JP6179659B2 - ４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置、及びこれを用いた４気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間鍛造により４気筒エンジン用のクランク軸（以下、「鍛造クランク軸」ともいう）を製造する技術に関する。特に、その鍛造クランク軸の製造過程において、鍛造クランク軸の最終形状を造形する仕上打ちに供する仕上打ち用素材を成形するための成形装置、及びその成形装置を用いた予備成形工程を含む４気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造方法に関する。

クランク軸は、レシプロエンジンの基幹部品であり、ピストンの往復運動を回転運動に変換して動力を取り出す。そのクランク軸は、鍛造によって製造されるものと、鋳造によって製造されるものとに大別される。乗用車、貨物車、特殊作業車等の自動車の４気筒エンジンにおいては、クランク軸に高い強度と剛性が要求され、その要求に対して優位な鍛造クランク軸が多用される。また、自動二輪車、農業機械、船舶等の４気筒エンジンでも鍛造クランク軸が用いられる。

一般に、４気筒エンジン用の鍛造クランク軸は、ビレットを原材料とし、予備成形、型鍛造、バリ抜き及び整形の各工程を順に経て製造される。ビレットは、断面が丸形又は角形で全長にわたって断面積が一定である。予備成形工程は、ロール成形と曲げ打ちの各工程を含み、型鍛造工程は、荒打ちと仕上打ちの各工程を含む。

図１は、従来の一般的な４気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を説明するための模式図である。図１に例示するクランク軸１は、４気筒エンジンに搭載されるものであり、５つのジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５、４つのピン部Ｐ１〜Ｐ４、フロント部Ｆｒ、フランジ部Ｆｌ、及びジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５とピン部Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれつなぐ８枚のクランクアーム部（以下、単に「アーム部」ともいう）Ａ１〜Ａ８から構成される。このクランク軸１は、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸である。８枚のアーム部Ａ１〜Ａ８のうち、両端の第１及び第８アーム部Ａ１、Ａ８、並びに中央の第３ジャーナル部につながる第４及び第５クランクアーム部Ａ４、Ａ５が、バランスウエイトを有する。第２、第３、第６及び第７アーム部Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ７は、バランスウエイトを有しないことから、小判形の形状である。以下、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５、ピン部Ｐ１〜Ｐ４、及びアーム部Ａ１〜Ａ８それぞれを総称するとき、その符号は、ジャーナル部で「Ｊ」、ピン部で「Ｐ」、アーム部で「Ａ」と記す。また、バランスウエイトを有するアーム部は、バランスウエイトを有しないアーム部と区別する場合、ウエイト付きアーム部ともいう。一方、バランスウエイトを有しないアーム部は、ウエイト無しアーム部、又は小判形アーム部ともいう。

図１に示す製造方法では、以下のようにして鍛造クランク軸１が製造される。先ず、予め所定の長さに切断した図１（ａ）に示すビレット２を加熱炉によって加熱した後、ロール成形を行う。ロール成形工程では、例えば孔型ロールによりビレット２を圧延して絞りつつその体積を長手方向に配分し、中間素材となるロール荒地１０３を成形する（図１（ｂ）参照）。次に、曲げ打ち工程では、ロール成形によって得られたロール荒地１０３を長手方向と直角な方向から部分的にプレス圧下してその体積を配分し、更なる中間素材となる曲げ荒地１０４を成形する（図１（ｃ）参照）。

続いて、荒打ち工程では、曲げ打ちによって得られた曲げ荒地１０４を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、クランク軸（最終鍛造製品）のおおよその形状が造形された鍛造材１０５を成形する（図１（ｄ）参照）。更に、仕上打ち工程では、荒打ちによって得られた荒鍛造材１０５が供され、荒鍛造材１０５を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、クランク軸と合致する形状が造形された鍛造材１０６を成形する（図１（ｅ）参照）。これら荒打ち及び仕上打ちのとき、互いに対向する金型の型割面の間から、余材がバリとして流出する。このため、荒鍛造材１０５及び仕上鍛造材１０６は、造形されたクランク軸の周囲にそれぞれバリ１０５ａ、１０６ａが大きく付いている。

バリ抜き工程では、仕上打ちによって得られたバリ１０６ａ付きの仕上鍛造材１０６を上下から金型で保持しつつ、刃物型によってバリ１０６ａを打ち抜き除去する。これにより、図１（ｆ）に示すように、鍛造クランク軸１が得られる。整形工程では、バリを除去した鍛造クランク軸１の要所（例えば、ジャーナル部Ｊ、ピン部Ｐ、フロント部Ｆｒ、フランジ部Ｆｌ等といった軸部、場合によってはアーム部Ａ）を上下から金型で僅かにプレスし、所望の寸法形状に矯正する。こうして、鍛造クランク軸１が製造される。

図１に示す製造工程は、例示する４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸に限らず、他の４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸であっても、同様である。他の４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸は、８枚のアーム部Ａのうち、前端の第１ピンＰ１につながる先頭の第１アーム部Ａ１に代えて、同じ第１ピンＰ１につながる第２アーム部Ａ２にバランスウエイトを有する。このクランク軸は、後端の第４ピンＰ４につながる最後尾の第８アーム部Ａ８に代えて、同じ第４ピンＰ４につながる第７アーム部Ａ７にバランスウエイトを有する。

ところで、このような製造方法では、製品とはならない不要なバリが大量に発生することから、歩留りの低下は否めない。このため、鍛造クランク軸を製造する上では、従来から、バリの発生を極力抑え、歩留りの向上を実現することが至上の課題となっている。この課題に対応する従来の技術としては下記のものがある。

例えば、特開２００８−１５５２７５号公報（特許文献１）及び特開２０１１−１６１４９６号公報（特許文献２）は、ジャーナル部及びピン部が造形され、アーム部もそれなりに造形されたクランク軸を製造する技術を開示する。特許文献１の技術では、クランク軸のジャーナル部とピン部に相当する部分が個々にくびれた段付きの丸棒を素材とする。そして、ピン部相当部分を間に挟む一対のジャーナル部相当部分をそれぞれダイスで把持する。この状態から、両ダイスを軸方向に接近させて丸棒素材に圧縮変形を与える。この変形付与とともに、ピン部相当部分に軸方向と直角な方向にポンチを押し付けてピン部相当部分を偏芯させる。この動作をすべてのクランクスローにわたって順次繰り返す。

特許文献２の技術では、単なる丸棒を素材とする。そして、その丸棒素材の両端部のうちの一方を固定型で、その他方を可動型でそれぞれ保持するとともに、丸棒素材のジャーナル部相当部分をジャーナル型で、ピン部相当部分をピン型でそれぞれ保持する。この状態から、可動型、ジャーナル型及びピン型を固定型に向けて軸方向に移動させて丸棒素材に圧縮変形を与える。この変形付与と同時に、ピン型を軸方向と直角な偏芯方向に移動させてピン部相当部分を偏芯させる。

特許文献１及び２のいずれの技術でも、バリが発生しないことから、歩留りの著しい向上が期待できる。

特開２００８−１５５２７５号公報 特開２０１１−１６１４９６号公報

上述のとおり、前記特許文献１及び２に開示される技術は、丸棒の素材をいきなりクランク軸形状に成形するものである。しかし、鍛造クランク軸は高強度と高剛性が要求されるので、その素材は変形し難い。このため、実際に製造できるクランク軸は、アーム部の厚みが厚くて、ピン部の偏芯量も小さくならざるを得ず、比較的緩やかなクランク軸形状に限定される。しかも、アーム部は、全てにバランスウエイトがない単純な形状のもの、すなわち小判形アーム部に限られる。

