JP2017166451A - カムシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インナーカムを固定する際にインナーシャフトが撓むことを容易且つ効率的に抑制することが可能なカムシャフト及びその製造方法を提供する。【解決手段】カムシャフト１０は、筒状のアウターシャフト１６の内部に回転可能に配設されるインナーシャフト１８を備える。インナーシャフト１８は、その径方向に沿って延在するピン孔２２が、その軸方向に沿って間隔をおいて気筒と同数設けられる。また、隣接するピン孔２２の延在方向同士が、３６０°を気筒の数で除した角度をなすように配置される。小径部３７と大径部３０とが設けられたピン２８の大径部３０が、インナーカム１４の挿通孔３８及びアウターシャフト１６の切欠２０を介してピン孔２２に圧入された状態で、インナーシャフト１８とインナーカム１４とが固定される。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンバルブの開角及び開時間を任意に制御するべく、アウターカムとインナーカムの相対位置が可変であるカムシャフト及びその製造方法に関する。

内燃機関の気筒に設けられるエンジンバルブを開閉するためのカムシャフトとして、例えば、特許文献１、２に提案されるように、エンジンバルブの開角を任意に制御するべく、アウターカムとインナーカムの相対位置が可変であるものが知られている。

具体的には、カムシャフトは、外周にアウターカムが設けられた筒状のアウターシャフトと、該アウターシャフトの内部に回転可能に配設されるインナーシャフトとを有する。アウターシャフトには、その周方向に沿う形状の切欠が形成され、インナーシャフトには、上記の切欠を介して、該アウターシャフトの外側からインナーカムが固定されている。このため、アウターシャフトに対してインナーシャフトを相対的に回転させると、インナーカムが追従回転（いわゆる連れ回り）して、アウターシャフトの外周面を周方向に沿って摺動する。これによって、アウターカムとインナーカムの相対位置を可変とすることができる。

このカムシャフトでは、インナーシャフトに対するインナーカムの固定を、ピンを用いて行う。すなわち、インナーシャフトにその径方向に沿って延在するピン孔を設け、且つインナーカムに挿通孔を形成する。そして、インナーカムの径方向から、挿通孔及び切欠を介してピン孔にピンを圧入することで、インナーシャフトに対してインナーカムを固定することができる。

この際、ピン孔にピンを圧入する摩擦抵抗によって、アウターシャフト内でインナーシャフトが撓むと、該アウターシャフトの内周面にインナーシャフトの外周面が圧接した状態で固定されてしまう懸念がある。この場合、アウターシャフトとインナーシャフトとが相対的に回転することに伴って互いの間に摩擦抵抗が生じる。このため、各々の回転が阻害されて、アウターカムとインナーカムの相対位置の調整精度が低下したり、互いの接触面が摩耗してカムシャフトの耐久性が低下したりすることが懸念される。

そこで、特許文献１記載のカムシャフトでは、アウターシャフト内でインナーシャフトが撓むことを抑制するべく、ピン孔の内径をピンの直径よりも大きくして、ピン孔にピンを挿入する際に生じる摩擦抵抗を低減させている。この場合、ピン孔に貫通させたピンの軸方向両端部をかしめ加工して大径部（抜止め部）を形成すること等によって、ピンをピン孔に対して固定する。

また、特許文献２記載のカムシャフトでは、アウターシャフトの内周面にインナーシャフトの外周面が圧接した状態で固定されることを抑制するべく、ピン孔にピンを圧入した後、該ピンを圧入方向とは逆方向に移動させている。具体的には、小径部と大径部からなるピンと、棒状の押し戻し治具とを用いる。ピンの小径部はピン孔に圧入される大きさの直径であり、大径部はピン孔の内径よりも大きい直径であり、互いの間に段差部が形成される。

すなわち、先ず、インナーシャフトを貫通するピン孔の一端側から、ピンの小径部を圧入して、段差部を一旦インナーシャフトの外周面に当接させる。次に、ピン孔の他端側に対向するように、インナーカム及びアウターシャフトに形成された貫通孔から押し戻し治具を挿入して、ピンの小径部の端面を押圧する。これによって、ピンを挿入方向とは逆方向に移動させるとともに、アウターシャフトに対するインナーシャフトの相対位置を調整して互いの間にクリアランスを形成する。

国際公開第２０１１／０８９８０９号パンフレット 国際公開第２０１２／０９０３００号パンフレット

しかしながら、特許文献１記載の構成では、ピン孔にピンを挿通する際、各々の軸心が高精度に一致していないと、結局、互いの間に摩擦抵抗が生じてしまうため、インナーシャフトの撓みを抑制することが容易ではない。また、ピンをピン孔に固定するべくかしめ加工等が必要となる分、カムシャフトの製造工程が煩雑となったり、製造効率が低下したりする懸念がある。

