(57)【要約】【課題】コンパクトで軽量なクランク軸及びその製造方法の提供。【解決手段】内燃機関に利用されるクランク軸（１）において、潤滑油を流通させるオイル通路（１００）が当該クランク軸に沿って連続形成されており、外部の軸受と摺接自在に接する円柱状の摺接部（Ｐ／Ｊ）を複数備え、この摺接部（Ｐ／Ｊ）には少なくとも１の給油穴（Ｈ）が設けられており、給油穴（Ｈ）は、オイル通路（１００）と連通して形成されており、当該摺接部の軸方向における当該給油穴の径（ｗ）が当該摺接部の周方向の径（ｌ）に比べ短く形成されている。【選択図】　図５
2004132470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に利用されるクランク軸において、
潤滑油を流通させるオイル通路が当該クランク軸に沿って連続形成されており、
外部の軸受と摺接する円柱状の摺接部を複数備え、
前記摺接部には当該摺接部の外周に開口する少なくとも１の給油穴が設けられており、
前記給油穴は、前記オイル通路と連通して形成されており、当該摺接部の軸方向における当該給油穴の径が当該摺接部の周方向における径に比べ短く形成されていることを特徴とするクランク軸。
【請求項２】
請求項１に記載のクランク軸において、
前記給油穴の前記摺接部の軸方向における前記径は、当該摺接部に当接する軸受に荷重される面圧が当該摺接部に荷重可能な限界面圧となる径以下に設定されているクランク軸。
【請求項３】
請求項１または２に記載のクランク軸において、
各前記給油穴は、当該クランク軸の鋳造において用いられる鋳型の型割面に平行な方向とは異なる方向に向けて開口しているクランク軸。
【請求項４】
請求項３に記載のクランク軸において、
各前記給油穴は、前記型割面に略垂直な方向に開口しており、
同一の鋳型によって鋳造される複数の前記摺接部間において、少なくとも一の前記摺接部における前記給油穴は、他の前記摺接部において前記給油穴の開口している方向とは略反対の方向に開口しているクランク軸。
【請求項５】
外部の軸受と摺接する摺接部を複数備えるクランク軸の鋳造による製造方法において、
各前記摺接部に給油穴を形成するための給油穴用中子を、鋳型の型割面に平行な方向とは異なる方向に向けて突設させてなるオイル通路用中子を製造する工程と、
各前記給油穴用中子を前記鋳型に保持させることによって前記オイル通路用中子を前記鋳型中で仮固定する工程と、
前記鋳型に溶湯して前記オイル通路を有する前記クランク軸を鋳造する工程と、
前記オイル通路用中子を除去する工程と、を備えたことを特徴とするクランク軸の製造方法。
【請求項６】
外部の軸受と摺接する摺接部を複数備えるクランク軸の鋳造による製造方法において、
各前記摺接部に給油穴を形成するための給油穴用中子を、鋳型の型割面に平行な方向とは異なる方向に向けて突設させてなるオイル通路用中子を製造する工程と、
一部の前記給油穴用中子を前記鋳型の一方に保持させることによって前記オイル通路用中子を当該鋳型の一方内で仮固定させてから、当該クランク軸の一部を鋳造する工程と、
残りの前記給油穴用中子を前記鋳型の他方に保持させることによって前記オイル通路用中子を当該鋳型の他方内で仮固定させてから、当該クランク軸の残りの部分を鋳造する工程と、
前記クランク軸の一部と前記クランク軸の残りの一部とを接合して当該クランク軸を製造する工程と、を備えたことを特徴とするクランク軸の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のクランク軸の製造方法において、
前記オイル通路用中子は、各前記給油穴用中子を前記型割面に略垂直な方向に向けて突設させたものであり、
少なくとも一の前記給油穴用中子を、他の前記給油穴用中子とは反対方向を向けて突設させたものである、クランク軸の製造方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一項に記載のクランク軸の製造方法において、
前記給油穴用中子は、少なくとも先端部近傍において、主軸方向における当該給油穴用中子の径が当該主軸方向に垂直な方向における径に比べ短く形成されている、クランク軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関において利用されるクランク軸に係り、特に、鋳造により製造されるクランク軸の改良に関する。
