冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置
【課題】製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量と、ジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を必要な量だけ確保すること。
【解決手段】軸素材５から冷間鍛造によりクランクシャフトを製造する製造装置１は、軸素材５を軸方向へ圧縮するための下型３、上型４及び第１シリンダ１１等と、上型４及び第１シリンダ１１等から独立して軸素材５の中間部位５ａを半径方向における特定方向ＳＤへ押圧するための中間型６及び第２シリンダ１４等と、中間型６及び第２シリンダ１４等による押圧を制御するためのコントローラ２２とを備える。コントローラ２２は、上型４及び第１シリンダ１１等による軸方向への圧縮の進行に応じて中間型６及び第２シリンダ１４等による特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、「圧縮進行率」として０．１５以下の所定値に制御するようになっている。
【解決手段】軸素材５から冷間鍛造によりクランクシャフトを製造する製造装置１は、軸素材５を軸方向へ圧縮するための下型３、上型４及び第１シリンダ１１等と、上型４及び第１シリンダ１１等から独立して軸素材５の中間部位５ａを半径方向における特定方向ＳＤへ押圧するための中間型６及び第２シリンダ１４等と、中間型６及び第２シリンダ１４等による押圧を制御するためのコントローラ２２とを備える。コントローラ２２は、上型４及び第１シリンダ１１等による軸方向への圧縮の進行に応じて中間型６及び第２シリンダ１４等による特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、「圧縮進行率」として０．１５以下の所定値に制御するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジン等に使用されるクランクシャフトに係り、詳しくは、冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される一体型クランクシャフトの鍛造制御方法と鍛造装置が知られている。この技術では、一体型クランクシャフトを製造するために、先ず、ピン部と、ピン部の両側にそれぞれ位置するアーム部と、両側のアーム部を挟むように位置する一対のジャーナル部とを含む丸棒状の素材を予備加工し、この素材を部分的に加熱しておく。その後、両側のジャーナル部を、一対の把持ダイスにより把持し、クロスヘッドの圧下に連動させて、素材の軸方向において互いに接近するように両把持ダイスを駆動し、両アーム部を圧縮して据え込む。また、この圧縮と共に、ピン部を、クロスヘッドに連結されたポンチにより、素材の軸方向と直角な方向（偏芯方向）へ押し下げ、かつ、両把持ダイスの両側に設けた横押しシリンダを制御して両アーム部を圧縮することにより、単位クランクスロー部を成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２９７２０号公報
【特許文献２】特開平３−０６０８３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２６３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の技術では、丸棒状の素材を軸方向へ据え込むことで、クランクシャフトの「張出し」を確保し、その後に、ピン部を偏芯方向へ押し下げるようにしていた。このため、ピン部を偏芯方向へ押し下げるための長さを素材から十分に得られないおそれがあった。この結果、クランクシャフトを冷間鍛造した場合に、ピン部の偏芯量を十分に確保できなくなるおそれがあった。
【０００５】
ここで、クランクシャフトの成形に当たり、次の２つの事項を確保する必要がある。図１０に、クランクシャフト７の一部を正面図により示す。クランクシャフト７は、ピン部７ａと、ピン部７ａの両側にそれぞれ位置するアーム部７ｂと、両側のアーム部７ｂを挟むように位置する一対のジャーナル部７ｃとを含む。ここで、一つ目の事項として、アーム部７ｂには、ピン部７ａと反対側に、張出し量ＨＲを十分に確保する必要がある。これは、ジャーナル部７ｃにスラストベアリングを適正に装着するためである。二つ目の事項として、ピン部７ａの偏芯量ＨＳを適正に決定する必要がある。これは、ピン部７ａに組み付けられるコンロッドにつき、所要のストローク量を確保するためである。
【０００６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を調整可能とした冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を提供することにある。この発明の別の目的は、製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を必要な量だけ確保することを可能とした冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法において、軸素材をその軸方向に圧縮することにより、軸素材を据え込み、圧縮に同期させて軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧することにより、所定部位を偏芯させ、軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを趣旨とする。
【０００８】
上記発明の構成によれば、軸素材の軸方向への圧縮の進行に応じて軸素材の特定方向への押圧の開始タイミングを制御するので、軸素材の所定部位の偏芯量と、軸素材の据え込み量との両方が調整可能となる。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、軸方向への圧縮の進行における特定方向への押圧の開始タイミングを、軸素材が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、軸方向への圧縮の進行における特定方向への押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として０．１５以下の所定値に制御するので、軸素材の所定部位が必要な量だけ偏芯すると共に、その偏芯に合わせて軸素材が必要な量だけ据え込まれる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置において、軸素材をその軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段と、軸方向圧縮手段から独立して軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧するための特定方向押圧手段と、特定方向押圧手段による押圧を制御するための押圧制御手段とを備え、押圧制御手段は、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、押圧制御手段が、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを制御するので、軸素材の所定部位の偏芯量と、軸素材の据え込み量との両方が調整可能となる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、押圧制御手段は、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行における特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを、軸素材が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行における特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として０．１５以下の所定値に制御するので、軸素材の所定部位が必要な量だけ偏芯すると共に、その偏芯に合わせて軸素材が必要な量だけ据え込まれる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を調整することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を必要な量だけ確保することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、製造されたクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を調整することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を必要な量だけ確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係り、クランクシャフトの製造装置の概略構成を示す断面図。
