WO2005056986A1

WO2005056986A1 - カムシャフト、カムシャフト用のカムの製造方法及びカムシャフト用シャフトの製造方法

Info

Publication number: WO2005056986A1
Application number: PCT/JP2004/018510
Authority: WO
Inventors: Fumio Takeshima; Koji Satake; Hideo Kurasawa; Kozo Ono
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2005-06-23
Also published as: EP1707763A4; US7628129B2; EP1707763A1; US20070144468A1

Abstract

　最終製品よりも所定量だけ大きな体積を有するビレットに対して輪郭予備据え込み成形、輪郭絞り成形、内径面及び外径面の同時打ち抜き成形、余剰分を内径面にバリとして形成する押圧成形、内径面のバリを打ち抜く内径面打ち抜き成形、内径面及び外径面の同時しごき成形からなる複数の冷間鍛造成形工程を連続して遂行することにより、カム（プロフィール）面の最終の仕上げ加工（機械加工）を不要とし、高い寸法精度を有するカムシャフト用のカムの最終製品を得る。

Description

明細書

カムシャフト、カムシャフト用のカムの製造方法及びカムシャフト用シャフトの製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、エンジンのバルブを開閉させるためのカムシャフト、該カムシャフト用のカムの製造方法及びカムシャフト用のシャフトの製造方法に関する。

背景技術

[0002] ガソリンエンジン等において、クランクシャフトと連動して回転し、吸気及び排気バルブの開閉タイミングを制御する組立式のカムシャフトが知られている。

[0003] この組立式のカムシャフトは、例えば、シャフト本体を金属製のパイプで構成し、このパイプをカムピースのシャフト揷入孔に圧入等の方法によって固定している。

[0004] この種の従来技術に係るカムシャフトの製造方法として、例えば、特開平 8— 90139 号公報（日本）には、製品としてのカムに対応する容積を有する丸棒状延伸鋼材を 1 250— 1280°Cまで加熱した後、型打ちによる熱間鍛造成形を行うことが開示されている。

[0005] また、特開 2001— 355709号公報（日本)及び特開 2002— 147572号公報（日本）には、 V、わゆるファインブランキング (精密打ち抜き）法を用いて型だれを抑制することにより、成形精度と製造コストを両立させる技術的思想が開示されている。

[0006] しかしながら、特開平 8— 90139号公報に開示された熱間鍛造成形方法を使用した場合、鍛造品の表層部に酸ィ匕物層が形成されると共に、型打ち鍛造によってバリのしわ傷や巻き込み傷が発生するために、仕上げ加工として機械加工が必要となる

[0007] さらに、特開 2001— 355709号公報及び特開 2002-147572号公報に開示されたファインブランキング法を使用した場合、前記ファインブランキング法が剪断加工であるため、その破断面又は型だれの発生を抑制して最小となることを目的としている力加工品であるカムの表面に破断面あるいは型だれが発生すると、カム面でバルブを押圧する際に面圧が局部的に上昇するという問題がある。 [0008] 一方、カムとカムシャフトとを結合することによって一体化した組み立て式カムシャフトにおいては、カムがシャフトに対して滑りを生じると、クランクシャフトとバルブの開閉動作の同期がとれなくなる。このような背景から、特開平 7-293666号公報（日本）には、カムの嵌合孔内に廻り止め機構を設ける技術が提案されている。

[0009] また、特開平 11— 107712号公報（日本）には、中空状のシャフトにカムを嵌合させ、塑性加工によって軸部を膨出させてカムを固定する技術が提案されて、る。

[0010] これらの特開平 7-293666号公報及び特開平 11— 107712号公報において提案されている技術では、廻り止め機構を形成するための加工が必要であることからその分の工程を要する。また、廻り止め機構を備えることからシャフトやカムの形状が複雑になっている。

[0011] さらに、特開昭 52-50963号公報（日本）には、カムシャフトの製造方法としては冷間鍛造を用いて低コストで短時間に形成する技術が提案されている。

[0012] この特開昭 52— 50963号公報において提案されている技術はブレーキドラム用力ムシャフトの製法に関する技術であり、カムは平板形状となっている。エンジンにおいてノレブを開閉させるためにはカムを用いることから、特開昭 52-50963号公報にぉ、て提案されて、る技術はエンジン用のカムシャフトには適用できな、。

[0013] また、シャフトとカムとを別に製造した後に組み立ててカムシャフトを得る場合には、シャフトとカムとに廻り止め機構を形成するための加工が必要であり、その分の工程を要する。また、廻り止め機構を備えることからシャフトやカムの形状が複雑になる。発明の開示

[0014] 本発明は、前記の点を考慮してなされたものであり、工程数を低減し、より生産性の高、カムシャフトを提供することである。

[0015] また、本発明の他の目的は、複数の冷間鍛造成形工程を連続して遂行すること〖こより、最終の仕上げ加工 (機械加工)を不要とし、高い寸法精度を得ることが可能な力ムシャフト用のカムの製造方法を提供することを目的とする。

[0016] さらに本発明は、圧入されたカムが周方向に滑りにくいカムシャフト用のシャフトを少ない工程数で製造することを可能とするカムシャフト用のシャフトの製造方法を提供することを目的とする。 [0017] 前記の目的を達成するために、本発明は、表面に粉末状潤滑剤を施した状態で冷間鍛造により形成されたシャフトと、前記シャフトに設けられるカムとを有し、前記カムは前記シャフトに圧入されて、ることを特徴とする。

[0018] このように、カムをシャフトに対して圧入することにより、カムはシャフトに対して固定され、別途カムを固定する工程が不要である。また、圧入によりカムが固定されること力も廻り止め機構が不要であり、廻り止め機構を形成するための工程が不要である。従って、工程数を低減し、生産性を向上させることができる。シャフト自体も冷間鍛造により形成されることから、生産性を向上させることができる。

[0019] この場合、前記粉末状潤滑剤は、石灰又はほう砂であるとょヽ。

[0020] また、前記シャフトには、剪断加工により形成された面取り部が設けられていると、コンロッド等の他の部材との干渉を避けることができる。また、剪断加工することにより、冷間鍛造により形成されたシャフトの寸法精度を維持することができる。