また、前記特許文献１及び２に開示される技術では、アーム部は、丸棒素材の軸方向の圧縮変形に伴う軸方向と直角な方向への自由膨張と、丸棒素材のピン部相当部分の偏芯移動に伴う引張変形によって造形される。このため、アーム部の輪郭形状は不定形になりがちであり、寸法精度を確保できない。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、４気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造するために、鍛造クランク軸の製造過程において、その最終形状を造形する仕上打ちを行うことを前提とし、その仕上打ちに供する仕上打ち用素材の成形に用いる成形装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、４気筒エンジン用鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造することができる製造方法を提供することにある。

本発明の実施形態による成形装置は、４気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造する過程で、鍛造クランク軸の最終形状を造形する仕上打ちに供する仕上打ち用素材を粗素材から成形する装置である。
鍛造クランク軸は、
中央の第３ジャーナル部につながる第４及び第５クランクアーム部にバランスウエイトを有し、
前端の第１ピン部につながる第１及び第２クランクアーム部のうちのいずれか１つのクランクアーム部、並びに、後端の第４ピン部につながる第７及び第８クランクアーム部のうちのいずれか１つのクランクアーム部にバランスウエイトを有し、
残りのクランクアーム部にバランスウエイトを有しない。
粗素材は、
鍛造クランク軸の各ジャーナル部と軸方向の長さが同じ粗ジャーナル部と、
鍛造クランク軸の各ピン部と軸方向の長さが同じで軸方向と直角な偏芯方向の偏芯量が前記ピン部よりも小さい粗ピン部と、
鍛造クランク軸のクランクアーム部のうち、バランスウエイトを有しないウエイト無しクランクアーム部に対応して当該クランクアーム部と軸方向の厚みが同じウエイト無し粗クランクアーム部、及びバランスウエイトを有するウエイト付きクランクアーム部に対応して当該クランクアーム部よりも軸方向の厚みが厚いウエイト付き粗クランクアーム部と、を有する。

本実施形態による成形装置は、下記の固定ジャーナル型と、可動ジャーナル型と、ピン型と、を備える。
固定ジャーナル型は、第３粗ジャーナル部の位置に配置され、当該粗ジャーナル部を軸方向と直角な偏芯方向に沿って挟み込んで保持するとともに、当該粗ジャーナル部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、軸方向の移動を拘束される。
可動ジャーナル型は、固定ジャーナル型で挟み込まれる粗ジャーナル部以外の粗ジャーナル部それぞれの位置に配置され、当該粗ジャーナル部を個々に軸方向と直角な偏芯方向に沿って挟み込んで保持するとともに、各々が当該粗ジャーナル部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、固定ジャーナル型に向けて軸方向に移動する。
ピン型は、粗ピン部それぞれの位置に配置され、当該粗ピン部それぞれの偏芯中心側に宛がわれるとともに、各々が当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、固定ジャーナル型に向けた軸方向及び軸方向と直角な偏芯方向に移動する。
当該成形装置は、
粗ジャーナル部を固定ジャーナル型及び可動ジャーナル型で挟み込んで保持し、粗ピン部にピン型を宛がった状態から、可動ジャーナル型を軸方向に移動させるとともに、ピン型を軸方向に移動させつつ偏芯方向に移動させる。これにより、ウエイト付き粗クランクアーム部を軸方向に挟圧してその厚みを鍛造クランク軸のウエイト付きクランクアーム部の厚みまで減少させるとともに、粗ピン部を偏芯方向に押圧してその偏芯量を鍛造クランク軸のピン部の偏芯量まで増加させる。

上記の成形装置において、前記ピン型は、前記粗ピン部それぞれの偏芯中心側とは反対の外側に、軸方向に移動する補助ピン型を含んでおり、前記可動ジャーナル型、並びに前記ピン型及び前記補助ピン型の軸方向への移動に伴って、前記固定ジャーナル型及び前記可動ジャーナル型と、前記ピン型及び前記補助ピン型との隙間が閉ざされた後に、偏芯変形する前記粗ピン部が前記補助ピン型に到達するように、前記ピン型の偏芯方向への移動が制御される構成とすることが好ましい。

この成形装置の場合、前記ピン型の偏芯方向への総移動距離を１００％としたとき、当該ピン型に隣接する前記可動ジャーナル型の軸方向への移動が完了した時点で、前記ピン型の偏芯方向への移動距離が総移動距離の９０％以下であり、この後に前記ピン型の偏芯方向への移動が完了する構成とすることが好ましい。

また、上記の成形装置において、前記固定ジャーナル型、前記可動ジャーナル型及び前記ピン型は、偏芯方向に沿った方向に圧下が可能なプレス機に取り付けられており、プレス機の圧下に伴って、前記固定ジャーナル型及び前記可動ジャーナル型が前記粗ジャーナル部を挟み込んで保持するとともに、前記ピン型が前記粗ピン部に宛がわれ、そのままプレス機の圧下を継続するのに伴って、前記可動ジャーナル型が個々に楔機構により軸方向に移動すると同時に、この可動ジャーナル型の移動に伴って、前記ピン型が個々に軸方向に移動する構成とすることができる。

この成形装置の場合、前記楔機構の楔角度が前記可動ジャーナル型のそれぞれで互いに異なることが好ましい。更に、前記ピン型が油圧シリンダに連結されており、この油圧シリンダの駆動により偏芯方向に移動する構成とすることが好ましい。

また、上記の成形装置は、第１、第４、第５及び第８クランクアーム部にバランスウエイトを有し、残りの第２、第３、第６及び第７クランクアーム部にバランスウエイトを有しない鍛造クランク軸の製造に適用することができる。第２、第４、第５及び第７クランクアーム部にバランスウエイトを有し、残りの第１、第３、第６及び第８クランクアーム部にバランスウエイトを有しない鍛造クランク軸の製造に適用することもできる。

本発明の実施形態による製造方法は、上記の鍛造クランク軸を製造する方法であり、第１予備成形工程、第２予備成形工程、及び仕上打ち工程、の一連の工程を含む。
第１予備成形工程は、上記の成形装置に供する粗素材を造形する。
第２予備成形工程は、上記の成形装置を用い、鍛造クランク軸の最終形状が造形された仕上打ち用素材を成形する。
仕上打ち工程は、仕上打ち用素材を仕上打ちし、鍛造クランク軸の最終形状が造形された仕上材を成形する。

本実施形態の成形装置、及びこれを用いた予備成形工程を含む製造方法によれば、バリのない粗素材から、ウエイト付きアーム部であってもアーム部の厚みが薄い４気筒エンジン用鍛造クランク軸の形状と概ね一致した形状で、バリのない仕上打ち用素材を成形することができる。このようなバリなしの仕上打ち用素材を仕上打ちすれば、多少のバリは発生するが、アーム部の輪郭形状を含めて鍛造クランク軸の最終形状を造形することができる。したがって、４気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造することが可能になる。