【図２】第１実施形態に係り、コントローラによる制御内容を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態に係り、上型と中間型への荷重供給の挙動を示すタイムチャート。
【図４】第１実施形態に係り、偏芯量と張出し量との関係を示すグラフ。
【図５】第１実施形態に係り、圧縮進行率と張出し量との関係を示すグラフ。
【図６】第１実施形態に係り、圧縮進行率と偏芯量との関係を示すグラフ。
【図７】第１実施形態に係り、クランクシャフトの成形過程を概略的に示す断面図。
【図８】第２実施形態に係り、クランクシャフトの製造装置の概略構成を示す断面図。
【図９】第２実施形態に係り、偏芯量と張出し量との関係を示すグラフ。
【図１０】従来例に係り、クランクシャフトの一部を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に、この実施形態における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置１の概略構成を断面図により示す。この製造装置１は、筒形をなすケース２と、ケース２の底部に嵌め込まれた固定型である下型３と、下型３に対向してケース２の中を上下動可能に設けられた可動型である上型４とを備える。これら下型３及び上型４との間に金属製の丸棒状の軸素材５が保持されるようになっている。下型３には、軸素材５の下端部を支持する嵌合穴３ａが形成され、上型４には、軸素材５の上端部を支持する嵌合穴４ａが形成される。これら嵌合穴３ａ，４ａにより拘束される軸素材５の両端部が、成形後にはクランクシャフトの２つのジャーナル部となる。また、下型３と上型４との間に保持された軸素材５の所定部位としての中間部位５ａには、二分割可能に構成された中間型６が保持されるようになっている。上型４の下面、下型３の上面は、それぞれ所定形状の型面（図示略）を有する。中間型６の上下両面は、上型４の型面及び下型３の型面との協働によりクランクシャフトの各部を成形するための型面（図示略）を有する。中間型６により拘束される軸素材５の中間部位５ａが、成形後にはクランクシャフトの１つのピン部となる。
【００２２】
上型４には、上型４を上下方向へ駆動させるための第１シリンダ１１が設けられる。第１シリンダ１１のピストンロッド１１ａが上型４の上面に連結される。第１シリンダ１１には、第１油圧配管１２を含む油圧装置（図示略）により所定の油圧が供給可能となっている。この第１油圧配管１２には、第１シリンダ１１に供給される油圧を制御するための第１制御弁１３が設けられる。そして、下型３、上型４、第１シリンダ１１、第１油圧配管１２及び第１制御弁１３により、軸素材５を軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段が構成される。
【００２３】
中間型６には、中間型６を水平方向へ駆動させるための第２シリンダ１４が設けられる。第２シリンダ１４のピストンロッド１４ａが中間型６の外周面に連結される。第２シリンダ１４には、第２油圧配管１５を含む油圧装置（図示略）により所定の油圧が供給可能となっている。この第２油圧配管１５には、第２シリンダ１４に供給される油圧を制御するための第２制御弁１６が設けられる。そして、中間型６、第２油圧シリンダ１４、第２油圧配管１５及び第２制御弁１６により、軸方向圧縮手段から独立して軸素材５の中間部位５ａを、軸素材５の半径方向における特定方向ＳＤへ押圧するための特定方向押圧手段が構成される。第２シリンダ１４に対応して、ケース２には、上下方向へ延びる長孔２ａが形成される。また、この長孔２ａに対応して、ケース２の外側には、第２シリンダ１４を上下方向へ案内するためのガイド１７が設けられる。軸素材５が軸方向圧縮手段により圧縮されることで、中間型６の上下方向における位置が変わる。この中間型６の変位に合わせて第２シリンダ１４を上下方向へ案内するために、長孔２ａとガイド１７が設けられる。
【００２４】
ケース２と上型４との間には、上型４の上下方向における位置を検出するための位置センサ２１が設けられる。この位置センサ２１は、図１に示す上型４の位置を初期位置として、その初期位置からの変位量を検出するようになっている。
【００２５】
第１及び第２のシリンダ１１，１４の動作を制御するために、第１及び第２の制御弁１３，１６の開度を制御するコントローラ２２が設けられる。このコントローラ２２は、第２シリンダ１４及び中間型６等による軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧を制御するための押圧制御手段に相当する。そして、この実施形態では、このコントローラ２２は、第１シリンダ１１及び上型４等による軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて第２シリンダ１４及び中間型６等による軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを制御するようになっている。
【００２６】
図２に、コントローラ２２による制御内容をフローチャートにより示す。このフローチャートに示す制御プログラムは、コントローラ２２のメモリ（図示略）に格納される。
【００２７】
冷間鍛造によりクランクシャフトを製造するに際して、図１に示す初期状態において、ステップ１００で、この製造装置１が起動されると、ステップ１１０で、コントローラ２２は、第１シリンダ１１を始動させる。すなわち、コントローラ２２は、第１制御弁１３を制御して第１シリンダ１１に油圧を供給し始める。これにより、上型４に下方向の荷重を供給し始め、軸素材５を軸方向に圧縮し始める。
【００２８】
次に、コントローラ２２は、ステップ１２０で、位置センサ２１の信号を読み込み、ステップ１３０で、上型４が所定位置まで移動したか否かを判断する。この所定位置は、上型４による軸素材５の「圧縮進行率」に置き換えて表すことができる。「圧縮進行率」は、軸素材５が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合を意味する。この「圧縮進行率」として、「０．１５」以下の正の値を当てはめることができる。つまり、所定位置は、上型４による軸素材５の圧縮が１割５分進行するまでの範囲内で設定することができる。例えば、この「圧縮進行率」を、「０」にしたり、「０．１」にしたり、「０．１５」に設定したりすることができる。そして、コントローラ２２は、この判断結果が否定となる場合は、処理をステップ１２０へ戻し、ステップ１２０，１３０の処理を繰り返す。一方、ステップ１３０の判断結果が肯定となる場合は、コントローラ２２は、処理をステップ１４０へ移行する。
【００２９】
ステップ１４０で、コントローラ２２は、第２シリンダ１４を始動させる。すなわち、コントローラ２２は、第２制御弁１６を制御して第２シリンダ１４に油圧を供給し始める。これにより、中間型６に特定方向ＳＤの荷重を供給し始め、軸素材５を特定方向ＳＤへ押圧し始める。
【００３０】
その後、コントローラ２２は、ステップ１５０で、位置センサ２１の信号を読み込み、ステップ１６０で、上型４が全ストロークの最終移動位置に到達したか否かを判断する。そして、コントローラ２２は、この判断結果が否定となる場合は、処理をステップ１５０へ戻し、ステップ１５０，１６０の処理を繰り返す。一方、ステップ１６０の判断結果が肯定となる場合、コントローラ２２は、ステップ１７０で、第１及び第２のシリンダ１１，１４を停止させる。すなわち、コントローラ２２は、第１及び第２の制御弁１３，１６を制御して第１及び第２のシリンダ１１，１４への油圧の供給を停止させる。これにより、上型４及び中間型６への荷重の供給を停止させる。
