JP5532872B2

JP5532872B2 - カムシャフト装置

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Publication number: JP5532872B2
Application number: JP2009273275A
Authority: JP
Inventors: 義孝早稲田; 芳正山田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: JP2011117318A

Description

この発明は、カムシャフト装置に関し、詳しくは、エンジンのシリンダヘッドとキャップ部材との間に回転可能に組み付けられ、エンジンの回転に同期して回転駆動されるカムシャフト装置に関する。

従来、カムシャフト装置のシャフトは、滑り軸受によってシリンダヘッドとキャップ部材との間に回転可能に組み付けられた構造のものが一般的である。
これにおいては、シャフトの回転時に、シャフトと滑り軸受との間で滑り摩擦が生じ、この滑り摩擦力によるトルク損失が発生する。
シャフトの回転時のトルク損失を軽減するために、滑り軸受に換えて転がり軸受を用いてシャフトを支持するように構成したカムシャフト装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１に開示された構造をもつカムシャフト装置においては、シャフトの軸端から複数のカムロブと複数の転がり軸受とが所定の順に嵌込まれてシャフトの軸上に組み付けられる。この際、カムロブはシャフトの軸上に焼嵌め固定される。

特開２００９−１６７８０７号公報

ところで、特許文献１に開示された構造をもつカムシャフト装置においては、シャフトの軸上に、複数のカムロブと複数の転がり軸受とが組み付けられた後、各カムロブの外周面のカム面が研磨加工される。
カムロブのカム面の研磨加工の際、研磨カス等の異物が転がり軸受内に侵入することが想定される。このため、予め、転がり軸受をマスキング部材によって気密にマスキングした後、カムロブのカム面の研磨加工を行う必要がある。
シャフトの軸上に組み付けられた状態にある複数の転がり軸受に対し、マスキング部材によってマスキングする作業や、研磨加工後のマスキング部材を取り外す作業は多くの手間や時間を必要としコスト高となる。ときには、マスキング不良によって転がり軸受内に研磨カス等の異物が不測に浸入することも想定される。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、研磨カス等の異物が転がり軸受内に侵入する不具合を解消することができるカムシャフト装置を提供することである。

前記課題を解決するために、この発明の請求項１に係るカムシャフト装置は、シャフトと、このシャフトの軸端から嵌込まれて同シャフトの軸上に組み付けられる複数のカムロブ及び転がり軸受を備えたカムシャフト装置であって、
前記複数のカムロブは、前記シャフトの軸上に組み付けられる前の状態で研磨加工され、焼嵌めによって前記シャフトの軸上に固定され、
前記シャフトと、前記カムロブとは、炭素を含む鉄系材料で形成され、
前記カムロブの残留オーステナイト量は、前記シャフトの残留オーステナイト量よりも少なく設定されていることを特徴とする。

前記構成によると、シャフトの軸端から研磨加工済みのカムロブ及び転がり軸受とが所定順に嵌込まれると共に、同シャフトの軸上に複数のカムロブが焼嵌めによって固定されることでカムシャフト装置が構成される。
このようにして、研磨加工済みのカムロブをシャフトの軸上に焼嵌め固定することで、研磨カス等の異物が転がり軸受内に侵入する不具合を解消することができると共に、転がり軸受に対するマスキング部材が不要となり、コスト低減に効果が大きい。
また、シャフトと、カムロブとは、炭素を含む鉄系材料で形成され、カムロブの残留オーステナイト量は、シャフトの残留オーステナイト量よりも少なく設定されている。
これによって、カムロブとシャフトとの相互の残留オーステナイトがマルテンサイトに変化（変態）したときのカムロブの膨張量がシャフトの膨張量よりも残留オーステナイト量の差に相当する分だけ小さく抑制される。このため、シャフトに対するカムロブの嵌合部の固定力が向上し、カムロブのスリップ防止に効果が大きい。

請求項２に係るカムシャフト装置は、請求項１に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、シャフトに対する焼嵌め固定による膨張を考慮したカム面形状に研磨加工されていることを特徴とする。

前記構成によると、シャフトの軸上にカムロブが組み付けられる前の状態において、カムロブがシャフトに対する焼嵌め固定による膨張を考慮したカム面形状に研磨加工されることで、その後、シャフトの軸上にカムロブが焼嵌め固定された後、カムロブが常温まで戻されて収縮した状態では、カムロブ外周面のカム面が所要とするカム面形状をなす。

請求項３に係るカムシャフト装置は、請求項１又は２に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、シャフトに対するカム位相の基準となる基準位置決め部を有していることを特徴とする。

前記構成によると、カムロブの基準位置決め部を基準として研磨加工することで、カムロブの外周面に所要するカム形状をもつカム面を正確に研磨加工することができる。
また、シャフトの軸上に基準位置決め部を基準としてカムロブを焼嵌め固定することで、所要とするカム位相で正確に組み付けることができる。
また、複数のカムロブの各基準位置決め部の位置を合致させて研磨加工することで、複数のカムロブの外周面に所要するカム形状をもつカム面を同時かつ正確に研磨加工することもできる。

