クランクシャフトおよびその製造方法
【課題】クランクピン部への孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、クランクシャフトの寸法精度および製品強度の向上を図ることができるクランクシャフトおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】クランクシャフト２００では、クランクピン部２１３に形成される一方の孔部２１３Ｌは、他方の孔部２１３Ｍよりも、面積が広い底面を有し、かつクランクピン部の表面から浅く形成されている。このような孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形成では、キャビティの形状よりも小さなクランクシャフトの予備成形品２００を金型に配置し、クランクピン部２１３へのパンチの挿入を同時に行う。これにより、予備成形品２００の各クランクピン部２１３の両側への孔部２１３Ｌ，２１３Ｍ形成が同時に行われる。
【解決手段】クランクシャフト２００では、クランクピン部２１３に形成される一方の孔部２１３Ｌは、他方の孔部２１３Ｍよりも、面積が広い底面を有し、かつクランクピン部の表面から浅く形成されている。このような孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形成では、キャビティの形状よりも小さなクランクシャフトの予備成形品２００を金型に配置し、クランクピン部２１３へのパンチの挿入を同時に行う。これにより、予備成形品２００の各クランクピン部２１３の両側への孔部２１３Ｌ，２１３Ｍ形成が同時に行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトおよびその製造方法に係り、特に、中空状の孔部をクランクシャフトのクランクピン部に形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、たとえば図１０に示すクランクシャフト１０を備えている。クランクシャフト１０はジャーナル軸部１１を備え、ジャーナル軸部１１には、それと平行なクランクピン部１３がアーム部１２により連結されている。アーム部１２にはカウンタウェイト部１２Ａが形成され、カウンタウェイト部１２Ａのジャーナル軸部１１に対する形成位置は、クランクピン部１３の接続箇所の反対側である。
【０００３】
ジャーナル軸部１１には、その表面にオイルを供給するジャーナル軸用貫通孔２１が形成されている。クランクピン部１３には、その表面にオイルを供給するピン用貫通孔２２が形成されている。ジャーナル用貫通孔２１とピン用貫通孔２２はオイル流路２３により接続されている。ジャーナル用貫通孔２１内のオイルは、オイル流路２３を通じてピン用貫通孔２２からクランクピン１３部表面へ供給される。なお、符号２４は、オイル流路２３の開口を閉塞する栓２４である。
【０００４】
このようなクランクシャフト１０では、燃費向上の観点から、軽量化を図るために種々の技術が提案されている。たとえば、アーム部１２におけるクランクピン部１３およびジャーナル軸部１１側表面全体に凹溝を形成することが提案されている（たとえば特許文献１）。また、クランクピン部１３に中空状の孔部を形成することが提案されている。この場合、中空状の孔部形成を局所的に行うことから、クランクシャフト１０の剛性には影響が少ないので、クランクピン部１３への孔部の形成は好適である。
【０００５】
このような中空状の孔部の形成には、プレスラムの移動方向に対して垂直方向に移動する側方成形用パンチを有する鍛造装置を用いることが提案されている（たとえば特許文献２）。この技術では、複数の孔部を同時に形成することができないため、孔部の形成箇所に応じた金型を用意し、個々の孔部の形成を行う必要があるため、非常に手間がかかる。
【０００６】
このような理由から、中空状の孔部の形成ではトリム成形後、図１１に示すクランクシャフト１０を閉塞空間に配置せずに行っている。具体的には、たとえばクランクシャフト１０に孔部を形成する場合、図１２に示すように、一方のアーム部１２（図１１の最も右側のアーム部１２）の一面を下型１（図の斜線部）に当接させ、クランクピン部１３により連結された他方のアーム部１２の上面側からクランクピン部１３へパンチ２を挿入する。この場合、アーム部１２（図１１の最も右側のアーム部１２）の一面における下型１との当接部には、その跡が残る場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１４１３１号公報
【特許文献２】実開昭６１−１４３７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のようなパンチ２の挿入による孔部１３Ａ，１３Ｂの形成は独立して行うが、この場合、孔部１３Ａの形成では、図１２（Ａ）に示すように、ジャーナル軸部１１と平行な方向からパンチ２の挿入を行う場合、ジャーナル軸部１１の上側部分が、パンチ２の挿入に従って、下側へ変形する。また、孔部１３Ｂの形成では、アーム部１２に隣接する部位との干渉が生じるため、パンチ２の挿入を行うことができない。
【０００９】
また、図１２（Ｂ）に示すように、ジャーナル軸部１１およびアーム部１２のカウンタウェイト部１２Ａの外周部を下型１に当接させ、ジャーナル軸部１１に対する垂直方向からパンチ２の挿入を行う場合、同一のクランクピン部１３で連結されたアーム部１２が下側に変形する。また、図１２（Ｃ）に示すように、下型１を所定角度傾斜させ、ジャーナル軸部１１およびアーム部１２のカウンタウェイト部１２Ａの外周部を下型１に当接させ、ジャーナル軸部１１に対する所定角度方向からパンチ２の挿入を行う場合、同一のクランクピン部１３で連結されたアーム部１２が下側に変形する上に、そのカウンタウェイト部１２Ａでは下型１の傾斜方向への倒れ変形が生じる。
【００１０】
以上のように図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示す手法では、クランクシャフト１０のアーム部１２およびクランクピン部１３における下型１との当接部分以外はフリーであるため、それら部分に変形が生じる。また、この場合、クランクピン部１３では、孔部１３Ａ，１３Ｂの開口端面においてクランクピン部１３の軸方向に面ヒケが発生し、孔部１３Ａ，１３Ｂの開口縁部にバリが発生する。このため、クランクシャフト１０の所定の寸法精度が得られず、かつバリ除去工程の追加や、アーム部１２のカウンタウェイト部１２Ａに複数の孔部（図示略）を多量に形成する等の大幅なバランス補正を行う必要が生じ、製造コストが増大する。また、孔部１３Ａ，１３Ｂに変形が生じた場合、孔部１３Ａ，１３Ｂ形成後に行うクランクピン部１３へのオイル流路２３（図１０にのみ図示）の加工に不良が生じる。
【００１１】
したがって、本発明は、クランクピン部への孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、孔部形成によるクランクシャフトの寸法精度および製品強度の低下を防止することができるクランクシャフトおよびその製造方法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】
【００１２】
