JP6068309B2 - クランクシャフトの製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、軽量化のための中空部を備えたクランクシャフトの製造方法及びその装置に関する。

自動車等の内燃機関（エンジン）においては、燃費向上の観点からクランクシャフト等の構成部品の軽量化が推進されている。

一般的に、クランクシャフトは、エンジンの出力軸であるジャーナル軸と、ピストンの運動伝達用のコネクティングロッドに軸支されるクランクピンと、ジャーナル軸とクランクピンを連結するウェブ（アーム部）とを有する。クランクシャフトの軽量化は、例えば材料物性や硬化処理等の強度向上により中実鍛造素材を細軸化することでなされるが、クランクシャフトのクランクピン等に中空部を形成することも有効である。

ところで、クランクシャフトは、エンジン（気筒）の形態に応じて、クランクピンの形成数や位相（ジャーナル軸を軸回りとした周方向の突出位置）が異なる。例えば、Ｖ型エンジンのクランクシャフトでは、隣り合うクランクピン同士の位相が１２０°や９０°等のようにずれることになる。そのため、クランクシャフトの製造では、鍛造工程後に、クランクシャフトを捻ってクランクピンの位相を変えるツイスト工程を行うことが多い。しかしながら、ツイスト工程の実施により製造コストが増加する等の問題もあることから、例えば特許文献１に開示されるように、ツイスト工程を省いた製造方法も提案されている。すなわち、特許文献１に開示の製造方法では、金型（成形型）により、クランクピン同士の位相が予め異なるようにクランクシャフトを鍛造成形する。

特開２０１２−８６２６５号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示されるように鍛造工程でクランクピンの位相を異ならせる場合は、中空部をクランクピンに形成することが困難になるという別の不都合が生じる。例えば、隣り合うクランクピンの位相が１２０°ずれるクランクシャフトにおいては、クランクシャフト製造装置の成形型内に１２０°回りにパンチ機構を設置する構造が想定される。そのため、成形型内の構造が複雑化し、製造コストの大幅な増加が見込まれる。さらに、ウェブに中空部を形成する場合は、ジャーナル軸を挟んでクランクピンの反対側に設けられるウエイト部に対し、パンチ機構が干渉する可能性もある。

本発明は、クランクシャフトの製造に関連してなされたものであって、クランクシャフトの成形型にパンチ機構を適切に設置することで、中空部を良好に形成し得るクランクシャフトの製造方法及びその装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、ジャーナル軸と、前記ジャーナル軸の軸心からずれた位置で該ジャーナル軸の軸心と平行な軸心を有し隣り合うクランクピン同士の位相が１２０°または９０°ずれている複数のクランクピンと、前記ジャーナル軸から径方向外側に突出して前記クランクピンをそれぞれ支持する一対のウェブと有するクランクシャフトの製造方法において、第１成形型と第２成形型のプレスにより前記クランクシャフトを成形するシャフト成形工程と、前記第１及び第２成形型のプレス方向に平行又は直交し且つ前記クランクピンを形成するクランクピン用空間の軸心に直交する方向に進退可能に配置される可動部と、前記可動部の進出により押し出される突出部とを含む複数のパンチ機構により、複数の前記クランクピン及び前記ウェブに前記突出部を進入させて中空部をそれぞれ形成する中空部形成工程とを有し、前記パンチ機構の可動部は、複数の前記ウェブのうち前記中空部を直接形成する対象ウェブと、前記対象ウェブに隣接する隣接ウェブとの間で前記クランクピンに向かって進出するように配置されることを特徴とする。

また、本発明は、ジャーナル軸と、前記ジャーナル軸の軸心からずれた位置で該ジャーナル軸の軸心と平行な軸心を有し隣り合うクランクピン同士の位相が１２０°または９０°ずれている複数のクランクピンと、前記ジャーナル軸から径方向外側に突出して前記クランクピンをそれぞれ支持する一対のウェブと有するクランクシャフトを製造するクランクシャフト製造装置において、前記クランクシャフトをプレスにより成形する第１成形型及び第２成形型と、前記第１及び第２成形型に設けられ、成形される前記クランクシャフトの複数の前記クランクピン及び前記ウェブに中空部をそれぞれ形成する複数のパンチ機構とを有し、前記パンチ機構は、前記第１及び第２成形型のプレス方向に平行又は直交し且つ前記クランクピンを形成するクランクピン用空間の軸心に直交する方向に進退可能に配置される可動部と、前記可動部の進出により押し出されて前記クランクピン及び前記ウェブに進入する突出部とを含み、前記パンチ機構の可動部は、複数の前記ウェブのうち前記中空部を直接形成する対象ウェブと、前記対象ウェブに隣接する隣接ウェブとの間で前記クランクピンに向かって進出するように配置されることを特徴とする。

上記によれば、クランクシャフトの製造において、クランクピンやウェブにより構成されるピン部に、軽量化のための中空部を良好に形成することができる。すなわち、パンチ機構は、第１及び第２成形型のプレス方向に平行又は直交して配置されるので、第１及び第２成形型に対し簡単に設けることができ、また第１及び第２成形型のプレス時の動作力を有効に活用することができる。さらに、パンチ機構は、クランクピン用空間の軸心に直交する方向に配置されるので、クランクシャフトのウェブ等に干渉せずに進退動作を行ってピン部に中空部を形成することができる。これにより、複数のクランクピンの位相がジャーナル軸の軸心回りにずれるクランクシャフトを、成形型により鍛造成形しつつ、パンチ機構にて中空部を容易に形成することが可能となる。その結果、製造の効率化や製造コストの低減等を図ることができる。

