(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムノーズ部とカムベース部とからなり、
前記カムベース部に形成され、シャフトとなるパイプが挿入される穴部を有したベースサークルと、
前記ベースサークルの穴部内周面に形成された複数の凹部と、
前記ベースサークルから前記カムノーズ部方向に空間が連続する切り欠きが設けられ、
該切り欠きは、前記ベースサークルの穴部内周面から該穴部の径方向に前記凹部よりも深く形成されており、その先端から外周面までの距離が、前記各凹部の先端から外周面までの距離のうち最も短い距離よりも長く形成されていることを特徴とするカムピース。
【請求項２】
前記切り欠きは、先端が円弧状であることを特徴とする請求項１記載のカムピース。
【請求項３】
前記切り欠きは、先端が矩形状であることを特徴とする請求項１記載のカムピース。
【請求項４】
前記切り欠きの開口幅は、前記凹部の開口幅と同じであり、前記切り欠きは、複数の前記凹部とともに前記ベースサークルの穴部内周面に等間隔となるように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のカムピース。
【請求項５】
前記切り欠きの開口幅は、前記凹部の開口幅より小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のカムピース。
【請求項６】
前記カムピースは、焼結法により製作されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のカムピース。
【請求項７】
カムノーズ部とカムベース部とからなり、
前記カムベース部に形成され、シャフトとなるパイプが挿入される穴部を有したベースサークルと、
前記ベースサークルの穴部内周面に形成された複数の凹部と、
前記ベースサークルから前記カムノーズ部方向に空間が連続する切り欠きが設けられ、
該切り欠きは、Ｖ字形状であって、その先端から外周面までの距離が、前記各凹部の先端から外周面までの距離のうち最も短い距離よりも長く形成されていることを特徴とするカムピース。
【請求項８】
カムノーズ部とカムベース部とからなり、
前記カムベース部に形成され、シャフトとなるパイプが挿入される穴部を有したベースサークルと、
前記ベースサークルの穴部内周面に形成された複数の凹部と、
前記ベースサークルから前記カムノーズ部方向に空間が連続する切り欠きが設けられ、
該切り欠きの開口幅は、前記凹部の開口幅より小さく、該切り欠きは、複数の前記凹部の配置間隔とは異なる位置に設けられており、その先端から外周面までの距離が、前記各凹部の先端から外周面までの距離のうち最も短い距離よりも長く形成されていることを特徴とするカムピース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組み立て式カムシャフトのカムピースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
組み立て式カムシャフトは、これまで鋳造法や鍛造法によりカムピース（カムロブとも称する）とシャフトが一体的に成形されていたカムシャフトに対して、焼結法などによりカムピースを別に製作し、これにシャフトを結合することでカムシャフトとするもので、製造コストの低減や軽量化を図ることを目的に開発されている。
【０００３】
この組み立て式カムシャフトの製造方法は、たとえば焼結合金などによりカムノーズ部とベースサークルとを一体成形した中空カムピースを製作し、このカムピースのベースサークル内周に合わせたパイプをベースサークル内に挿入した後に、バルジ加工やマンドレル加工などの拡管法によりパイプを膨出させて、パイプをカムピースに結合させている。
【０００４】
ところが、このような組み立て式カムシャフトでは、ベースサークル内に挿入したパイプを拡管させる時に、カムピースに内側から大きな力が加わるため、クラックが発生するといった問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、たとえば特開平１０−３３９１１０号公報には、カムピースを、その外周部の表面硬さより内周部の硬さの方が低くなるよう熱処理して、シャフト拡管時の応力を内周部の硬度が低い部分で受けることによりクラックの発生を防止することが開示されている。
【０００６】
