(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の軸部と、隣接する軸部間のそれぞれに一対ずつ設けられた複数対のクランクアームを備えており、軸部を中心とする左右両側とも捩り角の異なるクランクアームが存在するクランク軸の成形方法であって、
上記クランク軸の素材を鍛造して、軸部を中心として各対のクランクアームを互いに反対向きに延ばす鍛造工程と、
前記鍛造工程で得られた素材を捩り型に入れて捩り成形し、各対のクランクアームに付与された異なる捩り角度で捩り成形する捩り工程とからなり、
前記捩り工程では、クランク軸の軸部を中心として一部の捩り型について、フルストロークで捩り成形するフルストローク工程と、残りの捩り型について、前記フルストロークの開始から途中までアイドル動作させ、その後にハーフストロークで捩り成形するハーフストローク工程とからなり、
前記ハーフストローク工程の開始前においては前記残りの捩り型の連れ回りを生じないように拘束しておく
ことを特徴とするクランク軸の成形方法。
【請求項２】
複数の捩り型を複数台の回転ガイドで回転自在に保持し、各捩り型のリテーナから半径方向外側に突出させた押下げアームを、一台の捩りシリンダで昇降させられる押し杆で押し下げて、クランク軸用素材を捩り成形する成形プレスであって、
捩り角度の大きい捩り型は、その押下げアームをフルストローク成形の開始位置に揃えて配置し、
捩り角度の小さい捩り型は、その押下げアームを前記フルストローク成形よりストロークが短く、遅れて開始するハーフストローク成形の開始位置に揃えて配置し、
前記捩り角度の小さい捩り型には、捩り角度の大きい捩り型のフルストローク成形前半による連れ回りを防止するストッパ機構を設けている
ことを特徴とするクランク軸用成形プレス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸の成形方法およびクランク軸用成形プレスに関する。さらに詳しくは、Ｖ型１０気筒エンジン用のクランク軸など、クランクアームの捩り角が軸部を中心としてみると左右両側とも２以上に異なっているクランク軸を捩り成形するためのクランク軸の成形方法およびクランク軸用成形プレスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のクランク軸用成形プレスは、つぎのように基本構成されている。
捩り成形するための上部金型は上側リテーナに保持され、下部金型は下側リテーナに保持されており、これらが上下に組み合わされて捩り型を構成している。そして、上側リテーナは上部ガイドで回転自在に案内されており、上部ガイドは上部ボルスタに固定されている。また、下側リテーナは下部ガイドで回転自在に案内されており、下部ガイドは下部ボルスタに固定されている。上側リテーナからは押下げアームが半径方向に左右入れ違いに延びている。これらの上下リテーナや上下ガイドは軸方向に数台分配置されている。
前記上部ボルスタの上方にはスライダが配置されており、このスライダと上部ボルスタを貫通して捩りプレートが左右両側に配置されている。そして、捩りプレートとスライダとの間には捩りシリンダが配置されており、捩りプレートが昇降するようになっている。各捩りプレートの下には捩り戻しバーがそれぞれ連結されており、この捩り戻しバーと前記捩りプレートの下端面との間に前記各上側リテーナの左右のアームが延びてきて、その先端が遊嵌されている。
上記の構成に基づき、捩りプレートを下降させると各リテーナのアームが押し下げられて捩り型が回転し、クランク軸の捩り成形が行われる。
【０００３】
ところで、Ｖ形６気筒エンジンやＶ形８気筒エンジンのクランクシャフトは、軸部を中心としてクランクアーム先端のクランクピンの位置を見ると、各クランクアームの捩り角度が左右対称で同一角であるので、上記従来の捩り成形プレスで一度に捩り成形ができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、気筒数の多いエンジンのクランクシャフトは複雑で、一度の捩り成形で仕上げることは困難である。
例えば、Ｖ型１０気筒エンジンのクランクシャフトは図７に示すように構成されている。
図７の(A) 図において、Ｊ１〜Ｊ６は６ヵ所のジャーナルを示し、クランクシャフトＣＳは前記各ジャーナルＪ１〜Ｊ６で保持される６ヵ所の軸部を有している。そして、隣接する軸部間のそれぞれに一対ずつクランクアームが半径方向外側に延び、隣接する一対のクランクアーム間に２本のクランクピン（Ｐ１とＰ２、Ｐ３とＰ４………Ｐ９とＰ１０）が接続されている。気筒数の少ないエンジンのクランクシャフトであれば隣接するクランクアーム間のクランクピンは１本であるが、Ｖ型１０気筒エンジンの場合は、２本のクランクピンが接続されている。
