(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカムロブを有するカムシャフトの製造方法であって、
カム面を研磨材によって研磨する研磨工程を有しており、
研磨工程では、カム面を研磨するときの研磨条件を少なくとも２つのカムロブの間で固定するとともに、カム面の研磨を開始する起点を前記少なくとも２つのカムロブの間で周方向に沿って変更し、カム面に形成される表面凹凸の位相を前記少なくとも２つのカムロブの間で相違させることを特徴とするカムシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記少なくとも２つのカムロブは、位相が互いに等しいカムロブ群であることを特徴とする請求項１のカムシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記カムロブ群は、２つのカムロブからなるカムロブ対であり、
研磨工程では、固定した研磨条件から予期される表面凹凸のピッチの整数倍と半ピッチだけ、カム面の研磨を開始する起点をカムロブ対の間で周方向に変更することを特徴とする請求項２のカムシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムロブを有するカムシャフトの製造方法に関する。特に、カムロブのカム面を研磨する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
カムロブを有するカムシャフトは、例えば自動車のエンジンに取り付けられ、吸気弁や排気弁を開閉するために使用される。カムロブのカム面には、吸気弁や排気弁が直接的に、あるいは、吸気弁や排気弁に連結されたローカーアーム（以下では、これらを受動部材と称することがある）が当接する。そのことから、カム面は平滑であることが求められる。
【０００３】
特許文献１に、カムロブを成形する技術が記載されている。この技術では、回転させた砥石をカム面に当接させ、カムシャフトを回転させることによって、カムロブを目的とする形状まで成形していく。
カムロブを目的とする形状に成形した後、カムロブのカム面は研磨砥石によって研磨される。それにより、カムロブのカム面は平滑に仕上げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−８６４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自動車のエンジン等では、動作時に発生する音（動作音）が小さいことが好ましい。本発明者らは、エンジンの動作音について研究を重ね、動作音の発生する原因の一つがカムシャフトの振動であることを確認した。さらに本発明者らは鋭意研究した結果、研磨されたカム面にも微小な表面凹凸が形成されており、それに起因してカムシャフトが振動することを確認した。
従って、カム面からその微小な表面凹凸を無くすことができれば、カムシャフトが振動することもなくなり、それに起因する動作音を防止することができる。しかしながら、研磨によって形成される表面凹凸を完全に無くすことは、事実上、不可能である。カム面に微小な表面凹凸が存在しても、カムシャフトの振動を抑制し、それに起因する動作音を低減させる技術が必要である。
【０００６】
本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、カム面の表面凹凸に起因するカムシャフトの振動を抑制し、それに起因する動作音を低減させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本明細書では、カムロブを有するカムシャフトの製造方法を提供する。このカムシャフトの製造方法は、カムロブのカム面を研磨材によって研磨する研磨工程を有している。そして、研磨工程では、カム面を研磨するときの研磨条件をカム面の周方向における位置に応じて変更し、カム面に形成される表面凹凸のピッチをカム面の周方向における位置に応じて相違させる。
ここで、カム面の周方向における位置とは、カムロブ（カムシャフト）の回転方向におけるカム面の位置を意味する。
【０００８】
例えば研磨条件を固定してカム面の全体を研磨した場合、カム面に形成される表面凹凸のピッチは、カム面の周方向における位置に関わらず一定となる。この場合、カムロブと受動部材の間で発生する力が一定の周波数で変動するので、カムシャフトの振動が増幅されやすく、それに伴って比較的に大きな動作音が発生することになる。
上記に対して、本明細書で開示される製造方法では、研磨条件をカム面の周方向における位置に応じて変更することによって、カム面に形成される表面凹凸のピッチをカム面の周方向における位置に応じて相違させる。この場合、カムロブと受動部材の間で発生する力の変動周波数が変化するので、カムシャフトの振動が増幅されにくく、それに伴う動作音は比較的に小さくなる。
