JP3037925B2 - 一体式中空プッシュロッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属素材等を用い
て一体形成された、強度が高く慣性質量が小さい一体式
中空プッシュロッドの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンにおいては、クランク
シャフトによってこれと同期して回転駆動されるカムシ
ャフトに取り付けられたカムによって、吸排気バルブが
クランクシャフトの回転に同期して開閉されるようにな
っている。そして、カムシャフトをクランクシャフトに
近い位置に配置すると、クランクシャフトからカムシャ
フトへの動力伝達機構を簡素なものとすることができる
ので、カムシャフトはしばしばクランクシャフト近傍に
おいてシリンダブロックに取り付けられる。

【０００３】ところで、普通のエンジンにおいては、吸
排気バルブが燃焼室の上端部に配置される関係上、カム
シャフトをクランクシャフト近傍に配置する場合は、カ
ムと吸排気バルブとが上下方向にかなり離れることにな
る。そこで、このようなエンジンでは、吸排気バルブ
は、カムによって概ね上下方向に往復移動させられる細
長いプッシュロッドと、吸排気バルブのステムの上端部
近傍に配置されたロッカアームとを介して、カムによっ
て駆動されるようにしている。ここで、プッシュロッド
には、その慣性質量ができる限り小さいことが要求され
るので、該プッシュロッドは、内部に中空部を備えた中
空構造とされることが多い。

【０００４】そして、内部に中空部を備えたプッシュロ
ッドは、一般に、中空部を有するパイプ状の軸部材の軸
線方向の両端部がそれぞれ支持端部材で閉止された構造
とされている。例えば図２１に示すように、パイプ状の
軸部材１０１の一方の端部に凸球面状端面を備えた支持
端部材１０２（球状支持端部材）が圧入され、他方の端
部に凹球面状端面を備えた支持端部材１０３（球状支持
端部材）が圧入されてなる圧入式プッシュロッドが従来
より広く用いられている。なお、図２１に示す圧入式プ
ッシュロッドでは、両支持端部材１０２、１０３には、
それぞれ小径の油孔１０４、１０５が設けられ、中空部
１０６は、油孔１０４、１０５を介して外部と連通して
いる。

【０００５】かかる圧入式プッシュロッドでは、軸部材
１０１の両端部にそれぞれ支持端部材１０２、１０３の
軸部を圧入することにより、軸部材１０１と両支持端部
材１０２、１０３とが接合されている。そして、この圧
入式プッシュロッドでは、支持端部材１０２、１０３が
軸線方向に移動しようとする力の反力すなわち軸接合力
は、軸部材１０１の内径と支持端部材１０２、１０３の
軸部の外径との間の軸径差に起因して生じる「タイト量
（絞め代）」や、「圧入部長さ」や、軸部材１０１及び
支持端部材１０２、１０３の「剛性（軸直角断面の形状
による）」や、接合平面Ａ（界面）の「摩擦係数（粗
さ）」などによって決定される（強度、機能）。

【０００６】ここで、圧入式プッシュロッドに軸線方向
の圧縮荷重が負荷された場合、各部材の相対位置が変化
しない限界の力すなわち元長さ保持力は、上記「軸接合
力」や、各部材の接合平面Ａの「粗さ」や、各部材の接
合平面Ａの「平行度」などによって決定される（強度、
機能）。なお、上記軸接合力や元長さ保持力は、各部材
を機械的に接合した結果得られるものであり、該圧入式
プッシュロッドが実際にエンジンで使用される際に、こ
れらの軸接合力や元長さ保持力が維持されていなければ
ならない（信頼性、耐久性）。

【０００７】また、図２２に示すように、パイプ状の軸
部材１０７の一方の端部に、凸球面状端面を備えた支持
端部材１０８が溶接され、他方の端部に凹球面状端面を
備えた支持端部材１０９が溶接された溶接式プッシュロ
ッドも、従来より広く用いられている。なお、図２２に
示す溶接式プッシュロッドでは、両支持端部材１０８、
１０９にそれぞれ油孔１１０、１１１が設けられ、中空
部１１２は、油孔１１０、１１１を介して外部と連通し
ている。

【０００８】この溶接式プッシュロッドでは、軸部材１
０７の両端部にそれぞれ支持端部材１０８、１０９が、
例えば抵抗溶接により冶金的に接合されている。ここ
で、溶接式プッシュロッドにおける軸部材１０７と支持
端部材１０８、１０９との接合力は、軸部材１０７と支
持端部材１０８、１０９との「溶着面積」や、「溶着深
さ」や、「各部材の材質」や、「溶接条件」や、「溶接
後の熱処理」等によって決定される（強度、機能）。

【０００９】この溶接式プッシュロッドでは、支持端部
材１０８、１０９の球支持部（球面状端面）は、これに
対応する球支持部（球面状端面）を備えた他の部品（例
えば、タペット）と接触する。ここで、支持端部材１０
８、１０９の球支持部は、これと対応する球支持部を備
えた他の部品から圧縮荷重を受けながら、その界面を摺
動させるので、その球支持部は耐摩耗性が必要とされ
る。このため、かかる溶接式プッシュロッドでは、球支
持部の表面に硬化処理（浸炭、高周波焼き入れ）を施す
か、あるいは支持端部材１０８、１０９自体を硬質材料
（例えば、軸受け鋼）で形成している。ただし、軸部材
１０７は軟鋼で形成するのが一般的である（信頼性、耐
久性）。上記接合力は、各部材を溶融接合した結果得ら
れるものであり、該溶接式プッシュロッドが実際にエン
ジンで使用される際に、この接合力が維持されていなけ
ればならない（信頼性、耐久性）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
図２１に示すような従来の圧入式プッシュロッドにおい
て、必要とする軸接合力が得られない場合、あるいは軸
接合力が低下した場合には、繰り返し負荷される外力に
より軸接合力が漸次低下し、最終的には軸部材１０１と
支持端部材１０２、１０３との接合は完全に緩んでしま
う。そして、軸部材１０１と支持端部材１０２、１０３
との接合が完全に緩んでしまうと、負荷される外力は全
て接合平面Ａで受け止められることになる。外力が全て
接合平面Ａに負荷されると、接合平面Ａが圧縮変形（塑
性）し、元長さが短くなるといった不具合が生じる。