【００３１】
ここで、コントローラ２２が上記した制御プログラムを実行することで得られる、上型４及び中間型６への荷重供給の挙動を図３にタイムチャートにより示す。図３に示すように、時刻ｔ０で、上型４への圧縮荷重の供給が開始されると、少し後の時刻ｔ１で、中間型６への押圧荷重の供給が開始される。その後、上型４及び中間型６への荷重の供給が並行して続けられ、時刻ｔ２で、上型４への圧縮荷重の供給が停止されると同時に中間型６への押圧荷重の供給が停止される。
【００３２】
上記のように中間型６への押圧荷重供給の開始タイミングを、上型４への圧縮荷重供給の進行に応じて制御するのは、軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて制御するためである。これにより、図１０に示す張出し量ＨＲと偏芯量ＨＳを所要値に設定することができる。張出し量ＨＲを所要値にするのは、図１０に示すジャーナル部７ｃにスラストベアリングを装着できるようにするためである。偏芯量ＨＳを所要値にするのは、図１０に示すピン部７ａに組み付けられるコンロッド（図示略）のストローク量を所要値だけ確保するためである。
【００３３】
ここで、上記した偏芯量ＨＳと張出し量ＨＲとの関係を図４にグラフにより示す。図４において、偏芯量及び張出し量の両方を満たす領域を「目標領域」とする。図４に点Ｐ１で示すように、偏芯量と張出し量の両方を「目標領域」の値とするには、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて、軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、上記のように制御する必要がある。これに対し、軸素材５を軸方向に圧縮するだけで、特定方向ＳＤへ押圧しない場合は、図４に点Ｐ２で示すように、偏芯量と張出し量を「目標領域」の値とすることができない。
【００３４】
上記した「圧縮進行率」を「０．１５」以下の値に設定したのは、以下のような理由による。図５に、圧縮進行率と張出し量との関係をグラフに示す。図６に、圧縮進行率と偏芯量との関係をグラフに示す。これらグラフは、所定の寸法（直径「４８φ」、全長「３００ｍｍ」）の軸素材を、所定の荷重により特定方向ＳＤへ押圧したときの実験結果を示す。図５に示すように、張出し量は、圧縮進行率が「０〜１」の全範囲で「目標領域」に入ることが分かる。また、図６に示すように、偏芯量は、圧縮進行率が「０．１５以下」の範囲で「目標領域」に入ることが分かる。これにより、張出し量と偏芯量の両方が「目標領域」に入るのは、圧縮進行率が「０．１５」以下の値であることが分かる。これら実験結果に基づいて圧縮進行率が「０．１５」以下の値に設定される。
【００３５】
上記したコントローラ２２の制御により進められるクランクシャフトの成形過程を、図７（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）に概略的に断面図により示す。
【００３６】
先ず、図７（Ａ）に示すように、初期状態から、上型４への圧縮荷重の供給を開始することにより、軸素材５に対する軸方向への圧縮を開始する。その後、図７（Ｂ）の（１）に示すように、中間型６への押圧荷重の供給を開始することにより、軸素材５に対する特定方向ＳＤへの押圧を開始すると共に、図７（Ｂ）の（２）に示すように、上型４へ圧縮荷重を供給することにより、軸素材５に対する軸方向への圧縮を続ける。その後、図７（Ｃ）に示すように、上型４が最終移動位置に到達したときに、軸素材５に対する軸方向への圧縮及び特定方向ＳＤへの押圧を停止する。これにより、図７（Ｃ）に示すように、１気筒用エンジンに使用されるクランクシャフト７の成形を完了する。
【００３７】
ここで、図７（Ｃ）に示すクランクシャフト７は、そのままエンジンに使用できる最終製品ではなく、最終製品のための粗形材である。従って、その後、粗形材であるクランクシャフト７の細部に必要な加工を施すことで、クランクシャフトとしての最終製品を得ることができる。
【００３８】
上記したように、この実施形態では、軸素材５からクランクシャフト７を製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法として、以下のような方法を実施している。すなわち、軸素材５をその軸方向に圧縮することにより、軸素材５を据え込み、その圧縮に同期させて軸素材５の中間部位５ａをその半径方向における特定方向ＳＤへ押圧することにより、その中間部位５ａを偏芯させ、軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを制御するようにしている。具体的には、特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、軸素材５が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として「０．１５」以下の所定値に制御するようにしている。
【００３９】
以上説明したこの実施形態における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法によれば、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを制御するので、軸素材５の中間部位５ａの偏芯量と、軸素材５の据え込み量との両方が調整可能となる。このため、この製造方法により製造されるクランクシャフト７につき、図１０におけるピン部７ａの偏芯量ＨＳと、ジャーナル部７ｃからのアーム部７ｂの張出し量ＨＲとの両方を任意に調整することができる。
【００４０】
特に、この実施形態では、軸素材５の軸方向への圧縮の進行における特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として０．１５以下の所定値に制御するので、軸素材５の中間部位５ａが必要な量だけ偏芯すると共に、その偏芯に合わせて軸素材５が必要な量だけ据え込まれる。このため、図１０における偏芯量ＨＳと張出し量ＨＲとの両方を必要な量だけ確保することができる。
【００４１】
また、この実施形態における製造装置１によれば、上記した製造方法を実施できるので、上記したと同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、本発明における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００４４】
図８に、この実施形態における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置３１の概略構成を断面図により示す。この実施形態の製造装置３１は、第１実施形態とは異なり、２気筒用エンジンに使用されるクランクシャフトを製造するように構成される。すなわち、この製造装置３１は、ケース２、下型３及び上型４の他に、第１中間型３２、第２中間型３３及びジャーナル部用型３４を備える。
【００４５】
二分割可能に構成されたジャーナル部用型３４は、軸素材５に対しその軸線方向の中間部に保持される。ただし、このジャーナル部用型３４は、軸素材５上を上下に移動可能となっている。下型３及び上型４の嵌合穴３ａ，４ａ、並びに、ジャーナル部用方３４により拘束される軸素材５の両端部と中間部は、成形後にはクランクシャフトの３つのジャーナル部となる。
【００４６】
第１中間型３２は、上型４とジャーナル部用型３４との間の中間部にて軸素材５の所定部位５ｂに保持される。第２中間型３３は、下型３とジャーナル部用型３４との間の中間部にて軸素材５の所定部位５ｃに保持される。上型４の下面、下型３の上面は、それぞれ所定形状の型面（図示略）を有する。ジャーナル部用型３４の上下両面、第１中間型３２の上下両面及び第２中間型３３の上下両面は、所定形状の型面（図示略）を有する。第１及び第２の中間型３２，３４により拘束される軸素材５の所定部位５ｂ，５ｃは、成形後にはクランクシャフトの２つのピン部となる。
【００４７】
上型４に対応して、第１シリンダ１１、第１油圧配管１２を含む油圧装置（図示略）、第１制御弁１３が設けられる。そして、下型３、上型４、第１シリンダ１１、第１油圧配管１２及び第１制御弁１３により、軸素材５を軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段が構成される。
