JP6669272B2 - 鍛造クランク軸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱間鍛造によりクランク軸を製造する方法に関する。

自動車、自動二輪車、農業機械または船舶等のレシプロエンジンには、ピストンの往復運動を回転運動に変換して動力を取り出すために、クランク軸が不可欠である。クランク軸は、型鍛造または鋳造によって製造できる。特に、高強度と高剛性がクランク軸に要求される場合、型鍛造によって製造されたクランク軸（以下、「鍛造クランク軸」ともいう）が多用される。

図１Ａ〜図１Ｃは、一般的な鍛造クランク軸の形状例を示す模式図である。これらの図のうち、図１Ａは全体図であり、図１ＢはＩＢ−ＩＢ断面図であり、図１Ｃはピン部の位相を示す図である。図１Ｂに示す例では、代表的に、一つのクランクアーム部Ａ１と、そのクランクアーム部Ａ１と一体のカウンターウエイト部Ｗ１と、そのクランクアーム部Ａ１につながるピン部Ｐ１およびジャーナル部Ｊ１を示す。

図１Ａ〜図１Ｃに示す鍛造クランク軸１１は、３気筒エンジンに搭載される３気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸である。鍛造クランク軸１１は、４つのジャーナル部Ｊ１〜Ｊ４と、３つのピン部Ｐ１〜Ｐ３と、フロント部Ｆｒと、フランジ部Ｆｌと、６枚のクランクアーム部（以下、「アーム部」ともいう）Ａ１〜Ａ６とを備える。アーム部Ａ１〜Ａ６は、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ４とピン部Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれつなぐ。また、６枚のアーム部Ａ１〜Ａ６のうちの一部のアーム部は、カウンターウエイト部（以下、「ウエイト部」ともいう）Ｗ１〜Ｗ４を一体で備える。具体的には、第１アーム部Ａ１、第２アーム部Ａ２、第５アーム部Ａ５および第６アーム部Ａ６は、それぞれウエイト部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３およびＷ４を一体で備える。第３アーム部Ａ３および第４アーム部Ａ４は、ウエイト部を備えず、その形状は長円状となる。

鍛造クランク軸１１の軸方向の前端にはフロント部Ｆｒが設けられ、後端にはフランジ部Ｆｌが設けられる。フロント部Ｆｒは、先頭の第１ジャーナル部Ｊ１につながり、フランジ部Ｆｌは、最後尾の第４ジャーナル部Ｊ４につながる。

以下では、ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ４、ピン部Ｐ１〜Ｐ３、アーム部Ａ１〜Ａ６およびウエイト部Ｗ１〜Ｗ４のそれぞれを総称するとき、その符号は、ジャーナル部で「Ｊ」、ピン部で「Ｐ」、アーム部で「Ａ」、ウエイト部で「Ｗ」とも記す。また、アーム部Ａおよびそのアーム部Ａと一体のウエイト部Ｗをまとめて「ウェブ」ともいう。ウエイト部Ｗを備えない長円状のアーム部Ａを「ウエイト無しアーム部」ともいう。

図１Ｃに示すように、３つのピン部Ｐ１〜Ｐ３は、ジャーナル部Ｊを中心として１２０°ずつずれて配置される。つまり、第１、第２および第３ピン部Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、それぞれ第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３に配置される。第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３の互いの位相角は１２０°である。

図１Ｂに示すように、ウエイト部Ｗの幅Ｂｗは、アーム部Ａの幅Ｂａより大きい。このため、ウエイト部Ｗは、アーム部中心面（ピン部Ｐの中心軸とジャーナル部の中心軸とを含む面）から大きく張り出す。

このような形状の鍛造クランク軸を製造する際、一般に、出発素材としてビレットが用いられる。ビレットの長手方向に垂直な断面、すなわち横断面は、丸形または角形である。その横断面の面積は、ビレットの全長にわたって一定である。本明細書において、「横断面」は、ビレット若しくは後述する各荒地の長手方向、または鍛造クランク軸の軸方向に垂直な断面を意味する。「縦断面」は、その長手方向またはその軸方向に平行な断面を意味する。また、横断面の面積を単に「断面積」ともいう。鍛造クランク軸は、予備成形工程、型鍛造工程およびバリ抜き工程をその順に経ることによって製造される。また、必要に応じ、バリ抜き工程の後に整形工程を経る。通常、予備成形工程は、ロール成形工程と曲げ打ち工程を含む。型鍛造工程は、荒打ち工程と仕上げ打ち工程を含む。

図２Ａ〜図２Ｆは、従来の一般的な鍛造クランク軸の製造工程を説明するための模式図である。これらの図のうち、図２Ａはビレットを示す。図２Ｂはロール荒地を示す。図２Ｃは曲げ荒地を示す。図２Ｄは荒鍛造材を示す。図２Ｅは仕上げ鍛造材を示す。図２Ｆは鍛造クランク軸を示す。なお、図２Ａ〜図２Ｆは、前記図１Ａ〜図１Ｃに示す鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。

図２Ａ〜図２Ｆを参照し、鍛造クランク軸１１の製造方法を説明する。先ず、図２Ａに示すような所定の長さのビレット１２を加熱炉によって加熱した後、予備成形工程でロール成形および曲げ打ちをその順に行う。ロール成形では、例えば孔型ロールを用いてビレット１２を圧延して絞る。これにより、ビレット１２の体積を軸方向に配分し、中間素材であるロール荒地１３を得る（図２Ｂ参照）。次に、曲げ打ちでは、ロール荒地１３を軸方向と垂直な方向から部分的にプレス圧下する。これにより、ロール荒地１３の体積を配分し、更なる中間素材である曲げ荒地１４を得る（図２Ｃ参照）。

続いて、荒打ち工程では、曲げ荒地１４を上下に一対の金型を用いて鍛造することにより、荒鍛造材１５を得る（図２Ｄ参照）。その荒鍛造材１５には、鍛造クランク軸（最終製品）のおおよその形状が造形されている。さらに、仕上げ打ち工程では、荒鍛造材１５を上下に一対の金型を用いて鍛造することにより、仕上げ鍛造材１６を得る（図２Ｅ参照）。その仕上げ鍛造材１６には、最終製品の鍛造クランク軸と合致する形状が造形されている。これら荒打ちおよび仕上げ打ちのとき、互いに対向する金型の型割面の間から余材が流出し、その余材がバリＢとなる。このため、荒鍛造材１５および仕上げ鍛造材１６の周囲には、いずれも、バリＢが大きく付いている。

バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材１６を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材１６からバリＢが除去され、バリ無し鍛造材が得られる。そのバリ無し鍛造材は、図２Ｆに示す鍛造クランク軸１１とほぼ同じ形状である。

整形工程では、バリ無し鍛造材の要所を上下から金型で僅かに圧下し、バリ無し鍛造材を最終製品の寸法形状に矯正する。ここで、バリ無し鍛造材の要所は、例えば、ジャーナル部Ｊ、ピン部Ｐ、フロント部Ｆｒ、フランジ部Ｆｌなどといった軸部、さらにはアーム部Ａおよびウエイト部Ｗである。こうして、鍛造クランク軸１１が製造される。なお、３気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸を製造する場合、ピン部の配置角度（１２０°の位相角）を調整するため、バリ抜き工程の後に、捩り工程が追加されることがある。

図２Ａ〜図２Ｆに示す製造工程は、前記図１Ａ〜図１Ｃに示す３気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸に限らず、様々な鍛造クランク軸に適用できる。例えば、それと同様の製造工程によって、３気筒−６枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸、４気筒エンジン、直列６気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、８気筒エンジン等に搭載される鍛造クランク軸を製造できる。

予備成形工程の主目的は、ビレットの体積を配分することである。そのため、予備成形工程によって得られる荒地には、鍛造クランク軸の形状がほとんど造形されない。このように予備成形工程でビレットの体積を配分することにより、後工程の型鍛造工程でバリの形成を低減でき、材料歩留りを向上できる。ここで、材料歩留りとは、ビレットの体積に対する鍛造クランク軸（最終製品）の体積の割合（百分率）を意味する。

鍛造クランク軸の製造に関する技術は、例えば、特開２００１−１０５０８７号公報（特許文献１）、特開平２−２５５２４０号公報（特許文献２）および特開昭６２−２４４５４５号公報（特許文献３）に開示される。特許文献１は、一対からなる上型と下型を用いた予備成形方法を開示する。その予備成形方法では、上型と下型とで棒状の被加工物を圧下する際に、被加工物の一部を伸ばすとともに、その一部に連続した部分を軸心に対してオフセットする。これにより、特許文献１では、延ばしと曲げを同時に実施できることから、設備投資を少なくできるとしている。

特許文献２の予備成形方法は、従来の２パスのロール成形に代え、４パスの高速ロール設備を用いる。その予備成形方法では、ロール荒地の断面積が、鍛造クランク軸（最終製品）のウエイト部、アーム部およびジャーナル部の断面積の分布に合わせて決められる。これにより、特許文献２では、材料歩留りを向上できるとしている。

特許文献３の予備成形方法は、相対移動する少なくとも２つのダイスにより、ビレットを挟んだ状態で圧下する。そのダイスの転動により軸方向および径方向に材料が配分される。これにより、鍛造クランク軸の概略形状に応じた軸非対称な荒地が成形される。特許文献３では、上述の予備成形方法だけで軸非対称な荒地が得られ、直ちに型鍛造に移行できるとしている。

特開２００１−１０５０８７号公報 特開平２−２５５２４０号公報 特開昭６２−２４４５４５号公報 国際公開第２０１４／０９１７３０号

鍛造クランク軸の製造では、前述の通り、バリの形成を低減して材料歩留りを向上させることが望まれる。前記特許文献１に記載の予備成形方法では、ビレットの体積の配分と、ピン部となる部位（以下、「ピン相当部」ともいう）の偏心をある程度行うことができる。

しかしながら、ピン相当部の偏心および体積の配分は、不十分であり、後工程の型鍛造で、ピン部の造形に伴って大きくバリが形成される。さらに、前記特許文献１の予備成形方法では、ウェブとなる部位において、ウエイト部となる部位の体積と、ウエイト部を一体で備えるアーム部となる部位の体積と、の配分が検討されていない。そのため、後工程の型鍛造工程において、アーム部中心面から大きく張り出すウエイト部で、材料の充満性が不十分となり、欠肉が生じ易い。ウエイト部の欠肉を防止するには、簡便には、荒地で余剰の体積を増加させればよい。しかし、この場合、材料歩留りが低下する。以下では、ウエイト部となる部位を「ウエイト相当部」ともいう。ウエイト部を一体で備えるアーム部（ウエイト部を除く）となる部位を「アーム相当部」ともいう。ウエイト相当部とアーム相当部をまとめて「ウェブ相当部」ともいう。

