JP3738806B2 - 中空異径軸の製造装置及びその製造方法 - Google Patents

中空異径軸の製造装置及びその製造方法 Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカムシャフト等の径の異なる膨出部をその軸方向に複数有する中空異径軸の製造装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
この種の中空異径軸の製造装置及びその製造方法は例えば特開昭57-206530号公報に開示されている。この公知の製造装置及び製造方法によれば、先ず一対の成形型を金属製のパイプ材の径方向に型締めし、成形型間にパイプ材を挟持る。この後、パイプ材内を液圧により加圧することで、パイプ材をその径方向外側に変形させる。このような径方向外側への変形は成形型の型形状に従い行われ、これにより、径の異なる膨出部、つまり、そのカムやジャーナルを一体に有したカムシャフトが製造される。
【0003】
このようにして中空且つ一体型のカムシャフトが製造されると、その生産性の向上のみならず、その軽量化に伴い燃費もまた改善される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の製造装置及び製造方法により製造されるカムシャフトの場合、加工前のパイプ材径d1に対する加工後のパイプ材径d2が大きい、つまり拡管率(d2/d1)が大きなカムではその肉厚が大きく減少し、カムシャフトの回転時にカムシャフト軸受間で発生する曲げや動弁装置等の被駆動部材間で発生するカム面圧に対して十分な強度が得られない不具合がある。
【0005】
このような肉厚不足を解消するには、パイプ材全体における元の肉厚を予め増加させておけばよいが、この場合にはカムシャフトの重量が増加し、十分な軽量化が望めない。
本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、軽量化が図れ、且つ、その肉厚の制御を可能にした中空異径軸の製造装置及びその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は本発明の中空異径軸の製造装置(請求項1)によって達成され、この製造装置は、上述した成形型のそれぞれをパイプ材の軸方向に分割し、且つ、その軸方向に型閉じ可能に構成することで実現される。つまり、成形型はパイプ材の軸方向に分割され、且つ、その軸方向にパイプ材の変形量が大きくなるほど距離が長くなるように予め定められた所定距離だけ離間した複数の分割型部分から構成されている。
【0007】
本発明の製造方法(請求項2)は、上述した請求項1の製造装置を使用し、パイプ材が径方向外側への変形を受けた後、成形型の分割型部分、つまり、各分割成形型をパイプ材の軸方向に型閉じすることで、成形型の型形状に従いパイプ材を最終的に成形する。
分割成形型の型閉じは、パイプ材を成形しながら軸方向に圧縮し、その膨出部における肉厚の減少を補償する。ここで、軸方向に隣接する分割成形型間の間隔は、膨出部を形成するためのパイプ材の変形量に応じて設定される。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、ハイドロフォーミングを利用し、中空異径軸を製造するための製造装置が概略的に示されており、この製造装置は上下に離間した上側成形型2及び下側成形型4を備えている。上側成形型2は、水平方向に複数の分割型部分6a,6b,6c…に分割されており、また、下側成形型4もまた水平方向に複数の分割型部分8a,8b,8c…に分割されている。図1中には分割型部分は6e,8eまでが示されている。
【0009】
分割型部分6,8は互いに水平且つ平行な支持軸10にそれぞれ取り付けら、支持軸10に沿い所定の間隔を存して離間している。分割型部分6,8は支持軸10上を移動可能であり、また、チャック機構等(図示しない)により支持軸10に対して選択的に固定することができる。