図１は、従来の一般的な４気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を説明するための模式図である。 図２は、第１実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、及び成形された仕上打ち用素材の各形状を模式的に示す平面図である。 図３は、第１実施形態における鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。 図４は、第１実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。 図５Ａは、図４に示す第１実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形初期の状態を示す。 図５Ｂは、図４に示す第１実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形完了時の状態を示す。 図６は、成形装置による仕上打ち用素材の成形で噛み出しが発生する状況を説明するための図である。 図７は、成形装置による仕上打ち用素材の成形で噛み出しの対応策を施した場合の状況を説明するための図である。 図８は、第２実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、及び成形された仕上打ち用素材の各形状を模式的に示す平面図である。 図９は、第２実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。 図１０Ａは、図９に示す第２実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形初期の状態を示す。 図１０Ｂは、図９に示す第２実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形完了時の状態を示す。

本発明では、４気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造するに際し、その製造過程で仕上打ちを行うことを前提とする。本発明の成形装置は、仕上打ちの前工程で、その仕上打ちに供する仕上打ち用素材を粗素材から成形するために用いられる。以下に、本発明の４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置について、その実施形態を詳述する。

１．第１実施形態
１−１．粗素材、及び仕上打ち用素材
図２は、第１実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、及び成形された仕上打ち用素材の各形状を模式的に示す平面図である。図２には、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸であって、第１、第４、第５及び第８アーム部にバランスウエイトを有するクランク軸を製造する場合の状況を示す。

図２に示すように、第１実施形態の粗素材４は、図１（ｆ）に示す鍛造クランク軸１の形状に依拠しつつも全体として粗いクランク軸形状である。その粗素材４は、５つの粗ジャーナル部Ｊ１ａ〜Ｊ５ａ、４つの粗ピン部Ｐ１ａ〜Ｐ４ａ、粗フロント部Ｆｒａ、粗フランジ部Ｆｌａ、及び粗ジャーナル部Ｊ１ａ〜Ｊ５ａと粗ピン部Ｐ１ａ〜Ｐ４ａをそれぞれつなぐ８枚の粗クランクアーム部（以下、単に「粗アーム部」ともいう）Ａ１ａ〜Ａ８ａから構成される。第２、第３、第６及び第７粗アーム部Ａ２ａ、Ａ３ａ、Ａ６ａ、Ａ７ａは、バランスウエイトを有しないことから、小判形の形状である。粗素材４にはバリはついていない。以下、粗素材４の粗ジャーナル部Ｊ１ａ〜Ｊ５ａ、粗ピン部Ｐ１ａ〜Ｐ４ａ、及び粗アーム部Ａ１ａ〜Ａ８ａそれぞれを総称するとき、その符号は、粗ジャーナル部で「Ｊａ」、粗ピン部で「Ｐａ」、粗アーム部で「Ａａ」と記す。また、バランスウエイトを有する第１、第４、第５及び第８粗アーム部Ａ１ａ、Ａ４ａ、Ａ５ａ、Ａ８ａは、ウエイト付き粗アーム部Ａａともいう。一方、バランスウエイトを有しない第２、第３、第６及び第７粗アーム部Ａ２ａ、Ａ３ａ、Ａ６ａ、Ａ７ａは、ウエイト無し粗アーム部Ａａ、又は小判形粗アーム部Ａａともいう。

第１実施形態の仕上打ち用素材５は、上記の粗素材４から、詳細は後述する成形装置によって成形されるものである。仕上打ち用素材５は、５つの粗ジャーナル部Ｊ１ｂ〜Ｊ５ｂ、４つの粗ピン部Ｐ１ｂ〜Ｐ４ｂ、粗フロント部Ｆｒｂ、粗フランジ部Ｆｌｂ、及び粗ジャーナル部Ｊ１ｂ〜Ｊ５ｂと粗ピン部Ｐ１ｂ〜Ｐ４ｂをそれぞれつなぐ８枚の粗クランクアーム部（以下、単に「粗アーム部」ともいう）Ａ１ｂ〜Ａ８ｂから構成される。第２、第３、第６及び第７粗アーム部Ａ２ｂ、Ａ３ｂ、Ａ６ｂ、Ａ７ｂは、バランスウエイトを有しないことから、小判形の形状である。仕上打ち用素材５にはバリはついていない。以下、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊ１ｂ〜Ｊ５ｂ、粗ピン部Ｐ１ｂ〜Ｐ４ｂ、及び粗アーム部Ａ１ｂ〜Ａ８ｂそれぞれを総称するとき、その符号は、粗ジャーナル部で「Ｊｂ」、粗ピン部で「Ｐｂ」、粗アーム部で「Ａｂ」と記す。また、バランスウエイトを有する第１、第４、第５及び第８粗アーム部Ａ１ｂ、Ａ４ｂ、Ａ５ｂ、Ａ８ｂは、ウエイト付き粗アーム部Ａｂともいう。一方、バランスウエイトを有しない第２、第３、第６及び第７粗アーム部Ａ２ｂ、Ａ３ｂ、Ａ６ｂ、Ａ７ｂは、ウエイト無し粗アーム部Ａｂ、又は小判形粗アーム部Ａｂともいう。

仕上打ち用素材５の形状は、クランク軸（最終鍛造製品）の形状と概ね一致し、丁度、図１（ｄ）に示す荒鍛造材１０５のバリ１０５ａを除いた部分に相当する。すなわち、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂは、最終形状の鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊと軸方向の長さが同じである。仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐと軸方向の長さが同じで、軸方向と直角な偏芯方向の偏芯量も同じである。仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａと軸方向の厚みが同じである。

これに対し、粗素材４の粗ジャーナル部Ｊａは、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂ、すなわち鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊと軸方向の長さが同じである。粗素材４の粗ピン部Ｐａは、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐと軸方向の長さが同じであるが、偏芯量が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂよりも小さい。

粗素材４の粗アーム部Ａａのうち、ウエイト付き粗アーム部Ａａ（第１、第４、第５及び第８粗アーム部Ａ１ａ、Ａ４ａ、Ａ５ａ、Ａ８ａ）は、各々に対応する仕上打ち用素材５のウエイト付き粗アーム部Ａｂ、すなわち鍛造クランク軸のウエイト付きアーム部Ａよりも軸方向の厚みが厚い。一方、粗素材４の小判形粗アーム部Ａａ（第２、第３、第６、第７粗アーム部Ａ２ａ、Ａ３ａ、Ａ６ａ及びＡ７ａ）は、各々に対応する仕上打ち用素材５の小判形粗アーム部Ａｂ、すなわち鍛造クランク軸の小判形アーム部Ａと軸方向の厚みが同じである。要するに、粗素材４は、仕上打ち用素材５（最終形状の鍛造クランク軸）と比較して、ウエイト付き粗アーム部Ａａの厚みが厚い分だけ全長が長くて、粗ピン部Ｐａの偏芯量が小さい。このように粗素材４は、比較的緩やかなクランク軸形状となっている。

ただし、厳密に言えば、仕上打ち用素材５は、最終形状の鍛造クランク軸に対し、粗アーム部Ａｂの厚みが僅かに薄く、その分だけ粗ジャーナル部Ｊｂ及び粗ピン部Ｐｂの軸方向長さが僅かに大きい。仕上打ちの際に仕上打ち用素材５を金型内に収容し易くし、かじり疵の発生を防止するためである。これに応じて、粗素材４も、最終形状の鍛造クランク軸に対し、粗ジャーナル部Ｊａ及び粗ピン部Ｐａの軸方向長さが僅かに大きい。

