JP2020151735A - クランク軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カウンターウエイトを軽量化しつつ、カウンターウエイトのモーメントを確保することができるクランク軸の製造方法を提供する。【解決手段】クランク軸の製造方法は、工程ａ）と、工程ｂ）と、を備える。工程ａ）では、型鍛造で成形され、バリが除去された仕上げ鍛造品（１０）を準備する。仕上げ鍛造品（１０）は、クランクジャーナル（１１）と、クランクピン（１２）と、クランクアーム（１３）と、カウンターウエイト（１４）と、を有する。カウンターウエイト（１４）は、クランクアーム（１３）と一体に成形されている。工程ｂ）では、カウンターウエイト（１４）の長手方向に沿って仕上げ鍛造品（１０）に工具（３０）を進入させながら、工具（３０）の突起部（３６）を先端から順にカウンターウエイト（１４）に押し当てることにより、カウンターウエイト（１４）の幅方向で外側に向かってカウンターウエイト（１４）の材料を流動させる。【選択図】図６Ｃ

Description

本開示は、クランク軸の製造方法に関する。

例えば自動車に搭載されるレシプロエンジンは、燃料の燃焼によるピストンの往復運動を回転運動に変換するため、クランク軸を備える。クランク軸は、クランクジャーナルと、クランクピンと、クランクアームと、を有する。クランクジャーナルは、クランク軸の主軸部であり、軸心周りに回転する。クランクピンは、クランクジャーナルに対して偏心して配置され、コネクティングロッドを介してピストンに接続される。クランクアームは、クランクジャーナルとクランクピンとを連結する。

クランク軸は、例えば、型鍛造によって製造することができる。クランク軸を型鍛造によって製造する場合、まず、加熱されたビレットを予備成形して荒地を得る。次に、荒打ち及び仕上げ打ちを行って荒地から仕上げ鍛造品を成形し、この仕上げ鍛造品に対してバリ抜きを実施する。その後、バリなしの仕上げ鍛造品の必要箇所を圧下し、仕上げ鍛造品を最終製品の寸法及び形状に整形する。

クランク軸の製造プロセスに関して、従来、様々な提案がなされている。例えば、特許文献１は、仕上げ打ち工程においてクランクピンに孔部を形成する方法を提案する。特許文献１において、荒地（予備成形品）は、仕上げ打ちに用いられる金型のキャビティよりも小さくなるように成形される。そのため、仕上げ打ち工程において予備成形品が金型内に配置された時点では、予備成形品と金型との間にクリアランスが存在する。しかしながら、予備成形品のクランクピンにパンチが挿入されることにより、このクリアランスに材料が充填される。特許文献１によれば、パンチの挿入によってクランクピンに孔部が形成されるため、クランク軸の軽量化を図ることができる。また、金型の閉塞空間内に材料を充填させて鍛造を行うため、クランク軸の寸法精度を向上させることができる。

特許文献２は、クランクアームに設けられたカウンターウエイトを矯正する方法を提案する。特許文献２では、バリなしの仕上げ鍛造品に対し、ツイスト工程でひねりを加え、リストライク工程で曲がり矯正を施す。その後、クランクピンを挟んで隣り合うカウンターウエイトの間に中間治具を挿入し、これらのカウンターウエイトを両側から加圧治具で加圧拘束することにより、カウンターウエイトの形状を矯正する。

特許文献３は、クランク軸本体のクランクアームにカウンターウエイトを接合する方法を提案する。特許文献３では、クランク軸本体及びカウンターウエイトがそれぞれ冷間鍛造で成形される。カウンターウエイトは、クランクアームに対し、溶接及び塑性締結で接合される。特許文献３によれば、溶接による接合部が破壊された場合であっても、塑性締結による接合部によってカウンターウエイトがクランクアームから分離するのを防ぐことができる。

国際公開第２０１０／１１０１３３号 特開２００６−２４７７３０号公報 特開２０１２−９７８８８号公報

特許文献３では、カウンターウエイトがクランクアームと別個に成形される。これに対し、特許文献１及び２では、カウンターウエイトはクランクアームと一体として成形される。この場合、仕上げ打ち工程では、クランクアーム及びカウンターウエイトの縦軸を境に二分割する金型が用いられる。この金型から仕上げ鍛造品を取り出しやすくするため、カウンターウエイトの表面には抜け勾配が与えられる。

