JP2008082232A - 内燃機関用カムシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】カムピースの回転角を正確に検出することができる内燃機関用カムシャフトを簡便な構成で安価に提供する。
【解決手段】本発明の内燃機関用カムシャフト１は、内燃機関のロッカーアーム６０を作動させるための内燃機関用カムシャフトであって、シャフト２と、前記シャフト２の回転に伴って回転するカムピース３とを備え、前記カムピース３には、当該カムピース３の回転角を検出するための被検出部４０が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用カムシャフトに関し、特に内燃機関のロッカーアームを作動させるためのカムシャフトに関する。

従来、内燃機関の動弁系としてカム機構が設けられている。このようなカム機構には、バルブタイミングを図るためにカムの回転角を検出する回転角検出機構が備えられている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−３２９８８５公報

上記特許文献１では、カムシャフトに被検出部として円板状のシャッターが設けられ、被検出部には外周から径外方に突出する突起が形成されている。そして、センサが被検出部の上方において突起に対して鉛直方向に対峙して配置され、カムの回転角を検出するものとされている。つまり、カムシャフトに対してカムピースとは別にシャッターを設け、当該シャッターに設けた突起を被検出部として回転角を検出しているのである。

しかしながら、上記のようにカムシャフトにおいてカムピースとは別位置にシャッターを設け、カムピースとは異なる回転部材のシャッターにより回転角を検出する構成では、カムピースとシャッターとの間に周方向のズレが生じると、実際のカムピースの回転角が検出できない場合がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、カムピースの回転角を正確に検出することができる内燃機関用カムシャフトを簡便な構成で安価に提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関用カムシャフトは、内燃機関のロッカーアームを作動させるための内燃機関用カムシャフトであって、シャフトと、前記シャフトの回転に伴って回転するカムピースとを備え、前記カムピースには、当該カムピースの回転角を検出するための被検出部が形成されていることを特徴とする。

このようなカムシャフトによると、シャフトの回転角を検出するための被検出部をカムピースに配設したため、カムピースと被検出部との間に周方向へのズレが生じることもなく、カムピースの回転角を正確に検出することが可能となる。なお、被検出部は、例えばカムシャフトとは別個に設けたセンサにより検出され、当該センサの検出結果に基づいてカムピースの回転角が検出される。

本発明のカムシャフトにおいて、前記被検出部は、前記カムピースの摺動面とは異なる側面から突出してなる突起であって、前記カムピースは、金属粉末を金型内にて加圧成形し、これを高温で焼結させた焼結材にて形成されてなり、前記突起は、前記加圧成形時に前記カムピースと一体成形してなるものとすることができる。

このように被検出部を突起により形成し、これをカムピースと一体で焼結により成形するものとすれば、製造工程が極めて簡便となり、当該カムピースと一体型の被検出部を高硬度で形成可能となる。具体的には、高精度金型を使用したニアネットシェイプによる製造が可能で切削費及び原料費の削減が可能となり、Ａｓｓｙ費の削減が可能となる。また、金型を使用した製法のため大量生産によるコスト削減が可能で、歩留まりにも優れ、材料の調合次第で様々な材質のカムピースを形成することが可能となる。例えば、金属粉末を原料とすることより、熔解法では製造不可能な組成・材質の製品が製造可能となる。

また、本発明のカムシャフトにおいて、前記突起は、前記カムピースに対して複数形成されており、前記カムピースの回転方向に沿って並列しているものとすることができる。このような構成によると微小な回転であっても、当該回転角の検出を一層正確に行うことができるようになる。

本発明によると、カムピースの回転角を正確に検出することができる内燃機関用カムシャフトを簡便な構成で安価に提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の内燃機関用カムシャフトの実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るカムシャフトの要部を模式的に示す側面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３は本実施形態に係るカムシャフトの製造時に用いる金型の構成を模式的に示す斜視図である。

本実施形態に係るカムシャフト１は、駆動シャフト２上に複数のカムピース３が固着されて構成されている。駆動シャフト２は、ＳＴＫＭ材等の炭素鋼あるいは合金鋼によるパイプ材により形成されている。また、カムピース３は炭素鋼またはＣｒ、Ｖを含んだ合金鋼による金属粉末を金型内にて加圧成形し、高温で焼結させた焼結材にて形成されている。

図２に示すように、カムピース３の内部には内孔３１が形成されている。また、カムピース３には、内孔３１の一部を取り囲むように円周状の外周面３２が形成されており、さらに、外方へ突出したカムプロフィール３３が、外周面３２と連続するように形成されている。このようなカムプロフィール３３を備えたカムピース３がロッカーアーム６０に当接し、カムピース３の回転運動に伴って当該ロッカーアーム６０が周期的運動を行い、これに接続されたバルブ６１が開閉することとなる。

内孔３１は、駆動シャフト２を挿入するための孔であって、当該挿入前においては、駆動シャフト２の挿入部の外径よりも小さく形成されている。また、内孔３１には、駆動シャフト２をカムピース３に挿入する（後述する）方向に延びるように、複数の溝３４が形成されている。当該溝３４は、内孔３１上に均等に配置されるように形成されており、カムピース３の内孔３１の硬度は、例えばＨｖ３５０以上であり、駆動シャフト２の外周面の硬度（Ｈｖ１５０〜２００）よりも高く形成されている。なお、溝３４は、カムピース３の成形時に外形状と同時に成形されるものとされている。