本発明のクランクシャフトは、クランクピン部の両側に孔部を有し、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積が広く、かつクランクピン部の表面から浅く形成されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明のクランクシャフトは、次のようなクランクシャフトの製造方法により得られる。すなわち、本発明のクランクシャフトの製造方法は、クランクピン部を備えたクランクシャフトを予備成形し、分割可能な上型および下型からなる金型のキャビティ内に、クランクシャフトの予備成形品を配置して予備成形品を鍛造し、予備成形では、クランクシャフトの予備成形品の形状を、金型のキャビティの形状よりも小さく成形し、鍛造では、クランクピン部の両側にパンチを同時に挿入することにより、クランクピン部に孔部を形成するとともに、キャビティ内に予備成形品の材料を充填し、孔部の形成では、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積が広く、かつクランクピン部の表面からの深さを浅く設定することを特徴としている。
【００１４】
本発明のクランクシャフトの製造方法では、分割可能な上型および下型からなる金型を用いてクランクシャフトの予備成形品に鍛造を行う。この場合、クランクシャフトの予備成形品は、鍛造で使用する上記金型のキャビティの形状よりも小さく成形されたものである。鍛造では、クランクピン部へのパンチの挿入により、金型内に成形品の材料を充填するので、金型のキャビティをクランクシャフトの狙い形状に対応する形状に設定することにより、鍛造によりクランクシャフトの狙い形状を得ることができる。
【００１５】
このようにクランクピン部への中空状の孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、閉塞空間内で材料を充填して鍛造を行うので、クランクシャフトの寸法精度を向上させることができる。
【００１６】
ここで本発明のクランクシャフトの製造方法では、閉塞空間内での鍛造においてクランクピン部の両側へのパンチの挿入を同時に行うので、従来の孔部形成で発生していた孔部の変形（他方のパンチの挿入による孔部の形成時における一方の形成済孔部近傍部位での面ヒケやバリの発生）を防止することができる。これにより、寸法精度をさらに向上させることができる。したがって、カウンタウェイト部への複数の孔部の形成を行う等のバランス補正の増大による製造コスト増大を防止することができる。
【００１７】
また、上記のようなクランクピン部への孔部形成後、クランクピン部中央部のクランクピン部用孔部と、アーム部間のジャーナル軸部中央部のジャーナル軸部用孔部とを接続するオイル流路を加工する場合、孔部の形成では、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積を広く、かつクランクピン部の表面からの深さを浅く設定しているから、そのような異形状の孔部をオイル流路に応じて適宜配置することにより、オイル供給に十分なオイル流路を最短直線距離で形成することができる。また、この場合、上記のように孔部形成時に変形が生じないから、オイル流路の加工に不良が生じない。
【００１８】
以上のように得られた本発明のクランクシャフトでは、クランクピン部への孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、寸法精度が向上し、これにより回転バランスが良好となり、かつ製品強度が向上している。
【００１９】
本発明のクランクシャフトの製造方法は、種々の構成を用いることができる。たとえば鍛造での予備成形品の配置では、予備成形品と金型のキャビティとの間のクリアランスの最大長を、０ｍｍ超とし、かつ０．５ｍｍ以下に設定することができる。この場合、予備成形品と金型のキャビティとの間には、予備成形品の表面に沿ってクリアランス（隙間）が形成されているが、クリアランスの最大長とは、そのようなクリアランスにおいて予備成形品の表面と金型のキャビティ面との距離が最大となる箇所の間隔のことをいう。この態様では、クランクシャフトの離型を確実に行うことができ、かつ鍛造時にクランクシャフトのカウンタウェイト部の倒れ変形を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のクランクシャフトあるいはその製造方法によれば、クランクピン部への中空状の孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、クランクシャフトの寸法精度を向上させることができるので、カウンタウェイト部への複数の孔部の形成を行う等のバランス補正の増大による製造コスト増大を防止することができる。また、最短直線距離のオイル流路を確保することができるとともに、その加工に不良が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法で用いる鍛造装置を表す概念図であり、鍛造装置の下型を表す斜視図である。
【図２】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法による孔部形成を説明するための図である。
【図３】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法で用いる鍛造装置を表す概念図であり、鍛造装置の概略構成を表す図１のＡ−Ａ’線の側断面図である
【図４】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの概略構成を表し、（Ａ）はクランクシャフトの側断面図、（Ｂ）はクランクピン部の一側への孔部の底面図、（Ｃ）はクランクピン部の他側への孔部の底面図である。
【図６】クランクシャフトの製造方法の比較形態の問題点を説明するための図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はクランクシャフトの製造方法における金型へのクランクシャフトの予備成形品の各種配置状態を表す側断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）はクランクシャフトの製造方法の比較形態で生じる倒れ変形を説明するための図である。
【図９】実施例で得られたクリアランス量と倒れ量との関係を表すグラフである。
【図１０】従来のクランクシャフトの概略構成を表す側断面図である。
【図１１】従来のクランクシャフトの概略構成を表す斜視図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）はクランクピン部への孔部形成の従来手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１，３は、本発明に係る一実施形態のクランクシャフト製造方法で用いる鍛造装置１００を表す概念図である。図３は、図１，２に示す鍛造装置１００による孔部形成を説明するための図である。図１は、鍛造装置１００の下型を表す斜視図である。図３は、鍛造装置１００の概略構成を表す図１のＡ−Ａ’線の側断面図である。図３では、鍛造装置１００の各部位（特に金型１０３）の図示を簡略化している。
【００２３】
鍛造装置１００は、本発明のクランクシャフト製造方法が適用される装置の一例であり、４気筒のクランクシャフトを得るための装置である。鍛造装置１００は、図３に示すように、たとえばプレスボルスタ１０１を備え、プレスボルスタ１０１上に、プレスラム１０２が支持されている。プレスボルスタ１０１とプレスラム１０２との間に金型１０３が配置されている。
【００２４】
