JP2013029024A - カムシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフト近傍に設置された補機を回転駆動させることができる、新規なカムシャフトを提供すること。
【解決手段】シャフトとカムロブとを有するカムシャフトにおいて、シャフトの端部近傍に、シャフトの外周に沿って設けられるリング体と、当該リング体の表面から突出する突出体と、からなる駆動部材を前記カムロブとは別に設け、この突出体によってカムシャフト近傍に設置された補機を回転駆動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関等で使用されるカムシャフトに関する。より具体的には、当該カムシャフトの回転を補機に伝えることにより補機を回転駆動せしめることができるカムシャフトに関する。

例えば、特許文献１や２に記載されているように、カムシャフトが使用されている内燃機関の周辺に設置されたバキュームポンプに代表される補機を駆動するにあたり、当該カムシャフトの回転を利用することが行われている。種々の補機の駆動にカムシャフトの回転を利用することにより、電気モータなどの駆動手段を用いて補機を駆動する場合と比較して、補機や内燃機関周辺の省スペース化を図ることができるとともに、製造コストの低減を図ることができる。

ここで、カムシャフトの回転を補機に伝える機構としては、例えば特許文献３（特に図２など参照）に記載されているように、カムシャフトを構成するシャフトの端面にスリット溝を形成し、このスリット溝を補機側の所定部位と嵌合させる機構などが代表的である。

実公平０７−０１２６７５号公報 特開２００２−２３５５４９号公報 特開２００７−１３８８４２号公報

しかしながら、本願発明者が鋭意検討を行ったところ、シャフト端面にスリットを設けた場合、種々の問題が生じることが分かった。

第１に、内燃機関等において使用されるカムシャフトは、低燃費化などの目的を達成するため軽量化の要請が厳しい。したがってカムシャフトを構成するシャフトは中空のものが用いられることが多い。このような中空シャフトの端面にスリットを形成した場合、当該スリット部分の強度を確保することは難しく、長期間の使用によりスリット部分が欠けたり、変形したり、摩耗したりする問題が生じる。この問題に対し、中空シャフトの端面を肉厚とするための別部材を設け、これにスリットを形成することも試みられているが、この場合、わざわざ別部材を設けなければならない点で製造面からもコスト面からもマイナスであり、さらには肉厚な別部材を設けることにより軽量化の要請に応えることができなくなるといった問題も生じる。

第２に、カムシャフトの製造工程、さらにはカムシャフトの組み付け工程など、種々の工程において、シャフトの軸中心、加工基準となる両端に加工されるセンターの精度は非常に重要であり、シャフトの端面にスリットを形成した場合、センターがスリットにより分断されることで、センターの精度が悪化し、強いてはカムシャフト全体の精度に悪影響を及ぼす。またスリット加工によるバリ取りが必要となり、製造コストを上げる要因にもなっている。

本発明は、このような検討の後になされたものであり、欠け・変形・摩耗などが生じることがなく、またシャフトに肉厚な別部材を設ける必要もなく、さらにカムシャフトの製造精度やカムシャフトの組み付け精度を低下させることなく、カムシャフト近傍に設置された補機を回転駆動させることができる、新規なカムシャフトを提供することを主たる課題とする。

上記課題を解決するための発明は、シャフトとカムロブとを有するカムシャフトであって、前記シャフトの端部近傍には、シャフトの外周に沿って設けられるリング体と、当該リング体の表面から突出する突出体と、からなる駆動部材が、前記カムロブとは別に設けられており、当該駆動部材における突出体によって、カムシャフト近傍に設置された補機を回転駆動させることを特徴とする。

このカムシャフトにおいては、前記突出体は２つ以上存在してもよい。

さらに、このカムシャフトにおいては、前記シャフトが中空であり、前記カムロブ、および、前記リング体と突出体とからなる駆動部材、がともに焼結合金粉末を材料とし、前記シャフトに拡散接合されていてもよい。

さらに、このカムシャフトにおいては、前記補機がバキュームポンプであってもよい。

本発明のカムシャフトによれば、これを構成するシャフト端面にスリットを設ける必要はなく、またシャフトに肉厚な別部材を設ける必要もなく、さらにはシャフトの芯の部分に加工を施すことなく、シャフトの端部近傍に設けられた突出体を利用することで、カムシャフトの回転をその近傍に設置された各種補機に伝えることができる。したがって、カムシャフトを構成するシャフトが欠けたり、変形したり、摩耗したりすることはなく、さらにはカムシャフトの軽量化の要請に反することもなく、またカムシャフトの製造精度や組み付け精度を低下させることもない。

本発明のカムシャフトの斜視図である。 突出体の断面形状の種類を説明するための図である。 カムシャフト１の突出体１０が補機の一部と嵌合している状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明のカムシャフトの斜視図である。

