(57)【要約】      （修正有）【課題】一方の端部に縮径偏心部が形成されるとともに、両端を貫通する中空孔を有するクランクシャフトをより容易に製造する【解決手段】鍛造で中空パイプの第１の端側を閉塞することにより、偏心方向に偏心した中実の閉塞部120bと、第２の端側に開口し第１の端方向に伸びる閉塞孔とを有する中間材100bを形成し、閉塞部120bに切削加工を施すとともに、閉塞部の第１の端から閉塞孔の先端に向けて穿孔することにより中空孔が形成された縮径偏心部を形成する。この中間材の形成に際し、閉塞部を中空パイプの第１の端側を偏心方向に絞ることにより形成し、閉塞孔を、中空パイプの第２の端側からマンドレル420を挿入することにより、絞ることにより狭窄される中空パイプの内面を第１の端側にしごくことにより形成する。これにより、縮径偏心部側の第１の端と軸部側の第２の端とを貫通する中空孔が設けられたクランクシャフトを製造する。【選択図】図３
2013215771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、前記軸部よりも外径が小さく所定の偏心方向に偏心した縮径偏心部とを有し、前記縮径偏心部側の第１の端と前記軸部側の第２の端とを貫通する中空孔が設けられたクランクシャフトの製造方法であって、
（ａ）中空パイプを準備する工程と、
（ｂ）鍛造で前記中空パイプの前記第１の端側を閉塞することにより、前記偏心方向に偏心した中実の閉塞部と、前記第２の端側に開口し前記第１の端方向に伸びる閉塞孔とを有する中間材を形成する工程と、
（ｃ）前記閉塞部に切削加工を施すとともに、前記閉塞部の前記第１の端から前記閉塞孔の先端に向けて穿孔することにより前記中空孔を有する前記縮径偏心部を形成する工程と
を備え、
前記工程（ｂ）は、
（ｂ１）前記中空パイプの前記第１の端側を前記偏心方向に絞ることにより、前記閉塞部を形成する工程と、
（ｂ２）前記中空パイプの前記第２の端側からマンドレルを挿入することにより、前記工程（ｂ１）により狭窄される前記中空パイプの内面を前記第１の端側にしごくことにより、前記閉塞孔を形成する工程を含む、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のクランクシャフトの製造方法であって、
前記マンドレルの前記第１の端側の先端は、前記第１の端方向に向かうに従って細くなっている、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のクランクシャフトの製造方法であって、
前記マンドレルの前記第１の端側の先端の角には、丸みがつけられている、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、
前記マンドレルと、前記中空パイプの前記第２の端との位置関係が一定に保たれている、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、熱間鍛造により行われる、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のクランクシャフトの製造方法であって、
前記熱間鍛造は、前記中空パイプの前記第１の端側を部分的に加熱することにより行われる、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、
前記工程（ｂ１）は、前記閉塞部の軸に対して非対称的な絞り形状で前記中空パイプを絞る、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、
前記工程（ｂ）は、さらに、前記工程（ｂ１）により形成された前記閉塞部の前記第１の端側を絞る工程を含む、
クランクシャフトの製造方法。
【請求項９】
クランクシャフトであって、
請求項１ないし８のいずれか記載の製造方法によって製造された、
クランクシャフト。
【請求項１０】
請求項９記載のクランクシャフトであって、
前記縮径偏心部は、スクロール圧縮機において旋回スクロールを公転駆動する、
クランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中空クランクシャフトの製造方法に関し、特に、スクロール圧縮機に使用される中空クランクシャフトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、給湯器などのエネルギー効率の高い熱源として、大気の熱（空気熱）を移動させて熱源とするヒートポンプが注目されている。一般的に利用されている蒸気圧縮ヒートポンプ（以下、単に「ヒートポンプ」と呼ぶ）では、液化した熱媒体（「冷媒」とも呼ばれる）を蒸発器で気化させることにより熱を吸収し、気化した熱媒体を圧縮した後、圧縮された熱媒体を凝縮器で液化することにより熱を放出する一連の熱サイクルにより熱の移動が行われる。このようなヒートポンプでは熱媒体を圧縮するために種々の圧縮機が用いられているが、小型化が容易で高効率性を有するスクロール圧縮機がエアコンディショナや給湯器で多く用いられている。
【０００３】
図９は、ヒートポンプに使用されるスクロール圧縮機９００の一例を示す概略断面図である。スクロール圧縮機９００は、スクロール式圧縮機構９１０（以下、単に「圧縮機構９１０」とも呼ぶ）と、モータ９２０と、モータ９２０の回転力を圧縮機構９１０に伝達するクランクシャフト９３０とを、ハウジング９０２内に格納することにより構成されている。ハウジング９０２の底部には、潤滑油を貯留する潤滑油溜まり９０８が設けられている。
