(57)【要約】  鍛造クランク軸の製造装置は、上下で一対の金型（１０）と、第１工具（２０）と、を備える。金型（１０）は、第１余肉部（Ａａａ、Ａｂａ）を変形させて粗クランクアーム部（Ａ’）の粗ピン部（Ｐ’）近傍の両側部の厚みを増加させる加工を施す。第１工具（２０）は、金型（１０）の開放部（１０ｂ）に収容され、粗クランクアーム部（Ａ’）の粗ジャーナル部（Ｊ’）側の表面のうちで粗ピン部（Ｐ’）近傍の両側部の領域を除く表面に当接する。金型（１０）および第１工具（２０）は、第１工具（２０）を退避位置から当接位置まで案内する第１案内部をそれぞれ有する。第１工具（２０）の上面（２０ｂ）および下面（２０ｃ）のうちの少なくとも一方に、第１案内部が設けられる。
2016182065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を有する鍛造クランク軸の製造過程で、バリが除去された鍛造材に加工を施す鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記鍛造クランク軸の前記複数のクランクアーム部のうちの少なくとも一部の前記クランクアーム部はカウンターウエイト部を一体で有し、
前記鍛造材は、前記鍛造クランク軸の前記複数のジャーナル部、前記複数のピン部、前記複数のクランクアーム部および前記カウンターウエイト部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部、複数の粗クランクアーム部および粗カウンターウエイト部を備え、
前記複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部の前記粗クランクアーム部が、前記粗ピン部近傍の側部の外周から突出する第１余肉部を有し、前記鍛造クランク軸の製造装置は、
前記第１余肉部を変形させて前記粗クランクアーム部の前記粗ピン部近傍の前記側部の厚みを増加させる加工を施す上下で一対の金型と、
前記金型の開放部に収容され、前記粗クランクアーム部の前記粗ジャーナル部側の表面のうちで前記粗ピン部近傍の前記側部の領域を除く表面に当接する第１工具と、を備え、
前記金型および前記第１工具は、前記第１工具を退避位置から当接位置まで案内する第１案内部をそれぞれ有し、
前記第１工具の上面および下面のうちの少なくとも一方に、前記第１案内部が設けられる、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記鍛造クランク軸の製造装置は、前記ピン部の偏心方向に沿って移動可能な第１治具をさらに備え、
前記第１治具は、前記第１工具を、前記第１案内部に沿う第１案内方向と角度を有する第１スライド方向に移動可能に保持し、
前記第１工具は、前記粗クランクアーム部に対し、前記粗ジャーナル部側の前記粗ピン部近傍の前記側部の領域を除く前記表面に当接し、
前記第１工具は、前記第１治具の移動に伴って前記第１案内方向に沿って移動する、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記鍛造クランク軸の全ての前記クランクアーム部は前記カウンターウエイト部を一体で有する、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記粗カウンターウエイト部を有さない前記粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部の前記粗クランクアーム部が、前記粗ジャーナル部近傍の側部の外周から突出する第２余肉部をさらに有し、
前記金型は、前記第２余肉部を変形させて前記粗カウンターウエイト部を有さない前記粗クランクアーム部の前記粗ジャーナル部近傍の前記側部の厚みを増加させる加工をさらに施し、
前記鍛造クランク軸の製造装置は、
前記金型の開放部に収容され、前記粗カウンターウエイト部を有さない前記粗クランクアーム部の前記粗ピン部側の表面のうちで前記粗ジャーナル部近傍の前記側部の領域を除く表面に当接する第２工具をさらに備え、
前記金型および前記第２工具は、前記第２工具を退避位置から当接位置まで案内する第２案内部をそれぞれ有し、
前記第２工具の上面および下面のうちの少なくとも一方に、前記第２案内部が設けられる、鍛造クランク軸の製造装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鍛造クランク軸の製造装置であって、
前記金型は、前記鍛造材に整形加工を施す金型である、鍛造クランク軸の製造装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、自動二輪車、農業機械、船舶等のレシプロエンジンには、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、型鍛造または鋳造によって製造できる。高強度と高剛性がクランク軸に要求される場合、鍛造によって製造された鍛造クランク軸が多用される。【０００３】
一般に、鍛造クランク軸の製造では、ビレットを原材料とする。そのビレットでは、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。鍛造クランク軸の製造工程は、予備成形工程、型鍛造工程、バリ抜き工程を含む。矯正が必要な場合には、バリ抜き工程の後に整形工程を加える。通常、予備成形工程は、ロール成形工程と曲げ打ち工程を含み、型鍛造工程は、荒打ち工程と仕上げ打ち工程を含む。【０００４】
図１Ａ〜図１Ｆ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１Ｆに例示するクランク軸１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、および、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。アーム部Ａ１〜Ａ８はそれぞれ、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５とピン部Ｐ１〜Ｐ４をつなぐ。また、８枚の全てのアーム部Ａ１〜Ａ８は、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を一体で有する。【０００５】
４つのピン部Ｐ１〜Ｐ４は、いずれも、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５に対して偏心している。ピン部Ｐ１〜Ｐ４の位相は、クランク軸１の長手方向の中央のジャーナル部Ｊ３を中心に面対称となるように適宜設定される。このため、中央のジャーナル部Ｊ３と繋がるアーム部Ａ４、Ａ５は、ジャーナル部Ｊ３を中心に面対称となる。すなわち、２つのアーム部Ａ４、Ａ５は、いずれも、同一のジャーナル部Ｊ３と繋がるとともに同位相のピン部Ｐ２、Ｐ３と繋がる。【０００６】
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。ピン部Ｐおよびこのピン部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。【０００７】
図１Ａ〜図１Ｆ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、図１Ａに示すような所定の長さのビレット２を加熱炉（例えば誘導加熱炉またはガス雰囲気加熱炉）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、例えば孔型ロールを用いてビレット２を圧延して絞る。これにより、ビレット２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を得る（図１Ｂ参照）。次に、曲げ打ち工程では、ロール荒地３を長手方向に垂直な方向から部分的に圧下する。これにより、ロール荒地３の体積を配分し、更なる中間素材である曲げ荒地４を得る（図１Ｃ参照）。【０００８】
