JP2013536760A - 工作物の円筒研削方法、工作物を含むシステム及びこのシステムの心なし円筒研削装置 - Google Patents

Abstract

工作物（１）には、連続長手方向軸線（５）に関して回転対称であると共に心なし研削によって研削されるようになった第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）が設けられており、工作物（１）は、長手方向軸線（５）に関して回転対称ではなく、回転の際に不均衡又はアンバランスをもたらす第２の長手方向部分（３）を更に有する。したがって、半径方向に延びる凹部（７）を備えた釣合い重り（６）が第２の長手方向部分（３）に取り付けられる（矢印９、滑りリブ８）。釣合い重り（６）は、回転質量体の一様な分布に大きく寄与し、かくして不均衡を極めて小さな残留不均衡に減少させると共に確実且つ正確な心なし研削を可能にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、一体形工作物の円筒研削方法であって、工作物の輪郭は、連続長手方向軸線によって定められ、工作物は、長手方向軸線に関して回転対称である第１の長手方向領域に加えて、第２の長手方向領域を更に有し、第２の長手方向領域における長手方向軸線に対する半径方向質量分布は、非一様である形式の方法に関する。

この種の工作物は、知られている。かかる工作物は、連続長手方向軸線に従って輪郭付けられており、この長手方向軸線は、同時に、中心線でもあり次の作業の際の回転軸線でもある。しかしながら、かかる工作物のうちの幾つかだけは、長手方向軸線に関して回転対称である円筒形断面の１つ又は２つ以上の長手方向部分を有する。別の長手方向領域では、質量の半径方向分布は、半径方向円周輪郭が長手方向軸線に関して偏心しており又は他の何らかの仕方で回転対称ではないので、非一様である。かかる工作物の最も良く知られている例は、最新式のエンジン、特に自動車用エンジン内のバランサーシャフトである。かかるバランサーシャフトの普及は、これらエンジンから得られる滑らかさ、低い燃料消費データ及び一般に軽量構造に関する相互に相反する要求の結果である。しかしながら、バランサーシャフトの使用は、自動車用エンジンだけに限定されるものではなく、圧縮機及び他の技術的領域に及ぶ。

当業界における工作物の専門用語では、かかる工作物が、「不均衡（アンバランスト）」と呼ばれる。単独で回転するこの種の工作物は、不均衡の問題と関連している。というのは、回転運動が非一様であり、振動又は心振れ（ウォブリング）運動により乱されるからである。バランサーシャフト及び類似の工作物の普及により、少なくとも工作物の円筒及び回転対称長手方向領域に関して経済的な製造プロセスにおいて工作物の不均衡挙動にもかかわらず、高精度研削の要望が生じている。

この要望を公知の研削技術手段によりどのように満たすことができるかに関して種々の見解が既に出されている。この主題に関する出願人の知識は、社内試験の分析や通常、専門家会議、展示会及び類似の行事で行われる種類の専門家の間における議論からそれ自体の運用上の実務から成り立っている。しかしながら、これに関する公知の文献又は刊行物は存在しない。

かくして、回転対称に対する近似及びかくして滑らかな同心作動が期待されるように工作物の第２の長手方向領域に相当な許容誤差を与えた状態で工作物を選択的に製造する配慮がなされた。研削後、過剰な許容誤差を除かなければならなかった。しかしながら、かかる研削法は、極めて僅かしか必要とされずしかも高価であり、又、品質の低下を伴う。これは、研削後の旋削又はフライス削りによる材料の除去が原因となって工作物の歪みが生じ、それにより所要の寸法及び形状に関する公差に適合することが不可能になるからである。

センタ相互間の取り付けによってこれら取り扱いの困難な工作物を研削する発想を諦める必要があった。センタ相互間でかかる工作物を研削することが可能になるにはこれらの不安定性及び工作物の幾何学的形状に起因して必ず相当な出費がかかることが見込まれる。例えば、センタ相互間の研削時に一般的に生じる種類の軸方向接触圧力により、軟らかくて偏心状態の第２の長手方向領域のまさに変形が生じた。

