JP4365856B2 - カムシャフトの支持構造及び支持部材 - Google Patents

Description

本発明は、カムシャフトの支持構造及び支持部材に関するものである。

特許文献１には、カムシャフトを支持する構造が開示されている。このカムシャフトは、シャフト本体の外周に複数のカムロブを突出させた形態であり、シャフト本体の両端部及び隣り合うカムロブの間において軸受により回転可能に支持されている。軸受は、カムハウジングの上面に形成した半円弧形凹部と、カムハウジングに組み付けられるキャップの下面に形成した半円弧形凹部とを円形に合体させたものである。
ところが、上記のような軸受構造では、カムハウジングにキャップを組み付けたときに、寸法公差や組付公差のために、キャップ側の半円弧形凹部の軸心がカムハウジング側の半円弧形凹部の軸心に対して偏心した状態となり、その結果、カムシャフトの円滑な回転が阻害されることが懸念される。
この対策としては、円形に貫通する軸受孔を有する軸受部材を用い、カムシャフトを軸受孔に貫通させ、シャフト本体の外周に形成した大径部を軸受孔に嵌合させることにより、カムシャフトを回転可能に支持する構造が考えられる。
特開平０１−２４９９０４号公報

しかしながら、軸受孔には、シャフト本体だけでなく、シャフト本体よりも径の大きいカムロブも通過させる必要があるため、軸受孔の内径を大きくせざるを得ず、軸受部材が大型化するという問題がある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、カムシャフトを支持する支持部材の小型化を図ることを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、円形断面のシャフト本体の外周に略卵形をなす複数のカムロブを張り出させた形態のカムシャフトを、支持部材に支持する構造であって、前記シャフト本体の外周における前記複数のカムロブで挟まれた位置に設けられ、前記シャフト本体と同心の円形であって、外径が前記カムロブのカムベース部と同じかそれよりも大きい寸法の軸受用大径部と、前記支持部材に設けられ、前記シャフト本体の両端部を回転可能に支持するものであって、一方が前記カムロブの通過を許容する大きさとされた円形をなす一対の軸受孔と、前記支持部材に設けられ、前記軸受用大径部を回転可能に嵌合させることで前記カムロブに対するバルブ側からの押圧力を支承する円弧形の軸受凹部とを備え、さらに、前記軸受用大径部、前記軸受孔及び前記軸受凹部が共に所定の間隔を隔てて対をなして設けられることで前記カムシャフトの二本が並行して支持されており、かつ、前記支持部材には前記対をなす軸受用大径部、軸受孔及び軸受凹部の相互間に補強部材が一体に埋設され、前記補強部材には前記支持部材に設けられたボルト孔と同軸に連通孔が形成されているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、円形断面のシャフト本体の外周に略卵形をなす複数のカムロブが張り出しているとともに、前記シャフト本体の外周における前記複数のカムロブで挟まれた位置に、前記シャフト本体と同心の円形であって外径が前記カムロブのカムベース部と同じかそれよりも大きい寸法の軸受用大径部が形成された形態のカムシャフトを支持するための支持部材であって、前記シャフト本体の両端部を回転可能に支持可能であって、一方が前記カムロブの通過を許容する大きさとされた円形をなす一対の軸受孔と、前記軸受用大径部を回転可能に嵌合させることで前記カムロブに対するバルブ側からの押圧力を支承する円弧形の軸受凹部とを備え、さらに前記軸受用大径部、前記軸受孔及び前記軸受凹部が共に所定の間隔を隔てて対をなして設けられることで前記カムシャフトの二本が並行して支持されており、かつ、前記支持部材には前記対をなす軸受用大径部、軸受孔及び軸受凹部の相互間に補強部材が一体に埋設され、前記補強部材には前記支持部材に設けられたボルト孔と同軸に連通孔が形成されているところに特徴を有する。

