JP6591252B2 - パイプ材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パイプ材の製造方法に関する。

従来、その管経路に例えばテーパ部が施されたり、管外周に六角形状が施されたパイプを製造する方法として、特許文献１に記載のものが知られている。具体的には、中空状のエキゾーストパイプ（パイプ材）の一部を絞り加工する際、スウェージング加工を用いてパイプの外径が次第に縮径するようなテーパ部を設ける方法を採用している。

特開２０００−２４０４４９号公報

しかしながら、管経路を変更したり、管外周形状を変更したりする際にスウェージング加工を用いる場合、パイプ材の位相を変えながらその外周面に連続的に打撃を与えることが必要で、高額な専用機が必要となる。また、パイプ材の角度を変えながら一部ずつ加工していくため、その仕上がりにおけるパイプ材の要求精度によっては、スウェージング加工中にパイプ材が曲がってしまう事態を回避すべくパイプ材内部に芯金を挿入することが必要となるが、パイプ形状によってはその内部に芯金を挿入することができない場合もある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、比較的簡便で、コスト削減を実現可能とするパイプ材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、長尺円筒状をなすとともに、その端部を除いた少なくとも一部の外周に断面視多角形状の絞りを設けたパイプ材の製造方法であって、第１型と第２型との間に長尺円筒状のプレパイプ材を配し、前記第１型と前記第２型を型閉じすることで前記プレパイプ材をその外周から加圧し、その外周面に前記絞りを形成する絞り工程を含み、前記第１型は、前記第２型と対向する面に多角面からなる第１凹部を有し、前記第２型は、前記第１型と対向する面に多角面からなる第２凹部を有し、前記絞り工程では、前記第１凹部の第１多角凹内面と前記第２凹部の第２多角凹内面とにより前記プレパイプ材を拘束しつつ、前記第１多角凹内面と前記第２多角凹内面とにより前記プレパイプ材の外周を加圧することで、前記第１多角凹内面の内面数と前記第２多角凹内面の内面数との和に相当する多角形状の絞りを形成することを特徴とする。

このようなパイプ材の製造方法によると、第１型と第２型とによってプレパイプ材の外周から加圧しつつ型閉じすることで、一度の絞り工程によってパイプ材の外周面に多角形状を施すことが可能となり、パイプ材の製造工程に要する時間を短縮できる。また、絞り加工を行うにあたり、例えばスウェージング加工のような高額な専用機を用いる方法に比べて、比較的安価な方法で実現できる。

上記パイプ材の製造方法において、前記多角形状は、正六角形状であり、前記第１型は、正六角形状を構成する面のうち３面を有し、前記第２型は、正六角形状を構成する面のうち残り３面を有し、前記プレパイプ材の外径Ｘに対して、前記第１型と前記第２型とを型閉じした状態における前記第１多角凹内面と前記第２多角凹内面との互いに対向する面同士の距離Ｙを０．７７Ｘ〜０．９５Ｘとし、前記絞り工程において、前記第１型と前記第２型とを型閉じする際に、前記第１型が有する前記３面と前記第２型が有する前記３面とにより、前記プレパイプ材の外周に対して圧力をかけるものとすることができる。

このようなパイプ材の製造方法によると、各３面により簡便にプレパイプ材の外周面を拘束しつつ加圧することが可能となり、より確実に所望する正六角形状の絞り加工を施すことが可能となる。

上記パイプ材の製造方法において、前記パイプ材は、エンジン構成部品であるカムシャフトの軸となるシャフトであるものとすることができる。このようなパイプ材の製造方法によると、カムシャフトの軸となるシャフトの中間部分に多角形状の絞りを設けることができ、カムの位置調整等の作業時において利便性に優れたものとなる。

上記パイプ材の製造方法において、前記絞り工程において、前記プレパイプ材のうち前記第１型と前記第２型とで加圧される箇所の近傍を、その外周から保持部材で保持するものとすることができる。このようなパイプ材の製造方法によると、保持部材によりプレパイプ材の外周が拘束されるため、プレパイプ材に絞り加工を施す際、プレパイプ材が変形してしまう事態を軽減できる。また、その内部に芯金を挿入することができないような形状のプレパイプ材を用いる場合であっても、その外周から保持部材により拘束することにより、プレパイプ材の曲がりを防止できる。

