(57)【要約】【課題】簡便で歩留まりがよく、かつ位置精度、角度精度が良好な、組立カムシャフトの製造方法を提供すること。【解決手段】シャフトの外周に凸部を形成し、カムロブのシャフト挿入口の内周に、カムロブの厚さ方向に貫通しない凹部を形成し、前記シャフトの凸部と、前記カムロブの凹部とを嵌め合わせることにより位置決めをした状態で焼結することによりシャフトとカムロブとを一体化することにより組立カムシャフトを製造する。【選択図】図３
2013213412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトにカムロブを焼結拡散接合により一体に組み付ける組立カムシャフトの製造方法であって、
シャフトの外周に凸部を形成し、
カムロブのシャフト挿入口の内周に、カムロブの厚さ方向に貫通しない凹部を形成し、
前記シャフトの凸部と、前記カムロブの凹部とを嵌め合わせることにより位置決めをした状態で焼結することによりシャフトとカムロブとを一体化する
ことを特徴とする組立カムシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記カムロブの凹部を複数個形成し、
前記シャフトの凸部と、前記カムロブにおける複数の凹部の中から任意に選択した一の凹部とを嵌め合わせることにより位置決めを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の組立カムシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記シャフトの凸部と、前記カムロブの凹部とを嵌め合わせた状態で、シャフトの周方向に任意の角度だけ回転させることにより、カムロブの自重を利用してカムロブの凹部の一端とシャフトの凸部とが突き当たった状態とし、この状態で焼結する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の組立カムシャフトの製造方法。
【請求項４】
前記シャフトとして中空シャフトを用い、
当該中空シャフトの外周に凸部を形成するにあたり、中空シャフトの、凸部を形成する位置と反対側に穴を開け、当該穴からパンチを通して、中空シャフトの内側から前記パンチで押圧することで凸部を形成する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の組立カムシャフトの製造方法。
【請求項５】
前記中空シャフトに穴を開けるにあたり、カムロブを組み付けた際に当該カムロブによって穴の一部が塞がれるように穴を開ける
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の組立カムシャフトの製造方法。
【請求項６】
カムロブのシャフト挿入口の内周に、前記凹部とは別に、カムロブの厚さ方向に貫通する溝を形成し、
複数のカムロブをカムシャフトに組み付けるにあたり、前記溝によってシャフトの凸部を交わしつつ、シャフトの所望の位置までカムロブを移動させ、その後にシャフトの凸部とカムロブの凹部とを嵌め合わせることにより位置決めをする
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の組立カムシャフトの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の組立カムシャフトの製造方法により製造された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、組立カムシャフトの製造方法および組立カムシャフトに関する。
【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、いわゆる組立カムシャフトを製造するにあっては、カムロブをシャフトの所定の位置に所定の角度で固定しつつ焼結を行う必要があり、従来から、この位置合わせや固定の方法が種々開発されている。
【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２には、シャフトの外周面に軸方向に連続する凹部（溝）を設け、他方、カムロブ側には、前記凹部に対応する凸部を設けることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、シャフトの外周面、およびカムロブの双方に凹部を設け、当該２つの凹部により形成される空隙部にピンを挿入することにより双方を固定す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】特開昭５４−０４１２６６号公報
【特許文献２】特開昭６０−０３３３０２号公報
【特許文献３】特開平０８−２１０１１０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、前記特許文献１および特許文献２に開示されている方法にあっては、シャフトの外周面に軸方向に連続する凹部（つまり溝）を形成する必要があり、設計自由度が低下することがあり、強度的に問題が生じる場合もあった。
【０００８】
また、前記特許文献３に開示されている方法にあっても、前記特許文献１と同様、凹部を形成する必要があるため、設計自由度が低下したり、強度が低下したりする問題が生じ得る他、カムロブ、シャフトの他にピン部材が必要となるため、製造工程が煩雑となり、歩留まりが低下し、生産コストが嵩むことが考えられる。
