(57)【要約】第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、最終予備成形工程と、を含む。第２予備成形工程では、初期荒地（２３）を一対の第１金型（４０）で圧下することによって中間荒地を得る。一対の第１金型（４０）は、アーム部となる部位およびそのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位と当接するウェブ加工部（４２ｃ）を有する。ウェブ加工部（４２ｃ）は、アーム加工部（４２ｄ）と、ウエイト加工部（４２ｅ）とを有する。アーム加工部（４２ｄ）およびウエイト加工部（４２ｅ）は、全体として凹状であり、ウエイト加工部の開口幅（Ｂｗ）は、凹状の底面から遠ざかるに従って広くなる。これにより、荒地において、アーム部となる部位とそのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位とで体積を配分することができ、材料歩留りを向上できる。
2016147674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心となるジャーナル部と、前記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、前記クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で有するカウンターウエイト部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法であって、
当該製造方法は、
ビレットのうちの前記ピン部となる部位および前記ジャーナル部となる部位で断面積を減少させて扁平部を形成する第１予備成形工程と、
前記第１予備成形工程で得られた初期荒地を、前記扁平部の幅方向を圧下方向にして一対の第１金型で圧下することにより、前記カウンターウエイト部を一体で有するクランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位の厚さが仕上げ寸法よりも厚い中間荒地を得る第２予備成形工程と、
第２金型で、前記中間荒地のうちで前記カウンターウエイト部を一体で有するクランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位を前記中間荒地の軸方向から圧下するとともに、前記中間荒地を前記軸方向と垂直な方向から圧下することにより、前記中間荒地に前記鍛造クランク軸の形状を造形する最終予備成形工程と、を含み、
前記一対の第１金型は、前記カウンターウエイト部を一体で有するクランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位と当接するウェブ加工部、前記ピン部となる部位と当接するピン加工部、並びに、前記ジャーナル部となる部位と当接するジャーナル加工部を有し、
前記ウェブ加工部は、前記一対の第１金型のうちの一方が、前記クランクアーム部となる部位と当接するアーム加工部と、前記カウンターウエイト部となる部位と当接するウエイト加工部とを有し、
前記アーム加工部およびウエイト加工部は、全体として凹状であり、かつ、前記凹状の底面側に前記アーム加工部が位置するとともに、前記凹状の開口側に前記ウエイト加工部が位置し、
前記ウエイト加工部の開口幅は、前記凹状の底面から遠ざかるに従って広くなり、
前記第２予備成形工程では、前記ピン加工部および前記ジャーナル加工部で前記扁平部を圧下し、
前記扁平部の圧下に伴い、前記カウンターウエイト部を一体で有する前記クランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位を前記凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる、鍛造クランク軸の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
前記カウンターウエイト部を一体で有する前記クランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位を前記凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる際に、当該部位を前記凹状のウェブ加工部の開口側から圧下して体積を配分する、鍛造クランク軸の製造方法。
【請求項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であって、
前記鍛造クランク軸は、軸方向の前端にフロント部をさらに備え、
前記第１予備成形工程では、さらに、前記ビレットのうちの前記フロント部となる部位で断面積を減少させて扁平部とし、
前記一対の第１金型は、前記フロント部となる部位と当接するフロント加工部をさらに有し、
前記第２予備成形工程では、前記フロント加工部で前記フロント部となる部位を圧下して延伸させる、鍛造クランク軸の製造方法。
【請求項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であって、
前記鍛造クランク軸は、軸方向の後端にフランジ部をさらに備え、
前記一対の第１金型は、前記フランジ部となる部位と当接するフランジ加工部をさらに有し、
前記第２予備成形工程では、前記扁平部の圧下に伴い、前記フランジ部となる部位の端面を前記フランジ加工部に当接させ、前記フランジ部となる部位の断面積を増加させる、鍛造クランク軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
自動車、自動二輪車、農業機械または船舶等のレシプロエンジンにおいて、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、型鍛造または鋳造によって製造できる。特に、高強度と高剛性がクランク軸に要求される場合、型鍛造によって製造されたクランク軸（以下、「鍛造クランク軸」ともいう）が多用される。【０００３】
図１Ａおよび図１Ｂは、一般的な鍛造クランク軸の形状例を示す模式図である。そのうちの図１Ａは全体図、図１ＢはＩＢ−ＩＢ断面図である。図１Ｂでは、クランク軸の形状の理解を容易にするため、一つのクランクアーム部Ａ７と、そのクランクアーム部Ａ７と一体のカウンターウエイト部Ｗ７と、クランクアーム部Ａ７と繋がるピン部Ｐ４およびジャーナル部Ｊ４と抽出して示す。【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂに例示するクランク軸１１は、４気筒エンジンに搭載され、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１１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、および、８枚のクランクアーム部（以下、「アーム部」ともいう）Ａ１〜Ａ８から構成される。アーム部Ａ１〜Ａ８は、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５とピン部Ｐ１〜Ｐ４をそれぞれつなぐ。また、８枚（全部）のアーム部Ａ１〜Ａ８は、カウンターウエイト部（以下、「ウエイト部」ともいう）Ｗ１〜Ｗ８を一体で有する。クランク軸１１の軸方向の前端にはフロント部Ｆｒが設けられ、後端にはフランジ部Ｆｌが設けられる。フロント部Ｆｒは、先頭の第１ジャーナル部Ｊ１とつながり、フランジ部Ｆｌは、最後尾の第５ジャーナル部Ｊ５とつながる。【０００５】
以下では、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５、ピン部Ｐ１〜Ｐ４、アーム部Ａ１〜Ａ８およびウエイト部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。また、アーム部Ａおよびそのアーム部Ａと一体のウエイト部Ｗをまとめて「ウェブ」ともいう。【０００６】
ウエイト部Ｗの幅Ｂｗは、図１Ｂに示すように、アーム部Ａの幅Ｂａより大きい。このため、ウエイト部Ｗは、アーム部中心面（ピン部Ｐの中心とジャーナル部Ｊの中心とを含む面）から大きく張り出している。【０００７】
このような形状の鍛造クランク軸は、一般に、ビレットを原材料とする。そのビレットでは、ビレット長手方向に垂直な断面、すなわち横断面が丸形または角形であり、断面積が全長にわたって一定である。以下、ビレットや荒地の長手方向、クランク軸の軸方向に垂直な断面を「横断面」、平行な断面を「縦断面」という。また、横断面の断面積を単に「断面積」という。鍛造クランク軸の製造では、予備成形工程、型鍛造工程およびバリ抜き工程がその順に設けられる。また、必要に応じ、整形工程がバリ抜き工程の後に設けられる。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。【０００８】
図２Ａ〜図２Ｆ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。そのうちの図２Ａはビレット、図２Ｂはロール荒地、図２Ｃは曲げ荒地、図２Ｄは荒鍛造材、図２Ｅは仕上げ鍛造材、図２Ｆは鍛造クランク軸をそれぞれ示す。図２Ａ〜図２Ｆは、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す形状のクランク軸の製造工程を示す。【０００９】
図２Ａ〜図２Ｆに示す製造方法では、以下のようにして鍛造クランク軸１１が製造される。先ず、図２Ａに示すような所定の長さのビレット１２を加熱炉によって加熱した後、予備成形工程でロール成形および曲げ打ちをその順に行う。ロール成形では、例えば孔型ロールを用いてビレット１２を圧延して絞る。これにより、ビレット１２の体積を軸方向に配分し、中間素材であるロール荒地１３を得る（図２Ｂ参照）。次に、曲げ打ちでは、ロール荒地１３を軸方向と垂直な方向から部分的にプレス圧下する。これにより、ロール荒地１３の体積を配分し、更なる中間素材である曲げ荒地１４を得る（図２Ｃ参照）。【００１０】
続いて、荒打ち工程では、曲げ荒地１４を上下に一対の金型を用いて鍛造することにより、荒鍛造材１５を得る（図２Ｄ参照）。その荒鍛造材１５には、クランク軸（最終製品）のおおよその形状が造形される。さらに、仕上げ打ち工程では、荒鍛造材１５を上下に一対の金型を用いて鍛造することにより、仕上げ鍛造材１６を得る（図２Ｅ参照）。その仕上げ鍛造材１６には、最終製品のクランク軸と合致する形状が造形される。これら荒打ちおよ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流出することにより、バリＢが形成される。このため、荒鍛造材１５および仕上げ鍛造材１６は、いずれも、周囲にバリＢが大きく付いている。【００１１】
バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材１６を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材１６からバリＢが除去され、バリ無し鍛造材が得られる。そのバリ無し鍛造材は、図２Ｆに示す鍛造クランク軸１１とほぼ同じ形状である。【００１２】
整形工程では、バリ無し鍛造材の要所を上下から金型で僅かに圧下し、バリ無し鍛造材を最終製品の寸法形状に矯正する。ここで、バリ無し鍛造材の要所は、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、さらにはアーム部Ａおよびウエイト部Ｗである。こうして、鍛造クランク軸１１が製造される。【００１３】
図２Ａ〜図２Ｆに示す製造工程は、前記図１Ａおよび図１Ｂ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。【００１４】
４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸の場合、８枚のアーム部Ａ１〜Ａ８のうち、一部のアーム部がウエイト部Ｗを一体で有する。例えば先頭の第１アーム部Ａ１、最後尾の第８アーム部Ａ８および中央の２枚のアーム部（第４アーム部Ａ４、第５アーム部Ａ５）がウエイト部Ｗを一体で有する。また、残りのアーム部、具体的には、第２、第３、第６および第７のアーム部（Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ７）は、ウエイト部を有さず、その形状が小判状（長円状）となる。【００１５】
