(57)【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、前記クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で備える複数のカウンターウエイト部と、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、
前記初期荒地から中間荒地を得る第２予備成形工程と、
前記中間荒地から最終荒地を得る最終予備成形工程と、
型鍛造によって前記最終荒地を前記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初期荒地を圧下することにより、前記ピン部となる部位の偏心量が仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さくなり、前記カウンターウエイト部となる部位、および前記カウンターウエイト部を一体で備える前記クランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みよりも大きくなり、
前記最終予備成形工程では、第２金型を用い、前記中間荒地を前記中間荒地の軸方向と垂直な方向から圧下し、さらに、前記カウンターウエイト部となる部位、および前記カウンターウエイト部を一体で備える前記クランクアーム部となる部位を、前記中間荒地の軸方向から圧下することにより、前記ピン部となる部位の偏心量を維持しつつ、前記カウンターウエイト部となる部位、および前記カウンターウエイト部を一体で備える前記クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする、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、
前記最終予備成形工程では、前記第２金型による前記中間荒地の軸方向と垂直な方向に沿う圧下方向が、前記ピン部となる部位の偏心方向と垂直な方向である、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形状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クランク軸である。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。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、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クランク軸に限らず、様々なクランク軸に適用できる。例えば、４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸にも適用できる。【００１４】
４気筒−４枚カウンターウエイトのクランク軸の場合、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。そのため、予備成形によって得られる荒地には、鍛造クランク軸の形状がほとんど造形されていない。このように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】
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）および特開平１０−０２９０３２号公報（特許文献３）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、被加工物の一部を伸ばすとともに、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。【００１８】
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。【００１９】
特許文献３は、型鍛造において、型打ち方向（圧下方向）をウエイト部の張り出し方向に対して直角方向とする技術を開示する。これにより、特許文献３では、型鍛造において、アーム部中心面から大きく張り出すウエイト部の材料の充満性を向上できるとしている。この特許文献３の技術では、上型と下型の型割面がウエイト部の張り出し形状の頂点に配置され、上型と下型の間から余材がバリとして流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【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】特開平１０−０２９０３２号公報
【特許文献４】国際公開第２０１４／０３８１８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
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。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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
前記特許文献３の技術によれば、型鍛造におけるウエイト部の材料の充満性をある程度改善することができる。しかしながら、特許文献３の技術では、バリが形成されるのに伴って材料歩留りが低下する。また、従来の製造方法による材料歩留りは、十分でない。このため、材料歩留りをさらに向上させることが望まれる。【００２５】
本発明の目的は、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】
【００２６】
本発明の一実施形態による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、クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で備える複数のカウンターウエイト部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。【００２７】
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、初期荒地から中間荒地を得る第２予備成形工程と、中間荒地から最終荒地を得る最終予備成形工程と、型鍛造によって最終荒地を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。これにより、それらの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初期荒地を圧下する。これより、ピン部となる部位の偏心量が仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さくなり、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みよりも大きくなる。最終予備成形工程では、第２金型を用い、中間荒地を中間荒地の軸方向と垂直な方向から圧下し、さらに、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位を、中間荒地の軸方向から圧下する。これにより、ピン部となる部位の偏心量を維持しつつ、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする。
【発明の効果】
【００２８】
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、バリを形成することなく、軸方向の体積の配分が促進された中間荒地を得ることができる。また、中間荒地は、ウェブ相当部でウエイト相当部の体積とアーム相当部の体積が適切に配分される。そのため、最終予備成形工程においても、バリをほとんど形成せずに、クランク軸の形状に近い形状の最終荒地を得ることができる。そして、仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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中間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最終荒地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仕上げ鍛造材を示す模式図である。
【図３Ｆ】図３Ｆ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ウェブとなる部位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ウェブとなる部位を示す横断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下開始時の状況を模式的に示す縦断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第２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９Ａ】図９Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下開始時のウェブとなる部位を示す横断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下終了時のウェブとなる部位を示す横断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例における圧下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１０Ｂ】図１０Ｂは、第２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開始時のピン部となる部位を示す横断面図である。