図１に示すようにカムシャフト１は、シャフト２と複数のカムロブ３とを有している。そして、シャフト２の端部近傍には、シャフト２の外周に沿って設けられるリング体１１と、当該リング体１１の表面から突出する突出体１０と、からなる駆動部材５が設けられている。このようにシャフト２の端部近傍に突出体１０を有する駆動部材５を設けることにより、当該突出体１０を、カムシャフト１の近傍に設置された補機と嵌合せしめることで、補機にカムシャフトの回転を伝えることができる。また、駆動部材５はリング体１１を備えているため、駆動部材５とシャフト２との接合を容易にし、また突出体１０の位置決めを容易にすることもできる。

以下にカムシャフト１の各構成について説明する。

（シャフト）
カムシャフト１を構成するシャフト２は、従来のカムシャフトにおいて用いられているシャフトを適宜選択して用いればよく、特に限定されない。図１に示す実施形態にあっては中空のシャフト２が用いられているがこれに限定されることはなく、中空ではないシャフトを用いてもよい。

中空シャフト２としては、たとえば冷間引き抜き工法で製造されたシャフトを用いてもよく、その材質としては、たとえば構造用炭素鋼鋼管を用いてもよい。より具体的には、ＳＴＫＭ１３Ｃ、Ｓ４５Ｃなどを挙げることができる。

上記のような低炭素材は硬度が低いため、従来のようにその端面にスリットを設けた場合、当該スリット部分に欠けや変形、さらには摩耗などが生じるおそれがある。しかしながら、実施形態にかかるカムシャフト１にあっては、シャフトの端部近傍に設けられた駆動部材５の突出体１０によって補機を回転駆動させるため、シャフト２に負荷がかかることはない。したがって、シャフト２の形状や材質について自由に設計可能である。そうすると、内燃機関の軽量化の要請などを考慮すると、シャフト２は図示するように中空であることが好ましい。

（カムロブ）
カムシャフト１を構成するカムロブ３についても特に限定されることはなく、種々のカムロブを適宜選択して用いればよい。

すなわち、カムロブ３の個数は限定されることはなく、内燃機関の仕様により適宜設定すればよい。

また、カムロブ３の材質としても特に限定されることはなく、自由に設計可能である。上述のカムシャフト２とカムロブとを別体として形成しその後にこれらを組み立てる、いわゆる組立カムシャフトの場合には、当該カムロブ３は、焼結合金粉末を材料とし、この焼結合金粉末を圧し固めることにより圧粉体を形成し、そのシャフト２に位置決めした後に焼結することでシャフト２と拡散接合させてもよい。この場合の焼結合金粉末としては、Ｆｅ−８Ｃｒ−２Ｎｉ−２Ｍｏ−２．５Ｃや、Ｆｅ−１２Ｃｒ−１Ｍｏ−２．６Ｃなどを挙げることができる。また、拡散接合せずに、カムロブをやきばめ等により圧入する方法や、シャフトに凸部を形成しカムロブを圧入し塑性変形により固定する方法などによっても形成可能である。

（駆動部材）
実施形態にかかるカムシャフト１において、そのシャフト２の端部近傍に設けられる駆動部材５は、シャフトの外周にそって設けられるリング体１１と、当該リング体の表面から突出する突出体１０とから構成される。

（突出体）
ここで、突出体１０は、前述したように、カムシャフト１の近傍に設置された補機の一部と嵌合せしめられることにより、カムシャフトの回転を当該補機に伝える役目を果たすものであり、したがって、当該役目を果たすことができるものであれば、その形状や個数については特に限定されることはない。

すなわち、図１に示す突出体１０は、シャフト２の外周に２個設けられているが、これに限定されることはなく、少なくとも１つ以上設けられていれば良い。ただし、カムシャフト１の回転を補機にロスなく伝えることを考慮すると、その個数は２〜８個程度であることが好ましい。

図２は、突出体１０の断面形状の種類を説明するための図である。

図１に示す突出体１０の、シャフト２の端面と平行な断面形状は略正方形であるが、これに限定されることはなく、補機との嵌合性を考慮して種々の形状を選択することができる。具体的には、図２（ａ）に示すように、半円状としてもよい。この形状とすることにより突出体１０の欠けや摩耗を防止することができる。また一方で、図２（ｂ）に示すようにくさび状にしてもよい。このような形状とすることにより、補機との嵌合性を高め、ロスなく回転を伝えることができる。

さらに、１つのリング体１１が複数の突出体１０を有している場合においては、そのすべてが必ずしも同一形状である必要はなく、図２に示す種々の形状の突出体１０を組み合わせて用いることも可能である。