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。【００１６】
予備成形工程は、ビレットの体積を配分することを主な目的とするので、得られる荒地には、鍛造クランク軸の形状がほとんど造形されていない。このように予備成形工程でビレットの体積を配分することにより、後工程の型鍛造工程でバリの流出を低減でき、材料歩留りを向上できる。ここで、材料歩留りとは、鍛造クランク軸（最終製品）の体積がビレットの体積に占める割合（百分率）を意味する。【００１７】
鍛造クランク軸の製造に関する技術は、例えば、特開２００１−１０５０８７号公報（特許文献１）、特開平２−２５５２４０号公報（特許文献２）および特開平１０−０２９０３２号公報（特許文献３）に開示される。特許文献１には、一対の上型と下型を用いる予備成形方法が記載されている。その予備成形方法では、上型と下型とで棒状の被加工物を圧下する際に、被加工物の一部を伸ばすとともに、一部に連続した他部を軸心に対してオフセットする。このような特許文献１に記載の予備成形方法では、延ばしと曲げを同時に実施できることから、設備投資を少なくできるとしている。【００１８】
特許文献２では、予備成形において、従来の２パスのロール成形に代え、４パスの高速ロール設備が用いられる。特許文献２に提案される予備成形では、ロール荒地の断面積が、鍛造クランク軸（最終製品）のウエイト部、アーム部およびジャーナル部の断面積の分布に合わせて決められる。これにより、特許文献２では、材料歩留りを向上できるとしている。【００１９】
特許文献３には、型鍛造において、型打ち方向（圧下方向）をウエイト部の張り出し方向に対して直角方向とすることが提案されている。これにより、型鍛造において、アーム部中心面から大きく張り出すウエイト部で、材料の充満性を向上できるとしている。この特許文献３に記載の方法では、上型と下型の型割面がウエイト部の張り出し形状の頂点に配置され、上型と下型の間に余材をバリとして流出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００１−１０５０８７号公報
【特許文献２】特開平２−２５５２４０号公報
【特許文献３】特開平１０−０２９０３２号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１４／０３８１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
鍛造クランク軸の製造では、前述の通り、バリの流出を低減して材料歩留りを向上させることが望まれる。前記特許文献１に記載の予備成形方法では、ビレットの体積の配分とオフセットをある程度行うことができる。【００２２】
しかしながら、前記特許文献１に記載の予備成形方法では、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位における体積の配分について記載がない。より具体的には、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位において、ウエイト部とアーム部とで体積配分を行うことについて記載がない。このため、後工程の型鍛造工程において、アーム部中心面から大きく張り出すウエイト部で、材料の充満性が不十分となり、欠肉が生じ易い。ウエイト部の欠肉を防止するには、荒地で余剰の体積を増加させることとなるが、それに伴って材料歩留りが低下する。ここで、「ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位」とは、そのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位を含む。以下では、アーム部となる部位およびそのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位を、まとめて「ウェブ相当部」ともいう。【００２３】
前記特許文献２に記載の予備成形方法では、ロール成形であることから、ウェブ相当部について、ウエイト部とアーム部とで体積の配分を行えない。このため、後工程の型鍛造工程において、ウエイト部の材料の充満性が不十分となり、その結果、欠肉が生じ易い問題や材料歩留りが低下する問題が発生する。【００２４】
前記特許文献３に記載の方法によれば、型鍛造におけるウエイト部の材料の充満性をある程度改善することができる。しかしながら、特許文献３に記載の方法では、バリが成形されるのに伴って材料歩留りが低下する。また、従来の鍛造クランク軸の製造における材料歩留りは、十分でない。このため、材料歩留りをさらに向上させることが望まれている。【００２５】
本発明の目的は、荒地において、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位で、ウエイト部となる部位とアーム部となる部位に体積を配分することにより、材料歩留りを向上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。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の一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、前記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、前記クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で有するカウンターウエイト部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。【００２７】
当該鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、最終予備成形工程と、を含む。前記第１予備成形工程では、ビレットのうちの前記ピン部となる部位および前記ジャーナル部となる部位で断面積を減少させて扁平部を形成する。前記第２予備成形工程では、前記第１予備成形工程で得られた初期荒地を、前記扁平部の幅方向を圧下方向にして一対の第１金型で圧下することにより、前記カウンターウエイト部を一体で有するクランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位の厚さが仕上げ寸法よりも厚い中間荒地を得る。前記最終予備成形工程では、第２金型で、前記中間荒地のうちで前記カウンターウエイト部を一体で有するクランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位を前記中間荒地の軸方向から圧下するとともに、前記中間荒地を前記軸方向と垂直な方向から圧下することにより、前記中間荒地に前記鍛造クランク軸の形状を造形する。【００２８】
前記一対の第１金型は、前記カウンターウエイト部を一体で有するクランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位と当接するウェブ加工部、前記ピン部となる部位と当接するピン加工部、並びに、前記ジャーナル部となる部位と当接するジャーナル加工部を有する。前記ウェブ加工部は、前記一対の第１金型のうちの一方が、前記クランクアーム部となる部位と当接するアーム加工部と、前記カウンターウエイト部となる部位と当接するウエイト加工部とを有する。前記アーム加工部およびウエイト加工部は、全体として凹状であり、かつ、前記凹状の底面側に前記アーム加工部が位置するとともに、前記凹状の開口側に前記ウエイト加工部が位置し、前記ウエイト加工部の開口幅は、前記凹状の底面から遠ざかるに従って広くなる。【００２９】
前記第２予備成形工程では、前記ピン加工部および前記ジャーナル加工部で前記扁平部を圧下し、前記扁平部の圧下に伴い、前記カウンターウエイト部を一体で有する前記クランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位を前記凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる。【００３０】
前記カウンターウエイト部を一体で有する前記クランクアーム部となる部位および前記クランクアーム部が一体で有する前記カウンターウエイト部となる部位を前記凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる際に、当該部位を前記凹状のウェブ加工部の開口側から圧下して体積を配分するのが好ましい。【００３１】
前記鍛造クランク軸は、軸方向の前端にフロント部をさらに備えてもよい。この場合、前記第１予備成形工程では、さらに、前記ビレットのうちの前記フロント部となる部位で断面積を減少させて扁平部とするのが好ましい。また、前記一対の第１金型は、前記フロント部となる部位と当接するフロント加工部をさらに有し、前記第２予備成形工程では、前記フロント加工部で前記フロント部となる部位を圧下して延伸させるのが好ましい。【００３２】
前記鍛造クランク軸は、軸方向の後端にフランジ部をさらに備えてもよい。この場合、前記一対の第１金型は、前記フランジ部となる部位と当接するフランジ加工部をさらに有し、前記第２予備成形工程では、前記扁平部の圧下に伴い、前記フランジ部となる部位の端面を前記フランジ加工部に当接させ、前記フランジ部となる部位の断面積を増加させるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、バリを形成することなく、軸方向の体積の配分が促進された中間荒地を得ることができる。また、中間荒地は、ウェブ相当部（アーム部となる部位およびそのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位）において、ウエイト部となる部位とアーム部となる部位で体積が配分されている。このため、最終予備成形工程においても、バリをほとんど形成せずに、クランク軸の形状を造形できる。これらより、材料歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】図１Ａは、一般的な鍛造クランク軸の全体形状の一例を示す模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程におけるビレットを示す模式図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程におけるロール荒地を示す模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程における曲げ荒地を示す模式図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程における荒鍛造材を示す模式図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程における仕上げ鍛造材を示す模式図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程における鍛造クランク軸を示す模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の鍛造クランク軸の製造工程例におけるビレットを示す模式図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の鍛造クランク軸の製造工程例における初期荒地を示す模式図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の鍛造クランク軸の製造工程例における中間荒地を示す模式図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の鍛造クランク軸の製造工程例における最終荒地を示す模式図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の鍛造クランク軸の製造工程例における仕上