【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終了時のピン部となる部位を示す横断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、最終予備成形工程の加工フロー例の圧下前の状況を模式的に示す縦断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、最終予備成形工程の加工フロー例における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す縦断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。
【図１３】図１３は、最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、ウェブとなる部位を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下する場合の圧下前の状況を示す横断面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ウェブとなる部位を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下する場合の圧下終了時の状況を示す横断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下開始時の状況を示す横断面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下終了時の状況を示す横断面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、第２予備成形工程でピン加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下開始時の状況を示す横断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、第２予備成形工程でピン加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下終了時の状況を示す横断面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下前の状況を示す横断面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例における圧下終了時の状況を示す横断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、実施形態１の最終予備成形工程における圧下前の状況を模式的に示す上面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、実施形態１の最終予備成形工程における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す上面図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、実施形態１の最終予備成形工程における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す上面図である。
【図１９】図１９は、実施形態１の最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、実施形態２の最終予備成形工程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２０Ｂ】図２０Ｂは、実施形態２の最終予備成形工程における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す縦断面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、実施形態２の最終予備成形工程における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。
【図２１】図２１は、実施形態３の第２予備成形工程で用いられる第１金型を示す縦断面図である。
【図２２】図２２は、実施形態３の第２予備成形工程で用いられる第１金型を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、複数のジャーナル部と、複数のピン部と、複数のクランクアーム部と、複数のカウンターウエイト部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。複数のジャーナル部は、回転中心となる。複数のピン部は、ジャーナル部に対して偏心する。複数のクランクアーム部は、ジャーナル部とピン部をつなぐ。複数のカウンターウエイト部は、クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で備える。
【００３１】
鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、最終予備成形工程と、仕上げ鍛造工程と、を含む。第１予備成形工程は、ビレットから初期荒地を得る。第２予備成形工程は、初期荒地から中間荒地を得る。最終予備成形工程は、中間荒地から最終荒地を得る。仕上げ鍛造工程は、型鍛造によって最終荒地をクランク軸の仕上げ寸法に成形する。
【００３２】
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。これにより、それらの部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成する。
【００３３】
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初期荒地を圧下する。これより、ピン部となる部位に偏心を与える。そ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。カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みよりも大きくなる。
【００３４】
最終予備成形工程では、第２金型を用い、中間荒地を中間荒地の軸方向と垂直な方向から圧下し、さらに、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位を、中間荒地の軸方向から圧下する。これにより、ピン部となる部位の偏心量を維持しつつ、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする。
【００３５】
典型的な例では、第２予備成形工程で用いられる一対の第１金型は、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位と当接するウェブ加工部、ピン部となる部位と当接するピン加工部、並びに、ジャーナル部となる部位と当接するジャーナル加工部を備える。ウェブ加工部は、一対の第１金型のうちの一方が、クランクアーム部となる部位と当接するアーム加工部と、カウンターウエイト部となる部位と当接するウエイト加工部とを備える。アーム加工部およびウエイト加工部は、全体として凹状であり、かつ、凹状の底面側にアーム加工部が位置するとともに、凹状の開口側にウエイト加工部が位置し、ウエイト加工部の開口幅は、凹状の底面から遠ざかるに従って広くなる。
【００３６】
そして、第２予備成形工程では、ピン加工部およびジャーナル加工部によって扁平部を圧下する。これにより、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位を、凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる。
【００３７】
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、バリを形成することなく、軸方向の体積の配分が促進された中間荒地を得ることができる。また、中間荒地は、ウェブ相当部（ウエイト部となる部位、およびウエイト部を一体で備えるアーム部となる部位）でウエイト相当部（ウエイト部となる部位）の体積とアーム相当部（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）の体積が適切に配分される。そのため、最終予備成形工程においても、バリをほとんど形成せずに、クランク軸の形状に近い形状の最終荒地を得ることができる。そして、仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から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。
【００３８】
好ましくは、第２予備成形工程において、ウエイト相当部およびアーム相当部を凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる際に、ウエイト相当部およびアーム相当部を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下して体積を配分する。
【００３９】