この場合、前記シャフト成形工程では、前記クランクピン用空間周辺のパーティング面の面方向が、該クランクピン用空間の軸心を通るように設定された前記第１及び第２成形型によりプレスを行うことが好ましい。

また、クランクシャフト製造装置の前記第１及び第２成形型は、前記クランクピン用空間周辺のパーティング面の面方向が該クランクピン用空間の軸心を通るように設定されていることが好ましい。

第１及び第２成形型は、クランクピン用空間の軸心を通るパーティング面で分離するので、複数のクランクピンの位相がジャーナル軸の軸心回りにずれるクランクシャフトを容易に鍛造成形することができる。また、パンチ機構をパーティング面の近傍且つパーティング面の面方向に沿って配置すれば、パンチ機構をより簡単に設置することができ、さらに中空部の形状等を自由に設計変更することも可能となる。

さらに、前記クランクシャフトは、前記ウェブの表面で該ウェブの突出方向に対し所定角度傾斜するショルダー部を含み、前記中空部形成工程において、前記パンチ機構は、前記ショルダー部を成形するショルダー部用空間の直交方向に前記突出部を突出させるとよい。

またさらに、前記クランクシャフトは、前記ウェブの表面で該ウェブの突出方向に対し所定角度傾斜するショルダー部を含み、前記パンチ機構は、前記ショルダー部を成形するショルダー部用空間の直交方向に前記突出部を突出させるとよい。

このように、パンチ機構が、可動部及び突出部を有することで、クランクシャフトのショルダー部に対し中空部を良好に形成することができる。また、ショルダー部に対し突出部が直交方向に進退するため、突出部の曲がり等を防止して、製造装置の耐久性を向上することができる。

本発明に係るクランクシャフトの製造方法及びその装置によれば、クランクシャフトの成形型にパンチ機構を適切に設置することにより、中空部を良好に形成することができる。

本発明の一実施形態に係るクランクシャフト製造装置の成形型を示す斜視図である。 図２Ａは、図１のクランクシャフトの平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線の断面図であり、図２Ｃは、図２ＡのＩＩＣ−ＩＩＣ線の断面図であり、図２Ｄは、図２ＡのＩＩＤ−ＩＩＤ線の断面図である。 図１の固定型を示す斜視図である。 図１のパンチ機構を概略的に示す部分断面図である。 他の構成例に係るパンチ機構を概略的に示す部分断面図である。 図１の製造装置を概略的に示す説明図である。 変形例に係る成形型を示す斜視図である。

以下、本発明に係るクランクシャフトの製造方法について、クランクシャフト製造装置との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態に係るクランクシャフト製造装置１０は、自動車等のエンジンにおいて、コネクティングロッドに接続されピストンの往復運動を回転運動に変えるクランクシャフトＣＳを製造する装置である（以下、単に製造装置１０ともいう）。図１に示すように、製造装置１０は、成形型１２である固定型１４（第１成形型）と可動型１６（第２成形型）を有し、固定型１４に対し可動型１６をプレスすることでクランクシャフトＣＳを製造する。特に、この製造装置１０は、３気筒エンジンに用いられるクランクシャフトＣＳを成形する構成となっている。

よって、まず、３気筒エンジンのクランクシャフトＣＳの構成について、図１及び図２Ａ〜図２Ｄを参照して説明していく。このクランクシャフトＣＳは、４つのジャーナル軸Ｊ（第１〜第４ジャーナル軸Ｊ１〜Ｊ４）と、６つのウェブＷ（第１〜第６ウェブＷ１〜Ｗ６）と、３つのクランクピンＰ（第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３）とを備える。

第１〜第４ジャーナル軸Ｊ１〜Ｊ４は、エンジンのシリンダブロックに回転可能に軸支され、クランクシャフトＣＳの回転軸Ｏを構成する。各ジャーナル軸Ｊ１〜Ｊ４は、同じ外径に形成された円柱状の被軸支部を有し、各被軸支部は互いに所定間隔離れ、且つ同一軸線（クランクシャフトＣＳの回転軸Ｏ）上に配置される。第１ジャーナル軸Ｊ１は、第１ウェブＷ１との連結箇所付近が被軸支部であり、この部位から段階的に小径となるように突出している。一方、第４ジャーナル軸Ｊ４の突出端部には、図示しないフライホイールを取り付けるための円盤状の取付部Ｊ４１が一体成形される。

第１〜第６ウェブＷ１〜Ｗ６は、クランクシャフトＣＳの軸方向に沿って第１〜第４ジャーナル軸Ｊ１〜Ｊ４及び第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３を間に挟むことで、互いに間隔をおいて配置される。具体的には、第１ウェブＷ１は、第１ジャーナル軸Ｊ１と第１クランクピンＰ１の間に配置され、両者を連結している。同様に、第２ウェブＷ２は、第１クランクピンＰ１と第２ジャーナル軸Ｊ２を連結している。第３ウェブＷ３は、第２ジャーナル軸Ｊ２と第２クランクピンＰ２を連結している。第４ウェブＷ４は、第２クランクピンＰ２と第３ジャーナル軸Ｊ３を連結している。第５ウェブＷ５は、第３ジャーナル軸Ｊ３と第３クランクピンＰ３を連結している。第６ウェブＷ６は、第３クランクピンＰ３と第４ジャーナル軸Ｊ４を連結している。

