JP6311738B2 - エンジン用カムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、エンジン用カムシャフトおよびその製造方法に関する。

従来、エンジンのカムシャフトには、カムシャフトの軸部が中実に形成されたもの（中実タイプ）と、カムシャフトの軸部が長さ方向全体に亘って中空に形成されたもの（中空タイプ）とが存在し、特許文献１には、中空タイプのカムシャフトの製造方法の一例が開示されている。

特許文献１に記載のカムシャフトの製造方法は、砂等からなる崩壊性の主型内に砂等からなる崩壊性の中子を配置することで鋳型を製造する工程と、上記主型と中子との間に形成されるキャビティ内に溶湯を流し込む工程と、溶湯の冷却後に鋳型を崩壊除去する工程とを備えている。また、上記中子には、その外周面から径方向に突出する位置決め用の複数のピンが設けられており、この複数のピンにより、主型内において中子が位置決めされる。

特開２０１４−１８８３３号公報

特許文献１に記載のカムシャフトの製造方法によれば、中実タイプのカムシャフトと比べて軽量化されたカムシャフトを製造することができるものの、以下の問題が生じる虞がある。

すなわち、カムシャフトの軸部を中空にするために中子を準備して、これを主型内に配置する必要があり、さらに、主型内に中子を正確に位置決めするために、中子に上記ピンを突設する必要があるため、鋳型の部品点数が増加して、鋳型の製造コストが増加するという問題がある。さらに、主型から脱型されたカムシャフトの軸孔から、ショットブラスト等により中子を崩壊除去する必要があるため、中実タイプと比べてカムシャフトの製造工程が大幅に増加するという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、軽量でありながら容易に製造することができるエンジン用カムシャフトおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、軸部と当該軸部の外周に設けられたカム部とを備える鋳造製のエンジン用カムシャフトであって、前記軸部は、当該軸部の外周面の所定位置で開口する孔部を有し、前記カム部は、ベース円から径方向外側に突出するノーズ部を備え、前記孔部は、前記軸部の前記ノーズ部側の所定位置から径方向に延びる第１孔部と、前記軸部の前記ノーズ部とは径方向反対側の所定位置から径方向に延びる第２孔部とを備え、前記第１、第２孔部は、前記軸部の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成され、前記第２孔部は、前記第１孔部よりも浅く形成されていることを特徴とするエンジン用カムシャフトを提供する。

本発明によれば、カムシャフトの軸部は、当該軸部の外周面の所定位置で開口する第１、第２孔部を有するので、それら孔部の容積に相当する量のカムシャフト材料を削減して、カムシャフトを軽量化することができる。
また、軸部に作用する応力に応じた適切な深さに孔部を形成することができ、軸部の変形を抑制することができる。具体的に説明すると、軸部のうち、カム部が設けられている部分周辺では、ノーズ部側部分よりもノーズ部とは径方向反対側の部分により大きな応力が作用する。上記構成では、軸部のノーズ部とは径方向反対側の所定位置から径方向に延びる第２孔部が、軸部のノーズ部側の所定位置から径方向に延びる第１孔部よりも浅く形成されているので、軸部のうち、ノーズ部とは径方向反対側の部分は、ノーズ部側部分よりも強度が高くなっており、このため、軸部の変形を抑制することができる。

しかも、上記孔部は、カムシャフトの軸部の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されているので、以下のような製造方法に基づいて、カムシャフトを良好に鋳造することができる。

その鋳造方法は、上記カムシャフトの径方向一方側部分に対応する第１原型構成部と、上記カムシャフトの径方向他方側部分に対応する第２原型構成部とで構成される上記カムシャフトの原型を準備する工程と、上記第１原型構成部を鋳枠内に配置して、当該鋳枠内に鋳造砂を投入して固化させ、当該固化した鋳造砂から上記第１原型構成部を取り外すことにより第１砂型を製造する工程と、上記第２原型構成部を鋳枠内に配置して、当該鋳枠内に鋳造砂を投入して固化させ、当該固化した鋳造砂から上記第２原型構成部を取り外すことにより第２砂型を製造する工程と、上記第１砂型と上記第２砂型とを互いに組み合わせることにより、上記カムシャフトが鋳造されるキャビティを有する鋳型を製造する工程と、上記キャビティ内に溶湯を注いで冷却硬化させる工程と、上記鋳型を崩壊除去することにより、上記鋳型から上記カムシャフトを取り出す工程とを備える。

そして、本発明に係るカムシャフトを鋳造する場合には、上記原型を準備する工程において、上記孔部と同一形状の孔部を有する原型が準備される。つまり、原型の軸部は、当該軸部の外周面の所定位置で開口し、径方向外側から中心に向かって次第に窄まる孔部を有する。その孔部の窄まり形状が抜き勾配の役割を果たすため、カムシャフトの孔部を上記第１砂型で鋳造する場合には、固化した鋳造砂から上記第１原型構成部を容易かつ確実に取り外すことができ、これにより、上記第１砂型を確実に製造することができる。カムシャフトの孔部を上記第２砂型で鋳造する場合においても同様である。従って、これら第１砂型および第２砂型を用いて、上記孔部を有するカムシャフトを良好に鋳造することができる。しかも、カムシャフトを鋳造する際に、特許文献１に記載されているような、カムシャフトの軽量化を図るための中子を使用する必要がなく、中子を主型に対して正確に位置決めするための鋳型部品も必要としないので、鋳型の部品点数を減らすことができるとともに、カムシャフトを容易に製造することができる。

