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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6469856
(24)【登録日】2019年1月25日
(45)【発行日】2019年2月13日
(54)【発明の名称】鍛造クランク軸の製造装置および製造方法
(51)【国際特許分類】
B21K 1/08 20060101AFI20190204BHJP
B21D 3/16 20060101ALI20190204BHJP
B21J 5/02 20060101ALI20190204BHJP
F16C 3/08 20060101ALI20190204BHJP
【ＦＩ】
B21K1/08
B21D3/16
B21J5/02 A
F16C3/08
【請求項の数】9
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2017-519394(P2017-519394)
(86)(22)【出願日】2016年5月19日
(86)【国際出願番号】JP2016064878
(87)【国際公開番号】WO2016186165
(87)【国際公開日】20161124
【審査請求日】2017年10月19日
(31)【優先権主張番号】特願2015-101929(P2015-101929)
(32)【優先日】2015年5月19日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000182993
【氏名又は名称】日鉄住金レールウェイテクノス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001553
【氏名又は名称】アセンド特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】山下 智久
(72)【発明者】
【氏名】薮野 訓宏
(72)【発明者】
【氏名】吉野 健
(72)【発明者】
【氏名】高本 奨
(72)【発明者】
【氏名】黒川 宣幸
(72)【発明者】
【氏名】田村 憲司
(72)【発明者】
【氏名】大久保 潤一
(72)【発明者】
【氏名】中山 潔
(72)【発明者】
【氏名】堀内 徹
【審査官】
石田 宏之
(56)【参考文献】
【文献】
特開昭６３−１８０３３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開平０３−１２６２５３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】
特開平０１−２４１３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１８６８１５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２１Ｋ １／０８
Ｂ２１Ｄ ３／１６
Ｂ２１Ｊ ５／０２
Ｆ１６Ｃ ３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を有する鍛造クランク軸の製造過程で、バリが除去された鍛造材に加工を施す製造装置であって、
前記鍛造材は、前記鍛造クランク軸の前記複数のジャーナル部、前記複数のピン部および前記複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備え、
前記複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が、前記粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有し、
前記製造装置は、前記余肉部に対し折り曲げ加工または押し潰し加工を施す対をなす第１金型および第２金型と、
前記粗ピン部の偏心方向が前記第１金型と前記第２金型とによる圧下方向に対し垂直になるように、前記粗ピン部の偏心方向の両側から、前記鍛造材の前記複数の粗ジャーナル部のうちの一部の前記粗ジャーナル部または前記複数の粗ピン部のうちの一部の前記粗ピン部を少なくとも保持する保持装置と、
前記保持装置を前記圧下方向に沿って移動可能に支持する移動装置と、を備える、鍛造クランク軸の製造装置。
前記鍛造材は、前記鍛造クランク軸の前記複数のジャーナル部、前記複数のピン部および前記複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備え、
前記複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が、前記粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有し、
前記製造装置は、前記余肉部に対し折り曲げ加工または押し潰し加工を施す対をなす第１金型および第２金型と、
前記粗ピン部の偏心方向が前記第１金型と前記第２金型とによる圧下方向に対し垂直になるように、前記粗ピン部の偏心方向の両側から、前記鍛造材の前記複数の粗ジャーナル部のうちの一部の前記粗ジャーナル部または前記複数の粗ピン部のうちの一部の前記粗ピン部を少なくとも保持する保持装置と、
前記保持装置を前記圧下方向に沿って移動可能に支持する移動装置と、を備える、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項2】
請求項１に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記移動装置は、前記第１金型および前記第２金型のいずれとも前記鍛造材が当接する状態で、前記鍛造材を前記第１金型と前記第２金型との間の中央に位置するように前記保持装置を移動させる、鍛造クランク軸の製造装置。
前記移動装置は、前記第１金型および前記第２金型のいずれとも前記鍛造材が当接する状態で、前記鍛造材を前記第１金型と前記第２金型との間の中央に位置するように前記保持装置を移動させる、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記保持装置は、
前記粗ジャーナル部または前記粗ピン部を両側から挟んで支持する一対の第３金型と、
前記第３金型を離間または近接可能に保持するホルダーと、を備え、
前記移動装置は、前記圧下方向に沿って伸縮可能な第１弾性体を備え、前記第１弾性体は、前記第１金型と前記ホルダーとを接続する、鍛造クランク軸の製造装置。
前記保持装置は、
前記粗ジャーナル部または前記粗ピン部を両側から挟んで支持する一対の第３金型と、
前記第３金型を離間または近接可能に保持するホルダーと、を備え、
前記移動装置は、前記圧下方向に沿って伸縮可能な第１弾性体を備え、前記第１弾性体は、前記第１金型と前記ホルダーとを接続する、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項4】
請求項３に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記移動装置は、前記圧下方向に沿って伸縮可能な第２弾性体をさらに備え、前記第２弾性体は、前記第２金型と前記ホルダーとを接続および分離可能である、鍛造クランク軸の製造装置。
前記移動装置は、前記圧下方向に沿って伸縮可能な第２弾性体をさらに備え、前記第２弾性体は、前記第２金型と前記ホルダーとを接続および分離可能である、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項5】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記製造装置は、前記鍛造材に整形加工を施す、鍛造クランク軸の製造装置。
前記製造装置は、前記鍛造材に整形加工を施す、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項6】
回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐ複数の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、
前記鍛造クランク軸の前記複数のジャーナル部、前記複数のピン部および前記複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備え、前記複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が前記粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有するバリが除去された鍛造材を得る第１工程と、
前記バリが除去された鍛造材の前記余肉部に対し、折り曲げ加工または押し潰し加工を行う第２工程と、を含み、
前記第２工程では、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の製造装置を用い、前記余肉部を変形させて前記クランクアーム部の側部の厚みを増加させる、鍛造クランク軸の製造方法。
当該製造方法は、
前記鍛造クランク軸の前記複数のジャーナル部、前記複数のピン部および前記複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備え、前記複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が前記粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有するバリが除去された鍛造材を得る第１工程と、
前記バリが除去された鍛造材の前記余肉部に対し、折り曲げ加工または押し潰し加工を行う第２工程と、を含み、
前記第２工程では、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の製造装置を用い、前記余肉部を変形させて前記クランクアーム部の側部の厚みを増加させる、鍛造クランク軸の製造方法。