変更する研磨条件としては、様々な研磨条件を採用することができる。例えば、研磨材の種類を変更してもよく、研磨材の押圧力を変更してもよい。あるいは、カム面に対して研磨材を摺動させる摺動速度を変更してもよい。
本明細書で開示される製造方法によると、カム面の表面凹凸に起因するカムシャフトの振動を抑制し、それに起因する動作音を低減させることが可能となる。
【０００９】
上記した研磨工程では、カム面に対して研磨材を摺動させる摺動速度を、カム面の周方向における位置に応じて変更することが好ましい。
この手法によると、カム面に形成される表面凹凸のピッチを、比較的に自由に変化させることも可能となる。
【００１０】
研磨材の摺動速度をカム面の周方向における位置に応じて変更する場合、回転させた研磨材をカム面に当接させるとともに、その研磨材の回転速度をカム面の周方向における位置に応じて変更することが好ましい。
この製造方法では、研磨材を回転させるモータ等の制御条件を変更するだけでよく、簡単な構成でカム面に形成される表面凹凸のピッチを相違させることができる。
【００１１】
本明細書では、複数のカムロブを有するカムシャフトの製造方法を提供する。このカムシャフトの製造方法は、カムロブのカム面を研磨材によって研磨する研磨工程を有している。そして、研磨工程では、カム面を研磨するときの研磨条件を少なくとも２つのカムロブの間で変更し、カム面に形成される表面凹凸のピッチをその少なくとも２つのカムロブの間で相違させる。
【００１２】
カムシャフトが複数のカムロブを有する場合、研磨条件をカム単位で変更することによって、カム面に形成される表面凹凸のピッチをカム単位で相違させることも有効である。この場合、カムロブと受動部材の間で発生する力の変動周波数がカム単位で変化するので、カムシャフトの振動が増幅されにくく、それに伴う動作音は比較的に小さくなる。
この製造方法によっても、カム面の表面凹凸に起因するカムシャフトの振動を抑制し、それに起因する動作音を低減させることが可能となる。
【００１３】
上記した研磨工程では、カム面に対して研磨材を摺動させる摺動速度を少なくとも２つのカムロブの間で変更することが好ましい。
この製造方法によれば、カム面に形成される表面凹凸のピッチを、比較的に自由に変化させることも可能となる。
【００１４】
研磨材の摺動速度を少なくとも２つのカムロブの間で変更する場合、回転させた研磨材をカム面に当接させるとともに、その研磨材の回転速度を少なくとも２つのカムロブの間で変更することが好ましい。
この製造方法によれば、研磨材を回転させるモータ等の制御条件を変更するだけでよく、簡単な構成でカム面に形成される表面凹凸のピッチを相違させることができる。
【００１５】
本発明は、複数のカムロブを有するカムシャフトの製造方法を提供する。この製造方法では、カム面を研磨材によって研磨する研磨工程において、カム面を研磨するときの研磨条件を少なくとも２つのカムロブの間で固定するとともに、カム面の研磨を開始する起点を少なくとも２つのカムロブの間で周方向に沿って変更することによって、カム面に形成される表面凹凸の位相を少なくとも２つのカムロブの間で相違させる。
上記した製造方法では、研磨条件の変更を要しない。この場合、各カムロブのカム面には、同じピッチの表面凹凸が形成される。ただし、カム面の研磨を開始する起点をカム単位で変更することから、その表面凹凸の位相は各カムロブの間で相違することになる。この場合、各カムロブと受動部材の間で発生する力の位相が一致しないので、カムシャフトの振動が増幅されにくく、それに伴う動作音は比較的に小さくなる。
この製造方法によっても、カム面の表面凹凸に起因するカムシャフトの振動を抑制し、それに起因する動作音を低減させることが可能となる。
【００１６】
上記した製造方法において、前記した少なくとも２つのカムロブは、位相が互いに等しいカムロブ群であることが好ましい。
位相が互いに等しいカムロブ群に同じピッチの表面凹凸が同じ位相で形成されていると、カムシャフトの振動が特に増幅されやすい。そのことから、位相が互いに等しいカムロブ群においてカム面に形成される表面凹凸の位相をカムロブ毎に相違させることで、カムシャフトの振動が増幅することを効果的に抑制することができる。
【００１７】
前記したカムロブ群が２つのカムロブからなるカムロブ対である場合、固定した研磨条件から予期される表面凹凸のピッチの整数倍と半ピッチだけ、前記した起点をカムロブ対の間で周方向に変更することが好ましい。
この製造方法では、一方のカムロブのカム面に形成される表面凹凸と、他方のカムロブのカム面に形成される表面凹凸を、逆位相の関係とすることができる。この場合、一方のカムロブによる振動と、他方のカムロブによる振動が、互いに打ち消し合うことになる。カムシャフトの振動が顕著に抑制され、その動作音を低減させることが可能となる。
