(57)【要約】【課題】クランクシャフトの製造工程に冷間鍛造を用いて、ジャーナル部に対するピン部の偏芯量を大きく確保することができる、クランクシャフトの製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】本発明に係るクランクシャフトの製造装置は、可動型１０における可動型側保持部１２よりも下側、固定型２０における固定型側保持部２２よりも上側のそれぞれに、丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における、丸棒状素材Ｗの反偏芯方向側への変形を抑制する、可動型素材拘束部１７、及び、固定型素材拘束部２７が形成されており、浮動型３０における挟持部３２よりも上側には第一浮動型素材拘束部３７ａが、挟持部３２よりも下側には第二浮動型素材拘束部３７ｂａが、丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における、丸棒状素材Ｗの偏芯方向側への変形を抑制するために形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸棒状素材の両端部のそれぞれを、可動型における可動型側保持部と固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造方法であって、
前記可動型の前記可動型側保持部よりも固定型側と、前記固定型の前記固定型側保持部よりも可動型側と、における、前記偏芯方向と反対側の面にそれぞれ形成した、可動型素材拘束部及び固定型素材拘束部により、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記偏芯方向と反対側への前記丸棒状素材の変形を抑制し、
前記浮動型の前記挟持部よりも可動型側及び固定型側における、前記偏芯方向側の面にそれぞれ形成した、第一浮動型素材拘束部及び第二浮動型素材拘束部により、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記偏芯方向側への前記丸棒状素材の変形を抑制する、
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】
前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際に、前記可動型素材拘束部及び前記固定型素材拘束部に配設した弾性体が前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向側に弾性力を加えると同時に、前記第一浮動型素材拘束部及び前記第二浮動型素材拘束部に配設した弾性体が前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向と反対側に弾性力を加える、
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】
前記丸棒状素材に、成形初期において可動型素材拘束部、固定型素材拘束部、第一浮動型素材拘束部、及び、第二浮動型素材拘束部のそれぞれと当接する当接部を、予め形成する、
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項４】
前記可動型素材拘束部、前記固定型素材拘束部、前記第一浮動型素材拘束部、及び、前記第二浮動型素材拘束部の摩擦係数を、前記可動型、固定型、及び浮動型における他部の摩擦係数よりも大きく設定する、
ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項５】
丸棒状素材の両端部のそれぞれを、可動型における可動型側保持部と固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造方法であって、
前記丸棒状素材の、前記可動型側保持部で保持される部分の固定型側と、前記固定型側保持部で保持される部分の可動型側とのそれぞれに、他部よりも径の大きな段付部を予め形成する、
ことを特徴とする、クランクシャフトの製造方法。
【請求項６】
丸棒状素材の両端部のそれぞれを、可動型における可動型側保持部と固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造方法であって、
前記浮動型は、前記偏芯方向と反対側に、前記丸棒状素材の軸方向に突出する突出部を有する、
ことを特徴とする、クランクシャフトの製造方法。
【請求項７】
前記丸棒状素材の、前記可動型側保持部で保持される部分の固定型側と、前記固定型側保持部で保持される部分の可動型側とのそれぞれに、他部よりも径の大きな段付部を予め形成する、
ことを特徴とする、請求項６に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項８】
固定型と、固定型に対して隣接離間可能に配置される可動型と、可動型と固定型との間に配置される浮動型とを備え、
成形対象となる丸棒状素材の両端部のそれぞれを、前記可動型における可動型側保持部と前記固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を前記浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造装置であって、
前記可動型の前記可動型側保持部よりも固定型側と、前記固定型の前記固定型側保持部よりも可動型側と、における、前記偏芯方向と反対側の面のそれぞれには、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記丸棒状素材の前記偏芯方向と反対側への変形を抑制する、可動型素材拘束部及び固定型素材拘束部が形成され、
前記浮動型の前記挟持部よりも可動型側及び固定型側における、前記偏芯方向側の面のそれぞれには、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記丸棒状素材の前記偏芯方向側への変形を抑制する、第一浮動型素材拘束部及び第二浮動型素材拘束部が形成される、
ことを特徴とする、クランクシャフトの製造装置。
【請求項９】
前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際に前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向側に弾性力を加える弾性体が、前記可動型素材拘束部及び前記固定型素材拘束部に配設され、
前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際に前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向と反対側に弾性力を加える弾性体が、前記第一浮動型素材拘束部及び前記第二浮動型素材拘束部に配設される、
ことを特徴とする、請求項８に記載のクランクシャフトの製造装置。
【請求項１０】
前記可動型素材拘束部、前記固定型素材拘束部、前記第一浮動型素材拘束部、及び、前記第二浮動型素材拘束部の摩擦係数が、前記可動型、固定型、及び浮動型における他部の摩擦係数よりも大きく設定される、
ことを特徴とする、請求項８又は請求項９に記載のクランクシャフトの製造装置。
【請求項１１】
固定型と、固定型に対して隣接離間可能に配置される可動型と、可動型と固定型との間に配置される浮動型とを備え、
成形対象となる丸棒状素材の両端部のそれぞれを、前記可動型における可動型側保持部と前記固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を前記浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造装置であって、
前記浮動型は、前記偏芯方向と反対側に、前記丸棒状素材の軸方向に突出する突出部を有する、
ことを特徴とする、クランクシャフトの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトの製造方法、及び、クランクシャフトの製造装置に関し、詳しくは、クランクシャフトを冷間鍛造する際にジャーナル部に対するピン部の偏芯量を大きく確保する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クランクシャフトの製造工程において、丸棒状素材に対する軸方向の荷重を利用して鍛造を行い、ピン部をジャーナル部に対して偏芯させる、いわゆる偏芯据え込み方法による成形技術が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、及び、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５５２７５号公報
