(57)【要約】      （修正有）【課題】軸素材からクランクシャフトを製造するに当たり、偏芯据え込み鍛造に伴う軸素材の割れを抑制すること。【解決手段】軸素材８の所定部位における半径方向への変形を特定方向以外の方向につき規制しながら軸素材８の両端部をダイ７により押圧して軸素材８に軸方向の圧縮荷重を加えることにより、軸素材８を据え込みし、所定部位を特定方向へ座屈させることによりクランクシャフトを製造する。軸素材８の端面８ａを押圧するダイ７の押圧面を特定方向へ向けて、かつ、軸素材８の他端側へ向けて下降するように傾斜させておく。軸素材８の両端をダイ７により押圧するときに、軸素材８の端面８ａを、傾斜させた押圧面により押圧することで、据え込みに対する座屈の先行を抑えるように軸素材８に圧縮荷重を加えるようにする。【選択図】図２９
2010162590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記軸素材の所定部位における半径方向への変形を特定方向以外の方向につき規制しながら前記軸素材の両端部をダイにより押圧して前記軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えることにより、前記軸素材を据え込みし、前記所定部位を前記特定方向へ座屈させることによりクランクシャフトを製造する製造方法において、
前記軸素材の端面を押圧する前記ダイの押圧面を前記特定方向へ向けて、かつ、前記軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜させておき、
前記軸素材の両端を前記ダイにより押圧するときに、前記軸素材の端面を、前記傾斜させた押圧面により押圧することで、前記据え込みに対する前記座屈の先行を抑えるように前記軸素材に圧縮荷重を加えることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記ダイは前記軸素材の端部を受ける受穴を含み、前記受穴の底部に前記傾斜させた押圧面を形成し、前記底部の周囲に沿って周溝を形成しておき、
前記受穴に前記軸素材の端部を嵌合させて前記軸素材の両端部を前記ダイにより押圧するときに、前記軸素材の端部の肉を前記周溝の中へ拡張させることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記ダイは前記軸素材の端部を受ける受穴を含み、前記受穴の開口縁を円弧状に形成しておき、
前記受穴に前記軸素材の端部を嵌合させて前記軸素材の両端部を前記ダイにより押圧するときに、前記軸素材を前記円弧状の開口縁に倣って変形させることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項４】
前記軸素材の所定部位における半径方向への変形を特定方向以外の方向につき規制しながら前記軸素材の両端部をダイにより押圧して前記軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えることにより、前記軸素材を据え込みし、前記所定部位を前記特定方向へ座屈させることによりクランクシャフトを製造する製造方法において、
前記座屈される軸素材の表面を押圧する前記ダイの底面の少なくとも一部に前記特定方向へ向けて、かつ、前記軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜する傾斜部を設けておき、
前記座屈される前記軸素材の表面を前記ダイの底面により押圧するときに、前記傾斜部により押圧することで、前記ダイの底面と前記軸素材の表面との間の滑りを抑えるように前記軸素材に圧縮荷重を加えることを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【請求項５】
前記ダイは前記軸素材の端部を受ける受穴を含み、前記ダイの底面に前記受穴を中心に同心円状に面粗度増大部を設けておき、
前記座屈される前記軸素材の表面を前記ダイの底面により押圧するときに、前記面粗度増大部により押圧することで、前記座屈される軸素材の表面と前記ダイの底面との間の滑りを抑えるように前記軸素材に圧縮荷重を加えることを特徴とする請求項４に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項６】
軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造装置において、
前記軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えるために、前記軸素材の一端部と他端部にそれぞれ設けられる第１のダイ及び第２のダイと、
前記軸素材上に付けられる第３のダイと、
前記軸素材上の所定部位にて前記第３のダイを保持するための保持部材と、
前記軸素材の半径方向における前記保持部材の移動を前記第３のダイと共に特定方向以外の方向につき規制する移動規制手段と、
前記第１のダイ及び前記第２のダイは、前記軸素材の端面を押圧する押圧面を含み、前記押圧面が前記特定方向へ向けて、かつ、前記軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜することと
を備えたことを特徴とするクランクシャフトの製造装置。
【請求項７】
前記第１のダイ及び前記第２のダイは、前記軸素材の端部を受ける受穴を含み、前記受穴の底部に前記傾斜させた押圧面が形成され、前記底部の周囲に沿って周溝が形成されることを特徴とする請求項６に記載のクランクシャフトの製造装置。
【請求項８】
前記第１のダイ及び前記第２のダイは、前記軸素材の端部を受ける受穴を含み、前記受穴の開口縁が円弧状に形成されたことを特徴とする請求項６に記載のクランクシャフトの製造装置。
【請求項９】
軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造装置において、
前記軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えるために、前記軸素材の一端部と他端部にそれぞれ設けられる第１のダイ及び第２のダイと、
前記軸素材上に付けられる第３のダイと、
前記軸素材上の所定部位にて前記第３のダイを保持するための保持部材と、
前記軸素材の半径方向における前記保持部材の移動を前記第３のダイと共に特定方向以外の方向につき規制する移動規制手段と、
前記第１のダイ及び前記第２のダイの底面の少なくとも一部にて前記特定方向へ向けて、かつ、前記軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜する傾斜部と
を備えたことを特徴とするクランクシャフトの製造装置。
【請求項１０】
前記第１のダイ及び前記第２のダイは、前記軸素材の端部を受ける受穴を含み、前記第１のダイ及び前記第２のダイの底面に前記受穴を中心に同心円状に面粗度増大部が設けられたことを特徴とする請求項９に記載のクランクシャフトの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸素材からクランクシャフトを製造するためのクランクシャフトの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１には、棒材（軸素材）の中間部を軸心と直交する方向へスライドさせながら軸素材の上下両端部を押圧して、軸素材を座屈させながら据え込む、すなわち「偏芯据え込み鍛造」を行うことにより、クランクシャフトを製造する技術が記載されている。詳しくは、図５８に簡略的な断面図に示すように、この製造装置は、上下動可能に設けられた上部ブロック６１と、横方向移動不能に設けられた下部ブロック６２と、上下両ブロック６１，６２の中間位置に設けられた中間ブロック６３とを備える。そして、中間ブロック６３により軸素材６４の中間位置をグリップして、その上下位置に据え込み部を形成した上で、上部ブロック６１を加圧・降下させ、その動作に関連して中間ブロック６３を下降させながら横方向へスライドさせることで、上記据え込み部を座屈させる。これにより、据え込み部を上部ブロック６１と中間ブロック６３との間、中間ブロック６３と下部ブロック６２との間でそれぞれ押圧するようになっている。