げ鍛造材を示す模式図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の鍛造クランク軸の製造工程例における鍛造クランク軸を示す模式図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前を模式的に示す縦断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時を模式的に示す縦断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のピン部となる部位を示す横断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のピン部となる部位を示す横断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のウエイト部を一体で有するアーム部となる部位を示す横断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のウエイト部を一体で有するアーム部となる部位を示す横断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下開始時を模式的に示す縦断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時を模式的に示す縦断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下開始時のウエイト部を一体で有するアーム部となる部位を示す横断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のウエイト部を一体で有するアーム部となる部位を示す横断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下開始時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のジャーナル部となる部位を示す横断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下開始時のピン部となる部位を示す横断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のピン部となる部位を示す横断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、最終予備成形工程の加工フロー例の圧下前を模式的に示す縦断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、最終予備成形工程の加工フロー例における上型の下死点到達時を模式的に示す縦断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例における軸方向の移動終了時を模式的に示す縦断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下する場合の圧下前を示す横断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下する場合の圧下終了時を示す横断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下開始時を示す横断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下終了時を示す横断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第２予備成形工程でピン加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下開始時を示す横断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第２予備成形工程でピン加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下終了時を示す横断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下前を示す横断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下終了時を示す横断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、第１予備成形工程におけるフロント部となる部位およびフランジ部となる部位の加工フロー例の圧下前を模式的に示す縦断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、第１予備成形工程におけるフロント部となる部位およびフランジ部となる部位の加工フロー例の圧下終了時を模式的に示す縦断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のフロント部となる部位を示す横断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のフロント部となる部位を示す横断面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下前のフランジ部となる部位を示す横断面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のフランジ部となる部位を示す横断面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、第２予備成形工程におけるフロント部となる部位およびフランジ部となる部位の加工フロー例の圧下前を模式的に示す縦断面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、第２予備成形工程におけるフロント部となる部位およびフランジ部となる部位の加工フロー例の圧下終了時を模式的に示す縦断面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下前のフロント部となる部位を示す横断面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のフロント部となる部位を示す横断面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下前のフランジ部となる部位を示す横断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のフランジ部となる部位を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本実施形態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。
【００３６】
１．製造工程例
本実施形態の製造方法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、アーム部Ａのうちの全部または一部が一体で有するウエイト部Ｗと、を備える。本実施形態の製造方法は、例えば、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す４気筒−８枚カウンターウエイトのクランク軸を対象とすることができる。また、前述の４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸等を対象とすることもできる。
【００３７】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、最終予備成形工程とをその順で含む。最終予備成形工程の後工程として、仕上げ鍛造工程と、バリ抜き工程を追加してもよい。また、必要に応じて、バリ抜き工程の後に、整形工程を追加してもよい。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、捩り工程を追加してもよい。これらの工程は、いずれも、熱間で一連に行われる。
【００３８】
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の鍛造クランク軸の製造工程例を説明するための模式図である。そのうちの図３Ａはビレット、図３Ｂは初期荒地、図３Ｃは中間荒地、図３Ｄは最終荒地、図３Ｅは仕上げ鍛造材、図３Ｆは鍛造クランク軸をそれぞれ示す。図３Ａ〜図３Ｆは、前記図１に示す形状のクランク軸の製造工程例を示す。
【００３９】
第１予備成形工程では、被加工材であるビレット２２のうちでピン部となる部位（以下、「ピン相当部」ともいう）およびジャーナル部となる部位（以下、「ジャーナル相当部」ともいう）で断面積を減少させる。これに伴って、ビレットに扁平部２３ａを形成し、その扁平部２３ａは、後述の図５Ｂおよび図６Ｂに示すように、圧下方向の厚さｔａよりも圧下方向と垂直な方向の幅Ｂａが大きい。このようにして体積が配分された初期荒地２３を得る。このような第１予備成形工程には、例えば、レデュースロールやクロスロールを用いることができる。また、後述の第３金型を用いる加工フロー例に従って行うこともできる。
【００４０】
第２予備成形工程では、体積をさらに配分するため、初期荒地２３を一対の第１金型で圧下する。その際の圧下方向は、扁平部２３ａの幅方向とする。これにより、バリ無しの中間荒地２４を得る。その中間荒地２４は、ウェブ相当部（アーム部となる部位およびそのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位）の軸方向の厚さｔ１が仕上げ寸法ｔ０よりも厚い。ここで、仕上げ寸法ｔ０とは、鍛造クランク軸（最終製品）のアーム部およびウエイト部の軸方向の厚さを意味する。第２予備成形工程の詳細については、後述する。
【００４１】
最終予備成形工程では、第２金型により、中間荒地２４のウェブ相当部を中間荒地２４の軸方向に沿って圧下するとともに、中間荒地２４を軸方向と垂直な方向に沿って圧下する。これにより、中間荒地２４に鍛造クランク軸のおおよその形状を造形し、最終荒地２５を得る。最終予備成形工程では、例えば、特許文献４に記載の成形装置を用いることができる。最終予備成形工程の加工フロー例については後述する。
【００４２】
仕上げ鍛造工程では、前述の従来の仕上げ打ち工程と同様に、型鍛造を行い、具体的には、最終荒地２５を上下に一対の金型を用いて鍛造する。これにより、余材の流出に伴ってバリＢを形成しながら、仕上げ鍛造材２６を得る。その仕上げ鍛造材２６には、最終製品のクランク軸と合致する形状が造形されている。中間素材の最終荒地２５にクランク軸のおおよその形状が造形されているので、仕上げ鍛造工程で最終荒地２５に鍛造を施す際に、バリＢの流出を低減して最小限に留めることができる。
【００４３】
バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材２６を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜き、仕上げ鍛造材２６からバリＢを除去する。これにより、鍛造クランク軸２１（最終製品）が得られる。
【００４４】
なお、特許文献４には、クランク軸の粗形状が造形された粗素材から仕上打ち用素材を成形する成形装置が提案される。その粗素材は、丸ビレットに、絞り圧延および曲げ打ち等を繰り返して施すことによって得られる。また、後工程において、仕上げ打ち用素材に、仕上げ鍛造およびバリ抜きがその順に施される。
【００４５】
本実施形態は、上述の特許文献４の製造工程と比べ、ビレットから粗素材を得るための加工、より具体的には、ビレットに繰り返して施される絞り圧延および曲げ打ち等に代え、第１予備成形および第２予備成形を採用する。本実施形態の最終予備成形は、特許文献４の成形装置による加工に相当し、すなわち、粗素材から仕上打ち用素材を得る成形に相当する。また、本実施形態では、特許文献４と同様に、最終荒地（特許文献４の仕上げ打ち用素材）に仕上げ鍛造およびバリ抜きをその順に施す。
【００４６】
２．第１予備成形工程の加工フロー例