本発明によれば、比較的簡便で、コスト削減を実現可能とするパイプ材の製造方法を提供することができる。

本発明の製造方法を用いて製造されたシャフト（パイプ材）を有するカムシャフトの斜視図 絞り工程の態様を示す斜視図 絞り工程の態様を示す断面図（第１多角凹内面と第２多角凹内面との間にプレパイプ材を配した状態） 絞り工程の態様を示す断面図（プレパイプ材の外周面に、第１多角凹内面及び第２多角凹内面が部分的に当接した状態）（図２のＶ−Ｖ線断面図） 絞り工程の態様を示す断面図（第１型と第２型を型閉じした状態） 六角部が形成されたシャフトの斜視図 一端部が先細り形状をなすパイプ材の長手方向における断面図（図６のＶＩ−ＶＩ線断面図に相当）

本発明の実施形態を図１ないし図７によって説明する。なお、図３〜図５においては、保持部材７０を省略して図示するものとする。図１に示すカムシャフト３４０は、エンジンの構成部品の一つで、シャフト（パイプ材）３０一本に対してエンジンの吸排気バルブの開閉を行う複数のカム４０（４１〜４８）をまとめて備えている。これら複数のカム４０（４１〜４８）は、シャフト３０に対して一体回転可能に組み付けられており、紙面上左寄りの隣り合うカム４２とカム４３の間には、断面視正六角形状の六角部５５が設けられている。シャフト３０に対して各カム４０を取り付ける際、この六角部５５（六角形状をなす向かい合う平面）をレンチ等工具（図示せず）の先端で挟持しつつ、各カム４０の位置決めや位置合わせ等の調整作業を行う。なお、この六角部５５は、長尺円筒状をなすプレパイプ材５０の一端部寄りの一部の外周に断面視正六角形状の絞りを設けることにより形成されている（図６参照）。

（シャフト３０の製造方法）
図６に示すような六角部５５を設けたシャフト３０の製造方法としては、まず、長尺円筒状のプレパイプ材５０を製造する。プレパイプ材５０には、一般的なパイプ材の原料であるＳＴＫＭ１３Ｃを用いて、その外径が２５ｍｍ、厚みが３．５ｍｍとなるように製造する。その後、端部を除いた所望の位置にその断面視正六角形となるような絞り加工を施す。

絞り加工を施すための絞り工程では、図２〜図５に示すように、上方に配される第１型１０と下方に配される第２型２０を備えたプレス成形装置を用いる（第１型１０，第２型２０のみ図示）。第１型１０は、第２型２０と対向する面１１に多角面からなる第１凹部１０Ａを有しており、該第１凹部１０Ａは、正六角形状を構成する面のうち３面（第１多角凹内面１０１，１０２，１０３）を有する。一方、第２型２０も、第１型１０と対向する面２１に多角面からなる第２凹部２０Ａを有しており、該第２凹部２０Ａは、正六角形状を構成する面のうち残り３面（第２多角凹内面２０４，２０５，２０６）を有する。以後、第１多角凹内面１０１，１０２，１０３を総称するときは第１多角凹内面１００と言い、第２多角凹内面２０４，２０５，２０６を総称するときは第２多角凹内面２００と言う。

このような第１型１０と第２型２０を型閉じすると、第１多角凹内面１００と第２多角凹内面２００とにより正六角形が形成されるような構成となっている（図５参照）。そして、このように型閉じした状態における第１多角凹内面１００と第２多角凹内面２００との互いに対向する面同士の距離が２２ｍｍとなるような構成となっている。具体的には、第１多角凹内面１０１と第２多角凹内面２０４，第１多角凹内面１０２と第２多角凹内面２０５，第１多角凹内面１０３と第２多角凹内面２０６の、それぞれの面幅Ｗ１が一律２２ｍｍとなっている。つまり、ここではプレパイプ材５０の外径に対して、第１型１０と第２型２０とを型閉じした状態における第１多角凹内面１００と第２多角凹内面２００との互いに対向する面同士の距離の比率が約０．８８となっている。なお、第１型１０と第２型２０とを型閉じした状態における第１多角凹内面１００と第２多角凹内面２００との互いに対向する面同士の距離Ｙは、プレパイプ材５０の外径Ｘに対して好ましくは０．７７Ｘ〜０．９５Ｘの範囲となることが望ましい。面同士の距離Ｙが０．７７Ｘ未満の場合は、プレパイプ材５０の一部が型凹部外に漏れる可能性があり、０．９５Ｘを超えると所望の六角形形状を形成できない場合がある。