続いて、荒打ち工程では、曲げ荒地４を上下に一対の金型を用いて圧下することにより、荒鍛造材５を得る（図１Ｄ参照）。荒鍛造材５はクランク軸（最終製品）のおおよその形状を有する。さらに、仕上げ打ち工程では、荒鍛造材５を上下に一対の金型を用いて圧下することにより仕上げ鍛造材６を得る（図１Ｅ参照）。仕上げ鍛造材６は最終製品のクランク軸とほぼ合致する形状を有する。これら荒打ちおよび仕上げ打ち工程では、余材が、互いに対向する金型の型割面の間から流出し、バリとなる。このため、荒鍛造材５および仕上げ鍛造材６では、バリ５ａ、６ａがクランク軸の形状の周囲に大きく付いている。【０００９】
バリ抜き工程では、例えば、バリ６ａ付きの仕上げ鍛造材６を一対の金型によって保持した状態で、刃物型によってバリ６ａを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材６からバリ６ａを除去する。このようにして、バリが除去された鍛造材が得られる。バリが除去された鍛造材は、図１Ｆに示す鍛造クランク軸１とほぼ同じ形状である。バリが除去された鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部Ｊ、複数のピン部Ｐ、複数のアーム部Ａおよびウエイト部Ｗのそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部Ｊ’、複数の粗ピン部Ｐ’、複数の粗クランクアーム部Ａ’および粗ウエイト部Ｗ’を備える。【００１０】
整形工程では、バリが除去された鍛造材の要所を上下から金型で僅かに圧下し、バリが除去された鍛造材を最終製品の寸法形状に矯正する。ここで、バリが除去された鍛造材の要所は、例えば、粗ジャーナル部Ｊ’、粗ピン部Ｐ’、粗アーム部Ａ’および粗ウエイト部Ｗ’である。さらには、バリが除去された鍛造材の要所は、クランク軸のフロント部Ｆｒ、およびフランジ部Ｆｌなどの軸部に対応する粗フロント部、および粗フランジ部などの軸部である。こうして、鍛造クランク軸１が製造される。【００１１】
図１Ａ〜図１Ｆに示す製造工程は、図１Ｆ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、図１Ａ〜図１Ｆに示す製造工程は、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。【００１２】
図２は、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸の構成例を示す模式図である。図２に示す４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸では、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）にウエイト部Ｗ１、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ８が一体で設けられる。また、残りのアーム部Ａ２、Ａ３、Ａ６、Ａ７は、ウエイト部を有さない。【００１３】
図１Ａ〜図１Ｆに示す製造工程は、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、適用できる。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。【００１４】
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、レシプロエンジンに搭載されるクランク軸にも、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。【００１５】
特許文献１および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ている。穴部が成形された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、ピン部に向けて深く窪む。これにより、穴部の体積分、アーム部が軽量化される。アーム部の軽量化は、アーム部と対をなすウエイト部の質量軽減につながり、ひいては鍛造クランク軸全体の軽量化につながる。また、穴部が成形されたアーム部は、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されていることから、剛性（ねじり剛性および曲げ剛性）も確保される。【００１６】
このように、アーム部の両側部の厚みを厚くし、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。【００１７】
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、従来の製造方法によって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、凹み部位の金型の型抜き勾配が逆勾配になるからである。この場合、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。【００１８】
そのような事態に対処するため、特許文献１および２に記載された製造方法では、型鍛造工程において、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。また、バリ抜き工程の後に、粗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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２０１２−７７２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３００２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特許文献１および２に記載された製造方法によれば、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により、アーム部の両側部の厚みを厚く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できる。【００２１】
しかし、特許文献１および２の製造方法では、アーム部表面に凹みを成形するために、粗アーム部表面にパンチを強く押し込んで粗アーム部全体を変形させる。そのため、パンチの押し込みに多大な力を要する。したがって、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。【００２２】
そこで、本発明者らは、ＰＣＴ／ＪＰ２０１４／００５８３５（以下、「特許文献３」という）で、余肉部を折り曲げることにより、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を提案した。具体的には、型鍛造工程で、粗アーム部の粗ピン部近傍の両側部それぞれの外周から突出する余肉部を有する鍛造材を成形する。整形工程で、上下で一対の金型によって余肉部を粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面に向けて折り曲げる。この場合、凹みを成形するために、多大な力を付与する必要が無く、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。【００２３】
また、特許文献３では、整形工程で、余肉部を粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面に向けて折り曲げる際に、粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面のうちで両側部の領域を除く表面を、工具を当接することにより保持することを提案した。これにより、アーム部の両側部の形状を、精密に成形できる。【００２４】
また、ＰＣＴ／ＪＰ２０１４／００５８５０（以下「特許文献４」という）では、折り曲げに代えて押し潰すことを提案した。具体的には、上下で一対の金型によって余肉部を押し潰すことにより、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を提案した。特許文献４でも、余肉部を押し潰す際に、粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面のうちで両側部の領域を除く表面を、工具を当接することにより保持することを提案した。【００２５】
