JP2011226601A - クランクシャフト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度に優れたクランクシャフトを効率よく得る。
【解決手段】第１クランク軸半体３２は、第１フランジ部材３６と、該第１フランジ部材３６の一端面から円環状に突出形成された第１軸受部３８に接合された中空軸部材４０とを有し、一方、第２クランク軸半体３４は、第２フランジ部材４５と、該第２フランジ部材４５の一端面から円柱状に突出形成された第２軸受部４６に接合された中実軸部材４８とを有する。第１軸受部３８、中空軸部材４０、第２軸受部４６及び中実軸部材４８は、好ましくは精密鍛造によって個別に作製される。また、第１軸受部３８と中空軸部材４０との接合、及び第２軸受部４６と中実軸部材４８との接合は、摩擦溶接によって行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の内燃機関を構成するピストンの上下往復運動に伴って回転動作を行うクランクシャフトに関する。

自動車の内燃機関を運転するに際しては、燃料と空気との混合気が吸気口を介してシリンダに導入及び圧縮され、次に、圧縮された混合気が燃焼されて膨張する。燃焼した混合気は、排気口を介して排出される。

この過程では、シリンダ内をピストンが上下往復運動する。ピストンは、コネクティングロッド（以下、コンロッドともいう）を介してクランクシャフトに連結されており、このため、クランクシャフトは、ピストンの上下往復運動に伴って回転動作を行う。

このような動作を営むクランクシャフトとしては、例えば、図９及び図１０に示す圧入組立型のものが挙げられる（特許文献１参照）。このクランクシャフト１は、第１クランク軸半体２と、第２クランク軸半体３とがクランクピン４を介して連結されることで構成され、該クランクピン４が、コンロッド５の大端部に形成された挿通孔６に通される。

ここで、第１クランク軸半体２は、軸部７と、該軸部７の一端部に形成された第１フランジ部８及びウェイト部９とを有し、この中の軸部７には、有底内孔としての大オイル孔１０が形成されている。すなわち、この大オイル孔１０は、軸部７の端面で開口する一方、その底部が、軸部７と第１フランジ部８及びウェイト部９との境界近傍に設定されている。このため、軸部７は中空体である。

また、第１フランジ部８には、前記クランクピン４を通すための第１ピン孔１１が貫通形成されている。そして、この第１ピン孔１１から前記大オイル孔１０に至るまで、連通オイル孔１２が傾斜して形成されている。すなわち、連通オイル孔１２は、第１ピン孔１１及び大オイル孔１０の各々において開口している。

一方、クランクピン４には小オイル孔１３が形成されている。クランクピン４が第１ピン孔１１に圧入された際、該小オイル孔１３は、第１ピン孔１１で開口した連通オイル孔１２に連通する。

残余の第２クランク軸半体３は、軸部１４と、該軸部１４の一端部に形成された第２フランジ部１５及びウェイト部１６とを有し、この中の第２フランジ部１５及びウェイト部１６のそれぞれが、第１クランク軸半体２の第１フランジ部８及びウェイト部９と対向する。

第２クランク軸半体３には、オイル孔は形成されていない。すなわち、第２クランク軸半体３の軸部１４は中実である。

第２フランジ部１５における第１ピン孔１１に対応する箇所には、第２ピン孔１７が貫通形成されている。クランクピン４は、この第２ピン孔１７にも圧入される。通常は、第１ピン孔１１、コンロッド５の挿通孔６、第２ピン孔１７の順序でクランクピン４が圧入され、これにより、図１０に示すクランクシャフト１が構成される。

特開２００３−１３６３７７号公報

上記した構成において、第１クランク軸半体及び第２クランク軸半体の各々は、鍛造加工によって作製される。しかしながら、鍛造加工では、寸法精度に優れたフランジ部やウェイト部、軸部を同時に形成することは容易ではない。すなわち、この場合、寸法精度が良好な第１クランク軸半体及び第２クランク軸半体を得ることは困難である。

