JPH1136832A - 三次元カムシャフト及びその製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】三次元カムのカムシャフトへの組み付けを容易
且つ的確なものとする三次元カムシャフト及びその製造
方法及び製造装置を提供する。 【解決手段】カム部材１１の平面側面の一方に軸材１６
の軸線に対し垂直をなす平面をその端面に有する３つの
突起１４，１５を、その内の一つ１４には同軸材の軸線
と平行な軸線を持つ孔１３を形成する。カムシャフト製
造時には、カム部材１１の軸材挿入用の孔１２，前記孔
１３に、治具基盤２０に設けられたセンタピン２２，基
準板２０ａに設けられた位相決め用のピン２４をそれぞ
れ嵌入させてカム部材１１の軸材１６と直交する基準
面、並びに組み付け角度を固定する。。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関等の動弁機
構に使用される組立式のカムシャフト、特にカムのプロ
フィール面がその軸線に沿って連続的に変化する三次元
カムが組み付けられた三次元カムシャフト及びその製造
方法及びその製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、例えば車載用内燃機関等
の動弁機構にあっては、機関出力軸であるクランクシャ
フトに駆動連結されたカムシャフトの回転に伴ってその
吸・排気バルブが開閉駆動される。そして、このカムシ
ャフトとして近年は、内燃機関の出力性能や燃料消費率
等を同機関のその都度の運転条件において最適ならしめ
るべく、カムの三次元形状を通じて上記吸・排気バルブ
の開弁時期や開弁時間等を可変とするいわゆる三次元カ
ムシャフトが提案されるに至っている（例えば特開平３
−１７９１１６号公報参照）。

【０００３】こうした三次元カムシャフトでは、カムの
プロフィール面がカムシャフトの軸線方向に連続的に変
化する三次元カムが組み付けられ、同カムシャフトが油
圧等によりその軸線に沿って前後に移動させられること
によって、上記吸・排気バルブのバルブリフタと当接す
るカムプロフィールの形状が変化する。そしてこうした
カムプロフィールの変化に応じて同バルブリフタによっ
て開閉駆動される吸・排気バルブの開閉時期、開閉量、
開閉時間等が変化させられるようになる。

【０００４】図１５，図１６に、こうした三次元カムシ
ャフトに組み付けられるカム部材の一例を示す。図１５
（ａ）に平面構造を、図１５（ｂ）に断面構造を、そし
て図１６に斜視構造をそれぞれ示すように、同カム部材
５２は、そのノーズ部５３の突き出し長さがその回転軸
に沿って連続的に変化しており、そのバルブリフタとの
当接位置に応じて上記開閉駆動されるバルブの開閉時
期、開閉量、開閉時間等を変化せしめる構造となってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうしたカ
ムシャフトは通常、略円筒形若しくは円柱形の鋼製棒材
からなる軸材（シャフト）に別途製作したカム部材を組
み付ける、いわゆる組立体として製造される。

【０００６】また、カムシャフトは、その組み付けられ
るカム部材のプロフィールによって、吸・排気バルブの
開閉を内燃機関のピストンの上下動に同期して正確にコ
ントロールする必要があるため、同カムシャフトを製造
する際には、上記軸材の軸線を中心としたカム部材の回
転方向の組み付け角度（以下、組み付け位相という）に
極めて高い精度が要求されている。

【０００７】そこで従来、このような高い精度でカム部
材を軸材に取り付けるために、例えば特開昭６０−９８
０３号公報では中空ピンを用いてカム部材の組み付け位
相を決定する方法を提示している。この方法では、適正
な組み付け位相において位置が一致する孔をカム部材及
び軸材に形成しておき、これらの孔内に中空ピンを挿入
することでカム部材の組み付け位相が自ずと決まるよう
にしている。

【０００８】また、例えば特開昭６０−４４６５９号公
報には、軸材側面にはキー溝を設けておくとともに、カ
ム部材にはその軸材挿入孔の内周側面にキー部を設けて
おき、それらキー部及びキー溝を嵌合することでカム部
材の組み付け位相が決定される方法も示されている。

【０００９】ただし、これらいずれの方法であれ、カム
部材や軸材に孔やキー溝等を高精度に加工する必要があ
るため、結果として製造コストが高くなってしまう。一
方、通常の平カムの場合には、カムの組み付け位相を調
整する方法として、図１７及び図１８に示すような略Ｖ
字形の溝を有する治具５４を使う方法が広く用いられて
いる。同図１７及び図１８に示される態様でカム部材５
５のノーズ部５７を治具５４のＶ字溝に合わせて固定し
た状態で、高精度に角度調整された軸材（図示略）を同
カム部材５５の孔５６内に挿入し、焼きばめ等によりそ
れら軸材及びカム部材５５を一体化する。