しかし、粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面に当接する工具について可動範囲が不十分となり易い。特に、粗ジャーナル部を中心に面対称である粗アーム部に工具を当接する場合、工具の可動範囲が不十分となり易い。その理由を、図３Ａ〜図３Ｅを参照しながら説明する。【００２６】
図３Ａ〜図３Ｅは、面対称な２つの粗アーム部について、それらの粗ジャーナル部側の表面に工具を当接する場合の工具の可動機構を示す模式図である。図３Ａは鍛造材と工具との位置関係を示す上面図、図３Ｂは可動機構の斜視図、図３Ｃは工具が当接位置にある場合の上面図、図３Ｄは工具が退避位置にある場合の上面図、図３Ｅは図３Ｃ中のIIIE−IIIE線での断面図である。可動機構は、金型１０と、２つの工具９２と、治具９３とを備える。なお、図面の理解を容易にするため、図３Ａおよび図３Ｅでは、金型１０の図示を省略する。図３Ｂ〜図３Ｄには、金型１０の下型の一部を示す。図３Ａには、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸の製造に用いられる鍛造材を示す。【００２７】
図３Ａでは、治具９３が第２粗ジャーナル部Ｊ２’に対向する場合と、治具９３が第３粗ジャーナル部Ｊ３’に対向する場合とを示す。図３Ａに示すように、工具９２は、その先端面９２ａが整形加工時に鍛造材に当接する。工具の先端面９２ａには、アーム部のジャーナル部側の表面に合致する形状が反映されている。その工具９２を収容するため、金型１０には、溝状の工具用開放部１０ｂが設けられる（図３Ｂ参照）。【００２８】
整形加工時には、工具９２が、図３Ｃに示すように当接位置に配置される。また、整形加工前の鍛造材の搬入時、および、整形加工後の鍛造材の搬出時には、工具９２と鍛造材とを離間するため、工具９２が、図３Ｄに示すように退避位置に配置される。なお、図３Ｄには、当接位置での工具の先端面の形状を二点鎖線で示す。【００２９】
工具９２が退避位置から当接位置まで移動する際には、工具９２が溝状の工具用開放部１０ｂの両側面および工具９２の両側面９２ｂに沿って移動する（図３Ｃおよび図３Ｄの実線矢印参照）。すなわち、溝状の工具用開放部１０ｂの両側面および工具９２の両側面９２ｂが案内部として機能する。【００３０】
この工具９２は、治具９３によって保持される。その治具９３は、金型１０の溝状の治具用開放部に収容される。また、治具９３は、駆動装置（図示なし）と接続され、駆動装置の作動に伴ってピン部の偏心方向（図３Ｃのハッチングを施した矢印参照）に沿って移動可能である。【００３１】
この治具９３は、工具９２を移動可能に保持する。図３Ａ〜図３Ｅに示す治具９３は、スライド方向（図３Ｃおよび図３Ｄの破線矢印参照）に沿って工具９２を移動可能とする。そのため、治具９３は、スライド方向に沿って延びる凸部９３ａを上面および下面に有する。この凸部９３ａは、金型１０の溝状の工具用開放部１０ｂと同様に、案内部として設けられる。また、治具の凸部９３ａを収容するため、工具９２の背面（先端面９２ａと反対側の面）には、図３Ｅに示すように、凹部９２ｃとともに溝部９２ｄが設けられる。【００３２】
治具９３がピン部の偏心方向に沿って移動するのに応じ、工具９２は案内部に沿って移動する。ここで、工具９２のスライド方向の移動は、溝状の工具用開放部１０ｂの両側面および工具９２の両側面９２ｂによって拘束されている。このため、治具９３がピン部の偏心方向に沿って移動する際に、工具９２は、治具９３に対してスライド方向に相対移動する。【００３３】
ここで、クランク軸では、図１Ｆおよび図２に示すように、アーム部Ａがクランク軸の長手方向に沿って複数設けられる。このため、工具を配置するためのスペースが狭小となる。また、図３Ａ〜図３Ｅに示すような工具の可動機構では、工具９２の両側面９２ｂを案内部とするので、工具の幅が大きくなる。これらから、工具９２が治具９３や金型１０と干渉し易く、工具の可動範囲が不十分となる。このため、整形加工後、工具９２を退避位置に配置した状態で鍛造材を搬出する際に、工具９２と鍛造材とが干渉し、整形加工済みの鍛造材の搬出が困難であった。【００３４】
特に、ジャーナル部を中心に面対称な２つのアーム部に工具を当接する場合、２つのアーム部の間に２つの工具を配置する必要があることから、２つの工具が互いに干渉し易い。このため、工具の可動範囲がさらに不十分となる。【００３５】
本発明の目的は、バリが除去された鍛造材の余肉部を変形させる加工を行う際に、工具の可動範囲を確保でき、加工済みの鍛造材を円滑に搬出できる鍛造クランク軸の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】
【００３６】
本発明の一実施形態による鍛造クランク軸の製造装置は、鍛造クランク軸の製造過程で、バリが除去された鍛造材に加工を施す。鍛造クランク軸は、回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を有する。鍛造クランク軸の複数のクランクアーム部のうちの少なくとも一部のクランクアーム部はカウンターウエイト部を一体で有する。鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部、複数のピン部、複数のクランクアーム部およびカウンターウエイト部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部、複数の粗クランクアーム部および粗カウンターウエイト部を備える。複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部の粗クランクアーム部が、粗ピン部近傍の側部の外周から突出する第１余肉部を有する。【００３７】
鍛造クランク軸の製造装置は、上下で一対の金型と、第１工具と、を備える。金型は、第１余肉部を変形させて粗クランクアーム部の粗ピン部近傍の側部の厚みを増加させる加工を施す。第１工具は、金型の開放部に収容され、粗クランクアーム部の粗ジャーナル部側の表面のうちで粗ピン部近傍の側部の領域を除く表面に当接する。金型および第１工具は、第１工具を退避位置から当接位置まで案内する第１案内部をそれぞれ有する。第１工具の上面および下面のうちの少なくとも一方に、第１案内部が設けられる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の鍛造クランク軸の製造装置は、アーム部のジャーナル部側の表面に当接する第１工具を備える。第１工具には、その上面および下面のうちの少なくとも一方に第１案内部が設けられる。このため、第１工具の側面形状を適宜変更することにより、第１工具が治具や金型と干渉するのを防止でき、第１工具の可動範囲を十分に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】図１Ａ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１Ｂ】図１Ｂ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１Ｃ】図１Ｃ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１Ｄ】図１Ｄ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１Ｅ】図１Ｅ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１Ｆ】図１Ｆは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程におけるクランク軸を示す模式図である。
