(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造する過程で、鍛造クランク軸の最終形状を造形する仕上打ちに供する仕上打ち用素材を成形する装置であって、
鍛造クランク軸のジャーナル部と軸方向の長さが同じ粗ジャーナル部、鍛造クランク軸のピン部と軸方向の長さが同じ粗ピン部、および鍛造クランク軸のクランクアーム部よりも軸方向の厚みが厚い粗クランクアーム部がそれぞれ造形された粗素材から、仕上打ち用素材を成形する装置であり、
当該成形装置は、
粗ピン部のうちの１つの粗ピン部の位置に配置され、当該粗ピン部に宛がわれるとともに、当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、軸方向の移動を拘束され、軸方向と直角な方向に移動する基準ピン型と、
基準ピン型が宛がわれる粗ピン部以外の粗ピン部それぞれの位置に配置され、当該粗ピン部それぞれに宛がわれるとともに、各々が当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けた軸方向および軸方向と直角な方向に移動する可動ピン型と、
粗ジャーナル部それぞれの位置に配置され、当該粗ジャーナル部を個々に軸方向と直角な方向から挟み込んで保持するとともに、各々が当該粗ジャーナル部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けて軸方向に移動するジャーナル型と、を備え、
粗ジャーナル部をジャーナル型で挟み込んで保持し、粗ピン部に基準ピン型および可動ピン型を宛がった状態から、ジャーナル型を軸方向に移動させるとともに、可動ピン型を軸方向に移動させつつ軸方向と直角な方向に移動させると同時に、基準ピン型を軸方向と直角な方向に移動させることにより、粗クランクアーム部を軸方向に挟圧してその厚みを鍛造クランク軸のクランクアーム部の厚みまで減少させるとともに、粗ピン部を軸方向と直角な方向に押圧してその偏芯量を鍛造クランク軸のピン部の偏芯量まで増加させる、３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
【請求項２】
３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造する過程で、鍛造クランク軸の最終形状を造形する仕上打ちに供する仕上打ち用素材を成形する装置であって、
鍛造クランク軸のジャーナル部と軸方向の長さが同じ粗ジャーナル部、鍛造クランク軸のピン部と軸方向の長さが同じ粗ピン部、および鍛造クランク軸のクランクアーム部よりも軸方向の厚みが厚い粗クランクアーム部がそれぞれ造形された粗素材から、仕上打ち用素材を成形する装置であり、
当該成形装置は、
第２粗ピン部の位置に配置され、当該粗ピン部に宛がわれるとともに、当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、軸方向の移動を拘束された基準ピン型と、
第１、第３粗ピン部それぞれの位置に配置され、当該粗ピン部それぞれに宛がわれるとともに、各々が当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けた軸方向および軸方向と直角な方向に移動する可動ピン型と、
粗ジャーナル部それぞれの位置に配置され、当該粗ジャーナル部を個々に軸方向と直角な方向から挟み込んで保持するとともに、各々が当該粗ジャーナル部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けて軸方向に移動するジャーナル型と、を備え、
粗ジャーナル部をジャーナル型で挟み込んで保持し、粗ピン部に基準ピン型および可動ピン型を宛がった状態から、ジャーナル型を軸方向に移動させるとともに、可動ピン型を軸方向に移動させつつ軸方向と直角な方向に移動させることにより、粗クランクアーム部を軸方向に挟圧してその厚みを鍛造クランク軸のクランクアーム部の厚みまで減少させるとともに、第１、第３粗ピン部を軸方向と直角な方向で互いに反対方向に押圧してその偏芯量を鍛造クランク軸のピン部の偏芯量の√３／２まで増加させる、３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間鍛造により３気筒エンジン用のクランク軸（以下、「鍛造クランク軸」ともいう）を製造する技術に関する。特に、その鍛造クランク軸の製造過程において、鍛造クランク軸の最終形状を造形する仕上打ちに供する仕上打ち用素材を成形するための成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗用車を始め、自動二輪車や農機などのエンジンにおいては、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を必要とする。クランク軸は、鍛造によって製造されるものと、鋳造によって製造されるものとに大別されるが、強度と剛性に優位な前者の鍛造クランク軸が多用されている。近年では、燃費性能の向上と排ガス規制への対応のため、エンジン排気量のダウンサイジング化が加速しており、３気筒エンジンが脚光を浴びている。
【０００３】
一般に、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸は、断面が丸形または角形で全長にわたって断面積が一定のビレットを原材料とし、予備成形、型鍛造、バリ抜きおよび整形の各工程を順に経て製造される。予備成形工程は、ロール成形と曲げ打ち（通称「平押し」ともいう）の各工程を含み、型鍛造工程は、荒打ちと仕上打ちの各工程を含む。
【０００４】
図１は、従来の一般的な３気筒エンジン用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。同図に例示するクランク軸１は、３気筒エンジンに搭載されるものであり、４つのジャーナル部Ｊ１〜Ｊ４、３つのピン部Ｐ１〜Ｐ３、フロント部Ｆｒ、フランジ部Ｆｌ、およびジャーナル部Ｊ１〜Ｊ４とピン部Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれつなぐ６枚のクランクアーム部（以下、単に「アーム部」ともいう）Ａ１〜Ａ６から構成され、６枚のアーム部Ａ１〜Ａ６のうち、両端の第１、第３ピン部Ｐ１、Ｐ３につながる第１、第２アーム部Ａ１、Ａ２、および第５、第６アーム部Ａ５、Ａ６にバランスウエイトを有する３気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸である。以下、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ４、ピン部Ｐ１〜Ｐ３、およびアーム部Ａ１〜Ａ６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」と記す。
【０００５】
図１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、予め所定の長さに切断した図１（ａ）に示すビレット２を誘導加熱炉や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、例えば孔型ロールによりビレット２を圧延して絞りつつその体積を長手方向に配分し、中間素材となるロール荒地１０３を成形する（図１（ｂ）参照）。次に、曲げ打ち工程では、ロール成形によって得られたロール荒地１０３を長手方向と直角な方向から部分的にプレス圧下してその体積を配分し、さらなる中間素材となる曲げ荒地１０４を成形する（図１（ｃ）参照）。
【０００６】
続いて、荒打ち工程では、曲げ打ちによって得られた曲げ荒地１０４を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、クランク軸（最終鍛造製品）のおおよその形状が造形された鍛造材１０５を成形する（図１（ｄ）参照）。さらに、仕上打ち工程では、荒打ちによって得られた荒鍛造材１０５が供され、荒鍛造材１０５を上下に一対の金型を用いてプレス鍛造し、クランク軸と合致する形状が造形された鍛造材１０６を成形する（図１（ｅ）参照）。これら荒打ちおよび仕上打ちのとき、互いに対向する金型の型割面の間から、余材がバリとして流出する。このため、荒鍛造材１０５、仕上鍛造材１０６は、造形されたクランク軸の周囲にそれぞれバリ１０５ａ、１０６ａが大きく付いている。
【０００７】
バリ抜き工程では、仕上打ちによって得られたバリ１０６ａ付きの仕上鍛造材１０６を上下から金型で保持しつつ、刃物型によってバリ１０６ａを打ち抜き除去する。これにより、図１（ｆ）に示すように、鍛造クランク軸１が得られる。整形工程では、バリを除去した鍛造クランク軸１の要所、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、場合によってはアーム部Ａを上下から金型で僅かにプレスし、所望の寸法形状に矯正する。こうして、鍛造クランク軸１が製造される。
【０００８】
図１に示す製造工程は、例示する３気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸に限らず、６枚のアーム部Ａの全てにバランスウエイトを有する３気筒−６枚カウンターウエイトのクランク軸であっても、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。
【０００９】
ところで、このような製造方法では、製品とはならない不要なバリが大量に発生することから、歩留りの低下は否めない。このため、鍛造クランク軸を製造する上では、従来から、バリの発生を極力抑え、歩留りの向上を実現することが至上の課題となっている。この課題に対応する従来の技術としては下記のものがある。
【００１０】
例えば、特許文献１には、クランク軸のジャーナル部とピン部に相当する部分が個々にくびれた段付きの丸棒を素材とし、ピン部相当部分を間に挟む一対のジャーナル部相当部分をそれぞれダイスで把持し、この状態から、両ダイスを軸方向に接近させて丸棒素材に圧縮変形を与えるとともに、ピン部相当部分に軸方向と直角な方向にポンチを押し付けてピン部相当部分を偏芯させ、これをすべてのクランクスローにわたって順次繰り返すことにより、ジャーナル部およびピン部が造形され、アーム部もそれなりに造形されたクランク軸を製造する技術が開示されている。
【００１１】
また、特許文献２には、単なる丸棒を素材とし、この丸棒素材の両端部のうちの一方を固定型で、その他方を可動型でそれぞれ保持するとともに、丸棒素材のジャーナル部相当部分をジャーナル型で、ピン部相当部分をピン型でそれぞれ保持し、この状態から、可動型、ジャーナル型およびピン型を固定型に向けて軸方向に移動させて丸棒素材に圧縮変形を与えると同時に、ピン型を軸方向と直角な偏芯方向に移動させてピン部相当部分を偏芯させることにより、ジャーナル部およびピン部が造形され、アーム部もそれなりに造形されたクランク軸を製造する技術が開示されている。
【００１２】
特許文献１、２に開示される技術では、いずれもバリが発生しないことから、歩留りの著しい向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１５５２７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６１４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のとおり、前記特許文献１、２に開示される技術は、丸棒の素材をいきなりクランク軸形状に成形するものである。しかし、鍛造クランク軸は高強度と高剛性が要求されるので、その素材は変形し難い。このため、実際に製造できるクランク軸は、アーム部の厚みが厚くて、ピン部の偏芯量も小さくならざるを得ず、比較的緩やかなクランク軸形状に限定される。しかも、アーム部の形状は、全てにバランスウエイトがない単純なものに限られてしまう。
