JP2001518851A

JP2001518851A - クランク軸の切削及び仕上げ加工

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Publication number: JP2001518851A
Application number: JP54240498A
Authority: JP
Inventors: ザントリウスロルフ; コールハーゼマティーアス
Original assignee: ボーリンガヴェルクツォイクマシーネンゲーエムベーハー
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2001-10-16
Also published as: DE59810178D1; DE19714677A1; EP1007276B1; ATE254010T1; WO1998045086A1; DE19714677C5; DE19714677C2; US6742252B1; EP1007276A1; ES2210743T3

Abstract

(57)【要約】本発明は、回転対称部品、特にクランク軸、とりわけクランク軸の軸受面をそれらが使用の準備ができている状態になるまで、すなわち軸受面でさらに材料を取り除かなくとも、クランク軸がエンジンに搭載される状態になるまで機械加工する方法に関する。本発明の目的は、クランク軸の軸受箇所を機械加工する時に、材料の除去を簡略化することである。回転部品をそれらが使用の準備ができている状態まで仕上げ機械加工する本発明に係る方法において、原形の成形作業後における材料の除去が、ただ所定の切削エッジによる切削機械加工と引き続く仕上げによってのみ実施される。

Description

【発明の詳細な説明】クランク軸の切削及び仕上げ加工Ｉ．利用の分野本発明は、回転対称部品の機械加工に関し、特にクランク軸、とりわけクランク軸の軸受面（太端軸受と、さらに中央軸受又は主軸受の両方）を、それらが使用できる状態に、すなわちクランク軸が軸受面でさらに材料を取り除くことなしにエンジンに組付けられる状態にするために、機械加工する方法に関する。それに関連して、軸受面とは、いずれの周囲面も、すなわち軸受幅と、さらにはミラー面又はスラスト面と称される面、すなわち軸受幅を結び且つ、例えば軸方向スラストの支持を行う端面と、の両方を表すのに使用される。 II．技術的背景クランク軸、特に多数のシリンダを有した自家用自動車のクランク軸は、機械加工中に不安定であり、従って機械加工が難しい加工品であることが知られている。仕上げられたクランク軸の寸法精度の査定は、基本的には軸方向軸受幅の他に次のパラメータを査定することで行われる： −直径のずれ＝軸受ジャーナル部の所定の基準又は目標の直径からのずれ、 −真円度＝軸受ジャーナル部の丸み基準又は目標の輪郭からの肉眼的ずれ、 −同心度＝回転加工品の場合は直径のずれ、すなわち、例えば一方ではその主軸受ジャーナル部の非理想的真円度によって、また他方ではその場合にただその両端でのみ支持されたクランク軸の芯ずれしたジャーナル部によって、クランク軸の回転運動中に主軸受筒所が起こす基準位置輪郭からのずれ、 −粗さＲ_a＝計算によって査定され、軸受箇所の表面の微視的な粗さを表す値、 −百分率での接触面積＝そこで押圧される協同の又は対象部の表面と接触することになる、微視的なものと考えられる、表面構造の負荷支承表面の割合、また、さらに、太端部軸受箇所に関しては： −行程ずれ＝基準又は目標の行程からの実際上の行程（太端部軸受ジャーナル部の実際上の中心の、主軸受の実際の中心からの間隔）の寸法上の百分率でのずれ、 −角度ずれ＝主軸受軸線に対する、また他の太端部軸受ジャーナル部に関する角度位置に対するその基準又は目標の角度位置からの太端部軸受ジャーナル部の実際の角度位置のずれであり、その角度ずれは、度で特定されるか、又は行程に関連した周囲方向の長手寸法として特定される。ここで、それらパラメータに関する所望の許容差を遵守することは、加工品の不安定さや必要とされる機械加工力よりも、使用され得る機械加工方法に対する困難さを低減する。その方法の効率と経済性も実際の情況では大きな役割を演じるものである。従来、クランク軸の原形形状、すなわち鋳造又は鍛造された形のクランク軸上の軸受箇所からの材料除去は、連続的に３つの機械加工工程で実施された：第１工程：所定の切削エッジによる切削機械加工：これは、丸削り、回転ブローチ削り、丸削り−回転ブローチ削り、内部丸フライス削り及び外部フライス削り、回転フライス削りを特に高速フライス削りか又はそのような処置の組合わせの形で使用していた。除去材料の程度はミリメータの範囲であった。第２工程：例えば機械加工されるクランク軸の回転軸線と平行関係の回転軸線で一般に回転する研削ホイール等の硬い大型の研削工具による研削：除去材料の量は、１／１０ミリメータの範囲であった。