＜請求項１及び請求項２の発明＞
カムシャフトを支持部材に組み付ける際には、カムシャフトを、カムロブの通過を許容する大きさの軸受孔に貫通させつつ、他方の軸受孔に向かって軸方向に移動させる。ここで、カムロブの通過領域に位置する軸受手段を円弧形の軸受凹部としているので、カムロブが軸受凹部を通過する際には、カムシャフトを回転させることによってカムノーズ部を軸受凹部と非対応の向きにすることができる。これにより、軸受凹部の曲率半径を小さくしても、カムノーズ部と軸受凹部との干渉を回避して、支持部材に対するカムシャフトの組付けを支障なく行うことが可能となっている。軸受凹部の曲率半径を小さくすれば、支持部材を小型化することができる。
また、前記軸受用大径部、前記軸受孔及び前記軸受凹部が共に所定の間隔を隔てて対をなして設けられることで前記カムシャフトの二本が並行して支持されており、かつ、前記支持部材には前記対をなす軸受用大径部、軸受孔及び軸受凹部の相互間に補強部材が一体に埋設され、前記補強部材には前記支持部材に設けられたボルト孔と同軸に連通孔が形成されているから、支持部材の剛性が高くなり、支持部材に設けたボルト孔と補強部材に設けた連通孔に通したボルトによって支持部材を固定することができるから、支持部材の小型化が可能になる。

＜参考例＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を説明する前に図１乃至図８を参照して前提となる参考例を説明する。図に示す支持部材１０は、単一部品であって、アルミニウム合金等の金属材料からなり、左右一対の側面枠１１Ｓと、この側枠の前端同士を連結する前面枠１１Ｆと、この側枠の後端同士を連結する後面枠１１Ｒと、左右両側面枠１１Ｓと前後両面枠とによって囲まれた空間を前後３つに区画する前後一対の中間枠１１Ｍとから構成される。前面枠１１Ｆ、後面枠１１Ｒ及び一対の中間枠１１Ｍには、夫々、左右両端位置と左右方向における中央位置の合計３箇所を上下方向に貫通するボルト孔１２が形成されている。かかる支持部材１０は、図示しないシリンダヘッドの上面に対し、各ボルト孔１２に挿通したボルト（図示せず）の捩じ込みによって固定されるようになっている。

また、前面枠１１Ｆと後面枠１１Ｒには、夫々、ボルト孔１２の間の部分を前後方向に貫通させた形態の円形をなす第１軸受孔１３Ｆと第２軸受孔１３Ｒが、左右一対ずつ形成されている。右側に並ぶ２つの軸受孔１３Ｆ，１３Ｒは同心状に配置され、左側に並ぶ２つの軸受孔１３Ｆ，１３Ｒも同心状に配置されている。前面枠１１Ｆの第１軸受孔１３Ｆは、後面枠１１Ｒの第２軸受孔１３Ｒよりも内径が大きい。第１軸受孔１３Ｆの内径は、カムロブ２２が貫通し得る寸法であって、後述する第１軸受用大径部２３を径方向のガタ付きなく且つ円滑に嵌合させる寸法とされている。第２軸受孔１３Ｒの内径は、後述するカムシャフト２０のシャフト本体２１を径方向のガタ付きなく且つ円滑に嵌合させる寸法とされている。また、各軸受孔１３Ｆ，１３Ｒの開口縁にはテーパ状のガイド面１４が形成されている。前面枠１１Ｆは後面枠１１Ｒよりも前後方向の厚さ寸法が大きくなっている。

前後２つの中間枠１１Ｍには、夫々、その下面を半円形に切欠した形態の軸受凹部１３Ｍが左右一対ずつ形成されている。軸受凹部１３Ｍの円弧の中心は、上記第１軸受孔１３Ｆ及び第２軸受孔１３Ｒの軸心と同心状をなしている。前側の軸受凹部１３Ｍの曲率半径と後側の軸受凹部１３Ｍの曲率半径は、後述する第２軸受用大径部２４（本発明の構成要件である軸受用大径部）の半径と同じ寸法とされている。かかる軸受凹部１３Ｍは、カムロブ２２の外周面における下端部がエンジンのバルブ（図示せず）の上端部に当接することにより、カムロブ２２に対してバルブ側から上向きの押圧力（反力）を受けることに鑑みて形成され、軸受凹部１３Ｍの内周面は、バルブ側からの反力を受け止めるために、下方（バルブ側）に面するように形成されている。また、軸受凹部１３Ｍの開口縁にも、軸受孔１３Ｆ，１３Ｒと同様、テーパ状のガイド面１４が形成されている。前面枠１１Ｆ、前後両中間枠１１Ｍ及び後面枠１１Ｒは、いずれも、軸受手段（軸受け部）を構成している。