【００１０】この方法によれば、カム部材５５や軸材等
に何ら特別な加工を施さなくても、容易且つ的確にカム
部材の組み付け位相を決めることができる。しかしなが
ら、このＶ字溝を有する治具５４を利用する方法を上述
した三次元カムシャフトの製造に適用するとなると、以
下のような不都合も無視できないものとなる。

【００１１】すなわち、三次元カムシャフトの場合、図
１９及び図２０に示すように、そのカム部材５２のプロ
フィール面がカムシャフトの軸線に対して傾斜している
ため、カム部材５２と上記治具５４とは、同カム部材５
２のプロフィール面の外縁部（エッジ部）にて接触せざ
るを得ない。したがって、通常の平カムの場合には、先
の図１７及び図１８に示されるように、その接触が線接
触であったが、該三次元カムの場合には、図１９及び図
２０に示されるように点接触となり、カム部材５２を安
定して固定することができなくなる。そしてこのため、
精密な組み付け位相決めも困難となる。

【００１２】また、こうした接触は、治具５４の基準面
とカム部材５２のエッジ部とにおいて行われるため、治
具５４の耐久性に不安が残るとともに、上記エッジ部が
損傷する懸念すらある。

【００１３】本発明はこうした実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は軸材（シャフト）に対する三次元
カム部材の組み付け位相決めを容易且つ的確に行うこと
の可能な三次元カムシャフト及びその製造方法及びその
製造装置を提供することにある。

【００１４】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明では、シャフトの軸線方向にカ
ムプロフィールの変化する三次元カムが組み付けられた
三次元カムシャフトであって、前記三次元カムは、前記
シャフトの軸線方向端面に、同シャフトとの組み付け角
度を決める穴を有してなることを特徴とするものであ
る。

【００１５】同構成によれば、上記穴を適宜の治具にて
固定するだけの極めて簡易な手法を用いて、三次元カム
としての機能はそのままに、同カムのカムシャフトへの
組み付けにかかる組み付け角度を的確に決定することが
できるようになる。

【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
三次元カムシャフトにおいて、前記三次元カムは、前記
シャフトの軸線方向端面の一方に、同シャフトの軸線と
直交する基準面を形成する凸部若しくは凹部を更に有し
てなることを特徴とするものである。

【００１７】同構成によれば、上記に加え、三次元カム
をカムシャフトに直角に組み付けるための基準面をも容
易に決定することができるようになる。ちなみに従来、
こうした基準面を精度良く作り出すためには、カム端面
全体の平坦度や表面粗さを上げるための極めて精密な加
工が必要であったが、通常少なくとも３個の上記凸部若
しくは凹部を設けることとすれば、それら凸部の高さや
凹部の深さ（凹部の場合には治具側にそれと当接される
基準凸部が設けられる）を通じて上記基準面を容易にし
かも高精度に作り出すことができるようになる。

【００１８】請求項３記載の発明では、カムシャフトと
なる軸材に対して同軸材の軸線方向にカムプロフィール
の変化する三次元カムを組み付ける三次元カムシャフト
の製造方法において、前記三次元カムに前記軸材が嵌入
される軸材嵌入孔、同軸材との組み付け角度を決める位
相決め穴、及び同軸材の軸線と直行する基準面を形成す
る凸部若しくは凹部をそれぞれ形成する第１の工程と、
前記三次元カムの前記位相決め穴及び前記凸部若しくは
凹部を基準として同三次元カムの前記軸材に対する組み
付け角度及び直交基準面を固定する第２の工程と、この
組み付け角度並びに直交基準面の固定された三次元カム
と前記軸材とを相対移動せしめて同軸材を前記軸材嵌入
孔に嵌入する第３の工程と、を備えることを特徴とする
ものである。

【００１９】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
三次元カムシャフトの製造方法において、前記第１の工
程において前記三次元カムに形成される前記軸材嵌入
孔、前記位相決め穴、及び前記凸部若しくは凹部は、当
該三次元カムと同時成型されるものである。

【００２０】請求項５記載の発明では、請求項３または
４記載の三次元カムシャフトの製造方法において、前記
第２の工程にて組み付け角度並びに直交基準面の固定さ
れる三次元カムは予め所定の温度に加熱され、前記第３
の工程における前記三次元カムと前記軸材との相対移動
は、前記三次元カムの温度が所定温度以下に低下する以
前に行われることを特徴とするものである。

【００２１】こうした製造方法によれば、三次元カムの
カムシャフトへの組み付けを容易且つ的確なものとする
ことができるようになる。すなわち、三次元カムに形成
される上記位相決め穴及び凸部若しくは凹部はそれぞ
れ、同三次元カムの組み付け角度並びに直交基準面を決
定する要素であることから、例えば上記位相決め穴をピ
ン等にて固定した状態で上記凸部若しくは凹部を水平に
支えるだけの極めて簡易な治具を用いて同三次元カムの
組み付け角度並びに直交基準面を極めて安定に固定する
ことができるようになる。