【従来の技術】
内燃機関に用いられるクランク軸には、ジャーナルやピンなどの複数の摺接部においてピストンのコンロッド等を摺動自在に取り付けるため、潤滑油を効率的に供給するための給油穴が摺接部に設けられている。給油穴は、クランク軸の内部で直線的なオイル通路によって互いに連通している。
例えば、実開昭５７−１０３３１１号公報には、クランク軸のジャーナルに断面が円形の給油穴を設けて摺接部の潤滑を向上させる事項が開示されている（特許文献１）。また、特開平７−１３９５３８号公報には、摺接部に潤滑油を供給するためのオイル通路が開示されている（特許文献２）。
従来、給油穴は、オイル通路と連通するように、ドリル加工によって摺接部の面に形成されていた。また、オイル通路は、潤滑油の供給に充分な程度の径で互いの給油穴を結んでいるに過ぎなかった。
【特許文献１】実開昭５７−１０３３１１号公報（第１図等）
【特許文献２】特開平７−１３９５３８号公報（図１等）
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車等の業界において燃費の良い内燃機関が要求されるようになり、コンパクトで軽量な部品が求められるようになってきた。クランク軸においては、軸自体の重量を軽減したり軸方向の寸法を短くすることが求められている。
しかし、良好な潤滑状態を維持するためには、ジャーナルやピン等の摺接部の軸方向の長さを極端に小さくすることができなかった。例えば、鍛造によりクランク軸を製造する方法では、給油穴の形成はドリル加工が基本となっている。摺接部と軸受との潤滑性を保持するための潤滑油は、最大面圧荷重時には給油穴以外の幅領域で保持されることになるが、摺接部の軸方向の長さを短くしすぎると、潤滑油の保持幅が小さくなり一部に潤滑油が切れる部分を生ずる。この潤滑油の保持幅は、摺接部の軸方向の長さから給油穴の径を差し引いた長さとなるが、ドリル加工による限り給油穴の径を小さくすることが不可能であるため、摺接部の軸方向の長さを縮めることができなかったのである。
一方、鋳造によりクランク軸を製造すれば中子を用いることである程度クランク軸の軽量化が図れると考えられるが、鋳造時に勢いよく溶湯を流し入れる際に中子が動いたり、変形したりすることがあった。鋳型の中で中子が僅かでも動くと、中子によって出来るクランク軸の中空部が偏芯することになって、クランク軸の回転バランスを崩し、内燃機関運転時に振動や騒音を生じる可能性があった。
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、コンパクトで軽量なクランク軸及びその製造方法を提供することを目的とする。
内燃機関に利用されるクランク軸において、潤滑油を流通させるオイル通路が当該クランク軸に沿って連続形成されており、外部の軸受と摺接自在に接する円柱状の摺接部（面）を複数備え、当該摺接部には摺接部の外周に開口する少なくとも１の給油穴が設けられており、給油穴は、前記オイル通路と連通して形成されており、当該摺接部の軸方向（例えばクランク軸の主軸方向）における当該給油穴の径が当該摺接部の周方向における径に比べ短く形成されている。
上記構成によれば、オイル通路が中空部としてクランク軸本体に形成されているため、少なくとも中空になった領域の金属について重量を軽減できることになる。また、給油穴の開口は当該給油穴の軸方向における幅（長さ）が狭く当該摺接部の周方向に縦長の形状（長円、楕円）をしているため、潤滑油を保持するための保持幅に余裕が生じることになる。従って、従来のドリル加工による給油穴の径から軸方向の径を狭めた分だけ、潤滑油の油膜を切らさずに摺接部の幅を小さくできる。各摺接部の軸方向の幅を小さくすれば全体としてこの幅の減少量に摺接部の数を乗じた長さだけクランク軸の主軸方向の長さを短くでき、コンパクトにすることができる。
ここで本発明において、「摺接部」とは（クランク）ジャーナルや（クランク）ピンをいう。
「摺接部の軸方向」とは、例えば当該クランク軸の主軸方向をいう。
例えば、給油穴の摺接部の軸方向における径は、当該摺接部に当接する軸受に荷重される面圧が当該摺接部に荷重可能な限界面圧となる径以下に設定されている。このように設定されていれば、良好な潤滑状態を維持しながらクランク軸のコンパクト化が図れるのである。
