(57)【要約】【課題】軽量化や油路形成を図りながら剛性・強度及び寸法精度を向上できる中空クランク軸の製造方法及び中空クランク軸を提供する。【解決手段】内燃機関に備える中空クランク軸の製造方法であって、中空部１７を有するクランク軸素材２１と、中空部１７に埋設された芯素材２２とからなる２層構造のクランク軸素品加工品２８を鍛造することによりクランク軸鍛造品を作製し、次いで、高温溶出法を用いてクランク軸鍛造品内の芯素材２２を除去する。【選択図】図４
2009085404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に備える中空クランク軸の製造方法であって、
中空部を有するクランク軸素材と、前記中空部に埋設された芯素材とからなる２層構造のクランク軸素品を鍛造することによりクランク軸鍛造品を作製し、次いで、所定の溶出法を用いて前記クランク軸鍛造品内の前記芯素材を除去することを特徴とする中空クランク軸の製造方法。
【請求項２】
前記芯素材は、段付き形状に予備成形されることを特徴とする請求項１記載の中空クランク軸の製造方法。
【請求項３】
前記鍛造は、熱間鍛造であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の中空クランク軸の製造方法。
【請求項４】
前記芯素材の融点は、前記クランク軸素材の融点よりも低く且つ鍛造温度よりも高いことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の中空クランク軸の製造方法。
【請求項５】
前記芯素材は、溶剤に溶解可能な溶出材と、前記溶剤に溶解しない硬質粒子とが混合された複合材料から構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の中空クランク軸の製造方法。
【請求項６】
前記芯素材は、溶剤に溶解可能な溶出材と、この溶出材でめっきされた硬質粒子とから構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の中空クランク軸の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の中空クランク軸の製造方法により製造された中空クランク軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空クランク軸の製造方法及び中空クランク軸の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の中空クランク軸として鋳造により製造されたものでは、鋳造欠陥等により強度が低下することがある。例えば、中空クランク軸を航空機用エンジンに採用する場合には、中空クランク軸に、より高い信頼性が望まれる。
このような中空クランク軸を、軽量化、強度向上、油路形成のために鍛造により製造したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１−１６４８１２号公報
【０００３】
特許文献１の第１図（ａ），（ｂ）を以下の図１９（ａ），（ｂ）で説明する。また、説明の都合上、図１９（ｃ）〜（ｅ）を追加した。なお、符号は振り直した。
図１９（ａ）〜（ｅ）は従来の鍛造クランクシャフトの説明図である。
（ａ）は中心孔１０１が開けられた筒状の素材１０２を示している。
【０００４】
（ｂ）において、（ａ）に示された素材１０２を鍛造により屈曲させて、クランクピン１０３、クランクアーム１０４，１０４及びジャーナル部１０６，１０６を備えるクランクシャフト１０７を形成したことを示している。
（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線断面図であり、クランクシャフト１０７の屈曲部が円筒形に対して潰れていることを示している。
【０００５】
（ｄ）は（ｂ）のｃ−ｃ線断面図（別実施形態）であり、クランクシャフト１０７の屈曲部が円筒形から楕円形に変形していることを示している。
（ｅ）は（ｂ）のｃ−ｃ線断面図（更なる別実施形態）であり、クランクシャフト１０７の屈曲部が円筒形から楕円形に変形するとともに中心孔１０１が偏っていることを示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１９（ｃ）において、クランクシャフト１０７の一部に潰れ部が発生すると、その潰れ部を起点にして大きな変形に進行して剛性・強度が低下したり、寸法精度が低下する。
また、図１９（ｄ），（ｅ）の場合についても、剛性・強度の低下、寸法精度の低下を招く。
本発明の目的は、軽量化や油路形成を図りながら剛性・強度及び寸法精度を向上できる中空クランク軸の製造方法及び中空クランク軸を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、内燃機関に備える中空クランク軸の製造方法であって、中空部を有するクランク軸素材と、中空部に埋設された芯素材とからなる２層構造のクランク軸素品を鍛造することによりクランク軸鍛造品を作製し、次いで、所定の溶出法を用いてクランク軸鍛造品内の芯素材を除去することを特徴とする。
