(57)【要約】【課題】曲がり直し工程を行う時にクランクシャフトに亀裂が発生するのを防止することにより、強度の高いクランクシャフトの製造を可能にするクランクシャフトの製造方法を提供する。【解決手段】クランクジャーナル２とクランクピン３とがクランクアーム４によって互いに接続されてなるクランクシャフト１の製造方法であって、クランクシャフト１を軟窒化処理することにより、クランクシャフト１の表面に化合物層６を形成する工程と、クランクジャーナル２とクランクアーム４との第一接合隅部１１及びクランクピン３とクランクアーム４との第二接合隅部１２において、化合物層６を除去する工程と、軟窒化処理によってクランクシャフト１に生じた曲がりを矯正する工程と、を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクジャーナルとクランクピンとがクランクアームによって互いに接続されてなるクランクシャフトの製造方法であって、
前記クランクシャフトを軟窒化処理することにより、前記クランクシャフトの表面に化合物層を形成する工程と、
前記クランクジャーナルと前記クランクアームとの第一接合隅部及び前記クランクピンと前記クランクアームとの第二接合隅部において、前記化合物層を除去する工程と、
前記軟窒化処理によって前記クランクシャフトに生じた曲がりを矯正する工程と、
を含むことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記クランクシャフトが鋼材からなり、前記化合物層がε相であることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記化合物層を除去する工程が、前記第一接合隅部及び前記第二接合隅部の表面を研削または研磨することにより行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクシャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクジャーナルとクランクピンとがクランクアームによって互いに接続されてなるクランクシャフトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンを構成する部品であるクランクシャフトの製造に際しては、クランクシャフトに対していわゆる軟窒化処理が行われる。この軟窒化処理は、クランクシャフトを形成する金属材料に対して窒素と酸素を同時に拡散させることにより、金属材料の耐摩耗性及び疲労強度を向上させる処理である。
【０００３】
しかし、クランクシャフトに対してこの軟窒化処理を行うと、クランクシャフトに長手方向に沿った曲がりが発生する場合がある。この場合、このようなクランクシャフトの曲がりを矯正する、いわゆる曲がり直し工程が軟窒化処理の後に行われる。
【０００４】
ところで、内燃機関の動弁系部品の一つであるバルブリフタの製造方法において、その耐摩耗性を向上させる手段としてバルブリフタに窒化処理を行うことが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この場合、窒化によってバルブリフタの最外表面部に形成される化合物層（白色層と呼ばれる）は、高い硬度を有する一方で非常に脆い性質を有している。従って、バルブリフタは、白色層が研削または研磨により除去され、窒化拡散層のみを残した状態で用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／０８１２５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来のクランクシャフトの製造方法では、曲がり直し工程においてクランクシャフトに亀裂が発生する場合があるという問題があった。より詳細には、クランクシャフトに対して軟窒化処理を行うと、高い硬度を有する化合物層が金属材料の表面に形成されることにより、金属材料の耐摩耗性が向上する。しかし、この化合物層は脆い性質を有しているため、曲がり直し工程を行う時にクランクシャフト上で応力が集中する箇所において、化合物層に亀裂が発生する。
【０００７】
具体的には、クランクジャーナルとクランクピンとがクランクアームによって互いに接続されてなるクランクシャフトにおいて、クランクジャーナルとクランクアームとの接合隅部や、クランクピンとクランクアームとの接合隅部において亀裂が発生する。
【０００８】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、曲がり直し工程を行う時にクランクシャフトに亀裂が発生するのを防止することにより、強度の高いクランクシャフトの製造を可能にするクランクシャフト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】
【０００９】
本発明の一の態様によれば、
クランクジャーナルとクランクピンとがクランクアームによって互いに接続されてなるクランクシャフトの製造方法であって、
前記クランクシャフトを軟窒化処理することにより、前記クランクシャフトの表面に化合物層を形成する工程と、
前記クランクジャーナルと前記クランクアームとの第一接合隅部及び前記クランクピンと前記クランクアームとの第二接合隅部において、前記化合物層を除去する工程と、
前記軟窒化処理によって前記クランクシャフトに生じた曲がりを矯正する工程と、
を含むことを特徴とするクランクシャフトの製造方法が提供される。
【００１０】
なお、本発明の一の態様に係るクランクシャフトの製造方法は、
前記クランクシャフトが鋼材からなり、前記化合物層がε相であってもよい。
【００１１】
なお、本発明における「鋼材」とは、炭素鋼や種々の合金鋼を含んだ鉄の合金を広く意味している。
