JP2006500230A - 自動車用のクランク軸を仕上げ加工する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車エンジンのためのクランク軸（１）のメイン軸受ジャーナルとコンロッド軸受ジャーナルの軸受部分（１１）を仕上げ加工する方法に関するものである。本発明によれば、クランク軸（１）は軸受部分（１１）と軸受部分（１１）に隣接する移行部（７）との間に面取り（１４）を有している。面取り（１４）が、ロール加工工具によってロール加工され、次に該当する軸受部分（１１）が、それぞれの移行部（７）に対する間隔（１７）を維持しながら、わずかな切削深さ（１８、２０）で切削加工処理される。

Description

本発明は、自動車用のクランク軸のメイン軸受ジャーナルとコンロッド軸受ジャーナルにおける軸受部分を仕上げ加工する方法であって、クランク軸が軸受部分と、軸受部分にそれぞれ隣接する、たとえば側面(cheeks)または調節軸受(adapting bearings)のような、移行部との間に面取りを有している、ものに関する。

自動車のためのエンジンのクランク軸の耐久限度を高めるために、メイン軸受ジャーナルとコンロッド軸受ジャーナルの軸受部分における移行部がロール加工される。その場合に約１５ｍｍの直径と約１．３ｍｍの面取り半径とを有するロール加工ローラは、定められた力で、メイン軸受ジャーナルとコンロッド軸受ジャーナルの軸受部分の移行部の両側に位置する半径ないし切込み内へ圧入される。固いロール加工ローラの圧入によって、移行部、たとえばクランク軸の側面または調節軸受と軸受部分との間に可塑変形が生じて、それによってクランク軸内に圧力固有応力の状態をもたらし、それがクランク軸の耐久限界を高める。その場合にロール加工のために軸受部分の幅の一部が必要とされる。従って２つの隣接する移行部と付属の、メイン軸受ジャーナルあるいはコンロッド軸受ジャーナルの軸受部分との間に、理論的に最大提供可能な幅のうちの、減少された幅のみが、コンロッド軸受またはメイン軸受のために提供される。エンジン、特にディーゼルエンジンのより高い利用によって、メイン軸受ジャーナルまたはコンロッド軸受ジャーナルの軸受部分のできるだけ大きい幅を利用できるようにする要望が生じる。利用可能な軸受幅はロール加工ローラの面取り半径の減少に伴って増大するが、同時にその際にロール加工によって得ることのできる、クランク軸の耐久限界も低下する。

特に切込みまたはフィレットが、曲げ応力および捻り応力におけるクランク軸の応力水準を高める。というのはそれらが同時に側面への移行部における直径を弱めるからである。同じことが、メイン軸受およびストローク軸受についても同様に当てはまるので、切込みの結果として側面への移行部における応力がさらに高まる。

特許文献１からは、「工作物、好ましくはクランク軸の回転面を旋削加工する方法と、同方法を実施するためのディスク形状の工具」が知られている。クランク軸を旋削加工するために、ディスク形状の工具が設けられており、その工具はセンタリングボディ、支持体およびメイン軸受ジャーナルおよびコンロッド軸受ジャーナルに自由切込みを仕上げ削りするための複数の工具ユニットと、自由切込みの間に位置する、メイン軸受ジャーナルおよびコンロッド軸受ジャーナルの本来の軸受部分を仕上げ削りするための他の工具ユニットからなる。自由切込みは、それぞれ仕上げ削り切断挿入片を有する複数の工具ユニットによって仕上げ削りされる。荒削りによる軸受部分の前加工に対して、ここでは知られているように、仕上げ加工によって切込みと軸受部分の細かい加工が行われる。従って加工箇所における良好な表面品質とわずかな粗面深さが得られ、それによってクランク軸の耐久限界が高められる。

さらに、特許文献２からは、クランク軸を切削加工する方法、工具および装置が知られている。それによれば、クランク軸を形成する場合に軸受ゾーンがそれぞれ最初の加工ステップにおいてフライス加工され、その後第２の処理ステップにおいてそれぞれ工具の回転運動が予め定められた位置で終了されて、この位置において軸受ジャーナルの、軸受面の両側に配置されている面取りあるいはフィレットが旋削加工される。従って応用技術的に必要とされる、動的に高い負荷を受ける部分のエッジが面取りされ、あるいはフィレットがを形成され、それが最終的にクランク軸の耐久限界を高めることをもたらす。

