JP5324284B2 - クランクシャフトの製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトの製造装置および製造方法に係り、特に、軽量化のための中空状の複数の孔部をクランクシャフトに形成する技術の改良に関する。

内燃機関のクランクシャフトは、ジャーナル軸部を備えている。ジャーナル軸部には、それと平行なクランクピン部がアームにより連結されている。アーム部にはカウンタウェイト部が形成され、カウンタウェイト部のジャーナル軸部に対する形成位置は、クランクピン部の接続箇所の反対側である。クランクシャフトでは、燃費向上の観点から、クランクピン部に中空状の孔部を形成して軽量化を図ることがある。クランクピン部に孔部を形成した場合でも、クランクシャフトの剛性には影響が少ないので、クランクピン部への孔部の形成は好適である。

クランクピン部への孔部の形成には、プレスラムの移動方向に対して垂直方向に移動する側方成形用パンチを有する鍛造装置を用いることが考えられる。鍛造装置の側方成形用パンチの駆動源としては、サーボモータや油圧手段に比べて機構が簡単で、ダイセットの外部への設置が不要で、かつプレスのラムの動作にリニアに追従することを可能とするカム機構がよく使用されている（たとえば特許文献１，２）。

図７は、カム機構１０による側方成形用パンチ２０（以下、「パンチ２０」と略称する）の動作を説明するための概念図である。カム機構１０は、カム１１、カム１１を駆動するカムドライバ１２、および、それら部材１１，１２が摺動自在に支持されるカムホルダ１３を備えている。カム１１の金型内部側の側面にはパンチ２０が設けられ、カム１１の金型外部側の側面は傾斜面であり、カムドライバ１２の下面は、初期状態においてカム１１の傾斜面から所定間隔をおいて配置され、カム１１の作動時にその傾斜面に対して摺動する傾斜面である。カム機構１０では、アッパプレート３１が、プレスラム（図示略）によって、ロアプレート３２へ向けて下方に所定距離移動したとき、カム１１とカムドライバ１２の互いの傾斜面が接触する。それら傾斜面は、アッパプレート３１がさらに下方へ移動すると、互いに摺動し、パンチ２０が水平方向に沿って金型内部側へ移動する。

特開平１−１０４４３６号公報 特開２００３−３４３５９２号公報

しかしながら、上記鍛造装置によりクランクシャフトを成形する場合、クランクシャフトの金型内への配置は、その軸方向がプレスラムの移動方向に対して垂直となるようにしなければならないため、パンチ２０をクランクシャフトの軸方向からクランクピン部に挿入する必要がある。このため、複数の気筒を有するクランクシャフトの各クランクピン部に孔部を形成する場合、パンチ同士が衝突してしまう。

具体的には、カム機構１０を用いた側方成形では、カム１１がプレスラムの移動と連動しているため、カム１１に設けられたパンチ２０は、プレスラムの下死点で、クランクピン部への最大挿入長となり、その後、プレスラムが上死点へ向かって移動するとともに、パンチ２０は、クランクピン部から引き抜かれる。このため、たとえば図８に示すように、フルカウンタウェイト構造を有する４気筒のクランクシャフト４０の各クランクピン部４３に孔部４４を形成する場合、側方成形用パンチ２１，２２どうしが交差し、パンチ２３，２４同士が衝突してしまう（図中の破線で囲まれた部分）。このため、プレスラムの上死点から下死点までの１ストローク内で、側方成形用パンチが互いに干渉し合う位置にある複数の孔部の形成を行うことができない。なお、図８の符号４１，４２は、クランク軸部，クランクアーム部を示している。

したがって、本発明は、側方成形用パンチの駆動源としてカム機構を用いた場合でも、プレスラムの上死点から下死点までの１ストローク内で、側方成形用パンチ同士が干渉する位置にある複数の孔部の形成を行うことができるクランクシャフトの製造装置および製造方法を提供することを目的とする。

本発明のクランクシャフトの製造装置は、下型と、下型に対して移動可能に設けられた上型と、上型の移動方向に対して垂直方向に移動する複数のパンチとを有する金型と、上型を下型に対して移動させることにより金型内にクランクシャフトの素材を閉塞して成形するプレスラムと、各パンチに設けられ、そのパンチをプレスラムの移動に連動して金型内部に向けて移動させるカム機構とを備え、パンチ同士の干渉を防止するために、パンチの少なくとも一方に立体交差構造が設けられていることを特徴としている。

