JP7294088B2 - クランクシャフトの矯正金型 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトの矯正金型に関する。

自動車用エンジン等に使用されるクランクシャフトは、回転中心となる複数のジャーナルの間にクランクアームを介して偏心位置に設けられたクランクピンを備え、かつ、回転中心に関してクランクピンを設けた側と反対側にクランクアームから延設したカウンターウエイトを備えている。カウンターウエイトは、エンジン運転時におけるピストンの慣性重量を相殺するためのものであり、所定の範囲内にバランス位置が設定されなければならない。

カウンターウエイトのバランス位置の調整は、通常、最終的に設定すべきバランス位置よりも、回転中心からみて外方側であるカウンターウエイト側にずらした位置に初期バランス位置を設け、その後、カウンターウエイトに調整穴を穿設し、バランス位置を初期バランス位置から回転中心寄りの所定の範囲内にずらすことにより行われる。

一方、上記の調整穴によるバランス位置の調整を行うには、初期バランス位置を所定の領域内に設定することが不可欠である。しかしながら、クランクシャフトを、鍛造、トリミング、機械加工、コイニング等の工程を経て工業的に大量生産する場合においては、鍛造型の経時的変化等によって、得られるクランクシャフトの形状が微妙に変化することがある。この形状変化によって、初期バランス位置が、所定の領域から外れたクランクシャフトについては、カウンターウエイトへの調整穴の穿設によるバランス調整が不可能となり、製品化できないこととなる。

このような問題に対し、特許文献１においては、初期バランス位置が所望の領域から外れてクランクピン側に位置する場合に、クランクアームに重量軽減穴を設けて、初期バランス位置を調整する技術が開示されている。

特開２００２－１６８２２８号公報

特許文献１の技術は、初期バランス位置が所望の領域からクランクピン側に外れている場合に有効である。しかしながら、例えば、初期バランス位置が、所望の領域から周方向にずれているような場合には、特許文献１の技術では初期バランス位置の調整が困難である。また、クランクアームに重量軽減穴を設ける工程は、工程増加につながり、製造コストの増加を招きかねない。そこで、工業的な大量生産時における経時的な成形形状の変化を、工程増加することなく調整して、クランクシャフトの不良を低減できる技術の開発が望まれていた。

従来の製造方法において、クランクシャフトの各部の位置関係を調整する工程として、コイニング工程がある。しかし、このコイニング工程に用いる矯正金型は、所望の形状の成形凹部をくり抜いた一対のものであり、この成形凹部内にクランクシャフトを挟持して矯正を行うものであるため、コイニング工程において形状を微調整することはできなかった。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、クランクシャフトの初期バランス位置を所望範囲に容易に調整可能なクランクシャフトの矯正金型を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、ジャーナル、クランクアーム、クランクピン及びカウンターウエイトを有するクランクシャフトの矯正を行うための矯正金型であって、
上記クランクシャフトを挟んで押圧する上型と下型とを備え、
該上型及び下型は、それぞれ、
ベース部と、
該ベース部から立設してその先端面に上記クランクピンに当接するピン矯正面を備えたクランクピン矯正部と、
上記ベース部から立設してその先端面に上記ジャーナルに当接するジャーナル矯正面を備えたジャーナル矯正部と、
上記クランクピン矯正部及び上記ジャーナル矯正部との間において、上記ベース部に着脱可能に固定された状態で上記ベース部から立設してその先端面に上記カウンターウエイトと当接するカウンターウエイト矯正面を備えたカウンターウエイト調整ブロックと、を有し、
該カウンターウエイト調整ブロックは、その底面と上記ベース部との間にスペーサを介して着脱可能に配設されており、上記スペーサの厚みを変更することによって、上記カウンターウエイト矯正面と上記ピン矯正面及び上記ジャーナル矯正面との位置関係を変更可能に構成されている、クランクシャフトの矯正金型にある。

上記クランクシャフトの矯正金型は、従来の成形凹部をくり抜いた構造ではなく、ベース部から立設したクランクピン矯正部とジャーナル矯正面を備えたジャーナル矯正部とを設けることにより、これらの間に、着脱可能にカウンターウエイト調整ブロックを配設する構造の上型及び下型を積極的に採用した。

その上で、カウンターウエイト調整ブロックは、ベース部に対してスペーサを介して着脱可能に配設した。これにより、単に、クランクピン及びジャーナルとカウンターウエイトとの位置関係を矯正することが可能であるだけでなく、順次成形されてくるクランクシャフトの形状が経時的に微妙に変化して、初期バランス位置がずれ始めた際には、カウンターウエイトの矯正位置を変更することが可能となる。