また、特開平６−１０６２６７号公報には、カムピースを焼結法ではなく、厚さがほぼ均等な中空部材により成形し、ベースサークルの内周部に設ける回転止めの位置をベースサークルと曲率が異なる円部を除く部位に設けることで、回転止め部分への応力集中を避けて、クラックの発生を防止することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の特開平１０−３３９１１０号公報に開示されている方法では、カムピースを硬度の異なる二重構造としなければならず、このために複雑な熱処理工程が必要となることから、組み立て式カムシャフトの主目的の一つである製造コスト低減効果が損なわれてしまうという問題がある。
【０００８】
また、特開平６−１０６２６７号公報では、ほぼ均等な肉厚の中空材によりカムピースを製作していることから、回転止め以外の部分にもクラックが発生する可能性があり、特に、この方法を焼結法に適用した場合には、カムノーズ部もベースサークルと厚みが同じであることから、パイプの拡管時に加わる力によってカムノーズ部にもクラックが発生してしまう可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、組み立て式カムシャフトのカムピースにおいて、製造コストの増加を招くことなく、カムピースのベースサークル内に挿入したパイプ拡管時におけるクラックの発生を防止することのできるカムピースを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の構成により達成される。
【００１１】
（１）カムノーズ部とカムベース部とからなり、前記カムベース部に形成され、シャフトとなるパイプが挿入される穴部を有したベースサークルと、前記ベースサークルの穴部内周面に形成された複数の凹部と、前記ベースサークルから前記カムノーズ部方向に空間が連続する切り欠きが設けられ、該切り欠きは、前記ベースサークルの穴部内周面から該穴部の径方向に前記凹部よりも深く形成されており、その先端から外周面までの距離が、前記各凹部の先端から外周面までの距離のうち最も短い距離よりも長く形成されていることを特徴とするカムピース。
【００１２】
（２）前記切り欠きは、先端が円弧状であることを特徴とする。
【００１３】
（３）前記切り欠きは、先端が矩形状であることを特徴とする。
【００１４】
（４）前記切り欠きの開口幅は、前記凹部の開口幅と同じであり、前記切り欠きは、複数の前記凹部とともに前記ベースサークルの穴部内周面に等間隔となるように設けられていることを特徴とする。
【００１５】
（５）前記切り欠きの開口幅は、前記凹部の開口幅より小さいことを特徴とする。
【００１６】
（６）前記カムピースは、焼結法により製作されたものであることを特徴とする。
【００１７】
（７）カムノーズ部とカムベース部とからなり、前記カムベース部に形成され、シャフトとなるパイプが挿入される穴部を有したベースサークルと、前記ベースサークルの穴部内周面に形成された複数の凹部と、前記ベースサークルから前記カムノーズ部方向に空間が連続する切り欠きが設けられ、該切り欠きは、Ｖ字形状であって、その先端から外周面までの距離が、前記各凹部の先端から外周面までの距離のうち最も短い距離よりも長く形成されていることを特徴とするカムピース。
【００１８】
（８）カムノーズ部とカムベース部とからなり、前記カムベース部に形成され、シャフトとなるパイプが挿入される穴部を有したベースサークルと、前記ベースサークルの穴部内周面に形成された複数の凹部と、前記ベースサークルから前記カムノーズ部方向に空間が連続する切り欠きが設けられ、該切り欠きの開口幅は、前記凹部の開口幅より小さく、該切り欠きは、複数の前記凹部の配置間隔とは異なる位置に設けられており、その先端から外周面までの距離が、前記各凹部の先端から外周面までの距離のうち最も短い距離よりも長く形成されていることを特徴とするカムピース。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、請求項ごとに以下の効果を奏する。
【００２０】
請求項１記載の本発明によれば、ベースサークルに切り欠きを設けることで、ベースサークルにパイプ挿入後パイプを拡管したときに、ベースサークルの穴部内周面から外周面までの距離が最も短くなる部分における応力集中を緩和してクラックの発生を防止することができる。また、切り欠きを設けることで、その分カムピースの重量を軽くすることができる。