図４Ａ〜図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例を示す模式図である。そのうちの図４Ａは、圧下前を示す縦断面図であり、図４Ｂは圧下終了時を示す縦断面図である。
【００４７】
図５Ａおよび図５Ｂは、ジャーナル部となる部位（ジャーナル相当部）を示す横断面図である。そのうちの図５Ａは圧下前、図５Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図５Ａは、前記図４ＡのＶＡ−ＶＡ断面図であり、図５Ｂは、前記図４ＢのＶＢ−ＶＢ断面図である。
【００４８】
図６Ａおよび図６Ｂは、ピン部となる部位（ピン相当部）を示す横断面図である。そのうちの図６Ａは圧下前、図６Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図６Ａは、前記図４ＡのVIＡ−VIＡ断面図であり、図６Ｂは、前記図４ＢのVIＢ−VIＢ断面図である。
【００４９】
図７Ａおよび図７Ｂは、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位（ウェブ相当部）を示す横断面図である。そのうちの図７Ａは圧下前、図７Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図７Ａは、前記図４ＡのVIIＡ−VIIＡ断面図であり、図７Ｂは、前記図４ＢのVIIＢ−VIIＢ断面図である。
【００５０】
図４Ａ〜図７Ｂには、横断面が丸形であるビレット２２と、上下で一対の第３金型３０とを示す。第３金型３０は、第３上型３１と、第３下型３２とからなる。図面の理解を容易にするため、図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂには、圧下前の第３上型３１、第３下型３２およびビレット２２を二点鎖線で示すとともに、ジャーナル相当部の軸位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。一対の第３金型３０は、ピン相当部と当接するピン加工部、および、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部を有する。
【００５１】
本加工フロー例のジャーナル加工部は、図５Ａに太線で示すように、一対の第３金型のうちの一方に設けられる第１ジャーナル加工部３１ａ、および、他方に設けられる第２ジャーナル加工部３２ａからなる。第１ジャーナル加工部３１ａは、凹状であり、ビレットを収容可能である。本加工フロー例では、上型３１のジャーナル加工部が、ビレットを収容可能な凹状であり、第１ジャーナル加工部３１ａとなる。また、下型３２のジャーナル加工部は、第２ジャーナル加工部３２ａとなり、凸部の先端面に設けられる。なお、上型および下型のいずれかをビレットを収容可能な凹状（第１ジャーナル加工部）とするかは、特に制限はない。すなわち、下型がビレットを収容可能な凹状（第１ジャーナル加工部）であってもよい。
【００５２】
本加工フロー例のピン加工部は、図６Ａに太線で示すように、一対の第３金型のうちの一方に設けられる第１ピン加工部３１ｂ、および、他方に設けられる第２ピン加工部３２ｂからなる。その第１ピン加工部３１ｂは、凹状であり、ビレットを収容可能である。本加工フロー例では、上型３１のピン加工部が、ビレットを収容可能な凹状であり、第１ピン加工部３１ｂとなる。また、下型３２のピン加工部は、第２ピン加工部３２ｂとなり、凸部の先端面に設けられる。なお、上型および下型のいずれかをビレットを収容可能な凹状（第１ピン加工部）とするかは、特に制限はない。すなわち、下型がビレットを収容可能な凹状（第１ピン加工部）であってもよい。
【００５３】
本加工フロー例の第１予備成形では、図４Ａに示すように、上型３１を上昇させて上型３１と下型３２を離間させた状態で、ビレット２２を上型３１と下型３２の間に配置する。この状態で、上型３１を下降させると、ビレット２２のうちのピン相当部が凹状の第１ピン加工部３１ｂに収容されるとともに、ジャーナル相当部が凹状の第１ジャーナル加工部３１ａに収容される。上型３１をさらに下降させると、ピン加工部３１ｂおよび３２ｂ並びにジャーナル加工部３１ａおよび３２ａでビレットが圧下されて当該部位の断面積が減少する。その結果、図５Ｂおよび図６Ｂに示すような扁平部が形成される。その扁平部では、幅Ｂａが厚さｔａより大きい（図５Ｂおよび図６Ｂ参照）。第３金型３０による圧下の終了後、上型３１を上昇させ、加工済みのビレット２２（初期荒地２３）を取り出す。
【００５４】
このような加工フロー例を採用すれば、ピン相当部およびジャーナル相当部を圧下するのに伴い、ビレットの軸方向に材料が移動し、その間のウェブ相当部に流入する。これにより、体積が軸方向に配分された初期荒地を得ることができる。
【００５５】
また、図４Ａ〜図７Ｂに示す加工フロー例によれば、上型を下降させる過程で、凹状の第１ピン加工部３１ｂの開口が、第２ピン加工部３２ｂで塞がれ、第１および第２ピン加工部で閉断面が形成される。また、凹状の第１ジャーナル加工部３１ａの開口が、第２ジャーナル加工部３２ａで塞がれ、第１および第２ジャーナル加工部で閉断面が形成される。これにより、上型３１と下型３２の間にバリが流出することがないので、材料歩留りを向上できるとともに、体積の軸方向の配分を促進できる。
【００５６】
第１予備成形で一対の第３金型を用いる場合、体積の軸方向の配分を促進する観点から、ウェブ相当部を第３金型で圧下しなくてよい。また、ウェブ相当部の形状（寸法）を整えるため、ウェブ相当部を部分的に第３金型で圧下してもよい（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。例えば、ウェブ相当部の幅Ｂｂを扁平部の幅Ｂａと同じにするため、ウェブ相当部を部分的に第３金型で圧下してもよい。
【００５７】
３．第２予備成形工程の加工フロー例
図８Ａ〜図１１Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例を示す模式図である。そのうちの図８Ａは、圧下開始時を示す縦断面図であり、図８Ｂは圧下終了時を示す縦断面図である。
【００５８】
図９Ａおよび図９Ｂは、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位（ウェブ相当部）を示す横断面図である。そのうちの図９Ａは圧下開始時、図９Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図９Ａは、前記図８ＡのIXＡ−IXＡ断面図であり、図９Ｂは、前記図８ＢのIXＢ−IXＢ断面図である。
【００５９】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、ジャーナル部となる部位（ジャーナル相当部）を示す横断面図である。そのうちの図１０Ａは圧下開始時、図１０Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図１０Ａは、前記図８ＡのXＡ−XＡ断面図であり、図１０Ｂは、前記図８ＢのXＢ−XＢ断面図である。
【００６０】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、ピン部となる部位（ピン相当部）を示す横断面図である。そのうちの図１１Ａは圧下開始時、図１１Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図１１Ａは、前記図８ＡのXIＡ−XIＡ断面図であり、図１１Ｂは、前記図８ＢのXIＢ−XIＢ断面図である。
【００６１】
図８Ａ〜図１１Ｂには、前述の第１予備成形工程で得られる初期荒地２３と、上下で一対の第１金型４０とを示す。第１金型４０は、第１上型４１と、第１下型４２とからなる。図面の理解を容易にするため、図９Ｂ、図１０Ｂおよび図１１Ｂには、圧下開始時の第１上型４１、第１下型４２および初期荒地２３を二点鎖線で示すとともに、ジャーナル相当部の軸位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。一対の第１金型４０は、初期荒地２３のウェブ相当部と当接するウェブ加工部４１ｃおよび４２ｃ、ピン相当部と当接するピン加工部４１ｂおよび４２ｂ、並びに、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部４１ａおよび４２ａを有する。
【００６２】
ウェブ加工部の横断面形状は、図９Ａに太線で示すように、上型４１および下型４２のうちの一方が全体として凹状である。本加工フロー例では、下型のウェブ加工部４２ｃが全体として凹状であり、他方の上型のウェブ加工部４１ｃは、平面状である。なお、上型および下型のいずれを凹状のウェブ加工部とするかは、鍛造クランク軸の形状に応じて適宜設定できる。
【００６３】
この凹状（図９Ａでは下型）のウェブ加工部４２ｃは、アーム部となる部位（以下、「アーム相当部」ともいう）と当接するアーム加工部４２ｄと、ウエイト部となる部位（以下、「ウエイト相当部」ともいう）と当接するウエイト加工部４２ｅを有する。アーム加工部４２ｄは、凹状のウェブ加工部４２ｃの底面側に位置し、ウエイト加工部４２ｅは凹状のウェブ加工部４２ｃの開口側に位置する。また、ウエイト加工部４２ｅの開口幅Ｂｗは、凹状のウェブ加工部の底面から遠ざかるに従って広くなる。本加工フロー例では、図９Ａに示すように、ウエイト加工部４２ｅは、両側面がいずれも傾斜面である。また、アーム加工部４２ｄは、両側面が平行であり、開口幅Ｂｗが一定である。
【００６４】
第２予備成形では、前述の通り、ウェブ相当部の厚さを仕上げ寸法よりも厚くする。このため、ウェブ加工部４１ｃおよび４２ｃの軸方向の長さは、ウェブ（アーム部およびそのアーム部が一体で有するウエイト部）の仕上げ寸法の厚さより大きく設定されている。
【００６５】
本加工フロー例のジャーナル加工部は、図１０Ａに太線で示すように、一対の第１金型４１および４２のうちの一方に設けられる第１ジャーナル加工部４１ａ、および、他方に設けられる第２ジャーナル加工部４２ａからなる。第１ジャーナル加工部４１ａは、凹状であり、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能である。より具体的には、上型４１のジャーナル加工部が、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能な凹状であり、第１ジャーナル加工部４１ａとなる。また、下型４２のジャーナル加工部は、第２ジャーナル加工部４２ａとなり、凸部の先端面に設けられる。なお、上型および下型のいずれを初期荒地の扁平部の全体を収容可能な凹状（第１ジャーナル加工部）とするかについては、特に制限はない。すなわち、下型を初期荒地の扁平部の全体を収容可能な凹状（第１ジャーナル加工部）としてもよい。
【００６６】
本加工フロー例のピン加工部は、図１１Ａに太線で示すように、一対の第１金型４１および４２のうちの一方に設けられる第１ピン加工部４１ｂ、および、他方に設けられる第２ピン加工部４２ｂからなる。第１ピン加工部４１ｂは、凹状であり、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能である。より具体的には、上型４１のピン加工部が、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能な凹状であり、第１ピン加工部４１ｂとなる。また、下型４２のピン加工部は、第２ピン加工部４２ｂとなり、凸部の先端面に設けられる。なお、上型および下型のいずれを初期荒地の扁平部の全体を収容可能な凹状（第１ピン加工部）とするかについては、特に制限はない。すなわち、下型を初期荒地の扁平部の全体を収容可能な凹状（第１ピン加工部）としてもよい。
【００６７】
このような第１金型４０を用いる第２予備成形の加工フロー例では、上型４１を上昇させて上型４１と下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３を上型４１と下型４２の間に配置する。その初期荒地２３は、扁平部の幅方向（楕円の場合は長径方向）を圧下方向にするため、第１予備成形の終了時における初期荒地２３（ビレット）の状態から軸回りに９０°回転して配置している。
