JP2015163785A - 組み立てカムシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】カムピース１４をシャフト１２に強固に接合することのできる組み立てカムシャフト１０を提供すること。
【解決手段】組み立てカムシャフト１０は、内周面１４ａによって挿入孔を区画するカムピース１４がシャフト１２に挿入されて構成される。シャフト１２の外周には、雄ねじ１２ａが形成されており、カムピース１４は、その両側から、雄ねじ１２ａに対応する雌ねじ１８ａが形成されたベアリングナット１８によって締め付けられている。カムピース１４とベアリングナット１８とはそれぞれテーパ部１４ｂ，１８ｂを備え、これらテーパ部１４ｂ，１８ｂ同士が面接触している。ベアリングナット１８が締め付けられるほど、テーパ部１４ｂ、１８ｂを介してカムピース１４に、シャフト１２の径方向においてカムピース１４の内周面１４ａをシャフト１２から離間させる方向の力が及ぼされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、カムピースがシャフトに組み付けられた組み立てカムシャフトに関する。

近年、車載内燃機関のバルブを駆動するカムピースおよびシャフトは、軽量化とカム高強度化を目的に、カムピースとシャフトとが一体的に形成されたものから別体となる組み立てカムシャフトに置き換わりつつある。カムピースをシャフトに組み付ける手法としては、大きくは、シャフトにカムピースを圧入する手法や、シャフトに高温のカムピースを嵌め込む焼き嵌め等が実用化されている。

ただし、上記いずれの手法も、カムピースのうちシャフトの挿入孔を区画する内周面とカムピースの外周との間のクリアランスが、カムピースとシャフトとの接合力を決めるパラメータとなるため、クリアランスに高い精度が要求される。

そこで従来、たとえば特許文献１に見られるように、複数のカムピースやジャーナル、スペーサをシャフトに挿入した状態において、シャフトの端部からボルトをねじ込むことで、カムピース等をシャフトに固定するものが提案されている。

特開平７−１５８４１２号公報

ただし、上記の場合、複数のカムピースやジャーナル等が１つのボルトによって固定されることとなるため、シャフトの周方向のトルクに対するカムピースの接合力が不足するおそれがある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムピースをシャフトに強固に接合することのできる組み立てカムシャフトを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
技術的思想１：カムピースがシャフトに組み付けられた組み立てカムシャフトにおいて、前記シャフトの外周には、雄ねじが形成され、前記カムピースには、前記シャフトに挿入するための挿入孔が形成され、前記雄ねじに対応する雌ねじを有するナットを備え、前記シャフトに前記カムピースが挿入されて、前記カムピースの両側から前記ナットにより前記カムピースが締め付けられていることを特徴とする組み立てカムシャフト。

上記構成によれば、ナットとシャフトとがネジ止めされるに際し、ナットがカムピースの両側からカムピースを締め付ける。このため、ナットによる締め付け力がカムピースにダイレクトに伝わるために、カムピースをシャフトに強固に接合することができる。

第１の実施形態にかかる組み立てカムシャフトの断面構成を示す断面図。 同実施形態におけるカムピースの挿入孔の口径とシャフトの外周の口径との関係を示す断面図。 同実施形態にかかるベアリングナットを示す斜視図。 （ａ）〜（ｉ）は、同実施形態にかかるカムピースの組み付け工程を示す図。 第２の実施形態にかかる組み立てカムシャフトの断面構成を示す断面図。 第３の実施形態にかかる組み立てカムシャフトの断面構成を示す断面図。 第４の実施形態にかかる組み立てカムシャフトの断面構成を示す断面図。

＜第１の実施形態＞
以下、組み立てカムシャフトの第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１に、組み立てカムシャフト１０の一部断面図を示す。図示される組み立てカムシャフト１０は、中空円筒状のシャフト１２に、車載内燃機関（図示略）の吸気バルブや排気バルブ（機関バルブ）を駆動するカムピース１４が組み付けられたものである。ここで、シャフト１２の内部は、潤滑油の流通経路となる。一方、カムピース１４は、カムノーズまたはその周辺部が機関バルブを開閉させる部材に接触することで、機関バルブを開弁させ、カムノーズまたはその周辺部が機関バルブを開閉させる部材に接触しなくなることで、機関バルブを閉弁させる。

図２に示すように、カムピース１４の内周面１４ａによって区画された挿入孔の口径は、シャフト１２の外周の径よりも大きい値とされている。
シャフト１２の外周には、雄ねじ１２ａが形成されている。そして、カムピース１４は、その両側から、上記雄ねじ１２ａに対応する雌ねじ１８ａを有するベアリングナット１８に締め付けられている。