各ウェブＷ１〜Ｗ６は、クランクシャフトＣＳの回転軸Ｏに対し直交方向に突出する平板状に形成され、回転軸Ｏを基準として互いに反対方向に突出するアーム部Ａｍと、ウエイト部Ｗｔとを有する。また、各ウェブＷ１〜Ｗ６の平面形状は、成形型１２から容易に離型できる形状に設計されている（図２Ｂ〜図２Ｄ参照）。

アーム部Ａｍは、ジャーナル軸ＪとクランクピンＰを連結する部位であり、ジャーナル軸Ｊとの接合部分が幅広で、突出方向（クランクピンＰに向かう方向）に沿って幅狭となり、先端部が弧状に形成されている。また、アーム部ＡｍのクランクピンＰと連結する部分の反対面には、アーム部Ａｍの突出方向に対して傾斜するショルダー部Ｓｒが形成されている。すなわち、ショルダー部Ｓｒが形成された部分のアーム部Ａｍの肉厚（回転軸Ｏに沿う方向の寸法）は、突出方向に沿って薄肉となっている。

ウエイト部Ｗｔは、同じウェブＷ上に形成されたアーム部Ａｍよりも大きな面積と重量を有する。このウエイト部Ｗｔが設けられることで、各ウェブＷ１〜Ｗ６の重心位置が、クランクシャフトＣＳの回転軸Ｏに対し各ピンＰ１〜Ｐ３の重心位置の反対側に偏心する。これにより、各ウェブＷ１〜Ｗ６の重心位置と、各ピンＰ１〜Ｐ３の重心位置とのバランスがとられる。

また、第１ウェブＷ１と第２ウェブＷ２、第３ウェブＷ３と第４ウェブＷ４、第５ウェブＷ５と第６ウェブＷ６は、互いの平面形状（アーム部Ａｍ、ウエイト部Ｗｔ）が対向するように配置されている。すなわち、第１ウェブＷ１と第２ウェブＷ２は、第１クランクピンＰ１を支持する組を作っている（以下、第１ウェブＷ１のアーム部Ａｍ、第１クランクピンＰ１、第２ウェブＷ２のアーム部Ａｍにより構成される部分を第１ピン部Ｐｍ１という）。同様に、第３ウェブＷ３と第４ウェブＷ４は、第２クランクピンＰ２を支持する組を作っている（以下、第３ウェブＷ３のアーム部Ａｍ、第２クランクピンＰ２、第４ウェブＷ４のアーム部Ａｍにより構成される部分を第２ピン部Ｐｍ２という）。また、第５ウェブＷ５と第６ウェブＷ６は、第３クランクピンＰ３を支持する組を作っている（以下、第５ウェブＷ５のアーム部Ａｍ、第３クランクピンＰ３、第６ウェブＷ６のアーム部Ａｍにより構成される部分を第３ピン部Ｐｍ３という）。

第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３は、各ウェブＷ１〜Ｗ６にそれぞれ支持されることで、ジャーナル軸Ｊの軸心（回転軸Ｏ）に対し径方向外側にずれ、且つ回転軸Ｏに平行する軸心ＯＰ（第１〜第３軸心ＯＰ１〜ＯＰ３）を有している。各クランクピンＰ１〜Ｐ３は、コネクティングロッドに対応する軸方向長さ且つ同寸法の外径を有する円柱状に形成されている。

そして、３気筒用のクランクシャフトＣＳでは、第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３の相互の軸心ＯＰ１〜ＯＰ３（第１〜第３ピン部Ｐｍ１〜Ｐｍ３の突出方向）の位相が、クランクシャフトＣＳの軸心（回転軸Ｏ）回りに１２０°ずれている。つまり、クランクシャフトＣＳは、３気筒のコネクティングロッドの往復動作力が１２０°回転角毎にずれるように伝達される。これによりエンジンの出力軸として滑らかな回転力を出力することができる。

また、クランクシャフトＣＳは、軽量化のため、第１〜第３ピン部Ｐｍ１〜Ｐｍ３（第１〜第６ウェブＷ１〜Ｗ６）に対し中空部ＨＷ（第１〜第６中空部ＨＷ１〜ＨＷ６）が形成される。第１及び第２中空部ＨＷ１、ＨＷ２は、穿孔方向先端部が互いに近接するように、第１ピン部Ｐｍ１の外側から内側に向かって斜めに形成される。同様に、第３及び第４中空部ＨＷ３、ＨＷ４は、第２ピン部Ｐｍ２の外側から内側に向かって斜めに形成され、第５及び第６中空部ＨＷ５、ＨＷ６は、第３ピン部Ｐｍ３の外側から内側に向かって斜めに形成される。

より具体的には、各中空部ＨＷ１〜ＨＷ６は、後述するパンチ機構７０により、ショルダー部Ｓｒの傾斜に対し直交するように形成される。つまり、ショルダー部Ｓｒとは、クランクシャフトＣＳ自体の軽量化と共に、パンチ機構７０が中空部ＨＷを形成し易いように設定した部位である。中空部ＨＷは、ショルダー部Ｓｒに対し対向する（直交方向に進退する）パンチ機構７０により良好に設けられる。なお、クランクシャフトＣＳは、第６ウェブＷ６にショルダー部Ｓｒを有しないが、第６中空部ＨＷ６は、他の中空部ＨＷ１〜ＷＨ５と同様にウェブＷに対し斜めに形成される。

