JPH09144513A - 拡管組立式中空カム軸 - Google Patents

拡管組立式中空カム軸

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JPH09144513A
JPH09144513A JP7329405A JP32940595A JPH09144513A JP H09144513 A JPH09144513 A JP H09144513A JP 7329405 A JP7329405 A JP 7329405A JP 32940595 A JP32940595 A JP 32940595A JP H09144513 A JPH09144513 A JP H09144513A
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直樹 斎藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カム軸の組立法にコスト的に有利な拡管固定
法を用い、拡管組立時のカムロブの破壊を防止でき、拡
管固定強度が安定した信頼性の高い低コストなカム軸の
構造を提案する。 【解決手段】 中空軸に対するカムロブの機械的な締付
け力によって前記中空軸と前記カムロブとを一体に結合
組立てて成る拡管組立式中空カム軸において、前記中空
軸と前記カムロブとの間に作用する前記締付け力の径方
向の力を、前記中空軸及びカムロブの軸方向に対してほ
ぼ均一化する均一化手段を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン等
の往復動内燃機関などに用いる中空カム軸の構造に関
し、特に中空軸から成るカム軸にカムロブを拡管式に一
体に結合組立てた拡管組立式中空カム軸に関する。
【0002】
【従来の技術】カムロブとカム軸用中空軸を機械的に結
合して組み立てた中空カム軸は、種々の構造が知られて
いる。その一つとして、カムロブの内径に中空軸を隙間
を持って通し、カムロブの位置、位相を決めてから、中
空軸の中にその内径よりも大きな外径(少なくとも部分
的に)を持つマンドレルを通し、中空軸を拡管して中空
軸とカムロブを固定してカム軸を構成するもの(特開平
2−145228号、特公平6−86803号)が知ら
れている。
【0003】図3は、拡管式による中空カム軸の組立途
中の様子を示す要部断面構造図であり、本例は中空軸1
の内径途中にマンドレル10が押し通された状態を示し
ている。マンドレル10の先端は、断面がスプライン形
状の加工頭部11を有している。ここにおいて、中空軸
1の外径所定位置に隙間2をもってカムロブ31,32
を通して位相決めを行なって後、マンドレル10を中空
軸1の内径に押し通す。この場合、個々のカムロブ3
1,32はそれらを所望の位相及び間隔で予め位置決め
する固定治具にセットされ、マンドレル10を中空軸1
にスムーズに押し通すために、その中心軸線が同一軸線
上に合わされる。このようにしてマンドレル10を中空
軸1の内径に押し通すことにより、マンドレル10の加
工頭部11の歯の先端部で中空軸1を拡管し、中空軸1
とカムロブ31,32とを一体に結合組み立てることが
できる。本例ではA−A位置まで拡管されており、カム
ロブ32は一体に結合組立てられているが、カムロブ3
1は未だ一体に結合組立てられていない様子を示してい
る。A−A線の断面矢視図は図4のようになっている。
図4はカムロブ32にスキャロップ32A(本例では8
個)が付せられている例を示している。尚、上述では2
個のカムロブ31,32を中空軸1に固着する例を示し
ているがカムロブ数は任意であり、カムロブに付せられ
ているスキャロップ数も任意であり、スキャロップが付
せられていない場合もある。
【0004】上記組立方式では中空軸とカムロブを締ま
りバメとするためには、拡管時中空軸は比較的降伏点の
低い硬さの材料であり、カムロブは中空軸に比較して降
伏点の高い硬い材料であることが望ましい。カムロブの
外周面は摩耗面であり、耐面圧性を要求されるところか
ら硬い方が良く、そのためカムロブを焼き入れとして全
体を硬くすると、拡管固定強度は容易に得られるが材料
の伸びが少なくなり(1〜2%)、中空軸やカムロブ内
径の加工精度のバラツキによっては、拡管時に応力が最
大となるカムロブ内径部から割れてしまうという問題が
ある。又、カムロブを高周波焼き入れすることにより、
