(57)【要約】      （修正有）【課題】  ピン軸貫通孔の内周部や端部の強度を、これらの部位に一様に塑性加工を施すことによって向上させることが可能なクランク軸の疲労強度改善加工方法および加工装置を提供することである。【解決手段】  クランクスロー１のピン軸３の貫通孔５内部に、ロールヘッド７とこのロールヘッド７に支持軸を互いに平行にして周方向に１２０°の間隔で取り付けた３個の加工ロール６と、ロールヘッド７に近接して高周波加熱コイル１０とを配置し、高周波加熱によりロールヘッド７を熱膨張させて加工ロール６を貫通孔５に押付けて加圧し、クランクスロー１の方を回転させて貫通孔５の内周面を塑性変形させるようにしたのである。それにより、貫通孔５の内表層部の硬度が上昇し、圧縮残留応力が導入されて貫通孔５の内部が強化され、クランクスロー１の疲労強度、即ちクランク軸の疲労強度が改善される。【選択図】図２
2006142427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクスローの軸貫通孔の内部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、前記貫通孔の内部に、ロールホルダーとこのロールホルダーに支持軸を互いに平行にして取り付けた２個以上の加工ロールとからなる加工ユニットを配置し、この加工ユニットを膨張させて前記加工ロールを貫通孔に押付けて加圧し、この状態で、加工ロールをクランクスローに対して相対的に回転させて内表面を塑性変形させることを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【請求項２】
前記加工ユニットの膨張を誘導加熱により行なうことを特徴とする請求項１に記載のクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【請求項３】
クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、前記貫通孔の軸方向端部に、凹曲面が表面に形成された加工ロールをその軸心を前記ピン軸の軸方向に斜交する方向に設けて配置し、前記加工ロールを前記端部に押し付けて加圧した状態で、この加工ロールを前記クランクスローに対して相対的に回転させて前記端部を塑性変形させることを強化することを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【請求項４】
前記加工ロールがストラット材を介して連結され、この加工ロールのそれぞれと、前記ピン軸外周に回転可能に当接し、ジャッキに接続されたバックアップロールとがストラット材を介して連結され、前記ジャッキによりストラット材に張力を導入して前記加工ロールを前記貫通孔の軸方向端部にそれぞれ押し付けて加圧するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【請求項５】
クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、一端側が前記貫通孔の内径よりも小さく、他端側が前記貫通孔の内径よりも大きく、前記一端側から他端側にかけて側面が凹曲面に形成され、前記他端側の端面の中央部に、前記貫通孔の内径以上の大きさの曲率の凹部が形成された加圧工具を前記貫通孔に挿入してその側面を前記端部に当接させ、前記凹部に、先端に凸部が形成された治具を押し付けて加圧し、前記端部を塑性変形させることを強化することを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【請求項６】
前記加圧工具を前記貫通孔の両端側にそれぞれ配置し、少なくとも一方の加圧工具を前記治具により押圧して前記貫通孔の両端部を塑性変形させることを特徴とする請求項５に記載のクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【請求項７】
クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、直線状または湾曲した加圧用ロッドを、貫通孔の周りに、その湾曲した内周側が前記貫通孔の軸方向端部に接触するように複数配置し、その一端側を、前記貫通孔に挿入できる大きさのリング状部材で連結し、他端側を連結部材で連結し、前記複数配置された直線状の加圧用ロッドまたは湾曲した加圧用ロッドの湾曲した外周側を押圧用治具で貫通孔の内部方向に押し付けて加圧し、前記端部を塑性変形させることを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【請求項８】
クランクスローのピン軸貫通孔の内部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工装置であって、前記加工装置が、ロールホルダーとこのロールホルダーに支持軸を平行にして取り付けた２個以上の加工ロールと前記ロールホルダーを膨張させる手段とからなる加工ユニットと、この加工ユニットを前記ピン軸貫通孔の軸方向に可動に保持する保持手段を備え、前記膨張手段によりローラーホルダーを膨張させて加工ロールを前記貫通孔の内周面を押し付けて加圧することにより塑性変形させるようにしたことを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工装置。
【請求項９】
クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工装置であって、前記加工装置が、凹曲面が表面に形成された一対の加工ロールと、ジャッキに接続され、ピン軸外周に回転可能に当接するバックアップロールと、前記一対の加工ロール間、および前記それぞれの加工ロールとバックアップロール間を連結するストラット材と、前記貫通孔の中心軸周りのクランク軸の回転運動に対する固定手段とからなり、前記ジャッキによりストラット材に導入した張力により、前記加工ロールを前記貫通孔の軸方向端部にそれぞれ押し付けて加圧した状態でクランク軸を回転させて前記端部を塑性変形させるようにしたことを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工装置。
【請求項１０】
クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工装置であって、前記加工装置が、一端側が前記貫通孔の内径よりも小さく、他端側が前記貫通孔の内径よりも大きく、前記一端側から他端側にかけて側面に前記貫通孔の曲率半径よりも小さい曲率半径の曲面が形成され、前記他端側の端面の中央部に球座が形成された加圧工具と、前記球座を介して前記加圧工具を押圧する手段とからなり、前記加圧工具を前記貫通孔の片端側または両端側に挿入して、側面に形成された曲面を前記軸方向端部に当接させ、少なくとも一方の加圧工具を、前記球座を介して前記押圧手段により押し付けて加圧し、前記端部を塑性変形させるようにしたことを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クランク軸の疲労強度改善のための加工方法とそれに用いる加工装置に係り、具体的には、クランク軸のピン孔内部および端部の冷間加工方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、クランク軸の１シリンダ分であるクランクスロー１について示すように、軸の回転中心にあるジャ−ナル軸２ａが嵌合するジャーナル軸孔２と、このジャーナル軸孔２と偏心した位置にあるピン軸３と、それらを繋ぐウェブ４とからなる。前記ピン軸３の中心部には、軸回転時の慣性モーメントを低減して軸受け反力を減少させるために、ピン軸３に同軸に貫通孔５が設けられる型式のものがある。この型式のクランクスロー１では、その回転時にピン軸３がねじり変形を受けるため、貫通孔５の内部および軸方向両端の一部に応力集中が生じる場合があり、強度の安全余裕代の低下が懸念される。
【０００３】
従来、クランク軸の強度を向上させる方法として、クランク軸のフィレット部に、曲率の異なる加工周面を有する複数のロールを押し付けてなめらかな硬化層を付与するロール加工方法が開示されている（特許文献１参照）。また、クランク軸の疲労強度を向上させるための装置として、クランク軸をその回転軸芯中心に回転させる旋回装置にロールフレームスタンドを介して揺動可能に支持されたバックアップロールとそれに対向して配置された一対のワークロールとの間で、クランク軸のジャーナル部またはピン部を挟圧し、ロールフレームに装着された油圧シリンダの加圧ヘッドの作動により、クランク軸のジャーナル部およびピン部のフィレット部等を冷間ロールする装置が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−９７３２５号公報（第２頁〜第３頁）
