JP6535736B2 - 軸方向に誘導される摺動要素を含むカム軸 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの摺動要素が軸心に沿って軸方向に移動可能に受け止められている主軸を有するカム軸であって、主軸が、摺動要素が回転方向に固定されるようにして主軸に配置されるように、摺動要素の通路に導入された内側スプライン構造と噛み合う外側長手方向スプライン構造を有し、摺動要素の軸方向のずれを最小限にするために、摺動要素がその軸方向の端面に誘導部分を有し、これにより摺動要素が主軸の表面で誘導されるカム軸に関する。

独国特許出願公開第１０２０１１０８６１６１号明細書は、主軸と、カム軸の軸心に沿って軸方向に移動可能に主軸に受け止められた摺動要素とを含むカム軸を開示している。主軸は外側長手方向スプライン構造を有し、外側長手方向スプライン構造は、摺動要素の通路に導入される内側スプライン構造と噛み合っている。このように摺動要素は主軸の表面を軸心の方向において軸方向に移動可能であるが、摺動要素は、トルクを主軸から摺動要素に伝達することができるように、主軸上を回転することはできない。

摺動要素が外側長手方向スプライン構造を有する主軸に受け止められた場合、可能な限り遊びを有することなく摺動要素を誘導するという基本的な課題が生じる。確実に上昇に関する情報が乱れなく継続的に摺動要素のカム軌道から受け取り要素に受け取られるために、摺動要素は可能な限り半径方向の遊びを有することなく主軸の表面で誘導されなければならない。最小限の遊びで主軸において摺動要素を誘導することにより、主軸における摺動要素の軸方向のずれが最小限になる。そのため軸方向のずれが可能な限り小さいことが望ましい。

主軸における摺動要素の誘導が確実に主軸の外側長手方向スプライン構造と摺動要素の内側スプライン構造との噛み合いからは切り離されるように、独国特許出願公開第１０２０１１０８６１６１号明細書はまた、摺動要素に誘導部分を設けることを提案しており、これにより摺動要素は、軸方向のずれを最小限にするように主軸の表面で誘導される。摺動要素の誘導部分はこの場合、主軸の外側長手方向スプライン構造の歯先に広がるが、この結果誘導部分の早期の摩耗が引き起こされる恐れがある。摺動要素の通路における内側スプライン構造は、直径が最小になるものであり、この直径は主軸における摺動要素を誘導するためのシリンダ部分よりも小さい可能性があるため、円筒状の誘導部分が主軸に設けられる場合、摺動要素に内側スプライン構造が取り付けられることはない。摺動要素の誘導部分が、直径がより小さくなっており、かつ同様に直径がより小さくなった主軸のシリンダ部分に据えられる場合、やはり摺動要素には取り付けられることはない。これは主軸の外側長手方向スプライン構造があるため、直径がより小さな誘導部分で摺動要素を押圧することが不可能であるためである。

独国特許出願公開第１０２０１１０８６１６１号明細書

本発明の目的は、主軸に接する軸方向に移動可能な摺動要素の軸方向のずれを最小限にするカム軸を開発することであり、この摺動要素は、主軸に対して誘導部分を介し半径方向に誘導されることが意図されている。

請求項１の前提部によるカム軸から始まり、この目的は特徴的な機構を用いて達成される。本発明の有効な発展形態が従属請求項に説明されている。

上記の目的を達成するために本発明は、誘導スリーブが主軸に受け止められ、摺動要素の誘導部分がこれらの誘導スリーブに接して支持されるという技術的な教示を含む。

本発明は、主軸の外側長手方向スプライン構造と摺動要素の通路における内側スプライン構造との形状を設計することができるという一般的な概念に基づいており、それ自体は知られている方式ではあるが、外側長手方向スプライン構造の最大直径よりも直径が小さいことを必要とする誘導部分を有することなく、摺動要素を誘導することができる本発明による別個の誘導スリーブを含んでいる。このように摺動要素は、誘導部分を介して円筒状の外周面に接するように誘導され得る。その後簡単な方法でカム軸の取り付けが実施される。これはまず摺動要素を主軸に置くことができ、その後にのみ誘導スリーブ又は少なくとも１つの最終的な誘導スリーブを摺動要素に対して横方向に主軸に接して配置することが可能なためである。

