(57)【要約】【課題】シャフトに対するカムロブの位相角度について位置決め精度を向上する。【解決手段】シャフト（２）にカムロブ（３）を一体に組み付けてなり、シャフト（２）の外周に第１凸部（２１ｂ）を有し、該第１凸部の両側に第１凹部（２１ａ、２１ａ）が形成され、一方、カムロブ（３）のシャフト挿入口（３ａ）の内周に第２凹部（３１ｂ）を有し、該第２凹部の両側に第２凸部（３１ａ、３１ａ）が形成され、かつ前記第１凸部（２１ｂ）の頂点（２１ｂ３）は、シャフト外周面（２ａ）よりも低く形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトにカムロブを一体に組み付けてなる組立カムシャフトにおいて、
シャフトの外周に第１凸部を有し、該第１凸部の両側に第１凹部が形成され、一方、カムロブのシャフト挿入口の内周に第２凹部を有し、該第２凹部の両側に第２凸部が形成され、かつ前記第１凸部の頂点は、シャフト外周面よりも低く形成されていることを特徴とする組立カムシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられるカムシャフトに関し、詳細には、カムロブとシャフトとの位置決め機構を有したカムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
組立カムシャフトは、スチール製のシャフトに焼結材料からなるカムロブ圧粉体を組み付ける。このカムロブ圧粉体は焼結されることによりシャフトに拡散結合し、シャフトと一体結合して組立カムシャフトとして機能する。
【０００３】
この組立カムシャフトのカムロブの位相角度を決める方法として、カムロブ圧粉体の内周側に突起及びシャフトの外周側に溝、又は、カムロブ圧粉体の内周側に溝及びシャフトの外周側に突起を形成する。この溝と突起とを組み合わせて、前記位相角度を決める（下記特許文献１〜３参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開昭５８−１９１３０５号公報
【特許文献２】特開昭６０−７０１０５号公報
【特許文献３】特公平６−８９８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、カムシャフトの素材時におけるカムロブの位相角度の誤差は、カムロブの研磨取代に大きく起因する。位相角度の大きな誤差は取代が多くなる原因となり、長い研削時間を必要とする。
【０００６】
組立カムシャフトの素材におけるカムロブの位相角度を決める一般的方法によれば、シャフトの外周側の溝にカムロブ圧粉体の内周側の突起を嵌める。この構造において、焼結前、前記突起及び溝はその間に隙間を殆ど有しない。しかし、カムロブ圧粉体は、焼結のために約５％収縮する。その際に、カムロブ圧粉体の突起は、重力の影響でシャフトのＶ溝の片側に片寄った状態で焼結され、突起と溝の間に隙間を生じさせる。そのため、この隙間は、その分、位相角度の誤差を大きくする。
【０００７】
一方、カムロブ圧粉体がその内周側に溝を有し、シャフトがその外周側に突起を有する場合、位相角度誤差は小さくなる。しかし、シャフトの輸送、製造中に、突起が潰れたり、傷つけられたり、打痕をつけられる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、シャフトに対するカムロブの位相角度について精度を向上したカムシャフトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の特徴は、次の要素を含む組立カムシャフトを提供する。シャフトにカムロブを一体に組み付けてなり、シャフトの外周に第１凸部を有し、該第１凸部の両側に第１凹部が形成され、一方、カムロブのシャフト挿入口の内周に第２凹部を有し、該第２凹部の両側に第２凸部が形成され、かつ前記第１凸部の頂点は、シャフト外周面よりも低く形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１凸部は第２凹部に嵌められて、第１凹部と第２凸部とを位置決めする。これにより、第１凹部と第２凸部とは互いに角度的に変位せず、シャフトに対するカムロブの位相角度誤差を抑制する。
