JPH01502685A - 中空シャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 軸　びその　°　法 本発明は、歯付きギア、カム、ディスフカ五等のトルクを伝達する構造エレメン ト、並びに場合によっては、軸支部、停止面、六角形状又はリング状の輪郭等の ような二次成形エレメントを備えた中空軸、及び、実質的に均一な壁厚をもつ出 発材料としてのパイプを、前記構造エレメントへの確実連結部（ロック連結部） 及び非確実連結部（嵌合連結部）を形成すべく拡大（拡径）し、かつ内部圧力を 付与して前記二次成形エレメントを形成して、前記構造エレメント又は二次成形 エレメントが設けられるパイプの部分を最大に拡大することによって、前記中空 軸を製造する方法に間する。

幾つかの部分を接合することにより製造した中空軸も、また、中空軸と呼ばれて いる。

西ドイツ国特許出１ｍＩＤＥ−Ｏ３３４０９５４１号には、中空軸に内部圧力を 作用することによって、構造エレメントをパイプに対して非確実連結した中空軸 が記載されている。この中空軸では、構造エレメントと構造エレメントとの間の パイプ部分の方が、構造エレメントの下のパイプ部分よりも拡大されるため、必 然的に、構造エレメントの下の部分のパイプ壁厚の方が、構造エレメント間のパ イプの壁厚よりも厚くなっている。この西ドイツ国特許出願に記載の方法では、 内側パイプの壁厚が比較的大きいこと、及び構造エレメント間でパイプ壁厚が薄 くなっていることが要求される。

西ドイツ国特許第２５４６８０２号には、上記特徴を備えたレシプロピストンエ ンジン用のカムシャフトが開示されている。このカムシャフトでは、内側パイプ の外壁がリングベアリングやカム等の内周面に設けた溝内に延入してロック連結 部すなわち自己固定部（ｓｅｌｆ−ｃｌｏｓｕｒｅ）を形成することができる形 状を有している。このカムシャフトでも、純粋の自己固定部を得るにためには、 比較的容易に変形できるパイプを使用する必要があるが、パイプの最大拡大部は 構造エレメントの下に生じるようになっている。この中空軸の場合、構造エレメ ントの下の部分の内側パイプの壁厚が薄くなるため、この部分のパイプ強度が低 下するという問題がある。従って、これに見合うだけの厚い壁厚をもブ内側パイ プを使用する必要がある。

従って本発明の目的は、軽量化できかつ安価な出発材料を使用できると同時に、 高トルクの伝達が可能である、力伝達用の構造エレメントを備えた中空軸を提供 することにある。

本発明によればこの目的は、構造エレメント及び任意の二次成形エレメントの下 のパイプ部分のフォローアンプ（材料補充）を行うことにより、出発材料として のパイプの壁厚に比べて、この部分の壁厚を軸線方向に沿って厚くすることによ って達成される。

構造エレメントの下のパイプ部分の材料増量割合は、出発パイプの壁厚によって も異なるが、１〜１０％（好ましくは２〜８％、特に好ましくは３〜７．５％） にするのがよい、この材料増量（■ａｔｅ−ｒｉａｌ　ａｃｃｕａ＋ｕｌａｔｉ ｏｎ）は、パイプの好ましい繊維流れを害することなく行うことができ、従来技 術の中空軸に比べて、構造エレメントを強面に固定できると共に重量を低減させ ることができる。パイプには、該パイプから成形した１つ以上の二次成形エレメ ントを設けるのが望ましい０本願において使用する「二次成形エレメント」なる 用語は、パイプに付与された特別な外形により構成される、六角形の輪郭、カム 又はドグの輪郭等を意味するものである。

