JP6502124B2 - クランクシャフトミラーのカッタ - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトミラーのカッタに関し、特に、エクスターナルミラーにおいて用いられる外刃式のカッタに関するものである。

従来、自動車のエンジン等に用いられるクランクシャフトを、エクスターナルミラーにより外刃式のカッタを用いてミーリング加工することが行われている。
図６（ａ）に示されるように、外刃式のカッタ１００は、エクスターナルミラーの主軸１０１に固定される主軸取付面部１０２を有する円盤状のカッタ本体１０３を備え、このカッタ本体１０３の外周部に、複数の切削用のチップ１０４が装着されて構成されている。このような外刃式のカッタ１００によって加工されるクランクシャフト１０５は、図６（ｂ）に示されるように、メインジャーナル１０６およびピンジャーナル１０７と、これらジャーナル１０６，１０７を連結するクランクアーム１０８と、クランクアーム１０８に一体的に形成され、ピンジャーナル１０７の反対側に延設されるカウンタウェイト１０９とを備えてなるものである。

エクスターナルミラーを用いたクランクシャフト１０５の加工は、エクスターナルミラーの主軸１０１の回転作動にてカッタ１００を回転させるとともに、クランクシャフト１０５の両端部を支持する図示されないチャックの回転作動にてクランクシャフト１０５をメインジャーナル１０６の軸線回りに回転させ、クランクシャフト１０５のピンジャーナル１０７等にカッタ１００のチップ１０４を接触させることによって行われる。

ピンジャーナル１０７の外周部や隣り合うカウンタウェイト１０９の内側面部を加工する際には、隣り合うカウンタウェイト１０９の間にカッタ１００を入り込ませる必要があるため、クランクシャフト１０５の形状によっては、カッタ本体１０３における主軸取付面部１０２の肉厚に対し、その主軸取付面部１０２からカッタ本体１０３の径方向外側部分の肉厚が薄くなることがある。この場合、例えばカッタ本体１０３の外周部に装着される複数のチップ１０４の配置に起因して、切削加工の際に、クランクシャフト１０５へのチップ１０４の食いつき時の衝撃力が、チップ１０４からカッタ本体１０３に対し、カッタ本体１０３の厚み方向にずれた一方側の位置と他方側の位置とから交互に繰り返し加えられるため、カッタ本体１０３における主軸取付面部１０２よりも径方向外側部分が膜振動することがある。かかる膜振動は、騒音の発生、工具寿命の低下、サイクルタイムの延長などを招くびびり現象の原因となる。このため、膜振動を抑制することが望まれている。

上記膜振動を抑制し得る可能性のある技術として、減衰用部材を用いるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００９−５０９８３号公報 特開２００４−２０２６４８号公報

図６（ｃ）に示されるように、上記特許文献１には、剛性体１１０の一方の先端部近傍に粘弾性体１１１を配設し、剛性体１１０の他方の先端部をスリーブ１１２に保持可能な形状とし、スリーブ１１２に剛性体１１０と切削工具のシャンク１１３とを担持させ、粘弾性体１１１を介して剛性体１１０をシャンク１１３に当接させることにより、切削時のびびり振動を抑制するようにしたものが開示されている。
一方、上記特許文献２には、図６（ｄ）に示されるように、第１バイト構成部品１１５と第２バイト構成部品１１６との間に、バイト本体部分１１７よりも弾性率が低くかつ減衰率の高い材料からなる介在部材１１８を配設することにより、切削工具の食いつき時の衝撃力や断続切削による振動の発生を防ぐようにしたものが開示されている。

しかしながら、上記の特許文献１，２に記載のものでは、確かに棒状の切削工具のびびり振動等は抑制することができるものの、円盤状の切削工具の膜振動を抑制するのに適した構成となっていないため、単にこれら文献に記載の技術を上記の外刃式のカッタ１００に適用したとしても、膜振動を抑制することができないという問題点がある。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、切削加工に伴う膜振動を抑制することができるクランクシャフトミラーのカッタを提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明によるクランクシャフトミラーのカッタは、
主軸に固定される主軸取付面部を有する円盤状のカッタ本体の外周部に複数の切削用のチップが装着されてなり、前記主軸の回転作動によって前記カッタ本体を回転させながら前記チップを加工対象であるクランクシャフトに接触させて切削するようにしたクランクシャフトミラーのカッタにおいて、
前記カッタ本体における前記主軸取付面部よりも大きい外形形状の押え板を、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体を介して前記カッタ本体の盤面に取り付けたことを特徴とするものである（第１発明）。

