(57)【要約】【課題】シャフトＳに組み付けるカムピースＣの位置ずれを極力、なくして、カムシャフトＣＳにおけるカムロブｃ２の位相ずれを実質、解消する。【解決手段】カムピースＣの軸孔ｃ３にシャフトＳが挿通されている状態で、カムロブ部ｃ２の外周を押圧しシャフトＳに対して位置決めする位置決め部材（例えば位置決めチャック３）と、この位置決め部材を介してカムピースＣを振動させる加振手段（例えば超音波振動子５）と、を備える。位置決め部材には、カムロブ部ｃ２をその先端側から挟むように一対の転動部材（例えばローラ３２）を配設して、それぞれシャフトＳの長手方向に延びる軸（例えば支軸３３）の周りを転動可能に設ける。【選択図】図１
2016114235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムピースをシャフトに組み付けてなるカムシャフトの製造装置であって、
前記カムピースに設けられた軸孔に前記シャフトが挿通されている状態で、当該カムピースにおけるカムロブ部の外周を押圧し、シャフトに対して位置決めする位置決め部材と、
前記位置決め部材を介してカムピースを振動させる加振手段と、を備えており、
前記位置決め部材には、前記カムロブ部をその先端側から挟むように一対の転動部材が配設されて、それぞれ前記シャフトの長手方向に延びる軸の周りを転動可能に設けられていることを特徴とするカムシャフトの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばエンジンの吸気弁や排気弁などを駆動するカムシャフトの製造装置に関し、特にカムピースをシャフトに組み付ける組立工程に関連する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの吸気弁や排気弁などを駆動する動弁系のカムシャフトとしては、カムピースをシャフトと別体に形成し、焼き嵌め（締まり嵌め）で組み付けるようにしたものが知られている。このような組み立て式のカムシャフトの製造装置として、例えば特許文献１に開示されるものでは、カムピースをクランパによって保持した状態で加熱し、膨張した軸孔にシャフトを挿通させた後に、冷却するようにしている。
【０００３】
この製造装置では、上下に並んだ複数のテーブルのそれぞれにクランパが配設されていて、複数のカムピースをそれぞれシャフトに組み付ける位相に対応する向きに保持するようになっている。クランパは相対する一対のクランプ部材を備えており、一側のクランプ部材は、カムピースのカムロブ部を先端側から挟むように把持する断面Ｖ字状の凹みを有し、他側のクランプ部材はベース部を把持する断面円弧状の凹みを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２７５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記のように一対のクランプ部材によってカムピースを把持していても、その軸孔にシャフトを挿通させるときに、このシャフトの外周面と軸孔の内周面との摩擦によって、カムピースの向きが僅かにずれてしまうおそれがある。すなわち、カムピースの軸孔の内周面には、焼き嵌め後の接合トルクを確保するために粗面化加工が施されており、加熱により膨張させていてもシャフトの外周面との間に或る程度以上の摩擦力が生じるからである。
【０００６】
そのようにシャフトに組み付ける際にカムピースの向きがずれてしまうと、出来上がったカムシャフトにおけるカムロブの位相が僅かながらずれることになり、このカムシャフトを組み込んだエンジンの動弁系において、吸気弁や排気弁の動作するタイミングにばらつきが生じる。このことは、多気筒エンジンの気筒毎の燃焼ばらつきを増大させることになり、例えば振動の増大や出力の低下といった不具合を招くおそれがある。
【０００７】