【特許文献２】特開平８−３０９４７１号公報（［００１５］〜［００１９］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１、２に開示されたロール加工方法およびロール加工装置は、いずれも加工対象がクランク軸などの軸のフィレット部であり、軸の外表面側からのロール加工であるため、前記ピン軸貫通孔の内周面や端部を加圧によって強化する塑性加工には適用することができない。図１に示したように、ピン軸３とウェブ４の接合位置の外側面４ａは斜めの曲面（バックチャンファーと呼ばれる）に形成されており、前記貫通孔５の横断面は円形であるが、端面は複雑な３次元曲線を呈している。このため、特許文献１、２に開示されたような従来の加工方法や装置では、ピン部貫通孔内周面および軸方向端部に、加圧によって一様に塑性変形を生じさせる冷間加工を施すことは困難である。また、大型船舶用の組立型のクランク軸といえども、ピン軸貫通孔５の内径はφ２００〜φ５００ｍｍ程度とそれほど大きくはなく、前記貫通孔５の内部に強度上昇をもたらす程の加圧力を作用させることも困難であった。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、ピン軸貫通孔の内周面や端部の強度を、これらの部位に一様に塑性加工を施すことによって向上させることが可能なクランク軸の疲労強度改善加工方法および加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【０００７】
即ち、請求項１に係るクランク軸の疲労強度改善加工方法は、クランクスローの軸貫通孔の内部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、前記貫通孔の内部に、ロールホルダーとこのロールホルダーに支持軸を互いに平行にして取り付けた２個以上の加工ロールとからなる加工ユニットを配置し、この加工ユニットを膨張させて前記加工ロールを貫通孔に押付けて加圧し、この状態で、加工ロールをクランクスローに対して相対的に回転させて内表面を塑性変形させることを特徴とする。
【０００８】
このようにすれば、狭小なピン軸貫通孔の内部に、周方向に一様に冷間加工を施すことができ、貫通孔の内表層部に硬度上昇と圧縮残留応力が導入され、とくに応力集中が生じる虞がある貫通孔の端面上部の強化に有効である。
【０００９】
請求項２に係るクランク軸の疲労強度改善加工方法は、上記加工ユニットの膨張を誘導加熱により行なうことを特徴とする。
【００１０】
このように、前記加工ユニットの膨張を誘導加熱により行えば、短時間に加熱膨張させることができるため、効率的に加圧を行うことができる。
【００１１】
請求項３に係るクランク軸の疲労強度改善加工方法は、クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、前記貫通孔の軸方向端部に、凹曲面が表面に形成された加工ロールをその軸心を前記ピン軸の軸方向に斜交する方向に設けて配置し、前記加工ロールを前記端部に押し付けて加圧した状態で、この加工ロールを前記クランクスローに対して相対的に回転させて前記端部を塑性変形させることを強化することを特徴とする。
【００１２】
このようにすれば、前記貫通孔の軸方向端部、即ち高応力部のみを選択的に、周方向にわたって一様に冷間加工を行なうことができる。とくに、加工ロールの表面に凹曲面を形成しているため、加工ロールと前記貫通孔端部との接触面積が増加し、硬度上昇および残留応力の導入範囲が広くなって端部が有効に強化される。
【００１３】