金型１０３は、下型１０３Ａ、上型１０３Ｂ、および、側方成形用パンチ１１１ｐ〜１１８ｐ（以下、パンチ１１１ｐ〜１１８ｐと略称する）を備えている。上型１０３Ｂは、下型１０３Ａに対して移動可能に設けられている。図３中の符号１０４は、上型１０３Ｂへの初期荷重を調整する荷重調整部（油圧手段やエア圧手段等）である。上型１０３Ｂは、予備成形品２００の体積が設定値より大きい場合、金型１０３内での成形圧に応じて、開放方向（上方向）へ移動する。
【００２５】
金型１０３には、クランクシャフトの予備成形品２００が配置される。予備成形品２００はジャーナル軸部２１１を備え、ジャーナル軸部２１１には、それと平行なクランクピン部２１３がアーム部２１２により連結されている。アーム部２１２にはカウンタウェイト部２１２Ａが形成され、カウンタウェイト部２１２Ａのジャーナル軸部２１１に対する形成位置は、クランクピン部２１３の接続箇所の反対側である。
【００２６】
パンチ１１１ｐ〜１１８ｐは、上型１０３Ｂの移動方向に対して垂直方向に移動可能に設けられている。具体的には、パンチ１１１ｐ，１１２ｐは、金型１０３の側部に形成されたパンチ用孔１１１ａ〜１１８ａに沿って、金型１０３の内部に対して移動可能となっている。
【００２７】
パンチ１１１ｐ〜１１８ｐは、プレスラム１０２の移動に連動して金型１０３の内部へ移動させるカム機構を備えている。パンチ１１１ｐ，１１２ｐを移動させるカム機構１１１，１１２は、図３に示すように、カム１１１ｃ，１１２ｃ、および、カム１１１ｃ，１１２ｃを駆動するカムドライバ１１１ｄ、１１２ｄを備えている。なお、パンチ１１３ｐ〜１１８ｐのカム機構は、パンチ１１１ｐ，１１２ｐと略同様な構成・作用を有するので、以下では、その説明および図示を省略している。
【００２８】
カム１１１ｃ，１１２ｃの金型１０３内部側の側面には、パンチ１１１ｐ，１１２ｐが設けられている。カム１１１ｃ，１１２ｃの金型１０３外部側の側面は傾斜面である。カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄの下面は、初期状態においてカム１１１ｃ，１１２ｃの傾斜面に対して所定間隔をおいて配置される傾斜面である。カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄは、プレスラム１０２の下方への移動に伴って下降し、カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄの下面がカム１１１ｃ，１１２ｃの傾斜面に接触すると、それら傾斜面は互いに摺動する。
【００２９】
カム機構１１１，１１２には、退避部材１１１ｓ，１１２ｓが設けられている。プレスラム１０２の下死点でのパンチ１１１ｐ，１１２ｐによる側方成形完了後、プレスラム１０２による上死点への移動に伴い、カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄが上昇すると、側方成形用パンチ１１１ｐ，１１２ｐは、退避部材１１１ｓ，１１２ｓにより金型１０３外部へ退避させられ、初期位置に戻る。
【００３０】
このようなカム機構を用いることにより、たとえば、図１に示すクランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入およびパンチ１１３ｐ，１１４ｐの挿入を同時に行い、次いで、パンチ１１５ｐ，１１６ｐの挿入およびパンチ１１７ｐ，１１８ｐの挿入を同時に行う。図２は、クランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入する形態を表している。プレスラム１０２の上死点から下死点までの１工程内でパンチ１１１ｐ〜１１８ｐの挿入を行う場合、たとえば本出願人が特願２００９−２７０５０で提案しているパンチ同士の干渉防止手法を用いることが好適である。
【００３１】
鍛造装置１００の金型１０３にはクランクシャフトの予備成形品２００が配置される。予備成形品２００の配置では、ジャーナル軸部２１１の軸方向がプレスラム１０２の移動方向に対して垂直となる。パンチ１１１Ｐ〜１１８ｐの挿入方向は、隣接するアーム部のカウンタウェイト部への衝突が回避される方向に設定し、たとえばクランクピン部２１３の中央部の軸線に対する垂直方向からの角度θ（図５（Ａ））が４５度をなすことが好適である。
【００３２】
予備成形品２００は、トリム成形が施されたものであり、クランクシャフトの狙い形状よりも小さく成形され、金型１０３のキャビティは、クランクシャフトの狙い形状に対応する形状に設定されている。この場合、予備成形品２００の金型への配置時、予備成形品２００と金型１０３のキャビティとの間にクリアランスが形成されるが、クリアランスの最大長を、０ｍｍを超え、かつ０．５ｍｍ以下に設定することが好適である。
【００３３】
以上のような鍛造装置１００を用いた本実施形態のクランクシャフト製造方法について、おもに図１〜５を参照して説明する。まず、金型１０３の下型１０３Ａに、クランクシャフトの予備成形品２００を配置する。続いて、プレスラム１０２が上死点から下方へ移動することにより、クランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入およびパンチ１１３ｐ，１１４ｐの挿入を同時に行い、次いで、パンチ１１５ｐ，１１６ｐの挿入およびパンチ１１７ｐ，１１８ｐの挿入を同時に行う。これにより、予備成形品２００の各クランクピン部２１３の両側への孔部形成が同時に行われる。このような孔部形成後、金型１０３からクランクシャフトが離型される。
【００３４】
このような本実施形態では、予備成形品２００は、予めクランクシャフトの狙い形状（すなわち、金型のキャビティの形状）よりも小さく成形されたものである。鍛造では、金型１０３による予備成形品２００の閉塞とともに、予備成形品２００のクランクピン部に側方成形用パンチ１１１ｐ〜１１８ｐを挿入することにより、クランクピン部に孔部を形成するとともに、金型１０３内に予備成形品２００の材料を充填することができる。
【００３５】
図４は、本実施形態のクランクシャフト製造方法を説明するための概念図であり、１本のパンチＰによる孔部形成を行った場合を表している。図４では、下向き矢印が、金型１０３から予備成形品２００への拘束圧方向を示し、図４の上向き矢印が、予備成形品２００の充填方向を示している。図４に示すように、キャビティ形状よりも小さく成形された予備成形品２００を金型１０３のキャビティに配置したときには、予備成形品２００とキャビティとの間にクリアランスが存在しているが、側方成形用パンチＰを予備成形品２００に挿入することにより、材料充填を行うことができる。
【００３６】
このような鍛造では、クランクピン部へのパンチ１１１ｐ〜１１８ｐの挿入により、金型１０３内に予備成形品２００の材料を充填するので、金型１０３のキャビティをクランクシャフトの狙い形状に対応する形状に設定することにより、クランクシャフトの狙い形状を得ることができる。
【００３７】
ここで本実施形態では、金型１０３の閉塞空間内での鍛造において、クランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入を同時に行い、パンチ１１３ｐ，１１４ｐの挿入を同時に行い、パンチ１１５ｐ，１１６ｐの挿入を同時に行い、パンチ１１７ｐ，１１８ｐの挿入を同時に行う。これにより、従来の孔部形成で発生していた孔部の変形（他方のパンチの挿入による孔部の形成時における一方の形成済孔部近傍部位での面ヒケやバリの発生）を防止することができるので、寸法精度をさらに向上させることができる。
【００３８】
上記のような鍛造における予備成形品２００の配置では、予備成形品２００と金型１０３のキャビティとの間のクリアランスの最大長を０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定することが好適である。