拡管時応力の高い内径部を塑性変形させて内径部からの
割れを防止するようにしたものでは、外周部の応力の高
い部分から疲労破壊や遅れ破壊が発生するという問題が
ある。これらの問題を避けるためには設計的に応力を下
げるか、各部品の加工寸法精度を熱処理後でも充分な精
度に押さえなければならず、前者の場合には必然的に大
きな寸法となり、後者の場合には高価なものとなる。
【0005】又、上記組立方式では、拡管中あるいあは
拡管後に生じる中空軸に対するカムロブの締付け力の軸
方向分布に関しては何ら考慮されていない。そのため、
カムロブ内径部の締付け力の軸方向分布は、図5(B)
の実線aに示すようにカムロブ両端部で大きく、中央部
で低い分布となっており、当然カムロブ両端部の円周方
向引張応力も中央部に比較して高く、このため、カムロ
ブ両端面部からのカムロブの破壊が起こり易く、かつ前
記締付け力が軸方向に均一化された場合に比較すれば同
一固定トルク強度に対して最大応力が高いという欠点が
ある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記カム軸の組立方法
とその問題点に対して、本発明は、中空軸とカムロブと
の間に作用する径方向の締付け力の分布を軸方向に対し
てほぼ均一化することにより、カムロブ両端面部からの
カムロブの破壊を防止し、かつ同一最大応力の下では最
大の固定トルク強度が得られるよう配置された拡管組立
式中空カム軸の構造を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、中空軸に対す
るカムロブの機械的な締付け力によって前記中空軸と前
記カムロブとを一体に結合組立てて成る拡管組立式中空
カム軸に関し、本発明の上記目的は、中空軸とカムロブ
との間に作用する径方向の締付け力を軸方向に対してほ
ぼ均一化することにより、カムロブ両端面部からのカム
ロブの破壊を防止するようにすることによって達成され
る。
【0008】更に本発明の上記目的は、前記締付け力
が、前記中空軸の内径部からの機械的拡管手段で拡管す
ることによって得られるようになっていることによっ
て、又、前記均一化手段は、前記カムロブの内径が軸方
向中央部で最小寸法を有し、前記カムロブの両端面側の
内径が前記軸方向中央部の最小寸法より大きく加工され
ていることにより、又は前記均一化手段は、前記中空軸
の外径寸法をカムロブ装着位置において、前記中空軸の
軸方向中央部で最大であり、両端部で小さく加工されて
いることにより、より効果的に達成できる。
【0009】
【発明の実施の形態】中空軸にカムロブを固定する従来
の拡管固定方式では、拡管終了時点で中空軸はカムロブ
の締付け力により図5(A)に示すような変形を生じ
る。即ち、カムロブ3の装着位置での中空軸1の径寸法
が、中空軸1に対するカムロブ3の機械的な締付け力に
よって変形している。一般に中空軸1に比べカムロブ3
の剛性は大きく、変形は中空軸1より小さいので、カム
ロブ3の締付け力は図5(B)の実線aに示す如く両端
面付近で大きく中央部では小さくなる。本発明はかかる
事情に基づいてなされたものであり、カムロブ内径又は
中空軸外径の軸方向寸法を拡管終了後の中空軸の変形に
合せることにより、カムロブ内径部の締付け力の軸方向
分布を、図5(B)の破線bのようにほぼ均一化するよ
うにする。従って、カムロブの内径寸法に関しては、中
空軸外形を均一として、軸方向中央部で最も小さく、両
端部に向かって徐々に内径寸法が大きくなるようにす
る。又は、カムロブの内径寸法を均一として、中空軸の
外形寸法をカムロブ装着位置での中央部で最も大きく、
両端部で小さくするようにしておく。これによって、拡
管組立時のカムロブ両端面からのカムロブの破壊を防止
することができる。
【0010】以下、添付図面を参照しながら、本発明の
一実施例を詳細に説明する。図1は本発明の一実施例の
カムロブ20の断面構造を示しており、軸方向の中央部
CPの内径をd1とし、両端部E1,E2の内径をd2
とした場合、d1<d2となるように内径加工してい
る。この場合、中央部CPはある程度の範囲は平坦であ
っても良く、端部E1,E2から中央部CPまでの内径
変化d2→d1は線形であっても、非線形であっても良
い。又d1とd2の寸法差は中空軸の剛性やカムロブの
幅、内径形状により異なるが、面取り寸法を除いて概ね
0.05mm〜0.3mm程度の範囲である。更に固定
