JP2013194544A - センサープレート及び該センサープレートを備えたカムシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】構造、加工が簡単であり、重量、コストの低減が可能な、カムシャフトの回転角度位置を検出するためのセンサープレートを提供する。
【解決手段】センサープレート１０は、板材からプレス加工され、カムシャフト６０の一端に圧入して使用される。センサープレート１０は、鍔付き円筒状の本体部１１と、該鍔部から本体部１１の軸に対して放射状に延びる複数のアーム部１２と、各アーム部１２から曲げられて前記軸と平行に延びる複数のプレート部１３とから構成される。本体部１１がカムシャフト６０の一端に圧入され、プレート部１３の外周に磁気センサー５４と対向して被検出面１４が形成される。アーム部１２ａは、前記鍔が半径方向に延びた円板状に形成され、プレート部１３は該円板状の外周から延びるよう形成してもよい。プレート部１３は前記鍔に対して本体部１１と反対方向に延びるよう曲げてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転部材に軸支され、該回転部材の回転角度を検出するためのセンサープレート（回転角度被検出部）に関する。より詳しくは、内燃機関のカムシャフトの一端に軸支され、カムシャフトの回転角度を検出するセンサープレートに関する。

マイクロコンピュータを使用して内燃機関の最適な回転制御を行う際、回転する内燃機関の制御基準位置を検出することが求められる。一般に用いられる方式は、カムシャフトに設けられた被検出部を検出して気筒判別を行い、一方、クランクシャフトに設けられた被検出部を検出して制御基準位置の検出を行い、この両者を組合せて判断する方式である。カムシャフト側のみで検出した場合には、クランクシャフトとの間を結ぶチェーンやベルトの影響を受けて位相の変動が生じ易く、またクランクシャフト側のみで検出した場合には、バルブタイミングを可変とする可変動弁装置を備える場合に適用が困難になる等の理由で、この両者からの信号を組み合わせて制御基準位置を検出するのが一般である。

カムシャフトは、クランクシャフトが２回転する間に１回転する。４サイクル直列４気筒エンジンを例に採ると、クランクシャフトの１８０度回転ごとにいずれか１気筒において燃焼動作があり、カムシャフトでは９０度回転ごとに１回の燃焼動作となる。したがい、クランクシャフトには回転方向１８０度ごとに検出部が設けられ、カムシャフトでは回転方向９０度ごとに特有の被検出部が設けられる。「特有の」とは、９０度ごとに４気筒の内のどの気筒が該当するかを識別可能にするためであり、９０度ごとに設けられる被検出部は相互に区別ができる「特有の」ものとなっている。

カムシャフトの被検出部の例として、カムシャフトに軸支された円板の９０度ごとに４箇所の２本の突起からなる被検出部を設け、この突起の高・低の組合せを変化させ、これをセンサーで検出することで回転角度を特定する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。あるいは、カムシャフト自身から９０度ごとに突出する被検出部の数を変化させ、この数の変化をセンサーで検出することにより回転角度を特定する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

図９、図１０は、特許文献２に開示されたカムシャフト回転角度検索の構成を示している。図９は、エンジン５０を長手方向正面から見た正面図、図１０は同じく側面図で、いずれもカムシャフト６０が取り付けられたエンジン部分を示す部分断面図である。両図において、カムシャフト６０は、シリンダヘッド５１とヘッドアッパ５２の間に回転可能に支持され、その上部はヘッドカバー５３により覆われている。カムシャフト６０の回転角度を検出するための被検出部６１は、カムシャフト６０の一端にカムシャフト６０と一体に形成されている。被検出部６１は、ヘッドアッパ５２に固定された磁気センサー５４に対向するよう位置決めされている。

図９の正面図には、カムシャフト６０の回転軸に垂直となる被検出部６１の平面形状が示されている。被検出部６１の外周には、それぞれ本数の異なる突出部６２が９０度ごとに４組設けられている。カムシャフト６０が回転すると同時に回転する被検出部６１の突出部６２を、磁気センサー５４により検出し、カムシャフト６０の回転角度を特定している。図９において、被検出部６１がカムシャフト６０の回転に伴って右回りに回転すると、突出部６２は９０度回転ごとに順に１個、２個、４個、３個と検出されるが、これはそれぞれエンジンの＃１→＃２→＃４→＃３の各気筒が検出されることを意味している。検出結果は図示しないマイクロコンピュータに送信され、制御基準位置の認識に利用される。ここで、制御基準位置とは、ピストンの上死点などの予め基準として定められた位置を意味し、図示しないクランクシャフトに設けられた１８０度ごとの被検出位置と、このカムシャフト６０に設けられた被検出部６１の検出結果とを併せて、第何気筒目のピストンが基準位置（上死点）にあるかを特定するものである。