【０００３】
上記のような「偏芯据え込み鍛造」によりクランクシャフトの成形を冷鍛化することにより、クランクシャフトのネットシェイプ化を図ることができ、熱歪みを低減することができ、クランクシャフトの機械加工工程を削減することができ、クランクシャフトの低コスト化を期待することができる。ここで、エンジン排気量のバリエーションを増やすため、上記した「偏芯据え込み鍛造」によりクランクシャフトを製造するには、ピン部の偏芯量、すなわちクランクシャフトのジャーナル部とピン部とのオフセット量を変化させる必要がある。特に、ピン部の偏芯量を大きくすることは工法的に課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭４９−１０６９４９号公報
【特許文献２】特開２００５−００９５９５号公報
【特許文献３】特開平７−１１２２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の技術では、据え込み部の座屈方向をコントローラするために、軸素材の中間部にスライドさせる力をかけながら軸素材を軸方向に圧縮する必要がある。このとき、軸素材の座屈が据え込みに対して先行し過ぎることがあり、座屈の過程で軸素材に剪断割れが発生するおそれがあった。また、エンジン排気量のバリエーション対応に伴いクランクシャフトのジャーナル部とピン部とのオフセット量を大きくすると、据え込み後半において軸素材に剪断割れが発生するおそれがあった。ここで、図５９に、図５８の鎖線円Ｓ９の中を拡大して断面図により示す。図５９に示すように、軸素材６４の上端部と、上部ブロック６１の受穴６１ａとの間には、例えば、「５〜２０μｍ」程度のクリアランスＣ１が必要になる。しかしながら、クランクシャフトの成形開始後には、図６０に示すように、このクリアランスＣ１の分だけ軸素材６４がずれて片当たりすることとなる。このため、軸素材６４に上下方向の荷重を圧縮力として効率的に与えることができなくなる。この結果、軸素材６４の偏芯量が増大すると、クランクシャフトのアーム部の引張応力が増し、図６１に断面図に示すように、成形後に成形品６５に割れ６６が発生するおそれがあった。
【０００６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、偏芯据え込み鍛造に伴う軸素材の割れを抑制することを可能としたクランクシャフトの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、軸素材の所定部位における半径方向への変形を特定方向以外の方向につき規制しながら軸素材の両端部をダイにより押圧して軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えることにより、軸素材を据え込みし、所定部位を特定方向へ座屈させることによりクランクシャフトを製造する製造方法において、軸素材の端面を押圧するダイの押圧面を特定方向へ向けて、かつ、軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜させておき、軸素材の両端をダイにより押圧するときに、軸素材の端面を、傾斜させた押圧面により押圧することで、据え込みに対する座屈の先行を抑えるように軸素材に圧縮荷重を加えることを趣旨とする。
【０００８】
上記発明の構成によれば、軸素材の両端をダイにより押圧するときに、軸素材の端面を、傾斜させた押圧面により押圧することで、据え込みに対する座屈の先行を抑えるように軸素材に圧縮荷重を加えるので、座屈の過剰な進行が抑えられ、軸素材での過大な引張応力の発生が抑えられる。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ダイは軸素材の端部を受ける受穴を含み、受穴の底部に傾斜させた押圧面を形成し、底部の周囲に沿って周溝を形成しておき、受穴に軸素材の端部を嵌合させて軸素材の両端部をダイにより押圧するときに、軸素材の端部の肉を周溝の中へ拡張させることを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、受穴に軸素材の端部を嵌合させて軸素材の両端部をダイにより押圧するときに、軸素材の端部の肉を周溝の中へ拡張させるので、成形初期に軸素材に対する圧縮荷重が増大する。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ダイは軸素材の端部を受ける受穴を含み、受穴の開口縁を円弧状に形成しておき、受穴に軸素材の端部を嵌合させて軸素材の両端部をダイにより押圧するときに、軸素材を円弧状の開口縁に倣って変形させることを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、受穴に軸素材の端部を嵌合させて軸素材の両端部をダイにより押圧するときに、軸素材を円弧状の開口縁に倣って変形させるので、軸素材の座屈部分の外側における過大な引張応力の発生が抑えられる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、軸素材の所定部位における半径方向への変形を特定方向以外の方向につき規制しながら軸素材の両端部をダイにより押圧して軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えることにより、軸素材を据え込みし、所定部位を特定方向へ座屈させることによりクランクシャフトを製造する製造方法において、座屈される軸素材の表面を押圧するダイの底面の少なくとも一部に特定方向へ向けて、かつ、軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜する傾斜部を設けておき、座屈される軸素材の表面をダイの底面により押圧するときに、傾斜部により押圧することで、ダイの底面と軸素材の表面との間の滑りを抑えるように軸素材に圧縮荷重を加えることを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、座屈される軸素材の表面をダイの底面により押圧するときに、傾斜部により押圧することで、ダイの底面と軸素材の表面との間の滑りを抑えるように軸素材に圧縮荷重を加えるので、軸素材の表面における引張応力及び剪断応力の発生が抑えられる。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、ダイは軸素材の端部を受ける受穴を含み、ダイの底面に受穴を中心に同心円状に面粗度増大部を設けておき、座屈される軸素材の表面をダイの底面により押圧するときに、面粗度増大部により押圧することで、座屈される軸素材の表面とダイの底面との間の滑りを抑えるように軸素材に圧縮荷重を加えることを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、座屈される軸素材の表面をダイの底面により押圧するときに、面粗度増大部により押圧することで、座屈される軸素材の表面とダイの底面との間の滑りを抑えるように軸素材に圧縮荷重を加えるので、軸素材の表面における局部的な引張応力及び剪断応力の発生が抑えられる。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造装置において、軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えるために、軸素材の一端部と他端部にそれぞれ設けられる第１のダイ及び第２のダイと、軸素材上に付けられる第３のダイと、軸素材上の所定部位にて第３のダイを保持するための保持部材と、軸素材の半径方向における保持部材の移動を第３のダイと共に特定方向以外の方向につき規制する移動規制手段と、第１のダイ及び第２のダイは、軸素材の端面を押圧する押圧面を含み、押圧面が特定方向へ向けて、かつ、軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜することとを備えたことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、軸素材の両端を第１のダイ及び第２のダイにより押圧することにより、軸素材の端面が、傾斜させた押圧面により押圧され、据え込みに対する座屈の先行を抑えるように軸素材に圧縮荷重が加わり、座屈の過剰な進行が抑えられ、軸素材での過大な引張応力の発生が抑えられる。