JP2008535665A - 偏心シャフトを矯正する方法 - Google Patents

Abstract

偏心シャフト（１００，５０１）の要素（１０１，５０９）に隣接して位置するフィレット（２０１，６０１）を斜めローラ（３０３，７０３）に係合させ、偏心シャフトを回転させ、回転の一部の間だけ、斜めローラ（３０３，７０３）を介して圧縮ローリング力（３０１，７０９）を偏心シャフトのフィレット（２０１，６０１）に選択的に加えることによって偏心シャフト（１００，５０１）を矯正する方法。

Description

本発明は、内燃エンジンに用いられる形式の偏心シャフト、例えばカムシャフト又はクランクシャフト、特にあらかじめ焼入れされたシャフトをディープフィレットローリング（deep fillet rolling）によって矯正（真っ直ぐにする）する方法に関する。

偏心シャフトは、種々の用途のために製作されている。一般的な用途の１つは、内燃エンジンである。ピストン駆動型内燃エンジンでは、動力は、往復動ピストンにより複数個のシリンダ内で発生し、往復動ピストンは、採用される燃焼サイクルに応じて、空気又は燃料と空気の可燃性混合気を圧縮し、次に点火させる。ピストンは、往復動軸方向経路を辿り、これらの燃焼側と反対側がコネクティングロッドに連結されている。コネクティングロッドは、偏心シャフト、即ちクランクシャフトに連結されている。クランクシャフトは、ピストンの軸方向往復運動を回転運動に変換するために用いられる。シリンダ内での燃焼により生じる圧力が、この回転運動を介して作用することにより、エンジンの動力が出力される。他の偏心シャフトであるカムシャフトは、典型的には、シリンダ内の吸気弁及び排気弁の開閉時期を制御するために内燃エンジンに用いられる。

偏心シャフトは、高いねじり荷重と数百万回の荷重サイクルの両方に耐えることが必要である。この理由で、偏心シャフトは、強度が高く且つ延性に富む材料、例えば鋼で作られ、偏心シャフトを冷間加工するか、熱処理するか、或いは高周波焼入れすることにより大きな荷重の集中領域に位置する金属の結晶構造を変えて強度を増大させることにより、一段と高い強度が得られるよう焼入れされる場合が多い。偏心シャフトの真直度は、１つには偏心シャフトがエンジン構造体内に嵌まらなければならないという理由で、１つには真直度が低いとひどい振動が生じる場合があるという理由で、その作動にとって重要である。また、真直度は、偏心シャフトに回転に関する良好なバランスを与え、しかもねじり振動を減少させる。

或る特定の内燃エンジン用の現状の焼入れ方法は、クランクピンや主要なジャーナルセグメントの縁に生じたフィレットをローリングすることによりクランクシャフトをロール焼入れし又は冷間加工することである。しかしながら、高出力エンジン、特にディーゼルエンジンでは、ロール焼入れは、十分に高いクランクシャフト強度をもたらさない場合がある。

高周波焼入れは、鋼製偏心シャフトの表面焼入れに広く用いられている方法である。例えば、クランクシャフトを交番する磁界により鋼の変態温度範囲内の温度又はこれを超える温度まで加熱し、次に急冷する。クランクシャフトのコアは、この処理によっては影響を受けないままであり、その物理的性質は、クランクシャフトの当初の構成材料の物理的性質であるが、肌（硬化層）の硬さは、急冷の結果としての材料中の残留圧縮応力によりかなり増大している。

偏心シャフトは、１つには機械加工作業及び高周波焼入れ作業に起因する残留応力の結果として、過度の振れ又は軸方向位置合わせ不良を生じる場合が多い。かかる場合、振れにより、部品が偏心シャフトに関する仕様に合わなくなり、その結果、比較的高価なコンポーネントがスクラップになる可能性がある。これは、大量生産方式では特に重要である。というのは、材料の不合格により、サイクル時間及び再加工費用並びにスクラップ率が増大するからである。

高周波焼入れ偏心シャフトを矯正する伝統的な方法は、プレス矯正装置を用いて単一平面内で偏心シャフトに荷重をかけて偏心シャフトを矯正することである。しかしながら、その結果として生じる偏心シャフトの撓みにより焼入れ肌の一部が圧縮状態から引張状態に強制的に変えられ、この結果、シャフトの強度が局所的に低下することがある。したがって、偏心シャフト、例えばエンジンクランクシャフト及びカムシャフト、特に高周波焼入れクランクシャフト及びカムシャフトを、これらの強度を損なわないで矯正する方法が要望されている。

