JPH1113422A - 組立式カムシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ジャーナルの抜け防止を図ることのできる組立
式カムシャフトを提供する。 【解決手段】拡径された鋼管１，１１に圧接するジャー
ナル３，１３の内周部は、鋼管１，１１の端部から、少
なくとも２ｍｍの距離だけ離隔しているので、鋼管１，
１１の変形を調整でき、それによりジャーナル３，１３
の抜け防止を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカムシャフトに関
し、特に内燃機関に用いられる組立式のカムシャフトに
関する。

【０００２】

【従来の技術】４サイクルの往復動作形内燃機関におい
て、クランクシャフトの回転に同期して吸排気弁を開閉
させるカムシャフトが設けられている。カムシャフト
は、開閉させる吸排気弁に対応した数のカム部を有し、
クランクシャフトから取り出された動力により、チェー
ンやタイミングベルト等を介して回転駆動されるように
なっている。

【０００３】ところで、従来、安価に製造できる等の理
由により、カムシャフトは、一体鋳造により形成され、
その後焼き入れ等の加工がなされていた。しかるに、近
年においては、内燃機関の高性能化、小型軽量化の要求
が高まり、カムシャフトも従来の一体鋳造品から、シャ
フト部としての中空の鋼管に、合金鋼材や焼結材のカム
ロブを組み合わせた、いわゆる組立式カムシャフトが採
用されるに至った。

【０００４】このような組立式カムシャフトの従来技術
として、トリントンタイプのカムシャフトがある（特開
平１−１２５５０６号公報）。トリントンタイプのカム
シャフトは、軸線方向の溝を内周に設けたカムロブ及び
ジャーナルに、小さなスキマをもって鋼管を通し、カム
ロブ及びジャーナルの位置決め等を行った後、上記軸方
向の溝に対応する突起を持ったマンドレルを鋼管内に挿
通することにより鋼管を拡管し、カムロブ及びジャーナ
ルを鋼管に固定したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にして形成されるカムシャフトにおいては、以下に述べ
るような問題がある。図１４は、従来技術に基づきジャ
ーナル２３を鋼管１の端部に挿入した後、拡径した状態
を示す断面図であり、図１４の下部は理想状態を示し、
図１４の上部は実際の状態を示している。

【０００６】図１４の下部に示す理想状態においては、
ジャーナル２３の半径方向内方における拡径された鋼管
１の内径は、ジャーナル２３の全幅にわたって均一とな
っている。かかる状態においては、ジャーナル２３に生
じる引っ張り応力はその全幅にわたって均一となるた
め、ジャーナル２３に外力が加わっても、安定してこれ
に抗することができる。

【０００７】ところが、実際には、鋼管１もジャーナル
２３も拡径により弾塑性変形する。より具体的には、図
１４の上部に示すように、ジャーナル２３に圧接しない
鋼管１の部分は自由に拡径し、一方圧接する部分は、ジ
ャーナル２３の締付け力を受けるため拡径が制限され
る。かかる状態においては、鋼管１は、端部側内径が小
さく、軸線方向内方に向かうにつれ内径が漸次増大する
という、いわゆる円錐状に変形する。

【０００８】このように円錐状に変形した鋼管１とジャ
ーナル２３とは互いに、鋼管１の端部側（図４の点Ｂ）
において弱く圧接し、一方内方側（図４の点Ａ）におい
ては強く圧接する。その結果、ジャーナル２３の締付け
力は、点Ａにおいて最も高まり、一方点Ｂにおいて最も
低くなる。更に、変形の度合いが増せば点Ｂ近傍におい
て、鋼管１とジャーナル２３との間にすきまが生じ、そ
うするとその部分におけるジャーナル２３の締付け力が
ゼロとなってしまう。

【０００９】このように、ジャーナル２３に生じる引っ
張り応力が不均一であった場合には、ジャーナル２３に
半径方向の荷重が加わりかつ鋼管１が回転すると、比較
的容易にジャーナル２３は鋼管１より抜け出てしまう恐
れがある。従って、何らかの抜け防止手段等を施さなく
てはならない。

