WO2010146959A1

WO2010146959A1 - カムシャフト装置及びこれを備えたエンジン、並びにカムシャフト装置の製造方法

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Publication number: WO2010146959A1
Application number: PCT/JP2010/058439
Authority: WO
Inventors: 和生濱田; 弘上野; 功雄臼杵; 邦夫柳井; 寛規平岡; 康太郎山下; 寛佐藤; 尚明池田; 良大西
Original assignee: 株式会社ジェイテクト
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2010-12-23
Also published as: CN102459825A; JP2011001878A; EP2444600A1; EP2444600A4; US20120073533A1

Abstract

　カムシャフト装置（１０）は、カム（１８）を備えたカムシャフト（１１）と、このカムシャフト（１１）に対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受（１２）と、エンジンのシリンダヘッド（１５）に装着され、かつ転がり軸受（１２）が嵌合する複数の支持孔（２５）を同一軸線上に有するとともに各支持孔（２５）に嵌合された転がり軸受（１２）を介して前記カムシャフト（１１）を回転自在に支持する支持フレーム（１３）とを備える。支持フレーム（１３）は、複数の分割体（２７），（２８）を連結することによって構成されており、複数の分割体（２７），（２８）は、各支持孔（２５）の半分を構成する複数の第１凹部（２９）が一体に形成された第１分割体（２７）と、各支持孔（２５）の他の半分を構成する複数の第２凹部（３０）が一体に形成された第２分割体（２８）とを含む。

Description

カムシャフト装置及びこれを備えたエンジン、並びにカムシャフト装置の製造方法

　本発明は、エンジンのシリンダヘッドに装着されるカムシャフト装置及びこれを備えたエンジン、並びにカムシャフト装置の製造方法に関するものである。

自動車等に使用されるエンジンには、吸排気用のバルブを開閉動作させるためのカムシャフトが設けられている。例えばＤＯＨＣエンジンでは、エンジン内の上部に取り付けられた複数個の軸受を介してカムシャフトが回転自在に支持されている。
また、カムシャフトを支持する軸受として、従来、滑り軸受（例えば特許文献１参照）や、深溝玉軸受やニードル軸受等の転がり軸受（例えば特許文献２参照）が用いられている。

特開２０００－２８２８１１号公報特開２００６－２２６１８３号公報

カムシャフトを支持する軸受は、エンジン内に設けられた支持孔に嵌合されている。この支持孔は、シリンダヘッドの上部に形成された上方開放状の半円弧形凹部と、シリンダヘッドにボルト固定されるキャップ部材に形成された下方開放状の半円弧形凹部とから二つ割り構造とされている。
そして、シリンダヘッドに形成された複数の半円弧形凹部に対して複数のキャップ部材の半円弧形凹部をそれぞれ合致させ、各キャップ部材をシリンダヘッドにボルト固定することによって複数の支持孔が形成されている。

しかし、複数のキャップ部材は、それぞれ個別にシリンダヘッドに取り付けられるので、複数の支持孔の間で真円度がばらついたり、同軸度が低下したりするという欠点がある。このような欠点は、キャップ部材やシリンダヘッドに対して支持孔の加工を行う際に、全てのキャップ部材をシリンダヘッドに組み付け、全ての支持孔を一体加工したとしても、解消することはできない。

カムシャフトを支持する軸受として滑り軸受を用いる場合は、滑り軸受の外周面と支持孔の内周面との間に僅かな隙間が形成されるので、複数の支持孔の真円度にばらつきがあったり同軸度が低かったりしても、支持孔内で滑り軸受を回転させることが可能であるが、滑り軸受が円滑に回転できるように馴染むまでに長時間を要する。また、一般に、滑り軸受は常に支持孔内に接触して摺動しているので、転がり軸受に比べて回転トルクが大きく、騒音も発生しやすいという欠点もある。

これに対して、転がり軸受は滑り軸受よりも回転抵抗が小さいので、カムシャフトを支持する軸受として用いれば容易に回転トルクを低減できると考えられる。しかし、実際には、転がり軸受は支持孔の内周面によって堅く締め付けられるので、複数の支持孔の同軸度が低いことによって転がり軸受の間のミスアライメントが大きくなると、転がり軸受の内部隙間を適正に保てなくなり、かえって回転トルクが増大する場合がある。