機械加工が難しいクランク軸の場合、特に長くて非常に不安定なクランク軸の場合、研削機械加工作業も多段処理で、例えば予備研削と仕上げ研削による２段処理で実施された。第３工程：一般に、回転軸受箇所の外周に対して押し当てられる据え付けの研削手段（研削ベルトと研削石）による仕上げ：除去材料の量は現在のところ、１／１００ミリメータ又はさらにμｍの範囲である。それに関しては、さらにクランク軸の材料（鋼又は鋳鉄）を考慮した機械加工作業との関係で区別されなければならないが、それとの関連では、特に好ましくは高負荷を含んだ使用情況で使用される鋼製クランク軸は、研削機械加工作業の後で軸受箇所の表面が硬化されている。それは、クランク軸に新たな歪みを生じさせ、またそのような歪みは、研削と仕上げによって補正されなければならなかった。鋳鉄製クランク軸の硬化は、現在のところ、多くの場合既に割愛されていて、比較的大きな硬度の例えばＧＧＧ６０又は７０、又はより改善された強度値の鋳鉄材を使用することで完全に回避される。クランク軸機械加工に関するコストを低減するために、軸受箇所の機械加工を３つから２つの異なった機械加工工程に減らす努力がなされている。しかし、このことは、特に研削作業によって実施されるべき材料の除去が、３段階法の場合よりも多くなければならないことを意味している。しかし、研削による材料の除去は、以下のような短所を含んでいる： −加えられる冷却／潤滑剤に起因して発生する研削スラリーは、問題を起こし、その処分に非常に費用がかかる。 −冷却／潤滑剤に含有されている油に起因して、例えばＣＢＮ−研削の場合、常に爆発の潜在的危険が存在している。 −研削作業では、使用される冷却／潤滑剤の量は、再度研削ホイールの表面上に高圧で冷却／潤滑剤を噴射することで研削ダストや削りくすをその表面から除去するために、さらに冷却／潤滑剤を使用することになり、切削機械加工手順の場合よりも実質的に多い。 −それにも拘らず、過熱から危害を蒙むる加工品の危険度が非常に高い。 −加工品に作用する機械加工圧力は、切削機械加工の場合よりも高い。 −微視的表面構造が発生し、そこでは研削粒子によって引き裂かれて開いた粒子境界が、後続の研削粒子により再度除去された加工品材と共に擦られて閉じられている。すなわち、これは、ほんの僅かであるが比較的鋭いピークを有してはいるが、ほぼ平らであり、うろこ状の状態で部分的にオーバラップした曲がったピークを有する表面構造である。 III．発明の要約ａ）技術上の目的従って、本発明の目的は、クランク軸上の軸受箇所を機械加工する時の材料の除去を簡略化することである。ｂ）目的の達成その目的は、請求項１に記載の特徴的構成によって達成される。有利な実施例は、従属項に述べられている。研削機械加工作業が省かれたという利点によって、機械加工シーケンスは、３つから、ただ２つの原則的に異なった機械加工手順に減らされる。このことによって、研削スラリーや削りくずに関連した全ての廃棄の問題ばかりでなく、さらには加工品に対して長引く処理時間のために研削作業で増大した、工具消耗にかかるコストや加工品の必要とされるストックといったコストを含む、研削機械に対する極めて大きな資本投資コストを回避するものである。切削が乾燥状態で行われる(高速フライス削り)、あるいは油と切削物や削りくずとの分離が、研削ダストに対して切削物や削りくずの比表面積がかなり小さい為に可能なため、切削の処理物又は切削機械加工作業からの削りくずは、何ら問題を生じさせることがない。そのため、材料除去手順において、仕上げ作業が、以下簡潔化のために切削機械加工と称する、所定の切削エッジによる切削機械加工作業の直後に引き続いて行われるように、切削機械加工作業後に生じるような基準値又は目標値からの実際値の許容可能なずれの程度は、機械加工手順（切削機械加工＋仕上げ）の全体に関連した複雑さと出費が技術的にできるだけ少なく、また同時に全体の機械加工時間ができるだけ短くなるように定められなければならない。それに関連して、仕上げ作業後の最終寸法にできるだけ接近した基準寸法又は目標寸法を得ようと努力しても、切削機械加工作業では不十分であるので、仕上げによって、またそれ故比較的ゆっくりした材料除去によって処理されるオーバサイズは、できるだけ小さいままとなっている。太端部軸受ジャーナル部の行程ずれと角度ずれは、仕上げ作業によって最早補正できず、又はできたとしてもほんの僅かであることを考慮に入れなければならない。仕上げ作業では、いかなる場合も先ず最初に、除去される材料量（直径の縮小）は非常に少なく、すなわち、約２００μｍまでは経済的に実行できる費用で達成されること、さらに二番目には、仕上げ作業は、基本的に百分率での接触面積の増加させること、より具体的には粗さを低減して約９５％の百分率での接触面積を達成するという目標で実施することに留意しなければならない。１００％の百分率での接触面積は、その際、軸受に潤滑剤膜を維持するために必要な凹みが最早何ら存在しなくなるので望まれてはいない。