【特許文献２】特開平３−６０８３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２６３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記従来技術では熱間鍛造を用いて成形が行われており、熱ひずみが発生するために後工程で機械加工を行う必要が生じることから、コストが増大するという問題があった。
【０００５】
一方、冷間鍛造を用いてクランクシャフトを製造する場合であっても、ジャーナル部に対するピン部の偏芯量を確保することが困難な場合があった。以下、冷間鍛造を用いた偏芯据え込み方法について、図１２から図１４を用いて説明する。図１２は簡易形状のクランクシャフトに係る偏芯据え込み方法を示した図、図１３は製品形状のクランクシャフトに係る偏芯据え込み方法を示した図、図１４は製品形状のクランクシャフトに係る偏芯据え込み方法における力の作用状態を示した図である。
【０００６】
簡易形状のクランクシャフトに係る従来技術では、図１２（ａ）に示す如く、成形前において、丸棒状素材の上端部を可動型における可動型側保持部で保持すると同時に、下端部を固定型における固定型側保持部で保持する構成としている。そして、前記丸棒状素材の上下略中央部である中途部を浮動型における挟持部で挟持している。
【０００７】
このような状態で、図１２（ｂ）に示す如く、前記可動型を前記固定型に近接させることにより丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させ、丸棒状素材を座屈させるのである。本明細書においては、各図における右側方に偏芯させるものとし、右側方を偏芯方向、左側方を反偏芯方向として説明する。
【０００８】
そして、図１２（ｃ）に示す如く、引き続き可動型を固定型に近接させ、浮動型を偏芯方向に移動させることにより、丸棒状素材を軸方向に圧縮してその断面積を広げる、いわゆる据え込みを行うのである。
【０００９】
その後、図１２（ｄ）に示す如く、可動型及び浮動型を所定のストロークだけ固定型に近接させることにより、丸棒状素材の軸心に対して前記中途部の軸心を偏芯方向に偏芯させるのである。そして、可動型側保持部で保持されている丸棒状素材の上端部、及び、固定型側保持部で保持されている丸棒状素材の下端部をジャーナル部として、挟持部で挟持されている前記丸棒状素材の中途部をピン部として形成すると同時に、それぞれのジャーナル部とピン部とを連結するアームを成形して、クランクシャフトの偏芯据え込みによる成形を終了するのである。本明細書においては、丸棒状素材の固定部分である下端部の軸心から、中途部の軸心が偏芯した長さを偏芯量ｅとして説明する。即ち、図１２においては、図１２（ａ）から図１２（ｄ）へと成形が進むに従って、偏芯量ｅは偏芯量ｅ０１から偏芯量ｅ０３まで増加することになる。
【００１０】
一方、製品形状のクランクシャフトに係る従来技術では、図１３（ａ）に示す如く、クランクシャフトの駄肉を減量して軽量化を図るため、可動型、固定型、及び、浮動型において、互いに対向する面にテーパ面が形成されている。
【００１１】
そして、図１３（ａ）から図１３（ｄ）に示す如く、簡易形状のクランクシャフトに係る従来技術と同様に、可動型を固定型に近接させ、丸棒状素材の軸心に対して前記中途部の軸心を偏芯方向に偏芯させるのである。
即ち、製品形状のクランクシャフトに係る従来技術では、図１３（ｄ）に示す如く、前記テーパ面によって駄肉を減量し、前記簡易形状と比較して軽量化したクランクシャフトを成形する構成としているのである。この場合、図１３（ａ）から図１３（ｄ）へと成形が進むに従って、偏芯量ｅは偏芯量ｅ１１から偏芯量ｅ１３まで増加することになる。
【００１２】
ここで、前記製品形状のクランクシャフトについては、前記の如く駄肉を減量する構成としているため、図１３（ａ）に示す丸棒状素材の上端部と下端部とを除いた素材長Ｌ２は、減量した分だけ図１２（ａ）に示す簡易形状のクランクシャフトにおける丸棒状素材の上端部と下端部とを除いた素材長Ｌ１よりも短くなる。一方、製品形状、簡易形状のどちらについても、丸棒状素材の径Ｄは同一である。即ち、製品形状のクランクシャフトについては、径Ｄに対する素材長Ｌ２の割合が、簡易形状のクランクシャフトにおける径Ｄに対する素材長Ｌ１の割合に対して小さくなるため、座屈による偏芯効果が小さくなるのである。換言すれば、製品形状のクランクシャフトは、簡易形状のクランクシャフトに対して素材長が短くなるため、ジャーナル部に対するピン部の偏芯量を大きく確保することが難しかったのである。
【００１３】
また、前記製品形状のクランクシャフトについては、図１３（ｃ）に示す据え込み過程において、偏芯方向及び反偏芯方向に力が発生する。詳細には図１４に示すように、可動型のテーパ面が丸棒状素材に与える力Ｐａ１・Ｐａ２、及び、丸棒状素材が浮動型のテーパ面に与える力Ｐｂ１・Ｐｂ２が発生するのである。つまり、これらの力Ｐａ１・Ｐａ２・Ｐｂ１・Ｐｂ２の水平方向の合力が、浮動型に対する偏芯方向又は反偏芯方向の力となり、偏芯量に影響を与えるのである。なお、固定型と浮動型との間にも同様に偏芯方向又は反偏芯方向に力が発生するが、可動型と浮動型における関係と同様のため省略する。
【００１４】
ここで、図１４に示す如く、反偏芯方向にはたらく力Ｐａ２及び力Ｐｂ１が発生するテーパ面は、偏芯方向にはたらく力Ｐａ１及び力Ｐｂ２が発生するテーパ面に比べて丸棒状素材との接触面積が大きいため、力Ｐａ２及び力Ｐｂ１の水平方向の合力は力Ｐａ１及び力Ｐｂ２の水平方向の合力よりも大きくなる。つまり、力Ｐａ１・Ｐａ２・Ｐｂ１・Ｐｂ２の水平方向の合力は反偏芯方向にはたらき、浮動型の偏芯を阻害する方向に加わるのである。一方、簡易形状のクランクシャフトについては、テーパ面が無いために水平方向に力がはたらかず、浮動型の偏芯が阻害されることはないのである。このため、製品形状のクランクシャフトにおけるジャーナル部に対するピン部の偏芯量ｅ１３については、簡易形状のクランクシャフトにおけるジャーナル部に対するピン部の偏芯量ｅ０３と比較して小さくなっていたのである。
【００１５】
そこで本発明では、上記現状に鑑み、クランクシャフトの製造工程に冷間鍛造を用いて、ジャーナル部に対するピン部の偏芯量を大きく確保することができる、クランクシャフトの製造方法、及び、クランクシャフトの製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１７】
即ち、請求項１においては、丸棒状素材の両端部のそれぞれを、可動型における可動型側保持部と固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造方法であって、前記可動型の前記可動型側保持部よりも固定型側と、前記固定型の前記固定型側保持部よりも可動型側と、における、前記偏芯方向と反対側の面にそれぞれ形成した、可動型素材拘束部及び固定型素材拘束部により、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記偏芯方向と反対側への前記丸棒状素材の変形を抑制し、前記浮動型の前記挟持部よりも可動型側及び固定型側における、前記偏芯方向側の面にそれぞれ形成した、第一浮動型素材拘束部及び第二浮動型素材拘束部により、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記偏芯方向側への前記丸棒状素材の変形を抑制するものである。
【００１８】
請求項２においては、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際に、前記可動型素材拘束部及び前記固定型素材拘束部に配設した弾性体が前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向側に弾性力を加えると同時に、前記第一浮動型素材拘束部及び前記第二浮動型素材拘束部に配設した弾性体が前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向と反対側に弾性力を加えるものである。
【００１９】
請求項３においては、前記丸棒状素材に、成形初期において可動型素材拘束部、固定型素材拘束部、第一浮動型素材拘束部、及び、第二浮動型素材拘束部のそれぞれと当接する当接部を、予め形成するものである。
【００２０】
請求項４においては、前記可動型素材拘束部、前記固定型素材拘束部、前記第一浮動型素材拘束部、及び、前記第二浮動型素材拘束部の摩擦係数を、前記可動型、固定型、及び浮動型における他部の摩擦係数よりも大きく設定するものである。
【００２１】
請求項５においては、丸棒状素材の両端部のそれぞれを、可動型における可動型側保持部と固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造方法であって、前記丸棒状素材の、前記可動型側保持部で保持される部分の固定型側と、前記固定型側保持部で保持される部分の可動型側とのそれぞれに、他部よりも径の大きな段付部を予め形成するものである。
