JP2010065754A - クランクシャフトの製造方法、及びその製造装置、及び組み立て式クランクシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】工程数を削減可能なクランクシャフトの製造方法、クランクシャフトの製造装置、及び組み立て式クランクシャフトの提供。
【解決手段】軸素材２１からクランクシャフト２０を製造するクランクシャフト２０の製造方法において、軸素材２１の半径方向に変形を与えるフローティング治具１３又は軸素材２１の軸方向に荷重を加える可動型１１と、軸素材２１を保持する固定型１２とに、クランクシャフト２０の錘となるカウンタウェイト部材２２を配置し、可動型１１と固定型１２に軸素材２１を固定し、フローティング治具１３により軸素材２１のピン部２１ｂに半径方向への荷重を加えながら可動型１１を固定型１２に近接させることで、軸素材２１の軸方向への圧縮荷重を加えて軸素材２１を据え込み、ピン部２１ｂを特定方向へ座屈させるとともに、軸素材２１に、カウンタウェイト部材２２を塑性結合させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸素材にカウンタウェイト部材を塑性結合することで組み立て式クランクシャフトを形成する技術に関する。

エンジンに用いられる部品の中で高価な部品の部類に入るのがクランクシャフトである。クランクシャフトは鍛造成形にて成形される場合が多い。しかし、クランクシャフトを鍛造成形する場合、大きな加工圧力を要する。クランクシャフトを素材から鍛造成形するためには数千トンクラスの大型熱間鍛造成形機が用いられる。しかしながら、大型の熱間鍛造成形機は多大なイニシャルコスト及びランニングコストを必要とする。

また、熱間鍛造により成形されたクランクシャフトは、鍛造後に精度を高める為の切削加工を必要とする。クランクシャフトはエンジン稼働中に数千回転する部品である為、高精度に加工されないと振動発生の要因や、燃費の悪化、出力の低下を招く虞がある。熱間鍛造を行うと、クランクシャフトが冷却される過程で寸法が変化してしまう為狙った精度を出すには機械加工をする必要がある。しかしクランクシャフトに機械加工を必要とする部分が多くなると設備コストが増大する結果となる。

このため、熱間鍛造以外の方法でクランクシャフトを成形する方法が模索されている。その一例として、例えば特許文献１に示されるような素材シャフトを座屈させることでクランクシャフトを形成する方法も検討されている。
特許文献１のクランクシャフトは、カウンタウェイトとクランク本体と別々に成形し、クランク本体は円柱の横方向から油圧ベンダで力を加え、各ピン部からオフセットする各ジャーナル部となる部分を曲げ加工してオフセット材を作る。そして、オフセット材の軸方向から加圧して据え込み成形をしてクランク本体を作る。そして、カウンタウェイトをクランク本体に取り付ける仮圧入工程と、塑性締結工程を経ることで、クランクシャフトを完成させる。

なお、クランク本体に対してカウンタウェイト部材を結合する方法としては、塑性締結する方法以外に、特許文献２で示すような方法もある。すなわちカウンタウェイトに穴を空け、クランク本体にはネジ穴を設けて、ボルトでクランク本体にカウンタウェイトを固定する方法である。

特開２００５−９５９５号公報 特開２００６−５７６６５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２には以下に説明する課題があると考えられる。
特許文献１の方法でクランクシャフトを作る場合、クランク本体を円柱の基材から曲げ加工する工程と、据え込み成形する工程と、仮圧入工程と、塑性締結工程とを経て形成される。このように複数の工程を経なければクランクシャフトを形成できず、コストダウンの妨げとなる虞がある。
また、特許文献２の方法でも、クランク本体に対してカウンタウェイト部材をボルトで取り付ける工程を必要とする他、クランクシャフトの振動によるボルト緩みなどの対策が必要なるので、好ましくない。ボルト締結の代わりに溶接を用いる場合にも、専用工程が必要となる点は避けられない。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、工程数を削減可能なクランクシャフトの製造方法、クランクシャフトの製造装置、及び組み立て式クランクシャフトを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明によるクランクシャフトの製造方法は以下のような特徴を有する。
（１）軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造方法において、
前記軸素材の半径方向に変形を与えるフローティング治具又は前記軸素材の軸方向に荷重を加える可動型と、前記軸素材を保持する固定型とに、前記クランクシャフトの錘となるカウンタウェイト部材を配置し、前記可動型と前記固定型に前記軸素材を固定し、前記フローティング治具により前記軸素材の所定部位に半径方向への荷重を加えながら前記可動型を前記固定型に近接させることで、前記軸素材の軸方向への圧縮荷重を加えて前記軸素材を据え込み、前記所定部位を特定方向へ座屈させるとともに、前記軸素材に、前記カウンタウェイト部材を塑性結合させることを特徴とする。

（２）（１）に記載のクランクシャフトの製造方法において、
前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の内周に歯形が設けられたことを特徴とする。