[0021] さらに、前記シャフトの側方には、剪断成形によってカット面を形成すると、コンロッド等の他の部材との干渉を避けることができる。また、剪断成形によれば、冷間鍛造により形成されたシャフトの寸法精度を維持することができる。

[0022] 前記カムのシャフト挿入孔は打ち抜き成形により形成されていてもよい。打ち抜き加ェによれば、カムの軸心孔を簡便に形成することができる。

[0023] 軸心部にギヤを有し、前記ギヤが前記シャフトに圧入されるようにしてもよい。この場合、前記ギヤは、軸心部に金属ブッシュを備える合成樹脂製であり、前記金属ブッシュが前記シャフトに圧入されるようにしてもよ、。

[0024] 前記シャフトは、径の異なる段差部を有し、前記カムは、前記段差部に当接して位置決めされて、ると、カムを容易かつ正確に位置決めすることができる。

[0025] 本発明に係るカムの製造方法は、最終製品よりも所定量だけ大きな体積を有する鍛造用素材に対して輪郭予備据え込み成形を行い、荒形状からなる第 1次冷間鍛造成形体を得る。

[0026] 続ヽて、前記第 1次冷間鍛造成形体に対して輪郭絞り成形を行!ヽ、輪郭形状に沿つて流動した余剰肉が外径面にバリとして形成された第 2次冷間鍛造成形体を得る。

[0027] 次に、前記第 2次冷間鍛造成形体に対して内径面及び外径面の同時打ち抜き成形を行い、前記外径面に形成されたノリを除去すると共に、シャフト挿入孔よりも小径な逃がし孔が内径に形成された第 3次冷間鍛造成形体を得る。

[0028] さらに、前記第 3次冷間鍛造成形体を押圧する押圧成形を行い、所定の肉厚寸法に形成されると共に、余剰肉が内径面にバリとして形成された第 4次冷間鍛造成形体を得る。

[0029] さらにまた、前記第 4次冷間鍛造成形体に対して内径面打ち抜き成形を行い、前記内径面に形成されたバリを除去すると共に、シャフト挿入孔に対応する孔部が形成された第 5次冷間鍛造成形体を得る。

[0030] 最後に、前記第 5次冷間鍛造成形体に対して内径面及び外径面の同時しごき成形を行うことにより、例えば、カム (プロフィール)面に対して切削研磨カ卩ェ等の仕上げ加工を施すことがなぐ寸法精度及び所定の面粗度が確保された最終製品が得られる。

[0031] なお、前記鍛造用素材に対して輪郭予備据え込み成形を行った際、第 1次冷間鍛造成形体の周縁部に面取り部を形成し、輪郭絞り成形によって外径面に形成されるバリに近接する一方の面の周縁部に形成される第 1面取り部の面積を、前記一方の面と反対側の他方の面の周縁部に形成される第 2面取り部の面積よりも大きく設定ことにより、前記輪郭絞り成形が円滑になされる。

[0032] 本発明に係るカムシャフト用のシャフトの製造方法は、円柱状の素材の外周面に粉末状潤滑剤を塗布する第 1の工程と、前記素材の一方の端部を軸方向に押圧し、前記素材を複数の異なる径に絞り形成する第 2の工程と、前記端部を軸方向に押圧するとともに、他方の端部を固定し、前記素材の一部分を外径方向に膨出させて環状膨出部を形成する第 3の工程と、前記環状膨出部を軸方向に押圧して力さ部を形成するとともに、前記素材を複数の異なる径に絞り形成する第 4の工程とを有し、前記第 2工程、前記第 3工程及び前記第 4工程は、冷間鍛造により行われることを特徴とする。

[0033] このように、素材に粉末状潤滑剤を塗布した後に冷間鍛造を行うことにより、圧入されたカムが周方向に滑りにくいカムシャフト用のシャフトを少な、工程数で製造することがでさる。図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本実施の形態に係るカムシャフト用のカムの製造方法によって製造されるカムシャフトが用いられるエンジンの概略構成図である。

[図 2]図 2は、図 1に示すカムシャフトの斜視図である。

[図 3]図 3は、本実施の形態に係るカムシャフト用のカムの製造工程を示すフローチヤートである。

[図 4]図 4は、所定長に切断されたビレットの平面図である。

[図 5]図 5は、前記ビレットの縦断面図である。

[図 6]図 6は、前記ビレットの斜視図である。

[図 7]図 7は、第 1冷間鍛造用金型によって前記ビレットに輪郭予備据え込み成形が施された第 1次冷間鍛造成形体の平面図である。

[図 8]図 8は、前記第 1次冷間鍛造成形体の縦断面図である。

[図 9]図 9は、前記第 1次冷間鍛造成形体の斜視図である。

[図 10]図 10は、前記第 1冷間鍛造用金型の概略縦断面構造図である。

[図 11]図 11は、図 8に示す第 1次冷間鍛造成形体の部分拡大縦断面図である。

[図 12]図 12は、第 2冷間鍛造用金型によって前記第 1次冷間鍛造成形体に輪郭絞り成形が施された第 2次冷間鍛造成形体の平面図である。

[図 13]図 13は、前記第 2次冷間鍛造成形体の縦断面図である。

[図 14]図 14は、前記第 2次冷間鍛造成形体の斜視図である。

[図 15]図 15は、前記第 2冷間鍛造用金型の概略縦断面構造図である。

[図 16]図 16は、第 3冷間鍛造用金型によって前記第 2次冷間鍛造成形体に内径面及び外径面の同時打ち抜き成形が施された第 3次冷間鍛造成形体の平面図である

[図 17]図 17は、前記第 3次冷間鍛造成形体の縦断面図である。

[図 18]図 18は、前記第 3次冷間鍛造成形体の斜視図である。

[図 19]図 19は、前記第 3冷間鍛造用金型の概略縦断面構造図である。

[図 20]図 20は、第 4冷間鍛造用金型によって前記第 3次冷間鍛造成形体にその余剰分をバリとして形成する押圧成形が施された第 4次冷間鍛造成形体の平面図である。

