾何学的構成、及び大きさは、「かしめ接続部」という用語自体によって限定されるものではない。例えば、一例としては突端、タブ等の準備された材料部分が、第１の接合部、即ち摺動要素又はスプライン軸の表面に構成される可能性もあり、第１の接合部はそれぞれ他の接合部に対して折り曲げられる。結果として最小のコストで容易に実現できる簡単な接続部が摺動要素とスプライン軸との間に設けられ、スプライン軸に接する摺動要素のほんの最小限の動きさえ、少なくとも１つのかしめ接続部によって排除される。詳細には摺動要素とスプライン軸との間に遊びが生じる恐れがなく、スプライン軸の外側スプラインシステムは、摺動要素の内側スプラインシステムと締まり嵌め又は中間嵌めを形成しなくてもよい。

かしめは、摺動要素又はスプライン軸の表面で実施され得る。例えばスプライン軸は外側スプラインシステムにおいて切れ目を有する場合があり、この切れ目は少なくとも１つの軸方向の位置に構成され、この切れ目に摺動要素の材料部分がいくつかの部分でかしめられ、かつ／又は摺動要素が受け止め形状を有し、この受け止め形状内にスプライン軸の材料部分がいくつかの部分でかしめられるようにすることもできる。

スプライン軸が外側スプラインシステムにおいて切れ目を有してもよく、この切れ目が少なくとも１つの軸方向の位置に構成され、この切れ目に向かって摺動要素、詳細には支持管の材料部分がいくつかの部分でかしめられることが特に有効である。この切れ目は、外側スプラインシステムの外周方向の溝として構成される可能性があり、この溝の深さがスプラインシステムの深さと一致してもよいことが特に有効である。例えば溝の底部の半径は、スプライン軸の外側スプラインシステムにおける歯根円の半径と一致してもよい。代替的にこの切れ目はまた、切れ目を有する外側スプラインシステムの個々の歯によって形成されていてもよく、最後に支持管の材料部分を切れ目に向けていくつかの部分でかしめてもよい。いくつかの部分での材料部分が支持管の外縁に形成されていることが好ましいが、例えば支持管に接するカム要素の設置位置の隣に外縁から離れて構成されていてもよい。

本発明によるカム軸の１つの有効な実施形態によれば、支持管が、管壁の薄くなった少なくとも１つの端側部分を有してもよい。本明細書ではかしめ接続部が端側部分の領域に構成されてもよく、その結果材料部分が管壁の薄いこの領域にいくつかの部分において据えられる。

少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、特に好ましくは４つのかしめ接続部が、支持管の円周上に分散するように外側スプラインシステムの切れ目に形成され得ることがさらに有効であり、４つよりも多いかしめ接続部を設けることも可能である。例えばかしめ接続部は、外側スプラインシステムの２本の歯の間における中間のスペースのそれぞれに設けられてもよく、又はかしめ接続部は、歯の中間のスペースに独立して形成される。詳細にはかしめ接続部は支持管の両方の端側に設けられてもよく、その結果例えば支持管の１つの端側に２つのかしめ接続部がある場合、全部で４つのかしめ接続部が支持管とスプライン軸との間に形成される。

さらなる有効な実施形態によれば、摺動要素が軸受部を有することができ、これにより摺動要素は、回転可能に取り付けられた状態で軸受ブラケットに受け止められ得る。カム軸が軸方向に移動可能な状態でスプライン軸に受け止められた摺動要素を含む場合、及びカム軸が本発明による方法でスプライン軸に軸方向に固定された摺動要素を含む場合、本発明によるかしめの方法でスプライン軸に固定された摺動要素が例えばカバーモジュール又はシリンダ頭部のようなカム軸を受け止める部品の軸受ブラケットに取り付けられるということにより、特別な利点が得られる。軸受部は、例えばカム要素が支持管に取り付けられた２つの設置位置間に配置されていてもよい。

