JP3695508B2 - 面取り加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材に形成された傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、特に二重角を有する傾斜穴（部材の２つ以上の基準軸に対して非平行な傾斜穴）の開口部周囲に、面取り加工を施す方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、部材の曲面に穿孔された傾斜穴に面取り加工を施す場合には、部材の表面形状、穴の角度等により面取り形状が変化し、その形状を一義的に決定することが困難であった。このことにより生ずる不具合を、クランクシャフトの油穴を例に挙げて、以下に説明する。
【０００３】
図16、図17には、クランクシャフト１を示している。一般的に、クランクシャフト１のピン２には、潤滑油を供給するための油穴３が形成されている。この油穴３は、ピン２およびアーム６を貫通して、ジャーナル４に形成された油穴５に向けて一直線に延び、油穴５の中間部と連通している。図18（ａ）には、クランクシャフト１のピン２のみを拡大して示している。また、図18（ｂ）には、ピン２をアーム６との連結部分において切断した断面図を示している。図示のごとく、ピン２の軸芯をＸ軸方向とし、かつ、Ｘ軸に夫々直交するようにＹ軸、Ｚ軸を設定すると、油穴３はＸ軸に平行ではなく、かつ、Ｙ軸、Ｚ軸の交点を通るものでもない（すなわち、油穴３はピンの直径方向に対しても非平行な穴である。）。このように、部材の２つ以上の基準軸に対して平行でない傾斜穴を、本説明では「二重角を有する傾斜穴」という。
【０００４】
ところで、クランクシャフト１の製造工程においては、機械的性質を向上させるために焼き入れを行う必要がある。焼き入れ工程は、油穴３を穿孔した後に行われることが一般的であるが、この際、油穴３の開口部に応力集中が生じ、割れ等の不具合が発生し易い。そこで、割れの発生を防止するために、油穴３の開口部に面取りを施しておく必要がある。また、油穴３の開口部周囲の面取りは、潤滑油の流通性等を向上させる上で、クランクシャフト１がエンジンに組み込まれた後にも必要なものである。よって、焼き入れ前に穿孔した油穴３の面取り部分が、焼き入れ後の研削工程を済ませた時点でも必要な寸法として残っていれば、再度の面取り加工が不要となり好都合である。
【０００５】
前述のごとく、油穴３は二重角を有する傾斜穴であり、ピン２の円筒表面に楕円の開口形状として現れる。この油穴開口部に対し、単に油穴３の軸芯ＣL に沿って面取りドリルの軸芯を一致させて面取り加工を行っても、開口部周囲に均等な面取り加工を施すことができず、面取り幅は全周に渡って増減する不均等なものとなる（なお、「均等な」の意味については、本発明においては「任意の方向から見たときの面取り幅が均等な」という意味である。）。また、特開平6-55319 号公報には、油穴３の軸芯ＣL に面取りドリルの軸芯の方向を一致させ、かつ、ドリルの軸芯を所定量だけ油穴３の軸芯ＣL に対し平行移動させることで、均等な面取り加工を実現しようとする技術が開示されている。ところが、当該技術においても、任意の方向から見たときの面取り幅を均等にすることはできない。さて、焼き入れ工程における割れの発生を防止するためには、最低限必要な面取り幅を確保する必要がある。また、研削工程の後に、面取り部分を必要な寸法として残すためにも、焼き入れ前の面取り加工時に、面取り幅を十分に確保しておく必要がある。したがって、従来は、全周に渡って不均等な面取り幅のうち、最も幅が小さくなる部分が必要な面取り寸法以上となるように、より深い位置まで面取りドリルを投入するという手法を採っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のごとく、従来の加工方法は、全体としては必要以上の大きさに面取り加工を行うものであり、このことが、エンジンの小型軽量化を阻む原因となっている。何故ならば、クランクシャフト１のピン２には「ランド幅」を確保する必要があるからである。ランド幅とは、ピン２の表面とクランクピンメタル（図示省略）との間に形成される油膜の面積を確保するための、Ｘ軸方向の長さであり、焼きつき等の発生を防止するために、一定以上のランド幅が必要不可欠である。ところが、油穴３およびその面取り部分は、ランド幅に含めることができない。このために、ピン２に必要なＸ軸方向の寸法は、必要なランド幅に、油穴３の径と面取り寸法とを加えた値となる。
【０００７】
すなわち、面取り加工に従来の方法を用いている限り、設計段階から面取り寸法として十分な値を確保しておく必要があり、結果として、ピン２のＸ軸方向の寸法を長くすることになった。すると、クランクシャフト１の全長を増加させることになり、延ては、エンジン全長の増加、エンジン重量の増加に直結することになる。
【０００８】
以上より、二重角を有する傾斜穴である油穴３に対しても、面取り加工を全周にわたって均等に行う等、面取り幅の制御が可能であれば、必要以上に面取り加工を施す部分の寸法を確保することが不要となり、エンジンの全長短縮が可能になる等、エンジン設計上大変有利となる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部材に形成された傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、特に二重角を有する傾斜穴の、開口部周囲の面取り幅を制御することが可能な加工方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る手段は、部材に形成された二重角を有する傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、前記部材とその傾斜穴とを三次元座標上にモデル化し、前記傾斜穴の軸芯を通りかつ傾斜穴の中心軸が前記部材の表 面と交差する点における、前記部材の接線の法線を含む平面上で前記モデルを切断することにより、前記部材と前記傾斜穴とを二次元で認識し、該二次元化された傾斜穴の断面形状と前記部材の表面形状とを用いて、前記平面上に現れる２つの面取り位置を、前記法線と直交する方向から見たときの一方の面取り幅をａ、もう一方の面取り位置の面取り幅をｂとしたとき、ａ＝ｂとなるように、面取り工具の進入角度を決定し、該決定結果に基づき面取り加工を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、前記傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す際に、面取り幅の管理が求められる位置を通る平面、すなわち、傾斜穴の中心軸が前記部材の表面と交差する点における、前記部材の接線の法線を含む平面上で、前記傾斜穴の断面形状および前記部材の表面形状と、前記面取り工具先端部との関係を見る。面取り工具先端部の形状は既知であることから、面取り幅の管理が求められる位置における面取り形状を、前記平面上で幾何学的に求めることが可能となる。したがって、前記平面上で面取り工具の進入角度を変化させれば、面取り幅の管理が求められる位置において、その管理を直接的に行うことが可能となる。
また、前記平面は傾斜穴の軸芯を通るものであることから、前記平面上には、傾斜穴の軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置が表れる。そこで、この２つの面取り位置における面取り幅を対比し、その幅が同一となるように面取り工具の進入角度を算出する。具体的には、前記２つの面取り位置における面取り幅が、ａ＝ｂとなるときの面取り工具の進入角度を幾何学的に求め、該進入角度に基づき面取り加工を行う。
【００１２】