【請求項7】
請求項６に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
前記余肉部は、前記粗クランクアーム部の前記粗ピン部近傍の側部の外周から突出する第１余肉部を含み、
前記第２工程では、前記第１余肉部を変形させることにより、前記クランクアーム部の前記ピン部近傍の厚みを増加させる、鍛造クランク軸の製造方法。
前記余肉部は、前記粗クランクアーム部の前記粗ピン部近傍の側部の外周から突出する第１余肉部を含み、
前記第２工程では、前記第１余肉部を変形させることにより、前記クランクアーム部の前記ピン部近傍の厚みを増加させる、鍛造クランク軸の製造方法。
【請求項8】
請求項６または請求項７に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
前記余肉部は、前記粗クランクアーム部の前記粗ジャーナル部近傍の側部の外周から突出する第２余肉部を含み、
前記第２工程では、前記第２余肉部を変形させることにより、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部近傍の厚みを増加させる、鍛造クランク軸の製造方法。
前記余肉部は、前記粗クランクアーム部の前記粗ジャーナル部近傍の側部の外周から突出する第２余肉部を含み、
前記第２工程では、前記第２余肉部を変形させることにより、前記クランクアーム部の前記ジャーナル部近傍の厚みを増加させる、鍛造クランク軸の製造方法。
【請求項9】
請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
前記第２工程では、前記鍛造材に整形加工を施す、鍛造クランク軸の製造方法。
前記第２工程では、前記鍛造材に整形加工を施す、鍛造クランク軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱間鍛造によりクランク軸を製造する装置および方法に関する。【背景技術】
【0002】
自動車、自動二輪車、農業機械、船舶等のレシプロエンジンには、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、型鍛造または鋳造によって製造できる。高強度と高剛性がクランク軸に要求される場合、鍛造によって製造された鍛造クランク軸が多用される。【0003】
一般に、鍛造クランク軸の製造では、ビレットを原料とする。そのビレットの断面は丸形または角形であり、断面積が全長にわたって一定である。鍛造クランク軸の製造工程は、予備成形工程、型鍛造工程、バリ抜き工程を含む。また、最終製品の寸法形状にするための矯正が必要な場合には、バリ抜き工程の後に整形加工を行う整形工程が加わる。通常、予備成形工程は、ロール成形工程と曲げ打ち工程を含み、型鍛造工程は、荒打ち工程と仕上げ打ち工程を含む。【0004】
図１Ａ〜図１Ｆ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１Ｆに例示するクランク軸１は、４気筒エンジンに搭載され、４気筒−８枚カウンターウエイトのクランク軸である。そのクランク軸１は、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、および、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。アーム部Ａ１〜Ａ８はそれぞれ、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５とピン部Ｐ１〜Ｐ４をつなぐ。また、８枚の全てのアーム部Ａ１〜Ａ８は、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を一体で有する。【0005】
４つのピン部Ｐ１〜Ｐ４は、いずれも、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５に対して偏心している。ピン部Ｐ１〜Ｐ４の位相は、クランク軸１の長手方向の中央のジャーナル部Ｊ３を中心に面対称となるように適宜設定される。このため、中央のジャーナル部Ｊ３と繋がるアーム部Ａ４、Ａ５は、ジャーナル部Ｊ３を中心に面対称となる。すなわち、２つのアーム部Ａ４、Ａ５は、いずれも、同一のジャーナル部Ｊ３と繋がるとともに同位相のピン部Ｐ２、Ｐ３と繋がる。【0006】
以下では、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５、ピン部Ｐ１〜Ｐ４、アーム部Ａ１〜Ａ８およびウエイト部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およびこのピン部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。【0007】
図１Ａ〜図１Ｆ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、図１Ａに示すような所定の長さのビレット２を加熱炉（例えば誘導加熱炉またはガス雰囲気加熱炉）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、例えば孔型ロールを用いてビレット２を圧延して絞る。これにより、ビレット２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を得る（図１Ｂ参照）。次に、曲げ打ち工程では、ロール荒地３を長手方向に垂直な方向から部分的に圧下する。これにより、ロール荒地３の体積を配分し、更なる中間素材である曲げ荒地４を得る（図１Ｃ参照）。【0008】
続いて、荒打ち工程では、曲げ荒地４を上下に一対の金型を用いて圧下することにより、荒鍛造材５を得る（図１Ｄ参照）。荒鍛造材５はクランク軸（最終製品）のおおよその形状を有する。さらに、仕上げ打ち工程では、荒鍛造材５を上下に一対の金型を用いて圧下することにより仕上げ鍛造材６を得る（図１Ｅ参照）。仕上げ鍛造材６は最終製品のクランク軸とほぼ合致する形状を有する。これら荒打ちおよび仕上げ打ち工程では、余材が、互いに対向する金型の型割面の間から流出し、バリとなる。このため、荒鍛造材５および仕上げ鍛造材６では、バリ５ａ、６ａがクランク軸の形状の周囲に大きく付いている。【0009】
バリ抜き工程では、例えば、バリ６ａ付きの仕上げ鍛造材６を一対の金型によって保持した状態で、刃物型によってバリ６ａを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材６からバリ６ａを除去する。このようにして、バリが除去された鍛造材（以下、「バリ無し鍛造材」ともいう）が得られる。バリ無し鍛造材は、図１Ｆに示す鍛造クランク軸１とほぼ同じ形状である。バリ無し鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部Ｊ、複数のピン部Ｐ、複数のアーム部Ａおよびウエイト部Ｗのそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部Ｊ’、複数の粗ピン部Ｐ’、複数の粗クランクアーム部Ａ’および粗ウエイト部Ｗ’を備える。【0010】
整形工程では、バリ無し鍛造材の要所を上下から金型で僅かに圧下し、バリ無し鍛造材を最終製品の寸法形状に矯正する。ここで、バリ無し鍛造材の要所は、例えば、粗ジャーナル部Ｊ’、粗ピン部Ｐ’、粗アーム部Ａ’および粗ウエイト部Ｗ’である。さらには、バリ無し鍛造材の要所は、クランク軸のフロント部Ｆｒ、およびフランジ部Ｆｌに対応する粗フロント部、および粗フランジ部である。こうして、鍛造クランク軸１が製造される。【0011】
図１Ａ〜図１Ｆに示す製造工程は、図１Ｆに示す４気筒−８枚カウンターウエイトのクランク軸に限らず、様々なクランク軸に適用できる。例えば、図１Ａ〜図１Ｆに示す製造工程は、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸にも適用できる。【0012】
ここで、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸では、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を設ける。例えば先頭の第１アーム部Ａ１、最後尾の第８アーム部Ａ８、および中央の２枚のアーム部（第４アーム部Ａ４、第５アーム部Ａ５）にウエイト部Ｗが一体で設けられる。【0013】
図１Ａ〜図１Ｆに示す製造工程は、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の製造にも、適用できる。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。【0014】
ここで、図１Ａ〜図１Ｆに示す製造工程における整形工程の処理フロー例について、図面を参照しながら説明する。【0015】
図２Ａ〜図２Ｄは、従来の整形工程の処理フロー例を示す模式図である。図２Ａはバリ無し鍛造材を搬入した状態、図２Ｂはバリ無し鍛造材を圧下した状態、図２Ｃは上型を上昇させた状態、図２Ｄはバリ無し鍛造材の搬出時の状態をそれぞれ示す。図２Ａ〜図２Ｄには、整形加工を施すための製造装置１０と、被加工材であるバリ無し鍛造材７０とを示す。【0016】
図２Ａ〜図２Ｄに示す製造装置１０は、上下に一対の第１金型２０および第２金型３０と、搬入用ロボットアーム１３（図２Ａ参照）と、搬出用ロボットアーム１４（図２Ｄ参照）と、ノックアウト部材１５とを備える。第１金型２０および第２金型３０は、バリ無し鍛造材７０に対して整形加工を施す。ノックアウト部材１５は、整形加工済みの鍛造材を離型させる。【0017】