請求項４に係るカムシャフト装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、軸方向端面にシャフトの一部と係合して周方向への滑りを阻止する係合部が形成されていることを特徴とする。

前記構成によると、カムロブの係合部がシャフトの一部と係合して周方向への滑りを阻止することができる。このため、仮に、経時的変化によってシャフトとカムロブとの嵌合部分が緩んだとしてもシャフトに対するカムロブの不測のスリップを防止することができる。

請求項５に係るカムシャフト装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブの中心孔の内周面の硬度は、シャフトの外周面の硬度よりも大きく設定され、
前記カムロブの中心孔の内周面の粗さは、前記シャフトの外周面の粗さよりも粗く設定されていることを特徴とする。

前記構成によると、シャフトの軸上にカムロブが焼嵌め固定された後、カムロブが常温まで戻されて収縮したときには、カムロブの中心孔の内周面の硬く粗い面がシャフトの外周面にくい込む。このため、シャフトに対するカムロブの嵌合部分の締め代以上のスリップトルクを発生させることができる。

請求項６に係るカムシャフト装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、その外周カム面に熱処理された表面硬化層を有し、
前記表面硬化層は、前記カムロブのノーズ部分よりも同カムロブのベース円部分が薄く形成されていることを特徴とする。

前記構成によると、カムロブのノーズ部分の表面硬化層は、所要とする厚さに形成することで耐摩耗性を図り、摩耗し難いベース円部分は表面硬化層を薄くして嵌め合い応力に対する疲労強度を維持して耐久性の向上を図ることが可能となる。
すなわち、カムロブは、ノーズ部分の径方向の肉厚寸法よりもベース円部分の径方向の肉厚寸法が小さい。このため、シャフトの軸上にカムロブを焼嵌め固定したときの嵌合応力はノーズ部分よりもベース円部分が大きくなる。
また、シャフトと一体にカムロブが回転するバルブの開閉動作時に作用する荷重はは、ノーズ部分が大きくベース円部分が小さい。
このため、カムロブの耐久性を考慮してカムロブの外周カム面全体に均一の厚さで表面硬化層を設けると、ベース円部分が脆くなり、嵌め合い応力に対する疲労強度が低下して亀裂やひび割れが発生することが想定される。
これに対し、表面硬化層をカムロブのノーズ部分よりもベース円部分が薄く形成されることで、嵌め合い応力に対する疲労強度を維持することができ耐久性に優れる。
また、カムロブのベース円部分の軸方向の幅寸法を小さくして軽量化を図ることも可能なる。

請求項７に係るカムシャフト装置は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
シャフトの軸上に焼嵌め固定される複数のカムロブのうち、シャフトの駆動側から遠い位置に配置されるカムロブの中心孔の内径寸法は、近い位置に配置されるカムロブの中心孔の内径寸法よりも小さいものが選別されて前記シャフトの軸上に焼嵌め固定されることを特徴とする。

前記構成によると、カムロブの中心孔の内径公差を拡大して、カムロブの製作コストを低減することが可能となる。
すなわち、シャフトと一体にカムロブが回転するバルブの開閉動作時に、駆動側の荷重のモーメントは、シャフトの駆動側に近い側のカムロブに対しては小さく、シャフトの駆動側から遠くなるにしたがって大きくなる。
このため、シャフトの駆動側から遠い位置に配置されるカムロブの中心孔の内径寸法は、近い位置に配置されるカムロブの中心孔の内径寸法よりも小さいものが選別されてシャフトの軸上に焼嵌め固定されることによって、シャフトの駆動側から遠い位置に配置されるカムロブのシャフトに対する締め代を大きくしてスリップを防止することが可能となる。
また、シャフトの駆動側から近い位置に配置されるカムロブは、遠い位置に配置されるカムロブよりもスリップトルクが小さいため、シャフトに対する締め代が遠い位置に配置されるカムロブに比べて小さいカムロブを配置してもスリップを防止することができる。このため、カムロブの中心孔の内径公差を拡大して、カムロブの製作コストを低減することが可能となる。

請求項８に係るカムシャフト装置は、請求項１〜７のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
シャフトの駆動側端部には、駆動部材が位置決めされて組み付けられるノックピンを有するアダプター部材が圧入固定され、
前記アダプター部材には、エンジンのシリンダヘッドにシャフトを組み付けた後のシャフトの位相を調整するための工具用回動部が設けられていることを特徴とする。

前記構成によると、エンジンのシリンダヘッドにシャフトを組み付けた後のシャフトの位相を調整する場合には、アダプター部材の工具用回動部においてアダプター部材と一体にシャフトを回動してシャフトの位相を調整することができる。このため、シャフトの軸上に工具用回動部を形成する必要がなくなる。
また、シャフトの軸上に工具用回動部を形成したものにおいては、そのシャフトの工具用回動部においてシャフトを回動する際に、工具側からシャフトの工具用回動部に過大なトルクが作用してアダプター部材とシャフトとが相対的に回動する場合があるが、アダプター部材に工具用回動部を形成することによって、アダプター部材とシャフトとの不測の回動を防止することができる。

