特許 7243342 クランク軸の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】クランク軸の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21K 1/08 20060101AFI20230314BHJP

   B21J 5/02 20060101ALI20230314BHJP

   B21J 13/02 20060101ALI20230314BHJP

   F16C 3/08 20060101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

B21K1/08

B21J5/02 A

B21J13/02 N

F16C3/08

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019050931

(22)【出願日】2019-03-19

(65)【公開番号】P2020151731

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2021-11-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】大久保 潤一

(72)【発明者】

【氏名】田村 憲司

【審査官】堀内 亮吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１６４０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３００２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１６４７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｋ １／０８

Ｂ２１Ｊ ５／０２

Ｂ２１Ｊ １３／０２

Ｆ１６Ｃ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランク軸の製造方法であって、
ａ）型鍛造で成形され、バリが除去され、クランクジャーナルと、前記クランクジャーナルに対して偏心するクランクピンと、前記クランクジャーナルと前記クランクピンとを連結するクランクアームと、前記クランクアームと一体に成形されたカウンターウエイトと、を有する仕上げ鍛造品を準備する工程と、
ｂ）一定の方向に沿って延びる突起部が形成された主面を有する工具を、前記突起部が前記カウンターウエイトの表面の幅方向の中央部に沿う位置の全体にわたって当接するように配置し、前記主面を前記カウンターウエイトの前記表面に押し付けることにより、前記カウンターウエイトの幅方向で外側に向かって前記カウンターウエイトの材料を流動させる工程と、
を備える、製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の製造方法であって、
前記突起部は、前記カウンターウエイトの長手方向に沿って延び、三角形状の横断面を有する、製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の製造方法であって、
前記工具は、さらに、
前記主面と反対向きの裏面と、
前記幅方向における前記主面の両側縁に接続され、前記主面から前記裏面に向かい前記幅方向の内側に傾斜する側面と、
を含み、
前記工程ｂ）では、前記側面の各々に対して楔部材を摺動させることにより、前記工具を前記カウンターウエイト側に移動させる、製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、クランク軸の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば自動車に搭載されるレシプロエンジンは、燃料の燃焼によるピストンの往復運動を回転運動に変換するため、クランク軸を備える。クランク軸は、クランクジャーナルと、クランクピンと、クランクアームと、を有する。クランクジャーナルは、クランク軸の主軸部であり、軸心周りに回転する。クランクピンは、クランクジャーナルに対して偏心して配置され、コネクティングロッドを介してピストンに接続される。クランクアームは、クランクジャーナルとクランクピンとを連結する。

【0003】

クランク軸は、例えば、型鍛造によって製造することができる。クランク軸を型鍛造によって製造する場合、まず、加熱されたビレットを予備成形して荒地を得る。次に、荒打ち及び仕上げ打ちを行って荒地から仕上げ鍛造品を成形し、この仕上げ鍛造品に対してバリ抜きを実施する。その後、バリなしの仕上げ鍛造品の必要箇所を圧下し、仕上げ鍛造品を最終製品の寸法及び形状に整形する。

【0004】

クランク軸の製造プロセスに関して、従来、様々な提案がなされている。例えば、特許文献１は、仕上げ打ち工程においてクランクピンに孔部を形成する方法を提案する。特許文献１において、荒地（予備成形品）は、仕上げ打ちに用いられる金型のキャビティよりも小さくなるように成形される。そのため、仕上げ打ち工程において予備成形品が金型内に配置された時点では、予備成形品と金型との間にクリアランスが存在する。しかしながら、予備成形品のクランクピンにパンチが挿入されることにより、このクリアランスに材料が充填される。特許文献１によれば、パンチの挿入によってクランクピンに孔部が形成されるため、クランク軸の軽量化を図ることができる。また、金型の閉塞空間内に材料を充填させて鍛造を行うため、クランク軸の寸法精度を向上させることができる。

