JPH0370089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、OHV、SOHCあるいはDOHC等
の動弁機構を備えた内燃機関におけるカムシヤフ
トの構造に関する。

第１図に示すように、中空状の鋼製シヤフト１
にトツプピース２、カムピース３、ジヤーナルピ
ース４およびエンドピース５等の各ピースを取り
付けてカムシヤフト６を構成する場合、従来、拡
散接合またはろう付などによつてシヤフト１の外
周と各ピースの嵌合孔の内周とを接合したり、あ
るいはこれらを冷間加工によつて取り付けること
が行われている。

そして、前者の拡散接合によつてシヤフト１に
カムピース３などの各ピースを接合するには、治
具等を用いてシヤフト１に各ピースを所定の位置
および所定の角度に仮止めし、この状態で加熱炉
に入れて加熱し、シヤフト１と各ピースとの接触
面に液相を発生させ、各材料相互の反応を利用し
て接合させている。ところでカムピース３は、十
分な強度をもつて、シヤフト１に接合されなけれ
ばならないため、加熱炉におけるシヤフト１とカ
ムピース３との接合温度は、シヤフト１の再結晶
温度よりもさらに高温（約1150℃前後で15分以
上）に設定される。

しかしながら、上述のようにシヤフト１に再結
晶温度よりもさらに高温の熱履歴が与えられた場
合には、シヤフト１とカムピース３をはじめとす
る各ピースとの接合強度は十分なものとなるが、
シヤフト１自体の強度が著しく低下するという問
題があつた。またさらには、シヤフト１と各ピー
スとの組付精度を保つために用いられる治具が、
加熱炉内で不必要に加熱されてその寿命を縮める
ばかりではなく、治具を用いるためにより大きな
スペースを確保しなければならないという問題が
あつた。

一方、シヤフト１に各ピースをろう付する場合
においては、拡散接合と同様に治具を使用する問
題もさることながら、その接合温度が拡散接合の
場合よりも低温でしかも短時間で行われるため、
シヤフト１の強度は十分に保たれる反面、拡散接
合の場合に比べ、シヤフト１に対する各ピースの
接合強度が低いという問題があつた。

他方、冷間加工によつてシヤフト１ａに各ピー
ス２ａ，３ａ，４ａ，５ａを取り付けてカムシヤ
フト６ａを構成するには、第２図に示すように、
冷間加工用金型７内に、各ピースをインサート
し、さらに各ピースの嵌合孔８の内径よりも小さ
い外径を有する中空のシヤフト１を前記各ピース
の嵌合孔８にインサートし、シヤフト１の中空部
１ｂに液圧を加えてシヤフト１を塑性変形により
拡管し、シヤフト１を各ピースの嵌合孔８の内周
に密着させて取り付けている。

しかしながら、この冷間加工においては、高精
度のカムシヤフト６ａ得られる反面、高い圧力を
加えるために、シヤフト１や各ピースの素材は、
エンジンの機種に応じた材料特性を備えているだ
けでは不充分であつて、冷間加工に耐えうる材料
強度が要求され、そのためにコスト高となりまた
各ピースの加工性に問題があつた。

この発明は、上記問題を解決するためになされ
たもので、シヤフトや接合部の強度の低下を招く
ことなく、また従来のような治具を用いずに組み
付けることができ、さらには各ピースの材料に必
要以上の強度を要求しないカムシヤフトの構造の
提供を目的とするものである。

そしてこの発明は、シヤフトに少なくとも２個
以上のジヤーナルピースをこれらジヤーナルピー
スに形成された嵌合孔に上記シヤフトを圧入する
ことにより所定間隔離間させて固定し、上記互い
に対向するジヤーナルピース間に位置するシヤフ
トに、キーをキー溝に嵌入させることによりカム
ピースを嵌合し、このカムピースを上記ジヤーナ
ルピース間に設けられたスプリングにより一方の
ジヤーナルピースに圧接させて固定したものであ
る。

以下、この発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第３図から第７図は、この発明の一実施例を示
すもので、カムシヤフト１０は、第３図に示すよ
うに、中空状のシヤフト１１と、このシヤフト１
１の一端（第３図において左側）から他端にかけ
て順次取り付けられたトツプピース１２と、ジヤ
ーナルピース１３ａ，１３ｂと、カムピース１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、エンドピース１
５と、前記一対のカムピース１４ａ，１４ｂどう
しおよびカムピース１４ｃ，１４ｄどうしの内側
に配されたスプリング１６ａ，１６ｂとから構成
されている。

