JP2005153074A - クランクシャフト加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クランクピンを高精度に加工でき、かつ高い作業性を有するクランクシャフト加工装置を提供する。
【解決手段】 クランクシャフト加工装置１０は、クランクシャフト２０のクランクピン２１を加工する加工装置であって、加工対象とする特定のクランクピン２１が回転軸となるように、クランクシャフト２０の両端を保持し、回転させる主軸ヘッド１１、１２と、主軸ヘッド１１、１２により回転されるクランクシャフト２０が、遠心力によりたわむことを防止するガイド部材３０と、回転している特定のクランクピン２１の加工対象部位２３に対して平行な加工作業部４１を有し、該加工対象部位４１に回転軸Ａ１に対して垂直な方向から当接される切削砥石４０と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クランクシャフトの加工装置に係り、特に、クランクシャフトのクランクピンの加工に適するクランクシャフト加工装置に関する。

クランクシャフトの複数のクランクピンを加工する際、特定のクランクピンが回転軸となるようにクランクシャフトを回転させる。特定のクランクピンを回転軸とするために、クランクシャフトは、偏心されて保持される。回転している特定のクランクピンの加工部位に、該加工部位と平行な切削作業面を有する切削砥石を当接することにより、該クランクピンを真円に加工できる（たとえば、特許文献１参照）。
特開平０５−３２９７５６号公報（第１図）

ここで、クランクシャフトを比較的低速に回転させる場合には、クランクシャフトの両端を一体的に保持するチャックおよびクランクシャフト自体の剛性により、クランクシャフトがたわむことない。このため、加工を高精度に実現できる。しかし、クランクシャフトを低速でしか回転できないのでは、加工に時間がかかり、作業性が悪いという問題がある。

一方、クランクシャフトを比較的高速に回転させると、加工時間は短くなるものの、クランクピンに要求される高精度な真円度（円筒度）を達成できない。これは、高速にクランクシャフトを回転させると、遠心力によりクランクシャフトがたわみ、クランクピンの加工部位と、研削砥石の切削作業面との平行性が損なわれ、切削砥石によりクランクピンが偏って切削されるからである。

以上のように、従来のクランクピンの加工では、高精度な加工を達成するには、作業性を低下せざるを得ず、作業性の向上を達成するには、精度を低下せざるを得なかった。

本発明は、上記要求に応えるものであり、クランクピンを高精度に加工でき、かつ高い作業性を有するクランクシャフト加工装置を提供することを目的とする。

本発明のクランクシャフト加工装置は、クランクシャフトのクランクピンを加工する加工装置であって、加工対象とする特定のクランクピンが回転軸となるように、前記クランクシャフトの両端を保持し、回転させる回転手段と、前記回転手段により回転される前記クランクシャフトが、遠心力によりたわむことを防止するたわみ防止手段と、回転している前記特定のクランクピンの加工対象部位に対して平行な加工作業部を有し、該加工対象部位に前記回転軸に対して垂直な方向から当接される加工手段と、を有する。

本発明の他のクランクシャフト加工装置は、クランクシャフトのクランクピンを加工する加工装置であって、加工対象とする特定のクランクピンを回転軸として前記クランクシャフトが回転可能なように、該クランクシャフトの両端付近を支持する支持手段と、前記特定のクランクピンを回転軸として前記クランクシャフトが回転するように、該クランクシャフトの中央付近を保持する保持手段と、前記保持手段に回転動力を伝達して、前記クランクシャフトを前記特定のクランクピンを回転軸として回転させる回転駆動手段と、回転している前記特定のクランクピンの加工対象部位と平行な加工作業部を有し、該加工対象部位に前記回転軸に対して垂直な方向から当接される加工手段と、を有する。

本発明のクランクシャフト加工装置によれば、クランクシャフトが遠心力によりたわむことを防止するたわみ防止手段を設けているので、たわみにより加工対象である特定のクランクピンの位置がずれることを防止できる。結果として、特定のクランクピンの加工対象部位と、加工手段の加工作業部との平行性が維持され、クランクピンを高精度な真円に加工できる。また、クランクシャフトを高速回転させても、たわみ防止手段によりクランクシャフトがたわむことがない。したがって、クランクシャフトの高速回転により作業効率を向上できる。

