(57)【要約】【課題】簡便な方法で確実に軽量化および強度の向上を図ることができ、軽量化と加工精度の確保の両立を図ることができる組立カムシャフトを提供する。【解決手段】中空のシャフトにカムロブを一体に結合した組立カムシャフトであって、前記シャフトは、筒状部材から形成されるとともに、長手方向の一端に形成された把持部の肉厚がその余の一般領域の肉厚よりも内周面側に向けて厚肉に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のシャフトにカムロブを一体に結合した組立カムシャフトであって、
前記シャフトは、筒状部材から形成されるとともに、長手方向の一端に形成された把持部の肉厚がその余の一般領域の肉厚よりも内周面側に向けて厚肉に形成されることを特徴とする組立カムシャフト。
【請求項２】
請求項１に記載の組立カムシャフトにおいて、
前記把持部の肉厚は、前記一般領域の肉厚よりも５〜２０％増肉して形成されることを特徴とする組立カムシャフト。
【請求項３】
請求項１または２に記載の組立カムシャフトにおいて、
前記一般領域の外周面には、該一般領域の肉厚よりも薄肉に形成された薄肉部が形成されることを特徴とする組立カムシャフト。
【請求項４】
中空のシャフトにカムロブを一体に結合した組立カムシャフトに用いるシャフトの製造方法であって、
筒状のパイプ素材を金型にセットし、塑性加工を用いて前記パイプ素材の一部に増肉させることを特徴とするシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立カムシャフト及びこの組立カムシャフトに用いるシャフトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のエンジン等の内燃機関において用いられるカムシャフトは、金属あるいは合金の粉末をカムロブ形状に圧縮成形し、これをシャフトに組み付け、その後焼結することにより、カムロブとシャフトを焼結拡散接合により一体化することにより製造されている。
【０００３】
このような、カムシャフトは内燃機関部品の一部として高速で回転するので、必要な剛性を保ったまま近年の燃費向上の要求に伴い軽量化することが望まれており、種々の軽量化の方法が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、中空のシャフトにカムロブを焼結拡散接合によって組付けて構成したカムシャフトによって軽量化を図ることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、中空シャフトのジャーナル部以外の部位を該ジャーナル部よりも大径で肉厚が薄く形成された組立カムシャフトによって軽量化を図ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１０５６１号公報
【特許文献２】特開平５−２０８２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のカムシャフトの軽量化の方法によると、中空のシャフトを薄肉化するにあたっては、強度や剛性などの機能上の問題や、取り代やジャーナルの同軸度の精度を加工する加工上の問題から、単純に薄肉化すると以下のような問題を生じる。第一に、カムシャフトに発生する応力が高くなり、強度や剛性が不足することでカムシャフトとして機能しない。また、機械加工や研削加工を行う際に中空のシャフトを加工機でクランプする必要があるが、薄肉化によってこのクランプによる変形が生じ、必要精度を確保することができないという問題があった。
【０００８】
本発明はこの様な問題点を解決するためになされたものであり、より簡便な方法で確実に軽量化および強度の向上を図ることができ、軽量化と加工精度の両立を図ることができる組立カムシャフト及びこの組立カムシャフトに用いるシャフトの製造方法を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る組立カムシャフトは、中空のシャフトにカムロブを一体に結合した組立カムシャフトであって、前記シャフトは、筒状部材から形成されるとともに、長手方向の一端に形成された把持部の肉厚がその余の一般領域の肉厚よりも内周面側に向けて厚肉に形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る組立カムシャフトにおいて、前記把持部の肉厚は、一般領域の肉厚よりも５〜２０％より好ましくは１０〜１５％厚く形成されると好適である。
【００１１】
また、本発明に係る組立カムシャフトにおいて、前記一般領域の外周面には、該一般領域の肉厚よりも薄肉に形成された薄肉部が形成されると好適である。
【００１２】
また、上記課題を解決するための本発明に係る組立カムシャフトに用いるシャフトの製造方法は、筒状のパイプ素材を金型にセットし、塑性加工を用いて前記パイプ素材の一部に増肉させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、中空のシャフトは、筒状部材から形成されるとともに、長手方向の一端に形成された把持部の肉厚がその余の一般領域の肉厚よりも内周面側に向けて厚肉に形成されるので、加工精度に影響のある部位の強度を確保しつつ軽量化を図ることで、軽量化と加工精度の両立を図ることができる。
【００１４】
また、本発明において、一般領域の外周面に薄肉部を形成することができるので、該薄肉部を従来のジャーナル部として用いることで、ジャーナルの加工精度を維持しつつカムシャフトの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る組立カムシャフトの平面図。
【図２】本実施形態に係る組立カムシャフトに用いられるシャフトの軸方向断面図。
【図３】本実施形態に係る組立カムシャフトに用いられるシャフトの製造方法を説明するための図。
【図４】図２におけるＡ部拡大図。
