JP2004243479A

JP2004243479A - ローラバニッシュ加工装置

Info

Publication number: JP2004243479A
Application number: JP2003036700A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hasegawa; 清長谷川; Masahiko Iiizumi; 雅彦飯泉; Masahiro Komata; 正博小又; Takashi Ogino; 崇荻野; Tomohiro Kondo; 智浩近藤; Kazuo Takeda; 和夫武田; Takafumi Watanabe; 孝文渡辺; Yoshiyuki Senda; 義之千田; Yasushi Matsushita; 靖志松下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP3690394B2

Abstract

【課題】ワークの加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が高い中高状となるようにローラバニッシュ加工する場合でも、通常の円筒状のバニッシュローラを使用でき、表面性状及び製品プロフィルの向上を図りつつ、荷重バランスの向上、偏摩耗の防止、接触面積の変化が少なく、長期使用時の作動の安定性や耐久性を高めるワークに仕上げることができるローラバニッシュ加工装置を提供する。
【解決手段】円弧状外周面を有するワークＷにバニッシングローラ３を押付けて当該バニッシングローラ３の表面形状を転写するローラバニッシュ加工装置において、ワークＷの加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が高い中高状となるように、ワークＷの軸線に沿って配置された、外形が円筒状のバニッシングローラ３を揺動しつつバニッシング加工することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのクランクシャフト等を超仕上げするローラバニッシュ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車用エンジンのクランクシャフトのジャーナル部若しくはピン部は、一般に、機械加工及び熱処理された後、研削されるが、単に研削を施したのみでは良好な面粗度が得られないので、ラッピング加工が施され、表面を良好な面粗度に仕上げている。
【０００３】
しかし、このようなラッピング加工を施しても、ワークの表面粗さが不十分なこともあるので、このラッピング加工後のワークに対しバニッシュローラをワークの表面に押し当て、ワーク表面の凹凸を潰し、さらにワークの表面粗さを小さくし、ワークの面性状の向上を図っている（下記特許文献１等参照）。
【０００４】
なお、場合によっては、このようなラッピング加工をせず、前記研削後のワークに対し直接バニッシュ加工することもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１９０７１８号公報（段落番号［０００２］、図１１参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のバニッシュ仕上げは、加工が面倒で、工具自体も高価なものとなる等の問題がある。
【０００７】
例えば、前記特許文献１では、クランクシャフトのピン部を、加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が低い中凹状にローラバニッシュ加工する場合であるが、クランクシャフトの軸端をヘッドストックとテールストックで支持し、軸直角方向から一対の支持ローラを当て、支持ローラの反対側からバニッシュローラにより加圧する。
【０００８】
このバニッシュ加工では、クランクシャフトのピン部の軸方向端部に工具逃し用のフィレット部が形成されているので、このフィレット部近傍の端部がバニッシュローラの加圧により押し潰され、フィレット部側に入り込む状態、いわゆるダレを生じ、良好な真直度で仕上げることができないことから、バニッシュローラを加圧する油圧シリンダの加圧力をフィレット部近傍と、中央部とで異なるように制御するか、あるいはバニッシュローラ自体の硬度を、ワークの中央部に当る部分よりフィレット部の近傍に当る部分で異ならしめ、この相違がワークに転写されるようにしている。