さらに、本発明の請求項２に係る面取り加工方法は、前記部材が軸状部材であることを特徴とする。そして、軸上部材の円筒状表面に形成された傾斜穴の、面取り幅の管理が求められる位置に所望の面取り幅を加工する。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る手段は、クランクシャフトのピンに形成された二重角を有する油穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、前記ピンとその油穴とを三次元座標上にモデル化し、前記油穴の軸芯を通りかつ油穴の中心軸が前記ピンの表面と交差する点における、前記ピンの接線の法線を含む平面上で前記モデルを切断することにより、前記ピンと前記油穴とを二次元で認識し、該二次元化された油穴の断面形状と前記ピンの表面形状とを用いて、前記平面上に現れる２つの面取り位置を、前記法線と直交する方向から見たときの一方の面取り幅をａ、もう一方の面取り位置の面取り幅をｂとしたとき、ａ＝ｂとなるように、面取り工具の進入角度を決定し、該決定結果に基づき面取り加工を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
この構成によると、二重角を有する油穴であっても、前記油穴の軸芯を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面上で前記モデルを切断することにより、前記ピンの表面形状と前記油穴とを二次元で認識することが可能となる。そして、該二次元化された油穴の断面形状および前記ピンの表面形状に対し、面取り工具先端部の形状を重ね合わせる。面取り工具先端部の形状は既知であることから、面取り幅の管理が求められる位置である、油穴の中心軸が前記ピンの表面と交差する点における、前記ピンの接線の法線を含む平面に現われる面取り形状を、幾何学的に求めることが可能である。そして、前記平面上で面取り工具の進入角度を変化させれば、管理が求められる位置における面取り幅を、直接的に管理することが可能となる。なお、上記各工程の初期段階において、前記部材とその傾斜穴とを三次元座標上にモデル化し、該モデルを切断しているので、前記平面の位置は前記三次元座標上で把握することができる。よって、前記平面上で検討される面取り工具の進入角度も、前記三次元座標上で把握することが可能である。
【００１５】
また、前記平面は油穴の軸芯を通るものであることから、前記平面上には、傾斜穴の軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置が表れる。そこで、この２つの面取り位置における面取り幅を対比し、その幅が同一となるように面取り工具の進入角度を算出する。具体的には、前記２つの面取り位置における面取り幅が、ａ＝ｂとなるときの面取り工具の進入角度を幾何学的に求め、該進入角度に基づき面取り加工を行う。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来例と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略する。
【００１７】
図１には、本発明の実施の形態に係る面取り加工方法において、面取りドリルの進入角度を算出する手順を示している。また、図２〜図６は、図１の各ステップに対応する説明図である。以下に、図１に示す各ステップについてを、順を追って説明する。なお、本発明の実施の形態においては、計算に要する時間を削減する目的で、いわゆるソリッドモデラー形式の３Ｄ−ＣＡＤを活用することとする。
【００１８】
なお、以下の各ステップで求めるものは、図２に示されたクランクシャフト１の、ピン２に形成された油穴３に対し、面取り加工を施すための面取りドリルの傾斜角度である。この油穴３は、前述のごとく二重角を有している。したがって、油穴の軸芯ＣL は、クランクシャフト１の中心軸に対しても、クランクシャフトの直径方向に対しても非平行である。
【００１９】
なお、油穴３の面取り形状を決定するための、面取りドリルの進入角度を決定するに際しては、油穴３の全体を考慮する必要はなく、油穴３が開口するピン２の表面近傍のみを考慮すれば良い。そこで、以下の手順では、複雑な形状を有するクランクシャフト１の中で、ピン２および油穴３のみを三次元空間上にモデル化し、面取りドリルの進入角度を決定する。
【００２０】
(1) まず、面取りドリルの進入角度を求める上での土俵となる、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間および原点Ｏを定義する。
(2) 続いて、ステップ(1) で定義したＸ，Ｙ，Ｚ空間上で、直径φＢの油穴３をモデル化する。油穴３は二重角を有する傾斜穴であるが、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間上では、その位置および形状を正確に認識することができる。このとき、ピン２の軸芯方向がＸ軸方向となるようにする（図３参照）。
(3) 続いて、ステップ(2) でモデル化した油穴３に重ねるようにして、直径φＡのピン２をモデル化する（図３参照）。なお、ステップ(2) ，(3) の順序は逆でも良い。
(4) ステップ(2) ，(3) でモデル化したピン２および油穴３を、図４に示すように、油穴３の軸芯ＣL を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面Ｓで切断する。本実施の形態では、後述する理由から、平面Ｓとして、油穴の中心軸を通り、かつ、油穴の中心軸がピン２の表面（円筒面）と交差する点における、ピン２の接線の法線を含む平面を用いる。
【００２１】
(5) ステップ(4) の平面Ｓには、ピン２の表面形状と油穴３の断面が現れる。そこで、この平面Ｓ上に現れたピン２および油穴３に、直径φＥ（φＥ＞φＢ）の面取りドリル先端部を重ね合わせる（図５参照）。すると、ドリル形状が干渉する部分が面取り部７となる。ここで、ピン２の表面と油穴３の軸芯ＣL との交点からドリル先端までの距離を、ドリル先端深さＤとする。また、ドリル中心軸をＣd 、ドリル先端を通るピン２表面の法線をＮとする。なお、ここで表されるるドリル形状は、ドリル諸元等から既知のものである。
(6) そして、面取りドリルの進入角度θを変更することにより、平面Ｓ上に現れた左右２か所の面取り部断面の幅ａ，ｂ（図６参照）を変化させる。なお、面取り部断面の幅ａ，ｂを見る方向は、平面Ｓ上でピン２の表面に平行な方向（法線Ｎに直交する方向）とする。
(7) 左右２か所の面取り部断面の幅ａ，ｂの比率が、〔ａ／（ａ＋ｂ）〕× 100（％）＝50（％）となるまで、面取りドリルの進入角度θの変更を繰り返す。
(8) ステップ(7) で、〔ａ／（ａ＋ｂ）〕× 100（％）＝50（％）の関係が得られたとき、すなわち、ａ＝ｂとなるときの進入角度θで加工を行う。すると、管理が求められる位置において、均等な面取り幅を確保することが可能となる。
【００２２】
さて、ステップ(4) において、平面Ｓとして、油穴の中心軸を通り、かつ、油穴の中心軸がピン２の表面（円筒面）と交差する点における、ピン２の接線の法線を含む平面を用いた理由は、以下の通りである。
【００２３】
前述のごとく、ピン２のＸ軸方向の寸法の増加を防ぐために、面取り部７の幅均等にすることが望まれている。ここで、ピン２のＸ軸方向の寸法に影響する面取り部７の幅とは、「油穴の中心軸がピン２の表面（円筒面）と交差する点における、ピン２の接線の法線」方向から見たときの面取り部７の幅である。したがって、ピン２のＸ軸方向の寸法を抑えるに当り最も直接的かつ正確なのは、該法線方向から見たときの面取り部７の幅を抑えることである。また、応力集中による割れを防止する上でも、研削工程の後に面取り形状を必要な寸法として残す上でも、前記法線方向から見たときの面取り幅を管理することが必要とされる。そこで、管理が求められる位置の面取り幅である「前記法線方向から見たときの面取り部７の幅」として、油穴の中心軸ＣL を通りかつ前記法線を通る平面Ｓでピン２および油穴３を切断し、当該断面上に現れる左右２か所の面取り部の幅ａ，ｂを検討している。
【００２４】
