JP2006075966A - クランクシャフトの研磨装置及びクランクシャフトの研磨方法 - Google Patents

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Takeshi Sekikawa
岳 関川
Masahiko Iiizumi
雅彦 飯泉
Tomohiro Kondo
智浩 近藤
Yoshiyuki Senda
義之 千田
Hiroyuki Hiramatsu
弘行 平松
Yuji Miyano
勇治 宮野
Keisuke Sasaoka
圭介 笹岡
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Abstract

【課題】 慣性力の影響を受けることなく均一にピン部及びジャーナル部を研磨することができ、更なる面粗度の向上が実現できるクランクシャフトの研磨装置を提供する。
【解決手段】 内面にギア8が形成された円筒形状の固定歯車2の中心に自由歯車3を回転自在に設けると共に、この自由歯車3を中心として前記固定歯車2のギア8に噛み合って公転する砥石歯車4とを設け、その砥石歯車4の内側に砥石13を固定し、ジャーナル部6をこの砥石13に接触するように砥石歯車4の中心孔にクランクシャフト1を挿入せしめ、クランクシャフト1を自転させながら、このクランクシャフト1の自転方向とは逆回転方向に砥石歯車4が回転するようにクランクシャフト1を公転させて、研磨加工点で逆向きに回転する砥石13とピン部7との摺接により研磨を行う。
【選択図】 図1

Description

本発明は、クランクシャフトの研磨装置及びクランクシャフトの研磨方法に関し、詳細には、ピン部及びジャーナル部を研磨するためのクランクシャフトの研磨装置及びクランクシャフトの研磨方法に関する。
例えば、自動車などのエンジン部品の一つであるクランクシャフトのピン部およびジャーナル部は、摺動部として機能するため、面粗度を高めることによりフリクション(摩擦力)が低減し、燃費の向上につながることが判っている。
かかるピン部およびジャーナル部の面粗度を高めるための研磨装置としては、一対のクランプアームの対向面に設けた凹状の把持部を有するシューに、ラップフィルムを順次案内する送り機構を設け、前記把持部によってラップフィルムと共にクランクシャフトをクランプし、該クランクシャフトとラップフィルムとを相対回転させてラップ加工を行う装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このような研磨装置において、面粗度を高めて行くに当たっては、当該研磨装置の加工効率を上げる必要があり、具体的には、加工時の回転数を増加させることによって効率を高めるのが最も効果がある。
特開平9−136257号公報(第3頁及び第4頁、第1図から第3図)
ところで、前記研磨装置においては、ジャーナル部の研磨時には、該ジャーナル部をクランプするクランプアームはクランクシャフトと共に回転しないが、ピン部の加工時には、該ピン部をクランプするクランプアームも該クランクシャフトと連れ回りして回転する。
ピン部は、一定荷重(クランプ圧)の下に加工するのが理想であるが、クランクシャフトの回転を高回転化することにより、ピン部をクランプしているアームおよびこのアームに取り付けられたシューの連れ回りによる慣性力がピン部に加わる。すなわち、ピン部には、クランプ圧以外に慣性力が影響するため、この慣性力によって加工部位の荷重変動が発生し(ピン部とジャーナル部で加工挙動が異なり)、表面粗度にばらつきが発生して加工品質が不安定となる。
また、特許文献1に記載の研磨装置では、回転をクランクシャフトの一軸で行っているため、フリクション低減に有効な手法である高速加工を行うのが難しい。そのため、この研磨装置では、更なる面粗度の向上を図ることはできない。
そこで、本発明は、慣性力の影響を受けることなく均一にピン部及びジャーナル部を研磨することができ、更なる面粗度の向上が実現できるクランクシャフトの研磨装置及びクランクシャフトの研磨方法を提供することを目的とする。
