(57)【要約】【課題】いわばスエージング法を利用することにより偏心回転部材を軸部材に極めて簡単に効率よく取付けることができ、コスト的にも有利な偏心回転部材の取付け方法と装置を提供する。【解決手段】偏心した位置に軸挿通孔３が開設された偏心回転部材２の前記軸挿通孔３に、中空管よりなる軸部材１に挿入した状態のワークＷを、前記偏心回転部材２と同軸に設けられた支持部材１１，１２に支持し、偏心回転部材２を外周から型部材Ｄにより加圧し、偏心回転部材２および軸部材１を塑性変形させて偏心回転部材２を軸部材１に取付けることを特徴とする。【選択図】図４
2005188537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏心回転部材および、当該偏心回転部材の偏心位置に開設された軸挿通孔に挿入された中空管よりなる軸部材、を有するワークの前記軸部材を支持部材により支持する支持工程と、
前記偏心回転部材を外周から型部材により加圧し、前記偏心回転部材および軸部材を塑性変形させて前記偏心回転部材を軸部材に取付ける加圧工程と、
を有する偏心回転部材の取付け方法。
【請求項２】
前記ワークは、前記偏心回転部材の外形が真円である請求項１に記載の偏心回転部材の取付け方法。
【請求項３】
予め前記偏心回転部材が軸部材に対し変位しないように仮保持する仮保持工程を有する請求項１に記載の偏心回転部材の取付け方法。
【請求項４】
前記支持工程は、前記偏心回転部材の中心軸と同軸に設けられた第１支持部材が、前記軸部材の中心軸と同軸に設けられた第２支持部材を介して前記軸部材を支持することを特徴とする請求項１に記載の偏心回転部材の取付け方法。
【請求項５】
前記加圧工程は、前記偏心回転部材を停止状態で加圧する第１加圧工程と、この第１加圧工程後前記偏心回転部材を軸部材と共に所定角度回転する回転工程と、この回転後に停止し加圧する第２加圧工程とを、この順で複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の偏心回転部材の取付け方法。
【請求項６】
前記加圧工程は、前記ワークに複数箇所並設された偏心回転部材を同時に加圧する請求項１または５に記載の偏心回転部材の取付け方法。
【請求項７】
前記偏心回転部材は、カムシャフトのカムロブ部である請求項１〜６のいずれかに記載の偏心回転部材の取付け方法。
【請求項８】
偏心回転部材および、当該偏心回転部材の偏心位置に開設された軸挿通孔に挿入された中空管よりなる軸部材、を有するワークの前記軸部材を支持する支持部材と、
当該支持部材を回転する回動源と、
前記偏心回転部材を外周から加圧する型部材と、
を有し、
前記軸部材と偏心回転部材を塑性変形させて前記偏心回転部材を軸部材に取付けることを特徴とする偏心回転部材の取付け装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心回転する偏心回転部材を軸部材に取付ける偏心回転部材の取付け方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のエンジンには、負荷状態に応じてバルブのタイミングやリフト量を変化させ、エンジンの出力向上、燃費の低減を図る可変バルブが使用されている。この可変バルブでは、コントロールシャフトに、クランクシャフトの動きに応じて位相を変化させるように偏心回転するコントロール部材が複数個設けられ、軸端にはタイミングギアが設けられている。
【０００３】
このような偏心回転するコントロール部材（いわゆるカムロブ部であり、以下、偏心回転部材と称す)をコントロールシャフト（以下、軸部材と称す)に設けた自動車部品を成形する場合、従来の成形方法は、偏心回転部材と軸部材を鋳造あるいは鍛造などにより一体成形し、機械加工あるいは焼き入れを施した後、研削加工を行なっているが、近年、軽量化、コスト低減などの要請から、軸部材として中空管を使用し、この中空管に偏心回転部材を取付けることにより成形するという方法が行なわれている。
【０００４】