このようなカムシャフトと一体に設けられる形式の被検出部のほかに、被検出部を粉末冶金製（焼結合金製）の別部品としてカムシャフトに取り付けて使用する技術が従来から知られている。図１１（ａ）はその一例を示すもので、被検出部７０は、カムシャフトに圧入するための圧入孔７１を有する円板状の本体部７２と、本体部７２の外周部に軸方向に延びる外周壁７３と、同じく本体部７２の外周部に軸方向に突出する突出部７４とから構成されている。外周壁７３は、本体部７２の円周方向１８０度にわたって設けられ、その中間位置にこの外周壁７３を円周方向に二分する切欠き部７５が設けられている。突出部７４は、本体部７２の残余の円周方向１８０度の中間位置に設けられている。これにより、突出部７４と切欠き部７５とは本体部７２の中心を軸とする対称位置に位置している。さらに本体部７２の外周部には、重量軽減用の縮径部７６が設けられている。

以上のように構成された被検出部７０は、カムシャフトの一端に圧入され、図示のように磁気センサー５４が、回転する外周壁７３及び突出部７４に対向してカムシャフトの軸に垂直な方向に配置される。この状態で被検出部７０を図の右回りに回転させると、磁気センサー５４はまず回転角１８０度にわたって外周壁７３を検出し、その中間において切欠き部７５を検出する。次に、外周壁７３の存在しない非検出状態を回転角１８０度にわたって検出し、その中間において突出部７４を検出する。これにより、順に長いＯＮ、切欠き（短いＯＦＦ）、長いＯＮ、長いＯＦＦ、突出部（短いＯＮ）、長いＯＦＦと連続して検出されるため、９０度回転ごとに「特有の」被検出部が検出され、気筒判別が可能となる。

図１１（ｂ）は、従来技術に見られる他の形式の粉末冶金製被検出部８０を示している。被検出部８０は、圧入孔８１を設けた本体部８２から、円周方向９０度ごとに伸張部８３が４本設けられている。これをカムシャフトの一端に圧入して図示しない磁気センサーを軸に垂直な方向（軸に平行な方向であってもよい）に対向させ、伸張部８３を検出することによってカムシャフトの回転角度を検出する。ただし、この形式の被検出部では、９０度ごとの「特有の」被検出部が検出されないことから、これのみで上述したような気筒判別はできない。これを可能にするためには、他の検出機構と組み合わせて使用する必要がある。

特開２００２−８９３１７号公報 特開２００５−１１３８５０号公報

上述した従来技術によるカムシャフトの被検出部には、それぞれ改善の余地があった。特許文献１に示す方式によれば、高・低の突出部を検出するために、発光素子と受光素子のペアからなるセンサーを高低２箇所の位置にそれぞれ配置する必要があり、構造が複雑でコスト的にも不利であった。特許文献２に示す方式では、被検出部が鋳造もしくは鍛造でカムシャフトと一体に形成されており、加工上並びに重量の観点から不利となり得た。図１１（ａ）、（ｂ）に示すような粉末冶金製の被検出部とした場合では、粉末冶金部品の特性に起因する強度上の問題のほか、やはり重量、コストの観点から改善の余地があった。

以上より、本発明は上述した従来技術にある課題を解消し、構造、加工が簡単であり、重量、コストの大幅な低減が可能な、カムシャフトに軸支される被検出部、並びに該被検出部を備えたカムシャフトを提供することを目的としている。なお、当該被検出部を本発明では個別部品扱いとすることから、これを「センサープレート」とも呼ぶものとする。

本発明は、被検出部を板金製からなる個別部品の「センサープレート」で構成することにより、上述した課題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本発明に係る１つの態様は、センサーを用いてカムシャフトの回転角度位置を検出するため、センサーに対向してカムシャフトに設けられる被検出部を構成するカムシャフト用センサープレートであって、前記センサープレートが、カムシャフトとは別部品の板金加工部材として形成され、カムシャフトの一端に固定される固定部位を備えた本体部と、該本体部から延び、センサーに対向する位置に配置される被検出部とを備え、該被検出部にカムシャフトの軸方向に延びて前記センサーに対向する被検出面が設けられていることを特徴とする板金製のカムシャフト用センサープレートに関する。

