JP2006346802A - クランクシャフトの加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィレット部が形成されていないクランクシャフトの軸部の面性状を向上させ、しかも装置構造を簡素化して製造コストを低減することにある。
【解決手段】略円板状に形成された一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂをクランクシャフト１８の軸部２４を間にして相互に直線状に対向配置し、回転駆動源Ｍの回転駆動作用下にクランクシャフト１８の軸心を回転中心として回転させ、前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂの外周面２０によって前記クランクシャフト１８の軸部２４を挟持しながら前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを相互に離間する方向に変位させながら転圧作用が施される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車、二輪車等の車両用エンジンのクランクシャフトの軸部に対してバニッシュ加工を施すクランクシャフトの加工方法及び装置に関する。

従来から、エンジンのクランクシャフトの軸部に対し、生産性の向上及び軸部の面性状の向上を図るために、ローラバニッシュ加工を行うことが知られている。

例えば、特許文献１には、クランクシャフトの軸部の両端部のダレを防止することを目的として、バニッシュローラの軸部に対する加工面圧を前記バニッシュローラの中央部と比較して両端部を低く設定する技術的思想が開示されている。

また、この特許文献１では、クランクシャフトの軸部を回転自在に支持する一対のサポートローラと、軸部の幅と略同一寸法からなるバニッシングローラと、前記バニッシングローラに当接して該バニッシングローラを軸部に向かって転圧させるバックアップローラと有するクランクシャフトのローラバニッシュ加工装置が開示されている。

さらに、特許文献２には、ワーク側の形状をローラバニッシュ加工し易い中凹の形状とし、凸部に対し通常のバニッシュローラを用いてローラバニッシュ加工を施すことにより所望の面粗度とし、中凹部分を油溜まりとして利用して適切な潤滑油の供給を可能とし、耐久性、作動性を高めるローラバニッシュ加工方法及び加工装置が開示されている。

前記特許文献２に開示された加工装置は、クランクシャフトのピン部を回転自在に支持する一対の支持ローラと、前記支持ローラを支持するサポート部材と、前記支持ローラの反対側から前記クランクシャフトのピン部を加圧するバニッシュローラと、前記バニッシュローラを回転自在に軸支するブラケットとから構成されている。

特開平６−１９０７１８号公報 特開２００４−２７６１２１号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に開示された技術的思想は、クランクシャフトの軸部の軸方向両端部に工具逃がし用のフィレット部が形成されており、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って押し潰されてダレが発生するのを防止するためになされたものであって、前記フィレット部を有するクランクシャフトが前提となっている。

従って、本願発明のように前記フィレット部が形成されていないクランクシャフトの軸部に対してローラバニッシュ加工を適用する場合、ダレの発生等を特に考慮する必要がないため、従来の加工方法をより一層簡素化して軸部の面性状を向上させることが要請される。

さらに、前記特許文献１、２に開示された加工装置では、例えば、一対のサポートローラ（サポート部材）及びバックアップローラ等の複数の部材が必要となり、装置構造が複雑となって製造コストが高騰するという問題がある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、フィレット部が形成されていないクランクシャフトの軸部の面性状を向上させ、しかも装置構造を簡素化して製造コストを低減することが可能なクランクシャフトの加工方法及び装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、車両用エンジンに用いられるクランクシャフトの軸部にバニッシュローラを転圧してローラバニッシュ加工を行うクランクシャフトの加工方法において、
前記クランクシャフトの軸部を間にして一対のバニッシュローラを対向配置し、前記一対のバニッシュローラの外周面によって前記クランクシャフトの軸部を挟持した状態で、該クランクシャフト及び一対のバニッシュローラをそれぞれ回転させることにより、前記軸部が転圧されることを特徴とする。

この場合、前記一対のバニッシュローラが前記クランクシャフトの軸部に接近して前記軸部の略中央部を挟持した後、該クランクシャフトの軸線方向に沿って前記一対のバニッシュローラが相互に離間する方向に摺動しながら前記軸部に対する転圧がなされるとよい。

なお、前記転圧によるローラバニッシュ加工は、少なくとも高周波加熱処理を含むクランクシャフトに対する熱処理前に行われるとよい。

さらに、本発明は、車両用エンジンに用いられるクランクシャフトの軸部にバニッシュローラを転圧してローラバニッシュ加工を行うクランクシャフトの加工装置において、
前記クランクシャフトの軸線方向に沿った両端部を回転可能に保持する保持機構と、
前記クランクシャフトの軸部を間にして相互に対向配置された一対のバニッシュローラと、
を備え、
前記一対のバニッシュローラの外周面によって前記クランクシャフトの軸部を挟持した状態で、該クランクシャフト及び一対のバニッシュローラをそれぞれ回転させることにより、前記軸部が転圧されることを特徴とする。

