JP2008157062A - カムシャフトの支持構造、カムシャフトの取付け方法及びカムシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトを、円滑な回転を可能に支持する。
【解決手段】軸受が、２つの半円弧形凹部とを円形に合体させたものの場合、双方の半円弧形凹部の軸心が偏心して、カムシャフトの円滑な回転が阻害されることが懸念される。本発明では、カムロブ２２をシャフト本体２１とは別体部品とし、シャフト本体２１を、軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒと、隣り合う軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒの間に配置したカムロブ２２とに貫通させたので、軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒを２つの半円弧形凹部に分割する必要がない。したがって、軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒを真円状態に保ち、カムシャフト２０を円滑に回転できるように支持することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、カムシャフトの支持構造カムシャフトの取付け方法及びカムシャフトの製造方法に関するものである。

特許文献１には、カムシャフトを支持する構造が開示されている。このカムシャフトは、シャフト本体に複数のカムロブを固着した形態であり、シャフト本体の両端部及び隣り合うカムロブの間において軸受により回転可能に支持されている。軸受は、カムハウジングの上面に形成した半円弧形凹部と、カムハウジングに組み付けられるキャップの下面に形成した半円弧形凹部とを円形に合体させたものである。
特開平０１−２４９９０４号公報

上記の軸受構造では、カムハウジングにキャップを組み付けたときに、寸法公差や組付公差のために、キャップ側の半円弧形凹部の軸心がカムハウジング側の半円弧形凹部の軸心に対して偏心した状態となり、その結果、カムシャフトの円滑な回転が阻害されることが懸念される。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、カムシャフトを、円滑な回転を可能に支持する手段を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、円形断面のシャフト本体の外周にカムロブが張り出した形態のカムシャフトを、同軸上に配置された円形をなす複数の軸受孔を有する支持部材に支持する構造であって、前記カムロブが、前記シャフト本体とは別体の部品であって、前記シャフト本体を貫通させるための取付孔を有する形態とされており、前記シャフト本体が、前記複数の軸受孔と、隣り合う前記軸受孔の間に配置した前記カムロブの前記取付孔とに貫通されているとともに、前記シャフト本体と前記カムロブとが一体回転可能に固着されているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、円形断面のシャフト本体の外周にカムロブが張り出した形態のカムシャフトを、同軸上に配置された円形をなす複数の軸受孔を有する支持部材に取り付ける方法であって、前記カムロブを、前記シャフト本体とは別体の部品であって、前記シャフト本体を貫通させるための取付孔が形成された形態とした上で、前記シャフト本体を、前記複数の軸受孔と、隣り合う前記軸受孔の間に配置した前記カムロブの前記取付孔とに貫通し、前記シャフト本体と前記カムロブとを一体回転可能に固着するところに特徴を有する。

請求項３の発明は、円形断面のシャフト本体の外周にカムロブが張り出した形態であって、前記シャフト本体を、支持部材に同軸上に設けた円形をなす複数の軸受孔に貫通させるとともに、前記カムロブを隣り合う前記軸受孔の間に配置した状態で製造する方法であって、前記カムロブを、前記シャフト本体とは別体の部品であって、前記シャフト本体を貫通させるための取付孔が形成された形態とした上で、前記シャフト本体を、前記複数の軸受孔と、隣り合う前記軸受孔の間に配置した前記カムロブの前記取付孔とに貫通し、前記シャフト本体と前記カムロブとを一体回転可能に固着するところに特徴を有する。