【００２１】
請求項２記載の本発明によれば、切り欠き先端を円弧形状としたので、なだらかな形状により切り欠きが構成されるため、カムピース全体の強度を高くすることができる。特に、焼結法によりカムピースを成形する場合には、角部がないことから焼結前の焼結合金成形時における成形品の安定性がよい。
【００２２】
請求項３記載の本発明によれば、切り欠き先端を矩形状としたので、寸法管理が容易である。
【００２３】
請求項４記載の本発明によれば、切り欠きの開口幅を凹部の開口幅と同じにして、複数の凹部とともにベースサークルの穴部内周面に等間隔となるように配置することで、切り欠き自体に回転止めの凹部としての機能を持たせることができ、切り欠きを設けたことによるパイプとベースサークルとの接触面積の減少をなくすことができる。
【００２４】
請求項５記載の本発明によれば、切り欠きの開口幅を凹部の開口幅より小さくしたので、切り欠きを設けたことによるパイプとベースサークル穴部内周面との接触面積の減少を必要最小限に抑えることができる。
【００２５】
請求項６記載の本発明によれば、カムピースが焼結法により製作されたものとしたので、切り欠きを設けることでその分の焼結合金を節約することができる。
【００２６】
請求項７記載の本発明によれば、切り欠きをＶ字形状としたので、切り欠きに応力集中を起こさせやすくなり、小さな切り欠きで、十分な応力緩和効果をもたらすことができる。
請求項８記載の本発明によれば、切り欠きの開口幅を凹部の開口幅より小さくして、複数の凹部の配置間隔とは異なる位置に配置したので、切り欠きを凹部の配設位置に設けることができない場合でも、切り欠きを設けたことによるパイプとベースサークルの穴部内周面との接触面積の減少を必要最小限に抑えることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適当した第１の実施の形態における組み立て式カムシャフトのカムピースを、シャフトとなるパイプの挿入方向から見た図面である。
【００２９】
このカムピース１は、焼結合金を用いて焼結法により製作したもので、カムノーズ部１１とカムベース部１２からなる。
【００３０】
カムベース部１２には、シャフトとなるパイプを挿入するための穴部を持つベースサークル１３がある。このベースサークル１３の穴部内周面には、回転止めとなる凹部１４が７個と、ベースサークル１３からカムノーズ部１１方向に空間が連続する切り欠き２１が設けられている。
【００３１】
切り欠き２１は、凹部１４とともに回転止めの一つとして機能し、かつ、後述するように、パイプ結合の際におけるパイプの拡管時に各凹部１４における応力集中を緩和させるためのものである。
【００３２】
この切り欠き２１の設置位置は、ベースサークル１３の穴部内周面に設置されている凹部１４とともに等間隔の位置にある。
【００３３】
切り欠き２１の開口幅Ａは、凹部１４の開口幅Ｕと同じにしてある。また、切り込み２１の深さＢは、凹部１４の深さＷより深く、かつ、この切り込み１２による空間の先端から外周面までの距離（残し部分と称する）Ｃが、ベースサークル１３の穴部内周面から外周面までの距離のうち最も短くなっている部分、ここでは凹部１４の先端から外周面までの距離（最短部と称する）Ｘよりも長くなるようにしている。
【００３４】
切り込み部２１のこのような条件は、まず、開口幅を凹部１４と同じくすることで、拡管時において拡管される部分の面積を凹部１４と変化させずに、不要な力や外径の変化などを発生させないようにするためである。これは、開口幅があまり大きいと、切り込みを設けたことにより強度不足が発生したり、またパイプとベースサークル穴部内周面との接触面積が少なくなり、パイプとベースサークルとの接合強度が低下したりするので、切り欠き２１の開口幅を凹部１４の開口幅と同じにしたものである。
【００３５】
さらに、切り欠き２１の開口幅を凹部１４の開口幅と同じにすることで、拡管時にマンドレルを使用する場合には、従来（切り込みを設けていないもの）から用いているマンドレルをそのまま使用することができる。
【００３６】
切り込み深さＢを凹部深さＷより深くするのは、切り込み深さが凹部より浅いと回転止めとして機能しなくなるためである。その一方で、残し部分Ｃを最短部Ｘよりも長くするのは、この切り欠き２１を設けた部分に応力が集中するため、もし残し部分Ｂが最短部Ｘより短くなると、切り込み２１を設けた部分が破損する恐れがあり、好ましくないからである。