最終予備成形工程では、第２金型による中間荒地の軸方向と垂直な方向に沿う圧下方向が、ピン部となる部位の偏心方向と垂直な方向であってもよいし、ピン部となる部位の偏心方向であってもよい。
【００４０】
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。
【００４１】
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、アーム部Ａのうちの全部または一部が一体で備える複数のウエイト部Ｗ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クランク軸１１が製造対象である。４気筒−８枚カウンターウエイトのクランク軸の場合、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。ウエイト部を備えないアーム部の形状は長円状である。
【００４２】
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、最終予備成形工程と、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。
【００４３】
図３Ａ〜図３Ｆ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は中間荒地を示す。図３Ｄは最終荒地を示す。図３Ｅは仕上げ鍛造材を示す。図３Ｆは鍛造クランク軸を示す。なお、図３Ａ〜図３Ｆは、前記図１に示す形状のクランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。
【００４４】
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。
【００４５】
第２予備成形工程では、体積をさらに配分するため、一対の第１金型を用いて初期荒地２３を圧下する。その際の圧下方向は、扁平部２３ａの幅方向である。これにより、バリ無しの中間荒地２４が得られる。中間荒地２４において、ウェブ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３Ｆ参照）よりも大きい。仕上げ寸法の厚さｔ０とは、鍛造クランク軸（最終製品）のアーム部およびウエイト部の軸方向の厚さを意味する。また、中間荒地２４のピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じである。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。
【００４６】
最終予備成形工程では、第２金型を用い、中間荒地２４を中間荒地２４の軸方向と垂直な方向から圧下する。さらに、中間荒地２４のウェブ相当部を中間荒地２４の軸方向から圧下する。これにより、ピン相当部の偏心量を維持しつつ、ウェブ相当部の厚さを仕上げ寸法の厚みまで小さくする。その結果、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２５が得られる。最終荒地２５のピン相当部の偏心量は、中間荒地２４のピン相当部の偏心量と変わらず、仕上げ寸法の偏心量と同じである。最終予備成形工程には、例えば、特許文献４に記載の成形装置を用いることができる。ただし、この装置を用いる場合、ピン相当部を保持する型部材は、ピン相当部をさらに偏心させるように移動することはない。最終予備成形工程の加工フロー例については後述する。
【００４７】
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２５を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２５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２６が得られる。仕上げ鍛造材２６には、最終製品のクランク軸と合致する形状が造形されている。最終荒地２５に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２５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。
【００４８】
バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材２６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２６からバリＢが除去される。その結果、鍛造クランク軸２１（最終製品）が得られる。
【００４９】
なお、特許文献４には、クランク軸の粗形状が造形された粗素材から仕上げ打ち用素材を成形する成形装置が提案されている。その粗素材は、丸ビレットに、絞り圧延および曲げ打ち等を繰り返して施すことによって得られる。また、後工程において、仕上げ打ち用素材に、仕上げ鍛造およびバリ抜きがその順に施される。
【００５０】
本実施形態の製造方法では、特許文献４の製造工程における絞り圧延および曲げ打ち等に代え、第１予備成形工程および第２予備成形工程を採用する。本実施形態の最終予備成形工程は、特許文献４の成形装置による成形に相当する。ただし、この装置を用いる場合、ピン相当部を保持する型部材は、ピン相当部をさらに偏心させるように移動することはない。
【００５１】
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。
【００５２】
図５Ａおよび図５Ｂは、ジャーナル部となる部位（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。
【００５３】
図６Ａおよび図６Ｂは、ピン部となる部位（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。
【００５４】
図７Ａおよび図７Ｂは、ウェブとなる部位（ウェブ相当部）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。
【００５５】
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。
【００５６】
ジャーナル加工部は、図５Ａに太線で示すように、第３上型３１に設けられる上型ジャーナル加工部３１ａ、および、第３下型３２に設けられる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、凹状であり、ビレット２２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２２を収容可能な凹状であってもよい。
【００５７】
ピン加工部は、図６Ａに太線で示すように、第３上型３１に設けられる上型ピン加工部３１ｂ、および、第３下型３２に設けられる下型ピン加工部３２ｂからなる。上型ピン加工部３１ｂは、凹状であり、ビレット２２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２２を収容可能な凹状であってもよい。
【００５８】
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、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。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２２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。
【００５９】
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ウェブ相当部に流入する。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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、ウェブ相当部を第３金型によって圧下しなくてよい。また、ウェブ相当部の形状（寸法）を整えるため、ウェブ相当部を部分的に第３金型３０によって圧下してもよい（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。例えば、ウェブ相当部の幅Ｂｂが扁平部の幅Ｂｆと同じになるように、ウェブ相当部を部分的に第３金型によって圧下してもよい。
【００６２】
３．第２予備成形工程の加工フロー例
図８Ａ〜図１１Ｂ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８Ａは、圧下開始時の状況を示す縦断面図であり、図８Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。
【００６３】
図９Ａおよび図９Ｂは、ウェブとなる部位（ウェブ相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図９Ａは圧下開始時の状況を示し、図９Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図９Ａは、前記図８ＡのＩＸＡ−ＩＸＡ断面図であり、図９Ｂは、前記図８ＢのＩＸＢ−ＩＸＢ断面図である。
【００６４】
図１０Ａおよび図１０Ｂは、ジャーナル部となる部位（ジャーナル相当部）を示す横断面図である。これらの図うち、図１０Ａは圧下開始時の状況を示し、図１０Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１０Ａは、前記図８ＡのＸＡ−ＸＡ断面図であり、図１０Ｂは、前記図８ＢのＸＢ−ＸＢ断面図である。
