JP2000192805A - 中空カムシャフトの製造方法および中空カムシャフト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より以上の軽量化が可能であると共に、生産
性に優れた中空カムシャフトの製造方法、およびこのよ
うな方法によって製造される中空カムシャフトであっ
て、強度および耐久性に優れた中空カムシャフトを提供
する。 【解決手段】 カムシャフト粗材１０のカムロブ部１３
の外面直径（Ｒb ＋ｈ2）とジャーナル部１２の外径
（２Ｒj ）との中間寸法の外径を有する素材鋼管を使用
し、素材鋼管のジャーナル相当部位を成形型を用いた塑
性加工によってあらかじめ縮径加工したのち、カムロブ
部１３を膨出成形して得たカムシャフト粗材１０のカム
摺動面に耐摩耗材料をレーザ肉盛りすることによって、
例えば気筒間におけるカムシャフト軸部４の外径（２Ｒ
s ）をカムロブ部３，３の間に位置するジャーナル部２
の外径（２Ｒjf）よりも大きくした中空カムシャフト１
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用エ
ンジンの吸排気弁を駆動するカムシャフトの製造方法に
係わり、さらに詳しくは、中空の一体構造をなし、エン
ジンの軽量化に寄与するカムシャフトを優れた生産性の
もとに製造することができる中空カムシャフトの製造方
法、およびこのような製造方法により製造した中空カム
シャフトの形状に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記したようなエンジン用カムシャフト
は、従来、鋳造や鍛造、あるいは丸棒鋼からなるシャフ
トにカムピースやジャーナルピースを溶接することによ
って製造されていたが、最近ではエンジンの軽量化を目
的として、シャフトに鋼管を用いた中空カムシャフトが
実用化され、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに
広く採用されている。

【０００３】このような中空カムシャフトは、耐摩耗性
を備えたカムピースやジャーナルピースに鋼管を通した
状態で、鋼管内部に液圧をかけて拡管させることによっ
て、鋼管の外周部にカムピースやジャーナルピースを固
定するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の中空カムシャフトにおいては、例えば、図８に
示すように、焼結、あるいは鍛造したのち浸炭焼入れを
施すことによってそれぞれ作成したカムピース１０１や
ジャーナルピース１０２を金型１００内にセットしたの
ち、これらカムピース１０１やジャーナルピース１０２
にあらかじめ形成した挿通孔に鋼管１０３を通して液圧
拡管を行う工程となっていることから、部品点数が多
く、製造工程が多段階にわたるために生産性が低いとい
う問題と共に、このような中空カムシャフトにおいて
は、カムピース１０１およびジャーナルピース１０２を
鋼管１０３の外周面に強固に固定する必要があることか
ら、カムピース１０１やジャーナルピース１０２を中空
化することが困難なために、軽量化にも限界があるとい
う問題点があって、これらの問題点を解決することが、
中空カムシャフトの製造コストを低減し、中空カムシャ
フトのさらなる軽量化のための課題となっていた。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、従来の中空カムシャフトにお
ける上記課題に着目してなされたものであって、生産性
に優れ、カムシャフトのより以上の軽量化が可能な中空
カムシャフトの製造方法と、このような方法によって製
造され、構造的に強度および耐久性に優れた中空カムシ
ャフトを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る中空カムシャフトの製造方法においては、素材鋼管に
塑性加工を施して最終仕上げ形状に近似した形状を有す
るカムシャフト粗材を形成したのち、該カムシャフト粗
材のカム摺動面の一部もしくは全部にレーザ肉盛りを施
して中空カムシャフトを製造するに際し、素材鋼管の外
径をカムシャフト粗材の最大外周寸法となるカムロブ部
の外面直径（Ｒb ＋ｈ2 ）と最小寸法となるジャーナル
部の外径（２Ｒj ）との中間寸法とし、当該素材鋼管の
ジャーナル相当部位を成形型を用いた塑性加工によって
あらかじめ縮径加工したのち、膨出成形してカムシャフ
ト粗材を得る構成としており、中空カムシャフトの製造
方法におけるこのような構成を前述した従来の課題を解
決するための手段としたことを特徴としている。

【０００７】本発明の中空カムシャフトの製造方法の実
施態様として請求項２に係わる製造方法においては、カ
ムシャフト粗材におけるカムロブ部のベースサークル径
（２Ｒb ）よりも小さく、かつ回転軸芯からカムロブ部
のノーズトップまでの距離（ｈ2 ）よりも大きい外径の
素材鋼管を用いる構成とし、同じく実施態様として請求
項３に係わる中空カムシャフトの製造方法においては、
縮径加工に際して素材鋼管のジャーナル相当部位を５０
％以下の縮径率に加工する構成としたことを特徴として
いる。

【０００８】また、実施態様として請求項４に係わる中
空カムシャフトの製造方法においては、膨出成形に際し
て、少なくともカムロブ成形部を含む部分とそれ以外の
部分とが分割された構造の成形型を使用し、カムロブ成
形部を含む型をカムシャフトのカムロブ間隔よりも広い
間隔で配置した状態の成形型に縮径加工後の鋼管をセッ
トしたのち、カムロブ成形部を含む型を所定のカムロブ
間隔となるように軸方向に移動させながら、鋼管に内圧
を負荷する構成とし、当該請求項４に係わる製造方法の
実施態様として請求項５に係わる中空カムシャフトの製
造方法においては膨出成形に際して、鋼管への内圧負荷
と同時に、カムロブ部の軸方向寸法が最終寸法となるよ
うにカムロブ成形部を含む型をすべて同時に移動させる
構成、同じく実施態様として請求項６に係わる中空カム
シャフトの製造方法においては膨出成形に際して、鋼管
を軸方向に圧縮しながら内圧を高める構成、請求項７に
係わる中空カムシャフトの製造方法においては、縮径加
工後の鋼管における隣接する縮径部位の間に挟まれる部
分の長さをカムシャフトの隣接するジャーナル部により
挟まれる部分の長さよりもカムロブ幅の１／２〜２倍の
長さだけ長くする構成、請求項８に係わる中空カムシャ
フトの製造方法においては膨出成形に際して、縮径加工
後の鋼管に８０〜２００ＭＰａの内圧をかける構成、請
求項９に係わる中空カムシャフトの製造方法においては
カムシャフト粗材におけるジャーナル部の外径（２Ｒj
）を研削仕上げ加工後のジャーナル部の外径（２Ｒj
f）に対して、２Ｒjf＋０．１ｍｍ≦２Ｒj ≦２Ｒjf＋
０．５ｍｍの範囲に成形する構成とし、請求項１０に係
わる中空カムシャフトの製造方法においては、カムシャ
フト粗材のカムロブ部におけるジャーナル部側の縦壁面
がカムシャフト回転軸に対して垂直であると共に、前記
縦壁面がカムシャフト軸部に対してジャーナル部を含む
カムロブ部の間の距離の０．１倍以下の曲率半径を備え
た曲面を介して連続する形状に成形する構成とし、請求
項１１に係わる中空カムシャフトの製造方法において
は、カムシャフト粗材のカムロブ部における肉盛り面を
仕上げカム形状に対して０．３〜０．７ｍｍだけ小さく
成形したのち、当該肉盛り面に耐摩耗材料をレーザ肉盛
りする構成とし、請求項１２に係わる中空カムシャフト
の製造方法においては、カムシャフト粗材におけるカム
ロブ部のイベント部からノーズトップにわたる部分をレ
ーザ肉盛りする構成とし、当該請求項１２記載の製造方
法の実施態様として請求項１３に係わる中空カムシャフ
トの製造方法においては、カムシャフト粗材のカムロブ
部におけるベースサークル径（２Ｒb ）を研削仕上げ加
工後のベースサークル径（２Ｒbf）に対して、２Ｒbf＋
０．５ｍｍ≦２Ｒb ≦２Ｒbf＋１．５ｍｍの範囲に成形
する構成としたことを特徴としている。