１−２．鍛造クランク軸の製造工程
図３は、第１実施形態における４気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。図３に示すように、第１実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形、第２予備成形、仕上打ちの各工程を含み、必要に応じて、バリ抜き、整形の各工程を含む。

第１予備成形工程は、上記の粗素材４を造形する工程である。第１予備成形工程では、断面が丸形の丸ビレットを原材料とし、この丸ビレットを加熱炉（例えば誘導加熱炉、ガス雰囲気加熱炉等）によって加熱した後に予備成形加工を施す。例えば、孔型ロールにより丸ビレットを絞り圧延してその体積を長手方向に配分するロール成形を行い、これによって得られたロール荒地を長手方向と直角な方向から部分的にプレス圧下してその体積を配分する曲げ打ちを繰り返し行う。これにより、粗素材４を造形することが可能である。そのほかに、前記特許文献１及び２に開示される技術を用いても、粗素材４の造形は可能である。また、クロスロール、閉塞鍛造等を採用してもよい。

第２予備成形工程は、上記の仕上げ打ち用素材５を成形する工程である。第２予備成形工程では、下記の図４に示す成形装置を用いて加工を行う。これにより、上記の粗素材４から、鍛造クランク軸の最終形状が造形された仕上げ打ち用素材５を成形することができる。

仕上打ち工程は、クランク軸と合致する形状の仕上材を得る工程である。仕上打ち工程では、上記の仕上打ち用素材５が供され、上下に一対の金型を用いてプレス鍛造する。これにより、鍛造クランク軸の最終形状が造形された仕上げ材を得ることができる。

１−３．仕上打ち用素材の成形装置
図４は、第１実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。図４には、第１、第４、第５及び第８アーム部にバランスウエイトを有する４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸を製造する場合の成形装置を例示する。すなわち前記図２に示す粗素材４から仕上打ち用素材５を成形する。

図４に示すように、成形装置は、プレス機を利用したものである。成形装置は、基礎となる固定の下側ハードプレート２０と、プレス機のラムの駆動に伴って下降する上側ハードプレート２１を有する。下側ハードプレート２０の真上には、弾性部材２４を介して下側金型支持台２２が弾性的に支持される。この下側金型支持台２２は、上下方向に移動が許容される。弾性部材２４としては、皿ばね、コイルばね、空気ばね等を適用することができ、そのほかにも油圧ばねシステムを適用することができる。上側ハードプレート２１の真下には、支柱２５を介して上側金型支持台２３が固定される。この上側金型支持台２３は、プレス機（ラム）の駆動により上側ハードプレート２１と一体で下降する。

図４に示す成形装置では、粗素材４を金型内に収容し、仕上打ち用素材に成形する。その際、金型内に収容された粗素材４の姿勢は、粗ピン部Ｐａの偏芯方向を鉛直方向に合わせ、第１及び第４粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ４ａを上に配置し、言い換えれば第２及び第３粗ピン部Ｐ２ａ、Ｐ３ａを下に配置する。このため、下側金型支持台２２と上側金型支持台２３には、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３がそれぞれ取り付けられる。これらの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３は、粗素材４の軸方向に沿って分割され、それぞれ上下で対を成す。

固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、粗素材４における粗ジャーナル部Ｊａのうちの基準となる中央の第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの位置に配置される。固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、上下のそれぞれが上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に取り付けられる。特に、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、上下のいずれも、上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に対し完全に固定される。

固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂには、それぞれ、半円筒状の第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａと、第２彫り込み部１０Ｕｂ、１０Ｂｂが形成される。第２彫り込み部１０Ｕｂ、１０Ｂｂは、第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａの前後（図４では左右）に隣接する。第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａの長さは、仕上打ち用素材５における第３粗ジャーナル部Ｊ３ｂの軸方向の長さと同じである。第２彫り込み部１０Ｕｂ、１０Ｂｂの長さは、仕上打ち用素材５におけるその粗ジャーナル部Ｊ３ｂにつながるウエイト付き粗アーム部Ａｂ（第４及び第５粗アーム部Ａ４ｂ、Ａ５ｂ）の軸方向の厚みと同じである。

固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、プレス機の駆動に伴う上側金型支持台２３の下降、すなわちプレス機の圧下により、第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａで第３粗ジャーナル部Ｊ３ａを上下から挟み込んで保持する。これと同時に、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、第２彫り込み部１０Ｕｂ、１０Ｂｂの第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａ側の面が、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａにつながるウエイト付き粗アーム部Ａａ（第４及び第５粗アーム部Ａ４ａ、Ａ５ａ）における第３粗ジャーナル部Ｊ３ａ側の側面に接触する。

可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂで挟み込まれる粗素材４における粗ジャーナル部Ｊａ以外の粗ジャーナル部Ｊａ（第１、第２、第４、第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ２ａ、Ｊ４ａ、Ｊ５ａ）位置に配置される。可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、上下のそれぞれが上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に取り付けられる。特に、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、上下のいずれも、上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に対し、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けての軸方向に移動が許容される。

可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂには、それぞれ、半円筒状の第１彫り込み部１１Ｕａ、１１Ｂａ、第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂ及び第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃが形成される。第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂ及び第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃは、第１彫り込み部１１Ｕａ、１１Ｂａの前後（図４では左右）に隣接する。第１彫り込み部１１Ｕａ、１１Ｂａの長さは、仕上打ち用素材５における粗ジャーナル部Ｊｂ（第１、第２、第４及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ｂ、Ｊ２ｂ、Ｊ４ｂ、Ｊ５ｂ）の軸方向の長さと同じである。第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂは、粗素材４におけるウエイト付き粗アーム部Ａａを収容する。第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂの長さは、仕上打ち用素材５におけるそれらの粗ジャーナル部Ｊｂにつながるウエイト付き粗アーム部Ａｂの軸方向の厚みと同じである。第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃは、粗素材４における小判形粗アーム部Ａａを収容する。第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃの長さは、仕上打ち用素材５におけるそれらの粗ジャーナル部Ｊｂにつながる小判形粗アーム部Ａｂの軸方向の厚みと同じである。

第１実施形態では、両端の第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａにつながる粗アーム部Ａａは、いずれもウエイト付き粗アーム部である。このため、第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの位置に配置された可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂ及び第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃのうちで第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂを備える。一方、中央寄りの第２及び第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａにつながる粗アーム部Ａａは、いずれも小判形粗アーム部である。このため、第２及び第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの位置に配置された可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂ及び第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃのうちで第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃを備える。

可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、プレス機の圧下により、第１彫り込み部１１Ｕａ、１１Ｂａで各々に対応する各粗ジャーナル部Ｊａを個々に上下から挟み込んで保持する。これと同時に、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂ及び第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃの第１彫り込み部１１Ｕａ、１１Ｂａ側の面が、各々に対応する各粗ジャーナル部Ｊａにつながるウエイト付き粗アーム部Ａａ及び小判形粗アーム部Ａａにおける各粗ジャーナル部Ｊａ側の側面に接触する。

ここで、両端の第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの位置に配置された可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの端面は、傾斜面１４Ｕ、１４Ｂとなっている。これに対し、下側ハードプレート２０上には、それらの第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂの位置に対応して、個々に、第１楔２６が立設される。各第１楔２６は、下側金型支持台２２を貫通して上方に突き出る。第１、第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂのうち、下側の可動ジャーナル型１１Ｂの傾斜面１４Ｂは、初期状態で第１楔２６の斜面に接触する。一方、上側の可動ジャーナル型１１Ｕの傾斜面１４Ｕは、プレス機の圧下により、第１楔２６の斜面に接触する。