【００１０】そこで、本願発明は、リング状部材の抜け
防止を図ることのできる組立式カムシャフトを提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本願発明による組立式カムシャフトは、リング状部材に
管を挿入した後、前記管を拡径することにより、前記管
の外周に前記リング状部材を取り付けた組立式カムシャ
フトであって、拡径された前記管に圧接する前記リング
状部材の内周部は、前記管の端部から、少なくとも２ｍ
ｍの距離だけ離隔している。

【００１２】

【作用】本願発明による組立式カムシャフトによれば、
拡径された前記管に圧接する前記リング状部材の内周部
は、前記管の端部から、少なくとも２ｍｍの距離だけ離
隔しているので、前記管の変形を調整でき、それにより
リング状部材の抜け防止を図ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本実施の形
態につき説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる
組立式カムシャフトの正面図である。図２は、図１の組
立式カムシャフトをＩＩ−ＩＩ線で切断し矢印方向に見
た図である。図３は、図１の組立式カムシャフトをＩＩ
Ｉ−ＩＩＩ線で切断し矢印方向に見た図である。

【００１４】図１において、組立式カムシャフトは、外
周に８つのカムロブ２と、４つのリング状部材であるジ
ャーナル３とを設けている。

【００１５】図２においては、カムロブ２の断面が示さ
れている。カムロブ２は、その外周において基円部２ｂ
と、基円部より半径方向外方に突出したカムノーズ２ａ
とを有する。また、カムロブ２は基円部２ｂに同軸な円
形開口２ｄを形成している。円形開口２ｄの内周には、
軸線方向に延在する溝２ｃが周方向に等間隔に８つ形成
されている。

【００１６】図４は、本実施の形態にかかるジャーナル
３を鋼管１の端部に挿入した後、拡径した状態を示す断
面図である。ジャーナル３は、拡径された鋼管１の端部
から所定距離（突き出し量）Ｌだけ離隔されて配置され
ている。

【００１７】かかる状態においては、ジャーナル３より
端部側の鋼管１も拡径され、それにより鋼管１は、ジャ
ーナル３の略中央を中心として左右対称に変形する。即
ち、ジャーナル３の幅方向において、最も内径の小さく
なる鋼管１の部分は、ジャーナル３の略中央に圧接する
部分（図４の点Ｅ）であり、一方最も内径の大きくなる
部分は、ジャーナル３の両端（図４の点Ｃ，Ｄ）であ
る。

【００１８】従って、ジャーナル３に生じる引っ張り応
力は、点Ｃ、Ｄにおいてほぼ最大となり、外力に対して
安定してジャーナル３を保持することができる。

【００１９】ところで、図４の突き出し量Ｌは、大きけ
れば大きいほど、ジャーナル３の抜け防止に効果がある
ことは明らかであるが、一方その下限はいくらなのか問
題である。図６乃至図１３は、本願発明者が行ったジャ
ーナル３の抜け力に関する試験結果を示す図であり、図
中縦軸は抜き荷重、横軸は抜き長さ（ジャーナル３と鋼
管１との相対移動量）である。

【００２０】図６，７は、図４に示す突き出し量Ｌを約
０．６ｍｍに設定して、ジャーナル３に抜き荷重を加え
ていった結果を示し、図８，９は、図４に示す突き出し
量Ｌを約１．６ｍｍに設定して、ジャーナル３に抜き荷
重を加えていった結果を示し、図１０，１１は、図４に
示す突き出し量Ｌを約２．６ｍｍに設定して、ジャーナ
ル３に抜き荷重を加えていった結果を示し、図１２，１
３は、図４に示す突き出し量Ｌを約３．６ｍｍに設定し
て、ジャーナル３に抜き荷重を加えていった結果を示
す。

【００２１】各図を考察するに、図６，７，９のグラフ
においては、抜き荷重を加えていったときに、最初のピ
ークまではその抜き荷重に抗するが、そのピークを過ぎ
ると、抜き長さに対して抜き荷重は急激に減少し、抜き
荷重に対していわゆる頑張りがきかない、即ち抜き荷重
に抗することはできない状態となる。