本発明の他のクランクシャフト加工装置によれば、クランクシャフトの中央で回転駆動し、両端で支持しているので、クランクシャフトがたわむことがない。したがって、たわみにより加工対象である特定のクランクピンの位置がずれることを防止できる。結果として、特定のクランクピンの加工対象部位と、加工手段の加工作業部との平行性が維持され、クランクピンを高精度な真円に加工できる。また、クランクシャフトを高速回転させても、たわみ防止手段によりクランクシャフトがたわむことがない。したがって、クランクシャフトの高速回転により作業効率を向上できる。

以下、図面を参照して、本発明のクランクシャフト加工装置について説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明のクランクシャフト加工装置の概略構成を示す図、図２は図１の２−２線に沿う断面図である。なお、本実施形態では、４気筒内燃機関用クランクシャフトを加工する場合について説明するが、本発明はこれに限定されない。

クランクシャフト加工装置１０は、クランクシャフト２０のクランクピンを加工する加工装置であって、加工対象とする特定のクランクピン２１が回転軸Ａ１となるように、クランクシャフト２０の両端を保持し、回転させる回転手段と、前記回転手段により回転される前記クランクシャフトが、遠心力によりたわむことを防止するたわみ防止手段と、回転している前記特定のクランクピンの加工対象部位に対して平行な加工作業部を有し、該加工対象部位に前記回転軸に対して垂直な方向から当接される加工手段とを有する。

クランクシャフト２０は、クランク状のシャフトであり、エンジンにおいて、ピストンの上下運動をコンロッドを介して回転運動に変えるための部品である。

クランクシャフト加工装置１０は、上記回転手段として、主軸ヘッド１１、１２を有する。主軸ヘッド１１、１２は、軸受け１３、１４に回転自在に保持された主軸１５、１６を備える。該主軸１５、１６には、それぞれ、チャック１７、１８が取り付けられている。

チャック１７、１８は、クランクシャフト２０の特定のクランクピン、たとえばクランクピン２１を中心としてクランクシャフト２０が回転できるように、クランクシャフト２０を偏心させて保持する。すなわち、主軸１５、１６の回転軸Ａ１とクランクピン２１の回転軸とが一致し、回転軸Ａ１からクランクシャフト２０のジャーナル軸Ｂ１がずれるように、クランクシャフト２０を保持する。

主軸１５、１６の少なくとも一方は、図示しないモータ等の回転動力に接続されている。たとえば、主軸１５だけがモータに接続されている場合、主軸１６はクランクシャフト２０を介して、主軸１５の回転に追動する。

また、クランクシャフト加工装置１０は、上記たわみ防止手段として、クランクシャフト２０の回転をガイドするガイド部材３０を有する。ガイド部材３０は、クランクシャフト２０の長手方向に、略中央に設けられている。特に、本実施形態１では、ガイド部材３０は、クランクシャフト２０の回転軸であるジャーナル２２の中央に配置されている。

ガイド部材３０は、図２に示すように、ガイド本体３１と、メタル部３２とを有する。ガイド本体３１およびメタル部３２は、共に、後からクランクシャフト２０に装着できるように、２つに分割可能に形成されている。

ガイド本体３１は、内部が円形にくり抜かれており、その内周にメタル部３２が設けられている。メタル部３２は、内周に硬質皮膜であるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングが施されたリング状の金属材から形成されている。メタル部３２の内周は、クランクシャフト２０が遠心力を受けずにたわまないで回転する際のクランクシャフト２０の外周の軌道に合致する。

クランクシャフト加工装置１０は、上記加工手段として、切削砥石４０を有する。切削砥石４０は、加工対象であるクランクピン２１の表面（加工対象部位）に対して平行な加工作業部４１を有する。切削砥石４０は、クランクピン２１の加工対象部位２３に、回転軸Ａ１に対して垂直な方向から当接され、クランクピン２１を真円に加工する。

次に、クランクシャフト加工装置１０の作用について説明する。図３は、クランクシャフトの姿勢を変えて主軸ヘッドに持ち替えた様子を示す図である。

最初に、クランクシャフト加工装置１０の主軸ヘッド１１および主軸ヘッド１２に、偏心させてクランクシャフト２０を固定する。図１では、クランクシャフト２０の複数のクランクピンの内、特定のクランクピン２１を加工する。このため、クランクピン２１が主軸ヘッド１１および主軸ヘッド１２の回転軸Ａ１と一致するように、クランクシャフト２０を固定する。

クランクシャフト２０のジャーナル２２の中央に、ガイド部材３０を配置する。そして、図２に示すように、メタル部３２内にジャーナル２２が通るように、分割されたガイド部材３０を組み合わせる。