請求項４に係るクランク軸の疲労強度改善加工方法は、上記加工ロールがストラット材を介して連結され、この加工ロールのそれぞれと、前記ピン軸外周に回転可能に当接し、ジャッキに接続されたバックアップロールとがストラット材を介して連結され、前記ジャッキによりストラット材に張力を導入して前記加工ロールを前記貫通孔の軸方向端部にそれぞれ押し付けて加圧するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係るクランク軸の疲労強度改善加工方法は、クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、一端側が前記貫通孔の内径よりも小さく、他端側が前記貫通孔の内径よりも大きく、前記一端側から他端側にかけて側面が凹曲面に形成され、前記他端側の端面の中央部に、前記貫通孔の内径以上の大きさの曲率の凹部が形成された加圧工具を前記貫通孔に挿入してその側面を前記端部に当接させ、前記凹部に、先端に凸部が形成された治具を押し付けて加圧し、前記端部を塑性変形させることを強化することを特徴とする。
【００１５】
上記加圧工具の側面には、凹曲面が形成されているため、加圧工具の上側から加圧することにより、前記バックチャンファー部に形成され、端面形状が複雑な貫通孔であっても、貫通孔端部周りの接触部に冷間加工を施すことができる。
【００１６】
請求項６に係るクランク軸の疲労強度改善加工方法は、前記加圧工具を前記貫通孔の両端側にそれぞれ配置し、少なくとも一方の加圧工具を前記治具により押圧して前記貫通孔の両端部を塑性変形させることを特徴とする。
【００１７】
このように、前記工具を両端側に配置することにより、前記貫通孔の両端部に均等に冷間加工を施すことができる。
【００１８】
請求項７に係るクランクスローの疲労強度改善加工方法は、クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、直線状または湾曲した加圧用ロッドを、貫通孔の周りに、その湾曲した内周側が前記貫通孔の軸方向端部に接触するように複数配置し、その一端側を、前記貫通孔に挿入できる大きさのリング状部材で連結し、他端側を連結部材で連結し、前記複数配置された直線状の加圧用ロッドまたは湾曲した加圧用ロッドの湾曲した外周側を押圧用治具で貫通孔の内部方向に押し付けて加圧し、前記端部を塑性変形させることを特徴とする。
【００１９】
このようにすれば、簡便な加圧工具で、バックチャンファー部に形成された貫通孔の複雑な形状の端面に対して一様に冷間加工を施すことができる。
【００２０】
請求項８に係るクランク軸の疲労強度改善加工装置は、クランクスローのピン軸貫通孔の内部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工装置であって、前記加工装置が、ロールホルダーとこのロールホルダーに支持軸を平行にして取り付けた２個以上の加工ロールと前記ロールホルダーを膨張させる手段とからなる加工ユニットと、この加工ユニットを前記ピン軸貫通孔の軸方向に可動に保持する保持手段を備え、前記膨張手段によりローラーホルダーを膨張させて加工ロールを前記貫通孔の内周面を押し付けて加圧することにより塑性変形させるようにしたことを特徴とする。
【００２１】
請求項９に係るクランク軸の疲労強度改善加工装置は、クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工装置であって、前記加工装置が、凹曲面が表面に形成された一対の加工ロールと、ジャッキに接続され、ピン軸外周に回転可能に当接するバックアップロールと、前記一対の加工ロール間、および前記それぞれの加工ロールとバックアップロール間を連結するストラット材と、前記貫通孔の中心軸周りのクランク軸の回転運動に対する固定手段とからなり、前記ジャッキによりストラット材に導入した張力により、前記加工ロールを前記貫通孔の軸方向端部にそれぞれ押し付けて加圧した状態でクランク軸を回転させて前記端部を塑性変形させるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に係るクランク軸の疲労強度改善加工装置は、クランクスローのピン軸貫通孔の軸方向端部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工装置であって、前記加工装置が、一端側が前記貫通孔の内径よりも小さく、他端側が前記貫通孔の内径よりも大きく、前記一端側から他端側にかけて側面に前記貫通孔の曲率半径よりも小さい曲率半径の曲面が形成され、前記他端側の端面の中央部に球座が形成された加圧工具と、前記球座を介して前記加圧工具を押圧する手段とからなり、前記加圧工具を前記貫通孔の片端側または両端側に挿入して、側面に形成された曲面を前記軸方向端部に当接させ、少なくとも一方の加圧工具を、前記球座を介して前記押圧手段により押し付けて加圧し、前記端部を塑性変形させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