本発明は、ディープフィレットローリング方法を用いて偏心シャフト、例えばエンジンクランクシャフト又はカムシャフトを矯正する方法に関し、かかるディープフィレットローリング法では、荷重をあらかじめ選択された場所及び特定の回転位相角中にのみ内部又は外部フィレットに加えて１つ又は２つ以上の特徴部、例えばクランクピンをこれに隣接して位置する特徴部、例えばバランスウエイトに対して再位置決めし、それにより偏心シャフトをその主要回転軸線回りに矯正する。本発明の方法は、高周波焼入れシャフトを矯正するために用いられる場合、特に有利である。

本発明の好ましい具体化例は、クランクシャフトを本発明に従って矯正する方法により例示できる。この方法を実施するには、あらかじめ高周波焼入れされたクランクシャフトのピン又はジャーナルをローラに係合させ、この場合、少なくとも１組のローラがクランクピン又は主ジャーナルとこれに隣接したバランスウエイトとの間に存在するフィレット中にシャフト軸線に対して角度をなした状態で配置されるようにし、次に、ローラを介して圧縮ローリング力をクランクシャフトのクランクピン又は主ジャーナルに加える。ローラを介して加えられる圧縮ローリング力の大きさは、シャフトの回転位相角に応じて変化し、即ち、ローリング力の大きさは、有利には、クランクシャフトの回転の或る特定の選択された部分中に増大し、他方、シャフトに加わる荷重は、回転の他の部分の間、公称レベルにあり、それにより、選択された回転部分に相当するクランクピン又は主ジャーナルの周方向セグメントの塑性変形を生じさせる。ローラは、クランクピン又は主ジャーナルのかかるセグメントを軸方向に僅かに伸長させる軸方向力成分をもたらし、他方、伸長したセグメントから見て直径方向反対側のセグメントを含む他のセグメントは、受ける力が非常に小さいので影響が比較的無いままか、或いは、あったとしてもほんの僅かである。大きな荷重を受けたセグメントに対する影響と他のセグメントに対する影響のこのアンバランスの結果として、クランクピン又はジャーナルとこれに隣接したバランスウエイトとの間の角度が僅かに変化し、それによりクランクシャフトが矯正される。

変形実施形態としての方法では、この場合も又軸方向力成分をもたらすローラがジャーナルと主要シャフトとの間のフィレット内に位置した状態で、圧縮ローリング力をカムシャフトのジャーナルの各側に加えても良い。ローラを介して加えられる圧縮ローリング力の大きさは、シャフトの回転位相角に応じて変化し、即ち、ローリング力の大きさは、有利には、振れが最も大きなカムシャフトの半径方向平面に対応したあらかじめ選択されたカムシャフト回転部分中に増大し、シャフトは、他の時期では除重され又は軽く加重され、それにより、かかる半径方向平面に対応したジャーナルのセグメントを僅かに圧縮させるカムシャフトジャーナルの塑性変形が生じ、他方、圧縮されたセグメントから見て直径方向反対側のセグメントを含む他のセグメントは、影響が比較的無いままか、或いは、あったとしてもほんの僅かである。圧縮されたセグメントの塑性変形と他のセグメントの塑性変形との間のこのアンバランスの結果として、最大振れの半径方向平面内におけるジャーナルの軸方向フェース相互間の角度が変わり、カムシャフトがかかる平面内で矯正される。

以下の説明は、選択的にプログラムされたディープローリング装置（deep rolling machine）を用いることにより内燃エンジンの焼入れ偏心シャフト、例えばクランクシャフト又はカムシャフトを矯正する方法に関する。本発明は、焼入れ、好ましくは高周波焼入れされた偏心シャフトを、その残留圧縮応力及び疲労強度を損なわないで、矯正する方法を提供する。高周波焼入れシャフトは、シャフトの材料がマルテンサイト組織を有する鋼である領域を有する。マルテンサイトは、焼入れ鋼の主要成分である硬質構成要素である。