【００１５】
また、前記特許文献１、２に開示される技術では、アーム部は、丸棒素材の軸方向の圧縮変形に伴う軸方向と直角な方向への自由膨張と、丸棒素材のピン部相当部分の偏芯移動に伴う引張変形によって造形される。このため、アーム部の輪郭形状は不定形になりがちであり、寸法精度を確保できない。
【００１６】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造するために、鍛造クランク軸の製造過程において、その最終形状を造形する仕上打ちを行うことを前提とし、その仕上打ちに供する仕上打ち用素材の成形に用いる成形装置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】
【００１７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記（１）および（２）に示す３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置を要旨とする。
【００１８】
本発明の一実施形態である成形装置は、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造する過程で、鍛造クランク軸の最終形状を造形する仕上打ちに供する仕上打ち用素材を成形する装置であって、
鍛造クランク軸のジャーナル部と軸方向の長さが同じ粗ジャーナル部、鍛造クランク軸のピン部と軸方向の長さが同じ粗ピン部、および鍛造クランク軸のクランクアーム部よりも軸方向の厚みが厚い粗クランクアーム部がそれぞれ造形された粗素材から、仕上打ち用素材を成形する装置であり、以下の構成を具備する。
【００１９】
（１）本発明の一実施形態である成形装置は、下記の基準ピン型と、可動ピン型と、ジャーナル型と、を備える。
基準ピン型は、粗ピン部のうちの１つの粗ピン部の位置に配置され、当該粗ピン部に宛がわれるとともに、当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、軸方向の移動を拘束され、軸方向と直角な方向に移動する。
可動ピン型は、基準ピン型が宛がわれる粗ピン部以外の粗ピン部それぞれの位置に配置され、当該粗ピン部それぞれに宛がわれるとともに、各々が当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けた軸方向および軸方向と直角な方向に移動する。
ジャーナル型は、粗ジャーナル部それぞれの位置に配置され、当該粗ジャーナル部を個々に軸方向と直角な方向から挟み込んで保持するとともに、各々が当該粗ジャーナル部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けて軸方向に移動する。
当該成形装置は、粗ジャーナル部をジャーナル型で挟み込んで保持し、粗ピン部に基準ピン型および可動ピン型を宛がった状態から、ジャーナル型を軸方向に移動させるとともに、可動ピン型を軸方向に移動させつつ軸方向と直角な方向に移動させると同時に、基準ピン型を軸方向と直角な方向に移動させることにより、粗クランクアーム部を軸方向に挟圧してその厚みを鍛造クランク軸のクランクアーム部の厚みまで減少させるとともに、粗ピン部を軸方向と直角な方向に押圧してその偏芯量を鍛造クランク軸のピン部の偏芯量まで増加させる構成である。
【００２０】
（２）本発明の一実施形態である成形装置は、下記の基準ピン型と、可動ピン型と、ジャーナル型と、を備える。
基準ピン型は、第２粗ピン部の位置に配置され、当該粗ピン部に宛がわれるとともに、当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、軸方向の移動を拘束されている。
可動ピン型は、第１、第３粗ピン部それぞれの位置に配置され、当該粗ピン部それぞれに宛がわれるとともに、各々が当該粗ピン部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けた軸方向および軸方向と直角な方向に移動する。
ジャーナル型は、粗ジャーナル部それぞれの位置に配置され、当該粗ジャーナル部を個々に軸方向と直角な方向から挟み込んで保持するとともに、各々が当該粗ジャーナル部につながる粗クランクアーム部の側面に接触しつつ、基準ピン型に向けて軸方向に移動する。
当該成形装置は、粗ジャーナル部をジャーナル型で挟み込んで保持し、粗ピン部に基準ピン型および可動ピン型を宛がった状態から、ジャーナル型を軸方向に移動させるとともに、可動ピン型を軸方向に移動させつつ軸方向と直角な方向に移動させることにより、粗クランクアーム部を軸方向に挟圧してその厚みを鍛造クランク軸のクランクアーム部の厚みまで減少させるとともに、第１、第３粗ピン部を軸方向と直角な方向で互いに反対方向に押圧してその偏芯量を鍛造クランク軸のピン部の偏芯量の√３／２まで増加させる構成である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の成形装置によれば、バリのない粗素材から、アーム部の厚みが薄い３気筒エンジン用鍛造クランク軸の形状と概ね一致した形状で、バリのない仕上打ち用素材を成形することができる。このようなバリなしの仕上打ち用素材を仕上打ちすれば、多少のバリは発生するが、アーム部の輪郭形状を含めて鍛造クランク軸の最終形状を造形することができるので、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、従来の一般的な３気筒エンジン用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２】図２は、本発明の第１実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材の各形状を模式的に示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。
【図５】図５は、図４に示す本発明の第１実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形初期の状態を示す。
【図６】図６は、図４に示す本発明の第１実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形完了時の状態を示す。
【図７】図７は、本発明の成形装置による仕上打ち用素材の成形で噛み出しが発生する状況を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の成形装置による仕上打ち用素材の成形で噛み出しの対応策を施した場合の状況を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、仕上打ち後の仕上材、および捩り成形後の捩り仕上材の各形状を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す本発明の第２実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形初期の状態を示す。
【図１３】図１３は、図１１に示す本発明の第２実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形完了時の状態を示す。
【図１４】図１４は、本発明の第３実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材の各形状を模式的に示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す本発明の第３実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形初期の状態を示す。
【図１８】図１８は、図１６に示す本発明の第３実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、成形完了時の状態を示す。
【図１９】図１９は、本発明の第４実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材の各形状を模式的に示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第４実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明では、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造するに際し、その製造過程で仕上打ちを行うことを前提としており、本発明の成形装置は、仕上打ちの前工程で、その仕上打ちに供する仕上打ち用素材を粗素材から成形するために用いられる。以下に、本発明の３気筒エンジン用鍛造クランク軸の仕上打ち用素材の成形装置、およびこれを用いた予備成形工程を含む３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造方法について、その実施形態を詳述する。
【００２４】
１．第１実施形態
１−１．被成形対象の粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材
図２は、本発明の第１実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材の各形状を模式的に示す図である。同図では、３気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸を製造する場合の状況を例示しており、各段階の形状の理解を容易にするため、外観を示す平面図と、軸方向に沿って見たときのピン部の配置図を並べて表示している。
【００２５】
同図に示すように、第１実施形態の粗素材４は、図１（ｆ）に示す３気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸１の形状に依拠しつつも全体として粗いクランク軸形状であり、４つの粗ジャーナル部Ｊ１ａ〜Ｊ４ａ、３つの粗ピン部Ｐ１ａ〜Ｐ３ａ、粗フロント部Ｆｒａ、粗フランジ部Ｆｌａ、および粗ジャーナル部Ｊ１ａ〜Ｊ４ａと粗ピン部Ｐ１ａ〜Ｐ３ａをそれぞれつなぐ６枚の粗クランクアーム部（以下、単に「粗アーム部」ともいう）Ａ１ａ〜Ａ６ａから構成される。粗素材４にはバリはついていない。以下、粗素材４の粗ジャーナル部Ｊ１ａ〜Ｊ４ａ、粗ピン部Ｐ１ａ〜Ｐ３ａ、および粗アーム部Ａ１ａ〜Ａ６ａそれぞれを総称するとき、その符号は、粗ジャーナル部で「Ｊａ」、粗ピン部で「Ｐａ」、粗アーム部で「Ａａ」と記す。
【００２６】
第１実施形態の仕上打ち用素材５は、上記の粗素材４から、詳細は後述する成形装置によって成形されるものであり、４つの粗ジャーナル部Ｊ１ｂ〜Ｊ４ｂ、３つの粗ピン部Ｐ１ｂ〜Ｐ３ｂ、粗フロント部Ｆｒｂ、粗フランジ部Ｆｌｂ、および粗ジャーナル部Ｊ１ｂ〜Ｊ４ｂと粗ピン部Ｐ１ｂ〜Ｐ３ｂをそれぞれつなぐ６枚の粗クランクアーム部（以下、単に「粗アーム部」ともいう）Ａ１ｂ〜Ａ６ｂから構成される。仕上打ち用素材５にはバリはついていない。以下、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊ１ｂ〜Ｊ４ｂ、粗ピン部Ｐ１ｂ〜Ｐ３ｂ、および粗アーム部Ａ１ｂ〜Ａ６ｂそれぞれを総称するとき、その符号は、粗ジャーナル部で「Ｊｂ」、粗ピン部で「Ｐｂ」、粗アーム部で「Ａｂ」と記す。
【００２７】