（３）（１）又は（２）に記載のクランクシャフトの製造方法において、
前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の周囲に凸部が形成され、前記軸素材に前記カウンタウェイト部材を塑性結合させる際に、前記凸部が潰されて、前記カウンタウェイト部材が前記軸素材の前記所定部位の両側に形成される芯金部の周囲を覆い、前記芯金部が前記カウンタウェイト部材に食い込むことを特徴とする。

（４）（１）に記載のクランクシャフトの製造方法において、
前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材と当接する面に複数本の歯部を備え、前記軸素材に前記カウンタウェイト部材が塑性結合する際に、前記歯部が前記軸素材の前記所定部位の両側に形成される芯金部と噛み合うことを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明によるクランクシャフトの製造装置は以下のような特徴を有する。
（５）軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造装置において、
前記軸素材を保持する可動型及び固定型と、フローティング治具と、前記軸素材を保持した状態で前記可動型を前記固定型に近づける加圧手段と、を備え、前記可動型又は前記フローティング部材、及び前記固定型に、前記軸素材に塑性結合するカウンタウェイト部材を保持させてクランクシャフトを形成することを特徴とする。

また、前記目的を達成するために、本発明による組み立て式クランクシャフトは以下のような特徴を有する。
（６）可動型と固定型に保持された状態で、前記可動型を前記固定型に近接させつつフローティング治具により特定部位に径方向への荷重を加えられ、据え込まれる軸素材と、前記軸素材の前記特定部位の両側に形成される芯金部に塑性結合されるカウンタウェイト部材と、を備えることをと特徴とする。

（７）（６）に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、
前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の内周に歯形が設けられたことを特徴とする。

（８）（６）又は（７）に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、
前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の周囲に凸部が形成され、前記軸素材に前記カウンタウェイト部材を塑性結合された状態で、前記凸部が潰されて、前記カウンタウェイト部材が前記軸素材の前記所定部位の両側に形成される芯金部の周囲を覆い、前記芯金部が前記カウンタウェイト部材に食い込んでいることを特徴とする。

（９）（６）に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、
前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材と当接する面に複数本の歯部を備え、前記軸素材に前記カウンタウェイト部材が塑性結合される際に、前記歯部が前記軸素材の前記芯金部と噛み合うことを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によるクランクシャフトの製造方法により、以下のような作用、効果が得られる。
まず、（１）に記載される発明は、軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造方法において、軸素材の半径方向に変形を与えるフローティング治具又は軸素材の軸方向に荷重を加える可動型と、軸素材を保持する固定型とに、クランクシャフトの錘となるカウンタウェイト部材を配置し、可動型と固定型に軸素材を固定し、フローティング治具により軸素材の所定部位に半径方向への荷重を加えながら可動型を固定型に近接させることで、軸素材の軸方向への圧縮荷重を加えて軸素材を据え込み、所定部位を特定方向へ座屈させるとともに、軸素材に、カウンタウェイト部材を塑性結合させるものである。

したがって、クランクシャフトを製造するにあたり、軸素材を据え込み加工すると同時にカウンタウェイト部材を軸素材に塑性結合ができるので、特許文献１に比べて加工工程を削減することができる。
また、熱間加工でクランクシャフトを形成するわけではないので、熱変形が少なく切削工程を減らすことも可能である。
なお、本発明は出願人が別途出願した特願２００８―１６４１２４号に記載の技術を発展させたもので、軸素材からカウンタウェイト部分を据え込み加工で形成するのではなく、カウンタウェイト部材を別途用意して塑性結合する点で、変形量を減らすことができ、軸素材にかける負担を少なくできるメリットがある。

また、（２）記載の発明は、（１）に記載のクランクシャフトの製造方法において、カウンタウェイト部材は、軸素材が貫通する貫通孔を備え、貫通孔の内周に歯形が設けられるものである。
軸素材にカウンタウェイト部材を塑性結合する方法でクランクシャフトを形成する場合、カウンタウェイト部材に設けられた貫通孔の中に、軸素材から形成される芯金部が収まる必要がある。しかしながら、製作精度の問題から貫通孔を芯金部で完全に充填する事は難しく、若干の隙間ができる事が予想される。
このような隙間が形成されると、軸素材とカウンタウェイト部材のガタつきを発生させる虞がある。この為、貫通孔の内周に歯形を設けることで、軸素材の芯金部にこの歯形を食い込ませ、アンカー効果を得て、軸素材とカウンタウェイト部材の、主に軸素材の径方向のガタつきを減らすことが可能となる。

また、（３）に記載の発明は、（１）又は（２）に記載のクランクシャフトの製造方法において、カウンタウェイト部材は、軸素材が貫通する貫通孔を備え、貫通孔の周囲に凸部が形成され、軸素材にカウンタウェイト部材を塑性結合させる際に、凸部が潰されて、カウンタウェイト部材が軸素材の所定部位の両側に形成される芯金部の周囲を覆い、芯金部がカウンタウェイト部材に食い込むものである。
カウンタウェイト部材に設けられた凸部が潰されることで、その潰れた部分が軸素材の所定部位の両側に形成される芯金部の端部を覆う形となる。
軸素材を据え込み加工すると、形成される芯金部は周囲の角が落ちた形状に形成される。したがって、その角が落ちた部分にカウンタウェイト部材の凸部から移動した肉が入り込み、結果的に芯金部はカウンタウェイト部材に食い込む形となる。
この結果、軸素材の軸方向へのカウンタウェイト部材のガタつきを抑えることが可能となる。