図３に示すように、このような第１型１０における第１凹部１０Ａの第１多角凹内面１００と、第２型２０における第２凹部２０Ａの第２多角凹内面２００との間にプレパイプ材５０を配した後、第１型１０と第２型２０を型閉じする。このとき、第１多角凹内面１０１，１０３と第２多角凹内面２０４，２０６とによりプレパイプ材５０を拘束しつつ型閉じすることとなり、その型閉じに基づき、第１多角凹内面１０１，１０３と第２多角凹内面２０４，２０６とにより、ひいては第１多角凹内面１０２と第２多角凹内面２０５とにより、プレパイプ材５０の外周は軸心に向かって加圧されることとなる。なお、この型閉じにおけるプレパイプ材５０への荷重はおよそ１００ｋＮである。

つまり、型閉じした状態における第１凹部１０Ａと第２凹部２０Ａ内の対向する面同士の距離２２ｍｍに対し、プレパイプ材５０の外径２５ｍｍの方が大きいため、第１型１０と第２型２０を型閉じしてゆくと、まず第１多角凹内面１０１，１０３及び第２多角凹内面２０４，２０６が、Ｙ１方向に加圧するようにプレパイプ材５０の外周面５０Ｍにそれぞれ当接して該箇所の塑性変形が始まる。そして第１型１０と第２型２０が完全に型閉じした状態となるべく更に加圧を進めると、塑性変形が進み上下に位置する第１多角凹内面１０２及び第２多角凹内面２０５もプレパイプ材５０の外周面５０Ｍに当接し、該箇所も塑性加工されることとなる。このように、第１型１０と第２型２０を型閉じする際、第１多角凹内面１００と第２多角凹内面２００とでプレパイプ材５０の外周面５０Ｍに対して圧力をかける。そして最終的に第１型１０と第２型２０が型閉じした状態で、プレパイプ材５０の外周に第１多角凹内面１００（１０１，１０２，１０３）の内面数３と第２多角凹内面２００（２０４，２０５，２０６）の内面数３との和に相当する正六角形となる多角形状の絞りが形成される。こうして、一部の外周に断面視正六角形状の六角部５５を設けたシャフト３０が製造される。

なお、絞り工程の際、図２に示すようにプレパイプ材５０のうち第１型１０と第２型２０とで加圧される箇所（絞り加工される箇所）の近傍を、その外周から保持部材７０で保持する。この保持部材７０はプレパイプ材５０と同様に長尺円筒状をなしており、その内径はプレパイプ材５０の外径に倣うものとされている。このようにプレパイプ材５０の外周を保持部材７０で拘束することにより、第１型１０と第２型２０とにより荷重がかかる際、プレパイプ材５０が曲がってしまう事態を防止することができる。また、図７に示すような一端部２５０Ｔが先細り形状をなすようなプレパイプ材に六角部２５５を設けたシャフト２３０を製造する場合、その内部に芯金を挿入することができないため、このように六角部２５５となる箇所以外の箇所を保持部材７０で外周から保持することは有効である。

続いて、本実施形態の作用・効果について説明する。
上記のようなパイプ材３０の製造方法によると、第１型１０と第２型２０とによってプレパイプ材５０の外周から加圧しつつ型閉じすることで、一度の絞り工程によってパイプ材３０の外周面５０Ｍに多角形状を施すことが可能となり、パイプ材３０の製造工程に要する時間を短縮できる。また、絞り加工を行うにあたり、例えばスウェージング加工のような高額な専用機を用いる方法に比べて、比較的安価な方法で実現できる。