【００６８】
この状態で、上型４１を下降させ、図１０Ａおよび図１１Ａに示すように、初期荒地２３の扁平部を凹状の第１ジャーナル加工部４１ａおよび凹状の第１ピン加工部４１ｂに収容する。その際、図９Ａに示すように、ウェブ相当部は、ウェブ加工部の底面と接触することなく、ウェブ相当部の大部分がウェブ加工部のうちのウエイト加工部４２ｅ内に配置される。
【００６９】
上型４１をさらに下降させると、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂによって閉断面が形成される。また、第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａによって閉断面が形成される。この状態で、上型４１をさらに下降させて下死点に到達させると、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂにより、その内部の扁平部全体が圧下される。また、第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａにより、その内部の扁平部全体が圧下される。このようにして初期荒地２３の扁平部が第１金型によって圧下され、その結果、ジャーナル相当部およびピン相当部で断面積が減少する。これに伴い、余剰となった材料は、軸方向に流動してアーム相当部に流入し、体積の配分が進行する。また、ピン相当部の重心は、ピン部の偏心方向（図１Ｂのハッチングを施した矢印参照）に移動する。
【００７０】
ウェブ相当部には、他方（図９Ａおよび図９Ｂでは上型）のウェブ加工部が押し当てられないが、第１金型４０による圧下に伴い、ウェブ相当部は凹状のウェブ加工部４２ｃの底面側に押し込まれる。この押し込みは、ウェブ相当部の前後に位置するジャーナル相当部およびピン相当部の圧下（変形）に伴って発生する。押し込みの際に、ウェブ相当部は、前述のアーム加工部およびウエイト加工部に沿って変形する。すなわち、ウェブ相当部の幅は、凹状の底面側（アーム相当部）で狭くなり、凹状の開口側（ウエイト相当部）で広くなる。また、ウェブ相当部の開口側の側面２３ｂは、横断面形状が円弧状となる。
【００７１】
このようにウェブ相当部が変形する際、特にウエイト加工部でウエイト相当部を形成する際は、ウエイト相当部の軸方向の前後に、ピン加工部４１ｂおよび４２ｂ並びにジャーナル加工部４１ａおよび４２ａが存在する。この場合、第１ピン加工部４１ｂの上側の部位（図８Ｂの円Ｄ２で囲む部分）および第１ジャーナル加工部４１ａの上側の部位（図８Ｂの楕円Ｄ１で囲む部分）が材料の軸方向の流動を制限する仕切りとして作用する。このため、ウエイト相当部から材料が軸方向に流出することがない。また、前述の通り、他方（図９Ａおよび図９Ｂでは上型）のウェブ加工部４１ｃをウェブ相当部に押し当てないので、ピン相当部やジャーナル相当部からウエイト相当部に材料が流入するのを促進できる。加えて、余材をバリとして流出させることなく、ウエイト相当部とすることが可能である。
【００７２】
第１金型４０による圧下の終了後、上型４１を上昇させ、加工済みの初期荒地２３（中間荒地２４）を取り出す。このようにして得られる中間荒地において、ウェブ相当部の厚さは、仕上げ寸法よりも厚い。
【００７３】
上述の第２予備成形によれば、ピン相当部およびジャーナル相当部からウェブ相当部に材料を流動させることにより、軸方向に体積を配分できる。加えて、アーム加工部およびウエイト加工部により、ウェブ相当部は、内部で材料が流動し、凹状の底面側で狭くなり、凹状の開口側で広くなる。このため、ウェブ相当部内で体積を配分でき、その結果、後工程の最終予備成形工程や仕上げ鍛造工程において、ウエイト部で欠肉が生じるのを抑制できる。また、ウエイト相当部に設ける余剰の材料を低減でき、材料歩留りを向上できる。
【００７４】
本加工フロー例では、扁平部を凹状の第１ピン加工部４１ｂおよび凹状の第１ジャーナル加工部４１ａに収容する。その後、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂで閉断面を形成するとともに第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａで閉断面を形成した状態とする。その状態で扁平部を圧下するので、上型４１と下型４２の間にバリが流出することがない。これにより、材料歩留りを向上できるとともに、ピン相当部およびジャーナル相当部からウェブ相当部への材料の流動がより促進される。
【００７５】
なお、後述するが、第２予備成形では、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂで部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。また、第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａで部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。
【００７６】
４．最終予備成形工程の加工フロー例
図１２Ａ〜図１２Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例を示す模式的に示す縦断面図である。そのうちの図１２Ａは圧下前、図１２Ｂは上型の下死点到達時、図１２Ｃは軸方向の移動終了時をそれぞれ示す。図１２Ａ〜図１２Ｃには、前述の第２予備成形工程で得られる中間荒地２４と、上下で一対の第２金型５１と、上側プレート５２と、下側プレート５３とを示す。第２金型５１は、第２上型６０と、第２下型７０とからなる。第２上型６０は、上側プレート５２に保持され、その上側プレート５２はプレス機（図示なし）の作動に伴って上下動する。第２下型７０は、下側プレート５３に保持され、その下側プレート５３はプレス機（図示なし）に固定される。
【００７７】
ウェブ相当部（アーム部となる部位およびそのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位）を中間荒地２４の軸方向から圧下するため、第２上型６０および第２下型７０は、いずれも、複数の部材に分割される。第２上型６０および第２下型７０を構成する部材は中間荒地２４の軸方向に沿って並べて配置される。このような第２上型６０および第２下型７０は、それぞれ、固定ジャーナル型部材６１および７１、可動ジャーナル型部材６２および７２並びにピン型部材６３および７３からなる。
【００７８】
固定ジャーナル型部材６１および７１は、中間荒地２４のうちで中央のジャーナル相当部およびそのジャーナル相当部につながるウェブ相当部を圧下し、軸方向に移動不能である。可動ジャーナル型部材６２および７２は、複数配置され、中央以外のジャーナル相当部を圧下する。また、可動ジャーナル型部材６２および７２は、そのジャーナル相当部とつながるウェブ相当部、フロントとなる部位およびフランジとなる部位を併せて圧下する。可動ジャーナル型部材６２および７２は、軸方向に移動可能である。
【００７９】
ピン型部材６３および７３は、中間荒地２４のピン相当部を圧下し、軸方向に移動可能である。加えて、上型６０のピン型部材６３および下型７０のピン型部材７３のうちでいずれか一方は、保持されるプレート５２および５３に対して相対移動可能である。この相対移動の方向は、ピン部の偏心方向に沿う方向となる。これにより、中間荒地２４のピン相当部を偏心させることができる。相対移動は、例えば油圧シリンダ５４によって実現できる。また、上型６０のピン型部材６３および下型７０のピン型部材７３のいずれを相対移動可能とするかは、鍛造クランク軸の形状に応じて適宜設定できる。
【００８０】
このような部材からなる第２上型６０および第２下型７０には、それぞれ型彫刻部（図１２Ａの符号６１ａ、６２ａ、６３ａ、７１ａ、７２ａおよび７３ａ参照）が彫り込まれている。その型彫刻部には、クランク軸（最終製品）のおおよその形状が反映されている。
【００８１】
最終予備成形では、上型６０を上昇させた状態で、上型６０と下型７０の間に、圧下方向がピン部の偏心方向となるように中間荒地２４を配置する。続いて、上型６０を下降させ、上型６０および下型７０で中間荒地２４を圧下する。その際、中間荒地２４のジャーナル相当部が圧下され、おおよその形状が造形される。
【００８２】
中間荒地２４のジャーナル相当部が圧下によって保持された状態で、可動ジャーナル型部材６２および７２並びにピン型部材６３および７３を、中央の固定ジャーナル型部材６１および７１に向けて軸方向に沿って移動させる。この移動は、例えば、くさび機構や油圧シリンダによって実現できる。
【００８３】
可動ジャーナル型部材６２および７２並びにピン型部材６３および７３の軸方向の移動に伴い、ウェブ相当部が中間荒地２４の軸方向に圧下される。これにより、ウェブ相当部に、アーム部およびウエイト部のおおよその形状が造形される。また、ウェブ相当部の厚さは、仕上げ寸法となる。
【００８４】
可動ジャーナル型部材６２および７２並びにピン型部材６３および７３の軸方向の移動に応じ、上型６０のピン型部材６３および下型７０のピン型部材７３の一方をピン部の偏心方向に沿って移動させる。これにより、ピン相当部を偏心させる。また、ピン型部材６３および７３によってピン相当部が圧下され、ピン相当部におおよその形状が造形される。
【００８５】
第２金型５１による圧下の終了後、上型６０を上昇させ、加工済みの中間荒地２４（最終荒地）を取り出す。
【００８６】
このような最終予備成形によれば、ウェブ相当部を軸方向に圧下することから、ウエイト部で、材料の充満性を向上でき、欠肉が生じるのを抑制できる。また、ウエイト部の材料の充満性に優れることから、バリを形成することなく、または、バリをほとんど形成せずに、最終荒地を得ることもできる。
【００８７】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、前述の第１予備成形工程および第２予備成形工程により、バリを形成することなく、中間荒地を得ることができる。このため、材料歩留りを向上できる。
【００８８】
加えて、本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、軸方向の体積の配分を促進できる。すなわち、ピン相当部およびジャーナル相当部の断面積を減少できるとともに、ウェブ相当部の断面積を増加できる。また、第２予備成形工程では、ウェブ相当部の幅を、アーム相当部で狭く、ウエイト相当部で広くでき、すなわち、ウェブ相当部内で体積を配分できる。このため、後工程の最終予備成形工程で、バリの形成を抑制して、クランク軸のおおよその形状を造形できる。このクランク軸のおおよその形状が造形された最終荒地を用いるので、仕上げ鍛造工程でも、バリの流出を最小限に留めることができる。これらによっても、材料歩留りを向上できる。
【００８９】
５．ウェブ相当部内の体積配分
第２予備成形でのウェブ相当部内の体積配分は、鍛造クランク軸（最終製品）の形状に応じてアーム加工部の形状を適宜変更することにより、調整することができる。例えば、アーム加工部の開口幅の変更やアーム加工部を傾斜面とすることにより、アーム相当部の体積を変更し、ウェブ相当部内の体積配分を調整すればよい。
【００９０】
鍛造クランク軸（最終製品）のウエイト部は、種々の形状があり、例えば、幅方向に大きく張り出すとともに、ピン部の偏心方向の長さが短い場合もある。このような場合に対応するため、第２予備成形において、ウエイト加工部の形状を適宜変更することにより、ウエイト相当部内で幅方向およびピン部の偏心方向に体積を配分してもよい。ウエイト加工部の形状変更として、例えば、傾斜面の角度調整やウエイト加工部を曲面とすることを採用できる。また、ウェブ相当部を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下することにより、ウエイト相当部内で体積を配分してもよい。
