JP4466267B2 - フィレットロール加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィレットロール加工装置に関し、具体的には、大きさの異なるワークを加工してもフィレットローラを回転自在に保持する保持部材が偏摩耗しないフィレットロール加工技術に関する。

例えば、自動車などのエンジンを構成する部品のうちクランクシャフトには大きな負荷が掛かることから疲労破壊しないように、クランクピンやクランクジャーナルの隅部に形成されたフィレット溝に超鋼やハイス材からなるフィレットローラを数ＫＮ以上の押圧力で押し付け、クランクシャフトを回転させながらロール加工（塑性加工）することにより、フィレット溝に圧縮残留応力を与えるフィレットロール加工がなされている（例えば、特許文献１、２、３、４など参照）。

フィレットロール加工装置は、例えば特許文献１に記載されるように、固定アームにアーム支持ピンを介して揺動自在にクランプアームを取り付け、そのクランプアームの先端に一対の把持ローラを回転自在に支持した把持ローラカセットを取り付けると共に、固定アームの先端に一対のフィレットローラを回転自在に取り付けたフィレットローラカセットを取り付け、固定アームとクランプアームとの間に揺動可能に設けた油圧シリンダを伸縮させて、フィレットローラと把持ローラとでクランクシャフトをクランプまたはアンクランプさせるように構成している。

また、このフィレットロール加工装置においては、フィレットローラは、加工時にワークから受ける荷重をバックアップローラによって受け止めるようにバックアップされ、さらにフィレット溝にフィレットローラが整合するようにローラホルダ（リテーナ）にて傾斜保持されている。
特開２００２−３０１６５８号公報（第４頁、第１図および第２図） 特開平３−１０７６６号公報（第２頁および第３頁、第２図） 特開昭６３−１２７８７１号公報（第２頁および第３頁、第２図および第３図） 特開平１１−１７９６５３号公報（第３頁および第４頁、第１図および第２図）

ところで、実際の生産加工ライン上では、例えば排気量の違いなどの理由により同じ型式のエンジンでもピン径やジャーナル径が違うクランクシャフトを混流させて生産しているため、同じフィレットロール加工装置でこれら径の異なるクランクシャフトを加工している。

しかしながら、前記した特許文献１に記載のフィレットロール加工装置では、フィレット溝をフィレットロール加工する際の把持ローラカセットとフィレットローラカセットの姿勢が、ピン径またはジャーナル径が大きくなればなる程傾くため、無理な姿勢でフィレットローラによって加工がなされる。本来、把持ローラカセットとフィレットローラカセットは、常に平行であることが望ましいが、ランダム生産の中では色々な径のクランクシャフトが投入されるので、平行にならないのが実情である。

把持ローラカセットとフィレットローラカセットが平行でないと、フィレットローラは、バックアップローラとフィレット溝との接線方向のバランスによってどちらかに寄せられる可能性があり、その際にフィレットローラがローラホルダに押し付けられる。これにより、フィレットローラを回転自在に保持するローラホルダの摩耗が早まり、寿命が短くなる。

そこで、本発明は、如何なる大きさのワークを加工してもフィレットローラを回転自在に保持するローラホルダに偏荷重が掛からないようにしてフィレットロール加工することのできるフィレットロール加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、相対向して設けたフィレットローラと把持ローラとでワークを把持し、該ワークを回転させながら該フィレットローラを所定の押圧力で該ワークの所望箇所に押し付けてフィレットロール加工を施すフィレットロール加工装置である。

