JPH0772588B2 - カム軸 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はカム軸に関する。

（従来技術とその問題点） カム軸は軸と少なくともその軸に外挿されて溶接により
結合されるカムとを有しており、このカムは軸の断面形
状に合致する断面積を有する軸方向の穴を有している。
軸の断面形状が円形の場合、このカムの穴の直径は軸の
直径よりも僅かに大きく形成されており、カムは余分な
力を加えなくとも軸に外挿でき、すなわち軸とカムとが
遊挿されるようになっている。カムの穴の壁面および／
または軸のカムを取付ける部分の面には少なくとも１つ
の溝が周設されており、この溝の内部にはカムと軸との
結合前に、溶解可能なハンダが入れられる。

カムと軸とが別々に製作され、次いで１つの構造ユニッ
トとして結合される内燃機関用のカム軸はドイツ連邦共
和国公開特許公報第2838995号及び第3321846号において
公知となっている。この種の公知の構造では、軸はその
軸方向に延びる複数の溝孔を有しており、カムの穴には
これに対応して半径方向の突出部を有している。カムは
突出部が溝孔内部に突入した状態で軸に遊挿されるが、
突出部の半径方向の幅はカムと軸とが摩擦圧接により結
合可能かつ互いに嵌り合う程度の寸法になっている。上
記の遊びを形成する隙間にはカムと軸との結合後に外部
から硬質ハンダが充填される。そして、軸の外周面の溝
孔は各用途に応じたカムの位置に対応する数で設けられ
ている。この構造は半径方向内側に向いた突出部を有す
るカムの穴を形成するという面倒な作業工程が必要とな
るので好ましくない。また突出部は加工の際にその半径
方向の寸法を極めて精密にする必要があるばかりでな
く、軸との角度位置を極めて正確に位置決めしなければ
ならない。

他の公知の構造形態（例えばドイツ連邦共和国公開公報
第3247636号，第3301749号および第3227693号）の場合
には回転対称断面形状を有する軸にカムがプレス嵌めに
より外嵌されてしまり嵌めを形成している。カム軸の作
動時の応力に対してしまり嵌めは十分な強度を保証でき
るので結合される部品はプレス嵌め部を有していなけれ
ばならない。しかしながら、カム軸の製作時においては
カムを軸のほぼ半分の長さにわたり大きな力で摺動させ
る必要があり、このような摺動の間に軸とカムとの嵌め
合い関係が変化して、カムの通過した軸部の表面が損傷
を受けることは不可避となっていた。

さらに、軸を形成するアクスルチューブとこれに外挿さ
れて圧接結合されるアクスルチューブの断面形状に適合
した形状の穴を有するカムプレートとを備えたカム軸に
おいて、アクスルチューブの外壁面を少なくともカムプ
レートの領域内に位置させ、カムプレートの穴の壁面を
金属により形成したものはドイツ連邦共和国実用新案公
報第8426999号において公知となっている。同公報のカ
ム軸においてカムプレートとアクスルチューブとの結合
はレーザー溶接もしくはレーザーハンダ溶接により行な
われており、カムチューブとアクスルチューブとはアク
スルチューブの内側からレーザー溶接やレーザーハンダ
溶接を行なうのが効果的であると定めている。このレー
ザー溶接やレーザーハンダ溶接により接合されたカム軸
ではカムプレートの穴の壁面とカムプレートの外嵌され
たアクスルチューブの周囲領域とはハンダ接合に適した
材料により形成されるが、カムプレートとアクスルチュ
ーブとの間にハンダ箔を介在させたりアクスルチューブ
上の各カムプレートの両面にハンダ製のリングを設ける
ことも可能であることを開示している。