【０００４】
圧縮機構９１０は、固定スクロール９１２と、旋回スクロール９１４と、オルダムリング９１６と、フレーム９１８とを有している。固定スクロール９１２と旋回スクロール９１４とには、それぞれ対向する面に渦巻き状のラップ９１３，９１５が設けられている。旋回スクロール９１４は、フレーム９１８との間に挟まれたオルダムリング９１６により自転が規制されるとともに、クランクシャフト９３０に設けられた円筒状の偏心ピン９３４（後述する）により駆動されることにより、固定スクロール９１２に対して公転運動する。これにより、ラップ９１３，９１５間の容積が順次変化し、吸気ポート９０４からハウジング９０２内に流入した冷媒ガスは圧縮され、高圧の冷媒ガスが吐気ポート９０６から吐出される。
【０００５】
クランクシャフト９３０は、略円筒状の金属部材であり、外径が大きい軸部９３２と、外径が小さい偏心ピン９３４とを有している。軸部９３２は、モータ９２０の回転子９２２に固定されており、固定子９２４に交流電力を供給することにより、軸部９３２の軸線Ａ−Ａを中心に回転する。偏心ピン９３４の軸線Ｂ−Ｂは、軸部９３２の軸線Ａ−Ａから所定の方向（偏心方向）にずれているので、偏心ピン９３４は、固定スクロール９１２に対して公転運動するように旋回スクロール９１４を駆動する。なお、本明細書においては、偏心ピン９３４は、軸部９３２よりも外径が小さく、その軸線Ｂ−Ｂが軸部９３２の軸線Ａ−Ａとずれているので、偏心ピン９３４を縮径偏心部とも呼ぶ。
【０００６】
また、クランクシャフト９３０には、一方の端から他方の端まで貫通する中空孔が設けられている。中空孔は、軸部９３２側の端（以下、「下端」とも呼ぶ）から偏心ピン９３４側に向かって伸びる孔９３６と、偏心ピン９３４側の端（以下、「上端」とも呼ぶ）から軸部９３２側に向かって伸びる孔９３８とをクランクシャフト９３０内部で接続することにより形成される。図９に示すスクロール圧縮機９００では、クランクシャフト９３０にその両端を貫通する中空孔を設けることにより、潤滑油溜まり９０８から圧縮機構９１０まで潤滑油を供給することが可能となっている。圧縮機構９１０に供給された潤滑油は、圧縮機構９１０から潤滑油溜まり９０８まで落ちていく際に、スクロール圧縮機９００の各部に行き渡る（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
このようなクランクシャフト９３０は、通常、中実丸棒からの削り出しと、ドリルによる穿孔により形成される。具体的には、まず、中実丸棒から削り出しにより偏心ピン９３４を形成する。偏心ピン９３４が削り出された中実の棒材は、下端の中心から軸部９３２の軸線Ａ−Ａ方向にドリルで穿孔され、下端側の孔９３６が形成される。次いで、上端の中心から下端側の孔９３６の上端に向かってドリルで穿孔することにより上端側の孔９３８が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２２２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０５０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図９に示すように、一般的に、クランクシャフト９３０の軸部９３２は、クランクシャフト９３０の長さ方向において大部分を占めている。下端側の孔９３６は、クランクシャフト９３０と同程度の長さとなる。このように長い孔９３６をドリルで穿孔した場合、穿孔に要する時間が長くなるとともに、ドリルの消耗が早まる。また、状況によっては、ドリルが折損する可能性も高くなる。このように、クランクシャフト９３０の下端側の孔９３６をドリルにより穿孔することは容易ではない。
【００１０】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、一方の端部に縮径偏心部が形成されるとともに、両端を貫通する中空孔を有するクランクシャフトをより容易に製造する技術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】
【００１１】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１２】
［適用例１］
軸部と、前記軸部よりも外径が小さく所定の偏心方向に偏心した縮径偏心部とを有し、前記縮径偏心部側の第１の端と前記軸部側の第２の端とを貫通する中空孔が設けられたクランクシャフトの製造方法であって、（ａ）中空パイプを準備する工程と、（ｂ）鍛造で前記中空パイプの前記第１の端側を閉塞することにより、前記偏心方向に偏心した中実の閉塞部と、前記第２の端側に開口し前記第１の端方向に伸びる閉塞孔とを有する中間材を形成する工程と、（ｃ）前記閉塞部に切削加工を施すとともに、前記閉塞部の前記第１の端から前記閉塞孔の先端に向けて穿孔することにより前記中空孔を有する前記縮径偏心部を形成する工程とを備え、前記工程（ｂ）は、（ｂ１）前記中空パイプの前記第１の端側を前記偏心方向に絞ることにより、前記閉塞部を形成する工程と、（ｂ２）前記中空パイプの前記第２の端側からマンドレルを挿入することにより、前記工程（ｂ１）により狭窄される前記中空パイプの内面を前記第１の端側にしごくことにより、前記閉塞孔を形成する工程を含む、クランクシャフトの製造方法。
【００１３】