【0005】

特許文献２は、クランクアームに設けられたカウンターウエイトを矯正する方法を提案する。特許文献２では、バリなしの仕上げ鍛造品に対し、ツイスト工程でひねりを加え、リストライク工程で曲がり矯正を施す。その後、クランクピンを挟んで隣り合うカウンターウエイトの間に中間治具を挿入し、これらのカウンターウエイトを両側から加圧治具で加圧拘束することにより、カウンターウエイトの形状を矯正する。

【0006】

特許文献３は、クランク軸本体のクランクアームにカウンターウエイトを接合する方法を提案する。特許文献３では、クランク軸本体及びカウンターウエイトがそれぞれ冷間鍛造で成形される。カウンターウエイトは、クランクアームに対し、溶接及び塑性締結で接合される。特許文献３によれば、溶接による接合部が破壊された場合であっても、塑性締結による接合部によってカウンターウエイトがクランクアームから分離するのを防ぐことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】国際公開第２０１０／１１０１３３号

【文献】特開２００６－２４７７３０号公報

【文献】特開２０１２－９７８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献３では、カウンターウエイトがクランクアームと別個に成形される。これに対し、特許文献１及び２では、カウンターウエイトはクランクアームと一体として成形される。この場合、仕上げ打ち工程では、クランクアーム及びカウンターウエイトの縦軸を境に二分割する金型が用いられる。この金型から仕上げ鍛造品を取り出しやすくするため、カウンターウエイトの表面には抜け勾配が与えられる。

【0009】

カウンターウエイトの表面に抜け勾配が与えられることにより、カウンターウエイトの厚みは幅方向の中央部で増加する。すなわち、型鍛造時の抜け勾配に起因してカウンターウエイトが増量する。カウンターウエイトの増量に伴い、クランク軸も増量する。クランク軸の増量は、レシプロエンジンが搭載される自動車の燃費向上及び軽量化の観点から好ましくない。このため、カウンターウエイトには軽量化が求められている。

【0010】

カウンターウエイトは、クランク軸の回転バランスを保つ錘である。よって、カウンターウエイトには、軽量化と同時に、所望のモーメントを確保することも要求される。

【0011】

本開示は、カウンターウエイトを軽量化しつつ、カウンターウエイトのモーメントを確保することができるクランク軸の製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本開示に係るクランク軸の製造方法は、工程ａ）と、工程ｂ）と、を備える。工程ａ）では、型鍛造で成形され、バリが除去された仕上げ鍛造品を準備する。仕上げ鍛造品は、クランクジャーナルと、クランクピンと、クランクアームと、カウンターウエイトと、を有する。クランクピンは、クランクジャーナルに対して偏心する。クランクアームは、クランクジャーナルとクランクピンとを連結する。カウンターウエイトは、クランクアームと一体に成形されている。工程ｂ）では、カウンターウエイトの表面に対向する主面と、主面上に形成された突起部と、を含む工具をカウンターウエイトに押し付け、突起部により、カウンターウエイトの幅方向で外側に向かってカウンターウエイトの材料を流動させる。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係るクランク軸の製造方法によれば、カウンターウエイトを軽量化しつつ、カウンターウエイトのモーメントを確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態に係るクランク軸の製造方法において工程ａ）で準備される仕上げ鍛造品の側面図である。