【０００５】
そして、図７の(B) 図に示すように、隣接するクランクアームａ１，ａ２間の２本のクランクピンＰ１，Ｐ２間には角度θ１が付いており、別のクランクアームａ３，ａ４間のクランクピンＰ３，Ｐ４間にも同じ角度θ１が付いており、以下、各クランクピン間（Ｐ５とＰ５…Ｐ９とＰ１０）も同様である。
そして、一対のクランクアームａ１，ａ２とこれに隣り合う一対のクランクアームａ３，ａ４間にも捩り角θ２が付いている。そして、以下同様にして５対のクランクアーム間には72°の等角度で、捩り角θ２が付与されている。各対のクランクアーム間の捩り角が72°ということは、ある一対のクランクアームを円周上の頂点に置くと、クランクシャフトＣＳの軸部Ｓを中心として右側に72°の位置と144 °の位置に二対のクランクアームが位置し、左側にも72°と144 °の位置に二対のクランクアームが位置することを意味する。
【０００６】
上記のようなクランクシャフトＣＳは、例えば図６に示すような捩り型を有するプレスで成形することになる。つまり、クランクシャフトの５本の軸部を６ヶ所のジャーナルＪ１〜Ｊ６で保持し、２本のピン（Ｐ１とＰ２、Ｐ３とＰ４………Ｐ９とＰ１０）間の角度は予め付与しておく。そして、２本のピンＰ１、Ｐ２部分のクランクアームを捩り型Ｄ１に入れ、ピンＰ３、Ｐ４部分のクランクアームを捩り型Ｄ２に入れ、ピンＰ７，Ｐ８部分のクランクアームを捩り型Ｄ４に入れ、ピンＰ９，P10 部分のクランクアームを捩り型Ｄ５に入れる。ピンＰ５，Ｐ６部分のクランクアームは固定の捩り型Ｄ３に入れる。そして、中央の捩り型Ｄ３を固定したままにして、捩り型Ｄ１を時計方向72°、捩り型Ｄ２を反時計方向36°、捩り型Ｄ４を時計方向36°捩り型Ｄ５を反時計方向72°に捩る。このようにすると、左右それぞれに、２種以上の捩り角を有するクランク軸の成形が行える。
【０００７】
しかるに、上記のように左右それぞれに２以上の捩り角を有するクランク軸は、従来例のように１本の捩りシリンダを用いた捩り成形プレスでは、１度で捩り成形をすることができない。
どうしても１度で捩り成形するためには、複数の捩り型に対応づけた上下リテーナのそれぞれに１台ずつ捩りシリンダを配置すれば、各クランクアーム毎に異なる捩り角度で成形することが可能である。
しかしながら、このように多くの捩りシリンダを用いて構成することは、成形プレスの構造を複雑にし、また汎用性にも欠けることになる。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑み、１本の捩りシリンダを用いて、左右それぞれ数種の捩り角を有する多気筒エンジン用のクランク軸を１度で捩り成形できるようにし、プレスの構造をシンプルにし、さらに汎用性も付与しうるクランク軸用成形プレスを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１のクランク軸の成形方法は、複数本の軸部と、隣接する軸部間のそれぞれに一対ずつ設けられた複数対のクランクアームを備えており、軸部を中心とする左右両側とも捩り角の異なるクランクアームが存在するクランク軸の成形方法であって、上記クランク軸の素材を鍛造して、軸部を中心として各対のクランクアームを互いに反対向きに延ばす鍛造工程と、前記鍛造工程で得られた素材を捩り型に入れて捩り成形し、各対のクランクアームに付与された異なる捩り角度で捩り成形する捩り工程とからなり、前記捩り工程では、クランク軸の軸部を中心として一部の捩り型について、フルストロークで捩り成形するフルストローク工程と、残りの捩り型について、前記フルストロークの開始から途中までアイドル動作させ、その後にハーフストロークで捩り成形するハーフストローク工程とからなり、前記ハーフストローク工程の開始前においては前記残りの捩り型の連れ回りを生じないように拘束しておくことを特徴とする。