また、中央寄りの第２、第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの位置に配置された可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂには、図示しないブロックが固定される。ブロックは、第１彫り込み部１１Ｕａ、１１Ｂａ及び第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂから外れた側部（図４では紙面の手前と奥）に、傾斜面１５Ｕ、１５Ｂを有する。これに対し、下側ハードプレート２０上には、それらの第２、第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂの位置に対応して、個々に、第２楔２７が立設される。各第２楔２７は、下側金型支持台２２を貫通して上方に突き出る。第２、第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂのうち、下側の可動ジャーナル型１１Ｂの傾斜面１５Ｂは、初期状態で第２楔２７の斜面に接触する。一方、上側の可動ジャーナル型１１Ｕの傾斜面１５Ｕは、プレス機の圧下により、第２楔２７の斜面に接触した状態にされる。

そして、プレス機の圧下の継続に伴って、上側の可動ジャーナル型１１Ｕが下側の可動ジャーナル型１１Ｂと一体で押し下げられる。これにより、第１、第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、上下のいずれも、その傾斜面１４Ｕ、１４Ｂが第１楔２６の斜面に沿って摺動する。これに伴い、基準となる第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。これと同時に、第２、第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、上下のいずれも、その傾斜面１５Ｕ、１５Ｂが第２楔２７の斜面に沿って摺動する。これに伴い、基準となる第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。要するに、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、個々に楔機構により軸方向に移動できる。

上下で対を成すピン型１２と補助ピン型１３は、粗素材４における粗ピン部Ｐａそれぞれの位置に配置される。ピン型１２と補助ピン型１３は、上下のそれぞれが上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に取り付けられる。ピン型１２は、粗ピン部Ｐａそれぞれの偏芯中心側に配置される。他方の補助ピン型１３は、粗ピン部Ｐａそれぞれの偏芯中心側とは反対の外側に配置される。例えば、第１粗ピン部Ｐ１ａの位置では、第１粗ピン部Ｐ１ａの配置が上側である。このため、ピン型１２が下側金型支持台２２に取り付けられるとともに、補助ピン型１３が上側金型支持台２３に取り付けられる。

特に、ピン型１２と補助ピン型１３は、上下のいずれも、上側金型支持台２３及び下側金型支持台２２に対し、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けての軸方向に移動が許容される。ピン型１２に限っては、粗ピン部Ｐａに向けての偏芯方向にも移動が許容される。

ピン型１２及び補助ピン型１３には、それぞれ、半円筒状の彫り込み部１２ａ、１３ａが形成される。彫り込み部１２ａ、１３ａの長さは、仕上打ち用素材５における粗ピン部Ｐｂの軸方向の長さと同じである。

ピン型１２は、プレス機の圧下により、彫り込み部１２ａが各粗ピン部Ｐａの偏芯中心側に宛がわれる。また、ピン型１２の両側面が、各粗ピン部Ｐａにつながる粗アーム部Ａａにおける各粗ピン部Ｐａ側の側面に接触する。

そして、ピン型１２と補助ピン型１３は、プレス機の圧下の継続に伴って一体で押し下げられる。これにより、ピン型１２と補助ピン型１３は、上記したように可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂが軸方向に移動するのに連れて、基準となる第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。また、ピン型１２の偏芯方向への移動は、各ピン型１２に連結された油圧シリンダ１６の駆動により行われる。

なお、ピン型１２と補助ピン型１３の軸方向への移動は、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと同様の楔機構を用いたり、油圧シリンダ、サーボモータ等の別途の機構を用いて、強制的に行ってもよい。補助ピン型１３は、隣接する一対の可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂのうちの一方と一体化されても構わない。

図４に示す初期状態では、個々に軸方向に連なる固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと、ピン型１２及び補助ピン型１３との間に、隙間が確保される。これは、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３の軸方向への移動を許容するためである。これらの各隙間の寸法は、仕上打ち用素材５におけるウエイト付き粗アーム部Ａｂの厚みと粗素材４におけるウエイト付き粗アーム部Ａａの厚みの差である。

次に、このような構成の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法について説明する。
図５Ａ及び図５Ｂは、図４に示す第１実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図である。これらの図のうち、図５Ａは成形初期の状態を示し、図５Ｂは成形完了時の状態を示す。

前記図４に示す下側の固定ジャーナル型１０Ｂ、可動ジャーナル型１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３に粗素材４を収容し、プレス機の圧下を開始する。すると、先ず、図５Ａに示すように、上側の固定ジャーナル型１０Ｕ及び可動ジャーナル型１１Ｕが、それぞれ、下側の固定ジャーナル型１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｂに当接する。

これにより、粗素材４は、各粗ジャーナル部Ｊａが固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂによって上下から保持され、各粗ピン部Ｐａの偏芯中心側にピン型１２が宛がわれた状態になる。この状態のとき、粗素材４の各粗アーム部Ａａにおける粗ジャーナル部Ｊａ側の側面には、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂが接触し、各粗アーム部Ａａにおける粗ピン部Ｐａ側の側面には、ピン型１２が接触する。また、第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂが第１楔２６の斜面に接触する。さらに、第２及び第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂが第２楔２７の斜面に接触する。

この状態から、そのままプレス機の圧下を継続する。すると、第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、各々の傾斜面１４Ｕ、１４Ｂが第１楔２６の斜面に沿って摺動する。この楔機構により、その可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。これと同時に、第２及び第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、各々の傾斜面１５Ｕ、１５Ｂが第２楔２７の斜面に沿って摺動する。この楔機構により、その可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。このように可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂが個々に楔機構により軸方向に移動するのに伴って、ピン型１２と補助ピン型１３も、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。

その際、小判形粗アーム部Ａｂにつながる粗ジャーナル部Ｊａ及び粗ピン部Ｐａにおいて、それぞれの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、ピン型１２及び補助ピン型１３は、一体で軸方向に移動する。例えば、第２粗アーム部Ａ２ｂは小判形粗アーム部であるので、この第２粗アーム部Ａ２ｂにつながる第２粗ジャーナル部Ｊ２ａ及び第１粗ピン部Ｐ１ａそれぞれの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、ピン型１２及び補助ピン型１３は、一体で軸方向に移動する。更に、その第２粗ジャーナル部Ｊ２ａにつながる第３粗アーム部Ａ３ｂも小判形粗アーム部であるので、この第３粗アーム部Ａ３ｂにつながる第２粗ピン部Ｐ２ａのピン型１２及び補助ピン型１３も含めて、一体で軸方向に移動する。

これにより、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと、ピン型１２及び補助ピン型１３との隙間が次第に狭まり、終にはそれらの各隙間がなくなる。その際、粗素材４は、ウエイト付き粗アーム部Ａａが軸方向に挟圧され、ウエイト付き粗アーム部Ａａの厚みが仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂの厚みまで減少する（図５Ｂ参照）。その際、粗ジャーナル部Ｊａ及び粗ピン部Ｐａの軸方向の長さは、維持される。