また、特許文献２記載の構成は、撓みが生じた後のインナーシャフトを、該撓みの方向と逆方向に再度変位させるものであり、撓みが生じること自体を抑制するものではない。従って、ピン孔にピンを圧入した後に、さらに、ピンを圧入方向と逆方向に移動させる工程が必要となり、この場合も、カムシャフトの製造工程が煩雑となったり、製造効率が低下したりする懸念がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、インナーカムを固定する際にインナーシャフトが撓むことを容易且つ効率的に抑制することが可能なカムシャフト及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の複数の気筒にそれぞれ設けられたエンジンバルブを開閉するためのカムシャフトであって、外周にアウターカムが設けられた筒状のアウターシャフトと、前記アウターシャフトの内部に回転可能に配設されるインナーシャフトと、前記アウターシャフトの切欠を介して、前記インナーシャフトにピンで固定されることで、該インナーシャフトとともに回転して、前記アウターシャフトの外周面を周方向に沿って摺動するインナーカムと、を備え、前記ピンは、小径部と、該小径部より大径の大径部とが設けられ、前記インナーシャフトは、その径方向に沿って延在するピン孔が、該インナーシャフトの軸方向に沿って間隔をおいて前記気筒と同数設けられ、且つ隣接する該ピン孔の延在方向同士が、３６０°を前記気筒の数で除した角度をなすように配置され、前記ピン孔の内径は、前記小径部が隙間嵌めされ且つ前記大径部が圧入される大きさであり、前記インナーカムは、前記大径部が隙間嵌めされる内径の挿通孔が形成され、前記挿通孔及び前記切欠を介して前記ピン孔に前記大径部が圧入された状態で前記インナーシャフトと前記インナーカムとが固定されていることを特徴とする。

本発明に係るカムシャフトでは、上記のようにピン孔が配設されているため、該ピン孔に対するピンの挿入方向も、隣接するピン同士で、３６０°を気筒の数で除した角度（以下、所定角度ともいう）ずつ異なることになる。また、ピンは、大径部及び小径部が設けられ、各々の大きさが上記の通り設定されている。

このため、挿通孔及び切欠を介して、全てのピン孔に対し、小径部を隙間嵌めすることで、インナーシャフトをその周方向のそれぞれ異なる方向から均等に支持することができる。これによって、インナーシャフトの変位を抑制した状態で、ピン孔に大径部を圧入することができるため、インナーシャフトに撓みが生じることを抑制しつつ、該インナーシャフトにインナーカムを固定することができる。

なお、全てのピン孔に対する大径部の圧入は、同時に行うことが好ましいが、順次行ってもよい。小径部の隙間嵌めによって、アウターシャフトに対するインナーシャフトの相対位置が仮止めされているため、この場合においても、ピン孔に対する大径部の圧入タイミングによらず撓みを抑制することができる。

すなわち、このカムシャフトでは、インナーシャフトの外周面がアウターシャフトの内周面に圧接した状態で固定される懸念を払拭することができる。このため、アウターシャフトとインナーシャフトとが相対的に回転することに伴って互いの間に摩擦抵抗が生じることを抑制できる。これによって、アウターシャフトとインナーシャフトの相対的な回転が阻害されることを回避して、アウターカムとインナーカムの相対位置の調整精度を向上させることができる。また、アウターシャフトとインナーシャフトが接触して摩耗することを抑制できるため、カムシャフトの耐久性を向上させることができる。

上記のようにインナーシャフトに撓みが生じることを抑制しても、ピンをピン孔に固定するためのかしめ加工や、ピン孔にピンを圧入した後に、さらに、ピンを圧入方向と逆方向に移動させる工程等が余分に必要となることがない。このため、容易且つ効率的にカムシャフトを得ることができる。

さらに、上記の通り、インナーシャフトの周方向に対して所定角度ずつ異なる位置にピン孔が配置されるため、該ピン孔と対向するように形成される切欠もアウターシャフトの周方向に対して所定角度ずつ異なる位置に形成される。このようなインナーシャフト及びアウターシャフトでは、複数のピン孔又は切欠が周方向に沿って均等に配置されるため、剛性に異方性が生じることを抑制できる。

以上から、このカムシャフトは、アウターカムとインナーカムとを精度よく相対的に変位させることができ、しかも耐久性や製造効率に優れる。

上記のカムシャフトにおいて、前記インナーカムは、その周方向の両端部間に前記アウターシャフトが径方向に沿って通過可能である開口が設けられた断面略Ｃ字形状であり、且つ前記アウターシャフトの前記アウターカムと隣接する部位にその周方向に沿って摺動可能に取り付けられ、前記インナーカムの前記開口を形成する前記両端部間の距離は、前記アウターシャフトの前記インナーカムが取り付けられる部位の外径よりも小さいことが好ましい。

この場合、アウターシャフトを径方向に沿って通過させることが可能な開口がインナーカムに設けられている。このため、例えば、円環状のインナーカムをアウターシャフトに取り付ける場合とは異なり、アウターシャフトを、その軸方向の端部からインナーカムのベース円内に挿通させ、互いを軸方向に沿って摺動させつつ所定の配置とするような必要がない。すなわち、アウターカムを設けた後のアウターシャフトに対して、その径方向からインナーカムを取り付けることができるため、一層容易且つ効率的にカムシャフトを得ることができる。

上記のカムシャフトにおいて、前記インナーカムは、前記アウターシャフトが前記開口を通過する方向に直交する径方向を境界として、周方向を前記開口側とその反対側との半周ずつに区画するとき、該境界上を含む前記反対側の半周のカム面に１つの前記挿通孔が形成され、前記挿通孔及び前記切欠を介して前記ピン孔に挿入された前記ピンは、前記インナーシャフトを貫通しないことが好ましい。

