JP2017100152A - カム要素部材の閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金型内への金属材料の充填性を確保しつつ、金型にかかる負荷を低減することにより金型の耐久性を向上させること。
【解決手段】カム要素部材のベースとなる円筒状のワークの外周面を成形するダイスと、ワークがダイス内に配置された状態で、ワークの軸方向一端側の端面を押圧する第１パンチと、ワークがダイス内に配置された状態で、ワークの軸方向他端側の端面を押圧する第２パンチとを備え、ダイスは、第１パンチおよび第２パンチがワークを押圧することによりワークの金属材料が流れ込んでワークの周面に周面カムを成形する周面カム用凹部を有し、第１パンチおよび第２パンチの少なくとも一方は、ワークの金属材料が流れ込んで端面突出部を成形する突出部用凹部を有し、突出部用凹部は、周面カム用凹部に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間を有する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、カム要素部材の閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法に関する。

従来、エンジンの動弁装置として、１つの弁について互いに形状が異なる複数のカム部を備え、これらカム部のうちから弁を開閉させるカム部を選択することにより、吸排気弁の開弁量や開弁時期などをエンジンの運転状態に応じて切り換え可能としたものが知られている。

その一例として、特許文献１には、軸部材とその軸方向へ相対変位が可能でかつ当該軸部材と一体回転が可能な状態で当該軸部材に装着される筒状のカム要素部材とを備えるカムシャフトと、前記カム要素部材を軸方向に移動させる操作装置とを備え、カム要素部材の周面に設けられた複数のカム部の位置を、当該カム要素部材の軸方向への移動により変更することによって、一つの弁を開閉させるカム部を切り換えるようにした動弁装置が記載されている。

この動弁装置では、カム要素部材の両側に、前記軸方向と直交する方向に進退（突出／退避）可能な操作ピンが備えられており、カム要素部材の位置に応じて選択的に操作ピンを作動（突出）させ、当該操作ピンをカム要素部材の軸方向両端に設けられた端面カムに摺接させることで、カム要素部材を軸方向へ移動させる、すなわちカム部を切り換える構成となっている。

また、特許文献２には、筒状のカム要素部材を製造する冷間鍛造成形機の一例が開示されている。この冷間鍛造成形機によって製造されるカム要素部材は、その軸方向端部にのみカム部を有している。

特開２０１５−５９４６２号公報 実開平６−８６８３６号公報

特許文献１に記載のカム要素部材を製造するために、例えば、特許文献２に記載の冷間鍛造成形機を使用することが考えられる。

しかしながら、特許文献２に記載の冷間鍛造成形機は、軸方向端部にのみカムを有するカム要素部材を製造するための閉塞鍛造装置であり、軸方向端部および周面の双方にカムを有するカム要素部材を製造する装置ではない。

このため、特許文献２に記載の冷間鍛造成形機を用いて特許文献１に記載のカム要素部（周面および軸方向端部の双方にカムを有する）を製造することはできない。

そこで、軸方向端部に端面カム（端面突出部）を形成する凹部および周面にカム部を形成する凹部を鍛造金型に設けることが考えられるが、各凹部の全体に金属材料を充填させる場合には、金型に成形荷重をかけた際に金型に過大な負荷がかかり、金型の耐久性を十分に確保できない虞がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、軸方向端部の端面突出部および外周面にカムを有するカム要素部材を製造する技術であって、金型内への金属材料の充填性を確保しつつ、金型にかかる負荷を低減することにより金型の耐久性を向上させることができるカム要素部材の閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、軸方向端部に端面突出部を有するとともに外周面に外向きに突出する周面カムを有する円筒状のカム要素部材を製造する閉塞鍛造装置であって、前記カム要素部材のベースとなる円筒状のワークの外周面を成形するダイスと、前記ワークが前記ダイス内に配置された状態で、前記ワークの軸方向一端側の端面を押圧する第１パンチと、前記ワークが前記ダイス内に配置された状態で、前記ワークの軸方向他端側の端面を押圧する第２パンチとを備え、前記ダイスは、前記第１パンチおよび前記第２パンチが前記ワークを押圧することにより前記ワークの金属材料が流れ込んで当該ワークの外周面に前記周面カムを成形する周面カム用凹部を有し、前記第１パンチおよび前記第２パンチの少なくとも一方は、前記ワークの金属材料が流れ込んで前記端面突出部を成形する突出部用凹部を有し、当該突出部用凹部は、前記周面カム用凹部に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間を有することを特徴とする、カム要素部材の閉塞鍛造装置を提供する。

本発明によれば、第１パンチでワークの軸方向一端側の端部を押圧し、第２パンチでワークの軸方向他端側の端部を押圧することにより、周面カム用凹部内に金属材料が充填されてワークの外周面に周面カムが形成され、さらに、突出部用凹部内に金属材料が流れ込んで端面突出部が形成される。さらに、突出部用凹部は、周面カム用凹部に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間を有するため、周面カム用凹部への金属材料の充填性を確保することができるとともに、第１パンチおよび第２パンチによりワークに成形荷重を加えた際に（加圧成形）、ダイス、第１パンチ、および第２パンチに対してその内側から過度に圧力（金属材料から受ける過度の圧力）がかからず、金型の耐久性を向上させることができる。

本発明においては、前記ダイスは、互いに接近および離間するように前記ワークの軸方向と直交する方向に移動可能である少なくとも２つの分割ダイスを有し、各分割ダイスが互いに接近する方向に移動することにより型閉じし前記ワークの軸方向中央部の外周面に対面する第１ダイスと、前記ワークの軸方向に移動可能で、前記第１ダイスに対して接近する方向に移動することにより、前記第１ダイスをワークの軸方向に押圧する第２ダイスと、前記第２ダイスが前記第１ダイスを押圧してその押圧方向に移動することに伴い、前記各分割ダイスが互いに接近する方向に各分割ダイスを移動させて型閉じするガイド部材とを備えることが好ましい。

この構成によれば、第１ダイスが第２ダイスを押圧することにより、第１ダイスの各分割ダイスがガイド部材にガイドされつつ互いに接近する方向に移動して型閉じし、ワークの外周面に対面する。このため、比較的簡単な構造で、各分割ダイスを型閉じすることができる。