このフィレットロール加工装置では、フィレットローラを回転自在に保持すると共に、ワークからフィレットローラに作用する荷重を受け止めるバックアップローラを収容保持する第１ローラ保持部材と、把持ローラを回転自在に保持する第２ローラ保持部材と、第１ローラ保持部材と第２ローラ保持部材を略平行に相対的に移動させ、前記ワークをフィレットローラと把持ローラとで把持するクランプ状態と該ワークの把持を開放するアンクランプ状態とする、４節リンク機構部及びこの４節リンク機構部を可動させる可動手段とからなるローラ保持部材移動機構とを備える。
そして、４節リンク機構部は、第１ローラ保持部材をスライド自在に保持する第１ローラ保持アームと、第２ローラ保持部材を固定する第２ローラ保持アームと、これら両アームを所定間隔を置いて平行に配置連結し且つ両アームを相対的にほぼ平行に移動自在に支持する２本の第１アーム及び第２アームと、第１ローラ保持部材に取り付けられた第１可動アームと、第２ローラ保持部材に取り付けられた第２可動アームと、第１可動アームと第２可動アームを連結し且つ前記第１及び第２アームに対してスライド自在に取り付けられて該第１可動アームと該第２可動アームとのなす角度を可変させる連結アームと、からなるリンク機構と、このリンク機構全体をワークの回転と同期して揺動自在に支持する機構支持アームとから構成する。

本発明のフィレットロール加工装置によれば、第１ローラ保持部材と第２ローラ保持部材を常に略平行に相対的に移動させるようにしたので、ワークの大きさが異なっても常にフィレットローラのワークに対する押圧状態が変わらず、当該フィレットローラを回転自在に保持する第１ローラ保持部材に偏荷重が作用することはない。したがって、フィレットローラを回転自在に保持する第１ローラ保持部材の摩耗を抑制でき、その寿命を大幅に延ばすことができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、自動車エンジンの一部を構成するクランクシャフトのフィレット溝をフィレットロール加工するフィレットロール加工装置に、本発明を適用した例である。

［フィレットロール加工装置の構成］
図１はクランクシャフトの平面図、図２はクランクシャフトをクランプしたときのフィレットロール加工装置の正面図、図３はクランクシャフトをアンクランプしたときのフィレットロール加工装置の正面図、図４はクランクシャフトのクランプ状態の要部拡大正面図、図５はクランクシャフトのアンクランプ状態の要部拡大正面図である。

本実施の形態のフィレットロール加工装置は、クランクシャフト１のクランクピン２やクランクジャーナル３の隅部に形成されたフィレット溝２ａ、３ａをフィレットロール加工することにより圧縮残留応力を発生させて当該クランクシャフト１の疲労強度を向上させる装置である。

本実施の形態では、図１に示すように、４気筒エンジンに使用されるクランクシャフト１のクランクピン２およびクランクジャーナル３のフィレット溝２ａ、３ａを、本実施の形態のフィレットロール加工装置でフィレットロール加工する。このクランクシャフト１には、クランク軸４に偏心した４箇所にクランクピン２が形成され、それらクランクピン２の間にクランクジャーナル３が形成されている。なお、本実施の形態では、クランクピン２のフィレット溝２ａをフィレットロール加工する例とする。

本実施の形態のフィレットロール加工装置は、図２及び図３に示すように、フィレットローラ４とバックアップローラ５を収容保持する第１ローラ保持部材である上カセット６と、フィレットローラ４とでクランクシャフト１のクランクピン２を把持する把持ローラ７を回転自在に保持する第２ローラ保持部材である下カセット８と、上カセット６と下カセット８を略平行に相対的に移動させ、クランクピン２をフィレットローラ４と把持ローラ７とで把持するクランプ状態と該クランクピン２の把持を開放するアンクランプ状態とするローラ保持部材移動機構９とから構成される。

上カセット６は、図４及び図５に示すように、フィレットローラ４を回転自在に保持するリテーナからなるローラホルダ１０と、このローラホルダ１０を取り付けると共にバックアップローラ５を回転自在に保持する上ローラカセット１１とからなる。

ローラホルダ１０は、フィレットローラ４を回転自在に保持すると共に、そのフィレットローラ４をクランクピン２の隅部に形成されたフィレット溝２ａに所定の角度を持たせて押し付けるように保持している。かかるローラホルダ１０は、フィレットローラ４の一部を下端面より突出させるようにして、ローラホルダ１０に固定されている。

上ローラカセット１１は、フィレットロール加工時にフィレットローラ４に作用する荷重を受け止めるバックアップローラ５を、該フィレットローラ４に接してこのフィレットローラ４と同期回転するように収容保持させている。このバックアップローラ５は、例えばニードルベアリングにて回転自在とされる。そして、このローラカセット１１には、後述する４節リンク機構部に設けられたレールに対してスライド自在とされるＬＭガイドなどのスライド部材１２が取り付けられている。

