(57)【要約】【課題】カムピース１４をシャフト１２に強固に接合することのできる組み立てカムシャフト１０を提供する。【解決手段】カムピース１４は、内周面１４ｂ，１４ｃによってシャフト１２の挿入孔を区画する。内周面１４ｂは、挿入孔の外側に行くほど挿入孔の口径を拡大するように形成されている。シャフト１２と内周面１４ｂとの間には、リング状部材１６が挿入されている。内周面１４ｂに対応する外周面側には、雄ネジ部１４ｄが形成されている。そして、雄ネジ部１４ｄにベアリングナット１８が締結されている。ベアリングナット１８は、リング状部材１６の端部に接触しており、ベアリングナット１８をカムピース１４に締め付けることで、リング状部材１６が内周面１４ｃ側に押される。ベアリングナット１８をカムピース１４に締め付けるほど、シャフト１２とカムピース１４との接合力が増大する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムピースがシャフトに組み付けられた組み立てカムシャフトにおいて、
前記カムピースには、前記シャフトが挿入される挿入孔が形成され、
前記カムピースは、前記挿入孔を区画する内周面が前記挿入孔の軸方向に延びた部分であって、その外周面にネジ溝が形成された雄ネジ部を備え、
前記挿入孔は、該挿入孔の軸方向外側に行くほど口径が拡大するように形成されており、
前記挿入孔の内周面に挿入され、該挿入孔の軸方向外側に行くほど肉厚となるリング状部材と、
前記雄ネジ部に対応した雌ネジと、を備え、
前記雌ネジは、前記リング状部材のうち肉厚側の端部に接触し、前記雄ネジ部に締め付けられるほど、前記肉厚側の端部を前記挿入孔の軸方向内側に変位させることを特徴とする組み立てカムシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムピースがシャフトに組み付けられた組み立てカムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車載内燃機関のバルブを駆動するカムピースおよびシャフトは、軽量化とカム高強度化を目的に、カムピースとシャフトとが一体的に形成されたものから別体となる組み立てカムシャフトに置き換わりつつある。カムピースをシャフトに組み付ける手法としては、大きくは、シャフトにカムピースを圧入する手法や、シャフトに高温のカムピースを嵌め込む焼き嵌め等が実用化されている。
【０００３】
ただし、上記いずれの手法も、カムピースのうちシャフトの挿入孔を区画する内周面とカムピースの外周との間のクリアランスが、カムピースとシャフトとの接合力を決めるパラメータとなるため、クリアランスに高い精度が要求される。
【０００４】
そこで従来、たとえば特許文献１に見られるように、シャフトとカムピースにネジ穴を設け、シャフトとカムピースとをネジで固定することも提案されている（図４等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−８２４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ただし、上記のように、シャフトとカムピースとをネジ止めする場合、上記挿入孔のうちネジが挿入される側から最も離間する側におけるカムピースの内周面がシャフトに接触しなくなりやすいことなどから、シャフトへのカムピースの接合力が不足するおそれがある。
【０００７】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムピースをシャフトに強固に接合することのできる組み立てカムシャフトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
技術的思想１：カムピースがシャフトに組み付けられた組み立てカムシャフトにおいて、前記カムピースには、前記シャフトが挿入される挿入孔が形成され、前記カムピースは、前記挿入孔を区画する内周面が前記挿入孔の軸方向に延びた部分であって、その外周面にネジ溝が形成された雄ネジ部を備え、前記挿入孔は、該挿入孔の軸方向外側に行くほど口径が拡大するように形成されており、前記挿入孔の内周面に挿入され、該挿入孔の軸方向外側に行くほど肉厚となるリング状部材と、前記雄ネジ部に対応した雌ネジと、を備え、前記雌ネジは、前記リング状部材のうち肉厚側の端部に接触し、前記雄ネジ部に締め付けられるほど、前記肉厚側の端部を前記挿入孔の軸方向内側に変位させることを特徴とする組み立てカムシャフト。