前記固定部位は、カムシャフト一端の外径もしくは内径に圧入される円筒状の圧入部位から形成され、本体部は、該圧入部位と、圧入部位からカムシャフト軸の半径方向外側に延びる円板状の鍔（つば）部とから構成することができる。該鍔部は、圧入部位から半径方向外側に向けて漏斗状に拡開してもよい。

前記被検出部は、カムシャフトの所定回転角度に応じてセンサーに検出される所定の数の被検出面、もしくは所定の回転長さの被検出面のいずれかを回転方向に備えることができる。

カムシャフトの軸と直交する方向に配向されたセンサーに対向するよう本体部から曲げて形成される被検出部は、板金打抜き時の破断面側が被検出面となる向きに曲げられていることが好ましい。また、本体部から被検出部への曲げ部分には、該曲げを補強するフィレット、またはノッチを設けることができる。

前記板金加工部材は、カムシャフトへの圧入用穴を含むドーナツ状の本体部と、前記本体部から半径方向外側に延びる被検出表面とからなる平板打ち抜き材で構成することができ、センサーに対向する被検出表面を、該平板外周の板厚部分に形成することができる。

本発明に係る他の態様は、エンジンの各気筒に設けられたバルブの開閉動作を制御するためのカムを備えたカムシャフトであって、軸方向の一端に圧入されて該カムシャフトの回転角度位置を検出するための被検出部が、上述したいずれかのカムシャフト用センサープレートで構成されていることを特徴とするカムシャフトに関する。

本発明の実施により、加工が容易であり、重量・コスト低減につながるセンサープレート、並びに該センサープレートを備えた軽量、低コストのカムシャフトを提供できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るセンサープレートを示す斜視図（ａ）、正面図（ｂ）、側面断面図（ｃ）である。 図１に示すセンサープレートの他の態様を示す断面図（ａ）、斜視図（ｂ）である。 図１、２に示すセンサープレートの曲げ補強対策を示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係るセンサープレートを示す斜視図（ａ）、正面図（ｂ）、側面断面図（ｃ）である。 図４に示すセンサープレートをエンジンのカムシャフトに取付けた際の取付け状態を示す側面部分断面図である。 本発明の他の実施の形態に係るセンサープレートを示す斜視図（ａ）、側面断面図（ｂ）である。 図６に示す実施の形態の他の態様に係るセンサープレートを示す斜視図（ａ）、側面断面図（ｂ）である。 本発明のさらに他の実施の形態に係るセンサープレートを示す正面図（ａ）、側面断面図（ｂ）である。 従来技術によるカムシャフト回転角度検出用の構成を示すエンジンの正面部分断面図である。 図９に示すエンジンの側面部分断面図である。 従来技術による他の形式のカムシャフト回転角度検出用被検出部を示す斜視図である。

以下、本発明の第１の実施の形態に係るセンサープレート、すなわちカムシャフトの回転角度を検出するための被検出部を構成する部材について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るセンサープレート１０を示しており、上述した特許文献２に記載された形式の被検出部を構成するもので、板金プレス加工により形成されている。図１（ａ）は、センサープレート１０の斜視図、図１（ｂ）は、カムシャフトの軸方向から見たセンサープレート１０の正面図、そして図１（ｃ）は、カムシャフトの軸に沿って切断したセンサープレート１０の側面断面図を示している。

本実施の形態では、センサープレート１０は、２．３ｍｍ厚の板材から作られており、絞り、打ち抜き、曲げを含むプレス加工により成形されている。センサープレート１０は、鍔（つば）付きの円筒状部材からなる本体部１１と、本体部１１から放射状に延びる複数のアーム部１２と、アーム部１２の先端から曲げられて本体部１１の軸と平行に延びる複数のプレート部１３とから構成されている。本体部１１は鍔部を除いて円筒状に絞り加工され、この部分は、円柱状に形成されたカムシャフト６０（図１０参照）の一端に圧入される。圧入は、カムシャフト６０の外周への圧入であっても、カムシャフト６０の一端に設けられた穴内への圧入であってもよい。カムシャフト６０の回転数はクランクシャフトの回転数（すなわちエンジンの回転数）の半分となるため、回転による影響度は相対的に低く、本願発明者らの実験結果によれば、センサープレート１０はカムシャフト６０への圧入によっても十分強固な固定が可能である。ただし、必要に応じて、かしめ、溶接、接着などの従来から知られた係止技術を利用してカムシャフトに対する抜け止め、回り止めをすることも可能である。板厚は固定強度に関係するが、実験結果からは１．６ｍｍ厚ほどの板材から形成されたものであっても、胴部１１の圧入でカムシャフトに対する十分な固定強度が確保されることが見出されている。厚い方は特に強度的な問題はないが、加工性、重量の面で不利となり得る。