誘導スリーブは、例えば内径が外側長手方向スプライン構造の先端径と一致してもよい。したがって誘導スリーブは、外側長手方向スプライン構造の歯先の表面に取り付けられ得る。誘導スリーブが内側スプライン構造を有してもよいことが特に有効であり、誘導スリーブの内側スプライン構造は、内側スプライン構造の歯が外側長手方向スプライン構造の歯の歯間に嵌まるようにして、主軸の外側長手方向スプライン構造に据え付けられ得るように構成される可能性がある。誘導スリーブの内側スプライン構造は、誘導スリーブを外側長手方向スプライン構造に固定的に取り付けることができるような寸法であり得る。

誘導スリーブを主軸の表面に焼き嵌め又は押圧することができることが特に有効である。例えば、誘導スリーブが横断方向の締まり嵌めの方法で主軸に取り付けられ得るように、誘導スリーブは加熱される場合があり、かつ／又は主軸は冷却される場合がある。長手方向の締まり嵌めを形成するために、誘導スリーブが軸心の方向において主軸の表面に押圧される可能性もまた考えられる。

２つの誘導スリーブが１つの摺動要素を誘導するために設けられてもよく、軸心の方向に見られるように、これらの誘導スリーブは、外側長手方向スプライン構造が内側スプライン構造と噛み合う領域に対して横方向に主軸の表面に配置されてもよい。誘導スリーブは、弁を駆動するための受け取り要素に様々なカム軌道を動作可能に接続するために、摺動要素が主軸の表面を軸方向に移動することができるような距離の分、互いから離れて配置される場合もある。詳細には摺動要素の誘導部分には、摺動要素が軸方向にずれることができる一方で誘導スリーブにおける誘導部分の誘導も維持されるような、誘導スリーブとの軸方向における重複部が構成され得る。

誘導スリーブは、様々な方法で主軸に取り付けられる可能性がある。例えば外側長手方向スプライン構造は、誘導スリーブの内側スプライン構造を軸心に沿った位置から独立して外側長手方向スプライン構造と噛み合うように作ることができるように、軸心に沿った切れ目を有することなく設計される場合がある。外側長手方向スプライン構造は軸方向において変化することがないように設計され、外側長手方向スプライン構造は、外側長手方向スプライン構造が摺動要素の通路における内側スプライン構造と噛み合う領域での構成と同じ構成を、誘導スリーブが配置されている領域で有することが可能である。このように主軸の製造は、特に外側長手方向スプライン構造が軸心に沿って互いとは異なる部分を有する必要がない場合により容易になる。

あるいは主軸が外側長手方向スプライン構造と交互に円筒状の部分を有するようにして、外側長手方向スプライン構造が円筒状の受け止め部分を有するように設けられてもよい。歯先が表面に構成された誘導スリーブの内側スプライン構造を円筒状の受け止め部分に据え付けることができる。しかし内側スプライン構造がなければ誘導スリーブを主軸における隣の外側長手方向スプライン構造上で誘導することができないため、誘導スリーブの内側スプライン構造は必要なままである。例えば、主軸における円筒状の受け止め部分は直径が、外側長手方向スプライン構造の谷径での直径よりも例えばわずかに大きくてもよい。