【０００９】
上記雄ネジ部に雌ネジが締め付けられることで、リング状部材のうち肉厚側の端部が挿入孔の軸方向内側に変位する。これにより、カムピースのうち挿入孔が形成された内周面には、内周面に垂直に、リング状部材から力が加えられ、内周面と、シャフトの外周面との距離が拡大される。このため、カムピースは、リング状部材を介して上記外周面に垂直にシャフトに力を及ぼすようになる。このため、シャフトとカムピースとは、径方向に大きな力が加わった状態となるため、シャフトとカムピースとを強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態にかかる組み立てカムシャフトの構成を示す断面図。
【図２】同実施形態におけるカムピースの挿入孔の口径とシャフトの外周の径との関係を示す断面図。
【図３】同実施形態にかかるベアリングナットを示す斜視図。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、同実施形態にかかるカムピースの組み付け工程を示す図。
【図５】同実施形態にかかる材料を示す図。
【図６】（ａ）〜（ｇ）は、第２の実施形態にかかるカムピースの組み付け工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１の実施形態＞
以下、組み立てカムシャフトの第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に、組み立てカムシャフト１０の一部断面図を示す。図示される組み立てカムシャフト１０は、中空円筒状のシャフト１２に、車載内燃機関（図示略）の吸気バルブや排気バルブ（機関バルブ）を駆動するカムピース１４が組み付けられたものである。ここで、シャフト１２の内部は、潤滑油の流通経路となる。一方、カムピース１４は、カムノーズ１４ａまたはその周辺部が機関バルブを開閉させる部材に接触することで、機関バルブを開弁させ、カムノーズ１４ａまたはその周辺部が機関バルブを開閉させる部材に接触しなくなることで、機関バルブを閉弁させる。
【００１２】
カムピース１４には、シャフト１２の挿入孔を区画する内周面１４ｂ，１４ｃが形成されている。内周面１４ｂ，１４ｃによって区画された挿入孔の口径は、シャフト１２の外周面の径よりも大きい値とされている。
【００１３】
図２に、内周面１４ｃによって区画された挿入孔の口径がシャフト１２の外周面の径よりも大きい値とされることを示す。
上記内周面１４ｃは、挿入孔の中央部に位置する面であり、内周面１４ｃによって区画される挿入孔の口径は一定となっている。一方、内周面１４ｂは、内周面１４ｃの両側に位置するものであり、内周面１４ｂによって区画される挿入孔の口径は、挿入孔の外側に行くほど大きくなる。
【００１４】
カムピース１４とシャフト１２との間には、リング状部材１６が挿入されている。詳しくは、リング状部材１６は、１つのカムピース１４に対して一対が設けられ、一対のリング状部材１６の一方は、カムピース１４のうち挿入孔の両側の一方から挿入され、リング状部材１６の他方は、上記挿入孔の両側の他方から挿入されている。
【００１５】
リング状部材１６は、円筒状の内周面を有した中空の部材である。また、リング状部材１６は、軸方向の一方から他方に変位するほど肉厚となることで、その外周面にテーパ部１６ａを備えている。具体的には例えば、図中、右側のリング状部材１６のテーパ部１６ａにおける厚さは、挿入孔の軸方向右側（挿入孔の外側）にいくほど、厚くなる。
【００１６】
リング状部材１６のテーパ部１６ａにおける厚さの、挿入孔の軸方向（図中、直線Ｌ１に平行な方向）の変位に対する変化速度は、カムピース１４の内周面１４ｂによって区画される挿入孔の口径の、挿入孔の軸方向の変位に対する変化速度と等しく設定されている。図１には、上記一対の変化速度が、直線Ｌ１に対する直線Ｌ２のなす角度θとして定量表記されている。これは、テーパ部１６ａと内周面１４ｂとを面接触させるための設定である。
【００１７】
