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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。

「クランクシャフトの製造方法について」の質問画像

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A 回答 (4件)

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。
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 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)
 

 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?
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ご参考。


http://www.monozukuri.org/mono/db-dmrc/bulk-meta …

>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。
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鍛造は、こんな形で行われます。



http://www.monozukuri.org/mono/db-dmrc/bulk-meta …

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/s …

表面処理は、メーカーによって違うかもしれません。

この回答への補足

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。

補足日時:2013/04/18 11:26
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この回答へのお礼

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。

お礼日時:2013/04/18 11:31

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共振を避けるにはどのような設計をすればいいでしょうか?どのような工夫をすればよいでしょうか?

よろしくお願いします。

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つぎに、構造物の固有周期は剛性と、質量と、減衰で決まります。

このうち減衰による振動数への影響は小さいので、制振材や制振装置などを用いても共振を避けることはできません。
これらの使用は共振を避ける目的で使用するのではなく、共振したときの振幅を低下させる目的で使用します。だからこれらの対策は共振の発生が避けられない場合に使用する対策方法です。

共振を防ぐには、質量を調整するか、剛性を調整して、固有振動数が加振振動数に一致しないようにする必要があります。

Q振動の対策

振動の問題です。
自分はある送風機メーカーの設計者です。
明日突如お客さんのところに行かなければならなくなりました。
用件は、当社の送風機をある筐体につけたときに振動するということらしく「一度見に来てくれ」ということになったものです。
が、自分は振動問題にはほとんど携わったことがないため、何とかお助けくださいというものです。

自分の乏しい知識から考えたのは次の程度です。
今回の現象の原因は、(1)加振源である送風機が異常振動を起こしている、(2)送風機は正常だが筐体が共振を起こしている のどちらかではないか。(1)の場合は製品(送風機)交換で解決すると思うが、(2)の場合どうするか?
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そこで・・・

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2.もうひとつは筐体の固有振動数を変化させるということかなと思いますが、これもまた知識不足。どうすれば固有振動数が変えられるのか、上げる方向がよいのか、下げる方向がよいのか、などなど、これもまた素人にもわかるような解説を頂けるとありがたいです。

3.自分が思いつくのは上記なのですが、その他にチェックすべきポイント、こういった問題に対応するときの王道など、何でも結構ですので情報いただけたら幸いです。

上記1,2,3で、何か測定をしないと話にならないのであれば、何を測るかもご教示頂きたいです。

ほとんど自分の努力なしに対応しようという非常にムシのいいお願いになりますが、困っております。
何卒よろしくお願い申し上げます。

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機械メーカーなら振動の知識がある人はいると思うのですが。。。そういう人について行ってもらうのがよいのではないでしょうか?

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(3)振動の原因が何かを把握することが大事です。
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共振などに対する防振ゴムなどによる対策の場合、振動系の固有振動数を問題となっている振動の振動数の1/3程度まで低くなるように設定するのが有効な対策です。

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機械メーカーなら振動の知識がある人はいると思うのですが。。。そういう人について行ってもらうのがよいのではないでしょうか?

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Qブロッケージ効果とは何でしょうか?(流体工学関連)

論文を読んでいるのですが,この言葉の意味がよく
わからずに困っています.
翼に剥離渦が発生した時に起こる損失現象らしいという
ぐらいはわかったのですが・・・

よかったら教えてください!!よろしくお願いします.

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他にも言い方があるかも知れませんが、日本語では閉塞効果と訳されると思います。

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その他にも、例えば、風洞実験などでは、風洞の壁面に発達する境界層の厚みや模型そのものの大きさにより、もともとの風洞の流路断面積が変わってしまい、測定データに対して様々な影響が出ます。それも閉塞効果と呼ばれます。

Qmin-1の意味は?

回転数とは思うのですが、min-1はどういう意味で、また何の略で、どう読むのでしょうか。

RPMであれば、round per minutesで
1分間の回転数という意味ですよね。

min-1とRPMはイコール(=)なのですか?
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分かる方、お願い致します。

Aベストアンサー

#1の方の回答の通りですが、ちょっと補足めいたことを。

読み方は「まいふん」だと思います。そう言ってます。

rpmは[revolutions per minute]1分間あたりの回転数ですね。
http://dictionary.goo.ne.jp/search.php?MT=rpm
もしかすると「round」という言い方もあるのかもしれませんので否定はしませんが、
「revolutions」と言う場合が多いと思います。

で、なぜRPMを使わないかというと、
単位の表示方法を世界的に統一しようという動きがあり、(SI単位系を使おー)
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天気予報の気圧を表すミリバールという単位がヘクトパスカルになったのも
SI単位系を使おーという動きのためです。

インチ、ポンド、フィートなども使うのを避ける方向になっています。

Q平面の交線の方程式

2平面の交線の方程式はどうやって求めるのですか?

例で適当に問題を作ってみたんで教えてください
x-y+3z-1=0,x+2y-z-3=0

どなたか教えていただけませんか?