【００２２】また、特に請求項４記載の発明にかかる製
造方法によれば、型加工等によって上記三次元カムを製
造する際に上記軸材嵌入孔、位相決め穴、及び凸部若し
くは凹部が同カム部材と一体に形成されるため、その形
成が容易であるとともに、それらの配置にかかる精度等
も極めて高いものとなる。

【００２３】さらに、請求項５記載の発明にかかる製造
方法によれば、三次元カムと軸材（カムシャフト）と
が、いわゆる焼きばめによって極めて強固に締結される
ことともなる。

【００２４】請求項６記載の発明では、カムシャフトと
なる軸材が嵌入される軸材嵌入孔と同軸材との組み付け
角度を決める位相決め穴とを有する三次元カムを焼きば
めによって同軸材に組み付ける三次元カムシャフトの製
造装置であって、前記三次元カムの前記軸材嵌入孔に挿
入されるセンタピン及び前記位相決め穴に挿入される位
相決めピンをそれぞれ有して同三次元カムの組み付け角
度並びに基準面を固定する治具と、該固定される三次元
カムの周囲に配設されて同三次元カムを加熱する加熱手
段と、前記軸材をその軸線に沿って上下動並びに回転可
能に支持しつつ、前記固定された三次元カムの前記基準
面と直交する方向から同軸材を前記軸材嵌入孔に挿入す
る軸材挿入手段と、を備えることを特徴とするものであ
る。

【００２５】請求項７記載の発明では、前記加熱手段
は、前記三次元カムの周囲に配設した高周波コイルを通
じて同三次元カムを誘導加熱する誘導加熱装置であるこ
とを特徴とするものである。

【００２６】請求項８記載の発明では、請求項７記載の
三次元カムシャフトの製造装置において、前記治具を構
成する前記センタピン及び前記位相決めピンは共に誘電
体材料からなるものである。

【００２７】三次元カムシャフトの製造装置としての同
構成によれば、三次元カムを治具に取り付けた状態で、
しかも軸材をその軸材嵌入孔に挿入する直前に同カム部
材の加熱を行うことができるため、適正な温度のもとに
極めて効率のよい焼きばめを行うことができるようにな
る。

【００２８】しかも、請求項７記載の発明によるよう
に、その加熱を誘導加熱によって行うことで、焼きばめ
に適切な温度を精度良く管理できるようになる。またこ
うした誘導加熱を行う場合であれ、請求項８記載の発明
によるように、治具のセンタピンや位相決めピンをセラ
ミクス等の誘電体とすることで、それらピンが直接加熱
されることはなくなり、それらピンによる三次元カムの
位置決め精度も好適に維持されるようになる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した三次元
カムシャフトの一実施の形態を、図１〜図５に基づいて
説明する。

【００３０】なお、図１，図２は本実施の形態にかかる
三次元カムシャフトに組み付けられる三次元カム部材１
１の平面図及び底面図、図３は同カム部材１１の側面断
面図、図４および図５は同カム部材１１が組み付けられ
た三次元カムシャフトの斜視図（一部）を示している。

【００３１】これら各図に示されるように、同カム部材
１１には軸材（シャフト）１６が挿入されるための孔１
２が形成されている。同孔１２内に軸材１６を挿入し固
定することで三次元カムシャフトが製造される。

【００３２】このカム部材１１のプロフィールは、基礎
円（ベースサークル）が同一となっているが、そのノー
ズ高さが同カム部材１１の軸心に沿って連続的に変化し
ている。

【００３３】また、同カム部材１１の高ノーズ側端面
（図２）には、断面略円形状の３つの突起１４，１５が
突出形成されている。これらの突起１４，１５は、軸材
嵌入用の孔１２の軸線から見てカムノーズ１１ａ側に１
つ（１４）、その反対側に２つ（１５）設けられてい
る。これら突起１４，１５の先端面は前記軸材嵌入用の
孔１２の軸線に対して垂直をなす同一平面に存在するよ
うに形成されている。なお、これら突起１４，１５の先
端面は、カム部材１１と同カム部材１１を取り付ける軸
材（シャフト）との軸線方向の組み付け位置を決めるた
めの基準面となる。

【００３４】また、突起１４の中央には孔１２の軸線と
平行な軸線を持つ挿通孔１３が形成されている。なお同
孔１３は、組み付け時に該カム部材１１が載置される基
準板上に設けられたピンが挿入され、同カム部材１１が
その軸心を中心として回転しないよう保持するために用
いられる。

【００３５】さらに、このカム部材１１は、突起１４、
１５および挿通孔１２、１３と共に粉末冶金法、冷間鍛
造等の型加工により一体成形されている。例えば、粉末
冶金法による該カム部材１１の製造は、以下のようにし
て行われる。

【００３６】まず、該カム部材１１の外観形状を型どり
した型内に金属粉（非金属材料の粉末を配合する場合も
含む）を封入する。次に、この金属粉に圧力を加え、該
カム部材１１の形状に押し固める。その後、これを加熱
し焼結させることでカム部材１１が製造される。

