JP2565374B2 - ダクタイル鋳鉄クランク軸 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はダクタイル鋳鉄クランク軸に関する。

〔従来の技術〕

例えば自動車エンジンのクランク軸には、最近、軽量
化及びコスト低減のために、鋳鉄製のものが採用されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種のクランク軸では、第６図側面図及び正面図に
示すように、クランクピン部Cpに一様な円形断面の通し
孔01を軸方向に鋳抜くとゝもに、ジャーナル部Joのウエ
ブWe側にそれぞれ凹穴02,02を鋳抜くことにより、その
軽量化を図ることができるのであるが、従来の鍛造クラ
ンク軸に比べると、材質の差に基づいて、ウエブ部・ジ
ャーナル部間のジャーナル側フィレット部Rj,ウエブ部
・クランクピン部間のピン側フイレット部Rpにおける集
中応力のため、疲労強度が若干低下する。

こゝで、フイレット部の半径Ｒを大きくすることによ
る集中応力の低減も一応考えられるのであるが、Ｒを大
きくするためには、クランクピン部，ジャーナル部の長
さを長くすることが必要となり、これはエンジンの小型
軽量化の点で不具合である。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、
従来の鋳鉄クランク軸に比べて、さらに軽量化を図ると
ゝもに、疲労強度の増加を図る経済的なダクタイル鋳鉄
クランク軸を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、ダクタイル鋳鉄クランク軸のク
ランクピン部外周面及びジャーナル部外周面を高周波焼
入れし該高周波焼入れ端縁をフイレット部近傍のウエブ
部側面まで形成すると共に、上記高周波焼入れ端縁近傍
のウエブ部側面を機械加工して、該機械加工面の途中に
上記高周波焼入れ端縁の焼入れ境界が存在するようにし
たことを特徴とする。

〔作 用〕

このような構成により、焼入れ部は焼準したのち高周
波焼入れを施すことにより、ダクタイル鋳鉄の表面硬化
が行われ、焼入れ部は焼入れ後、研磨による表面仕上に
より、その疲労強度が向上し、フイレット部は残留応力
が完全にゼロになる範囲を巾△，△′にわたってそれぞ
れ機械加工することにより、その疲労強度を高め、長寿
命かつ軽量のダクタイル鋳鉄クランク軸を得ることがで
きる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面について説明すると、第１図
はその部分側面図、第２図は第１図のII部の部分拡大
図、第３図は第２図のフイレット部における残留応力分
布図で説明の便宜上、鋳肌，加工面，焼入れ面を横軸上
に展開して示している。第４図はフイレット部の焼入れ
深さと疲れ強度との関係を示す線図、第５図はダクタイ
ル鋳鉄のフェライト率に対する疲れ強度の大きさを示す
線図である。

まず、第１図において、第６図と同一の符番はそれぞ
れ同図と同一の部材を示し、１はダクタイル鋳鉄クラン
ク軸で、ハッチングを施した部分２は高周波焼入れ部を
それぞれ示す。３は油孔用橋絡部である。

同図において、d1,d2はそれぞれクランクピン部の両
端の焼入れ部の境界外径，機械加工部の境界外径を示
し、d3,d4はそれぞれジャーナル部の両端の焼入れ部の
境界外径，機械加工部の境界外径を示す。

こゝでウエブ側面部の機械加工面と鋳肌面との境界の
外径d2,d4をそれぞれ下記式のように高周波焼入れ境界
外径d1,d3より大とする。

d2＞d1 d4＞d3 本発明のクランク軸の表面処理を行うには、下記の手
順による。

（１） 鋳肌素材のまゝ所定温度で加熱し、その後空冷
した後、焼準する。

（２） 加工面を旋盤加工し、その際、ジャーナル部に
ついて述べれば、その円筒部の両端は第２図に示すよう
に、半径Ｒの円弧状切刃及び半径ｒの円弧状切刃よりな
るバイトを使用して一度に旋削する。なお、フイレット
部及びジャーナル部は研摩代を残しておくとゝもに第１
図の△，△′の部分も旋削する。

