JP6387721B2 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

Description

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、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、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から構成される。また、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を有する。

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及び仕上げ鍛造材６は、いずれも、造形されたクランク軸の周囲にバリ（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。ここで、クランク軸１の要所は、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が該当する。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、図１（ｆ）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、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。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、及び中央の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を設ける。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。

特許文献１及び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、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。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、ピン部に向けて大きく深く窪む。このような同文献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、同文献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成形しようとすれば、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では、型鍛造工程では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こととしている。また、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成形することとしている。

特開２０１２−７７２６号公報 特開２０１０−２３００２７号公報

確かに、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成形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成形するために、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では、鍛造クランク軸が、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、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぎ、かつ、前記ジャーナル部側の表面に凹みを有するクランクアーム部と、を備える。前記製造方法は、材料から、一対の第１金型を用い、前記ジャーナル部と、前記ピン部と、前記クランクアーム部とを備える鍛造材を得る型鍛造工程と、前記型鍛造工程で得られた前記鍛造材からバリを除去するバリ抜き工程と、を含む。前記材料は、ビレット又はビレットに予備成形を施した荒素材である。前記型鍛造工程では、前記凹みを成形する位置に第２金型を配置した状態で、前記第１金型で前記材料を圧下して前記第２金型に当接させることにより、前記凹みを成形する。

上記の製造方法において、前記第２金型は、案内溝を有し、前記型鍛造工程の過程で流出する前記バリを前記案内溝によって誘導するのが好ましい。

上記の製造方法において、前記型鍛造工程の圧下過程で、前記第２金型が前記第１金型の対間の中央に位置するように前記第２金型を圧下方向に移動させるのが好ましい。

上記の製造方法において、前記鍛造クランク軸の前記クランクアーム部は、前記凹みの領域の厚みと比べ、前記ピン部近傍の両側部から前記ピン部の偏心方向の頂部に至る範囲の厚みを厚くすることができる。

本発明によれば、型鍛造工程で、アーム部のジャーナル部側表面の凹みを成形する位置に第２金型を配置した状態で、一対の第１金型によって材料を圧下する。これにより、得られる鍛造クランク軸において、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る。このため、得られる鍛造クランク軸において、軽量化と剛性確保を同時に図ることができる。また、第２金型を用いるので、型鍛造を支障なく行えるとともに、アーム部の凹みの形成を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、本発明が対象とする第１構成例のクランク軸のアーム部形状を示す模式図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）はジャーナル部側から見たときの正面図、同図（ｃ）は上面図、同図（ｄ）はＡ−Ａ断面図である。 図３は、本発明が対象とする第２構成例のクランク軸のアーム部形状を示す模式図であり、同図（ａ）はジャーナル部側から見たときの正面図、同図（ｂ）は上面図である。 図４は、本発明での鍛造前の材料形状を示す模式図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は上面図である。 図５は、本発明での鍛造後の材料（鍛造材）形状を示す模式図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は上面図である。 図６は、本発明の型鍛造工程での第１金型の動作を模式的に示す正面図であり、同図（ａ）は型打ち初期時、同図（ｂ）は型打ち中期時、同図（ｃ）は型打ち終了時をそれぞれ示す。 図７は、本発明の型鍛造工程での第２金型の配置を模式的に示す上面図であり、同図（ａ）は型打ち初期時、同図（ｂ）は型打ち終了時をそれぞれ示す。

以下に、本発明の鍛造クランク軸の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

本発明の鍛造クランク軸の製造方法は、型鍛造工程と、バリ抜き工程とを含む。型鍛造工程の前工程として、予備成形工程を設けてもよい。また、型鍛造工程とバリ抜き工程の間に、仕上げ鍛造工程を設けてもよい。予備成形、型鍛造、仕上げ鍛造及びバリ抜きの各工程は、いずれも熱間で行う。

１．クランク軸の形状
本発明が対象とする鍛造クランク軸は、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ぎ、かつ、ジャーナル部側の表面に凹みを有するクランクアーム部と、を備える。このような鍛造クランク軸として、図２に示す第１構成例の鍛造クランク軸、及び、図３に示す第２構成例の鍛造クランク軸を採用できる。

