(57)【要約】【課題】省スペースかつコンパクトな構造の、オイル分離装置が組み込まれたシャフト本体を提供する。【解決手段】本発明は、内部の中空スペース（３）内に一体的に組み込まれたオイル分離装置を有する、軸受装置（４）により回転可能に支承されたシャフト本体（２）を提供する。本発明によれば、軸受装置（４）の排出通路（４ａ；４ｂ）に対応する少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）が、シャフト本体（２）の壁体に設けられる。【選択図】図１
2012519796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受装置（４）により回転可能に支承され、内部の中空スペース（３）内に一体的に組み込まれたオイル分離装置を有する、カムシャフト等からなるシャフト本体（２）であって、
前記シャフト本体（２）が、
前記中空スペース（３）内にオイル含有ガスを導入するための少なくとも１つの供給開口部と、
分離されたオイルを排出するため及びオイルが除去されたガスを排出するための、少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）とを有し、
前記少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）が、前記シャフト本体（２）の壁体に配置され、
前記軸受装置（４）が、前記排出口（３ａ；３ｂ）に対応する排出通路（４ａ；４ｂ）を有することを特徴とするシャフト本体。
【請求項２】
前記軸受装置（４）が軸受本体（４ｋ）を含み、前記シャフト本体（２）の前記少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）が、前記軸受本体（４ｋ）に設けられた少なくとも１つの排出通路（４ａ；４ｂ）と対応するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシャフト本体（２）。
【請求項３】
前記軸受装置（４）が、転がり軸受を含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項４】
前記軸受装置（４）が、滑り軸受を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）が、前記シャフト本体（２）に、半径方向に貫通する孔として設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項６】
前記オイル分離装置が、スワール生成器を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項７】
前記オイル分離装置が、前記シャフト本体（２）の前記中空スペース（３）内に同軸に配置されたオイル分離リング（８）を含む。
【請求項８】
前記オイル分離リング（８）が、流れ方向（Ｓ）に見て前記スワール生成器の下流に配置されるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のシャフト本体（２）。
【請求項９】
少なくとも１つのガス排出口（３ａ）と、該ガス排出口（３ａ）から離間して設けられた少なくとも１つのオイル排出口（３ｂ）とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのガス排出口（３ａ）が、流れ方向（Ｓ）に見て前記少なくとも１つのオイル排出口（３ｂ）の下流に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのガス排出口（３ａ）と前記少なくとも１つのオイル排出口（３ｂ）との間に、環状のオイル案内部材（６ｂ；６ｂ’）が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１２】
前記軸受装置（４）に、前記シャフト本体を取り囲むラジアルシールリング（４ｒ）が配置され、該ラジアルシールリングが、前記オイル排出口（３ｂ）及び前記オイル排出通路（４ｂ）の両者に対応する少なくとも１つのオイル通路（４ｂ’）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１３】
前記中空スペース（３）内において、流れ方向（Ｓ）に見て前記少なくとも１つのガス排出口（３ａ）の下流に、オイルを除去して浄化された軸方向に流れるガスを少なくとも１つの壁体ガス排出口（３ａ）の方向に向けて少なくとも部分的に方向転換させるための流体案内部材（６）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１４】
前記流体案内部材（６）が、その中央部に、実質的に円錐形状に構成されかつ該円錐の先端部が流れ方向（Ｓ）と逆向きに配置された延出部（６ａ）を有し、該延出部により、軸方向の流れを前記壁体ガス排出口（３ａ）の方向に案内するようにしたことを特徴とする請求項１３に記載のシャフト本体（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載されているオイル分離装置が組み込まれたシャフト本体、特にカムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