請求項９に係るカムシャフト装置は、請求項１〜８のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
シャフトの軸上に設定される１番ジャーナル部の転がり軸受と前記シャフトとの間の隙間をＳ１とし、２番ジャーナル部の転がり軸受と前記シャフトとの間の隙間をＳ２としたときに、「Ｓ１＞Ｓ２」の関係になるように設定されていることを特徴とする。

前記構成によると、シャフトと一体にカムロブが回転するバルブの開閉動作時に作用するモーメント荷重を、１番ジャーナル部の転がり軸受と２番ジャーナル部の転がり軸受とに分散して受けることができる。
このため、モーメント荷重が１番ジャーナル部の転がり軸受に集中して作用することを防止することができ、１番ジャーナル部の転がり軸受を保護することができる。

この発明の実施例１に係るカムシャフト装置を示す側断面図である。同じくカムシャフト装置を示す斜視図である。同じくシャフトに複数のカムロブと転がり軸受とアダプター部材とを組み付ける前の分離状態を示す説明図である。この発明の実施例２に係るカムシャフト装置に用いられるカムロブの正面図である。同じく複数のカムロブを基準位置決め部によって位置決めされて直列に連結された状態を示す説明図である。同じくシャフトに対する焼嵌め固定による膨張量に対応する膨張量に複数のカムロブが膨張される前の状態を示す説明図である。同じく複数のカムロブが焼嵌め固定による膨張量に対応して膨張された状態を示す説明図である。同じく複数のカムロブがシャフトに焼嵌め固定された状態を示す縦断面図である。同じくカムロブの中心孔に基準位置決め部が形成された実施態様を示す正面図である。同じくカムロブのベース円部分に基準位置決め部が形成された実施態様を示す正面図である。同じくカムロブのノーズ部分に基準位置決め部が形成された実施態様を示す正面図である。この発明の実施例３に係るカムシャフト装置に用いられるカムロブの斜視図である。同じくシャフトにカムロブが滑り止めされた状態を示す側面図である。同じくカムロブの軸方向端面の係合部として段差部がシャフトの一部としてのかしめ部に係合して周方向への滑りが阻止された状態を示す図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う横断面図である。同じくカムロブの軸方向端面に係合部としての係合溝が形成された実施態様を示す斜視図である。同じくシャフトにカムロブが滑り止めされた状態を示す側面図である。同じくカムロブの軸方向端面の係合溝がシャフトの一部としての係合ピンに係合して周方向への滑りが阻止された状態を示す図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う横断面図である。この発明の実施例４に係るカムシャフト装置のシャフトにカムロブが焼嵌め固定された状態を示す縦断面図である。この発明の実施例５に係るカムシャフト装置のシャフトにカムロブが焼嵌め固定された状態を示す縦断面図である。同じくシャフトとカムロブとの嵌合部分を拡大して示す説明図である。この発明の実施例６に係るカムシャフト装置のシャフトにカムロブが焼嵌め固定された状態を示す縦断面図である。同じくシャフトにカムロブが焼嵌め固定された状態を示す横断面図である。同じくカムロブのベース円部分の軸方向の幅寸法が小さく設定されて軽量化された実施態様を示すカムロブの斜視図である。同じくシャフトにカムロブが焼嵌め固定された状態を示す横断面図である。この発明の実施例７に係るカムシャフト装置を示し、中心孔の内径寸法が公差範囲内で大小異なる複数のカムロブが選別されてシャフトの軸上に焼嵌め固定された状態を示す縦断面図である。この発明の実施例８に係るカムシャフト装置のシャフトの端部にアダプター部材が固定された状態を示す縦断面図である。同じくアダプター部材に六角の工具用回動部が設けられた状態を示す図２６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線に沿う横断面図である。この発明の実施例９に係るカムシャフト装置を示す縦断面図である。同じくバルブの開閉動作時に作用するモーメント荷重を、１番ジャーナル部の転がり軸受と２番ジャーナル部の転がり軸受とで分散して受ける状態を誇張して示す説明図である。バルブの開閉動作時に作用するモーメント荷重が１番ジャーナル部の転がり軸受に集中して作用した状態を示す参考図である。

この発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。

この発明の実施例１に係るカムシャフト装置を図１〜図３にしたがって説明する。
図１と図２に示すように、この実施例１に係るカムシャフト装置は、シャフト１０と、アダプター部材２０と、１番ジャーナル部３０に対応する転がり軸受３１と、２番ジャーナル部４０に対応する転がり軸受４１と、その他のジャーナル部５０に対応する転がり軸受５１と、複数のカムロブ６０とを備えている。

シャフト１０は、炭素鋼よりなる中空の丸パイプ材によって形成されている。
また、図３に示すように、シャフト１０の外周面には、転がり軸受４１、５１が配置される各部分に内輪軌道面を構成するために、高周波焼き入れ等によって熱処理された複数の熱処理部１１が軸方向に所定間隔を隔てて形成されている。
また、シャフト１０は、軸受鋼、例えば、ＳＵＪ２のパイプ材によって形成することが望ましく、さらに、シャフト１０の複数の熱処理部１１は、転がり軸受４１、５１の転動体４５、５５との硬度と同等又はそれ以上の硬度（例えば、ロックウエル硬さでＨＲＣ５８以上）に熱処理されることが望ましい。