また本発明は、多気筒内燃機関用のカム軸を製造する方法であって、カム軸が、内燃機関の弁を制御するための少なくとも２つのカム要素を含む複数の摺動要素を含み、軸方向に延びかつ摺動要素を通って延びるスプライン軸が設けられ、摺動要素が、スプライン軸の外側スプラインシステムと相互作用する内側スプラインシステムを有し、この結果摺動要素が、スプライン軸と共に回転するようにスプライン軸に固定的に取付けられ、少なくとも１つの摺動要素が、軸方向に移動することができ、少なくとも以下のステップ、即ち、摺動要素及びスプライン軸を設けるステップと、摺動要素を通るようにスプライン軸を誘導するステップと、少なくとも１つの摺動要素を軸方向においてスプライン軸に軸方向に固定するためのポジティブロック接続部を形成するために、摺動要素とスプライン軸との間に少なくとも１つのかしめ接続部を作るステップとを含む方法を対象とする。

詳細には本方法により、摺動要素が管壁の薄い少なくとも１つの端側部分を有する支持管を含み、かしめが端側部分の領域で実行される。また、摺動要素をある配置でカム軸モジュールの軸受ブラケットに設置することができ、その結果カム軸モジュール内又はカム軸モジュールの表面で支持管がスプライン軸にかしめられる。このために、対応する適切なかしめ工具が提供される場合があり、これにより摺動要素がスプライン軸にかしめられる。このかしめは、摺動要素がカム軸モジュールの軸受ブラケットに配置済みになるまで実行されないことが特に有効である。

本発明を向上させるさらなる手段が、本発明の１つの好ましい例示的な実施形態の説明と共に図を用いてより詳細に以下の文に示される。

摺動要素がスプライン軸に取り付けられていない構成でのカム軸を示す図である。 摺動要素がスプライン軸に接して配置された状態の図１のカム軸を示す図である。 スプライン軸に対する支持管のかしめ接続部によりスプライン軸に軸方向に固定された摺動要素を有するカム軸を示す図である。

図１はスプライン軸１４と一例として１つの摺動要素１０との断面を示しており、摺動要素１０はさらなる摺動要素１０と同様、カム軸を形成するためにスプライン軸１４に押圧され得る。摺動要素１０とスプライン軸１４との間におけるトルクの伝達のために、摺動要素１０は通路内に内側スプラインシステム１５を有し、スプライン軸１４は外側スプラインシステム１６を有する。また、２つの切れ目１８がスプライン軸１４に形成されており、この切れ目１８は互いから軸方向に間隔をおいて配置され、この間隔は摺動要素１０の端側部分２０における軸方向の間隔と一致することが示されている。スプライン軸１４が摺動要素１０内に挿入されると、内側スプラインシステム１５が外側スプラインシステム１６に係合する。このように摺動要素１０は、スプライン軸１４と共に回転しかつ軸方向１３に移動可能なようにスプライン軸１４に固定的に配置される。

摺動要素１０は支持管１２を含み、カム要素１１．１及びカム要素１１．２が、支持管１２の表面に受け止められている。例えばカム軸モジュールを形成するモジュールカバー又はシリンダ頭部の構成部分である場合がある軸受ブラケット２２が、カム要素１１．１とカム要素１１．２との間に配置されている。本明細書では摺動要素１０は、支持管１２を介して軸受部２１において軸受ブラケット２２に回転可能に取り付けられている。

軸方向１３に見られるような既存の端側において、特にカム要素１１．１及びカム要素１１．２を受け止める設置位置の外側に、支持管１２は壁が薄くなった端側部分２０を有する。壁が薄くなっているのは、支持管１２の外径が端側部分２０で小さくなった結果である。スプライン軸１４が摺動要素１０内に図示された矢印の方向に向かって挿入されると、以下の文に説明されるような図２の構成が生じる。

