JP2017190726A - エンジン用カムシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトの回転時における軸部の捩り剛性を確保しながら、カムシャフトを効果的に軽量化すること。【解決手段】軸部と当該軸部の外周に設けられたカム部とを備え、クランクシャフトの回転力を受けて一定方向に回転するエンジン用カムシャフトであって、前記軸部は除肉部を有し、前記除肉部は、前記カムシャフトが前記クランクシャフトの回転力を受けて前記一定方向に回転している場合の前記軸部の捩り剛性が、前記カムシャフトが前記一定方向とは逆の方向に回転していると仮定した場合の前記軸部の捩り剛性よりも大きくなるように形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン用カムシャフトに関する。

従来、エンジンの吸気バルブや排気バルブを駆動するカムシャフトには、カムシャフトの軸部が中実に形成されたもの（中実タイプ）と、カムシャフトの軸部が長さ方向全体に亘って中空に形成されたもの（中空タイプ）とが存在し、特許文献１には、中空タイプのカムシャフトの一例が開示されている。

特開２０１４−１８８３３号公報

特許文献１に記載のカムシャフトによれば、中実タイプのカムシャフトと比べてある程度の軽量化を図ることができるものの、捩り剛性に配慮されたものではない。すなわち、エンジン用カムシャフトは一定方向に回転するものであり、常に回転方向に応力が働くため、軽量化する場合には、回転方向の捩り剛性をできるだけ大きく確保する方が望ましい。しかしながら、特許文献１に記載のカムシャフトの軸部に形成された中空部は、当該軸部の周方向全体において同じ形状を有している。このため、特許文献１に記載のカムシャフトにおいては、回転方向の捩り剛性を確保しながら、効果的に軽量化することが難しい。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、カムシャフトの回転時における軸部の捩り剛性を確保しながら、カムシャフトを効果的に軽量化することができるエンジン用カムシャフトを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、軸部と当該軸部の外周に設けられたカム部とを備え、クランクシャフトの回転力を受けて一定方向に回転するエンジン用カムシャフトであって、前記軸部は除肉部を有し、前記除肉部は、前記カムシャフトが前記クランクシャフトの回転力を受けて前記一定方向に回転している場合の前記軸部の捩り剛性が、前記カムシャフトが前記一定方向とは逆の方向に回転していると仮定した場合の前記軸部の捩り剛性よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするエンジン用カムシャフトを提供する。

ここで、本発明における「除肉部」とは、同一外径を有する軸部における長さ方向の一部の断面積が当該一部以外の部分の断面積よりも小さくなるように当該一部の外周面または内周面（軸部の径方向中心部に当該軸部の長さ方向に延びる中空部が形成されている場合の内周面）に形成された孔部（凹部および貫通孔を含む）または切欠き部を言う。

本発明によれば、カムシャフトの回転時における軸部の捩り剛性を確保しながら、カムシャフトを効果的に軽量化することができる。

詳しく説明すると、本発明では、軸部が除肉部を有するので、除肉部を有さない場合と比べて、除肉部の容積に相当する重量分だけ、カムシャフトを軽量化することができる。

しかも、以下の理由により、軸部の捩り剛性を確保することができる。すなわち、本発明に係るカムシャフトは、クランクシャフトの回転力を受けて一定方向に回転するものであり、上記除肉部は、カムシャフトが上記一定方向（正転方向）に回転している場合の軸部の捩り剛性が、カムシャフトが上記一定方向とは逆の方向（逆転方向）に回転していると仮定した場合の軸部の捩り剛性よりも大きくなるように形成されている、つまり、軸部は、正転方向の捩り剛性が逆転方向の捩り剛性よりも相対的に大きくなるように構成されている。このため、本発明に係るカムシャフトによれば、特許文献１に記載のカムシャフトのように、軸部の径方向中心部に、周方向全体に亘って同じ形状を有する中空部が形成されている場合（軸部の正転方向の捩り剛性と、軸部の逆転方向の捩り剛性とが同じ）と比べて、軸部の正転方向の捩り剛性をより大きく確保することが可能になる。これにより、本発明に係るカムシャフトによれば、特許文献１のように軸部が単に円筒状に形成されたカムシャフトと比べて、より大きく除肉することが可能となり、その結果、軸部の正転方向の捩り剛性を確保しつつ、カムシャフトをより大きく軽量化することが可能になる。

本発明においては、前記軸部の一方側の端部には、当該軸部を前記所定方向に回転させる回転駆動機構が連結される駆動機構連結部が設けられており、前記除肉部は、前記軸部の外周面に開口して前記軸部の軸方向に沿って延びる孔部であり、当該孔部は、前記駆動機構連結部に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、前記軸部の中心線に対して傾斜していることが好ましい。

この構成によれば、除肉部は、軸部の外周面に開口して軸部の軸方向に沿って延びる孔部であるので、除肉部を容易に形成することができる。

しかも、上記のように駆動機構連結部に近づくにつれて回転遅れ方向にずれるように孔部が軸部の中心線に対して傾斜している場合には、孔部が軸部の中心線に対して上記傾斜の方向とは反対側に傾斜している場合、および、孔部が軸部の軸方向と平行に延びている場合よりも、上記一定方向回転時における軸部の捩り剛性が大きい。詳しく説明すると、駆動機構連結部に近づくにつれて回転遅れ方向にずれるように孔部が軸部の中心線に対して傾斜している場合には、上記した他の二つの場合よりも、軸部における上記孔部以外の部分が、上記一定方向回転時における軸部の捩りに対して強く抵抗するので、軸部の捩り剛性を大きく確保することができ、これにより、軸部の上記一定方向（正転方向）の捩り剛性を確保しつつ、カムシャフトをより大きく軽量化することが可能になる。