第１実施形態の仕上材６は、上記の仕上打ち用素材５を仕上打ちして得られるものであり、４つのジャーナル部Ｊ１ｃ〜Ｊ４ｃ、３つのピン部Ｐ１ｃ〜Ｐ３ｃ、フロント部Ｆｒｃ、フランジ部Ｆｌｃ、およびジャーナル部Ｊ１ｃ〜Ｊ４ｃとピン部Ｐ１ｃ〜Ｐ３ｃをそれぞれつなぐ６枚のクランクアーム部（以下、単に「アーム部」ともいう）Ａ１ｃ〜Ａ６ｃから構成される。以下、仕上材６のジャーナル部Ｊ１ｃ〜Ｊ４ｃ、ピン部Ｐ１ｃ〜Ｐ３ｃ、およびアーム部Ａ１ｃ〜Ａ６ｃそれぞれを総称するとき、その符号は、ジャーナル部で「Ｊｃ」、ピン部で「Ｐｃ」、アーム部で「Ａｃ」と記す。
【００２８】
仕上材６の形状は、ピン部Ｐｃの配置角度を含めクランク軸（最終鍛造製品）の形状と一致し、図１（ｆ）に示す鍛造クランク軸１に相当する。すなわち、仕上材６のジャーナル部Ｊｃは、最終形状の鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊと軸方向の長さが同じである。仕上材６のピン部Ｐｃは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐと軸方向の長さが同じである。さらに、仕上材６のピン部Ｐｃは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐに対し、軸方向と直角な方向の偏芯量が同じで、配置角度も同じ１２０°であり、正規の位置に配置されている。仕上材６のアーム部Ａｃは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａと軸方向の厚みが同じである。
【００２９】
仕上打ち用素材５の形状は、仕上材６の形状と概ね一致し、丁度、図１（ｄ）に示す荒鍛造材１０５のバリ１０５ａを除いた部分に相当する。すなわち、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂは、最終形状の鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊ（仕上材６のジャーナル部Ｊｃ）と軸方向の長さが同じである。仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐ（仕上材６のピン部Ｐｃ）と軸方向の長さが同じである。さらに、仕上打ち用素材５のピン部Ｐｂは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐに対し、軸方向と直角な方向の偏芯量が同じで、配置角度も同じ１２０°であり、正規の位置に配置されている。仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａ（仕上材６のアーム部Ａｃ）と軸方向の厚みが同じである。
【００３０】
これに対し、粗素材４の粗ジャーナル部Ｊａは、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂ、すなわち鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊ（仕上材６のジャーナル部Ｊｃ）と軸方向の長さが同じである。粗素材４の粗ピン部Ｐａは、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐ（仕上材６のピン部Ｐｃ）と軸方向の長さが同じであるが、偏芯量が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂよりも小さい。具体的には、粗素材４の粗ピン部Ｐａのうち、両端の第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａの偏芯量は、互いに反対方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の√３／２と同じにされている。一方、中央の第２粗ピン部Ｐ２ａの偏芯量は、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａの偏芯方向と直交する方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の１／２程度とされている。
【００３１】
粗素材４の粗アーム部Ａａは、仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂ、すなわち鍛造クランク軸のアーム部Ａ（仕上材６のアーム部Ａｃ）よりも軸方向の厚みが厚い。要するに、粗素材４は、仕上打ち用素材５（最終形状の鍛造クランク軸および仕上材６）と比較して、粗アーム部Ａａの厚みが厚い分だけ全長が長くて、粗ピン部Ｐａの偏芯量が小さく、比較的緩やかなクランク軸形状となっている。
【００３２】
もっとも、厳密に言えば、仕上打ち用素材５は、最終形状の鍛造クランク軸および仕上材６に対し、粗アーム部Ａｂの厚みが僅かに薄くされ、その分だけ粗ジャーナル部Ｊｂおよび粗ピン部Ｐｂの軸方向長さが僅かに大きくされている。仕上打ちの際に仕上打ち用素材５を金型内に収容し易くし、かじり疵の発生を防止するためである。これに応じて、粗素材４も、最終形状の鍛造クランク軸および仕上材６に対し、粗ジャーナル部Ｊ’および粗ピン部Ｐ’の軸方向長さが僅かに大きくされている。
【００３３】
１−２．３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程
図３は、本発明の第１実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。同図に示すように、第１実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形、第２予備成形、仕上打ちの各工程を含み、必要に応じて、バリ抜き、整形の各工程を含む。
【００３４】
第１予備成形工程は、上記の粗素材４を造形する工程である。第１予備成形工程では、断面が丸形の丸ビレットを原材料とし、この丸ビレットを誘導加熱炉やガス雰囲気加熱炉によって加熱した後に予備成形加工を施すことにより、粗素材４を造形することができる。例えば、孔型ロールにより丸ビレットを絞り圧延してその体積を長手方向に配分するロール成形を行い、これによって得られたロール荒地を長手方向と直角な方向から部分的にプレス圧下してその体積を配分する曲げ打ちを繰り返し行えば、粗素材４を造形することが可能である。そのほかに、前記特許文献１、２に開示される技術を用いても、粗素材４の造形は可能である。また、クロスロールや閉塞鍛造を採用してもよい。
【００３５】
第２予備成形工程は、上記の仕上げ打ち用素材５を成形する工程である。第２予備成形工程では、下記の図４に示す成形装置を用いることにより、上記の粗素材４から、ピン部の配置角度を含め鍛造クランク軸の最終形状が造形された仕上げ打ち用素材５を成形することができる。
【００３６】
仕上打ち工程は、上記の仕上材６を得る工程である。仕上打ち工程では、上記の仕上打ち用素材５が供され、上下に一対の金型を用いてプレス鍛造することにより、ピン部の配置角度を含め鍛造クランク軸の最終形状が造形された、クランク軸と合致する形状の仕上材６を得ることができる。
【００３７】
１−３．仕上打ち用素材の成形装置
図４は、本発明の第１実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。同図には、３気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸を製造する場合の成形装置、すなわち前記図２に示す粗素材４から仕上打ち用素材５を成形する成形装置を例示している。なお、同図に示す縦断面の中で、第１、第３粗ピン部の部分は、実際には、いずれか一方が紙面の手前に位置し他方が奥に位置しているが、便宜上、同一面上に図示している。
【００３８】
図４に示すように、成形装置は、プレス機を利用したものであり、基礎となる固定の下側ハードプレート２０と、プレス機のラムの駆動に伴って下降する上側ハードプレート２１を有する。下側ハードプレート２０の真上には、弾性部材２４を介して下側金型支持台２２が弾性的に支持されており、この下側金型支持台２２は、上下方向に移動が許容されている。弾性部材２４としては、皿ばねやコイルばねや空気ばねなどを適用することができ、そのほかにも油圧ばねシステムを適用することができる。上側ハードプレート２１の真下には、支柱２５を介して上側金型支持台２３が固定されており、この上側金型支持台２３は、プレス機（ラム）の駆動により上側ハードプレート２１と一体で下降する。
【００３９】
図４に示す成形装置では、粗素材４を、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａを水平に配置し、第２粗ピン部Ｐ２ａを鉛直方向の下向きに配置した姿勢で金型内に収容し、仕上打ち用素材に成形する。このため、下側金型支持台２２と上側金型支持台２３には、粗素材４の軸方向に沿って分割され、それぞれ上下で対を成すジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに基準ピン型１１および補助ピン型１３、並びに可動ピン型１２および補助ピン型１３が取り付けられている。
【００４０】
上下で対を成す基準ピン型１１と補助ピン型１３は、粗素材４における粗ピン部Ｐａのうちの基準となる１つの粗ピン部Ｐａの位置、例えば図４では、中央の第２粗ピン部Ｐ２ａの位置に配置され、上下のそれぞれが上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に取り付けられている。第１実施形態の基準ピン型１１は、基準となる１つの粗ピン部Ｐａの正規の位置となる側とは反対側に配置されるものであり、他方の補助ピン型１３は、その粗ピン部Ｐａの正規の位置となる側の外側に配置されるものである。例えば、第２粗ピン部Ｐ２ａの位置では、第２粗ピン部Ｐ２ａの配置が下側であってその正規の位置も下側であることから、基準ピン型１１が上側金型支持台２３に取り付けられるとともに、これと対を成す補助ピン型１３が下側金型支持台２２に取り付けられる。
【００４１】
特に、基準ピン型１１と補助ピン型１３は、上下のいずれも、上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に対し、軸方向への移動が拘束されている。基準ピン型１１に限っては、軸方向とは直角な方向であって、粗ピン部Ｐａの正規の位置に向く方向（図４では下向きの方向）に移動が許容されている。
【００４２】
基準ピン型１１、補助ピン型１３には、それぞれ、半円筒状の彫り込み部１１ａ、１３ａが形成されている。彫り込み部１１ａ、１３ａの長さは、仕上打ち用素材５における第２粗ピン部Ｐ２ｂの軸方向の長さと同じである。
【００４３】
基準ピン型１１は、プレス機の駆動に伴う上側金型支持台２３の下降、すなわちプレス機の圧下により、彫り込み部１１ａが第２粗ピン部Ｐ２ａに宛がわれ、基準ピン型１１の両側面が、第２粗ピン部Ｐ２ａにつながる第３、第４粗アーム部Ａ３ａ、Ａ４ａにおける第２粗ピン部Ｐ２ａ側の側面に接触した状態にされる。
【００４４】
上下で対を成す可動ピン型１２と補助ピン型１３は、基準ピン型１１が宛がわれる粗ピン部Ｐａ以外の粗ピン部Ｐａそれぞれの位置、例えば図４では、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａそれぞれの位置に配置され、上下のそれぞれが上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に取り付けられている。第１実施形態の可動ピン型１２は、粗ピン部Ｐａの正規の位置となる側とは反対側に配置されるものであり、他方の補助ピン型１３は、その粗ピン部Ｐａの正規の位置となる側の外側に配置されるものである。例えば、第１粗ピン部Ｐ１ａの位置では、第１粗ピン部Ｐ１ａの正規の位置が上側であることから、可動ピン型１２が下側金型支持台２２に取り付けられるとともに、これと対を成す補助ピン型１３が上側金型支持台２３に取り付けられる。
