JP6881135B2 - 型鍛造部材の製造方法及び型鍛造部材の製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、型鍛造部材の製造方法及び型鍛造部材の製造方法に用いられる製造設備に関する。より具体的には、クランクシャフトの製造方法及びクランクシャフトの製造方法に用いられる製造設備に関する。

型鍛造部材は、様々な分野で利用される。型鍛造部材はたとえば、クランクシャフト、フロントアクスル及びコンロッドである。クランクシャフトは、自動車や船舶などに使用される。近年、エンジンの軽量化や高出力化に伴い、クランクシャフトには高強度及び高靱性が要求される。型鍛造によって製造される鍛造クランクシャフトは、鋳造によって製造される鋳造クランクシャフトと比較して、強度及び靱性が高い。そのため、鍛造クランクシャフトの需要が高まっている。

鍛造クランクシャフトは、クランクシャフトの形状の型を用いて、ビレット等の素材を型鍛造することで成形される。型鍛造では、素材のうち型の体積を超える分の余材がバリとして型の外にはみ出す。バリは、型鍛造の後に除去される。バリの体積が少ないほど、歩留まりが高まる。

バリの体積を減らすため、型鍛造前の素材に対する体積配分がこれまで検討されてきた。体積配分はたとえば、ロール成形及び曲げ加工等を施すことで行われる。ロール成形及び曲げ加工により、型鍛造前の素材の長さ方向の体積分布を、クランクシャフトの長さ方向の体積分布に近づける。この体積配分により、型鍛造後のバリの体積を減らし、歩留まりを高めることができる。

特開２００１−４７１７７号公報（特許文献１）は、次の技術を提案する。対向する２つの型によって、一体形クランク軸のフロント部に相当する素材の部位を、素材の軸方向に垂直な方向に厚みが素材厚みの８０〜３５％になるように圧下する。これにより、一体形クランク軸のフロント部に相当する部位の端面に凹みを生じさせることがなく、フロント部歩留まりを高めることができる、と特許文献１に記載されている。

国際公開第２０１４／０１６８７５号（特許文献２）は、次の技術を提案する。特許文献２では、型鍛造前のビレットを据込加工し、クランク軸の先頭のクランクアーム部に対応する位置から最後尾のクランクアーム部に対応する位置までの部分で断面積を拡大させた荒地を成形する。これにより、クランク軸の全域にわたって歩留まりを向上させることが可能になり、使用するビレットの断面サイズを小さなものに統合することも可能になる、と特許文献２に記載されている。

特開２００１−４７１７７号公報 国際公開第２０１４／０１６８７５号 特開昭５９−４９０２号公報

特許文献１及び２のように、体積配分によりバリの体積を減少させる技術は数多く提案されている。一方、素材の外径を、型鍛造部材を製造するのに必要最低限な寸法にすることによっても、バリの体積を減らし、歩留まりを高めることができる。

しかしながら、型鍛造部材の素材となるビレットの外径の種類には制限がある。ビレットは通常、分塊圧延を用いて製造される。分塊圧延では、一対の水平ロールセット（上ロール及び下ロール）を用いて鋳片を圧延してビレットを製造する。各上下ロールはカリバーと呼ばれる孔型を有する。ビレットの外径は、この孔型に応じて決まる。一対の水平ロールが備えることが可能な孔型の数は限られる。したがって、ビレットの外径の種類には制限がある。

異なる孔型を有する水平ロールを用いることにより、ビレットの外径の種類を増やすことができる。しかしながら、複数種類の外径のビレットを製造する場合、異なる孔型を有する水平ロールセットを複数準備しなければならない。さらに、所望の外径のビレットを製造するために、分塊圧延機の水平ロールセットを交換しなければならない。（以下、ロールセットの交換をロール組替えと称する。）このロール組替えは、生産性を低下する。したがって、従来の製造方法では、生産性の低下を抑制しつつ、型鍛造部材に最適な外径を有するビレットを製造することが困難である。

本発明の目的は、生産性の低下を抑制しつつ、歩留まりを向上できる、型鍛造部材の製造方法、及び、型鍛造部材の製造方法に用いられる製造設備を提供することである。

本実施形態による型鍛造部材の製造方法は、上流から下流に向かって順に、加熱炉、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機、及び、型鍛造機を備える製造設備を用いる。上記製造方法は、加熱工程と、縮径圧延工程と、型鍛造工程とを備える。加熱工程では、加熱炉でビレットを加熱する。縮径圧延工程では、加熱されたビレットを傾斜圧延機で縮径圧延して所望の外径に調整する。型鍛造工程では、外径を調整されたビレットを型鍛造機で型鍛造する。

本実施形態による製造設備は、加熱炉と、傾斜圧延機と、型鍛造機とを備える。加熱炉は、ビレットを加熱する。ビレットは、第１端面と、第１端面と反対側の第２端面と、第１端面と第２端面との間の側面とを含む。傾斜圧延機は、加熱炉の下流に配置される。傾斜圧延機は、３つの傾斜ロールを備え、ビレットを縮径圧延して所望の外径に調整する。型鍛造機は、傾斜圧延機の下流に配置される。型鍛造機は、所望の型鍛造部材の形状の型を備え、外径を調整されたビレットを型鍛造して所望の型鍛造部材の形状にする。

本実施形態による型鍛造部材の製造方法は、上記製造設備を用いた製造方法である。上記製造設備を用いて型鍛造部材を製造することにより、生産性の低下を抑制しつつ、歩留まりを向上できる。

図１は、型鍛造によって製造されたクランクシャフトを示す図である。 図２は、型鍛造によってクランクシャフトを製造する場合の、仕上げ打ち終了後を示す図である。 図３は、第１の実施形態による型鍛造部材の製造設備のレイアウト図である。 図４は、傾斜圧延機を出側から見た斜視図である。 図５は、傾斜圧延機を入側から見た正面図である。 図６は、傾斜圧延機の側面図である。 図７は、図５中の線分ＶＩＩ−ＶＩＩでの傾斜ロールの断面及びビレットを示す一部断面図である。 図８は、図３とは異なる、第２の実施形態による型鍛造部材の製造設備のレイアウト図である。 図９は、据込鍛造機の側面図である。 図１０は、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。 図１１は、据込鍛造時のビレットの軸方向から見た据込鍛造金型の正面図である。 図１２は、図１０とは異なる他の実施形態による、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。 図１３は、図１０及び図１２とは異なる他の実施形態による、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。 図１４は、図１０、図１２及び図１３とは異なる他の実施形態による、テーパー穴の中心軸を含む、据込鍛造金型の断面図である。 図１５は、予め据込鍛造をしないで、３つの傾斜ロールを持つ傾斜圧延機によって縮径圧延したビレットの一例を示す図である。 図１６は、ビレットの端面が大きく凹んだ、図１５に示すビレットを用いて型鍛造した場合の、鍛造金型の端部の拡大図である。 図１７は、ビレットの端面が大きく凹んだ、図１５に示すビレットを用いて型鍛造した場合の、鍛造金型の端部の拡大図である。 図１８は、ビレットの端面が大きく凹んだ、図１５に示すビレットを用いて型鍛造した場合の、鍛造金型の端部の拡大図である。 図１９は、据込鍛造機を用いて据込鍛造したビレットを示す図である。 図２０は、予め据込鍛造をした図１９に示すビレットを、３つの傾斜ロールを持つ傾斜圧延機によって縮径圧延した後のビレットを示す図である。 図２１は、端面の凹みを抑制した、図２０に示すビレットを用いて型鍛造した場合の、型鍛造金型の端部の拡大図である。 図２２は、端面の凹みを抑制した、図２０に示すビレットを用いて型鍛造した場合の、型鍛造金型の端部の拡大図である。 図２３は、端面の凹みを抑制した、図２０に示すビレットを用いて型鍛造した場合の、型鍛造金型の端部の拡大図である。 図２４は、図９とは異なる、他の実施形態による据込鍛造機の側面図である。 図２５は、据込鍛造時のビレットの軸方向から見たビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。 図２６は、図２４及び図２５とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレットの軸方向から見た、ビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。 図２７は、図２５及び図２６とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレットの軸方向から見たビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。 図２８は、据込鍛造後における、据込鍛造時のビレットの軸方向から見たビレットの軸方向中央部及び拘束工具の断面図である。 図２９は、図３及び図８とは異なる、第３の実施形態による型鍛造部材の製造設備のレイアウト図である。

