JP2006142431A - クランクシャフトのフィレットローリング加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクピン部でのフィレット溝部に付与すべき加圧力をその円周方向において積極的に可変制御し、トップ部側で小さく、ボトム部側で大きくすることができる加工装置を提供する。
【解決手段】加圧シリンダ１４の加圧力をもってクランクピン部Ｐ１を加圧挟持する上下のアーム１１，１２の先端に、リンクアーム３３，３４を介してウエイト３５を取り付ける。クランクピン部Ｐ１のトップ部側がフィレットローラ２５ａ，２５ｂに向かって回転するときには、ウエイト３５の慣性のためにトップ部に加わる加圧力が減少する。逆にクランクピン部Ｐ１のボトム部側がフィレットローラ２５ａ，２５ｂに向かって回転するときには、ウエイト３５の慣性のためにボトム部に加わる加圧力が増加する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、クランクシャフトの疲労強度の向上を目的としたフィレットローリング加工（フィレットロール加工またはフィレットロール掛け加工）装置に関し、特に内燃機関用クランクシャフトのクランクピン部のフィレット溝部（内隅アール部）に圧縮残留応力を付与するべくフィレットローリング加工を施すにあたり、フィレット溝部に付与すべき加圧力をそのフィレット溝部の円周方向で変化させることができるように考慮されたフィレットローリング加工装置に関するものである。

クランクシャフトのフィレットローリング加工装置においては、周知のようにジャーナル部やクランクピン部のフィレット溝部に超硬合金やハイス材からなるフィレットローラを数ｋＮ以上の加圧力にて押し付けながら回転させることによりロール加工（塑性加工）を施し、もって圧縮残留応力を与えることで該当する部位の疲労強度を向上させることを基本としている。

この場合、付与すべき加圧力とクランクシャフトの疲労強度との間には大きな相関があり、高加圧力を与えるほど疲労強度に優れたクランクシャフトを製作することが可能となる。

そして、例えば特許文献１に代表されるような従来の一般的なフィレットローリング加工装置では、加工対象となるフィレット溝部の全周にわたり同じ加圧力を与えることを基本としているものであるが、例えば図１１に示すように、クランクシャフトＳが実際にエンジンに組み込まれた状態では、クランクピン部Ｐのボトム部側に大きな荷重が加わる一方で、ボトム部側と反対側のトップ部側ではボトム部側ほど大きな荷重が加わらないので、ボトム部側のフィレット溝部Ｆほど大きな加圧力で加工を施し、トップ部側のフィレット溝部Ｆについては相対的に小さい加圧力でロール加工を施しても製品機能の上では問題はない。

なお、クランクピン部Ｐにおけるボトム部側とは、同図に示すようにクランクピン部Ｐをその軸心と平行で且つそれを通る平面をもって紙面上で上下に二分したと仮定した場合に、カウンタウエイトＣｗ側にあって且つそれらのカウンタウエイトＣｗ，Ｃｗ間に挟まれた領域の頂部（図８の０°の位置）を言い、トップ部側とはボトム部側と正反対の位置（図８の１８０°の位置）を言う。

そこで、フィレット溝部Ｆに加えるべき加圧力をそのフィレット溝部Ｆの円周方向で積極的に変化させて、上記のようにボトム部側のフィレット溝部Ｆほど大きな加圧力でロール加工を施すようにすれば、ローラの長寿命化を期待できるようになるとともに、クランクシャフトＳの形状精度の向上の上でも好ましいものとなる。

より具体的には、フィレット溝部Ｆに加えるべき加圧力（荷重）とローラ寿命との間には下記（１）式のような相関があり、フィレット溝部Ｆに加えるべき加圧力を常時高くしたままでロール加工を行うと、フィレットローラの寿命が極端に短くなる。

寿命Ｌ∝（１／動荷重）³‥‥（１）
つまり、荷重を２倍にすると、ローラ寿命は１／８になるので、必要な部位以外は荷重たる加圧力をなるべく小さくしてロール加工を行うようにすれば、フィレットローラの長寿命化が可能となって経済的なものとなる。

また、上記のようなフィレットローリング加工では、数ｋＮ以上の高い荷重のもとでの塑性加工故に、加工後のクランクシャフトに曲がりや全長の伸びが生じたりすることがあるが、特にクランクシャフトそのものの形状よりしてクランクピン部のトップ部では剛性が小さくために曲がりや伸びが生じやすく、逆にボトム部では相対的に剛性が高いために比較的大きな加圧力を与えても曲がりや伸びが生じにくい傾向にある。このような曲がり量や伸び量は、ロール加工時の加圧力にほぼ比例することになるので、フィレット溝全周を高い加圧力で加工することはクランクシャフトの形状精度を損なう一因となっている。