【０００９】さらに、本発明の中空カムシャフトの製造
方法の実施態様として請求項１４に係わる製造方法にお
いては、カムシャフト粗材の一方の端部外径よりも大き
い内径の挿着孔をスプロケット取付ピースに形成すると
共に、該挿着孔に前記カムシャフト粗材の一方の端部を
挿通した状態でカムシャフト粗材の一方の端部を拡管
し、当該端部にスプロケット取付ピースを固定する構成
とし、当該製造方法の実施態様として請求項１５に係わ
る中空カムシャフトの製造方法においては、カムシャフ
ト粗材の一方の端部における内径寸法よりも大きな外径
を備えたプラグをカムシャフト粗材の他方の端部側から
挿入してカムシャフト粗材の一方の端部を拡管する構成
としたことを特徴としており、このような中空カムシャ
フトの製造方法の構成を前述した従来の課題を解決する
ための手段としている。

【００１０】本発明の請求項１６に係わる中空カムシャ
フトは、請求項１ないし請求項１５のいずれかの方法に
より製造された中空カムシャフトであって、気筒間にお
けるカムシャフト軸部の外径寸法（２Ｒs ）がカムロブ
部間に位置するジャーナル部の外径（２Ｒjf）よりも大
きい構成とし、実施態様として請求項１７に係わる中空
カムシャフトにおいては気筒間におけるカムシャフト軸
部の外径（２Ｒs ）と、カムロブ部間に位置するジャー
ナル部の外径（２Ｒjf）と、カムロブ部のベースサーク
ル径（２Ｒbf）の間に、１．２Ｒjf＜Ｒs ＜０．９Ｒbf
の関係が成り立つ構成としたことを特徴としており、本
発明の請求項１８に係わる中空カムシャフトは、請求項
１ないし請求項１５のいずれかの方法により製造された
中空カムシャフトであって、カムロブ部における気筒間
側の縦壁面と気筒間のカムシャフト軸部の間が連結面を
介して連続している構成とし、実施態様として請求項１
９に係わる中空カムシャフトにおいては前記連結面が気
筒間のカムシャフト軸部と接する点と、連結面がカムロ
ブ部における気筒間側の縦壁面と接する点とを結ぶ直線
がカムシャフト回転軸に垂直な面に対してなす角度が１
０°〜８０°の範囲である構成としたことを特徴として
おり、本発明の請求項２０に係わる中空カムシャフト
は、請求項１ないし請求項１５のいずれかの方法により
製造された中空カムシャフトであって、カムロブ部のイ
ベント部からノーズトップにわたる部分の肉厚が０．９
〜１．４ｍｍ、ベースサークル部の肉厚が２．０〜４．
０ｍｍの範囲である構成としたことを特徴としている。

【００１１】さらに、本発明の請求項２１に係わる中空
カムシャフトは、請求項１ないし請求項１３のいずれか
の方法により製造された中空カムシャフトであって、カ
ムシャフトの一端側にスプロケット取付部が一体成形し
てある構成としたことを特徴としており、中空カムシャ
フトにおけるこのような構成を前述した従来の課題を解
決するための手段としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係わる中空カムシャフト
の製造方法においては、カムシャフトの最終仕上げ形状
に近似した形状を備えたカムシャフト粗材を鋼管から塑
性加工するに際し、カムシャフト粗材の最大外周寸法で
あるカムロブ部外面直径、すなわち図１（ｄ）に示す
（Ｒb ＋ｈ2 ）とカムシャフト粗材の最小寸法であるジ
ャーナル部の外径（２Ｒj ）の中間の外径を有する鋼管
を素材として使用し、ジャーナル部となる素材鋼管のジ
ャーナル相当部位に型を押し当てながら縮径加工を施し
た上で、カムロブ部分を膨出成形することにより、その
後のレーザ肉盛り加工や研削加工のための加工代（し
ろ）を考慮したカムシャフトの概略形状に加工するもの
であって、例えば、図３（ａ）ないし（ｃ）に示すよう
に、素材として、例えば低炭素鋼の電縫管のような鋼管
１１のジャーナル相当部位に、縮径加工用の成形型２０
を押し当てながら鋼管１１を回転させる、いわゆる転造
加工によって鋼管１１にあらかじめ縮径加工を施し、ジ
ャーナル部１２を成形しておく。

【００１３】この縮径加工においては、請求項３に記載
しているように、縮径率を５０％以下とすることが加工
時の亀裂や割れの発生を防止する観点から望ましい。す
なわち、１００（Ｄ0 −Ｄ）／Ｄ0 （Ｄ：縮径後の径，
Ｄ0 ：原径）で定義される縮径率が５０％を超えると、
縮径加工時に素材鋼管１１の表面に剥離状の割れが発生
したり、縮径部とこれに隣接する部分の間に亀裂が発生
し易くなったりする傾向がある。また、素材鋼管１１の
外径については、請求項２に記載しているように、カム
シャフト粗材のベースサークル径２Ｒb よりも小さく、
かつ回転軸芯Ｏからカムノーズトップまでの距離ｈ2 よ
りも大きい（図１（ｄ）参照）ものを使用することが、
縮径加工および膨出加工時の成形割れを防止すると共
に、加工工程を少なくするという観点からより好まし
い。これは、素材鋼管１１の外径がベースサークル径２
Ｒb 以上の場合には、ベースサークル径２Ｒb にまで縮
径する工程が必要となって生産性が低下し、回転軸芯Ｏ
からカムノーズトップまでの距離ｈ2 以下の場合には、
膨出成形時に所望の肉厚を確保することが困難となり、
場合によっては成形割れが発生しやすくなる傾向がある
ことによる。

【００１４】図３（ａ）ないし（ｃ）に示した工程によ
ってジャーナル相当部位に縮径加工が施された素材鋼管
１１は、例えば図４（ａ）に示すような膨出加工用の成
形型３０に移動され、当該成形型３０内に、図４（ｂ）
に示すようにセットされたのち、図４（ｃ）に示すよう
に圧縮力を負荷しながら鋼管１１の中空部内な液圧をか
けることによって、所望の部分を膨出成形させる、いわ
ゆるバルジ加工によって図１（ｄ）に示したような断面
形状を備えたカムシャフト粗材１０に成形される。