図１は、型鍛造によって製造された型鍛造部材の一例を示す図である。図１では、一例として鍛造クランクシャフトを示す。図１において、クランクシャフト１はジャーナル部１０、ピン部１１、フロント部１２、及び、ジャーナル部１０とピン部１１とをつなぐクランクアーム部１３とを備える。型鍛造によってたとえばクランクシャフト１を製造する場合、加熱されたビレットをクランクシャフト１の形状の型を用いて型鍛造する。型鍛造工程は、荒打ち及び仕上げ打ちを備える場合がある。図２は、型鍛造によってクランクシャフト１を製造する場合の、仕上げ打ち終了後を示す図である。仕上げ打ち終了後には、ビレットのうち型の体積を超える分の余材がバリ２として型の外にはみ出している。バリ２は、刃物等によって打ち抜き除去される。これにより、クランクシャフト１が製造される。

従来、体積配分によってバリ２の体積を減少させる方法が検討されてきた。一方、素材の外径を、型鍛造部材を製造するのに必要最低限な寸法にすることによっても、バリの体積を減らし、歩留まりを高めることができる。

上述のとおり、型鍛造部材は、クランクシャフト１以外にも、フロントアクスル及びコンロッド等の様々な部材を含む。したがって、素材の外径を、型鍛造部材を製造するのに必要最低限な寸法にするためには、各型鍛造部材に合わせた外径を有する素材を複数種類製造する必要がある。

しかしながら、上述のとおり、分塊圧延を用いて製造されたビレットの外径の種類には制限がある。さらに、所望の外径のビレットを製造するためには、ロール組替えを行わなければならない。このロール組替えは、生産性を低下する。したがって、従来の製造方法では、生産性の低下を抑制しつつ、型鍛造部材に最適な外径を有するビレットを製造することが困難である。

そこで、本発明者らは、生産性の低下を抑制しつつ、型鍛造部材に最適な外径を有するビレットを製造する方法について検討した。その結果、以下の知見を得た。

３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機は、後述するロールの交叉角の調整によって、縮径圧延後のビレットの外径を幅広く調整できる。つまり、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機によって、ビレットを縮径圧延すれば、ビレットを所望の型鍛造部材を製造するのに必要最低限の外径に調整できる。

また、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機は、分塊圧延機と比較して１回の圧下量を大きくすることができる。そのため、型鍛造部材を製造するのに、たとえば外径の小さいビレットが要求される場合であっても、１回の圧下で要求された外径を有するビレットを製造できる。

つまり、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機を用いてビレットを製造すれば、縮径圧延後のビレットの外径を微調整する必要がある場合であっても、外径の小さいビレットが要求される場合であっても、１回の圧下で、要求された外径を有するビレットを製造できる。

分塊圧延機では、たとえば外径の小さいビレットが要求される場合、何回も往復して圧延する必要がある場合があり、ビレットの製造に時間を要する場合があった。一方、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機では、１回の圧下量が大きい。そのため、たとえば外径の小さいビレットが要求される場合であっても、ビレットの製造にかかる時間が短い。その結果、ビレットの温度が低下しにくい。

さらに、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機を用いる場合、分塊圧延機のように、複数種類の外径のビレットを製造するのにロール組替えが不要である。そのため、型鍛造部材の生産性の低下が抑制される。

以上のことから、本発明者らは、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機による縮径圧延であれば、型鍛造前に実施しても、型鍛造部材の生産性の低下が抑制され、さらに、ビレットの温度が低下しにくいことを知見した。そこで、型鍛造部材の製造ラインにおいて、加熱炉と型鍛造機との間に、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機を配置することで、型鍛造工程において、生産性の低下を抑制しつつ、歩留まりを向上させる本実施形態に至った。

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による型鍛造部材の製造方法は、上流から下流に向かって順に、加熱炉、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機、及び、型鍛造機を備える製造設備を用いる。上記製造方法は、加熱工程と、縮径圧延工程と、型鍛造工程とを備える。加熱工程では、加熱炉でビレットを加熱する。縮径圧延工程では、加熱されたビレットを全体に亘って傾斜圧延機で縮径圧延して所望の外径に調整する。より詳細には、所望の外径よりも大きい外径のビレットを傾斜圧延機を用いて外径が小さくなるように圧延して、所望の外径に調整する。型鍛造工程では、外径を調整されたビレットを型鍛造機で型鍛造する。

上述の製造方法は、型鍛造工程の前に縮径圧延工程を実施する。縮径圧延工程では、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機によって、ビレットを所望の型鍛造部材を製造するのに必要最低限の外径に調整できる。そのため、型鍛造工程において、バリの体積が減少し、歩留まりが向上する。また、３つの傾斜ロールを含む傾斜圧延機を用いる場合、分塊圧延機のように、複数種類の外径のビレットを製造するのにロール組替えが不要である。そのため、型鍛造部材の生産性の低下が抑制される。

好ましくは、上記製造設備はさらに、加熱炉と傾斜圧延機との間に据込鍛造機を備える。好ましくは、上記製造方法はさらに、加熱工程後であって縮径圧延工程前に、据込鍛造工程を備える。据込鍛造工程では、据込鍛造機を用いてビレットに対して据込鍛造を実施し、ビレットの端部をテーパー形状にする。

ここで、テーパー形状とは、ビレットの端面に向かって、ビレットの中心軸を含む断面におけるビレットの幅が連続的又は断続的に減少する形状、又は、後述する第１及び第２ビレット対向面から第１及び第２裏面に向かって、第１及び第２テーパー穴の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型の断面における第１及び第２内周面の幅が連続的又は断続的に減少する形状をいう。上記幅が減少する割合は、一定でもよいし一定でなくてもよい。たとえば、ビレットの端面に向かって、又は、後述する第１及び第２ビレット対向面から第１及び第２裏面に向かって、ビレットの幅又は第１及び第２内周面の幅が不連続に減少する形状（たとえば階段状）も、テーパー形状に含まれる。テーパー形状とはたとえば、ビレットの端が凸になる円錐であってもよい。

縮径圧延工程では、ビレットの圧下量が大きい程、ビレット端部において、ビレット表層部分がビレット中央部分よりも延伸する。したがって、ビレット端部が凹む。ビレットの端面が大きく凹んでいた場合、型鍛造が進むにつれ凹状の端面が折り曲げられ、最終的に重なり合う。その結果、素材が重なり合った部分に鍛造欠陥が形成される。この場合の鍛造欠陥をまくれ込み疵という。つまり、まくれ込み疵とは、型鍛造において、金型内で素材の一部が折れ曲がり、重なり合うことでできた鍛造欠陥をいう。ビレット端部をあらかじめ据込鍛造することによって、その後の縮径圧延工程におけるビレット端部の凹みが抑制される。ビレット端部の凹みが抑制されれば、型鍛造工程において、凹みに起因した鍛造欠陥（まくれ込み疵）が抑制される。したがって、縮径圧延工程におけるビレットの圧下量が大きくても、型鍛造部材の鍛造欠陥を抑制できる。

好ましくは、上記製造方法はさらに、加熱工程後であって据込鍛造工程前に、振り分け工程を備える。振り分け工程では、据込鍛造対象のビレットを据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外のビレットを傾斜圧延機に供給する。据込鍛造工程では、据込鍛造対象のビレットを据込鍛造する。縮径圧延工程では、据込鍛造工程後のビレット、及び、据込鍛造対象外のビレットを縮径圧延する。

据込鍛造が必要か否かは、加熱炉に装入されるビレットの鋼種、外径及び傾斜圧延機での圧下量等に応じて決まる。振り分け工程を備えることにより、据込鍛造が必要なビレットのみを据込鍛造できる。これにより、型鍛造部材の生産性が高まる。

上記振り分け工程では、縮径圧延工程におけるビレットの圧下量に応じて、据込鍛造対象のビレットを据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外のビレットを傾斜圧延機に供給してもよい。

縮径圧延工程における圧下量が大きい程ビレットの端面の凹みが大きくなる。一方、縮径圧延工程における圧下量が小さい場合、ビレットの端面の凹みは小さい。この場合、型鍛造時の影響は少ない。したがって、縮径圧延工程における圧下量に基づいて、ビレットの供給先（据込鍛造機、又は、傾斜圧延機）を決定しても良い。