図３に示すように、ベアリングナット１８は、中空リング状の部材である。また、ベアリングナット１８には、図１に示すように、カムピース１４に接する側の側面にテーパ部１８ｂが形成されている。テーパ部１８ｂは、ベアリングナット１８の全周に渡って均一の形成されている。一方、カムピース１４には、ベアリングナット１８に接する両側面にそれぞれ、テーパ部１４ｂが形成されている。テーパ部１４ｂは、カムピース１４の全周にわたって均一の形成されている。ここで、カムピース１４のテーパ部１４ｂは、シャフト１２の径方向にシャフト１２から離れるほどカムピース１４の幅を拡大させるものである。一方、ベアリングナット１８のテーパ部１８ｂは、シャフト１２の径方向にシャフト１２から離れるほどベアリングナット１８の幅を縮小させるものである。

上記構成において、カムピース１４の両側からベアリングナット１８を締め付けると、シャフト１２の径方向であって且つシャフト１２から離れる方向に、ベアリングナット１８からカムピース１４に力が及ぼされる。このため、カムピース１４の内周面１４ａによって区画される挿入孔の口径よりもシャフト１２の外周の径の方がわずかに小さくなるように形成されているにもかかわらず、カムピース１４の軸の位置は強固に固定される。

詳しくは、本実施形態では、テーパ部１８ｂのテーパ角とテーパ部１４ｂのテーパ角とが、互いに等しい値に設定されている。ここで、カムピース１４に形成されているテーパ部１４ｂのテーパ角は、シャフト１２の径方向への変位に対するカムピース１４の幅の変化速度の「１／２」またはその逆正接関数値として定量化することができる。一方、ベアリングナット１８に形成されているテーパ部１８ｂのテーパ角は、シャフト１２の径方向への変位に対するベアリングナット１８の厚さの変化速度またはその逆正接関数値として定量化することができる。

次に、図４を用いて、カムピース１４をシャフト１２に組み付ける工程について説明する。
この一連の工程においては、まず、図４（ａ）に示すように、旋削加工によって、所定の直径を有するシャフトを構成する。この際、シャフト１２の基準位置を定めるフロントピース２０も形成される。続いて、図４（ｂ）に示すように、シャフト１２の外周に転造加工を施すことで、シャフト１２の外周に雄ねじ１２ａを形成する。続いて、図４（ｃ）に示すように、ジャーナル部を構成する部分に形成されている雄ねじ１２ａを旋削加工によって除去し、研削加工を施すことでジャーナル部を形成する。

次に、図４（ｄ）に示すように、ベアリングナット１８をシャフト１２に挿入する。ここで、ベアリングナット１８の配置箇所は、フロントピース２０を基準として用いて治具３０によって定められる。ベアリングナット１８の配置箇所を定めると、図４（ｅ）に示すように、このベアリングナット１８が挿入されたシャフト１２に、さらに、カムピース１４を挿入する。

次に、図４（ｆ）に示すように、カムピース１４のうち、ベアリングナット１８に接していない側に、別のベアリングナット１８を締め付ける。こうして１つのカムピース１４をシャフト１２に組み付ける処理が完了すると、図４（ｇ）〜図４（ｉ）に示すように、上記と同様に、別のカムピース１４を組み付ける。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する作用効果が得られるようになる。
（１）シャフト１２の外周に雄ねじ１２ａを形成し、カムピース１４の両側から雄ねじ１２ａに対応する雌ねじ１８ａを有するベアリングナット１８を締め付けた。これにより、カムピース１４をシャフト１２に接合することができる。

（２）カムピース１４にテーパ部１４ｂを形成し、ベアリングナット１８にテーパ部１８ｂを形成した。これにより、ベアリングナット１８を締め付けるほど、テーパ部１８ｂからテーパ部１４ｂに、シャフト１２の径方向においてカムピース１４の内周面１４ａをシャフト１２から引き離す方向の力をカムピース１４に及ぼすことができる。このため、カムピース１４とシャフト１２との接合力を増大させることができる。また、テーパ部１４ｂをカムピース１４の全周にわたって均一に形成して且つ、テーパ部１８ｂをベアリングナット１８の全周にわたって均一に形成することで、カムピース１４の内周面１４ａによって区画される挿入孔の軸とシャフト１２の軸とのずれ（芯ずれ）を抑制することができる。

（３）カムピース１４に形成されるテーパ部１４ｂのテーパ角と、ベアリングナット１８に形成されるテーパ部１８ｂのテーパ角とを等しくした。これにより、カムピース１４に形成されるテーパ部１４ｂと、ベアリングナット１８に形成されるテーパ部１８ｂとを十分に面接触させることができる。