【００１２】
また、本発明の一の態様に係るクランクシャフトの製造方法は、
前記化合物層を除去する工程が、前記第一接合隅部及び前記第二接合隅部の表面を研削または研磨することにより行われてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一の態様に係るクランクシャフトの製造方法によれば、曲がり直し工程を行う時にクランクシャフトに亀裂が発生するのを防止することにより、高い強度を有するクランクシャフトの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るクランクシャフトの製造方法によって製造されるクランクシャフトを示す概略平面図。
【図２】本発明の実施形態に係るクランクシャフトの製造方法について、工程の流れを示すフロー図。
【図３】軟窒化処理を説明するための図であって、クランクシャフトの一部を拡大した部分拡大断面図。
【図４】化合物層の除去を説明するための図であって、クランクシャフトの一部を拡大した部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
（クランクシャフトの構成）
まず、本発明の実施形態に係るクランクシャフトの製造方法によって製造されるクランクシャフトの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るクランクシャフト１を示す概略平面図である。クランクシャフト１は、複数のクランクジャーナル２と、複数のクランクピン３と、隣接するクランクジャーナル２とクランクピン３の間に介在して設けられた複数のクランクアーム４と、を備えている。
【００１７】
クランクジャーナル２は、自動車のエンジンを構成するシリンダブロック（不図示）によって回転可能に支持される。このクランクジャーナル２は、図１に示すように、鋼材からなる略円柱形状のジャーナル本体部２１と、このジャーナル本体部２１の周面に開口して設けられた第一オイル穴２２と、を有している。このように構成されるクランクジャーナル２によれば、図に詳細は示さないが、クランクシャフト１の内部を流通する潤滑油が第一オイル穴２２から外部へ放出されることにより、ジャーナル本体部２１の周面とシリンダブロックとの間の摩擦力が低減されると共に、クランクシャフト１の内部で発生した熱が外部へ放出される。
【００１８】
クランクピン３は、エンジンの構成部品である不図示のコネクティングロッド（「コンロッド」とも呼ばれる）を回転可能に支持する役割を果たす。このクランクピン３は、図１に示すように、鋼材からなる略円柱形状のピン本体部３１と、このピン本体部３１の周面に開口して設けられた第二オイル穴３２と、を有している。このように構成されるクランクピン３によれば、図に詳細は示さないが、クランクシャフト１の内部を流通する潤滑油が第二オイル穴３２から外部へ放出されることにより、ピン本体部３１とコネクティングロッドとの間の摩擦力が低減されると共に、クランクシャフト１の内部で発生した熱が外部へ放出される。
【００１９】
クランクアーム４は、隣接するクランクジャーナル２とクランクピン３とを互いに接続する役割を果たす。このクランクアーム４は、鋼材からなる板状の部材であって、図１に示すように、その一方の面がクランクジャーナル２の端面に接続されると共に、その他方の面がクランクピン３の端面に接続されている。なお、図に詳細は示さないが、クランクアーム４の内部を斜めに横切るようにして、第一オイル穴２２と第二オイル穴３２とを連通するオイル流通路が形成されている。
【００２０】
（クランクシャフトの製造方法）
次に、本発明の実施形態に係るクランクシャフト１の製造方法について説明する。図２は、クランクシャフト１の製造方法について工程の流れを示すフロー図である。クランクシャフト１の製造に際しては、まずクランクシャフト１を鍛造する（Ｓ１）。すなわち、図に詳細は示さないが、クランクシャフト１を形成する鋼材、具体的には棒状の炭素鋼（例えば、Ｓ５０Ｃ）をハンマー等で叩くことにより、鋼材をクランクシャフト１の概略形状に成形する。この時、圧力を加えられた鋼材は、内部の空隙が潰れ、結晶が微細化し、結晶の方向が整うことにより、その強度が高まる。
【００２１】
次に、図２に示すように、クランクシャフト１を熱処理する（Ｓ２）。すなわち、図に詳細は示さないが、クランクシャフト１を所定の高温状態まで加熱した後に急冷する、いわゆる焼き入れを行うことにより、鋼材の耐摩耗性や引張り強度や疲労強度を向上させる。また、焼き入れを行った後のクランクシャフト１を適切な温度まで加熱してその温度で保持する、いわゆる焼き戻しを行うことにより、焼き入れによって不安定化した鋼材の組織を安定化させる。なお、熱処理としては、焼き入れと焼き戻し以外に、例えば焼きなましや焼きならし等を行ってもよい。
【００２２】
次に、図２に示すように、クランクシャフト１を機械加工する（Ｓ３）。すなわち、図に詳細は示さないが、工作機械を使用することにより、鍛造で概略形状が成形されたクランクシャフト１について、細部の形状を成形する。
【００２３】
次に、図２に示すように、クランクシャフト１を軟窒化処理する（Ｓ４）。すなわち、図に詳細は示さないが、機械加工が完了したクランクシャフト１を、アンモニアガス（ＮＨ3）と水素ガス（Ｈ2）と二酸化炭素ガス（ＣＯ2）とで満たされた炉内に投入する。そして、アンモニアガスと水素ガスの分圧によって定まる窒化ポテンシャル（Ｋｎ）を適宜制御する。これにより、クランクシャフト１を形成する鋼材の内部に、窒素及び炭素がそれぞれ拡散する。更に、図３に示すように、鋼材５の表面には白色の化合物層６（窒素化合物であるＦｅ2ＮやＦｅ3Ｎからなる、いわゆる「ε相」）が形成される。この化合物層６は、鋼材５と比較して極めて高い硬度を有しているため、クランクシャフト１はその表面の耐摩耗性が大幅に向上する。