本発明は、クランクシャフト位置決め手段と、ピン部又はジャーナル部を中心としてクランクシャフトを回転させるクランクシャフト自転手段と、クランクシャフトの投入位置と加工位置との間で、前記クランクシャフト自転手段を移動自在とするクランクシャフト移動手段と、内面にギアが形成された円筒形状の固定歯車と、この固定歯車の略中心部に回転自在に設けられた自由歯車と、これら固定歯車と自由歯車にそれぞれ噛み合うギアを外側に有し且つピン部又はジャーナル部を研磨する研磨部材を内側に有しており、前記固定歯車と前記自由歯車にそれぞれ噛み合って前記クランクシャフトの自転方向と逆回転方向に回転しながら前記自由歯車を中心として公転する砥石歯車と、ピン部又はジャーナル部を前記研磨部材に接触させた状態で前記クランクシャフトを、前記自由歯車を中心として公転させるクランクシャフト公転手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のクランクシャフトの研磨装置によれば、ピン部又はジャーナル部と研磨部材との研磨加工点では、クランクシャフトと砥石歯車が逆回転で接触しながら加工が行われるため、相対速度が増加し、研磨部材がピン部又はジャーナル部により一層食い込むことになり、加工圧の向上によって当該ピン部又はジャーナル部が確実に研磨される。
特に、本発明では、ピン部を一対のアームでクランプし、このアームをクランクシャフトと連れ回りする構造ではないため、慣性力の影響を受けることなく、均一にピン部又はジャーナル部を研磨することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、自動車エンジンの一部を構成するクランクシャフトのピン部又はジャーナル部を平滑とする研磨装置及び研磨方法に、本発明を適用した例である。
「第1の実施の形態」
第1の実施の形態は、ジャーナル部を中心としてクランクシャフトを回転させ、該ジャーナル部を研磨するクランクシャフトの研磨装置及び研磨方法の一例である。先ず、研磨装置の構成を説明した後に、研磨方法について説明するものとする。
[研磨装置の構成]
本実施の形態のクランクシャフトの研磨装置は、図1及び図2に示すように、クランクシャフト1を位置決め固定するクランクシャフト位置決め手段と、クランクシャフト1を回転(自転)させるクランクシャフト自転手段と、クランクシャフト1の投入位置と加工位置との間でクランクシャフト自転手段を移動自在とするクランクシャフト移動手段と、円筒形状の固定歯車2と、この固定歯車2の略中心部に回転自在とされる自由歯車3と、これら固定歯車2と自由歯車3にそれぞれ噛み合ってクランクシャフト1の自転方向と逆回転方向に回転しながら該自由歯車3を中心として公転する砥石歯車4と、クランクシャフト1を自由歯車3を中心として公転させるクランクシャフト公転手段とを備える。
クランクシャフト1には、図3に示すように、クランク軸5と同軸上に設けられたジャーナル部6と、クランク軸5と偏心した位置に設けられたピン部7とが形成されている。本実施の形態では、4気筒エンジンに使用されるクランクシャフト1を例示しているため、ピン部7は1番ピンと2番ピン及び3番ピンと4番ピンとがそれぞれ180度ずれた位置に設けられている。
固定歯車2は、複数個(複数本)のクランクシャフト1を内部に挿入配置させるに足る大きさとされた円筒形状とされる。この固定歯車2の内面2aには、ジャーナル部6の数に応じた数だけギア8が形成されている。これらギア8は、クランク軸5を鉛直方向に向けてクランクシャフト1を固定歯車2内に配置させたときに、固定歯車2の高さ方向に沿って各ジャーナル部6と対向する位置に円環形状をなすように形成されている。
自由歯車3は、固定歯車2の上端部及び下端部に少なくもそれぞれ2本の梁部材9を交差させた交差部(固定歯車2の中心位置)に両端を回転自在に支持させた回転軸10に固定され、該回転軸10と共に回転するようになっている。この自由歯車3は、ジャーナル部6の数に対応して設けられると共に、各ジャーナル部6と対向する位置に固定されている。かかる自由歯車3の外周面には、固定歯車2に形成されたギア8と噛み合うギア11が形成されている。
