WO2015075924A1 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

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Abstract

 鍛造クランク軸の製造方法は、型鍛造工程と、バリ抜き工程と、余肉部折り曲げ工程と、を含む。型鍛造工程は、クランクアーム部(A)のピン部(P)近傍の両側部(Aa、Ab)それぞれの外周に当該外周から突出する余肉部(Aaa、Aba)を有するクランク軸の形状が造形されたバリ付きの仕上げ鍛造材を成形する。バリ抜き工程は、型鍛造工程で成形した仕上げ鍛造材からバリを除去する。余肉部折り曲げ工程は、バリ抜き工程でバリを除去してなるクランク軸に対し、ピン部(P)の偏心方向からU字状の第1金型(10)の挿入により、クランクアーム部の余肉部(Aaa、Aba)を、クランクアーム部(A)のジャーナル部(J)側の表面に向けて折り曲げる。これにより、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を簡便に得ることができる。

Description

鍛造クランク軸の製造方法
 本発明は、熱間鍛造によりクランク軸を製造する方法に関する。
 自動車、自動二輪車、農業機械、船舶等のレシプロエンジンは、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ために、クランク軸が不可欠である。クランク軸は、型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。特に、高強度と高剛性が要求される場合は、それらの特性に優れた前者の鍛造クランク軸が多用される。
 一般に、鍛造クランク軸は、断面が丸形又は角形で全長にわたって断面積が一定の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。通常、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、荒打ちと仕上げ打ちの各工程を含む。
 図1は、従来の一般的な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。同図に例示するクランク軸1(図1(f)参照)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を備える。このクランク軸1は、8枚の全てのアーム部A1~A8にカウンターウエイト部(以下、単に「ウエイト部」ともいう)W1~W8を一体で有し、4気筒-8枚カウンターウエイトのクランク軸と称される。
 以下では、ジャーナル部J1~J5、ピン部P1~P4、アーム部A1~A8及びウエイト部W1~W8の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」、ウエイト部で「W」とも記す。ピン部P及びこのピン部Pにつながる一組のアーム部A(ウエイト部Wを含む)をまとめて「スロー」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を誘導加熱炉やガス雰囲気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、中間素材であるロール荒地3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3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、更なる中間素材である曲げ荒地4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4を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、クランク軸(最終製品)のおおよその形状が造形された鍛造材5を成形する(図1(d)参照)。更に、仕上げ打ち工程では、荒打ちによって得られた荒鍛造材5が供され、荒鍛造材5を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、最終製品のクランク軸と合致する形状が造形された鍛造材6を成形する(図1(e)参照)。これら荒打ち及び仕上げ打ちのとき、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5、仕上げ鍛造材6は、造形されたクランク軸の周囲にそれぞれバリ5a、6aが大きく付いている。
 バリ抜き工程では、仕上げ打ちによって得られたバリ6a付きの仕上げ鍛造材6を上下から金型で保持しつつ、刃物型によってバリ6a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などといった軸部、更にはアーム部A及びウエイト部Wを上下から金型で僅かにプレス圧下し、最終製品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-8枚カウンターウエイトのクランク軸に限らず、8枚のアーム部Aのうち、一部のアーム部にウエイト部Wを有するクランク軸であっても同様である。例えば4気筒エンジンに搭載されるクランク軸においては、先頭の第1アーム部A1、最後尾の第8アーム部A8、及び中央の2枚の第4、第5アーム部A4、A5にウエイト部Wが設けられる場合がある。このクランク軸は、4気筒-4枚カウンターウエイトのクランク軸と称される。その他に、3気筒エンジン、直列6気筒エンジン、V型6気筒エンジン、8気筒エンジン等に搭載されるクランク軸であっても、製造工程は同様である。なお、ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後に、捩り工程が追加される。