本発明において、前記押え板および前記粘弾性体をそれぞれ複数備え、これら押え板および粘弾性体を交互に重ね合わせるのが好ましい（第２発明）。

本発明において、前記粘弾性体を介在させた状態での前記押え板から前記カッタ本体への押圧荷重を調整可能な締付機構を設けるのが好ましい（第３発明）。

本発明によれば、カッタ本体における主軸取付面部よりも大きい外形形状の押え板が、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体を介してカッタ本体の盤面に取り付けられるので、カッタ本体における主軸取付面部の径方向外側部分が膜振動した際に、押え板がその膜振動を肩代わりして振動され、該振動が粘弾性体によって減衰されることになり、カッタ本体の膜振動を抑制することができる。したがって、カッタの固有振動数周辺での共振現象を抑制することができて、びびり現象の発生を抑制することができる。

また、前記押え板および前記粘弾性体をそれぞれ複数備え、これら押え板および粘弾性体を交互に重ね合わせることにより、カッタ本体の膜振動を広い振動数域でより効果的に抑制することができる。

また、前記粘弾性体を介在させた状態での前記押え板から前記カッタ本体への押圧荷重を調整可能な締付機構を設けることにより、締付機構によって押圧荷重を増加させれば粘弾性体のばね定数を高めることができ、これとは逆に押圧荷重を減少させれば粘弾性体のばね定数を低めることができるといった具合に、粘弾性体のばね定数を、膜振動を抑制する上で最適なものに容易に調整することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るカッタを具備するクランクシャフトミラーの全体斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るカッタを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部を破断して表す側面図である。 図３は、図２のＡ部拡大図である。 図４は、ボルト緩み防止装置の構造説明図である。 図５は、膜振動防止効果を説明するためのグラフで、（ａ）は押え板および粘弾性体をそれぞれ１枚ずつ取り付けた場合、（ｂ）は押え板および粘弾性体をそれぞれ２枚ずつ取り付けた場合である。 従来技術の説明図である。

次に、本発明によるクランクシャフトミラーのカッタの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜クランクシャフトミラーの概略説明＞
図１に示されるクランクシャフトミラー１は、エクスターナルミラーと称されるもので、クランクシャフト１０５におけるピンジャーナル１０７（図６（ｂ）参照）の外周部や隣り合うカウンタウェイト１０９の内側面部を外刃式の回転切削工具で加工するミーリング加工機である。

このクランクシャフトミラー１において、その土台部分を構成するベッド２上の前面の左右両端部には、加工すべきクランクシャフト１０５の両端部を支持するとともに、そのクランクシャフト１０５を回転させる２基の回転支持装置３が設置されている。
回転支持装置３は、クランプシリンダ４の作動にてクランクシャフト１０５の端部を強固に掴むようにしたチャック５を装置本体に回転自在に設けてなり、Ｃ軸回転駆動モータ６によってそのチャック５を回転駆動することにより、クランクシャフト１０５をチャック５で支持しながら回転させることができるようになっている。

２基の回転支持装置３の間には、クランクシャフト１０５のメインジャーナル１０６を回転自在に挟み付けて支持する補助サポータ７が配設されている。この補助サポータ７を用いてクランクシャフト１０５を支持することにより、切削負荷に抗するクランクシャフト１０５の曲げ剛性を向上させることができる。
２基の回転支持装置３の後方には、２基のカッタ駆動ユニット８が配設されている。これら２基のカッタ駆動ユニット８は、左右一対のサドル９上にそれぞれ設置されており、Ｚ軸駆動モータ１０により、クランクシャフト１０５の軸方向（Ｚ軸）に移動自在であるとともに、Ｘ軸駆動モータ１１により、クランクシャフト１０５の軸直角方向（Ｘ軸）に移動自在とされている。
２基のカッタ駆動ユニット８のＺ軸方向の対向面側に臨ませたそれぞれの主軸１２には、外刃式のカッタ２０が装着されている。カッタ２０は、主軸モータ１３からの回転動力が動力伝達機構１４を介して主軸１２に伝達されることによって回転駆動される。