分離装置が組み込まれた中空カムシャフトは既に知られており、国際公開第２００６／１１９７３７Ａ１号明細書（特許文献１）には、カムシャフトの外周部に事前分離装置（プレセパレータ）が取り付けられ、カムシャフトの中空スペース内に最終分離装置としてスワール生成器が設けられたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／１１９７３７Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、できるだけコンパクトかつ省スペースな構造が保証される、オイル分離装置（オイルセパレータ）が組み込まれたシャフト本体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記の目的は、請求項１の構成要素を備えたシャフト本体によって達成される。このシャフト本体には、その壁体に、実質的に半径方向に貫通する少なくとも１つの排出口（特に、オイル排出口。好適には、消費されたオイル及び消費されたガスを排出するための排出口全て）が設けられており、該排出口（壁体排出口）は、シャフト本体を取り囲む軸受装置のある領域内に配置され、シャフト本体の少なくとも１つの排出口と、軸受装置の対応する少なくとも１つの排出通路とを対応させることにより、非常に省スペースかつコンパクトな構造の、オイル分離装置が組み込まれたシャフト本体が保証される。
【０００６】
１つの単純な実施形態では、分離されたオイルは、軸受装置の少なくとも１つの排出通路に対応する、シャフト本体の１若しくは複数の半径方向に貫通する壁体排出口から排出し、一方で、ガス流を、中空のシャフト本体の開口端部から軸方向に排出することができる。また或る好適実施形態では、オイル及び浄化されたガスの両者が、半径方向に貫通する壁体排出口から排出されるが、このとき、少なくとも１つの壁体ガス排出口が、流れ方向に見て、少なくとも１つの壁体オイル排出口の下流に配置される。
【０００７】
軸方向に流れる空気流またはガス流の方向を、半径方向に貫通する（壁体の）シャフト本体壁部のガス排出口に方向転換するために、シャフト本体の中空スペース内に、適切に構成された流体案内部材が設けられる。この流体案内部材は、栓状の部品として構成されることができ、軸方向に流れるガスは、少なくとも部分的に、少なくとも１つのガス排出口の方向に方向転換されることになる。そのために、流体案内部材を実質的に円錐形状に構成し、該円錐の先端部を流れ方向と逆向きに配置してもよい。全ガス流が流体案内部材を通過して半径方向外向きにガス排出口に向かって方向転換／排出されるように、流体案内部材は、ガス透過性または空気透過性のものであってよい。あるいは、所定のガス流または空気流を既知の流れ圧力で軸方向に通過させ、残りを半径方向外向きにガス排出口に方向転換／排出させるように流体案内部材を構成することもできる。別の可能な実施形態では、流体案内部材は、軸方向バイパス通路を有することができる。軸方向バイパス通路は、所定の圧力を超えたときに圧力依存的なバイパス弁（例えば、ばね力で付勢される逆止弁）により開放されるので、所定の圧力を超えたとき、浄化されたガス流の一部がバイパス弁を通って排出され、残りは壁体ガス排出口を通って排出されることになる。
【０００８】
シャフト本体に組み込まれるオイル分離装置は、多段構成にすることが好ましい。このとき、オイル分離の第１段をいわゆるスワール生成器によって形成することが好ましい。このスワール生成器は、例えば、シャフト本体の中空スペース内に軸方向に延在する本体部分として構成されてもよい。この本体部分は、外周部に少なくとも１つの螺旋溝を有し、それにより、スワール生成器の本体部分とシャフト本体の内壁との間に、導入されたオイル含有ガスまたはオイル（またはオイル液滴）含有空気（以下、ブローバイガスまたはオイルミストと呼ぶ）を案内するための流路が形成される。オイル分離の第２段は、流れ方向に見てスワール生成器の下流に配置されるオイル分離リングによって形成することができる。このとき、オイル分離リングは、実質的に中実に構成され、それにより、シャフト本体の中空スペースの縁部側の流れ領域において、この領域を流れるオイルを多く含むガス（または空気）の流れを（回転／遠心力に基づいて）妨害するように設計されることが好ましい。
【０００９】
本発明のその他の利点、構成要素及び実際的な改良形態は、従属請求項及び以下の好適実施形態の図面から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の可能な実施形態においてオイル及びガス用の壁体排出通路に配置されたシャフト本体を支持する軸受装置を備えた本発明の一部分を示す縦断面図である。
【図２】シャフト本体の流体案内部材に僅かに変更を加えた本発明の別の可能な実施形態である。