【００１５】この膨出加工用の成形型３０は、請求項４
に記載しているように、カムシャフト粗材１０のカムロ
ブ部１３を成形するカムロブ型３１と、それ以外の部
分、すなわちカムシャフト粗材１０のスプロケット側端
部１４を成形する端部型３２、ジャーナル部１２を成形
するジャーナル型３３、およびカムシャフト粗材１０の
気筒間軸部１５を成形する気筒間型３４とがそれぞれ分
割された構造となっており、素材鋼管１１のセットに際
しては、図４（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、カム
シャフト粗材１０のカムロブ部１３を成形するカムロブ
型３１を仕上り状態のカムシャフト１における気筒間の
カムロブ間隔ＬC （図１（ｂ）参照）よりも広い間隔に
配置しておき、膨出成形時に、請求項５に記載している
ように内圧をかけながら、同時にカムロブ型３１を前記
カムロブ間隔ＬC になるまで移動させることが膨出部分
の肉厚を保持し、成形割れを防止する観点から望まし
い。

【００１６】膨出成形に際して素材鋼管１１に負荷する
内圧としては、請求項８に記載しているように、８０〜
２００ＭＰａの範囲とすると共に、請求項６に記載して
いるように内圧を徐々に高めていくことが所望の膨出形
状を得るために好ましい。このとき、内圧が８０ＭＰａ
より小さいとカムロブ部１３やジャーナル部１２を所望
の形状に成形し難くなる傾向があり、内圧が２００ＭＰ
ａより大きいと急激な肉厚変化による強度不足や成形割
れが生じ易くなる傾向がある。

【００１７】また、請求項７に記載しているように、縮
径加工後の鋼管１１における隣接する縮径部位１２，１
２の間に挟まれる部分の長さＬO （図３（ｃ）参照）を
カムシャフト１の隣接するジャーナル部２，２により挟
まれる部分の長さ、すなわち図１（ｂ）に示す気筒間の
カムロブ間隔ＬC よりもカムロブ幅Ｗの１／２〜２倍の
長さだけ長くし、この分をいわゆる寄せ代とすることが
肉余りによるしわの発生の防止、あるいは膨出部分の肉
厚を確保し、成形割れを防止する観点から望ましい。こ
れは、上記寄せ代がカムロブ幅Ｗの１／２より短いと膨
出成形に際して成形割れが発生しやすく、カムロブ幅Ｗ
の２倍の長さよりも長いとしわが発生しやすくなる傾向
があることによる。

【００１８】本発明に係わる中空カムシャフトの製造方
法においては、前述したように、カムシャフト粗材の膨
出成形に際して、膨出成形後に行う耐摩耗材料の肉盛り
や、研削仕上げ加工を考慮した寸法に成形するものであ
るが、カムシャフト粗材１０のジャーナル部１２の外径
２Ｒj （図１（ｄ）参照）については、請求項９に記載
しているように、研削仕上げ加工後、すなわち製品とし
てのカムシャフト１のジャーナル部２の外径２Ｒjf（図
１（ｃ）参照）に対して、＋０．１ｍｍから＋０．５ｍ
ｍまでの範囲（２Ｒjf＋０．１ｍｍ〜２Ｒjf＋０．５ｍ
ｍ）に成形することがジャーナル部の駄肉を最小限にす
ると共に、必要な肉厚を確保して加工工程を少なくする
観点において望ましい。また、ジャーナル部１２の仕上
げ加工工数を削減するためには、請求項１０に記載して
いるように、図２（ａ）および（ｂ）に示すカムシャフ
ト粗材１０におけるカムロブ部１３のジャーナル部１２
の側の縦壁面Ａがカムシャフト粗材１０の回転軸に対し
て垂直であると共に、この縦壁面Ａがカムシャフト軸部
に対して、ジャーナル部１２を含むカムロブ部１３，１
３の間の距離Ｌj の０．１倍以下の曲率半径Ｒ（Ｒ≦
０．１Ｌj ）を備えた曲面を介して連続するようにカム
シャフト粗材１０を成形することが望ましい。すなわ
ち、縦壁面Ｂと軸部との間を結ぶ曲面の曲率半径Ｒが
０．１Ｌj を超える場合には、カムシャフトの形状によ
っては他の部品との干渉を避けるために、ジャーナル部
１２の両端部の加工を施す必要が生じるのに対し、前記
曲率半径Ｒを０．１Ｌj 以下とすることにより、ジャー
ナル部１２とカムロブ部１３の間に溝加工を施す必要が
なくなり、仕上げ加工時間が短縮されると共に、カムシ
ャフト１の精度品質を向上させることができる。

【００１９】そして、カムシャフト粗材１０のカムロブ
部１３におけるカム摺動面に耐摩耗材料をレーザ肉盛り
するに際しては、請求項１１に記載しているように、カ
ムシャフト粗材１０の肉盛り面を仕上げカム形状（製品
形状）に対して、あらかじめ０．３〜０．７ｍｍだけ小
さく膨出成形しておくことが肉盛り厚さを確保してカム
シャフト粗材１０にカムシャフトとして必要な耐摩耗性
を付与する意味において好ましい。これは、仕上げカム
形状との寸法差が０．３ｍｍに満たない場合は、肉盛り
後の研削仕上げ加工の工数が増すと共に、肉盛り層の厚
さが不足して耐摩耗性が十分に得られず、逆に寸法差が
０．７ｍｍを超えた場合には、肉盛り工数および耐摩耗
材料の消費量が増加してコストアップの原因となること
による。また、カム摺動面への耐摩耗材料のレーザ肉盛
りに際しては、カムシャフトとしての耐摩耗性を向上さ
せるためには、その全周に肉盛りを施すことが望ましい
が、特に必要な部位のみに耐摩耗性を付与して加工時間
および耐摩耗材料の付加を最小限にして当該カムシャフ
トのコスト低減を図るためには、請求項１２に記載して
いるように、カムロブ部１３のイベント部からノーズト
ップに亘って耐摩耗材料を肉盛りするようになすことも
できる。なお、この場合のカムシャフト粗材１０におけ
るカムロブ部１３のベースサークル径２Ｒb （図１
（ｄ）参照）については、請求項１３に記載しているよ
うに、研削仕上げ加工後、すなわち製品としてのカムシ
ャフト１のカムロブ部３の外径２Ｒbf（図１（ｃ）参
照）に対して、＋０．５ｍｍから＋１．５ｍｍまでの範
囲（２Ｒb ＋０．１ｍｍ〜２Ｒb ＋０．５ｍｍ）に成形
することが望ましく、これによって必要な肉厚を確保す
ると共に、仕上げ加工時間を短縮することができ、生産
性およびコスト面で有利なものとなる。この場合、レー
ザ肉盛りを施すカムロブ部１３のイベント部からノーズ
トップにわたる部分については、請求項１１に記載して
いるように、仕上げカム寸法に対して０．３〜０．７ｍ
ｍだけ小さく成形しておくことが望ましいことは前述の
通りである。

【００２０】カムシャフト１の端部には、ピストンの往
復作動に同期させて吸排気弁を開閉させるべく当該カム
シャフト１を回転させるためのスプロケットを装着する
スプロケット取付ピースが固定されるが、このスプロケ
ット取付ピースの取付けに際しては、請求項１４に記載
しているようにスプロケット取付ピースに挿入したカム
シャフト粗材１０の端部を拡管することによって、かし
め固定するようになすことができる。