すなわち、上記カウンターウエイト調整ブロックは、スペーサを介してベース部に固定されている。そのため、例えば、現在のクランクピン及びジャーナルの矯正位置に対して、カウンターウエイトの矯正位置を、下型において例えば１ｍｍ上方にずらしたい場合には、下型に配設したカウンターウエイト調整ブロックとベース部との間のスペーサの厚みを１ｍｍ増加させ、一方、上型に配設したカウンターウエイト調整ブロックとベース部との間のスペーサの厚みを１ｍｍ減少させればよい。

したがって、クランクシャフトの量産時において、経時的な初期バランスの変化を適宜測定し、必要に応じて上記スペーサの厚みを変更した矯正金型を用いることにより、初期バランス位置を常に所望の範囲内に調整する矯正を行うことが可能となる。また、この矯正は、従来のコイニング工程と同等のタイミングで行えばよいので、工程の増加にもならない。

したがって、上記矯正金型を用いれば、量産時の経時的な変化に適宜対応して、クランクシャフトの初期バランス位置を容易に所望範囲に調整することができる。

実施例における、矯正対象のクランクシャフトを示す説明図。 実施例における、矯正金型の上型を示す斜視図。 実施例における、矯正金型の下型を示す斜視図。 実施例における、矯正金型の上型と下型を対向配置した状態を示す正面図。 実施例における、図４のＡ－Ａ線矢視断面図。 実施例における、スペーサの平面図。 実施例における、カウンターウエイト調整ブロックの固定構造を示す説明図。 実施例における、カウンターウエイトの初期バランス位置の所望領域Ｓを示す説明図。 実施例における、カウンターウエイト調整ブロックの位置調整による初期バランス位置の改善例を示す説明図。

上記矯正金型において、カウンターウエイト調整ブロックとベース部との固定構造は種々の構造をとりうる。例えば、上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記底面から突出したキー部を有し、上記ベース部は、上記キー部を挿入するキー溝を有し、上記スペーサは、上記キー部を挿通させる貫通穴を有し、上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記キー部を上記スペーサの上記貫通穴を挿通させて上記ベース部のキー溝に挿入させた状態で、上記底面と上記ベース部の表面との間にスペーサを介在させて配置されている、という構造を採用することができる。

この場合には、キー部とキー溝との係合によって、カウンターウエイト調整ブロックとベース部及び他の矯正部との平面方向の位置関係を、容易に維持することができる。また、スペーサに上記貫通穴を設けることによって、スペーサとカウンターウエイト調整ブロックとの位置関係も、容易に維持することができる。

さらに、上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記キー部を貫通するボルト挿通穴を有し、上記ベース部は、上記キー溝の底部に上記ボルト挿通穴と同軸心上にねじ穴を有し、上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記ボルト挿通穴に挿入したボルトを上記ねじ穴に螺着させることにより、上記ベース部に固定されている、という構造を採用することができる。この場合には、カウンターウエイト調整ブロックとベース部との安定した固定構造を容易に実現することができる。

上記スペーサは、矯正を実施する際の荷重に十分耐えうる剛性を有する素材を用いて作製することができる。例えば、ＳＫゲージ鋼板等の板材を用いることができる。また、スペーサは、厚みの異なるものを複数あらかじめ準備しておくことが好ましい。厚み変化のピッチは、適宜、選択可能である。

（実施例１）
クランクシャフトの矯正金型の実施例について、図を用いて説明する。
本例の矯正金型１は、図１に示すジャーナル８１、クランクアーム８２、クランクピン８３及びカウンターウエイト８４を有するクランクシャフト８の矯正を行うための矯正金型であり、図２及び図３に示すように、クランクシャフト８を挟んで押圧する上型１０２と下型１０３とを備えている。

図２及び図３に示すように、上型１０２及び下型１０３は、それぞれ、ベース部２と、ベース部２から立設した複数のクランクピン矯正部３と、複数のジャーナル矯正部４とを有し、さらに、クランクピン矯正部３及びジャーナル矯正部４との間において、ベース部２に着脱可能に固定されたカウンターウエイト調整ブロック５を有している。カウンターウエイト調整ブロック５は、その底面５１とベース部２との間にスペーサ６を介して着脱可能に配設されており、スペーサ６の厚みを変更することによって、カウンターウエイト矯正面５５とピン矯正面３５及びジャーナル矯正面４５との位置関係を変更可能に構成されている。