そこで、第１クランク軸半体及び第２クランク軸半体を鍛造加工によって粗い形状・寸法の半製品として作製した後、該半製品に対して研削加工を施すことで最終寸法・形状に仕上げ、最終製品を得ることも行われている。しかしながら、第１クランク軸半体及び第２クランク軸半体が、例えば、亜共析鋼や炭素鋼等、フェライトとパーライトの混在組織を有する鋼材からなる場合、この鋼材が硬質であるために研削加工を施すことが容易でなくなるという不具合が顕在化している。しかも、歩留まりが低下するとともに、加工工程数も増加する。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、寸法精度に優れ、且つ生産効率を向上させることが可能なクランクシャフト及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、第１クランク軸半体と第２クランク軸半体とがクランクピンを介して連結されることで構成され、前記クランクピンに支持されたコネクティングロッドを動作させるためのクランクシャフトであって、
前記第１クランク軸半体もしくは前記第２クランク軸半体の少なくともいずれか一方、又は、前記第１クランク軸半体及び前記第２クランク軸半体の双方が、前記クランクピンを挿入するための第１ピン孔と、その一端面から突出した円環状の第１軸受部とが形成された第１フランジ部材と、
前記第１フランジ部材に比して小径な中空軸部材と、
前記クランクピンから前記第１フランジ部材にわたって形成され、前記中空軸部材の内孔に連通するオイル孔と、
を備え、
前記中空軸部材が、前記第１軸受部に対して摩擦溶接されていることを特徴とする。

すなわち、本発明においては、第１フランジ部材と中空軸部材を別部材とし、これらを接合するようにしている。第１フランジ部材、中空軸部材の形状は比較的単純であるので、各々を寸法精度よく作製することが可能となる。必然的に、これらを接合して得られる第１クランク軸半体（ないし第２クランク軸半体）も寸法精度が良好となる。

従って、接合の後に研削加工等の仕上げ加工を行うのみでよく、しかも、その研削量が僅かである。従って、仕上げ加工に要していた時間が短縮されるので、クランクシャフトの生産効率が向上するとともに、歩留まりの向上を図ることができる。

なお、第１フランジ部材と中空軸部材は、互いに異種金属からなるものであってもよい。すなわち、例えば、第１フランジ部材を、最も多用される鋼材の１種である一般構造用圧延鋼（ＳＳ）材や普通鋼等で構成する一方、中空軸部材を、炭素量が多いほど引っ張り強さ及び硬度が上昇する炭素鋼等で構成するようにしてもよい。

同一構成の第１クランク軸半体及び第２クランク軸半体を組み合わせてクランクシャフトを構成するようにしてもよいが、オイル孔は、第１クランク軸半体又は前記第２クランク軸半体のいずれか一方に形成すれば十分である。換言すれば、第１クランク軸半体又は前記第２クランク軸半体のいずれか一方にオイル孔を形成しないようにしてもよい。

この場合、第１クランク軸半体又は前記第２クランク軸半体のいずれか一方を上記したように構成するとともに、残余の一方を、前記クランクピンを挿入するための第２ピン孔と、その一端面から突出した円柱状の第２軸受部とが形成され、且つ前記第１フランジ部材に対向する第２フランジ部材と、前記第２フランジ部材に比して小径な中実軸部材とを備えるものとして構成すればよい。

勿論、中実軸部材は、前記第２軸受部に対して摩擦溶接されることで接合される。

この場合も、第２フランジ部材と中実軸部材を、互いに異種金属で構成するようにしてもよい。例えば、第２フランジ部材を第１フランジ部材と同一金属とするとともに、中実軸部材を中空軸部材と同一金属とするようにしてもよい。

このようなクランク軸半体においても、上記と同様の効果が得られる。

また、本発明は、第１クランク軸半体と第２クランク軸半体とがクランクピンを介して連結されることで構成され、前記クランクピンに支持されたコネクティングロッドを動作させるためのクランクシャフトの製造方法であって、
前記第１クランク軸半体もしくは前記第２クランク軸半体の少なくともいずれか一方、又は、前記第１クランク軸半体及び前記第２クランク軸半体の双方を、前記クランクピンを挿入するための第１ピン孔と、その一端面から円環状に突出した第１軸受部とが形成された第１フランジ部材の前記第１軸受部に対し、前記第１フランジ部材に比して小径な中空軸部材を摩擦溶接によって接合することで得る工程と、
前記第１軸受部と前記中空軸部材との接合箇所の外壁側に生じた外バリと、内壁側に生じた内バリとを、肉が硬化する前に除去する工程と、
互いに接合され且つ前記外バリ及び前記内バリが除去された前記第１フランジ部材及び前記中空軸部材に対して調質を行う工程と、
前記第１フランジ部材、及び前記第１ピン孔に圧入された前記クランクピンに対し、前記中空軸部材の内孔に連通するオイル孔を形成する工程と、
を有することを特徴とする。

このように、本発明においては、第１フランジ部材と中空軸部材を別部材として個別に作製した後、これらを摩擦溶接にて接合するようにしている。第１フランジ部材、中空軸部材の形状は比較的単純であるので、各々を寸法精度よく作製することが可能となる。従って、寸法精度が良好な第１クランク軸半体（ないし第２クランク軸半体）を得ることができる。