【図2】図２は、図１に示す仕上げ鍛造品に含まれるクランクウェブの正面図である。

【図3】図３は、図２に示すクランクウェブの底面図である。

【図4】図４は、実施形態に係るクランク軸の製造方法において工程ｂ）で使用される加工装置の模式図である。

【図5】図５は、図４に示す加工装置に含まれる工具の上面図及び背面図である。

【図6A】図６Ａは、工程ｂ）における加工装置の動作を説明するための模式図である。

【図6B】図６Ｂは、工程ｂ）における加工装置の動作を説明するための別の模式図である。

【図6C】図６Ｃは、工程ｂ）における加工装置の動作を説明するための、さらに別の模式図である。

【図7】図７は、工程ｂ）においてカウンターウエイトが加工される様子を説明するための模式図である。

【図8】図８は、工程ｂ）の後のクランクウェブの正面図である。

【図9】図９は、図８に示すクランクウェブの底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

実施形態に係るクランク軸の製造方法は、工程ａ）と、工程ｂ）と、を備える。工程ａ）では、型鍛造で成形され、バリが除去された仕上げ鍛造品を準備する。仕上げ鍛造品は、クランクジャーナルと、クランクピンと、クランクアームと、カウンターウエイトと、を有する。クランクピンは、クランクジャーナルに対して偏心する。クランクアームは、クランクジャーナルとクランクピンとを連結する。カウンターウエイトは、クランクアームと一体に成形されている。工程ｂ）では、カウンターウエイトの表面に対向する主面と、主面上に形成された突起部と、を含む工具をカウンターウエイトに押し付け、突起部により、カウンターウエイトの幅方向で外側に向かってカウンターウエイトの材料を流動させる（第１の構成）。

【0016】

第１の構成によれば、バリを除去した後の仕上げ鍛造品のカウンターウエイトに対し、工具が押し付けられる。カウンターウエイトの材料は、この工具に形成された突起部により、幅方向の外側に向かって流動する。そのため、カウンターウエイトの重心が幅方向の中央部側から両端部側に移動してクランク軸の回転軸から遠ざかり、回転軸周りにおけるカウンターウエイトのモーメントが大きくなる。すなわち、第１の構成に係る製造方法で製造されたクランク軸では、一般的な型鍛造で製造されたクランク軸と比較して、モーメントが同程度であればカウンターウエイトの重量が小さい。よって、第１の構成によれば、カウンターウエイトを軽量化しつつ、カウンターウエイトのモーメントを確保することができる。

【0017】

突起部は、カウンターウエイトの長手方向に沿って延び、三角形状の横断面を有することが好ましい（第２の構成）。

【0018】

第２の構成によれば、三角形状の突起部の側面により、カウンターウエイトの材料を円滑に案内することができる。また、カウンターウエイトの長手方向に沿って突起部が延びているため、カウンターウエイトの広範囲で幅方向の外側に材料を流動させることができる。よって、カウンターウエイトの重心をより確実に移動させることができ、カウンターウエイトのモーメントをより大きくすることができる。

【0019】

工具は、さらに、主面と反対向きの裏面と、幅方向における主面の両側縁に接続される側面と、を含んでいてもよい。側面の各々は、主面から裏面に向かい幅方向の内側に傾斜する。工程ｂ）では、側面の各々に対して楔部材を摺動させることにより、工具をカウンターウエイト側に移動させることができる（第３の構成）。

【0020】

第３の構成によれば、楔部材を工具側に差し込んで工具の両側面に摺動させるだけで、工具をカウンターウエイト側に移動させることができる。このため、工程ｂ）におけるカウンターウエイトの加工を容易に行うことができる。

【0021】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

【0022】

［クランク軸の製造方法］
本実施形態に係るクランク軸の製造方法は、典型的には、熱間鍛造によるクランク軸の製造方法である。本実施形態に係るクランク軸の製造方法は、クランク軸の仕上げ鍛造品を準備する工程ａ）と、当該仕上げ鍛造品を加工する工程ｂ）と、を備える。以下、各工程について説明する。

【0023】

工程ａ）
本実施形態に係るクランク軸の製造方法では、まず、工程ａ）において、クランク軸の仕上げ鍛造品を準備する。仕上げ鍛造品は、一般的な型鍛造によって成形される。すなわち、加熱されたビレットを予備成形して荒地を得た後、この荒地の荒打ち及び仕上げ打ちを行ってバリ付きの仕上げ鍛造品を得る。その後、仕上げ鍛造品のバリ抜きを実施し、バリなしの仕上げ鍛造品を得る。

【0024】

図１は、バリ抜き後の仕上げ鍛造品１０を模式的に示す側面図である。仕上げ鍛造品１０は、最終製品であるクランク軸とほとんど同一の寸法及び形状を有する。仕上げ鍛造品１０は、複数のクランクジャーナル１１と、複数のクランクピン１２と、複数のクランクアーム１３と、複数のカウンターウエイト１４と、を有する。図１では、４気筒エンジン用のクランク軸の仕上げ鍛造品１０を例示する。ただし、本実施形態に係る製造方法で製造されるクランク軸は、４気筒エンジン用のクランク軸に限られない。