以下、詳説する。
なお、説明の都合上、上型１０２及び下型１０３における同じ機能を有する部位については、同じ符号を付与して説明する。

本例において矯正を行うクランクシャフト８は、図１に示すように、４つのジャーナル８１とこれらの間にクランクアーム８２を介して配置されたクランクピン８３を３つ備えた３気筒用のクランクシャフトである。６つのクランクアーム８２には、それぞれ、クランクピン８３と反対側に延設されたカウンターウエイト８４が備えらえている。本例の矯正金型１は、クランクシャフト８における、４つすべてのジャーナル８１と、３つすべてのクランクピン８３の位置関係を調整するとともに、両端の２気筒分の４つのカウンターウエイト８４の位置関係を調整するためのものである。

上型１０２及び下型１０３は、図２及び図３に示すように、いずれも、基本構造が同じであり、上述したように、ベース部２から立設した複数のクランクピン矯正部３と、複数のジャーナル矯正部４とを有し、これらを一つの金属ブロックから形成している。なお、上型１０２及び下型１０３は、使用時には、図示しない枠体に組み込まれて金型にセットされる。また、図２に示す上型１０２は、使用時には、図４及び図５に示すように、図２に示す状態から上下反転させて下型１０３に対向させて用いる。

クランクピン矯正部３は、図２及び図３に示すように、いずれも、ベース部２から立設した板状体からなり、その先端面にクランクピン８３に当接するピン矯正面３５を備えている。ピン矯正面３５は、クランクピン８３の外形状に対応した曲率を有する円弧状を呈している。また、各クランクピン矯正部３は、それぞれが対応するクランクピン８３の矯正時の位置に対応して、立設高さが設定されている。

ジャーナル矯正部４は、図２及び図３に示すように、いずれも、ベース部２から立設した板状体からなり、その先端面にジャーナル８１に当接するジャーナル矯正面４５を備えている。ジャーナル矯正面４５は、ジャーナル８１の外形状に対応した曲率を有する円弧状を呈している。なお、すべてのジャーナル矯正部４は、同じ立設高さに設定されており、配置されるクランクシャフト８の軸方向から見て同じ位置に設定されている。

カウンターウエイト調整ブロック５は、図２～図５及び図７に示すように、立方体形状の下面を底面５１として、上面にカウンターウエイト矯正面５５を形成した形状を有している。カウンターウエイト矯正面５５は、それぞれが対応するカウンターウエイト８４の外形状の周方向において最も突出した部分を含む一部に対応した曲面形状を有している。また、底面５１には、突出形成したキー部５７を有しており、上面から底面５１のキー部５７を貫通するように、ボルト挿通穴５９が穿設されている。

このようなカウンターウエイト調整ブロック５の構造に対応して、ベース部２は、カウンターウエイト調整ブロック５のキー部５７を挿入するキー溝２７を有している。キー溝２７の底部には、カウンターウエイト調整ブロック５のボルト挿通穴５９と同軸心上にねじ穴２９を有している。

カウンターウエイト調整ブロック５の底面５１とベース部２との間に介在させるスペーサ６は、図６に示すように、外形状がカウンターウエイト調整ブロック５の底面５１と同等の長方形形状を呈し、中央に、キー部５７の外形状に対応する長方形形状の貫通案６５を有している。また、スペーサ６は、ＳＫゲージ鋼板を用いて、０．５ｍｍピッチで厚みの異なるものを複数毎作製した。

本例では、カウンターウエイト調整ブロック５は、上述したごとく、クランクシャフト８における６つのカウンターウエイト８４のうち、中央の２つを除く４つに対応するものであり、クランクピン矯正部３及びジャーナル矯正部４との間の４カ所の位置に上述したキー溝２７が設けられている。そして、その位置において、図５及び図７に示すように、カウンターウエイト調整ブロック５のキー部５７をスペーサ６の貫通案６５を挿通させてベース部２のキー溝２７に挿入し、ボルト挿通穴５９に挿入したボルト７をねじ穴２９に螺着することにより、カウンターウエイト調整ブロック５がスペーサ６を介してベース部２０へ固定される。

次に、上記の矯正金型１の利用方法について説明する。
図８に示すように、クランクシャフト８の初期バランス位置は、四角の領域Ｓ内（例えば位置Ｐ０）にあれば、その後のカウンターウエイト８４への調整穴８８の穿設によって、最終的なバランス位置を所望の領域内に調整可能である。一方、四角の領域Ｓを外れた位置Ｐ１あるいは位置Ｐ２等に外れた場合には、カウンターウエイト８４への調整穴８８の穿設によるバランス位置調整ができない。そのため、クランクシャフト８の工業的な製造を行う際には、初期バランス位置が領域Ｓの中央部分（例えば位置Ｐ０）に近くなるように鍛造金型等の製造装置を設定して量産を開始する。

しかしながら、実際には、同じ製造装置を使って製造を続けていくと、鍛造金型等の経時的な微妙な変化に伴って、得られるクランクシャフト８の初期バランス位置も徐々に変化していき、領域Ｓから外れるものが生じる確率が徐々に大きくなる傾向がある。