【００２１】すなわち、図５（ａ）ないし（ｃ）は、カ
ムシャフト粗材１０の端部にスプロケット取付けピース
を固定する要領を示すものであって、３個の円板状部品
５ａないし５ｃからなるスプロケット取付ピース５に
は、図５（ａ）に示すように、カムシャフト粗材１０の
端部１４における外径寸法よりも僅かに大きい内径を有
する挿着孔５ｄがそれぞれ形成してある。そして、図５
（ｂ）に示すように、スプロケット取付ピース５に形成
した挿着孔５ｄ内にカムシャフト粗材１０の端部１４を
挿通した状態で当該端部１４を拡管することによって、
例えば請求項１５に記載しているようにカムシャフト粗
材１０の端部１４における内径寸法よりも大きい外径を
備えたプラグ６を粗材１０の反対側の端部から挿入する
ことによって粗材１０の端部１４を拡管し、図５（ｃ）
に示すようにカムシャフト粗材１０の端部１４にスプロ
ケット取付ピース５をかしめて固定することができる。
このような方法の採用により、例えば溶接などによる接
合に較べて、熱による歪みが発生せず、しかも特別な工
具を必要としないので、簡単な工程にも拘らず製品の寸
法精度および生産性が大幅に向上することになる。

【００２２】なお、この他には、プラグ６を使用するこ
となく、カムシャフト粗材１０の膨出成形に際して、鋼
管１１の端部にあらかじめスプロケット取付ピース５を
装着した状態で内圧を負荷し、カムロブ部１３の成形と
同時に鋼管端部１４を拡管することによってスプロケッ
ト取付ピース５を固定することも可能である。さらに
は、スプロケット取付ピースの形状に相当する空隙部を
備えたバルジ成形型を用いることによって、図６に示す
ようにカムシャフト粗材１０の膨出成形と同時にスプロ
ケット取付部７を一体的に成形するようになすことも可
能である（請求項２１）。

【００２３】本発明に係わる中空カムシャフトは、上記
した方法によって製造されたものであるが、カムシャフ
ト１の軸強度を向上させるためには、請求項１６に記載
しているように、図１（ｂ）に示す気筒間におけるカム
シャフト軸部４の外径寸法２Ｒs をカムロブ部３，３の
間に位置するジャーナル部２の外径２Ｒjfよりも大きく
設定することができる。さらに、タベットおよびバルブ
リフターに対する本来の接触部以外の部位の干渉を防止
すると共に、カムシャフト形状への膨出成形時の材料流
入を容易にして成形割れやしわなどの発生を防止するた
めには、請求項１７に記載しているように、気筒間にお
けるカムシャフト軸部４の外径２Ｒs を、ジャーナル部
３の外径２Ｒjfの１．２倍より大きく、かつカムロブ部
３のベースサークル径２Ｒbfの０．９倍よりも小さくな
るようにすることができる。

【００２４】また、カムシャフト粗材１０の膨出成形を
行うに際して、カムロブ部１３のノーズトップへの材料
流れを容易にし、気筒間のカムシャフト軸部に発生する
歪みを緩和し、割れなどの欠陥発生を未然に防止するた
めに、請求項１８に記載しているように、図１（ａ）お
よび（ｂ）に示すカムロブ部３における気筒間側の縦壁
面Ｂ（気筒間の軸部４の側の縦壁面）と気筒間のカムシ
ャフト軸部４との間を連結面Ｃ（図２（ａ）および
（ｂ）参照）を介して連続するようになすことができ、
さらには、請求項１９に記載しているように、前記連結
面Ｃが気筒間のカムシャフト軸部４と接する点をＰ点、
カムロブ部３の気筒間側の縦壁面Ａと接する点をＳ点と
するとき、これらＰ点およびＳ点を結ぶ直線がカムシャ
フト１の回転軸に垂直な面に対してなす角度θ（図２
（ｂ）参照）が１０°〜８０°の範囲となるようにする
ことが望ましく、これによってカムシャフトの使用時に
発生する圧力によってカムロブ部３のイベント部からノ
ーズトップ部に至る部分が潰れる現象を未然に防止する
ことができるようになる。なお、上記連結面Ｃ、および
連結面Ｃの角度θについて、カムシャフト粗材１０の形
状を示す図２（ａ）および（ｂ）を用いて説明したが、
これは当該部分については仕上げ加工後の製品としての
カムシャフト１との間に形状差がないことによる。

【００２５】そして、本発明に係わる中空カムシャフト
の肉厚については、請求項２０に記載しているように、
カムロブ部３のイベント部からノーズトップに至る部分
およびベースサークル部の肉厚がそれぞれ０．９〜１．
４ｍｍおよび２．０〜４．０ｍｍの範囲のものとするこ
とができ、これによって中空構造でありながらカムシャ
フトとして必要な強度および耐久性が確保されることに
なる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる中空カムシャ
フトの製造方法は、上記構成、すなわちレーザ肉盛りな
どを施して中空カムシャフトに仕上げるためのカムシャ
フト粗材を鋼管から塑性加工するに際し、素材として、
成形しようとするカムシャフト素材の最大外周寸法であ
るカムロブ部外面直径（Ｒb ＋ｈ2 ）と最小寸法である
ジャーナル部の外径（２Ｒj ）との中間の外径を有する
鋼管を用い、素材鋼管のジャーナル相当部位を成形型を
用いた塑性加工によってあらかじめ縮径加工したのち、
膨出成形することによりカムシャフト粗材を得るように
しているので、成形割れを発生することなく所望形状を
備えた中空カムシャフトを製造することができるという
極めて優れた効果をもたらすものである。

【００２７】本発明の中空カムシャフトの製造方法の実
施態様として請求項２に係わる製造方法においては、素
材鋼管として、成形しようとするカムシャフト粗材のカ
ムロブ部におけるベースサークル径（２Ｒb ）より小さ
く、回転軸芯からカムロブ部のノーズトップまでの距離
（ｈ2 ）よりも大きい外径を有する鋼管を用いるように
しているので、成形割れや肉厚不足による強度低下を起
こすことなく、縮径加工の工程を必要最小限のものとす
ることができ、中空カムシャフトの製造コストの削減が
可能になり、同じく実施態様として請求項３に係わる中
空カムシャフトの製造方法においては、縮径加工に際し
て素材鋼管のジャーナル相当部位を５０％以下の縮径率
に加工するようにしているので、縮径加工時の亀裂や割
れの発生を未然に防止することができる。