典型的なクランクシャフトが、図１に示されている。このクランクシャフトは、Ｖ８型内燃エンジン、好ましくはディーゼルエンジンに用いられるよう形作られているが、図示のクランクシャフトに似たクランクシャフトだけでなく、任意のエンジン又は任意の機械に用いられる任意の偏心シャフト、例えばクランクシャフト又はカムシャフトに使用された場合であっても、本発明の利点を得ることができる。クランクシャフト１００は、一般に、エンジンのフロント側に設けられた従来型フロントシール（図示せず）に係合する円筒形フロントシール面１０５を有している。他端では、リヤシール面１０９が、同様に、エンジンのリヤ側に設けられた従来型リヤクランクシャフトシール（図示せず）との係合を行う。かかる両端の中間に、クランクシャフト１００は、クランクシャフト１００を支持するようクランクケース（図示せず）に設けられた主軸受（図示せず）に従来通り係合する５つの主ジャーナル１０３と、ピストンからの動力をクランクシャフト１００に入力するよう従来型コネクティングロッド（図示せず）が連結された４つのクランクスロー又はクランクピン１０１とを有している。バランスウエイト１１９が、クランクピン１０１と主ジャーナル１０３との間に設けられクランクピン１０１を主ジャーナル１０３から分離しており、これらバランスウエイトは、主ジャーナル１０３とクランクピン１０１との間に壁を形成している。クランクシャフト１００は、フロントターゲット１０７及びリヤターゲット１１１を更に有し、これらターゲット１０７，１１１は、クランクシャフト１００を通る仮想中心線１１３を定めるフロントジャーナル１０５及びリヤジャーナル１０９の中心をそれぞれ定めると共にディープローリング装置３００（図３Ａに示されている）との係合箇所を提供する。最適条件では、クランクシャフト中心線１１３は、フロントターゲット１０７とリヤターゲット１１１との間に延びる回転軸線と一致した直線である。

１つのクランクピン１０１周りの２つの隣り合うバランスウエイト１１９相互間の交差部の詳細図が、図２に示されている。連続した周囲溝すなわちフィレット２０１が、クランクピン１０１の各側に存在していることが分かり、溝２０１は、バランスウエイト１１９に移行する滑らかなアールを有している。同様な溝が、各クランクピン１０１の両側にある。図３Ａに示されているように、同様な連続周囲溝２０３が、各主ジャーナル１０３とこれに隣接したバランスウエイト１１９との間に設けられている。溝２０１，２０３は各々、作動中、クランクシャフト１００上の応力集中領域に位置し、エンジン作動中、これに生じる応力を軽減するように構成されている。これら溝は、これら領域における表面の高周波焼入れ作業の結果としての残留圧縮応力を生じさせて作動中に生じる引張応力を相殺するのを助けるよう作られている。

焼入れを受けたクランクシャフトは、これらの中心線の真直度に関する問題を生じることがある。本発明は、クランクシャフト１００が高周波焼入れプロセスを受けた後に、各溝２０１，２０３中に生じる残留圧縮応力を損なわないで、クランクシャフト１００の中心線１１３を真っ直ぐにする方法を提供する。クランクシャフトのための伝統的な焼入れ方法、例えばディープフィレットローリングにより、材料中の金属結晶が伸長すると共に加工硬化する。高周波焼入れが用いられる場合、金属組織は、マルテンサイト系であり、荷重を受けると異なる挙動を示す。

クランクシャフト１００を保持してこれをターゲット１０７，１１１相互間の軸線回りに回転させるディープローリング装置３００は、ローラ３０３が各クランクピン溝２０１内に延びる適当なクランクピン構造体３０５を有し、クランクシャフト１００がローラ３０３相互間の接触を失わないでその中心線１１３回りに回転しているときに各クランクピン１０１の軌道を辿ることができ、溝２０１は、図３Ａに示すように高周波焼入れシャフトを矯正するために用いられる。同様に、ローラ３０８を備えた適当な支持構造体３０７が、ローラ３０８とクランクピン３０９の本体との間の接触を失わないで、クランクピン３０９の本体上で走行するよう設けられている。

クランクシャフトの矯正に用いられるディープローリング装置３００は、プログムを除き、材料を冷間加工することによりクランクシャフトを硬化させるためにクランクシャフトのフィレットのディープローリングを行う当該技術分野において知られている典型的な機械、例えば、米国特許第５，４９３，７６１号明細書に記載されているソフトウェア駆動型電子制御ディープフィレットローリング装置である。なお、この米国特許をこの参照により援用、その記載内容を本明細書の一部とする。本発明に用いられるディープローリング装置３００は、ローラ３０３を介して圧縮力３０１をクランクシャフトの溝２０１に及ぼすことができる。しかしながら、溝２０１への圧縮力３０１の印加は、クランクシャフト１００がディープローリング装置３００内で回転しているときに、クランクシャフト１００の所定の回転角度についてのみ働くよう設定されている。ローラ３０８は、圧縮力３０１の半径方向（クランクピンに関して）成分に対抗すると共にこれを分割するようローラ相互間のクランクピンの中央部分に載る。圧縮力３０１のこの抵抗及び分割は、溝２０１との強制的な嵌合により可能になる。