この場合、挿通孔が、インナーカムの開口に近い両端部側を避けて形成される。また、挿通孔を介してピン孔に挿入されたピンがインナーシャフトを貫通しない。このため、インナーカムに挿通孔を形成する際や、該挿通孔を介してピン孔にピンを圧入する際に、インナーカムの開口の両側の部位に対して、損傷に繋がるような応力が加えられることを回避できる。これによって、歩留まりを低下させることなく一層効率的にカムシャフトを得ることができる。

また、本発明は、内燃機関の複数の気筒にそれぞれ設けられたエンジンバルブを開閉するためのカムシャフトの製造方法であって、外周にアウターカムを設けた筒状のアウターシャフトの内部に回転可能に配設したインナーシャフトに対し、前記アウターシャフトの切欠を介してピンでインナーカムを固定する固定工程を有し、前記インナーシャフトは、その径方向に沿って延在するピン孔が、該インナーシャフトの軸方向に沿って間隔をおいて前記気筒と同数設けられ、且つ隣接する該ピン孔の延在方向同士が、３６０°を前記気筒の数で除した角度をなすように配置され、前記インナーカムは、前記ピンが隙間嵌めされる内径の挿通孔が形成され、前記固定工程では、複数の前記ピン孔の全てに対して同時に、前記挿通孔及び前記切欠を介して前記ピンをそれぞれ圧入することで、前記インナーカムを前記インナーシャフトに固定することを特徴とする。

このカムシャフトの製造方法によれば、上記のように配置されたピン孔の全てに同時にピンを圧入することで、インナーシャフトの周方向のそれぞれ異なる方向から均等にピン圧入による摩擦抵抗が生じる。このため、インナーシャフトが特定の一方向に変位して撓むようなことを回避できる。また、例えば、アウターシャフトに対するインナーシャフトの相対位置を確認しつつ、複数のピンそれぞれの圧入速度を微調整することで、一層高精度にインナーシャフトの変位を抑制することができる。

また、この製造方法では、上記のようにインナーシャフトの撓みを抑制しても、ピンをピン孔に固定するためのかしめ加工や、ピン孔にピンを圧入した後に、さらに、ピンを圧入方向と逆方向に移動させる工程等が余分に必要となることがない。しかも、全てのピン孔に対して同時にピンを圧入して、インナーシャフトにインナーカムを固定するため、カムシャフトの製造効率を効果的に向上させることができる。

さらに、この製造方法では、インナーシャフト及びアウターシャフトの周方向に対して所定角度ずつ異なる位置にピン孔又は切欠を形成するため、インナーシャフト及びアウターシャフトの剛性に異方性が生じることを抑制できる。

以上から、アウターカムとインナーカムとを精度よく相対的に変位させることができ、且つ耐久性に優れるカムシャフトを効率的且つ容易に得ることができる。

さらにまた、本発明は、内燃機関の複数の気筒にそれぞれ設けられたエンジンバルブを開閉するためのカムシャフトの製造方法であって、外周にアウターカムを設けた筒状のアウターシャフトの内部に回転可能に配設したインナーシャフトに対し、前記アウターシャフトの切欠を介してピンでインナーカムを固定する固定工程を有し、前記ピンは、小径部と、該小径部より大径の大径部とが設けられ、前記インナーシャフトは、その径方向に沿って延在するピン孔が、該インナーシャフトの軸方向に沿って間隔をおいて前記気筒と同数設けられ、且つ隣接する該ピン孔の延在方向同士が、３６０°を前記気筒の数で除した角度をなすように配置され、前記ピン孔の内径は、前記小径部が隙間嵌めされ且つ前記大径部が圧入される大きさであり、前記インナーカムは、前記大径部が隙間嵌めされる内径の挿通孔が形成され、前記固定工程では、先ず、複数の前記ピン孔の全てに対して、前記貫通孔及び前記切欠を介して、前記小径部をそれぞれ隙間嵌めし、次に、前記ピン孔に対して前記大径部をそれぞれ圧入することで、前記インナーカムを前記インナーシャフトに固定することを特徴とする。

このカムシャフトの製造方法によれば、上記のように配置されたピン孔の全てに対して、小径部を隙間嵌めすることで、インナーシャフトをその周方向のそれぞれ異なる方向から均等に支持することができる。これによって、ピン孔に大径部を圧入する際に、インナーシャフトに撓みが生じることを容易に抑制することができる。

また、このようにインナーシャフトに撓みが生じることを抑制しても、ピンをピン孔に固定するためのかしめ加工や、ピン孔にピンを圧入した後に、さらに、ピンを圧入方向と逆方向に移動させる工程等が余分に必要となることがない。このため、容易且つ効率的にカムシャフトを得ることができる。

さらに、この製造方法では、インナーシャフト及びアウターシャフトの周方向に対して所定角度ずつ異なる位置にピン孔又は切欠を形成するため、インナーシャフト及びアウターシャフトの剛性に異方性が生じることを抑制できる。