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第１のダイ及び第２のダイは、軸素材の端部を受ける受穴を含み、受穴の底部に傾斜させた押圧面が形成され、底部の周囲に沿って周溝が形成されることを趣旨とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、請求項６に記載の発明の作用に加え、第１のダイ及び第２のダイの受穴に軸素材の両端部をそれぞれ嵌合させて軸素材の両端部を第１のダイ及び第２のダイにより押圧することにより、軸素材の端部の肉が受穴の中で周溝の中へ拡張され、成形初期に軸素材に対する圧縮荷重が増大する。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、第１のダイ及び第２のダイは、軸素材の端部を受ける受穴を含み、受穴の開口縁が円弧状に形成されたことを趣旨とする。
【００２２】
上記発明の構成によれば、請求項６に記載の発明の作用に加え、第１のダイ及び第２のダイの受穴に軸素材の両端部を嵌合させて軸素材の両端部を第１のダイ及び第２のダイにより押圧することにより、軸素材が受穴の円弧状の開口縁に倣って変形し、軸素材の座屈部分の外側における過大な引張応力の発生が抑えられる。
【００２３】
上記目的を達成するために、請求項９に記載の発明は、軸素材からクランクシャフトを製造するクランクシャフトの製造装置において、軸素材に軸方向の圧縮荷重を加えるために、軸素材の一端部と他端部にそれぞれ設けられる第１のダイ及び第２のダイと、軸素材上に付けられる第３のダイと、軸素材上の所定部位にて第３のダイを保持するための保持部材と、軸素材の半径方向における保持部材の移動を第３のダイと共に特定方向以外の方向につき規制する移動規制手段と、第１のダイ及び第２のダイの底面の少なくとも一部にて特定方向へ向けて、かつ、軸素材の他端側へ向けて下降するように傾斜する傾斜部とを備えたことを趣旨とする。
【００２４】
上記発明の構成によれば、座屈される軸素材の表面を第１のダイ及び第２のダイの底面によりそれぞれ押圧することにより、軸素材の表面が各ダイの底面の傾斜部により押圧され、各ダイの底面と軸素材の表面との間の滑りを抑えるように軸素材に圧縮荷重が加わり、軸素材の表面における引張応力及び剪断応力の発生が抑えられる。
【００２５】
上記目的を達成するために、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、第１のダイ及び第２のダイは、軸素材の端部を受ける受穴を含み、第１のダイ及び第２のダイの底面に受穴を中心に同心円状に面粗度増大部が設けられたことを趣旨とする。
【００２６】
上記発明の構成によれば、請求項９に記載の発明の作用に加え、座屈される軸素材の表面を第１のダイ及び第２のダイの底面により押圧することにより、軸素材の表面が面粗度増大部により押圧され、座屈される軸素材の表面と各ダイの底面との間の滑りを抑えるように軸素材に圧縮荷重が加えられ、軸素材の表面における局部的な引張応力及び剪断応力の発生が抑えられる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、偏芯据え込み鍛造に伴う座屈による軸素材の剪断割れを抑制することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、成形初期における軸素材の割れを抑制することができる。
【００２９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、軸素材の座屈部分の外側における割れを抑制することができる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、偏芯据え込み鍛造に伴う据え込みによる軸素材の表面の割れを抑制することができる。
【００３１】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、軸素材の表面の局部的な割れを抑制することができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明によれば、偏芯据え込み鍛造に伴う座屈による軸素材の剪断割れを抑制することができる。
【００３３】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の効果に加え、成形初期における軸素材の割れを抑制することができる。
【００３４】
請求項８に記載の発明によれば、請求項６に記載の発明の効果に加え、軸素材の座屈部分の外側における割れを抑制することができる。
【００３５】
請求項９に記載の発明によれば、偏芯据え込み鍛造に伴う据え込みによる軸素材の表面の割れを抑制することができる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９に記載の効果に加え、軸素材の表面の局部的な割れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態に係り、製造装置の基本的構成を示す縦断面図。
【図２】同じく、製造装置の基本的構成を示す図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】同じく、フローティングダイを示す平面図。
【図４】同じく、フローティングダイを示す図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】同じく、フローティングダイを２つの分割片に分解して示す平面図。
【図６】同じく、フローティングダイを２つの分割片に分解して示す断面図。
【図７】同じく、一方の分割片を図５の矢印Ｃ方向から見た正面図。
【図８】同じく、他方の分割片を図５の矢印Ｄ方向から見た正面図。
【図９】同じく、クランクシャフトの製造方法を示すフローチャート。
【図１０】同じく、セッティング工程の製造装置を分解して示す縦断面図。
【図１１】同じく、セッティング工程の製造装置を示す縦断面図。
【図１２】同じく、加圧工程の製造装置を示す縦断面図。
【図１３】同じく、加圧工程の製造装置を示す縦断面図。
【図１４】同じく、製造後のクランクシャフトを概略的に示す正面図。
【図１５】同じく、（Ａ）〜（Ｄ）は、一連の製造方法を簡略的に示す断面図。
【図１６】同じく、初期状態の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図１７】同じく、図１６の鎖線楕円の部分を拡大して示す断面図。
【図１８】同じく、成形開始後の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図１９】同じく、図１８の鎖線楕円の部分を拡大して示す断面図。
【図２０】比較例に係り、押しダイの一部を拡大して示す断面図。
【図２１】第１実施形態に係り、図１８の鎖線楕円の部分を拡大して示す断面図。
【図２２】（Ａ），（Ｂ）は、比較例の押しダイの一部を拡大して示す断面図。
【図２３】同じく、成形開始後の押しダイの一部を拡大して示す断面図。
【図２４】同じく、初期状態の押しダイの一部を拡大して示す断面図。
【図２５】同じく、成形開始後の押しダイの一部を拡大して示す断面図。