 近年、特に自動車用のレシプロエンジンには、燃費の向上のために軽量化が求められている。このため、レシプロエンジンの基幹部品であるクランク軸にも、軽量化の要求が著しくなっている。鍛造クランク軸の軽量化を図る従来技術としては、下記のものがある。
 特開2012-7726号公報(特許文献1)及び特開2010-230027号公報(特許文献2)には、アーム部のジャーナル部側の表面において、ジャーナル部の軸心とピン部の軸心とを結ぶ直線(以下、「アーム部中心線」ともいう)上に、ピン部に向けて大きく深く窪む穴部が形成されたアーム部が記載され、このアーム部を有するクランク軸の製造方法も記載されている。これらの特許文献1及び2に記載されたアーム部は、穴部の体積分が軽量化される。アーム部の軽量化は、アーム部と対をなすウエイト部の重量軽減につながり、ひいては鍛造クランク軸全体の軽量化につながる。また、これらの特許文献1及び2に開示されたアーム部は、アーム部中心線を間に挟むピン部近傍の両側部で厚みが厚く維持されていることから、剛性(ねじり剛性及び曲げ剛性)も確保される。
 このように、アーム部の両側部の厚みを厚く維持しつつ、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを持たせれば、軽量化と剛性確保を同時に図ることができる。
 ただし、そのような独特な形状のアーム部を有する鍛造クランク軸は、従来の製造方法では製造することが困難である。型鍛造工程において、アーム部表面に凹みを形成しようとすれば、当該凹み部位の金型の型抜き勾配が逆勾配になり、成形された鍛造材が金型から抜けなくなる事態が生じるからである。
 そのような事態に対処するため、特許文献1及び2に記載された製造方法は、型鍛造工程ではアーム部表面に凹みを形成することなくアーム部を小さく成形し、バリ抜き工程の後に、アーム部の表面にパンチを押し込み、そのパンチの痕跡によって凹みを形成することとしている。
特開2012-7726号公報 特開2010-230027号公報
 前記特許文献1及び2に記載された製造方法によれば、アーム部の両側部の厚みを厚く維持しつつ、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを形成することが可能となり、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を製造することができる。
 しかし、この製造方法では、アーム部表面に凹みを形成するために、アーム部表面にパンチを強く押し込んでアーム部全体を変形させることから、パンチの押し込みに多大な力を要する。このため、パンチに多大な力を付与するための格別な設備構成が必要であり、パンチの耐久性に関しても配慮が必要となる。
 本発明の目的は、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を簡便に得ることができる鍛造クランク軸の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鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となるジャーナル部と、このジャーナル部に対して偏心したピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐクランクアーム部と、を有する鍛造クランク軸の製造方法である。
 当該製造方法は、型鍛造工程と、バリ抜き工程と、余肉部折り曲げ工程と、を含む。
 型鍛造工程は、前記クランクアーム部の前記ピン部近傍の両側部それぞれの外周に当該外周から突出する余肉部を有するクランク軸の形状が造形されたバリ付きの仕上げ鍛造材を成形する。
 バリ抜き工程は、前記型鍛造工程で成形した前記仕上げ鍛造材からバリを除去する。
 余肉部折り曲げ工程は、前記バリ抜き工程でバリを除去してなるクランク軸に対し、前記ピン部の偏心方向からU字状の第1金型の挿入により、前記クランクアーム部の前記余肉部を、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面に向けて折り曲げる。
 上記の製造方法において、前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうちで前記両側部の領域を少なくとも除く表面を、第2金型の押し当てにより保持する構成とすることができる。
 上記の製造方法において、前記型鍛造工程で成形する前記仕上げ鍛造材の前記余肉部は、前記クランクアーム部の前記両側部から前記ピン部の偏心方向の頂部までの範囲の外周から突出する構成とすることができる。
 また、上記の製造方法において、前記余肉部折り曲げ工程は、金型を用いたプレス圧下によりクランク軸の形状を矯正する整形工程で実施する構成とすることができる。
 また、上記の製造方法において、前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうち、前記クランクアーム部の両側部の内側に凹みを形成することができる。
