(57)【要約】  製造方法は、ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。第１予備成形工程では、ピン相当部およびジャーナル相当部を、ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、複数の扁平部を形成する。第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである。
2019039199.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、前記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、
ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、
前記初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、
少なくとも１回の型鍛造によって前記最終荒地を前記鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含み、
前記第１予備成形工程では、前記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を、前記ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、前記各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成し、
前記第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、前記扁平部の幅方向を圧下方向にして前記複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、前記第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、前記扁平部の幅方向を偏心方向にして前記複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含み、
前記最終荒地は、前記複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである、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、
前記第２予備成形工程では、前記一対の第１金型による圧下が完了した後、前記第２金型による前記複数のピン部となる部位の偏心を開始する、鍛造クランク軸の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
前記ピン部となる部位の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さい、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全体形状の一例を示す模式図である。これらの図のうち、図１Ａは全体図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面図である。図１Ｂに示す例では、代表的に、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、そのクランクアーム部Ａ７につながるピン部Ｐ４およびジャーナル部Ｊ４を示す。【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂに示す鍛造クランク軸１１は、４気筒エンジンに搭載される４気筒−８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸である。鍛造クランク軸１１は、５つのジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５と、４つのピン部Ｐ１〜Ｐ４と、フロント部Ｆｒと、フランジ部Ｆｌと、８枚のクランクアーム部（以下、「アーム部」ともいう）Ａ１〜Ａ８とを備える。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を一体で備える。鍛造クランク軸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につながり、フランジ部Ｆｌは、最後尾の第５ジャーナル部Ｊ５につながる。【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】
図１Ｂに示すように、ウエイト部Ｗの幅Ｂｗは、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の中心軸とジャーナル部Ｊの中心軸とを含む面）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を製造する際、一般に、出発素材としてビレットが用いられる。ビレットの長手方向に垂直な断面、すなわち横断面は、丸形または角形である。その横断面の面積は、ビレットの全長にわたって一定である。本明細書において、「横断面」は、ビレット若しくは後述する各荒地の長手方向、または鍛造クランク軸の軸方向に垂直な断面を意味する。「縦断面」は、その長手方向またはその軸方向に平行な断面を意味する。また、横断面の面積を単に「断面積」ともいう。鍛造クランク軸は、予備成形工程、型鍛造工程およびバリ抜き工程をその順に経ることによって製造される。また、必要に応じ、バリ抜き工程の後に整形工程を経る。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む。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。これらの図のうち、図２Ａはビレットを示す。図２Ｂはロール荒地を示す。図２Ｃは曲げ荒地を示す。図２Ｄは荒鍛造材を示す。図２Ｅは仕上げ鍛造材を示す。図２Ｆは鍛造クランク軸を示す。なお、図２Ａ〜図２Ｆは、前記図１Ａおよび図１Ｂに示す形状の鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。【０００９】
図２Ａ〜図２Ｆを参照し、鍛造クランク軸１１の製造方法を説明する。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、鍛造クランク軸（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、最終製品の鍛造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し、その余材がバリＢとなる。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鍛造クランク軸に限らず、様々な鍛造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鍛造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鍛造クランク軸の場合、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を一体で備える。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および第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およびＡ７）は、ウエイト部を備えず、その形状は長円状となる。【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鍛造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】
