JP2005334956A - 鋳造クランクシャフトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 中空部に残存する中子材料によって弊害が生じることのない鋳造クランクシャフトおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 鋳造クランクシャフトには、中子を用いた鋳込みにより中空部２０が形成されている。鋳造クランクシャフトは、中空部２０を規定する内壁１０ａを有するクランクシャフト本体１０と、内壁１０ａ上に残存する中子材料の砂２５と、砂２５とともに内壁１０ａを覆い、砂２５を内壁１０ａ上に固定する被覆部３０とを備える。
【選択図】 図３

Description

この発明は、一般的には、鋳造クランクシャフトおよびその製造方法に関し、より特定的には、鋳込みにより中空部が形成された鋳造クランクシャフトおよびその製造方法に関する。

中空部を有する鋳造クランクシャフトの製造に用いられる従来の技術として、たとえば、特開２０００−１５８０９２号公報には、表面にダイカスト用合金からなる被膜が形成されたダイカスト鋳造用中子が開示されている（特許文献１）。このような構成の中子を用いてダイカスト鋳造を実施すると、砂落としを行なった後、鋳物の母材と被膜とが一体化した鋳造品が得られる。

また、特開２００３−２６０５３９号公報には、作業効率を良好に保持し、低コスト化を図ることを目的とした鋳造用崩壊性砂中子の製造方法が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された製造方法によれば、焼成した砂中子の表面にコーティング溶液を塗布し、その後、焼成による余熱を利用してコーティング溶液を乾燥させる。

さらに、特開２００１−３８４５０号公報には、表面に、金属層と低融点合金層とが順に形成された鋳造用中子が開示されている（特許文献３）。特許文献３によれば、中子を配置したキャビティ内に合金溶湯を注湯すると、溶湯の熱によって低融点合金層が溶け、表面に金属層が残った鋳造品が得られる。
特開２０００−１５８０９２号公報 特開２００３−２６０５３９号公報 特開２００１−３８４５０号公報

中空部を有するクランクシャフトを鋳込みにより作製する場合、中空部に対応する鋳型内の位置に中子を設け、その鋳型内に溶融金属を注湯する。溶融金属が冷え固まった後、得られた鋳造品から中子を除去することで、クランクシャフトに中空部を形成する。しかし、中空部が、クランクシャフトの内部で方向を変えながら長い距離に渡って形成されている場合、鋳造品から中子を完全に取り除くことは困難である。このため、中空部に中子の材料である砂が残ってしまう。

一方、クランクシャフトに形成される中空部は、シャフトの軽量化に貢献するほか、油路としても用いられ、ベアリングに供給する潤滑油などが流される。この場合、中空部に砂が残っていると、砂が混じった状態の潤滑油が供給され、ベアリングで焼き付きが発生するおそれが生じる。

また、中子材料として用いられる砂は、上述の特許文献に開示された被覆や金属層の表面にも残存するおそれがあるため、これらの技術を用いた場合であっても同様の問題が発生する。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、中空部に残存する中子材料によって弊害が生じることのない鋳造クランクシャフトおよびその製造方法を提供することである。

この発明に従った鋳造クランクシャフトは、中子を用いた鋳込みにより中空部が形成された鋳造クランクシャフトである。鋳造クランクシャフトは、中空部を規定する内壁を有するクランクシャフト本体と、内壁上に残存する中子材料と、中子材料とともに内壁を覆い、中子材料を内壁上に固定する被覆部とを備える。

このように構成された鋳造クランクシャフトによれば、被覆部を設けることによって、鋳造工程の後に内壁上に残存する中子材料を、その内壁上に固定し、中空部内に閉じ込めることができる。このため、鋳造クランクシャフトの使用に際して、内壁上に残存する中子材料によって弊害が生じるということがない。

また好ましくは、クランクシャフト本体は、クランクシャフト本体の軸方向に交互に並んで設けられたクランクジャーナルおよびクランクピンを含む。中空部は、隣り合うクランクジャーナルおよびクランクピンの内部を連通するように形成されている。このように構成された鋳造クランクシャフトによれば、中空部は、隣り合うクランクジャーナルおよびクランクピンの内部を連通しながら、クランクシャフト本体の軸方向に沿って長い距離に渡って形成される。このため、中空部の形成に用いた中子を、完全に除去することが非常に困難である。そこで、残存する中子材料によって弊害が生じることのない本発明を、より効果的に利用することができる。