【００４８】
第１中間型３２に対応して、同中間型３２を水平方向へ駆動させるための第２シリンダ１４が設けられる。第２シリンダ１４に関連して、第２油圧配管１５を含む油圧装置（図示略）、第２制御弁１６が設けられる。そして、第１中間型３２、第２油圧シリンダ１４、第２油圧配管１５及び第２制御弁１６により、軸方向圧縮手段から独立して軸素材５の所定部位５ｂを、軸素材５の半径方向における特定方向ＳＤ１へ押圧するための特定方向押圧手段が構成される。また、第２シリンダ１４に対応して、ケース２には、長孔２ａ及びガイド１７が設けられる。
【００４９】
第２中間型３３に対応して、同中間型３３を水平方向へ駆動させるための第３シリンダ１８が設けられる。第３シリンダ１８に関連して、第３油圧配管１９を含む油圧装置（図示略）、第３制御弁２０が設けられる。第３シリンダ１８のピストンロッド１８ａは、第２中間型３３の側面に連結される。そして、第２中間型３３、第３油圧シリンダ１８、第３油圧配管１９及び第３制御弁２０により、軸方向圧縮手段から独立して軸素材５の所定部位５ｃを、軸素材５の半径方向における特定方向ＳＤ２（上記特定方向ＳＤ１とは反対の方向）へ押圧するための特定方向押圧手段が構成される。また、第３シリンダ１８に対応して、ケース２には、長孔２ａ及びガイド１７が設けられる。
【００５０】
この実施形態で、コントローラ２２は、第１〜第３のシリンダ１１，１４，１８の動作を制御するために、第１〜第３の制御弁１３，１６，２０の開度を制御する。このコントローラ２２は、第２及び第３のシリンダ１４，１８及び第１及び第２の中間型３２，３３等による軸素材５特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧を制御するための押圧制御手段に相当する。そして、この実施形態では、このコントローラ２２は、第１シリンダ１１及び上型４等による軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて第２及び第３のシリンダ１４，１８及び第１及び第２の中間型３２，３３等による軸素材５の特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを制御するようになっている。
【００５１】
この実施形態では、上記した製造装置３１を使用することにより、軸素材５からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法が実施される。すなわち、軸素材５を軸方向に圧縮することにより、軸素材５を据え込み、その圧縮に同期させて軸素材５の２つの所定部位５ｂ，５ｃを半径方向における２つの特定方向ＳＤ１，ＳＤ２へ押圧することにより、それら所定部位５ｂ，５ｃを偏芯させ、軸方向への圧縮の進行に応じて異なる特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを制御するようにしている。具体的には、特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として「０．１５」以下の所定値に制御するようにしている。
【００５２】
従って、この実施形態の製造方法及び製造装置３１によれば、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。この実施形態では、第１実施形態と異なり、２気筒用エンジンに使用されるクランクシャフトを製造することができる。
【００５３】
図９に、上記した製造方法及び製造装置３１により製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部におけるアーム部の張出し量との関係をグラフにより示す。図９において、偏芯量及び張出し量の両方を満たす領域を「目標領域」とする。図９に点Ｐ１〜Ｐ３で示すように、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて、軸素材５の特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを制御することにより、偏芯量と張出し量の両方を「目標領域」の値にしたり、その「目標領域」の値に近付けることができる。これに対し、軸素材５を軸方向に圧縮するだけで、特定方向ＳＤ１，ＳＤ２へ押圧しない場合は、図９に点Ｐ４で示すように、偏芯量及び張出し量を「目標領域」の値とすることができない。
【００５４】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することができる。
【００５５】
例えば、前記第２実施形態では、２気筒用エンジンのクランクシャフトを製造するために、製造装置３１には、下型３及び上型４の他に、２つの中間型３２，３３、１つのジャーナル部用型３４等を設けた。これに対し、３気筒用エンジンのクランクシャフトを製造するために、下型及び上型の他に、３つの中間型、２つのジャーナル部用型等を設けることとなる。つまり、軸素材の複数の所定部位を半径方向における特定方向へ押圧するために、複数の特定方向押圧手段を設けることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、エンジン等に使用されるクランクシャフトの製造のために利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 製造装置
３ 下型（軸方向圧縮手段）
４ 上型（軸方向圧縮手段）
５ 軸素材
５ａ 中間部位（所定部位）
５ｂ 所定部位
５ｃ 所定部位
６ 中間型（特定方向押圧手段）
７ クランクシャフト
１１ 第１シリンダ（軸方向圧縮手段）
１２ 第１油圧配管（軸方向圧縮手段）
１３ 第１制御弁（軸方向圧縮手段）
１４ 第２シリンダ（特定方向押圧手段）
１５ 第２油圧配管（特定方向押圧手段）
１６ 第２制御弁（特定方向押圧手段）
１８ 第３シリンダ（特定方向押圧手段）
１９ 第３油圧配管（特定方向押圧手段）
２０ 第３制御弁（特定方向押圧手段）
２２ コントローラ（押圧制御手段）
３１ 製造装置
３２ 第１中間型（特定方向押圧手段）
３３ 第２中間型（特定方向押圧手段）
ＳＤ 特定方向
ＳＤ１ 特定方向
ＳＤ２ 特定方向
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジン等に使用されるクランクシャフトに係り、詳しくは、冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される一体型クランクシャフトの鍛造制御方法と鍛造装置が知られている。この技術では、一体型クランクシャフトを製造するために、先ず、ピン部と、ピン部の両側にそれぞれ位置するアーム部と、両側のアーム部を挟むように位置する一対のジャーナル部とを含む丸棒状の素材を予備加工し、この素材を部分的に加熱しておく。その後、両側のジャーナル部を、一対の把持ダイスにより把持し、クロスヘッドの圧下に連動させて、素材の軸方向において互いに接近するように両把持ダイスを駆動し、両アーム部を圧縮して据え込む。また、この圧縮と共に、ピン部を、クロスヘッドに連結されたポンチにより、素材の軸方向と直角な方向（偏芯方向）へ押し下げ、かつ、両把持ダイスの両側に設けた横押しシリンダを制御して両アーム部を圧縮することにより、単位クランクスロー部を成形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２９７２０号公報
【特許文献２】特開平３−０６０８３７号公報
【特許文献３】特開２００３−３２６３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の技術では、丸棒状の素材を軸方向へ据え込むことで、クランクシャフトの「張出し」を確保し、その後に、ピン部を偏芯方向へ押し下げるようにしていた。このため、ピン部を偏芯方向へ押し下げるための長さを素材から十分に得られないおそれがあった。この結果、クランクシャフトを冷間鍛造した場合に、ピン部の偏芯量を十分に確保できなくなるおそれがあった。
【０００５】