カウンターウエイトの表面に抜け勾配が与えられることにより、カウンターウエイトの厚みは幅方向の中央部で増加する。すなわち、型鍛造時の抜け勾配に起因してカウンターウエイトが増量する。カウンターウエイトの増量に伴い、クランク軸も増量する。クランク軸の増量は、レシプロエンジンが搭載される自動車の燃費向上及び軽量化の観点から好ましくない。このため、カウンターウエイトには軽量化が求められている。

カウンターウエイトは、クランク軸の回転バランスを保つ錘である。よって、カウンターウエイトには、軽量化と同時に、所望のモーメントを確保することも要求される。

本開示は、カウンターウエイトを軽量化しつつ、カウンターウエイトのモーメントを確保することができるクランク軸の製造方法を提供することを課題とする。

本開示に係るクランク軸の製造方法は、工程ａ）と、工程ｂ）と、を備える。工程ａ）では、型鍛造で成形され、バリが除去された仕上げ鍛造品を準備する。仕上げ鍛造品は、クランクジャーナルと、クランクピンと、クランクアームと、カウンターウエイトと、を有する。クランクピンは、クランクジャーナルに対して偏心する。クランクアームは、クランクジャーナルとクランクピンとを連結する。カウンターウエイトは、クランクアームと一体に成形されている。工程ｂ）では、平面視で剣状の突起部を表面に有する工具を、カウンターウエイトの長手方向に沿って仕上げ鍛造品に進入させながら、突起部を先端から順にカウンターウエイトに押し当てることにより、カウンターウエイトの幅方向で外側に向かってカウンターウエイトの材料を流動させる。

本開示に係るクランク軸の製造方法によれば、カウンターウエイトを軽量化しつつ、カウンターウエイトのモーメントを確保することができる。

図１は、実施形態に係るクランク軸の製造方法において工程ａ）で準備される仕上げ鍛造品の側面図である。 図２は、図１に示す仕上げ鍛造品に含まれるクランクウェブの正面図である。 図３は、図２に示すクランクウェブの底面図である。 図４は、実施形態に係るクランク軸の製造方法において工程ｂ）で使用される加工装置の模式図である。 図５は、図４に示す加工装置に含まれる工具の上面図、側面図、及び背面図である。 図６Ａは、工程ｂ）における加工装置の動作を説明するための模式図である。 図６Ｂは、工程ｂ）における加工装置の動作を説明するための別の模式図である。 図６Ｃは、工程ｂ）における加工装置の動作を説明するための、さらに別の模式図である。 図７Ａは、工程ｂ）においてカウンターウエイトが加工される様子を説明するための模式図である。 図７Ｂは、工程ｂ）においてカウンターウエイトが加工される様子を説明するための別の模式図である。 図７Ｃは、工程ｂ）においてカウンターウエイトが加工される様子を説明するための、さらに別の模式図である。 図８は、工程ｂ）の後のクランクウェブの正面図である。 図９は、図８に示すクランクウェブの背面図である。 図１０は、図８及び図９に示すクランクウェブの底面図である。 図１１は、工具のストロークとカウンターウエイトの重心の位置との関係を示すグラフである。

実施形態に係るクランク軸の製造方法は、工程ａ）と、工程ｂ）と、を備える。工程ａ）では、型鍛造で成形され、バリが除去された仕上げ鍛造品を準備する。仕上げ鍛造品は、クランクジャーナルと、クランクピンと、クランクアームと、カウンターウエイトと、を有する。クランクピンは、クランクジャーナルに対して偏心する。クランクアームは、クランクジャーナルとクランクピンとを連結する。カウンターウエイトは、クランクアームと一体に成形されている。工程ｂ）では、平面視で剣状の突起部を表面に有する工具を、カウンターウエイトの長手方向に沿って仕上げ鍛造品に進入させながら、突起部を先端から順にカウンターウエイトに押し当てることにより、カウンターウエイトの幅方向で外側に向かってカウンターウエイトの材料を流動させる（第１の構成）。

