JP4753634B2

JP4753634B2 - クランクシャフト用バニッシュローラ

Info

Publication number: JP4753634B2
Application number: JP2005175184A
Authority: JP
Inventors: 大輔千葉; 勝之川隅; 栄次森
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2006346801A

Description

本発明は、エンジンのクランクシャフトの軸部の外表面を転圧してバニッシュ加工を施すことが可能なクランクシャフト用バニッシュローラに関する。

従来から、エンジンのクランクシャフトの軸部に対し、生産性の向上及び軸部の面性状の向上を図るために、ローラバニッシュ加工を行うことが知られている。

例えば、特許文献１には、クランクシャフトの軸部の両端部のダレを防止することを目的として、バニッシュローラの軸部に対する加工面圧を前記バニッシュローラの中央部と比較して両端部を低く設定する技術的思想が開示されている。

また、この特許文献１では、クランクシャフトの軸部を回転自在に支持する一対のサポートローラと、軸部の幅と略同一寸法からなるバニッシングローラと、前記バニッシングローラに当接して該バニッシングローラを軸部に向かって転圧させるバックアップローラと有するクランクシャフトのローラバニッシュ加工装置が開示されている。

さらに、特許文献２には、ワーク側の形状をローラバニッシュ加工し易い中凹の形状とし、凸部に対し通常のバニッシュローラを用いてローラバニッシュ加工を施すことにより所望の面粗度とし、中凹部分を油溜まりとして利用して適切な潤滑油の供給を可能とし、耐久性、作動性を高めるローラバニッシュ加工方法及び加工装置が開示されている。

前記特許文献２に開示された加工装置は、クランクシャフトのピン部を回転自在に支持する一対の支持ローラと、前記支持ローラを支持するサポート部材と、前記支持ローラの反対側から前記クランクシャフトのピン部を加圧するバニッシュローラと、前記バニッシュローラを回転自在に軸支するブラケットとから構成されている。

さらにまた、特許文献３には、円形断面の軸状の工具基体の外表面に、複数条の突条が形成され、それらの突条のうち少なくとも１つの突条の側縁部が工具基体の円周方向に沿った母線に対して交差する方向に延在し、且つ各突条の形状は、前記工具基体の軸線方向に測った各突条の幅の合計が、該工具基体の周方向のいずれの位置でもほぼ等しくなる形状に設定されたローラバニッシュ工具が開示されている。

特開平６−１９０７１８号公報特開２００４−２７６１２１号公報特開平４−１１５８６６号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に開示された技術的思想は、クランクシャフトの軸部の軸方向両端部に工具逃がし用のフィレット部が形成されており、このフィレット部近傍の端部がバニッシュローラの加圧によって押し潰されてダレが発生するのを防止するためになされたものであって、前記フィレット部を有するクランクシャフトが前提となっている。

従って、本願発明のように前記フィレット部が形成されていないクランクシャフトの軸部に対してローラバニッシュ加工を適用する場合、ダレの発生等を特に考慮する必要がないため、従来の加工方法をより一層簡素化して軸部の面性状を向上させることが要請される。

さらに、前記特許文献３に開示されたローラバニッシュ工具では、例えば、クランクシャフトの軸部（被加工面）にオイル用孔部が形成されている場合、バニッシュ加工を遂行する際に前記ローラバニッシュ工具の突条が前記オイル用孔部に落ち込み、前記オイル用孔部の開口部周辺を損傷させるおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、フィレット部が形成されていないクランクシャフトの軸部の面性状を向上させ、しかも被加工部位にオイル用孔部があった場合でも好適にバニッシュ加工を施すことが可能なクランクシャフト用バニッシュローラを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、クランクシャフトの軸部を転圧してローラバニッシュ加工を行うクランクシャフト用バニッシュローラであって、
前記クランクシャフトの軸部を間にして相互に対向配置された一対のバニッシュローラからなり、
前記一対のバニッシュローラは、それぞれ略円板状の同一形状に形成され、前記軸部を転圧する外周面には、軸方向に沿って等間隔に離間する頂部を有する複数の突条部が形成され、
前記各突条部の頂部の離間間隔は、それぞれ、前記軸部に形成されたオイル用孔部の内径よりも大きく設定されていることを特徴とする。