このようなことから、上記のようにフィレット溝部Ｆに加えるべき加圧力をフィレット溝部Ｆの円周方向で積極的に変化させるべく、フィレット溝部Ｆの回転位相に応じてフィレットローラの加圧力発生手段である油圧シリンダの圧力を積極的に可変制御するようにした技術が特許文献２で提案されている。
特開２００３−２５２２１号公報（図５） 特公昭６０−１７６６３号公報（図２）

しかしながら、特許文献２に記載のような技術では、フィレットローリング加工中において、例えばフィレット溝部の回転位相位置に応じて加圧力の変更指令を出力したとしても、油圧回路の特殊性である応答遅れのために指令側と実際の加圧力付与位置との間に位相ずれが発生しやすいばかりでなく、高加圧力と低加圧力との差を十分に大きく確保できないなどの制約がある。したがって、複雑な制御機器を必要とするために設備全体が複雑且つ高価なものとなるばかりでなく、加工品質の向上が望めず、なおも改善の余地を残している。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特にクランクシャフトのクランクピン部でのフィレット溝部に付与すべき加圧力をそのフィレット溝部の円周方向において積極的に且つ純機械的に、しかも正確に可変制御できるようにしたフィレットローリング加工装置を提供するものである。

本発明は、クランクシャフトのうちそれ自体の回転中心であるジャーナル部から所定量だけオフセットしているクランクピン部のフレット溝部にフィレットローリング加工を施す装置であることを前提としている。すなわち、開閉可能にピン結合した一対のアームの先端部にて上記クランクピン部を挟持するとともにそれら一対のアームの後端部間に加圧力を発生させて、上記ジャーナル部を回転中心とするクランクシャフトの回転運動に加圧挟持状態にある一対のアームを追従動作させながら、いずれか一方のアームの先端部に装着してあるフィレットローラを連れ回りさせて、上記クランクピン部のフレット溝部にローリング加工を施すようにした装置において、上記クランクピン部のトップ部側を加工する際にはそのトップ部側のフィレット溝部に加わる加圧力を相対的に小さくする一方で、クランクピン部のボトム部側を加工する際にはそのボトム部側のフィレット溝部に加わる加圧力を相対的に大きくする質量体を、上記一対のアームに跨るように付帯させたことを特徴とする。

より具体的には、上記一対のアームの先端部にそれぞれにリンクアームを回転可能に連結するとともに、それら一対のリンクアームの先端部同士を回転可能に連結し、リンクアームの先端部同士の連結部にウエイトを取り付けたことを特徴とする。または、上記一対のアームの後端部にそれぞれにリンクアームを回転可能に連結するとともに、それら一対のリンクアームの後端部同士を回転可能に連結し、リンクアームの後端部同士の連結部に質量体としてウエイトを取り付けたことを特徴とする。

この場合において、上記一対のアームが横向きであって、その一対のアームの開閉中心とクランクシャフトのジャーナル部の軸心とを結んだ線がほぼ水平となるように設定してあるものとする。

また、上記のように一対のアームの先端部側にリンクアームを介してウエイトを取り付けた場合には、加工対象となるクランクシャフトのローディング，アンローディングに備えて、上記一対のアームの先端部の前方領域からウエイトがリンクアームとともに退避可能となっていたり、あるいは、上記ウエイトとともに一対のリンクアームが退避する際にそのリンクアーム同士が折り畳まれるようになっていることが望ましく、さらには、上記一対のアームの先端部の前方領域からウエイトがリンクアームとともに上方に退避可能となっているのと併せて、それらを上方に退避させる退避駆動手段を備えていることが望ましい。

したがって、この発明では、例えば図６に示すように、一対のアームにて加圧挟持されているクランクピン部を、ジャーナル部を回転中心として例えば反時計回り方向（矢印Ｑ方向）に回転させることでフィレットローリング加工を施すことを前提とした場合に、今仮に一対のアーム同士の開閉中心とジャーナル部の軸心とを結ぶ線上にジャーナル部の軸心と加工対象となるクランクピン部の軸心とを結ぶ線が重なっている状態をクランクピン部の基準位相位置とし、その位置に対して１８０度位相が異なる位置を逆位相位置とする。