Aベストアンサー

akatukinoshoujoさん、こんにちは。

>x-y+3z-1=0・・・・(1)
>x+2y-z-3=0・・・・(2)とおきましょう。
(1)(2)より、連立方程式を解いて、x、y、zをそれぞれどれか一つの文字で表していきます。

(1)×2 2x-2y+6z-2=0
(2)   x+2y-z-3=0
------------------------------これを足してみると
      3x+5z-5=0
      x=-5(z-1)/3・・・・(☆)

(1)   x-y+3z-1=0
(2)×3 3x+6y-3z-9=0
------------------------------これらを足し合わせると
      4x+5y-10=0
      4x=-5(y-2)
      x=-5(y-2)/4・・・・(★)

(☆)(★)より、yとzをxであらわせたので、つなげてみましょう。

x=-5(y-2)/4=-5(z-1)
もうちょっと整理すると、
x/5 =(y-2)/-4 =(z-1)/-3
となって、これは(0,2,1)を通り、方向ベクトルが(5,-4,-3)の
直線になることを示しています。


方程式が2つあるので、どれか一つの文字で表して、つなげてみるといいですね。
頑張ってください!!

akatukinoshoujoさん、こんにちは。

>x-y+3z-1=0・・・・(1)
>x+2y-z-3=0・・・・(2)とおきましょう。
(1)(2)より、連立方程式を解いて、x、y、zをそれぞれどれか一つの文字で表していきます。

(1)×2 2x-2y+6z-2=0
(2)   x+2y-z-3=0
------------------------------これを足してみると
      3x+5z-5=0
      x=-5(z-1)/3・・・・(☆)

(1)   x-y+3z-1=0
(2)×3 3x+6y-3z-9=0
------------------------------これらを足し合わせると
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Qなぜ車のV型エンジンにはV4が無いのか?

車のエンジンに関してちょっとした疑問です。
高級エンジンの代名詞のようなV型エンジンにはV6,V8(まれにV5もありますが・・・)等がありますが何故V4という形式は無いのでしょうか?2000cc程度でV4エンジンというのを探したのですが見当たりません。

Aベストアンサー

エンジンは、先に「直列型」が、出来ました。
排気量、ボンネットスペースの都合から「V型」になりました。

前輪駆動車のみV5と言うのもあります。
V2型、V4型は、バイクにあります。

2000cc以上のBMW、2800ccのベンツ、現行アリスト・アルテッサが直6を採用しています。
(旧マーク2系列、旧スカイライン、亡ローレルも採用)

富士重工、ポルシェは、V型の変形型の「水平対向型」を採用しています。
スバルは、水平対向4気筒、水平対向6気筒
ポルシェも、同様なのがあります。

2000ccというのは、本当に中途半端な排気量で、
BMW、トヨタ、日産はこだわりから「直列6気筒型」を長年採用してきました。今では、パッケージングの変更から、国産では、アルテッサ、アリストだけになってしまいました。
排気量が大きいのに4気筒になっているのは、前輪駆動でのエンジンスペースが無いからです。
実際の所は、6気筒の方が、スムーズで静かで安定しています。
V型エンジンは、重量が重いので、パワーが必要とされる2500ccぐらいからが主流となっています。


(参考)
360cc ~ 660cc … 直列3気筒(直列4気筒)
     1000cc … 直列4気筒(直列3気筒)
1300cc ~ 2800cc … 直列4気筒
2000cc ~ 3000cc … 直列6気筒
1800cc ~ 3500cc … V型6気筒(V型5気筒)
4000cc ~     … V型8気筒、V型12気筒

エンジンは、先に「直列型」が、出来ました。
排気量、ボンネットスペースの都合から「V型」になりました。

前輪駆動車のみV5と言うのもあります。
V2型、V4型は、バイクにあります。

2000cc以上のBMW、2800ccのベンツ、現行アリスト・アルテッサが直6を採用しています。
(旧マーク2系列、旧スカイライン、亡ローレルも採用)

富士重工、ポルシェは、V型の変形型の「水平対向型」を採用しています。
スバルは、水平対向4気筒、水平対向6気筒
ポルシェも、同様なのがあります。

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Q1ccって、何mlですか?

料理をしようと思っているのですが、恥ずかしながら単位に疎いです。
ccとmlの違いがまず分からず、1ccをmlに換算すると‥‥と考えるだけでわけ分かりません。
以前、調理本でデシリットルという単位があり、デシリットルがどんな位なのか分からず困っています。

単位の換算表とかあれば教えてください。

Aベストアンサー

結論から言うと、1cc=1mlです。

『cc』は、「キュービック・センチメートル」の略です。
センチメートルの3乗(cm^3)、いわゆる「立方センチメートル」です。
一辺が1cmのサイコロの体積です。

『リットル』は、立方センチメートルと立方メートルの間を取った単位で、『1リットル=1000立方センチメートル』と決められています。
重さで『トン』という単位があるでしょう。
1トン=1000kgですが、あれと同じようなものです。

『ml』の「ミリ」は、1000分の1を表す記号です。
つまり、1ミリ"リットル"は1"リットル"の1000分の1の体積ということになります。
『dl(デシリットル)』の「デシ」は、10分の1を表す記号です。
つまり、1デシ"リットル"は1"リットル"の10分の1の体積ということになります。
これを総合すると、
『1リットル=10デシリットル=1000ミリリットル』
ということになります。