また、（４）に記載の発明は、（１）に記載のクランクシャフトの製造方法において、カウンタウェイト部材は、軸素材と当接する面に複数本の歯部を備え、軸素材にカウンタウェイト部材が塑性結合する際に、歯部が軸素材の所定部位の両側に形成される芯金部と噛み合うものである。
カウンタウェイト部材の軸素材と当接する面に複数本の歯部を設けることで、軸素材に形成される芯金部と歯部が噛み合って塑性結合させることができる。この結果、軸素材に対してカウンタウェイト部材がガタ付くことを抑えることが可能となる。
そして、（２）の発明と異なる点は、カウンタウェイト部材に貫通孔を設けて軸素材を貫通させる方式ではない為、カウンタウェイト部材の加工部分を減らし、コストダウンを図ることが可能になる点にある。

また、このような特徴を有する本発明によるクランクシャフトの製造装置により、以下のような作用、効果が得られる。
まず、（５）に記載の発明は、軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造装置において、軸素材を保持する可動型及び固定型と、フローティング治具と、軸素材を保持した状態で可動型を固定型に近づける加圧手段と、を備え、可動型又はフローティング部材、及び固定型に、軸素材に塑性結合するカウンタウェイト部材を保持させてクランクシャフトを形成するものである。
このような製造装置を用いることで（１）に記載の製造方法と同様に、加工工程を減らしてクランクシャフトを形成することが可能となる。

また、このような特徴を有する本発明による組み立て式クランクシャフトにより、以下のような作用、効果が得られる。
まず、（６）に記載の発明は、可動型と固定型に保持された状態で、可動型を固定型に近接させつつフローティング治具により特定部位に径方向への荷重を加えられ、据え込まれる軸素材と、軸素材の特定部位の両側に形成される芯金部に塑性結合されるカウンタウェイト部材と、を備えるものである。
軸素材が据え込み加工されると共に軸素材にカウンタウェイト部材が塑性結合されるため、組み立て式クランクシャフトを製造するにあたり加工工程を減らすことが可能となる。

また、（７）に記載の発明は、（６）に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、カウンタウェイト部材は、軸素材が貫通する貫通孔を備え、貫通孔の内周に歯形が設けられたものである。
このように、カウンタウェイト部材の貫通孔に歯形を設けることで、軸素材に形成される芯金部に歯形が食い込み、アンカー効果によってカウンタウェイト部材と軸素材との径方向ガタつきが抑制された組み立て式クランクシャフトの提供が可能となる。

また、（８）に記載の発明は、（６）又は（７）に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、カウンタウェイト部材は、軸素材が貫通する貫通孔を備え、貫通孔の周囲に凸部が形成され、軸素材にカウンタウェイト部材を塑性結合された状態で、凸部が潰されて、カウンタウェイト部材が軸素材の所定部位の両側に形成される芯金部の周囲を覆い、芯金部がカウンタウェイト部材に食い込んでいるものである。
このため、カウンタウェイト部材の凸部が軸素材に形成される芯金部の角部を覆うように変形され、カウンタウェイト部材に芯金部が食い込む状態となるため、軸素材とカウンタウェイト部材の軸方向へのガタつきを抑えた組み立て式クランクシャフトの提供が可能となる。

また、（９）に記載の発明は、（６）に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、カウンタウェイト部材は、軸素材と当接する面に複数本の歯部を備え、軸素材にカウンタウェイト部材が塑性結合される際に、歯部が軸素材の芯金部と噛み合うものである。
カウンタウェイト部材の軸素材と当接する面に複数本の歯部を設けることで、軸素材に形成される芯金部と歯部が噛み合って塑性結合させることができる。この結果、軸素材に対してカウンタウェイト部材がガタ付くことを抑えた組み立て式クランクシャフトの提供が可能となる。
なお、（７）の発明と異なる点は、カウンタウェイト部材に貫通孔を設けて軸素材を貫通させる方式ではない為、カウンタウェイト部材の加工部分を減らし、コストダウンを図ることが可能になる点にある。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態のクランクシャフトの製造装置の断面図を示す。
製造装置１０は、可動型１１と固定型１２とフローティング治具１３を備えており、ハウジング１４内を可動型１１が接続された推進装置１５によって上下する構成となっている。
可動型１１には推進装置１５が取り付けられており、ハウジング１４に沿って固定型１２に近接するように動作することができる。図示しないが、可動型１１とハウジング１４の間にはガイドが設けられて、スムーズに降下できる構成となっている。
推進装置１５は油圧によって推進力を得る装置である。可動型１１には又、軸素材２１を保持可な可動側保持穴１１ａが設けられている。可動側保持穴１１ａは軸素材２１の外形と嵌め合うように設計されている。