そして、先に述べたようにクランクシャフトは反時計回り方向に回転する故に、基準位相位置から逆位相位置へと加工対象となるクランクピン部のトップ部側がジャーナル部の軸心の上方を通って移動する過程、すなわちトップ部側がフィレットローラに向かって移動する過程では、一対のアームによって前方に押し出されながらもその場に留まろうとするウエイトのイナーシャが一対のアームの先端部同士をいわゆる口開きさせる（一対のアームの先端部同士を互いに離間させる）方向に作用し、その結果としてトップ部側のフィレット溝部に対してフィレットローラが及ぼす加圧力を相対的に小さくする働きをすることになる。

この時には、クランクピン部のトップ部の加工中の中間位置にて一対のアームの水平方向の移動速度が大きくなり、上記トップ部での加圧力を最も小さくすることができることになる。

一方、逆位相位置から基準位相位置へと加工対象となるクランクピン部のトップ部側がジャーナル部の軸心下方を通って移動する過程、すなわちボトム部側がフィレットローラに向かって移動する過程では、一対のアームによって引き戻されながらもその場に留まろうとするウエイトのイナーシャが一対のアームの先端部同士を互いに接近させる方向に作用し、その結果としてボトム部のフィレット溝部に対してフィレットローラが及ぼす加圧力を相対的に大きくする働きをすることになる。

この時には、クランクピン部のボトム部の加工中の中間位置にて一対のアームの水平方向の移動速度が大きくなり、上記ボトム部での加圧力を最も大きくすることができることになる。

本発明によれば、クランクピン部のボトム部側ではそのフィレット溝部に及ぼす加圧力を積極的に大きくする一方、クランクピン部のトップ部側では逆にそのフィレット溝部に及ぼす加圧力を積極的に小さくして、クランクピン部での疲労強度向上のためにそのクランクピン部に付与される加圧力の最適化が図れることから、簡単な構造でありながらもロール加工品質の向上と併せてフレットローラの長寿命化を図ることができる効果がある。

図１〜５は本発明に係るクランクシャフト用のフィレットローリング加工装置のより具体的な実施の形態として例えば直列４気筒エンジンのクランクシャフトＳのフィレットローリング加工を司る装置の基本構造を示している。

図１，２のほか図３に示すように、このフィレットローリング加工装置では、後述するフィレットローラ２５ａ，２５ｂを主体とするロールカセット１のほかレストローラ３を備えたワークレストカセット２を併用することで、各ジャーナル部Ｊの両端のフィレット溝部Ｆおよび同じく各クランクピン部Ｐ１，Ｐ２の両端のフィレット溝部Ｆにそれぞれ並行してフィレットローリング加工が施される。

ここで、クランクシャフトＳは、周知のように５箇所のジャーナル部Ｊのほか、互いに同位相の二つのクランクピン部Ｐ１，Ｐ１と、これらに対して１８０度位相がずれたいわゆる逆位相の二つのクランクピン部Ｐ２，Ｐ２とを備えている。さらに、各クランクピン部Ｐ１，Ｐ２の逆位相側にはカウンタウエイトＣｗが付帯している。そして、クランクシャフトＳは所定のチャック４およびセンタ５により両持ち支持された状態で、ジャーナル部Ｊを回転中心として回転駆動される。

図２ではクランクピン部Ｐ１での加工状態を示しており、同図に示すように、ベース６に固定された支持ブラケット７には加工部位であるクランクピン部Ｐ１ごとに独立した中間アーム８がヒンジピン９を介して揺動可能に支持されているとともに、中間アーム９の上端には、ヒンジピン１０を介して互いに揺動可能もしくは開閉可能に連結された上下一対のアーム１１，１２のうち下側のアーム１２の一部がヒンジピン１３を介して揺動可能に支持されている。そして、これら上下一対のアーム１１，１２はその後端部間に架橋的に連結された加圧シリンダ（油圧シリンダ）１４の伸縮作動に応じて開閉し、かつ加圧シリンダ１４の加圧力をもってフィレットローリング加工時の加圧力が付与されるようになっている。

なお、図２では、クランクシャフトＳの形状、特にジャーナル部Ｊやクランクピン部Ｐ１，Ｐ２の直径等を誇張，拡大して描いてある。また、同図から明らかなように上下一対のアーム１１，１２は横向きの配置であって、上下のアーム１１，１２同士を連結している開閉中心としてのヒンジピン１０の中心とジャーナル部Ｊの軸心とを結んだ線が水平もしくはほぼ水平となるように設定してある。

