JPS63212708A - 内燃機関用鋳鉄製カムシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は内燃機関用鋳鉄製カムシャフトに関する。

従来の技術 近年の内燃機関においては、カムシャフトと、このカム
シャフトと共働作業を行なうタペット、ロッカー・アー
ム、もしくはロッカー・レバーとの間に、非常に高い北
面圧が発生する。鋳鉄（ねずみ鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄、ま
たは可鍛鋳鉄）は、そのすぐれた耐摩耗性のゆえに、カ
ムシャフトの材料として特に好適である。

発明が解決しようとする課題 しかし鋳鉄は交番曲げ強度が低いという重大な欠点を有
する。カムシャフトは、動作中に相当に大きい曲げモー
メントの変動および反転を受けるから、このように交番
曲げ強度が低いと、破壊の原因となることがある。この
ようなカムシャフトの破壊は、主として、駆動プーリも
しくはスプロケットが固定されているカムシャフトの端
部に最も近い支持点の近く、もしくはこの支持点をすこ
し越えた位置において発生する。これは、駆動チェノも
しくはベルトによって、大きい曲げモーメントがカムシ
ャフトに働くからである。この曲げモーメントは、カム
シャフトの回転によって、大きい交番曲げ荷重となる。

より高い交番曲げ強度を有する鋳造材料は事実公知であ
るが、これらの材料は許容化面圧が一般に低く、シたが
って耐摩耗性の点で劣る。

本発明の基底にある課題は、高い北面圧を許容し、すぐ
れた耐摩耗性を有するのみならず、曲げ振動による破壊
の危険性を最小とすることができる鋳鉄製カムシャフト
を提供することにある。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため本発明の内燃機関用鋳鉄製カム
シャフトは、無端状の引張り部材のための駆動プーリや
ピニオンなどの駆動輪をカムシャフトの一端に有し、か
つ、少なくとも前記一端から、前記引張り部材によりカ
ムシャフトに作用される曲げモーメントがゼロになる点
までの領域において、前記カムシャフトに軸方向の圧縮
力を作用させる部材を有することを特徴とする。

作　　　用 すなわち本発明は、鋳造材料が、許容交番曲げ荷重の６
倍までの連続圧縮荷重に耐え得るという一認識にもとづ
く。本発明の結果として、鋳鉄の中に圧縮応力が発生さ
れ、シャフトが回転するときに、上記交番曲げ荷重が、
反転することのない連続荷重に変換されて前記圧縮応力
に重ね合わされる。その結果として、カムシャフトには
より高い荷重を連続的に作用させることが可能となり、
すぐれた耐摩耗性を有するが交番曲げ強度が比較的小さ
い材料より作られたカムシャフトの破壊を、有効に防止
することができる。

上記の圧縮応力は、ねじ部材であって、上記カムシャフ
トの一端部の近くにおいて、カムシャフトの一部分によ
り軸方向に支持され、カムシャフトの中の孔に沿って延
び、孔の中のめねじ部と噛合うねじ部分を有し、曲げモ
ーメントがゼロになる点の近くに位置するものによって
作られる。

本発明の好ましい実施形態によれば、ねじ部材は、駆動
プーリまたはピニオンなどの駆動輪を軸方向に位置決め
するためにも利用できる。

いま一つの実施形態によれば、カムシャフトは、軸方向
の孔を有し、この孔の内部を通って、カムシャフトの両
端の近くの位置において軸方向に固定される締付部材が
設けられる。

このように、締付部材の一端もしくは両端をねじもしく
は類似のもので固定する仁とによって、鋳造材料の内部
に圧縮力が発生される。

本発明のいま一つの実施形態においては、カムシャフト
を鋳造するときにタイロッドなどの締付部材を一体鋳造
することによって、鋳造材料の中に圧縮応力を発生させ
ることができる。この締付部材は、チューブまたは棒で
あって、その線膨張係数がカムシャフトの鋳造材料の線
膨張係数よりも大きい材料よりなる。この場合、鋳造材
料が冷却されるときに発生するタイロッドと鋳造材料の
間の軸方向の応力を吸収する手段が用いられる。

鋳造された組合せ材料が冷却されると、線膨張係数の違
いのために、タイロッドに引張応力が発生し、また鋳造
材料に圧縮応力が発生する。境界層の中に発生し得る剪
断応力は、タイロッドの適当な表面粗さにより、あるい
はタイロッドの表面に輪郭を与えることにより、あるい
はタイロッドの両端にカラーを取付けることにより、吸
収することができる。タイロフトが鋳造材料に与える有
害な冷却効果を防ぐために、タイロッドを予熱するか、
または鋳造作業中にタイロッドに電流を１通すことによ
り、このタイロッドを希望の温度に維持する。またこの
方法により、鋳物の中における有害なブローホールの発
生をも防ぐことができる。