支持部材１０には、２本のカムシャフト２０が取り付けられている。各カムシャフト２０は、１本の円形断面のシャフト本体２１と、シャフト本体２１の前端部に一体形成された第１軸受用大径部２３と、シャフト本体２１における第１軸受用大径部２３よりも後方の位置に一体に形成された前後２つの第２軸受用大径部２４と、シャフト本体２１に一体に形成された６つの略卵形をなすカムロブ２２とから構成されている。
第１軸受用大径部２３は、シャフト本体２１と同心の円形をなし、その半径は、カムロブ２２の軸心からカムノーズ部２３ｂの外周までの最大距離と同じかそれよりも大きい寸法とされている。また、第１軸受用大径部２３の外周には、同心の円形をなすフランジ状のストッパ２５が形成されている。第２軸受用大径部２４は、第１軸受用大径部２３と同様シャフト本体２１と同心の円形をなし、その半径は、カムロブ２２の軸心からカムベース部２２ａの外周までの距離と同じかそれよりも僅かに大きい寸法とされている。

カムロブ２２は、全体として略卵形をなす周知の形状をなすものであって、シャフト本体２１と同心の円弧形をなすカムベース部２２ａと、シャフト本体２１の軸心から外周面までの距離がカムベース部２２ａよりも大きいカムノーズ部２２ｂとから構成されている。
かかる６つのカムロブ２２のうち前側の２つのカムロブ２２は、第１軸受用大径部２３と前側の第２軸受用大径部２４との間に配置され、前後方向中央に位置する２つのカムロブ２２は、前側の第２軸受用大径部２４と後側の第２軸受用大径部２４との間に配置され、後側の位置する２つのカムロブ２２は、後側の第２軸受用大径部２４よりも後方であって、シャフト本体２１の後端部（第２軸受孔１３Ｒに嵌合される部分）よりも前方に配置されている。

支持部材１０にカムシャフト２０を取り付ける際には、シャフト本体２１を、支持部材１０の前方から第１軸受孔１３Ｆに差し込み、第２軸受孔１３Ｒに向かって軸線方向に移動させていく。この間、カムロブ２２が軸受凹部１３Ｍを通過するときには、カムシャフト２０を回転させてカムノーズ部２２ｂを軸受凹部１３Ｍと対応しないように下向きにする。これにより、カムロブ２２が、中間枠１１Ｍ（軸受凹部１３Ｍ）と干渉せずに済む。このようにカムシャフト２０を適宜回転させてカムノーズ部２３ｂの向きを適宜に変えながら、カムシャフト２０の軸方向の移動を進める。

カムシャフト２０が正規の組付位置の直前に達すると、第１軸受用大径部２３の後端部が第１軸受孔１３Ｆに嵌合し始め、その後、シャフト本体２１の後端部が第２軸受孔１３Ｒに嵌合し始め、更に２つの第２軸受用大径部２４が軸受凹部１３Ｍに嵌合し始める。そして、カムシャフト２０が正規の組付位置に達すると、ストッパ２５が前面枠１１Ｆの前端面に当接してそれ以上のカムシャフト２０の移動が規制され、第１軸受用大径部２３が、第１軸受孔１３Ｆに対して径方向のガタ付きなく円滑に回転し得るように嵌合され、２つの第２軸受用大径部２４が、夫々、対応する軸受凹部１３Ｍに対して径方向のガタ付きなく円滑に回転し得るように嵌合され、シャフト本体２１の後端部が、第２軸受孔１３Ｒに対して径方向のガタ付きなく円滑に回転し得るように嵌合される。以上により、支持部材１０に対するカムシャフト２０の組付が完了する。

本参考例によれば、下記のような効果を奏する。
カムシャフト２０を支持するための軸受手段のうちカムシャフト２０を支持部材１０に組み付けるときのカムロブ２２の通過領域に位置する軸受手段を、円弧形の軸受凹部１３Ｍとしているので、カムロブ２２が軸受凹部１３Ｍを通過する際には、カムシャフト２０を回転させることによってカムノーズ部２３ｂを軸受凹部１３Ｍと非対応の下向きにすることができる。これにより、軸受凹部１３Ｍの曲率半径を小さくしても、カムノーズ部２３ｂと軸受凹部１３Ｍとの干渉を回避して、支持部材１０に対するカムシャフト２０の組付けを支障なく行うことが可能となっている。軸受凹部１３Ｍの曲率半径を小さくすれば、支持部材１０を小型化することができる。