センサープレート１０のアーム部１２は４つのグループから構成され、図１（ｂ）に示す左回り（カムシャフトの右回転時）の順にそれぞれ１２−１、１２−２、１２−４、１２−３の組合せから構成されている。すなわち、図示の例では、４気筒エンジンの＃１→＃２→＃４→＃３の気筒点火順に対応して気筒を識別するよう構成されたセンサープレート１０となっている。ただし、この組合せは一例であって、例えば＃１→＃３→＃４→＃２など他の気筒点火順に対応するよう組み合わされてもよい。さらには、６気筒への対応として、グループを６つに増やすことも可能である。

アーム部１２とプレート部１３は、絞りにより形成された胴部１１に対し、打ち抜きおよび曲げにより成形することができる。プレート部１３には、図示しない磁気センサー（図９、８の符合５４）と対向する位置に、本センサープレート１０の最も重要な機能部位となる被検出面１４（図１（ｃ）に表示）が形成されている。被検出面１４は、本実施の形態で使用される磁気センサーによる確実な検出を保証するために、必要十分な面積と、面粗さと、平滑度と、カムシャフトの軸に対する平行度が確保されなければならない。従来技術によるカムシャフトのブランク材からの削り出しや、焼結合金部材であれば、これらの要求を機械加工により達成することはできても、これらの製法では加工に手間を要するものとなり、コスト的に不利である。

従来では、板金によるセンサープレートでは必要な強度と要求諸元（特に被検出面の面積）を確保することは困難と考えられていた。本願発明者らは、放射状に突出するアーム部１２の先端をカムシャフトの軸と平行に曲げてプレート部１３を形成し、必要な面積を確保するという巧みな構造を採用することにより、薄くとも適切な板材を選択し、かつ被検出部として機能を確保できる被検出面１４の配置が可能であることを見出したものである。特に重要なプレート部１３に設けられた被検出面１４に関しては、回転による遠心力の作用で胴部１１の軸（すなわち、カムシャフト６０の軸）との平行度が狂ったり、プレート部１３の遠心力によってアーム部１２が曲がり、結果的に被検出面１４の平行度が狂ったりすることがあってはならない。

本願発明者らの実験によれば、板厚を１．６ｍｍまで下げることによってもアーム部１２、プレート部１３に十分な剛性を与え、また、プレート部１３のカムシャフトの軸方向に延びる高さを４ｍｍ、回転方向の幅を３ｍｍとすることで被検出面１４としての十分な検出部面積を確保できることが見出されている。ただし、これらの諸元は、磁気センサーの性能、両者間の距離などとも関連することであり、単に一例を示すものに過ぎない。なお、プレート部１２の回転方向の幅は、磁気センサーとの距離が一定となるよう円周方向には円弧状に形成されるのが好ましい。

板金製のセンサープレート１０を以上のように構成することにより、従来のカムシャフト６０自身に被検出部（センサープレート）６１を一体に形成する場合（図９、８参照）に比べて、約２０ｇの重量軽減を達成している。センサープレートを粉末冶金で形成した場合に対してもほぼ同等の重量軽減が可能である。

図２は、本実施の形態に係るセンサープレート１０の他の態様を示している。図１に示すアーム部１２は、本体部１１を構成する鍔部から軸に直交する放射状に真っ直ぐ延びるように形成されているが、これは必ずしも真っ直ぐでなくてもよい。図２（ａ）に示す態様では、本体部１１の鍔部から延びるアーム部１２ａがプレート部１３の手前で一旦逆方向に曲げられ、その後に反対方向に曲げられてプレート部１２ａを形成している。この形状は、プレート部１３に十分な面積の被検出面１４を確保できるものとし、あるいは他要素との干渉を回避することを可能とする。ただし、表示の形状は一例である。