このため、接合の後に研削加工等の仕上げ加工を行うのみでよく、その研削量も僅かとなる。結局、仕上げ加工に要していた時間が短縮され、その結果、クランクシャフトの生産効率が向上する。さらに、歩留まりが向上する。

なお、第１軸受部を突出形成せず、第１フランジ部材の端面に中空軸部材を摩擦溶接する場合、第１フランジ部材と中空軸部材の熱引けの度合いが相違する。また、内孔の内壁に形成される内バリ、及び外方に露呈する外バリが、第１フランジ部材の端面近傍に形成されることになる。この場合、内バリ及び外バリの双方とも、除去することが容易ではない。内バリの場合、内バリ除去用の加工手段が内孔の底部に干渉し、外バリの場合、外バリ除去用の加工手段が第１フランジ部材の端面に干渉するので、各加工手段を内バリや外バリに摺接させることが容易でなくなるからである。さらに、接合部の応力集中を招く懸念がある。

これに対し、第１軸受部を第１フランジ部材の端面から突出した本発明では、第１フランジ部材と中空軸部材の熱引けが略同等となる。また、内バリが内孔の底部から離間するとともに、外バリが第１フランジ部材の端面から離間する。このため、内バリ除去用、外バリ除去用の各加工手段が内孔の底部、第１フランジ部材の端面に干渉することを容易に回避することができるとともに、内バリ、外バリのそれぞれに摺接させることが容易となる。

なお、外バリ除去用加工手段の好適な例としては研削用工具が挙げられ、内バリ除去用加工手段の好適な例としては金型又はドリルが挙げられる。すなわち、この場合、外バリを研削によって除去する一方、内壁側に生じた内バリを、中空軸部材の内部に金型又はドリルを挿入することで除去する。

ここで、第１軸受部に対する中空軸部材の圧接力と、中空軸部材に対する第１軸受部の圧接力との合計値、第１軸受部及び中空軸部材のそれぞれの接合代が過度に大きいと、内バリが大きく隆起して該内バリを除去し難くなる。従って、２つの圧接力の合計値、及び接合代は、内バリが第１軸受部と中空軸部材の内壁側に大きく隆起しない範囲に設定することが好ましい。具体的には、内バリが、第１軸受部と中空軸部材の孔部の直径の１／２を超えない範囲で隆起するように、圧接力の合計値、及び接合代を設定するとよい。

そのような条件の一具体例としては、第１軸受部及び中空軸部材の外径が２０ｍｍであるとき、第１軸受部に対する中空軸部材の圧接力と、中空軸部材に対する第１軸受部の圧接力との合計値を３０〜１２０ＭＰａ、接合代を１〜６ｍｍに設定することが挙げられる。

上記したように、第１フランジ部材と中空軸部材として、互いに異種金属からなるものを摩擦溶接するようにしてもよい。この場合、第１フランジ部材と中空軸部材で特性が相違する第１クランク軸半体（ないし第２クランク軸半体）を得ることができる。

第１フランジ部材及び中空軸部材は、例えば、精密鍛造によって得ることができる。この場合、特に寸法精度に優れたものを得ることができるという利点がある。

さらに、第１クランク軸半体又は前記第２クランク軸半体のいずれか一方にオイル孔を形成しないようにしてもよい。

この場合には、前記第１クランク軸半体もしくは前記第２クランク軸半体の残余の一方を、前記クランクピンを挿入するための第２ピン孔と、その一端面から円柱状に突出した第２軸受部とが形成された第２フランジ部材の前記第２軸受部に対し、前記第２フランジ部材に比して小径な中実軸部材を摩擦溶接によって接合することで得る工程と、
前記第２軸受部と前記中実軸部材との接合箇所に生じた外バリを、肉が硬化する前に除去する工程と、
互いに接合され且つ前記外バリが除去された前記第２フランジ部材及び前記中実軸部材に対して調質を行う工程と、
を、上記した工程と別途行うようにすればよい。

勿論、第２フランジ部材と中実軸部材として、互いに異種金属からなるものを摩擦溶接するようにしてもよい。この場合、第２フランジ部材と中実軸部材で特性が相違する第２クランク軸半体（ないし第１クランク軸半体）を得ることができる。

第２フランジ部材及び中実軸部材もまた、精密鍛造によって得ることができる。この場合、特に寸法精度に優れたものが得られる。

本発明によれば、第１フランジ部材と中空軸部材（必要に応じ、これらに加えて第２フランジ部材と中実軸部材）を別部材として個別に作製した後、これらを摩擦溶接で接合するようにしている。第１フランジ部材（第２フランジ部材）、中空軸部材（中実軸部材）の形状は比較的単純であるので、各々を寸法精度よく作製することが可能となる。