カムピース１４のうち内周面１４ｂが形成された部分は、カムノーズ１４ａが形成された部分に対して、挿入孔の両側に延びる部分である。そして、この部分の外周面には、雄ネジ部１４ｄが形成されている。そして、雄ネジ部１４ｄには、ベアリングナット１８の雌ネジ部１８ａが締結されている。
【００１８】
図３に示すように、ベアリングナット１８は、中空リング状の部材である。また、ベアリングナット１８は、図１に示すように、雌ネジ部１８ａと、肉厚部１８ｂとを備えている。ベアリングナット１８の肉厚部１８ｂは、リング状部材１６の端部に接触する。このため、ベアリングナット１８が雄ネジ部１４ｄに強く締め付けられるほど、リング状部材１６は、内周面１４ｃ側に強く押されるようになる。そして、リング状部材１６が内周面１４ｃ側に変位するほど、カムピース１４の内周面１４ｂ，１４ｃとシャフト１２の外周面との間の間隔が拡大する。これにより、カムピース１４とシャフト１２とは、リング状部材１６を介して互いに挿入孔の径方向に力を及ぼすようになり、カムピース１４とシャフト１２との接合力が生じる。また、これにより、雄ネジ部１４ｄが雌ネジ部１８ａに押しつけられることから、雄ネジ部１４ｄが雌ネジ部１８ａに食い込み、接合力が増加する。
【００１９】
次に、図４を用いて、カムピース１４をシャフト１２に組み付ける工程について説明する。
この一連の工程においては、まず、図４（ａ）に示すように、カムピース１４に挿入されるシャフト１２を加工する。具体的には、シャフト１２の外形を旋削した後、研削することで、カムピース１４に挿入する準備が整う。次に、図４（ｂ）に示すように、カムピース１４の両側に嵌められるベアリングナット１８のうちの一方をシャフト１２に挿入する。なお、図４においてシャフト１２については側面図を示しているが、ベアリングナット１８については、図１と同様の断面図を示している。次に、図４（ｃ）に示すように、カムピース１４の両側に挿入されるリング状部材１６のうちの一方にシャフト１２を挿入する。なお、リング状部材１６は、側面図を示している。そして、図４（ｄ）に示すように、カムピース１４にシャフト１２を挿入し、シャフト１２が既に挿入されているリング状部材１６をカムピース１４に挿入するとともにカムピース１４にベアリングナット１８を締結する。なお、図４において、カムピース１４は、図１と同様の断面図を示している。ちなみに、図４（ｃ）および図４（ｄ）では、模式的に、ベアリングナット１８の位置を固定して記載しているが、カムピース１４にベアリングナット１８を締結する工程は、ベアリングナット１８を回転させつつカムピース１４側に変位させることによって実現してもよい。
【００２０】
カムピース１４に一方のベアリングナット１８を締結すると、図４（ｅ）に示すように、もう一方のリング状部材１６にシャフト１２を挿入することで、カムピース１４のうち未だリング状部材１６が挿入されていない側にもう一方のリング状部材１６を挿入する。続いて、図４（ｆ）に示すように、もう一方のベアリングナット１８にシャフト１２を挿入し、カムピース１４のうち図４（ｅ）に示した工程でリング状部材１６が挿入された側にもう一方のベアリングナット１８を締結する。そして、図４（ｇ）に示すように、カムピース１４の両側のベアリングナット１８に力Ｆとして記載した力を加えて、締め付ける。ここでは、カムピース１４の両側のうちの一方の側のベアリングナット１８と他方の側のベアリングナット１８とで、締め付けるための回転方向が逆となるようにする。これは、一方の側のベアリングナット１８と他方の側のベアリングナット１８とを同一構造とし、カムピース１４の一対の雄ネジ部１４ｄの構造を、ともに右ネジまたは左ネジとすることで実現することができる。
【００２１】
図５に示すように、図４に示した一連の工程は、常温（１０〜３０°Ｃを例示）にて行われる。そして、図５に示すように、ベアリングナット１８としては、熱膨張率が小さい部材であるインバーや、アルミナ系セラミックス材料等を用いる。一方、カムピース１４としては、熱膨張率がベアリングナット１８と比較して大きい鋼材等を用いる。また、リング状部材１６としては、熱膨張率がベアリングナット１８と比較して大きい鉄や、鋼材、黄銅、アルミニウム等を用いる。
【００２２】
