(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクシャフトと連動して回転するシャフト部材と、
前記内燃機関の同一気筒で用いられる一対の吸気弁又は一対の排気弁を駆動する一対のカムローブ、及び、前記一対のカムローブ間に設けられるジャーナル部が一体成形され、前記シャフト部材が挿通される取付孔を有する結合カムローブと、を備える組立カムシャフトにおいて、
前記一対のカムローブは何れも、ベース円部及びバルブリフト部からなるベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられ前記ベースカムに対して回転自在なローラとを有するローラ付きカムローブであり、
前記シャフト部材の外周面と前記取付孔の内周面との間に、少なくとも前記ジャーナル部にて前記シャフト部材の軸方向に延びるキーが嵌め込まれ、
前記シャフト部材は、前記シャフト部材の軸方向に沿うとともに前記結合カムローブの軸方向全長と同等の長さに形成されたシャフト側キー溝を有し、
前記結合カムローブは、前記取付孔の内周面に、前記結合カムローブの軸方向全長に亘って形成されたローブ側キー溝を有し、
前記キーは、前記結合カムローブの軸方向全長と同等の長さを有し、前記シャフト側キー溝及び前記ローブ側キー溝に嵌め込まれており、
前記ローブ側キー溝の深さは、前記シャフト側キー溝の深さよりも深い
ことを特徴する、組立カムシャフト。
【請求項２】
前記キーは、前記シャフト部材の外周面と前記取付孔の内周面との間において、前記シャフト部材の軸心を挟んで前記ローラと対向する位置に設けられる
ことを特徴とする、請求項１記載の組立カムシャフト。
【請求項３】
前記ローブ側キー溝の深さは、前記キーが前記シャフト部材に嵌め込まれた状態で前記シャフト部材の外周面から突出している量よりも大きく設定される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の組立カムシャフト。
【請求項４】
前記結合カムローブは、前記取付孔の内周面に、前記結合カムローブの軸方向に沿って形成されたローブ側キー溝を有し、
前記キーは、前記シャフト部材と一体成形され、前記ローブ側キー溝に嵌め込まれる
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の組立カムシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のクランクシャフトと連動して回転する組立カムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
組立カムシャフトは、中空のシャフト部材に、焼きばめやかしめなどの方法によって複数のカムローブ（カム）が所定の位置に所定の位相で結合されて組み立てられたものであり、内燃機関（以下、エンジンという）の動弁機構の一部を構成する。例えば特許文献１には、所定数のカムローブをシャフト部材に挿入して位置決めし、シャフト部材の中にマンドレルを挿通してシャフト部材を拡管させてかしめることで、カムローブをシャフト部材に締結した組立カムシャフトが記載されている。【０００３】
シャフト部材にカムローブを締結して一体とする場合、シャフト部材に対するカムローブの位置と複数のカムローブ同士の位相差を精度良く組み立てる必要がある。例えば、同一気筒で用いられる一対の吸気弁又は一対の排気弁に位相のばらつきがあると、エンジンの制御に影響を及ぼし、所望の出力や排気性能が得られなくなるおそれがある。しかし、カムローブの組み立て精度を確保することは困難であり、通常は特許文献１に記載のように、組み立て後に仕上げ加工が施される。【０００４】
ところで近年、カム本体の先端部にローラを回転自在に取り付け、このローラがタペットに接触しながら回転するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようなローラ付きのカムローブの場合、カムローブとタペットとの接触応力が最も高くなるカム先端部では、ローラがタペット上を転がって移動するため、効果的に摩擦を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９０７１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−８０３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献２のようなローラ付きのカムローブの場合、ローラをカム本体に組み付けた後、ローラ付きカムローブをシャフト部材に組み立てるため、構造上の制約からカムローブの組み立て後に仕上げ加工をすることは難しい。一方で、仕上げ加工を省略するためにシャフト部材に対して複数のカムローブをそれぞれ所定の位置に所定の位相で高精度に組み立てようとすると、製造コストの増大を招くおそれがある。このような課題はローラ付きのカムローブに限らず、一般的な組立カムシャフトにおいても同様である。すなわち、組み立て後の仕上げ加工を省略するためには、予めシャフト部材に対して複数のカムローブをそれぞれ高精度に組み立てる必要がある。【０００７】
