JPH02501323A - カム軸の製造方法 - Google Patents

カム軸の製造方法

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JPH02501323A JP62504048A JP50404887A JPH02501323A JP H02501323 A JPH02501323 A JP H02501323A JP 62504048 A JP62504048 A JP 62504048A JP 50404887 A JP50404887 A JP 50404887A JP H02501323 A JPH02501323 A JP H02501323A
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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】 カム軸とその製造方法 本発明は、内燃機関やコンプレッサー等の往復運動ビスF:/′機械用の管状の 組み合わせ型カム軸に関し、よシ具゛体的には、複数のカム軸要素が該要素を貫 通する中央管状部材に固定されているカム軸に関する。上記要素にはカムが含ま れ、又、軸受や歯車などが含まれることもあり、それらの全ては中央管状部材に 沿って軸方向に間隔を隔てて該部材に固定されている。
一般にカム軸は鋼などの鋳造品又は鍛造品のいずれかで製造され、中実の中央部 材を備え、そこに複数の軸方向に間隔を隔てたカム及び軸受が一体に設けである 。ところが、カム軸を複数の分離した要素の組立品で製造し、具体的には、カム 及び軸受を最初に所定形状に予め成形し、次に中央管状軸の長手方向に沿ってそ れらを所定位置に組み付けて固定すると、利点が得られることが既に認識されて いる。その様な組み合わせ型の管状カム軸によると、鋳造又は鍛造による中実の カム軸と比べ、重量を低減でき、軸の中空内部からカム及び軸受表面へ潤滑剤を 容易に供給でき、カムと軸受及び軸について、異なる材料を選択できるという利 点がある。
例えばGB−ム−275842(Yassenoff)には、予め成形したカム リングと軸受リングを中央管状軸に溶接し、その場合、カムは、中央孔を別にし て、中実であるか、又は、所望のプロフィ−μに折り曲げた金属帯状片又は引き 抜き管から製造できることが教示されている。GB−A−1115093(GK N Screws & Fasteners Lim1te4)の教示内容では 、予め成形されたカムリングが中央管状軸に対して機械的に、固定されておシ、 又、カムリングは概ね一定の壁厚さを有し、管を所望のカムプロフィ−μに引き 抜いてその引き抜き管を複数の部分に切断することにより、個々のカムリングを 構成するように立っている。この明細書では、各カムリングは、中空カムリング ノーズ(411部)と軸装部の孔とに係合したキーにより、軸に対して所望の軸 方向位置及び角度姿勢で機械的に固定されており、各カムリングは、接着剤又は 半田付け、ろう付け、溶接によシ更に軸に固定することもできるようになってい る。
GB−A−1117816(GKN Screw h Fasteners L im1ted)の教示内容では、中央部に孔を明けて予め成形した中実カムと軸 受要素を中央管状軸に対して固定するために、軸を半径方向外方へ変形させてカ ム及び軸受孔内で掴み状部で保合させるようになっている。その様に半径方向外 向きに軸を変形させることは、流体圧力又は爆発成形技術によシ軸を膨張させた シ、オーバーサイズ・マントVμで軸を引き抜いたりすることにより行えると教 示されている。各中実カム又は軸受の中央孔は、半径方向外方へ切シ欠かれてス ブフイン構造を効果的に構成しており、それにより、半径方向外方へ膨張した軸 の部分とカム及び軸受との間での確実な掴み係合状態が強化されている。