上記型鍛造部材の製造方法における型鍛造部材は、クランクシャフトであってもよい。

本実施形態による製造設備は、加熱炉と、傾斜圧延機と、型鍛造機とを備える。加熱炉は、ビレットを加熱する。ビレットは、第１端面と、第１端面と反対側の第２端面と、第１端面と第２端面との間の側面とを含む。傾斜圧延機は、加熱炉の下流に配置される。傾斜圧延機は、３つの傾斜ロールを備え、ビレットを縮径圧延して所望の外径に調整する。型鍛造機は、傾斜圧延機の下流に配置される。型鍛造機は、所望の型鍛造部材の形状の型を備え、外径を調整されたビレットを型鍛造して所望の型鍛造部材の形状にする。

上記製造設備は、型鍛造機の上流に傾斜圧延機を備える。傾斜圧延機は、ビレットを所望の型鍛造部材を製造するのに必要最低限の外径に調整する。これにより、型鍛造工程において、バリの体積が減少し、歩留まりが向上する。本実施形態の傾斜圧延機はさらに、複数種類の外径のビレットを製造するのに、ロール組替えが不要である。そのため、型鍛造部材の生産性の低下が抑制される。

好ましくは、上記製造設備はさらに、据込鍛造機を備える。据込鍛造機は、加熱炉と傾斜圧延機との間に配置される。据込鍛造機は、第１据込鍛造金型と、第２据込鍛造金型と、据込駆動機構とを備える。第１据込鍛造金型は、第１ビレット対向面と、第１裏面とを含む。第１ビレット対向面は、据込鍛造時のビレットの第１端面に対向する第１テーパー穴を含む。第１裏面は、第１ビレット対向面と反対側に配置される。第２据込鍛造金型は、第２ビレット対向面と、第２裏面とを含む。第２ビレット対向面は、据込鍛造時のビレットの第２端面に対向する第２テーパー穴を含む。第２裏面は、第２ビレット対向面と反対側に配置される。据込駆動機構は、第１据込鍛造金型を、据込鍛造時のビレットの軸方向に駆動可能である。第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とは、水平方向に配列される。第１テーパー穴は、第１内周面を含む。第１据込鍛造金型の第１テーパー穴の中心軸を含む断面における第１内周面の幅は、第１ビレット対向面から第１裏面に向かって減少する。第２テーパー穴は、第２内周面を含む。第２据込鍛造金型の第２テーパー穴の中心軸を含む断面における第２内周面の幅は、第２ビレット対向面から第２裏面に向かって減少する。

ここで、第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とが水平方向に配列されるとは、第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とが重力と直角に交わる方向に配列される場合のみに限定されず、第１据込鍛造金型と第２据込鍛造金型とが重力と直角に交わる方向から３０°以下の範囲でずれて配列されている場合を含む。

ここで、第１及び第２テーパー穴の中心軸とは、第１及び第２内周面の、据込鍛造時のビレットの軸方向と直交する断面における重心を、第１及び第２ビレット対向面から第１及び第２裏面に向かって結んだ線分である。

この場合、傾斜圧延機の上流に配置された据込鍛造機により、ビレット端部があらかじめテーパー形状に成形される。これにより、その後の縮径圧延工程におけるビレット端部の凹みが抑制される。ビレット端部の凹みが抑制されれば、型鍛造工程において、鍛造欠陥が抑制される。

好ましくは、上記製造設備における上記据込鍛造機はさらに、第１及び第２拘束工具と、第１及び第２拘束工具支持機構とを備える。第１拘束工具は、据込鍛造時において、ビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレットの側面と接触する第１拘束面を含む。第２拘束工具は、据込鍛造時において、ビレットを挟んで第１拘束工具の反対側であって、且つ、据込鍛造時のビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレットの側面と接触する第２拘束面を含む。第１拘束工具支持機構は、第１拘束工具の第１拘束面と反対側に配置され、第１拘束工具を支持する。第２拘束工具支持機構は、第２拘束工具の第２拘束面と反対側に配置され、第２拘束工具を支持する。

ここで、ビレットの軸方向中央部とは、ビレットの軸方向において、ビレットの端からビレットの直径と同じ距離までの部分以外の部分をいう。

この場合、第１及び第２拘束工具が、据込鍛造中のビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレットの側面を拘束する。これにより、据込鍛造時において、ビレットが座屈するのを抑制できる。

好ましくは、上記据込鍛造機はさらに、第１及び第２弾性部材を備える。第１弾性部材は、第１拘束工具と第１拘束工具支持機構との間に配置される。第２弾性部材は、第２拘束工具と第２拘束工具支持機構との間に配置される。

ここでいう弾性部材とは、外力を加えられた場合にひずみが生じて変形するものの、外力が除去されたときには元の形状に戻る部材を意味する。弾性部材はたとえば、ばね及びゴム等である。

据込鍛造工程では、ビレットをビレットの軸方向に据込鍛造する。そのため、据込鍛造を実施すれば、ビレットの半径が増大する。拘束工具と拘束工具支持機構との間に配置された弾性部材は、ビレットの半径の増大に伴う拘束工具のビレットの径方向外向きの圧力を受けて収縮する。そのため、拘束工具のビレットの径方向への移動が許容される。これにより、据込鍛造後のビレットの径が制限されず、複数種類のサイズのビレットが製造可能である。さらに、収縮した弾性部材により、ビレットの径が増大した場合であっても、拘束工具はビレット側面を拘束している状態を維持できる。これにより、拘束工具のビレットの径方向への移動が許容される場合であっても、据込鍛造時におけるビレットの座屈の発生を抑制できる。

好ましくは、上記製造設備はさらに、振り分け機構を備える。振り分け機構は、据込鍛造対象のビレットを据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外のビレットを傾斜圧延機に供給する。据込鍛造機は、据込鍛造対象のビレットを据込鍛造する。傾斜圧延機は、据込鍛造後のビレット、及び、据込鍛造対象外のビレットを縮径圧延する。

上記製造設備は、振り分け機構を備える。そのため、据込鍛造が必要なビレットのみを据込鍛造できる。したがって、上記製造設備を用いることにより、型鍛造部材の生産性が高まる。

上記振り分け機構は、傾斜圧延機でのビレットの圧下量に応じて、据込鍛造対象のビレットを据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外のビレットを傾斜圧延機に供給してもよい。

上記製造設備が製造対象とする型鍛造部材は、クランクシャフトであってもよい。

以下、本実施形態の型鍛造部材の製造方法及び製造設備について詳述する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［第１の実施形態］
［製造設備］
図３は、第１の実施形態による型鍛造部材の製造設備のレイアウト図である。図３を参照して、製造設備は、加熱炉３と、傾斜圧延機４と、型鍛造機５とを備える。加熱炉３と傾斜圧延機４との間、及び、傾斜圧延機４と型鍛造機５との間には、搬送機構６が配置される。搬送機構６は、加熱炉３から抽出されたビレットを傾斜圧延機４に搬送したり、傾斜圧延機４で縮径圧延されたビレットを型鍛造機５に搬送したりする。

図３に示す型鍛造部材の製造設備は、加熱炉３と、傾斜圧延機４と、型鍛造機５とが直線状に配列されている。しかしながら、型鍛造部材の製造設備の各機器の配列は、直線状でなくてもよい。型鍛造部材の製造設備の各機器の配列は、上流から下流に向かって、加熱炉３、傾斜圧延機４、型鍛造機５の順で並んでいればよい。

［加熱炉］
加熱炉３は、ビレットを所定の温度に加熱する。ビレットはたとえば、通常の分塊圧延工程により製造された丸ビレットである。ビレットの横断面（軸方向に垂直な断面）は円形であることが好ましい。しかしながら、ビレットの横断面は６角形や８角形等の多角形でもよいし、楕円であってもよい。

加熱炉３の種類は、ビレットを所定の温度に加熱できれば、特に限定されない。加熱炉３はたとえば、ウォーキングビーム式の連続式加熱炉であってもよいし、ロータリーハース式の連続式加熱炉であってもよい。

［傾斜圧延機］
傾斜圧延機４は加熱炉３の下流に配置される。図４は、傾斜圧延機４を出側から見た斜視図である。図４を参照して、傾斜圧延機４は３つの傾斜ロール４０を含む。３つの傾斜ロール４０は、パスラインＬまわりに等間隔に配置される。図５は、傾斜圧延機４を入側から見た正面図である。図４及び図５では、３つの傾斜ロール４０がパスラインＬまわりに等間隔（１２０°ごと）に配置される。

３つの傾斜ロール４０は、図示しないモーターに取り付けられている。３つの傾斜ロール４０は、モーターにより同一方向に回転して、ビレットを縮径圧延して所望の外径に調整する。