このような製造装置１０を用いる整形加工では、第１金型２０と第２金型３０とを離間した状態で、下型の第１金型２０上に搬入用ロボットアーム１３によってバリ無し鍛造材７０を搬入する（図２Ａ参照）。【0018】
この状態で、第１金型２０と第２金型３０を近接させてバリ無し鍛造材７０を圧下する。これにより、バリ無し鍛造材７０に整形加工を施す（図２Ｂ参照）。その後、第１金型２０と第２金型３０とを離間させる（図２Ｃ参照）。【0019】
続いて、昇降装置（図示なし）によってノックアウト部材１５を上昇させ、バリ無し鍛造材７０を離型させる。加工済みの鍛造材７１を搬出用ロボットアーム１４によって取り出し、次工程に搬送する。【0020】
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、レシプロエンジンに搭載されるクランク軸にも、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。【0021】
特許文献１および２には、ジャーナル部側の表面に穴部が成形されたアーム部が記載されている。穴部が成形された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。アーム部の穴部は、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）上に成形され、ピン部に向けて深く窪む。これにより、穴部の体積分、アーム部が軽量化される。アーム部の軽量化は、アーム部と対をなすウエイト部の質量軽減につながり、ひいては鍛造クランク軸全体の軽量化につながる。また、穴部が成形されたアーム部は、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されていることから、剛性（ねじり剛性および曲げ剛性）も確保される。【0022】
このように、アーム部の両側部の厚みを厚くし、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。【0023】
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、従来の製造方法によって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成形しようとすれば、凹み部位の金型の型抜き勾配が逆勾配になるからである。この場合、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。【0024】
そのような事態に対処するため、特許文献１および２に記載された製造方法では、型鍛造工程において、アーム部表面に凹みを成形することなくアーム部を小さく成形する。また、バリ抜き工程の後に、粗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成形する。【先行技術文献】
【特許文献】
【0025】
【特許文献1】特開２０１２−７７２６号公報
【特許文献2】特開２０１０−２３００２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0026】
特許文献１および２に記載された製造方法によれば、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを成形することによって、アーム部の両側部の厚みを厚くすることが可能となる。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製造できる。【0027】
しかし、特許文献１および２の製造方法では、アーム部表面に凹みを成形するために、粗アーム部表面にパンチを強く押し込んで粗アーム部全体を変形させる。そのため、パンチの押し込みに多大な力を要する。したがって、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。【0028】
そこで、本発明者らは、余肉部を折り曲げることにより、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを成形することを提案した（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１４／００５８３５）。具体的には、型鍛造工程で、粗クランクアーム部の粗ピン部近傍の両側部それぞれの外周から突出する余肉部を有する仕上げ鍛造材を成形する。その余肉部を整形工程で粗クランクアーム部の粗ジャーナル部側の表面に向けて折り曲げる。この場合、凹みを成形するために、多大な力を付与する必要が無く、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。【0029】
また、本発明者らは、折り曲げに代えて、余肉部を押し潰すことにより、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを成形することを提案した（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１４／００５８５０）。【0030】
しかしながら、図２Ａ〜図２Ｄに示す従来の処理フローによって整形加工とともに余肉部の折り曲げ加工または押し潰し加工を行うと、下型（図２Ａでは第１金型２０）上にバリ無し鍛造材７０を配置する際にバリ無し鍛造材７０の姿勢が安定しない。バリ無し鍛造材７０に突出する余肉部が設けられているためである。このため、バリ無し鍛造材７０の粗ピン部の偏心方向（粗ジャーナル部に対して粗ピン部が偏心する方向）が、第１金型２０と第２金型３０とによる圧下方向と垂直にならない場合がある。この場合、第１金型２０と第２金型３０とでバリ無し鍛造材７０を圧下すると、所望の整形加工をバリ無し鍛造材７０に施すことができない可能性がある。その結果、整形加工後の鍛造材がねじれるといった不具合が発生することがある。【0031】
本発明の目的は、バリ無し鍛造材の余肉部を変形させる加工を安定して行うことができる鍛造クランク軸の製造装置および製造方法を提供することにある。【課題を解決するための手段】
【0032】
本発明の一実施形態による鍛造クランク軸の製造装置は、鍛造クランク軸の製造過程で、バリが除去された鍛造材に加工を施す。鍛造クランク軸は、回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を有する。鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部、複数のピン部および複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備える。鍛造材の複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が、粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有する。製造装置は、対をなす第１金型および第２金型と、保持装置と、移動装置と、を備える。第１金型および第２金型は、余肉部に対し折り曲げ加工または押し潰し加工を施す。保持装置は、粗ピン部の偏心方向が第１金型と第２金型とによる圧下方向に対し垂直になるように鍛造材の複数の粗ジャーナル部のうちの一部の粗ジャーナル部または複数の粗ピン部のうちの一部の粗ピン部を少なくとも保持する。移動装置は、保持装置を圧下方向に沿って移動可能に支持する。【0033】
本発明の一実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数の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。製造方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程では、バリが除去された鍛造材を得る。鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部、複数のピン部および複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備える。鍛造材の複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有する。第２工程では、バリが除去された鍛造材の余肉部に対し、折り曲げ加工または押し潰し加工を行う。第２工程では、上記の製造装置を用いる。第２工程では、余肉部を変形させてクランクアーム部の側部の厚みを増加させる。【発明の効果】
【0034】
本発明の鍛造クランク軸の製造装置は、保持装置を備える。そのため、本発明の製造装置は余肉部を有するバリ無し鍛造材を所定の姿勢で保持することができる。また、本発明の製造装置は移動装置を備える。そのため、所定の姿勢で保持された状態のバリ無し鍛造材を第１金型および第２金型で圧下できる。これらから、本発明の鍛造クランク軸の製造装置および製造方法は、余肉部の折り曲げ加工または押し潰し加工をバリ無し鍛造材に安定して施すことができる。【図面の簡単な説明】
【0035】
【発明を実施するための形態】
【0036】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置は、鍛造クランク軸の製造過程で、バリが除去された鍛造材に加工を施す。鍛造クランク軸は、回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を有する。鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部、複数のピン部および複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備える。鍛造材の複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が、粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有する。製造装置は、対をなす第１金型および第２金型と、保持装置と、移動装置と、を備える。第１金型および第２金型は、余肉部に対し折り曲げ加工または押し潰し加工を施す。保持装置は、粗ピン部の偏心方向が第１金型と第２金型とによる圧下方向に対し垂直になるように鍛造材の複数の粗ジャーナル部のうちの一部の粗ジャーナル部または複数の粗ピン部のうちの一部の粗ピン部を少なくとも保持する。移動装置は、保持装置を圧下方向に沿って移動可能に支持する。【0037】