【００２８】また、同じく実施態様として請求項４に係
わる中空カムシャフトの製造方法においては、カムロブ
部を成形するカムロブ成形部を含む型とそれ以外の部分
の型とを分割構造とした成形型を用い、カムロブ成形部
の型を目的のカムロブ間隔よりも広い間隔で配置した成
形型に縮径加工した鋼管をセットしたのち、カムロブ成
形部を含む型を所定のカムロブ間隔となるように軸方向
に移動させながら、鋼管に内圧を負荷して膨出成形する
ようにしているので、成形割れを生じることなく膨出部
分の肉厚を確保することができ、当該請求項４の製造方
法の実施態様として請求項５に係わる中空カムシャフト
の製造方法においては、膨出成形に際して、鋼管に内圧
を負荷すると同時に、カムロブ成形部を含む型をすべて
同時に移動させるようにしているので、成形割れを発生
させることなく、とくにカムロブ部の膨出成形部を所望
の形状に成形することができ、すべてのカムロブ部が同
時に成形されることから、逐次的な膨出成形に較べて工
程を短縮することができ、型数が少なくてすむので生産
性の高い成形が可能になり、請求項６に係わる中空カム
シャフトの製造方法においては、膨出成形に際して、鋼
管を軸方向に圧縮しながら内圧を高めるようにしている
ので、肉厚減少による強度低下や成形割れが発生せず、
所望の形状を備えた良好な品質の中空カムシャフトを得
ることができ、さらに実施態様として請求項７に係わる
中空カムシャフトの製造方法においては、縮径加工後の
鋼管における隣接する縮径部位の間に挟まれる部分の長
さをカムシャフトの隣接するジャーナル部により挟まれ
る部分の長さよりもカムロブ幅の１／２〜２倍の長さ分
だけ寄せ代として長くするようにしていることから、膨
出成形に際して、成形割れと共にしわの発生を防止する
ことができ、本発明の中空カムシャフトの製造方法の実
施態様として請求項８に係わる製造方法においては、膨
出成形に際して、縮径加工後の鋼管に８０〜２００ＭＰ
ａの内圧をかけるようにしているので、肉厚減少による
強度低下や成形割れのない、所望の形状を備えた良好な
品質の中空カムシャフトを得ることができるという優れ
た効果がもたらされる。

【００２９】本発明の中空カムシャフトの製造方法の実
施態様として請求項９に係わる中空カムシャフトの製造
方法においては、カムシャフト粗材におけるジャーナル
部の外径（２Ｒj ）を研削仕上げ加工後のジャーナル部
の外径（２Ｒjf）に対して、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの
範囲の寸法だけ大きく成形するようにしているので、ジ
ャーナル部の駄肉を最小限のものとして加工工数を少な
くすることができ、生産性の向上およびコスト低減が可
能になり、同じく実施態様として請求項１０に係わる中
空カムシャフトの製造方法においては、カムシャフト粗
材のカムロブ部におけるジャーナル部側の縦壁面がカム
シャフト回転軸に対して垂直であると共に、この縦壁面
がカムシャフト軸部に対してジャーナル部を含むカムロ
ブ部の間の距離の０．１倍以下の曲率半径を備えた曲面
を介して連続するような形状に成形するようにしている
ので、ジャーナル部とカムロ部との境に溝加工を施す必
要がなくなってジャーナル部の仕上げ加工工数を削減す
ることができ、請求項１１に係わる中空カムシャフトの
製造方法においては、カムシャフト粗材のカムロブ部に
おける肉盛り面を仕上げカム形状に対して０．３〜０．
７ｍｍだけ小さく成形したのち、当該肉盛り面に耐摩耗
材料をレーザ肉盛りするようにしているので、耐摩耗性
を備えた層の肉厚を十分に確保することができ、カムシ
ャフトとして求められる耐摩耗性および耐久性を十分に
発揮することができる。また、実施態様として請求項１
２に係わる中空カムシャフトの製造方法においては、耐
摩耗材料のレーザ肉盛りに際して、カムシャフト粗材に
おけるカムロブ部のイベント部からノーズトップにわた
る部分をレーザ肉盛りするようにしているので、とくに
必要な部位に耐摩耗性を付与することができ、肉盛り加
工工数および耐摩耗材料の使用量を必要最小限のものと
して生産性の向上およびコスト低減が可能になり、請求
項１２に係わる製造方法の実施態様として請求項１３に
係わる中空カムシャフトの製造方法においては、カムシ
ャフト粗材のカムロブ部におけるベースサークル径（２
Ｒb ）を研削仕上げ加工後のベースサークル径（２Ｒb
f）に対して、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲の寸法だ
け大きく成形するようにしているので、仕上げ加工工数
の削減が可能となり、生産性が向上するという効果がも
たらされる。

【００３０】さらに、本発明の中空カムシャフトの製造
方法の実施態様として請求項１４に係わる製造方法にお
いては、スプロケット取付ピースの取付けに際して、当
該取付ピースに設けた挿着孔にカムシャフト粗材の端部
を挿通した状態でこの端部を拡管することによってカム
シャフト粗材端部にスプロケット取付ピースを固定する
ようにしているので、短時間で歪みの発生なく高精度に
固定することができると共に、各種仕様のエンジンに容
易に適用することができ、当該製造方法の実施態様とし
て請求項１５に係わる中空カムシャフトの製造方法にお
いては、カムシャフト粗材の内径寸法よりも大きな外径
を備えたプラグを他方の端部側から挿入することによっ
てカムシャフト粗材の端部を拡管するようにしているの
で、特別な工具や治具を必要とせず、スプロケット取付
ピースをより簡単かつ高精度に固定することができると
いう優れた効果が得られる。

【００３１】本発明の請求項１６に係わる中空カムシャ
フトは、請求項１ないし請求項１５のいずれかの方法に
より製造された中空カムシャフトであって、気筒間にお
けるカムシャフト軸部の外径寸法（２Ｒs ）がカムロブ
部間に位置するジャーナル部の外径（２Ｒjf）よりも大
きくなっているので、中空カムシャフトの軸強度を向上
させることができ、高回転で高い負荷がかかるエンジン
のカムシャフトとして安定した性能が得られ、実施態様
として請求項１７に係わる中空カムシャフトは、気筒間
におけるカムシャフト軸部の外径（２Ｒs ）と、カムロ
ブ部間に位置するジャーナル部の外径（２Ｒjf）と、カ
ムロブ部のベースサークル径（２Ｒbf）の間に、１．２
Ｒjf＜Ｒs ＜０．９Ｒbfの関係が成り立っているので、
中空カムシャフトの軸強度をさらに向上させることがで
きると共に、タベットおよびバルブリフターに対する本
来の接触部以外の部位の干渉を未然に防止でき、さらに
塑性加工時の材料流入が円滑に行われ、成形不良の発生
が減少して生産性が向上するばかりでなく、さらなる軽
量化が可能になるという極めて優れた効果をもたらすも
のである。

【００３２】また、本発明の請求項１８に係わる中空カ
ムシャフトは、同様に請求項１ないし請求項１５のいず
れかの方法により製造された中空カムシャフトであっ
て、カムロブ部における気筒間側の縦壁面と気筒間のカ
ムシャフト軸部の間が連結面を介して連続しているの
で、目的のカム形状への塑性加工に際してノーズトップ
部への材料流入が円滑なものとなり、カムシャフトの気
筒間部分に発生する歪みを緩和して割れなどの欠陥の発
生を未然に防止することができ、生産性の向上が可能に
なり、実施態様として請求項１９に係わる中空カムシャ
フトにおいては前記連結面が気筒間のカムシャフト軸部
と接する点と、連結面がカムロブ部における気筒間側の
縦壁面と接する点とを結ぶ直線がカムシャフト回転軸に
垂直な面に対してなす角度が１０°〜８０°の範囲とな
っているので、使用時の圧力によるカムイベント部から
ノーズトップ部の潰れを未然に防止することができると
いう極めて優れた効果がもたらされる。