【０００８】
クランク軸素材の中空部に芯素材を挿入して２層構造のクランク軸素品を形成する。そして、このクランク軸素品を鍛造し、クランク軸鍛造品を作製する。次いで、クランク軸鍛造品内に埋設された芯素材を所定の溶出法を用いて除去し、中空クランク軸を製造する。
【０００９】
クランク軸素品の鍛造時には芯素材に変形抵抗が発生し、クランク軸素材の潰れが抑えられる。クランク軸鍛造品内の芯素材を溶出させることで、軽量で、各部に潤滑油を供給可能な油路としての中空部が形成された中空クランク軸が出来る。
【００１０】
請求項２に係る発明は、芯素材を、段付き形状に予備成形することを特徴とする。
芯素材を段付き形状に予備成形して芯素材の外径を部分的に小さくすることにより、クランク軸素材の中空部の内径を部分的に小さくすることが可能になり、クランク軸素材の肉厚が部分的に大きくなる。
【００１１】
従って、クランク軸素品を鍛造したときに、クランクピンやアームに形成される部分、即ち、クランク軸素材における変形が大きな部分や形状が複雑な部分の肉厚が確保される。
【００１２】
請求項３に係る発明は、鍛造を、熱間鍛造としたことを特徴とする。
熱間鍛造により材料の変形抵抗を小さくし、変形が大きな部分や形状が複雑な部分の加工性を向上させる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、芯素材の融点を、クランク軸素材の融点よりも低く且つ鍛造温度よりも高くしたことを特徴とする。
鍛造時には、クランク軸素材及び芯素材の温度を鍛造温度に設定してクランク軸素材の変形抵抗を小さくし、鍛造後には、芯素材の温度を、クランク軸素材の融点よりも低く且つ鍛造温度よりも高い融点まで上昇させて芯素材をクランク軸素材から溶出させる。
【００１４】
請求項５に係る発明は、芯素材を、溶剤に溶解可能な溶出材と、溶剤に溶解しない硬質粒子とが混合された複合材料から構成したことを特徴とする。
芯素材をクランク軸素材から除去するときに、溶出材だけが溶解し、硬質粒子は溶解せずにクランク軸素材から排出される。
【００１５】
請求項６に係る発明は、芯素材を、溶剤に溶解可能な溶出材と、この溶出材でめっきされた硬質粒子とから構成したことを特徴とする。
溶出材及び硬質粒子の分布がより均一になり、芯素材としての変形抵抗がより均一になって、クランク軸鍛造品の寸法精度が高められる。
【００１６】
請求項７に係る発明は、中空クランク軸が請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の中空クランク軸の製造方法により製造される。
中空クランク軸が軽量になるとともに、鍛造時の芯素材の変形抵抗により中空クランク軸に潰れなど予期しない変形が発生せず、中空クランク軸の剛性・強度及び寸法精度が向上する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明では、中空部を有するクランク軸素材と、中空部に埋設された芯素材とからなる２層構造のクランク軸素品を鍛造することによりクランク軸鍛造品を作製し、次いで、所定の溶出法を用いてクランク軸鍛造品内の芯素材を除去するので、鍛造時に起きるクランク軸素材の曲げ部の潰れなどの予期せぬ変形を芯素材の変形抵抗により防ぐことができ、軽量化及び油路形成を図りながら、剛性・強度、寸法精度の高い中空クランク軸を製造することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明では、芯素材を段付き形状に予備成形するので、クランク軸鍛造品の中空部の内径を部分的に小さくすることができ、クランク軸鍛造品のクランクピンやアームの肉厚を確保することができて、中空クランク軸の剛性・強度を確保することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明では、鍛造を熱間鍛造としたので、クランク軸素品の変形抵抗を小さくすることができ、加工性を向上させることができて、クランク軸素材の変形部の割れや破損を防止することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明では、芯素材の融点を、クランク軸素材の融点よりも低く且つ鍛造温度よりも高くしたので、鍛造時には、クランク軸素材及び芯素材の温度を鍛造温度に設定してクランク軸素材の変形抵抗を小さくすることができ、鍛造後には、芯素材の温度を、クランク軸素材の融点よりも低く且つ鍛造温度よりも高い融点まで上昇させて芯素材をクランク軸素材から溶出させることができる。
【００２１】
