特許 7406084 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】2023-12-19

(45)【発行日】2023-12-27

(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 20060101AFI20231220BHJP

   B21J 5/02 20060101ALI20231220BHJP

   F02B 77/00 20060101ALI20231220BHJP

   F16C 3/08 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

B21K1/08

B21J5/02 Z

F02B77/00 J

F16C3/08

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020011430

(22)【出願日】2020-01-28

(65)【公開番号】P2021115608

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-09-05

(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

(72)【発明者】

【氏名】吉永 将大

(72)【発明者】

【氏名】高本 奨

(72)【発明者】

【氏名】薮野 訓宏

【審査官】永井 友子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２１５２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１５２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１３６１８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｋ １／０８

Ｂ２１Ｊ ５／０２

Ｆ０２Ｂ ７７／００

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）型鍛造によって、バリ付きの仕上げ鍛造品を成形する工程であって、前記仕上げ鍛造品は、ジャーナルと、ジャーナルに対して偏心したピンと、前記ジャーナルと前記ピンとを連結するアームと、前記アームに連結されたカウンターウエイトと、前記カウンターウエイトの幅方向の端部から前記カウンターウエイトの長手方向の外側に突出する余肉部と、を有する工程と、
（ｂ）前記仕上げ鍛造品から前記バリを除去する工程と、
（ｃ）前記バリが除去された前記仕上げ鍛造品を整形する工程であって、一対の金型を用いて、前記カウンターウエイトの前記長手方向に沿って前記ジャーナルを押圧することにより、前記仕上げ鍛造品の曲がりを矯正し、さらに、前記金型の一部を構成する治具を用いて、前記カウンターウエイトの前記長手方向に沿って前記余肉部を圧下することにより、前記余肉部の材料を前記カウンターウエイトの前記端部に流入させる工程と、を備え、
前記治具のキャビティは、前記カウンターウエイトの前記ピン側の表面と対向し、前記仕上げ鍛造品の中心軸に垂直な第１の平面と、前記カウンターウエイトの前記ジャーナル側の表面と対向し、前記仕上げ鍛造品の前記中心軸に垂直な第２の平面とを含み、
前記工程（ｃ）では、前記カウンターウエイトのうちで前記材料が流入した前記端部が前記第１の平面と前記第２の平面に接触する、製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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に、クランク軸を備える。クランク軸は、ジャーナルと、ピンと、アームと、を有する。ジャーナル、ピン及びアームは、それぞれクランクジャーナル、クランクピン及びクランクアームとも称される。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。ピンは、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。アームは、ジャーナルとピンとを連結する。

【0003】

クランク軸は、型鍛造によって製造することができる。例えば、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、型鍛造（荒打ち及び仕上げ打ち）を行って荒地からバリ付きの仕上げ鍛造品を成形する。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（例：ジャーナル、ピン）を押圧し、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、国際公開第２０１０／１１０１３３号（特許文献１）は、仕上げ打ち工程において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（鍛造型）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。予備成形品の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】

特開２００６－２４７７３０号公報（特許文献２）は、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、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】

特開２０１２－９７８８８号公報（特許文献３）は、クランク軸本体の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、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】

クランク軸において、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。このため、カウンターウエイトのモーメントを確保する観点から、カウンターウエイトの重心はクランク軸の回転軸から遠くにあることが好ましい。

【0009】

特許文献３では、カウンターウエイトが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、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。

【0010】

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幅方向の端部の厚みは、カウンターウエイトの幅方向の中央部の厚みよりも小さい。つまり、型鍛造時の抜け勾配に起因して、カウンターウエイトの幅方向の端部の重量は小さい。このため、カウンターウエイトの重心はクランク軸の回転軸寄りになりがちである。

【0011】

カウンターウエイトの重心をクランク軸の回転軸から遠ざける手法として、カウンターウエイトの幅を拡大することが考えられる。しかしながら、この場合、カウンターウエイトが増量し、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。