【図２】図２は、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸の構成例を示す模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、鍛造材と工具との位置関係を示す上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、工具の可動機構を模式的に示す斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、工具が当接位置にある場合を模式的に示す上面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、工具が退避位置にある場合を模式的に示す上面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｃ中のIIIE−IIIE線での断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１構成例のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第１構成例のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す正面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の第１構成例のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す側面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｂ中のＩＶＤ−ＩＶＤ線での断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第１構成例のバリが除去された鍛造材の粗アーム部形状を模式的に示す斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の第１構成例のバリが除去された鍛造材の粗アーム部形状を模式的に示す正面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の第１構成例のバリが除去された鍛造材の粗アーム部形状を模式的に示す側面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｂ中のＶＤ−ＶＤ線での断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第２構成例のクランク軸のアーム部形状を模式的に示す正面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａ中のＶＩＢ−ＶＩＢ線での断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第２構成例のバリが除去された鍛造材の粗アーム部形状を模式的に示す正面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａ中のVIIB−VIIB線での断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置を模式的に示す斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａ中の矢印方向から見た本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置を模式的に示す拡大斜視図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置において工具が当接位置にある場合の上面図である。
【図８Ｄ】図８Ｄは、本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置において工具が退避位置にある場合の上面図である。
【図９】図９は、図８Ａ〜図８Ｄと異なる本発明の鍛造クランク軸の製造装置の構成例を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の工具と鍛造材との位置関係を示す上面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、第２工具をさらに備える本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置において、第２工具が当接位置にある場合の上面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、第２工具をさらに備える本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置において、第２工具が退避位置にある場合の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置は、鍛造クランク軸の製造過程で、バリが除去された鍛造材に加工を施す。鍛造クランク軸は、回転中心となる複数のジャーナル部と、そのジャーナル部に対して偏心した複数のピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、を有する。鍛造クランク軸の複数のクランクアーム部のうちの少なくとも一部のクランクアーム部はカウンターウエイト部を一体で有する。鍛造材は、鍛造クランク軸の複数のジャーナル部、複数のピン部、複数のクランクアーム部およびカウンターウエイト部のそれぞれに対応する、複数の粗ジャーナル部、複数の粗ピン部、複数の粗クランクアーム部および粗カウンターウエイト部を備える。複数の粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部の粗クランクアーム部が、粗ピン部近傍の側部の外周から突出する第１余肉部を有する。
【００４１】
鍛造クランク軸の製造装置は、上下で一対の金型と、第１工具と、を備える。金型は、第１余肉部を変形させて粗クランクアーム部の粗ピン部近傍の側部の厚みを増加させる加工を施す。第１工具は、金型の開放部に収容され、粗クランクアーム部の粗ジャーナル部側の表面のうちで粗ピン部近傍の側部の領域を除く表面に当接する。金型および第１工具は、第１工具を退避位置から当接位置まで案内する第１案内部をそれぞれ有する。第１工具の上面および下面のうちの少なくとも一方に、第１案内部が設けられる。
【００４２】
鍛造クランク軸の製造装置は、ピン部の偏心方向に沿って移動可能な第１治具をさらに備えるのが好ましい。第１治具は、第１工具を、それぞれ、第１案内部に沿う第１案内方向と角度を有する第１スライド方向に移動可能に保持するのが好ましい。第１工具は、粗クランクアーム部に対し、粗ジャーナル部側の粗ピン部近傍の側部の領域を除く表面に当接するのが好ましい。第１工具は、第１治具の移動に伴って第１案内方向に沿って移動するのが好ましい。
【００４３】
上記の鍛造クランク軸の製造装置において、鍛造クランク軸の全てのクランクアーム部はカウンターウエイト部を一体で有していてもよい。
【００４４】
鍛造クランク軸の一部のクランクアーム部がカウンターウエイト部を有する場合、鍛造クランク軸の製造装置は以下の構成とすることもできる。
【００４５】
鍛造材の粗カウンターウエイト部を有さない粗クランクアーム部のうちの少なくとも一部の粗クランクアーム部が、粗ジャーナル部近傍の側部の外周から突出する第２余肉部をさらに有する。金型は、第２余肉部を変形させて粗カウンターウエイト部を有さない粗クランクアーム部の粗ジャーナル部近傍の側部の厚みを増加させる加工をさらに施す。鍛造クランク軸の製造装置は、金型の開放部に収容される。製造装置は、第２工具をさらに備える。第２工具は、粗カウンターウエイト部を有さない粗クランクアーム部の粗ピン部側の表面のうちで粗ジャーナル部近傍の側部の領域を除く表面に当接する。金型および第２工具は、第２工具を退避位置から当接位置まで案内する第２案内部をそれぞれ有する。第２工具の上面および下面のうちの少なくとも一方に、第２案内部が設けられる。
【００４６】
上記の製造装置の金型は、鍛造材に整形加工を施す金型であるのが好ましい。
【００４７】
以下に、本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４８】