請求項５に係る発明では、芯素材を、溶剤に溶解可能な溶出材と、溶剤に溶解しない硬質粒子とが混合された複合材料から構成したので、芯素材の必要量を確保しながら、例えば、芯素材を溶剤で化学的に溶出させる際に、溶出材のみで芯素材を構成するのに比べて溶出する溶出材の量及び溶出時間を少なくすることができ、コストを抑えつつ生産性を向上させることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明では、芯素材を、溶剤に溶解可能な溶出材と、この溶出材でめっきされた硬質粒子とから構成したので、溶出材及び硬質粒子の分布がより均一になり、芯素材としての変形抵抗がより均一になって、クランク軸鍛造品の寸法精度を高めることができる。また、芯素材の必要量を確保しながら、溶出材のみで芯素材を構成するのに比べて溶出材の量及び溶出時間を少なくすることができ、コストを抑えつつ生産性を向上させることができる。
【００２３】
請求項７に係る発明では、中空クランク軸が請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の中空クランク軸の製造方法により製造されるので、中空クランク軸の軽量化を図りつつ剛性・強度及び寸法精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る中空クランク軸の断面図であり、中空クランク軸１０は、シリンダブロックに軸受を介して支持されるジャーナル１１，１２と、コネクティングロッドが軸受を介して連結されるクランクピン１３と、これらのジャーナル１１，１２及びクランクピン１３のそれぞれの間に一体に設けられたアーム１５，１６と、これらのジャーナル１１，１２、クランクピン１３及びアーム１５，１６の内側に形成された中空部１７とからなり、軽量化が図られるとともに熱間鍛造により高剛性・高強度とされた部材である。
【００２５】
以上に説明した中空クランク軸１０（図１参照）の製造方法を次に説明する。
図２は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１作用図（第１実施形態）である。
まず、鋼製のクランク軸素材（ＳＮＣＭ４３９［ＪＩＳ  Ｇ  ４１０３］）２１と、銅製（例えば、押出丸棒又は引抜丸棒）の芯素材２２と、第１蓋材２３及び第２蓋材２４とを準備する。
【００２６】
クランク軸素材２１は、中空部１７と、この中空部１７の一端に形成された大径穴２１ｂと、この大径穴２１ｂの端部に形成された内面取り部２１ｃと、中空部１７の他端に形成された内面取り部２１ｄとを備える。
芯素材２２は丸棒であり、この外径は、クランク軸素材２１の中空部１７の内径に対して芯素材２２を中空部１７に挿入したときに容易に移動しないようにしまりばめとなるように設定されている。
【００２７】
第１蓋材２３は、クランク軸素材２１の中空部１７、大径穴２１ｂにそれぞれ嵌合する小径部２３ａ、大径部２３ｂからなり、大径部２３ｂの端部に外面取り部２３ｃが形成されている。なお、２３ｄは通気用の通気穴である。
【００２８】
第２蓋材２４は、円柱状の部材であり、外周端部に外面取り部２４ｃを備える。なお、２４ｄは通気用の通気穴である。
第１蓋材２３及び第２蓋部材２４の材質は、クランク軸素材２１と同一材質でもよいし、他の材質の鋼材でもよい。
【００２９】
上記の芯素材２２は、矢印Ａで示すようにクランク軸素材２１の中空部１７に挿入され、第２蓋材２４は、矢印Ｂで示すように中空部１７に挿入され、第１蓋材２３は、矢印Ｃで示すように中空部１７及び大径穴２１ｂに挿入される。
【００３０】
図３（ａ），（ｂ）は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第２作用図（第１実施形態）である。
（ａ）はクランク軸素材２１に芯素材２２、第１蓋材２３及び第２蓋材２４を挿入した状態で、クランク軸素材２１と第１蓋材２３とを、内面取り部２１ｃと外面取り部２３ｃとで環状に溶接し、クランク軸素材２１と第２蓋材２４とを、内面取り部２１ｄと外面取り部２４ｃとで環状に溶接して、クランク軸素品（荒地）２６を作製する。
【００３１】
このように、内面取り部２１ｃと外面取り部２３ｃ、内面取り部２１ｄと外面取り部２４ｃをそれぞれ溶接するのは、クランク軸素品２６の両側の端面２６ａ，２６ｂから溶接部が突出しないようにして、端面２６ａ，２６ｂを鍛造時に軸方向に押圧できるようにするためである。
【００３２】
（ｂ）において、クランク軸素材２１の外周面２１ｅを機械加工（例えば、切削加工）して、鍛造後のジャーナルの表面になるジャーナル粗面２１ｇ，２１ｇ、鍛造後のクランクピンの表面になるクランクピン粗面２１ｈ、鍛造後のアームの表面になるアーム粗面２１ｊ，２１ｊを形成し、クランク軸加工素品（荒地加工品）２８を造る。
【００３３】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第３作用図（第１実施形態）である。
（ａ）において、クランク軸加工素品２８を熱間鍛造するための鍛造機（ＴＲ鍛造装置又はＲＲ鍛造装置）には、一対のホルダ３１，３２と、上型３３と、下型３４とが取付けられている。
【００３４】
ホルダ３１，３２は、それぞれ底面３６を有する保持穴３７と、この保持穴３７の開口端に形成された凹部３８とを備える。
