JP6132030B2 - 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、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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