１．クランク軸の形状
本実施形態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ぐアーム部と、を有する。鍛造クランク軸はジャーナル部、ピン部およびアーム部それぞれを複数有する。鍛造クランク軸の複数のアーム部のうちの少なくとも一部のアーム部はウエイト部を一体で有している。鍛造クランク軸の全てのアーム部がウエイト部を一体で有していてもよい。このような鍛造クランク軸として、図４Ａ〜図４Ｄに示す第１構成例の鍛造クランク軸を採用できる。また、図６Ａおよび図６Ｂに示す第２構成例の鍛造クランク軸を採用することもできる。
【００４９】
第１構成例および第２構成例の鍛造クランク軸は、いずれも、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みが設けられる。第２構成例の鍛造クランク軸は、ウエイト部を有さないアーム部を有する。そのウエイト部を有さないアーム部におけるピン部側の表面にも凹みが設けられる。
【００５０】
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の第１構成例における整形加工後のクランク軸のアーム部形状を示す模式図である。図４Ａは斜視図、図４Ｂはジャーナル部側から見たときの正面図、図４Ｃは側面図、図４Ｄは図４Ｂ中のＩＶＤ−ＩＶＤ線での断面図である。図４Ａ〜図４Ｄ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、残りのアーム部を省略する。また、図４Ｃは、図４Ｂの破線矢印で示す方向から見た図である。
【００５１】
第１構成例のアーム部Ａは、図４Ａ〜図４Ｄ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。また、ピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂは、ジャーナル部Ｊ側に張り出している。両側部Ａａ、Ａｂの厚みは、その内側領域であるＡｓの凹みの厚みと比べ、厚い。
【００５２】
このような第１構成例のアーム部Ａは、ピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂの厚みが厚くされるとともに、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、本実施形態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の厚みを厚くすることによって剛性の確保を図ることができる。
【００５３】
第１構成例では、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の両側部Ａａ、Ａｂの厚みが厚い場合を示す。しかしながら、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよい。この場合であっても、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の側部の厚みが厚くされるためアーム部の剛性は確保される。
【００５４】
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の第１構成例における整形加工前のバリが除去された鍛造材の粗アーム部形状を示す模式図である。図５Ａは斜視図、図５Ｂは粗ジャーナル部側から見たときの正面図、図５Ｃは側面図、図５Ｄは図５Ｂ中のＶＤ−ＶＤ線での断面図である。図５Ａ〜図５Ｄでは、鍛造材の粗アーム部（粗ウエイト部を含む）の１つを代表的に抽出して示しており、残りの粗アーム部を省略する。また、図５Ｃは、図５Ｂの破線矢印で示す方向から見た図である。図５Ｄには、図面の理解を容易にするため、後述する本実施形態の製造装置の第１工具２０および治具３０を示す。
【００５５】
整形加工前の粗アーム部Ａ’は、図５Ａ〜図５Ｄに示すように、粗ジャーナル部Ｊ’側の表面のうち、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の内側領域Ａｓに、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を有する。その表面形状は粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の領域まで滑らかに広がっている。これにより、両側部Ａａ’、Ａｂ’の厚みは、整形加工後の最終製品の厚みよりも薄い。
【００５６】
さらに、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’には、それぞれの外周から突出する第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有する。この第１余肉部Ａａａ、Ａｂａは、板状であり、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の外周に沿って設けられる。第１余肉部Ａａａ、Ａｂａの厚みは、その根元の両側部Ａａ’、Ａｂ’の厚みと比べ、同程度であるかまたは薄い。
【００５７】
第１構成例の鍛造材では、全ての粗アーム部Ａ’が第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有してもよい。また、一部の粗アーム部Ａ’が第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有してもよい。第１構成例では、粗アーム部Ａ’が２つの第１余肉部Ａａａ、Ａｂａを有する場合を示す。しかしながら、粗アーム部Ａ’は１つの第１余肉部のみを有してもよい。この場合、製造されたクランク軸のアーム部のピン部近傍の一方の側部の厚みが厚くなる。
【００５８】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の第２構成例における整形加工後のクランク軸のアーム部形状を示す模式図である。図６Ａはピン部側から見たときの正面図、図６Ｂは図６Ａ中のＶＩＢ−ＶＩＢ線での断面図である。第２構成例のクランク軸は、複数のアーム部を有し、そのうちの一部のアーム部にウエイト部が設けられる。図６Ａおよび図６Ｂには、ウエイト部が設けられていないアーム部の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。
【００５９】
第２構成例のアーム部Ａは、図示を省略するが、上記の第１構成例と同じく、ピン部Ｐ近傍の両側部の厚みが厚くされるとともに、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みが成形されている。加えて、第２構成例のウエイト部を有さないアーム部Ａは、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ピン部Ｐ側の表面のうち、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの内側の領域Ａｔに、もう一つの凹みを有する。また、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄは、ピン部Ｐ側に張り出す。それらの両側部Ａｃ、Ａｄの厚みは、凹みの厚みと比べ、厚肉である。
【００６０】
このような第２構成例のアーム部Ａは、ピン部Ｐ近傍の両側部の厚みが厚くされるとともに、ジャーナル部Ｊ側の表面に凹みが成形されている。ウエイト部を有さないアーム部Ａは、さらに、ジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚くされるとともに、ピン部Ｐ側の表面にもう一つの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のジャーナル部Ｊ側およびピン部Ｐ側の２つの凹みによって軽量化をさらに図ることができる。加えて、ピン部Ｐ近傍の両側部およびジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄが厚くされることによって剛性の確保を図ることができる。