予備成形工程の主目的は、ビレットの体積を配分することである。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形成を低減でき、材料歩留りを向上できる。ここで、材料歩留りとは、ビレットの体積に対する鍛造クランク軸（最終製品）の体積の割合（百分率）を意味する。【００１７】
また、予備成形によって得られる荒地は、後工程の型鍛造工程で鍛造クランク軸に成形される。精密な形状の鍛造クランク軸を得るため、予備成形工程では精密な形状の荒地を成形する必要がある。【００１８】
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）、特開昭６２−２４４５４５号公報（特許文献３）および特開昭５９−４５０５１号公報（特許文献４）に開示される。特許文献１は、一対からなる上型と下型を用いた予備成形方法を開示する。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、被加工物の一部を延ばすとともに、その一部に連続した部分を軸心に対してオフセットする。これにより、特許文献１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。【００１９】
特許文献２の予備成形方法は、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を用いる。その予備成形方法では、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。【００２０】
特許文献３の予備成形方法は、転造により、ビレットの軸方向および径方向にビレットの一部の体積を配分する。体積配分されたビレットを型鍛造することによって、鍛造クランク軸が得られる。これにより、特許文献３では、材料歩留りを向上できるとしている。【００２１】
特許文献４の製造方法では、一対からなる上型と下型とポンチとを用いた１回の型鍛造により、ビレットを鍛造クランク軸に成形する。型鍛造工程では、まず、ビレットのうちのジャーナル部となる領域およびピン部となる領域を別個に稼働するポンチによって圧下する。圧下によりビレットの体積が配分される。その後、上型および下型によって型鍛造が実施される。すなわち、１工程で、予備成形および型鍛造ができる。これにより、特許文献４では、複雑な形状の鍛造クランク軸を単一の設備で効率よく製造できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【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】特開昭６２−２４４５４５号公報
【特許文献４】特開昭５９−４５０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
鍛造クランク軸の製造では、前述の通り、バリの形成を低減して材料歩留りを向上させることが望まれる。また、予備成形工程において、精密な形状の荒地を成形することが望まれている。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。【００２４】
しかしながら、前記特許文献１の予備成形方法では、ウェブとなる部位において、ウエイト部となる部位の体積と、ウエイト部を一体で備えるアーム部となる部位の体積と、の配分が検討されていない。そのため、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、簡便には、荒地で余剰の体積を増加させればよい。しかし、この場合、材料歩留りが低下する。以下では、ウエイト部となる部位を「ウエイト相当部」ともいう。ウエイト部を一体で備えるアーム部（ウエイト部を除く）となる部位を「アーム相当部」ともいう。ウエイト相当部とアーム相当部をまとめて「ウェブ相当部」ともいう。【００２５】
前記特許文献２の予備成形方法では、ウェブ相当部でウエイト相当部とアーム相当部との体積配分を行えない。ロール成形によるからである。そのため、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る。その結果、欠肉が生じ易い。【００２６】
前記特許文献３の予備成形方法では、転造を実施するための設備が必要となる。そのため、設備費用が高くなり、また、生産効率の向上も難しい。【００２７】
前記特許文献４の製造方法では、単一の設備で予備成形および型鍛造を実施するため、ビレットを大きく変形させる予備成形を実施できない。そのため、特許文献４の製造方法では、材料歩留りを向上させることは難しい。【００２８】
本発明の目的は、精密な形状の鍛造クランク軸の成形ができ、かつ、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である。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる複数のジャーナル部と、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、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。【００３０】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。
第１予備成形工程では、ビレットのうちのピン部となる部位、およびジャーナル部となる部位を、ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成する。
第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。