例えば、組立てカムシャフトでは、軸線方向の溝を内周に設けたカムロブ部を小許の隙間を隔てて中空管に挿通し、カムロブ部を位置決めし、前記溝に対応する突起をもったマンドレルを中空管内に通し、中空管を拡げてカムロブ部を固定するという方法で成形している（下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３３９１１０号公報（図４及び段落番号[０００４]等参照）。
【０００５】
しかし、このような偏心回転部材の取付け方法では、脆性材料に近い偏心回転部材を内方から加圧するために、偏心回転部材には円周方向の引張り応力が生じ、割れが生じ易く、これを防止しようとすれば、偏心回転部材の材質の変更、各部位の寸法精度の厳格な管理などが必要になり、コスト的に極めて不利で、成形作業的にも面倒なものとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、偏心回転部材を軸部材に極めて簡単に効率よく取付けることができ、コスト的にも有利な偏心回転部材の取付け方法と装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明の偏心回転部材の取付け方法は、偏心回転部材および、当該偏心回転部材の偏心位置に開設された軸挿通孔に挿入された中空管よりなる軸部材、を有するワークの前記軸部材を支持部材により支持する支持工程と、前記偏心回転部材を外周から型部材により加圧し、前記偏心回転部材および軸部材を塑性変形させて前記偏心回転部材を軸部材に取付ける加圧工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の偏心回転部材の取付け装置は、偏心回転部材および、当該偏心回転部材の偏心位置に開設された軸挿通孔に挿入された中空管よりなる軸部材、を有するワークの前記軸部材を支持する支持部材と、当該支持部材を回転する回動源と、前記偏心回転部材を外周から加圧する型部材と、を有し、前記軸部材と偏心回転部材を塑性変形させて前記偏心回転部材を軸部材に取付けることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の方法や装置では、偏心回転部材の偏心位置に設けられた軸挿通孔に軸部材に挿入したワークを支持部材で支持し、偏心回転部材を外周から型部材により加圧し、偏心回転部材および軸部材を塑性変形させて前記偏心回転部材を軸部材に取付けるので、偏心回転部材が脆性のある材料であっても、割れなどが生じることなく、確実に軸部材と係合させることができ、極めて簡単に効率よく取付けることができ、コスト的にも有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
【００１１】
図１は本発明方法により成形される成形品を示す正面図、図２は図１の要部断面図、図３は図２の３−３線に沿う断面図である。
【００１２】
本発明方法を概説すれば、図１〜３に示すように、中空管よりなる軸部材１と、軸挿通孔３が開設された円盤状部材よりなる偏心回転部材２とを準備し、この偏心回転部材２に軸部材１を挿通し、当該軸部材１に偏心回転部材２が複数個並設されたワークＷを形成する。そして、各偏心回転部材２を外周から成形装置により加圧し、図２，３に示すように、軸部材１および偏心回転部材２を所定量δだけ塑性変形させ、軸部材１に偏心回転部材２を位置固定的に取付けるというものである。ここにおいて、使用される偏心回転部材２は外形が真円である。
【００１３】
さらに詳述する。まず、成形装置について説明する。図４は本発明に係る成形装置を示す断面図、図５は図４の５−５線に沿う断面図である。この成形装置１０は、図４，５に示すように、ワークＷである軸部材１の両端を支持する支持部材１１，１２と、この軸部材１の偏心回転部材２を加圧する型部材Ｄと、この型部材Ｄを作動するスライダ３０，３１と、を有している。
【００１４】