微視的表面構造に関しては、切削機械加工作業は、切削エッジが材料を切削していくに従って粒子を引き離していくことで、粒子境界が部分的に引き裂かれて開かれている表面を提供する。その結果的、その面は、開放された粒子境界形状の谷によって中断された比較的多数の尖った高くなった部分を有している。その種の表面構造は、次の事実によって仕上げ作業に入り易い。すなわち、加工品表面の尖った高くなった部分は、仕上げベルトに既に沈積された材料が部分的にそれから再びちぎれる限り、多くの尖った高くなった部分は、仕上げ処理による材料除去を促進するばかりではなく、同時にそれらは更に仕上げ作業で使用される仕上げベルトや同様な部材の詰まりを遅らせるという事実によるものである。この手順の限界は、扱われる関連時間量や処理できる丸みの偏りが、均等化される丸みの偏りの絶対値に依存するばかりでなく、その配置にも依存している限り、仕上げによる丸みの偏りを低減する作業において、既にこの手順の限界に遭遇している。もし真円でない状態が、ほんの数個の（例えば２〜７の）谷と高くなった部分が周囲に渡って分布されている（かくして長い波の非真円となっている）場合、仕上げによる均等化のために実質的により長い時間が必要とされたり、又は或る情況下で、非真円に関する同じ絶対値として、軸受箇所の周囲当り少なくとも１０個、好ましくは約３０個以上もの谷を含んだ短い波の非真円の場合と比較すると、完全に均等化する手立てを取ることは不可能となる。仕上げ作業において、一方で粗さの度合は低減され、かくして百分率での接触面積が改善されるが、同時に、他方で存在している非真円は均等化されたり又は平均化されることになる。これら２つの効果は、ほとんど互いに分離され得ないものであり、またされたとしても非常に限られた程度に分離されるにすぎない。従って、もし初期の粗さから始まって所望の粗さが、所定時間後に仕上げ作業で達成されれば、所定の百分率での接触面積を越えるべきではないので、仕上げ処理は停止される。その条件下で達成される真円度のずれに関連した均等化又は平均化の効果は、そこで最終結果として受け入れられ、最早分離して進めることはできない。従って、もしその手順が、仕上げ作業からのそれら２つのパラメータに関する所定の初期条件から開始されるのであれば、粗さと百分率での接触面積は、所望の最終値を提供する上で、互いに独立しては機械加工され得ないものである。従って、仕上げ作業を切削機械加工作業の後にすぐに続けるために推奨されることは、特に、一方で真円のずれの絶対値と度合に対して、また他方で肉眼的な粗さとその場合に当てはまる百分率での接触面積に対して、仕上げ作業に関する入力パラメータと、それと共に切削機械加工作業に関する出力パラメータとを特定結合することである。丸削り方法と、さらに回転ブローチ削り方法とを使用した切削機械加工手順において、あるいはまた低速フライス削り方法を使用する時には、長い波の真円ずれは、切削機械加工に必要とされる機械構造、工具及び加工品における長い波長の揺動によって起こる。反対に、とりわけ高速の外部フライス削りでは、短い波の真円ずれを起こす。従って、クランク軸に平行な軸線周りで比較的低速度で回転する加工品の他に、クランク軸と比較して非常に大きな直径の約７００ｃｍ直径の外部丸フライス削り盤が１５０と１０００ｍ／分の間の切削速度で回転する高速外部フライス削りを使用するということは、軸受の周囲に沿って多くの高くなった部分を有した真円ずれを起こすことができることを意味している。回転フライス削りは、特にそれが高い切削速度で行われるものであれば、更に短い波の揺動を含みがちで、かくして短い波の真円ずれを含むことが多い。例えば、回転フライス削りは、底フライスカッターの端に配列された好ましくは１つ又は幾つかの切削エッジによって周面が機械加工される限り、軸受箇所の機械加工される周面の半径方向に対して平行に変位された関係で配置された種類の正面フライスカッターによるフライス削りを含んでいる。その場合、特にただ一つの切削エッジによる機械加工は、もしその場合の作業が非常に高速度で実施され、加工品が比較的低速度で回転すれば、有利であることが分かっている。もし、その場合、軸受箇所の上述のミラー面又はスラスト面も機械加工を受けることになっていれば、底フライスカッターにも、その周面上に１つ以上の切削エッジが設けられる。仕上げ作業では、例えば仕上げベルト等の加工品に当接する研削手段は、一般にその手順中には交換されない。従って、研削手段は、仕上げ作業中に次第にその面で詰まりを起こすことになり、単位時間当りに除去される材料量は徐々に低減する。特に仕上げ研削の開始時にいかに早く研削手段が詰まりを蒙むるかは、表面の初期粗さに依存するばかりでなく、さらにその百分率での接触面積にも依存している。