【0012】

要するに、カウンターウエイトには、モーメントの確保とともに軽量化が求められる。

【0013】

本発明の１つの目的は、カウンターウエイトのモーメントを確保しつつ、カウンターウエイトを軽量化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である。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の実施形態によるクランク軸の製造方法は、工程（ａ）と、工程（ｂ）と、工程（ｃ）と、を備える。工程（ａ）では、型鍛造によって、バリ付きの仕上げ鍛造品を成形する。この仕上げ鍛造品は、ジャーナルと、ピンと、アームと、カウンターウエイトと、余肉部と、を有する。ピンは、ジャーナルに対して偏心する。アームは、ジャーナルとピンとを連結する。カウンターウエイトは、アームに連結される。余肉部は、カウンターウエイトの幅方向の端部からカウンターウエイトの長手方向の外側に突出する。工程（ｂ）では、上記の仕上げ鍛造品からバリを除去する。工程（ｃ）では、バリが除去された仕上げ鍛造品を整形する。工程（ｃ）では、一対の金型を用いて、カウンターウエイトの長手方向に沿ってジャーナルを押圧する。これにより、仕上げ鍛造品の曲がりを矯正する。さらに、上記の金型の一部を構成する治具を用いて、カウンターウエイトの長手方向に沿って余肉部を圧下する。これにより、余肉部の材料をカウンターウエイトの端部に流入させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の実施形態によるクランク軸の製造方法によれば、カウンターウエイトのモーメントを確保しつつ、カウンターウエイトを軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本実施形態によるクランク軸の製造方法において工程（ａ）及び（ｂ）を経て得ら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、本実施形態によるクランク軸の製造方法において工程（ｃ）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金型を構成する上型及び治具を構成する上治具の下面図である。

【図6】図６は、図４に示す加工装置に含まれる金型を構成する下型及び治具を構成する下治具の上面図である。

【図7】図７は、図５及び図６の線VII－VIIにおける金型及び治具の断面図である。

【図8A】図８Ａは、工程（ｃ）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8B】図８Ｂは、工程（ｃ）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8C】図８Ｃは、工程（ｃ）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9A】図９Ａは、工程（ｃ）において治具による余肉部の圧下の様子を説明するための模式図である。

【図9B】図９Ｂは、工程（ｃ）において治具による余肉部の圧下の様子を説明するための別の模式図である。

【図10】図１０は、図９Ｂの線X－Xにおける断面図である。

【図11】図１１は、工程（ｃ）の後のクランクウェブの背面図である。

【図12】図１２は、図１１に示すクランクウェブの底面図である。

【図13】図１３は、本実施形態の変形例１によるクランク軸の製造方法において加工装置に含まれる金型を構成する上型、及び治具を構成する上治具の下面図である。

【図14】図１４は、本実施形態の変形例１によるクランク軸の製造方法において加工装置に含まれる金型を構成する下型、及び治具を構成する下治具の上面図である。

【図15】図１５は、図１３及び図１４に示す治具による余肉部の圧下の様子を説明するための模式図である。

【図16】図１６は、本実施形態の変形例２によるクランク軸の製造方法において加工装置に含まれる金型を構成する上型、及び治具を構成する上治具の下面図である。

【図17】図１７は、本実施形態の変形例２によるクランク軸の製造方法において加工装置に含まれる金型を構成する下型、及び治具を構成する下治具の上面図である。

【図18】図１８は、図１６及び図１７に示す治具による余肉部の圧下の様子を説明するための模式図である。

【図19】図１９は、本実施形態の変形例３によるクランク軸の製造方法において工程（ｃ）で使用される加工装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。

【0018】

本実施形態によるクランク軸の製造方法は、工程（ａ）と、工程（ｂ）と、工程（ｃ）と、を備える。工程（ａ）では、型鍛造によって、バリ付きの仕上げ鍛造品を成形する。この仕上げ鍛造品は、ジャーナルと、ピンと、アームと、カウンターウエイトと、余肉部と、を有する。ピンは、ジャーナルに対して偏心する。アームは、ジャーナルとピンとを連結する。カウンターウエイトは、アームに連結される。余肉部は、カウンターウエイトの幅方向の端部からカウンターウエイトの長手方向の外側に突出する。工程（ｂ）では、上記の仕上げ鍛造品からバリを除去する。工程（ｃ）では、バリが除去された仕上げ鍛造品を整形する。工程（ｃ）では、一対の金型を用いて、カウンターウエイトの長手方向に沿ってジャーナルを押圧する。これにより、仕上げ鍛造品の曲がりを矯正する。さらに、上記の金型の一部を構成する治具を用いて、カウンターウエイトの長手方向に沿って余肉部を圧下する。これにより、余肉部の材料をカウンターウエイトの端部に流入させる（第１の構成）。