下カセット８は、図４及び図５に示すように、把持ローラ７を回転自在に収納保持させる下ローラカセット１３を有している。把持ローラ７は、フィレットローラ４とでクランクピン２を３点支持して回転自在となるように所定間隔を置いて二つ設けられている。

ローラ保持部材移動機構９は、図２及び図３に示すように、４節リンク機構部１３と、この４節リンク機構部を可動させる可動手段である駆動シリンダ１４とからなる。

４節リンク機構部１３は、上カセット６をスライド自在に保持する第１ローラ保持アームである上アーム１５と、下カセット８を固定する第２ローラ保持アームである下アーム１６と、これら上アーム１５と下アーム１６を所定間隔を置いて平行に配置連結する２本の第１アーム１７及び第２アーム１８と、上カセット６に固定した上連結片１９に取り付けられた第１可動アームである上可動アーム２０と、下カセット８に固定した下連結片２１に取り付けられた第２可動アームである下可動アーム２２と、上可動アーム２０と下可動アーム２２を連結する連結アーム２３と、下アーム１６の略中央付近に取り付けられた機構支持アームである垂直アーム２４とから構成される。

上アーム１５は、長尺状のアームとして形成され、一端部に上カセット６をスライド自在とするレール２５を有している。このレール２５には、上カセット６に設けたスライド部材１２が係合することにより、該上カセット６がスライド自在とされている。また、上アーム１５の他端部には、駆動シリンダ１４のロッド２６の先端部２７と連結する連結部材２８が取り付けられている。この連結部材２８は、上アーム１５に対して略垂直に下方へ向かって設けられ、該上アーム１５の他端部に固定されている。

下アーム１６は、上アーム１５よりも長さが短い長尺状のアームとして形成されている。この下アーム１６の一端部には、下カセット８が固定されている。また、下アーム１６の他端部には、駆動シリンダ１４の本体取付部２９を取り付ける連結部材３０が取り付けられている。この連結部材３０は、下アーム１６に対して略垂直に上方に向かって設けられ、該下アーム１６の他端部に固定されている。

第１アーム１７と第２アーム１８は、上アーム１５と下アーム１６にそれぞれ設けられた支持軸３１、３２を中心として可動自在に取り付けられ、これら上アーム１５と下アーム１６を相対的にほぼ平行に移動自在に支持する。第１アーム１７と第２アーム１８は、何れも垂直アーム２４と、下アーム１６に固定された連結部材３０との間に設けられている。より具体的には、第１アーム１７は、前記した垂直アーム２４の近傍に設けられ、第２アーム１８は連結部材３０の近傍に設けられている。

上可動アーム２０は、上連結片１９に設けた支持軸３３に一端部を回動自在に取り付けると共に、連結アーム２３の一端部に設けた支持軸３４に他端部を回動自在に取り付けている。下可動アーム２２は、上可動アーム２０と同じように、下連結片２１に設けた支持軸３５に一端部を回動自在に取り付けると共に、連結アーム２３の一端部に設けた支持軸３４に他端部を回動自在に取り付けている。

連結アーム２３は、上アーム１５と下アーム１６の略中間位置に配置されると共に、第１アーム１７及び第２アーム１８と連結されてほぼ平行とされる。この連結アーム２３には、第１アーム１７の略中央に固定した第１係合軸（係合ピン）３６を挿入させる第１長孔３７と、第２アーム１８の略中央に固定した第２係合軸（係合ピン）３８を挿入させる第２長孔３９とが形成されている。

垂直アーム２４は、ベース基台４０上の固定部４１に取り付けられた支持軸４２に一端部を回動自在に取り付けると共に、下アーム１６に取り付けられた支持軸４３に他端部を回動自在に取り付けている。かかる垂直アーム２４は、クランクシャフト１を回転してフィレットロール加工したときに、フィレット溝２ａを押圧する上カセット６と下カセット８がこのクランクシャフト１の回転に追従して大きく旋回して追従することを許容するリンク機構全体を揺動自在に支持する役目をする。