図 21]図 21は、前記第 4次冷間鍛造成形体の縦断面図である。

図 22]図 22は、前記第 4次冷間鍛造成形体の斜視図である。

図 23]図 23は、前記第 4冷間鍛造用金型の概略縦断面構造図である。

図 24]図 24は、第 5冷間鍛造用金型によって前記第 4次冷間鍛造成形体の内径面のバリを打ち抜く内径面打ち抜き成形が施された第 5次冷間鍛造成形体の平面図である。

図 25]図 25は、前記第 5次冷間鍛造成形体の縦断面図である。

図 26]図 26は、前記第 5次冷間鍛造成形体の斜視図である。

図 27]図 27は、前記第 5冷間鍛造用金型の概略縦断面構造図である。

図 28]図 28は、第 6冷間鍛造用金型によって前記第 5次冷間鍛造成形体の内径面及び外径面の同時しごき成形が施された最終製品の平面図である。

図 29]図 29は、前記最終製品の縦断面図である。

図 30]図 30は、前記最終製品の斜視図である。

図 31]図 31は、前記第 6冷間鍛造用金型の概略縦断面構造図である。

図 32]図 32は、シャフトの側面図である。

図 33]図 33は、シャフトに面取り部を形成するためのカット治具の分解斜視図である図 34]図 34は、カムシャフトを製作する工程を示すフローチャートである。

図 35]図 35は、素材に潤滑材を塗布しながら引き抜き加工を行う様子を示す図である。

図 36]図 36は、素材力切り出したワークに絞り加工を行う様子を示す図である。図 37]図 37は、ワークにかさ形成力卩ェを行う様子を示す図である。

図 38]図 38は、ワークに仕上げ力卩ェを行う様子を示す図である。

図 39]図 39は、ダイスの段差部における側面拡大断面図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明に係るカムシャフト、該カムシャフト用のカムの製造方法及びカムシャフト用のシャフトの製造方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

[0036] 図 1は、本実施の形態に係るカムシャフト用のカムの製造方法により製造される組立式のカムシャフト 10が用いられるエンジン 12の概略構成図を示す。このカムシャフト 10は、例えば、単気筒のエンジン 12に用いられるものであって、クランクシャフト 14 の回転に同期してプッシュロッド 16を押し上げることによりロッカーアーム 18を操作してバルブ 20を開閉させることができる。

[0037] ノレブ 20は給気用と排気用の 2つが設けられており、それぞれ個別のロッカーァーム 18及びプッシュロッド 16が設けられている。カムシャフト 10には、 2つのプッシュ口ッド 16をそれぞれ個別に押し上げるために、位相の異なる 2つのカム 22及びカム 24 が設けられている。

[0038] 図 2に示すように、カムシャフト 10は、冷間鍛造により成形されたシャフト 26と、該シャフト 26に圧入されたカム 22及びカム 24と、前記クランクシャフト 14の駆動ギヤ 14a ( 図 1参照）に嚙合してシャフト 26を回転させる合成樹脂製 (例えば、ナイロン等)のギャ 28とを有する。ギヤ 28の軸心部には金属ブッシュ 28a (例えば、 JIS G4051における S35C (炭素含有量 0. 32-0. 38重量％の機械構造用炭素鋼材)等の炭素鋼）が設けられており、該金属ブッシュ 28aがシャフト 26に圧入されている。

[0039] ギヤ 28は合成樹脂をインジェクション成型することにより形成され、その際、金属ブッシュ 28aを予めインサートしておくとよい。ギヤ 28には金属ブッシュ 28aが設けられることにより、シャフト 26を確実に圧入 ·締結することができる。ギヤ 28には、例えば、合成樹脂を用いることにより、インジェクション成型等の生産効率の高い生産方法を用いることができ、し力も金属のギヤに比べて軽量にすることができる。

[0040] なお、ギヤ 28は、エンジン 12の仕様等に応じて金属を用いたプレスカ卩ェ品、機械加工品又は焼結成形品等であってもよ!/、。

[0041] 前記カム 22 (24)には、プッシュロッド 16の下端面に接触して該プッシュロッド 16を上方に向かって押圧するカム（プロフィール）面 30と、シャフト 26が挿入される貫通したシャフト挿入孔 32とが設けられる（図 2参照)。

[0042] 次に、前記カム 22 (24)の製造工程について、図 3に示すフローチャートに沿って説明する。 [0043] 先ず、ステップ SIでは、図示しない棒状材料を所定長に切断することにより、鍛造用素材として円柱状のビレット 34を得る（図 4一図 6参照)。このビレット 34は、最終製品であるカム 22 (24)の体積に対応するものではなぐ最終製品であるカム 22 (24) の体積とバリとして除去される体積とが加算された体積力もなる。なお、前記ビレット 3 4は、図示しないコイル材を剪断して得てもよい。

[0044] ステップ S2では、前記ステップ S1で得られたビレット 34を図 10に示される第 1冷間鍛造用金型 36のキヤビティ 38に装填し、パンチ 40によって前記ビレット 34を加圧することにより、輪郭予備据え込み成形を行う。

[0045] この輪郭予備据え込み成形では、パンチ 40を介してビレット 34を上方力も押圧することにより、最終製品の厚さ寸法よりも厚ぐ外周の輪郭寸法 (幅寸法)が大きく設定された荒形状からなる第 1次冷間鍛造成形体 42が形成される（図 7—図 9参照)。

[0046] この第 1次冷間鍛造成形体 42は、前記パンチ 40によって塑性変形された部分が力ム面を形成する先端部 44の方向に対して十分に流動して、な、ため、前記先端部 4 4は他の部位と比較して薄くなつている（図 9参照)。

[0047] また、第 1次冷間鍛造成形体 42では、上面 (一方の面)の周縁部に環状傾斜面からなる第 1面取り部 46aが形成され、反対側の下面 (他方の面)の周縁部に環状傾斜面力もなる第 2面取り部 46bが形成される。この場合、上面に形成された第 1面取り部 46aの面積は、下面に形成された第 2面取り部 46bの面積よりも大きくなるように設定される（図 11参照)。この場合、パンチ側を上方向とし、ダイス側を下方向としている。