【0019】

第１の構成では、工程（ａ）及び工程（ｂ）を経ることによって得られたバリなしの仕上げ鍛造品において、型鍛造時の抜け勾配に起因して、カウンターウエイトの幅方向の端部の厚みは、カウンターウエイトの幅方向の中央部の厚みよりも小さい。この仕上げ鍛造品を工程（ｃ）で整形する。このとき、カウンターウエイトの端部から突出する余肉部が治具によって圧下されて、余肉部の材料がカウンターウエイトの端部に流入する。これにより、カウンターウエイトの端部が回転軸方向に膨らみ、その厚みが増量する。別の観点では、カウンターウエイトの厚みが均一化される。この場合、カウンターウエイトの重心がクランク軸の回転軸から遠ざかり、回転軸回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の構成の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。したがって、第１の構成によれば、カウンターウエイトのモーメントを確保しつつ、カウンターウエイトを軽量化することができる。

【0020】

第１の構成の製造方法において、好ましくは、治具のキャビティは、カウンターウエイトのピン側の表面と対向する第１の平面を含む。工程（ｃ）では、カウンターウエイトのうちで材料が流入した端部が第１の平面に接触する（第２の構成）。

【0021】

治具による余肉部の圧下により、カウンターウエイトの端部はピン側に向けて変形しやすい。第２の構成によれば、工程（ｃ）で、カウンターウエイトの端部のピン側に向かう変形が第１の平面によって制限される。したがって、寸法精度が向上する。

【0022】

第２の構成の製造方法において、好ましくは、治具のキャビティは、カウンターウエイトのジャーナル側の表面と対向する第２の平面を含む。工程（ｃ）では、カウンターウエイトのうちで材料が流入した端部が第２の平面に接触する（第３の構成）。

【0023】

第３の構成によれば、工程（ｃ）で、さらにカウンターウエイトの端部のジャーナル側に向かう変形が第２の平面によって制限される。したがって、寸法精度が一層向上する。

【0024】

以下に、図面を参照しながら、本実施形態によるクランク軸の製造方法の具体例を説明する。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。

【0025】

［クランク軸の製造方法］
本実施形態によ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。本実施形態によるクランク軸の製造方法は、バリ付きのクランク軸の仕上げ鍛造品を成形する工程（ａ）と、当該仕上げ鍛造品からバリを除去する工程（ｂ）と、バリが除去された仕上げ鍛造品を整形する工程（ｃ）と、を備える。以下、各工程について説明する。

【0026】

工程（ａ）及び工程（ｂ）
本実施形態によるクランク軸の製造方法では、まず、工程（ａ）において、バリ付きの仕上げ鍛造品を成形する。この仕上げ鍛造品は、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、この荒地に型鍛造（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成形する。その後、工程（ｂ）において、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。

【0027】

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、複数のジャーナル１１と、複数のピン１２と、複数のアーム１３と、複数のカウンターウエイト１４と、を有する。仕上げ鍛造品１０はさらに、後述する余肉部１８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、本実施形態の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。

【0028】

複数のジャーナル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。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。

【0029】

複数のピン１２は、それぞれ概略円柱状をなし、ジャーナル１１に対して偏心する。すなわち、複数のピン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Ｘ１方向で両端に位置するピン１２は、中央の２つのピン１２と１８０°の位相差を有する。

【0030】

アーム１３の各々は、回転軸Ｘ１方向においてジャーナル１１とピン１２との間に配置される。アーム１３は、ジャーナル１１とピン１２とを連結する。アーム１３は、回転軸Ｘ１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にはジャーナル１１が接続され、他方の表面１３２にはピン１２が接続される。本実施形態では、必要に応じ、回転軸Ｘ１方向に並ぶ８枚のアーム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アーム１３ａ～１３ｈと称して区別する。

【0031】

カウンターウエイト１４の各々は、アーム１３と一体で成形される。必要な場合、第１～第８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、相互に同一であってもよいが、相互に異なっていてもよい。

【0032】

カウンターウエイト１４は、回転軸Ｘ１方向と交差する表面１４１，１４２を有する。一方の表面１４１は、アーム１３のジャーナル１１側の表面１３１と連続する。他方の表面１４２は、アーム１３のピン１２側の表面１３２と連続する。

【0033】

一体で成形されたアーム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。図２では、最終製品であるクランク軸の形状を二点鎖線で示す。

【0034】

図２を参照して、本明細書では、説明の便宜上、アーム１３、カウンターウエイト１４及びクランクウェブ１５において、ジャーナル１１側の表面を正面、ピン１２側の表面を背面と言う場合がある。クランクウェブ１５において、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。長手方向に関してアーム１３側を上、カウンターウエイト１４側を下と言い、幅方向の両側を左右と言う場合がある。また、カウンターウエイト１４の長手方向に関して、ピン１２側（上側）を内側、それとは反対側（下側）を外側と言う場合がある。また、カウンターウエイトの幅方向に関して、縦軸Ｚ側を内側、それとは反対側を外側と言う場合がある。