図２はカム軸１を断面図で示しており、スプライン軸１４が摺動要素１０を通るように誘導されている。スプライン軸１４は外周方向の溝の形態をした２つの切れ目１８を有し、切れ目１８は軸方向１３に沿った軸方向の位置で端側部分２０に対応している。かしめ工具２３が支持管１２をスプライン軸１４にかしめる役割を果たし、このかしめ工具２３は、塑性変形のために端側部分２０に接するように矢印の方向に向かって半径方向に動くことができる２つのパンチで示されている。かしめ工具２３が作動すると、以下の図３に示されるようにスプライン軸１４の切れ目１８に対して端側部分２０を局所的にかしめることができる。

図３はスプライン軸１４を含むカム軸１を断面図で示しており、摺動要素１０がスプライン軸１４の表面に受け止められている。軸方向１３に見られるように、支持管１２が両方の端側で端側部分２０によって区切られており、端側部分２０の材料部分１９が、図２に示されたように作動したかしめ工具２３による塑性変形により切れ目１８内に入り込むように、いくつかの部分でかしめられている。軸方向１３におけるポジティブロック接続部が、材料部分１９がいくつかの部分で切れ目１８内に入り込むように形成されることにより支持管１２とスプライン軸１４との間に作られ、結果として摺動要素１０が、軸方向１３に移動することはできないようにスプライン軸１４に固定される。

摺動要素１０は一例としては軸受ブラケット２２内に受け止められ、さらなる摺動要素１０が図示された固定されている摺動要素１０の隣でスプライン軸１４に受け止められていてもよく、これらのさらなる摺動要素１０は軸方向に移動可能なままであり、同様に軸受ブラケット２２に受け止められ得る。

本発明の実施態様は、上述の好ましい例示的な実施形態に限定されるものではない。むしろ根本的に異なる種類の実施形態の場合においてさえ、説明された方策を用いる多数の変形形態が考えられる。構造的な詳細又は空間的な配置を含む特許請求の範囲、明細書、又は図面から明らかな特徴及び／又は利点のすべてが、それ自体であれ非常に多種多様な組み合わせにおいてであれ本発明に必須である可能性がある。

１ カム軸
１０ 摺動要素
１１．１ カム要素
１１．１ カム要素
１２ 支持管
１３ 軸方向
１４ スプライン軸
１５ 内側スプラインシステム
１６ 外側スプラインシステム
１７ かしめ接続部
１８ 切れ目
１９ いくつかの部分での材料部分
２０ 端側部分
２１ 軸受部
２２ 軸受ブラケット
２３ かしめ工具

Claims (11)