また、カムローブを焼きばめによってシャフト部材に固定する場合、締め代が大きいほどシャフト部材に対するカムローブの締め付け力が増すが、カムローブの温度をより高温にしなければ固定できないため、カムローブの硬度低下が懸念される。特に、ローラ付きのカムローブの場合、ローラの焼戻し温度よりも高い温度に加熱されるとローラが焼きなまされ、ローラの硬度が低下してしまうため、焼きばめによる固定時の温度管理は重要である。【０００８】
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、コストを低減しながら組み立て精度を確保するとともに、硬度低下を抑制できるようにした、組立カムシャフトを提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここで開示する組立カムシャフトは、内燃機関のクランクシャフトと連動して回転するシャフト部材と、前記内燃機関の同一気筒で用いられる一対の吸気弁又は一対の排気弁を駆動する一対のカムローブ、及び、前記一対のカムローブ間に設けられるジャーナル部が一体成形され、前記シャフト部材が挿通される取付孔を有する結合カムローブと、を備える組立カムシャフトにおいて、前記一対のカムローブは何れも、ベース円部及びバルブリフト部からなるベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられ前記ベースカムに対して回転自在なローラとを有するローラ付きカムローブであり、前記シャフト部材の外周面と前記取付孔の内周面との間に、少なくとも前記ジャーナル部にて前記シャフト部材の軸方向に延びるキーが嵌め込まれる。
また、前記シャフト部材は、前記シャフト部材の軸方向に沿うとともに前記結合カムローブの軸方向全長と同等の長さに形成されたシャフト側キー溝を有し、前記結合カムローブは、前記取付孔の内周面に、前記結合カムローブの軸方向全長に亘って形成されたローブ側キー溝を有し、前記キーは、前記結合カムローブの軸方向全長と同等の長さを有し、前記シャフト側キー溝及び前記ローブ側キー溝に嵌め込まれる。さらに、前記ローブ側キー溝の深さは、前記シャフト側キー溝の深さよりも深い。
【００１０】
前記シャフト部材は、前記ジャーナル部においてシリンダヘッドの上部に設けられた軸受部とカムキャップとにより挟持されることで軸支されることが好ましい。前記結合カムローブは、前記シャフト部材に外嵌されて組み立てられ、前記ベース円部に設けられ前記取付孔の内周面に軸方向に沿って形成されたキー溝（ローブ側キー溝）を有することが好ましい。前記キーは、前記シャフト部材の外周面に外方へ突設され、少なくとも前記ジャーナル部における前記キー溝に嵌め込まれることが好ましい。【００１１】
前記キーは、前記シャフト部材の外周面と前記取付孔の内周面との間において、前記シャフト部材の軸心を挟んで前記ローラと対向する位置に設けられることが好ましい。
前記キー溝は、前記取付孔の内周面のうち、前記バルブリフト部と反対側の面に形成されることが好ましく、前記取付孔の軸心と前記ローラの軸心とを結ぶ直線上であって前記バルブリフト部の先端部から遠い側の面に軸方向に沿って一直線状に凹設されることがより好ましい。【００１２】
前記ローブ側キー溝の深さは、前記キーが前記シャフト部材に嵌め込まれた状態で前記シャフト部材の外周面から突出している量よりも大きく設定されることが好ましい。
前記結合カムローブは、前記取付孔の内周面に、前記結合カムローブの軸方向に沿って形成されたローブ側キー溝を有することが好ましい。この場合、前記キーは、前記シャフト部材と一体成形され、前記ローブ側キー溝に嵌め込まれることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
開示の組立カムシャフトによれば、結合カムローブにより同一気筒でのばらつきを極小化でき、また、結合カムローブをキーを用いて組み立てるため組み立て精度を確保することができる。これにより、組み立て後の仕上げ加工を要さず、コストを低減することができる。また、結合カムローブの回転トルクをキーが負担するため、結合カムローブの締め代を小さくすることができる。そのため、焼きばめ時の結合カムローブの温度を比較的低温に抑えることができ、これにより結合カムローブが焼きなましされることを防ぎ、硬度低下を抑制することができる。【００１４】
また、一対のカムローブがローラ付きのカムローブであるため、ローラが付いていないカムローブに比べて摩擦を低減することができ、燃費を向上させることができる。さらに、ローラ自体がタペット上で回転するため、低回転域でのカム駆動トルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係る組立カムシャフトの一端側の斜視図である。