【００３７】続いて、上記の三次元カム部材１１を軸材
（シャフト）１６に組み付ける三次元カムシャフトの製
造装置について、図６に基づき説明する。図６（ｃ）に
示すように、この製造装置１０において、前記カム部材
１１は、治具基盤２０上に設けられた基準板２０ａ上に
設置される。同基準板２０ａの上端面は高精度に仕上げ
られており、前記カム部材１１を正確に設置するための
基準面となっている。

【００３８】また治具基盤２０及び基準板２０ａには、
上端面から垂直方向に伸びる貫通孔２１が形成されてい
る。同貫通孔２１内には、後述する誘導加熱装置によっ
て加熱されないセラミクス製のセンタピン２２が配設さ
れている。同センタピン２２はスプリング２３によって
上方向に付勢されており、前記貫通孔２１の軸線上を上
下に摺動可能となっている。また同センタピン２２の先
端部の径は、前記カム部材１１に形成された軸材嵌入用
の孔１２とほぼ同径であり、同ピン２２の先端部に前記
孔１２を嵌め込むことで該カム部材１１の軸心を固定す
ることができる。

【００３９】さらに、前記基準板２０ａ上には、同じく
セラミクス製の断面略円形状をした位相決めピン２４が
設けられている。同ピン２４の径は，前記のカム部材１
１に設けられた組み付け位相決め用の孔１３とほぼ同径
である。また、同ピン２４の軸心は、前記基準板２０ａ
の上端面に対して垂直をなしている。さらに、同ピン２
４の軸心と前記センタピン２２軸心との距離が前記カム
部材１１の軸材嵌入用の孔１２の軸心と組み付け位相決
め用の孔１３の軸心と距離と一致するように配置されて
いる。

【００４０】したがって、前記軸材挿入用の孔１２を前
記センタピン２２に、前記組み付け位相決め用の孔１３
を前記位相決めピン２４に嵌め込み固定することで、前
記治具基盤２０に対する前記カム部材１１の孔１２の軸
心の位置、ならびに同カム部材１１の組み付け位相を決
定することができる。また、前記のカム部材１１から突
出形成された突起１４，１５の先端面を前記基準板２０
ａの上端面に当接させることで、同上端面に対する同カ
ム部材１１の垂直方向の位置を決定し、さらに前記孔１
２の軸線が同基準面２０ａに対して垂直をなすように正
確に配置することができる。

【００４１】また、基準板２０ａの上方には、２つのク
ランパ２５が設置されている。これは前記カム部材１１
を上方から押さえつけることにより、同カム部材１１の
上下方向の移動を規制するためのものである。このクラ
ンパ２５は、電動式、油圧式、あるいは空気圧式等から
なる図示しない動力装置によって、その水平方向並びに
垂直方向への移動が所定に制御されるようになってい
る。

【００４２】一方、図６（ａ），（ｂ）に示すように、
軸材１６は、チャック１９に取り付けられる。このチャ
ック１９により、軸材１６の軸心は垂直をなすよう固定
される。また、同軸材１６のチャック１９に当接する面
には、図６（ａ）に示す態様で嵌入穴１７が形成されて
いる。同穴１７内に、同チャック１９に設けられたピン
１８を嵌め込むことにより、同軸材１６とチャック１９
との相対回転を規制している。

【００４３】さらに同チャック１９は、図示しない数値
制御装置により前記軸材１６の軸心を垂直に保持したま
ま、回転角度、並びに垂直方向への移動が自動制御可能
となってる。

【００４４】上記の構成部材に加え、本製造装置１０に
は前記カム部材１１を加熱するための高周波コイル２６
及び高周波電源２９を備える誘導加熱装置が設けられて
いる。前記基準板２０上に載置されたカム部材１１の周
囲には、高周波電源２９による駆動のもとに磁界を発生
させる高周波コイル２６が上下方向に移動可能に設置さ
れている。同高周波コイル２６は、加熱時には前記カム
部材１１の周囲に配置され、不要時には邪魔にならない
よう下方に待機させておくことができる。

【００４５】この高周波コイル２６に、高周波電源２９
より高周波電流が供給されることによって前記カム部材
１１内には二次電流が誘導され、その自己発熱によって
これが加熱されるようになる。

【００４６】また、本製造装置１０には、前記カム部材
１１の温度を測定するための熱電対や輻射熱温度計等の
温度センサ２７が設けられている。加熱時には、前記カ
ム部材１１の温度が同センサ２７により計測される。温
度制御装置２８は、この温度センサ２７が測定した温度
をもとに前記カム部材１１の温度が所望の温度に維持さ
れるよう高周波電源２９の出力をフィードバック制御す
る。