請求項２のクランク軸用成形プレスは、複数の捩り型を複数台の回転ガイドで回転自在に保持し、各捩り型のリテーナから半径方向外側に突出させた押下げアームを、一台の捩りシリンダで昇降させられる押し杆で押し下げて、クランク軸用素材を捩り成形する成形プレスであって、捩り角度の大きい捩り型は、その押下げアームをフルストローク成形の開始位置に揃えて配置し、捩り角度の小さい捩り型は、その押下げアームを前記フルストローク成形よりストロークが短く、遅れて開始するハーフストローク成形の開始位置に揃えて配置し、前記捩り角度の小さい捩り型には、捩り角度の大きい捩り型のフルストローク成形前半による連れ回りを防止するストッパ機構を設けていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、１台の捩りシリンダのみ有する１台のプレスを用いながら、一部の捩り型をフルストロークで捩り、残りの捩り型をフルストロークの途中から開始させたハーフストロークで捩るので、各対のクランクアームに異なる捩り角度を一度の成形作業で付与することができる。また、ハーフストロークの開始前は前記残りの捩り型を拘束しているので、連れ回りは生じず、確実に異なる捩り角度に成形できる。
請求項２の発明によれば、捩り角度の小さい捩り角には、捩り角度の大きい捩り型のフルストローク成形によって、逆向きに連れ回らないようにストッパ機構で逆転が規制されているので、一部の捩り型のフルストローク成形と、残りの捩り型のハーフストロークを１台の捩りシリンダで同時に捩り成形することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図４は本発明の一実施形態に係るクランク軸用成形プレスの正面図、図５は捩り鍛造部の分解斜視図である。
【００１２】
まず、図４に基づき本実施形態のクランク軸用成形プレスの基本構成を説明する。
１はベッド、２はクラウン、３はそれらを結ぶコラムである。４はスライドであり、５Ａ、５Ｂはクラウン２に取付けた加圧シリンダと吊上げシリンダである。前記スライド４の下面には上部ダイホルダー６が取付けられており、前記ベッド１の上面には、下部ダイホルダー７が取付けられている。前記上部ダイホルダー６の下面には上部回転ガイド８と整形型１７の上型１８が取付けられており、前記下部ダイホルダー７の上面には、下部回転ガイド９と整形型１７の下型１９が取付けられている。
【００１３】
この成形プレスにおける捩り鍛造部はつぎのように構成されている。前記捩り型Ｄ（図６に示した５個のＤ１〜Ｄ５を総称していう）はそれぞれ上型１１と下型１２とからなり、上型１１は上リテーナ１３に入れられて、この上リテーナ１３は上部回転ガイド８で回転自在に保持されており、下型１２は下リテーナ１４に入れられて、この下リテーナ１４は下部回転ガイド９で回転自在に保持されている。
【００１４】
図５に基づき前記捩り鍛造部をさらに詳細に説明する。前記上リテーナ１３は４基のリテーナ13a ，13b ，13d ，13e からなり、これらは前記捩り型Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ５に対応付けられている。上部回転ガイド８は４基の回転ガイド８ａ，８ｂ，８ｄ，８ｅから構成されている。固定の捩り型Ｄ３には固定型支持部１６が配置されている。前記４基の上リテーナ13a ，13b ，13d ，13e には斜め上方または略水平に、互い違いに半径方向外側に突出した押下げアーム15a ，15b ，15d ，15e が取付けられている。なお、各押下げアーム15a ，15b ，15d ，15e の先端にはローラが軸着されている。
【００１５】
前記下リテーナ１４は４基のリテーナ14a ，14b ，14d ，14e からなり、これらは前記捩り型Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ５に対応付けられている。下部回転ガイド９は、４基の回転ガイド９ａ，９ｂ，９ｄ，９ｅから構成されている。固定の捩り型Ｄ３には、固定型支持部１７が配置されている。
【００１６】
前記上リテーナ13a ，13b ，13d ，13e は前記下リテーナ14a ，14b ，14d ，14e と上下に対向しており、固定型支持部１６も固定型支持部１７と上下に対向している。
したがって、各捩り型Ｄ１〜Ｄ５の上下金型間にクランク軸材料を入れ、各捩り型Ｄ１〜Ｄ５を上下リテーナ13a 〜13e ，14a 〜14e と上下の固定型支持部１６，１７で保持し、互いに加圧状態で挟み付け、前記押下げアーム15a ，15b ，15d ，15e を押下げ、捩り型Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ５を上下リテーナ13a 〜13e ，14a 〜14e ごと、上下回転ガイド８ａ〜８ｅ，９ａ〜９ｅ間で回転させると、クランク軸材料を捩り加工することができる。
【００１７】