【0025】

複数のクランクジャーナル１１は、それぞれ、仕上げ鍛造品１０の中心軸Ｘ１を軸心とする概略円柱状をなす。中心軸Ｘ１は、仕上げ鍛造品１０から製造されるクランク軸の回転軸Ｘ１となる。クランクジャーナル１１は、回転軸Ｘ１に沿って配列され、クランク軸の主軸部を構成する。

【0026】

複数のクランクピン１２は、それぞれ概略円柱状をなし、クランクジャーナル１１に対して偏心する。すなわち、複数のクランクピン１２は、回転軸Ｘ１の周りに所定の位相差で配置される。本実施形態において、回転軸方向で両端に位置するクランクピン１２は、中央の２つのクランクピン１２と１８０°の位相差を有する。

【0027】

クランクアーム１３の各々は、回転軸方向においてクランクジャーナル１１とクランクピン１２との間に配置される。クランクアーム１３は、クランクジャーナル１１とクランクピン１２とを連結する。クランクアーム１３は、回転軸方向と交差する表面１３１，１３２を有する。表面１３１，１３２のうち、一方の表面１３１にはクランクジャーナル１１が接続され、他方の表面１３２にはクランクピン１２が接続される。本実施形態では、必要に応じ、回転軸方向に並ぶ８枚のクランクアーム１３を、フロント１６側からフランジ１７側に向かって順に、第１～第８クランクアーム１３ａ～１３ｈと称して区別する。

【0028】

カウンターウエイト１４の各々は、クランクアーム１３と一体で成形される。必要な場合、第１～第８クランクアーム１３ａ～１３ｈの各カウンターウエイト１４を第１～第８カウンターウエイト１４ａ～１４ｈと称して区別する。本実施形態では、全てのクランクアーム１３がカウンターウエイト１４を一体で有する。ただし、カウンターウエイト１４は、一部のクランクアーム１３にのみ設けられていてもよい。各カウンターウエイト１４の形状は、他のカウンターウエイト１４と同一であってもよいが、他のカウンターウエイト１４と異なっていてもよい。

【0029】

カウンターウエイト１４は、回転軸方向と交差する表面１４１，１４２を有する。一方の表面１４１は、クランクアーム１３のクランクジャーナル１１側の表面１３１と連続する。他方の表面１４２は、クランクアーム１３のクランクピン１２側の表面１３２と連続する。

【0030】

一体で成形されたクランクアーム１３及びカウンターウエイト１４は、一般に、クランクウェブ１５と称される。図２は、クランクウェブ１５をクランクジャーナル１１側から見た図である。図３は、クランクウェブ１５をカウンターウエイト１４側から見た図である。

【0031】

図２を参照して、本実施形態では、説明の便宜上、クランクウェブ１５において、クランクジャーナル１１側の面を正面、クランクピン１２側の面を背面と称する。クランクウェブ１５において、クランクピン１２の中心軸Ｘ２及び回転軸Ｘ１に直交する軸を縦軸Ｚと定義する。縦軸Ｚが延びる方向が長手方向であり、縦軸Ｚ及び回転軸Ｘ１に垂直な方向が幅方向である。長手方向に関してクランクアーム１３側を上、カウンターウエイト１４側を下といい、幅方向の両側を左右という場合がある。

【0032】

図２に示すカウンターウエイト１４は、クランクアーム１３から下方に向かって拡幅する。カウンターウエイト１４は、例えば、正面視で概略扇状をなす。図３を参照して、カウンターウエイト１４の表面１４１，１４２には、抜け勾配が与えられている。すなわち、カウンターウエイト１４の表面１４１，１４２は、それぞれ、幅方向の中央から左右に向かって下降傾斜している。このため、カウンターウエイト１４の厚み（回転軸方向の寸法）は、幅方向の中央部側で大きく、幅方向の両端部側で小さい。カウンターウエイト１４は、回転軸Ｘ１の位置で最大厚みＡｔを有する。