【００４７】以下、こうした製造装置を用いた三次元カ
ムシャフト１０の製造方法について，図７〜図１０に基
づいて説明する。まず、図７に示すように、前記カム部
材１１を前記突起１４，１５のある面が下になるよう前
記基準板２０ａ上に設置する。このとき、前記センタピ
ン２２及び位相決めピン２４を、それぞれ前記カム部材
１１に設けられた前記孔１２，１３に嵌入させるように
取り付ける。その後、前記クランパ２５を前記カム部材
１１の上端面に当接するように移動させる。このこと
で、同カム部材１１の水平・垂直方向の移動および前記
孔１３の軸線を中心とした回転が規制される。

【００４８】一方、前記軸材１６を嵌入穴１７とピン１
８とを合わせるようにして前記チャック１９に取り付け
る。なおこのとき、前記治具基盤２０の上方で前記セン
タピン２２の軸線と同軸材１６の軸線とは一致してい
る。このときの同軸材１６の位置を以下では便宜上、軸
材待機位置という。

【００４９】その後、前記高周波コイル２６を前記カム
部材１１の周囲に移動させる。そして、前記高周波電源
２９から出される高周波電流を同コイル２６に供給す
る。この高周波コイル２６に高周波電流が供給されるこ
とにより前記カム部材１１内に２次電流が誘導され、同
カム部材１１を自己発熱によって加熱されるようになる
ことは上述した通りである。なおこの供給される高周波
電流は加熱効率の良い比較的低い周波数の高周波電流で
ある。

【００５０】こうしてカム部材１１の温度が上昇する
と、それに伴い同カム部材１１は熱膨張し、孔１２の内
径も拡大される。常温での同孔１２の内径をφＤ、カム
部材１１の熱膨張係数をα、その温度上昇分をΔＴとす
ると、孔１２の内径の拡大分ΔＤ＝α・φＤ・ΔＴとな
る。軸材１６の径をｄとすると、前記孔１２の拡大後の
内径φＤ＋ΔＤ＞ｄとなる状態で、同軸材１６を孔１２
内に挿入可能となる。この挿入を容易にするためには、
一般に孔１２と軸材１６との間には０．０２ｍｍ程度の
クリアランスを設定する必要がある。すなわち、孔１２
の拡大後の内径φＤ＋ΔＤ＝ｄ＋０．０２［ｍｍ］とな
る温度ｔにカム部材１１を加熱しなければならない。

【００５１】このように、カム部材１１と軸材１６との
組み付け時には、同カム部材１１の温度を厳密に管理す
る必要がある。このため、カム部材１１の温度ｔは前記
温度センサ２７により測定されている。同センサ２７に
測定されたカム部材１１の温度に基づき、前記温度制御
装置２８は前記高周波電源２９が発生する電流を制御す
る。この制御により、前記カム部材１１を所定の温度ｔ
に調整することができる。

【００５２】このカム部材１１が所定の温度ｔに達する
と、図８に示すように、数値制御装置によって前記軸材
１６を垂直下方に移動させ、同軸材１６を前記孔１２内
に挿入させる。このとき、前記センタピン２２は同軸材
１６先端によって押し下げられる。この間前記カム部材
１１は、前記温度制御装置２８及び誘導加熱装置（高周
波コイル２６、高周波電源２９）によって、その温度が
所定の温度ｔを保つよう制御されている。

【００５３】同軸材１６を所定深さまで挿入すると、前
記高周波コイル２６への高周波電流の供給を止め、同カ
ム部材１１への加熱を停止する。同カム部材１１の温度
が低下すると前記孔の内径が縮小され、同カム部材１１
と前記軸材１６とは焼き嵌めにより強固に締結される。

【００５４】カム部材１１と軸材１６との締結が完了す
ると、図９に示すように、前記クランパ２５を上方に移
動させ、カム部材１１の上方向への移動に対する拘束を
解除する。そして、数値制御装置によって、軸材１６を
前述の軸材待機位置に移動させる。このとき、前記カム
部材１１は前記軸材１６に締結されているため、同図９
に示されるように軸材１６と一体となって移動する。

【００５５】また、前記センタピン２２は、前記スプリ
ング２３の付勢力により元の位置に戻される。さらに、
前記高周波コイル２６は下方へと移動される。以上によ
り、前記カム部材１１一個分の組み付け作業が終了す
る。その後は、図１０に示すように、前記基準板２０ａ
上に新たなカム部材１１’を先ほどと同様に設置、固定
し、図１０（ａ）に示すように、数値制御装置により前
記軸材１６を同カム部材１１’の組み付け位相に合致す
る所定の角度に回転させる。ちなみに、当該カムシャフ
トが４気筒内燃機関に搭載されるものであり、４個のカ
ム部材１１が９０°の等位相（角度）にて組み付けられ
る場合には、この所定の角度として９０°が選ばれる。
そして、上述と同様、高周波コイル２６により該カム部
材１１’を加熱する。その後、この正確に角度調節され
た軸材１６が第２番目のカム部材の組み付け位置まで垂
直下方に正確に移動され、保持されることにより、この
第２番目のカム部材１１’が軸材１４に焼きばめされ
る。。