（４）カムピース１４の内周面１４ａによって区画される挿入孔の口径をシャフト１２の外周の径よりも大きくした状態でシャフト１２にカムピース１４を挿入する手法において、カムピース１４にテーパ部１４ｂを形成し、ベアリングナット１８にテーパ部１８ｂを形成した。上記挿入孔の口径を大きくするいわゆるすきま嵌めを利用する場合、カムピース１４の挿入孔の中心軸と、シャフト１２の中心軸とにずれ（芯ずれ）が生じることが懸念される。したがって、カムピース１４にテーパ部１４ｂを形成し、ベアリングナット１８にテーパ部１８ｂを形成する構成の利用価値が特に大きい。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図５に示すように、本実施形態においては、カムピース１４の内周面１４ａに雌ねじ１４ｃを形成する。そして、カムピース１４のテーパ部１４ｂを、シャフト１２の径方向にシャフト１２から離れるほどカムピース１４の幅を縮小させるものとする。一方、ベアリングナット１８のテーパ部１８ｂを、シャフト１２の径方向にシャフト１２から離れるほどベアリングナット１８の幅を拡大させるものとする。なお、本実施形態においても、カムピース１４に形成されているテーパ部１４ｂのテーパ角と、ベアリングナット１８に形成されているテーパ部１８ｂのテーパ角とを等しい値に設定する。

次に、上記構成の作用を記載する。ベアリングナット１８を締め付けるほど、ベアリングナット１８のテーパ部１８ｂは、テーパ部１４ｂを介してカムピース１４をシャフト１２側に押し付ける力を及ぼす。そしてこれにより、シャフト１２の雄ねじ１２ａとカムピース１４の雌ねじ１４ｃとの密着性を向上させることができ、ひいては、シャフト１２とカムピース１４との接合力を向上させることができるという効果を奏する。

なお、本実施形態によれば、上記第１の実施形態の上記（１）〜（４）に準じた作用効果を得ることができる。
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態について、第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図６に示すように、本実施形態においては、カムピース１４は、テーパ部１４ｂの先端部分においてその幅が最小となるものの、シャフト１２から更に離間した部分においてその幅を拡大する。そして、幅が最小となる部分である凹部１４ｄには、ベアリングナット１８が接触可能とされている。これにより、本実施形態によれば、上記第２の実施形態と比較して、カムピース１４の両側のベアリングナット１８間の間隔を縮小することができる。

＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図示されるように、本実施形態にかかるカムピース１４は、内周面１４ａに雌ねじ１４ｃが形成されている。また、カムピース１４の内部には、空洞１４ｅが形成されている。詳しくは、この空洞１４ｅは、カムピース１４の内周面側（シャフト１２側）に行くほど、その横幅が狭くなる形状を有する。

次に、上記構成の作用を記載する。ベアリングナット１８を締め付けることで、カムピース１４のうち内周面側（シャフト１２側）の部分に、カムピース１４内の空洞１４ｅ側方向の力が働く。そしてこれにより、カムピース１４に形成されている雌ねじ１４ｃのピッチが縮小することから、雌ねじ１４ｃがシャフト１２の雄ねじ１２ａに食いつくようになる。そしてこれにより、カムピース１４とシャフト１２との接合力が増大する。

以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態の上記（１）の作用効果に加えて、さらに以下の作用効果が得られるようになる。
（５）カムピース１４の内部に空洞１４ｅを形成したため、カムピース１４の両側からベアリングナット１８を締め付けることで、カムピース１４の雌ねじ１４ｃが形成された部分を空洞１４ｅ側に撓ませることが容易となる。そしてこれにより、雌ねじ１４ｃのピッチを縮小させることができることから、雄ねじ１２ａと雌ねじ１４ｃとの係合力を向上させることができる。

（６）空洞１４ｅを、カムピース１４の内周面側（シャフト１２側）に行くほどその幅が狭くなる形状とした。これにより、カムピース１４の両側からベアリングナット１８を締め付けることで、カムピース１４の雌ねじ１４ｃが形成された部分を空洞１４ｅ側に撓ませることがいっそう容易となる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・図１、図５、図６等においては、カムピース１４に形成されているテーパ部１４ｂのテーパ角と、ベアリングナット１８に形成されているテーパ部１８ｂのテーパ角とを等しくしたが、これに限らない。これらの差が大きくなるほど、テーパ部１４ｂとテーパ部１８ｂとが面接触することは困難となるものの、カムピース１４にテーパ部１４ｂを備えベアリングナット１８にテーパ部１８ｂを備えることで、カムピース１４とシャフト１２との接合力を増大させたり、カムピース１４の芯ずれを抑制したりすることはできる。