[0048] 第 1次冷間鍛造成形体 42の上下面にそれぞれ第 1及び第 2面取り部 46a、 46bを形成することにより、後述するステップ S4において、外径面のバリ 56を切断する際にその切断面に対してバリが発生することを阻止することができる。従って、ステップ S4 の後工程で特別にバリを除去する作業を設けることがなぐ作業工程を簡素化することがでさる。

[0049] 次に、ステップ S3では、前記ステップ S2で得られた第 1次冷間鍛造成形体 42を図 15に示される第 2冷間鍛造用金型 48のキヤビティ 50に装填し、パンチ 52によって前記第 1次冷間鍛造成形体 42を加圧することにより、輪郭絞り成形を行う。

[0050] なお、第 2冷間鍛造用金型 48の下型 48aによって形成されるキヤビティ 50の幅方向寸法 Aを、第 1冷間鍛造用金型 36の下型 36aによって形成されるキヤビティ 38の幅方向寸法 Bと比較して小さく設定することにより、輪郭絞り成形を円滑に遂行することができる（図 10と図 15とを比較参照)。

[0051] この輪郭絞り成形では、パンチ 52を介して第 1次冷間鍛造成形体 42を上方力押圧することにより、最終製品の形状に対応する外周面の輪郭形状に沿って塑性変形した肉が流動し、前記輪郭予備据え込み工程で不十分であった先端部 44aに塑性肉が十分に充填された第 2次冷間鍛造成形体 54が形成される（図 12—図 14参照）

[0052] なお、前記第 2次冷間鍛造成形体 54の上面部近傍の外周面には、外周面の輪郭形状に沿って流動した余分な肉の体積分が環状のバリ 56として形成される（図 13参照)。また、前記輪郭絞り成形は、前工程で形成された第 1及び第 2面取り部 46a、 4 6bに何ら影響を与えることがなぐ外周面の輪郭に沿ってなされる。

[0053] ステップ S4では、前記ステップ S3で得られた第 2次冷間鍛造成形体 54を図 19に示される第 3冷間鍛造用金型 58に装填し、ダイス 60の孔部 62内に挿入される中空のパンチ 64によって前記第 2次冷間鍛造成形体 54を上方力も押圧することにより、外周面力も突出するノリ 56を打ち抜くと共に、シャフト 26の挿入位置に、次工程以降での流動肉の余剰分を流動させるために、最終製品のシャフト挿入孔 32の内径よりも小径な逃がし孔 66を下型 58aに固定された固定パンチ 68によって打ち抜いた内径面及び外径面の同時打ち抜き成形を行う。

[0054] この内径面及び外径面の同時打ち抜き成形では、外周面力突出するバリ 56を打ち抜く際、前記外周面がしごかれてバリが発生することなく面精度が向上した破断面を有し、しかも、内径面にシャフト挿入孔 32よりも小径な逃がし孔 66が穿孔された第 3次冷間鍛造成形体 70が形成される（図 16—図 18参照)。

[0055] 前記逃がし孔 66は、次工程以降において、外周面を拘束した状態で内径側にのみ流動肉の余剰分を流動させるために形成されるものである。

[0056] ステップ 5では、前記ステップ S4で得られた第 3次冷間鍛造成形体 70を図 23に示される第 4冷間鍛造用金型 72のキヤビティに装填し、前記第 3次冷間鍛造成形体 70 の外周面が金型面によって拘束された状態で、下型 72a側に向力つて所定長だけ突出する環状段付き部 74を有するパンチ 76によって前記第 3次冷間鍛造成形体 70を押圧することにより、所定の肉厚に形成すると共に、余剰分の流動肉を内径面にバリ 78として形成する押圧成形を行う。

[0057] 前記押圧成形では、次工程で内径面の打ち抜き成形をするための予備成形として上面及び下面に近接する逃がし孔 66の部位にそれぞれガイド孔 80を有し、し力も、最終製品と略同一の厚さ寸法に設定された第 4次冷間鍛造成形体 82が形成される（図 20—図 22参照）。

[0058] なお、前記一組のガイド孔 80の間には、厚さ方向に沿って貫通する貫通孔 84が形成され、次工程で内径面のバリ 78を除去する際、素材が流動しやすいように形成されている。

[0059] ステップ S6では、前記ステップ S5で得られた第 4次冷間鍛造成形体 82を図 27に示される第 5冷間鍛造用金型 86のキヤビティに装填し、前記第 4次冷間鍛造成形体 82の外径面を拘束した状態で、該第 4次冷間鍛造成形体 82の上面を中空状のパンチ 88によって押圧することにより、該第 4次冷間鍛造成形体 82の内径面に形成されたバリ 78を、下型 86aに固定された固定パンチ 90で打ち抜く内径面打ち抜き成形を行う。

[0060] この内径面打ち抜き成形では、第 4次冷間鍛造成形体 82の内径面に形成されたノリ 78を打ち抜くことにより、所定の内径力もなるシャフト挿入孔 32を有する第 5次冷間鍛造成形体 92が形成される（図 24—図 26参照)。

[0061] ステップ S7では、前記ステップ S6で得られた第 5次冷間鍛造成形体 92を図 31に示される第 6冷間鍛造用金型 94のキヤビティに装填し、前記第 5次冷間鍛造成形体 92の外径面を金型面で拘束した状態で、下型 94aに固定された固定パンチ 96がシャフト挿入孔 32に沿って進入されるように、該第 5次冷間鍛造成形体 92の上面を中空状のパンチ 98によって押圧する、内径面及び外径面のしごき成形を同時に行う。

[0062] 内径面及び外径面の同時しごき成形を行うことにより、前記内径面及び外径面に所定の面粗度が確保されたカム 22, 24としての最終製品（図 28—図 30参照）を得ることができる（ステップ S8)。なお、前記ステップ S 2からステップ S8までの工程をへッダーある!/、は鍛造プレスによって連続結成形してもょ、。 [0063] なお、カム 22とカム 24はシャフト 26における圧入箇所の径に応じてシャフト揷入孔 32の径を相違させるようにするとよい。この場合、各径に応じた固定パンチ 96を用いればよい。