【0035】

図２に示すカウンターウエイト１４は、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、正面視で概略扇状をなす。すなわち、カウンターウエイト１４は、主として、外側面１４３ａと、端側面１４３ｂと、内側面１４３ｃと、を有する。外側面１４３ａは、正面視で例えば円弧状をなす。内側面１４３ｃは、アーム１３の側面につながる。端側面１４３ｂは、外側面１４３ａと内側面１４３ｃとを滑らかにつなぐ。端側面１４３ｂは、平面であってもよいし、凸曲面であってもよい。

【0036】

カウンターウエイト１４の幅方向の両端部１４ｓそれぞれから長手方向の外側に余肉部１８が突出する。すなわち、余肉部１８は、カウンターウエイト１４の外側面１４３ａのうちの端側面１４３ｂ近傍に設けられる。余肉部１８はカウンターウエイト１４と一体で成形される。

【0037】

本実施形態では、カウンターウエイト１４の両端部１４ｓそれぞれに余肉部１８が設けられる。ただし、余肉部１８はカウンターウエイト１４の両端部１４ｓの一方にのみ設けられてもよい。また、余肉部１８は、全てのカウンターウエイト１４に設けられてもよいし、一部のカウンターウエイト１４にのみ設けられてもよい。

【0038】

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。通常、抜け勾配は最小でも１．０°である。工程（ａ）の型鍛造時に仕上げ鍛造品を金型から取り出しやすくするためである。このため、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Ｘ１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１４ｓ側で小さい。

【0039】

工程（ｃ）
工程（ｃ）では、バリなしの仕上げ鍛造品１０を整形する。より詳細には、各ジャーナル１１を押圧することにより、仕上げ鍛造品１０の曲がりを矯正する。さらにその後、余肉部１８を圧下することにより、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。

【0040】

まず、バリなしの仕上げ鍛造品１０を整形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（ｃ）で使用される加工装置２０の模式図である。

【0041】

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が上向き、残りのカウンターウエイト１４が下向きに位置するように、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の上下方向（鉛直方向）と一致し、カウンターウエイト１４の幅方向は加工装置２０の奥行き方向（水平方向）上下方向（鉛直方向）と一致する。

【0042】

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、金型２３と、治具２４と、弾性部材２５ａ，２５ｂと、を有する。

【0043】

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、油圧式、又は液圧式等の駆動機構によって駆動することができる。ボルスタ２１ｂは、スライド２１ａの下方に配置されている。

【0044】

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２５ａ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２５ｂを介してボルスタ２１ｂに接続されている。

【0045】

弾性部材２５ａ，２５ｂは、上下方向に伸縮する部材である。弾性部材２５ａ，２５ｂは、例えば、コイルばねや空気ばね、油圧シリンダ等である。

【0046】

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２５ａ，２５ｂの基本構成は、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。

【0047】

金型２３及び治具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。治具２４は金型２３の一部を構成する。このため、金型２３及び治具２４は、これらの金型全体で、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。後述する図５及び図６も参照して、金型２３は、全てのジャーナル１１に対応する領域を包含するように配置される。さらに金型２３は、一部のピン１２に対応する領域を包含するように配置される。さらに金型２３は、全てのアーム１３に対応する領域を包含するように配置される。

【0048】

一方、治具２４は、回転軸Ｘ１方向で互いに隣接するカウンターウエイト１４に対応する領域を包含するように配置される。例えば、図４において、治具２４は、第３～第６カウンターウエイト１４ｃ～１４ｆが位置する上側、第１及び第２カウンターウエイト１４ａ，１４ｂが位置する下側、及び第７及び第８カウンターウエイト１４ｇ，１４ｈが位置する下側に、それぞれ配置される。

【0049】

金型２３は、上型２３ａと、下型２３ｂと、を有する。すなわち、金型２３は一対からなる。上型２３ａは、ダイクッションプレート２２ａの下面に取り付けられる。下型２３ｂは、ダイクッションプレート２２ｂの上面に取り付けられる。

【0050】

治具２４は、上治具２４ａと、下治具２４ｂと、を有する。上治具２４ａは下型２３ｂの一部と対になる。下治具２４ｂは上型２３ａの一部と対になる。上治具２４ａは、スライド２１ａの下面に取り付けられる。下治具２４ｂは、ボルスタ２１ｂの上面に取り付けられる。上治具２４ａの型割り面は、上型２３ａの型割り面よりも上方に位置する。下治具２４ｂの型割り面は、下型２３ｂの型割り面よりも下方に位置する。