【００４５】
特に、可動ピン型１２と補助ピン型１３は、上下のいずれも、下側金型支持台２２、上側金型支持台２３に対し、基準ピン型１１に向けての軸方向に移動が許容されている。可動ピン型１２に限っては、軸方向とは直角な方向であって、粗ピン部Ｐａの正規の位置に向く方向（図４では上向きの方向）に移動が許容されている。
【００４６】
可動ピン型１２、補助ピン型１３には、それぞれ、半円筒状の彫り込み部１２ａ、１３ａが形成されている。彫り込み部１２ａ、１３ａの長さは、仕上打ち用素材５における各粗ピン部Ｐｂの軸方向の長さと同じである。
【００４７】
ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、粗素材４における粗ジャーナル部Ｊａの位置に配置され、上下のそれぞれが上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に取り付けられている。特に、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、上下のいずれも、上側金型支持台２３、下側金型支持台２２に対し、基準ピン型１１に向けての軸方向に移動が許容されている。
【００４８】
ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂには、それぞれ、半円筒状の第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａと、この第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａの前後（図４では左右）に隣接して第２彫り込み部１０Ｕｂ、１０Ｂｂが形成されている。第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａの長さは、仕上打ち用素材５における粗ジャーナル部Ｊｂの軸方向の長さと同じである。第２彫り込み部１０Ｕｂ、１０Ｂｂの長さは、仕上打ち用素材５におけるその粗ジャーナル部Ｊｂにつながる粗アーム部Ａｂの軸方向の厚みと同じである。
【００４９】
ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、プレス機の駆動に伴う上側金型支持台２３の下降、すなわちプレス機の圧下により、第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａで各粗ジャーナル部Ｊａを個々に上下から挟み込んで保持する。これと同時に、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、第２彫り込み部１０Ｕｂ、１０Ｂｂの第１彫り込み部１０Ｕａ、１０Ｂａ側の面が、各粗ジャーナル部Ｊａにつながる粗アーム部Ａａにおける各粗ジャーナル部Ｊａ側の側面に接触した状態にされる。
【００５０】
その際、基準ピン型１１、可動ピン型１２は、プレス機の駆動に伴う上側金型支持台２３の下降、すなわちプレス機の圧下により、彫り込み部１１ａ、１２ａが各粗ピン部Ｐａに宛がわれ、基準ピン型１１、可動ピン型１２の両側面が、各粗ピン部Ｐａにつながる粗アーム部Ａａにおける各粗ピン部Ｐａ側の側面に接触した状態にされる。
【００５１】
ここで、両端の第１、第４粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ４ａの位置に配置されたジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの端面は、傾斜面１４Ｕ、１４Ｂとなっている。これに対し、下側ハードプレート２０上には、それらの第１、第４粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ４ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂの位置に対応して、個々に、第１楔２６が立設されており、各第１楔２６は、下側金型支持台２２を貫通して上方に突き出している。第１、第４粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ４ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂのうち、下側のジャーナル型１０Ｂの傾斜面１４Ｂは、初期状態で第１楔２６の斜面に接触している。一方、上側のジャーナル型１０Ｕの傾斜面１４Ｕは、プレス機の駆動に伴う上側金型支持台２３の下降、すなわちプレス機の圧下により、第１楔２６の斜面に接触した状態にされる。
【００５２】
また、中央寄りの第２、第３粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ３ａの位置に配置されたジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂには、第１彫り込み部１１Ｕａ、１１Ｂａおよび第２彫り込み部１１Ｕｂ、１１Ｂｂから外れた側部（図４では紙面の手前と奥）に、傾斜面１５Ｕ、１５Ｂを有する図示しないブロックが固定されている。これに対し、下側ハードプレート２０上には、それらの第２、第３粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ３ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂの位置に対応して、個々に、第２楔２７が立設されており、各第２楔２７は、下側金型支持台２２を貫通して上方に突き出している。第２、第３粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ３ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂのうち、下側のジャーナル型１０Ｂの傾斜面１５Ｂは、初期状態で第２楔２７の斜面に接触している。一方、上側のジャーナル型１０Ｕの傾斜面１５Ｕは、プレス機の駆動に伴う上側金型支持台２３の下降、すなわちプレス機の圧下により、第２楔２７の斜面に接触した状態にされる。
【００５３】
そして、プレス機の圧下の継続に伴って、上側のジャーナル型１０Ｕが下側のジャーナル型１０Ｂと一体で押し下げられる。これにより、第１、第４粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ４ａの可動ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、上下のいずれも、その傾斜面１４Ｕ、１４Ｂが第１楔２６の斜面に沿って摺動することから、基準となる第２粗ピン部Ｐ２ａの基準ピン型１１に向けて軸方向に移動するようになる。これと同時に、第２、第３粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ３ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、上下のいずれも、その傾斜面１５Ｕ、１５Ｂが第２楔２７の斜面に沿って摺動することから、基準となる第２粗ピン部Ｐ２ａの基準ピン型１１に向けて軸方向に移動するようになる。要するに、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、個々に楔機構により軸方向に移動することができる。
【００５４】
また、可動ピン型１２と補助ピン型１３は、プレス機の圧下の継続に伴って一体で押し下げられる。これにより、可動ピン型１２と補助ピン型１３は、上記したようにジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂが軸方向に移動するのに連れて、基準となる第２粗ピン部Ｐ２ａの基準ピン型１１に向けて軸方向に移動する。また、基準ピン型１１および可動ピン型１２の軸方向と直角な方向への移動は、各ピン型１１、１２に連結された油圧シリンダ１６の駆動により行われる。
【００５５】
なお、可動ピン型１２と補助ピン型１３の軸方向への移動は、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂと同様の楔機構や、油圧シリンダや、サーボモータなどの別途の機構を用いて、強制的に行ってもよい。補助ピン型１３は、隣接する一対のジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂのうちの一方と一体化されていても構わない。
【００５６】
図４に示す初期状態では、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに可動ピン型１２および補助ピン型１３の軸方向への移動を許容するために、個々に軸方向に連なるジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂと、基準ピン型１１、可動ピン型１２および補助ピン型１３との間に、隙間が確保されている。これらの各隙間の寸法は、仕上打ち用素材５における粗アーム部Ａｂの厚みと粗素材４における粗アーム部Ａａの厚みの差である。
【００５７】
次に、このような構成の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法について説明する。
図５および図６は、図４に示す本発明の第１実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、図５は成形初期の状態を、図６は成形完了時の状態をそれぞれ示す。
【００５８】
前記図４に示す下側のジャーナル型１０Ｂ、可動ピン型１２および補助ピン型１３に粗素材４を収容し、プレス機の圧下を開始する。すると、先ず、図５に示すように、上側のジャーナル型１０Ｕが、それぞれ、下側のジャーナル型１０Ｂに当接する。
【００５９】
これにより、粗素材４は、各粗ジャーナル部Ｊａがジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂによって上下から保持され、各粗ピン部Ｐａに基準ピン型１１および可動ピン型１２が宛がわれた状態になる。この状態のとき、粗素材４の各粗アーム部Ａａにおける粗ジャーナル部Ｊａ側の側面には、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂが接触し、各粗アーム部Ａａにおける粗ピン部Ｐａ側の側面には、基準ピン型１１および可動ピン型１２が接触している。また、この状態のとき、第１、第４粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ４ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂが第１楔２６の斜面に接触し、第２、第３粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ３ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂが第２楔２７の斜面に接触している。
【００６０】