第１構成例と第２構成例では、アーム部の形状が異なる。具体的には、第１構成例では、図２に示すように、アーム部の両側部（Ａａ、Ａｂ）で厚みを厚くする。これに対し、第２構成例では、図３に示すように、アーム部の両側部（Ａａ、Ａｂ）からピン部の偏心方向の頂部Ａｃ（以下、「ピントップ部」ともいう）までの範囲で厚みを厚くする。

図２は、本発明が対象とする第１構成例のクランク軸のアーム部形状を示す模式図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）はジャーナル部側から見たときの正面図、同図（ｃ）は上面図、同図（ｄ）はＡ−Ａ断面図である。同図では、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、同図に示すクランク軸は、バリ抜き後の状態であり、最終製品の形状を示す。

第１構成例のアーム部Ａは、同図に示すように、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に、凹みを有する。一方、両側部（Ａａ、Ａｂ）は、ジャーナル部Ｊ側に膨らみ、それらの両側部（Ａａ、Ａｂ）の厚みは、凹みの厚みと比べ、厚肉である。

このような第１構成例のアーム部Ａは、両側部（Ａａ、Ａｂ）の厚みが厚く維持されるとともに、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、本発明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）の厚み維持によって剛性の確保を図ることができる。

図３は、本発明が対象とする第２構成例のクランク軸のアーム部形状を示す模式図であり、同図（ａ）はジャーナル部側から見たときの正面図、同図（ｂ）は上面図である。同図では、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、同図に示すクランク軸は、バリ抜き後の状態であり、最終製品の形状を示す。

第２構成例のアーム部Ａでは、同図に示すように、上記の第１構成例と同じく、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、凹みを有する。また、両側部（Ａａ、Ａｂ）の厚みは、凹みの厚みと比べ、厚肉である。更に、第２構成例のアーム部は、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でも厚肉である。

このような第２構成例のアーム部Ａは、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、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、第２構成例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には、応力集中が生じ易い。このため、疲労強度の向上を目的とし、高周波誘導加熱による焼入れをピンフィレット部に施す場合が多い。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、焼割れが生じるおそれがある。第２構成例による鍛造クランク軸は、焼入れをピンフィレット部に施す場合に、アーム部Ａのピントップ部Ａｃの厚みが厚いことから、焼割れに対する抵抗性が優れる。

２．鍛造クランク軸の製造方法
上述のとおり、本発明の鍛造クランク軸の製造方法は、型鍛造工程と、バリ抜き工程とを含み、必要に応じ、予備成形工程と、仕上げ鍛造工程とをさらに含む。これらの工程は、いずれも熱間で一連に行われる。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、捩り工程が設けられる。

本発明の鍛造クランク軸の製造方法は、ビレット又はビレットに予備成形を施した荒素材を材料とする。荒素材を材料とする場合、予備成形工程を設ける。

予備成形工程は、前記図１に示す従来の製造方法と同様の工程を採用することができる。例えば、ロール成形工程と、曲げ打ち工程とをその順に行うことにより、荒素材を得る。

型鍛造工程では、材料（ビレット又は荒素材）から、従来の型鍛造工程と同様に、一対の第１金型を用いて鍛造材を得る。本発明の型鍛造工程では、第２金型をさらに用いる。得られる鍛造材（型鍛造後の材料）は、前記図２又は図３に示す鍛造クランク軸と同様に、回転中心となるジャーナル部Ｊと、そのジャーナル部Ｊに対して偏心したピン部Ｐと、ジャーナル部Ｊとピン部Ｐをつなぐアーム部Ａとを備える。そのアーム部Ａは、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みを有する。この型鍛造工程について、前記図２に示す第１構成例のように、アーム部の両側部（Ａａ、Ａｂ）で厚みを厚くする場合を参照しながら説明する。

図４は、本発明での鍛造前の材料形状を示す模式図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は上面図である。同図には、材料であるビレット３１を示し、そのビレット３１は断面が丸形である。

図５は、本発明での鍛造後の材料（鍛造材）形状を示す模式図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は上面図である。同図に示す鍛造後の材料３２は、そのアーム部Ａの形状が、前記図２に示す第１構成例と同様である。具体的には、アーム部Ａは、両側部（Ａａ、Ａｂ）の厚みが厚く維持されるとともに、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みが成形されている。