＜請求項１、請求項２及び請求項３の発明＞
軸受が、２つの半円弧形凹部とを円形に合体させたものの場合には、合体させたときに双方の半円弧形凹部の軸心が偏心して、カムシャフトの円滑な回転が阻害されることが懸念される。
その点、本発明では、カムロブを、シャフト本体とは別体の部品であって、シャフト本体を貫通させるための取付孔が形成された形態とし、シャフト本体を、複数の軸受孔と、隣り合う軸受孔の間に配置したカムロブの取付孔とに貫通するようにしたので、軸受孔を２つの半円弧形凹部に分割する必要がない。したがって、軸受孔を真円状態に保ち、カムシャフトを円滑に回転できるように支持することができる。
また、シャフト本体とカムロブとを一体化した状態で軸受孔に貫通させようとした場合は、シャフト本体のうち軸受孔に嵌合する部分をカムロブよりも大径にする必要があり、その結果、軸受構造が大型化してしまう。これに対し、本発明では、カムロブをシャフト本体とは別体部品とし、軸受孔にはカムロブを貫通させないようにしたので、軸受孔の径寸法を小さくして小型化を図ることができる。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図５を参照して説明する。図に示す支持部材１０は、単一部品であって、アルミニウム合金等の金属材料からなり、左右一対の側面枠１１Ｓと、この側枠の前端同士を連結する前面枠１１Ｆと、この側枠の後端同士を連結する後面枠１１Ｒと、左右両側面枠１１Ｓと前後両面枠とによって囲まれた空間を前後３つに区画する前後一対の中間枠１１Ｍとから構成される。前面枠１１Ｆ、後面枠１１Ｒ及び一対の中間枠１１Ｍには、夫々、左右両端位置と左右方向における中央位置の合計３箇所を上下方向に貫通するボルト孔１２が形成されている。かかる支持部材１０は、図示しないシリンダヘッドの上面に対し、各ボルト孔１２に挿通したボルト（図示せず）の捩じ込みによって固定されるようになっている。

また、前面枠１１Ｆ、一対の中間枠１１Ｍ及び後面枠１１Ｒには、夫々、ボルト孔１２の間の部分を前後方向に貫通させた形態の円形の軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒが、左右一対ずつ形成されている。右側に並ぶ４つの軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒは同心状に配置され、左側に並ぶ４つの軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒも同心状に配置されている。前面枠１１Ｆの軸受孔１３Ｆは、中間枠１１Ｍ及び後面枠１１Ｒの軸受孔１３Ｍ，１３Ｒよりも内径が大きく、中間枠１１Ｍの軸受孔１３Ｍの内径と後面枠１１Ｒの軸受孔１３Ｒの内径は同じ寸法である。また、各軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒの開口縁にはテーパ状のガイド面１４が形成されている。前面枠１１Ｆは、中間枠１１Ｍ及び後面枠１１Ｒよりも前後方向の厚さ寸法が大きくなっている。前面枠１１Ｆ、前後両中間枠１１Ｍ及び後面枠１１Ｒは、いずれも、軸受手段（軸受け部）を構成している。

支持部材１０には、２本のカムシャフト２０が取り付けられている。各カムシャフト２０は、１本のシャフト本体２１と、６つのカムロブ２２と、１つのスペーサ２３とから構成されている。シャフト本体２１は、円形断面であって、少なくとも支持部材１０の前端から後端に至る領域では外径寸法が一定となっている。このシャフト本体２１の外径寸法は、中間枠１１Ｍ及び後面枠１１Ｒの軸受孔１３Ｍ，１３Ｒの内径よりも僅かに大きい寸法であって、この寸法差は、シャフト本体２１が軸受孔１３Ｍ，１３Ｒ内で円滑に且つ径方向へのガタ付きなく回転し得るための確保したクリアランスに相当する。また、スペーサ２３は、円筒形をなしていて、前面枠１１Ｆの軸受孔１３Ｆに対して径方向及び軸方向の相対移動を不能に嵌合、又は一体的に固着されており、スペーサ２３の内径寸法は、中間枠１１Ｍ及び後面枠１１Ｒの軸受孔１３Ｍ，１３Ｒの内径と同じ寸法となっている。