保持穴３７は、クランク軸加工素品２８を保持する部分である。
凹部３８は、鍛造中にクランク軸加工素品２８が変形して流れ込む空間である。
【００３５】
以上に述べた鍛造機による熱間鍛造の要領を次に説明する。
（ａ）において、クランク軸加工素品２８を所定の鍛造温度まで加熱した後、クランク軸加工素品２８のジャーナル粗面２１ｇ、２１ｇをホルダ３１，３２の保持穴３７，３７に挿入して嵌合させ且つクランク軸加工素品２８の端面２６ａ，２６ｂを保持穴３７，３７の底面３６，３６に当てて保持するとともに、クランク軸加工素品２８のクランクピン粗面２１ｈを上型３３及び下型３４で挟み込むことで、鍛造機にクランク軸加工素品２８をセットする。
【００３６】
次に、上型３３と下型３４との上下方向の距離を維持しながら、上型３３を所定の鍛造荷重、所定の鍛造速度で白抜き矢印Ｄに示すように下降させると同時に、ホルダ３１，３２を、クランク軸加工素品２８の軸方向、即ち、白抜き矢印Ｅ，Ｆの向きに所定の押圧荷重で押しながらクランク軸加工素品２８の軸線２８Ａに沿ってそれぞれ移動させる。
【００３７】
この結果、（ｂ）に示すように、クランク軸加工素品２８（（ａ）参照）の中央部が下方に屈曲するとともに軸方向に押し縮められてクランク軸鍛造品４２が出来る。
この後、クランク軸鍛造品４２を鍛造機から取り出す。
【００３８】
上記の鍛造条件は以下の通りである。
鍛造温度：１０００℃
鍛造荷重：３００ｔｆ
押圧荷重：３００ｔｆ
鍛造速度：６０〜１２０ｍｍ／ｍｉｎ
潤滑剤  ：黒鉛入りグリース
【００３９】
以上の図３（ａ）に示したように、クランク軸素材２１の中空部１７に芯素材２２を埋め込むことにより、芯素材２２の変形抵抗によって、クランク軸加工素品２８（図４（ａ）参照）を鍛造することで得られるクランク軸鍛造品４２（図４（ｂ）参照）に従来のような鍛造による曲げ部の潰れなど予期せぬ変形が発生するのを防ぐことができる。
【００４０】
また、熱間鍛造を行うことにより、クランク軸加工素品２８、詳しくは、クランク軸素材２１及び芯素材２２の変形抵抗をより小さくすることができ、クランクピンやアームが大きく変形し且つ複雑形状に成形されても割れ、破損が起こるのを防止することができる。
【００４１】
図５は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第４作用図（第１実施形態）である。
熱間鍛造により作製されたクランク軸鍛造品４２は、ジャーナル素材部４２ａ，４２ｂと、クランクピン素材部４２ｃと、これらのジャーナル素材部４２ａ，４２ｂ及びクランクピン素材部４２ｃのそれぞれの間に一体に設けられたアーム素材部４２ｄ，４２ｅとを備える。
ここで、クランク軸鍛造品４２の第１蓋材２３及び第２蓋材２４を除去するために、クランク軸鍛造品４２をＨ−Ｈ線及びＪ−Ｊ線に沿って切断する。
【００４２】
図６は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第５作用図（第１実施形態）である。
第１・第２蓋材２３，２４（図５参照）が除去されたクランク軸鍛造中間品４４は、クランク軸素材２１（図５参照）が切断されて残ったクランク軸素材切断品４５と、芯素材２２とからなり、この芯素材２２が外部に臨んでいる。
【００４３】
図７は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第６作用図（第１実施形態）である。
クランク軸鍛造中間品４４を、芯素材２２の融点（１１００℃）よりも高い所定の溶出温度に設定した熱処理炉４６に入れて所定の加熱時間加熱し、クランク軸鍛造中間品４４の芯素材２２を溶出させる。
芯素材２２は、時間とともに溶出し、メッシュ部材４７を通して熱処理炉４６の底に設けられたトレイ４８に溜まる。
【００４４】
上記の高温溶出法の溶出条件は以下の通りである。
溶出温度：１２００℃
加熱時間：クランク軸鍛造中間品４４を熱処理炉４６内に入れてから熱処理炉４６内の雰囲気温度が１２００℃に到達後、３０ｍｉｎ
なお、クランク軸素材切断品４５の融点は、１５００℃である。
【００４５】
図８は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第７作用図（第１実施形態）である。
クランク軸素材切断品４５から芯素材２２（図７参照）が溶出した後の状態を示している。クランク軸素材切断品４５は、熱処理炉４６（図７参照）外に出された後、自然冷却される。
【００４６】
図９は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第８作用図（第１実施形態）である。
クランク軸素材切断品４５（即ち、クランク軸鍛造品である。）のジャーナル素材部４２ａ，４２ｂ、クランクピン素材部４２ｃ及びアーム素材部４２ｄ，４２ｅをそれぞれ機械加工して、ジャーナル部１１，１２、クランクピン１３及びアーム１５，１６を形成し、中空クランク軸１０を完成させる。
【００４７】