これらシヤフト１１やカムピース１４ａ…をは
じめとするカムシヤフト１０の各構成部品は、そ
れぞれの機能に見合う材料が選ばれ、かつそれぞ
れの材料および機能に対応して適正な熱処理など
の加工が施されているとともに、各構成部品を組
み付けた状態で熱処理などを加えずに、完成品と
しての精度と強度が得られるように仕上げられて
いる。

しかして、前記シヤフト１１の外周であつてそ
の長さ方向には、第４図に示すように、等間隔に
断面矩形の複数のキー溝１１ａが形成されてい
る。

また、駆動力が伝達されるトツプピース１２
は、第５図に示すように、一端を閉塞し、他端に
シヤフト１１の一端を混合する混合孔１２ａを形
成した構成になつている。前記嵌合孔１２ａの内
周には、前記シヤフト１１のキー溝１１ａに嵌合
する複数キー１２ｂが一体に形成されている。前
記嵌合孔１２ａの終端部には、前記シヤフト１１
の外径よりもやや大きな内径の空隙部１２ｃが、
その中心線を嵌合孔１２ａの中心線と一致させて
設けられている。そして、シヤフト１１の外径に
対し、約0.2〜0.3％の圧入代に設定された前記嵌
合孔１２ａに、前記シヤフト１１が圧入されて固
定されている。

また、前記ジヤーナルピース１３ａは、シヤフ
ト１１の外径に対して約0.2〜0.3％の圧入代に設
定された嵌合孔１３ｂを形成した構成になつてい
る。そして、ジヤーナルピース１３ａは、その小
径部１３ｃをシヤフト１１の他端側に向け、かつ
トツプピース１２と所定の間隔をおいて前記嵌合
孔１３ｄにシヤフト１１を圧入してシヤフト１１
に固定されている。したがつて、このジヤーナル
ピース１３ａは、軸受の摺動摩擦に耐えうる機能
と、シヤフト１１と一体に回転する機能とを果す
ようになつている。なお、前記小径部１３ｃは、
シヤフト１１の長さ方向に対するカムピース１４
ａ…の位置を決めるためのスペーサの役割を果す
ようになつている。

また、前記ジヤーナルピース１３ａの小径部１
３ｃ側に配された前記カムピース１４ａは、シヤ
フト１１に対して約0.01ミリ以内のクリアランス
に設定された嵌合孔１４ｅと、この嵌合孔１４ｅ
の中心方向に突設させて前記キー溝１１ａに嵌入
する断面矩形のキー１４ｇとを形成した構成にな
つている（第７図）。なお、前記嵌合孔１４ｅの
内周面は、内層材１４ｆを取り付けた構造になつ
ている。この内層材１４ｆは、前記したクリアラ
ンスを約0.01mm以内におさえることの可能な材料
が選択されているが、カムピース１４ａがシヤフ
ト１１に固定されるものであるために耐摩耗材料
である必要はない。このようにして構成されたカ
ムピース１４ａの嵌合孔１４ｅには、キー溝１１
ａとキー１４ｇとを一致させてシヤフト１１が嵌
入されている。すなわち、カムピース１４ａは、
前記キー溝１１ａにキー１４ｇを嵌入させること
によつて、シヤフト１１に対する回転が防止され
るようになつている。

また、シヤフト１１には、前記カムピース１４
ａと同様に構成されたカムピース１４ｂが、前記
カムピース１４ａと所定の間隔でかつ所定の取付
角度で嵌合されている。

一方、前記カムピース１４ｂの他端側のシヤフ
ト１１には、ジヤーナルピース１３ｂが固定され
ている。該ジヤーナルピース１３ｂは、前記ジヤ
ーナルピース１３ａとほぼ同様に構成され、かつ
同様にして固定されているが、その両端には、小
径部１３ｅ，１３ｆが形成されている点で前記ジ
ヤーナルピース１３ａと異つている。

そして、前記ジヤーナルピース１３ａ，１３ｂ
の間に嵌合されたカムピース１４ａ，１４ｂどう
しの間には、これらを互いにジヤーナルピース１
３ａ，１３ｂのそれぞれの小径部１３ｃ，１３ｅ
に圧接するスプリング１６ａが、その両端をカム
ピース１４ａ，１４ｂの対向する内側面に取り付
け、かつスプリング１６ａの中心にシヤフト１１
を挿通して配設されている。すなわち、カムピー
ス１４ａ，１４ｂは、前記ジヤーナルピース１３
ａ，１３ｂとスプリング１６ａとによつてシヤフ
ト１１の長さ方向の移動が阻止されるようになつ
ている。