ここで「限界面圧」とは、摺動部が軸受等と実際に当接する面の面積と加重とで定まる単位面積当たりの荷重をいう。
給油穴は、一つの摺接部に対して１以上備えられている。特に、本発明では、各前記給油穴は、当該クランク軸の鋳造において用いられる鋳型の型割面（鋳型の分割面）に平行な方向とは異なる方向に向けて開口している。
このような構成によれば、オイル通路となる中空部を形成するための中子に対し給油穴を形成するための中子が突設される構造となる。このため鋳造時において、鋳型内に中子を入れた場合に、給油穴を形成するための給油穴用中子を鋳型が押さえ込むことになり、中子全体が支えられることになる。従って、溶湯によって中子が動いたり変形したりすることがなくなるため、当該クランク軸には、偏芯の無い中空部が形成されていることになる。
なお、鋳造において製造される鋳造品では、型割面（例えば上用鋳型と下用鋳型との接合面）が存在していた部位に、そこが型割面であったことを示すバリやその名残が残ることが普通であるため、このバリ等と給油穴の位置関係によって、型割面の位置が特定できる。
例えば、本発明のクランク軸において、各給油穴は、型割面に略垂直な方向（例えば型開き方向）に開口しており、同一の鋳型によって鋳造される複数の摺接部間において、少なくとも一の摺接部における給油穴は、他の摺接部において給油穴の開口している方向とは略反対の方向に開口している。
このような構成によれば、オイル通路となる中空部を形成するための中子に対し給油穴を形成するための中子が、略垂直にかつ両側に突設される構造となる。このため鋳造時において、鋳型が給油穴を形成するための給油穴用中子を押さえつけることになって中子全体が支えられることになる。従って、勢いよく溶湯を鋳型内に注いでも中子が動いたり変形したりすることがなくなるので、このようにして製造されるクランク軸には、偏芯の無い中空部が形成されていることになる。
本発明は、外部の軸受と摺接する摺接部を複数備えるクランク軸の鋳造による製造方法において、各摺接部に給油穴を形成するための給油穴用中子を、鋳型の型割面に平行な方向とは異なる方向に向けて突設させてなるオイル通路用中子を製造する工程と、各給油穴用中子を鋳型に保持させることによってオイル通路用中子を鋳型中で仮固定する工程と、鋳型に溶湯してオイル通路を有するクランク軸を鋳造する工程と、オイル通路用中子を除去する工程と、を備える。
上記工程によれば、オイル通路用中子に対し給油穴用中子が、オイル通路用中子から突設される構造となる。このため鋳造時において、鋳型が給油穴を形成するための給油穴用中子を押さえることになって中子全体が支えられることになる。従って、勢いよく溶湯を注いでも鋳型内で中子が動いたり変形したりすることがなくなるので、偏芯の無いオイル通路を形成することができる。また本発明では、中子は除去されるので、クランク軸がオイル通路により中抜き構造を有することとなりクランク軸の軽量化も図れる。
また本発明は、外部の軸受と摺接する摺接部を複数備えるクランク軸の鋳造による製造方法において、各摺接部に給油穴を形成するための給油穴用中子を、鋳型の型割面に平行な方向とは異なる方向に向けて突設させてなるオイル通路用中子を製造する工程と、一部の給油穴用中子を鋳型の一方に保持させることによってオイル通路用中子を当該鋳型の一方内で仮固定させてから、当該クランク軸の一部を鋳造する工程と、残りの給油穴用中子を鋳型の他方に保持させることによってオイル通路用中子を当該鋳型の他方内で仮固定させてから、当該クランク軸の残りの部分を鋳造する工程と、クランク軸の一部とクランク軸の残りの一部とを接合して当該クランク軸を製造する工程と、を備える。
上記工程によれば、オイル通路用中子に対し給油穴用中子が、オイル通路用中子から突設される構造となる。このため鋳造時において、鋳型が給油穴を形成するための給油穴用中子を保持することになって、クランク軸を部分毎に鋳造していく際にも溶湯によって中子が鋳型内で動いたり変形したりすることがなくなるので、偏芯の無いオイル通路を形成することができる。また中子を鋳造後に抜き取るので、クランク軸がオイル通路により中抜き構造を有することとなりクランク軸の軽量化も図れる。さらに、鋳造毎に、中子が抜き取られ回収されるので、一つの中子を長期間使用でき、コストを低減することもできる。