【図２】一実施形態に係る組立カムシャフトの結合カムローブが締結された部分の軸方向に沿う縦断面図である。
【図３】一実施形態に係る組立カムシャフトの結合カムローブの軸方向に直交する方向の断面図（図２のＡ−Ａ矢視断面図）である。
【図４】一実施形態に係る組立カムシャフトのジャーナル部の軸方向に直交する方向の断面図（図２のＢ−Ｂ矢視断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。
【００１７】
［１．組立カムシャフトの構造］
本実施形態に係る組立カムシャフトの構造について、図１〜図４を用いて説明する。図１は本組立カムシャフト１０の一端側の斜視図であり、図２は図１に示す組立カムシャフト１０の結合カムローブ３０での軸方向に沿う縦断面図であり、結合カムローブ３０で軸支された状態を示す。また、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図、図４は図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、組立カムシャフト１０は、中空パイプ状のシャフト部材２０に、複数の結合カムローブ３０が外嵌されて一体に組み立てられたものであり、エンジン（図示略）の動弁機構の一部を構成する。なお、図１では結合カムローブ３０を一つだけ図示しているが、結合カムローブ３０は、シャフト部材２０の軸方向に気筒の数に応じて複数個設けられる。
【００１９】
シャフト部材２０は、その一端部２０ａ及び図示しない他端部がシリンダヘッドのクランクシャフトの軸方向両端に立設する端壁部上縁（何れも図示略）に軸支される。シャフト部材２０の一端部２０ａには、図示しないカムスプロケットが結合される。シャフト部材２０には、エンジンのクランクシャフトの一端に結合されるクランクスプロケットとカムスプロケットとに掛け渡されるタイミングチェーンやタイミングベルト（何れも図示略）を介してクランクシャフトの回転が伝達される。これにより、シャフト部材２０は、クランクシャフトと連動し、結合カムローブ３０と一体となって回転する。なお、シャフト部材２０の中空内部には、オイルポンプ（図示略）で圧送されたエンジンオイル（潤滑油）が流通する。
【００２０】
結合カムローブ３０は、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａと、これら一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａの間に設けられる円筒状のジャーナル部３０Ｂとが一体成形されたものである。ここでいう一体成形とは、一体のものとしての形を作ることを意味する。つまり、結合カムローブ３０は、別々に成形された同一形状の二つのカムローブがジャーナル部を介して結合されて成形されるのではなく、最初から一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａ及びジャーナル部３０Ｂを有する形状として成形される。
【００２１】
一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａは、エンジンの同一気筒で用いられる一対の吸気弁又は一対の排気弁（以下、単にバルブともいう）を駆動するものである。一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａは、同一形状で位相差がゼロ又は略ゼロとなるように形成されている。
図２及び図４に示すように、結合カムローブ３０は、ジャーナル部３０Ｂの軸方向略中央においてシリンダヘッドの上部に設けられた軸受部４０とカムキャップ４１とにより挟持される。これにより、組立カムシャフト１０は軸受部４０とカムキャップ４１とに軸支される。
【００２２】
カムキャップ４１は、軸受部４０の上面に組立カムシャフト１０を挟んだ状態でボルト４２により締結される。カムキャップ４１及び軸受部４０と組立カムシャフト１０との間の摺動面には、図示しない微小な隙間が設けられており、この隙間には図示しないオイル供給路から潤滑用のエンジンオイルが供給される。
【００２３】
次に、結合カムローブ３０の構造を説明する。図３に示すように、カムローブ３０Ａは、カム本体である板状のベースカム３１と、ベースカム３１に取り付けられる円筒状のローラ３２とをそなえたローラ付きカムローブである。カムローブ３０Ａは、エンジンの各気筒におけるバルブの基端部に接続されるタペット（バルブリフターとも呼ばれる被駆動部，図示略）を駆動してバルブを開閉させる。
【００２４】
ベースカム３１は、ベース円部３１ａとバルブリフト部３１ｂとを有し、外周面（カム面）が周方向全体に亘って連続している。ベース円部３１ａとバルブリフト部３１ｂとの境界線を図３中に二点鎖線で示している。