かかる点に鑑みて本発明の目的は、エンジンの動弁系などに用いられるカムシャフトの製造時に、シャフトに組み付けるカムピースのずれを極力、なくすことによって、カムロブの位相のずれを実質、解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために本発明は、カムピースをシャフトに組み付けてなるカムシャフトの製造装置を対象として、前記カムピースに設けられた軸孔に前記シャフトが挿通されている状態で、当該カムピースにおけるカムロブ部の外周を押圧し、シャフトに対して位置決めする位置決め部材と、この位置決め部材を介してカムピースを振動させる加振手段と、を備えたものである。
【０００９】
そして、前記位置決め部材には、前記カムロブ部をその先端側から挟むように一対の転動部材を配設し、それぞれ前記シャフトの長手方向に延びる軸の周りを転動可能に設けている。なお、転動部材としては、例えばローラやボールなどを用いればよく、或いは、ローラベアリング、ボールベアリング等などを用いることもできる。
【００１０】
前記のように構成された製造装置では、例えば焼き嵌めとする場合に、所定温度以上に加熱して膨張させたカムピースの軸孔にシャフトを挿通させた状態で、当該カムピースにおけるカムロブ部の外周を位置決め部材によって押圧し、シャフトの周りにカムピースを回動させて位置決めする。すなわち、位置決め部材には、カムロブ部を先端側から挟むように一対の転動部材が配設されていて、それぞれカムロブ部の外周を押圧するので、仮にカムピースの向きがシャフトの周方向にずれていると、このずれている方の転動部材がより強くカムロブ部を押圧し、ずれが小さくなる向きにカムピースを回動させるのである。
【００１１】
そうしてカムピースがシャフトの周りに回動するときに、カムロブ部を押圧する転動部材は転動するので、カムロブ部との摩擦によってカムピースの回動を妨げることがない。また、そうして回動させるカムピースは、位置決め部材を介して振動させることによって、その軸孔の内周面とシャフトの外周面との間の摩擦を減らすことができる。
【００１２】
つまり、カムピースと位置決め部材との摩擦を転動部材によって極小化するとともに、シャフトとの間の摩擦はカムピースの振動によって効果的に減少させることができ、このカムピースを、摩擦によって阻害されることなくシャフトの周りに回動させて、その位置を正確に調整することができる。よって、カムロブの位相のずれを実質的に解消できる。
【００１３】
前記のようにカムピースを回動させて位置を調整する際に、その軸孔の内周面とシャフトの外周面との摩擦を効果的に減少させるためには、カムピースに加える振動をいわゆる高周波振動とすることが好ましい。そのための加振手段としては例えば、超音波振動子を用いることができる。また、加振する方向は、例えば位置決め部材によってカムピースを押圧する方向とすればよい。
【００１４】
見方を変えると本発明は、カムピースをシャフトに組み付けてカムシャフトを製造する方法に関連し、カムピースを所定温度以上に加熱してその軸孔を膨張させ、ここにシャフトを挿通させて保持する工程と、その状態でカムピースにおけるカムロブ部の外周を位置決め部材によって押圧し、シャフトの周りに回動させて位置決めする工程と、を備えている。
【００１５】
そして、前記位置決め部材には、前記カムロブ部をその先端側から挟むように一対の転動部材を配設して、それぞれ前記シャフトの長手方向に延びる軸の周りを転動可能に設けておき、前記位置決めする工程では、加振装置によって位置決め部材を介してカムピースを振動させるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るカムシャフトの製造装置では、シャフトを軸孔に挿通させた状態でカムピースの位置決めをするようにしたので、こうして位置決めした後にずれが生じる心配はない。そして、位置決めの際にカムピースを振動させることによって、シャフトとの間の摩擦を効果的に減らすことができるとともに、位置決め部材は転動部材を介してカムピースを押圧するようにしたので、摩擦によって阻害されることなくカムピースを回動させて、その位置を正確に調整することができる。
【００１７】
