JP2002178051A - 突起付き中空軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速回転時のダイナミックバランスに優れたカ
ムシャフト等の突起付き中空軸の製造方法を提供する。 【解決手段】塑性加工可能な突起部用の中空体５ａ、５
ｂが外嵌装着された中空素管４を、固定型２ａ、３ａ
と、型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃと型２ｄ、３ｄおよ
び２ｅ、３ｅとに分割された可動型からなる上下に開閉
可能なバルジ加工型１内に収容して中空素管にバルジ加
工を行うに当たり、(1) 固定型と各可動型を所定の間隔
を隔ててセットした後に中空素管を収容する工程、(2)
収容された中空素管をバルジ加工し、中空体の内面と中
空素管の外面とを接触させる工程、(3) 可動型２ｄ、３
ｄおよび２ｅ、３ｅを型移動治具８ａ、８ｂで押圧して
移動させながらバルジ加工を継続し、固定型と各可動型
とが互いに当接したバルジ加工型内部の孔型に中空体を
中空素管を介して張り付かせる工程を経る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、突起付き中空軸の
製造方法に関し、例えば、４サイクルレシプロエンジン
の吸気弁および排気弁を開閉するためのカム部材が取り
付けられたカムシャフトのような突起付き中空軸の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、４サイクルレシプロエン
ジンの吸気弁および排気弁を駆動させるためのカムを有
する回転軸であるカムシャフトは、中実材料を鋳造や鍛
造で粗形状に加工した後、機械加工により最終形状に仕
上げられていた。しかし、上記の方法では、カムと回転
軸とが一体に形成されるため、機械加工を行う部分が増
加する。また、カムの硬度を高めて耐摩耗性を向上させ
るには、機械加工後に浸炭や熱処理等を行う必要が生じ
る他、材料費が嵩み、製造コストが高くなるという問題
があった。さらに、この方法では、耐摩耗性が要求され
るカムと強度が要求される回転軸とを、それぞれ最適な
材料で製造できないだけでなく、重さが重いという問題
があった。

【０００３】このため、耐摩耗性が要求されるカムを焼
結合金により中空のカム部材として製造するとともに、
軽量化を図るために回転軸を中空軸として製造し、これ
らを溶接、ろう付けまたは機械的固定によって一体化し
て組み立ててカムシャフトを製造する技術が開発され
た。しかし、溶接またはろう付けを行うには、カム部材
および回転軸それぞれの材質が制限され最適な材料を用
いることができない。また、機械的固定は、その固定操
作をカム部材の設置数だけ繰り返し行う必要があり、生
産性が低いという問題があった。

【０００４】このため、生産性の向上を図る方法とし
て、上記焼結合金からなるカム部材の中空部に中空の回
転軸を遊嵌合してバルジ加工型に収容し、中空の回転軸
にバルジ加工を行うことによってカム部材を回転軸に嵌
着させる方法が提案された（特公昭４９−２８２９８号
公報）。しかし、この方法では、カム部材の内面形状が
連続的に緩やかに変化する形状であるため、カム部材と
回転軸の固定強度が充分ではなかった。

【０００５】そこで、カム部材と回転軸の固定強度を向
上させる方法として、次のような方法が提案されてい
る。焼結合金からなるカム部材の内面に固定用突起を設
け、この固定用突起をバルジ加工される中空の回転軸の
外面に噛み込ませる方法（特開昭５９−１４４５３２号
公報）。焼結合金からなるカム部材の内面に固定用溝を
設け、この固定用溝内にバルジ加工される中空の回転軸
の一部を膨出充満させる方法（特開昭６０−２５７９３
３号公報）。

【０００６】また、カム部材の固定位置精度を向上させ
る方法として、カムの位置決め機構を備えたバルジ加工
型を用いる方法も提案されている（特開昭６２−９７７
２２号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法では、
いずれも、カム部材は、次の理由から焼結合金である。
すなわち、耐摩耗性に優れること。偏心したプロフィル
を有するカム部材の外形を比較的低コストで大量生産で
きることである。しかし、焼結合金からなるカム部材
は、塑性変形せずに割れてしまうので、バルジ加工によ
る塑性変形を与えることができない。このため、上記従
来の方法では、カム部材の最終的な寸法精度は焼結時の
寸法精度により決定されるが、焼結時の寸法精度では所
望の寸法精度が得られない。したがって、バルジ加工後
に、焼結合金からなる高硬度のカム部材に切削加工等の
機械加工を行わざるを得なくなる。また、カム部材に用
いる焼結合金自体もコストが高い。このため、上記従来
の方法では、カムシャフトを高い生産性で製造できるも
のの、製造コストが大幅に高くなる。