次に、上記の外刃式のカッタ２０について主に図２〜図４を用いて詳述する。

＜カッタの概略説明＞
図２（ａ）（ｂ）に示されるように、カッタ２０は、円盤状のカッタ本体２１を備え、このカッタ本体２１の外周部に複数の切削用のチップ２２，２３が装着されて構成されている。

＜カッタ本体の説明＞
カッタ本体２１は、主軸取付面部２１ａ、厚肉部２１ｂおよび薄肉部２１ｃを有している。
主軸取付面部２１ａは、カッタ本体２１の一方の盤面側を主軸１２へと臨ませてその主軸１２への取付に際して主軸１２と密着状態で接触する面部である。この主軸取付面部２１ａは、カッタ本体２１においてその中心点を基準に所定径寸法Ｄ_１で規定される範囲の部位であり、図示されない公知の固定手段によって着脱可能に主軸１２に固定される。
厚肉部２１ｂは、主軸取付面部２１ａを含みその主軸取付面部２１ａの径寸法Ｄ_１よりも大きい所定径寸法Ｄ_２の範囲の部位であり、比較的肉厚が厚く形成されている。なお、厚肉部２１ｂは、カッタ本体２１の一方の盤面から他方の盤面に向かって進むに従って径寸法が大きくなるような円錐台形状とされている。
薄肉部２１ｃは、厚肉部２１ｂの径方向外側に所定径寸法Ｄ_３の範囲でその厚肉部２１ｂと一体的に形成され、厚肉部２１ｂよりも肉厚が薄く、クランクシャフト１０５における隣り合うカウンタウェイト１０９（図６（ｂ）参照）の間に入り込ませることが可能な形状に形成されている。
なお、カッタ本体２１、後述する第１押え板２５および第２押え板２６のそれぞれの中央には、軽量化のために、強度上問題のない大きさの丸孔が設けられている。

＜切削用チップの説明＞
複数のチップ２２，２３は、ピンジャーナル１０７（図６（ｂ）参照）の外周部を加工する複数の外周加工用チップ２２と、隣り合うカウンタウェイト１０９の内側面を加工する複数の側面加工用チップ２３とよりなるものである。
複数の外周加工用チップ２２は、カッタ本体２１の薄肉部２１ｃの外周面に、周方向に所定の間隔をあけ、かつ薄肉部２１ｃの厚み方向に相互の位置をずらしたような配置で着脱可能に取り付けられている。
複数の側面加工用チップ２３は、カッタ本体２１の薄肉部２１ｃの両側に、周方向に向けて千鳥配置で着脱可能に取り付けられている。

図２（ａ）および（ｂ）並びに図３に示されるように、カッタ本体２１の他方の盤面には、複数の押え板２５，２６および複数の粘弾性体２７，２８が交互に重ね合わされた状態で取り付けられている。

＜押え板の説明＞
複数の押え板２５，２６は、第１押え板２５および第２押え板２６よりなるものである。
図２（ｂ）に示されるように第１押え板２５は、主軸取付面部２１ａの径寸法Ｄ_１よりも大きく、厚肉部２１ｂと薄肉部２１ｃとの境界を径方向外側に向けてやや越える所定径寸法Ｄ_４の円盤形状に形成され、広い振動数域で万遍なく膜振動の抑制を図る観点から板厚が比較的厚くされている。なお、この第１押え板の径寸法Ｄ_４は、隣り合うカウンタウェイト１０９（図６（ｂ）参照）の間に薄肉部２１ｃを入り込ませてピンジャーナル１０７の外周部を切削加工する際に、第１押え板２５がカウンタウェイト１０９に干渉しない範囲で最大値に設定するようにするのが、膜振動の抑制の観点から好ましく、また、適宜に外側コーナ部に面取りを施すのがよい。
第２押え板２６は、主軸取付面部２１ａの径寸法Ｄ_１よりも大きく、第１押え板２５の径寸法Ｄ_４よりもやや小さい所定径寸法Ｄ_５の円盤形状に形成され、第１押え板２５よりも板厚が薄くされている。

＜粘弾性体の説明＞
複数の粘弾性体２７，２８は、第１粘弾性体２７および第２粘弾性体２８よりなり、いずれの粘弾性体２７，２８もばね要素と減衰要素とを有するものであり、非線形のばね定数を有するものである。つまり、荷重を加えることによって粘弾性体２７，２８を変形させた場合、該粘弾性体２７，２８のばね定数は荷重の大きさによって変化することになる。粘弾性体２７，２８としては例えばゴム等が挙げられ、第１粘弾性体２７は第１押え板２５の形状に、第２粘弾性体２８は第２押え板２６の形状にそれぞれ合わせた所定厚みのゴムシートにより構成されている。