また好ましくは、被覆部は、内壁を順次覆う複数の層を含む。このように構成された鋳造クランクシャフトによれば、中子材料は、複数の層によって次々と覆われるため、中子材料の全体を被覆部によって確実に覆うことができる。また、被覆部を積層構造とすることで、厚みの大きい被覆部を容易に形成することができる。これらの理由から、中子材料をより確実に中空部の内壁上に固定することができる。

この発明に従った鋳造クランクシャフトの製造方法は、中子が配置された鋳型内に溶融金属を注湯して、中子を取り囲む内壁を有するクランクシャフト本体を形成する工程と、クランクシャフト本体から中子を除去することによって、内壁により規定される中空部をクランクシャフト本体に形成する工程と、中空部を形成する工程の後、内壁を覆う被覆部を形成して、内壁上に残存する中子材料を内壁上に固定する工程とを備える。

このように構成された鋳造クランクシャフトの製造方法によれば、内壁上に残存する中子材料を、その内壁上に固定できるため、鋳造クランクシャフトの使用に際して中子材料によって弊害が生じるということがない。このため、中子をクランクシャフト本体から完全に取り除く必要がなく、中子の除去に要する時間を短縮し、要する費用を削減することができる。

以上説明したように、この発明に従えば、中空部に残存する中子材料によって弊害が生じることのない鋳造クランクシャフトおよびその製造方法を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるクランクシャフトを示す斜視図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったクランクシャフトの断面図である。図中には、車両用の４シリンダーエンジンに用いられ、鋳造工程により作製されたクランクシャフトが示されている。

図１および図２を参照して、クランクシャフトを構成するクランクシャフト本体１０は、互いに間隔を隔てて一直線上に配置された複数のクランクジャーナル３と、隣り合うクランクジャーナル３間に位置する複数のクランクピン２とを備える。クランクジャーナル３が配置されている直線は、クランクシャフトの回転軸と一致する。クランクピン２は、クランクジャーナル３が配置されている直線に平行な直線であって、クランクジャーナル３が配置されている直線を中心に、互いに１８０°、位相がずれた２つの直線上に配置されている。

隣り合うクランクジャーナル３とクランクピン２とは、両者の間に延びるクランクアーム５によって接続されている。クランクシャフト本体１０には、クランクアーム５に連なって形成された、回転のバランスを良くするためのバランスウェイト４が設けられている。

クランクシャフト本体１０の一方端１ｍおよび他方端１ｎは、エンジンのシリンダブロックに回転自在に支持される。クランクピン２の外周面には、ベアリングを介してコネクティングロッドの大端部（ビックエンド）が連結される。コネクティングロッドの小端部（スモールエンド）には、ピストンが連結されている。このような構成により、クランクシャフトは、エンジンの燃焼工程で得られたピストンの直線的動力を、コネクティングロッドを介して回転運動に変え、また他の工程では、逆にピストンに運動を与える。これにより、クランクシャフトから連続した回転運動が出力される。

クランクシャフト本体１０は、鋳鉄から形成されており、その内部には、中子を用いた鋳込みにより作製された中空部２０が形成されている。中空部２０は、クランクシャフト本体１０の内壁１０ａによって規定されており、内壁１０ａに囲まれた空間に中空部２０が位置する。中空部２０は、隣り合うクランクジャーナル３とクランクピン２との間を次々と連通し、クランクシャフト本体１０の一方端１ｍから他方端１ｎにまで達している。中空部２０は、クランクジャーナル３またはクランクピン２の内部で方向を変えながら、一方端１ｍと他方端１ｎとの間をジグザグ状に延びている。クランクシャフト本体１０には、さらに、ベアリングが取り付けられるクランクピン２の外周面から中空部２０に達するオイル孔１２が、中子を用いた鋳込みにより形成されている。