本発明の目的の一つは、以上のような実情に鑑み、カムシャフトを回転自在に支持する転がり軸受の回転トルクを低減することが可能なカムシャフト装置及びこれを備えたエンジン、並びにカムシャフト装置の製造方法を提供することである。

  本発明の一態様に係るカムシャフト装置は、カムを嵌合したカムシャフトと、このカムシャフトに対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受と、エンジンのシリンダヘッドに装着され、かつ前記転がり軸受が嵌合する複数の支持孔を同一軸線上に有するとともに各支持孔に嵌合された前記転がり軸受を介して前記カムシャフトを回転自在に支持する支持フレームとを備え、
  前記支持フレームは、複数の分割体を連結することによって構成されており、
  前記複数の分割体は、前記各支持孔の半分を構成する複数の第１凹部が一体に形成された第１分割体と、各支持孔の他の半分を構成する複数の第２凹部が一体に形成された第２分割体とを含む。

本発明の一態様に係るエンジンは、上述したカムシャフト装置をシリンダケースの上面部に連結してなる。

上述したカムシャフト装置を製造するための本発明の一態様に係る製造方法は、第１，第２凹部が形成されていない第１分割体と第２分割体とを位置決めした状態で仮組みする工程と、仮組みされた第１分割体と第２分割体とに複数の前記支持孔を同一軸線上に形成する工程と、第１，第２分割体を分離した後、第１，第２分割体にそれぞれ形成された第１，第２凹部にカムシャフトに取り付けた転がり軸受を嵌合させながら、第１，第２分割体を再度位置決めして連結する工程と、を含む。

本発明によれば、カムシャフトの回転トルクや振動を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係るカムシャフト装置の斜視図である。同カムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。カムシャフト装置の支持フレームを示す平面図である。図３のVI－VI矢視図である。図３のＶ－Ｖ断面図本発明の第２の実施形態に係るカムシャフト装置の支持フレームを示す平面図である。図６のVII－VII矢視断面図である。本発明の第３の実施形態に係るカムシャフト装置の斜視図である。本発明の第４の実施形態に係るカムシャフト装置の斜視図である。本発明の第５の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。図１０のカムシャフト装置の部分平面図である。本発明の第６の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本発明の第７の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本発明の第８の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。

  以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
  図１は、本発明のカムシャフト装置を示す斜視図、図２は、カムシャフト装置の分解斜視図である。
  カムシャフト装置１０は、カムシャフト１１と、このカムシャフト１１を転がり軸受１２を介して回転自在に支持する支持フレーム１３とを備えている。図１及び図２の例では、２つのカムシャフト装置１０が並べて配置されており、それぞれＤＯＨＣ４サイクルエンジン１４のシリンダヘッド１５上に取り付けられる。

図２に示すように、各カムシャフト装置１０のカムシャフト１１は、シャフト本体１７と、軸方向に間隔をあけてシャフト本体１７に設けられた複数のカム１８とを備えている。本実施形態のカム１８は、２個を１組として軸方向に４組設けられている。
カムシャフト１１の軸方向の一端には、歯付きプーリ１９が取り付けられ、この歯付きプーリ１９に図示しないクランクシャフトからの動力がタイミングベルトを介して伝達される。

また、シャフト本体１７には複数の転がり軸受１２が取り付けられている。具体的に、転がり軸受１２は、各組における２個のカム１８の間と、歯付きプーリ１９側のシャフト本体１７の端部との合計５箇所にそれぞれ取り付けられている。この転がり軸受１２は、例えば深溝玉軸受やニードル軸受等であり、環状の内外輪及び転動体を備えている。

また、本実施形態の内輪及び外輪は、分割型（半割型）ではなく円環状の一体型のものが用いられている。このように内外輪として一体型のものを用いることで、分割型の内外輪のように転動体が分割面を通過することに起因して振動や騒音が発生するのを防止することができる。

また、前述のカム１８は、シャフト本体１７と一体成形されるのではなく別部品として構成され、シャフト本体１７の外周面に嵌合することによって取り付けられている。このようなカム１８を使用することによって、一体型の内外輪を有する転がり軸受１２であってもカム１８とともにシャフト本体１７に取り付けることができる。

なお、転がり軸受１２は、内輪を省略し、シャフト本体１７自体を内輪として用いたものであってもよい。また、転がり軸受１２は、カム１８の各組の間に取り付けられていてもよい。