移動装置は、第１金型および第２金型のいずれとも鍛造材が当接する状態で、鍛造材を第１金型と第２金型との間の中央に位置するように保持装置を移動させるのが好ましい。【0038】
上記の製造装置において、保持装置は、一対の第３金型と、ホルダーと、を備えるのが好ましい。この場合、第３金型は、粗ジャーナル部または粗ピン部を両側から挟んで支持する。ホルダーは、第３金型を離間または近接可能に保持する。移動装置は、圧下方向に沿って伸縮可能な第１弾性体を備える。第１弾性体は、第１金型とホルダーとを接続する。【0039】
上記の製造装置において、移動装置は、圧下方向に沿って伸縮可能な第２弾性体をさらに備えるのが好ましい。この場合、第２弾性体は、第２金型とホルダーとを接続および分離可能である。さらに、上記の製造装置は、鍛造材に整形加工を施すのが好ましい。【0040】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数の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。製造方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程では、バリが除去された鍛造材を得る。鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部、複数のピン部および複数のクランクアーム部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部および複数の粗クランクアーム部を備える。鍛造材の複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部が粗クランクアーム部の側部の外周から突出する余肉部を有する。第２工程では、バリが除去された鍛造材の余肉部に対し、折り曲げ加工または押し潰し加工を行う。第２工程では、上記の製造装置を用いる。第２工程では、余肉部を変形させてクランクアーム部の側部の厚みを増加させる。【0041】
上記の製造方法において、余肉部は、粗クランクアーム部の粗ピン部近傍の側部の外周から突出する第１余肉部を含んでもよい。この場合、第２工程では、第１余肉部を変形させることにより、クランクアーム部のピン部近傍の厚みを増加させる。【0042】
上記の製造方法において、余肉部は、粗クランクアーム部の粗ジャーナル部近傍の側部の外周から突出する第２余肉部を含んでもよい。この場合、第２工程では、第２余肉部を変形させることにより、クランクアーム部のジャーナル部近傍の厚みを増加させる。【0043】
上記の製造方法において、第２工程では、鍛造材に整形加工を施すのが好ましい。【0044】
以下に、本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置および製造方法を整形工程で適用した場合について、図面を参照しながら説明する。【0045】
１．クランク軸の形状本実施形態の鍛造クランク軸は、回転中心となるジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心したピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐクランクアーム部と、を有する。鍛造クランク軸はジャーナル部、ピン部およびアーム部それぞれを複数有する。このような鍛造クランク軸として、図３Ａ〜図３Ｄに示す第１構成例の鍛造クランク軸を採用できる。また、図５Ａおよび図５Ｂに示す第２構成例の鍛造クランク軸、および、図７Ａ〜図７Ｄに示す第３構成例の鍛造クランク軸を採用することもできる。
【0046】
図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の第１構成例における整形加工後のクランク軸のアーム部形状を示す模式図である。図３Ａは斜視図、図３Ｂはジャーナル部側から見たときの正面図、図３Ｃは側面図、図３Ｄは図３Ｂ中のIIIＤ−IIIＤ線での断面図である。図３Ａ〜図３Ｄでは、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、残りのクランク軸のアーム部を省略する。また、図３Ｃは、図３Ｂ中の破線矢印で示す方向から見た図である。【0047】
第１構成例のアーム部Ａにおいて、図３Ａ〜図３Ｄに示すように、ジャーナル部Ｊ側の表面のうち、ピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂの内側の領域Ａｓは、凹みを有する。一方、ピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂは、ジャーナル部Ｊ側に張り出している。両側部Ａａ、Ａｂの厚みは、その内側領域であるＡｓの凹みの厚みと比べ、厚い。【0048】
このような第１構成例のアーム部Ａは、ピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂの厚みが厚くされるとともに、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みが成形されている。このため、本実施形態による鍛造クランク軸は、アーム部Ａの凹みによって軽量化を図ることができる。加えて、アーム部Ａの両側部Ａａ、Ａｂの厚みを厚くすることによって剛性の確保を図ることができる。【0049】
第１構成例では、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂの厚みが厚い場合を示す。しかしながら、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよい。この場合であっても、アーム部Ａの側部の厚みが厚くされるためアーム部の剛性は確保される。【0050】
図３Ａ〜図３Ｄに示す第１構成例では、アーム部がウエイト部を有する場合を説明した。第１構成例のアーム部は、複数のアーム部のうちの全てのアーム部に採用されてもよい。第１構成例のアーム部は、複数のアーム部のうちの一部のアーム部に採用されてもよい。第１構成例が採用されるアーム部以外のアーム部の構成は、特に限定されない。例えば、第１構成例が採用されるアーム部以外のアーム部は、ウエイト部を有していてもよいし、ウエイト部を有していなくてもよい。第１構成例が採用されるアーム部以外のアーム部には、後述する第２構成例及び第３構成例のうちの少なくとも一方が採用されてもよい。【0051】
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の第１構成例における整形加工前のバリ無し鍛造材の粗アーム部形状を示す模式図である。図４Ａは斜視図、図４Ｂは粗ジャーナル部側から見たときの正面図、図４Ｃは側面図、図４Ｄは図４Ｂ中のIVＤ−IVＤ線での断面図である。図４Ａ〜図４Ｄでは、バリ無し鍛造材の粗アーム部（粗ウエイト部を含む）の１つを代表的に抽出して示しており、残りの粗アーム部を省略する。また、図４Ｃは、図４Ｂ中の破線矢印で示す方向から見た図である。【0052】
整形加工前の粗アーム部Ａ’において、図４Ａ〜図４Ｄに示すように、粗ジャーナル部Ｊ’側の表面のうち、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の内側領域Ａｓは、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を持つ。その表面形状は粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の領域まで滑らかに広がっている。粗アーム部Ａ’の両側部Ａａ’、Ａｂ’の厚みは整形加工後の最終製品の厚みよりも薄い。【0053】
さらに、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’には、それぞれの外周から突出する余肉部Ａａａ、Ａｂａが形成される。以下では、粗アーム部Ａ’の粗ピン部Ｐ’近傍の側部に形成される余肉部を第１余肉部という。この第１余肉部Ａａａ、Ａｂａは、板状であり、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の外周に沿って設けられる。第１余肉部Ａａａ、Ａｂａの厚みは、その根元の両側部Ａａ’、Ａｂ’の厚みと比べ、同程度であるか又は薄い。【0054】
第１構成例のバリ無し鍛造材では、全ての粗アーム部Ａ’が第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有してもよいし、一部の粗アーム部Ａ’が第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有してもよい。第１構成例では、粗アーム部Ａ’が２つの第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有する場合を示す。しかしながら、粗アーム部Ａ’は１つの第１余肉部のみを有してもよい。この場合、製造されたクランク軸のアーム部の一方の側部の厚みが厚くなる。【0055】