【００１１】上記不具合のほか、軸部材１０１と支持端
部材１０２、１０３との接合が完全に緩んでしまうと、
該プッシュロッドが実際にエンジンで使用される際（プ
ッシュロッドが軸線方向に往復運動する）に、軸部材１
０１と支持端部材１０２、１０３とが相対的に移動し、
その移動中（接合平面Ａに隙間を生じたとき）におい
て、軸部材１０１の内周と支持端部材１０２、１０３の
軸部の外周とが、ガジリ現象等により再接合されると、
元長さが伸びてしまうといった不具合が生じる。

【００１２】なお、圧入式プッシュロッドにおいて、
「タイト量（絞め代）」を大きくすれば大きな軸接合力
を得ることができる。しかしながら、この場合、軸部材
１０１及び支持端部材１０２、１０３の剛性（軸直角断
面の形状による）を高くする必要がある（いずれの部材
もマクロ的な塑性変形を起こさない領域で設定しなけれ
ばならない）。この場合、圧入式プッシュロッドの質量
が増加してしまい、慣性質量の軽減要求に相反するとい
った問題が生じる。

【００１３】さらに、タイト量が大きいと、支持端部材
１０２、１０３の圧入時に、接合平面Ａに微細な塑性変
形（ガジリ）を生じ、必要な軸接合力が得られないばか
りか、塑性変形して部分接触となった接合部に負荷荷重
が局部的に作用し、塑性変形が生じて軸接合力が低下す
るといった問題が生じる。また、軸接合部長さを長くす
る場合も、これと同様の問題が生じる。該圧入式プッシ
ュロッドを実際にエンジンで使用する際には、軸接合力
や元長さ保持力を維持しなければならないが、軸接合力
や元長さ保持力を維持するには、各接合平面Ａに高い加
工精度（粗さ、平面度、平行度等の幾何寸法）が要求さ
れる。いずれにせよ、このような機械的接合平面では界
面の「なじみ」が生じ、軸接合力や元長さ保持力が低下
するといった問題を解決することは困難である。

【００１４】また、例えば図２２に示すような従来の溶
接式プッシュロッドでは、前記のとおり、硬質材料（軸
受け鋼）と軟鋼とが冶金的に接合されるので、接合部の
脆弱化による破壊や、応力集中による破壊等が生じるお
それがある。

【００１５】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、強度が高くかつ慣性質量が
小さい安価な中空プッシュロッドの製造方法を提供する
ことを解決すべき課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明にかかる一体式中空プッシュロッド
の製造方法は、中空部を有する薄肉の軸部と、該軸部の
軸線方向の両端部に形成されそれぞれ球面状端面を有す
る第１及び第２の厚肉の球状支持端部とが一体形成され
ている一体式中空プッシュロッドの製造方法において、
（ａ）プッシュロッド最大径（最も太い部分の外径）よ
り大きい外径を有するパイプ状の加工素材の円柱状空間
部に、第１の端部近傍の所定の部位を除き、中空部の内
径とほぼ等しい外径を有する芯金（ピン）を配置する芯
金配置工程と、（ｂ）加工素材に対して、第２の端部近
傍の所定の部位を除き、絞り加工（鍛造、塑性加工）を
施して、芯金が配置されていない部位に第１の厚肉部を
形成する一方、芯金が配置されている部位に軸部を形成
する第１の絞り加工工程と、（ｃ）円柱状空間部から芯
金を除去した上で、加工素材の第２の端部近傍の上記所
定の部位に絞り加工（鍛造、塑性加工）を施して、該部
位に第２の厚肉部を形成する第２の絞り加工工程と、
（ｄ）第１及び第２の厚肉部の端面をそれぞれ球面状に
加工して、第１及び第２の球状支持端部を形成する球状
支持端部形成工程とを備えていることを特徴とするもの
である。

【００１７】この一体式中空プッシュロッドの製造方法
によれば、中空部を有する薄肉の軸部と、該軸部の軸線
方向の両端部に形成されそれぞれ球面状端面を有する第
１及び第２の球状支持端部とが一体形成されている、強
度が高く慣性質量が小さい一体式中空プッシュロッド
を、容易にかつ低コストで製造することができる。

【００１８】上記一体式中空プッシュロッドの製造方法
においては、第１及び第２の絞り加工工程で、それぞ
れ、第１及び第２の厚肉部内の円柱状空間部が消滅する
まで加工素材を絞って、第１及び第２の厚肉部に中空部
を閉塞させるようにしてもよい。なお、この場合、パイ
プ状の加工素材に代えて、第１の端部近傍の部位が閉塞
された略カップ状の加工素材を用いてもよい。このよう
にすれば、第１及び第２の球状支持端部がそれぞれ中空
部を閉塞している一体式中空プッシュロッドを容易にか
つ低コストで製造することができる。

【００１９】上記一体式中空プッシュロッドの製造方法
においては、第１及び第２の絞り加工工程の少なくとも
一方で、第１又は第２の厚肉部内の円柱状空間部が少量
だけ残留するように加工素材を絞り、第１及び第２の厚
肉部の少なくとも一方に、中空部を外部に連通させる小
径の穴部を形成するようにしてもよい。このようにすれ
ば、第１及び第２の球状支持端部の少なくとも一方に、
プッシュロッド軸線方向に伸び中空部を外部に連通させ
る小径の穴部が形成された一体式中空プッシュロッドを
容易にかつ低コストで製造することができる。