以上説明した手順で求めた角度に面取りドリルをセットして、面取り加工を行うことにより、ピン２のＸ軸方向の寸法をも均等にした、面取り形状を得ることができる。図７および図８には、本実施の形態に係る面取り加工方法により、油穴３に面取り加工を施したときの、面取りドリルの傾斜角度と、面取り部の幅との関係を検証した一例を示している。加工条件は、図７（ａ）に示すピン２の直径φＡ＝15mm、油穴３の直径φＢ＝１mm又は３mmとする。また、油穴３の傾斜角度は、図７（ｂ）に示すように、Ｙ−Ｚ平面から見たときの傾斜角度を10°、Ｘ−Ｚ平面から見たときの傾斜角度を25°とする。図７（ｃ）には、平面Ｓでピン２および油穴３を切断したときの断面図を示している。法線Ｎに対する油穴３の中心軸ＣL の傾斜角度は26.5°である。また、法線Ｎに対する面取りドリルの中心軸Ｃd の角度Ｃを、油穴３の中心軸ＣL に対する比率（傾斜角度26.5°が 100％）として表す。なお、面取りドリル先端部の角度は 120°である。そして、面取りドリルの中心軸Ｃd の角度Ｃを０〜 100％の間で変化させたときの、２つの面取り幅ａ，ｂの比率Ｅ（％）：Ｅ＝〔ａ／（ａ＋ｂ）〕× 100の変化の様子を、図８に表す。
【００２５】
図８（ａ）は、油穴径φＢ＝１mmに固定し、深さＤ＝１〜2.5 mmで変化させた場合の関係を示している。図８（ｂ）は、深さＤを２mmに固定し、油穴径φＢ＝１mmとφＢ＝３mmとで変化させたときの差を比較したものである。以上の結果から理解されるように、角度Ｃのみならず、油穴径φＢ、深さＤのいずれも、２つの面取り幅ａ，ｂの比率Ｅを変化させるパラメータとなっている。したがって、油穴径φＢ、深さＤも考慮して、面取り工具の進入角度を算出することが望ましい。
【００２６】
上記構成をなす本発明の実施の形態から得られる作用効果は、以下の通りである。ます、ステップ(1) 〜(3) において、ピン２とピン２に対し二重角を有する油穴３とを、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間（三次元座標）上にモデル化することにより、ピン２、油穴３の形状や位置関係の把握を、容易に行うことが可能となる。この際に、ピン２の軸芯方向がＸ軸方向となるようにモデル化することにより、ピン２の長さに影響する面取り部７のＸ軸方向の寸法を、容易に求めることができるようにしている。続いて、ステップ(4) において、モデル化したピン２と油穴３とを、平面Ｓ（油穴の中心軸を通りかつ油穴の中心軸とピン２の円筒面との交点を通る法線に平行な面）で切断している。したがって、立体であるピン２と油穴３とを二次元で認識することが可能となる。しかも、面取り幅の管理が求められている、面取り部を前記法線方向から見たときの寸法を、平面Ｓ上で容易に把握することが可能となる。
【００２７】
続いて、ステップ(5) で平面Ｓに現れたピン２の表面形状と油穴３の断面とに対し面取りドリル先端部を重ね合わせることにより、面取り部を前記法線方向から見たときの寸法を、幾何学的に求めることが可能となる。そして、ステップ(6) において、面取りドリルの進入角度を変更することにより、ａ，ｂの比率Ｅの値が最適となる進入角度θを求めることができる。さらに、ステップ(7) で比率Ｅ＝50（％）となるときの進入角度θで面取り加工を行えば、面取り幅の管理が求められる位置における均等な面取り幅を確保することができる。
【００２８】
なお、面取りドリルの進入角度θは、あくまでも平面Ｓにおける角度である。しかしながら、ステップ(1) 〜(3) において、ピン２と油穴３とをＸ，Ｙ，Ｚ空間上にモデル化していることから、平面Ｓの位置も前記Ｘ，Ｙ，Ｚ空間上で把握することができる。したがって、平面Ｓ上の面取りドリルの進入角度θも、当然に前記Ｘ，Ｙ，Ｚ空間上で把握することができる。このため、当該進入角度θを面取りドリルの角度設定に用いることも容易である。
【００２９】
また、本発明の実施の形態では、油穴の中心軸ＣL を通りかつピン２の円筒面の法線を通る平面Ｓでピン２および油穴３を切断し、この断面上に現れる左右２か所の面取り部の幅ａ，ｂを検討している。これはすなわち、面取り幅の管理が求められている方向から、面取り部７の幅を見ることを意味する。よって、管理が求められている方向から見た面取り部７の幅を、直接的に検討することが可能となる。よって、クランクシャフトを設計する際のピン２の寸法を抑え、クランクシャフトの全長の短縮を図ることが容易となり、エンジンの小型軽量化に直接的に貢献することができる。また、当該方向から見たときの面取り部７の幅を均等にすることにより、焼き入れの際の応力集中による割れを防止する上でも効果的である。さらに、ピン２の円筒面を研削しても、面取り部７の幅はその全周にわたって均等に減少することとなり、研削工程の後に必要な寸法として面取り形状を残すことも容易となる。
【００３０】
なお、平面Ｓにおいて面取り部の幅ａ，ｂを見る方向は、法線Ｎ方向（図５）に限定されるものではなく、必要に応じて任意に決定することが可能である。よって、本実施の形態によれば、面取り幅の管理が求められる位置を、任意の方向から見たときの面取り幅を制御することも可能となる。
【００３１】
本発明の実施の形態では、二重角を有する傾斜穴を形成する部材としてクランクシャフト１のピン２を、傾斜穴として油穴３を例に挙げて説明したが、本発明はこれ以外の対象、例えば軸上部材以外のもの（球形等）に形成された二重角を有する傾斜穴に、面取り加工を施す場合にも利用することができる。また、一重角を有する傾斜穴（部材の少なくとも１つの基準軸に対して平行な傾斜穴）に面取り加工を施す場合にも、当然に利用することができるものである。
【００３２】
【実施例】
さて、本発明の特徴部分として、傾斜穴の軸芯を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面上で、面取り工具の進入角度を算出する点を挙げることができるが、この特徴部分により得られる効果について、発明者らは以下のような検証を行っている。以下に、クランクシャフトのピン２の油穴３に面取り加工を行う場合を例に挙げて、その検証結果を説明する。
【００３３】
図９には、二種類の加工方法により面取りを行った際の面取り部７、７’を、ピンの円筒面の法線方向から見た様子を示している。図９（ａ）に示す面取り部７は、本発明に係る方法により形成したものである。面取り部７は、油穴３の全周にわたってほぼ均等に形成されている。これに対し、図９（ｂ）に示す面取り部７’は、油穴３の軸芯ＣL （図５参照）と面取りドリルの軸芯Ｃd （図５参照）との平行を保ちつつ、必要量だけ平行移動させた位置で、面取り加工を行った場合（すなわち、面取り工具の進入角度については考慮していない。）の面取り形状である。図９（ｂ）の面取り部７’は、不均等であることがわかる。
【００３４】
さて、図９に示した２つの面取り部７，７’の形状を、図10に示す線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４で切断したときの断面図を、図11〜図14に示している。なお、図10には、面取り部７に対してのみ線Ｔ１〜Ｔ４を示しているが、面取り部７’に対しても同様の位置で切断していると理解されたい。
【００３５】
まず、図11は、２つの面取り部７，７’を線Ｔ１で切断したときの断面を示している。線Ｔ１は、ピンの円筒表面に楕円状開口として現れる油穴３を、長円方向に切断したものである。いずれの面取り部７，７’も、最大直径は6.5 mmであるが、面取り部７の面取り幅は、左右共に0.37mmである。これに対し、面取り部７’の面取り幅は、左が0.3 mm、右が0.8 mmとなっている。
【００３６】
図12には、２つの面取り部７，７’を線Ｔ２で切断したときの断面を示している。なお、図中符号８で示す線は、ピン２の油穴３を線Ｔ２を通る平面で切断したとき、切断面に実際に現れる油穴３の切断線である。図12では、面取り部７の最大直径が6.33mmへと減少しているが、左右の面取り幅は、左が0.49mm、右が0.52mmと、ほぼ均等を保っている。これに対し、面取り部７’の最大直径は6.5 mmで変化がないが、面取り幅は、左が0.43mm、右が１mmとなっている。
