JP2011074784A - カムスプロケットの締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】カムスプロケットとカム軸との位置決めを容易に行うことができるカムスプロケットの締結構造を提供する。
【解決手段】クランク軸の動力をカム軸に伝達するタイミングチェーンが掛け渡されるカムスプロケットをカム軸端面に締結するカムスプロケットの締結構造であって、カム軸には、カム軸端面からカム軸中心に向かって回転中心線上に第１ノックピン穴とボルト穴とが連通して形成され、カムスプロケットには、中心に第２ノックピン穴が形成され、カム軸とカムスプロケットは、第１及び第２ノックピン穴に嵌合する円筒状のノックピンにより位置決めされ、ノックピンの内周を貫通しつつボルト穴に螺合するボルトにより締結される。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランク軸の動力をカム軸に伝達するタイミングチェーンが掛け渡されるカムスプロケットをカム軸端面に締結するカムスプロケットの締結構造に関する。

従来から自動二輪車等の車両において、カム軸端面にカムスプロケットを締結し、クランク軸と該カムスプロケットにタイミングチェーンを掛け渡しクランク軸の動力をカム軸に伝達する構成が知られている。ここで、特許文献１には、カム軸端面からカム軸の回転中心線上にボルト穴を形成するとともにカム軸端面外周にカムスプロケットの内周に嵌合する嵌合部を形成し、該嵌合部にカムスプロケットを嵌合させて両者の位置決めを行なうとともにカムスプロケットの外側面側から蓋部材でカムスプロケットをカム軸端面に押し当てて、蓋部材を貫通しつつボルト穴に螺合するボルトでカムスプロケットをカム軸に締結するカムスプロケットの締結構造が開示されている。

特開平５−１７１９０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のカムスプロケットの締結構造においては、カム軸の回転中心線上にボルト穴を形成するとともにカム軸端面外周にカムスプロケットの内周に嵌合する嵌合部を形成するので、２つの加工を別々に行なう必要があり製造が困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易に製造することができ、カムスプロケットとカム軸との位置決めを確実に行うことができるカムスプロケットの締結構造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に、請求項１に記載のカムスプロケットの締結構造は、
クランク軸の動力をカム軸に伝達するタイミングチェーンが掛け渡されるカムスプロケットをカム軸端面に締結するカムスプロケットの締結構造であって、
前記カム軸には、前記カム軸端面からカム軸中心に向かって回転中心線上に第１ノックピン穴とボルト穴とが連通して形成され、
前記カムスプロケットには、中心に第２ノックピン穴が形成され、
前記カム軸と前記カムスプロケットは、前記第１及び第２ノックピン穴に嵌合する円筒状のノックピンにより位置決めされ、前記ノックピンの内周を貫通しつつ前記ボルト穴に螺合するボルトにより締結されることを特徴とする。

また、請求項２に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記カム軸の前記カム軸端面の回転中心線から径方向外側に形成され前記カムスプロケット側に開口する凹部と、前記カムスプロケットの前記カム軸と対向する一側面に形成され前記凹部と嵌合する突部と、により構成される回転規制部が設けられたことを特徴とする。

また、請求項３に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項２に記載の構成に加えて、
前記凹部は、前記カム軸の外周に開口するキー溝であることを特徴とする

また、請求項４に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項２に記載の構成に加えて、
前記突部は、前記一側面とは反対側の前記カムスプロケットの他側面から押し出すことで形成されることを特徴とする。

また、請求項５に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記ボルト穴は前記カム軸端面からの切削加工により形成され、
前記第１ノックピン穴は前記ボルト穴のカム軸端面側を追加工して形成されることを特徴とする。

また、請求項６に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項２に記載の構成に加えて、
前記凹部は、前記カム軸の外周に開口し、
前記突部は、前記凹部から外径側に突出していることを特徴とする。

また、請求項７に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項２に記載の構成に加えて、
前記カムスプロケットには、２つの長穴が形成され、
前記２つの長穴と前記突部は回転中心を通る直線上に配置されることを特徴とする。