料理本用語をピックアップすると、
『1cc=1ml』
『1dl=100ml』
『1リットル=1000ml』
ですね。

結論から言うと、1cc=1mlです。

『cc』は、「キュービック・センチメートル」の略です。
センチメートルの3乗(cm^3)、いわゆる「立方センチメートル」です。
一辺が1cmのサイコロの体積です。

『リットル』は、立方センチメートルと立方メートルの間を取った単位で、『1リットル=1000立方センチメートル』と決められています。
重さで『トン』という単位があるでしょう。
1トン=1000kgですが、あれと同じようなものです。

『ml』の「ミリ」は、1000分の1を表す記号です。
つ...続きを読む

QEPMAとEDX

EPMAとEDXの違いが分かりません。
ともに、定性、定量、マッピングなどが出来ると思いますが、測定原理などが大きく異なるのですか?

Aベストアンサー

EPMAは英語で書くとElectron Probe MicroAnalysisです。つまり電子を
入射して分析を行うという意味です。検出するのは特性X線です。

特性X線の波長(=エネルギー)は元素によってすべて異なります。
したがって,特性X線の波長が分かれば電子線が照射された元素の種類が
同定できるわけです。ただし1つの元素が放出する特性X線は,通常
1種類ではありません。元素にはK殻,L殻,M殻,・・・というように
エネルギーレベルの異なる様々な電子軌道が存在しますので,それぞれの
軌道の発生する特性X線は異なります。複数の元素が存在する場合には
これらの特性X線が重なりあうように放出されますので,波長が近い場合
には,元の元素を特定するのが難しくなります。そのため,複数の元素比
などを求めたい場合には,1つの元素が放出する複数の特性X線を用いる
必要があります。

特性X線は光と同じ電磁波です。ですから分光が可能です。分光結晶を
プリズムのように用いれば,波長の異なる特性X線の放出角度が変えられ
ます。この位置情報を検出器で計測するのがWDSまたはWDXと呼ばれる
手法(波長分散型分光)です。検出したい元素によって検出器の角度を
変えなければなりませんが,特性X線が重なり合うように放出されても
精度よく分解できますので,定量性に優れ,微量な元素や軽元素の検出
に威力を発揮します。ただし測定には時間がかかります。狭義では,
WDSだけをEPMAと呼ぶ場合がありますが,原理と英語の意味を考えれば,
WDSとEDSはどちらもEPMAと呼んで差し支えありません。

波長にプランク定数を乗算するとエネルギーとなりますので,波長では
なくて,エネルギーを検出することでも特性X線を放出した元素の種類が
分かります。これがEDSまたはEDXと呼ばれる手法(エネルギー分散型
分光)です。WDSのようなデータの信頼性はありませんが,一度に多くの
元素を同定でき,測定時間も比較的短いので,2次元的な元素マップなど
の定性的な分析に威力を発揮します。WDSのように分光結晶や回転機構
などの特殊な装置が不要で,通常のSEMに検出器をつけただけで測定
できるという手軽さも利点でしょう。

EPMAは英語で書くとElectron Probe MicroAnalysisです。つまり電子を
入射して分析を行うという意味です。検出するのは特性X線です。

特性X線の波長(=エネルギー)は元素によってすべて異なります。
したがって,特性X線の波長が分かれば電子線が照射された元素の種類が
同定できるわけです。ただし1つの元素が放出する特性X線は,通常
1種類ではありません。元素にはK殻,L殻,M殻,・・・というように
エネルギーレベルの異なる様々な電子軌道が存在しますので,それぞれの
軌道の発生する特性X線...続きを読む

Q熱処理について

S45Cの焼入れを行ってHRC60以上の硬さがある予定がHRC50レベルしか硬さがなかったのは焼き入れに、どんな問題があるんでしょうか?

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焼き入れの問題ではなく材質の問題では?
SKD材かSKS材を使用すれば軽くクリアしますがどんな
焼き入れをしたのでしょう。

Q三相電力のUVWとRSTの違いについて

三相電力にはU相V相W相がありますよね?これはR相S相T相とどこが
違うのですか?
また、各相は発電したときから決まっているのですか?
素人の考えですが相というのは単に波形の順番に過ぎないと思いますのでどのケーブルが何相であってもかまわないような気がするのですが。
どなたか教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

もともとは、RST、UVWに意味は無かったはずです。

有効電力がPowerから、P となった後
単にアルファベット順から、Qが無効電力、 Rは抵抗なので飛ばして
Sが皮相電力を表すようになったと記憶してます。
・・・P、Q、(R)、S、T、U、V、W、X、Y、Z

相の呼称に関しても、アルファベットの終わりより3つ1組として
 XYZ、UVW、RST が利用されるようになったと記憶してます。
XYZは何かと登場するため、利用は避けられているようですが
既にご回答されているUVWやRSTに対する意味づけは、後付けルールみたいなものだと思います。
1次側は大文字、2次側は小文字と区別しているケースも見かけます。


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