JPH01229112A - 複合シャフト、特に、カムシャフト、クランクシャフトまたは伝動シャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パイプ部材と、それぞれ上記パイプ部材には
め込み、パイプ部材を部分的に液圧によって拡張するこ
とによって木質的に力結合状態で固定せる駆動要素とか
ら成る複合シャフト（特に、カムシャフト、クランクシ
ャフトまたは伝動シャフト）に関する。

上述の種類のシャフトは、例えば、Ｐ３６３３４３５．
９から公知である。この種のシャフトは、重量および質
量慢性モーメントの低下のため、従来使用されている外
形同一の鋳造シャフトまたは鍛造シャフトの代わりに使
用されるので、この種のシャフトには、耐負荷性、特に
曲げ強度およびねじり強度乙こ関して同一の要求が課せ
られる。特に、制御シャフト、即ち、アクセル弁を作動
するカムシャフトまたは直列噴射ポンプのカムシャフト
の場合、大きいねじり強度が必要である。何故ならば、
ねじりによって生ずる角度誤差が所定の燃焼プロセスに
影響を与えるからである。簡単な方策の場合、肉厚のよ
り大きいパイプ部材およびまたは強度のより大きいパイ
プ材料を使用する。第１の方策は、重量の利点が損われ
ること以外に、拡張ゾンデの導入に必要な内法寸法によ
って制約を受け、従って、特定の事例には採用できす、
第２の方策は、一般に、コスト上の理由から使用できな
い。何故ならば、製品が通常のシャフトに比して高価で
あってはならないからである。

従って、本発明の目的は、重量の欠点かなく、小さい径
においても大きいねじり強度および曲げ強度を有する冒
頭に述べた種類の複合シャフトを提供することにある。

上記目的の達成法は、２つの駆動要素の間に、それぞれ
、パイプ部材上に案内され径を縮少したショルダ範囲を
有しパイプ部材よりも径の大きいスリーブを挿入し、シ
ョルダ範囲を駆動要素の下方に延ばし、パイプ部材と駆
動要素との間に木質的に形状結合状態で固定することに
ある。

本発明にもとづき、かくして、駆動要素の間の範囲に、
それぞれ、２シエル状に構成されたシャフトが得られる
。この場合、内側の連続のパイプ部材の径は、カムの寸
法によって決定され、各スリーブから成る外側のパイプ
部材は、シャフトの組込条件が許す限り、径を拡大でき
、カム輪郭から突出できる。パイプの対極の抵抗モーメ
ント、即ち、ねじり強度は、径の四乗とともに増加する
ので、挿入したスリーブが薄肉であっても、内側のパイ
プ部材の肉厚を増大した場合よりも本質的に大きい利点
が得られる。従って、スリーブの材料としては、鋼以外
に、軽量なおよびまたは安価な別の材料、即ち、アルミ
ニウム、チタンまたは炭素繊維またはこれらの組合せま
たはこれら材料と均一な合成樹脂との組合せが適する。

スリーブのショルダ範囲を駆動要素に対して固定するた
めの弾性負荷を増大、維持する補強支持スリーブを駆動
要素の内部に挿入し、いっしょに拡張する場合は、内側
の連続のパイプ部材は、同じく、比較的薄い肉厚に構成
でき、本質的に案内・調心機能のみを果す。

もちろん、内側のパイプ部材は、ねじり強度に重要であ
り、この場合、クリティカルな個所は、駆動要素に直接
に続（補強スリーブの狭搾範囲にあるが、一般に、薄肉
のパイプの場合も、十分なねじり強度が問題なく得られ
る。一方、クリティカルなねじり強度には、２つの駆動
要素の間のより長い部分の２シエル構造が重要であり、
ねじり角の増加を有効に阻止する。

内側のパイプ部材を薄く構成でき、しかも、スリーブの
ショルダ範囲の固定に必要な弾性負荷を維持できるよう
、２つの等価の解決法がある。１つの解決法にもとづき
、パイプ部材に、駆動要素の下方に、駆動要素よりも僅
かに長い支持スリーブを挿入し、次いで、パイプ部材お
よびスリーブとともに塑性変形させて駆動要素に対して
拡張し、パイプボデーおよびスリーブのショルダ範囲を
固定できる。第２の方法にもとづき、駆動要素の下方の
パイプ部材自体に、製造技術上の理由から、好ましくは
、内径を一定としてパイプ部材外面に、同じく駆動要素
よりも僅かに長い厚肉部を設ける。