 本発明によれば、アーム部の両側部の外周に局部的に突出する余肉部を形成し、この局部的に突出する余肉部を、ピン部の偏心方向からのU字状の第1金型の挿入によって折り曲げる。これにより、アーム部の両側部の厚みを厚く維持しつつ、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを形成することが可能となり、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を製造することができる。その製造の際、局部的に突出する余肉部をU字状の第1金型の挿入によって折り曲げるだけで十分であることから、多大な力を要することなく簡便に行える。
図1は、従来の一般的な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、本発明の第1実施形態の製造方法による整形前のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図であり、図2(a)は斜視図を、図2(b)はジャーナル部側から見たときの平面図を、図2(c)は側面図を、図2(d)は図2(b)のA-A断面図をそれぞれ示す。 図3は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形後のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図であり、図3(a)は斜視図を、図3(b)はジャーナル部側から見たときの平面図を、図3(c)は側面図を、図3(d)は図3(b)のB-B断面図をそれぞれ示す。 図4は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図であり、図4(a)は整形前の状態を、図4(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。 図5は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、アーム部の側面図であり、図5(a)は整形前の状態を、図5(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。 図6は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形工程で用いられるU字状の第1金型を示す図であり、図6(a)は外観を示す平面図を、図6(b)は先端面側から見たときの平面図を、図6(c)は図6(a)のC-C断面図を、図6(d)は図6(a)のD-D断面図をそれぞれ示す。 図7は、本発明の第2実施形態の製造方法による整形前のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図であり、図7(a)はジャーナル部側から見たときの平面図を、図7(b)は側面図をそれぞれ示す。 図8は、本発明の第2実施形態の製造方法による整形後のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図であり、図8(a)はジャーナル部側から見たときの平面図を、図8(b)は側面図をそれぞれ示す。 図9は、本発明の第2実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図であり、図9(a)は整形前の状態を、図9(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。 図10は、本発明の第2実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であって、アーム部の側面図であり、図10(a)は整形前の状態を、図10(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。
 以下に、本発明の鍛造クランク軸の製造方法について、その実施形態を詳述する。
 [第1実施形態]
 第1実施形態として、本発明の鍛造クランク軸の製造方法には、前記図1に示す製造工程が採用される。すなわち、本実施形態による製造方法は、いずれも熱間で行う、予備成形(ロール成形と曲げ打ち)、型鍛造(荒打ちと仕上げ打ち)、バリ抜き、及び整形の各工程を含む。特に、本実施形態による製造方法では、前記図1に示す従来の製造方法と比較し、型鍛造工程及び整形工程の態様に大きな特徴がある。
 1.クランク軸のアーム部の形状
 図2は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形前のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図である。図3は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形後のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図である。図2及び図3のいずれも、クランク軸のアーム部(ウエイト部を含む)の1つを代表的に抽出して示しており、(a)は斜視図を、(b)はジャーナル部側から見たときの平面図を、(c)は側面図をそれぞれ示す。図2(d)は図2(b)のA-A断面図を、図3(d)は図3(b)のB-B断面図をそれぞれ示す。
 本実施形態の最終製品である鍛造クランク軸のアーム部形状、すなわち整形後のアーム部形状は、図3に示すように、アーム部Aのピン部P近傍の両側部Aa、Abがジャーナル部J側に膨らみ、それらの両側部Aa、Abの厚みが厚くされたものである。更に、そのアーム部形状は、アーム部Aのジャーナル部J側の表面のうち、両側部Aa、Abの内側の領域Asに、凹みを持たせたものである。より具体的には、図3(d)に示すように、アーム部Aは、両側部Aa、Abが厚肉化され、その内側が凹みによって薄肉化され、更にその内側が厚肉化されたものである。