【０００９】
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、簡便で歩留まりがよく、かつ位置精度、角度精度が良好な、組立カム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】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、シャフトにカムロブを焼結拡散接合により一体に組み付ける組立カムシャフトの製造方法であって、シャフトの外周に凸部を形成し、カムロブのシャフト挿入口の内周に、カムロブの厚さ方向に貫通しない凹部を形成し、前記シャフトの凸部と、前記カムロブの凹部とを嵌め合わせることにより位置決めをした状態で焼結することによりシャフトとカムロブとを一体化することを特徴とする。
【００１１】
上記の発明にあっては、前記カムロブの凹部を複数個形成し、前記シャフトの凸部と、前記カムロブにおける複数の凹部の中から任意に選択した一の凹部とを嵌め合わせることにより位置決めを行ってもよい。
【００１２】
また、前記シャフトの凸部と、前記カムロブの凹部とを嵌め合わせた状態で、シャフトの周方向に任意の角度だけ回転させることにより、カムロブの自重を利用してカムロブの凹部の一端とシャフトの凸部とが突き当たった状態とし、この状態で焼結してもよい。
【００１３】
さらに、前記シャフトとして中空シャフトを用い、当該中空シャフトの外周に凸部を形成するにあたり、中空シャフトの、凸部を形成する位置と反対側に穴を開け、当該穴からパンチを通して、中空シャフトの内側から前記パンチで押圧することで凸部を形成してもよい。
【００１４】
さらにまた、前記中空シャフトに穴を開けるにあたり、カムロブを組み付けた際に当該カムロブによって穴の一部が塞がれるように穴を開けてもよい。
【００１５】
また、カムロブのシャフト挿入口の内周に、前記凹部とは別に、カムロブの厚さ方向に貫通する溝を形成し、複数のカムロブをカムシャフトに組み付けるにあたり、前記溝によってシャフトの凸部を交わしつつ、シャフトの所望の位置までカムロブを移動させ、その後にシャフトの凸部とカムロブの凹部とを嵌め合わせることにより位置決めをしてもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するための本発明は、上記の製造方法により製造された組立カムシャフトである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シャフトには凸部が形成されるのみであるため、設計の自由度が低下することはなく、またシャフトの強度が問題となることもない。
【００１８】
また、本発明において、カムロブの凹部を複数個形成しておき、その中から任意に選択した一の凹部と、シャフトの凸部とを嵌め合わせることにより、形成するカムロブの種類を減らすことができ、つまり、カムロブの角度毎に別々のカムロブを形成する必要がなくなり、その結果として歩留まりを向上することができるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００１９】
また、本発明において、カムロブの自重を利用することにより、より高精度に位置（角度）決めをすることができる。
【００２０】
さらに、本発明において、シャフトの凸部を、シャフトに設けられた穴からパンチで押圧して設けることにより、簡便かつ正確に所望の凸部を形成することができる。
【００２１】
さらにまた、本発明において、シャフトの凸部を形成するために用いた穴の一部をカムロブで塞ぐことにより、換言すれば、穴の全部をカムロブで塞がないことにより、カムロブから露出した穴を給油穴として利用することができる。
【００２２】
また、本発明において、カムロブに対してカムロブの厚さ方向に貫通しない凹部のみならず、カムロブの厚さ方向に貫通する溝を設けておくことにより、一本のシャフトに複数のカムロブを順次組み付けていくにあたり、当該溝を利用してシャフトの所望の位置までカムロブを移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は、凸部の正面側からみたシャフトの平面図であり、（ｂ）は凸部の側面側からみたシャフトの平面図である。
【図２】中空シャフトに凸部を形成する方法の一例を示す工程図（シャフトの断面図）である。
【図３】凹部および溝が形成されたカムロブの斜視図である。
【図４】位置決めをした際のシャフトとカムロブとの関係を示す図である。
【図５】本実施形態にかかる製造方法において製造された組立カムシャフトの斜視図である。
【図６】凹部および複数の溝が形成されたカムロブの斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施形態にかかる製造方法について、図面を用いて具体的に説明する。
【００２５】
（１）シャフトの外周に凸部を形成する工程
図１（ａ）は、凸部の正面側からみたシャフトの平面図であり、（ｂ）は凸部の側面側からみたシャフトの平面図である。
【００２６】
図１に示すように、実施形態にかかる製造方法においては、シャフト１０の外周に凸部１１を形成する工程が行われる。