【図３】第１の可能な実施形態のオイル分離リングを示す横断面図である。
【図４】図３のオイル分離リングのさらに別の可能な実施形態を部分的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１には、軸受装置４により回転可能に支承され、中空シャフトとして構成され、かつオイル分離装置が組み込まれたシャフト本体２の部分縦断面図が示されている。
【００１２】
軸受装置４は、（例えばシリンダヘッドによって構成される）軸受ブロックか、またはシリンダヘッドに取付可能な別体をなす部品か、いずれか一方の形態をとり得る軸受本体４ｋを含む。シャフト本体２を回転可能に支承するために、軸受装置４は、中空軸受円筒の内面及びシャフト本体２の硬化処理された領域（軸受部分２ａ）が滑り軸受（平軸受）を形成するような、軸受本体４ｋの形態をとることができる。軸受装置４の別の実施形態では、軸受装置は、中空軸受円筒の内面にわたって複数の転動体４ｗを有し、これらの転動体を介して、少なくとも一部の領域が表面硬化処理されたシャフト本体２が、回転可能に支承され得る。後者の場合、図１及び図２にも示されているが、軸受装置はシールリング４ｄを有し、このシールリングによって、隣接するガス排出通路４ａが、転動体４ｗを含む領域に対して密閉される。これにより、未浄化ガスがガス排出通路に吸い込まれて内燃機関に供給されることが防止される。
【００１３】
シャフト本体２は、いわゆるブローバイガスから分離されたオイルを排出するために、実質的に半径方向に貫通する少なくとも１つの排出口３ｂを有する。図示した実施形態では、半径方向に貫通するガス及びオイル用の排出口３ａ、３ｂが設けられており、シャフト本体２は、排出口３ａ、３ｂの領域において軸受装置４により支持されている。軸受装置４は、浄化されたガス及び分離されたオイルをそれぞれ排出するために、ガスまたはオイル用の、排出口３ａ；３ｂにそれぞれ対応する排出通路４ａ；４ｂを有する。
【００１４】
オイル排出口３ｂの領域には、軸受装置４またはその軸受本体４ｋにラジアルシールリング４ｒが配置されており、このラジアルシールリングは、オイル排出口３ｂ及びオイル排出通路４ｂの両者に対応する少なくとも１つのオイル通路４ｂ’を有する。ラジアルシールリング４ｒは、その内面に内周溝Ｎを有し、この溝には、中空シャフト本体２の内壁に当たって分離された後に外周に均等配置されたオイル排出口３ｂから排出されたオイルが収容され、このオイルは、溝Ｎに連通しているオイル通路４ｂ’を介して排出されることができる。ラジアルシールリング４ｒは、外周部において摩擦接合により軸受装置４内に保持され、かつ内向きにシャフト本体表面に面したシールリップを介して、ラジアルシールリング４ｒ内で回転するシャフト本体２に対して密閉される。このラジアルシールリング４ｒにより、分離されたオイルの確実な排出が保証されるとともに、隣接するガス排出通路４ａへの吸い込みが確実に防止される。
【００１５】
図示した実施形態では、シャフト本体２は、転動体４ｗを介して軸受装置４により回転可能に支承されかつ保持されている。転動体４ｗ（転がり軸受）または軸受本体４ｋ（滑り軸受）の領域と協働するシャフト本体２の軸受部分２ａは、硬化処理及び／または表面処理されたシャフト本体の部分として製作されてもよい。軸受装置４が、滑り軸受としてではなく転がり軸受として機能する場合、オイル用またはオイル及びガス用の排出口を配置するために、転動体のない領域が、軸受装置４または軸受本体４ｋに設けられる。軸受装置４と協働するかまたは軸受装置４によって取り囲まれるシャフト本体２の領域には、ガスまたはオイルを排出するために、少なくとも１つの半径方向に貫通する排出口（または排出孔）３ａ、３ｂが設けられる。シャフト本体２の外周にわたって環状に均等配置された複数の孔からなる環状配置孔をガスまたはオイル用の排出口として設け、それにより、浄化されたブローバイガスを排出するための環状配置孔と、ブローバイガスから分離されたオイルを排出するための環状配置孔とが、それぞれ形成されるようにすることが好ましい。このとき、壁体排出口３ａ、３ｂは、軸受装置４または軸受本体４ｋに形成されかつ排出口３ａ、３ｂにそれぞれ対応する排出通路４ａ、４ｂと協働する。排出口３ａ、３ｂに対応する排出通路４ａ、４ｂは、軸受装置４の内部でシャフト本体２から出たオイルまたはガスを運び出すために、少なくとも１つの対応する半径方向に貫通する排出部分を有する環状通路として構成される。
【００１６】
排出口３ａ、３ｂの領域に向けて、ブローバイガスを、既に実質的に成分ガス及びオイルに分離された状態で別々に排出できるように、シャフト本体２の中空スペース３内に流体案内部材６が配置され、流体案内部材６によって、軸方向に流れるガス流は、少なくとも１つの半径方向に貫通するガス排出口３ａへと方向転換される。このとき、ブローバイガスの浄化されたガス成分を可能な限り全て、少なくとも１つの半径方向に貫通する排出口３ａから排出できるようにするために、流体案内部材６は、外周にシール部材Ｄを備えている。流体案内部材６は、実質的に栓またはコルクの如く構成されており、流体案内部材６の流入ガス流側の端面には、実質的に中央部に配置された円錐形状の延出部６ａを有し、反対側の端面には、ねじ孔６ｃを有する。このねじ孔は、特に、上述した装置の取外しを容易にする。