【００６５】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、ピン部となる部位（ピン相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図１１Ａは圧下開始時の状況を示し、図１１Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１１Ａは、前記図８ＡのＸＩＡ−ＸＩＡ断面図であり、図１１Ｂは、前記図８ＢのＸＩＢ−ＸＩＢ断面図である。
【００６６】
図８Ａ〜図１１Ｂ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。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９Ｂ、図１０Ｂおよび図１１Ｂ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。一対の第１金型４０は、初期荒地２３のウェブ相当部と当接する上型ウェブ加工部４１ｃおよび下型ウェブ加工部４２ｃ、ピン相当部と当接する上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂ、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。
【００６７】
ウェブ加工部の横断面形状は、図９Ａに太線で示すように、下型ウェブ加工部４２ｃが全体として凹状である。他方の上型ウェブ加工部４１ｃは、平面状である。なお、上型ウェブ加工部４１ｃおよび下型ウェブ加工部４２ｃ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。
【００６８】
凹状のウェブ加工部（図９Ａでは下型ウェブ加工部４２ｃ）は、アーム部となる部位（アーム相当部）と当接するアーム加工部４２ｄと、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。アーム加工部４２ｄは、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面側に位置し、ウエイト加工部４２ｅは凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの開口側に位置する。また、ウエイト加工部４２ｅの開口幅Ｂｗは、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面から遠ざかるに従って広くなる。例えば図９Ａ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。また、アーム加工部４２ｄは、両側面が平行であり、開口幅Ｂｗが一定である。
【００６９】
第２予備成形工程では、前述の通り、ウェブ相当部の厚さを仕上げ寸法の厚さよりも大きくする。このため、上型ウェブ加工部４１ｃおよび下型ウェブ加工部４２ｃの軸方向の長さは、ウェブ（アーム部およびそのアーム部が一体で備えるウエイト部）の仕上げ寸法の厚さより大きい。
【００７０】
ジャーナル加工部は、図１０Ａに太線で示すように、第１上型４１に設けられる上型ジャーナル加工部４１ａ、および、第１下型４２に設けられる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、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４２ａが初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能な凹状であってもよい。
【００７１】
ピン加工部は、図１１Ａに太線で示すように、第１上型４１に設けられる上型ピン加工部４１ｂ、および、第１下型４２に設けられる下型ピン加工部４２ｂからなる。上型ピン加工部４１ｂ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。下型ピン加工部４２ｂは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂ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４２ｂが初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能な凹状であってもよい。
【００７２】
第２予備成形工程では、図８Ａ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。
【００７３】
この状態から第１上型４１を下降させる。すると、図１０Ａおよび図１１Ａ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および凹状の上型ピン加工部４１ｂに収容される。その際、図９Ａに示すように、ウェブ相当部は、ウェブ加工部の底面と接触することなく、ウェブ相当部の大部分がウェブ加工部４２ｃのうちのウエイト加工部４２ｅ内に配置される。
【００７４】
第１上型４１をさらに下降させると、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによって閉断面が形成される。また、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、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂの内部の扁平部全体が圧下される。また、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、ジャーナル相当部およびピン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。また、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かまたはそれよりも小さくなる。ピン相当部の偏心量が、仕上げ寸法の偏心量よりも小さい場合には、最終予備成形工程後の型鍛造で仕上げ寸法の偏心量とする。
【００７５】
ウェブ加工部のうちで平面状のウェブ加工部（図９Ａおよび図９Ｂでは上型ウェブ加工部４１ｃ）はウェブ相当部に押し当てられないが、第１金型４０による圧下に伴い、ウェブ相当部は凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面側に押し込まれる。この押し込みは、ウェブ相当部の前後に位置するジャーナル相当部およびピン相当部の圧下（変形）に伴って発生する。押し込みの際に、ウェブ相当部は、前述のアーム加工部４２ｄおよびウエイト加工部４２ｅに沿って変形する。すなわち、ウェブ相当部の幅は、凹状の底面側（アーム相当部）で狭くなり、凹状の開口側（ウエイト相当部）で広くなる。また、ウェブ相当部の開口側の側面２３ｂは、横断面形状が円弧状となる。
【００７６】
このようにウエイト加工部４２ｅによってウエイト相当部を形成する際、ウエイト相当部の軸方向の前後に、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂ、並び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が存在する。この場合、上型ピン加工部４１ｂの上側の部位（図８Ｂの円Ｄ２で囲む部分）、および上型ジャーナル加工部４１ａの上側の部位（図８Ｂの楕円Ｄ１で囲む部分）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。このため、材料がウエイト相当部から軸方向に流出することがない。また、前述の通り、平面状のウェブ加工部（図９Ａおよび図９Ｂでは上型ウェブ加工部４１ｃ）をウェブ相当部に押し当てないので、ピン相当部およびジャーナル相当部からウエイト相当部に材料が流入するのを促進できる。さらに、余材をバリとして流出させることなく、ウエイト相当部として確保することが可能となる。
【００７７】
第１金型４０による圧下の終了後、第１上型４１を上昇させ、加工済みの初期荒地２３（中間荒地２４）を取り出す。このようにして得られる中間荒地において、ウェブ相当部の厚さは、仕上げ寸法の厚さよりも大きい。
【００７８】
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ウェブ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、ウェブ相当部は、アーム加工部およびウエイト加工部の内部で移動し、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、ウェブ相当部内で体積が適正に配分される。その結果、後工程の最終予備成形工程および仕上げ鍛造工程において、ウエイト部で欠肉が生じるのを抑制できる。また、ウエイト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。
【００７９】
本加工フロー例では、扁平部を凹状の上型ピン加工部４１ｂおよび凹状の上型ジャーナル加工部４１ａに収容する。その後、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによって閉断面が形成され、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。その状態で扁平部が圧下されるので、第１上型４１と第１下型４２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、ピン相当部およびジャーナル相当部からウェブ相当部への材料の流動がより促進される。