＜締付機構の説明＞
本実施形態においては、図３に示されるように、カッタ本体２１の他方の盤面上に第１粘弾性体２７、第１押え板２５、第２粘弾性体２８および第２押え板２６が順に重ね合わされ、このように粘弾性体２７，２８を介在させた状態で重ね合わされた押え板２５，２６からカッタ本体２１への押圧荷重を調整可能な締付機構３０が設けられている。
図２（ａ）に示されるように、締付機構３０は、カッタ本体２１の周方向に配置される第１のボルト３１および第２のボルト３２を備えてなり、第１のボルト３１は、等角度間隔（６０°間隔）で配されて、押え板２５，２６および粘弾性体２７，２８のそれぞれの外周寄りの部位を貫通してカッタ本体２１にねじ込まれるものであり、第２のボルト３２は、等角度間隔（９０°間隔）で配されて、押え板２５，２６および粘弾性体２７，２８のそれぞれの内周寄りの部位を貫通してカッタ本体２１にねじ込まれるものであり、これらボルト３１，３２の締付操作によって押圧荷重を増加させれば粘弾性体２７，２８のばね定数を高めることができ、これとは逆にそれらボルト３１，３２を緩める操作によって押圧荷重を減少させれば粘弾性体２７，２８のばね定数を低めることができるといった具合に、粘弾性体２７，２８のばね定数を、膜振動を抑制する上で最適なものに容易に調整することができる。

＜ボルト緩み防止装置の説明＞
第１のボルト３１および第２のボルト３２は、それぞれ押え板２５，２６とカッタ本体２１との間に軸力を作用させて粘弾性体２７，２８を挟み付けるようにするものであるから、切削時の衝撃等によって緩むことが起こり易い傾向にある。そこで、第１のボルト３１の緩みを防止するために、第１のボルト緩み防止装置３５が、第２のボルト３２の緩みを防止するために、第２のボルト緩み防止装置３６が、それぞれ第２押え板２６上に設置されている。

図４（ａ）に示されるように、第２のボルト緩み防止装置３６は、緩み止めプレート４１と、この緩み止めプレート４１を第２押え板２６に固定するための一対の固定ボルト４２とを備えて構成されている。
緩み止めプレート４１の中央には、第２のボルト３２における六角形状の頭部に係合可能な係合部４３を有している。係合部４３は、第２のボルト３２の頭部が嵌合可能な２つの六角孔を互いに３０°位相をずらして重ね合わせたような孔よりなり、第２のボルト３２の頭部に対し３０°毎にぴったりと嵌って引っ掛かるような形状に形成されている。
緩み止めプレート４１における係合部４３を挟むようにして左右両側部には、外側に凸の円弧状の長孔４４が形成され、これら長孔４４を通して一対の固定ボルト４２が第２押え板２６にねじ込み可能とされている。
第２のボルト緩み防止装置３６においては、第２のボルト３２に対する緩み止めプレート４１の角度位置を、長孔４４の長さの範囲内で複数段階に調整可能とされており、第２のボルト３２に対する緩み止めプレート４１の複数の角度位置の中から選択された一の角度位置で、第２のボルト３２の頭部に係合部４３を係合させた状態で一対の固定ボルト４２を締め付けることにより、第２のボルト３２が緩むのを確実に防ぐことができる。

図４（ｂ）に示されるように、第１のボルト緩み防止装置３５は、第２のボルト緩み防止装置３６における緩み止めプレート４１に代えて、該緩み止めプレート４１の係合部４３が半分程度切り欠かれて外向きに開放されたような切欠き形状の係合部４５を有する緩み止めプレート４６が用いられる点のみが異なり、その他は第２のボルト緩み防止装置３６と同様のものであり、第１のボルト３１に対する緩み止めプレート４６の複数の角度位置の中から選択された一の角度位置で、第１のボルト３１の頭部に係合部４５を係合させた状態で一対の固定ボルト４２を締め付けることにより、第１のボルト３１が緩むのを確実に防ぐことができる。