【０００９】
しかし、バニッシュローラの加圧力を調節することは、面倒な制御操作が必要となり、ワークの生産性が低下する虞があり、また、バニッシュローラ自体の硬度を位置により異ならしめると、ローラの成形が面倒で、高価なものとなる。
【００１０】
また、クランクシャフトのピン部は、フリクションを下げる目的で、加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が高い中高状に成形することもあるが、このようなローラバニッシュ加工では、バニッシュローラを中凹状に精度良く形成しなければならないが、バニッシュ加工ではバニッシュローラの形状をワークに転写する関係上、個々のワークとバニッシュローラが対応関係となり、バニッシュローラに汎用性がなく、製作も難しく、コスト的にも不利となる。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、ワークの表面形状が中高状となるようにローラバニッシュ加工する場合でも、通常の円筒状のバニッシュローラを使用でき、表面性状及び製品プロフィルの向上を図りつつ、荷重バランスの向上、偏摩耗の防止、接触面積の変化が少なく、長期使用時の作動の安定性や耐久性を高めるワークに仕上げることができるローラバニッシュ加工装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
【００１３】
（１）円弧状外周面を有するワークにバニッシングローラを押付けて当該バニッシングローラの表面形状を転写するローラバニッシュ加工装置において、前記ワークの加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が高い中高状となるように、前記ワークの軸線に沿って配置された、外形が円筒状のバニッシングローラを揺動しつつバニッシング加工することを特徴とするローラバニッシュ加工装置。
【００１４】
（２）前記ローラバニッシュ加工装置は、前記バニッシングローラと、当該バニッシングローラが一端部に設けられた支持体と、この支持体の中間位置を挿通し前記ワークの軸線に対し直交する軸線の周りで支持する支持軸と、前記支持体の反ローラ側端部に当接し当該支持体を前記支持軸の周りで揺動させる揺動手段と、前記支持軸を前記ワークに向かって加圧する加圧手段と、を有することを特徴とする前記（１）のローラバニッシュ加工装置。
【００１５】
（３）前記揺動手段は、前記支持体の反ローラ側端部を挟持する一対の挟持部材と、各挟持部材を一端で支持する支持片と、当該支持片を揺動させる揺動源と、を有し、この揺動源の揺動量を制御することにより前記支持体の揺動角を制御するようにしたことを特徴とする前記（２）のローラバニッシュ加工装置。
【００１６】
（４）前記揺動源は、ピストン−シリンダ機構である前記（３）のローラバニッシュ加工装置。
【００１７】
（５）前記ワークは、両端にフィレット部を有するクランクシャフトのジャーナル部若しくはピン部である前記（１）又は（２）のローラバニッシュ加工装置。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ワークの表面に対しワークの軸線に沿って配置された外形が円筒状のバニッシングローラを揺動しつつバニッシング加工を施すので、ワークの長手方向両端部が中央部より多く押し潰されることになり、面粗度、表面性状及び製品プロフィルの向上を図ることができ、しかも、ワークの加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が高い中高状のワークを簡単に成形できる。
特に、直状の円筒状外周面を有するバニッシングローラであるので、高価なローラを使用する場合に比し、コスト的にはきわめて有利となる。
【００１９】
また、前記中高形状のワークにすると、相手部材と摺動接触する場合、中央の１箇所が当ることになるので、荷重が偏ることはなく、良好なバランス状態で作用することになり、偏摩耗の防止、接触面積の変化が少なく、長期使用時の作動の安定性や耐久性を高めることができ、前記ダレも問題にすることもなく、しかも、相手部材が当る部分に圧縮残留応力を付与することもできるので、製品の強度が向上する。
【００２０】