図２（ｂ）には、本実施の形態に係るセンサープレート１０のさらに他の態様を示している。ここでは、アーム部１２ｂが、各プレート部１３に個々に対応して形成されることなく、本体部１１がそのまま放射状に延びて全円周にわたって円板状に形成されている。そして各プレート部１３は、この円板状形状の外周から折り曲げられて本体部１１から軸方向へ延びるよう形成されている。プレート部１３自身は図１に示すものと同様でよい。アーム部１２ｂをこのように円板状に形成することにより、重量は僅かに増加するものとなるが、アーム部１２ｂの剛性が高まり、プレート部１３の遠心力の影響によるアーム部１２ｂの変形を回避することができる。加えて、放射状に多数突出する図１に示すアーム部１２に対して回転による空気の摩擦抵抗が低減でき、さらには空気振動による音の問題も回避され得る。また、打ち抜き型の製造コストの低減にもつながる。この場合、アーム部１２ｂ並びに本体部１１の鍔部には、必要であれば重量軽減用の打ち抜き窓を設けてもよい。なお、アーム部１２ｂがこのように円板状に形成された場合、かならずしも「アーム」が存在しなくなるが、本明細書ではこの円板状形態のものも「アーム部」の範囲に含めるものとする。

図３は、センサープレート１０の板厚を薄くするための対応を示している。これまでにも記しているように、センサープレート１０の板厚は、カムシャフト６０への圧入による固定強度の確保と、最大回転時におけるプレート部１３（アーム部１２も含まれる）の変形を防ぐために必要な剛性確保の要求度によって定まる。カムシャフト６０への固定強度に関しては、上述のようにかしめ、溶接、接着などの対策が可能であることから、ここではプレート部１３の剛性確保の対策のみを示している。

図３（ａ）では、アーム部１２からプレート部１３への曲げ部分を、絞りを含んだ曲げ加工とし、曲げ部分を補強する補強部１５（本明細書ではこれを「フィレット１５」と呼ぶ）を設けている。必要であれば、破線で示すようにこのフィレット１５をプレート部１３の全長にわたって伸ばすようにしてもよい。これにより、少なくともプレート部１３の遠心力による曲げへの対抗力が高められ、板厚低減の効果が生じ得る。図３（ｂ）に示す例は、円板状のアーム部１２ｂが採用された場合、プレート部１３の曲げ部分の両側にアール部によるフィレット１５を設け、これによりプレート部１３の曲げに対する対抗力を高めるものとしている。

図３（ｃ）に示す例では、アーム部１２からプレート部１３への曲げ部分に、押し込みによりノッチ１６を設けている。ノッチ１６は曲げ部分の剛性を高める効果を生み、これによってプレート部１３の遠心力による曲げへの対抗力を高めることができる。以上図３（ａ）〜（ｃ）に示す対策は、プレート部１３の剛性を高めるものとなるが、いずれも例示であって従来技術によるこれ以外の方策を施すことにより、プレート部１３の剛性を高め、センサープレート１０の板厚を薄くする可能性を得ることができる。この他にも、絞り加工その他のプレス加工（しごき作用）によって、局部的な板厚の変化は可能であり、強度・剛性を高めるべき部位の板厚をその他の部位よりも相対的に厚くするよう対応することもできる。なお、いずれの場合においても、検出面１４に要求される面積等の諸元を満たすものでなければならないことは言うまでもない。

次に、本発明の第２の実施の形態にかかるセンサープレートについて、図面を参照して説明する。図４は、本実施の形態に係るセンサープレート２０を示している。センサープレート２０は、鍔部付きの本体部２１と、本体部２１の鍔部から放射状に延びるアーム部２２を有する点は先の実施の形態に係るセンサープレート１０と同様であるが、本実施の形態にかかるプレート部２３は、本体部２１の円筒状部位とは反対方向に延びるようアーム部２２から逆方向に曲げられている点で先の実施の形態とは相違している。プレート部２３に設けられる被検出面２４（図４（ｃ）に表示）の諸元については、先の実施の形態と同様であってよい。

センサープレート２０をこのような形態とすることのメリットは、さらなる重量軽減にある。検出面２４は、これを検出するための磁気センサー５４（図９、８参照）に対向している。したがい、磁気センサー５４を設ける位置が他の制約条件等のために不変であることを前提とすれば、センサープレート２０の被検出面２４を本体部２１から遠ざかる方向に曲げることにより、当該本体部２１を圧入するカムシャフト６０の先端位置をカムシャフト６０の軸方向に縮める効果を生む。図４（ｃ）に破線で示すように、鍔部ならびにアーム部２２を、本体部２１の圧入部位からプレート部２３の方向へ向けて拡開するよう漏斗状に構成することで、上記効果をさらに高めることができる。

