(57)【要約】【課題】「バルブ突き上げ現象」が生じた場合にあっても、カムピースおよびカムフォロワが焼きつくことがない組み立てカムシャフトを提供する。【解決手段】シャフトと、このシャフトに組み付けられるカムピースと、からなるカムシャフトにおいて、前記カムピースのベース区間内における前記シャフトとの境界面に、空隙部を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、このシャフトに組み付けられるカムピースと、からなるカムシャフトにおいて、
前記カムピースのベース区間内における前記シャフトとの境界面には、空隙部が形成されていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項２】
前記空隙部が、前記ベース区間内にある高シリンダ内圧区間内における前記シャフトとの境界面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。
【請求項３】
請求項１に記載のカムシャフトであって、前記シャフトの中心と前記カムピースのノーズ頂点とを結んだ直線を基線とし、ノーズ頂点よりこの基線から時計回りに回転した中心角をθとした場合、
空隙部は、θが８０°〜１９０°の範囲内に形成され、かつ３０°〜９０°の大きさで形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカムシャフト。
【請求項４】
前記空隙部の、シャフト半径方向の大きさは、当該空隙部が形成されているベース区間のカムピースの厚さの０．２〜０．８倍であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一の請求項に記載のカムシャフト。
【請求項５】
前記空隙部が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一の請求項に記載のカムシャフト。
【請求項６】
前記空隙部は、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一の請求項に記載のカムシャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に内燃機関において用いられる組み立てカムシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カムシャフトとしては、（１）鋳鉄製カムシャフト、（２）スチール製カムシャフト、および（３）シャフトとカムピースとを機械接合又は拡散接合した組み立てカムシャフトなど、様々な種類が存在している。
【０００３】
そして、これら従来からのカムシャフトにおける、シャフトとカムピースとの境界面について考えた場合、前記（１）鋳鉄製カムシャフト、（２）スチール製カムシャフトにあっては、シャフトとカムピースが一体型であるため、これらの境界面に隙間はない。また、前記（３）、つまり組み立てカムシャフトにあっても、厳密な意味では接合の際に生じる僅かな隙間が存在しているが、基本的にはシャフトの全周にわたって空隙なく接合していると考えられる。
【０００４】
また、従来より、カムピースのリフト部に空隙を有している組み立てカムシャフトがあり、カムピースの材質が焼結合金であるものとしては、例えば特許文献１〜３などが挙げられる。また、カムピースの材質が鋳物であるものとしては、例えば特許文献４が挙げられる。これらは、カムピースのリフト部に空隙を形成することで軽量化を図ることが提案されているが、シャフトとカムピースの間には実質的に隙間は存在しておらず、シャフト全周にわたって空隙なく接合している。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５４−１３９１０８号公報
【特許文献２】
実開昭６０−５６８５５号公報
【特許文献３】
米国特許第４，７６３，６１４号明細書
【特許文献４】
米国特許第４，７９８，１７８号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来からのカムシャフト、つまりシャフトとカムピースとの境界面に実質的に隙間のないカムシャフトを内燃機関等において使用した場合、堅牢性においては有利であるが、熱伝導性（熱放出性）を考えると必ずしも有利であるとは言えなかった。
【０００７】
例えば、エンジン等の内燃機関においては、排ガスが高温化することにより生じるバルブの伸び等が原因で、バルブクリアランス（カムシャフトとカムフォロワとの隙間）がゼロ又はマイナスとなってしまい、当該部分に負荷が生じる場合がある（以下、この現象を「バルブ突き上げ現象」とする場合がある。）。
【０００８】
また、カムシャフトを形成するカムピースのベース区間（リフト区間以外の部分、つまり外周が真円状の部分）内では、内燃機関のシリンダ内圧が最大となる部分があり、そうすると上述の「バルブの伸び」に起因する「バルブ突き上げ現象」に加えて、「シリンダ内圧」が高くなる圧縮工程〜燃焼・膨張工程区間（以下、高シリンダ内圧区間と称する。）において、特に高温となり「バルブ突き上げ現象」が生じ、ベース区間の負荷がさらに大きくなる。
【０００９】
そして、このように、「バルブ突き上げ現象」によって、カムピースのベース区間の負荷が大きくなると、カムフォロワとの摺動による摺動熱が上昇し、カムピースおよびカムフォロワの焼きつきの原因となる。
【００１０】
現在においては、「バルブ突き上げ現象」が生じないようにバルブクリアランスが設計されているが、内燃機関の運転状況によって当該現象が生じているのが現状である。