最後に、心なし円筒研削のための手探りの方法も又検討された。しかしながら、この場合、これまでの経験は、完全に回転対称の工作物にほぼ限られている。したがって、工作物の比較的過酷な不均衡により、この研削プロセスが非常に困難になり又はそれどころか実施できないことが知られていた。心なし円筒研削の実施中、「不均衡」工作物は、非一様に回転するだけでなく、即ち、一様な回転運動が行われるようにはしない。これは、まず最初に、不正確な研削結果を生じさせることを意味している。非一様な回転運動が起こっている状態では調整ホイールによる工作物の駆動が行えず、それどころか工作物の回転駆動が行えないということを受け入れることが必要であった。知られているように、研削隙間内の条件は、非常に難しい状態にあるので、調整ホイールは工作物が全体としてこれ又質量の分布に対して回転対称である場合、十分なトルクを工作物に伝達することしかできない。しかしながら、駆動が始めからプロセスにとって信頼性があるわけではない場合、これら工作物について心なし円筒研削を考慮することができない。

したがって、本発明の目的は、「不均衡」工作物の円筒形且つ回転対称の第１の長手方向領域を経済的な大量生産に適した仕方で高い精度により研削することができる円筒研削方法を提供することにある。

この目的は、全体として本願の請求項１に記載された方法ステップによって達成される。

かくして、まず最初に、釣合い質量体を工作物に取り付け、次に、円筒形の第１の長手方向領域を少なくとも第１の長手方向部分について心なし円筒研削によって研削する。

本発明の方法は、心なし円筒研削のための従来型且つ公知の機械を用いることができるという利点を有し、この関係において、例えば、

を参照されたい。この場合、心なし円筒研削は又、例えば上述のバランサーシャフトを大量生産でき、そしてこれらバランサーシャフトは、既に、鍛造又は鋳造ブランクの形をしており、且つ機械加工後において極めて一様な品質のものであるので、有利である。したがって、それ故に個々のバランサーシャフトの不釣り合いも又、比較的狭い範囲内にある。かくして、高度の自動化を可能にする経済的なプロセスを達成することが、ちょうど単一形式の釣合い重りによって可能である。

個々の工作物が互いに比較的大きな程度まで異なっている場合、研削前に工作物の残留不均衡を測定し、要件に応じて工作物に種々の釣合い質量体を取り付けることも又、可能である。このようにすると、研削プロセスの品質を更に一段と最適化することができる。一般に、釣合い質量体は、工作物に解除可能に取り付けられる。しかしながら、かかる釣合い質量体は、円筒研削の完了直後に再び取り外される必要はなく、従って、追加の製造プロセスにとって有利な場合がある。例えば、適当な寸法形状の釣合い質量体は又、自動製造連係装置又は組み立てプロセスのためのグリップとしても使用可能である。さらに、釣合い質量体は、工作物を追加の移送及び加工作業の際に安定化するのに有用な場合がある。

正確な物理的意味における完全な釣合いは、単一形式の釣合い質量体を用いた場合に連続生産の際に常に生じるとは限らないということは自明である。しかしながら、実用的な目的にとって、残っている不均衡を極めて低いレベルまで減少させれば十分である。

本願の開示内容を素早く理解することができるようにするために、請求項１は、以下の用語の定義をあらかじめ想定していることも又言及する。第１又は第２の「長手方向領域」は、工作物に設けられている個々の第１及び第２の長手方向部分の合計である。例えば、本願の図１及び図２に例示として記載されているバランサーシャフトは、次の作業において支承体として役立つと共に一緒になって第１の長手方向領域を形成する３つの第１の長手方向部分を有している。同じことは、回転対称ではない第２の長手方向領域について当てはまる。これら用語の定義は又、請求項１の従属項である請求項２及び請求項３からも明らかである。したがって、いずれの場合においても第１の長手方向領域の第１の長手方向部分を全て研削することは、不要である。

請求項４に記載されている構成例は、釣合い質量体が研削目的それ自体のために適当である場合についてである。この場合、釣合い質量体は、解除可能に取り付けられ、そして心なし円筒研削により必要な程度まで工作物の第１の長手方向領域が研削されるや否やすぐに、再び取り外される。