【００５６】以降、上記の工程を軸材１６に組み付けら
れるカム部材１１の数だけ繰り返すことで、三次元カム
シャフトが完成される。以上説明した本実施の形態の三
次元カムシャフト及びその製造方法及びその製造装置に
よって得られる効果について以下に列挙する。

【００５７】・カムプロフィールが三次元的に変化する
カム部材１１と軸材１６との組み付け作業時に、同カム
部材１１の組み付け位置、並びに組み付け位相を容易且
つ正確に固定することが可能となる。このため、この製
造される三次元カムシャフトの生産性を向上せしめ、な
おかつその品質をも高めることができる。

【００５８】・位置決め全てを前記カム部材１１の端面
側だけを用いて行うことができるため、軸線方向に連続
して変化するプロフィール面を有し、同プロフィール面
での位置決めが困難な三次元カムに対して特に有効であ
る。

【００５９】・前記チャック１９は数値制御されている
ため、前記カム部材１１の位置決め並びに位相決めを正
確に行うことができる。 ・前記孔１２，１３および突起１４，１５を前記カム部
材１１と一体成形しているため、これらを形成するため
の加工の手間を省くことができる。そのため、同カム部
材１１の生産性の向上や生産コストの削減を図ることが
できる ・一般に粉末冶金法により平坦度の高い平面を形成する
には、その平面に高圧を与え、押し固めなければならな
い。そのため、広い面積に対して平坦度を高くすること
は困難である。

【００６０】この点、本実施の形態では、前述の突起１
４，１５先端面を位置合わせの基準面としている。その
ため、高い平坦度が要求される平面の面積が限定され
る。したがって、高圧力が必要な面積が小さくなり、型
成形だけで容易に高精度の面を形成することが可能とな
る。しかも、研削等の仕上げ加工を省略することもでき
る。また、仕上げ加工が必要とされる場合でも加工が必
要な面積が小さいため、容易に加工することができる。

【００６１】・前記カム部材１１と前記軸材１６とを焼
きばめすることで、同カム部材と同軸材とのより強固か
つ正確な締結を行うことができる。 ・誘導加熱によりカム部材１１自体を内部発熱させてい
るため、同カム部材１１を均一かつ限定的に加熱するこ
とが可能である。さらに、同カム部材の熱膨張による変
形を正確に制御できる他、前記製造装置の他の構成部材
に対して熱が及ぼす影響を好適に回避することが可能で
ある。

【００６２】・前記軸材１６嵌入時には、前記カム部材
１１の温度を一定に保つようフィードバック制御して加
熱しているため、嵌入中に同カム部材１１の熱膨張量が
変わり前記孔１２の内径が変化することによって取り付
け精度が低下することを防止することができる。

【００６３】・前記カム部材１１に嵌入している前記セ
ンタピン２２及び位相決めピン２４はセラミクスにより
構成されているため、前記誘導加熱装置２６によって内
部発熱させられない。したがって、同センタピン２２及
び位相決めピン２４の熱膨張による影響を少なくし、両
ピン２２，２４の変形による位置決め精度の劣化を低く
抑えることができる。

【００６４】・前記カム部材１１の外周面に治具部材を
設ける必要がないため、前記誘導加熱装置２６を同カム
部材１１のすぐ側面に配置することができる。そのた
め、同カム部材１１を集中して加熱することができ、他
の構成部材に熱が与える影響を低く抑えることができ
る。

【００６５】なお、本実施の形態は、以下のように変更
することもできる。 ・図１１に示すように、前記カム部材１１の組み付け位
相決め用の孔１３の治具基盤２１に接する側の開口部を
テーパ形状とし、一方前記治具基盤２１に取り付けられ
た位相決めピン２４の先端部もテーパ形状とするように
変更することもできる。こうした構成によれば、テーパ
面同士を嵌合させて組み付け位相決めを行うことができ
るため、孔内にピンを嵌め込む為に必要となるクリアラ
ンスが不要となり、より正確なカム部材１１の組み付け
位相決めができるようになる。

【００６６】・図１２に示すように、前記カム部材１１
の組み付け位相決め用の孔１３を、前記軸材嵌入用の孔
１２の半径方向に伸びる断面略長円形状の孔１３’とす
るように変更することもできる。通常、焼きばめのため
前記カム部材１１を加熱した場合に同孔１３と前記軸材
嵌入用の孔１２との軸間距離が熱膨張により伸張するこ
とがある。また、前述のように同孔１３を通常の丸穴と
した場合には、この熱膨張による伸張分を吸収するため
同孔１３と前記ピン２４との間、ならびに前記孔１２と
前記センタピン２２との間にはある程度のクリアランス
を設ける必要があった。この点、上記断面略長円形状の
孔１３’を採用することとすれば、この熱膨張による伸
張があっても前記ピン２４を同孔１３’の長手方向に逃
がすことができる。したがって、この伸張分のためのク
リアランスを設ける必要がないため、前記センタピン２
２と孔１２との間のクリアランスを極限まで小さくする
ことができる。したがって、前記孔１２の軸線の位置決
めおよび同カム部材１１の組み付け位相決めをより正確
に行うことができるようになる。