【００６１】
第２構成例では、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の両側部およびジャーナル部Ｊ近傍の両側部Ａｃ、Ａｄの厚みが厚い場合を示す。しかしながら、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよいし、アーム部Ａのジャーナル部Ｊ近傍の一方の側部のみの厚みが厚くてもよい。この場合であっても、アーム部Ａのピン部Ｐ近傍またはジャーナル部Ｊ近傍の側部の厚みが厚くされるためアーム部の剛性は確保される。
【００６２】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の第２構成例における整形加工前のバリが除去された鍛造材の粗アーム部形状を示す模式図である。図７Ａは粗ピン部側から見たときの正面図、図７Ｂは図７Ａ中のVIIB−VIIB線での断面図である。図７Ａおよび図７Ｂでは、粗ウエイト部を有さない粗アーム部の１つを代表的に抽出して示しており、残りの粗アーム部を省略する。
【００６３】
整形加工前の粗アーム部Ａ’は、図示を省略するが、上記の第１構成例と同じく、粗ジャーナル部Ｊ’側の表面のうち、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部の内側領域に、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を有する。さらに、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’には、上記の第１構成例と同じく、それぞれの外周から突出する第１余肉部Ａａａ、Ａｂａが形成される。
【００６４】
整形加工前の粗ウエイト部を有さない粗アーム部Ａ’は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、上記の第１構成例と異なり、粗ピン部Ｐ’側の表面のうち、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の内側領域Ａｔに、整形加工後の最終製品形状と合致する表面形状を有する。その表面形状は粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の領域まで滑らかに広がっている。これにより、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の厚みは、整形加工後の最終製品の厚みよりも薄い。
【００６５】
また、粗ウエイト部を有さない粗アーム部Ａ’は、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’に、それぞれの外周から突出する第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有する。この第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａは、板状であり、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の外周に沿って設けられる。第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａの厚みは、その根元の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の厚みと比べ、同程度であるかまたは薄い。
【００６６】
第２構成例の鍛造材では、全ての粗アーム部Ａ’が第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有してもよい。また、一部の粗アーム部Ａ’が第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有してもよい。第２構成例では、粗アーム部Ａ’が２つの第１余肉部Ａａａ、Ａｂａおよび２つの第２余肉部Ａｃａ、Ａｄａを有する場合を示す。しかしながら、粗アーム部Ａ’は１つの第１余肉部のみを有してもよいし、１つの第２余肉部のみを有してもよい。第２余肉部が１つの場合、製造されたクランク軸のアーム部のジャーナル部近傍の一方の側部の厚みが厚くなる。
【００６７】
２．鍛造クランク軸の製造装置
図８Ａ〜図８Ｄは、本発明の鍛造クランク軸の製造装置の構成例を示す模式図である。図８Ａは斜視図、図８Ｂは図８Ａ中の矢印方向から見た拡大斜視図、図８Ｃは工具が当接位置にある場合の上面図、図８Ｄは工具が退避位置にある場合の上面図である。図８Ａ〜図８Ｄには、バリが除去された鍛造材９１と、金型１０の下型の一部と、第１工具２０と、第１治具３０とを示す。なお、図面の理解を容易にするため、図８Ｂ〜図８Ｄでは、鍛造材９１の図示を省略する。
【００６８】
図８Ａに示す鍛造材９１は、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸用の鍛造材である。鍛造材９１の第１、第４、第５および第８の粗アーム部に粗ウエイト部が一体で設けられる。また、図５Ａに示す鍛造材と同様に、粗アーム部の粗ピン部近傍の両側部それぞれの外周から突出する第１余肉部を有する。
【００６９】
第１工具２０は、粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面のうちで両側部の領域を除く表面に当接する。例えば、第１工具２０の先端面２０ａは、粗アーム部Ａ’の粗ジャーナル部Ｊ’側の表面のうち、粗ピン部Ｐ’近傍の両側部Ａａ’、Ａｂ’の内側の領域Ａｓ、すなわち、加工後に凹みになる領域に当接する。
【００７０】
図８Ａでは、製造装置が備える複数の第１工具のうちの２つの第１工具を示し、他の工具の図示を省略する。図８Ａに示す２つの第１工具は、粗ジャーナル部を中心に面対称な２つの粗アーム部（第４および第５の粗アーム部）の粗ジャーナル部側の表面に当接する。また、図８Ｂ〜図８Ｄでは、図８Ａに示す２つの第１工具とその周辺部分を抽出して示す。
【００７１】
上下で一対の金型１０は、上型と下型とで構成できる。図８Ａ〜図８Ｄでは、図面の理解を容易にするため、上型の図示を省略するとともに、下型の一部のみを図示する。
【００７２】
上型および下型は、バリが除去された鍛造材に対して加工を施す。上型および下型は、さらに突出する余肉部を変形させる。そのため、上型および下型のそれぞれには、型彫刻部が設けられている。図８Ａ〜図８Ｄの金型１０の型彫刻部１０ａは、下型の型彫刻部の一部を構成する。
【００７３】
上型および下型の型彫刻部には、クランク軸（最終製品）の形状のうちの一部を除いた部分の形状が反映されている。具体的には、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを形成する場合（図４Ａ〜図４Ｄ参照）、第１工具２０を収容するため、金型１０（上型および下型）に工具用開放部１０ｂが設けられる。このため、型彫刻部には、アーム部のジャーナル部側の表面における凹みが反映されない。
【００７４】
また、アーム部のピン部側の表面に凹みを形成する場合（図６Ａおよび図６Ｂ参照）、型彫刻部には、アーム部のピン部側の表面における凹みが反映されない。この凹みの形状を型彫刻部に反映すると、型彫刻部の一部が逆勾配となるからである。この場合、後述の第２工具を収容するため、金型１０（上型および下型）に工具用開放部を設けてもよい。
【００７５】
金型１０（上型および下型）には、第１治具３０を収容するため、それぞれ溝状の治具用開放部１０ｃ（図８Ａ参照）が設けられる。
【００７６】
第１工具２０を退避位置から当接位置まで案内するため、第１工具２０の上面２０ｂおよび下面２０ｃには、それぞれ、第１案内方向（図８Ｃおよび図８Ｄの実線矢印参照）に沿って延びる凸部２０ｄが設けられる。また、金型１０の工具用開放部１０ｂの底面には、第１工具２０の凸部２０ｄを受け入れるため、溝状の凹部１０ｄが設けられる。このため、第１工具２０が退避位置から当接位置まで移動する際には、工具用開放部１０ｂ（金型１０）の凹部１０ｄの両側面および第１工具２０の凸部２０ｄの両側面２０ｅに沿って移動する。すなわち、工具用開放部１０ｂ（金型１０）の凹部１０ｄの両側面とともに、第１工具２０の上面２０ｂおよび下面２０ｃに設けられた凸部２０ｄの両側面２０ｅが案内部（第１案内部）として機能する。