この厚肉範囲は、塑性変形を伴う液圧的拡張時に、弾性
変形した駆動要素に対してスリーブのショルダ範囲を固
定するための弾性負荷を生成できる。

この場合、双方のパイプ構造体の半径方向間隔が大きく
なるので、曲げ強度が改善され、一方、第１の方法の場
合は、内側のパイプ部材の径が大きくなるので、ねじり
強度がより適切となる。

特に好適なプロセスにもとづき、内側のパイプ部材は、
駆動要素の固定時、即ち、厚肉範囲または支持スリーブ
の圧縮負荷によって短縮され、この際、あらかしめ突合
せて挿入せる隣接のスリーブ部材が、軸線方向圧力を受
け、径が急激に変化する範囲において駆動要素のクラン
クに当接する。

これは、パツキンによって定められる支持部材または厚
肉部の拡張範囲を駆動要素による外側支持範囲よりも僅
かに広く選択することによって達成させる。かくして、
駆動要素の両側には、隆起が生ずるとともにパイプ部材
が短縮される。

相互に近くに並ぶ駆動部材、特に、同一角度位置に突起
を有するカムとして対をなすよう構成された駆動部材の
場合、駆動部材に一体に結合されたスリーブが、上記駆
動部材をより長い２重要素に好適に統合できる。この場
合、結合スリーブの有効径は、できる限り大きく選択し
、特に、周囲の駆動要素の最小径まで拡大する。２重カ
ムとして構成されたこの種の結合せる駆動要素の場合、
重量減のため、カム突起の外側端面に開口を設けること
ができる。

駆動要素を軸線方向終点位置に設ける好ましい実施例の
場合、各側に続く補強スリーブに、駆動要素の命中を被
うショルダ範囲を設ｉＪることかできる。

パイプ部材が薄肉の場合に、相互に結合された上記駆動
要素（特に、２重カム）を挿入せる支持スリーブで支持
する場合は、上記支持スリーブは、結合された駆動部材
の全長にわたって適切に延びるよう構成できるが、この
場合、駆動部材の下方の範囲は段階的に拡張させる。

本発明に係る複合シャフトの好ましい実施例の場合、パ
イプ部材およびスリーブ部材から成る２つのシェルの間
に形成された環状スペースを駆動要素または軸受個所へ
の潤滑油供給に利用する。

この場合、各スペースを軸線方向へ結合する必要があり
、ショルダ範囲から外側スリーブまで径が急激に変化す
る範囲において駆動要素のフランクに対して密封当接が
行われる場合、例えば、スリーブ部材のンヨルダ範囲の
縦方向スリットによって上記結合を行う。−上記条件と
は関係なく、パイプ部材の外側の厚肉部分の軸線方向貫
通ボアまたは外側の軸線方向ミヅが同一効果を有するこ
とができる。

本発明に係るシャフトの場合、ねじり強度が十分であれ
ば、シャフト径に密着する基本円を有し、従って、簡単
な連続のパイプ部材を有する構造態様のカムシャフトと
して作製できないカム形状も作製できる。対応して表面
加工を行う場合、補助スリーブは、他の方策を講ぜずに
シャフトの軸受個所として使用できるが、駆動要素と同
様にンヤフトに設け、シャフトに結合した軸受レースに
よって軸受個所を形成することもできる。

本発明の好ましい実施例を図面に示し、以下に説明する
。

第１図に、相互にずらしたカムの形の２つの駆動要素２
．３を左側に有し、同一の円周角度に配列されたカムの
形の２つの相互に結合された駆動部材４，５を備えた駆
動要素１４を右側に有する連続のパイプ部材ｌを示した
。この場合、上記駆動部材は、結合スリーブ６によって
相互に一体に結合されている。駆動要素２．３．１４に
続いてまたはこれら駆動要素の間に、パイプ部材１より
も径の大きい補強スリーブ７．８が上記パイプ部材に挿
入してあり、この場合、径の小さいショルダ範囲９．１
０が、パイプ部材に対する案内をなし、駆動要素２．３
．１４の貫通開口に差込んである。補強スリーブ７のシ
ョルダ範囲９は、駆動要素２゜３に内側層として差込む
ため、駆動要素の約２の長さを有し、相互に接触してい
るが、補強スリーブ８のショルダ範囲１０は、２重駆動
要素１４に差込むため、各駆動部材４．５の長さを有す
る。駆動要素２．３．１４の下方には、それぞれ、パイ
プ部材１および補強スリーブ７．８のショルダ範囲９゜
１０とともに液圧によって拡張され、駆動要素２゜３．
４に対する弾性負荷を保持する支持スリーブ１１、　１
２．１３が設けである。上記構成にもとづき負荷の小部
分のみを形成し、内外から力結合状態で固定されたこの
種の差込スリーブによって、パイプ部材１およびスリー
ブ７．８の肉厚を減少できる。