【０００８】また、上記従来の方法では、回転軸が中空
であるので、軽量化の効果は得られるものの、カム部材
は焼結合金からなる重量物であるので、高速回転時にお
けるカムシャフトのダイナミックバランスが悪かった。
このため、カム部材の重さに起因したカムシャフトの高
速回転性能の低下も否めなかった。

【０００９】本発明の目的は、バルジ加工後に寸法精度
を確保するための機械加工を必要としないことから低コ
ストでの製造が可能であり、高速回転時のダイナミック
バランスに優れた、例えば、上記カムシャフト等の突起
付き中空軸の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため、鋼管のバルジ加工について鋭意検討を
重ねた結果、以下に列記する知見(a) 〜(d) を得た。 (a) バルジ加工は、加工後の形状を決定するバルジ加工
型の中に鋼管を収容し、鋼管の内部に高圧流体を導入し
て張出し成形を行うことにより、鋼管を型に張り付かせ
て所定の形状に成形するものである。このため、塑性加
工を行うことができる鋼管であれば、単管に限らず二重
管以上の複層管や複合部材であっても、バルジ加工を行
うことができる。したがって、部分的に二重管以上の複
層管または複合部材からなる鋼管にバルジ加工を行え
ば、突起付き中空軸を容易に成形することができる。 (b) 二重管以上の複層管部または複合部材部を部分的に
有する鋼管にバルジ加工を行うことにより、外径が大き
く変化する突起付き中空軸を、低い拡管率および高精度
で成形することができる。 (c) バルジ加工は、鋼管の内面側には工具を用いずに張
出し成形を行うため、鋼管の内面形状を自由に変化させ
ることが可能であり、また、バルジ加工型の型形状を適
宜設定することにより、鋼管の張出し方向を自在に設定
することができる。このため、内側の鋼管と外側の鋼管
とが偏心して配置された二重管であっても、充分に成形
できる。 (d) ただし、突起部の偏心量が極端に大きい場合には、
内側の鋼管に破断が発生しやすくなって成形が困難にな
る。その対策として、バルジ加工型として、突起部とな
る外側の鋼管を所定の形状に成形する型部分と、この型
部分の両側に位置する型部分のうちの一方の型部分を、
それぞれ別々に、収容される鋼管の長手方向に位置移動
可能なように分割したバルジ加工型を用いる。そして、
突起部に対応する内側の鋼管部分を、得るべき突起部の
幅よりも広く予め予備成形し、しかる後に所定の幅に拡
管膨出成形する。それによって、内側の鋼管に破断が生
じなくなり、突起部の偏心量が大きな突起付き中空軸で
も成形することができる。

【００１１】上記の知見に基づく本発明の要旨は、次の
突起付き中空軸の製造方法にある。

【００１２】塑性変形可能な材料からなる中空体の内側
に挿入された中空素管をバルジ加工型内に収容し、この
中空素管にバルジ加工を行うことによって、中空体の外
形をバルジ加工型の内面形状に成形するとともに、中空
素管と中空体とを嵌着させるに当たり、下記(1) 〜(4)
の工程を経る突起付き中空軸の製造方法。

【００１３】(1) バルジ加工型として、中空体の外形を
所定の形状に成形する突起部成形用可動型と、この突起
部成形用可動型の一方側に位置する軸部成形用可動型と
他方側に位置する軸部成形用固定型に分割されており、
突起部成形用可動型と軸部成形用可動型とが軸部成形用
固定型に対して別々に接近離反可能なバルジ加工型を準
備する工程、(2) 準備したバルジ加工型の軸部成形用固
定型、突起部成形用可動型および軸部成形用可動型の各
型に所定の間隔が在するように突起部成形用可動型と軸
部成形用可動型をセットし、このセット後のバルジ加工
型内に、塑性変形可能な材料からなる中空体の内側に隙
間を設けて挿入された中空素管を収容する工程、(3) バ
ルジ加工型内に収容された中空素管をバルジ加工し、中
空体の内面と中空素管の外面とを接触させる工程、(4)
軸部成形用固定型の方向に軸部成形用可動型を押圧して
バルジ加工を継続し、中空体を３つの型で画成される中
空体成形バルジ加工型部の内面に張り付かせて中空体の
外形を所定の形状に成形するとともに、中空素管と中空
体とを嵌着させる工程。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の突起付き中空軸の
製造方法の実施の形態を、添付図面を参照しながら、詳
細に説明する。なお、以降の実施の形態の説明では、突
起付き中空軸が、４サイクルレシプロエンジン用のカム
シャフトである場合を例にとる。