図５は、本実施の形態にかかるセンサープレート２０を、磁気センサー５４に対向する位置に検出面２４を配置できるようカムシャフト６０に圧入し、エンジン５０に取り付けた状態を示している。図５の例では、図４（ｃ）に破線で示す、漏斗状に拡開したセンサープレート２０を使用している。図５において、カムシャフト６０の右側先端に描く破線は、図１０に示す従来技術によるカムシャフト６０及びセンサープレート（被検出部）６１の位置を示している。図５からも明らかなように、センサープレート２０をこのような形態でカムシャフト６０に圧入した場合、磁気センサー５４に対向する被検出面２４の位置を従来技術と不変とすると、カムシャフト６０の先端位置を軸方向に約５０ｍｍほど短縮（後退）させることができる。これによって、センサープレート２０自身の重量低減効果に加えて、さらにカムシャフト６０の側で約２０ｇほどの重量軽減を図ることができる。

なお、センサープレート２０の板厚その他の諸元は、先の実施の形態と同様にすることができる。図５に示すような漏斗状に拡開することがカムシャフト６０の先端位置短縮効果をより高めることができて望ましいが、図４（ｃ）に直線で示す軸に直交する放射状にアーム部２２を設けたとしても、相応のカムシャフト６０の全長短縮による重量軽減効果を得ることができる。

先の実施の形態に示した円板状のアーム部１２ｂ、フィレット１５、ノッチ１６などは、本実施の形態におけるセンサープレート２０にも同様に適用することができ、コスト低減、重量低減につなげることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係るセンサープレートについて、図面を参照して説明する。本実施の形態に係るセンサープレートは、従来技術に関して図１１で表示した形式の粉末冶金製の被検出部を板金製とするものである。図６は本実施の形態に係るセンサープレート４０を示しており、本実施の形態では１．６ｍｍ厚の板材を絞り、打ち抜き、曲げを含むプレス加工により成形されている。板厚は例示であって、先の実施の形態と同様２．３ｍｍ厚やその他の板厚とすることでもよい。図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は側面断面図を示している。両図において、センサープレート４０は、円筒状の圧入部位及び該圧入部位から半径方向に延びる鍔部とを含む本体部４１と、本体部４１の外周から曲げられて軸方向に延びる外周壁４２並びに突出部４４とから構成される。外周壁４２は、本体部４２の外周１８０度にわたって延びて円周方向の回転長さの検出が可能となる被検出面を提供し、その中間にある切欠き部４３によって２つに分断されている。切欠き部４３と突出部４４とは、本体部４１の軸を軸とする対称位置に配置されている。以上の構成は、基本的に図１１（ａ）に示す粉末冶金製の被検出部と同様である。

切欠き部４３と突出部４４とは円周方向に一定の幅を有しているため、センサーによって９０度ごとの回転角度を正しく検出できるよう、外周壁４２と突出部４４とは、実際には以下のように配置されている。すなわち、図６（ａ）においてセンサープレートが右回転するとした場合、外周壁４２においては、切欠き部４３を挟んで前半と後半の２箇所に現れるリーディング・エッジ４２ａ、４２ｂとの間が９０度となるよう配置される。また突出部４４では、後半にある外周壁４２のトレーリング・エッジ４２ｃと突出部４４のトレーリング・エッジ４４ａとの間が９０度となるよう配置される。

以上のように構成されたセンサープレート４０は、カムシャフトの一端に圧入され、図６（ａ）に示すように外周壁４２に対向して半径方向に配置された電磁センサー５４により、外周壁４２のリーディング・エッジ４２ａ、切欠き部４３通過直後のリーディング・エッジ４２ｂ、外周壁４２のトレーリング・エッジ４２ｃ、突出部４４のトレーリング・エッジ４４ａを次々に検出することによって９０度ごとのカムシャフトの回転角度の検出、さらには気筒判別が可能となる。気筒判別まで可能となる理屈は、図１１を参照して説明した通りであり、ここでの重複説明は避けるが、外周壁４２、突出部４４は、電子センサー５４に対向する「特有の」被検出面を形成するものとなる。