支持部材１１，１２は、図外の基台に軸方向に進退可能に設けられ、前進して軸部材１の両端を外周より加圧して保持する、いわゆるチャック部材から構成されている。各支持部材１１，１２は、それぞれ偏心回転部材２の中心軸Ｏ１（図３，４参照）と同軸に設けられた第１支持部材１１ａ，１２ａと、軸部材１の中心軸Ｏ２（図３，４参照）と同軸に設けられた第２支持部材１１ｂ，１２ｂとを有している。つまり、ワークＷの支持は、軸部材１において行い、ワークＷの回転は、偏心回転部材２の中心軸Ｏ１を中心に行なうようになっている。この点に関しては後に詳述する。
【００１５】
前記型部材Ｄは、図５に示すように、軸線方向に長尺な４つの型部材１３，１４，１５，１６からなり、これら各型部材１３，１４，１５，１６の内端部は、偏心回転部材２の外形形状に沿った形状となるように凹部Ｒが形成されている。
【００１６】
前記スライダ３０，３１は、シリンダ（不図示）等により相互に近接離間可能とされ、図５に示すように、いずれも軸直角断面が略コ字状で、中央部分の本体部３０ａ，３１ａと、該本体部３０ａ，３１ａの両側より垂下された脚部３０ｂ，３１ｂとを有し、脚部３０ｂ，３１ｂの内面側角部は削落され、テーパ面３０ｔ，３１ｔとされている。
【００１７】
前記４つの型部材Ｄの内、上下に対向して設けられた上下型部材１３，１５は、スライダ３０，３１の本体部３０ａ，３１ａの内面に取付けられ、スライダ３０，３１とともに近接離間するが、左右型部材１４，１６は、スライダ３０，３１の脚部３０ｂ，３１ｂに形成されたテーパ面３０ｔ，３１ｔにより後端部のテーパ面１４ｔ，１６ｔが加圧され、相互に近接する。なお、左右型部材１４，１６は、必ずしも後退させる必要はないが、後退作動させ、作業を円滑にするには、左右型部材１４，１６を外方に付勢するばねなどの弾発手段を設けてもよい。
【００１８】
このようにテーパ面を利用して型部材を作動すれば、４つの各型部材１３，１４，１５，１６は、スライダ３０，３１の近接離間動作に伴って偏心回転部材２に対し全てが殆ど同時に近接離間させることができ、偏心回転部材２を加圧する力も同じで、しかも、各型部材１３，１４，１５，１６を偏心回転部材２の中心に向って進退させ易く、ワークＷの回転中心とも一致させ易くなることから、複数の型部材であっても均等に偏心回転部材２を加圧でき、偏心回転部材２の外周面を滑らかな円弧面とするには好ましい。
【００１９】
しかし、前進時に全ての型部材が同時に近接すると、型部材相互が干渉する虞があるので、本実施形態では、各型部材１３，１４，１５，１６の先端部両側を削落し、削落面１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａを形成し、これにより型部材相互の干渉を防止している。なお、削落面１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａの傾斜角θ１，θ２の大きさを適宜選択すれば、最大前進時の位置が決定され、加圧する偏心回転部材２の大きさも決めることができる。
【００２０】
ところが、前記型部材Ｄは、いわゆる分割型であるため、型部材相互間には隙間Ｇが存在しており、この状態で偏心回転部材２の外周面を加圧すると、塑性変形した偏心回転部材２の一部が前記隙間Ｇに入り込み、成形後の偏心回転部材２の外周面が滑らかな円弧面とならない虞がある。このため、本実施形態では、加圧後にワークＷを所定回転角で回転し、この回転変位した状態で再度加圧するようにしている。
【００２１】
この加圧に関しても、４つの型部材１３，１４，１５，１６全てが偏心回転部材２の中心に向って進退し、加圧する構成とすることが好ましい。
【００２２】
そこで、本実施形態では、軸部材４の両端部を支持する各支持部材１１，１２を、図４に示すように、偏心回転部材２の中心軸Ｏ１と同軸に設けられた第１支持部材１１ａ，１２ａと、軸部材１の中心軸Ｏ２と同軸に設けられた第２支持部材１１ｂ，１２ｂとから構成し、第１支持部材１１ａ，１２ａが軸部材４を偏心位置で支持するものの、この第１支持部材１１ａ，１２ａと連結される第２支持部材１１ｂ，１２ｂを軸部材４と同軸に配置し、この第２支持部材１１ｂ，１２ｂをモータＭなどの駆動源により回転しても、軸部材４が偏心回転するのみで、偏心回転部材２は各型部材１３，１４，１５，１６の中心と一致した状態で回転するようにしている。