また、請求項８に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記カム軸はシリンダヘッドに回転自在に支持され、
前記シリンダヘッドには、前記シリンダヘッドの開口を覆うカバーが設けられ、
前記カバーには、前記ボルトが抜けるのを防止するボルト抜け止め部が設けられることを特徴とする。

また、請求項９に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の構成に加えて、
前記カム軸は、シリンダヘッドに軸受を介して回転自在に支持され、
前記シリンダヘッドは前記軸受よりも上方に位置し、
前記シリンダヘッドには、前記カムスプロケットの側方に開口部が設けられ、
前記開口部には、前記カムスプロケットに係合する治具を係止する治具係止部が設けられることを特徴とする。

また、請求項１０に記載のカムスプロケットの締結構造は、請求項９に記載の構成に加えて、
前記カムスプロケットは複数の係合部を備え、
前記治具を前記複数の係合部及び前記治具係止部に係合することでピストンを所定の位相に位置あわせすることを特徴とする。

請求項１に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、第１ノックピン穴とボルト穴を同一工程で容易に形成することができる。また、締結部及び位置決め部を小径化することができカム軸を細くすることができる。また、カム軸とカムスプロケットとをノックピンで予め位置決めした状態でボルトを締結することができ、カムスプロケットが偏心してカム軸に固定されることを防止することができる。さらに、ボルトとノックピンという汎用品を使用することで製造コストを低減することができる。

また、請求項２に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、回転規制部を簡易な構成とすることができる。

また、請求項３に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、高精度の加工技術を流用することができる。

また、請求項４に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、部品点数を増やすことなく簡易な構成とすることができる。

また、請求項５に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、同一方向からの切削加工を連続して行うことができ、加工工数を減らすことができる。

また、請求項６に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、カムスプロケットの組付け時に突部の位置を確認しながら作業ができるので組付け性が向上する。

また、請求項７に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、カムスプロケットの組付け時に突部の位置を容易に認識することができる。

また、請求項８に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、ボルトの抜けを防止することができる。

また、請求項９に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、カムスプロケットの組付け性が向上する。

また、請求項１０に記載のカムスプロケットの締結構造によれば、内燃機関の組付け性が向上する。

本発明に係るカムスプロケットの締結構造を採用した内燃機関を側方から見た部分断面図である。 内燃機関の部分縦断面図である。 図２のＡの拡大図である。 カム軸の側面図である。 スプロケットの側面図である。 本発明に係るカムスプロケットの締結構造の他の例を示す部分断面図である。 図６の開口部カバーを外したシリンダヘッドを側方から見た側面図である。

以下、図面に図示された本発明の一実施例について説明する。図１は本発明に係るカムスプロケットの締結構造を採用した内燃機関を側方から見た部分断面図、図２は内燃機関の部分縦断面図、図３は図２のＡの拡大図、図４はカム軸の側面図、図５はスプロケットの側面図である。図中、運転者から見た方向に従い、Ｆｒを「前」、Ｒｒを「後」、右を「Ｒ」、左を「Ｌ」、上を「Ｕ」、下を「Ｄ」として示す。
図示されない自動二輪車に搭載される内燃機関１は、図１に示すように、シリンダブロック５１およびシリンダヘッド５３が前方よりやや上方に指向した空冷式４サイクル内燃機関である。

内燃機関１は、図１及び図２に示すように、クランク軸２にコンロッド１１およびピストンピン１３を介して連結されたピストン１４を備え、ピストン１４は、シリンダブロック５１に設けられたシリンダ５２内を摺動可能に構成されている。シリンダブロック５１の前面にはシリンダヘッド５３とヘッドカバー５４が固定され、シリンダヘッド５３およびシリンダ５２ならびにピストン１４で混合気を燃焼させる燃焼室が形成されている。