【００２０】上記一体式中空プッシュロッドの製造方法
においては、（ｉ）第１の絞り加工工程で、加工素材を
第１の金型の穴部内に押し出して第１の厚肉部と上記軸
部とを形成し、（ii）第２の絞り加工工程では、凸状の
球状型面を有する金具を用いて加工素材を第２の金型の
穴部内に押し出し、第２の厚肉部を形成するとともに該
厚肉部の端面に凹状の球面状端面を形成し、（iii）球
状支持端部形成工程で、第１の厚肉部の端面に機械加工
を施して凸状の球面状端面を形成するのが好ましい。こ
のようにすれば、第１の球状支持端部の球面状端面が凸
状で、第２の球状支持端部の球面状端面が凹状である一
体式中空プッシュロッドを容易にかつ低コストで製造す
ることができる。この場合、第２の金型の穴部の径を第
１の金型の穴部の径よりも大きく設定するのが好まし
い。このようにすれば、該一体式中空プッシュロッドの
製造（絞り加工、鍛造、塑性加工）に際して、薄肉部と
厚肉部との境界部においてプッシュロッド外周にその強
度を低下させる欠肉部ないしは脆弱断面（危険断面）が
生じるのが防止される。

【００２１】上記一体式中空プッシュロッドの製造方法
においては、第２の金型の穴部にテーパ部を設け、第２
の絞り加工工程で、加工終了時点で加工素材の第２の端
部を上記テーパ部内に位置させるようにしてもよい。こ
のようにすれば、第２の球状支持端部の球面状端面近傍
に径方向外向きに膨出する縁部を有する一体式中空プッ
シュロッドを容易にかつ低コストで製造することができ
る。

【００２２】上記一体式中空プッシュロッドの製造方法
においては、（ｉ）第１の絞り加工工程で、加工素材を
第１の金型の穴部内に押し出して第１の厚肉部及び上記
軸部を形成し、（ii）第２の絞り加工工程で、加工素材
をさらに第１の金型の穴部内に押し出して、第２の厚肉
部を形成し、（iii）球状支持端部形成工程で、第１及
び第２の厚肉部の端面にそれぞれ機械加工を施して凸状
の球面状端面を形成するようにしてもよい。このように
すれば、第１及び第２の球状支持端部の球面状端面がそ
れぞれ凸状である一体式中空プッシュロッドを容易にか
つ低コストで製造することができる。なお、第２の絞り
加工工程で、加工素材を、第１の金型の穴部よりも径が
大きい穴部を有する第２の金型の該穴部内に押し出し
て、第２の厚肉部を形成するようにしてもよい。このよ
うにすれば、該一体式中空プッシュロッドの製造（絞り
加工、鍛造、塑性加工）に際して、薄肉部と厚肉部との
境界部においてプッシュロッド外周にその強度を低下さ
せる欠肉部ないしは脆弱断面（危険断面）が生じるのが
防止される。

【００２３】上記各一体式中空プッシュロッドの製造方
法においては、球状支持端部形成工程の後で第１及び第
２の球状支持端部に表面硬化処理を施す表面処理工程を
備えているのが好ましい。なお、表面硬化処理として
は、例えば浸炭処理、窒化処理、高周波焼き入れ処理等
があげられる。このようにすれば、球状支持端部の耐摩
耗性が高められる。また、表面処理工程の後で第１及び
第２の球状支持端部に研磨処理を施す研磨工程を備えて
いるのがさらに好ましい。なお、研磨処理としては、例
えばペーパー研磨、バフ研磨、バレル研磨等があげられ
る。このようにすれば、球状支持端部の表面状態（粗
さ）が良くなる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。 （実施の形態１） まず、本発明の実施の形態１を説明する。図２０に示す
ように、オーバーヘッドバルブ型のエンジン１において
は、シリンダブロック２の上にシリンダヘッド３が取り
付けられている。そして、シリンダブロック２内に形成
されたシリンダ４（気筒）にはピストン５が嵌入されて
いる。このエンジン１においては、吸気バルブ６が開か
れたときに吸気ポート７から燃焼室８内に混合気が吸入
され、この混合気が点火プラグ（図示せず）によって着
火・燃焼させられる。ここで、燃焼ガス（排気ガス）
は、排気バルブ９が開かれたときに排気ポート１０と排
気通路（図示せず）とを介して外部に排出される。かく
して、ピストン５はシリンダ４内で往復運動し、このピ
ストン５の往復運動はコネクチングロッド１１とクラン
クアーム１２とによってクランクシャフト１３の回転運
動に変換される。

【００２５】クランクシャフト１３の近傍にはカムシャ
フト１６が配置され、このカムシャフト１６にカム１７
が取り付けられている。なお、カムシャフト１６はシリ
ンダブロック２によって回転自在に支持されている。そ
してカムシャフト１６は、クランクシャフト１３に取り
付けられた駆動ギヤ１４と、カムシャフト１６に取り付
けられ駆動ギヤ１４と噛み合う被駆動ギヤ１５とを介し
て、クランクシャフト１３によってこれと同期して回転
駆動されるようになっている。

【００２６】吸気バルブ６の軸部の上端部近傍には、回
動軸１９回りに回動することができるロッカアーム２０
が設けられている。そして、下端部がカム１７（吸気用
カム）と当接し、上端部がロッカアーム２０の一端に当
接するプッシュロッド１８（一体式中空プッシュロッ
ド）が設けられ、吸気バルブ６は、カムシャフト１６の
回転に伴って、プッシュロッド１８とロッカアーム２０
とを介して、カム１７によって開閉されるようになって
いる。

【００２７】同様に、排気バルブ９の軸部の上端部近傍
には、回動軸２２回りに回動することができるロッカア
ーム２３が設けられている。そして、下端部がカム１７
（排気用カム）と当接し、上端部がロッカアーム２３の
一端に当接するプッシュロッド２１（一体式中空プッシ
ュロッド）が設けられ、排気バルブ９は、プッシュロッ
ド２１とロッカアーム２３とを介して、カム１７によっ
て開閉されるようになっている。

【００２８】ここで、プッシュロッド１８、２１は、カ
ムシャフト１６に取り付けられたカム１７のカムプロフ
ィルをロッカアーム２０、２３に正確に伝達することが
要求される。そして、プッシュロッド１８、２１は、エ
ンジン１の運転時に、その長さ（上側支持端部と下側支
持端部との距離）が、「座屈」、「へたり」あるいは
「摩耗」によって短くなるようなことがあってはならな
い。プッシュロッド１８、２１の長さが短くなると、ロ
ッカアーム２０、２３の作動量が少なくなり、吸・排気
バルブ６、９で要求されるバルブリフトが得られず、吸
気あるいは排気に支障をきたすことがある。さらに、こ
の現象が著しくなると、吸・排気バルブ６、９が完全に
開かなくなってエンジン停止に至るおそれがある。