本発明においては、前記軸部の一方側の端部には、当該軸部を前記所定方向に回転させる回転駆動機構が連結される駆動機構連結部が設けられており、前記軸部は、径方向中心部で当該軸部の長さ方向に延びる中空部を備えた円筒形状を有し、前記除肉部は、前記軸部の内周面から径方向外側に凹むように形成されて前記軸部の軸方向に沿って延びる孔部であり、当該孔部は、前記駆動機構連結部に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、前記軸部の中心線に対して傾斜していることが好ましい。

この構成によれば、上記軸部は、径方向中心部で当該軸部の長さ方向に延びる中空部を有しているので、この中空部を有さない場合に比べると、中空部の容積に相当する重量分だけ、カムシャフトのより一層の軽量化を図ることができる。

しかも、上記のように駆動機構連結部に近づくにつれて回転遅れ方向にずれるように孔部が軸部の中心線に対して傾斜している場合には、孔部が軸部の中心線に対して上記傾斜の方向とは反対側に傾斜している場合、および、孔部が軸部の軸方向と平行に延びている場合よりも、上記一定方向回転時における軸部の捩り剛性が大きい。詳しく説明すると、駆動機構連結部に近づくにつれて回転遅れ方向にずれるように孔部が軸部の中心線に対して傾斜している場合には、上記した他の二つの場合と比べて、軸部における上記孔部以外の部分が、上記一定方向回転時における捩りに対してより強く抵抗するので、軸部の捩り剛性を大きく確保することができ、これにより、軸部の上記一定方向（正転方向）への捩り剛性を確保しつつ、カムシャフトをより大きく軽量化することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、カムシャフトの回転時における軸部の捩り剛性を確保しながら、カムシャフトを効果的に軽量化することができる。

本発明の実施形態に係るエンジン用カムシャフト（排気カムシャフトおよび吸気カムシャフト）を備えるシリンダヘッドを示す平面図である。 図１に示される排気カムシャフトを示す斜視図である。 図１に示される排気カムシャフトを示す平面図である。 図１に示される排気カムシャフトを示す側面図である。 図３に示される排気カムシャフトのＡ−Ａ線断面図である。 図１に示される吸気カムシャフトのＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は、図３に示される排気カムシャフトのＣ−Ｃ線断面図であり、（ｂ）は、図３に示される排気カムシャフトのＤ−Ｄ線断面図である。 （ａ）は、排気カムシャフトの孔部の第１変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、排気カムシャフトの孔部の第２変形例を示す断面図である。 吸気カムシャフトの軸部の径方向中央部に中空部が形成され、軸部の外周面に開口する全ての孔部と上記中空部とが連通している場合の吸気カムシャフトを示す断面図である。 （ａ）は、図９に示される吸気カムシャフトのＥ−Ｅ線断面図であり、（ｂ）は、図９に示される吸気カムシャフトのＦ−Ｆ線断面図である。 吸気カムシャフトの軸部の径方向中央部に中空部が形成され、軸部の外周面に開口する孔部のうち、軸部の両側の端部と当該端部に最も近いカム部との間の区間に形成された孔部と上記中空部とが連通している場合の吸気カムシャフトを示す断面図である。 図１１に示される吸気カムシャフトのＧ−Ｇ線断面図である。 吸気カムシャフトの軸部が中空円筒状に形成され、当該軸部の内周面から径方向外側に凹む孔部が形成された吸気カムシャフトを示す断面図である。 （ａ）は、図１３に示される吸気カムシャフトのＨ−Ｈ線断面図であり、（ｂ）は、図１３に示される吸気カムシャフトのＪ−Ｊ線断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

＜カムシャフトを備えるエンジンの構造＞
本発明の実施形態に係るカムシャフトを備えるエンジンは、直列４気筒の４サイクルディーゼルエンジンであり、図１に示されるように、シリンダブロック（図示略）と、このシリンダブロックの上に組み付けられたシリンダヘッド７２とを備えている。図１に示されるエンジンでは、図示は省略するが、左側から順に、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒の４つの気筒が並んでいる。

上記シリンダヘッド７２は、気筒毎に、燃焼室に連通する２つの排気ポートおよび２つの吸気ポートと、各排気ポートを燃焼室から遮断するための排気バルブと、各吸気ポートを燃焼室から遮断するための吸気バルブとを備えており（いずれも図示略）、さらに、各排気バルブを駆動して各排気ポートを所定のタイミングで開閉させる排気バルブ駆動機構７８と、各吸気バルブを駆動して各吸気ポートを所定のタイミングで開閉させる吸気バルブ駆動機構７３と、後述の排気カムシャフト２を回転自在に支持する４つの軸受部２４〜２７と、後述の吸気カムシャフト３を回転自在に支持する４つの軸受部７４〜７７とを備えている。