この場合、前記一対のバニッシュローラをそれぞれ略円板状の同一形状とし、前記軸部を転圧する外周面が単一の平坦面によって形成されるとよい。

また、前記一対のバニッシュローラを、クランクシャフトの軸線と直交する直線状に対向配置し、あるいは、クランクシャフトの軸線と直交する直線状の位置から前記クランクシャフトの軸線と平行に等距離だけ反対方向にオフセットした位置に対向配置するとよい。

さらに、前記クランクシャフトの軸部と接触する前記バニッシュローラの外表面には、前記軸部の軸線方向に沿った両端部の隅Ｒ部よりも曲率半径が小さく設定されたＲ部が設けられるとよい。

なお、前記各バニッシュローラは、支持部材によって一方の側面から片持ち又は両方の側面から両持ちで支持されるとよい。

本発明によれば、略円板状に形成された一対のバニッシュローラをクランクシャフトの軸部を間にして相互に対向配置し、例えば、クランクシャフトの軸心を回転中心として回転させることにより、前記一対のバニッシュローラの外周面によって前記クランクシャフトの軸部を挟持しながら転圧作用が施される。

従って、本発明では、従来技術と比較して簡素な加工方法によって軸部の面性状を向上させることができる。

本発明によれば、フィレット部が形成されていないクランクシャフトの軸部の面性状を向上させ、しかも装置構造を簡素化して製造コストを低減することができる。

本発明に係るクランクシャフトの加工方法について、これを実施する装置との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るクランクシャフトの加工装置を示す。

このクランクシャフトの加工装置１０は、図示しない数値制御装置によって制御されるタレット旋盤（又はマシニングセンタ）のタレット（回転刃物台）に装着され、相互に直交するＸＹＺの３軸方向に変位可能な第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂと、前記第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂの回転軸１４に対してそれぞれ回転自在に軸支される一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂと、クランクシャフト１８の軸線方向に沿った両端部をそれぞれ係止し、回転駆動源Ｍの回転駆動作用下にクランクシャフト１８（以下、ワーク１８という）をその軸心を回転中心として回転自在に保持する第１及び第２保持機構２２ａ、２２ｂとを備える。

前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂは、ワーク１８の被加工部位である軸部２４を間としてワーク１８の軸線と直交する直線状に相互に対向配置され（図４参照）、あるいは、前記ワーク１８の軸線と直交する直線状の位置から前記ワーク１８の軸線と平行に等距離だけ反対方向にオフセットした位置に対向配置される（図５参照）。

各バニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）は、それぞれ略円板状の同一形状からなり、外周面２０は単一の平坦面によって帯状に形成される。この場合、各バニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）の外周面（転圧面）２０は、図６に示されるように、断面円弧状に湾曲するＲ部２６を有し、前記Ｒ部２６から角部２８に連続する面が軸部２４の軸線と平行な線Ｔに対して角度θ１だけ傾斜する単一の傾斜面によって形成される。なお、前記角度θ１は、約１度に設定されると好ましい。

また、各バニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）の前記Ｒ部２６は、被加工部位である軸部２４の軸線方向に沿った両端部の隅Ｒ部４８（後述する）の曲率半径ｒ１よりも小さい曲率半径ｒ２に設定されるとよい。

前記第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂには、後述する図示しない加圧制御ばねのばね力に抗して前記バニッシュローラ１６ａ、１６ｂと一体的に矢印Ａ方向に沿って変位するスライド部材３２と、前記スライド部材３２を案内する一対のガイドロッド３４ａ、３４ｂと、前記スライド部材３２をワーク１８側に向かって付勢する図示しない加圧制御ばねと、前記加圧制御ばねのばね力を調整する摘み部３６とが設けられる（図２参照）。

この場合、前記摘み部３６を作業者が把持して所定方向に回転させることにより、加圧制御ばねの初期設定荷重（後述するプリロード圧）が設定される。

前記バニッシュローラ１６ａ、１６ｂの中心内径部と回転軸１４との間には該バニッシュローラ１６ａ、１６ｂに作用するラジアル方向の力を吸収する複数のニードルベアリング３８が介装され、また、バニッシュローラ１６ａ、１６ｂとスライド部材３２に連結された軸受プレート３９との間には、該バニッシュローラ１６ａ、１６ｂに作用するスラスト力を吸収する複数のボールベアリング４０が設けられる。前記バニッシュローラ１６ａ、１６ｂは、回転軸１４に嵌合するナット部材４２によって前記回転軸１４からの脱抜が阻止されている。