【００２２】
請求項６においては、丸棒状素材の両端部のそれぞれを、可動型における可動型側保持部と固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造方法であって、前記浮動型は、前記偏芯方向と反対側に、前記丸棒状素材の軸方向に突出する突出部を有するものである。
【００２３】
請求項７においては、前記丸棒状素材の、前記可動型側保持部で保持される部分の固定型側と、前記固定型側保持部で保持される部分の可動型側とのそれぞれに、他部よりも径の大きな段付部を予め形成するものである。
【００２４】
請求項８においては、固定型と、固定型に対して隣接離間可能に配置される可動型と、可動型と固定型との間に配置される浮動型とを備え、成形対象となる丸棒状素材の両端部のそれぞれを、前記可動型における可動型側保持部と前記固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を前記浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造装置であって、前記可動型の前記可動型側保持部よりも固定型側と、前記固定型の前記固定型側保持部よりも可動型側と、における、前記偏芯方向と反対側の面のそれぞれには、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記丸棒状素材の前記偏芯方向と反対側への変形を抑制する、可動型素材拘束部及び固定型素材拘束部が形成され、前記浮動型の前記挟持部よりも可動型側及び固定型側における、前記偏芯方向側の面のそれぞれには、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際における前記丸棒状素材の前記偏芯方向側への変形を抑制する、第一浮動型素材拘束部及び第二浮動型素材拘束部が形成されるものである。
【００２５】
請求項９においては、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際に前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向側に弾性力を加える弾性体が、前記可動型素材拘束部及び前記固定型素材拘束部に配設され、前記丸棒状素材の中途部が偏芯する際に前記丸棒状素材に対して前記偏芯方向と反対側に弾性力を加える弾性体が、前記第一浮動型素材拘束部及び前記第二浮動型素材拘束部に配設されるものである。
【００２６】
請求項１０においては、前記可動型素材拘束部、前記固定型素材拘束部、前記第一浮動型素材拘束部、及び、前記第二浮動型素材拘束部の摩擦係数が、前記可動型、固定型、及び浮動型における他部の摩擦係数よりも大きく設定されるものである。
【００２７】
請求項１１においては、固定型と、固定型に対して隣接離間可能に配置される可動型と、可動型と固定型との間に配置される浮動型とを備え、成形対象となる丸棒状素材の両端部のそれぞれを、前記可動型における可動型側保持部と前記固定型における固定型側保持部で保持し、かつ、前記丸棒状素材の中途部を前記浮動型における挟持部で挟持した状態で、前記可動型を前記固定型に近接させることにより前記丸棒状素材を軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型を丸棒状素材の軸方向と垂直な偏芯方向に移動させることにより前記中途部をピン部として、ジャーナル部である前記丸棒状素材の軸心から偏芯させる、クランクシャフトの製造装置であって、前記浮動型は、前記偏芯方向と反対側に、前記丸棒状素材の軸方向に突出する突出部を有するものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００２９】
本発明により、クランクシャフトの製造工程に冷間鍛造を用いて、ジャーナル部に対するピン部の偏芯量を大きく確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図２】（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図。
【図３】本発明の第一実施形態に係るクランクシャフトの製造方法における力の作用状態を示した図。
【図４】本発明の第二実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図５】本発明の第三実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図６】本発明の第四実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図７】各実施形態に係るクランクシャフトの製造方法におけるストロークと偏芯度の関係を示した図。
【図８】本発明の第五実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図９】同じく第五実施形態に係るクランクシャフトの製造方法による張出し量と偏芯量との関係を示した図。
【図１０】本発明の第六実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図１１】本発明の第七実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図１２】従来技術に係る簡易形状のクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図１３】従来技術に係る製品形状のクランクシャフトの製造方法を示した図。
【図１４】従来技術に係る製品形状のクランクシャフトの製造方法における力の作用状態を示した図。
【図１５】直列４気筒エンジンに用いられるクランクシャフトについて示した正面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００３２】
［第一実施形態］
まず始めに、本発明の第一実施形態に係るクランクシャフトの製造方法及び製造装置について、図１から図３を用いて説明する。
本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置は、固定型２０と、固定型２０に対して隣接離間可能に配置される可動型１０と、可動型１０と固定型２０との間に配置される浮動型３０とを備えている。そして当該製造装置においては、図１（ａ）に示す如く、成形前において、丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕを可動型１０における可動型側保持部１２で保持すると同時に、下端部Ｗｄを固定型２０における固定型側保持部２２で保持する構成としている。そして、前記丸棒状素材Ｗの上下略中央部である中途部Ｗｍを浮動型３０における挟持部３２で挟持する構成としている。
【００３３】
このような状態で、図１（ｂ）及び（ｃ）に示す如く、可動型１０を固定型２０に近接させることにより丸棒状素材Ｗを軸方向に圧縮すると同時に、浮動型３０を丸棒状素材Ｗの軸方向と垂直な偏芯方向に移動させるのである。これにより、丸棒状素材Ｗを座屈させ、軸方向に圧縮してその断面積を広げる、いわゆる据え込みを行うのである。本明細書においては、上記の如く浮動型３０を右側方に偏芯させるものとし、右側方を偏芯方向、左側方を反偏芯方向として説明する。
【００３４】
その後、図１（ｄ）に示す如く、可動型１０及び浮動型３０を所定のストロークだけ固定型２０に近接させることにより、丸棒状素材Ｗの軸心に対して前記中途部Ｗｍの軸心を偏芯方向に偏芯させるのである。そして、可動型側保持部１２で保持されている丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕ、及び、固定型側保持部２２で保持されている丸棒状素材Ｗの下端部Ｗｄをジャーナル部Ｊ・Ｊとして形成し、挟持部３２で挟持されている前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍをピン部Ｐとして形成する。同時に、それぞれのジャーナル部Ｊ・Ｊとピン部Ｐとを連結するアームＡ・Ａを成形して、クランクシャフトの偏芯据え込みによる成形を終了するのである。前記アームＡ・Ａは、図示しないカウンターウェイトを後付けすることを可能とするため、反偏芯方向に突出した突出部が形成されている。
【００３５】
本明細書では、図１（ｄ）に示す成形後のクランクシャフトにおいて、丸棒状素材Ｗの固定部分である下端部Ｗｄの軸心から、中途部Ｗｍの軸心が偏芯した長さを偏芯量Ｅ１として説明する。また、アームＡにおいて、ジャーナル部Ｊから反偏芯方向側への突出量を張出し量ｈ１１として、ピン部Ｐから偏芯方向側への突出量を張出し量ｈ１２として説明する。
