JP5004998B2

JP5004998B2 - カムキャップ

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Publication number: JP5004998B2
Application number: JP2009148788A
Authority: JP
Inventors: 仁柘植
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2029-06-23
Also published as: JP2011007067A

Description

本発明は、内燃機関のカムキャップに関する。

カムキャップは、内燃機関においてカムハウジングとの間でカムシャフトを回転自在に軸受けするものである。具体的には、このカムキャップは、カムシャフトを軸受けする軸受部と、当該軸受部を両側から挟むように配置されつつ上記カムハウジングに固定される一対の固定部とを有する。
下記特許文献１には、従来のカムキャップの一例が記載されている。このカムキャップは、アルミニウム合金など、一種類の金属材料の鋳造体を切削加工にて仕上げたものである。

特開２００８−５７４４５号公報

上述したように上記従来のカムキャップは、一の金属材料から形成されているため、軽量性、強度性、加工性など、カムキャップに求められる様々な要請に対応することができなかった。例えば軽量性を重視した金属材料でカムキャップを形成しようとすると、強度を確保するために、軸受部を太くしなければならない。そうすると、軸受部とカムシャフトとの間の接触面積が大きくなるため、カムシャフトが円滑に回転しなくなるおそれがある。

一方、例えば強度性を重視した金属材料でカムキャップを形成しようとすると、カムキャップ自体が重くなったり、加工性が低下したりするおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、様々な要請に対応することが可能なカムキャップを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のカムキャップは、内燃機関においてカムハウジングとの間でカムシャフトを回転自在に軸受けするためのカムキャップであって、第１金属材からなり、前記カムシャフトを軸受けする軸受部及び、前記軸受部を挟むように配置され、かつ、前記カムハウジングに固定される一対の固定部を有する本体部材と、前記第１金属材より機械的強度が高い第２金属材からなり、前記軸受部の全長に亘って当該軸受部に一体的に形成される補強部材と、を備える。

この構成によれば、第１金属材からなる軸受部に、第１金属材より機械的強度が大きい第２金属材を、全長に亘って一体的に形成している。このため、例えば同じサイズのカムキャップを第１金属材のみから製造したものと比べて、軸受部の機械的強度を高くすることができる。また、例えば第１金属材のみから製造されたカムキャップと比べて、軸受部を細くしても、それと同等の機械的強度を維持することが可能となる。さらに、このように軸受部を細くすることにより、軸受部とカムシャフトとの接触面積は小さくなるため、カムシャフトを円滑に回転させることができる。

前記補強部材は、前記本体部材から突出した部分を有することが好ましい。
上記構成によれば、補強部材の突出した部分を利用して、カムキャップを容易に搬送することができる。

また、前記軸受部は、前記固定部よりも、前記カムシャフトの軸方向における幅が狭いことが好ましい。
軸受部の幅を固定部の幅より狭くすることで、カムシャフトとカムキャップとの接触面積が小さくなるため、カムシャフトを円滑に回転させることができる。

さらに、前記補強部材は、前記軸受部から前記固定部まで延びており、前記固定部には、当該固定部を前記カムハウジングに固定するための締結部材の挿通孔が、前記補強部材を貫くように形成されていることが好ましい。

この構成によると、カムキャップをカムハウジングに固定する際、締結部材が、固定部とともに補強部材をも貫通するようにしてカムハウジングに締結される。このため、本体部材と補強部材との一体性をより強固にしつつカムキャップをカムハウジングに固定することができる。

本発明によれば、様々な要請に対応することが可能なカムキャップを提供することが可能になる。

本実施形態のカムキャップを適用した内燃機関の斜視図カムキャップの断面図カムキャップの平面図鋳型に補強部材を配置する前の状態の断面図鋳型に補強部材を配置した状態の断面図

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態のカムキャップ１０は、例えば車両内の内燃機関においてカムハウジング１２と共にカムシャフト１１を軸受けするためのものである。

具体的には、カムシャフト１１は略円筒形状をしており、カムシャフト１１の周囲には、図示しないエンジンバルブの開閉駆動を行うためのカム２５が取り付けられている。
一方、カムハウジング１２は、角柱形状をなしており、上面に半円筒状の窪み２７が形成され、この窪み２７にカムシャフト１１は配されている。

次にカムキャップ１０の構造を図１ないし図３を参照して詳細に説明をする。なお、以下の説明では図１のＸ方向（カムシャフト１１の軸方向）をカムキャップ１０の前後方向Ｘといい、Ｙ方向を左右方向Ｙといい、Ｚ方向を上下方向Ｚという。

図１に示すように、カムキャップ１０は、第１金属材（例えば、アルミニウム合金）１４からなる本体部材２１と、第２金属材（例えば、鉄合金）１５からなる補強部材１６と、から構成されている。

そして、図２及び図３に示すように、本体部材２１と補強部材１６とは一体的に形成されている。具体的には、本体部材２１の内部を左右方向Ｙに貫くように補強部材１６が挿入されている。そのため、カムキャップ１０の外表面は、カムキャップ１０の左右両側面から補強部材１６が突出している部分を除いて、本体部材２１で覆われている。