【００３７】
図13には、２つの面取り部７，７’を線Ｔ３で切断したときの断面を示している。このとき、面取り部７の最大直径は5.96mmまで減少しているが、面取り幅は左右共に0.49mmである。これに対し、面取り部７’の最大直径は6.37mmに減少し、面取り幅は、左が0.64mm、右が0.81mmとなっている。
【００３８】
図14には、２つの面取り部７，７’を線Ｔ４で切断したときの断面を示している。面取り部７の最大直径は6.1 mmであり、面取り幅は、左が0.38mm、右が0.39mmと、ほぼ均等を保っている。これに対し、面取り部７’の最大直径は6.38mmであり、面取り幅は、左が0.71mm、右が0.4 mmとなっている。
【００３９】
さて、図15には、２つの面取り部７，７’を、油穴３の軸芯ＣL 方向から見たときの形状を示している。この方向から見ると、図15（ｂ）に示す面取り部７’が、油穴３の全周にわたってほぼ均等に形成されているのに対し、図15（ａ）に示す本発明に係る面取り部７は、不均等となっている。
【００４０】
このように、ＣL とＣd との平行を保ちつつ、必要量だけ平行移動させた位置で面取り加工を行った場合には、面取り部７’は、油穴３の軸芯ＣL 方向から見たときの面取り幅がほぼ均等となるが、ピンの円筒面の法線方向から見た場合の面取り幅は不均等である。よって、焼き入れ後の研削加工によりピン径が縮小する場合を考えると、面取り部７’の一部分が消滅してしまうおそれがある。面取り部の一部消滅を防ぐためには、最も幅が小さくなる部分が必要な面取り寸法以上となるように、より深い位置まで面取りドリルを投入する必要がある。その結果、全体としては必要以上の大きさに面取り加工を行うこととなり、本発明の従来技術の問題点を解決することができない。
【００４１】
以上のことから、傾斜穴の軸芯を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面上で、面取り工具の進入角度を算出することが、本発明の課題を解決する上で非常に有効であることが理解されるであろう。
【００４２】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、以下のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る面取り加工方法によると、部材に形成された傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を行う際の、面取り幅の管理が求められる位置である、前記傾斜穴の軸芯を通りかつ傾斜穴の中心軸が前記部材の表面と交差する点における、前記部材の接線の法線を含む平面に現われる、傾斜穴の軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置の幅が同一となるように、面取り幅の管理を直接的に行うことが可能となり、必要な面取り形状を確実に得ることができる。さらに、
【００４３】
また、本発明の請求項２に係る面取り加工方法によると、軸状部材に形成された傾斜穴又は二重角を有する傾斜穴に対し、必要な面取り形状を確実に形成することが可能となる。
【００４４】
また、本発明の請求項３に係る面取り加工方法によると、二重角を有する油穴の開口部周囲の、管理が求められている方向から見た面取り部の幅、すなわち、軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置の面取り幅を、制御することが可能となり、必要な面取り形状を確実に得ることができる。
よって、クランクシャフトを設計する際のピンの寸法を抑え、クランクシャフトの全長の短縮を図ることが容易となり、エンジンの小型軽量化に直接的に貢献することができる。また、当該方向から見たときの面取り部の幅を均等にすることにより、焼き入れの際の応力集中による割れを防止する上でも効果的である。さらに、ピンの円筒面を研削しても、面取り部の幅はその全周にわたって均等に減少することとなり、研削工程の後に必要な寸法として面取り形状を残すことも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る面取り加工方法において、面取りドリルの進入角度を算出する手順を示すフローチャートである。
【図２】 加工対象であるクランクシャフトを示す斜視図である。
【図３】 図１のステップ(1) 〜(3) までの工程を示す説明図である。
【図４】 図１のステップ(4) の工程を示す説明図である。
【図５】 図１のステップ(5) の工程を示す説明図である。
【図６】 図１のステップ(5) において求められる面取り部の形状を概略的に示すものであり、（ａ）は面取り形状を図５の法線Ｎ方向から見た上面図、（ｂ）は面取り形状の断面図である。
【図７】 図１に示す手順によって得られた面取りドリルの傾斜角度と、面取り部の幅との関係を、パラメータを変更して検証した際の条件を示すものであり、（ａ）はピンおよび油穴の斜視図、（ｂ）は、ピンおよび油穴をＹ軸方向およびＸ軸方向から見たときの図、（ｃ）は、所定の平面でピンおよび油穴を切断したときの断面図である。
【図８】 （ａ）、（ｂ）は、いずれも図１に示す手順によって得られた面取りドリルの傾斜角度と、面取り部の幅との関係を、パラメータを変更して検証した結果を示すものである。
【図９】 本発明に係る加工方法により面取りを行った際の面取り部と、異なる加工方法により面取りを行った際の面取り部とを、ピンの円筒面の法線方向から見た図であり、（ａ）本発明に係るものであり、（ｂ）異なる加工方法によるものである。
【図１０】 図９に示す２つの面取り部の断面を見る際の、切断線を示す図である。
【図１１】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ１で切断した断面図である。
【図１２】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ２で切断した断面図である。
【図１３】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ３で切断した断面図である。
【図１４】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ４で切断した断面図である。
【図１５】 図９に示す２つの面取り部を、油穴の軸芯方向から見たときの形状を示す図であり、（ａ）本発明に係るものであり、（ｂ）異なる加工方法によるものである。
【図１６】 クランクシャフトを示す斜視図である。
【図１７】 図１６に示すクランクシャフトの側面図である。
【図１８】 図１７に示すクランクシャフトのピンを拡大して示しており、（ａ）はピンの側面図、（ｂ）はピンをアームとの連結部分において切断した断面図である。
【符号の説明】
(1) Ｘ，Ｙ，Ｚ空間および原点Ｏの定義付け
(2) 油穴のモデル化
(3) ピンのモデル化
(4) モデル化したピンおよび油穴の切断
(5) ピンおよび油穴に面取りドリル先端部を重ね合わせる
(6) 進入角度θの変更
(7) ２か所の面取り幅ａ，ｂの比率の検証
(8) 均等な面取り幅の確保
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材に形成された傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、特に二重角を有する傾斜穴（部材の２つ以上の基準軸に対して非平行な傾斜穴）の開口部周囲に、面取り加工を施す方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、部材の曲面に穿孔された傾斜穴に面取り加工を施す場合には、部材の表面形状、穴の角度等により面取り形状が変化し、その形状を一義的に決定することが困難であった。このことにより生ずる不具合を、クランクシャフトの油穴を例に挙げて、以下に説明する。