ここで、クランクシャフトの成形に当たり、次の２つの事項を確保する必要がある。図１０に、クランクシャフト７の一部を正面図により示す。クランクシャフト７は、ピン部７ａと、ピン部７ａの両側にそれぞれ位置するアーム部７ｂと、両側のアーム部７ｂを挟むように位置する一対のジャーナル部７ｃとを含む。ここで、一つ目の事項として、アーム部７ｂには、ピン部７ａと反対側に、張出し量ＨＲを十分に確保する必要がある。これは、ジャーナル部７ｃにスラストベアリングを適正に装着するためである。二つ目の事項として、ピン部７ａの偏芯量ＨＳを適正に決定する必要がある。これは、ピン部７ａに組み付けられるコンロッドにつき、所要のストローク量を確保するためである。
【０００６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を調整可能とした冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を提供することにある。この発明の別の目的は、製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を必要な量だけ確保することを可能とした冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法において、軸素材をその軸方向に圧縮することにより、軸素材を据え込み、圧縮に同期させて軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧することにより、所定部位を偏芯させ、軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを趣旨とする。
【０００８】
上記発明の構成によれば、軸素材の軸方向への圧縮の進行に応じて軸素材の特定方向への押圧の開始タイミングを制御するので、軸素材の所定部位の偏芯量と、軸素材の据え込み量との両方が調整可能となる。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、軸方向への圧縮の進行における特定方向への押圧の開始タイミングを、軸素材が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、軸方向への圧縮の進行における特定方向への押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として０．１５以下の所定値に制御するので、軸素材の所定部位が必要な量だけ偏芯すると共に、その偏芯に合わせて軸素材が必要な量だけ据え込まれる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置において、軸素材をその軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段と、軸方向圧縮手段から独立して軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧するための特定方向押圧手段と、特定方向押圧手段による押圧を制御するための押圧制御手段とを備え、押圧制御手段は、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、押圧制御手段が、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを制御するので、軸素材の所定部位の偏芯量と、軸素材の据え込み量との両方が調整可能となる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、押圧制御手段は、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行における特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを、軸素材が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、軸方向圧縮手段による軸方向への圧縮の進行における特定方向押圧手段による特定方向への押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として０．１５以下の所定値に制御するので、軸素材の所定部位が必要な量だけ偏芯すると共に、その偏芯に合わせて軸素材が必要な量だけ据え込まれる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を調整することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を必要な量だけ確保することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、製造されたクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を調整することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、ピン部の偏芯量とジャーナル部からのアーム部の張出し量との両方を必要な量だけ確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係り、クランクシャフトの製造装置の概略構成を示す断面図。
【図２】第１実施形態に係り、コントローラによる制御内容を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態に係り、上型と中間型への荷重供給の挙動を示すタイムチャート。
【図４】第１実施形態に係り、偏芯量と張出し量との関係を示すグラフ。
【図５】第１実施形態に係り、圧縮進行率と張出し量との関係を示すグラフ。
【図６】第１実施形態に係り、圧縮進行率と偏芯量との関係を示すグラフ。
【図７】第１実施形態に係り、クランクシャフトの成形過程を概略的に示す断面図。
【図８】第２実施形態に係り、クランクシャフトの製造装置の概略構成を示す断面図。
【図９】第２実施形態に係り、偏芯量と張出し量との関係を示すグラフ。
【図１０】従来例に係り、クランクシャフトの一部を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
以下、本発明における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に、この実施形態における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置１の概略構成を断面図により示す。この製造装置１は、筒形をなすケース２と、ケース２の底部に嵌め込まれた固定型である下型３と、下型３に対向してケース２の中を上下動可能に設けられた可動型である上型４とを備える。これら下型３及び上型４との間に金属製の丸棒状の軸素材５が保持されるようになっている。下型３には、軸素材５の下端部を支持する嵌合穴３ａが形成され、上型４には、軸素材５の上端部を支持する嵌合穴４ａが形成される。これら嵌合穴３ａ，４ａにより拘束される軸素材５の両端部が、成形後にはクランクシャフトの２つのジャーナル部となる。また、下型３と上型４との間に保持された軸素材５の所定部位としての中間部位５ａには、二分割可能に構成された中間型６が保持されるようになっている。上型４の下面、下型３の上面は、それぞれ所定形状の型面（図示略）を有する。中間型６の上下両面は、上型４の型面及び下型３の型面との協働によりクランクシャフトの各部を成形するための型面（図示略）を有する。中間型６により拘束される軸素材５の中間部位５ａが、成形後にはクランクシャフトの１つのピン部となる。
【００２２】
上型４には、上型４を上下方向へ駆動させるための第１シリンダ１１が設けられる。第１シリンダ１１のピストンロッド１１ａが上型４の上面に連結される。第１シリンダ１１には、第１油圧配管１２を含む油圧装置（図示略）により所定の油圧が供給可能となっている。この第１油圧配管１２には、第１シリンダ１１に供給される油圧を制御するための第１制御弁１３が設けられる。そして、下型３、上型４、第１シリンダ１１、第１油圧配管１２及び第１制御弁１３により、軸素材５を軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段が構成される。
【００２３】