よって、出来上がったカムシャフトにおけるカムロブの位相のずれを実質、解消することができ、このカムシャフトを組み込んだエンジンの振動の増大や出力の低下などを効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るカムシャフトの製造装置の要部構成を示す斜視図である。
【図２】カムロブ部に位置決めチャックを押し当てて、カムピースを位置決めする状態を示す図１相当図である。
【図３】位置決めチャックを押し当てて、カムピースの位置を調整するイメージ図である。
【図４】実施形態に係るカムシャフトの製造手順を示すフローチャート図である。
【図５】実施形態に係るカムシャフトの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、エンジンの動弁系に備わるカムシャフトの製造装置に本発明を適用した場合について説明する。なお、一例を図５に示す本実施形態のカムシャフトＣＳは、例えばＶ型６気筒エンジンに用いられるもので、片バンクの３気筒に対応する６個のカムロブｃ２がシャフトＳの軸方向に離間し、かつ２個を一組として周方向に１２０度の位相差を持って設けられている。
【００２０】
本実施形態のカムシャフトＣＳは、カムピースＣをシャフトＳとは別体に成型して、焼き嵌め（締まり嵌め）によってシャフトＳに組み付けるようにした組み立て式のものである。それぞれのカムピースＣのシャフトＳに対する組付け位相角度（シャフトＳの周りの周方向の位置）は、出来上がったカムシャフトＣＳにおけるカムロブ部ｃ２の位相角度に対応して、組み付けの際に設定される。
【００２１】
前記のシャフトＳは、例えば機械構造用炭素鋼などの金属材料からなり、中実または中空に形成された軸部材である。また、カムピースＣは、例えば鍛造品や焼結材などの耐摩耗性の高い金属材料からなり、全体として卵形の外形を有する厚板状に形成されている。詳しくはカムピースＣは、真円状のベース部ｃ１と、その外方に突出するカムロブ部ｃ２とが一体に形成されてなり、ベース部ｃ１と同心状に設けられた軸孔ｃ３にシャフトＳが嵌入されるようになっている。
【００２２】
エンジンに組み込まれたカムシャフトＣＳは、例えば最高７０００ｒｐｍなどの高速で回転するので、カムピースＣの軸孔ｃ３は、締まり嵌めでしっかりとシャフトＳに固定される。さらに、本実施形態では所要の接合トルクを確保するために、接合面である軸孔ｃ３の内周面にレーザなどによる粗面化加工が施されている。
【００２３】
−製造装置−
図１には要部のみを概略的に示すが、本実施形態に係るカムシャフトの製造装置１は、それぞれカムピースＣの載置される複数のカムテーブル２を備えている。図１には最上部のカムテーブル２のみを示すが、複数のカムテーブル２が上下に並んで設けられており、各カムテーブル２上に載置されたカムピースＣは、それぞれの組付け位相角度に対応する向きに位置決めされるようになっている。また、カムピースＣの上方には、シャフトＳが上下方向（Ｚ方向）に延びるように支持されている。
【００２４】
ここで、カムテーブル２上に載置されたカムピースＣは、後述するように加熱されて膨張し、軸孔ｃ３の内径がシャフトＳの外径よりも大きくなっている。そして、複数のカムテーブル２上に載置されたカムピースＣの軸孔ｃ３が、上下方向に見て概ね合致するように配置されている。そこで、上方のシャフトＳを下方に向かって移動させて、最上部のカムピースＣの軸孔ｃ３から順に挿通させてゆけば、複数のカムピースＣをシャフトＳに組み付けることができる。
【００２５】
詳しくは、前記カムテーブル２は平板状とされ、その上面の略中央部に、シャフトＳが余裕を持って挿通される大きさのシャフト挿通孔２１が開口している。このシャフト挿通孔２１の開口部を囲むようにカムテーブル２の上面には、カムピースＣを仮に位置決めするための複数のピン２２が配設されている。これらのピン２２によってカムピースＣは、その軸孔ｃ３が上下方向に見てシャフト挿通孔２１に包含されるとともに、カムロブ部ｃ２が位置決めチャック３（後述する）の方を向くように、ラフに位置決めされる。
【００２６】