最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の実施形態による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が促進された最終荒地を得ることができる。また、最終荒地は、ジャーナル部となる部位の体積と、ピン部となる部位の体積と、アーム部となる部位の体積とが適切に配分される。仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造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。また、本発明によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により精密な形状の荒地を成形できる。そのため、精密な形状の鍛造クランク軸を成形できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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、本実施形態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、本実施形態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、本実施形態の製造工程例における最終荒地を示す模式図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本実施形態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３Ｅ】図３Ｅは、本実施形態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の状況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の状況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ア−ム相当部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アーム相当部を示す横断面図である。
【図８】図８は、１つの金型で第２予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。
【図９】図９は、本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、図９とは異なる本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。
【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工程開始時の状況を示す縦断面図である。
【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工程終了時の状況を示す縦断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、第２予備成形工程の加工フロー例における偏心工程終了時の状況を示す縦断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程開始時のアーム部となる部位を示す横断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程終了時のアーム部となる部位を示す横断面図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程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１３Ｂ】図１３Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下工程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１４Ａ】図１４Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における偏心工程開始時のピン部となる部位を示す横断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における偏心工程終了時のピン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】
【００３３】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる複数のジャーナル部と、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、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。
【００３４】
本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、ビレットから初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から最終荒地を得る第２予備成形工程と、少なくとも１回の型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。
第１予備成形工程では、ビレットのうちのピン部となる部位、およびジャーナル部となる部位を、ビレットの軸方向と垂直な方向から圧下することにより、各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成する。
第２予備成形工程では、一対の第１金型を用い、扁平部の幅方向を圧下方向にして複数のジャーナル部となる部位を圧下する工程と、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用い、扁平部の幅方向を偏心方向にして複数のピン部となる部位を偏心させる工程とを含む。
最終荒地は、複数のクランクアーム部となる部位の厚みが仕上げ寸法の厚みと同じである。
【００３５】
本実施形態の製造方法によれば、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が促進された最終荒地を得ることができる。また、最終荒地は、ジャーナル部となる部位の体積と、ピン部となる部位の体積と、アーム部となる部位の体積とが適切に配分されるため、鍛造クランク軸の形状に近い形状である。そして、仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造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。
【００３６】
また、第２予備成形工程では、ジャーナル部となる部位を圧下する第１金型とは別動の第２金型がピン部となる部位を偏心させる。第１金型が第２金型と一体であれば、ピン部となる部位を偏心させる部分が、ジャーナル部となる部位を圧下する部分よりも突出する。そのため、成形が開始されれば、ピン部となる部位のみが偏心され、初期荒地が湾曲しやすい。しかし、第２金型が第１金型と別動であれば、ピン部となる部位を偏心させる第２金型を、ジャーナル部となる部位を圧下する部分よりも突出させないことができる。そのため、成形が開始されても、まず、ジャーナル部となる部位が圧下され、ジャーナル部となる部位の圧下後に、ピン部となる部位を偏心させることができる。そのため、ピン部となる部位の偏心中に初期荒地が湾曲しにくい。体積配分された初期荒地が、第１金型の所定の位置で圧下されるため、圧下後の最終荒地に欠肉等が生じにくい。
【００３７】