各中空部ＨＷ１〜ＨＷ６の形態（孔の形状や面積、深さ）は、クランクシャフトＣＳの重量やウェブＷの形状等により適宜設定されることが望ましい。例えば、中空部ＨＷは、ショルダー部ＳｒからウェブＷを貫通してクランクピンＰに至る深さに形成されるとよい。さらに、各中空部ＨＷ１〜ＨＷ６は、エンジンの振動特性等が勘案されて互いに異なる形状に形成されるとよい。

次に、製造装置１０について説明する。図１に示すように、成形型１２は、固定型１４と可動型１６が分離するパーティング面１８を有し、このパーティング面１８は、固定型１４の上面１４ａ（第１成形型側対向面）と可動型１６の下面１６ａ（第２成形型側対向面）により構成される。上面１４ａには固定型側空間２０が、下面１６ａには可動型側空間２２がそれぞれ形成されている。固定型側空間２０と可動型側空間２２は、固定型１４と可動型１６の接触状態で、上述したクランクシャフトＣＳを成形するクランクシャフト成形空間２４を構築する。

クランクシャフト成形空間２４は、図１及び図３に示すように、ジャーナル軸用空間３０、ウェブ用空間４０及びクランクピン用空間５０を有し、これらの空間が連なることで１つの成形用のキャビティとして構成される。

ジャーナル軸用空間３０は、第１〜第４ジャーナル軸Ｊ１〜Ｊ４を成形する第１〜第４ジャーナル軸用空間３１〜３４を有する。この場合、第１〜第４ジャーナル軸用空間３１〜３４の周辺のパーティング面１８は、同一高さの平面で、且つその面方向が第１〜第４ジャーナル軸用空間３１〜３４の各軸心を通るように設定されている。つまり、第１〜第４ジャーナル軸用空間３１〜３４は、固定型側空間２０と可動型側空間２２に半分ずつに分けられて形成される。

クランクピン用空間５０は、第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３を成形する第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３を有する。ここで、第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３の位相は、上述したように、ジャーナル軸Ｊの軸心（回転軸Ｏ）回りに相互に１２０°ずれる。このように第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３の位相がずれても、パーティング面１８の面方向は、第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３の各軸心５１ａ〜５３ａを通るように設定されている。

具体的に、第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３の周辺のパーティング面１８は、第１〜第４ジャーナル軸用空間３１〜３４の周辺のパーティング面１８に対して段差状に形成される。すなわち、固定型１４の上面１４ａは、第１及び第３クランクピン用空間５１、５３の周辺が、第１〜第４ジャーナル軸用空間３１〜３４の周辺よりも低く形成される。さらに、第２クランクピン用空間５２の周辺が、第１〜第４ジャーナル軸用空間３１〜３４の周辺よりも高く形成される。結局、第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３も、固定型側空間２０と可動型側空間２２に半分ずつに分けられて形成される。

一方、ウェブ用空間４０は、第１〜第６ウェブＷ１〜Ｗ６を成形する第１〜第６ウェブ用空間４１〜４６を有する。この場合、第１〜第６ウェブ用空間４１〜４６周辺のパーティング面１８は、成形する各ウェブＷ１〜Ｗ６の形状及び位相に応じて各ウェブＷ１〜Ｗ６が成形型１２から離脱可能となるように適宜設定される。また、第１〜第５ウェブ用空間４１〜４５は、ウェブＷのアーム部Ａｍにショルダー部Ｓｒを成形するショルダー部用空間６０を有する。ショルダー部用空間６０を構成する壁部６０ａのうち外側部分は、第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３の軸心５１ａ〜５３ａに対し所定角度傾斜すると共に、中空部ＨＷを形成するパンチ機構７０に連通する連通孔６２が設けられている。

パンチ機構７０（第１〜第６パンチ機構７１〜７６）は、クランクシャフトＣＳに中空部ＨＷを形成するパンチ部７０ａと、成形型１２に設けられパンチ部７０ａを進退自在に配置する配置部７０ｂと備える。図１及び図４に示すように、パンチ部７０ａ（第１〜第６パンチ部７１ａ〜７６ａ）は、クランクシャフトＣＳに第１〜第６中空部ＨＷ１〜ＨＷ６を個別に形成する作用部分である。配置部７０ｂ（第１〜第６配置部７１ｂ〜７６ｂ）は、第１〜第６パンチ部７１ａ〜７６ａの収容部分である。第１、第２、第５及び第６配置部７１ｂ、７２ｂ、７５ｂ、７６ｂは固定型１４側に設けられ、第３及び第４配置部７３ｂ、７４ｂは可動型１６側に設けられる。

また、各配置部７１ｂ〜７６ｂは、成形型１２内において略円柱状に形成され、成形型１２のプレス方向Ｘに平行又は垂直で、且つ第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３の軸心５１ａ〜５３ａ（図３参照）に直交するように設定されている。具体的に、第１及び第２配置部７１ｂ、７２ｂは、第１クランクピン用空間５１周辺の上面１４ａよりも若干深い位置で、成形型１２のプレス方向Ｘに垂直且つ第１クランクピン用空間５１の軸心５１ａに直交するように形成される。第３及び第４配置部７３ｂ、７４ｂは、可動型１６内においてプレス方向Ｘに平行（下面１６ａに対し直交方向）且つ第２クランクピン用空間５２の軸心５２ａに直交するように形成される。第５及び第６配置部７５ｂ、７６ｂは、第３クランクピン用空間５３周辺の上面１４ａよりも若干深い位置で、プレス方向Ｘに垂直且つ第３クランクピン用空間５３の軸心５３ａに直交するように形成される。

