JPH0256536B2

JPH0256536B2 -

Info

Publication number: JPH0256536B2
Application number: JP59124762A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ogawa; Takayuki Ogasawara; Yoshiaki Hori
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 1990-11-30
Also published as: EP0170378B1; DE3562519D1; US4638683A; JPS612970A; EP0170378A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、エンジン用カムシヤフトに係り、特
にセラミツクスを用いて、耐摩耗性及び耐久性を
向上せしめ、且つ重量軽減を図つたエンジン用カ
ムシヤフトの構造に関するものである。

自動車用エンジンの動弁系、特にカムとロツカ
ーアームとの摺動面の摩擦、摩耗の問題は、エン
ジンの耐久性において大きな問題である。従来、
そのようなエンジン用カムは鋳鉄製で、その摺動
面をチル組織にしたり、または熱処理により硬度
を上げる等の対策によつて、その耐摩耗性を向上
させている。また、ロツカーアームも鋳鉄製のも
のは、摺動面の窒化処理や硬質クロムメツキを行
ない、アルミ製のものは、耐摩耗性に優れた焼結
合金チツプを採用する等して、その耐久性、信頼
性の向上を図つている。

しかしながら、近年における技術の進歩に伴つ
て、自動車等のエンジンには更に高い性能が要求
されると共に、排ガス対策に伴う潤滑条件の悪化
等もあつて、かかるエンジンに用いられる、複数
のカムをシヤフトに一体的に設けて、その軸方向
に配列してなるカムシヤフトや、このカムシヤフ
トに摺接するロツカーアームについても、それら
の摺動面の耐ピツチング性、耐スカツフ性等の耐
摩耗性のより一層の改善が望まれている。

このため、かかるカムシヤフトやロツカーアー
ムに用いる材料の検討が行なわれているが、特に
カムシヤフトのカム部に耐摩耗性に優れた材料を
用いる複合カムシヤフトが注目されている。そし
て、かかる耐摩耗性材料としては、通常、セラミ
ツクスを使用することが考えられるが、そのよう
なセラミツクス材料からなるカムを金属製のシヤ
フト部（軸部）に接合する場合において、セラミ
ツクス材料と金属との特性が非常に異なるため、
金属とセラミツクスを如何に一体的に連結して結
合せしめるかが問題となるのである。

一般に、金属と金属との接合の場合は、例えば
焼結合金製等のカムを鋳型中にセツトし、鋳ぐる
むことにより一体化する方法、或いは焼結合金製
等のカムに貫通孔を設け、鋼管等の軸に圧入固
定、または拡散接合、溶接、ろう付け等により連
結せしめる方法等がある。しかるに、セラミツク
ス材料の場合には、鋳ぐるみ時に鋳造応力による
割れを生ずることから、鋳ぐるみ手法による接合
は困難であり、また上記金属の例の如く或は実開
昭60−141405号に明らかにされているように、カ
ム貫通孔への金属軸部の圧入は、引張応力が発生
し、セラミツクスの特性上好ましい使い方ではな
く、更に拡散接合、溶接、ろう付け等の手法は、
セラミツクスでは未だ一般的でなく、現実に採用
し得る手法ではない。また、セラミツクスは硬度
が高く、結合した後の仕上げ加工は困難であると
ころから、なるべく加工量を少なくする必要があ
る。

従つて、セラミツクス製のカムを有する複合カ
ムシヤフトを製作するに際しては、高い寸法精度
で加工されたカム部とシヤフト部とを精度良く且
つ信頼性の高い方法で連結して、一体的に結合せ
しめることが、肝要となるのである。

ここにおいて、本発明の目的は、上述のセラミ
ツクス材料の特質を考慮した上で、そのようなセ
ラミツクス材料からなるカム部と金属製シヤフト
部との間の強固な、信頼性の高い一体的結合を図
り得るカムシヤフト構造を提供することにあり、
またそれによつて耐摩耗性に優れ、且つ大幅な重
量軽減を達成し得るカムシヤフトを提供すること
にある。