排気バルブ駆動機構７８および吸気バルブ駆動機構７３は、それぞれ、排気カムシャフト２および吸気カムシャフト３を備えており、これら排気カムシャフト２および吸気カムシャフト３は、チェーンおよびスプロケット等から構成される周知の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されている。さらに、排気バルブ駆動機構７８および吸気バルブ駆動機構７３は、それぞれ、排気バルブを閉方向に付勢するリターンスプリング（図示略）および吸気バルブを閉方向に付勢するリターンスプリング（図示略）を備えている。上記排気カムシャフト２および上記吸気カムシャフト３は、それぞれ、クランクシャフトの駆動力により、リターンスプリングの付勢力に抗して排気バルブおよび吸気バルブを開弁させる。これら排気カムシャフト２および吸気カムシャフト３は、本発明の「エンジン用カムシャフト」に相当する。

＜排気カムシャフトの構造＞
図１〜３に示されるように、上記排気カムシャフト２は、気筒列方向に延びる円柱状の軸部５と、この軸部５の外周に一体に設けられた８つのカム部（図１の左側から順に、第１カム部６、第２カム部７、第３カム部８、第４カム部９、第５カム部１０、第６カム部１１、第７カム部１２、および第８カム部１３）と、上記軸部５の外周に一体に設けられ、上記軸受部２４〜２７にそれぞれ回転自在に支持されるジャーナル部２０〜２３（図２参照）と、タイミングチェーンが巻き掛けられるスプロケット（図示略）が取り付けられ、上記軸部５の一方側の端部に一体に設けられるスプロケット取付部４と、上記軸部５の他方側の端部に一体に設けられ、燃料ポンプの駆動軸（図示略）が連結されるオルダムカップリング部１５とを備えている。排気カムシャフト２は、クランクシャフトの回転力を受けて一定方向に回転するものであり、図１に示される例では、排気カムシャフト２は、左側から見て時計回り方向（右回り方向）に回転する。なお、上記スプロケットは、本発明の「回転駆動機構」に相当し、上記スプロケット取付部４は、本発明の「駆動機構連結部」に相当する。

上記排気カムシャフト２において、上記第１カム部６と上記第２カム部７は、各々、第１気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２０を介して互いに隣接している（図２〜４参照）。そして、これら第１カム部６、第２カム部７、およびジャーナル部２０は、第１気筒の上方かつ排気側に位置している。同様に、上記第３カム部８と上記第４カム部９は、各々、第２気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２１を介して互いに隣接している。そして、これら第３カム部８、第４カム部９、およびジャーナル部２１は、第２気筒の上方かつ排気側に位置している。上記第５カム部１０と上記第６カム部１１は、各々、第３気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２２を介して互いに隣接している。そして、これら第５カム部１０、第６カム部１１、およびジャーナル部２２は、第３気筒の上方かつ排気側に位置している。上記第７カム部１２と上記第８カム部１３は、各々、第４気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部２３を介して互いに隣接している。そして、これら第７カム部１２、第８カム部１３、およびジャーナル部２３は、第４気筒の上方かつ排気側に位置している。上記カム部６〜１３は、それぞれ、ベース円から径方向外側に突出する１つのノーズ部６ａ〜１３ａ（図２参照）を備えている。

なお、本実施形態におけるエンジンは、各気筒の爆発順序が、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒とされており、これに伴い、排気カムシャフト２のカム部６〜１３は、排気カムシャフト２の９０°回転ごとに、上記の爆発順序で排気バルブを開弁するように、互いに位相差を有して設けられている（図２参照）。

上記排気カムシャフト２の軸部５は、上記スプロケット取付部４と第１カム部６との間の区間に孔部１６、上記第２カム部７と上記第３カム部８との間の区間に孔部１７、上記第４カム部９と上記第５カム部１０との間の区間に回転角度調節部１８、上記第６カム部１１と上記第７カム部１２との間の区間に孔部１９およびカムシャフト識別リング１４を有している。

上記孔部１６は、図５に示されるように、軸部５の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部１６ａと、軸部５の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部１６ｂとを備えている。上記第１孔部１６ａおよび上記第２孔部１６ｂは、各々、軸部５の長さ方向（軸方向）に沿って延びており、軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている（図７（ａ）参照）。

より具体的には、孔部１６ａおよび孔部１６ｂは、各々、軸部５の外周面において、軸部５の長さ方向に沿って延びる長方形の両端部に半円を組み合わせた形状で開口する開口部１６ｅ（図７（ａ）参照）と、この開口部１６ｅと略同じ形状で当該開口部１６ｅの開口面積よりも小さい面積を有する略平坦な底部１６ｄと、上記開口部１６ｅと上記底部１６ｄとを繋ぐ周壁部１６ｃとを有している。上記底部１６ｄは長さ方向全体に亘って略同じ深さを有しており、周壁部１６ｃと底部１６ｄとの境界部は曲面状に形成されている。

さらに、第１孔部１６ａおよび第２孔部１６ｂは、各々、排気カムシャフト２がクランクシャフトの回転力を受けて上記一定方向（正転方向）に回転している場合の軸部５の捩り剛性が、排気カムシャフト２が上記一定方向とは逆の方向（逆転方向）に回転していると仮定した場合の軸部５の捩り剛性よりも大きくなるように形成されている。