前記特許文献２の予備成形方法は、ピン相当部を偏心させることができない。ロール成形によるからである。このため、後工程の型鍛造によってピン部を造形する際に大きくバリが形成される。また、前記特許文献２の予備成形方法では、ウェブ相当部でウエイト相当部とアーム相当部との体積配分を行えない。ロール成形によるからである。そのため、後工程の型鍛造工程において、ウエイト部の材料の充満性が不十分となる。その結果、欠肉が生じ易い。

前記特許文献３の技術によれば、バリを形成することなく、ピン相当部の偏心およびビレットの体積の配分をある程度行うことができる。しかしながら、転造専用の設備が必要となり、簡便に行うことができない。また、ピン相当部の偏心および体積の配分は、不十分であり、後工程の型鍛造で、ピン部の造形に伴って大きくバリが形成される。

本発明の目的は、材料歩留りを向上できる鍛造クランク軸の製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、回転中心となる４つのジャーナル部と、ジャーナル部に対して偏心し、かつ、位相角が１２０°の第１位置、第２位置および第３位置にそれぞれ配置される３つのピン部と、ジャーナル部とピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で備える複数のカウンターウエイト部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。

鍛造クランク軸の製造方法は、ビレットまたは段付き素材からなる被加工材から初期荒地を得る第１予備成形工程と、初期荒地から中間荒地を得る第２予備成形工程と、中間荒地から最終荒地を得る最終予備成形工程と、型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含む。第１予備成形工程では、一対の第１金型を用い、被加工材のうちのピン部となる部位、およびジャーナル部となる部位を、被加工材の軸方向と垂直な方向から圧下する。これにより、それらの部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成しながら、扁平部のうちで第２位置に配置される第２ピン部となる部位を偏心させ、第２ピン部となる部位の偏心量が仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さくなる。第２予備成形工程では、第２金型を用い、第２ピン部となる部位の偏心方向と垂直な方向を圧下方向にして初期荒地を圧下する。これにより、第１位置に配置される第１ピン部となる部位および第３位置に配置される第３ピン部となる部位を互いに反対方向に偏心させる。第１および第３ピン部となる部位の偏心量が仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくなり、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みよりも大きくなる。最終予備成形工程では、第３金型を用い、中間荒地を中間荒地の軸方向と垂直な方向から圧下し、さらに、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位を、中間荒地の軸方向から圧下する。これにより、第１、第２および第３ピン部となる部位の偏心量を維持しつつ、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする。

本発明の実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、バリを形成することなく、軸方向の体積の配分が促進された中間荒地を得ることができる。また、中間荒地は、ウェブ相当部でウエイト相当部の体積とアーム相当部の体積が適切に配分される。そのため、最終予備成形工程においても、バリをほとんど形成せずに、鍛造クランク軸の形状に近い形状の最終荒地を得ることができる。そして、仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造クランク軸の形状を造形できる。これらより、材料歩留りを向上させることができる。

図１Ａは、一般的な鍛造クランク軸の形状例を模式的に示す全体図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面図である。 図１Ｃは、図１Ａの鍛造クランク軸についてピン部の位相を示す図である。 図２Ａは、従来の製造工程におけるビレットを示す模式図である。 図２Ｂは、従来の製造工程におけるロール荒地を示す模式図である。 図２Ｃは、従来の製造工程における曲げ荒地を示す模式図である。 図２Ｄは、従来の製造工程における荒鍛造材を示す模式図である。 図２Ｅは、従来の製造工程における仕上げ鍛造材を示す模式図である。 図２Ｆは、従来の製造工程における鍛造クランク軸を示す模式図である。 図３Ａは、本実施形態の製造工程例におけるビレットを示す模式図である。 図３Ｂは、本実施形態の製造工程例における初期荒地を示す模式図である。 図３Ｃは、本実施形態の製造工程例における中間荒地を示す模式図である。 図３Ｄは、本実施形態の製造工程例における最終荒地を示す模式図である。 図３Ｅは、本実施形態の製造工程例における仕上げ鍛造材を示す模式図である。 図３Ｆは、本実施形態の製造工程例における鍛造クランク軸を示す模式図である。 図４Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図４Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図５Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図５Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図６Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図６Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図７Ａは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時におけるウェブとなる部位を示す横断面図である。 図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時におけるウェブとなる部位を示す横断面図である。 図８Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図８Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図９Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時における第３位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図９Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時における第３位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図１０Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図１０Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時における第２位置に配置されるピン部となる部位を示す横断面図である。 図１１Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図１１Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時におけるジャーナル部となる部位を示す横断面図である。 図１２Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時におけるウェブとなる部位を示す横断面図である。 図１２Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時におけるウェブとなる部位を示す横断面図である。 図１３Ａは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下開始時におけるウエイト無しアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１３Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例の圧下終了時におけるウエイト無しアーム部となる部位を示す横断面図である。 図１４は、第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心量を示す模式図である。 図１５Ａは、最終予備成形工程の加工フロー例の圧下前の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１５Ｂは、最終予備成形工程の加工フロー例における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１５Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図１６は、最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。 図１７Ａは、第２予備成形工程で凹状の下型ウェブ加工部の開口側から圧下する場合の圧下前の状況を示す横断面図である。 図１７Ｂは、第２予備成形工程で凹状の下型ウェブ加工部の開口側から圧下する場合の圧下終了時の状況を示す横断面図である。 図１８Ａは、第２予備成形工程でピン加工部によって閉断面を形成することなく、ピン相当部を圧下する場合の圧下開始時の状況を示す横断面図である。 図１８Ｂは、第２予備成形工程でピン加工部によって閉断面を形成することなく、ピン相当部を圧下する場合の圧下終了時の状況を示す横断面図である。 図１９Ａは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって閉断面を形成することなく、ジャーナル相当部を圧下する場合の圧下開始時の状況を示す横断面図である。 図１９Ｂは、第２予備成形工程でジャーナル加工部によって閉断面を形成することなく、ジャーナル相当部を圧下する場合の圧下終了時の状況を示す横断面図である。 図２０Ａは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例の圧下前の状況を示す横断面図である。 図２０Ｂは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例の圧下終了時の状況を示す横断面図である。 図２１は、段付き素材の形状例を示す模式図である。 図２２Ａは、実施形態１の最終予備成形工程における圧下前の状況を模式的に示す上面図である。 図２２Ｂは、実施形態１の最終予備成形工程における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す上面図である。 図２２Ｃは、実施形態１の最終予備成形工程における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す上面図である。 図２３は、実施形態１の最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。 図２４Ａは、実施形態２の製造工程例における初期荒地を示す模式図である。 図２４Ｂは、実施形態２の製造工程例における中間荒地を示す模式図である。 図２４Ｃは、実施形態２の製造工程例における最終荒地を示す模式図である。 図２５Ａは、実施形態２の最終予備成形工程における圧下前の状況を模式的に示す縦断面図である。 図２５Ｂは、実施形態２の最終予備成形工程における上型の下死点到達時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図２５Ｃは、実施形態２の最終予備成形工程における軸方向の移動終了時の状況を模式的に示す縦断面図である。 図２６は、実施形態３の第２予備成形工程で用いられる第２金型を示す縦断面図である。 図２７は、実施形態３の第２予備成形工程で用いられる第２金型を示す縦断面図である。

本発明の一実施形態による鍛造クランク軸の製造方法は、４つのジャーナル部と、３つのピン部と、複数のクランクアーム部と、複数のカウンターウエイト部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法である。４つのジャーナル部は、回転中心となる。３つのピン部は、ジャーナル部に対して偏心し、かつ、位相角が１２０°の第１位置、第２位置および第３位置にそれぞれ配置される。複数のクランクアーム部は、ジャーナル部とピン部をつなぐ。複数のカウンターウエイト部は、クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で備える。

鍛造クランク軸の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、最終予備成形工程と、仕上げ鍛造工程と、を含む。第１予備成形工程は、ビレットまたは段付き素材からなる被加工材から初期荒地を得る。第２予備成形工程は、初期荒地から中間荒地を得る。最終予備成形工程は、中間荒地から最終荒地を得る。仕上げ鍛造工程は、型鍛造によって最終荒地を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する。

第１予備成形工程では、一対の第１金型を用い、被加工材のうちのピン部となる部位、およびジャーナル部となる部位を、被加工材の軸方向と垂直な方向から圧下する。これにより、それらの部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成しながら、扁平部のうちで第２位置に配置される第２ピン部となる部位に偏心を与える。第２ピン部となる部位の偏心量は仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さい。

第２予備成形工程では、第２金型を用い、第２ピン部となる部位の偏心方向と垂直な方向を圧下方向にして初期荒地を圧下する。これにより、第１位置に配置される第１ピン部となる部位および第３位置に配置される第３ピン部となる部位を互いに反対方向に偏心させる。第１および第３ピン部となる部位の偏心量が仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくなる。カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みよりも大きくなる。

最終予備成形工程では、第３金型を用い、中間荒地を中間荒地の軸方向と垂直な方向から圧下し、さらに、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位を、中間荒地の軸方向から圧下する。これにより、第１、第２および第３ピン部となる部位の偏心量を維持しつつ、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする。

典型的な例では、被加工材が段付き素材である場合、ピン部となる部位およびジャーナル部となる部位の断面積は、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位の合計の断面積と比べ、小さい。

第１予備成形工程で用いられる一対の第１金型は、ピン部となる部位と当接するピン加工部、および、ジャーナル部となる部位と当接するジャーナル加工部を備える。第１予備成形工程では、ピン加工部およびジャーナル加工部により、被加工材を圧下して扁平部を形成する。

第２予備成形工程で用いられる一対の第２金型は、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位と当接するウェブ加工部を備える。ウェブ加工部は、一対の第２金型のうちの一方が、クランクアーム部となる部位と当接するアーム加工部と、カウンターウエイト部となる部位と当接するウエイト加工部とを備える。アーム加工部およびウエイト加工部は、全体として凹状であり、かつ、凹状の底面側にアーム加工部が位置するとともに、凹状の開口側にウエイト加工部が位置する。ウエイト加工部の開口幅は、凹状の底面から遠ざかるに従って広くなる。

そして、第２予備成形工程では、第１および第３ピン部となる部位を偏心させるのに伴い、カウンターウエイト部となる部位、およびカウンターウエイト部を一体で備えるクランクアーム部となる部位を、凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる。

本実施形態の製造方法によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、バリを形成することなく、軸方向の体積の配分が促進された中間荒地を得ることができる。また、中間荒地は、ウェブ相当部（ウエイト部となる部位、およびウエイト部を一体で備えるアーム部となる部位）でウエイト相当部（ウエイト部となる部位）の体積とアーム相当部（ウエイト部を一体で備えるアーム部（ウエイト部を除く）となる部位）の体積が適切に配分される。そのため、最終予備成形工程においても、バリをほとんど形成せずに、鍛造クランク軸の形状に近い形状の最終荒地を得ることができる。そして、仕上げ鍛造工程により、その最終荒地から鍛造クランク軸の形状を造形できる。これらより、材料歩留りを向上させることができる。

