JP4124012B2 - カムシャフトの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムシャフトの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のカムシャフトの製造方法においては、ジャーナル部の仕上げ研削後に、カム部に仕上げ研削が施される(例えば、非特許文献1参照。)。
【0003】
また、従来のカム部の仕上げ研削方法においては、回転駆動されているカムシャフトのカム部に、仕上げ研削が施される(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【非特許文献1】
社団法人自動車技術会、「自動車工学ハンドブック増補改訂版」、第3版、社団法人自動車技術会、昭和37(1962年)年9月15日、第3章第19編、p.33−35
【特許文献1】
特開平6−285757号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ジャーナル部の仕上げ研削時には、カム部が未仕上げである。したがって、カムシャフトを回転駆動して、ジャーナル部に仕上げ研削を施す際に、カムシャフトに回転アンバランスが生じ、真円度が悪化する。
【0006】
さらに、カム部の仕上げ研削による大きな負荷は、カムシャフトの塑性変形を引き起こすため、ジャーナル部の同軸度が悪化する問題を有する。
【0007】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるカムシャフトの製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は
カム部およびジャーナル部を有するカムシャフトの製造方法であって、
カム部の仕上げ研削後において、回転駆動されるカムシャフトのジャーナル部に、回転駆動される研削砥石による仕上げ研削のみを施しており、かつ、
前記研削砥石の周速度は、120m/秒以上、かつ、前記カムシャフトの回転数は、500rpm以上である
ことを特徴とするカムシャフト製造方法である。
【0013】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【0014】
請求項1に記載の発明によれば、ジャーナル部の仕上げ研削時には、カム部は既に仕上げ研削が施されているため、回転アンバランスは、従来に比べ小さくなり、真円度を高精度に仕上げることができる。また、回転バランスが改善されているため、カムシャフトを高速回転させて、生産性を向上させることも可能である。
【0015】
また、ジャーナル部の仕上げ研削後において、カム部の仕上げ研削は施されないため、カム部の仕上げ研削に基づくジャーナル部の同軸度の悪化は生じない。つまり、ジャーナル部の仕上げ研削後の同軸度の精度は、カムシャフト完成品の同軸度の精度となる。また、従来においてジャーナル仕上げ研削およびラップ仕上げを施すことで達成している表面粗さを、回転駆動される研削砥石によるジャーナル仕上げ研削のみで達成することができるため、ジャーナル部のラップ仕上げが不要となり、コスト低減を図ることが可能である。また、回転バランスが改善されていることに加え、回転アンバランスも削減されているため、焼けを発生させることなく、研削砥石の周速度の高速化(120m/秒以上)に応じて、カムシャフト回転数を高速化(500rpm以上)しており、生産性を向上させることができる。
【0016】
したがって、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるカムシャフトの製造方法を提供することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るカムシャフトの側面図である。
【0023】
カムシャフト10は、例えば、自動車用エンジンにおける吸気排気バルブの開閉のために使用され、カム部20(21〜28)およびジャーナル部30(31〜34)を有する。カム部20は、クランク角に対応させた位相差をもって位置決めされ、ジャーナル部30は、出力回転軸を構成する。また、カムシャフト10の一端には、ベルトあるいはチェーンによって回転駆動されるスプロケット40が、配置される。
【0024】
図2は、本発明の実施の形態に係るカムシャフトの製造方法を説明するための工程図である。当該製造方法は、穴あけ工程、ジャーナル旋削工程、カム研削工程、ジャーナル研削工程を、概して有する。
【0025】
穴あけ工程においては、例えば、カムシャフト10の両端にセンター穴が穿設される。
【0026】
ジャーナル旋削工程においては、例えば、多刃の特殊旋盤を使用して、カム部20とジャーナル部30とをつなぐアーム部に基準面を設け、両センタで支持することで、全部のジャーナル部30が同時に加工される。
【0027】
カム研削工程においては、例えば、カムシャフト10の両端が主軸と心押し台とにより軸支され、回転駆動された状態で、主軸と直交する方向へ回転砥石を相対移動させて、カム部20の外周面が研削される。
【0028】
ジャーナル研削工程においては、例えば、プランジ(研削砥石を押し付け、研削砥石に切込み方向の送りを与える)方式により、ジャーナル部の外周面に、仕上げ研削が施される。
【0029】
この際、カム部は既に仕上げ研削が施されているため、従来に比べ、回転アンバランスは、小さくなり、真円度を高精度に仕上げることができる。また、回転バランスが改善されているため、カムシャフトを高速回転させて、生産性を向上させることも可能である。
【0030】
研削方式は、特に限定されないが、プランジ方式は、生産性が良好である点で好ましい。