図１１（ａ）に示す従来技術における粉末冶金製の被検出部７０と本実施の形態に係るセンサープレート４０とを比較すると多くの顕著な優位点が見られる。まず、従来技術における粉末冶金製によるものとした場合、カムシャフトへの圧入代を十分に取ると粉末冶金の特性から圧入時の張力によって被検出部７０が割れるおそれがあり、これを防ぐために逆に圧入代を少な目にすると回転時に緩んで脱落するおそれがある。このため、圧入代を厳格に管理する必要から高い加工精度が要求されるほか、割れに対抗できるよう十分な厚みを設けて強度を保つ必要がある。ちなみに、粉末冶金製とした従来技術の例では本体部７２（図１１（ａ）参照）の板厚は６ｍｍとしている。これに対して本願発明のように割れの心配が全くない板金製部材とした場合、圧入代を十分に取ることができ、かつ板厚は１．６ｍｍ、あるいはこれ以下まで薄くすることができる。さらに粉末冶金製に比べてはるかに効率的な板金加工のみで済まされるため、重量、コストの大幅な低減が可能となる。その他にも、加工時間の短縮、焼結のためのエネルギ節約ができるなど、多くの利点を得るものとなる。

図７は、図１１（ｂ）に示した円周方向９０度ごとに伸長部８３を有する粉末冶金製の被検出部８０を、上述したものと全く同様にして板金加工製のものとしたセンサープレート４５を示している。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は側面断面図を示している。十字状の平面形状は粉末冶金製のものに準ずるものとし、伸長部の突端部分を軸方向に折り曲げて被検出面４５ａを形成することにより、薄板の板材から簡単に形成することができる。板金部材とすることによる利点は上述したものと全く同様であり、例えば板厚を従来の６ｍｍから１．６ｍｍに低減し得る。

なお、以上いずれの実施の形態においてもセンサーに対向する被検出面を本体部から曲げ（一部絞り追加）により形成しているが、十分な被検出面を確保するための工夫が施されている。一般に板材を打ち抜く場合、型具の刃が切り込まれる側から板厚方向に向かって剪断面、破断面がこの順に連続して形成される。これを板厚の断面でみると、板材の打ち抜き方向表面の剪断面突端には板材がダレてできる曲線部（アール部）が形成される。このため、この剪断面の突端が被検出面の表面として現れる方向に板材を曲げると、曲線部が含まれる分だけ被検出面の表面積を減少させるものとなる。したがって上記いずれの実施の形態においても、剪断面側ではなくて破断面側が被検出面の表面に現れる向きに被検出部を曲げることが好ましい。

また、被検出部の曲げ部の内側コーナ部には、型具を押し込むことによって凹部を形成しつつ曲げることになり、曲げ戻りによる軸との平行度を回避することができて好ましい。この他、曲げ部分の補強のためには、図３に示したような補強対策がこの場合にも同様に適用可能である。

次に、本発明の第４の実施の形態に係るセンサープレートについて、図面を参照して説明する。図８は、本実施の形態に係るセンサープレート３０を示しており、ここでは図１に示した被検出部の数を検出する形式のセンサープレート３０が、４ｍｍ厚の板材を打ち抜いて形成されている。図８（ａ）は正面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すＩ−Ｉで切った側面断面図を示している。両図において、センサープレート３０は、圧入用の打ち抜き穴３１を含むドーナツ状の本体部３２と、本体部３２から放射状に延びる複数のアーム部３３とから構成されている。磁気センサー５４に対向する被検出面３４は、アーム部３３の板厚部分（図８（ｂ）に表示）により形成されてもよく（センサーがカムシャフト軸と垂直に配向される場合）、あるいは図８（ａ）の正面図にみられる主平面に形成されてもよい（センサーがカムシャフト軸と平行に配向される場合）。平板状の板材から打ち抜きでセンサープレート３０を形成した場合、従来技術におけるブランク材からの削り出し、あるいは焼結合金製のセンサープレートと比較して重量軽減への貢献は僅かとなるが、大幅なコスト低減が期待され得る。

昨今ではレーザー加工による板材の打ち抜きも盛んであり、４ｍｍ厚の板材であっても十分に精密レーザー加工による打ち抜きが可能である。レーザー加工による打ち抜きとした場合のメリットは、ＮＣ制御用の形状入力をするだけであとは自在の打ち抜きが可能となり、プレスを利用する一般の板金加工と異なって成形型具の製造、さらにはそのメンテナンス等が不要となり、これによってコスト面、管理面で有利となる。図８に示す例では、圧入のために打ち抜き穴３１の周囲に面取り加工３５を施している。

なお、図８では、被検出部の数を検出する形式のセンサープレートを例に説明しているが、図６に示すように回転する周方向の長さを測定する形式のセンサープレートや、図７に示すような一定間隔で延伸する被検出部を検出するセンサープレートであっても、全く同様な厚板打ち抜き形式のセンサープレートとすることができる。