【００１５】図１は、本発明の方法に用いるバルジ加工
型１と、このバルジ加工型に収容されたバルジ加工の前
の中空素管を示す模式的縦断面図である。また、図２
は、第１のバルジ加工後の状態を示す模式的縦断面図で
あり、図３は第２のバルジ加工後の状態を示す模式的縦
断面図である。さらに、図４は、図１におけるイ−イ矢
視横断面図であり、図５は、図３におけるロ−ロ矢視横
断面図である。

【００１６】図１〜図３に示すように、本実施形態で
は、上型２と下型３とに分割されたバルジ加工型１を用
いる。このバルジ加工型１を構成する上型２と下型３の
内面には、それぞれ、製造すべきカムシャフト９の最終
仕上げ形状と同じ形状の孔型が刻設されている。

【００１７】そして、上型２と下型３は、いずれも、中
空軸となる内側の中空素管４の長手方向の中央部を成形
する軸部成形用固定型２ａ、３ａと、外側の中空素管の
うちのカム部材１０ａ、１０ｂとなる中空体５ａ、５ｂ
を所定の外形形状に成形する突起部成形用可動型２ｂ、
３ｂおよび２ｃ、３ｃと、中空素管４の両端端部を所定
の形状に成形する軸部成形用可動型２ｄ、３ｄおよび２
ｅ、３ｅとに分割されている。

【００１８】また、突起部成形用可動型２ｂ、３ｂおよ
び２ｃ、３ｃと、軸部成形用可動型２ｄ、３ｄおよび２
ｅ、３ｅは、それぞれ、軸部成形用固定型２ａ、３ａに
対して、例えば、蟻溝機構等の適宜な手段により、図中
の左右方向に摺動可能ように装着されている。

【００１９】上記のように構成された上型２と下型３
は、いずれも、バルジ加工時の内圧による分割力に耐え
るために、上下から図示を省略したプレス機構により押
さえられており、このプレス機構の上下動によって上型
１と下型２も上下動し、これにより、カム部材１０ａ、
１０ｂとなる中空体５ａ、５ｂ、およびジャーナル部１
１ａ、１１ｂとなる中空体６ａ、６ｂが外嵌挿入された
中空素管４の型内への搬入と、加工終了後のカムシャフ
ト９の型外への搬出とが行われる。

【００２０】さらに、上型２と下型３の間には、中空素
管４の両端部を気密保持し、バルジ加工時の中空素管４
またはカムシャフト９を、上型２と下型３の内部の所定
の位置に支持する管端拘束治具７ａ、７ｂが配置されて
いる。

【００２１】また更に、上型２と下型３の間には、突起
部成形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃと、軸部成
形用可動型２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅとを、それぞ
れ、同時に、軸部成形用固定型２ａ、３ａ側に向けて移
動させるとともに、必要に応じて所定の位置に固定支持
する、例えば、油圧シリンダ等の適宜な押圧機構からな
る型移動用治具８ａ、８ｂが配置されている。

【００２２】本発明の方法においては、上記のように構
成された上型２と下型３とを、プレス機構を作動させて
開き、突起部成形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃ
と、中空軸の両端端部を所定の形状に成形する軸部成形
用可動型２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅとは、図１に示す
ように、それぞれ、軸部成形用固定型２ａ、３ａに対し
て所定の間隔を隔てて初期セットされる。

【００２３】次いで、外嵌挿入されたカム部材１０ａ、
１０ｂとなる中空体５ａ、５ｂが、突起部成形用可動型
２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃの中央部に位置し、ジャー
ナル部１１ａ、１１ｂとなる中空体６ａ、６ｂが、軸部
成形用可動型２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅに刻設された
ジャーナル型部の中央部に位置するように中空素管４を
バルジ加工型１内に装入し、上型２と下型３とを閉じ
る。

【００２４】上記の操作により、中空素管４は、図１に
示すように、中空孔を有するカム部材１０ａ、１０ｂと
なる中空体５ａ、５ｂ、およびジャーナル部１１ａ、１
１ｂとなる中空体６ａ、６ｂの内側に、それぞれ隙間を
設けた状態で、バルジ加工型１の内部に収容される。

【００２５】中空素管４は、製品であるカムシャフト９
の回転軸をなすため、充分な強度が要求される。本実施
形態では、中空素管４には、一般的なＪＩＳ規格に規定
されるＳＴＫＭ１３Ａの鋼管を用いた。

【００２６】さらに、本実施形態では、中空体５ａ、５
ｂは、いずれも、突起部成形用可動型２ｂ、３ｂおよび
２ｃ、３ｃの部分に配置するために、図４に示すよう
に、最終形状であるカム部材１０ａ、１０ｂに類似した
形状に、予め偏心してプレス成形される。なお、この中
空体５ａ、５ｂの外周面と突起部成形用可動型２ｂ、３
ｂおよび２ｃ、３ｃの内周面との間、およびジャーナル
部１１ａ、１１ｂとなる中空体６ａ、６ｂの外周面と軸
部成形用可動型２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅに刻設され
たジャーナル成形孔型部の内周面との間には、それぞ
れ、図１に示すように、バルジ加工時の張出し量に応じ
た隙間が存在する。