このような製造方法において、好ましくは、オイル通路用中子は、各給油穴用中子を型割面に略垂直な方向に向けて突設させるものであり、少なくとも一の給油穴用中子を、他の給油穴用中子とは反対方向を向けて突設するものである。
上記工程によれば、オイル通路用中子に対し給油穴用中子が、型割面から略垂直にかつ両側に突設される構造となる。このため鋳造時においてオイル通路用中子が給油穴用中子を支えとして上側鋳型と下側鋳型により支えられるので、溶湯によって動いたり変形したりすることがなくなり、偏芯の無いオイル通路を形成することができる。従って、騒音や振動を発生することがないクランク軸を提供することができる。
ここで、給油穴用中子は、少なくとも先端部近傍において、主軸方向における当該給油穴用中子の径が当該主軸方向に垂直な方向の径に比べ短く形成されている。このような形状の給油穴用中子によって中抜きに形成される給油穴は、当該給油穴の幅が狭く摺接部の周方向に縦長の形状をしていることになる。従って、従来の給油穴のようにドリルで開口される給油穴に比べ給油穴の径を小さくできる。このため、その減少分だけ摺接部の幅を小さくしても、潤滑性を担保するための保持幅を確保することができることになり潤滑性能を落とすことがない。各摺接部の幅を各々小さくすれば全体として幅の減少量に摺接部の数を乗じた長さだけクランク軸の主軸方向の長さを短くでき、コンパクトにすることができる。すなわち、このような利点を備える給油穴を形成するための給油穴用中子を中子の動き防止の支えと兼用させるのである。
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための実施の形態を、図面を参照して説明する。
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態は、本発明のクランク軸に係り、特に、クランク軸の鋳造後に中子を除去することにより製造されるクランク軸に関する。
（構造）
図１に本実施の形態に係るクランク軸にピストンを取り付けた様子を示す斜視図及び図２にその側面図を示す。当該実施の形態に係るクランク軸は内燃機関、例えば自動車エンジンのピストンに加えられた動力を回転力として伝搬するシャフトとなっており、ここでは４気筒内燃機関に用いられるクランク軸を例示する。
図１及び図２に示すように、クランク軸１は、軸端１１０・１１１、５つのジャーナルＪ１〜Ｊ５（Ｊ）、４つのピンＰ１〜Ｐ４（Ｐ）、各ジャーナルとピンとを結合するアームＡ１〜Ａ８（Ａ）、及び各アームの延長に設けられているバランスウェイト１０１〜１０８を備えている。
軸端１１０は、例えば内燃機関の気流制御弁を動かすカムシャフトや潤滑油を供給するオイルポンプに動力を伝達したり冷却水を循環させるウォーターポンプに動力を伝達したりするシャフトとなっている。この軸端１１０の回転で汲み上げられたオイルが軸端１１０からオイル通路１００に導かれるようになっている。軸端１１１はトランスミッション系に動力を伝達するようになっている。
ジャーナルＪは本発明の摺接部に相当し、内燃機関の主軸受に回転自在に軸支されるようになっている。ピンＰも本発明の摺接部に相当し、ピストン部２のコンロッド（コネクティングロッド２０１、ロッドキャップ２０２、及びボルト２０３からなる）がそれぞれ摺動自在に取り付け可能になっている。特に図１では、ピンＰ１にピストン部２が取り付けられている状態を示している。当該実施の形態に係るクランク軸では、隣接するピンが１８０度の位相差をなすように形成されており、例えば、ピンＰ１及びＰ４に係止されるピストン２が上死点に達する時、ピンＰ２及びＰ３が下死点に達するように構成されている。
本発明に係る給油穴ＨＪ１〜ＨＪ５、ＨＰ１〜ＨＰ４（Ｈ）は、各ジャーナルＪの摺接面側面及び各ピンＰの摺接面側面にそれぞれ設けられている。各給油穴Ｈを設ける位置は任意であるが、当該実施の形態では、同一の位相で各ピストン２に潤滑油が供給されるような位置に設けられている。
図３に、当該トランク軸１を主軸で切断した場合の断面図を示す。図３に示すように、当該トランク軸１の軸芯に沿ってオイル通路１００が連続形成されている。すなわち、オイル通路１００が、各ジャーナルＪ及びピンＰ、アームＡの軸方向に連続して形成されている。各ジャーナルＪ及びピンＰを構成する摺接部に設けられた給油穴Ｈは、このオイル通路１００へ各々連通している。