仕上げ作業の開始時に、所定レベルの粗さを有した百分率での接触面積が少なければ少ない程、すなわち微視的表面構造がより尖れば尖る程、対応してより鋭い側面を持つことになり、その時すべからく、表面から除去され、仕上げベルトに沈積された材料粒子は、その種の表面構造の処理開始時に、仕上げベルト、仕上げ石又はそれらに該当する仕上げ手段からより容易に除去される。微視的表面の均等化や平均化を高めるに従って、仕上げ作業では研削手段の表面も徐々により早く詰まりを起こす。このことは、同じような粗さ度を有している場合、仕上げ作業の開始時に小さい百分率である接触面積は、高い初期の材料除去にとって、それ故時間の短い仕上げ作業にとって、有利であることを意味している。このことはまた、仕上げ作業によって扱われる粗さ度は、そのようなより大きな粗さレベルを伴った百分率での接触面積に逆比例して高くなることを意味している。従来の研削作業では、表面粗さは、予備的な切削機械加工と比較して低減されたが、しかし、その同じ方法では、百分率での接触面積が一定に保たれるか、又はその表面近くの領域での所定切削エッジによる機械加工が、部分的に金属構造における粒子境界が外側から内側に向かって半径方向に延びながら引き裂かれて開いていることを意味するので、予備的な切削機械加工作業が小さな百分率での接触面積を含んだ微視的表面構造を後に残すにつれて、この接触面積が増大するか、のいずれかであった。そのように、切削機械加工作業の直後に経済的に仕上げを行うことが可能なのは、仕上げ作業における効果的な材料除去が予備の機械加工手順によって促進され且つ補助される場合に限られ、また一方では、正しい切削機械加工手順の選択が、その場合に達成される粗さが小さな百分率での接触面積を有しており、またその場合に達成される真円ずれができるだけ短い波となっている真円ずれであることを意味する場合に限られる。その点で、軸受箇所の従来の研削では、予備的切削機械加工からもたらされる真円ずれは、一般にただそれらの絶対値の項において研削作業で低減されるだけで、それらの特性項では低減されなかったことをさらに考慮しなければならない。従って、研削作業では、結果的に長い波の真円ずれが短い波の真円ずれとなることはなかったが、しかし、谷の数は保持されたか又は削減されたかのいずれかであった。その結果として、結果的に単位時間当りの改善と考えられる仕上げ作業による真円ずれのさらなる改善は、仕上げ手順では、むしろより困難になったといえる。それは、切削機械加工作業後に真円ずれが６０μｍ未満、特に４０μｍで、直径ずれが２００μｍ、特に１５０μｍ未満で、粗さＲａが１０μｍ未満、特に６ μｍ未満の時には切削機械加工手順直後の仕上げ作業は特に経済的であることを意味している。その点に関しては、探求される目標は、周囲当り少なくとも３０波の短波長特性を持った真円ずれであるが、その特性は約５０ｍｍの軸受直径に関して該当し、またただ高くなったり低くなったりする直径に伴って準比例状態で、すなわち、例えば周囲における１００％変化が、波の数でただ約３０％の変化を発生するに過ぎない状態で変化すべきである。さらに、その点については、要求される目標は、切削手順後に達成される粗さに関連した百分率での接触面積が、研削手順後に得られるものよりはむしろより小さくなるようにすることである。太端部軸受の場合には、さらに、切削機械加工作業後の角度ずれは、０．４° 未満、特に０．２°未満であるべきで、行程ずれは、０．４０％未満、特に０．２０％未満であるべきであり、それは、それらパラメータが最早仕上げ作業によっては経済的変数のようには変えられないので、使用準備のできた時のクランク軸に対して遵守される許容差に対応している。切削機械加工手順の適切な形態は、従って、上述のような相互関係を考慮すると、特に高速度フライス削りの形の外部フライス加工や、又は回転フライス加工である。特に、重量加工品を取り扱う時には、基準値又は目標値と関連パラメータの実際値との間のずれの組み合わせで、ずれが切削機械加工作業後で且つ機械加工作業に先立って生じるもので、そのような組み合わせが切削機械加工と仕上げの直接結合の観点から望ましいような、そのようなずれが、もし切削機械加工手順が複数段で、特に２段で（予備切削と仕上げ切削）で行われる場合に達成され得るのみであることが判った。その点で、高速度外部フライス削り又は高速度回転フライス削りは、仕上げ切削作業の第２段の為に、大端部軸受を扱う時と、さらには主軸受を扱う時の２つの場合に好適なものである。大端部軸受を扱う時の予備的な切削作業の第１段は、また、外部フライス削りを使って、特に高速度外部フライス削りを使って行われ、また主軸受を扱う時には、これはさらに丸削り又は回転ブローチ削り又は丸削り−回転ブローチ削りによっても行うことができる。もし、切削作業が２段階又はそれ以上の段階で実施されれば、仕上げ切削作業で扱われることになるオーバサイズは、最適な状態で０．２と０．５ｍｍの間に及んでおり、その理由は、非常に薄い切削の除去物又は屑によって特に真円度と直径ずれを更に改善するためであり、また百分率での接触面積が不均一のままとなっている状態で微視的観点から高速度フライス削り手順における各々の個々の工程の経過中に可能な限り等しくなっている粗さを達成するためである。