図６は、本発明の型鍛造工程での第１金型の動作を模式的に示す正面図であり、同図（ａ）は型打ち初期時、同図（ｂ）は型打ち中期時、同図（ｃ）は型打ち終了時をそれぞれ示す。同図には、鍛造前の材料（ビレット、符号：３１）と、鍛造後の材料（鍛造材、符号：３２）と、上下で一対の第１金型１０と、第２金型２０とを示す。また、第２金型２０のみをその案内溝２０ａの幅方向中心における断面形状で示す。

図７は、本発明の型鍛造工程での第２金型の配置を模式的に示す上面図であり、同図（ａ）は型打ち初期時、同図（ｂ）は型打ち終了時をそれぞれ示す。同図には、鍛造前の材料（ビレット、符号：３１）と、鍛造後の材料（鍛造材、符号：３２）と、第２金型２０とを示し、一対の第１金型１０を省略する。

第１金型１０は、上下で対をなす上型１１と下型１２とで構成され、上型１１及び下型１２には、型彫刻部が彫り込まれている。その型彫刻部には、前記図２に示すクランク軸の形状のうち、第２金型２０が当接する領域を除いた部分の形状が反映されている。同図に示す第１金型１０では、その型彫刻部に、ジャーナル部Ｊやピン部Ｐ、領域Ａｓの凹みを除いたアーム部Ａの形状が反映されている。

第１金型１０の上型１１及び下型１２は、第２金型２０を収容するため、アーム部Ａの凹みに対応する部位が大きく開放されている。

第２金型２０には、型彫刻部が彫り込まれており、その型彫刻部には、少なくともアーム部Ａの凹みの形状が反映されている。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。

加えて、第２金型２０は、第１金型１０の対間の中央、具体的には、上型１１と下型１２との中央に位置する状態で圧下方向に移動可能（図６では上下方向に移動可能）である。このように第２金型２０を移動させるための機構は、例えば、第２金型２０を保持するホルダー（図示なし）と、そのホルダーを上下動可能な状態で下型１２とホルダーとを連結する第１弾性体（例えばばね、図示なし）と、第２弾性体（例えばばね、図示なし）とで構成できる。その第２弾性体は、その一端が上型１１と連結されるとともに他端がホルダーと当接可能な状態で、設けられる。

このような構成において、上型１１と下型１２とが充分に離間して第２弾性体の他端がホルダーと当接していない初期状態では、ホルダーと下型１２との距離が一定で維持される。上型１１が下型１２に近づき、上型１１と下型１２との中央に第２金型２０が位置すると、第２弾性体の他端がホルダーと当接する。上型１１が下型１２にさらに近づくと、第１弾性体及び第２弾性体がそれぞれ圧縮を開始し、それに伴ってホルダーとともに第２金型２０が下降する。その際、第１弾性体と第２弾性体の縮む量が同じになるように調整されているので、第２金型２０は、上型１１と下型１２との中央に位置する状態で下降する。

このような第１金型１０及び第２金型２０を用いた型鍛造工程は、以下のように行われる。先ず、第１金型１０の上型１１と下型１２とを充分に離間させた状態で、下型１２の型彫刻部に材料３１を載置する。このとき、材料３１の載置を容易にするため、第２金型２０は、後退した状態にある。

続いて、第２金型２０を進出させ、図７（ａ）に示すように、領域Ａｓの凹みを成形する位置に第２金型２０を配置する。換言すると、型鍛造後におけるアーム部Ａの凹みの位置に第２金型２０を配置する。その際、材料３１と第２金型２０との間には隙間が存在する。また、第２金型２０の圧下方向の位置は、第１金型１０の対間の中央でなく、下型１２から所定の距離にある。

この状態で、上型１１を下型１２に向けて移動させると、図６（ｂ）に示すように、上型１１は、第２金型２０の圧下方向の位置が第１金型１０の対間の中央となる状態となる位置にまで到達する。その際、第２金型２０の圧下方向の位置は、下型１２から所定の距離の位置で維持される。