 要するに、整形後のアーム部形状は、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みが厚く維持されるとともに、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成されている。このような形状のアーム部を有する鍛造クランク軸は、アーム部A表面の凹みによって軽量化を図ることができ、これと同時に、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚み維持によって剛性の確保を図ることができる。
 これに対し、整形前のアーム部形状は、図2に示すように、アーム部Aのジャーナル部J側の表面のうち、両側部Aa、Abの内側の領域Asに、整形後の最終製品形状と合致する凹みを持たせたものである。その凹みはアーム部Aの両側部Aa、Abの領域まで滑らかに広がっている。これにより、そのアーム部形状は、両側部Aa、Abの厚みが整形後の最終製品の厚みよりも薄くされたものである。更に、アーム部Aの両側部Aa、Abには、それぞれの外周に当該外周から突出する余肉部Aaa、Abaが形成されている。この余肉部Aaa、Abaは、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に沿った板状であり、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みと同程度であるか、又はそれよりも薄い。
 このような整形前のアーム部形状は、型鍛造工程の仕上げ打ちによって最終的に造形され、バリ抜きでその形状が維持されたものである。
 2.鍛造クランク軸の製造方法
 上述のとおり、本実施形態の製造方法は、予備成形、型鍛造、バリ抜き、及び整形の各工程を含み、いずれの工程も熱間で一連に行われる。なお、ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後、整形工程の前に、捩り工程が追加される。
 本実施形態の製造方法では、前記図1に示す従来の製造方法と同様にして、予備成形工程を経ることにより、曲げ荒地を成形する。
 次に、型鍛造工程(荒打ちと仕上げ打ち)を経ることにより、その曲げ荒地から、前記図2に示すアーム部形状を有するクランク軸の形状が造形されたバリ付きの仕上げ鍛造材を成形する。荒打ちと仕上げ打ちのいずれの型鍛造も、上下に一対の金型を用いたプレス鍛造により行う。
 ここで、仕上げ鍛造材に造形されたクランク軸の形状は、上記の通り、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成され、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に板状の余肉部Aaa、Abaが形成されたものである。その凹みはアーム部Aの両側部Aa、Abの領域まで滑らかに広がり、余肉部Aaa、Abaは両側部Aa、Abの厚みと同程度であるか、又はそれよりも薄い。型鍛造に用いる金型には、それらの形状を反映した型彫刻部が彫り込まれており、アーム部表面の凹みに対応する部位、及びアーム部外周の余肉部Aaa、Abaに対応する部位のいずれでも型抜き勾配は逆勾配にならない。このため、型鍛造は支障なく行える。
 続いて、バリ抜き工程を経ることにより、バリ付きの仕上げ鍛造材から、バリを打ち抜き除去し、鍛造クランク軸を得る。バリ抜き工程を経て得られたクランク軸は、前記図2に示すアーム部形状を有し、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に余肉部Aaa、Abaが形成されている。
 そして、整形工程に移行する。
 図4及び図5は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であり、いずれの図でも(a)は整形前の状態を、(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。これらの図のうち、図4は、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図を示し、図5は、アーム部の側面図を示す。なお、図5の側面図中、網掛け部は、本実施形態で使用する専用の金型(第1金型、第2金型)のアーム部中心線上の断面を示している。図6は、本発明の第1実施形態の製造方法による整形工程で用いられるU字状の第1金型を示す図であり、図6(a)は外観を示す平面図を、図6(b)は先端面側から見たときの平面図を、図6(c)は図6(a)のC-C断面図を、図6(d)は図6(a)のD-D断面図をそれぞれ示す。
 整形工程では、従来の一般的な整形工程と同様に、上下に一対の金型が用いられる。図4及び図5では、その整形用金型は図示を省略している。本実施形態の整形用金型には、前記図3に示すクランク軸の最終製品形状のうち、アーム部A以外の部分(例:ジャーナル部J、ピン部P)の形状を反映した型彫刻部が彫り込まれている。この整形用金型は、後述する第1金型を収容するため、アーム部Aに対応する部位がピン部Pの偏心方向に大きく開放されている。更に、整形用金型は、後述する第2金型を収容するため、アーム部Aのジャーナル部J側の表面の凹みに対応する部位が開放されている。
 特に、本実施形態の整形工程では、整形用金型に加え、図4~図6に示すように、第1金型10と第2金型20が用いられる。第1金型10及び第2金型20は、いずれも個々に整形用金型から独立し、整形用金型の開放された部分に収容されている。