図３は、カムシャフト装置１０の支持フレーム１３を示す平面図、図４は図３のVI－VI矢視図、図５は図３のＶ－Ｖ断面図である。支持フレーム１３は、アルミ合金や鋳鉄により形成されている。そして、支持フレーム１３は、カムシャフト１１の軸線に沿って配置された一対の側壁部２３と、一対の側壁部２３の間に架設された複数の支持壁部２４を備えており、平面視でラダー構造（ハシゴ構造）に形成されている。

各支持壁部２４には、転がり軸受１２を嵌合させるための複数の支持孔２５が同一軸線上に形成されている。本実施形態では、転がり軸受１２と同数の５つの支持壁部２４（支持孔２５）が設けられている。

また、支持フレーム１３は、上下２分割構造とされている。具体的には、図２に示すように、上部側の第１分割体２７と、下部側の第２分割体２８とを互いに連結することによって支持フレーム１３が構成されている。

支持フレーム１３の側壁部２３及び支持壁部２４はそれぞれ上下に２分割され、支持壁部２４に形成された支持孔２５も上下に２分割されている。したがって、支持孔２５は、図４に示すように、上側の第１分割体２７に形成された下部開放状の半円弧形凹部（第１凹部）２９と、下側の第２分割体２８に形成された上部開放状の半円弧形凹部（第２凹部）３０とから構成されている。

第１分割体２７と第２分割体２８とは、第１凹部２９と第２凹部３０とが適切に位置合わせされるように、適宜箇所に設けられた位置決めピン３１（図１及び図２参照）によって互いに位置決めされている。なお、位置決めピン３１は、第１，第２分割体２７，２８の一方の合わせ面に突設され、他方の合わせ面に形成された位置決め孔（図示略）に挿入される。したがって、これら位置決めピン３１及び位置決め孔が第１，第２分割体２７，２８を位置決めする位置決め手段を構成している。

図３に示すように、一方の側壁部２３と各支持壁部２４との交差部付近にはボルト挿通孔３４が形成されている。また、他方の側壁部２３において、軸方向に隣接する支持壁部２４と支持壁部２４との中間の位置にもボルト挿通孔３４が形成されている。軸方向一方側の端部（右端部）に配置された支持壁部２４には、他方の側壁部２３との交差部付近にもボルト挿通孔３４が形成されている。

そして、第１分割体２７と第２分割体２８とは、図５に示すように、各ボルト挿通孔３４に挿通されたボルト３６Ａと、このボルト３６Ａが螺合する雌ネジを有するナット部材３６Ｂとからなる連結具（連結手段）３６によって互いに連結されている。

本実施形態では、各ボルト挿通孔３４に挿入されたボルト３６Ａは、シリンダヘッド１５に形成された雌ネジに螺合され、第１，第２分割体２７，２８がシリンダヘッド１５に共締め固定されている。したがって、ナット部材３６Ｂはシリンダヘッド１５自体によって構成されている。
なお、連結具３６は、圧入ピンやラチェットピン等、ピンによって締結する構成であってもよい。

各ボルト挿通孔３４の内部には、支持フレーム１３よりも高剛性の材質、例えば、支持フレーム１３がアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金で形成されている場合には、鋼等により形成された筒状体３８が圧入により固着されている。この筒状体３８は、ボルト挿通孔３４の全体に亘る長さでボルト３６Ａの頭部やワッシャ３６Ｃよりも大径に形成され、連結具３６による締結力を受けることができるように構成されている。

したがって、第１，第２分割体２７，２８を強固に連結するべく連結具３６を強固に締め付けたとしても、その締結力がボルト３６Ａの頭部から支持フレーム１３に直接伝わり難く、支持フレーム１３に歪みが生じるのを防止することができる。したがって、このような歪みが支持孔２５の真円度や同軸度に悪影響を及ぼすこともほとんどない。
なお、筒状体３８は、支持フレーム１３の成形時に一緒に鋳込むことによって支持フレーム１３に固着してもよい。

図１に示すように、２つのカムシャフト装置１０の各支持フレーム１３において、エンジン１４の内部側に配置されている側壁部２３には第１，第２分割体２７，２８の双方に跨るように開口部４０が形成されている。この開口部４０によって支持フレーム１３の軽量化を図ることができる。