ＤＥ１９８３３３６３Ａ１ 欧州特許出願ＥＰ１０５２０４９Ａ２

本発明の課題は、クランク軸において軸受部分の幅をできるだけ大きくしつつ、同時にその耐久限界を著しく高めることにある。

この課題の解決は、クランク軸の細かい加工によって得られる。最も好ましい場合においては、クランク軸は、たとえば鋳造、鍛造およびそれに続く硬化による前加工の際に、すでに、わずかな製造許容誤差を有するものを含む。

しかし、本発明によれば、すでに、たとえばフライス加工による、切削加工を施されており、次いで仕上げ加工がおこなわれようとしているクランク軸も仕上げ加工することができる。この種のクランク軸は、粗加工の後に、さらに硬化もすることができる。

課題を解決するために、軸受部分と軸受部分に隣接する、たとえば側面または調節軸受のような、移行部との間にロール加工工具によって面取りをロール加工形成し、次に、それぞれの移行部に対する間隔を維持しながら、該当する軸受部分をわずかな切削深さで切削加工処理する。

このようにして、ロール加工によりもたらされた好ましい圧力内部応力推移(pressure internal stress course)が、フィレット内でわずかしか除去が行われないので、クランク軸の圧力内部応力状態はほぼ維持される。また、このようにして、従来一般的であったよりものよりも幅の広い軸受部分を形成することができる。これは、軸受部分を仕上げ加工した研磨ディスクまたは工具が、軸受部分と隣接する側面との間の移行部内の半径に接触せず、ただロール加工によって形成されたロール加工ゾーンのエッジにおいてのみ材料が除去されることによって、可能になる。その結果、軸受部分を仕上げ加工する際の材料除去を小さく抑えることができ、０．１ｍｍから０．３ｍｍにすぎない。従って本方法は、特に、軸受の走行面において硬化されたクランク軸の仕上げ加工に適しており、材料除去が小さいことにより硬化の進入深さを小さくすることができる。

面取りのロール加工深さは要求される耐久限界向上から得られる。それは、０．２ｍｍである。ロール加工される切込みに比較して、面取りのロール加工深さは、小さくすることができる。

軸受部分の切削加工する仕上げ加工は、定められていない刃を用いて、たとえば研磨によって、あるいは所定の刃を用いて、たとえばフライス削り、旋削、ブローチング、回転ブローチング、旋削−回転ブローチングによって行うことができる。

そして、移行部とそれぞれの軸受部分との間の両側の間隔は、切削加工工具の幅によって定められる。それは、０．５ｍｍと５ｍｍの間、好ましくは１ｍｍである。

このようにして得られたクランク軸は、それぞれの軸受部分とその移行部との間の接線半径(tangent radii)を特徴としている。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
クランク軸１は、２つのメイン軸受ジャーナル２と１つのストローク軸受ジャーナル３を有している。クランク軸１は、自動車の（図示されていない）エンジンブロック内に２つのメイン軸受ジャーナル２によって回転軸４を中心に回転可能に軸承されている。ストローク軸受ジャーナル３の回転軸５はクランク軸１の回転軸４から、ストロークに相当する距離６だけ離れている。２つのメイン軸受ジャーナル２とストローク軸受ジャーナル３の間の移行部は、２つの側面７を形成している。メイン軸受ジャーナル２、ストローク軸受ジャーナル３およびそれぞれの移行部７の間には、それぞれフィレット８が設けられている。理論的に提供可能な最大の軸受幅９は、図２から明らかなように、２つのフィレット８によって実際に提供可能な軸受幅１０に減少される。

本発明によれば、メイン軸受ジャーナル２またはストローク軸受ジャーナル３に属する軸受部分１１が、ロール加工ローラ（図示せず）によってロール加工される。ロール加工ローラの面取り半径１２は、たとえば１．２ｍｍである。ロール加工深さ１３まで、約０．２ｍｍロール加工される。ロール加工の前に、軸受部分１１は、それがフライス削り、旋削またはブローチ削りであろうと、切削加工で前処理して、次に硬化させることができる。