以上の図２〜図９に述べた中空クランク軸１０の製造方法を再度説明する。
図１０は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示すフローチャート（第１実施形態）である。図中のＳＴＸＸはステップ番号を表す（以下同じ。）。
ＳＴ０１…鋼製クランク軸素材、銅製芯素材、第１蓋材、第２蓋材を準備する。
ＳＴ０２…芯素材をクランク軸素材の中空部に挿入し、中空部の両端開口を第１蓋材及び第２蓋材を溶接して塞ぎ、クランク軸素品（荒地）を作製する。このとき、クランク軸素材の外周面の機械加工（荒地加工）も行う。
【００４８】
ＳＴ０３…クランク軸素品（詳しくは、クランク軸加工素品）を鍛造機の金型にセットする。
ＳＴ０４…鍛造機でクランク軸素品をプレス成形し、クランク軸鍛造品を造る。
ＳＴ０５…鍛造機の金型からクランク軸鍛造品を取り出す。
ＳＴ０６…切削機でクランク軸鍛造品の両端部をカットし、第１蓋材及び第２蓋材を除去する。
【００４９】
ＳＴ０７…芯素材を高温溶出法により溶出させる。
ＳＴ０８…芯素材溶出後のクランク軸鍛造品（詳しくは、クランク軸素材切断品）の所定箇所に機械加工を施し、中空クランク軸を完成させる。
【００５０】
以上の図４（ａ），（ｂ）、図７、図９及び図１０に示したように、本発明は、内燃機関に備える中空クランク軸１０（図１参照）の製造方法であって、中空部１７を有するクランク軸素材２１と、中空部１７に埋設された芯素材２２とからなる２層構造のクランク軸素品としてのクランク軸素品加工品２８を鍛造することによりクランク軸鍛造品としてのクランク軸鍛造中間品４４を作製し、次いで、所定の溶出法を用いてクランク軸鍛造中間品４４内の芯素材２２を除去するので、鍛造時に起きるクランク軸素材２１の曲げ部の潰れなどの予期せぬ変形を芯素材２２の変形抵抗により防ぐことができ、軽量化及び油路形成を図りながら、剛性・強度、寸法精度の高い中空クランク軸１０を製造することができる。
【００５１】
図１１は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第９作用図（第２実施形態）である。
まず、鋼製のクランク軸素材（ＳＮＣＭ４３９［ＪＩＳ  Ｇ  ４１０３］）６１と、銅製の芯素材６２と、蓋材６３，６３とを準備する。
【００５２】
クランク軸素材６１は、中空部６１ａと、この中空部６１ａの端部に形成された内面取り部６１ｃ，６１ｄとを備える。
芯素材６２は、鋳造、鍛造等の塑性加工又は切削加工で予備成形された段付き丸棒であり、端部寄りに形成された大径部６２ａ，６２ａと、中央部に形成された小径部６２ｂと、これらの大径部６２ａ，６２ａ及び小径部６２ｂのそれぞれの間に一体に設けられたテーパー部６２ｃ、６２ｃとからなる。
蓋材６３は、一端に外面取り部６３ｃが形成されている。なお、６３ｄは通気用の通気穴である。
【００５３】
大径部６２ａ，６２ａは、最終的に形成される中空クランク軸のジャーナルの位置に対応し、小径部６２ｂは最終に形成される中空クランク軸のクランクピン及びアームの位置に対応し、テーパー部６２ｃ、６２ｃは最終的に形成される中空クランク軸のアーム部の位置に対応する部分である。
大径部６２ａの外径は、クランク軸素材６１の中空部６１ａに挿入したときに容易に移動しないようにしまりばめとなるように設定されている。
【００５４】
上記の芯素材６２は、矢印Ｌで示すようにクランク軸素材６１の中空部６１ａに挿入され、蓋材６３，６３は、矢印Ｍ，Ｎで示すように中空部６１ａに挿入される。
【００５５】
図１２（ａ），（ｂ）は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１０作用図（第２実施形態）である。
（ａ）はクランク軸素材６１に芯素材６２、蓋材６３，６３を挿入した状態で、クランク軸素材６１と蓋材６３，６３とを、内面取り部６１ｃと外面取り部６３ｃとでそれぞれ環状に溶接して、クランク軸中間素品６５を作製する。
クランク軸中間素品６５は、クランク軸素材６１と芯素材６２の小径部６２ｂとの間に隙間６５Ａを有するため、この隙間６５Ａを埋める工程を次に行う。
【００５６】
（ｂ）はクランク軸中間素品６５（（ａ）参照）を入れるために、ステンレス製の密閉容器としてのカプセル６７を構成する筒７１、脱気管７２付きの板材７３、底板材７４を準備する。
【００５７】
図１３（ａ），（ｂ）は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１１作用図（第２実施形態）である。
（ａ）において、筒７１にクランク軸中間素品６５を挿入した後に、筒７１に脱気管７２付きの板材７３と底板材７４とを溶接等で取付けて密封し、ステンレス鋼からなるカプセル６７を造る。
【００５８】
そして、脱気管７２から空気を抜いてカプセル６７内を真空にし、カプセル６７を圧力容器（不図示）に入れてＨＩＰ成形（熱間等方圧成形）を行う。カプセル６７には高温下で高圧が作用するため、カプセル６７を介してクランク軸中間素品６５が圧縮成形される。
