(57)【要約】【課題】  カウンターウェイトに高比重材が設けられるクランクシャフトの製造方法であって、製造工程の簡略化を図ることが可能なクランクシャフトの製造方法を提供する。【解決手段】  クランクシャフト１の製造方法は、カウンターウェイト１４を含むクランクシャフト１を形成する素材（例えば鋳鉄）よりも比重が高く、かつ融点が高い素材（例えばタングステン）からなる高比重部材２０を形成する形成工程と、高比重部材２０を、クランクシャフト１を鋳造する鋳造型１００のカウンターウェイト領域１１４にセットするセット工程と、高比重部材２０がセットされた鋳造型１００に溶湯１１０を注湯してクランクシャフト１を形成する注湯工程とを備える。【選択図】  図３
2014031828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カウンターウェイトと、
前記カウンターウェイトを形成する素材よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなり、前記カウンターウェイトの内部に鋳込まれた高比重部材と、を備える、ことを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
前記カウンターウェイトを形成する素材は鋳鉄であり、
前記高比重部材はタングステンからな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。
【請求項３】
前記高比重部材は、表面が凹凸形状に加工されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシャフト。
【請求項４】
前記高比重部材は、前記カウンターウェイトの外縁部に沿って配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクランクシャフト。
【請求項５】
カウンターウェイトを含むクランクシャフトを形成する素材よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなる高比重部材を形成する形成工程と、
前記形成工程において形成された前記高比重部材を、クランクシャフトを鋳造する鋳造型のカウンターウェイト領域にセットするセット工程と、
前記セット工程において前記高比重部材がセットされた前記鋳造型に溶湯を注湯してクランクシャフトを形成する注湯工程と、を備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６】
前記形成工程では、タングステンを用いて前記高比重部材を形成し、
前記注湯工程では、前記鋳造型に鋳鉄の溶湯を注湯することを特徴とする請求項５に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項７】
前記形成工程では、前記高比重部材の表面を凸凹形状に加工することを特徴とする請求項５又は６に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項８】
前記セット工程では、前記高比重部材を、前記カウンターウェイト領域の外縁部に沿ってセットすることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のクランクシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに用いられるクランクシャフト、及び、該クランクシャフトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンでは、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シャフトを備えている。このようなクランクシャフトには、振動が少なく円滑に回転することが求められる。ここで、クランクシャフトでは、クランクジャーナル中心とクランクピン中心とが軸方向から見て偏芯しているため、クランクジャーナルを基準として、クランクピンと反対側のクランクアームにカウンターウェイトを設けて回転中のバランスを保つようにしている。
【０００３】
ところで、クランクシャフトのバランス特性を改善するために、カウンターウェイトに、該カウンターウェイト本体（クランクアーム）よりも比重の大きな慣性体を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。ここで、特許文献１には、クランクシャフト本体を構成する材料（Ｆｅ系合金）よりも比重の小さな材料（Ａｌ系合金）からなる連結部と、クランクシャフト本体を構成する材料よりも比重の大きな材料（Ｗ又はＣｕ系合金）からなる重量部とからなるカウンターウェイトが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、バランサーの半径方向外方部内に空洞部を区画形成するとともに、該空洞部に比重が大きい金属質量体の溶湯を注入・凝固させて成るクランクシャフトのバランサーウェイト（カウンターウェイト）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５７６６６５号公報