ベース円部３１ａは、ベースカム３１の円形の部分であり、中央にシャフト部材２０が挿通される円形の孔部３１ｈ（以下、カムシャフト用孔部３１ｈという）が穿孔されている。言い換えると、ベース円部３１ａは、カムシャフト用孔部３１ｈの軸心Ｓからの距離が一定の部分に対応する。
【００２５】
バルブリフト部３１ｂは、ベース円部３１ａの外縁を部分的に拡径方向へ膨出されてなる部分であり、タペットの頂面を押圧してバルブを開閉動作させる部分である。バルブリフト部３１ｂは、ベースカム３１の幅方向（シャフト部材２０が挿通される方向，板厚方向）の中間部に、その先端部（カムトップ）３１ｃから外周面をベース円部３１ａ側に向かって切り欠いて形成された切欠部３１ｎを有する。この切欠部３１ｎには、後述するローラ３２がベースカム３１に対して回転自在となるように設けられる。
【００２６】
ベースカム３１に欠成された切欠部３１ｎの幅方向両側には、対向する一対のヨーク部３１ｙ，３１ｙが形成される。一対のヨーク部３１ｙ，３１ｙには、幅方向に貫通した孔部３１ｍ，３１ｍが一直線上に設けられている。孔部３１ｍは、その軸心Ｔがベース円部３１ａに形成されたカムシャフト用孔部３１ｈの軸心Ｓと平行になるように形成されている。孔部３１ｍ，３１ｍには、ローラ３２をベースカム３１に取り付けるためのローラシャフト３３が挿通される。以下、この孔部３１ｍをローラシャフト用孔部３１ｍという。ローラシャフト３３の端部周縁には、外径側に突出した爪部（図示略）が設けられており、この爪部がベースカム３１のヨーク部３１ｙの端面に打ち付けられてかしめられることで、ベースカム３１にローラシャフト３３が固定される。
【００２７】
図２及び図３に示すように、ローラ３２は、その中心に挿通されるローラシャフト３３を介して、ベースカム３１に回転自在に組み付けられる。ローラ３２の内周面３２ｈは、ローラシャフト３３のすべり軸受として機能する。ローラ３２は、その外周面の一部がバルブリフト部３１ｂの先端部３１ｃの外周面よりも外側に突出するように取り付けられる。先端部３１ｃからのローラ３２の突出量は、ベースカム３１の形状とローラ３２の外径とよって決まる。
【００２８】
ローラ付きのカムローブ３０Ａは、組立カムシャフト１０が回転すると、まずはベースカム３１のバルブリフト部３１ｂがタペットと接触し、タペットを押圧する。バルブリフト部３１ｂは、組立カムシャフト１０の回転に伴ってタペットを押し下げていく。そして、ある回転角でタペットとの接触位置がバルブリフト部３１ｂからローラ３２へと移り、今度はローラ３２がタペットを押圧することになる。ローラ３２は、タペット上を転がりながら移動してタペットを押し下げ、ついにはバルブリフト量が最大となる。
【００２９】
その後は、バルブリフト量が減少し、タペットとの接触位置がローラ３２からバルブリフト部３１ｂへと変化して、再びバルブリフト部３１ｂがタペットを押圧することになる。そして、バルブリフト部３１ｂがタペットから離れて、ベース円部３１ａがタペットに対向するとバルブリフト量はゼロとなる。このように、ローラ付きのカムローブ３０Ａは、ローラ３２がタペット上を転がりながら移動してタペットを押圧する分、ローラ３２が付いていないカムローブに比べて摩擦を低減することができる。また、ローラ３２自体がタペット上で回転するため、低回転域でのカム駆動トルクを低減することができるなど、優れた効果が得られる。
【００３０】
ここでは、結合カムローブ３０の一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａは、上記のように同一形状であって位相差がゼロ又は略ゼロに形成されている。すなわち、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａのベースカム３１，３１は、周方向において同じ位置（角度）にバルブリフト部３１ｂ，３１ｂが設けられ、同一のローラ３２，３２が同一の突出量となるようにベースカム３１，３１に組み付けられる。そのため、同一気筒で用いられる一対の吸気弁又は一対の排気弁のばらつきが極小化される。
【００３１】
一方、ジャーナル部３０Ｂは、図２に示すように、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａの各ベース円部３１ａの対向する端面同士を接続するように一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａと一体で形成された円筒部である。ジャーナル部３０Ｂは、上記のように軸受部４０とカムキャップ４１とに挟持されて軸支される部分である。
【００３２】