カムロブ２２は、全体として略卵形をなし、前後方向に貫通する円形の取付孔２４が形成された周知の形態のものである。取付孔２４の内径はシャフト本体２１の外径とほぼ同じ寸法であり、取付孔２４にはシャフト本体２１が貫通されている。カムロブ２２は、取付孔２４と同心の円弧形をなすカムベース部と、取付孔２４の中心から外周面までの距離がカムベース部よりも大きいカムノーズ部とから構成されており、取付孔２４の中心からカムノーズ部の外周までの最大距離は、前面枠１１Ｆの軸受孔１３Ｆの半径よりも大きい寸法となっている。つまり、カムロブ２２は、いずれの軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒも通過させることはできない。

支持部材１０に対するカムシャフト２０の取付けと、カムシャフト２０の組立ては、１つの工程で行われる。この工程では、まず、前面枠１１Ｆと前側の中間枠１１Ｍとの間に２つのカムロブ２２を配置し、前後両中間枠１１Ｍ，１１Ｍの間にも２つのカムロブ２２を配置し、後側の中間枠１１Ｍと後面枠１１Ｒとの間にも２つのカムロブ２２を配置する。カムロブ２２を配置するに際しては、各カムロブ２２におけるカムノーズ部の向きが個々に異なるため、各カムノーズ部の向きに対応した形状の溝部を有する図示しない治具を用いる。溝部に嵌合した各カムロブ２２は、夫々、そのカムノーズ部が所定の方向を向くとともに、取付孔２４が軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒと同軸となるように位置決めされる。また、前後方向（軸方向）における各カムロブ２２の位置も治具によって固定される。尚、治具としては、カムロブ２２を上下に挟む形態等が考えられる。また、治具には、シャフト本体２１と干渉しないようにするための逃がし部が形成されている。

このようにして各カムロブ２２を位置決めした状態で、シャフト本体２１を、支持部材１０の軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒとカムロブ２２の取付孔２４とに順次に貫通させていく。また、スペーサ２３は、前面枠１１Ｆの軸受孔１３Ｆに嵌合され、シャフト本体２１の前端部はスペーサ２３に対して回転可能に内嵌される。
そして、シャフト本体２１を軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒ、スペーサ２３及び取付孔２４に貫通させた後は、各カムロブ２２をシャフト本体２１に対して一体回転し得るように固着する。カムロブ２２を固着する手段としては、焼き嵌めによる方法と、溶接による方法が考えられる。
焼き嵌めによる方法の場合は、治具に発熱手段を設け、シャフト本体２１を貫通させる前に予めカムロブ２２を加熱して取付孔２４の内径を大きくしておき、この状態で常温状態のシャフト本体２１を貫通させ、貫通後、カムロブ２２を常温に戻す。カムロブ２２を常温に戻す過程で、取付孔２４の内径が縮径して、取付孔２４の内周面がシャフト本体２１の外周面に強固に密着し、この密着面の摩擦によってカムロブ２２がシャフト本体２１に固着される。
一方、溶接による方法では、シャフト本体２１を貫通させた後、カムロブ２２を治具に嵌合させた状態のままで、カムロブ２２をシャフト本体２１に対して溶接により固着する。
上記のようにしてカムロブ２２をシャフト本体２１に固着した後は、治具をカムロブ２２から外せば、カムシャフト２０の組立てが完了すると同時に、支持部材１０に対するカムシャフト２０の組付けが完了する。

本実施形態によれば、下記のような効果を奏する。
軸受が、２つの半円弧形凹部とを円形に合体させたものの場合には、合体させたときに双方の半円弧形凹部の軸心が偏心して、カムシャフトの円滑な回転が阻害されることが懸念される。
その点、本実施形態では、カムロブ２２を、シャフト本体２１とは別体の部品にするとともに、シャフト本体２１を貫通させるための取付孔２４が形成された形態とし、シャフト本体２１を、４つの軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒと、隣り合う軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒの間に配置したカムロブ２２の取付孔２４とに貫通するようにしたので、軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒを２つの半円弧形凹部に分割する必要がない。したがって、軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒを真円状態に保つことができ、ひいては、カムシャフト２０を円滑に回転できるように支持することができる。
また、シャフト本体とカムロブとを一体化した状態で軸受孔に貫通させようとした場合は、シャフト本体のうち軸受孔に嵌合する部分をカムロブよりも大径にする必要があり、その結果、軸受構造が大型化してしまう。これに対し、本実施形態では、カムロブ２２をシャフト本体２１とは別体部品とし、軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒにはカムロブ２２を貫通させないようにしたので、軸受孔１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒの径寸法を小さくして小型化を図ることが実現されている。