好ましくは、第２予備成形工程では、一対の第１金型による圧下が完了した後、第２金型による複数のピン部となる部位の偏心を開始する。
【００３８】
好ましくは、ピン部となる部位の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さい。
【００３９】
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。
【００４０】
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、回転中心となる複数のジャーナル部Ｊと、ジャーナル部Ｊに対して偏心した複数のピン部Ｐと、ジャーナル部Ｊとピン部Ｐをつなぐ複数のアーム部Ａと、を備える。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鍛造クランク軸が製造対象である。４気筒−８枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸の場合、複数のアーム部Ａのうちの全部がウエイト部Ｗを一体で備える。前述の４気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸等も製造対象である。４気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸の場合、複数のアーム部Ａのうちの一部がウエイト部Ｗを一体で備える。また、全てのアーム部Ａがウエイト部Ｗを備えていなくてもよい。ウエイト部を備えないアーム部の形状は長円状である。なお、アーム部がウエイト部を「一体」で備えるとは、アーム部とウエイト部とが別部品ではなく、１つのビレットから両者が成形されていることを意味する。
【００４１】
本実施形態の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、仕上げ鍛造工程とを含む。仕上げ鍛造工程の後工程として、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。これらの一連の工程は、熱間で実施される。
【００４２】
図３Ａ〜図３Ｅは、本実施形態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。これらの図のうち、図３Ａはビレットを示す。図３Ｂは初期荒地を示す。図３Ｃは最終荒地を示す。図３Ｄは仕上げ鍛造材を示す。図３Ｅは鍛造クランク軸を示す。なお、図３Ａ〜図３Ｅは、前記図１Ａに示す形状の鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。
【００４３】
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、ピン部となる複数の部位（以下、「ピン相当部」ともいう）、およびジャーナル部となる複数の部位（以下、「ジャーナル相当部」ともいう）のそれぞれで断面積を減少させる。これに伴って、ビレットに複数の扁平部２３ａを形成する。扁平部２３ａは、ピン相当部およびジャーナル相当部の位置に形成される。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Ｂｆ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。第１予備成形工程には、例えば、レデュースロールまたはクロスロールを用いることができる。また、第１予備成形工程は、後述の第３金型を用いた加工フロー例に従って実施することもできる。
【００４４】
第２予備成形工程は、圧下工程と、偏心工程とを含む。圧下工程では、一対の第１金型を用いて初期荒地２３のジャーナル相当部を圧下する。偏心工程では、第１金型による圧下を開始後、第２金型を用いてピン相当部を偏心させる。第２予備成形工程において、圧下方向および偏心方向は、扁平部２３ａの幅方向である。すなわち、第２予備成形工程では、第１予備成形工程で得られた初期荒地２３を９０°回転させた後、圧下する。これにより、鍛造クランク軸のおおよその形状が造形された最終荒地２４が得られる。最終荒地２４において、アーム相当部の軸方向の厚さｔ１（図３Ｃ参照）は、仕上げ寸法の厚さｔ０（図３Ｅ参照）と同じである。仕上げ寸法の厚さｔ０とは、鍛造クランク軸（最終製品）のアーム部の軸方向の厚さを意味する。また、最終荒地２４のピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じか又は小さい。仕上げ寸法の偏心量とは、鍛造クランク軸のピン部の偏心量を意味する。第２予備成形工程の詳細については、後述する。
【００４５】
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、型鍛造によって最終荒地２４を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する。具体的には、上下に一対の金型が用いられる。最終荒地２４は、ピン相当部が水平面内で並ぶような姿勢で、下型の上に配置される。そして、上型の下降により鍛造が実施される。これにより、余材の流出に伴ってバリＢが形成され、バリ付きの仕上げ鍛造材２５が得られる（図３Ｄ参照）。仕上げ鍛造材２５には、最終製品の鍛造クランク軸と合致する形状が造形されている。最終荒地２４に鍛造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２４に鍛造を施す際、バリＢの形成を最小限に留めることができる。仕上げ鍛造工程は、１回でもよいし、複数回に分けてもよい。
【００４６】
バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材２５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２５からバリＢが除去される。その結果、鍛造クランク軸１１（最終製品）が得られる。
【００４７】
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。これらの図のうち、図４Ａは、圧下前の状況を示す縦断面図であり、図４Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。
【００４８】
図５Ａおよび図５Ｂは、ジャーナル相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図５Ａは圧下前の状況を示し、図５Ｂは圧下終了時の状況を示す。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。
【００４９】
図６Ａおよび図６Ｂは、ピン相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図６Ａは圧下前の状況を示し、図６Ｂは圧下終了時の状況を示す。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。
【００５０】