他方の、前記ジヤーナルピース１３ｂの他端側
のシヤフト１１には、第３図に示すように、前記
カムピース１４ａと同様に構成したカムピース１
４ｃ，１４ｄが嵌合されているとともに、他端に
はエンドピース１５が、前記ジヤーナルピース１
３ａと同様にして固定されている。そして、これ
らカムピース１４ｃ，１４ｄどうしの間には、ス
プリング１６ｂが配設されている。

次に、この発明に係るカムシヤフト１０の組み
付け方について説明する。

まず、トツプピース１２やジヤーナルピース１
３ａの嵌合孔１２ａ，１３ｂにシヤフト１１を圧
入し、かつトツプピース１２とジヤーナルピース
１３ａとを所定の間隔で固定する。なお、トツプ
ピース１２の場合には、キー１２ｂをキー溝１１
ａに一致させてシヤフト１１を圧入する。なお、
シヤフト１１をジヤーナルピース１３ａに圧入し
ただけでこれらは一体となり、ジヤーナルピース
１３ａがシヤフト１１に対して回転することがな
い。

ついで、カムピース１４ａ，１４ｂの嵌合孔１
４ｅとシヤフト１１の外径との間には、0.01mm以
内のクリアランスが設けられているので、カムピ
ース１４ａ，１４ｂの嵌合孔１４ｅにシヤフト１
１を嵌合させる。この場合、キー溝１１ａとキー
１４ｇとを一致させてシヤフト１１を嵌合すれば
よい。次に、ジヤーナルピース１３ｂを前記ジヤ
ーナルピース１３ａと同様にして設定の間隔で圧
入して固定する。この場合、ジヤーナルピース１
３ｂのシヤフト１１の長さ方向における位置決め
は、図示しない圧入機のストロークを調整するこ
とにより所定の位置に圧入される。なお、ジヤー
ナルピース１３ｂの外周面は断面円形状であるの
で、周方向における位置決めは不要である。カム
ピース１４ｃ，１４ｄ、エンドピース１５も同様
にして順次シヤフト１１に取り付ける。

以上のように、たとえばカムピース１４ａなど
の各構成部品のそれぞれの嵌合孔１２ａ，１３
ｄ，１４ｅに、シヤフト１１を圧入または嵌合し
て組み付けることができるので、従来のように加
熱炉で加熱する必要はなく、そのためにシヤフト
１１は、再結晶温度以上の高温の熱履歴を受ける
ことがなく、強度などの材料特性を低下させるこ
とがない。したがつて、組み付けた各構成部品を
加熱下において接合したり、冷間加工のように大
きな圧力を加えてシヤフト１１に各構成部品を取
り付けるわけではないので、機能上要求される材
料特性を得るための適正な熱処理を、各構成部品
ごとに施すことが可能であり、その結果、再結晶
温度以上の熱履歴を受けたり、大きな圧力をかけ
られると従来使用できなかつた材料でも、要求さ
れる特性さえ有していれば使用することができ、
ひいてはコストダウンを図ることができる。

また、シヤフト１１の長さ方向における各カム
ピース１４ａ，１４ｂ…の位置決めは、カムピー
ス１４ａ，１４ｂを例にとつて説明すると、それ
ぞ位置決めされたジヤーナルピース１３ａ，１３
ｂの間に設けられたスプリング１６ａがカムピー
ス１４ａ，１４ｂを互いに離間する方向に付勢し
て該カムピース１４ａ，１４ｂをそれぞれジヤー
ナルピース１３ａ，１３ｂの小径部１３ｃ，１３
ｅに圧接させることにより位置決めされ、各カム
ピース１４ａ，１４ｂ…のシヤフト１１に対する
周方向の取付角度は、各カムピース１４ａ，１４
ｂ…のキー溝１４ｇとシヤフト１１のキー溝１１
ａとの嵌合位置を変えればよいので、従来のよう
に治具を用いて位置決めをする必要がなく、簡単
にかつ迅速にしかも精度よく組み付けることがで
きる。

また、カムピース１４ａ，１４ｂ…をスプリン
グ１６ａ，１６ｂによりジヤーナルピース１３
ａ，１３ｂに圧接させて位置決め固定（シヤフト
１１の長さ方向における位置決め固定）するよう
にしたので、例えば、互いに対向するカムピース
の間に円筒状のカラーを用いてカムピースを位置
決め固定するものに比べ、軽量化が図れるととも
に、スプリング１６ａ，１６ｂは伸縮性があるの
で、カムピース１４ａ，１４ｂ…を容易かつ確実
にジヤーナルピース１３ａ，１３ｂに隙間なく圧
接させて位置決め固定することができる。なお、
これに対しカラーを用いてカムピースを位置決め
固定するものは、カラーを互いに対向するカムピ
ース間または互いに対向するカムピースとジヤー
ナルピース間に〓間なく設けるために、カラーに
高い寸法精度が要求されるとともに、シヤフトへ
のカムピースおよびカラーの組み付けに手間がか
かり、この結果、上記実施例のようにスプリング
１６ａ，１６ｂを用いるものに比べコスト高にな
るとともに、生産性が低くなるという欠点があ
る。