また、カムテーブル２は、前述のようにカムピースＣをシャフトＳに組み付ける組付位置（図示の位置）と、この組付位置から例えば図１の左右方向（Ｙ方向）に離れた退避位置（図示せず）との間で、図１の左側に移動されるようになっている。そして、前記組付位置においてシャフトＳが挿通されるシャフト挿通孔２１に連通し、かつカムテーブル２の側方（例えば図の右側方）に開放されるように切り欠き部２３が設けられている。
【００２７】
このように互いに連通するシャフト挿通孔２１および切り欠き部２３は、いずれもシャフトＳの外径に対して十分に余裕のある開口幅を有しており、特に切り欠き部２３は、シャフト挿通孔２１から離れるに連れて幅が拡大している。そして、前記のようにカムテーブル２が退避位置に向かって水平移動するときには、このカムテーブル２から切り欠き部２３を介して、余裕を持ってシャフトＳが抜き出されるようになる。
【００２８】
−位相決め機構−
前記のようにカムテーブル２上に載置され、ピン２２によってラフに位置決めされたカムピースＣのノーズ（カムロブ部ｃ２の先端）と対向するように、このカムピースＣのシャフトＳに対する周方向の位置（即ちカムロブｃ２の位相）を決めるための位置決めチャック３（位置決め部材）が配設されている。
【００２９】
この位置決めチャック３は、図外のスライド機構のアーム４の先端に取り付けられており、図示しないアクチュエータによってアーム４が前後方向（図１のＸ方向）に動作されることにより、図１に矢印で示すようにカムピースＣに対して進退するようになっている。そして、図２に示すように前進した位置で位置決めチャック３は、カムピースＣのカムロブ部ｃ２の外周をシャフトＳに向けて押圧する。
【００３０】
本実施形態の位置決めチャック３は、図３に模式的に示すように前部が二股に分かれた左右２本のフィンガ部３１を有しており、その両方のフィンガ部３１にそれぞれ配設されたローラ３２（転動部材）によって、カムロブ部ｃ２を先端側から挟むようにして押圧する。ローラ３２は、上下に延びる支軸３３を介してフィンガ部３１の先端に回転自在に設けられ、その外周はフィンガ部３１よりも前方に位置している。
【００３１】
このように、カムロブ部ｃ２を先端側から一対のローラ３２によって挟むようにして押圧すると、図３（ａ）に模式的に示すように、左側のローラ３２がカムロブ部ｃ２の左側面を押圧する力ｆ１と、右側のローラ３２がカムロブ部ｃ２の右側を押圧する力ｆ２とがバランスするようにカムピースＣの向きが変化して、一対のローラ３２の中央を向くようになる。
【００３２】
詳しくは、例えば図３（ｂ）に誇張して示すように、カムピースＣのノーズが左側にずれていると、カムロブ部ｃ２の左側面を押圧する力ｆ１が右側面を押圧する力ｆ２よりも大きくなるので、カムピースＣは右側に（即ちずれをなくす向きに）回動するようになる。なお、図３（ｂ）には、右側のローラ３２がカムロブ部ｃ２の右側面から離れるように誇張して示しているが、より微小なずれであれば、微視的にはカムロブ部ｃ２の右側面にローラ３２が接触し、仮想線で示す力ｆ２が作用するようになる。
【００３３】
このようにしてカムロブ部ｃ２の左右の側面がそれぞれ左右のローラ３２によって押圧されることにより、図３（ａ）に示すように、カムピースＣの軸孔ｃ３の中心（軸心）からカムロブ部ｃ２の頂点（カムノーズ）へ向かう線分Ｖ（カムピースＣの向き）と、一対のローラ３２の支軸３３の軸心を結んだ線分Ｌとが直交するような適正な位置に、カムピースＣの向きが落ち着くようになる。
【００３４】
但し、上述したようにカムピースＣの軸孔ｃ３の内周面には、カムシャフトＣＳの高速回転に耐え得る接合トルクを確保するために粗面化加工が施されているので、焼き嵌めのために加熱して膨張させていても、シャフトＳの外周面との間には或る程度以上の摩擦力が生じる。そして、この摩擦力が前記のようなカムピースＣの回動を妨げることによって、カムピースＣの位置が前記の適正な位置から僅かにずれるおそれがあった。
【００３５】