第１の構成によれば、バリを除去した後の仕上げ鍛造品に工具を進入させる。このとき、工具に設けられた平面視剣状の突起部が先端から順にカウンターウエイトに押し当てられるため、カウンターウエイトの材料が幅方向の外側に向かって流動する。よって、カウンターウエイトの重心が幅方向の中央部側から両端部側に移動してクランク軸の回転軸から遠ざかり、回転軸周りにおけるカウンターウエイトのモーメントが大きくなる。すなわち、第１の構成に係る製造方法で製造されたクランク軸では、一般的な型鍛造で製造されたクランク軸と比較して、モーメントが同程度であればカウンターウエイトの重量が小さい。したがって、第１の構成によれば、カウンターウエイトを軽量化しつつ、カウンターウエイトのモーメントを確保することができる。

突起部は、先端部と、本体部と、を有することができる。先端部の幅及び高さは、工具の進入方向で後方に向かって拡大する。本体部は、当該進入方向で先端部の後端に接続される。本体部は、一定の幅及び高さを有する（第２の構成）。

第２の構成によれば、仕上げ鍛造品に工具を進入させたとき、まず、突起部の先端部がカウンターウエイトに押し当てられる。先端部は、幅及び高さが後方に向かって漸次拡大するテーパ状をなす。この先端部により、カウンターウエイトの材料を幅方向の両外側に向かって円滑に案内することができる。

工程ｂ）では、先端部をカウンターウエイトに押し当てた状態で工具を仕上げ鍛造品に進入させ、本体部がカウンターウエイトに押し当てられる前に工具を停止して仕上げ鍛造品の外まで後退させることができる（第３の構成）。

仕上げ鍛造品に対する工具の進入に伴い、カウンターウエイトの材料が進入方向の前方に流動し、カウンターウエイトの重心が回転軸側に移動してしまう可能性がある。そこで、第３の構成では、突起部の本体部がカウンターウエイトに到達する前に工具を停止させ、突起部の先端部のみでカウンターウエイトを加工する。先端部は工具の進入方向で後方に向かって拡幅しているため、先端部でカウンターウエイトを加工している間、カウンターウエイトの材料は、主として幅方向に案内される。よって、より確実に、カウンターウエイトの重心を幅方向の両外側に向かって移動させることができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

［クランク軸の製造方法］
本実施形態に係るクランク軸の製造方法は、典型的には、熱間鍛造によるクランク軸の製造方法である。本実施形態に係るクランク軸の製造方法は、クランク軸の仕上げ鍛造品を準備する工程ａ）と、当該仕上げ鍛造品を加工する工程ｂ）と、を備える。以下、各工程について説明する。

工程ａ）
本実施形態に係るクランク軸の製造方法では、まず、工程ａ）において、クランク軸の仕上げ鍛造品を準備する。仕上げ鍛造品は、一般的な型鍛造によって成形される。すなわち、加熱されたビレットを予備成形して荒地を得た後、この荒地の荒打ち及び仕上げ打ちを行ってバリ付きの仕上げ鍛造品を得る。その後、仕上げ鍛造品のバリ抜きを実施し、バリなしの仕上げ鍛造品を得る。

図１は、バリ抜き後の仕上げ鍛造品１０を模式的に示す側面図である。仕上げ鍛造品１０は、最終製品であるクランク軸とほとんど同一の寸法及び形状を有する。仕上げ鍛造品１０は、複数のクランクジャーナル１１と、複数のクランクピン１２と、複数のクランクアーム１３と、複数のカウンターウエイト１４と、を有する。図１では、４気筒エンジン用のクランク軸の仕上げ鍛造品１０を例示する。ただし、本実施形態に係る製造方法で製造されるクランク軸は、４気筒エンジン用のクランク軸に限られない。

複数のクランクジャーナル１１は、それぞれ、仕上げ鍛造品１０の中心軸Ｘ１を軸心とする概略円柱状をなす。中心軸Ｘ１は、仕上げ鍛造品１０から製造されるクランク軸の回転軸Ｘ１となる。クランクジャーナル１１は、回転軸Ｘ１に沿って配列され、クランク軸の主軸部を構成する。

複数のクランクピン１２は、それぞれ概略円柱状をなし、クランクジャーナル１１に対して偏心する。すなわち、複数のクランクピン１２は、回転軸Ｘ１の周りに所定の位相差で配置される。本実施形態において、回転軸方向で両端に位置するクランクピン１２は、中央の２つのクランクピン１２と１８０°の位相差を有する。