２重駆動要素１４は、重量減のため、駆動部材４゜５の
端面に開口１５を有する。２重駆動要素１４には、長い
唯一つの支持スリーブ１３が挿入されている。

この場合、拡張のために圧力を受ける部分を細い線で模
式的に示した密封リングによって表わしである。支持ス
リーブ１３の範囲には駆動部材４，５の下方に上記の各
縦方向部分がある。スリーブ６または７．８は、対応し
て表面処理すれば、軸受個所として役立つが、円形の軸
受レースも、駆動要素２，３と同様、パイプ部材１に固
定できる。

図示の制御カムの代わりに、伝動シャフトを形成する歯
車またはクランクシャフトを形成するクランク腕を設け
ることができる。

第２図に、同じく、駆動要素２．３．４．５の下方にそ
れぞれ厚肉部分１６．１７．１８．１９を有するパイプ
部材１を示した。駆動要素４．５は、同しく、離隔スリ
ーブ６によって結合されて２重要素１４を形成する。す
べての駆動要素のカム突起の範囲には連続の開口が設け
である。パイプ部材ｌに挿入した外側のスリーブ部材７
，８のショルダ範囲９は、駆動要素に下方から係合する
。この場合、ショルダ範囲９は、駆動要素２．３の下方
に突合せて挿入されており、一方、駆動要素４，５の下
方のショルダ範囲１０は、それぞれ、駆動要素の金山を
囲み、自由端を有する。この場合、ショルダ範囲９に鎖
線の密封装置によって示した如く、パイプ部材１を短縮
し、径が急激に変化する範囲のスリーブを駆動要素２，
３の端面に当接させる隆起２０をパイプ部材１に保合で
きる。かくして内側パイプおよび外側パイプに形成され
る応力状態が強度を増大する。断面図に、駆動要素２の
連続の開口１５、スリーブ７の範囲９およびパイプ部材
１の厚肉範囲を示した。スリーブ部材７のショルダ範囲
には、パイプ部月１とスリーブ要素７との間の環状スペ
ース２２．２３を潤滑油供給のため相互に結合するだめ
の縦方向スリット２１が設けである。