図６は、傾斜圧延機４の側面図である。図７は、図５中の線分ＶＩＩ−ＶＩＩでの傾斜ロール４０の断面及びビレット７を示す一部断面図である。図６を参照して、各傾斜ロール４０は、パスラインＬに対して角度α１°傾斜して配置される。さらに、図７を参照して、各傾斜ロール４０はパスラインＬに対して角度β１°交叉して配置される。ビレット７は、傾斜角α１及び交叉角β１に応じた螺旋回転をしながら縮径圧延され、所望の外径に調整される。

図７に示す各傾斜ロール４０とパスラインＬとの最短距離Ｄを調整することにより、傾斜圧延機４は、ビレット７の外径を自由に調整できる。そのため、傾斜圧延機４では、分塊圧延機のように、ビレット７の外径に応じてロール組替えを実施する必要が無い。つまり、傾斜圧延機４は、ロール組替えをすることなくビレット７を種々の外径に調整できる。

図４〜図７では、各傾斜ロール４０の外径は、傾斜圧延機４の入側から出側に向かって大きくなる。しかしながら、各傾斜ロール４０の形状は、これに限定されない。たとえば、傾斜ロール４０の長手方向中央付近で、外径が最も大きくなる、いわゆる樽型ロールを用いてもよい。

［型鍛造機］
型鍛造機５は傾斜圧延機４の下流に配置される。型鍛造機５は、所望の型鍛造部材（たとえば、クランクシャフト１）形状の型を備え、外径を調整されたビレット７を型鍛造して所望の型鍛造部材（たとえば、クランクシャフト１）の形状にする。型鍛造機５は、いわゆる機械式プレス又は油圧式プレスを用いることができる。型鍛造機５に使用される型はたとえば、上下に一対の金型である。型鍛造機５に使用される型は、製造される型鍛造部材（たとえばクランクシャフト１、フロントアスクル及びコンロッド等）の種類及び大きさに合わせて準備される。

［型鍛造部材の製造方法］
上述の製造設備を用いた型鍛造部材の製造方法は、加熱工程と、縮径圧延工程と、型鍛造工程とを備える。以下の実施形態では、型鍛造品の一例としてクランクシャフト１を想定して説明する。しかしながら、型鍛造品はクランクシャフト１に限定されない。型鍛造品は、型を用いて熱間鍛造されて製造される部材であれば、形状や用途は特に限定されない。

［加熱工程］
加熱工程では、予め所定の長さに切断したビレット７を加熱炉３に装入して加熱する。加熱時間及び加熱温度は、ビレット７の鋼種、大きさ及び型鍛造部材の形状等に応じて適宜設定できる。

［縮径圧延工程］
縮径圧延工程では、初めに、加熱されたビレット７を加熱炉３から抽出する。そして、３つの傾斜ロール４０を含む傾斜圧延機４によってビレット７を全体に亘って縮径圧延し所望の外径に調整する。

上述のとおり、傾斜圧延機４は、各傾斜ロール４０とパスラインＬとの最短距離Ｄを調整することにより、ロール組替えを行うことなくビレット７を種々の外径に調整できる。従前の分塊圧延機の場合、製造できるビレット７の外径の種類には制限がある。そのため、たとえばクランクシャフト１を製造するのに必要最低限な外径よりも大きい外径を有するビレット７が用いられる。この場合、バリ２の体積が増加し、歩留まりが低下する。本実施形態では、傾斜圧延機４により、ビレット７の外径を自由に調整可能である。そのため、ビレット７をたとえばクランクシャフト１を製造するのに必要最低限の外径に調整でき、バリ２の体積が減少し、歩留まりが向上する。

従前の分塊圧延機によって種々の外径を有するビレット７を製造することもできる。しかしながら、従前の分塊圧延機の場合、種々の外径のビレット７を製造するためには、ロール組替えを頻繁に実施しなければならない。この場合、型鍛造部材の生産性が低下する。傾斜圧延機４は、ロール組替えを実施することなく、ビレット７の外径を自由に調整可能であるため、型鍛造部材の生産性が高まる。

従前の分塊圧延機では、たとえば外径の小さいビレット７が要求される場合、何回も往復して圧延する必要がある場合があり、ビレット７の製造に時間を要する場合があった。一方、３つの傾斜ロール４０を含む傾斜圧延機４では、１回の圧下量が大きい。そのため、たとえば外径の小さいビレット７が要求される場合であっても、ビレット７の製造にかかる時間が短い。つまり、１回の圧下で、所望のサイズの外径を有するビレット７を短時間で製造できる。ビレット７を短時間で製造できれば、加熱炉３と型鍛造機５との間に３つの傾斜ロール４０を含む傾斜圧延機４を配置してビレット７の外径を調整しても、ビレット７の温度が低下しにくい。

［型鍛造工程］
型鍛造工程では、外径を調整されたビレット７を型鍛造機５で型鍛造する。型鍛造工程では、所望の型鍛造部材の形状の型（たとえば、一対の金型）内にビレット７を配置してプレスする。これによりビレット７を変形して所望の型鍛造部材の形状にする。型の形状はたとえば、クランクシャフト１の形状である。型鍛造工程は、荒打ち及び仕上げ打ちを備えてもよい。型の形状は、フロントアクスル及びコンロッド等の他の型鍛造部材の形状であってもよい。

型鍛造に供されるビレット７は、上述のとおり縮径圧延工程で型鍛造部材（たとえばクランクシャフト１）を製造するのに必要最低限の外径に調整されている。そのため、型鍛造工程におけるバリ２の体積は少ない。したがって、歩留まりが向上する。

型鍛造工程後、バリ２を打ち抜き除去することで、本実施形態の型鍛造部材が製造できる。

［第２の実施形態］
上述の第１の実施形態では、型鍛造部材の製造設備は、加熱炉３と、傾斜圧延機４と、型鍛造機５とを備えた。製造設備はさらに、据込鍛造機を備えることが好ましい。

図８は、図３とは異なる、第２の実施形態による型鍛造部材の製造設備のレイアウト図である。図８を参照して、製造設備は、加熱炉３と、傾斜圧延機４と、型鍛造機５とに加え、据込鍛造機８を備える。据込鍛造機８は、加熱炉３と傾斜圧延機４との間に配置される。各装置３〜５及び８の間には、搬送機構６が配置される。

［据込鍛造機］
図９は、据込鍛造機８の側面図である。図９では、据込鍛造機８の一部を断面図（ハッチング部分）で示す。図９を参照して、据込鍛造機８は、第１据込鍛造金型８１と、第２据込鍛造金型８２と、据込駆動機構８３とを備える。図９を参照して、第１据込鍛造金型８１と第２据込鍛造金型８２とは、水平方向に配列される。第１据込鍛造金型８１と、第２据込鍛造金型８２とは、後述するテーパー穴８１０及び８２０とが互いに対向する向きで配置される。第１据込鍛造金型８１及び第２据込鍛造金型８２は、据込鍛造時のビレット７の中心軸の延長線上に配置される。据込鍛造時には、第１据込鍛造金型８１と第２据込鍛造金型８２との間にビレット７が配置される。

ここで、第１据込鍛造金型８１と第２据込鍛造金型８２とが水平方向に配列されるとは、第１据込鍛造金型８１と第２据込鍛造金型８２とが重力と直角に交わる方向に配列される場合のみに限定されず、第１据込鍛造金型８１と第２据込鍛造金型８２とが重力と直角に交わる方向から３０°以下の範囲でずれて配列されている場合を含む。

据込鍛造機８は、ビレット７の両端を据込鍛造する。ビレット７は、第１端面７０と、第１端面７０と反対側の第２端面７１と、第１端面７０と第２端面７１との間の側面７２とを含む。

［第１及び第２据込鍛造金型］
図１０は、第１及び第２テーパー穴８１０、８２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２の断面図である。図１０を参照して、第１据込鍛造金型８１は、第１ビレット対向面８１１と、第１裏面８１２とを含む。第１ビレット対向面８１１は、据込鍛造時のビレット７の第１端面７０に対向する第１テーパー穴８１０を含む。第１裏面８１２は、第１ビレット対向面８１１と反対側に配置される。第２据込鍛造金型８２は、第２ビレット対向面８２１と、第２裏面８２２とを含む。第２ビレット対向面８２１は、据込鍛造時のビレット７の第２端面７１に対向する第２テーパー穴８２０を含む。第２裏面８２２は、第２ビレット対向面８２１と反対側に配置される。