なお、前記アダプタは、バニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）を一方の側面から片持ち支持するタイプ（図２参照）、あるいはバニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）を相互に対向するアーム４４ａ、４４ｂによって両側面から両持ち支持するタイプ（図３参照）のいずれを用いてもよい。

本実施の形態に係るクランクシャフトの加工装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、クランクシャフト１８の製造工程について概略説明する。

鍛造成形された素材を旋盤によって機械加工（レース加工）を施した後、例えば、オイル孔等の穴明け加工を行い、続いて、本実施の形態によるクランクシャフトの加工装置１０の一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂの挟持による転圧によって軸部２４に対するバニッシュ加工（塑性加工）を行う。さらに、ガス窒化（ＧＳＮ）又は高周波加熱（ＨＦＱ）等の熱処理を施した後、仕上げ加工を行い、最終検査を経て製品が完成する。

このように前記クランクシャフトの加工装置１０の転圧によるバニッシュ加工は、クランクシャフトに対する熱処理（ＧＳＮ又はＨＦＱ）の前工程として行われるものである。

次に、クランクシャフトの加工装置１０の動作を説明する。

ワーク１８が第１及び第２保持機構２２ａ、２２ｂにセットされて回転可能に支持された後、摘み部３６を回転させ図示しない加圧制御ばねのばね力を調整することによりプリロード圧を所定値に設定する。このプリロード圧は、相互に対向配置された一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂによって被加工部位である軸部２４を挟圧したしたときに前記軸部２４を押圧する押圧力をいい、換言すると、軸部２４が一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂから受ける加工面圧をいう。前記プリロード圧は、クランクシャフト１８によって要求される面粗度に対応して設定されるとよい。

なお、一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂは、初期位置として、ワーク１８の軸部２４から径方向に沿って所定距離離間し、該ワーク１８の軸線と直交する直線状に所定距離だけ離間する対向した位置で待機しているものとする。

上記の準備段階を経た後、回転駆動源Ｍを付勢しワーク１８を軸心を回転中心として所定の角速度で回転させる。続いて、図示しない数値制御装置からの制御信号に基づいて第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂをワーク１８側に互いに接近する方向に変位させ、軸部２４の軸線方向に沿った中央部を一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂによって挟持する。

この場合、ワーク１８が軸心を回転中心として回転しているため、前記ワーク１８の回転に伴って一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂもそれぞれ反対方向に付随して回転する。このように一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂが回転しながら前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂの外周面２０によって軸部２４の被加工面を転圧することによりバニッシュ加工がなされる。このバニッシュ加工により軸部２４の外表面の図示しない微小な凹凸が平坦化されて良好な面粗度を得ることができる。

なお、バニッシュローラ１６ａ、１６ｂが軸部２４に接触する際、該軸部２４の軸線と直交する方向から加圧するのではなく（図７参照）、斜め方向からバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを軸部２４の被加工面に対して接触させるとよい（図８参照）。この斜め方向の角度（θ２）は約２０度〜４５度がよく、バニッシュローラ１６ａ、１６ｂが軸部２４に対して垂直加圧されたときに発生する塑性面のへこみ４６（図７参照）を防止することができる。

一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂが軸部２４を間として直線状に位置して転圧を開始した後、図４に示されるように、一方のバニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）と他方のバニッシュローラ１６ｂ（１６ａ）とをそれぞれ反対方向（クランクシャフト１８の軸線と平行のまま相互に離間する方向）に摺動させて軸部２４の被加工部位を転圧する。

このように一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを被加工部位の中央部で挟持した後、前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを相互に離間する方向に変位させて被加工部位をバニッシュ加工することにより、加工時間を短縮して効率化を図ることができる。

前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを相互に離間する方向に摺動させることにより、被加工部位である軸部２４の両端部の隅Ｒ部４８をも前記バニッシュローラ１６ａ、１６ｂのＲ部２６によって好適に転圧することができる（図４及び図５参照）。各バニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）のＲ部２６が、被加工部位である軸部２４の両端部の隅Ｒ部４８の曲率半径ｒ１よりも小さい曲率半径ｒ２に設定されているため、前記隅Ｒ部４８を好適に転圧することができる。

また、被加工部位である軸部２４は、クランクシャフト１８を構成するピン部及びジャーナル部とする。

なお、図５に示されるように、一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂが軸部２４の軸線と直交する直線状に対向配置されることなく、僅かに水平方向に沿って偏位した位置から相互にクランクシャフト１８の軸部２４に接近させて該軸部２４を挟持した後、前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを相互に離間する方向に摺動させて被加工部位をバニッシュ加工してもよい。