上下の支持軸10はその両端が径方向型締め機構12にそれぞれ支持されており、これら径方向型締め機構12は支持軸10を介して上側成形型2及び下側成形型4を昇降させ、これら上側成形型2及び下側成形型4の型締め及び型開きを行うことができる。
【0010】
上側成形型2及び下側成形型4の内面はその全体が金属製のパイプ材を中空異径軸として成形するための成形型面を構成している。より詳しくは、上側成形型2の各分割型部分6はその内面が下側成形型4の対応する分割型部分8の内面と対向し、これら分割型部分6,8の内面はそれぞれ段付きの円弧溝に形成されている。つまり、各円弧溝は小径部7,9及び大径部17,19を有する。
【0011】
具体的には、上側成形型2及び下側成形型4において、互いに隣接する分割型部分6,8は、成形されるべき中空異径軸の1つの大径部、つまり、その1つの膨出部を成形する型面部分を規定しており、例えば分割型部分6a,6bと分割型部分8a,8bとが1つの膨出部を形成する成形型単位となる。また、各々の小径部7,9及び各々の大径部17,19は互いに隣接しないように配置されており、パイプ材Aの変形時に外径側に最も突出する膨出部の中央部分が分割型部分間に設けられた間隔部分に突出するのを防止している。
【0012】
このような成形型単位内において、隣接する分割型部分間の間隔は、膨出部を形成するためのパイプ材Aの変形量、つまり、拡管率や膨出部が要求する肉厚に応じて設定される。
例えばカムシャフトに設けられるカムの場合は、拡管率が最大となる部分はカムトップ部であり、また、要求する肉厚が最大となる部分カムシャフト回転時にカムシャフト軸受間で発生する曲げや動弁装置等の被駆動部材間で発生するカム面圧が最も大きくなる部分である。従って、分割型部分間の間隔は上記変形量を考慮して適宜設定される。
【0013】
上述した上側成形型2及び下側成形型4のうち、右端に位置する分割型部分6,8は軸方向型閉じ機構14に連結されている。今、分割型部分6a,8aを除いて残りの分割型部分6,8が支持軸10上を移動可能であるとき、つまり、残りの分割型部分6,8のチャック機構が開かれている状態にあるとき、軸方向型閉じ機構14は最も右端にある分割型部分6,8を左方に向けて押し出すことで、残りの分割型部分6,8が支持軸10上を案内され、左端の分割型部分6a,8aから連なるように互いに密着する。つまり、上側成形型2及び下側成形型4における各成形型単位は、支持軸10に沿う軸方向に型閉じされることになる。
【0014】
更に、製造装置は液圧供給源16を備えており、この液圧供給源16はハイドロフォーミングに必要な液圧や液量を供給することができる。
次に、図2〜図5を追加し、上述の製造装置を使用した中空異径軸の製造方法を説明する。
今、図1に示すように上側成形型2及び下側成形型4が型開きされた状態にあるとき、これら各成形型2,4の各分割型部分6,8は支持軸10に対して固定状態にあり、そして、隣接する分割型部分6(8)間には成形すべき中空異径軸の形状に応じて、所定の間隔がそれぞれ確保されている。
【0015】
このような状態で、成形型2,4間にスチール製のパイプ材Aが挿入される。ここで、パイプ材Aはその両端がプラグ(図示しない)を介して液密に閉塞され、そして、パイプ材A内はその一方のプラグを介して前述した液圧供給源16に接続され、その内部は圧液により満たされている。
この後、上側成形型2及び下側成形型4はその径方向型締め機構12の作動を受けて型締めされ、図2に示すようにこれら成形型2,4間にパイプ材Aが配設され、そして、この型締めが維持された状態で、液圧供給源16はパイプ材Aの内圧を液量を変化させたり、又は外部圧力を加えることによって所定の第1圧力まで加圧する。このような加圧により、図3に示すようにパイプ材Aはその径方向外側に向けて変形し、各分割型部分6,8の段付きの円弧溝からなる型面に部分的に接触した状態まで拡径する。つまり、成形型単位を構成する2個ずつの分割型部分6,8間にてパイプ材Aのハイドロフォーミングが実施され、パイプ材Aに膨出部B1が形成される。ここで、図3から明らかなように成形型単位を構成する分割型部分6,8において、その段付き円弧溝の小径部分7,9は膨出部B1を両側から挟み付けるようにパイプ材Aに食い込み、その軸方向にパイプ材Aを拘束している。