さらに、バニッシング加工はバニッシングローラを揺動させるのみであるため、バニッシング加工が容易で、加工も短時間で行なうことができ、作業の面でもコスト的に有利となる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、バニッシングローラを一端部に支持する支持体の中間位置を支持軸が挿通し、この支持体の反ローラ側端部に設けた揺動手段で支持体を揺動させて揺動角を付与し、加圧手段で支持軸をワークに向かって加圧するので、円滑でかつ簡単に揺動角の付与と加圧を行なうことができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、揺動手段によりバニッシングローラの両端を支持する支持体を支持軸の周りで揺動させ、バニッシングローラのワークに対する傾斜状態を調節した後、僅かなスペースでもバニッシングローラを傾斜させることができ、極めて作業性が向上し、また、バニッシングローラを揺動手段で傾斜させた後、前記支持軸を加圧手段によりワークに向かって加圧するので、バニッシングローラの傾斜状態と加圧状態を独立に調節でき、所望の中高量を有するワークを、精度良くきわめて容易にバニッシング加工をできる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、揺動源をピストン−シリンダ機構にすれば、極めてコンパクトなスペースでも支持体を揺動させることができる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、両端にフィレット部を有するクランクシャフトのジャーナル部若しくはピン部がワークであれば、このフィレット部のスペースを利用し、バニッシングローラを揺動させることができ、バニッシング加工が一層容易になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施形態に係るローラバニッシュ加工装置を示す概略構成図、図２は図１の側面図である。
【００２７】
本実施形態は、機械加工、熱処理、研削された後のクランクシャフトのピン部あるいはジャーナル部をワークとし、その相手部材であるコネクチングロッドあるいは軸受が摺動接触する円弧状外周面をバニッシュ加工し、ワークの加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が高い中高状に仕上げるローラバニッシュ加工装置である。
【００２８】
このローラバニッシュ加工装置１は、図１，２に示すように、クランクシャフトの軸端を、図外のヘッドストックとテールストックにより支持し、軸直角方向から一対の支持ローラ２をクランクシャフトのピン部Ｗに当て、この支持ローラ２の反対側からバニッシュローラ３により加圧する。
【００２９】
バニッシュローラ３は、外形が円筒状をした通常のローラであり、その軸方向長さＲ_１は、ピン部Ｗのフィレット部Ｗｆに僅かに突出する、当該ピン部Ｗの軸方向長さＬ_１よりも多少長いことが好ましく、最大傾斜時にクランクシャフトのピン部Ｗの隣位に設けられているバランサ部分と干渉を起さない程度である。
【００３０】
バニッシュローラ３は、両端が支持体４のブラケット部分４ａにより回動可能に支持されているが、この支持体４の中間部分には、ピン部Ｗの軸線に対し直交する軸線を有する支持軸５が挿通され、この支持軸５の周りで揺動可能に支持されている。この支持体４の反ローラ側端部は、支持軸５を越えて延長され、この延長部４ｂに、後に詳述する揺動手段１０が設けられ、当該支持体４を支持軸５を中心に揺動させるようになっている。
【００３１】
また、この支持軸５の両端は、図２に示すように、加圧部材７により支持され、この加圧部材７の上端に流体圧により動作される加圧手段６が設けられているが、この加圧手段６は、流体圧のみでなく、モータ等のアクチュエータで作動するものであってもよい。
【００３２】
前記揺動手段１０は、前記支持体４の延長部４ｂをその側面から挟持する、つまり、ピン部Ｗの軸線方向から挟持する、先端が円弧状に成形された一対の挟持部材１１（１１ａ，１１ｂの総称）と、各挟持部材１１をその一端で支持する支持片１２（１２ａ，１２ｂの総称）と、当該支持片１２の他端間に設けられ、当該支持片を揺動させる揺動源１３と、を有している。
【００３３】
この揺動源１３は、前記支持体４の揺動角θを制御できるものが好ましく、本実施形態では、流体圧作動のピストンーシリンダ機構が使用され、例えば、シリンダの長さを所定長とすることによりピストンのストロークを規制し、これにより揺動角θを制御している。
【００３４】