【００３９】
たとえば図７（Ｂ）に示すように、クリアランスの最大長Ｃが０．５ｍｍを超える場合、クランクシャフト２００のカウンタウェイト部２１２Ａに倒れ変形が生じる。具体的には、図８（Ａ）に示すようにパンチＰを予備成形品２００に挿入すると、図中の矢印方向に材料の移動が生じる。この場合、アーム部分２１２におけるジャーナル軸部２１１に支持されている箇所では、剛性が確保されているから、ほとんど変形が生じない。
【００４０】
これに対して、アーム部分２１２のカウンタウェイト部２１２Ａは、フリーであるため、剛性が小さく、そこに大きな変形が生じる。このように孔部Ｈを形成した結果、隣接するアーム部分２１２では、図８（Ｂ）に示すように、互いのカウンタウェイト部２１２Ａが接近するように倒れ変形が生じる。また、クランクピン部２１３両側に異形状の孔部２１３Ｌ，２１３Ｍ（図５）を形成する場合、カウンタウェイト２１２Ａの変形は、孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形状に依存するため、両側のカウンタウェイト部２１２Ａが異なる形状となり、後工程のバランス補正（カウンタウェイト部２１２Ａ底部へのドリル孔の加工等によるバランス補正）が困難となる。
【００４１】
一方、図７（Ｃ）に示すように、クリアランスの最大長Ｃを０ｍｍに設定すると、予備成形品２００の金型１０３のキャビティへの投入が困難となる。したがって、図７（Ａ）に示すように、クリアランスの最大長Ｃを０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定することにより、予備成形品２００を金型１０３のキャビティに容易に投入することができ、鍛造時にカウンタウェイト部２１２Ａの倒れ変形を防止することができる。
【００４２】
以上のような孔部の形成後、クランクピン部２１３中央部のクランクピン部用孔部２２２と、アーム部２１２間のジャーナル軸部２１１中央部のジャーナル軸部用孔部２２１とを接続するオイル流路２２３を加工する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、クランクシャフトの概略構成を表す側断面図である。ここで本実施形態では、オイル流路２２３を最短直線距離に設定するために、上記孔部形成では、孔部２１３Ｌは、孔部２１３Ｍよりも、底面の面積を広く、かつクランクピン部２１３の表面からの深さを浅く設定する。
【００４３】
この場合、たとえば仮に図６（Ａ）に示すように、クランクピン部２１３の表面から深く設定されている孔部２１３Ｍをクランクピン部２１３の両側に配置した場合、図の左側の孔部２１３Ｍは最短直線距離のオイル流路２２３に重なってしまう。また、たとえば仮に図６（Ｂ）に示すように、面積が広く設定されている孔部２１３Ｌをクランクピン部２１３の両側に配置した場合、図の右側の孔部２１３Ｌは最短直線距離のオイル流路２２３に重なってしまう。
【００４４】
これにより、異形状をなす孔部２１３Ｌ，２１３Ｍをオイル流路２２３の加工位置に重ならないように図５（Ａ）に示すように配置することにより、オイル供給に十分なオイル流路２２３を最短直線距離で形成することができる。また、この場合、上記のように孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形成時に変形が生じないから、オイル流路２２３の加工に不良が生じない。
【００４５】
以上のように本実施形態では、クランクピン部２１３への中空状の孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、クランクシャフトの寸法精度を向上させることができるので、カウンタウェイト部２１２Ａへの複数のドリル孔の加工を行う等のバランス補正の孔数増大による製造コスト増大を防止することができる。また、最短直線距離のオイル流路２２３を確保することができるとともに、その加工に不良が生じない。
【実施例】
【００４６】
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、本実施形態の鍛造装置１００を用い、クランクシャフトの予備成形品２００と金型１０３のキャビティとの間のクリアランスの最大長を０ｍｍ（比較実験例１１）、０．５（実験例１１）、１ｍｍ（比較実験例１２）に設定して鍛造を行った。
【００４７】
実験条件について、予備成形品２００の材質として炭素鋼を用い、鍛造時の加熱温度を１１００〜１３００℃に設定し、パンチの挿入角度θ（図５（Ａ））を４５度、孔部２１３Ｌの底面あるいは孔部２１３Ｍの側面とオイル流路２２３との間の肉厚Ｋ（図５（Ａ））を６〜１０ｍｍ、パンチの挿入経路とカウンタウェイト部２１２Ａとの間隔Ｌ（非干渉量）を３〜５ｍｍ、孔部２１３Ｍの底面とクランクピン部２１３のジャーナル軸部２１１側表面との間の肉厚量Ｎ（曲率半径、図５）を１５〜２０ｍｍに設定した。その結果を表１および図９に示す。
【００４８】
表１は、クリアランスの最大長Ｃの設定値と、その設定値Ｃのときに得られた倒れ量を表している。図９は、表１に示したクリアランスの最大長Ｃと倒れ量との関係を表すグラフである。なお、倒れ量は、パンチ挿入前のカウンタウェイト部同士の間隔Ａ（図８（Ａ））と、パンチ挿入後のカウンタウェイト部同士の間隔Ｂ（図８（Ｂ））との差（＝Ａ−Ｂ）として得た。
【００４９】
【表１】
【００５０】
図９から判るように、クリアランスの最大長Ｃを０ｍｍに設定した比較実験例１１（図７（Ｃ））では、倒れ変形は生じなかったが、予備成形品の金型のキャビティへの投入が困難であった。クリアランスの最大長Ｃを１ｍｍに設定した比較実験例１２（図７（Ｂ））では、大きな倒れ変形が生じた（図８（Ｂ））。これに対して、クリアランスの最大長Ｃを０．５ｍｍに設定した実験例１１（図７（Ａ））では、倒れ変形が生じたものの、その量は非常に小さく、問題のないものであった。また、この場合、予備成形品の金型のキャビティへの投入が容易であった。
【００５１】
以上のように予備成形品と金型のキャビティとの間のクリアランスの最大長を０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定することにより、予備成形品を金型のキャビティに容易に投入することができ、かつ鍛造時にクランクシャフトのカウンタウェイト部の倒れ変形を抑止することができることを確認した。
【符号の説明】
【００５２】
１０３…金型、１０３Ａ…下型、１０３Ｂ…上型、２００…クランクシャフトの予備成形品、２１３…クランクピン部、２１３Ｌ，２１３Ｍ…孔部、１１１ｐ，１１２ｐ，Ｐ…側方成形用パンチ（パンチ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトおよびその製造方法に係り、特に、中空状の孔部をクランクシャフトのクランクピン部に形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、たとえば図１０に示すクランクシャフト１０を備えている。クランクシャフト１０はジャーナル軸部１１を備え、ジャーナル軸部１１には、それと平行なクランクピン部１３がアーム部１２により連結されている。アーム部１２にはカウンタウェイト部１２Ａが形成され、カウンタウェイト部１２Ａのジャーナル軸部１１に対する形成位置は、クランクピン部１３の接続箇所の反対側である。
【０００３】