【0051】

図５は、金型２３を構成する上型２３ａ、及び治具２４を構成する上治具２４ａの下面図である。図６は、金型２３を構成する下型２３ｂ、及び治具２４を構成する下治具２４ｂの上面図である。図７は、図５及び図６の線VII－VIIにおける金型２３及び治具２４の断面図である。図７には、クランクウェブ１５の正面視での輪郭を形成するキャビティが示される。図７では、最終製品であるクランク軸の形状を二点鎖線で示す。

【0052】

図５に示すように、上型２３ａ及び上治具２４ａは下面に開放するキャビティを有する。図６に示すように、下型２３ｂ及び下治具２４ｂは上面に開放するキャビティを有する。上型２３ａと下型２３ｂが接触し、さらに上治具２４ａと下型２３ｂが接触し、下治具２４ｂと上型２３ａが接触するとき、上型２３ａ及び上治具２４ａのキャビティと下型２３ｂ及び下治具２４ｂのキャビティによって、最終製品のクランク軸の形状及び寸法に対応するキャビティが形成される。

【0053】

図５を参照して、上型２３ａのキャビティは、ジャーナル底面２３１を含む。ジャーナル底面２３１は、ジャーナル１１に対応する位置に配置される。ジャーナル底面２３１は、最終製品のジャーナルの形状及び寸法に対応する半円筒状をなす。本実施形態では、上型２３ａのキャビティは、ピン底面３３２を含む。上型２３ａのピン底面３３２は、下向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３に接続されたピン１２に対応する位置に配置される。ピン底面３３２は、最終製品のピンの形状及び寸法に対応する半円筒状をなす。図６に示す下型２３ｂのキャビティも同様のジャーナル底面２３１及びピン底面３３２を含む。ただし、下型２３ｂのピン底面３３２は、上向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３に接続されたピン１２に対応する位置に配置される。

【0054】

さらに、図５を参照して、上治具２４ａのキャビティは第１の平面３３３を含む。上治具２４ａのキャビティにおいて、第１の平面３３３は、上向きのカウンターウエイト１４のピン１２側の表面１４２に対応する位置に配置される。上治具２４ａと下型２３ｂが接触するとき、第１の平面３３３は、上向きのカウンターウエイト１４のピン１２側の表面１４２と対向する。第１の平面３３３は、仕上げ鍛造品１０の中心軸Ｘ１に垂直な面である。仕上げ鍛造品１０の中心軸Ｘ１に垂直な面は、仕上げ鍛造品１０の中心軸Ｘ１に対して厳密に垂直な面のみならず、当該垂直な面に対して０．５°以下の小さな勾配で傾いた面を含む。すなわち、第１の平面３３３には、仕上げ鍛造品１０の抜け勾配に対応する大きな勾配は与えられていない。別の観点では、第１の平面３３３は平坦な壁面である。図６に示す下治具２４ｂのキャビティも同様の第１の平面３３３を含む。ただし、下治具２４ｂのキャビティにおいて、第１の平面３３３は、下向きのカウンターウエイト１４のピン１２側の表面１４２に対応する位置に配置される。

【0055】

図５に示す上治具２４ａのキャビティは、ピン底面３３２を含む。上治具２４ａのピン底面３３２は、上向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３に接続されたピン１２に対応する位置に配置される。図６に示す下治具２４ｂのキャビティも同様のピン底面３３２を含む。ただし、下治具２４ｂのピン底面３３２は、下向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３に接続されたピン１２に対応する位置に配置される。

【0056】

さらに、図５を参照して、上治具２４ａのキャビティは第２の平面３３４を含む。上治具２４ａのキャビティにおいて、第２の平面３３４は、上向きカウンターウエイト１４のジャーナル１１側の表面１４１に対応する位置に配置される。上治具２４ａと下型２３ｂが接触するとき、第２の平面３３４は、上向きのカウンターウエイト１４のジャーナル１１側の表面１４１と対向する。第２の平面３３４は、仕上げ鍛造品１０の中心軸Ｘ１に垂直な面である。すなわち、第２の平面３３４には、仕上げ鍛造品１０の抜け勾配に対応する勾配は与えられていない。別の観点では、第２の平面３３４は平坦な壁面である。図６に示す下治具２４ｂのキャビティも同様の第２の平面３３４を含む。ただし、下治具２４ｂのキャビティにおいて、第２の平面３３４は、下向きのカウンターウエイト１４のジャーナル１１側の表面１４１に対応する位置に配置される。