【００２７】また、中空体５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂ
には、塑性加工可能な材料として、軸受用鋼管を用い
た。すなわち、前述した従来方法では、耐摩耗性に優れ
るためだけでなく、偏心したプロフィルを有するカム部
材の外形を比較的低コストで大量生産できることから、
カム部材に焼結合金を用いる。これに対し、本実施形態
では、耐摩耗性の要求性能を満たすことができ、かつ所
定の外形を有するカム部材１０ａ、１０ｂを、後述する
バルジ加工により容易に成形することができる塑性加工
可能な材料を用いる。このため、本実施形態では、中空
体５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂには、軸受用鋼管を用い
た。

【００２８】次に、本発明では、中空体５ａ、５ｂおよ
び６ａ、６ｂの内側にそれぞれ隙間を設けて内嵌挿入さ
れた中空素管４に、以下に述べる第１工程のバルジ加工
と第２工程のバルジ加工を行う。

【００２９】すなわち、第１工程のバルジ加工では、突
起部成形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃと、軸部
成形用可動型２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅの位置を、型
移動用治具８ａ、８ｂによって図１に示す状態に固定保
持する。そして、中空素管４の内部に、管端拘束治具７
ａ、７ｂの軸心に設けられた管路７ｃ、７ｄから高圧の
バルジ加工用液体を注入して中空素管４を拡管膨出変形
させ、図２に示すように、カム部材１０ａ、１０ｂとな
る中空体５ａ、５ｂの内周面に中空素管４の外周面の軸
方向の一部を接触させる。

【００３０】次いで、第２工程のバルジ加工では、型移
動用治具８ａ、８ｂを作動させ、軸部成形用可動型２
ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅを、それぞれ、軸部成形用固
定型２ａ、３ａに向けて移動させながら、管端拘束治具
７ａ、７ｂの軸心に設けられた管路７ｃ、７ｄからの高
圧バルジ加工用液体の注入を継続して中空素管４をさら
に拡管膨出変形させ、図３に示す状態になった時点で、
バルジ加工を終了する。

【００３１】具体的には、軸部成形用固定型２ａ、３ａ
に対して突起部成形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３
ｃが当接し、かつこの突起部成形用可動型２ｂ、３ｂお
よび２ｃ、３ｃに対して軸部成形用可動型２ｄ、３ｄお
よび２ｅ、３ｅが当接して一体となったバルジ加工型１
の孔型内面に、中空体５ａ、５ｂおよび６ａ、ｂの外面
全周が接触するとともに、これら中空体の内面全周に中
空素管４の外面全周が接触した時点でバルジ加工を終了
する。

【００３２】上記のように、中空体５ａ、５ｂおよび６
ａ、６ｂが外嵌された中空素管４に対するバルジ加工を
２段階に分けて行う場合には、第１のバルジ加工工程に
おいて、カム部材１０ａ、１０ｂとなる中空体５ａ、５
ｂに対応する部分の中空素管４の管軸方向の拡管膨出領
域が、上下に分割されただけの従来のバルジ加工型を用
いる場合に比べて長くなる。また、中空素管４に付与す
る内圧が同じ場合、その膨出量と材料体積も大きくな
る。

【００３３】そして、この管軸方向に長く、かつ膨出量
と材料体積が大きくなった中空素管４の拡管膨出領域
は、第２のバルジ加工工程における軸部成形用可動型２
ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅの移動に伴い、その両側部分
に管軸方向の曲げ加工を受けながら拡管膨出変形し、型
相互が接触して一体となったバルジ加工型１の突起部成
形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃの内周面に中空
体５ａ、５ｂの外周面が全面接触するとともに、中空体
６ａ、６ｂについてもその外周面が軸部成形用可動型２
ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅに刻設されたジャーナル成形
孔型部の内周面に全面接触し、バルジ加工を終了する。
この時、中空体５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂの内周面
は、当然のことながら、中空素管４の外周面と全面接触
する。

【００３４】このように、中空素管４のバルジ加工時
に、管軸方向の曲げ加工を付与しなが中空素管４を拡管
膨出変形させる場合には、拡管膨出変形が円滑に進行
し、中空素管４に破断が生じることがない。このため、
偏心量が大きいカム部材１０ａ、１０ｂを有するカムシ
ャフト９でも成形可能となる。