［第１及び第２据込鍛造金型のテーパー穴について］
図１０を参照して、第１テーパー穴８１０は、第１内周面８１３を含む。第１テーパー穴８１０の中心軸を含む、第１据込鍛造金型８１の断面（たとえば、図１０）における第１内周面８１３の幅は、第１ビレット対向面８１１から第１裏面８１２に向かって減少する。第２テーパー穴８２０は、第２内周面８２３を含む。第２テーパー穴８２０の中心軸を含む、第２据込鍛造金型８２の断面（たとえば、図１０）における第２内周面８２３の幅は、第２ビレット対向面８２１から第２裏面８２２に向かって減少する。

ここで、第１及び第２テーパー穴８１０、８２０の中心軸とは、第１及び第２内周面８１３、８２３の、据込鍛造時のビレット７の軸方向と直交する断面における重心を、第１及び第２ビレット対向面８１１、８２１から第１及び第２裏面８１２、８２２に向かって結んだ線分である。

図１１は、据込鍛造時のビレット７の軸方向から見た第１及び第２据込鍛造金型８１、８２の正面図である。図１１を参照して、第１テーパー穴８１０は、据込鍛造時のビレット７の軸方向と直交する断面の形状がたとえば円状である第１内周面８１３を有する。第２テーパー穴８２０は、据込鍛造時のビレット７の軸方向と直交する断面の形状がたとえば円状である第２内周面８２３を有する。図１１では、第１及び第２内周面８１３、８２３の、断面の形状は円状である。しかしながら、第１及び第２内周面８１３、８２３の据込鍛造時のビレット７の軸方向と直交する断面の形状は円状に限られない。第１及び第２内周面８１３、８２３の断面の形状は、据込鍛造時のビレット７の軸方向と直交する断面において、第１及び第２内周面８１３、８２３上の任意の２点と重心を通る線分において、最大長さを有する線分（たとえば、長軸又は直径）の長さと、最少長さを有する線分（たとえば、短軸又は直径）の長さとの比が２０％以下の範囲で異なっている場合を含む。第１及び第２内周面８１３、８２３の据込鍛造時のビレット７の軸方向と直交する断面の形状はたとえば、楕円や多角形でもよい。

上述のとおり、テーパー形状とは、ビレット７の第１及び第２端面７０、７１に向かって、ビレット７の中心軸を含む断面におけるビレット７の幅が連続的又は断続的に減少する形状、又は、第１及び第２ビレット対向面８１１、８２１から第１及び第２裏面８１２、８２２に向かって、第１及び第２テーパー穴８１０、８２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２の断面における第１及び第２内周面８１３、８２３の幅が連続的又は断続的に減少する形状をいう。上記幅が減少する割合は、一定でもよいし一定でなくてもよい。たとえば、ビレット７の第１及び第２端面７０、７１に向かって、又は、第１及び第２ビレット対向面８１１、８２１から第１及び第２裏面８１２、８２２に向かって、ビレット７の幅又は第１及び第２内周面８１３、８２３の幅が不連続に減少する形状（たとえば階段状）も、テーパー形状に含まれる。テーパー形状とはたとえば、ビレット７の端が凸になる円錐であってもよい。

第１ビレット対向面８１１は第２ビレット対向面８２１に対応し、第１裏面８１２は第２裏面８２２に対応し、第１内周面８１３は第２内周面８２３に対応する。したがって、以降の説明では、第１テーパー穴８１０の各構成について説明して、第２テーパー穴８２０の各構成の説明の代替とする。

図１０を参照して、第１内周面８１３の幅は、第１ビレット対向面８１１から第１裏面８１２にむかって減少する。第１テーパー穴８１０の中心軸を含む断面（図１０）において、第１内周面８１３は直線であり、第１内周面８１３の面積は第１ビレット対向面８１１から第１裏面８１２に向かって連続的に減少する。

図１０では、第１テーパー穴８１０は、第１ビレット対向面８１１から第１裏面８１２まで貫通している。しかしながら、第１テーパー穴８１０は第１ビレット対向面８１１から第１裏面８１２まで貫通しなくてもよい。

図１２は、図１０とは異なる他の実施形態による、第１及び第２テーパー穴８１０、８２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２の断面図である。図１２を参照して、第１据込鍛造金型８１は、第１テーパー穴８１０の穴底部８１４を含む。図１２を参照して、第２据込鍛造金型８２は、第２テーパー穴８２０の穴底部８２４を含む。図１２に示すとおり、第１及び第２テーパー穴８１０、８２０は、第１又は第２ビレット対向面８１１又は８２１から、第１又は第２裏面８１２又は８２２まで貫通せず、穴底部８１４又は８２４を備えてもよい。

第１テーパー穴８１０の中心軸を含む断面（図１０及び図１２）において、第１内周面８１３は直線であった。しかしながら、第１テーパー穴８１０の中心軸を含む断面（図１０及び図１２）における、第１内周面８１３は、直線でなくてもよい。

図１３は、図１０及び図１２とは異なる他の実施形態による、第１及び第２テーパー穴８１０、８２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２の断面図である。図１３では、第１内周面８１３が直線ではなく、屈曲している。第１内周面８１３の幅は、第１ビレット対向面８１１から第１裏面８１２に向かって途中まで連続的に減少するが、その後は減少せず一定となる。

図１４は、図１０、図１２及び図１３とは異なる他の実施形態による、第１及び第２テーパー穴８１０、８２０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２の断面図である。図１４において、第１内周面８１３は直線ではなく、第１テーパー穴８１０の外に向かって湾曲している。

第１テーパー穴８１０の形状は図１０〜図１４に限定されない。第１テーパー穴８１０の形状はたとえば、第１内周面８１３が第１テーパー穴８１０の内に向かって湾曲してもよく、第１内周面８１３が階段状であってもよい。また、縮径圧延後のビレット７の第１及び第２端面７０、７１の凹みに度合いに応じて、ビレット７の軸方向と直交する方向から見た、第１テーパー穴８１０の中心軸を含む、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２の断面における第１内周面８１３の傾きを大きくしても良い。第１テーパー穴８１０の形状は、据込鍛造後のビレット７の端部において、ビレット７の中央部が凸になる範囲で適宜調整できる。

第２据込鍛造金型８２が有する第２テーパー穴８２０の形状は、第１テーパー穴８１０と同じでもよいし異なってもよい。第１テーパー穴８１０と第２テーパー穴８２０とが同じ形状の場合、ビレット７の第１端面７０と第２端面７１とにかかる負荷が同じになる。そのため、ビレット７全体にわたって均一に鍛造による応力を付与できる。一方で、たとえば、縮径圧延後に、ビレット７の第１端面７０と第２端面７１とで、凹みの程度が異なる場合、第１テーパー穴８１０の形状と第２テーパー穴８２０の形状とを変えてもよい。

据込鍛造時に、ビレット７の第１端面７０は、第１テーパー穴８１０の形状に沿って変形し、第１テーパー穴８１０の形状に成形される。ビレット７の第２端面７１は、第２テーパー穴８２０の形状に沿って変形し、第２テーパー穴８２０の形状に成形される。したがって、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２を使用してビレット７を据込鍛造した場合、据込鍛造後のビレット７の第１及び第２端面７０、７１の面積は、ビレット７の他の部分の断面積よりも小さくなる。そして、ビレット７の端部は、第１又は第２端面７０又は７１に向かって断面積が小さくなる。また、据込鍛造後のビレット７の端部の形状は、第１又は第２内周面８１３又は８２３と同じ傾斜をもつ形状（テーパー形状）になる。

据込鍛造機８を用いた据込鍛造によりビレット７の端部をテーパー形状にすれば、その後に傾斜圧延機４によりビレット７を縮径圧延しても、縮径圧延後のビレット７の第１及び第２端面７０、７１の凹みが抑制される。

図１５は予め据込鍛造をしないで、３つの傾斜ロール４０を持つ傾斜圧延機４によって縮径圧延したビレット７の一例を示す図である。図１５を参照して、ビレット７の第１及び第２端面７０、７１は大きく凹んでいる。図１６〜図１８は、ビレット７の第１及び第２端面７０、７１が大きく凹んだ、図１５に示すビレット７を用いて型鍛造した場合の、鍛造金型８１、８２の端部の拡大図である。図１６〜図１８を参照して、第１及び第２端面７０、７１が大きく凹んだビレット７を用いて型鍛造した場合、図１６〜図１８へと型鍛造が進むにつれて、第１及び第２端面７０、７１が折れ曲がり、最終的に重なり合う場合がある。これにより、まくれ込み疵と呼ばれる鍛造欠陥が発生する場合がある。