中間型６には、中間型６を水平方向へ駆動させるための第２シリンダ１４が設けられる。第２シリンダ１４のピストンロッド１４ａが中間型６の外周面に連結される。第２シリンダ１４には、第２油圧配管１５を含む油圧装置（図示略）により所定の油圧が供給可能となっている。この第２油圧配管１５には、第２シリンダ１４に供給される油圧を制御するための第２制御弁１６が設けられる。そして、中間型６、第２油圧シリンダ１４、第２油圧配管１５及び第２制御弁１６により、軸方向圧縮手段から独立して軸素材５の中間部位５ａを、軸素材５の半径方向における特定方向ＳＤへ押圧するための特定方向押圧手段が構成される。第２シリンダ１４に対応して、ケース２には、上下方向へ延びる長孔２ａが形成される。また、この長孔２ａに対応して、ケース２の外側には、第２シリンダ１４を上下方向へ案内するためのガイド１７が設けられる。軸素材５が軸方向圧縮手段により圧縮されることで、中間型６の上下方向における位置が変わる。この中間型６の変位に合わせて第２シリンダ１４を上下方向へ案内するために、長孔２ａとガイド１７が設けられる。
【００２４】
ケース２と上型４との間には、上型４の上下方向における位置を検出するための位置センサ２１が設けられる。この位置センサ２１は、図１に示す上型４の位置を初期位置として、その初期位置からの変位量を検出するようになっている。
【００２５】
第１及び第２のシリンダ１１，１４の動作を制御するために、第１及び第２の制御弁１３，１６の開度を制御するコントローラ２２が設けられる。このコントローラ２２は、第２シリンダ１４及び中間型６等による軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧を制御するための押圧制御手段に相当する。そして、この実施形態では、このコントローラ２２は、第１シリンダ１１及び上型４等による軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて第２シリンダ１４及び中間型６等による軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを制御するようになっている。
【００２６】
図２に、コントローラ２２による制御内容をフローチャートにより示す。このフローチャートに示す制御プログラムは、コントローラ２２のメモリ（図示略）に格納される。
【００２７】
冷間鍛造によりクランクシャフトを製造するに際して、図１に示す初期状態において、ステップ１００で、この製造装置１が起動されると、ステップ１１０で、コントローラ２２は、第１シリンダ１１を始動させる。すなわち、コントローラ２２は、第１制御弁１３を制御して第１シリンダ１１に油圧を供給し始める。これにより、上型４に下方向の荷重を供給し始め、軸素材５を軸方向に圧縮し始める。
【００２８】
次に、コントローラ２２は、ステップ１２０で、位置センサ２１の信号を読み込み、ステップ１３０で、上型４が所定位置まで移動したか否かを判断する。この所定位置は、上型４による軸素材５の「圧縮進行率」に置き換えて表すことができる。「圧縮進行率」は、軸素材５が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合を意味する。この「圧縮進行率」として、「０．１５」以下の正の値を当てはめることができる。つまり、所定位置は、上型４による軸素材５の圧縮が１割５分進行するまでの範囲内で設定することができる。例えば、この「圧縮進行率」を、「０」にしたり、「０．１」にしたり、「０．１５」に設定したりすることができる。そして、コントローラ２２は、この判断結果が否定となる場合は、処理をステップ１２０へ戻し、ステップ１２０，１３０の処理を繰り返す。一方、ステップ１３０の判断結果が肯定となる場合は、コントローラ２２は、処理をステップ１４０へ移行する。
【００２９】
ステップ１４０で、コントローラ２２は、第２シリンダ１４を始動させる。すなわち、コントローラ２２は、第２制御弁１６を制御して第２シリンダ１４に油圧を供給し始める。これにより、中間型６に特定方向ＳＤの荷重を供給し始め、軸素材５を特定方向ＳＤへ押圧し始める。
【００３０】
その後、コントローラ２２は、ステップ１５０で、位置センサ２１の信号を読み込み、ステップ１６０で、上型４が全ストロークの最終移動位置に到達したか否かを判断する。そして、コントローラ２２は、この判断結果が否定となる場合は、処理をステップ１５０へ戻し、ステップ１５０，１６０の処理を繰り返す。一方、ステップ１６０の判断結果が肯定となる場合、コントローラ２２は、ステップ１７０で、第１及び第２のシリンダ１１，１４を停止させる。すなわち、コントローラ２２は、第１及び第２の制御弁１３，１６を制御して第１及び第２のシリンダ１１，１４への油圧の供給を停止させる。これにより、上型４及び中間型６への荷重の供給を停止させる。
【００３１】
ここで、コントローラ２２が上記した制御プログラムを実行することで得られる、上型４及び中間型６への荷重供給の挙動を図３にタイムチャートにより示す。図３に示すように、時刻ｔ０で、上型４への圧縮荷重の供給が開始されると、少し後の時刻ｔ１で、中間型６への押圧荷重の供給が開始される。その後、上型４及び中間型６への荷重の供給が並行して続けられ、時刻ｔ２で、上型４への圧縮荷重の供給が停止されると同時に中間型６への押圧荷重の供給が停止される。
【００３２】
上記のように中間型６への押圧荷重供給の開始タイミングを、上型４への圧縮荷重供給の進行に応じて制御するのは、軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて制御するためである。これにより、図１０に示す張出し量ＨＲと偏芯量ＨＳを所要値に設定することができる。張出し量ＨＲを所要値にするのは、図１０に示すジャーナル部７ｃにスラストベアリングを装着できるようにするためである。偏芯量ＨＳを所要値にするのは、図１０に示すピン部７ａに組み付けられるコンロッド（図示略）のストローク量を所要値だけ確保するためである。
【００３３】
ここで、上記した偏芯量ＨＳと張出し量ＨＲとの関係を図４にグラフにより示す。図４において、偏芯量及び張出し量の両方を満たす領域を「目標領域」とする。図４に点Ｐ１で示すように、偏芯量と張出し量の両方を「目標領域」の値とするには、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて、軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、上記のように制御する必要がある。これに対し、軸素材５を軸方向に圧縮するだけで、特定方向ＳＤへ押圧しない場合は、図４に点Ｐ２で示すように、偏芯量と張出し量を「目標領域」の値とすることができない。
【００３４】
上記した「圧縮進行率」を「０．１５」以下の値に設定したのは、以下のような理由による。図５に、圧縮進行率と張出し量との関係をグラフに示す。図６に、圧縮進行率と偏芯量との関係をグラフに示す。これらグラフは、所定の寸法（直径「４８φ」、全長「３００ｍｍ」）の軸素材を、所定の荷重により特定方向ＳＤへ押圧したときの実験結果を示す。図５に示すように、張出し量は、圧縮進行率が「０〜１」の全範囲で「目標領域」に入ることが分かる。また、図６に示すように、偏芯量は、圧縮進行率が「０．１５以下」の範囲で「目標領域」に入ることが分かる。これにより、張出し量と偏芯量の両方が「目標領域」に入るのは、圧縮進行率が「０．１５」以下の値であることが分かる。これら実験結果に基づいて圧縮進行率が「０．１５」以下の値に設定される。
【００３５】
上記したコントローラ２２の制御により進められるクランクシャフトの成形過程を、図７（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）に概略的に断面図により示す。
【００３６】
先ず、図７（Ａ）に示すように、初期状態から、上型４への圧縮荷重の供給を開始することにより、軸素材５に対する軸方向への圧縮を開始する。その後、図７（Ｂ）の（１）に示すように、中間型６への押圧荷重の供給を開始することにより、軸素材５に対する特定方向ＳＤへの押圧を開始すると共に、図７（Ｂ）の（２）に示すように、上型４へ圧縮荷重を供給することにより、軸素材５に対する軸方向への圧縮を続ける。その後、図７（Ｃ）に示すように、上型４が最終移動位置に到達したときに、軸素材５に対する軸方向への圧縮及び特定方向ＳＤへの押圧を停止する。これにより、図７（Ｃ）に示すように、１気筒用エンジンに使用されるクランクシャフト７の成形を完了する。