他方で、ベルト型仕上げ器の使用が仕上げ作業の為に推奨されるが、その場合、研削ベルトが回転軸受筒所に対して接触加圧シェル部材によって押圧されており、また同時に相対的な揺動が研削ベルトと加工品との間において長手方向に与えられている。その場合、接触加圧シェル部材は、各場合で１２０°以上、好ましくは１８０°まで加工品を抱持ようにするべきである。もし、さらに、仕上げ加工中に瞬間的な実寸がチェックされ、テストされ、手順が回転速度と接触圧力に関連して制御されれば、直径ずれは、高レベルの摩擦力によって加工品に過剰な熱を導入せずに、またそれによって加工品の歪みを惹起せずに、特に良好な具合に低減される。適当な仕上げ手順が、例えば米国特許第４、６８２、４４４号に説明されている。仕上げ作業は、理想的には乾燥状態で、即ち、これは必ずしも実現され得るものではないが、冷却／潤滑剤を機械加工箇所に加えずに実施される。ｃ）実施例上述のパラメータを、図面を参照して、以下により詳細に説明する：図１は、太端部軸受ジャーナル部の断面図であり、図２は、一般的な軸受ジャーナル部の断面図であり、図３は、同芯円が確定されることになる輪郭の断面図である。図１は、例えば切削作業後で且つ機械加工作業前の太端部軸受ジャーナル部の断面図であり、そこで、太い実線はその実際の輪郭を示しており、破線は切削作業後のその基準輪郭又は目標輪郭を示しており、点線又は短いダッシュ線は、仕上げ作業後のその基準輪郭又はその目標輪郭、すなわち、その最終輪郭を示している。これに関して、基準輪郭又はその目標輪郭は、所定の基準行程又は目標行程を、すなわちクランク軸の主軸受中心からの半径方向に間隔を有した目標中心又は基準中心の周りの正確に円形な輪郭である。太端部軸受ジャーナル部の実際の輪郭は、比較すると丸くはない。その真円でないものは、図面で大いに誇張された形で示されている。この場合、角度区分当り多数の波頂と谷を有した短い波の真円ずれが頂部の右側１／４の箇所に示しており、また極く少ない波と谷を有した長い波の真円ずれか周囲の残りにわたって示されている。回転対称面の、また特にクランク軸の軸受箇所の品質を査定するために使われる個々のパラメータに関して、相違点が、各軸受ジャーナル部の基準中心又は目標中心に関連したパラメータと、基準中心又は目標中心から独立して確定されるパラメータとの間で注目されることになる。所定の基準中心又は目標中心に関連していない肉眼的なパラメータは、真円度と直径ずれである。具体的なこれらのパラメータは以下の通り：真円度：いわゆる真円度、すなわち実際には理想円の基準輪郭又はその目標輪郭からのずれは、ＩＳＯ１１０１、そのポイント３．８に従って確定され、そこでは、実際の輪郭は内部円Ｋｉと外部円Ｋａの２つの相互に同芯の円の間に可能な限りタイトに嵌め込まれている。２つの円は、ただ互いに対して同心でなければならないが、基準中心又は目標中心に対してはその必要はない。半径方向間隔、すなわちそれら２つの円ＫｉとＫａの直径差の１／２が真円度として判定される。円ＫｉとＫａは、相互に同心関係で延びなければならないので、それらの中心点、真円度中心は、例えば、表面面積を考えた場合に、実際の輪郭の重心として査定される実際の中心とは必ずしも同じではない。真円度は、かくして事実上展開された実際の輪郭の最も高い波頂と最も深い谷との間の高さ方向の間隔である。直径ずれ：ここで、先ず重要なのは、各機械加工工程後の基準直径又はその目標直径、又は最終直径、すなわち仕上げ工程後の基準直径又はその目標直径が基準直径又はその目標直径として採用されるかどうかということである。一般に、機械加工手順又は機械加工機械に対する明細カタログに含まれる直径ずれに関する最大限度は、その特定機械加工工程後の基準値又は目標値に関連している。図２は、切削作業後の基準輪郭又は目標輪郭と、さらに仕上け作業後の基準輪郭又は目標輪郭、すなわち最終輪郭との両方を実際の輪郭に加えて示している。直径ずれは、少なくとも２つの基本的に異なった方法で査定される：その方法は、従来からの手順であって、機械加工された輪郭が、公知の内径のスリーブ状又はソケット状空間又はゲージ内で軸方向に、又はフォークの両端間の自由間隔が公知であるフォーク状空間で又はゲージ内で半径方向にそれらいずれかで差し込まれるという条件の下での直径チェック手順によるものである。その種の空間又はゲージは、小さな寸法ステップで使用されるもので、もしテストピースが或る一つの空間で又はゲージ内でまだ差し込めるが、次のより小さなものには最早差し込めない場合、それは、そのテストピースの直径寸法が、２つのゲージ大きさの寸法間にあると分かることを意味していた。異なった横断面で多数回にわたって実施する場合を含めて、スリーブ状ゲージを使用する計測方法と、さらには、フォーク状ゲージを使用する方法も、従って最大の実際直径を常に確定するものであった。