【００２７】
ここで、図１においては凸部１１の数が４つであるが、これは一例であり、形成される凸部１１の個数は特に限定されず、シャフト１０に組み付けるカムロブの個数に応じて任意に設計可能である。
【００２８】
また、図１においては凸部１１の形状が円筒形状であるが、これも一例であり、その形状は特に限定されることはなく、カムロブ側に形成される凹部との嵌め合わせを考慮して任意に設計可能である。例えば、長丸筒形状や楕円筒形状としてもよい。凸部１１の大きさについても特に限定されることはなく、凸部１１の形状と同様、カムロブ側に形成される凹部との嵌め合わせを考慮して任意に設計可能である。例えば、凸部１１の幅Ｗは、１〜８ｍｍとすることが好ましく、凸部１１の高さＨは、シャフト１０の肉厚Ｔを２〜８ｍｍとした時に０．０１≦Ｈ≦２Ｔ／３とすることが好ましい。
【００２９】
シャフト１０についても特に限定されることはなく、いわゆる組立カムシャフトを製造する際に従来から用いられている各種シャフトを適宜選択して用いることができる。なお、近年はカムシャフト自体の軽量化が要求されており、また後述する凸部１１の形成方法などを考慮すると、シャフト１０は中空シャフトであることが好ましい。
【００３０】
凸部１１を形成する方法については特に限定されることはなく、上記で説明した凸部１１を精度よく形成することができる方法を任意に選択可能である。したがって、後述するような、シャフトに穴を開けてプレスすることにより凸部１１を形成する方法に限定されることはなく、穴を開けることなく凸部１１を形成してもよい。
【００３１】
図２は、中空シャフト１０に凸部１１を形成する方法の一例を示す工程図（シャフトの断面図）である。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、中空シャフト１０において、凸部１１を形成する位置Ｘと反対側に穴１２を開ける。当該穴１２を開ける方法については特に限定することはなく、ドリル加工やプレス打ち抜き加工などにより適宜形成すればよい。また、当該穴１２の形状や大きさについても特に限定することはなく、次の工程で用いられるパンチの形状や、形成しようとする凸部１１の形状等を考慮すればよい。なお、当該穴１２の大きさについては、この後においても説明するが、最終的にカムロブが組み付けられた状態でカムロブから穴１２の一部が露出する程度の大きさに設計することが好ましい。このように穴１２の一部をカムロブで完全に塞がずに、その一部が露出した状態とすることにより、当該露出した穴１２を給油穴として利用することができる。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、前記穴１２からパンチ１３を通して、中空シャフト１０の内側からパンチで押圧する。図には一体型のパンチ１３が記載されているが、パンチ１３の形状等についてはこれに限定されることはなく、適宜設計可能である。また、押圧する際の圧力についても特に限定されることはなく、シャフト１０の硬さや形成すべき凸部１１の高さＨなどを考慮して設計すればよい。
【００３４】
このようにして、図１で示したような凸部１１が形成されたシャフト１０を形成することができる。
【００３５】
（２）カムロブのシャフト挿入口の内周に凹部を形成する工程
図３は、凹部および溝が形成されたカムロブの斜視図である。
【００３６】
図３に示すように、実施形態にかかる製造方法においては、カムロブ２０の挿入口の内周に凹部２１を形成する工程が行われる。
【００３７】
ここで、図３においては凹部２１の数が２つであるが、これは一例であり、形成される凹部２１の個数は特に限定されず、少なくとも１つ形成されていればよい。しかしながら、凹部２１を複数個形成しておき、この中から任意に一つ選択することにより、シャフト１０に形成された凸部１１と嵌め合わせるにあたり、当該凹部２１の位置によってカムロブの角度を調整することができる点で好ましい。つまり、図１に示すシャフト１０における凸部１１に対し、図３に示す凹部２１ａを嵌め合わせた場合のカムロブの角度と、図３に示す凹部２１ｂを嵌め合わせた場合のカムロブの角度が異なることから、異なる２つの角度のカムロブを同一シャフト１０に組み付ける場合であっても、カムロブ２０自体は同じものを用いることができる。その結果、全体の歩留まりを向上することができるとともに、コストダウンを図ることができる。なお、凹部２１の個数を３つ、４つと増やすことにより、カムロブの取り付け角度も３種、４種とすることが可能となる。
【００３８】
当該凹部２１の形状については、前述したシャフトの凸部１１の形状を考慮して任意に設計可能である。例えば、凹部２１のカムロブの厚さ方向の深さＤは、カムロブの厚さをＹ（４〜２０ｍｍ）とした時に０．５≦Ｄ≦２Ｙ／３とすることが好ましく、凹部２１の高さ幅Ｌは、１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３９】