また、突出体１０の大きさについても特に限定することはなく、補機に回転を伝えることができる程度の大きさにおいて適宜設計可能である。具体的には、突出体１０の高さ（図１の符号ｈ）は、１ｍｍ以上とすることが好ましく、また、突出体１０の幅（図１の符号ｗ）は、２ｍｍ以上とすることが好ましい。

突出体１０の材質についても特に限定されることはないが、上述したようにカムロブ３を、焼結合金粉末を材料とし、拡散接合によってシャフト２に接合する場合にあっては、併せて、当該突出体１０もカムロブ３と同じ材料を用い、さらには、後述するリング体１１もカムロブ３と同じ材料を用いることにより、カムロブ３と同じ拡散接合によって、シャフト２、リング体１１および突出体１０（つまり駆動部材５）のすべてを拡散接合によって接合するのが好ましい。同一工程でカムロブ３と駆動部材５をシャフト２に接合することにより製造工程を簡略化でき、コスト低減を図ることができる。

（リング体）
図１に示すように、前述の突出体１０は、シャフト２に直接設けられるものではなく、シャフト２の端部近傍において当該シャフト２の外周に沿って設けられたリング体に設けられている。このように駆動部材５を突出体１０のみならずリング体１１をも構成に入れることにより、突出体１０とシャフト２との一体性を向上することができ、その結果シャフト２の回転をロスなく補機に伝えることができる。また、突出体１０の位置決めの精度を向上することもできる。

ここで、リング体１１の材質や形成方法等については特に限定することはなく、自由に設計可能である。例えば、上述したように、カムロブ３および突出体１０と同様に焼結合金粉末を材料とする場合にあっては、併せて、当該リング体１１も、突出体１０やカムロブ３と同じ材料を用い、つまり駆動部材５全体を焼結合金粉末で形成した後、これとカムロブ３とを同時に拡散接合によってシャフト２に接合してもよい。また、カムロブと同様に拡散接合することなく、リング体をやきばめ等により圧入する方法や、シャフトに凸部を形成しリング体を圧入することにより塑性変形を利用して固定する方法を採用してもよい。

また、リング体１１の厚さや幅についても特に限定することはなく、当該リング体１１の表面に設ける突出体１０の大きさや数などに応じて適宜設計すればよい。具体的には、たとえば、リング体１１の厚さ（肉厚）（図１の符号ｔ参照）は２ｍｍ以上とすることが好ましく、リング体１１の軸方向の幅（図１の符号Ｂ参照）は２ｍｍ以上とすることが好ましい。

なお、この実施形態において、シャフトの端部近傍とは、シャフトの全長を１００％とした場合、シャフト端部０〜２０％の範囲を言う。

（補機）
カムシャフト１の近傍に設置され、当該カムシャフト１の駆動部材５の突出体１０を介して回転駆動力を得る、つまり突出体１０の相手となる補機については特に限定することはなく、カムシャフト１は種々の補機に回転駆動を供給する場合に適用可能である。

例えば、カムシャフト１が自動車の内燃機関に使用される場合、その近傍に設置される補機としては、バキュームポンプ、燃料ポンプ、スカベンジポンプ、オイルポンプ、ウォータポンプなどを挙げることができる。この中でもバキュームポンプは回転駆動力を必要とするため、本願のカムシャフト１との相性が良い。

（補機との嵌合）
図３は、カムシャフト１の突出体１０が補機の一部と嵌合している状態を示す斜視図である。

図示するように、カムシャフト１の突出体１０と嵌合し、当該カムシャフト１から回転駆動力を得るためには、補機には突出体１０と勘合する凹部２０が設けられている必要がある。ここで凹部２０の形状や個数などについては突出体１０の形状や個数を考慮して自由に設計すればよい。例えば、図３に示すように、突出体１０と凹部２０の個数は必ずしも一致させる必要はなく、突出体１０に対して凹部２０を多く形成しておくことにより、突出体１０の向きをあまり気にすることなく補機の凹部２０と嵌合させることができ便利である。

１ カムシャフト
２ シャフト
３ カムロブ
５ 駆動部材
１０ 突出体
１１ リング体
２０ 補機の凹部

Claims (4)

1. シャフトとカムロブとを有するカムシャフトであって、
   前記シャフトの端部近傍には、シャフトの外周に沿って設けられるリング体と、当該リング体の表面から突出する突出体と、からなる駆動部材が、前記カムロブとは別に設けられており、
   当該駆動部材における突出体によって、カムシャフト近傍に設置された補機を回転駆動させることを特徴とするカムシャフト。
2. 前記突出体は２つ以上存在することを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。
3. 前記シャフトは中空であり、
   前記カムロブ、および、前記リング体と突出体とからなる駆動部材、はともに焼結合金粉末を材料とし、前記シャフトに拡散接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカムシャフト。
4. 前記補機がバキュームポンプであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のカムシャフト。

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