クランクアーム１３の各々は、回転軸方向においてクランクジャーナル１１とクランクピン１２との間に配置される。クランクアーム１３は、クランクジャーナル１１とクランクピン１２とを連結する。クランクアーム１３は、回転軸方向と交差する表面１３１，１３２を有する。表面１３１，１３２のうち、一方の表面１３１にはクランクジャーナル１１が接続され、他方の表面１３２にはクランクピン１２が接続される。本実施形態では、必要に応じ、回転軸方向に並ぶ８枚のクランクアーム１３を、フロント１６側からフランジ１７側に向かって順に、第１〜第８クランクアーム１３ａ〜１３ｈと称して区別する。

カウンターウエイト１４の各々は、クランクアーム１３と一体で成形される。必要な場合、第１〜第８クランクアーム１３ａ〜１３ｈの各カウンターウエイト１４を第１〜第８カウンターウエイト１４ａ〜１４ｈと称して区別する。本実施形態では、全てのクランクアーム１３がカウンターウエイト１４を一体で有する。ただし、カウンターウエイト１４は、一部のクランクアーム１３にのみ設けられていてもよい。各カウンターウエイト１４の形状は、他のカウンターウエイト１４と同一であってもよいが、他のカウンターウエイト１４と異なっていてもよい。

カウンターウエイト１４は、回転軸方向と交差する表面１４１，１４２を有する。一方の表面１４１は、クランクアーム１３のクランクジャーナル１１側の表面１３１と連続する。他方の表面１４２は、クランクアーム１３のクランクピン１２側の表面１３２と連続する。

一体で成形されたクランクアーム１３及びカウンターウエイト１４は、一般に、クランクウェブ１５と称される。図２は、クランクウェブ１５をクランクジャーナル１１側から見た図である。図３は、クランクウェブ１５をカウンターウエイト１４側から見た図である。

図２を参照して、本実施形態では、説明の便宜上、クランクウェブ１５において、クランクジャーナル１１側の面を正面、クランクピン１２側の面を背面と称する。クランクウェブ１５において、クランクピン１２の中心軸Ｘ２及び回転軸Ｘ１に直交する軸を縦軸Ｚと定義する。縦軸Ｚが延びる方向が長手方向であり、縦軸Ｚ及び回転軸Ｘ１に垂直な方向が幅方向である。長手方向に関してクランクアーム１３側を上、カウンターウエイト１４側を下といい、幅方向の両側を左右という場合がある。

図２に示すカウンターウエイト１４は、クランクアーム１３から下方に向かって拡幅する。カウンターウエイト１４は、例えば、正面視で概略扇状をなす。図３を参照して、カウンターウエイト１４の表面１４１，１４２には、抜け勾配が与えられている。すなわち、カウンターウエイト１４の表面１４１，１４２は、それぞれ、幅方向の中央から左右に向かって下降傾斜している。このため、カウンターウエイト１４の厚み（回転軸方向の寸法）は、幅方向の中央部側で大きく、幅方向の両端部側で小さい。

工程ｂ）
工程ｂ）では、バリなしの仕上げ鍛造品１０を加工する。より詳細には、表面１４１，１４２に抜け勾配が存在するカウンターウエイト１４を加工する。

まず、カウンターウエイト１４を加工するための装置について、図４を参照しつつ説明する。図４は、工程ｂ）で使用される加工装置２０の模式図である。

図４では、加工装置２０が加工する仕上げ鍛造品１０を二点鎖線で示す。図４において、仕上げ鍛造品１０は、第３〜第６カウンターウエイト１４ｃ〜１４ｆが上側、残りのカウンターウエイト１４ａ，１４ｂ，１４ｇ，１４ｈが下側に位置するように、加工装置２０内に配置されている。すなわち、仕上げ鍛造品１０が加工装置２０内に配置された状態で、カウンターウエイト１４の長手方向は上下方向と一致する。

加工装置２０は、例えば、ダイクッションを有するプレス機械である。加工装置２０は、スライド２１ａと、ボルスタ２１ｂと、ダイクッションプレート２２ａ，２２ｂと、弾性部材２３ａ，２３ｂと、治具２４ａ，２４ｂと、工具ユニット２５ａ，２５ｂと、を有する。