【００９１】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、ウエイト部を一体で有するアーム部となる部位（ウェブ相当部）を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下する場合を示す横断面図である。そのうちの図１３Ａは圧下前、図１３Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。図１３Ａおよび図１３Ｂは、前記図９Ａおよび図９Ｂにおいて、凹状のウェブ加工部の深さを浅く変更したものである。
【００９２】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示す加工フロー例では、前記図９Ａおよび図９Ｂに示す加工フロー例と同様に、ウェブ相当部が凹状のウェブ加工部４２ｃの底面側に押し込まれ、凹状のウェブ加工部４２ｃに沿って変形する。加えて、凹状のウェブ加工部４２ｃの深さが浅いので、第１金型による圧下の終盤に、平面状のウェブ加工部４１ｃがウェブ相当部の開口側の側面に押し当てられる。これにより、ウェブ相当部は、凹状のウェブ加工部４２ｃの開口側から圧下され、幅が広くなるとともに偏心方向の長さが短くなる。その結果、ウエイト相当部内で体積が配分される。
【００９３】
このようにウェブ相当部の開口側の側面を圧下する場合、ウェブ相当部への材料流入が阻害されるのを防止する観点から、軽圧下とするのが好ましい。この軽圧下は、例えば、ウェブ相当部の開口側の側面２３ｂ（図９Ｂ参照）の一部を圧下することによって実現できる。この場合、金型と接触しない部位に材料が逃げることによって軽圧下となる。
【００９４】
６．好ましい態様等
後工程でウエイト部の材料の充満性を向上させる観点から、第２予備成形において、中間荒地のウェブ相当部（アーム部となる部位およびそのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位）の厚みｔ１（ｍｍ）は、仕上げ寸法ｔ０（ｍｍ）に対する比（ｔ１／ｔ０）で、１．１以上とするのが好ましく、１．５以上とするのがより好ましい。一方、比（ｔ１／ｔ０）が３．５を超えると、材料表面のバルジ変形領域が大きくなることから、アーム部外周で形状精度が低下するおそれがある。このため、比（ｔ１／ｔ０）を３．５以下とするのが好ましい。
【００９５】
後工程でウエイト部の材料の充満性を確保しつつウエイト部の欠肉を防止する観点から、中間荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ２（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のウェブの断面積Ｓｗ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｗ２／Ｓｗ０）で、０．３〜０．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ１（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）の断面積Ｓｗ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｗ１／Ｓｗ０）で、０．２〜０．８とするのが好ましい。ここで、ウェブ相当部の断面積は、アーム部となる部位の断面積と、そのアーム部が一体で有するウエイト部となる部位の断面積との合計である。また、ウェブの断面積は、アーム部の断面積と、そのアーム部が一体で有するウエイト部の断面積との合計である。
【００９６】
後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ２（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のジャーナル部の断面積Ｓｊ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｊ２／Ｓｊ０）で、１．０〜１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ１（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）の断面積Ｓｊ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｊ１／Ｓｊ０）で、１．２〜１．９とするのが好ましい。
【００９７】
後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ２（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｐ２／Ｓｐ０）で、０．７〜１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ１（ｍｍ２）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ２）に対する比（Ｓｐ１／Ｓｐ０）で、０．９〜１．９とするのが好ましい。
【００９８】
前述の通り、第２予備成形では、ウエイト加工部でウエイト相当部を形成する際に、第１ピン加工部４１ｂの上側の部位および第１ジャーナル加工部４１ａの上側の部位が材料の軸方向の流動を制限する仕切りとして作用する。この作用を増大させるには、凹状の第１ピン加工部４１ｂおよび凹状の第１ジャーナル加工部４１ａで、開口幅（Ｂｐ：図１１Ａ参照、Ｂｊ：図１０Ａ参照）を狭くすることが重要となる。一方で、凹状の第１ピン加工部の開口幅Ｂｐおよび凹状の第１ジャーナル加工部の開口幅Ｂｊが狭すぎると、後工程で負荷が大きくなる。
【００９９】
これらから、図８Ａ〜図１１Ｂに示すような加工フロー例を採用する場合、凹状の第１ピン加工部の開口幅Ｂｐ（ｍｍ）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の直径Ｄｐ（ｍｍ）に対する比で、０．５〜１．５とするのが好ましい。また、凹状の第１ジャーナル加工部の開口幅Ｂｊ（ｍｍ）は、鍛造クランク軸（最終製品）のジャーナル部の直径Ｄｊ（ｍｍ）に対する比で、０．５〜１．５とするのが好ましい。
【０１００】
前述の第２予備成形工程の加工フロー例では、初期荒地２３（扁平部）を圧下する。その圧下の際に、第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａで閉断面を形成するとともに、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂで閉断面を形成した状態とする。これにより、バリの流出を防止できる。本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａで部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。また、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂで部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。
【０１０１】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例を示す横断面図である。そのうちの図１４Ａは圧下開始時、図１４Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。図１４Ａおよび図１４Ｂは、前記図１０Ａおよび図１０Ｂで、ジャーナル加工部４１ａおよび４２ａの形状を変更したものである。図１４Ａに太線で示すジャーナル加工部４１ａおよび４２ａでは、上型４１のジャーナル加工部が、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能な凹状であり、第１ジャーナル加工部４１ａとなる。また、下型４２の円弧状のジャーナル加工部は、第２ジャーナル加工部４２ａとなり、凸部の先端面に設けられる。ジャーナル加工部４１ａおよび４２ａは、幅方向の両端に逃げ部４１ｆおよび４２ｆをそれぞれ有し、その逃げ部４１ｆおよび４２ｆは、幅方向に突き出る。
【０１０２】
このようなジャーナル加工部４１ａおよび４２ａによれば、上型４１の下降に伴い、凹状の第１ジャーナル加工部４１ａに初期荒地２３の扁平部の全体が収容される。その状態で、上型４１をさらに下降させると、第１ジャーナル加工部４１ａが扁平部と当接し、続いて第２ジャーナル加工部４２ａが扁平部と当接する。この当接に伴って扁平部が圧下されて断面積が減少し、材料が軸方向に流動して体積が配分される。その際、一部の材料は、逃げ部４１ｆおよび４２ｆに流入するが、逃げ部４１ｆおよび４２ｆの一部は扁平部と当接しない。このため、扁平部は部分的に圧下され、バリが流出しない。
【０１０３】
なお、後述の図１５に示す構成をジャーナル加工部に適用し、ジャーナル相当部を部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。体積の配分を促進する観点では、第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａで閉断面を形成した状態で、扁平部の全体を圧下するのが好ましい。また、上型と下型の隙間に材料が噛み出すのを防止する観点では、第１ジャーナル加工部４１ａおよび第２ジャーナル加工部４２ａで部分圧下するのが好ましい。
【０１０４】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、第２予備成形工程でピン加工部によって部分圧下する加工フロー例を示す横断面図である。そのうちの図１５Ａは圧下開始時、図１５Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。図１５Ａおよび図１５Ｂは、前記図１１Ａおよび図１１Ｂで、ピン加工部４１ｂおよび４２ｂの形状を変更したものである。図１５Ａに太線で示すピン加工部４１ｂおよび４２ｂでは、上型４１のピン加工部が、初期荒地２３の扁平部の大半を収容可能な凹状であり、第１ピン加工部４１ｂとなる。また、下型４２の円弧状のピン加工部は、第２ピン加工部４２ｂとなり、凹状である。第１ピン加工部４１ｂの深さは、第２ピン加工部４２ｂよりも深い。
【０１０５】
このようなピン加工部４１ｂおよび４２ｂによれば、上型４１の下降に伴い、凹状の第１ピン加工部４１ｂに初期荒地２３の扁平部の大半が収容される。その状態で、上型４１をさらに下降させると、第１ピン加工部４１ｂが扁平部と当接し、続いて第２ピン加工部４２ｂ部が扁平部と当接する。その際、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂは、いずれも、部分的に扁平部と当接する。換言すると、型割り面の周辺で扁平部がピン相当部と当接しない。このため、バリを形成することなく、ピン相当部からウェブ相当部に材料を流動させることができる。また、ピン相当部を偏心させることもできる。
【０１０６】
なお、前述の図１４Ａおよび図１４Ｂに示す構成をピン加工部に適用し、ピン相当部を部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。体積の配分を促進する観点では、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂで閉断面を形成した状態で、扁平部の全体を圧下するのが好ましい。噛み出しを防止する観点では、第１ピン加工部４１ｂおよび第２ピン加工部４２ｂで部分圧下するのが好ましい。
【０１０７】
前述の第１予備成形工程の加工フロー例では、第３金型３０を用い、ビレットの全周を圧下する。その圧下の際に、第１ジャーナル加工部３１ａおよび第２ジャーナル加工部３２ａで閉断面を形成するとともに、第１ピン加工部３１ｂおよび第２ピン加工部３２ｂで閉断面を形成した状態とする。これにより、バリの流出を防止できる。本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、ジャーナル加工部でジャーナル相当部を部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。また、ピン加工部でピン相当部を部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。