圧縮力３０１は、ディープローリング装置３００によりクランプされたクランクシャフト１００の一部分、この場合、クランクピン１０１を変形させる力である。ディープローリング装置３００内におけるクランクシャフト１００の回転の向きは、制御されると共に既知であるのが有利である。圧縮力３０１は、図３Ｂ及び図３Ｃに示されているように、クランクピン１０１が、取り付け回転位置として知られている上死点（ＴＤＣ）に対してずれた所定の回転位置に回転方向に隣接した位置に実質的に存在し又はこの位置に近づき、且つローラ３０３が、クランクピン１０１の対応の下死点（ＢＤＣ）の場所と回転方向に反対側の位置に実質的に存在し又はこの位置から上昇し若しくは下降している期間、作用する。各圧縮力３０１の印加により、ローラ３０３間のクランクピン１０１を含むクランクシャフト１００の部分は、ローラ３０３を介して加えられた圧縮力３０１の軸方向成分の作用により各溝２０１内の固体材料の流れ又は塑性変形により矯正される。圧縮力３０１は、クランクシャフト１００の材料を圧縮状態に維持し、この結果、その強度を減少させることはない。

本発明に用いられるディープローリング装置３００は又、図４Ａに示されているように主ジャーナル１０３をクランプすることができる。適当なジャーナル構造体４０１は、ジャーナル溝２０３と接触状態にあるローラ３０３を有し、ローラ３０８を有する支持構造体３０７は、ジャーナル１０３のジャーナル本体表面４０３と接触状態にある。この場合も又、圧縮力３０１の印加は、この場合も又、クランクシャフト１００がディープローリング装置３００内で回転しているときに、クランクシャフト１００の所定の回転角度のみで作用するよう設定されている。

圧縮力３０１は、ディープローリング装置３００によりクランプされたクランクシャフト１００の部分、この場合、ジャーナル１０３を矯正する力である。圧縮力３０１は、実質的に正の最大振れの平面に相当するクランクシャフト１００の回転位置にあり又はこれから上昇し若しくは下降する所定の周方向セグメントの間、ローラ３０３を介して溝２０１に作用し、その間、ローラ３０８は、図４Ｂ及び図４Ｃに示されているように圧縮力３０１の半径方向成分に対抗してこれを分割するよう直径方向反対側の周方向セグメントにわたり間隔をおいて配置される。圧縮力３０１は、所定の周方向セグメントの中央の場所に加えられる衝撃力であるのが有利である。各圧縮力３０１の印加により、ローラ３０３間のジャーナル１０３を含むクランクシャフト１００の部分は、ローラ３０３を介して加えられた圧縮力３０１の軸方向成分の作用により各溝２０１内の固体材料の流れ又は塑性変形により矯正される。これら圧縮力は、クランクシャフト１００の材料を引張状態にすることはなく、この結果、その強度を減少させることはない。

クランクピン１０１かジャーナル１０３のいずれかにおけるクランクシャフト１００の矯正の際、圧縮力３０１は、一様には加えられず、特定の回転位置で又はこれから上昇し若しくは下降する際にのみ加えられるので、材料の流れ又は塑性変形は、主としてクランクピン１０１又はジャーナル１０３の一周方向セグメントで起こり、これに対し、直径方向反対側のセグメントでは材料の流れ又は塑性変形は殆ど生じず又は全く生じない。この結果、圧縮力３０１が加えられるクランクシャフトの半径方向回転平面において、クランクピン１０１又はジャーナル１０３とこれに隣接した構造体、この場合、バランスウエイト１１９との間の角度が僅かに変化する。

例えばクランクシャフト１００について示されたクランクピン１０１の矯正方法が、流れ図として図５に示されている。図５に示された方法は、クランクピン１０１の矯正に当てはまるが、上述したジャーナル１０３の矯正にも当てはまり、更に、例えばカムシャフトのローブ又はジャーナル特徴部の矯正のような任意の偏心シャフトの特徴部の矯正にも当てはまる。