上側のアーム１１の先端部には後述するフィレットローラ２５ａ，２５ｂを内蔵するロールカセット１が着脱可能に装着されている一方、下側のアーム１２の先端部には前後一対の回転可能なレストローラ３を備えたワークレストカセット２が同様に着脱可能に装着されていて、図３にも示すようにフィレットローラ２５ａ，２５ｂがクランクピン部Ｐ１の両端のフィレット溝部Ｆに、レストローラ３がクランクピン部Ｐ１の一般面にそれぞれ圧接した状態でフィレットローリング加工が施されることになる。

図４，５は上記ロールカセット１の詳細を示しており、ロールカセット１は図示しないクランプブロックと取付ボルトとをもってアーム１１の先端に着脱可能に且つ堅固に位置決め固定される。

図４，５に示すように、略偏平矩形状のケース本体１７とビス１８にて固定された円板状のカバープレート１９とからなるケース２０内には（ただし、図４では、内部構造を見えるようにするためにカバープレート１９を一部破断した状態を描いている）、軸２１ａとニードルベアリング２１ｂとを介して短円筒状もしくは偏平円筒状の大径のバックアップローラ２２が回転可能に収容配置されていて、そのバックアップローラ２２の外周面の両端コーナー部には後述するフィレットローラ２５ａ，２５ｂを相対回転可能に受容してこれを支えつつ案内する円弧状のガイド溝２４が個別に形成されている。

そして、バックアップローラ２２の真下には前後一対の駒状のリテーナ２３ａ，２３ｂに保持された小径のフィレットローラ２５ａ，２５ｂ、すなわちバックアップローラ２２に比べて極小径の略算盤玉状の左右一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂが断面略ハの字状の形態となるようにそれぞれに傾斜して配置されており、リテーナ２３ａ，２３ｂはケース本体１７に対し取付ボルト３６にて固定されるフロントケージ２６およびリアケージ２７をもって位置決め支持されている。

すなわち、前後一対のリテーナ２３ａ，２３ｂは、先に述べたようにケース２０の下面に装着されるフロントケージ２６およびリアケージ２７によって支持されていて、フロントケージ２６およびリアケージ２７は取付ボルト３６と長穴３０のほかアジャストボルト３１，３２をもってケース本体１７に位置調整可能に固定されている。

先に述べたバックアップローラ２２は、ケース２０に回転可能に軸受支持された状態で左右一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂに当接しつつ転動して、これらのフィレットローラ２５ａ，２５ｂを案内しながら加工反力を負担するものであることから、図５に示すように、その外周面の全周には一対のフィレットローラ２３ａ，２３ｂを受容するための断面略円弧状の二条のガイド溝２４が形成されている。

なお、このようなロールカセット１の構造は、他のクランクピン部Ｐ２およびジャーナル部Ｊの加工を司るロールカセットについても基本的に同様である。また、図２に示したレストローラ３もロールカセット１と同様にワークレストカセット２としてカセットされた上で下側のアーム１２の先端部に着脱可能に装着されている。

このようなフィレットローリング加工装置では、図２のほか図４，５に示すように、ワークレストカセット２側の一対のレストローラ３をクランクピン部Ｐ１のうちフィレット溝部Ｆ以外の部分に押し付けるとともに、ロールカセット１側の一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂをクランクピン部Ｐにおける両端のフィレット溝部Ｆに押し付け、加圧シリンダの１４の加圧力に基づきワークレストカセット２とロールカセット１とでクランクピン部Ｐ１を挟み込んだ状態でそのクランクピン部Ｐ１ひいてはクランクシャフトＳ全体を回転駆動させる。このクランクシャフトＳの回転に伴いレストローラ３が同期回転するとともに、左右一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂがバックアップローラ２２にてバックアップされながらそのバックアップローラ２２とともに連れ回りするように同期回転して、各フィレット溝部Ｆにフィレットローリング加工を施すことになる。すなわち、各フィレットローラ２５ａ，２５ｂはフィレット溝部Ｆに冷間圧延加工を施して内部圧縮応力を付加することにより、フィレット溝部Ｆの疲労限界応力の向上に寄与することになる。