以上から、アウターカムとインナーカムとを精度よく相対的に変位させることができ、且つ耐久性に優れるカムシャフトを効率的且つ容易に得ることができる。

上記のカムシャフトの製造方法において、前記固定工程では、複数の前記ピン孔の全てに対して同時に、前記大径部をそれぞれ圧入することが好ましい。この場合、インナーシャフトの周方向のそれぞれ異なる方向から均等にピン圧入による摩擦抵抗を生じさせることができるため、インナーシャフトが撓むことを一層効果的に回避できる。

上記のカムシャフトの製造方法において、前記固定工程では、前記インナーシャフトの軸方向の中央側に配置された前記ピン孔よりも、前記軸方向の両端部の各々に近い側に配置された前記ピン孔から先に、前記大径部を圧入していくようにしてもよい。上記の通り、ピン孔に小径部を隙間嵌めすることで、アウターシャフトに対するインナーシャフトの相対位置を仮止めすることができる。これによって、ピン孔に対する大径部の圧入タイミングによらず撓みを抑制することができるが、インナーシャフトの軸方向の両端部側のピン孔から大径部を圧入することで、一層効果的にインナーシャフトの撓みを抑制できる。

すなわち、ピン孔にピンを圧入する際、インナーシャフトの両端部は、アウターシャフトに対して位置決めされた状態で支持することができるが、アウターシャフト内に配設されるインナーシャフトの中央部を支持することは困難である。このため、ピン孔にピンを圧入する際、インナーシャフトの軸方向の中央側は、両端側に比して撓み易くなる。

そこで、始めに、相対的に撓みが生じ難いインナーシャフトの両端部側のピン孔に大径部を圧入する。これによって、インナーシャフトの両端部側は、撓みが抑制された状態で位置決め固定されるため、ピンを圧入したピン孔よりも中央側のインナーシャフトの部位に撓みを生じ難くすることができる。このようにして、順次、ピン孔にピンを圧入していくことで、インナーシャフトの軸方向全体に対して、撓みが生じることを一層効果的に抑制することができる。

本発明では、ピン孔が、インナーシャフトの軸方向に沿って間隔をおいて気筒と同数設けられ、且つ隣接するピン孔の延在方向同士が、３６０°を気筒の数で除した角度をなすように配置されている。これによって、インナーシャフトをその周方向のそれぞれ異なる位置から均等に支持しつつ、ピン孔にピンを挿入することができるため、インナーシャフトが撓むことを抑制できる。その結果、エンジンバルブの開角及び開時間を任意に制御するべく、アウターカムとインナーカムとを精度よく相対的に変位させることができ、しかも耐久性や製造効率にも優れるカムシャフトを得ることができる。

本発明の実施形態に係るカムシャフトの概略分解斜視図である。 図２Ａは、図１のカムシャフトの第１インナーカムが固定された部位の概略断面図であり、図２Ｂは、第２インナーカムが固定された部位の概略断面図であり、図２Ｃは第３インナーカムが固定された部位の概略断面図である。 図１のカムシャフトの製造方法を説明する説明図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、図１のカムシャフトの製造方法を説明する他の説明図である。 本発明の他の実施形態に係るカムシャフトのインナーカムが固定された部位の概略断面図である。

本発明に係るカムシャフト及びその製造方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１及び図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本実施形態に係るカムシャフト１０は、３気筒の内燃機関（不図示）に用いられ、各気筒に設けられた吸気バルブ又は排気バルブ（エンジンバルブ、何れも不図示）を１組のアウターカム１２及びインナーカム１４を介して開閉する。このため、合計３組のアウターカム１２及びインナーカム１４を備える。

１組のアウターカム１２及びインナーカム１４は、カムシャフト１０の軸方向に沿って互いに隣接して配置され、同一のロッカーアーム（不図示）を駆動する。すなわち、アウターカム１２及びインナーカム１４の合成プロフィールを使用することで、擬似的にカムプロフィールを可変とする。このため、基本的にはアウターカム１２のプロフィールが使用され、インナーカム１４のプロフィールは、アウターカム１２に対して位相がずれた部分のみ使用される。

以下、図１及び図２Ａ〜図２Ｃを参照しつつ、本実施形態に係るカムシャフト１０の具体的な構成について説明する。カムシャフト１０は、外周にアウターカム１２が一体成形された筒状のアウターシャフト１６と、該アウターシャフト１６の内部に回転可能に配設されるインナーシャフト１８と、該インナーシャフト１８に固定されるインナーカム１４とを備えている。

アウターカム１２は、アウターシャフト１６の軸方向（図１のＸ方向）に沿って、所定の間隔をおいて設けられた３つからなる。以下では、これら３つのアウターカム１２をそれぞれ区別して説明するときは、第１アウターカム１２ａ、第２アウターカム１２ｂ、第３アウターカム１２ｃともいう。換言すると、第１アウターカム１２ａ、第２アウターカム１２ｂ、第３アウターカム１２ｃを総称してアウターカム１２ともいう。第１アウターカム１２ａ、第２アウターカム１２ｂ、第３アウターカム１２ｃは、アウターシャフト１６の一端側（図１のＸ１側）から他端側（図１のＸ２側）に向かってこの順に配設される。

アウターシャフト１６は、３つのアウターカム１２が設けられた部位にそれぞれ隣接して３つの切欠２０が形成されている。切欠２０のそれぞれは、アウターシャフト１６の周方向に沿って延在する円弧状であり、後述するようにインナーシャフト１８に形成されるピン孔２２と対向するように周方向の配置が設定される。また、切欠２０の軸方向の幅は、後述するピン２８の大径部３０よりも大きく設定される。