＜実施形態２＞
次に、本発明を具体化した実施形態２を図６及び図７を参照して説明する。本実施形態２は、支持部材３０を上記実施形態１とは異なる構成としたものである。その他の構成については上記実施形態１と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。

上記実施形態１では支持部材１０が単一部品であったのに対し、本実施形態２では２本のカムシャフト２０を支持する支持部材３０が、前後方向に並列配置されてシリンダヘッド５０に固定される４つの軸受体３１，３２から構成されている。４つの軸受体３１，３２は、アルミニウム合金からなり、最も前に配置される軸受体３１（図６を参照）は、実施形態１における前面枠１１Ｆに相当し、これ以外の３つの軸受体３２（図７を参照）は、実施形態１における前後両中間１１Ｍ枠及び後面枠１１Ｒに相当する。各軸受体３１，３２は、夫々、前後に貫通する形態であって円形をなす左右一対ずつの軸受孔３３，３４を有しており、軸受孔３３，３４と同心円筒形の左右一対の軸受部３５と、この一対のの軸受部３５同士を連結する連結部３６と、各軸受部３５の外周から連結部３６とは反対側へ突出する耳部３７とから構成され、連結部３６には上下方向に貫通するボルト孔３８が形成されている。これら４つの軸受体３１，３２は、シリンダヘッド５０の上面に対し、軸受孔３３，３４が同軸状に配置されるように前後に並べて取り付けられる。

軸受体３１，３２の取付けは、ボルト孔３８にボルト（図示せず）を挿通し、そのボルトをシリンダヘッド５０の雌ネジ孔５１に捩じ込むことによって行われる。軸受体３１，３２のうちボルト孔３８の形成されている連結部３６には、下方への突出部３９が形成され、この突出部３９の下面がシリンダヘッド５０の受け部５２の上面に載置されており、受け部５２には上記雌ネジ孔５１が形成されている。また、耳部３７の下面は、シリンダヘッド５０の立上り部５３の上端部に形成した上向きの位置決め溝５４に対して前後移動を規制された状態で嵌合されている。

上記のように軸受体３１，３２は、１本のボルトのみによってシリンダヘッド５０に取り付けられ、軸受体３１，３２の左右両端部はシリンダヘッド５０に載置されているだけであることから、カムロブ２２に対してバルブ（図示せず）側から作用する反力のために連結部３６が変形して軸受部３５が浮き上がってしまうことが懸念される。
その対策として本実施形態２では、連結部３６の内部に、軸受体３１，３２よりも剛性の高い金属材料（例えば、鉄鋼等）からなる補強部材４０が鋳込まれている。つまり、ボルト締め部分とそのボルト締め部分から左右両側へ延出して軸受部３５に連なる部分とを含む連結部３６は、補強部材４０を埋設することによって剛性が高められているので、カムロブ２２に作用する下からの反力によって連結部３６が湾曲変形する虞はない。したがって、軸受体３１，３２の両端部においては、シリンダヘッド５０に対してボルト締めによる固定手段が不要となっており、耳部３７の幅寸法（左右寸法）が小さくなっている。その分、軸受体３１，３２の幅寸法（左右寸法）を小さくして、支持部材３０を幅狭化することが実現されている。