ジャーナル軸部１１には、その表面にオイルを供給するジャーナル軸用貫通孔２１が形成されている。クランクピン部１３には、その表面にオイルを供給するピン用貫通孔２２が形成されている。ジャーナル用貫通孔２１とピン用貫通孔２２はオイル流路２３により接続されている。ジャーナル用貫通孔２１内のオイルは、オイル流路２３を通じてピン用貫通孔２２からクランクピン１３部表面へ供給される。なお、符号２４は、オイル流路２３の開口を閉塞する栓２４である。
【０００４】
このようなクランクシャフト１０では、燃費向上の観点から、軽量化を図るために種々の技術が提案されている。たとえば、アーム部１２におけるクランクピン部１３およびジャーナル軸部１１側表面全体に凹溝を形成することが提案されている（たとえば特許文献１）。また、クランクピン部１３に中空状の孔部を形成することが提案されている。この場合、中空状の孔部形成を局所的に行うことから、クランクシャフト１０の剛性には影響が少ないので、クランクピン部１３への孔部の形成は好適である。
【０００５】
このような中空状の孔部の形成には、プレスラムの移動方向に対して垂直方向に移動する側方成形用パンチを有する鍛造装置を用いることが提案されている（たとえば特許文献２）。この技術では、複数の孔部を同時に形成することができないため、孔部の形成箇所に応じた金型を用意し、個々の孔部の形成を行う必要があるため、非常に手間がかかる。
【０００６】
このような理由から、中空状の孔部の形成ではトリム成形後、図１１に示すクランクシャフト１０を閉塞空間に配置せずに行っている。具体的には、たとえばクランクシャフト１０に孔部を形成する場合、図１２に示すように、一方のアーム部１２（図１１の最も右側のアーム部１２）の一面を下型１（図の斜線部）に当接させ、クランクピン部１３により連結された他方のアーム部１２の上面側からクランクピン部１３へパンチ２を挿入する。この場合、アーム部１２（図１１の最も右側のアーム部１２）の一面における下型１との当接部には、その跡が残る場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１１４１３１号公報
【特許文献２】実開昭６１−１４３７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のようなパンチ２の挿入による孔部１３Ａ，１３Ｂの形成は独立して行うが、この場合、孔部１３Ａの形成では、図１２（Ａ）に示すように、ジャーナル軸部１１と平行な方向からパンチ２の挿入を行う場合、ジャーナル軸部１１の上側部分が、パンチ２の挿入に従って、下側へ変形する。また、孔部１３Ｂの形成では、アーム部１２に隣接する部位との干渉が生じるため、パンチ２の挿入を行うことができない。
【０００９】
また、図１２（Ｂ）に示すように、ジャーナル軸部１１およびアーム部１２のカウンタウェイト部１２Ａの外周部を下型１に当接させ、ジャーナル軸部１１に対する垂直方向からパンチ２の挿入を行う場合、同一のクランクピン部１３で連結されたアーム部１２が下側に変形する。また、図１２（Ｃ）に示すように、下型１を所定角度傾斜させ、ジャーナル軸部１１およびアーム部１２のカウンタウェイト部１２Ａの外周部を下型１に当接させ、ジャーナル軸部１１に対する所定角度方向からパンチ２の挿入を行う場合、同一のクランクピン部１３で連結されたアーム部１２が下側に変形する上に、そのカウンタウェイト部１２Ａでは下型１の傾斜方向への倒れ変形が生じる。
【００１０】
以上のように図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示す手法では、クランクシャフト１０のアーム部１２およびクランクピン部１３における下型１との当接部分以外はフリーであるため、それら部分に変形が生じる。また、この場合、クランクピン部１３では、孔部１３Ａ，１３Ｂの開口端面においてクランクピン部１３の軸方向に面ヒケが発生し、孔部１３Ａ，１３Ｂの開口縁部にバリが発生する。このため、クランクシャフト１０の所定の寸法精度が得られず、かつバリ除去工程の追加や、アーム部１２のカウンタウェイト部１２Ａに複数の孔部（図示略）を多量に形成する等の大幅なバランス補正を行う必要が生じ、製造コストが増大する。また、孔部１３Ａ，１３Ｂに変形が生じた場合、孔部１３Ａ，１３Ｂ形成後に行うクランクピン部１３へのオイル流路２３（図１０にのみ図示）の加工に不良が生じる。
【００１１】
したがって、本発明は、クランクピン部への孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、孔部形成によるクランクシャフトの寸法精度および製品強度の低下を防止することができるクランクシャフトおよびその製造方法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】
【００１２】
本発明のクランクシャフトは、クランクピン部の両側に孔部を有し、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積が広く、かつクランクピン部の表面から浅く形成されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明のクランクシャフトは、次のようなクランクシャフトの製造方法により得られる。すなわち、本発明のクランクシャフトの製造方法は、クランクピン部を備えたクランクシャフトを予備成形し、分割可能な上型および下型からなる金型のキャビティ内に、クランクシャフトの予備成形品を配置して予備成形品を鍛造し、予備成形では、クランクシャフトの予備成形品の形状を、金型のキャビティの形状よりも小さく成形し、鍛造では、クランクピン部の両側にパンチを同時に挿入することにより、クランクピン部に孔部を形成するとともに、キャビティ内に予備成形品の材料を充填し、孔部の形成では、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積が広く、かつクランクピン部の表面からの深さを浅く設定することを特徴としている。
【００１４】
本発明のクランクシャフトの製造方法では、分割可能な上型および下型からなる金型を用いてクランクシャフトの予備成形品に鍛造を行う。この場合、クランクシャフトの予備成形品は、鍛造で使用する上記金型のキャビティの形状よりも小さく成形されたものである。鍛造では、クランクピン部へのパンチの挿入により、金型内に成形品の材料を充填するので、金型のキャビティをクランクシャフトの狙い形状に対応する形状に設定することにより、鍛造によりクランクシャフトの狙い形状を得ることができる。
【００１５】
このようにクランクピン部への中空状の孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、閉塞空間内で材料を充填して鍛造を行うので、クランクシャフトの寸法精度を向上させることができる。
【００１６】
ここで本発明のクランクシャフトの製造方法では、閉塞空間内での鍛造においてクランクピン部の両側へのパンチの挿入を同時に行うので、従来の孔部形成で発生していた孔部の変形（他方のパンチの挿入による孔部の形成時における一方の形成済孔部近傍部位での面ヒケやバリの発生）を防止することができる。これにより、寸法精度をさらに向上させることができる。したがって、カウンタウェイト部への複数の孔部の形成を行う等のバランス補正の増大による製造コスト増大を防止することができる。
【００１７】