各配置部７１ｂ〜７６ｂのクランクシャフト成形空間２４付近は、各配置部７０ｂの軸心に対し屈曲し、且つショルダー部用空間６０を構成する壁部６０ａに対し直交方向に延びる屈曲空間７７を備える。この屈曲空間７７の端部が、連通孔６２を介してショルダー部用空間６０に連通している。

そして、上記のように形成された第１〜第６配置部７１ｂ〜７６ｂに沿って、第１〜第６パンチ部７１ａ〜７６ａがプレス方向Ｘに平行又は垂直に移動自在に配置される。各パンチ部７１ａ〜７６ａは、方形状を呈する成形型１２の側面又は上面に対し直交方向に挿入される可動棒７８（可動部）と、可動棒７８の先端に配置され可動棒７８により押出し可能な突出体７９（突出部）とを有する。

パンチ部７０ａの可動棒７８は、成形型１２から突出する基端部分が後述する第１〜第６パンチ駆動機構９３〜９８（図６参照）に固定され、各パンチ駆動機構９３〜９８の駆動力を受けて成形型１２内を進退可能となっている。可動棒７８の先端部には、突出体７９を押し出し可能な押出面７８ａが形成されている。押出面７８ａは、突出体７９の基端面７９ａに接触しつつ押し出すように所定角度傾斜している。

突出体７９は、クランクシャフト成形空間２４で成形される第１〜第３ピン部Ｐｍ１〜Ｐｍ３に向かって進出し、内部に挿入されることで中空部ＨＷを形成する中空部形成用部材である。突出体７９は、その大部分が屈曲空間７７に配置され、屈曲空間７７の軸方向に案内される。各パンチ部７１ａ〜７６ａの突出体７９は、形成予定の中空部ＨＷの形状に応じた断面形状を有し、所定の長手方向長さ（ウェブ用空間４０及びクランクピン用空間５０に進出可能な長さ）に形成されている。突出体７９の基端面７９ａは、可動棒７８の押出面７８ａに対向するように所定角度傾斜している。

また、各突出体７９の基端部には、バネ８１の一端が配置されるフランジ部８０が形成されている。バネ８１は、ショルダー部用空間６０の壁部６０ａ寄りに形成された成形型１２の座８２に他端部が接触し、突出体７９を座８２から離間するように付勢する。すなわち、フランジ部８０、バネ８１及び座８２は、可動棒７８に押し出された突出体７９を元に戻すための戻し機構８４を構成している。なお、戻し機構８４の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、突出体７９に引っ掛かるフック部を可動棒７８に設ける、突出体７９を引き戻すバネを可動棒７８内に設ける等の種々の構成をとり得る。

また、パンチ機構７０の構成も、上記図４の構成に限定されるものではない。例えば、図５に示す他の構成例のように、パンチ機構７０Ａは、パンチ部７０ａを、突出体８５（突出部）を有するシリンダ８６により構成し、このシリンダ８６を配置部７０ｂに配置した構成とすることができる。シリンダ８６は、例えば後述する可動型１６の上下方向の動作力を受けて突出体８５を進退させる駆動伝達部８６ａを内部に備える。突出体８５は、通常状態でシリンダ８６内に収容され、駆動伝達部８６ａの作用下にショルダー部用空間６０に進出することで、クランクシャフトＣＳに中空部ＨＷを形成する。

製造装置１０は、以上のパンチ機構７０に対し中空部ＨＷを形成する応力（パンチ力）を付与する。この際、製造装置１０は、固定型１４に対し可動型１６をプレスする加圧力をパンチ機構７０に伝達し、パンチ機構７０を動作させる構成となっている。以下、図６を参照して具体的な構成を説明する。

製造装置１０は、ボルスタ８８上にロアプレート８９が設けられ、ボルスタ８８に対して上下方向に移動可能なプレスラム９０の下面にアッパープレート９１が設けられる。ロアプレート８９上には固定型１４が取り付けられ、アッパープレート９１には荷重調整手段９２（例えば、シリンダ装置等）を介して可動型１６が取り付けられる。

製造装置１０は、成形型１２の側部及び上部から突出する第１〜第６パンチ部７１ａ〜７６ａの可動棒７８に接続する第１〜第６パンチ駆動機構９３〜９８を備える。第１、第２、第５及び第６パンチ駆動機構９３、９４、９７、９８は、プレスラム９０の垂直方向（下方向）の移動力を、水平方向（プレス方向Ｘと直交方向）に変換し、第１、第２、第５及び第６パンチ部７１ａ、７２ａ、７５ａ、７６ａに伝達する。