これに対して本実施形態では、位置決めチャック３とアーム４との間に例えば圧電素子からなる超音波振動子５（加振手段）を配設して、前記のようにカムピースＣの位置（カムロブ部ｃ２の位相）を調整するときに、位置決めチャック３を介してカムピースＣを高周波で振動させるようにした。こうすると、カムピースＣの軸孔ｃ３の内周面とシャフトＳの外周面との間の摩擦を効果的に減少させることができ、カムピースＣがシャフトＳの周りに回動しやすくなる。
【００３６】
なお、超音波振動子５は、例えば、複数の圧電セラミック素子を積層させてなる公知のものであって、電極間に交流電圧を印可することによって振動を励起することができる。本実施形態では、圧電セラミック素子の積層方向が、位置決めチャック３によるカムピースＣの押圧方向となるようにして、アーム４との間に配設しているので、この押圧方向に加振することになるが、これに限らず、例えば押圧方向に直交する方向に加振するようにしてもよい。
【００３７】
−カムシャフトの製造手順−
次に、上述の如き構成の製造装置１によってカムシャフトＣＳを製造する手順について、前記の図３を参照しながら図４のフローチャートに従って説明する。まず、最初のステップＳＴ１では、図示しないヒーターや誘導加熱装置などによってカムピースＣを所定の温度まで加熱する。カムピースＣの軸孔ｃ３の内径は、室温ではシャフトＳの外径よりも小さいが、室温よりも２５０〜３００℃くらい高くなるように加熱すれば、軸孔ｃ３の内径がシャフトＳの外径よりも所定寸法だけ大きくなって、無理なくシャフトＳを挿通することができる。
【００３８】
そうして所定温度まで加熱されたカムピースＣは、図示しないスライダやロボットなどによってカムテーブル２に搬送され（図１には模式的に矢印Ｔとして示す）、カムテーブル２上にセットされる（ステップＳＴ２：カムピース供給）。このときカムピースＣは、カムテーブル２上に設けられたピン２２によってラフに位置決めされ、上下方向に見ると軸孔ｃ３がカムテーブル２のシャフト挿通孔２１に包含されるようになる（ステップＳＴ３：ラフ位置決め）。
【００３９】
この状態で上方からシャフトＳを降下させて、最上部のカムテーブル２にセットされているカムピースＣの軸孔ｃ３に挿入し、さらにシャフトＳを降下させ、２番目、３番目というように上から順に複数のカムピースＣの軸孔ｃ３にそれぞれ挿入してゆく（ステップＳＴ４：シャフト挿入）。このとき、軸孔ｃ３の位置が多少、ずれていても、この位置のずれはカムピースＣが動くことによって吸収される。
【００４０】
そうして複数のカムピースＣの軸孔ｃ３にそれぞれシャフトＳが挿通された状態で、各カムピースＣのカムロブ部ｃ２の外周に位置決めチャック３を押し当て、シャフトＳに向けて押圧する。これにより、図３を参照して上述したようにカムピースＣがシャフトＳの周りに適正な位置まで回動する。つまり、カムロブ部ｃ２の位相のずれがなくなるようにカムピースＣの位置を調整する（ステップＳＴ５：カムロブ位相調整）。
【００４１】
この際、超音波振動子５には図外の制御回路から所定周波数の交流電圧を印可し、位置決めチャック３を介してカムピースＣを高周波で振動させる。これにより、カムピースＣの軸孔ｃ３の内周面とシャフトＳの外周面との間の摩擦が減少し、カムピースＣがシャフトＳの周りに回動することを実質、阻害しないようになる。よって、図３（ａ）を参照して上述した適正な位置までカムピースＣを回動させることができる。
【００４２】
そうしてカムピースＣを回動させて適正な位置に保持しながら、例えば空気を吹き付けるなどして冷却すると、温度の低下に伴い軸孔ｃ３が収縮して、カムピースＣがシャフトＳの外周に締まり嵌めによって固定される（ステップＳＴ６：焼き嵌め完了）。そこで、カムテーブル２を退避位置まで移動させれば、複数のカムピースＣがそれぞれ所定位置に組み付けられたシャフトＳ（出来上がったカムシャフトＣＳ）を取り出すことができる。
【００４３】
以上、説明したように本実施形態のカムシャフトの製造装置１では、まず、所定温度以上に加熱したカムピースＣの軸孔ｃ３にシャフトＳを挿通させた状態で、カムピースＣのカムロブ部ｃ２の外周を位置決めチャック３によって押圧し、シャフトＳの周りを回動させて位置決めするようにしたから、この位置決め後にずれが生じる心配がない。
