JP2004510585A - ホローシャフト、特にカムシャフトを製造する方法及びこの方法によって製造されたホローシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】ホローシャフト、特にカムシャフトを内部高圧二次成形法（ＩＨＵ）で製造する方法の効率を改善することにある。
【解決手段】複数のカム及び／又は機械要素を、機能に関連した位置でホローシャフトへ押し嵌めて、位置決めし、ホローシャフトの一端で、ホローシャフトの内径とほぼ同一の外径を有する要素を位置決めし、ホローシャフトを、複数のカム及び／又は機械要素並びに挿入された要素と共に、ＩＨＵ用型に挿入し、媒体を高圧下で作用させ、かつ、ラムを軸方向に、ホローシャフトの少なくとも１つの端面へ押し、要素をホローシャフトの材料によって取り囲み、複数のカム及び／又は機械要素を、ホローシャフトの拡大によって、摩擦係合及び／又は形状係合でホローシャフトと結合させる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホローシャフト、特にカムシャフトを内部高圧二次成形法（ＩＨＵ）で製造する方法であって、複数のカム及び／又は機械要素を、ホローシャフトの使用に合わせて、ホローシャフトの外面に、機能に適切な位置で摩擦係合及び／又は形状係合で分布して取り付ける方法に関する。機械要素は、例えば歯車、駆動装置、板カム等であり得る。好ましい利用分野は自動車モータ用のカムシャフトである。
【０００２】
内部高圧二次成形法（ＩＨＵ）によって、詳しくは、カムを押し嵌めた後に、ホローシャフトを圧力の作用により拡大することによって、自動車モータ用のカムシャフトを製造することは知られている。圧力媒体として、流体を用いることは好ましい。この場合、押し嵌められたカムは、摩擦係合及び形状係合でシャフトと結合される（ＤＥ ３４ ０９ ５４１ Ａ１）。この方法が機械要素及びカムをシャフトに取着するために非常に良く適切であり、実際に用いられるとしても、かくて製造されたシャフトは、なお、他の方法で別個に製造された機能要素がシャフトの両端に結合されねばならないという欠点を有する。ボルトはその外径に対応する滑り嵌めをもってシャフトに挿入され、ピンによってシャフトと摩擦係合で結合される。これらのボルトをシャフトと溶接するか押し込めることは普通一般である。これらのボルトはシャフトから突き出ており、この領域でねじ山を有するか、あるいは、雌ねじを有する。
【０００３】
機械製造での、特に自動車モータの製造の際の、一般的傾向は、性能が少なくとも同じときには重量を減じることにある。この目的のために、暫らく前から、カムシャフトはホローシャフトとして用いられる。この場合、当業者等は、ホローシャフトを、必要な機械要素が高い信頼性と僅かな製造コストでホローシャフトと結合するように、製造するよう努めた。
【０００４】
駆動装置との結合が一端又は両端で必要であるホローシャフトの、その使用がある。これに対しては、これらの機械要素を、シャフトに押し嵌められかつ固定されるスリーブとして形成するように、構成することが知られている。機械要素は、外端に、結合がなされるフランジとして形成されている（ＤＥ ３８ ００ ９１２ Ａ１）。この場合、要素のための高い機械的な製造コストと、シャフトでの正確なフィットと、摩擦係合によるシャフトとの結合とに関する欠点が存する。結合はＩＨＵによっても形成することができるが、すべての欠点を除くことができる訳ではない。
【０００５】
ホローシャフトの両端を、混練又は据え込みによって、以下のように、すなわち、太くなることがなされ、内径が縮小されて、外径が、材料の集まりによって、周知のように取着された機械要素が固定される程度にもたらされるように、成形することは知られている。この場合、シャフトの端部は、ＩＨＵ法によって、カラー又はフランジが生じるように、据え込まねばならない。このような方法ステップは混練によっても実施される（ＤＥ １９７ １０ ８４．８）。
【０００６】
ホローシャフトと結合された、結合又は取着のための要素を、製造するすべての知られた方法は、共に、製造方法及びシャフトとの摩擦係合及び形状係合による結合が少なくとも追加の方法ステップを必要とするという欠点を有する。機械加工も加わる。例えば結合工程も、追加の硬化及び／又は加工も必要である。更に、嵌め合いが必要であり、これも同様にコストを増大させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
明細書導入部に記載した方法をより合理的に構成する課題が本発明の基礎になっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に基づいて、請求項１により解決される。請求項２乃至１１は方法の好ましい実施の形態を示している。本発明に基づいて製造されるホローシャフトは請求項１２に定められている。請求項１３乃至１８はこのホローシャフの適切な実施の形態に関する。