第１、第２、第５及び第６パンチ駆動機構９３、９４、９７、９８は、カム機構の形態をとる。すなわち、各パンチ駆動機構９３、９４、９７、９８は、アッパープレート９１に支持されアッパープレート９１と共に上下方向に移動するカムドライバ９９と、カムドライバ９９によって成形型１２に向かって押し出されるカムブロック１００とを有する。カムブロック１００には、第１、第２、第５及び第６パンチ部７１ａ、７２ａ、７５ａ、７６ａの可動棒７８が固定され、押し出されたカムブロック１００を引き戻すバネ１０１が設けられる。カムドライバ９９には傾斜部９９ａが設けられ、カムブロック１００には傾斜部１００ａが設けられる。プレスラム９０が上死点にあるとき、カムドライバ９９は、カムブロック１００から離間しており、傾斜部９９ａと傾斜部１００ａは接触していない。プレスラム９０が下降することに伴って傾斜部９９ａと傾斜部１００ａが接触し、傾斜部９９ａ、１００ａ同士の摺動に伴ってカムブロック１００が成形型１２に向かって移動する。

これにより、第１、第２、第５及び第６パンチ部７１ａ、７２ａ、７５ａ、７６ａの可動棒７８は、固定型１４内の奥側に（クランクシャフト成形空間２４に）向かって進出し、突出体７９を押し出す。突出体７９は、屈曲空間７７内を進出して、連通孔６２を介してショルダー部用空間６０に突出し、第１ピン部Ｐｍ１に第１及び第２中空部ＨＷ１、ＨＷ２を、第３ピン部Ｐｍ３に第５及び第６中空部ＨＷ５、ＨＷ６をそれぞれ形成する。

一方、第３及び第４パンチ駆動機構９５、９６は、プレスラム９０の垂直方向（下方向）の移動力を、そのまま第３及び第４パンチ部７３ａ、７４ａに伝達する。第３及び第４パンチ駆動機構９５、９６は、荷重調整手段９２内でプレスラム９０の移動力を可動型１６とは別に受ける構成となっており、可動型１６のプレスに対し第３及び第４パンチ部７３ａ、７４ａを独立的に動作させる。これにより、第３及び第４パンチ部７３ａ、７４ａの可動棒７８が下方向に進出して突出体７９を押し出し、突出体７９は、第２ピン部Ｐｍ２に第３及び第４中空部ＨＷ３、ＨＷ４を形成する。

なお、第１〜第６パンチ駆動機構９３〜９８の構造は、特に限定されるものではなく、例えば、プレスラム９０の上下動とは独立して動作可能なアクチュエータ（シリンダ装置、リニアモータ等）であってもよい。

本実施形態に係る製造装置１０は、基本的には以上のように形成されるものであり、以下、クランクシャフトＣＳの製造方法について具体的に説明する。

まず、図６に示すように、固定型１４の固定型側空間２０に予備成形品Ａ（鍛造成形される前のクランクシャフトＣＳ）を配置する。予備成形品Ａは、従来公知の方法、例えば、熱間鍛造、鋳造等により製作することができる。

予備成形品Ａの配置後、製造装置１０は、固定型１４に対し可動型１６をプレスすることにより、クランクシャフトＣＳの成形を実施する（シャフト成形工程）。製造装置１０は、プレスラム９０を上死点から下方（プレス方向Ｘ）に移動して、固定型１４と可動型１６により予備成形品Ａを押圧しつつ、固定型１４の上面１４ａに可動型１６の下面１６ａを接触させる。その結果、構築されたクランクシャフト成形空間２４によりクランクシャフトＣＳが鍛造される。

製造装置１０は、このシャフト成形工程と同時に、クランクシャフトＣＳの第１〜第３ピン部Ｐｍ１〜Ｐｍ３に第１〜第６中空部ＨＷ１〜ＨＷ６を成形する中空部形成工程を実施する。この際、製造装置１０は、プレスラム９０のプレス方向Ｘの移動力を、第１〜第６パンチ駆動機構９３〜９８により第１〜第６パンチ部７１ａ〜７６ａに伝達する。すなわち、プレスラム９０とカムドライバ９９を一体的に下方に移動して、傾斜部９９ａをカムブロック１００の傾斜部１００ａに接触させる。そして、カムドライバ９９のさらなる下方の移動に伴い、カムブロック１００を固定型１４に向けて進出させる。これにより、第１、第２、第５及び第６パンチ部７１ａ、７２ａ、７５ａ、７６ａの可動棒７８が固定型１４の奥側に進出する。また、第１、第２、第５及び第６パンチ部７１ａ、７２ａ、７５ａ、７６ａの動作タイミングと同時に、第３及び第４パンチ部７３ａ、７４ａの可動棒７８もプレスラム９０のプレス方向Ｘの移動力を受けて、可動型１６の奥側に進出する。

これにより、第１〜第６パンチ部７１ａ〜７６ａの可動棒７８は、略同時に進出移動し、図４に示す各突出体７９をショルダー部用空間６０に同時に押し出していく。突出体７９は、予備成形品Ａのショルダー部Ｓｒに向かって進出し鍛造成形される予備成形品Ａに挿入される。これにより、クランクシャフトＣＳの第１〜第３ピン部Ｐｍ１〜Ｐｍ３には、第１〜第６中空部ＨＷ１〜ＨＷ６が形成される。突出体７９は、ショルダー部Ｓｒに対して直交方向に進出するので、進出方向が逸れる等の不都合が阻止されて、中空部ＨＷを容易に形成することができる。