（３） ダクタイル鋳鉄クランク軸の第１図及び第２図
のハッチング部２に高周波焼入れを旋す。

（４） 第２図に示すように、焼入れ面を研摩する。

このような熱処理工程において、ダクタイル鋳鉄の結
晶組織は高周波焼入れによってマルテンサイト組織とな
って膨張し、非焼入れ部分の組織との関係により相対的
に圧縮応力を生じ、これにより、焼入れ部分の疲労強度
が高まる。

従来、鋳鉄はグラファイト粒を囲繞するフエライトの
作用により、焼入れ効果は生じないとみられていたので
あるが、本発明者等の研究によれば、フエライト組織の
少ないFCD80,硬度H_B＝250以上のものは焼準しなくても
よい場合があるが、比較的フエライト組織の多いものに
ついては焼準することにより、パーライト組織が緻密化
し、フエライト組織が大きく減少乃至消滅するので、高
周波焼入れにより表面硬化ができることが判明した。そ
のためには、焼入れに先立って、フエライト率７％に
なるような材料を選出することが実用上重要であり、焼
準はそのために行うものである。

こゝで、機械加工すべき巾は △，△′3mm とし、焼入れ深さは0.5mm〜4.0mmで，硬度はH_V＝490〜8
00とする。

これは、焼入れによる残留応力の分布は、第３図に示
すように分布し、ジャーナル部の焼入れ深さは点ａ（焼
き境）でゼロになるが、残留圧縮応力δは点ｂでゼロに
なったのち、一旦、圧縮応力から引張応力に変わったの
ち、再びゼロになるように分布する。従って鋳肌の状態
では一般の機械加工面に比べ疲れ強度が30〜50％低下す
るため、△，△′部を機械加工して、△，△′の領域に
引張り残留応力分布の範囲を収めるようにしたのであ
る。

こゝで、焼入れ深さと疲労強度との関係は、第４図に
示す関係にある。

〔発明の効果〕

要するに本発明によれば、ダクタイル鋳鉄クランク軸
のクランクピン部外周面及びジャーナル部外周面を高周
波焼入れし該高周波焼入れ端縁をフイレット部近傍のウ
エブ部側面まで形成すると共に、上記高周波焼入れ端縁
近傍のウエブ部側面を機械加工して、該機械加工面の途
中に上記高周波焼入れ端縁の焼入れ境界が存在するよう
にしたことにより、従来の鋳鉄クランク軸に比べて、さ
らに軽量化を図るとゝもに、疲労強度の増加を図る経済
的なダクタイル鋳鉄クランク軸を得るから、本発明は産
業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すクランク軸の部分側面
図、第２図は第１図のII部の部分拡大図、第３図は第２
図のフイレット部における残留応力分布図で説明の便宜
上、鋳肌，加工面，焼入れ面を横軸上に展開して示して
いる。第４図はフイレット部の焼入れ深さと疲れ強度と
の関係を示す線図、第５図はダクタイル鋳鉄のフエライ
ト率に対する疲れ強度の大きさを示す線図である。 第６図は公知の鋳鉄クランク軸を示す部分側面図であ
る。 １……ダクタイル鋳鉄クランク軸、２……焼入れ部、３
……油孔用橋絡部 d1……ピン側フイレット部の高周波焼入れ境界（焼き
境） d2……ピン側フイレット部の機械加工面と鋳肌面との境
界外径 d3……ジャーナル側フイレット部の高周波焼入れ境界外
径（焼き境） d4……ジャーナル側フイレット部の機械加工面と鋳肌面
との境界外径 △，△′……機械加工面

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダクタイル鋳鉄クランク軸のクランクピン
   部外周面及びジャーナル部外周面を高周波焼入れし該高
   周波焼入れ端縁をフイレット部近傍のウエブ部側面まで
   形成すると共に、上記高周波焼入れ端縁近傍のウエブ部
   側面を機械加工して、該機械加工面の途中に上記高周波
   焼入れ端縁の焼入れ境界が存在するようにしたことを特
   徴とするダクタイル鋳鉄クランク軸。