JP3684971B2

JP3684971B2 - 突起付き中空軸およびその製造方法

Info

Publication number: JP3684971B2
Application number: JP37330399A
Authority: JP
Inventors: 憲二森部
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001191126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、突起付き中空軸およびその製造方法に関し、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ピース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およびそ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するためのカムを有する回転軸であるカムシャフトは、鋳造や鍛造で粗形状に加工された後に、機械加工により最終形状に仕上げられていた。しかし、この方法では、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し、また、カムの硬度を高めて耐摩耗性を向上するには加工後に浸炭や熱処理等を行う必要が生じるため、製造コストが嵩む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高強度が要求される回転軸とを、それぞれに最適な材料で製造できないという問題もあった。
【０００３】
このため、耐摩耗性を要求されるカムを焼結合金により中空のカムピースとして製造するとともに回転軸を軽量化のために中空軸として製造し、製造後にこれらを、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、カムピースおよび回転軸それぞれの材質が制限されて最適な材料を用いることができなくなり、一方、機械的固定を行うと、この機械的固定をカムピースの設置数だけ繰り返して行う必要が生じて生産効率が低下するという問題があった。
【０００４】
このため、特公昭４９−２８２９８号公報には、焼結合金からなるカムピースの内部に中空の回転軸を嵌合し、嵌合されたカムピースおよび回転軸をバルジ型に収容し、回転軸にバルジ加工を行うことによってカムピースおよび中空軸を嵌着することにより、カムピースおよび回転軸を機械的に高能率で一体化する発明が提案された。しかし、この発明では、カムピース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、バルジ加工を行っても、カムピースおよび回転軸の固定強度が充分ではなかった。
【０００５】
そこで、特開昭５９−１４４５３２号公報には、焼結合金からなるカムピースの内面に固定用突起を設けておき、バルジ加工の際には、この固定用突起をバルジ加工される回転軸の外面に噛み込ませることにより、カムピースおよび回転軸の固定強度を増加させる発明が、また、特開昭６０−２５７９３３公報には、焼結合金からなるカムピースの内面に固定用溝を設けておき、バルジ加工の際には、この固定用溝に、バルジ加工される回転軸の外面の一部を膨出させて嵌まり込ませることにより、カムピースおよび回転軸の固定強度を増加させる発明が、それぞれ提案されている。
【０００６】
さらに、特開昭６２−９７７２２号公報には、中空の回転軸にバルジ加工を行う際に用いるバルジ型にカム位置決め機構を設け、このカム位置決め機構によりカムピースの固定位置精度を向上させる発明が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭５９−１４４５３２号公報、同６０−２５７９３３公報さらには同６２−９７７２２号公報等により提案された従来の発明では、いずれも、カムピースは、耐摩耗性に優れるとともに偏心したプロフィルを有するカムピースの外形を比較的低コストで大量に製造できることから、焼結合金からなる。この焼結合金からなるカムピースは、塑性変形せずに割れてしまうため、バルジ加工による塑性変形を与えることはできない。このため、これらの従来の発明ではカムピース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、この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ピースに切削加工等の機械加工を行わざるを得なくなり、製造コストが嵩んでしまう。また、カムピースに用いる焼結合金自体もコストが高い。このため、これらの従来の発明では、カムシャフトを高い生産効率で製造することができたとしても、製造コストが大幅に嵩んでしまう。
【０００８】
また、これらの従来の発明では、中空の回転軸を用いるために軽量化効果は得られるものの、カムピースは焼結合金からなる重量物であるため、高速回転時のカムシャフトのダイナミックバランスが悪かった。このため、カムピースの重量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製造できるとともに高速回転時のダイナミックバランスも優れた、例えばカムシャフト等の突起付き中空軸およびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記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、以下に列記する新規な知見（ｉ）〜（ｉｉｉ）を得た。
