JP2014062481A - カム、カム装置及びカム研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム面に凹状部を有するカムを小径の回転砥石により高精度にかつ能率的に研削することができるようにすること。
【解決手段】回転砥石３１をカム２１の回転軸線Ｌ１に対して傾斜する砥石軸線Ｌ２上に設ける。カム２１のカム面２１１をクラウニング形状にする。回転砥石３１の研削面３１１を、砥石軸線Ｌ２を中心とした円錐面上に位置する逆クラウニング形状に形成する。この回転砥石３１によりカム２１のカム面２１１を研削する。
【選択図】図２

Description

この発明は、外周のカム面に凹状部が形成されたカム、そのカムを用いたカム装置及びそのカムのカム面を回転砥石により研削するカム研削装置に関するものである。

例えば、エンジンのバルブを開閉させるカムは、その外周面にカム面が形成されている。このようなカムのカム面は通常以下のようにして研削される。すなわち、ワーク支持装置に支持したカムシャフトをその軸線を中心に回転させるとともに、カムの軸線と平行な軸線上の回転砥石を回転させて、その回転砥石によってカムシャフト上のカムの外周のカム面が研削される。

ところで、近年、エンジンの主に燃費面における高性能化の要求に伴い、エンジンのバルブを無駄なく精密に動作させることが望まれている。このため、バルブを開閉動作させるためのカム面の形状は複雑かつ高精度になり、カム面に凹状部を形成したカムの需要が増加している（図５参照。凹状部が２１２で示されている。）このように、凹状部を有するカム面を研削する場合には、凹状部に隙間なく接触可能な凹状部より小さな曲率半径の小径の回転砥石を使用する必要がある。

しかしながら、カムの回転軸線と回転砥石の回転軸線とを平行に配置した構成において、回転砥石の径を小さくすると、前記両回転軸線が接近することは避けられない。このため、例えば、カムのカム面と回転砥石を支持した砥石台とが干渉するおそれがある。このような干渉を避けるためには、砥石軸やその砥石軸の軸受を小径にすることが考えられるが、このようにすれば、回転砥石の支持剛性が低下して、加工精度に悪影響が生じる。

このような問題点を回避するために、例えば特許文献１に記載のカム研削装置においては、回転砥石がその砥石軸線をカムの回転軸線に対して傾斜させた状態で砥石台に支承されるとともに、回転砥石の研削面が砥石軸線を中心とした円錐面状となるように形成されている。このようにすれば、回転砥石の軸線をカムの回転軸線から離間させることができ、そして研削位置において回転砥石の研削面がカム面と平行になって、カム面を支障なく研削できる。

しかしながら、このような構成のカム研削装置により、凹状部を有するカム面を研削した場合、以下のような問題が生じる。つまり、図７に示すように、このカム４２のカム面４２１のベース４２２及びトップ４２３の部分では、言い換えれば凹状部４２４が形成されていない部分では、回転砥石４１の研削面４１１がカム４２のカム面４２１に対して線接触する。

これに対し、カムのベース４２２とトップ４２３との間の凹状部４２４において、その凹状部４２４の中央線４２５の両側の領域では、回転砥石４１と凹状部４２４との接触が面接触となる。そして、その面接触部４３は、ほぼ三角形をなし、回転砥石４１の大径部側ほど面積が広い状態になる。

これは、回転砥石４１の軸線４１２とカムの軸線４２６とが傾斜しているとともに、回転砥石４１の研削面４１１と凹状部４２４とが同方向に湾曲しているためである。従って、カム４２のカム面４２１には線接触状態で研削される部分と、面接触で切削される部分とが形成されることになり、しかも面接触部分は、カム軸方向において異なる面積となる。このため、カム面４２１全体を均一に、かつ高精度に研削することができない結果となる。

このような問題に対処するため、前記特許文献１に記載のカム研削装置においては、カム面を研削しながら回転砥石とカムとをカムの回転軸線の方向へ相対的にトラバース移動させるようになっている。