【００１７】
シャフト本体に組み込まれたオイル分離装置によって、シャフト本体２の内壁２ｂにおいて分離されたオイルを別々に排出させることができるように、オイル排出口３ｂと、少なくとも１つの、流れ方向Ｓに見てオイル排出口３ｂの下流に配置されたガス排出口３ａとの間に、オイル案内部材６ｂが配置される。オイル案内部材６ｂは、図１に示すように、流体案内部材６と一体形成されてもよい。本発明の別の実施形態では、図２に示すように、オイル案内部材６ｂ’は、別体をなす部品として、ガス排出口３ａとオイル排出口３ｂとの間に配置される個々の分離リングの形態をとり得る。
【００１８】
シャフト本体に組み込まれたオイル分離装置は、互いに異なる働きをする少なくとも２つのオイル分離部材を含むことが好ましい。このとき、第１のオイル分離部材は、例えばいわゆるスワール生成器（図示せず）の形態で構成されるが、流れ方向Ｓに見て第１のオイル分離部材の下流に位置する第２のオイル分離部材は、オイル分離リング８の形態で構成される。流れ方向Ｓに見てオイル排出口３ｂの直前に配置されるオイル分離リング８と、流れ方向Ｓに見てオイル排出口３ｂの直後に（但しガス排出口３ａより前に）配置されるオイル案内部材６ｂ；６ｂ’との幾何学的な配置により、流れが穏やかな領域９が形成される。流れが穏やかな領域９により、オイルの排出が効率化され、浄化されたガス成分と、分離されたオイル成分との分離が改善される（または分離が維持される）。
【００１９】
図３及び図４に、オイル分離リングの可能な実施形態を示す。
【００２０】
図３では、オイル分離リング８は、実質的に中実構造であり、シャフト本体２の内壁側領域におけるブローバイガスの流れに対して、広い、バッフル要素の形態の流れ障害物を形成している。ブローバイガス中の浮遊オイル粒子は、オイル分離リング８での急速な方向転換についてゆけず、オイル分離リング８の表面に衝突して、オイルミストから分離されることになる。オイル分離リング８は、外周上に、軸方向に延在する複数の切欠き８ａを有し、これらの切欠きを通って、壁側で分離されたオイル粒子、あるいはそこから形成された油膜が、壁側において流れ方向Ｓにオイル排出口３ｂに向かって流れ続けることができる。
【００２１】
オイル分離リング８は、オイル分離リング８の中を通るキャビティのラビリンスが形成されるように相互接続された複数のキャビティからなる領域を有することが好ましい。オイル分離リング８の表面がバッフル要素を構成するのに対して、内部のラビリンスは、バッフル要素と方向転換要素を組み合わせたものである。このようなバッフル要素及び方向転換要素により、より軽量のオイル粒子もオイルミストから分離されるので、流れ方向Ｓに見てオイル分離リング８より下流に流れるオイルミストは、浄化されたガスまたは空気であると考えられる。
【００２２】
上述した実施形態のオイル分離リング８の材料は、例えば、多孔性プラスチックや焼結材料であってよい。オイル分離リング８は、多数のキャビティ及びラビリンスを形成するプラスチック製及び／または金属製の編組体を含むことも好ましい。このとき、オイル分離リング８は、編組体を支持しかつ少なくともシャフト本体２の中空スペース３内において編組体を固定する役割を果たす支持リングを含むことが好ましい。
【００２３】
図４に示すようなオイル分離リング８の実施形態では、オイル分離リング８は孔の開いた薄板リングを含む。このタイプのオイル分離リング８は、その孔の列またはパターンが相互にねじれた、あるいはオフセットされた状態で、相前後して配置される複数の薄板リングを含むことが好ましい。これらの薄板リングは、外周部上に設けられた結合部材８ｂを介して、相互に間隔をおいて結合される。個々の薄板リング相互のオフセットまたはねじれによって、及び個々の薄板リング間の相応の間隔によって、オイル分離リング８を貫通して流れるブローバイガスからオイルを分離するための相応のラビリンスが形成される。
【符号の説明】
【００２４】
２    シャフト本体
２ａ  軸受部分（シャフト本体）
３    中空スペース
３ａ  排出口（ガス）
３ｂ  排出口（オイル）
４    軸受装置
４ｋ  軸受本体
４ｗ  転動体
４ｒ  ラジアルシールリング
４ａ  排出通路（ガス）
４ｂ  排出通路（オイル）
４ｂ’  オイル通路（ラジアルシールリング）
４ｄ  シールリング
６    流体案内部材
６ａ  延出部
６ｂ；６ｂ’  オイル案内部材
６ｃ  ねじ孔（流体案内部材）
８    オイル分離リング
８ａ  切欠き（オイル分離リング）
９    流れが穏やかな領域
Ｓ    流れ方向
Ｄ    シール部材
Ｎ    溝（ラジアルシールリング）
【図１】
2012519796.tif 000003
【図２】
2012519796.tif 000004
【図３】
2012519796.tif 000005
【図４】