本発明においては、前記突出部用凹部は、前記ワークの軸方向端部に対面するとともに当該ワークの径方向において前記周面カム用凹部とは反対側に位置することが好ましい。

この構成によれば、前記第１パンチおよび前記第２パンチが前記ワークを押圧する時に、突出部用凹部が形成されていないパンチの押圧部での押圧により前記周面カム用凹部への金属材料の充填性が向上し、周面カムの成形精度が向上できる。

本発明においては、請求項１に記載の閉塞鍛造装置を用いてカム要素部材を製造する方法であって、前記ダイス内にワークを配置する配置工程と、前記第１パンチおよび前記第２パンチにより前記ワークの両端面を押圧することにより、前記周面カム用凹部に金属材料が充填され前記周面カムを形成するとともに、前記突出部用凹部により金属材料が充填されていない余剰空間を残して前記端面突出部を成形する成形工程とを含むことを特徴とする、カム要素部材の製造方法を提供する。

本発明によれば、周面カム用凹部内への金属材料の充填が完了した状態で第１パンチおよび第２パンチによる加圧を停止するため、周面カムを形成する周面カム用凹部への金属材料の充填性を確保することができる。さらに、突出部用凹部内への金属材料の充填が完了する前に第１パンチおよび前記第２パンチによる加圧を停止するため、ダイス、第１パンチ、および第２パンチに過度に負荷がかからず、金型の耐久性を向上させることができる。

本発明においては、前記周面カム用凹部により、互いに異なる形状の複数の周面カムを形成することが好ましい。

この構成によれば、金属材料の充填性を確保しつつ、複雑形状の周面カムを成形することができる。

以上説明したように、本発明によれば、軸方向端部の端面突出部および外周面にカムを有するカム要素部材を製造する技術であって、金型内への金属材料の充填性を確保しつつ、金型にかかる負荷を低減することにより金型の耐久性を向上させることができるカム要素部材の閉塞鍛造装置および閉塞鍛造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るカム要素部材を備えた動弁装置の概略構成を示す側面図である。 図１におけるｘ方向矢視による動弁装置を示す正面図である。 図１におけるｙ−ｙ線による拡大断面図である。 図１の状態から弁を開閉させるカム部を切り換えた状態を示す側面図である。 カム要素部材の単体斜視図である。 （ａ）は、第１気筒のカム要素部材の正面図であり、（ｂ）は、第１気筒のカム要素部材の背面図である。 操作装置の縦断面図である。 （ａ）は、カム要素部材を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示されるカム要素部材を軸方向に沿って半分に切断した状態を示す斜視図である。 （ａ）は、鍛造金型を開いて金型内にワークを配置した状態を側方から見た断面図であり、（ｂ）は、分割ダイスを上方から見た断面図である。 第２ダイスに第１パンチを接触させた状態を側方から見た断面図である。 芯合わせ部材をワークおよび芯合わせ孔に挿入した状態を側方から見た断面図である。 （ａ）は、第２ダイスで第１ダイスを押圧した状態を側方から見た状態で示す断面図であり、（ｂ）は、分割ダイスが閉じた状態を上方から見た断面図であり、（ｃ）は、（ａ）における一点鎖線で囲まれた領域を拡大して示す図である。 第１パンチおよび第２パンチでワークを押圧する状態を側方から見た断面図である。 第１パンチおよび第２パンチでワークをさらに押圧する状態を側方から見た断面図である。 芯合わせ部材、第１パンチおよび第２ダイスを取り外した状態を側方から見た断面図である。 第１ダイスを取り外した状態を側方から見た断面図である。 本発明の原理を模式的に示す断面図である。 従来の技術を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態および比較例における成形量とカムトップ寸法との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態および比較例における成形量と荷重との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態において、ワークに加熱処理を施した場合と、加熱処理を施さない場合とにおけるワークの歪と応力との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

以下の説明では、まず、本発明の実施形態に係るカム要素部材を備えた動弁装置の構成について説明する。

（動弁装置の概略構成）
図１は、本発明の実施形態に係るカム要素部材を備えた動弁装置の概略構成を示す側面図である。なお、以下の説明では、特に言及する場合を除き、気筒列方向を前後方向とし、第１気筒１１側を「前側」、第４気筒１４側を「後側」として説明を行う。

本実施形態では、本発明に係る動弁装置が４気筒、４弁式ＤＯＨＣエンジンに適用された例について説明するが、本発明に係る動弁装置はこれ以外のエンジンについても適用可能である。

この動弁装置は、図示しないシリンダヘッドに、第１〜第４気筒１１〜１４のそれぞれについて２つずつ、合計８つの排気弁Ａ…Ａと、これらの排気弁Ａ…Ａを閉方向に付勢するリターンスプリングＢ…Ｂとを備えている。さらに、この動弁装置は、シリンダヘッドの上部に、ロッカアームＣ…Ｃを介して上記リターンスプリングＢ…Ｂの付勢力に抗して各排気弁Ａ…Ａを開動させるカムシャフト２を備えている。

このカムシャフト２は、シリンダヘッドにおける各気筒１１〜１４の中心位置に設けられた縦壁部Ｄ…Ｄと各縦壁部Ｄ…Ｄの上部に取り付けられたキャップ部材Ｅ…Ｅとで構成される軸受部Ｆ…Ｆに回転自在に支持されており、図示しないクランクシャフトによりチェーンを介して回転駆動される。

また、カムシャフト２は、軸部材１０と、該軸部材１０にスプライン嵌合され、該軸部材１０と一体回転しかつ軸方向に移動可能とされた第１〜第４カム要素部材２０１〜２０４とで構成されている。これらカム要素部材２０１〜２０４は、各気筒１１〜１４に対応させて、上記軸部材１０上で列状に配置されている。

さらに、この動弁装置は、各カム要素部材２０１〜２０４を上記軸部材１０上で軸方向にそれぞれ所定ストローク移動させる電磁駆動式の６つの操作装置３０１〜３０６を備えている。具体的には、気筒列の第１気筒１１側を前方として、該気筒列の前端位置に第１操作装置３０１が、第１、第２気筒１１、１２間位置に第２操作装置３０２が、第２、第３気筒１２、１３間の前端位置に第３操作装置３０３が、後端位置に第４操作装置３０４が、第３、第４気筒１３、１４間位置に第５操作装置３０５が、気筒列の後端位置に第６操作装置３０６がそれぞれ配置されている。