また、カムピース３の外周面（カムプロフィール、つまり摺動面）とは異なる側面３５には、当該カムピース３の回転態様（具体的には回転数、若しくは回転角）を測定（検出）するための被検出部として突起４０が配設されている。つまり、外部に設けられたセンサ５０に対し、当該センサ５０によって検出可能な突起４０が被検出部として設けられている。突起４０は、図２にも示すように、カムピース３の側面３５上に複数突出されてなり、それぞれ回転方向に並列して設けられている。

また、突起４０はカムピース３と同一材料からなり、カムピース３の成形時に一括形成されるものである。つまり、図３に示すように、突起４０を形成可能な型形状７１を具備した金型７０内で金属粉末を加圧成形し、これを高温で焼結させた焼結材により、当該突起４０を具備したカムピース３が製造される。したがって、カムピース３と突起４０とは一体化しており、つまり両者は結合部において実質的に同一の材料濃度を有し、境界面で材料の不連続な濃度勾配を有していないものとされている。また、機械研磨を行った場合のような研磨痕や研磨屑等も付着していないものとされている。

図１に戻り、カムシャフト１に隣接してセンサ５０が設けられている。センサ５０は、上述した突起４０を検出してカムピース３の回転態様（つまりカムシャフト２の回転態様）を測定する。具体的には、センサ５０として磁気的センサが用いられ、カムピース３の回転に伴って突起４０を検出し、当該検出結果に基づいて回転角を測定することが可能とされている。なお、センサ５０は磁気的センサの他、光学的センサ、電気的センサ、機械的センサを用いることも可能である。

次に、カムシャフト１の製造方法について説明する。
まず、図１に示したような駆動シャフト２とカムピース３を用意する。駆動シャフト２は、ＳＴＫＭ材等の炭素鋼あるいは合金鋼をパイプ状に成形することにより得る。一方、カムピース３は、図３に示した内孔３１及び突起４０を同時形成可能な型形状７１を具備した金型７０を用い、当該金型７０により金属粉末を加圧成形し、その後、これを高温で焼結することにより、図２に示したような溝３１を備えた内孔３１及び突起４０を有するカムピース３を得るものとしている。

続いて、このようにして得られたカムピース２を駆動シャフト２に固着させる。具体的には、カムピース３を２００℃以上の高温に加熱することにより、内孔３１の内径を拡張し、この状態でカムピース３の内孔３１内に駆動シャフト２をその長さ方向に挿入する。次に、駆動シャフト２をカムピース３の内孔３１に挿入した状態で冷却すると、拡径されていた内孔３１が再び縮径し、駆動シャフト２の外周面を内方に押圧し始める。従って、内孔３１よりも硬度の低い駆動シャフト２の外周面が、内孔３１によって押圧され、内孔３１によって拘束されていない溝３４と対向した部位が外方に盛り上がり、それぞれ溝３４内に入り込む。これにより、駆動シャフト２とカムピース３が互いに強固に固定され、カムシャフト１が完成する。

カムシャフト１には図１に示したセンサ５０が隣接して設けられ、図示しない内燃機関のシリンダーヘッドにおいて回転可能に固定され、回転することにより、カムプロフィール３３と当接する給排気バルブ６１の作動を制御する。

以上のような本実施形態によれば、カムピース３の回転角を検出するための被検出部たる突起４０がカムピース３に一体形成されているため、回転に伴ってカムピース３と突起４０との間に周方向へのズレが生じることがなく、カムピース３の回転角を正確に検出することが可能となる。

また、突起４０をカムピース３と一体で焼結により成形するため、製造工程が極めて簡便となり、当該カムピース３と一体の突起４０を高硬度で形成することが可能とされている。具体的には、高精度な金型７０を使用したニアネットシェイプによる製造が可能で切削費及び原料費の削減が可能となり、Ａｓｓｙ費の削減が可能となる。また、金型７０を使用した製法のため大量生産によるコスト削減が可能で、歩留まりにも優れ、材料の調合次第で様々な材質のカムピース３を形成することが可能となる。例えば、本実施形態のように金属粉末を原料とすることより、熔解法では製造不可能な組成・材質の製品が製造可能とされている。

以上、本発明に係るカムシャフトの実施形態について説明したが、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形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）突起４０の形状は、センサ５０により検出可能であれば形状及び大きさに限定はなく、柱状のもの、角状のものであっても良い。
（２）突起４０の数は、回転態様（回転角）を検出可能であれば特に限定はない。
（３）駆動シャフト２とカムピース３を固定するための溝３１は、駆動シャフト２の外周面側に形成してもよい。

本実施形態に係るカムシャフトの要部を模式的に示す側面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 カムシャフトの製造時に用いる金型の構成を模式的に示す斜視図。

符号の説明

１…カムシャフト、２…駆動シャフト（シャフト）、３…カムピース、３３…カムプロフィール（摺動面）、３５…側面、４０…突起（被検出部）、６０…ロッカーアーム

Claims (3)

1. 内燃機関のロッカーアームを作動させるための内燃機関用カムシャフトであって、
   シャフトと、前記シャフトの回転に伴って回転するカムピースとを備え、前記カムピースには、当該カムピースの回転角を検出するための被検出部が形成されていることを特徴とする内燃機関用カムシャフト。
2. 前記被検出部は、前記カムピースの摺動面とは異なる側面から突出してなる突起であって、
   前記カムピースは、金属粉末を金型内にて加圧成形し、これを高温で焼結させた焼結材にて形成されてなり、
   前記突起は、前記加圧成形時に前記カムピースと一体成形してなるものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用カムシャフト。
3. 前記突起は、前記カムピースに対して複数形成されており、前記カムピースの回転方向に沿って並列していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用カムシャフト。

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