この適用例によれば、縮径偏心部に対応する閉塞部の第１の端から穿孔することにより、第１の端から第２の端まで貫通するクランクシャフトの中空孔が形成される。一般に、クランクシャフトの縮径偏心部は、軸部よりも長さが短いので、閉塞部を穿孔することは容易である。そのため、より容易に両端を貫通する中空孔が設けられたクランクシャフトを製造することが可能となる。
【００１４】
［適用例２］
適用例１記載のクランクシャフトの製造方法であって、前記マンドレルの前記第１の端側の先端は、前記第１の端方向に向かうに従って細くなっている、クランクシャフトの製造方法。
【００１５】
適用例２では、マンドレルの先端を第１の端方向に向かうに従って細くすることにより、狭窄した中空パイプの内面の表皮を巻き込むことが抑制される。そのため、閉塞部および縮径偏心部に表皮の巻き込みによる欠陥が生ずることを抑制することができる。
【００１６】
［適用例３］
適用例１または２記載のクランクシャフトの製造方法であって、前記マンドレルの前記第１の端側の先端の角には、丸みがつけられている、クランクシャフトの製造方法。
【００１７】
適用例３によっても、マンドレルの第１の端側の先端の角に丸みをつけることにより、狭窄した中空パイプの内面の表皮を巻き込むことが抑制される。そのため、閉塞部および縮径偏心部に表皮の巻き込みによる欠陥が生ずることを抑制することができる。
【００１８】
［適用例４］
適用例１ないし３のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、前記マンドレルと、前記中空パイプの前記第２の端との位置関係が一定に保たれている、クランクシャフトの製造方法。
【００１９】
適用例４では、マンドレルと、中空パイプの第２の端との位置関係が一定に保たれているので、閉塞孔の先端位置を中空パイプの後端を基準として特定することが容易となる。そのため、より正確に、縮径偏心部の第１の端から閉塞孔の先端に向けて穿孔することが可能となる。
【００２０】
［適用例５］
適用例１ないし４のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、前記工程（ｂ）は、熱間鍛造により行われる、クランクシャフトの製造方法。
【００２１】
熱間鍛造を行うことにより、中間材を形成する際の成形荷重を低減することができる。そのため、中間材から形成されるクランクシャフトの製造がより容易となる。
【００２２】
［適用例６］
適用例５記載のクランクシャフトの製造方法であって、前記熱間鍛造は、前記中空パイプの前記第１の端側を部分的に加熱することにより行われる、クランクシャフトの製造方法。
【００２３】
適用例６では、熱間鍛造に際して、閉塞される中空パイプの第１の端側が部分的に加熱される。この場合、非加熱部分における変形抵抗が増大し、中間材の内径が縮小することを抑制することができる。
【００２４】
［適用例７］
適用例１ないし６のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、前記工程（ｂ１）は、前記閉塞部の軸に対して非対称的な絞り形状で前記中空パイプを絞る、クランクシャフトの製造方法。
【００２５】
閉塞部の軸に対して非対称的な絞り形状で中空パイプを絞ると、成形荷重の増大を抑制しつつ、閉塞部の軸に対して垂直な面の断面積を小さくし、閉塞部の第１の端側に孔が発生することを抑制することができる。そのため、当該孔による歩留まりの低下を抑制することがより容易となる。
【００２６】
［適用例８］
適用例１ないし７のいずれか記載のクランクシャフトの製造方法であって、前記工程（ｂ）は、さらに、前記工程（ｂ１）により形成された前記閉塞部の前記第１の端側を絞る工程を含む、クランクシャフトの製造方法。
【００２７】
閉塞部の第１の端側を絞ることにより、閉塞部の第１の端側に孔が発生することを抑制することができる。そのため、第１の端側に発生した孔により、歩留まりが低下することを抑制することができる。
【００２８】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、クランクシャフトの製造方法、その製造方法で製造されたクランクシャフト、そのクランクシャフトを利用したスクロール圧縮機、そのスクロール圧縮機を利用したヒートポンプ等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施例におけるクランクシャフトの製造方法の概略を示す工程図。
【図２】中空パイプを閉塞する閉塞工程の具体例を示す工程図。
【図３】中空パイプを閉塞する閉塞工程の具体例を示す工程図。
【図４】中空パイプの先端部分が絞られて閉塞部が形成される様子を示す説明図。
【図５】閉塞部の形成状態を確認するために行ったシミュレーションの結果を示す説明図。
【図６】第２実施例において中空パイプの先端が絞られる様子を示す説明図。
【図７】第２実施例における閉塞部の形成状態を確認するために行ったシミュレーションの結果を示す説明図。
【図８】第３実施例における閉塞部の形状を示す説明図。
【図９】ヒートポンプに使用されるスクロール圧縮機の一例を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．クランクシャフトの製造方法：
Ａ２．シミュレーション結果：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
【００３１】
Ａ１．クランクシャフトの製造方法：