本実施形態では、補強部材４０が軸受体３１，３２の外面には露出しない形態となっているが、補強部材４０の一部が軸受体３１，３２の外面に露出する形態であってもよい。
また、補強部材４０には、ボルト孔３８と同軸且つ同径の連通孔４１が形成されているので、ボルト孔３８を挿通するのに支障はない。
尚、本実施形態では、軸受体３１，３２を単体でシリンダヘッド５０に固定するようにしたが、軸受体３１，３２同士をシリンダヘッド５０以外の結合部材によって互いに連結してもよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）隣り合う軸受孔の間に配置するカムロブの数は、１つでもよく、３つ以上でもよい。
（２）隣り合う軸受孔の間の配置領域に配置されるカムロブの数は、全ての配置領域において同一とする必要はなく、各配置領域毎に異なる数のカムロブが配置されていてもよい。
（３）前面枠、中間枠、後面枠の各枠に形成される軸受孔の数は、３つ以下又は５つ以上であってもよい。
（４）隣り合う軸受孔の間のカムロブを配置するための配置領域の数は、２つ以下でもよく、４つ以上でもよい。
（５）１本のシャフト本体に取り付けられるカムロブの数は、５つ以下でもよく、７つ以上でもよい。
（６）１つの支持部材に取り付けられるカムシャフトの数は、１本でもよく、３本以上でもよい。
（７）軸受孔の内径寸法は、全ての軸受孔で同一であってもよい。
（８）シャフト本体とカムロブを一体回転し得るように固着する手段として、シャフト本体を筒状として、シャフト本体を拡径させることにより、カムロブの取付孔に密着させてもよい。
（９）１本のカムシャフトを支持する軸受孔の数は、３つ以下でも、５つ以上でもよい。

実施形態１の平面図 斜視図 カムシャフトを支持部材から外した状態の斜視図 カムシャフトを支持部材から外した状態の断面図 カムシャフトを支持部材に組み付けた状態の断面図 実施形態２の断面図 断面図

符号の説明

１０…支持部材
１３Ｆ，１３Ｍ，１３Ｒ…軸受孔
２０…カムシャフト
２１…シャフト本体
２２…カムロブ

Claims (3)

1. 円形断面のシャフト本体の外周にカムロブが張り出した形態のカムシャフトを、同軸上に配置された円形をなす複数の軸受孔を有する支持部材に支持する構造であって、
   前記カムロブが、前記シャフト本体とは別体の部品であって、前記シャフト本体を貫通させるための取付孔を有する形態とされており、
   前記シャフト本体が、前記複数の軸受孔と、隣り合う前記軸受孔の間に配置した前記カムロブの前記取付孔とに貫通されているとともに、前記シャフト本体と前記カムロブとが一体回転可能に固着されていることを特徴とするカムシャフトの支持構造。
2. 円形断面のシャフト本体の外周にカムロブが張り出した形態のカムシャフトを、同軸上に配置された円形をなす複数の軸受孔を有する支持部材に取り付ける方法であって、
   前記カムロブを、前記シャフト本体とは別体の部品であって、前記シャフト本体を貫通させるための取付孔が形成された形態とした上で、
   前記シャフト本体を、前記複数の軸受孔と、隣り合う前記軸受孔の間に配置した前記カムロブの前記取付孔とに貫通し、
   前記シャフト本体と前記カムロブとを一体回転可能に固着することを特徴とするカムシャフトの取付け方法。
3. 円形断面のシャフト本体の外周にカムロブが張り出した形態であって、前記シャフト本体を、支持部材に同軸上に設けた円形をなす複数の軸受孔に貫通させるとともに、前記カムロブを隣り合う前記軸受孔の間に配置した状態で製造する方法であって、
   前記カムロブを、前記シャフト本体とは別体の部品であって、前記シャフト本体を貫通させるための取付孔が形成された形態とした上で、
   前記シャフト本体を、前記複数の軸受孔と、隣り合う前記軸受孔の間に配置した前記カムロブの前記取付孔とに貫通し、
   前記シャフト本体と前記カムロブとを一体回転可能に固着することを特徴とするカムシャフトの製造方法。

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