なお、このピストンーシリンダ機構は、適当な支持手段、例えば、前記加圧部材７に一端が取付けられた支持ブラケット１４の先端に支持されている。また、図１においては、ピストン１６を中心に、左側の部材を添え字「ａ」右側の部材を添え字「ｂ」とする。
【００３５】
この揺動源１３であるピストンーシリンダ機構は、導管Ｐａ，Ｐｂから流体圧が選択的に供給されると、シリンダ１５内でピストン１６が左右いずれかに移動し、ピストンロッド１７ａ，１７ｂを介して、これに連結された前記支持片１２ａ，１２ｂを移動し、挟持部材１１ａ，１１ｂが延長部４ａの頭部を、つまり支持体４を、支持軸５を中心として揺動させるようになっている。
【００３６】
この支持体４が支持軸５を中心として首振り揺動する揺動角θとしては、実際には、挟持部材１１と延長部４ｂの接触点Ｓから支持軸５の中心０までの距離Ａ_１と、支持軸５の中心０からバニッシュローラ３の下端までの距離Ａ_２との比（Ａ_１／Ａ_２）にもよるが、この比の値が１〜２程度であれば、０〜１度であれば十分である。したがって、ピストン１６の移動量は極めて小さなものでよい。
【００３７】
なお、前記支持ローラ２は、位置固定のサポート部材８に支持されている。
【００３８】
次に、作用を説明する。
【００３９】
機械加工及び熱処理が施され、研削された後の自動車用エンジンのクランクシャフトのピン部Ｗは、一般にフィレット部Ｗｆ間が直状をした円筒状に仕上げられる。このクランクシャフトを、図外のヘッドストックとテールストックとの間に取付け、軸直角方向から一対の支持ローラ２をクランクシャフトのピン部Ｗに当てた状態でセットする。
【００４０】
そして、加圧手段６を動作し、支持ローラ２の反対側からバニッシュローラ３によりピン部Ｗを加圧するが、本実施形態では、ピン部Ｗの軸線に沿って配置された外形が直状をした円筒状のバニッシュローラ３を揺動手段１０により揺動しつつバニッシング加工する。
【００４１】
例えば、揺動手段１０の右振り用導管Ｐｂに流体圧を供給すると、揺動源１３であるピストンーシリンダ機構においては、シリンダ１５内でピストン１６が左動し、ピストンロッド１７ｂを介して支持片１２ｂ及び挟持部材１１ｂが左動し、挟持部材１１が支持体４の延長部４ａ上端を、支持軸５を中心として左に揺動させる。このピストン１６の移動量がシリンダ１５により規制されることから揺動角θは０〜１度程度に規制される。この結果、支持体４の下端部に設けられているバニッシュローラ３は、支持軸５を中心として右に揺動した状態になる。
【００４２】
したがって、この状態でピン部Ｗを回転しつつ加圧手段６を作動すると、加圧部材７及び支持軸５を介して傾斜したバニッシュローラ３がピン部Ｗに押付けられ、図３に示すように、ピン部Ｗの左肩部分を押し潰すようにバニッシュ加工し変形させる。
【００４３】
一方、揺動手段１０の左振り用導管Ｐａに流体圧を供給すると、ピストン１６がシリンダ１５内で右動し、ピストンロッド１７ａを介して支持片１２ａ及び挟持部材１１ａが右動し、挟持部材１１が支持体４の延長部４ａ上端を、支持軸５を中心として右に揺動させる。この結果、バニッシュローラ３は、支持軸５を中心として左に揺動して停止する。
【００４４】
したがって、この状態でピン部Ｗを軸中心に回転しつつ加圧手段６を作動すると、加圧部材７及び支持軸５を介してバニッシュローラ３がピン部Ｗに押付けられ、図４に示すように、ピン部Ｗの右肩部分を押し潰すようにバニッシュ加工し変形させる。
【００４５】
このようにしてピン部Ｗの軸線に沿って配置されたバニッシングローラ３を揺動しつつピン部Ｗの左右両肩部をバニッシュローラ３によりバニッシュ加工すると、外形が直状をした円筒状のバニッシングローラ３であっても傾斜した状態のバニッシングローラ３の外形がピン部Ｗに転写され、ピン部Ｗの長手方向両端部が中央部より多く押し潰される。
【００４６】
この結果、ピン部Ｗの外面形状は、図５に示すように、全体としては中高形状、つまり太鼓状に成形されることになる。また、図６に示すように、表面の突起部Ｔが押し潰され、谷部Ｒがある程度埋まり、表面性状や製品プロフィルが改善され、滑らかな面性状となるが、ここには油溜り形成されることになるので、潤滑性も向上する。
【００４７】
特に、中高形状のピン部Ｗにすると、相手部材と摺動接触する場合、中央の１箇所が当ることになるので、荷重が偏ることはなく、良好なバランス状態で作用することになり、偏摩耗の防止、接触面積の変化が少なく、長期使用時の作動の安定性や耐久性を高めることができる。