なお、各支持フレーム１３において、エンジン外部側の側壁部２３にも同様の開口部４０を形成することも可能であるが、エンジン内のオイルが開口部４０から漏れる可能性があるため、本実施形態のように、エンジン内部側の側壁部２３のみに開口部４０を形成することがより好ましい。ただし、別途、支持フレーム１３の外側を覆うカバーが備えられる場合には、エンジン外側の側壁部２３に開口部４０を形成しても支障はない。

支持フレーム１３の第１，第２分割体２７，２８は、アルミダイキャストや低圧鋳造等によって成形される。また、成形後の第１，第２分割体２７，２８には、合わせ面の加工や位置決めピン３１の取り付け等が施されたのちに、支持孔２５が形成される。
支持フレーム１３に支持孔２５を形成するには、まず、第１，第２分割体２７，２８を、位置決めピン３１によって位置決めしながら互いに重ね合わせ、クランプや連結具等によって固定することによって仮組みする。そして、仮組みされた第１，第２分割体２７，２８の複数の支持壁部２４を貫通するように下孔をあけ、その後、リーマ仕上げ等を施すことによって所定精度の支持孔２５を形成する。

以上に説明したカムシャフト装置１０において、支持フレーム１３の第１分割体２７には複数の第１凹部２９が一体に形成され、第２分割体２８には複数の第２凹部３０が一体に形成されている。そのため、各分割体２７，２８において、複数の凹部２９，３０同士の相対位置は一定とされ、複数の凹部２９，３０の間で軸心のずれは生じない。そして、複数の第１凹部２９と第２凹部３０とを合致させながら、第１，第２分割体２７，２８を連結することによって複数の支持孔２５を同時に形成することができる。したがって、従来のように、シリンダヘッド１５に複数のキャップ部材を個別に取り付けて複数の支持孔２５を個々に形成する場合に比べて、各支持孔２５の同軸度を高めることができ、各支持孔２５に嵌合された複数の転がり軸受１２のミスアライメントを小さくし、転がり軸受１２の回転トルクを低減することができる。

また、支持フレーム１３の複数の支持孔２５は、第１，第２分割体２７，２８を仮組みした状態で同時に加工されるので、より同軸度を高め、真円度のばらつきも少なくすることができる。
また、図３に示すように、連結具３６が取り付けられるボルト挿通孔３４は、右端の支持孔２５を除く他の各支持孔２５に対して、１つは支持孔２５の径方向外方に配置されて軸方向に関する位置が重複しているが、他は支持孔２５の径方向外方から軸方向に外れた位置に配置されている。このように支持孔２５から軸方向に外れた位置にボルト挿通孔３４が配置されていると、当該ボルト挿通孔３４を用いて連結具３６を強固に締め付けたとしても、その締結力は、支持孔２５に到るまでに支持フレーム１３の撓みによって若干緩和される。そのため、転がり軸受１２の外輪が支持孔２５の内周面によって過度に締め付けられることはほとんどなく、転がり軸受１２の内部隙間の減少により回転トルクが増大することもない。

なお、上記実施形態の変形例として、複数のボルト挿通孔３４のうち、いずれかを第１分割体２７と第２分割体２８との連結のみに用い、他を第１，第２分割体２７，２８とシリンダヘッド１５との連結のために用いることも可能である。
例えば、図３に示すように、各支持フレーム１３において、４つのボルト挿通孔３４（特に符号３４Ａを付して示す）を第１分割体２７と第２分割体２８との連結専用とし、他の５つのボルト挿通孔３４を第１，第２分割体２７，２８とシリンダヘッド１５との共締め用とすることができる。