図４Ａ〜図４Ｄに示す第１構成例では、粗アーム部が粗ウエイト部を有する場合を説明した。第１構成例の粗アーム部は、複数の粗アーム部のうちの全ての粗アーム部に採用されてもよい。第１構成例の粗アーム部は、複数の粗アーム部のうちの一部の粗アーム部に採用されてもよい。第１構成例が採用される粗アーム部以外の粗アーム部の構成は、特に限定されない。例えば、第１構成例が採用される粗アーム部以外の粗アーム部は、粗ウエイト部を有していてもよいし、粗ウエイト部を有していなくてもよい。第１構成例が採用される粗アーム部以外の粗アーム部には、側部の厚みが厚くない粗アーム部が採用されてもよい。さらに、第１構成例が採用される粗アーム部以外の粗アーム部には、後述する第２構成例及び第３構成例のうちの少なくとも一方が採用されてもよい。すなわち、クランク軸の構成に対応してバリ無し鍛造材の形状は決まる。【0056】
第１構成例では、余肉部が粗アーム部Ａ’の粗ピン部Ｐ’近傍の側部の外周に設けられる場合を示す。しかしながら、余肉部は粗アーム部Ａ’の粗ジャーナル部Ｊ’近傍の側部の外周に設けられてもよい。この場合、製造されたクランク軸のアーム部のジャーナル部近傍の側部の厚みが厚くなる。以下では、粗アーム部Ａ’の粗ジャーナル部Ｊ’近傍の側部に形成される余肉部を第２余肉部という。【0057】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の第２構成例における整形加工後のクランク軸のアーム部形状を示す模式図である。図５Ａはピン部側から見たときの正面図、図５Ｂは図５Ａ中のVＢ−VＢ線での断面図である。第２構成例のクランク軸は、複数のアーム部を有し、そのうちの一部のアーム部にウエイト部が設けられない。図５Ａおよび図５Ｂには、ウエイト部が設けられていないアーム部の１つを代表的に抽出して示しており、残りのクランク軸のアーム部を省略する。【0058】
第２構成例のアーム部Ａは、図示を省略するが、上記の第１構成例と同じく、ピン部Ｐ近傍の両側部の厚みが厚くされるとともに、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みが成形されている。加えて、第２構成例のアーム部Ａは、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ピン部Ｐ側の表面のうち、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの内側の領域Ａｔに、もう一つの凹みを有する。一方、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄは、ピン部Ｐ側に張り出している。それらの両側部Ａｃ、Ａｄの厚みは、その内側領域であるＡｔの凹みの厚みと比べて、厚い。【0059】
このような第２構成例のアーム部Ａは、ピン部Ｐ近傍の両側部の厚みが厚くされるとともに、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みが成形されている。さらに、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚くされるとともに、ピン部Ｐ側の表面にもう一つの凹みが成形されている。このため、第２構成例による鍛造クランク軸は、アーム部Ａのジャーナル部Ｊ側およびピン部Ｐ側の２つの凹みによって軽量化をさらに図ることができる。加えて、ピン部Ｐ近傍の両側部およびジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚くされることによって剛性の確保を図ることができる。【0060】
第２構成例では、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の両側部およびジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚い場合を示す。しかしながら、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよいし、アーム部Ａのジャーナル部Ｊ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよい。また、ウエイト部が設けられていない複数のアーム部Ａのうちの一部のアーム部Ａのピン部Ｐ近傍またはジャーナル部Ｊ近傍の側部の厚みが厚くてもよい。【0061】
ウエイト部が設けられない複数のアーム部のうちの全てのアーム部に、第２構成例が採用されてもよい。ウエイト部が設けられない複数のアーム部のうちの一部のアーム部に、第２構成例が採用されてもよい。また、ウエイト部が設けられないアーム部は、上述の第２構成例に限定されない。例えば、ウエイト部が設けられるアーム部に、第１構成例、第３構成例等の構成が採用される場合、ウエイト部が設けられない全てのアーム部の側部の厚みは厚くなくてもよい。【0062】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の第２構成例における整形加工前のバリ無し鍛造材の粗アーム部形状を示す模式図である。図６Ａは粗ピン部側から見たときの正面図、図６Ｂは図６Ａ中のVIＢ−VIＢ線での断面図である。図６Ａおよび図６Ｂでは、粗ウエイト部が設けられていない粗アーム部の１つを代表的に抽出して示しており、残りの粗アーム部を省略する。【0063】
整形加工前の粗アーム部Ａ’は、図示を省略するが、上記の第１構成例と同じく、粗ジャーナル部Ｊ’側の表面のうち、粗ピン部Ｐ’近傍Ａａ’、Ａｂ’の両側部の内側領域に、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を有する。さらに、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’には、上記の第１構成例と同じく、それぞれの外周から突出する第１余肉部Ａａａ、Ａｂａが形成される。【0064】
整形加工前の粗アーム部Ａ’は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、上記の第１構成例と異なり、粗ピン部Ｐ’側の表面のうち、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の内側領域Ａｔに、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を有する。その表面形状は粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の領域まで滑らかに広がっている。粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の厚みは、整形加工後の最終製品の厚みよりも薄い。【0065】
さらに、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’には、それぞれの外周から突出する第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａが形成される。この第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａは、板状であり、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の外周に沿って設けられる。第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａの厚みは、その根元の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の厚みと比べ、同程度であるか又は薄い。【0066】
第２構成例のバリ無し鍛造材では、粗ウエイト部を有さない全ての粗アーム部Ａ’が第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有してもよいし、粗ウエイト部を有さない一部の粗アーム部Ａ’が第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有してもよい。第２構成例では、粗アーム部Ａ’が２つの第１余肉部Ａａａ、Ａｂａおよび２つの第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有する場合を示す。しかしながら、粗アーム部Ａ’は１つの第１余肉部のみを有してもよいし、１つの第２余肉部のみを有してもよい。第２余肉部が１つの場合、製造されたクランク軸のアーム部のジャーナル部近傍の一方の側部の厚みが厚くなる。また、粗ウエイト部が設けられない複数の粗アーム部のうちの一部の粗アーム部が、第１余肉部及び第２余肉部のいずれか一方のみを有していていてもよい。粗ウエイト部が設けられない複数の粗アーム部のうちの一部の粗アーム部が、第１余肉部及び第２余肉部の両方を有していなくてもよい。【0067】
粗ウエイト部が設けられない複数の粗アーム部のうちの全ての粗アーム部に、第２構成例が採用されてもよい。粗ウエイト部が設けられない複数の粗アーム部のうちの一部の粗アーム部に、第２構成例が採用されてもよい。また、粗ウエイト部が設けられない粗アーム部は、上述の第２構成例に限定されない。例えば、粗ウエイト部が設けられる粗アーム部に、第１構成例、第３構成例等の構成が採用される場合、粗ウエイト部が設けられない全ての粗アーム部が第１余肉部又は第２余肉部を有していなくてもよい。【0068】
図７Ａ〜図７Ｄは、本発明の第３構成例における整形加工後のクランク軸のアーム部形状を示す模式図である。図７Ａは斜視図、図７Ｂはピン部側から見たときの正面図、図７Ｃは側面図、図７Ｄは図７Ｂ中のVIIＤ−VIIＤ線での断面図である。図７Ａ〜図７Ｄには、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、残りのクランク軸のアーム部を省略する。また、図７Ｃは、図７Ｂ中の破線矢印で示す方向から見た図である。【0069】