【００８０】
なお、後述するが、第２予備成形工程では、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによる部分圧下により、バリの形成を防止してもよい。また、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による部分圧下により、バリの形成を防止してもよい。
【００８１】
４．最終予備成形工程の加工フロー例
図１２Ａ〜図１２Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例を模式的に示す縦断面図である。これらの図のうち、図１２Ａは圧下前の状況を示す。図１２Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図１２Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。図１３は、最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。図１２Ａ〜図１２Ｃには、前述の第２予備成形工程で得られた中間荒地２４と、上下で一対の第２金型５１と、上側プレート５２と、下側プレート５３とを示す。第２金型５１は、第２上型６０と、第２下型７０とを備える。第２上型６０は、上側プレート５２上に支持される。上側プレート５２はプレス機のラム（図示省略）の作動に伴って上下動する。第２下型７０は、下側プレート５３上に支持される。下側プレート５３はプレス機の土台（図示省略）に固定される。
【００８２】
ウェブ相当部を中間荒地２４の軸方向から圧下するために、第２上型６０および第２下型７０は、複数の部材に分割されている。第２上型６０および第２下型７０を構成する部材は中間荒地２４の軸方向に沿って並べて配置される。第２上型６０および第２下型７０は、それぞれ、固定ジャーナル型部材６１および７１と、複数の可動ジャーナル型部材６２および７２と、複数のピン型部材６３および７３とを備える。
【００８３】
固定ジャーナル型部材６１および７１は、中間荒地２４のうちで中央のジャーナル相当部（第３ジャーナル部となる部位）、およびそのジャーナル相当部につながるウェブ相当部を含む位置に配置される。固定ジャーナル型部材６１および７１は、上側プレート５２および下側プレート５３に対し、移動不能である。
【００８４】
可動ジャーナル型部材６２および７２は、中間荒地２４のうちで中央以外のジャーナル相当部（第１、第２、第４および第５ジャーナル部となる部位）、およびそのジャーナル相当部につながるウェブ相当部を含む位置にそれぞれ配置される。なお、前側の端の可動ジャーナル型部材６２および７２は、フロントとなる部位の位置にも存在する。後側の端の可動ジャーナル型部材６２および７２は、フランジとなる部位の位置にも存在する。可動ジャーナル型部材６２および７２は、上側プレート５２および下側プレート５３の上で、中間荒地２４の軸方向であって固定ジャーナル型部材６１および７１に向く方向に移動可能である。
【００８５】
ピン型部材６３および７３は、中間荒地２４のうちでピン相当部の位置にそれぞれ配置される。ピン型部材６３および７３は、上側プレート５２および下側プレート５３の上で、中間荒地２４の軸方向であって固定ジャーナル型部材６１および７１に向く方向に移動可能である。ピン型部材６３および７３は、上側プレート５２および下側プレート５３に対し、その軸方向以外の方向に移動不能である。
【００８６】
このような部材からなる第２上型６０および第２下型７０には、それぞれ型彫刻部（図１２Ａ中の符号６１ａ、６２ａ、６３ａ、７１ａ、７２ａおよび７３ａ参照）が形成されている。その型彫刻部には、クランク軸（最終製品）のおおよその形状が反映されている。
【００８７】
最終予備成形工程では、図１２Ａに示すように、第２上型６０を上昇させた状態で、中間荒地２４を第２上型６０と第２下型７０の間に配置する。その際、中間荒地２４は、ピン相当部が鉛直面内で並ぶような姿勢で配置される（図１３参照）。この状態から、第２上型６０を下降させる。すると、中間荒地２４が、第２上型６０および第２下型７０によって中間荒地２４の軸方向と垂直な方向（図１２Ａ〜図１３では鉛直方向）から圧下される。これにより、中間荒地２４のジャーナル相当部およびピン相当部が圧下され、ジャーナル部およびピン部のおおよその形状が造形される。
【００８８】
さらに、可動ジャーナル型部材６２および７２、並びにピン型部材６３および７３を、中間荒地２４の軸方向であって固定ジャーナル型部材６１および７１に向く方向に移動させる。この移動は、例えば、くさび機構または油圧シリンダによって実現できる。
【００８９】
可動ジャーナル型部材６２および７２、並びにピン型部材６３および７３の軸方向移動に伴い、中間荒地２４のウェブ相当部が中間荒地２４の軸方向に圧下される。これにより、ウェブ相当部の厚さが仕上げ寸法の厚さまで小さくなり、アーム部およびウエイト部のおおよその形状が造形される。その際、ピン相当部は偏心方向に移動しない。つまり、ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じに維持される。
【００９０】
第２金型５１による圧下の終了後、第２上型６０を上昇させ、加工済みの中間荒地２４（最終荒地）を取り出す。
【００９１】
このような最終予備成形工程によれば、ウェブ相当部を軸方向に圧下することから、ウエイト部で、材料の充満性を向上でき、欠肉が生じるのを抑制できる。また、ウエイト部の材料の充満性に優れることから、バリをほとんど形成することなく、最終荒地を得ることができる。
【００９２】
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、バリを形成することなく、中間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。
【００９３】
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、ウェブ相当部の断面積を増加できる。また、第２予備成形工程では、ウェブ相当部の幅を、アーム相当部で狭くし、ウエイト相当部で広くすることができる。つまり、ウェブ相当部内で体積を適切に配分できる。このため、後工程の最終予備成形工程で、バリの形成を抑制して、鍛造クランク軸のおおよその形状を造形できる。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。
【００９４】
５．ウェブ相当部内の体積配分
第２予備成形工程によるウェブ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。
【００９５】
鍛造クランク軸（最終製品）のウエイト部の形状は様々である。例えば、ウエイト部が幅方向に大きく張り出し、ピン部の偏心方向の長さが小さい場合もある。このような場合には、第２予備成形工程において、ウエイト加工部の形状を変更することが有効である。ウエイト加工部の形状変更として、例えば、傾斜面の角度を調整したり、ウエイト加工部を曲面としたりすればよい。また、ウェブ相当部を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下することにより、ウエイト相当部内で体積を配分してもよい。
【００９６】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、ウェブとなる部位（ウェブ相当部）を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下する場合を示す横断面図である。これらの図のうち、図１４Ａは圧下前の状況を示し、図１４Ｂは圧下終了時の状況を示す。図１４Ａおよび図１４Ｂは、前記図９Ａおよび図９Ｂにおいて、凹状のウェブ加工部の深さを浅く変更したものである。
【００９７】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示す加工フロー例では、前記図９Ａおよび図９Ｂに示す加工フロー例と同様に、ウェブ相当部が凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面側に押し込まれ、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃに沿って変形する。加えて、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの深さが浅いので、第１金型４０による圧下の終盤に、平面状の上型ウェブ加工部４１ｃがウェブ相当部の開口側の側面に押し当てられる。これにより、ウェブ相当部は、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの開口側から圧下され、幅が広くなるとともに偏心方向の長さが小さくなる。その結果、ウエイト相当部内で体積が配分される。
【００９８】
このようにウェブ相当部の開口側の側面を圧下する場合、ウェブ相当部への材料流入が阻害されるのを防止する観点から、軽圧下を実施するのが好ましい。軽圧下は、例えば、ウェブ相当部の開口側の側面２３ｂ（図９Ｂ参照）の一部を圧下することによって実現できる。この場合、金型と接触しない部位に材料が逃げることによって軽圧下となる。
【００９９】
６．好ましい態様等