【００７７】
このような本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置では、第１工具２０の側面を第１案内部とする必要がない。本実施形態の製造装置では、第１工具２０の上面２０ｂおよび下面２０ｃのうちの少なくとも一方に、第１案内部が設けられる。このため、第１工具２０の側面形状を平面とする必要がない。例えば、面取りや丸みを付けることによって第１工具２０の側面形状を適宜変更できる。これにより、第１工具の幅を小さくできるので、第１工具２０が第１治具３０や金型１０と干渉するのを防止でき、第１工具２０の可動範囲を十分に確保できる。
【００７８】
また、金型１０により、加工とともに第１余肉部を変形させて粗アーム部の粗ピン部近傍の両側部の厚みを増加させる加工を施す。このため、得られるクランク軸において、アーム部の両側部の厚みを厚くしつつ、アーム部のジャーナル部側の表面に凹みを持たせることができる。その結果、クランク軸の軽量化と剛性確保を同時に図ることができる。
【００７９】
さらに、第１余肉部を変形させる際に、第１工具を粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面に当接するので、加工の際、粗ジャーナル部側の表面の凹み等が保持される。これにより、クランク軸のアーム部のピン部近傍の両側部において、厚みを増加させ、その内側領域を凹ませることにより、形状を精密に成形できる。
【００８０】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置は、図８Ａ〜図８Ｄに示すような粗ジャーナル部を中心に面対称な２つの粗アーム部に２つの第１工具を当接する場合に限定されない。
【００８１】
図９は、図８Ａ〜図８Ｄと異なる本発明の鍛造クランク軸の製造装置の構成例を示す模式図である。図９は工具が当接位置にある場合の上面図である。図９では、１つの第１工具２０が第１治具３０に保持される。その他の構成は図８Ａ〜図８Ｄに示す製造装置と同様である。図９に示すような製造装置は、例えば、図１Ｆに示す４気筒−８枚カウンターウエイトのクランク軸や図２に示す４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸において適用できる。この点について図１０を参照して説明する。
【００８２】
図１０は、本実施形態の工具と鍛造材との位置関係を示す上面図である。図１０では、２つの第１工具２０を保持する第１治具３０と、１つの第１工具２０を保持する第１治具３０とを示す。例えば、第２粗ピン部Ｐ２’の位相は、第３粗ピン部Ｐ３’の位相と同じである。第４粗アーム部Ａ４’は、第３粗ジャーナル部Ｊ３’を中心に第５粗アーム部Ａ５’と面対称である。そのため、第３粗ジャーナル部Ｊ３’の位置に配置された第１治具３０は、２つの第１工具２０を保持する。この場合、２つの第１工具２０は、それぞれ第４粗アーム部Ａ４’および第５粗アーム部Ａ５’に当接できる。
【００８３】
他方、第１粗ピン部Ｐ１’の位相は、第２粗ピン部Ｐ２’の位相と異なる。そのため、第２粗ジャーナル部Ｊ２’の位置に配置された第１治具３０は、１つの第１工具２０を保持する。この場合、第１工具２０は、第２粗アーム部Ａ２’または第３粗アーム部Ａ３’の一方としか当接できない。図９および図１０には、第３粗アーム部Ａ３’に当接する第１工具２０を示す。
【００８４】
前述の通り、粗ジャーナル部を中心に面対称な２つの粗アーム部に２つの第１工具を当接する場合、第１工具の両側面を案内部とすれば、２つの第１工具が互いに干渉しやすい。そのため、第１工具の可動範囲がさらに不十分となる。第１工具の可動範囲を十分に確保するため、粗ジャーナル部を中心に面対称な２つの粗アーム部に当接する２つの第１工具において、上面および下面のうちの少なくとも一方に、第１案内部を設けるのが好ましい。ここで、粗ジャーナル部を中心に面対称な２つの粗アーム部とは、前述の通り、粗アーム部のうちで、同一の粗ジャーナル部と繋がるとともに同位相の粗ピン部と繋がる２つの粗アーム部である。
【００８５】
ここで、図８Ａ〜図８Ｄに示す構成と異なり、第１工具２０を第１治具３０に固定してもよい。この場合、第１治具が第１案内方向に沿って移動すれば、それに伴って第１工具も移動する。しかし、上記構成では、複数の第１工具２０で第１案内方向が異なるので、複数の第１治具３０を移動させる方向もそれぞれ異なる。このため、第１治具３０および駆動装置（図示なし）が干渉して可動範囲が不十分となるおそれがある。
【００８６】
第１治具３０および駆動装置（図示なし）が干渉するのを防止するとともに、第１治具３０を移動させる方向を統一する観点から、図８Ａ〜図８Ｄに示すように、製造装置はピン部の偏心方向に沿って移動可能な第１治具３０を備えるのが好ましい。この場合、第１工具２０は、第１治具３０に保持される。第１工具２０は、第１案内部に沿う第１案内方向と角度を有する第１スライド方向（図８Ｃおよび図８Ｄの破線矢印参照）に移動可能である。製造装置がこのような第１治具３０を備えれば、ピン部の偏心方向に沿って第１治具を移動させることにより、第１案内方向に沿って第１工具を移動させることができる。このため、第１工具２０を粗アーム部とその隣の粗アーム部との間に配置でき、第１工具２０と鍛造材との干渉を防止できる。また、第１治具３０がピン部の偏心方向に沿って移動するので、複数の第１治具３０の移動する方向は同じである。そのため、第１治具３０を駆動する機構を共通化でき、製造装置の設備構成を簡素化できる。その結果、第１工具の可動範囲が確保され、より狭小なスペースに第１工具を配置可能となる。
【００８７】
第１スライド方向は、第１案内方向に応じて適宜設定することができる。例えば、第１スライド方向は、第１工具が当接する粗アーム部の部位に沿うような方向とすることができる。
【００８８】
粗ジャーナル部を中心に面対称な２つの粗アーム部に２つの第１工具を当接する場合、それら２つの第１工具を単一の第１治具で、それぞれ、移動可能に保持するのが好ましい。これによっても、製造装置の構成を簡素化でき、第１工具の可動範囲をより十分に確保できる。
【００８９】
続いて、粗ウエイト部を有さない粗アーム部の粗ピン部側の表面に当接される第２工具を製造装置がさらに備える構成例について、図１１Ａおよび図１１Ｂを参照しながら説明する。
【００９０】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、第２工具をさらに備える本実施形態の製造装置の構成例を示す模式図である。図１１Ａは第２工具が当接位置にある場合の上面図、図１１Ｂは第２工具が退避位置にある場合の上面図である。図１１Ａおよび図１１Ｂには、金型１０と、第２工具４０と、第２治具５０とを示す。図１１Ａおよび図１１Ｂには、金型１０の下型の一部を示す。また、図１１Ａには、図面の理解を容易とするため、バリが除去された鍛造材９１の外形を一点鎖線で示す。前述の第１工具２０については、図示を省略する。
【００９１】
図１１Ａに一点鎖線で示す鍛造材９１は、例えば、図２に示す４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸用の鍛造材とすることができる。図１１Ａには、粗ピン部Ｐ’を介して隣り合う２つの粗アーム部Ａ’と、その２つの粗アーム部Ａ’の間に位置する粗ピン部Ｐ’と、２つの粗アーム部Ａ’とそれぞれ繋がる２つの粗ジャーナル部Ｊ’とを示す。２つの粗アーム部Ａ’は、一方が粗ウエイト部を有さない粗アーム部であり、他方が粗ウエイト部を一体で有する粗アーム部である。
【００９２】
鍛造材９１は、図７Ａに示す鍛造材と同様に、粗ウエイト部を有さない粗アーム部において、粗ジャーナル部近傍の両側部それぞれの外周から突出する第２余肉部をさらに有する。なお、図１１Ａおよび図１１Ｂでは、第２余肉部の図示を省略する。