【００１１】
第１凸部の頂点は、シャフトの外周面から引っ込んでいるので、第１凸部は輸送中に潰れたり、傷つけられたり、打痕を付けられることを防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１を参照して、カムシャフト１は、中空のスチールシャフト２と、所定の位相角度でシャフト２に固定されたカムロブ３と、カムロブ３の間に位置決めされシャフト２に固定されたジャーナル４を含む。カムロブ３は、図２に示すように、シャフト２の挿入口３ａを有する。カムロブ３は、エンジンの吸気又は排気バルブを操作するノーズ３ｂを有する。
【００１４】
図２を参照して、シャフト２及カムロブ３は、その間に位置決め機構５を有する。位置決め機構５は、互いに嵌まり合う位置決め溝２１及び位置決め突起３１を含む。図２は本発明の一実施例を示すものであり、直列４気筒内燃機関用のために４つの位置決め溝２１を有している。そして、シャフト２の外周面に周方向に９０度間隔で位置決めされる。各位置決め溝２１は、シャフト２の軸方向に沿って真直ぐに延びる。２つの位置決め突起３１は、カムロブ３の挿入口３ａの内周面に周方向に１８０度離れて配置される。
【００１５】
図５（ｂ）を参照して、位置決め溝２１は、シャフト２の外周面２ａから引っ込む第１の凹部２１ａ、２１ａを有する。位置決め溝２１は、第１の凹部２１ａ、２１ａの中心に位置決めされた第１の凸部２１ｂを有する。つまり、第１の凸部２１ｂの両側に第１の凹部２１ａ、２１ａが形成される。位置決め突起３１は、カムロブ３の挿入口３ａの内周面から突出した第２の凸部３１ａ、３１ａを有する。位置決め突起３１は、第２の凸部３１ａ、３１ａの間の中心に位置決めされた第２の凹部３１ｂを有する。つまり、第２の凹部３１ｂの両側に第２の凸部３１ａ、３１ａが形成される。第２の凹部３１ｂと第１の凸部２１ｂとは、第２の位置決め機構６として作用し、互いに嵌まって第１の凹部２１ａ、２１ａと第２の凸部３１ａ、３１ａとを位置決めする。
【００１６】
以下に、本発明の組立カムシャフトの製造方法について、具体的に説明する。
【００１７】
図６を参照して、カムシャフト１の製造方法は、カムロブ圧粉成形工程Ｓ１、シャフト成形工程Ｓ２、組み付け工程Ｓ３、仮止め工程Ｓ４、焼結工程Ｓ５を有する。
【００１８】
カムロブ圧粉成形工程Ｓ１では、原料粉体は、金属あるいは合金を用いる。この原料粉体は、焼結による５％程度の収縮量を達成するために、例えば、ステンレス系合金を用いる。この原料粉体を金型に充填する。例えば、４４０〜６９０ＭＰａの圧力を金型に加え、この原料粉体を圧縮して、カムロブ圧粉体１０３を作製する。カムロブ圧粉体１０３は、カムロブ３に対して形状的に類似であり、焼結による収縮を考慮してカムロブ３よりも体積的に大きい。カムロブ圧粉体１０３は、原料粉体に対して、例えば７０％以上の相対密度を有する。
【００１９】
すなわち、図３（ａ）を参照して、カムロブ圧粉体１０３は、その内周面から突出し、１８０度離れた２つの突起１３１を有する。各突起１３１は、図４（ａ）に示すように、第２の凸部１３１ａ、１３１ａと、第２の凸部１３１ａ、１３１ａの間の中心に位置決めされた第２の凹部１３１ｂを有する。
【００２０】
第２の凹部１３１ｂは、中心線Ｃ１について対称に変曲部１３１ｂ１、１３１ｂ２を有する。この変曲部１３１ｂ１、１３１ｂ２からそれぞれ接線を延ばし、これらの接線は角Ｆをなす。角Ｆは、例えば、４５度に設定される。角Ｆは、４５度以上でもよい。第２の凸部１３１ａ、１３１ａは、中心線Ｃ１について対称に変曲部１３１ａ１、１３１ａ２を有する。これら変曲部１３１ａ１、１３１ａ２からそれぞれ接線を延ばし、これら接線は角Ｇをなす。この角Ｇは、角Ｆよりも大きく設定される。