【００４８】
また、中高状に成形するので、前記ダレによる真円度の低下を問題にすることもなく、しかも、相手部材が当る部分に圧縮残留応力を付与することもできるので、ピン部Ｗ全体としての強度が向上し、場合によってはクランクシャフトを不必要に大径化あるいは大型化する必要はなく、小型化、軽量化を図ることもできる。さらに、コンパクトな揺動源１３であるピストンーシリンダ機構によりバニッシングローラを揺動させるので、狭小なスペースでも、簡単に中高状のワークを成形でき、バニッシング加工を容易にかつ短時間で行なうことができ、コスト的にもきわめて有利となる。
【００４９】
ピン部Ｗを中凹状に成形した場合と比較すれば、中凹状では、油溜りによる潤滑性の向上が得られるが、両肩部分に応力集中が生じ強度的に好ましくない事態が生じ、また、成形に特種なバニッシングローラが必要となるが、中高状の場合は、中心に荷重が掛かるようにしつつ相手部材との接触面積を抑えることができるので、常に安定した荷重状態とすることができ、しかも、摩擦力が低減するので、機能的には中高のほうが好ましい。
【００５０】
＜実施例＞
まず、クランクシャフトを研削により０．６３μｍＲａ以下に仕上げたのち、クランクシャフトを旋盤のヘッドストックとテールストックとの間にセットした。次に、これに対してローラバニッシュを行なった。ローラバニッシュ工具として、市販のＥｃｏｒｏｌｌ社製の液圧式ボールポイント工具を使用した。ローラバニッシュは、図５で示す高さｍを、２〜８μｍとした。表面粗さ断面曲線の突起部Ｔも平滑化することができた。
【００５１】
これにコネクチングロッドを取付け、エンジンに組み込み、回転させたところ、応力集中のない、潤滑性も問題のない、良好なクランクシャフトが得られた。
【００５２】
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々変更できる。例えば、前述した実施形態では、主としてクランクシャフトのピン部を加工する場合について述べたが、これのみでなく、ジャーナル部等のような断面円弧状加工面を有するワークに対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】バニッシュローラを左に揺動した状態を示す概略図である。
【図４】バニッシュローラを右に揺動した状態を示す概略図である。
【図５】バニッシュ加工後のピン部の表面形状を示す図である。
【図６】バニッシュ加工した後のピン部の表面粗さを示す図である。
【符号の説明】
３…バニッシングローラ、
４…支持体、
５…支持軸、
６…加圧手段、
１０…揺動手段、
１１…挟持部材、
１２…支持片、
１３…揺動源（ピストンーシリンダ機構）、
Ｗ…ワーク（ピン部）、
θ…揺動角、
Ｗｆ…フィレット部。

Claims

円弧状外周面を有するワークにバニッシングローラを押付けて当該バニッシングローラの表面形状を転写するローラバニッシュ加工装置において、
前記ワークの加工部表面が該加工部の両側よりも中央部が高い中高状となるように、前記ワークの軸線に沿って配置された、外形が円筒状のバニッシングローラを揺動しつつバニッシング加工することを特徴とするローラバニッシュ加工装置。
前記ローラバニッシュ加工装置は、前記バニッシングローラと、当該バニッシングローラが一端部に設けられた支持体と、この支持体の中間位置を挿通し前記ワークの軸線に対し直交する軸線の周りで支持する支持軸と、前記支持体の反ローラ側端部に当接し当該支持体を前記支持軸の周りで揺動させる揺動手段と、前記支持軸を前記ワークに向かって加圧する加圧手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載のローラバニッシュ加工装置。
前記揺動手段は、前記支持体の反ローラ側端部を挟持する一対の挟持部材と、各挟持部材を一端で支持する支持片と、当該支持片を揺動させる揺動源と、を有し、この揺動源の揺動量を制御することにより前記支持体の揺動角を制御するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のローラバニッシュ加工装置。
前記揺動源は、ピストン−シリンダ機構である請求項３に記載のローラバニッシュ加工装置。
前記ワークは、両端にフィレット部を有するクランクシャフトのジャーナル部若しくはピン部である請求項１又は２に記載のローラバニッシュ加工装置。