この発明では、クランク軸のピン軸貫通孔の内周面を複数の加工ロールを用い、また前記ピン軸貫通孔の端部を、凹曲面が形成された加工ロールや加圧工具を用い、誘導加熱等の手段によるローラーホルダーの膨張やジャッキ等の簡便な伸縮手段を用いて加工ロールや加圧工具を貫通孔の内周面や軸方向端部に押し付けて加圧するようにしたので、貫通孔の内部、およびバックチャンファー部に形成された、複雑な形状の端部に短時間でそれぞれ一様な冷間加工を施すことができる。それによって、この冷間加工域に硬度上昇と残留応力の導入がもたらされて、クランク軸の回転に伴うねじり変形により、応力集中が発生しやすい貫通孔内部および端部周りが強化され、クランク軸の疲労強度を改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、この発明の実施形態を添付の図２から図７に基づいて説明する。
【００２５】
図２（ａ）は、クランクスロー１のピン軸３に設けた貫通孔５の内部を加工ロールにより冷間加工を行なう実施形態を示したものである。クランクスロー１は、ピン軸の貫通孔５の周りの要部を図示している（以下、同様である）。貫通孔５の内径より小さい直径の３個の加工ロール６が、リング状の金属製のロールヘッド７に、中心角１２０°のピッチで、それぞれのロール支持軸８を平行に保ち、この３個の加工ロール６がそれぞれ貫通孔５の内周面との間に、貫通孔５内での昇降移動に支障がない程度のごく僅かの隙間が存在するように取り付けられて貫通孔５の内部に配置されている。ロールヘッド７の中央部には保持用軸９が取り付けられ、この保持用軸９は、ロールヘッド７を貫通孔５の軸方向に昇降可能に保持する昇降機構を備えた固定フレーム（図示省略）に連結されている。ロールヘッド７の端面に近接して、このロールヘッド７を加熱膨張させるための高周波コイル１０が、ロールヘッド７と一体に昇降できるように設けられている。クランク軸の組立て前の１シリンダ分であるクランクスロー１が、貫通孔５の軸方向を鉛直方向にしてターンテーブル（図示省略）上に載置され、このターンテーブルにより、クランクスロー１が貫通孔５の軸心を中心として回転できるようになっている。
【００２６】
いま、加工ロール６を図示の位置で昇降方向に固定したとする。高周波電源（図示省略）から、高周波電流が高周波コイル１０に通電されると、ローラーホルダー７が膨張し、加工ロール６がそれぞれ貫通孔５の内周面に押し付けられる。この状態で、クランクスロー１を貫通孔５の軸心を中心として回転させると、加工ロール６により、貫通孔５の内表面に、周方向に一様に冷間加工を施すことができる。加工終了後、ローラーホルダー７を空冷、水冷または油冷等により冷却して熱膨張分を収縮させると加圧力を除去することができる。そして、加工ロール６を軸方向に移動させ、同様にして冷間加工域を貫通孔５の内部のほぼ全域に広げていくことができる。
【００２７】
図２（ｂ）は他の実施形態を示したもので、前記貫通孔５が狭小なため、前述のように、１２０°ピッチで３個の加工ロール６を設けようとすると、加工ロール６の直径が小さくなり過ぎる場合に有効である。即ち、２個のバックアップロール１１、１１とその間に加工ロール（ワークロール）６を配置して、これらの３個のロールが、貫通孔５の軸方向に昇降可能に固定フレーム（図示省略）に連結されたロールヘッド７ａで保持され、このロールヘッド７ａに近接して高周波コイル１０ａが、ロールヘッド７ａと一体に昇降できるように設けられている。このようにしても、高周波コイル１０ａに通電されるとロールヘッド７ａが加熱されて膨張し、加工ロール６が貫通孔５の内周面に押し付けられ、図２（ａ）に示した場合と同様に、貫通孔５の内周面に一様に冷間加工を施すことができる。
