JP2018128000A - Hollow cam shaft - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内部に中空部を有する中空カムシャフトに関するものである。 The present invention relates to a hollow camshaft having a hollow portion therein.
エンジンの動弁系を駆動するカムシャフトとして、重量軽減を目的として、その内部に軸方向一端から他端に至る中空部を有する中空カムシャフトが採用される場合がある。 As a camshaft for driving the valve system of an engine, there is a case where a hollow camshaft having a hollow portion extending from one end to the other end in the axial direction is sometimes used for the purpose of weight reduction.
この中空カムシャフトは、一般的に、中子を利用した鋳造法によって製造されている。型枠の中に砂型等からなる中子が配置され、溶湯が注入されて金属が固化した後に、中子をショットブラスト等により排除している(例えば、特許文献1参照)。 This hollow camshaft is generally manufactured by a casting method using a core. A core made of a sand mold or the like is arranged in the mold, and after the molten metal is injected and the metal is solidified, the core is removed by shot blasting or the like (for example, see Patent Document 1).
ところで、カムシャフトの軸方向端部には、ギヤやスプロケット、プーリ等を取り付けるための雌ネジ部が形成されている。この雌ネジ部は、軸方向いずれかの側の端部において、中空部の内面に形成され、ギヤやスプロケット、プーリ等に挿通された固定用のボルトが、ねじ込まれるようになっている。 By the way, an internal thread portion for attaching a gear, a sprocket, a pulley, or the like is formed at an axial end portion of the camshaft. The female screw portion is formed on the inner surface of the hollow portion at the end on either side of the axial direction, and a fixing bolt inserted through a gear, a sprocket, a pulley, or the like is screwed into the female screw portion.
ここで、カムシャフトのさらなる軽量化を図るために、中空部の断面積を大きくしようとすると、それに合わせて、中空部の内面に形成される雌ネジ部のネジ径も大きくなってしまう。雌ネジ部には、回転を伝達するために大きな応力が作用するので、雌ネジ部のネジ径が大きくなると強度を確保するために、雌ネジ部周囲におけるカムシャフトの外径を大きくしなければならない。このため、中空部の断面積を大きくしても、必ずしもカムシャフトの軽量化を図ることができない。 Here, in order to further reduce the weight of the camshaft, when an attempt is made to increase the cross-sectional area of the hollow portion, the screw diameter of the female screw portion formed on the inner surface of the hollow portion also increases accordingly. Since a large stress acts on the female screw portion to transmit rotation, the outer diameter of the camshaft around the female screw portion must be increased in order to ensure strength when the screw diameter of the female screw portion is increased. Don't be. For this reason, even if the cross-sectional area of the hollow portion is increased, it is not always possible to reduce the weight of the camshaft.
そこでこの発明の課題は、中空カムシャフトに関し、その強度を確保しつつより軽量化することである。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the weight of the hollow camshaft while ensuring its strength.
上記の課題を解決するために、この発明は、軸方向に延びる中空部と、前記中空部の軸方向一端の内面に形成された雌ネジ部とを備え、前記中空部は、前記雌ネジ部よりも他端側に一端側から他端側に向かって断面積が拡大する断面変化部と、前記断面変化部よりも他端側全域に前記雌ネジ部よりも断面積が大きい大断面部とを備える中空カムシャフトを採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a hollow portion extending in the axial direction and a female screw portion formed on an inner surface of one end of the hollow portion in the axial direction, and the hollow portion includes the female screw portion. A cross-sectional area where the cross-sectional area expands from one end side toward the other end side on the other end side, and a large cross-sectional area whose cross-sectional area is larger than that of the female screw portion in the entire area of the other end side than the cross-sectional area change portion. A hollow camshaft equipped with
ここで、前記大断面部は、軸方向他端に形成されたプラグ嵌込部と、前記断面変化部から前記プラグ嵌込部まで同一の断面で継続する断面一定部とを備える構成を採用することができる。 Here, the said large cross-sectional part employ | adopts a structure provided with the plug insertion part formed in the other axial end, and the fixed cross-section part which continues in the same cross section from the said cross-section change part to the said plug insertion part. be able to.
また、前記断面変化部は、テーパ状に断面積が拡大する構成を採用することができる。 Moreover, the cross-sectional change part can employ | adopt the structure which a cross-sectional area expands in a taper shape.