図６（ｂ）に示す状態から上型１１を下型１２に向けてさらに移動させると、第２金型２０が圧下方向の移動を開始し、第２金型２０は第１金型１０の対間の中央に位置するように移動する。より具体的には、前述のホルダーと、第１弾性体と、第２弾性体とで構成される機構を採用する場合、第２弾性体が第２金型２０に当接し、第１弾性体と第２弾性体の双方が圧縮を開始する。これに伴い、第２金型２０が下降する。その第２金型２０の下降の際、第１弾性体と第２弾性体の縮む量が常に同じになるように調整されているので、第２金型２０は、上型１１と下型１２とのほぼ中央に常に位置する状態で下降する。この第２金型２０の圧下方向の移動開始とほぼ同時に、第１金型１０による材料３１の圧下が開始される。

上型１１をさらに移動させて上型１１を圧下終了位置に到達させ（同図（ｃ）参照）、その上型１１の移動に応じ、第２金型２０を第１金型１０の対間の中央に位置するように移動させる。この第２金型２０の移動により、材料３１と第２金型２０との圧下方向の相対的な位置関係が維持される。また、上型１１の圧下終了位置への到達に伴い、材料３１の圧下が終了する。

その圧下開始から終了に至る過程で、材料３１が圧下されて変形する。これにより、鍛造材３２が得られ、その鍛造材３２には上型１１及び下型１２の型彫刻部に対応する形状が造形される。具体的には、ジャーナル部Ｊやピン部Ｐが鍛造材３２に造形される。また、アーム部Ａの両側部（Ａａ、Ａｂ）は、第１金型１０の型彫刻部によって造形され、両側部（Ａａ、Ａｂ）の厚みは従来のクランク軸と同程度に維持できる。この圧下による造形に伴って材料が張り出し、バリ３２ａが鍛造材３２に形成される。

また、本発明では、アーム部Ａの凹みを成形する位置に第２金型２０を配置している。このため、材料（３１、３２）が圧下されて張り出すのに伴い、材料（３１、３２）の表面が第２金型２０と当接し、材料（３１、３２）が第２金型２０の型彫刻部と対応する形状に造形される。これにより、材料（３１、３２）にアーム部Ａの凹みが成形される。

このように、本発明では、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側の表面に凹みを成形することが可能となる。このため、本発明は、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。

第１金型１０での圧下を完了した後、第２金型２０を後退させてアーム部Ａのジャーナル部Ｊ側の表面から退避させ、その後、第１金型１０の上型１１を下型１２から離間させる。この状態で、材料３２（鍛造材）を取り出す。アーム部Ａの凹みを成形するための第２金型２０の型彫刻部は、型抜き勾配が逆勾配となるが、進退移動によって退避させていることから、材料３２（鍛造材）を取り出すことができる。このため、型鍛造は支障なく行える。

続いて、バリ抜き工程で、バリ付きの鍛造材からバリを打ち抜いて除去することにより、クランク軸を得る。その際、鍛造材に造形された主な形状（例えばアーム部Ａやジャーナル部Ｊ、ピン部Ｐ）は、バリ抜き後の鍛造材（得られるクランク軸）でも維持される。

このように本発明によれば、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側の表面に凹みを成形することが可能となる。このため、本発明は、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。

型鍛造工程では、材料に第２金型を当接させることによりアーム部Ａの凹みを成形するが、第２金型は保持するのみでよく、第２金型を材料に押し込む必要はない。このため、第２金型を保持する力は小さくて済み、本発明は、多大な力が不要であり、簡便に行える。

本発明では、型鍛造工程でバリを形成しつつ形状を造形するので、そのバリが第１金型１０（上型１１及び下型１２）と第２金型２０の隙間に侵入する場合がある。この場合、第１金型１０や第２金型２０の損傷に至るおそれがある。また、第２金型２０の進退移動を阻害し、操業停止に陥るおそれもある。

これらを防止するため、第２金型２０は、案内溝２０ａを有し、型鍛造工程の過程で流出するバリ３２ａを案内溝２０ａによって誘導するのが好ましい。例えば、前記図６及び図７に示す第２金型２０では、第１金型１０の上型１１と下型１２との中央に位置する部分を中心に所定の幅の案内溝２０ａが設けられる。このように案内溝２０ａを設けることにより、材料に形成されるバリは、第１金型１０（上型１１及び下型１２）と第２金型２０の隙間に侵入することなく、案内溝２０ａに誘導される。