図１は、第１実施例におけるクランクシャフト１００（図９の２３０に相当する）の製造方法の概略を示す工程図である。図１（ａ）ないし図１（ｃ）は、クランクシャフト１００を製造する各工程における部材の断面形状を示しており、図中の二点鎖線は、次の工程における部材の断面形状を示している。
【００３２】
第１実施例では、まず、クランクシャフト１００の素材として中空パイプ１００ａが準備される（図１（ａ））。中空パイプ１００ａは、外径がクランクシャフト１００よりもやや大きく、内径が軸部１１０（図９の２３２に相当する）に設けられた中空孔１１２（図９の２３６に相当する）と同径の円筒状の金属部材である。準備される中空パイプ１００ａの長さは、クランクシャフト１００よりも長く設定される。なお、中空パイプ１００ａの材質は、製造工程に対する適性や最終的なクランクシャフト１００の強度等を考慮して適宜選択される。後述するように、第１実施例では、製造工程において熱間鍛造を行うため、熱間鍛造に適し強度の高い構造用クロム鋼（ＳＣＲ４５０Ｂ）を用いている。
【００３３】
次いで、詳細については後述するが、熱間鍛造を行うことにより、中空パイプ１００ａの一端（以下、「先端」とも呼ぶ）を偏心ピン１２０（図９の偏心ピン９３４に相当する）の偏心方向に絞ることにより閉塞する（図１（ｂ））。第１実施例では、絞られた先端側における軸線Ａ−Ａに垂直な面の断面形状（絞り形状）を円形としている。これにより、クランクシャフト１００の中空孔１１２と略同形状の閉塞孔１１２ｂが設けられた軸部１１０ｂと、軸線Ｂ−Ｂが偏心方向にずれた略円柱形状の閉塞部１２０ｂとを有する略円筒状の中間材１００ｂが得られる。このように得られた中間材１００ｂの先端側には、孔１２６ｂを有する非充満部１２８ｂが形成されている。
【００３４】
次に、中間材１００ｂに機械加工を施すことにより、最終的なクランクシャフト１００が得られる。具体的には、閉塞部１２０ｂの先端側に形成された非充満部１２８ｂを切断して除去する。非充満部１２８ｂを除去した後、閉塞部１２０ｂの先端側から閉塞孔１１２ｂの先端に向かってドリルで穿孔することにより中空孔１２２を形成する。そして、軸部１１０ｂおよび閉塞部１２０ｂのそれぞれの外周を切削して、クランクシャフト１００の軸部１１０と偏心ピン１２０とを形成する。これにより、最終的なクランクシャフト１００を得ることができる。但し、軸部１１０ｂおよび閉塞部１２０ｂの外周の切削を行った後、偏心ピン１２０の先端側の中心から閉塞孔１１２ｂの先端に向かってドリルで穿孔して中空孔１２２を形成することも可能である。なお、この場合、中空孔１２２が形成される前の偏心ピン１２０に相当する部分は、内部が閉塞された状態であるので、閉塞部とも呼ぶことができる。
【００３５】
閉塞部１２０ｂの円柱部分の外径（絞り径）は、クランクシャフト１００の偏心ピン１２０の形状や、中空パイプ１００ａの形状等により決定される。具体的には、偏心ピン１２０は、閉塞部１２０ｂの外周を切削することにより形成されるので、絞り径の下限は、偏心ピン１２０の外径となる。また、先端側を閉塞させるため、絞り径の上限は、円柱部分の断面積が中空パイプ１００ａの断面積よりも小さくなる外径となる。なお、ここで断面積とは、軸線Ａ−Ａあるいは軸線Ｂ−Ｂに垂直な面における断面積をいう。一般に、絞り径は、これらの上限および下限の間で適宜設定できるが、絞り径を小さくするほど、非充満部１２８ｂの孔１２６ｂが小さくなる一方、成形荷重が大きくなる。絞り径は、このような特性を考慮して決定される。
【００３６】
図２および図３は、中空パイプ１００ａを閉塞する閉塞工程（図１（ｂ））の具体例を示す工程図である。第１実施例の閉塞工程では、まず、図２（ａ）の説明図に示すように、中空パイプ１００ａの先端を加熱する。中空パイプ１００ａの加熱は、誘導加熱によって行われる。具体的には、中空パイプ１００ａの先端部分（図２（ａ）の下方の部分）をコイル２１０に挿入した後、高周波電源２２０からコイル２１０に高周波電力を供給することにより、中空パイプ１００ａの先端部分は誘導加熱される。加熱温度は、中空パイプ１００ａの再結晶化温度よりも十分高い温度（例えば、１０００℃）に設定される。
【００３７】
先端部分が加熱された中空パイプ１００ａは、図２（ｂ）の断面図に示すように、アンビル５１０上に配置された金型３００に、先端部分を下に挿入される。金型３００は、中空パイプ１００ａの先端を絞るためのダイス３１０と、中空パイプ１００ａの外径を拘束するためのコンテナー３２０から構成されている。
【００３８】
コンテナー３２０には、中空パイプ１００ａが挿通される挿通孔３２２と、ダイス３１０が嵌め込まれるダイス嵌め込み孔３２４とが設けられている。ダイス３１０の内面には、中空パイプ１００ａが導入される導入部３１２と、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞って中間材１００ｂの閉塞部１２０ｂを形成するための絞り部３１４とが設けられている。絞り部３１４は、その後端側に、メタルフローを滑らかにし、閉塞部１２０ｂに欠陥が生じることを抑制するための傾斜部３１６を有している。第１実施例においては、傾斜部３１６と導入部３１２とがなす最大の角度（押し出し角度）を５０°としている。但し、押し出し角度が大きくなると閉塞部１２０ｂに欠陥が生じる虞が高くなる一方、押し出し角度が小さくなると機械加工（図１（ｃ））の際の切削量が増え無駄になる材料が多くなる。押し出し角度は、このような特性を考慮して適宜決定される。
【００３９】