これらの各態様において、軸方向に沿って軸心から離れる方向に突出する複数の突出部が形成され、前記断面変化部は、軸方向に隣り合う前記突出部同士の対向する端面間に配置される構成を採用することができる。 In each of these aspects, a plurality of projecting portions projecting in the direction away from the axial center along the axial direction is formed, and the cross-section changing portion is disposed between the opposing end surfaces of the projecting portions adjacent in the axial direction. Can be adopted.
このとき、前記突出部は、軸方向に沿って断続的に配置されたカム部、又は、軸方向に沿って断続的に配置されたジャーナル部の軸方向両側に配置されるフランジ部である構成を採用することができる。 At this time, the projecting portion is a cam portion that is intermittently disposed along the axial direction, or a flange portion that is disposed on both axial sides of the journal portion that is intermittently disposed along the axial direction. Can be adopted.
前記突出部の端面の裾部に、半径方向内側に向かうにつれて軸方向へ湾曲してその終端部で前記突出部の側方の円筒面に接続されるアール部を備え、前記断面変化部は、軸方向に隣り合う前記アール部同士の前記終端部間に配置される構成を採用することができる。 The skirt portion of the end surface of the projecting portion includes a rounded portion that is curved in the axial direction toward the inner side in the radial direction and is connected to the cylindrical surface on the side of the projecting portion at the terminal portion, The structure arrange | positioned between the said termination | terminus parts of the said round parts adjacent to an axial direction is employable.
また、前記断面変化部は前記ジャーナル部と同じ軸方向範囲にある構成を採用することができる。 Moreover, the cross-sectional change part can employ | adopt the structure which exists in the same axial direction range as the said journal part.
この発明は、軸方向一端から軸方向他端に至る中空部と、中空部の軸方向一端の内面に雌ネジ部が形成された中空カムシャフトにおいて、中空部を、雌ネジ部よりも他端側に一端側から他端側に向かって断面積が拡大する断面変化部と、断面変化部よりも他端側全域に雌ネジ部よりも断面積が大きい大断面部とを有する構成としたので、中空カムシャフトの強度を確保しつつより軽量化することができる。 The present invention relates to a hollow camshaft in which a hollow portion extending from one axial end to the other axial end and a female screw portion is formed on the inner surface of one axial end of the hollow portion, the hollow portion is connected to the other end of the female screw portion. Since the cross-sectional area that increases in cross-sectional area from one end side to the other end side on the side, and a large cross-sectional area that has a larger cross-sectional area than the female screw part in the entire area of the other end side than the cross-sectional change part Further, it is possible to reduce the weight while securing the strength of the hollow camshaft.
以下、この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態の中空カムシャフト20は、軸方向に延びる中空部10を有するベース軸21と、ベース軸21の軸方向に沿って断続的に配置されたジャーナル部23及びカム部22と、軸方向一端の中空部10の内面に形成された雌ネジ部11とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The
中空部10は、軸状部材であるベース軸21の軸心と同心に形成され、軸方向一端と他端の端面に開口することでベース軸21の軸方向全長に設けられている。
The
図1に示すように、ベース軸21の外面には、軸方向に沿って断続的に5つのジャーナル部23;23a,23b,23c,23d,23eが形成されている。このジャーナル部23の外面には、中空カムシャフト20をエンジンのシリンダヘッド内に回転自在に支持するための軸受に対面する円筒面が形成されている。軸受構造としては、一般的に、すべり軸受が作用される。
As shown in FIG. 1, five
円筒面からなるジャーナル部23の外面に、二つ割り状態のカムベアリング4;4a,4b,4c,4d,4eが宛がわれて各ジャーナル部23の軸周り全周を覆い、そのカムベアリング4を介して、中空カムシャフト20がシリンダヘッドに軸周り回転自在となる。
The