必然的に、これらを接合して得られる第１クランク軸半体（ないし第２クランク軸半体）も寸法精度が良好となる。従って、接合の後に研削加工等の仕上げ加工を行うのみでよく、その研削量も僅かとなる。従って、仕上げ加工に要していた時間が短縮されるので、クランクシャフトの生産効率、歩留まりが向上する。

本発明の実施の形態に係るクランクシャフトの要部概略断面側面図である。 個別に作製された第１フランジ部材と中空軸部材の要部概略断面側面図である。 図２の第１フランジ部材と中空軸部材が接合された状態の要部概略断面側面図である。 第１クランク軸半体の外バリを除去している状態を示す要部概略断面側面図である。 第１クランク軸半体の内バリを除去している状態を示す要部概略縦断面図である。 個別に作製された第２フランジ部材と中実軸部材の要部概略断面側面図である。 図６の第２フランジ部材と中実軸部材が接合された状態の要部概略断面側面図である。 第１クランク軸半体のピン孔に圧入されたクランクピンを、コンロッドの層通孔、第２クランク軸半体のピン孔に圧入する状態を示した要部概略断面側面図である。 従来技術に係るクランクシャフトの要部断面分解側面図である。 図９のクランクシャフトの組立後の要部概略断面側面図である。

以下、本発明に係るクランクシャフト及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図９及び図１０に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１は、本実施の形態に係るクランクシャフト３０の要部概略断面側面図である。このクランクシャフト３０は、第１クランク軸半体３２と、第２クランク軸半体３４とがクランクピン４を介して連結されることで構成される。なお、クランクピン４は、コンロッド５の大端部に形成された挿通孔６に通され、且つ第１クランク軸半体３２の第１ピン孔１１、第２クランク軸半体３４の第２ピン孔１７に圧入される。

この場合、第１クランク軸半体３２は、第１フランジ部材３６の一端面に円環状に突出形成された第１軸受部３８に対し、第１フランジ部材３６に比して小径の中空軸部材４０が接合されることによって構成される。

中空軸部材４０には、内孔としての直線状孔４１が貫通形成されている。一方、第１軸受部３８には有底穴４４が存在する。該第１軸受部３８が円環状に突出しているからである。第１軸受部３８に中空軸部材４０が接合されると、これら直線状孔４１と有底穴４４が連なり、これにより、大オイル孔１０が形成される。

第１フランジ部材３６は、第１フランジ部４２及びウェイト部９を一体的に有する略円盤形状体である。前記第１ピン孔１１は、この中の第１フランジ部４２に貫通形成される。第１ピン孔１１と有底穴４４には連通オイル孔１２が連通しており、該連通オイル孔１２の第１ピン孔１１側の開口には、クランクピン４の小オイル孔１３が連通する。

残余の第２クランク軸半体３４は、第２フランジ部材４５の一端面に円柱状に突出形成された第２軸受部４６に対し、第２フランジ部材４５に比して小径の中実軸部材４８が接合されることによって構成される。

第２フランジ部材４５は、第２フランジ部５０及びウェイト部１６を一体的に有する略円盤形状体であり、第１フランジ部材３６に対向するとき、第２フランジ部５０及びウェイト部１６の各々が第１フランジ部材３６の第１フランジ部４２及びウェイト部９の各々に臨む。このとき、第２フランジ部５０に形成された第２ピン孔１７が前記第１ピン孔１１と対向する。上記したように、この第２ピン孔１７には、クランクピン４が圧入される。

なお、第２フランジ部材４５には、連通オイル孔１２は形成されていない。

中実軸部材４８は、直線状孔４１が存在しないこと、及び外径が若干大きいことを除いては、中空軸部材４０と略同様に構成されている。また、第２軸受部４６も、有底穴４４が存在しないことを除き、第１軸受部３８と略同様に構成される。すなわち、第１軸受部３８の外径ＯＤ１と第２軸受部４６の直径（外径）ＯＤ２、及び第１軸受部３８の突出高さＨ１と第２軸受部４６の突出高さＨ２は、互いに略同等である。

以上の構成において、第１フランジ部材３６及び第２フランジ部材４５は、例えば、ＳＳ材又は普通鋼等からなり、中空軸部材４０及び中実軸部材４８は、例えば、炭素鋼等からなる。

次に、このクランクシャフト３０の製造方法につき説明する。

先ず、第１クランク軸半体３２を構成する第１フランジ部材３６と、中空軸部材４０とを個別に作製する。第１フランジ部材３６、中空軸部材４０の出発材料としては、例えば、ＳＳ材又はからなるワーク、炭素鋼からなるワークをそれぞれ選定することができる。