【００１８】
上記した製造方法によると、新規で有用なカムシャフトを製造することができる。その第１のカムシャフトは、カムロブを有しており、そのカムロブのカム面は、研磨材によって研磨された研磨面であるとともに、研磨によって形成された表面凹凸のピッチが周方向の位置に応じて変化する。第２のカムシャフトは、複数のカムロブを有しており、それらのカムロブのカム面は、研磨材によって研磨された研磨面であり、少なくとも２つのカムロブの間では、研磨によって形成された表面凹凸のピッチが互いに相違している。第３のカムシャフトは、複数のカムロブを有しており、それらのカムロブのカム面は、研磨材によって研磨された研磨面であり、少なくとも２つのカムロブの間では、研磨によって形成された表面凹凸の位相が互いに相違している。
これらのカムシャフトによると、カム面の表面凹凸に起因するカムシャフトの振動が抑制され、それに起因する動作音が低減されることになる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、カム面の表面凹凸に起因するカムシャフトの振動を抑制し、動作音の小さい内燃機関を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
下記の実施例の技術的な特徴について列記する。
（形態１）  研磨工程では、研磨材を自転させるとともにカムロブを自転させる。
（形態２）  カムシャフトは、カムロブ対を４対有している。各カムロブ対は、カムシャフトの回転軸に対して垂直に伸びている。第１カムロブ対の位相は、第２カムロブ対の位相と第４カムロブ対の位相のそれぞれと直角の関係にある。第１カムロブ対の位相は、第３カムロブ対の位相と逆位相の関係にある。
【実施例】
【００２１】
（第１参考例）
第１参考例に係るカムシャフトの製造方法を図面を参照して説明する。本参考例では、自動車のエンジンに用いられるカムシャフトについて説明する。図１は本参考例の製造方法で製造されるカムシャフト１０の平面図である。図１に示すように、カムシャフト１０は、回転軸１２と回転軸１２に取付けられている４対のカムロブ対１４，１６，１８，２０（以下、カムロブ対を単にカム対という）を有している。第１のカム対１４は、一対のカムロブ１４ａ，１４ｂ（以下、カムロブを単にカムという）を有している。
図２は、一方のカム１４ａを回転軸１２の軸方向（図１の右側）から見た図である。カム１４ａには、曲率半径が比較的に小さい円弧状のトップ部１４ｃと、曲率半径が比較的に大きい円弧状のベース部１４ｄが形成されている。トップ部１４ｃとベース部１４ｄは、回転軸１２を挟んで正反対の位置に設けられており、両者は直線部分を介して接続されている。ベース部１４ｄの円弧の中心は、回転軸１２の中心に一致している。トップ部１４ｃの円弧の中心は、回転軸１２の中心からトップ部１４ｃ側にずれて位置している。他方のカム１４ｂについても、上記した一方のカム１４ａと同一の形状を有している。回転軸１２に対するカム１４ｂのトップ部の位相は、カム１４ａのトップ部１４ｃの位相と等しい。
【００２２】
カム対１６，１８，２０の各々のカム１６ａ〜２０ｂは、カム１４ａと同一の形状である。カム対１６，１８，２０の各々は、回転軸１２に対して等しい位相を有している。カム対１４の位相は、カム対１６の位相とカム対２０の位相のそれぞれに対して直角の関係にある。カム対１８の位相は、カム対１４の位相と逆位相の関係にある。
【００２３】
次に、カムシャフト１０の製造方法について説明する。カムシャフト１０の製造方法は、まず、鋳造によって粗形状の中間製品が成形される。続いて、中間製品を研削して成形し、各カムのカム面を研磨して製造される。図３，４には、カムシャフト１０の研磨装置３０の概要図を示す。
図３に示すように、研磨装置３０は、カムシャフト１０の両端を支持するカムシャフト支持部３６と砥石３４と砥石支持部３２を備えている。カムシャフト支持部３６は、カムシャフト１０を回転軸１２を中心として回転自在に支持する。カムシャフト支持部３６に支持されたカムシャフト１０は、モータ（図示省略）によって回転される。カムシャフト１０は、モータによって等速で回転される。砥石３４は、砥石支持部３２に回転自在に支持されている。砥石３４は、モータ（図示省略）によって回転される。また、砥石３４は、各カムの形状に合わせて上下方向（図３の上下方向）に移動することができる。図４に示すように、研磨工程は、砥石３４と各カムのカム面を接触させて、砥石３４をカム面に摺動させることによって実施される。
【００２４】
