クランクシャフトの製造方法について

質問

エンジンの構造物のひとつであるクランクシャフトの製造方法に疑問をもったので、質問致しました。

最近、エンジンの分解した中身を見る機会があり、ふと部品を眺めているとクランクシャフトが目に入り、製造方法について疑問がわいてきました。
クランクシャフトはどのように製造されているのでしょうか？

自力で調べてみましたが、熱間鍛造にて製造されるということしかわかりませんでした。

まず、クランクシャフトの材料(材質)にはどのようなものがあるのでしょうか

形成は、溶けた鉄を流し込む鋳造なのでしょうか
それともプレスなのでしょうか。

カウンターシャフトとカウンターウェイトは一体整形なのでしょうか
それともカウンターシャフトにカウンターウェイトを溶接などしてつけるのでしょうか。

カウンターシャフトは真円だと思いますが、どのように出しているのでしょうか
旋盤などで真円を出しているのでしょうか。
ローレット加工では加工しきれないシャフトのギアの部分はどのように制作しているのでしょうか。

仕上げの表面加工は手加工なのでしょうか、それとも機械加工なのでしょうか。
機械の場合、どのように表面研磨しているのか気になります。

最後に、クランクシャフトは表面が黒いですが、これは特殊な表面処理がされているのでしょうか
それとも、もとの材料の材質なのでしょうか

色々と聞いてしまいましたが、よろしくお願いします。

回答No.4

nekoppe

特殊なものでなく、大量生産品で私の知っている方法（他にも方法があると思います）は、
＞熱間鍛造にて製造
又は鋳造です。鋳造が標準で高出力エンジンは鍛造という時もありましたが、最近は安価なエンジンも鍛造が多いようです。
＞材料（材質）
鍛造は鋼、鋳造は鋳鉄で両方ともに熱処理します。
＞カウンターシャフトとカウンターウェイトは一体成形
カウンターシャフトとはクランクピンの事ですか？。クランクはジャーナルとピン、これを繋ぐクランクアーム、クランクピンの反対側のカウンタウエイトが一体（大量生産品です）になっています。
＞カウンターシャフトは真円だと思いますが、どのように
旋盤と同様に切削加工します。カウンタウエイト外周と側面も切削（安価なクランクは切削なし）です。ジャーナルとピンは砥石での研削もします。砥石の後に帯状のサンドペーパーで仕上げします。最近のものは安価なクランクでも更にフィルム状の帯で精密仕上（スーパーフィニッシュとかマイクロフィニッシュ）します。この精密仕上げでジャーナルやピンの面を精密仕上げすると同時に、より真円に近くします。
＞ギアの部分はどのように制作
ギア直接加工は知りません。私の知っているのは、ギアやスプロケットの完成品を嵌めてキーで回り止めをしているものです。
＞表面が黒いですが
これも知っている物は鉄の地肌で黒色ではなかったです。

回答No.3

celica_202

分野が違いますが冷間鍛造品に関わってますので簡単に書いてみます。

　熱間鍛造ですが、Youtubeで動画を探してみました。右から真っ赤な製品が来て土台みたいな所に載せてプレスで押し、完成品を左へ送ってます。形状変更と穴抜きを同時に行っているようですね。
　手前に流れてきているのは多分不要品ではないかと思います(詳細不明です)
　http://www.youtube.com/watch?v=joEXe9kqJSI

　ANo1様へのお礼を拝見して…
　>既にそのサイトは閲覧住みだったのですが、つぶしから荒地鋳造の行程がよくわかりません。
　高温に熱して、プレスで押していった順の写真と思います。あの写真だけでなくもっと鍛造回数多いかもしれませんが…(わかりやすく抜粋した可能性もあります)
　何回も行う理由として、丸棒の状態からいきなり最後の形状を作ろうとすると型への負荷が非常に高いために破損してしまったり、製品を急激に伸ばす過程でうまく拡がらずにクラックができたりするためです。
　下記URLの1分位からが多少わかりやすいと思います。
　http://www.youtube.com/watch?v=U47rRqSkb4w