案内溝２０ａの形状や寸法は、形成されるバリの大きさに応じて適宜設定すればよい。例えば、案内溝２０ａの断面形状は、矩形状や台形状、半円状とすることができる。

本発明では、型鍛造工程の圧下過程では、第２金型２０が第１金型１０の対間の中央に位置するように第２金型２０を圧下方向に移動させるのが好ましい。これにより、圧下過程で、凹みを成形する位置に第２金型２０を確実に配置でき、凹みの形状の加工精度を向上できる。第１金型１０の対間の中央に第２金型２０を位置させるための機構は、例えば、前述の機構を採用できる。具体的には、ホルダーと、第１弾性体と、第２弾性体とで構成できる。

上述の型鍛造工程の説明では、第１構成例を用いて説明したが、本発明は第２構成例による鍛造クランク軸にも適用することができる。この場合、第１金型の型彫刻部及び第２金型の型彫刻部を、鍛造クランク軸の形状に適合するように変更すればよい。

本発明は、凹み形状の設計自由度が高い。具体的には、第１構成例及び第２構成例では、アーム部Ａの領域Ａｓの凹みは、その底面形状が凸な球面状であるが、本発明では、凹みの底面形状を様々な形状に加工することができる。例えば、凹な球面状とすることができ、凹なＶ字状、凹な円錐面状、又は、平面状とすることもできる。ここで、凹なＶ字状とは、具体的には、凹みの底面が、アーム部の中心線から両側に傾斜面が伸び、その傾斜面は、アーム部の中心線から遠ざかるのに伴って凹みの深さが浅くなるような形状である。

また、第１構成例及び第２構成例では、両側部（Ａａ、Ａｂ）やピントップ部Ａｃで厚肉とし、その厚肉の部分の幅を略一定としている。換言すると、第１構成例及び第２構成例では、ジャーナル部側から見たときの凹み部の輪郭形状が、アーム部Ａの両側部（Ａａ、Ａｂ）やピントップ部Ａｃの輪郭形状に沿う形状である。本発明では、ジャーナル部側から見たときの凹み部の輪郭形状を様々な形状にすることができ、前記図２や図３に示す形状以外に、例えば、円状や半円状、楕円状、矩形状とすることもできる。

ここで、両側部（Ａａ、Ａｂ）の形状も任意の形状にすることができる。例えば、両側部（Ａａ、Ａｂ）の厚みｔ１(図２（ｃ）参照)は、必要に応じて増減させ、例えば波打たせてもよい。また、両側部（Ａａ、Ａｂ）の幅ｗ１(図２（ｂ）参照)についても略一定の場合に限らず、剛性などの性能を満足するために適宜厚みを変化させてもよい。

型鍛造工程とバリ抜き工程の間に、仕上げ鍛造工程を設けてもよい。以下に、仕上げ鍛造工程を設ける場合について説明する。

仕上げ鍛造工程を設ける場合、型鍛造工程では、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を造形する。ただし、第２金型の型彫刻部で成形する領域、例えば、アーム部Ａの凹みについては、型鍛造工程で最終製品の形状を鍛造材に造形する。また、鍛造材は、仕上げ鍛造工程でバリを形成しつつ仕上げ形状に造形するため、余剰体積を有する。

仕上げ鍛造工程では、一対の第３金型を用い、クランク軸（最終製品）の形状が造形され、かつ、バリ付きである仕上げ鍛造材を得る。その際、アーム部Ａの凹みの形状を維持するため、アーム部Ａの凹みに第４金型を押し当てる。

第３金型は、前述の第１金型と同様に、型彫刻部が彫り込まれており、その型彫刻部には、前記図２や図３に示すクランク軸の形状のうち、第４金型が当接する領域を除いた部分の形状が反映されている。また、第３金型は、第４金型を収容するため、アーム部Ａの凹みに対応する部位が大きく開放されている。