砥石３４の回転速度は、カム面の周方向における位置に応じて変化する。これにより、砥石３４のカム面に対する摺動速度を、カム面の周方向における位置に応じて変化させる。砥石３４のカム面に対する摺動速度を変化させると、研磨によって形成される微小な表面凹凸のピッチが変化する。従って、砥石３４のカム面に対する摺動速度を、カム面の周方向における位置に応じて変化させると、研磨によって形成される微小な表面凹凸のピッチを、カム面の周方向における位置に応じて相違させることができる。
ここで、砥石３４の回転速度は、カム面の周方向における位置に応じて連続的に変化させてもよいし、カム面の周方向における位置に応じて段階的に変化させてもよい。本参考例では、図２に示すようにカム１４ａのカム面を周方向に沿って３つの範囲２２，２４，２６に分割し、３つの範囲２２，２４，２６毎に砥石３４の摺動速度を変化させている。図５は、カム１４ａにおいて、カム面の周方向における表面凹凸の状態を示すグラフである。図５の横軸は、ベース部１４ｄの中点を０°とした位相角度を示しており、右に向かうにしたがって位相角度が大きくなる。図５の縦軸は表面凹凸の大きさ（表面形状）を示している。図５に示すように、研磨によって形成される表面凹凸のピッチが、範囲２２，２４，２６毎に異なることとなる。カム１４ｂ〜２０ｂについてもそれぞれ同様に、砥石３４の摺動速度をカム面を周方向に沿った３つの範囲で変化させて、カム面の各範囲にピッチが異なる表面凹凸を形成する。
【００２５】
カムシャフト１０が自動車のエンジンに組付けられると、各カムのカム面は、受動部材（例えばロッカアーム）と接触する。エンジンが駆動すると、各カムは、そのカム面が受動部材と摺動しながら回転する。このとき、各カムのカム面には研磨時に形成された微小な表面凹凸が存在するので、カム面と受動部材との間で動作音（摺動音）が発生する。ここで、例えばカム面の表面凹凸が全周に亘って同一ピッチで形成されていると、カムシャフト１０の振動が増幅することになって、カム面と受動部材との間の動作音が比較的に大きくなってしまう。それに対して、本参考例によるカムシャフト１０の各カム面では、図５に示すように範囲２２，２４，２６毎にピッチの異なる表面凹凸が形成されているので、カムシャフト１０の振動が増幅することを防止することができる。それにより、カム面と受動部材との間で発生する動作音を小さくすることができる。
【００２６】
（実施例）
第１参考例のカムシャフトの製造方法では、各カムのカム面の研磨工程において、カムの周方向で砥石３４の回転速度を変化させている。それに対して、本実施例のカムシャフトの製造方法では、砥石３４の回転速度を一定とする。ただし、本実施例では、カム対１４のカム１４ａ，１４ｂの間で、研磨を開始する起点の位置を周方向に沿って変更する。具体的には、一方のカム１４ａでは、そのベース部１４ｄの中点を起点として研磨を開始する。他方のカム１４ｂでは、そのベース部の中点から周方向に移動した位置を起点として研磨を開始する。
【００２７】
図６は、カム対１４の各カム１４ａ，１４ｂの表面凹凸の状態を示すグラフである。図６の横軸は、ベース部１４ｄの中点を０°とした位相角度を示しており、右に向かうにしたがって位相角度が大きくなる。図６の縦軸は表面凹凸の大きさ（表面形状）を示している。図６の実線で示すグラフ５０は、一方のカム１４ａのカム面の表面凹凸の概略を示す。図６の破線で示すグラフ５２は、一他方のカム１４ｂのカム面の表面凹凸の概略を示す。
図６に示すように、本実施例では砥石３４の回転速度を一定にしているので、各カム１４ａ、１４ｂのカム面には、研磨による表面凹凸が周方向において略一定のピッチで形成される。ただし、研磨を開始する起点を移動させたことによって、両者の間では表面凹凸の位相が互いに相違することになる。特に本実施例では、２つのカム１４ａ、１４ｂの間で、研磨を開始する起点を、カム面に形成される表面凹凸の半ピッチだけ移動させている。それにより、図６に示すように、２つのカム１４ａ、１４ｂの間で表面凹凸の位相が逆位相の関係となる。ここで、カム面に形成される表面凹凸のピッチは、研磨時における砥石３４の回転速度及びカムシャフト１０の回転速度（即ち、カム面に対する砥石３４の摺動速度）、砥石３４のカム面への接触圧、カムシャフト１０及び砥石３４の材質等の研磨条件に応じて定まる。従って、カム面に形成される表面凹凸のピッチは、例えば実験等によって予め確認しておくことにより、研磨条件に応じて予期することができる。
【００２８】
他のカム対１６，１８，２０も同様に、一方のカム１６ａ，１８ａ，２０ａの研磨を開始する起点と、他方のカム１６ｂ，１８ｂ，２０ｂの研磨を開始する起点を、カム面に形成される表面凹凸の半ピッチ分だけ移動させる。これにより、一方のカム１４ａ，１６ａ，１８ａ，２０ａの振動の位相は、他方のカム１４ｂ，１６ｂ，１８ｂ，２０ｂの振動の位相に対して逆位相となる。その結果、カム１４ａ，１６ａ，１８ａ，２０ａの振動は、カム１４ｂ，１６ｂ，１８ｂ，２０ｂの振動によって打ち消される。そのため、カムシャフト１０の振動が抑制される。