JP−ム−7644/1971 (Nakamura他)の教示内容では、予め 成形したカムリングを中央管状軸に固定するために、流体圧力によシ、各カムリ ングの中空内部へ軸を半径方向外向きに膨張させるようになっている。流体圧力 は管状軸の一方の端部から及ぼされ(他方の端部は密封されている)、一方、予 め成形されたカムリングは、カムリングに対応してそれらを所望位置く収容する カム切シ欠舞部を設けた閉鎖状態のダイにおいて、軸に対して所定の軸方向間隔 及び角度姿勢で保持される。
JP−A−7644/1? 71 と類似した教示内容が、GE−A−1530 519(Klockner Hum″bolnt Deutz AG) にも記 載されておシ、それにメると、中央管状軸が油圧式又は電気油圧式又は機械式手 段によシ、予め成形した概ね一定の壁厚さのカムリングの中空内部へ半径方向外 向きに膨張させられる。
本発明は、組み合わせ型カム軸の製造方法と、その様な方法で製造されるカム軸 であって、中空カムリングの形顧であるカム要素を中央管状軸に固定する方法が 、中央管状軸に対する公知のカムリング固定方法と比べて種々の利点を有してい るような方法を提供することを目的としている。
本発明は、中央管状軸と、それに沿って軸方向に間隔を隔てた複数のカムリング とを有するカム軸を製造する方法であって、カムリングが初期段階で円形の断面 形状を有し、成形工具内で管状軸の回シに軸方向に間隔を隔てた状態で組み立て られ、成形工具が閉鎖されて初期段階で円形断面のカムリングをそれぞれ所望の カムプロフィールに押し付は成形するとともに、管状軸をカムリングに対して変 形させ、それにより、カムリングが軸上でそれに対する軸方向及び角度的に移動 不能に保持されようにし九ことを特徴とするカム軸製造方法を提供するものであ る。
更に本発明は、中央管状軸に沿って軸方向に間隔を隔て九複数のカムリングを備 え、各、力ふリングが、それに対応する軸の部分であってカムリングに対して変 形させられた部分に対して軸方向及び角度的に移動不能の状態で軸上で保持され ておシ、カムリングを、初期段階で変形していない軸の周囲に位置させられたカ ムリングの初期段階の円形断面形状から、所望のカムプロフィールに押し付は成 形する間に、軸の上記部分がカムリングに対して機械的に変形させられている仁 とを特徴とする組み合わせ型カム軸を提供するものである。
上述の2つの段落の記載から明らかなように、本発明による組み合わせ型カム軸 とその製造方法は、前述の全ての従来技術の教示内容とは異なっており、カムリ ングは、中央管状軸の回りに軸方向に所定の間隔を隔てた状態で成形工具内で押 し付は成形されることだけにより、初期の円形断面形状から所望のカムプロフィ −fi/に成形され、一方、それと同じ押し付は成形工程中に、軸はカムリング に対して変形させられ、それにより、カムリングは軸上でそれに対して軸方向及 び角度的に移動不能の状態で保持される。本発明による具体的な利点は以下の通 りである。
1、 比較的安価な円形断面の管から所定の軸方向寸法に切断した部分で円形カ ムリングが初期段階で形成され、2 円形カムリングは中央管状軸に組み付ける ことができ、又、成形工具のカム成形ダイに容易に軸方向に位置決めすることが できる。セお、従来技術で教示されているように、中央管状軸への組み付けの前 に、カムリングを所望のカムプロフィールに予め成形すると、リングを軸に対し て、溶接、あるいは、軸の機械的な半径方向外向きの変形、又は、軸の流体圧力 による変形のいずれかで固定する前に、治具などのカムプロフィール凹部内ニカ ムリングを正確に位置させることが比較的困難でおる。
カムリングの押し付は成形を及び軸の変形は、カムリング及び軸を大気温度に維 持して実施できる。これに代えて、初期段階で円形のカムリングを軸の回りへの 組み付けの前に加熱し、成形工具におけるカムリングツ押し付は成形及び軸の変 形の前又は間又は後に、カムリングを冷却して軸に対する締りばめ状態にしても よい。
本発明による方法では、軸の内部に流体圧力を及ぼすことによシ、カムリングに 対して管状軸を更に変形させる付加的工程を設けてもよい。好ましくは、軸の上 記付加的変形が、軸及びカムリングがそれぞれ嵌合する中央凹部及び複数のカム 形空洞を軸方向に延びる状態で有する別の成形工具において行われ、上記カム形 空洞の内部寸法がカムリングの外部寸法よりも大哲く、それにょシ、軸の内部へ 流体圧力を及ぼすことによシ、カムリングが弾性的に変形させられ、軸に塑性変 形が生じるようKする。