中空パイプ１００ａを金型３００に挿入した後、図３（ａ）の断面図に示すように、中空パイプ１００ａの後端にパンチ４１０が配置されるとともに、中空パイプ１００ａにマンドレル４２０が挿入される。マンドレル４２０は、先端に設けられ先端に向かうに従って細くなるとともに、先端の角に丸みがつけられたテーパー部４２２と、後端に設けられ外径が大きい大径部４２４と、テーパー部４２２と大径部４２４との間に設けられ外径が中空パイプ１００ａの内径と同程度の円柱部４２６とを有する部材である。パンチ４１０は、外径が中空パイプ１００ａと略同一の部材で、マンドレル４２０を挿通するための挿通孔４１２が設けられている。挿通孔４１２は、パンチ４１０の後端がマンドレル４２０の後端と同一面となるように、マンドレル４２０の後端側の形状に合わせた形状となっている。なお、図３（ａ）の例では、マンドレル４２０の大径部４２４の先端側には、傾斜がつけられているが、大径部４２４は、マンドレル４２０の落下を防止できれば種々の形状をとることができる。
【００４０】
中空パイプ１００ａの後端にパンチ４１０を配置し、中空パイプ１００ａにマンドレル４２０を挿入した後、プレス機のスライド５２０をアンビル５１０に向かって降下させることにより、中空パイプ１００ａが先端方向に押し出される。これにより中空パイプ１００ａの先端が絞られ、図３（ｂ）の断面図に示すように、中間材１００ｂが形成される。なお、図３（ｂ）では、便宜上、中間材１００ｂの先端に形成される非充満部１２８ｂ（図１（ｂ））の図示を省略している。
【００４１】
上述のように、パンチ４１０とマンドレル４２０とは、それぞれの後端が同一面となるように構成されているので、中空パイプ１００ａの後端とマンドレル４２０との相対的な位置関係は一定に保たれる。そのため、形成された中間材１００ｂでは、マンドレル４２０の先端、すなわち、閉塞孔１１２ｂの先端は、中間材１００ｂの後端を基準として一定の位置に形成されるので、クランクシャフト１００（図１（ｃ））の中空孔１２２を形成する際のドリルによる穿孔方向を、クランクシャフト１００の後端を基準として決定することができる。但し、中空パイプ１００ａの後端とマンドレル４２０との相対的な位置関係は、必ずしも一定に保たれる必要はない。
【００４２】
図４は、中空パイプ１００ａの先端部分が絞られて閉塞部１２０ｂが形成される様子を示す説明図である。図４（ａ）ないし（ｃ）は、ダイス３１０の先端部分を拡大した部分断面図である。図４（ａ）は、中空パイプ１００ａが変形していない状態、すなわち図３（ａ）の状態を示し、図４（ｃ）は、中間材１００ｂが形成された状態、すなわち図３（ｂ）の状態を示している。図４（ｂ）は、中空パイプ１００ａから中間材１００ｂが形成される途中の状態を示している。
【００４３】
スライド５２０（図３（ａ））が降下してパンチ４１０が先端方向に移動すると、中空パイプ１００ａの先端が絞られる。このとき、中空パイプ１００ａの先端部分では、内向きの応力が加わるので、図４（ｂ）に示すように、内径が縮小する（内面が狭窄する）。マンドレル４２０は、パンチ４１０の移動とともに先端方向に移動するので、内径が縮小した領域では中空パイプ１００ａの内面が先端方向にしごかれる。マンドレル４２０の先端付近では、中空パイプ１００ａの内面が先端方向にしごかれることにより、内向きの応力が増大して内径の縮小が促進され、閉塞が確実に行われる。これに対し、マンドレル４２０から離れている中空パイプ１００ａの先端では、内向きの応力は増大しないので、図４（ｃ）に示すように、中間材１００ｂの先端部分は閉塞されず孔１２６ｂを有する非充満部１２８ｂが形成される。
【００４４】
Ａ２．シミュレーション結果：
図５は、閉塞部１２０ｂの形成状態を確認するために行ったシミュレーションの結果を示す説明図である。図５（ａ）ないし（ｅ）において、着色部分（灰色から黒色の部分）は、内向きの応力分布を表しており、明度が高いほど応力が高いことを示している。また、メッシュが表示されている領域は、ダイス３１０の内面とマンドレル４２０の表面を表している。従って、メッシュのない灰色の部分は、変形過程における中空パイプ１００ａの断面形状を示しており、メッシュのある着色部分は、マンドレル４２０の断面形状を示している。
【００４５】
シミュレーションでは、中空パイプ１００ａの外径を２９ｍｍとし、内径を８ｍｍとした。また、閉塞部１２０ｂの外径、すなわち、ダイス３１０の絞り部３１４の内径（絞り径）を２１．４ｍｍとし、押し出し角度を５０°とした。マンドレル４２０については、テーパー部４２２と円柱部４２６との外面がなす角度を１０°とした。そして、先端部分の温度を１０００℃とした状態での中空パイプ１００ａの変形をシミュレーションした。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）および（ｅ）は、それぞれ、図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に対応した状態であり、図５（ｃ）および（ｄ）は、図５（ｂ）と（ｄ）との中間の状態を示している。上述のように、中空パイプ１００ａの先端が絞られると、中空パイプ１００ａの先端部分では内径が縮小する（図５（ｂ））ことが確認できた。そして、マンドレル４２０の先端が中空パイプ１００ａの内面に接触すると、内向きの応力が増大することにより、マンドレル４２０の先端において後端側から内面が盛り上がった（図５（ｃ）および（ｄ））。また、図５（ｄ）に示すように、マンドレル４２０から離れた中空パイプ１００ａの先端では内向きの応力が増大せず、孔１２６ｂを有する非充満部１２８ｂが形成されることが確認できた。そして、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞るとともに、中空パイプ１００ａの内面を先端方向にしごくことにより、閉塞孔１１２ｂの先端の付近において中空パイプ１００ａを閉塞できることがわかった。