以上がクランクピン部Ｐ１にフィレットローリング加工を施す装置の基本的な構造および機能であるが、本実施の形態では、図６に示すように上下のアーム１１，１２の前方側に一対のリンクアーム３３，３４を介して質量体として短円筒状のウエイト３５を付帯させてある。なお、図６は図２と同じ状態を描いているが、錯綜化を避けるために図２に比べてクランクシャフトＳの形状を簡略化してある。すなわち、図２では図６における一対のリンクアーム３３，３４とウエイト３５とを図示省略してあるものと理解することができる。

より詳しくは、上下のアーム１１，１２の先端にブラケット３７およびピン３８を介して長さの等しいリンクアーム３３，３４をそれぞれに回転可能に連結する一方、それらのリンクアーム３３，３４の先端部同士もピン３９を介して相互に連結し、その連結部に質量体としての短円筒状のウエイト３５を支持させてある。つまり、各リンクアーム３３，３４と上下のアーム１１，１２とを連結しているピン３８，３８同士のなすスパンを１節としてこれに一対のリンクアーム３３，３４を加えて固定連鎖となる３節リンク機構を形成し、その３節リンク機構の頂部にウエイト３５を装着してある。この場合、先に述べたように上下のアーム１１，１２同士を連結しているヒンジピン１０の中心とジャーナル部Ｊの軸心とを結んだ線が水平であれば、その線の延長線上にリンクアーム３３，３４同士を連結しているピン３９が位置していることになる。

そして、各リンクアーム３３，３４は上下のアーム１１，１２に対してピン３８による脱着が可能となっている一方、図７に示すようにアーム１１，１２の上方側には退避駆動手段として巻き上げ装置４０が配置されていて、その巻き上げ装置４０から引き出されたワイヤ４１がリンクアーム３３，３４同士の結合部のピン３９に連結されている。つまり、同図から明らかなように、例えば下側のアーム１２に対するリンクアーム３４の連結状態を解除した上で巻き上げ装置４０にて巻き上げることにより、ウエイト３５とともに一対のリンクアーム３３，３４を折り畳みながら上下のアーム１１，１２の前方領域からその上方空間へと退避させることができるようになっている。

したがって、図２，６に示すように上下のアーム１１，１２にウエイト３５が付帯しているフィレットローリング加工装置において、矢印Ｑで示すようにジャーナル部Ｊを回転中心としてクランクシャフトＳを反時計回り方向に連続回転させながら加工を行うものとし、同時に一対のアーム１１，１２同士の開閉中心であるヒンジピン１０の軸心とジャーナル部Ｊの軸心とを結ぶ線上に、ジャーナル部Ｊの軸心と加工対象となるクランクピン部Ｐ１の軸心とを結ぶ線が重なっている状態を仮にクランクピン部Ｐ１の基準位相位置とし、その位置に対して１８０度位相が異なる位置を逆位相位置とする。この状態では、図２，６に関するかぎりクランクピン部Ｐ１のトップ部がヒンジピン１０側と正対していて、同様にクランクピン部Ｐ１のボトム部がジャーナル部Ｊの軸心側と正対していることになる。

図２，６に示すように、クランクシャフトＳが矢印Ｑ方向に回転して、加工対象となるクランクピン部Ｐ１が基準位相位置から逆位相位置へとジャーナル部Ｊの軸心の上方側を通って移動する過程、すなわちクランクピン部Ｐ１のトップ部側がフィレットローラ２５ａ，２５ｂに向かって移動する過程では、そのフィレットローラ２５ａ，２５ｂによってクランクピン部Ｐ１のうちトップ部のフィレット溝部Ｆに対するフィレットローリング加工が施されることになる。この場合には、一対のリンクアーム３３，３４によって支えられているウエイト３５の慣性（イナーシャ）のために、加圧シリンダ１４の加圧力に対向するように上下のアーム１１，１２同士を離間させるような力、すなわちピン３８，３８同士のなすスパンを拡げるような力が働き、その結果としてフィレットローラ２５ａ，２５ｂが加工部位に対して及ぼす加圧力が相対的に小さくなる。ただし、ここでは上下のアーム１１，１２そのものの慣性は問題としていない。

より詳しくは、クランクシャフトＳの回転に同期して揺動運動を繰り返している上下のアーム１１，１２がクランクピン部Ｐ１とともに基準位相位置に達すると、その位置にて上下のアーム１１，１２の水平方向（横方向）での動きの向きが反転し、アーム１１，１２の水平方向での動きの向きが反転するにもかかわらずウエイト３５はなおも従前の位置に留まろうとするために、クランクピン部Ｐ１が基準位相位置から逆位相位置へとジャーナル部Ｊの軸心の上方側を通って移動する過程では、ウエイト３５の慣性のために上下のアーム１１，１２の先端部同士を相互に離間させるような力が働き、その結果としてフィレットローラ２５ａ，２５ｂが加工部位に対して及ぼす加圧力、つまりはクランクピン部Ｐ１のトップ部側のフィレット溝Ｆに加わる加圧力が低減される。