【図２６】第２実施形態に係り、初期状態の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図２７】同じく、成形開始後の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図２８】同じく、座屈過程の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図２９】第３実施形態に係り、初期状態の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図３０】同じく、成形開始後の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図３１】同じく、座屈過程の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図３２】第４実施形態に係り、初期状態の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図３３】同じく、図３２の製造装置の鎖線楕円の部分を拡大して示す断面図。
【図３４】比較例に係り、座屈過程の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図３５】第４実施形態に係り、初期状態の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図３６】同じく、座屈過程の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図３７】同じく、据え込み過程の押しダイの受穴と軸素材の関係を部分的に示す断面図。
【図３８】同じく、図３７の鎖線円の部分を拡大して示す断面図。
【図３９】第５実施形態に係り、初期状態の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図４０】同じく、図３９の鎖線楕円の部分を拡大して示す断面図。
【図４１】同じく、面粗度増大部分のバリエーションを示す押しダイの底面図。
【図４２】同じく、面粗度増大部分のバリエーションを示す押しダイの底面図。
【図４３】同じく、面粗度増大部分のバリエーションを示す押しダイの底面図。
【図４４】同じく、据え込み過程後半の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図４５】第６実施形態に係り、初期状態の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図４６】同じく、図４５の鎖線楕円の部分を拡大して示す断面図。
【図４７】同じく、押しダイを示す底面図。
【図４８】同じく、据え込み過程後半の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図４９】同じく、傾斜部の範囲を一例として寸法規定した押しダイの一部を示す断面図。
【図５０】同じく、傾斜部のバリエーションを示す図４６に準ずる断面図。
【図５１】同じく、傾斜部のバリエーションを示す図４６に準ずる断面図。
【図５２】同じく、傾斜部のバリエーションを示す図４６に準ずる断面図。
【図５３】同じく、偏芯据え込み過程後半の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図５４】同じく、図５３の鎖線円の部分を拡大して示す断面図。
【図５５】同じく、押しダイを示す底面図。
【図５６】第７実施形態に係り、（Ａ）は押しダイを示す側断面図、（Ｂ）は押しダイを示す底面図。
【図５７】同じく、押しダイを示す底面図。
【図５８】従来例に係り、初期状態の製造装置を簡略的に示す断面図。
【図５９】同じく、図５８の鎖線円の中を拡大して示す断面図。
【図６０】同じく、成形開始後の図５９に準ずる断面図。
【図６１】同じく、成形後の製造装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
［第１実施形態］
以下、本発明におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
先ず、この実施形態におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置の基本的構成について説明する。この実施形態における構成上の特徴部分については後述する。
【００４０】
図１に、クランクシャフトの製造装置１の基本的構成を縦断面図により示す。図２に、この製造装置１の基本的構成を図１のＡ−Ａ線断面図（横断面図）により示す。この製造装置１は、土台となる固定治具２と、固定治具２の上に立てられた案内治具３と、案内治具３の内周に沿って上下動可能に設けられた押し治具４と、案内治具３の内側にて固定治具２と押し治具４との間に配置されるフローティング治具５とを備える。
【００４１】
固定治具２は、中央に固定ダイ６を含む。固定ダイ６の上面には、受穴６ａが形成される。案内治具３は円筒形をなす。押し治具４は、中央に押しダイ７を含む。押しダイ７の下面には、受穴７ａが形成される。図１に示すように、この製造装置１は、軸素材８の上下両端部を固定ダイ６の受穴６ａと押しダイ７の受穴７ａにそれぞれ嵌め入れることで、軸素材８を固定治具２と押し治具４との間に垂直に支持するようになっている。押し治具４は、油圧シリンダを含む所定の油圧装置により上下に往復駆動されるようになっている。
【００４２】
フローティング治具５は、円環状部材９と、円環状部材９の中央に位置するフローティングダイ１０とを含む。フローティングダイ１０は、断面が逆台形をなし、その外周がテーパ面をなしている。フローティングダイ１０の中央には、軸素材８を嵌める孔１０ａが形成される。円環状部材９の中央には、フローティングダイ１０の外周のテーパ面に整合したテーパ孔９ａが形成される。図１に示すように、フローティング治具５は、軸素材８上の中間部位に保持される。ここで、フローティングダイ１０を軸素材８上の中間部位に付けた状態で、円環状部材９のテーパ孔９ａにフローティングダイ１０の外周面を圧入するかたちでフローティングダイ１０の外周に円環状部材９を圧着する。これにより、フローティングダイ１０が円環状部材９により締め付けられて軸素材８上の中間部位に保持される。この実施形態では、円環状部材９が本発明の保持部材に相当し、軸素材８の中間部位が本発明の所定部位に相当する。図１に示すように、この実施形態では、軸素材８をフローティング治具５と共に製造装置１にセッティングすることで、フローティング治具５が固定治具２と押し治具４との中間位置に保持される。
【００４３】
図１，２に示すように、案内治具３には、３本のボルト１１Ａ〜１１Ｃが、軸素材８を中心に半径方向に配置され、案内治具３を貫通するように設けられる。３本のボルト１１Ａ〜１１Ｃの先端は、フローティング治具５を構成する円環状部材９の外周に接触可能に設けられる。図２に示すように、３本のボルト１１Ａ〜１１Ｃのうち、２本のボルト１１Ａ，１１Ｂは、軸素材８を挟んで互いに対向する位置にて先端を軸素材８の中心へ向けて配置される。残りの１本のボルト１１Ｃは、２本のボルト１１Ａ，１１Ｂの間にて先端を軸素材８の中心へ向けて配置される。この実施形態で、残りの１本のボルト１１Ｃの位置に対し軸素材８を挟んだ反対側の方向（図２の右方向）が特定方向ＳＤとなっている。この実施形態で、案内治具３と３本のボルト１１Ａ〜１１Ｃは、軸素材８の半径方向におけるフローティング治具５の移動を特定方向ＳＤ以外の方向につき規制する本発明の移動規制手段を構成する。
【００４４】