【００３６】
なお、本明細書においては説明の便宜上、図１（ａ）から図１（ｄ）に示す如く１気筒エンジンに用いられるクランクシャフトの製造方法及び製造装置について説明するが、本発明は例えば図１５に示す直列４気筒エンジンに用いられるクランクシャフトなど、他のクランクシャフトの製造方法及び製造装置に用いることも可能である。
【００３７】
前記可動型１０は、図１及び図２に示す如く略円筒状に形成された部材であり、前記固定型２０の上方に配設されるとともに、該固定型２０に対して近接離間可能に構成されている。そして、前記可動型１０の下面における略中央部には、前記丸棒状素材Ｗとほぼ同径の孔である可動型側保持部１２が開口されており、丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕを挿入して固定可能に形成されている。
【００３８】
また、可動型１０の下面における前記可動型側保持部１２の右側（偏芯方向側）には、可動型側保持部１２から外周側へいくにつれて下方（可動型１０の厚みが増す方向）へ傾斜するテーパ面１４が形成されている。該テーパ面１４により、図１（ｄ）に示す如く駄肉を減量し、軽量化したクランクシャフトを成形する構成としているのである。
【００３９】
さらに、可動型１０における可動型側保持部１２よりも下側には、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における、前記丸棒状素材Ｗの反偏芯方向側への変形を抑制する、可動型素材拘束部１７が形成されている。
具体的には、可動型１０の下面における前記可動型側保持部１２の左側（反偏芯方向側）に、可動型側保持部１２に保持される丸棒状素材Ｗを前記張出し量ｈ１１だけ間隔を隔てて包囲する半円筒状の面が形成されているのである。換言すれば可動型１０は、丸棒状素材Ｗを可動型側保持部１２に固定した際に前記可動型素材拘束部１７と丸棒状素材Ｗの左側面との間に、張出し量ｈ１１の間隙ができるように形成されているのである。
【００４０】
前記固定型２０は、可動型１０と同様に略円筒状に形成された部材であり、可動型１０を上下に反転させた形状をしている。即ち、固定型２０の上面における略中央部には、前記丸棒状素材Ｗとほぼ同径の孔である固定型側保持部２２が開口されており、丸棒状素材Ｗの下端部Ｗｄを挿入して固定可能に形成されている。
【００４１】
また、固定型２０の上面における前記固定型側保持部２２の右側（偏芯方向側）にも、駄肉を減量し、軽量化したクランクシャフトを成形するためのテーパ面２４が形成されている。テーパ面２４の具体的な形状は、テーパ面１４を上下に反転させた形状であるため、省略する。
さらに、固定型２０における固定型側保持部２２よりも上側にも、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における、前記丸棒状素材Ｗの反偏芯方向側への変形を抑制する、固定型素材拘束部２７が形成されている。固定型素材拘束部２７の具体的な形状は、可動型素材拘束部１７を上下に反転させた形状であるため、省略する。
【００４２】
前記浮動型３０は、図１及び図２に示す如く、第一浮動型３０ａと第二浮動型３０ｂとからなる部材である。具体的には、平面視で略Ｕ字状に形成された第二浮動型３０ｂの凹部に、第一浮動型３０ａを挿入可能に構成されているのである。そして、この第一浮動型３０ａ及び第二浮動型３０ｂにおける、それぞれ第二浮動型３０ｂ及び第一浮動型３０ａが対向する面にて構成される挟持部３２は、第一浮動型３０ａが第二浮動型３０ｂに挿入された状態において、前記丸棒状素材Ｗとほぼ同径の孔を形成するように構成されている。つまり、第一浮動型３０ａと第二浮動型３０ｂとの間に丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍを挟むことにより、浮動型３０は挟持部３２で前記中途部Ｗｍを挟持可能に構成されているのである。また、該浮動型３０は、固定型２０に対して近接離間可能及び水平移動可能に構成されている。
【００４３】
また、第一浮動型３０ａの上面及び下面における前記挟持部３２の左側（反偏芯方向側）にはそれぞれテーパ面３４ａ・３４ｂが形成されている。該テーパ面３４ａ・３４ｂにより、図１（ｄ）に示す如く駄肉を減量し、軽量化したクランクシャフトを成形する構成としているのである。
【００４４】
さらに、第二浮動型３０ｂにおける、挟持部３２よりも上側には第一浮動型素材拘束部３７ａが、挟持部３２よりも下側には第二浮動型素材拘束部３７ｂａが、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における、前記丸棒状素材Ｗの偏芯方向側への変形を抑制するためにそれぞれ形成されている。
具体的には、第二浮動型３０ｂの上面及び下面のそれぞれにおいて、前記挟持部３２の右側（偏芯方向側）に、挟持部３２により挟持した丸棒状素材Ｗを前記張出し量ｈ１２だけ間隔を隔てて包囲する半円筒状の面が形成されているのである。換言すれば第二浮動型３０ｂは、丸棒状素材Ｗを挟持部３２で挟持した際に前記第一浮動型素材拘束部３７ａ及び第二浮動型素材拘束部３７ｂと丸棒状素材Ｗの右側面との間に、張出し量ｈ１２の間隙ができるように形成されているのである。
【００４５】
本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置においては、図１（ｃ）に示す据え込み過程の成形終期において、偏芯方向及び反偏芯方向に力が発生する。詳細には図３に示すように、可動型１０の可動型素材拘束部１７並びにテーパ面１４のそれぞれが丸棒状素材Ｗに与える力Ｐａ１１・Ｐａ１２、及び、丸棒状素材Ｗが浮動型３０のテーパ面３４ａ並びに第一浮動型素材拘束部３７ａに与える力Ｐｂ１１・Ｐｂ１２が発生するのである。つまり、これらの力Ｐａ１１・Ｐａ１２・Ｐｂ１１・Ｐｂ１２の水平方向の合力が、浮動型３０に対する偏芯方向又は反偏芯方向の力となり、偏芯量Ｅ１に影響を与えるのである。なお、固定型２０と浮動型３０との間にも同様に偏芯方向又は反偏芯方向に力が発生するが、可動型と浮動型における関係と同様のため省略する。
【００４６】
ここで、可動型素材拘束部１７及び第一浮動型素材拘束部３７ａは水平面に対して直立しているため、可動型素材拘束部１７が丸棒状素材Ｗに与える力Ｐａ１１、及び、丸棒状素材Ｗが第一浮動型素材拘束部３７ａに与える力Ｐｂ１２は、図３に示す如く偏芯方向と同一の方向に向かってはたらく。
一方、テーパ面１４及びテーパ面３４ａは水平面に対して傾斜しているため、テーパ面１４が丸棒状素材Ｗに与える力Ｐａ１２、及び、丸棒状素材Ｗがテーパ面３４ａに与える力Ｐｂ１１は、反偏芯方向に対して傾斜してはたらく。つまり、力Ｐａ１２及び力Ｐｂ１１のそれぞれの水平方向成分が反偏芯方向への合力としてはたらくため、力Ｐａ１１及び力Ｐｂ１２の偏芯方向への合力よりも小さくなるのである。
即ち、力Ｐａ１１・Ｐａ１２・Ｐｂ１１・Ｐｂ１２の水平方向の合力は偏芯方向にはたらき、浮動型の偏芯を促進する方向に加わるのである。
【００４７】
換言すれば、本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置においては、可動型素材拘束部１７及び固定型素材拘束部２７により、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における前記偏芯方向と反対側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制し、第一浮動型素材拘束部３７ａ及び第二浮動型素材拘束部３７ｂにより、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における前記偏芯方向側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制するように構成されているのである。
【００４８】
本実施形態においてはクランクシャフトの製造装置を上記の如く構成し、図１（ａ）から図１（ｄ）に示す如くクランクシャフトの偏芯据え込みによる成形を行うことにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ１を大きく確保することができる。詳細には、力Ｐａ１１・Ｐａ１２・Ｐｂ１１・Ｐｂ１２の合力を偏芯方向、即ち浮動型の偏芯を促進する方向に加えることにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ１を大きくすることが可能となるのである。
【００４９】