その上、クランクピン部Ｐ１が基準位相位置から逆位相位置へ移動するまでの中間位置にて上下のアーム１１，１２の水平方向での移動速度が最も大きくなり、それによってクランクピン部Ｐ１のうちトップ部におけるフィレット溝部Ｆでの加圧力を最も小さいものとすることができる。

その一方、図２，６に示すように、クランクシャフトＳの矢印Ｑ方向の回転に伴い、加工対象となるクランクピン部Ｐ１が逆位相位置から基準位相位置へとジャーナル部Ｊの軸心の下方側を通って移動する過程、すなわちクランクピン部Ｐ１のボトム部側がフィレットローラ２５ａ，２５ｂに向かって移動する過程では、そのフィレットローラ２５ａ，２５ｂによってクランクピン部Ｐ１のうちボトム部側のフィレット溝部Ｆに対するフィレットローリング加工が施されることになる。この場合には、一対のリンクアーム３３，３４によって支えられているウエイト３５の慣性（イナーシャ）のために、加圧シリンダ１４の加圧力に上乗せするようなかたちで上下のアーム１１，１２同士を接近させるような力、すなわちピン３８，３８同士のなすスパンを縮小するような力が働き、その結果としてフィレットローラ２５ａ，２５ｂが加工部位に対して及ぼす加圧力が相対的に大きくなる。

より詳しくは、クランクシャフトＳの回転に同期して揺動運動を繰り返している上下のアーム１１，１２がクランクピン部Ｐ１とともに逆位相位置に達すると、その位置にて上下のアーム１１，１２の水平方向（横方向）での動きの向きが反転し、アーム１１，１２の水平方向での動きの向きが反転するにもかかわらずウエイト３５はなおも従前の位置に留まろうとするために、クランクピン部Ｐ１が逆位相位置から基準位相位置へとジャーナル部Ｊの軸心の下方側を通って移動する過程、すなわちクランクピン部Ｐ１のボトム部側がフィレットローラ２５ａ，２５ｂに向かって移動する過程では、ウエイト３５の慣性のために上下のアーム１１，１２の先端部同士を相互に接近させるような力が働き、その結果としてフィレットローラ２５ａ，２５ｂが加工部位に対して及ぼす加圧力、つまりはクランクピン部Ｐ１のボトム部側のフィレット溝部Ｆに加わる加圧力が増加することになる。

その上、クランクピン部Ｐ１が逆位相位置から基準位相位置へ移動するまでの中間位置にて上下のアーム１１，１２の水平方向での移動速度が最も大きくなり、それによってクランクピン部Ｐ１のうちボトム部におけるフィレット溝部Ｆ側での加圧力を最も大きいものとすることができる。

ここで、上下のアーム１１，１２にウエイト３５を付加せずに、従来のように加圧シリンダ１４による加圧力が常時一定となるように制御した場合、本来であれば位相位置にかかわらず加圧力が一定となるべきところ、実際には上下のアーム１１，１２自体のイナーシャ（慣性）の影響でクランクピン部Ｐ１に加わる加圧力は図８のような特性となる。そして、図８の特性における加圧力の変化量Ｍ（最大加圧力と最小加圧力との差）は、上下のアームの質量をｍ、加速度をαとした場合に、Ｍ＝ｍ×αとなる。ただし、加速度αは、α＝Ｓω²ｓｉｎθ（θ＝０°がクランクピン部Ｐ１でのボトム部加工状態）の関係にある。

このことは、図８から明らかなように、クランクピン部Ｐ１が基準位相位置から逆位相位置に向かってジャーナル部Ｊの軸心上側を通って移動する場合には、靜的な状態（クランクシャフトＳを回転せずに停止した状態）で設定した加圧力よりも上下のアーム１１，１２の質量ｍに加速度αを乗じた分だけ加圧力が増大し、逆にクランクピン部Ｐ１が逆位相位置から基準位相位置に向かってジャーナル部Ｊの軸心の下側を通って移動する場合には、靜的な状態で設定した加圧力よりも上下のアーム１１，１２の質量ｍに加速度αを乗じた分だけ加圧力が目減りすることにほかならない。