レーザービームにより優れた金属結合が行なえることは
疑いない。ただし、この種の結合は技術的に見て極めて
過大であるし、大量生産では未だ実用化されていない。
この公知の方法はレーザービームを軸の周囲に回転させ
て行なうか、または軸に外嵌されたカムプレートと軸と
をレーザービームに対し相対的に回転させるように定め
ているが、ここにすでに予期しうる問題の一部が現出す
る。さらに、この公知の構造では軸もしくはアクスルチ
ューブの表面を研磨し、場合によっては、さらに加えて
銅メッキする必要がある。カム軸の製作にあたっては完
成した軸を仕上げ加工する必要のないように、軸とカム
との結合強度の他にも、カムが正しい角度になっている
かどうかを注意する必要がある。カムを軸に対して結合
前に所定の軸方向位置および角度位置の各々に固定する
ため、この公知の構造ではシェル状の装置を用意して、
これに軸と外挿されたカムとを保持している。しかしこ
れでは軸の内部からしか溶接またはハンダ接合すること
ができず、軸を中空管として形成するとともにレーザー
放射部はレーザービームが90°の角度で屈折できるよう
に設計されていなければならないことが前提となってい
る。これは極めて高価な工学装置の利用を前提とするも
ので、単に実験的なものにすぎず、工場での大量生産に
は応用できない。

（問題点を解決するための手段） これらの達成技術水準に基いて本発明はかかるカム軸の
製作の簡易化と同時に品質の改善を行なうべく、内部に
ハンダ、主にペースト状のハンダが充填された空洞，ポ
ケットあるいは凹所を有する主に長手方向にスリットを
備えたリング状の支持体を周方向の溝に装着し、この支
持体の外径をカムの穴の直径よりも僅かに大きく設定し
て、カムと支持体もしくは軸との間にプレス嵌め部を形
成している。

本発明の構成では軸は研磨や銅メッキといった特別な表
面処理を必要としない。カムの穴と軸の間は比較的ゆる
い嵌め合いで十分であるので、カムは大きな力を要する
ことなく軸上を所定の取付け位置まで摺動できる。支持
体内部または支持体外面には結合用のハンダが位置して
いるので、軸に対するリング状の支持体とその寸法設定
により、カムは軸上に嵌め合い固定され、従って外部の
補助手段を用いることなく正確な角度で位置決めを行な
うことができる。これによってまたハンダの供給及び計
量に関連する問題は解消される。このようなリング状の
弾性ハンダ支持体の他の長所はこのリングによりカムが
軸上でセンタリングされるので一定したハンダ溝穴が得
られることである。このような一定したハンダ溝穴は品
質の優れた固定部には不可欠である。さらに、このよう
なセンタリングにより、カムの仕上げ研磨に必要な経費
を必要最小限に抑えることができる。

こうして準備された軸は炉に入れられ、そこでハンダが
液化して拡散するまで加熱されるが、この場合カムがそ
の所定の角度位置を正確に保つようにするための特別な
処置を講ずる必要はない。すなわち嵌め込まれて正確な
角度に位置決めされたカムはハンダの溶解前に多重処理
操作されても軸に対する姿勢を維持することができる。

このようにして準備された半製品は次に炉内に懸架され
て加熱され、このような加熱および以降の冷却において
もカムの正確な角度位置を保持するための特別な処置を
講ずる必要はない。実験でも明らかであるが、結合に必
要なハンダを支持体外面もしくは内部に供給するための
技術上の問題は皆無であり、またこれは極めて簡単な方
法により自動化できる。

（実施例） 次にこの発明の実施例を添附の図面を参照して説明す
る。

第１図に示したカム軸はパイプにより形成された軸１
と、この軸１上に固定されたカム２とから成り、このカ
ム２はもととなる動力要素の各位相に対応するように、
互いに軸１の軸方向に離間しているとともに互いに角度
がずれている。第10図に示すように軸１に用いられるパ
イプは環状断面を有し、カム２（第11図参照）は軸１を
受容するための円形の穴３を有する。カムは焼結された
ものでも、適当な素材から打ち抜かれたものでもよい。
また、カム２の製造に有効な他の製法によってもよい。

