JP4117741B2 - カムシャフトのエンドピースおよびカムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられるカムシャフトのエンドピースおよびカムシャフトに関する。

内燃機関（エンジン）の動弁装置において、カムシャフトが用いられている。内燃機関の燃費向上に寄与するために、カムシャフトには、耐摩耗性、耐スカッフ性、耐ピッチング性、の向上が求められている。

これらの要求される品質に対し、鋳鉄製カムシャフトから、各カムロブの耐摩耗性、耐スカッフ性等を著しく向上させた、焼結部材を焼結工程で焼結と焼着により接合させる焼結カムシャフトが知られている。また、カムロブを焼きばめにより圧入する組立カムシャフトが知られている。さらに、カムシャフト用シャフト部のカムロブ接合部を凸形状に変形させ、凸部をカムロブ圧入時塑性変形させることにより固定する接合カムシャフトも知られている。いずれのカムシャフトも、カムロブの他に、ジャーナル部、必要に応じて角度センサー用の部品等が設定されている。

これらカムシャフトの軸の少なくとも一端には、通常、エンドピースと呼ばれる部材が設けられ、エンドピースを介してスプロケットと接続し、エンドピースを駆動させることにより、カムシャフトを回転させている。

ここで、鋳鉄製カムシャフトは、エンドピースに相当する部位は素材から一体で形成し、機械加工によりスプロケットを固定するタップ穴、および、スプロケットの位置決め用のピン穴を形成する。

また、上述の焼結カムシャフト、組立カムシャフト、接合カムシャフトにおいては、カムロブの他に、ジャーナル部、必要に応じて角度センサー用の部品を形成したカムシャフト部にエンドピースを接合させる。

上述の組立カムシャフトの一態様として、圧入により中空軸にエンドピースが接合されたタイプの組立式カムシャフトが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された組立式カムシャフトは、エンドピースの形状を工夫することにより、エンドピースとカムシャフトとの接合強度および潤滑油の通路を確保したものである。

一方、エンドピースが設けられたカムシャフトとして、図５に示すように、エンドピース５１とカムシャフト５２のシャフト部５３とを摩擦圧接法により接合するタイプのカムシャフト５２が知られている。カムシャフト５２のシャフト部５３が中空軸であるため、通常、シャフト部５３内を通る潤滑油の通路としての油穴５４がエンドピース５１に設けられている。また、エンドピース５１においては、通常、カムシャフト軸５３を有しない側の端部５８にねじ穴（以下、タップ穴という。）５５を有している。そのため、前述の油穴５４がタップ穴５５に通じないよう、油穴５４はエンドピース５１の外側から内側に向けて、カムシャフト５２の中空軸５３に遠い側から近い側に向かうよう、カムシャフト５２の軸方向Ｃに対して斜めに設けられる場合がある。
実開昭５８−７３９１４号公報

上述のカムシャフト５２の軸方向Ｃに対して油穴５４が斜めに設けられるカムシャフト５２のエンドピース５１においては、油穴５４を加工する際に、油穴５４の位置、大きさ、加工方法等に大きな制約を受けることとなる。例えば、油穴５４の位置、大きさについては、油穴５４の外側の位置がエンドピース５１外部に形成された油溝５６中に入っている必要があり、また、油穴５４を開けるためのドリルフォルダ等の工具がエンドピース５１外部に円周状に凸に形成されているツバ部５７等に当たらないようにする必要がある。また、油穴５４の加工においては、油穴５４は軸方向Ｃに対して斜めに延びるため、下穴を形成する必要があり、また、形成した油穴５４のエンドピース５１内側のバリ処理が必要となるため、加工数が多くなるものである。

そこで、本発明は、摩擦圧接法によりエンドピースとシャフト部とを接合するタイプのカムシャフトに適し、エンドピースの油穴の加工において加工数を低減するとともに、油穴の位置や大きさ等における制約を低減した、カムシャフトのエンドピースおよびこのエンドピースが設けられたカムシャフトを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明のカムシャフトのエンドピースは、カムシャフトのシャフト部の少なくとも一端に接続されるエンドピースであって、前記エンドピースは、カムシャフトのシャフト部からつながる中空部、および、前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部に前記中空部の内径よりも小さい内径を有するタップ穴、を有し、前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部における前記タップ穴の外側に溝を有し、前記溝からエンドピース外部におけるカムシャフトの回転を保持するジャーナル部に接続する油穴が前記中空部の軸心に対して略垂直に設けられることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明のカムシャフトは、シャフト部の少なくとも一端にエンドピースが接続されるカムシャフトであって、前記エンドピースは、カムシャフトのシャフト部からつながる中空部、および、前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部に前記中空部の内径よりも小さい内径を有するタップ穴、を有し、前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部における前記タップ穴の外側に溝を有し、前記溝からエンドピース外部におけるカムシャフトの回転を保持するジャーナル部に接続する油穴が前記シャフト部の軸心に対して略垂直に設けられることを特徴とする。