以上説明したように、本発明によれば、軽量でありながら容易に製造することができるエンジン用カムシャフトおよびその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るエンジン用カムシャフト（排気カムシャフトおよび吸気カムシャフト）を備えるシリンダヘッドを示す平面図である。 図１に示される排気カムシャフトを示す斜視図である。 図１に示される排気カムシャフトを示す平面図である。 図１に示される排気カムシャフトを示す側面図である。 図３に示される排気カムシャフトのＡ−Ａ線断面図である。 図１に示される吸気カムシャフトのＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は、図３に示される排気カムシャフトのＣ−Ｃ線断面図であり、（ｂ）は、図３に示される排気カムシャフトのＤ−Ｄ線断面図である。 鋳型を構成する第１砂型を製造する様子を示す断面図である。 鋳型を構成する第２砂型を製造する様子を示す断面図である。 第１砂型と第２砂型とを組み合わせて構成される鋳型を示す断面図である。 （ａ）は、排気カムシャフトの孔部の第１変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、排気カムシャフトの孔部の第２変形例を示す断面図であり、（ｃ）は、排気カムシャフトの孔部の第３変形例を示す断面図である。 （ａ）は、図１１（ｂ）に示される孔部と、カム部のノーズ部との位置関係の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、排気カムシャフトの孔部の第４変形例と、カム部のノーズ部との位置関係を示す断面図である。 排気カムシャフトの軸部が断面６角形状に形成された場合の排気カムシャフトを示す斜視図である。 図１３に示される排気カムシャフトの原型（軸部）と、第１砂型および第２砂型との位置関係を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

＜カムシャフトを備えるエンジンの構造＞
本発明の実施形態に係るカムシャフトを備えるエンジンは、直列４気筒の４サイクルディーゼルエンジンであり、図１に示されるように、シリンダブロック（図示略）と、このシリンダブロックの上に組み付けられたシリンダヘッド７２とを備えている。図１に示されるエンジンでは、図示は省略するが、左側から順に、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒の４つの気筒が並んでいる。

上記シリンダヘッド７２は、気筒毎に、燃焼室に連通する２つの排気ポートおよび２つの吸気ポートと、各排気ポートを燃焼室から遮断するための排気バルブと、各吸気ポートを燃焼室から遮断するための吸気バルブとを備えており（いずれも図示略）、さらに、各排気バルブを駆動して各排気ポートを所定のタイミングで開閉させる排気バルブ駆動機構７８と、各吸気バルブを駆動して各吸気ポートを所定のタイミングで開閉させる吸気バルブ駆動機構７３と、後述の排気カムシャフト２を回転自在に支持する４つの軸受部２４〜２７と、後述の吸気カムシャフト３を回転自在に支持する４つの軸受部７４〜７７とを備えている。

排気バルブ駆動機構７８および吸気バルブ駆動機構７３は、それぞれ、排気カムシャフト２および吸気カムシャフト３を備えており、これら排気カムシャフト２および吸気カムシャフト３は、チェーンおよびスプロケット等から構成される周知の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されている。さらに、排気バルブ駆動機構７８および吸気バルブ駆動機構７３は、それぞれ、排気バルブを閉方向に付勢するリターンスプリング（図示略）および吸気バルブを閉方向に付勢するリターンスプリング（図示略）を備えている。上記排気カムシャフト２および上記吸気カムシャフト３は、それぞれ、クランクシャフトの駆動力により、リターンスプリングの付勢力に抗して排気バルブおよび吸気バルブを開弁させる。これら排気カムシャフト２および吸気カムシャフト３は、本発明の「エンジン用カムシャフト」に相当する。

＜排気カムシャフトの構造＞
図１〜３に示されるように、上記排気カムシャフト２は、気筒列方向に延びる円柱状の軸部５と、この軸部５の外周に一体に設けられた８つのカム部（図１の左側から順に、第１カム部６、第２カム部７、第３カム部８、第４カム部９、第５カム部１０、第６カム部１１、第７カム部１２、および第８カム部１３）と、上記軸部５の外周に一体に設けられ、上記軸受部２４〜２７にそれぞれ回転自在に支持されるジャーナル部２０〜２３（図２参照）と、タイミングチェーンが巻き掛けられるスプロケット（図示略）が取り付けられ、上記軸部５の一方側の端部に一体に設けられるスプロケット取付部４と、上記軸部５の他方側の端部に一体に設けられ、燃料ポンプの駆動軸（図示略）が連結されるオルダムカップリング部１５とを備えている。図１に示される例では、排気カムシャフト２は、左側から見て時計回り方向（右回り方向）に回転する。