多くの場合において、釣合い質量体が工作物の第２の長手方向領域内に取り付けられると有利であろう。この場合、第１の長手方向領域の円筒形部分は、全て、円筒研削について自由である。

別の有利な実施形態では、第１の長手方向部分及び第２の長手方向部分が工作物上に交互に位置し、第２の長手方向部分は、２つの第１の長手方向部分相互間で長手方向軸線から半径方向距離を置いたところで延びるブリッジ部分によって形成される。この場合、釣合い質量体を釣合い本体内に取り付けることができ、釣合い本体は、その長手方向軸線に対して半径方向に延びる凹部を有する。釣合い本体は、この凹部によってブリッジ部分に取り付けられると共に取り付け位置に固定される。

釣合い重りを固定する手段は、ばね押し圧力ピンから成るが、１つ又は２つ以上のねじ込み継手、ばね作用ラッチ留め部材、スナップオン取り付け装置、磁気継手又は側方に取り付けられるクランプリングが取り付け状態において個々の部品を一緒に保持する釣合い重りの多部品型実施形態によっても形成できる。

２つ又は３つ以上の回転対称の第１の長手方向部分が研削されるべき工作物について研削される場合、心なし円筒研削盤により研削を実施するのが良く、この心なし円筒研削盤は、個々の長手方向部分の各々について専用研削セットを有し、このセットは、調整ホイール、研削砥石及び支持ベールを含む。このように、第１の長手方向部分を全て同時に研削することができる。

ここで説明している形式の特定の工作物とその関連の釣合い質量体の組み合わせに関し、少なくとも研削プロセスの期間中、適当な釣合い本体の形態をした釣合い質量体を工作物と組み合わせる多種多様な手法がある。この組み合わせ状態のサブアセンブリは、次に、研削盤に送られるので、工作物及び釣合い本体を含むユニットは、システムと呼ばれ、このシステムは、工作物及び特定の研削作業に適合している。このシステムは、継手ユニットとして少なくとも研削盤を通過し、多くの場合、次の段階でもその状態のままである場合のある重要なサブアセンブリを形成する。

このシステムの有利な特徴によれば、釣合い本体は、工作物に解除可能に取り付けられる。

さらに、このシステムの有利な特徴によれば、工作物及び釣合い本体は、釣合い本体内を半径方向に延びる凹部によって組み立てられ、釣合い本体は、凹部によって工作物の偏心配置された長手方向ウェブに取り付けられる。

自動化作業方法に関する予備条件を満たす場合、請求項１１に記載されているようにシステムの円筒研削のための専用装置を想定することができる。これは、システムを心なし円筒研削盤で全体として機械加工できるということを意味している。この場合、特定の一改造例では、釣合い重りの回転のために十分な空間が存在しなければならない。

単純な場合であり且つ製造数が少ない場合、釣合い重りは、個々に且つ手で工作物に取り付けられる。しかしながら、大量生産のための予備条件を満たす場合、システムの組み立て及び該当する場合には分解を装置内で自動的に又はこの装置と直接的な機能的関連をなして実施すると有利である。このように、工作物が予備加工状態でコンベヤベルトに載って送られ、コンベヤベルトから組み立てステーションに輸送され、そしてここから、再び装填ガントリによって心なし円筒研削盤に移送される複合加工ステーションを想定することができる。また、完全研削工作物は、装填ガントリによってコンベヤベルト戻され、該当する場合には、釣合い重りの取り外しのためのステーションも又設けられるのが良い。

本発明を図面を参照して例示の実施形態に関し以下に詳細に説明する。

本発明の提案による研削されるべき工作物の２つの側面図であり、下側の側面図において、工作物が上側の側面図と比較して、その長手方向軸線回りに９０°回転した状態を示す図である。 図１に対応した側面図であり、釣合い質量体を形成する釣合い本体が第２の長手方向部分に取り付けられている状態を示す図である。 図２のＡ‐Ａ線矢視部分断面図である。 研削盤の上から見た略図であり、研削盤によって工作物の回転対称長手方向領域が全て同時に研削される状態を示す図である。 図４に対応した側面図である。 本発明の方法を有利に実施することができる複合機械加工ステーションの原理を示す図である。