【００４７】
このように、第１実施例では、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞るともに、中空パイプ１００ａの内面を先端方向にしごくことにより、中空パイプ１００ａの先端をより確実に閉塞することが可能となる。また、中空パイプ１００ａの内面を先端方向にしごくマンドレル４２０と、中空パイプ１００ａの後端との相対的な位置関係を一定に保つことにより、クランクシャフト１００（図１（ｃ））の中空孔１２２を形成する際のドリルによる穿孔方向を、クランクシャフト１００の後端を基準として決定することができるので、より容易にクランクシャフト１００を製造することが可能となる。さらに、第１実施例では、熱間鍛造により軸部１１０の中空孔１１２を形成することができるので、ドリルにより穿孔する場合に比べ、中空のクランクシャフト１００をより容易に製造することができる。
【００４８】
なお、中空のクランクシャフトの製造に本発明が適用されたか否かは、製造されたクランクシャフトの断面を観察することにより判断することができる。具体的には、クランクシャフトの断面に現れるフローラインと、本発明を適用して製造されたクランクシャフト１００のフローラインもしくはシミュレーションにより求められるクランクシャフト１００のフローラインとを比較することにより、中空のクランクシャフトの製造に本発明が適用されたか否かを判断することができる。
【００４９】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例において中空パイプ１００ａの先端が絞られる様子を示す説明図である。図６（ａ）ないし（ｃ）は、ダイス６１０の先端部分を拡大した部分断面図である。第２実施例は、ダイス６１０の内面に、中空パイプ１００ａが導入される導入部６１２（第１実施例の導入部３１２に相当する）と、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞る偏心絞り部６１４（第１実施例の絞り部３１４に相当する）とに加えて、さらに先端部を絞る先端絞り部６１８が形成されている点で第１実施例と異なっている。他の点は、第１実施例と同様である。なお、図６の例においては、先端絞り部６１８の押し出し角度を３０°としている。
【００５０】
図６（ａ）は、中空パイプ１００ａが変形していない状態を示しており、第１実施例の図４（ａ）に示す状態に相当する。図６（ｂ）は、偏心絞り部６１４により中空パイプ１００ａの先端が閉塞された状態を示しており、第１実施例において中間材１００ｂが形成された状態（図４（ｃ））に相当する。図６（ｃ）は、図６（ｂ）の状態からパンチ４１０とマンドレル４２０とを先端方向に押し出した状態を示している。
【００５１】
第１実施例と同様に、中空パイプ１００ａを先端方向に押し出すと、偏心絞り部６１４により先端部分が絞られて中空パイプ１００ａは閉塞するが、閉塞部１２０ｄの先端側には孔１２６ｄを有する非充満部１２８ｄが形成される（図６（ｂ））。この状態からさらに中空パイプ１００ａを先端方向に押し出すと、先端絞り部６１８により非充満部１２８ｄが絞られることで非充満部１２８ｄの孔１２６ｄが消滅し、孔のない閉塞部１２０ｅを有する中間材１００ｅが形成される。
【００５２】
図７は、第２実施例における閉塞部１２０ｅの形成状態を確認するために行ったシミュレーションの結果を示す説明図である。図７（ａ）ないし（ｃ）においても、着色部分（灰色から黒色の部分）は、内向きの応力分布を表しており、明度が高いほど応力が高いことを示している。また、メッシュが表示されている領域は、ダイス６１０の内面とマンドレル４２０の表面を表している。
【００５３】
シミュレーションでは、先端絞り部６１８の絞り径を１３ｍｍとし、押し出し角度を３０℃とした。また、偏心絞り部６１４により中空パイプ１００ａの先端が閉塞された状態からさらに中空パイプ１００ａを先端方向に押し出すのに合わせてマンドレル４２０の先端位置を後端側にずらしている。他の条件は、図５に示す第１実施例におけるシミュレーションと同様である。
【００５４】
図７（ａ）および（ｃ）は、それぞれ、図６（ｂ）および（ｃ）に対応した状態であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）と（ｃ）との中間の状態を示している。上述のように、第２実施例では、マンドレル４２０の先端位置を後端側にずらしているため、図７（ａ）に示す閉塞部１２０ｄが形成された状態においても、マンドレル４２０でしごかれることによる内径の縮小が不十分となる。そのため、偏心絞り部６１４により形成された閉塞部１２０ｄには、その後端側に孔が残存した。
【００５５】
この状態からさらに中空パイプ１００ａを先端方向に押し出すと、閉塞部１２０ｄの後端側の孔が消滅するとともに、非充満部１２８ｄの孔１２６ｄも小さくなった（図７（ｂ））。そして、さらに中空パイプ１００ａを先端方向に押し出すと、孔のない閉塞部１２０ｅが形成された（図７（ｂ））。この結果から、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞った後、さらに、中空パイプ１００ａの先端部分を絞ることにより、孔のない閉塞部１２０ｅを形成することができることがわかった。