【００２２】一方、図８，１０乃至１３のグラフにおい
ては、抜き荷重を加えていったときに、最初のピークま
では上述したグラフと同様だが、そのピークを過ぎた
後、再度抜き荷重が上昇し、２つ目のピークが生ずる。
最初のピークに比較し、この２つ目のピークは比較的な
だらかであり、ジャーナル３と鋼管１とがある程度相対
移動しても、直ちに抜き荷重は減少しない。このような
特性により、抜き荷重に対して頑張りがきき、即ち抜き
荷重に抗することができるのである。

【００２３】以上の実験結果より、距離Ｌを２ｍｍ以上
とすれば、ジャーナル３が抜けにくい組立式カムシャフ
トとすることができることが判明した。

【００２４】図５は、本発明による第２の実施の形態を
示す図４と同様な断面図である。図５の鋼管１１は、そ
の端部において、拡径のためのマンドレル（不図示）が
当接しない、大径の逃げ部１１ｃを形成している。更
に、逃げ部１１ｃの軸線方向内方には、マンドレルによ
り拡径される内周部１１ｂが形成されている。

【００２５】図５の実施の形態で問題となるのは、鋼管
１１の右端より距離Ｍの点から軸線方向内方に拡径の効
果が生ずることである。従って、鋼管１１の端部より距
離Ｍの点から右方にジャーナルの右端がくるように、ジ
ャーナルを取り付けると、鋼管１１は図１４に示すよう
な変形を生じてしまう。これにより、ジャーナルの取付
け位置は制限されることとなる。ところが、内燃機関設
計上の要請により、かかる位置にジャーナルをどうして
も取り付けたい場合がある。

【００２６】そこで、第２の実施の形態においては、図
５に示すように、ジャーナル１３の右端から距離Ｎだけ
軸線方向内方に、かつ鋼管１１の右端から距離（Ｌ＋
Ｍ）だけ軸線方向内方に、内径の大きい大径部１３ａを
形成している。鋼管１１を拡径しても、大径部１３ａ
は、鋼管１１の外周に当接しないため、鋼管１１の拡径
に関しては、ジャーナル２３の右端から距離Ｎまでの部
分は存在しないものとして扱うことができる。一方、ジ
ャーナル１３は、その外周全幅で支持されることが可能
となる。この構成により、カムシャフトの周辺部におけ
る設計の自由度を拡大することができる。なお、距離Ｌ
は２ｍｍ以上必要であることはいうまでもない。

【００２７】本実施の形態によれば、鋼管１１における
点Ｆ（大径部１３ａの内方端）の変形を、図４に示す鋼
管１における点Ｄの変形と同様なものとすることがで
き、それによりジャーナル１３の抜け防止を有効に図る
ことができる。

【００２８】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明による組立
式カムシャフトによれば、拡径された管に圧接するリン
グ状部材の内周部は、前記管の端部から、少なくとも２
ｍｍの距離だけ離隔しているので、前記管の変形を調整
でき、それによりリング状部材の抜け防止を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態にかかる組立式カムシャフトの正
面図である。

【図２】図１の組立式カムシャフトをＩＩ−ＩＩ線で切
断し矢印方向に見た図である。

【図３】図１の組立式カムシャフトをＩＩＩ−ＩＩＩ線
で切断し矢印方向に見た図である。

【図４】本実施の形態にかかるジャーナル３を鋼管１の
端部に挿入した後、拡径した状態を示す断面図である。

【図５】本発明による第２の実施の形態を示す図４と同
様な断面図である。

【図６】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に関
する試験結果を示す図である。

【図７】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に関
する試験結果を示す図である。

【図８】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に関
する試験結果を示す図である。

【図９】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に関
する試験結果を示す図である。

【図１０】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に
関する試験結果を示す図である。

【図１１】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に
関する試験結果を示す図である。

【図１２】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に
関する試験結果を示す図である。

【図１３】本願発明者が行ったジャーナル３の抜け力に
関する試験結果を示す図である。

【図１４】従来技術に基づきジャーナル２３を鋼管１の
端部に挿入した後、拡径した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１１………鋼管 ２………カムロブ ３、１３………ジャーナル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状部材に管を挿入した後、前記管
   を拡径することにより、前記管の外周に前記リング状部
   材を取り付けた組立式カムシャフトにおいて、 拡径された前記管に圧接する前記リング状部材の内周部
   は、前記管の端部から、少なくとも２ｍｍの距離だけ離
   隔している組立式カムシャフト。