【００３７】
この切り込み２１の形状は、端部を円弧状にしている。このように端部を円弧状にすることで、焼結法において、焼結合金を金型に充填した後、金型から焼結前成形物を取り出したときに、成形割れを発生しにくくすることができる。
【００３８】
図２は、このように切り欠きを設けたカムピースと、シャフトとなるパイプを接合する工程を示す概略図である。ここでは、カムピース１とパイプ５１を接合する方法の一例として、図示するようにマンドレル５２を用いた方法を示す。
【００３９】
マンドレル５２を用いた方法では、カムピース１にパイプ５１を挿入後、カムピース１をパイプ５１の所定の位置に位置決めする。そして、パイプ５１内にマンドレル５２を挿入する。このときマンドレル５２の角部分は、カムピース１に設けられている凹部１４と切り欠き２１に合うように向けられている。
【００４０】
マンドレル５２の挿入に伴いマンドレル５２の角部がパイプ５１を拡管して、凹部１４および切り欠き２１に、拡管されたパイプ５１の一部が嵌合し、カムピース１とパイプ５１が接合される。
【００４１】
なお、このようなカムピース１とパイプ５１の接合には、マンドレルを用いるほか、液圧や空圧によるバルジ加工を用いてもよい。
【００４２】
次に、本第１の実施の形態の切り欠きを設けたカムピースと、従来の切り欠きを設けていないカムピースについて、上述したマンドレル加工を行った際にカムピースに加わる応力をシミュレーションした結果を説明する。
【００４３】
図３は従来のカムピースにおける応力シミュレーションの結果を示す概略図であり、図４は本第１の実施の形態のカムピースにおける応力シミュレーションの結果を示す概略図である。なお、図３および図４ともに、カムピースのベースサークル内が見渡せるように、カムピースの半分のみを示している。
【００４４】
まず、図３に示した従来のカムピースでは、シミュレーションの結果、マンドレルの挿入にともなって、各凹部１４の先端から外周までの距離が最も短くなっている部分に大きな応力が加わっている。図３においては、この部分の色が濃くなって強い応力が加わっていることを示している。
【００４５】
これに対して、図４に示した本実施の形態のカムピースでは、切り欠き２１部分に応力が集中することで、カムピース全体に応力が分散し、均一化が図られて、凹部１４にかかっていた応力が緩和されている。図４においては、前記の図３と比較して、凹部１４部分の色が薄くなり応力が緩和されていることを示している。なお、応力の集中した切り欠き２１による残し部分は、カムピースのなかで最も内周面から外周面までの距離が長くなっている部分であるため、この応力集中によるクラックの発生はない。
【００４６】
このように、シミュレーションの結果からも、本第１の実施の形態のごとくカムピースに切り欠きを設けることで、これまで穴部内周面から外周面までの距離が短く、拡管時にクラック発生の恐れがあった凹部部分の応力を緩和できることがわかる。
【００４７】
そして、このように凹部部分での応力を緩和することができるため、カムピースを成形するための焼結合金材料としては、比較的安価な合金材料を用いればよいので、より一層のコスト低減効果を期待することができる。
【００４８】
また、カムピースに切り欠きを設けることで、その分の重量が軽くなり、カムピースの軽量化を図ることができる。さらには、焼結法の場合、この切り欠きの分だけ材料を節約できることになり、材料コストの低減化にも寄与することができる。
【００４９】
さらに、切り欠きは、ベースサークルの空間から連続しているため、複数の形状が分離したような特殊な金型を用いる必要がないので、金型制作費についても従来並みとすることができる。
【００５０】
以上本発明を適用した一実施の形態を説明したが、本発明における切り欠き形状は、さまざまな形とすることが可能である。そこで、以下では、切り欠き形状の異なる実施の形態を説明する。
【００５１】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【００５２】
本第２の実施の形態は、カムピース２に設けた切り欠き２２の形状を、図示するように、切り欠き先端を矩形状とし、切り欠き全体がほぼ長方形となるようにしたものである。なお、その他の構成は前述した実施の形態と同様であり、特に、切り欠き２２の大きさは、開口幅が凹部１４の開口幅と同じであり、切り欠きの深さは、凹部１４より深く、かつ、残し部分が最短部より長くなるようにしている。