そして、このような目的を達成するために、本
発明は、上述の如き複数のカムをシヤフトに一体
的に設けて、その軸方向に配列してなるカムシヤ
フトにおいて、該カムの少なくとも一つをセラミ
ツクス製と為すと共に、該セラミツクス製カム部
のシヤフト軸方向の両端部に連結用突起をそれぞ
れ形成せしめる一方、該カム部に連結される金属
製シヤフト部に連結穴部を設けて、該連結穴部に
前記カム部の連結用突起を嵌入せしめることによ
り、該セラミツクス製カム部と該金属製シヤフト
部とを一体的に連結するようにしたのである。

また、このような本発明にあつては、前記セラ
ミツクス製のカム部は、一般に、単一のカム若し
くは複数のカムをカムシヤフトにおいて構成する
ように設けられることとなるが、かかるセラミツ
クス製カム部の連結用突起が、金属製シヤフト部
の連結穴部に対して、圧入若しくは焼ばめ等によ
つて嵌入、連結せしめられることによつて、それ
らカム部とシヤフト部とが強固に結合されて、効
果的に一体化せしめられ得るのである。

さらに、かかるカム部の連結用突起は、通常、
円形断面若しくは正多角形断面の柱状形状とされ
る一方、シヤフト部の連結穴部がそのような連結
用突起に略対応する断面形状を有するようにされ
るのであるが、特にそれら連結用突起と連結穴部
とを、正多角形断面構造の凹凸嵌合方式による連
結構造とすることにより、それら両部材の回り止
め機能と位置決め機能とを同時に奏せしめ得る利
点が生ずる。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするため
に、本発明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳
細に説明することとする。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る自動
車用エンジンのカムシヤフトの外観を示す側面図
であり、第２図はそのようなカムシヤフトにおけ
るセラミツクス製カム部と金属製シヤフト部との
結合状態を示す要部切欠説明図である。

そして、それらの図において、１，４及び３
は、それぞれシヤフト部を構成する金属製の端部
軸受け部及び中間軸受け部であり、窒化ケイ素等
のセラミツクスからなるカム部２がそれらの間に
位置せしめられて、一体的に連結されている。よ
り具体的には、セラミツクス製のカム部２は、排
気カム２ａ、中間軸部２ｃ、吸気カム２ｂを１気
筒分として、一体的に形成されてなるものであ
り、またそのシヤフト軸方向の両端部に円柱状の
連結用突起２ｄ，２ｄをそれぞれ有し、更にそれ
ら突起２ｄの周面の所定位置に、回り止め兼位置
決め用のノツクボール穴２ｅが設けられている。

一方、金属製の端部軸受け部１，４及び各気筒
間に位置する中間軸受け部３には、それぞれ前記
カム端部突起２ｄを圧入若しくは焼きばめ等によ
つて嵌入せしめ得る、円形断面の連結穴１ａ，４
ａ，３ａが設けられており、またかかる連結穴１
ａ，４ａ，３ａの内面には、回り止め兼位置決め
用ノツクボール５を嵌合させる、シヤフト軸方向
のノツクボール溝１ｂ，４ｂ，３ｂがそれぞれ設
けられている。

なお、かかるノツクボール嵌合用の溝３ｂは、
本実施例の４気筒エンジンのカムシヤフトにあつ
ては、第３図に示される如く、軸受け部３の連結
穴３ａ内面に、その円周上の４等分位置でシヤフ
ト軸方向に４カ所設けられている。このノツクボ
ール溝３ｂを選択してカム部２のノツクボール穴
２ｅと組み合わせることにより、カム部２がシヤ
フト軸回りに４つの異なる位置に配置され得るの
である。そして、このような吸排カム１気筒分２
ａ，２ｂの、一体化されたセラミツクス製のカム
部２は、その両端部に設けられた連結用の突起２
ｄが、金属製端部軸受け部１，４及び中間軸受け
部３の連結穴１ａ，４ａ，３ａに、それぞれ圧入
若しくは焼きばめ等によつて嵌入せしめられるこ
とにより、それらシヤフト部を構成する端部軸受
け部１，４及び中間軸受け部３に対して一体的に
強固に連結せしめられるのである。また、この連
結に際して、ノツクボール５は、カム部２の連結
用突起２ｄ周面のノツクボール穴２ｅと、端部軸
受け部１，４及び中間軸受け部３の連結穴１ａ，
４ａ，３ａ内面のノツクボール溝１ｂ，４ｂ，３
ｂに係合して、それらシヤフト部である端部軸受
け部１，４及び中間軸受け部３に対するカム部２
の関係位置を相対的に正しい位置に確実に位置決
めし、またそれらの間の相対的な回転を阻止せし
めるのである。