その上回転可能に移動可能な支持のために、主軸と主軸を有するカム軸とは、軸受ブラケットに配置されてもよい。軸受ブラケットは、内燃機関のシリンダ頭部の一部、又は１つ以上のカム軸を受け止めるフードモジュールの構成部分である可能性がある。誘導スリーブはこの場合、軸受ブラケットにおける支持のための軸受内輪を形成する長手方向部分を有してもよい。したがって本発明によれば誘導スリーブは、摺動要素の軸方向の移動を半径方向に誘導するためにのみ使用され得るわけではなく、誘導スリーブは、カム軸を支持するすべり軸受装置を軸受ブラケットと共に形成する軌道輪も同時に形成する場合がある。

例えば誘導スリーブは、摺動要素の誘導部分と、同時に軸受ブラケットとが支持される、即ち受け止められる円筒状の外周面を有する可能性がある。詳細には、主軸の外側長手方向スプライン構造は、誘導スリーブの長手方向部分に切れ目部分を有する場合があり、この長手方向部分は、軸受ブラケットと共にすべり軸受装置を形成する。切れ目部分があるため、誘導スリーブの内側スプライン構造と主軸の外側長手方向スプライン構造との締まり嵌めは生じない。これは外周面の同心度が内側スプライン構造と主軸の外側長手方向スプライン構造との締まり嵌めによって悪影響を受けることがないようにするためである。切れ目がなければ、内側スプライン構造の歯先を介する軸受ブラケットとのすべり軸受装置のもとでの誘導スリーブの複数の軸受部が、多角形構造を誘導スリーブに付与してしまい、このことが同心度に悪影響を及ぼす可能性がある。

摺動要素は、いくつかの機能要素が取り付けられた保持チューブを有するように設計されていてもよい。機能要素は例えばカム要素又は調整部材を形成する場合があり、調整部材は、摺動要素を主軸において軸方向に調整するように働いており、カム軸の設置スペースに静止して配置されている調整マニピュレータと相互作用する場合がある。例えば、保持チューブが非常に長く作られ、機能要素が保持チューブの横方向に突出してもよく、誘導部分が少なくとも１つの機能要素の内側に構成されてもよい。例えば機能要素、特にカム要素が、円筒状の締まり嵌めにより保持チューブの外側に取り付けられ、保持チューブの横方向に突出する場合がある。機能要素の突出する部分はこの場合、誘導部分を形成しかつ誘導スリーブの外周面と共にその半径方向の誘導を行う内側の円筒状の部分を有さない。

本発明を向上させるさらなる方法が、本発明の好ましい実施形態の説明と共に、図を参照して以下に詳細に説明される。

主軸の外側長手方向スプライン構造との間の受け止め部分に取り付けられた誘導スリーブを含むカム軸の断面図である。 主軸の継続的な外側長手方向スプライン構造に据え付けられた誘導スリーブを含むカム軸の修正形態を示す図である。 主軸の外側長手方向スプライン構造に据え付けられた誘導スリーブを含み、この外側長手方向スプライン構造が切れ目部分を有するカム軸のさらなる実施形態を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施形態によるカム軸１の一部を示す。カム軸１は主軸１０を含み、主軸１０は軸心１２に沿って延びる。軸心１２に沿って軸方向に移動可能な摺動要素１１が、主軸１０に受け止められている。カム軸１は原則的にいくつかの摺動要素１１を含み、摺動要素１１は、同じ方法で主軸１０にそれぞれ受け止められ得ることが好ましい。例えばシリンダ頭部又はモジュールフードにカム軸１を取り付けるために、軸受ブラケット１９が設けられ、カム軸１が、軸心１２を中心に回転可能に例えば２つの軸受ブラケット１９に受け止められる。

主軸１０は外側長手方向スプライン構造１３を有し、外側長手方向スプライン構造１３は軸心１２に沿って数回途切れていることが示されている。

摺動要素１１は保持チューブ２１を含み、内側スプライン構造１４が、保持チューブ２１の内側の通路に形成されている。内側スプライン構造１４は、摺動要素１１が回転方向には固定されているが軸心１２に沿っては移動可能な方式で主軸１０に受け止められるように、主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３と噛み合う。内側スプライン構造１４に応じる外側長手方向スプライン構造１３の公差又は寸法は、単にトルクの伝達が確実になるように定められており、主軸１０において摺動要素１１を最小限の軸方向のずれで半径方向に誘導することは、外側長手方向スプライン構造１３と内側スプライン構造１４との噛み合いに影響される。