これは、温度変化によってカムピース１４のシャフト１２への接合力が不足する事態を回避するための設定である。すなわち、シャフト１２の内部を循環する潤滑油や、カムピース１４に吹き付けられる潤滑油は、内燃機関のシリンダヘッド内を循環することから、高温となる。このため、カムピース１４とシャフト１２との接合力は、１００°Ｃ近い高温において不足することがないように設定することが望まれる。ここで、ベアリングナット１８等が組み付け工程における温度よりも高温になることで膨張すると、接合力が低下するおそれがある。
【００２３】
そこで本実施形態では、雌ネジ部１８ａを有するベアリングナット１８の原材料として、雄ネジ部１４ｄを有するカムピース１４の原材料と比較して熱膨張率が小さいものを選択した。これにより、組み付け工程よりも高温となる場合、雌ネジ部１８ａの径の伸長量よりも雄ネジ部１４ｄの径の伸長量の方が大きくなることから、雌ネジ部１８ａに対する雄ネジ部１４ｄの食い込み度合いが大きくなり、接合力が増大する。
【００２４】
なお、車両が極低温（たとえば「−３０°」程度）におかれる場合、雌ネジ部１８ａの径の収縮量よりも雄ネジ部１４ｄの径の収縮量の方が大きくなることから、カムピース１４とシャフト１２との接合力は、組み付け時よりも低下する。このため、低温時の接合力の低下を見込んで、想定される最低温度において要求する接合力を満たすように、ベアリングナット１８をカムピース１４に締め付けておくことが望ましい。
【００２５】
上述したように、本実施形態においては、ベアリングナット１８をカムピース１４に締め付けることで、リング状部材１６が内周面１４ｃ側に変位し、カムピース１４の雄ネジ部１４ｄがベアリングナット１８の雌ネジ部１８ａに押し付けられ、接合力が高まる。
【００２６】
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）カムピース１４を、リング状部材１６およびベアリングナット１８を用いてシャフト１２に組み付けた。このため、カムピース１４にベアリングナット１８を締め付けることで、カムピース１４とシャフト１２とを強固に接合することができる。
【００２７】
（２）カムピース１４を、リング状部材１６およびベアリングナット１８を用いてシャフト１２に組み付けた。このため、カムピース１４とシャフト１２との接合力は、カムピース１４とベアリングナット１８との締め付け力によって定まるため、カムピース１４の挿入孔の口径やシャフト１２の径に対して、カムピース１４をシャフト１２に焼き嵌めする場合等と比較して高い精度が要求されることがない。このため、カムピース１４や、シャフト１２の加工が容易となる。
【００２８】
（３）カムピース１４の内周面１４ｂによって区画される挿入孔の口径の、挿入孔の軸方向への変位に伴う変化速度と、リング状部材１６のテーパ部１６ａの径の、挿入孔の軸方向への変位に伴う変化速度と等しくした。これにより、内周面１４ｂとテーパ部１６ａとを十分に面接触させることができる。
【００２９】
（４）カムピース１４の挿入孔の口径をシャフト１２の外周の径よりも大きくした状態でシャフト１２にカムピース１４を挿入する手法において、リング状部材１６を用いることで、カムピース１４の挿入孔の中心軸と、シャフト１２の中心軸とにずれが生じる事態を好適に抑制することができる。
【００３０】
（５）ベアリングナット１８の原材料として、カムピース１４の原材料よりも熱膨張率が小さくなるものを選択した。これにより、ベアリングナット１８やカムピース１４が高温となる場合に、カムピース１４とシャフト１２との接合力をむしろ高めることができる。
【００３１】
（６）カムピース１４のベアリングナット１８への締め付け力を、極低温状態においてカムピース１４とシャフト１２との接合力が不足しない値に設定した。これにより、シャフト１２へのカムピース１４の組み付けを常温で行いつつも、極低温状態においてカムピース１４とシャフト１２との接合力が不足する事態を抑制することができる。
【００３２】
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
上記第１の実施形態のように、カムピース１４の両側からリング状部材１６を挿入し、ベアリングナット１８を締め付ける場合、カムピース１４の両側のベアリングナット１８間の間隔が大きくなりやすい。一方、内燃機関の吸気バルブ（排気バルブ）は、各気筒に複数設けられることがある。この場合、同一の気筒に隣接して設けられる吸気バルブ（排気バルブ）の間隔に対応して定まる一対のカムローブの位置を満たすことが困難となることが懸念される。