第３構成例の鍛造クランク軸は、前述の第１構成例と同じく、アーム部において、ピン部Ｐ近傍の両側部の厚みが厚くされるとともに、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みが成形されている。加えて、第３構成例の鍛造クランク軸は、ウエイト部Ｗを一体で有するアーム部Ａにおいて、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚くされるとともに、ピン部Ｐ側の表面のうち、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの内側領域Ａｔに、もう一つの凹みを有する。【0070】
このような第３構成例の鍛造クランク軸は、アーム部Ａのジャーナル部Ｊ側およびピン部Ｐ側の２つの凹みによって軽量化をさらに図ることができる。加えて、ピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂおよびジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚くされることによって剛性の確保を図ることができる。【0071】
第３構成例では、ウエイト部を有するアーム部Ａのピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂおよびジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚い場合を示す。しかしながら、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよいし、アーム部Ａのジャーナル部Ｊ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよい。【0072】
第３構成例のアーム部は、複数のアーム部のうちの全てのアーム部に採用されてもよい。第３構成例のアーム部は、複数のアーム部のうちの一部のアーム部に採用されてもよい。【0073】
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の第３構成例における整形加工前のバリ無し鍛造材の粗アーム部形状を示す模式図である。図８Ａは粗ピン部側から見たときの正面図、図８Ｂは側面図、図８Ｃは図８Ａ中のVIIIＣ−VIIIＣ線での断面図である。図８Ａ〜図８Ｃでは、バリ無し鍛造材の粗アーム部（粗ウエイト部を含む）の１つを代表的に抽出して示しており、残りの粗アーム部を省略する。また、図８Ｂは、図８Ａ中の破線矢印で示す方向から見た図である。【0074】
第３構成例の整形加工前の粗アーム部Ａ’は、前述の第１構成例と同じく、粗アーム部の粗ジャーナル部Ｊ’側の表面のうち、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の内側領域に、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を有する。さらに、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’には、前述の第１構成例と同じく、それぞれの外周から突出する第１余肉部Ａａａ、Ａｂａが形成される。【0075】
加えて、整形加工前のバリ無し鍛造材は、粗ウエイト部Ｗ’を一体で有する粗アーム部Ａ’において、粗ピン部Ｐ’側の表面のうち、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の内側領域Ａｔに、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を有する。また、粗ウエイト部Ｗ’を一体で有する粗アーム部Ａ’において、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の外周に第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａがそれぞれ形成される。第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａは、いずれも、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の外周から突出する。【0076】
第３構成例のバリ無し鍛造材では、粗ウエイト部を有する全ての粗アーム部Ａ’が第１余肉部Ａａａ、Ａｂａおよび第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有してもよいし、粗ウエイト部を有する一部の粗アーム部Ａ’が第１余肉部Ａａａ、Ａｂａおよび第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有してもよい。第３構成例では、粗ウエイト部を有する粗アーム部Ａ’が２つの第１余肉部Ａａａ、Ａｂａおよび２つの第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有する場合を示す。しかしながら、粗ウエイト部を有する粗アーム部Ａ’は１つの第１余肉部のみを有してもよいし、１つの第２余肉部のみを有してもよい。【0077】
第３構成例の粗アーム部は、複数の粗アーム部のうちの全ての粗アーム部に採用されてもよい。第３構成例の粗アーム部は、複数の粗アーム部のうちの一部の粗アーム部に採用されてもよい。第３構成例が採用される粗アーム部以外の粗アーム部の構成は、特に限定されない。すなわち、クランク軸の構成に対応してバリ無し鍛造材の形状は決まる。【0078】
第１〜第３構成例では、本実施形態の製造装置に適用されるバリ無し鍛造材の粗アーム部の構成を例示した。しかしながら、本実施形態の製造装置に適用される粗アーム部の構成は第１〜第３構成例に限定されない。要するに、下型上にバリ無し鍛造材を配置する際に姿勢が安定しないバリ無し鍛造材であればよい。すなわち、本実施形態の製造装置が適用されるバリ無し鍛造材は、複数の粗アーム部の少なくとも１つに、第１余肉部又は第２余肉部が少なくとも１つ設けられればよい。【0079】
２．鍛造クランク軸の製造装置図９は、本発明の鍛造クランク軸の製造装置の構成例を模式的に示す断面図である。図９に示す製造装置１０は、第１金型２０、第２金型３０、保持装置５０、移動装置６０およびノックアウト部材１５を備える。以下では、整形工程において本実施形態の製造装置を用いる場合について説明する。
【0080】
図９に示す下型の第１金型２０と上型の第２金型３０は、対をなし、バリ無し鍛造材に対して整形加工を施す。さらに、第１金型２０と第２金型３０は、突出する余肉部の折り曲げ加工または押し潰し加工を施す。そのため、第１金型２０および第２金型３０には型彫刻部が彫り込まれている。それらの型彫刻部には、クランク軸の形状のうちの一部を除いた形状が反映されている。【0081】
具体的には、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを形成する場合（図３Ａ〜図３Ｄ参照）、型彫刻部には、アーム部のジャーナル部側の表面における凹みが反映されない。また、アーム部のピン部側の表面に凹みを形成する場合（図５Ａ、図５Ｂおよび図７Ａ〜図７Ｄ参照）、型彫刻部には、アーム部のピン部側の表面における凹みが反映されない。これらの凹みの形状を型彫刻部に反映すると、型彫刻部の一部が逆勾配となるからである。【0082】
第３金型５３を収容するため、第１金型２０および第２金型３０には、それぞれ開放部２０ａ、３０ａが設けられる。その開放部２０ａ、３０ａは、ピン部の偏心方向に沿って大きく開放されている。また、下型の第１金型２０は、ノックアウト部材１５を収容するため、第１金型２０の下方向に大きく開放されている。【0083】
保持装置５０は、バリ無し鍛造材の複数の粗ジャーナル部のうちの一部の粗ジャーナル部または複数の粗ピン部のうちの一部の粗ピン部を少なくとも保持する。保持装置５０によって保持されるバリ無し鍛造材の粗ピン部の偏心方向は、第１金型２０と第２金型３０とによる圧下方向（図９では上下方向）と垂直になる。【0084】
図９に示す保持装置５０は、第３金型５３と、ホルダー５１とを備える。第３金型５３は、一対の金型である。第３金型５３は、保持される粗ジャーナル部または粗ピン部を両側から挟んで保持する。ホルダー５１は、圧下方向と垂直な方向（図９のハッチングを施した矢印参照）に沿って第３金型５３を離間または近接可能に保持する。この第３金型５３の移動は、例えば油圧シリンダ５２によって実現することができる。【0085】
移動装置６０は、保持装置５０を圧下方向に沿って移動可能に支持する。図９に示す移動装置６０は、第１弾性体６１および第２弾性体６２を備える。第１弾性体６１は、第１金型２０とホルダー５１とを接続する。すなわち、第１弾性体６１の一端が第１金型２０と連結され、他端がホルダー５１と連結される。また、第１弾性体６１は、圧下方向に沿って伸縮可能である。このような第１弾性体６１として、例えば、コイルばねやエアシリンダを用いることができる。本実施形態では、第１弾性体６１が第１金型２０と直接接続されている場合を説明した。しかしながら、第１弾性体６１は第１金型２０を支持する製造装置のベッド等（図示なし）の他の部品と接続されていてもよい。【0086】
第２弾性体６２の一端は第２金型３０と連結され、他端は当接することによってホルダー５１と連結可能である。第２弾性体６２は、第２金型３０とホルダー５１とを接続および分離可能である。すなわち、図９に示す第２弾性体６２の他端はホルダー５１と当接することによって接続され、他端がホルダー５１と離間することによって分離される。また、第２弾性体６２は、圧下方向に沿って伸縮可能である。このような第２弾性体６２として、例えば、コイルばねやエアシリンダを用いることができる。本実施形態では、第２弾性体６２が第２金型３０と直接接続されている場合を説明した。しかしながら、第２弾性体６２は第２金型３０を支持する製造装置のラム等（図示なし）の他の部品と接続されていてもよい。要するに、保持装置５０は第２金型３０と連動して移動できるように支持されればよい。【0087】