固定型１２は、ハウジング１４に固定されており、カウンタウェイト部材２２を保持できるような第１ＣＷ保持穴１２ｂが設けられている。固定型１２には又、軸素材２１を保持可能な固定側保持穴１２ａが設けられている。固定側保持穴１２ａは軸素材２１の外形と嵌め合うように設計されており、第１ＣＷ保持穴１２ｂはカウンタウェイト部材２２の外形と嵌め合うように設計されている。

フローティング治具１３は、軸素材２１の変形を規制する軸保持穴１３ａとカウンタウェイト部材２２を保持可能な第２ＣＷ保持穴１３ｂが設けられている。軸保持穴１３ａは軸素材２１の外形と嵌め合うように設計されており、第２ＣＷ保持穴１３ｂはカウンタウェイト部材２２の外形と嵌め合うように設計されている。
カウンタウェイト部材２２は、固定型１２及びフローティング治具１３に保持される際には、全外周が拘束される。
図２に、クランクシャフトの側面図を示す。また、図３に、カウンタウェイト部材を示す。図３（ａ）が平面図であり、図３（ｂ）が断面図である。
クランクシャフト２０は、軸素材２１及びカウンタウェイト部材２２を元に製造装置１０で成形されたものである。クランクシャフト２０は軸部２１ａと特定部位となるピン部２１ｂを有し、製造装置１０で据え込み加工された芯金部２１ｃを備える。芯金部２１ｃにはカウンタウェイト部材２２が嵌め込まれている。

軸素材２１は、円柱状の押出部材を用いている。一方、カウンタウェイト部材２２は鍛造品を用いている。
カウンタウェイト部材２２の形状は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、長円状の貫通孔２２ａと錘部２２ｂを備えている。貫通孔２２ａはプレス成形などで打ち抜くか、機械加工を行うことで形成される。
なお、図２に示されるクランクシャフト２０にはピン部２１ｂが一つしか設けられていないが、エンジンの気筒数だけピン部２１ｂは必要となるので、実際には複数設けられる。しかし、製造装置１０でクランクシャフト２０を形成する場合には、ピン部２１ｂが複数あると形成しにくくなるため、クランクシャフト２０を形成した後に、接続する構成とする。もちろん、一気に複数のピン部２１ｂを形成する据え込み加工を行うことを妨げない。

図４に、図１のＡＡ断面図を示す。
ハウジング１４は円筒形状になっており、フローティング治具１３の周囲には３方向にガイド１６が設けられている。ガイド１６は位置決めボルト等を用いている。ガイド１６はフローティング治具１３に対して、９０°毎に３方向に配置され、フローティング治具１３の移動を規制している。
こうして、フローティング治具１３の３方向を規制することで、軸素材２１の曲がる方向を一方向に決定することが可能となる。

次に、第１実施形態のクランクシャフトの成形工程について説明する。
図５乃至図７に図１に続くクランクシャフトの形成工程について説明する。
図５に、座屈工程について説明する断面図を示す。図６に、据え込み工程について説明する断面図を示す。また、図７に、クランクシャフトが形成された状態を説明する断面図を示す。
まず、図１に示すように製造装置１０に軸素材２１、及びカウンタウェイト部材２２をセットする。軸素材２１は、カウンタウェイト部材２２の貫通孔２２ａを貫通して可動型１１に設けられた可動側保持穴１１ａ、及び固定型１２に設けられた固定側保持穴１２ａに嵌め込まれることで保持される。
またこの状態で、固定型１２には１つ目のカウンタウェイト部材２２が第１ＣＷ保持穴１２ｂに嵌め込まれ、フローティング治具１３には２つ目のカウンタウェイト部材２２が第２ＣＷ保持穴１３ｂに嵌め込まれている。

また、フローティング治具１３の
軸素材２１及びカウンタウェイト部材２２は、変形しないように外周が拘束されることが望ましいので嵌め合い公差は厳しく設定されている。
そして、可動型１１に推進装置１５によって荷重をかけることで、軸素材２１は座屈を始める。その様子が図５に示される。なお、フローティング治具１３は、図４に示されるようにガイド１６が３方向に配置されていることで一方向にしか移動できない。したがって、図５の右側に向かい、フローティング治具１３は移動することになる。
このようにフローティング治具１３の動きが拘束されていることで、図５に示すように軸素材２１は一方向に座屈を始める。

そして、図６に示すように図５の軸素材２１の座屈状態から、軸素材２１に芯金部２１ｃが形成されつつカウンタウェイト部材２２の貫通孔２２ａの内部に軸素材２１の芯金部２１ｃが据え込み加工され始める。フローティング治具１３は、軸素材２１が据え込み加工され始めることで、軸保持穴１３ａの周囲が盛り上がり始め、軸素材２１が座屈するのに伴い降下する。
そして、図７に示される状態に可動型１１が降下すると、クランクシャフト２０の据え込み加工が完了する。軸素材２１は据え込み加工されると共に、カウンタウェイト部材２２の貫通孔２２ａに軸素材２１に形成された芯金部２１ｃが塑性結合されることになる。