図７Ａおよび図７Ｂは、アーム相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図７Ａは圧下前の状況を示し、図７Ｂは圧下終了時の状況を示す。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。
【００５１】
図４Ａ〜図７Ｂには、丸形の横断面を有するビレット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とを備える。状況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を二点鎖線で併記するとともに、ジャーナル相当部の軸心位置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備える。
【００５２】
ジャーナル加工部は、図５Ａに太線で示すように、上型ジャーナル加工部３１ａ、および、下型ジャーナル加工部３２ａからなる。上型ジャーナル加工部３１ａは、第３上型３１に設けられる。下型ジャーナル加工部３２ａは、第３下型３２に設けられる。上型ジャーナル加工部３１ａは、凹状であり、ビレットを収容可能である。下型ジャーナル加工部３２ａは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ジャーナル加工部３２ａがビレットを収容可能な凹状であってもよい。
【００５３】
ピン加工部は、図６Ａに太線で示すように、上型ピン加工部３１ｂ、および、下型ピン加工部３２ｂからなる。上型ピン加工部３１ｂは、第３上型３１に設けられる。下型ピン加工部３２ｂは、第３下型３２に設けられる。上型ピン加工部３１ｂは、凹状であり、ビレットを収容可能である。下型ピン加工部３２ｂは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ピン加工部３２ｂがビレットを収容可能な凹状であってもよい。
【００５４】
第１予備成形工程では、図４Ａに示すように、第３上型３１を上昇させて第３上型３１と第３下型３２を離間させた状態で、ビレット２２を第３上型３１と第３下型３２の間に配置する。この状態から第３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上型ピン加工部３１ｂに収容され（図６Ａ参照）、ジャーナル相当部が凹状の上型ジャーナル加工部３１ａに収容される（図５Ａ参照）。第３上型３１をさらに下降させると、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂ、並びに上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによってビレットが圧下され、圧下された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２３ａが形成される。扁平部２３ａの横断面において、幅Ｂｆは厚さｔａよりも大きい（図５Ｂおよび図６Ｂ参照）。扁平部２３ａの幅Ｂｆおよび厚さｔａの寸法は、ジャーナル相当部とピン相当部で異なってもよい。第３金型３０による圧下の終了後、第３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。
【００５５】
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する。これにより、材料がピン相当部とジャーナル相当部との間のアーム相当部に流入する。その結果、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。
【００５６】
また、図４Ａ〜図７Ｂに示す加工フロー例によれば、第３上型３１を下降させる過程で、凹状の上型ピン加工部３１ｂの開口が、下型ピン加工部３２ｂで塞がれ、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂによって閉断面が形成される。また、凹状の上型ジャーナル加工部３１ａの開口が、下型ジャーナル加工部３２ａで塞がれ、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによって閉断面が形成される。これにより、第３上型３１と第３下型３２との間にバリが形成されることがない。したがって、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。
【００５７】
第１予備成形工程で一対の第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、アーム相当部を第３金型によって圧下しなくてよい（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。また、アーム相当部の形状（寸法）を整えるため、アーム相当部を部分的に第３金型によって圧下してもよい。
【００５８】
３．第２予備成形工程で用いられる第１金型および第２金型
本実施形態の第２予備成形工程では、ジャーナル相当部の圧下と、ピン相当部の偏心とを実施する。ジャーナル相当部の圧下と、ピン相当部の偏心とは別個の金型によって実施される。
【００５９】
ジャーナル相当部の圧下と、ピン相当部の偏心とを１つの金型で実施すると、以下に示す問題が生じる可能性がある。
【００６０】
図８は、１つの金型で第２予備成形工程を実施する場合を示す縦断面図である。図８を参照して、第１上型４１と第１下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３は第１下型４２上に配置される。上述したように、第２予備成形工程では、ピン相当部を偏心させる。初期荒地２３のピン相当部を加工する第１下型４２の下型ピン加工部４２ｂは、下型ジャーナル加工部４２ａよりも突出している。したがって、第１下型４２に初期荒地２３を配置すると、初期荒地２３は２つの下型ピン加工部４２ｂによって２点で支持される。また、第１上型４１の上型ピン加工部４１ｂは、下型ピン加工部４２ｂよりも初期荒地２３の端部側に配置される。この状態で、第１金型４０が初期荒地２３を圧下すると、下型ピン加工部４２ｂを支点、上型ピン加工部４１ｂを力点として、初期荒地２３に荷重が負荷される。これにより、初期荒地２３に曲げモーメントが作用する。初期荒地２３に作用する曲げモーメントが過剰に大きければ、初期荒地２３は湾曲する。初期荒地２３が湾曲した状態で第１上型４１が下死点に到達すると、第１金型４０が圧下する初期荒地２３の位置が、予定の位置からずれる。すなわち、第１金型４０のピン加工部が初期荒地２３のアーム相当部を圧下する等の事態が生じ得る。そのため、圧下後の最終荒地に、欠肉等が生じることがある。これを防止するため、本実施形態の第２予備成形工程では、２つの金型を用いる。
【００６１】