最も軸方向一端側に位置するジャーナル部23aの軸方向両側には、軸周り全周に亘って外径側へ突出するフランジ部24が配置されている。それ以外のジャーナル部23の軸方向両側には、軸周り全周に亘るカム部22;22a,22b,22c,22dが配置されている。
On both sides in the axial direction of the
フランジ部24やカム部22は、いずれも、ベース軸21の外面において、軸心から離れる方向に突出する突出部である。これらの突出部は軸方向に沿って断続的に配置され、その突出部の端面wは、カムベアリング4を軸方向に位置決めするためのスラストベアリングの機能も発揮している。
Each of the
カム部22は、エンジンの気筒数に対応して、必要な数だけ配置される。この実施形態では、図1に示すように、4気筒のエンジンに対応している。
The required number of
中空カムシャフト20の軸方向一端に、ボルト3を介してカムプーリ5が固定される。カムプーリ5にはタイミングベルトが巻回されて、クランクシャフトの回転が中空カムシャフト20に伝達されるようになっている。クランクシャフトの回転に同期して中空カムシャフト20が駆動され、中空カムシャフト20によりロッカアーム等を介して、吸気側、排気側のバルブが開閉駆動され、エンジンの運転が行われる。
A cam pulley 5 is fixed to one end in the axial direction of the
なお、吸気側と排気側の両方のバルブを1本の中空カムシャフト20で動作させる場合もあるし、吸気側と排気側の両方のバルブを複数本の中空カムシャフト20で別々に動作させる場合もある。
In some cases, both the intake and exhaust valves are operated by a single
中空部10の軸方向一端の内面には、カムプーリ5を固定するボルト3の雄ネジ部3aがねじ込まれる雌ネジ部11が形成されている。
A
また、中空部10は、雌ネジ部11の軸方向他端側に隣接して円筒状の内面を有する接続部12、さらに軸方向他端側には、一端側から他端側に向かって断面積が拡大する断面変化部13、さらに、断面変化部13よりも他端側全域には、雌ネジ部11よりも断面積が大きい大断面部16を備えている。
Further, the
接続部12は断面円形であり、中空部10の内面に雌ネジ部11を形成する前までは、軸方向一端まで連続した状態である。軸方向一端からタップで雌ネジ部11を形成した際に、ねじ溝が形成されることなく円筒状の内面として残った部分が、図2の接続部12である。
The connecting
大断面部16は、軸方向他端に形成されたプラグ嵌込部15と、断面変化部13からプラグ嵌込部15まで同一の断面で継続する断面一定部14とを備えている。
The large
プラグ嵌込部15には、潤滑油路である中空部10を密封するため、プラグが差し込まれるようになっている。プラグ嵌込部15は、通常は、断面一定部14よりも大断面に形成されるが、エンジンの仕様によっては、断面一定部14より小断面である場合も考えられる。ただし、プラグ嵌込部15は、雌ネジ部11の最大径部分の内径、すなわち、雌ネジ部11のネジ山とネジ山との間の谷の底の部分とベース軸21の軸心からの距離(半径)を2倍した数値よりも、相対的に大きい内径(直径)を有する。これにより、プラグ嵌込部15は、雌ネジ部11よりも相対的に断面積が大きいものである。
A plug is inserted into the
断面一定部14は断面円形であり、全長に亘って同一の断面で継続する。断面一定部14の内径(直径)は、同じく、雌ネジ部11の最大径部分の内径、すなわち、雌ネジ部11のネジ山とネジ山との間の谷の底の部分とベース軸21の軸心からの距離(半径)を2倍した数値よりも、相対的に大きい内径(直径)を有する。これにより、断面一定部14は、雌ネジ部11よりも相対的に断面積が大きいものである。
The
断面変化部13は、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって、テーパ状に断面積が拡大する。そのテーパの母線の軸方向に対する角度αは、応力集中を抑制する観点からより緩やかであることが好ましいが、特に、テーパの軸方向に対する角度αは、45°以下とすることが望ましい。
The
このように、中空部10を、雌ネジ部11よりも他端側において、一端側から他端側に向かって断面積が拡大する断面変化部13と、断面変化部13よりも他端側全域に雌ネジ部11よりも断面積が大きい大断面部16とを有する構成としたので、雌ネジ部11の径を拡大することなく、中空部10全体の総容積を増大させ、中空カムシャフト20の軽量化を実現できる。すなわち、カムプーリ5を固定するボルト3の径を増大させることがないので、雌ネジ部11付近における中空カムシャフト20の肉厚を増やす必要がなく、その結果、中空カムシャフト20の強度を確保しつつより軽量化することが可能である。
As described above, the
また、断面変化部13は、軸方向に隣り合う突出部同士の対向する端面w,w間に配置される。
Moreover, the
この実施形態では、図2に示すように、断面変化部13は、軸方向に隣り合うフランジ部24の端面wと、カム部22の端面wとの間に配置されている。すなわち、断面変化部13は、外径側への突出部であるフランジ部24やカム部22が介在する軸方向範囲には、重複して配置されないようになっている。これにより、応力が集中しやすい突出部付近におけるベース軸21の断面の変化を抑制し、その強度を高めている。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the cross
断面変化部13の一端(始端と称する)と他端(終端と称する)は、軸方向へ隣り合う突出部の対向する端面w,wよりも軸方向内側に配置されていることが望ましく、断面変化部13の範囲は、例えば、図2に符号L1で示す範囲よりも内側であることが望ましい。
One end (referred to as the start end) and the other end (referred to as the end) of the
さらには、断面変化部13は、軸方向に隣り合う突出部の裾部に設けられるアール部Rの終端部間に配置されることが望ましい。
Furthermore, it is desirable that the
アール部Rは、図2に示すように、突出部の端面wの裾部において、半径方向内側に向かうにつれて軸方向外側へ湾曲して、その終端部で、突出部の側方の円筒面に接続される形状となっている。すなわち、アール部Rと円筒面との接続部がアール部Rの終端部であり、断面変化部13は、軸方向に隣り合うアール部Rの終端部間、例えば、図2に符号L2で示す範囲よりも内側に配置される。このように、断面変化部13を、フランジ部24やカム部22等の突出部の端面w,w間、及び、その突出部の裾部のアール部Rが介在する軸方向範囲に重複して配置されないようにすれば、さらなる強度の確保が可能である。