この構成によれば、オイル通路１００が中空部を形成しているため、少なくとも中空になった領域の金属についてクランク軸の重量を軽減できることになる。図４に、当該クランク軸の摺接部の例示として図１における破線で示す丸で囲んだピンＰ１部分の部分拡大図を示す。図４（ａ）は主軸で切断した場合の側面断面図、図４（ｂ）は主軸に垂直な方向でオイル通路２０４に沿って切断した場合の断面図を示す。
オイル通路１００には、図示しないオイルギャラリから主軸受経由で潤滑油が供給されるようになっている。図４（ａ）（ｂ）に示すように、給油穴ＨＰ１はオイル通路１００と連通しているため、オイル通路１００に供給された潤滑油が給油穴ＨＰ１を介してピンＰ１の摺接面及び上下メタル２０５を潤滑するようになっている。
ピストン部２のピストン２００から延びるコネクティングロッド２０１とロッドキャップ２０２とは、ボルト２０３により結合されることにより、ピンＰ１を摺動自在に狭持している。コネクティングロッド２０１の内部には、オイル通路２０４がピストン２００に連通しており、給油穴ＨＰ１経由でオイル通路１００から供給された潤滑油がオイル通路２０４経由でピストン２００にまで供給されるようになっている。
なお、各給油穴Ｈは、図４（ａ）に例示されるように、当該クランク軸の鋳造において用いられる鋳型の型割面（図４（ｂ）のａ−ａ断面）に垂直な方向（図４（ｂ）の左右方向）に向けて連通している。略垂直に給油穴を形成すると、後述するクランク軸の鋳造時における中子動きや変形を防止し易くなる。但し、各給油穴Ｈは、図４（ｂ）においてＨａ、Ｈｂ、Ｈｃで示すように、ジャーナルやピンに一カ所のみならず複数備えられていてもいいし、型割面に垂直な方向のみならず、それと若干異なる方向に向けて形成されていてもよい。中子の構造次第では、給油穴の向いている方向が型割面に垂直でなくても鋳型内で中子を動かないように仮固定できるからである。
図５に、本発明に係る当該給油穴の構造の説明図を示す。図５に示すように、本実施の形態における給油穴Ｈは、摺接部Ｐ／Ｊへの開口近傍において、当該摺接部Ｐ／Ｊの軸方向における給油穴の径ｗが、当該摺接部Ｐ／Ｊの周方向における径ｌに比べ短く、すなわち摺接部の周方向に縦長に形成されていることを特徴としている。この給油穴Ｈの径は、潤滑油を供給するに充分な穴径を備えるように、軸方向の径ｗと周方向の径ｌの寸法とが定められる。具体的には、摺接部Ｐ／Ｊに当接する軸受に荷重される面圧が当該摺接面に荷重可能な限界面圧以下となるように設定されている。特に、給油穴Ｈの軸方向における径ｗは従来のドリル加工で設けられる給油穴の径より小さいものとなっている。
通常、潤滑油は摺接部Ｐの幅から給油穴の径を除いた保持幅の領域で保持される。潤滑油の油膜切れを防ぐためこの保持幅は一定値以上小さくできない。この点において、上記構成によれば、給油穴Ｈの開口近傍では給油穴の径ｗが従来の給油穴の径ｗｐａより狭いため、この狭くなった分Δ（＝ｗｐａ−ｗ）だけ摺接部の軸方向の長さＷを小さくしても潤滑油を保持するに充分な保持幅を備えていることになる。従って、従来のようにドリルで開口される直径ｗｐａの給油穴Ｈｐａに比べ、その幅を少なくともΔだけ摺接部Ｐ／Ｊの長さＷを小さくしても、潤滑性能を落とすことがない。
例えば、５ジャーナルで４ピンのクランク軸のある従来品では給油穴の径がφ６ｍｍのところ、本実施の形態によれば摺接部の軸方向における径を３ｍｍ程度小さくできる。従ってクランク軸全体では、３ｍｍ×（５＋４）＝２７ｍｍもクランク軸を短くすることができる。クランク軸の短縮量はジャーナルやピンの数が多いほど大きくなる。
なお、充分な潤滑油の油膜を摺接部の摺接面に形成するためには、例えば周方向の径ｌとして３ｍｍ以上あることが好ましい。
（製造方法）
次に、図８の製造工程断面図を参照して当該クランク軸の製造方法を説明する。
まず、当該クランク軸１の中空部であるオイル通路と給油穴を設けるための中子を作成する。
ここで中子とは、鋳造において鋳型で定められる形状に付随した特定の形状を作るために設けられる型であって、鋳型自体では作りにくい中抜き構造等を形成する場合に用いられるものである。