[0064] 本実施の形態では、第 1一第 6冷間鍛造用金型 36、 48、 58、 72、 86、 94を用い、輪郭予備据え込み成形、輪郭絞り成形、内径面及び外径面の同時打ち抜き成形、余剰分を内径面にバリ 78として形成する押圧成形、内径面のバリ 78を打ち抜く内径面打ち抜き成形、内径面及び外径面の同時しごき成形からなる複数の冷間鍛造成形工程を連続して遂行することにより、カム (プロフィール)面の最終の仕上げカ卩ェ（機械加工)を不要とし、高、寸法精度を有する最終製品を得ることができる。

[0065] 従って、本実施の形態では、最終製品の外周面に破断面や型だれ等が発生することがなぐカム面として所定の面粗度が確保されると共に、シャフトが圧入されるシャフト挿入孔として所定の嵌合寸法が確保された最終製品を得ることができる。

[0066] さらに、本実施の形態では、最終製品よりも大なる体積を有するビレット 34を用い、輪郭絞り成形によって外径面に余剰分のバリ 56を形成し、押圧成形によって内径面に余剰分のバリ 78を形成し、前記外径面のバリ 56及び内径面のバリ 78をそれぞれ打ち抜き成形によって除去して、る。

[0067] この場合、最終製品に対応する体積を有するビレットを用いて複数の鍛造成形によつて鍛造成形品を成形した場合と比較して、本実施の形態では、輪郭絞り成形において肉の流動方向が外径面側となる単一の方向からなり、また、押圧成形において外径面が拘束されているために肉の流動方向が内径面側となる単一の方向力もなり、その剰余分をバリ 56、 78として除去しているために、例えば、切削研磨加工等によつて最終の仕上げ加工が不要となり、高精度な面粗度と寸法精度を有する最終製品を得ることができる。

[0068] 次に、シャフト 26の形状について、図 32を参照しながら説明する。

[0069] 図 32に示すように、シャフト 26において、ギヤ 28が設けられる側の端部である第 1 径部 26aは最も小径に設定されている。第 1径部 26aから見て他端部 26e側（以下、矢印 C側という）に隣接する第 2径部 26bは第 1径部 26aよりやや大きい径に設定されており、ギヤ 28は、圧入時に第 2径部 26bとの微小段差部 27aによって位置決めされる。また、第 2径部 26bからみて矢印 C側に隣接する第 3径部 26cは第 2径部 26bよりもやや大きい径に設定されており、カム 22は、圧入時に第 3径部 26cとの微小段差部 27bによって位置決めされる。

[0070] さらに、第 3径部 26cからみて矢印 C側に隣接する第 4径部 26dは第 3径部 26cよりもやや大きヽ径に設定されて、る。第 4径部 26dには軸に平行な 2つの面取り部 (力ット面） 130力 S設けられており、該面取り咅によって、シャフト 26力 Sコンロッド 33 ( 図 1参照）の端部と干渉することが防止され、カムシャフト 10とコンロッド 33とを近い位置に配置可能である。

[0071] また、第 4径部 26dと他端部 26eとの間には、カムシャフト 10をエンジン 12に組み立てる際の位置決め用の力さ部（つば部ともいう） 26fが設けられており、カム 24は、圧入時に力さ部 26fによって位置決めされる。なお、図 32においては、理解を容易にするため、第 1径部 26a—第 4径部 26dの径に差があることを誇張して図示しているが、これらの径の差を微小に設定して目視上では略同一径と認識されるものであってもよい。

[0072] 次に、シャフト 26に面取り部 130を形成するためのカット治具 100について図 33を参照しながら説明する。

[0073] カット治具 100は、シャフト 26の第 1径部 26a—第 4径部 26dまでが挿入される孔 1 02aを有するワークホルダ 102と、面取り部 130を形成するためのカツタ 104と、ヮークホルダ 102がスライド挿入されるホルダガイド 106と、シャフト 26の他端部 26eを保持してワークホルダ 102をホルダガイド 106へ押し込む可動型 108と、面取り部 130 が形成された後にワークホルダ 102をホルダガイド 106から押し出すガススプリング 1 10a (又はばね等の強制復帰を可能にする機構)を備えるバックプレート 110とを有し、可動型 108、ワークホルダ 102、ホルダガイド 106及びバックプレート 110の順に並んで構成される。

[0074] ワークホルダ 102の孔 102aのうちシャフト 26の第 4径部 26dが挿入される部分は力ッタ 104が挿入される孔 102bと連通している。孔 102bは、カツタ 104がセットされるように略長方形となっており、孔 102aと直角に連通して、る。

[0075] カツタ 104はシャフト 26力も面取り部 130の部分を削ぎ落とすための平行な 2つの刃 104aと、ホルダガイド 106の方向（以下、矢印 D方向という）に向力うに従って軸心方向に接近するように傾斜する傾斜面 104bとを有する。また、ホルダガイド 106は、傾斜面 104bが当接するガイド面 106bを有し、該ガイド面 106bは、矢印 D方向に向力うに従って軸心方向に接近するように傾斜して、る。

[0076] 次に、シャフト 26を製造する工程及びカムシャフト 10を組み立てる工程について図 34—図 39を参照しながら説明する。

[0077] 先ず、図 34のステップ S11において、丸棒状（円柱状）の炭素鋼である素材にシュゥ酸を用、てエッチングを行、、又はリン酸塩被膜に石灰を塗布することにより素材の表面をポーラス状にする。この場合、シユウ酸を用いる処理の方がリン酸塩被膜を用いる処理よりも素材の表面をポーラス状にしゃすく好適である。

[0078] この素材としての炭素鋼は、例えば、前記 S35Cを用いることができる。また、液体窒化を行う場合にはより低炭素の炭素鋼を用いることもできる。

[0079] 次に、ステップ S12において、ダイス 200 (図 35参照）を用いて素材が所定の外径となるように引き抜き加工を行う。この際、ダイス 200よりも手前側において素材に対して潤滑剤 202を塗布 (又は噴出等）して潤滑を行う。素材は、前記ステップ S11において表面がポーラス状に形成されていること力潤滑剤 202が封じ込められて表面の潤滑性が向上し、素材をスムーズに引き出すことができる。また、ダイス 200の焼き付きを防止し、高寿命化を図ることができる。