又、本発明による方法は、一般に、カムリングを硬化させるために、カム軸に熱 処理を施す付加的工程を備えている。
更に本発明による方法は、ろう付は又は高温溶接(ガス又は電気アーク、レーザ ー、電子ビーム)、低温溶接、どぶづけ、接着、ビン止め、機械的相互噛み合い 、あるいは、その他の適当な取付手段を採用した方法にょシ、管状軸にカムリン グを更に取シ付ける付加的工程を備えている。その様な付加的取付方法は、上記 加熱処理工程中に実施し、軸とカムリングの間に予め位置させたろう又は半田金 属の溶融が上記加熱処理工程に含まれる。
本発明の上記以外の特徴は添付図面に基づく以下の実施例の説明から明らかでち る。
第1図は本発明によシ構成された力ふ軸の斜視略図、第2図はカムリングに対す る中央管状軸の変形状態をよシ詳細に示す第1図のカム軸の一端部の斜視図、第 3図は第2図に示すカム軸の部分の縦方向断面図、第4図は、成形工具つ閉鎖前 に成形工具のカム成形ダイ位置において中央管状軸に組み付けられた円形カムリ ングの横方向断面略図、 第5図は、閉鎖位置に工具があり、それにより、初期段階で円形の力ふリングが 所望のカムプロフィ−μに押し付は成形され、軸がカムリングに対して変形させ られた状態を示す第4図と同様の横断面図、第6図は、軸の内部へ流体圧力を及 ぼすだめの別の成形工具の対応するダイ凹部内に位置する状態で、(第5図と同 様に)変形後の軸上の成形後のカムリングを示す同様の横方向断面図、 第7図及び第8図は、第6図に示す成形工具と同様ではあるが、相互に作用する ダイ凹部が変形構造であって、軸の内部へ及ぼされる流体圧力の効果が変わって いる別ムリングの横断面路図である。
まず図面の第1図〜第3図において、本発明によシ製造された図示の実施例のカ ム軸は中央管状軸10を備えており、そこに、所定のカムプロフィ−μの8個の カムリング12と、円形プロフィ−μの5個の軸受ジャーナA/14とが取り付 けてあり、管状軸10がカムリングに対して半径方向に変形させられていること により、リングは軸上において軸方向及び角度的に相対移動不能に保持されてい る。
各カムリング12を@1つ上に保持するための手段は、第4図に略図で示しであ る。第4図において、図示の中央管状軸10の断面形状は均一な円形であり、一 般に低炭素鋼で形成されているが、軸10をアルミニウムやその他の塑性変形可 能な適当な材料で形成することもできる。又、図示のカムリング12は断面形状 が円形であって、壁厚さが一定であり、内径が管状軸の外径よりも僅かに大きい 。カムリングは、均一な円形断面形状を有するある提言の管状部材を切断した「 スライス」で構成されている。カムリングを切り取る管状部材の材料は、高張力 焼入性延性鋼又はカム機能に適したその他の鋼である。
更に第4図には、成形工具の2個の対向する部品16.18が示されている。該 工具の2個の部品16.18には互いに対向するカム成形ダイ凹部20.22が それぞれ設けてあシ、凹部20は所望のカムプロフィールとなっており、凹部2 2は半円形である。
カム軸を製造するために、所要数の円形力ふリング12と円形軸受ジャーナfi /14が中央管状軸10に組み付けられ、各カムリング及び軸受ジャーナμがそ れぞれ対応するダイ凹部22内に位置させられる。次に工具は第5図に示す位置 に閉鎖され、それにより、初期段階で円形である各カムリング12が、カム成形 ダイ凹部22〜22の形状により決定されるカムプロフィールに押し付は成形さ れる。それと同時に、中央管状軸10は、各中空カムリング内で概ね第5図に示 す形状に半径方向に変形させられ、それにより、カムリングは軸上で軸方向及び 角度的に相対移動不能に保持される。管状軸10の半径方向に変形させられた各 部分24が、第6図に示す形状に正確に変形しない場合がちり、例えば、各変形 部分24がそれに対応するカムリングの中空内部を完全には満たさない場合があ る。軸方向に隣接するカムリングの間、又は、カムリングと軸受ジャーナルの間 に位置する軸の部分26け、底形工具の閉鎖中に変形しないように、相互に作用 する概ね円筒状の空洞において成形工具内で保持される。但し、第3図に最も明 瞭に示す如く、管状軸は、少なくともその外周部分において、半径方向外方へ変 形することがあり、それにより、カムリング又は軸受ジャーナμの各軸方向外側 において、半径方向外方へ延びる張り出し部28が形成され、それにより、各カ ムリング又はジャーナ!の軸に対する軸方向移動を防止するための付加的な保持 状態が生じる。