【図５】本実施形態に係る組立カムシャフトに加工を施した状態を示す平面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態にかかる組立カムシャフトについて、図面を用いて具体的に説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る組立カムシャフトの平面図であり、図２は、本実施形態に係る組立カムシャフトに用いられるシャフトの軸方向断面図であり、図３は、本実施形態に係る組立カムシャフトに用いられるシャフトの製造方法を説明するための図であり、図４は、図２におけるＡ部拡大図であり、図５は、本実施形態に係る組立カムシャフトに加工を施した状態を示す平面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態にかかる組立カムシャフト１０は、長手方向に延びるシャフト２０に複数のカムロブ３０，３０がシャフト２０の軸方向に沿って焼結拡散結合によって一体に組み付けられている。
【００１９】
シャフト２０は、後述するように中空に形成されており、カムシャフト自体の軽量化が図られている。
【００２０】
カムロブ３０は、シャフト２０が挿入される貫通孔３１が形成されたベース円部３２と、該ベース円部３２から径方向に突出するノーズ部３３とを備えている。
【００２１】
図２に示すようにシャフト２０は、外周面２０ａの断面形状が直線状に形成された筒状部材であり、長手方向の一端に把持部２１が形成され、その余の部位が肉厚が均一な一般領域２２として構成している。なお、把持部２１の肉厚は、一般領域２２の肉厚よりも厚く形成されており、把持部２１の断面形状は、内周面側に向けて厚肉となる突出形状に形成されている。
【００２２】
また、図２に示すシャフト２０の製造方法については、筒状のシャフト部材に塑性加工を施すことで形成することができる。好ましい製造方法としては、予め薄肉のパイプ素材をプレス及び又は引き抜き加工等で形成し、金型等に当該加工したパイプ素材をセットして成形することで増肉させて形成することが好ましい。塑性加工を用いることで、加工費用を最小限とし、仕上げ加工のコスト、材料を削減することができる。
【００２３】
具体的には、図３に示すように、筒状のパイプ素材４０を金型４１にセットする。このとき、パイプ素材４０には、内径金型４２が挿入される。内径金型４２は、上端部にパイプ素材４０の内径よりも縮径した小径部４３が形成されている。
【００２４】
その後、パイプ素材４０の金型４１の上端から荷重Ｆを加えることで、パイプ素材４０の端部を塑性変形させ、小径部４３に対応した厚肉形状の把持部２１を形成する。このとき、パイプ素材４０の金型４１と内径金型４２とで挟持された部位は、内外周面を保持されているのでパイプ素材４０の肉厚をもった一般領域２２として形成され、小径部４３に対応する部位のみ厚肉に形成することができる。
【００２５】
ここで、一般領域２２の肉厚は、カムシャフトとしての機能を満たす肉厚であればよく、従来用いられていた中空シャフトに比べて薄肉化を図ることによって軽量化を実現している。例えば、一般領域２２の肉厚は、２．０ｍｍ〜４．０ｍｍに形成されると好適である。また、把持部２１の肉厚は一般領域２２の肉厚よりも５〜２０％、より好ましくは１０〜１５％増肉して形成されると好適であり、後述するような把持部２１をクランプすることによる変形が生じることなく、加工精度を確保することができる。
【００２６】
また、図４に示すように、把持部２１の長手方向の端面には、長手方向に対して傾斜した斜面からなる基準面２３が形成されている。基準面２３は、軸方向に対して約６０°傾斜して形成されており、本実施形態に係る組立カムシャフト１０の外周面にジャーナルなどを加工する際に加工の基準となる面として構成されている。
【００２７】
このように、把持部２１が厚肉に形成されているので、上述したジャーナルなどの加工時に加工機が把持部２１を把持した場合であっても、十分に把持部２１の剛性を確保することができ、把持に伴う把持部２１の変形による加工精度の低下を防止することができる。
【００２８】
ここで、把持部２１を、仮想線Ｌ１に示すように、一般領域２２と同様の厚さまで薄く形成すると、把持部２１の端面に基準面２３となる斜面を形成する場合、基準面２３の位置を仮想線Ｌ３で形成することになる。即ち、従来の肉厚（仮想線Ｌ２）時の基準面の位置から仮想線Ｌ３の位置に基準面２３が移動することになり、加工機のクランプ位置が変わり、加工機側の段取り替えが必要になる。しかし、把持部２１の肉厚を一般領域の肉厚よりも５〜２０％増肉して形成する場合は、基準面２３は従来の肉厚時と同じ位置で形成することができ、加工機側の段取り替えは不要になる。
【００２９】
このように形成された本実施形態に係る組立カムシャフト１０は、図５に示すように、把持部２１を加工機で把持することで、シャフト２０の一般領域２２にジャーナルとして形成される薄肉部２４が加工されてカムシャフト１に形成される。
【００３０】
なお、シャフト２０とカムロブ３０の一体化は、従来の焼結による一体化と同様に加工されている。具体的には、カムロブ３０をシャフト２０の所定の位置に位置決めした後、例えば１１００〜１２００℃で焼結することが好ましく、その焼結時間は、製造しようとするカムシャフトの大きさや用いる金属あるいは合金の粉末の種類などにより異なるが、おおよそ０．５〜２時間程度が好ましい。なお、上述したように焼結による一体化によって本実施形態に係る組立カムシャフトを構成した場合には、シャフト２０の薄肉部を限りなく薄く形成することができるので、より一層シャフト２０の薄肉化を図ることができる。
【００３１】
以上説明した本実施形態に係る組立カムシャフト１０は、一般領域２２はより薄肉に形成することで、軽量化を図り、把持部２１を若干厚肉に形成することで加工機がクランプした際の剛性や加工精度の確保を図っている。なお、本実施形態に係る組立カムシャフト１０は、カムロブ３０を４つ備える所謂四気筒の内燃機関に用いられる場合について説明を行ったが、カムロブ３０の数はこれに限定されず、例えば３つや６つに形成しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３２】
１  カムシャフト，    １０  組立カムシャフト，    ２０  シャフト，    ２１  把持部，    ２２  一般領域，    ２３  基準面，    ２４  薄肉部，    ３０  カムロブ，    ３１  貫通孔，    ３２  ベース円部，    ３３  ノーズ部，    ４０  パイプ素材，    ４１  金型，    ４２  内径金型，    ４３  小径部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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