【００３７】
ここで、図７（Ｃ）に示すクランクシャフト７は、そのままエンジンに使用できる最終製品ではなく、最終製品のための粗形材である。従って、その後、粗形材であるクランクシャフト７の細部に必要な加工を施すことで、クランクシャフトとしての最終製品を得ることができる。
【００３８】
上記したように、この実施形態では、軸素材５からクランクシャフト７を製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法として、以下のような方法を実施している。すなわち、軸素材５をその軸方向に圧縮することにより、軸素材５を据え込み、その圧縮に同期させて軸素材５の中間部位５ａをその半径方向における特定方向ＳＤへ押圧することにより、その中間部位５ａを偏芯させ、軸方向への圧縮の進行に応じて特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを制御するようにしている。具体的には、特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、軸素材５が圧縮により縮小する軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として「０．１５」以下の所定値に制御するようにしている。
【００３９】
以上説明したこの実施形態における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法によれば、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて軸素材５の特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを制御するので、軸素材５の中間部位５ａの偏芯量と、軸素材５の据え込み量との両方が調整可能となる。このため、この製造方法により製造されるクランクシャフト７につき、図１０におけるピン部７ａの偏芯量ＨＳと、ジャーナル部７ｃからのアーム部７ｂの張出し量ＨＲとの両方を任意に調整することができる。
【００４０】
特に、この実施形態では、軸素材５の軸方向への圧縮の進行における特定方向ＳＤへの押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として０．１５以下の所定値に制御するので、軸素材５の中間部位５ａが必要な量だけ偏芯すると共に、その偏芯に合わせて軸素材５が必要な量だけ据え込まれる。このため、図１０における偏芯量ＨＳと張出し量ＨＲとの両方を必要な量だけ確保することができる。
【００４１】
また、この実施形態における製造装置１によれば、上記した製造方法を実施できるので、上記したと同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、本発明における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法及び製造装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００４４】
図８に、この実施形態における冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置３１の概略構成を断面図により示す。この実施形態の製造装置３１は、第１実施形態とは異なり、２気筒用エンジンに使用されるクランクシャフトを製造するように構成される。すなわち、この製造装置３１は、ケース２、下型３及び上型４の他に、第１中間型３２、第２中間型３３及びジャーナル部用型３４を備える。
【００４５】
二分割可能に構成されたジャーナル部用型３４は、軸素材５に対しその軸線方向の中間部に保持される。ただし、このジャーナル部用型３４は、軸素材５上を上下に移動可能となっている。下型３及び上型４の嵌合穴３ａ，４ａ、並びに、ジャーナル部用方３４により拘束される軸素材５の両端部と中間部は、成形後にはクランクシャフトの３つのジャーナル部となる。
【００４６】
第１中間型３２は、上型４とジャーナル部用型３４との間の中間部にて軸素材５の所定部位５ｂに保持される。第２中間型３３は、下型３とジャーナル部用型３４との間の中間部にて軸素材５の所定部位５ｃに保持される。上型４の下面、下型３の上面は、それぞれ所定形状の型面（図示略）を有する。ジャーナル部用型３４の上下両面、第１中間型３２の上下両面及び第２中間型３３の上下両面は、所定形状の型面（図示略）を有する。第１及び第２の中間型３２，３４により拘束される軸素材５の所定部位５ｂ，５ｃは、成形後にはクランクシャフトの２つのピン部となる。
【００４７】
上型４に対応して、第１シリンダ１１、第１油圧配管１２を含む油圧装置（図示略）、第１制御弁１３が設けられる。そして、下型３、上型４、第１シリンダ１１、第１油圧配管１２及び第１制御弁１３により、軸素材５を軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段が構成される。
【００４８】
第１中間型３２に対応して、同中間型３２を水平方向へ駆動させるための第２シリンダ１４が設けられる。第２シリンダ１４に関連して、第２油圧配管１５を含む油圧装置（図示略）、第２制御弁１６が設けられる。そして、第１中間型３２、第２油圧シリンダ１４、第２油圧配管１５及び第２制御弁１６により、軸方向圧縮手段から独立して軸素材５の所定部位５ｂを、軸素材５の半径方向における特定方向ＳＤ１へ押圧するための特定方向押圧手段が構成される。また、第２シリンダ１４に対応して、ケース２には、長孔２ａ及びガイド１７が設けられる。
【００４９】
第２中間型３３に対応して、同中間型３３を水平方向へ駆動させるための第３シリンダ１８が設けられる。第３シリンダ１８に関連して、第３油圧配管１９を含む油圧装置（図示略）、第３制御弁２０が設けられる。第３シリンダ１８のピストンロッド１８ａは、第２中間型３３の側面に連結される。そして、第２中間型３３、第３油圧シリンダ１８、第３油圧配管１９及び第３制御弁２０により、軸方向圧縮手段から独立して軸素材５の所定部位５ｃを、軸素材５の半径方向における特定方向ＳＤ２（上記特定方向ＳＤ１とは反対の方向）へ押圧するための特定方向押圧手段が構成される。また、第３シリンダ１８に対応して、ケース２には、長孔２ａ及びガイド１７が設けられる。
【００５０】
この実施形態で、コントローラ２２は、第１〜第３のシリンダ１１，１４，１８の動作を制御するために、第１〜第３の制御弁１３，１６，２０の開度を制御する。このコントローラ２２は、第２及び第３のシリンダ１４，１８及び第１及び第２の中間型３２，３３等による軸素材５特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧を制御するための押圧制御手段に相当する。そして、この実施形態では、このコントローラ２２は、第１シリンダ１１及び上型４等による軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて第２及び第３のシリンダ１４，１８及び第１及び第２の中間型３２，３３等による軸素材５の特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを制御するようになっている。
【００５１】
この実施形態では、上記した製造装置３１を使用することにより、軸素材５からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法が実施される。すなわち、軸素材５を軸方向に圧縮することにより、軸素材５を据え込み、その圧縮に同期させて軸素材５の２つの所定部位５ｂ，５ｃを半径方向における２つの特定方向ＳＤ１，ＳＤ２へ押圧することにより、それら所定部位５ｂ，５ｃを偏芯させ、軸方向への圧縮の進行に応じて異なる特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを制御するようにしている。具体的には、特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを、圧縮進行率として「０．１５」以下の所定値に制御するようにしている。
【００５２】