図４は、軸受部分１１の半分の幅を示している。軸受部分１１は、移行領域１４において軸受部分１１の両側へロール加工される。いわゆる「接線半径」１５が生じる。次に、軸受部分１１の表面１６が、研磨ディスク（図示せず）による研磨によって仕上げ加工される。研磨ディスクは、２つの移行部７に対して間隔１７を維持する。たとえば研磨ディスクを用いて表面１６を約０．１ｍｍの深さ１８で除去する場合に、軸受部分１１の軸受幅１９が得られる。それに対して０．３ｍｍの深さ２０で除去する場合には、利用可能な軸受幅２１しか得られず、それは、より小さい深さ１８を研磨除去した場合に得られる有効な軸受幅１９よりも、小さい。暗黙のうちに、軸受部分１１を加工する研磨ディスクのエッジは、それぞれ０．５ｍｍの規模の等しい大きさの面取り半径を有していることが、前提とされている。

軸受部分１１の理論的に最大達成可能な幅２２は、もちろん、メイン軸受ジャーナル２またはストローク軸受ジャーナル３の仕上げ加工の際にさらにそれぞれ軸受部分１１の除去１８または２０が行われる限り、得ることはできない。しかし、切削深さが小さい場合には、研磨ディスクによる加工の代わりに、軸受部分をフライスまたはブローチング工具によって加工することもできる。

図２に示すような、クランク軸１の軸受ジャーナル２または３のそれ自体知られている従来の加工に比べて、本発明によれば、ずっと大きい軸受幅１９ないし２１が得られ、同時に、メイン軸受ジャーナル２またはストローク軸受ジャーナル３の有効断面がフィレット８によって広く弱められないことにより、クランク軸１１の耐久限界が増大される。

クランク軸の一部を縮小した寸法で示している。 図１に示すクランク軸の軸受ジャーナルの一部を示している。 クランク軸の移行部の一部Ａを拡大して示している。 クランク軸の図３に示す移行部の一部を拡大して示している。

符号の説明

１ クランク軸
２ メイン軸受ジャーナル
３ ストローク軸受ジャーナル
４ 回転軸
５ 回転軸
６ ストローク
７ 移行部、側面
８ フィレット
９ 理論的な軸受幅
１０ 実際の軸受幅
１１ 軸受部分
１２ 半径 ロール加工ローラ
１３ ロール加工深さ
１４ 移行領域
１５ 接線半径
１６ 軸受部分の表面
１７ 間隔
１８ 研磨深さ
１９ 利用可能な軸受幅
２０ 研磨深さ
２１ 利用可能な軸受幅
２２ 理論的に利用可能な軸受幅

Claims (8)

1. 自動車エンジンのためのクランク軸のメイン軸受ジャーナルとコンロッド軸受ジャーナルの軸受部分を仕上げ加工する方法であって、
   クランク軸が軸受部分と、軸受部分に隣接する、たとえば側面または調節軸受のような移行部と、の間に面取りを有しているものにおいて、
   −面取り（１４）が、ロール加工工具によってロール加工され、次に、それぞれの移行部（７）に対する間隔（１７）を維持しながら、
   −該当する軸受部分（１１）が、わずかな切削深さ（１８、２０）で切削加工処理されることを特徴とする、軸受部分を仕上げ加工する方法。
2. 面取り（１４）をロール加工する際のロール加工深さ（１３）が、０．１ｍｍと０．５ｍｍの間、好ましくは０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 次に軸受部分（１１）を切削加工処理する際の切削深さ（１８、２０）が、０．１ｍｍと０．５ｍｍの間、好ましくは０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項１と２に記載の方法。
4. 定められていない刃を用いて研磨によって切削加工処理することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. １ｍｍまでの、好ましくは０．５ｍｍのエッジ半径を有する、研磨ディスクによって加工することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 所定の刃を用いてフライス削り、旋削、ブローチング、回転ブローチング、旋削−回転ブローチングによって切削加工処理することを特徴とする請求項３に記載の方法。
7. 側面（７）とそれぞれの軸受部分（１１）の間の間隔（１７）が、０．５ｍｍと５ｍｍの間、好ましくは１ｍｍであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. メイン軸受ジャーナル（２）とコンロッド軸受ジャーナル（３）を有し、それらの軸受部分（１１）が請求項１から７のいずれか１項に従って仕上げ加工されている、クランク軸（１）において、
   クランク軸が移行部（１４）とそれぞれの軸受部分（１１）との間に、接線半径（１５）を有していることを特徴とするクランク軸。

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