図１に示すように、アダプター部材２０は、シャフト１０の一端部に圧入固定される。このアダプター部材２０の外周面には、１番ジャーナル部３０に対応する転がり軸受３１を組み付けるための軸受組付部２１が形成され、アダプター部材２０の外周面には軸受組付部２１の一端側にフランジ２２が形成されると共に、他端側にはＣリング等の止め輪２４が嵌込まれる環状溝２３が形成されている。
また、アダプター部材２０の一端面には、可変バルブタイミングユニット、タイミングスプロケット、タイミングギヤ、プーリ等の駆動部材２７を位置決めして取り付けるためのノックピン２５が打ち込まれている。

１番ジャーナル部３０に対応する転がり軸受（図１では複列のアンギュラ玉軸受を示す）３１は、内輪３２と、外輪３３と、これら内・外輪３２、３３の間に転動可能に配置された複列の転動体（玉）３５と、保持器３６を備えている。
そして、転がり軸受３１は、その内輪３２において、アダプター部材２０の軸受組付部２１まで圧入され、環状溝２３にＣリング等の止め輪２４が嵌込まれることによって、フランジ２２と止め輪２４との間に軸方向へ移動不能に止着される。

２番ジャーナル部４０に対応する転がり軸受（図１ではシェル形針状ころ軸受）４１は、外輪４２と、転動体４５と、保持器４６とを備え、２番ジャーナル部４０に対応する位置のシャフト１０の外周面の熱処理部１１を内輪軌道面として組み付けられる。
また、その他のジャーナル部５０に対応する転がり軸受５１においても、２番ジャーナル部４０の転がり軸受４１と同様にして、外輪５２と、転動体５５と、保持器５６とを備えて構成され、シャフト１０の外周面の各熱処理部１１を内輪軌道面として組み付けられる。

カムロブ６０は、炭素鋼（例えば、ＳＭＣ４１５、４２０、ＳＣＲ４１５、４２０、ＳＡＥ５１２０等）により所要形状に形成され、浸炭焼き入れ、高周波焼き入れ等によって熱処理されている。
さらに、カムロブ６０は、シャフト１０の軸上に組み付けられる前の状態において、その外周面のカム面６５が所要とするカム形状（カムプロフィール）に研磨加工されている。
そして、研磨済みの各カムロブ６０は、その中心孔６１においてシャフト１０の軸上の所定位置にそれぞれに焼嵌めによって固定されている。
また、この実施例１において、カムロブ６０は、シャフト１０に対する焼嵌め固定による膨張を考慮したカム面形状に研磨加工されている。

すなわち、カムシャフト装置を製造する場合、図３に示すように、シャフト１０と、１番ジャーナル部３０に対応する転がり軸受３１を有するアダプター部材２０と、２番ジャーナル部４０に対応する転がり軸受４１と、その他のジャーナル部５０に対応する転がり軸受５１と、複数の研磨済みカムロブ６０とを準備する。
そして、先ず、シャフト１０の一端部に１番ジャーナル部３０に対応する転がり軸受３１を有するアダプター部材２０が圧入固定される。

次に、シャフト１０の軸端から２番ジャーナル部４０に対応する転がり軸受４１と、その他のジャーナル部５０に対応する転がり軸受５１と、設定された温度に加熱膨張された複数の研磨済みカムロブ６０とが所定順に嵌込まれ、これら各部品がシャフト１０の軸上の所定位置まで移動される。
この際、複数のカムロブ６０のカム位相はアダプター部材２０のノックピン２５を基準として調整される。
そして、複数のカムロブ６０が常温に冷却され収縮することで、シャフト１０の軸上に固定され、これをもってカムシャフト装置が製造（構成）される。

この実施例１に係るカムシャフト装置は上述したように構成される。
したがって、シャフト１０の軸端から２番ジャーナル部４０に対応する転がり軸受４１と、その他のジャーナル部５０に対応する転がり軸受５１と、設定された温度に加熱膨張された複数の研磨済みカムロブ６０とが所定順に嵌込まれると共に、シャフト１０の軸上に複数のカムロブ６０が焼嵌めによって固定されることでカムシャフト装置を容易に構成（製造）することができる。

特に、研磨加工済みのカムロブ６０をシャフト１０の軸上に焼嵌め固定して組み付けることで、組み付け後、カムロブ６０を研磨加工する必要がなくなる。
このため、カムロブ６０の研磨カス等の異物が、各転がり軸受３１、４１、５１の内部に侵入する不具合を解消することができると共に、各転がり軸受３１、４１、５１に対するマスキング部材が不要となり、コスト低減に効果が大きい。

また、シャフト１０の軸上にカムロブ６０が組み付けられる前の状態において、カムロブ６０のカム面６５がシャフト１０に対する焼嵌め固定による膨張を考慮したカム面形状に研磨加工されることで、その後、シャフト１０の軸上にカムロブ６０が焼嵌め固定された後、カムロブ６０が常温まで戻されて収縮した状態では、カムロブ６０の外周面のカム面６５が所要とするカム面形状をなすため、組み付け後のカムロブ６０の再研磨が不要となる。