図５のステップ９０１において、クランクシャフト１００をターゲット１０７，１１１によりディープローリング装置３００内に回転可能に取付け、ステップ９０３において、クランクシャフト１００をディープローリング装置３００内で回転させる。ステップ９０５において、適当なセンサが、クランクシャフト１００の回転中、クランクピン１０１の回転位置及び位置合わせ状態を検出して既知のクランクシャフト基準位置、例えばピン１０１のＴＤＣとＢＤＣ相互間に定められた平面に対するクランクピンの角度位置並びに撓みを記録する。クランクピン１００と、フロントターゲット１０７とリヤターゲット１１３を結ぶ線によって定められるクランクシャフトの回転軸線との間の距離にずれが検出されたかどうかの判断がステップ９０７で行なわれ、回転の中心線をクランクシャフト１００の理想的な中心線１１３に近づけるための調節が行なわれる。ステップ９０９において、各ローラ３０３は、クランクピン１０１の各側の対応関係にある溝２０１の各々にそれぞれ接触し、ローラ３０８は、クランクピン１０１の本体部分３０９に係合する。ディープローリング装置３００は、単一のクランクピン１０１若しくは単一の主ジャーナル１０３又は複数のクランクピン若しくは主ジャーナルに同時に係合することができる。さらに、ローラ３０８は、ローラ３０３により生じた圧縮力３０１に受動的に抵抗する固定軸線を有するが、変形例として、構造体３０７によりこれらローラに能動的に荷重を加えても良い。ローラ３０３がこれらと関連した溝２０１にそれぞれいったん嵌まり、ローラ３０８が本体表面にいったん係合すると、圧縮力は、上述したように各ローラ３０３及び（又は）３０８を介して伝達される。この圧縮力３０１は、ステップ９１１においてクランクシャフト１００の真直度の調節を行う。

クランクシャフト１００のクランクピン１０１の場合、最大振れ平面は、各クランクピンについてＴＤＣと一致していることが判明した。ジャーナル１０３及び他の偏心シャフトの場合、最大振れ平面は、別の直径方向平面内に位置しても良い。図６は、最大振れ平面がクランクシャフト１００の初期取り付け回転位置に対してなす角度６０５に相当している場合の圧縮力３０１の加わり方（印加状態）を示している。圧縮力３０１の各印加は、クランクシャフト１００が丸１回転すると１回ずつ生じる。

図６では、クランクシャフト１００の各回転は、ディープローリング装置３００に係合した特定のクランクピン１００に関して示されている。圧縮力３０１の印加の持続時間は、角度６０５の前で上昇し、角度６０５で最大値に達し、そして角度６０５の後で少なくともローラ３０３，３０８の係合状態を維持するのに十分な低い公称値まで下降して戻るものとして示されており、かかる公称値は、ゼロであるのが良い。圧縮力３０１の各印加後、センサに接続されているコンピュータは、クランクシャフト１００が許容しうる真直度の状態にあるかどうかの判定を行う。クランクシャフト１００の真直度が依然として許容できない場合、圧縮力３０１の追加の印加が必要であり、この追加の印加は、最初の印加と同じ大きさを有してもよく、或いは、これよりも小さい又は大きな大きさを有しても良い。このプロセスは、クランクシャフト１００が、係合状態にあるクランクピン１０１の所望の真直度を達成するまで繰り返される。圧縮力３０１の大きさは、是正されている撓みの量で決まり、有利には、約６〜１７ｋＮであるのが良い。次に、ディープローリング装置３００は、クランクピン１０１を放し、上述したように隣りのクランクピン１０１への係合に進む。矯正プロセスをこの隣りのクランクピン１０１について繰り返し実施するのが良い。変形例として、クランクシャフトが回転しているときに、クランクピンの全てに係合してこれらを順次矯正しても良い。類似のプロセスを主ジャーナルに適用することができる。各クランクピン１０１及び（又は）主ジャーナルが矯正プロセスを受けた後においては、クランクシャフト１００は、許容可能に真っ直ぐであるべきである。

クランクシャフトについて許容できない形状が、多種多様な形態で見られる。図７Ａ及び図７Ｂに示されているように、クランクシャフトは、弓形中心線４１７又はＳ字形中心線４１５を有する場合がある。少なくとも１０通りの互いに異なる種類のゆがみのうち、これまで２つの例がクランクシャフトにおいて観察されており、これらクランクシャフトの中心線は、所望の真っ直ぐな中心線１１３から３次元的にずれている場合がある。本発明は、有利には、クランクシャフト１００の中心線１１３の撓みを管理するのに適している。というのは、本発明は、各クランクピン１０１又は主ジャーナル１０３を残部とは独立して位置合わせできるからである。マルテンサイト結晶組織を有する偏心シャフトをその強度を損なわないで矯正できること及び矯正作業を迅速に且つクランクシャフトの製造技術における通常の機器を用いて実施できることは、追加の利点である。この実施形態は、内燃エンジンに使用できるよう設計されたクランクシャフトに対して行なわれる作業を含む。しかしながら、この方法は、任意他の用途又は機械向きに設計されたクランクシャフト、カムシャフト又は任意の偏心シャフトについて同じように良好に役立つ。