本実施の形態によれば、一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂをクランクシャフト１８の軸部２４を間にして相互に対向配置し、前記クランクシャフト１８の回転作用下に、該クランクシャフト１８の軸部２４を前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂで挟持しながら転圧してバニッシュ加工を施すことにより、フィレット部が形成されていないクランクシャフト１８の軸部２４の面性状を向上させ、しかも装置構造を簡素化して製造コストを低減することができる。

本発明の実施の形態に係るクランクシャフトの加工装置の概略構造平面図である。 図１に示すクランクシャフトの加工装置の一部拡大平面図である。 バニッシュローラを両持ちで支持するタイプのクランクシャフトの加工装置の一部拡大平面図である。 クランクシャフトの軸部を挟持して転圧する一対のバニッシュローラの変位動作を示す一部省略拡大図である。 オフセットして配置された一対のバニッシュローラの変位動作を示す一部省略拡大図である。 転圧面である前記バニッシュローラの外周面を示す一部省略拡大図である。 バニッシュローラが軸部に接触する際、該軸部の軸線と直交する方向から加圧した状態を示す一部省略拡大図である。 バニッシュローラが軸部に接触する際、該軸部の軸線と直交する方向から所定角度だけ傾斜して加圧した状態を示す一部省略拡大図である。

符号の説明

１０…クランクシャフトの加工装置 １２ａ、１２ｂ…アダプタ
１４…回転軸 １６ａ、１６ｂ…バニッシュローラ
１８…クランクシャフト（ワーク） ２４…軸部
２６…Ｒ部 ３２…スライド部材
３６…摘み部 ３８…ニードルベアリング
４０…ボールベアリング

Claims (9)

1. 車両用エンジンに用いられるクランクシャフトの軸部にバニッシュローラを転圧してローラバニッシュ加工を行うクランクシャフトの加工方法において、
   前記クランクシャフトの軸部を間にして一対のバニッシュローラを対向配置し、前記一対のバニッシュローラの外周面によって前記クランクシャフトの軸部を挟持した状態で、該クランクシャフト及び一対のバニッシュローラをそれぞれ回転させることにより、前記軸部が転圧されることを特徴とするクランクシャフトの加工方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記一対のバニッシュローラが前記クランクシャフトの軸部に接近して前記軸部の略中央部を挟持した後、該クランクシャフトの軸線方向に沿って前記一対のバニッシュローラが相互に離間する方向に摺動しながら前記軸部に対する転圧がなされることを特徴とするクランクシャフトの加工方法。
3. 請求項１又は２記載の方法において、
   前記転圧によるローラバニッシュ加工は、少なくとも高周波加熱処理を含むクランクシャフトに対する熱処理前に行われることを特徴とするクランクシャフトの加工方法。
4. 車両用エンジンに用いられるクランクシャフトの軸部にバニッシュローラを転圧してローラバニッシュ加工を行うクランクシャフトの加工装置において、
   前記クランクシャフトの軸線方向に沿った両端部を回転可能に保持する保持機構と、
   前記クランクシャフトの軸部を間にして相互に対向配置された一対のバニッシュローラと、
   を備え、
   前記一対のバニッシュローラの外周面によって前記クランクシャフトの軸部を挟持した状態で、該クランクシャフト及び一対のバニッシュローラをそれぞれ回転させることにより、前記軸部が転圧されることを特徴とするクランクシャフトの加工装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記一対のバニッシュローラは、それぞれ略円板状の同一形状からなり、前記軸部を転圧する外周面が単一の平坦面によって形成されることを特徴とするクランクシャフトの加工装置。
6. 請求項４記載の装置において、
   前記一対のバニッシュローラは、クランクシャフトの軸線と直交する直線状に対向配置されることを特徴とするクランクシャフトの加工装置。
7. 請求項４記載の装置において、
   前記一対のバニッシュローラは、クランクシャフトの軸線と直交する直線状の位置から前記クランクシャフトの軸線と平行に等距離だけ反対方向にオフセットした位置に対向配置されることを特徴とするクランクシャフトの加工装置。
8. 請求項４記載の装置において、
   前記各バニッシュローラは、支持部材によって一方の側面から片持ち又は両方の側面から両持ちで支持されることを特徴とするクランクシャフトの加工装置。
9. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の装置において、
   前記クランクシャフトの軸部と接触する前記バニッシュローラの外表面には、前記軸部の軸線方向に沿った両端部の隅Ｒ部よりも曲率半径が小さく設定されたＲ部が設けられることを特徴とするクランクシャフトの加工装置。

Images