結合カムローブ３０は、シャフト部材２０が挿通される取付孔３０ｈ（すなわちカムシャフト用孔部３１ｈ，３１ｈ及びジャーナル部３０Ｂの内周面）を有する。取付孔３０ｈの径（内径）は、シャフト部材２０の外径よりも小さく形成されている。つまり、結合カムローブ３０とシャフト部材２０との間に締め代が設けられており、結合カムローブ３０はシャフト部材２０に対して焼きばめにより嵌め込まれる。言い換えると、結合カムローブ３０は組み立て時に所定の温度まで加熱され、取付孔３０ｈが膨張してシャフト部材２０の外径よりも広がったところでシャフト部材２０に外嵌される。
【００３３】
なお、このときの所定の温度は、後述のローラ３２の焼戻し温度よりも低い温度に設定されており、これにより組み立て時にローラ３２が焼きなましされることが防止される。換言すると、締め代は、焼きばめ時の温度がローラ３２の焼戻し温度よりも低い温度に設定された場合であっても、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に組み立てられる大きさに設定される。
【００３４】
図２〜図４に示すように、結合カムローブ３０とシャフト部材２０との間には、軸方向に延びるキー３４が嵌め込まれている。キー３４は、シャフト部材２０の回転運動や回転トルクを結合カムローブ３０へ伝達するとともに、結合カムローブ３０の回転トルクを負担するための部材であり、細長い直方体形状に形成されている。ここでは、キー３４は結合カムローブ３０の軸方向長さと同一の長さに形成されている。
【００３５】
なお、結合カムローブ３０の回転トルクはキー３４により保持される（すなわちキー３４が回転トルクを受ける）ため、結合カムローブ３０のシャフト部材２０に対する締め付け力をそれほど大きくしなくても、結合カムローブ３０がシャフト部材２０に対して周方向にずれるようなことがない。そのため、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に焼きばめにより固定する場合の締め代を小さく設定することができる。言い換えると、小さな締め代であっても、キー３４を設けることで結合カムローブ３０をシャフト部材２０に対して確実に固定することができる。
【００３６】
シャフト部材２０の外周面には、キー３４が圧入されるキー溝２０ｋ（以下、シャフト側キー溝２０ｋという）が形成されている。シャフト側キー溝２０ｋは、シャフト部材２０の外周面のうち、結合カムローブ３０のカムトップ３１ｃ側に位置する面とは反対側の位置（１８０度ずれた位置）に、シャフト部材２０の軸方向に沿って一直線状に凹設される。シャフト側キー溝２０ｋは、キー３４の形状に対応した形状に形成される。例えば、キー３４の長さ及び幅と同等の長さ及び幅に形成され、キー３４の高さの略半分の深さに形成される。
【００３７】
一方、結合カムローブ３０の取付孔３０ｈには、バルブリフト部３１ｂと反対側の内周面にキー３４が嵌め込まれるキー溝３０ｋ（以下、ローブ側キー溝３０ｋという）が形成されている。ここでは、ローブ側キー溝３０ｋは、取付孔３０ｈの内周面のうち、カムシャフト用孔部３１ｈの軸心Ｓとローラシャフト用孔部３１ｍの軸心Ｔとを結ぶ直線上であってカムトップ３１ｃから遠い側の面に、結合カムローブ３０の軸方向に沿って一直線状に凹設される。ローブ側キー溝３０ｋは、結合カムローブ３０がシャフト部材２０に組み立てられたときに、シャフト側キー溝２０ｋと重なる位置に設けられる。
【００３８】
ローブ側キー溝３０ｋは、一方のカムローブ３０Ａのジャーナル部３０Ｂとは反対側の端面から、他方のカムローブ３０Ａのジャーナル部３０Ｂとは反対側の端面まで延設されている。すなわち、ローブ側キー溝３０ｋは、結合カムローブ３０を軸方向に貫通して（軸方向全長に亘って）形成されている。また、ローブ側キー溝３０ｋの幅はキー３４の幅と同等に形成され、ローブ側キー溝３０ｋの深さは、キー３４のシャフト部材２０の外周面からの突出量と同等かやや大きく形成されている。
【００３９】
言い換えると、ローブ側キー溝３０ｋの深さは、キー３４がシャフト部材２０に嵌め込まれた状態でシャフト部材２０の外周面から突出している量よりも大きく設定される。これにより、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に嵌め込む際に、キー３４とローブ側キー溝３０ｋとの間に隙間が形成されるため、キー嵌め込み時の結合カムローブ３０のカム面の変形が回避される。
【００４０】
キー３４は、シャフト側キー溝２０ｋに圧入されて、シャフト部材２０の外周面から外方に突設される。そして、結合カムローブ３０の組み立て時には、この突設されたキー３４にローブ側キー溝３０ｋが嵌まるように、結合カムローブ３０がシャフト部材２０の軸方向から嵌め込まれる。ここでは、キー３４は、結合カムローブ３０の軸方向全長に亘ってローブ側キー溝３０ｋに嵌め込まれる。なお、結合カムローブ３０はシャフト部材２０に対してしまりばめとなるが、キー３４はローブ側キー溝３０ｋに対して中間ばめとなる。
【００４１】
［２．製造方法］