上述の機械的な押し付は成形作業は、カム軸の全ての要素を大気温度に維持して 行うことができ、すなわち、カム軸の製造は冷間プレス作業で実施できる。これ に代えて、初期段階で円形の各カムリングと軸受ジャーナμを、中央管状軸への 組み付けの前に加熱し、次に、機械的な押し付は底形工程でカムリング及び軸受 ジャーナμを軸に対して蹄りばめ状態で嵌合させる前又はその間又はその後のい ずれかにおいて、冷却してもよい。熱論その様な方法では、大気温度において、 初期段階で円形のカムリングと軸受ジャーナルとの内径は、中央管状軸の外径よ りも僅かに小さくする。
更に本発明は、カムリングと軸受ジャーナルを軸に対して軸方向及び角度的に相 対移動不能に保持する保持状態を強化するための付加的な方法を提供するもので ある。
例えば、図面には示されていないが、カムリング及び軸受ジャーナルは、中実軸 に対して、ろう付けや半田付、高温溶接(例えば、ガス又は電気アーク、V−ザ ー、電子ビーム)、低温溶接、どぶづけ、接着、ピン止め、機械的相互噛み合い 固定、あるいは、その他の適当な固定方法により更に固定で専る。
更に、特にカムリングの保持力を、別の成形工具で中央管状11[1110の内 部に流体圧力を及ぼすことにより強化することもで専る。図面の第6図には、別 の成形工具の互いに対向する部品30.32が閉鎖状態で示されている。それら の部品30.32は、それぞれ、押し付は成形を行う各カムリングゾロフィー〃 に対応し、かつ、カムリングの外径よりも僅かに大きい内径を有するダイ凹部を 有している。第6図に略図で示す如く、グイ部品30.32が閉鎖されて互いに 固定された後、流体圧力が中央管状軸10の内部へ及ぼされ、それにょシ、軸は そこに及ぼされた流体ミカにより半径方向外方へ膨張させられる。その様な半径 方向外向きの膨張動作では、管状軸10は塑性変形を起こし、一方、ダイ凹部3 4〜36の内径はカムリングの外径よりも大きく、そのために、カムリングの半 径方向外向きの弾性変形がある限られた範囲で許容されるので、カムリング12 は弾性的に変形する。内部流体圧力が軸内から解放されると、弾性的に変形して いたカムリングは塑性変形の生じた中央管状軸上まで収縮する。
無倫、この付加的な成形工具のカムリングダイ凹部34〜36の寸法を太きくじ すぎではならず、仮に大きすぎると、中央管状軸10の半径方向の膨張によりカ ムリング12が弾性限界を越えて膨張させられ、一方、ダイ凹部が小さすぎない ようにもしなければならず、仮に小さすぎると、カムリングに所望の程度の弾性 変形が生じないことになる。
軸10に対するカムリング12の掴み力は、付加的な成形工具のダイ凹部34〜 56のそれぞれを第7図又は第8図に示すように支受すると、更に強化できる。
すなわち、第7図において、直径方向に対向するシム38が上側及び下側のダイ 部品30.32のそれぞれにカムの全幅にわたって配置されておシ、第8図にお いて、カムは両ダイ部品の分割線を跨ぐ状態で配置されている。カム軸を第7図 又は第8図に示す形式の成形工具内に位置させて、流体圧力を中央管状軸10の 内部へ及ぼすと、最初にダイ閉鎖力が全てのカムリング12をその全幅にわたっ て圧縮してカムリングを伸長させ、それに続いて、軸10の内部へ流体圧力を及 ぼしている間、軸10が、歪んだ状傅で伸長したカムプロフィ−μ内へ変形させ られる。流体圧力を解放してダイを開くと、各カムリングは3個の領域、すなわ ち、カムノーズの両側の領域と基部の領域とにおいて、軸の対応する変形部分2 4を効果的に掴む。この変形例の製造方法では、軸の内部に流体圧力を及ぼすの け、軸に対するカムリングの掴み力を発生きせるためではなく、ダイ閉鎖中にカ ムをその全幅にわたって絞り出すことにより生じる内側プロフィ−yを満たすた めだけであるという利点がある。