主軸ヘッド１１の主軸１５を回転させて、回転しているクランクピン２１の表面に切削砥石４０を当接する。これにより、クランクピン２１の表面が真円に仕上げられる。

他のクランクピンを加工する際には、加工対象のクランクピンが主軸ヘッド１１、１２の回転軸Ａ１と一致するように、クランクシャフト２０の姿勢を変えて、主軸ヘッド１１、１２により保持する。

たとえば、クランクピン２４を加工する際には、図１で示すクランクシャフト２０を１８０度回転させた姿勢で、すなわち、図３に示すような姿勢で、クランクシャフト２０を主軸ヘッド１１、１２により保持する。

これにより、クランクピン２４が回転軸Ａ１を中心に回転され、切削砥石４０により真円に加工される。ここで、ガイド部材３０によりガイドするジャーナル２２の位置は、クランクシャフト２０の姿勢を変えても変わらない。したがって、ガイド部材３０は、図１と同じ位置に配置される。

上記第１実施形態のクランクシャフト加工装置１０の構成により、以下の効果が得られる。

加工中には、クランクシャフト２０が回転により遠心力を受ける。しかし、本実施形態では、ガイド部材３０を設けているので、クランクシャフト２０がたわもうとしても、ガイド部材３０のメタル部３２によりたわみが抑制される。これにより、クランクシャフトを高速回転、たとえば、３００回転／分で高速回転させても、クランクシャフト２０がたわむことを防止できる。したがって、たわみにより加工対象である特定のクランクピン２１の位置がずれることを防止できる。結果として、特定のクランクピン２１の加工対象部位２３と、切削砥石４０の加工作業部４１との平行性が維持され、クランクピン２１を高精度な真円に加工できる。

また、クランクシャフト２０を高速回転させて加工できるので、作業効率を向上できる。

さらに、上記第１実施形態では、ガイド部材３０がクランクシャフト２０の中央付近に設けられているので、効果的にクランクシャフトのたわみを防止できる。

また、ガイド部材３０内周が正常なクランクシャフト２０の軌道と合致しているので、クランクシャフト２０の回転時には、遠心力が与えられても、ガイド部材３０内周をクランクシャフト２０がすべる。結果として、クランクシャフト２０はたわむことなく、正常な軌道で回転できる。加えて、ガイド部材３０を設けるだけなので、クランクシャフト加工装置１０の構成が単純であり、安価に製造できる。

また、ガイド部材３０のメタル部３２は、内周にＤＬＣコーティングが施されている。したがって、メタル部３２の内周と、クランクシャフト２０の外周部との接触による摩擦抵抗を低減でき、また、摩擦による両者の磨耗を低減できる。

また、ガイド部材３０のメタル部３２は、ガイド本体３１と別体に構成されているので、容易にメタル部３２（内周面）を取り替えることができる。したがって、たとえば、メタル部３２が磨耗したときや、異なる車種で太さが異なるクランクシャフト２０を加工するときなどには、適宜状況にあったメタル部３２に容易に交換できる。クランクシャフト加工装置１０の適用の幅が広い。

なお、上記第１実施形態では、クランクシャフト２０がガイド部材３０内をすべる構成について説明したが、これに限定されない。転がり軸受けのように、ガイド部材３０内周にボールを保持し、クランクシャフト２０がガイド部材３０を転がるようにして、回転させてもよい。

（第２実施形態）
第１実施形態では、クランクシャフト加工装置１０は、クランクシャフト２０の両端または一端に回転動力を与え、回転するクランクシャフト２０の中央付近にガイド部材３０を配置することにより、クランクシャフト２０のたわみを防止していた。第２実施形態では、クランクシャフト２０の中央付近を保持して、さらに回転動力を与えることにより、クランクシャフト２０のたわみを防止するクランクシャフト加工装置５０について説明する。

クランクシャフト加工装置５０は、クランクシャフトのクランクピンを加工する加工装置であって、加工対象とする特定のクランクピンを回転軸として前記クランクシャフトが回転可能なように、該クランクシャフトの両端付近を支持する支持手段と、前記特定のクランクピンを回転軸として前記クランクシャフトが回転するように、該クランクシャフトの中央付近を保持する保持手段と、前記保持手段に回転動力を伝達して、前記クランクシャフトを前記特定のクランクピンを回転軸として回転させる回転駆動手段と、回転している前記特定のクランクピンの加工対象部位と平行な加工作業部を有し、該加工対象部位に前記回転軸に対して垂直な方向から当接される加工手段と、を有する。