シリンダヘッド５３には、燃焼室への混合気の吸気または排気を制御する不図示のバルブと、点火プラグ５６とが配設されている。バルブの開閉は、シリンダヘッド５３に軸支されたカム軸３の回転により吸気ロッカーアーム又は排気ロッカーアームを揺動することで制御される。カム軸３は一端側に従動スプロケット４（カムスプロケット）を備え、従動スプロケット４とクランク軸２の一端に設けた駆動スプロケット５との間には無端状のカムチェーン６（タイミングチェーン）が掛け渡されている。そして、クランク軸２の回転が駆動スプロケット５と従動スプロケット４に掛け渡されたカムチェーン６を介してカム軸３に伝達される。

より具体的に説明すると、カム軸３はシリンダヘッド５３に左右一対の軸受５７a、５７ｂを介して回転自在に枢支され、このカム軸３に吸気カム３１と排気カム３２が一体に形成されている。図２には、カム軸３の前方左側に、吸気ロッカーアームのローラ支持部６１ａとローラ６２ａが示してある。また、カム軸３の前方右側に、排気ロッカーアームのローラ支持部６１ｂとローラ６２ｂが示してある。ローラ６２ａ、６２ｂはそれぞれ吸気カム３１、排気カム３２に転がり接触している。

ここで、本実施形態のカム軸３と従動スプロケット４の締結構造について説明する。
カム軸３には、図３及び図４に示すように、一端側のカム軸端面３３からカム軸中心に向かって回転中心線Ｐ上にノックピン穴３５と該ノックピン穴３５より小径のボルト穴３６が連通して形成されている。このノックピン穴３５とボルト穴３６は同心円上に形成されるので、始めにボルト穴３６を切削加工により形成し、続いてノックピン穴３５を追加工（切削加工）することで形成される。ノックピン穴３５の内径は、ボルト穴３６の内径と円筒状のノックピン７の肉厚を足し合わせた径方向寸法より僅かに大きく設定される。なお、回転中心線Ｐは、本実施形態ではシリンダヘッド５３とヘッドカバー５４の合わせ面５５と略等しい位置に設定される（図１参照）。

従動スプロケット４には、図３及び図５に示すように、カム軸３に形成されたノックピン穴３５と同じ径方向寸法を有するノックピン穴４０がその中心に設けられている。カム軸３のノックピン穴３５と従動スプロケット４のノックピン穴４０を足し合わせた軸方向長さはノックピン７の軸方向長さより僅かに長く設定されている。カム軸３に形成されたノックピン穴３５と従動スプロケット４に形成されたノックピン穴４０に円筒状のノックピン７が嵌合しカム軸３と従動スプロケット４の位置決めがなされている。そして、予めノックピン７により位置決めされたカム軸３と従動スプロケット４に回転中心線Ｐに沿って一本のボルト８が挿入される。ノックピン７の内径はボルト穴３６の内径より僅かに大きい内径に設定されているので、ボルト８はノックピン７の内周面を貫通しカム軸３に形成されたボルト穴３６と螺合し、これにより従動スプロケット４がカム軸３に締結される。このとき、ボルト８のヘッド８０により従動スプロケット４がカム軸端面３３に押圧される。

また、カム軸３の外周面にはカム軸端面３３に開口するキー溝３７が設けられるとともに、従動スプロケット４には、回転中心線Ｐから径方向外側にカム軸３と対向する側面４１から突出しキー溝３７に嵌合する突部４４が設けられ、キー溝３７と突部４４により回転規制部９が構成されている。即ち、カム軸３に形成されたキー溝３７に従動スプロケット４に形成された突部４４が嵌合することで、カム軸３と従動スプロケット４の相対回転が禁止され、カムチェーン６から伝達された動力により、従動スプロケット４とカム軸３が一体して回転する。突部４４は、キー溝３７に嵌合した状態でキー溝３７から外径側に突出している。