【０００３】
図16、図17には、クランクシャフト１を示している。一般的に、クランクシャフト１のピン２には、潤滑油を供給するための油穴３が形成されている。この油穴３は、ピン２およびアーム６を貫通して、ジャーナル４に形成された油穴５に向けて一直線に延び、油穴５の中間部と連通している。図18（ａ）には、クランクシャフト１のピン２のみを拡大して示している。また、図18（ｂ）には、ピン２をアーム６との連結部分において切断した断面図を示している。図示のごとく、ピン２の軸芯をＸ軸方向とし、かつ、Ｘ軸に夫々直交するようにＹ軸、Ｚ軸を設定すると、油穴３はＸ軸に平行ではなく、かつ、Ｙ軸、Ｚ軸の交点を通るものでもない（すなわち、油穴３はピンの直径方向に対しても非平行な穴である。）。このように、部材の２つ以上の基準軸に対して平行でない傾斜穴を、本説明では「二重角を有する傾斜穴」という。
【０００４】
ところで、クランクシャフト１の製造工程においては、機械的性質を向上させるために焼き入れを行う必要がある。焼き入れ工程は、油穴３を穿孔した後に行われることが一般的であるが、この際、油穴３の開口部に応力集中が生じ、割れ等の不具合が発生し易い。そこで、割れの発生を防止するために、油穴３の開口部に面取りを施しておく必要がある。また、油穴３の開口部周囲の面取りは、潤滑油の流通性等を向上させる上で、クランクシャフト１がエンジンに組み込まれた後にも必要なものである。よって、焼き入れ前に穿孔した油穴３の面取り部分が、焼き入れ後の研削工程を済ませた時点でも必要な寸法として残っていれば、再度の面取り加工が不要となり好都合である。
【０００５】
前述のごとく、油穴３は二重角を有する傾斜穴であり、ピン２の円筒表面に楕円の開口形状として現れる。この油穴開口部に対し、単に油穴３の軸芯ＣL に沿って面取りドリルの軸芯を一致させて面取り加工を行っても、開口部周囲に均等な面取り加工を施すことができず、面取り幅は全周に渡って増減する不均等なものとなる（なお、「均等な」の意味については、本発明においては「任意の方向から見たときの面取り幅が均等な」という意味である。）。また、特開平6-55319 号公報には、油穴３の軸芯ＣL に面取りドリルの軸芯の方向を一致させ、かつ、ドリルの軸芯を所定量だけ油穴３の軸芯ＣL に対し平行移動させることで、均等な面取り加工を実現しようとする技術が開示されている。ところが、当該技術においても、任意の方向から見たときの面取り幅を均等にすることはできない。さて、焼き入れ工程における割れの発生を防止するためには、最低限必要な面取り幅を確保する必要がある。また、研削工程の後に、面取り部分を必要な寸法として残すためにも、焼き入れ前の面取り加工時に、面取り幅を十分に確保しておく必要がある。したがって、従来は、全周に渡って不均等な面取り幅のうち、最も幅が小さくなる部分が必要な面取り寸法以上となるように、より深い位置まで面取りドリルを投入するという手法を採っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のごとく、従来の加工方法は、全体としては必要以上の大きさに面取り加工を行うものであり、このことが、エンジンの小型軽量化を阻む原因となっている。何故ならば、クランクシャフト１のピン２には「ランド幅」を確保する必要があるからである。ランド幅とは、ピン２の表面とクランクピンメタル（図示省略）との間に形成される油膜の面積を確保するための、Ｘ軸方向の長さであり、焼きつき等の発生を防止するために、一定以上のランド幅が必要不可欠である。ところが、油穴３およびその面取り部分は、ランド幅に含めることができない。このために、ピン２に必要なＸ軸方向の寸法は、必要なランド幅に、油穴３の径と面取り寸法とを加えた値となる。
【０００７】
すなわち、面取り加工に従来の方法を用いている限り、設計段階から面取り寸法として十分な値を確保しておく必要があり、結果として、ピン２のＸ軸方向の寸法を長くすることになった。すると、クランクシャフト１の全長を増加させることになり、延ては、エンジン全長の増加、エンジン重量の増加に直結することになる。
【０００８】
以上より、二重角を有する傾斜穴である油穴３に対しても、面取り加工を全周にわたって均等に行う等、面取り幅の制御が可能であれば、必要以上に面取り加工を施す部分の寸法を確保することが不要となり、エンジンの全長短縮が可能になる等、エンジン設計上大変有利となる。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部材に形成された傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、特に二重角を有する傾斜穴の、開口部周囲の面取り幅を制御することが可能な加工方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る手段は、部材に形成された二重角を有する傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、前記部材とその傾斜穴とを三次元座標上にモデル化し、前記傾斜穴の軸芯を通りかつ傾斜穴の中心軸が前記部材の表 面と交差する点における、前記部材の接線の法線を含む平面上で前記モデルを切断することにより、前記部材と前記傾斜穴とを二次元で認識し、該二次元化された傾斜穴の断面形状と前記部材の表面形状とを用いて、前記平面上に現れる２つの面取り位置を、前記法線と直交する方向から見たときの一方の面取り幅をａ、もう一方の面取り位置の面取り幅をｂとしたとき、ａ＝ｂとなるように、面取り工具の進入角度を決定し、該決定結果に基づき面取り加工を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、前記傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す際に、面取り幅の管理が求められる位置を通る平面、すなわち、傾斜穴の中心軸が前記部材の表面と交差する点における、前記部材の接線の法線を含む平面上で、前記傾斜穴の断面形状および前記部材の表面形状と、前記面取り工具先端部との関係を見る。面取り工具先端部の形状は既知であることから、面取り幅の管理が求められる位置における面取り形状を、前記平面上で幾何学的に求めることが可能となる。したがって、前記平面上で面取り工具の進入角度を変化させれば、面取り幅の管理が求められる位置において、その管理を直接的に行うことが可能となる。
また、前記平面は傾斜穴の軸芯を通るものであることから、前記平面上には、傾斜穴の軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置が表れる。そこで、この２つの面取り位置における面取り幅を対比し、その幅が同一となるように面取り工具の進入角度を算出する。具体的には、前記２つの面取り位置における面取り幅が、ａ＝ｂとなるときの面取り工具の進入角度を幾何学的に求め、該進入角度に基づき面取り加工を行う。
【００１２】
さらに、本発明の請求項２に係る面取り加工方法は、前記部材が軸状部材であることを特徴とする。そして、軸上部材の円筒状表面に形成された傾斜穴の、面取り幅の管理が求められる位置に所望の面取り幅を加工する。
【００１３】
また、本発明の請求項３に係る手段は、クランクシャフトのピンに形成された二重角を有する油穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、前記ピンとその油穴とを三次元座標上にモデル化し、前記油穴の軸芯を通りかつ油穴の中心軸が前記ピンの表面と交差する点における、前記ピンの接線の法線を含む平面上で前記モデルを切断することにより、前記ピンと前記油穴とを二次元で認識し、該二次元化された油穴の断面形状と前記ピンの表面形状とを用いて、前記平面上に現れる２つの面取り位置を、前記法線と直交する方向から見たときの一方の面取り幅をａ、もう一方の面取り位置の面取り幅をｂとしたとき、ａ＝ｂとなるように、面取り工具の進入角度を決定し、該決定結果に基づき面取り加工を行うことを特徴とするものである。