（ｉ）バルジ加工は、加工後の形状を決定するバルジ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、単管には限らず、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。このため、部分的に二重管以上の複層管または複合部材からなる管にバルジ加工を行えば、突起付き中空軸を成形することができる。
（ｉｉ）部分的に二重管以上の複層管または複合部材を有する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、低い拡管率で高能率および高精度で成形することができる。
（ｉｉｉ）バルジ加工は、管の内面側には工具を用いずに張出し成形を行うため、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、バルジ型の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、内側の管と外側の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。
【００１１】
そこで、本発明者はこれらの新規な知見（ｉ）〜（ｉｉｉ）に基づいてさらに検討を重ねた結果、前述した従来の発明のようにカムピースを焼結合金により構成するのではなく、塑性加工可能な材料により構成し、バルジ加工の際に膨出変形させてカムピースの外形も成形することにより、上述した課題を解決できることを知見して、本発明を完成した。
【００１２】
本発明は、中空の回転軸と、この回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備え、この突起が、中空素管にバルジ加工を行って中空素管及び塑性加工可能な材料からなる環状の中空体をともに膨出変形させることにより、中空素管の外周面への中空体の嵌着と、中空体の外形の所定の形状への塑性加工とをいずれも行うことによって、設けられることを特徴とする突起付き中空軸である。
【００１３】
別の観点からは、本発明は、塑性加工可能な材料からなる環状の中空体の内部に隙間を有して挿入された中空素管にバルジ加工を行って中空素管及び中空体をともに膨出変形させることにより、中空素管の外周面への中空体の嵌着と、中空体の外形の所定の形状への塑性加工とをいずれも行うことによって、中空の回転軸と、この回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備える突起付き中空軸を製造することを特徴とする突起付き中空軸の製造方法である。
【００１４】
具体的には、本発明は、塑性加工可能な材料からなる環状の中空体の内部に隙間を有して挿入された中空素管を、バルジ型の内部に収容し、中空素管にバルジ加工を行って中空素管及び中空体をともに膨出変形させることにより、中空体をバルジ型の内面に張り付かせて中空体の外形を所定の形状に塑性加工するとともに、中空素管と中空体とを嵌着することによって、中空の回転軸と、回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備える突起付き中空軸を製造することを特徴とする突起付き中空軸の製造方法である。
【００１５】
これらの本発明にかかる突起付き中空軸の製造方法では、中空体と中空素管との間の隙間の少なくとも一部に偏心部成形部材が配置されることが、突起の形状にかかわらず中空素管の破断を防止しながら突起付き中空軸をバルジ加工により製造することができるため、望ましい。
【００１６】
また、これらの本発明にかかる突起付き中空軸の製造方法では、バルジ加工を行う前に中空素管と中空体とを固定する固定部材が配置されることが、中空素管および中空体を極めて高い静許容トルクで固定することができるため、望ましい。
さらに別の観点からは、本発明は、塑性加工可能な材料からなる環状の中空体と、この中空体の内部に挿入された中空素管との隙間に、中空素管と中空体とを固定する固定部材を配置し、中空素管にバルジ加工を行って中空素管を膨出変形させることにより、中空素管の外周面への中空体の嵌着と、中空体の固定部材との接触部の塑性加工とをいずれも行うことによって、中空の回転軸と、この回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備える突起付き中空軸を製造することを特徴とする突起付き中空軸の製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる突起付き中空軸およびそ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。
【００１８】
図１は、本実施形態において、バルジ型３に収容されてバルジ加工の前の中空素管５を示す縦断面図であり、図２は、本実施形態において、バルジ型３に収容されてバルジ加工により成形されたカムシャフト９を示す縦断面図である。また、図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図４は、図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００１９】