【０００９】
本発明では、２つの互いに別個に知られた方法が結合される。ＩＨＵ法は据え込みとほぼ同時に用いられる。
【００１０】
ホローシャフトに、機械要素、例えば歯車及び／又はカムがその機能に対応して設けられ、機能に関連した自らの位置へ、ホローシャフトに押し嵌められる。かように予め装着されたこのホローシャフトはＩＨＵ用型に挿入される。周知のように、ラムは、ＩＨＵ用型の圧力媒体が同時に作用しつつ、軸方向に、ホローシャフトの少なくとも一端へ、移動される。このことによって、ホローシャフトは、機械要素が外側に位置決めされていない箇所で、比較的太く拡大される。他方、機械要素が位置決めされている領域では、この機械要素は内部圧力によって摩擦係合及び形状係合で結合される。同時に、圧力の作用によって及び軸方向でのラムの移動によって、ホローシャフトは、挿入された要素と共に据え込まれる。このことによって、材料は太くされ、要素はホローシャフトに摩擦係合及び形状係合に位置決めされ、従って、ホローシャフトの使用に適合したデザインによって、ホローシャフトの端部及び他のユニットへの接続部として用いられる。
【００１１】
この据え込みは、挿入された要素を幾何学的形状にデザインすることに応じて、ホローシャフトの材料が要素の前及び／又は要素の後にもたされることを引き起こす。従って、要素は軸方向に固定される。軸方向に貫通する孔が要素に形成されるとき、圧力はこの要素の両端に作用する。
【００１２】
ホローシャフトの、好ましくはカムシャフトとしての使用に、すなわちホローシャフトの取着に、モータ又はその他の駆動要素のユニットとの結合に対応して、要素はホローシャフトと共に機械的に分離され、そのとき、平面が形成される。この平面へは例えば孔又はねじ山が形成される。
【００１３】
要素を、ホローシャフトとの結合後に、ボルト又はねじ付きボルトが留まっているように、機械加工することも、ホローシャフトの機能に適合して可能である。この実施の形態では、ホローシャフトへの挿入及びホローシャフトとの結合の前に既に要素がその型内で予め製造されていることができる。
【００１４】
解決策の、他の実施の形態は、要素が、圧力媒体と同時に軸方向に作用する、ＩＨＵ用型のラムと共に、ユニットを形成し、ホローシャフトに突入していることである。ＩＨＵ法の終了後に、ラムは要素と共に引き出される。ＩＨＵ用型及び要素の直径のデザインに従って、ホローシャフトの端部は機能に対応した形状を得る。知られた機械加工によって、端度器（Ｅｎｄｍａｓｓ）が製造される。
【００１５】
要素がホローシャフトに留まるとき、要素は軸方向に留められ、すなわち、摩擦係合及び形状係合でホローシャフトと結合されている。
【００１６】
要素の、その両端の間の直径を、縮小することも好都合であり得る。このことによって、ホローシャフトとの結合は改善される。
【００１７】
ホローシャフトの使用目的に応じて、平面が生じるように、要素の押し込み後にホローシャフトを要素の領域で端面に切断することは好都合であり得る。切断が切取りによってなされることは適切である。任意の部分又は機械要素を固定するために、この面へは、後に、軸方向に延びているねじ山を形成することができる。
【００１８】
本発明に係わる方法の利点は、２つの非常に適切な方法すなわち内部高圧二次成形及び据え込みを、同時に、１つの方法で、容易に製造されかつホローシャフトと結合される機械要素を用いて組み合わせることにある。このことによって、非常に短い製造時間が生じる。
【００１９】
他の利点は、方法によって及び機械要素の、特に、ホローシャフトに挿入される要素の特殊な構成によって、全く僅かな再加工のみが必要となることにある。方法で製造されるホローシャフト、特に、自動車モータ用のカムシャフトは、極めて軽量であって、安価である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態から、従来の技術及び本発明を記述する。図１（Ａ）及び（Ｂ）には、ホローシャフトの端部が従来の技術に基づいて製造される様が示されている。ホローシャフト１の一方の端部の領域は、知られた混練法で又は据え込みによって、ホローシャフト１の外径Ｄ_Ａが一定であるときにホローシャフト１の内径Ｄ_ｉが孔２の直径Ｄ_Ｂにまで縮小するように、処理される。このことは、材料の集まりが端部領域でなされることを意味する。この据え込みは、加熱によって、ハンマー鍛造によって又は他の二次成形工程でもなされる。孔２はこの工程内で同時に形成され、そのとき、機械的に再加工されねばならないか、あるいは、ホローシャフト１の端部が完全に閉じられた後で、孔２又はねじ山３は端面の加工後に形成される。
【００２１】