図４は第２実施形態に係るクランクシャフト加工装置の概略構成を示す図、図５は図４の５−５線に沿う断面図である。なお、クランクシャフトについては、第１実施形態と同様であるので、同様の参照番号を付して、説明を省略する。

クランクシャフト加工装置５０は、上記支持手段として、クランクシャフト２０の両端を回転可能に支持する主軸ヘッド５１を有する。主軸ヘッド５１は、軸受け５２に回転自在に保持された主軸５３を備える。主軸５３には、チャック５４が取り付けられている。

チャック５４は、クランクシャフト２０の特定のクランクピン、たとえば、クランクピン２１を中心としてクランクシャフト２０が回転できるように、クランクシャフト２０を偏心させて保持する。すなわち、主軸５３の回転軸Ａ２とクランクピン２１の回転軸とが一致し、回転軸Ａ２からクランクシャフト２０のジャーナル軸Ｂ２がずれるように、クランクシャフト２０を保持する。

主軸５３は、共にモータ等の回転動力源には接続されていない。主軸５３は、後述する回転駆動手段により回転される保持手段に追従して回転する。

クランクシャフト加工装置５０は、上記保持手段として、クランクシャフト２０を保持する保持部材６０を有する。保持部材６０は、クランクシャフト２０の長手方向に、略中央に設けられている。特に、本実施形態２では、保持部材６０は、クランクシャフト２０の回転軸であるジャーナル２２の中央に配置されている。

保持部材６０は、図５に示すように、保持本体６１と、回転体６２とを有する。保持本体６１は、回転体６２を回転自在に保持している。回転体６２は、ジャーナル２２を保持した状態で回転する。回転体６２が回転すると、ジャーナル２２は、加工対象であるクランクピン２１を中心としてクランクシャフト２０が回転したときと同一の軌跡で回転する。また、回転体６２は、外周が歯車状となるように外周に複数の歯が形成されている。

保持本体６１および回転体６２は、共に、後からクランクシャフトを装着できるように、２つに分割可能に形成されている。

クランクシャフト加工装置５０は、上記回転駆動手段として、歯車６５と、モータ６６とを有する。歯車６５は、上記回転体６２の外周とかみ合っている。また、歯車６５は、モータ６６に接続されており、モータ６６に電流が供給されることにより回転する。モータ６６の回転動力は、歯車６５を介して、回転体６２に伝達される。

次に、クランクシャフト加工装置５０の作用について説明する。

最初に、クランクシャフト加工装置１０の主軸ヘッド５１に、偏心させてクランクシャフト２０を固定する。図４では、クランクシャフト２０の複数のクランクピンの内、特定のクランクピン２１を加工する。このため、クランクピン２１が主軸ヘッド５１の回転軸Ａ２と一致するように、クランクシャフト２０を固定する。

クランクシャフト２０のジャーナル２２の中央に保持部材６０を配置する。そして、図５に示すように、保持部材６０の回転体６２にジャーナル２２が保持されるように、分割された保持本体６１および回転体６２を組み合わせる。

モータ６６の電源をＯＮにする。モータ６６が回転駆動し、回転動力が歯車６５に伝達される。歯車６５が回転すると、回転体６２も回転する。これにより、回転体６２に保持されるジャーナル２２も回転し、クランクシャフト２０全体が回転される。このとき、クランクシャフト２０は、クランクピン２１を中心として回転される。

回転しているクランクピン２１の表面に切削砥石４０を当接する。これにより、クランクピン２１の表面が真円に仕上げられる。

他のクランクピンを加工する際には、加工対象のクランクピンが主軸ヘッド５１の回転軸Ａ２と一致するように、クランクシャフト２０の姿勢を変えて、主軸ヘッド５１により保持する。クランクシャフト２０の姿勢を変えて保持した後の加工は、上述と同じである。

上記第２実施形態のクランクシャフト加工装置５０の構成により、以下の効果が得られる。

保持手段および回転駆動手段により、クランクシャフト２０の中央を保持および回転駆動し、また、支持手段により両端を支持しているので、クランクシャフト２０がたわむことがない。これにより、クランクシャフト２０を高速回転、たとえば、３００回転／分で高速回転させても、クランクシャフト２０がたわむことを防止できる。したがって、たわみにより加工対象である特定のクランクピン２１の位置がずれることを防止できる。結果として、特定のクランクピン２１の加工対象部位２３と、切削砥石４０の加工作業部４１との平行性が維持され、クランクピン２１を高精度な真円に加工できる。