【００２３】
次に、作用を工程順に図６〜１２を参照して説明する。
【００２４】
＜ワークの形成＞
まず、ワークＷを形成する。図６Ａ，Ｂ，Ｃに示すように、長尺な中空管を切断して所定長の軸部材１とし、所定位置にくびれ部分Ｋを入れる。なお、このくびれ部分Ｋは、後にジャーナル部となる部分である。一方、通常の方法により外形が真円の円盤状部材の偏心位置に軸挿通孔３が開設された偏心回転部材２を別途形成する。そして、前記軸部材１を偏心回転部材２に開設された軸挿通孔３に挿通し、軸部材１のくびれ部分Ｋ間に偏心回転部材２を設置したワークＷを形成する。
【００２５】
＜仮保持工程＞
このワークＷは、偏心回転部材２の軸挿通孔３に軸部材１が挿通されているのみで、偏心回転部材２が軸部材１の所定位置に固定されていない。加工や取り扱いの容易性を考慮すれば、複数個ある偏心回転部材２をそれぞれ軸部材１に仮止めすることが好ましい。この仮止めは、偏心回転部材２の外周面の一部を加圧することにより行なう。この加圧手段は、どのような手段でもよいが、たとえば、通常のプレス装置を使用する。この通常のプレス装置にワークＷを設置し、偏心回転部材２の外周面の一部を加圧変形させると、偏心回転部材２が軸部材１に係合し、仮保持ができる。この結果、偏心回転部材２の外周面に加工痕が生じるが、後の加圧工程で除去できるので問題はない。
【００２６】
＜支持工程＞
偏心回転部材２が軸部材１に仮保持されたワークＷを、４つの型部材１３，１４，１５，１６が相互に離間した状態の成形装置１０内に入れ、ワークＷの軸部材１を第１支持部材１１ａ，１２ａに取付ける（図４および図７Ａ，Ｂ参照）。
【００２７】
＜第１の加圧工程＞
次に、偏心回転部材２に対する軸部材１の位置を、たとえば上方に位置とし、初期位置を設定する（図７Ａ，Ｂに示す状態）。この初期位置は上方位置のみでなく、どこであってもよい。
【００２８】
この停止状態でシリンダを作動し、上スライダ３０と下スライダ３１を接近させると、上下型部材１３，１５はスライダ３０，３１により直接駆動され、中心に向って移動し、左右型部材１４，１６はスライダ３０，３１の脚部３０ｂ，３１ｂのテーパ面３０ｔ，３１ｔにより後端部のテーパ面１４ｔ，１６ｔが加圧されて中心に向って移動する。この場合、４つの型部材１３，１４，１５，１６の先端部の両側には、削落面１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａが形成されているので、４つの型部材１３，１４，１５，１６は相互に干渉を起こすことはない。
【００２９】
この結果、４つの型部材１３，１４，１５，１６が偏心回転部材２の周りに集まり、各型部材の先端に形成された凹部Ｒが偏心回転部材２の外周面に当接し、偏心回転部材２を外周より加圧（後述のものと区別するため第１の加圧という）することになる（図８Ａ，Ｂ参照）。
【００３０】
この加圧の当初は、偏心回転部材２が弾性変形するが、これを超えてさらに加圧すると、偏心回転部材２が塑性変形するかあるいはこの偏心回転部材２を介して軸部材１が塑性変形し、軸部材１に変形部１ａ内に偏心回転部材２の内周部分が食い込み、両者は係合状態となる。
【００３１】
＜回転工程＞
しかし、４つの型部材１３，１４，１５，１６相互間には隙間Ｇがあるので、各型部材の先端部分が偏心回転部材２に食い込むと、偏心回転部材２の余剰肉は、一部が軸方向に食み出し、一部が偏心回転部材２の外周面より突出し、型部材相互間の隙間Ｇに入り込む。カムロブ部のような偏心回転部材２は、滑らかな外周面であることが好ましいので、軸方向に食み出した余剰肉は問題ないものの、偏心回転部材２の外周面より放射方向に突出した余剰肉は処理する必要がある。
【００３２】
このため、再度、シリンダを動作し、上スライダ３０と下スライダ３１により４つの型部材１３，１４，１５，１６を相互に離間する（図９Ａ，Ｂ参照）。上下型部材１３，１５はスライダ３０，３１により直接作動され相互に離間し、左右型部材１４，１６は後端部のテーパ面１４ｔ，１６ｔが脚部３０ｂ，３１ｂのテーパ面３０ｔ，３１ｔによる拘束から解放されるか、ばねなどの弾発手段により後退方向に引っ張られ、左右型部材１４，１６も偏心回転部材２を押圧しない状態になる。