【００３３】さらに、本発明の請求項２０に係わる中空
カムシャフトは、同様に請求項１ないし請求項１５のい
ずれかの方法により製造された中空カムシャフトであっ
て、カムロブ部のイベント部からノーズトップまでの部
分およびベースサークル部の肉厚がそれぞれ０．９〜
１．４ｍｍおよび２．０〜４．０ｍｍの範囲としたもの
であるから、カムロブ部として必要とされる強度を中空
構造によって得ることができ、中空カムシャフトの耐久
性を向上させることができる。さらに、本発明の請求項
２１に係わる中空カムシャフトは、請求項１ないし請求
項１３のいずれかの方法により製造された中空カムシャ
フトであって、カムシャフトの一端側にスプロケット取
付部が一体成形してあるので、スプロケット取付部をカ
ムロブ部などの膨出成形と同時に成形することができ、
生産性向上が達成できるという優れた効果がもたらされ
る。

【００３４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体
的に説明する。

【００３５】実施例１〜１６ 素材鋼管１１として、低炭素鋼管ＳＴＫＭ１１Ａ（ＪＩ
Ｓ Ｇ ３４４５）に該当する外径２５ないし３５ｍ
ｍ、肉厚３ｍｍの電縫管を使用し、図３（ａ）ないし
（ｃ）に示した要領によって、素材鋼管１１のジャーナ
ル相当部位に各種の縮径率で縮径加工を施したのち、図
４（ａ）に示した成形型３０にセットして、図４（ｂ）
および（ｃ）に示した要領により、各種の条件の下に鋼
管１１内に液圧を加えると共に各型３１，３３，３４を
同時に移動させつつ、鋼管１１を軸方向、図中左側に圧
縮することによって、図１（ｄ）および図２（ａ），
（ｂ）に示すような形状を備えたカムシャフト粗材１０
を得た。これらカムシャフト粗材１０の寸法について
は、回転軸Ｏからノーズトップまでの距離ｈ2 を２７ｍ
ｍ、ベースサークル径２Ｒb を３６ｍｍとそれぞれ一定
とすると共に、ジャーナル部１２の表面からノーズトッ
プまでの距離ｈ1 を１２ｍｍ，１５ｍｍ，１７ｍｍの３
仕様とし（ジャーナル部１２の外径２Ｒj については、
距離ｈ1 の仕様に応じてそれぞれ３０ｍｍ，２４ｍｍ，
２０ｍｍとなる）、カムロブ部１３の幅Ｗについてはす
べて１２ｍｍとした。このようにして得られたカムシャ
フト粗材１０の成形性および欠陥の発生状況などの品質
について調査した結果を成形条件と共に表１に示す。

【００３６】なお、上記カムシャフト粗材１０には、引
き続いてカムロブ部１３のカム摺動面に耐摩耗材料がレ
ーザ肉盛りされたのち、当該カム摺動面およびジャーナ
ル部１２に研削仕上げ加工が施されると共に、図５
（ａ）ないし（ｃ）に示した要領により、スプロケット
取付ピース５がプラグ６を挿入することによってカムシ
ャフト粗材１０の端部に取付けられ、図１（ａ）ないし
（ｃ）に示す形状のカムシャフト１が完成する。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１の実施例１ないし９の結果から明らか
なように、外径２９〜３５ｍｍの素材鋼管１１を５０％
以下の縮径率に縮径加工したのち、分割型を用いて、縮
径された鋼管１１に成形しようとするカムロブ部１３の
膨出サイズ、すなわちジャーナル部１２の表面からノー
ズトップまでの距離ｈ1 に応じて８０〜１９０ＭＰａの
内圧をかけて膨出成形することにより、成形割れやしわ
等のない、良好な形状のカムシャフト粗材１０が得られ
ることが確認された。

【００３９】これに対し、実施例１０ないし１６におい
ては、いずれも許容レベル以上の品質を示したが、膨出
成形時の内圧が７０ＭＰａとやや低い実施例１０におい
ては、カムロブ部１３の膨出量が不足しがちで、目的の
カムロブ形状が得られにくくなる傾向が認められ、逆に
３５０ＭＰａと膨出成形時の内圧が高い実施例１１にお
いては、カムロブ部１３に割れが発生しやすくなる傾向
があった。また、縮径加工における縮径率が６０％と比
較的高い実施例１４においては過度の縮径に起因する亀
裂が生じ易く、外径が２５ｍｍと比較的小さい素材鋼管
１１を用いた実施例１５においては膨出成形時に割れが
発生し易く、さらに分割されていない一体タイプの成形
型を用いて膨出成形を行った実施例１６の場合には膨出
成形時に肉寄せをうまく行うことができず、割れが発生
しやすくなる傾向がそれぞれ認められた。

【００４０】実施例１７ 素材鋼管１１として、中炭素鋼管ＳＴＫＭ１３Ａ（ＪＩ
Ｓ Ｇ ３４４５）に該当する外径３２ｍｍ、肉厚３ｍ
ｍの電縫管を使用し、表１に示す実施例３と同じ条件の
下に、同様のカムロブ形状を備えたカムシャフト粗材１
０を得るに際して、膨出成形を２段階に分け、その間に
焼鈍を施した。

【００４１】その結果、割れなどの欠陥発生のない良好
な形状および品質を備えたカムシャフト粗材１０を得る
ことができ、ＳＴＫＭ１１Ａと比較して成形性が劣る素
材を使用した場合にも、膨出成形工程を２段あるいはそ
れ以上に多段化することによって良好な品質のカムシャ
フト粗材１０が得られることが確認された。

【００４２】実施例１８〜２３ 素材鋼管１１として、低炭素鋼管ＳＴＫＭ１１Ａに該当
する外径３２ｍｍ、肉厚３ｍｍの電縫管を使用して、図
３（ａ）ないし（ｃ）に示した要領によって、素材鋼管
１１のジャーナル相当部位に縮径率４０％の縮径加工を
施したのち、図４（ａ）に示した成形型３０を用いて、
図４（ｂ）および（ｃ）に示した要領により、鋼管１１
内に１５０ＭＰａの液圧を加えながら各型３１，３３，
３４を同時に移動させ、鋼管１１を軸方向に圧縮するこ
とによって、図１（ｄ）および図２（ａ），（ｂ）に示
すような形状を備え、ジャーナル部１２の軸外径２Ｒj
を２３．０〜２５．０ｍｍの範囲としたカムシャフト粗
材１０を得た。そして当該カムシャフト粗材１０のジャ
ーナル部１２を所定の仕上げ径（２Ｒjf）２３．０ｍｍ
に研削仕上げ加工するのに要する加工時間および表面の
仕上げ状態について評価した。その結果を表２に示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２の結果から明らかなように、膨出成形
後のジャーナル部、すなわちカムシャフト粗材１０のジ
ャーナル部１２の外径２Ｒj が２３．１ｍｍ〜２３．５
ｍｍの範囲となるように膨出成形された実施例１８ない
し２０においては、ジャーナル部１２の加工が研削加工
のみで済むため、加工時間が短く、良好な仕上げ状態と
なっているのに対し、ジャーナル部１２の外径２Ｒj が
ほとんど仕上げ径寸法２Ｒjfに等しい実施例２１におい
ては、膨出加工の精度によっては部分的な削り残しが生
じる可能性があり、ジャーナル部１２の外径２Ｒj が仕
上げ寸法２Ｒjfに対して２４．０ｍｍおよび２５．０ｍ
ｍと比較的大きい実施例２２および２３においては、仕
上げ状態は良好であるものの、研削代が多くなって仕上
げ加工時間が長くなる傾向が認められた。