【００５９】
（ｂ）は圧縮成形されて出来たクランク軸素品（荒地）７６を示している。クランク軸素材６１と芯素材６２の小径部６２ｂとの隙間６５Ａ（図１２（ａ）参照）は無くなり、クランク軸素材６１と小径部６２ｂとが密着している。
【００６０】
図１４（ａ），（ｂ）は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１２作用図（第２実施形態）である。
（ａ）において、クランク軸素品７６におけるクランク軸素材６１の外周面６１ｅを機械加工（例えば、切削加工）して、鍛造後のジャーナルの表面になるジャーナル粗面６１ｇ，６１ｇ、鍛造後のクランクピンの表面になるクランクピン粗面６１ｈ、鍛造後のアームの表面になるアーム粗面６１ｊ，６１ｊを形成して、クランク軸加工素品（荒地加工品）７７を作製する。
このクランク軸加工素品７８は、これ以降は、第１実施形態の図４〜図９に示された工程を経て中空クランク軸に形成される。
【００６１】
上記したように、芯素材６２を段付き形状にすることで、完成した中空クランク軸のクランクピン及びアームの中空部の内径をジャーナルの中空部の内径よりも小さくすることができ、ジャーナルよりも大きく変形するクランクピン及びアームの肉厚を確保することができて、中空クランク軸の捩り剛性、曲げ剛性及び強度を確保することができる。
【００６２】
（ｂ）は第２実施形態において、クランク軸素材６１（図１１参照）に挿入する変形例としての芯素材７８を示している。
芯素材７８は、鋳造、鍛造又は機械加工で予備成形された段付き丸棒であり、端部寄りに形成された大径部７８ａ，７８ａと、中央部に形成された大径球状部７８ｂと、この大径球状部７８ｂの両側に一体に隣接する小径部７８ｃ，７８ｃと、大径部７８ａ，７８ａ及び小径部７８ｃ，７８ｃのそれぞれの間に一体に設けられたテーパー部７８ｄ，７８ｄとからなる。
【００６３】
大径部７８ａ，７８ａは、最終的に形成される中空クランク軸のジャーナルの位置に対応し、大径球状部７８ｂは最終的に形成される中空クランク軸のクランクピンの位置に対応し、小径部７８ｃ，７８ｃ及びテーパー部７８ｄ，７８ｄは最終的に形成される中空クランク軸のアーム部の位置に対応する部分である。
【００６４】
大径部７８ａと大径球状部７８ｂの外径は等しく、この外径は、クランク軸素材６１（図１１参照）の中空部６１ａ（図１１参照）の内径に対して中空部６１ａに挿入したときに容易に移動しないようにしまりばめとなるように設定されている。
【００６５】
以上に述べた中空クランク軸の製造方法（第２実施形態）を再度説明する。
図１５は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示すフローチャート（第２実施形態）である。
ＳＴ１１…鋼製クランク軸素材、段付き銅製芯素材、２つの蓋材を準備する。
ＳＴ１２…芯素材をクランク軸素材の中空部に挿入し、中空部の両端開口を蓋部材を溶接して塞ぎ、クランク軸中間素品を作製する。
【００６６】
ＳＴ１３…クランク軸中間素品をＨＩＰ成形用のカプセルに挿入する。
ＳＴ１４…ＨＩＰ成形によりクランク軸素品（荒地）を作製する。このとき、クランク軸素材の外周面の機械加工（荒地加工）も行う。
【００６７】
ＳＴ１５…クランク軸素品（詳しくは、クランク軸加工素品）を鍛造機の金型にセットする。
ＳＴ１６…鍛造機でクランク軸素品をプレス成形し、クランク軸鍛造品を造る。
ＳＴ１７…鍛造機の金型からクランク軸鍛造品を取り出す。
ＳＴ１８…切削機でクランク軸鍛造品の両端部をカットし、蓋材を除去する。
【００６８】
ＳＴ１９…芯素材を高温溶出法により溶出させる。
ＳＴ２０…芯素材溶出後のクランク軸鍛造品（詳しくは、クランク軸素材切断品）の所定箇所に機械加工を施し、中空クランク軸を完成させる。
【００６９】
以上の図１１、図１４（ａ），（ｂ）、図１５に示したように、芯素材６２又は芯素材７８を段付き形状に予備成形するので、クランク軸鍛造品の中空部６１ａの内径を部分的に小さくすることができ、クランク軸鍛造品のクランクピンやアームの肉厚を確保することができて、中空クランク軸の剛性・強度を確保することができる。
【００７０】
図１４（ａ）に示したクランク軸加工素品７７のクランクピン粗面６１ｈ及びアーム粗面６１ｊ，６１ｊにそれぞれ対応する部分の肉厚Ｔ２１，Ｔ２２は、芯素材６２の小径部６２ｂに対応する部分であるために、図３（ｂ）に示したクランク軸加工素品２８のクランクピン粗面２１ｈ及びアーム粗面２１ｊ，２１ｊにそれぞれ対応する部分の肉厚Ｔ１１，Ｔ１２よりも大きくなっている。
従って、鍛造成形後にクランク軸鍛造品のクランクピン及びアームの肉厚が過度に小さくなるのを防止することができる。
【００７１】
また、鍛造を熱間鍛造としたので、図３（ｂ）、図１４（ａ）に示したクランク軸加工素品２８，７７の変形抵抗を小さくすることができ、加工性を向上させることができて、クランク軸素材２１の変形部の割れや破損を防止することができる。
【００７２】