以上、本発明にかかる板金製のセンサープレートの各実施の形態について説明してきたが、本発明では磁気センサーにて回転角度を検出するための被検出部であるセンサープレートを、板金加工製品により提供することを発明の思想としており、各実施の形態に示す形状、諸元等は単なる例示であって、本発明がこれらに制限されるものではない。例えば、板材の材質も要求仕様に応じて適宜選択可能であり、一般の鋼板から高張力鋼板、ステンレス鋼板など、磁気センサーに感応する強磁性板材であれば使用可能である。さらには、磁気センサーではなくとも、例えば光学センサーなど他のセンサーであっても同様に対向する位置を通過する被検出部を検出してカムシャフトの回転角度を検出することは可能である。この場合には、例えばアルミなどの非磁性体の板材であってもセンサープレートとして使用することが可能である。また。図６、図７に示す第３の実施の形態に係るセンサープレートにおいても、圧入部位と被検出部とを軸方向に相互に逆向きに設けてもよい。なお、本発明に係るセンサープレートは、エンジン内のオイルミスト環境で使用されるため、防錆の要求はないが、必要に応じて表面メッキが施されてもよい。

本発明はさらに、これまで述べたような各実施の形態に係る板金部材からなるセンサープレートを備えたカムシャフトも包含している。センサープレートはカムシャフトの軸方向の一端に圧入、もしくはその他の方法により固定され、これによって軽量、安価な回転角度位置被検出部を備えたカムシャフトを実現することができる。

本発明に係るセンサープレートは、カムシャフトを使用する内燃機関を製造、販売、使用する産業分野において広く利用することができる。

１０、２０、３０、４０、４５．センサープレート、 １１、２１、４１．本体部、 １２、１２ａ、１２ｂ、２２．アーム部、 １３、２３、３３．プレート部、 １４、２４、３４、４５ａ．被検出面、 １５．フィレット（補強部）、 １６．ノッチ、 ４２．外周壁、 ４３．切欠き部、 ４４．突出部、 ５０．エンジン、 ５４．磁気センサー、 ６０．カムシャフト、 ６１．被検出部、 ６２．突出部。

Claims (8)

1. センサーを用いてカムシャフトの回転角度位置を検出するため、前記センサーに対向してカムシャフトに設けられる被検出部を構成するカムシャフト用センサープレートにおいて、
   前記センサープレートが、カムシャフトとは別部品の板金加工部材として形成され、カムシャフトの一端に固定される固定部位を備えた本体部と、該本体部から延び、前記センサーに対向する位置に配置される被検出部とを備え、該被検出部にカムシャフトの軸方向に延びて前記センサーに対向する被検出面が設けられていることを特徴とする板金製のカムシャフト用センサープレート。
2. 前記固定部位がカムシャフト一端の外径もしくは内径に圧入される円筒状の圧入部位から形成され、前記本体部が、該圧入部位と、前記圧入部位からカムシャフト軸の半径方向外側に延びる円板状の鍔（つば）部とから構成されている、請求項１に記載のカムシャフト用センサープレート。
3. 前記被検出部が、カムシャフトの所定回転角度に応じて前記センサーに検出される所定の数の被検出面、もしくは所定の回転長さの被検出面のいずれかを回転方向に備えている、請求項１に記載のカムシャフト用センサープレート。
4. カムシャフトの軸と直交する方向に配向されたセンサーに対向するよう前記本体部から曲げて形成される前記被検出部が、板金打抜き時の破断面側が前記被検出面となる向きに曲げられている、請求項１に記載のカムシャフト用センサープレート。
5. 前記鍔部が、前記圧入部位から半径方向外側に向けて漏斗状に拡開している、請求項２に記載のカムシャフト用センサープレート。
6. 前記本体部から被検出部への曲げ部分に、該曲げを補強するフィレット、またはノッチが設けられている、請求項５または６に記載のカムシャフト用センサープレート。
7. 前記板金加工部材が、カムシャフトへの圧入用穴を含むドーナツ状の本体部と、前記本体部から半径方向外側に延びる被検出表面とからなる平板打ち抜き材で構成され、前記センサーに対向する被検出表面が、前記平板外周の板厚部分に形成される、請求項１に記載のカムシャフト用センサープレート。
8. エンジンの各気筒に設けられたバルブの開閉動作を制御するためのカムを備えたカムシャフトにおいて、軸方向の一端に圧入されて該カムシャフトの回転角度位置を検出するための被検出部が、請求項１から請求項７のいずれか一に記載のカムシャフト用センサープレートで構成されていることを特徴とするカムシャフト。
   

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