そして、所期の目的からすれば、クランクピン部Ｐ１のボトム部側で加圧力が増大し、トップ部側で目減りすることが理想であるが、図８ではボトム部において加圧力がマイナスからプラスに、トップ部においてプラスからマイナスにそれぞれ転じるかたちとなり、加圧力特性としては好ましくない。

これに対して、先に述べたように上下のアーム１１，１２にウエイト３５を付加した場合の加圧力特性は図９のようになり、本実施の形態での最終的な加圧力特性は図８と図９とを合成したものとなって、結果的に図１０のようになる。同図から明らかなように、図９と図１０とを合成した結果として、必ずしもクランクピン部Ｐ１のボトム部で最高加圧力とならないだけでなく同様にトップ部でも最低加圧力とならず、最大加圧力部位と最小加圧力部位とがわずかながらそれらのボトム部およびトップ部から位相のずれを生じている。

しかしながら、図８と図９とを比較すると明らかなように、上記実施の形態のウエイト３５の質量を大きくすればするほど最大加圧力と最小加圧力との差を大きくすることができ、また上記位相のずれも小さくなることから、クランクピン部Ｐ１にフィレットローリング加工を施す際に、そのボトム部での加圧力を相対的に大きく、トップ部での加圧力を相対的に小さくするという所期の目的は十分に達成することができる。

また、図６のように上下のアーム１１，１２の前方側にリンクアーム３３，３４を介してウエイト３５が付帯していると、加工前のクランシャフトＳのアーム１１，１２側へのローディングおよび加工済みのクランシャフトＳのアンローディングに際してそれらのウエイト３５等が障害となる可能性がある。

そこで、図７に示すように、クランシャフトＳのローディングおよびアンローディングに際しては、下側のアーム１２に対する一方のリンクアーム３４の連結を解除し、巻き上げ装置４０にてウエイト３５を上方に引き上げながら各リンクアーム３３，３４も折り畳んで、それらのウエイト３５および各リンクアーム３３，３４を上下のアーム１１，１２の前方領域から上方空間へと退避させる。こうすることにより、上下のアーム１１，１２にウエイト３５等が付帯していながらも、既存のローダおよびアンローダ等を使用してクランシャフトＳのローディングおよびアンローディングをスムーズに行うことができる。

ここで、下側のアーム１２に対するリンクアーム３４の脱着を容易に行うために、ピン３８によるリンクアーム３４の脱着はワンタッチで行える構造のものとし、同時に一旦連結したならば確実にロックできるようになっている構造のものを採用するものとする。

また、上記の実施の形態では、上下のアーム１１，１２に装着されるフィレットローラ２５ａ，２５ｂおよびレストローラ３としてカセット化されたものが採用されているが、フィレットローリング加工という所期の目的を達成することができれば必ずしも図示の構造およびカセット化されたものに限定されるものではない。

図１２は本発明に係るフィレットローリング加工装置の第２の実施の形態を示し、先に説明した図６の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、上下のアーム１１，１２の後端にブラケット３７およびピン３８を介して長さの等しいリンクアーム５３，５４をそれぞれに回転可能に連結する一方、それらのリンクアーム５３，５４の後端部同士もピン３９を介して相互に連結し、その連結部に質量体としての短円筒状のウエイト５５を支持させてある。つまり、先の第１の実施の形態と同様に、各リンクアーム５３，５４と上下のアーム１１，１２とを連結しているピン３８，３８同士のなすスパンを１節としてこれに一対のリンクアーム５３，５４を加えて固定連鎖となる３節リンク機構を形成し、その３節リンク機構の頂部にウエイト５５を装着してある。この場合、先に述べたように上下のアーム１１，１２同士を連結しているヒンジピン１０の中心とジャーナル部Ｊの軸心とを結んだ線が水平であれば、その線の延長線上にリンクアーム５３，５４同士を連結しているピン３９が位置していることになる。

この第２の実施の形態においても第１の実施の形態と全く同様の作用効果が得られるほか、第１の実施の形態と異なり、加工対象となるクランクシャフトＳのローディング，アンローディングに際してウエイト５５等が障害とならないので、図６，７では必須とされた巻き上げ装置４０等を廃止して設備の簡素化を図ることができる利点がある。