この状態から、そのままプレス機の圧下を継続する。すると、第１、第４粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ４ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、各々の傾斜面１４Ｕ、１４Ｂが第１楔２６の斜面に沿って摺動し、この楔機構により、第２粗ピン部Ｐ２ａの基準ピン型１１に向けて軸方向に移動する。これと同時に、第２、第３粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ３ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂは、各々の傾斜面１５Ｕ、１５Ｂが第２楔２７の斜面に沿って摺動し、この楔機構により、第２粗ピン部Ｐ２ａの基準ピン型１１に向けて軸方向に移動する。このようにジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂが個々に楔機構により軸方向に移動するのに伴って、可動ピン型１２と補助ピン型１３も、基準ピン型１１に向けて軸方向に移動する。
【００６１】
これにより、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂと、基準ピン型１１、可動ピン型１２および補助ピン型１３との隙間が次第に狭まり、終にはそれらの各隙間がなくなる。その際、粗素材４は、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、基準ピン型１１および可動ピン型１２により、粗ジャーナル部Ｊａおよび粗ピン部Ｐａの軸方向の長さが維持されながら、粗アーム部Ａａが軸方向に挟圧され、粗アーム部Ａａの厚みが仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂの厚みまで減少させられる（図６参照）。
【００６２】
また、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに可動ピン型１２および補助ピン型１３の軸方向への移動に応じ、基準ピン型１１および可動ピン型１２それぞれの油圧シリンダ１６を駆動する。すると、各ピン型１１、１２は、個々に、粗素材４の粗ピン部Ｐａを軸方向と直角な方向に押圧する。これにより、粗素材４の粗ピン部Ｐａは、軸方向と直角な鉛直方向にずれるため、その偏芯量が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの偏芯量まで増加させられ、いずれの粗ピン部Ｐｂも正規の位置に配置された状態となる（図２、図６参照）。
【００６３】
このようにして、バリのない粗素材４から、アーム部Ａの厚みが薄い３気筒エンジン用鍛造クランク軸（最終鍛造製品）の形状と概ね一致した形状で、バリのない仕上打ち用素材５を成形することができる。そして、このようなバリなしの仕上打ち用素材５を仕上打ちに供して仕上打ちを行えば、多少のバリは発生するが、アーム部の輪郭形状およびピン部の配置角度を含めて３気筒エンジン用鍛造クランク軸の最終形状を造形することができる。したがって、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造することが可能になる。もっとも、粗素材の段階でアーム部にバランスウエイトに相当する部分を造形しておけば、バランスウエイトを有する鍛造クランク軸の製造も可能である。
【００６４】
前記図４、図５および図６に示す成形装置では、第１粗ジャーナル部Ｊ１ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂおよびこれと接触する第１楔２６の斜面と、第４粗ジャーナル部Ｊ４ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂおよびこれと接触する第１楔２６の斜面とは、傾斜角度が鉛直面を基準に正反対とされている。また、第２粗ジャーナル部Ｊ２ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂおよびこれと接触する第２楔２７の斜面と、第３粗ジャーナル部Ｊ３ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂおよびこれと接触する第２楔２７の斜面とは、傾斜角度が鉛直面を基準に正反対とされている。さらに、第１楔２６の斜面の角度（第１、第４粗ジャーナル部Ｊ１ａ、Ｊ４ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１４Ｕ、１４Ｂの角度）は、第２楔２７の斜面の角度（第２、第３粗ジャーナル部Ｊ２ａ、Ｊ３ａのジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの傾斜面１５Ｕ、１５Ｂの角度）よりも大きくされている。このように、各ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂを軸方向に移動させる楔機構の楔角度をジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂごとに異ならせている理由は、粗アーム部Ａａを軸方向に挟圧して厚みを減少させる変形速度をすべての粗アーム部Ａａで一定にするためである。
【００６５】
前記図４、図５および図６に示す成形装置で用いる粗素材４は、粗ジャーナル部Ｊａの断面積が、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂ、すなわち鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊの断面積と同じであるか、それよりも大きい。同様に、粗素材４の粗ピン部Ｐａの断面積は、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐの断面積と同じであるか、それよりも大きい。粗素材４の粗ジャーナル部Ｊａの断面積が仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂの断面積よりも大きく、粗素材４の粗ピン部Ｐａの断面積が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの断面積よりも大きい場合であっても、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂによる粗ジャーナル部Ｊａの挟み込み保持、およびこれに続くジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの軸方向への移動に伴い、粗ジャーナル部Ｊａの断面積を仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂの断面積まで減少させことができ、基準ピン型１１の軸方向と直角な方向への移動に加え、可動ピン型１２の軸方向への移動およびこれと直角な方向への移動に伴い、粗ピン部Ｐａの断面積を仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの断面積まで減少させることができる。
【００６６】
以上説明した仕上打ち用素材の成形で留意すべき点として、局部的な噛み出しの発生がある。以下に、噛み出しの発生原理とその対応策について説明する。
【００６７】
図７は、本発明の成形装置による仕上打ち用素材の成形で噛み出しが発生する状況を説明するための図であり、図８は、その対応策を施した場合の状況を説明するための図である。図７および図８中、（ａ）は成形初期の状態を、（ｂ）は成形途中の状態を、（ｃ）は成形完了時の状態を、（ｄ）は成形完了後に成形装置から取り出した仕上打ち用素材をそれぞれ示す。
【００６８】
図７（ａ）に示すように、成形が開始されると、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂが軸方向へ移動するとともに、可動ピン型１２および補助ピン型１３が軸方向およびこれ直角な方向へ移動する。その後、図７（ｂ）に示すように、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに可動ピン型１２および補助ピン型１３の軸方向への移動が完了する前に、すなわち、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂと、基準ピン型１１、可動ピン型１２および補助ピン型１３との隙間が閉ざされる前に、軸方向と直角な方向に押圧変形する粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達すると、この補助ピン型１３とジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂとの隙間に、粗ピン部Ｐａの肉が流入してしまう。この流入した肉は、成形の進行に伴って薄く延ばされていくものの、図７（ｃ）に示すように、成形完了時にも残存する。こうして、図７（ｄ）に示すように、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの外側には、隣接する粗アーム部Ａａとの境界に局所的な噛み出し部５ａが現れる。
【００６９】
噛み出し部５ａは、次工程の仕上打ちで製品に打ち込まれてかぶり疵となる。したがって、製品品質を確保する観点から、噛み出しの発生を防止する必要がある。
【００７０】
噛み出しの発生を防止する対応策としては、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂと、基準ピン型１１、可動ピン型１２および補助ピン型１３との隙間が閉ざされた後に、押圧変形する粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達するように、基準ピン型１１および可動ピン型１２の軸方向と直角な方向への移動を制御すればよい。具体的には、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに可動ピン型１２およびこの可動ピン型１２と対を成す補助ピン型１３の軸方向への移動が完了した後に、基準ピン型１１および可動ピン型１２の軸方向と直角な方向への移動を完了させればよい。例えば、基準ピン型１１および可動ピン型１２の軸方向と直角な方向への総移動距離を１００％としたとき、そのピン型１１、１２に隣接するジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂの軸方向への移動が完了した時点で、ピン型１１、１２の軸方向と直角な方向への移動距離が総移動距離の９０％以下（より好適には８３％以下、さらに好適には６０％以下）であり、この後にピン型１１、１２のその方向への移動が完了することが好ましい。
【００７１】
すなわち、図８（ａ）に示すように、成形を開始し、その後、図８（ｂ）に示すように、基準ピン型１１および可動ピン型１２の軸方向と直角な方向への移動距離が総移動距離の９０％に達するまでに、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに可動ピン型１２および補助ピン型１３の軸方向への移動を完了させる。そうすると、この時点では、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂと、基準ピン型１１、可動ピン型１２および補助ピン型１３との隙間が閉ざされているものの、押圧変形する粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達していない。そして、ピン型１１、１２の軸方向と直角な方向への移動に伴って粗ピン部Ｐａが補助ピン型１３に到達し、その移動が完了すると、図８（ｃ）に示すように、成形が完了する。このため、補助ピン型１３とジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂとの隙間に、粗ピン部Ｐａの肉が流入する事態は起こらない。こうして、図８（ｄ）に示すように、噛み出しのない高品位の仕上打ち用素材５を得ることができる。