【００３５】ここで、第１のバルジ加工時における軸部
成形用固定型２ａ、３ａと突起部成形用可動型２ｂ、３
ｂおよび２ｃ、３ｃとの間、並びに突起部成形用可動型
２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃと軸部成形用可動型２ｄ、
３ｄおよび２ｅ、３ｅとの間の初期セット間隔と中空素
管４の内部に付与する内圧は、要求されるカム部材１０
ａ、１０ｂの偏心量に応じて決定され、このうち、初期
セット間隔は、通常、偏心量が大きいほど大きくされ
る。

【００３６】また、第２のバルジ加工時に中空素管４の
内部に付与する内圧は、カム部材１０ａ、１０ｂの外形
形状や第１のバルジ加工後の中空素管４の拡管膨出部の
張出部の形状等により決定されるが、第２のバルジ加工
においては付与する内圧が高ければ高いほど成形後の形
状は良好になる。このため、第２のバルジ加工において
中空素管４の内部に付与する内圧はできるだけ高くする
のがよい。

【００３７】なお、第２のバルジ加工時、拡管膨出領域
の両側部分に管軸方向の曲げ加工が付与されるのは、次
の理由による。すなわち、この第２のバルジ加工時、突
起部成形用可動型２ｂ、２ｃおよび３ｂ、３ｃは、中空
素管４と中空体５ａ、５ｂが、中空素管４の内部に注入
された高圧バルジ加工用液体の圧力により高い面圧で押
し付けられていて管軸方向にずれることがなく、突起部
成形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃに対する軸部
成形用可動型２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅの接近量と同
じ量だけ、突起部成形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、
３ｃが軸部成形用固定型２ａ、３ａに接近するからであ
る。

【００３８】本実施形態では、上記のようにして、中空
体５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂの外面を、バルジ加工型
１に刻設された孔型に張り付かせることにより、中空体
５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂの外形が、それぞれ、製造
すべきカムシャフト９のカム部材１０ａ、１０ｂおよび
ジャーナル部１１ａ、１１ｂの最終仕上げ形状通りに成
形される。

【００３９】また、本実施形態では、上記２段階のバル
ジ加工によって中空素管４を拡管膨出変形させることに
より、中空素管４を中空体５ａ、５ｂおよび６ａ、６ｂ
の内面に高い面圧で接触させて密着させることができ
る。これにより、中空素管４と中空体５ａ、５ｂおよび
６ａ、６ｂとは、実用上充分な固定強度（静許容トル
ク）で嵌着される。

【００４０】このようにして、図３に示すように、中空
の回転軸１２と、この回転軸１２の外周面にバルジ加工
により嵌着されたカム部材１０ａ、１０ｂと、カムシャ
フト９を、搭載されるエンジンのシリンダヘッドに設け
られたベアリングにより軸支するためのジャーナル部１
１ａ、１１ｂとを有し、カム部材１０ａ、１０ｂの外形
がバルジ加工により成形されたカムシャフト９が提供さ
れる。つまり、本実施形態では、カム部材１０ａ、１０
ｂとジャーナル部１１ａ、１１ｂとが、いずれも、本発
明における突起に相当する。

【００４１】そして、第２のバルジ加工終了後、プレス
を作動させて上型２と下型３を開き、バルジ加工された
カムシャフト９をバルジ加工型１外に搬出する。

【００４２】なお、バルジ加工型１外に搬出したカムシ
ャフト９に対して、カム部材１０ａ、１０ｂおよびジャ
ーナル部１１ａ、１１ｂそれぞれの表面を、高周波で焼
入れすることが望ましい。これにより、所望の硬度が与
えられるとともに、バルジ加工による嵌着部であるカム
部材１０ａ、１０ｂおよびジャーナル部１１ａ、１１ｂ
が熱膨張で緩むことが、いずれも防止される。

【００４３】また、ジャーナル部１１ａ、１１ｂには、
カム部材１０ａ、１０ｂに比べ、大きなトルクが作用せ
ず、また、大きな拡管率も要求されない。このため、ジ
ャーナル部１１ａ、１１ｂに対するバルジ加工は、カム
部材１０ａ、１０ｂに対するバルジ加工よりも容易であ
る。

【００４４】さらに、本実施形態では、ジャーナル部１
１ａ、１１ｂもバルジ加工により成形したが、前述した
ように、ジャーナル部１１ａ、１１ｂには大きなトルク
が作用しないため、バルジ加工により成形するのではな
く、カム部材１０ａ、１０ｂのみのバルジ加工後に、ジ
ャーナル部１１ａ、１１ｂをなす別部品を、例えば、溶
接、ろう付けまたは機械的固定等の適宜な手段により、
固定してもよい。