次に、本体部材２１の部位について説明する。
図１に示すように、本体部材２１は、カムシャフト１１を軸受けする軸受部２２と、その両端を挟むように配置され、カムハウジング１２に固定される一対の固定部２６と、を備える。

まず、各固定部２６は、角柱形状をなしており、図２に示すように、上下方向Ｚに貫通する円筒状の挿通孔２４が形成されている。
この挿通孔２４は、図１に示すように、締結部材１３（例えば、ボルト）を通すことが可能な構造になっている。そして、この締結部材１３を挿通孔２４に通して、先端部分をカムハウジング１１の図示しない螺子孔に螺合することにより、固定部２６はカムハウジング１２に固定される。そして、カムシャフト１１はカムキャップ１０とカムハウジング１２とにより回転可能に軸受けされる。

次に、軸受部２２は、図２に示すように、カムシャフト１１の外形に対応した円弧状の形状をしている。この軸受部２２の軸受面２３側は、固定部２６の下面から連続し、凸の円弧状の形状をしている。

一方、軸受部２２の上面２８側は、その左右方向Ｙの端部が凹の円弧状をなしつつ、固定部２６の上面２８に連続している。なお、軸受部２２の左右方向Ｙにおける中央部分の高さは、固定部２６の高さ以下（本実施形態では略同じ高さ）である。また、軸受部２２の上下方向Ｚの厚さＬ２（図２参照）は、端部を除いてほぼ同等に形成されており、両端部付近では、固定部２６側に向かうに連れて幅広になっている。

また、図３に示すように、軸受部２２の前後方向Ｘの幅Ｌ１は端部から中央側に向かうに連れて狭くなっている。

次に、補強部材１６について説明する。上述したように、この補強部材１６は、本体部材２１の内部を左右方向Ｙに貫くように配されている。補強部材１６は、例えば、プレス加工もしくは、鋳造加工により形成された１枚の板材から構成されている。
まず、補強部材１６のうち軸受部２２の内部に存在する部分の形状は、当該軸受部２２の上記軸受面２３に倣った円弧形状をなしている。なお、補強部材１６は、上面２８と軸受面２３との略中央に位置している。

次に、補強部材１６のうち固定部２６の内部に存在する部分の形状は、平坦な板形状をしている。この補強部材１６のうち固定部２６の内部に存在する部分には、挿通孔２４に対応する位置に、円孔１７が形成されている。

この円孔１７と挿通孔２４との関係は、図３に示すように、円孔１７と挿通孔２４とは、同心であるが、円孔１７の径は挿通孔２４の径より大きく構成されている。
さらに、補強部材１６の左右方向Ｙの両端部は、本体部材２１の左右方向Ｙの側面からそれぞれ突出して突出部２９を構成している。

次に、図４及び図５を参照して、本実施形態のカムキャップ１０の製造方法の一例について説明する。本実施形態のカムキャップ１０は、鋳造加工により製造される。まず、図４に示すように、鋳造加工に用いられる鋳型１８は、上型１９と下型２０とからなる。

上型１９の型内部の両端部には、角溝１９Ａが形成されている。そして、上型１９の型内部の両端部より中央寄りの部分には、下方に突出した円柱状の凸部１９Ｂが形成されている。また、上型１９の型内部の中央部は、本体部材２１の上面２８の形状に倣った形状をなしている。

一方、下型２０の型内部の両端部には、上型１９の角溝１９Ａと対向する位置に角溝２０Ａが形成されている。そして、上型１９の凸部１９Ｂに対向する位置には、上方に突出した円柱状の凸部２０Ｂが形成されている。また、下型２０の型内部の中央部は、本体部材２１の軸受面２３の形状に倣った形状をなしている。

補強部材１６を鋳型１８に挟み込んで、鋳型１８を型閉じする。すると、図５に示すような形状になる。具体的には、補強部材１６の上記突出部２９を構成する部分が鋳型１８の角溝１９Ａ，２０Ａの間に挟み込まれることにより、補強部材１６が鋳型１８内に固定されている。また、鋳型１８の凸部１９Ｂ，２０Ｂの対向する面は、補強部材１６の挿通孔１７の内側で接している。

図５に示すような型閉じした状態で、図示しない溶融口から、鋳型１８の内部に、第１金属材１４の溶湯を流し込む。これにより、鋳型１８の内部は第１金属材１４の溶湯と補強部材１６とにより充填させる。そして、鋳型１８を冷却した後に、型開きすると、補強部材１６を鋳込んだカムキャップ１０が製造される。

本実施形態では以上のような構成であって、続いてその効果を説明する。
本実施形態のカムキャップ１０においては、第１金属材１４からなる軸受部２２に、第１金属材１４より機械的強度が大きい第２金属材１５を全長に亘って一体的に形成することにより、同じサイズの第１金属材１４のみで製造した場合と比べて、軸受部２２の機械的強度を高くすることができる。

また、第１金属材１４のみで製造したカムキャップの軸受部の幅と比較して軸受部２２の幅Ｌ１を狭く、または、固定部２６の前後方向Ｘの幅と比較して軸受部２２の幅Ｌ１を狭く、または、第１金属材１４のみで製造したカムキャップの厚さと比較して軸受部２２の厚さＬ２を薄くしても、第１金属材１４のみで製造したカムキャップと同様の機械的強度を維持することができる。