砥石歯車4は、固定歯車2のギア8と自由歯車3のギア11にそれぞれ噛み合うギア12を外側に有し、且つピン部7又はジャーナル部6を研磨する研磨部材である砥石13を内側に有している。砥石13は、円環形状とされ、歯車の内側に一体的に設けられている。かかる砥石歯車4は、固定歯車2と自由歯車3との間に設けられている。これら砥石歯車4と固定歯車2と自由歯車3との間には、クランクシャフト1の回転速度が高速になるに連れて砥石13がピン部7に食い込んで加工圧が高まるように、クリアランスが設けられている。
クランクシャフト自転手段14は、クランク軸5を鉛直方向に向けてクランクシャフト1を砥石歯車4内に配置したときに、下端側のクランク軸5の端面に形成された孔部に円錐形状の突部を臨ませて該クランクシャフト1を位置決め保持すると共に、ジャーナル部6(クランク軸5)を中心として軸回り方向にクランクシャフト1を回転(自転)駆動するように構成されている。
クランクシャフト位置決め手段15は、鉛直方向に配置されたクランクシャフト1の上端側におけるクランク軸5の端面を押さえ付ける押さえ部16と、各押さえ部16を連結する連結部材17と、これらを上下動させる駆動源(図示は省略する)とを備え、該駆動源を作動させて押さえ部16をクランク軸5の端面に下方へ押し付けることで、当該クランクシャフト1を位置決めさせる。
クランクシャフト公転手段18は、固定歯車2の底面側に設けられた円盤体19と、その円盤体19を回転させる駆動源(図示は省略する)とからなる。かかるクランクシャフト公転手段18は、クランクシャフト1の自転方向と逆向き(逆回転方向)に砥石歯車4が回転するように当該クランクシャフト1を公転させるようになっている。
クランクシャフト移動手段20は、前記円盤体19の上に設けられ、その上に配置されるクランクシャフト自転手段14を、クランクシャフト投入位置(クランクシャフト1をクランクシャフト自転手段14にセットする位置)とクランクシャフト加工位置(ピン部7を研磨する加工位置)との間でスライド自在とする。
また、この研磨装置には、砥石13の表面に接触して研磨面を削って整える研磨面修正手段であるツルーイング工具21が設けられている。ツルーイング工具21は、砥石13の表面をドレッシングするドレッサーであり、当該砥石13との接触面がこの砥石13と同一曲率とされた長尺棒形状として、その長手方向を鉛直に向けて前記円盤体19に固定されている。かかるツルーイング工具21は、砥石歯車4が回転することにより、その内側に設けられた砥石13の表面に摺接して当該砥石13の表面状態を常に初期状態に保つ工具修正を行う。なお、このツルーイング工具21は、円盤体19に固定されていることから、クランクシャフト1が公転することによって回転する砥石歯車4に追従する。
また、この研磨装置には、砥石13の表面に付着する切屑などを取り除く切屑除去手段22が設けられている。切屑除去手段22は、例えば高圧の空気や研削液(水)などを砥石表面に吹き付けて、該砥石表面に付着した切屑を取り除くように構成されている。研磨加工を続けると、砥石表面には切屑などが除々に堆積し研削力が低下してくるが、この切屑除去手段22で切屑を取り除けば、常に砥石13がリフレッシュされるため研削力を保持できる。
また、この研磨装置には、研磨加工部分に絶えず冷却液(coolant)を供給可能なクーラント供給機構が設けられている。クーラント供給機構は、複数枚の自由歯車3を固定させた回転軸10の内部を通して供給される冷却液(クーラント液)を研磨加工部分まで飛散させるたの供給ノズル25を有し、その供給ノズル25を回転軸10に固定させている。供給ノズル25は、回転軸10の軸方向に沿って各ジャーナル部6を研磨する研磨加工部分に冷却液が吹き付けられるように当該回転軸10に固定されており、この回転軸10と共に回転するようになっている。なお、冷却液を供給する供給源は、図示を省略する。
「研磨方法」
次に、上述のように構成された研磨装置を使用してクランクシャフト1のピン部7を研磨する研磨方法について説明する。
先ず、クランクシャフト1を研磨装置にセットする前段階として、図4に示すように、クランクシャフト投入位置にクランクシャフト自転手段14を待機させて置くと共に、クランクシャフト位置決め手段15を上方へ移動させて置く。