次に、本実施形態に係る組立カムシャフト１０の製造方法の一例について説明する。組立カムシャフト１０は、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａのベースカム３１，３１にそれぞれローラ３２，３２が組み付けられ、結合カムローブ３０が完成した状態でシャフト部材２０に嵌め込まれる。なお、結合カムローブ３０は、エンジンの気筒数に応じて複数製造される。以下、詳述する。
【００４２】
本製造方法は、ローラ３２に対する突出量の設定工程，選定工程及び表面処理工程と、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａのベースカム３１，３１及びジャーナル部３０Ｂに対する荒加工工程，仕上げ加工工程，研削工程及び表面処理工程とを有する。さらに、ベースカム３１，３１にそれぞれローラ３２，３２を組み付ける組付工程と、結合カムローブ３０をシャフト部材２０へ嵌め込んで組み立てる組立工程とを有する。
【００４３】
最初に、ローラ３２に対する各工程について説明する。まず、ベースカム３１の外周面からのローラ３２の突出量を設定し（設定工程）、その突出量となる外径を有するローラ３２をカムローブ３０Ａの個数だけ用意する（選定工程）。次に、ローラ３２とローラシャフト３３とを組み付け状態にする前に、ローラ３２及びローラシャフト３３に対してそれぞれ表面硬化処理を実施する。ここでは表面硬化処理として、一般的な高周波焼入れ焼戻しを実施する。これにより、ローラ３２及びローラシャフト３３の各表面には、比較的厚い硬化層が形成される（表面処理工程）。
【００４４】
次に、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａのベースカム３１，３１及びジャーナル部３０Ｂに対する各工程について説明する。ベースカム３１，３１及びジャーナル部３０Ｂの各工程の前段階として、ベースカム３１，３１及びジャーナル部３０Ｂの基礎となる部品を鍛造により一体成形する。次いで、この鍛造品を荒加工して、切欠部３１ｎとなる部分を形成するとともに、シャフト部材２０の取付孔３０ｈ及びローラシャフト用孔部３１ｍとなる部分を穴あけ加工する。
【００４５】
また、この鍛造品の外周面を荒加工してベースカム３１の最終的なカムプロフィールに近い形状に形成する（荒加工工程）。ここでいう最終的なカムプロフィールに近い形状とは、外周面を仕上げ加工（すなわち研削）するだけで、所望のカムプロフィールとなる形状をいう。なお、荒加工工程を省略し、鍛造品を成形する段階で、切欠部３１ｎや取付孔３０ｈ，ローラシャフト用孔部３１ｍとなる部分を形成し、外周面をベースカム３１の最終的なカムプロフィールに近い形状に形成してもよい。
【００４６】
荒加工工程後の鍛造品は、仕上げ加工工程において、最終的なベースカム３１の形状に形成される。仕上げ加工工程は、例えばＮＣ旋盤のように数値制御で加工が可能な装置を用いても行ってもよく、手作業で加工してもよい。荒加工工程後の鍛造品には、まず、シャフト部材２０の取付孔３０ｈを仕上げ加工し、次いでこの取付孔３０ｈを基準にしてローラシャフト用孔部３１ｍを位置決めして仕上げ加工する。
【００４７】
なお、取付孔３０ｈは、シャフト部材２０の外径よりもやや小さい径に形成され、ローラシャフト用孔部３１ｍは、ローラシャフト３３の径よりもやや大きい径に形成される。これは、結合カムローブ３０はシャフト部材２０に対して焼きばめにより固定されるのに対し、ローラシャフト３３はベースカム３１に対してかしめにより固定されるためである。
【００４８】
取付孔３０ｈ及びローラシャフト用孔部３１ｍが形成された鍛造品は、続いてその外周面が研削される（研削工程）。例えば、取付孔３０ｈ及びローラシャフト用孔部３１ｍをそれぞれチャックで固定することで鍛造品を支持し、その外周面に高速回転する研削砥石を接触させながら、所定の送り量（切り込み量）だけ鍛造品側へと進め、鍛造品の外周面を研削する。これにより、所望のカムプロフィールを有するベースカム３１が完成する。
【００４９】
完成した一対のベースカム３１，３１及びジャーナル部３０Ｂは、表面処理工程において、例えば一般的なガス窒化処理や焼入れ焼戻し処理が施される。なお、ジャーナル部３０Ｂの表面処理は省略してもよい。
【００５０】
以上の工程を経た一対のベースカム３１，３１には、組付工程において、ローラ３２がローラシャフト３３を介してそれぞれ回転自在に組み付けられる。具体的には、ローラ３２は、その中心の貫通孔がベースカム３１のヨーク部３１ｙ，３１ｙに形成されたローラシャフト用孔部３１ｍ，３１ｍと重なり、二つのヨーク部３１ｙ，３１ｙとの隙間が略同等となるように、切欠部３１ｎの幅方向中心部に配置される。この状態で、ローラシャフト３３が、一方のヨーク部３１ｙのローラシャフト用孔部３１ｍに挿通され、続いてローラ３２の貫通孔に挿通され、さらに他方のヨーク部３１ｙのローラシャフト用孔部３１ｍに挿通される。そして、ローラシャフト３３の両端部をかしめによって拡径することで、ベースカム３１に固定される。