カム２の穴３の直径Ｄは軸１の直径ｄよりも僅かに大き
いので、存在する僅かな遊びによって特に大きな力を要
せず軸１にカム２を嵌入できる。なお穴３と軸１との嵌
め合いは許容範囲H7−H11およびh8−h11であれば好適で
ある。軸１上のカム２の固定位置には溝４が周設されて
おり、この溝４の軸１の軸方向の幅ｂはカム２の穴３の
軸方向の長さＬよりも小さく設定されている。また溝４
とカム２との関係は穴３が溝４よりも両側にほぼ同寸法
ａだけ大きくなっていて、溝４の中央の断面Ｑに関して
ほぼ対称になるように設定されている。なお溝４はカム
２の穴３の壁面に設けることも、またこれらの双方の部
材に設けることも可能である。しかしながら、この後者
の方法は純粋に製作技術上の理由からして妥当ではない
と思われる。

次にカム軸の組立て及び製造について説明すると、カム
２は上記で説明した方法で軸１に嵌入されて位置固定さ
れるにあたり、溝４には溶解して液化したハンダが入れ
られる。この場合には硬質のハンダの使用が好適であ
る。経験的に、工業的な大量生産工程での組立てにはペ
ースト状の塊の取り扱いはうまくいかない。この「取り
扱い」を容易にするため本実施例ではこのようなペース
ト状の塊のための支持体を利用するようになっており、
この支持体はハンダ７を受容するポケットを形成する縦
溝を備えたリング状の部材として構成されている。この
ような支持体を第４図，第５図及び第６図にそれぞれ正
面図，側面図及び断面図で示す。これらの図に示した支
持体８は周縁部にリング状の固定環9,9を有し、これら
の固定環は互いに離間してなる縦通材10により連結され
ている。このような支持体８は例えば適当な厚さｓの板
金帯を打ち抜き、次に曲げてリングにすることにより形
成できる。各縦通材10の間には中空部11が形成されてお
り、これらにハンダを充填することにより作業の自動化
を図ることができ、このような作業の際に元の長く延び
た帯が折り曲げられて溝切りされたリング状に形成され
る（第４図〜第６図参照）。このようにして準備された
支持体８は組付けの際には幾分広げられて周縁部から溝
４に嵌入され、その上にカム２が嵌め込まれる。支持体
８の厚さｓはハンダを充填した支持体８へのカム２の外
嵌が大きな力を加えないとできないように、溝４の深さ
や高さｈに合わせて設定される。第４図〜第６図に示し
た型式の支持体８では、パイプ１とカム２とのプレス嵌
めを行うために支持体８が相当厚くなっている場合に
は、周縁部に溶解されたハンダが毛細管現象で周囲に溢
出して環状間隙５に至るのを確実とするため、固定環９
の領域にはそのための追加処置が講じられなければなら
ない。

このため、第４図〜第６図に示した型式の支持体の場
合、費用がかさむこととなるが、波形のバネ帯鋼を利用
し、これを曲げて開放しあるいは溝を有するリングとす
ることにより支持体80を形成し、その波13の軸がリング
状支持体80の軸12に特に平行になるようにして構成され
る（第７図および第８図参照）。このような波13により
形成された軸12に平行な溝はペースト状のハンダを受容
するのに役立つほか、組付け状態のカム軸を炉内に入れ
る場合に、このような側面の溝は液化したハンダの確実
な溢出を保証する。さらに、この波13の高さは溝４の深
さすなわち高さに合わせて、溝４へ支持体80を嵌入した
後にカム２を大きな力でしか嵌め込むことのできないよ
うに設定できるので、結合される部品間すなわち軸１と
その上のカム２の固定領域のみにプレス嵌めを生じさ
せ、このようなプレス嵌めによって少なくともハンダが
溶解して再び硬化するまではカム２を一時的に固定調節
することができる。ハンダ７と結合する支持体80に上記
のような形状のバネ鋼を使用することで、プレス嵌めに
より生ずる摩擦力より、運転中に生ずる負荷の大半を吸
収することができる。このような波形のバネ鋼から形成
された支持体を嵌入した際のカム２の取付けを容易とす
るためには、支持体の周縁部を平滑にしもしくはテーパ
状に面取りすることが望ましい。第７図に示したリング
状の支持体80のように開放しかつ互いに対向した端部を
有する場合には、支持体80の自由端部が無負荷の状態で
互いに重なり合うようにすることもできる。なお第７図
には開放状のリングとしてのみ図示してある。