図４において、２０は捩りシリンダーであり、クラウン２に取付けられている。前記捩りシリンダー２０のピストンロッド２１の下端には、加圧ブロック２３が連結されており、この加圧ブロック２３の四隅には、各１本ずつ、計４本の押し杆３１が連結されている。
この４本の押し杆３１は、捩り型Ｄの右側（図４参照）で、スライド４の本体部分の前後に１本ずつ配置し、さらに捩り型Ｄの左側で、スライド４の本体部分の前後に１本ずつ配置している。そして、右側に配置した前と後の押し杆３１、３１の下端同士は、ビームで連結されており、同様に左側に配置した前と後の押し杆３１、３１の下端同士も、ビームで連結されている。
上記のごとき左右２組の押し杆３１によって、各押下げアーム１５が押下げられるようになっている。
【００１８】
図５に示す前記上下リテーナ１３，１４の回転方向と捩り角はつぎのように割り当てられている。
上下リテーナ13a ，14a ：時計方向72°
上下リテーナ13b ，14b ：反時計方向36°
固定型支持部１６，１７：固定
上下リテーナ13d ，14d ：時計方向36°
上下リテーナ13e ，14e ：反時計方向72°
【００１９】
上記のうち36°回転する上下リテーナ13b ，14b と上下リテーナ13d ，14d には、逆転防止用のストッパ４１が設けられている。
図５に示すように、このストッパ４１は、上リテーナ13d の外表面であって、押下げアーム15d の根元から斜め上方の位置に固定されている。そして、このストッパ４１が上部回転ガイド８ｄの右側面に当接し、それ以上、反時計方向に上リテーナ13d が逆回転しないように規制している。
図５では、上リテーナ13b に設けたストッパ４１は見えないが、図１には示されている。このストッパ４１は上回転ガイド８ｂの左側面に当接し、上リテーナ13b の時計方向への逆回転を阻止している。
【００２０】
つぎに、本発明のクランク軸形成方法を説明する。
図３の(I) は鍛造工程の説明図、同(II)は捩り工程の説明図、同(III) は成形後のピン配置図である。
Ｖ型１０気筒エンジンのクランク軸ＣＳは、図７の(A) に示すように、左右一対のクランクアームが５対あり、各対のクランクアーム間に２本のピンが設けられている。
【００２１】
まず、最初の鍛造工程において、上記のようなクランク軸ＣＳを図３の(I) に示すように、軸部Ｓを中心として、左側にピンＰ１，Ｐ２を支持するクランクアーム、ピンＰ５，Ｐ６を支持するクランクアーム、ピンＰ９，Ｐ１０を支持するクランクアームが位置し、軸部Ｓの右側にピンＰ３，Ｐ４を支持するクランクアームとピンＰ７，Ｐ８を支持するクランクアームが位置するように、汎用の鍛造プレスを用いて鍛造する。
【００２２】
また、汎用の鍛造プレスを用いて、２本のピン間の角度θ１を付与する。つまり、ピンＰ１，Ｐ２間、ピンＰ３，Ｐ４間、ピンＰ５，Ｐ６間、ピンＰ７，Ｐ８間、ピンＰ９，Ｐ１０間をそれぞれに角度θ１が生ずるように鍛造する。
【００２３】
つぎに、(II)図に示す捩り工程を実行する。
この場合、ピンＰ５，Ｐ６を支持するクランクアームは固定する。そして、ピンＰ１，Ｐ２を支持するクランクアームを時計方向に72°捩り、ピンＰ３，Ｐ４を支持するクランクアームを反時計方向に36°捩り、ピンＰ７，Ｐ８を支持するクランクアームを時計方向に36°捩り、ピンＰ９，Ｐ１０を支持するクランクアームを反時計方向に72°捩る。この捩り成形は図４〜５で説明した成形プレスを用いて行うが、その詳細は後述する。
ともかく、上記のように成形すると、図３の(III) 図に示すように、各対のアーム間の捩り角が等間隔72°となるＶ型１０気筒用クランク軸が成形される。
【００２４】
つぎに、前記捩り工程の詳細を説明する。
図１は本発明のクランク軸成形方法における捩り工程のフルストローク成形開始時の説明図、図２の(I) はハーフストローク成形開始時の説明図、同(II)は捩り作業終了時の説明図である。
【００２５】
クランクアームに異なる捩り角度を与える捩り工程は、まず図４〜６に示す成形プレスを用い、図３の(Ｉ)に示す状態の素材を捩り型Ｄ１〜Ｄ５（図６参照）に入れる。前記各捩り型Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ５は各上下リテーナ13a 〜13e 、14a 〜14e で保持され、さらに各上下リテーナ13a 〜13e 、14a 〜14e は上部回転ガイド８ａ〜８ｅと下部回転ガイド９ａ〜９ｅで回転自在に保持される。固定の捩り型Ｄ３は上下の固定型支持部１６，１７で回転不能に拘束されている。
【００２６】