好ましくは、第２予備成形工程において、ウエイト相当部およびアーム相当部を凹状のウェブ加工部の底面側に押し込んで変形させる際に、ウエイト相当部およびアーム相当部を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下して体積を配分する。

最終予備成形工程では、第３金型による中間荒地の軸方向と垂直な方向に沿う圧下方向が、第２ピン部となる部位の偏心方向であってもよいし、第２ピン部となる部位の偏心方向と垂直な方向であってもよい。

以下に、本実施形態の鍛造クランク軸の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

１．製造工程例
本実施形態の製造方法が対象とする鍛造クランク軸は、回転中心となる４つのジャーナル部Ｊと、ジャーナル部Ｊに対して偏心した３つのピン部Ｐと、ジャーナル部Ｊとピン部Ｐをつなぐ複数のアーム部Ａと、アーム部Ａのうちの全部または一部が一体で備える複数のウエイト部Ｗと、を備える。３つのピン部Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３にそれぞれ配置される。以下では、第１位置Ｌ１に配置されるピン部を第１ピン部Ｐ１ともいう。第２位置Ｌ２に配置されるピン部を第２ピン部Ｐ２ともいう。第３位置Ｌ３に配置されるピン部を第３ピン部Ｐ３ともいう。第１位置Ｌ１、第２位置Ｌ２および第３位置Ｌ３の互いの位相角は１２０°である。例えば、前記図１Ａ〜図１Ｃに示す３気筒−４枚カウンターウエイトの鍛造クランク軸１１が製造対象である。

本実施形態の製造方法は、第１予備成形工程と、第２予備成形工程と、最終予備成形工程と、仕上げ鍛造工程とを含む。仕上げ鍛造工程の後工程として、バリ抜き工程を追加してもよい。また、必要に応じて、バリ抜き工程の後に、整形工程を追加してもよい。ピン部の配置角度の調整は、仕上げ鍛造工程で行うことができる。あるいは、バリ抜き工程の後に捩り工程を追加し、この捩り工程でピン部の配置角度の調整を行ってもよい。これらの一連の工程は、熱間で実施される。

図３Ａ〜図３Ｆは、本実施形態の鍛造クランク軸の製造工程例を説明するための模式図である。これらの図のうち、図３Ａはビレットを示す。図３Ｂは初期荒地を示す。図３Ｃは中間荒地を示す。図３Ｄは最終荒地を示す。図３Ｅは仕上げ鍛造材を示す。図３Ｆは鍛造クランク軸を示す。なお、図３Ａ〜図３Ｆは、前記図１Ａ〜図１Ｃに示す形状の鍛造クランク軸１１を製造する場合の一連の工程を示す。図３Ｂ〜図３Ｄの右側の図は、ジャーナル部となる部位（以下、「ジャーナル相当部」ともいう）の中心に対する第１、第２および第３ピン部となる部位（以下、「第１ピン相当部」、「第２ピン相当部」および「第３ピン相当部」ともいう）ＰＡ１、ＰＡ２およびＰＡ３の位置を示す。図３Ｅおよび図３Ｆの右側の図は、ジャーナル部の中心に対する第１、第２および第３ピン部Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の位置を示す。また、図３Ｂ〜図３Ｄの右側の図には、最終製品である鍛造クランク軸のピン部の第１位置Ｌ１〜第３位置Ｌ３を想像線で示す。

第１予備成形工程では、第１金型を用いて被加工材を圧下する。その際の圧下方向は、被加工材の軸方向と垂直な方向である。この例では、被加工材としてビレット２２が用いられる。これにより、ビレット２２のうち、３つのピン相当部および４つのジャーナル相当部が押し潰され、それらの部位で断面積を減少させる。これに伴って、ビレット２２に複数の扁平部２３ａが形成される。扁平部２３ａは、ピン相当部およびジャーナル相当部の位置に形成される。

また、第１予備成形工程では、扁平部２３ａのうち、第２ピン相当部ＰＡ２を圧下方向に沿って偏心させる。このようにしてピン相当部およびジャーナル相当部が絞られることにより、体積が配分された初期荒地２３が得られる。ここで、初期荒地２３の第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかそれよりも小さい。仕上げ寸法の偏心量とは、鍛造クランク軸のピン部の偏心量を意味する。第１予備成形工程は、例えば、後述の加工フロー例に従って実施することができる。

第２予備成形工程では、体積をさらに配分するため、一対の第２金型を用いて初期荒地２３を圧下する。その際の圧下方向は、第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向と垂直な方向である。これにより、中間荒地２４が得られる。中間荒地２４において、第１ピン相当部ＰＡ１および第３ピン相当部ＰＡ３は、圧下方向に沿って偏心する。ただし、第１ピン相当部ＰＡ１の偏心方向と第３ピン相当部ＰＡ３の偏心方向は互いに反対方向である。つまり、中間荒地２４において、第１ピン相当部ＰＡ１と第２ピン相当部ＰＡ２との位相角は９０°である。第３ピン相当部ＰＡ３と第２ピン相当部ＰＡ２との位相角は９０°である。また、第１ピン相当部ＰＡ１と第３ピン相当部ＰＡ３との位相角は１８０°である。

中間荒地２４の第１および第３ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかそれよりも小さい。また、中間荒地２４において、ウェブ相当部の軸方向の厚さｔ１（図３Ｃ参照）は、仕上げ寸法の厚さｔ０（図３Ｆ参照）よりも大きい。仕上げ寸法の厚さｔ０とは、鍛造クランク軸（最終製品）のアーム部およびウエイト部の軸方向の厚さを意味する。第２予備成形工程の詳細は、後述する。

最終予備成形工程では、第３金型を用い、中間荒地２４を中間荒地２４の軸方向と垂直な方向から圧下する。さらに、中間荒地２４のウェブ相当部を中間荒地２４の軸方向から圧下する。これにより、第１、第２および第３ピン相当部ＰＡ１、ＰＡ２およびＰＡ３の位相角および偏心量を維持しつつ、ウェブ相当部の厚さを仕上げ寸法の厚みまで小さくする。その結果、鍛造クランク軸のおおよその形状が造形された最終荒地２５が得られる。最終予備成形工程には、例えば、特許文献４に記載の成形装置を応用できる。ただし、この装置を用いる場合、ピン相当部を保持する型部材は、ピン相当部をさらに偏心させるように移動することはない。最終予備成形工程の加工フロー例については後述する。

仕上げ鍛造工程では、型鍛造によって最終荒地２５を鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する。具体的には、上下に一対の金型が用いられる。最終荒地２５は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３が水平面内で並ぶような姿勢で、下型の上に配置される。そして、上型の下降により鍛造が実施される。つまり、鍛造の圧下方向は、第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向である。これにより、余材の流出に伴ってバリＢが形成され、バリ付きの仕上げ鍛造材２６が得られる。仕上げ鍛造材２６には、最終製品の鍛造クランク軸と合致する形状が造形されている。最終荒地２５に鍛造クランク軸のおおよその形状が造形されているので、仕上げ鍛造工程において、バリＢの形成を最小限に留めることができる。

また、仕上げ鍛造工程では、第１ピン相当部ＰＡ１が第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向とは反対方向に押し込まれ、第１位置Ｌ１に達する。第３ピン相当部ＰＡ３も第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向とは反対方向に押し込まれ、第３位置Ｌ３に達する。これにより、第１、第２および第３ピン部Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の互いの位相角は１２０°となる。

バリ抜き工程では、例えば、バリ付きの仕上げ鍛造材２６を一対の金型によって挟んで保持した状態で、刃物型によってバリＢを打ち抜く。これにより、仕上げ鍛造材２６からバリＢが除去される。その結果、鍛造クランク軸２１（最終製品）が得られる。

なお、特許文献４には、鍛造クランク軸の粗形状が造形された粗素材から仕上げ打ち用素材を成形する成形装置が提案されている。その粗素材は、丸ビレットに、絞り圧延および曲げ打ち等を繰り返して施すことによって得られる。また、後工程において、仕上げ打ち用素材に、仕上げ鍛造およびバリ抜きがその順に施される。

本実施形態の製造方法では、特許文献４の製造工程における絞り圧延および曲げ打ち等に代え、第１予備成形工程および第２予備成形工程を採用する。本実施形態の最終予備成形工程は、特許文献４の成形装置による成形に相当する。ただし、この装置を用いる場合、ピン相当部を保持する型部材は、ピン相当部をさらに偏心させるように移動することはない。

２．第１予備成形工程の加工フロー例
図４Ａ〜図７Ｂは、第１予備成形工程の加工フロー例を示す模式図である。これらの図のうち、図４Ａは圧下開始時の状況を示す縦断面図であり、図４Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。

図５Ａおよび図５Ｂは、第２位置に配置されるピン部となる部位（第２ピン相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図５Ａは圧下開始時の状況を示し、図５Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図５Ａは、前記図４ＡのＶＡ−ＶＡ断面図であり、図５Ｂは、前記図４ＢのＶＢ−ＶＢ断面図である。

図６Ａおよび図６Ｂは、ジャーナル部となる部位（ジャーナル相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図６Ａは圧下開始時の状況を示し、図６Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図６Ａは、前記図４ＡのＶＩＡ−ＶＩＡ断面図であり、図６Ｂは、前記図４ＢのＶＩＢ−ＶＩＢ断面図である。

図７Ａおよび図７Ｂは、ウェブとなる部位（ウェブ相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図７Ａは圧下開始時の状況を示し、図７Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図７Ａは、前記図４ＡのＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ断面図であり、図７Ｂは、前記図４ＢのＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ断面図である。

図４Ａ〜図７Ｂには、丸形の横断面を有するビレット２２と、上下で一対の第１金型３０とを示す。第１金型３０は、第１上型３１と、第１下型３２とを備える。状況の理解を容易にするため、図５Ａ〜図７Ｂには、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂには、圧下開始時の第１上型３１、第１下型３２およびビレット２２を二点鎖線で併記する。一対の第１金型３０は、ピン相当部と当接するピン加工部、および、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部を備える。

ピン加工部は、図５Ａに太線で示すように、第１上型３１に設けられる上型ピン加工部３１ｂ、および、第１下型３２に設けられる下型ピン加工部３２ｂからなる。上型ピン加工部３１ｂは、凹状であり、ビレット２２を収容可能である。第１下型３２の下型ピン加工部３２ｂは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ピン加工部３２ｂがビレット２２を収容可能な凹状であってもよい。

第１および第３ピン相当部と当接するピン加工部は、図５Ａおよび図５Ｂに示すような第２ピン相当部と当接するピン加工部と同様である。ただし、圧下方向において、第１および第３ピン相当部と当接するピン加工部の位置は、第２ピン相当部と当接するピン加工部の位置と異なる（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。