上記の如く、本実施形態に係るクランクシャフトの製造方法は、丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕ及び下端部Ｗｄのそれぞれを、可動型１０における可動型側保持部１２と固定型２０における固定型側保持部２２で保持し、かつ、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍを浮動型３０における挟持部３２で挟持する。そして、前記の状態で、前記可動型１０を前記固定型２０に近接させることにより前記丸棒状素材Ｗを軸方向に圧縮すると同時に、前記浮動型３０を丸棒状素材Ｗの軸方向と垂直な偏芯方向に移動させるのである。これにより前記中途部Ｗｍをピン部Ｐとして、ジャーナル部Ｊである前記丸棒状素材Ｗの軸心から偏芯させるのである。
【００５０】
そして、本実施形態においてはさらに、前記可動型１０の前記可動型側保持部１２よりも下側（可動型側保持部１２により保持する丸棒状素材Ｗの軸方向中央部側）と、前記固定型２０の前記固定型側保持部２２よりも上側（固定型側保持部２２により保持する丸棒状素材Ｗの軸方向中央部側）と、における、前記偏芯方向と反対側の面にそれぞれ形成した、可動型素材拘束部１７及び固定型素材拘束部２７により、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における前記偏芯方向と反対側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制し、前記浮動型３０の前記挟持部３２よりも上側及び下側（挟持部３２により挟持する丸棒状素材Ｗの軸方向両端部側）における、前記偏芯方向側の面にそれぞれ形成した、第一浮動型素材拘束部３７ａ及び第二浮動型素材拘束部３７ｂにより、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における前記偏芯方向側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制するのである。
【００５１】
これにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ１を確保することができる。詳細には、力Ｐａ１１・Ｐａ１２・Ｐｂ１１・Ｐｂ１２の合力を偏芯方向、即ち浮動型の偏芯を促進する方向に加えることにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ１を大きくすることが可能となるのである。
【００５２】
なお、本明細書においては、可動型１０、固定型２０、及び浮動型３０のそれぞれに、可動型素材拘束部１７、固定型素材拘束部２７、第一浮動型素材拘束部３７ａ、及び第二浮動型素材拘束部３７ｂを形成する構成としているが、これらの素材拘束部は上記のうち何れかの箇所に形成することによっても、上記と略同様の効果を得ることが可能となる。即ち、例えば可動型１０と固定型２０のみに可動型素材拘束部１７及び固定型素材拘束部２７を形成する構成にすることも可能である。
【００５３】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係るクランクシャフトの製造方法及び製造装置について、図４を用いて説明する。なお、本実施形態以降において説明するクランクシャフトの製造方法及び製造装置において、既出の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置においては、図４（ａ）に示す如く、前記実施形態の構成に加え、丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際に、丸棒状素材Ｗに対して偏芯方向側に弾性力を加える弾性体であるばね１９・２９が、可動型素材拘束部１１７及び固定型素材拘束部１２７に配設されている。具体的には、可動型素材拘束部１１７及び固定型素材拘束部１２７は、それぞれが当接部材１８・２８とばね１９・２９で構成されており、丸棒状素材Ｗの成形前の状態から前記当接部材１８・２８がばね１９・２９の付勢力によって丸棒状素材Ｗに対して偏芯方向側に弾性力を加えるように構成されているのである。
可動型素材拘束部１１７は、可動型１０における可動型側保持部１２よりも下側に配置され、固定型素材拘束部１２７は、固定型２０における固定型側保持部２２よりも上側に配置されている。
【００５５】
また、丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際に、丸棒状素材Ｗに対して反偏芯方向側に弾性力を加える弾性体であるばね３９ａ・３９ｂが、第一浮動型素材拘束部１３７ａ及び第二浮動型素材拘束部１３７ｂに配設されている。具体的には、第一浮動型素材拘束部１３７ａ及び第二浮動型素材拘束部１３７ｂは、それぞれが当接部材３８ａ・３８ｂとばね３９ａ・３９ｂで構成されており、丸棒状素材Ｗの成形前の状態から前記当接部材３８ａ・３８ｂがばね３９ａ・３９ｂの付勢力によって丸棒状素材Ｗに対して反偏芯方向側に弾性力を加えるように構成されているのである。
第一浮動型素材拘束部１３７ａ及び第二浮動型素材拘束部１３７ｂは、それぞれ第二浮動型３０ｂの上部内側（挟持部３２側）及び下部内側（挟持部３２側）に配置されている。
【００５６】
そして、成形後においては図４（ｂ）に示す如く、それぞれのばね１９・２９・３９ａ・３９ｂが丸棒状素材Ｗの変形によって収縮するのである。つまり、当接部材１８・２８が張出し量ｈ１１だけ反偏芯方向に移動し、当接部材３８ａ・３８ｂが張出し量ｈ１２だけ偏芯方向に移動することにより、アームＡが張出し量ｈ１１・ｈ１２を確保して形成されるのである。
【００５７】
このように、本実施形態に係るクランクシャフトの製造方法は、丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際に、前記可動型素材拘束部１１７及び前記固定型素材拘束部１２７に配設した弾性体であるばね１９・２９が前記丸棒状素材Ｗに対して前記偏芯方向側に弾性力を加えると同時に、第一浮動型素材拘束部１３７ａ及び第二浮動型素材拘束部１３７ｂに配設した弾性体であるばね３９ａ・３９ｂが前記丸棒状素材Ｗに対して前記偏芯方向と反対側に弾性力を加えるものである。
【００５８】
本実施形態によれば前記のように構成することにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をさらに大きく確保することができる。詳細には、成形初期の段階から、可動型素材拘束部１１７及び固定型素材拘束部１２７により前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における前記偏芯方向と反対側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制し、第一浮動型素材拘束部１３７ａ、及び、第二浮動型素材拘束部１３７ｂにより偏芯方向側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制するのである。これにより、第一実施形態においては図１（ｃ）に示す如く、成形終期になってから浮動型の偏芯を促進する方向に力を加える構成であったのに対し、本実施形態では成形初期から浮動型の偏芯を促進する方向に力を加えることができるため、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をさらに大きく確保することが可能となるのである。
【００５９】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態に係るクランクシャフトの製造方法について、図５を用いて説明する。
本実施形態に係るクランクシャフトの製造方法においては、図５（ａ）に示す如く、第一実施形態の構成に加え、前記丸棒状素材Ｗに、成形初期において可動型素材拘束部１７、固定型素材拘束部２７、第一浮動型素材拘束部３７ａ、及び、第二浮動型素材拘束部３７ｂのそれぞれと当接する当接部Ｗａ・Ｗｂ・Ｗｃ１・Ｗｃ２を、予め形成するものである。
具体的には、成形前の丸棒状素材Ｗに対して予めロールＲ１・Ｒ２を当接し、丸棒状素材Ｗに当接したロールＲ１・Ｒ２を矢印β１・β２の方向に回転させつつ、矢印α１・α２の方向に移動させることにより、張出し量ｈ１１だけ突出した当接部Ｗａ・Ｗｂ、及び、張出し量ｈ１２だけ突出した当接部Ｗｃ１・Ｗｃ２を形成するのである。
そして、図５（ｂ）に示す如く、丸棒状素材Ｗをクランクシャフトの製造装置に配置した際に、当接部Ｗａ・Ｗｂ・Ｗｃ１・Ｗｃ２が可動型素材拘束部１７、固定型素材拘束部２７、第一浮動型素材拘束部３７ａ、及び、第二浮動型素材拘束部３７ｂのそれぞれと当接するように構成している。
【００６０】