図２に示すように、これらの操作装置３０１〜３０６は、カムシャフト２を挟んで上記ロッカアームＣにおけるカムフォロワＣ’（図２参照）の反対側に、操作装置３０１〜３０６の操作ピン３２（本発明の「操作部材」に相当する）がカムシャフト２の軸心を指向するように配置されている。この実施形態の場合、操作装置３０１〜３０６は、カムシャフト２とカム要素部材２０１〜２０４を上方から覆うシリンダヘッドカバーＧに取り付けられている。

各操作装置３０１〜３０６は、電磁式アクチュエータ３と、この電磁式アクチュエータ３への通電時に該電磁式アクチュエータから突出可能な略円筒状の操作ピン３２とを備えている。

電磁式アクチュエータ３は、プッシュ型のソレノイドアクチュエータであり、円柱状の磁芯３１と、磁芯３１の周面に装着される円筒状のボビン３４と、ボビン３４の外周面に巻回されるコイル３３と、磁芯３１と同軸上に設けられ、磁芯３１に対して接近／離間可能に設けられた円柱状の操作ピン３２（本発明の「操作部材」に相当する）を軸方向にスライド可能に支持する円筒状のピン支持部３５とを備えている。

操作ピン３２の後端部（磁芯３１側端部）には、円筒状の永久磁石３６が設けられている。

この電磁式アクチュエータ３においては、操作ピン３２の先端部がカム要素部材２０１〜２０４の外周面の外側に退避する退避位置（非操作位置）に位置した状態で、コイル３４に通電されると、永久磁石３６を遠ざける方向の電磁力（斥力）がコイル３４に発生し、これにより、操作ピン３２は軸部材１０側に移動（突出）する。具体的には、操作ピン３２は、上記がカム要素部材２０１〜２０４の外周面の外側に位置する退避位置（非操作位置）から、カム要素部材２０１〜２０４の外周面よりも内側に入り込む作動位置へ移動する。

そして、操作ピン３２が作動位置に位置した状態でコイル３４への通電を終了し、操作ピン３２の先端に後述の戻しスロープ部２３ｃに摺接した状態で軸部材１０が正方向に回転すると、操作ピン３２は戻しスロープ部２３ｃに案内されて退避位置に向かって移動する。操作ピン３２の先端が戻しスロープ部２３ｃの頂点付近に到達すると、永久磁石３６と磁芯３１との間に作用する吸引力（磁力）により、永久磁石３６が磁芯３１に吸着され、これにより、操作ピン３２は退避位置に移動してこの位置に保持される。

各カム要素部材２０１〜２０４の電磁式アクチュエータ３への通電は、図外のクランク角センサからの検出信号に基づく、図外のＥＣＵ（Electronic Control Unit）から各操作装置３０１〜３０６への通電指示によって行われる。

また、操作装置３０１〜３０６による各カム要素部材２０１〜２０４の軸方向の移動を所定の２か所で位置決めするため、図３に第１、第２カム要素部材２０１、２０２を例として示すように、軸部材１０と各カム要素部材２０１〜２０４との嵌合部にディテント機構４０がそれぞれ設けられている。

このディテント機構４０は、軸部材１０の外周面から径方向に穿設された孔４１と、該孔４１内に収納されたスプリング４２と、孔４１の開口部に配置され、スプリング４２により軸部材１０の外周面から径方向の外側へ飛び出すように付勢されたディテントボール４３と、カム要素部材２０１〜２０４の内周面に軸方向に隣接して設けられた２か所の周溝４４１、４４２とで構成されている。そして、このディテント機構４０は、ディテントボール４３が一方の周溝４４１に係合したときに、カム要素部材２０１〜２０４が図１に示す第１位置に、上記ディテントボール４３が他方の周溝４４２に係合したときに、カム要素部材２０１〜２０４が図４に示す第２位置に、それぞれ位置決めされるように構成されている。

ここで、図１に示すように、第１〜第４カム要素部材２０１〜２０４が全て第１位置に位置するとき、第１カム要素部材２０１は後方に、第２カム要素部材２０２は前方に、第３カム要素部材２０３は後方に、第４カム要素部材２０４は前方に位置する。したがって、第１、第２カム要素部材２０１、２０２の対向端面は互いに近接し、第２、第３カム要素部材２０２、２０３の対向端面は互いに離間し、第３、第４カム要素部材２０３、２０４の対向端面は互いに近接した状態となる。

また、図４に示すように、第１〜第４カム要素部材２０１〜２０４が全て第２位置に位置したときは、第１カム要素部材２０１は前方に、第２カム要素部材２０２は後方に、第３カム要素部材２０３は前方に、第４カム要素部材２０４は後方に位置する。したがって、第１、第２カム要素部材２０１、２０２の対向端面は互いに離間し、第２、第３カム要素部材２０２、２０３の対向端面は互いに近接し、第３、第４カム要素部材２０３、２０４の対向端面は互いに離間した状態となる。

（カム要素部材の構成）
次に、図５，６により、カム要素部材２０１〜２０４の構成について第１カム要素部材２０１と第２カム要素部材２０２を例としてさらに詳しく説明する。

カム要素部材２０１（２０２〜２０４）は、筒状とされ、その中間部の外周面は上記軸受部Ｆに支持されるジャーナル部２１とされていると共に、その前後両側に２つの排気弁Ａ、Ａ用の作動部２２、２２が設けられており、各作動部２２、２２には、図５に示すように、例えば低エンジン回転時用のリフト量が大きな第１カム部２２１と、例えば高エンジン回転時用のリフト量が小さな第２カム部２２２とが互いに隣接させて設けられている。