図９は、本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。図９を参照して、本実施形態の製造装置は、第１金型４０と第２金型５０とを含む。第２金型５０は、第２上型５１と、第２下型５２とを含む。４気筒エンジンの鍛造クランク軸の場合、第２金型５０は、２つの第２上型５１と、２つの第２下型５２とを含む。第２上型５１および第２下型５２は、第１金型４０とは独立して昇降できる。初期荒地２３の圧下前では、第２下型５２は下型ジャーナル加工部４２ａと同じ高さもしくは下方に配置され、第２上型５１は上型ジャーナル加工部４１ａと同じ高さもしくは上方に配置されている。すなわち、第２下型５２および第２上型５１は下型ジャーナル加工部４２ａおよび上型ジャーナル加工部４１ａよりも突出していない。したがって、圧下開始前に、第１下型４２に初期荒地２３を配置しても、初期荒地２３は第２下型５２に支持されない。初期荒地２３は、複数の下型ジャーナル加工部４２ａに支持される。複数の下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３を支持する面積は、第２下型５２が初期荒地を支持する面積よりも広い。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。この状態で、第１金型４０が初期荒地２３を圧下すると、ジャーナル相当部が均等に圧下される。すなわち、初期荒地２３のピン相当部に荷重が負荷されにくい。そのため、初期荒地２３に曲げモーメントが作用しにくい。
【００６２】
また、第１金型４０の下型ジャーナル加工部４２ａによる初期荒地２３の圧下開始後に、第２金型５０の第２下型５２による初期荒地２３のピン相当部の偏心が開始される。第１金型４０の上型ジャーナル加工部４１ａによる初期荒地２３の圧下開始後に、第２金型５０の第２上型５１による初期荒地２３のピン相当部の偏心が開始される。したがって、ピン相当部の偏心中に、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａによって初期荒地２３のジャーナル相当部が圧下されている。すなわち、初期荒地２３のジャーナル相当部が上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａによって拘束されている。したがって、ピン相当部の偏心中に初期荒地２３が移動しにくく、所定の位置で圧下される。
【００６３】
要するに、第２上型５１および第２下型５２が独立して昇降すること、および初期荒地２３のジャーナル相当部がピン相当部に先行して圧下されること、により、ピン相当部の偏心中に初期荒地２３が湾曲しにくい。体積配分された初期荒地２３が、第１金型４０の所定の位置で圧下されるため、圧下後の最終荒地に欠肉等が生じにくい。
【００６４】
第１金型４０および第２金型５０の構成について説明する。第２金型５０は、第２上型５１および第２下型５２を独立して昇降させるために、制御機構を備える。制御機構は、例えばダイクッション、油圧シリンダである。
【００６５】
図９を参照して、制御機構がダイクッション８１である場合について説明する。第１下型４２はダイクッション８１を介してボルスタベース８２に支持される。ダイクッション８１は緩衝機能を有する。第２下型５２はピンベース８３を介してボルスタベース８２に支持される。第１下型４２が初期荒地２３を圧下し始めると、ダイクッション８１の緩衝機能により、第２下型５２が第１下型４２から突出し始める。上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部と当接した後に、第２下型５２が初期荒地２３のピン相当部と当接するようにダイクッション８１は設定される。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部の圧下開始後に偏心される。
【００６６】
図１０は、図９とは異なる本実施形態の第１金型および第２金型を示す縦断面図である。図１０を参照して、制御機構が油圧シリンダ８４である場合について説明する。油圧シリンダ８４は、第２下型５２を昇降させることができる。第２下型５２は油圧シリンダ８４を介してボルスタベース８２に支持される。第１下型４２が初期荒地２３を圧下し始めると、油圧シリンダ８４が作動し、第２下型５２が第１下型４２から突出し始める。上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部と当接した後に、第２下型５２が初期荒地２３のピン相当部と当接するように油圧シリンダ８４は設定される。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部の圧下開始後に偏心される。
【００６７】
制御機構がダイクッションまたは油圧シリンダのいずれの場合であっても、第２下型５２が第１下型４２から突出するタイミングは適宜設定される。第１上型４１および第２上型５１についても同様である。すなわち、ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下開始後から圧下完了までの間に偏心されてもよい。ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下完了後に偏心されてもよい。
【００６８】
ピン相当部の偏心を、第１予備成形工程ではなく第２予備成形工程で実施することで、次のような利点がある。第１予備成形工程でビレットのピン相当部の断面積は減少する。すなわち、初期荒地２３のピン相当部の断面積は、ビレットのピン相当部の断面積よりも小さい。そのため、初期荒地２３のピン相当部を偏心させた方が、ビレットのピン相当部を偏心させるよりも、偏心後のピン相当部の断面積が小さく、余材料が少ない。余材料が少なければ、後工程の仕上げ鍛造工程後のバリの量も少なくて済み、歩留りが良い。したがって、本実施形態の製造方法では、歩留り向上のため、ピン相当部の偏心は、第２予備成形工程で実施する。
【００６９】
４．第２予備成形工程の加工フロー例
図１１Ａ〜図１４Ｂ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。これらの図のうち、図１１Ａは、圧下工程開始時の状況を示す縦断面図であり、図１１Ｂは圧下工程終了時の状況を示す縦断面図であり、図１１Ｃは偏心工程終了時の状況を示す縦断面図である。
【００７０】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、アーム相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１２Ａは圧下工程開始時の状況を示し、図１２Ｂは圧下工程終了時の状況を示す。なお、図１２Ａは、前記図１１ＡのＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ断面図であり、図１２Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ断面図である。
【００７１】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、ジャーナル相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１３Ａは圧下工程開始時の状況を示し、図１３Ｂは圧下工程終了時の状況を示す。なお、図１３Ａは、前記図１１ＡのＸＩＩＩＡ−ＸＩＩＩＡ断面図であり、図１３Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ断面図である。