線膨張係数α−９〜１０を有するねずみ鋳鉄の場合、タ
イロッドには、たとえば次の材料の一つを使用できる。

１０　　Ｎｉ　ＣｒＡｌ　Ｔｉ　　３２，２０−　ｒｔ
　＝　１５２　　ＣｒＮｉＳｉ　　　　１８．２５　　
　ｇ−１６，５１５Ｃｒ　Ｎｉ　Ｓｉ　　　２０．１２
−α−１６，５普通鋼　　　　　　　　　α−１２ 実施例 第１図に示すカムシャフト１を、エンジンのシリンダヘ
ッド（図には示さない）の中の個所Ａ。

Ｂ、Ｃにおいて支持する。カムシャフト１は、シリンダ
ーの吸気および、または排気バルブ（図には示さない）
を作動するためのカム２を有する。

図中、カムシャフト１の左端において、駆動輪３（この
実施例の場合はタイミングベルトプーリ〕を、キー４に
よって、相対回転不能に固定する。

タイミングベルトプーリ３に噛合うタイミングベルトの
張力Ｐは、カムシャフトｌに曲げモーメントを与える。

この曲げモーメントの値は、第２図のグラフに示すよう
に変化する。この曲げモーメントにより、カムシャフト
１が回転するときにこのカムシャフト１に交番曲げ荷重
が作用する。

この交番曲げ荷重は、もしもカムシャフト１にすぐれた
耐摩耗性を有するが交番曲げ強度が低い鋳鉄が使われた
ときに、断面ｘ−ｘにおける破壊を生じさせるおそれが
ある。この材料のすぐれた耐摩耗性を利用し、同時に破
壊の危険性を相当に減少するために、危険な断面ｘ−ｘ
において圧縮応力が発生され、この圧縮応力が第３図に
示される交番曲げ応力と重ね合わされる。このようにし
て、第４図に示すように、交番曲げ応力を純粋な圧縮応
力に変換する。このことは、カムシャフト１における特
に駆動力Ｐを作用させる点より曲げモーメントがゼロと
なる点Ｚ（第２図参照〕へ延びる領域において行なう。

第１図に示す例においては、この圧縮応力を、ボルト５
によって発生させる。

このボルト５は、カムシャフト１の中の軸方向の孔６の
中に延び、その図中における左端に、駆動輪（タイミン
グベルトプーリ）３と係り合う頭部７を有する。またボ
ルト５の図中における右端のねじ部８は、孔６の中のめ
ねじ部９にねじ込まれている。このめねじ部９は、曲げ
モーメントがゼｑである点Ｚの位置にある。ボルト５を
締付けると、と述の圧縮応力は、カムシャフト１におけ
る図の左端より曲げモーメントがゼロとなる点Ｚまでに
いたるカムシャフト１の内部に作られる。したがって、
危険な断面ｘ−ｘにおいて、第４図に示すような応カバ
ターンが形成される。

第５図に示す実施例では、第１図の実施例とは異なって
、カムシャフト１′は、その全長にわたって延びる軸方
向の孔ｌＯを有し、この孔ｌＯの申告ζ締付部材として
のタイロッド１１が収容されている。

このタイロッド１１は、カムシャフト１′における図の
左端に、駆動輪３′と係り合うボルト頭部１２を有する
。またその右端昏こおいて、ねじ部１３を有し、このね
じ部１３に、カムシャフト１′の右端を締付けるための
ナツト１４がねじ合わされている。ナツト１４を締付け
ることにより、カムシャフト１′の中に、重ね合わされ
た圧縮応力が作られる。この圧縮応力により、さもなけ
れば第３図に示すように発生するであろう交番曲げ荷重
が、カムシャフト１′の各断面において、連続的な圧縮
荷重に変換される。

タイロッド１１は、たとえば中実棒（重い棒）やチュー
ブによって作られる。

第６図に示すさらに他の実施例においては、要求される
軸方向の圧縮応力は、カムシャフト１“をを実際に鋳造
する際に、このカムシャフト１“の中に作り込まれる。

この目的のために、カムシャフト１″の中にチューブ状
のタイロフト（締付部材）１５を一体に鋳造している。

このタイロッド１５は、カムシャフト１″の全長Ｇζわ
たって延び、鋳造材料の線膨張係数よりも大きい線膨張
係数を有する材料よりなる。一体化鋳造物が冷却される
とき、線膨張係数の相違により、タイロッド１５の中に
引張応力が発生し、また鋳造材料の中に圧縮応力が発生
する。鋳造材料が冷却されるときに、タイロッド１５と
鋳造材料との境界層の中に発生する剪断応力を吸収する
ために、タイロッド１５の両端にカラー１６．１７を設
け、これらのカラー１６．１７により鋳造材料を軸方向
に支持する。カラー１６は、ポル）１９がねじ込まれる
めねじ部１８を有する。このボルト１９によって、タイ
ミングベルトプーリなどの駆動輪３“を所定位置に固定
する。剪断応力を吸収するために、カラー１６．１７に
追加して、またはカラー１７の代りに、太い線２０によ
って概略的に示すように、タイロッド１５の表面を粗く
するかまたは表面に輪郭を付ける。チューブ状のタイロ
ッド１５の代りに、中実棒（重い棒）をカムシャフト１
“の中に鋳造してもよい。