ジャーナル加工部は、図６Ａに太線で示すように、第１上型３１に設けられる上型ジャーナル加工部３１ａ、および、第１下型３２に設けられる下型ジャーナル加工部３２ａからなる。上型ジャーナル加工部３１ａは、凹状であり、ビレット２２を収容可能である。下型ジャーナル加工部３２ａは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ジャーナル加工部３２ａがビレット２２を収容可能な凹状であってもよい。

第１予備成形工程では、第１上型３１を上昇させて第１上型３１と第１下型３２を離間させた状態で、ビレット２２を第１上型３１と第１下型３２の間に配置する。この状態から第１上型３１を下降させると、図５Ａに示すように、ビレット２２のうちのピン相当部が凹状の上型ピン加工部３１ｂに収容される。また、図６Ａに示すように、ジャーナル相当部は、凹状の上型ジャーナル加工部３１ａに収容される。第１上型３１をさらに下降させると、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂ、並びに上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａにより、ビレット２２が圧下される。このため、ピン相当部およびジャーナル相当部の断面積が減少する。その結果、図５Ｂおよび図６Ｂに示すような扁平部２３ａが形成される。

また、ピン加工部およびジャーナル加工部のうちで第２ピン相当部と当接するピン加工部の位置は、図４Ａに示すように、第１および第３ピン相当部と当接するピン加工部の位置と異なる。このため、第２ピン相当部は、変形しながら圧下方向に沿って偏心する。そして、第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかそれよりも小さくなる。第１金型３０による圧下の終了後、第１上型３１を上昇させ、加工済みのビレット２２（初期荒地２３）を取り出す。

このような加工フロー例を採用すれば、ピン相当部およびジャーナル相当部を圧下してピン相当部およびジャーナル相当部の断面積が減少するのに伴い、ピン相当部およびジャーナル相当部の材料が、ビレット２２の軸方向に移動する。これにより、材料がピン相当部とジャーナル相当部との間のウエイト無しアーム部となる部位（以下、「ウエイト無しアーム相当部」ともいう）およびウェブ相当部に流入する。その結果、体積が軸方向に配分された初期荒地２３を得ることができる。

また、第１上型３１を下降させる過程で、凹状の上型ピン加工部３１ｂの開口が、下型ピン加工部３２ｂで塞がれ、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂによって閉断面が形成される（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。また、凹状の上型ジャーナル加工部３１ａの開口が、下型ジャーナル加工部３２ａで塞がれ、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによって閉断面が形成される（図６Ａおよび図６Ｂ参照）。これにより、第１上型３１と第１下型３２の間にバリが形成されることがない。したがって、材料歩留りを向上できるとともに、体積の軸方向の配分を促進できる。

第１予備成形工程では、後述するように、ジャーナル加工部によってジャーナル相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。また、ピン加工部によってピン相当部を部分圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。

第１予備成形工程では、体積の軸方向の配分を促進する観点から、ウェブ相当部を第１金型によって圧下しなくてよい。また、ウェブ相当部の形状（寸法）を整えるため、ウェブ相当部を部分的に第１金型によって圧下してもよい（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。

また、ウエイト無しアーム相当部は、その形状（寸法）を整えるため、部分的に第１金型によって圧下してもよい。

扁平部２３ａの横断面において、圧下方向と垂直な方向の幅Ｂｆは圧下方向の厚さｔａよりも大きければよい。例えば、扁平部２３ａの断面形状は楕円状または長円状である（図５Ｂおよび図６Ｂ参照）。扁平部２３ａの幅Ｂｆおよび厚さｔａの寸法は、ジャーナル相当部とピン相当部で異なってもよい。

３．第２予備成形工程の加工フロー例
図８Ａ〜図１３Ｂは、第２予備成形工程の加工フロー例を示す模式図である。これらの図のうち、図８Ａは圧下開始時の状況を示す縦断面図であり、図８Ｂは圧下終了時の状況を示す縦断面図である。

図９Ａおよび図９Ｂは、第３ピン部となる部位（第３ピン相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図９Ａは圧下開始時の状況を示し、図９Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図９Ａは、前記図８ＡのＩＸＡ−ＩＸＡ断面図であり、図９Ｂは、前記図８ＢのＩＸＢ−ＩＸＢ断面図である。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、第２ピン部となる部位（第２ピン相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図１０Ａは圧下開始時の状況を示し、図１０Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１０Ａは、前記図８ＡのＸＡ−ＸＡ断面図であり、図１０Ｂは、前記図８ＢのＸＢ−ＸＢ断面図である。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、ジャーナル部となる部位（ジャーナル相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図１１Ａは圧下開始時の状況を示し、図１１Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１１Ａは、前記図８ＡのＸＩＡ−ＸＩＡ断面図であり、図１１Ｂは、前記図８ＢのＸＩＢ−ＸＩＢ断面図である。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、ウェブとなる部位（ウェブ相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図１２Ａは圧下開始時の状況を示し、図１２Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１２Ａは、前記図８ＡのＸＩＩＡ−ＸＩＩＡ断面図であり、図１２Ｂは、前記図８ＢのＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ断面図である。

図１３Ａおよび図１３Ｂは、ウエイト無しアーム部となる部位（ウエイト無しアーム相当部）を示す横断面図である。これらの図のうち、図１３Ａは圧下開始時の状況を示し、図１３Ｂは圧下終了時の状況を示す。なお、図１３Ａは、前記図８ＡのＸＩＩＩＡ−ＸＩＩＩＡ断面図であり、図１３Ｂは、前記図８ＢのＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ断面図である。

図８Ａ〜図１３Ｂには、前述の第１予備成形工程で得られた初期荒地２３と、上下で一対の第２金型４０とを示す。第２金型４０は、第２上型４１と、第２下型４２とを備える。状況の理解を容易にするため、図９Ａ〜図１３Ｂには、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃを黒塗りの丸印で示す。また、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂおよび図１３Ｂには、圧下開始時の第２上型４１、第２下型４２および初期荒地２３を二点鎖線で併記する。一対の第２金型４０は、初期荒地２３のピン相当部と当接するピン加工部４１ｂ、４２ｂ、４１ｆおよび４２ｆ、ジャーナル相当部と当接するジャーナル加工部４１ａおよび４２ａ、並びに、ウェブ相当部と当接する上型ウェブ加工部４１ｃおよび下型ウェブ加工部４２ｃを備える。

ピン加工部は、第２上型４１に設けられる上型ピン加工部４１ｂ、４１ｆ、および、第２下型４２に設けられる下型ピン加工部４２ｂ、４２ｆからなる（図９Ａおよび図１０Ａの太線部参照）。上型ピン加工部４１ｂ、４１ｆは、凹状であり、初期荒地２３の扁平部を収容可能である。なお、上型ピン加工部４１ｂ、４１ｆおよび下型ピン加工部４２ｂ、４２ｆのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ピン加工部４２ｂ、４２ｆがビレットを収容可能な凹状であってもよい。

第３ピン相当部では、図９Ａに太線で示すように、第２上型４１の上型ピン加工部４１ｂが、初期荒地２３の扁平部を収容可能な凹状である。第２下型４２の下型ピン加工部４２ｂは、凸部の先端面に設けられる。一方、第２ピン相当部では、図１０Ａに太線で示すように、第２下型４２の下型ピン加工部４２ｆが、凹状である。第２上型４１の上型ピン加工部４１ｆが、凸部の先端面に設けられる。

圧下方向およびその圧下方向と垂直な方向（第２ピン相当部の偏心方向）において、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す第２ピン相当部と当接するピン加工部の位置は、図９Ａおよび図９Ｂに示す第３ピン相当部と当接するピン加工部の位置と異なる。また、圧下方向において、第１ピン相当部と当接するピン加工部の位置は、第３ピン相当部と当接するピン加工部の位置と異なる。

ジャーナル加工部は、図１１Ａに太線に示すように、第２上型４１に設けられる上型ジャーナル加工部４１ａ、および、第２下型４２に設けられる下型ジャーナル加工部４２ａからなる。上型ジャーナル加工部４１ａは、凹状であり、初期荒地２３の扁平部を収容可能である。第２下型４２の下型ジャーナル加工部４２ａは、凸部の先端面に設けられる。なお、上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａのいずれを凹状とするかは、特に制限はない。つまり、下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地の扁平部を収容可能な凹状であってもよい。

ウェブ加工部は、図１２Ａに太線で示すように、第２上型４１に設けられる上型ウェブ加工部４１ｃ、および、第２下型４２に設けられる下型ウェブ加工部４２ｃからなる。ウェブ加工部の横断面形状は、図１２Ａに太線で示すように、上型ウェブ加工部４１ｃおよび下型ウェブ加工部４２ｃのうちの一方が全体として凹状である。例えば図１２Ａに示すように、第２下型４２の下型ウェブ加工部４２ｃが全体として凹状であり、他方の第２上型４１の上型ウェブ加工部４１ｃは、平面状である。なお、上型ウェブ加工部４１ｃおよび下型ウェブ加工部４２ｃのいずれを凹状とするかは、鍛造クランク軸の形状に応じて適宜設定できる。

凹状のウェブ加工部（図１２Ａでは下型ウェブ加工部４２ｃ）は、アーム部となる部位（アーム相当部）と当接するアーム加工部４２ｄと、ウエイト部となる部位（ウエイト相当部）と当接するウエイト加工部４２ｅを有する。アーム加工部４２ｄは、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面側に位置し、ウエイト加工部４２ｅは凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの開口側に位置する。また、ウエイト加工部４２ｅの開口幅Ｂｗは、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面から遠ざかるに従って広くなる。例えば図１２Ａに示すように、ウエイト加工部４２ｅは、両側面がいずれも傾斜面である。また、アーム加工部４２ｄは、両側面が平行であり、開口幅Ｂｗが一定である。なお、アーム加工部４２ｄの両側面は厳密に平行でなくてもよく、僅かな傾斜を許容する。

第２予備成形工程では、ウェブ相当部の軸方向の厚さｔ１を仕上げ寸法の厚さｔ０よりも大きくする（図３Ｃおよび図３Ｆ参照）。このため、上型ウェブ加工部４１ｃおよび下型ウェブ加工部４２ｃの軸方向の長さは、ウェブ（ウエイト部およびそのウエイト部を一体で備えるアーム部）の仕上げ寸法の厚さより大きい。

第２予備成形工程では、第２上型４１を上昇させて第２上型４１と第２下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３を第２上型４１と第２下型４２の間に配置する。その際、扁平部の幅方向（楕円の場合は長径方向）が圧下方向となるように、初期荒地２３は、第１予備成形工程の終了時における状態から軸回りに９０°回転した姿勢で配置される。このため、第２金型４０による圧下方向は、第２ピン相当部の偏心方向と垂直な方向となる。

この状態から第２上型４１を下降させる。すると、図９Ａ、図１０Ａおよび図１１Ａに示すように、初期荒地２３の扁平部が凹状の上型ジャーナル加工部４１ａ並びに凹状の上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｆに収容される。その際、図１２Ａに示すように、ウェブ相当部は、下型ウェブ加工部４２ｃの底面と接触することなく、ウェブ相当部の大部分が下型ウェブ加工部４２ｃのうちのウエイト加工部４２ｅ内に配置される。