今日、品質に対する高い要求に目を向けると、テストピースは、一般に計測機械と称される設備で計測され、また所望値は、計測機械によって確定される。直径ずれの場合は、計測機械は、その検出装置によって所定面で、又はさらに複数の面で所望の軸受ジャーナルの周囲輪郭を計測する。各所望の角度位置における全ての個々の直径はそれから知られるので、例えば中間の平均化された実際直径をそれから計算することができる。直径ずれＡは、図１に示めされているように、最大の実際直径と基準直径との間の差に存在している。従って、真円度又は理想的な真円度からのずれは、全体が半径方向で最大の実際直径内に入っている。もし、直径ずれが平均化された実際の直径と基準又は目標の直径とから確定されれば、真円度は平均化された実際の直径の内側にまた外側にそれぞれ部分的に入っているので、それは、直径ずれに関しては小さめの値を与える。いずれの場合も、しかし現在は切削作業と考えられている機械加工工程の後では、図２に示されているように、基準輪郭又は目標輪郭は、実は必ずしも実際の輪郭内に完全に入っている必要はないが、しかし最終輪郭は、実際上、入っていなければならない。反対に、最終輪郭は、真円度を確定するために使用される内部円Ｋｉの外側に、確実に少なくとも部分的に存在している。直径ずれＢを平均化された実際の直径と基準又は目標の直径とから確定する時、テストピースの寸法精度を求めるため、真円度がその平均化された実際の直径から半径方向外側に広がっている割合を更に考慮に入れる必要がある。平均化された実際の直径は、図１に示されているように、不用と考えざるを得ないテストピースなしに切削作業後には基準又は目標の輪郭よりも確実により小さくなり得るので、平均化された実際の直径が、各機械加工工程後に、すなわち例えば切削作業後に、基準又は目標の直径からプラスに又はマイナスにずれているかどうかも知らなければならない。平均化された実際の直径が、最終輪郭よりも依然大きい限り、最終輪郭は、後続の機械加工工程、例えば仕上げ作業によって得られる。図面を分かり易くするために、真円度確定の為の円ＫｉとＫａ（それは、実は互いに対して同心円状に、然し或る所定の中心に対してはそのようにではなくに広がらなければならないし、また相互に最小の間隔となっているべきである）は、共に平均化された実際直径と最大の実際直径とを有しており、図１にはただ部分的な形で示されているだけである。太端部軸受ジャーナルとさらには主軸受ジャーナルの両方にとって重要であって、またそれにも拘らず基準又は目標の中心に対する関係に基づいている肉眼的なパラメータは：−同心度(図３)：これは、最小の間隔を取った円ＤｉとＤａを内側と外側でテストピースの実際の輪郭に当てはめることで確定される。しかし、真円度確定と比較すると、それら２つの円ＤｉとＤａは、相互に対して同心状に配置されているばかりでなく、さらに基準又は目標の中心に対しても同心状に配置されている。従って、円ＤｉとＤａの間の環状領域は、例えば主軸受面の実際の輪郭がクランク軸の回転の際に描くような環状領域を表している。特に、図示された太端部軸受ジャーナルに対しては、図１に示されているように、基準又は目標の中心からの実際の中心のずれは、仕上げ作業によっては最早影響を受けないか、又は受けたとしてもそれによってほんの僅かしか受けないという極めて重要な状況である。行程ずれ、すなわち目標又は基準の行程からの実際の行程のずれは、後でクランク軸が搭載される往復動ピストン機関の基準又は目標の圧縮比を望ましいことではないが変えることになり、また角度ずれ、すなわち全体のクランク軸に対する太端部軸受ジャーナルの基準又は目標の角度位置からのその実際の角度位置のずれは、往復動ピストン機関におけるその太端部軸受箇所の死点角度位置に、すなわち内燃機関の場合は、なかんずく点火燃焼点、最適な弁開放と閉鎖のタイミング等に影響を与える。行程ずれと角度ずれ切削作業後には、従って、既に最終寸法に対する許容差内に入っていなければならない。以前の肉眼的な考慮と比較すると、図の底部右側は、微視的な表面構造の拡大スケールによる図である。粗さ：主観的に査定された、微視的な表面構成を表している。粗さＲ_a：これに関しては、これは、通常全体の計測部内において、形状に係る荒いずれや真円度等、すなわち表面のうねり等の比較的荒い構成要素を瀘過した後で査定される微視的な表面プロフィルの全てのプロフィル縦座標の絶対値の、ＤＩＮ４７６８に従って確定された数学的平均値を表している。それにも拘らず、この頻繁に採用されるパラメータは、粗さプロフィルの高さに関しては殆ど結論を引き出させてはくれない。従って、状況をより良く説明するために、しばしば以下の基準が作られている：粗さ深さＲ_z： (さらに、ＤＩＮ４７６８に従う)。このパラメータは、所定のテスト部内での微視的表面構造において最も高くなった部分と最も深い凹みとの間の間隔を表しており、そこでそのように査定された値は、計算手順で表面プロフィル、すなわち極端に高い点と極端に深い谷からの異常値を過大評価しないために、Ｒｚの値を確定するために５つのテスト部分にわたって平均化される。