図１９は、据込鍛造機８を用いて据込鍛造したビレット７を示す図である。図２０は、予め据込鍛造をした図１９に示すビレット７を、３つの傾斜ロール４０を持つ傾斜圧延機４によって縮径圧延した後のビレット７を示す図である。図２１〜図２３は、据込鍛造機８を用いて据込鍛造した後、傾斜圧延機４によって縮径圧延した図２０に示すビレット７を用いて型鍛造した場合の、型鍛造金型の端部の拡大図である。図２１〜図２３を参照して、ビレット７の端部において、縮径圧延前は、ビレット７の端部において、ビレット７の中央部が凸のテーパー形状である。そのため、縮径圧延によってビレット７の表層部分がビレット７の中央部よりも延伸しても、図２０に示すように、縮径圧延後のビレット７の第１及び第２端面７０、７１の凹みが抑制される。図２１〜図２３を参照して、第１及び第２端面７０、７１の凹みが抑制されたビレット７を型鍛造すれば、図２１〜図２３へと型鍛造が進んでも、第１及び第２端面７０、７１の折れ曲がりが抑制される。その結果、鍛造欠陥（まくれ込み疵）の発生を抑制できる。

［据込駆動機構］
据込駆動機構８３は、第１据込鍛造金型８１を、据込鍛造時のビレット７の軸方向に駆動可能である。図９を参照して、据込鍛造時には、据込駆動機構８３により、第１据込鍛造金型８１が図中矢印で示す方向に駆動する。そして、第１据込鍛造金型８１を第２据込鍛造金型８２へ相対的に近づける。これにより、ビレット７の端部が据込鍛造される。

図９では、据込駆動機構８３は、第１据込鍛造金型８１を駆動する。しかしながら、据込駆動機構８３は、第１据込鍛造金型８１に替えて、第２据込鍛造金型８２を駆動してもよい。据込駆動機構８３はさらに、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２を、互いに近づけるように駆動してもよい。

図９では、据込鍛造機８はその他に、第１及び第２据込鍛造金型８１、８２を固定するためのダイホルダ８４、ダイホルダ８４を一定軸上に移動させるためのガイドポスト８５を備える。しかしながら、据込鍛造機８の他の構成はこれに限られない。第１及び第２据込鍛造金型８１及び８２が、据込鍛造時のビレット７の中心軸の延長線上に配置されれば良く、据込鍛造機８の他の構成は、いわゆるＣフレームや、一体型ストレートサイドフレームであってもよい。

図９ではさらに、据込鍛造機８は、ビレット７を支持する支持機構８６を備える。図９では、支持機構８６は、ビレット７を下方から支持する支持架台である。しかしながら、支持機構８６は図９に示す構成に限定されない。支持機構８６はたとえばロボットアームであり、ビレット７の一部を把持する機構であってもよい。支持機構８６はまた、チェーン等による吊り下げであってもよい。支持機構８６は、据込鍛造が開始されるまでの間、ビレット７を支持できる機構であれば、その構成は特に限定されない。また、支持機構８６は、据込鍛造に伴うビレット７の軸方向長さの収縮に伴って、移動してもよい。

図２４は、図９とは異なる、他の実施形態による据込鍛造機８の側面図である。図２４では、据込鍛造機８の一部を断面図（ハッチング部分）で示す。図２４を参照して、据込鍛造機８は、第１据込鍛造金型８１、第２据込鍛造金型８２及び据込駆動機構８３に加え、第１及び第２拘束工具９１、９２と、第１及び第２拘束工具支持機構９３、９４と、第１及び第２弾性部材９５、９６とを新たに備える。

第１拘束工具９１は、据込鍛造時において、ビレット７の軸方向中央部の軸周りに配置される。第２拘束工具９２は、据込鍛造時において、ビレット７を挟んで第１拘束工具９１の反対側であって、且つ、据込鍛造時のビレット７の軸方向中央部の軸周りに配置される。

［第１及び第２の拘束工具］
図２５は、据込鍛造機８が第１及び第２拘束工具９１、９２を備える場合において、据込鍛造時のビレット７の軸方向から見たビレット７の軸方向中央部及び第１及び第２の拘束工具９１、９２の断面図である。図２５を参照して、第１及び第２拘束工具９１、９２は、ビレット７の側面７２と接触する第１及び第２拘束面９１０及び９２０を含む。

ビレット７を据込鍛造する場合、ビレット７が座屈する場合がある。第１及び第２拘束工具９１、９２は、ビレット７の軸方向中央部の軸周りに配置され、ビレット７の側面７２を拘束する。これにより、据込鍛造時のビレット７の座屈を抑制できる。

図２４及び図２５では、第１拘束工具９１がビレット７の上方に配置され、第２拘束工具９２がビレット７の下方に配置されている。しかしながら、第１及び第２拘束工具９１、９２の配置は逆でもよく、また、第１及び第２拘束工具９１、９２は上下方向に配置されなくてもよい。第１及び第２拘束工具９１、９２は、ビレット７を挟んで対向して配置されていればよい。

図２６は、図２４及び図２５とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレット７の軸方向から見た、ビレット７の軸方向中央部及び第１及び第２拘束工具９１、９２の断面図である。図２６を参照して、第１及び第２拘束工具９１、９２は、水平方向に配置される。第１及び第２拘束工具９１、９２の配列方向は、図２４〜図２６に限定されない。第１及び第２拘束工具９１、９２の配列方向はビレット７を挟んで直線上に配置されればよく、たとえば、垂直方向に対して０〜４５°傾いてもよい。

［第１及び第２拘束工具の断面形状］
好ましくは、図２５及び図２６において示すとおり、第１及び第２拘束面９１０、９２０の据込鍛造時のビレット７の軸方向から見た断面の形状は弓状である。第１及び第２拘束面９１０、９２０の断面形状が弓状であれば、据込鍛造時におけるビレット７と第１及び第２拘束面９１０、９２０との接触面積を大きくすることができる。このため、据込鍛造時において、第１及び第２拘束面９１０、９２０がビレット７の形状を維持しつつ、ビレット７を拘束しやすい。そのため、より効率的にビレット７の座屈を抑制できる。ここで、弓状とは、一部又は全体が弧をなして曲がっている状態をいう。弓状はたとえば、楕円弧、円弧である。弓状は、複数の曲率を有した形状であってもよいし、中央部が曲率を有し、端部が直線状となっている形状でもよい。

しかしながら、第１及び第２拘束面９１０、９２０の断面形状は弓状に限定されない。図２７は、図２５及び図２６とは異なる他の実施形態による、据込鍛造時のビレット７の軸方向から見たビレット７の軸方向中央部及び第１及び第２拘束工具９１、９２の断面図である。図２７を参照して、第１及び第２拘束面９１０、９２０のビレット７の軸方向から見た断面の形状はビレット７の半径方向外向きに凸のＶ字状でもよい。他には、第１及び第２拘束面９１０、９２０の断面形状は円弧及び台形であってもよい。第１及び第２拘束面９１０、９２０の断面形状は、ビレット７の座屈を抑制できる範囲で適宜調整できる。

図２５〜図２７において、ビレット７の軸周りには第１及び第２拘束工具９１、９２の２つが配置される。しかしながら、さらに拘束工具が配置されてもよい。たとえば、ビレット７の軸周りに第１及び第２拘束工具９１、９２に加え、さらに第３及び第４拘束工具を配置する。この場合、ビレット７の軸周りには第１〜第４拘束工具４つが配置される。ビレット７の軸周りに配置される拘束工具の数は適宜設定できる。また、据込鍛造機８はビレット７の軸方向中央部の異なる位置に、さらに拘束工具を備えてもよい。たとえば、ビレット７の軸方向において、第１及び第２拘束工具９１、９２とビレット７の第１及び第２端面７０、７１との間に、さらに第３及び第４拘束工具を配置する。この場合、さらに座屈を抑制できる。ビレット７の軸方向における、拘束工具の個数は適宜設定できる。

［弾性部材］
図２５を参照して、第１弾性部材９５は、第１拘束工具９１と第１拘束工具支持機構９３との間に配置される。第２弾性部材９６は、第２拘束工具９２と第２拘束工具支持機構９４との間に配置される。ここでいう弾性部材とは、外力を加えられた場合にひずみが生じて変形するものの、外力が除去されたときには元の形状に戻る部材を意味する。弾性部材はたとえば、ばね及びゴム等である。