アウターシャフト１６の切欠２０に隣接する両側の部位のうち、アウターカム１２と反対側には細径部３４がそれぞれ形成されている。細径部３４は、アウターシャフト１６の外径を部分的に小さくするべく、該アウターシャフト１６の外周壁の径方向の両端側が切り欠かれた部位である。

また、アウターシャフト１６の細径部３４よりも軸方向の他端側には、ジャーナル部３６がそれぞれ設けられている。ジャーナル部３６は、内燃機関のシリンダヘッド（不図示）に対して回転可能に支持される。

インナーシャフト１８は、アウターシャフト１６の内径よりも小さい直径の中実の丸棒である。このため、アウターシャフト１６内に同軸となるようにインナーシャフト１８を配設することで、互いの内周面と外周面の間にはクリアランスが形成される。

また、インナーシャフト１８は、その径方向に沿って延在する有底のピン孔２２が、該インナーシャフト１８の軸方向に沿って間隔をおいて気筒と同数設けられる。すなわち、ピン孔２２は、第１ピン孔２２ａと、第２ピン孔２２ｂと、第３ピン孔２２ｃとの３つからなる。第１ピン孔２２ａ、第２ピン孔２２ｂ、第３ピン孔２２ｃは、インナーシャフト１８の軸方向一端側から他端側に向かってこの順に配設される。

隣接するピン孔２２の延在方向同士は、３６０°を前記気筒の数である３で除した角度、すなわち、１２０°をなすように配置される。このため、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１ピン孔２２ａの延在方向Ｙａと、第２ピン孔２２ｂの延在方向Ｙｂとがなす角度θ１が１２０°となる。同様に、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、第２ピン孔２２ｂの延在方向Ｙｂと、第３ピン孔２２ｃの延在方向Ｙｃとがなす角度θ２も１２０°となる。なお、この際、図２Ｂに示すように、第１ピン孔２２ａの延在方向Ｙａと、第３ピン孔２２ｃの延在方向Ｙｃがなす角度θ３も１２０°となる。

ピン孔２２のそれぞれの内径は、後述するピン２８の小径部３７が隙間嵌めされ且つ大径部３０が圧入される大きさである。つまり、ピン２８の大径部３０の直径は小径部３７の直径よりも大きい。

インナーカム１４は、その周方向の両端部間に開口が設けられた断面略Ｃ字形状であり、アウターシャフト１６のアウターカム１２のそれぞれと隣接する部位に周方向に沿って摺動可能に取り付けられる３つからなる。つまり、インナーカム１４は、第１アウターカム１２ａに隣接して互いに組みをなす第１インナーカム１４ａと、第２アウターカム１２ｂと組みをなす第２インナーカム１４ｂと、第３アウターカム１２ｃと組みをなす第３インナーカム１４ｃとからなる。

インナーカム１４のそれぞれの開口を形成する両端部間の距離は、アウターシャフト１６の細径部３４の外径よりも僅かに大きく、アウターシャフト１６のインナーカム１４が取り付けられる部位の外径よりも小さい。後述するように、インナーカム１４の開口は、該インナーカム１４の径方向（図３に示すＺ１方向）に沿って、アウターシャフト１６の細径部３４が通過可能となっている。

図３に示すように、インナーカム１４は、細径部３４が開口を通過する方向Ｚ１に直交する径方向Ｚ２を境界として、周方向を開口側αとその反対側βとの半周ずつに区画するとき、該境界上を含む前記反対側βの半周のカム面に１つの挿通孔３８が形成される。すなわち、挿通孔３８は、インナーカム１４の開口に近い両端部側を避けて形成される。本実施形態では、挿通孔３８は、前記境界上に形成されている。この挿通孔３８の内径は、ピン２８の大径部３０が隙間嵌めされる大きさに設定される。

なお、上記の通り、カムシャフト１０では、アウターカム１２に対して位相がずれた部分のみインナーカム１４のプロフィールが使用されるため、該プロフィールが使用されないインナーカム１４のカム面に挿通孔３８を形成することができる。また、インナーカム１４では、プロフィールが使用されない部位を開口とした断面略Ｃ字形状とすることで、円環状のインナーカムに比して軽量化を図ることができる。また、インナーカム１４を形成するために必要な材料の量を低減してコストの削減を図ることもできる。

図１及び図２Ａ〜図２Ｃに示すように、インナーカム１４は、挿通孔３８が、切欠２０及びピン孔２２と対向するようにアウターシャフト１６に取り付けられている。具体的には、第１インナーカム１４ａの挿通孔３８は、切欠２０を介して第１ピン孔２２ａと対向する。第２インナーカム１４ｂの挿通孔３８は、切欠２０を介して第２ピン孔２２ｂと対向する。第３インナーカム１４ｃの挿通孔３８は、切欠２０を介して第３ピン孔２２ｃと対向する。