また、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３の軸方向への移動に応じ、各ピン型１２の油圧シリンダ１６を駆動する。すると、各ピン型１２は、個々に、粗素材４の粗ピン部Ｐａを偏芯方向に押圧する。これにより、粗素材４の粗ピン部Ｐａは偏芯方向にずれ、その偏芯量が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの偏芯量まで増加する（図５Ｂ参照）。

このようにして、バリのない粗素材４から、バリのない仕上打ち用素材５を成形することができる。その仕上打ち用素材５は、ウエイト付きアーム部Ａであってもアーム部Ａの厚みが薄く、４気筒エンジン用鍛造クランク軸（最終鍛造製品）の形状と概ね一致した形状となる。そして、このようなバリなしの仕上打ち用素材５を仕上打ちに供して仕上打ちを行えば、多少のバリは発生するが、アーム部の輪郭形状を含めて４気筒エンジン用鍛造クランク軸の最終形状を造形することができる。したがって、４気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造することが可能になる。

前記図４〜図５Ｂに示す成形装置では、第１粗ジャーナル部Ｊ１ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂ及びこれと接触する第１楔２６の斜面と、第５粗ジャーナル部Ｊ５ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂ及びこれと接触する第１楔２６の斜面とは、傾斜角度が鉛直面を基準に正反対とされる。また、第２粗ジャーナル部Ｊ２ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂ及びこれと接触する第２楔２７の斜面と、第４粗ジャーナル部Ｊ４ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂ及びこれと接触する第２楔２７の斜面とは、傾斜角度が鉛直面を基準に正反対とされる。更に、第１楔２６の斜面の角度（第１、第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂの角度）は、第２楔２７の斜面の角度（第２、第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂの角度）よりも大きくされる。このように、各可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂを軸方向に移動させる楔機構の楔角度を可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂごとに異ならせる理由は、ウエイト付き粗アーム部Ａａを軸方向に挟圧して厚みを減少させる変形速度をすべてのウエイト付き粗アーム部Ａａで一定にするためである。

前記図４〜図５Ｂに示す成形装置で用いる粗素材４は、粗ジャーナル部Ｊａの断面積が、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂ、すなわち鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊの断面積と同じであるか、それよりも大きい。同様に、粗素材４の粗ピン部Ｐａの断面積は、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐの断面積と同じであるか、それよりも大きい。粗素材４の粗ジャーナル部Ｊａの断面積が仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂの断面積よりも大きい場合であっても、粗ジャーナル部Ｊａの断面積を仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂの断面積まで減少させることができる。これは、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂによる粗ジャーナル部Ｊａの挟み込み保持、及びこれに続く可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの軸方向への移動による。また、粗素材４の粗ピン部Ｐａの断面積が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの断面積よりも大きい場合であっても、粗ピン部Ｐａの断面積を仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの断面積まで減少させることができる。これは、ピン型１２の軸方向への移動及び偏芯方向への移動による。

以上説明した仕上打ち用素材の成形で留意すべき点として、ウエイト付き粗アーム部Ａａに対して局部的な噛み出しの発生がある。以下に、噛み出しの発生原理とその対応策について説明する。

図６は、成形装置による仕上打ち用素材の成形で噛み出しが発生する状況を説明するための図であり、図７は、その対応策を施した場合の状況を説明するための図である。図６及び図７中、（ａ）は成形初期の状態を、（ｂ）は成形途中の状態を、（ｃ）は成形完了時の状態を、（ｄ）は成形完了後に成形装置から取り出した仕上打ち用素材をそれぞれ示す。

図６（ａ）に示すように、成形が開始されると、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂが軸方向へ移動するとともに、ピン型１２及び補助ピン型１３が軸方向と偏芯方向へ移動する。その後、図６（ｂ）に示すように、ウエイト付き粗アーム部Ａａにおいて、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３の軸方向への移動が完了する前に、すなわち、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと、ピン型１２及び補助ピン型１３との隙間が閉ざされる前に、偏芯変形する粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達すると、以下に示す事態が生じる。補助ピン型１３と、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂとの隙間に、粗ピン部Ｐａの肉が流入する。この流入した肉は、成形の進行に伴って薄く延ばされていくものの、図６（ｃ）に示すように、成形完了時にも残存する。こうして、図６（ｄ）に示すように、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの外側には、隣接するウエイト付き粗アーム部Ａａとの境界に局所的な噛み出し部５ａが現れる。

噛み出し部５ａは、次工程の仕上打ちで製品に打ち込まれてかぶり疵となる。したがって、製品品質を確保する観点から、噛み出しの発生を防止する必要がある。

噛み出しの発生を防止する対応策としては、ウエイト付き粗アーム部Ａａにおいて、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと、ピン型１２及び補助ピン型１３との隙間が閉ざされた後に、偏芯変形する粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達するように、ピン型１２の偏芯方向への移動を制御すればよい。具体的には、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３の軸方向への移動が完了した後に、ピン型１２の偏芯方向への移動を完了させればよい。例えば、ピン型１２の偏芯方向への総移動距離を１００％としたとき、そのピン型１２に隣接する可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの軸方向への移動が完了した時点で、ピン型１２の偏芯方向への移動距離が総移動距離の９０％以下（より好適には８３％以下、更に好適には６０％以下）であることが好ましい。その可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂの移動が完了した後にピン型１２の偏芯方向への移動が完了させればよい。

例えば、図７（ａ）に示すように、成形を開始する。その後、図７（ｂ）に示すように、ウエイト付き粗アーム部Ａａにおいて、ピン型１２の偏芯方向への移動距離が総移動距離の９０％に達するまでに、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３の軸方向への移動を完了させる。そうすると、この時点では、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと、ピン型１２及び補助ピン型１３との隙間が閉ざされているものの、偏芯変形する粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達していない。そして、ピン型１２の偏芯方向への移動に伴って粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達し、その移動が完了すると、図７（ｃ）に示すように、成形が完了する。このため、補助ピン型１３と、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂとの隙間に、粗ピン部Ｐａの肉が流入する事態は起こらない。こうして、図７（ｄ）に示すように、噛み出しのない高品位の仕上打ち用素材５を得ることができる。

可動ジャーナル型の軸方向への移動が完了するまでのピン型の偏芯方向への移動過程は、任意に変更することが可能である。例えば、ピン型の偏芯方向への移動は、可動ジャーナル型の軸方向への移動開始と同時に開始してもよいし、それよりも前に開始してもよく、又は可動ジャーナル型の軸方向への移動がある程度進行してから開始してもよい。また、ピン型の偏芯方向への移動は、開始後、一定量移動した位置で一旦停止させ、可動ジャーナル型の軸方向への移動が完了した後に再開してもよい。

２．第２実施形態
第２実施形態は、上記の第１実施形態の構成を基本とし、製造対象である４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸の態様を変形し、これに関連する構成を変更したものである。なお、以下では図面を参照して第２実施形態の構成を説明するが、第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、重複する事項の説明は適宜省略する。

２−１．粗素材、及び仕上打ち用素材
図８は、第２実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、及び成形された仕上打ち用素材の各形状を模式的に示す平面図である。第２実施形態の製造対象は、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸であり、そのクランク軸は、第２、第４、第５及び第７アーム部にバランスウエイトを有する。