【０１０８】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例を示す横断面図である。そのうちの図１６Ａは圧下前、図１６Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。図１６Ａおよび１６Ｂは、前記図５Ａおよび図５Ｂで、ジャーナル加工部３１ａおよび３２ａの形状を変更したものである。図１６Ａに太線で示すように、上型３１および下型３２のいずれのジャーナル加工部も、凹状であり、深さが同じである。
【０１０９】
このようなジャーナル加工部によれば、上型３１の下降に伴い、上型３１のジャーナル加工部３１ａおよび下型３２のジャーナル加工部３２ａの最深部がビレット２２に当接する。その状態で、上型３１をさらに下降させると、上型３１のジャーナル加工部３１ａおよび下型３２のジャーナル加工部３２ａが、いずれも、部分的にビレットと当接する。換言すると、ジャーナル加工部３１ａおよび３２ａが型割り面の周辺でビレット２２と当接しない。このため、バリを形成することなく、断面積を減少させて扁平部を形成できる。体積の配分を促進する観点では、前記図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ジャーナル加工部で閉断面を形成した状態で、ビレットの全体を圧下するのが好ましい。
【０１１０】
第３金型のピン加工部は、図示を省略するが、前記図１６Ａおよび図１６Ｂに示すジャーナル加工部と同様の構成を採用し、ビレットを部分圧下してもよい。体積の配分を促進する観点では、前記図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ピン加工部で閉断面を形成した状態で、ビレットの全体を圧下するのが好ましい。
【０１１１】
前記図１２Ａおよび図１２Ｂに示す最終予備成形の加工フロー例では、ピン型部材６３および７３の一方が、保持されるプレート５２および５３に対して偏心方向に相対移動可能である。この場合、上型６０および下型７０で中間荒地２４を圧下する。その後、可動ジャーナル型部材６２および７２並びにピン型部材６３および７３の軸方向の移動に応じ、上型６０のピン型部材６３および下型７０のピン型部材７３の一方を偏心方向に相対移動させる。これにより、ピン相当部を偏心させる。この構成に本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は限定されない。
【０１１２】
すなわち、ピン型部材６３および７３の両方を、保持されるプレート５２および５３に対して偏心方向に相対移動不能にしてもよい。この場合、上型６０および下型７０で中間荒地２４を圧下する際に、上型のピン型部材６３と下型のピン型部材７３とで、ピン相当部も圧下する。これに伴い、ピン相当部を偏心させるとともに、ピン相当部におおよその形状を造形する。ピン部の加工精度を向上させる観点から、前記図１２Ａおよび図１２Ｂに示す最終予備成形の加工フロー例のように、軸方向の圧下に応じてピン型部材６３および７３の一方を偏心方向に移動させてピン相当部を圧下し、偏心させるとともにおおよその形状を造形するのが好ましい。
【０１１３】
クランク軸では、ピン部の先端の位置は種々の要因によって変化する。ここで、ピン部の先端ＰＴは、図１Ｂに示すように、ピン部Ｐ４のうちでジャーナル部Ｊ４の中心から最も遠い部位である。具体的には、ピン部の先端がアーム部の先端と同じ位置である場合と、ピン部の先端がアーム部の先端より偏心方向の内側に位置する場合とがある。いずれの場合にも、本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法を適用できる。ここで、アーム部の先端ＡＴは、図１Ｂに示すように、アーム部Ａ７（ウエイト部Ｗ７を除く）のうちでジャーナル部Ｊ４の中心から最も遠い部位である。
【０１１４】
７．フロント部およびフランジ部
続いて、第１予備成形で第３金型を用いる場合のフロント部となる部位（以下、「フロント相当部」ともいう）およびフランジ部となる部位（以下、「フランジ相当部」ともいう）の加工フロー例について説明する。
【０１１５】
図１７Ａ〜図１９Ｂは、第１予備成形工程におけるフロント相当部およびフランジ相当部の加工フロー例を示す模式図である。そのうちの図１７Ａは圧下前の縦断面図であり、図１７Ｂは圧下終了時の縦断面図である。
【０１１６】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、フロント相当部を示す横断面図である。そのうちの図１８Ａは圧下前、図１８Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図１８Ａは、前記図１７ＡのXVIIIＡ−XVIIIＡ断面図であり、図１８Ｂは、前記図１７ＢのXVIIIＢ−XVIIIＢ断面図である。
【０１１７】
図１９Ａおよび図１９Ｂは、フランジ相当部を示す横断面図である。そのうちの図１９Ａは圧下前、図１９Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図１９Ａは、前記図１７ＡのXIXＡ−XIXＡ断面図であり、図１９Ｂは、前記図１７ＢのXIXＢ−XIXＢ断面図である。
【０１１８】
図１７Ａ〜図１９Ｂには、横断面が丸形であるビレット２２と、上下で一対の第３金型３０とを示す。図面の理解を容易にするため、図１８Ｂおよび図１９Ｂでは、圧下前の第３上型３１および第３下型３２を二点鎖線で示すとともに、ジャーナル相当部の軸位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。図１９Ｂでは、さらに、ビレット２２を二点鎖線で示す。図１７Ａ〜図１９Ｂに示す一対の第３金型３０は、前記図４Ａ〜図７Ｂに示す一対の第３金型３０と同様に、ピン加工部、および、ジャーナル加工部を有する。また、第３金型３０は、フロント相当部と当接するフロント加工部をさらに有する。
【０１１９】
本加工フロー例のフロント加工部は、図１７Ａおよび図１８Ａに太線で示すような内面３１ｃおよび３２ｃと、図１７Ａに示すような端面３２ｄとを有する。フロント加工部の内面３１ｃおよび３２ｃは、フロント相当部の外周と相対する。また、フロント加工部の端面３２ｄは、フロント相当部の端面と相対する。フロント加工部の横断面形状は、図１８Ａに太線で示すように、上型３１および下型３２のいずれも、凹状であり、深さが同じである。
【０１２０】
このようなフロント加工部によれば、上型３１の下降に伴い、上型３１および下型３２のフロント加工部（本加工フロー例ではフロント加工部の内面３１ｃおよび３２ｃ）の最深部がビレット２２のフロント相当部の外周と当接する。その状態で、上型３１をさらに下降させると、上型３１および下型３２のフロント加工部（内面３１ｃおよび３２ｃ）が、いずれも、部分的にビレット２２の外周と当接する。換言すると、フロント加工部（内面３１ｃおよび３２ｃ）が型割り面の周辺でビレット２２の外周と当接しない。このため、バリを形成することなく、断面積を減少させて扁平部を形成できる。また、扁平部の形成に伴い、フロント相当部を軸方向に延伸させれば、体積を軸方向に配分できる。これらより、材料歩留りをさらに向上できる。
【０１２１】
第３金型３０のフロント加工部は、図１８Ａおよび図１８Ｂに示すようなビレットの外周を部分圧下する構成に限定されることなく、前記図５Ａおよび図５Ｂに示すようなジャーナル加工部と同様の構成を採用してもよい。すなわち、フロント加工部は、一対の第３金型のうちの一方に設けられる第１フロント加工部、および、他方に設けられる第２フロント加工部からなり、その第１フロント加工部が、凹状であり、ビレットのフロント相当部を収容可能であればよい。この場合、フロント加工部で閉断面を形成した状態で、ビレットのフロント相当部の全体（全周）を圧下する。このため、バリを形成することなく、断面積を減少させて扁平部を形成できる。また、扁平部の形成に伴い、フロント相当部を軸方向に延伸させれば、体積を軸方向に配分できる。これらより、材料歩留りをさらに向上できる。
【０１２２】
第１予備成形の圧下過程で、フロント相当部の端面の全部がフロント加工部と当接すると、フロント相当部の延伸が止まり、材料の一部が隙間に噛み出すおそれがある。これを防止するため、第１予備成形の圧下過程では、フロント相当部の端面をフロント加工部（本加工フロー例ではフロント加工部の端面３２ｄ）と当接させないのが好ましい。すなわち、フロント相当部の端面とフロント加工部（端面３２ｄ）の間に隙間を設けるのが好ましい。あるいは、フロント相当部の端面がフロント加工部（端面３２ｄ）と部分的に当接するのが好ましい。
【０１２３】
第１予備成形でフロント相当部の断面積の減少率を大きく設定すると、端部でフィッシュテールが発生し、後工程で疵を発生させるおそれがある。ここで、フィッシュテールとは、フロント相当部の端面に窪みが形成されることにより、フロント相当部の端部が尾ひれ形状となることを意味する。このフィッシュテールの発生を防止するため、第１予備成形では、得られる初期荒地２３において、フロント相当部の端面に近づくのに従い、フロント相当部の圧下方向の厚さｔａが薄くなるように圧下するのが好ましい。フロント相当部の厚さｔａは、例えば、線形状や曲線状、階段状に薄くすることができる。図１７Ｂに示すフロント相当部では、ジャーナル部側（端面と反対側）で厚さｔａが線形状に薄くなり、端面側で厚さｔａが一定である。フロント相当部の厚さｔａは、第３金型３０のフロント加工部（本加工フロー例ではフロント加工部の内面３１ｃおよび３２ｃ）の形状を適宜設定することによって調整できる。
【０１２４】
初期荒地２３のフロント相当部の厚さｔａをフロント相当部の端面に近づくのに従って薄くすると、ジャーナル部側のフロント相当部の断面積は、端面側のフロント相当部と比べ、若干広くなる。後述の第２予備成形で圧下することにより、バリを形成することなく、端面側のフロント相当部およびジャーナル部側のフロント相当部で、断面積を同程度とすることが可能となる。このため、初期荒地２３において、フロント相当部の厚さｔａをフロント相当部の端面に近づくのに従って薄くしても、材料歩留りを維持できる。
【０１２５】
本加工フロー例のフランジ加工部は、図１７Ａおよび図１９Ａに太線で示すような内面３１ｅおよび３２ｅと、図１７Ａに示すような端面３２ｆとを有する。フランジ加工部の内面３１ｅおよび３２ｅは、フランジ相当部の外周と相対する。また、フランジ加工部の端面３２ｆは、フランジ相当部の端面と相対する。
【０１２６】
材料歩留りをさらに向上させる観点から、第１予備成形でフランジ相当部の断面積を増加させることが望まれる。このため、第３金型での圧下に伴い、フランジ相当部の端面をフランジ加工部（本加工フロー例ではフランジ加工部の端面３２ｆ）に当接させるのが好ましい。この場合、フランジ相当部とつながるジャーナル相当部で断面積を減少させて扁平部を形成するのに伴い、フランジ相当部に材料が流入する。その際、フランジ相当部の端面がフランジ加工部（端面３２ｆ）で拘束されていることから、フランジ相当部の断面積が増加する。このため、体積が軸方向に配分され、材料歩留りをさらに向上できる。
【０１２７】
フランジ相当部の断面積の増加を促進するため、第１予備成形では、フランジ相当部の外周が第３金型（本加工フロー例ではフランジ加工部の内面３１ｅおよび３２ｅ）と当接しないのが好ましい。あるいは、フランジ相当部の形状（寸法）を整えるため、フランジ相当部の外周の一部が第３金型（フランジ加工部の内面３１ｅおよび３２ｅ）と当接するのが好ましい（図１９Ａおよび図１９Ｂ参照）。
【０１２８】
第１予備成形の圧下開始時に、フランジ相当部の端面をフランジ加工部（本加工フロー例ではフランジ加工部の端面３２ｆ）に当接させてもよい。また、圧下開始時には、フランジ相当部の端面とフランジ加工部（端面３２ｆ）に隙間を設け、圧下過程でフランジ相当部の端面をフランジ加工部（端面３２ｆ）に当接させてもよい。クランク軸のフランジ部の外径（断面積）に応じて前者および後者のいずれかを適宜選択すればよい。
【０１２９】
続いて、第２予備成形でのフロント相当部およびフランジ相当部の加工フロー例について説明する。
【０１３０】