【００４５】実施例２４〜３１ 素材鋼管１１として、低炭素鋼管ＳＴＫＭ１１Ａに該当
する外径３２ｍｍ、肉厚３ｍｍの電縫管を使用し、上記
実施例と同様に、図３（ａ）ないし（ｃ）に示した要領
によって、素材鋼管１１のジャーナル相当部位に縮径率
４０％の縮径加工を施したのち、図４（ａ）に示した成
形型３０を用いて、図４（ｂ）および（ｃ）に示した要
領により、鋼管１１内に１５０ＭＰａの液圧を負荷しな
がら各型３１，３３，３４を同時に移動させ、鋼管１１
を軸方向に圧縮することによって、図１（ｄ）および図
２（ａ），（ｂ）に示すような形状を備えたカムシャフ
ト粗材１０を得た。そして、当該カムシャフト粗材１０
のカムロブ部１３のイベント部からノーズトップにかけ
て耐摩耗材料をレーザ肉盛りすると共に、当該カムロブ
部１３のカム摺動面およびジャーナル部１２に研削仕上
げ加工を施すことによって、図１（ａ）ないし（ｃ）に
示す形状を有し、種々の寸法を備えた８種類のカムシャ
フト１を得た。なお、カムシャフト素材１０の形状およ
び寸法については、膨出成形後の肉盛りおよび仕上げ研
削加工を考慮して、ジャーナル部１２の外径２Ｒj につ
いてはその製品寸法２Ｒjfよりも約０．３ｍｍ大きく、
カムロブ部１３のイベント部からノーズトップにかけて
の部分については製品寸法よりも約０．５ｍｍ小さく、
さらにカムロブ部１３のベースサークル径２Ｒb につい
ては製品寸法２Ｒbfよりも約１ｍｍだけ大きく成形する
と共に、カムロブ部１３のジャーナル部側縦壁面Ａとジ
ャーナル部１２を形成するカムシャフト軸部との間の曲
率半径Ｒについては１ｍｍとなるように、カムロブ部１
３の気筒側縦壁面Ｂと気筒間のカムシャフト軸部との間
の連結面Ｃが回転軸に垂直な面に対してなす角度θにつ
いては４５°となるように成形した（図２（ｂ）参
照）。

【００４６】また、カム摺動面へのレーザ肉盛りに際し
ては、Ｈｖ５５０の硬さが得られる鋳鉄粉を耐摩耗材料
として用いると共に、最大出力３ｋＷのＹＡＧレーザを
使用した。

【００４７】この様にして得られた８種類のカムシャフ
ト１は、図７に示すように、ジャーナル部２の中央部に
２００ｋｇｆの荷重をかけ、隣接するジャーナル部２，
２で当該カムシャフト１を支持したときの中央部におけ
るたわみ変位量を測定することによって、その曲げ剛性
が評価された。その結果を表３に示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】表３から明らかなように、気筒間における
カムシャフト軸部４の外径２Ｒs がジャーナル部２の外
径２Ｒjfに等しい実施例２８および３０においては、変
位量が大きく軸強度が劣る傾向があるのに対し、気筒間
のカムシャフト軸部４の外径２Ｒs がジャーナル部２の
外径２Ｒjfよりも大きい実施例２４ないし２７において
は、いずれも変位量が小さく軸強度に優れることが確認
された。また、気筒間における軸部４の外径２Ｒs がジ
ャーナル部２の外径２Ｒjfよりも大きいものの、カムロ
ブ部１３のベースサークル径２Ｒbfに等しい実施例３１
およびほとんど等しい実施例２９においては、軸強度に
優れるものの、エンジンに搭載した場合に他部品との干
渉が生じる可能性が高くなることが判明した。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ） 本発明に係わる中空カムシャフトの最
終仕上げ形状を示す斜視図である。 （ｂ） 図１（ａ）に示した中空カムシャフトの縦断面
図である。 （ｃ） 図１（ａ）に示した中空カムシャフトの形状お
よび寸法を示すカムロブ部における横断面図である。 （ｄ） カムシャフト粗材の形状および寸法を示すカム
ロブ部における横断面図である。

【図２】（ａ） 図１（ｄ）に示したカムシャフト粗材
の１気筒分の形状および寸法を示す部分断面図である。 （ｂ） 図１（ｄ）に示したカムシャフト粗材の形状を
さらに詳しく説明する図２（ａ）の拡大図である。

【図３】（ａ）ないし（ｃ）は素材鋼管の縮径加工の手
順を示す工程図である。

【図４】（ａ）ないし（ｃ）は縮径加工された鋼管に膨
出成形を施すことによってカムシャフト粗材を成形する
手順を示す工程図である。

【図５】（ａ）ないし（ｃ）はカムシャフト粗材の端部
にスプロケット取付けピースを固定する手順を示す工程
図である。

【図６】スプロケット取付けピースが一体成形された中
空カムシャフトの例を示す断面図である。

【図７】中空カムシャフトの曲げ剛性の評価要領を示す
説明図である。

【図８】従来の中空カムシャフトの成形要領を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 中空カムシャフト ２ ジャーナル部 ３ カムロブ部 ４ 気筒間の軸部 ５ スプロケット取付ピース ５ｄ 挿着孔 ６ プラグ Ａ （ジャーナル部側の）縦壁面 Ｂ （気筒間側の）縦壁面 Ｃ 連結面 １０ カムシャフト粗材 １１ 素材鋼管 １２ （カムシャフト粗材の）ジャーナル部 １３ （カムシャフト粗材の）カムロブ部 ３０ 成形型（膨出加工用） ３１ カムロブ型（カムロブ成形部を含む型） Ｏ 回転軸芯

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴 木 健 司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 加 納 眞 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 坂 元 宏 規 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 倉 持 竹 晴 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 野 原 常 靖 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 BA25 BA34 CA08 CA09 CA13 CA29 CA32 CA46 EA03 EA05 EA24 FA09 FA12 FA13 FA14 GA00