【００２９】また、プッシュロッド１８、２１は、エン
ジン１の運転時に、その長さが長くなるようなことがあ
ってはならない。プッシュロッド１８、２１の長さが長
くなると、ロッカアーム２０、２３の作動量が正常時に
比べて大きくなり、吸・排気バルブ６、９が完全には閉
まらなくなる（吸・排気バルブ６、９がバルブシートに
密着しなくなる）。このため燃焼室８内の混合気ないし
は燃焼ガスが十分に圧縮されないといった現象が生じ
る。燃焼ガスが圧縮されない場合、エンジン１の出力低
下が生じ、エンジン停止に至ることもある。

【００３０】したがって、プッシュロッド１８、２１
は、ロッカアーム２０、２３を作動させて吸・排気バル
ブ６、９をリフトさせるために、十分な強度ないしは剛
性を備えていることが必要である。他面、動弁系の性能
の向上あるいは信頼性の向上を図るため、プッシュロッ
ド１８、２１の慣性質量を可及的に小さくすることが必
要である。

【００３１】かくして、本発明にかかるプッシュロッド
１８、２１（一体式中空プッシュロッド）は、中空部を
有する薄肉の軸部と、該軸部の軸線方向の両端部に形成
されそれぞれ球面状端面（球支持部）を有する第１及び
第２の厚肉の球状支持端部とが一体形成された構造とさ
れ、その強度が高められるとともに、慣性質量が低減さ
れている。

【００３２】すなわち、プッシュロッド１８、２１は、
一体形成された単一の部材ないしは一体構造物であり、
機械的接合あるいは冶金的接合を用いていないので、該
プッシュロッド１８、２１に軸線方向の荷重が作用して
も、従来の複数部材からなる中空プッシュロッドの場合
のような部材間の接合の緩みや破壊は起こらない。した
がって、該プッシュロッド１８、２１の強度ひいては信
頼性が大幅に高められる。また、軸部に中空部が設けら
れているので、該プッシュロッド１８、２１の慣性質量
が小さくなり、動弁系の性能あるいは信頼性が大幅に高
められる。

【００３３】以下、図１〜図６を参照しつつ、実施の形
態１にかかるプッシュロッド１８、２１（一体式中空プ
ッシュロッド）の製造方法を具体的に説明する。なお、
実施の形態１にかかるプッシュロッド１８、２１は、基
本的には、絞り加工ないしは鍛造（通常は冷間鍛造であ
るが、温間鍛造あるいは熱間鍛造でもよい）で形成され
る。また、以下で説明するように、ワークとして鍛造可
能なパイプ状の加工素材が用いられているが、このワー
クは、鍛造可能な円柱形の加工素材の一方の端面から途
中まで穴を明けたカップ状のものでもよい。

【００３４】（１）ワークセット工程 図１は、第１ダイス２５（金型）内にパイプ状のワーク
２６を配置した上で、ワーク２６とほぼ同一径のパイプ
状の第１パンチ２８（押圧金具）をワーク２６の上端面
に当接させた状態を示している。図１に示すように、第
１ダイス２５内には、上側から下側に向かって順に、円
柱状の大径部２５ａと、凹状屈折部２５ｂと、テーパ状
の移行斜面部２５ｃと、凸状屈折部２５ｄ（絞り部）
と、該凸状屈折部２５ｄより若干大きい（例えば、直径
で０.０３〜０.１５ｍｍ大きい）径をもつ円柱状の小径
部２５ｅとが設けられている。なお、ワーク２６の第１
端面２６ａ（下方端面）は凹状屈折部２５ｂに位置して
いる。

【００３５】そして、第１パンチ２８の内部空間部には
芯金２９（ピン）が配置され、この芯金２９は、第１パ
ンチ２８から下方に突出して、ワーク２６内の円柱状空
間部２７に挿入されている。なお、第１パンチ２８と芯
金２９とは一体式でもよい。ここで、芯金２９は円柱状
空間部２７の途中までしか挿入されず、したがって図１
に示すようにワーク２６と第１パンチ２８と芯金２９と
を配置した状態では、ワーク２６の下部に、芯金２９が
挿入されていない部分（芯金無し部）が存在する。後で
説明するように、この芯金無し部が、成形後におけるプ
ッシュロッド１８、２１の厚肉の第１球状支持端部３２
（第１厚肉部）となる（図６参照）。また、ワーク２６
の芯金２９が挿入されている部分（芯金有り部）の下部
が、プッシュロッド１８、２１の中空部２７を有する軸
部３１（薄肉部）となる（図６参照）。なお、該芯金有
り部の上部（残部）は、プッシュロッド１８、２１の厚
肉の第２球状支持端部３０（第２厚肉部）となる（図６
参照）。

【００３６】（２）第１絞り加工工程（第１鍛造工程） 図２に示すように、この第１絞り加工工程では、第１パ
ンチ２８及び芯金２９に加工荷重Ｗ１がかけられ、ワー
ク２６に対して絞り加工ないしは鍛造加工が施される。
なお、図２は該絞り加工が終了してワーク２６が成形さ
れた後の状態を示している。以下、この第１絞り加工工
程において、図１に示す状態から図２に示す状態に至る
までの成形過程を説明する。すなわち、図１に示す状態
において第１パンチ２８及び芯金２９に上側から下側に
向かって加工荷重Ｗ１を加えると、第１パンチ２８及び
芯金２９は連動しつつ下方に移動し、これに伴ってワー
ク２６の第１端面２６ａ（下端面）及び芯金無し部は、
第１ダイス２５のテーパ状の移行斜面部２５ｃに沿って
塑性流動（金属流動）する。第１ダイス２５の凸状屈折
部２５ｄを通過した芯金無し部は、その外径が凸状屈折
部２５ｄ（絞り部）により該凸状屈折部２５ｄとほぼ同
一径となるとともに、小径部２５ｅに押し出され、円柱
状空間部２７が極限まで小さくなって中心部３３で実質
的に消滅（圧着）し、第１厚肉部３２が形成される。な
お、この場合、パイプ状のワーク２６の絞り率やワーク
肉厚等を調整することにより、円柱状空間部２７をうま
く消滅させることができる。なお、該第１厚肉部３２に
油孔が必要な場合は、機械加工等により該第１厚肉部３
２に小径の孔部を形成する。