この作製に際しては、精密鍛造が好適である。すなわち、この場合、第１フランジ部材３６、中空軸部材４０の形状が、図９及び図１０に示されるように軸部７とフランジ部８及びウェイト部９が単一部材として一体的に形成された第１クランク軸半体２に比して単純であるため、鍛造加工が容易であるからである。しかも、精密鍛造には、同一の鍛造成形品を短時間で繰り返し作製することが可能であり、生産効率に優れるという利点がある。

また、第１フランジ部材３６、中空軸部材４０の形状及び寸法を、最終寸法・形状と略同一寸法に設定することができる。換言すれば、精密鍛造を採用することにより、最終寸法・形状と同一寸法、又は略近似する寸法の第１フランジ部材３６、中空軸部材４０を効率よく得ることができる。

なお、この時点では、連通オイル孔１２は形成されていない。

次に、図２に示すように、これら第１フランジ部材３６と中空軸部材４０とを接合する。この際には、摩擦溶接が採用される。

すなわち、図示しない摩擦溶接装置には、周知のように、互いに接近・離間する方向に変位可能且つ個別に回転動作可能な２個の保持治具が設けられる。これら保持治具の一方に第１フランジ部材３６を保持するとともに、残余の一方に中空軸部材４０を保持する。勿論、第１フランジ部材３６は、第１軸受部３８が突出形成されている側の端面が中空軸部材４０に臨むように保持する。

この状態で２個の保持治具を回転動作させると、これに追従して第１フランジ部材３６及び中空軸部材４０が回転動作する。さらに、保持治具同士に推力を付与して互いが接近するように前進させる。

最終的に、第１軸受部３８と中空軸部材４０の先端部同士が摺接し合う。この際にも推力の付与及び回転動作が継続されるので、回転動作する第１軸受部３８と、回転動作する中空軸部材４０とが相互に圧接される。従って、中空軸部材４０と第１軸受部３８の摺接箇所には著しい摩擦熱が発生し、高温となる。

このため、第１軸受部３８と中空軸部材４０の先端部がともに軟化し、各々の接合代が互いに圧潰される。同時に、各接合代の肉が同時に撹拌されて塑性流動する。その結果、図３に示すように、第１軸受部３８と中空軸部材４０が接合一体化される。なお、接合代の余剰の肉は、大オイル孔１０内又は外壁側で隆起し、内バリ６０、外バリ６２となる。

ここで、第１フランジ部材３６（第１軸受部３８）の推力、及び中空軸部材４０の推力、換言すれば、第１フランジ部材３６（第１軸受部３８）の中空軸部材４０に対する圧接力、及び及び中空軸部材４０の第１フランジ部材３６（第１軸受部３８）に対する圧接力や、第１軸受部３８及び中空シャフトのそれぞれの接合代が過度に大きいと、内バリ６０及び外バリ６２が大きく隆起する。

後述するように、内バリ６０は、例えば、大オイル孔１０にパンチ６４（図５参照）を挿入することによって除去されるが、上記したように内バリ６０が大きく隆起すると、パンチ６４が内バリ６０によって堰止されるので、パンチ６４を大オイル孔１０内で進行させること自体が困難となる。

このような不都合が生じることを回避するべく、本実施の形態においては、前記２つの圧接力の合計値と、第１軸受部３８及び中空軸部材４０の各接合代とが、内バリ６０が大オイル孔１０に大きく隆起しない程度、具体的には、内バリ６０が大オイル孔１０の直径の１／２を超えない範囲となるように設定することが最適である。

２つの圧接力の合計値、及び接合代の好適な範囲は、第１軸受部３８及び中空軸部材４０の外径等にも依存するので、これらの外径に応じて設定すればよい。一例を挙げれば、第１軸受部３８及び中空軸部材４０の外径が２０ｍｍであるときには、圧接力の合計値を３０〜６０ＭＰａ、又は６０〜１２０ＭＰａ、接合代を１〜４ｍｍ又は２〜６ｍｍとすればよい。より具体的には、第１フランジ部材３６（第１軸受部３８）の中空軸部材４０に対する圧接力を３０〜６０ＭＰａ、中空軸部材４０の第１フランジ部材３６（第１軸受部３８）に対する圧接力を６０〜１２０ＭＰａに設定するとともに、接合代を１〜６ｍｍとすればよい。