【００６７】・図１３に示すように、前記カム部材１１
に設けられた突起１４の代わりに前記孔１２の軸線と垂
直な底面を有する凹部１４’とし、前記基準板２０ａの
同凹部１４’と対向する部分には前記孔１２と垂直な先
端面を有する突起４５を設けるように変更することもで
きる。それら凹部１４’の底面および突起４５の先端面
の平坦度を高くしておくことで、前記軸材１６の軸線方
向の位置決め用の基準面とすることができる。こうした
構成によれば、前記突起１４を無くしたことで、前記カ
ム部材１１の前記軸材１６の軸線方向の幅を縮小するこ
とができる。また、カムシャフトにおいて隣接するカム
部材間の距離をより小さくすることができる。

【００６８】・図１４（ａ）に断面図を、また図１４
（ｂ）にその底面の一部を斜視図として示すように、前
記突起１４の代わりに前記孔１３の周囲に円環状のくぼ
み４７を形成し、前記治具基盤２１には先程と同様に、
前記孔１２の軸線と垂直な先端面を有する突起４８を設
けるように変更することもできる。こうした構成によれ
ば、前記くぼみ４７の内側の面と前記突起４８とを基準
面として前記軸材１６の軸線方向の位置決めをすること
ができる。上記の凹部１４’を設けた場合と同様に、前
記カム部材１１の幅を縮小でき、隣接するカム部材間の
距離を小さくすることができる。

【００６９】・前記カム部材１１に設けられた孔１３を
有しない方の突起１５を円錐形状に変更することもでき
る。こうした構成によれば、同突起１５と前記治具基盤
２１との接触は点接触とはなるが、前記軸材１６の軸線
方向の正確な位置決めは可能である。

【００７０】・前記カム部材１１に設けられた組み付け
位相決め用の孔１３と突起１４とを、別の場所に形成す
るように変更してもよい。 ・位相決め用の孔１３は貫通している必要はない。すな
わち穴であっても良い。

【００７１】・ピン２２，２４はセラミクス製に限ら
ず、誘電体であればよい。すなわち、誘導加熱装置と
は、高周波電流を導電体である加熱材の周囲に流すこと
で、電磁誘導により加熱材内に２次電流を発生させ、そ
の電流により発生するジュール熱を加熱源として加熱を
行う装置である。したがって、誘電体（絶縁体）を直接
加熱することはできない。

【００７２】・前記治具基盤２１に設けられたセンタピ
ン２２を省略し、前記軸材１６の先端部および前記軸材
嵌入用の孔１２の同軸材１６挿入側の開口端のどちらか
一方、あるいはそれら両方をテーパ状に形成するように
変更してもよい。こうした構成によれば、同孔１２内に
同軸材１６が嵌入することで自律的に両者の軸線を一致
させることができる。

【００７３】・本実施の形態では、前記カム部材１１側
を固定しておき、前記軸材１６側を数値制御により移動
させて組付けを行っていた。これを軸材１６側を固定さ
せ、カム部材１１側を数値制御によって移動させるよう
に変更してもよい。また、それら両方を数値制御によっ
て移動させるように変更してもよい。

【００７４】・また、それら部材の移動や位置制御は数
値制御に限られることなく任意である。要は、リッミト
スイッチ等を用いる位置制御であれ、その十分な精度が
確保されるものであればよい。

【００７５】・なお、カム部材１１の端面の十分な精度
が保証される場合には、凸部あるいは凹部は不要であ
る。

【００７６】

【発明の効果】以上、詳述した本発明によれば、三次元
カムとしての機能はそのままに、同カムのカムシャフト
への組み付けを容易且つ的確なものとすることができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる三次元カムシャフトの一実施の
形態に採用される三次元カム構造を示す平面図。