【００３７】さらに、第１パンチ２８及び芯金２９を下
向きに移動させる（ワーク２６を押し込む）と、芯金２
９は第１ダイス２５の凸状屈折部２５ｄに至り、凸状屈
折部２５ｄと芯金２９とで円環状の空間（金型配置）を
構成する。なお、この状態からは芯金２９を移動させず
第１パンチ２８のみを下向きに移動させるようにしても
よい。さらに、第１パンチ２８を下向きに移動させる
と、ワーク２６の芯金有り部の肉部がこの円環状の空間
に押し出されて成形され、中空部２７を有する軸部３１
となる。なお、ワーク２６の上部には、大径部２５ａ内
に位置し、成形が施されていない残留部３０が存在す
る。ワーク２６のこの残留部３０は、次の第２絞り加工
工程で第２球状支持端部３０となる（図６参照）。

【００３８】（３）第２ワークセット工程 図３は、第２ダイス３５（金型）内に、第１絞り加工工
程で成形されたワーク２６を配置した上で、第２パンチ
３６（押圧金具）をワーク２６の上端面に当接させた状
態を示している。図３に示すように、第２ダイス３５内
には、上側から下側に向かって順に、円柱状の大径部３
５ａと、第１凹状屈折部３５ｂと、テーパ状の第１移行
斜面部３５ｃと、第１凸状屈折部３５ｄと、円柱状の中
径部３５ｅと、第２凹状屈折部３５ｆと、テーパ状の第
２移行斜面部３５ｇと、第２凸状屈折部３５ｈと、円柱
状の小径部３５ｉとが設けられている。また、第２パン
チ３６の下端部には、凸型の球状端面３６ａ（球状端
部）と、該球状端面３６ａを取り囲む平面状端面３６ｂ
と、該平面状端面３６ｂを取り囲む傾斜端面３６ｃとが
形成されている。

【００３９】（４）第２絞り加工工程（第２鍛造工程） 図４及び図５に示すように、この第２絞り加工工程で
は、第２パンチ３６に加工荷重Ｗ２がかけられ、ワーク
２６に対して絞り加工ないしは鍛造加工が施されて、第
２球状支持端部３０が形成される。なお、図４は該絞り
加工の途中の状態を示し、図５は該絞り加工が終了して
ワーク２６が成形された後の状態を示している。

【００４０】以下、この第２絞り加工工程において、図
３に示す状態から図５に示す状態に至るまでの成形過程
を説明する。すなわち、前記のとおり、第２パンチ３６
は、球状端面３６ａと平面状端面３６ｂと傾斜端面３６
ｃとを備えている。ここで、球状端面３６ａは、ワーク
２６を絞り加工すると同時に、第２球状支持端部３０に
凹型球面状端面４１（凹状球支持部）を成形するための
ものである。第２パンチ３６の球状端面３６ａをワーク
２６に押し込むと、凹型球面状端面４１の底部（球支持
部底）に欠肉が生じるのが普通であるが、本発明にかか
るこの製造方法では、第２ダイス３５の第１及び第２の
凸状屈折部３５ｄ、３５ｈ（絞り部）によってワーク２
６の肉部が絞られるので、欠肉は生じない。ただし、凹
型球面状端面４１（凹状球支持部）をこの後で機械加工
で形成し、又は別工程で金型により成形する場合は、球
状端面３６ａを設ける必要はなく、第２パンチ３６の端
面は平面でよい。

【００４１】前記のとおり、第２ダイス３５には、第１
及び第２の２つの凸状屈折部３５ｄ、３５ｈ（絞り部）
が設けられている。ここで第１凸状屈折部３５ｄは、第
２球状支持端部３０の凹型球面状端面４１（球支持部）
の剛性を高めるために、該第２球状支持端部３０の凹型
球面状端面４１まわりの部分の外径を軸部３１の外径よ
りも大きく成形するものである（したがって、両側の球
状支持端部が凸状の場合は不要である）。第２屈折部３
５ｈ（絞り部）は、軸部３１の外径とほぼ同じ内径であ
る。したがって、ワーク２６の肉部が該第２屈折部３５
ｈを通過する際にワーク２６が成形されて小径となり、
第２球状支持端部３０（厚肉部）が形成される。このと
き、円柱状空間部２７は次第に小さくなって細い空間部
３７となり（図４参照）、さらに極限まで小さくなって
中心部３８で実質的に消滅（圧着）し、第２球状支持端
部３０（厚肉部）が形成される。なお、凹型球面状端面
４１のまわりには平面状端面４２が形成されている。こ
の場合、ワーク２６の絞り率やワーク肉厚等を調整する
ことにより、円柱状空間部２７をうまく消滅させること
ができる。なお、該第２球状支持端部３０に油孔が必要
な場合は、機械加工等により該第２球状支持端部３０に
小径の孔部を形成する。

【００４２】（５）機械加工工程 図６に示すように、このように成形されたワーク２６
（中空部２７を有する軸部３１と、第２球状支持端部３
０とは完成している）の第１厚肉部３２に機械加工が施
され、該第１厚肉部３２に凸型球面状端面４０が形成さ
れ、第１球状支持端部３２となり、基本的にはプッシュ
ロッド１８、２１が完成する。