特許第３６４４０６８号公報

ところが、この特許文献１のカム研削装置では、トラバース切削送りを実行するための構成や制御が必要になって、装置の構成及び制御ソフトが複雑になり、そして、トラバースの実行のために、研削時間が長くかかって、加工効率の低下を招くという問題があった。しかも、トラバースを実行しても、線接触領域及び面接触領域は存在し、トラバースによってそれらの領域がカム面の軸方向にトラバース移動されるだけであるため、ある程度以上の精度向上は期待できない。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、小径の回転砥石により、カム面に凹状部を有するカムを高精度にかつ能率的に研削することができるとともに、カム研削装置の構成の複雑化を避けることができるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、カムに関する発明においては、回転軸線の周囲にカム面を形成するとともに、そのカム面に凹状部を設けたカムにおいて、前記カム面をクラウニング形状にしたことを特徴としている。

また、カム装置に関する発明においては、前記カムを用いるとともに、そのカムに対する接触面を直線状にしたタペットを備えたことを特徴としている。
さらに、カム研削装置に関する発明においては、回転砥石をカムの回転軸線に対して傾斜する砥石軸線上に設け、その回転砥石の研削面を、前記砥石軸線を中心とした円錐面上に位置する逆クラウニング形状に形成したことを特徴としている。

ここで、クラウニング形状とは、カムをその軸線を通るとともに、同軸線と平行をなす面において切断した場合、カム面が幅方向中央部ほど高くなった凸状の曲線を描く形状を指す。逆クラウニング形状とは、回転砥石をその軸線を通るとともに、同軸線と平行をなす面において切断した場合、研削面が幅方向中央部ほど低くなった凹状の曲線を描く形状を指す。

従って、以上の構成においては、カムが回転軸線を中心に回転されるとともに、回転砥石がカムの回転軸線に対して傾斜した砥石軸線を中心に回転されながら、カムのカム面に向かってカムの回転軸線と直交する方向へ送り移動されて、カムのカム面が凹状部を有する所要の形状に研削される。この場合、回転砥石の研削面が砥石軸線を中心とした円錐面上に位置する逆クラウニング形状に形成されているため、カムのカム面がクラウニング形状に研削される。このため、回転砥石が小径であっても、カム面の研削に際して、カム面に凹状部において面接触が生じることを回避できて、トラバース動作が不要になり、カム面を高精度にかつ能率的に研削することができる。

以上のように、この発明によれば、カム面に凹状部が形成されていても、小径の回転砥石を用いてカム面を高精度にかつ能率的に研削することができるという効果を発揮する。

一実施形態のカム研削装置を示す平面図。 図１のカム研削装置におけるカムの研削状態を示す部分拡大平面図。 図２のカムの研削状態の要部側断面図。 図３の動作状態を示す要部側断面図。 研削されたカムを拡大して示す要部側断面図。 図５のカムの要部正面図。 従来のカム研削装置によるカムの研削状態を示す要部斜視図。

以下に、この発明を具体化したカム研削装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、この実施形態のカム研削装置においては、ベッド１１上にワークテーブル１２がガイドレール１３を介してＺ軸方向へ移動可能に支持されている。このワークテーブル１２は、サーボモータ１４によりボールネジ１５を介してＺ軸方向に移動される。ワークテーブル１２上には、主軸台１６が固定支持されている。主軸台１６には、主軸１７がＺ軸方向に沿って延びる回転軸線Ｌ１の周りで回転可能に支持されている。ワークテーブル１２上には、心押台１８が主軸台１６に対向して位置調整可能に配置されている。心押台１８には、ラム１９が主軸１７の回転軸線Ｌ１と同軸上において移動可能に支持されている。主軸１７及びラム１９の対向端部には、複数のカム２１を並設したワーク２０を両端部にて着脱可能に装着するための一対のセンタピボット２２，２３が設けられている。

主軸台１６はサーボモータ２４により駆動されて、ワーク２０を回転軸線Ｌ１の周りで回転させる。
ワーク２０はカム軸であって、その外周には複数のカム２１が設けられている。図３に示すように、カム２１の外周のカム面２１１には、一対の凹状部２１２が形成されている。