本実施形態によれば前記のように構成することにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をさらに大きく確保することができる。詳細には、成形初期の段階から、可動型素材拘束部１７及び固定型素材拘束部２７により当接部Ｗａ・Ｗｂに対して力を加えて、前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際における前記偏芯方向と反対側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制するとともに、第一浮動型素材拘束部３７ａ、及び、第二浮動型素材拘束部３７ｂにより当接部Ｗｃ１・Ｗｃ２に対して力を加えて、偏芯方向側への前記丸棒状素材Ｗの変形を抑制するのである。これにより、第二実施形態においては成形初期においては弾性体からの弾性力が弱いために浮動型の偏芯を促進する方向に加える力が弱かったのに対し、本実施形態では成形初期から浮動型の偏芯を促進する方向に大きな力を加えることができるため、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をさらに大きく確保することが可能となるのである。さらに、第二実施形態における弾性体のように型構成を複雑にする必要がなく、簡易な構成で偏芯量を確保することができるのである。
【００６１】
また、本実施形態においては、前記の如く当接部Ｗａ・Ｗｂ・Ｗｃ１・Ｗｃ２を形成する構成としているため、丸棒状素材Ｗにおいて部分的に細い箇所が形成される。つまり、本実施形態における、当接部Ｗａ・Ｗｂ・Ｗｃ１・Ｗｃ２を形成した後の丸棒状素材Ｗは、形成前の丸棒状素材Ｗと比較して座屈による偏芯効果を大きくすることができるのである。換言すれば、本実施形態におけるクランクシャフトは前記の如く細い箇所が形成されることにより座屈し易くなるため、見かけの素材長を変えずに実質的に素材長が長くなったのと同様の効果を得ることができるのである。即ち、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をより大きく確保することができるのである。
【００６２】
なお、本明細書においては、前記第一実施形態の構成に加えて前記丸棒状素材Ｗに当接部Ｗａ・Ｗｂ・Ｗｃ１・Ｗｃ２を予め形成する構成としたが、第二実施形態の構成に当接部Ｗａ・Ｗｂ・Ｗｃ１・Ｗｃ２を予め形成した丸棒状素材Ｗを適用することも可能である。即ち、当接部Ｗａ・Ｗｂ・Ｗｃ１・Ｗｃ２をそれぞれ第二実施形態における可動型素材拘束部１１７、固定型素材拘束部１２７、第一浮動型素材拘束部１３７ａ、及び第二浮動型素材拘束部１３７ｂに当接させる構成にしても差し支えない。
【００６３】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態に係るクランクシャフトの製造方法及び製造装置について、図６を用いて説明する。
本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置においては、第三実施形態の構成に加え、丸棒状素材Ｗの成形中に該丸棒状素材Ｗの変形を抑制する可動型素材拘束部１７、固定型素材拘束部２７、第一浮動型素材拘束部３７ａ、及び、第二浮動型素材拘束部３７ｂの摩擦係数が、可動型１０、固定型２０、及び浮動型３０における他の部分の摩擦係数に比べて大きく設定される。
具体的には図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す如く、例えば可動型素材拘束部１７における矢印γや、第一浮動型素材拘束部３７ａにおける矢印δの範囲について、他部よりも摩擦係数の大きな素材を用いるのである。さらに詳細には、前記各素材拘束部以外の部分の面粗さをＲａ＝０．１２５程度とするのに対して、各素材拘束部の面粗さをＲａ＝１．６程度とすることが考えられる。なお、前記矢印γや矢印δの範囲のうち、特に丸棒状素材Ｗの軸心からの角度が５０度程度であって、偏芯方向側及び反偏芯方向側の部分の摩擦係数を特に大きくすることが望ましい。
【００６４】
このように、本実施形態に係るクランクシャフトの製造方法は、可動型１０、固定型２０、及び浮動型３０における、可動型素材拘束部１７、固定型素材拘束部２７、第一浮動型素材拘束部３７ａ、及び、第二浮動型素材拘束部３７ｂの摩擦係数を、他の部分の摩擦係数よりも大きく設定するのである。
【００６５】
本実施形態によれば前記のように構成することにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をさらに大きく確保することができる。詳細には、可動型素材拘束部１７、固定型素材拘束部２７、第一浮動型素材拘束部３７ａ、及び、第二浮動型素材拘束部３７ｂの摩擦係数が他部よりも大きく設定されているため、丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍが偏芯する際に、丸棒状素材Ｗがそれぞれの拘束部における円弧に沿って流動することを防ぐことができるのである。即ち、浮動型の偏芯を促進する方向に加わる力を分散させることなく、大きな力を加えることができ、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をより大きく確保することができるのである。
【００６６】
次に、前記各実施形態に係るクランクシャフトの製造方法における、ストロークと偏芯度の関係を、図７を用いて説明する。ここで、ストロークとは、成形前から成形後までの可動型１０の固定型２０側への移動距離のことである。つまり、図７に示す如く、成形初期から成形中期、成形後期と以降するに従って、ストロークは増大する。また、偏芯度とは、丸棒状素材Ｗの偏芯量Ｅ１の、丸棒状素材Ｗの径に対する比率のことである。前記各実施形態においては丸棒状素材Ｗの径は不変であるため、偏芯量が大きくなるほど偏芯度は大きくなる。
【００６７】
図７中のグラフＬ１〜Ｌ４はそれぞれ、前記第一実施形態〜第四実施形態に係るクランクシャフトの製造方法によるストロークと偏芯度の関係を示している。
第一実施形態に係るクランクシャフトの製造方法においては、図１（ｃ）に示すように成形終期になってから浮動型の偏芯を促進する方向に力を加える構成であるため、図７中のグラフＬ１に示す如く成形終期に偏芯度が向上するという傾向が見られた。
第二実施形態に係るクランクシャフトの製造方法においては、成形初期においては弾性体からの弾性力が弱いため、図７中のグラフＬ２に示す如く弾性力が大きくなってくる成形中期から偏芯度が向上するという傾向が見られた。
第三実施形態に係るクランクシャフトの製造方法においては、成形初期から浮動型の偏芯を促進する方向に大きな力を加える構成としたため、図７中のグラフＬ３に示す如く成形初期から偏芯度が向上するという傾向が見られた。
第四実施形態に係るクランクシャフトの製造方法においては、第三実施形態に加えて各拘束部に他部よりも摩擦係数の大きな素材を用いる構成としたため、図７中のグラフＬ４に示す如く成形初期から偏芯度が向上した上、成形中期及び成形終期にさらに偏芯度が向上するという傾向が見られた。
【００６８】
上記の如く、本発明に係る各実施形態により、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をさらに大きく確保することができることが確認されたのである。つまり、各実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を用いてクランクシャフトを製造することにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量をより大きく確保することができることを確認できたのである。
また、第一実施形態から第四実施形態に至るまでに、偏芯度が向上する一方でコストが増加する傾向にある。このため、設計段階におけるクランクシャフトの偏芯度次第で、各実施形態を使い分けることも可能である。
【００６９】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態に係るクランクシャフトの製造方法について、図８及び図９を用いて説明する。
本実施形態に係るクランクシャフトの製造方法においては、図８（ａ）に示す如く、成形前において、丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕを可動型１１０における可動型側保持部１１２で保持すると同時に、下端部Ｗｄを固定型１２０における固定型側保持部１２２で保持する構成としている。そして、前記丸棒状素材Ｗの上下略中央部である中途部Ｗｍを浮動型１３０における挟持部１３２で挟持する構成としている。
【００７０】
このような状態で、図８（ｂ）に示す如く、可動型１１０を固定型１２０に近接させることにより丸棒状素材Ｗを軸方向に圧縮すると同時に、浮動型１３０を丸棒状素材Ｗの軸方向と垂直な偏芯方向に移動させるのである。これにより、丸棒状素材Ｗを座屈させ、軸方向に圧縮してその断面積を広げる、いわゆる据え込みを行うのである。本明細書においては、上記の如く浮動型１３０を右側方に偏芯させるものとし、右側方を偏芯方向、左側方を反偏芯方向として説明する。
【００７１】