次に、図5に示すように、クランク軸5を鉛直方向に向けて前記クランクシャフト1を砥石歯車4の中心孔よりその内部へと挿入させる。そして、下端側のクランク軸5の端面に形成された孔部を、クランクシャフト自転手段14に形成した円錐形状の突部に臨ませて当該クランクシャフト1を位置決め保持する。
次いで、図6に示すように、クランクシャフト移動手段20を動作させて、クランクシャフト投入位置にあるクランクシャフト自転手段14を、クランクシャフト加工位置へと移動させる。
そして、クランクシャフト自転手段14がクランクシャフト加工位置に到達したら、図7に示すように、クランクシャフト位置決め手段15を下降させ、上端側のクランク軸5の端面を押さえ部16によって下方へ押し付けるように押さえ込む。その結果、クランクシャフト1は、がたつき無く鉛直方向に位置決めされることになる。
次に、クランクシャフト1の位置決めが完了したところで、クランクシャフト自転手段14を動作させ、クランク軸5(ジャーナル部6)を回転中心としてクランクシャフト1を回転(自転)させる。クランクシャフト1の自転方向としては、図8中矢印Aで示す時計回り方向とする。さらに、クランクシャフト1を自転させると共にクランクシャフト公転手段18を動作させ、該クランクシャフト1を公転させる。クランクシャフト1の公転方向は、時計回り方向とする。このクランクシャフト1の公転軌道を、図8中矢印Bで表す。なお、図8は、t秒後の研磨状態を示している。
前記した向きにクランクシャフト1を公転させると、このクランクシャフト1のジャーナル部6に押されて砥石歯車4が、当該クランクシャフト1の自転方向と逆回転方向に回転する。すなわち、砥石歯車4は、クランクシャフト1の自転方向とは逆向きの図8中矢印Cで示す反時計回り方向に回転しながら、自由歯車3を中心として固定歯車2の内側に形成された円環状のギア8に沿って回転(公転)して行く。また、砥石歯車4の回転に追従するようツルーイング工具21も回転する。
そして、クランクシャフト1の自転速度と公転速度を高めてピン部7を研磨すると共に、ツルーイング工具21によって砥石13の表面を絶えず研削して常に研磨に適したリフレッシュされた表面状態にする。また、研磨加工部分には、供給ノズル25の先端から冷却液を絶えず供給する。また、研磨を続けることによって砥石13の表面に堆積した切屑などを切屑除去手段22からの高圧空気或いは液体吹き付けにより取り除く。
このように、本実施の形態によれば、ピン部7と砥石13との研磨加工点では、クランクシャフト1と砥石歯車4が逆回転で接触しながら加工が行われるため、相対速度が増加し、砥石13がピン部7により一層食い込むことになり、加工圧の向上によって当該ピン部7が確実に研磨される。すなわち、本実施の形態では、ピン部7を研磨する加工能力を大幅に高めることができる。
特に、本実施の形態では、ピン部7を一対のアームでクランプし、このアームをクランクシャフト1と連れ回りする構造ではないため、慣性力の影響を受けることなく、均一にピン部7を研磨することができる。
また、本実施の形態によれば、自由歯車3と砥石歯車4と固定歯車2間にクリアランスを設け、クランクシャフト1の回転速度の上昇に伴って砥石歯車4の内側に設けた砥石13をピン部7に食い込ませて加工圧を高める装置構成としたので、加工圧を制御することができ、良好な仕上げ面とすることができる。
すなわち、本実施の形態では、砥石歯車4の遠心力がピン部7を研磨する加工圧となることから、クランクシャフト1の回転速度が低速の場合は、図9(A)に示すように加工圧Fが小さく、高速の場合は、図9(B)に示すように加工圧Fが大きくなる。図9では、加工圧Fの大きさを矢印の数で示してあり、矢印の数が多いほどピン部7に加わる加工圧が大きい。
また、本実施の形態によれば、砥石13の表面に接触して研磨面を削って整えるツルーイング工具21を、砥石歯車4の中心孔に配置させたので、研磨加工を行いながら加工工具である砥石13の形状を補正(修正)でき、常に研磨面がリフレッシュされる。したがって、ピン部7の加工面粗度が補償されると共に研削力も保持でき、また、砥石13を取り替えることなく、クランクシャフト1を研磨し続けることができる。