【００７２】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、ピン相当部を示す横断面図である。これらの図のうち、図１４Ａは偏心工程開始時の状況を示し、図１４Ｂは偏心工程終了時の状況を示す。なお、図１４Ａは、前記図１１ＡのＸＩＶＡ−ＸＩＶＡ断面図であり、図１４Ｂは、前記図１１ＣのＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ断面図である。
【００７３】
図１１Ａ〜図１３Ｂには、前述の第１予備成形工程で得られた初期荒地２３と、上下で一対の第１金型４０とを示す。図１４Ａおよび図１４Ｂには、初期荒地２３と、第２金型５０とを示す。第１金型４０は、第１上型４１と、第１下型４２とを備える。状況の理解を容易にするため、図１２Ｂおよび図１３Ｂ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を二点鎖線で併記するとともに、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。図１４Ｂには、圧下開始時の第２上型５１および初期荒地２３を二点鎖線で併記するとともに、ジャーナル相当部の軸心位置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のアーム相当部と当接する上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃ、並びに、ジャーナル相当部と当接する上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａを備える。第２金型５０は、第２上型５１と、第２下型５２とを備える。一つの第２上型５１は第１ピン部となる部位（第１ピン相当部）と当接し、もう一つの第２上型５１は第４ピン部となる部位（第４ピン相当部）と当接する。一つの第２下型５２は第２ピン部となる部位（第２ピン相当部）と当接し、もう一つの第２下型５２は第３ピン部となる部位（第３ピン相当部）と当接する。
【００７４】
アーム加工部の横断面形状は、図１２Ａに太線で示すように、下型アーム加工部４２ｃが凹状である。上型アーム加工部４１ｃは平面状である。なお、上型アーム加工部および下型アーム加工部のいずれを凹状とするかは、鍛造クランク軸の形状に応じて適宜設定できる。
【００７５】
鍛造クランク軸のアーム部がウエイト部を含む場合、下型アーム加工部４２ｃは、ウエイト部となる部位（ウエイト相当部）と当接するウエイト加工部４２ｅを有する。ウエイト加工部４２ｅは凹状の下型アーム加工部４２ｃの開口側に位置する。ウエイト加工部４２ｅの開口幅Ｂｐは、凹状の下型アーム加工部４２ｃの底面から遠ざかるに従って広くなる。例えば図１２Ａ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。
【００７６】
第２予備成形工程では、前述の通り、アーム相当部の厚さを仕上げ寸法の厚さと同じにする。このため、上型アーム加工部４１ｃおよび下型アーム加工部４２ｃの軸方向の長さは、アーム部の仕上げ寸法の厚さと同じである。
【００７７】
ジャーナル加工部は、図１３Ａに太線で示すように、上型ジャーナル加工部４１ａ、および、下型ジャーナル加工部４２ａからなる。上型ジャーナル加工部４１ａは、第１上型４１に設けられる。下型ジャーナル加工部４２ａは、第１下型４２に設けられる。上型ジャーナル加工部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。下型ジャーナル加工部４２ａは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ジャーナル加工部が初期荒地の扁平部の全体を収容可能な凹状であってもよい。
【００７８】
第２金型５０の第２上型５１は、図１４Ａに太線で示すように、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。第２下型は、第２上型５１の上下が反転した構成である。
【００７９】
第２予備成形工程では、図１１Ａに示すように、第１上型４１を上昇させて第１上型４１と第１下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３を第１上型４１と第１下型４２の間に配置する。その際、扁平部の幅方向（楕円の場合は長径方向）が圧下方向および偏心方向となるように、初期荒地２３は、第１予備成形工程の終了時における状態から軸回りに９０°回転した姿勢で配置される。
【００８０】
この状態から第１金型４０の第１上型４１を下降させる。すると、図１３Ａおよび図１４Ａに示すように、初期荒地２３の扁平部が凹状の上型ジャーナル加工部４１ａおよび第２上型５１に収容される。その際、図１２Ａに示すように、アーム相当部は、下型アーム加工部４２ｃの底面と接触することなく、アーム相当部の大部分が下型アーム加工部４２ｃのうちのウエイト加工部４２ｅ内に配置される。
【００８１】
第１上型４１をさらに下降させると、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａによって閉断面が形成される。この状態で、第１上型４１をさらに下降させて下死点に到達させると、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａ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４０によって圧下され、その結果、ジャーナル相当部で断面積が減少する。これに伴い、余剰となった材料が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。
【００８２】
第１金型４０による圧下が開始した後、好ましくは圧下が終了した後、第２金型５０の第２上型５１および第２下型５２がピン相当部を偏心させる。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。そして、ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じになる。しかしながら、ピン相当部の偏心量は、これに限定されない。ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量よりも小さくてもよい。この場合、仕上げ鍛造工程で、ピン相当部の偏心量を仕上げ寸法の偏心量とする。
【００８３】
第１金型４０による圧下の終了後、第１上型４１および第２上型５１を上昇させ、加工済みの初期荒地２３（最終荒地２４）を取り出す。このようにして得られる最終荒地２４において、アーム相当部の厚さは、仕上げ寸法の厚さと同じである。
【００８４】