本発明のクランクシャフトの製造装置では、プレスラムの移動により金型内にクランクシャフトの素材を閉塞して成形するとともに、各側方成形用パンチ（以下、「パンチ」と略称する）が、プレスラムの移動に連動したカム機構によって金型の内部方向へ移動することにより、素材の各部位に孔部を形成する。ここで、パンチ同士の干渉を防止するために、パンチの少なくとも一方に立体交差構造を設けているので、パンチ同士は、金型内部への移動時および金型内部からの退避時、パンチ同士は立体的に交差することができる。したがって、クランクシャフトの素材への孔部の形成を同時に行うことができるので、それら孔部の形成をプレスラムの上死点から下死点までの１工程内で行うことができる。

以上のように複数のパンチの駆動源として、ダイセット内への収納が可能なカム機構を用いることができるので、パンチの独立制御を行うアクチュエータ等の外部装置を設置するためのスペースが不要となり、プレス設備の小型化を図ることができ、かつ作業性・生産性の向上を図ることができる。加えて、パンチに立体交差構造を形成するという簡単な構成を用いているので、さらにプレス設備の小型化を図ることができる。さらに、パンチの可動範囲をダイセット内に設定することができるので、作業者の安全性に問題がない。

本発明のクランクシャフトの製造装置は種々の構成を用いることができる。たとえば立体交差構造として、一方のパンチに貫通孔部を形成することができる。この場合、他方のパンチは、貫通孔部内で移動することができる。

本発明のクランクシャフトの製造方法は、以上のようなクランクシャフトの製造装置による複数の孔部の側方成形手法を含む。すなわち、本発明のクランクシャフトの製造方法は、下型と、下型に対して移動可能に設けられた上型と、上型の移動方向に対して垂直方向に移動する複数の側方成形用パンチとを有する金型を備え、プレスラムの移動により金型内にクランクシャフトの素材を閉塞して成形するとともに、各側方成形用パンチが、カム機構によって前記プレスラムの移動に連動して前記金型の内部方向へ移動することにより、素材の各部位に孔部を形成し、側方成形用パンチによる素材への孔部の形成時、側方成形用パンチ同士が干渉する形状を有する素材を用いる場合、側方成形用パンチ同士を立体的に交差させることを特徴としている。

本発明のクランクシャフトの製造方法は、立体交差構造を用いた本発明のクランクシャフトの製造装置と同様な効果を得ることができる。

本発明のクランクシャフトの製造装置あるいは製造方法によれば、側方成形用パンチ同士が干渉する位置にある複数の孔部の形成を同時に行うことができるので、それら孔部の形成をプレスラムの上死点から下死点までの１ストローク内で行うことができる。その結果、プレス設備の小型化を図ることができる等の効果を得ることができる。

本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造装置の部分構成を表す概念図であり、金型の斜視図である。 本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造装置の概略構成を表す概念図であり、図１のＡ−Ａ’線の概略側断面図である。 図１に示す側方成形用パンチの概略構成を表す斜視図である。 図１に示す側方成形用パンチの概略構成を表す斜視図であり、（Ａ）は立体交差前の状態、（Ｂ）は立体交差時の状態を表している。 （Ａ），（Ｂ）は、図４に示す側方成形用パンチの具体例を表す側面図である。 本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造装置のレイアウトの一具体例を表す概略上面図である。 従来のクランクシャフト製造装置のカム機構の概略構成を表す側断面図である。 従来のクランクシャフト製造装置の問題点を説明するための上面図である。

（１）実施形態の構成
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る一実施形態のクランクシャフト製造装置１００の部分構成を表す概念図であり、金型１０３の下型１０３Ａの斜視図である。図２は、本発明に係る一実施形態のクランクシャフト製造装置１００の動作を説明するための概念図であり、図１のＡ−Ａ’線の概略側断面図である。図３は、図１に示す側方成形用パンチ１１２ｐ，１１７ｐの概略構成を表す斜視図である。図４は、図１に示す側方成形用パンチ１１４ｐ，１１５ｐの概略構成を表す斜視図であり、（Ａ）は立体交差前の状態、（Ｂ）は立体交差時の状態を表している。図１では、図示の便宜上、カム機構の図示を省略している。