また、本実施の形態によれば、ツルーイング工具21をクランクシャフト公転手段18の円盤体19に固定し、該ツルーイング工具21をクランクシャフト1と共に公転させたので、砥石歯車4にツルーイング工具21を追従させて常に砥石13をリフレッシュさせることができる。
また、本実施の形態によれば、切屑除去手段22を設けたので、研磨加工によって砥石13の表面に付着する切屑を取り除くことができ、常に砥石13をリフレッシュさせることができ、研削力を保持することができる。
また、本実施の形態によれば、砥石歯車4を自由歯車3と固定歯車2との間に複数個設けたので、これら複数個のクランクシャフト1を同時に纏めて研磨することができ、少量から多量までの加工を一度の加工で行え、汎用性及び量産性を高めることができる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、ピン部7を中心としてクランクシャフト1を回転させ、該ピン部7を研磨するクランクシャフト1の研磨装置及び研磨方法の一例である。ここでは、第1の実施の形態の研磨装置と同一部分については、同一の符号を付すと共にその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明するものとする。
ピン部7を研磨加工する場合は、図10及び図11に示すように、クランクシャフト自転手段14とクランクシャフト位置決め手段15の押さえ部材16にそれぞれアダプタ部材23、24を取り付け、クランクシャフト自転手段14と押さえ部材16を結ぶ同軸上にピン部7の中心が位置するように、前記アダプタ部材23、24にそれぞれのクランク軸5を固定させる。なお、クランク軸5とアダプタ部材23、24の固定は、アダプタ部材23、24に設けた円錐形状の突部をクランク軸5の端面に形成された孔部に臨ませることで位置決め固定する。
このようにクランクシャフト1をセットすることで、クランクシャフト1のピン部7が砥石歯車4の内側に形成された砥石13と接触することになる。そして、この状態でクランクシャフト1を自転させながら公転させれば、遠心力による加圧力がピン部7に加わって当該ピン部7が砥石13により研磨されることになる。第2の実施の形態では、ピン部7を中心にクランクシャフト1を回転させるため、常にピン部7が砥石13と接触することになり、均一にピン部7を研磨することができる。したがって、ピン部7の研磨もジャーナル部6の研磨と同様、慣性力の影響を受けることなく均一に研磨することができる。
[その他の実施の形態]
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。
上述の実施の形態では、ツルーイング工具21をクランクシャフト公転手段18の円盤体19に固定させたが、砥石13の研磨状態に追従してツルーイング工具21がジャーナル部6又はピン部7を押す力を高める機構を付加してもよい。このようにすれば、より一層、砥石13をリフレッシュさせることができる。
ジャーナル部を研磨する研磨装置の平面図である。 ジャーナル部を研磨する研磨装置の縦断面図である。 クランクシャフトの平面図である。 ジャーナル部を研磨する研磨装置において、クランクシャフト投入前の状態を示す研磨装置の縦断面図である。 ジャーナル部を研磨する研磨装置において、クランクシャフト投入時の状態を示す研磨装置の縦断面図である。 ジャーナル部を研磨する研磨装置において、クランクシャフトをクランクシャフト加工位置へ移動させた状態を示す研磨装置の縦断面図である。 ジャーナル部を研磨する研磨装置において、クランクシャフトをクランクシャフト位置決め手段で位置決めした状態を示す研磨装置の縦断面図である。 クランクシャフトを自転させながら公転させて砥石歯車の内側に設けた砥石でジャーナル部を研磨する様子を示す工程図である。 ジャーナル部の研磨部分を拡大して示す縦断面図である。 ピン部を研磨する研磨装置の平面図である。 ピン部を研磨する研磨装置の縦断面図である。 クランクシャフトを自転させながら公転させて砥石歯車の内側に設けた砥石でピン部を研磨する様子を示す工程図である。
符号の説明
1…クランクシャフト
2…固定歯車
3…自由歯車
4…砥石歯車