【特許文献２】実開昭６３−１６８３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のクランクシャフトを製造するには、まず、クランクシャフト本体を鍛造又は鋳造によって製造し、それとは別に、鍛造、鋳造、圧粉焼結や切削などによって連結部と重量部とを製造する。そして、連結部及び重量部をボルトにてクランクシャフト本体に結合する。そのため、連結部と重量部を形成する工程に加えて、クランクシャフト本体、連結部、及び重量部それぞれの合わせ面を加工する工程、ボルト孔を開ける工程、さらにはこれらを組み付ける工程等が必要になる。よって、部品数、工程数が増え、製造コストが増大するおそれがある。
【０００７】
一方、特許文献２のバランサーを製造するには、まず、バランサーを鋳造によって形成する際に、中子などでバランサーの半径方向外方の部分内に空洞部が形成される。その後、空洞部に、鉛等の高比重で低融点の金属の溶湯が注がれて充填される。充填された金属は、冷やされて凝固し、バランサーと一体化して金属質量体となる。このように、特許文献２のバランサー（カウンターウェイト）を製造するには、空洞部を形成するための中子が必要になり、型構成が複雑になる。また、空洞部に対して、再度、高比重で低融点の金属を注湯しなければならないため、鋳造工程が増加する。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、カウンターウェイトに高比重材が設けられるクランクシャフト、及び該クランクシャフトの製造方法において、製造工程の簡略化を図ることが可能なクランクシャフト、及び、該クランクシャフトの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るクランクシャフトは、カウンターウェイトと、カウンターウェイトを形成する素材よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなり、カウンターウェイトの内部に鋳込まれた高比重部材とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るクランクシャフトによれば、カウンターウェイトを形成する素材よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなる高比重部材がカウンターウェイトの内部に鋳込まれている。よって、クランクシャフトを鋳造する際に、カウンターウェイトの内部に予め形成された高比重部材を鋳込むことにより、一度の鋳造工程で、カウンターウェイト内部に高比重材が鋳込まれたクランクシャフトを形成（鋳造）することができる。その結果、クランクシャフトの製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００１１】
本発明に係るクランクシャフトでは、カウンターウェイトを形成する素材が鋳鉄であり、高比重部材がタングステンからなることが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、鋳鉄よりも比重が高く、かつ融点が高いタングステンからなる高比重部材を、一度の鋳造工程で、カウンターウェイト内部に鋳込むことが可能となる。
【００１３】
本発明に係るクランクシャフトでは、高比重部材が、表面が凹凸形状に加工されていることが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、クランクシャフト（カウンターウェイト）を形成している素材が、高比重部材表面の凹凸に入り込むため、クランクシャフト（カウンターウェイト）と高比重部材との密着性を向上させることができる。
【００１５】
本発明に係るクランクシャフトでは、高比重部材が、カウンターウェイトの外縁部に沿って配設されていることが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、クランクジャーナルの中心（すなわちクランクシャフトの回転中心）からより離れた位置に高比重部材を配設することができる。よって、クランクシャフトのバランス率を改善しつつ、クランクシャフトをより軽量化・コンパクト化することが可能となる。
【００１７】
本発明に係るクランクシャフトの製造方法は、カウンターウェイトを含むクランクシャフトを形成する素材よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなる高比重部材を形成する形成工程と、形成工程において形成された高比重部材を、クランクシャフトを鋳造する鋳造型のカウンターウェイト領域にセットするセット工程と、セット工程において高比重部材がセットされた鋳造型に溶湯を注湯してクランクシャフトを形成する注湯工程とを備えることが好ましい。
【００１８】
本発明に係るクランクシャフトの製造方法によれば、カウンターウェイトを形成する素材よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなる高比重部材が形成され、鋳造型にセットされた後、当該鋳造型に溶湯が注湯されて、クランクシャフトが形成される。よって、クランクシャフトを鋳造する際に、予め形成した高比重部材を鋳込むことにより、一度の鋳造工程（注湯工程）で、カウンターウェイト内部に高比重材が鋳込まれたクランクシャフトを形成することができる。その結果、クランクシャフトの製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【００１９】
本発明に係るクランクシャフトの製造方法では、形成工程において、タングステンを用いて高比重部材を形成し、注湯工程において、鋳造型に鋳鉄の溶湯を注湯することが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、鋳鉄よりも比重が高く、かつ融点が高いタングステンからなる高比重部材を、一度の鋳造工程（注湯工程）で、カウンターウェイト内部に鋳込むことが可能となる。