ここで、フローティングダイ１０について詳しく説明する。図３に、フローティングダイ１０を平面図により示す。図４に、フローティングダイ１０を図３のＢ−Ｂ線断面図により示す。図５に、フローティングダイ１０を２つの分割片１２，１３に分解して平面図により示す。図６に、フローティングダイ１０を２つの分割片１２，１３に分解して断面図により示す。図７に、一方の分割片１２を図５の矢印Ｃ方向から見た正面図により示す。図８に、他方の分割片１３を図５の矢印Ｄ方向から見た正面図により示す。図３〜図６に示すように、フローティングダイ１０は、２つの分割片１２，１３により２分割可能に構成される。フローティングダイ１０の上面側には、中央の孔１０ａを中心にＵ字形の凹み１０ｂが設けられる。この凹み１０ｂは、第１分割片１２（図面左側）では、その外周縁にて開放され、第２分割片１３（図面右側）では、外周縁にて開放されず、孔１０ａに沿った円弧状をなしている。フローティングダイ１０の下面側にも上面側と同じ凹み１０ｂが設けられる。後述するように、この凹み１０ｂは、軸素材８が座屈されるときに、軸素材８の一部を受け入れて軸素材８を所定形状に成形するようになっている。
【００４５】
ここで、上記した製造装置１を使用して行うクランクシャフトの製造方法の基本的構成について説明する。図９に、この製造方法をフローチャートにより示す。図１０〜図１３に、この製造方法の各工程等につき製造装置１の基本的構成を縦断面図により示す。以下に、図９のフローチャートに付された各番号に従って順次説明する。
【００４６】
（１）セッティング工程では、図１０に示すように、軸素材８の中間部位にフローティングダイ１０を付け、そのダイ１０の外周に円環状部材９を圧着する。また、軸素材８の上下両端部をそれぞれ固定ダイ６の受穴６ａと押しダイ７の受穴７ａに嵌め入れて組み付ける。これにより、図１１に示すように、フローティング治具５を中間部位に保持した軸素材８を、固定治具２と押し治具４との間にて垂直に支持する。このセッティング完了状態では、軸素材８上の中間部位にてフローティングダイ１０が保持され、軸素材８の半径方向におけるフローティングダイ１０（フローティング治具５）の移動が特定方向ＳＤ以外の方向について規制される。
【００４７】
（２）加圧工程では、図１２に示すように、押し治具４を油圧装置により下方へ加圧する。これにより、軸素材８に軸方向の圧縮荷重を加え、図１３に示すように、軸素材８を据え込みし、フローティングダイ１０（フローティング治具５）の特定方向ＳＤへの移動を許容して、軸素材８の中間部位を特定方向ＳＤへ座屈させる。このとき、押し治具４が下降する過程で、押し治具４との干渉を避けるために各ボルト１１Ａ〜１１Ｃを案内治具３の外方向へ後退させる。図１３に示すように、最終的には、フローティング治具５は、図１１，１２に示す初期状態から特定方向ＳＤ（図１３の右方側）へ移動し、固定治具２と押し治具４との間で押し挟まれる。このとき、軸素材８は、固定ダイ６、押しダイ７及びフローティングダイ１０の間で所定形状に成形される。
【００４８】
（３）離型工程では、押し治具４を上昇させ、押し治具４と固定治具２との間からクランクシャフトの成形品を取り外すと共に、その成形品からフローティング治具５を取り外す。これにより、図１４に概略的に示すように、軸部１４ａと、ピン部１４ｂと、アーム部１４ｃを有するクランクシャフト１４が得られる。この実施形態では、ピストンストロークを増大させるために、クランクシャフト１４のピン部１４ｂの偏芯量を増大させるためにアーム部１４ｃを比較的長く形成するようにしている。
【００４９】
ここで、上記した一連の製造方法を、図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示す簡略的な断面図を参照して詳しく説明する。この実施形態の製造方法では、軸素材８からクランクシャフト１４を製造するために、先ず図１５（Ａ）に示す「初期状態」では、軸素材８の中間部位にフローティング治具５によりフローティングダイ１０を装着する。そして、軸素材８の中間部位における半径方向への変形を特定方向ＳＤ（図面右方向）以外の方向について規制しながら、押しダイ７により軸素材８に軸方向の圧縮荷重を加える。これにより、先ず、図１５（Ｂ）に示す「座屈過程」では、軸素材８の中間部位を特定方向ＳＤへ座屈を開始させ、その後、図１５（Ｃ）に示す「据え込み過程」では、軸素材８を据え込むと共に、軸素材８の中間部位を更に特定方向ＳＤへ座屈させ、図１５（Ｄ）に示す「偏芯据え込み完了」では、軸素材８の座屈と据え込みを完了する。このように軸素材８を中間部位で座屈させるためには、図１５（Ａ）に示すように、軸素材８の長さを「Ｌ１」、直径を「Ｄ１」とすると、「Ｌ１／Ｄ１＞２.５」という条件が必要になることが確認されている。ここで、図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、押しダイ７が下降するのに伴い、軸素材８が中間部位にて座屈し、その中間部位が偏芯することが分かる。この押しダイ７の下降量Ｌｄは、軸素材８の圧縮量に相当し、軸素材８の偏芯量ＬＰは、軸素材８の座屈量に相当する。
【００５０】
つまり、この実施形態の製造方法の基本的構成では、軸素材８の中間部位における半径方向への変形を特定方向ＳＤ以外の方向につき規制しながら軸素材８の両端部を押しダイ７及び固定ダイ６により押圧して軸素材８に軸方向の圧縮荷重を加えることにより、軸素材８を据え込みし、中間部位を特定方向ＳＤへ座屈させるようになっている。
【００５１】
ここで、上記したクランクシャフトの製造方法及び製造装置の基本的構成に係る作用効果について説明する。すなわち、この製造方法では、セッティング工程で、軸素材８上の中間部位に保持されたフローティングダイ１０の移動が、軸素材８の半径方向における特定方向ＳＤ以外の方向について規制される。この規制状態において、加圧工程で、軸素材８に軸方向の圧縮荷重を加えるだけで、軸素材８が据え込まれ、特定方向ＳＤへのフローティングダイ１０の移動が許容され、軸素材８が中間部位にて特定方向ＳＤへ座屈されて曲げられ、フローティングダイ１０により成形され、クランクシャフト１４が製造される。このため、軸素材８からクランクシャフト１４を製造するために、別途の曲げ加工工程を省略することができる。この結果、曲げ加工工程を省略した分だけクランクシャフト１４の製造サイクルタイムを短縮することができる。
【００５２】
また、この製造装置１によれば、軸素材８上にフローティングダイ１０を装着し、軸素材８上の中間部位にてそのフローティングダイ１０を円環状部材９により保持する。また、軸素材８の半径方向におけるフローティングダイ１０及び円環状部材９の移動、すなわちフローティング治具５の移動を、特定方向ＳＤ以外の方向について３本のボルト１１Ａ〜１１Ｃにより規制する。この規制状態で、押し治具４により軸素材８に軸方向の圧縮荷重を加えるだけで、軸素材８が据え込まれ、中間部位が特定方向ＳＤへ座屈されて曲げられ、フローティングダイ１０により軸素材８が成形され、クランクシャフト１４が製造される。つまり、この製造装置１によれば、軸素材８の中間部位を特定方向ＳＤへ曲げるために別途の曲げ加工工程の必要なくクランクシャフト１４を製造することができる。このため、曲げ加工工程のためのパンチや油圧装置等を省略することができ、これによって製造装置１を簡易化及び小型化することができる。
【００５３】
更に、この実施形態では、フローティング治具５は、２分割可能なフローティングダイ１０と、そのフローティングダイ１０の外周に圧着される円環状部材９とから構成される。そして、フローティング治具５を軸素材８上に保持するには、２分割可能なフローティングダイ１０を軸素材８上に被せ付け、そのフローティングダイ１０の外周に円環状部材９を圧着することで行われる。ここで、円環状部材９は、そのテーパ孔９ａとフローティングダイ１０の外周テーパ面との関係により容易にフローティングダイ１０に装着することができる。また、フローティング治具５を軸素材８上から取り外すには、円環状部材９をフローティングダイ１０から外し、フローティングダイ１０を二つに分解することで行われる。ここでも、円環状部材９は、そのテーパ孔９ａとフローティングダイ１０の外周テーパ面との関係により容易にフローティングダイ１０から外すことができる。このため、軸素材８へのフローティングダイ１０の着脱を容易にすることができる。また、軸素材８の座屈方向を規制するために、案内治具３に３本のボルト１１Ａ〜１１Ｃを設けるだけなので、比較的簡単な構成で座屈方向を規制することができる。
【００５４】
