JPH05169177A - クランクシャフトの製造方法及びこれに使用できる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】クランクシャフトの軸長の短縮化を図り、内燃
機関の小型化に貢献すること。 【構成】クランクシャフト材８００のカウンタウエイト
８０５間に盤状の挿入部３をそれぞれ挿入し、カウンタ
ウエイト８０５の側面８０５ａと挿入部３との間に隙間
５を形成する。その状態で、プレス装置を駆動させてク
ランクシャフト材８００を軸長方向に強圧することによ
り、互いに対面するカウンタウエイト８０５間の間隔を
狭小化する。カウンタウエイト８０５の異常変形は挿入
部３で防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクランクシャフトの製造
方法及びこれに使用できる装置に関する。本発明は、例
えば、車両の内燃機関に使用されるクランクシャフトの
製造に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】機関、例えば内燃機関では、クランクシ
ャフトが使用されている。クランクシャフトはピストン
の往復運動をコンロッドを介して回転運動に変換してト
ルクをとりだすものである。ここで、図５に成形工程、
切削工程を経た完成品としてのクランクシャフトを示
す。図５に示す様に、クランクシャフト１００は、軸芯
をもつジャーナル１０１と、軸芯の周方向に所定間隔を
隔てて配置された複数個のピン１０３と、複数個のカウ
ンタウエイト１０５とを備えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、本出
願人は、互いに対面するカウンタウエイト１０５の間隔
寸法を狭小化したクランクシャフト１００を製造するこ
とを試みている。かかるクランクシャフト１００によれ
ば、その軸長が短縮化され、内燃機関の小型化、軽量化
等に貢献できる。

【０００４】しかしながら、この場合には、互いに対面
するカウンタウエイト１０５の間隔寸法の狭小化に起因
して、クランクシャフト材を成形する際に問題が生じ
る。即ち、切削加工前の素材としてのクランクシャフト
材を鍛造成形する場合には、互いに対面するカウンタウ
エイトを形成する型部分の肉厚が薄くなり、その型部分
の強度、耐久性の向上には限界がある。そのため、その
型部分は短期間に破損し易い。かかる問題はクランクシ
ャフト材を鋳造成形する場合にも生じる。

【０００５】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、互いに対面するカウンタウエイト間の間隔寸法
を狭小化でき、内燃機関等の機関の小型化、軽量化に貢
献できるクランクシャフトの製造方法及びこれに使用で
きる装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるクランク
シャフトの製造方法は、軸芯をもつジャーナルと軸芯の
周方向に所定間隔を隔てて配置された少なくとも１個の
ピンと複数個のカウンタウエイトとを備えた金属製のク
ランクシャフト材を成形する成形工程と、クランクシャ
フト材を軸長方向に強圧することにより、互いに対面す
る少なくとも２個のカウンタウエイト間の間隔を狭小化
する加圧工程とを順に実施することを特徴とするもので
ある。

【０００７】成形工程では、鍛造成形、鋳造成形でクラ
ンクシャフト材を形成できる。このときピン、カウンタ
ウエイト、ジャーナルも成形される。加圧工程では、ク
ランクシャフト材を軸長方向に強圧するが、この場合、
クランクシャフトの軸長方向の一端部および他端部の双
方を軸長方向において強圧しても良いし、あるいは、一
端部および他端部の一方を保持した状態で他端部を強圧
しても良い。

【０００８】加圧工程は、一般的に、クランクシャフト
材の変形性を確保すべく、クランクシャフト材の温度が
高温の熱間状態で行うが、変形量、クランクシャフト材
の材質等の如何によっては、クランクシャフト材が常温
域である冷間状態で行うこともできる。また加圧工程に
先立ち、クランクシャフト材の全体または一部を加熱す
る加熱工程をおこなうことも好ましい。クランクシャフ
ト材の変形性を確保できるからである。加熱温度はクラ
ンクシャフト材の種類に応じて適宜選択できるが、クラ
ンクシャフト材が炭素鋼系、合金鋼系の場合には８００
〜９５０°Ｃ程度にできる。クランクシャフト材の一部
を加熱する場合には、主としてカウンタウエイトやピン
等を局部的に加熱するものの、ジャーナルは余り加熱し
ないか全く加熱しない様にすることもできる。その主た
る理由は、ジャーナルの変形を抑え、ジャーナルの軸芯
の精度を確保するためである。クランクシャフト材の全
体を加熱する場合には、重油炉、電気炉等を採用でき
る。また、クランクシャフトの一部を加熱する場合に
は、誘導加熱炉等を採用できる。