上述のいずれの方法においても、各カムリング12は、その初期の円形断面形状 から、第4図に略図的に示す機械的成形工具において、概ねその最終的な所望の カムプロフィールに押し付は成形される。僅かな仕上げ機械加工が施される場合 があるが、カムリングにそれ以上の実質的な機械加工を施す必要はない。
各カムリングの全体又は選択された複数箇所だけに何等かの形態の熱処理を施す か、あるいは、完成したカム軸に全体的熱処理を施すことが一般に望ましい。そ の様な全体的熱処理ではカムリングを硬化させることができるが、中央管状軸は 、その化学的組成と、それによる硬化及び焼き戻しに対する反応特性が異なるの で、中央管状軸を硬化させることはできない。但し、全体加熱処理はあらゆる半 径方向膨張工程(例えば第6図〜第8図に関連して記載した工程)よりも前に行 わねばならず、それ以外の場合、その様な熱処理により、組立が完了した構成要 素の締め付は状態が解放され、カムリング12が中央管状軸10から緩むように する。
全体加熱処理の間、カムリングと中央管状軸は850℃〜900℃の温度まで加 熱してもよく、従って、構成要素がこの様に昇温状態にある間、ろう付けや半田 付による前述の必要に応じて行われる付加的な固定工程を実施すると都合がよい 。例えば、ろう付は工程は、初期の機械的押し付は成形工程よシも前に、カムリ ングと中央管状軸との間にろう付は金属の箔又は帯状片を予め位置させ、次に、 全体加熱処理工程において、上記ろう付は金属を溶融させてカムリング(及び、 必要な場合は軸受ジャーナ/L/)を中央管状軸にろう付けすることにより、実 施できる。
前述の如く、初期段階の機械的押し付は成形工程により、中央管状軸の上述の部 分を、第5図に略図で示すようセ完全充填位置まで変形させることは必須ではな い。
同様に、第6図〜第8図に関連して説明したような後続のどの様な流体圧力膨張 工程でも、中央管状軸の上記部分を各カムリングの中空内部内へ更に完全に変形 させる必要はない。必要な場合、鋼棒のような充填材料片(図示せず)をカムノ ーズ位置の下側で各カムリング内に最初に位置させておき、成形時にカムノーズ の色性を更に高めるようにしてもよい。
本発明の上記実施例のいずれにおいても、それによるカム軸の製造では、初期段 階で円形の断面形状を有する複数の軸方向に間隔を隔てたカムリングを、成形工 具内の複数の対応するカム成形ダイ凹部のそれぞれに該カムリングを位置させた 状態で、成形工具内で中央管状軸に組み付ける。従って、初期段階で円形のカム リング(及び円形軸受ジャーナμ)を成形工具内で中央管状軸に組み付ける作業 は非常に容易であり、具体的には、カムリングと軸受ジャーナμを各ダイ凹部に 位置させることが必要なだけであり、底形工具を閉鎖する前に、中実軸に対して あらゆる構成要素を角度的に正確に位置させる必要はない。このように本発明に は、カムリングを、比較的安価な円形断面の管状素材から所定の軸方向寸法に切 断した部分(スライス)で間車に製造できるので、カムリング自体の製造価格を 低くできるという基本的な利点がある。
国際調査報告 l−、−−−、−、、、−、、、、、、、、i、PCT/GB 871004i a4、’!’NEX To +’F’E INTER;NATiCNAL SE A只cHREPORT ON工NTERiNATrONAL APPIJCAT :ON No、 PCT/CB 87100484 (SA 17EiO1)G B4.− 1115093 NoneCB−A−IL17816 Nona