【0031】
適用される研削砥石は、特に限定されず、砥粒の種類、粒度、結合剤の種類、砥粒の平均粒径を適宜選択可能であり、例えば、高精度の加工が可能かつ仕上げ面が良好であり、耐久性に優れているビトリファイド系が挙げられる。
【0032】
また、ジャーナル部の仕上げ研削後において、カム部の仕上げ研削は施されないため、カム部の仕上げ研削に基づくジャーナル部の同軸度の悪化は生じない。そのため、ジャーナル部の仕上げ研削後の同軸度の精度は、カムシャフト完成品の同軸度の精度となる。
【0033】
ジャーナル部の仕上げ研削において、研削砥石の周速度は、120m/秒以上、かつ、カムシャフトの回転数は、500rpm以上であることが好ましい。
【0034】
一般的に、研削砥石の周速度のみを高速化する場合、仕上げ研削の速度比が過度に大きくなり、焼けが発生しやすいため、生産性を向上させることは難しい。一方、本実施の形態においては、ジャーナル部の仕上げ研削時には、カム部は既に仕上げ研削が施されており、回転バランスが改善されている。そのため、研削砥石の周速度の高速化に応じて、カムシャフト回転数を高速化することが可能であり、これによって、生産性を向上させることができる。
【0035】
研削砥石の周速度は、適用される研削砥石の物性に応じて、例えば、300m/秒以下であることが好ましい。また、カムシャフトの回転数は、カムシャフトのアンバランス量(重心位置のズレ)に応じて、例えば、2500rpm以下であることが好ましい。
【0036】
研削砥石の作業面は、ドレッシング(目直し)により、適宜平坦化することが好ましい。この場合、研削面粗さを高精度に管理することが可能である。ドレッシングの頻度あるいはタイミングは、例えば、研削回数を利用して決定することが可能である。
【0037】
ドレッシング用のドレッサの砥石は、特に限定されず、砥粒の種類、粒度、結合剤の種類、砥粒の平均粒径を適宜選択可能であり、例えば、耐久性に優れているメタルボンド系が挙げられる。
【0038】
一般的に、ドレッシングにより研削砥石の作業面が平坦化されると、研削砥石の切れ味が低下する。そのため、被削材(カムシャフト)の回転当りの切込み量を小さくする必要があり、生産性が低下する。
【0039】
また、研削砥石の周速度のみを高速化すると、接触弧長さ当たりの砥粒最大切込み深さが、小さくなる。そのため、切刃が食い込めず、切刃にかかる負荷が上昇し、研削性能が低下することで、焼けが発生する。
【0040】
一方、本実施の形態においては、研削砥石の周速度の高速化に応じて、被削材の周速度(カムシャフトの回転数)を高速化しているため、砥粒最大切込み深さと接触弧長さとを、最適に保つことが可能である。そのため、ジャーナル部の仕上げ研削面の表面粗さRaを小さくすること、例えば、0.1μm以下とすることができる。
【0041】
一方、従来におけるジャーナル部の仕上げ研削においては、得られる表面粗さRaが、例えば、0.3〜0.6μmであるため、ラップ仕上げをさらに施すことで、0.1μm以下の表面粗さRaを達成している。つまり、本実施の形態においては、0.1μm以下の表面粗さRaを、ジャーナル仕上げ研削のみで達成することができ、ラップ仕上げが不要であり、コスト低減を図ることが可能である。
【0042】
以上のように、本実施の形態においては、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるカムシャフトの製造方法を提供することができる。また、同軸度が高精度に仕上げられたジャーナル部を有するカムシャフトを提供することができる。
【0043】
図3は、本発明の実施の形態に係るジャーナル研削装置を説明するための側面図である。
【0044】
ジャーナル研削装置50は、ワークドライバ51、主軸52、研削砥石53、砥石軸(不図示)、心押し台54、ワークレスト56を有する。
【0045】
ワークドライバ51は、仕上げ研削が施されたカム部21〜28を有するカムシャフト10の一端を把持する。主軸52は、バランス取りされるワークドライバ51が取付けられ、カムシャフト10を回転駆動するために使用される。
【0046】
研削砥石53は、旋削が施されたジャーナル部31〜34に仕上げ研削を施すために使用される。研削砥石53は、例えば、ビトリファイドCBN(立方晶窒化ホウ素系)砥石であり、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)によってコアが形成される。なお、砥石軸は、120m/秒以上の周速度で研削砥石を回転させるための駆動手段である。
【0047】
心押し台54は、ワークドライバ51によって一端が把持されるカムシャフト10の他端を支持するためのセンタ55を有する。センタ55は、心押し台54の心押し軸に取付けられる。つまり、カムシャフト10の両端は、主軸52および心押し台54によって軸支される。
【0048】
ワークレスト56は、カムシャフト10のジャーナル部30を介して研削砥石53の反対側に配置され、ジャーナル部30の研削の際に、カムシャフト10のたわみを防止するために使用される。
【0049】
また、ジャーナル研削装置50は、例えば、メタルボンドSD(合成ダイヤモンド系)砥石を用いたロータリドレッサを有する。ロータリドレッサは、例えば、研削面粗さが所定の範囲を越えた場合に、研削砥石53の作業面を目直しするために使用される。適用可能なドレッサは、特に限定されないが、ロータリドレッサは、ドレッシング精度が良好であり、かつ、ドレッシングタイムを短縮化できる点で好ましい。
【0050】
次に、ジャーナル研削装置50の動作を説明する。
【0051】