【００３４】
そこで本実施形態では、一対の吸気バルブ（排気バルブ）を駆動するカムローブを１つのカムピース１４に形成し、その両側をベアリングナット１８で締め付ける。
図６に、本実施形態にかかるカムピース１４のシャフト１２への組み付け工程を示す。なお、図６（ａ）〜図６（ｇ）は、図４（ａ）〜図４（ｇ）のそれぞれに対応している。
【００３５】
図６（ｄ）に示すように、本実施形態では、カムローブ（図では、カムローブのうちのカムノーズ１４ａに符号を付して明記した）が２つ形成されたカムピース１４にシャフト１２を挿入する。そして、図６（ｇ）に示すように、カムピース１４の両側からベアリングナット１８を締め付ける。
【００３６】
以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態の上記（１）〜（６）の効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。
（７）単一のカムピース１４に一対のカムローブを形成した。これにより、リング状部材１６およびベアリングナット１８によってカムピース１４をシャフト１２に接合する場合であっても、一対のカムローブ間の間隔を小さくすることが容易となる。
【００３７】
＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態では、内周面１４ｂによって区画される挿入孔の口径の軸方向の変化に対する変化速度と、テーパ部１６ａの径の上記軸方向の変化に対する変化速度とを等しくしたがこれに限らない。たとえば、内周面１４ｂによって区画される挿入孔の口径の軸方向の変化に対する変化速度を、テーパ部１６ａの径の上記軸方向の変化に対する変化速度よりもわずかに大きくしてもよい。この場合であっても、ベアリングナット１８を締め付ける力を強めることで、雄ネジ部１４ｄの内周面１４ｂとリング状部材１６のテーパ部１６ａとが面接触するようになると考えられる。もっとも、雄ネジ部１４ｄの内周面１４ｂとリング状部材１６のテーパ部１６ａとが面接触する設定は必須ではない。
【００３８】
・上記実施形態では、組み付け温度を常温としたが、これに限らない。たとえば、常温よりも低い温度とする場合、組み付け時に、カムピース１４とシャフト１２との接合力が必要な下限値以上となるように、ベアリングナット１８の締め付けることで、組み付け後、接合力の要求を常時満たすことも可能となる。またたとえば、シャフト１２の原材料として、リング状部材１６やカムピース１４の原材料よりも熱膨張率が小さいものを用いてもよい。この場合、常温よりも低い温度の場合、シャフト１２の収縮量よりもカムピース１４の収縮量等の方が大きいため、シャフト１２とカムピース１４とが互いに径方向に及ぼす力を増大させることができ、これにより、雄ネジ部１４ｄとベアリングナット１８との締結力の温度による低下を補償することが可能となる。
【００３９】
・カムピース１４の両側にベアリングナット１８が設けられるものに限らない。たとえば、シャフト１２の端部にストッパが設けられる構成において、ストッパによって片側を固定するようにしてカムピース１４を組み付ける場合、ストッパとは逆側のみにベアリングナット１８を設けてもよい。
【００４０】
・雌ネジとしては、ベアリングナット１８に限らず、要は、雄ネジ部１４ｄに締め付けられるほどリング状部材１６を押す力を強める構造であればよい。
・シャフト１２としては、中空のものに限らない。また、カムピース１４や、ベアリングナット１８、リング状部材１６の材質としては、図５において例示したものに限らない。
【符号の説明】
【００４１】
１０…カムシャフト、１２…シャフト、１４…カムピース、１４ａ…カムノーズ、１４ｂ…内周面、１４ｃ…内周面、１４ｄ…雄ネジ部、１６…リング状部材、１６ａ…テーパ部、１８…ベアリングナット、１８ａ…雌ネジ部、１８ｂ…肉厚部。
【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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【図６】
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