【００２８】
図２（ｃ）は、さらに他の実施形態を示したもので、図２（ａ）に示した３個の加工ロール６がリング状のロールヘッド７ｂに保持され、このロールヘッド７ｂの内側に流体圧により膨張可能なタンク１２が保持用軸９ｂを介して、貫通孔５の軸方向に昇降可能に設けられている。加工ロール６と貫通孔５の内周面との間には前述のように、加工ロール６が昇降可能なように、僅かな隙間が設けられている。気体または液体による流体圧によりタンク１２を膨張させると、ロールヘッド７ｂを介して加工ロール６がそれぞれ貫通孔５の内周面に押し付けられ、この内周面が加圧されて一様に冷間加工が施される。
【００２９】
図３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態は、貫通孔５の軸方向の両端部に、表面に凹曲面が形成され、ロールヘッド７ｂに保持された加工ロール６ａが、その軸心を貫通孔５の軸方向に斜交する方向に設けてそれぞれ配置されている。この加工ロール６ａはストラット材１３を介してピンにより連結され、この加工ロール６ａのそれぞれと、前記ピン軸３の外周に回転可能に当接し、ジャッキ１４に接続されたバックアップロール１１ａとがストラット材１３ａを介してピン１５により連結され、加工ユニットが形成されている。ロールヘッド７ｃとストラット材１３、１３ａとをそれぞれピン結合で連結することにより、クランクスロー１の回転に伴う、前記貫通孔５の端部の高さ変化（後述の高低差ｈ）に追従できるようになっている。そして、ジャッキ１４によりストラット材１３、１３ａに張力を導入して加工ロール６ａを貫通孔５の両端部にそれぞれ押し付けることにより、貫通孔５の端部がそれぞれ加圧されるようになっている。図２（ａ）〜（ｃ）の場合と同様に、クランクスロー１はターンテーブル（図示省略）に回転可能に載置され、加工ロール６ａおよびバックアップロール１１ａを備えた加工ユニットは、クランクスロー１の回転運動からは独立して固定フレーム（図示省略）に固定されている。このように、加工ユニットを固定してクランクスロー１を貫通孔５の軸心を中心として回転させると、バックチャンファー４ａ部に形成された、複雑な形状の貫通孔５の端部に一様な冷間加工を施すことができる。なお、ピン軸３の軸心が鉛直方向となるようにクランクスロー１をターンテーブル上に載置した場合、貫通孔５がバックチャンファー４ａ部に形成されているため、その端部は、クランクスロー１の回転とともに上下し、最も高い部位と最も低い部位とには高低差ｈが存在する。このため、凹曲面が形成された加工ロール６ａの幅は、クランクスロー１の回転とともに、前記高低差ｈを吸収して貫通孔５の端部全周に接触して加圧できる長さに形成しておくことにより、貫通孔５の端部の高さ変化に追従することが可能となる。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は他の実施形態を示したものである。図４（ａ）では、貫通孔５内にその軸方向に沿ってロール支持軸８ａを配設し、このロール支持軸８ａの貫通孔５の両端部に対応する位置に、表面に凹曲面が形成された加工ロール６ａ、６ａをそれぞれ取り付け、支持軸８ａの両端側にそれぞれ連結したアーム１６、１６を同じ方向に牽引して加工ロール６ａ、６ａを貫通孔５の両端部に押し付けて加圧できるようになっている。同様に、貫通孔５内にその軸方向に沿って、ロール支持軸８ａと対向する位置にロール支持軸８ｂを配設し、このロール支持軸８ｂの貫通孔５の両端部に対応する位置にバックアップロール１１ｂ、１１ｂをそれぞれ取り付け、支持軸８ｂの両端側にそれぞれ連結したアーム１６ａ、１６ａを同じ方向に、かつ前記アーム１６、１６とは逆方向に押出してワークロール１１ｂ、１１ｂを貫通孔５の両端部に押し付けて、クランクスロー１を支持できるようになっている。前記アーム１６、１６ａは、図５（ａ）に示すように、ターンテーブルＴの外側に設置された固定フレームＦに取り付けたシリンダＳａ、Ｓｂに接続され、このシリンダＳａ、Ｓｂの作動により、前記牽引および押出しがそれぞれ可能となっている。このように加工ロール６ａ、６ａおよびバックアップロール１１ｂ、１１ｂ側を固定して、ターンテーブルＴ上に支持ブロックＢを介して載置されたクランクスロー１を、ターンテーブルＴにより回転させることにより、軸方向端部に一様に冷間加工を施すことができる。