【００４５】この本実施形態では、カム部材１０ａ、１
０ｂおよびジャーナル部１１ａ、１１ｂは、いずれも、
充分な寸法精度を有するため、バルジ加工後に切削加工
する必要がない。また、カム部材１０ａ、１０ｂおよび
ジャーナル部１１ａ、１１ｂに用いる軸受用鋼管は、焼
結合金よりも安価である。このため、本実施形態によれ
ば、カムシャフト９が、偏心量の大きなカム部材１０
ａ、１０ｂを有するものでも、高い生産効率で、かつ低
コストで製造することができる。

【００４６】また、本実施形態では、カム部材１０ａ、
１０ｂは、軸受用鋼管である中空体５ａ、５ｂを膨出さ
せて塑性変形させることにより製造されるため、従来の
焼結合金からなる事実上中実のカム部材に比べ、軽量で
ある。このため、高速回転時のカムシャフトのダイナミ
ックバランスが良好となり、カムシャフトの最大許容回
転数を従来よりも多くすることもできる。これにより、
４サイクルレシプロエンジンの回転数を引き上げること
もできる。

【００４７】図６〜図１０は、他の実施形態を示す模式
的横断面図であり、図６と図７に示す実施形態による場
合には、偏心量のより大きなカム部材１０ａ、１０ｂを
有するカムシャフト９が製造でき、図８〜図１０に示す
実施形態による場合には、中空素管４と中空体５ａ、５
ｂおよび６ａ、６ｂとの嵌着強度がより強固で、静許容
トルクのより高いカムシャフト９を製造することができ
る。以下、これらについて詳細に説明する。

【００４８】図６に示すように、本実施形態では、中空
素管４には、横断面がほぼ円形のものを用いるととも
に、第１のバルジ加工を行う前に、この横断面がほぼ円
形の中空素管４と中空体５ａ、５ｂとの間の隙間に、偏
心部成形部材１３を配置しておく。偏心部成形部材１３
は、中空素管４の膨出変形量を低く抑えた状態で中空体
５ａ、５ｂの膨出変形量を充分に確保するために配置さ
れる。

【００４９】偏心部成形部材１３は、中空素管４と中空
体５ａ、５ｂとの間の隙間を埋めるために、中空素管４
の膨出変形により容易に変形するものが望ましく、ま
た、軽量化を図るために軽量のものが望ましい。

【００５０】偏心部成形部材１３の材質は、これらの要
求、加工工程での扱いやすさ、さらにはコスト等を勘案
して適宜設定すればよく、例えば、純アルミニウムやそ
の合金等を用いるのが望ましい。

【００５１】また、偏心部成形部材１３の形状や寸法等
は、中空素管４と中空体５ａ、５ｂとの間の隙間に挿入
可能であってカム部材１０ａ、１０ｂを成形可能な体積
を有していればよく、何ら限定を要さない。すなわち、
偏心部成形部材１３は、中空素管４と中空体５ａ、５ｂ
との間の少なくとも一部に配置されていればよく、その
形状は、図に示す中実体に限らず、中空体であってもよ
い。

【００５２】図６に示すように、中空素管４と中空体５
ａ、５ｂとの間の隙間に、偏心部成形部材１３を配置し
てバルジ加工を行うと、図７に示すように、中空素管４
および偏心部成形部材１３がともに、中空体５ａ、５ｂ
の内周面に当接して、中空体５ａ、５ｂを膨出変形させ
る。この時、偏心部成形部材１３は、前述したように、
純アルミニウムやその合金からなるため、中空素管４と
中空体５ａ、５ｂとの間の隙間を埋めるように変形し、
中空素管４の局部的な膨出変形を抑制する。このため、
中空素管４の拡管率が小さくても、大きな偏心量を得る
ことができ、かつ、中空素管４が破断するのを防止でき
る。

【００５３】また、図８に示すように、本実施形態で
は、中空素管４に第１のバルジ加工を行う前に、中空素
管４と中空体５ａ、５ｂとを固定するための固定部材１
４が配置される。この固定部材１４は、後述するよう
に、中空素管４および中空体５ａ、５ｂの双方にめり込
ませる必要があるため、高硬度の部材を用いるのが好ま
しく、例えば、横断面が円形や多角形のＣｒＭｏ鋼線材
等を用いるのが望ましい。

【００５４】すなわち、予成形として、図９に示すよう
に、中子１６と中空体５ａ、５ｂとの間に固定部材１４
を配置して、上型１５ａと下型１５ｂからなるプレス型
１５により、中空体５ａ、５ｂを縮径させる方向にプレ
スする。これにより、固定部材１４は、中空体５ａ、５
ｂの当接部近傍を塑性変形させ、中空体５ａ、５ｂにめ
り込む。なお、固定部材１４は、後続して行われる第１
のバルジ加工および第２のバルジ加工により中空素管４
にもめり込ませる必要があるため、このプレスでは、固
定部材１４の直径の半分程度の深さだけ、中空体５ａ、
５ｂにめり込ませることが望ましい。