このように構成した場合、第１，第２分割体２７，２８の間にカムシャフト１１を組み込んだ状態で、ボルト挿通孔３４Ａを用いて連結具３６により第１，第２分割体２７，２８を連結することによって、支持フレーム１３とカムシャフト１１とからなるカムシャフト装置１０を単独で組み立てることが可能となる。そして、この単独で組み立てられたカムシャフト装置１０において、カムシャフト１１が円滑に回転するように第１，第２分割体２７，２８の連結具合（連結具３６の締め付け具合等）を調整し、このカムシャフト装置１０を、残りのボルト挿通孔３４を用いて連結具３６によりシリンダヘッド１５に装着することが可能となる。
なお、この変形例において、第１，第２分割体２７，２８とシリンダヘッド１５との共締め用のボルト挿通孔３４に取り付けた連結具３６の締め付け力は、すでに連結具合が調整された第１，第２分割体２７，２８の支持孔２５に影響を与えないようにすることが必要とされる。そのため、全ての共締め用のボルト挿通孔３４を、当該支持孔２５から軸方向に外れた位置、例えば、側壁部２３における、軸方向に隣接する支持壁部２４と支持壁部２４との中間位置に設けることが好ましい。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るカムシャフト装置１０の支持フレーム１３を示す平面図、図７は図６のVII－VII矢視断面図である。本実施形態では、支持フレーム１３の右端の支持壁部２４に形成されたボルト挿通孔３４を除く他のボルト挿通孔３４が、一対の側壁部２３に対して軸方向に隣接する支持壁部２４と支持壁部２４との中間位置に設けられている。したがって、当該他のボルト挿通孔３４は支持孔２５から軸方向に離れた位置に配置され、当該他のボルト挿通孔３４を用いて連結具３６を強固に締め付けたとしても、その締結力は、支持孔２５に到るまでの支持フレーム１３の撓みによって緩和されて支持孔２５に伝わる。

さらに、図７に示すように、一方の側壁部２３には、ボルト挿通孔３４が形成された部分の両側に開口部（除肉部）４０が形成され、ボルト挿通孔３４と支持壁部２４との間の側壁部２３の剛性が特に下げられている。そのため、ボルト挿通孔３４を用いて連結具３６を強固に締め付けたとしても、その締結力は、支持孔２５に到るまでに支持フレーム１３の撓みによってより緩和され易くなる。そのため、転がり軸受１２の外輪が支持孔２５の内周面によって過度に締め付けられることがなく、転がり軸受１２の内部隙間の減少による回転トルクの増大をより確実に抑制することができる。また、側壁部２３の撓みにより僅かな転がり軸受１２の動きを許容することが可能となり、複数の転がり軸受１２の間のミスアライメントを吸収し、回転トルクを低減することができる。なお、一方の側壁部２３に形成された除肉部４０は、当該側壁部２３を貫通する開口部に代えて、当該側壁部２３を貫通しない凹部としてもよい。

図８は、本発明の第３の実施形態に係るカムシャフト装置１０の斜視図である。本実施形態のカムシャフト装置１０は、第１の実施形態における２つの支持フレーム１３をほぼ一体化したものに相当し、２本のカムシャフト１１を１つの支持フレーム１３によって回転自在に支持している。具体的に、支持フレーム１３は、一対の側壁部２３と、両側壁部２３の中間に配置された中間壁部４１と、一方の側壁部２３と中間壁部４１との間、他方の側壁部２３と中間壁部４１との間にそれぞれ架設された複数の支持壁部２４とを有している。また、中間壁部４１と支持壁部２４との交差部分には、より大径のボルト（連結具）を挿通可能なボルト挿通孔３５が形成されている。したがって、本実施形態では、第１実施形態のように、２つの支持フレーム１３に備わったボルト挿通孔３４よりも少数のボルト挿通孔３４，３５を用いて第１，第２分割体２７，２８を連結することができるとともに、中間壁部４１に形成されたボルト挿通孔３５を大径とすることによって、第１，第２分割体２７，２８の連結箇所を減らしても連結強度を十分に確保できるようにしている。

図９は、本発明の第４の実施形態に係るカムシャフト装置１０の斜視図である。本実施形態のカムシャフト装置１０は、第３の実施形態と同様に、２本のカムシャフト１１を１つの支持フレーム１３によって回転自在に支持している。また、本実施形態の支持フレーム１３は、組立時の基本構造は第３の実施形態の支持フレーム１３と略同様であるが、分割形態が異なっている。すなわち、支持フレーム１３は、中央部に配置された第１分割体４７と、この第１分割体４７の左右両側に配置された２つの第２分割体４８とによって左右方向に３分割され、適所に設けられたボルト挿通孔３４，３５を用いて第１，第２分割体４７，４８が連結されるようになっている。