その後、図８（ｃ）に示す如く、可動型１１０及び浮動型１３０を所定のストロークだけ固定型１２０に近接させることにより、丸棒状素材Ｗの軸心に対して前記中途部Ｗｍの軸心を偏芯方向に偏芯させるのである。そして、可動型側保持部１１２で保持されている丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕ、及び、固定型側保持部１２２で保持されている丸棒状素材Ｗの下端部Ｗｄをジャーナル部Ｊ・Ｊとして形成し、挟持部１３２で挟持されている前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍをピン部Ｐとして形成する。同時に、それぞれのジャーナル部Ｊ・Ｊとピン部Ｐとを連結するアームＡ・Ａを成形して、クランクシャフトの偏芯据え込みによる成形を終了するのである。
【００７２】
本実施形態では、図８（ｃ）に示す成形後のクランクシャフトにおいて、丸棒状素材Ｗの固定部分である下端部Ｗｄの軸心から、中途部Ｗｍの軸心が偏芯した長さを偏芯量Ｅ２として説明する。また、アームＡにおいて、ジャーナル部Ｊから反偏芯方向側への突出量を張出し量ｈ２１として説明する。
【００７３】
なお、本実施形態においても説明の便宜上、図８（ａ）から図８（ｃ）に示す如く１気筒エンジンに用いられるクランクシャフトの製造方法及び製造装置について説明するが、本発明は例えば図１５に示す直列４気筒エンジンに用いられるクランクシャフトなど、他のクランクシャフトの製造方法及び製造装置に用いることも可能である。
【００７４】
前記可動型１１０は、既出の第一実施形態の如く略円筒状に形成された部材であり、前記固定型１２０の上方に配設されるとともに、該固定型１２０に対して近接離間可能に構成されている。そして、前記可動型１１０の下面における略中央部には、前記丸棒状素材Ｗとほぼ同径の孔である可動型側保持部１１２が開口されており、丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕを挿入して固定可能に形成されている。
【００７５】
前記固定型１２０は、可動型１１０と同様に略円筒状に形成された部材であり、可動型１１０を上下に反転させた形状をしている。即ち、固定型１２０の上面における略中央部には、前記丸棒状素材Ｗとほぼ同径の孔である固定型側保持部２２が開口されており、丸棒状素材Ｗの下端部Ｗｄを挿入して固定可能に形成されている。
【００７６】
前記浮動型１３０は、既出の第一実施形態と同様に、第一浮動型１３０ａと第二浮動型１３０ｂとからなる部材である。具体的には、平面視で略Ｕ字状に形成された第二浮動型１３０ｂの凹部に、第一浮動型１３０ａを挿入可能に構成されているのである。そして、この第一浮動型１３０ａ及び第二浮動型１３０ｂにおける、それぞれ第一浮動型１３０ａ及び第二浮動型１３０ｂが対向する面にて構成される挟持部１３２は、第一浮動型１３０ａが第二浮動型１３０ｂに挿入された状態において、前記丸棒状素材Ｗとほぼ同径の孔を形成するように構成されている。つまり、第一浮動型１３０ａと第二浮動型１３０ｂとの間に丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍを挟むことにより、浮動型１３０は挟持部１３２で前記中途部Ｗｍを挟持可能に構成されているのである。また、該浮動型１３０は、固定型１２０に対して近接離間可能及び水平移動可能に構成されている。
【００７７】
本実施形態に係るクランクシャフトの製造方法についてはさらに、前記丸棒状素材Ｗの、可動型側保持部１１２で保持される部分の固定型側と、前記固定型側保持部１２２で保持される部分の可動型側とのそれぞれに、機械加工や回転逐次成形等の塑性加工により、他部よりも径の大きな段付部Ｗｅ・Ｗｆを予め形成しておくのである。具体的には、段付部Ｗｅ・Ｗｆは、丸棒状素材Ｗにおける可動型側保持部１１２に保持される部分及び固定型側保持部１２２に保持される部分の軸心方向中央側に隣接して形成される。
なお、前記段付部Ｗｅ・Ｗｆの径は、丸棒状素材Ｗの径に対して５％以上大きな径とすることが望ましい。
【００７８】
本実施形態によれば上記のように構成することにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ２を確保するとともに、アームＡにおいてジャーナル部Ｊから反偏芯方向側への突出量である張出し量ｈ２１を確保することができる。
【００７９】
具体的には、前記の如く丸棒状素材Ｗの質量を変えずに段付部Ｗｅ・Ｗｆを形成することにより、中途部Ｗｍ等のピン部Ｐの径を、段付部Ｗｅ・Ｗｆを形成しない場合に比べて小さくし、また、段付部Ｗｅ・Ｗｆ以外の箇所を長くすることが可能となるため、中途部Ｗｍが偏芯しやすくなる。また、ピン部Ｐの径をジャーナル部Ｊの径に対して小径に形成することができる。
ここで、中途部Ｗｍの偏芯しやすさのためには、段付部Ｗｅ・Ｗｆの間隔は、ジャーナル部Ｊの長さの２倍以上とすることが望ましい。
【００８０】
また、段付部Ｗｅ・Ｗｆを予め形成しておくことにより、丸棒状素材Ｗを予め反偏芯方向に突出させておくことができるため、張出し量ｈ２１を確保することが可能となるのである。これにより、例えば図１５に示す直列４気筒エンジンに用いられるクランクシャフトにあっては、３番ジャーナル部にスラストベアリングを配設する場合において、前記の如く張出し量ｈ２１を大きく確保することにより、スラストベアリングの座面を確保することが可能となるのである。
【００８１】
本願出願人は、本実施形態によってピン部Ｐの径を４６ｍｍ、ジャーナル部Ｊの径を４８ｍｍ、段付部Ｗｅ・Ｗｆの径を５０．６ｍｍとして、素材長２４０ｍｍのＳ４５Ｃ丸棒を用いて偏芯据え込みによる成形を行った。その結果、図９に示す如く、クランクシャフトの偏芯量Ｅ２及び張出し量ｈ２１は、目標値を満たすものが得られた。即ち、従来のクランクシャフト成形方法に比べて、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ２を大きく確保するとともに、アームＡにおいてジャーナル部Ｊから反偏芯方向側への突出量である張出し量ｈ２１を大きく確保することができることが確認できたのである。
【００８２】
［第六実施形態］
次に、本発明の第六実施形態に係るクランクシャフトの製造方法及び製造装置について、図１０を用いて説明する。本実施形態は、前記第五実施形態に係るクランクシャフトの製造方法を、２気筒エンジンに用いられるクランクシャフトに適用した場合について説明したものである。
【００８３】
本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置は図１０に示す如く、固定型１２０の長手方向両端部、即ち左右両端部に立設したケース１４０・１４０に、二つの可動型１１０・１１０が前記固定型１２０に対して近接離間可能に架け渡されている。詳しくは、可動型１１０・１１０の左右両端部をガイド１４１ａ・１４１ａ・・・で支持した状態で、ガイド１４１ａ・１４１ａ・・・をケース１４０・１４０に沿って上下動させることによって、可動型１１０・１１０を上下にスライド可能に構成しているのである。
【００８４】
また、左側のケース１４０には、浮動型１３０が二つの可動型１１０・１１０の間に、固定型１２０に対して近接離間可能及び水平移動可能に配設されている。詳しくは、シリンダー１４２をガイド１４１ｂ・１４１ｂで支持し、そして、前記浮動型１３０の一端を前記シリンダー１４２におけるピストンと連結しているのである。このような状態で、ガイド１４１ａ・１４１ａ・・・をケース１４０・１４０に沿って上下動させ、かつ、シリンダー１４２から延出した浮動型１３０を、シリンダー１４２を駆動させることにより水平動させることによって、浮動型１３０を上下・左右にスライド可能に構成しているのである。
同様に、右側のケース１４０には、浮動型１３０が可動型１１０及び固定型１２０の間に、固定型１２０に対して近接離間可能及び水平移動可能に配設されている。
【００８５】
そして、本実施形態に係る丸棒状素材Ｗ２は、前記第五実施形態における丸棒状素材Ｗを、２本が同一軸心となるように連結した形状をしている。つまり、丸棒状素材Ｗ２の上端部近傍、下端部近傍にそれぞれ段付部が形成され、中途部近傍の二箇所にも段付部が形成されているのである。
【００８６】
上記の如く構成したクランクシャフトの製造装置において、図１０に示す如く、丸棒状素材Ｗ２を配設する。
具体的には、丸棒状素材Ｗ２の上端部を上側の可動型１１０で、中途部を下側の可動型１１０で保持すると同時に、下端部を固定型１２０で保持する構成としている。そして、前記丸棒状素材Ｗ２の上側略四分の一部分である中途部を上側の浮動型１３０で、下側略四分の一部分である中途部を下側の浮動型１３０で挟持するのである。
【００８７】