【0057】

図７を参照して、金型２３及び治具２４のキャビティはカウンターウエイト底面３３５を含む。カウンターウエイト底面３３５は、カウンターウエイト１４に対応する位置に配置される。カウンターウエイト底面３３５は、最終製品のカウンターウエイトの形状及び寸法に対応する形状及び寸法を有する。より具体的には、カウンターウエイト底面３３５は、外側底面３３５ａと、端側底面３３５ｂと、内側底面３３５ｃと、を有する。外側底面３３５ａの形状及び寸法は、カウンターウエイト１４の外側面１４３ａの形状及び寸法と一致する。端側底面３３５ｂの形状及び寸法は、カウンターウエイト１４の端側面１４３ｂの形状及び寸法と一致する。内側底面３３５ｃの形状及び寸法は、カウンターウエイト１４の内側面１４３ｃの形状及び寸法と一致する。

【0058】

上治具２４ａのキャビティにおいて、外側底面３３５ａは、上向きのカウンターウエイト１４の外側面１４３ａに対応する位置に配置される。端側底面３３５ｂは、上向きのカウンターウエイト１４の端側面１４３ｂに対応する位置に配置される。一方、下型２３ｂのキャビティにおいて、内側底面３３５ｃは、上向きのカウンターウエイト１４の内側面１４３ｃに対応する位置に配置される。

【0059】

下治具２４ｂのキャビティにおいて、外側底面３３５ａは、下向きのカウンターウエイト１４の外側面１４３ａに対応する位置に配置される。端側底面３３５ｂは、下向きのカウンターウエイト１４の端側面１４３ｂに対応する位置に配置される。一方、上型２３ａのキャビティにおいて、内側底面３３５ｃは、下向きのカウンターウエイト１４の内側面１４３ｃに対応する位置に配置される。

【0060】

次に、図８Ａ～図１０を参照して、加工装置２０を用いて、バリなしの仕上げ鍛造品１０を整形する方法について説明する。図８Ａ～図１０は、工程（ｃ）で仕上げ鍛造品１０を整形する際、加工装置２０の動作を説明するための模式図である。

【0061】

図８Ａ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２３ｂのキャビティ上に載置される。このとき、下型２３ｂの型割り面（水平面）上にカウンターウエイト１４の縦軸Ｚ（図２）が位置する。カウンターウエイト１４は、中心軸Ｘ１の上方又は下方に位置付けられる。すなわち、カウンターウエイト１４の長手方向は上下方向（鉛直方向）に位置する。

【0062】

図８Ａの例では、第３～第６カウンターウエイト１４ｃ～１４ｆが中心軸Ｘ１よりも上方に位置付けられている。残りのカウンターウエイト１４は、中心軸Ｘ１よりも下方に位置付けられている。このため、治具２４は、中心軸Ｘ１の上方と下方にそれぞれ配置されている。

【0063】

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。これにより、図８Ｂ及び図９Ａに示すように、ダイクッションプレート２２ａ、上型２３ａ及び上治具２４ａが下降し、まず上型２３ａが下型２３ｂに接触する。これにより、金型２３が閉じられる。このとき、仕上げ鍛造品１０のジャーナル１１は、ジャーナル底面２３１により、カウンターウエイト１４の長手方向に沿って押圧される。これにより、仕上げ鍛造品１０の曲がりが矯正される。一方、上治具２４ａは下型２３ｂと接触していない。下治具２４ｂも上型２３ａと接触していない。すなわち、仕上げ鍛造品１０のカウンターウエイト１４は治具２４から離間している。ただし、カウンターウエイト１４の内側面１４３ｃは、上型２３ａ及び下型２３ｂそれぞれの内側底面３３５ｃと接触している。

【0064】

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２５ａ，２５ｂが圧縮される。これにより、図８Ｃ及び図９Ｂに示すように、上型２３ａが下型２３ｂに接触した状態のまま、上治具２４ａが下降して下型２３ｂに接触し、下治具２４ｂが上型２３ａに接触する。これにより、金型２３及び治具２４の全体が閉じられる。このとき、仕上げ鍛造品１０のカウンターウエイト１４は、治具２４のカウンターウエイト底面３３５により、カウンターウエイト１４の長手方向に沿って圧下される。厳密には、仕上げ鍛造品１０の余肉部１８が圧下される。