本実施例のカムシャフト１０の製造方法では、カム１４ａとカム１４ｂのカム面の表面凹凸が逆位相でなくてもよい。この場合、例えば、カム１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂのカム面の表面凹凸を同一の位相とし、カム１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂのカム面の表面凹凸を同一の位相としてもよい。このとき、カム１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂのカム面の表面凹凸の位相とカム１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂのカム面の表面凹凸の位相とを逆位相あるいは異なる位相とする。あるいは、全てのカムのカム面の表面凹凸を異なる位相としてもよい。
【００２９】
（第２参考例）
第２参考例のカムシャフト１０の製造方法は、各カムのカム面を研磨するときの砥石３４の摺動速度は一定である。一方において、研磨するカム毎に砥石３４の回転速度を変化させる。この結果、カム面に形成される表面凹凸のピッチが各カムによって異なるカムシャフト１０を製造することができる。
この構成では、カムから回転軸１２に伝達される振動の周期が各カムによって異なる。そのため、各カムの振動によってカムシャフト１０が共振しない。カムシャフト１０の振動が増幅することを防止することができる。
【００３０】
上記したカムシャフト１０の製造方法では、研磨によって形成される表面凹凸のピッチを変化させるために、砥石３４の回転速度を変化させている。しかしながら、研磨によって形成される表面凹凸のピッチは、例えば、砥石３４のカム面への接触圧や、カムシャフト１０及び砥石３４の材質等の、他の研磨条件にも応じて変化する。従って、例えば第１参考例では、カム１４ａのカム面を全周に亘って同じ砥石３４を用いて同じ摺動速度で研磨した後、カム１４ａの範囲２２，２４の各々を別の砥石を用いて研磨してもよい。これにより、カム１４ａのカム面の周方向における表面凹凸のピッチを変更することができる。また、第２参考例では、例えば、カム毎に砥石３４を変えてもよい。このとき、カム毎に用いる砥石は、カム面の表面凹凸のピッチが異なるように適宜選択することができる。
また、上記した参考例では、砥石３４の回転速度を変化させている。しかしながら、例えば、各カムの回転速度を変化させてもよい。
【００３１】
上記したカムシャフト１０を用いた自動車のエンジンでは、駆動中に発生する異音が小さくなる。そのため、例えば、異音防止のための遮音カバーが不要となる。カムシャフト１０が振動することによって、他の部品が共振することを防止するためのリブ等が不要となる。これにより、自動車の重量を低減させることができる。また、カム面の表面凹凸を小さくするための表面加工が不要となる。これにより、製造コストや製造時間を減らすことができる。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、本実施例のカムシャフトの製造方法で製造されたカムシャフトは、自動車のエンジン以外にも利用することができる。
また、本実施例のカムシャフト１０は、鋳造によって、回転軸１２とカム１４ａ〜２０ｂが一体で成形されている。しかしながら、カムシャフトは回転軸とカムを別々に成形し、これらを組付けてもよい。この場合、研磨工程は、回転軸とカムとを組付ける工程の前に実施してもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施例のカムシャフトを示す平面図。
【図２】本実施例のカムロブを回転軸の軸方向から見た図。
【図３】本実施例の研磨工程で用いられる研磨装置の概要図。
【図４】本実施例の研磨工程で用いられる研磨装置の一部抜粋図。
【図５】第１参考例のカムロブのカム面の表面凹凸を示すグラフ。
【図６】本実施例のカムロブのカム面の表面凹凸を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３４】
１０：カムシャフト
１２：回転軸
１４，１６，１８，２０：カムロブ対
１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂ：カムロブ
１４ｃ：トップ部
１４ｄ：ベース部
３０：研磨装置
３２：砥石支持部
３４：砥石
３６：カムシャフト支持部
【図１】
0004858456.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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