【0033】

工程ｂ）
工程ｂ）では、バリなしの仕上げ鍛造品１０を加工する。より詳細には、表面１４１，１４２に抜け勾配が存在するカウンターウエイト１４を加工する。

【0034】

まず、カウンターウエイト１４を加工するための装置について、図４を参照しつつ説明する。図４は、工程ｂ）で使用される加工装置２０の模式図である。

【0035】

図４では、加工装置２０が加工する仕上げ鍛造品１０を二点鎖線で示す。図４において、仕上げ鍛造品１０は、第３～第６カウンターウエイト１４ｃ～１４ｆが手前側、残りのカウンターウエイト１４が奥側に位置するように、加工装置２０内に配置されている。すなわち、仕上げ鍛造品１０が加工装置２０内に配置された状態で、カウンターウエイト１４の長手方向は加工装置２０の奥行き方向と一致し、カウンターウエイト１４の幅方向は上下方向と一致する。

【0036】

加工装置２０は、例えば、ダイクッションを有するプレス機械である。加工装置２０は、スライド２１ａと、ボルスタ２１ｂと、ダイクッションプレート２２ａ，２２ｂと、弾性部材２３ａ，２３ｂと、金型２４と、複数の楔部材３０ａ，３０ｂと、複数の工具４０と、を有する。

【0037】

スライド２１ａは、図示しないガイドに沿って昇降可能に構成されている。スライド２１ａは、例えば、機械式機構によって駆動されてもよいし、油圧や液圧等を駆動源としてもよい。ボルスタ２１ｂは、スライド２１ａの下方に配置されている。

【0038】

スライド２１ａとボルスタ２１ｂとの間には、ダイクッションプレート２２ａ，２２ｂが配置される。ダイクッションプレート２２ａは、複数の弾性部材２３ａを介してスライド２１ａに接続されている。ダイクッションプレート２２ｂは、複数の弾性部材２３ｂを介してボルスタ２１ｂに接続されている。

【0039】

弾性部材２３ａ，２３ｂは、上下方向に伸縮する部材である。弾性部材２３ａ，２３ｂは、例えば、コイルばねや空気ばね、油圧シリンダ等である。

【0040】

スライド２１ａ、ボルスタ２１ｂ、ダイクッションプレート２２ａ，２２ｂ、及び弾性部材２３ａ，２３ｂは、公知のプレス機械及びダイクッションにおけるスライド、ボルスタ、ダイクッションプレート、及び弾性部材と同様である。そのため、本実施形態ではこれらに関する詳細な説明を省略する。

【0041】

金型２４は、仕上げ鍛造品１０を最終製品の形状及び寸法に整形する。このため、金型２４は、最終製品の形状及び寸法に対応するキャビティを有する。金型２４は、上型２４ａと、下型２４ｂと、を有する。上型２４ａは、上側のダイクッションプレート２２ａに取り付けられる。下型２４ｂは、下側のダイクッションプレート２２ｂに取り付けられる。

【0042】

複数の楔部材３０ａは、スライド２１ａの下面に取り付けられる。楔部材３０ａは、仕上げ鍛造品１０の回転軸方向に配列されている。楔部材３０ａの各々は、先端部３１を含む。先端部３１は、楔部材３０ａにおいて下側に位置付けられ、少なくとも１つの傾斜面３１１を有する。本実施形態では、回転軸方向で両端に位置する楔部材３０ａは、先端部３１に１つの傾斜面３１１を有し、残りの楔部材３０ａは、先端部３１に２つの傾斜面３１１を有する。楔部材３０ａの先端部３１が２つの傾斜面３１１を有する場合、この２つの傾斜面３１１は、互いに逆向きの勾配を有する。

【0043】

複数の楔部材３０ｂは、ボルスタ２１ｂの上面に取り付けられる。下側の楔部材３０ｂは、上側の楔部材３０ａと対応してボルスタ２１ｂに設けられる。楔部材３０ｂの各々は、対応する楔部材３０ａと同様の先端部３１を有する。楔部材３０ｂは、水平面に対して楔部材３０ａと対称に配置される。すなわち、楔部材３０ｂでは、先端部３１が上側に位置付けられる。