6…ジャーナル部
7…ピン部
13…砥石(研磨部材)
14…クランクシャフト自転手段
15…クランクシャフト位置決め手段
18…クランクシャフト公転手段
20…クランクシャフト移動手段
21…ツルーイング工具(研磨面修正手段)
22…切屑除去手段

Claims (7)

  1. クランクシャフトを位置決め固定するクランクシャフト位置決め手段と、
    ピン部又はジャーナル部を中心として前記クランクシャフトを回転させるクランクシャフト自転手段と、
    前記クランクシャフトを前記クランクシャフト自転手段にセットする投入位置と、前記ピン部又はジャーナル部を研磨する加工位置との間で、前記クランクシャフト自転手段を移動自在とするクランクシャフト移動手段と、
    内面にギアが形成された円筒形状の固定歯車と、
    前記固定歯車の略中心部に設けられ、該固定歯車の軸芯を中心として回転する自由歯車と、
    前記固定歯車と前記自由歯車にそれぞれ噛み合うギアを外側に有し且つピン部又はジャーナル部を研磨する研磨部材を内側に有しており、前記固定歯車と前記自由歯車にそれぞれ噛み合って前記クランクシャフトの自転方向と逆回転方向に回転しながら前記自由歯車を中心として公転する砥石歯車と、
    前記ピン部又はジャーナル部を前記研磨部材に接触させた状態で前記クランクシャフトを、前記自由歯車を中心として公転させるクランクシャフト公転手段とを備えた
    ことを特徴とするクランクシャフトの研磨装置。
  2. 請求項1に記載のクランクシャフトの研磨装置であって、
    前記自由歯車と砥石歯車及び固定歯車間にクリアランスが設けられており、前記クランクシャフトの回転速度上昇に伴い、前記研磨部材が前記ピン部又はジャーナル部に食い込んで加工圧が高まる
    ことを特徴とするクランクシャフトの研磨装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載のクランクシャフトの研磨装置であって、
    前記研磨部材の表面に接触して研磨面を削って整える研磨面修正手段を、前記砥石歯車の中心孔に配置させた
    ことを特徴とするクランクシャフトの研磨装置。
  4. 請求項3に記載のクランクシャフトの研磨装置であって、
    前記研磨面修正手段を、前記クランクシャフト公転手段に固定し、この研磨面修正手段を該クランクシャフトと共に公転させた
    ことを特徴とするクランクシャフトの研磨装置。
  5. 少なくとも請求項1から請求項4の何れか一つに記載のクランクシャフトの研磨装置であって、
    前記研磨部材の表面に付着する切屑を取り除く切屑除去手段を備えた
    ことを特徴とするクランクシャフトの研磨装置。
  6. 少なくとも請求項1から請求項5の何れか一つに記載のクランクシャフトの研磨装置であって、
    前記砥石歯車を前記自由歯車と固定歯車との間に複数個設け、これら複数個の砥石歯車の中にクランクシャフトをそれぞれ配置して該クランクシャフトを纏めて同時に研磨する
    ことを特徴とするクランクシャフトの研磨装置。
  7. 内面にギアが形成された円筒形状の固定歯車の中心部に自由歯車を回転自在に設け、該自由歯車と固定歯車との間に、これら固定歯車と自由歯車にそれぞれ噛み合うギアを外側に有し且つピン部又はジャーナル部を研磨する研磨部材を内側に有した砥石歯車を設け、
    前記クランクシャフトを自転させながら公転させて、該クランクシャフトの自転方向と逆回転方向に前記砥石歯車を回転させることにより、前記ピン部又はジャーナル部を前記研磨部材に押し付けて研磨する
    ことを特徴とするクランクシャフトの研磨方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101116522B1 (ko) 2009-12-18 2012-02-28 제종호 선박용 크랭크축 연마장치
CN107199499A (zh) * 2017-06-12 2017-09-26 宁波圣龙浦洛西凸轮轴有限公司 凸轮轴中心孔抛光装置

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