【００９３】
第２工具４０は、粗ウエイト部を有さない粗アーム部において、粗ピン部側の表面のうちで両側部の領域を除く表面に当接する。例えば、第２工具４０の先端面４０ａは、粗アーム部Ａ’の粗ピン部Ｐ’側の表面のうち、粗ジャーナル部Ｊ’近傍の両側部Ａｃ’、Ａｄ’の内側の領域Ａｔ、すなわち、加工後に凹みとなる領域に当接する。図１１Ａおよび図１１Ｂでは、製造装置のうちの第２工具４０およびその周辺部分を抽出して示す。
【００９４】
第２工具４０を収容するため、金型１０（上型および下型）に工具用開放部が設けられる。また、第２治具５０を収容するため、溝状の治具用開放部１０ｃが金型１０（上型および下型）に設けられる。
【００９５】
第２工具４０を退避位置から当接位置まで案内するため、第１工具と同様に、第２工具４０の上面４０ｂおよび下面には、それぞれ、第２案内方向（図１１Ａおよび図１１Ｂの実線矢印参照）に沿って延びる凸部４０ｄが設けられる。また、金型１０には、第２工具４０の凸部４０ｄを収容するため、溝状の凹部１０ｄが設けられる。このため、第２工具４０が退避位置から当接位置まで移動する際には、第２工具４０は金型１０の凹部１０ｄの両側面および第２工具４０の凸部４０ｄの両側面４０ｅに沿って移動する。すなわち、金型１０の凹部１０ｄの両側面とともに、第２工具４０の上面４０ｂおよび下面に設けられた凸部４０ｄの両側面４０ｅが案内部（第２案内部）として機能する。
【００９６】
このように第２工具４０の上面４０ｂおよび下面のうちの少なくとも一方に第２案内部を設けることにより、前述の第１工具と同様に、第２工具４０が第２治具５０や金型１０と干渉するのを防止できる。その結果、第２工具の可動範囲を十分に確保できる。また、金型１０により、第２余肉部を変形させて粗アーム部の粗ジャーナル部近傍の両側部の厚みを増加させる加工を施す。このため、図６Ａおよび図６Ｂに示すような剛性を確保しつつ、より軽量化を図ったクランク軸を得ることができる。さらに、第２工具が当接することにより、加工の際、粗ピン部側の表面形状が保持される。そのため、クランク軸のアーム部のジャーナル部近傍の両側部において、厚みを増加させ、その内側領域を凹ませることにより、形状を精密に成形できる。
【００９７】
第１治具と同様に、第２治具５０および駆動装置（図示なし）が干渉するのを防止するとともに、第２治具５０を移動させる方向を統一する観点から、製造装置はピン部の偏心方向（図１１Ａおよび図１１Ｂのハッチングを施した矢印参照）に沿って移動可能な第２治具５０をさらに備えるのが好ましい。この場合、第２治具５０は、図８Ａ〜図８Ｄに示す治具と同様に、第２案内部による第２案内方向と角度を有する第２スライド方向（図１１Ａおよび図１１Ｂの破線矢印参照）に第２工具４０を移動可能に保持する。
【００９８】
第２スライド方向は、第２案内方向に応じて適宜設定することができる。例えば、第２スライド方向は、第２工具が当接するアーム部の部位に沿うような方向とすることができる。
【００９９】
３．鍛造クランク軸の製造方法
続いて、上述の本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置を用いる鍛造クランク軸の製造方法について説明する。以下では、整形工程において本実施形態の製造装置を用いる場合について説明する。
【０１００】
製造工程は、従来と同様の構成とすることができる。例えば、製造工程は、予備成形工程、型鍛造工程、バリ抜き工程および整形工程で構成できる。この場合、図５Ａに示すようなバリが除去された鍛造材を得るため、型鍛造工程では、粗アーム部の粗ピン部近傍の両側部それぞれの外周から突出する第１余肉部を有するバリ付き鍛造材を成形する。加えて、バリ抜き工程で、バリ付き鍛造材からバリを除去する。
【０１０１】
整形工程では、図８Ａ〜図８Ｄに示すような鍛造クランク軸の製造装置を用いる。先ず、金型１０の上型および下型を離間させるとともに、第１工具を退避位置に配置する。そして、バリが除去された鍛造材を搬入し、上型と下型の間に配置する。
【０１０２】
続いて、第１工具を当接位置に移動させることにより、鍛造材の粗アーム部の粗ジャーナル部側の表面に第１工具が当接する。この状態で、上型と下型とが近接するように上型および下型を移動させる。より具体的には、上型を下死点まで移動させ、鍛造材を金型１０で僅かにプレス圧下する。これにより、鍛造材に整形加工が施され、最終製品の寸法形状に矯正される。
【０１０３】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造装置では、整形加工とともに、第１余肉部を変形させて粗アーム部の粗ピン部近傍の両側部の厚みを増加させる。この第１余肉部の変形では、例えば、金型１０によって第１余肉部を押し潰す。または、第１余肉部を金型１０の型彫刻部に沿って粗ジャーナル部側に折り曲げる。これにより、第１余肉部を金型１０の型彫刻部に沿う形状にして粗ジャーナル部側に張り出させる。
【０１０４】
このような整形加工および第１余肉部の変形が完了した後、上型と下型とを離間させる。より具体的には、上型を上死点まで移動させる。そして、第１工具を退避位置まで移動させた後、加工済みの鍛造材を搬出する。これにより、図４Ａ〜図４Ｄに示すようなクランク軸を得ることができる。
【０１０５】
鍛造クランク軸の製造装置が、粗ウエイト部を有さない粗アーム部の粗ピン部側の表面に当接する第２工具をさらに備える場合、図７Ａに示すような鍛造材を得るため、型鍛造工程では、第２余肉部をさらに有するバリ付き鍛造材を成形する。整形工程では、第１工具と同様に、第２工具を当接位置または退避位置に配置すればよい。これにより、図６Ａに示すようなクランク軸を得ることができる。
【０１０６】
上述の説明では本実施形態の製造装置を整形工程で用いる場合を説明した。しかしながら、本実施形態の製造装置は、整形工程以外にも用いることができる。例えば、整形工程前または整形工程後に別途の加工工程を追加した場合、その加工工程で本実施形態の製造装置を用いてもよい。また、整形工程を必要としない場合には、バリ抜き工程の後に加工工程を加え、その加工工程で本実施形態の製造装置を用いてもよい。要するに、本実施形態の製造装置は、バリが除去された鍛造材の余肉部を加工する際に使用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
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】
【０１０８】
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、
Ｊ’：粗ジャーナル部、  Ｐ’：粗ピン部、  Ａ’：粗クランクアーム部、
Ｗ’：粗カウンターウエイト部、
Ａａ、Ａｂ：アーム部のピン部近傍の側部、
Ａａ’、Ａｂ’：粗アーム部の粗ピン部近傍の側部、
Ａａａ、Ａｂａ：第１余肉部、
Ａｃ、Ａｄ：アーム部のジャーナル部近傍の側部、
Ａｃ’、Ａｄ’：粗アーム部の粗ジャーナル部近傍の側部、
Ａｃａ、Ａｄａ：第２余肉部、
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、
Ａｔ：アーム部のピン部側表面における両側部の内側領域、
１０：金型、  １０ａ：型彫刻部、  １０ｂ：工具用開放部、
１０ｃ：治具用開放部、  １０ｄ：凹部、
２０：第１工具、  ２０ａ：先端面（型彫刻部）、  ２０ｂ：上面、
２０ｃ：下面、  ２０ｄ：凸部、  ２０ｅ：凸部の側面（第１案内部）
３０：第１治具、  ３０ａ：凸部、  ４０：第２工具、
４０ａ：先端面（型彫刻部）、  ４０ｂ：上面、  ４０ｄ：凸部、
４０ｅ：凸部の側面（第２案内部）、  ５０：第２治具、  ５０ａ：凸部、
９１：バリ無し鍛造材、  ９２：側面が案内部の工具、
９２ａ：先端面（型彫刻部）、  ９２ｂ：側面（案内部）、  ９２ｃ：凹部、
９２ｄ：溝部、  ９３：治具、  ９３ａ：凸部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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