【００１４】
この構成によると、二重角を有する油穴であっても、前記油穴の軸芯を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面上で前記モデルを切断することにより、前記ピンの表面形状と前記油穴とを二次元で認識することが可能となる。そして、該二次元化された油穴の断面形状および前記ピンの表面形状に対し、面取り工具先端部の形状を重ね合わせる。面取り工具先端部の形状は既知であることから、面取り幅の管理が求められる位置である、油穴の中心軸が前記ピンの表面と交差する点における、前記ピンの接線の法線を含む平面に現われる面取り形状を、幾何学的に求めることが可能である。そして、前記平面上で面取り工具の進入角度を変化させれば、管理が求められる位置における面取り幅を、直接的に管理することが可能となる。なお、上記各工程の初期段階において、前記部材とその傾斜穴とを三次元座標上にモデル化し、該モデルを切断しているので、前記平面の位置は前記三次元座標上で把握することができる。よって、前記平面上で検討される面取り工具の進入角度も、前記三次元座標上で把握することが可能である。
【００１５】
また、前記平面は油穴の軸芯を通るものであることから、前記平面上には、傾斜穴の軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置が表れる。そこで、この２つの面取り位置における面取り幅を対比し、その幅が同一となるように面取り工具の進入角度を算出する。具体的には、前記２つの面取り位置における面取り幅が、ａ＝ｂとなるときの面取り工具の進入角度を幾何学的に求め、該進入角度に基づき面取り加工を行う。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、従来例と同一部分若しくは相当する部分については同一符号で示し、詳しい説明は省略する。
【００１７】
図１には、本発明の実施の形態に係る面取り加工方法において、面取りドリルの進入角度を算出する手順を示している。また、図２〜図６は、図１の各ステップに対応する説明図である。以下に、図１に示す各ステップについてを、順を追って説明する。なお、本発明の実施の形態においては、計算に要する時間を削減する目的で、いわゆるソリッドモデラー形式の３Ｄ−ＣＡＤを活用することとする。
【００１８】
なお、以下の各ステップで求めるものは、図２に示されたクランクシャフト１の、ピン２に形成された油穴３に対し、面取り加工を施すための面取りドリルの傾斜角度である。この油穴３は、前述のごとく二重角を有している。したがって、油穴の軸芯ＣL は、クランクシャフト１の中心軸に対しても、クランクシャフトの直径方向に対しても非平行である。
【００１９】
なお、油穴３の面取り形状を決定するための、面取りドリルの進入角度を決定するに際しては、油穴３の全体を考慮する必要はなく、油穴３が開口するピン２の表面近傍のみを考慮すれば良い。そこで、以下の手順では、複雑な形状を有するクランクシャフト１の中で、ピン２および油穴３のみを三次元空間上にモデル化し、面取りドリルの進入角度を決定する。
【００２０】
(1) まず、面取りドリルの進入角度を求める上での土俵となる、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間および原点Ｏを定義する。
(2) 続いて、ステップ(1) で定義したＸ，Ｙ，Ｚ空間上で、直径φＢの油穴３をモデル化する。油穴３は二重角を有する傾斜穴であるが、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間上では、その位置および形状を正確に認識することができる。このとき、ピン２の軸芯方向がＸ軸方向となるようにする（図３参照）。
(3) 続いて、ステップ(2) でモデル化した油穴３に重ねるようにして、直径φＡのピン２をモデル化する（図３参照）。なお、ステップ(2) ，(3) の順序は逆でも良い。
(4) ステップ(2) ，(3) でモデル化したピン２および油穴３を、図４に示すように、油穴３の軸芯ＣL を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面Ｓで切断する。本実施の形態では、後述する理由から、平面Ｓとして、油穴の中心軸を通り、かつ、油穴の中心軸がピン２の表面（円筒面）と交差する点における、ピン２の接線の法線を含む平面を用いる。
【００２１】
(5) ステップ(4) の平面Ｓには、ピン２の表面形状と油穴３の断面が現れる。そこで、この平面Ｓ上に現れたピン２および油穴３に、直径φＥ（φＥ＞φＢ）の面取りドリル先端部を重ね合わせる（図５参照）。すると、ドリル形状が干渉する部分が面取り部７となる。ここで、ピン２の表面と油穴３の軸芯ＣL との交点からドリル先端までの距離を、ドリル先端深さＤとする。また、ドリル中心軸をＣd 、ドリル先端を通るピン２表面の法線をＮとする。なお、ここで表されるるドリル形状は、ドリル諸元等から既知のものである。
(6) そして、面取りドリルの進入角度θを変更することにより、平面Ｓ上に現れた左右２か所の面取り部断面の幅ａ，ｂ（図６参照）を変化させる。なお、面取り部断面の幅ａ，ｂを見る方向は、平面Ｓ上でピン２の表面に平行な方向（法線Ｎに直交する方向）とする。
(7) 左右２か所の面取り部断面の幅ａ，ｂの比率が、〔ａ／（ａ＋ｂ）〕× 100（％）＝50（％）となるまで、面取りドリルの進入角度θの変更を繰り返す。
(8) ステップ(7) で、〔ａ／（ａ＋ｂ）〕× 100（％）＝50（％）の関係が得られたとき、すなわち、ａ＝ｂとなるときの進入角度θで加工を行う。すると、管理が求められる位置において、均等な面取り幅を確保することが可能となる。
【００２２】
さて、ステップ(4) において、平面Ｓとして、油穴の中心軸を通り、かつ、油穴の中心軸がピン２の表面（円筒面）と交差する点における、ピン２の接線の法線を含む平面を用いた理由は、以下の通りである。
【００２３】
前述のごとく、ピン２のＸ軸方向の寸法の増加を防ぐために、面取り部７の幅均等にすることが望まれている。ここで、ピン２のＸ軸方向の寸法に影響する面取り部７の幅とは、「油穴の中心軸がピン２の表面（円筒面）と交差する点における、ピン２の接線の法線」方向から見たときの面取り部７の幅である。したがって、ピン２のＸ軸方向の寸法を抑えるに当り最も直接的かつ正確なのは、該法線方向から見たときの面取り部７の幅を抑えることである。また、応力集中による割れを防止する上でも、研削工程の後に面取り形状を必要な寸法として残す上でも、前記法線方向から見たときの面取り幅を管理することが必要とされる。そこで、管理が求められる位置の面取り幅である「前記法線方向から見たときの面取り部７の幅」として、油穴の中心軸ＣL を通りかつ前記法線を通る平面Ｓでピン２および油穴３を切断し、当該断面上に現れる左右２か所の面取り部の幅ａ，ｂを検討している。
【００２４】
以上説明した手順で求めた角度に面取りドリルをセットして、面取り加工を行うことにより、ピン２のＸ軸方向の寸法をも均等にした、面取り形状を得ることができる。図７および図８には、本実施の形態に係る面取り加工方法により、油穴３に面取り加工を施したときの、面取りドリルの傾斜角度と、面取り部の幅との関係を検証した一例を示している。加工条件は、図７（ａ）に示すピン２の直径φＡ＝15mm、油穴３の直径φＢ＝１mm又は３mmとする。また、油穴３の傾斜角度は、図７（ｂ）に示すように、Ｙ−Ｚ平面から見たときの傾斜角度を10°、Ｘ−Ｚ平面から見たときの傾斜角度を25°とする。図７（ｃ）には、平面Ｓでピン２および油穴３を切断したときの断面図を示している。法線Ｎに対する油穴３の中心軸ＣL の傾斜角度は26.5°である。また、法線Ｎに対する面取りドリルの中心軸Ｃd の角度Ｃを、油穴３の中心軸ＣL に対する比率（傾斜角度26.5°が 100％）として表す。なお、面取りドリル先端部の角度は 120°である。そして、面取りドリルの中心軸Ｃd の角度Ｃを０〜 100％の間で変化させたときの、２つの面取り幅ａ，ｂの比率Ｅ（％）：Ｅ＝〔ａ／（ａ＋ｂ）〕× 100の変化の様子を、図８に表す。