【図２】同三次元カム構造を示す平面図。

【図３】同三次元カム構造を示す断面図。

【図４】同実施の形態に係る三次元カムシャフトの一部
を示す斜視図。

【図５】同実施の形態に係る三次元カムシャフトの一部
を示す斜視図。

【図６】三次元カムシャフトの製造装置の構成例を示す
断面図。

【図７】同製造装置を用いた三次元カムシャフトの製造
手順を示す断面図。

【図８】同製造装置を用いた三次元カムシャフトの製造
手順を示す断面図。

【図９】同製造装置を用いた三次元カムシャフトの製造
手順を示す断面図。

【図１０】同製造装置を用いた三次元カムシャフトの製
造手順を示す断面図。

【図１１】他の実施の形態に係るカム部材および基準板
の構造を示す平面図及び断面図。

【図１２】他の実施の形態に係るカム部材および基準板
の構造を示す平面図及び断面図。

【図１３】他の実施の形態に係るカム部材および基準板
の構造を示す平面図及び断面図。

【図１４】他の実施の形態に係るカム部材および基準板
の構造を示す平面図及び断面図。

【図１５】一般の三次元カムシャフトに組み付けられる
カム部材の構造を示す平面図及び断面図。

【図１６】一般の三次元カムシャフトに組み付けられる
カム部材の構造を示す斜視図及び一部底面図。

【図１７】カムの組み付け位相決め用治具の構造を示す
平面図。

【図１８】カムの組み付け位相決め用治具の構造を示す
側面図。

【図１９】カムの組み付け位相決め用治具の構造を示す
平面図。

【図２０】カムの組み付け位相決め用治具の構造を示す
側面図。

【符号の説明】

１１…カム部材、１２…、１３…組み付け位相決め用の
孔、１４，１５…突起、１６…軸材、１９…チャック、
２０…治具基盤、２０ａ…基準板、２２…センタピン２
２、２４…位相決めピン、２５…クランパ、２６…高周
波コイル（誘導加熱装置）、２７…温度センサ、２８…
温度制御装置、２９…高周波電源（誘導加熱装置）。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シャフトの軸線方向にカムプロフィールの
   変化する三次元カムが組み付けられた三次元カムシャフ
   トであって、 前記三次元カムは、前記シャフトの軸線方向端面に、同
   シャフトとの組み付け角度を決める穴を有してなること
   を特徴とする三次元カムシャフト。
2. 【請求項２】請求項１記載の三次元カムシャフトにおい
   て、 前記三次元カムは、前記シャフトの軸線方向端面の一方
   に、同シャフトの軸線と直交する基準面を形成する凸部
   若しくは凹部を更に有してなることを特徴とする三次元
   カムシャフト。
3. 【請求項３】カムシャフトとなる軸材に対して同軸材の
   軸線方向にカムプロフィールの変化する三次元カムを組
   み付ける三次元カムシャフトの製造方法において、 前記三次元カムに前記軸材が嵌入される軸材嵌入孔、同
   軸材との組み付け角度を決める位相決め穴、及び同軸材
   の軸線と直行する基準面を形成する凸部若しくは凹部を
   それぞれ形成する第１の工程と、 前記三次元カムの前記位相決め穴及び前記凸部若しくは
   凹部を基準として同三次元カムの前記軸材に対する組み
   付け角度及び直交基準面を固定する第２の工程と、 この組み付け角度並びに直交基準面の固定された三次元
   カムと前記軸材とを相対移動せしめて同軸材を前記軸材
   嵌入孔に嵌入する第３の工程と、 を備えることを特徴とする三次元カムシャフトの製造方
   法。
4. 【請求項４】前記第１の工程において前記三次元カムに
   形成される前記軸材嵌入孔、前記位相決め穴、及び前記
   凸部若しくは凹部は、当該三次元カムと同時成型される
   ものである請求項３記載の三次元カムシャフトの製造方
   法。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の三次元カムシャフ
   トの製造方法において、 前記第２の工程にて組み付け角度並びに直交基準面の固
   定される三次元カムは予め所定の温度に加熱され、前記
   第３の工程における前記三次元カムと前記軸材との相対
   移動は、前記三次元カムの温度が所定温度以下に低下す
   る以前に行われることを特徴とする三次元カムシャフト
   の製造方法。
6. 【請求項６】カムシャフトとなる軸材が嵌入される軸材
   嵌入孔と同軸材との組み付け角度を決める位相決め穴と
   を有する三次元カムを焼きばめによって同軸材に組み付
   ける三次元カムシャフトの製造装置であって、 前記三次元カムの前記軸材嵌入孔に挿入されるセンタピ
   ン及び前記位相決め穴に挿入される位相決めピンをそれ
   ぞれ有して同三次元カムの組み付け角度並びに基準面を
   固定する治具と、 該固定される三次元カムの周囲に配設されて同三次元カ
   ムを加熱する加熱手段と、 前記軸材をその軸線に沿って上下動並びに回転可能に支
   持しつつ、前記固定された三次元カムの前記基準面と直
   交する方向から同軸材を前記軸材嵌入孔に挿入する軸材
   挿入手段と、 を備えることを特徴とする三次元カムシャフトの製造装
   置。
7. 【請求項７】前記加熱手段は、前記三次元カムの周囲に
   配設した高周波コイルを通じて同三次元カムを誘導加熱
   する誘導加熱装置である請求項６記載の三次元カムシャ
   フトの製造装置。
8. 【請求項８】前記治具を構成する前記センタピン及び前
   記位相決めピンは共に誘電体材料からなる請求項７記載
   の三次元カムシャフトの製造装置。