【００７２】
ジャーナル型の軸方向への移動が完了するまでのピン型の軸方向と直角な方向への移動過程は、任意に変更することが可能である。例えば、ピン型の軸方向と直角な方向への移動は、ジャーナル型の軸方向への移動開始と同時に開始してもよいし、それよりも前に開始してもよく、逆にジャーナル型の軸方向への移動がある程度進行してから開始してもよい。また、ピン型の軸方向と直角な方向への移動は、開始後、一定量移動した位置で一旦停止させ、ジャーナル型の軸方向への移動が完了した後に再開してもよい。
【００７３】
２．第２実施形態
第２実施形態は、上記の第１実施形態の構成を基本とし、３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造過程に捩り成形工程を付加するとともに、これに関連する構成を変形したものである。
【００７４】
２−１．被成形対象の粗素材、成形された仕上打ち用素材、仕上打ち後の仕上材、および捩り成形後の捩り仕上材
図９は、本発明の第２実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、仕上打ち後の仕上材、および捩り成形後の捩り仕上材の各形状を模式的に示す図である。同図では、３気筒−６枚カウンターウエイトのクランク軸を製造する場合の状況を例示しており、前記図２と同様に、外観を示す平面図と、軸方向に沿って見たときのピン部の配置図を並べて表示している。なお、第１実施形態と重複する事項は適宜省略する。後述する第３、第４実施形態でも同様とする。
【００７５】
図９に示すように、第２実施形態の粗素材４は、３気筒−６枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸１の形状に依拠しつつも全体として粗いクランク軸形状であり、４つの粗ジャーナル部Ｊａ、３つの粗ピン部Ｐａ、粗フロント部Ｆｒａ、粗フランジ部Ｆｌａ、および６枚の粗アーム部Ａａから構成される。第２実施形態の仕上打ち用素材５は、上記の粗素材４から、詳細は後述する成形装置によって成形されるものであり、４つの粗ジャーナル部Ｊｂ、３つの粗ピン部Ｐｂ、粗フロント部Ｆｒｂ、粗フランジ部Ｆｌｂ、および６枚の粗アーム部Ａｂから構成される。第２実施形態の仕上材６は、上記の仕上打ち用素材５を仕上打ちして得られるものであり、４つのジャーナル部Ｊｃ、３つのピン部Ｐｃ、フロント部Ｆｒｃ、フランジ部Ｆｌｃ、および６枚のアーム部Ａｃから構成される。
【００７６】
第２実施形態の捩り仕上材７は、上記の仕上材６を捩り成形して得られるものであり、４つのジャーナル部Ｊ１ｄ〜Ｊ４ｄ、３つのピン部Ｐ１ｄ〜Ｐ３ｄ、フロント部Ｆｒｄ、フランジ部Ｆｌｄ、およびジャーナル部Ｊ１ｄ〜Ｊ４ｄとピン部Ｐ１ｄ〜Ｐ３ｄをそれぞれつなぐ６枚のクランクアーム部（以下、単に「アーム部」ともいう）Ａ１ｄ〜Ａ６ｄから構成される。以下、捩り仕上材７のジャーナル部Ｊ１ｄ〜Ｊ４ｄ、ピン部Ｐ１ｄ〜Ｐ３ｄ、およびアーム部Ａ１ｄ〜Ａ６ｄそれぞれを総称するとき、その符号は、ジャーナル部で「Ｊｄ」、ピン部で「Ｐｄ」、アーム部で「Ａｄ」と記す。
【００７７】
捩り仕上材７の形状は、ピン部Ｐｄの配置角度を含めクランク軸（最終鍛造製品）の形状と一致する。すなわち、捩り仕上材７のジャーナル部Ｊｄは、最終形状の鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊと軸方向の長さが同じである。捩り仕上材７のピン部Ｐｄは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐと軸方向の長さが同じである。さらに、捩り仕上材７のピン部Ｐｄは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐに対し、軸方向と直角な方向の偏芯量が同じで、配置角度も同じ１２０°であり、正規の位置に配置されている。捩り仕上材７のアーム部Ａｄは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａと軸方向の厚みが同じである。
【００７８】
仕上材６の形状は、ピン部Ｐｃの配置角度を除きクランク軸（最終鍛造製品）の形状と一致する。すなわち、仕上材６のジャーナル部Ｊｃは、最終形状の鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊと軸方向の長さが同じである。仕上材６のピン部Ｐｃは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐと軸方向の長さが同じであり、軸方向と直角な方向の偏芯量も同じである。ただし、仕上材６のピン部Ｐｃの配置角度は、正規の位置から外れている。具体的には、仕上材６のピン部Ｐｃのうち、両端の第１、第３ピン部Ｐ１ｃ、Ｐ３ｃは、軸方向と直角な方向で同じ方向に偏芯し、中央の第２ピン部Ｐ２ｃは、第１、第３ピン部Ｐ１ｃ、Ｐ３ｃの偏芯方向とは反対方向に偏芯している。仕上材６のアーム部Ａｃは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａと軸方向の厚みが同じである。
【００７９】
仕上打ち用素材５の形状は、仕上材６の形状と概ね一致する。すなわち、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂは、最終形状の鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊ（仕上材６のジャーナル部Ｊｃ）と軸方向の長さが同じである。仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐ（仕上材６のピン部Ｐｃ）に対し、軸方向の長さが同じであり、軸方向と直角な方向の偏芯量も同じであるが、その配置角度は仕上材６と同様に正規の位置から外れている。仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａ（仕上材６のアーム部Ａｃ）と軸方向の厚みが同じである。
【００８０】
これに対し、粗素材４の粗ジャーナル部Ｊａは、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂ、すなわち鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊ（仕上材６のジャーナル部Ｊｃ）と軸方向の長さが同じである。粗素材４の粗ピン部Ｐａは、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐ（仕上材６のピン部Ｐｃ）と軸方向の長さが同じであるが、偏芯量が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂよりも小さい。具体的には、粗素材４の粗ピン部Ｐａのうち、両端の第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａの偏芯量は、同じ方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の１／２程度とされている。一方、中央の第２粗ピン部Ｐ２ａの偏芯量は、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａの偏芯方向と反対方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の１／２程度とされている。粗素材４の粗アーム部Ａａは、仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂ、すなわち鍛造クランク軸のアーム部Ａ（仕上材６のアーム部Ａｃ）よりも軸方向の厚みが厚い。
【００８１】
２−２．３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程
図１０は、本発明の第２実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。同図に示すように、第２実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形、第２予備成形、仕上打ち、捩り成形の各工程を含み、必要に応じて、捩り成形前のバリ抜き、捩り成形後の整形の各工程を含む。
【００８２】
第１予備成形工程は、上記の粗素材４を造形する工程である。第２予備成形工程は、下記の図１１に示す成形装置を用いることにより、上記の粗素材４から、ピン部の配置角度を除き鍛造クランク軸の最終形状が造形された上記の仕上げ打ち用素材５を成形する工程である。仕上打ち工程は、上記の仕上打ち用素材５が供され、ピン部の配置角度を除き鍛造クランク軸の最終形状が造形された上記の仕上材６を得る工程である。
【００８３】
捩り成形工程は、上記の捩り仕上材７を得る工程である。捩り成形工程では、上記の仕上材６のジャーナル部およびピン部を保持した状態でジャーナル部に軸心を中心にして捩ることにより、ピン部の配置角度を鍛造クランク軸のピン部の配置角度に調整し、ピン部の配置角度を含め鍛造クランク軸の最終形状が造形された、クランク軸と合致する形状の捩り仕上材７を得ることができる。
【００８４】
２−３．仕上打ち用素材の成形装置
図１１は、本発明の第２実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。同図には、３気筒−６枚カウンターウエイトのクランク軸を製造する場合の成形装置、すなわち前記図９に示す粗素材４から仕上打ち用素材５を成形する成形装置を例示している。同図に示す縦断面には、実際に全ての粗ピン部の部分が同一面上で含まれている。
【００８５】
図１１に示す第２実施形態の成形装置では、粗素材４を、粗ピン部Ｐａの偏芯方向を鉛直方向に合わせ、例えば、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａを上に配置し、第２粗ピン部Ｐ２ａを下に配置した姿勢で金型内に収容し、仕上打ち用素材５に成形する。この点以外の構成は、前記図４に示す第１実施形態の成形装置と共通するので、詳しい説明は省略する。
【００８６】
図１２および図１３は、図１１に示す本発明の第２実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、図１２は成形初期の状態を、図１３は成形完了時の状態をそれぞれ示す。
【００８７】
同図に示すように、下側のジャーナル型１０Ｂ、可動ピン型１２および補助ピン型１３に粗素材４を収容し、プレス機の圧下を行うと、各粗ジャーナル部Ｊａを保持したジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂが、第２粗ピン部Ｐ２ａに宛がわれた基準ピン型１１に向けて軸方向に移動し、これに伴って、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａに宛がわれた可動ピン型１２と補助ピン型１３も、基準ピン型１１に向けて軸方向に移動する。これにより、粗素材４は、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに基準ピン型１１および可動ピン型１２により、粗ジャーナル部Ｊａおよび粗ピン部Ｐａの軸方向の長さが維持されながら、粗アーム部Ａａが軸方向に挟圧され、粗アーム部Ａａの厚みが仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂの厚みまで減少させられる（図１３参照）。