特に、カムシャフト１１の前後方向Ｘにおける軸受部２２の幅Ｌ１を固定部２６の幅よりも狭くすることで、カムシャフト１１と軸受部２２との接触面積を小さくすることができる。そのため、カムシャフト１１は軸受部２２に軸受けされながら、円滑に回転することができる。

さらに、軸受部２２の幅Ｌ１を狭く、厚さＬ２を薄くすることができるので、第１金属材１４のみを用いて製造したカムキャップと同程度の軽量化が図られる。
また、加工性の点においても、カムキャップ１０の表面が第１金属材１４で覆われているので、第１金属材１４のみを用いて製造したカムキャップと同様に良好である。

また、カムキャップ１０は、補強部材１６を本体部材２１の左右方向Ｙの両端部から突出させた突出部２９を有する。このため、カムキャップ１０を搬送する際に、この突出部２９を搬送爪として利用することができる。例えば、自動ラインにおいて搬送用ロボットがカムキャップ１０を搬送する際、搬送用ロボットは、搬送アームを突出部２９に係合させることによりカムキャップ１０を容易かつ安定的に搬送することができる。

さらに、挿通孔２４は、補強部材１６を貫く形状に成形されているので、カムキャップ１０とカムハウジング１２とを締結部材１３を用いて固定する際、締結部材１３が、固定部２６とともに補強部材１６をも貫通するようにしてカムハウジング１２に締結される。このため、本体部材２１と補強部材１６との一体性をより強固にしつつカムキャップ１０をカムハウジング１２に固定することができる。

＜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形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、補強部材１６の左右方向Ｙの両端部を本体部材２１から突出させて突出部２９を形成していたが、本発明はこのような態様に制限されるものではない。
例えば、補強部材１６の前後方向Ｘの端部を本体部材２１から突出させて突出部２９を形成してもよい。また、補強部材１６全体を本体部材２１の内部に埋設させ、本体部材２１の一部で突出部２９を形成することも可能である。このようにしても、突出部２９を搬送爪として用いることができるので、カムキャップ１０の搬送が容易になる。

（２）上記実施形態では、補強部材１６を本体部材２１内に挿入させていたが、本発明はこのような態様に制限されるものではない。
例えば、補強部材１６の一部を外周面（例えば軸受面２３）から露出させた構成であってもよい。また、補強部材１６を、軸受部２２の上下方向Ｘもしくは左右方向Ｙのいずれかの側面に沿わせるように配して、軸受部２２に固定（例えば溶着）した構成であってもよい。これらの構成も、本発明でいう「本体部材２１と補強部材１６とが一体的に形成される」に含まれる。

（３）上記実施形態では、カムシャフト１１の軸受部２２の幅Ｌ１を固定部２６の前後方向Ｘの幅より狭くしたが、本発明はこのような態様に制限されるものではない。例えば、軸受部２２の幅Ｌ１を固定部２６の前後方向Ｘの幅と同じ、もしくは、広くすることも可能である。ただし、上記実施形態では、カムシャフト１１がより円滑に回転することができるという効果がある。

（４）上記実施形態では、カムキャップ１０に本体部材２１と補強部材１６との両方を貫いた挿通孔２４を形成していたが、本発明はこのような態様に制限されるものではない。本発明は、例えば、本体部材２１のみを貫いた挿通孔２４にすることも可能である。ただし、上記実施形態では、本体部材２１と補強部材１６との一体性をより強固にしつつ、カムキャップ１０をカムハウジング１２に固定できるという効果がある。

（５）上記実施形態では、第１金属材１４にアルミニウム合金、第２金属材１５に鉄合金を用いたが、本発明はこのような態様に制限されるものではない。例えば、第１金属材１４にマグネシウム合金等、第２金属材１５には第１金属材より機械的強度が高いチタン合金等を用いることも可能である。

１０…カムキャップ
１１…カムシャフト
１２…カムハウジング
１３…締結部材
１４…第１金属材
１５…第２金属材
１６…補強部材
２１…本体部材
２２…軸受部
２４…挿通孔
２６…固定部

Claims

内燃機関においてカムハウジングとの間でカムシャフトを回転自在に軸受けするためのカムキャップであって、
第１金属材からなり、前記カムシャフトを軸受けする軸受部及び、前記軸受部を挟むように配置され、かつ、前記カムハウジングに固定される一対の固定部を有する本体部材と、
前記第１金属材より機械的強度が高い第２金属材からなり、一方の前記固定部側から他方の前記固定部側に亘って当該軸受部に鋳込まれている補強部材と、
を備え、
前記補強部材は、前記本体部材から突き出すことで搬送爪を有し、
前記軸受部は、前記固定部よりも、前記カムシャフトの軸方向における幅が狭く、
前記補強部材は、前記軸受部から前記固定部まで延びており、
前記固定部には、当該固定部を前記カムハウジングに固定するための締結部材の挿通孔が、前記補強部材を貫くように形成されている、カムキャップ。