これらの発明によれば、エンドピースの中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部におけるタップ穴の外側に油溝を有し、当該溝からエンドピース外部に接続する油穴が中空部の軸心に対して略垂直に設けられることにより、下穴加工が不要になるとともにエンドピース内側のバリ処理が簡易にできるため、エンドピースの油穴の加工が簡易になる。

また、油穴をエンドピース外部から中空部の軸心に対して略垂直に開けられるため、油穴の外側の位置をエンドピース外部に形成された油溝中に入れることができ、ドリルフォルダ等の工具の位置関係を気にすることなく油穴を形成することができる。

このように、本発明によれば、摩擦圧接法によりエンドピースと中空軸とを接合するタイプのカムシャフトに適し、潤滑油の通路である油穴を確保したエンドピース、およびエンドピースを備えたカムシャフトを簡易に製造することが可能となる。

上述のように、本発明のカムシャフトのエンドピースおよびカムシャフトによれば、簡易な構成により、エンドピースの油穴の加工において加工数を低減するとともに、油穴の位置や大きさ等における制約を低減したものとなり、油穴を加工する際の制約が少なく製造することができる。

以下に、図面を参照して本発明のカムシャフトのエンドピースおよびカムシャフトについて説明する。

まず、図１（Ａ）は、本発明のエンドピースを含むカムシャフトの断面図を示し、図１（Ｂ）は、当該エンドピースの一部分の断面図を示す。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本発明のエンドピースの変形形態を説明する断面図を示す。

図１（Ａ）に示すように、本発明のカムシャフト１０は、エンドピース２０と中空軸のシャフト部３０の少なくとも一端とが、通常、摩擦圧接法により接合されている（図１（Ａ）の摩擦圧接部４０参照）。

そして、図１（Ｂ）に示すように、エンドピース２０は、カムシャフト１０のシャフト部３０からつながる中空部２１、および、中空部２１におけるシャフト部３０と接続しない側の端部２２に中空部２１の内径Ｄよりも小さい内径ｄを有するタップ穴２３、を有している。さらに、エンドピース２０は、中空部２１におけるシャフト部３０と接続しない側の端部２２におけるタップ穴２３の外側に溝２４を有し、溝２４からエンドピース２０外部におけるカムシャフト１０の回転を保持するジャーナル部２０１に接続する油穴２５が中空部２１の軸心Ｃに対して略垂直に設けられている。

エンドピース２０に設けられる溝２４の形状は、特に限定されず、例えば、図１（Ａ）に示すような先端が丸まった略三角形形状の断面２４、図２（Ａ）に示すような長円を切断した形状の断面２４Ａ、図２（Ｂ）に示すような先端が尖った略三角形形状の断面２４Ｂ、図２（Ｃ）に示すような先端が平坦である略四角形形状の断面２４Ｃ、等とすることができる。

エンドピース２０に設けられる溝２４は、中空部２１の内周に沿って、端部２２に円状に設けられてもよいし、油穴２５が設けられる位置に対応する位置のみに設けられてもよい。

エンドピース２０の油穴２５の数は、図１（Ａ）等を参照すると少なくとも二ヶ所は設けられることとなるが、各図に記載のものに限定されず、一ヶ所以上であれば望ましい。また、油穴２５が複数ヶ所に設けられる場合の位置関係は、特に限定されないが、通常、等間隔に設けられる。このエンドピース２０の油穴２５、中空部２１、および、シャフト部３０の中空部３２が、潤滑油の通路となり、ジャーナル部２０１の潤滑を行うことができる。

エンドピース２０のその他の形状は、特に限定されないが、中空部２１やタップ穴２３の外周部分に一周する凸形状のツバ部２６を油穴２５挟んで二つ設けたり、油穴２５の外側に油溝２７を設けてもよい。このツバ部２６は、カムシャフト１０が軸長手方向に移動することを防止するために設けられており、図１、図２に示すように凸形状の場合もあるが、図３に示すように凹形状２８の場合もある。また、ツバ部２６は、図４に示すように一つのみ設ける場合もある。油溝２７は、ジャーナル部２０１への潤滑油を供給する溝であり、油穴２５を介してシャフト中空部２１、３２に潤滑油を排出するために設けられるものである。

なお、上述しているジャーナル部２０１は、伝動軸の軸受け中に入っており、摺動する部分をいう（図１（Ａ）、（Ｂ）参照）。また、図３において、ジャーナル部は、凹形状２８の位置から油溝２７を越えた位置までをいい、図４において、ジャーナル部は、ツバ部２６の位置から油溝２７を越えた位置までをいう。ジャーナル部のシャフト部３０を有しない側の一端には、図１（Ａ）や図４に示すように、僅かに溝を有していることが好ましい。

また、図１（Ａ）等に示すエンドピース２０のタップ穴２３の上部に設けた穴２９は、図示しないスプロケットの位置決め用のピン穴２９となる。ピン穴２９の形状や大きさ等は、特に限定されず、スプロケットの位置決めに適した形状、大きさ等であればよい。

カムシャフト１０のシャフト部３０には、通常、所定の位置にカムロブ３１が設けられる。また、カムシャフト１０のシャフト部３０には、エンドピース２０と同様に、潤滑油の通路となる、図示しない油穴が設けられる。カムシャフト１０のその他の構成については特に限定されない。