また、上記のようなクランクピン部への孔部形成後、クランクピン部中央部のクランクピン部用孔部と、アーム部間のジャーナル軸部中央部のジャーナル軸部用孔部とを接続するオイル流路を加工する場合、孔部の形成では、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積を広く、かつクランクピン部の表面からの深さを浅く設定しているから、そのような異形状の孔部をオイル流路に応じて適宜配置することにより、オイル供給に十分なオイル流路を最短直線距離で形成することができる。また、この場合、上記のように孔部形成時に変形が生じないから、オイル流路の加工に不良が生じない。
【００１８】
以上のように得られた本発明のクランクシャフトでは、クランクピン部への孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、寸法精度が向上し、これにより回転バランスが良好となり、かつ製品強度が向上している。
【００１９】
本発明のクランクシャフトの製造方法は、種々の構成を用いることができる。たとえば鍛造での予備成形品の配置では、予備成形品と金型のキャビティとの間のクリアランスの最大長を、０ｍｍ超とし、かつ０．５ｍｍ以下に設定することができる。この場合、予備成形品と金型のキャビティとの間には、予備成形品の表面に沿ってクリアランス（隙間）が形成されているが、クリアランスの最大長とは、そのようなクリアランスにおいて予備成形品の表面と金型のキャビティ面との距離が最大となる箇所の間隔のことをいう。この態様では、クランクシャフトの離型を確実に行うことができ、かつ鍛造時にクランクシャフトのカウンタウェイト部の倒れ変形を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のクランクシャフトあるいはその製造方法によれば、クランクピン部への中空状の孔部の形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、クランクシャフトの寸法精度を向上させることができるので、カウンタウェイト部への複数の孔部の形成を行う等のバランス補正の増大による製造コスト増大を防止することができる。また、最短直線距離のオイル流路を確保することができるとともに、その加工に不良が生じない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法で用いる鍛造装置を表す概念図であり、鍛造装置の下型を表す斜視図である。
【図２】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法による孔部形成を説明するための図である。
【図３】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法で用いる鍛造装置を表す概念図であり、鍛造装置の概略構成を表す図１のＡ−Ａ’線の側断面図である
【図４】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの製造方法を説明するための概念図である。
【図５】本発明に係る一実施形態のクランクシャフトの概略構成を表し、（Ａ）はクランクシャフトの側断面図、（Ｂ）はクランクピン部の一側への孔部の底面図、（Ｃ）はクランクピン部の他側への孔部の底面図である。
【図６】クランクシャフトの製造方法の比較形態の問題点を説明するための図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はクランクシャフトの製造方法における金型へのクランクシャフトの予備成形品の各種配置状態を表す側断面図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）はクランクシャフトの製造方法の比較形態で生じる倒れ変形を説明するための図である。
【図９】実施例で得られたクリアランス量と倒れ量との関係を表すグラフである。
【図１０】従来のクランクシャフトの概略構成を表す側断面図である。
【図１１】従来のクランクシャフトの概略構成を表す斜視図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）はクランクピン部への孔部形成の従来手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１，３は、本発明に係る一実施形態のクランクシャフト製造方法で用いる鍛造装置１００を表す概念図である。図３は、図１，２に示す鍛造装置１００による孔部形成を説明するための図である。図１は、鍛造装置１００の下型を表す斜視図である。図３は、鍛造装置１００の概略構成を表す図１のＡ−Ａ’線の側断面図である。図３では、鍛造装置１００の各部位（特に金型１０３）の図示を簡略化している。
【００２３】
鍛造装置１００は、本発明のクランクシャフト製造方法が適用される装置の一例であり、４気筒のクランクシャフトを得るための装置である。鍛造装置１００は、図３に示すように、たとえばプレスボルスタ１０１を備え、プレスボルスタ１０１上に、プレスラム１０２が支持されている。プレスボルスタ１０１とプレスラム１０２との間に金型１０３が配置されている。
【００２４】
金型１０３は、下型１０３Ａ、上型１０３Ｂ、および、側方成形用パンチ１１１ｐ〜１１８ｐ（以下、パンチ１１１ｐ〜１１８ｐと略称する）を備えている。上型１０３Ｂは、下型１０３Ａに対して移動可能に設けられている。図３中の符号１０４は、上型１０３Ｂへの初期荷重を調整する荷重調整部（油圧手段やエア圧手段等）である。上型１０３Ｂは、予備成形品２００の体積が設定値より大きい場合、金型１０３内での成形圧に応じて、開放方向（上方向）へ移動する。
【００２５】
金型１０３には、クランクシャフトの予備成形品２００が配置される。予備成形品２００はジャーナル軸部２１１を備え、ジャーナル軸部２１１には、それと平行なクランクピン部２１３がアーム部２１２により連結されている。アーム部２１２にはカウンタウェイト部２１２Ａが形成され、カウンタウェイト部２１２Ａのジャーナル軸部２１１に対する形成位置は、クランクピン部２１３の接続箇所の反対側である。
【００２６】
パンチ１１１ｐ〜１１８ｐは、上型１０３Ｂの移動方向に対して垂直方向に移動可能に設けられている。具体的には、パンチ１１１ｐ，１１２ｐは、金型１０３の側部に形成されたパンチ用孔１１１ａ〜１１８ａに沿って、金型１０３の内部に対して移動可能となっている。
【００２７】
パンチ１１１ｐ〜１１８ｐは、プレスラム１０２の移動に連動して金型１０３の内部へ移動させるカム機構を備えている。パンチ１１１ｐ，１１２ｐを移動させるカム機構１１１，１１２は、図３に示すように、カム１１１ｃ，１１２ｃ、および、カム１１１ｃ，１１２ｃを駆動するカムドライバ１１１ｄ、１１２ｄを備えている。なお、パンチ１１３ｐ〜１１８ｐのカム機構は、パンチ１１１ｐ，１１２ｐと略同様な構成・作用を有するので、以下では、その説明および図示を省略している。
【００２８】
カム１１１ｃ，１１２ｃの金型１０３内部側の側面には、パンチ１１１ｐ，１１２ｐが設けられている。カム１１１ｃ，１１２ｃの金型１０３外部側の側面は傾斜面である。カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄの下面は、初期状態においてカム１１１ｃ，１１２ｃの傾斜面に対して所定間隔をおいて配置される傾斜面である。カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄは、プレスラム１０２の下方への移動に伴って下降し、カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄの下面がカム１１１ｃ，１１２ｃの傾斜面に接触すると、それら傾斜面は互いに摺動する。
【００２９】