クランクシャフト製造装置１００は、たとえばフルカウンタウェイト構造を有する４気筒への孔部形成に適用される装置である。クランクシャフト製造装置１００は、たとえばプレスボルスタ１０１を備え、プレスボルスタ１０１上に、プレスラム１０２が支持されている。プレスボルスタ１０１とプレスラム１０２との間に金型１０３が配置されている。

金型１０３は、下型１０３Ａ、上型１０３Ｂ、および、側方成形用パンチ１１１ｐ〜１１８ｐ（以下、「パンチ１１１ｐ〜１１８ｐ」と略称する）を備えている。金型１０３内には、クランクシャフトの予備成形品２００が配置される。

予備成形品２００は、ジャーナル軸部２０１を備え、ジャーナル軸部２０１には、アーム部２０２が設けられている。隣接するアーム部２０２同士は、クランクピン部２０３により連結されている。クランクピン部２０３はジャーナル軸部２０１と平行に配置されている。金型１０３のキャビティ面は、予備成形品２００に対応する形状を有している。上型１０３Ｂは、下型１０３Ａに対して移動可能に設けられている。図２中の符号１０５は、上型１０３Ｂへの初期荷重を調整する荷重調整部（油圧手段やエア圧手段等）である。

パンチ１１１ｐ〜１１８ｐは、上型１０３Ｂの移動方向に対して垂直方向に移動可能に設けられている。パンチ１１１ｐ〜１１８ｐは、金型１０３の側部に形成されたパンチ通路１１１ｑ〜１１８ｑを通じて、金型１０３の内部に対して挿脱可能となっている。パンチ１１１ｐ〜１１８ｐは、プレスラム１０２の移動に連動して金型１０３の内部へ移動させるカム機構を備えている。

パンチ１１１ｐ，１１２ｐを移動させるカム機構１１１，１１２は、図２に示すように、カム１１１ｃ，１１２ｃ、および、カム１１１ｃ，１１２ｃを駆動するカムドライバ１１１ｄ、１１２ｄを備えている。なお、パンチ１１３ｐ〜１１８ｐのカム機構は、パンチ１１１ｐ，１１２ｐと略同様な構成・作用を有するので、以下では、その説明を省略している。

カム１１１ｃ，１１２ｃの金型１０３内部側の側面には、パンチ１１１ｐ，１１２ｐが設けられている。カム１１１ｃ，１１２ｃの金型１０３外部側の側面は傾斜面である。カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄの下面は、初期状態においてカム１１１ｃ，１１２ｃの傾斜面に対して所定間隔をおいて配置される傾斜面である。カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄは、プレスラム１０２の下方への移動に伴って下降し、カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄの下面がカム１１１ｃ，１１２ｃの傾斜面に接触すると、それら傾斜面は互いに摺動する。

カム機構１１１，１１２には、退避部材１１１ｓ，１１２ｓが設けられている。プレスラム１０２の下死点でのパンチ１１１ｐ，１１２ｐによる側方成形完了後、プレスラム１０２による上死点への移動に伴い、カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄが上昇すると、パンチ１１１ｐ，１１２ｐは、退避部材１１１ｓ，１１２ｓにより金型１０３外部へ退避させられ、初期位置に戻る。

図１に示す領域Ｘ，Ｙでの干渉を防止するために、パンチ１１２ｐ，１１７ｐおよびパンチ１１４ｐ，１１５ｐには、立体交差構造１２１，１２２が設けられている。

具体的には、パンチ１１２ｐ，１１７ｐの干渉部Ｘは、それらが挿入されるアーム部２０２が離間しているから、立体交差構造１２１は、金型１０３のキャビティから離間した位置に設けられている。 立体交差構造１２１は、パンチ１１７ｐに形成された貫通孔部１２１Ａ、および、パンチ１１２ｐに形成された平坦部１２１Ｂを有している。立体交差構造１２１では、平坦部１２１Ｂが貫通孔部１２１Ａ内で移動可能に配置され、パンチ１１２ｐ，１１７ｐが立体交差する。この場合、貫通孔部１２１Ａおよび平坦部１２１Ｂの軸方向の長さは、パンチ１１２ｐ，１１７ｐの金型１０３への移動時および退避時に干渉しないように設計されている。