従って、この実施形態の製造方法及び製造装置３１によれば、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。この実施形態では、第１実施形態と異なり、２気筒用エンジンに使用されるクランクシャフトを製造することができる。
【００５３】
図９に、上記した製造方法及び製造装置３１により製造されるクランクシャフトにつき、ピン部の偏芯量とジャーナル部におけるアーム部の張出し量との関係をグラフにより示す。図９において、偏芯量及び張出し量の両方を満たす領域を「目標領域」とする。図９に点Ｐ１〜Ｐ３で示すように、軸素材５の軸方向への圧縮の進行に応じて、軸素材５の特定方向ＳＤ１，ＳＤ２への押圧の開始タイミングを制御することにより、偏芯量と張出し量の両方を「目標領域」の値にしたり、その「目標領域」の値に近付けることができる。これに対し、軸素材５を軸方向に圧縮するだけで、特定方向ＳＤ１，ＳＤ２へ押圧しない場合は、図９に点Ｐ４で示すように、偏芯量及び張出し量を「目標領域」の値とすることができない。
【００５４】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することができる。
【００５５】
例えば、前記第２実施形態では、２気筒用エンジンのクランクシャフトを製造するために、製造装置３１には、下型３及び上型４の他に、２つの中間型３２，３３、１つのジャーナル部用型３４等を設けた。これに対し、３気筒用エンジンのクランクシャフトを製造するために、下型及び上型の他に、３つの中間型、２つのジャーナル部用型等を設けることとなる。つまり、軸素材の複数の所定部位を半径方向における特定方向へ押圧するために、複数の特定方向押圧手段を設けることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、エンジン等に使用されるクランクシャフトの製造のために利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 製造装置
３ 下型（軸方向圧縮手段）
４ 上型（軸方向圧縮手段）
５ 軸素材
５ａ 中間部位（所定部位）
５ｂ 所定部位
５ｃ 所定部位
６ 中間型（特定方向押圧手段）
７ クランクシャフト
１１ 第１シリンダ（軸方向圧縮手段）
１２ 第１油圧配管（軸方向圧縮手段）
１３ 第１制御弁（軸方向圧縮手段）
１４ 第２シリンダ（特定方向押圧手段）
１５ 第２油圧配管（特定方向押圧手段）
１６ 第２制御弁（特定方向押圧手段）
１８ 第３シリンダ（特定方向押圧手段）
１９ 第３油圧配管（特定方向押圧手段）
２０ 第３制御弁（特定方向押圧手段）
２２ コントローラ（押圧制御手段）
３１ 製造装置
３２ 第１中間型（特定方向押圧手段）
３３ 第２中間型（特定方向押圧手段）
ＳＤ 特定方向
ＳＤ１ 特定方向
ＳＤ２ 特定方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法において、
前記軸素材をその軸方向に圧縮することにより、前記軸素材を据え込み、前記圧縮に同期させて前記軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧することにより、前記所定部位を偏芯させ、前記軸方向への圧縮の進行に応じて前記特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを特徴とする冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記軸方向への圧縮の進行における前記特定方向への押圧の開始タイミングを、前記軸素材が圧縮により縮小する前記軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある前記軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置において、
前記軸素材をその軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段と、
前記軸方向圧縮手段から独立して前記軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧するための特定方向押圧手段と、
前記特定方向押圧手段による押圧を制御するための押圧制御手段と
を備え、前記押圧制御手段は、前記軸方向圧縮手段による前記軸方向への圧縮の進行に応じて前記特定方向押圧手段による前記特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを特徴とする冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置。
【請求項４】
前記押圧制御手段は、前記軸方向圧縮手段による前記軸方向への圧縮の進行における前記特定方向押圧手段による前記特定方向への押圧の開始タイミングを、前記軸素材が圧縮により縮小する前記軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある前記軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを特徴とする請求項３に記載の冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置。
【請求項１】
軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法において、
前記軸素材をその軸方向に圧縮することにより、前記軸素材を据え込み、前記圧縮に同期させて前記軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧することにより、前記所定部位を偏芯させ、前記軸方向への圧縮の進行に応じて前記特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを特徴とする冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法。
【請求項２】
前記軸方向への圧縮の進行における前記特定方向への押圧の開始タイミングを、前記軸素材が圧縮により縮小する前記軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある前記軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを特徴とする請求項１に記載の冷間鍛造によるクランクシャフトの製造方法。
【請求項３】
軸素材からクランクシャフトを製造する冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置において、
前記軸素材をその軸方向へ圧縮するための軸方向圧縮手段と、
前記軸方向圧縮手段から独立して前記軸素材の所定部位をその半径方向における特定方向へ押圧するための特定方向押圧手段と、
前記特定方向押圧手段による押圧を制御するための押圧制御手段と
を備え、前記押圧制御手段は、前記軸方向圧縮手段による前記軸方向への圧縮の進行に応じて前記特定方向押圧手段による前記特定方向への押圧の開始タイミングを制御することを特徴とする冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置。
【請求項４】
前記押圧制御手段は、前記軸方向圧縮手段による前記軸方向への圧縮の進行における前記特定方向押圧手段による前記特定方向への押圧の開始タイミングを、前記軸素材が圧縮により縮小する前記軸方向の全長さに対する圧縮により縮小しつつある前記軸方向の長さの割合（圧縮進行率）として０．１５以下の所定値に制御することを特徴とする請求項３に記載の冷間鍛造によるクランクシャフトの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−５６５１２（Ｐ２０１１−５６５１２Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０５４５８（Ｐ２００９−２０５４５８）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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