具体的には、図１，２，４に示されるように、第１孔部１６ａおよび第２孔部１６ｂは、各々、スプロケット取付部４に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部５の中心線ＣＬ１に対して傾斜している。上記中心線ＣＬ１に対する第１孔部１６ａおよび第２孔部１６ｂの傾斜角度、つまり、第１孔部１６ａの長さ方向が上記中心線ＣＬ１に対してなす角度、および、第２孔部１６ｂの長さ方向が上記中心線ＣＬ１に対してなす角度は、各々、０°より大きく９０°より小さい範囲で任意に設定可能であり、特に限定はされない。

そして、第１孔部１６ａは、軸部５の中心線ＣＬ１に対して第２孔部１６ｂとは反対側の位置で、第２孔部１６ｂと同一の大きさで同一形状に形成され、上記中心線ＣＬ１に対する傾斜角度が第２孔部１６ｂの傾斜角度と同じに設定されている。また、図７（ａ）に示されるように、第１孔部１６ａは、第１カム部６のノーズ部６ａの頂点側に形成され、具体的には、第１孔部１６ａの長さ方向中央部は、第１カム部６のノーズ部６ａの頂点と回転角度（位相）が略同じ位置に形成されている。第２孔部１６ｂは、第１カム部６のノーズ部６ａとは反対側に形成され、具体的には、第２孔部１６ｂの長さ方向中央部は、第１カム部６のノーズ部６ａの頂点とは回転角度（位相）が略１８０°異なる位置に形成されている。上記第１孔部１６ａおよび上記第２孔部１６ｂは、本発明の「除肉部」に相当する。

上記孔部１７は、図５に示されるように、軸部５の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部１７ａと、軸部５の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部１７ｂとを備えている。上記第１孔部１７ａおよび上記第２孔部１７ｂは、各々、軸部５の長さ方向に沿って延びており、軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている（図７（ｂ）参照）。

より具体的には、第１孔部１７ａおよび第２孔部１７ｂは、各々、軸部５の外周面において、軸部５の長さ方向に沿って延びる長方形の両端部に半円を組み合わせた形状で開口する開口部１７ｅ（図７（ｂ）参照）と、この開口部１７ｅよりも狭い幅で軸部５の長さ方向に沿って延びてその長さ方向両端部から中央部にかけて次第に深くなる（径方向中心に近づく）、換言すれば、軸部５の長さ方向中央部から長さ方向両端部にかけて次第に浅くなるように形成され、長さ方向両端部が上記開口部１７ｅと連続する断面略Ｖ字状のスロープ部１７ｄ（図５参照）と、このスロープ部１７ｄの幅方向両端部から立ち上がり、上記開口部１７ｅの幅方向端部と連続する側壁部１７ｃとを有している。上記スロープ部１７ｄの底部（Ｖ字の下端部）は曲面状に形成されている。

さらに、第１孔部１７ａおよび第２孔部１７ｂは、各々、排気カムシャフト２がクランクシャフトの回転力を受けて上記一定方向（正転方向）に回転している場合の軸部５の捩り剛性が、排気カムシャフト２が上記一定方向とは逆の方向（逆転方向）に回転していると仮定した場合の軸部５の捩り剛性よりも大きくなるように形成されている。

具体的には、図１，２，４に示されるように、第１孔部１７ａおよび第２孔部１７ｂは、各々、スプロケット取付部４に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部５の中心線ＣＬ１に対して傾斜している。上記中心線ＣＬ１に対する第１孔部１７ａおよび第２孔部１７ｂの傾斜角度は、０°より大きく９０°より小さい範囲で任意に設定可能であり、特に限定はされない。また、上記中心線ＣＬ１に対する第１孔部１７ａおよび第２孔部１７ｂの傾斜角度は、上記第１孔部１６ａおよび第２孔部１６ｂの傾斜角度と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

そして、第１孔部１７ａは、軸部５の中心線ＣＬ１に対して第２孔部１７ｂとは反対側の位置で、第２孔部１７ｂと同一の大きさで同一形状に形成され、上記中心線ＣＬ１に対する傾斜角度が第２孔部１６ｂの傾斜角度と同じに設定されている。また、図７（ｂ）に示されるように、第１孔部１７ａの長さ方向中央部は、第３カム部８のノーズ部８ａの頂点に対して回転が略９０°遅れた位置に形成され、第２孔部１７ｂの長さ方向中央部は、第３カム部８のノーズ部８ａの頂点に対して回転が略９０°進んだ位置に形成されている。上記第１孔部１７ａおよび上記第２孔部１７ｂは、本発明の「除肉部」に相当する。

上記回転角度調節部１８は、軸部５の外周から径方向外側に断面６角形状（正６角形）に突出する部分である。この回転角度調節部１８は、エンジン点検時等にスパナと係合されて用いられるものである。すなわち、エンジンの点検時等において、スパナの先端開口部に回転角度調節部１８を係合させてスパナを回転させることにより、軸部５を回転させて排気バルブで排気ポートを閉じることができ、これにより、エンジン点検時等に排気ポートから埃などの異物が侵入するのを防止することができる。

上記孔部１９は、図５に示されるように、軸部５の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部１９ａと、軸部５の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部１９ｂとを備えている。第１孔部１９ａおよび第２孔部１９ｂは、軸部５の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されており、より具体的には、上記孔部１７ａおよび孔部１７ｂと同様に断面略Ｖ字状に形成されているが、カムシャフト識別リング１４との干渉を避けるために、上記孔部１７ａおよび孔部１７ｂよりも軸部５の長さ方向に短く形成されている。