上述の据込鍛造工程では、ビレット７を軸方向に据込鍛造する。そのため、据込鍛造を実施すれば、ビレット７の半径が拡大する。図２８は、据込鍛造機８が第１及び第２拘束工具９１、９２を備える場合における、据込鍛造後の、据込鍛造時のビレット７の軸方向から見たビレット７の軸方向中央部及び第１及び第２拘束工具９１、９２の断面図である。図２５及び図２８を参照して、据込鍛造前のビレット７の半径はＲ０であり、据込鍛造後はビレット７の半径が拡大して半径Ｒ１となる。

ビレット７の半径が拡大すれば、第１及び第２拘束工具９１、９２に、ビレット７の径方向の外向きの圧力が加わる。第１及び第２弾性部材９５、９６は、この圧力を受けて収縮する。そのため、第１及び第２拘束工具９１、９２のビレット７の径方向への移動が許容される。これにより、据込鍛造後のビレット７の径が制限されず、複数種類のサイズのビレットが製造可能である。

収縮した第１及び第２弾性部材９５、９６により、ビレット７の半径が拡大した場合であっても、第１及び第２拘束工具９１、９２がビレット７の側面７２を拘束している状態を維持する。これにより、第１及び第２拘束工具９１、９２のビレット７の径方向への移動が許容される場合であっても、ビレット７の座屈が抑制できる。

ビレット７の座屈を抑制するために、たとえば、ビレット７の側面７２を移動不可能な型枠等によって完全に拘束することもできる。これにより、ビレット７の座屈を抑制できる。しかしながら、この場合、据込鍛造後のビレット７の半径の種類が、型枠の内径によって制限される。一方、本実施形態では、ビレット７の半径方向に移動可能な第１及び第２拘束工具９１、９２でビレット７の側面７２を拘束する。そのため、据込鍛造時のビレット７の半径の拡大が許容される。本実施形態ではさらに、第１及び第２弾性部材９５、９６があることにより、ビレット７の半径が拡大した場合であっても、第１及び第２拘束工具９１、９２がビレット７の側面７２を拘束している状態を維持する。そのため、本実施形態の据込鍛造機８では、据込鍛造時のビレット７の座屈を抑制し、さらに、複数種類のサイズのビレット７が製造できる。

図２５、図２６及び図２８において、第１及び第２弾性部材９５、９６の数はそれぞれ４つである。しかしながら、第１及び第２弾性部材９５、９６の数は特に限定されない。第１及び第２弾性部材９５、９６の数はそれぞれ１つでもよい。弾性部材の数、大きさ及び材質等は適宜選択できる。また、図２５、図２６及び図２８において、据込鍛造機８は第１及び第２弾性部材９５、９６を備える。しかしながら、弾性部材９５、９６は無くても良く、第１及び第２拘束工具９１、９２が、第１及び第２拘束工具支持機構９３、９４に直接取り付けられている場合であっても、ビレット７の座屈を抑制できる。

［拘束工具支持機構］
第１拘束工具支持機構９３は、第１拘束工具９１の第１拘束面９１０と反対側に配置され、第１拘束工具９１を支持する。第２拘束工具支持機構９４は、第２拘束工具９２の第２拘束面９２０と反対側に配置され、第２拘束工具９２を支持する。

図２４において、第１拘束工具支持機構９３は、拘束工具支持部材９３０とそれに取り付けられたシリンダ９３１とを備える。第２拘束工具支持機構９４は、拘束工具支持部材９４０及びその直下に拘束工具支持架台９４１を備える。第１拘束工具９１は、シリンダ９３１により垂直方向に移動可能である。これにより第１拘束工具９１と第２拘束工具９２との距離を広げ、据込鍛造前後において、ビレット７を据込鍛造機８内から容易に出し入れできる。

図２４、図２５及び図２８において、第１拘束工具支持機構９３は、拘束工具支持部材９３０とそれに取り付けられたシリンダ９３１とを備える。第２拘束工具支持機構９４は、拘束工具支持部材９４０及びその直下に拘束工具支持架台９４１を備える。しかしながら、第１及び第２拘束工具９１及び９２を支持する方法は、この方法に限定されない。第１及び第２拘束工具支持機構９３及び９４は、第１及び第２拘束工具９１及び９２を支持できる範囲で適宜選択できる。

［第３の実施形態］
据込鍛造が必要か否かは、加熱炉３に装入されるビレット７の鋼種、外径及び傾斜圧延機４での圧下量等に応じて決まる。したがって、上記製造方法はさらに、加熱工程後であって据込鍛造工程前に、振り分け工程を備えても良い。振り分け工程では、据込鍛造対象のビレット７を据込鍛造機８に供給し、据込鍛造対象外のビレット７を傾斜圧延機４に供給する。

図２９は、図３及び図８とは異なる、第３の実施形態による型鍛造部材の製造設備のレイアウト図である。図２９を参照して、製造設備は、加熱炉３と、傾斜圧延機４と、型鍛造機５と、据込鍛造機８とに加え、振り分け機構６００を備える。

図２９では、振り分け機構６００は、第１搬送機構６１０と、第２搬送機構６２０と、選別機６３０とを備える。第１搬送機構６１０は、加熱炉３と傾斜圧延機４との間に配置される。第１搬送機構６１０は、加熱炉３から抽出されたビレット７を傾斜圧延機４に搬送する。第２搬送機構６２０は、第１搬送機構６１０上の分岐点６４０から分岐し、第１搬送機構６１０上の合流点６５０に合流する。第１及び第２搬送機構６１０及び６２０はたとえば、一列に配列された複数の搬送ローラを含む搬送テーブル、又はビレット７をつかみ移動させるロボットである。

選別機６３０はたとえば、キッカー又はロボットアームである。選別機６３０は、加熱炉３から抽出され、第１搬送機構６１０上を移動するビレット７のうち、据込鍛造対象のビレット７のみを第２搬送機構６２０上に移動させる。これにより、据込鍛造対象のビレット７のみを据込鍛造機８に供給する。据込鍛造機８に供給されたビレット７は、据込鍛造される。据込鍛造されたビレット７は、合流点６５０から再び第１搬送機構６１０上に移動し、傾斜圧延機４に供給される。

図２９の製造設備を用いた型鍛造部材の製造方法は次のとおりである。加熱工程により加熱されたビレット７を加熱炉３から抽出し、第１搬送機構６１０上に搬送する。続いて、抽出されたビレット７に対して、振り分け工程を実施する。

振り分け工程では、ビレット７を据込鍛造対象又は据込鍛造対象外に振り分ける。ビレット７が据込鍛造対象である場合、据込鍛造対象のビレット７を据込鍛造機８に供給する。具体的には、第１搬送機構６１０上のビレット７を、選別機６３０を用いて第２搬送機構６２０上に移動させ、据込鍛造機８まで搬送する。

一方、ビレット７が据込鍛造対象外である場合、据込鍛造対象外のビレット７を傾斜圧延機４に供給する。具体的には、第１搬送機構６１０上のビレット７を、そのまま第１搬送機構６１０で傾斜圧延機４まで搬送する。

据込鍛造工程では、据込鍛造機８により、据込鍛造対象のビレット７を据込鍛造する。一方、縮径圧延工程では、据込鍛造対象外のビレット７、及び、据込鍛造後のビレット７を縮径圧延して所望の外径に調整する。つまり、縮径圧延工程では、据込鍛造対象及び据込鍛造対象外のビレット７を縮径圧延する。

上述のとおり、本実施形態では、振り分け工程により、据込鍛造が必要なビレット７のみを据込鍛造し、据込鍛造不要のビレット７については、そのまま傾斜圧延機４で縮径圧延する。そのため、型鍛造部材の生産性が高まる。

振り分けは、鋼種に応じて実施してもよいし、傾斜圧延機４での圧下量に応じて実施してもよい。上述のとおり、縮径圧延工程における圧下量が大きい程ビレット７の第１及び第２端面７０、７１の凹みが大きくなる。一方、縮径圧延工程における圧下量が小さい場合、ビレット７の第１及び第２端面７０、７１の凹みは小さい。この場合、型鍛造への影響（まくれ込み疵の発生）は小さい。したがって、圧下量に基づいて、ビレット７の供給先（据込鍛造機８、又は、傾斜圧延機４）を決定するのが好ましい。加熱炉３に装入されたビレット７の圧下量はビレット７ごとに予め決定されている。したがって、予定された圧下量に応じて、振り分け機構６００がビレット７を振り分けることができる。