次に、この発明の実施例２に係るカムシャフト装置を図４〜図８にしたがって説明する。
この発明の実施例２においては、カムロブ１６０に、研磨加工やシャフト１０に対するカム位相の基準となる基準位置決め部１７０を形成したものである。
例えば、図４に示すように、カムロブ１６０には、その中心孔１６１の中心と、カムロブ１６０のノーズ部分１６３の頂点とを結ぶ線Ｌ上に中心をもつ基準位置決め部１７０としての基準位置決め孔１７１が形成されている。
また、カムロブ１６０の軸方向両端面の向きを表示するために、カムロブ１６０の片側端面に表示部としての孔１７５や凹み等が形成されることが好ましい。
この実施例２のその他の構成は、実施例１と同様に構成されるため、その説明は省略する。

この発明の実施例２に係るカムシャフト装置によると、カムロブ１６０の基準位置決め孔１７１を基準としてカムロブ１６０が研磨加工されることで、カムロブ１６０の外周面に所要するカム形状をもつカム面１６５を正確に研磨加工することができる。
また、図８に示すように、シャフト１０の軸上に基準位置決め孔１７１を基準としてカムロブ１６０を焼嵌め固定することで、所要とするカム位相で正確に組み付けることができる。

また、複数のカムロブ１６０を同時に研磨加工する場合には、図５に示すように、複数のカムロブ１６０を研磨加工する前に、複数のカムロブカムロブ１６０の基準位置決め孔１７１に軸部材１８０が嵌挿され、これによって複数のカムロブ１６０が位置決めされて直列に連結される。
その後、研磨装置において、図６に示すように、直列に連結された複数のカムロブ１６０の中心孔１６１に弾性拡径可能な筒軸部材１８５が嵌挿される。筒軸部材１８５は、弾性拡径可能に、例えば軸方向に長い単数又は複数のスリット状に割り溝１８５ａが形成されている。

ここで、図６と図７に示すように、筒軸部材１８５の筒孔の内径寸法よりも設定量だけ大きい外径寸法を有する軸部材１８７を強制的に圧入してシャフト１０に対する焼嵌め固定による膨張量に対応する膨張量に複数のカムロブ１６０を膨張させる。
この状態において、複数のカムロブ１６０の外周面を研磨加工することで、外周面に所要とするカム形状のカム面１６５を有する複数のカムロブ１６０が同時に得られる。

また、カムロブ１６０の基準位置決め部１７０としては、基準位置決め孔１７１以外に凹部や切欠き部等であってもよい。
例えば、図９に示すように、カムロブ１６０の中心孔１６１の中心と、カムロブ１６０のノーズ部分１６３の頂点とを結ぶ線Ｌ上に中心をもつ基準位置決め部１７０がカムロブ１６０の中心孔１６１の内周面に凹円弧状に形成された基準位置決め切欠部１７１ａであってもよい。また、カムロブ１６０の軸方向両端面の向きを表示するために、カムロブ１６０の片側端面（例えば、基準位置決め切欠部１７１ａの片側）に表示部としての凹み１７５ａが形成されることが好ましい。

また、図１０に示すように、カムロブ１６０の中心孔１６１の中心と、カムロブ１６０のノーズ部分１６３の頂点とを結ぶ線Ｌ上に中心をもつ基準位置決め部１７０が、カムロブ６０のベース円部分６２に円弧状に形成された基準位置決め凹部１７１ｂであってもよい。
また、図１１に示すように、カムロブ１６０の中心孔１６１の中心と、カムロブ１６０のノーズ部分１６３の頂点とを結ぶ線Ｌ上に中心をもつ基準位置決め部１７０が、カムロブ１６０のノーズ部分１６３に円弧状に形成された基準位置決め凹部１７１ｃであってもよい。

次に、この発明の実施例３に係るカムシャフト装置を図１２〜図１４にしたがって説明する。
この発明の実施例３においては、カムロブ２６０の軸方向両端面のうち、少なくとも片側面にシャフト１０の一部と係合して周方向への滑りを阻止する係合部２９０が形成されている。
例えば、図１２に示すように、カムロブ２６０の軸方向両端面において、ベース円部分２６２が厚く、ノーズ部分２６３が薄い段差状に形成され、その段差部（段差面）２９１を係合部としている。
そして、段差部２９１に向けてシャフト１０の外周面の一部がポンチによってかしめられ、これによって形成されたかしめ部２９２が段差部２９１に係合することでカムロブ２６０の周方向への滑りが阻止される。
この実施例１のその他の構成は実施例１と同様にして構成されるため、その説明は省略する。

この実施例３に係るカムシャフト装置によると、カムロブ２６０の係合部２９０としての段差部２９１がシャフト１０の一部としてのかしめ部２９２と係合して周方向への滑りを阻止することができる。このため、仮に、経時的変化によってシャフト１０とカムロブ２６０との嵌合部分（焼嵌め部分）が緩んだとしてもシャフト１０に対するカムロブ２６０の不測のスリップを防止することができる。