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.中央管状軸と、それに沿つて軸方向に間隔を隔てた複数のカムリングとを有 するカム軸を製造する方法であつて、カムリングが初期段階で円形の断面形状を 有し、成形工具内で管状軸の回りに軸方向に間隔を隔てた状態で組み立てられ、 成形工具が閉鎖されて初期段階で円形断面のカムリングをそれぞれ所望のカムプ ロフィールに押し付け成形するとともに、管状軸をカムリングに対して変形させ 、それにより、カムリングが軸上でそれに対して軸方向及び角度的に移動不能に 保持されるようにしたことを特徴とするカム軸製造方法。 2.カムリングの押し付け成形及び軸の変形が、カムリング及び軸を大気温度に 維持して実施される請求項1に記載の方法。 3.初期段階で円形のカムリングが軸の回りへの組ひ付けの前に加熱され、成形 工具におけるカムリングの押し付け成形及び軸の変形の前又は間又は後に、カム リングが冷却されて軸に対する締りばめ状態になる請求項1に記載の方法。 4.軸の内部に流体圧力を及ほすことにより、カムリングに対して管状軸を更に 変形させる付加的工程を備えた請求項1に記載の方法。 5.軸の上記付加的変形が、軸及びカムリングがそれぞれ嵌合する中央凹部及び 複数のカム形空洞を軸方向に延びる状態で有する別の成形工具において行われ、 上記カム形空洞の内部寸法がカムリングの外部寸法よりも大きく、それにより、 軸の内部へ流体圧力を及ぼすことにより、カムリングが弾性的に変形させられ、 軸に塑性変形が生じる請求項4に記載の方法。 6.カムリングを硬化させるために、カム軸に熱処理を施す付加的工程を備えた 請求項2〜5のいずれかに記載の方法。 7.ろう付け又は高温溶接(ガス又は電気アーク、レーザー、電子ビーム)、低 温溶接、どぶづけ、接着、ピン止め、機械的相互噛み合い、あるいは、その他の 適当な取付方法を採用した方法により、管状軸にカムリングを更に取り付ける付 加的手段を備えた請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 a.上記別の取付手段を上記加熱処理工程中に実施し、軸とカムリングの間に予 め位置させたろう又は半田金属の溶融が上記加熱処理工程に含まれている請求項 6に従属する請求項7に記載の方法。 9.添付図面のいずれかに関連して以上に実質的に記載したようにカム軸を製造 するための方法。 10.中央管状軸に沿って軸方向に間隔を隔てた複数のカムリングを備え、各カ ムリングが、それに対応する軸の部分であってカムリングに対して変形させられ た部分に対して軸方向及び角皮的に移動不能の状態で軸上で保持されており、カ ムリングを、初期段階で変形していない軸の周囲に位置させられたカムリングの 初期段階の円形断面形状から、所望のカムプロフイールに押し付け成形する間に 、軸の上記部分がカムリングに対して機械的に変形させられていることを特徴と する組み合わせ型カム軸。 11.カムリングと軸の温度が、カムリングの押し付け成形及び軸の変形の際に 、大気温度である請求項10に記載のカム軸。 12.初期段階で円形のカムリングが軸の回りへの組み付けの前に加熱され、カ ムリングの押し付け成形及び軸の変形の前又は間又は後に、カムリングが冷却さ れて軸に対する締りばめ状態になる請求項10に記載のカム軸。 13.軸の機械的に変形させられた上記各部分が、軸の内部へ流体圧力を及ぼす ことにより、それに対応するカムリングに対して更に相対的に変形させられる請 求項10に記載のカム軸。 14.ろう付け又は高温溶接(ガス又は電気アーク、レーザー、電子ビーム)、 低温溶接、どぶづけ、接着、ピン止め、機械的相互噛み合い、あるいは、その他 の適当な取付手段を採用した方法により、各カムリングが軸の変形させられた部 分に対して付加的に取り付けられている請求項10〜13のいずれかに記載のカ ム軸。 15.添付図面のいずれかに関連した以上に実質的に記載したように構成及び配 置されたことを特徴とする組み合わせ型カム軸。 16.請求項1〜9のいずれかによる方法で製造されたことを特徴とする組み合 わせ型カム軸。
JP62504048A 1986-07-12 1987-07-09 カム軸の製造方法 Granted JPH02501323A (ja)

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