この第１カム部２２１と第２カム部２２２は、図５，６（ｂ）に示すように、ベースサークルａが共通で、リフト量が異なるノーズ部ｂ１、ｂ２が該ベースサークルａ上にわずかに位相差をもって設けられている。そして、カム要素部材２０１（２０２〜２０４）の２つの作動部２２は、第１カム部２２１と第２カム部２２２とが前後方向に並ぶ順序が一致し、ノーズ部ｂ１の位相が一致し、ノーズ部ｂ２の位相が一致している。なお、ベースサークルａが共通とは、第１カム部２２１と第２カム部２２２とのベースサークルａのベース円径が同じであることを意味する。

図１、図４に示すように、第１カム要素部材２０１および第３カム要素部材２０３においては、第１カム部２２１が前側、第２カム部２２２が後側にそれぞれ配置され、第２カム要素部材２０２および第４カム要素部材２０４においては、第２カム部２２２が前側、第１カム部２２１が後側にそれぞれ配置されている。

そして、カム要素部材２０１〜２０４が上述のディテント機構４０により軸部材１０上の第１位置に位置決めされたときには、いずれのカム要素部材２０１〜２０４においても、２つの第１カム部２２１、２２１が対応する気筒１１〜１４の２つのロッカアームＣ、ＣのカムフォロワＣ’、Ｃ’に対応して位置し（図１参照）、軸部材１０上の第２位置に位置決めされたときは、第２カム部２２２、２２２が上記カムフォロワＣ’、Ｃ’に対応して位置する（図４参照）ように、カム要素部材２０１〜２０４の作動部２２、２２の間隔が設定されている。

なお、本実施形態に係るエンジンは、各気筒の爆発順序が、第３気筒１３→第４気筒１４→第２気筒１２→第１気筒１１とされており、各カム要素部材２０１〜２０４の第１カム部２２１および第２カム部２２２のノーズ部ｂ１、ｂ２が、カムシャフト２の９０°回転ごとに、この順序でカムフォロワＣ’、Ｃ’に摺接するように、第１〜第４カム要素部材２０１〜２０４の間で互いに位相差を有して軸部材１０にスプライン嵌合されている。

さらに、各カム要素部材２０１〜２０４は、前後方向両端に端面カム２３、２３を備えている。

この前後方向両端の端面カム２３、２３は、各々、図５、６に示すように、カム要素部材２０１（２０２〜２０４）の軸方向と直交する基準面２３ａと、この基準面２３ａから軸方向外向きに突出するリフト部２３ｂとを有する。このリフト部２３ｂは、図６に示すように、リフト開始位置ｅからリフト終了位置ｆに至る所定位相範囲α（例えば約１２０°）の間で、カム要素部材２０１〜２０４の回転方向Ｘに向かうに伴い基準面２３ａ（リフト量ゼロ）から軸方向のリフト量が次第に増加し、リフト終了位置ｆでリフト量が最大となるように形成されている。そして、リフト終了位置ｆからその回転遅れ方向（回転方向Ｘとは反対方向）に位置する後述のスロープ終了位置ｇに至る範囲で最大リフト量を維持し、該スロープ終了位置ｇでリフト量がゼロとなる（基準面２６ａに戻る）ようにリフト部２６ｂが形成されている。

さらに、上述のように、各カム要素部材２０１〜２０４が各気筒１１〜１４の爆発順序に応じてそれぞれ所定の位相差を設けて軸部材１０にスプライン嵌合されていることに伴い、各カム要素部材２０１〜２０４の互いに対向する端面カム２３、２３もそれぞれ位相差をもって対向する。本実施形態では、図１の符号ア、イに示すように、隣接する２つの第１および第２カム要素部材２０１、２０２、並びに第３および第４カム要素部材２０３、２０４は、互いに対向する端面カム２３、２３のリフト部２３ｂ、２３ｂが互いに異なる位相に設けられており、この２つのカム要素部材２０１〜２０４が近接時にこれらリフト部２３ｂ、２３ｂの少なくとも一部が軸方向に重複している。

そして、上記第２および第５操作装置３０２、３０５の操作ピン３２、３２は、対応する２つのカム要素部材２０１〜２０４の近接時に互いに対向する端面カム２３、２３の対向面間に突出して作動位置に移動し、これらの端面カム２３、２３に係合することにより、カムシャフト２の回転に従って、近接していた２つのカム要素部材２０１〜２０４を互いに離間させる方向にスライドさせるようになっている。

図１に示す状態では、近接していた第１、第２カム要素部材２０１、２０２、および、第３、第４カム要素部材２０３、２０４は、互いに離間することによりいずれも第１位置から図４に示す第２位置へ移動する。また、図４に示す状態では、近接していた第２、第３カム要素部材２０２、２０３は、互いに離間することにより第２位置から図１に示す第１位置へ移動する。

一方、第１操作装置３０１の操作ピン３２は、図４に示すように、第１カム要素部材２０１が前側の第２位置にある状態で、該第１カム要素部材２０１の前側の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、カムシャフト２の回転に伴って、第１カム要素部材２０１を後側の第１位置へ移動させる。同様に、第４操作装置３０４の操作ピン３２は、第３カム要素部材２０３が前方の第２位置にある状態で、該第３カム要素部材２０３の前方の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、カムシャフト２の回転に伴って、第３カム要素部材２０３を後側の第１位置へ移動させる。

また、第３操作装置３０３の操作ピン３２は、第２カム要素部材２０２が後側の第２位置にある状態で、該第２カム要素部材２０２の後側の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、これを前側の第１位置へ移動させる。同様に、第６操作装置３０６の操作ピン３２は、第４カム要素部材２０４が後側の第２位置にある状態で、該第４カム要素部材２０４の後側の端面カム２３に対面する作動位置へ突出することにより該端面カム２３に係合し、これを前側の第１位置へ移動させる。