第１実施形態は、上記構成及び作用を示すので、以下に説明するような効果を奏する。
まず、第１の効果として、工程数の削減が可能である点が挙げられる。
第１実施形態で説明するクランクシャフト２０の製造方法は、軸素材２１からクランクシャフト２０を製造するクランクシャフト２０の製造方法において、軸素材２１の半径方向に変形を与えるフローティング治具１３又は軸素材２１の軸方向に荷重を加える可動型１１と、軸素材２１を保持する固定型１２とに、クランクシャフト２０の錘となるカウンタウェイト部材２２を配置し、可動型１１と固定型１２に軸素材２１を固定し、フローティング治具１３により軸素材２１のピン部２１ｂに半径方向への荷重を加えながら可動型１１を固定型１２に近接させることで、軸素材２１の軸方向への圧縮荷重を加えて軸素材２１を据え込み、ピン部２１ｂを特定方向へ座屈させるとともに、軸素材２１に、カウンタウェイト部材２２を塑性結合させるものである。

したがって、軸素材２１を据え込み加工すると同時にカウンタウェイト部材２２を軸素材２１に塑性結合ができるので、特許文献１等に開示される従来技術と比べて加工工程を削減することができる。すなわち特許文献１では４工程必要なところ、第１実施形態の方法では１工程でクランクシャフト２０の形成が可能である。
また、従来の熱間鍛造加工を用いた場合に比べて、例えばクランクシャフト２０のピン部２１ｂの部分や軸部２１ａの部分についての精度は良くなる。これは可動型１１、固定型１２及びフローティング治具１３に拘束されているからであり、精度が上がることで加工工程の削減、及び加工時間の削減を図ることができる。
加工工程の削減は、クランクシャフト２０のコストダウンに繋がるので、エンジンの中では高価な部品であるクランクシャフト２０のコストを下げることで、エンジンコストを下げることも可能となる。

また、第２の効果として、推進装置１５の推力を減らすことが可能である点が挙げられる。
出願人が別途出願した特願２００８―１６４１２４号の技術では、軸素材２１からカウンタウェイト部分を据え込み加工によって形成しているが、第１実施形態ではカウンタウェイト部材２２を用いることで、軸素材２１の変形量を少なくしている。
これによって、軸素材２１の素材が破断してしまう虞を低減させることが可能となると共に、推進装置１５の推力を減らすことが可能である。推進装置１５の推力は、軸素材２１を大きく変形させる程大きな力が必要となるためである。推力を減らすことができれば設備の小型化を図ることができ、メンテ費用の削減も期待できる。
さらに軸素材２１の材質についても、求められる流動性が低減できることで選択の幅が広がると考えられる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、カウンタウェイト部材２２の構成が異なる。以下異なる部分について説明する。
図８に、第２実施形態のカウンタウェイト部材の平面図について示す。
第２実施形態のカウンタウェイト部材２２は第１実施形態のカウンタウェイト部材２２と貫通孔２２ａの内周部分に歯形加工部分２２ｃを設けている点で異なる。
この歯形加工部分２２ｃは、貫通孔２２ａの内周に向かって細かい歯が設けられ、さらに例えば高周波焼き入れなどの方法によって硬度が上げられている。

第２実施形態は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。
第２実施形態のクランクシャフト２０の製造方法において、カウンタウェイト部材２２は、軸素材２１が貫通する貫通孔２２ａを備え、貫通孔２２ａの内周に歯形加工部分２２ｃが設けられるものである。
図９に、カウンタウェイト部材と芯金部との間にガタが発生した様子を示す模式図を示す。
このように、カウンタウェイト部材２２の貫通孔２２ａに歯形加工部分２２ｃが設けられていることで、軸素材２１の芯金部２１ｃと塑性結合する際の締結力を高めることが可能である。
これは、図９に示すように、製作精度の問題で貫通孔２２ａと芯金部２１ｃとの間には若干の隙間Ｓが生じる虞があり、Ｘ方向にガタが生じる可能性がある為である。

クランクシャフト２０は回転部品である為、このようなＸ方向のガタが生じると振動を発生させる要因となる。このため、このようながたが生じにくいように、カウンタウェイト部材２２に歯形加工部分２２ｃを設けて、芯金部２１ｃの肉に歯形加工部分２２ｃが食い込むようにすれば、アンカー効果によって、例え芯金部２１ｃの肉が若干少なくなったとしてもガタの発生を抑えることが可能となる。
歯形加工部分２２ｃを焼き入れしている理由は、据え込み加工の際に歯形加工部分２２ｃの形状が残るように塑性加工される必要がある為、軸素材２１の材質よりも硬度が高い必要があるからであるが、軸素材２１の素材がカウンタウェイト部材２２の素材よりも硬度が十分低ければこのような加工を省いても良い。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、カウンタウェイト部材２２の構成が異なる。以下異なる部分について説明する。
図１０（ａ）に、第３実施形態のカウンタウェイト部材の平面図について示す。また図１０（ｂ）に、カウンタウェイト部材の断面図について示す。
第３実施形態のカウンタウェイト部材２２は、第１実施形態のカウンタウェイト部材２２と貫通孔２２ａの周囲に凸部２２ｄを設けている点で異なる。
凸部２２ｄは高さＷだけカウンタウェイト部材２２の表面から突出するように形成されている。