この場合、前記突条部を３条以上設け、前記クランクシャフトの軸部と接触する突条部の外表面に、前記軸部の軸線方向に沿った両端部の隅Ｒ部よりも曲率半径が小さく設定されたＲ部を設けるとよい。

本発明によれば、略円板状に形成された一対のバニッシュローラをクランクシャフトの軸部を間にして相互に対向配置し、例えば、クランクシャフトの軸心を回転中心として回転させることにより、前記一対のバニッシュローラの外周面によって前記クランクシャフトの軸部を挟持しながら転圧作用が施される。

その際、本発明では、前記軸部を転圧するバニッシュローラの外周面に、軸方向に沿って等間隔に離間する頂部を有する複数の突条部が形成され、しかも各突条部の頂部の離間間隔がオイル用孔部の内径よりも大きく設定されているため、例えば、被加工部位にオイル用孔部があった場合でも、前記突条部がオイル用孔部に落ち込むことがなく該オイル用孔部の周辺部位に損傷を与えることがない。

本発明によれば、フィレット部が形成されていないクランクシャフトの軸部の面性状を向上させ、しかも被加工部位にオイル用孔部があった場合でも好適にバニッシュ加工を施すことができる。

本発明に係るクランクシャフト用バニッシュローラについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るバニッシュローラが組み込まれたクランクシャフトの加工装置を示す。

このクランクシャフトの加工装置１０は、図示しない数値制御装置によって制御されるタレット旋盤（又はマシニングセンタ）のタレット（回転刃物台）に装着され、相互に直交するＸＹＺの３軸方向に変位可能な第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂと、前記第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂの回転軸１４に対してそれぞれ回転自在に軸支される一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂと、クランクシャフト１８の軸線方向に沿った両端部をそれぞれ係止し、回転駆動源Ｍの回転駆動作用下にクランクシャフト１８（あるいはワーク１８ともいう）をその軸心を回転中心として回転自在に保持する第１及び第２保持機構２２ａ、２２ｂとを備える。

前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂは、ワーク１８の被加工部位である軸部２４を間としてワーク１８の軸線と直交する直線状に相互に対向配置され（図５参照）、あるいは、前記ワーク１８の軸線と直交する直線状の位置から前記ワーク１８の軸線と平行に等距離だけ反対方向にオフセットした位置に対向配置される（図６参照）。

各バニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）は、それぞれ略円板状の同一形状に形成され、前記軸部２４を転圧する外周面には、軸方向に沿って等間隔に離間する頂部を有する第１〜第４突条部２０ａ〜２０ｄが形成される（図４参照）。前記第１〜第４突条部２０ａ〜２０ｄの隣接する頂部間の離間間隔Ｓは、それぞれ、前記軸部２４に形成されたオイル用孔部２６の内径Ｔよりも大きく設定されている（Ｓ＞Ｔ）（図７参照）。

また、前記突条部の数は、４つに限定されるものではなく、少なくとも３条以上設けられるとよい。前記クランクシャフト１８の軸部２４と接触する第１〜第４突条部２０ａ〜２０ｄの外表面には、それぞれ、前記軸部２４の軸線方向に沿った両端部の隅Ｒ部４８の曲率半径ｒ１よりも小さく設定された曲率半径ｒ２によって形成される断面円弧状のＲ部２８が設けられる（図７参照）。

前記第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂには、後述する図示しない加圧制御ばねのばね力に抗して前記バニッシュローラ１６ａ、１６ｂと一体的に矢印Ａ方向に沿って変位するスライド部材３２と、前記スライド部材３２を案内する一対のガイドロッド３４ａ、３４ｂと、前記スライド部材３２をワーク１８側に向かって付勢する図示しない加圧制御ばねと、前記加圧制御ばねのばね力を調整する摘み部３６とが設けられる（図２参照）。

この場合、前記摘み部３６を作業者が把持して所定方向に回転させることにより、加圧制御ばねの初期設定荷重（後述するプリロード圧）が設定される。

前記バニッシュローラ１６ａ、１６ｂの中心内径部と回転軸１４との間には該バニッシュローラ１６ａ、１６ｂに作用するラジアル方向の力を吸収する複数のニードルベアリング３８が介装され、また、バニッシュローラ１６ａ、１６ｂとスライド部材３２に連結された軸受プレート３９との間には、該バニッシュローラ１６ａ、１６ｂに作用するスラスト力を吸収する複数のボールベアリング４０が設けられる。前記バニッシュローラ１６ａ、１６ｂは、回転軸１４に嵌合するナット部材４２によって前記回転軸１４からの脱抜が阻止されている。