図２９では、振り分け機構６００は、第１搬送路６１０と、第２搬送路６２０と、選別機６３０とを備える。しかしながら、振り分け機構６００は他の構成であってもよい。要するに、振り分け機構６００が、据込鍛造対象のビレット７を据込鍛造機８に供給し、据込鍛造対象外のビレット７を傾斜圧延機４に供給できれば、その構成は特に限定されない。

上述の第１〜第３の実施形態ではさらに、必要に応じてロール成形工程及び曲げ打ち工程を備えてもよい。ロール成形工程は縮径圧延工程の後であって型鍛造工程の前に実施される。ロール成形工程では、孔型ロールによりビレット７を圧延して、ビレット７の体積を軸方向に配分する。これにより、さらにバリ２の体積を減少できる。曲げ打ち工程はたとえば、ロール成形工程の後に実施される。曲げ打ち工程では、体積配分されたビレット７を軸方向と直角な方向に部分的に圧下する。これにより、バリ２の体積をさらに減少させることができる。上述の第１〜第３の実施形態ではさらに、必要に応じて補熱工程を備えてもよい。補熱工程はたとえば、縮径圧延工程の後であって型鍛造工程の前に実施される。補熱工程では、ビレット７を周知の加熱炉で加熱して、型鍛造に適した温度にする。

上述の第１〜第３の実施形態では、主にクランクシャフト１の製造方法及びその製造設備について説明した。しかしながら、本実施形態の型鍛造部材の製造方法及びその製造設備は、クランクシャフト１以外の型鍛造部材にも適用できる。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１ クランクシャフト
３ 加熱炉
４ 傾斜圧延機
４０ 傾斜ロール
５ 型鍛造機
７ ビレット
７０、７１ ビレット端面
７２ ビレット側面
８ 据込鍛造機
８１、８２ 据込鍛造金型
８１０、８２０ テーパー穴
８１１、８２１ 据込鍛造金型のビレット対向面
８１２、８２２ 据込鍛造金型の裏面
８１３、８２３ テーパー穴の内周面
８３ 据込駆動機構
９１、９２ 拘束工具
９３、９４ 拘束工具支持機構
９１０、９２０ 拘束工具の拘束面
９５、９６ 弾性部材
６００ 振り分け機構

Claims (12)

1. 上流から下流に向かって順に、加熱炉、３つの傾斜ロールを備える傾斜圧延機、及び、型鍛造機を備える製造設備を用いて製造される、型鍛造部材の製造方法であって、
   前記加熱炉でビレットを加熱する加熱工程と、
   加熱された前記ビレットを前記傾斜圧延機で縮径圧延して所望の外径に調整する縮径圧延工程と、
   前記外径を調整された前記ビレットを前記型鍛造機で型鍛造する型鍛造工程とを備える、型鍛造部材の製造方法。
2. 請求項１に記載の型鍛造部材の製造方法であってさらに、
   前記製造設備はさらに、前記加熱炉と前記傾斜圧延機との間に据込鍛造機を備え、
   前記製造方法は、
   前記加熱工程後であって前記縮径圧延工程前に、前記据込鍛造機を用いて前記ビレットに対して据込鍛造を実施し、前記ビレットの端部をテーパー形状にする据込鍛造工程を備える、型鍛造部材の製造方法。
3. 請求項２に記載の型鍛造部材の製造方法であってさらに、
   前記加熱工程後であって前記据込鍛造工程前に、据込鍛造対象の前記ビレットを前記据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外の前記ビレットを前記傾斜圧延機に供給する振り分け工程を備え、
   前記据込鍛造工程では、据込鍛造対象の前記ビレットを据込鍛造し、
   前記縮径圧延工程では、前記据込鍛造工程後の前記ビレット、及び、据込鍛造対象外の前記ビレットを縮径圧延する、型鍛造部材の製造方法。
4. 請求項３に記載の型鍛造部材の製造方法であって、
   前記振り分け工程では、前記縮径圧延工程における前記ビレットの圧下量に応じて、据込鍛造対象の前記ビレットを前記据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外の前記ビレットを前記傾斜圧延機に供給する、型鍛造部材の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の型鍛造部材の製造方法であって、
   前記型鍛造部材はクランクシャフトである、型鍛造部材の製造方法。
6. 第１端面と、前記第１端面と反対側の第２端面と、前記第１端面と前記第２端面との間の側面とを含むビレットを加熱する加熱炉と、
   前記加熱炉の下流に配置され、３つの傾斜ロールを備え、前記ビレットを縮径圧延して所望の外径に調整する傾斜圧延機と、
   前記傾斜圧延機の下流に配置され、所望の型鍛造部材の形状の型を備え、外径を調整された前記ビレットを型鍛造して所望の型鍛造部材の形状にする型鍛造機とを備える、型鍛造部材の製造設備。
7. 請求項６に記載の型鍛造部材の製造設備であってさらに、
   前記加熱炉と前記傾斜圧延機との間に配置され、
   前記据込鍛造時の前記ビレットの前記第１端面に対向する第１テーパー穴を含む第１ビレット対向面と、前記第１ビレット対向面と反対側に配置される第１裏面とを含む第１据込鍛造金型と、
   前記据込鍛造時の前記ビレットの前記第２端面に対向する第２テーパー穴を含む第２ビレット対向面と、前記第２ビレット対向面と反対側に配置される第２裏面とを含む第２据込鍛造金型と、
   前記第１据込鍛造金型を、据込鍛造時の前記ビレットの軸方向に駆動可能な据込駆動機構とを備え、
   前記第１据込鍛造金型と前記第２据込鍛造金型とは、水平方向に配列され、
   前記第１テーパー穴は、
   第１内周面を含み、
   前記第１据込鍛造金型の前記第１テーパー穴の中心軸を含む断面における前記第１内周面の幅は、前記第１ビレット対向面から前記第１裏面に向かって減少し、
   前記第２テーパー穴は、
   第２内周面を含み、
   前記第２据込鍛造金型の前記第２テーパー穴の中心軸を含む断面における前記第２内周面の幅は、前記第２ビレット対向面から前記第２裏面に向かって減少する、据込鍛造機を備える、型鍛造部材の製造設備。
8. 請求項７に記載の型鍛造部材の製造設備であって、
   前記据込鍛造機はさらに、
   前記据込鍛造時において、前記ビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、前記ビレットの側面と接触する第１拘束面を含む第１拘束工具と、
   前記据込鍛造時において、前記ビレットを挟んで前記第１拘束工具の反対側であって、且つ、前記据込鍛造時の前記ビレットの軸方向中央部の軸周りに配置され、前記ビレットの側面と接触する第２拘束面を含む第２拘束工具と、
   前記第１拘束工具の前記第１拘束面と反対側に配置され、前記第１拘束工具を支持する第１拘束工具支持機構と、
   前記第２拘束工具の前記第２拘束面と反対側に配置され、前記第２拘束工具を支持する第２拘束工具支持機構とを備える、型鍛造部材の製造設備。
9. 請求項８に記載の型鍛造部材の製造設備であって、
   前記据込鍛造機はさらに、
   前記第１拘束工具と前記第１拘束工具支持機構との間に配置される第１弾性部材と、
   前記第２拘束工具と前記第２拘束工具支持機構との間に配置される第２弾性部材とを備える、型鍛造部材の製造設備。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載の型鍛造部材の製造設備であってさらに、
    据込鍛造対象の前記ビレットを前記据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外の前記ビレットを前記傾斜圧延機に供給する振り分け機構を備え、
    前記据込鍛造機は、据込鍛造対象の前記ビレットを据込鍛造し、
    前記傾斜圧延機は、据込鍛造後の前記ビレット、及び、据込鍛造対象外の前記ビレットを縮径圧延する、型鍛造部材の製造設備。
11. 請求項１０に記載の型鍛造部材の製造設備であって、
    前記振り分け機構は、前記傾斜圧延機での前記ビレットの圧下量に応じて、据込鍛造対象の前記ビレットを前記据込鍛造機に供給し、据込鍛造対象外の前記ビレットを前記傾斜圧延機に供給する、型鍛造部材の製造設備。
12. 請求項６〜１１のいずれか１項に記載の型鍛造部材の製造設備であって、
    前記型鍛造部材はクランクシャフトである、型鍛造部材の製造設備。
    

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