このとき、大径部17,19は膨出部B1のほぼ中央部分と接し、膨出部B1が分割型部分間にはみ出して突出するのを防止している。なお、液圧供給源16により調圧される第1圧力は少なくとも膨出部B1の中央部分が大径部17,19にほぼ接触する状態まで変形する圧力以上に予め設定されているとともに、膨出部B1の中央部分が大径部17,19にほぼ接触する状態となった後に分割型部分間にはみ出して突出しない圧力以下の範囲に設定されるように、パイプ材A内に供給される圧液量やパイプ材A内の圧液に加えられる外部圧力によって制御されることが好ましい。
【0016】
この後、図4に示すように液圧供給源16はパイプ材Aの内圧を第1圧力から所定の第2圧力まで低下させるとともに、分割型部分6のうち、例えば左端の分割型部分6a,8aを除き、支持軸10に対する残りの分割型部分6,8の固定が解除され、そして、前述した軸方向型閉じ機構14が作動される。軸方向型閉じ機構14の作動は、残りの分割型部分6,8を左端の分割型部分6a,8aに向けて順次移動させ、この結果、図4に示すように残りの分割型部分6,8は左端の分割型部分6a,8aから連なるようにして互いに密着し、分割型部分6,8における軸方向の型閉じが実施される。
【0017】
このような軸方向の型閉じはパイプ材Aをその軸方向に型鍛造することなるので、各膨出部B1は密着状態の成形型単位内にて、その型形状(段付き円弧溝の大径部の形状)に精密に従う膨出部B2として成形される。つまり、分割型部分6(8)における段付き円弧溝の輪郭にまで精密に材料が入ることになる。
また、ここでの型閉じは、隣接する分割型部分6(8)間でのパイプ材Aの軸長を短縮させる。それ故、その短縮した分のパイプ材Aの材料は前述した膨出部B2に補給されることになり、各膨出部B2の肉厚は増加する。つまり、ハイドロフォーミングのみによる膨出部B2の成形ではその肉厚の減少を伴うが、上述の型閉じを実施することで、膨出部B2での肉厚の減少を補償できる。なお、前述したように型閉じによる肉厚の増加分は隣接する分割型部分6(8)間の離間距離により決定されるから、その離間距離を調整するだけで、膨出部B2の肉厚を容易に制御でき、その膨出部B2に所望の肉厚を与えることができる。
【0018】
なお、上述の型閉じは、パイプ材Aの内圧を第2圧力まで減圧した状態で実施されるが、必要に応じ、パイプ材Aの内圧を加圧状態のままで実施してもよい。更に、分割型部分6(8)における段付き円弧溝の輪郭までより一層精密に材料を入れるために液圧供給源16によりパイプ材Aの内圧を所定の第3圧力まで再度加圧してもよい。この第3圧力は上述の第1圧力と同等若しくはその以上の圧力に設定される。このとき、膨出部B2の肉厚は上述の工程により十分な肉厚を有しているため再度加圧しても肉厚が薄くなって強度が低下することはなく、また、分割型部分6(8)が互いに近接しているため互いの分割型部分6(8)間に膨出部B2がはみ出して突出することもない。また更に、上述の第1圧力が低く膨出部B1が大径部17,19に接触しないようなものであっても再度加圧することによって第1圧力の設定を容易にしながら精密な膨出部B2を得ることができる。
【0019】
この後、図5に示されるように上型成形型2及び下側成形型4は共に径方向に型開きされ、径の異なる複数の膨出部B2を有した中空異径軸Cが得られる。
上述した中空異径軸Cの製造装置及び製造方法は、例えば図6及び図7に示すような一体型のカムシャフトCS,CDの製造に使用することができる。これらカムシャフトCS,CDは一般的なSOHC及びDOHCエンジンのものであり、膨出部B2としてカムD及びジャーナルEを一体に有している。
【0020】
ここで、本発明の製造装置及び製造方法をカムシャフトに適用するにあたり、ジャーナルEを成形する成形型単位の分割型部分6,8に関し、その型面形状(段付き円弧溝)は同一であるが、カムDを成形する成形型単位の分割型部分6,8に関し、その型形状(段付き円弧溝)が異なることは言うまでもない。