また、上記実施例にあつては、吸排カム２ｂ，
２ａと中間の軸部２ｃを一体的に１気筒分として
セラミツクス化しているが、エンジン構造によ
り、第４図に示される如く、吸排カム２ｂ，２ａ
と軸受け部３とを一体的に１気筒分としてセラミ
ツクス化し、各気筒間に位置する中間軸部（２ｃ
に相当する部分）をそれらカムとは別体に金属に
て構成して、それらを結合した構造も採用するこ
とが可能である。更に、第５図に示される如く、
排気カム２ａ、吸気カム２ｂ（排気、吸気共通の
場合もある）をそれぞれ単体で所定のセラミツク
ス材料にて作成し、それら連結用突起２ｄを介し
て金属製の軸部２ｃ、軸受け部１，４，３のそれ
ぞれの連結穴内に嵌入せしめて一体的に強固に結
合せしめるようにしても何等差支えないのであ
る。

また、セラミツクス製のカム部２の軸受け部
１，４，３に対する回止めや位置決めのために、
上例にあつては、ノツクボール５による手段が採
用されているが、それはあくまでも４気筒エンジ
ンのカムシヤフトの一例であつて、その他、多気
筒化の場合にあつては、そのようなノツクボール
溝３ｂの数を増加すれば良く、例えば軸受け部３
の連結穴３ａの内周６等分位置にノツクボール溝
３ｂを６箇所設ければ、６気筒用エンジンのカム
シヤフトの結合構成が可能となる。

さらに、第６図および第７図に示されているよ
うに、カム部２のシヤフト軸方向の両端部に設け
られる連結用突起２ｄ，２ｄの形状を、それぞれ
４気筒用ならば正方形柱状に、また６気筒用なら
ば正六角形柱状にして、回止め機能と同時に、位
置決め機能をも奏せしめ得る構成を採用すること
も可能である。

なお、このとき、突起２ｄを嵌入せしめるため
に、金属製の端部軸受け部１，４や中間軸受け部
３などに設けられる連結穴１ａ，４ａや３ａの形
状（断面）も、該突起２ｄの断面形状にほぼ対応
するように加工されることとなる。そして、この
ようにして構成されるカムシヤフトにあつては、
ノツクボールおよびボール嵌合に必要な穴２ｅお
よび溝１ｂ，４ｂ，３ｂが省略され得る他、多角
形状を利用して回止め、位置決めを確実に行うこ
とが可能である。

また、本発明において、カム部２、換言すれば
第５図に示される如き、単一のカム２ａ若しくは
２ｂを構成する、或いは第２図および第４図に示
される如き、吸排カム２ｂ，２ａを含んで、一単
位の複数のカムを構成するカム部を一体的に形成
するセラミツクス材料としては、通常用いられる
もの、例えば窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニ
ア、アルミナ等があり、それら公知のセラミツク
ス材料の中から、目的に応じて適宜に選択される
こととなる。

その他、本発明には、上記例示の具体例以外に
も当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修
正、改良等を加え得るものであつて、それら実施
形態ものについて一々列挙はしないが、いずれも
本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、本発明
の範疇に属するものであること、言うまでもない
ところである。