図１は上記のような準備作業が完了した状態であり、72°の捩り角を付与するためフルストロークで押下げるべき上リテーナ13a の押下げアーム15a は図中右斜め上方に延びており、上リテーナ13e の押下げアーム15e も左斜め上方（図１では図示せず）に延びている。また、36°の捩り角を付与するためハーフストロークで押下げるべき上リテーナ13b の押下げアーム15b は図中左横方向に延びており、上リテーナ13d の押下げアーム15d も図中右横方向（図１では図示せず）に延びている。そして、上リテーナ13b のストッパ４１（図１参照）と上リテーナ13d のストッパ４１（図５参照）は、いずれも上部回転ガイド８ａ，８ｄの側面に当接して、逆転が防止される状態となっている。
【００２７】
上記の状態から、捩りシリンダ（図４の２０参照）を作動させ、左右の押し杆３１を同時に下降させると、まず一部の押し杆３１が斜め上方に延びた押下げアーム15a と押下げアーム15e （図２では図示せず）に当接し、これを押下げて、上下リテーナ13a ，14a ，13e ，14e と共に捩り型Ｄ１，Ｄ５を捩り成形し始める。このとき、残りの押し杆３１はアイドル動作し横方向に延びている押下げアーム15b ，15d には届いていない。そして、押下げアーム15b ，15d に届くまでの間は、上下リテーナ13b ，14b ，13d ，14d は成形されない。また、このときストッパ４１が上部回転ガイド８ｂ，８ｄに当たっているので、上下リテーナ13b ，14b ，13d ，14d は、成形中の隣接する捩り型に連られて逆方向に回転することはない。
【００２８】
上記のフルストーク成形が半分まで進むと、これまでアイドル状態で下降してきた押し杆３１が、図２の(I) に示すように、横方向に延びている押下げアーム15b ，15d に当接し、捩り型Ｄ２，Ｄ４を捩り成形し始める。この後半の捩り動作をハーフストローク成形という。
【００２９】
以上のようにして、捩り工程の後半はフルストローク成形とハーフストローク成形が同時進行し、フルストローク成形が72°の捩りを終え、ハーフストローク成形が36°の捩りを終えると、図２の(II)に示すように捩り成形を完了する。
この状態では、既述したごとく、図３の(III) 図に示すピン配置のクランク軸が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、１台の捩りシリンダのみ有する１台のプレスを用いながら、一部の捩り型をフルストロークで捩り、残りの捩り型をフルストロークの途中から開始させたハーフストロークで捩るので、各対のクランクアームに異なる捩り角度を一度の成形作業で付与することができる。また、ハーフストロークの開始前は前記残りの捩り型を拘束しているので、連れ回りは生じず、確実に異なる捩り角度に成形できる。
請求項２の発明によれば、捩り角度の小さい捩り角には、捩り角度の大きい捩り型のフルストローク成形によって、逆向きに連れ回らないようにストッパ機構で逆転が規制されているので、一側方に捩りアームを揃えて配置した捩り型のフルストローク成形と、他側方に捩りアームを揃えて配置した捩り型のハーフストロークを１台の捩りシリンダで同時に捩り成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のクランク軸成形方法における第２捩り工程のフルストローク開始時の説明図である。
【図２】  (I) はハーフストローク開始時の説明図、同(II)は捩り作業終了時の説明図である。
【図３】  (I) は鍛造工程の説明図、同(II)は捩り工程の説明図、同(III) は成形後のピン配置図である。
【図４】  本発明の一実施形態に係るクランク軸用成形プレスの正面図である。
【図５】  捩り鍛造部の分解斜視図である。
【図６】  クランク軸の捩り型と捩り角度の説明図である。
【図７】  (A) 図はＶ型気筒エンジンのクランク軸の説明図、(B) 図はクランクピンの捩り角θ１とクランクアームの捩り角θ２の説明図である。
【符号の説明】
ＣＳ          クランク軸
Ｄ１〜Ｄ５    捩り型
Ｐ１〜Ｐ10    クランクピン
13a 〜13e     上リテーナ
14a 〜14e     下リテーナ
１５          押下げアーム
２０          捩りシリンダ
４１          ストッパ
【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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