ここで、図３に示すように、カムロブ２０には、前記凹部２１とは別に、カムロブの厚さ方向に貫通する溝２２を形成しておくことが好ましい。当該溝２２を形成しておくことにより、例えば図１に示すシャフト１０の右から２番目の凸部１１とカムロブの凹部２１とを嵌め合わせようとした場合において、当該溝２２を利用して、一番右の凸部１１をかわしつつ、所望の右から２番目の凸部１１の位置までカムロブ２０を移動せしめることができるからである。このような溝２２を形成することで、シャフト１０の一方側（例えば右側から）から連続的にカムロブ２０を供給することが可能となり、位置精度を向上することができるとともに歩留まりを向上することもできる。このような観点から、形成される溝の幅や深さについては、シャフト１０に形成される凸部１１をかわすことができる程度に設計すればよく、その個数は１つあればよい。また、図６に示すように、当該溝２２を複数配置することにより、当該溝２２を、凸部１１をかわすことのみに利用するのではなく、長手方向の位置決めを別の方法において行える場合にあっては、カムロブの厚さ方向に貫通している複数の溝２２とシャフトの凸部１１を組み合わせてカムロブ２０の角度を決めることができる。
【００４０】
このようなカムロブ２０を形成する方法については特に限定されることはなく、上記で説明した凹部２１や溝２２を精度よく形成することができる方法を任意に選択可能である。
【００４１】
例えば、焼結カムロブを形成するにあっては、金属あるいは合金の粉末を圧縮成形することにより、凹部２１や溝２２が所定の位置に形成された圧粉体を形成し、その後当該圧粉体を仮焼結することにより、本実施形態におけるカムロブ２０としてもよい。この方法を用いた場合における金属あるいは合金粉末については特に限定されることはなく、従来公知の粉末、例えばステンレス系合金粉末を用いてもよい。また、仮焼結に際しても、従来から行われている仮焼結と同様の装置・方法を用いることができる。例えば、９００℃前後で４５分程度焼結することにより圧粉体を仮焼結することができる。仮焼結を行うことにより、いきなり本焼結を行う場合に比べて圧粉体の熱変形量を小さくすることができ、その結果、最終製品の精度を向上せしめることができる。
【００４２】
（３）位置決め工程
本実施形態においては、上記で説明したシャフト１０の凸部１１と、カムロブ２０の凹部２１とを嵌め合わせることにより、シャフト１０とカムロブ２０との位置決めを行う。
【００４３】
両者の嵌め合わせについては、上述した通りであり、カムロブ２０に形成された溝２２を利用してカムロブを所定の位置まで移動させ、その位置におけるシャフトの凸部１１と、カムロブ２０の凹部２１とを、カムロブの角度を考慮して嵌め合わせればよい。また、場合によっては、溝２２と凸部１１を利用してカムロブ２０の位置（角度）決めを行っても良い。
【００４４】
図４は、位置決めをした際のシャフトとカムロブとの関係を示す図である。
【００４５】
位置決めをするにあたり、シャフト１０の凸部１１とカムロブ２０の凹部２１とを嵌め合わせた後に、図４に示すように、シャフト１０の凸部１１が重力方向と垂直にならないように全体を回転させることにより、カムロブ２０のノーズ部分２３の自重を利用して、凸部１１と凹部２１の一端２１Ｘとが突き当たった状態とすると、より高精度なカム角度を得ることができる。また、こうすることにより、凸部１１と凹部２１との間に多少のクリアランスがある場合であっても、誤差なくシャフトとカムロブとを位置決めすることができる。なお、この場合においては、自重により突き当たった状態とすることで、カムロブの角度が所望の角度となるように、予め計算をしてカムロブの凹部２１を形成しておけばよい。
【００４６】
（４）焼結により一体化する工程
本実施形態にかかる製造方法においては、位置決めされたシャフト１０とカムロブ２０とを焼結により一体化する工程が行われる。
【００４７】
当該工程は、従来公知の焼結と同様であり特に限定されることはない。具体的には、例えば、１１００〜１２００℃で焼結することが好ましく、その時間は、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時間が好ましい。１２００℃以上で焼結すると、変形が大きすぎたり、微小な「ふくれ」が発生してしまう場合があり好ましくない。
【００４８】
（５）完成した組立カムシャフト
図５は、本実施形態にかかる製造方法において製造された組立カムシャフトの斜視図である。
【００４９】
図５に示すように、組立カムシャフト１００は、カムロブ２０が組み付けられた後の状態において、シャフト１０に形成された穴１２の一部が露出していることが好ましい。このように、穴１２の一部を露出させることにより、当該穴１２を給油穴として用いることができるからである。なお、穴１２の一部を露出させる方法としては、前述したように、穴１２を形成する段階でカムロブ２０の大きさを考慮して大きな穴を開けておいてもよく、一方で、図５に示すように、カムロブ２０の一部の厚さを薄く形成しておくことにより、穴１２の一部が露出されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０  …シャフト
１１  …凸部
１２  …穴
２０  …カムロブ
２１  …凹部
２２  …溝
１００…組立カムシャフト
【図１】
2013213412.tif 000003
【図２】
2013213412.tif 000004
【図３】
2013213412.tif 000005
【図４】
2013213412.tif 000006
【図５】
2013213412.tif 000007
【図６】
2013213412.tif 000008