カム機構１１１，１１２には、退避部材１１１ｓ，１１２ｓが設けられている。プレスラム１０２の下死点でのパンチ１１１ｐ，１１２ｐによる側方成形完了後、プレスラム１０２による上死点への移動に伴い、カムドライバ１１１ｄ、１１２ｄが上昇すると、側方成形用パンチ１１１ｐ，１１２ｐは、退避部材１１１ｓ，１１２ｓにより金型１０３外部へ退避させられ、初期位置に戻る。
【００３０】
このようなカム機構を用いることにより、たとえば、図１に示すクランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入およびパンチ１１３ｐ，１１４ｐの挿入を同時に行い、次いで、パンチ１１５ｐ，１１６ｐの挿入およびパンチ１１７ｐ，１１８ｐの挿入を同時に行う。図２は、クランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入する形態を表している。プレスラム１０２の上死点から下死点までの１工程内でパンチ１１１ｐ〜１１８ｐの挿入を行う場合、たとえば本出願人が特願２００９−２７０５０で提案しているパンチ同士の干渉防止手法を用いることが好適である。
【００３１】
鍛造装置１００の金型１０３にはクランクシャフトの予備成形品２００が配置される。予備成形品２００の配置では、ジャーナル軸部２１１の軸方向がプレスラム１０２の移動方向に対して垂直となる。パンチ１１１Ｐ〜１１８ｐの挿入方向は、隣接するアーム部のカウンタウェイト部への衝突が回避される方向に設定し、たとえばクランクピン部２１３の中央部の軸線に対する垂直方向からの角度θ（図５（Ａ））が４５度をなすことが好適である。
【００３２】
予備成形品２００は、トリム成形が施されたものであり、クランクシャフトの狙い形状よりも小さく成形され、金型１０３のキャビティは、クランクシャフトの狙い形状に対応する形状に設定されている。この場合、予備成形品２００の金型への配置時、予備成形品２００と金型１０３のキャビティとの間にクリアランスが形成されるが、クリアランスの最大長を、０ｍｍを超え、かつ０．５ｍｍ以下に設定することが好適である。
【００３３】
以上のような鍛造装置１００を用いた本実施形態のクランクシャフト製造方法について、おもに図１〜５を参照して説明する。まず、金型１０３の下型１０３Ａに、クランクシャフトの予備成形品２００を配置する。続いて、プレスラム１０２が上死点から下方へ移動することにより、クランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入およびパンチ１１３ｐ，１１４ｐの挿入を同時に行い、次いで、パンチ１１５ｐ，１１６ｐの挿入およびパンチ１１７ｐ，１１８ｐの挿入を同時に行う。これにより、予備成形品２００の各クランクピン部２１３の両側への孔部形成が同時に行われる。このような孔部形成後、金型１０３からクランクシャフトが離型される。
【００３４】
このような本実施形態では、予備成形品２００は、予めクランクシャフトの狙い形状（すなわち、金型のキャビティの形状）よりも小さく成形されたものである。鍛造では、金型１０３による予備成形品２００の閉塞とともに、予備成形品２００のクランクピン部に側方成形用パンチ１１１ｐ〜１１８ｐを挿入することにより、クランクピン部に孔部を形成するとともに、金型１０３内に予備成形品２００の材料を充填することができる。
【００３５】
図４は、本実施形態のクランクシャフト製造方法を説明するための概念図であり、１本のパンチＰによる孔部形成を行った場合を表している。図４では、下向き矢印が、金型１０３から予備成形品２００への拘束圧方向を示し、図４の上向き矢印が、予備成形品２００の充填方向を示している。図４に示すように、キャビティ形状よりも小さく成形された予備成形品２００を金型１０３のキャビティに配置したときには、予備成形品２００とキャビティとの間にクリアランスが存在しているが、側方成形用パンチＰを予備成形品２００に挿入することにより、材料充填を行うことができる。
【００３６】
このような鍛造では、クランクピン部へのパンチ１１１ｐ〜１１８ｐの挿入により、金型１０３内に予備成形品２００の材料を充填するので、金型１０３のキャビティをクランクシャフトの狙い形状に対応する形状に設定することにより、クランクシャフトの狙い形状を得ることができる。
【００３７】
ここで本実施形態では、金型１０３の閉塞空間内での鍛造において、クランクピン部２１３の両側へのパンチ１１１ｐ，１１２ｐの挿入を同時に行い、パンチ１１３ｐ，１１４ｐの挿入を同時に行い、パンチ１１５ｐ，１１６ｐの挿入を同時に行い、パンチ１１７ｐ，１１８ｐの挿入を同時に行う。これにより、従来の孔部形成で発生していた孔部の変形（他方のパンチの挿入による孔部の形成時における一方の形成済孔部近傍部位での面ヒケやバリの発生）を防止することができるので、寸法精度をさらに向上させることができる。
【００３８】
上記のような鍛造における予備成形品２００の配置では、予備成形品２００と金型１０３のキャビティとの間のクリアランスの最大長を０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定することが好適である。
【００３９】
たとえば図７（Ｂ）に示すように、クリアランスの最大長Ｃが０．５ｍｍを超える場合、クランクシャフト２００のカウンタウェイト部２１２Ａに倒れ変形が生じる。具体的には、図８（Ａ）に示すようにパンチＰを予備成形品２００に挿入すると、図中の矢印方向に材料の移動が生じる。この場合、アーム部分２１２におけるジャーナル軸部２１１に支持されている箇所では、剛性が確保されているから、ほとんど変形が生じない。
【００４０】
これに対して、アーム部分２１２のカウンタウェイト部２１２Ａは、フリーであるため、剛性が小さく、そこに大きな変形が生じる。このように孔部Ｈを形成した結果、隣接するアーム部分２１２では、図８（Ｂ）に示すように、互いのカウンタウェイト部２１２Ａが接近するように倒れ変形が生じる。また、クランクピン部２１３両側に異形状の孔部２１３Ｌ，２１３Ｍ（図５）を形成する場合、カウンタウェイト２１２Ａの変形は、孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形状に依存するため、両側のカウンタウェイト部２１２Ａが異なる形状となり、後工程のバランス補正（カウンタウェイト部２１２Ａ底部へのドリル孔の加工等によるバランス補正）が困難となる。
【００４１】
一方、図７（Ｃ）に示すように、クリアランスの最大長Ｃを０ｍｍに設定すると、予備成形品２００の金型１０３のキャビティへの投入が困難となる。したがって、図７（Ａ）に示すように、クリアランスの最大長Ｃを０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定することにより、予備成形品２００を金型１０３のキャビティに容易に投入することができ、鍛造時にカウンタウェイト部２１２Ａの倒れ変形を防止することができる。
【００４２】
以上のような孔部の形成後、クランクピン部２１３中央部のクランクピン部用孔部２２２と、アーム部２１２間のジャーナル軸部２１１中央部のジャーナル軸部用孔部２２１とを接続するオイル流路２２３を加工する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、クランクシャフトの概略構成を表す側断面図である。ここで本実施形態では、オイル流路２２３を最短直線距離に設定するために、上記孔部形成では、孔部２１３Ｌは、孔部２１３Ｍよりも、底面の面積を広く、かつクランクピン部２１３の表面からの深さを浅く設定する。
【００４３】