図１は、最新式の内燃エンジンにますます用いられている種類のバランサーシャフトの２つの図である。このバランサーシャフトは、有利には本発明の方法によって研削可能な工作物１の良好な例である。工作物１は、連続長手方向軸線５を有し、工作物１の輪郭は、この連続長手方向軸線によって定められる。図１の上側の図と比較すると、下側の図は、長手方向軸線５回りに９０°回転した状態で描かれている。図１の２つの図の比較から理解できるように、工作物１は、連続長手方向軸線５に関して円筒形であり、次に支承場所としての役目を果たすことができる第１の長手方向部分２ａ，２ｂ，２ｃを有している。回転対称の第１の長手方向部分２ａ，２ｂ相互間には、第２の長手方向部分３が設けられており、この第２の長手方向部分は、断面図で見て回転対称輪郭からずれている。この場合、第２の長手方向部分３は、扁平な長手方向ウェブの形態をした偏心輪郭を有し、この長手方向ウェブは、この場合、ブリッジ部分を形成し、長手方向軸線５に平行に半径方向距離を置いたところで延びている。これとは対照的に、別の長手方向部分２３が長手方向軸線５と同心状に延びる長方形の基本的形状を備えた断面を有している。互いに異なる種々の長手方向部分２ａ，２ｂ，２ｃ，３，２３は、フランジ４によって互いに分離されており、フランジ４は、第１の長手方向部分２ａ，２ｂ，２ｃのための側方当接肩を構成している。

本明細書における定義によれば、第１の長手方向部分２ａ，２ｂ，２ｃは、一緒になって、工作物の回転対称の第１の長手方向領域を形成し、第２の長手方向部分３は、第２の長手方向領域を形成する。後者の場合、長手方向軸線５に対する質量体の半径方向分布は、非一様であり、それにより回転の場合に不均衡又はアンバランスが生じる。

図２の記載は、図１の記載に対応しているが、釣合い本体６が第２の長手方向部分３に取り付けられている点で異なる。図２及び図３の組み合わせから明らかなように、釣合い本体６は、長手方向に延びる凹部７を備えた円形ディスクの基本的形状を有している。凹部７の断面輪郭は、長方形の基本的形状を有し、一方の側には滑りリブ８が設けられている。圧力ピン１１が滑りリブ８から見て反対側の凹部７の広い方の側部に設けられた段付きボア１３内に摺動可能に支持されており、かかる圧力ピンには、コイルばね１２によって凹部７の内部に向かって予荷重が加えられている。

釣合い本体６は、その凹部７によって第２の長手方向部分３に取り付け方向９において取り付けられており、第２の長手方向部分３は、扁平な長手方向ウェブとして設計されており、丸くなった長方形の基本的形状を有している。凹部７の狭い方の側部は、当接肩１０を形成し、釣合い本体は、この当接肩に当接し、そして圧力ピン１１によってこの位置に固定されている。図２及び図３から容易に明らかなこととして、釣合い本体６は、長手方向軸線５から始まって第２の長手方向部分３に内側から外方に取り付けられている。したがって、工作物１の連続長手方向軸線５回りのその回転中、釣合い本体６は、遠心力により第２の長手方向部分３に更に押し付けられる。かくして、圧力ピン１１は、釣合い重り６を固定するのに役立つ。

工作物１は、釣合い本体６と一緒になって、全体として半径方向に質量の平衡状態の又はバランスの取れた分布を有する共通サブアセンブリ又はシステムを形成する。かくして、このシステムは、これが連続長手方向軸線５回りに回転するときに従来の意味で半径方向に平衡化され又はバランスが取られている。

図４及び図５は、システムを心なし円筒研削のための装置でどのように研削するかを示している。このプロセスにおいて、第１の長手方向部分２ａ，２ｂ，２ｃの各々について専用研削セットが設けられ、この研削セットは、公知のように、調整ホイール１５、研削砥石１６及び支持レール１９から成っている。上述の３つの部分は、一緒になって、図５に示されているように研削隙間を形成する。調整ホイール１５、研削砥石１６及び工作物１は、同一回転方向に回転する。この場合、工作物１の長手方向軸線５は、その回転軸線となり、調整ホイール１５の回転軸線１７ａと研削砥石１６の回転軸線１８ａとの間に引かれた結合線の下に位置している。かくして、工作物１は、支持レール１９に確実に押し付けられ、即ち、研削を隙間内に押し込められる。調整ホイール１５と研削砥石１６のグループは、各々、共通調整ホイールシャフト１７又は研削砥石シャフト１８上に位置し、そしてこれらグループは、対応のスペーサによって工作物１から正確な距離を置いたところに保持される。