ここで、各操作装置３０１〜３０６の操作ピン３２の作動位置への突出は、以下のようなタイミングで行われる。すなわち、第１、第４操作装置３０１、３０４については、操作ピン３２の指向位置に、第１、第３カム要素部材２０１、２０３の前側の端面カム２３の端面カム２３の基準面２３ａが位置するタイミングで行われる。また、第３、第６操作装置３０３、３０６にあっては、操作ピン３２の指向位置に、第２、第４カム要素部材２０２、２０４の後側の端面カム２３の基準面２３ａが位置するタイミングで操作ピン３２の突出が行われる。さらに、第２操作装置３０２にあっては、操作ピン３２の指向位置に、第１、第２カム要素部材２０１、２０２の互いに対向する２つの端面カム２３、２３の両方の基準面２３ａ、２３ａが位置するタイミングで操作ピン３２の突出が行われる。第５操作装置３０５にあっては、操作ピン３２の指向位置に、第３、第４カム要素部材２０３、２０４の互いに対向する２つの端面カム２３、２３の両方の基準面２３ａ、２３ａが位置するタイミングで操作ピン３２の突出が行われる。

また、この操作ピン３２の作動位置への突出による各カム要素部材２０１〜２０４の移動は、ロッカアームＣのカムフォロワＣ’が第１カム部２２１または第２カム部２２２のベースサークルａに対応して位置しているタイミング、すなわち、当該気筒が排気行程以外の行程にあるときに行われなければならない。

そこで、これらの作動タイミングの条件を満足するために、この実施形態では、図６に示すように、第１、第２カム部２２１、２２２のノーズ部ｂ１、ｂ２の頂部に対し、回転方向Ｘの前方側の所定位相の位置に端面カム２３のリフト開始位置ｅが設定され、該リフト開始位置ｅから回転方向Ｘの後方側（回転遅れ方向）の所定位相αの位置に端面カム２３のリフト終了位置ｆが設定されている。そして、端面カム２３のリフト開始位置ｅから回転方向Ｘの後方側に向かうリフト終了位置ｆまでの角度が１８０度よりも小さくなるように、端面カム２３のリフト部２３ｂが設けられている。この場合、図２に示すロッカアームＣのカムフォロワＣ’と操作装置３０１〜３０６の操作ピン３２の位置関係において、各カム要素部材２０１〜２０４は、排気行程の終了後間もなく移動することになる。

しかし、上述のような位置関係で第１、第２カム部２２１、２２２のノーズ部ｂ１、ｂ２と端面カム２３のリフト部２３ｂが設けられていても、作動不良等により操作装置３０１〜３０６の操作ピン３２が意図していないタイミングで突出してしまった場合、この操作ピン３２とリフト部２３ｂとが不用意に係合してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、カム要素部材２０１〜２０４の端面カム２３に、作動位置へ突出した操作ピン３２を強制的に不作動位置まで退避させるための戻しスロープ部２３ｃが一体的に設けられている。

この戻しスロープ部２３ｃは、各カム要素部材２０１〜２０４のカム部２２を切り換える順序、操作装置３０の配置される個数等の条件によって設けるべき場所が変わる。しかし、これらの条件によらず、戻しスロープ部２３ｃは、互いに隣接するカム要素部材２０１〜２０４のうち、共通する操作装置３０１〜３０６によって遅れて離間されるカム要素部材２０１〜２０４の対向する端部に少なくとも設ける必要がある。本実施形態の場合、燃焼順序と同じ第３気筒１３→第４気筒１４→第２気筒１２→第１気筒１１の順に各気筒１１〜１４のカム要素部材２０１〜２０４のカム部２２を切り換えるため、第１、第４カム要素部材２０１、２０４の前後方向両端と、第２カム要素部材２０２の後端と、第３カム要素部材２０３の前端にそれぞれ戻しスロープ部２３ｃが設けられている。

図５に示すように、戻しスロープ部２３ｃは、リフト部２３ｂよりさらに軸方向に突出し、図６に示すように、端面カム２３の端面において端面カム２３のリフト終了位置ｆより回転遅れ側（矢印Ｘと逆方向）に所定位相範囲、すなわちリフト終了位置（スロープ開始位置）ｆからスロープ終了位置ｇまで設けられており、回転遅れ側に向かって外方に傾斜して延びるカム面、すなわち、回転遅れ側に向かって半径方向のリフト量が次第に高くなるカム面を有する。このカム面は、スロープ開始位置ｆにおけるリフト量が作動位置にある操作ピン３２の先端部よりもわずかに低いと共に、スロープ終了位置ｇにおけるリフト量が不作動位置にある操作ピン３２の先端部よりもわずかに低く設定されている。

この戻しスロープ部２３ｃによれば、リフト部２３ｂによるカム要素部材２０１〜２０４の移動が終了した後に操作ピン３２の先端部をそのカム面に摺接することにより、操作ピン３２を作動位置から不作動位置に退避させることができる。なお、上述のように、スロープ終了位置ｇにおけるリフト量は不作動位置にある操作ピン３２の先端部よりも低いが、スロープ開始位置ｆからスロープ終了位置ｇに至るまでに操作ピン３２に与えられた慣性力と電磁式アクチュエータの磁力によって、操作ピン３２はさらに不作動位置まで押し戻される。

さらに、カム要素部材２０１〜２０４は、カムシャフト２が逆回転した際、作動位置へ突出した操作ピン３２を強制的に不作動位置まで退避させるための逆転時戻しスロープ部２３ｄを端面カム２３に一体的に有している。

この逆転時戻しスロープ部２３ｄは、カム要素部材２０１〜２０４の両端の端面カム２３、２３のうち、戻しスロープ部２３ｃが設けられている端面カム２３と同じ端面カム２３に戻しスロープ部２３ｃと共に設けられている。本実施形態の場合、逆転時戻しスロープ部２３ｄは、第１、第４カム要素部材２０１、２０４の前後方向両端と、第２カム要素部材２０２の後端と、第３カム要素部材２０３の前端にそれぞれ設けられている。

図５に示すように、逆転時戻しスロープ部２３ｄは、基準面２３ａから軸方向に戻しスロープ部２３ｃと同量だけ突出している。また、図６に示すように、逆転時戻しスロープ部２３ｄは、端面カム２３の端面においてスロープ終了位置ｇより回転遅れ側（矢印Ｘと逆方向）に所定位相範囲、すなわちスロープ終了位置（逆転時スロープ終了位置）ｇから逆転時スロープ開始位置ｈまで設けられている。そして、端面カム２３の逆転時スロープ終了位置ｇの外周面から回転遅れ側に向かって内方に傾斜して延びるカム面、すなわち、回転遅れ側に向かって半径方向のリフト量が次第に低くなるカム面を有する。このカム面は、逆転時スロープ開始位置ｈにおけるリフト量が作動位置にある操作ピン３２の先端部よりもわずかに低いと共に、逆転時スロープ終了位置ｇにおけるリフト量が不作動位置にある操作ピン３２の先端部よりもわずかに低く設定されている。