上記排気カムシャフト２において、上記第１カム部６と上記第２カム部７は、各々、第１気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２０を介して互いに隣接している（図２〜４参照）。そして、これら第１カム部６、第２カム部７、およびジャーナル部２０は、第１気筒の上方かつ排気側に位置している。同様に、上記第３カム部８と上記第４カム部９は、各々、第２気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２１を介して互いに隣接している。そして、これら第３カム部８、第４カム部９、およびジャーナル部２１は、第２気筒の上方かつ排気側に位置している。上記第５カム部１０と上記第６カム部１１は、各々、第３気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２２を介して互いに隣接している。そして、これら第５カム部１０、第６カム部１１、およびジャーナル部２２は、第３気筒の上方かつ排気側に位置している。上記第７カム部１２と上記第８カム部１３は、各々、第４気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２３を介して互いに隣接している。そして、これら第７カム部１２、第８カム部１３、およびジャーナル部２３は、第４気筒の上方かつ排気側に位置している。上記カム部６〜１３は、それぞれ、ベース円から径方向外側に突出する１つのノーズ部６ａ〜１３ａ（図２参照）を備えている。

なお、本実施形態におけるエンジンは、各気筒の爆発順序が、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒とされており、これに伴い、排気カムシャフト２のカム部６〜１３は、排気カムシャフト２の９０°回転ごとに、上記の爆発順序で排気バルブを開弁するように、互いに位相差を有して設けられている（図２参照）。

上記排気カムシャフト２の軸部５は、上記スプロケット取付部４と第１カム部６との間に孔部１６、上記第２カム部７と上記第３カム部８との間に孔部１７、上記第４カム部９と上記第５カム部１０との間に回転角度調節部１８、上記第６カム部１１と上記第７カム部１２との間に孔部１９およびカムシャフト識別リング１４を有している。

上記孔部１６は、図５に示されるように、軸部５の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部１６ａと、軸部５の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部１６ｂとを備えている。上記第１孔部１６ａおよび上記第２孔部１６ｂは、各々、軸部５の長さ方向に延びており、軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている（図７（ａ）参照）。より具体的には、孔部１６ａおよび孔部１６ｂは、各々、軸部５の外周面において、軸部５の長さ方向に延びる長方形の両端部に半円を組み合わせた形状で開口する開口部１６ｅ（図７（ａ）参照）と、この開口部１６ｅと略同じ形状で当該開口部１６ｅの開口面積よりも小さい面積を有する略平坦な底部１６ｄと、上記開口部１６ｅと上記底部１６ｄとを繋ぐ周壁部１６ｃとを有している。上記底部１６ｄは長さ方向全体に亘って略同じ深さを有しており、周壁部１６ｃと底部１６ｄとの境界部は曲面状に形成されている。そして、第１孔部１６ａは、軸部５の中心線に対して第２孔部１６ｂとは対称となる位置で、第２孔部１６ｂと同一の大きさで同一形状に形成されている。また、図７（ａ）に示されるように、第１孔部１６ａは、第１カム部６のノーズ部６ａの頂点側、具体的には当該頂点と位相（回転位相）が同じ位置に形成され、第２孔部１６ｂは、第１カム部６のノーズ部６ａとは反対側、具体的にはノーズ部６ａの頂点とは位相が略１８０°異なる位置に形成されている。

上記孔部１７は、図５に示されるように、軸部５の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部１７ａと、軸部５の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部１７ｂとを備えている。上記第１孔部１７ａおよび上記第２孔部１７ｂは、各々、軸部５の長さ方向に延びており、軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている（図７（ｂ）参照）。より具体的には、第１孔部１７ａおよび第２孔部１７ｂは、各々、軸部５の外周面において、軸部５の長さ方向に延びる長方形の両端部に半円を組み合わせた形状の開口部１７ｅ（図７（ｂ）参照）と、この開口部１７ｅよりも狭い幅で軸部５の長さ方向に延びてその長さ方向両端部から中央部にかけて次第に深くなる（径方向中心に近づく）ように形成され、長さ方向両端部が上記開口部１７ｅと連続する断面略Ｖ字状のスロープ部１７ｄ（図５参照）と、このスロープ部１７ｄの幅方向両端部から立ち上がり、上記開口部１７ｅの幅方向端部と連続する側壁部１７ｃとを有しており、上記スロープ部１７ｄの底部（Ｖ字の下端部）は曲面状に形成されている。そして、第１孔部１７ａは、軸部５の中心線に対して第２孔部１７ｂとは対称となる位置で、第２孔部１７ｂと同一の大きさで同一形状に形成されている。また、図７（ｂ）に示されるように、第１孔部１７ａは、第３カム部８のノーズ部８ａの頂点に対して位相が略９０°遅れた位置に形成され、第２孔部１７ｂは、第３カム部８のノーズ部８ａの頂点に対して位相が略９０°進んだ位置に形成されている。

上記回転角度調節部１８は、軸部５の外周から径方向外側に断面６角形状（正６角形）に突出する部分である。この回転角度調節部１８は、エンジン点検時等にスパナと係合されて用いられるものである。すなわち、エンジンの点検時等において、スパナの先端開口部に回転角度調節部１８を係合させてスパナを回転させることにより、軸部５を回転させて排気バルブで排気ポートを閉じることができ、これにより、エンジン点検時等に排気ポートから埃などの異物が侵入するのを防止することができる。