このように、本発明に従うセラミツクスを用い
たカムシヤフトは、摺動面を有するカム部にセラ
ミツクス材料が用いられているため、耐摩耗性に
優れるとともに、エンジン重量軽減対策の一環と
してのカムシヤフト重量の大幅な低減を達成する
ことができるのである。例えば、４気筒、２ク
ラスのエンジン用カムシヤフトの場合にあつて
は、従来の鋳鉄製のものに対して、本発明に従つ
てそのカム部をセラミツクス材料である窒化ケイ
素製とすることにより、その重量を約40％（0.85
Kg）軽減することができた。

また、上記例示の具体例におけるカムシヤフト
構成にあつては、吸排カムの組合せにて１気筒分
をユニツト化しているところから、そのユニツト
を気筒数に応じて連結、構成することにより、所
要のカムシヤフトを容易に提供可能であり、気筒
数が増加する場合等において、その開発工数、部
品コスト面等でその特徴を有利に発揮し得るので
ある。

加えて、本発明にあつては、セラミツクス製カ
ム部と金属製シヤフト部との連結を、セラミツク
ス製カム部に設けた連結用突起と金属製シヤフト
部に設けた連結穴部との嵌合構造において実現す
るものであるところから、その逆の場合とは異な
り、セラミツクス部に引張応力でなく、圧縮応力
を作用させることによつて、該セラミツクス製カ
ム部の破損を良好に防止し得て、それらの連結の
信頼性、ひいては耐久性を効果的に向上せしめ得
たのである。

さらに、セラミツクス製のカム部並びにシヤフ
ト部としての金属製端部軸受け部或いは中間軸受
け部はそれぞれ基本となるユニツトが複数個結合
されて、１本のカムシヤフトを構成するものであ
るところから、基本となる共通ユニツトとして高
精度に加工しておけば、これを連結、接合した後
の完成品における仕上げ加工も簡単にすることが
できる等、本発明の具体化によつて数多くの利益
が享受され得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従うエンジン用カムシヤフ
トの一例を示す側面図であり、第２図は第１図に
例示のカムシヤフトにおけるセラミツクス製カム
部と金属製シヤフト部等との連結状態の一例を示
す一部切欠要部説明図であり、第３図は第２図に
おける−断面図であり、第４図および第５図
はそれぞれセラミツクス製カム部と金属製シヤフ
ト部との他の異なる連結形態を示す第２図に対応
する図であり、第６図および第７図はそれぞれセ
ラミツクス製カム部の端部に設けられる連結用突
起の異なる例を示す斜視図である。１，４：金属製端部軸受け部、２：セラミツク
ス製カム部、３：中間軸受け部、５：ノツクボー
ル、１ａ，４ａ，３ａ：連結穴、１ｂ，４ｂ，３
ｂ：ノツクボール溝、２ａ：排気カム、２ｂ：吸
気カム、２ｃ：中間軸部、２ｄ：連結用突起、２
ｅ：ノツクボール穴。

Claims

【特許請求の範囲】１複数のカムをシヤフトに一体的に設けて、そ
の軸方向に配列してなるカムシヤフトにおいて、
該カムの少なくとも一つをセラミツクス製と為す
と共に、該セラミツクス製カム部のシヤフト軸方
向の両端部に連結用突起をそれぞれ形成せしめる
一方、該カム部に連結される金属製シヤフト部に
連結穴部を設けて、該連結穴部に前記カム部の連
結用突起を嵌入せしめることにより、該セラミツ
クス製カム部と該金属製シヤフト部とを一体的に
連結したことを特徴とするエンジン用カムシヤフ
ト。２前記カム部の連結用突起が円形断面若しくは
正多角形断面の柱状形状を有する一方、前記シヤ
フト部の連結穴部が該連結用突起に略対応する断
面形状を有する特許請求の範囲第１項記載のエン
ジン用カムシヤフト。３前記連結用突起の前記連結穴部に対する嵌入
が、圧入若しくは焼ばめにて行なわれる特許請求
の範囲第１項又は第２項記載のエンジン用カムシ
ヤフト。４前記セラミツクス製カム部が、単一のカム若
しくは複数のカムを構成する特許請求の範囲第１
項乃至第３項の何れかに記載のエンジン用カムシ
ヤフト。