1. 多気筒内燃機関用のカム軸（１）であって、
   −前記内燃機関の弁を選択的に制御するための少なくとも２つのカム要素（１１．１、１１．２）を含む摺動要素（１０）と、
   −軸方向（１３）に延びかつ表面に前記摺動要素（１０）を受け止めるスプライン軸（１４）とを含み、
   −前記摺動要素（１０）が、前記スプライン軸（１４）の外側スプラインシステム（１６）と相互作用する内側スプラインシステム（１５）を有し、この結果前記摺動要素（１０）が、前記スプライン軸（１４）と共に回転するように前記スプライン軸（１４）に固定的に取付けられており、少なくとも１つの摺動要素（１０）が、軸方向に移動することができるように前記スプライン軸（１４）に受け止められているカム軸（１）において、
   前記スプライン軸（１４）に軸方向に固定するために、前記摺動要素（１０）のうちの少なくとも１つが、前記軸方向（１３）に構成され、かつ前記摺動要素（１０）と前記スプライン軸（１４）との間の少なくとも１つのかしめ接続部（１７）によって作られるポジティブロック接続部を含むことを特徴とするカム軸（１）。
2. −前記スプライン軸（１４）が、前記外側スプラインシステム（１６）における少なくとも１つの切れ目（１８）を有し、この切れ目（１８）が、少なくとも１つの軸方向の位置に構成され、かつこの切れ目（１８）に向かって前記摺動要素（１０）の材料部分（１９）がいくつかの部分でかしめられていること、
   及び／又は
   −前記摺動要素（１０）が受け止め形状を有し、この受け止め形状に向かって前記スプライン軸（１４）の材料部分がいくつかの部分でかしめられていることを特徴とする請求項１に記載のカム軸（１）。
3. 前記摺動要素（１０）が支持管（１２）を含み、この表面に前記カム要素（１１．１、１１．２）が受け止められており、前記少なくとも１つのかしめ接続部（１７）が、前記支持管（１２）と前記スプライン軸（１４）との間に構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のカム軸（１）。
4. 前記支持管（１２）が、管壁の薄くなった少なくとも１つの端側部分（２０）を有し、前記少なくとも１つのかしめ接続部（１７）が、前記端側部分（２０）の領域に構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のカム軸（１）。
5. 少なくとも２つのかしめ接続部（１７）が、前記スプライン軸（１４）の外周上に分散するように、前記摺動要素（１０）と前記スプライン軸（１４）との間に形成されており、これらのかしめ接続部（１７）が、詳細には前記摺動要素（１０）の軸方向における両方の端側にそれぞれ設けられていることを特徴とする、請求項１〜４の一項に記載のカム軸（１）。
6. 前記スプライン軸（１４）の前記切れ目（１８）が、前記スプライン軸（１４）の外周方向の溝によって形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のカム軸（１）。
7. 前記摺動要素（１０）が軸受部（２１）を有し、これにより前記摺動要素（１０）が、回転可能に取り付けられた状態で軸受ブラケット（２２）に受け止められ得ることを特徴とする、請求項１〜６の一項に記載のカム軸（１）。
8. 多気筒内燃機関用のカム軸（１）を製造する方法であって、前記カム軸（１）が、前記内燃機関の弁を制御するための少なくとも２つのカム要素（１１．１、１１．２）を含む複数の摺動要素（１０）を含み、軸方向（１３）に延びかつ前記摺動要素（１０）を通って延びるスプライン軸（１４）が設けられ、前記摺動要素（１０）が、前記スプライン軸（１４）の外側スプラインシステム（１６）と相互作用する内側スプラインシステム（１５）を有し、この結果前記摺動要素（１０）が、前記スプライン軸（１４）と共に回転するように前記スプライン軸（１４）に固定的に取付けられ、少なくとも１つの摺動要素（１０）が、軸方向に移動することができ、少なくとも以下のステップ、即ち、
   −前記摺動要素（１０）及び前記スプライン軸（１４）を設けるステップと、
   −前記摺動要素（１０）を通るように前記スプライン軸（１４）を誘導するステップと、
   −前記少なくとも１つの摺動要素（１０）を前記軸方向（１３）において前記スプライン軸（１４）に固定するためのポジティブロック接続部を形成するために、前記摺動要素（１０）と前記スプライン軸（１４）との間に少なくとも１つのかしめ接続部によるかしめを設けるステップとを含む方法。
9. 前記摺動要素（１０）が管壁の薄くなった少なくとも１つの端側部分（２０）を有する支持管（１２）を含み、前記かしめが前記端側部分（２０）の領域で実行されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記摺動要素（１０）が、カム軸モジュールの軸受ブラケット（２２）に配置されるように設けられ、この結果前記スプライン軸（１４）における前記支持管（１２）の前記かしめが、前記カム軸モジュールの内部又は表面で実施されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
11. かしめ工具（２３）が設けられ、これにより前記スプライン軸（１４）における前記摺動要素（１０）の前記かしめが実行され、前記かしめが、詳細には前記摺動要素（１０）がカム軸モジュールの軸受ブラケット（２２）に配置された場合に実施されることを特徴とする、請求項８〜１０の一項に記載の方法。

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