図１および図２に示すように、本実施形態では、上型１および下型２からなるバルジ型３を用いる。上型１および下型２の内面には、それぞれ、製造されるカムシャフト９の最終仕上げ形状が刻設された孔型１ａ、２ａが刻設される。上型１および下型２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、上下から図示しないプレス機構により押さえられており、このプレス機構のプレスヘッドの上下動によって上型１および下型２も上下動し、これにより、型内への中空素管５の搬入と、型外へのカムシャフト９の搬出とが行われる。
【００２０】
なお、上型１および下型２の間には、中空素管の両端部を支持する管端拘束工具４ａ、４ｂが配置されており、バルジ加工時の中空素管５またはカムシャフト９を、上型１および下型２の内部の所定の位置に支持する。
【００２１】
このバルジ型３の構造や動作については、既に公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００２２】
本実施形態では、上型１を上昇させるとともに下型２を下降させて、バルジ型３の内部に中空素管５を収容し、上型１を下降させるとともに下型２を上昇させてバルジ型３を閉じる。中空素管５は、図１に示すように、中空孔を有する中空体６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄの内部に、それぞれ隙間を有して挿入された状態で、バルジ型３の内部に収容される。
【００２３】
中空素管５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５には一般的なＳＴＫＭ１３Ａの鋼管を用いた。
【００２４】
本実施形態では、中空体６ｂ、６ｃは、いずれも、上型１に刻設された孔型１ａおよび下型２に刻設された孔型２ａに配置するために、図３に示すように、最終形状であるカムピース１０ｂ、１０ｃに類似した形状に、予め偏心してプレス成形される。なお、図１に示すように、この中空体６ａ〜６ｄと、上型１に刻設された孔型１ａおよび下型２に刻設された孔型２ａとの間には、後述するバルジ加工時の張出し量に応じた隙間７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄが存在する。
【００２５】
また、この中空体６ａ〜６ｄには、塑性加工可能な材料として、短尺の軸受用鋼管を用いた。すなわち、前述した従来の技術では、耐摩耗性に優れるためだけではなくて偏心したプロフィルを有するカムピースの外形を比較的低コストで大量に製造できることから、カムピースに焼結合金を用いるのに対し、本実施形態では、耐摩耗性の要求性能を満足することができ、かつ所定の外形を有するカムピース１０ｂ、１０ｃ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。そこで、本実施形態では、中空体６ａ〜６ｄには、短尺の軸受用鋼管を用いた。
【００２６】
次に、本実施形態では、中空体６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄの内部にそれぞれ隙間を有して挿入された中空素管５に、バルジ加工を行う。
【００２７】
このバルジ加工は、中空素管５の内部に、管端拘束工具４ａ、４ｂの中心に開けられた管路８ａ、８ｂから、高圧のバルジ加工用液体を注入する。これにより、中空素管５は膨出変形して拡管される。この際、中空素管５の膨出変形は、中空素管５の外側に配置された軸受用鋼管からなる中空体６ａ〜６ｄにも及び、中空体６ａ〜６ｄも膨出変形する。このため、中空素管５と中空体６ａ〜６ｄとは互いに当接した状態で、隙間７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄへ向けて膨出変形する。そして、中空体６ａ〜６ｄの外面が、上型１に刻設された孔型１ａおよび下型２に刻設された孔型２ａにそれぞれ当接することにより、この膨出変形は終了する。
【００２８】
本実施形態では、このようにして、中空体６ａ〜６ｄの外面を、上型１に製造されるカムシャフト９の最終仕上げ形状が刻設された孔型１ａ、および下型２にカムシャフト９の最終仕上げ形状が刻設された孔型２ａのいずれにも張り付かせることにより、中空体６ａ〜６ｄの外形が、製造されるカムシャフト９の最終仕上げ形状通りに成形される。
【００２９】
また、本実施形態では、このバルジ加工によって中空素管５を膨出変形させることにより、中空素管５を中空体６ａ〜６ｄ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５と中空体６ａ〜６ｄとは、実用上充分な固定強度（静許容トルク）で嵌着される。
【００３０】
このようにして、図２に示すように、中空の回転軸１１と、この回転軸１１の外周面にバルジ加工により嵌着されたカムピース１０ｂ、１０ｃ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１０ａ、１０ｄとを有し、カムピース１０ｂ、１０ｃ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。
【００３１】
そして、上型１を上昇させるとともに下型２を下降させてバルジ型３を開き、バルジ加工されたカムシャフト９を搬出する。
【００３２】
なお、バルジ型３から搬出したカムシャフト９に対して、カムピース１０ｂ、１０ｃおよびジャーナル部１０ａ、１０ｄそれぞれの表面を高周波で焼き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ピース１０ｂ、１０ｃおよびジャーナル部１０ａ、１０ｄが熱膨張で緩むことが、いずれも防止される。
【００３３】