次に、この実施形態の構成上の特徴部分について詳しく説明する。図１６に、初期状態の製造装置１を簡略的な断面図により示す。図１７に、図１６の鎖線楕円Ｓ１の部分を拡大して断面図により示す。この実施形態では、図１６に示すように、軸素材８の上部、中間部及び下部のそれぞれに段部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが形成される。また、軸素材８の段部２１Ａ〜２１Ｃに整合するように、固定ダイ６の受穴６ａ、押しダイ７の受穴７ａ及びフローティングダイ１０の孔１０ａの内面がそれぞれが所定の形状に形成される。例えば、軸素材８の上部について説明すると、図１７に示すように、軸素材８の上部の段部２１Ａは、テーパ形状となっている。また、この段部２１Ａの形状に合わせて、押しダイ７の受穴７ａの開口縁７ｂの部分がテーパ形状となっている。ここで、図１７に示すように、テーパ形状のテーパ角を「θ１」とし、軸素材８の段部２１Ａの部分の最大径を「Ｄｍ」とし、受穴７ａの開口縁７ｂのテーパ面と押しダイ７の底面７ｃとが交差する位置、すなわち開口縁７ｂの最大径を「Ｄｄ」とすると、「Ｄｄ＞Ｄｍ」の関係が成り立つ。ここで、「Ｄｄ」と「Ｄｍ」の差を、例えば「０．５ｍｍ」とすることができる。軸素材８の下部及び中間部の段部２１Ｂ，２１Ｃ、並びに、固定ダイ６の受穴６ａ及びフローティングダイ１０の孔１０ａについても、上記構成に準ずる。
【００５５】
従って、この実施形態の特徴部分の構成によれば、軸素材８の上部、中間部及び下部をテーパ形状の段部２１Ａ〜２１Ｃとし、それに整合するように押しダイ７の受孔７ａの開口縁７ｂ、フローティングダイ１０の孔１０ａ及び固定ダイ６の受穴６ａの開口縁等の部分をテーパ形状としたので、段部２１Ａ〜２１Ｃの部分で軸素材８と各ダイ７，１０，６との密着性が増す。図１８に、成形開始後の製造装置１を簡略的に断面図により示す。図１９に、図１８の鎖線楕円Ｓ１の部分を拡大して断面図により示す。図１８，１９から明らかなように、軸素材８の段部２１Ａ〜２１Ｃでは、段部２１Ａ〜２１Ｃのテーパ面と開口縁７ｂのテーパ面とが密着していることが分かる。このため、図２０に比較例として断面図に示すように、軸素材８の上部等に段部を形成せず、押しダイ５０の受穴５０ａの開口縁５０ｂを単なる角形状とした通常の構成では、押しダイ５０による下向きの押圧力ＦＤ１が軸素材８の上端面８ａに加わるだけであった。これに対し、本実施形態では、例えば、図２１に断面図に示すように、軸素材８の上端面８ａに加え、段部２１Ａの部分にも下向きの押圧力ＦＤ２が加わることとなる。このため、成形初期に、製造装置１による軸素材８の圧縮力を増大させることができ、軸素材８又はその成形品の割れを抑えることができる。
【００５６】
また、この実施形態の特徴部分の構成によれば、軸素材８の段部２１Ａ〜２１Ｃと、各ダイ７，１０，６の受穴７ａ，６ａ及び孔１０ａの開口縁７ｂ等とをそれぞれテーパ形状としたので、軸素材８が各ダイ７，１０，６の開口縁７ｂ等の部分で過度に太鼓状に据え込まれることがない。すなわち、図２２（Ａ），（Ｂ）に比較例として押しダイ５０の一部を拡大して断面図に示すように、軸素材８の上部をテーパ形状でなく単なる段差５１とし、押しダイ５０の受穴５０ａの開口縁５０ｂを単なる角状とした場合を想定する。この場合は、初期状態から成形開始後にかけて、押しダイ５０の境目で軸素材８に太鼓状の膨らみ５２ができて、軸素材８の表面の引張応力ＦＳ１が増大することとなった。これに対し、本実施形態では、例えば、図２３に断面図に示すように、押しダイ７との境目で軸素材８が過度に太鼓状に膨らむことがなく、据え込みによる軸素材８の表面の引張応力を緩和することができる。
【００５７】
更に、この実施形態の特徴部分の構成によれば、押しダイ７の受穴７ａの開口縁７ｂの最大径Ｄｄが、軸素材８の段部２１Ａの最大径Ｄｍより大きく設定される。このため、図２４，２５に押しダイ７の一部を拡大して断面図に示すように、初期状態から成形開始後にかけて、軸素材８の段部２１Ａが、開口縁７ｂの最大径Ｄｄの大きさになるまで据え込みを先行させることができ、十分な圧縮力を軸素材８に与えることができる。
【００５８】
［第２実施形態］
次に、本発明におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００５９】
なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。
【００６０】
第１実施形態の特徴部分の構成によれば、垂直方向の荷重を軸素材８に効果的に与えることができるものの、軸素材８に予め段部２１Ａ〜２１Ｃを形成しておく必要があり、その分だけ機械加工の工程が増えることとなる。そこで、この実施形態では、軸素材８に段部形成のための事前の機械加工を施す必要がなく、軸素材８に垂直方向の荷重を効果的に与えられるように構成した。すなわち、この実施形態では、押しダイ７及び固定ダイ６の構成の点で第１実施形態と異なる。
【００６１】
図２６に、第２実施形態に係り、初期状態の押しダイ７の受穴７ａと軸素材８の関係を部分的に断面図により示す。図２７に、第２実施形態に係り、成形開始後の押しダイ７の受穴７ａと軸素材８の関係を部分的に断面図により示す。図２６に示すように、この実施形態の押しダイ７には、受穴７ａの内径Ｄ２を、軸素材８の直径Ｄ１に対し、片側において所定値ａ１（例えば、０．０５〜０．１ｍｍ程度）、軸方向において所定値ｂ１（例えば、２．０ｍｍ程度）、それぞれ拡大することで、受穴７ａの底部７ｄの外周に周溝２５が形成される。固定ダイ６の構成についても上記と同様である。
【００６２】
そして、この実施形態の製造方法では、押しダイ７の受穴７ａ及び固定ダイ６の受穴６ａに軸素材８の両端部を嵌合させて軸素材８の両端部を両ダイ７，６により押圧するときに、軸素材８の端部の肉を周溝２５の中へ拡張させるようにしている。
【００６３】
従って、この実施形態の特徴部分の構成によれば、図２７に示すように、両ダイ７，６の受穴７ａ，６ａに軸素材８の端部を嵌合させて軸素材８の両端部を両ダイ７，６により押圧するとき、成形開始後には、押しダイ７の受穴７ａの周溝２５に軸素材８の端部の肉の一部が入り込み、軸素材８の端部の肉が周溝２５の分だけ半径方向へ拡張される。これにより、受穴７ａの底部７ｄと軸素材８の端面８ａとが確実に接触することとなり、成形初期に軸素材８に対する圧縮荷重が増大する。固定ダイ６についても上記作用と同様である。このため、クランクシャフト１４の成形初期に、垂直方向の荷重を軸素材８に確実に与えることができ、成形初期における軸素材８の割れを抑制することができる。
【００６４】
なお、図２６，２７では図示を省略したが、押しダイ７には、受穴７ａに対応してノックアウトピンが設けられる。従って、成形完了後には、このノックアウトピンを作動させることで、軸素材８の端部を受穴７ａから容易に押し出すことができる。
【００６５】
［第３実施形態］
次に、本発明におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００６６】
第２実施形態の特徴部分の構成によれば、成形時に垂直方向の荷重を軸素材８に確実に与えることができるものの、座屈過程では以下のような問題発生のおそれがある。図２８に、第２実施形態に係り、座屈過程の押しダイ７の受穴７ａと軸素材８の関係を部分的に断面図により示す。すなわち、軸素材８が受穴７ａの底部７ｄにより確実に垂直に加圧されると、「据え込み」に対し、「座屈（偏芯）」が先行し過ぎることがある。これによって軸素材８の曲がり部分に剪断割れＣＲ１が発生するおそれがある。そこで、この実施形態では、受穴７ａの底部７ｄの形状を改良している。
【００６７】