図１に示すように、前記ベッド１１上には、工具テーブル２５がガイドレール２６を介して前記Ｚ軸と直交するＸ軸方向へ移動可能に支持されている。この工具テーブル２５は、サーボモータ２７によりボールネジ２８を介して移動される。工具テーブル２５上には、砥石台２９がワーク２０の回転軸線Ｌ１に対して傾斜した状態で固定支持されている。砥石台２９には、砥石軸３０がＺ−Ｘと平行な平面上においてワーク２０の回転軸線Ｌ１に対して傾斜した砥石軸線Ｌ２の周りで回転可能に支持されている。この傾斜角度は、２０度〜７０度程度である。砥石軸３０の先端部には、外周に砥石軸線Ｌ２を中心とした円錐面状の研削面３１１を有する回転砥石３１が、その研削面３１１の大径部を砥石台２９側に位置させた状態で装着されている。砥石軸３０はサーボモータ３２により駆動されて、回転砥石３１を砥石軸線Ｌ２の周りで回転させる。

図１及び図２に示すように、回転砥石３１の研削面３１１は、砥石軸線Ｌ２を中心とした円錐面上に位置する逆クラウニング形状に形成されている。つまり、研削面３１１は、その幅方向中央部が凹む曲面形状に形成されている。この実施形態では、研削面３１１を平面から見て、その研削面３１１の小径側の前端と大径側の前端とが前記回転軸線Ｌ１と平行な線上に位置している。そして、回転砥石３１の研削面３１１は円錐面を基本としたシルエット上に位置している。

次に、前記のように構成されたカム研削装置の作用を説明する。
ワーク２０が主軸１７及びラム１９のセンタピボット２２，２３間に装着された状態で、装置の運転が開始されると、図示しない制御装置の制御により、サーボモータ１４が回転されて、ワークテーブル１２がＺ軸方向に移動される。これにより、図１に示すように、ワーク２０上の１つのカム２１が回転砥石３１と対向する研削位置に配置される。

この状態で、制御装置の制御により、サーボモータ３２が回転されて、回転砥石３１が回転軸線Ｌ１を中心に回転されるとともに、サーボモータ２４が回転されて、カム２１が回転軸線Ｌ１を中心に回転される。また、制御装置の同時２軸制御により、カム２１の回転に伴ってサーボモータ２７が回転され、工具テーブル２５がＸ軸方向に移動される。これにより、回転砥石３１がカム２１のカム面２１１に向かって送り移動されて、カムプロフィル創成運動が行われる。その結果、図３及び図４に示すように、カム２１のカム面２１１が凹状部２１２を有する所定の形状に研削される。

このとき、図２に示すように、回転砥石３１の研削面３１１が砥石軸線Ｌ２を中心とした円錐面上に位置する逆クラウニング形状に形成されているため、カム２１のカム面２１１がクラウニング形状に研削される。

よって、回転砥石３１の砥石軸線Ｌ２がカム２１の回転軸線Ｌ１に対して傾斜した状態に配置されるとともに、回転砥石３１の研削面３１１が円錐面状に形成されていても、カム面２１１の研削中に、カム面２１１のカムトップとベース円との範囲で面接触が生じるおそれはない。つまり、凹状部２１２の位置においても、カム面２１１と凹状部２１２とが同方向へ沿うことはなく、カム面２１１は凸状に膨らむ球面形状を呈するため、回転砥石３１の研削面３１１とカム面２１１と凹状部２１２との間には面接触状態は発生せず、線接触状態が維持される。

よって、カム面２１１に凹状部２１２を有するカム２１を小径の回転砥石３１を用いて、高精度にかつ能率的に研削することができる。
次に、前記のように研削加工されたカム２１、及びそのカム２１を用いて構成されるカム装置について説明する。