更に、芯素材２２，６２の融点を、クランク軸素材２１の融点よりも低く且つ鍛造温度よりも高くしたので、鍛造時には、クランク軸素材２１及び芯素材２２，６２の温度を鍛造温度に設定してクランク軸素材２１及び芯素材２２，６２の変形抵抗を小さくすることができ、鍛造後には、芯素材２２，６２の温度を、クランク軸素材２１の融点よりも低く且つ鍛造温度よりも高い融点まで上昇させて芯素材２２，６２をクランク軸素材２１から溶出させることができる。
【００７３】
図１６（ａ），（ｂ）は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１３作用図（第３実施形態）である。
（ａ）において、銅粉とジルコニア（ＺｒＯ２）セラミックス粉とを混合して混合粉８０を形成し、この混合粉８０を、筒８１、脱気管８２付きの板材８３、底板材８４から組み立てられた密封された密閉容器としてのステンレス鋼製のカプセル８５に入れ、カプセル８５内を脱気して真空状態にし、カプセル８５を高圧容器に入れてＨＩＰ成形を行う。
【００７４】
銅粉は、溶融金属を分散して凝固させたアトマイズ粉又は電解析出法によって形成された電解粉である。
混合粉８０の配合比（体積比）は、銅粉：ジルコニアセラミックス粉＝１：１である。
【００７５】
（ｂ）はＨＩＰ成形によって得られた複合材としての芯素材８７を示している。
ＨＩＰ成形の条件は以下の通りである。
温度：１０００℃
圧力：１５００ａｔｍ
成形時間：２ｈｏｕｒ
３００℃に降温したときに大気に開放
【００７６】
この芯素材８７を成形した後、第１実施形態における図２〜図６の工程を経てクランク軸鍛造中間品を形成する。
【００７７】
図１７は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１４作用図（第３実施形態）である。
クランク軸鍛造中間品９１を、処理槽９２内の溶剤９３に浸漬し、クランク軸鍛造中間品９１の芯素材８７を化学溶出法により溶出させる。
【００７８】
芯素材８７中の銅は時間経過とともに溶剤９３に溶解し、また、ジルコニアセラミックスは、溶剤９３に溶解しないため、銅の溶解に伴ってメッシュ部材９５を通して処理槽９２の底に設けられたトレイ９６に沈殿する。
【００７９】
上記の化学溶出法の溶出条件は以下の通りである。
溶剤：６５％硝酸溶液
溶剤温度：室温
浸漬時間：６時間浸漬後、溶剤を交換して１４時間浸漬し、更に、溶剤を交換して５０時間浸漬する。合計浸漬時間は７０時間である。
この後、第１実施形態の図９の工程を経て、中空クランク軸に形成される。
【００８０】
以上に述べた中空クランク軸の製造方法（第３実施形態）を再度説明する。
図１８は本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示すフローチャート（第３実施形態）である。
ＳＴ２１…鋼製クランク軸素材、蓋部材、銅粉、ジルコニアセラミック粉、ＨＩＰ成形用のカプセルを準備する。
ＳＴ２２…銅粉とジルコニアセラミック粉とを混合し、カプセルに入れてＨＩＰ成形し、丸棒状の芯素材を造る。
【００８１】
ＳＴ２３…芯素材をクランク軸素材の中空部に挿入し、中空部の両端開口を第１蓋材及び第２蓋材を溶接して塞ぎ、クランク軸素品（荒地）を作製する。
ＳＴ２４…クランク軸素品を鍛造機の金型にセットする。
ＳＴ２５…鍛造機でクランク軸素品をプレス成形し、クランク軸鍛造品を造る。
ＳＴ２６…鍛造機の金型からクランク軸鍛造品を取り出す。
【００８２】
ＳＴ２７…切削機でクランク軸鍛造品の両端部をカットし、蓋材を除去する。
ＳＴ２８…芯素材を化学溶出法により除去する。
ＳＴ２９…芯素材除去後のクランク軸鍛造中間品（詳しくは、クランク軸素材切断品）の所定箇所に機械加工を施し、中空クランク軸を完成させる。
【００８３】
この第３実施形態では、図１６（ａ），（ｂ）に示したように、銅粉とジルコニアセラミックス粉との混合粉８０をＨＩＰ成形して棒状の芯素材８７を成形したが、第２実施形態の図１１、図１４（ｂ）に示した芯素材６２，７８のような段付き芯素材に上記混合粉８０をＨＩＰ成形で予備成形し、このような段付き芯素材を用いて中空クランク軸を製造してもよい。
【００８４】
また、ジルコニアセラミックス粒子の表面に溶融浸せきめっき法又は化学めっき法等により銅をめっきし、銅めっきされたジルコニアセラミックス粒子をカプセルに満たしてＨＩＰ成形することにより芯素材８７を成形してもよい。
【００８５】
更に、上記の銅粉とジルコニアセラミックス粉との混合粉８０から出来た芯素材、あるいは、銅めっきされたジルコニアセラミックス粒子から出来た芯素材をクランク軸鍛造品から化学溶出法により除去する他に、高温溶出法により除去してもよい。この場合、銅は溶出温度１２００℃で溶出し、ジルコニアセラミックスは、その融点は２７００℃であるために溶出せずに銅の溶出に伴ってクランク軸鍛造品の中空部から排出される。
【００８６】