この場合、たとえば仮に図６（Ａ）に示すように、クランクピン部２１３の表面から深く設定されている孔部２１３Ｍをクランクピン部２１３の両側に配置した場合、図の左側の孔部２１３Ｍは最短直線距離のオイル流路２２３に重なってしまう。また、たとえば仮に図６（Ｂ）に示すように、面積が広く設定されている孔部２１３Ｌをクランクピン部２１３の両側に配置した場合、図の右側の孔部２１３Ｌは最短直線距離のオイル流路２２３に重なってしまう。
【００４４】
これにより、異形状をなす孔部２１３Ｌ，２１３Ｍをオイル流路２２３の加工位置に重ならないように図５（Ａ）に示すように配置することにより、オイル供給に十分なオイル流路２２３を最短直線距離で形成することができる。また、この場合、上記のように孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形成時に変形が生じないから、オイル流路２２３の加工に不良が生じない。
【００４５】
以上のように本実施形態では、クランクピン部２１３への中空状の孔部２１３Ｌ，２１３Ｍの形成により軽量化を図ることができるのはもちろんのこと、クランクシャフトの寸法精度を向上させることができるので、カウンタウェイト部２１２Ａへの複数のドリル孔の加工を行う等のバランス補正の孔数増大による製造コスト増大を防止することができる。また、最短直線距離のオイル流路２２３を確保することができるとともに、その加工に不良が生じない。
【実施例】
【００４６】
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。実施例では、本実施形態の鍛造装置１００を用い、クランクシャフトの予備成形品２００と金型１０３のキャビティとの間のクリアランスの最大長を０ｍｍ（比較実験例１１）、０．５（実験例１１）、１ｍｍ（比較実験例１２）に設定して鍛造を行った。
【００４７】
実験条件について、予備成形品２００の材質として炭素鋼を用い、鍛造時の加熱温度を１１００〜１３００℃に設定し、パンチの挿入角度θ（図５（Ａ））を４５度、孔部２１３Ｌの底面あるいは孔部２１３Ｍの側面とオイル流路２２３との間の肉厚Ｋ（図５（Ａ））を６〜１０ｍｍ、パンチの挿入経路とカウンタウェイト部２１２Ａとの間隔Ｌ（非干渉量）を３〜５ｍｍ、孔部２１３Ｍの底面とクランクピン部２１３のジャーナル軸部２１１側表面との間の肉厚量Ｎ（曲率半径、図５）を１５〜２０ｍｍに設定した。その結果を表１および図９に示す。
【００４８】
表１は、クリアランスの最大長Ｃの設定値と、その設定値Ｃのときに得られた倒れ量を表している。図９は、表１に示したクリアランスの最大長Ｃと倒れ量との関係を表すグラフである。なお、倒れ量は、パンチ挿入前のカウンタウェイト部同士の間隔Ａ（図８（Ａ））と、パンチ挿入後のカウンタウェイト部同士の間隔Ｂ（図８（Ｂ））との差（＝Ａ−Ｂ）として得た。
【００４９】
【表１】
【００５０】
図９から判るように、クリアランスの最大長Ｃを０ｍｍに設定した比較実験例１１（図７（Ｃ））では、倒れ変形は生じなかったが、予備成形品の金型のキャビティへの投入が困難であった。クリアランスの最大長Ｃを１ｍｍに設定した比較実験例１２（図７（Ｂ））では、大きな倒れ変形が生じた（図８（Ｂ））。これに対して、クリアランスの最大長Ｃを０．５ｍｍに設定した実験例１１（図７（Ａ））では、倒れ変形が生じたものの、その量は非常に小さく、問題のないものであった。また、この場合、予備成形品の金型のキャビティへの投入が容易であった。
【００５１】
以上のように予備成形品と金型のキャビティとの間のクリアランスの最大長を０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定することにより、予備成形品を金型のキャビティに容易に投入することができ、かつ鍛造時にクランクシャフトのカウンタウェイト部の倒れ変形を抑止することができることを確認した。
【符号の説明】
【００５２】
１０３…金型、１０３Ａ…下型、１０３Ｂ…上型、２００…クランクシャフトの予備成形品、２１３…クランクピン部、２１３Ｌ，２１３Ｍ…孔部、１１１ｐ，１１２ｐ，Ｐ…側方成形用パンチ（パンチ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクピン部の両側に孔部が形成され、
一方の孔部は、他方の孔部よりも、面積が広い底面を有し、かつ前記クランクピン部の表面から浅く形成されていることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
クランクピン部を備えたクランクシャフトを予備成形し、
分割可能な上型および下型からなる金型のキャビティ内に、前記クランクシャフトの予備成形品を配置して前記予備成形品を鍛造し、
前記予備成形では、前記クランクシャフトの予備成形品の形状を、前記金型のキャビティの形状よりも小さく成形し、
前記鍛造では、前記クランクピン部の両側にパンチを同時に挿入することにより、前記クランクピン部に孔部を形成するとともに、前記キャビティ内に前記予備成形品の材料を充填し、
前記孔部の形成では、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積を広く、かつ前記クランクピン部の表面から浅く設定することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記鍛造での前記予備成形品の配置では、前記予備成形品と前記金型のキャビティとの間のクリアランスの最大長を、０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定していることを特徴とする請求項２に記載のクランクシャフトの製造方法。
【請求項１】
クランクピン部の両側に孔部が形成され、
一方の孔部は、他方の孔部よりも、面積が広い底面を有し、かつ前記クランクピン部の表面から浅く形成されていることを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
クランクピン部を備えたクランクシャフトを予備成形し、
分割可能な上型および下型からなる金型のキャビティ内に、前記クランクシャフトの予備成形品を配置して前記予備成形品を鍛造し、
前記予備成形では、前記クランクシャフトの予備成形品の形状を、前記金型のキャビティの形状よりも小さく成形し、
前記鍛造では、前記クランクピン部の両側にパンチを同時に挿入することにより、前記クランクピン部に孔部を形成するとともに、前記キャビティ内に前記予備成形品の材料を充填し、
前記孔部の形成では、一方の孔部は、他方の孔部よりも、底面の面積を広く、かつ前記クランクピン部の表面から浅く設定することを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
前記鍛造での前記予備成形品の配置では、前記予備成形品と前記金型のキャビティとの間のクリアランスの最大長を、０ｍｍ超で、かつ０．５ｍｍ以下に設定していることを特徴とする請求項２に記載のクランクシャフトの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２３００２７（Ｐ２０１０−２３００２７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７５５３４（Ｐ２００９−７５５３４）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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