突部４４は、従動スプロケット４の側面４１とは反対側の側面４２からプレス、ハーフピアスなどにより押し出すことで突出形成されている。従って、従動スプロケット４の側面４１とは反対側の側面４２には、突部４４に対応する位置に凹溝４５が形成され、この凹溝４５は、一部がボルト８のヘッド８０と一体形成された座面８１と径方向でオーバーラップしている。また、従動スプロケット４の突部４４の外径側と突部４４から１８０°回転した位置の外径側には、長穴４７が設けられており、回転中心線Ｐを通る直線Ｑ上に２つの長穴４７と突部４４が配置される（図５参照）。メンテンナンス時などにカム軸３及び従動スプロケット４の回転及び揺動を規制したい時、長穴４７を利用して回転及び揺動を規制することができる。また、長穴４７の分だけ従動スプロケット４を軽量化することができる。

カム軸３の内燃機関１への組み付けは、先ずカム軸３の外周に軸受５７a、５７ｂを装着し、シリンダヘッド５３に形成された逃げ孔５３ａから挿通してシリンダヘッド５３に固定する。そして、カム軸端面３３に開口するキー溝３７に従動スプロケット４の突部４４を嵌合させるとともに、カム軸３のノックピン穴３５と従動スプロケット４のノックピン穴４０の位置をあわせてノックピン７を嵌合させ、ボルト８がノックピン７の内周面を貫通させてカム軸３に形成されたボルト穴３６に螺合するようにボルト締めすることで、カム軸３に従動スプロケット４が締結される。続いて、グロメット５８で逃げ孔５３ａを塞いで前方からヘッドカバー５４をシリンダヘッド５３に固定する。これにより、従動スプロケット４が一体に取り付けられたカム軸３が内燃機関１内に組み付けられる。ヘッドカバー５４には、図２に示すように、従動スプロケット４の近傍に位置し、且つ、側壁５４ａから後方に延びてボルト８のヘッド８０と径方向でオーバーラップするボルト抜け止め部５４ｂが設けられている。

以上説明したように、本実施形態によれば、カム軸３には、カム軸端面３３からカム軸中心に向かって回転中心線Ｐ上にノックピン穴３５とボルト穴３６とが連通して形成されるので、ノックピン穴３５とボルト穴３６を同一工程で容易に形成することができる。別工程で形成するのであれば再度中心線合わせを行なう必要があるが、同一工程で形成する場合には中心線合わせを再度行なう必要がなくカム軸３のノックピン穴３５とボルト穴３６を正確に形成することができ、ノックピン７で従動スプロケット４とカム軸３の位置決めを確実に行うことができる。また、締結部及び位置決め部を小径化することができカム軸３を細くすることができる。
また、カム軸３と従動スプロケット４とをノックピン７で予め位置決めした状態でボルト８を締結することができ、従動スプロケット４が偏心してカム軸３に固定されることを防止することができる。さらに、ボルト８とノックピン７という汎用品を使用することで製造コストを低減することができる。

また、本実施形態によれば、カム軸３の外周に開口するキー溝３７と、従動スプロケット４のカム軸３と対向する側面４１に形成された突部４４により回転規制部９が構成されるので、簡易な構成でカム軸３と従動スプロケット４の相対回転を防止することができる。キー溝３７の形成には、高精度の加工技術を流用することができる。なお、必ずしもカム軸３の外周にキー溝３７を形成する必要はなく、回転中心線Ｐから径方向外側に従動スプロケット４側に開口し突部４４と嵌合する凹部であってもよい。これによってもカム軸３と従動スプロケット４の相対回転を防止することができる。

また、本実施形態によれば、従動スプロケット４の突部４４は、従動スプロケット４の側面４２から側面４１側に押し出すことで形成されるので、部品点数を増やすことなく簡易な構成とすることができる。また、従動スプロケット４を板材からプレス加工で容易に製造することができる。