また、ジャーナル部１０ａ、１０ｄには、カムピース１０ｂ、１０ｃに比較すると、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ため、ジャーナル部１０ａ、１０ｄに対するバルジ加工は、カムピース１０ｂ、１０ｃに対するバルジ加工よりも容易である。
【００３４】
さらに、本実施形態では、ジャーナル部１０ａ、１０ｄ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１０ａ、１０ｄ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、バルジ加工後にジャーナル部１０ａ、１０ｄ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手段により、固定してもよい。
【００３５】
この本実施形態では、カムピース１０ｂ、１０ｃおよびジャーナル部１０ａ、１０ｄ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、切削加工を行う必要がない。また、カムピース１０ｂ、１０ｃおよびジャーナル部１０ａ、１０ｄに用いる軸受用鋼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を高い生産効率で、かつ低コストで製造することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、カムピース１０ｂ、１０ｃは、軸受用鋼管である中空体６ｂ、６ｃ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中実のカムピースに比較すると、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引き上げることもできる。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。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、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製造できるとともに高速回転時のダイナミックバランスも優れたカムシャフト９を提供できた。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。なお、以降の説明では、前述した第１実施形態と相違する部分を説明し、共通する部分には同一の図中符号を付すことにより、重複する説明を適宜省略する。
【００３８】
図５は、本実施形態において、バルジ型３に収容されてバルジ加工により成形されたカムシャフト９−１を示す縦断面図である。また、図６は、図５におけるバルジ加工前のＣ−Ｃ断面図であり、図７は、図５におけるＣ−Ｃ断面図であり、バルジ加工後を示す。
【００３９】
第１実施形態では、中空素管５をバルジ加工により膨出変形させることにより、中空体６ｂ、６ｃと中空素管５とを嵌着させてカムピース１０ｂ、１０ｃを形成したが、カムピース１０ｂ、１０ｃの形状（プロフィル）によっては、中空素管５の膨出変形量が過大となって中空素管５が破断することが考えられる。
【００４０】
そこで、本実施形態では、図６に示すように、中空素管５には横断面が略円形の中空素管５を用いるとともに、バルジ加工を行う前に、この中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとの間に隙間に、偏心部成形部材１２を配置しておく。偏心部成形部材１２は、中空素管５の膨出変形量を低く押さえた状態で中空体６ｂ、６ｃの膨出変形量を充分に確保するために配置される。
【００４１】
偏心部成形部材１２は、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとの間の隙間を埋めるために、中空素管５の膨出変形により容易に変形するものが望ましい。また、偏心部成形部材１２は、カムピース１０ｂ、１０ｃの軽量化を図るために軽量のものが望ましい。
【００４２】
偏心部成形部材１２の材質は、これらの要求、加工工程での扱い易さ、さらには、コスト等を勘案して適宜設定すればよい。本実施形態では、偏心部成形部材１２の材質は純アルミニウムとした。
【００４３】
また、偏心部成形部材１２の形状や寸法等は、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとの間の隙間に挿入可能であってカムピース１０ｂ、１０ｃ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１２は、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとの間の少なくとも一部に配置されていればよい。本実施形態では、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとの間の隙間への挿入に際して機械加工の必要がないことから、丸棒の切断材を用いた。
【００４４】
図６に示すように、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとの間に隙間に、偏心部成形部材１２を配置してからバルジ加工を行うと、図５および図７に示すように、バルジ加工により中空素管５が膨出変形すると、中空素管５および偏心部成形部材１２がともに、中空体６ｂ、６ｃの内面に当接して、中空体６ｂ、６ｃを膨出変形させる。前述したように、偏心部成形部材１２は、中空素管５および中空体６ｂ、６ｃのいずれよりも軟らかい純アルミニウムからなるため、中空素管５および中空体６ｂ、６ｃの間の隙間を埋めるように変形し、中空素管５の局部的な膨出変形を抑制する。このため、中空素管５の拡管率が小さくても、大きな偏心量を得ることができる。