第２予備成形工程によれば、ピン相当部およびジャーナル相当部からアーム相当部に材料が流動する。これにより、軸方向に体積を配分できる。さらに、アーム相当部は、アーム加工部４１ｃ、４２ｃの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、アーム相当部内で体積が適正に配分される。その結果、後工程の仕上げ鍛造工程において、アーム部で欠肉が生じるのを抑制できる。また、アーム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。また、アーム部がウエイト部を含む場合、ウエイト部で欠肉が生じるのを抑制できる。さらに、第２金型５０の第２上型５１および第２下型５２が独立して昇降すること、および初期荒地２３のジャーナル相当部がピン相当部に先行して圧下されること、により、ピン相当部の偏心中に初期荒地２３が湾曲しにくい。これにより、体積配分された初期荒地２３が、第１金型４０の所定の位置で圧下されるため、圧下後の最終荒地に欠肉等が生じにくく、精密な形状の最終荒地が得られる。
【００８５】
本実施形態の製造方法によれば、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、最終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。
【００８６】
さらに、本実施形態の製造方法によれば、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。つまり、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、アーム相当部の断面積を増加できる。この鍛造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、バリの形成を最小限に留めることができる。これらによって、材料歩留りを向上できる。
【００８７】
５．アーム相当部内の体積配分
第２予備成形工程によるアーム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４１ｃ、４２ｃ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を変更したり、アーム加工部を傾斜面としたりすればよい。
【００８８】
６．好ましい態様等
前述の通り、第２予備成形工程では、アーム相当部を形成する際に、上型ジャーナル加工部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、凹状の上型ジャーナル加工部４１ａにおいて、開口幅（Ｂｊ：図１３Ａ参照）を狭くすることが重要となる。一方で、凹状の上型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。
【００８９】
これらから、凹状の上型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。
【００９０】
前述の第１予備成形工程では、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、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによって閉断面が形成された状態とし、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂによって閉断面が形成された状態とする。これにより、バリの形成を防止できる。ジャーナル加工部によってジャーナル相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。また、ピン加工部によってピン相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。
【００９１】
その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、ウエイト部を備えない長円状のアーム部を備えた鍛造クランク軸（例：４気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸）を製造する場合であっても、上記の実施形態の第１予備成形工程、第２予備成形工程、および仕上げ鍛造工程を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
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】
【００９３】
１１  鍛造クランク軸
２２  ビレット
２３  初期荒地
２３ａ  扁平部
２４  最終荒地
２５  仕上げ鍛造材
３０  第３金型
３１  第３上型
３１ａ  第３金型の上型ジャーナル加工部
３１ｂ  第３金型の上型ピン加工部
３２  第３下型
３２ａ  第３金型の下型ジャーナル加工部
３２ｂ  第３金型の下型ピン加工部
４０  第１金型
４１  第１上型
４１ａ  第１金型の上型ジャーナル加工部
４１ｂ  第１金型の上型ピン加工部
４１ｃ  第１金型の上型アーム加工部
４２  第１下型
４２ａ  第１金型の下型ジャーナル加工部
４２ｂ  第１金型の下型ピン加工部
４２ｃ  第１金型の下型アーム加工部
４２ｅ  ウエイト加工部
５０  第２金型
５１  第２上型
５２  第２下型
Ａ、Ａ１〜Ａ８  クランクアーム部
Ｊ、Ｊ１〜Ｊ５  ジャーナル部
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ４  ピン部
Ｗ、Ｗ１〜Ｗ８  カウンターウエイト部
Ｂ  バリ
【図１Ａ】
2019039199.tif 000003
【図１Ｂ】
2019039199.tif 000004
【図２Ａ】
2019039199.tif 000005
【図２Ｂ】
2019039199.tif 000006
【図２Ｃ】
2019039199.tif 000007
【図２Ｄ】
2019039199.tif 000008
【図２Ｅ】
2019039199.tif 000009
【図２Ｆ】
2019039199.tif 000010
【図３Ａ】
2019039199.tif 000011
【図３Ｂ】
2019039199.tif 000012
【図３Ｃ】
2019039199.tif 000013
【図３Ｄ】
2019039199.tif 000014
【図３Ｅ】
2019039199.tif 000015
【図４Ａ】
2019039199.tif 000016
【図４Ｂ】
2019039199.tif 000017
【図５Ａ】
2019039199.tif 000018
【図５Ｂ】
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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８】
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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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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
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