百分率での接触面積展開して見ると、これは、所定の残りの高さに対して微視的粗さを平均する時に、連続した表面部として生じるような表面の割合である。実際の状況では、確定される表面に対して理想的な形状の対象部の表面を、すなわち平坦な表面を扱う時は理想的な平坦な表面を、又はこの場合丸い外面を扱う時は理想的に円弧に相当する凹んだ対象部分の表面を例えば０．１Ｎ／ｍｍ² の所定の呼称負荷の下で押圧する手順によって査定される。そのような呼称負荷によって、負荷無しではこれら部分の先端と共に、またかくして０に接近する傾向の表面部分と共に対象部分の表面に対して単に当接するようなプロフィルの微視的な高くなった部分は、接触表面割合が全表面面積に対して大きくなり、且つ実際には染色や着色等によって十分に査定されるように幾分平坦に押圧される。この場合も、所定の基準表面面積が、百分率での接触面積を確定する作業における基本的な開始点として採用される。しかし、ＤＩＮに係る基準は、百分率での接触面積を確定するためには存在しておらず、ただそれに関するＶＤＩ−ガイドラインだけが、より具体的にはＶＤＩ／ＶＤＥ２６０３だけが存在しているに過ぎない。従って、そのような実際の使用では動力学的力や、半径方向に作用する力はそのような軸受組合せで付加的に作用し且つ限定された静止負荷によって査定された百分率での接触面積に対して、さらに負荷支承表面を増加はするが、百分率での接触面積は、軸受ジャーナルを引き続き使用すると外部で向かい合う関係で配置される軸受殻体（シェル）に対して実際に支持される表面部分と相関している。その連続した表面部分の間に残っている残りの微視的凹みは、例えば潤滑剤を収容したり、微小な摩耗物や剥離物、素材の分子流動等を受け入れる働きをし、またそのような理由で、１００％の百分率での接触面積は、クランク軸の軸受箇所のような機械式軸受箇所との関係では欲されるものではないが、然し最大限約９５％までは望まれるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年２月１５日（１９９９．２．１５）【補正内容】請求の範囲１．回転部材、特に自動車のクランク軸、とりわけクランク軸の軸受箇所における回転部材を、使用準備のできた状態に仕上げ機械加工する方法であって、原形の成形作業後に、材料除去が、ただ所定の切削エッジによる切削機械加工と、引き続く仕上げによるだけで実施される仕上げ機械加工方法において、切削機械加工から仕上げへの移行が、ａ）真円ずれが、６０μｍ未満、特に４０μｍ未満、特に１０μｍ未満であり、ｂ）直径ずれが、仕上げ作業後に基準輪郭に対するプラスのずれとして、２００μｍ未満、特に１５０μｍ未満、特に１００μｍ未満であり、及び／または、ｃ）粗さ（Ｒａ）が、１０μｍ未満、特に６μｍ未満、特に２μｍ未満であり、また、ｄ）切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時に、軸受箇所の真円度ずれが、周囲当り少なくとも１０の、特に少なくとも２０の、さらに特に少なくとも３０の波形の谷で短く畝っている時に、行われることを特徴する仕上げ機械加工方法。２．軸受面の硬化が切削機械加工作業と仕上げ作業との間では生じないことを特徴する請求項１に記載の方法。３．クランク軸が鋳鉄から構成されていることを特徴する請求項１又は２に記載の方法。４．真円度ずれが直径ずれの寸法に既に包含されていることを特徴する請求項４に記載の方法。５．切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時に、０．１０Ｎ／ｍｍ² の圧力で理想形状の対象部表面に対して押圧された場合に、百分率での接触面積が、２０％と４０％の間、特に２５％と３５％の間であることを特徴する請求項１乃至４のいずれか一つの項に記載の方法。６．切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時に、百分率での接触面積が、仕上げ作業後に生ずる百分率での接触面積の５０％未満、特に２５％未満であることを特徴する請求項１乃至５のいずれか一つの項に記載の方法。７．切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時の大端部軸受箇所において、 − 角度ずれが、０．４度未満、特に０．２度未満、好ましくは０．１度未満であり、及び／または、 − 行程ずれは、基準行程の０．４０％未満、特に０．２０％未満、好ましくは０．１０％未満であることを特徴する請求項１乃至６のいずれか一つの項に記載の方法。８．切削機械加工作業は、特に一工程手順として、又は二工程手順（予備的切削及び仕上げ切削によって）として、できるだけ少ない機械加工工程で実施されることを特徴する請求項１乃至７のいずれか一つの項に記載の方法。