後工程でウエイト部の材料の充満性を向上させる観点から、第２予備成形工程において、中間荒地のウェブ相当部の厚みｔ１（ｍｍ）は、仕上げ寸法ｔ０（ｍｍ）に対する比（ｔ１／ｔ０）で、１．１以上とするのが好ましく、１．５以上とするのがより好ましい。一方、比（ｔ１／ｔ０）が３．５を超えると、材料表面のバルジ変形領域が大きくなり、アーム部外周の寸法精度が低下するおそれがある。このため、比（ｔ１／ｔ０）を３．５以下とするのが好ましい。
【０１００】
後工程でウエイト部の材料の充満性を確保しつつウエイト部の欠肉を防止する観点から、中間荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ２（ｍｍ2）は、鍛造クランク軸（最終製品）のウェブの断面積Ｓｗ０（ｍｍ2）に対する比（Ｓｗ２／Ｓｗ０）で、０．３〜０．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ１（ｍｍ2）は、鍛造クランク軸（最終製品）のウェブの断面積Ｓｗ０（ｍｍ2）に対する比（Ｓｗ１／Ｓｗ０）で、０．２〜０．８とするのが好ましい。ここで、ウェブ相当部の断面積Ｓｗ１は、アーム相当部の断面積と、ウエイト相当部の断面積との合計である。また、ウェブの断面積Ｓｗ０は、ウエイト部の断面積と、そのウエイト部が一体で備えるアーム部の断面積との合計である。
【０１０１】
後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ２（ｍｍ2）は、鍛造クランク軸（最終製品）のジャーナル部の断面積Ｓｊ０（ｍｍ2）に対する比（Ｓｊ２／Ｓｊ０）で、１．０〜１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ１（ｍｍ2）は、鍛造クランク軸（最終製品）の断面積Ｓｊ０（ｍｍ2）に対する比（Ｓｊ１／Ｓｊ０）で、１．２〜１．９とするのが好ましい。
【０１０２】
後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ２（ｍｍ2）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ2）に対する比（Ｓｐ２／Ｓｐ０）で、０．７〜１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ１（ｍｍ2）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ2）に対する比（Ｓｐ１／Ｓｐ０）で、０．９〜１．９とするのが好ましい。
【０１０３】
前述の通り、第２予備成形工程では、ウエイト加工部４２ｅによってウエイト相当部を形成する際に、上型ピン加工部４１ｂの上側の部位および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、凹状の上型ピン加工部４１ｂおよび凹状の上型ジャーナル加工部４１ａにおいて、開口幅（Ｂｐ：図１１Ａ参照、Ｂｊ：図１０Ａ参照）を狭くすることが重要となる。一方で、凹状の上型ピン加工部４１ｂの開口幅Ｂｐおよび凹状の上型ジャーナル加工部４１ａの開口幅Ｂｊが狭すぎると、後工程で負荷が大きくなる。
【０１０４】
これらから、図８Ａ〜図１１Ｂに示すような加工フロー例を採用する場合、凹状の上型ピン加工部４１ｂの開口幅Ｂｐ（ｍｍ）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の直径Ｄｐ（ｍｍ）に対する比で、０．５〜１．５とするのが好ましい。また、凹状の上型ジャーナル加工部４１ａ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。
【０１０５】
前述の第２予備成形工程の加工フロー例では、初期荒地２３（扁平部）を圧下する。その圧下の際に、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によって閉断面が形成された状態とし、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂ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。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、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによってピン相当部を部分圧下することにより、バリの流出を防止してもよい。
【０１０６】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例を示す横断面図である。これらの図のうち、図１５Ａは圧下開始時の状況を示し、図１５Ｂは圧下終了時の状況を示す。図１５Ａおよび図１５Ｂに示す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は、前記図１０Ａおよび図１０Ｂに示す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の形状を変更したものである。図１５Ａに太線で示す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では、上型ジャーナル加工部４１ａが、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能な凹状である。また、下型ジャーナル加工部４１ａが、凸部の先端面に設けられる。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は、幅方向の両端に逃げ部４１ｆおよび４２ｆを備え、その逃げ部４１ｆおよび４２ｆは幅方向に広がる。
【０１０７】
このような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によれば、第１上型４１の下降に伴い、凹状の上型ジャーナル加工部４１ａに初期荒地２３の扁平部の全体が収容される。その状態で、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が扁平部と当接し、続いて下型ジャーナル加工部４２ａが扁平部と当接する。この当接に伴って扁平部が圧下されて断面積が減少し、材料が軸方向に流動して体積が配分される。その際、一部の材料は、逃げ部４１ｆおよび４２ｆに流入するが、逃げ部４１ｆおよび４２ｆの一部は扁平部と当接しない。このため、扁平部は部分的に圧下され、バリが形成されない。
【０１０８】
なお、後述の図１６Ａおよび図１６Ｂに示す構成をジャーナル加工部に適用し、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。体積の配分を促進する観点では、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によって閉断面を形成した状態で、扁平部の全体を圧下するのが好ましい。また、上型と下型の隙間に材料が噛み出すのを防止する観点では、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によって部分圧下するのが好ましい。
【０１０９】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、第２予備成形工程でピン加工部によって部分圧下する加工フロー例を示す横断面図である。これらの図のうち、図１６Ａは圧下開始時の状況を示し、図１６Ｂは圧下終了時の状況を示す。図１６Ａおよび図１６Ｂに示す上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂは、前記図１１Ａおよび図１１Ｂに示す上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂの形状を変更したものである。図１６Ａに太線で示す上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂでは、上型ピン加工部４１ｂが、初期荒地２３の扁平部の大半を収容可能な凹状である。また、下型ピン加工部４２ｂが、凹状である。上型ピン加工部４１ｂの深さは、下型ピン加工部４２ｂよりも深い。
【０１１０】
このような上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによれば、第１上型４１の下降に伴い、凹状の上型ピン加工部４１ｂに初期荒地２３の扁平部の大半が収容される。その状態で、第１上型４１をさらに下降させると、上型ピン加工部４１ｂが扁平部と当接し、続いて下型ピン加工部４２ｂ部が扁平部と当接する。その際、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂは、いずれも、部分的に扁平部と当接する。換言すると、型割り面の周辺で扁平部がピン加工部と当接しない。このため、バリを形成することなく、ピン相当部からウェブ相当部に材料を流動させることができる。また、ピン相当部を偏心させることもできる。
【０１１１】
なお、前述の図１５Ａおよび図１５Ｂに示す構成をピン加工部に適用し、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。体積の配分を促進する観点では、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによって閉断面を形成した状態で、扁平部の全体を圧下するのが好ましい。噛み出しを防止する観点では、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによって部分圧下するのが好ましい。
【０１１２】
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。