【０００９】また加圧工程では、カウンタウエイト間に
隙間をもって遊嵌される剛体部材、、厚み方向に塑性変
形または弾性変形可能な変形部材、あるいは、砂、マグ
ネシア、炭素粉末等の流動体を用い、これらを互いに対
面するカウンタウエイト間に挿入させた状態で行い得
る。この様にカウンタウエイト間に剛体部材、変形部
材、流動体を挿入させた状態で、クランクシャフトを軸
長方向において強圧すれば、カウンタウエイトの無用の
変形を軽減、回避するのに有利である。なお変形部材は
板バネ、皿バネ等のバネ部材を採用することもできる。

【００１０】また加圧工程では、ジャーナルに当接する
規制部材を用い、規制部材をジャーナルに当接し、クラ
ンクシャフト材の軸直角方向（つまり半径方向）におけ
るジャーナルの変位、変形を規制しつつ、軸長方向に強
圧することもできる。この様にすれば、ジャーナルの軸
芯の精度を維持するのに有利である。なお、本発明で用
いるクランクシャフト材の材質は、鉄鋼系、チタン合金
系等を適宜選択でき、又、カウンタウエイトの数は適宜
設定でき、例えば２個以上にできる。

【００１１】本発明にかかるクランクシャフトの製造装
置は、上記した製造方法を実施する際に使用できる装置
である。即ち、本発明にかかるクランクシャフトの製造
装置は、クランクシャフト材が配置される基部と、基部
にクランクシャフト材の軸長方向において移動可能に配
設され、かつ互いに対面するカウンタウエイト間に挿入
される複数個の挿入部とで構成され、挿入部の厚みは、
間隔を狭小化すべき互いに対面するカウンタウエイト間
の間隔よりも所定値ぶん小さいことを特徴とするもので
ある。

【００１２】本発明にかかる製造装置では、挿入部は、
基部に配設されており、クランクシャフト材の軸長方向
において移動可能とされている。移動可能に配設する構
造は適宜選択でき、例えば挿入部を摺動させる形態、挿
入部と基部との間に隙間を形成した状態で、挿入部を移
動させる形態等を採用できる。挿入部の厚みは、間隔を
狭小化すべき互いに対面するカウンタウエイト間の間隔
よりも所定値ぶん小さく設定されている。所定値の大き
さはクランクシャフト材の種類にもよるが、一般的には
０．１〜５ｍｍ程度、より望ましくは０．５〜２ｍｍ程
度にできる。挿入部の厚みが小さいぶん、カウンタウエ
イトの間隔は狭小化される。挿入部は鉄鋼系、チタン合
金系、セラミックス（アルミナ、窒化珪素、炭化珪素
等）等の剛性材料で形成できる。

【００１３】

【作用】クランクシャフト材を軸長方向に強圧すること
により、互いに対面する少なくとも２個のカウンタウエ
イト間の間隔は狭小化される。この際、挿入部はクラン
クシャフトの軸長方向において移動する。

【００１４】

【実施例】本発明の第１実施例を図１を参照して説明す
る。この例にかかる製造装置から説明する。この製造装
置はプレス成形装置に装備されている。図１に示す様
に、基部１には位置決め部材２が矢印Ａ１方向及びＡ２
方向に移動可能に装備されている。位置決め部材２は、
平坦な摺動面２０と、階段状をなす摺動面２１及び当接
面２２とをもつ。クランクシャフト材８００の互いに対
面し合うカウンタウエイト８０５間には、盤状をなす多
数個の挿入部３がそれぞれ挿入される。多数の挿入部３
のうち、挿入部３Ａは基部１の保持孔１ａに保持されて
いる。挿入部３Ａはクランクシャフト８００の軸長方向
に移動できないので、挿入部３Ａの表面部３０Ａが加工
基準面となり得る。

【００１５】本実施例では、隣り合う挿入部３間にはバ
ネ部材４が介在している。バネ部材４はコイルバネ、板
バネ、皿バネ等を採用できる。バネ部材４のバネ定数
は、カウンタウエイト８０５の保持性確保の面から比較
的大きい方が好ましい。かかる状態では、各挿入部３
は、クランクシャフト材８００の互いに対面し合うカウ
ンタウエイト８０５間に隙間５を介して挿入されてい
る。隙間５の厚みＬは一般的に０．０５〜２．５ｍｍに
設定できる。