【００１１】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、所謂「バルブ突き上げ現象」が生じた場合にあっても、カムピースおよびカムフォロワが焼きつくことがない、熱伝導性（つまりは、放熱性）に優れた組み立てカムシャフトを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の第１の観点は、シャフトと、このシャフトに組み付けられるカムピースと、からなるカムシャフトであって、前記カムピースのベース区間内における前記シャフトとの境界面には、空隙部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
このカムシャフトによれば、カムシャフトを形成するカムピースにおいて、「バルブ突き上げ現象」により高温となる部分である「ベース区間」に空隙部が形成されているので、当該空隙部によってカムピース内に伝導された熱を放熱することができ、その結果、焼きつきの発生を防止することができる。また、本発明のカムシャフトは、このような放熱効果を発揮する空隙部が、シャフトとの境界面に形成されているため、空隙部が形成されている部分のカムピースの肉厚も充分に確保することができるので、カムシャフト全体としての堅牢性が低下することはない。
【００１４】
前記の組み立てカムシャフトにおいては、前記空隙部が、前記ベース区間内にある高シリンダ内圧区間内における前記シャフトとの境界面に形成されていてもよい。
【００１５】
この位置に形成することで、効率的に放熱効果を発揮することができる。
【００１６】
また、前記の組み立てカムシャフトにおいては、前記シャフトの中心と前記カムピースのノーズ頂点とを結んだ直線を基線とし、ノーズ頂点よりこの基線から時計回りに回転した中心角をθとした場合、空隙部は、θが８０°〜１９０°の範囲内に形成され、かつ３０°〜９０°の大きさで形成されていてもよい。
【００１７】
当該部分は特に高温となる場合が多く（時計回りにカムシャフトが回転する場合に、当該部分が高シリンダ内圧区間となる。）、従って、放熱効果を発揮する空隙部を形成することにより、前述の作用効果をより発揮することができる。また、空隙部のシャフト周方向の大きさについても、中心角で３０°〜９０°の大きさで形成すれば堅牢性を維持しつつ、放熱作用を充分に発揮することができる。
【００１８】
さらに、前記の組み立てカムシャフトにおいては、前記空隙部の、シャフト半径方向の大きさは、当該空隙部が形成されているベース区間のカムピースの厚さの０．２〜０．８倍であってもよい。
【００１９】
空隙部のシャフト半径方向の大きさをこの範囲とすることにより、カムシャフト全体の堅牢性を確保しつつ、放熱作用を充分に発揮することができる。
【００２０】
また、前記の組み立てカムシャフトにおいては、前記空隙部が複数形成されていてもよく、前記空隙部は、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の組み立てカムシャフトについて、図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１（ａ）は、本発明の組み立てカムシャフトの正面断面図であり、図１（ｂ）は、（ａ）に示す組み立てカムシャフトのＡ−Ａ断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の組み立てカムシャフト１は、シャフト２と、このシャフト２に組み付けられるカムピース３とから構成されている。そして、このカムピース３のベース区間１０内における前記シャフト２との境界面Ｓには、空隙部４が形成されていることに特徴を有している。当該部分に空隙部４を形成することにより、当該空隙部分が放熱効果を発揮し、所謂「バルブ突き上げ現象」に起因する焼きつきを防止することができる。
【００２４】
このような本発明の組み立てカムシャフト１において、まずは空隙部４が形成される位置についてさらに具体的に説明する。
【００２５】
まず、本発明にいう「ベース区間１０」とは、カムピース３の外周の形状（カムプロフィール）が真円状である部分のことである。また、当該部分とは逆に真円状でない部分については、本発明においては、「リフト区間１１」とする。さらに、本発明にいう「シャフト２との境界面Ｓには、」とは、図１に示すように、「シャフト２との境界面Ｓに沿って、カムピース３側に」という意味である。
【００２６】
つまり、本発明の組み立てカムシャフト１にあっては、図１に示すように、空隙部４が、▲１▼カムピース３のベース区間１０内であって、▲２▼シャフト２との境界面Ｓに沿って形成されていればよく、好ましくは、前記ベース区間３内における「高シリンダ内圧区間」に形成されていることが好ましい。
【００２７】
ここで、高シリンダ内圧区間とは、本発明のカムピース３カムプロフィールのうちでベース区間３の中でも特にカムピース３が高温となる部分である。例えば、４サイクルエンジンの場合の高シリンダ内圧区間とは、吸入、圧縮、燃焼・膨張、排気行程のうちの圧縮〜燃焼・膨張行程をいい、２サイクルエンジンにおいても同様に圧縮〜燃焼・膨張行程を高シリンダ内圧区間という。本発明のカムピースは、吸気側カムシャフト、排気側カムシャフトのうちでも、特に熱負荷が高い排気側カムシャフトにおいて有効に用いることができる。ここで、当該区間について図面を用いてさらに具体的に説明する。
【００２８】
図２は、本発明のカムシャフトの正面断面図であり、空隙部４が形成される位置（高シリンダ内圧区間）を説明するためのものである。
【００２９】