【００５５】そして、この予成形を行った後、図１に示
す状態に初期セットされたバルジ加工型１内に中空素管
４を収容し、第１のバルジ加工と第２のバルジ加工を行
う。この実施形態によれば、図１０に示すように、中空
体５ａ、５ｂにめり込まされた固定部材１４が、中空素
管４の膨出変形に伴って中空素管４の当接部近傍を塑性
変形させ、中空素管４にめり込む。

【００５６】このため、固定部材１４は、中空素管４と
中空体５ａ、５ｂとの間でキーと同様の固定作用を奏
し、バルジ加工による中空素管４および中空体５ａ、５
ｂの間における高い面圧での接触と相まって、極めて高
い静許容トルクを確保することができる。

【００５７】なお、固定部材１４は、ジャーナル部１１
ａ、１１ｂに対して配置してもよいことは勿論である。

【００５８】

【実施例】図１〜図５に示す実施形態により４サイクル
レシプロエンジン用のカムシャフトを製造した場合を実
施例とし、前述した特開昭６０−２５７９３３号公報に
より提案された方法により４サイクルレシプロエンジン
用のカムシャフトを製造した場合を比較例として、それ
ぞれにより得られたカムシャフトの静許容トルク、カム
形状の自由度および製造コストを評価した。

【００５９】なお、実施例では、中空体５ａ、５ｂには
球状化焼鈍を行った高炭素Ｃｒ軸受鋼からなる短尺鋼管
を用い、この短尺鋼管の軸方向長さは必要カム幅に一致
させた。また、中空素管４には、一般的なＳＴＫＭ１３
Ａの鋼管を用いた。

【００６０】さらに、実施例の第１のバルジ加工は、軸
部成形用固定型２ａ、３ａと突起部成形用可動型２ｂ、
３ｂおよび２ｃ、３ｃとの間の初期セット間隔を６ｍ
ｍ、突起部成形用可動型２ｂ、３ｂおよび２ｃ、３ｃと
軸部成形用可動型２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅとの間の
初期セット間隔を４ｍｍに設定して行った。

【００６１】これは、第２のバルジ加工における可動型
の移動が外側から行われるために、第１のバルジ加工で
成形された膨出部分の曲げ加工を伴う膨出変形量が、軸
部成形用固定型２ａ、３ａ側に比べて軸部成形用可動型
２ｄ、３ｄおよび２ｅ、３ｅ側の方が多いためであり、
この設定により、カム部材１０ａ、１０ｂ部分の中空素
管４の拡管膨出変形は、突起部成形用可動型２ｂ、３ｂ
および２ｃ、３ｃの幅方向の中心を対称軸としてほぼ軸
対称に変形した。

【００６２】また更に、実施例の中空素管４に対する第
１のバルジ加工と第２のバルジ加工は、いずれも、中空
素管４に２５０ＭＰａの内圧を付与して行った。

【００６３】実施例のバルジ加工後のカムシャフトに
は、カム部材１０ａ、１０ｂの表面に高周波焼入れを行
って表面硬度を所望の値に調整した。

【００６４】製造条件および評価結果を、総合評価とと
もに、表１にまとめて示す。

【００６５】

【表１】 表１に示すように、実施例では、中空素管４に第１のバ
ルジ加工と第２のバルジ加工を行うことにより、必要な
寸法精度と実用上問題のない固定強度を有するカム部材
１０ａ、１０ｂを設けることができた。

【００６６】なお、通常、カムシャフトに要求される静
許容トルクは９８Ｎ・ｍと言われているが、実施例はこ
の値を超えた良好な値を示しており、充分に実用化可能
である。

【００６７】実施形態およびその他の実施形態の説明で
は、突起付き中空軸が４サイクルレシプロエンジン用の
カムシャフトである場合を例にとった。しかし、本発明
はカムシャフトには限定されず、中空の回転軸と、この
回転軸の外周面にバルジ加工により嵌着された突起を有
する突起付き中空軸であれば、等しく適用される。この
ような突起付き中空軸としては、４サイクルレシプロエ
ンジン用のカムシャフト以外に、レシプロタイプのコン
プレッサのカムシャフトやカム機構を有する機械部品の
カムシャフト等が例示される。

【００６８】また、実施形態およびその他の実施形態の
説明では、中空体が軸受用鋼からなる場合を例にとっ
た。しかし、本発明における中空体は、軸受用鋼に限定
されず、要求される硬度を満足するとともに塑性加工可
能な材料であれば、等しく適用される。塑性加工可能な
材料としては、軸受用鋼以外に、機械構造用炭素鋼や機
械構造用合金鋼、さらにはチタン合金等も、同様に用い
ることができる。