パンチ１１４ｐ，１１５ｐの干渉部Ｙは、それらが挿入されるアーム部２０２が隣接しているから、立体交差構造１２２は、金型１０３のキャビティに近接した位置に設けられている。立体交差構造１２２は、パンチ１１５ｐに形成された貫通孔部１２２Ａ、および、パンチ１１４ｐに形成された平坦部１２２Ｂを有している。立体交差構造１２２では、平坦部１２１Ｂが貫通孔部１２１Ａ内で移動可能となるように配置され、パンチ１１４ｐ，１１５ｐがクランクピン部２０３への挿入時に立体交差する。この場合、貫通孔部１２２Ａおよび平坦部１２２Ｂの軸方向の長さは、パンチ１１４ｐ，１１５ｐの金型１０３への移動時および退避時に干渉しないように設計されている。

図５は、キャビティに近接した位置に設けられるパンチ１１４ｐ，１１５ｐの具体例を表す側面図である。パンチ１１４ｐでは、本体部１１４ｍと先端部１１４ｎとの間に平坦部１２２Ｂが形成されている。先端部１１４ｎは、側方成形を行う部分であり、平坦部１２２Ｂよりも広い幅を有している。平坦部１２２Ｂは、パンチ１１５ｐの貫通孔部１２２Ａ内で移動可能な形状をなしている。

図６は、クランクシャフトの製造装置１００のレイアウトの一具体例を表す概略上面図である。この例では、符号１１３は、パンチ１１３ｐ，１１５ｐを移動させるカム機構を示し、符号１１４は、パンチ１１４ｐ，１１６ｐを移動させるカム機構を示している。符号１１７，１１８は、パンチ１１７ｐ，１１８ｐを移動させるカム機構を示している。符号１０４は、プレスボルスタ１０１が載置されるベッドの一面を示している。その他の構成は、図１〜４の符号で示した構成と同様である。なお、図６に示す具体例では、２本のパンチ１１３ｐ，１１５ｐの移動に１個のカム機構を１１３を用い、２本のパンチ１１４ｐ，１１６ｐの移動に１個のカム機構１１４を用いたが、それらパンチ１１３ｐ〜１１６ｐの移動では、その他のパンチと同様、１本のパンチにつき１個のカム機構を用いてもよい。

（２）実施形態の動作
クランクシャフト製造装置１００の動作について、おもに図２〜４を参照して説明する。カム機構によるパンチ１１３ｐ〜１１８ｐの動作は、カム機構１１１，１１２を用いたパンチ１１１ｐ，１１２ｐの動作と略同様であるから、以下の説明では、パンチ１１１ｐ，１１２ｐの動作をおもに用いている。

まず、金型１０３のキャビティ内に、クランクシャフトの予備成形品２００を配置する。続いて、プレスラム１０２が上死点から下方へ移動を開始すると、カムドライバ（カム機構１１１，１１２では図２の符号１１１ｄ，１１２ｄ）が、それに伴って下降し、カムドライバの傾斜面が、カム（カム機構１１１，１１２では図２の符号１１１ｃ，１１２ｃ）の傾斜面に接触する。それら傾斜面は、プレスラム１０２がさらに下方へ移動すると、互いに摺動し、パンチ１１１ｐ，１１２ｐが水平方向に沿って金型１０３内部側へ移動する。そして、パンチ１１１ｐ〜１１８ｐが予備成形品２００のクランクピン部２０３に孔部を形成する。

続いて、プレスラム１０２が下死点に到達したとき、カムのストローク長が最大となり、パンチ１１１ｐ〜１１８ｐによる側方成形が完了する。次いで、カムドライバが、プレスラム１０２の上方への移動に伴って、上昇を開始すると、カムは、退避部材（カム機構１１１，１１２では図２の符号１１１ｓ，１１２ｓ）により金型１０３の外部側へ退避する。カムが初期位置に戻った後、離型ピンが作動することにより、孔部が形成されたクランクシャフトが離型される。