また、カムロブ２６０の係合部２９０としては、段差部２９１以外に溝や孔等であってもよい。
例えば、図１５〜図１７に示すように、カムロブ２６０の軸方向両端面のうち、少なくとも片側の端面に係合部としての係合溝２９１ａが形成される一方、係合溝２９１ａに係合するシャフト１０の一部としての係合ピン２９２ａをシャフト１０の外周面に突出して打ち込むことで、シャフト１０に対するカムロブ２６０の周方向への滑りを阻止するようにしてもよい。

次に、この発明の実施例４に係るカムシャフト装置を図１８にしたがって説明する。
図１８に示すように、この実施例４においても、実施例１と同様にしてシャフト１０の軸上にカムロブ３６０が焼嵌め固定されている。さらに、シャフト１０及びカムロブ３６０は、炭素鋼（炭素を含む鉄系材料）で形成されている。
特に、この実施例４において、カムロブ３６０の残留オーステナイト量は、シャフト１０の残留オーステナイト量よりも少なく設定されている。
この実施例４のその他の構成は、実施例１と同様にして構成されるため、その説明は省略する。

この実施例４に係るカムシャフト装置によると、カムロブ３６０とシャフト１０との相互の残留オーステナイトがマルテンサイトに変化（変態）したときのカムロブ３６０の膨張量がシャフト１０の膨張量よりも残留オーステナイト量の差に相当する分だけ小さく抑制される。
これによって、シャフト１０に対するカムロブ３６０の焼嵌め嵌合部の固定力が向上するため、カムロブ３６０のスリップ防止に効果が大きい。

次に、この発明の実施例５に係るカムシャフト装置を図１９と図２０にしたがって説明する。
この実施例５においては、カムロブ４６０の中心孔４６１の内周面の硬度は、シャフト１０の外周面の硬度よりも大きく設定され、カムロブ４６０の中心孔４６１の内周面の粗さは、シャフト１０の外周面の粗さよりも粗く設定されている。
例えば、カムロブ４６０の中心孔４６１の内周面の硬度は、ＨＶ０．１で７００〜９００、カムロブ４６０の中心孔の内周面（軸方向）の粗さは、Ｒａ０．２以上に設定されている。
また、シャフト１０の外周面の硬度は、ＨＶ０．１で７００未満、シャフト１０の外周面（軸方向）の粗さは、Ｒａ０．２未満に設定されている。
この実施例５のその他の構成は実施例１と同様にして構成されるため、その説明は省略する。

この実施例５に係るカムシャフト装置によると、シャフト１０の軸上にカムロブ４６０が焼嵌め固定された後、カムロブ４６０が常温まで戻されて収縮したときには、カムロブ４６０の中心孔４６１の内周面の硬く粗い面が、シャフト１０の外周面にくい込む。このため、シャフト１０に対するカムロブ４６０の嵌合部分の締め代（焼嵌めによる締め代）以上のスリップトルクを発生させることができ、カムロブ４６０のスリップ防止により一層効果が大きい。

次に、この発明の実施例６に係るカムシャフト装置を図２１と図２２にしたがって説明する。
この実施例６においては、カムロブ５６０は、その外周面のカム面５６５が浸炭焼き入れによって熱処理された表面硬化層５６７を有している。この表面硬化層５６７は、カムロブ５６０のノーズ部分５６３よりもベース円部分５６２が薄く形成されている。
例えば、研磨加工前のカムロブ５６０の形状を、カムロブ５６０のベース円部分５６２の研磨代が大きくなるように設定する（図２２の二点鎖線参照）。
そして、カムロブ５６０の全表面にほぼ均一厚さの表面硬化層５６７を形成した後、カムロブ５６０のノーズ部分５６３及びベース円部分５６２を研磨する際に、ノーズ部分５６３よりもベース円部分５６２を大きい研磨代で研磨する。これによって、表面硬化層５６７が、カムロブ５６０のノーズ部分５６３の表面硬化層５６７の厚さｔ１よりもベース円部分６２の表面硬化層５６７の厚さｔ２が薄く形成される。
この実施例６のその他の構成は実施例１と同様にして構成されるため、その説明は省略する。

この実施例６に係るカムシャフト装置によると、カムロブ５６０のノーズ部分５６３の表面硬化層５６７の厚さｔ１を所要する厚さに形成することで耐摩耗性を図り、摩耗し難いベース円部分５６２は表面硬化層５６７の厚さｔ２を薄くして嵌め合い応力に対する疲労強度を維持して耐久性の向上を図ることが可能となる。
すなわち、カムロブ５６０は、ノーズ部分５６３の径方向の肉厚寸法よりもベース円部分５６２の径方向の肉厚寸法が小さいため、シャフト１０の軸上にカムロブ５６０を焼嵌め固定したときの嵌合応力はベース円部分５６２が大きい。