摺動要素１１を半径方向に誘導するために、誘導部分１５が後者に形成され、誘導部分１５は、主軸１０に受け止められる誘導スリーブ１６に対して広がる。このように誘導スリーブ１６は、誘導部分１５を介して摺動要素１１を支持する。

誘導部分１５は機能要素２２の表面に形成され、機能要素２２は保持チューブ２１に受け止められる。これに関して、この実施形態は２つの機能要素２２を含む摺動要素１１を示しており、機能要素２２はカム軌道の異なるカム要素２３として設計されている。図示された２つのカム要素２３の間に調整部材２４が配置されており、調整部材２４により摺動要素１１は、マニピュレータ（不図示）を用いて主軸１０の表面を軸心の方向に移動することができる。左に示された誘導部分１５が、右に示された誘導部分１５が右手の誘導スリーブ１６と有する重複部よりも左手の誘導スリーブ１６とより大きな重複部を有するように、図面の平面に向かって左側の位置に摺動要素１１が示されている。２つの誘導スリーブ１６は、外側長手方向スプライン構造１３と内側スプライン構造１４とが噛み合う部分の隣の保持チューブ２１に配置されており、２つの誘導スリーブ１６間の距離は、摺動要素１１の軸方向の可動性が依然として確保されるような距離である。

誘導スリーブ１６は内側スプライン構造１７を有し、内側スプライン構造１７は、主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３を覆うようにして軸心の方向に誘導され得るように設計されている。この実施形態は、誘導スリーブ１６を受け止めるシートが円筒状の受け止め部分２５によって形成されるように外側長手方向スプライン構造１３に切れ目を有する主軸１０を示す。誘導スリーブ１６は、内側スプライン構造１７の歯先１７ａが円筒状の受け止め部分２５に接するように据え付けられる。誘導スリーブ１６は、受け止め部分２５の表面に対して焼き嵌め又は押圧され得る。例えば受け止め部分２５の直径の寸法は、主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３の谷径よりもわずかに大きくなるように定められてもよい。このように誘導スリーブ１６は、外側長手方向スプライン構造１３を覆うように、受け止め部分２５によって形成されたシートに向かって誘導されてもよい。誘導スリーブ１６が受け止め部分２５に到達すると、主軸１０との押圧が、長手方向の締まり嵌め又は横断方向の締まり嵌めによって達成される。

誘導スリーブ１６の長さは、誘導スリーブ１６が長手方向部分１６ａを伴い軸受ブラケット１９の下又は内部に延びるように定められる。このようにして誘導スリーブ１６は、カム軸１が誘導スリーブ１６を介して軸心１２を中心に回転可能に取り付けられ得るように、その外周面２０により軸受ブラケット１９と共にすべり軸受装置を形成する。したがって誘導スリーブ１６は、摺動要素１１に形成された誘導部分１５を介して摺動要素１１を誘導する機能と、カム軸１を軸受ブラケット１９内に支持する軸受の機能との両方の機能を果たす。誘導スリーブ１６の外周面２０は、誘導スリーブ１６が軸受ブラケット１９におけるすべり軸受のための軸受内輪として働くことができるように、寸法が定められかつ表面が仕上げられてもよい。

図２は、主軸１０を含むカム軸１の修正形態を示し、主軸１０は軽量化のために中空になっており、軸心１２に沿って延びる。摺動要素１１が主軸１０に受け止められており、摺動要素１１は、２つのカム要素２３と調整部材２４とを受け止める保持チューブ２１を含む。内側に保持チューブ２１は内側スプライン構造１４を有し、内側スプライン構造１４は、主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３と噛み合う。図１を参照して既に説明したように、このように摺動要素１１は、主軸１０の表面を軸方向に移動可能ではあるが回転方向には固定されている状態で、主軸１０に受け止められている。