中空部ＨＷを有するクランクシャフトＣＳの成形後は、プレスラム９０を下死点から上方に移動することで、固定型１４と可動型１６を分離させる。第１、第２、第５及び第６パンチ駆動機構９３、９４、９７、９８は、プレスラム９０の移動時に、カムブロック１００がバネ１０１により引き戻される。これにより第１、第２、第５及び第６パンチ部７１ａ、７２ａ、７５ａ、７６ａの可動棒７８が後退する。また、第３及び第４パンチ駆動機構９５、９６は、プレスラム９０の移動と共に第３及び第４パンチ部７３ａ、７４ａの可動棒７８を後退させる。各突出体７９は、戻し機構８４によりクランクシャフト成形空間２４から配置部７０ｂ内に戻ることになり、固定型１４の固定型側空間２０に鍛造されたクランクシャフトＣＳが残される。

以上のように、本実施形態に係るクランクシャフトＣＳの製造方法及び製造装置１０によれば、３気筒用のクランクシャフトＣＳの第１〜第３ピン部Ｐｍ１〜Ｐｍ３に対し、軽量化のための中空部ＨＷを良好に形成することができる。特に、製造装置１０は、ツイスト工程を省いてクランクシャフトＣＳを鍛造成形することができるように、成形型１２のパーティング面１８が、ジャーナル軸用空間３０とクランクピン用空間５０で分離するように設定される。このように設定された成形型１２でも、パンチ機構７０を適切に配置することで、中空部ＨＷを精度よく成形することができる。

ここで、３気筒エンジンのクランクシャフトＣＳは、３つクランクピンＰの位相がジャーナル軸Ｊの軸心回りに１２０°ずれる。このため、一般的には、クランクピンＰの位相に応じて成形型内にパンチ機構を斜めに設置することを想定し得るが、方形状の成形型の内部構造が複雑化することになる。これに対し、本実施形態に係るパンチ機構７０は、成形型１２のプレス方向Ｘに平行又は直交し、且つ第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３の軸心５１ａ〜５３ａに直交する方向に配置されるので、成形型１２内の構造が簡素化する。また、第１、第２、第５及び第６パンチ機構７１、７２、７５、７６を、パーティング面１８の近傍且つパーティング面１８の面方向に沿って配置することが可能となり、各パンチ機構７０をより簡単に設置することができる。さらに、パンチ機構７０の取り替えが容易となり、中空部ＨＷの形状等を自由に設計変更することができる。

また、成形型１２のプレス方向Ｘに平行又は直交して配置されるパンチ機構７０は、成形型１２のプレス時の動作力が容易に伝達されてこの動作力に基づき動作することができる。つまり、パンチ機構７０を動作させる駆動源を別に用意する必要がなくなり、装置のさらなる簡素化を図ることができる。

さらに、第１〜第３クランクピン用空間５１〜５３の軸心５１ａ〜５３ａの直交方向に配置されるパンチ機構７０は、クランクシャフトＣＳのウェブＷ等に干渉せずに進退動作を行う。これにより、クランクピンＰの位相がジャーナル軸Ｊの軸心回りにずれるクランクシャフトＣＳを、成形型１２により容易に鍛造成形しつつ、パンチ機構７０により中空部ＨＷを容易に形成することが可能となる。

またさらに、パンチ機構７０が、可動棒７８及び突出体７９を有することで、可動棒７８の進出方向に対し突出体７９の進出方向を簡単に変えることができる。そのため、クランクピンＰの軸心ＯＰに対し傾斜するショルダー部Ｓｒに、突出体７９を直交方向に進退させることができ、中空部ＨＷを良好に形成することができる。また、突出体７９は、進退移動時に曲がり等が防止されるので、製造装置１０は、装置全体の耐久性を向上することができる。

よって、上述したクランクシャフトＣＳの製造方法及び製造装置１０によれば、クランクシャフトＣＳの製造時の効率化やクランクシャフトＣＳの製造コストの低減等を図ることができる。

なお、製造装置１０は、クランクシャフトＣＳを成形する成形型１２の構成について、自由に設計し得ることは勿論であり、例えば、図７に示す変形例に係る成形型１２Ａを採用してもよい。この成形型１２Ａは、第２クランクピンＰ２が成形型１２Ａの横方向を向くクランクシャフト成形空間２４Ａを有する。この場合、第２クランクピン用空間５２Ａと１２０°位相がずれる第１クランクピン用空間５１Ａの周辺のパーティング面１８Ａが、ジャーナル軸用空間３０Ａの周辺のパーティング面１８Ａよりも高く設定される。また、第３クランクピン用空間５３Ａの周辺のパーティング面１８Ａが、ジャーナル軸用空間３０Ａの周辺のパーティング面１８よりも低く設定される。これにより、成形型１２Ａのパーティング面１８Ａの面方向が、第１〜第４ジャーナル軸Ｊ１〜Ｊ４と第１〜第３クランクピンＰ１〜Ｐ３の両方の軸心を通るように設定される。

そして、パンチ機構７０は、クランクシャフト成形空間２４Ａの形状に応じて成形型１２Ａ内に設けられる。例えば、第１及び第２パンチ機構７１、７２（図示せず）は、可動型１６Ａ内において、プレス方向Ｘに直交又は平行で、且つ第１クランクピンＰ１の軸心に直交するように設けられる。第３及び第４パンチ機構７３、７４は、固定型１４Ａと可動型１６Ａの間（パーティング面１８Ａ）で、プレス方向Ｘ且つ第２クランクピンＰ２の軸心に直交するように設けられる。第５及び第６パンチ機構７５、７６（図示せず）は、固定型１４Ａ内において、プレス方向Ｘに直交又は平行で、且つ第３クランクピンＰ３の軸心に直交するように設けられる。