【００２１】
シャフト成形工程Ｓ２において、スチール材は金型に通して引き抜かれる。この工程は、図３（ｂ）を参照して、スチール材を中空にし、その外周面に４つの位置決め溝２１を形成して、シャフト２を作製する。すなわち、位置決め溝２１は、図４（ｂ）を参照して、第１の凹部２１ａ、２１ａと、第１の凹部２１ａ、２１ａの間の中心に位置決めされた第１の凸部２１ｂを有する。この第１の凸部２１ｂは、シャフト２の外周面２ａから引っ込んでおり、第１の凸部２１ｂの頂点２１ｂ３の高さｄはシャフト２の外周面２ａの高さＤよりも低い。
【００２２】
この第１の凸部２１ｂは、中心線Ｃ２について対称に変曲部２１ｂ１、２１ｂ２を有する。これら変曲部２１ｂ１、２１ｂ２からそれぞれ接線を延ばし、これらの接線は角Ａをなす。角Ａは、例えば、４５度に設定される。角Ａは４５度以下でもよい。第１の凹部２１ａ、２１ａは、中心線Ｃ２について対称に変曲部２１ａ１、２１ａ２を有する。この変曲部２１ａ１、２１ａ２からそれぞれ接線を延ばし、これら接線は角Ｂをなす。この角Ｂは、角Ａよりも大きく設定される。角Ａは、角Ｆと等しい又は小さくてもよい。
【００２３】
組み付け工程Ｓ３において、カムロブ圧粉体１０３は、所定の位相角でシャフト２に対して位置決めされ、カムロブ圧粉体１０３の中にシャフト２を通す。図５（ａ）を参照して、第２の凸部１３１ａ、１３１ａは第１の凹部２１ａ、２１ａの中に嵌められて、カムロブ圧粉体１０３とシャフト２とを位置決めする。第１の凸部２１ｂは第２の凹部１３１ｂの中に嵌められて、第２の凸部１３１ａ、１３１ａと第１の凹部２１ａ、２１ａとを位置決めする。
【００２４】
仮止め工程Ｓ４において、接着剤をシャフト２とカムロブ圧粉体１０３との接合部分に塗布する。接着剤は、例えば、アルファシアノアクリレート系を用いる。
【００２５】
焼結工程Ｓ５において、シャフト２とカムロブ圧粉体１０３との組付体を加熱して、カムロブ圧粉体１０３を焼結し、シャフト２にカムロブ圧粉体１０３を拡散結合する。
【００２６】
加熱温度は、例えば、１１００〜１２００℃である。加熱時間は、製品の大きさや用いる金属あるいは合金の粉体の種類などに依存し、約０．５〜２時間である。
【００２７】
この焼結の結果、カムロブ圧粉体１０３は５％程度収縮し、カムロブ３になる。図５（ｂ）に示すように、収縮した第２の凸部３１ａ、３１ａは、第１の凹部２１ａ、２１ａと第２の凸部３１ａ、３１ａとの間に隙間を生じさせる。収縮した第２の凹部３１ｂは第１の凸部２１ｂの周りに接触する。詳細には、第２の凹部３１ｂは第１の凸部２１ｂを保持し、第１の凸部２１ｂに拡散結合される。これにより、第２の凹部３１ｂ及び第１の凸部２１ｂは、第１の凹部２１ａ、２１ａと第２の凸部３１ａ、３１ａとを確実に位置決めする。よって、シャフト２に対するカムロブ３の位相角度は精度よく保たれ、その位相角度の誤差を小さくする。
【００２８】
以上の実施形態によれば、第２の凹部３１ｂと第１の凸部２１ｂとは互いに嵌め合わされて、第１の凹部２１ａ、２１ａと第２の凸部３１ａ、３１ａとを位置決めする。したがって、第１の凹部２１ａ、２１ａと第２の凸部３１ａ、３１ａとは互いに角度的に変位せず、シャフト２に対するカムロブ３の位相角度の誤差を抑制する。
【００２９】
第１の凸部２１ｂはシャフト２の外周面２ａから引っ込んでいるので、輸送中に潰れたり、傷つけられたり、打痕を付けられることを防止される。
カムロブ圧粉体１０３を焼結することにより、収縮した第２の凹部３１ｂは第１の凸部２１ｂの周りに接触すると共に、第１の凸部２１ｂに拡散結合する。これにより、第１の凹部２１ａ、２１ａと第２の凸部３１ａ、３１ａとは確実に位置決めされる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、当業者によってなされる上記実施の形態の修正・変形も含まれる。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例を具体的に説明する。