【００６９】さらに、実施形態およびその他の実施形態
の説明では、カムシャフトが２つのカム部材を有する場
合を例にとった。しかし、本発明は、カム部材の数には
何ら制限されず、カム部材の数が１つまたは３つ以上で
あっても、同様に適用される。

【００７０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
より、バルジ加工後の機械加工を必要としないことから
低コストに製造することができ、しかもカム部材の重量
を低減できることから高速回転時のダイナミックバラン
スにも優れた、偏心量の大きなカム部材を有する、例え
ばカムシャフト等の突起付き中空軸を高い生産効率で製
造することが可能な製造方法を提供することができた。

【００７１】また、本発明では、カム部材を、焼結合金
ではなく、塑性加工可能な材料により製造するため、こ
の材料を適宜選定することにより、部品コストを低減で
き、突起付き中空軸をさらに低コストで製造することが
できる。かかる効果を奏する本発明の意義は、極めて著
しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の第１のバルジ加工前におけるバルジ
加工型の初期セット状態と中空素管を示す模式的縦断面
図である。

【図２】実施形態の第１のバルジ加工後における中空素
管の状態を示す模式的縦断面図である。

【図３】実施形態の第２のバルジ加工後におけるバルジ
加工型の状態とバルジ加工されたカムシャフトを示す模
式的縦断面図である。

【図４】図１のイ−イ矢視によるバルジ加工型を省略し
た模式的横断面図である。

【図５】図３のロ−ロ矢視によるバルジ加工型を省略し
た模式的横断面図である。

【図６】他の実施形態の偏心部成形部材の配置態様を示
す模式的横断面図である。

【図７】他の実施形態の偏心成形部材配置部分のバルジ
加工後の形状を示す模式的横断面図である。

【図８】他の実施形態の固定部材の配置態様を示す模式
的横断面図である。

【図９】他の実施形態の固定部材の配置部分の予成形状
態を示す模式的横断面図である。

【図１０】他の実施形態の固定部材の配置部分のバルジ
加工後の形状を示す模式的横断面図である。

【符号の説明】

１：バルジ加工型、 ２：上型、 ３：下型、 ２ａ、３ａ：軸部成形用固定型、 ２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ：突起部成形用可動型、 ２ｄ、２ｅ、３ｄ、３ｅ：軸部成形用可動型、 ４：中空素管、 ５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ：中空体、 ７ａ、７ｂ：管端拘束治具、 ７ｃ、７ｄ：管路、 ８ａ、８ｂ：型移動用治具、 ９：カムシャフト、 １０ａ、１０ｂ：カム部材、 １１ａ、１１ｂ：ジャーナル部、 １２：回転軸、 １３：偏心部成形部材、 １４：固定部材、 １５：予成形用のプレス型、 １５ａ：予成形用のプレス型を構成する上型、 １５ｂ：予成形用のプレス型を構成する下型、 １６：中子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塑性変形可能な材料からなる中空体の内側
   に挿入された中空素管をバルジ加工型内に収容し、この
   中空素管にバルジ加工を行うことによって、中空体の外
   形をバルジ加工型の内面形状に成形するとともに、中空
   素管と中空体とを嵌着させるに当たり、下記(1) 〜(4)
   の工程を経る突起付き中空軸の製造方法。 (1) バルジ加工型として、中空体の外形を所定の形状に
   成形する突起部成形用可動型と、この突起部成形用可動
   型の一方側に位置する軸部成形用可動型と他方側に位置
   する軸部成形用固定型に分割されており、突起部成形用
   可動型と軸部成形用可動型とが軸部成形用固定型に対し
   て別々に接近離反可能なバルジ加工型を準備する工程、 (2) 準備したバルジ加工型の軸部成形用固定型、突起部
   成形用可動型および軸部成形用可動型の各型に所定の間
   隔が在するように突起部成形用可動型と軸部成形用可動
   型をセットし、このセット後のバルジ加工型内に、塑性
   変形可能な材料からなる中空体の内側に隙間を設けて挿
   入された中空素管を収容する工程、 (3) バルジ加工型内に収容された中空素管をバルジ加工
   し、中空体の内面と中空素管の外面とを接触させる工
   程、 (4) 軸部成形用固定型の方向に軸部成形用可動型を押圧
   してバルジ加工を継続し、中空体を３つの型で画成され
   る中空体成形バルジ加工型部の内面に張り付かせて中空
   体の外形を所定の形状に成形するとともに、中空素管と
   中空体とを嵌着させる工程。