＜実施形態１＞
次に、本発明を具体化した実施形態１を図９ないし図１１を参照して説明する。本実施形態１は、支持部材３０を上記参考例とは異なる構成としたものである。その他の構成については上記参考例と同じであるため、同じ構成については、同一符号を付し、構造、作用及び効果の説明は省略する。
上記参考例では支持部材３０が単一部品であったのに対し、本実施形態１では２本のカムシャフト２０を支持する支持部材３０が、前後方向に並列配置されてシリンダヘッド４０に固定される４つの軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒから構成されている。４つの軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒは、アルミニウム合金からなり、最も前に配置される前部軸受体３１Ｆは、参考例における前面枠１１Ｆに相当し、最も後に配置される後部軸受体３１Ｒは、参考例における後面枠１１Ｒに相当し、残りの２つの中間軸受体３１Ｍは、参考例における中間枠１１Ｍに相当する。

前部軸受体３１Ｆは、参考例の第１軸受孔１３Ｆと同じ形態である左右一対の第１軸受孔３３Ｆと、この第１軸受孔３３Ｆと同心の円筒形をなす左右一対の第１軸受部３４Ｆと、この一対の第１軸受部３４Ｆ同士を連結する連結部３５と、各第１軸受部３４Ｆの外周から連結部３５とは反対側へ突出する耳部３６とを備えて構成され、連結部３５には上下方向に貫通するボルト孔３７が形成されている。
後部軸受体３１Ｒは、参考例の第２軸受孔１３Ｒと同じ形態である左右一対の第２軸受孔３３Ｒと、この第２軸受孔３３Ｒと同心の円筒形をなす左右一対の第２軸受部３４Ｒと、この一対の第２軸受部３４Ｒ同士を連結する連結部３５と、各第２軸受部３４Ｒの外周から連結部３５とは反対側へ突出する耳部３６とを備えて構成され、連結部３５には上下方向に貫通するボルト孔３７が形成されている。
中間軸受体３１Ｍは、参考例の軸受凹部１３Ｍと同じ形態である左右一対の軸受凹部３３Ｍと、軸受凹部３３Ｍと同心の円弧形をなす左右一対の第３軸受部３４Ｍと、この一対の第３軸受部３４Ｍ同士を連結する連結部３５と、各第３軸受部３４Ｍの外周から連結部３５とは反対側へ突出する耳部３６とから構成され、連結部３５には上下方向に貫通するボルト孔３７が形成されている。
これら４つの軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒは、シリンダヘッド４０の上面に対し、軸受孔３３Ｆ，３３Ｒと軸受凹部３３Ｍが同軸状に配置されるように前後に並べて取り付けられる。

軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒの取付けは、ボルト孔３７にボルト（図示せず）を挿通し、そのボルトをシリンダヘッド４０の雌ネジ孔４１に捩じ込むことによって行われる。軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒのうちボルト孔３７の形成されている連結部３５には、下方への突出部３８が形成され、この突出部３８の下面がシリンダヘッド４０の受け部４２の上面に載置されており、受け部４２には上記雌ネジ孔４１が形成されている。また、耳部３６の下面は、シリンダヘッド４０の上向きの位置決め溝４３に対して前後移動を規制された状態で嵌合されている。

上記のように各軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒは、夫々、１本のボルトのみによってシリンダヘッド４０に取り付けられ、軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒの左右両端部（耳部３６）はシリンダヘッド４０に載置されているだけであることから、カムロブ２２に対してバルブ（図示せず）側から作用する反力のために連結部３５が上方へ変形してしまうことが懸念される。
その対策として本実施形態１では、連結部３５の内部に、軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒよりも剛性の高い金属材料（例えば、鉄鋼等）からなる補強部材５０Ｆ，５０Ｍ，５０Ｒが鋳込まれている。つまり、ボルト締め部分とそのボルト締め部分から左右両側へ延出して軸受部３４Ｆ，３４Ｍ，３４Ｒに連なる部分とを含む連結部３５は、補強部材５０Ｆ，５０Ｍ，５０Ｒを埋設することによって剛性が高められているので、カムロブ２２に作用する反力によって連結部３５が変形する虞はない。したがって、軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒの両端部においては、シリンダヘッド４０に対してボルト締めによる固定手段が不要となっており、耳部３６の幅寸法（左右寸法）が小さくなっている。その分、軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒの幅寸法（左右寸法）を小さくして、支持部材３０を幅狭化することが実現されている。