【０１１３】
図１７Ａおよび図１７Ｂは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例を示す横断面図である。これらの図のうち、図１７Ａは圧下前の状況を示し、図１７Ｂは圧下終了時の状況を示す。図１７Ａおよび１７Ｂに示す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は、前記図５Ａおよび図５Ｂに示す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の形状を変更したものである。図１７Ａ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のいずれも、凹状であり、深さが同じである。
【０１１４】
このようなジャーナル加工部によれば、第３上型３１の下降に伴い、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の最深部がビレット２２に当接する。その状態で、第３上型３１をさらに下降させると、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が、いずれも、部分的にビレットと当接する。換言すると、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が型割り面の周辺でビレット２２と当接しない。このため、バリを形成することなく、断面積を減少させて扁平部を形成できる。体積の配分を促進する観点では、前記図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ジャーナル加工部によって閉断面を形成した状態で、ビレットの全体を圧下するのが好ましい。
【０１１５】
第３金型のピン加工部は、図示を省略するが、前記図１７Ａおよび図１７Ｂに示すジャーナル加工部と同様の構成を採用し、ビレットを部分圧下してもよい。体積の配分を促進する観点では、前記図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ピン加工部によって閉断面を形成した状態で、ビレットの全体を圧下するのが好ましい。
【０１１６】
７．その他の実施形態
［実施形態１］
図１８Ａ〜図１８Ｃは、実施形態１の製造方法における最終予備成形工程を模式的に示す上面図である。これらの図のうち、図１８Ａは圧下前の状況を示す。図１８Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図１８Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。図１９は、実施形態１の最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。実施形態１の製造方法は、上記の図３Ａ〜図１７Ｂに示す実施形態と比較して、最終予備成形工程で用いられる第２金型の形態が相違する。それ以外の構成は、上記の実施形態と同じである。なお、状況の理解を容易にするため、図１８Ａ〜図１８Ｃには、第２金型５１を構成する第２上型６０および第２下型７０のうちの第２下型７０を示す。図１８Ａには、中間荒地２４の輪郭を破線で示す。図１８Ｂおよび図１８Ｃには、バリを示さない。
【０１１７】
上記の実施形態では、図１２Ａおよび図１３に示すように、中間荒地２４は、ピン相当部が鉛直面内で並ぶような姿勢で、第２下型７０の上に配置される。そのため、図１２Ｂに示すように、第２上型６０の下降によって第２上型６０と第２下型７０とが型締めされると、ジャーナル相当部およびピン相当部は、ピン相当部の偏心方向に沿って圧下される。
【０１１８】
これに対し、実施形態１では、図１８Ａおよび図１９に示すように、中間荒地２４は、ピン相当部が水平面内で並ぶような姿勢で、第２下型７０の上に配置される。そのため、図１８Ｂに示すように、第２上型の下降によって第２上型６０と第２下型７０とが型締めされると、ジャーナル相当部およびピン相当部は、ピン相当部の偏心方向と垂直な方向から圧下される。
【０１１９】
このように、実施形態１の最終予備成形工程では、中間荒地２４の姿勢は、ピン相当部が水平面内で並ぶような姿勢である。この姿勢は、後の仕上げ鍛造工程での最終荒地の姿勢と同様ある。そのため、最終予備成形工程で形成されるバリの位置と、仕上げ鍛造工程で形成されるバリの位置とは、一致する。したがって、最終予備成形工程でバリが形成されたとしても、そのバリは、仕上げ鍛造工程で形成されるバリと一緒になり、次のバリ抜き工程で除去される。
【０１２０】
［実施形態２］
図２０Ａ〜図２０Ｃは、実施形態２の製造方法における最終予備成形工程を模式的に示す縦断面図である。これらの図のうち、図２０Ａは圧下前の状況を示す。図２０Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図２０Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。実施形態２の製造方法は、上記の図３Ａ〜図１７Ｂに示す実施形態と比較して、第２予備成形工程で得られる中間荒地２４の形態が相違する。さらに、最終予備成形工程で得られる最終荒地２５の形態が相違する。それ以外の構成は、上記の実施形態と同じである。最終予備成形工程での中間荒地２４の姿勢は、ピン相当部が鉛直面内で並ぶような姿勢である。
【０１２１】
図２０Ａに示すように、中間荒地２４のピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量よりも小さい。第２予備成形工程では、ピン相当部の偏心量が仕上げ寸法の偏心量よりも小さくなるように、中間荒地２４が成形される。そして、最終予備成形工程では、上記の実施形態と同様に、ピン相当部が偏心方向に移動しない。そのため、図２０Ｂおよび図２０Ｃに示すように、最終荒地２５のピン相当部の偏心量は、中間荒地２４のピン相当部の偏心量と変わらない。つまり、最終荒地２５のピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量よりも小さい。
【０１２２】
次に仕上げ鍛造工程では、最終荒地２５は、ピン相当部が水平面内で並ぶような姿勢で、第２下型７０の上に配置される。そして、第２上型６０の下降により鍛造が実施される。ここで、最終荒地２５が第２下型７０の上に配置された段階では、最終荒地２５のピン相当部は、第２下型７０に形成されたピン部用彫刻部からずれている。最終荒地２５のピン相当部の偏心量が仕上げ寸法の偏心量よりも小さいからである。このような状態であっても、下降する第２上型６０がピン相当部と接触することにより、ピン相当部が第２下型７０のピン部用彫刻部内に押し込まれる。したがって、仕上げ寸法の偏心量となったピン部が得られる。
【０１２３】
ただし、ピン部用彫刻部への材料の充満性を確保する観点から、最終荒地２５のピン相当部の偏心量Ｅ３（ｍｍ）は、仕上げ寸法の偏心量（鍛造クランク軸のピン部の偏心量）Ｅ０（ｍｍ）に対する比（Ｅ３／Ｅ０）で、（１．０−Ｄｐ／２／Ｅ０）以上１．０未満とするのが好ましい。ここでＤｐは、仕上げ寸法のピン部の直径（鍛造クランク軸のピン部の直径）を意味する。同様の観点から、最終荒地２５のピン相当部の断面積Ｓｐ３（ｍｍ2）は、鍛造クランク軸のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ2）に対する比（Ｓｐ３／Ｓｐ０）で、０．７以上１．５以下とするのが好ましく、より好ましくは０．７５以上１．１以下とするのが好ましい。
【０１２４】
実施形態２の最終予備成形工程で用いられる第２金型として、実施形態１のような形態の第２金型を適用してもよい。
【０１２５】
［実施形態３］
図２１及び図２２は、実施形態３の第２予備成形工程で用いられる第１金型を示す縦断面図である。実施形態３の第２予備成形工程は、上記の図３Ａ〜図１７Ｂに示す実施形態と比較して、第２予備成形工程で用いられる第１金型の形態が相違する。
【０１２６】
上記の実施形態１及び２では、以下に示す問題が生じる可能性がある。図８Ａ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の第２、第３ピン相当部を加工する下型ピン加工部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、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のウェブ相当部を圧下する等の事態が生じ得る。そのため、圧下後の中間荒地に、欠肉等が生じることがある。
【０１２７】
図２１及び図２２を参照して、実施形態３の製造装置は、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂに代えて第４上型９１および第４下型９２を備える。第４上型９１および第４下型９２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４下型９２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ている。すなわち、第４下型９２は下型ジャーナル加工部４２ａ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４下型９２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４下型９２が初期荒地を支持する面積よりも広い。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。