第３実施形態は上記構成であるので、以下に説明する作用、効果を奏する。
第３実施形態のクランクシャフト２０の製造方法において、カウンタウェイト部材２２は、軸素材２１が貫通する貫通孔２２ａを備え、貫通孔２２ａの周囲に凸部２２ｄが形成され、軸素材２１にカウンタウェイト部材２２を塑性結合させる際に、凸部２２ｄが潰されて、カウンタウェイト部材２２が軸素材２１のピン部２１ｂの両側に形成される芯金部２１ｃの周囲を覆い、芯金部２１ｃがカウンタウェイト部材２２に食い込むものである。
図１１に、据え込み加工が完了した状態のクランクシャフト及び製造装置の部分断面図を示す。
カウンタウェイト部材２２に形成された凸部２２ｄは、製造装置１０によって軸素材２１が据え込み加工されるにあたり、可動型１１の下面及びフローティング治具１３に形成された第２ＣＷ保持穴１３ｂの底面、フローティング治具１３の下面及び固定型１２に形成された第１ＣＷ保持穴１２ｂの底面に潰されることになる。
一方、据え込み加工された軸素材２１に形成される芯金部２１ｃは、カウンタウェイト部材２２の貫通孔２２ａの内形に従って長円状となるが、その縁部２１ｄはＲがついた形状となる。

この縁部２１ｄの外側に凸部２２ｄが潰されて肉が移動し張り出し部２２ｅを形成することで、結果的にカウンタウェイト部材２２が芯金部２１ｃを包み込むような形状に形成される。
図１２に、クランクシャフトの振れに関する模式図を示す。
こうしてクランクシャフト２０が形成されることで、カウンタウェイト部材２２の軸素材２１の軸方向Ｙへの振れが、張り出し部２２ｅが芯金部２１ｃの縁部２１ｄの周囲に形成されることで、抑えられることになる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態は第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、カウンタウェイト部材の構成が異なる。以下異なる部分について説明する。
図１３に、第４実施形態のカウンタウェイト部材の平面図を示す。
第４実施形態のカウンタウェイト部材２５は、第１実施形態のカウンタウェイト部材２２とは異なり、貫通孔２２ａを有するタイプではない。カウンタウェイト部材２５には歯部２５ａと錘部２５ｂを備えており、歯部２５ａが軸素材２１の芯金部２１ｃと塑性結合する。

カウンタウェイト部材２５には、４本の歯部２５ａとその間に形成される３カ所の溝部２５ｃを備える。歯部２５ａは偶数枚備えられ、向かい合う辺は平行に形成されている。
図１４に、軸素材２１とカウンタウェイト部材２５の塑性結合の様子について示す。
図１４（ａ）は、塑性結合前、図１４（ｂ）は、塑性結合中、図１４（ｃ）は、塑性結合後の状態を示す断面図である。
まず、図１４（ａ）に示すように、フローティング治具１３に備えられたＣＷ治具２８にカウンタウェイト部材２５が収められ、軸素材２１に形成された芯金部２１ｃに向けて加圧される。

そして、図１４（ｂ）に示すように、次第に芯金部２１ｃの肉はカウンタウェイト部材２５の溝部２５ｃの中に移動していく。この際、カウンタウェイト部材２５の材質は軸素材２１の材質よりも高い強度を有している必要があり、必要があれば歯部２５ａには高周波焼き入れなどの表面処理を施すべきである。
このように、芯金部２１ｃが溝部２５ｃに入り込み始めると、歯部２５ａは次第に内側に倒れ始める。これは、芯金部２１ｃの肉の移動に巻き込まれる為で、平行に並ぶ歯部２５ａは徐々に内側に倒れ、溝部２５ｃは楔状になる。
そして、図１４（ｃ）に示すように、芯金部２１ｃが溝部２５ｃに入り込み、歯部２５ａが内側に倒れた状態で、塑性結合を完了するので、軸素材２１とカウンタウェイト部材２５は塑性結合部のアンカー効果によってガタの発生を抑えて結合される。