これにより、外バリ６２が大きく隆起することも少なくなる。従って、該外バリ６２を研削加工によって除去することも容易である。

次に、第１軸受部３８及び中空軸部材４０の接合部位の肉が硬化する前に、外バリ６２及び内バリ６０を除去する。以下においては、外バリ６２を先に除去し、その後、内バリ６０を除去する場合を例として説明する。

はじめに、第１クランク軸半体３２を図示しないクランプ手段等に保持した後、図４に示すように、砥石６６を用いて外バリ６２の除去を行う。すなわち、砥石６６を外バリ６２に当接させた後、該砥石６６を回転動作させるとともに、第１クランク軸半体３２を、中空軸部材４０の長手方向に沿う軸線を中心として周回動作させる。これにより、砥石６６の作用下に外バリ６２が全周にわたって研削除去される。

次に、未だ硬化していない内バリ６０を除去する。この場合、図５に示すように、金型としてのパンチ６４が大オイル孔１０に挿入される。

すなわち、第１クランク軸半体３２は、図示しない金型装置を構成して互いに接近又は離間可能な右ダイ６８、左ダイ７０によって形成されるキャビティ７２に位置決め固定される。この状態でいわゆる型締めが行われ、パンチ６４が第１クランク軸半体３２に向かって接近する。

パンチ６４としては、その直径が大オイル孔１０の直径に比して若干小さい程度のものが選定される。従って、大オイル孔１０に挿入されたパンチ６４は、大オイル孔１０（直線状孔４１及び有底穴４４）の内壁に存在する内バリ６０に当接した後、さらに有底穴４４の底部に向かって前進動作することで大オイル孔１０の内壁から内バリ６０を切断ないし圧潰する。これにより、内バリ６０が除去される。内バリ６０が切断された場合には、大オイル孔１０から切断片を取り出せばよい。

又は、ドリルを用いて内バリ６０を除去するようにしてもよい。ドリルを用いる場合、内バリ６０が大オイル孔１０内に比較的大きく隆起していたとしても、これを除去することが容易であるという利点がある。

その後の自然冷却により、塑性流動した肉が硬化する。その結果、第１軸受部３８と中空軸部材４０とが堅牢に接合される。

さらに、第１クランク軸半体３２に対して調質が施され、これにより、完成品としての第１クランク軸半体３２が得られる。

以上のようにして得られた第１クランク軸半体３２の第１ピン孔１１に対し、クランクピン４を圧入する。さらに、大オイル孔１０中の有底穴４４に連通する連通オイル孔１２（図８参照）と、該連通オイル孔１２に連通する小オイル孔１３とを、互いが連なるようにして、第１クランク軸半体３２、クランクピン４の各々に形成する。

これとは別に、第２クランク軸半体３４を作製する。なお、図６に示す第２フランジ部材４５及び中実軸部材４８も、精密鍛造によって作製することができる。第１クランク軸半体３２と同様に、第２フランジ部材４５及び中実軸部材４８のそれぞれの形状が、軸部１４と第２フランジ部１５及びウェイト部１６が単一部材として一体的に形成された第２クランク軸半体３（図９及び図１０参照）に比して単純であるため、最終寸法・形状と略同一寸法の第２フランジ部材４５、中実軸部材４８を容易に得ることができるからである。

第２フランジ部材４５、中実軸部材４８の出発材料としては、例えば、第１フランジ部材３６、中空軸部材４０と同様に、ＳＳ材又は普通鋼からなるワーク、炭素鋼からなるワークをそれぞれ選定することができる。

次に、図７に示すように、これら第２フランジ部材４５と中実軸部材４８とを摩擦溶接によって接合する。

摩擦溶接では、回転動作する第２軸受部４６及び中実軸部材４８の先端部同士が相互に圧接され、中実軸部材４８と第２軸受部４６の摺接箇所に著しい摩擦熱が発生する。このため、第２軸受部４６と中実軸部材４８の先端部がともに軟化し、各々の接合代が互いに圧潰され、同時に、各接合代の肉が同時に撹拌されて塑性流動する。

その結果、図７に示すように、第１軸受部３８と中実軸部材４８が接合一体化される。なお、接合代の余剰の肉は外壁側で隆起し、外バリ７４となる。

第２フランジ部材４５（第２軸受部４６）の中実軸部材４８に対する圧接力、及び中実軸部材４８の第２フランジ部材４５（第２軸受部４６）に対する圧接力や、第２軸受部４６及び中実シャフトのそれぞれの接合代が過度に大きいと、外バリ７４が大きく隆起するので、研削による除去が容易でなくなる。従って、この場合の前記２つの圧接力の合計値や、第２軸受部４６及び中空軸部材４０の各接合代も、第１クランク軸半体３２を作製する際の摩擦溶接の条件に揃えることが好ましい。