【0065】

その際、仕上げ鍛造品１０のピン１２は、ピン底面３３２によって押圧される。この押圧により、仕上げ鍛造品１０の曲がりが一層矯正される。

【0066】

図９Ａ～図１０は、治具２４による余肉部１８の圧下の様子を説明するための模式図である。図９Ａには、余肉部の圧下前の様子が示される。図９Ｂ及び図１０には、加工後の様子が示される。図１０は、図９Ｂの線X－Xにおける断面図である。図９Ｂでは、加工前の余肉部１８を二点鎖線で示す。

【0067】

図９Ａ及び図９Ｂを参照して、上治具２４ａの下降に伴い、カウンターウエイト底面３３５のうちの外側底面３３５ａが余肉部１８に接触し、その余肉部１８を圧下する。このとき、余肉部１８には、外側底面３３５ａからカウンターウエイト１４に向けて圧力が与えられる。カウンターウエイト１４の端側面１４３ｂは治具２４の端側底面３３５ｂによって拘束される。カウンターウエイト１４の内側面１４３ｃは下型２３ｂの内側底面３３５ｃによって既に拘束されている。これにより、余肉部１８の材料は、カウンターウエイト１４に向けて流動し、カウンターウエイト１４の端部１４ｓに流入する（図９Ｂ中の矢印参照）。その結果、図１０に示すように、カウンターウエイト１４の端部１４ｓが回転軸Ｘ１方向に膨らみ、カウンターウエイト１４の端部１４ｓが厚肉化される。すなわち、カウンターウエイト１４の厚みが均一化される。

【0068】

その際、カウンターウエイト１４における回転軸Ｘ１方向に膨らんだ端部１４ｓは、第１の平面３３３に接触する。これにより、端部１４ｓのピン１２側に向かう膨らみ変形が第１の平面３３３によって制限される。すなわち、端部１４ｓの過剰な膨らみ変形が抑えられる。このため、カウンターウエイト１４のピン１２側の表面１４２の寸法精度が確実に確保される。

【0069】

また、カウンターウエイト１４における回転軸Ｘ１方向に膨らんだ端部１４ｓは、第２の平面３３４に接触する。これにより、端部１４ｓのジャーナル１１側に向かう膨らみ変形が第２の平面３３４によって制限される。すなわち、端部１４ｓの過剰な膨らみ変形が抑えられる。このため、カウンターウエイト１４のジャーナル１１側の表面１４１の寸法精度が確実に確保される。

【0070】

このように金型２３及び治具２４の全体が閉じられた後、スライド２１ａを上昇させる。これにより、上治具２４ａが下型２３ｂから離間するとともに下治具２４ｂが上型２３ａから離間し、さらに上型２３ａが下型２３ｂから離間する。その後、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（ｃ）における仕上げ鍛造品１０の整形が完了する。

【0071】

図１１及び図１２は、それぞれ、工程（ｃ）の後のクランクウェブ１５の背面図及び底面図である。図１１及び図１２を参照して、カウンターウエイト１４の端部１４ｓが回転軸Ｘ１方向に膨らんでいる。すなわち、カウンターウエイト１４の端部１４ｓにおいて、ジャーナル１１側及びピン１２側それぞれの表面１４１，１４２から抜け勾配がなくなり、厚みが増量されている。別の観点では、カウンターウエイト１４の端部１４ｓが厚肉化されている。

【0072】

［本実施形態の効果］
本実施形態によるクランク軸の製造方法では、バリを除去した後の仕上げ鍛造品１０に整形を行う。このとき、カウンターウエイト１４の端部１４ｓから突出する余肉部１８を治具２４によって圧下する。これにより、余肉部１８の材料がカウンターウエイト１４の端部１４ｓに流入し、カウンターウエイト１４の端部１４ｓが厚肉化される。この場合、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回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のモーメント確保及び軽量化の双方を実現することができる。

【0073】

［本実施形態の変形例１］
図１３～図１５を参照して、本実施形態の変形例１によるクランク軸の製造方法について説明する。図１３及び図１４は、工程（ｃ）で使用される加工装置２０に含まれる金型２３及び治具２４の模式図である。図１３には、上型２３ａ及び上治具２４ａの下面図が示される。図１４には、下型２３ｂ及び下治具２４ｂの上面図が示される。図１５は、治具２４による余肉部１８の圧下の様子を説明するための模式図である。図１５には、加工後の様子が示される。