[0080] 潤滑剤 202としては、石灰又はほう砂等の粉末状潤滑剤を水等に溶かしたもの又はペースト状にしたものを用いる。後述するように、粉末状潤滑剤を用いることによりカム 22及び 24がシャフト 26の周方向に滑りにくくなりエンジン 12に組み込んだ場合にクランクシャフト 14の回転と同期が保たれる。

[0081] このステップ S 12の処理においては、素材に潤滑剤 202を封じ込めることを主目的として、引き抜きによるリダクションは小さく設定されていてもよい。

[0082] ステップ S13において、素材をシャーリング等の切断加工することによって所定の長さに切り出し、シャフト 26を形成するためのワーク 204を取り出す。

[0083] 次に、ステップ S 14において、ワーク 204に対してダイス 206及びパンチ 208を用いて、冷間鍛造により絞り加工を行う（図 36参照)。ダイス 206は、上方に開口する第 1 孔部 210a及び該第 1孔部 210aよりやや小径の第 2孔部 210bからなる孔 210を有する。第 1孔部 210aは、ワーク 204に対して前記他端部 26e及び前記力さ部 26fとなる部分を絞り、第 2孔部 210bは、ワーク 204に対して前記第 1径部 26a—第 4径部 26 dとなる部分を絞る。

[0084] ワーク 204はパンチ 208により上部力も軸方向に押圧されて孔 210に挿入され、第

1孔部 210a及び第 2孔部 210bによって絞られて所定の径に形成される。

[0085] 絞り加工が行われた後、パンチ 208を上方へ引き戻すとともに、孔 210の下方に設けられたノックアウトピン 212を上昇させてワーク 204を取り出す。

[0086] なお、このステップ S 14及びこれ以降のステップ S 15及び S16において、ワーク 20

4は第 1径部 26aとなる側を下向きとしてダイス 206、 214、 230に挿入され、他端部 2

6eとなる側が上向きとなるように設定されるものとする。

[0087] 次に、ステップ S 15において、前記ダイス 206の第 1孔部 210aよりもやや小径の孔

214a (図 37参照）が設けられたダイス 214と、孔 214aと略同径で有底の穴 216aが設けられたパンチ 216とを用い、冷間鍛造によりワーク 204に対して力さ形成力卩ェを行う。

[0088] 具体的には、図 37に示すように、ワーク 204を孔 214aに挿入した後に、パンチ 21 6の穴 216aをワーク 204の上部に合わせ、パンチ 216を軸方向に向けて押圧し、ヮーク 204の上面が穴 216aの底部に当接するまで下降させる。これにより、ワーク 204 の上部は穴 216aによって絞り込まれるとともに、一部が塑性流動によって外径方向に向けて膨出し、パンチ 216の下面とダイス 214の上面との間に環状の膨出部 218 が形成される。該膨出部 218は力さ部 26fの基礎となる。

[0089] また、穴 216aの底部には中心点を通る 1本の筋状の突起 217が設けられており、この突起がワーク 204の上面に押圧されることにより、ワーク 204にセンター溝 221が形成され、ワーク 204の廻り止めとして作用する。

[0090] ワーク 204の下面はノックアウトピン 222の上面に接するように設定されており、該ノックアウトピン 222の上面における中心部には山形の突起 224が設けられている。該突起 224がワーク 204の下面に予め設けられた中心穴に挿入されることにより、ヮーク 204の振止めとして作用する。ノックアウトピン 222はボルスタ 226によって支持されているため、ワーク 204の下面を確実に押圧することができ、ワーク 204の振れを防止するとともに確実に膨出部 218を形成させることができる。

[0091] また、パンチ 216の突起 217によってワーク 204の上面に形成される溝により、ヮーク 204の振れ精度を検査することができ、また検査結果に応じて振れの矯正処理を行うことができる。

[0092] 力さ形成力卩ェが行われた後、パンチ 216を上方へ引き戻すとともに、ノックアウトピン 222を上昇させてワーク 204を取り出す。

[0093] 次に、ステップ S 16において、ダイス 230とノンチ 232とを用いて、ワーク 204に対して、冷間鍛造により仕上げ加工を行う（図 38参照)。

[0094] ダイス 230に設けられた孔 234は、下方から上方に向力つて順に第 1径部 234a、第 2径部 234b、第 3径部 234c及び第 4径部 234dとを有し、各部がワーク 204を絞つて、それぞれ第 1径部 26a、第 2径部 26b、第 3径部 26c及び第 4径部 26dを形成する。これにより、シャフト 26の基本形状が形成される。

[0095] また、図 39に示すように、ダイス 230における第 1径部 234aと第 2径部 234bとの間の段差部は、拡大してみると下方に向けて縮径するテーパ状に形成されており、ヮーク 204がスムーズに絞られる。第 2径部 234b—第 4径部 234dまでの各段差部も同様にテーパ状に形成されて、る。

[0096] パンチ 232には、有底の穴 232aが設けられており、該穴 232aの底部によりワーク 2

04の上面を押圧しながらワーク 204をダイス 230の孔 230aに挿入して絞り、仕上げ加工を行う。このとき、パンチ 232の下面とダイス 230の上面によって前記膨出部 21

8が挟まれ、軸方向に押圧されることにより外方に向けて塑性流動し、扁平な形状となって力さ部 26fを形成する。

[0097] このステップ S16の仕上げ力卩ェを行った後、パンチ 232を上方へ引き戻すとともに

、孔 230aの下方に設けられたノックアウトピン 235を上昇させてワーク 204から形成されたシャフト 26を取り出す。

[0098] このようにして、シャフト 26は冷間鍛造の工程によって形成される力元となるワーク

204には、ステップ S12において潤滑剤 202が塗布されていること力も冷間鍛造がスムーズに行われ、割れや傷が発生しにくい。また、潤滑剤 202の作用により、ダイス 2 00、 206、 214、 230及びノンチ 208、 216、 232の焼き付きを防止すること力 Sできる。さらに、冷間鍛造を用いる場合には加熱のための工程と加熱設備が不要である。