図２０Ａ〜図２２Ｂは、第２予備成形工程におけるフロント相当部およびフランジ相当部の加工フロー例を示す模式図である。そのうちの図２０Ａは、圧下前の縦断面図であり、図２０Ｂは圧下終了時の縦断面図である。
【０１３１】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、第２予備成形工程のフロント相当部を示す横断面図である。そのうちの図２１Ａは圧下前、図２１Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図２１Ａは、前記図２０ＡのXXIＡ−XXIＡ断面図であり、図２１Ｂは、前記図２０ＢのXXIＢ−XXIＢ断面図である。
【０１３２】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、第２予備成形工程のフランジ相当部を示す横断面図である。そのうちの図２２Ａは圧下前、図２２Ｂは圧下終了時をそれぞれ示す。なお、図２２Ａは、前記図２０ＡのXXIIＡ−XXIIＡ断面図であり、図２２Ｂは、前記図２０ＢのXXIIＢ−XXIIＢ断面図である。
【０１３３】
図２０Ａ〜図２２Ｂには、初期荒地２３と、上下で一対の第１金型４０とを示す。図面の理解を容易にするため、図２１Ｂおよび図２２Ｂでは、圧下前の第１上型４１、第１下型４２および初期荒地２３を二点鎖線で示すとともに、ジャーナル相当部の軸位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。図２０Ａ〜図２２Ｂに示す一対の第１金型４０は、前記図８Ａ〜図１１Ｂに示す第１金型４０と同様に、ウェブ加工部、ピン加工部、および、ジャーナル加工部を有する。また、第１金型４０は、フロント相当部と当接するフロント加工部をさらに有する。
【０１３４】
本加工フロー例のフロント加工部は、図２０Ａおよび図２１Ａに太線で示すような内面４１ｇおよび４２ｇと、図２０Ａに示すような端面４２ｈとを有する。フロント加工部の内面４１ｇおよび４２ｇは、フロント相当部の外周と相対する。また、フロント加工部の端面４２ｈは、フロント相当部の端面と相対する。フロント加工部の横断面形状は、図２１Ａに太線で示すように、上型４１および下型４２のいずれも、凹状であり、深さが同じである。
【０１３５】
このようなフロント加工部によれば、上型４１の下降に伴い、上型４１および下型４２のフロント加工部（本加工フロー例ではフロント加工部の内面４１ｇおよび４２ｇ）の最深部が初期荒地２３の扁平部（フロント相当部）と当接する。その状態で、上型４１をさらに下降させると、上型４１および下型４２のフロント加工部（内面４１ｇおよび４２ｇ）が、いずれも、部分的にフロント相当部の外周と当接する。換言すると、フロント加工部（内面４１ｇおよび４２ｇ）が型割り面の周辺でフロント相当部の外周と当接しない。このため、バリを形成することなく、圧下によってフロント相当部の断面積を減少できる。また、フロント相当部の断面積の減少に伴い、フロント相当部を軸方向に延伸させれば、体積を軸方向に配分できる。これらより、材料歩留りをさらに向上できる。
【０１３６】
第１金型４０のフロント加工部は、図２１Ａおよび図２１Ｂに示すようなフロント相当部の外周を部分圧下する構成に限定されることなく、前記図１０Ａおよび図１０Ｂに示すようなジャーナル加工部と同様の構成を採用してもよい。すなわち、フロント加工部は、一対の第１金型のうちの一方に設けられる第１フロント加工部、および、他方に設けられる第２フロント加工部からなり、その第１フロント加工部が、凹状であり、フロント相当部を収容可能であればよい。この場合、フロント加工部で閉断面を形成した状態で、フロント相当部の全体（全周）を圧下する。これによっても、バリを形成することなく、フロント相当部の断面積を減少できる。また、フロント相当部の断面積の減少に伴い、フロント相当部を軸方向に延伸させれば、体積を軸方向に配分できる。これらより、材料歩留りをさらに向上できる。
【０１３７】
第２予備成形の圧下過程で、フロント相当部の端面の全部がフロント加工部と当接すると、フロント相当部の延伸が止まり、材料の一部が噛み出すおそれがある。これを防止するため、第２予備成形の圧下過程では、フロント相当部の端面をフロント加工部（本加工フロー例ではフロント加工部の端面４２ｈ）と当接させないのが好ましい。すなわち、フロント相当部の端面とフロント加工部（端面４２ｈ）の間に隙間を設けるのが好ましい。あるいは、フロント相当部の端面がフロント加工部（端面４２ｈ）と部分的に当接するのが好ましい。
【０１３８】
本加工フロー例のフランジ加工部は、図２０Ａおよび図２２Ａに太線で示すような内面４１ｉおよび４２ｉと、図２０Ａに示すような端面４２ｊとを有する。フランジ加工部の内面４１ｉおよび４２ｉは、フランジ相当部の外周と相対する。また、フランジ加工部の端面４２ｊは、フランジ相当部の端面と相対する。
【０１３９】
材料歩留りをさらに向上させる観点から、第２予備成形でフランジ相当部の断面積を増加させることが望まれる。このため、第２予備成形工程では、扁平部の圧下に伴い、フランジ相当部の端面をフランジ加工部（本加工フロー例ではフランジ加工部の端面４２ｊ）に当接させるのが好ましい。この場合、フランジ相当部とつながるジャーナル相当部（扁平部）を圧下して断面積を減少させるのに伴い、フランジ相当部に材料が流入する。その際、フランジ相当部の端面がフランジ加工部（端面４２ｊ）で拘束されていることから、フランジ相当部の断面積が増加する。このため、体積が軸方向に配分され、材料歩留りをさらに向上できる。
【０１４０】
フランジ相当部の断面積の増加を促進するため、第２予備成形では、フランジ相当部の外周がフランジ加工部（本加工フロー例ではフランジ加工部の内面４１ｉおよび４２ｉ）と当接しないのが好ましい。あるいは、フランジ相当部の形状（寸法）を整えるため、フランジ相当部の外周の一部がフランジ加工部（内面４１ｉおよび４２ｉ）と当接するのが好ましい（図２２Ａおよび図２２Ｂ参照）。
【０１４１】
第２予備成形の圧下開始時に、フランジ相当部の端面をフランジ加工部（本加工フロー例ではフランジ加工部の端面４２ｊ）に当接させてもよい。また、圧下開始時には、フランジ相当部の端面とフランジ加工部（端面４２ｊ）に隙間を設け、圧下過程でフランジ相当部の端面をフランジ加工部（端面４２ｊ）に当接させてもよい。クランク軸のフランジ部の外径（断面積）に応じて前者および後者のいずれかを適宜選択すればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
本発明は、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。
【符号の説明】
【０１４３】
１１、２１：鍛造クランク軸、  １２、２２：ビレット、
１３：ロール荒地、  １４：曲げ荒地、  １５：荒鍛造材、
１６、２６：仕上げ鍛造材、  ２３：初期荒地、  ２３ａ：扁平部、
２３ｂ：ウェブ相当部の開口側の側面、  ２４：中間荒地、
２５：最終荒地、  ３０：第３金型、  ３１：第３上型、
３１ａ：第１ジャーナル加工部、  ３１ｂ：第１ピン加工部、
３１ｃ：フロント加工部の内面、  ３１ｅ：フランジ加工部の内面、
３２：第３下型、  ３２ａ：第２ジャーナル加工部、
３２ｂ：第２ピン加工部、  ３２ｃ：フロント加工部の内面、
３２ｄ：フロント加工部の端面、  ３２ｅ：フランジ加工部の内面、
３２ｆ：フランジ加工部の端面、  ４０：第１金型、  ４１：第１上型、
４１ａ：第１ジャーナル加工部、  ４１ｂ：第１ピン加工部、
４１ｃ：平面状のウェブ加工部、  ４１ｆ：逃げ部、
４１ｇ：フロント加工部の内面、  ４１ｉ：フランジ加工部の内面、
４２：第１下型、  ４２ａ：第２ジャーナル加工部、
４２ｂ：第２ピン加工部、  ４２ｃ：凹状のウェブ加工部、
４２ｄ：アーム加工部、  ４２ｅ：ウエイト加工部、  ４２ｆ：逃げ部、
４２ｇ：フロント加工部の内面、  ４２ｈ：フロント加工部の端面、
４２ｉ：フランジ加工部の内面、  ４２ｊ：フランジ加工部の端面、
５１：第２金型、  ５２：上側プレート、  ５３：下側プレート、
５４：油圧シリンダ、  ６０：第２上型、
６１：固定ジャーナル型部材、  ６２：可動ジャーナル型部材、
６３：ピン型部材、  ７０：第２下型、  ７１：固定ジャーナル型部材、
７２：可動ジャーナル型部材、  ７３：ピン型部材、
Ａ、Ａ１〜Ａ８：クランクアーム部、  Ｂ：バリ、
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、
Ｗ、Ｗ１〜Ｗ８：カウンターウエイト部
【図１Ａ】
2016147674.tif 000003
【図１Ｂ】
2016147674.tif 000004
【図２Ａ】
2016147674.tif 000005
【図２Ｂ】
2016147674.tif 000006
【図２Ｃ】
2016147674.tif 000007
【図２Ｄ】
2016147674.tif 000008
【図２Ｅ】
2016147674.tif 000009
【図２Ｆ】
2016147674.tif 000010
【図３Ａ】
2016147674.tif 000011
【図３Ｂ】
2016147674.tif 000012
【図３Ｃ】
2016147674.tif 000013
【図３Ｄ】
2016147674.tif 000014
【図３Ｅ】
2016147674.tif 000015
【図３Ｆ】
2016147674.tif 000016
【図４Ａ】
2016147674.tif 000017
【図４Ｂ】
2016147674.tif 000018
【図５Ａ】
2016147674.tif 000019
【図５Ｂ】
2016147674.tif 000020
【図６Ａ】
2016147674.tif 000021
【図６Ｂ】
2016147674.tif 000022
【図７Ａ】
2016147674.tif 000023
【図７Ｂ】
2016147674.tif 000024
【図８Ａ】
2016147674.tif 000025
【図８Ｂ】
2016147674.tif 000026
【図９Ａ】
2016147674.tif 000027
【図９Ｂ】
2016147674.tif 000028
【図１０Ａ】
2016147674.tif 000029
【図１０Ｂ】
2016147674.tif 000030
【図１１Ａ】
2016147674.tif 000031
【図１１Ｂ】
2016147674.tif 000032
【図１２Ａ】
2016147674.tif 000033
【図１２Ｂ】
2016147674.tif 000034
【図１２Ｃ】
2016147674.tif 000035
【図１３Ａ】
2016147674.tif 000036
【図１３Ｂ】
2016147674.tif 000037
【図１４Ａ】
2016147674.tif 000038
【図１４Ｂ】
2016147674.tif 000039
【図１５Ａ】
2016147674.tif 000040
【図１５Ｂ】
2016147674.tif 000041
【図１６Ａ】
2016147674.tif 000042
【図１６Ｂ】
2016147674.tif 000043
【図１７Ａ】
2016147674.tif 000044
【図１７Ｂ】
2016147674.tif 000045
【図１８Ａ】
2016147674.tif 000046
【図１８Ｂ】
2016147674.tif 000047
【図１９Ａ】
2016147674.tif 000048
【図１９Ｂ】
2016147674.tif 000049
【図２０Ａ】
2016147674.tif 000050
【図２０Ｂ】
2016147674.tif 000051
【図２１Ａ】
2016147674.tif 000052
【図２１Ｂ】
2016147674.tif 000053
【図２２Ａ】
2016147674.tif 000054
【図２２Ｂ】
2016147674.tif 000055
【国際調査報告】
2016147674.tif 000056
2016147674.tif 000057
2016147674.tif 000058
2016147674.tif 000059