【００３１】
図４（ｂ）では、ロール支持軸８ａを貫通孔５内に斜め方向に配設し、このロール支持軸８ａの貫通孔５の斜め方向に対向する軸方向端部に対応する位置に、表面に凹曲面が形成された前記加工ロール６ａ、６ａを取り付け、支持軸８ａの両端側にそれぞれ連結したアーム１６、１６を互いに反対方向に牽引して加工ロール６ａ、６ａを貫通孔５の端部にそれぞれ押し付けて加圧するようになっている。アーム１６、１６は、図５（ｂ）に示すように、固定フレームＦに取り付けたシリンダＳａ、Ｓｂに接続され、それぞれ反対方向に牽引可能となっている。このようにしても、加工ロール６ａ、６ａ側を固定し、ターンテーブルＴ上のクランクスロー１を回転させることにより、前記端部に一様に冷間加工を施すことができ、加工ロール６ａ、６ａを相反する方向に押し付けて加圧するため、加圧力の反力が相殺され、この反力を受ける機構が不要となる。
【００３２】
図４（ｃ）では、２つのリング１７、１８が、リング１８をリング１７の外側に配置して同心円状に連結され、クランクスロー１の回転からは独立して、図５（ｃ）に示すように、固定フレームＦの上部梁ｆに懸架部材３０を介して固定されている。リング１８に固定した接続部材を介して、ロール支持軸８ｂがピン結合され、このロール支持軸８ｂに表面に凹曲面が形成された加工ロール６ｂが取り付けられ、この加工ロール６ｂが周方向に１２０°間隔で３個配置されている。プレス（図示省略）のラム１９に球面座２０を介して取り付けられ、先端部が球面状に形成された押圧用ロッド２１が、リング１７内に挿通され、ロール支持軸８ｂの自由端を押し付ける。それによって、ロール支持軸８ｂを介して３個の加工ロール６ｂがそれぞれ貫通孔５の軸方向端部に押し付けられ、この端部を加圧する。この状態で、ターンテーブルＴ上のクランクスロー１を回転させることにより、貫通孔５の端部に一様な冷間加工を施すことができる。
【００３３】
図６（ａ）、（ｂ）に示す実施形態は、一端側が貫通孔５の内径よりも小さく、他端側が貫通孔５の内径よりも大きく、前記一端側から他端側にかけて側面２２ａに前記貫通孔の曲率半径よりも小さい曲率半径の凹曲面が形成され、前記他端側の端面の中央部に球座２０ａが形成された加圧工具２２と、球面座２０ａを介して加圧工具２２を押圧する押付け用ロッド２１ａとからなるものである。前記加圧工具２２を、図６（ａ）に示したように、台座２３、２３ａ上に載置されたクランクスロー１の貫通孔５の片端側に、または図６（ｂ）に示すようにクランクスロー１の貫通孔５の両端側に挿入して、側面２２ａに形成された凹曲面をその端部に当接させ、球面座２０ａを介して押圧用ロッド２１ａにより押し付けて加圧することにより、貫通孔５の軸方向端部に冷間加工を施すことができる。加圧工具２２の両側面２２ａには、貫通孔５の半径よりも小さい曲率半径の凹曲面が形成されているため、貫通孔５の端部に沿うように接触して加圧することが可能となり、端部の冷間加工域を周方向にわたって広くすることができる。また、加圧工具２２の凹曲面に最初に接触する貫通孔５の端（軸方向端）から内部にかけて漸減する残留応力を導入することができる。また、図６（ｂ）に示したように、加圧工具２２を貫通孔５の両側に設けることにより、貫通孔５の両端部に均等に冷間加工を施すことができる。
【００３４】
図７（ａ）、（ｂ）は他の実施形態を示したものである。図７（ａ）は、図６（ｂ）に示した、貫通孔５の両側に配置した加圧工具２２、およびこの加圧工具２２をその背面側に設けた球面座２０ａを介して押し付ける、押圧用治具２４の中央部にそれぞれ挿通孔２５、２５ａが設けられ、この挿通孔２５、２５ａに連結用ロッド２６を挿通し、一方の加圧工具２２側で押圧用治具２４の端面にセンターホールジャッキ２７を装着して前記ロッド２６で両端側のそれぞれの加圧工具２２、２２が連結されている。センターホールジャッキ２７の伸縮ジャッキ部を伸ばすことにより、押圧用治具２４を貫通孔５の内部方向に押し付け、その両端部を加圧して冷間加工を施すようにしたものである。このように、センターホールジャッキ２７を用いることにより、加圧および除荷を簡便に行うことができる。