[0099] さらにまた、潤滑剤 202は、ワーク 204の表面に形成されたポーラスによって封じ込められて、ることから、ステップ S 12以降のステップ S 13— S 16にお!/、ても有効に潤滑作用を奏するが、必要に応じ、各工程においてワーク 204及び金型に力卩ェ油（へッダーオイル等)をかけることにより補助的な潤滑及び冷却を行ってもょヽ。

[0100] 次に、ステップ S17において、カット治具 100 (図 33参照）を用いて、シャフト 26の第 4径部 26dに 2面の面取り部 (カット面） 130を形成する。

[0101] 具体的には、先ず、シャフト 26の第 1径部 26a—第 4径部 26dをカット治具 100の孔 102aに挿入する。

[0102] 次に、カツタ 104をワークホルダ 102の孔 102bにセットする。このとき、 2つの刃 104 aは第 4径部 26dの部分でシャフト 26と平行な向きで当接する。

[0103] 次いで、可動型 108によってシャフト 26の他端部 26eを保持しながら、ワークホルダ 102及びカツタ 104をホルダガイド 106の孔に押圧 ·挿入する。可動型 108の駆動力は、ガススプリング 110aよりも十分に大きい力であり、ワークホルダ 102及びカツタ 10 4は矢印 D方向に進行する。

[0104] このとき、ワークホルダ 102が矢印 D方向に進むに従ってカツタ 104の傾斜面 104b はガイド面 106aによってガイドされ、孔 102bに沿って矢印 Dに対して直角な方向に変位する。ワークホルダ 102及びカツタ 104が矢印 D方向に十分変位することにより、刃 104aが第 4径部 26dの両側面を削ぎ落とし、面取り部 130が形成される。

[0105] この後、可動型 108を引き戻すことによりワークホルダ 102はガススプリング 110aによって押し戻されるので、カツタ 104を取り外した後にシャフト 26を孔 102aから引き抜けばよい。

[0106] このように、カット治具 100によれば、シャフト 26及びカツタ 104をワークホルダ 102 にセットした状態で、該ワークホルダ 102を矢印 D方向へ移動させるという簡便な操作によって面取り部 130を形成することができる。

[0107] また、面取り部 130は、カツタ 104の刃 104aによって削ぎ落とされることから、シャフト 26が膨出等の塑性変形を起こさない。従って、ステップ S17までの工程で形成されたシャフト 26の寸法精度を維持することができる。

[0108] 肖 IJぎ落とされた部分は金型内に設けられた所定の経路に沿って落下して排出される。

[0109] 次に、ステップ S18において、カム 22及びカム 24を順にシャフト 26に圧入する。

[0110] カム 22は、第 4径部 26dの部分まで圧入されてかさ部 26fによって位置決めされる

。カム 24は、第 2径部 26bの部分まで圧入されて第 3径部 26cとの段差によって位置決めされる。

[0111] 次に、ステップ S19において、ギヤ 28をシャフト 26に圧入する。ギヤ 28の金属ブッシュ 28aは、第 1径部 26aに圧入されて第 2径部 26bとの段差によって位置決めされる。なお、ステップ S18及び S19【こお!ヽて、カム 22、 24及びギヤ 28ίまシャフト 26の軸に対して位相が適正な角度となるように設定して圧入することはもちろんである。この場合、シャフト 26の面取り部 130を位相の基準面として利用してもよい。

[0112] ところで、シャフト 26にはステップ S12において塗布される潤滑剤 202の潤滑作用によってカム 22、 24及びギヤ 28が滑ってしまうと、カムシャフト 10とクランクシャフト 1 4との同期が保たれなくなる。このような観点力も本願発明者はシャフト 26に対して種々の潤滑剤を塗布し、その結果得られるカムシャフト 10のカム 22、 24及びギヤ 28がどの程度のトルクで周方向にスリップを生じる力試験を行った。

[0113] 試験の結果によれば、例えば、潤滑剤として一般的なりん酸被膜に金属石鹼を塗布するボンデ処理を用いる場合には、周方向に対する十分なスリップトルクが得られずにカム 22、 24及びギヤ 28に滑りを生じた。一方、石灰又はほう砂等の粉末状潤滑剤を水等に溶力した潤滑剤 202を用いた場合には、周方向に対する十分なスリップトルクが得られ、カムシャフト 10をエンジン 12 (図 1参照）に組み込んで使用する際に必要とされるスリップトルクの基準値を満たすことが確認された。

[0114] つまり、粉末状潤滑剤は、当初素材の表面に物理的に付着しているのみであって、冷間鍛造成形時に素材の表面力脱落し、その後の圧入による締め付け力が大きくなり滑りに《なっている。一方、ステアリン酸系（つまりボンデライト処理後）の金属石鹼等の化学結合された潤滑剤の場合、冷間鍛造時にぉヽて脱落せずに残存するため、圧入箇所が滑りやすくなつている。 [0115] また、リン酸被膜は、後の金属石鹼と結合しやすくするための表面処理であることから、当初のエッチングの処理はシユウ酸を用、ると好適である。

[0116] さらに、実験によれば、潤滑剤 202の摩擦係数はボンデ処理と同等の 0. 03-0. 0 7程度とすると、冷間鍛造の工程においてワーク 204に対する十分な潤滑作用を奏し、好適であった。

[0117] 上述したように、カムシャフト 10におけるカム 22、 24及びギヤ 28はステップ S 18及び S19の圧入の工程により組み立てられ、別途カムを固定する必要がなく生産性が高い。また、シャフト 26、カム 22、 24及びギヤ 28には廻り止め機構 (キー、ねじ、塑性加工による固定、ろう付け等)及び該廻り止め機構を形成するための工程が不要である。廻り止め機構がないことにより、シャフト 26及びカム 22、 24は簡便な形状でめる。