図２を参照して本発明に係わる方法を記述する。知られたＩＨＵ用型４へは、型４の内径に対応する外径Ｄ_Ａを有するホローシャフト１が挿入される。同時に、ホローシャフト１の内径Ｄ_ｉよりも僅かに小さい外径Ｄ_Ｅを有する要素５も、ホローシャフト１の所定の箇所へ挿入される。通常は２個構成である型４が閉じられる。型４のラム６は、高圧下で、圧力媒体がホローシャフト１内で同時に作用する間に、ホローシャフトの端面の方へ押圧しつつ軸方向に移動される。この場合、ホローシャフト１の材料は据え込みされる。その結果、ホローシャフト１のこれまでの内径Ｄ_ｉがＤ_ｉｉに縮小されるまで、要素５はホローシャフト１の材料によって押し込まれる。従って、要素５は、高圧下で、形状係合及び／又は摩擦係合でホローシャフト１と結合される。線７に沿って、知られるように、好ましくは切取り（Ｔｒｅｎｎｓｃｈｌｅｉｆｅｎ）によって、端部部分が切り離されて、例えばねじ山が形成される平面が生じる。
【００２２】
図３（Ａ）乃至（Ｃ）には、要素５の異なった実施の形態が示されている。ラム６の、圧力媒体の及び要素５の幾何学形状の作用に従って、ホローシャフト１の材料は要素５の前後で据え込まれ、ホローシャフト１の内径Ｄ_ｉはＤ_ｉｉに縮小される。ＩＨＵ用型のラム６は矢印方向に押す。図３（Ｂ）に示す実施の形態では、圧力媒体は、一側からのみ入り込むにも拘わらず、孔８を通って要素５の両側に作用する。要素５のこの実施の形態は、要素５がホローシャフト１の端部から更に離隔して設けられているとき、特にそのとき好都合である。図３（Ａ）では、材料の集まりを達成するために、ラム６は一側に、圧力媒体は他側に作用する。
【００２３】
図３（Ｃ）では、要素５は錐形にデザインされている。
【００２４】
図４には、要素５の領域でホローシャフト１上に機械要素９又はカムが同時に取着されている様が示されている。図３（Ｂ）に示すように、材料は両側に集められる。驚くべきことに、ホローシャフト１のこの箇所でホローシャフトの外径Ｄ_Ａが拡大し、従って、そこに取着された機械要素９は同時に摩擦係合及び／又は形状係合でホローシャフト１と結合されることが、見出された。
【００２５】
この実施の形態によって、従来別個に実行された方法を只１つのＩＨＵ方法で実施することができることが、示される。本発明に係わる方法の利点はこの点に基づいている。
【００２６】
図５は方法の他の実施の形態を示している。圧力媒体と同時に作用して、軸方向の圧力を加えるラム６の、その前部は、他の実施の形態では別個の要素５としっかり結合され、すなわち、ラム６の前側は要素５´として形成されている。方法で生じる、材料の流れは、ホローシャフト１の内径より小さいかその内径と等しい外径を有する要素５´によって、太くなること又は据え込みの際に内側に限定される。従って、材料は局所的に要素５´の外側へ及び要素の前方で内側にもたらされる。図２乃至４の実施の形態と異なって、ＩＨＵ工程の終了後に、一体的な圧力ラム６，５´がホローシャフト１から除去される。しかし乍ら、ラム６は、要素５´がホローシャフトの内径に対応して及びＩＨＵ用型が外径に対応して形成されていることによって、ホローシャフト１と摩擦係合及び形状係合で結合されていることができ、工程の終了後に、要素５´から機械的に切断される。
【００２７】
要素５及び機械要素９又はカムは、先行の方法で、知られるように製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
（Ａ）は従来の技術に係わるホローシャフトの端部の実施の形態を示している。
（Ｂ）は従来の技術に係わるホローシャフトの端部の他の形態を示している。
【図２】
ホローシャフトが挿入されているＩＨＵ用型の部分断面図を示している。
【図３】
（Ａ）要素がしっかりと挿入されているホローシャフトの実施の形態を示している。
（Ｂ）要素がしっかりと挿入されているホローシャフトの他の実施の形態を示している。
（Ｃ）要素がしっかりと挿入されているホローシャフトの更に他の実施の形態を示している。
【図４】
要素が挿入されかつカムが取着されているホローシャフトの部分断面図を示している。
【図５】
自身の中に要素が留まっていないホローシャフトの、その端部の実施の形態を示している。

Claims (18)

1. ホローシャフト、特にカムシャフトを内部高圧二次成形法（ＩＨＵ）で製造する方法であって、複数のカム及び／又は機械要素を、前記ホローシャフトの使用に合わせて、前記ホローシャフトの外面に、機能に適切な位置で摩擦係合及び／又は形状係合で分布して取り付ける方法において、
   前記ホローシャフトを挿入するとき、このホローシャフトの機能に必要な前記複数のカム及び／又は機械要素を、機能に関連した位置で前記ホローシャフトへ押し嵌めて、位置決めし、
   前記ホローシャフトの少なくとも一端で、前記ホローシャフトの内径とほぼ同一の外径を有する要素を位置決めし、
   前記ホローシャフトを、このホローシャフトへ押し嵌められた前記複数のカム及び／又は機械要素並びに挿入された要素と共に、ＩＨＵ用型に挿入し、
   前記ＩＨＵ用型を閉じた後に、媒体を、前記ホローシャフト内の必要な高圧下で作用させ、