・図１、図５、図６等においては、テーパ部１４ｂをカムピース１４の全周に渡って形成し、テーパ部１８ｂをベアリングナット１８の全周に渡って形成したがこれに限らない。たとえば、カムピース１４に形成されるテーパ部を、カムピース１４の周方向においてとぎれつつも均等に形成して且つ、ベアリングナット１８に形成されるテーパ部を、ベアリングナット１８の周方向にとぎれつつも均等に形成してもよい。この場合であっても、カムピース１４の内周面１４ａによって区画される挿入孔の軸とシャフト１２の軸とのずれを抑制することができる。

・第４の実施形態において、空洞１４ｅの形状としては、図７に例示したものに限らない。たとえば、幅を一定としてもよい。
・図７において、ベアリングナット１８のうちカムピース１４側の側面に、シャフト１２の径方向においてシャフト１２から離間するほどベアリングナット１８の幅を縮小させるテーパ部を形成し、カムピース１４に、シャフト１２の径方向においてシャフト１２から離間するほどカムピース１４の幅を拡大させるテーパ部を形成してもよい。この場合、ベアリングナット１８が締め付けられるほど、カムピース１４の挿入孔を形成する内周面１４ａをシャフト１２の外周面側に変位させようとする力を及ぼされるため、カムピース１４とベアリングナット１８とはテーパ部を介して互いにシャフト１２の径方向に力を及ぼすこととなる。これにより、カムピース１４とシャフト１２との接合力を増大することができる。また、カムピース１４に形成するテーパ部をカムピース１４の周方向において均等に形成し、ベアリングナット１８に形成するテーパ部をベアリングナット１８の周方向において均等に形成することで、カムピース１４の内周面１４ａによって形成される挿入孔の軸と、シャフト１２の軸とのずれを抑制することができる。

・また、図７において、ベアリングナット１８に、シャフト１２の径方向においてシャフト１２から離間するほどベアリングナット１８の幅を拡大させるテーパ部を形成し、カムピース１４に、シャフト１２の径方向においてシャフト１２から離間するほどカムピース１４の両側面間の間隔を縮小させるテーパ部を形成してもよい。この場合、ベアリングナット１８が締め付けられるほど、カムピース１４の挿入孔を形成する内周面１４ａをシャフト１２の外周面側に変位させようとする力を及ぼされるため、カムピース１４とベアリングナット１８とはテーパ部を介して互いにシャフト１２の径方向に力を及ぼすこととなる。これにより、カムピース１４とシャフト１２との接合力を増大することができる。また、カムピース１４に形成するテーパ部をカムピース１４の周方向において均等に形成し、ベアリングナット１８に形成するテーパ部をベアリングナット１８の周方向において均等に形成することで、カムピース１４の内周面１４ａによって形成される挿入孔の軸と、シャフト１２の軸とのずれを抑制することができる。

・図４では、治具３０によってシャフト１２の軸方向におけるベアリングナット１８の位置を定めることで、シャフト１２の軸方向におけるカムピース１４の位置を間接的に定めたが、これに限らない。たとえば、治具３０によってシャフト１２の軸方向におけるカムピース１４の位置を直接的に定めてもよい。これは、図４（ｄ）に示した工程では治具３０を用いず、図４（ｅ）に示した工程において、治具３０をカムピース１４に接触させることで実現することができる。

・一対のベアリングナット１８に挟まれるカムピースとしては、カムノーズを１つのみ備えるものに限らず、複数備えるものであってもよい。これにより、単一の気筒に複数の吸気バルブ（排気バルブ）を備える構成において、それら複数の吸気バルブ（排気バルブ）間の間隔が狭いときに、カムノーズ間の間隔を吸気バルブ（排気バルブ）間の間隔にあわせることが容易となる。

・シャフト１２としては、中空のものに限らない。

１０…カムシャフト、１２…シャフト、１２ａ…雄ねじ、１４…カムピース、１４ａ…内周面、１４ｂ…テーパ部、１４ｃ…雌ねじ、１４ｄ…凹部、１４ｅ…空洞、１８…ベアリングナット、１８ａ…雌ねじ、１８ｂ…テーパ部、２０…フロントピース、３０…治具。

Claims (1)

1. カムピースがシャフトに組み付けられた組み立てカムシャフトにおいて、
   前記シャフトの外周には、雄ねじが形成され、
   前記カムピースには、前記シャフトに挿入するための挿入孔が形成され、
   前記雄ねじに対応する雌ねじを有するナットを備え、
   前記シャフトに前記カムピースが挿入されて、前記カムピースの両側から前記ナットにより前記カムピースが締め付けられていることを特徴とする組み立てカムシャフト。