【００４５】
このようにして、中空体６ｂ、６ｃの外形が、製造されるカムシャフト９−１の最終仕上げ形状通りに成形されるとともに、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとは、実用上充分な固定強度（静許容トルク）で嵌着される。
【００４６】
このため、本実施形態によれば、カムピース１０ｂ、１０ｃの形状（プロフィル）にかかわらず中空素管５の破断を防止しながら、カムシャフト９−１をバルジ加工により製造することができる。
（第３実施形態）
図８は、本実施形態における予成形の際の中空素管５と、中空体６ｂ、６ｃとを示す説明図である。また、図９はバルジ加工前の中空素管５および中空体６ｂ、６ｃを示す縦断面図、図１０はバルジ加工後の中空素管５および中空体６ｂ、６ｃを示す縦断面図である。
【００４７】
本実施形態では、図８に示すように、中空素管５にバルジ加工を行う前に、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとを固定する固定部材１３が配置される。固定部材１３は、後述するように、中空素管５および中空体６ｂ、６ｃ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ことが望ましい。本実施形態では、固定部材１３としてＣｒＭｏ鋼線材を用いた。
【００４８】
すなわち、予成形として、図８に示すように、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃとの間に固定部材１３を配置して、上型１４ａおよび下型１４ｂからなるプレス型１４により、中空体６ｂ、６ｃを縮径させる方向へプレスする。これにより、固定部材１３は、中空体６ｂ、６ｃの当接部近傍を塑性変形させ、中空体６ｂ、６ｃへめり込む。なお、固定用部材１３を、後続して行われるバルジ加工により中空素管５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１３の直径の半分程度の深さだけ、中空体６ｂ、６ｃにめり込ませることが望ましい。
【００４９】
そして、この予成形を行った後に、図９に示すように、前述した第１実施形態または第２実施形態と同様にバルジ加工を行う。本実施形態によれば、図１０に示すように、中空体６ｂ、６ｃにめり込まされた固定部材１３が、中空素管５の膨出変形にともなって中空素管５の当接部近傍を塑性変形させ、中空素管５にもめり込む。
【００５０】
このため、固定部材１３は、中空素管５と中空体６ｂ、６ｃ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５および中空体６ｂ、６ｃ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。
【００５１】
【実施例】
図１〜図４に示す第１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１とし、図５〜図７に示す第２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２とし、図８〜図１０に示す第３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３とするとともに、前述した特開昭６０−２５７９３３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。
【００５２】
なお、実施例１〜実施例３では、中空体６ｂ、６ｃ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５には一般的なＳＴＫＭ１３Ａの鋼管を用いた。さらに、実施例３では、固定部材１３にＣｒＭｏ鋼の線材を用いた。
【００５３】
また、実施例１〜実施例３では、バルジ加工後のカムシャフト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。
【００５４】
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。
【００５５】
【表１】

【００５６】
表１に示すように、実施例１では、中空素管５に加えた内圧でバルジ加工を行うことにより、必要な寸法精度を有するとともに実用上問題の無い固定強度を有するカムピース１０ｂ、１０ｃを設けることができた。ただし、カムピース１０ｂ、１０ｃは、中空素管５の膨出変形だけにより成形されているため、カムピース１０ｂ、１０ｃの外形（プロフィル）によっては成形できないことがある。
【００５７】
実施例２では、純アルミニウム材からなる偏心部成形部材１２を用いているため、実施例１に比較して偏心量の大きな外形（プロフィル）を有するカムピース１０ｂ、１０ｃを製造できた。
【００５８】
実施例３では、中空素管５の膨出変形とともに、固定部材１３を用いてカムピース１０ｂ、１０ｃを中空素管５に固定するため、カムピース１０ｂ、１０ｃの固定強度が実施例１および実施例２よりも向上し、大きな静許容トルクが得られた。
【００５９】
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１〜実施例３のいずれもこの値を越えた良好な値が得られており、充分に実用化が可能である。