図８に示すように、第２実施形態の粗素材４は、前記図２に示す第１実施形態の粗素材４と比較し、次の点が異なる。第２実施形態の粗素材４では、前端の第１粗ピンＰ１ａにつながる第１及び第２粗アーム部Ａ１ａ、Ａ２ａのうち、第１粗アーム部Ａ１ａが小判形粗アーム部Ａａであり、第２粗アーム部Ａ２ａがウエイト付き粗アーム部Ａａである。また、後端の第４粗ピンＰ４ａにつながる第７及び第８粗アーム部Ａ７ａ、Ａ８ａのうち、第８粗アーム部Ａ８ａが小判形粗アーム部Ａａであり、第７粗アーム部Ａ７ａがウエイト付き粗アーム部Ａａである。

これに対応し、第２実施形態の仕上打ち用素材５では、第１粗アーム部Ａ１ｂが小判形粗アーム部Ａｂであり、第２粗アーム部Ａ２ｂがウエイト付き粗アーム部Ａｂである。また、第８粗アーム部Ａ８ｂが小判形粗アーム部Ａｂであり、第７粗アーム部Ａ７ｂがウエイト付き粗アーム部Ａｂである。

２−２．鍛造クランク軸の製造工程
前記図３に示す第１実施形態の製造工程と同じである。

２−３．仕上打ち用素材の成形装置
図９は、第２実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、図９に示す第２実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図である。これらの図のうち、図１０Ａは成形初期の状態を示し、図１０Ｂは成形完了時の状態を示す。

図９に示すように、第２実施形態では、両端の第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａにつながる粗アーム部Ａａは、いずれも小判形粗アーム部である。このため、第１及び第５粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ５ａの位置に配置された可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂ及び第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃのうちで第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃを備える。一方、中央寄りの第２及び第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａにつながる粗アーム部Ａａは、ウエイト付き粗アーム部と小判形粗アーム部である。このため、第２及び第４粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ４ａの位置に配置された可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂ及び第３彫り込み部１１Ｕｃ、１１Ｂｃを備える。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、プレス機の圧下により、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂは、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。これに伴って、ピン型１２と補助ピン型１３も、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂに向けて軸方向に移動する。

その際、小判形粗アーム部Ａｂにつながる粗ジャーナル部Ｊａ及び粗ピン部Ｐａにおいて、それぞれの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、ピン型１２及び補助ピン型１３は、一体で軸方向に移動する。例えば、第３粗アーム部Ａ３ｂは小判形粗アーム部である。このため、第３粗アーム部Ａ３ｂにつながる第３粗ジャーナル部Ｊ３ａ及び第２粗ピン部Ｐ２ａそれぞれの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、ピン型１２及び補助ピン型１３は、一体で軸方向に移動する。一方、上記の第１実施形態とは異なり、その第２粗ジャーナル部Ｊ２ａにつながる第２粗アーム部Ａ２ｂはウエイト付き粗アーム部である。このため、第２粗アーム部Ａ２ｂにつながる第１粗ピン部Ｐ１ａのピン型１２及び補助ピン型１３は、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと一体では移動しない。その代わりに、第１粗ピン部Ｐ１ａのピン型１２及び補助ピン型１３は、第１粗ジャーナル部Ｊ１ａの可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと一体で移動する。これは、第１粗ジャーナル部Ｊ１ａと第１粗ピン部Ｐ１ａをつなぐ第１粗アーム部Ａ１ａが小判形粗アーム部であるからである。

これにより、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ及び可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂと、ピン型１２及び補助ピン型１３との隙間が次第に狭まり、終にはそれらの各隙間がなくなる。その際、粗素材４は、固定ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ及びピン型１２により、ウエイト付き粗アーム部Ａａが軸方向に挟圧され、ウエイト付き粗アーム部Ａａの厚みが仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂの厚みまで減少する（図５Ｂ参照）。また、その際、粗ジャーナル部Ｊａ及び粗ピン部Ｐａの軸方向の長さは、維持される。

可動ジャーナル型１１Ｕ、１１Ｂ、並びにピン型１２及び補助ピン型１３の軸方向への移動に応じ、各ピン型１２の油圧シリンダ１６を駆動し、各ピン型１２により、粗素材４の粗ピン部Ｐａを偏芯方向に押圧する。これにより、粗素材４の粗ピン部Ｐａは偏芯方向にずれ、その偏芯量が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの偏芯量まで増加する（図５Ｂ参照）。

このようにして、第２実施形態でも、バリのない粗素材４から、バリのない仕上打ち用素材５を成形することができる。その仕上打ち用素材５は、ウエイト付きアーム部Ａであってもアーム部Ａの厚みが薄く、４気筒エンジン用鍛造クランク軸（最終鍛造製品）の形状と概ね一致した形状となる。したがって、上記した第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、可動ジャーナル型を軸方向へ移動させる機構としては、上記の実施形態ではプレス機を利用した楔機構を採用しているが、これに限らず、リンク機構を採用してもよいし、プレス機の利用に代えて油圧シリンダ、サーボモータ等を利用しても構わない。また、ピン型を偏芯方向へ移動させる機構としては、油圧シリンダに限らず、サーボモータであってもよい。

また、上記の実施形態では、上側金型支持台を上側ハードプレートに固定するとともに、下側金型支持台を下側ハードプレートで弾性的に支持し、当該下側ハードプレートに楔を設置して、この楔で上下の可動ジャーナル型を移動させるようにした構成であるが、これとは上下を反転させた構成でも構わない。上下の各金型支持台をそれぞれのハードプレートで弾性的に支持し、ハードプレートにそれぞれ楔を設置して、各楔で上下の各可動ジャーナル型を移動させるように構成することもできる。

また、上記の実施形態では、補助ピン型は、軸方向にのみ移動が許容されるが、これに加えて偏芯方向とは逆方向にも移動が許容される構成としても構わない。この場合、ピン型と補助ピン型が各粗ピン部Ｐａを個々に上下から挟み込んで保持しながら、互いに連動して偏芯方向に移動する。

本発明は、４気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造する際に有用である。

１：鍛造クランク軸、 Ｊ、Ｊ１〜Ｊ５：ジャーナル部、
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ４：ピン部、 Ｆｒ：フロント部、
Ｆｌ：フランジ部、 Ａ、Ａ１〜Ａ８：クランクアーム部、
２：ビレット、
４：粗素材、 Ｊａ、Ｊ１ａ〜Ｊ５ａ：粗素材の粗ジャーナル部、
Ｐａ、Ｐ１ａ〜Ｐ４ａ：粗素材の粗ピン部、
Ｆｒａ：粗素材の粗フロント部、 Ｆｌａ：粗素材の粗フランジ部、
Ａａ、Ａ１ａ〜Ａ８ａ：粗素材の粗クランクアーム部、
５：仕上打ち用素材、
Ｊｂ、Ｊ１ｂ〜Ｊ５ｂ：仕上打ち用素材の粗ジャーナル部、
Ｐｂ、Ｐ１ｂ〜Ｐ４ｂ：仕上打ち用素材の粗ピン部、
Ｆｒｂ：仕上打ち用素材の粗フロント部、
Ｆｌｂ：仕上打ち用素材の粗フランジ部、
Ａｂ、Ａ１ｂ〜Ａ８ｂ：仕上打ち用素材の粗クランクアーム部、
５ａ：噛み出し部、
１０Ｕ、１０Ｂ：固定ジャーナル型、
１０Ｕａ、１０Ｂａ：固定ジャーナル型の第１彫り込み部、
１０Ｕｂ、１０Ｂｂ：固定ジャーナル型の第２彫り込み部、
１１Ｕ、１１Ｂ：可動ジャーナル型、
１１Ｕａ、１１Ｂａ：可動ジャーナル型の第１彫り込み部、
１１Ｕｂ、１１Ｂｂ：可動ジャーナル型の第２彫り込み部、
１１Ｕｃ、１１Ｂｃ：可動ジャーナル型の第３彫り込み部、
１２：ピン型、 １２ａ：彫り込み部、
１３：補助ピン型、 １３ａ：彫り込み部、
１４Ｕ、１４Ｂ：第１、第５粗ジャーナル部の可動ジャーナル型の傾斜面、
１５Ｕ、１５Ｂ：第２、第４粗ジャーナル部の可動ジャーナル型の傾斜面、
１６：油圧シリンダ、
２０：下側ハードプレート、 ２１：上側ハードプレート、
２２：下側金型支持台、 ２３：上側金型支持台、
２４：弾性部材、 ２５：支柱、
２６：第１楔、 ２７：第２楔