図２９に、第３実施形態に係り、初期状態の押しダイ７の受穴７ａと軸素材８の関係を部分的に断面図により示す。図３０に、成形開始後の押しダイ７の受穴７ａと軸素材８の関係を部分的に断面図により示す。図２９に示すように、この実施形態の押しダイ７には、第２実施形態の構成に加え、受穴７ａの底部７ｄに、軸素材８の偏芯方向（座屈方向）へ向けて傾斜するように所定の傾斜角θ２が付与される。すなわち、この実施形態では、軸素材８の端面８ａを押圧する押しダイ７の押圧面１５を、特定方向ＳＤへ向けて、かつ、軸素材８の他端側へ向けて下降するように傾斜させている。ここで、傾斜角θ２の目安として「３〜１０°」程度が考えられる。この傾斜角θ２は、軸素材８の偏芯量や形状に合わせて適宜変更することができる。固定ダイ６の構成についても上記と同様である。
【００６８】
そして、この実施形態の製造方法では、軸素材８の両端を押しダイ７及び固定ダイ６により押圧するときに、軸素材８の端面８ａを、傾斜させた押圧面１５により押圧することで、据え込みに対する座屈の先行を抑えるように軸素材８に圧縮荷重を加えるようにしている。
【００６９】
従って、この実施形態の特徴部分の構成によれば、第２実施形態と同様の作用効果が得られる。それに加え、この実施形態では、受穴７ａの底部７ｄが偏芯方向へ向けて傾斜するので、偏芯を抑える方向へ軸素材８に圧縮力が働くこととなる。すなわち、軸素材８の端面８ａを、ダイ７，６の傾斜させた押圧面１５により押圧することで、据え込みに対する座屈の先行を抑えるように軸素材８に圧縮荷重を加えることとなる。これにより、座屈の過剰な進行が抑えられ、軸素材８での過大な引張応力の発生が抑えられる。このため、偏芯据え込み鍛造に伴い、座屈による軸素材８の曲がり部分の剪断割れＣＲ１を抑制することができる。
【００７０】
［第４実施形態］
次に、本発明におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００７１】
第３実施形態の特徴部分の構成によれば、座屈過程で軸素材８の剪断割れＣＲ１を抑制できるものの以下のような問題発生のおそれがある。図３１に、第３実施形態に係り、座屈過程の押しダイ７の受穴７ａと軸素材８の関係を部分的に断面図により示す。すなわち、軸素材８が座屈し始めると、フローティングダイ１０が偏芯し、受穴７ａの開口縁７ｂの座屈方向側（鎖線楕円Ｓ２で示す部分）には、圧縮力が働き、開口縁７ｂの反座屈方向側（鎖線楕円Ｓ３で示す部分）には、大きな引張力が働き、軸素材８に割れが発生するおそれがある。そこで、この実施形態では、受穴７ａの開口縁７ｂの形状を改良している。
【００７２】
図３２に、第４実施形態に係り、初期状態の製造装置１を簡略的に断面図により示す。図３３に、図３２の鎖線楕円Ｓ４の部分を拡大して断面図により示す。図３２，３３に示すように、この実施形態の押しダイ７は、第３実施形態の構成に加え、受穴７ａの開口縁７ｂが円弧形状に形成される。ここで、円弧形状の半径を「Ｒ」とし、軸素材８の直径を「Ｄ」とすると、以下の式（１）に示す関係を設定条件とすることができる。固定ダイ６の構成についても上記と同様である。
Ｒ≧Ｄ＊０．０４      ・・・（１）
【００７３】
そして、この実施形態の製造方法では、両ダイ７，６の受穴７ａ，６ａに軸素材８の端部を嵌合させて軸素材８の両端部を両ダイ７，６により押圧するときに、軸素材８を円弧状の開口縁７ｂ，６ｂに倣って変形させるようにしている。
【００７４】
従って、この実施形態の特徴部分の構成によれば、軸素材８の両端部を両ダイ７，６により押圧するときに、受穴７，６の開口縁７ｂ，６ｂが円弧形状に形成されるので、座屈開始後には、開口縁７ｂの円弧に倣って軸素材８の曲がり部分（座屈部分の内側）が変形することとなり、軸素材８の座屈部分の外側における過大な引張応力の発生が抑えられる。このため、図３４に部分的に断面図に示すように、第３実施形態のように、受穴７ａの開口縁７ｂを円弧形状としない構成では、開口縁７ｂの反座屈方向側の歪みＥ１と座屈方向側の歪みＥ２との差の分だけ応力が大きくなる傾向があった。これに対し、本実施形態では、図３５に断面図に示す初期状態から、図３６に断面図に示す座屈過程へ移行すると、開口縁７ｂの座屈方向側の歪みＥ２が図３４のそれよりも大きくなり、その結果、開口縁７ｂの反座屈方向側の歪みＥ１と座屈方向側の歪みＥ２との差が小さくなり、歪みＥ１と歪みＥ２との差が小さくなった分だけ応力が減少する。このため、座屈過程では、軸素材８の座屈部分の外側に働く応力を減少させることができ、この部分における割れを抑制することができる。
【００７５】
［第５実施形態］
次に、本発明におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００７６】
第４実施形態の特徴部分の構成によれば、座屈過程において軸素材８の座屈部分の外側における割れを抑制できるものの、以下のような問題発生のおそれがある。図３７に、第４実施形態に係り、据え込み過程の押しダイ７の受穴７ａと軸素材８の関係を部分的に断面図より示す。図３８に、図３７の鎖線円Ｓ５の部分を拡大して断面図により示す。すなわち、図３７，３８に示すように、据え込み過程では、受穴７ａの開口縁７ｂ及びそれに続く底面７ｃと軸素材８との接触部分で滑りが発生することがある。この滑りにより軸素材８に局部的な引張が働いて割れが発生するおそれがある。そこで、この実施形態では、主として押しダイ７の底面７ｃの形態を改良した。
【００７７】
図３９に、第５実施形態に係り、初期状態の製造装置１を簡略的に断面図により示す。図４０に、図３９の鎖線楕円Ｓ６の部分を拡大して断面図により示す。図３９，４０に示すように、この実施形態の押しダイ７には、第４実施形態の構成に加え、受穴７ａの開口縁７ｂ及びそれに続く底面７ｃの所定部分につき面粗度を増大させている。以下、この部分を「面粗度増大部分」２６と称する。図４１〜４３に、面粗度増大部分２６の構成のバリエーションを押しダイ７の底面図により示す。例えば、この実施形態では、図４１に示すように、押しダイ７の底面７ｃにつき、受穴７ａを中心に同心円状に旋盤で凹凸を形成することで面粗度増大部分２６が形成される。図４２に示すように、セラミック系のコーティングを施すことで、面粗度増大部分２６を形成することもできる。また、図４３に示すように、レーザなどで面を粗くすることで、面粗度増大部分２６を形成することもできる。固定ダイ６の構成についても上記と同様である。
【００７８】
そして、この実施形態の製造方法では、座屈される軸素材８の表面を両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃにより押圧するときに、面粗度増大部２６により押圧することで、座屈される軸素材８の表面とダイ７，６の底面７ｃ，６ｃとの間の滑りを抑えるように軸素材８に圧縮荷重を加えるようにしている。
【００７９】
従って、この実施形態の特徴部分の構成によれば、押しダイ７の受穴７ａの開口縁７ｂ及びそれに続く底面７ｃの所定部分を面粗度増大部分２６としたので、据え込み過程において、受穴７ａの開口縁７ｂ及びそれに続く底面７ｃと軸素材８の表面との接触部分で滑りが抑えられる。すなわち、座屈される軸素材８の表面を両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃにより押圧するときに、面粗度増大部２６により押圧することで、座屈される軸素材８の表面と両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃとの間の滑りを抑えるように軸素材８に圧縮荷重を加える。これにより、軸素材８の表面における局部的な引張応力及び剪断応力の発生が抑えられる。このため、据え込み過程において軸素材８の表面の局部的な割れを抑制することができる。
【００８０】
［第６実施形態］
次に、本発明におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第６実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８１】
図４４に、第５実施形態に係り、据え込み過程後半の製造装置１を簡略的に断面図により示す。第５実施形態の特徴部分の構成によれば、据え込み過程において軸素材８の表面の局部的な割れを抑制できるものの、据え込み過程後半において軸素材８の引張応力や剪断応力が増大して成形割れＣＲ２が生じるおそれがある。そこで、この実施形態では、押しダイ７及び固定ダイ６の底面７ｃ，６ｃの形態を更に改良している。