第６図に示す鋳造タイロッド１５の機能は、基本的には
、第５図に示す連続タイロッド１１の機能と同じである
。

本発明の利益は、カムシャフトの駆動が、タイミングベ
ルトによってではなく、チェノによって行なわれる場合
においても明らかである。両場合丘 ともに、カムシャフトの交番曲げ荷重は、連続圧式 線荷重に変換されるからである。

発明の効果 以と述べたように本発明によると、カムシャフトに作用
する交番曲げ荷重は、カムシャフトに加えられる圧縮応
力に重ね合わされ、しかも鋳造材料は許容交番荷重より
もはるかに大きな圧縮荷重に耐えうるものであるため、
すぐれた耐摩耗性を有するが交番曲げ強度が比較的小さ
い材料によ−り作られたカムシャフトの破壊を有効に防
止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にもとづく内燃機関用鋳鉄製カムシャフ
トの一実施例の一部切欠き側面図、第２図はカムシャフ
トの危険な領域における曲げモーメントの変化を示すダ
イヤグラム、第３図は予備圧縮荷重が作用していないと
きの第１図のｘ−Ｘ線に沿った断面上での応力を示すダ
イヤグラム、第４図は上記Ｘ−Ｘ線に沿った断面上にお
いて予備圧縮荷重を作用させたときの応力を示すダイヤ
グラム、第５図は本発明にもとづく内燃機関用鋳鉄製カ
ムシャフトの他の実施例の側面図、第６図は同カムシャ
フトのさらに他の実施例の側面図である。 １・・・カムシャフト、３・・・駆動輪、５・・・ボル
ト（ねじ部材）、６・・・孔、８・・・ねじ部、９・・
・めねじ部、１０・・・孔、１１．１５・・・タイロッ
ド（締付部材）、１６、１７・・・カラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、無端状の引張り部材のための駆動プーリやピニオン
   などの駆動輪をカムシャフトの一端に有し、かつ、少な
   くとも前記一端から、前記引張り部材によりカムシャフ
   トに作用される曲げモーメントがゼロになる点までの領
   域において、前記カムシャフトに軸方向の圧縮力を作用
   させる部材を有することを特徴とする内燃機関用鋳鉄製
   カムシャフト。 ２、圧縮力を作用させる部材が、前記一端の近傍におけ
   るカムシャフトの部分において軸方向に配置され、前記
   カムシャフトの内部に形成された孔に沿って延び、曲げ
   モーメントがゼロになる点に近接した位置における前記
   孔の部分に形成されためねじ部にねじ合わされるねじ部
   を有したねじ部材にて構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の内燃機関用鋳鉄製カムシャフト。 ３、ねじ部材により駆動輪が軸方向に位置決めされてい
   ることを特徴とする請求項２記載の内燃機関用鋳鉄製カ
   ムシャフト。 ４、カムシャフトは軸方向の孔を有し、この孔には、カ
   ムシャフトの両端の近傍の位置で軸方向に固定される締
   付部材が通されていることを特徴とする請求項１記載の
   内燃機関用鋳鉄製カムシャフト。 ５、カムシャフトの内部のほぼ全長にわたって延びると
   ともに、カムシャフトの材料よりも線膨張係数の大きな
   材料で形成された締付部材と、カムシャフトの鋳造材料
   が冷却されたときに、その鋳造部に前記締付部材からの
   軸方向の応力を伝達させる部材とを有することを特徴と
   する請求項１記載の内燃機関用鋳鉄製カムシャフト。 ６、締付部材の表面は、この締付部材とカムシャフト鋳
   造部との境界層にて生じる剪断力を吸収するために、粗
   面に形成されるか、または輪郭が形成されていることを
   特徴とする請求項５記載の内燃機関用鋳鉄製カムシャフ
   ト。 ７、締付部材は、その両端に、鋳造部を軸方向に支持す
   るカラーまたは拡大部を有することを特徴とする請求項
   ５記載の内燃機関用鋳鉄製カムシャフト。 ８、締付部材がチューブまたは中実軸であることを特徴
   とする請求項４から７までのいずれかに記載の内燃機関
   用鋳鉄製カムシャフト。