　ちなみに、鍛造は叩いて形状を変更していく製法で、鋳造は砂等で鋳型(いがた)を作ってそこに溶けた金属を流し込む製法です。鋳造品を熱間鍛造するメリットは少なく感じます。鋳造を冷間鍛造ならあるかもしれない？かな…

　ギヤの形状ですが、冷間鍛造でも精度出しで行ったりします(できます)。
　http://www.sumino.co.jp/technical.html#size
　検索で見つけた一例ですが、こんな加工もできるので歯型状にくり抜いた型に製品を入れて加圧することで突きたてのお餅の様に変形させたりもできます。
　(あくまでそういう製法があるというだけで、クランクシャフトがこの製法を採用しているかはわからないのでこういうやり方もあるんだな～位に思っておいてください)

　仕上げですが、バリ取り等はショットやバレルといった方法でとったり手作業で取ったりします
　ショットピーニングの動画があったので貼ってみます
http://www.youtube.com/watch?v=tNzjhJiIhOU

　ただ、車の部品でいちいち人が関与していてはお金がかかって仕方がないので自働化(にんべんのついたじどうか)が進んでいると思います。過去T社で見た熱間鍛造は完全自働化されてました。

　表面が黒色なのはANo2様ご指摘の通り、酸化鉄でコーティングしていると思います。よく見かける赤錆はFe2O3で表されます。これは鉄を腐食させたりマイナスしかないです。それを温度管理等した状態で防錆処理をすることで黒錆Fe3O4の緻密な酸化鉄にすることができます。Fe3O4の強固な錆で表面を覆うことで、赤錆の発生を防ぐ効果や硬度上昇等の効果もあります。

　簡単に書いてみましたが、参考になりますでしょうか？

回答No.2

chie65536（@chie65535）

ご参考。
http://www.monozukuri.org/mono/db-dmrc/bulk-metal-forming/basic/hot.htm

＞熱間鍛造にて製造されるということしかわかりませんでした。

素材を千数百度に熱して柔らかくして、型にはめて圧力をかけて変形させたり、叩いて変形させて、目的の形状にするのを「熱間鍛造」と言います。

上記ページでは、高熱にして柔らかくしてから、上側の型と下側の型で上下から挟んで圧力をかけて変形させている様子が判ります（上記ページでは、荒地と仕上で、２回の鍛造を行っています）

上下の型の隙間からハミ出した部分が「バリ」になって、周りに広がっているのが写真に写っています。

冷えて固まったあと、機械や手作業で「バリ取り」をします。

＞仕上げの表面加工は手加工なのでしょうか、それとも機械加工なのでしょうか。
＞機械の場合、どのように表面研磨しているのか気になります。

仕上げでは、コンピュータ制御された研磨機で、1/100ミリ単位まで正確に「削り出し」されます。

コンピュータに正確な形状データを入力すれば、かなり複雑な形状でも正確に削ります。

たぶん、手作業では無理でしょう。

＞最後に、クランクシャフトは表面が黒いですが、これは特殊な表面処理がされているのでしょうか

予想ですが「黒染め」といって、表面に緻密な酸化被膜を形成させ錆を防ぐ処理が施されているのでしょう。酸化鉄は黒いですから。

また、酸化鉄は、酸化してない鉄よりも硬いので、表面の硬度を増す意味もあります。

回答No.1

mpascal

鍛造は、こんな形で行われます。

http://www.monozukuri.org/mono/db-dmrc/bulk-metal-forming/basic/hot.htm

切削加工は、何種類かの機械で加工します。

http://www.komatsu-machinery.co.jp/HP/japanese/seihin_kousaku_2.html

表面処理は、メーカーによって違うかもしれません。

お礼

素早い回答ありがとうございます。
クランクシャフト加工機なんてものがあるんですね、驚きです。
ひとつのNC旋盤でできるものと思ってましたが、色々な行程が必要なのですね・・・
鋳造から旋盤加工するのか、それとも鋳造はせずに削り出しをするのか気になります。

回答ありがとうございます。

補足

既にそのサイトは閲覧住みだったのですが、つぶしから荒地鋳造の行程がよくわかりません。
材料を溶かして金型に流し込んだのでしょうか。
それとも高温にしてプレスしたのでしょうか。
よろしくお願いします。