図８〜図１０の実施形態
この実施形態では、本発明の方法は、カムシャフトの矯正に利用される。典型的なカムシャフト５０１が、図８に示されている。このカムシャフト５０１は、Ｖ８型内燃エンジン、好ましくはディーゼルエンジンに用いられるよう形作られているが、図示のカムシャフトに似たカムシャフトだけでなく、任意のエンジン又は任意の機械に用いられる任意カムシャフトに使用された場合であっても、本発明の利点を得ることができる。カムシャフト５０１は、一般に、エンジンのフロント側に設けられた従来型フロントシール（図示せず）に係合する円筒形フロントシール面５０３を有している。他端では、リヤシール面５０５が、同様に、エンジンのリヤ側に設けられた従来型リヤクランクカムシャフトシール（図示せず）及びエンジンのリヤ側に設けられたリヤ駆動歯車５０７との係合を行う。かかる両端の中間に、カムシャフト５０１は、カムシャフト５０１を支持するようエンジン（図示せず）内に設けられた軸受（図示せず）に従来通り係合する１つ又は２つ以上の主ジャーナル５０９と、シリンダの吸気弁及び排気弁を作動させるよう従来型カムフォロア（図示せず）又はバルブリフタ（図示せず）と係合する複数個のローブ５１１とを有するのが良い。図示のように、Ｖ８型エンジン用のカムシャフト５０１には、図示のように、１６個のローブ５１１が、４つで１組の状態でジャーナル５０９により互いに分離された状態で設けられている。カムシャフト５０１は、フロントターゲット５１３及びリヤターゲット５１５を更に有し、これらターゲット５１３，５１５は、カムシャフト５０１を通る想像上の中心線５１７を定めるフロントジャーナル５０３及びリヤジャーナル５０５の中心をそれぞれ定めると共にディープローリング装置との係合箇所を提供する。最適条件では、カムシャフト中心線５１７は、フロントターゲット５１３とリヤターゲット５１５との間に延びる回転軸線と一致した直線である。

１つのジャーナル５０９周りの２つの隣り合う組をなすローブ５１１間の交差部の詳細図が、図９に示されている。連続した周囲溝すなわちフィレット６０１が、ジャーナル５０９の両側に存在していることが分かり、主シャフト６０３に移行する滑らかなアールを有している。同様なフィレットが、各ジャーナル５０９の各側に見える。フィレット６０１の各々の領域は、作動中、カムシャフト５０１の応力集中領域である。各フィレット６０１は、エンジン作動中、これに生じる応力を軽減するようになっている。これらフィレットは、これら領域における鋼に残留圧縮応力を生じさせるよう作られている。フィレット中の圧縮応力は、作動中に生じる引張応力を相殺するのを助ける。

焼入れを受けたカムシャフトは、これらの中心線の真直度に関する問題を生じることがある。本発明は、カムシャフト５０１が焼入れプロセスを受けた後に、各フィレット６０１中に生じる残留圧縮応力を損なわないで、カムシャフト５０１の中心線５１７を真っ直ぐにする方法を提供する。図１０Ａに示すように、ディープローリング装置３００は、カムシャフト５０１を保持してこれをターゲット５１３，５１５相互間の回転軸線５１７回りに回転させるよう使用できる。ローラ７０３が各フィレット６０１上に延びる適当なジャーナル構造体７０１が、ローラ７０３とフィレット６０１との接触を失わないで各ジャーナルを辿るよう設けられるのが良い。同様に、ローラ７０７を備えた適当な支持構造体７０５が、ローラ７０７とジャーナル５０９の本体との間の接触を失わないで、ジャーナル５０９の本体上で走行するよう設けられるのが良い。

圧縮力７０９により、カムシャフト５０１は、実質的に最大振れの平面に相当するカムシャフト５０１の回転位置にあり又はこれから上昇し若しくは下降する所定の周方向セグメントの間、ローラ７０９を介して溝６０１に作用することにより、ディープローリング装置３００によりクランプされた部分、この場合、図１０Ｂに示されたジャーナル５０９を矯正し、その間、ローラ７０７は、図１０Ｃに示されているように圧縮力７０９の半径方向成分に対抗してこれを分割するよう配置される。各圧縮力７０９の印加により、ローラ７０３，７０７相互間のジャーナル５０９を含むカムシャフト５０１の部分は、各圧縮力７０９の軸方向成分の作用により各フィレット６０１回りの固体材料の流れ又は塑性変形により矯正可能である。これら圧縮力は、カムシャフト５０１の材料を引張状態にすることはなく、この結果、その強度を減少させることはない。