【0044】

工具４０は、カウンターウエイト１４を加工する部材である。本実施形態の加工装置２０には、８枚のカウンターウエイト１４に対応し、８つの工具４０が設けられている。工具４０の各々は、下側のダイクッションプレート２２ｂ及び楔部材３０ｂによって支持される。ダイクッションプレート２２ｂ内には、楔部材３０ｂの先端部３１及び工具４０の一部を収容する空間２２１が設けられる。上側のダイクッションプレート２２ａ内にも、下側のダイクッションプレート２２ｂと同様の空間２２１が設けられる。

【0045】

工具４０の各々は、楔部材３０ｂから上方に延び、下型２４ｂを貫通する。工具４０の各々は、下型２４ｂ上のクランクジャーナル１１と干渉しないように、例えば、仕上げ鍛造品１０の回転軸方向視で概略Ｕ字状に形成されている。下型２４ｂの底壁部には、各工具４０を通すための貫通口２４１が形成されている。上型２４ａの上壁部にも、下型２４ｂの貫通口２４１に対応する位置及び大きさで、貫通口２４１が形成されている。

【0046】

上側のダイクッションプレート２２ａ内の空間２２１は、楔部材３０ａの上下方向の移動を許容する。下側のダイクッションプレート２２ｂ内の空間２２１は、楔部材３０ｂの上下方向の移動を許容する。ダイクッションプレート２２ａ，２２ｂ内の空間２２１及び金型２４の貫通口２４１は、回転軸方向における工具４０の移動を許容する。

【0047】

図５は、工具４０の上面図（平面図）及び背面図である。図５では、工具４０のうち、カウンターウエイト１４（図４）の加工に寄与する部分を示す。図５を参照して、工具４０は、概ね板状をなす。工具４０は、主面４１と、裏面４２と、側面４３と、突起部４４と、を有する。

【0048】

主面４１は、工程ｂ）の加工を行う際、カウンターウエイト１４（図４）に対向する面である。裏面４２は、主面４１と反対向きに配置される。主面４１及び裏面４２は、概略板状の工具４０における幅広面である。

【0049】

主面４１は、幅方向の両端に側縁４１１を有する。側縁４１１の各々には、側面４３が接続されている。各側面４３は、主面４１から裏面４２に向かい、幅方向の内側に傾斜する。工具４０の両側面４３のうち、一方の側面４３は、上側の楔部材３０ａの傾斜面３１１（図４）に接触し、他方の側面４３は、下側の楔部材３０ｂの傾斜面３１１（図４）に接触する。側面４３は、接触する傾斜面３１１に対応した勾配を有する。側面４３により、工具４０の幅は、主面４１から裏面４２に向かって徐々に小さくなっている。

【0050】

突起部４４は、主面４１上に形成される。突起部４４は、主面４１上において、カウンターウエイト１４（図４）の幅方向の中央部に対応する位置に配置されている。突起部４４は、主面４１上で幅方向に対して垂直な方向、すなわちカウンターウエイト１４の長手方向に沿って延びている。本実施形態では、突起部４４は、主面４１の全体にわたり、カウンターウエイト１４の長手方向に延びている。ただし、突起部４４の長さは、クランク軸の設計要件等に応じて適宜変更することができる。

【0051】

突起部４４の横断面（幅方向に沿う断面）は、実質的に三角形状である。突起部４４は、三角形の頂点部分に相当する稜線４４１と、三角形の斜辺部分に相当する側面４４２と、を有する。突起部４４は、稜線４４１に対して対称である。稜線４４１には、Ｒ面取り加工が施されていてもよい。側面４４２の各々は、稜線４４１から幅方向の外側、且つ主面４１側に向かって下降傾斜する。

【0052】

突起部４４は、全体にわたって概ね一定の高さＨを有する。高さＨは、主面４１から稜線４４１までの、主面４１に垂直な方向における距離である。高さＨは、カウンターウエイト１４の最大厚みＡｔ（図３）の１／２以下であることが好ましい（Ｈ≦Ａｔ／２）。