第２上型４１をさらに下降させると、第３ピン相当部においては、上型ピン加工部４１ｂと下型ピン加工部４２ｂとによって閉断面が形成される（図９Ａ参照）。第２ピン相当部においては、下型ピン加工部４２ｆと上型ピン加工部４１ｆとによって閉断面が形成される（図１０Ａ参照）。また、上型ジャーナル加工部４１ａと下型ジャーナル加工部４２ａとによって閉断面が形成される（図１１Ａ参照）。この状態で、第２上型４１をさらに下降させて下死点に到達させると、上型ピン加工部４１ｂと下型ピン加工部４２ｂとの内部の扁平部（第３ピン相当部）が圧下され、下型ピン加工部４２ｆと上型ピン加工部４１ｆとの内部の扁平部（第２ピン相当部）が圧下される。また、上型ジャーナル加工部４１ａと下型ジャーナル加工部４２ａとの内部の扁平部が圧下される。このようにして初期荒地２３の扁平部が第２金型によって圧下され、その結果、ジャーナル相当部およびピン相当部で断面積が減少する。これに伴い、余剰となった材料が軸方向に流動してウェブ相当部に流入し、体積の配分が進行する。

また、第３ピン相当部は圧下方向に沿って偏心する。第１ピン相当部は圧下方向に沿って第３ピン相当部の反対側に偏心する。そして、第１および第３ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかそれよりも小さくなる。一方、第２ピン相当部は圧下方向と垂直な方向に位置しており、偏心しない。そのため、第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれより小さいままである。

図１４は、第１ピン相当部および第３ピン相当部の偏心量を示す模式図である。図１４は、鍛造クランク軸の軸方向から見た図である。図１４を参照して、３気筒エンジンの鍛造クランク軸の第１ピン部が配置される第１位置Ｌ１と第２ピン部が配置される第２位置Ｌ２との位相差は１２０°である。しかしながら、第２予備成形工程で得られた中間荒地の第１ピン相当部の位置ＰＡ１と第２ピン相当部の位置ＰＡ２との位相差は９０°である。そのため、最終予備成形工程後の型鍛造で第１ピン相当部を、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃに対してさらに偏心させる。これにより、最終製品である鍛造クランク軸では、第１位置Ｌ１と第２位置Ｌ２との位相差が１２０°とされる。

第１ピン部の偏心量（仕上げ寸法）は、第１位置Ｌ１の中心とジャーナル部の軸心Ｃとの距離ＤＬである。したがって、ジャーナル部の軸心位置Ｃ、第１ピン相当部の位置ＰＡ１の中心、および第１位置Ｌ１の中心からなる直角三角形を仮想すると、第２予備成形工程での第１ピン相当部の偏心量ＤＬ１は、第１ピン部の偏心量ＤＬの（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さい。第１ピン相当部の偏心量ＤＬ１が第１ピン部の偏心量ＤＬの（√３）／２よりも大きければ、後の工程で第１ピン相当部を第１位置Ｌ１まで偏心させることは困難である。なぜなら、圧下方向（図１４の左右方向）と平行ではない方向に沿って第１ピン相当部を第１位置Ｌ１まで偏心させなければならないからである。なお、第１ピン相当部の偏心量ＤＬ１が第１ピン部の偏心量ＤＬの（√３）／２よりも小さい場合、後の型鍛造工程等で、第１ピン相当部の偏心量ＤＬ１を第１ピン部の偏心量ＤＬの（√３）／２まで偏心させる。第３ピン相当部も同様である。第２ピン相当部についても、偏心量が仕上げ寸法の偏心量よりも小さい場合には、最終予備成形工程後の型鍛造工程で第２ピン相当部を、ジャーナル相当部の軸心位置Ｃに対してさらに偏心させる。

ウェブ加工部のうちで平面状のウェブ加工部（図１２Ａおよび図１２Ｂでは上型ウェブ加工部４１ｃ）はウェブ相当部に押し当てられないが、ウェブ相当部は凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面側に押し込まれる。この押し込みは、ウェブ相当部の前後に位置する第１および第３ピン相当部の圧下（変形）に伴って発生する。押し込みの際に、ウェブ相当部は、前述のアーム加工部４２ｄおよびウエイト加工部４２ｅに沿って変形する。すなわち、ウェブ相当部の幅は、凹状の底面側（アーム相当部）で狭くなり、凹状の開口側（ウエイト相当部）で広くなる。また、ウェブ相当部の開口側の側面２３ｂは、横断面形状が円弧状となる。

第２金型４０による圧下の終了後、第２上型４１を上昇させ、加工済みの初期荒地２３（中間荒地２４）を取り出す。このようにして得られる中間荒地２４において、ウェブ相当部の厚さは、仕上げ寸法の厚さよりも大きい。

第２予備成形工程によれば、バリを形成することなく、第１および第３ピン相当部をそれぞれ偏心させることができる。また、ピン相当部からウェブ相当部に材料を流動させることにより、体積を軸方向に配分できる。必要に応じ、ジャーナル相当部からもウェブ相当部に材料を流動させれば、これによっても体積を軸方向に配分できる。

第２予備成形工程では、ウエイト無しアーム相当部の形状（寸法）を整えるため、ウエイト無しアーム相当部を部分的に第２金型４０によって圧下してもよい（図１３Ａおよび図１３Ｂ参照）。また、ウエイト無しアーム相当部へ材料を流入させたい場合は、ウエイト無しアーム相当部を第２金型４０によって圧下しなくてよい。

４．最終予備成形工程の加工フロー例
図１５Ａ〜図１５Ｃは、最終予備成形工程の加工フロー例を模式的に示す縦断面図である。これらの図のうち、図１５Ａは圧下前の状況を示す。図１５Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図１５Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。図１６は、最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。なお、図１５Ａ〜図１５Ｃにおいて、実際の第２ピン相当部は第１および第３ピン相当部の手前または奥に位置するが、便宜上、第１〜第３ピン相当部を同一面上に示す。

図１５Ａ〜図１５Ｃには、前述の第２予備成形工程で得られた中間荒地２４と、上下で一対の第３金型５１と、上側プレート５２と、下側プレート５３とを示す。第３金型５１は、第３上型６０と、第３下型７０とを備える。第３上型６０は、上側プレート５２上に支持される。上側プレート５２はプレス機のラム（図示省略）の作動に伴って上下動する。第３下型７０は、下側プレート５３上に支持される。下側プレート５３はプレス機の土台（図示省略）に固定される。

ウェブ相当部を中間荒地２４の軸方向から圧下するために、第３上型６０および第３下型７０は、複数の部材に分割されている。第３上型６０および第３下型７０を構成する部材は、中間荒地２４の軸方向に沿って並べて配置される。第３上型６０および第３下型７０は、それぞれ、固定ピン型部材６４および７４と、複数の固定ジャーナル型部材６１および７１と、複数の可動ジャーナル型部材６２および７２と、複数の可動ピン型部材６３および７３とを備える。

固定ピン型部材６４および７４は、中間荒地２４のうちで中央の第２ピン相当部の位置に配置される。固定ピン型部材６４および７４は、上側プレート５２および下側プレート５３に対し、移動不能である。

固定ジャーナル型部材６１および７１は、固定ピン型部材６４および７４の軸方向の前後に配置される。つまり、固定ジャーナル型部材６１および７１は、中間荒地２４のうちで第２ピン相当部につながるウエイト無しアーム相当部、そのウエイト無しアーム相当部につながる第２および第３ジャーナル相当部、および、そのジャーナル相当部につながるウェブ相当部を含む位置にそれぞれ配置される。固定ジャーナル型部材６１および７１は、上側プレート５２および下側プレート５３に対し、移動不能である。

可動ピン型部材６３および７３は、中間荒地２４のうちで第１および第３ピン相当部の位置にそれぞれ配置される。可動ピン型部材６３および７３は、上側プレート５２および下側プレート５３の上で、中間荒地２４の軸方向であって固定ピン型部材６４および７４（固定ジャーナル型部材６１および７１）に向く方向に移動可能である。可動ピン型部材６３および７３は、上側プレート５２および下側プレート５３に対し、その軸方向以外の方向に移動不能である。

可動ジャーナル型部材６２および７２は、中間荒地２４のうちで第１および第４ジャーナル相当部、および、そのジャーナル相当部につながるウェブ相当部を含む位置にそれぞれ配置される。なお、前側の可動ジャーナル型部材６２および７２は、フロントとなる部位の位置にも存在する。後側の可動ジャーナル型部材６２および７２は、フランジとなる部位の位置にも存在する。可動ジャーナル型部材６２および７２は、上側プレート５２および下側プレート５３の上で、中間荒地２４の軸方向であって固定ピン型部材６４および７４（固定ジャーナル型部材６１および７１）に向く方向に移動可能である。

このような部材からなる第３上型６０および第３下型７０には、それぞれ型彫刻部（図１５Ａ中の符号６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａおよび７４ａ参照）が形成されている。その型彫刻部には、鍛造クランク軸（最終製品）のおおよその形状が反映されている。

最終予備成形工程では、図１５Ａに示すように、第３上型６０を上昇させた状態で、第３上型６０と第３下型７０の間に中間荒地２４を配置する。その際、図１６に示すように、中間荒地２４は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３が鉛直面内で並ぶような姿勢で配置される。つまり、中間荒地２４は、第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向が水平方向となるような姿勢で配置される。この状態から、第３上型６０を下降させる。すると、中間荒地２４が、第３上型６０および第３下型７０によって中間荒地２４の軸方向と垂直な方向（鉛直方向）から圧下される（図１５Ｂ参照）。これにより、中間荒地２４のジャーナル相当部、ピン相当部、およびウエイト無しアーム相当部が圧下され、ジャーナル部、ピン部およびウエイト無しアーム部のおおよその形状が造形される。

さらに、可動ジャーナル型部材６２および７２、並びに可動ピン型部材６３および７３を、中間荒地２４の軸方向であって固定ピン型部材６４および７４に向く方向に移動させる。この移動は、例えば、くさび機構または油圧シリンダによって実現できる。

可動ジャーナル型部材６２および７２、並びに可動ピン型部材６３および７３の軸方向移動に伴い、中間荒地２４のウェブ相当部が中間荒地２４の軸方向に圧下される。これにより、ウェブ相当部の厚さが仕上げ寸法の厚さまで小さくなり、アーム部およびウエイト部のおおよその形状が造形される。その際、ピン相当部は偏心方向に移動しない。つまり、第１および第３ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じに維持される。第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量と同じに維持される。

第３金型５１による圧下の終了後、上型６０を上昇させ、加工済みの中間荒地２４（最終荒地）を取り出す。

このような最終予備成形工程によれば、ウェブ相当部を軸方向に圧下することから、ウエイト部で、材料の充満性を向上でき、欠肉が生じるのを抑制できる。また、ウエイト部の材料の充満性に優れることから、バリをほとんど形成することなく、最終荒地を得ることができる。