さらに注目されるべきこととして、例示の実施形態の図は、本発明の原理を説明するようになっているに過ぎない。かくして、例えば、釣合い本体６は、必ずしも、円形ディスクの形状を有する必要はなく、ローラの形状、楕円形断面形状又は他の何らかの形状も又得策な場合がある。図は、主として、垂直プランジ‐カット研削原理を利用した心なし円筒研削プロセスを示している。しかしながら、本発明は、これには限定されない。同様に、他の心なし円筒研削法、例えば、長手方向若しくは通り抜け送り研削法又はプランジ‐カットアングル研削法を想定することが可能である。

同様に、図２及び図３に示されているようなばね押し圧力ピン１１による釣合い重り６の固定は、多くの手段のうちの１つに過ぎない。１つ又は２つ以上のねじ込み継手、ばね作用ラッチ留め部材、スナップオン取り付け装置、磁気継手又は側方に取り付けられるクランプリングが取り付け状態において個々の部品を一緒に保持する釣合い重り６の多部品型実施形態も又、同じ成功度をもって利用できる。

釣合い本体６を手作業で第２の長手方向部分３ａに取り付けることができ、この場合、フォーク形引張り工具１４（図３）が圧力ピン１１を引き出すのに十分である。しかしながら、工作物１と釣合い本体６を組み合わせるプロセスを自動化し、このプロセスをもう１つの機能として研削装置又はこれに追加される適当なステーションに組み込むことが想定できる。同時に、図６に概略的に示されている種類の複合機械加工ステーションは、有利であると言える。

図６によれば、工作物１をまず最初にコンベヤベルト２０に載せて予備加工状態で組み立てステーション２１に送る。この場合、各工作物１に自動化プロセスにおいてその関連の釣合い本体６を提供し、即ち上述のシステムを形成する。次に、このシステムを心なし円筒研削盤２２に送り、この心なし円筒研削盤により、工作物１の１つ又は２つ以上の回転対称長手方向部分２ａ，２ｂ，２ｃを図４及び図５に従って円筒研削する。今や完成状態の部分である工作物１と釣合い重り６とから成るシステムを次に、コンベヤベルト２０に戻し、そして次の機械加工又は組み立て段階に送る。釣合い重り６が製造の次の進展にも有利である研削方法のこの構成が得策である。また、いずれの場合においても必要とされ、即ち、工作物１の次の作業に必要な別の機能的部分が研削段階で取り付けられ、更に、釣合い重りとして適当な仕方で構成されることも又想定できる。かかる機能が必要でない場合、釣合い重り６を研削直後に工作物１から再び取り外すことも又可能である。この場合、組み立てステーション２１は、分解ステーションにより補完されなければならない。

本発明は、心なし円筒研削のための慣例の且つ既存の機械（心なし円筒研削盤）を改造しないで使用できるという利点をもたらす。即ち、釣合い重り６が正確に寸法決めされると共に配置される場合、工作物１は、研削盤内でスムーズに且つ同心状に回転し、それによりそれ以上手をかけないで良好な研削結果を達成することができる。

１ 工作物
２ａ，２ｂ，２ｃ 第１の長手方向部分
３ 第２の長手方向部分
４ フランジ
５ 長手方向軸線
６ 釣合い本体
７ 凹部
８ 滑りリブ
９ 取付け方向
１０ 当接肩
１１ 圧力ピン
１２ コイルばね
１３ 段付きボア
１４ 引張り工具
１５ 調整ホイール
１６ 研削砥石又は研削ホイール
１７ 調整ホイールシャフト
１７ａ 回転軸線
１８ 研削砥石シャフト
１８ａ 回転軸線
１９ 支持レール
２０ コンベヤベルト
２１ 組立てステーション
２２ 心なし円筒研削盤
２３ 別の長手方向部分