2012519796.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月9日(2011.9.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受装置（４）により回転可能に支承され、内部の中空スペース（３）内に一体的に組み込まれたオイル分離装置を有する、カムシャフト等からなるシャフト本体（２）であって、
前記シャフト本体（２）が、
前記中空スペース（３）内にオイル含有ガスを導入するための少なくとも１つの供給開口部と、
分離されたオイルを排出するため及びオイルが除去されたガスを排出するための、少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）とを有し、
前記少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）が、前記シャフト本体（２）の壁体に配置され、
前記軸受装置（４）が、前記排出口（３ａ；３ｂ）に対応する排出通路（４ａ；４ｂ）を有することを特徴とするシャフト本体。
【請求項２】
前記軸受装置（４）が軸受本体（４ｋ）を含み、前記シャフト本体（２）の前記少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）が、前記軸受本体（４ｋ）に設けられた少なくとも１つの排出通路（４ａ；４ｂ）と対応するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のシャフト本体（２）。
【請求項３】
前記軸受装置（４）が、転がり軸受を含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項４】
前記軸受装置（４）が、滑り軸受を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの排出口（３ａ；３ｂ）が、前記シャフト本体（２）に、半径方向に貫通する孔として設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項６】
前記オイル分離装置が、スワール生成器を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項７】
前記オイル分離装置が、前記シャフト本体（２）の前記中空スペース（３）内に同軸に配置されたオイル分離リング（８）を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項８】
前記オイル分離リング（８）が、流れ方向（Ｓ）に見て前記スワール生成器の下流に配置されるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のシャフト本体（２）。
【請求項９】
少なくとも１つのガス排出口（３ａ）と、該ガス排出口（３ａ）から離間して設けられた少なくとも１つのオイル排出口（３ｂ）とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのガス排出口（３ａ）が、流れ方向（Ｓ）に見て前記少なくとも１つのオイル排出口（３ｂ）の下流に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのガス排出口（３ａ）と前記少なくとも１つのオイル排出口（３ｂ）との間に、環状のオイル案内部材（６ｂ；６ｂ’）が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１２】
前記軸受装置（４）に、前記シャフト本体を取り囲むラジアルシールリング（４ｒ）が配置され、該ラジアルシールリングが、前記オイル排出口（３ｂ）及び前記オイル排出通路（４ｂ）の両者に対応する少なくとも１つのオイル通路（４ｂ’）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１３】
前記中空スペース（３）内において、流れ方向（Ｓ）に見て前記少なくとも１つのガス排出口（３ａ）の下流に、オイルを除去して浄化された軸方向に流れるガスを少なくとも１つの壁体ガス排出口（３ａ）の方向に向けて少なくとも部分的に方向転換させるための流体案内部材（６）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のシャフト本体（２）。
【請求項１４】
前記流体案内部材（６）が、その中央部に、実質的に円錐形状に構成されかつ該円錐の先端部が流れ方向（Ｓ）と逆向きに配置された延出部（６ａ）を有し、該延出部により、軸方向の流れを前記壁体ガス排出口（３ａ）の方向に案内するようにしたことを特徴とする請求項１３に記載のシャフト本体（２）。
【国際調査報告】
2012519796.tif 000007
2012519796.tif 000008
2012519796.tif 000009
2012519796.tif 000010
2012519796.tif 000011
2012519796.tif 000012