また、シャフト１０と一体にカムロブ５６０が回転するバルブの開閉動作時に作用する荷重は、ノーズ部分５６３が大きくベース円部分５６２は小さい。
このため、カムロブ５６０の耐久性を考慮してカムロブ５６０の外周面のカム面６５の全体を均一の厚さで表面硬化層６７を設けると、ベース円部分５６２が脆くなり、嵌め合い応力に対する疲労強度が低下して亀裂やひび割れが発生することが想定される。
これに対し、カムロブ６０のノーズ部分６３の表面硬化層５６７の厚さｔ１よりもベース円部分６２の表面硬化層５６７の厚さｔ２が薄く形成されることで嵌め合い応力に対する疲労強度を維持することができ耐久性に優れる。

また、図２３と図２４に示すように、カムロブ６６０に表面硬化層６６７が設けられた場合において、カムロブ６６０のベース円部分６６２の軸方向の幅寸法を小さくして軽量化を図ることも可能なる。
例えば、カムロブ６６０の中心孔６６１回りのボス部６６０ａの軸方向長さは、所要とするスリップトルクが得られる長さに設定し、ノーズ部分６６３の軸方向寸法をボス部６６０ａよりも小さくすると共に、ベース円部分６６２の軸方向寸法をノーズ部分６６３よりもさらに小さくすることが可能であり、この場合においては軽量化を効率よく図ることができる。

次に、この発明の実施例７に係るカムシャフト装置を図２５にしたがって説明する。
この実施例７においては、図２５に示すように、シャフト１０の軸上に焼嵌め固定される複数のカムロブ７６０のうち、シャフト１０の駆動側（アダプター部材２０に接続される駆動部材２７）に近い側から遠い側に向かって１番カムロブ７６０ａ、２番カムロブ７６０ｂ、３番カムロブ７６０ｃ、４番カムロブ７６０ｄ、５番カムロブ７６０ｅ、６番カムロブ７６０ｆ、７番カムロブ７６０ｇ、８番カムロブ７６０ｈとする。
そして、１番〜８番カムロブ７６０ａ〜ｈの中心孔７６１ａ〜ｈの内径寸法をＤ１〜８としたときに、「Ｄ１≧Ｄ２」、「Ｄ２≧Ｄ３」、「Ｄ３≧Ｄ４」、「Ｄ４≧Ｄ５」、「Ｄ５≧Ｄ６」、「Ｄ６≧Ｄ７」、「Ｄ７≧Ｄ８」の関係となるように１番〜８番カムロブ６０ａ〜ｈが選別されてシャフト１０の軸上に焼嵌め固定される。
この実施例７のその他の構成は実施例１と同様にして構成されるため、その説明は省略する。

この実施例７に係るカムシャフト装置によると、カムロブ７６０の中心孔７６１の内径公差を拡大して、カムロブ７６０の内径公差の管理を容易化することで製作コストを低減することが可能となる。
すなわち、シャフト１０と一体にカムロブ７６０が回転するバルブの開閉動作時に、駆動側の荷重（タイミングチェーンによるタイミングスプロケット等の駆動部材２７の駆動時の荷重）によるモーメントは、シャフト１０の駆動側に近い１番カムロブ７６０ａに対しては小さく、シャフト１０の駆動側から遠くなるにしたがって大きくなる。
このため、シャフト１０の駆動側から遠い位置に配置される８番カムロブ７６０ｈの中心孔７６１ｈの内径寸法Ｄ８は、最小のものが選択され、シャフト１０の駆動側に近い１番カムロブ７６０ａの中心孔７６１ａの内径寸法Ｄ１は、最大のものが選択されてシャフト１０の軸上に焼嵌め固定される。
これによって、シャフト１０の駆動側から遠い位置に配置されるカムロブ７６０の締め代（シャフト１０に対する締め代）を大きくしてスリップを防止することができる。

また、シャフト１０の駆動側から近い位置に配置されるカムロブ７６０は、遠い位置に配置されるカムロブ７６０よりもスリップトルクが小さい。このため、シャフト１０に対する締め代が遠い位置に配置されるカムロブ７６０に比べて小さいカムロブ７６０を配置することできる。この結果、カムロブ７６０の中心孔７６１の内径公差を拡大して、カムロブ７６０の内径公差の管理を容易化することでカムロブ７６０の製作コストを低減することが可能となる。

次に、この発明の実施例８に係るカムシャフト装置を図２６と図２７にしたがって説明する。
この実施例８においては、シャフト１０の駆動側端部に圧入固定されるアダプター部材８２０に六角（二面幅であってもよい）の工具用回動部８２６が設けられ、エンジンのシリンダヘッドにシャフト１０を組み付けた後のシャフト１０の位相を調整するようになっている。
この実施例８のその他の構成は実施例１と同様にして構成されるため、その説明は省略する。

この実施例８に係るカムシャフト装置によると、エンジンのシリンダヘッドにシャフト１０を組み付けた後のシャフト１０のカムロブ６０の位相を調整する場合には、アダプター部材８２０の工具用回動部８２６においてアダプター部材８２０と一体にシャフト１０を回動してシャフト１０のカムロブ６０の位相を調整することができる。
このため、シャフト１０の軸上に工具用回動部を形成する必要がなくなる。
また、シャフトの軸上に工具用回動部を形成したもの（図示しない）においては、そのシャフトの工具用回動部においてシャフトを回動する際に、工具側からシャフトの工具用回動部に過大なトルクが作用してアダプター部材とシャフトとが相対的に回動する場合があるが、この実施例８においては、アダプター部材８２０に工具用回動部８２６を形成することによって、アダプター部材８２０とシャフト１０との不測の回動を防止することができる。