次に、第２軸受部４６及び中実軸部材４８の接合部位の肉が硬化する前に、外バリ７４を除去する。具体的には、第１クランク軸半体３２の作製に準拠し、図４に示す砥石６６を用いて外バリ７４の除去を行う。すなわち、砥石６６を外バリ７４に当接させた後、該砥石６６を回転動作させれば、回転動作する砥石６６によって外バリ７４が研削除去される。

その後、自然冷却を行えば、塑性流動した肉が硬化する。これにより、第２軸受部４６と中実軸部材４８とが堅牢に接合される。

さらに、第２クランク軸半体３４に対して調質が施され、これにより、完成品としての第２クランク軸半体３４が得られる。

以上のようにして作製された第２クランク軸半体３４の第２ピン孔１７に対し、第１クランク軸半体３２の第１ピン孔１１に既に圧入済であるクランクピン４を圧入する。すなわち、図８に示すように、第１クランク軸半体３２及び第２クランク軸半体３４を、第１フランジ部材３６と第２フランジ部材４５が対向するようにして配置する。勿論、第１ピン孔１１の位置に対応して第２ピン孔１７を位置させるとともに、クランクピン４と第２ピン孔１７の間にコンロッド５の挿通孔６を介在させる。

そして、クランクピン４を、コンロッド５の挿通孔６、第２ピン孔１７の順序で圧入する。これにより、図１に示す構成のクランクシャフト３０が得られるに至る。

必要に応じ、第１クランク軸半体３２や第２クランク軸半体３４に対してさらなる研削加工等を施す。上記したように、第１クランク軸半体３２や第２クランク軸半体３４が最終形状・寸法に略近似する形状・寸法で作製されているので、この研削加工は、最小限でよい。

以上から諒解されるように、本実施の形態においては、第１フランジ部材３６と中空軸部材４０、第２フランジ部材４５と中実軸部材４８の各部材を精密鍛造によって個別に作製するようにしている。各部材の形状が比較的単純であるので、最終寸法・形状に略近似する第１クランク軸半体３２及び第２クランク軸半体３４を得ることができる。

従って、寸法精度が良好な第１クランク軸半体３２及び第２クランク軸半体３４を得ることが容易となる。この場合、加工工数が低減するとともにクランクシャフト３０の生産効率が向上する。研削加工を実施する場合であってもその研削量は極僅かであるので、研削時間が短縮される。従って、この場合も、クランクシャフト３０の生産効率が向上する。

なお、上記した実施の形態では、連通オイル孔１２及び大オイル孔１０が形成された第１クランク軸半体３２と、オイル孔が形成されていない第２クランク軸半体３４とを組み合わせてクランクシャフト３０を構成するようにしているが、連通オイル孔１２及び大オイル孔１０が形成された第１クランク軸半体３２を２個組み合わせてクランクシャフトを構成するようにしてもよい。

また、この実施の形態では、第１フランジ部材３６と中空軸部材４０とを摩擦溶接した後、外バリ６２、内バリ６０の順序で除去するようにしているが、これとは逆に、内バリ６０、外バリ６２の順序で除去するようにしてもよいことは勿論である。この際にも、内バリ６０、外バリ６２は、肉が硬化する前に除去される。

さらに、必要に応じ、第１フランジ部材３６と中空軸部材４０、第２フランジ部材４５と中実軸部材４８を、同一の金属で構成するようにしてもよい。

１、３０…クランクシャフト ２、３２…第１クランク軸半体
３、３４…第２クランク軸半体 ４…クランクピン
５…コンロッド １０…大オイル孔
１１…第１ピン孔 １２…連通オイル孔
１３…小オイル孔 １７…第２ピン孔
３６…第１フランジ部材 ３８…第１軸受部
４０…中空軸部材 ４１…直線状孔
４４…有底穴 ４５…第２フランジ部材
４６…第２軸受部 ４８…中実軸部材
６０…内バリ ６２、７４…外バリ
６４…パンチ ６６…砥石

Claims (14)