【００４３】（６）後処理 この後、第１及び第２の球状支持端部３２、３０の球面
状端面４０、４１に表面硬化処理が施され、該球面状端
面４０、４１の耐摩耗性が高められる。なお、表面硬化
処理としては、例えば浸炭処理、窒化処理、高周波焼き
入れ処理等が用いられる。さらに、第１及び第２の球状
支持端部３２、３０の球面状端面４０、４１に研磨処理が
施され、該球面状端面４０、４１の表面状態（粗さ）が
改善される。ここで、研磨処理としては、例えばペーパ
ー研磨、バフ研磨、バレル研磨等が用いられる。なお、
これらの後処理は、とくに必要がなければ省略すること
ができる。

【００４４】かくして、この実施の形態１によれば、第
１球状支持端部３２の球面状端面４０が凸状で、第２球
状支持端部３０の球面状端面４１が凹状であるプッシュ
ロッド１８、２１を容易にかつ低コストで製造すること
ができる。

【００４５】（実施の形態２） 以下、図７〜図１５を参照しつつ、本発明の実施の形態
２にかかるプッシュロッドの製造方法を説明するが、こ
の実施の形態２の基本構成は、前記の実施の形態１と共
通であるので、説明の重複を避けるため、以下では実施
の形態１と異なる部分についてのみ説明する。すなわ
ち、実施の形態２でも、実施の形態１の場合とほぼ同様
の手順で、第１球状支持端部３２の球面状端面４０が凸
状であり、第２球状支持端部３０の球面状端面４１が凹
状であるプッシュロッド１８、２１が製造される。な
お、実施の形態２における図７〜図１２は、それぞれ、
実施の形態１における図１〜図６に対応する。

【００４６】しかしながら、実施の形態２では、第１絞
り加工工程で芯金無し部に絞り加工を施す際に、円柱状
空間部２７は完全に消滅（圧着）させられるのではなく
若干残留させられ、この残留部分が小径の穴部４３とな
る。つまり、第１厚肉部３２（ないしは第１球状支持端
部３２）には、軸部３１の中空部２７を外部に連通させ
る小径の穴部４３すなわち油孔が設けられる。

【００４７】また、第２絞り加工工程でワーク２６の上
部（第１絞り加工工程で成形されなかった部分）に絞り
加工を施す際も、円柱状空間部２７は完全に消滅（圧
着）させられるのではなく、若干残留させられ、この残
留部分が小径の穴部４４となる。つまり、第２球状支持
端部３０には、軸部３１の中空部２７を外部に連通させ
る小径の穴部４４すなわち油孔が設けられる。

【００４８】また、図１１から明らかなとおり、第２絞
り加工工程の終了時点では、ワーク２６の上端部すなわ
ち第２球状支持端部３０の上端部が第１移動傾斜面３５
ｃ内に位置するように絞り加工が施される。このため、
図１２から明らかなとおり、プッシュロッド１８、２１
ないしは第２球状支持端部３０の上端部には、プッシュ
ロッド径方向外向きに膨出する縁部４５（つば部）が形
成されている。なお、実施の形態２では、このような縁
部４５を形成する関係上、第２パンチ３６の傾斜端面３
６ｃは、実施の形態１の場合に比べて小さくなってい
る。

【００４９】また、実施の形態２では、第２ダイス３５
の第２凸状屈折部３５ｈないしは小径部３５ｉの径が、
第１ダイス２５の凸状屈折部２５ｄないしは小径部２５
ｅの径よりも大きくなっている。これは、該プッシュロ
ッド１８、２１の軸部３１（薄肉部）と第２球状支持端
部３０（厚肉部）との境界部においてプッシュロッド外
周にその強度を低下させる欠肉部ないしは脆弱断面（危
険断面）が生じるのを防止するためである。

【００５０】すなわち、第２ダイス３５の第２凸状屈折
部３５ｈないしは小径部３５ｉの径と、第１ダイス２５
の凸状屈折部２５ｄないしは小径部２５ｅの径とが同一
である場合、第２絞り加工工程で、図１３に示すよう
に、軸部３１（薄肉部）と第２球状支持端部３０（厚肉
部）との境界部に、その肉厚Ｄが軸部肉厚よりも小さい
欠肉部４６が生じやすい。

【００５１】このような欠肉部４６が生じる原因は、お
よそ次のとおりである。すなわち、図１４に示すよう
に、ワーク２６の絞り移行部Ｂを第２ダイス３５の第２
凸状屈折部３５ｈ（絞り部）で絞る際、絞り移行部Ｂの
肉部（材料）は軸中心側へ移動しようとする（軸外径が
小さくなろうとする）。このため、剛性の低い軸部３１
（薄肉部）を軸中心方向へ変形させながら絞り加工が施
されるので、成形後においては軸部３１と第２球状支持
端部３０との境界部に欠肉部４６が生じる。

【００５２】かくして、図１３に示すように、欠肉部４
６すなわち危険断面ないしは脆弱断面が生じると、該プ
ッシュロッド１８、２１の静的強度の低下、あるいは応
力集中による疲労破壊等が生じるおそれがある。そこ
で、実施の形態２では、第２ダイス３５の第２凸状屈折
部３５ｈないしは小径部３５ｉの径を、第１ダイス２５
の凸状屈折部２５ｄないしは小径部２５ｅの径よりも大
きくしている。なお、この径の設定は、絞り角度や第２
凸状屈折部３５ｈ（絞り部）のＲ（曲率）や、絞り成形
後における穴部４４の形状あるいは寸法等に応じて行わ
れる。

【００５３】なお、このようにすると、図１５に示すよ
うに、第２球状支持端部３０の外径は、軸部３１の外径
よりも若干大きくなる。軸部３１の外径は、第１ダイス
２５の凸状屈折部２５ｄないしは小径部２５ｅの径と実
質的に同一となり、他方第２球状支持端部３０の外径
は、第２ダイス３５の第２凸状屈折部３５ｈないしは小
径部３５ｉの径と実質的に同一となるからである。

【００５４】その他は、実施の形態１の場合と同様であ
る。かくして、実施の形態２においても、第１球状支持
端部３２の球面状端面４０が凸状で、第２球状支持端部
３０の球面状端面４１が凹状であるプッシュロッド１
８、２１を容易にかつ低コストで製造することができ
る。