図５及び図６に示すように、この実施形態のカム２１では、例えば、ベース円の径Ｗ１が３２〜６０ｍｍ、小円の径Ｗ２が５〜２０ｍｍ、ベース円からの小円のリフト量Ｗ３が７ｍｍとなるように構成されている。このような形状構成のカム２１においては、カム面２１１のクラウニング形状の曲率半径Ｗ５が５００ｍｍとなるように形成される。なお、図２及び図６においては、説明の便宜上、曲率半径Ｗ５を小さくして図示している。

そして、図６に示すように、前記のような構成のカム２１を用いて、カム装置が構成される。このカム装置においては、カム２１のほかに、そのカム２１のカム面２１１に接触する直線状の接触面３５１を設けたタペット（カムフォロワ）３５が備えられている。このタペット３５としては、例えばローラが用いられ、そのローラの回転軸が、カム２１の回転軸と平行に配置される。この場合、カム２１のカム面２１１がクラウニング形状に形成されているため、タペット３５の接触面３５１が平面状に形成されていても、そのカム面２１１と接触面３５１との間に、潤滑油のための十分な隙間を確保することができる。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） この実施形態のカムにおいては、カム面２１１に凹状部２１２が設けられたカム２１において、前記カム面２１１がクラウニング形状に形成されている。このため、回転砥石３１として研削面３１１が逆クラウニング形状のものが用いられることになり、回転砥石３１の研削面３１１とカム２１のカム面２１１との間に面接触領域が生じることを防止できる。従って、カム面２１１を高精度に研削できるとともに、研削面３１１とカム面２１１との間のトラバース移動が不要なって、研削加工を能率よく行うことができるとともに、研削装置の構成を簡素化できる。

（２） この実施形態のカム装置においては、前記のような構成のカム２１が用いられるとともに、そのカム２１に対する接触面３５１を直線状にしたタペット３５が備えられている。このため、接触面３５１が直線状のタペット３５を用いているにも拘らず、カム２１のカム面２１１とタペット３５の接触面３５１との間に潤滑油のための隙間を形成できて、それらの面２１１，３５１間の潤滑性を高めることができる。

（３） この実施形態のカム研削装置においては、回転砥石３１がカム２１の回転軸線Ｌ１に対して傾斜する砥石軸線Ｌ２上に設けられている。また、その回転砥石３１の研削面３１１が、前記砥石軸線Ｌ２を中心とした円錐面上に位置する逆クラウニング形状に形成されている。

このため、前記のように、カム面２１１と研削面３１１との間に面接触が生じるのを抑制することができて、カム面２１１に凹状部２１２を有するカム２１を小径の回転砥石３１により、高精度にかつ能率的に研削することができる。しかも、回転砥石３１の砥石軸３０とカム２１のカム軸とを充分に離間させることができるため、砥石軸３０あるいはその軸受として小径のものを用いる必要がないため、回転砥石３１の支持剛性が高くなり、高精度加工に寄与できる。

なお、前記実施形態においては、カム面２１１の凹状部２１２において稜線（カム２１の厚さ方向における高い位置）がカム２１の厚さ方向の中心からわずかに変位する。これに対し、回転砥石３１またはワーク２０のうちの少なくとも一方をワーク２０の軸方向にトラバースさせれば、この変位を防ぐことができる。

１２…ワークテーブル、１６…主軸台、１７…主軸、２０…ワーク、２１…カム、２１１…カム面、２１２…凹状部、２５…工具テーブル、２９…砥石台、３０…砥石軸、３１…回転砥石、３１１…研削面、３５…タペット、３５１…接触面、Ｌ１…回転軸線、Ｌ２…砥石軸線。

Claims (3)

1. 回転軸線の周囲にカム面を形成するとともに、そのカム面に凹状部を設けたカムにおいて、
   前記カム面をクラウニング形状にしたことを特徴とするカム。
2. 請求項１に記載のカムを用いるとともに、そのカムに対する接触面を直線状にしたタペットを備えたことを特徴とするカム装置。
3. 回転砥石をカムの回転軸線に対して傾斜する砥石軸線上に設け、その回転砥石の研削面を、前記砥石軸線を中心とした円錐面上に位置する逆クラウニング形状に形成したことを特徴とするカム研削装置。