されるカムロブの片側直近にジャーナル部材等が固定さ
れる場合、或いは拡管時、軸方向に進行するマンドレル
による拡管中の応力のバランスを考慮して、カムロブ内
径の軸方向断面形状はその幅の中心に対して、必ずしも
左右対称である必要はない。このようなカムロブ20を
中空軸に拡管によって一体に結合組立てる場合、使用す
る中空軸の外径は従来と同様に均一となっている。この
ようなカムロブ20を使用して拡管組立てることによ
り、中空軸に対するカムロブ20の締付け力が装着位置
の中央部CPで大きくなり、図5(B)の破線bの如く
軸方向に対してほぼ均一化される。
【0011】図2は本発明の一実施例の中空軸30の外
観構造を示しており、カムロブ装着位置MPにおいて、
中央部CPの外径をd3とし、両端部E1,E2の外径
をd4とした場合、d3>d4となるように外径加工し
ている。この場合、中央部CPはある程度の範囲は平坦
であっても良く、両端部E1,E2から中央部CPまで
の外径変化d4→d3は線形であっても、非線形であっ
ても良い。このような中空軸30にカムロブを拡管によ
って一体に結合組立てる場合、使用するカムロブの内径
は従来と同様に均一となっている。このような中空軸3
0を使用して拡管組立てることにより、中空軸30に対
するカムロブの締付け力が中央部CPで大きくなり、図
5(B)の破線bの如く軸方向に対してほぼ均一化され
る。
【0012】
【発明の効果】本発明は拡管方式であるので一度の拡管
で全カムロブを固定できるため、加工工数が少なく低コ
ストな中空カム軸を提供できると共に、カムロブの両端
部付近に発生する高い締付け力(締付け力により発生す
る高いカムロブ円周方向引張応力)を防止し、これによ
ってカムロブの拡管等の過大応力による破壊或いは高い
引張り応力によって生じる疲労破壊もしくは遅れ破壊に
よる破壊を防止することができる。即ち、一般的にカム
ロブ端面は、内外径部共に全周エッジを形成しているの
で打痕、微少なクラック等の材料欠陥が生じ易く、エッ
ジ部の形状効果もあって応力が高いと一層破壊の起点と
なり易いが、これらを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のカムロブの軸方向の断面形
状構造例を示す断面図である。
【図2】本発明の一実施例の中空軸の構造例を示す外観
構造図である。
【図3】本発明の前提となるカム軸拡管組立中の様子を
示す要部断面構造図である。
【図4】図3におけるカム軸拡管中のA−A断面矢視図
である。
【図5】拡管固定完了後の中空軸の変形と、カムロブ内
径と中空軸間に作用する締付け力の軸方区の分布を示す
模型的な説明図である。
【符号の説明】
1,30 中空軸 3,20,31,32 カムロブ 10 マンドレル 11 加工頭部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 直樹 群馬県前橋市総社町一丁目8番1号 日本 精工株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中空軸に対するカムロブの機械的な締付
    け力によって前記中空軸と前記カムロブとを一体に結合
    組立てて成る組立式中空カム軸において、前記中空軸と
    前記カムロブとの間に作用する前記締付け力の径方向の
    力を、前記中空軸及びカムロブの軸方向に対してほぼ均
    一化する均一化手段を設けたことを特徴とする拡管組立
    式中空カム軸。
  2. 【請求項2】 前記締付け力が、前記中空軸の内径部か
    らの機械的拡管手段で拡管することによって得られるよ
    うになっている請求項1に記載の拡管組立式中空カム
    軸。
  3. 【請求項3】 前記均一化手段は、前記カムロブの内径
    が軸方向中央部で最小寸法を有し、前記カムロブの両端
    面側の内径が前記軸方向中央部の最小寸法より大きく加
    工されている請求項1又は2に記載の拡管組立式中空カ
    ム軸。
  4. 【請求項4】 前記均一化手段は、前記中空軸の外径寸
    法をカムロブ装着位置において、前記中空軸の軸方向中
    央部で最大であり、両端部で小さく加工されている請求
    項1又は2に記載の拡管組立式中空カム軸。
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