【0053】

突起部４４は、全体にわたって概ね一定の幅Ｗを有する。幅Ｗは、クランク軸の設計要件等に応じて適宜決定すればよいが、例えば、１０ｍｍ～６０ｍｍとすることができる。

【0054】

各側面４４２の角度θは、６５°～８５°であることが好ましい。角度θは、主面４１に垂直な方向に対し、側面４４２がなす角度である。

【0055】

次に、図６Ａ～図６Ｃを参照して、加工装置２０を用いてカウンターウエイト１４を加工する方法について説明する。図６Ａ～図６Ｃは、工程ｂ）でカウンターウエイト１４を加工する際の加工装置２０の動作を説明するための模式図である。

【0056】

図６Ａに示すように、まず、バリなしの仕上げ鍛造品１０を加工装置２０内に配置する。仕上げ鍛造品１０は、下型２４ｂの型割り面上にカウンターウエイト１４の縦軸Ｚ（図２）が位置するように、下型２４ｂのキャビティ上に載置される。このとき、カウンターウエイト１４は、回転軸Ｘ１の手前又は奥に位置付けられる。

【0057】

図６Ａの例では、第３～第６カウンターウエイト１４ｃ～１４ｆが回転軸Ｘ１よりも手前に位置付けられている。このため、第３～第６カウンターウエイト１４ｃ～１４ｆに対応する工具４０の主面４１及び突起部４４（図５）も、回転軸Ｘ１の手前に配置される。残りのカウンターウエイト１４は、回転軸Ｘ１よりも奥に位置付けられている。よって、残りのカウンターウエイト１４に対応する工具４０の主面４１及び突起部４４は、回転軸Ｘ１の奥に配置される。

【0058】

加工装置２０内に仕上げ鍛造品１０を配置したら、スライド２１ａを下降させる。これに伴い、図６Ｂに示すように、ダイクッションプレート２２ａ及び上型２４ａが下降し、上型２４ａが下型２４ｂに接触する。すなわち、金型２４が閉じられ、仕上げ鍛造品１０の必要箇所が金型２４によって圧下される。

【0059】

スライド２１ａをさらに下降させると、伸張状態にあった弾性部材２３ａが圧縮される。これにより、図６Ｃに示すように、楔部材３０ａが対応する工具４０に押し付けられ、楔部材３０ａが工具４０の側面４３に対して摺動する。楔部材３０ａの傾斜面３１１は、カウンターウエイト１４の幅方向の内側、つまり下方に向かい、工具４０の側面４３上を摺動する。

【0060】

スライド２１ａの下降に伴って負荷される荷重により、伸張状態にあった弾性部材２３ｂも圧縮され、工具４０が下側の楔部材３０ｂに押し付けられる。これにより、工具４０の側面４３は、下方に向かい、楔部材３０ｂの傾斜面３１１上を摺動する。すなわち、相対的には、楔部材３０ｂがカウンターウエイト１４の幅方向の内側に向かい、工具４０の側面４３に対して摺動する。

【0061】

楔部材３０ａ，３０ｂが工具４０の各側面４３上を摺動することにより、工具４０がカウンターウエイト１４側に移動し、カウンターウエイト１４に押し付けられる。本実施形態では、カウンターウエイト１４のクランクジャーナル１１側の表面に工具４０が押し付けられる。

【0062】

図７は、工具４０によるカウンターウエイト１４の加工の様子を説明するための模式図である。工具４０をカウンターウエイト１４に接近させると、主面４１上の突起部４４がカウンターウエイト１４の表面に押し当てられる。カウンターウエイト１４の材料は、突起部４４によって押し分けられ、幅方向の中央部から両端部に向かって順次流動する。これにより、カウンターウエイト１４の幅方向の中央部が薄肉化される。