【００８２】
図４５に、第６実施形態に係り、初期状態の製造装置１を簡略的な断面図により示す。図４６に、図４５の鎖線楕円Ｓ７の部分を拡大して断面図により示す。図４７に、第６実施形態に係り、押しダイ７を底面図により示す。図４５〜４７に示すように、この実施形態の押しダイ７には、第５実施形態の構成、すなわち、受穴７ａの開口縁７ｂ及びそれに続く底面７ｃに面粗度増大部分２６（この実施形態では、セラミック系のコーティングを施している。）を設けたのに加え、その一部を受穴７ａを中心とする同心円状に所定の傾斜角θ３で傾斜させた傾斜部２７（図４７にメッシュで示す部分）を設けている。この所定の傾斜角θ３は、例えば「５〜３０°」とすることができる。この傾斜部２７は、特定方向ＳＤへ向けて、かつ、軸素材８の他端側へ向けて下降するように傾斜する。固定ダイ６の構成についても上記と同様である。
【００８３】
図４８に、第６実施形態に係り、据え込み過程後半の製造装置１を簡略的な断面図により示す。図４８において、軸素材８の仮想原点Ｐ１からの偏芯量（水平方向への変位量）を「Ｈ」とし、仮想原点Ｐ１から傾斜部２７の内端までの高さを「Ｂ」とすると、成形割れの起点Ｐ２が、仮想原点Ｐ１に対し、座標（Ｈ／２，Ｂ／２）で表される。そして、上記所定の傾斜角θ３の法線ＬＨが、仮想原点Ｐ１と交差するように傾斜部２７の範囲を取ることができる。図４９に、第６実施形態に係り、傾斜部２７の範囲を特定の寸法により規定した押しダイ７の一例を断面図により示す。
【００８４】
ここで、上記したように押しダイ７の底面７ｃに面粗度増大部分２６と傾斜部２７を設けたが、傾斜部２７の変形例として以下のように構成することもできる。図５０〜５２に、傾斜部２７のバリエーションを図４６に準ずる断面図により示す。例えば、図５０に示すように、傾斜部２７とそれの隣接面とのつなぎ目２７ａ，２７ｂを「Ｒ＝１０」程度の円弧としたり、図５１に示すように、傾斜部２７を微小な階段状に形成したり、図５２に示すように、傾斜部２７を傾斜角θ３ａ，θ３ｂが異なる多段テーパ形状に形成したりすることができる。
【００８５】
そして、この実施形態の製造方法では、座屈される軸素材８の表面を両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃにより押圧するときに、傾斜部２７により押圧することで、両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃと軸素材８の表面との間の滑りを抑えるように軸素材８に圧縮荷重を加えるようにしている。
【００８６】
図５３に、第６実施形態に係り、偏芯据え込み過程後半の製造装置１を簡略的な断面図により示す。図５４に、図５３の鎖線円Ｓ８の部分を拡大して断面図により示す。従って、この実施形態の特徴部分の構成によれば、図５３，５４に示すように、偏芯据え込み過程後半において、面粗度増大部分２６に傾斜部２７を設けているので、その傾斜部２７により軸素材８の表面に圧縮荷重が発生する。すなわち、傾斜部２７により押圧することで、両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃと軸素材８の表面との間の滑りを抑えるように軸素材８に圧縮荷重が加えられる。これにより、偏芯据え込み過程後半において、軸素材８の表面での引張応力及び剪断応力の発生が抑えられる。この結果、偏芯据え込み鍛造に伴い、据え込みによる軸素材８の表面の成形割れを抑制することができる。
【００８７】
［第７実施形態］
次に、本発明におけるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第７実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００８８】
図５５に、第６実施形態に係り、押しダイ７を底面図により示す。第６実施形態の特徴部分の構成によれば、押しダイ７の底面７ｃの面粗度増大部分２６に傾斜部２７を設けることで、据え込み過程後半において軸素材８の成形割れＣＲ２を抑制できるものの、傾斜部２７が受穴７ａと同心円状に形成されるので、軸素材８が据え込まれる過程で受穴７ａを中心に傾斜部２７にて法線方向に軸素材８の肉が流動するおそれがある。これにより、図５５に２点鎖線で示すように、成形されるアーム部１４ｃの一部に括れ２８ができて、この括れ２８の部分から亀裂が生じるおそれがある。そこで、この実施形態では、押しダイ７の底面７ｃの形態を更に改良している。固定ダイ６の構成についても同様である。
【００８９】
図５６に、第７実施形態に係り、押しダイ７の側断面図（Ａ）と、押しダイ７の底面図（Ｂ）をそれぞれ示す。図５６（Ａ），（Ｂ）に示すように、この実施形態の押しダイ７には、第５実施形態と同様に、受穴７ａの開口縁７ｂ及びそれに続く底面７ｃに面粗度増大部分２６を設ける。加えて、受穴７ａと同心円状に傾斜部２７を設ける代わりに、押しダイ７の底面７ｃにおいて、軸素材８が偏芯する側にて、その偏心方向に直交する方向へ真っ直ぐに延びる帯状の傾斜部２９（図５６（Ｂ）にメッシュで示す。）を設けている。この傾斜部２９は、所定の傾斜角θ４を有する。この傾斜角θ４は、例えば「５〜３０°」とすることができる。この傾斜部２９は、特定方向ＳＤへ向けて、かつ、軸素材８の他端側へ向けて下降するように傾斜している。固定ダイ６の構成についても上記と同様である。
【００９０】
ここで、傾斜部２９の変形例として、図５０〜５２に準ずるように形成してもよい。すなわち、図５０に示すと同様に、傾斜部２９とその隣接面とのつなぎ目を「Ｒ＝１０」程度の円弧としたり、図５１に示すと同様に、傾斜部２９を微小な階段状に形成したり、図５２に示すと同様に、傾斜部２９を多段テーパ形状に形成したりしてもよい。
【００９１】
そして、この実施形態の製造方法では、座屈される軸素材８の表面を両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃにより押圧するときに、傾斜部２９により押圧することで、両ダイ７，６の底面７ｃ，６ｃと軸素材８の表面との間の滑りを抑えるように軸素材８に圧縮荷重を加えるようにしている。
【００９２】
図５７に、押しダイ７を底面図により示す。従って、この実施形態の特徴部分の構成によれば、偏芯据え込み過程後半において、面粗度増大部分２６及び傾斜部２９により軸素材８の肉流動が座屈（偏芯）方向と平行となり、アーム部１４ｃに括れができなくなる。この結果、アーム部１４ｃの成形割れを抑制することができる。
【００９３】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００９４】
例えば、前記各実施形態で具体化した本発明に係る保持部材及び移動規制手段の構成は、それぞれ一例であり、各実施形態の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
この発明は、自動車等のエンジンに使用されるクランクシャフトの製造に利用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１  製造装置
６  固定ダイ（第１のダイ）
６ａ  受穴
６ｂ  開口縁
６ｃ  底面
７  押しダイ（第２のダイ）
７ａ  受穴
７ｂ  開口縁
７ｃ  底面
７ｄ  底部
８  軸素材
８ａ  上端面
９ａ  テーパ孔
９  円環状部材（保持部材）
１０  フローティングダイ（第３のダイ）
１０ａ  孔
１１Ａ〜Ｃ  ボルト（移動規制手段）
１４  クランクシャフト
２５  周溝
２６  面粗度増大部分
２７  傾斜部
２９  傾斜部
ＳＤ   特定方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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