（変形形態）
各実施形態および実施例の説明では、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と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、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。
【００６０】
また、各実施形態および実施例の説明では、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、軸受用鋼には限定されず、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鋼等も、同様に用いることができる。
【００６１】
さらに、各実施形態および実施例の説明では、カムシャフトが二つのカムピースを有する場合を例にとった。しかし、本発明はカムピースの数には何ら制限されず、カムピースの数が１または３以上であっても、同様に適用される。
【００６２】
【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で製造できるとともに、カムピース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も優れた、例えばカムシャフト等の突起付き中空軸およびその製造方法を提供することができた。
【００６３】
また、本発明では、カムピース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。
【００６４】
かかる効果を有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】第１実施形態において、バルジ型に収容されてバルジ加工の前の中空素管を示す縦断面図である。
【図２】第２実施形態において、バルジ型に収容されてバルジ加工により成形されたカムシャフトを示す縦断面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】第２実施形態において、バルジ型に収容されてバルジ加工を行われて成形されたカムシャフトを示す縦断面図である。
【図６】図５におけるバルジ加工前のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図５におけるバルジ加工後のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】第３実施形態における予成形の際の中空素管と、中空体とを示す説明図である。
【図９】バルジ加工前の中空素管および中空体を示す縦断面図である。
【図１０】バルジ加工後の中空素管および中空体を示す縦断面図である。
【符号の説明】
３バルジ型
５中空素管
６ｂ、６ｃ中空体
９カムシャフト
１０ｂ、１０ｃカムピース
１１回転軸

Claims

中空の回転軸と、該回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備え、該突起は、中空素管にバルジ加工を行って該中空素管及び塑性加工可能な材料からなる環状の中空体をともに膨出変形させることにより、該中空素管の外周面への該中空体の嵌着と、当該中空体の外形の所定の形状への塑性加工とをいずれも行うことによって、設けられることを特徴とする突起付き中空軸。
塑性加工可能な材料からなる環状の中空体の内部に隙間を有して挿入された中空素管にバルジ加工を行って該中空素管及び前記中空体をともに膨出変形させることにより、該中空素管の外周面への前記中空体の嵌着と、当該中空体の外形の所定の形状への塑性加工とをいずれも行うことによって、中空の回転軸と、該回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備える突起付き中空軸を製造することを特徴とする突起付き中空軸の製造方法。
塑性加工可能な材料からなる環状の中空体の内部に隙間を有して挿入された中空素管を、バルジ型の内部に収容し、該中空素管にバルジ加工を行って該中空素管及び前記中空体をともに膨出変形させることにより、前記中空体を前記バルジ型の内面に張り付かせて該中空体の外形を所定の形状に塑性加工するとともに、前記中空素管と前記中空体とを嵌着することによって、中空の回転軸と、該回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備える突起付き中空軸を製造することを特徴とする突起付き中空軸の製造方法。
前記隙間の少なくとも一部に、偏芯部成形部材が配置される請求項２または請求項３に記載された突起付き中空軸の製造方法。
前記バルジ加工を行う前に、前記中空素管と前記中空体とを固定する固定部材が、配置される請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載された突起付き中空軸の製造方法。
塑性加工可能な材料からなる環状の中空体と、該中空体の内部に挿入された中空素管との隙間に、前記中空素管と前記中空体とを固定する固定部材を配置し、前記中空素管にバルジ加工を行って該中空素管を膨出変形させることにより、該中空素管の外周面への前記中空体の嵌着と、当該中空体の固定部材との接触部の塑性加工とをいずれも行うことによって、中空の回転軸と、該回転軸の外周面に環状に設けられた突起とを備える突起付き中空軸を製造することを特徴とする突起付き中空軸の製造方法。