本実施形態では、補強部材５０Ｆ，５０Ｍ，５０Ｒが軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒの外面には露出しない形態となっているが、補強部材５０Ｆ，５０Ｍ，５０Ｒの一部が軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒの外面に露出する形態であってもよい。
尚、補強部材５０Ｆ，５０Ｍ，５０Ｒには、ボルト孔３７と同軸で同径の連通孔５１が形成されているので、ボルト孔３７にボルトを挿通するのに支障を来たすことはない。
また、本実施形態では、軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒを単体でシリンダヘッド４０に固定するようにしたが、軸受体３１Ｆ，３１Ｍ，３１Ｒ同士をシリンダヘッド４０以外の結合部材によって互いに連結してもよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）軸受凹部の形状は、半円形に限らず、半円よりも周長の長い円弧形や、半円よりも周長の短い円弧形であってもよい。
（２）前面枠と中間枠との間の配置領域と、前後両中間枠で挟まれた配置領域と、中間枠と後面枠との間の配置領域に配置されるカムロブの数は、全ての配置領域において同一とする必要はなく、各配置領域毎に異なる数のカムロブが配置されていてもよい。
（３）１本のカムシャフトを支持する軸受凹部の数は、１つ又は３つ以上であってもよい。
（４）前面枠と後面枠との間において中間枠で仕切られたカムロブ用の配置領域の数は、２つ以下でもよく、４つ以上でもよい。
（５）１本のシャフト本体に設けられるカムロブの数は、５つ以下でもよく、７つ以上でもよい。

参考例の斜視図 平面図 図２のＸ−Ｘ線断面図 図２のＹ−Ｙ線断面図 図２のＺ−Ｚ線断面図 カムシャフトの平面図 カムシャフトの側面図 カムシャフトの背面図 実施形態１においてカムシャフトの前端部を支持するための軸受構造をあらわす断面図 カムシャフトの前後方向における中央部分を支持するための軸受構造をあらわす断面図 カムシャフトの後端部を支持するための軸受構造をあらわす断面図

符号の説明

１０…支持部材
１３Ｆ…第１軸受孔
１３Ｍ…軸受凹部
１３Ｒ…第２軸受孔
２０…カムシャフト
２１…シャフト本体
２１ａ…カムベース部
２２…カムロブ
２４…第２軸受用大径部（軸受用大径部）

Claims (2)

1. 円形断面のシャフト本体の外周に略卵形をなす複数のカムロブを張り出させた形態のカムシャフトを、支持部材に支持する構造であって、
   前記シャフト本体の外周における前記複数のカムロブで挟まれた位置に設けられ、前記シャフト本体と同心の円形であって、外径が前記カムロブのカムベース部と同じかそれよりも大きい寸法の軸受用大径部と、
   前記支持部材に設けられ、前記シャフト本体の両端部を回転可能に支持するものであって、一方が前記カムロブの通過を許容する大きさとされた円形をなす一対の軸受孔と、
   前記支持部材に設けられ、前記軸受用大径部を回転可能に嵌合させることで前記カムロブに対するバルブ側からの押圧力を支承する円弧形の軸受凹部とを備え、
   前記軸受用大径部、前記軸受孔及び前記軸受凹部が共に所定の間隔を隔てて対をなして設けられることで前記カムシャフトの二本が並行して支持されており、
   かつ、前記支持部材には前記対をなす軸受用大径部、軸受孔及び軸受凹部の相互間に補強部材が一体に埋設され、前記補強部材には前記支持部材に設けられたボルト孔と同軸に連通孔が形成されていることを特徴とするカムシャフトの支持構造。
2. 円形断面のシャフト本体の外周に略卵形をなす複数のカムロブが張り出しているとともに、前記シャフト本体の外周における前記複数のカムロブで挟まれた位置に、前記シャフト本体と同心の円形であって外径が前記カムロブのカムベース部と同じかそれよりも大きい寸法の軸受用大径部が形成された形態のカムシャフトを支持するための支持部材であって、
   前記シャフト本体の両端部を回転可能に支持可能であって、一方が前記カムロブの通過を許容する大きさとされた円形をなす一対の軸受孔と、
   前記軸受用大径部を回転可能に嵌合させることで前記カムロブに対するバルブ側からの押圧力を支承する円弧形の軸受凹部とを備え、
   前記軸受用大径部、前記軸受孔及び前記軸受凹部が共に所定の間隔を隔てて対をなして設けられることで前記カムシャフトの二本が並行して支持されており、
   かつ、前記支持部材には前記対をなす軸受用大径部、軸受孔及び軸受凹部の相互間に補強部材が一体に埋設され、前記補強部材には前記支持部材に設けられたボルト孔と同軸に連通孔が形成されていることを特徴とする支持部材。

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