そこで、不良率を下げるために、初期バランス位置が領域Ｓ内において中央からずれる確率が高まった際に、本例の矯正金型１を活用して、矯正条件を変更し、初期バランス位置を中央に近い側に戻すことが有効である。

例えば、図９に示すごとく、量産時に順次製造されてくるクランクシャフト８の初期バランス位置を全数あるいは所定本数毎に測定した結果、フロント側カウンターウエイト８４の初期バランス位置が領域Ｓ１の範囲内の位置Ｐａにあり、かつ、リア側カウンターウエイト８４の初期バランス位置が領域Ｓ２の範囲内の位置Ｐａにある場合においては、矯正金型１のスペーサ６を異なる厚みのものに変更して、カウンターウエイト矯正面５５の相対的な位置を変化させる。

例えば、図４における左側（フロント側）の２組のカウンターウエイト調整ブロック５に対するスペーサ６については、下型１０３のスペーサ６においては厚みを０．５ｍｍ増加させ、上型１０２のスペーサ６においては厚みを０．５ｍｍ減少させる。一方、同図における右側（リア側）の２組のカウンターウエイト調整ブロック５に対するスペーサ６については、下型１０３のスペーサ６においては厚みを０．５ｍｍ減少させ、上型１０２のスペーサ６においては厚みを０．５ｍｍ増加させる。

このように矯正金型１のスペーサ６を調整することにより、その後に製造されるクランクシャフト８の初期バランス位置は、フロント側及びリア側ともに、図９に示すように、領域Ｓ１及び領域Ｓ２における中央に近い位置Ｐｂに戻すことができる。これにより、同じ製造設備を使ったクランクシャフト８の量産を、不良品を出すことなく、より長く続けることが可能となる。

以上のように、矯正金型１において、カウンターウエイト調整ブロック５をスペーサ６を介してベース部２に着脱可能とした構成を積極的に採用したことにより、クランクシャフト８の初期バランス位置を所望範囲に容易に調整可能とすることができ、ひいては工業的量産の安定的な継続を図ることができる。

１ 矯正金型
１０２ 上型
１０３ 下型
２ ベース部
２７ キー溝
３ クランクピン矯正部
３５ ピン矯正面
４ ジャーナル矯正部
４５ ジャーナル矯正面
５ カウンターウエイト調整ブロック
５１ 底面
５５ カウンターウエイト矯正面
５７ キー部
６ スペーサ
７ ボルト
８ クランクシャフト
８１ ジャーナル
８３ クランクピン
８４ カウンターウエイト

Claims (3)

1. ジャーナル、クランクアーム、クランクピン及びカウンターウエイトを有するクランクシャフトの矯正を行うための矯正金型であって、
   上記クランクシャフトを挟んで押圧する上型と下型とを備え、
   該上型及び下型は、それぞれ、
   ベース部と、
   該ベース部から立設してその先端面に上記クランクピンに当接するピン矯正面を備えたクランクピン矯正部と、
   上記ベース部から立設してその先端面に上記ジャーナルに当接するジャーナル矯正面を備えたジャーナル矯正部と、
   上記クランクピン矯正部及び上記ジャーナル矯正部との間において、上記ベース部に着脱可能に固定された状態で上記ベース部から立設してその先端面に上記カウンターウエイトと当接するカウンターウエイト矯正面を備えたカウンターウエイト調整ブロックと、を有し、
   該カウンターウエイト調整ブロックは、その底面と上記ベース部との間にスペーサを介して着脱可能に配設されており、上記スペーサの厚みを変更することによって、上記カウンターウエイト矯正面と上記ピン矯正面及び上記ジャーナル矯正面との位置関係を変更可能に構成されている、クランクシャフトの矯正金型。
2. 上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記底面から突出したキー部を有し、上記ベース部は、上記キー部を挿入するキー溝を有し、上記スペーサは、上記キー部を挿通させる貫通穴を有し、上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記キー部を上記スペーサの上記貫通穴を挿通させて上記ベース部のキー溝に挿入させた状態で、上記底面と上記ベース部の表面との間にスペーサを介在させて配置されている、請求項１に記載のクランクシャフトの矯正金型。
3. 上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記キー部を貫通するボルト挿通穴を有し、上記ベース部は、上記キー溝の底部に上記ボルト挿通穴と同軸心上にねじ穴を有し、上記カウンターウエイト調整ブロックは、上記ボルト挿通穴に挿入したボルトを上記ねじ穴に螺着させることにより、上記ベース部に固定されている、請求項２に記載のクランクシャフトの矯正金型。

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