スライド２１ａは、図示しないガイドに沿って昇降可能に構成されている。スライド２１ａは、例えば、機械式機構によって駆動されてもよいし、油圧や液圧等を駆動源としてもよい。ボルスタ２１ｂは、スライド２１ａの下方に配置されている。

スライド２１ａとボルスタ２１ｂとの間には、ダイクッションプレート２２ａ，２２ｂが配置される。ダイクッションプレート２２ａは、複数の弾性部材２３ａを介してスライド２１ａに接続されている。ダイクッションプレート２２ｂは、複数の弾性部材２３ｂを介してボルスタ２１ｂに接続されている。

弾性部材２３ａ，２３ｂは、上下方向に伸縮する部材である。弾性部材２３ａ，２３ｂは、例えば、コイルばねや空気ばね、油圧シリンダ等である。

スライド２１ａ、ボルスタ２１ｂ、ダイクッションプレート２２ａ，２２ｂ、及び弾性部材２３ａ，２３ｂは、公知のプレス機械及びダイクッションにおけるスライド、ボルスタ、ダイクッションプレート、及び弾性部材と同様である。そのため、本実施形態ではこれらに関する詳細な説明を省略する。

治具２４ａ，２４ｂは、カウンターウエイト１４の加工に際し、クランクピン１２を拘束する部材である。ダイクッションプレート２２ａの下面には、２つの治具２４ａが取り付けられている。一方の治具２４ａは、第１クランクアーム１３ａと第２クランクアーム１３ｂとの間のクランクピン１２に対応して配置される。他方の治具２４ａは、第７クランクアーム１３ｇと第８クランクアーム１３ｈとの間のクランクピン１２に対応して配置される。各治具２４ａの下面は、クランクピン１２の形状に対応する形状を有する。例えば、各治具２４ａの下面は、クランクピン１２を上側から把持するため、概略半円状の横断面を有する凹面となっている。

治具２４ｂは、ダイクッションプレート２２ｂの上面に取り付けられている。治具２４ｂは、第３クランクアーム１３ｃと第４クランクアーム１３ｄとの間のクランクピン１２、及び第５クランクアーム１３ｅと第６クランクアーム１３ｆとの間のクランクピン１２に対応して配置される。治具２４ｂの上面は、治具２４ａの下面と同様、クランクピン１２の形状に対応する形状を有する。例えば、治具２４ｂの上面は、２つのクランクピン１２を下側から把持するため、概略半円状の横断面を有する凹面となっている。

工具ユニット２５ａは、スライド２１ａの下面に取り付けられる。ボルスタ２１ｂの上面には、２つの工具ユニット２５ｂが取り付けられている。工具ユニット２５ａ，２５ｂは、それぞれ、複数の工具３０を含む。工具３０は、仕上げ鍛造品１０に対して外周側から進入し、カウンターウエイト１４を加工する部材である。各工具３０は、概ね板状をなす。各工具３０が仕上げ鍛造品１０に進入したとき、各工具３０の両表面のうち少なくとも一方の表面３１は、カウンターウエイト１４に対向する。

図５は、工具３０の上面図（平面図）、側面図、及び背面図である。図５では、説明の便宜上、表面３１を工具３０の上面とし、進入方向で表面３１の前後に配置される面をそれぞれ工具３０の前面３２及び後面３３、進入方向で表面３１の左右に配置される面を側面３４と呼ぶ。表面３１、前面３２、後面３３、及び両側面３４は、概ね平坦な面である。表面３１は、円弧面３５を介して前面３２に接続されている。以下、工具３０の進入方向における前後左右を単に前後左右と表現する場合がある。

図５に示すように、工具３０は、突起部３６を有する。突起部３６は、カウンターウエイト１４（図４）に対向する表面３１上に設けられる。図５の例では、工具３０の上面のみに突起部３６が設けられている。ただし、工具３０の上面及び底面の双方に突起部３６が設けられていてもよい。例えば、工具３０が隣り合うカウンターウエイト１４の間に位置し、工具３０の上面及び底面がいずれもカウンターウエイト１４に対向する表面３１である場合、上面及び底面の各々に突起部３６を設けることができる。