【００８８】
また、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに可動ピン型１２および補助ピン型１３の軸方向への移動に応じ、基準ピン型１１および可動ピン型１２は、それぞれの油圧シリンダ１６の駆動に伴い、個々に、粗素材４の粗ピン部Ｐａを軸方向と直角な方向に押圧する。これにより、粗素材４の粗ピン部Ｐａは、軸方向と直角な方向にずれるため、その配置角度が正規の位置から外れていながらも、その偏芯量が仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂの偏芯量まで増加させられた状態となる（図９、図１３参照）。
【００８９】
このようにして、バリのない粗素材４から、ピン部Ｐの配置角度を除いて、アーム部Ａの厚みが薄い３気筒エンジン用鍛造クランク軸（最終鍛造製品）の形状と概ね一致した形状で、バリのない仕上打ち用素材５を成形することができる。次いで、このようなバリなしの仕上打ち用素材５を仕上打ちに供して仕上打ちを行えば、多少のバリは発生するが、ピン部の配置角度を除き、アーム部の輪郭形状を含めて３気筒エンジン用鍛造クランク軸の最終形状の仕上材６を造形することができる。そして、この仕上材６に捩り成形を施せば、ピン部の配置角度も含めて３気筒エンジン用鍛造クランク軸の最終形状を造形することができる。したがって、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造することが可能になる。
【００９０】
３．第３実施形態
第３実施形態は、上記の第１、第２実施形態の構成を基本とし、３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造過程に捩り成形工程を付加することなく、仕上打ち工程でクランク軸の最終形状を意図的に造形すべく、これに関連する構成を変形したものである。
【００９１】
３−１．被成形対象の粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材
図１４は、本発明の第３実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材の各形状を模式的に示す図である。同図では、３気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸を製造する場合の状況を例示している。
【００９２】
図１４に示すように、第３実施形態の粗素材４は、３気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸１の形状に依拠しつつも全体として粗いクランク軸形状であり、４つの粗ジャーナル部Ｊａ、３つの粗ピン部Ｐａ、粗フロント部Ｆｒａ、粗フランジ部Ｆｌａ、および６枚の粗アーム部Ａａから構成される。第３実施形態の仕上打ち用素材５は、上記の粗素材４から、詳細は後述する成形装置によって成形されるものであり、４つの粗ジャーナル部Ｊｂ、３つの粗ピン部Ｐｂ、粗フロント部Ｆｒｂ、粗フランジ部Ｆｌｂ、および６枚の粗アーム部Ａｂから構成される。第３実施形態の仕上材６は、上記の仕上打ち用素材５を仕上打ちして得られるものであり、４つのジャーナル部Ｊｃ、３つのピン部Ｐｃ、フロント部Ｆｒｃ、フランジ部Ｆｌｃ、および６枚のアーム部Ａｃから構成される。
【００９３】
仕上材６の形状は、ピン部Ｐｃの配置角度を含めクランク軸（最終鍛造製品）の形状と一致する。すなわち、仕上材６のジャーナル部Ｊｃは、最終形状の鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊと軸方向の長さが同じである。仕上材６のピン部Ｐｃは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐと軸方向の長さが同じである。さらに、仕上材６のピン部Ｐｃは、最終形状の鍛造クランク軸のピン部Ｐに対し、軸方向と直角な方向の偏芯量が同じで、配置角度も同じ１２０°であり、正規の位置に配置されている。仕上材６のアーム部Ａｃは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａと軸方向の厚みが同じである。
【００９４】
これに対し、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂは、仕上材６のジャーナル部Ｊｃ、すなわち鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊと軸方向の長さが同じである。仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂは、仕上材６のピン部Ｐｃ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐと軸方向の長さが同じであるが、偏芯量も配置角度も正規の位置から外れている。具体的には、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂのうち、両端の第１、第３粗ピン部Ｐ１ｂ、Ｐ３ｂの偏芯量は、互いに反対方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の√３／２と同じにされている。一方、中央の第２粗ピン部Ｐ２ｂは偏芯されることなく、偏芯量がゼロにされている。仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂは、最終形状の鍛造クランク軸のアーム部Ａ（仕上材６のアーム部Ａｃ）と軸方向の厚みが同じである。
【００９５】
また、粗素材４の粗ジャーナル部Ｊａは、仕上打ち用素材５の粗ジャーナル部Ｊｂ、すなわち鍛造クランク軸のジャーナル部Ｊ（仕上材６のジャーナル部Ｊｃ）と軸方向の長さが同じである。粗素材４の粗ピン部Ｐａは、仕上打ち用素材５の粗ピン部Ｐｂ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐ（仕上材６のピン部Ｐｃ）と軸方向の長さが同じである。ただし、粗素材４の粗ピン部Ｐａのうち、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａの偏芯量は、仕上打ち用素材５のそれよりも小さくされ、互いに反対方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の√３／２よりも小さくされている。一方、第２粗ピン部Ｐ２ａの偏芯量は、仕上打ち用素材５のそれと同様に、ゼロにされている。粗素材４の粗アーム部Ａａは、仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂ、すなわち鍛造クランク軸のアーム部Ａ（仕上材６のアーム部Ａｃ）よりも軸方向の厚みが厚い。
【００９６】
３−２．３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程
図１５は、本発明の第３実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。同図に示すように、第３実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形、第２予備成形、仕上打ちの各工程を含み、必要に応じて、バリ抜き、整形の各工程を含む。
【００９７】
第１予備成形工程は、上記の粗素材４を造形する工程である。第２予備成形工程は、下記の図１６に示す成形装置を用いることにより、上記の粗素材４から、全てのピン部の偏芯量および配置角度を除き鍛造クランク軸の最終形状が造形された上記の仕上げ打ち用素材５を成形する工程である。
【００９８】
仕上打ち工程は、上記の仕上材６を得る工程である。仕上打ち工程では、上記の仕上打ち用素材５が供され、その第１、第３粗ピン部を水平に配置した姿勢の状態で、上下に一対の金型を用いてプレス鍛造することにより、全ての粗ピン部を軸方向と直角な鉛直方向に押圧する。これにより、ピン部の配置角度を含め鍛造クランク軸の最終形状が造形された、クランク軸と合致する形状の仕上材６を得ることができる。
【００９９】
３−３．仕上打ち用素材の成形装置
図１６は、本発明の第３実施形態における成形装置の構成を示す縦断面図である。同図には、前記図１４に示す粗素材４から仕上打ち用素材５を成形する成形装置を例示している。同図に示す縦断面には、実際に全ての粗ピン部の部分が同一面上で含まれている。
【０１００】
図１６に示す第３実施形態の成形装置は、前記図４に示す第１実施形態の成形装置および前記図１１に示す第２実施形態の成形装置と比較し、大きくは、次の点で相違する。第３実施形態の成形装置は、粗素材４を、互いに反対方向に偏芯している第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａを鉛直方向に沿って配置した姿勢で金型内に収容し、仕上打ち用素材５に成形するものである。この成形装置では、第２粗ピン部Ｐ２ａの位置に配置された基準ピン型１１は、軸方向への移動のみならず、軸方向とは直角な方向への移動も拘束されている。このため、第３実施形態の基準ピン型１１は、第１、第２実施形態のような油圧シリンダが連結されておらず、上側金型支持台２３および下側金型支持台２２のうちの一方に直に取り付けられている。その他方には、この基準ピン型１１と対を成す補助ピン型１３が直に取り付けられている。図１６では、基準ピン型１１が上側金型支持台２３に取り付けられ、補助ピン型１３が下側金型支持台２２に取り付けられた態様を示している。
【０１０１】
また、第３実施形態の成形装置では、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａそれぞれの位置に配置された可動ピン型１２と補助ピン型１３は、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａが鉛直方向で互いに反対方向に偏芯していることから、第１粗ピン部Ｐ１ａの位置と第３粗ピン部Ｐ３ａの位置で上下の配置が入れ替わっている。図１６では、第１粗ピン部Ｐ１ａの位置の補助ピン型１３、および第３粗ピン部Ｐ３ａの位置の可動ピン型１２が上側に配置され、第１粗ピン部Ｐ１ａの位置の可動ピン型１２、および第３粗ピン部Ｐ３ａの位置の補助ピン型１３が下側に配置された態様を示している。
【０１０２】
図１７および図１８は、図１６に示す本発明の第３実施形態の成形装置による仕上打ち用素材の成形方法を説明するための縦断面図であり、図１７は成形初期の状態を、図１８は成形完了時の状態をそれぞれ示す。
【０１０３】