【００２５】
図８（ａ）は、油穴径φＢ＝１mmに固定し、深さＤ＝１〜2.5 mmで変化させた場合の関係を示している。図８（ｂ）は、深さＤを２mmに固定し、油穴径φＢ＝１mmとφＢ＝３mmとで変化させたときの差を比較したものである。以上の結果から理解されるように、角度Ｃのみならず、油穴径φＢ、深さＤのいずれも、２つの面取り幅ａ，ｂの比率Ｅを変化させるパラメータとなっている。したがって、油穴径φＢ、深さＤも考慮して、面取り工具の進入角度を算出することが望ましい。
【００２６】
上記構成をなす本発明の実施の形態から得られる作用効果は、以下の通りである。ます、ステップ(1) 〜(3) において、ピン２とピン２に対し二重角を有する油穴３とを、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間（三次元座標）上にモデル化することにより、ピン２、油穴３の形状や位置関係の把握を、容易に行うことが可能となる。この際に、ピン２の軸芯方向がＸ軸方向となるようにモデル化することにより、ピン２の長さに影響する面取り部７のＸ軸方向の寸法を、容易に求めることができるようにしている。続いて、ステップ(4) において、モデル化したピン２と油穴３とを、平面Ｓ（油穴の中心軸を通りかつ油穴の中心軸とピン２の円筒面との交点を通る法線に平行な面）で切断している。したがって、立体であるピン２と油穴３とを二次元で認識することが可能となる。しかも、面取り幅の管理が求められている、面取り部を前記法線方向から見たときの寸法を、平面Ｓ上で容易に把握することが可能となる。
【００２７】
続いて、ステップ(5) で平面Ｓに現れたピン２の表面形状と油穴３の断面とに対し面取りドリル先端部を重ね合わせることにより、面取り部を前記法線方向から見たときの寸法を、幾何学的に求めることが可能となる。そして、ステップ(6) において、面取りドリルの進入角度を変更することにより、ａ，ｂの比率Ｅの値が最適となる進入角度θを求めることができる。さらに、ステップ(7) で比率Ｅ＝50（％）となるときの進入角度θで面取り加工を行えば、面取り幅の管理が求められる位置における均等な面取り幅を確保することができる。
【００２８】
なお、面取りドリルの進入角度θは、あくまでも平面Ｓにおける角度である。しかしながら、ステップ(1) 〜(3) において、ピン２と油穴３とをＸ，Ｙ，Ｚ空間上にモデル化していることから、平面Ｓの位置も前記Ｘ，Ｙ，Ｚ空間上で把握することができる。したがって、平面Ｓ上の面取りドリルの進入角度θも、当然に前記Ｘ，Ｙ，Ｚ空間上で把握することができる。このため、当該進入角度θを面取りドリルの角度設定に用いることも容易である。
【００２９】
また、本発明の実施の形態では、油穴の中心軸ＣL を通りかつピン２の円筒面の法線を通る平面Ｓでピン２および油穴３を切断し、この断面上に現れる左右２か所の面取り部の幅ａ，ｂを検討している。これはすなわち、面取り幅の管理が求められている方向から、面取り部７の幅を見ることを意味する。よって、管理が求められている方向から見た面取り部７の幅を、直接的に検討することが可能となる。よって、クランクシャフトを設計する際のピン２の寸法を抑え、クランクシャフトの全長の短縮を図ることが容易となり、エンジンの小型軽量化に直接的に貢献することができる。また、当該方向から見たときの面取り部７の幅を均等にすることにより、焼き入れの際の応力集中による割れを防止する上でも効果的である。さらに、ピン２の円筒面を研削しても、面取り部７の幅はその全周にわたって均等に減少することとなり、研削工程の後に必要な寸法として面取り形状を残すことも容易となる。
【００３０】
なお、平面Ｓにおいて面取り部の幅ａ，ｂを見る方向は、法線Ｎ方向（図５）に限定されるものではなく、必要に応じて任意に決定することが可能である。よって、本実施の形態によれば、面取り幅の管理が求められる位置を、任意の方向から見たときの面取り幅を制御することも可能となる。
【００３１】
本発明の実施の形態では、二重角を有する傾斜穴を形成する部材としてクランクシャフト１のピン２を、傾斜穴として油穴３を例に挙げて説明したが、本発明はこれ以外の対象、例えば軸上部材以外のもの（球形等）に形成された二重角を有する傾斜穴に、面取り加工を施す場合にも利用することができる。また、一重角を有する傾斜穴（部材の少なくとも１つの基準軸に対して平行な傾斜穴）に面取り加工を施す場合にも、当然に利用することができるものである。
【００３２】
【実施例】
さて、本発明の特徴部分として、傾斜穴の軸芯を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面上で、面取り工具の進入角度を算出する点を挙げることができるが、この特徴部分により得られる効果について、発明者らは以下のような検証を行っている。以下に、クランクシャフトのピン２の油穴３に面取り加工を行う場合を例に挙げて、その検証結果を説明する。
【００３３】
図９には、二種類の加工方法により面取りを行った際の面取り部７、７’を、ピンの円筒面の法線方向から見た様子を示している。図９（ａ）に示す面取り部７は、本発明に係る方法により形成したものである。面取り部７は、油穴３の全周にわたってほぼ均等に形成されている。これに対し、図９（ｂ）に示す面取り部７’は、油穴３の軸芯ＣL （図５参照）と面取りドリルの軸芯Ｃd （図５参照）との平行を保ちつつ、必要量だけ平行移動させた位置で、面取り加工を行った場合（すなわち、面取り工具の進入角度については考慮していない。）の面取り形状である。図９（ｂ）の面取り部７’は、不均等であることがわかる。
【００３４】
さて、図９に示した２つの面取り部７，７’の形状を、図10に示す線Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４で切断したときの断面図を、図11〜図14に示している。なお、図10には、面取り部７に対してのみ線Ｔ１〜Ｔ４を示しているが、面取り部７’に対しても同様の位置で切断していると理解されたい。
【００３５】
まず、図11は、２つの面取り部７，７’を線Ｔ１で切断したときの断面を示している。線Ｔ１は、ピンの円筒表面に楕円状開口として現れる油穴３を、長円方向に切断したものである。いずれの面取り部７，７’も、最大直径は6.5 mmであるが、面取り部７の面取り幅は、左右共に0.37mmである。これに対し、面取り部７’の面取り幅は、左が0.3 mm、右が0.8 mmとなっている。
【００３６】
図12には、２つの面取り部７，７’を線Ｔ２で切断したときの断面を示している。なお、図中符号８で示す線は、ピン２の油穴３を線Ｔ２を通る平面で切断したとき、切断面に実際に現れる油穴３の切断線である。図12では、面取り部７の最大直径が6.33mmへと減少しているが、左右の面取り幅は、左が0.49mm、右が0.52mmと、ほぼ均等を保っている。これに対し、面取り部７’の最大直径は6.5 mmで変化がないが、面取り幅は、左が0.43mm、右が１mmとなっている。
【００３７】
図13には、２つの面取り部７，７’を線Ｔ３で切断したときの断面を示している。このとき、面取り部７の最大直径は5.96mmまで減少しているが、面取り幅は左右共に0.49mmである。これに対し、面取り部７’の最大直径は6.37mmに減少し、面取り幅は、左が0.64mm、右が0.81mmとなっている。
【００３８】
図14には、２つの面取り部７，７’を線Ｔ４で切断したときの断面を示している。面取り部７の最大直径は6.1 mmであり、面取り幅は、左が0.38mm、右が0.39mmと、ほぼ均等を保っている。これに対し、面取り部７’の最大直径は6.38mmであり、面取り幅は、左が0.71mm、右が0.4 mmとなっている。