中空部２０は、一方端１ｍ側において、図示しない給油ポンプに接続されており、他方端１ｎ側において、栓１４によって塞がれている。中空部２０は、クランクシャフトの潤滑油経路として用いられ、図示しない給油ポンプから所定圧力で圧送された潤滑油が、中空部２０を通ってオイル孔１２からベアリングへと供給される。なお、本実施の形態における中空部２０には、潤滑油が供給されるが、中空部には、潤滑を目的する油に限定されず、冷却や防錆等を目的する油が供給されても良い。また、油に限定されず、他の液体が供給されても良いし、気体が供給されても良い。つまりこの場合、中空部は、所定の流体が流される流体路として用いられる。

図３は、図２中の２点鎖線ＩＩＩに囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図３を参照して、クランクシャフト本体１０の内壁１０ａ上には、クランクシャフトを作製する鋳造工程時に中空部２０を形成するための中子として用いた砂２５が残存している。砂２５の直径は、たとえば、数１０μｍから数１００μｍ程度である。内壁１０ａには、その砂２５を覆うように被覆部３０が形成されている。被覆部３０によって、砂２５は、内壁１０ａ上に固定されている。

被覆部３０は、アルミニウムやスズ等、適当な金属から形成されていることが好ましい。この場合、中空部２０に供給される潤滑油が高温であっても、劣化するということがない。また、温度による劣化を考慮しなくていい場合、被覆部３０を、樹脂部材やゴム部材から形成することもできる。

被覆部３０の厚みｔは、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。被覆部３０の厚みｔを１０μｍ以上にすることによって、砂２５を内壁１０ａ上により確実に固定することができる。また、被覆部３０の厚みｔを５００μｍ以下にした場合、厚みが厚すぎるということがないため、たとえば、金属被膜を内壁１０ａ上に形成する場合に、溶融金属が垂れるということがない。これにより、被覆部３０を形成する際の作業性を向上させ、延いては、クランクシャフトの生産性を向上させることができる。なお、ここで言う厚みｔは、内壁３０上に形成された被覆部３０の厚みを複数の地点で測定し、その測定値を平均して得られる値を言う。

この発明の実施の形態１におけるクランクシャフトは、中子を用いた鋳込みにより中空部２０が形成された鋳造クランクシャフトである。クランクシャフトは、中空部２０を規定する内壁１０ａを有するクランクシャフト本体１０と、内壁１０ａ上に残存する中子材料としての砂２５と、砂２５とともに内壁１０ａを覆い、砂２５を内壁１０ａ上に固定する被覆部３０とを備える。

なお、砂２５の形状の全体が被覆部３０によって覆われていることが好ましく、この場合、砂２５をより確実に内壁１０ａ上に固定することができる。しかし、砂２５の形状が被覆部３０によって完全に覆われておらず、一部が被覆部３０から露出している場合であっても、本発明による効果を得ることができる。

図４および図５は、図１中のクランクシャフトの製造方法の工程を示す断面図である。図中には、クランクシャフトの断面が、図３に示す範囲と同様の範囲で示されている。続いて、図１中のクランクシャフトの製造方法について説明を行なう。

図４を参照して、複数の砂２５を固めて形成した中子２３を、中空部２０に対応する鋳型内の所定位置に配置し、その鋳型内に溶融金属を注湯する。中子２３が配置された位置には、溶融金属が浸入することがないため、中子２３を囲むように内壁１０ａが形成されたクランクシャフト本体１０が得られる。図５を参照して、鋳型からクランクシャフト本体１０を取り出し、エアブローを行なったり振動を加えたりする。これにより、クランクシャフト本体１から中子２３を除去し、クランクシャフト本体１に中空部２０を形成する。この際、中空部２０は、長い距離に渡ってジグザグ状に延びる形状を有するため、内壁１０ａ上に砂２５が残存する。

図３を参照して、クランクシャフト本体１０を、たとえば溶融したアルミニウムの中に入れ、クランクシャフト本体１に、砂２５とともに内壁１０ａを覆う被覆部３０を形成する。なお、被覆部３０を設ける方法としては、このような溶融めっき法（どぶづけめっき）に限定されず、たとえば、内壁１０ａに沿って、溶融したアルミニウムを流しても良い。その後、ベアリングが取り付けられるクランクピン２の外周面等に加工を施すことによって、図１中のクランクシャフトが完成する。