本実施形態においては、４つの気筒１１〜１４にそれぞれ備えられた４つのカム要素部材２０１〜２０４が６つの操作装置３０１〜３０６により操作され、排気弁Ａ…Ａを開閉させるカム部２２が、リフト量の小さな第１カム部２２１…２２１とリフト量の大きな第２カム部２２２…２２２との間で切り換えられる。

（閉塞鍛造装置の構造）
次に、本実施形態に係るカム要素部材を製造する閉塞鍛造装置の構成について説明する。ここでは、図８に示されるように、周面にカム部２２（第１カム部２２１、第２カム部２２２）が形成され、端面に端面突出部２３０が形成されたカム要素部材２０１（２０２〜２０４）を製造する閉塞鍛造装置について説明する。カム部２２は、本発明の「周面カム」に相当する。

なお、本実施形態では、端面突出部２３０は、端面カム２３として加工される前の状態であり、端面突出部２３０を、エンドミル等の回転切削工具（図示略）を用いて所定形状に切削加工することにより、端面カム２３を形成することができる。ここでは、その切削加工についての説明は省略する。

本実施形態に係る閉塞鍛造装置は、図９に示されるように、第１ダイス５４、第２ダイス５２、および第３ダイス５６を有するダイス部材（本発明の「ダイス」に相当する）と、ガイド部材５５と、第１パンチ５１と、第２パンチ５７と、芯合わせ部材５０とを備えている。なお、これらを作動させる駆動装置は図示及び説明を省略している。

ダイス部材は、図９〜１５に示されるように、カム要素部材２０１（２０２〜２０４）のベースとなる円筒状のワーク５３を収容する。ワーク５３は、鍛造が可能な金属材料から構成される。

ダイス部材のうち、第１ダイス５４は、２つの分割ダイス５４ａおよび５４ｂを有するとともに各分割ダイス５４ａ、５４ｂが互いに接近および離間するようにワーク５３の軸方向と直交する方向に移動可能であり、各分割ダイス５４ａ、５４ｂが互いに接近する方向に移動することにより型閉じし、ワーク５３の軸方向中央部の外周面と対面する。各分割ダイス５４ａ、５４ｂの外周面は、上側から下側に向かって次第に内側へ傾斜する傾斜面を有している。さらに、第１ダイス５４は、第１パンチ５１がワーク５３を押圧することによりワーク５３の金属材料が流れ込んでワーク５３の軸方向一端側（図９における上側）にカム部２２（第１カム部２２２）を成形する第１凹部６１と、第２パンチ５７がワーク５３を押圧することによりワーク５３の金属材料が流れ込んでワーク５３の軸方向他端側（図９における下側）にカム部２２（第１カム部２２２）を成形する第２凹部５８とを有している。

ダイス部材のうち、第２ダイス５２は、ワーク５３の軸方向に移動可能となっている。第２ダイス５２は、第１ダイス５４に対して接近する方向に移動することにより、第１ダイス５４を押圧する押圧部７４と、第１パンチ５１がワーク５３を押圧することによりワーク５３の金属材料が流れ込んでワーク５３の軸方向一端側にカム部２２（第１カム部２２１）を成形する第１凹部６０と、第１パンチ５１の後述するワーク押圧部６６をスライド自在に挿入可能な押圧部挿入孔６５と、第１パンチ５１の後述するダイス嵌入部６７をスライド自在に挿入可能なダイス挿入孔６４とを有している。第１凹部６０と、押圧部挿入孔６５と、ダイス挿入孔６４とは、互いに連通している。また、第２ダイス５２の第１凹部６０と、第１ダイス５４の第１凹部６１とが組み合わされて、図１２に示される周面カム用凹部６２が形成される。

ダイス部材のうち、第３ダイス５６は、第２パンチ５７がワーク５３を押圧することによりワーク５３の金属材料が流れ込んでワーク５３の軸方向他端側（図９における下側）にカム部２２（第２カム部２２２）を成形する第２凹部５９と、第２パンチ５７が挿入されるパンチ挿入孔６９と、ワーク５３が挿入されるワーク挿入孔６８と、芯合わせ部材５０の先端部（下端部）が挿入される芯合わせ用凹部７８とを有する。第２凹部５９と、パンチ挿入孔６９と、ワーク挿入孔６８とは、互いに連通している。また、第３ダイス５６の第２凹部５９と、第１ダイス５４の第２凹部５８とが組み合わされて、図１１に示される周面カム用凹部６３が形成される。

ガイド部材５５は、第２ダイス５２が第１ダイス５４を押圧してその押圧方向（図９における下向き）に移動することに伴い、各分割ダイス５４ａ，５４ｂが互いに接近する方向に各分割ダイス５４ａ，５４ｂを移動させる部材である。ガイド部材５５は、ワーク５３の軸方向に貫通する貫通孔を有し、この貫通孔はすり鉢状（逆円錐台状）の傾斜面を有している。この傾斜面に対し、各分割ダイス５４ａ、５４ｂの外周面が摺接する。各分割ダイス５４ａ、５４ｂが上記貫通孔の傾斜面に摺接しつつ下方向へ移動することにより、各分割ダイス５４ａ、５４ｂは互いに接近する方向に移動し型閉じする。

第１パンチ５１は、ワーク５３が周面カム用ダイスに対面した状態で、ワーク５３の軸方向一端側（図９における上側）の端面を押圧する部材である。第１パンチ５１は、ワーク５３を押圧するワーク押圧部６６と、ワーク５３の金属材料が流れ込んで端面突出部２３０を成形する突出部用凹部７５とを有する。突出部用凹部７５は、周面カム用凹部６３、６２に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間７１（図１４参照）を有する。つまり、突出部用凹部７５は、端面突出部２３０の体積よりも大きい容積を有しており、突出部用凹部７５の容積から端面突出部２３０の体積を差し引いた部分が、余剰空間７１となる。突出部用凹部７５は、ダイス部材に保持されたワーク５３の軸方向一端部（上端部）に対面するとともにワーク５３の径方向において周面カム用凹部６２、６３とは離れた反対側に位置する。