【００５１】
このように、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａのベースカム３１，３１にそれぞれローラ３２，３２が取り付けられることで、結合カムローブ３０が製造される。なお、ローラ３２に対する各工程とベースカム３１，３１及びジャーナル部３０Ｂに対する各工程とは、何れを先に実施してもよいし、同時に実施してもよい。
【００５２】
組立工程では、まずシャフト部材２０のシャフト側キー溝２０ｋにキー３４を圧入する。そして、シャフト部材２０の外周面から突設されたキー３４にローブ側キー溝３０ｋが嵌まるように、所定の温度まで加熱した結合カムローブ３０をシャフト部材２０に対して軸方向から挿入する。これにより、結合カムローブ３０の温度が低下すれば、シャフト部材２０に対して結合カムローブ３０が強固に固定された組立カムシャフト１０が完成する。
【００５３】
［３．効果］
したがって、本実施形態に係る組立カムシャフト１０によれば、結合カムローブ３０を一体成形することで同一気筒でのばらつきを極小化でき、また、結合カムローブ３０をキー３４を用いて組み立てるため、組み立て精度を確保することができる。これにより、組立工程後の仕上げ加工工程を省略することができるので、製造コストを低減することができる。また、同一気筒内でのばらつきを極小化できるため、エンジン制御の精度を高めることができ、ひいては出力向上や排気性能向上を実現することができる。
【００５４】
また、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に外嵌するときにキー３４が用いられるため、結合カムローブ３０の回転トルクをキー３４に負担させることができる。つまり、結合カムローブ３０の内周面で受ける回転トルクが小さくなるので、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に外嵌するときの締め代を小さくすることができる。例えば、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に組み立てる場合、焼きばめ時の温度を結合カムローブ３０の焼戻し温度よりも低くできる程度の小さな締め代に設定することができる。これにより、結合カムローブ３０が焼きなまされることを防ぐことができ、硬度低下を抑制することができる。換言すると、キー３４を設けることで締め代を小さくできるため、結合カムローブ３０の焼きばめ時の加熱温度を低くすることができ、硬度低下を抑制できる。
【００５５】
さらに、キー３４が軸受部４０とカムキャップ４１とにより挟持されるジャーナル部３０Ｂにおけるローブ側キー溝３０ｋに嵌め込まれるため、ジャーナル部３０Ｂに微小の変形が生じたとしても、軸受部４０及びカムキャップ４１とジャーナル部３０Ｂとの摺動面に設定される隙間により変形を吸収することができる。
【００５６】
また、上記の組立カムシャフト１０は、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａがローラ付きのカムローブであるため、ローラ３２が付いていないカムローブに比べて摩擦を低減することができ、燃費を向上させることができる。また、ローラ３２自体がタペット上で回転するため、低回転域でのカム駆動トルクを低減することができる。特に本実施形態では、一対のカムローブ３０Ａ，３０Ａが同一形状であって位相差がゼロ又は略ゼロに形成されているため、同一気筒で用いられる一対の吸気弁又は一対の排気弁のばらつきを極小化することができる。
【００５７】
また、上記の組立カムシャフト１０は、ローブ側キー溝３０ｋが取付孔３０ｈの内周面のうちバルブリフト部３１ｂと反対側の面に形成されている。言い換えると、キー３４が、シャフト部材２０の外周面と結合カムローブ３０の取付孔３０ｈの内周面との間において、シャフト部材２０の軸心を挟んでローラ３２と対向する位置に設けられる。このため、カムローブ３０Ａによるバルブの駆動に対して、ローブ側キー溝３０ｋ及びキー３４が影響しないようにすることができる。すなわち、カムローブ３０Ａのうちタペットに接触するのはバルブリフト部３１ｂ及びローラ３２であるため、キー３４を、シャフト部材２０の軸心を挟んでローラ３２と対向する位置に設けることで、微小の変形が生じたとしても、バルブリフト部３１ｂ及びローラ３２は変形の影響を受けずにバルブを駆動することができる。
【００５８】