なお、以上の実施例では、シヤフト１１にキー
溝１１ａを、またトツプピース１２およびカムピ
ース１４ａ…にそれぞれキー１２ｂ，１４ｇを設
けたものについて説明したが、逆に、シヤフト１
１にキーを、またトツプピース１２およびカムピ
ース１４ａ…にキー溝をそれぞれ形成し、あるい
は、シヤフト１１、トツプピース１２およびカム
ピース１４ａ…にそれぞれキー溝を形成し、これ
らキー溝を合致させてカムピース１４ａ…などの
嵌合孔１４ｅにシヤフト１１を嵌合し、合致した
キー溝にキーを嵌入してシヤフト１１に対するカ
ムピース１４ａ…の回転を阻止するように形成し
てもよい。なお、キー１２ｂ，１４ｇの形状は、
キー溝１１ａに嵌入しうる断面矩形の突起状のも
のであつてもよく、要はカムピース１４ａ…とシ
ヤフト１１とを一体の構成とすることができる形
状であればよい。

なお、カムシヤフト１０を上記のように構成し
た場合、シヤフトやカムピースの素材として接合
法や冷間加工の困難なセラミツク材や焼結合金な
どを用いた場合に、特に大きな効果がある。

以上説明したように、この発明に係るカムシヤ
フトは、シヤフトに少なくとも２個以上のジヤー
ナルピースをこれらジヤーナルピースに形成され
た嵌合孔にシヤフトを圧入することにより所定間
隔離間させて固定し、互いに対向するジヤーナル
ピース間に位置するシヤフトに、キーをキー溝に
嵌入させることによりカムピースを嵌合し、この
カムピースをジヤーナルピース間に設けられたス
プリングにより一方のジヤーナルピースに圧接さ
せて固定したものであるので、治具を用いること
なく簡単にかつ迅速にしかも精度よく各構成部品
を組み付けることができる。また従来のように、
各構成部品を組み付けた後に加熱炉で加熱するこ
とがないので、シヤフトやカムピースは熱履歴を
受けず、強度などの材料特性を低下させることが
ない。さらには、組み付け前に、各構成部品にそ
れぞれ要求される材料特性を得るための適正な熱
処理を、各構成部品ごとに施すことができ、再結
晶温度以上の熱履歴を受けたり、大きな圧力をか
けられると従来使用できなかつた材料でも、要求
される特性され有していれば使用することができ
るのでコストダウンを図ることができる。

加えて、カムピースをスプリングによりジヤー
ナルピースに圧接させて位置決め固定（シヤフト
の長さ方向における位置決め固定）するようにし
たので、例えば、互いに対向するカムピースの間
に円筒状のカラーを用いてカムピースを位置決め
固定するものに比べ、軽量化が図れるとともに、
スプリングは伸縮性があるので、カムピースを容
易かつ確実にジヤーナルピースに〓間なく圧接さ
せて位置決め固定することができ、結果として、
コストダウンおよび生産性の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図とは、従来のカムシヤフトを示
すもので、第１図は接合によつてカムシヤフトを
構成した場合の縦断面図、第２図は冷間加工によ
つてカムシヤフトを形成する場合の縦断面図、第
３図から第７図はこの発明の一実施例を示すもの
で、第３図はカムシヤフトの縦断面図、第４図イ
はシヤフトの正面図、ロはその側面図、第５図イ
はトツプピースの縦断面図、ロはその側面図、第
６図イはジヤーナルピースの縦断面図、ロはその
側面図、第７図イはカムピースの縦断面図、ロは
その側面図である。 １０……カムシヤフト、１１……シヤフト、１
１ａ……キー溝、１３ａ，１３ｂ……ジヤーナル
ピース、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ……カ
ムピース、１４ｇ……キー、１６ａ，１６ｂ……
スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シヤフトに少なくとも２個以上のジヤーナル
   ピースをこれらジヤーナルピースに形成された嵌
   合孔に上記シヤフトを圧入することにより所定間
   隔離間させて固定し、上記互いに対向するジヤー
   ナルピース間に位置するシヤフトに、キーをキー
   溝に嵌入させることによりカムピースを嵌合し、
   このカムピースを上記ジヤーナルピース間に設け
   られたスプリングにより一方のジヤーナルピース
   に圧接させて固定したことを特徴とする内燃機関
   におけるカムシヤフトの構造。