本実施形態の製造方法によれば、前述の第１予備成形工程および第２予備成形工程により、バリを形成することなく、中間荒地を得ることができる。このため、材料歩留りを向上できる。

さらに、本実施形態の製造方法によれば、第１予備成形工程および第２予備成形工程により、軸方向の体積の配分を促進できる。つまり、ピン相当部およびジャーナル相当部の断面積を減少できるとともに、ウェブ相当部の断面積を増加できる。また、第２予備成形工程では、ウェブ相当部の幅を、アーム相当部で狭くし、ウエイト相当部で広くすることができる。つまり、ウェブ相当部内で体積を適切に配分できる。このため、後工程の最終予備成形工程で、バリの形成を抑制して、鍛造クランク軸のおおよその形状を造形できる。この鍛造クランク軸のおおよその形状が造形された最終荒地を用いるので、仕上げ鍛造工程でも、バリの形成を最小限に留めることができる。これらによって、材料歩留りを向上できる。

５．ウェブ相当部の厚さおよび体積配分
第２予備成形工程において、ウエイト無しアーム相当部の厚さを仕上げ寸法の厚さより厚くしてもよい。この場合、最終予備成形工程において、ウエイト無しアーム相当部を中間荒地の軸方向に圧下する。そのため、最終予備成形工程で用いられる固定ジャーナル型部材６１および７１は可動ジャーナル型部材に変更される。

前述の第２予備成形工程では、ウェブ加工部を備えた第２金型が用いられる。しかし、第２予備成形工程はそのような構成に限定されない。例えば、第２予備成形工程でも、第１予備成形工程と同様に、ウェブ相当部を圧下することなく、ピン相当部およびジャーナル相当部から材料を流入させてもよい。

ウェブ加工部を備えた第２金型を用いる場合、第２予備成形工程によるウェブ相当部内の体積配分は、鍛造クランク軸（最終製品）の形状に応じてアーム加工部の形状を適宜変更することにより、調整することができる。例えば、アーム加工部の開口幅を変更したり、アーム加工部を傾斜面としたりすればよい。なお、アーム加工部を傾斜面とすれば、圧下終了後に第２金型から加工済みの初期荒地（中間荒地）をスムーズに取り出すことが可能になる。

鍛造クランク軸（最終製品）のウエイト部の形状は様々である。例えば、ウエイト部が幅方向に大きく張り出し、ピン部の偏心方向の長さが小さい場合もある。このような場合には、第２予備成形工程において、ウエイト加工部の形状を変更することが有効である。ウエイト加工部の形状変更として、例えば、傾斜面の角度を調整したり、ウエイト加工部を曲面としたりすればよい。また、ウェブ相当部を凹状のウェブ加工部の開口側から圧下することにより、ウエイト相当部内で体積を配分してもよい。

図１７Ａおよび図１７Ｂは、ウェブとなる部位（ウェブ相当部）を凹状の下型ウェブ加工部の開口側から圧下する場合を示す横断面図である。これらの図のうち、図１７Ａは圧下前の状況を示し、図１７Ｂは圧下終了時の状況を示す。図１７Ａおよび図１７Ｂでは、前記図１２Ａおよび図１２Ｂと比べ、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの深さが浅い。

図１７Ａおよび図１７Ｂに示す加工フロー例では、前記図１２Ａおよび図１２Ｂに示す加工フロー例と同様に、ウェブ相当部が凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの底面側に押し込まれ、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃに沿って変形する。加えて、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの深さが浅いので、第２金型４０による圧下の終盤に、ウェブ相当部の開口側の側面に平面状の上型ウェブ加工部４１ｃが押し当てられる。これにより、ウェブ相当部は、凹状の下型ウェブ加工部４２ｃの開口側から圧下され、幅が広くなるとともに偏心方向の長さが小さくなる。その結果、ウエイト相当部内で体積が配分される。

このようにウェブ相当部の開口側の側面を圧下する場合、ウェブ相当部への材料流入が阻害されるのを防止する観点から、軽圧下を実施するのが好ましい。軽圧下は、例えば、ウェブ相当部の開口側の側面２３ｂ（図１２Ｂ参照）の一部を圧下することによって実現できる。この場合、金型と接触しない部位に材料が逃げることによって軽圧下となる。

６．第２予備成形工程の別態様
前述の第２予備成形工程では、上型ピン加工部および下型ピン加工部によって閉断面を形成した状態でピン相当部を圧下する。ただし、バリが形成されなければ、ピン加工部によって閉断面を形成することなく、ピン相当部を圧下してもよい。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、ピン加工部によって閉断面を形成することなく、ピン相当部を圧下する場合を示す横断面図である。これらの図のうち、図１８Ａは圧下開始時の状況を示し、図１８Ｂは圧下終了時の状況を示す。図１８Ａおよび図１８Ｂに示す上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂの形状は、前記図９Ａおよび図９Ｂに示す上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂの形状と異なる。図１８Ａおよび図１８Ｂに示す第２上型４１の上型ピン加工部４１ｂおよび第２下型４２の下型ピン加工部４２ｂは、いずれも凹状である。第２上型４１の上型ピン加工部４１ｂの深さは第２下型４２の下型ピン加工部４２ｂよりも深い。

このような上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂによれば、第２上型４１の下降に伴い、初期荒地２３の第３ピン相当部（扁平部）の大部分が第２上型４１の上型ピン加工部４１ｂ内に収容される。その状態で、第２上型４１をさらに下降させると、第３ピン相当部（扁平部）が圧下方向に沿って偏心する。その際、第２上型４１の上型ピン加工部４１ｂおよび第２下型４２の下型ピン加工部４２ｂは、いずれも、部分的にピン相当部と当接する。換言すると、上型ピン加工部４１ｂおよび下型ピン加工部４２ｂは、型割り面の周辺でピン相当部と当接しない。また、ピン相当部の偏心に伴って材料が軸方向に流出し、ピン相当部が絞られて断面積が減少する。このため、バリを形成することなく、ピン相当部を偏心させるとともに絞ることができる。

第２予備成形工程で体積の配分を促進したい場合は、第１および第２ピン加工部によって閉断面を形成した状態でピン相当部を圧下するのが好ましい。噛み出しを防止する観点では、ピン加工部によってピン相当部を部分的に圧下するのが好ましい。バリの形成を防止するために部分圧下を実施する場合、ピン加工部の形状として、後述の図１９Ａおよび図１９Ｂに示すジャーナル加工部の形状を利用してもよい。

前述の第２予備成形工程では、ジャーナル相当部も、上型ジャーナル加工部および下型ジャーナル加工部によって閉断面を形成した状態で圧下される。ただし、バリが形成されなければ、ジャーナル加工部によって閉断面を形成することなく、ジャーナル相当部を圧下してもよい。例えば、ジャーナル加工部の形状として、前記図１８Ａおよび図１８Ｂに示すピン加工部の形状を利用してもよい。

図１９Ａおよび図１９Ｂは、ジャーナル加工部によって閉断面を形成することなく、ジャーナル相当部を圧下する場合を示す横断面図である。これらの図のうち、図１９Ａは圧下開始時の状況を示し、図１９Ｂは圧下終了時の状況を示す。図１９Ａおよび図１９Ｂに示す上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａの形状は、前記図１１Ａおよび図１１Ｂに示す上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａの形状と異なる。図１９Ａおよび図１９Ｂに示す上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａにおいて、第２上型４１の上型ジャーナル加工部４１ａが、初期荒地２３の扁平部の全体を収容可能な凹状である（図１９Ａの太線参照）。また、第２下型４２の円弧上の下型ジャーナル加工部４２ａは、凸部の先端面に設けられる（図１９Ａの太線参照）。上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａは、幅方向の両端に逃げ部４１ｇおよび４２ｇを備え、その逃げ部４１ｇおよび４２ｇは幅方向に広がる。

このような上型ジャーナル加工部４１ａおよび下型ジャーナル加工部４２ａによれば、第２上型４１の下降に伴い、凹状の上型ジャーナル加工部４１ａに初期荒地２３の扁平部の全体が収容される。その状態で、第２上型４１をさらに下降させると、上型ジャーナル加工部４１ａが扁平部と当接し、続いて下型ジャーナル加工部４２ａが扁平部と当接する。この当接に伴って扁平部が圧下されて断面積が減少し、材料が軸方向に流出して体積が配分される。その際、一部の材料は、逃げ部４１ｇおよび４２ｇに流入するが、逃げ部４１ｇおよび４２ｇの一部は扁平部と当接しない。このため、扁平部は部分的に圧下され、バリが形成されない。

第２予備成形工程で体積の配分を促進したい場合は、上型ジャーナル加工部および下型ジャーナル加工部によって閉断面を形成した状態でジャーナル相当部を圧下するのが好ましい。噛み出しを防止する観点では、上型ジャーナル加工部および下型ジャーナル加工部によってジャーナル相当部を部分的に圧下するのが好ましい。

７．第１予備成形工程の別態様
前述の第１予備成形工程では、第１金型３０を用い、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによって閉断面を形成する。また、上型ピン加工部３１ｂおよび下型ピン加工部３２ｂによって閉断面を形成する。その状態で、ビレットのジャーナル相当部およびピン相当部の全周を圧下する。これにより、バリの形成を防止できる。ジャーナル加工部によってジャーナル相当部を部分的に圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。また、ピン加工部によってピン相当部を部分的に圧下することにより、バリの形成を防止してもよい。

図２０Ａおよび図２０Ｂは、第１予備成形工程でジャーナル加工部によって部分圧下する加工フロー例を示す横断面図である。これらの図のうち、図２０Ａは圧下前の状況を示し、図２０Ｂは圧下終了時の状況を示す。図２０Ａおよび図２０Ｂに示す上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａの形状は、前記図６Ａおよび図６Ｂに示す上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａの形状と異なる。図２０Ａに太線で示すように、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａのいずれも、凹状であり、同じ深さである。

このような上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａによれば、第１上型３１の下降に伴い、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａの最深部がビレット２２と当接する。その状態で、第１上型３１をさらに下降させると、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａが、いずれも、部分的にビレット２２と当接する。換言すると、上型ジャーナル加工部３１ａおよび下型ジャーナル加工部３２ａが型割り面の周辺でビレット２２と当接しない。このため、バリを形成することなく、断面積を減少させて扁平部を形成できる。

体積の配分を促進したい場合は、前記図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ジャーナル加工部によって閉断面を形成した状態で、ビレットの全体を圧下するのが好ましい。噛み出しを防止する観点では、前記図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、ジャーナル加工部でビレットを部分的に圧下するのが好ましい。