従来公知の方法では、かような二次成形輪郭すなわち二次成形エレメントを、構 造エレメントの接合と同時に成形することが不可能であり、このため、自動車工 業分野で要求されるような中空軸に、例えば六角形の輪郭を付与するには複雑な 加工を施すことが必要とされた。二次成形エレメントには、元（オリジナル）の 壁厚に比べて厚く壁を補強するように設計することもできるし、二次成形エレメ ントのローディング及び外形とは関係なくして、二次成形エレメントの壁厚が元 のパイプの壁厚とほぼ同じ又はそれ以下になるようにすることもできる。しかし ながら、本発明によれば、構造エレメントの固定と同時に二次成形エレメントを パイプに形成することができ、これにより、製造コストをかなり低減させること もできる。

本発明によれば、パイプとは別に軸支部を成形することができ、リングを接合す ることによって、より大きなベアリングを製造できることが判明している。

本質的に構造エレメントは、鋳鉄、チル鋳鉄、焼結スチール、スチール（例えば 、スタンピング加工した小さな金属部品又はセフシラナルスチール）、アルミニ ウム、チタニウム、セラミック又はプラスチックで作られる。特に耐摩耗性材料 又は軽量材料を使用することができるし、場合によっては、特殊な性能をもつプ ラスチックを使用することもでき、これらの材料は、中空軸の材料に特に関係な く選択することができる。このようにして作られた中空軸は、従来の鋳鉄製のシ ャフトに比べてかなり進歩したものになる。

構造エレメントの開口部（内側開口部又は内側ボアともいう）は、楕円形、多角 形又は他の非円形の形状にすることができるが、敢えて円形にすることもできる 。構造エレメントの開口部を非円形又は多角形にした場合には、内側パイプを拡 大（拡径）したときに非円形の膨張部（バルジ）が形成されて、構造エレメント をその自己固定部により強（固定でき、これにより、大きな力を伝達することが 可能になる。

構造エレメントを取り付ける形式の本発明の中空軸は、接合面すなわち、構造エ レメントの内面とパイプの外壁面との閣の接触面を正確に嵌合させることなく製 造することができる。従って、接合すべき部品の接合面を再加工する必要はない 、外側に接合される全ての部品は、該部品の外側輪郭が工具に固定されるので、 これらの部品のボアの変位によっても、形状上及び位置上の僅かなダイバージェ ンスが生じる。もしも、カムの開口部の形状が内側パイプの外側輪郭に対して完 全に適合しない場合には確実・非確実連結部が得られ、これが、かような中空軸 に優れた力伝達特性を与える。

構造エレメントの円形開口部の代わりに、例えば必要以上の大きな楕円状開口部 を設けることによって、中空軸の重量を更に低減させることができる。コスト上 の利点から、容易に製造できる円形の開口部を備えた構造エレメントを使用する こともできる。

本発明の中空軸製造方法は、次の工程を有している。すなわち、１つ又は複数の 構造エレメントと該構造エレメントの内側開口部を通して置かれたパイプとを金 型内に挿入する工程と、金型を閉じる工程と、パイプの前面を閉じて、該パイプ 材料を変形させるに充分な圧力をパイプの内部に作用させ、これと同時に、パイ プの軸線方向にフォローアツプされた材料に伴う、軸線方向の力をパイプに作用 する工程とを有している。材料のフォローアンプは、パイプの軸線方向に移動で きる工具コンポーネンツの手段によって行うのが便利である。

本発明による組み立て式中空軸の他の利点は、パイプゾーンが異なる形状に成形 されているため、回転振動を避けることができることである。

パイプの断面形状が多々異なっている（例えば、楕円形の開口部をもつカムを使 用した場合には、該カムの下のパイプ部分の断面形状が楕円形をなしており、ま た、軸支部は膨径している等）ため、菌内のパイプから剛性ある中空軸を製造す ることができる。

また、パイプは接合部分の間で形成することができ、例えば、リブが形成される 。

厳格な連結点の下に材料を増量することによって、成形工程中に形成された形状 の安定性が更に大きくなり、かつ圧縮応力が作用する。これにより、構造エレメ ントの固定強度が増強される。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の好ましい実施例に係る中空カムシャフトの縦断面構造を示す 概略図である。