第４実施形態は上記構成であるので、以下に説明する作用、効果を奏する。
第４実施形態のクランクシャフト２０の製造方法において、カウンタウェイト部材２５は、軸素材２１と当接する面に複数本の歯部２５ａを備え、軸素材２１にカウンタウェイト部材２５が塑性結合する際に、歯部２５ａが軸素材２１のピン部２１ｂの両側に形成される芯金部２１ｃと噛み合うものである。
カウンタウェイト部材２５には溝部２５ｃが奇数箇所に設けられることで、歯部２５ａが内側に倒れやすくなる。これは、芯金部２１ｃと塑性結合する際に芯金部２１ｃの肉に巻き込まれて力を受ける為である。
軸素材２１に設けられる芯金部２１ｃと、カウンタウェイト部材２５に設けられる歯部２５ａが噛み合うことで、塑性結合しているので、カウンタウェイト部材２５がＸ方向や軸方向Ｙに振れることなくしっかり結合できる。

そして、第４実施形態のカウンタウェイト部材２５は第１実施形態のカウンタウェイト部材２２に比べて貫通孔２２ａの周囲に形成されている肉部分が無い分、軽量化を図ることが可能である。
カウンタウェイト部材２２は、カウンタウェイト部材２２を軸素材２１が貫通する構成であるため、カウンタウェイト部材２２が軸素材２１から外れてしまう虞はないが、貫通孔２２ａの周囲の肉は錘部２２ｂ側に付いているものを除くと、錘の機能としては不要となる部分である。
この点、カウンタウェイト部材２５は軸素材２１の芯金部２１ｃに歯部２５ａによって塑性結合しているので、第１実施形態のクランクシャフト２０に比べて不要部分が少なくなり、結果的に錘部２２ｂ側も小さくできるので、軽量化を図ることが可能である。
また、カウンタウェイト部材２２のように貫通孔２２ａを備えている場合、機械加工により貫通孔２２ａを形成する必要とするが、そう言ったコストも低減できると言うメリットがある。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態は第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、製造装置１０の構成で異なる部分がある。以下異なる部分について説明する。
図１５に、第５実施形態の製造装置の断面図を示す。図１５（ａ）は、製造装置に軸素材とカウンタウェイト部材を配置した状態、図１５（ｂ）は、クランクシャフトを据え込み加工した後の状態を示す。
第５実施形態の製造装置１０は、第１実施形態の製造装置１０と異なり、横型の装置である。したがって、可動型１１は、固定型１２に対して図面横方向に移動することで近接するため、ハウジング１４にはキー１７が配置されている。キー１７は可動型１１の摺動抵抗を減らし、削れ防止となる等の目的で設けられている。

また、カウンタウェイト部材２２は可動型１１及び固定型１２に保持されるように構成されている。可動型１１には可動側保持穴１１ａの他に第２ＣＷ保持穴１１ｂが設けられており、カウンタウェイト部材２２が保持される。同様に固定型１２にも第１ＣＷ保持穴１２ｂが設けられてカウンタウェイト部材２２が保持される。
なお、これにともないフローティング治具１３には軸保持穴１３ａが設けられるだけとなっている。
そして、図１５（ｂ）に示されるように推進装置１５によって可動型１１が固定型１２側に移動されることで、クランクシャフト２０が形成される。

第５実施形態のクランクシャフト２０の製造装置は、このような構成であるので以下に説明するような効果が得られる。
まず、製造装置１０を横型にして可動型１１と固定型１２にカウンタウェイト部材２２を保持させる構成としていることで、軸素材２１に対するカウンタウェイト部材２２の傾きの発生が低減できる。
フローティング治具１３にカウンタウェイト部材２２を保持させる場合、フローティング治具１３の回転を規制する手段がないため、カウンタウェイト部材２２が軸素材２１の周方向に回転してずれる虞がある。
これを防ぐ為に、可動型１１と固定型１２にカウンタウェイト部材２２を保持することで、軸素材２１の周方向へのカウンタウェイト部材２２の回転方向のズレを防ぐことができる。可動型１１はハウジング１４に対して回転しないように取り付けられているので、第２ＣＷ保持穴１１ｂに保持されるカウンタウェイト部材２２も回転しない。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
例えば、第１実施形態乃至第５実施形態を適宜組み合わせることを妨げない。すなわち、例えば第２実施形態の歯形加工部分２２ｃと第３実施形態の凸部２２ｄを両方備える構成としても良いし、第１実施形態の製造装置１０であっても可動型１１にカウンタウェイト部材２２を保持するような構成にすることを妨げない。

第１実施形態の、クランクシャフトの製造装置の断面図である。 第１実施形態の、クランクシャフトの側面図である。 （ａ）第１実施形態の、カウンタウェイト部材の平面図である。（ｂ）第１実施形態の、カウンタウェイト部材の断面図である。 第１実施形態の、クランクシャフトの製造装置のＡＡ断面図である。図１のＡＡ断面にあたる。 第１実施形態の、座屈工程について説明する断面図である。 第１実施形態の、据え込み工程について説明する断面図である。 第１実施形態の、クランクシャフトが形成された状態を説明する断面図である。 第２実施形態の、カウンタウェイト部材の平面図である。 第２実施形態の、カウンタウェイト部材と芯金部との間にガタが発生した示す模式図である。 （ａ）第３実施形態の、カウンタウェイト部材の平面図である。（ｂ）第３実施形態の、カウンタウェイト部材の断面図である。 第３実施形態の、据え込み加工が完了した状態のクランクシャフト及び製造装置の部分断面図である。 第３実施形態の、クランクシャフトの振れに関する模式図である。 第４実施形態の、カウンタウェイト部材の平面図である。 （ａ）第４実施形態の、軸素材とカウンタウェイト部材との塑性結合前を示す模式図である。（ｂ）第４実施形態の、軸素材とカウンタウェイト部材との塑性結合中を示す模式図である。（ｃ）第４実施形態の、軸素材とカウンタウェイト部材との塑性結合後を示す模式図である。 （ａ）第５実施形態の、製造装置に製造装置に軸素材とカウンタウェイト部材を配置した状態の断面図である。（ｂ）第５実施形態の、製造装置でランクシャフトを据え込み加工した後の状態の断面図である。