第１金型３０のピン加工部は、図示を省略するが、前記図２０Ａおよび図２０Ｂに示すジャーナル加工部と同様の構成を採用し、ビレットを部分的に圧下してもよい。体積の配分を促進する観点では、前記図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ピン加工部によって閉断面を形成した状態で、ビレットの全体を圧下するのが好ましい。噛み出しを防止する観点では、ピン加工部によってビレットを部分的に圧下するのが好ましい。

８．好ましい態様等
後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ２（ｍｍ²）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ²）に対する比（Ｓｐ２／Ｓｐ０）で、０．７〜１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のピン相当部の断面積Ｓｐ１（ｍｍ²）は、鍛造クランク軸（最終製品）のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ²）に対する比（Ｓｐ１／Ｓｐ０）で、０．９〜１．９とするのが好ましい。

第１予備成形工程によって第２ピン相当部を偏心させる量（ｍｍ）、すなわち初期荒地２３、中間荒地２４および最終荒地２５の第２ピン相当部の偏心量Ｅａ（ｍｍ）は、仕上げ寸法の偏心量（鍛造クランク軸のピン相当部の偏心量）Ｅ０（ｍｍ）の２０％以上とするのが好ましい。より好ましくは仕上げ寸法の偏心量Ｅ０の５０％以上であり、最も好ましくは仕上げ寸法の偏心量Ｅ０の１００％である。第２ピン相当部の偏心量Ｅａが仕上げ寸法の偏心量Ｅ０よりも小さいと、最終予備成形工程後の仕上げ鍛造によって第２ピン相当部をさらに偏心させる必要がある。そのため、疵が発生するかもしれない。上記の実施形態では、第２ピン相当部の偏心量Ｅａが仕上げ寸法の偏心量Ｅ０と同じ（１００％）である場合を示す。

第２予備成形工程によって第１および第３ピン相当部を偏心させる量、すなわち、中間荒地２４および最終荒地２５の第１および第３ピン相当部の偏心量Ｅｂ（ｍｍ）は、仕上げ寸法の偏心量Ｅ０（ｍｍ）の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくすることが好ましい。上記の実施形態では、第１および第３ピン相当部の偏心量Ｅｂが仕上げ寸法の偏心量Ｅ０の（√３）／２と同じである場合を示す。ただし、ピン部用彫刻部への材料の充満性を確保する観点から、最終荒地２５の第１および第３ピン相当部の偏心量Ｅｂは、仕上げ寸法の偏心量Ｅ０に対する比（Ｅｂ／（（√３）／２×Ｅ０））で、（１．０−Ｄｐ／２／（（√３）／２×Ｅ０））以上とするのが好ましい。ここでＤｐは、仕上げ寸法のピン部の直径（鍛造クランク軸のピン部の直径）を意味する。同様の観点から、最終荒地２５の第１および第３ピン相当部の断面積Ｓｐｂ（ｍｍ²）は、鍛造クランク軸のピン部の断面積Ｓｐ０（ｍｍ²）に対する比（（Ｓｐｂ）／Ｓｐ０）で、０．７以上１．５以下とするのが好ましく、より好ましくは０．７５以上１．１以下とするのが好ましい。

後工程でウエイト部の材料の充満性を向上させる観点から、第２予備成形工程において、中間荒地２４のウェブ相当部の厚みｔ１（ｍｍ）は、仕上げ寸法ｔ０（ｍｍ）に対する比（ｔ１／ｔ０）で、１．１以上とするのが好ましく、１．５以上とするのがより好ましい。一方、比（ｔ１／ｔ０）が３．５を超えると、材料表面のバルジ変形領域が大きくなり、アーム部外周の寸法精度が低下するおそれがある。このため、比（ｔ１／ｔ０）を３．５以下とするのが好ましい。

後工程でウエイト部の材料の充満性を確保しつつウエイト部の欠肉を防止する観点から、中間荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ２（ｍｍ²）は、鍛造クランク軸（最終製品）のウェブの断面積Ｓｗ０（ｍｍ²）に対する比（Ｓｗ２／Ｓｗ０）で、０．３〜０．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のウェブ相当部の断面積Ｓｗ１（ｍｍ²）は、鍛造クランク軸（最終製品）のウェブの断面積Ｓｗ０（ｍｍ²）に対する比（Ｓｗ１／Ｓｗ０）で、０．２〜０．８とするのが好ましい。ここで、ウェブ相当部の断面積Ｓｗ１は、アーム相当部の断面積と、ウエイト相当部の断面積との合計である。また、ウェブの断面積Ｓｗ０は、ウエイト部の断面積と、そのウエイト部が一体で備えるアーム部の断面積との合計である。

後工程で形成されるバリを低減する観点から、中間荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ２（ｍｍ²）は、鍛造クランク軸（最終製品）のジャーナル部の断面積Ｓｊ０（ｍｍ²）に対する比（Ｓｊ２／Ｓｊ０）で、１．０〜１．９とするのが好ましい。同様の観点から、初期荒地のジャーナル相当部の断面積Ｓｊ１（ｍｍ²）は、鍛造クランク軸（最終製品）の断面積Ｓｊ０（ｍｍ²）に対する比（Ｓｊ１／Ｓｊ０）で、１．２〜１．９とするのが好ましい。

前記図３Ａ〜図３Ｆに示す製造工程例では、被加工材をビレット２２としたが、被加工材を段付き素材とすることもできる。

図２１は、段付き素材の形状例を示す模式図である。図２１に示す段付き素材２７において、前記図３Ｂに示す初期荒地２３と同様に、ピン相当部およびジャーナル相当部は、ウェブ相当部と比べて絞られている。すなわち、ピン相当部およびジャーナル相当部の断面積は、ウェブ相当部の断面積よりも小さい。段付き素材２７は、前記図３Ｂに示す初期荒地２３と異なり、いずれのピン相当部も偏心していない。段付き素材２７は、例えば、レデュースロールまたはクロスロールを用いて成形できる。

このような段付き素材を被加工材とする場合、第１予備成形工程では、上述の一対の第１金型によって段付き素材を圧下する。具体的には、ピン加工部によってピン相当部を圧下し、ピン相当部の断面積をさらに減少させて扁平部を形成する。また、ジャーナル加工部によってジャーナル相当部を圧下し、ジャーナル相当部の断面積をさらに減少させて扁平部を形成する。さらに、第２ピン相当部を偏心させる。

９．その他の実施形態
［実施形態１］
図２２Ａ〜図２２Ｃは、実施形態１の製造方法における最終予備成形工程を模式的に示す上面図である。これらの図のうち、図２２Ａは圧下前の状況を示す。図２２Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図２２Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。図２３は、実施形態１の最終予備成形工程での中間荒地の姿勢と上下の金型による型締め方向を示す模式図であり、中間荒地を軸方向から視た図である。実施形態１の製造方法は、上記の図３Ａ〜図２１に示す実施形態と比較して、最終予備成形工程で用いられる第３金型の形態が相違する。それ以外の構成は、上記の実施形態と同じである。なお、状況の理解を容易にするため、図２２Ａ〜図２２Ｃには、第３金型５１を構成する第３上型および第３下型７０のうちの第３下型７０を示す。図２２Ａには、中間荒地２４の輪郭を破線で示す。図２２Ｂおよび図２２Ｃには、バリを示さない。

上記の実施形態では、図１５Ａおよび図１６に示すように、中間荒地２４は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３が鉛直面内で並ぶような姿勢で、第３下型７０の上に配置される。そのため、図１５Ｂに示すように、第３上型６０の下降によって第３上型６０と第３下型７０とが型締めされると、ジャーナル相当部およびピン相当部は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３の偏心方向に沿って圧下される。

これに対し、実施形態１では、図２２Ａおよび図２３に示すように、中間荒地２４は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３が水平面内で並ぶような姿勢で、第３下型７０の上に配置される。そのため、図２２Ｂに示すように、第３上型の下降によって第３上型と第３下型７０とが型締めされると、ジャーナル相当部およびピン相当部は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３の偏心方向と垂直な方向（第２ピン相当部ＰＡ２の偏心方向）から圧下される。

このように、実施形態１の最終予備成形工程では、中間荒地２４の姿勢は、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３が水平面内で並ぶような姿勢である。この姿勢は、後の仕上げ鍛造工程での最終荒地の姿勢と同様である。そのため、最終予備成形工程で形成されるバリの位置と、仕上げ鍛造工程で形成されるバリの位置とは、一致する。したがって、最終予備成形工程でバリが形成されたとしても、そのバリは、仕上げ鍛造工程で形成されるバリと一緒になり、次のバリ抜き工程で除去される。

［実施形態２］
図２４Ａ〜図２４Ｃは、実施形態２の鍛造クランク軸の製造工程例を説明するための模式図である。これらの図のうち、図２４Ａは初期荒地を示す。図２４Ｂは中間荒地を示す。図２４Ｃは最終荒地を示す。図２５Ａ〜図２５Ｃは、実施形態２の製造方法における最終予備成形工程を模式的に示す縦断面図である。これらの図のうち、図２５Ａは圧下前の状況を示す。図２５Ｂは上型の下死点到達時の状況を示す。図２５Ｃは軸方向の移動終了時の状況を示す。実施形態２の製造方法は、上記の図３Ａ〜図２１に示す実施形態と比較して、第１予備成形工程で得られる初期荒地２３の形態が相違する。第２予備成形工程で得られる中間荒地２４の形態が相違する。さらに、最終予備成形工程で得られる最終荒地２５の形態が相違する。それ以外の構成は、上記の実施形態と同じである。最終予備成形工程での中間荒地２４の姿勢は、第１および第３ピン相当部が鉛直面内で並ぶような姿勢である。

図２４Ｂおよび図２５Ａに示すように、中間荒地２４の第２ピン相当部ＰＡ２の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量よりも小さい。第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２よりも小さい。第１予備成形工程では、第２ピン相当部ＰＡ２の偏心量がそのような偏心量になるように、初期荒地２３が成形される（図２４Ａ参照）。第２予備成形工程では、第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３の偏心量がそのような偏心量になるように、中間荒地２４が成形される。そして、最終予備成形工程では、上記の実施形態と同様に、ピン相当部が偏心方向に移動しない。そのため、図２４Ｃ、図２５Ｂおよび図２５Ｃに示すように、最終荒地２５のピン相当部の偏心量は、中間荒地２４のピン相当部の偏心量と変わらない。つまり、最終荒地２５の第２ピン相当部の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量よりも小さい。第１および第３ピン相当部ＰＡ１およびＰＡ３の偏心量は、仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２よりも小さい。

次に仕上げ鍛造工程では、最終荒地２５は、第１および第３ピン相当部が水平面内で並ぶような姿勢で、下型の上に配置される。そして、上型の下降により鍛造が実施される。ここで、最終荒地２５が下型の上に配置された段階では、最終荒地２５の第２ピン相当部は、下型に形成されたピン部用彫刻部から浮上している。最終荒地２５の第２ピン相当部の偏心量が仕上げ寸法の偏心量よりも小さいからである。このような状態であっても、下降する上型が第２ピン相当部と接触することにより、そのピン相当部が下型のピン部用彫刻部内に押し込まれる。したがって、仕上げ寸法の偏心量となった第２ピン部が得られる。