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素材鋼管に塑性加工を施して最終仕上げ
   形状に近似した形状を有するカムシャフト粗材を形成し
   たのち、該カムシャフト粗材のカム摺動面の一部もしく
   は全部にレーザ肉盛りを施して中空カムシャフトを製造
   するに際し、 素材鋼管の外径をカムシャフト粗材の最大外周寸法とな
   るカムロブ部の外面直径（Ｒb ＋ｈ2 ）と最小寸法とな
   るジャーナル部の外径（２Ｒj ）との中間寸法とし、当
   該素材鋼管のジャーナル相当部位を成形型を用いた塑性
   加工によってあらかじめ縮径加工したのち、膨出成形し
   てカムシャフト粗材を得ることを特徴とする中空カムシ
   ャフトの製造方法。
2. 【請求項２】 カムシャフト粗材におけるカムロブ部の
   ベースサークル径（２Ｒb ）よりも小さく、かつ回転軸
   芯からカムロブ部のノーズトップまでの距離（ｈ2 ）よ
   りも大きい外径の素材鋼管を用いることを特徴とする請
   求項１記載の中空カムシャフトの製造方法。
3. 【請求項３】 素材鋼管のジャーナル相当部位を５０％
   以下の縮径率に縮径加工することを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の中空カムシャフトの製造方法。
4. 【請求項４】 膨出成形に際して、少なくともカムロブ
   成形部を含む部分とそれ以外の部分とが分割された構造
   の成形型を使用し、カムロブ成形部を含む型をカムシャ
   フトのカムロブ間隔よりも広い間隔で配置した状態の成
   形型に縮径加工後の鋼管をセットしたのち、カムロブ成
   形部を含む型を所定のカムロブ間隔となるように軸方向
   に移動させながら、鋼管に内圧を負荷することを特徴と
   する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の中空カ
   ムシャフトの製造方法。
5. 【請求項５】 膨出成形に際して、鋼管への内圧負荷と
   同時に、カムロブ部の軸方向寸法が最終寸法となるよう
   にカムロブ成形部を含む型をすべて同時に移動させるこ
   とを特徴とする請求項４記載の中空カムシャフトの製造
   方法。
6. 【請求項６】 膨出成形に際して、鋼管を軸方向に圧縮
   しながら内圧を高めることを特徴とする請求項４または
   請求項５記載の中空カムシャフトの製造方法。
7. 【請求項７】 縮径加工後の鋼管における隣接する縮径
   部位の間に挟まれる部分の長さをカムシャフトの隣接す
   るジャーナル部により挟まれる部分の長さよりもカムロ
   ブ幅の１／２〜２倍の長さだけ長くすることを特徴とす
   る請求項４ないし請求項６のいずれかに記載の中空カム
   シャフトの製造方法。
8. 【請求項８】 膨出成形に際して、縮径加工後の鋼管に
   ８０〜２００ＭＰａの内圧をかけることを特徴とする請
   求項１ないし請求項７のいずれかに記載の中空カムシャ
   フトの製造方法。
9. 【請求項９】 カムシャフト粗材におけるジャーナル部
   の外径（２Ｒj ）を研削仕上げ加工後のジャーナル部の
   外径（２Ｒjf）に対して、 ２Ｒjf＋０．１ｍｍ≦２Ｒj ≦２Ｒjf＋０．５ｍｍ の範囲に成形することを特徴とする請求項１ないし請求
   項８のいずれかに記載の中空カムシャフトの製造方法。
10. 【請求項１０】 カムシャフト粗材のカムロブ部におけ
    るジャーナル部側の縦壁面がカムシャフト回転軸に対し
    て垂直であると共に、前記縦壁面がカムシャフト軸部に
    対してジャーナル部を含むカムロブ部の間の距離の０．
    １倍以下の曲率半径を備えた曲面を介して連続する形状
    に成形することを特徴とする請求項１ないし請求項９の
    いずれかに記載の中空カムシャフトの製造方法。
11. 【請求項１１】 カムシャフト粗材のカムロブ部におけ
    る肉盛り面を仕上げカム形状に対して０．３〜０．７ｍ
    ｍだけ小さく成形したのち、当該肉盛り面に耐摩耗材料
    をレーザ肉盛りすることを特徴とする請求項１ないし請
    求項１０のいずれかに記載の中空カムシャフトの製造方
    法。
12. 【請求項１２】カムシャフト粗材におけるカムロブ部の
    イベント部からノーズトップにわたる部分をレーザ肉盛
    りすることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のい
    ずれかに記載の中空カムシャフトの製造方法。
13. 【請求項１３】 カムシャフト粗材のカムロブ部におけ
    るベースサークル径（２Ｒb ）を研削仕上げ加工後のベ
    ースサークル径（２Ｒbf）に対して、 ２Ｒbf＋０．５ｍｍ≦２Ｒb ≦２Ｒbf＋１．５ｍｍ の範囲に成形することを特徴とする請求項１２記載の中
    空カムシャフトの製造方法。
14. 【請求項１４】 カムシャフト粗材の一方の端部外径よ
    りも大きい内径の挿着孔をスプロケット取付ピースに形
    成すると共に、該挿着孔に前記カムシャフト粗材の一方
    の端部を挿通した状態でカムシャフト粗材の一方の端部
    を拡管し、当該端部にスプロケット取付ピースを固定す
    ることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれ
    かに記載の中空カムシャフトの製造方法。
15. 【請求項１５】 カムシャフト粗材の一方の端部におけ
    る内径寸法よりも大きな外径を備えたプラグをカムシャ
    フト粗材の他方の端部側から挿入してカムシャフト粗材
    の一方の端部を拡管することを特徴とする請求項１４記
    載の中空カムシャフトの製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１ないし請求項１５のいずれか
    の方法により製造された中空カムシャフトであって、気
    筒間におけるカムシャフト軸部の外径寸法（２Ｒs ）が
    カムロブ部間に位置するジャーナル部の外径（２Ｒjf）
    よりも大きいことを特徴とする中空カムシャフト。
17. 【請求項１７】 気筒間におけるカムシャフト軸部の外
    径（２Ｒs ）と、カムロブ部間に位置するジャーナル部
    の外径（２Ｒjf）と、カムロブ部のベースサークル径
    （２Ｒbf）の間に、 １．２Ｒjf＜Ｒs ＜０．９Ｒbf の関係が成り立つことを特徴とする請求項１６記載の中
    空カムシャフト。
18. 【請求項１８】 請求項１ないし請求項１５のいずれか
    の方法により製造された中空カムシャフトであって、カ
    ムロブ部における気筒間側の縦壁面と気筒間のカムシャ
    フト軸部の間が連結面を介して連続していることを特徴
    とする中空カムシャフト。
19. 【請求項１９】 前記連結面が気筒間のカムシャフト軸
    部と接する点と、連結面がカムロブ部における気筒間側
    の縦壁面と接する点とを結ぶ直線がカムシャフト回転軸
    に垂直な面に対してなす角度が１０°〜８０°の範囲で
    あることを特徴とする請求項１８記載の中空カムシャフ
    ト。
20. 【請求項２０】 請求項１ないし請求項１５のいずれか
    の方法により製造された中空カムシャフトであって、カ
    ムロブ部のイベント部からノーズトップにわたる部分の
    肉厚が０．９〜１．４ｍｍ、ベースサークル部の肉厚が
    ２．０〜４．０ｍｍの範囲であることを特徴とする中空
    カムシャフト。
21. 【請求項２１】 請求項１ないし請求項１３のいずれか
    の方法により製造された中空カムシャフトであって、カ
    ムシャフトの一端側にスプロケット取付部が一体成形し
    てあることを特徴とする中空カムシャフト。