また、各第２分割体４８における支持壁部２４には第１分割体４７側へ突出する凸部４８Ａが形成され、この凸部４８Ａの先端には支持孔２５の半分を構成する第２凹部５０が形成されている。また、第１分割体４７における支持壁部２４の両側には凹部４７Ａが形成され、この凹部４７Ａの底部には支持孔２５の他の半分を構成する第１凹部４９が形成されている。そして、この凹部４７Ａ内に凸部４８Ａを挿入することによって、第１，第２凹部４９，５０が適合され、支持孔２５が形成されている。

図１０は、本発明の第５の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図、図１１は、同カムシャフト装置の支持フレームの部分平面図である。本実施形態では、支持フレーム１３の第１，第２分割体２７，２８の合わせ面に潤滑油の油溝５１が形成されている点で第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
この油溝５１は、第１，第２分割体２７，２８の長手方向の一端部から側壁部２３に沿って延び、さらに各支持孔２５とカム１８へ向けて分岐している。したがって、この油溝５１を利用することによって各転がり軸受１２や各カム１８等へ向けて潤滑油を導くことが可能となっている。そのため、潤滑油を導くための配管等を別途支持フレーム１３内に設ける必要が無くなり、支持フレーム１３及びその周囲の構造の簡素化を図ることができる。

図１２は、本発明の第６の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本実施形態では、第１分割体２７における支持壁部２４が平面視で略Ｘ字形状に形成されており、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、側壁部２３に開口部４０が形成され、この開口部４０によって支持フレーム１３の剛性が低下している。しかし、本実施形態では、第１分割体２７の支持壁部２４を平面視で略Ｘ字形状とすることによって第１分割体２７の剛性を高め、開口部４０を形成することに伴う支持フレーム１３の剛性の低下を支持壁部２４によって補っている。

このようにして第１分割体２７の剛性を高めると、この第１分割体２７を第２分割体２８に連結するときの第１分割体２７の歪みが小さくなり、各支持孔２５の真円度や同軸度に与える影響を小さくすることができる。そのため、各支持孔２５に嵌合される転がり軸受１２の内部隙間の精度のばらつきも小さくなり、カムシャフトの曲げに配慮した小さい内部隙間の設定（例えば０～１５μｍ程度）が可能となる。

図１３は、本発明の第７の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本実施形態では、第１分割体２７における支持壁部２４と側壁部２３との間の四角形状の空間に略Ｘ字状のリブ５５が設けられている点で第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。
したがって、本実施形態においても第１分割体２７の剛性が高められ、第６の実施形態と同様の作用効果を奏する。

図１４は、本発明の第８の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本実施形態では、第１分割体２７の上面に天板５７が設けられ、支持壁部２４と側壁部２３との間の四角形状の空間が天板５７によって閉塞されている点で第１の実施形態と異なり、その他の点は第１の実施形態と同様である。
したがって、本実施形態においても第１分割体２７の剛性が高められ、第６の実施形態と同様の作用効果を奏する。更に、天板５７をシリンダヘッドカバーとして機能させることができる。

本発明は、上記各実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態では、２本のカムシャフト１１を備えたＤＯＨＣエンジンについて例示したが、ＳＯＨＣエンジンに本発明を適用してもよい。

  本発明のカムシャフト装置は、カムを嵌合したカムシャフトと、このカムシャフトに対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受と、エンジンのシリンダヘッドに装着され、かつ前記転がり軸受が嵌合する複数の支持孔を同一軸線上に有するとともに各支持孔に嵌合された前記転がり軸受を介して前記カムシャフトを回転自在に支持する支持フレームとを備え、
  前記支持フレームは、複数の分割体を連結することによって構成されており、
  前記複数の分割体は、前記各支持孔の半分を構成する複数の第１凹部が一体に形成された第１分割体と、各支持孔の他の半分を構成する複数の第２凹部が一体に形成された第２分割体とを含む。

本発明のカムシャフト装置の支持フレームは、第１分割体に複数の第１凹部が一体に形成され、第２分割体に複数の第２凹部が一体に形成されている。そのため、支持フレームに対して複数の支持孔を加工する場合には、例えば、第１分割体と第２分割体とを組み合わせた状態で固定し、この第１，第２分割体に対して複数の支持孔を同時に形成することができる。また、支持孔を加工した後、第１，第２分割体を分離したとしても、各分割体に形成された複数の凹部同士の相対位置は一定に保たれる。そのため、第１，第２分割体を連結することにより形成される複数の支持孔は、同軸度が高められ、真円度のばらつきも小さくなり、複数の支持孔に嵌合された複数の転がり軸受の間のミスアライメントを小さくすることができる。したがって、転がり軸受の内部隙間を適正に維持することができ、転がり軸受の回転トルクを低減することが可能となる。