上記孔部１９は、図５に示されるように、軸部５の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部１９ａと、軸部５の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部１９ｂとを備えている。第１孔部１９ａおよび第２孔部１９ｂは、軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されており、より具体的には、上記孔部１７ａおよび孔部１７ｂと同様に断面略Ｖ字状に形成されているが、カムシャフト識別リング１４との干渉を避けるために、上記孔部１７ａおよび孔部１７ｂよりも軸部５の長さ方向に短く形成されている。また、第１孔部１９ａは、第６カム部１１のノーズ部１１ａ（図２参照）の頂点に対して位相が略９０°進んだ位置に形成され、第２孔部１９ｂは、第６カム部１１のノーズ部１１ａの頂点に対して位相が略９０°遅れた位置に形成されている。

上記カムシャフト識別リング１４は、軸部５の外周から径方向外側にリング状に突出する部分である。軸部５の長さ方向におけるカムシャフト識別リング１４の配設位置は、車種別に異なっており、エンジンの組み立て時にカムシャフト識別センサがカムシャフト識別リング１４の位置を読み取ることにより、エンジン組み立て装置が排気カムシャフト２の対応車種等を識別できるようになっている。

なお、図５に示されるように、スプロケット取付部４の径方向中心部には、その軸方向（長さ方向）に延びる孔部４５が形成されている。また、オルダムカップリング部１５には、その内部を軸方向（長さ方向）に貫く孔部４３が形成され、さらに、軸部５のうち、オルダムカップリング部１５側の端部からジャーナル部２３に対応する部分に亘って、その長さ方向に延びて上記孔部４３と連通する孔部４４が形成されている。

＜吸気カムシャフトの構造＞
図１に示されるように、上記吸気カムシャフト３は、気筒列方向に延びる円柱状の軸部４８と、この軸部４８の外周に一体に設けられた８つのカム部（図１の左側から順に、第１カム部３０、第２カム部３１、第３カム部３２、第４カム部３３、第５カム部３４、第６カム部３５、第７カム部３６、および第８カム部３７）と、上記軸部４８の外周に一体に設けられ、上記軸受部７４〜７７にそれぞれ回転自在に支持されるジャーナル部４９〜５２（図６参照）と、タイミングチェーンが巻き掛けられるスプロケット（図示略）が取り付けられ、上記軸部４８の一方側の端部に一体に設けられるスプロケット取付部２８と、燃料ポンプの駆動軸（図示略）が連結され、上記軸部４８の他方側の端部に一体に設けられるオルダムカップリング部９０とを備えている。図１に示される例では、吸気カムシャフト３は、左側から見て反時計回り方向（左回り方向）に回転する。

上記吸気カムシャフト３において、上記第１カム部３０と上記第２カム部３１は、各々、第１気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部４９（図６参照）を介して互いに隣接している。そして、これら第１カム部３０、第２カム部３１、およびジャーナル部４９は、第１気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記第３カム部３２と上記第４カム部３３は、各々、第２気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部５０を介して互いに隣接している。そして、これら第３カム部３３、第４カム部３４、およびジャーナル部５０は、第２気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記第５カム部３４と上記第６カム部３５は、各々、第３気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部５１を介して互いに隣接している。そして、これら第５カム部３４、第６カム部３５、およびジャーナル部５１は、第３気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記第７カム部３６と上記第８カム部３７は、各々、第４気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部５２を介して互いに隣接している。そして、これら第７カム部３６、第８カム部３７、およびジャーナル部５２は、第４気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記カム部３０〜３７は、それぞれ、ベース円から径方向外側に突出する１つのノーズ部３０ａ〜３７ａ（図１，６参照）を備えている。

なお、上述のように、各気筒の爆発順序が、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒となっていることに伴い、吸気カムシャフト３のカム部３０〜３７は、吸気カムシャフト３の９０°回転ごとに、上記の爆発順序で吸気バルブを開弁するように、互いに位相差を有して設けられている。

上記吸気カムシャフト３の軸部４８は、上記スプロケット取付部２８と第１カム部３０との間に孔部３８、上記第２カム部３１と上記第３カム部３２との間にカムシャフト識別リング５３および孔部３９、上記第４カム部３３と上記第５カム部３４との間に回転角度調節部４０、上記第６カム部３５と上記第７カム部３６との間に孔部４１、上記第８カム部３７と上記オルダムカップリング部９０との間に孔部４２を有している。

上記孔部３８は、図６に示されるように、軸部４８径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部３８ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部３８ｂとを備えている。上記第１孔部３８ａおよび上記第２孔部３８ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に延びており、排気カムシャフト２の上記孔部１６と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。また、第１孔部３８ａは、第１カム部３０のノーズ部３０ａの頂点側、具体的には当該頂点と位相が略同じ位置に形成され、第２孔部３８ｂは、第１カム部３０のノーズ部３０ａとは反対側、具体的にはノーズ部３０ａの頂点とは位相が略１８０°異なる位置に形成されている。

上記孔部３９は、図６に示されるように、軸部４８の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部３９ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部３９ｂとを備えている。上記第１孔部３９ａおよび上記第２孔部３９ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に延びており、排気カムシャフト２の上記孔部１７と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。なお、第１孔部３９ａおよび第２孔部３９ｂは、カムシャフト識別リング５３との干渉を避けるために、排気カムシャフト２の上記孔部１７ａおよび孔部１７ｂよりも短く形成されている。また、第１孔部３９ａは、第３カム部３２のノーズ部３２ａ（図１参照）の頂点に対して位相が略９０°遅れた位置に形成され、第２孔部３９ｂは、第３カム部３２のノーズ部３２ａの頂点に対して位相が略９０°進んだ位置に形成されている。