【００３３】
ここで、モータＭを回転すると、第２支持部材１１ｂを介して第１支持部材１１ａが回転する。この回転により第１支持部材１１ａの偏心位置に取り付けられた軸部材４は偏心回転するが、偏心回転部材２は各型部材１３，１４，１５，１６の中心と一致する回転軸を中心に回転する。これにより偏心回転部材２の位置を所定角度変位させることができる。
【００３４】
＜第２の加圧工程＞
偏心回転部材２が角変位し停止すると、この停止状態で、上スライダ３０と下スライダ３１をシリンダにより作動し、近接させる。これにより上下型部材１３，１５および左右型部材１４，１６は、中心に向って移動し、４つの型部材１３，１４，１５，１６は、偏心回転部材２より放射方向外方に突出した部分を加圧する（図１０Ａ，Ｂ参照）。この第２の加圧により、偏心回転部材２の突起部分は押し潰されることになる。
【００３５】
この時点での上下型部材１３，１５間の高さＨ２は、前記第１の加圧の場合の高さＨ１よりも小さく、Ｈ１＞Ｈ２の関係となっている。
【００３６】
基本的には、前記工程により軸部材１と偏心回転部材２を係合状態にすることができるが、さらに、偏心回転部材２の突起部分を確実に押し潰し、滑らかな円弧状の外周面を得るには、第１の加圧−回転−第２の加圧という工程を繰り返し行なうことが好ましいので、前記第２の加圧工程が終わると、図１１Ａ，Ｂに示すように、４つの型部材１３，１４，１５，１６を開き、モータＭを回転し、偏心回転部材２の位置を所定角度変位させた後、図１２Ａ，Ｂに示すように、加圧する工程を繰り返す。
【００３７】
この結果、４つの型部材１３，１４，１５，１６は次第に中心に近付き、上下型部材１３，１５間の高さは、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３の関係となり、型部材相互間の隙間Ｇも次第に小さくなり、偏心回転部材２の外周面はより滑らかな円弧面となる。一方、偏心回転部材２の軸挿通孔３の内周部分や軸部材１も塑性変形し、軸部材１の変形部１ａ内に偏心回転部材２の内周部分が食い込み、軸部材１と偏心回転部材２の両者は係合状態となる。
【００３８】
前記加圧−回転−加圧という工程を多数回繰り返すと、上下型部材１３，１５間の高さは、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３＞Ｈ４＞Ｈ５…となり、最終的には、４つの型部材１３，１４，１５，１６相互間の隙間Ｇがなくなり、凹部Ｒと同程度の偏心回転部材２が得られる。
【００３９】
このようにして軸部材１に偏心回転部材２が取り付けられると、軸部材１の端部にタイミングベルトのプーリを取り付け、偏心回転部材２やくびれ部分Ｋなどに機械加工あるいは研削加工などを施すと、コントロールシャフトとなる。
【００４０】
実験によれば、上下型部材１３，１５の開状態と閉状態を、１００〜１２０回／分行い、ワークＷの回転数を５〜１０回／分行ったところ、偏心回転部材２の外周面に機械加工あるいは研削加工を施す必要がないほど、極めて良好な外周面を得ることができた。割れは、全く見られなかった。偏心回転部材２の内周部分と軸部材１との係合状態も、しっかりとしたものであった。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、偏心回転部材の軸挿通孔に軸部材に挿入したワークを、偏心回転部材と同軸に設けられた支持部材で支持し、偏心回転部材を外周から型部材により加圧し、偏心回転部材および軸部材を塑性変形させて前記偏心回転部材を軸部材に取付けるので、偏心回転部材が脆性のある材料であっても、割れなどが生じることなく、確実に軸部材と係合した状態にすることができる。
【００４２】
この加圧も、偏心回転部材を軸部材と共に所定角度回転した後に停止した状態で繰り返し行なうと、偏心回転部材の外周面が滑らかな仕上がりの良いものとすることができる。
【００４３】