上記カムシャフト装置は、前記第１凹部と前記第２凹部とが互いに合致するように前記第１分割体と前記第２分割体とを位置決めする位置決め手段と、この位置決め手段によって位置決めされた前記第１分割体と前記第２分割体とを連結する連結手段とを備えることができる。
このような構成によって、第１，第２凹部を確実に合致させて第１，第２分割体を連結することができる。

  複数の前記連結手段の一部又は全部が、前記支持孔から軸方向に離れた位置に配置されていることが好ましい。
  このように、支持孔から軸方向に離れた位置に配置された連結手段によって第１，第２分割体を連結すると、当該連結手段による第１，第２分割体の連結力は、当該支持孔に伝わるまでに支持フレームの撓みにより緩和される。そのため、転がり軸受の外周面が支持孔の内周面によって過度に締め付けられることが少なくなり、転がり軸受の内部隙間が小さくなって回転トルクが増大してしまうという不都合が生じることもなくなる。
  なお、連結手段の配置は、軸方向に隣接する支持孔と支持孔との中間位置に配置するのがより好ましい。

前記連結手段は、ボルトを含んでいることが好ましく、前記支持フレームには、前記ボルトが挿通するボルト挿通孔が形成されていることが好ましい。この場合、このボルト挿通孔内には、前記支持フレームよりも高剛性で、前記ボルトの締結力の少なくとも一部を受ける筒状体が固着されていることが好ましい。
近年、エンジンのクランクケースやシリンダブロック、シリンダヘッド等は軽量化のためにアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金によって形成されている場合が多く、したがって、カムシャフト装置の支持フレームについてもアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金で形成することが望まれる。しかし、これらの軽合金は鋼等と比較して剛性が低いため、ボルトの締め付け力によって歪みが生じやすく、その歪みが支持孔周辺にまで及ぶと支持孔の真円度や同軸度等に悪影響を与える可能性がある。したがって、本発明のようにボルト挿通孔の内部に支持フレームよりも高剛性の筒状体を固着し、この筒状体によってボルトの締結力の一部又は全部を受け持つことによって支持フレームの歪みを可及的に抑制することができる。もっとも、エンジンのクランクケース等や支持フレームが軽合金以外の材質である場合にも、当然にこの発明を適用することが可能である。

前記支持フレームは、前記カムシャフトを間に挟んだ状態で当該カムシャフトの軸線に沿って配置された一対の側壁部と、この一対の側壁部の間に架設されているとともに、前記カムシャフトの軸方向に間隔をあけて配置された複数の支持壁部とを有し、前記各支持壁部に、前記支持孔が形成されていることが好ましい。

また、前記側壁部には、前記第１，第２分割体を連結するための連結手段が設けられ、前記連結手段と前記支持孔との間において前記支持フレームの剛性を低下させる除肉部が形成されていることが好ましい。このような除肉部を形成することによって支持フレームの軽量化を図ることができる。また、連結手段と支持孔との間の支持フレームの剛性を下げることによって、この部分において支持フレームが撓み易くなるので、連結手段による第１，第２分割体の連結力が緩和され、転がり軸受の外周面が支持孔の内周面によって過度に締め付けられることが少なくなり、転がり軸受の内部隙間が小さくなって回転トルクが増大してしまうのを防止することができる。また、支持フレームの剛性を下げることによって、僅かな転がり軸受の動きを許容することが可能となり、複数の転がり軸受の間のミスアライメントを吸収することができる。

前記支持フレームは、上下に分割されていてもよいし、左右に分割されていてもよい。支持フレームが上下に分割されている場合、下側の分割体の上にカムシャフトを載せ、さらにその上から上側の分割体を重ね合わせて両分割体を連結することによって、容易にカムシャフト装置を組み立てることができる。

本発明のエンジンは、上述したカムシャフト装置をシリンダケースの上面部に連結してなることを特徴とする。これによって、カムシャフトの回転に要する負荷を低減したエンジンを構成することができる。

