JP2007533918A - 歯車が組み合わされたクランクシャフト、並びに前記クランクシャフトの製造方法及び使用 - Google Patents

Abstract

出力密度及び点火圧力の高いモータ、たとえばディーゼルモータは、特にクランクシャフトと歯車との結合領域において高応力に耐えることのできる、歯車が組み合わされたクランクシャフトを要する。その結果として、オーステンパー処理された歯車が螺着又は溶接によって固着された鍛鋼製のクランクシャフトが通常用いられる。本発明の目的は、方法ステップのより少ない、歯車が組み合わされたクランクシャフトの製造方法を提供すること、並びに、前記方法にしたがって製造されたクランクシャフトを提供することである。このことを達成するために、歯車が組み合わされたクランクシャフトは、一体部品として鋳造される。オーステンパーダクタイル鋳鉄が出発材料として使用される。ピーニング、又は炭化物を含有する被膜の適用によって、強度及び耐磨耗性が局所的に増大される。

Description

本発明は、歯車が組み合わされたクランクシャフト、並びにその製造方法及びその使用に関する。この一般的なタイプのクランクシャフトは、特許文献１から既知である。

出力密度及び点火圧力の高いモータ、たとえばディーゼルエンジンは、歯車が組み合わされたクランクシャフトを要するが、該歯車が組み合わされたクランクシャフトは、特にそれらが接合される領域に高負荷がかかる。このため、材料接合（溶接）、嵌め合い係合（螺着）又は締まり嵌めによって、硬化された歯車が接合された、鍛鋼製のクランクシャフトが一般に用いられる。

このため、たとえば、特許文献１によれば、歯車がクランクシャフトに螺着される。

また、特許文献２によれば、クランクシャフトのオーステンパー処理及びさらなる処理ステップによって、クランクシャフトの耐負荷機能の向上を実現することもできる。

駆動歯車が組み合わされたクランクシャフトを製造するための処理ステップ数は、比較的長い製造時間を要し、これによりコストが引き上げられる。

独国特許出願公開第１９５１７５０６Ａ１号明細書 特開昭５９−１２９７３０号公報

したがって、本発明の目的は、工程ステップのより少ない、駆動歯車が組み合わされたクランクシャフトの製造方法、並びに該方法から得られるクランクシャフトを提供することからなる。

クランクシャフトの提供に関しては、本発明の請求項１の特徴部分に見出され得る。上記方法の提供に関しては、本発明の請求項２の特徴部分に見出され得る。請求項４は好ましい使用を提供する。残りの請求項は、本発明のクランクシャフト及び本発明の方法の有利な実施形態及びさらなる発展形態を含む（請求項３）。

クランクシャフトの提供に関しては、上記目的は、本発明によれば、歯車が一緒に組み合わされたクランクシャフトを一体部品として鋳造することにより解決される。

この構成の利点は、接合ステップを省いた結果として製造コストが低くなること、並びに鍛造に比べて鋳造に要する時間が短いことにある。これに加えて、鋳造の場合には、より高いデザイン自由度がある。

駆動歯車が組み合わされたクランクシャフトが、オーステンパーダクタイル鋳鉄（ＡＤＩ）から構成されると特に有利である。これは、特に、対象の熱処理（オーステンパー処理）によって向上した磨耗特性を示す、球状黒鉛含有鋳鉄である。

利点としては一方では低重量が挙げられ、ＡＤＩの重量は従来用いられる鋼より約１０％低い。他方では、ＡＤＩは、優れた熱的特性及び機械的特性、特に最大１６００Ｎ／ｍｍ^２までの高強度を示す。

ＡＤＩ材料のこれらの好特性により、従来必要とされる歯車の硬化ステップを完全に省くことができる。

１つの特に有利な実施形態では、歯車の領域は、鋳造部分の残りの領域に比べて高い硬度を示す。これは、異なる鋳造部分領域を熱処理する際に、好適に異なるように調節した温度に曝露することによって達成される。冷間硬化（いわゆるショットブラスト又はショットピーニング）によって、硬度の１つのさらなる増大又は代替的な増大が可能である。

鋳造部分の局所的な硬度の増大、たとえば歯の硬度の増大の別のさらなる可能性又は代替的な可能性は、溶融物に炭化物を局所的に導入することからなる。これは、炭化物含有被膜又は炭化物含有仕上げ剤を用いて行うことができる。これによって、炭化物が補完的に導入されたＡＤＩ微細構造が得られる（いわゆる炭化物含有ＡＤＩ＝ＣＡＤＩ）。このため、硬化された領域は、向上した耐磨耗性を示す。

クランクシャフトの製造方法の提供に関する目的は、本発明によれば、クランクシャフトが駆動歯車と組み合わされて一体部品として鋳造されることにより解決される。

鋳造のために、仕上げのオーステンパー処理又は焼きなましに好適なベース合金を用いると特に有利である。これによって、駆動歯車が組み合わされたクランクシャフトを、最終形態すなわち完成形態でまず鋳造した後、オーステンパー処理（熱処理）を行うことができ、それによってＡＤＩ（オーステンパーダクタイル鋳鉄）の有利な機械的特性及び熱的特性が得られる。あるいは、熱処理を鋳造の直後に行った後、続いてできる限り使用仕様に合わせた仕上げ処理を行うこともできよう。

鋳造部分の部分領域、たとえば歯を硬化することも有利である。これは、鋳造形状における、熱処理の局所的に異なる調節及び／又は局所的な冷間処理、たとえば硬化ピーニング、及び／又は炭化物含有層の局所的な導入によって達成される。

本発明による特に有利な方法は、ダイカスト又は金型鋳造（永久鋳型）と併用することができる。これによって、一方では、歯車領域を特定の形状にぴったり合わせて鋳造することができ、他方では鋳造形状の少なくとも部分的な熱処理が可能になる。

駆動歯車が組み合わされた本発明のクランクシャフトのディーゼル車への使用が特に有利であり、この理由は、ディーゼルエンジンは特に高い負荷を受けるからである。

駆動歯車が組み合わされた本発明のクランクシャフトは、自動車への使用に特に好適であることがそれ自体で実証されている。しかし、駆動歯車が組み合わされた本発明のクランクシャフトはまた、それらが高い負荷を受ける他の応用例にも有利に用いることができる。たとえば、海洋技術及び航空技術、並びに発電所などの固定の応用例を挙げることができよう。

Claims (4)

1. 駆動歯車が組み合わされたクランクシャフトであり、両部品が一体部品として鋳造され、クランクシャフトと歯車とが異なる硬度を示すクランクシャフトであって、
   両部品が、オーステンパーダクタイル鋳鉄（ＡＤＩ）から製造されること、及び、前記歯車の硬度が、ピーニングによってさらに増大され、及び／又は、局所的に、耐摩擦磨耗性が、炭化物含有被膜の適用によって増大されることを特徴とするクランクシャフト。
2. 駆動歯車が組み合わされたクランクシャフトの製造方法であり、両部品が一体部品として鋳造される方法であって、
   オーステンパーダクタイル鋳鉄（ＡＤＩ）に好適なベース合金が鋳造材料として用いられかつ熱処理されること、前記熱処理が局所的に異なるように調節されること、及び、局所的に、硬度がピーニングによってさらに増大され、及び／又は、局所的に、耐摩擦磨耗性が、炭化物含有被膜の適用によって増大されることを特徴とする方法。
3. チル鋳造を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 請求項１に記載のクランクシャフトのディーゼル車への使用。