スリーブ部材８の下方の別の環状スペース２４には少く
とも部分的に減衰材料が充填してあり、従って、上述の
解決法は排除されない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内側支持スリーブを有するカムシャフトとし
ての本発明に係るシャフトの図面、第２回は、パイプ部
材の厚肉部を有するカムシャフトとしての本発明に係る
シャフトの図面、第３図は、第２図の１−１断面図であ
る。 １−パイプ部材、　　　　２〜５−駆動要素、６：７−
スリーブ、　　　８−補強スリーブ、９　；　１０−−
ショルダ範囲、１１〜１３　　支持スリーブ、１４−２
重要素、　　　　１５−開口、１６〜１７−厚肉部、　
　　２〇−隆起、２１−縦方向スリット、　２２〜２４
−環状スペース。 代理人　弁理士（８１０７）佐々木　清　隆（ほか３名
） 第　　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）パイプ部材と、それぞれ上記パイプ部材にはめ込み
   、パイプ部材を部分的に液圧によって拡張することによ
   って本質的に力結合状態で固定せる駆動要素とから成る
   複合シャフト（特に、カムシャフト、クランクシャフト
   または伝動シャフト）において、２つの駆動要素（２、
   ３、１４）の間には、それぞれ、パイプ部材（１）上に
   案内され径を縮少したショルダ範囲（９、１０）を有し
   パイプ部材（１）よりも径の大きいスリーブ（７、８）
   が挿入してあり、ショルダ範囲が、駆動要素（２、３、
   １４）の下方に延び、パイプ部材（１）と駆動要素との
   間に本質的に形状結合状態で固定されていることを特徴
   とする複合シャフト。 ２）駆動要素がパイプ部材（１）上の軸線方向終点位置
   にある場合且つまた駆動要素（４、５）が２重要素（１
   ４）の部分である場合、隣接のスリーブ要素のショルダ
   範囲の長さが、好ましくは、駆動要素（４、５）の長さ
   にほぼ対応し、径が急激に変化する個所まで駆動要素内
   に延びていることを特徴とする請求項第１項記載の複合
   シャフト。 ３）駆動要素（２、３）がパイプ部材（１）上の軸線方
   向内側位置にある場合、隣接のスリーブ要素（７）のシ
   ョルダ範囲の長さが、駆動要素（２、３）の長さの１／
   ２にほぼ対応し、径が急激に変化する個所まで、同時に
   、少くともほぼ、特に正確に、相互に突合わされて、駆
   動要素（２、３）に挿入されていることを特徴とする請
   求項第１項記載の複合シャフト。 ４）駆動要素（２、３、４、５）が円形でない場合は特
   に、スリーブ（７、８）の外径が、少くとも部分的に駆
   動要素の外径を越えることを特徴とする請求項第１〜３
   項の１つに記載の複合シャフト。 ５）駆動要素（２、３、４、５）には、駆動要素よりも
   少くとも僅かに大きい長さを有しパイプ部材（１）とと
   もに拡張される支持スリーブ（１１、１２、１３）が挿
   入されていることを特徴とする請求項第１〜４項の１つ
   に記載の複合シャフト。 ６）パイプ部材（１）には、駆動要素（２、３、４、５
   ）の範囲に、駆動要素よりも少くとも僅かに大きい長さ
   を有する内側のまたは好ましくは外側の厚肉部分（１６
   、１７、１８、１９）が設けてあることを特徴とする請
   求項第１〜４項の１つに記載の複合シャフト。 ７）パイプ部材（１）に対して離れたスリーブ（６）に
   よって一体に相互に結合された駆動要素（４、５）から
   成る２重要素（１４）が設けてあることを特徴とする請
   求項第１〜５項の１つに記載の複合シャフト。 ８）パイプ部材（１）および、場合によっては、支持ス
   リーブ（１１、１２、１３）が鋼から成ることを特徴と
   する請求項第１〜７項の１つに記載の複合シャフト。 ９）駆動要素（２、３、１４）（特に、制御カム）が鋳
   造材料から成ることを特徴とする請求項第１〜８項の１
   つに記載の複合シャフト。 １０）中間スリーブ（７、８）が、鋼、アルミニウム、
   チタンまたは炭素繊維複合材のみからまたはこれらの組
   合せからまたはこれらと合成樹脂との組合せから成るこ
   とを特徴とする請求項第１〜９項の１つに記載の複合シ
   ャフト。 １１）径が急激に変化する壁範囲を駆動要素のフランク
   に当接させた場合、中間スリーブ（７、８）が、駆動要
   素（２、３、４、５）の下方に、パイプ部材（１）と中
   間スリーブ（７、８）との間の各環状スペースを相互に
   結合する潤滑油供給用縦方向スリット（２１）を有する
   ことを特徴とする請求項第１〜１０項の１つに記載の複
   合シャフト。 １２）パイプ部材（１）が、駆動要素（２、３、４、５
   ）の下方の外側厚肉部（１６、１７、１８、１９）の範
   囲に、パイプ部材（１）と中間スリーブ（７、８）との
   間の各環状スペースを相互に結合する潤滑油供給のため
   の軸線方向貫通ボアまた軸線方向外側ミゾを有すること
   を特徴とする請求項第１〜１０項の１つに記載の複合シ
   ャフト。 １３）請求項第１〜１２項の１つに記載の複合シャフト
   を製造する方法において、駆動要素（２、３、４、５）
   の下方のパイプ部材（１）の部分、特に、厚肉部（１６
   、１７、１８、１９）の範囲を少くとも１つのスリーブ
   要素（７、８）の挿入せるショルダ範囲（９、１０）お
   よび駆動要素（２、３、４、５）とともに１つの共通の
   拡張工程において変形することを特徴とする方法。 １４）請求項第１〜１２項の１つに記載の複合シャフト
   を製造する方法において、駆動要素（２、３、４、５）
   の下方の支持スリーブ（１１、１２、１３）と駆動要素
   （２、３、４、５）の内部のパイプ部材（１）の部分と
   スリーブ要素（７、８）の挿入せるショルダ範囲（８、
   ９）とを駆動要素（２、３、１４）とともに唯一つの拡
   張工程において変形することを特徴とする方法。 １５）パイプ部材（１）に挿入する前に、真直ぐのパイ
   プ部分を、特に圧延によって、減面してスリーブ要素（
   ７、８）のショルダ範囲（８、９）を形成することを特
   徴とする請求項第１３項または第１４項記載の方法。 １６）ショルダ範囲（９、１０）をあらかじめ駆動要素
   の下方に突合せて挿入し、駆動要素（２、３、４、５）
   の軸線方向長さを越えてパイプ部材（１）、特に、厚肉
   部（１６、１７、１８、１９）または支持スリーブ（１
   １、１２、１３）に半径方向液圧負荷を加えることによ
   って、パイプ部材（１）の半径方向拡張および軸線方向
   短縮を行い、かくして、スリーブ要素（７、８）に機械
   的に軸線方向へ高圧空気を負荷するとともに、径が急激
   に変化する壁範囲を駆動要素（２、３、４、５）のフラ
   ンクに当接させることを特徴とする請求項第１０〜１２
   項の１つに記載の方法。