また、キー３４は、結合カムローブ３０の軸方向全長に亘ってローブ側キー溝３０ｋに嵌め込まれるため、結合カムローブ３０の回転トルクを最大限負担することができる。言い換えると、キー３４により保持できる回転トルク（回転力）を最大とすることができるので、取付孔３０ｈの内周面とシャフト部材２０の外周面との締め付け力を小さくすることができ、これにより締め代をより小さくすることができる。また、ローブ側キー溝３０ｋの全体にキー３４が嵌め込まれるため、ローブ側キー溝３０ｋに空間ができず、応力集中の発生を防ぐことができる。これにより、組立カムシャフト１０全体において高い強度を確保することができる。
【００５９】
また、ローブ側キー溝３０ｋの深さは、キー３４がシャフト部材２０に嵌め込まれた状態でシャフト部材２０の外周面から突出している量よりも大きく設定される。これにより、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に嵌め込む際に、キー３４とローブ側キー溝３０ｋとの間に隙間が形成されるため、キー嵌め込み時の結合カムローブ３０のカム面の変形を回避することができる。
【００６０】
［４．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、キー３４は結合カムローブ３０の軸方向全長に亘ってローブ側キー溝３０ｋに嵌め込まれているが、キー３４はもっと短く形成されていてもよく、少なくともジャーナル部３０Ｂにおけるローブ側キー溝３０ｋに嵌め込まれていればよい。
【００６１】
また、上記のローブ側キー溝３０ｋは結合カムローブ３０を軸方向に貫通して形成されているが、結合カムローブ３０をシャフト部材２０に軸方向から嵌め込むことができる形状であればよい。例えば、キー３４がジャーナル部３０Ｂのみに設けられる場合は、ローブ側キー溝３０ｋは一方のカムローブ３０Ａとジャーナル部３０Ｂとに形成されていればよい。また、ローブ側キー溝３０ｋの位置も上記実施形態に限られず、取付孔３０ｈの内周面であればよく、バルブリフト部３１ｂから離れている方が好ましい。
【００６２】
また、上記実施形態では、シャフト部材２０にもシャフト側キー溝２０ｋが設けられ、このキー溝２０ｋにキー３４が圧入されているが、シャフト部材２０とキーとが一体成形され、シャフト部材２０の外周面からキーが突設されていてもよい。これにより、部品点数を削減することができる。また、シャフト部材２０にシャフト側キー溝２０ｋを設ける場合よりも、シャフト部材２０の強度を高く保つことができる。
【００６３】
また、上記実施形態では、荒加工後に、取付孔３０ｈを仕上げ加工し、その後でローラシャフト用孔部３１ｍを仕上げ加工する場合を例示しているが、仕上げ加工の順番は反対でもよい。すなわち、ローラシャフト用孔部３１ｍの位置決めを冶具を用いて精度良く行うことで、ローラシャフト用孔部３１ｍを先に仕上げ加工し、ローラシャフト用孔部３１ｍを基準として取付孔３０ｈを仕上げ加工してもよい。
【００６４】
また、ローラ３２及びローラシャフト３３の表面硬化処理は高周波焼入れ焼戻し処理に限られず、他の表面焼入れ処理でもよい。また、高い表面硬度を与えることのできれば、表面焼入れ処理以外の表面硬化処理をローラ３２及びローラシャフト３３に施してもよい。
また、ベースカム３１及びジャーナル部３０Ｂとなる部品を鍛造品として説明しているが、ベースカム３１及びジャーナル部３０Ｂとなる部品は鍛造により成形された部品に限られず、他の手法により成形された部品であってもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、ローラ３２がベースカム３１に固定されたローラシャフト３３に対して回転するカムローブ３０Ａを説明したが、ローラ３２とローラシャフト３３とが固定され、ローラシャフト３３がベースカム３１に対して回転するカムローブであってもよい。また、ローラ３２がローラシャフト３３に対して回転自在であり、さらにローラシャフト３３もベースカム３１に対して回転自在であってもよい。
【００６６】
また、ローラシャフト３３の固定方法はかしめに限られず、圧入によってベースカム３１に固定してもよい。結合カムローブ３０の固定方法も焼きばめに限られず、圧入によって固定してもよい。
なお、シャフト部材２０は、中実のパイプ形状であってもよく、オイル流路等が設けられていないものであってもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０  組立カムシャフト
２０  シャフト部材
２０ｋ  シャフト側キー溝
３０  結合カムローブ
３０Ａ  カムローブ
３０Ｂ  ジャーナル部
３０ｈ  取付孔
３０ｋ  ローブ側キー溝（キー溝）
３１  ベースカム
３１ａ  ベース円部
３１ｂ  バルブリフト部
３１ｈ  カムシャフト用孔部
３１ｍ  ローラシャフト用孔部
３２  ローラ
３３  ローラシャフト
３４  キー
４０  軸受部
４１  カムキャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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