第２図は、第１図に示す中空カムシャフトのカム端部を通るＡ−Ａ線に沿う断面 図である。

第３図は、第１図に示す中空カムシャフトの軸支部を通るＢ−Ｂ線に沿う断面図 である。

第４図は、第１図に示す中空カムシャフトの六角形に形成された部分を通るＣ− Ｃ線に沿う断面図である・第５図は、本発明による中空カムシャフトの斜視図で ある。

第１図に示すように、カムシャフト１０は、種々の構造エレメントを備えている 。第２図に示すように、楕円形のボアすなわち開口部をもつカム１４の下のパイ プ部分を拡径することによって、構造エレメントすなわちカム１４がパイプに対 して回転することのない連結部（非回転連結部）が形成される。カム１４は、パ イプの外壁面とカム１４のボアの内壁面との間で非確実連結（圧嵌め連結）され 、かつ楕円形の形状によりパイプ１２に対して自己固定（ロック連結）される、 同時にパイプ１２には、第３図の断面図に示すような形状のベアリング部分すな わち軸支部１８が形成される。また、同時に、第４図の断面図に示すような六角 形の部分１６を形成することもできる。

この中空カムシャフトｌＯは、軽量であって比較的高トルクを伝達できると共に 良好な運転特性を発揮することができる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．歯付きギア、カム、ディスクカム等のトルク伝達のための構造エレメントと 、軸支部、停止面、六角形又はリング状の輪郭等の任意の二次成形エレメントと を備えていて、実質的に均一の壁厚をもつ出発パイプから製造された中空軸であ って、前記構造エレメントを確実連結（ロック連結）及び非確実連結（圧嵌め連 結）しかつ前記二次成形エレメントを形成するために内部圧力の作用により拡径 されていて、前記構造エレメントの下又は前記二次成形エレメントの個所にパイ プの最大拡径部が位置している中空軸において、前記出発パイプの壁厚に比べ、 前記構造エレメント（１４、１８）の下の部分のパイプ（１２）の壁厚及び任意 の前記二次成形エレメント（１６、２０）の個所のパイプ（１２）の壁厚が、材 料のフォローアップによって、軸線方向に部分的に厚くなっていることを特徴と する中空軸。
2. ２．前記二次成形エレメントを備えていて、パイプの壁厚が部分的に厚くなった 個所が、専ら前記構造エレメント（１４、１８）の下のみにあることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の中空軸。
3. ３．前記構造エレメント（１４、１８）の下又は前記二次成形エレメント（１６ 、２０）の個所におけるパイプ（１２）の材料増量の割合が、１〜１０％、好ま しくは２〜８％、特に好ましくは３〜７．５％であり、これらはパイプ（１２） の出発壁厚に基づいて定められることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項 に記載の中空軸。
4. ４．好ましくは前記構造エレメントが、鋳鉄、チル鋳鉄、焼結スチール、スチー ル（例えば、スタンピング加工した小さな金属部品又はセクショナルスチール） 、アルミニウム、チタニウム、セラミック又はプラスチックで作られていること を特赦とする請求の範囲第１項、第２項又は第３項のいずれか１項に記載の中空 軸。
5. ５．１つ又は複数の構造エレメントと該構造エレメントの内側開口部に通された パイプとを金型内に挿入する工程と、前記金型を閉じる工程と、パイプの前面を 閉じて、該パイプ材料を変形させるに充分な圧力をパイプの内部に作用させる工 程とを有する、上記請求の範囲のいずれか１項に記載の中空軸を製造する方法に おいて、パイプの内部に圧力を作用すると同時に、パイプの軸線方向にフォロー アップされた材料に伴う軸線方向の力をパイプに作用することを特赦とする中空 軸の製造方法。
6. ６．前記材料のフォローアップは、パイプの軸線方向に移動できる工具コンポー ネンツの手段によって行うことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の製造方法 。