突起部３６は、表面３１からカウンターウエイト１４（図４）側に突出する。突起部３６は、表面３１上において、カウンターウエイト１４の幅方向の中央部に対応する位置に配置されている。突起部３６は、平面視で概ね剣状をなす。突起部３６は、先端部３６１と、本体部３６２と、を含む。

先端部３６１は、表面３１の前端部に形成されている。先端部３６１は、円弧面３５と表面３１との境界から後方に向かって延びる。先端部３６１の幅及び高さは、後方に向かって漸次拡大する。先端部３６１の幅とは、工具３０の平面視で、進入方向と垂直な方向における先端部３６１の寸法をいう。先端部３６１の高さは、工具３０の側面視で進入方向と垂直な方向における先端部３６１の寸法である。先端部３６１は、進入方向において長さＬを有する。長さＬは、適宜決定することができるが、例えば、２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度である。

先端部３６１は、工具３０の平面視で概略三角形状をなす。すなわち、先端部３６１の各側縁３６１１は、工具３０の進入方向に対して傾斜する。各側縁３６１１が進入方向となす角度θは、３０°〜４５°に設定されることが好ましい。

先端部３６１は、全体にわたり、概略三角形状の横断面を有する。ここでいう横断面は、表面３１に垂直な平面で切断したときの断面である。先端部３６１の横断面が概略三角形状であるため、先端部３６１には、三角形の頂点部分に相当する稜線３６１２が形成される。稜線３６１２は、工具３０の進入方向に沿い、本体部３６２に向かって上昇する。

本体部３６２は、先端部３６１の後端に接続される。本体部３６２は、先端部３６１から後方に向かって延びている。本体部３６２は、全体にわたり、一定の幅Ｗ及び高さＨを有する。幅Ｗは、工具３０の平面視で、進入方向と垂直な方向における本体部３６２の寸法である。幅Ｗは、実質的に、先端部３６１の長さＬ及び角度θによって定まる。高さＨは、工具３０の側面視で進入方向と垂直な方向における本体部３６２の寸法である。高さＨは、例えば、３ｍｍ〜６ｍｍとすることができる。

本体部３６２は、全体にわたり、概略三角形状の横断面を有する。よって、本体部３６２には、稜線３６２２が形成される。稜線３６２２は、先端部３６１の稜線３６１２に連続し、工具３０の進入方向に延びている。本体部３６２の各側縁３６２１は、先端部３６１の側縁３６１１に連続し、工具３０の進入方向に延びている。

突起部３６は、稜線３６１２，３６２２を含み表面３１に垂直な平面に対し、実質的に対称な形状をなす。稜線３６１２，３６２２には、Ｒ面取り加工が施されていてもよい。

次に、図６Ａ〜図６Ｃを参照して、加工装置２０を用いてカウンターウエイト１４を加工する方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、工程ｂ）でカウンターウエイト１４を加工する際の加工装置２０の動作を説明するための模式図である。

図６Ａに示すように、初期状態の加工装置２０では、各弾性部材２３ａが伸張し、仕上げ鍛造品１０に対して治具２４ａよりも工具ユニット２５ａが後退している。また、各弾性部材２３ｂが伸張し、仕上げ鍛造品１０に対して治具２４ｂよりも各工具ユニット２５ｂが後退している。この加工装置２０内に、バリなしの仕上げ鍛造品１０を配置する。このとき、回転軸方向で中央に位置する２つのクランクピン１２が下側の治具２４ｂ上に載置され、治具２４ｂによって把持される。これにより、第３〜第６カウンターウエイト１４ｃ〜１４ｆは上向きに位置付けられ、残りのカウンターウエイト１４ａ，１４ｂ，１４ｇ，１４ｈは下向きに位置付けられる。

次に、スライド２１ａを下降させる。これにより、図６Ｂに示すように、ダイクッションプレート２２ａ及び治具２４ａが下降し、回転軸方向で両端に位置する各クランクピン１２が対応する治具２４ａによって把持される。