【0074】

図１３に示すように、上治具２４ａのキャビティは、第１の平面２３３、及びカウンターウエイト底面３３５（外側底面３３５ａ及び端側底面３３５ｂ）を含む。ただし、上治具２４ａのキャビティにおいて、カウンターウエイト１４のジャーナル１１側の表面１４１に対応する位置は開放されて、大きく凹んでいる。別の観点では、第２の平面のような壁面が設けられていない。図１４に示す下治具２４ｂのキャビティも上治具２４ａのキャビティと同様である。

【0075】

図１５を参照して、工程（ｃ）では、余肉部１８が治具２４によって圧下されたとき、カウンターウエイト１４の端部１４ｓは回転軸Ｘ１方向のジャーナル１１側に自由に膨らむ。この場合であっても、カウンターウエイト１４の端部１４ｓが厚肉化される。すなわち、カウンターウエイト１４の厚みが均一化される。

【0076】

［本実施形態の変形例２］
図１６～図１８を参照して、本実施形態の変形例２によるクランク軸の製造方法について説明する。図１６及び図１７は、工程（ｃ）で使用される加工装置２０に含まれる金型２３及び治具２４の模式図である。図１６には、上型２３ａ及び上治具２４ａの下面図が示される。図１７には、下型２３ｂ及び下治具２４ｂの上面図が示される。図１８は、治具２４による余肉部１８の圧下の様子を説明するための模式図である。図１８には、加工後の様子が示される。

【0077】

図１６に示すように、上治具２４ａのキャビティは、カウンターウエイト底面３３５（外側底面３３５ａ及び端側底面３３５ｂ）を含む。ただし、上治具２４ａのキャビティにおいて、カウンターウエイト１４のジャーナル１１側の表面１４１に対応する位置は開放されて、大きく凹んでいる。さらに、上治具２４ａのキャビティにおいて、カウンターウエイト１４のピン１２側の表面１４２に対応する位置は開放されて、大きく凹んでいる。別の観点では、第１の平面及び第２の平面のような壁面が設けられていない。図１７に示す下治具２４ｂのキャビティも上治具２４ａのキャビティと同様である。

【0078】

図１８を参照して、工程（ｃ）では、余肉部１８が治具２４によって圧下されたとき、カウンターウエイト１４の端部１４ｓは回転軸Ｘ１方向のジャーナル１１側及びピン１２側に自由に膨らむ。この場合であっても、カウンターウエイト１４の端部１４ｓが厚肉化される。すなわち、カウンターウエイト１４の厚みが均一化される。

【0079】

［本実施形態の変形例３］
図１９を参照して、本実施形態の変形例３によるクランク軸の製造方法について説明する。図１９は、工程（ｃ）で使用される加工装置２０の模式図である。図１９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。

【0080】

図１９に示すように、上治具２４ａのキャビティにおいて、上向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３のうちで同一のピン１２に接続された２つのアーム１３の間に対応する位置が開放されている。別の観点では、上向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３に接続されたピン１２に対応する位置には、ピン底面が設けられていない。

【0081】

下治具２４ｂのキャビティにおいて、下向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３のうちで同一のピン１２に接続された２つのアーム１３の間に対応する位置が開放されている。別の観点では、下向きのカウンターウエイト１４と一体のアーム１３に接続されたピン１２に対応する位置には、ピン底面が設けられていない。

【0082】

図１９に示す金型２３及び治具２４（加工装置２０）を使用した工程（ｃ）では、上記と同様に、仕上げ鍛造品１０の余肉部１８が治具２４によって圧下される。また、仕上げ鍛造品１０のジャーナル１１が金型２３のジャーナル底面２３１によって押圧される。この場合、仕上げ鍛造品１０のピン１２への押圧は行われないが、ジャーナル１１への押圧により、仕上げ鍛造品１０の曲がりが矯正される。

【0083】

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ことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0084】

１０：仕上げ鍛造品
１１：ジャーナル
１２：ピン
１３：アーム
１４：カウンターウエイト
１４ｓ：端部
１４３ａ：外側面
１４３ｂ：端側面
１４３ｃ：内側面
１５：クランクウェブ
１８：余肉部
２０：加工装置
２３：金型
２３ａ：上型
２３ｂ：下型
２３１：ジャーナル底面
２４：治具
２４ａ：上治具
２４ｂ：下治具
３３２：ピン底面
３３３：第１の平面
３３４：第２の平面
３３５：カウンターウエイト底面
３３５ａ：外側底面
３３５ｂ：端側底面
３３５ｃ：内側底面
２５ａ，２５ｂ：弾性部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】