中子３の造型材料としては、公知の技術において鋳造に利用される通常の材料、例えば、鋳物砂、鋳物砂を水ガラス、セメント、フラン樹脂その他の樹脂を用いて固めたものを利用することができる。特に第１の実施の形態では、鋳造後に中子を破砕して除去するために、けい砂を用いて中子を形成することが好ましい。このような中子は、鋳型と同様に、けい砂に粘度を配合し水を加えて混練したもの等を用いて造型される。中子の造型方法には、公知の砂型造型、例えば手込め造型法や、ブロー法、ジョルト法、スクイズ法、投射法等の機械造型法を適用可能である。
本実施の形態における中子は、鋳造後に粉砕して取り除かれるものである。回収したけい砂等の中子材料は、公知のサンドミル、砂再生装置等を利用して再度中子形成に用いるようにすることがコストの観点から好ましい。
図６に、当該クランク軸の製造方法に使用する中子３の斜視図を示す。図７に、中子３を主軸方向から見た正面図を示す。
図６及び図７に示すように、当該製造方法で利用される中子３は、当該クランク軸１の軸方向に沿ってオイル通路を形成するためのオイル通路用中子３００に、複数の給油穴用中子を、鋳造時の型割面に略垂直な方向に向けて突設させて構成されている。
具体的には、図６に示すように、ジャーナル相当部分においては給油穴用中子３０１〜３０５が設けられ、ピン相当部分においては給油穴用中子３１１〜３１４が設けられている。そして、図７に示すように、上記平面に対し、双方向に給油穴用中子が突設されている。
このような給油穴用中子の配置は、上用鋳型（上型）と下用鋳型（下型）とで鋳造する場合に溶湯注入時に中子が動くことを防止するものである。すなわち、本発明においては、給油穴を形成するための給油穴用中子が全体の中子３を鋳型内で動かないように、また変形しないように仮固定する幅木としても利用しているのである。
またオイル通路の径は例えばφ５〜φ６ｍｍと小径であるため中子３の強度は相対的に大きくはない。特にクランク軸は屈曲しているためジャーナルの軸芯とピンの軸芯とを含む面に垂直な方向に対して強度が低くなる。この点、本実施の形態における中子では給油穴用中子がこの強度が弱くなる方向に突設されており、中子を利用前に破壊されることから防止する役割を担っている。
また、各給油穴用中子３０１〜３０５、３１１〜３１４は、当該クランク軸１における給油穴Ｈを形成するための形状、すなわち、その少なくとも先端部近傍において、主軸方向における当該給油穴用中子の径が当該主軸方向に垂直な方向の径に比べ短くなるように形成されている。給油穴用中子の強度を担保するため、縦長の形状にするのは摺接部の開口近傍、すなわち給油穴用中子の先端付近のみとし、その幹部は充分な強度を担保すべく、断面円形の相対的に大きな径（例えば、図４（ａ）におけるＨＢφに相当）を備えるようにしている。
次に鋳造時において、中子３を鋳型内部に設置する。図８に、鋳型内部における中子の配置の様子を示す鋳型の断面図を示す。当該断面図は、中子３のうち給油穴ＨＰ１に相当する給油穴用中子３１１の部分におけるクランク軸の主軸方向からの断面を示している。
まず、図８（ａ）に示すように、鋳型には幅木として作用する給油穴用中子を仮固定するための穴が各給油穴用中子に対応させて設けられている。すなわち、上型４００においては、給油穴用中子３１１、３０２、３１３、３０４（図示せず）に対向する穴４０１、４０２、４０３が、下型５００においては、給油穴用中子３１４、３０１、３１２、３０３（図示せず）、３０５（図示せず）に対向する穴５０１、５０２、５０３等が設けられている。それぞれの給油穴用中子を対応する上型４００または下型５００の穴に嵌合するように配置するのである。鋳型の造型には、砂型造型法、シェルモールド法、ロストワックス法、遠心鋳造法、ダイカスト法、低加圧鋳造法、高加圧鋳造法、金型鋳造法、真空鋳造法等を適用可能である。例えば、アルミニウム合金などの低融点金属を用いる場合には金型鋳造を用いることが可能である。
図８（ｂ）は、正しく中子３を鋳型中に設置した場合の断面となっている。この状態では、中子３は給油穴用中子によって鋳型内で動かないように、また変形しないように仮固定されていることになる。
次いで、図８（ｃ）に示すように、この鋳型に対し射出成形のように溶湯を鋳型内に流し込み固化させる。溶湯が固化したら鋳型を外し、最後に中子を除去する。例えば、中子にけい砂を用いる場合には、振動やある程度の衝撃を加えることで、中子を崩し、総ての砂をオイル通路１００経由で軸端１１０・１１１から排出することができる。このような工程を経てクランク軸１が完成する。