 第1金型10は、クランク軸のアーム部Aのアーム部中心線を挟んで対称形状のU字状である。この第1金型10は、クランク軸のアーム部Aのアーム部中心線(ピン部Pの偏心方向)に沿って、進退移動が可能である。第1金型10の進退移動は、第1金型10に連結された油圧シリンダ等によって実行される。第1金型10の基部11の内面11a、11b、11cには、前記図3に示すクランク軸のアーム部Aの外周形状、すなわちアーム部Aの両側部Aa、Abからピン部Pの偏心方向の頂部(以下、「ピントップ部」ともいう)Acまでの範囲の外周形状が彫り込まれている。第1金型10の基部11から突出する両端部12A、12Bの内面12Aa、12Baは、基部11の内面11a、11bに滑らかに接続されており、ジャーナル部J側が先端側ほど口広がりとなるように捩られた面となっている。
 一方、第2金型20には、アーム部表面の凹みに対応する形状の型彫刻部が彫り込まれている。第2金型20は、アーム部表面の凹みに対して接触したり離間したりするように進退移動が可能である。第2金型20の進退移動は、第2金型20に連結された油圧シリンダ等によって実行される。
 このような整形用金型、第1金型10及び第2金型20を用いた本実施形態の整形工程は、以下のように行われる。先ず、下側の整形用金型の型彫刻部に、バリ抜き後のクランク軸を収納する。このとき、第1金型10及び第2金型20は、いずれもクランク軸から離間した退避状態にあり、図4(a)に示すように、アーム部Aは、アーム部外周の余肉部Aaa、Abaを含め、金型によって全く拘束されていない。
 この状態から、上側の整形用金型を下側の整形用金型に向けて移動させる。これにより、クランク軸の軸部(例:ジャーナル部J、ピン部P、フロント部Fr、フランジ部Fl)、更にはウエイト部Wが僅かにプレス圧下され、最終製品の寸法形状に矯正される。
 整形用金型によるプレス圧下の後、第2金型20を進出させ、図5(a)に示すように、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に第2金型20を押し付ける。このとき、第2金型20は、アーム部Aのジャーナル部J側の表面のうちで、両側部Aa、Abの領域を少なくとも除く凹み領域Asの表面に押し付けられている。
 次に、第1金型10を進出させ、クランク軸のピン部Pの偏心方向からアーム部Aに第1金型10を挿入する。第1金型10の挿入に伴い、先ず、第1金型10の両端部12A、12Bの内面12Aa、12Baが、それぞれアーム部Aの両側部Aa、Abの外周の余肉部Aaa、Abaに接触する。各余肉部Aaa、Abaは、各々に接触する第1金型10の両端部12A、12Bの内面12Aa、12Baによって、ジャーナル部J側の表面に向けて徐々に折り曲げられる。そして、図4(b)及び図5(b)に示すように、各余肉部Aaa、Abaは、引き続き接触する第1金型10の基部11の内面11a、11bによって、最終的に、ジャーナル部J側の表面に向けて折り曲げられる。
 これにより、アーム部Aの両側部Aa、Abは、個々の余肉部Aaa、Abaの体積分だけジャーナル部J側の表面に向けて張り出す。このようにして、前記図3に示すように、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みが厚くされ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成されたクランク軸が得られる。
 また、第1金型10の挿入の際、アーム部Aは、そのジャーナル部J側の表面の凹み領域Asに第2金型20が押し当てられて拘束されているので、その凹み領域Asの形状が安定する。更に、アーム部Aの両側部Aa、Abは、第1金型10の挿入によりジャーナル部J側に向けて張り出すが、その張り出し形状は第2金型20により精密に成形される。
 第1金型10の挿入を完了した後、第1金型10及び第2金型20を後退させてアーム部Aから待避させ、その後に、上側の整形用金型を上昇させてクランク軸を取り出す。
 このように本実施形態の製造方法によれば、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みを厚く維持しつつ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みを形成することが可能となり、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸を製造することができる。この製造方法では、アーム部Aの両側部Aa、Abの外周に局部的に突出する余肉部Aaa、Abaを形成し、この局部的に突出する余肉部Aaa、Abaを、ピン部の偏心方向からのU字状の第1金型の挿入によって折り曲げるだけで十分である。したがって、本実施形態のクランク軸の製造は、多大な力を要することなく簡便に行える。
 特に、本実施形態では、アーム部Aの表面に第2金型20を押し付けているが、この第2金型20をそれ以上に押し込むわけではないので、第2金型20を保持する力は小さくて済む。また、本実施形態では、アーム部Aの最終的な形状を造形するにあたり、余肉部Aaa、Abaを単に折り曲げるだけであるため、その変形の影響がジャーナル部等の他の部分に生じることは少ない。
 また、本実施形態では、アーム部外周の余肉部Aaa、Abaの折り曲げを整形工程で実施しているので、従来の製造工程を変更する必要はない。もっとも、アーム部外周の余肉部Aaa、Abaの折り曲げは、バリ抜き工程の後であれば、整形工程とは別工程で行っても構わない。
 [第2実施形態]
 第2実施形態は、上記の第1実施形態を基本とし、鍛造クランク軸のアーム部形状を変形したものである。
 1.クランク軸のアーム部の形状