駆動シリンダ１４は、下アーム１６の連結部材３０に固定した支持軸４３に本体取付部２９を回動自在に取り付けると共に、上アーム１５の連結部材２８に固定した支持軸４４にロッド２６の先端部２７を回動自在に取り付けている。

このように構成された４節リンク機構部１３においては、上アーム１５と下アーム１６は、これら上アーム１５と下アーム１６にそれぞれ設けた支持軸３１、３２に回動自在に取り付けられた第１アーム１７と第２アーム１８とにより、これら４箇所の支持軸３１、３２を中心として相対的に略平行に移動自在とされる。また、これら上アーム１５と下アーム１６は、下アーム１６の連結部材３０に対して駆動シリンダ１４を可動自在に取り付けているため、相対的に接近する方向と離反する方向に移動する。

「フィレットロール加工動作」
次に、前述のフィレットロール加工装置を使用したフィレットロール加工動作について説明する。先ず、図３に示すように、クランクシャフト１のクランクピン２を挟み込むようにして上カセット６と下カセット８を上下に対向配置させる。次に、駆動シリンダ１４を作動させてロッド２６をシリンダ本体側へ没入させる。すなわち、駆動シリンダ１４のロッド２６を後退させる。

すると、このロッド２６に連結された連結部材２８に固定された上アーム１５は、図２に示すように、前方に押し出されながら下カセット８に対して接近する方向に移動する。また、駆動シリンダ１４は、支持軸４３を中心として可動自在に下アーム１６の連結部材３０に取り付けられていることから、図３のアンクランプ状態で斜め上方に傾いた状態から図２のクランプ状態で水平状態に移行する。

上アーム１５が前方に押し出されると、該上アーム１５に連結された第１アーム１７及び第２アーム１８は、この上アーム１５の移動に伴ってクランクシャフト１側へ向かって次第に傾いて行く。そして、上アーム１５がさらに前方に押し出されると、上カセット６には、該上アーム１５のスライド方向とは反対方向の力が作用する。この上カセット６に作用する力は、上可動アーム２０を介して連結アーム２３へ伝達され、当該連結アーム２３を駆動シリンダ１４側へとスライドさせる。

そして、この連結アーム２３が駆動シリンダ１４側へスライドすることで、下可動アーム２２が引っ張られ、上可動アーム２０と下可動アーム２２とのなす角度θが次第に狭まって行く。また、このとき、上アーム１５、下アーム１６、第１アーム１７及び第２アーム１８からなる４節リンク機構部１３全体が左斜めに傾く。その結果、クランクピン２は、上カセット６に設けられたフィレットローラ４と下カセット８に設けられた把持ローラ７とで挟み込まれてクランプされる。

そして、フィレットローラ４と把持ローラ７とでクランクピン２をクランプし、そのクランクピン２に形成したフィレット溝２ａに所定の押圧力を与えながらクランクシャフト１を回転させる。すると、上カセット６と下カセット８は、垂直アーム２４を揺動起点として、４節リンク機構部１３全体が大きく揺動してクランクシャフト１の回転と同期して追従する。このフィレットローラ４によってフィレット溝２ａに押圧力が与えられると、圧縮残留応力がクランクピン２に残り、当該クランクピン２の疲労強度が向上することになる。

以上のように構成されたフィレットロール加工装置によれば、４節リンク機構部１３により上アーム１５と下アーム１６がほぼ平行に移動し上カセット６と下カセット８もほぼ平行移動するため、エンジンの種類によってクランクピン２の大きさ（直径）が異なっても上カセット６と下カセット８をクランクピン２を挟んで平行に配置することができることからフィレットローラ４がローラホルダ１０に無理に押し付けられることを防止できる。その結果、フィレットローラ４を回転自在に保持するローラホルダ１０の寿命を大幅に延ばすことができる。

また、本実施の形態のフィレットロール加工装置によれば、ローラ保持部材移動機構９を４節リンク機構部１３とこの４節リンク機構部１３を可動させる駆動シリンダ１４とから構成しているので、単純なリンク機構で装置を構成することができる。