また、本実施形態によれば、ボルト穴３６はカム軸端面３３からの切削加工により形成され、ノックピン穴３５はボルト穴３６のカム軸端面３３側を追加工して形成されるので、同一方向からの切削加工を連続して行うことができ、加工工数を減らすことができる。

また、本実施形態によれば、従動スプロケット４の突部４４がキー溝３７に嵌合した状態でキー溝３７から外径側に突出しているので、従動スプロケット４の組付け時に突部４４の位置を確認しながら作業ができるので組付け性が向上する。

また、本実施形態によれば、従動スプロケット４には、２つの長穴４７が形成され、２つの長穴４７と突部４４は回転中心線Ｐを通る直線Ｑ上に配置されるので、従動スプロケット４の組付け時に突部４４の位置を容易に認識することができる。

また、本実施形態によれば、ヘッドカバー５４にはボルト抜け止め部５４ｂが設けられるので、仮にボルト８が緩んだとしてもボルト８の抜け止めがなされる。また、ボルト抜け止め部５４ｂは従動スプロケット４の近傍に位置するので、ボルト抜け止め効果に加えて、従動スプロケット４やカムチェーン６からの飛沫オイルを回収しやすくする効果を有する。

次に本発明に係るカムスプロケットの締結構造の他の例について図６及び図７を参照しながら説明する。図６は本発明に係るカムスプロケットの締結構造の他の例を示す部分断面図、図７は図６のシリンダヘッドを側方から見た側面図である。
本例においては、シリンダヘッド５３とヘッドカバー５４の合わせ面５５がカム軸３を支持する軸受５７ａより前方（ピストン１４の摺動方向において上方）に位置し、シリンダヘッド５３の側壁に従動スプロケット４に対向する開口部５３ｂが形成され、開口部５３ｂに外側から開口部５３ｂを覆うように閉塞する開口部カバー６０がボルト６１で取り付けられている。本実施形態では、ヘッドカバー５４及び開口部カバー６０がそれぞれ本発明のシリンダヘッド５３の開口を覆うカバーを構成している。また、従動スプロケット４には、一対の丸穴４８が回転中心線Ｐに対し凹溝４５側に凹溝４５を挟んで対称となりつつ、回転中心線Ｐに対し点対称とならない位置に形成される。なお、その他の構成については上述の実施形態と同一であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。

開口部カバー６０には、内側面６０ａから従動スプロケット４近傍まで突出するスプロケット抜け止め部６０ｂが延設され、さらにスプロケット抜け止め部６０ｂと一体にボルト抜け止め部６０ｃがボルト８近傍まで延設される。これにより、仮にボルト８が緩んだとしてもボルト８の抜け止めがなされ、さらに従動スプロケット４の抜け止めもなされる。スプロケット抜け止め部６０ｂの先端から従動スプロケット４の側面４２までの距離ａは突部４４の軸方向長さ（高さ）ｂより短い（ａ＜ｂ）か、又はａ＜１．５ｍｍに設定される。ａ＜１．５ｍｍとした場合には、オイルの粘性によりスプロケット抜け止め部６０ｂに溜まったオイルをスプロケット抜け止め部６０ｂから従動スプロケット４に給油することができる。

開口部５３ｂには、縁部から内側に突出する治具係止部５３ｃが形成される。これにより、開口部カバー６０を取り外して、外部から従動スプロケット４の丸穴４８に棒状の治具、例えば２本のピンを係合させたとき、ピンが治具係止部５３ｃに係止されて従動スプロケット４の回転が規制される。これにより組み付け性およびメンテンナンス性を向上させることができる。また、一対の丸穴４８と治具係止部５３ｃの位置は、丸穴４８に係合する治具が治具係止部５３ｃに係止された状態におけるピストン１４が圧縮上死点にあるように設定され、従動スプロケット４の組み付け時の位相合わせにも利用される。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、キー溝３７と突部４４は嵌合して回転規制を行なう限りにおいて任意の形状とすることがでる。同様に、長穴４７、丸穴４８についても任意の形状とすることができ、さらに２つに限らず、任意の数に設定することができる。