第４金型は、前述の第２金型と同様に、少なくともアーム部Ａの凹みに対応する形状の型彫刻部が彫り込まれている。その第４金型は、アーム部Ａのジャーナル部Ｊ側表面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。また、第４金型は、第３金型の上型と下型との中央に位置するように圧下方向に移動可能である。

このような第３金型及び第４金型を用いた仕上げ鍛造工程は、以下のように行われる。先ず、第３金型の上型と下型とを離間させた状態で、下型の型彫刻部に鍛造材を収納する。その際、第４金型は、退避（後退）した状態にある。

続いて、第４金型を進出させ、アーム部Ａの凹みに第４金型を押し当てる。この状態で、第３金型の上型を下型に向けて移動させる。これにより、鍛造材が圧下され、上型及び下型の型彫刻部に対応する形状、すなわち、最終製品の形状が鍛造材に造形される。一方、アーム部Ａの凹みは、第４金型が押し当てられていることから、その形状が拘束されて保持される。

ここで、第４金型には、第２金型と同様に、案内溝を設けるのが好ましい。これにより、型鍛造工程において第２金型にそってバリが形成されていた場合には、第４金型の案内溝にバリを収納しつつ第４金型を進出させることが可能となる。

第３金型での圧下を完了した後、第４金型を後退させてアーム部Ａから退避させ、その後、第３金型の上型を下型から離間させて鍛造材（仕上げ鍛造材）を取り出す。アーム部Ａの凹みを保持するための第４金型の型彫刻部は、型抜き勾配が逆勾配となるが、進退移動によって退避させていることから、鍛造材（仕上げ鍛造材）を取り出すことができる。このため、型鍛造は支障なく行える。

続いて、バリ抜き工程で、バリ付きの仕上げ鍛造材からバリを打ち抜いて除去することにより、クランク軸を得る。その際、仕上げ鍛造材に造形された主な形状（例えばアーム部Ａやジャーナル部Ｊ、ピン部Ｐ）は、バリ抜き後の仕上げ鍛造材（得られるクランク軸）でも維持される。

このような仕上げ鍛造工程を設けることにより、軽量化と剛性確保を同時に図った鍛造クランク軸の製造において、寸法精度を向上できる。また、第４金型をアーム部の凹みに押し当てることにより、アーム部の凹みが拘束されていることから、その形状が安定する。アーム部Ａの表面に第４金型を押し付けるが、その第４金型をそれ以上に押し込むわけではないことから、第４金型を保持する力は小さくて済む。このため、仕上げ鍛造工程は、多大な力が不要であり、簡便に行える。

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、
１０：第１金型、 １１：上型、 １２：下型、 ２０：第２金型、
２０ａ：案内溝、 ３１：型鍛造前の材料（ビレット）、
３２：型鍛造後の材料（鍛造材）、 ３２ａ：バリ

Claims (3)

1. 鍛造クランク軸の製造方法であって、
   前記鍛造クランク軸は、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、
   前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぎ、かつ、前記ジャーナル部側の表面に凹みを有するクランクアーム部と、を備え、
   前記製造方法は、
   材料から、一対の第１金型を用い、前記ジャーナル部と、前記ピン部と、前記クランクアーム部とを備える鍛造材を得る型鍛造工程と、
   前記型鍛造工程で得られた前記鍛造材からバリを除去するバリ抜き工程と、を含み、
   前記材料は、ビレット又はビレットに予備成形を施した荒素材であり、
   前記型鍛造工程では、前記凹みを成形する位置に第２金型を配置した状態で、前記第１金型で前記材料を圧下して前記第２金型に当接させることにより、前記凹みを成形し、
   前記第２金型は、案内溝を有し、前記型鍛造工程の圧下過程で流出する前記バリを前記案内溝によって誘導する、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、
   前記型鍛造工程の圧下過程で、前記第２金型が前記第１金型の対間の中央に位置するように前記第２金型を圧下方向に移動させる、鍛造クランク軸の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の鍛造クランク軸の製造方法において、
   前記鍛造クランク軸の前記クランクアーム部は、前記凹みの厚みと比べ、前記ピン部近傍の両側部から前記ピン部の偏心方向の頂部に至る範囲が厚肉である、鍛造クランク軸の製造方法。

Images