また、この偏心回転部材の外形を円形にすると、周囲からの力が均等に内部に伝達され、軸部材との係合が確実なものとなる。特に、軸方向に偏心回転部材が複数箇所設けられたワークであっても、全てを一括して加圧成形でき、効率のよい成形となる。
【００４４】
前記加圧する前に、予め偏心回転部材を軸部材に仮止めすれば、偏心回転部材が軸部材の所定位置に固定され、後の成形や取り扱いが容易となる。
【００４５】
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々変更使用することができる。たとえば、前記実施形態では、偏心回転部材の外形が円形であるが、必ずしも円形であることもなく、楕円あるいは多角形をしたものであっても偏心回転部材を軸部材に取り付けることができる。また、仮圧縮工程を行なわなくても、接着あるいは凹凸嵌合などの他の手段を使用してもよい。さらに、前記ワークは偏心回転部材を軸方向複数箇所設けられているが、１つであってもよいことはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、カムロブ部などの偏心回転部材を、軸部材に簡単に取付けることができる方法と装置で、自動車用エンジン部品の成形に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明方法により成形される成形品を示す正面図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】図２の３−３線に沿う断面図である。
【図４】本発明に係る成形装置を示す断面図である。
【図５】図４の５−５線に沿う断面図である。
【図６】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はワークの形成工程を示す側面図である。
【図７】（Ａ）は本発明方法の支持工程での型部材とワークとの関係を示す要部軸直角断面図、（Ｂ）は同要部の軸方向断面図である。
【図８】（Ａ）は本発明方法の加圧工程での型部材とワークとの関係を示す要部軸直角断面図、（Ｂ）は同要部の軸方向断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明方法の回転工程での型部材とワークとの関係を示す要部軸直角断面図、（Ｂ）は同要部の軸方向断面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明方法の再加圧工程での型部材とワークとの関係を示す要部軸直角断面図、（Ｂ）は同要部の軸方向断面図である。
【図１１】（Ａ）は本発明方法の回転工程での型部材とワークとの関係を示す要部軸直角断面図、（Ｂ）は同要部の軸方向断面図である。
【図１２】（Ａ）は本発明方法の再加圧工程での型部材とワークとの関係を示す要部軸直角断面図、（Ｂ）は同要部の軸方向断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…軸部材、
２…偏心回転部材（カムロブ部）、
３…軸挿通孔、
１０…軸部材、
２０…ワーク、
１１，１２…支持部材、
１１ａ，１２ａ…第１支持部材
１１ｂ，１２ｂ…第２支持部材
Ｄ（１３，１４，１５，１６）…型部材、
Ｍ…モータ（回動源）、
Ｏ１…偏心回転部材の中心軸、
Ｏ２…軸部材の中心軸、
Ｗ…ワーク。
【図１】
2005188537.tif 000003
【図２】
2005188537.tif 000004
【図３】
2005188537.tif 000005
【図４】
2005188537.tif 000006
【図５】
2005188537.tif 000007
【図６】
2005188537.tif 000008
【図７】
2005188537.tif 000009
【図８】
2005188537.tif 000010
【図９】
2005188537.tif 000011
【図１０】
2005188537.tif 000012
【図１１】
2005188537.tif 000013
【図１２】
2005188537.tif 000014