以上の図１６〜図１８に示したように、芯素材８７を、溶剤９３に溶解可能な溶出材としての銅粉と、溶剤９３に溶解しない硬質粒子としてのジルコニアセラミックス粉とが混合された複合材料から構成したので、芯素材８７の必要量を確保しながら、例えば、芯素材８７を溶剤９３で化学的に溶出させる際に、銅粉のみで芯素材を構成するのに比べて溶出する銅粉の量及び溶出時間を少なくすることができ、コストを抑えつつ生産性を向上させることができる。
【００８７】
また、芯素材８７を、溶剤９３に溶解可能な銅と、この銅でめっきされた硬質粒子としてのジルコニアセラミックス粒子とから構成したので、銅及びジルコニアセラミックス粒子の分布がより均一になり、芯素材８７としての変形抵抗がより均一になって、クランク軸鍛造品の寸法精度を高めることができる。また、芯素材８７の必要量を確保しながら、銅のみで芯素材を構成するのに比べて銅の量及び溶出時間を少なくすることができ、コストを抑えつつ生産性を向上させることができる。
【００８８】
更に、中空クランク軸１０（図１参照）が、図１０、図１５、図１８の中空クランク軸１０の製造方法により製造されるので、中空クランク軸１０の軽量化及び油路形成を図りながら剛性・強度及び寸法精度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明の中空クランク軸の製造方法及び中空クランク軸は、航空機用内燃機関に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係る中空クランク軸の断面図である。
【図２】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１作用図（第１実施形態）である。
【図３】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第２作用図（第１実施形態）である。
【図４】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第３作用図（第１実施形態）である。
【図５】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第４作用図（第１実施形態）である。
【図６】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第５作用図（第１実施形態）である。
【図７】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第６作用図（第１実施形態）である。
【図８】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第７作用図（第１実施形態）である。
【図９】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第８作用図（第１実施形態）である。
【図１０】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示すフローチャート（第１実施形態）である。
【図１１】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第９作用図（第２実施形態）である。
【図１２】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１０作用図（第２実施形態）である。
【図１３】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１１作用図（第２実施形態）である。
【図１４】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１２作用図（第２実施形態）である。
【図１５】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示すフローチャート（第２実施形態）である。
【図１６】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１３作用図（第３実施形態）である。
【図１７】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示す第１４作用図（第３実施形態）である。
【図１８】本発明に係る中空クランク軸の製造方法を示すフローチャート（第３実施形態）である。
【図１９】従来の鍛造クランクシャフトの説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０…中空クランク軸、１７，６１ａ…中空部、２１，６１…クランク軸素材、２２，６２，７８，８７…芯素材、２６，７６…クランク軸素品、２８，７７…クランク軸加工素品、４２…クランク軸鍛造品、４４…クランク軸鍛造中間品。
【図１】
2009085404.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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