[0118] さらに、シャフト 26は、基本的には冷間鍛造によって形成され、切削等の機械加工が不要であって生産性が高い。この際、シャフト 26を形成する素材には潤滑剤 202 が塗布されて、ることから、冷間鍛造の処理がスムーズに行われる。

[0119] さらにまた、潤滑剤 202には粉末状潤滑剤を水等に溶力たものを用いており、圧入されたカム 22、 24及びギヤ 28に対して十分なスリップトルクが得られる。従って、カムシャフト 10はクランクシャフト 14に対して同期を維持する。

[0120] また、シャフト 26を形成する工程は 1台の加工機械によって連続的に実行されるようにしてもよい。例えば、ステップ S13において素材力も所定長さのワーク 204が切り出された後、ステップ S14—ステップ S17までの工程を 1台の加工機械 (カット治具 1 00を含む）によって、ワーク 204を順送りしながらカ卩ェするようにしてもよい。

[0121] なお、上記のカムシャフト 10は、単気筒のエンジン 12に用いられるものとして説明したが、 2気筒以上のエンジンに用いる場合には、カムを気筒数に合わせて増やせばよい。

Claims

請求の範囲

[1] 表面に粉末状潤滑剤 (220)を施した状態で冷間鍛造により形成されたシャフト（26 )と、

前記シャフト（26)に設けられるカム（22, 24)と、

を有し、

前記カム（22, 24)は前記シャフト（26)に圧入されて、ることを特徴とするカムシャフト。

[2] 請求項 1記載のカムシャフト（10)において、

前記粉末状潤滑剤（220)は、石灰又はほう砂であることを特徴とするカムシャフト。

[3] 請求項 1記載のカムシャフト（10)において、

前記シャフト（26)の側方には、剪断成形によって形成されたカット面（130)が設けられて、ることを特徴とするカムシャフト。

[4] 請求項 1記載のカムシャフト（10)において、

前記カム（22, 24)のシャフト挿入孔（32)は打ち抜き成形により形成されて!、ることを特徴とするカムシャフト。

[5] 請求項 1記載のカムシャフト（10)において、

軸心部にギヤ（28)を有し、

前記ギヤ（28)が前記シャフト（26)に圧入されて、ることを特徴とするカムシャフト。

[6] 請求項 5記載のカムシャフト（10)において、

前記ギヤ（28)は、軸心部に金属ブッシュ（28a)を備える合成樹脂製であり、前記金属ブッシュ（28a)が前記シャフト（26)に圧入されて、ることを特徴とするカムシャフ

[7] 請求項 1記載のカムシャフト（10)において、

前記シャフト（26)は、径の異なる段差部を有し、

前記カム（22, 24)は、前記段差部に当接して位置決めされていることを特徴とするカムシャフト。

[8] エンジンを構成するカムシャフト（10)用のカム（22, 24)の製造方法において、最終製品よりも所定量だけ大きな体積を有する鍛造用素材に対して輪郭予備据え込み成形を行!ヽ、荒形状からなる第 1次冷間鍛造成形体 (42)を得る工程と、前記第 1次冷間鍛造成形体 (42)に対して輪郭絞り成形を行い、輪郭形状に沿つて流動した余剰肉が外径面にバリ (56)として形成された第 2次冷間鍛造成形体 (54 )を得る工程と、

前記第 2次冷間鍛造成形体 (54)に対して内径面及び外径面の同時打ち抜き成形を行い、前記外径面に形成されたバリ（56)を除去すると共に、シャフト挿入孔（32) よりも小径な逃がし孔 (66)が内径に形成された第 3次冷間鍛造成形体 (70)を得る工程と、

前記第 3次冷間鍛造成形体 (70)を押圧する押圧成形を行い、所定の肉厚寸法に形成されると共に、余剰肉が内径面にバリ (78)として形成された第 4次冷間鍛造成形体 (82)を得る工程と、

前記第 4次冷間鍛造成形体 (82)に対して内径面打ち抜き成形を行い、前記内径面に形成されたバリ（78)を除去すると共に、シャフト挿入孔（32)に対応する孔部が形成された第 5次冷間鍛造成形体 (92)を得る工程と、

前記第 5次冷間鍛造成形体 (92)に対して内径面及び外径面の同時しごき成形を行い、最終製品を得る工程と、

を有することを特徴とするカムの製造方法。

[9] 請求項 8記載の製造方法において、

鍛造用素材に対して輪郭予備据え込み成形を行った際、第 1次冷間鍛造成形体（ 42)の周縁部には、面取り部 (46a, 46b)が形成されることを特徴とするカムの製造方法。

[10] 請求項 9記載の製造方法において、

輪郭絞り成形によって外径面に形成されるバリ (56)に近接する一方の面の周縁部に形成される第 1面取り部 (46a)の面積は、前記一方の面と反対側の他方の面の周縁部に形成される第 2面取り部 (46b)の面積よりも大きく設定されることを特徴とするカムの製造方法。

[11] エンジンを構成するカムシャフト（10)用のシャフト（26)の製造方法において、円柱状の素材の外周面に粉末状潤滑剤 (220)を塗布する第 1の工程と、前記素材の一方の端部を軸方向に押圧し、前記素材を複数の異なる径に絞り形成する第 2の工程と、

前記端部を軸方向に押圧するとともに、他方の端部を固定し、前記素材の一部分を外径方向に膨出させて環状膨出部を形成する第 3の工程と、

前記環状膨出部を軸方向に押圧して力さ部（26f)を形成するとともに、前記素材を複数の異なる径に絞り形成する第 4の工程と、

を有し、

前記第 2工程、前記第 3工程及び前記第 4工程は、冷間鍛造により行われることを特徴とするシャフトの製造方法。

[12] 請求項 11記載のシャフト（26)の製造方法にぉ、て、

前記粉末状潤滑剤（220)は、石灰又はほう砂であることを特徴とするシャフトの製造方法。

[13] 請求項 11記載のシャフト（26)の製造方法にぉ、て、

剪断成形によって、側方にカット面（130)を形成する第 5の工程を有することを特徴とするシャフトの製造方法。