As shown in FIG. 2, the rounded portion R is curved outward in the axial direction toward the inner side in the radial direction at the skirt portion of the end surface w of the protruding portion, and at the terminal portion, the rounded portion R becomes a cylindrical surface on the side of the protruding portion. The shape is connected. That is, the connecting portion between the rounded portion R and the cylindrical surface is a terminal portion of the rounded portion R, and the
なお、断面変化部13の始端とその始端側の端面wとの距離、及び、断面変化部13の終端とその終端側の端面wとの距離は、できるだけ長いことが望ましいが、断面変化部13のテーパの軸方向に対する角度αは、前述のように、45°以下に抑えることが望ましい。
It is desirable that the distance between the start end of the
また、断面変化部13の軸方向範囲は、軸方向へ隣り合う突出部の対向する端面w,w間の中点を含むことが望ましく、さらには、断面変化部13の始端とその始端側の端面wとの距離、及び、断面変化部13の始端とその始端側の端面wとの距離は、互いに等しいことが望ましい。
Moreover, it is desirable that the axial range of the
さらに、断面変化部13の軸方向範囲は、中空カムシャフト20の種別を外観上で識別するための識別用突部25の位置を避けて配置することが望ましい。あるいは、逆に、識別用突部25は、断面変化部13の軸方向範囲とは別の軸方向範囲に設けることが望ましい。
Furthermore, it is desirable that the axial direction range of the
この実施形態では、断面変化部13は、軸方向に隣り合うフランジ部24の端面wと、カム部22の端面wとの間に配置されるようにしたが、これ以外にも、例えば、断面変化部13を、ジャーナル部23と同じ軸方向範囲に設定してもよい。この場合、断面変化部13は、軸方向に隣り合うフランジ部24の端面wとフランジ部24の端面wとの間に配置されることとなるか、あるいは、断面変化部13は、軸方向に隣り合うカム部22の端面wとカム部22の端面wとの間に配置されることとなる。
In this embodiment, the
また、ジャーナル部23のフランジ部24やカム部22以外にも突出部が設けられている場合には、断面変化部13は、そのフランジ部24やカム部22以外の突出部を避けて、軸方向に隣り合う突出部同士の端面w,w間に配置することが望ましい。
Further, in the case where a projecting portion is provided in addition to the
この発明の中空カムシャフト20は、通常のカムシャフトと同じく鋳造法により製造される。鋳造の際には、中空部10に対応する形状の中子が用いられ、型枠の中に中子が配置され、溶湯が注入されて金属が固化した後に、中子をショットブラスト等により排除して、さらに、ジャーナル部23やカム部22、雌ネジ部11等の加工を施して、中空カムシャフト20を完成させている。
The
中子は、接続部12、断面変化部13、大断面部16の断面一定部14、プラグ嵌込部15に対応した形状とすることができるが、プラグ嵌込部15を鋳造後の加工とすることもできる。
The core can have a shape corresponding to the
この実施形態では、断面変化部13は、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって、テーパ状に断面積が拡大するようにし、そのテーパの形状を直線状としたが、断面変化部13の形状はこの実施形態に限定されない。例えば、断面変化部13のテーパの形状を、その母線が円弧を描くような曲面状とすることも可能である。また、軸方向一端側から軸方向他端側に向かって、階段状に断面積が拡大するような形状も可能である。ただし、いずれの場合も、応力が集中するようなコーナー部、あるいは、先鋭な稜線を持つ角部を設けることは好ましくなく、断面変化部13の全域、及び、接続部12や大断面部16との接続箇所において、できるだけ滑らかな面で連続していることが望ましい。
In this embodiment, the
図3は、この発明の中空カムシャフト20と、従来の中空カムシャフトの性能を比較するグラフ図である。図1における鎖線で示すラインが、従来の中空カムシャフト20であり、実線で示すラインが、この発明の中空カムシャフト20である。
FIG. 3 is a graph comparing the performance of the
図1中の断面A,B,C,D,E,F,G,H,Iの各箇所における断面係数の比較を、図3(a)に示す。図1中の断面A,B,C,D,E,F,G,H,Iの各箇所における断面二次モーメントの比較を、図3(b)に示す。いずれの地点も、並列する棒グラフのうち、白抜きで示す左側の棒グラフが従来例を示し、グレーで示す右側の棒グラフがこの発明の実施形態を示すものである。 FIG. 3 (a) shows a comparison of the cross-section coefficients at each of the sections A, B, C, D, E, F, G, H, and I in FIG. FIG. 3B shows a comparison of the cross-sectional secondary moments at each of the cross sections A, B, C, D, E, F, G, H, and I in FIG. At any point, among the parallel bar graphs, the left bar graph shown in white represents a conventional example, and the right bar graph shown in gray represents an embodiment of the present invention.