また、クランクシャフト２０を高速回転させて加工できるので、作業効率を向上できる。

さらに、上記クランクシャフト加工装置５０では、回転動力を保持手段とは別のモータ６６により発生させ、歯車６５により伝達している。回転手段が保持手段の外部に設けられているので、クランクシャフト加工装置５０を設計しやすく、また容易に設計を変更できる。

なお、上記第２実施形態では、上記回転駆動手段として、歯車６５およびモータ６６の組み合わせを挙げたが、これに限定されない。たとえば、歯車６５の代わりにプーリーを用いることができる。この場合、モータ６６にプーリーを接続して、さらに、プーリーの外周および保持手段の回転体６２の外周にベルトをかけて、モータ６６の回転動力を回転体６２に伝達できる。プーリーを採用する場合においても、回転駆動手段が、保持手段の外部に設けられるので、装置の設計の自由度が高い。

本発明のクランクシャフト加工装置の概略構成を示す図である。 図１の２−２線に沿う断面図である。 クランクシャフトの姿勢を変えて主軸ヘッドに持ち替えた様子を示す図である。 第２実施形態に係るクランクシャフト加工装置の概略構成を示す図である。 図４の５−５線に沿う断面図である。

符号の説明

１０、５０…クランクシャフト加工装置、
１１、１２…主軸ヘッド、
１５、１６…主軸、
１７、１８…チャック、
２０…クランクシャフト、
２１、２４…クランクピン、
２２…ジャーナル、
２３…加工対象部位、
３０…ガイド部材、
３１…ガイド本体、
３２…メタル部、
４０…切削砥石、
４１…加工作業部、
５１…主軸ヘッド、
５２…軸受け、
５３…主軸、
５４…チャック、
６０…保持部材、
６１…保持本体、
６２…回転体、
６５…歯車、
６６…モータ、
Ａ１、Ａ２…回転軸、
Ｂ１、Ｂ２…ジャーナル軸。

Claims (9)

1. クランクシャフトのクランクピンを加工する加工装置であって、
   加工対象とする特定のクランクピンが回転軸となるように、前記クランクシャフトの両端を保持し、回転させる回転手段と、
   前記回転手段により回転される前記クランクシャフトが、遠心力によりたわむことを防止するたわみ防止手段と、
   回転している前記特定のクランクピンの加工対象部位に対して平行な加工作業部を有し、該加工対象部位に前記回転軸に対して垂直な方向から当接される加工手段と、
   を有するクランクシャフト加工装置。
2. 前記たわみ防止手段は、前記クランクシャフトの中央付近に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト加工装置。
3. 前記たわみ防止手段は、前記クランクシャフトがたわまず回転するときに通過する軌道に形成された内周面を有し、遠心力が働いたクランクシャフトの外周部が転がりまたはすべりながら接触することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクランクシャフト加工装置。
4. 前記たわみ防止手段は、前記内周面が取り替え可能であることを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフト加工装置。
5. 前記たわみ防止手段は、前記内周面に硬質皮膜が付着されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のクランクシャフト加工装置。
6. 前記回転手段は、前記クランクピンの両端のうち少なくとも一方を回転駆動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のクランクシャフト加工装置。
7. クランクシャフトのクランクピンを加工する加工装置であって、
   加工対象とする特定のクランクピンを回転軸として前記クランクシャフトが回転可能なように、該クランクシャフトの両端付近を支持する支持手段と、
   前記特定のクランクピンを回転軸として前記クランクシャフトが回転するように、該クランクシャフトの中央付近を保持する保持手段と、
   前記保持手段に回転動力を伝達して、前記クランクシャフトを前記特定のクランクピンを回転軸として回転させる回転駆動手段と、
   回転している前記特定のクランクピンの加工対象部位と平行な加工作業部を有し、該加工対象部位に前記回転軸に対して垂直な方向から当接される加工手段と、
   を有するクランクシャフト加工装置。
8. 前記回転駆動手段は、
   回転動力を発生するモータと、
   前記モータに接続されて回転する歯車と、
   を有し、
   該歯車が前記保持手段の外周に設けられた歯とかみ合うことによって、前記保持手段に回転動力を伝達することを特徴とする請求項７に記載のクランクシャフト加工装置。
9. 前記回転駆動手段は、
   回転動力を発生するモータと、
   前記モータに接続されて回転するプーリーと、
   前記プーリーの外周と前記保持手段の外周とにかけられたベルトと、
   を有し、
   前記プーリーおよび前記ベルトを介して前記保持手段に伝達することを特徴とする請求項７に記載のクランクシャフト加工装置。

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