フィレットローリング加工装置全体の概略構造を示す説明図。 図１におけるクランクピン部Ｐ１のフィレットローリング加工を司る上下のアームの側面説明図。 加工対象となるフィレット溝部とフィレットローラとの相互関係を示す要部拡大断面図。 図２におけるロールカセットの拡大説明図。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。 本発明に係るフィレットローリング加工装置の側面説明図。 図６に示すフィレットローリング加工装置の作動説明図。 加圧力一定制御を前提とした場合のクランクピン部のフィレット溝部における回転位相と加圧力との関係を示す特性曲線図。 図６の構成のもとで理想とされるフィレット溝部の回転位相と加圧力との関係を示す特性曲線図。 図８と図９とを合成した場合の特性曲線図。 クランクシャフトにおけるクランクピン部の要部拡大図。 本発明に係るフィレットローリング加工装置の第２の実施の形態を示す側面説明図。

符号の説明

１…ロールカセット
８…中間アーム
１０…ヒンジピン（開閉中心）
１１，１２…アーム
１３…ヒンジピン
１４…加圧シリンダ
２５ａ，２５ｂ…フィレットローラ
３８，３９…ピン
４０…巻き上げ装置（退避駆動手段）
５３，５４…リンクアーム
５５…ウエイト（質量体）
Ｆ…フィレット溝部
Ｊ…ジャーナル部
Ｓ…クランクシャフト
Ｐ１，Ｐ２…クランクピン部

Claims (12)

1. クランクシャフトのうちそれ自体の回転中心であるジャーナル部から所定量だけオフセットしているクランクピン部のフレット溝部にフィレットローリング加工を施す装置にして、
   開閉可能にピン結合した一対のアームの先端部にて上記クランクピン部を挟持するとともにそれら一対のアームの後端部間に加圧力を発生させて、
   上記ジャーナル部を回転中心とするクランクシャフトの回転運動に加圧挟持状態にある一対のアームを追従動作させながら、いずれか一方のアームの先端部に装着してあるフィレットローラを連れ回りさせて、上記クランクピン部のフレット溝部にローリング加工を施すようにした装置であって、
   上記クランクピン部のトップ部側を加工する際にはそのトップ部側のフィレット溝部に加わる加圧力を相対的に小さくする一方で、クランクピン部のボトム部側を加工する際にはそのボトム部側のフィレット溝部に加わる加圧力を相対的に大きくする質量体を、上記一対のアームに跨るように付帯させたことを特徴とするクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
2. 上記一対のアームの先端部にそれぞれにリンクアームを回転可能に連結するとともに、それら一対のリンクアームの先端部同士を回転可能に連結し、
   リンクアームの先端部同士の連結部に質量体としてウエイトを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
3. 上記一対のアームが横向きであって、その一対のアームの開閉中心とクランクシャフトのジャーナル部の軸心とを結んだ線がほぼ水平となるように設定してあることを特徴とする請求項２に記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
4. 上記一対のアームの先端部の前方領域からウエイトがリンクアームとともに退避可能となってい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のフィレットローリング加工装置。
5. 上記ウエイトとともに一対のリンクアームが退避する際にそのリンクアーム同士が折り畳まれるようになっていることを特徴とする請求項４に記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
6. 上記一対のアームの先端部の前方領域からウエイトがリンクアームとともに上方に退避可能となっているとともに、それらを上方に退避させる退避駆動手段を備えていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
7. 上記一対のアームの後端部間に直動型の加圧シリンダを架橋的に配置して、その加圧シリンダが発生する加圧力をもって一対のアームの先端部にてクランクピン部を加圧挟持するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
8. 加圧挟持状態にある一対のアームがクランクシャフトの回転運動に追従できるように揺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
9. 上記一対のアームの後端部にそれぞれにリンクアームを回転可能に連結するとともに、それら一対のリンクアームの後端部同士を回転可能に連結し、
   リンクアームの後端部同士の連結部に質量体としてウエイトを取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
10. 上記一対のアームが横向きであって、その一対のアームの開閉中心とクランクシャフトのジャーナル部の軸心とを結んだ線がほぼ水平となるように設定してあることを特徴とする請求項９に記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
11. 上記一対のアームの後端部間に直動型の加圧シリンダを架橋的に配置して、その加圧シリンダが発生する加圧力をもって一対のアームの先端部にてクランクピン部を加圧挟持するものであることを特徴とする請求項９または１０に記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。
12. 加圧挟持状態にある一対のアームがクランクシャフトの回転運動に追従できるように揺動可能に支持されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のクランクシャフトのフィレットローリング加工装置。

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