さらに、図１，２，４に示されるように、第１孔部１９ａおよび第２孔部１９ｂは、各々、スプロケット取付部４に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部５の中心線ＣＬ１に対して傾斜している。上記中心線ＣＬ１に対する第１孔部１９ａおよび第２孔部１９ｂの傾斜角度は、０°より大きく９０°より小さい範囲で任意に設定可能であり、特に限定はされない。また、上記中心線ＣＬ１に対する第１孔部１９ａおよび第２孔部１９ｂの傾斜角度は、上記第１孔部１６ａおよび第２孔部１６ｂの傾斜角度と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

また、第１孔部１９ａの長さ方向中央部は、第６カム部１１のノーズ部１１ａ（図２参照）の頂点に対して回転が略９０°進んだ位置に形成され、第２孔部１９ｂの長さ方向中央部は、第６カム部１１のノーズ部１１ａの頂点に対して回転が略９０°遅れた位置に形成されている。上記第１孔部１９ａおよび上記第２孔部１９ｂは、本発明の「除肉部」に相当する。

上記カムシャフト識別リング１４は、軸部５の外周から径方向外側にリング状に突出する部分である。軸部５の長さ方向におけるカムシャフト識別リング１４の配設位置は、車種別に異なっており、エンジンの組み立て時にカムシャフト識別センサがカムシャフト識別リング１４の位置を読み取ることにより、エンジン組み立て装置が排気カムシャフト２の対応車種等を識別できるようになっている。

なお、図５に示されるように、スプロケット取付部４の径方向中心部には、その軸方向（長さ方向）に延びる孔部４５が形成されている。また、オルダムカップリング部１５には、その内部を軸方向（長さ方向）に貫く孔部４３が形成され、さらに、軸部５のうち、オルダムカップリング部１５側の端部からジャーナル部２３に対応する部分に亘って、その長さ方向に延びて上記孔部４３と連通する孔部４４が形成されている。

＜吸気カムシャフトの構造＞
図１に示されるように、上記吸気カムシャフト３は、気筒列方向に延びる円柱状の軸部４８と、この軸部４８の外周に一体に設けられた８つのカム部（図１の左側から順に、第１カム部３０、第２カム部３１、第３カム部３２、第４カム部３３、第５カム部３４、第６カム部３５、第７カム部３６、および第８カム部３７）と、上記軸部４８の外周に一体に設けられ、上記軸受部７４〜７７にそれぞれ回転自在に支持されるジャーナル部４９〜５２（図６参照）と、タイミングチェーンが巻き掛けられるスプロケット（図示略）が取り付けられ、上記軸部４８の一方側の端部に一体に設けられるスプロケット取付部２８と、燃料ポンプの駆動軸（図示略）が連結され、上記軸部４８の他方側の端部に一体に設けられるオルダムカップリング部９０とを備えている。吸気カムシャフト３は、クランクシャフトの回転力を受けて一定方向に回転するものであり、図１に示される例では、吸気カムシャフト３は、左側から見て時計回り方向（右回り方向）に回転する。

上記吸気カムシャフト３において、上記第１カム部３０と上記第２カム部３１は、各々、第１気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部４９（図６参照）を介して互いに隣接している。そして、これら第１カム部３０、第２カム部３１、およびジャーナル部４９は、第１気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記第３カム部３２と上記第４カム部３３は、各々、第２気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部５０を介して互いに隣接している。そして、これら第３カム部３３、第４カム部３４、およびジャーナル部５０は、第２気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記第５カム部３４と上記第６カム部３５は、各々、第３気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部５１を介して互いに隣接している。そして、これら第５カム部３４、第６カム部３５、およびジャーナル部５１は、第３気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記第７カム部３６と上記第８カム部３７は、各々、第４気筒に対応して設けられる偏心カムであり、これらは上記ジャーナル部５２を介して互いに隣接している。そして、これら第７カム部３６、第８カム部３７、およびジャーナル部５２は、第４気筒の上方かつ吸気側に位置している。上記カム部３０〜３７は、それぞれ、ベース円から径方向外側に突出する１つのノーズ部３０ａ〜３７ａ（図１，６参照）を備えている。

なお、上述のように、各気筒の爆発順序が、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒となっていることに伴い、吸気カムシャフト３のカム部３０〜３７は、吸気カムシャフト３の９０°回転ごとに、上記の爆発順序で吸気バルブを開弁するように、互いに位相差を有して設けられている。

上記吸気カムシャフト３の軸部４８は、上記スプロケット取付部２８と第１カム部３０との間の区間に孔部３８、上記第２カム部３１と上記第３カム部３２との間の区間にカムシャフト識別リング５３および孔部３９、上記第４カム部３３と上記第５カム部３４との間に回転角度調節部４０、上記第６カム部３５と上記第７カム部３６との間の区間に孔部４１、上記第８カム部３７と上記オルダムカップリング部９０との間の区間に孔部４２を有している。

上記孔部３８は、図６に示されるように、軸部４８径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部３８ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部３８ｂとを備えている。上記第１孔部３８ａおよび上記第２孔部３８ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に沿って延びており、排気カムシャフト２の上記孔部１６と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。