そして、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、挿通孔３８及び切欠２０を介してピン孔２２にピン２８の大径部３０が圧入された状態で、インナーシャフト１８にインナーカム１４が固定されている。これによって、インナーカム１４は、インナーシャフト１８とともに回転して、アウターシャフト１６の外周面を周方向に沿って摺動可能となっている。この際、インナーカム１４は、アウターシャフト１６の周方向の半分（１８０°）以上を覆うように周方向の長さが設定されているため、該アウターシャフト１６から脱離することを抑制できる。

本実施形態に係るカムシャフト１０は、基本的には上記のように構成されるものである。次に、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃをさらに参照しつつ、カムシャフト１０の製造方法を説明する。

先ず、アウターカム１２が一体成形され、且つ切欠２０と、細径部３４と、ジャーナル部３６とのそれぞれが形成された後のアウターシャフト１６の内部にインナーシャフト１８を配設する。この際、切欠２０とピン孔２２とを対向させ、且つアウターシャフト１６とインナーシャフト１８とが同軸となるように位置決めする。そして、この状態を維持するように、アウターシャフト１６及びインナーシャフト１８の両端部を支持する。

次に、アウターシャフト１６に対して、インナーカム１４を取り付ける。具体的には、図３に示すように、インナーカム１４の開口を介して、そのベース円部内にアウターシャフト１６の細径部３４を挿入する。そして、アウターシャフト１６の軸方向の一端側に向かってインナーカム１４を摺動させて、アウターカム１２に隣接するように配置する。この際、インナーカム１４の挿通孔３８とアウターシャフト１６の切欠２０とを対向させる。

すなわち、このインナーカム１４は、上記の通り断面略Ｃ字形状に形成されることで、アウターカム１２を設けた後のアウターシャフト１６に容易に取り付けることができる。なお、アウターシャフト１６に対して、第１インナーカム１４ａ、第２インナーカム１４ｂ、第３インナーカム１４ｃの何れから取り付けてもよく、その順序は問わない。

次に、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、挿通孔３８及び切欠２０を介した第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃの全てに対して、ピン２８の小径部３７を隙間嵌めする。この際、第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃに対して何れの順で小径部３７の隙間嵌めを行ってもよいが、これら全てに対して同時に小径部３７を隙間嵌めすることが好ましい。この場合、インナーシャフト１８の周方向のそれぞれ異なる方向から均等に隙間嵌めが行われるため、一層効果的にインナーシャフト１８に変位が生じることを回避できる。

次に、ピン孔２２に対してピン２８の大径部３０をそれぞれ圧入する。この際、上記の通り、第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃの全てに対し、小径部３７が隙間嵌めされていることで、インナーシャフト１８はその周方向のそれぞれ異なる方向から均等に支持されている。これによって、インナーシャフト１８の変位を抑制した状態で、ピン孔２２に大径部３０を圧入することができるため、インナーシャフト１８に撓みが生じることを抑制しつつ、該インナーシャフト１８にインナーカム１４を固定することができる。

この際、第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃに対して何れの順で大径部３０を圧入しても、上記の通りインナーシャフト１８の変位を抑制することができるが、特に、第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃの全てに対して同時に大径部３０を圧入することが好ましい。この場合、インナーシャフト１８の周方向のそれぞれ異なる方向から均等に大径部３０の圧入による摩擦抵抗が生じる。従って、インナーシャフト１８が特定の一方向に変位して撓むようなことを一層効果的に回避できるためである。

また、第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃの全てに対して同時に大径部３０を圧入する場合、アウターシャフト１６に対するインナーシャフト１８の相対位置を確認しつつ、第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃそれぞれの圧入速度を微調整することも可能である。これによって、一層高精度にインナーシャフト１８の変位を抑制することができる。

さらに、インナーシャフト１８の軸方向の中央側に配置された第２ピン孔２２ｂよりも、軸方向の両端部の各々に近い側に配置された第１ピン孔２２ａ及び第３ピン孔２２ｃから先に、大径部３０を圧入していくようにしてもよい。すなわち、例えば、第１ピン孔２２ａ、第３ピン孔２２ｃ、第２ピン孔２２ｂの順で大径部３０を圧入してもよい。

インナーシャフト１８の両端部は、上記の通り、アウターシャフト１６に対して位置決めされた状態で支持することができるが、アウターシャフト１６内に配設されるインナーシャフト１８の中央部を支持することは困難である。このため、ピン孔２２にピン２８の大径部３０を圧入する際、インナーシャフト１８の軸方向の中央側は、両端側に比して撓み易くなる。

そこで、始めに、相対的に撓みが生じ難いインナーシャフト１８の両端部側の第１ピン孔２２ａ及び第３ピン孔２２ｃに大径部３０を圧入する。これによって、インナーシャフト１８の両端部側は、先ず、撓みが抑制された状態で位置決め固定される。このため、大径部３０を圧入した第１ピン孔２２ａ及び第３ピン孔２２ｃよりも中央側のインナーシャフト１８の部位に撓みを生じ難くした状態で、第２ピン孔２２ｂに大径部３０を圧入することができる。このようにして、順次、ピン孔２２に大径部３０を圧入していくことで、インナーシャフト１８の軸方向全体に対して、撓みが生じることを一層効果的に抑制することができる。

さらに、挿通孔３８がインナーカム１４の開口に近い両端部側を避けた上記の位置に形成され、且つピン孔２２が有底穴である。このため、ピン２８の大径部３０を、挿通孔３８を介してピン孔２２に挿入しても、インナーカム１４の開口に近い両端部側に対して、損傷に繋がるような応力が加えられることを回避できる。