Claims (12)

1. 一体形工作物（１）の円筒研削方法であって、前記工作物の輪郭は、連続長手方向軸線（５）によって定められ、前記工作物は、前記長手方向軸線に関して回転対称である第１の長手方向領域に加えて、第２の長手方向領域を更に有し、前記第２の長手方向領域における前記長手方向軸線（５）に対する半径方向質量分布は、非一様であり、前記方法は、釣合い質量体を前記工作物に取り付けるステップ及び次に前記第１の長手方向領域を少なくとも第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）について心なし円筒研削によって研削するステップを有し、前記第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）は、調整ホイール（１５）、研削砥石（１６）及び支持レール（１９）によって形成された研削隙間内に配置される、方法。
2. 前記第１の長手方向領域は、前記工作物（１）の長手方向に互いに分離された複数の第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）から成る、請求項１記載の方法。
3. 前記第２の長手方向領域は、前記工作物（１）の長手方向に互いに分離された複数の第２の長手方向部分（３）から成る、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記釣合い質量体は、前記工作物（１）に解除可能に取り付けられ、前記第１の長手方向領域を心なし円筒研削によって研削するや否や再び取り外される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の方法。
5. 前記釣合い質量体は、前記工作物（１）の前記第２の長手方向領域内に取り付けられる、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の方法。
6. 互いに交互に位置した状態で第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）及び第２の長手方向部分（３）が設けられた一体型工作物（１）が研削され、少なくとも１つの第２の長手方向部分（３）は、２つの第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）相互間で前記長手方向軸線（５）から半径方向距離を置いたところで延びるブリッジ部分によって形成され、前記釣合い質量体を形成する釣合い本体（６）が前記長手方向軸線（５）に対して半径方向に延びる凹部（７）によって前記ブリッジ部分に取り付けられると共に取り付け位置に固定される、請求項２〜５のうちいずれか一項に記載の方法。
7. ２つ又は３つ以上の第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）を有する工作物（１）の場合、調整ホイール（１５）、研削砥石（１６）及び支持レール（１９）を有する心なし円筒研削のための専用研削セットが前記長手方向部分の各々について設けられ、前記第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）は全て、同時に研削される、請求項２〜６のうちいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の方法の実施に用いられるシステムであって、前記システムは、一体形工作物（１）を含み、前記工作物の輪郭は、連続長手方向軸線（５）によって定められ、前記工作物は、前記長手方向軸線に関して回転対称である第１の長手方向領域に加えて、第２の長手方向領域を更に有し、前記第２の長手方向領域における前記長手方向軸線（５）に対する半径方向質量分布は、非一様であり、前記システムは、前記工作物（１）全体の質量の一様な半径方向分布をもたらす釣合い質量体を更に含むシステムにおいて、前記釣合い質量体を形成する少なくとも１つの釣合い本体（６）が前記工作物（１）の前記第２の長手方向領域内に設けられている、システム。
9. 前記釣合い本体（６）は、前記工作物（１）に解除可能に取り付けられている、請求項８記載のシステム。
10. 前記工作物（１）の前記第２の長手方向領域は、前記長手方向軸線（５）から半径方向距離を置いたところで延びるブリッジ部分の形態をした少なくとも１つの長手方向部分（３）から成り、前記釣合い本体（６）は、半径方向に延びる凹部（７）を有し、前記釣合い本体（６）は、前記凹部（７）によって長手方向ウェブに取り付けられる、請求項９記載のシステム。
11. 請求項８〜１０のうちいずれか一項に記載のシステムの心なし円筒研削装置であって、前記工作物（１）の前記第１の長手方向領域の少なくとも１つの第１の長手方向部分（２ａ，２ｂ，２ｃ）は、前記装置の研削隙間内に配置され、前記研削隙間は、前記調整ホイール（１５）、前記研削砥石（１６）及び前記支持レール（１９）によって形成されている、装置。
12. 前記システムの組み立て及び該当する場合には分解は、前記装置内で自動的に又は前記装置と直接的な機能的関連をなして実施される、請求項１１記載の装置。

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