【００４４】
また、そうしてシャフトＳの周りを回動させる際に、位置決めチャック３を介してカムピースＣを高周波で振動させることにより、シャフトＳとの間の摩擦を減少させることができるとともに、このカムピースＣの回動に連れてカムロブ部ｃ２を押圧するローラ３２が回動するようにしたので、位置決めチャック３との摩擦によってカムピースＣの回動が妨げられることもない。
【００４５】
つまり、シャフトＳの周りにカムピースＣを、摩擦によって阻害されることなく回動させて、その位置を正確に調整することができるので、出来上がったカムシャフトＣＳにおけるカムロブｃ２の位相のずれを実質的に解消できる。そして、このカムシャフトＣＳを組み込んだエンジンの気筒毎の燃焼ばらつきを十分に小さくして、例えば振動の増大や出力の低下といった不具合を効果的に抑制できる。
【００４６】
−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態の記載に限定されるものではない。前記実施形態の記載はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することはない。例えば前記の実施形態では、Ｖ型６気筒エンジンの動弁系に用いられるカムシャフトＣＳについて説明したが、これに限ることはなくエンジンは、例えば３気筒や４気筒、或いは５気筒以上のものであってもよい。また、エンジンの動弁系以外のカムシャフトとして、さらにはエンジン以外のカムシャフトとしても、本発明を適用することができる。
【００４７】
また、前記実施形態のカムシャフトＣＳでは、カムピースＣを焼き嵌めでシャフトＳに組み付けるようにしているが、これは冷やし嵌めであってもよい。前記実施形態において位置決めチャック３は、ローラ３２を介してカムピースＣのカムロブ部ｃ２を押圧するようにしているが、ローラ３２に代えてボールを用いてもよいし、ローラベアリング、ボールベアリング、ニードルベアリング等を用いることもできる。
【００４８】
さらに、前記実施形態では、位置決めチャック３とアーム４との間に加振手段として、圧電素子を用いた超音波振動子５を介設しているが、これにも限定されず、例えば磁歪み素子を用いた超音波振動子を加振手段としてもよいし、超音波振動子以外の加振手段を用いてもよい。
【００４９】
さらにまた、前記実施形態では、カムシャフトの製造装置１に複数のカムテーブル２を備えて、それぞれに載置した複数のカムピースＣを同時にシャフトＳに組み付けるようにしているが、これにも限定されない。カムテーブル２は１つのみとし、これにカムピースＣを１つずつ載置してシャフトＳに組み付けるようにすれば、装置構成の簡略化が図られる。この場合、カムピースＣ毎の組み付け位相角度の違いは、シャフトＳをその軸心の周りに回転させることで吸収できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、カムシャフトにおけるカムロブの位相のずれを実質、解消することができ、このカムシャフトを組み込んだエンジンの振動の増大や出力の低下などを抑制できるものなので、例えば自動車に搭載される量産エンジンのカムシャフトに適用して効果が高い。
【符号の説明】
【００５１】
１        製造装置
２        カムテーブル
３        位置決めチャック（位置決め部材）
３２    ローラ（転動部材）
３３    支軸（シャフトの長手方向に延びる軸）
４        アーム
５        超音波振動子（加振手段）
ＣＳ      カムシャフト
Ｃ        カムピース
ｃ１    ベース部
ｃ２    カムロブ部
ｃ３    軸孔
Ｓ        シャフト
【図１】
2016114235.tif 000003
【図２】
2016114235.tif 000004
【図３】
2016114235.tif 000005
【図４】
2016114235.tif 000006
【図５】
2016114235.tif 000007