以上のようにして、挿通孔３８及び切欠２０を介して、第１ピン孔２２ａ〜第３ピン孔２２ｃの全てにピン２８の大径部３０を圧入することで、インナーシャフト１８にインナーカム１４が固定される。その結果、アウターシャフト１６に対してインナーシャフト１８を相対的に回転させることで、インナーカム１４が連れ回りして、アウターシャフト１６の外周面を周方向に沿って摺動するカムシャフト１０を得ることができる。すなわち、アウターカム１２とインナーカム１４の相対位置を可変とすることができ、これによって、エンジンバルブ（不図示）の開角及び開時間を任意に制御することが可能になる。

このカムシャフト１０では、上記の通り、アウターシャフト１６内でインナーシャフト１８が撓むことが効果的に抑制されている。このため、インナーシャフト１８の外周面とアウターシャフト１６の内周面とは接触することなく、互いの間にクリアランスが形成された状態で位置決めされている。従って、アウターシャフト１６とインナーシャフト１８とを相対的に回転させても、互いの間に摩擦抵抗が生じることがないため、該回転が阻害されることもない。これによって、アウターカム１２とインナーカム１４の相対位置を高精度に調整することができる。また、アウターシャフト１６とインナーシャフト１８が接触して摩耗することを抑制できるため、カムシャフト１０の耐久性を向上させることができる。

上記のようにしてインナーシャフト１８に撓みが生じることを抑制しても、ピン２８をピン孔２２に対して固定するためのかしめ加工や、ピン孔２２にピン２８を圧入した後に、さらに、ピン２８を圧入方向と逆方向に移動させる工程等が余分に必要となることがない。このため、容易且つ効率的にカムシャフト１０を得ることができる。

また、ピン孔２２がインナーシャフト１８の周方向に対して互いに１２０°ずつ異なる配置であるため、該ピン孔２２と対向する切欠２０もアウターシャフト１６の周方向に対して１２０°ずつ異なる配置である。このようにインナーシャフト１８及びアウターシャフト１６では、複数のピン孔２２又は切欠２０が周方向に沿って均等に配置されるため、剛性に異方性が生じることを抑制できる。

以上から、カムシャフト１０は、アウターカム１２とインナーカム１４とを精度よく相対的に変位させることができ、しかも耐久性や製造効率に優れる。

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

先ず、上記の実施形態に係るカムシャフト１０では、インナーカム１４の前記境界上に１つの挿通孔３８が形成されることとし、ピン孔２２が有底穴であることとしたが特にこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すカムシャフト４０のように、インナーカム１４にその径方向に沿って対向する２つからなる一組の挿通孔４２が形成されていてもよい。また、カムシャフト４０のように、インナーシャフト１８を貫通するピン孔４６が形成されていてもよい。これらの場合、アウターシャフト１６に対して、その径方向に沿って対向するように切欠２０も２つ形成される。

なお、図５に示す構成要素のうち、図１〜図４Ｃに示す構成要素と同一又は同様の機能及び効果を奏するものに対しては同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上記の構成を備えるカムシャフト４０であっても、カムシャフト１０と同様に、インナーシャフト１８の撓みを抑制することができるため、アウターカム１２とインナーカム１４とを精度よく相対的に変位させることができ、しかも耐久性や製造効率にも優れる。

また、全てのピン孔２２又は全てのピン孔４６に対して同時に圧入する場合、図５に示すピン４８のように、直径が一様であってもよい。ピン４８の直径は、挿通孔３８、４２に隙間嵌めされ、ピン孔２２、４６に圧入される大きさであればよい。

さらに、上記のカムシャフト１０は、３気筒の内燃機関に用いられるため、３組みのアウターカム１２及びインナーカム１４を有し、インナーシャフト１８に３つのピン孔２２が形成されることとした。しかしながら、本発明に係るカムシャフトは、３気筒の内燃機関に限らずに適用することができる。この場合、気筒と同数組みのアウターカム１２及びインナーカム１４と、気筒と同数のピン孔２２がインナーシャフト１８に形成されていればよい。また、隣接するピン孔２２の延在方向同士は、３６０°を気筒の数で除した角度をなすように配置されるため、例えば、４気筒の内燃機関に用いる場合には、隣接するピン孔２２の延在方向同士がなす角度が９０°であればよい。

さらにまた、上記の実施形態に係るカムシャフト１０は、開口を有する断面略Ｃ字形状のインナーカム１４を備えることとしたが、特にこれに限定されるものではなく、円環状のインナーカム（不図示）を備えてもよい。

１０、４０…カムシャフト １２…アウターカム
１２ａ…第１アウターカム １２ｂ…第２アウターカム
１２ｃ…第３アウターカム １４…インナーカム
１４ａ…第１インナーカム １４ｂ…第２インナーカム
１４ｃ…第３インナーカム １６…アウターシャフト
１８…インナーシャフト ２０…切欠
２２、４６…ピン孔 ２２ａ…第１ピン孔
２２ｂ…第２ピン孔 ２２ｃ…第３ピン孔
２８、４８…ピン ３０…大径部
３４…細径部 ３７…小径部
３８、４２…挿通孔