この発明では、中空部10に大断面部16を設けたことにより、従来の中空部よりも空洞の容積が大きくなっているが、いずれの地点においても、ほぼ同等の性能を発揮している。
In this invention, since the
3 ボルト
5 カムプーリ
10 中空部
11 雌ネジ部
12 接続部
13 断面変化部
14 断面一定部
15 プラグ嵌込部
16 大断面部
20 中空カムシャフト
21 ベース軸
22 カム部
23 ジャーナル部
24 フランジ部
25 識別用突部
w 端面
R アール部
3 Bolt 5
Claims (7)
中空部の軸方向一端の内面に形成された雌ネジ部と、
を備え、
前記中空部は、
前記雌ネジ部よりも他端側に一端側から他端側に向かって断面積が拡大する断面変化部と、
前記断面変化部よりも他端側全域に前記雌ネジ部よりも断面積が大きい大断面部と、
を備える中空カムシャフト。 A hollow portion extending in the axial direction;
A female screw portion formed on the inner surface of one end in the axial direction of the hollow portion;
With
The hollow part is
A cross-section changing portion whose cross-sectional area expands from one end side to the other end side on the other end side than the female screw portion; and
A large cross-sectional portion having a larger cross-sectional area than the female screw portion in the entire region on the other end side than the cross-sectional change portion,
A hollow camshaft comprising:
軸方向他端に形成されたプラグ嵌込部と、
前記断面変化部から前記プラグ嵌込部まで同一の断面で継続する断面一定部と、
を備える請求項1に記載の中空カムシャフト。 The large cross section is
A plug insertion portion formed at the other end in the axial direction;
A constant cross-section portion that continues in the same cross-section from the cross-section change portion to the plug insertion portion,
The hollow camshaft according to claim 1, comprising:
請求項1又は2に記載の中空カムシャフト。 The hollow camshaft according to claim 1, wherein the cross-sectional change portion has a taper-shaped cross-sectional area.
前記断面変化部は、軸方向に隣り合う前記突出部同士の対向する端面間に配置される
請求項1〜3の何れか1項に記載の中空カムシャフト。 A plurality of protrusions protruding in a direction away from the axis along the axial direction are formed,
The hollow camshaft according to any one of claims 1 to 3, wherein the cross-section changing portion is disposed between opposing end surfaces of the protruding portions adjacent in the axial direction.
請求項4に記載の中空カムシャフト。 5. The projecting portion is a cam portion intermittently disposed along the axial direction or a flange portion disposed on both sides in the axial direction of a journal portion intermittently disposed along the axial direction. The hollow camshaft described.
前記断面変化部は、軸方向に隣り合う前記アール部同士の前記終端部間に配置される
請求項4又は5に記載の中空カムシャフト。 The skirt portion of the end surface of the protruding portion includes a rounded portion that is curved in the axial direction toward the inner side in the radial direction and is connected to the cylindrical surface on the side of the protruding portion at the terminal portion thereof,
The hollow camshaft according to claim 4 or 5, wherein the cross-section changing portion is disposed between the terminal portions of the round portions adjacent in the axial direction.
請求項4又は5に記載の中空カムシャフト。 The hollow camshaft according to claim 4 or 5, wherein the cross-section changing portion is in the same axial range as the journal portion.
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