以上のように、変形例に係る成形型１２Ａを採用しても、図１に示す成形型１２と同様の効果を得ることが可能であり、３気筒用のクランクシャフトＣＳに中空部ＨＷを良好に形成することができる。

上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、本発明は、３気筒エンジンのクランクシャフトＣＳに限定されず、Ｖ型多気筒用で構成されるエンジンのクランクシャフトＣＳにも適用できることは勿論である。この際、クランクピンＰは、気筒数に応じてジャーナル軸Ｊの軸心回りの位相が適宜（例えば、９０°等に）変更される。この場合でも、パンチ機構７０が、プレス方向Ｘに平行又は直交し且つクランクピンＰを形成するクランクピン用空間５０の軸心に直交する方向に進退可能に成形型１２内に設けられることで、中空部ＨＷを良好に形成することができる。

１０…クランクシャフト製造装置（製造装置）
１２、１２Ａ…成形型 １４、１４Ａ…固定型
１４ａ…上面 １６、１６Ａ…可動型
１６ａ…下面 １８、１８Ａ…パーティング面
２４、２４Ａ…クランクシャフト成形空間 ３０…ジャーナル軸用空間
４０…ウェブ用空間 ５０…クランクピン用空間
６０…ショルダー部用空間 ７０…パンチ機構
７８…可動棒 ７９…突出体
Ａｍ…アーム部 ＣＳ…クランクシャフト
ＨＷ…中空部 Ｊ…ジャーナル軸
Ｐ…クランクピン Ｓｒ…ショルダー部
Ｗ…ウェブ Ｗｔ…ウエイト部
Ｘ…プレス方向

Claims (6)

1. ジャーナル軸と、前記ジャーナル軸の軸心からずれた位置で該ジャーナル軸の軸心と平行な軸心を有し隣り合うクランクピン同士の位相が１２０°または９０°ずれている複数のクランクピンと、前記ジャーナル軸から径方向外側に突出して前記クランクピンをそれぞれ支持する一対のウェブと有するクランクシャフトの製造方法において、
   第１成形型と第２成形型のプレスにより前記クランクシャフトを成形するシャフト成形工程と、
   前記第１及び第２成形型のプレス方向に平行又は直交し且つ前記クランクピンを形成するクランクピン用空間の軸心に直交する方向に進退可能に配置される可動部と、前記可動部の進出により押し出される突出部とを含む複数のパンチ機構により、複数の前記クランクピン及び前記ウェブに前記突出部を進入させて中空部をそれぞれ形成する中空部形成工程とを有し、
   前記パンチ機構の可動部は、複数の前記ウェブのうち前記中空部を直接形成する対象ウェブと、前記対象ウェブに隣接する隣接ウェブとの間で前記クランクピンに向かって進出するように配置される
   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１記載のクランクシャフトの製造方法において、
   前記シャフト成形工程では、前記クランクピン用空間周辺のパーティング面の面方向が、該クランクピン用空間の軸心を通るように設定された前記第１及び第２成形型によりプレスを行う
   ことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
3. 請求項１又は２記載のクランクシャフトの製造方法において、
   前記クランクシャフトは、前記ウェブの表面で該ウェブの突出方向に対し所定角度傾斜するショルダー部を含み、
   前記中空部形成工程において、前記パンチ機構は、前記ショルダー部を成形するショルダー部用空間の直交方向に前記突出部を突出させる
   ことを特徴とするクランクシャフトの製造方法。
4. ジャーナル軸と、前記ジャーナル軸の軸心からずれた位置で該ジャーナル軸の軸心と平行な軸心を有し隣り合うクランクピン同士の位相が１２０°または９０°ずれている複数のクランクピンと、前記ジャーナル軸から径方向外側に突出して前記クランクピンをそれぞれ支持する一対のウェブと有するクランクシャフトを製造するクランクシャフト製造装置において、
   前記クランクシャフトをプレスにより成形する第１成形型及び第２成形型と、
   前記第１及び第２成形型に設けられ、成形される前記クランクシャフトの複数の前記クランクピン及び前記ウェブに中空部をそれぞれ形成する複数のパンチ機構とを有し、
   前記パンチ機構は、前記第１及び第２成形型のプレス方向に平行又は直交し且つ前記クランクピンを形成するクランクピン用空間の軸心に直交する方向に進退可能に配置される可動部と、前記可動部の進出により押し出されて前記クランクピン及び前記ウェブに進入する突出部とを含み、
   前記パンチ機構の可動部は、複数の前記ウェブのうち前記中空部を直接形成する対象ウェブと、前記対象ウェブに隣接する隣接ウェブとの間で前記クランクピンに向かって進出するように配置される
   ことを特徴とするクランクシャフト製造装置。
5. 請求項４記載のクランクシャフト製造装置において、
   前記第１及び第２成形型は、前記クランクピン用空間周辺のパーティング面の面方向が該クランクピン用空間の軸心を通るように設定されている
   ことを特徴とするクランクシャフト製造装置。
6. 請求項４又は５記載のクランクシャフト製造装置において、
   前記クランクシャフトは、前記ウェブの表面で該ウェブの突出方向に対し所定角度傾斜するショルダー部を含み、
   前記パンチ機構は、前記ショルダー部を成形するショルダー部用空間の直交方向に前記突出部を突出させる
   ことを特徴とするクランクシャフト製造装置。

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