第２弾性体６２が第２金型３０とホルダー５１とを接続している状態では、第２金型３０の圧下方向の移動に伴う第１弾性体６１の伸縮量は、第２弾性体６２の伸縮量と同じになるように移動装置６０によって調整される。このため、保持装置５０は、バリ無し鍛造材を第１金型２０と第２金型３０との間の中央に位置するように移動できる。一方、第２弾性体６２が第２金型３０とホルダー５１とを分離している状態では、第２金型３０が圧下方向に移動しても、第１金型２０と保持装置５０によって保持されるバリ無し鍛造材との距離は一定となる。【0088】
図９に示すノックアウト部材１５は、第１金型（下型）２０内に配置され、昇降装置（図示なし）によって圧下方向に沿って移動可能である。また、ノックアウト部材１５は、バリ無し鍛造材の粗ジャーナル部を受け入れるための凹部を有する。このようなノックアウト部材１５は、その一部の図示を省略するが、２個以上設けられ、複数の粗ジャーナル部および粗ピン部のうちの一部を支持する。これにより、バリ無し鍛造材が製造装置１０に載置される。【0089】
続いて、本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置を用いる場合の整形工程の処理フロー例について、図面を参照しながら説明する。【0090】
図１０は、本発明の鍛造クランク軸の製造装置を用いる場合の整形工程の処理フロー例を模式的に示す断面図である。図１０Ａはバリ無し鍛造材が製造装置に載置された状態、図１０Ｂはノックアウト部材が退避している状態、図１０Ｃは第２弾性体がホルダーと接続している状態、図１０Ｄは第２金型が下死点に到達した状態、図１０Ｅは第３金型が離間した状態、図１０Ｆは第２金型が上死点に到達した状態、図１０Ｇはノックアウト部材が上昇した状態をそれぞれ示す。図１０Ａ〜図１０Ｇは、図９に示す鍛造クランク軸の製造装置を用いる場合の処理フロー例を示す。図面の理解を容易にするため、バリ無し鍛造材７０の余肉部を省略して示す。【0091】
図１０Ａ〜図１０Ｇに示す処理フロー例では、整形工程を行うにあたり、第２金型（上型）３０を上死点に位置させる。また、ノックアウト部材１５を上昇させるとともに、一対の第３金型５３を離間し、退避させる。この状態で、搬入用ロボットアーム１３により、被加工材であるバリ無し鍛造材７０を、ノックアウト部材１５上に載置する（図１０Ａ参照）。【0092】
続いて、一対の第３金型５３を接近する方向に移動させ、第３金型５３でバリ無し鍛造材７０の粗ジャーナル部および粗ピン部のうちの少なくとも一方をその両側から挟む。このように第３金型５３によってバリ無し鍛造材７０を保持した状態で、ノックアウト部材１５を下降させて退避させる（図１０Ｂ参照）。【0093】
ノックアウト部材１５を退避させた後、第１金型２０および第２金型３０によるバリ無し鍛造材７０の圧下を開始する。図１０Ａ〜図１０Ｇに示す処理フロー例では、第２金型（上型）３０を下降させる。第２金型３０が下降する前、第２金型３０は第１金型２０と十分に距離を有し、第２金型３０はホルダー５１と分離している。そのため、ホルダー５１、第３金型５３およびバリ無し鍛造材７０は、いずれも、移動することなく、第１金型２０との距離が一定で維持される。第２金型３０の下降に伴い、第１金型２０からホルダー５１までの距離が第２金型３０からホルダー５１までの距離と等しくなると、第２弾性体６２の下端がホルダー５１と当接する。これにより、第２金型３０とホルダー５１とが第２弾性体６２によって接続される（図１０Ｃ参照）。【0094】
第２金型３０がホルダー５１と第２弾性体６２によって接続された状態から、第２金型３０をさらに下降させると、第１弾性体６１および第２弾性体６２が縮む。第２金型３０の下降による第１弾性体６１および第２弾性体６２の縮み量は同じになるように調整されている。そのため、第１金型２０からホルダー５１までの距離は第２金型３０からホルダー５１までの距離と等しい状態が維持される。すなわち、ホルダー５１、第３金型５３およびバリ無し鍛造材７０は、第１金型２０と第２金型３０との間の中央に常に位置する。【0095】
一方、バリ無し鍛造材７０は、第２金型３０の下降に伴い、第１金型２０および第２金型３０のいずれとも当接し、圧下される。これにより、バリ無し鍛造材７０に対して整形加工が施される。また、バリ無し鍛造材７０は突出する余肉部（図示なし）を有するので、その余肉部に折り曲げ加工または押し潰し加工が施される。【0096】
第２金型３０は、図１０Ｄに示すように下死点に到達する。このとき、一対の第３金型５３を離間するように移動させる（図１０Ｅ参照）。これにより、保持装置５０はバリ無し鍛造材７０を保持しなくなる。その際、バリ無し鍛造材７０は、第１金型２０および第２金型３０によって圧下された状態が維持される。本実施形態では、第２金型３０が下死点に到達したとき、第３金型５３を離間するように移動させる場合を説明した。しかしながら、第２金型３０が下死点に到達後、上昇を開始した後に第３金型５３を離間するように移動させてもよい。【0097】
続いて、図１０Ｆに示すように、第２金型３０を上死点まで上昇させる。その際、バリ無し鍛造材７０は、上昇することなく、第１金型２０上に留まる。また、第２金型３０がホルダー５１と第２弾性体６２によって接続されている間、ホルダー５１は、第１金型２０と第２金型３０との間の中央に位置するように上昇する。その後、第２金型３０がホルダー５１と分離する。その状態では、ホルダー５１は上昇することなく、その位置に留まる。【0098】
第２金型３０が上死点に到達した時点で、ノックアウト部材１５を上昇させることにより、加工済みの鍛造材７１を第１金型２０から離型させる。これに伴い、加工済みの鍛造材７１の粗ピン部および粗ジャーナル部のうちの少なくとも一方がノックアウト部材１５の凹部に支持される。ノックアウト部材１５とともに加工済みの鍛造材７１が上昇する。続いて、搬出用ロボットアーム１４が、加工済みの鍛造材７１を取り出す（図１０Ｇ参照）。【0099】
このように本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置は、保持装置５０を備える。そのため、余肉部を有するバリ無し鍛造材７０であっても所定の姿勢で保持することができる。また、移動装置６０を備えるので、所定の姿勢で保持されたバリ無し鍛造材７０を第１金型２０および第２金型３０で圧下できる。これらから、所望の整形加工とともに余肉部の折り曲げ加工または押し潰し加工をバリ無し鍛造材７０に安定して施すことができる。このため、鍛造材のねじれといった不具合を防止することができる。【0100】
図９に示す構成例では、製造装置１０が第２弾性体６２を備える形態を示した。しかしながら、本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置では、第２弾性体を設けない形態も採用できる。この場合、バリ無し鍛造材７０が第２金型３０と当接して押し下げられた後、第１金型２０とも当接して圧下される。その過程でも、バリ無し鍛造材７０は、第３金型５３によって所定の姿勢で保持されることから、所望の整形加工および余肉部の折り曲げ加工または押し潰し加工をバリ無し鍛造材７０に安定して施すことができる。【0101】
移動装置６０は、図１０Ａ〜図１０Ｇに示すように、第１金型２０および第２金型３０のいずれともバリ無し鍛造材７０が当接する状態で、バリ無し鍛造材７０を第１金型２０と第２金型３０との間の中央に位置するように保持装置５０を移動させるのが好ましい。バリ無し鍛造材７０を第１金型２０と第２金型３０とで均一に圧下することによって加工精度を向上できるからである。【0102】
保持装置５０は、図９に示すような、一対の第３金型５３と、ホルダー５１とを備える構成を採用できる。移動装置６０は、第１弾性体６１を備える構成を採用できる。一対の第３金型５３は、バリ無し鍛造材の粗ジャーナル部および粗ピン部の全部を支持してもよい。また、バリ無し鍛造材の粗ピン部の偏心方向が圧下方向と垂直になるようにバリ無し鍛造材を保持できれば、複数の粗ジャーナル部および粗ピン部の全部を支持しなくてもよい。例えば、第３金型５３は、バリ無し鍛造材の全ての粗ジャーナル部のみを保持してもよい。第３金型５３は、バリ無し鍛造材の全ての粗ピン部のみを保持してもよい。また、第３金型５３が粗ジャーナル部のみを保持する場合であっても、第３金型５３は複数の粗ジャーナル部のうちの一部の粗ジャーナル部のみを保持してもよい。第３金型５３が粗ピン部のみを保持する場合であっても、第３金型５３は複数の粗ピン部のうちの一部の粗ピン部のみを保持してもよい。さらに、第３金型５３は、複数の粗ジャーナル部のうちの一部の粗ジャーナル部と複数の粗ピン部のうちの一部の粗ピン部を保持してもよい。要するに、バリ無し鍛造材の姿勢を制御できるのであれば、第３金型５３が保持する粗ジャーナル部又は粗ピン部の数は、限定されない。【0103】
移動装置６０によってバリ無し鍛造材７０を第１金型２０と第２金型３０との間の中央に位置させる場合、移動装置６０は、第２弾性体６２をさらに備える構成を採用できる。この構成の場合、第２弾性体６２は、第２金型３０とホルダー５１とを接続および分離可能である。第２弾性体６２は圧下方向に沿って伸縮可能である。図９に示す構成例では、第２弾性体６２の一端がホルダー５１と当接可能に設けられる形態を示した。しかしながら、本実施形態の製造装置では、他の形態を採用することもできる。例えば、第２弾性体６２の一端がホルダー５１と連結するとともに、他端が第２金型３０と当接可能に設けてもよい。【0104】
移動装置６０として、前述の第１および第２弾性体に代えて、伸縮可能な油圧シリンダを用いてもよい。この場合、油圧シリンダの一端を第１金型または第２金型と連結し、他端をホルダー５１と連結する。第２金型の下降に応じて油圧シリンダの長さを調整すれば、移動装置６０によってバリ無し鍛造材７０を第１金型２０と第２金型３０との間の中央に位置させることができる。【0105】