ジャーナル５０９かのいずれかによるカムシャフト５０１の矯正の際、圧縮力は、一様には加えられず、特定の回転位置で又はこれから上昇し若しくは下降する際にのみ加えられるので、材料の流れ又は塑性変形は、主としてジャーナル５０９の一周方向セグメントで起こる場合があり、これに対し、直径方向反対側のセグメントでは材料の流れ又は塑性変形は殆ど生じず又は全く生じない。この結果、圧縮力７０９が加えられるカムシャフトの半径方向回転平面、即ち、最大振れ平面内において、ジャーナル５０９とこれに隣接したシャフト構造体との間の角度が僅かに変化する。

各圧縮力３０１，７０９は、半径方向の力バランス方向において大きさが等しい。各圧縮力３０１，７０９の印加は、ディープローリング装置３００内に取り付けられたクランクシャフト１００又はカムシャフト５０１の回転角度の関数であり又はディープローリング装置３００内に取り付けられたクランクシャフト１００又はカムシャフト５０１の回転速度に対するタイミングの関数である任意所望の方式で行なわれるのが良い。角度センサ、視覚センサ、回転位置センサ、応力センサ、位置センサ、タイミングセンサ等は、作動中、ディープローリング装置３００内に取り付けられているクランクシャフト１００又はカムシャフト５０１の角度位置又は回転速度を検出することができる。

本発明をその精神又は本質的な特徴から逸脱することなく上述した以外の他の特定の形態で実施できる。上述の実施形態は、あらゆる点において、本発明を限定するものではなく、例示としてのみ考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、上述の説明ではなく、添付の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。特許請求の範囲の文言上の意味及び均等範囲に属する全ての変更例は、本発明の範囲に含まれる。

本発明に従って矯正できるクランクシャフトの半径方向図である。 図１のクランクシャフトの領域２の拡大詳細図であり、クランクピンとバランスウエイトとの間に形成されたフィレット又は溝を示す図である。 本発明を実施するために使用できるフィレットローリング装置のローラに係合した図１のクランクシャフトの部分の略図である。 図３Ａのクランクシャフト部分の略図であり、本発明の実施に従ってローリング力を選択的に加える方法を示す図である。 図３Ａのクランクシャフト部分の断面の略図であり、本発明の実施に従ってローリング力を選択的に加える方法を示す図である。 本発明を実施するために使用できるフィレットローリング装置のローラに係合した図１のクランクシャフトの部分の略図である。 図４Ａのクランクシャフト部分の略図であり、本発明の実施に従ってローリング力を選択的に加える方法を示す図である。 図４Ａのクランクシャフト部分の断面の略図であり、本発明の実施に従ってローリング力を選択的に加える方法を示す図である。 本発明の方法の流れ図である。 本発明の実施によるクランクシャフト角度回転に関する圧縮力の大きさのグラフ図である。 本発明の実施に先立って中心線が弓形に曲がって位置合わせ状態から外れたクランクシャフトの略図である。 本発明の実施に先立って、中心線がＳ字形になって位置合わせ状態から外れたクランクシャフトの略図である。 本発明に従って矯正できるカムシャフトの半径方向図である。 図８のクランクシャフトの領域６の拡大図であり、ジャーナルと主要シャフトとの間に形成されたフィレットを示す図である。 本発明を実施するために使用できるフィレットローリング装置のローラに係合した図８のカムシャフトの部分の略図である。 図１０Ａのカムシャフト部分の略図であり、本発明の実施に従ってローリング力を選択的に加える方法を示す図である。 図１０Ａのカムシャフト部分の断面の略図であり、本発明の実施に従ってローリング力を選択的に加える方法を示す図である。

Claims (20)