さらに、第１孔部３８ａ（図１，６参照）および第２孔部３８ｂ（図６参照）は、各々、スプロケット取付部２８に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部４８の中心線ＣＬ２に対して傾斜している。上記中心線ＣＬ２に対する第１孔部３８ａおよび第２孔部３８ｂの傾斜角度は、０°より大きく９０°より小さい範囲で任意に設定可能であり、特に限定はされない。

また、第１孔部３８ａは、第１カム部３０のノーズ部３０ａの頂点側に形成され、具体的には、第１孔部３８ａの長さ方向中央部は、第１カム部３０のノーズ部３０ａの頂点と回転角度（位相）が略同じ位置に形成されている。第２孔部３８ｂは、第１カム部３０のノーズ部３０ａとは反対側に形成され、具体的には、第２孔部３８ｂの長さ方向中央部は、第１カム部３０のノーズ部３０ａの頂点とは回転角度（位相）が略１８０°異なる位置に形成されている。上記第１孔部３８ａおよび上記第２孔部３８ｂは、本発明の「除肉部」に相当する。

上記孔部３９は、図６に示されるように、軸部４８の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部３９ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部３９ｂとを備えている。上記第１孔部３９ａおよび上記第２孔部３９ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に沿って延びており、排気カムシャフト２の上記孔部１７と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。なお、第１孔部３９ａおよび第２孔部３９ｂは、カムシャフト識別リング５３との干渉を避けるために、排気カムシャフト２の上記孔部１７ａおよび孔部１７ｂよりも短く形成されている。

さらに、第１孔部３９ａ（図１，６参照）および第２孔部３９ｂ（図６参照）は、各々、スプロケット取付部２８に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部４８の中心線ＣＬ２に対して傾斜している。上記中心線ＣＬ２に対する第１孔部３９ａおよび第２孔部３９ｂの傾斜角度は、０°より大きく９０°より小さい範囲で任意に設定可能であり、特に限定はされない。

また、第１孔部３９ａは、第３カム部３２のノーズ部３２ａ（図１参照）の頂点に対して回転が略９０°進んだ位置に形成され、第２孔部３９ｂは、第３カム部３２のノーズ部３２ａの頂点に対して回転が略９０°遅れた位置に形成されている。上記第１孔部３９ａおよび上記第２孔部３９ｂは、本発明の「除肉部」に相当する。

上記孔部４１は、図６に示されるように、軸部４８の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部４１ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部４１ｂとを備えている。第１孔部４１ａおよび第２孔部４１ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に延びており、排気カムシャフト２の上記孔部１９と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。

さらに、第１孔部４１ａ（図１，６参照）および第２孔部４１ｂ（図６参照）は、各々、スプロケット取付部２８に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部４８の中心線ＣＬ２に対して傾斜している。上記中心線ＣＬ２に対する第１孔部４１ａおよび第２孔部４１ｂの傾斜角度は、０°より大きく９０°より小さい範囲で任意に設定可能であり、特に限定はされない。

また、第１孔部４１ａの長さ方向中央部は、第６カム部３５のノーズ部３５ａ（図１参照）の頂点に対して回転が略９０°遅れた位置に形成され、第２孔部４１ｂの長さ方向中央部は、第６カム部３５のノーズ部３５ａの頂点に対して回転が略９０°進んだ位置に形成されている。上記第１孔部４１ａおよび上記第２孔部４１ｂは、本発明の「除肉部」に相当する。

上記孔部４２は、図６に示されるように、軸部４８の径方向一方側の所定位置で開口する第１孔部４２ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する第２孔部４２ｂとを備えている。第１孔部４２ａおよび第２孔部４２ｂは、各々、軸部４８の長さ方向に延びており、上記孔部４１と同様に、軸部４８の径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成されている。

さらに、第１孔部４２ａ（図１，６参照）および第２孔部４２ｂ（図６参照）は、各々、スプロケット取付部２８に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部４８の中心線ＣＬ２に対して傾斜している。軸部４８の中心線ＣＬ２に対する第１孔部４２ａおよび第２孔部４２ｂの傾斜角度は、０°より大きく９０°より小さい範囲で任意に設定可能であり、特に限定はされない。

なお、第１孔部４２ａおよび第２孔部４２ｂは、上記孔部４１ａおよび孔部４１ｂよりも軸部４８の長さ方向に短く形成されている。また、第１孔部４２ａは、第８カム部３７のノーズ部３７ａの頂点とは回転角度（位相）が略１８０°異なる位置に形成され、第２孔部４２ｂは、第８カム部３７のノーズ部３７ａの頂点とは回転角度が略同じ位置に形成されている。上記第１孔部４２ａおよび上記第２孔部４２ｂは、本発明の「除肉部」に相当する。

なお、図１に符号６１、６０、６２で示される孔部は、それぞれ、第１気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。同様に、符号６４、６３、６５で示される孔部は、それぞれ、第２気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。また、符号６７、６６、６８で示される孔部は、それぞれ、第３気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。そして、符号９１、６９、７１で示される孔部は、第４気筒に対応する吸気バルブの軸部が挿通される孔部、排気バルブの軸部が挿通される孔部、燃料噴射弁が設けられる孔部である。

なお、図６に示されるように、スプロケット取付部２８の径方向中心部には、その軸方向（長さ方向）に延びる孔部４６が形成されている。また、オルダムカップリング部９０には、その内部を軸方向（長さ方向）に貫く孔部４７が形成されている。