上記孔部４１は、図６に示されるように、軸部４８の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部４１ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部４１ｂとを備えている。第１孔部４１ａおよび第２孔部４１ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に延びており、排気カムシャフト２の上記孔部１９と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。また、第１孔部４１ａは、第６カム部３５のノーズ部３５ａ（図１参照）の頂点に対して位相が略９０°進んだ位置に形成され、第２孔部４１ｂは、第６カム部３５のノーズ部３５ａの頂点に対して位相が略９０°遅れた位置に形成されている。

上記孔部４２は、図６に示されるように、軸部４８の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部４２ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部４２ｂとを備えている。第１孔部４２ａおよび第２孔部４２ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に延びており、上記孔部４１と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。なお、第１孔部４２ａおよび第２孔部４２ｂは、上記孔部４１ａおよび孔部４１ｂよりも軸部４８の長さ方向に短く形成されている。また、第１孔部４２ａは、第８カム部３７のノーズ部３７ａの頂点とは位相が略１８０°異なる位置に形成され、第２孔部４２ｂは、第８カム部３７のノーズ部３７ａの頂点とは位相が略同じ位置に形成されている。

なお、図１に符号６１、６０、６２で示される孔部は、それぞれ、第１気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。同様に、符号６４、６３、６５で示される孔部は、それぞれ、第２気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。また、符号６７、６６、６８で示される孔部は、それぞれ、第３気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。そして、符号９１、６９、７１で示される孔部は、第４気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。

なお、図６に示されるように、スプロケット取付部２８の径方向中心部には、その軸方向（長さ方向）に延びる孔部４６が形成されている。また、オルダムカップリング部９０には、その内部を軸方向（長さ方向）に貫く孔部４７が形成されている。

＜排気カムシャフトの製造方法＞
次に、上記排気カムシャフト２の製造方法について、図８〜１０を参照しつつ説明する。なお、上記吸気カムシャフト３の製造方法については、排気カムシャフト２の製造方法と同様なので、その説明を省略する。

排気カムシャフト２の製造方法は、概略的には、径方向一方側部分８０ａ（図８参照）と径方向他方側部分８０ｂ（図９参照）とに分割可能であり、これらを組み合わせた状態で排気カムシャフト２と同一形状をなすカムシャフト原型部８０（図８，９参照）を有する原型８３を準備し、この原型８３と鋳造砂とを用いて鋳造用の鋳型８４（図１０参照）を製造し、この鋳型８４を用いて排気カムシャフト２を鋳造する、という一連の工程を備える。

以下、排気カムシャフト２の製造方法の各工程について詳細に説明する。

（原型準備工程）
まず、上記カムシャフト原型部８０（図８，９参照）と、鋳型８４の押湯部５７（図１０参照）を形成するために設けられ、径方向一方側部分８１ａ（図８参照）と径方向他方側部分８１ｂ（図９参照）とに分割可能な押湯部形成部８１（図８，９参照）と、鋳型８４の注湯部９２（図１０参照）を形成するために設けられ、径方向一方側部分８２ａ（図８参照）と径方向他方側部分８２ｂ（図９参照）とに分割可能な注湯部形成部８２（図８，９参照）とを有し、第１原型構成部８３ａ（図８参照）と第２原型構成部８３ｂ（図９参照）とに分割可能な原型８３を準備する。この原型８３の軸部８５は、当該軸部８５の外周面の所定位置で開口する孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃ（図８参照），５９ａ，５９ｂ，５９ｃ（図９参照）を有している。そして、これら孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５９ａ，５９ｂ，５９ｃは、原型８３の軸部８５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。なお、原型８３の孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５９ａ，５９ｂ，５９ｃは、それぞれ、排気カムシャフト２の孔部１６ａ，１７ａ，１９ａ，１６ｂ，１７ｂ，１９ｂに対応している。

図８に示される例では、原型８３の第１原型構成部８３ａは、カムシャフト原型部８０の径方向一方側部分８０ａと、押湯部形成部８１の径方向一方側部分８１ａと、注湯部形成部８２の径方向一方側部分８２ａとを有する。カムシャフト原型部８０における径方向一方側部分８０ａの軸部８５ａは、上記孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃを有している。第１原型構成部８３ａは、その分割面Ｐａを下側にして後述の第１鋳枠５６内に配置された状態で、各孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃが真上に向かって開口するように形成されている。

また、図９に示される例では、原型８３の第２原型構成部８３ｂは、カムシャフト原型部８０の径方向他方側部分８０ｂと、押湯部形成部８１の径方向他方側部分８１ｂと、注湯部形成部８２の径方向他方側部分８２ｂとを有する。カムシャフト原型部８０の径方向他方側部分８０ｂの軸部８５ｂは、上記孔部５９ａ，５９ｂ，５９ｃを有している。第２原型構成部８３ｂは、その分割面Ｐｂを下側にして後述の第２鋳枠５８内に配置された状態で、各孔部５９ａ，５９ｂ，５９ｃが真上に向かって開口するように形成されている。