【００２１】
本発明に係るクランクシャフトの製造方法では、形成工程において、高比重部材の表面を凸凹形状に加工することが好ましい。
【００２２】
このようにすれば、クランクシャフト（カウンターウェイト）を形成している素材が、高比重部材表面の凹凸に入り込むため、クランクシャフト（カウンターウェイト）と高比重部材との密着性を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係るクランクシャフトの製造方法では、セット工程において、高比重部材を、カウンターウェイト領域の外縁部に沿ってセットすることが好ましい。
【００２４】
このようにすれば、クランクジャーナルの中心（すなわち、クランクシャフトの回転中心）からより離れた位置に高比重部材を配設することができる。よって、クランクシャフトのバランス率を改善しつつ、クランクシャフトをより軽量化・コンパクト化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、カウンターウェイトに高比重材が設けられるクランクシャフト、及び該クランクシャフトの製造方法において、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係るクランクシャフトの構成を示す側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】実施形態に係るクランクシャフトの製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
まず、図１及び図２を併せて用いて、実施形態に係るクランクシャフト１の構成について説明する。図１は、クランクシャフト１の構成を示す側面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。なお、ここでは、水平対向４気筒エンジンに用いられるクランクシャフト１を例にして説明する。
【００２９】
クランクシャフト１は、エンジンに搭載された際に、ピストンの往復運動をコネクティングロッドを介して回転運動に変換するものである。クランクシャフト１は、互いに間隔を隔てて一直線上に配置され、エンジンに搭載される際にメインベアリングを介してシリンダブロックに支持される５つのクランクジャーナル（メインジャーナル）１３と、隣り合うクランクジャーナル１３間に位置し、コネクティングロッドの大端部が取付けられる４つのクランクピン１１とを備えている。
【００３０】
また、クランクシャフト１は、クランクピン１１とクランクジャーナル１３とを接続する８つのクランクアーム１２と、該クランクアーム１２から連続して形成された８つのカウンターウェイト１４とを備えている。クランクシャフト１では、クランクジャーナル１３中心とクランクピン１１中心とが軸方向から見て偏芯しているため、クランクジャーナル１３を基準として、クランクピン１１と反対側のクランクアーム１２にカウンターウェイト１４を設けて回転中のバランスを保つように構成されている。
【００３１】
なお、クランクシャフト１の前端部１６にはクランクプーリを装着できるようになっている。一方、クランクシャフト１の後端部１５には、フライホイールが締結されるフランジが設けられている。
【００３２】
カウンターウェイト１４を含むクランクシャフト１本体を形成する素材としては、例えば鋳鉄等が好適に用いられる。ここで、鋳鉄は、１．７〜６．７％の炭素と鉄との合金である。その他、鋳鉄は、０．５〜７．０％のケイ素、マンガン、リン、硫黄などを含有し、高い鋳造性を有する。
【００３３】
各カウンターウェイトの内部には、カウンターウェイト１４（クランクシャフト１）を形成する素材（本実施形態では鋳鉄）よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなる高比重部材（ピース）２０が鋳込まれている。高比重部材２０は、側面視した場合に、カウンターウェイト１４の外縁部に沿うように例えば円弧状に形成されており、該カウンターウェイト１４の外縁部に沿って配設されている。
【００３４】
高比重部材２０の素材としては、鋳鉄よりも比重が高く、かつ融点が高い素材、例えばタングステン等が好適に用いられる。高比重部材２０は、例えば、タングステンの粉末（粒子）を焼結することにより形成され、表面が粗く、すなわち凹凸形状にされている。このように、表面が凹凸形状に加工されることにより、クランクシャフト１（カウンターウェイト１４）を形成する鋳鉄との密着性が高められる。なお、高比重部材２０の表面を凹凸形状に加工する手法としては、例えば、溶剤に浸して表面を侵食させるエッチングや、放電加工、レーザ加工等を用いてもよい。
【００３５】
次に、図３を用いて、本実施形態に係るクランクシャフト１の製造工程（製造方法）について説明する。ここで、図３は、クランクシャフト１の製造工程（製造方法）を示す図である。図３に示されるように、クランクシャフト１の製造工程は、主として、形成工程、セット工程、型閉じ工程、注湯工程、及び、取り出し工程から成っている。以下、各工程について説明する。
【００３６】
（形成工程）
まず、形成工程では、クランクシャフト１（カウンターウェイト１４）を形成する素材（例えば鋳鉄）よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなる高比重部材（ピース）２０が形成される。なお、本実施形態では、タングステンの粉末（粒子）を焼結することにより、表面が粗く加工された円弧状の高比重部材２０を形成した。なお、上述したように、例えば、エッチングや、放電加工、レーザ加工等を用いて、高比重部材２０の表面を凹凸形状に加工してもよい。