上側成形型2及び下側成形型4は分割タイプであるので、各分割型部分6,8毎に、その段付き円弧溝の加工を行うことができ、その段付き円弧溝、つまり、型面を高精度に加工することができる。この結果、中空異径軸がカムシャフトとして製造される場合、そのカムのプロフィールを高精度に成形することができ、この後のカム面の仕上げ加工が不要になるか、または容易となる。
【0021】
本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば製造装置にあっては、例えば下側成形型4に対し上側成形型2のみを接離させて、その型締め及び型開きを行うようにしてもよいし、径方向の型締め、型開きを可能とするための成形型の構成を上側成形型2と下側成形型4との二分割構成に換えて、3分割以上としてもよい。また、各分割型部分における軸方向型閉じにあっては、上下の各分割型部分6,8を同時且つ連動して移動させるようにしてもよいなど、その軸方向型閉じの仕方は適宜変更可能である。
【0022】
更に、本発明の製造装置及び製造方法はカムシャフトのみに限らず、段付きギヤに歯切りされる中空異径軸をも含め、径の異なる膨出部を複数有する種々の中空軸部材の製造に適用可能である。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の中空異径軸の製造装置(請求項1)及び製造方法(請求項2)によれば、成形型を分割タイプとし、その個々の分割型部分を金属製のパイプ材の軸方向に型閉じ可能としてあるので、この軸方向の型閉じにより、軽量化を図り、且つ、膨出部に所望の肉厚が確保可能な中空異径軸を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の製造装置の概略図である。
【図2】図1の状態から上下の成形型が型締めされた状態を示す図である。
【図3】図2の状態からパイプ材が径方向外側に塑性変形した状態を示す図である。
【図4】図3の状態から、上下の各分割型部分が軸方向に型閉じされた状態を示す図である。
【図5】図4の状態から上下の成形型が型開きされた状態を示す図である。
【図6】中空異径軸として製造された4気筒用SOHC用カムシャフトの断面図である。
【図7】中空異径軸として製造された3気筒用DOHC用カムシャフトの断面図である。
【符号の説明】
2 上側成形型
4 下側成形型
6 分割型部分
8 分割型部分
10 支持軸
12 径方向型締め機構
14 軸方向型閉じ機構
16 液圧供給源

Claims (2)

  1. 金属製パイプ材の径方向に型締めされる成形型を備え、型締めされた成形型に前記パイプ材を配設した状態で前記パイプ材内を液圧により加圧し、前記パイプ材を前記成形型の型形状に従い径方向外側に変形させて、膨出部を有した中空異径軸を製造する製造装置において、
    前記成形型はそれぞれ、前記パイプ材の軸方向に分割され、且つ、前記軸方向に前記パイプ材の変形量が大きくなるほど距離が長くなるように予め定められた所定距離だけ離間した複数の分割型部分からなり、
    前記分割型部分は前記パイプ材が径方向外側への変形を受けた後、前記パイプ材の前記軸方向に型閉じされ、前記パイプ材を前記成形型の型形状に従い成形することを特徴とする中空異径軸の製造装置。
  2. 金属製パイプ材の径方向に型締め且つその軸方向に型閉じ可能な複数の分割成形型を前記パイプ材の変形量が大きくなるほど距離が長くなるように予め定められた所定距離だけ前記パイプ材の軸線方向に離間させ、この後、前記分割成形型を前記径方向に型締めして前記パイプ材を前記分割成形型内に配設する第1工程と、
    前記パイプ材内を液圧により加圧し、前記パイプ材を径方向外側に変形させる第2工程と、
    前記分割成形型を前記軸方向に型閉じする第3工程とを含み、
    前記パイプ材は前記第3工程を経て、前記分割成形型の型形状に従って膨出部を有した中空異径軸に成形されることを特徴とする中空異径軸の製造方法。
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