９．仕上げ切削作業が、外部フライス削り又は回転フライス削りによって、特に高速度フライス削りの形で実施されることを特徴する請求項８に記載の方法。１０．予備切削作業が、主軸受の場合は、回転ブローチ削り及び／または、丸削り−回転ブローチ削りによって実施されることを特徴する請求項８又は請求項９に記載の方法。１１．太端部軸受を処理する時、予備切削作業が、外部フライス削り又は回転フライス削りによって、特に高速度フライス削りの形で実施されることを特徴する請求項８、請求項９又は請求項１０に記載の方法。１２．仕上げ切削作業が、軸受面に対して回転し、揺動する軸受面に対して特に乾燥状態で用いられる静止研削手段によって実施されることを特徴する請求項１乃至１１のいずれか一つの項に記載の方法。１３．仕上げ作業において、仕上げベルトが、少なくとも１２０度にわたって軸受箇所を抱持する接触圧殻部材によって、所定の力で軸受箇所に対して押圧されることを特徴する請求項１２に記載の方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．回転部材、特に自動車のクランク軸、とりわけクランク軸の軸受箇所における回転部材を、使用用意のできた状態に仕上げ機械加工する方法であって、原形の成形作業後に、材料除去が、所定の切削エッジによる切削機械加工と、引き続く仕上げとによるだけで実施されることを特徴する仕上げ機械加工方法。２．軸受面の硬化が切削機械加工作業と仕上げ作業との間では生じないことを特徴する請求項１に記載の方法。３．クランク軸が鋳鉄から構成されていることを特徴する請求項１又は２に記載の方法。４．ａ）真円ずれが、６０μｍ未満、特に４０μｍ未満、特に１０μｍ未満であり、ｂ）直径ずれが、仕上げ作業後に基準輪郭に対するプラスのずれとして、２００μｍ未満、特に１５０μｍ未満、特に１００μｍ未満であり、及び／または、ｃ）粗さ（Ｒ_a）が、１０μｍ未満、特に６μｍ未満、特に２μｍ未満である、時に、切削機械加工から仕上げへの移行が行われることを特徴する請求項１乃至３のいずれか一つの項に記載の方法。５．真円度ずれは、直径ずれの寸法に既に包含されていることを特徴する請求項４に記載の方法。６．切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時に、軸受箇所の真円度ずれが、周囲当り少なくとも１０、特に少なくとも２０、さらに特に少なくとも３０の波形の谷で短く畝っていることを特徴する請求項１乃至５のいずれか一つの項に記載の方法。７．切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時に、０．１０Ｎ／ｍｍ² の圧力で理想形状の対象部表面に対して押圧された場合に、百分率での接触面積が２０％と４０％の間、特に２５％と３５％の間であることを特徴する請求項１乃至６のいずれか一つの項に記載の方法。８．切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時に、百分率での接触面積が、仕上げ作業後に生ずる百分率での接触面積の５０％未満、特に２５％未満であることを特徴する請求項１乃至７のいずれか一つの項に記載の方法。９．切削機械加工から仕上げ作業への移行が行われる時の太端部軸受箇所において、 − 角度ずれが、０．４度未満、特に０．２度未満、好ましくは０．１度未満であり、及び／または、 − 行程ずれが、基準行程の０．４０％未満、特に０．２０％未満、好ましくは０．１０％未満であることを特徴する請求項１乃至８のいずれか一つの項に記載の方法。１０．切削機械加工作業は、特に一工程手順として、又は二工程手順（予備的切削及び仕上げ切削によって）として、できるだけ少ない機械加工工程で実施されることを特徴する請求項１乃至９のいずれか一つの項に記載の方法。１１．仕上げ切削作業は、外部フライス削り又は回転フライス削りによって、特に高速度フライス削りの形で実施されることを特徴する上記請求項１０に記載の方法。１２．予備切削作業が、主軸受の場合は、回転ブローチ削り及び／または、丸削り−回転ブローチ削りによって実施されることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の方法。１３．太端部軸受を処理する時、予備切削作業が、外部フライス削り又は回転フライス削りによって、特に高速度フライス削りの形で実施されることを特徴する請求項１０、請求項１１又は請求項１２に記載の方法。１４．仕上げ切削作業が、軸受面に対して回転し、揺動する軸受面に対して特に乾燥状態で用いられる静止研削手段によって実施されることを特徴する請求項１乃至１３のいずれか一つの項に記載の方法。１５．仕上げ作業において、仕上げベルトが、少なくとも１２０度にわたって軸受箇所を抱持する接触圧殻部材によって、所定の力で軸受箇所に対して押圧されることを特徴する請求項１４に記載の方法。