【００１６】さて本実施例では、荒地鍛造型、仕上鍛造
型を用い、棒状金属素材（材質；Ｓ５５Ｃ）を熱間状態
において第１荒地鍛造、第２荒地鍛造、仕上鍛造する。
更に、バリ抜き工程をへてピン８０３を周方向に所定角
度捩じり加工し、これによりクランクシャフト材８００
を得る。かかるクランクシャフト材８００は、軸芯をも
つジャーナル８０１と、軸芯の周方向に所定間隔を隔て
て配置された複数個のピン８０３と、複数個のカウンタ
ウエイト８０５とを備えている。このカウンタウエイト
８０５では、その側面８０５ａに荒地鍛造型、仕上鍛造
型からの型抜けのために、抜け勾配が形成されている。

【００１７】そして、熱間状態（一般的に８００〜９０
０°Ｃ）のクランクシャフト材８００を基部１に配置し
た状態で、クランクシャフト材８００の互いに対面する
カウンタウエイト８０５間に所定の挿入部３を挿入す
る。その状態で、位置決め部材２を矢印Ａ１方向に移動
させると、挿入部３はバネ部材４により付勢されつつ、
位置決め部材２の当接面２２に当接して定位置に位置決
めされる。この状態では、図１に示す様に、挿入部３の
表面部３０とカウンタウエイト８０５の側面８０５ａと
間には、また、挿入部３の端面３１とピン８０３の外周
面８０３ａ、ジャーナル８０１の外周面８０１ａとの間
には、隙間５が形成されている。

【００１８】次に、プレス装置の強圧部６０、６１を矢
印Ｂ１方向に作動させて、クランクシャフト材８００の
軸長方向に強圧する。すると、ピン８０３、ジャーナル
８０１は軸長方向において塑性変形されて圧縮される。
これによりカウンタウエイト８０５間の間隔は狭小化さ
れ、カウンタウエイト８０５の側面８０５ａは挿入部３
の表面部３０に当たる。

【００１９】このときカウンタウエイト８０５はその厚
み方向に強圧されることになるので、カウンタウエイト
８０５の側面８０５ａに形成されている抜け勾配も厚み
方向に強圧され、従ってその抜け勾配の大きさが小さく
なる効果が得られ、カウンタウエイト８０５の重量バラ
ンスを良好にし得る。更に本実施例では挿入部３は剛性
をもつので、カウンタウエイト８０５間の間隔の狭小化
加工の際に、挿入部３の端面３１、表面部３０がカウン
タウエイト８０５の変形を拘束するので、カウンタウエ
イト８０５の形状、寸法の精度を良好に維持できる効果
が得られ、このときカウンタウエイト８０５も少し成形
（矯正）されるので、カウンタウエイト８０５の精度を
一層向上できる。

【００２０】本実施例では、ジャーナル８０１の外周面
８０１ａに挿入部３の端面３１が近接しているので、ジ
ャーナル８０１が径大化する方向に変形しても、ジャー
ナル８０１の外周面８０１ａは挿入部３の端面３１に規
制されるので、ジャーナル８０１の軸芯の精度を維持す
るのに有利である。 （他の実施例）上記実施例では捩じり加工した後にカウ
ンタウエイト間の間隔を狭小化しているが、これが限ら
ず、捩じり加工を行なわない場合には、バリ抜き工程を
経た後、直ちにカウンタウエイト間の間隔を狭小化して
も良い。

【００２１】本発明の第２実施例の要部を図２に示す。
この例でも、図２に示す様に、挿入部３は、互いに対面
するカウンタウエイト８０５間に挿入されるものであ
る。挿入部３の摺動面３２はテーパ状とされており、位
置決め部材２の摺動面２１もテーパ状とされている。そ
して、位置決め部材２が矢印Ｃ１方向に移動すると、挿
入部３は同方向に位置調整できる。この例でも、挿入部
３がクランクシャフト材８００の軸長方向に移動する際
には、挿入部３の摺動面３２が位置決め部材２の摺動面
２１にそって、つまり図２の紙面垂直方向に摺動する。

【００２２】ところで使用期間が長期間にわたると、か
かる摺動の際に、挿入部３の摺動面３２、位置決め部材
２の摺動面２１が摩耗することになる。この様に摩耗す
ると、位置決め部材２が正規の位置からずれ、そのため
クランクシャフト材８００のピン８０３の外周面８０３
ａと挿入部３の端面３１との間の隙間５の大きさ、ま
た、ジャーナル８０１の外周面８０１ａと挿入部３の端
面３１との間の隙間５の大きさが変動することになる。
この点本実施例では、位置決め部材２を矢印Ｃ１方向に
変位すれば、挿入部３を同方向に位置調整できるので、
隙間５の厚みも調整でき、隙間５の変動に対処できる。