また、本実施の形態のフィレットロール加工装置によれば、上アーム１５に設けたレール２５に上カセット６をスライド自在に取り付けているので、当該上カセット６を平行にスライドさせることができる。

また、本実施の形態のフィレットロール加工装置によれば、上カセット６には、フィレットローラ４に作用する荷重を受け止めるバックアップローラ５を設けているので、フィレット溝２ａに所望の押圧力をフィレットローラ４にて与えることができる。

［その他の実施の形態］
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。

上述の実施の形態では、エンジン部品の一つであるクランクシャフトをワークとし、このクランクシャフトのフィレット溝にフィレットローラを押し付けてフィレットロール加工を行ったが、ワークとしてはクランクシャフトに制限されることはない。

クランクシャフトの平面図である。 クランクシャフトをクランプしたときのフィレットロール加工装置の正面図である。 クランクシャフトをアンクランプしたときのフィレットロール加工装置の正面図である。 クランクシャフトのクランプ状態の要部拡大正面図である。 クランクシャフトのアンクランプ状態の要部拡大正面図である。

符号の説明

１…クランクシャフト（ワーク）
２…クランクピン
２ａ，３ａ…フィレット溝
３…クランクジャーナル
４…フィレットローラ
５…バックアップローラ
６…上カセット（第１ローラ保持部材）
７…把持ローラ
８…下カセット（第２ローラ保持部材）
９…ローラ保持部材移動機構
１０…ローラホルダ
１４…駆動シリンダ（可動手段）
１５…上アーム（第１ローラ保持アーム）
１６…下アーム（第２ローラ保持アーム）
１７…第１アーム
１８…第２アーム
２０…上可動アーム（第１可動アーム）
２２…下可動アーム（第２可動アーム）
２３…連結アーム
２４…垂直アーム（機構支持アーム）

Claims (3)

1. 相対向して設けたフィレットローラと把持ローラとでワークを把持し、該ワークを回転させながら該フィレットローラを所定の押圧力で該ワークの所望箇所に押し付けてフィレットロール加工を施すフィレットロール加工装置において、
   前記フィレットローラを回転自在に保持すると共に、前記ワークからフィレットローラに作用する荷重を受け止めるバックアップローラを収容保持する第１ローラ保持部材と、
   前記把持ローラを回転自在に保持する第２ローラ保持部材と、
   前記第１ローラ保持部材と前記第２ローラ保持部材を略平行に相対的に移動させ、前記ワークをフィレットローラと把持ローラとで把持するクランプ状態と該ワークの把持を開放するアンクランプ状態とする、４節リンク機構部及びこの４節リンク機構部を可動させる可動手段とからなるローラ保持部材移動機構とを備え、
   前記４節リンク機構部は、前記第１ローラ保持部材をスライド自在に保持する第１ローラ保持アームと、前記第２ローラ保持部材を固定する第２ローラ保持アームと、これら両アームを所定間隔を置いて平行に配置連結し且つ両アームを相対的にほぼ平行に移動自在に支持する２本の第１アーム及び第２アームと、第１ローラ保持部材に取り付けられた第１可動アームと、第２ローラ保持部材に取り付けられた第２可動アームと、第１可動アームと第２可動アームを連結し且つ前記第１及び第２アームに対してスライド自在に取り付けられて該第１可動アームと該第２可動アームとのなす角度を可変させる連結アームと、からなるリンク機構と、このリンク機構全体をワークの回転と同期して揺動自在に支持する機構支持アームとから構成される
   ことを特徴とするフィレットロール加工装置。
2. 請求項１に記載のフィレットロール加工装置であって、
   前記第１ローラ保持部材は、前記４節リンク機構部に設けられたレールに対してスライド自在に取り付けられている
   ことを特徴とするフィレットロール加工装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のフィレットロール加工装置であって、
   前記第１ローラ保持部材は、前記フィレットローラを回転自在に保持するローラホルダと、このローラホルダを取り付けると共に前記バックアップローラを回転自在に保持するローラカセットとからなる
   ことを特徴とするフィレットロール加工装置。

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