１ 内燃機関
１４ ピストン
２ クランク軸
３ カム軸
３３ カム軸端面
３５ ノックピン穴（第１ノックピン穴）
３６ ボルト穴
３７ キー溝（凹部）
４ 従動スプロケット（カムスプロケット）
４０ ノックピン穴（第２ノックピン穴）
４１ 側面（一側面）
４２ 側面（他側面）
４４ 突部
４７ 長穴（係合部）
４８ 丸穴（係合部）
５ 駆動スプロケット
５３ シリンダヘッド
５３ｂ 開口部
５３ｃ 治具係止部
５４ ヘッドカバー（カバー）
５４ｂ ボルト抜け止め部
５７ａ、５７ｂ 軸受
６ カムチェーン（タイミングチェーン）
６０ 開口部カバー（カバー）
７ ノックピン
８ ボルト
９ 回転規制部
Ｐ 回転中心線
Ｑ 回転中心を通る直線

Claims (10)

1. クランク軸の動力をカム軸に伝達するタイミングチェーンが掛け渡されるカムスプロケットをカム軸端面に締結するカムスプロケットの締結構造であって、
   前記カム軸には、前記カム軸端面からカム軸中心に向かって回転中心線上に第１ノックピン穴とボルト穴とが連通して形成され、
   前記カムスプロケットには、中心に第２ノックピン穴が形成され、
   前記カム軸と前記カムスプロケットは、前記第１及び第２ノックピン穴に嵌合する円筒状のノックピンにより位置決めされ、前記ノックピンの内周を貫通しつつ前記ボルト穴に螺合するボルトにより締結されることを特徴とするカムスプロケットの締結構造。
2. 前記カム軸の前記カム軸端面の回転中心線から径方向外側に形成され前記カムスプロケット側に開口する凹部と、前記カムスプロケットの前記カム軸と対向する一側面に形成され前記凹部と嵌合する突部と、により構成される回転規制部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のカムスプロケットの締結構造。
3. 前記凹部は、前記カム軸の外周に開口するキー溝であることを特徴とする請求項２に記載のカムスプロケットの締結構造。
4. 前記突部は、前記一側面とは反対側の前記カムスプロケットの他側面から押し出すことで形成されることを特徴とする請求項２に記載のカムスプロケットの締結構造。
5. 前記ボルト穴は前記カム軸端面からの切削加工により形成され、
   前記第１ノックピン穴は前記ボルト穴のカム軸端面側を追加工して形成されることを特徴とする請求項１に記載のカムスプロケットの締結構造。
6. 前記凹部は、前記カム軸の外周に開口し、
   前記突部は、前記凹部から外径側に突出していることを特徴とする請求項２に記載のカムスプロケットの締結構造。
7. 前記カムスプロケットには、２つの長穴が形成され、
   前記２つの長穴と前記突部は回転中心を通る直線上に配置されることを特徴とする請求項２に記載のカムスプロケットの締結構造。
8. 前記カム軸はシリンダヘッドに回転自在に支持され、
   前記シリンダヘッドには、前記シリンダヘッドの開口を覆うカバーが設けられ、
   前記カバーには、前記ボルトが抜けるのを防止するボルト抜け止め部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のカムスプロケットの締結構造。
9. 前記カム軸は、シリンダヘッドに軸受を介して回転自在に支持され、
   前記シリンダヘッドは前記軸受よりも上方に位置し、
   前記シリンダヘッドには、前記カムスプロケットの側方に開口部が設けられ、
   前記開口部には、外部から前記カムスプロケットに係合する治具を係止する治具係止部が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のカムスプロケットの締結構造。
10. 前記カムスプロケットは複数の係合部を備え、
    前記治具を前記複数の係合部及び前記治具係止部に係合することでピストンを所定の位相に位置あわせすることを特徴とする請求項９に記載のカムスプロケットの締結構造。

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