主軸１０には、上述の外側長手方向スプライン構造１３が切れ目を有さずかつすべての要素が外側長手方向スプライン構造１３自体に受け止められるように、軸心１２に沿って続く外側長手方向スプライン構造１３が形成されている。摺動要素１１の配置に対して横方向に、誘導スリーブ１６が主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３の表面で受け止められ、誘導スリーブ１６は内側に内側スプライン構造１７を有する。この内側スプライン構造１７は主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３と噛み合っており、内側スプライン構造１７の寸法は、横断方向の締まり嵌め又は長手方向の締まり嵌めにより主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３の表面に押圧されるように定められる。詳細には、内側スプライン構造１７の歯先１７ａが示されており、これを介して誘導スリーブ１６は、例えば内側スプライン構造１７の歯先寸法が外側長手方向スプライン構造１３の歯根の寸法よりも大きい（即ち先端径が小さい）ことにより、外側長手方向スプライン構造１３の表面に押圧され得る。

この実施形態は長手方向部分１６ａを有する誘導スリーブ１６を示し、長手方向部分１６ａは、誘導スリーブ１６が軸受ブラケット１９と共にカム軸１のすべり軸受装置を形成するように、軸受ブラケット１９内に延びる。

誘導部分１５がカム要素２３の内側に形成されており、誘導スリーブ１６の外周面２０上で誘導される。これにより摺動要素１１が半径方向に誘導される。誘導部分１５と誘導スリーブ１６の外周面２０との間の誘導の程度は、主軸１０における摺動要素１１の軸方向のずれが最小限になるように定めることができる。

最後に図３は、切れ目部分１８を有する主軸１０を含むカム軸１の別の修正形態を示す。誘導スリーブ１６は、切れ目部分１８が位置している軸心１２に沿った位置で主軸１０の表面に配置されている。本明細書では切れ目部分１８は、誘導スリーブ１６を介してカム軸１を回転可能に受け止める軸受ブラケット１９に対応しており、誘導スリーブ１６は、外周面２０を介してカム軸１を軸受ブラケット１９内に支持する役割を果たす。

誘導スリーブ１６は、外側で主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３に取り付けられるように、詳細には押圧されるように、軸心の方向において切れ目部分１８よりも幅が長くなっている。したがって上部で軸受ブラケット１９が誘導スリーブ１６の外周面２０とすべり軸受を形成する部分では、外周面２０の同心度が主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３に内側スプライン構造１７を押圧する行為により悪影響を受けないように、誘導スリーブ１６の内側スプライン構造１７と主軸１０の外側長手方向スプライン構造１３との締まり嵌めが行われない。

摺動要素１１は上述のように、摺動要素１１の保持チューブ２１に受け止められたカム要素２３に形成されている誘導部分１５を介して、誘導スリーブ１６の表面で誘導される。２つのカム要素２３の間に、軸心１２に沿って主軸１０の表面で摺動要素を軸方向に調整する調整部材２４がある。主軸１０と摺動要素１１との間でトルクを伝達するために、保持チューブ２１の内側に組み込まれかつ外側長手方向スプライン構造１３と相互作用する内側スプライン構造１４が使用される。

本発明は、その設計に関して上述の好ましい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実施形態においてでさえ提示された方策を用いる多数の変形形態が考えられる。設計に関する詳細又は空間的な配置を含めて特許請求の範囲、明細書、又は図面から明らかになる特徴及び／又は利点のすべては、個々にであれ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 主軸
１１ 摺動要素
１２ 軸心
１３ 外側長手方向スプライン構造
１４ 内側スプライン構造
１５ 誘導部分
１６ 誘導スリーブ
１６ａ 長手方向部分
１７ 内側スプライン構造
１７ａ 歯先
１８ 切れ目部分
１９ 軸受ブラケット
２０ 外周面
２１ 保持チューブ
２２ 機能要素
２３ カム要素
２４ 調整部材
２５ 受け止め部分