なお、前記アダプタは、バニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）を一方の側面から片持ち支持するタイプ（図２参照）、あるいはバニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）を相互に対向するアーム４４ａ、４４ｂによって両側面から両持ち支持するタイプ（図３参照）のいずれを用いてもよい。

本実施の形態に係るバニッシュローラ１６ａ、１６ｂが組み込まれたクランクシャフトの加工装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、クランクシャフト１８の製造工程について概略説明する。

鍛造成形された素材を旋盤によって機械加工（レース加工）を施した後、例えば、オイル孔等の穴明け加工を行い、続いて、本実施の形態によるクランクシャフトの加工装置１０の一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂの挟持による転圧によって軸部２４に対するバニッシュ加工（塑性加工）を行う。さらに、ガス窒化（ＧＳＮ）又は高周波加熱（ＨＦＱ）等の熱処理を施した後、仕上げ加工を行い、最終検査を経て製品が完成する。

このように前記クランクシャフトの加工装置１０の転圧によるバニッシュ加工は、クランクシャフトに対する熱処理（ＧＳＮ又はＨＦＱ）の前工程として行われるものである。

次に、バニッシュローラ１６ａ、１６ｂの作用効果を含むクランクシャフトの加工装置１０の動作を説明する。

ワーク１８が第１及び第２保持機構２２ａ、２２ｂにセットされて回転可能に支持された後、摘み部３６を回転させ図示しない加圧制御ばねのばね力を調整することによりプリロード圧を所定値に設定する。このプリロード圧は、相互に対向配置された一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂによって被加工部位である軸部２４を挟圧したしたときに前記軸部２４を押圧する押圧力をいい、換言すると、軸部２４が一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂから受ける加工面圧をいう。前記プリロード圧は、クランクシャフト１８によって要求される面粗度に対応して設定されるとよい。

なお、一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂは、初期位置として、ワーク１８の軸部２４から径方向に沿って所定距離離間し、該ワーク１８の軸線と直交する直線状に所定距離だけ離間する対向した位置で待機しているものとする。

上記の準備段階を経た後、回転駆動源Ｍを付勢しワーク１８を軸心を回転中心として所定の角速度で回転させる。続いて、図示しない数値制御装置からの制御信号に基づいて第１及び第２アダプタ１２ａ、１２ｂをワーク１８側に互いに接近する方向に変位させ、軸部２４の軸線方向に沿った中央部を一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂによって挟持する。

この場合、ワーク１８が軸心を回転中心として回転しているため、前記ワーク１８の回転に伴って一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂもそれぞれ反対方向に付随して回転する。このように一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂが回転しながら前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂの外周面に形成された第１〜第４突条部２０ａ〜２０ｄによって軸部２４の被加工面を転圧することによりバニッシュ加工がなされる。このバニッシュ加工により軸部２４の外表面の図示しない微小な凹凸が平坦化されて良好な面粗度を得ることができる。

なお、バニッシュローラ１６ａ、１６ｂの外周面が軸部２４に接触する際、該軸部２４の軸線と直交する方向から加圧するのではなく（図８参照）、斜め方向からバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを軸部２４の被加工面に対して接触させるとよい（図９参照）。この斜め方向の角度（θ）は約２０度〜４５度がよく、バニッシュローラ１６ａ、１６ｂが軸部２４に対して垂直加圧されたときに発生する塑性面のへこみ４６（図８参照）を防止することができる。

一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂが軸部２４を間として直線状に位置して転圧を開始した後、図５に示されるように、一方のバニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）と他方のバニッシュローラ１６ｂ（１６ａ）とをそれぞれ反対方向（クランクシャフト１８の軸線と平行のまま相互に離間する方向）に摺動させて軸部２４の被加工部位を転圧する。

このように一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを被加工部位の中央部で挟持した後、前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを相互に離間する方向に変位させて被加工部位をバニッシュ加工することにより、加工時間を短縮して効率化を図ることができる。

前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを相互に離間する方向に摺動させることにより、被加工部位である軸部２４の両端部の隅Ｒ部４８をもバニッシュローラ１６ａ、１６ｂの第１突条部２０ａ（又は第４突条部２０ｄ）のＲ部２８によってそれぞれ好適に転圧することができる（図５及び図６参照）。