各治具２４ａがクランクピン１２を把持した後、スライド２１ａをさらに下降させ、伸張状態にあった弾性部材２３ａを圧縮する。これにより、図６Ｃに示すように、上側の工具ユニット２５ａがダイクッションプレート２２ａに対して相対的に下降する。これと同時に、伸張状態にあった弾性部材２３ｂも圧縮され、下側の工具ユニット２５ｂがダイクッションプレート２２ｂに対して相対的に上昇する。これにより、工具ユニット２５ａ，２５ｂの各工具３０がカウンターウエイト１４の長手方向に沿って仕上げ鍛造品１０に外周側から進入し、各工具３０によって各カウンターウエイト１４が加工される。

図７Ａ〜図７Ｃは、工具３０によるカウンターウエイト１４の加工の様子を説明するための模式図である。図７Ａを参照して、工具３０が仕上げ鍛造品１０に進入するに伴い、工具３０の突起部３６が先端から順にカウンターウエイト１４に押し当てられる。工具３０が仕上げ鍛造品１０に進入すると、まず、突起部３６の先端部３６１がカウンターウエイト１４の表面に押し当てられる。カウンターウエイト１４の材料は、先端部３６１によって押し分けられ、幅方向の中央部から両端部に向かって順次流動する。これにより、カウンターウエイト１４の幅方向の中央部が薄肉化される。

図７Ｂ及び図７Ｃを参照して、工具３０がさらに前進すると、突起部３６の本体部３６２がカウンターウエイト１４に到達し、本体部３６２がカウンターウエイト１４の表面に押し当てられる。

図６Ｃに戻り、仕上げ鍛造品１０に対し、工具ユニット２５ａ，２５ｂの各工具３０が所定の位置まで進入したら、スライド２１ａを停止させる。これにより、仕上げ鍛造品１０に対する工具３０の進入が停止する。その後、スライド２１ａを上昇させて弾性部材２３ａを伸張させ、工具ユニット２５ａを上昇させる。これに伴い、工具ユニット２５ａの各工具３０が仕上げ鍛造品１０から後退する。

スライド２１ａをさらに上昇させると、ダイクッションプレート２２ａ及び治具２４ａが上昇し、クランクピン１２が治具２４ａから解放される。工具ユニット２５ａ及び治具２４ａの上昇に伴って下側の弾性部材２３ｂが伸張するため、工具ユニット２５ｂの各工具３０も仕上げ鍛造品１０から後退する。これにより、加工装置２０が図６Ａに示す初期状態に戻り、工程ｂ）におけるカウンターウエイト１４の加工が完了する。

図８〜図１０は、それぞれ、工程ｂ）の後のクランクウェブ１５の正面図、背面図、及び底面図である。図８及び図１０を参照して、カウンターウエイト１４のクランクジャーナル１１側の表面１４１のうち、幅方向の中央部には、凹部１４３が形成されている。凹部１４３は、工具３０の突起部３６（図５）の形状に対応した形状を有する。図９及び図１０を参照して、カウンターウエイト１４のクランクピン１２側の表面１４２にも、同様の凹部１４３が形成されている。すなわち、工程ｂ）の後のカウンターウエイト１４では、表面１４１，１４２から抜け勾配がなくなり、幅方向の中央部が薄肉化されている。

［実施形態の効果］
本実施形態に係るクランク軸の製造方法では、バリを除去した後の仕上げ鍛造品１０に工具３０を進入させながら、工具３０の突起部３６を先端から順にカウンターウエイト１４に押し当てる。これにより、カウンターウエイト１４の材料が幅方向の両外側に流動し、カウンターウエイト１４の幅方向の中央部が薄肉化される。よって、カウンターウエイト１４の重心が回転軸Ｘ１から遠ざかり、回転軸Ｘ１周りにおけるカウンターウエイト１４のモーメントが大きくなる。このため、カウンターウエイト１４を増量せずに所望のモーメントを確保することが可能となり、カウンターウエイト１４の軽量化及びモーメント確保の双方を実現することができる。

本実施形態では、仕上げ鍛造品１０に工具３０を進入させたとき、まず、突起部３６の先端部３６１がカウンターウエイト１４に押し付けられる。先端部３６１は、工具３０の進入方向の後方に向かって徐々に拡大する幅及び高さを有するため、カウンターウエイト１４の材料を幅方向の中央部側から両端部側に向かって円滑に案内することができる。