除去され回収されたけい砂等の中子材料は、砂処理プラント等で再生され再利用に供される。
（実施形態の利点）
以上、本第１の実施の形態によれば、オイル通路が中空部としてクランク軸に形成されているため、少なくとも中空になった領域の金属について重量を軽減できることになる。例えば、鋳鉄を利用する場合には、中空部を形成することにより２０〜３０ｋｇの重量を軽減できることになる。
また、本実施の形態によれば、中子の給油穴用中子が幅木として、中子を支えるので、溶湯によっても鋳型内で中子が動いたり変形したりすることがなくクランク軸の軸中心に正しく正確に配置されることになる。従って、偏芯の無い中空部を有するクランク軸を提供することができる。このようなクランク軸であれば、振動が少なく騒音も生じにくい。
また、本実施の形態によれば、給油穴の幅が狭く摺接部の周方向に縦長の形状をしていることになる。従って、従来の給油穴のようにドリルで開口される給油穴に比べ摺接部の軸方向の長さを小さくできるため、その減少分だけ摺接部の長さを小さくしても潤滑油の保持幅を確保することができる。従って、全体として幅の減少量に摺接部の数を乗じた長さだけクランク軸の主軸方向の長さを短くでき、クランク軸の形状をコンパクトにすることができる。
また、本実施の形態によれば、給油穴の摺接部の軸方向における開口の径は、当該摺接部に当接する軸受に荷重される面圧が当該摺接面に荷重可能な限界面圧となる径以下に設定されている。このため、良好な潤滑状態を維持しながらクランク軸のコンパクト化が図れる。
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態に係るクランク軸を異なる製造方法で製造するものである。すなわち、本発明のクランク軸において屈曲した中空部を形成するために、第１の実施の形態では、鋳造後に中子を粉砕して除去することによって一体成形を可能としたが、本第２の実施の形態では、クランク軸を部分ごとに鋳造していき、最後に一体化する工程を採用することで、中子を壊すことなく再利用可能とするものである。
図９の製造工程断面図を参照して、本第２の実施の形態における当該クランク軸の製造方法を説明する。中子本体の製造については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する（図６及び図７参照）。
但し、本第２の実施の形態においては、中子３を再利用することを前提とするため、粉砕等により除去可能な形態ではない中子、例えば、鋳物砂を水ガラス、セメント、フラン樹脂その他の樹脂を用いて固めたものを利用することができる。中子の造型方法としては、公知の砂型造型、例えば手込め造型法や、ブロー法、ジョルト法、スクイズ法、投射法等の機械造型法を適用可能である。
鋳造時、まず、このような構造の中子３を一部の鋳型（ここでは上型５００）に配置する。図９（ａ）に示すように、このとき、下型５００に形成されている中子受用穴５０１〜５０３等に、中子３の下型５００側に突設されている給油穴用中子３１４、３０１、３１２、３０３（図示せず）、３０５（図示せず）が嵌合するように配置させる。このようにすれば給油穴用中子が幅木として作用し、中子３が仮固定される。
次いで、下型による鋳物を作成する。図９（ｂ）に示すように、中子３を配置した下型５００に注湯し、下型側の鋳造物を作成する。鋳造法としては、公知の方法、例えば、鋳型に鋳物砂を用いる砂型造型法、シェルモールド法、ロストワックス法、遠心鋳造法、ダイカスト法、低加圧鋳造法、高加圧鋳造法、金型鋳造法、真空鋳造法等を適用可能である。例えば、アルミニウム合金などの低融点金属を用いる場合には金型鋳造を用いることが可能である。
次いで、上型による鋳物を作成する。図９（ｃ）に示すように、中子３を反転させ、上型４００に配置する。このとき下型のときと同様に、上型４００に形成されている中子受用穴４０１〜４０３等に、中子の上型４００側に突設されている給油穴用中子３１１、３０２、３１３、３０４（図示せず）が嵌合するように配置させる。今回も給油穴用中子が、中子を鋳型中で適当な位置に固定するための幅木として作用し、中子３が仮固定される。この状態で、上型４００に注湯し、下型と同様に、上型側の鋳造物を作成する。最後に、下型側と上型側の鋳造物を合わせて、所定の方法で結合することによりクランク軸１が完成する。