第２パンチ５７は、ワーク５３がダイス５２、５４、５６内に配置された状態で、ワーク５３の軸方向他端側（図９における下側）の端面を押圧する部材である。第２パンチ５７は、ワーク５３を押圧するワーク押圧部７０と、ワーク５３の金属材料が流れ込んで端面突出部２３０を成形する突出部用凹部７６とを有する。突出部用凹部７６は、周面カム用凹部６３、６２に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間８１（図１４参照）を有する。つまり、突出部用凹部７６は、端面突出部２３０の体積よりも大きい容積を有しており、突出部用凹部７６の容積から端面突出部２３０の体積を差し引いた部分が、余剰空間８１となる。突出部用凹部７６は、ダイス部材に保持されたワーク５３の軸方向他端部（下端部）に対面するとともにワーク５３の径方向において周面カム用凹部６２、６３とは離れた反対側に位置する。

芯合わせ部材５０は、ワーク５３に形成されたその軸方向に延びる貫通孔７７および第３ダイス５６の芯合わせ用凹部７８に挿入されることにより、ワーク５３をダイス部材および第１パンチ５１、第２パンチ５７の中心に位置合わせする（芯合わせ）。

次に、この閉塞鍛造装置を用いたカム要素部材の閉塞鍛造方法について説明する。

まず、図９に示されるように、第２ダイス５２、第１パンチ５１、芯合わせ部材５０を第１ダイス５４、第３ダイス５６、第２パンチ５７から離した状態（型開きの状態）で、第３ダイス５６のワーク挿入孔６８内にワーク５３を挿入する。このワーク５３は、予め図外の加熱装置により、１６０〜１８０℃に加熱されている。

次いで、図１０に示されるように、第２ダイス５２のダイス挿入孔６４に第１パンチ５１のダイス嵌入部６７を挿入する。

次いで、図１１に示されるように、芯合わせ部材５０を、ワーク５３の貫通孔７７および第３ダイス５６の芯合わせ用凹部７８に挿入することにより、ワーク５３をダイス部材および第１パンチ５１、第２パンチ５７の中心に位置合わせする。

次いで、図１２に示されるように、第２ダイス５２を第１ダイス５４に向かって移動させて、第２ダイス５２の押圧部７４で第１ダイス５４の上面を押圧する。これにより、第１ダイス５４の各分割ダイス５４ａ，５４ｂがガイド部材５５の斜面にガイドされつつ、下向きかつワーク５３の径方向内側に移動し、各分割ダイス５４ａ，５４ｂが図１２（ｂ）に示すように型閉じし、ワーク５３の外周面と対面する。

次いで、図１３に示されるように、第１パンチ５１をワーク５３に向かって移動させ、第１パンチ５１のワーク押圧部６６でワーク５３の上面を押圧する。さらに、第２パンチ５７をワーク５３に向かって移動させ、第２パンチ５７のワーク押圧部７０でワーク５３の下面を押圧する。

次いで、図１４に示されるように、さらに第１パンチ５１をワーク５３に向かって移動させて、ダイス嵌入部６７をダイス挿入孔６４の最深部に当接させる。さらに、第２パンチ５７をワーク５３に向かって移動させ、第２パンチ５７のワーク押圧部７０でワーク５３の下面を押圧する。これにより、周面カム用凹部６２によってカム部２２（第１カム部２２１、第２カム部２２２）が形成されるとともに、周面カム用凹部６３によってカム部２２（第１カム部２２１、第２カム部２２２）が形成され、さらに、突出部用凹部７５および突出部用凹部７６により、各々、端面突出部２３０が形成される。しかも、この状態において、突出部用凹部７５、７６内には余剰空間７１、８１が形成されているため、第１ダイス５４、第２ダイス５２、第３ダイス５６、第１パンチ５１、および第２パンチ５７に、過度の負荷がかかるのを防止することができる。また、両カム部２２に対応させて突出部用凹部７５内の余剰空間７１と突出部用凹部７６内の余剰空間８１とが形成されるように第１パンチ５１及び第２パンチ５７でワーク５３を押圧するため、周面カム用凹部６２、６３への金属材料の充填性のバランスが略均等化されると共に、各ダイス及び各パンチへの過度の負荷がより低減できる。

次いで、図１５に示されるように、第２ダイス５２、第１パンチ５１、および芯合わせ部材５０をワーク５３から離れる方向へ移動させる。

次いで、図１６に示されるように、第１ダイス５４の各分割ダイス５４ａ，５４ｂをワーク５３から離れる方向に移動させる。そして、ワーク５３を閉塞鍛造装置から取り出す。

図１７は、本実施形態における鍛造の原理を模式的に示す図である。図１７に示されるように、本実施形態では、第１パンチ５１でワーク５３を押圧することにより、ワーク５３の周面に第１カム部２２１および第２カム部２２２が形成されるともに、ワーク５３の端面に端面突出部２３０が形成される。しかも、突出部用凹部７５内には余剰空間７１が形成されているため、第１ダイス５４、第２ダイス５２、第３ダイス５６、第１パンチ５１、および第２パンチ５７に、過度の負荷がかかるのを防止することができる。また、端面突出部２３０が、ワーク５３の径方向において、第１カム部２２１および第２カム部２２２とは反対側に形成されるため、前記第１パンチ５１および前記第２パンチ５７が前記ワークを押圧する時に、突出部用凹部７５が形成されていない第１パンチ５１のワーク押圧部（端部）での押圧により前記周面カム用凹部への金属材料の充填性が向上し、第１カム部２２１および第２カム部２２２の成形精度が向上できる。

一方、図１８に示されるように、余剰空間７１が形成されていない場合には、第１ダイス５４、第２ダイス５２、第３ダイス５６、第１パンチ５１、および第２パンチ５７に、過度の負荷がかかって、これらの部材の耐久性が低下する虞がある。