Claims (8)

1. 少なくとも１つの摺動要素（１１）が軸心（１２）に沿って軸方向に移動可能に受け止められている主軸（１０）を有するカム軸（１）であって、前記主軸（１０）が、前記摺動要素（１１）が回転方向に固定されるようにして前記主軸（１０）に配置されるように、前記摺動要素（１１）の通路に導入された内側スプライン構造（１４）と噛み合う外側長手方向スプライン構造（１３）を有し、前記摺動要素（１１）の軸方向のずれを最小限にするために、前記摺動要素（１１）がその軸方向の端面に誘導部分（１５）を有し、これにより前記摺動要素（１１）が前記主軸（１０）の表面で誘導されるカム軸（１）において、
   前記摺動要素（１１）の前記誘導部分（１５）を支持する誘導スリーブ（１６）が、前記主軸（１０）に受け止められており、
   前記誘導スリーブ（１６）が内側スプライン構造（１７）を有し、
   該内側スプライン構造（１７）は、
   前記誘導スリーブ（１６）が前記主軸（１０）の前記外側長手方向スプライン構造（１３）又は円筒状の受け止め部分（２５）に対して回転不可能にかつ軸方向に移動可能に設けられるように、かつ、前記誘導スリーブ（１６）が前記円筒状の受け止め部分（２５）に到達すると該円筒状の受け止め部分（２５）に対して移動不可能に設けられるように、
   構成されている、ことを特徴とするカム軸（１）。
2. 前記誘導スリーブ（１６）が前記主軸（１０）に焼き嵌め又は押圧されることを特徴とする、請求項１に記載のカム軸（１）。
3. 前記誘導スリーブ（１６）が、前記軸心の方向において、前記外側長手方向スプライン構造（１３）と前記内側スプライン構造（１４）とが係合する領域に対して横側に、前記主軸（１０）の表面に配置されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のカム軸（１）。
4. 前記外側長手方向スプライン構造（１３）が、前記誘導スリーブ（１６）の前記内側スプライン構造（１７）が前記軸心（１２）に沿った位置とは関係なく前記外側長手方向スプライン構造（１３）と噛み合うように設けられ得るように、前記軸心（１２）に沿った切れ目を有さないことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のカム軸（１）。
5. 前記主軸（１０）が、回転方向に移動可能に軸受ブラケット（１９）に配置可能とされ、前記誘導スリーブ（１６）が、前記軸受ブラケット（１９）における取り付けのための軸受内輪を形成する長手方向部分（１６ａ）を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載のカム軸（１）。
6. 前記誘導スリーブ（１６）が円筒状の外周面（２０）を有し、これに対して前記摺動要素（１１）の前記誘導部分（１５）及び好ましくは軸受ブラケット（１９）が支持され、かつ／又は前記主軸（１０）の前記外側長手方向スプライン構造（１３）が、前記軸受ブラケット（１９）と共にすべり軸受装置を形成する前記誘導スリーブ（１６）の長手方向部分（１６ａ）に切れ目部分（１８）を有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載のカム軸（１）。
7. 前記摺動要素（１１）の前記誘導部分（１５）が、前記摺動要素（１１）が軸方向にずれることができる一方で、前記誘導スリーブ（１６）における前記誘導部分（１５）の誘導も維持されるようにして、前記誘導スリーブ（１６）と軸方向に重複するように設計されていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載のカム軸（１）。
8. 前記摺動要素（１１）が前記摺動要素（１１）の機能要素（２２）を受け止める保持チューブ（２１）を含み、前記誘導部分（１５）が少なくとも１つの機能要素（２２）の表面に形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載のカム軸（１）。

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