（第１砂型製造工程）
原型８３を準備した後に、図８に示されるように、原型８３の第１原型構成部８３ａを第１鋳枠５６内に配置する。その際に、第１原型構成部８３ａは、各孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃが真上に向かって開口するように、その分割面Ｐａを下側にして第１鋳枠５６内に配置される。そして、上記第１鋳枠５６内に鋳造砂を投入する。この鋳造砂は、加熱することにより硬化する自硬性の鋳造砂であり、骨材である砂に熱硬化性樹脂からなる粘結剤と各種添加剤とを配合することにより構成されたものである。

鋳造砂の投入後に、この鋳造砂を加熱することにより当該鋳造砂を硬化させる。そして、その硬化した鋳造砂から原型８３の第１原型構成部８３ａを抜き取り、さらに、当該硬化した鋳造砂から第１鋳枠５６を取り外すことにより、硬化した鋳造砂からなる第１砂型８４ａを製造する。なお、硬化した鋳造砂から第１原型構成部８３ａおよび第１鋳枠５６を取り外す順序は、同時でもよいし、どちらが先でもよい。

ここで、原型８３の第１原型構成部８３ａの孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃは、軸部８５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成され、しかも、上記第１原型構成部８３ａは、孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃが真上に向かって開口するように第１鋳枠５６内に配置されているので、孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃ内で硬化した鋳造砂がこれら孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃに引っ掛ることなく、硬化した鋳造砂から原型８３の第１原型構成部８３ａを抜き取り、硬化した鋳造砂からなる第１砂型８４ａを製造することができる。

（第２砂型製造工程）
上記第１原型構成部８３ａと同様に、図９に示されるように、原型８３の第２原型構成部８３ｂを第２鋳枠５８内に配置し、第２鋳枠５８内に鋳造砂を投入してこれを加熱硬化させ、その硬化した鋳造砂から第２原型構成部８３ｂを抜き取り、さらに、当該硬化した鋳造砂から第２鋳枠５８を取り外すことにより、硬化した鋳造砂からなる第２砂型８４ｂを製造する。第２砂型８４ｂを製造する際においても、第１砂型８４ａを製造する場合と同様に、孔部５９ａ，５９ｂ，５９ｃ内で硬化した鋳造砂がこれら孔部５９ａ，５９ｂ，５９ｃに引っ掛ることなく、硬化した鋳造砂から第２原型構成部８３ｂを抜き取り、硬化した鋳造砂からなる第２砂型８４ｂを製造することができる。なお、硬化した鋳造砂から第２原型構成部８３ｂおよび第２鋳枠５８を取り外す順序は、同時でもよいし、どちらが先でもよい。

（鋳型製造工程）
第１砂型８４ａと第２砂型８４ｂとを製造した後に、これらを互いに組み合わせることにより、排気カムシャフト２が鋳造されるキャビティ５６（図１０参照）を有する鋳型８４を製造する。

（注湯工程）
次いで、注湯部９２（図１０参照）に排気カムシャフト２の材料となる金属の溶湯を注ぎ込むことにより、押湯部５７を経由して上記キャビティ５６内に溶湯を流し込み、その溶湯を冷却硬化させる。

（カムシャフト取り出し工程）
次いで、鋳型８４を崩壊除去することにより、鋳型８４から排気カムシャフト２を取り出して、排気カムシャフト２を製造する。

＜本実施形態の作用効果＞
本実施形態に係る排気カムシャフト２およびその製造方法によれば、以下の作用効果を奏することができる。なお、吸気カムシャフト３およびその製造方法においても、同様の作用効果が奏されるが、重複するのでその説明は省略する。

すなわち、本実施形態によれば、図５に示されるように、排気カムシャフト２の軸部５は、軸部５の外周面の所定位置で開口する孔部１６ａ，１７ａ，１９ａ，１６ｂ，１７ｂ，１９ｂを有するので、その孔部１６ａ，１７ａ，１９ａ，１６ｂ，１７ｂ，１９ｂの容積に相当する量のカムシャフト材料を削減して、排気カムシャフト２を軽量化することができる。

しかも、上記孔部１６ａ，１７ａ，１９ａ，１６ｂ，１７ｂ，１９ｂは、排気カムシャフト２の軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されているので、排気カムシャフト２を鋳造するための鋳型８４（図１０参照）を確実に製造し、その鋳型８４を用いて排気カムシャフト２を良好に鋳造することができる。

以下に詳しく説明する。鋳型８４は、排気カムシャフト２の径方向一方側部分に対応する第１原型構成部８３ａと、排気カムシャフト２の径方向他方側部分に対応する第２原型構成部８３ｂとに分割可能な原型８３を用いて製造される。具体的には、原型８３の上記第１原型構成部８３ａを第１鋳枠５６内に配置した状態で（図８参照）、その第１鋳枠５６内に鋳造砂を投入してこれを硬化させ、その硬化した鋳造砂から上記第１原型構成部８３ａおよび第１鋳枠５６を取り外すことにより、第１砂型８４ａを製造する。同様に、原型８３の上記第２原型構成部８３ｂを第２鋳枠５８内に配置した状態で（図９参照）、その第２鋳枠５８内に鋳造砂を投入してこれを硬化させ、その硬化した鋳造砂から上記第２原型構成部８３ｂおよび第２鋳枠５８を取り外すことにより、第２砂型８４ｂを製造する。そして、上記第１砂型８４ａと上記第２砂型８４ｂとを互いに組み合わせることにより、上記鋳型８４を製造する（図１０参照）。