次に、この発明の実施例９に係るカムシャフト装置を図２８〜図３０にしたがって説明する。
この実施例９においては、図２８に示すように、シャフト１０の軸端のアダプター部材９２０に配置される１番ジャーナル部９３０の転がり軸受９３１とシャフト１０の間の隙間をＳ１とし、２番ジャーナル部９４０の転がり軸受９４１とシャフト１０との間の隙間をＳ２としたときに、「Ｓ１＞Ｓ２」の関係となるように設定されている。
この実施例９のその他の構成は実施例１と同様にして構成されるため、その説明は省略する。

この実施例９に係るカムシャフト装置によると、シャフト１０と一体にカムロブ６０が回転するバルブの開閉動作時において、図２９に示すように、駆動側（タイミングスプロケット等の駆動部材）からシャフト１０の作用するモーメント荷重Ｆを、１番ジャーナル部９３０の転がり軸受９３１と２番ジャーナル部９４０の転がり軸受９４１との各接触部分Ｐ１、Ｐ２において分散して受けることができる。
このため、モーメント荷重Ｆが１番ジャーナル部９３０の転がり軸受９３１に集中して作用することを防止することができ、１番ジャーナル部９３０の転がり軸受９３１を保護することができる。

すなわち、図３０に示すように、シャフト１０の軸端のアダプター部材２０に配置される１番ジャーナル部９３０ａの転がり軸受９３１ａとシャフト１０の間の隙間と、２番ジャーナル部９４０ａの転がり軸受９４１ａとシャフト１０との間の隙間とがほぼ同じである場合には、駆動側（タイミングスプロケット等の駆動部材）からシャフト１０の作用するモーメント荷重Ｆが１番ジャーナル部９３０ａの転がり軸受９３１ａの接触部分Ｐ１ａ、Ｐ２ａに集中して作用し、１番ジャーナル部９３０ａの転がり軸受９３１ａが損傷されることが想定されが、前記したように、「Ｓ１＞Ｓ２」の関係に設定することで、１番ジャーナル部９３０の転がり軸受９３１を保護して耐久性の向上を図ることができる。

なお、この発明は前記実施例１〜９に限定するものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。
例えば、実施例１で述べたカムシャフト装置に実施例２〜９で述べた各種の構造のうち、一つ、又は複数又は全てを組み合わせてカムシャフト装置を構成することも可能である。

１０シャフト
２０アダプター部材
２７駆動部材
３０１番ジャーナル部
３１転がり軸受
４０２番ジャーナル部
４１転がり軸受
６０カムロブ
６１中心孔
６２ベース円部分
６３ノーズ部分
６５カム面

Claims

シャフトと、このシャフトの軸端から嵌込まれて同シャフトの軸上に組み付けられる複数のカムロブ及び転がり軸受を備えたカムシャフト装置であって、
前記複数のカムロブは、前記シャフトの軸上に組み付けられる前の状態で研磨加工され、焼嵌めによって前記シャフトの軸上に固定され、
前記シャフトと、前記カムロブとは、炭素を含む鉄系材料で形成され、
前記カムロブの残留オーステナイト量は、前記シャフトの残留オーステナイト量よりも少なく設定されていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、シャフトに対する焼嵌め固定による膨張を考慮したカム面形状に研磨加工されていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１又は２に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、シャフトに対するカム位相の基準となる基準位置決め部を有していることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、軸方向端面にシャフトの一部と係合して周方向への滑りを阻止する係合部が形成されていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブの中心孔の内周面の硬度は、シャフトの外周面の硬度よりも大きく設定され、
前記カムロブの中心孔の内周面の粗さは、前記シャフトの外周面の粗さよりも粗く設定されていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
カムロブは、その外周カム面に熱処理された表面硬化層を有し、
前記表面硬化層は、前記カムロブのノーズ部分よりも同カムロブのベース円部分が薄く形成されていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
シャフトの軸上に焼嵌め固定される複数のカムロブのうち、シャフトの駆動側から遠い位置に配置されるカムロブの中心孔の内径寸法は、近い位置に配置されるカムロブの中心孔の内径寸法よりも小さいものが選別されて前記シャフトの軸上に焼嵌め固定されることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
シャフトの駆動側端部には、駆動部材が位置決めされて組み付けられるノックピンを有するアダプター部材が圧入固定され、
前記アダプター部材には、エンジンのシリンダヘッドにシャフトを組み付けた後のシャフトの位相を調整するための工具用回動部が設けられていることを特徴とするカムシャフト装置。
請求項１〜８のいずれか一項に記載のカムシャフト装置であって、
シャフトの軸上に設定される１番ジャーナル部の転がり軸受と前記シャフトとの間の隙間をＳ１とし、２番ジャーナル部の転がり軸受と前記シャフトとの間の隙間をＳ２としたときに、「Ｓ１＞Ｓ２」の関係になるように設定されていることを特徴とするカムシャフト装置。