1. 回転軸線を有する高周波焼入れ偏心シャフトを矯正する方法であって、
   前記高周波焼入れ偏心シャフトの一体形成要素をローラに係合させるステップを有し、前記要素は、中心線を有し、
   前記偏心シャフトを回転させるステップと、
   前記ローラを介して、前記要素の前記中心線を前記偏心シャフトの前記回転軸線に整列させるのに十分大きな圧縮力を前記偏心シャフトの前記要素に選択的に加える印加ステップを有し、
   前記十分大きな圧縮力は、前記ローラと前記要素の所定の周方向セグメントとの接触中だけ加えられ、前記セグメントは、１８０°未満である、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記圧縮力は、前記要素の前記所定の周方向セグメント内で可変である、
   請求項１記載の方法。
3. 前記要素の前記中心線を前記偏心シャフトの前記回転軸線に整列させるのに不十分な圧縮力が、前記要素の前記所定の周方向セグメント内には位置していない前記偏心シャフトの部分に加えられる、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記偏心シャフトは、クランクシャフトである、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記要素は、クランクピン及びジャーナルのうち少なくとも一方である、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記ローラと前記要素の前記所定の周方向セグメントとの接触領域に位置する材料は、マルテンサイト系鋼である、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記偏心シャフトは、カムシャフトである、
   請求項１に記載の方法。
8. 前記印加ステップにおける前記圧縮力は、前記要素とこれに隣接したシャフト構造体との間に位置するフィレットに対して角度をなして加えられる、
   請求項１に記載の方法。
9. 前記圧縮力は、順次、前記偏心シャフトの複数個の要素に加えられる、
   請求項１に記載の方法。
10. 高周波焼入れ偏心シャフトを矯正する方法であって、
    前記高周波焼入れ偏心シャフトをディープフィレットローリング装置内に装填するステップを有し、
    前記高周波焼入れ偏心シャフトを回転させるステップを有し、
    前記高周波焼入れ偏心シャフトの真直度を測定するステップを有し、
    ローラを介して、前記高周波焼入れ偏心シャフトの要素を前記高周波焼入れ偏心シャフトの回転軸線に対して再位置決めするのに十分大きな圧縮力を前記要素に選択的に加えるステップを有し、
    前記十分に大きな圧縮力は、前記ローラと前記要素の所定の周方向セグメントとの接触中だけ加えられ、
    前記要素に隣接した前記高周波焼入れ偏心シャフトの一部が実質的に真っ直ぐになるまで、前記高周波焼入れ偏心シャフトの前記要素への圧縮力の印加を１回及び２回以上の少なくとも一方の回数繰り返すステップを有する、
    ことを特徴とする方法。
11. 前記圧縮力は、前記要素の前記所定の周方向セグメントの中央の場所に加えられる衝撃力である、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記圧縮力は、前記要素の前記所定の周方向セグメント内で可変である、
    請求項１０に記載の方法。
13. 前記要素を前記偏心シャフトの前記回転軸線に対して再位置決めするのに不十分な圧縮力が、前記要素の前記所定の周方向セグメント内には位置していない前記偏心シャフトの部分に加えられる、
    請求項１０に記載の方法。
14. 前記測定ステップは、前記圧縮力の少なくとも１回の選択的印加に続き、繰り返し実施される、
    請求項１０に記載の方法。
15. 焼入れ偏心シャフトを矯正する方法であって、
    前記偏心シャフトの要素とこれに隣接したシャフト構造体の第１の交差部で前記シャフト周りに設けられている第１の連続周囲溝を第１のローラに係合させるステップを有し、
    前記シャフトの前記要素とこれに隣接したシャフト構造体の第２の交差部で前記シャフト周りに設けられている第２の連続周囲溝を第２のローラに係合させるステップを有し、前記第２の交差部は、前記第１の交差部から軸方向に変位しており、
    前記シャフトをその一連の角度位置にわたり回転させるステップを有し、
    前記ローラを介して大きさが可変の圧縮力を前記溝の両方に加えるステップを有し、前記偏心シャフトの前記角度位置に応じて前記圧縮力の大きさを変化させるステップを有し、
    前記要素に隣接して固体材料の流れを生じさせ、それにより前記要素を前記隣接のシャフト構造体に対して再位置決めするステップを有する、
    ことを特徴とする方法。
16. 前記圧縮力の大きさは、ゼロから前記溝に塑性変形を生じさせるのに十分な大きさまで変化する、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記圧縮力は、前記要素の周方向セグメントにのみ加えられ、前記セグメントは、前記偏心シャフトの回転最大振れ平面を含む、
    請求項１５に記載の方法。
18. 前記圧縮力は、前記周方向セグメントに固体材料の流れを生じさせ、前記要素の直径方向反対側のセグメントには材料の流れを生じさせない、
    請求項１７に記載の方法。
19. 前記固体材料は、マルテンサイト系鋼である、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記圧縮力は、前記要素の前記周方向セグメントと前記回転最大振れ平面の交差部に加えられる衝撃力である、
    請求項１５に記載の方法。

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