図１１を参照し、カウンターウエイト１４の重心の移動についてより詳細に説明する。図１１は、工具３０のストロークとカウンターウエイト１４の重心の位置との関係を示すグラフである。ここでは、突起部３６の先端がカウンターウエイト１４の表面への接触を開始する位置を原点とし、突起部３６の先端が原点から回転軸Ｘ１側に進んだ距離［ｍｍ］を工具３０のストロークＳｔと定義する。

図１１に示すように、ストロークＳｔが大きくなるにつれて、カウンターウエイト１４の重心は幅方向の外側に移動する。しかしながら、ストロークＳｔがある大きさに達した後、カウンターウエイト１４の重心は幅方向の中央側に移動し始める。これは、カウンターウエイト１４の材料が工具３０に引きずられ、工具３０の進入方向の前方にも流動してしまうことが原因であると考えられる。ストロークＳｔがさらに大きくなると、カウンターウエイト１４の重心は、ストロークＳｔがゼロであったときの重心よりも幅方向の中央側に移動する。

カウンターウエイト１４の重心が幅方向の外側に確実に移動し続けるのは、カウンターウエイト１４が突起部３６の先端部３６１によって加工されている間である。したがって、工具３０のストロークＳｔは、先端部３６１の長さＬ以下であることが好ましい（Ｓｔ≦Ｌ）。すなわち、工程ｂ）では、工具３０のストロークＳｔが先端部３６１の長さＬを超え、本体部３６２がカウンターウエイト１４に押し当てられる前に、工具３０を停止して仕上げ鍛造品１０の外まで後退させることが好ましい。

カウンターウエイト１４の重心の位置がＳｔ＝０のときの重心の位置と同じになるのは、工具３０のストロークＳｔが先端部３６１の長さＬの２倍を超えたあたりである。よって、ストロークＳｔは、先端部３６１の長さＬの２倍以下である必要がある（Ｓｔ≦２×Ｌ）。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、工程ｂ）においてカウンターウエイト１４の両表面１４１，１４２が加工される。しかしながら、設計要件等に応じ、カウンターウエイト１４の両表面１４１，１４２のいずれか一方のみを加工してもよい。

本実施形態では、工程ｂ）で使用される加工装置２０において、複数の工具３０が工具ユニット２５ａ又は２５ｂとして一体化されている。しかしながら、各工具３０を別体とすることもできる。

工程ｂ）は、一般的な鍛造クランク軸の製造プロセスにおける整形工程と別工程であってもよいが、整形工程と同時に実施される工程であってもよい。工程ｂ）を整形工程と同時に実施する場合、工具３０によるカウンターウエイト１４の加工が終了した後、通常の整形工程と同様、加工装置２０に備えられた金型で仕上げ鍛造品１０の必要箇所を圧下し、仕上げ鍛造品１０を最終製品の寸法及び形状に整えればよい。

１０：仕上げ鍛造品
１１：クランクジャーナル
１２：クランクピン
１３：クランクアーム
３０：工具
３１：表面
３６：突起部
３６１：先端部
３６２：本体部

Claims (3)

1. クランク軸の製造方法であって、
   ａ）型鍛造で成形され、バリが除去され、クランクジャーナルと、前記クランクジャーナルに対して偏心するクランクピンと、前記クランクジャーナルと前記クランクピンとを連結するクランクアームと、前記クランクアームと一体に成形されたカウンターウエイトと、を有する仕上げ鍛造品を準備する工程と、
   ｂ）平面視で剣状の突起部を表面に有する工具を、前記カウンターウエイトの長手方向に沿って前記仕上げ鍛造品に進入させながら、前記突起部を先端から順に前記カウンターウエイトに押し当てることにより、前記カウンターウエイトの幅方向で外側に向かって前記カウンターウエイトの材料を流動させる工程と、
   を備える、製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法であって、
   前記突起部は、
   前記工具の進入方向で後方に向かって幅及び高さが拡大する先端部と、
   前記進入方向で前記先端部の後端に接続され、一定の幅及び高さを有する本体部と、
   を有する、製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法であって、
   前記工程ｂ）では、前記先端部を前記カウンターウエイトに押し当てた状態で前記工具を前記仕上げ鍛造品に進入させ、前記本体部が前記カウンターウエイトに押し当てられる前に前記工具を停止して前記仕上げ鍛造品の外まで後退させる、製造方法。

Images