この発明に従ったクランクシャフトの製造方法は、中子２３が配置された鋳型内に溶融金属を注湯して、中子２３を取り囲む内壁１０ａを有するクランクシャフト本体１０を形成する工程と、クランクシャフト本体１０から中子２３を除去することによって、内壁１０ａにより規定される中空部２０をクランクシャフト本体１０に形成する工程と、中空部２０を形成する工程の後、内壁１０ａを覆う被覆部３０を形成して、内壁１０ａ上に残存する中子材料としての砂２５を内壁１０ａ上に固定する工程とを備える。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるクランクシャフトおよびその製造方法によれば、被覆部３０を設けることによって、クランクシャフト本体１０から取りきれなかった砂２５を内壁１０ａ上に固定することができる。これにより、砂２５が中空部２０に供給された潤滑油に混じり、その砂２５によってベアリングが焼き付くことを防止できる。また、砂２５が残存してもベアリングが焼き付く心配がないため、クランクシャフト本体１０から中子２３を除去する工程を、エアブローや振動を用いた通常の方法により行なえば良い。このため、中子２３の除去に要する費用や時間を削減、短縮することができる。

（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２におけるクランクシャフトを示す断面図である。図中には、クランクシャフトの断面が、図３に示す範囲と同様の範囲で示されている。本実施の形態におけるクランクシャフトは、実施の形態１におけるクランクシャフトと比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。

図６を参照して、本実施の形態では、砂２５を覆う被覆部３０が、内壁１０ａ上に順次形成された下層３０ｑおよび上層３０ｐの２層から構成されている。このような構成により、たとえば、一部の砂２５が表面上に浮いた状態で下層３０ｑが形成されても、さらにその下層３０ｑの上から上層３０ｐを形成することによって、その砂２５を上層３０ｐによって覆うことができる。また、被覆部３０の形成にめっきを用いた場合、一度のめっきで大きい厚みを得ることは困難であるが、複数回めっきを行ない、被覆部３０を多層構造とすることで、厚みの大きい被覆部３０を比較的容易に得ることができる。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるクランクシャフトによれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、被覆部３０を多層構造とすることで、砂２５を内壁１０ａ上により確実に固定することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１におけるクランクシャフトを示す斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿ったクランクシャフトの断面図である。 図２中の２点鎖線ＩＩＩに囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 図１中のクランクシャフトの製造方法の第１工程を示す断面図である。 図１中のクランクシャフトの製造方法の第２工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態２におけるクランクシャフトを示す断面図である。

符号の説明

２ クランクピン、３ クランクジャーナル、１０ クランクシャフト本体、１０ａ 内壁、２０ 中空部、２３ 中子、２５ 砂、３０ 被覆部、３０ｐ 上層、３０ｑ 下層。

Claims (4)

1. 中子を用いた鋳込みにより中空部が形成された鋳造クランクシャフトであって、
   前記中空部を規定する内壁を有するクランクシャフト本体と、
   前記内壁上に残存する中子材料と、
   前記中子材料とともに前記内壁を覆い、前記中子材料を前記内壁上に固定する被覆部とを備える、鋳造クランクシャフト。
2. 前記クランクシャフト本体は、前記クランクシャフト本体の軸方向に交互に並んで設けられたクランクジャーナルおよびクランクピンを含み、
   前記中空部は、隣り合う前記クランクジャーナルおよび前記クランクピンの内部を連通するように形成されている、請求項１に記載の鋳造クランクシャフト。
3. 前記被覆部は、前記内壁を順次覆う複数の層を含む、請求項１または２に記載の鋳造クランクシャフト。
4. 中子が配置された鋳型内に溶融金属を注湯して、前記中子を取り囲む内壁を有するクランクシャフト本体を形成する工程と、
   前記クランクシャフト本体から前記中子を除去することによって、前記内壁により規定される中空部を前記クランクシャフト本体に形成する工程と、
   前記中空部を形成する工程の後、前記内壁を覆う被覆部を形成して、前記内壁上に残存する中子材料を前記内壁上に固定する工程とを備える、鋳造クランクシャフトの製造方法。

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