【００５５】（実施の形態３） 以下、図１６〜図１９を参照しつつ、本発明の実施の形
態３にかかるプッシュロッドの製造方法を説明するが、
この実施の形態３にかかるプッシュロッドの製造方法の
基本構成は、前記の実施の形態１の場合と共通であるの
で、説明の重複を避けるため、以下では実施の形態１と
異なる部分についてのみ説明する。 （１）ワークセット工程 図１６は、第１ダイス２５（金型）内にパイプ状のワー
ク２６を配置した上で、ワーク２６とほぼ同一径のパイ
プ状の第１パンチ２８（押圧金具）をワーク２６の上端
面に当接させた状態を示している。図１６から明らかな
とおり、このワークセット工程は、実施の形態１のプッ
シュロッドの製造方法のワークセット工程と実質的に同
一であるので、その詳しい説明は省略する。

【００５６】（２）第１絞り加工工程（第１鍛造工程） 図１７に示すように、この第１絞り加工工程では、第１
パンチ２８及び芯金２９に加工荷重Ｗ１がかけられ、ワ
ーク２６に対して絞り加工ないしは鍛造加工が施され
る。図１７から明らかなとおり、この第１絞り加工工程
は、実施の形態１のプッシュロッドの製造方法の第１絞
り加工工程と実質的に同一であるので、その詳しい説明
は省略する。

【００５７】（３）第２絞り加工工程（第２鍛造工程） 図１８に示すように、この第２絞り加工工程では、第１
パンチ２８から芯金２９を抜き去った後、第１パンチ２
８に加工荷重Ｗ３がかけられ、ワーク２６に対して絞り
加工ないしは鍛造加工が施されて、ワーク２６の上部
（第１絞り加工工程で成形されなかった部分）に第２厚
肉部３０が形成される。このとき、円柱状空間部２７は
極限まで小さくなって中心部５４で実質的に消滅（圧
着）する。

【００５８】（４）機械加工工程 図１９に示すように、このように成形されたワーク２６
（中空部２７を有する軸部３１は完成している）の第１
厚肉部３２に機械加工が施され、該第１厚肉部３２に凸
型球面状端面４０が形成され、第１球状支持端部３２と
なる。さらに、第２厚肉部３０に機械加工が施され、該
第２厚肉部３０に凸型球面状端面５５が形成され、第２
球状支持端部３０となる。

【００５９】（５）後処理 この後、第１及び第２の球状支持端部３２、３０の球面
状端面４０、５５に表面硬化処理が施され、該球面状端
面４０、５５の耐摩耗性が高められる。なお、表面硬化
処理としては、例えば浸炭処理、窒化処理、高周波焼き
入れ処理等が用いられる。さらに、第１及び第２の球状
支持端部３２、３０の球面状端面４０、５５に研磨処理が
施され、該球面状端面４０、５５の表面状態（粗さ）が
改善される。ここで、研磨処理としては、例えばペーパ
ー研磨、バフ研磨、バレル研磨等が用いられる。なお、
これらの後処理は、特に必要がなければ省略することが
できる。

【００６０】かくして、この実施の形態３によれば、両
球状支持端部３２、３０の球面状端面４０、５５がいず
れも凸状であるプッシュロッド１８、２１を容易にかつ
低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１にかかるプッシュロッドの製造
工程のワークセット工程における、ダイス、パンチ及び
ワークの立面断面図である。