図２に示すカムシャフト１が時計回りに回転すると仮定し（図中の矢印参照）、シャフト２の中心Ｃとカムピース３のノーズ頂点Ｎとを結んだ直線を基線Ｘとし、この基線Ｘから時計回りに回転した中心角をθとした場合、θが８０°〜１９０°の範囲が、前述の「高シリンダ内圧区間」とほぼ一致する。従って、この範囲内に空隙部４を形成することが好ましい。前記カムシャフトは、カムシャフトプーリー側から矢視したときに回転する向きが時計回りに回転すると仮定しており、反時計回りに回転する場合には、空隙部は、基線Ｘを中心に時計回りに回転する時に形成される位置と対称の位置にあるとする。
【００３０】
次に空隙部４の大きさについて説明する。
【００３１】
図３は、本発明のカムシャフトの正面断面図であり、空隙部４の大きさを説明するためのものでもある。
【００３２】
本発明のカムシャフト１においては、空隙部４の大きさについて特に限定することはなく、空隙部４の作用効果（つまり、放熱効果）を発揮することができる程度の大きさであればよい。具体的には、空隙部４のシャフト周方向（図中の矢印参照）の大きさＷにあっては、特にシリンダ内圧が高くなる３０°〜９０°（中心角）の大きさが好ましく、８０°〜９０°（中心角）が特に好ましい。
【００３３】
また、空隙部４のシャフト半径方向（図中の矢印参照）の大きさＤは、当該空隙部４が形成されているベース区間のカムピース３の厚さｄの０．２〜０．８倍であることが好ましく、０．５〜０．８倍が特に好ましい。０．２倍より小さいと、放熱効果が期待できず、一方０．８倍より大きいと、当該空隙部４を形成した部分のカムピースの肉厚がその分薄くなり、当該部分の堅牢性が低下してしまうからである。
【００３４】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明のカムシャフトの別の実施の形態を示す正面断面図である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、本発明のカムシャフト１にあっては、その空隙部４を、ベース区間全体に設けてもよい。また、シャフト２内部に冷却オイルが存在する場合には、図示するようにシャフト２内部から空隙部４へオイルを供給するための給油孔２０を設け、放熱効果を向上せしめてもよく、さらには当該空隙部４内に供給されたオイルを排出するための排油孔２１を設けてもよい。
【００３６】
また、図４（ｂ）に示すように、複数の空隙部４、４・・・を設けてもよく、さらに、図４（ｃ）に示すように、空隙部４の形状も略矩形状のみならず、略円形状に形成することも可能である。
【００３７】
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明のカムシャフトの別の実施の形態を示す側面断面図である。
【００３８】
本発明のカムシャフト１においては、空隙部４は、図１（ｂ）に示したように、シャフト２の軸方向に貫通する貫通孔であってもよいが、これに限定されることはない。例えば、図５（ａ）に示すように、カムピース３の両表面（３’、３’’）から掘削した穴状のものであってもよく、図５（ｂ）に示すように、一方の表面（３’）からのみ切削した穴状のものであってもよい。また、図５（ｃ）に示すように、カムピース３内部を中空構造とすることにより空隙部４を形成してもよい。
【００３９】
このような本発明のカムシャフト１の製造方法については、特に限定されることはなく、従来公知の組み立てカムシャフトの製造方法を任意に適応することができる。その材質等についても特に限定されることはない。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の組み立てカムシャフトによれば、カムシャフトを形成するカムピースにおいて、「バルブ突き上げ現象」により高温となる部分である「ベース区間」に空隙部が形成されているので、当該空隙部によってカムピース内に伝導された熱を放熱することができ、その結果、焼きつきの発生を防止することができる。
【００４２】
また、本発明のカムシャフトは、このような放熱効果を発揮する空隙部が、シャフトとの境界面に形成されているため、空隙部が形成されている部分のカムピースの肉厚も充分に確保することができるので、カムシャフト全体としての堅牢性が低下することはない。
【００４３】
さらには、空隙部４を形成することにより、当該空隙部分が所謂クッションの役割を果たし、これによりカムピースとカムフォロワとの面圧を低下することもでき、この効果によっても焼きつきの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の組み立てカムシャフトの正面断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す組み立てカムシャフトのＡ−Ａ断面図である。
【図２】本発明のカムシャフトの正面断面図であり、空隙部４が形成される位置（高シリンダ内圧区間）を説明するためのものである。
【図３】本発明のカムシャフトの正面断面図であり、空隙部４の大きさを説明するためのものでもある。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のカムシャフトの別の実施の形態を示す正面断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明のカムシャフトの別の実施の形態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１  組み立てカムシャフト
２  シャフト
３  カムピース
４  空隙部
【図１】
2004324453.tif 000003
【図２】
2004324453.tif 000004
【図３】
2004324453.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004324453.tif 000007