本実施形態においては、中子を抜くことを前提とするため、クランク軸の形状に応じて型割面を定め複数の鋳型を設け、部分ごとに鋳造していくことになる。このような型割面の定め方と中子の抜き方については、公知の鋳造方法を種々適用可能である。
（実施形態の利点）
以上、本第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
特に本第２の実施の形態によれば、中子を破壊せずに再利用可能としたので、中子製造に係る手間とコストを軽減することが可能である。
＜その他の変形例＞
なお、クランク軸の構造については、上記実施の形態によらず、種々に変更して適用することが可能である。
例えば、上記実施の形態では、４気筒の内燃機関用のクランク軸を例示して説明したが、気筒数が異なる内燃機関（例えば６気筒や８気筒）用のクランク軸についても適宜本発明を適用可能である。
また、例えば、給油穴は、潤滑油を効率的に摺接面に供給可能であれば、型割面に垂直な方向にだけでなく他の方向に設けてもよい。
また、鋳造で給油穴を設けるため給油穴の形状に限定はなく、上記実施の形態のように長円形状以外に線状にあるいは多角形状に設けてもよい。どのような形状であっても、その断面積が潤滑油を供給するに充分であって、摺接部の周方向の長さに対して軸方向の長さが相対的に短いような形状をしていればよい。
さらにクランク軸の中心部に連続形成しているオイル通路は、振動や騒音等に問題が無い限り、若干偏芯した位置に設けられていてもよく、またその断面が円形でない変則的な形状を呈していてもよい。
同様に、当該クランク軸の製造方法は上記によらず種々に変更可能である。例えば、鋳型の型割面はクランク軸の形状に応じて種々に変更可能である。すなわち、型割面は一つではなく複数設けてもよい。例えば主軸方向に垂直な複数の型割面を設定し、クランク軸を複数の部分に分けて鋳造してもよい。
【発明の効果】
本発明のクランク軸の構成によれば、給油穴の開口近傍では当該給油穴の軸方向の幅が狭く当該摺接部の周方向に縦長の形状をしていることになる。従って、潤滑性能を維持するのに充分な保持幅を備えつつ、従来の給油穴のようにドリルで開口される給油穴に比べ摺接部の軸方向の長さを小さくできる。このため、全体としてこの長さの減少量に摺接部の数を乗じた長さだけクランク軸の主軸方向の長さを短くでき、コンパクトにすることができる。
本発明のクランク軸の製造方法によれば、オイル通路用中子に対し給油穴用中子が、鋳造時の型割面から突設される構造となる。このため鋳造時においてオイル通路用中子が給油穴用中子によって押さえられるので、溶湯によって中子が鋳型中で動いたり変形したりすることがない。このため、偏芯無くオイル通路を形成でき、従って、騒音や振動を発生することがないクランク軸を提供することができる。オイル通路により中抜きとなりクランク軸の軽量化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクランク軸にピストンを取り付けた様子を示す斜視図。
【図２】本発明のクランク軸の側面図。
【図３】本発明のクランク軸の側面断面図。
【図４】本発明のクランク軸の摺接部及びそこに回転自在に結合するコンロッドの部分拡大図であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は主軸方向からみた断面図。
【図５】本発明のクランク軸における給油穴の開口を説明する図。
【図６】本発明のクランク軸の製造方法に使用する中子の斜視図。
【図７】図６の中子の正面図。
【図８】第１の実施の形態に係るクランク軸の製造方法を説明する製造工程断面図。
【図９】第２の実施の形態に係るクランク軸の製造方法を説明する製造工程断面図。
【符号の説明】
Ｊ１〜Ｊ５…ジャーナル、Ｐ１〜Ｐ４…ピン、Ａ１〜Ａ８…アーム、ＨＪ１〜ＨＪ５、ＨＰ１〜ＨＰ４…給油穴、１…クランク軸、２…ピストン、３…中子、１００…オイル通路、３００…オイル通路用中子、３０１〜３０５、３１１〜３１４…給油穴用中子、４００…上型、４０１〜４０３…中子受け、５００…下型、５０１〜５０３…中子受け
【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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