【図２】 実施の形態１にかかるプッシュロッドの製造
工程の第１絞り加工工程の終期における、ダイス、パン
チ及びワークの立面断面図である。

【図３】 実施の形態１にかかるプッシュロッドの製造
工程の第２絞り加工工程の初期における、ダイス、パン
チ及びワークの立面断面図である。

【図４】 実施の形態１にかかるプッシュロッドの製造
工程の第２絞り加工工程の中期における、ダイス、パン
チ及びワークの立面断面図である。

【図５】 実施の形態１にかかるプッシュロッドの製造
工程の第２絞り加工工程の終期における、ダイス、パン
チ及びワークの立面断面図である。

【図６】 実施の形態１にかかる製造方法で製造された
プッシュロッドの立面断面図である。

【図７】 実施の形態２にかかるプッシュロッドの製造
工程のワークセット工程における、ダイス、パンチ及び
ワークの立面断面図である。

【図８】 実施の形態２にかかるプッシュロッドの製造
工程の第１絞り加工工程の終期における、ダイス、パン
チ及びワークの立面断面図である。

【図９】 実施の形態２にかかるプッシュロッドの製造
工程の第２絞り加工工程の初期における、ダイス、パン
チ及びワークの立面断面図である。

【図１０】 実施の形態２にかかるプッシュロッドの製
造工程の第２絞り加工工程の中期における、ダイス、パ
ンチ及びワークの立面断面図である。

【図１１】 実施の形態２にかかるプッシュロッドの製
造工程の第２絞り加工工程の終期における、ダイス、パ
ンチ及びワークの立面断面図である。

【図１２】 実施の形態２にかかる製造方法で製造され
たプッシュロッドの立面断面図である。

【図１３】 欠肉部が生じたプッシュロッドの欠肉部近
傍を拡大して示した立面断面図である。

【図１４】 図９のダイス及びワークの一部を拡大して
示した立面断面図である。

【図１５】 第２球状支持端部が若干大径に形成された
プッシュロッドの第２端部近傍部分の立面断面図であ
る。

【図１６】 実施の形態３にかかるプッシュロッドの製
造工程のワークセット工程における、ダイス、パンチ及
びワークの立面断面図である。

【図１７】 実施の形態３にかかるプッシュロッドの製
造工程の第１絞り加工工程の終期における、ダイス、パ
ンチ及びワークの立面断面図である。

【図１８】 実施の形態３にかかるプッシュロッドの製
造工程の第２絞り加工工程の終期における、ダイス、パ
ンチ及びワークの立面断面図である。

【図１９】 実施の形態３にかかる製造方法で製造され
たプッシュロッドの立面断面図である。

【図２０】 プッシュロッドを用いたオーバーヘッドバ
ルブ型のエンジンの一部断面立面図である。

【図２１】 従来の圧入式中空プッシュロッドの縦断面
図である。

【図２２】 従来の溶接式中空プッシュロッドの縦断面
図である。

【符号の説明】

１…エンジン、２…シリンダブロック、３…シリンダヘ
ッド、４…シリンダ、５…ピストン、６…吸気バルブ、
７…吸気ポート、８…燃焼室、９…排気バルブ、１０…
排気ポート、１１…コネクチングロッド、１２…クラン
クアーム、１３…クランクシャフト、１４…駆動ギヤ、
１５…被駆動ギヤ、１６…カムシャフト、１７…カム、
１８…プッシュロッド、１９…回動軸、２０…ロッカア
ーム、２１…プッシュロッド、２２…回動軸、２３…ロ
ッカアーム、２５…第１ダイス、２６…ワーク、２７…
中空部、２８…第１パンチ、２９…芯金、３０…第２球
状支持端部（第２厚肉部）、３１…軸部、３２…第１球
状支持端部（第１厚肉部）、３３…中心部、３５…第２
ダイス、３６…第２パンチ、３８…中心部、４０…凸型
球面状端面、４１…凹型球面状端面、４２…平板状端
面、４３…穴部、４４…穴部、４５…縁部、４６…欠肉
部、５４…中心部、５５…凸型球面状端面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−244808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−106635（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−72212（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−32209（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭50−3862（ＪＰ，Ｙ２) 登録実用新案355991（ＪＰ，Ｚ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 1/14 B23K 1/20

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部を有する薄肉の軸部と、該軸部の
   軸線方向の両端部に形成されそれぞれ球面状端面を有す
   る第１及び第２の厚肉の球状支持端部とが一体形成され
   ている一体式中空プッシュロッドの製造方法であって、 プッシュロッド最大径より大きい外径を有するパイプ状
   の加工素材の円柱状空間部に、第１の端部近傍の所定の
   部位を除き、上記中空部の内径とほぼ等しい外径を有す
   る芯金を配置する芯金配置工程と、 上記加工素材に対して、第２の端部近傍の所定の部位を
   除き、絞り加工を施して、芯金が配置されていない部位
   に第１の厚肉部を形成する一方、芯金が配置されている
   部位に上記軸部を形成する第１の絞り加工工程と、 上記円柱状空間部から芯金を除去した上で、加工素材の
   第２の端部近傍の上記所定の部位に絞り加工を施して、
   該部位に第２の厚肉部を形成する第２の絞り加工工程
   と、 上記第１及び第２の厚肉部の端面をそれぞれ球面状に加
   工して、上記第１及び第２の球状支持端部を形成する球
   状支持端部形成工程とを備えていることを特徴とする一
   体式中空プッシュロッドの製造方法。
2. 【請求項２】 上記第１及び第２の絞り加工工程で、そ
   れぞれ、上記第１及び第２の厚肉部内の円柱状空間部が
   消滅するまで加工素材を絞って、上記第１及び第２の厚
   肉部に上記中空部を閉塞させるようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載された一体式中空プッシュロッドの
   製造方法。
3. 【請求項３】 上記パイプ状の加工素材に代えて、第１
   の端部近傍の部位が閉塞された略カップ状の加工素材を
   用いることを特徴とする請求項２に記載された一体式中
   空プッシュロッドの製造方法。
4. 【請求項４】 上記第１及び第２の絞り加工工程の少な
   くとも一方で、上記第１又は第２の厚肉部内の円柱状空
   間部が少量だけ残留するように加工素材を絞り、上記第
   １及び第２の厚肉部の少なくとも一方に、上記中空部を
   外部に連通させる小径の穴部を形成するようにしたこと
   を特徴とする請求項１に記載された一体式中空プッシュ
   ロッドの製造方法。
5. 【請求項５】 上記第１の絞り加工工程で、加工素材を
   第１の金型の穴部内に押し出して上記第１の厚肉部と上
   記軸部とを形成し、 上記第２の絞り加工工程で、凸状の球状型面を有する金
   具を用いて加工素材を第２の金型の穴部内に押し出し、
   上記第２の厚肉部を形成するとともに該厚肉部の端面に
   凹状の球面状端面を形成し、 上記球状支持端部形成工程で、上記第１の厚肉部の端面
   に機械加工を施して凸状の球面状端面を形成するように
   したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記
   載された一体式中空プッシュロッドの製造方法。
6. 【請求項６】 上記第２の金型の穴部の径を上記第１の
   金型の穴部の径よりも大きく設定することを特徴とする
   請求項５に記載された一体式中空プッシュロッドの製造
   方法。
7. 【請求項７】 上記第２の金型の穴部にテーパ部を設
   け、上記第２の絞り加工工程で、加工終了時点で加工素
   材の第２の端部を上記テーパ部内に位置させるようにし
   たことを特徴とする請求項５又は６に記載された一体式
   中空プッシュロッドの製造方法。
8. 【請求項８】 上記第１の絞り加工工程で、加工素材を
   第１の金型の穴部内に押し出して上記第１の厚肉部及び
   上記軸部を形成し、 上記第２の絞り加工工程で、加工素材をさらに上記第１
   の金型の穴部内に押し出して、上記第２の厚肉部を形成
   し、 上記球状支持端部形成工程で、上記第１及び第２の厚肉
   部の端面にそれぞれ機械加工を施して凸状の球面状端面
   を形成するようにしたことを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１つに記載された一体式中空プッシュロッドの
   製造方法。
9. 【請求項９】 上記第１の絞り加工工程で、加工素材を
   第１の金型の穴部内に押し出して上記第１の厚肉部及び
   上記軸部を形成し、 上記第２の絞り加工工程で、加工素材を、上記第１の金
   型の穴部よりも径が大きい穴部を有する第２の金型の該
   穴部内に押し出して、上記第２の厚肉部を形成し、 上記球状支持端部形成工程で、上記第１及び第２の厚肉
   部の端面にそれぞれ機械加工を施して凸状の球面状端面
   を形成するようにしたことを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１つに記載された一体式中空プッシュロッドの
   製造方法。