本実施形態においては、図１９のグラフＧ１に示されるように、余剰空間７１、８１を形成しない場合のグラフＧ２と比べて、略同等にカム部２２の突出量を確保することができる。

しかも、図２０のグラフＧ３に示されるように、余剰空間７１、８１を形成しない場合のグラフＧ４と比べて、第１ダイス５４、第２ダイス５２、第３ダイス５６、第１パンチ５１、および第２パンチ５７に加わる荷重を格段に低下させることができる。

また、図２１のグラフＧ５に示されるように、ワーク５３に加熱処理を行った場合には、加熱処理をしない場合のグラフＧ６と比べて、ワーク５３の降伏点が下がり、その結果、凹部への充填性を高めることができ、さらに、応力が下がり、その結果、金型に対する負荷を軽減することができる。

（本実施形態の作用効果）
本実施形態によれば、第１パンチ５１でワーク５３の軸方向一端側（上側）の端部を押圧し、第２パンチ５７でワーク５３の軸方向他端側（下側）の端部を押圧することにより、周面カム用凹部６２，６３内に金属材料が充填されてワーク５３の外周面にカム部２３が形成され、さらに、突出部用凹部７５，７６内に金属材料が流れ込んで端面突出部２３０が形成される。さらに、突出部用凹部７５、７６は、周面カム用凹部６２、６３に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間７１、８１を有するため、周面カム用凹部６２，６３への金属材料の充填性を確保することができるとともに、第１パンチ５１および第２パンチ５７によりワーク５３に成形荷重を加えた際に（加圧成形）、ダイス、第１パンチ５１、および第２パンチ５７に対してその内側から過度に圧力（金属材料から受ける過度の圧力）がかからず、金型の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、第２ダイス５２が第１ダイス５４を押圧することにより、第１ダイス５４の各分割ダイス５４ａ，５４ｂがガイド部材５５にガイドされつつ互いに接近する方向に移動して型閉じする。このため、比較的簡単な構造で、各分割ダイスを型閉じすることができる。

また、本実施形態によれば、突出部用凹部７５、７６は、ワーク５３の軸方向端部に対面するとともに当該ワーク５３の径方向において周面カム用凹部６２，６３とは反対側に位置するため、前記第１パンチ５１および前記第２パンチ５７が前記ワーク５３を押圧する時に、突出部用凹部７５、７６が形成されていない両パンチ５１、５７のワーク押圧部６６、７０（端部）での押圧により前記周面カム用凹部６２，６３への金属材料の充填性が向上し、カム部２３（周面カム）の成形精度が向上できる。

なお、上記実施形態では、突出部用凹部７５、７６の双方に余剰空間７１、８１を形成しているが、突出部用凹部７５、７６のいずれか一方に形成してもよい。

また、上記実施形態では、カム要素部材の端面突出部２３０に端面カム２３を有する動弁装置に適応したものであるが、これに限らず、軸方向端部に端面突出部を有するとともに外周面に外向きに突出する周面カムを有する円筒状のカム要素部材であれば種々の装置に適応できる。

２３ 端面カム
５１ 第１パンチ
５２ 第２ダイス
５３ ワーク
５４ 第１ダイス
５４ａ，５４ｂ 分割ダイス
５５ ガイド部材
５７ 第２パンチ
６２、６３ 周面カム用凹部
７５、７６ 突出部用凹部
２０１〜２０４ カム要素部材
２３０ 端面突出部

Claims (5)

1. 軸方向端部に端面突出部を有するとともに外周面に外向きに突出する周面カムを有する円筒状のカム要素部材を製造する閉塞鍛造装置であって、
   前記カム要素部材のベースとなる円筒状のワークの外周面を成形するダイスと、
   前記ワークが前記ダイス内に配置された状態で、前記ワークの軸方向一端側の端面を押圧する第１パンチと、
   前記ワークが前記ダイス内に配置された状態で、前記ワークの軸方向他端側の端面を押圧する第２パンチとを備え、
   前記ダイスは、前記第１パンチおよび前記第２パンチが前記ワークを押圧することにより前記ワークの金属材料が流れ込んで当該ワークの外周面に前記周面カムを成形する周面カム用凹部を有し、
   前記第１パンチおよび前記第２パンチの少なくとも一方は、前記ワークの金属材料が流れ込んで前記端面突出部を成形する突出部用凹部を有し、当該突出部用凹部は、前記周面カム用凹部に金属材料が充填された時点で金属材料が充填されていない余剰空間を有することを特徴とする、カム要素部材の閉塞鍛造装置。
2. 前記ダイスは、
   互いに接近および離間するように前記ワークの軸方向と直交する方向に移動可能である少なくとも２つの分割ダイスを有し、各分割ダイスが互いに接近する方向に移動することにより型閉じし前記ワークの軸方向中央部の外周面に対面する第１ダイスと、
   前記ワークの軸方向に移動可能で、前記第１ダイスに対して接近する方向に移動することにより、前記第１ダイスをワークの軸方向に押圧する第２ダイスと、
   前記第２ダイスが前記第１ダイスを押圧してその押圧方向に移動することに伴い、前記各分割ダイスが互いに接近する方向に各分割ダイスを移動させて型閉じするガイド部材とを備えることを特徴とする、請求項１に記載のカム要素部材の閉塞鍛造装置。
3. 前記突出部用凹部は、前記ワークの軸方向端部に対面するとともに当該ワークの径方向において前記周面カム用凹部とは反対側に位置することを特徴とする、請求項１に記載のカム要素部材の閉塞鍛造装置。
4. 請求項１に記載の閉塞鍛造装置を用いてカム要素部材を製造する方法であって、
   前記ダイス内にワークを配置する配置工程と、
   前記第１パンチおよび前記第２パンチにより前記ワークの両端面を押圧することにより、前記周面カム用凹部に金属材料が充填され前記周面カムを形成するとともに、前記突出部用凹部により金属材料が充填されていない余剰空間を残して前記端面突出部を成形する成形工程とを含むことを特徴とする、カム要素部材の閉塞鍛造方法。
5. 前記周面カム用凹部により、互いに異なる形状の複数の周面カムを形成することを特徴とする、請求項４に記載のカム要素部材の閉塞鍛造方法。