 図7は、本発明の第2実施形態の製造方法による整形前のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図である。図8は、本発明の第2実施形態の製造方法による整形後のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す図である。図7及び図8のいずれも、クランク軸のアーム部(ウエイト部を含む)の1つを代表的に抽出して示しており、(a)はジャーナル部側から見たときの平面図を、(b)は側面図をそれぞれ示す。
 本実施形態の最終製品である鍛造クランク軸のアーム部形状、すなわち整形後のアーム部形状は、図8に示すように、上記の第1実施形態と同じく、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みが厚くされ、アーム部Aのジャーナル部J側表面の領域Asに凹みを持たせたものである。更に、本実施形態の整形後のアーム部形状は、アーム部Aの両側部Aa、Abに加え、その両側部Aa、Abからピントップ部Acまでの連続した範囲における厚みが厚くされたものである。
 要するに、整形後のアーム部形状は、アーム部Aの両側部Aa、Abからピントップ部Acまでの範囲の厚みが連続的に厚く維持されるとともに、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成されている。このような形状のアーム部を有する鍛造クランク軸は、アーム部A表面の凹みによって軽量化を図ることができ、これと同時に、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚み維持によって剛性の確保を図ることができる。
 ここで、ピン部Pとアーム部Aのつなぎ目であるピンフィレット部は、応力集中が生じ易い部分であるので、疲労強度の向上のために高周波誘導加熱による焼入れが施されることが多い。このとき、アーム部Aのピントップ部Acは、焼入れが施されるピンフィレット部に隣接するので、ある程度の厚みが確保されていないと、焼割れが生じる場合がある。そのような場合に対して、本実施形態のアーム部Aのピントップ部Acは、厚みが厚いため、焼割れに対する抵抗性が優れる。
 これに対し、本実施形態の整形前のアーム部形状は、図7に示すように、アーム部Aのジャーナル部J側の表面のうち、両側部Aa、Ab及びピントップ部Acの内側の領域Asに、整形後の最終製品形状と合致する凹みを持たせたものである。その凹みはアーム部Aの両側部Aa、Ab及びピントップ部Acの領域まで滑らかに広がっている。これにより、そのアーム部形状は、両側部Aa、Ab及びピントップ部Acの厚みが整形後の最終製品の厚みよりも薄くされたものである。更に、アーム部Aの両側部Aa、Abからピントップ部Acまでの範囲には、その範囲の外周に当該外周から突出する余肉部Aaa、Aba、Acaが形成されている。この余肉部Aaa、Aba、Acaは、アーム部Aの両側部Aa、Abからピントップ部Acまでの範囲の外周に沿った板状であり、個々にアーム部Aの両側部Aa、Abの厚み、及びピントップ部Acの厚みと同程度であるか、又はそれよりも薄い。
 このような整形前のアーム部形状は、上記の第1実施形態と同じく、型鍛造工程の仕上げ打ちによって最終的に造形され、バリ抜きでその形状が維持されたものである。
 2.鍛造クランク軸の製造方法
 本実施形態の製造方法は、上記の第1実施形態と同様である。すなわち、型鍛造工程及びバリ抜き工程を経ることにより、前記図7に示すアーム部形状を有するクランク軸が得られる。このクランク軸を用いて整形工程を経ることにより、前記図8に示すアーム部形状を有する最終製品のクランク軸が得られる。
 図9及び図10は、本発明の第2実施形態の製造方法による整形工程の状況を説明するための模式図であり、いずれの図でも(a)は整形前の状態を、(b)は整形後の状態をそれぞれ示す。これらの図のうち、図9は、アーム部をジャーナル部側から見たときの平面図を示し、図10は、アーム部の側面図を示す。
 整形工程では、上記の第1実施形態で用いた整形用金型、第1金型10及び第2金型20が用いられる。上記の第1実施形態と同様に、整形用金型によるプレス圧下の後、第2金型20を進出させ、図10(a)に示すように、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に第2金型20を押し付ける。
 次に、上記の第1実施形態と同様に、図9(a)に示す状態から、第1金型10を進出させ、クランク軸のピン部Pの偏心方向からアーム部Aに第1金型10を挿入する。第1金型10の挿入に伴い、先ず、アーム部Aの両側部Aa、Abの余肉部Aaa、Abaが、各々に接触する第1金型10の両端部12A、12Bの内面12Aa、12Baによって、ジャーナル部J側の表面に向けて徐々に折り曲げられる。そして、図9(b)及び図10(b)に示すように、アーム部Aの両側部Aa、Abの各余肉部Aaa、Abaは、引き続き接触する第1金型10の基部11の内面11a、11bによって、最終的に、ジャーナル部J側の表面に向けて折り曲げられる。これと同時に、アーム部Aのピントップ部Acの余肉部Acaは、ここに接触する第1金型10の基部11の内面11cによって、最終的に、ジャーナル部J側の表面に向けて折り曲げられる。
 これにより、アーム部Aの両側部Aa、Ab及びピントップ部Acの余肉部Acaは、個々の余肉部Aaa、Aba、Acaの体積分だけジャーナル部J側の表面に向けて張り出す。このようにして、前記図8に示すように、アーム部Aの両側部Aa、Abからピントップ部Acまでの連続した範囲における厚みが厚くされ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みが形成されたクランク軸が得られる。