＜本実施形態の作用効果＞
本実施形態に係る排気カムシャフト２によれば、以下の作用効果を奏することができる。なお、吸気カムシャフト３においても、同様の作用効果が奏されるが、重複するのでその説明は省略する。

すなわち、本実施形態によれば、排気カムシャフト２の回転時における軸部５の捩り剛性を確保しながら、排気カムシャフト２を効果的に軽量化することができる。

詳しく説明すると、本実施形態では、軸部５が孔部３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂ，４１ａ，４１ｂを有するので、これら孔部を有さない場合と比べて、孔部の容積に相当する重量分だけ、排気カムシャフト２を軽量化することができる。

しかも、以下の理由により、軸部５の捩り剛性を確保することができる。すなわち、本実施形態に係る排気カムシャフト２は、クランクシャフトの回転力を受けて一定方向に回転するものであり、上記孔部１６ａ等は、排気カムシャフト２が上記一定方向（正転方向）に回転している場合の軸部５の捩り剛性が、排気カムシャフト２が上記一定方向とは逆の方向（逆転方向）に回転していると仮定した場合の軸部５の捩り剛性よりも大きくなるように形成されている、つまり、軸部５は、正転方向の捩り剛性が逆転方向の捩り剛性よりも相対的に大きくなるように構成されている。

具体的には、上記孔部１６ａ等は、スプロケット取付部４に近づくにつれて回転遅れ方向にずれるように軸部５の中心線ＣＬ１に対して傾斜しているので、孔部が軸部の中心線に対して上記傾斜の方向とは反対側に傾斜している場合、および、孔部が軸部の軸方向と平行に延びている場合と比べて、排気カムシャフト２の上記一定方向（正転方向）回転時における軸部５の捩り剛性をより大きく確保することができる。

このため、上記排気カムシャフト２によれば、特許文献１に記載のカムシャフトのように、軸部の径方向中心部に、周方向全体に亘って同じ形状を有する中空部が形成されている場合（軸部の正転方向の捩り剛性と、軸部の逆転方向の捩り剛性とが同じ）と比べて、軸部５の正転方向の捩り剛性をより大きく確保することが可能になる。これにより、特許文献１のように軸部が単に円筒状に形成されたカムシャフトと比べて、排気カムシャフト２の軸部５を大きく除肉することが可能となり、その結果、軸部５の正転方向の捩り剛性を確保しつつ、排気カムシャフト２をより大きく軽量化することが可能になる。

また、本実施形態によれば、上記孔部３８ａ等は、軸部５の外周面に開口して軸部５の軸方向に沿って延びる孔部であるので、容易に形成することができる。

＜他の実施形態＞
以上、排気カムシャフト２および吸気カムシャフト３の実施形態について説明したが、以下のように実施形態を変更することも可能である。

例えば、吸気カムシャフト３については、以下のように実施形態を変更することができ、排気カムシャフト２についても同様の変更が可能である。

すなわち、上記実施形態に係る吸気カムシャフト３では、第１孔部３８ａの深さと第２孔部３８ｂの深さとが同じに設定されているが（図６参照）、第２孔部３８ｂの深さが第１孔部３８ａの深さよりも浅く設定されてもよい。この場合には、軸部４８に生じる応力に応じた適切な深さに孔部３８ａ，３８ｂを形成することができ、軸部４８の変形を抑制することができる。

また、上記実施形態では、吸気カムシャフト３の孔部３８（第１孔部３８ａおよび第２孔部３８ｂ）は非貫通孔とされているが、図８（ａ）に示される孔部３８０のように、軸部４８を径方向に貫通する孔部としてもよく、吸気カムシャフト３の孔部４２についても同様の変更が可能である。この場合においても、孔部３８０の径方向一方側部分および径方向他方側部分は、各々、径方向外側から中心に向かって次第に窄まるように形成される。この場合には、孔部を非貫通孔とした場合よりも孔部の容積を増加させて、吸気カムシャフト３のより一層の軽量化を図ることができる。

また、上記実施形態では、排気カムシャフト２の孔部３８は、軸部４８の径方向一方側の所定位置で開口する非貫通孔の第１孔部３８ａと、軸部４８の径方向他方側の所定位置で開口する非貫通孔の第２孔部３８ｂとで構成されているが、図８（ｂ）に示される孔部３８１のように、軸部４８の径方向一方側で開口して径方向他方側に向かって延びる非貫通孔のみで形成してもよい。この場合には、孔部３８１は、径方向一方側から径方向他方側に向かって次第に窄まるように形成される。なお、その孔部３８１は、図８（ｂ）に示されるように、径方向中心部を超える位置まで延びていてもよい。

また、上記実施形態では、吸気カムシャフト３の軸部４８は、径方向中心部が中実に形成されているが、図９に示されるように、軸部４８の径方向中心部が中空に形成されてもよい。図９に示される例では、軸部４８は、その径方向中心部に、当該軸部４８の長さ方向に延びてその両端部が上記スプロケット取付部２８の孔部４６および上記オルダムカップリング部９０の孔部４７と連通する断面円形状の中空部９１を備えることにより、円筒状に形成されている。そして、この中空部９１は、上記孔部３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂ，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂと連通している（図９，１０（ａ），（ｂ）参照）。