ここで、排気カムシャフト２の孔部１６ａ，１７ａ，１９ａ，１６ｂ，１７ｂ，１９ｂは、排気カムシャフト２の軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されており、これに伴い、原型８３の孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５９ａ，５９ｂ，５９ｃも、軸部８５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。そして、原型８３の孔部５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５９ａ，５９ｂ，５９ｃの窄まり形状が抜き勾配の役割を果たすため、第１砂型８４ａを製造する工程において、硬化した鋳造砂から上記第１原型構成部８３ａを容易に取り外して、第１砂型８４ａを製造することができる。上記第２砂型８４ｂを製造する場合も同様である。従って、これら第１砂型および第２砂型を用いて、上記孔部１６ａ，１７ａ，１９ａ，１６ｂ，１７ｂ，１９ｂを有する排気カムシャフト２を確実に鋳造することができる。しかも、排気カムシャフト２を鋳造する際に、特許文献１に記載されているような、カムシャフトの軽量化を図るための中子を使用する必要がなく、中子を主型に対して正確に位置決めするための鋳型部品も必要としないので、鋳型の部品点数を減らすことができるとともに、排気カムシャフト２を容易に製造することができる。

また、本実施形態によれば、排気カムシャフト２の第１孔部１６ａは、排気カムシャフト２の軸部中心線に対して第２孔部１６ｂとは対称となる位置で、第２孔部１６ｂと同一形状に形成されているので、排気カムシャフト２の径方向一方側と径方向他方側とに、孔部１６ａ，１６ｂをバランスよく配置することができ、その結果、軸部５の強度を径方向一方側と径方向他方側とでバランスよく確保することができる。

なお、上記実施形態では、第１孔部１６ａの深さと第２孔部１６ｂの深さが同じに設定されているが（図７（ａ）参照）、第２孔部１６ａの深さが第１孔部１６ｂの深さよりも浅く設定されてもよい。この場合には、軸部５に作用する応力に応じた適切な深さに孔部１６ａ，１６ｂを形成することができ、軸部５の変形を抑制することができる。

また、上記実施形態では、排気カムシャフト２の孔部１６は非貫通孔とされているが、図１１（ａ）に示される孔部１６０のように、軸部５を径方向に貫通する孔部とされてもよい。この場合においても、孔部１６０の径方向一方側部分および径方向他方側部分は、各々、径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成される。この場合には、孔部１６０の径方向一方側部分を、その形状に合わせた部分を有する第１砂型で鋳造し、孔部１６０の径方向他方側部分を、その形状に合わせた部分を有する第２砂型で鋳造することができる。この場合には、孔部の容積を増加させて、排気カムシャフト２のより一層の軽量化を図ることができる。

また、上記実施形態では、排気カムシャフト２の孔部１６は、軸部５の径方向一方側の所定位置で開口する非貫通孔の第１孔部１６ａと、軸部５の径方向他方側の所定位置で開口する非貫通孔の第２孔部１６ｂとで構成されているが、図１１（ｂ）に示される孔部１６１のように、軸部５の径方向一方側で開口して径方向他方側に向かって延びる非貫通孔のみで形成してもよい。この場合には、孔部１６１は、径方向一方側から径方向他方側に向かって次第に窄まるように形成される。なお、その孔部１６１は、図１１（ｂ）に示されるように、径方向中心部を超える位置まで延びていてもよい。この場合には、孔部１６１は、その形状に合わせた部分を有する第１砂型で鋳造される。なお、図１１（ｃ）に示される孔部１６２のように、軸部５の径方向他方側で開口して径方向一方側に向かって延びる非貫通孔のみで形成してもよい。

また、図１１（ｂ）に示される孔部１６１を形成する場合には、図１２（ａ）に示されるように、孔部１６１の開口部が第１カム部６のノーズ部６ａの頂点と同じ側に形成されていてもよい。この場合には、軸部５に作用する応力に応じた適切な位置に孔部１６１を形成することができ、軸部５の変形を抑制することができる。

また、図１２（ｂ）に示されるように、図１２（ａ）に示される孔部１６１と、軸部５の径方向他方側で開口して径方向一方側に向かって延びる孔部１６３とを互いに連通させた構造としてもよい。図１２（ｂ）に示される例では、孔部１６３は、孔部１６１よりも狭い幅で、かつ、径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成される。この場合には、孔部１６１を、その形状に合わせた部分を有する第１砂型で鋳造し、孔部１６３を、その形状に合わせた部分を有する第２砂型で鋳造することができる。