1. 第１クランク軸半体と第２クランク軸半体とがクランクピンを介して連結されることで構成され、前記クランクピンに支持されたコネクティングロッドを動作させるためのクランクシャフトであって、
   前記第１クランク軸半体もしくは前記第２クランク軸半体の少なくともいずれか一方、又は、前記第１クランク軸半体及び前記第２クランク軸半体の双方が、前記クランクピンを挿入するための第１ピン孔と、その一端面から突出した円環状の第１軸受部とが形成された第１フランジ部材と、
   前記第１フランジ部材に比して小径な中空軸部材と、
   前記クランクピンから前記第１フランジ部材にわたって形成され、前記中空軸部材の内孔に連通するオイル孔と、
   を備え、
   前記中空軸部材が、前記第１軸受部に対して摩擦溶接されていることを特徴とするクランクシャフト。
2. 請求項１記載のクランクシャフトにおいて、前記第１フランジ部材と前記中空軸部材とが互いに異種金属からなることを特徴とするクランクシャフト。
3. 請求項１又は２記載のクランクシャフトにおいて、前記第１クランク軸半体又は前記第２クランク軸半体の残余の一方が、前記クランクピンを挿入するための第２ピン孔と、その一端面から突出した円柱状の第２軸受部とが形成され、且つ前記第１フランジ部材に対向する第２フランジ部材と、
   前記第２フランジ部材に比して小径な中実軸部材と、
   を備え、
   前記中実軸部材が前記第２クランク軸半体の前記第２軸受部に対して摩擦溶接されていることを特徴とするクランクシャフト。
4. 請求項３記載のクランクシャフトにおいて、前記第２フランジ部材と前記中実軸部材とが互いに異種金属からなることを特徴とするクランクシャフト。
5. 第１クランク軸半体と第２クランク軸半体とがクランクピンを介して連結されることで構成され、前記クランクピンに支持されたコネクティングロッドを動作させるためのクランクシャフトの製造方法であって、
   前記第１クランク軸半体もしくは前記第２クランク軸半体の少なくともいずれか一方、又は、前記第１クランク軸半体及び前記第２クランク軸半体の双方を、前記クランクピンを挿入するための第１ピン孔と、その一端面から円環状に突出した第１軸受部とが形成された第１フランジ部材の前記第１軸受部に対し、前記第１フランジ部材に比して小径な中空軸部材を摩擦溶接によって接合することで得る工程と、
   前記第１軸受部と前記中空軸部材との接合箇所の外壁側に生じた外バリと、内壁側に生じた内バリとを、肉が硬化する前に除去する工程と、
   互いに接合され且つ前記外バリ及び前記内バリが除去された前記第１フランジ部材及び前記中空軸部材に対して調質を行う工程と、
   前記第１フランジ部材、及び前記第１ピン孔に圧入された前記クランクピンに対し、前記中空軸部材の内孔に連通するオイル孔を形成する工程と、
   を有することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
6. 請求項５記載の製造方法において、前記第１軸受部と前記中空軸部材との接合箇所の外壁側に生じた外バリを研削によって除去する一方、内壁側に生じた内バリを、前記中空軸部材の内部に内バリ除去用加工手段を挿入することで除去することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
7. 請求項６記載の製造方法において、前記内バリ除去用加工手段として金型又はドリルを用いることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１軸受部に対する前記中空軸部材の圧接力と、前記中空軸部材に対する前記第１軸受部の圧接力との合計値と、前記第１軸受部及び前記中空軸部材のそれぞれの接合代とを、隆起した前記内バリが前記第１軸受部と前記中空軸部材の孔部の直径の１／２を超えない範囲に設定することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
9. 請求項８記載の製造方法において、前記第１軸受部及び前記中空軸部材の外径が２０ｍｍであるとき、前記第１軸受部に対する前記中空軸部材の圧接力と、前記中空軸部材に対する前記第１軸受部の圧接力との合計値を３０〜１２０ＭＰａ、接合代を１〜６ｍｍとすることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
10. 請求項５〜９のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１フランジ部材と前記中空軸部材として、互いに異種金属からなるものを摩擦溶接することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
11. 請求項５〜１０のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１フランジ部材及び前記中空軸部材を精密鍛造によって得ることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
12. 請求項５〜１１のいずれか１項に記載の製造方法において、前記第１クランク軸半体もしくは前記第２クランク軸半体の残余の一方を、前記クランクピンを挿入するための第２ピン孔と、その一端面から円柱状に突出した第２軸受部とが形成された第２フランジ部材の前記第２軸受部に対し、前記第２フランジ部材に比して小径な中実軸部材を摩擦溶接によって接合することで得る工程と、
    前記第２軸受部と前記中実軸部材との接合箇所に生じた外バリを、肉が硬化する前に除去する工程と、
    互いに接合され且つ前記外バリが除去された前記第２フランジ部材及び前記中実軸部材に対して調質を行う工程と、
    を有することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
13. 請求項１２記載の製造方法において、前記第２フランジ部材と前記中実軸部材として、互いに異種金属からなるものを摩擦溶接することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
14. 請求項１２又は１３記載の製造方法において、前記第２フランジ部材及び前記中実軸部材を精密鍛造によって得ることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。

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