この場合には、中空部９１を形成しない場合と比べて、中空部９１の容積に相当する重量分だけ、吸気カムシャフト３のより一層の軽量化を図ることができる。

なお、上記図９に示される吸気カムシャフト３をさらに以下のように変更することも可能である。図１１，１２に示される例では、上記孔部３９（第１孔部３９ａ，第２孔部３９ｂ），孔部４１（第１孔部４１ａ，第２孔部４１ｂ）に代えて、それぞれ、孔部３９０（第１孔部３９０ａ，第２孔部３９０ｂ），孔部４１０（第１孔部４１０ａ，第２孔部４１０ｂ）が形成されている。そして、上記孔部３８ａ等のうち、孔部３８ａ，３８ｂ，４２ａ，４２ｂのみが中空部９１と連通しており、孔部３９０ａ，３９０ｂ，４１０ａ，４１０ｂは、中空部９１と連通していない。具体的には、孔部３９０を構成する第１孔部３９０ａおよび第２孔部３９０ｂ、孔部４１０を構成する第１孔部４１０ａおよび第２孔部４１０ｂの各々の深さが、孔部３８ａ，３８ｂおよび孔部４２ａおよび孔部４２ｂの各々の深さよりも浅く、かつ、中空部９１に到達しない深さに設定されている。

この場合には、中実軸部を切削加工する際に生じる切子を上記孔部３８ａ，３８ｂ，４２ａ，４２ｂを通じて外部に速やかに排出することができ、その結果、切削加工の効率を高めることができる。そして、第２カム部３１と第３カム部３２との間、および、第６カム部３５と第７カム部３６との間において、孔部３９ａ，３９ｂ，４１ａ，４１ｂと中空部９１とが連通することによる軸部４８の強度低下を防止することができる。

また、図９，１０に示される実施形態では、吸気カムシャフト３の軸部４８は、外周面に開口する孔部３８ａ等を有しているが、図１３，１４に示されるように、孔部３８，３９，４１，４２に代えて、軸部４８の内周面から径方向外側に凹むように形成されて軸部４８の軸方向に沿って延びる孔部３８２（第１孔部３８２ａ，第２孔部３８２ｂ），孔部３９２（第１孔部３９２ａ，第２孔部３９２ｂ），孔部４１１（第１孔部４１１ａ，第２孔部４１１ｂ），孔部４２１（第１孔部４２１ａ，第２孔部４２１ｂ）を形成してもよい。この場合においても、孔部３８２，３９２，４１１，４２１は、各々、スプロケット取付部２８に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、軸部４８の中心線に対して傾斜している。図１３，１４に示される例では、これらの孔部３８２，３９２，４１１，４２１は、各々、軸部４８の外周面には開口しない非貫通孔である。

図１３，１４に示される吸気カムシャフト３においても、スプロケット取付部２８に近づくにつれて回転遅れ方向にずれるように孔部３８２，３９２，４１１，４２１が軸部４８の中心線に対して傾斜しているので、軸部４８の上記一定方向（正転方向）への捩り剛性を確保しつつ、吸気カムシャフト３を大きく軽量化することが可能になる。

なお、上記各実施形態に係る排気カムシャフト２、吸気カムシャフト３は、直列４気筒のディーゼルエンジンに適用されているが、他の気筒数のディーゼルエンジンに適用されてもよく、また、ガソリンエンジンに適用されてもよい。

１ エンジン
２ 排気カムシャフト
３ 吸気カムシャフト
５ 排気カムシャフトの軸部
６〜１３ 排気カムシャフトのカム部
１６，１７，１９， 排気カムシャフトの孔部
３０〜３７ 吸気カムシャフトのカム部
３８，３９，４１，４２，３８０，３８１，３８２，３９０，３９２，４１０，４１１，４２１ 吸気カムシャフトの孔部
４８ 吸気カムシャフトの軸部
９１ 中空部

Claims (3)

1. 軸部と当該軸部の外周に設けられたカム部とを備え、クランクシャフトの回転力を受けて一定方向に回転するエンジン用カムシャフトであって、
   前記軸部は除肉部を有し、
   前記除肉部は、前記カムシャフトが前記クランクシャフトの回転力を受けて前記一定方向に回転している場合の前記軸部の捩り剛性が、前記カムシャフトが前記一定方向とは逆の方向に回転していると仮定した場合の前記軸部の捩り剛性よりも大きくなるように形成されていることを特徴とするエンジン用カムシャフト。
2. 前記軸部の一方側の端部には、当該軸部を前記所定方向に回転させる回転駆動機構が連結される駆動機構連結部が設けられており、
   前記除肉部は、前記軸部の外周面に開口して前記軸部の軸方向に沿って延びる孔部であり、当該孔部は、前記駆動機構連結部に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、前記軸部の中心線に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン用カムシャフト。
3. 前記軸部の一方側の端部には、当該軸部を前記所定方向に回転させる回転駆動機構が連結される駆動機構連結部が設けられており、
   前記軸部は、径方向中心部で当該軸部の長さ方向に延びる中空部を備えた円筒形状を有し、
   前記除肉部は、前記軸部の内周面から径方向外側に凹むように形成されて前記軸部の軸方向に沿って延びる孔部であり、当該孔部は、前記駆動機構連結部に近づくにつれて次第に回転遅れ方向にずれるように、前記軸部の中心線に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン用カムシャフト。

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