Claims (9)

1. ４気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造する過程で、鍛造クランク軸の最終形状を造形する仕上打ちに供する仕上打ち用素材を、粗素材から成形する装置であって、
   前記鍛造クランク軸は、
   中央の第３ジャーナル部につながる第４及び第５クランクアーム部に、バランスウエイトを有し、
   前端の第１ピン部につながる第１及び第２クランクアーム部のうちのいずれか１つのクランクアーム部、並びに、後端の第４ピン部につながる第７及び第８クランクアーム部のうちのいずれか１つのクランクアーム部に、バランスウエイトを有し、
   残りのクランクアーム部に、バランスウエイトを有しない、
   前記粗素材は、
   前記鍛造クランク軸の各ジャーナル部と軸方向の長さが同じ粗ジャーナル部と、
   前記鍛造クランク軸の各ピン部と軸方向の長さが同じで軸方向と直角な偏芯方向の偏芯量が前記ピン部よりも小さい粗ピン部と、
   前記鍛造クランク軸の前記クランクアーム部のうち、前記バランスウエイトを有しないウエイト無しクランクアーム部に対応して当該クランクアーム部と軸方向の厚みが同じウエイト無し粗クランクアーム部、及び前記バランスウエイトを有するウエイト付きクランクアーム部に対応して当該クランクアーム部よりも軸方向の厚みが厚いウエイト付き粗クランクアーム部と、を有し、
   前記成形装置は、
   第３粗ジャーナル部の位置に配置され、当該粗ジャーナル部を軸方向と直角な偏芯方向に沿って挟み込んで保持するとともに、当該粗ジャーナル部につながる前記粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、軸方向の移動を拘束された固定ジャーナル型と、
   前記固定ジャーナル型で挟み込まれる前記粗ジャーナル部以外の前記粗ジャーナル部それぞれの位置に配置され、当該粗ジャーナル部を個々に軸方向と直角な偏芯方向に沿って挟み込んで保持するとともに、各々が当該粗ジャーナル部につながる前記粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、前記固定ジャーナル型に向けて軸方向に移動する可動ジャーナル型と、
   前記粗ピン部それぞれの位置に配置され、当該粗ピン部それぞれの偏芯中心側に宛がわれるとともに、各々が当該粗ピン部につながる前記粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、前記固定ジャーナル型に向けた軸方向及び軸方向と直角な偏芯方向に移動するピン型と、を備え、
   前記粗ジャーナル部を前記固定ジャーナル型及び前記可動ジャーナル型で挟み込んで保持し、前記粗ピン部に前記ピン型を宛がった状態から、前記可動ジャーナル型を軸方向に移動させるとともに、前記ピン型を軸方向に移動させつつ偏芯方向に移動させることにより、前記ウエイト付き粗クランクアーム部を軸方向に挟圧してその厚みを前記鍛造クランク軸の前記ウエイト付きクランクアーム部の厚みまで減少させるとともに、前記粗ピン部を偏芯方向に押圧してその偏芯量を前記鍛造クランク軸の前記ピン部の偏芯量まで増加させる、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
2. 請求項１に記載の成形装置において、
   前記ピン型は、前記粗ピン部それぞれの偏芯中心側とは反対の外側に、軸方向に移動する補助ピン型を含んでおり、
   前記可動ジャーナル型、並びに前記ピン型及び前記補助ピン型の軸方向への移動に伴って、前記固定ジャーナル型及び前記可動ジャーナル型と、前記ピン型及び前記補助ピン型との隙間が閉ざされた後に、偏芯変形する前記粗ピン部が前記補助ピン型に到達するように、前記ピン型の偏芯方向への移動が制御される、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
3. 請求項２に記載の成形装置において、
   前記ピン型の偏芯方向への総移動距離を１００％としたとき、当該ピン型に隣接する前記可動ジャーナル型の軸方向への移動が完了した時点で、前記ピン型の偏芯方向への移動距離が総移動距離の９０％以下であり、この後に前記ピン型の偏芯方向への移動が完了する、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の成形装置において、
   前記固定ジャーナル型、前記可動ジャーナル型及び前記ピン型は、偏芯方向に沿った方向に圧下が可能なプレス機に取り付けられており、
   プレス機の圧下に伴って、前記固定ジャーナル型及び前記可動ジャーナル型が前記粗ジャーナル部を挟み込んで保持するとともに、前記ピン型が前記粗ピン部に宛がわれ、そのままプレス機の圧下を継続するのに伴って、前記可動ジャーナル型が個々に楔機構により軸方向に移動すると同時に、この可動ジャーナル型の移動に伴って、前記ピン型が個々に軸方向に移動する、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
5. 請求項４に記載の成形装置において、
   前記楔機構の楔角度が前記可動ジャーナル型のそれぞれで互いに異なる、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
6. 請求項４又は５に記載の成形装置において、
   前記ピン型が油圧シリンダに連結されており、この油圧シリンダの駆動により偏芯方向に移動する、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の成形装置において、
   前記鍛造クランク軸は、第１、第４、第５及び第８クランクアーム部にバランスウエイトを有し、残りの第２、第３、第６及び第７クランクアーム部にバランスウエイトを有しない、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の成形装置において、
   前記鍛造クランク軸は、第２、第４、第５及び第７クランクアーム部にバランスウエイトを有し、残りの第１、第３、第６及び第８クランクアーム部にバランスウエイトを有しない、４気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
9. ４気筒エンジン用の鍛造クランク軸であって、中央の第３ジャーナル部につながる第４及び第５クランクアーム部に、バランスウエイトを有し、前端の第１ピン部につながる第１及び第２クランクアーム部のうちのいずれか１つのクランクアーム部、並びに、後端の第４ピン部につながる第７及び第８クランクアーム部のうちのいずれか１つのクランクアーム部に、バランスウエイトを有し、残りのクランクアーム部に、バランスウエイトを有しない鍛造クランク軸を製造する方法であって、
   前記製造方法は、下記の第１予備成形工程、第２予備成形工程、及び仕上打ち工程、の一連の工程を含む：
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の成形装置に供する前記粗素材を造形する第１予備成形工程；
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の成形装置を用い、前記鍛造クランク軸の最終形状が造形された仕上打ち用素材を成形する第２予備成形工程；及び
   前記仕上打ち用素材を仕上打ちし、前記鍛造クランク軸の最終形状が造形された仕上材を成形する仕上打ち工程。
   

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