以上のような予備成形品２００への孔部の形成時、従来の技術では互いに干渉していた領域Ｘ，Ｙを有するパンチ１１２ｐ，１１７ｐおよびパンチ１１４ｐ，１１５ｐは、立体交差構造１２１，１２２により立体交差することができる。

具体的には、立体交差構造１２１では、パンチ１１２ｐの平坦部１２１Ｂが図３に示すように、パンチ１１７ｐの貫通孔部１２１Ａ内で移動することができるから、パンチ１１２ｐ，１１７ｐは立体交差することができる。一方、立体交差構造１２２では、図４（Ａ）に示すパンチ１１４ｐの平坦部１２１Ｂが、図４（Ｂ）に示すように、パンチ１１５ｐの貫通孔部１２１Ａ内に挿入され、パンチ１１４ｐ，１１５ｐは立体交差することができる。

このようにパンチ１１２ｐ，１１７ｐ同士およびパンチ１１４ｐ，１１５ｐ同士は、金型１０３内部への移動時および金型１０３内部からの退避時、立体的に交差することができるから、クランクシャフトの予備成形品２００への孔部の形成を同時に行うことができる。したがって、複数の孔部の形成を、プレスラムの上死点から下死点までの１工程内で行うことができる。また、複数のパンチ１１１ｐ〜１１８ｐの駆動源として、ダイセット内への収納が可能なカム機構を用いることができるので、パンチ１１１ｐ〜１１８ｐの独立制御を行うアクチュエータ等の外部装置を設置するためのスペースが不要となり、プレス設備の小型化を図ることができ、かつ作業性・生産性の向上を図ることができる。加えて、パンチに立体交差構造を形成するという簡単な構成を用いているので、さらにプレス設備の小型化を図ることができる。さらに、パンチ１１１ｐ〜１１８ｐの可動範囲をダイセット内に設定することができるので、作業者の安全性に問題がない。

１００…クランクシャフト製造装置、１０２…プレスラム、１０３…金型、１０３Ａ…下型、１０３Ｂ…上型、１１１，１１２，１１３，１１４，１１７，１１８…カム機構、１１１ｐ〜１１８ｐ…パンチ、１２１，１２２…立体交差構造、１２１Ａ，１２２Ａ…貫通孔部（立体交差構造）、１２１Ｂ，１２２Ｂ…平坦部（立体交差構造）、２００…予備成形品（素材）、２０１…クランク軸部、２０２…アーム部、２０３…クランクピン部

Claims (3)

1. 下型と、前記下型に対して移動可能に設けられた上型と、前記上型の移動方向に対して垂直方向に移動する複数の側方成形用パンチとを有する金型と、
   前記上型を前記下型に対して移動させることにより前記金型内にクランクシャフトの素材を閉塞して成形するプレスラムと、
   各側方成形用パンチに設けられ、その側方成形用パンチを前記プレスラムの移動に連動して金型内部に向けて移動させるカム機構とを備え、
   前記側方成形用パンチ同士の干渉を防止するために、前記側方成形用パンチの少なくとも一方に立体交差構造が設けられていることを特徴とするクランクシャフトの製造装置。
2. 前記立体交差構造は、一方の側方成形用パンチに形成された貫通孔部であり、
   他方の側方成形用パンチは、前記孔部の形成時、前記貫通孔部内で移動することを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの製造装置。
3. 下型と、前記下型に対して移動可能に設けられた上型と、前記上型の移動方向に対して垂直方向に移動する複数の側方成形用パンチとを有する金型を備え、
   前記プレスラムの移動により前記金型内にクランクシャフトの素材を閉塞して成形するとともに、各側方成形用パンチが、カム機構によって前記プレスラムの移動に連動して前記金型の内部方向へ移動することにより、前記素材の各部位に孔部を形成し、
   前記側方成形用パンチによる前記素材への孔部の形成時、前記側方成形用パンチ同士が干渉する形状を有する前記素材を用いる場合、前記側方成形用パンチ同士を立体的に交差させ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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