【００３２】
図６に示す工程にしたがって、２２本のカムシャフト（一本のシャフトにつき１つのカムロブ）を製作した。カムロブの原料粉体は、Ｆｅ−８Ｃｒ−２Ｎｉ−Ｍｏ−２Ｃの合金を用いた。シャフトは、Ｓ４５Ｃ材の冷間引き抜きパイプを用いた。
【００３３】
原料粉体は、金型に充填され、６００ＭＰａの圧力で成型され、カムロブ圧粉体を形成する。カムロブ圧粉体は、シャフトと組み付けられる。この組み付け体は、炉の中に配置されて、１１００℃で１時間加熱され、カムシャフトを製作した。
【００３４】
製造したカムシャフトにおいて、仮止め工程終了後のカムロブのシャフト周方向における位置を０°とした。焼結工程終了後のカムロブの位置が、前記仮止め工程終了後のカムロブの位置（０°）からの角度変位をサンプル毎に測定した。カムロブの挿入方向から見て時計回りをプラス（＋）とし、反時計回りをマイナス（−）とした。
【００３５】
その結果を下記表１に示すとともに、その「ばらつき」を示すグラフを図７（ａ）のグラフに示す。
【００３６】
（比較例）
従来の組立カムシャフトの製造方法により２２本のカムシャフト（１本のシャフトにつき１つのカムロブ）を製造した。
【００３７】
カムロブの原料粉体、シャフトの材料、その他の条件については前記実施例と同様にした。
【００３８】
従来の組立カムシャフトの製造方法では、具体的には、シャフトの外周に軸方向に延びる溝を形成し、一方このシャフトに接合すべきカムロブの内周面には突起を形成し、突起と溝とを合致させてカムロブをシャフトに嵌合した後、焼結することによりシャフトにカムロブを接合させる方法である（前述の特許文献１〜３を参照）。
【００３９】
前記実施例１と同様の評価を行った結果を以下の表１、および図７（ｂ）のグラフに示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
以上の表１及び図７（ａ）、（ｂ）から、実施例は、位相角度誤差のばらつきについて比較例よりも小さい。実施例は、位相角度についてシャフトに対するカムロブの位置決めを高い精度で達成した。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一例を示すカムシャフトの部分破断斜視図である。
【図２】図１に示すカムシャフトの一部拡大斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明のカムロブ圧粉体の斜視図であり、（ｂ）はシャフトの斜視図である。
【図４】（ａ）は図３（ａ）に示す部位Ｐ２の拡大側面図であり、（ｂ）は図３（ｂ）に示す部位Ｐ３の拡大側面図である。
【図５】（ａ）は本発明における焼結前の位置決め機構の拡大断面図であり、（ｂ）は焼結後の位置決め機構の拡大断面図であり、図２の部位Ｐ１に相当する。
【図６】カムシャフトの製造工程を示すフロー図である。
【図７】（ａ）は実施例の結果を示すグラフであり、（ｂ）は比較例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１  カムシャフト
２  シャフト
３  カムロブ
４  ジャーナル
５  第１の位置決め機構
６  第２の位置決め機構
２１  第１の位置決め溝
２１ａ  第１の凹部
２１ｂ  第１の凸部
３１  第１の位置決め突起
３１ａ  第２の凸部
３１ｂ  第２の凹部
【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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【図７】
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