【００３７】
（セット工程）
セット工程では、形成工程において形成された高比重部材２０が、クランクシャフト１を鋳造する鋳造型（鋳型）１００のカウンターウェイト領域１１４にピン等によって固定されてセットされる。より詳細には、高比重部材２０は、上記カウンターウェイト領域１１４の外縁部に沿ってセットされる。
【００３８】
ここで、鋳造型１００は、クランクシャフト１（クランクジャーナル１３）の軸線方向に沿って２分割され、対向して配置される、一対の型半体１００ａ，１００ｂを有して構成されている。そのため、より具体的には、高比重部材２０のセットは、型半体１００ａと型半体１００ｂとが分離された状態で行われ、高比重部材２０は、例えば一方の型半体１００ａにピン等によって固定される。なお、鋳造型１００（型半体１００ａ，１００ｂ）は、例えば鋳造砂から形成される。
【００３９】
（型閉じ工程）
セット工程において高比重部材２０がセットされた後、型閉じ工程では、鋳造型１００を構成する一対の型半体１００ａ，１００ｂが閉じられる。これにより、鋳造型１００の内部に、クランクシャフト１の形状に模られた溶湯室（空洞）１０１が画成される。なお、鋳造型１００（型半体１００ｂ）には、溶湯室１０１に溶湯１１０を流し込むための湯道１０２が形成されている。
【００４０】
（注湯工程）
型閉じ工程において鋳造型１００（一対の型半体１００ａ，１００ｂ）が閉じられた後、注湯工程では、鋳造型１００（型半体１００ｂ）に形成された湯道１０２を通じて鋳鉄の溶湯１１０が、高比重部材２０がセットされた溶湯室１０１に注湯される。
【００４１】
（取り出し工程）
注湯工程において鋳造型１００（溶湯室１０１）に鋳鉄の溶湯１１０が流し込まれた後、当該溶湯１１０は、冷却されて凝固する。その後、鋳造型１００から凝固したクランクシャフト１が取り出される。以上のようにして、カウンターウェイト１４内部に高比重材２０が鋳込まれたクランクシャフト１が形成（鋳造）される。
【００４２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、カウンターウェイト１４を形成する素材よりも比重が高く、かつ融点が高い素材からなる高比重部材２０が形成され、鋳造型１００にセットされた後、該鋳造型１００に溶湯１１０が注湯されて、クランクシャフト１が形成される。よって、クランクシャフト１を鋳造する際に、予め形成した高比重部材２０を鋳込むことにより、一度の鋳造工程（注湯工程）で、カウンターウェイト１４内部に高比重材２０が鋳込まれたクランクシャフト１を形成することができる。その結果、クランクシャフト１の製造工程の簡略化を図ることが可能となる。また、クランクシャフト１の製造コストを低減することが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、形成工程において、タングステンからなる高比重部材２０が予め形成され、その後の注湯工程において、鋳造型１００に鋳鉄の溶湯１１０が注湯されるため、鋳鉄よりも比重が高く、かつ融点が高いタングステンからなる高比重部材２０を、一度の鋳造工程（注湯工程）で、カウンターウェイト１４内部に鋳込むことができる。
【００４４】
本実施形態によれば、形成工程において、高比重部材２０の表面が凸凹形状に加工されるため、クランクシャフト１（カウンターウェイト１４）を形成している素材（鋳鉄）が、高比重部材２０表面の凹凸に入り込むため、クランクシャフト１（カウンターウェイト１４）と高比重部材２０との密着性を向上させることができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、セット工程において、高比重部材２０が、カウンターウェイト領域１１４の外縁部に沿ってセットされるため、該高比重部材２０をクランクジャーナル１３の中心（すなわちクランクシャフト１の回転中心）からより離れた位置に配設することができる。よって、クランクシャフト１のバランス率を改善しつつ、クランクシャフト１をより軽量化・コンパクト化することが可能となる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、水平対向４気筒エンジン用のクランクシャフトを例にして説明したが、例えば、直列４気筒エンジン用のクランクシャフトに適用することもできる。さらに、対象となるエンジンの型式や気筒数は上記実施形態に限られない。すなわち、エンジンの型式は、例えば、Ｖ型やＷ型等であってもよい。また、エンジンの気筒数は、１，２，３，５，６，８，１０，１２気筒、又はそれ以上であってもよい。また、４サイクルエンジンのクランクシャフトに限られず、２サイクルエンジンのクランクシャフトに適用することもできる。
【００４７】
さらに、高比重部材２０の素材、形状、大きさや数等も上記実施形態には限られることなく、例えば、クランクシャフト１の要件等に応じて任意に設定することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  クランクシャフト
１１  クランクピン
１２  クランクアーム
１３  クランクジャーナル
１４  カウンターウェイト
２０  高比重部材
１００  鋳造型
１１０  溶湯
【図１】
2014031828.tif 000003
【図２】
2014031828.tif 000004
【図３】
2014031828.tif 000005