また、被加工部位である軸部２４は、クランクシャフト１８を構成するピン部及びジャーナル部とする。

なお、図６に示されるように、一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂが軸部２４の軸線と直交する直線状に対向配置されることなく、僅かに水平方向に沿って偏位した位置から相互にクランクシャフト１８の軸部２４に接近させて該軸部２４を挟持した後、前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂを相互に離間する方向に摺動させて被加工部位をバニッシュ加工してもよい。

本実施の形態によれば、一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂをクランクシャフト１８の軸部２４を間にして相互に対向配置し、前記クランクシャフト１８の回転作用下に、該クランクシャフト１８の軸部２４を前記一対のバニッシュローラ１６ａ、１６ｂで挟持しながら転圧してバニッシュ加工を施すことにより、フィレット部が形成されていないクランクシャフト１８の軸部２４の面性状を向上させ、しかも装置構造を簡素化して製造コストを低減することができる。

さらに、本実施の形態によれば、前記軸部２４を転圧するバニッシュローラ１６ａ（１６ｂ）の外周面に、軸方向に沿って等間隔に離間する頂部を有する第１〜第４突条部２０ａ〜２０ｄが形成され、しかも各第１〜第４突条部２０ａ〜２０ｄの隣接する頂部間の離間間隔Ｓがオイル用孔部２６の内径Ｔよりも大きく設定されているため、例えば、被加工部位にオイル用孔部２６があった場合でも、前記第１〜第４突条部２０ａ〜２０ｄがオイル用孔部２６に落ち込むことがなく該オイル用孔部２６の周辺部位に損傷を与えることがない。

従って、本実施の形態では、被加工部位にオイル用孔部２６があった場合でも好適にバニッシュ加工を施して良好な面粗度を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るバニッシュローラが組み込まれたクランクシャフトの加工装置の概略構造平面図である。図１に示すクランクシャフトの加工装置の一部拡大平面図である。バニッシュローラを両持ちで支持するタイプのクランクシャフトの加工装置の一部拡大平面図である。前記バニッシュローラの外周面に形成された複数の突条部を示す一部省略拡大側面図である。クランクシャフトの軸部を挟持して転圧する一対のバニッシュローラの変位動作を示す一部省略拡大図である。オフセットして配置された一対のバニッシュローラの変位動作を示す一部省略拡大図である。前記バニッシュローラの外周面に形成された複数の突条部と軸部に形成されたオイル用孔部との関係を示す一部省略拡大図である。バニッシュローラが軸部に接触する際、該軸部の軸線と直交する方向から加圧した状態を示す一部省略拡大図である。バニッシュローラが軸部に接触する際、該軸部の軸線と直交する方向から所定角度だけ傾斜して加圧した状態を示す一部省略拡大図である。

符号の説明

１０…クランクシャフトの加工装置１２ａ、１２ｂ…アダプタ
１４…回転軸１６ａ、１６ｂ…バニッシュローラ
１８…クランクシャフト（ワーク）２０ａ〜２０ｄ…突条部
２４…軸部２６…オイル用孔部
２８…Ｒ部３２…スライド部材
３６…摘み部３８…ニードルベアリング
４０…ボールベアリング

Claims

クランクシャフトの軸部を転圧してローラバニッシュ加工を行うクランクシャフト用バニッシュローラであって、
前記クランクシャフトの軸部を間にして相互に対向配置された一対のバニッシュローラからなり、
前記一対のバニッシュローラは、それぞれ略円板状の同一形状に形成され、前記軸部を転圧する外周面には、軸方向に沿って等間隔に離間する頂部を有する複数の突条部が形成され、
前記各突条部の頂部の離間間隔は、それぞれ、前記軸部に形成されたオイル用孔部の内径よりも大きく設定されていることを特徴とするクランクシャフト用バニッシュローラ。
請求項１記載のバニッシュローラにおいて、
前記複数の突条部は、３条以上からなることを特徴とするクランクシャフト用バニッシュローラ。
請求項１記載のバニッシュローラにおいて、
前記クランクシャフトの軸部と接触する突条部の外表面には、前記軸部の軸線方向に沿った両端部の隅Ｒ部よりも曲率半径が小さく設定されたＲ部が設けられることを特徴とするクランクシャフト用バニッシュローラ。