本発明のエンドピース２０およびシャフト部３０を含むカムシャフト１０の各部の寸法は特に限定されず、特に溝２４および油穴２５の位置関係が上述のようになっていればよく、その他は用いられる内燃機関の大きさ等により適宜設計される。

本発明のエンドピース２０およびカムシャフト１０のシャフト部３０の材質は、通常、内燃機関のカムシャフト１０のエンドピース２０やシャフト部３０として用いられているものであれば特に限定されないが、例えば、スチール材（Ｓ４５Ｃ）、機械構造用炭素鋼鋼管ＳＴＫＭ１３種等からなる材質のものが用いられる。

本発明のエンドピースが適用されるカムシャフトは、特に限定されないが、例えば、各カムロブやジャーナル部等とシャフト部とを焼結および焼着により形成する焼結カムシャフト、カムロブを焼きばめにより圧入する組立カムシャフト、カムシャフト用シャフト部のカムロブ接合部を凸形状に変形させて当該凸部をカムロブ圧入時に塑性変形させることにより固定する接合カムシャフト等、種々のタイプのカムシャフトに適用できる。そして、これらのカムシャフトとエンドピースとを別体として形成し、摩擦圧接により接合するタイプのカムシャフトに、本発明のエンドピースが適用される。なお、図１（Ａ）等に摩擦圧接がされた後の摩擦圧接部４０、４０を示すが、エンドピース２０の端部４０とシャフト部３０の端部４０とが摩擦圧接され、図１（Ａ）等に示す摩擦圧接部４０、４０となっている。

本発明のエンドピース２０の製造方法は、特に限定されないが、例えば、エンドピース２０の中空部２１を形成した状態で、溝２４を形成し、当該溝２４に向かって外側から油穴２５を形成するという手順で製造することができる。エンドピース２０のその他の形状は、エンドピース２０の上記した中空部２１、溝２４、油穴２５の形状を形成する前後のいずれにおいて形成してもよい。エンドピース２０は、旋盤やドリル等の従来公知の工具を用いて製造することができる。

この順で油穴２５を形成することにより、油穴２５を加工する際に溝２４で油穴２５の深さを止めることができるとともに、油穴２５をエンドピース２０の軸心Ｃに対して略垂直に形成できることとなる。エンドピース２０の油穴２５がエンドピース２０の軸心Ｃに対して略垂直に形成されることにより、上述のツバ部２６がエンドピース２０に設けられる場合にも、工具の位置等を気にする必要がなくなる等、その他の構成を選択する自由度が増すこととなる。また、油穴２５を軸心Ｃに対して略垂直に形成することは、下穴加工が不要であり、通常のドリル等の工具で簡易に行うことができる。このようなエンドピース２０の構成により、エンドピース２０をシャフト部３０と摩擦圧接する前の状態で油穴２５を形成することができ、油穴２５を形成した際に生じるバリを取る作業も簡易に行うことができる。

このように、本発明のエンドピース２０やこれを備えるカムシャフト１０は、製造時の工程数が従来のものよりも減少するため、製造費用も安価になる。また、エンドピース２０の溝２４により、強度に影響が出ない範囲で溝２４の大きさ等を調整し、カムシャフト１０の軽量化を図ることも可能である。

本発明のエンドピースを含むカムシャフトの断面図である。 本発明のエンドピースの変形形態を説明する断面図である。 本発明のエンドピースの他の変形形態を説明する断面図である。 本発明のエンドピースのさらに他の変形形態を説明する断面図である。 従来のエンドピースを含むカムシャフトの一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ カムシャフト
２０ エンドピース
２０１ ジャーナル部
２１ 中空部
２２ 中空部の端部
２３ タップ穴
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ 溝
２５ 油穴
２６ ツバ部
２７ 油溝
２８ 凹部
２９ ピン穴
３０ シャフト部
３１ カムロブ
３２ シャフト部の中空部
４０ 摩擦圧接部
５１ 従来のエンドピース
Ｃ 軸心

Claims (2)

1. カムシャフトのシャフト部の少なくとも一端に接続されるエンドピースであって、
   前記エンドピースは、カムシャフトのシャフト部からつながる中空部、および、前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部に前記中空部の内径よりも小さい内径を有するタップ穴、を有し、
   前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部における前記タップ穴の外側に溝を有し、
   前記溝からエンドピース外部におけるカムシャフトの回転を保持するジャーナル部に接続する油穴が前記中空部の軸心に対して略垂直に設けられることを特徴とするカムシャフトのエンドピース。
2. シャフト部の少なくとも一端にエンドピースが接続されるカムシャフトであって、
   前記エンドピースは、カムシャフトのシャフト部からつながる中空部、および、前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部に前記中空部の内径よりも小さい内径を有するタップ穴、を有し、
   前記中空部におけるシャフト部と接続しない側の端部における前記タップ穴の外側に溝を有し、
   前記溝からエンドピース外部におけるカムシャフトの回転を保持するジャーナル部に接続する油穴が前記シャフト部の軸心に対して略垂直に設けられることを特徴とするカムシャフト。

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