【００５３】
このように、長方形の切り欠き２２を設けたカムピース２は、前述した第１の実施の形態と同じく、拡管時における凹部１４の応力集中を緩和することができるとともに、切り欠き２２の形状が長方形であることから、焼結に用いる金型の寸法管理や製作が容易になる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
図６は、第３の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【００５５】
本第３の実施の形態は、カムピース３に設けた切り欠き２３の形状を図示するようにＶ字形としたものである。なお、その他の構成は前述した実施の形態と同様であり、特に、切り欠き２３の大きさは、開口幅が凹部１４の開口幅と同じであり、切り欠きの深さは、凹部より深く、かつ、残し部分が最短部より長くなるようにしている。
【００５６】
このように、Ｖ字形の切り欠き２３を設けたカムピース１は、先端形状が小さいため、この部分に全体の応力が集中しやすくなり、前述した第１の実施の形態や第２の実施の形態と比較して小さな切り欠きにより、凹部１４に対する応力緩和効果を出すことができる。
【００５７】
（第４の実施の形態）
図７は、第４の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【００５８】
本第４の実施の形態は、図示するように、カムピース４に二つの切り欠き２４ａおよび２４ｂを設けたものである。
【００５９】
この切り欠き２４ａおよび２４ｂは、回転止めの凹部１４とは異なる位置に設けたものである。その開口幅Ｄは、凹部１４の開口幅Ｕ以下でよく、上述した第１〜３の実施の形態のように、必ずしも同じにする必要はない。一方、切り欠きの深さＥは、凹部１４の深さより深く、かつ、残し部分が最短部より長くなるようにしている。
【００６０】
これは、二つ設けた切り欠き２４ａおよび２４ｂは、ともに回転止めとしての機能を持っていないため、その開口幅を凹部の開口幅と必ずしも合わせる必要がないのである。そしてこの場合は、開口幅が大きいと、パイプとベースサークル内周面との接触面積が少なくなり、パイプとベースサークルの接合強度が低下するので、できるだけ小さくすることが好ましい。なお、切り欠きの開口幅の下限は、ごくわずかでよく特に限定されないが、焼結に用いる金型の製作できる開口幅限界によって規定される。
【００６１】
一方、切り欠きの深さは、あまり浅いと効果がなく、逆に、あまり深くして残し部分が最短部より短くなるようでは、この部分の強度不足となるので好ましくない。
【００６２】
なお、二つの切り欠き２４ａおよび２４ｂは、カムノーズ部１１の先端を通る中心線Ｔに対して対象となる位置に、同じ形状で設ける必要がある。これは、もし二つの切り欠き２４ａおよび２４ｂの設置位置や形状が異なる場合、カムとしての対象性が崩れてバランスが悪くなり、カムシャフトとして使用することができなくなるためである。
【００６３】
このように、切り欠きを二つ設けても、前述した第１〜３の実施の形態と同様に、凹部１４への応力集中を緩和することができる。
【００６４】
なお、図７に示した切り欠き２４ａおよび２４ｂは、その先端形状を円弧状としているが、これに代えて、長方形としたり、または、Ｖ字形としてもよい。
【００６５】
（第５の実施の形態）
図８は、第５の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【００６６】
このカムピース５は、回転止めの凹部１４の位置が、前述した各実施の形態と異なり、カムノーズ部１１の先端を通る中心線Ｔに対して対象となるように設けられているものであり、切り欠き２５は中心線Ｔ上に設けている。
【００６７】
この切り欠き２４ａおよび２４ｂは、回転止めの凹部１４とは別の位置に設けたものである。その開口幅Ｄは、凹部１４の開口幅Ｗと同じか、小さければよく、上述した第１〜３の実施の形態のように、必ずしも同じにする必要はない。一方、切り欠きの深さは、凹部より深く、かつ、残し部分が最短部より長くなるようにしている。
【００６８】