Claims (7)

1. 内燃機関の複数の気筒にそれぞれ設けられたエンジンバルブを開閉するためのカムシャフトであって、
   外周にアウターカムが設けられた筒状のアウターシャフトと、
   前記アウターシャフトの内部に回転可能に配設されるインナーシャフトと、
   前記アウターシャフトの切欠を介して、前記インナーシャフトにピンで固定されることで、該インナーシャフトとともに回転して、前記アウターシャフトの外周面を周方向に沿って摺動するインナーカムと、
   を備え、
   前記ピンは、小径部と、該小径部より大径の大径部とが設けられ、
   前記インナーシャフトは、その径方向に沿って延在するピン孔が、該インナーシャフトの軸方向に沿って間隔をおいて前記気筒と同数設けられ、且つ隣接する該ピン孔の延在方向同士が、３６０°を前記気筒の数で除した角度をなすように配置され、
   前記ピン孔の内径は、前記小径部が隙間嵌めされ且つ前記大径部が圧入される大きさであり、
   前記インナーカムは、前記大径部が隙間嵌めされる内径の挿通孔が形成され、
   前記挿通孔及び前記切欠を介して前記ピン孔に前記大径部が圧入された状態で前記インナーシャフトと前記インナーカムとが固定されていることを特徴とするカムシャフト。
2. 請求項１記載のカムシャフトにおいて、
   前記インナーカムは、その周方向の両端部間に前記アウターシャフトが径方向に沿って通過可能である開口が設けられた断面略Ｃ字形状であり、且つ前記アウターシャフトの前記アウターカムと隣接する部位にその周方向に沿って摺動可能に取り付けられ、
   前記インナーカムの前記開口を形成する前記両端部間の距離は、前記アウターシャフトの前記インナーカムが取り付けられる部位の外径よりも小さいことを特徴とするカムシャフト。
3. 請求項２記載のカムシャフトにおいて、
   前記インナーカムは、前記アウターシャフトが前記開口を通過する方向に直交する径方向を境界として、周方向を前記開口側とその反対側との半周ずつに区画するとき、該境界上を含む前記反対側の半周のカム面に１つの前記挿通孔が形成され、
   前記挿通孔及び前記切欠を介して前記ピン孔に挿入された前記ピンは、前記インナーシャフトを貫通しないことを特徴とするカムシャフト。
4. 内燃機関の複数の気筒にそれぞれ設けられたエンジンバルブを開閉するためのカムシャフトの製造方法であって、
   外周にアウターカムを設けた筒状のアウターシャフトの内部に回転可能に配設したインナーシャフトに対し、前記アウターシャフトに形成された切欠を介してピンでインナーカムを固定する固定工程を有し、
   前記インナーシャフトは、その径方向に沿って延在するピン孔が、該インナーシャフトの軸方向に沿って間隔をおいて前記気筒と同数設けられ、且つ隣接する該ピン孔の延在方向同士が、３６０°を前記気筒の数で除した角度をなすように配置され、
   前記インナーカムは、前記ピンが隙間嵌めされる内径の挿通孔が形成され、
   前記固定工程では、複数の前記ピン孔の全てに対して同時に、前記挿通孔及び前記切欠を介して前記ピンをそれぞれ圧入することで、前記インナーカムを前記インナーシャフトに固定することを特徴とするカムシャフトの製造方法。
5. 内燃機関の複数の気筒にそれぞれ設けられたエンジンバルブを開閉するためのカムシャフトの製造方法であって、
   外周にアウターカムを設けた筒状のアウターシャフトの内部に回転可能に配設したインナーシャフトに対し、前記アウターシャフトに形成された切欠を介してピンでインナーカムを固定する固定工程を有し、
   前記ピンは、小径部と、該小径部より大径の大径部とが設けられ、
   前記インナーシャフトは、その径方向に沿って延在するピン孔が、該インナーシャフトの軸方向に沿って間隔をおいて前記気筒と同数設けられ、且つ隣接する該ピン孔の延在方向同士が、３６０°を前記気筒の数で除した角度をなすように配置され、
   前記ピン孔の内径は、前記小径部が隙間嵌めされ且つ前記大径部が圧入される大きさであり、
   前記インナーカムは、前記大径部が隙間嵌めされる内径の挿通孔が前記ピン孔と同軸となるように設けられ、
   前記固定工程では、先ず、複数の前記ピン孔の全てに対して、前記挿通孔及び前記切欠を介して、前記小径部をそれぞれ隙間嵌めし、次に、前記ピン孔に対して前記大径部をそれぞれ圧入することで、前記インナーカムを前記インナーシャフトに固定することを特徴とするカムシャフトの製造方法。
6. 請求項５記載のカムシャフトの製造方法において、
   前記固定工程では、複数の前記ピン孔の全てに対して同時に、前記大径部をそれぞれ圧入することを特徴とするカムシャフトの製造方法。
7. 請求項５記載のカムシャフトの製造方法において、
   前記固定工程では、前記インナーシャフトの軸方向の中央側に配置された前記ピン孔よりも、前記軸方向の両端部の各々に近い側に配置された前記ピン孔から先に、前記大径部を圧入していくことを特徴とするカムシャフトの製造方法。

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