また上記のようなパイプ材３０の製造方法によると、第１型１０は、正六角形状を構成する面のうち３面を有し、第２型２０は、正六角形状を構成する面のうち残り３面を有し、プレパイプ材５０の外径Ｘに対して、第１型１０と第２型２０とを型閉じした状態における第１多角凹内面１００と第２多角凹内面２００との互いに対向する面同士の距離Ｙを０．７７Ｘ〜０．９５Ｘとし、絞り工程において、第１型１０と第２型２０とを型閉じする際に、第１型１０の３面と第２型２０の３面とによりプレパイプ材５０の外周に対して圧力をかけるものとしているため、簡便にプレパイプ材５０の外周面５０Ｍを拘束しつつ加圧することが可能となり、より確実に所望する正六角形状の絞り加工を施すことが可能となる。

また上記のようなパイプ材３０の製造方法によると、カムシャフト３４０の軸となるシャフト３０の中間部分に多角形状の絞り５５を設けることができ、カム４０の位置調整等の作業時において利便性に優れたものとなる。

また上記のようなパイプ材３０の製造方法によると、保持部材７０によりプレパイプ材５０の外周が拘束されるため、プレパイプ材５０に絞り加工を施す際、プレパイプ材５０が変形してしまう事態を軽減できる。また、その内部に芯金を挿入することができないような形状のプレパイプ材５０を用いる場合であっても、その外周から保持部材７０により拘束することで、プレパイプ材５０の曲がりを防止できる。

１０…第１型、１０Ａ…第１凹部、１１…第１型１０において第２型２０と対向する面、２０…第２型、２０Ａ…第２凹部、２１…第２型２０において第１型１０と対向する面、３０…シャフト（パイプ材）、５０…プレパイプ材、５０Ｍ…プレパイプ材５０の外周面、５５…六角部（絞り）、１００（１０１，１０２，１０３）…第１多角凹内面、２００（２０４，２０５，２０６）…第２多角凹内面

Claims (3)

1. 長尺円筒状をなすとともに、その端部を除いた少なくとも一部の外周に断面視多角形状の絞りを設けたパイプ材の製造方法であって、
   上方に配される第１型と下方に配される第２型との間に長尺円筒状のプレパイプ材を配し、前記第１型と前記第２型を型閉じすることで前記プレパイプ材をその外周から加圧し、その外周面に前記絞りを形成する絞り工程を含み、
   前記第１型は、前記第２型と対向する面に多角面からなる第１凹部を有し、
   前記第２型は、前記第１型と対向する面に多角面からなる第２凹部を有し、
   前記絞り工程では、前記第１凹部の第１多角凹内面と前記第２凹部の第２多角凹内面とにより前記プレパイプ材を拘束しつつ、前記第１多角凹内面と前記第２多角凹内面とにより前記プレパイプ材の外周を加圧することで、前記第１多角凹内面の内面数と前記第２多角凹内面の内面数との和に相当する多角形状の絞りを形成し、
   前記絞り工程において、前記プレパイプ材のうち前記第１型と前記第２型とで加圧される箇所の近傍に、前記第２型の底部よりも浮かんだ状態で嵌められる筒状をなし、かつ前記第１型及び前記第２型と独立した保持部材で、前記近傍の外周を拘束することを特徴とするパイプ材の製造方法。
2. 前記多角形状は、正六角形状であり、
   前記第１型は、正六角形状を構成する面のうち３面を有し、
   前記第２型は、正六角形状を構成する面のうち残り３面を有し、
   前記プレパイプ材の外径Ｘに対して、前記第１型と前記第２型とを型閉じした状態における前記第１多角凹内面と前記第２多角凹内面との互いに対向する面同士の距離Ｙを０．７７Ｘ〜０．９５Ｘとし、
   前記絞り工程において、前記第１型と前記第２型とを型閉じする際に、前記第１型が有する前記３面と前記第２型が有する前記３面とにより、前記プレパイプ材の外周に対して圧力をかけることを特徴とする請求項１に記載のパイプ材の製造方法。
3. 前記パイプ材は、エンジン構成部品であるカムシャフトの軸となるシャフトであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパイプ材の製造方法。

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