この場合、切り欠き２５は、回転止めとしての機能を持っていないため、その開口幅を凹部の開口幅と必ずしも合わせる必要がない。しかしながら、前述した第４の実施の形態と同様に、開口幅が大きいと、パイプとベースサークル穴部内周面との接触面積が少なくなり、パイプとベースサークルとの接合強度が低下するので、その開口幅を凹部１４の開口幅より小さくすることが好ましい。
【００６９】
一方、切り欠きの深さは、前述した各実施の形態と同様に、凹部１４より深く、かつ、残し部分が最短部より長くなるようにしている。
【００７０】
このように、回転止めである凹部１４の位置がカムノーズ部先端を通る中心線と異なる位置に設けられている場合には、１つの切り欠き２５を設けることで、前述した第１〜４の実施の形態と同様に、凹部１４への応力集中を緩和することができる。
【００７１】
なお、図８に示した切り欠き２５は、その先端形状を円弧状としているが、これに代えて、長方形としたり、または、Ｖ字形としてもよい。
【００７２】
（第６の実施の形態）
図９は、第６の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【００７３】
このカムピース６は、前述した第５の実施の形態と同様に、回転止めである凹部１４の位置が、カムノーズ部１１の先端を通る中心線Ｔに対して対象となるように設けられているものであり、二つの切り欠き２６ａおよび２６ｂを凹部１４とともにベースサークル１３の穴部内周面に等間隔となるように設けたものである。
【００７４】
この切り欠き２６ａおよび２６ｂは、前述した第１の実施の形態と同様に、回転止めとしての機能も有するため、その開口幅は、凹部１４の開口幅と同じにしてある。切り欠きの深さは、凹部より深く、かつ、残し部分が最短部より長くなるようにしている。また、二つの切り欠き２６ａおよび２６ｂは、カムノーズ部１１の先端を通る中心線Ｔに対して対象となる位置に、同じ形状で設けている。
【００７５】
このように、回転止めである凹部１４の位置がカムノーズ部先端を通る中心線と異なる位置に設けられている場合に、凹部１４とともに等間隔となるように切り欠き２６ａおよび２６ｂを設けることで、前述した第１〜５の実施の形態と同様に、凹部１４への応力集中を緩和することができる。
【００７６】
なお、図９に示した切り欠き２６ａおよび２６ｂは、その先端形状を円弧状としているが、これに代えて、長方形としたり、または、Ｖ字形としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適当した第１の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【図２】  第１の実施の形態におけるカムピースとパイプを接合する工程を示す概略図である。
【図３】  従来のカムピースにおける応力シミュレーションの結果を示す概略図である。
【図４】  本第１の実施の形態のカムピースにおける応力シミュレーションの結果を示す概略図である。
【図５】  本発明を適当した第２の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【図６】  本発明を適当した第３の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【図７】  本発明を適当した第４の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【図８】  本発明を適当した第５の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【図９】  本発明を適当した第６の実施の形態におけるカムピースを示す図面である。
【符号の説明】
１、２、３、４、５、６    カムピース
１１   カムノーズ部
１２   カムベース部
１３   ベースサークル
１４   凹部
２１   切り欠き
５１   パイプ
５２   マンドレル
【図１】
0003873704.tif 000002
【図２】
0003873704.tif 000003
【図３】
0003873704.tif 000004
【図４】
0003873704.tif 000005
【図５】
0003873704.tif 000006
【図６】
0003873704.tif 000007
【図７】
0003873704.tif 000008
【図８】
0003873704.tif 000009
【図９】
0003873704.tif 000010