このような状態で、上側の可動型１１０を図１０中の矢印Ａの方向に移動させ、下側の可動型１１０を図１０中の矢印Ｂの方向に移動させ、それぞれの可動型１１０・１１０を固定型１２０に近接させることにより丸棒状素材Ｗ２を軸方向に圧縮する。それと同時に、浮動型１３０・１３０を丸棒状素材Ｗ２の軸方向と垂直な偏芯方向に互い違いに、即ち上側の浮動型を図１０中の矢印Ｃの方向である右側方に、下側の浮動型を図１０中の矢印Ｅの方向である左側方に移動させる。さらに、シリンダー１４２・１４２を矢印Ｄ及び矢印Ｆの方向にスライドさせて、浮動型１３０・１３０を固定型１２０に近接させるのである。これにより、丸棒状素材Ｗ２を座屈させ、軸方向に圧縮してその断面積を広げる、いわゆる据え込みを行うのである。その後、可動型１１０・１１０及び浮動型１３０・１３０を所定のストロークだけ固定型１２０に近接させることにより、丸棒状素材Ｗ２の軸心に対して中途部の軸心を偏芯方向に偏芯させるのである。
【００８８】
上記の如く、本実施形態においては、二つの浮動型１３０・１３０によって二箇所のピン部が形成されるため、２気筒エンジンに用いられるクランクシャフトが形成されるのである。同様の機構を上下に連続して配設することにより、３気筒以上のエンジンに用いられるクランクシャフトを形成することができるのである。
即ち、本実施形態の如く２気筒エンジンに用いられるクランクシャフトの製造装置であっても、ジャーナル部に対するピン部の偏芯量を確保するとともに、アームにおいてジャーナル部から反偏芯方向側への突出量である張出し量を確保することが可能となるのである。
【００８９】
［第七実施形態］
次に、本発明の第七実施形態に係るクランクシャフトの製造方法及び製造装置について、図１１を用いて説明する。
本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置においては、図１１（ａ）に示す如く、前記第五実施形態の構成に加え、前記丸棒状素材Ｗの上下略中央部である中途部Ｗｍを浮動型２３０における挟持部２３２で挟持する構成としている。
【００９０】
このような状態で、図１１（ｂ）に示す如く、可動型１１０を固定型１２０に近接させることにより丸棒状素材Ｗを軸方向に圧縮すると同時に、浮動型２３０を丸棒状素材Ｗの軸方向と垂直な偏芯方向に移動させるのである。これにより、丸棒状素材Ｗを座屈させ、軸方向に圧縮してその断面積を広げる、いわゆる据え込みを行うのである。
【００９１】
その後、図１１（ｃ）に示す如く、可動型１１０及び浮動型２３０を所定のストロークだけ固定型１２０に近接させることにより、丸棒状素材Ｗの軸心に対して前記中途部Ｗｍの軸心を偏芯方向に偏芯させるのである。そして、可動型側保持部１１２で保持されている丸棒状素材Ｗの上端部Ｗｕ、及び、固定型側保持部１２２で保持されている丸棒状素材Ｗの下端部Ｗｄをジャーナル部Ｊ・Ｊとして形成し、挟持部２３２で挟持されている前記丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍをピン部Ｐとして形成する。同時に、それぞれのジャーナル部Ｊ・Ｊとピン部Ｐとを連結するアームＡ・Ａを成形して、クランクシャフトの偏芯据え込みによる成形を終了するのである。
【００９２】
本明細書では、図１１（ｃ）に示す成形後のクランクシャフトにおいて、丸棒状素材Ｗの固定部分である下端部Ｗｄの軸心から、中途部Ｗｍの軸心が偏芯した長さを偏芯量Ｅ３として説明する。また、アームＡにおいて、ジャーナル部Ｊから反偏芯方向側への突出量を張出し量ｈ３１として説明する。
【００９３】
なお、本実施形態においても説明の便宜上、図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示す如く１気筒エンジンに用いられるクランクシャフトの製造方法及び製造装置について説明するが、本発明は例えば図１５に示す直列４気筒エンジンに用いられるクランクシャフトなど、他のクランクシャフトの製造方法及び製造装置に用いることも可能である。
【００９４】
前記浮動型２３０は、既出の第一実施形態と同様に、第一浮動型２３０ａと第二浮動型２３０ｂとからなる部材である。具体的には、平面視で略Ｕ字状に形成された第二浮動型２３０ｂの凹部に、第一浮動型２３０ａを挿入可能に構成されているのである。そして、この第一浮動型２３０ａ及び第二浮動型２３０ｂにおける、それぞれ第二浮動型２３０ｂ及び第一浮動型２３０ａが対向する面にて構成される挟持部２３２は、第一浮動型２３０ａが第二浮動型２３０ｂに挿入された状態において、前記丸棒状素材Ｗとほぼ同径の孔を形成するように構成されている。つまり、第一浮動型２３０ａと第二浮動型２３０ｂとの間に丸棒状素材Ｗの中途部Ｗｍを挟むことにより、浮動型２３０は挟持部２３２で前記中途部Ｗｍを挟持可能に構成されているのである。また、該浮動型２３０は、固定型１２０に対して近接離間可能及び水平移動可能に構成されている。
【００９５】
本実施形態に係るクランクシャフトの製造装置についてはさらに、前記浮動型２３０が前記偏芯方向と反対側に、前記丸棒状素材Ｗの軸方向に突出する突出部２３３ａ・２３３ｂを備えて形成されている。具体的には図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示す如く、前記浮動型２３０における第一浮動型２３０ａの上面及び下面のそれぞれに、上方及び下方に突出する突出部２３３ａ・２３３ｂが形成されるのである。そして、図１１（ｃ）の如く成形した後には、第一浮動型２３０ａを紙面奥行方向に移動させることにより、クランクシャフトから第一浮動型２３０ａを離脱させるのである。
【００９６】
本実施形態によれば上記のように構成することにより、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ３を確保するとともに、アームＡにおいてジャーナル部Ｊから反偏芯方向側への突出量である張出し量ｈ３１をさらに確保することができ、アームＡの張出し部分の軽量化を図ることができる。
【００９７】
具体的には、前記第五実施形態の如く丸棒状素材Ｗの質量を変えずに段付部Ｗｅ・Ｗｆを形成することにより中途部Ｗｍが偏芯しやすくなるのである。
加えて、段付部Ｗｅ・Ｗｆを予め形成するとともに、第一浮動型２３０ａの上面及び下面のそれぞれに突出部２３３ａ・２３３ｂを形成しておくことにより、丸棒状素材Ｗをさらに反偏芯方向に突出させることができるため、張出し量３１を確保することが可能となるのである。これにより、例えば図１５に示す直列４気筒エンジンに用いられるクランクシャフトの場合にあっては、スラストベアリングを配設する３番ジャーナル部において、前記の如く張出し量をさらに大きく確保することにより、スラストベアリング座面を確保することが可能となるのである。
さらに、アームＡの張出し部分を薄く形成することが可能となるため、クランクシャフトの軽量化を図ることも可能となるのである。
【００９８】
本願出願人は、本実施形態によってピン部Ｐの径を４６ｍｍ、ジャーナル部Ｊの径を４８ｍｍ、段付部Ｗｅ・Ｗｆの径を５０．６ｍｍとして、素材長２４０ｍｍのＳ４５Ｃ丸棒を用いて偏芯据え込みによる成形を行った。その結果、前記第五実施形態と同様に、クランクシャフトの偏芯量Ｅ３及び張出し量ｈ３１は、目標値を満たすものが得られた。即ち、従来のクランクシャフト成形方法に比べて、ジャーナル部Ｊに対するピン部Ｐの偏芯量Ｅ３を大きく確保するとともに、アームＡにおいてジャーナル部Ｊから反偏芯方向側への突出量である張出し量ｈ３１をさらに大きく確保することができることが確認できたのである。
【符号の説明】
【００９９】
１０    可動型
１２    可動型側保持部
１７    可動型素材拘束部
２０    固定型
２２    固定型側保持部
２７    固定型素材拘束部
３０    浮動型
３２    挟持部
３７    浮動型素材拘束部
Ｊ    ジャーナル部
Ｐ    ピン部
Ｗ    丸棒状素材
Ｗｍ    中途部
Ｅ    偏芯量
ｈ    張出し量
【図１】
2011020131.tif 000003
【図２】
2011020131.tif 000004
【図３】
2011020131.tif 000005
【図４】
2011020131.tif 000006
【図５】
2011020131.tif 000007
【図６】
2011020131.tif 000008
【図７】
2011020131.tif 000009
【図８】
2011020131.tif 000010
【図９】
2011020131.tif 000011
【図１０】
2011020131.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2011020131.tif 000014
【図１３】
2011020131.tif 000015
【図１４】
2011020131.tif 000016
【図１５】
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