図１７に示すように、下側のジャーナル型１０Ｂ、可動ピン型１２および補助ピン型１３に粗素材４を収容し、プレス機の圧下を行うと、先ず、粗素材４は、各粗ジャーナル部Ｊａがジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂによって上下から挟み込まれて保持されると同時に、第２粗ピン部Ｐ２ａが基準ピン型１１および補助ピン型１３によって上下から挟み込まれて保持され、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａに可動ピン型１２が宛がわれた状態になる。この状態から、そのままプレス機の圧下を継続すると、各粗ジャーナル部Ｊａを保持したジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂが、第２粗ピン部Ｐ２ａを保持した基準ピン型１１に向けて軸方向に移動し、これに伴って、第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａに宛がわれた可動ピン型１２と補助ピン型１３も、基準ピン型１１に向けて軸方向に移動する。これにより、粗素材４は、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに基準ピン型１１および可動ピン型１２により、粗ジャーナル部Ｊａおよび粗ピン部Ｐａの軸方向の長さが維持されながら、粗アーム部Ａａが軸方向に挟圧され、粗アーム部Ａａの厚みが仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂの厚みまで減少させられる（図１８参照）。
【０１０４】
また、ジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、並びに可動ピン型１２および補助ピン型１３の軸方向への移動に応じ、可動ピン型１２は、それぞれの油圧シリンダ１６の駆動に伴い、個々に、粗素材４の第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａを軸方向と直角な鉛直方向に押圧する。これにより、粗素材４の第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａは、軸方向と直角な鉛直方向にずれるため、互いに反対方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の√３／２と同じ偏芯量まで増加させられた状態となる（図１４、図１８参照）。一方、粗素材４の第２粗ピン部Ｐ２ｂは、成形の前後で、その軸方向とは直角な方向の位置が変わらずに維持され、偏芯量がゼロのままの状態となる。
【０１０５】
このようにして、バリのない粗素材４から、全てのピン部Ｐの偏芯量および配置角度を除いて、アーム部Ａの厚みが薄い３気筒エンジン用鍛造クランク軸（最終鍛造製品）の形状と概ね一致した形状で、バリのない仕上打ち用素材５を成形することができる。そして、このようなバリなしの仕上打ち用素材５を仕上打ちに供し、その第１、第３粗ピン部を水平に配置した姿勢の状態で仕上打ちを行う。このとき、仕上打ち用素材５の全ての粗ピン部を軸方向と直角な鉛直方向に押圧して、正規の位置まで変位させるようにすれば、多少のバリは発生するが、アーム部の輪郭形状、ピン部の偏芯量および配置角度を含めて３気筒エンジン用鍛造クランク軸の最終形状を造形することができる。したがって、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を歩留り良く、しかも、その形状を問わずに高い寸法精度で製造することが可能になる。
【０１０６】
４．第４実施形態
第４実施形態は、上記の第３実施形態の構成を変形したものである。
【０１０７】
４−１．被成形対象の粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材
図１９は、本発明の第４実施形態の製造方法において、成形装置で被成形対象とする粗素材、成形された仕上打ち用素材、および仕上打ち後の仕上材の各形状を模式的に示す図である。
【０１０８】
図１９に示すように、第４実施形態の仕上材６は、前記図１４に示す第３実施形態の仕上材６と同じ形状である。
【０１０９】
これに対し、第４実施形態の仕上打ち用素材５は、前記図１４に示す第３実施形態の仕上打ち用素材５と比較し、次の点が異なる。図１９に示すように、第４実施形態の仕上打ち用素材５における中央の第２粗ピン部Ｐ２ｂは、両端の第１、第３粗ピン部Ｐ１ｂ、Ｐ３ｂの偏芯方向と直交する方向に偏芯し、その偏芯量が仕上材６のピン部Ｐｃ、すなわち鍛造クランク軸のピン部Ｐと同じにされている。
【０１１０】
また、第４実施形態の粗素材４は、前記図１４に示す第３実施形態の粗素材４と比較し、次の点が異なる。図１９に示すように、第４実施形態の粗素材４における中央の第２粗ピン部Ｐ２ｂは、両端の第１、第３粗ピン部Ｐ１ｂ、Ｐ３ｂの偏芯方向と直交する方向に偏芯し、その偏芯量が、仕上打ち用素材５のそれと同様に、鍛造クランク軸のピン部Ｐ（仕上材６のピン部Ｐｃ）と同じにされている。
【０１１１】
４−２．３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程
図２０は、本発明の第４実施形態における３気筒エンジン用鍛造クランク軸の製造工程を示す模式図である。同図に示すように、第４実施形態の鍛造クランク軸の製造方法は、前記図１５に示す第３実施形態と同様に、第１予備成形、第２予備成形、仕上打ちの各工程を含み、必要に応じて、バリ抜き、整形の各工程を含む。
【０１１２】
第１予備成形工程は、上記の粗素材４を造形する工程である。
【０１１３】
第２予備成形工程は、上記の仕上げ打ち用素材５を成形する工程である。第２予備成形工程では、前記図１６、図１７および図１８に示す第３実施形態の成形装置と同様のものを用いる。なお、第４実施形態では、前記図１６に示す縦断面の中で、第２粗ピン部の部分は、実際には、紙面の手前または奥に位置している。
【０１１４】
第４実施形態の第２予備成形工程では、前記図１６、図１７および図１８に示す第３実施形態と同様に、下側のジャーナル型１０Ｂ、可動ピン型１２および補助ピン型１３に粗素材４を収容し、プレス機の圧下を行う。これにより、粗素材４は、各粗ジャーナル部Ｊａを保持したジャーナル型１０Ｕ、１０Ｂ、および第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａに宛がわれた可動ピン型１２と補助ピン型１３が、第２粗ピン部Ｐ２ａを保持した基準ピン型１１に向けて軸方向に移動するのに伴って、粗ジャーナル部Ｊａおよび粗ピン部Ｐａの軸方向の長さが維持されながら、粗アーム部Ａａが軸方向に挟圧され、粗アーム部Ａａの厚みが仕上打ち用素材５の粗アーム部Ａｂの厚みまで減少させられる。
【０１１５】
また、可動ピン型１２が第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａを軸方向と直角な鉛直方向に押圧することにより、粗素材４の第１、第３粗ピン部Ｐ１ａ、Ｐ３ａは、互いに反対方向で鍛造クランク軸のピン部Ｐの偏芯量の√３／２と同じ偏芯量まで増加させられた状態となり、その一方で、粗素材４の第２粗ピン部Ｐ２ｂは、成形の前後で、その軸方向とは直角な方向の位置が変わらずに維持され、その偏芯量が鍛造クランク軸のピン部の偏芯量と同じままの状態となる。
【０１１６】
このようにして、バリのない粗素材４から、第１、第３ピン部Ｐ１、Ｐ３の偏芯量および配置角度を除いて、アーム部Ａの厚みが薄い３気筒エンジン用鍛造クランク軸（最終鍛造製品）の形状と概ね一致した形状が造形された、バリのない上記の仕上打ち用素材５を成形することができる。
【０１１７】
仕上打ち工程は、上記の仕上材６を得る工程である。仕上打ち工程では、上記の仕上打ち用素材５が供され、その第１、第３粗ピン部を水平に配置した姿勢の状態で仕上打ちを行う。このとき、仕上打ち用素材５の第１、第３粗ピン部Ｐ１ｂ、Ｐ３ｂを軸方向と直角な鉛直方向に押圧して、正規の位置まで変位させるようにすれば、多少のバリは発生するが、アーム部の輪郭形状、ピン部の偏芯量および配置角度を含めて３気筒エンジン用鍛造クランク軸の最終形状が造形された、クランク軸と合致する形状の仕上材６を得ることができる。
【０１１８】
その他本発明は上記の各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。例えば、ジャーナル型を軸方向へ移動させる機構としては、上記の実施形態ではプレス機を利用した楔機構を採用しているが、これに限らず、リンク機構を採用してもよいし、プレス機の利用に代えて油圧シリンダやサーボモータを利用しても構わない。また、ピン型を軸方向と直角な方向へ移動させる機構としては、油圧シリンダに限らず、サーボモータであってもよい。
【０１１９】
また、上記の各実施形態では、上側金型支持台を上側ハードプレートに固定するとともに、下側金型支持台を下側ハードプレートで弾性的に支持し、当該下側ハードプレートに楔を設置して、この楔で上下のジャーナル型を移動させるようにした構成であるが、これとは上下を反転させた構成でも構わない。上下の各金型支持台をそれぞれのハードプレートで弾性的に支持し、ハードプレートにそれぞれ楔を設置して、各楔で上下の各ジャーナル型を移動させるように構成することもできる。
【０１２０】
また、上記の各実施形態では、補助ピン型は、軸方向にのみ移動が許容されているが、これに加えて、対を成すピン型に向く方向にも移動が許容される構成とし、これにより、ピン型と補助ピン型が各粗ピン部Ｐａを個々に上下から挟み込んで保持しながら、互いに連動して軸方向と直角な方向に移動するようにしてもよい。
【０１２１】
また、上記の各実施形態では、ピン型を軸方向と直角な鉛直方向に移動させて粗ピン部Ｐａを鉛直方向に押圧する構成であるが、粗ピン部Ｐａを水平方向に押圧するようにピン型およびジャーナル型の配置を変形することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、３気筒エンジン用の鍛造クランク軸を製造する際に有用である。
【符号の説明】
【０１２３】
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、
２：ビレット、
４：粗素材、    Ｊａ、Ｊ１ａ〜Ｊ５ａ：粗素材の粗ジャーナル部、
Ｐａ、Ｐ１ａ〜Ｐ４ａ：粗素材の粗ピン部、
Ｆｒａ：粗素材の粗フロント部、    Ｆｌａ：粗素材の粗フランジ部、
Ａａ、Ａ１ａ〜Ａ８ａ：粗素材の粗クランクアーム部、
５：仕上打ち用素材、
Ｊｂ、Ｊ１ｂ〜Ｊ５ｂ：仕上打ち用素材の粗ジャーナル部、
Ｐｂ、Ｐ１ｂ〜Ｐ４ｂ：仕上打ち用素材の粗ピン部、
Ｆｒｂ：仕上打ち用素材の粗フロント部、
Ｆｌｂ：仕上打ち用素材の粗フランジ部、
Ａｂ、Ａ１ｂ〜Ａ８ｂ：仕上打ち用素材の粗クランクアーム部、
５ａ：噛み出し部、
６：仕上材、    Ｊｃ、Ｊ１ｃ〜Ｊ５ｃ：仕上材のジャーナル部、
Ｐｃ、Ｐ１ｃ〜Ｐ４ｃ：仕上材のピン部、
Ｆｒｃ：仕上材のフロント部、    Ｆｌｃ：仕上材のフランジ部、
Ａｃ、Ａ１ｃ〜Ａ８ｃ：仕上材のクランクアーム部、
７：捩り仕上材、    Ｊｄ、Ｊ１ｄ〜Ｊ５ｄ：捩り仕上材のジャーナル部、
Ｐｄ、Ｐ１ｄ〜Ｐ４ｄ：捩り仕上材のピン部、
Ｆｒｄ：捩り仕上材のフロント部、    Ｆｌｄ：捩り仕上材のフランジ部、
Ａｄ、Ａ１ｄ〜Ａ８ｄ：捩り仕上材のクランクアーム部、
１０Ｕ、１０Ｂ：ジャーナル型、
１１：基準ピン型、    １１ａ：彫り込み部、
１２：可動ピン型、    １２ａ：彫り込み部、
１３：補助ピン型、    １３ａ：彫り込み部、
１０Ｕａ、１０Ｂａ：ジャーナル型の第１彫り込み部、
１０Ｕｂ、１０Ｂｂ：ジャーナル型の第２彫り込み部、
１４Ｕ、１４Ｂ：第１、４粗ジャーナル部のジャーナル型の傾斜面、
１５Ｕ、１５Ｂ：第２、３粗ジャーナル部のジャーナル型の傾斜面、
１６：油圧シリンダ、
２０：下側ハードプレート、    ２１：上側ハードプレート、
２２：下側金型支持台、    ２３：上側金型支持台、
２４：弾性部材、    ２５：支柱、
２６：第１楔、    ２７：第２楔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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