図７（ｂ）では、湾曲した加圧用ロッド２８を、貫通孔５の周りに、その湾曲した内周側が貫通孔５の端部に接触するように、周方向に１２０°の間隔で均等に配置し、その一端側を、貫通孔５に挿入できる大きさのリング状部材１８ａで、他端側を連結部材２９でそれぞれ連結して加圧工具が形成されている。そして、この加圧用工具をリング状部材１８ａの方から貫通孔５に挿入して加圧用ロッド２８を貫通孔５の端部に接触させて、加圧用ロッド２８の湾曲した外周側を押圧用治具２４ａで貫通孔５の内部方向に押しけて加圧する。このようにしても、貫通孔５の複雑な形状の軸方向端面に対応して、貫通孔５の端部に冷間加工を簡便に施すことができる。なお、前記湾曲した加圧用ロッド２８の代わりに、直線状のロッドを用いることもできる。
【００３５】
なお、図６および図７に示した冷間加工は、加圧工具２２をクランクスロー１に対して僅かに、例えば、周方向に数度程度回転させながら、繰り返し加圧を施すことによって、より一様で十分な強化が実現できる。また、図２から図４では、ロール側を固定し、クランクスローを回転させて加工する形態を示したが、クランクスロー側を固定して、ロール側および加圧工具側を回転させて加工を施す形態をとることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明は、大型船舶に用いられる鋳鋼製の組立て式クランク軸の疲労強度改善のため、ピン軸貫通孔の冷間加工による強化に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】組立型クランク軸のクランクスローを示す説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）実施形態のピン軸貫通孔の内部を強化する加工方法の説明図である。
【図３】（ａ）他の実施形態のピン軸貫通孔の軸方向端部を強化する加工方法の説明図である（断面図）。（ｂ）同上（平面図）
【図４】（ａ）〜（ｃ）他の実施形態の、凹曲面加工ロールを用いたピン軸貫通孔の軸方向端部を強化する加工方法の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）図４（ａ）〜（ｃ）の加工ロールの支持方法をそれぞれ示す説明図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）他の実施形態の、凹側面加圧治具を用いたピン軸貫通孔の軸方向端部を強化する加工方法の説明図である。
【図７】（ａ）凹側面加圧治具を用いた、他の実施形態のピン軸貫通孔の軸方向端部を強化する加工方法の説明図である。（ｂ）他の実施形態の、加圧用ロッドを用いた、ピン軸貫通孔の軸方向端部を強化する加工方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・クランクスロー
２・・・ジャーナル軸孔
２ａ・・・ジャーナル軸
３・・・ピン軸
４・・・ウェブ
４ａ・・・バックチャンファー
５・・・貫通孔
６、６ａ、６ｂ・・・加工ロール
７，７ａ、７ｂ、７ｃ・・・ロールヘッド
８ａ、８ｂ・・・ロール支持軸
９、９ａ、９ｂ・・・保持用軸
１０、１０ａ・・・高周波コイル
１１、１１ａ、１１ｂ・・・バックアップロール
１２・・・タンク
１３、１３ａ・・・ストラット材
１４・・・ジャッキ
１５・・・ピン
１６、１６ａ、１６ｂ・・・アーム
１７、１８、１８ａ・・・リング状部材
１９・・・ラム
２０、２０ａ・・・球面座
２１、２１ａ・・・押圧用ロッド
２２・・・加圧工具
２２ａ・・・側面
２３、２３ａ、２３ｂ・・・台座
２４、２４ａ・・・押圧用治具
２５、２５ａ・・・挿通孔
２６・・・連結用ロッド
２７・・・センターホールジャッキ
２８・・・加圧用ロッド
２９・・・連結部材
３０・・・懸架部材
Ｂ・・・支持ブロック
Ｆ・・・固定フレーム
ｆ・・・上部梁
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ・・・シリンダ
Ｔ・・・ターンテーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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