また、上記実施形態では、排気カムシャフト２の軸部５は、断面円形状とされているが、図１３に示されるように、断面６角形状（正６角柱状）とされてもよい。この場合には、６角形の頂部のうちの一つが、軸部５Ａの中心線に対して第３カム部８のノーズ部８ａの頂点とは反対側の位置、具体的には、ノーズ部８ａの頂点の位相とは略１８０°異なる位置に配置される。この場合には、第３カム部８のノーズ部８ａに対する適切な位置に軸部５Ａの６角形の頂部を配置して、軸部５Ａの変形を抑制することができる。なお、図１３に示される例では、回転角度調節部およびカムシャフト識別リングが設けられておらず、軸部５Ａにおいて、第４カム部９と第５カム部１０との間に、第１孔部７０ａおよび第２孔部（図示略）を含む孔部７０が形成され、第６カム部１１と第７カム部１２との間に、第１孔部７１ａおよび第２孔部（図示略）を含む孔部７１が形成され、第８カム部１３とオルダムカップリング部１５との間に、第１孔部７２ａおよび第２孔部（図示略）を含む孔部７２が形成されている。孔部７０，７１，７２は、各々、孔部１７と同様の断面略Ｖ字状の孔部であり、孔部７１，７２は、孔部１７と略同じ長さを有し、孔部７２は、孔部１７よりも短い長さを有する。

このように６角形断面構造の軸部５Ａが採用される場合には、上記軸部５のように円形断面構造（上記多角形に外接する円）を有する場合と比べて、軸部の容積を低減することができ、これにより、排気カムシャフトのより一層の軽量化を図ることができる。

また、この場合には、図１４に示されるように、排気カムシャフト２Ａの原型の軸部８５０は６角形断面を有する。そして、鋳型８４０を構成する第１砂型８４０ａおよび第２砂型８４０ｂは、上記軸部８５０の径方向中心と、軸部８５０の６角形の頂部のうちの２つの頂部８５０ａ，８５０ｂとを通る平面の一部をそれぞれの見切り面Ｍ１，Ｍ２とするように構成される。換言すれば、第１砂型８４０ａおよび第２砂型８４０ｂは、排気カムシャフト２Ａの軸部５Ａの径方向中心と２つの頂部を通る平面の一部を見切り面とするものである。なお、図１４に符号Ｔで示される直線は、上記２つの頂部を結ぶ対角線であり、軸部８５０の分割面に相当する。

このような見切り面Ｍ１，Ｍ２を形成することで、第１砂型８４０ａおよび第２砂型８４０ｂを製造する際に、硬化した鋳造砂から第１砂型８４０ａおよび第２砂型８４０ｂが抜けなくなるのを防止することができ、これにより、第１砂型８４０ａおよび第２砂型８４０ｂを確実に製造し、これらの砂型からなる鋳型８４０を用いて、孔部１６等を有する排気カムシャフト２Ａを良好に鋳造することができる。

なお、排気カムシャフト２Ａの軸部５Ａは、６角形断面構造に代えて、４角形断面構造（正方形断面構造）や、８以上の偶数の多角形断面構造（正多角形断面構造）を有するものであってもよく、その場合においても、６角形断面構造の場合と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施形態に係る排気カムシャフト２、吸気カムシャフト３は、直列４気筒のディーゼルエンジンに適用されているが、他の気筒数のディーゼルエンジンに適用されてもよく、また、ガソリンエンジンに適用されてもよい。

１ エンジン
２ 排気カムシャフト
３ 吸気カムシャフト
５，５Ａ 排気カムシャフトの軸部
６〜１３ 排気カムシャフトのカム部
６ａ〜１３ａ 排気カムシャフトのカム部のノーズ部
１６，１７，１９ 排気カムシャフトの孔部
１６ａ，１７ａ，１９ａ 排気カムシャフトの第１孔部
１６ｂ，１７ｂ，１９ｂ 排気カムシャフトの第２孔部
３０〜３７ 吸気カムシャフトのカム部
３０ａ〜３７ａ 吸気カムシャフトのカム部のノーズ部
３８，３９，４１，４２ 吸気カムシャフトの孔部
３８ａ，３９ａ，４１ａ，４２ａ 吸気カムシャフトの第１孔部
３８ｂ，３９ｂ，４１ｂ，４２ｂ 吸気カムシャフトの第２孔部
４８ 吸気カムシャフトの軸部
８３ 原型
８３ａ 第１原型構成部
８３ｂ 第２原型構成部
８５０ ６角形断面構造の軸部（原型）
８５０ａ，８５０ｂ 軸部（原型）の頂部
Ｔ ６角形断面構造を有する軸部の対角線
Ｍ１ 第１砂型の見切り面
Ｍ２ 第２砂型の見切り面

Claims (1)

1. 軸部と当該軸部の外周に設けられたカム部とを備える鋳造製のエンジン用カムシャフトであって、
   前記軸部は、当該軸部の外周面の所定位置で開口する孔部を有し、
   前記カム部は、ベース円から径方向外側に突出するノーズ部を備え、
   前記孔部は、前記軸部の前記ノーズ部側の所定位置から径方向に延びる第１孔部と、前記軸部の前記ノーズ部とは径方向反対側の所定位置から径方向に延びる第２孔部とを備え、
   前記第１、第２孔部は、前記軸部の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成され、前記第２孔部は、前記第１孔部よりも浅く形成されていることを特徴とするエンジン用カムシャフト。

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