【００２４】
次に、図２に示すように、軟窒化処理が行われたクランクシャフト１に曲がりが生じているか否かを検査する（Ｓ５）。その結果、クランクシャフト１に曲がりが生じていない場合（Ｓ５：Ｎｏ）、クランクシャフト１が完成したと判断して製造を終了する。
【００２５】
一方、検査の結果、クランクシャフト１に曲がりが生じている場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、化合物層６の除去を行う（Ｓ６）。すなわち、不図示の研削機や研磨機を使用して、クランクシャフト１の表面の一部を研削または研磨することにより、クランクシャフト１の表面に形成された化合物層６を除去する。ここで、図４は、化合物層６の除去を説明するための図であって、クランクシャフト１の一部を拡大した部分拡大断面図である。化合物層６の除去に際しては、まず、クランクジャーナル２とクランクアーム４とが接合される部分の隅部の全周、すなわち第一接合隅部１１においてクランクシャフト１の表面を研削または研磨することにより、鋼材５の表面に形成された化合物層６を除去する。更に、クランクピン３とクランクアーム４とが接合される部分の隅部の全周、すなわち第二接合隅部１２においてもクランクシャフト１の表面を研削または研磨することにより、鋼材５の表面に形成された化合物層６を除去する。これにより、第一接合隅部１１及び第二接合隅部１２では、鋼材５が露出した状態となる。なお、クランクシャフト１における第一接合隅部１１と第二接合隅部１２とを除いた部分については、化合物層６を除去することなくそのまま残しておく。
【００２６】
最後に、図２に示すように、クランクシャフト１について曲がり直しを行う（Ｓ７）。すなわち、図に詳細は示さないが、曲がりが生じたクランクシャフト１をその曲がり方向と逆方向へ押圧することにより、クランクシャフト１を真っ直ぐな状態に矯正する。以上により、クランクシャフト１の製造を終了する。
【００２７】
（作用効果）
本発明の実施形態に係るクランクシャフト１の製造方法によれば、軟窒化処理を行うことにより、クランクシャフト１の表面に化合物層６が形成される。そして、この化合物層６は、クランクシャフト１を形成する鋼材５と比較して高い耐摩耗性を有している。従って、クランクシャフト１を構成するクランクジャーナル２は、シリンダブロックと摺動しても、その周面に傷等の損傷が生じにくい。同様に、クランクシャフト１を構成するクランクピン３も、コネクティングロッドと摺動しても、その周面に傷等の損傷が生じにくい。これにより、コネクティングロッドの安定した動作が可能となる。
【００２８】
本発明の実施形態に係るクランクシャフト１の製造方法によれば、第一接合隅部１１と第二接合隅部１２では、硬いが脆弱な化合物層６が除去されて、化合物層６と比較して高い靭性を有する鋼材５が露出している。従って、クランクシャフト１について曲がり直しを行う際に、その形状に起因して第一接合隅部１１と第二接合隅部１２において応力集中が生じても、それによってクランクシャフト１の表面に亀裂が発生することを未然に防止することができる。これにより、強度の高いクランクシャフト１を製造することが可能となる。
【００２９】
（変形例）
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態としては以下に示すような変形例も考えられる。
【００３０】
（１）本実施形態では、クランクシャフト１を形成する鋼材５として、炭素鋼（例えば、Ｓ５０Ｃ）を使用した。しかし、鋼材５としては、炭素鋼に代えて、クロムモリブデン鋼（例えば、ＳＣＭ４３５）や、クロム鋼（例えば、ＳＣｒ４４０）や、マンガン鋼（例えば、ＳＭｎ４４０）等の合金鋼を使用することも可能である。このように、炭素鋼と比較して高い疲労強度を有する合金鋼を使用すれば、シリンダブロックやコネクティングロッドと摺動する箇所には化合物層６を残すことによって高い耐摩耗性を持たせつつ、クランクシャフト１の全体について高い疲労強度を持たせることができるという利点がある。
【００３１】
（２）本実施形態では、クランクシャフト１を鋼材５で形成したが、その他の金属材料でクランクシャフト１を形することも可能である。
【００３２】
（３）本実施形態では、図２に示すように、クランクシャフト１を軟窒化処理する前に、鍛造、熱処理、及び機械加工という３つの工程を行った。しかし、これら３つの工程は本発明に必須の工程ではなく、本発明は軟窒化処理、化合物層６の除去、及び曲がり直しという３つの工程を備えれば足りる。
【００３３】
（４）本実施形態では、化合物層６を除去する工程を、クランクシャフト１の表面を研削または研磨することにより行った。しかし、所定の溶液でクランクシャフト１の表面をエッチング処理することにより、その表面から化合物層６を除去することも可能である。
【００３４】
（５）本実施形態では、図１に示すクランクシャフト１を製造する場合について説明した。しかし、本発明によって製造されるクランクシャフト１は図１に示すものに限られず、クランクジャーナル２、クランクピン３、及びクランクアーム４の形状、位置、個数等は、適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  クランクシャフト
２  クランクジャーナル
３  クランクピン
４  クランクアーム
５  鋼材
６  化合物層
１１  第一接合隅部
１２  第二接合隅部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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