【００５６】
このように、第２実施例では、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞った後、さらに中空パイプ１００ａの先端部分を絞ることにより、中間材１００ｅの先端部分に孔が発生することを抑制できる。そのため、孔１２６（図１（ｂ））を有する閉塞部１２０ｂを切断することによる歩留まりの低下を抑制できる。第２実施例は、この点において、第１実施例よりも好ましい。一方、第１実施例は、ダイス３１０の形状がより単純となる点で、第２実施例よりも好ましい。
【００５７】
また、第２実施例では、第１実施例と同様に、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞るともに、中空パイプ１００ａの内面を先端方向にしごくことにより、中空パイプ１００ａの先端をより確実に閉塞することが可能となる。また、中空パイプ１００ａの内面を先端方向にしごくマンドレル４２０と、中空パイプ１００ａ中空パイプ１００ａの後端との相対的な位置関係を一定に保つことにより、クランクシャフト１００（図１（ｃ））の中空孔１２２を形成する際のドリルによる穿孔方向を、クランクシャフト１００の後端を基準として決定することができるので、より容易にクランクシャフト１００を製造することが可能となる。さらに、第２実施例においても、熱間鍛造により軸部１１０の中空孔１１２を形成することができるので、ドリルにより穿孔する場合に比べ、中空のクランクシャフト１００をより容易に製造することができる。
【００５８】
Ｃ．第３実施例：
図８は、第３実施例における閉塞部の形状を示す説明図である。第３実施例は、閉塞部の形状が異なっている点で、第１実施例と異なっている。他の点は、第１実施例と同様である。
【００５９】
図８（ａ）は、第１実施例における中間材１００ｂを先端側から見た概略外形図であり、図８（ｂ）ないし（ｄ）は、第３実施例の３つの態様における中間材１００ｆ，１００ｇ，１００ｈを先端側から見た概略外形図である。図８において、二点鎖線は、クランクシャフト１００を先端側から見た外形を示している。なお、図８では、便宜上、軸部１００ｂと、閉塞部１２０ｂ，１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈの柱状部分のみを図示しており、先端側に現れる形状の詳細については、その図示を省略している。また、クランクシャフト１００に設けられる中空孔１２２の図示も省略している。
【００６０】
第１実施例では、絞り形状を円形としているため、閉塞部１２０ｂの軸線Ｂを中心とした円柱状の閉塞部１２０ｂが形成される（図８（ａ））。このとき、絞り形状は、閉塞部１２０ｂの軸線に対して対称となる。
【００６１】
第３実施例の第１の態様（態様１）では、絞り形状を円のうち偏心方向に垂直な位置の２つの円弧を直線で置き換えた形状としている。そのため、閉塞部１２０ｆは、偏心方向に垂直な位置において円柱の一部を切り取った形状となる（図８（ｂ））。また、第２の態様（態様２）では、絞り形状を偏心方向につぶれた楕円形としている。そのため、閉塞部１２０ｇは、偏心方向につぶれた楕円柱形状となっている（図８（ｃ））。さらに、第３の態様（態様３）では、絞り形状を六角形としているため、閉塞部１２０ｈは、六角柱形状となっている（図８（ｄ））。このようにすると、軸線Ｂからの距離が大きい位置にでは変形抵抗の増大が抑制されるので、成形荷重の増大を抑制しつつ、第１実施例の場合よりも軸線Ａあるいは軸線Ｂに垂直な面における閉塞部１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈの断面積を小さくし、中間材１００ｆ，１００ｇ，１００ｈの先端に孔が形成されることを抑制することができる。
【００６２】
なお、第３実施例では、絞り形状の３つの態様を示したが、絞り形状は、これらの形状の他、四角形や八角形等の種々の多角形としてもよく、また、態様１や態様２の形状を閉塞部の軸線Ｂを中心に回転させた形状としても良い。一般的には、絞り形状は、閉塞部の軸線Ｂに対して非対称であればよい。絞り形状を閉塞部の軸線Ｂに対して非対称とすることにより、成形荷重の増大を抑制しつつ、中間材の先端に孔が形成されることを抑制することができる。
【００６３】
このように、第３実施例では、絞り形状を閉塞部１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈの軸線Ｂに対して非対称とすることにより、成形荷重の増大を抑制しつつ、中間材１００ｆ，１００ｇ，１００ｈの先端部分に孔が発生することを抑制できる。そのため、孔１２６（図１（ｂ））を有する閉塞部１２０ｂを切断することによる歩留まりの低下を抑制することがより容易となる。第３実施例は、この点において、第１実施例よりも好ましい。一方、第１実施例は、ダイス３１０の形状がより単純となる点で、第３実施例よりも好ましい。
【００６４】
また、第３実施例では、第１実施例と同様に、中空パイプ１００ａを偏心方向に絞るともに、中空パイプ１００ａの内面を先端方向にしごくことにより、中空パイプ１００ａの先端をより確実に閉塞することが可能となる。また、中空パイプ１００ａの内面を先端方向にしごくマンドレル４２０と、中空パイプ１００ａ中空パイプ１００ａの後端との相対的な位置関係を一定に保つことにより、クランクシャフト１００（図１（ｃ））の中空孔１２２を形成する際のドリルによる穿孔方向を、クランクシャフト１００の後端を基準として決定することができるので、より容易にクランクシャフト１００を製造することが可能となる。さらに、第３実施例においても、熱間鍛造により軸部１１０の中空孔１１２を形成することができるので、ドリルにより穿孔する場合に比べ、中空のクランクシャフト１００をより容易に製造することができる。