まず、カムシャフト10の両端が、主軸52および心押し台54によって、軸支され、主軸52によって、カムシャフト10が回転駆動される。この際、カムシャフト10のカム部21〜28は、既に仕上げ研削が施されており、カムシャフト10の一端を把持するワークドライバ51は、バランス取りされて主軸52に取付けられている。
【0052】
したがって、従来に比べ、回転バランスが改善されていることに加え、ワークドライバを含めた回転アンバランスも削減されている。
【0053】
そして、研削砥石53が、研削の対象となるジャーナル部、例えば、ジャーナル部33の上方に位置決めされる。また、ワークレスト56が、ジャーナル部33を介して研削砥石53の反対側に配置される。
【0054】
その後、研削砥石53は降下し、ジャーナル部33の外周面と接触し、ジャーナル部33に、プランジ方式で仕上げ研削を施す。一方、ワークレスト56は、仕上げ研削に基づくカムシャフト10のたわみを防止する。
【0055】
カムシャフト10は、回転バランスが改善され、また、回転アンバランスも削減されているため、ジャーナル部を仕上げ研削する際に生じる回転アンバランスは、従来に比べ小さくなり、真円度を高精度に仕上げることができる。
【0056】
また、焼けを発生させることなく、研削砥石の周速度の高速化に応じて、カムシャフト回転数を高速化、例えば、500rpm以上にすることが可能であり、これによって、生産性を向上させることができる。
【0057】
次に、ジャーナル研削装置50による加工例を説明する。図4は、仕上げ研削条件およびドレッシング条件を説明するための図表である。
【0058】
被削材として適用されるカムシャフトは、φ23mm、幅15mmであるジャーナル部を有する。カム部は、既に仕上げ研削が施され、回転バランスが改善されているため、回転速度を1660rpmに設定した。ジャーナル部の周速度vは、2m/秒である。
【0059】
研削砥石は、粒度#80のビトリファイドCBN砥石(CFRPコア)であり、周速度Vは、200m/秒である。切込み量は、φ5μm/回転であり、切込み量が0の状態すなわちスパークアウトタイムは、5秒である。研削砥石の周速度Vをジャーナル部の周速度vで除して得られる切削速度比は、100である。
【0060】
一方、ドレッシングには、粒度#40のメタルボンドSD砥石を用いたロータリドレッサを使用し、その周速度は、160m/秒である。また、砥石1回転当りのドレッサの移動距離であるドレスリードは、0.01mm/r.o.w(revolution of wheel)であり、切込みは、φ2μm×20回である。なお、ドレッシングの際における研削砥石の周速度は、200m/秒である。
【0061】
上記条件に従って仕上げ研削を施した結果、真円度が0.5μmであるジャーナル部を有するカムシャフトが得られた。従来の真円度が2〜3μmであることに比べて、高精度に仕上げられた。
【0062】
ジャーナル部の表面粗さRaは、0.05μmであった。つまり、従来においては、ジャーナル仕上げ研削およびラップ仕上げを施すことで、0.1μm以下の表面粗さRaを達成しているが、本加工例においては、ジャーナル仕上げ研削のみで達成することができた。なお、ジャーナル部は、仕上げ研削の回転方向に関し、研削条痕が残っていた。
【0063】
以上のように、本実施の形態においては、良好な生産性を有し、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるジャーナル研削装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るカムシャフトの側面図である。
【図2】 本発明の実施の形態に係るカムシャフトの製造方法を説明するための工程図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係るジャーナル研削装置を説明するための側面図である。
【図4】 仕上げ研削条件およびドレッシング条件を説明するための図表である。
【符号の説明】
10…カムシャフト、
20(21〜28)…カム部、
30(31〜34)…ジャーナル部、
40…スプロケット、
50…ジャーナル研削装置、
51…ワークドライバ、
52…主軸、
53…研削砥石、
54…心押し台、
55…センタ、
56…ワークレスト。
Claims (4)
- カム部およびジャーナル部を有するカムシャフトの製造方法であって、
カム部の仕上げ研削後において、回転駆動されるカムシャフトのジャーナル部に、回転駆動される研削砥石による仕上げ研削のみを施しており、かつ、
前記研削砥石の周速度は、120m/秒以上、かつ、前記カムシャフトの回転数は、500rpm以上である
ことを特徴とするカムシャフト製造方法。 - 前記研削砥石の作業面は、ドレッシングにより平坦化されることを特徴とする請求項1に記載のカムシャフトの製造方法。
- 前記ジャーナル部は、0.1μm以下の表面粗さRaを有するように、前記仕上げ研削が施されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカムシャフトの製造方法。
- 前記仕上げ研削において、
前記カムシャフトを、ワークドライバによって把持し、
バランス取りされた前記ワークドライバが取付けられた主軸によって、前記カムシャフトを回転駆動し、
120m/秒以上の周速度で、前記研削砥石を、砥石軸によって回転駆動する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のカムシャフトの製造方法。
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