   前記媒体が内から作用すると同時に、少なくとも１つのラムを、軸方向に、前記ホローシャフトの少なくとも１つの端面へ押し、かくて、前記媒体の及び前記ラムによる機械的圧力の圧力作用の故に引き起こされた、材料の流れによって、前記ＩＨＵ用型を埋めて、このことにより、前記要素を前記ホローシャフトの材料によって取り囲み、前記複数のカム及び／又は機械要素を、前記ホローシャフトの拡大によって、摩擦係合及び／又は形状係合で前記ホローシャフトと結合させること、及び、
   前記ホローシャフトの、前記要素によって閉じられた端部を、前記ホローシャフトの機能に応じて機械加工することを特徴とする方法。
2. 前記ホローシャフトの端面へ軸方向に作用する前記ラムの、前記ホローシャフトの方向に向いた端部を、ＩＨＵ法の終了後に前記ラムの引抜きによって所定の開口部を前記ホローシャフトの端部として成形するように、形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ホローシャフトの閉じられた前記端部に、機械加工によって、平面を成形し、この平面へ雌ねじ又は孔を形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記要素にボルト又はねじ付きボルトを取り付けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記ホローシャフトに入れられた前記要素が、先行の機械的方法で、機能に関連した大凡の形状を既に得てた後に、前記要素を、前記ＩＨＵ法で、寸法及び機能に対応して加工することを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記複数の機械要素、カム及び要素を他の方法で製造することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法。
7. 前記ホローシャフトの、前記ＩＨＵ法で製造された前記端部の、その内側及び／又は外側を、機械で再加工することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の方法。
8. 前記ＩＨＵ法に基づいた前記ホローシャフトを、挿入された前記要素の領域で、平面が生じるように、切削加工法で、好ましくは切取りによって切断することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１に記載の方法。
9. 前記平面へ複数の孔及びねじ山を形成することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の機械要素及び／又はカム及び／又は要素を、前記ホローシャフトのとは異なる材料から製造することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１に記載の方法。
11. 前記ホローシャフトの外径を、前記ホローシャフトの製造される端部の所定の領域で、材料の流れによって拡大するために、前記ＩＨＵ用型の内径を前記領域で拡大することを特徴とする請求項２に記載の方法。
12. 前記ホローシャフト（１）の使用に従ってこのホローシャフト（１）に取り付けられており、かつ、内部高圧二次成形によって拡大された前記ホローシャフト（１）に機能的に適合して摩擦係合で前記ホローシャフト（１）と結合されている複数のカム及び／又は機械要素を具備する、請求項１乃至１１のいずれか１の方法で製造されたホローシャフト、特にカムシャフトにおいて、
    前記ホローシャフト（１）は、要素（５）によって、少なくとも１つの端部で、摩擦係合及び形状係合で閉じられていること、及び前記要素（５）は幾何学形状的及び機械的に前記ホローシャフトの機能に適合して加工されていることを特徴とするホローシャフト。
13. 前記要素（５）は、孔（８）又は雌ねじを有することを特徴とする請求項１２に記載のホローシャフト。
14. 前記要素（５）の、前記ホローシャフト（１）に亘って延びている部分は、ボルト、ピン又はねじ付きボルトとして形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のホローシャフト。
15. 前記要素（５）は、中実のボルトであり、少なくとも一端で面取り部を有することを特徴とする請求項１２に記載のホローシャフト。
16. 前記要素（５）は、軸方向に貫通する孔（８）を有することを特徴とする請求項１２に記載のホローシャフト。
17. 前記要素（５）は、その両端の間の領域で、縮小した直径を有することを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１に記載のホローシャフト。
18. 前記要素（５）の外径は、錐形に一方の端部の方に延びていることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか１に記載のホローシャフト。

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