 このように本実施形態の製造方法によれば、アーム部Aの両側部Aa、Abからピントップ部Acまでの範囲の厚みを連続的に厚く維持しつつ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みを形成することが可能となる。このため、軽量化と剛性確保を同時に図り、更に焼割れに対する抵抗性が優れた鍛造クランク軸を製造することができる。この製造方法は、アーム部Aの両側部Aa、Ab及びピントップ部Acの外周に局部的に突出する余肉部Aaa、Aba、Acaを形成し、この局部的に突出する余肉部Aaa、Aba、Acaを、ピン部の偏心方向からのU字状の第1金型の挿入によって折り曲げるだけで十分である。したがって、本実施形態のクランク軸の製造は、多大な力を要することなく簡便に行える。
 勿論、本実施形態の製造方法は、上記の第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各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、第2金型20は必ずしも必要ではない。アーム部Aの精密な寸法精度が要求されなければ、第2金型20が無くても、第1金型10によってアーム部外周の余肉部Aaa、Abaを折り曲げることにより、アーム部Aの両側部Aa、Abの厚みを厚く維持しつつ、アーム部Aのジャーナル部J側の表面に凹みを形成することができるからである。
 本実施形態の製造方法は、4気筒エンジンに搭載されるクランク軸のみならず、3気筒エンジン、直列6気筒エンジン、V型6気筒エンジン等に搭載されるクランク軸(以下、「3気筒等のクランク軸」という)の製造にも適用できる。3気筒等のクランク軸の場合、回転軸(ジャーナル部)回りのピン部の配置角度が120°又は60°の等間隔にシフトしている。このため、3気筒等のクランク軸の製造工程では、カウンターウエイト部の形状によっては、バリ抜き工程の後、整形工程の前に、捩り工程が追加される。3気筒等のクランク軸の製造に本実施形態の製造方法を適用する場合であっても、上記した余肉部折り曲げ工程における第1金型の挿入は、ピン部の偏心方向から行えばよい。
 本発明は、あらゆるレシプロエンジンに搭載される鍛造クランク軸の製造に有効に利用できる。
  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、  
  W、W1~W8:カウンターウエイト部、
  Aa、Ab:アーム部の側部、  Ac:アーム部のピントップ部、
  As:アーム部のジャーナル部側表面における両側部の内側領域、
  Aaa、Aba、Aca:余肉部、
  10:第1金型、
  11:第1金型の基部、
  11a、11b、11c:第1金型の基部の内面、
  12A、12B:第1金型の端部、
  12Aa、12Ba:第1金型の端部の内面、
  20:第2金型
 

Claims (5)

  1.  回転中心となるジャーナル部と、このジャーナル部に対して偏心したピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐクランクアーム部と、を有する鍛造クランク軸の製造方法であって、
     当該製造方法は、
     前記クランクアーム部の前記ピン部近傍の両側部それぞれの外周に当該外周から突出する余肉部を有するクランク軸の形状が造形されたバリ付きの仕上げ鍛造材を成形する型鍛造工程と、
     前記型鍛造工程で成形した前記仕上げ鍛造材からバリを除去するバリ抜き工程と、
     前記バリ抜き工程でバリを除去してなるクランク軸に対し、前記ピン部の偏心方向からU字状の第1金型の挿入により、前記クランクアーム部の前記余肉部を、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面に向けて折り曲げる余肉部折り曲げ工程と、を含む、鍛造クランク軸の製造方法。
  2.  請求項1に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
     前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうちで前記両側部の領域を少なくとも除く表面を、第2金型の押し当てにより保持する、鍛造クランク軸の製造方法。
  3.  請求項1又は2に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
     前記型鍛造工程で成形する前記仕上げ鍛造材の前記余肉部は、前記クランクアーム部の前記両側部から前記ピン部の偏心方向の頂部までの範囲の外周から突出する、鍛造クランク軸の製造方法。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
     前記余肉部折り曲げ工程は、金型を用いたプレス圧下によりクランク軸の形状を矯正する整形工程で実施する、鍛造クランク軸の製造方法。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
     前記余肉部折り曲げ工程では、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部側の表面のうち、前記クランクアーム部の両側部の内側に凹みが形成される、鍛造クランク軸の製造方法。
     
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