【0063】

図６Ｃに戻り、工具４０をカウンターウエイト１４に所定時間押し付けた後、スライド２１ａを上昇させる。これにより、上側の弾性部材２３ａが伸張し、楔部材３０ａが工具４０から後退する。スライド２１ａをさらに上昇させると、ダイクッションプレート２２ａ及び上型２４ａが上昇する。これに伴い、下側の弾性部材２３ｂが伸張し、ダイクッションプレート２２ｂが若干上昇する。工具４０は、楔部材３０ｂの傾斜面３１１に沿い、上方に移動しつつカウンターウエイト１４から離間する。加工装置２０が図６Ａに示す初期状態に戻ったら、加工装置２０から仕上げ鍛造品１０を取り出す。これにより、工程ｂ）におけるカウンターウエイト１４の加工、及び仕上げ鍛造品１０の整形が完了する。

【0064】

図８及び図９は、それぞれ、工程ｂ）の後のクランクウェブ１５の正面図及び底面図である。図８及び図９を参照して、カウンターウエイト１４のクランクジャーナル１１側の表面１４１のうち、幅方向の中央部には、凹部１４３が形成されている。すなわち、工程ｂ）の後のカウンターウエイト１４では、表面１４１から抜け勾配がなくなり、幅方向の中央部が薄肉化されている。凹部１４３は、工具４０の突起部４４（図５）の形状に対応した形状を有する。

【0065】

［実施形態の効果］
本実施形態に係るクランク軸の製造方法では、仕上げ鍛造品１０からバリを除去した後、この仕上げ鍛造品１０の各カウンターウエイト１４に対し、工具４０の突起部４４を押し付ける。これにより、カウンターウエイト１４において、幅方向の中央部の材料が両端部側に流動し、幅方向の中央部が薄肉化される。よって、カウンターウエイト１４の重心が回転軸Ｘ１から遠ざかり、回転軸Ｘ１周りにおけるカウンターウエイト１４のモーメントが大きくなる。このため、カウンターウエイト１４を増量せずに所望のモーメントを確保することが可能となり、カウンターウエイト１４の軽量化及びモーメント確保の双方を実現することができる。

【0066】

本実施形態では、工具４０の突起部４４が実質的に三角形状の横断面を有する。よって、突起部４４をカウンターウエイト１４に押し付けたとき、カウンターウエイト１４の材料が突起部４４によって案内される。より具体的には、カウンターウエイト１４の材料は、三角形の斜面部分に相当する両側面４４２に案内され、幅方向の外側に向かって円滑に流動する。このため、工程ｂ）において、カウンターウエイト１４を狙いの形状に容易に成形することができる。

【0067】

本実施形態では、楔部材３０ａ，３０ｂの傾斜面３１１に対応して、工具４０の両側面４３を傾斜させている。このため、楔部材３０ａ，３０ｂを工具４０の両側から差し込んで両側面４３に対して相対的に摺動させるだけで、工具４０をカウンターウエイト１４側に移動させることができる。よって、工程ｂ）におけるカウンターウエイト１４の加工を容易に行うことができる。

【0068】

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0069】

例えば、本実施形態では、工程ｂ）において、カウンターウエイト１４のクランクジャーナル１１側の表面１４１のみを加工する。しかしながら、工程ｂ）では、カウンターウエイト１４のクランクピン１２側の表面１４２のみを加工してもよいし、両表面１４１，１４２を加工してもよい。工程ｂ）においてカウンターウエイト１４の両表面１４１，１４２を加工する場合、カウンターウエイト１４の両側に工具４０を配置し、カウンターウエイト１４の表面１４１，１４２各々に工具４０の突起部４４を押し付ければよい。

【0070】

本実施形態では、工程ｂ）は、一般的な鍛造クランク軸の製造プロセスにおける整形工程と同時に実施されている。しかしながら、工程ｂ）は、整形工程とは別工程であってもよい。例えば、バリなしの仕上げ鍛造品１０に対して工程ｂ）を実施した後、通常の整形工程を実施することもできる。

【符号の説明】

【0071】

１０：仕上げ鍛造品
１１：クランクジャーナル
１２：クランクピン
１３：クランクアーム
３０ａ，３０ｂ：楔部材
４０：工具
４１：主面
４２：裏面
４３：側面
４４：突起部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】

【図9】