符号の説明

１０ 製造装置
１１ 可動型
１１ａ 可動側保持穴
１１ｂ 第２ＣＷ保持穴
１２ 固定型
１２ａ 固定側保持穴
１２ｂ 第１ＣＷ保持穴
１３ フローティング治具
１３ａ 軸保持穴
１３ｂ 第２ＣＷ保持穴
１４ ハウジング
１５ 推進装置
１６ ガイド
１７ キー
２０ クランクシャフト
２１ 軸素材
２１ａ 軸部
２１ｂ ピン部
２１ｃ 芯金部
２１ｄ 縁部
２２ カウンタウェイト部材
２２ａ 貫通孔
２２ｂ 錘部
２２ｃ 歯形加工部分
２２ｄ 凸部
２２ｅ 部
２５ カウンタウェイト部材
２５ａ 歯部
２５ｂ 錘部
２５ｃ 溝部
２８ ＣＷ治具

Claims (9)

1. 軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造方法において、
   前記軸素材の半径方向に変形を与えるフローティング治具又は前記軸素材の軸方向に荷重を加える可動型と、前記軸素材を保持する固定型とに、前記クランクシャフトの錘となるカウンタウェイト部材を配置し、
   前記可動型と前記固定型に前記軸素材を固定し、
   前記フローティング治具により前記軸素材の所定部位に半径方向への荷重を加えながら前記可動型を前記固定型に近接させることで、前記軸素材の軸方向への圧縮荷重を加えて前記軸素材を据え込み、前記所定部位を特定方向へ座屈させるとともに、
   前記軸素材に、前記カウンタウェイト部材を塑性結合させることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
2. 請求項１に記載のクランクシャフトの製造方法において、
   前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の内周に歯形が設けられたことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のクランクシャフトの製造方法において、
   前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の周囲に凸部が形成され、
   前記軸素材に前記カウンタウェイト部材を塑性結合させる際に、前記凸部が潰されて、前記カウンタウェイト部材が前記軸素材の前記所定部位の両側に形成される芯金部の周囲を覆い、前記芯金部が前記カウンタウェイト部材に食い込むことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
4. 請求項１に記載のクランクシャフトの製造方法において、
   前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材と当接する面に複数本の歯部を備え、
   前記軸素材に前記カウンタウェイト部材が塑性結合する際に、前記歯部が前記軸素材の前記所定部位の両側に形成される芯金部と噛み合うことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
5. 軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造装置において、
   前記軸素材を保持する可動型及び固定型と、フローティング治具と、
   前記軸素材を保持した状態で前記可動型を前記固定型に近づける加圧手段と、を備え、
   前記可動型又は前記フローティング部材、及び前記固定型に、前記軸素材に塑性結合するカウンタウェイト部材を保持させてクランクシャフトを形成することを特徴とするクランクシャフトの製造装置。
6. 可動型と固定型に保持された状態で、前記可動型を前記固定型に近接させつつフローティング治具により特定部位に径方向への荷重を加えられ、据え込まれる軸素材と、
   前記軸素材の前記特定部位の両側に形成される芯金部に塑性結合されるカウンタウェイト部材と、を備えることをと特徴とする組み立て式クランクシャフト。
7. 請求項６に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、
   前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の内周に歯形が設けられたことを特徴とする組み立て式クランクシャフト。
8. 請求項６又は請求項７に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、
   前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材が貫通する貫通孔を備え、前記貫通孔の周囲に凸部が形成され、
   前記軸素材に前記カウンタウェイト部材を塑性結合された状態で、前記凸部が潰されて、前記カウンタウェイト部材が前記軸素材の前記所定部位の両側に形成される芯金部の周囲を覆い、前記芯金部が前記カウンタウェイト部材に食い込んでいることを特徴とする組み立て式クランクシャフト。
9. 請求項６に記載の組み立て式クランクシャフトにおいて、
   前記カウンタウェイト部材は、前記軸素材と当接する面に複数本の歯部を備え、
   前記軸素材に前記カウンタウェイト部材が塑性結合される際に、前記歯部が前記軸素材の前記芯金部と噛み合うことを特徴とする組み立て式クランクシャフト。
   

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