【００２３】本発明の第３実施例の要部を図３に示す。
この例は基本的には図１に示す実施例と同じ構成であ
り、第１実施例と同じ作用効果を奏する。ただし、クラ
ンクシャフト材８００のジャーナル８０１の外周面８０
１ａに対面する挿入部３の端面３１は、ジャーナル８０
１の外周面８０１ａに接触するか接近してジャーナル８
０１を拘束しており、これによりクランクシャフト材８
００を軸長方向で強圧した際のジャーナル８０１の異常
変形を抑止して、ジャーナル８０１の精度を確保してい
る。

【００２４】本発明の第４実施例の要部を図４に示す。
この例では基部１に流動体収納室１８が形成されてお
り、流動体収納室１８にはクランクシャフト材８００と
ともに、所定温度域に加熱された砂、炭素粉粒体などの
流動体１９が装填されている。そして、押圧部１７を矢
印Ｅ１方向に作動させて流動体１９を圧縮する。その状
態で、プレス装置の強圧部６０、６１を矢印Ｂ１方向に
作動させて、クランクシャフト材８００をその軸長方向
に強圧する。すると、クランクシャフト材８００のピン
８０３、ジャーナル８０１は軸長方向において塑性変形
されて圧縮される。これにより、カウンタウエイト８０
５間の間隔は狭小化される。クランクシャフト材８００
が熱間状態である場合には、砂、炭素粉粒体などの流動
体１９を所定温度、例えば２００〜９００°Ｃ程度に加
熱しておくことができる。

【００２５】なお炭素粉粒体は導電性をもつので、電極
部をもつ別系統の容器に炭素粉粒体を装填した状態で、
電極部を介して炭素粉粒体に通電して所定温度に発熱さ
せて用いることもできる。ところで上記した各実施例で
は、ピン８０３が周方向に１２０度で間隔をなすクラン
クシャフト材８００に適用した場合である。これに限ら
ず、切削加工後の状態を示す図６から理解できる様に、
周方向に１８０度の間隔で配置されたピン９０３とジャ
ーナル９０１とカウンタウエイト９０５とを備えたクラ
ンクシャフト９００に適用しても良いことは勿論であ
る。また、上記した実施例では内燃機関のクランクシャ
フトに適用した場合であるが、外燃機関等の各種機関に
使用するクランクシャフトに適用しても良いことは勿論
であり、又、ピン間隔が９０度の場合、あるいは他の角
度の場合でも良いものである。

【００２６】

【発明の効果】本発明方法によれば、カウンタウエイト
間の間隔を狭小化したクランクシャフトを提供できる。
よって内燃機関等の機関の小型化、軽量化に貢献でき
る。本発明装置によれば、カウンタウエイト間の間隔が
狭小化される際に、挿入部が基部に対して移動するの
で、カウンタウエイト間の間隔の狭小化加工を良好に行
い得る。更に挿入部が剛性をもつ場合には、カウンタウ
エイト間の間隔の狭小化加工の際に、挿入部がカウンタ
ウエイトの変形を規制するので、カウンタウエイトの形
状、寸法を良好に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例にかかる装置の断面図である。

【図２】第２実施例にかかる装置の横断面図である。

【図３】第３実施例にかかる装置の断面図である。

【図４】第４実施例にかかる装置の断面図である。

【図５】クランクシャフトの斜視図である。

【図６】他のクランクシャフトの斜視図である。

【符号の説明】

図中、１は基部、２は位置決め部材、３は挿入部、４は
バネ部材、５は隙間、８００はクランクシャフト材、８
０１はジャーナル、８０３はピン、８０５はカウンタウ
エイトを示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸芯をもつジャーナルと軸芯の周方向に所
   定間隔を隔てて配置された少なくとも１個のピンと複数
   個のカウンタウエイトとを備えた金属製のクランクシャ
   フト材を成形する成形工程と、 該クランクシャフト材を軸長方向に強圧することによ
   り、互いに対面する少なくとも２個のカウンタウエイト
   間の間隔を狭小化する加圧工程とを順に実施することを
   特徴とするクランクシャフトの製造方法。
2. 【請求項２】クランクシャフト材が配置される基部と、 該基部にクランクシャフトの軸長方向において移動可能
   に配設され、かつ互いに対面するカウンタウエイト間に
   挿入される複数個の挿入部とで構成され、 各該挿入部の厚みは、間隔を狭小化すべき互いに対面す
   るカウンタウエイト間の間隔よりも所定値ぶん小さいこ
   とを特徴するクランクシャフトの製造装置。