上述したカムシャフト装置を製造するための本発明の製造方法は、第１，第２凹部が形成されていない第１分割体と第２分割体とを位置決めした状態で仮組みする工程と、仮組みされた第１分割体と第２分割体とに複数の前記支持孔を同一軸線上に形成する工程と、第１，第２分割体を分離した後、第１，第２分割体にそれぞれ形成された第１，第２凹部にカムシャフトに取り付けた転がり軸受を嵌合させながら、第１，第２分割体を再度位置決めして連結する工程と、を含むことを特徴とする。
このような方法によって、複数の支持孔の同軸度を高めるとともに、真円度のばらつきを少なくすることが可能となり、各支持孔に嵌合された複数の転がり軸受の間のミスアライメントを小さくすることができる。

１０：カムシャフト装置　１１：カムシャフト　１２：転がり軸受
１３：支持フレーム　１４：エンジン　１５：シリンダヘッド　
１７：シャフト本体　１８：カム　２３：側壁部　２４：支持壁部
２５：支持孔　２７：第１分割体　２８：第２分割体　２９：第１凹部
３０：第２凹部　３１：位置決めピン（位置決め手段）
３４：ボルト挿通孔　３６：連結具（連結手段）　３６Ａ：ボルト
３６Ｂ：ナット部材　３８：筒状体　４０：開口部　４１：中間壁部
４７：第１分割体　４８：第２分割体

Claims

  カムを嵌合したカムシャフトと、このカムシャフトに対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受と、エンジンのシリンダヘッドに装着され、かつ前記転がり軸受が嵌合する複数の支持孔を同一軸線上に有するとともに各支持孔に嵌合された前記転がり軸受を介して前記カムシャフトを回転自在に支持する支持フレームとを備え、
  前記支持フレームは、複数の分割体を連結することによって構成されており、
  前記複数の分割体は、前記各支持孔の半分を構成する複数の第１凹部が一体に形成された第１分割体と、各支持孔の他の半分を構成する複数の第２凹部が一体に形成された第２分割体とを含む、カムシャフト装置。
前記第１凹部と前記第２凹部とが互いに合致するように前記第１分割体と前記第２分割体とを位置決めする位置決め手段と、この位置決め手段によって位置決めされた前記第１分割体と前記第２分割体とを連結する複数の連結手段とを備えている請求項１に記載のカムシャフト装置。
複数の連結手段の一部又は全部が、前記支持孔から軸方向に離れた位置に配置されている請求項２に記載のカムシャフト装置。
  前記連結手段がボルトを含んでおり、
  前記支持フレームに、前記ボルトが挿通するボルト挿通孔が形成されており、
  このボルト挿通孔内には、前記支持フレームよりも高剛性で、前記ボルトの締結力の少なくとも一部を受ける筒状体が固着されている請求項２に記載のカムシャフト装置。
前記支持フレームは、前記カムシャフトを間に挟んだ状態で当該カムシャフトの軸線に沿って配置された一対の側壁部と、この一対の側壁部の間に架設されているとともに、前記カムシャフトの軸方向に間隔をあけて配置された複数の支持壁部とを有し、
前記各支持壁部に、前記支持孔が形成されている請求項１に記載のカムシャフト装置。
前記側壁部には、前記第１，第２分割体を連結するための連結手段が設けられ、
前記連結手段と前記支持孔との間において前記支持フレームの剛性を低下させる除肉部が形成されている請求項５に記載のカムシャフト装置。
前記支持フレームが上下に分割されている請求項１に記載のカムシャフト装置。
前記支持フレームが左右に分割されている請求項１に記載のカムシャフト装置。
請求項１に記載のカムシャフト装置を、シリンダケースの上面部に連結してなるエンジン。
  請求項１に記載のカムシャフト装置の製造方法であって、
  第１，第２凹部がそれぞれ形成されていない第１分割体と第２分割体とを位置決めした状態で仮組みする工程と、
  仮組みした第１分割体と第２分割体とに複数の支持孔を同一軸線上に形成する工程と、
  第１，第２分割体を分離した後、当該第１，第２分割体にそれぞれ形成された第１，第２凹部にカムシャフトに取り付けた転がり軸受を嵌合させながら、前記第１，第２分割体を再度位置決めして連結する工程と、を含むカムシャフト装置の製造方法。