【０１２８】
また、実施形態３の第１金型４０では、下型ジャーナル加工部４２ａによる初期荒地２３の圧下と同時または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４下型９２による初期荒地２３の圧下が開始される。したがって、ピン相当部の圧下中に、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。
【０１２９】
要するに、第４下型９２が独立して昇降すること、及び初期荒地２３のジャーナル相当部がピン相当部と同時又は先行して圧下されること、により、ピン相当部の圧下中に初期荒地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、圧下後の中間荒地に欠肉等が生じにくい。第４上型９１についても同様である。すなわち、実施形態３の製造装置は、第１、第４ピン相当部を圧下する第４上型９１と、第２、第３ピン相当部を圧下する第４下型９２とからなる第４金型９０を備える。
【０１３０】
実施形態３の第１金型４０および第４金型９０の構成について説明する。第４金型９０は、第４上型９１および第４下型９２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。
【０１３１】
図２１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４下型９２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４下型９２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と同時または当接した後に、第４下型９２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。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部と同時にまたはジャーナル相当部の圧下開始後に圧下される。
【０１３２】
図２２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４下型９２を昇降させることができる。第４下型９２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４下型９２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と同時または当接した後に、第４下型９２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。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部と同時にまたはジャーナル相当部の圧下開始後に圧下される。
【０１３３】
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４下型９２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。すなわち、初期荒地２３のピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下と同時に圧下されてもよい。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圧下されてもよい。ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下完了後に圧下されてもよい。
【０１３４】
第４上型９１についても同様である。したがって、第４上型９１の詳細な説明は省略する。
【０１３５】
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（以下、「ウエイト無しアーム部」ともいう。）を備えたクランク軸（例：４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、および最終予備成形工程を適用できる。この場合、ウエイト無しアーム部の成形は、それらの工程におけるウェブの成形に相当する。第２予備成形工程によって得られた中間荒地において、ウエイト無しアーム部となる部位（以下、「ウエイト無しアーム相当部」ともいう。）の軸方向の厚さは、仕上げ寸法の厚さより大きくてもよいし、仕上げ寸法の厚さと同じであってもよい。中間荒地のウエイト無しアーム相当部の厚さが仕上げ寸法の厚さよりも大きい場合、最終予備成形工程により、そのウエイト無しアーム相当部は軸方向から圧下され、その厚さが仕上げ寸法の厚みまで小さくされる。中間荒地のウエイト無しアーム相当部の厚さが仕上げ寸法と同じ場合、最終予備成形工程により、そのウエイト無しアーム相当部は軸方向から圧下されず、その厚さが仕上げ寸法の厚みのまま維持される。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
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】
【０１３７】
２１  鍛造クランク軸
２２  ビレット
２３  初期荒地
２３ａ  扁平部
２３ｂ  ウェブ相当部の開口側の側面
２４  中間荒地
２５  最終荒地
２６  仕上げ鍛造材
３０  第３金型
３１  第３上型
３１ａ  上型ジャーナル加工部
３１ｂ  上型ピン加工部
３２  第３下型
３２ａ  下型ジャーナル加工部
３２ｂ  下型ピン加工部
４０  第１金型
４１  第１上型
４１ａ  上型ジャーナル加工部
４１ｂ  上型ピン加工部
４１ｃ  上型ウェブ加工部
４１ｆ  逃げ部
４２  第１下型
４２ａ  下型ジャーナル加工部
４２ｂ  下型ピン加工部
４２ｃ  下型ウェブ加工部
４２ｄ  アーム加工部
４２ｅ  ウエイト加工部
４２ｆ  逃げ部
５１  第２金型
５２  上側プレート
５３  下側プレート
６０  第２上型
６１  固定ジャーナル型部材
６２  可動ジャーナル型部材
６３  ピン型部材
７０  第２下型
７１  固定ジャーナル型部材
７２  可動ジャーナル型部材
７３  ピン型部材
９０  第４金型
９１  第４上型
９２  第４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】
0006669269.tif 000002
【図１Ｂ】
0006669269.tif 000003
【図２Ａ】
0006669269.tif 000004
【図２Ｂ】
0006669269.tif 000005
【図２Ｃ】
0006669269.tif 000006
【図２Ｄ】
0006669269.tif 000007
【図２Ｅ】
0006669269.tif 000008
【図２Ｆ】
0006669269.tif 000009
【図３Ａ】
0006669269.tif 000010
【図３Ｂ】
0006669269.tif 000011
【図３Ｃ】
0006669269.tif 000012
【図３Ｄ】
0006669269.tif 000013
【図３Ｅ】
0006669269.tif 000014
【図３Ｆ】
0006669269.tif 000015
【図４Ａ】
0006669269.tif 000016
【図４Ｂ】
0006669269.tif 000017
【図５Ａ】
0006669269.tif 000018
【図５Ｂ】
0006669269.tif 000019
【図６Ａ】
0006669269.tif 000020
【図６Ｂ】
0006669269.tif 000021
【図７Ａ】
0006669269.tif 000022
【図７Ｂ】
0006669269.tif 000023
【図８Ａ】
0006669269.tif 000024
【図８Ｂ】
0006669269.tif 000025
【図９Ａ】
0006669269.tif 000026
【図９Ｂ】
0006669269.tif 000027
【図１０Ａ】
0006669269.tif 000028
【図１０Ｂ】
0006669269.tif 000029
【図１１Ａ】
0006669269.tif 000030
【図１１Ｂ】
0006669269.tif 000031
【図１２Ａ】
0006669269.tif 000032
【図１２Ｂ】
0006669269.tif 000033
【図１２Ｃ】
0006669269.tif 000034
【図１３】
0006669269.tif 000035
【図１４Ａ】
0006669269.tif 000036
【図１４Ｂ】
0006669269.tif 000037
【図１５Ａ】
0006669269.tif 000038
【図１５Ｂ】
0006669269.tif 000039
【図１６Ａ】
0006669269.tif 000040
【図１６Ｂ】
0006669269.tif 000041
【図１７Ａ】
0006669269.tif 000042
【図１７Ｂ】
0006669269.tif 000043
【図１８Ａ】
0006669269.tif 000044
【図１８Ｂ】
0006669269.tif 000045
【図１８Ｃ】
0006669269.tif 000046
【図１９】
0006669269.tif 000047
【図２０Ａ】
0006669269.tif 000048
【図２０Ｂ】
0006669269.tif 000049
【図２０Ｃ】
0006669269.tif 000050
【図２１】
0006669269.tif 000051
【図２２】
0006669269.tif 000052