本実施形態の製造装置は、前述の第１〜第３構成例の鍛造クランク軸の製造に適用できる。【0106】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置は、粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面のうちで粗ピン部近傍の両側部の領域を除く表面と当接する第４金型をさらに備えてもよい。第４金型は、当接する表面の形状を維持する。また、粗ウエイト部を有さない粗アーム部の粗ピン部側の表面のうちで粗ジャーナル部近傍の両側部の領域を除く表面と当接する第５金型をさらに備えてもよい。第５金型は、当接する表面の形状を維持する。粗ウエイト部を有する粗アーム部の粗ピン部側の表面のうちで粗ジャーナル部近傍の両側部の領域を除く表面と当接する第６金型をさらに備えてもよい。第６金型は、当接する表面の形状を維持する。【0107】
上述の説明では本実施形態の製造装置を整形工程で用いる場合を説明した。しかしながら、本実施形態の製造装置は、整形工程以外にも用いることができる。例えば、整形工程前または整形工程後に別途の加工工程を追加した場合、その加工工程で本実施形態の製造装置を用いてもよい。要するに、本実施形態の製造装置は、バリ無し鍛造材の余肉部を加工する際に使用できる。【0108】
３．鍛造クランク軸の製造方法本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１工程と、第２工程とを含む。第１工程および第２工程は熱間で一連に行われる。第１工程では、図４Ａ〜図４Ｄに示すようなバリ無し鍛造材７０を得る。そのバリ無し鍛造材７０には、クランク軸の形状とほぼ同じ形状が造形される。具体的には、粗ジャーナル部Ｊ’、粗ピン部Ｐ’および粗アーム部Ａ’の形状が造形されている。また、バリ無し鍛造材７０は、粗アーム部Ａ’の粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’それぞれの外周から突出する第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有する。
【0109】
このようなバリ無し鍛造材を得る第１工程は、例えば、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程と同様に、予備成形工程、型鍛造工程およびバリ抜き工程をその順で行うことによって構成できる。粗ピン部の配置角度の調整が必要な場合は、バリ抜き工程の後工程として、捩り工程を追加すればよい。【0110】
第２工程では、第１工程で得られたバリ無し鍛造材の第１余肉部の折り曲げ加工または押し潰し加工を行う。その際、上述の本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置を用いる。また、第１余肉部の折り曲げ加工および押し潰し加工では、第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを変形させてアーム部Ａのピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂの厚みを増加させる。これにより、図３Ａ〜図３Ｄに示す第１構成例のような軽量化と剛性確保を同時に図ったクランク軸を得ることができる。【0111】
このような本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、上述の本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置を用いることから、余肉部の折り曲げ加工または押し潰し加工を安定して行うことができる。このため、得られるクランク軸でねじれといった不具合が発生するのを防止できる。【0112】
本実施形態の製造方法は、図５Ａおよび図５Ｂに示す第２構成例のような鍛造クランク軸の製造に適用できる。第２構成例の鍛造クランク軸は、アーム部Ａを複数有する。第２構成例の鍛造クランク軸は、ウエイト部を有さないアーム部Ａ及びウエイト部を有するアーム部を含む。【0113】
この場合、第１工程では、図６Ａおよび図６Ｂに示すような粗ウエイト部を有さない粗アーム部Ａ’に第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａをさらに有するバリ無し鍛造材を得る。その第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａは、粗ウエイト部を有さない粗アーム部Ａ’において、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部それぞれの外周に設けられる。第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａは、粗ウエイト部を有さない粗アーム部Ａ’において、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部の外周から突出する。【0114】
加えて、第２工程では、第１余肉部Ａａａ、Ａｂａの加工を行う際に、第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａの折り曲げ加工または押し潰し加工も行う。これにより、粗ウエイト部を有さない粗アーム部Ａ’において、第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを変形させる。その結果、クランク軸のジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが増加する。このため、図５Ａおよび図５Ｂに示すような剛性を確保しつつ、より軽量化を図ったクランク軸を得ることができる。【0115】
本実施形態の製造方法は、図７Ａ〜図７Ｄに示す第３構成例の鍛造クランク軸の製造に適用できる。その鍛造クランク軸は、ウエイト部を一体で有するアーム部のピン部Ｐ側の表面のうち、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの内側領域Ａｔに、凹みを有する。【0116】
この場合、第１工程では、前述の第１余肉部Ａａａ、Ａｂａに加え、粗ウエイト部を有する粗アーム部Ａ’に第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａをさらに有するバリ無し鍛造材を得る。その第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａは、粗ウエイト部を有する粗アーム部Ａ’において、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の外周にそれぞれ成形される。第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａは、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の外周からいずれも突出する。【0117】
加えて、第２工程では、第１余肉部Ａａａ、Ａｂａの加工を行う際に、第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａの折り曲げ加工または押し潰し加工も行う。これにより、粗ウエイト部を有する粗アーム部Ａ’において、第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを変形させる。これにより、クランク軸のジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが増加する。このため、剛性を確保しつつ、より軽量化を図ったクランク軸を得ることができる。【0118】
要するに、本実施形態の製造装置および製造方法では、保持装置がバリ無し鍛造材を所定の姿勢に保持する。そのため、バリ無し鍛造材の余肉部を安定して加工できる。したがって、バリ無し鍛造材の余肉部が設けられる位置は特に限定されない。例えば、粗クランクアーム部が、第１余肉部のみを有していてもよいし、第２余肉部のみを有していてもよい。【0119】
上述の説明では本実施形態の製造方法の第２工程において、バリ無し鍛造材の余肉部を加工する方法を説明した。しかしながら、第２工程では、バリ無し鍛造材の余肉部の加工以外の加工を行ってもよい。例えば、第２工程で、バリ無し鍛造材に対し整形加工を施してもよい。【産業上の利用可能性】
【0120】
本発明は、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。【符号の説明】
【0121】
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、
Ｊ’：粗ジャーナル部、
Ｐ’：粗ピン部、
Ａ’：粗クランクアーム部、
Ｗ’：粗カウンターウエイト部、
Ａａ、Ａｂ：アーム部のピン部近傍の側部、
Ａａ’、Ａｂ’：粗アーム部の粗ピン部近傍の側部、
Ａａａ、Ａｂａ：第１余肉部、
Ａｃ、Ａｄ：アーム部のジャーナル部近傍の側部、
Ａｃ’、Ａｄ’：粗アーム部の粗ジャーナル部近傍の側部、
Ａｃａ、Ａｄａ：第２余肉部、
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、
Ａｔ：アーム部のピン部側表面における両側部の内側領域、
１０：鍛造クランク軸の製造装置、
１３：搬入用ロボットアーム、
１４：搬出用ロボットアーム、
１５：ノックアウト部材、
２０：第１金型、
２０ａ：開放部、
３０：第２金型、
３０ａ：開放部、
５０：保持装置、
５１：ホルダー、
５２：油圧シリンダ、
５３：第３金型、
６０：移動装置、
６１：第１弾性体、
６２：第２弾性体、
７０：バリ無し鍛造材