【００３９】
さて、図15には、２つの面取り部７，７’を、油穴３の軸芯ＣL 方向から見たときの形状を示している。この方向から見ると、図15（ｂ）に示す面取り部７’が、油穴３の全周にわたってほぼ均等に形成されているのに対し、図15（ａ）に示す本発明に係る面取り部７は、不均等となっている。
【００４０】
このように、ＣL とＣd との平行を保ちつつ、必要量だけ平行移動させた位置で面取り加工を行った場合には、面取り部７’は、油穴３の軸芯ＣL 方向から見たときの面取り幅がほぼ均等となるが、ピンの円筒面の法線方向から見た場合の面取り幅は不均等である。よって、焼き入れ後の研削加工によりピン径が縮小する場合を考えると、面取り部７’の一部分が消滅してしまうおそれがある。面取り部の一部消滅を防ぐためには、最も幅が小さくなる部分が必要な面取り寸法以上となるように、より深い位置まで面取りドリルを投入する必要がある。その結果、全体としては必要以上の大きさに面取り加工を行うこととなり、本発明の従来技術の問題点を解決することができない。
【００４１】
以上のことから、傾斜穴の軸芯を通りかつ面取り幅の管理が求められる位置を通る平面上で、面取り工具の進入角度を算出することが、本発明の課題を解決する上で非常に有効であることが理解されるであろう。
【００４２】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、以下のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る面取り加工方法によると、部材に形成された傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を行う際の、面取り幅の管理が求められる位置である、前記傾斜穴の軸芯を通りかつ傾斜穴の中心軸が前記部材の表面と交差する点における、前記部材の接線の法線を含む平面に現われる、傾斜穴の軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置の幅が同一となるように、面取り幅の管理を直接的に行うことが可能となり、必要な面取り形状を確実に得ることができる。さらに、
【００４３】
また、本発明の請求項２に係る面取り加工方法によると、軸状部材に形成された傾斜穴又は二重角を有する傾斜穴に対し、必要な面取り形状を確実に形成することが可能となる。
【００４４】
また、本発明の請求項３に係る面取り加工方法によると、二重角を有する油穴の開口部周囲の、管理が求められている方向から見た面取り部の幅、すなわち、軸芯を基準として互いに対称の位置にある２つの面取り位置の面取り幅を、制御することが可能となり、必要な面取り形状を確実に得ることができる。
よって、クランクシャフトを設計する際のピンの寸法を抑え、クランクシャフトの全長の短縮を図ることが容易となり、エンジンの小型軽量化に直接的に貢献することができる。また、当該方向から見たときの面取り部の幅を均等にすることにより、焼き入れの際の応力集中による割れを防止する上でも効果的である。さらに、ピンの円筒面を研削しても、面取り部の幅はその全周にわたって均等に減少することとなり、研削工程の後に必要な寸法として面取り形状を残すことも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る面取り加工方法において、面取りドリルの進入角度を算出する手順を示すフローチャートである。
【図２】 加工対象であるクランクシャフトを示す斜視図である。
【図３】 図１のステップ(1) 〜(3) までの工程を示す説明図である。
【図４】 図１のステップ(4) の工程を示す説明図である。
【図５】 図１のステップ(5) の工程を示す説明図である。
【図６】 図１のステップ(5) において求められる面取り部の形状を概略的に示すものであり、（ａ）は面取り形状を図５の法線Ｎ方向から見た上面図、（ｂ）は面取り形状の断面図である。
【図７】 図１に示す手順によって得られた面取りドリルの傾斜角度と、面取り部の幅との関係を、パラメータを変更して検証した際の条件を示すものであり、（ａ）はピンおよび油穴の斜視図、（ｂ）は、ピンおよび油穴をＹ軸方向およびＸ軸方向から見たときの図、（ｃ）は、所定の平面でピンおよび油穴を切断したときの断面図である。
【図８】 （ａ）、（ｂ）は、いずれも図１に示す手順によって得られた面取りドリルの傾斜角度と、面取り部の幅との関係を、パラメータを変更して検証した結果を示すものである。
【図９】 本発明に係る加工方法により面取りを行った際の面取り部と、異なる加工方法により面取りを行った際の面取り部とを、ピンの円筒面の法線方向から見た図であり、（ａ）本発明に係るものであり、（ｂ）異なる加工方法によるものである。
【図１０】 図９に示す２つの面取り部の断面を見る際の、切断線を示す図である。
【図１１】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ１で切断した断面図である。
【図１２】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ２で切断した断面図である。
【図１３】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ３で切断した断面図である。
【図１４】 図９に示す２つの面取り部を図１０の線Ｔ４で切断した断面図である。
【図１５】 図９に示す２つの面取り部を、油穴の軸芯方向から見たときの形状を示す図であり、（ａ）本発明に係るものであり、（ｂ）異なる加工方法によるものである。
【図１６】 クランクシャフトを示す斜視図である。
【図１７】 図１６に示すクランクシャフトの側面図である。
【図１８】 図１７に示すクランクシャフトのピンを拡大して示しており、（ａ）はピンの側面図、（ｂ）はピンをアームとの連結部分において切断した断面図である。
【符号の説明】
(1) Ｘ，Ｙ，Ｚ空間および原点Ｏの定義付け
(2) 油穴のモデル化
(3) ピンのモデル化
(4) モデル化したピンおよび油穴の切断
(5) ピンおよび油穴に面取りドリル先端部を重ね合わせる
(6) 進入角度θの変更
(7) ２か所の面取り幅ａ，ｂの比率の検証
(8) 均等な面取り幅の確保
Claims (3)
- 部材に形成された二重角を有する傾斜穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、前記部材とその傾斜穴とを三次元座標上にモデル化し、前記傾斜穴の軸芯を通りかつ傾斜穴の中心軸が前記部材の表面と交差する点における、前記部材の接線の法線を含む平面上で前記モデルを切断することにより、前記部材と前記傾斜穴とを二次元で認識し、該二次元化された傾斜穴の断面形状と前記部材の表面形状とを用いて、前記平面上に現れる２つの面取り位置を、前記法線と直交する方向から見たときの一方の面取り幅をａ、もう一方の面取り位置の面取り幅をｂとしたとき、ａ＝ｂとなるように、面取り工具の進入角度を決定し、該決定結果に基づき面取り加工を行うことを特徴とする面取り加工方法。
- 前記部材が軸状部材であることを特徴とする請求項１記載の面取り加工方法。
- クランクシャフトのピンに形成された二重角を有する油穴の開口部周囲に面取り加工を施す方法であって、前記ピンとその油穴とを三次元座標上にモデル化し、前記油穴の軸芯を通りかつ油穴の中心軸が前記ピンの表面と交差する点における、前記ピンの接線の法線を含む平面上で前記モデルを切断することにより、前記ピンと前記油穴とを二次元で認識し、該二次元化された油穴の断面形状と前記ピンの表面形状とを用いて、前記平面上に現れる２つの面取り位置を、前記法線と直交する方向から見たときの一方の面取り幅をａ、もう一方の面取り位置の面取り幅をｂとしたとき、ａ＝ｂとなるように、面取り工具の進入角度を決定し、該決定結果に基づき面取り加工を行うことを特徴とする面取り加工方法。
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