以上に述べたように構成されるカッタ２０を用いたクランクシャフト１０５の加工は、図１に示されるクランクシャフトミラー１において、主軸モータ１３の作動によりカッタ２０を回転させるとともに、Ｃ軸回転駆動モータ６の作動によりクランクシャフト１０５をメインジャーナル１０６（図６（ｂ）参照）の軸線回りに回転させ、Ｘ軸駆動モータ１１およびＺ軸駆動モータ１０によるサドル９の送り制御でカッタ２０の位置決め制御を行いながらクランクシャフト１０５のピンジャーナル１０７等にチップ２２，２３を接触させることによって行われる。

例えばピンジャーナル１０７の外周部や隣り合うカウンタウェイト１０９の内側面部を複数の外周加工用チップ２２と複数の側面加工用チップ２３とによって切削する場合、例えばそれらチップ２２，２３の配置に起因して、すなわち、複数の外周加工用チップ２２は、カッタ本体２１の薄肉部２１ｃの外周面に、周方向に所定の間隔をあけ、かつ薄肉部２１ｃの厚み方向に相互の位置をずらしたような配置であり、複数の側面加工用チップ２３は、カッタ本体２１の薄肉部２１ｃの両側に、周方向に向けて千鳥配置であることに起因して、クランクシャフト１０５へのチップ２２，２３の食いつき時の衝撃力が、チップ２２，２３からカッタ本体２１に対し、カッタ本体２１の厚み方向にずれた一方側の位置と他方側の位置とから交互に繰り返し加えられるため、カッタ本体２１における主軸取付面部２１ａよりも径方向外側部分が膜振動することがある。なお、カッタ本体２１における主軸取付面部２１ａの部分は、主軸１２に固定されているため、膜振動が起こりにくい。

＜作用効果の説明＞
本実施形態では、カッタ本体２１における主軸取付面部２１ａよりも大きい外形形状の押え板２５，２６が、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体２７，２８を介してカッタ本体２１の他方の盤面に取り付けられるので、カッタ本体２１における主軸取付面部２１ａの径方向外側部分が膜振動した際に、押え板２５，２６がその膜振動を肩代わりして振動され、該振動が粘弾性体２７，２８によって減衰されることになり、図５（ｂ）のグラフから明らかなように、幅広い振動数域において１次振動〜４次振動のそれぞれを確実に抑制することができる。したがって、カッタ２０の固有振動数周辺での共振現象を抑制することができて、びびり現象の発生を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、カッタ本体２１の他方の盤面に複数の押え板２５，２６および複数の粘弾性体２７，２８が交互に重ね合わされた状態で取り付けられるので、図５（ｂ）と同図（ａ）のグラフを比べて見て明らかなように、１枚の押え板２５と１枚の粘弾性体２７を重ね合わせたものよりも、カッタ本体２１の膜振動を広い振動数域でより効果的に抑制することができる。

以上、本発明のクランクシャフトミラーのカッタについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のクランクシャフトミラーのカッタは、切削加工に伴う膜振動を抑制することができるという特性を有していることから、エクスターナルミラーにおいて用いられる外刃式のカッタのびびり現象防止の用途に好適に用いることができる。

１ クランクシャフトミラー
１２ 主軸
２０ カッタ
２１ カッタ本体
２１ａ 主軸取付面部
２２，２３ チップ
２５，２６ 押え板
２７，２８ 粘弾性体
３０ 締付機構
１０５ クランクシャフト

Claims (3)

1. 主軸に固定される主軸取付面部を有する円盤状のカッタ本体の外周部に複数の切削用のチップが装着されてなり、前記主軸の回転作動によって前記カッタ本体を回転させながら前記チップを加工対象であるクランクシャフトに接触させて切削するようにしたクランクシャフトミラーのカッタにおいて、
   前記カッタ本体における前記主軸取付面部よりも大きい外形形状の押え板を、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体を介して前記カッタ本体の盤面に取り付けることにより、膜振動を抑制するように構成したことを特徴とするクランクシャフトミラーのカッタ。
2. 前記押え板および前記粘弾性体をそれぞれ複数備え、これら押え板および粘弾性体を交互に重ね合わせることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフトミラーのカッタ。
3. 前記粘弾性体を介在させた状態での前記押え板から前記カッタ本体への押圧荷重を調整可能な締付機構を設けることを特徴とする請求項１または２に記載のクランクシャフトミラーのカッタ。

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