【００６５】
なお、第３実施例では、絞り形状を閉塞部１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈの軸線Ｂに対して非対称としているが、絞り形状を閉塞部１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈの軸線Ｂに対して非対称にするとともに、第２実施例のように、さらに先端部分を絞ることも可能である。このようにすれば、中間材の先端に孔が形成されることをさらに抑制することができる。
【００６６】
Ｄ．変形例：
本発明は上記各実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６７】
Ｄ１．変形例１：
上記各実施例では、マンドレル４２０の先端部分にテーパー部４２２を形成し、テーパー部４２２の先端の角に丸みをつけているが、必ずしもこのようにする必要はない。但し、テーパー部４２２を形成し、あるいは、先端の角に丸みをつけることにより、中空パイプ１００ａの内面の表皮を巻き込むことを抑制できる点で、テーパー部４２２を形成し、あるいは、先端の角に丸みをつけるのが好ましく、テーパー部４２２を形成し、テーパー部４２２の先端の角に丸みをつけるのがさらに好ましい。
【００６８】
Ｄ２．変形例２：
上記各実施例では、テーパー部４２２と大径部４２４との間に設けられた円柱部４２６の外径を中空パイプ１００ａの内径と同程度としているが、円柱部４２６の外径を中空パイプ１００ａの内径よりも小さくしても良い。この場合、中空パイプ１００ａへのマンドレル４２０の挿入や、中間材１００ｂからのマンドレル４２０の抜き取りがより容易となる。
【００６９】
Ｄ３．変形例３：
上記各実施例では、中空パイプ１００ａの閉塞を熱間鍛造によって行っているが、中空パイプ１００ａの閉塞は、温間鍛造や冷間鍛造によって行うことも可能である。但し、成形荷重を低減することができる点で、熱間鍛造によって中空パイプ１００ａを閉塞するのが好ましい。
【００７０】
また、上記各実施例では、中空パイプ１００ａの先端部分のみを加熱して熱間鍛造を行っているが、中空パイプ１００ａ全体を加熱して熱間鍛造を行うことも可能である。但し、非加熱部分における変形抵抗が増大し、中間材１００ｂ（図１（ｂ））の軸部１１０ｂの内径が縮小することを抑制できる点で、中空パイプ１００ａの先端部分のみを加熱して熱間鍛造するのが好ましい。
【００７１】
Ｄ４．変形例４：
上記各実施例では、本発明をスクロール圧縮機９００において旋回スクロール９１４を公転駆動するためのクランクシャフト９３０に適用しているが、本発明は、一端に縮径偏心部が形成され、両端を貫通する中空孔が設けられたクランクシャフトであれば、種々のクランクシャフトに適用することができる。本発明は、例えば、縮径偏心部にコネクティングロッドを取り付け、外部機構を往復駆動するクランクシャフトにも適用することができる。この場合においても、閉塞部を穿孔することにより中空孔を形成することができるので、両端を貫通する中空孔が設けられたクランクシャフトをより容易に製造することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１００…クランクシャフト
１００ａ…中空パイプ
１００ｂ，１００ｅ，１００ｆ，１００ｇ，１００ｈ…中間材
１１０…軸部
１１０ｂ…軸部
１１２…中空孔
１１２ｂ…閉塞孔
１２０…偏心ピン
１２０ｂ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈ…閉塞部
１２２…中空孔
１２６，１２６ｂ…孔
１２８ｂ，１２８ｄ…非充満部
２１０…コイル
２２０…高周波電源
３００…金型
３１０…ダイス
３１２…導入部
３１４…絞り部
３１６…傾斜部
３２０…コンテナー
３２２…挿通孔
３２４…ダイス嵌め込み孔孔
４１０…パンチ
４１２…挿通孔
４２０…マンドレル
４２２…テーパー部
４２４…大径部
４２６…円柱部
５１０…アンビル
５２０…スライド
６１０…ダイス
６１２…導入部
６１４…偏心絞り部
６１８…先端絞り部
９００…スクロール圧縮機
９０２…ハウジング
９０４…吸気ポート
９０６…吐気ポート
９１０…スクロール式圧縮機構
９１２…固定スクロール
９１３，９１５…ラップ
９１４…旋回スクロール
９１６…オルダムリング
９１８…フレーム
９２０…モータ
９２２…回転子
９２４…固定子
９３０…クランクシャフト
９３２…軸部
９３４…偏心ピン
９３６，９３８…孔
【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６】
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【図８】
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【図９】
2013215771.tif 000009
【図５】
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【図７】
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