また、最終荒地２５が下型の上に配置された段階では、最終荒地２５の第１および第３ピン相当部は、下型に形成されたピン部用彫刻部からずれている。最終荒地２５の第１および第３ピン相当部の偏心量が仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２よりも小さいからである。このような状態であっても、下降する上型が第１および第３ピン相当部と接触することにより、それらのピン相当部が下型のピン部用彫刻部内に押し込まれる。したがって、仕上げ寸法の偏心量となった第１および第３ピン部が得られる。

実施形態２の最終予備成形工程で用いられる第２金型として、実施形態１のような形態の第２金型を適用してもよい。

［実施形態３］
図２６および図２７は、実施形態３の第２予備成形工程で用いられる第２金型を示す断面図である。実施形態３の第２予備成形工程は、上記の図３Ａ〜図２１に示す実施形態と比較して、第２予備成形工程で用いられる第２金型の形態が相違する。

上記の実施形態１および２では、以下に示す問題が生じる可能性がある。図８Ａを参照して、第２上型４１と第２下型４２を離間させた状態で、初期荒地２３は第２下型４２上に配置される。上述したように、第２予備成形工程では、第１ピン相当部および第３ピン相当部を偏心させる。初期荒地２３の第１ピン相当部を加工する下型ピン加工部４２ｈは、下型ジャーナル加工部４２ａよりも突出している。したがって、第２下型４２に初期荒地２３を配置すると、初期荒地２３は傾く。この状態で、第２金型４０が初期荒地２３を圧下すると、初期荒地２３が傾いているため、初期荒地２３が軸方向に移動しやすい。圧下中に初期荒地２３が移動すると、第２金型４０が圧下する初期荒地２３の位置が、予定の位置からずれる。すなわち、第２金型４０のピン加工部が初期荒地２３のウェブ相当部を圧下する等の事態が生じ得る。そのため、圧下後の中間荒地に、欠肉等が生じることがある。

図２６および図２７を参照して、実施形態３の製造装置は、下型ピン加工部４２ｈに代えて第４下型９２を備える。第４下型９２は、第２金型４０とは独立して昇降できる。初期荒地２３の圧下前では、第４下型９２は下型ジャーナル加工部４２ａと同じ高さもしくは下方に配置されている。すなわち、第４下型９２は下型ジャーナル加工部４２ａよりも突出していない。したがって、圧下開始前に、第２下型４２に初期荒地２３を配置しても、初期荒地２３はほぼ水平に保たれる。

また、実施形態３では、下型ジャーナル加工部４２ａによる初期荒地２３の圧下と同時または下型ジャーナル加工部４２ａによる初期荒地２３の圧下開始後に、第４下型９２による初期荒地２３の圧下が開始される。したがって、第１ピン相当部の圧下中に、上型ジャーナル加工部４１ａ、下型ジャーナル加工部４２ａによって初期荒地２３のジャーナル相当部が圧下されている。すなわち、初期荒地２３のジャーナル相当部が上型ジャーナル加工部４１ａ、下型ジャーナル加工部４２ａによって拘束されている。

要するに、第４下型９２が独立して昇降することおよび初期荒地２３のジャーナル相当部がピン相当部と同時または先行して圧下されるため、ピン相当部の圧下中に初期荒地２３が軸方向に移動しにくい。これにより、体積配分された初期荒地２３が、第２金型４０の所定の位置で圧下されるため、圧下後の中間荒地に欠肉等が生じにくい。第３ピン相当部についても同様である。すなわち、実施形態３の製造装置は、第１ピン相当部を圧下する第４下型９２と、第３ピン相当部を圧下する第４上型９１とからなる第４金型９０を備える。

実施形態３の第２金型４０および第４金型９０の構成について説明する。第４金型９０は、ピン加工部を独立して昇降させるために、制御機構を備える。制御機構は、例えばダイクッション、油圧シリンダである。

図２６を参照して、制御機構がダイクッション８１である場合について説明する。第２下型４２はダイクッション８１を介してボルスタベース８２に支持される。ダイクッション８１は緩衝機能を有する。第４下型９２はピンベース８３を介してボルスタベース８２に支持される。第２下型４２が初期荒地２３を圧下し始めると、ダイクッション８１の緩衝機能により、第４下型９２が第２下型４２から突出し始める。上型ジャーナル加工部４１ａ、下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部と当接と同時または当接した後に、第４下型９２が初期荒地２３のピン相当部と当接するようにダイクッション８１は設定される。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部と同時にまたはジャーナル相当部の圧下開始後に圧下される。

図２７を参照して、制御機構が油圧シリンダ８４である場合について説明する。油圧シリンダ８４は、第４下型９２を昇降させることができる。第４下型９２は油圧シリンダ８４を介してボルスタベース８２に支持される。第２下型４２が初期荒地２３を圧下し始めると、油圧シリンダ８４が作動し、第４下型９２が第２下型４２から突出し始める。上型ジャーナル加工部４１ａ、下型ジャーナル加工部４２ａが初期荒地２３のジャーナル相当部と当接と同時または当接した後に、第４下型９２が初期荒地２３のピン相当部と当接するように油圧シリンダ８４は設定される。これにより、初期荒地２３のピン相当部が、ジャーナル相当部と同時にまたはジャーナル相当部の圧下開始後に圧下される。

制御機構がダイクッションまたは油圧シリンダのいずれの場合であっても、第４下型９２が第２下型４２から突出するタイミングは適宜設定される。すなわち、初期荒地２３のピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下と同時に圧下されてもよい。ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下開始後から圧下完了までの間に圧下されてもよい。ピン相当部は、ジャーナル相当部の圧下完了後に圧下されてもよい。

第４上型９１についても同様である。したがって、第４上型９１の詳細な説明は省略する。

その他、本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、３気筒のレシプロエンジンに搭載される鍛造クランク軸の製造に有効に利用できる。

２１ 鍛造クランク軸
２２ ビレット
２３ 初期荒地
２３ａ 扁平部
２３ｂ ウェブ相当部の開口側の側面
２４ 中間荒地
２５ 最終荒地
２６ 仕上げ鍛造材
２７ 段付き素材
３０ 第１金型
３１ 第１上型
３１ａ 上型ジャーナル加工部
３１ｂ 上型ピン加工部
３２ 第１下型
３２ａ 下型ジャーナル加工部
３２ｂ 下型ピン加工部
４０ 第２金型
４１ 第２上型
４１ａ 上型ジャーナル加工部
４１ｂ 上型ピン加工部（第３ピン相当部）
４１ｃ 上型ウェブ加工部
４１ｆ 上型ピン加工部（第２ピン相当部）
４１ｇ 逃げ部
４２ 第２下型
４２ａ 下型ジャーナル加工部
４２ｂ 下型ピン加工部（第３ピン相当部）
４２ｃ 下型ウェブ加工部
４２ｄ アーム加工部
４２ｅ ウエイト加工部
４２ｆ 下型ピン加工部（第２ピン相当部）
４２ｇ 逃げ部
５１ 第３金型
５２ 上側プレート
５３ 下側プレート
６０ 第３上型
６１ 固定ジャーナル型部材
６２ 可動ジャーナル型部材
６３ 可動ピン型部材
６４ 固定ピン型部材
７０ 第３下型
７１ 固定ジャーナル型部材
７２ 可動ジャーナル型部材
７３ 可動ピン型部材
７４ 固定ピン型部材
９０ 第４金型
９１ 第４上型
９２ 第４下型
Ａ、Ａ１〜Ａ６ クランクアーム部
Ｊ、Ｊ１〜Ｊ４ ジャーナル部
Ｐ、Ｐ１〜Ｐ３ ピン部
Ｗ、Ｗ１〜Ｗ４ カウンターウエイト部
ＰＡ、ＰＡ１〜ＰＡ３ ピン相当部
Ｂ バリ

Claims (2)

1. 回転中心となる４つのジャーナル部と、前記ジャーナル部に対して偏心し、かつ、位相角が１２０°の第１位置、第２位置および第３位置にそれぞれ配置される３つのピン部と、前記ジャーナル部と前記ピン部をつなぐ複数のクランクアーム部と、前記クランクアーム部のうちの全部または一部が一体で備える複数のカウンターウエイト部と、を備える鍛造クランク軸の製造方法であって、
   当該製造方法は、
   ビレットまたは段付き素材からなる被加工材から初期荒地を得る第１予備成形工程と、
   前記初期荒地から中間荒地を得る第２予備成形工程と、
   前記中間荒地から最終荒地を得る最終予備成形工程と、
   型鍛造によって前記最終荒地を前記鍛造クランク軸の仕上げ寸法に成形する仕上げ鍛造工程と、を含み、
   前記第１予備成形工程では、一対の第１金型を用い、前記被加工材のうちの前記ピン部となる部位、および前記ジャーナル部となる部位を、前記被加工材の軸方向と垂直な方向から圧下することにより、前記各部位の断面積を減少させて複数の扁平部を形成しながら、前記扁平部のうちで前記第２位置に配置される第２ピン部となる部位を偏心させ、前記第２ピン部となる部位の偏心量が仕上げ寸法の偏心量と同じかまたはそれよりも小さくなり、
   前記第２予備成形工程では、第２金型を用い、前記第２ピン部となる部位の偏心方向と垂直な方向を圧下方向にして前記初期荒地を圧下することにより、前記第１位置に配置される第１ピン部となる部位および前記第３位置に配置される第３ピン部となる部位を互いに反対方向に偏心させ、前記第１および第３ピン部となる部位の偏心量が仕上げ寸法の偏心量の（√３）／２と同じかまたはそれよりも小さくなり、前記カウンターウエイト部となる部位、および前記カウンターウエイト部を一体で備える前記クランクアーム部となる部位の厚みが、仕上げ寸法の厚みよりも大きくなり、
   前記最終予備成形工程では、第３金型を用い、前記中間荒地を前記中間荒地の軸方向と垂直な方向から圧下し、さらに、前記カウンターウエイト部となる部位、および前記カウンターウエイト部を一体で備える前記クランクアーム部となる部位を、前記中間荒地の軸方向から圧下することにより、前記第１、第２および第３ピン部となる部位の偏心量を維持しつつ、前記カウンターウエイト部となる部位、および前記カウンターウエイト部を一体で備える前記クランクアーム部となる部位の厚みを、仕上げ寸法の厚みまで小さくする、鍛造クランク軸の製造方法。
2. 請求項１に記載の鍛造クランク軸の製造方法であって、
   前記最終予備成形工程では、前記第３金型による前記中間荒地の軸方向と垂直な方向に沿う圧下方向が、前記第２ピン部となる部位の偏心方向である、鍛造クランク軸の製造方法。

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