第４図〜第６図に示した支持体８についてさらに言える
ことは、曲げることによりこのようなリング状の支持体
８に形成される板金帯はその断面が僅かにテーパ状にな
っているものが好ましく、それによってカムの組付けが
容易となるということである。

カム２と軸１との可能な限りの強固かつ確実な結合を達
成するために各カム２ごとに複数の溝4,4を周囲に設け
ることも本発明の範囲に含まれ（第９図参照）、このた
め同図に示すようにカムの基部は広幅に形成され、すな
わちカム２の穴３の長さＬはカム２の突起部の厚さＢよ
りも大きく設定されている。

このような基部の広くなったカム２の場合、側方に突出
した肩部14は点線15で示すようにカム軸の軸受面として
利用可能に形成することができる。

以上のようにして準備されたカム軸はカム２を所定の半
径方向位置に位置決めした後、主として真空炉の内部で
ハンダが液状となるまで（約620〜1100℃）加熱され
る。こうして加熱されて溶材が添加されたハンダは液化
して双方の部品を互いに連結するとともに軸１とカム２
との間の狭い嵌め合い部により形成された毛細管的な環
状隙間５内に入り込んでこれを充填し、これによって軸
が冷却した後の最適な結合が確実に保証される。

第３図にハンダが溶解した後に冷却が完了し、ハンダが
環状隙間５に入り込んで凝固した状態の縦断面図を示
す。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示すもので、第１図はカム軸の
一部の斜視図，第２図は部品組付後のカム部の状態を示
す第１図の縦断面図，第３図は次の加工処理が施された
カム軸を示す第２図と同様な縦断面図、第４図はハンダ
を受容するためのリング状支持体の正面図，第５図は第
４図の側面図，第６図は第５図の断面図，第７図は別例
のリング状支持体の正面図，第８図は第７図の側面図，
第９図は別例のカム軸を示す第２図と同様な断面図，第
10図はカム軸の軸の断面図、第11図はカムの正面図であ
る。 １…軸 ２…カム ３…穴 ４…溝 ７…ハンダ 8,80…支持体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸１とこの軸１に外挿されてハンダで固定
   されるカム２とからなり、このカム２の円形の穴３の直
   径Ｄを円環状断面を有する軸１の直径よりも僅かに大き
   く設定してカム２を過大な力を要さずに軸１に外挿可
   能、すなわち軸１にカム２を遊挿可能とし、カム２の穴
   ３の壁面および／または軸１のカム２の取付け部には少
   なくとも一本の溝４を周設して、該溝４にカム２と軸１
   との組付け前にハンダを溶入可能に構成したカム軸であ
   って、前記溝４には主として長手方向のスリットを有す
   るリング状の支持体8,80を装着し、この支持体8,80には
   主としてペースト状のハンダを充填するための空洞部，
   ポケット，凹所等の収容部を形成し、かつ前記軸１の前
   記溝４に装着した状態の支持体8,80の外周を前記カム２
   の穴３の直径Ｄよりも僅かに大きく設定して、前記カム
   ２と前記支持体8,80または前記軸１との間にプレス嵌め
   部が形成されるよう構成したことを特徴とするカム軸。
2. 【請求項２】前記リング状の支持体80はバネ板帯鋼によ
   り形成されており、該バネ板帯鋼はそれ自体波状である
   とともに、その波13の軸は主に当該リング状の支持体80
   の軸に平行となっており、前記波13により形成された溝
   状のポケットに前記ハンダ７が入れられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のカム軸。
3. 【請求項３】前記カム２の前記穴３の軸方向の長さＬは
   カム２の突起部の厚さＢよりも大きく設定されており、
   前記カム２の前記穴３に相対する前記軸１の部位には前
   記溝４が複数本周設されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項もしくは第２項のいずれかに記載のカム
   軸。
4. 【請求項４】前記波状のバネ板帯鋼により形成されたリ
   ング状の支持体80の周縁部は平滑化されもしくはテーパ
   状に面取りされていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載のカム軸。
5. 【請求項５】前記軸１に設けられた前記溝４の軸方向の
   幅Ｂは前記カム２の厚さＬよりも小さく設定されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカム軸。