(57)【要約】【課題】コンロッドとクランクピンとの間における高荷重が加わる部位に油膜切れが生じ難い新規のエンジン用のクランクシャフトを好適に製造することができる研削方法及び研削盤を提供する。【解決手段】エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルと、該クランクジャーナルに対して偏心し、コンロッドに回転自在に連結されるクランクピンＷ２とを有するエンジン用のクランクシャフトＷにおける前記クランクピンＷ２を研削する研削方法であって、前記クランクシャフトＷと砥石Ｇとを相対的に移動させることにより前記クランクピンＷ２の外周面を非真円形状に研削する。【選択図】　図３
2004058231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルと、該クランクジャーナルに対して偏心し、コンロッドに回転自在に連結されるクランクピンとを有するエンジン用のクランクシャフトにおける前記クランクピンを研削する研削方法であって、
前記クランクシャフトと砥石とを相対的に移動させることにより前記クランクピンの外周面を非真円形状に研削することを特徴とする研削方法。
【請求項２】
前記クランクジャーナルの軸心を中心に前記クランクシャフトを回転させて研削を行うことを特徴とする請求項１に記載の研削方法。
【請求項３】
前記クランクシャフトに対する前記砥石の相対的な移動の制御を数値制御により行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研削方法。
【請求項４】
非真円形状である前記クランクピンの外周形状であるピン形状データと、該クランクピンの前記クランクジャーナルからの偏心寸法データと、前記砥石の寸法データとから、前記砥石の位置を制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の研削方法。
【請求項５】
エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルと、該クランクジャーナルに対して偏心し、コンロッドに回転自在に連結されるクランクピンとを有するエンジン用のクランクシャフトにおける前記クランクピンを研削する研削盤であって、
前記クランクジャーナルの軸心を中心に前記クランクシャフトを回転させると共に、
予め入力された前記クランクピンの非真円形状のピン形状データと、前記クランクピンの偏心寸法データと、砥石の砥石径寸法データとから、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離を演算し、該演算結果に基づいてクランクシャフトと砥石とを相対的に移動させて、
前記クランクピンの外周面を非真円形状に研削することを特徴とする研削盤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削方法及び研削盤に関し、詳しくは、エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルと、該クランクジャーナルに対して偏心し、コンロッドが回転自在に連結されるクランクピンとを有するエンジン用のクランクシャフトにおける前記クランクピンを研削する研削方法及びこれに用いられる研削盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン用のクランクシャフトは、エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルと、このクランクジャーナルに対して偏心するクランクピンとを有している。ここで、クランクピンは、シリンダー内を往復運動するピストンに一端側が連結されたコンロッドの他端側に、回転自在に連結されるものである。このようなクランクシャフトでは、クランクピンの断面が円形状に形成されており、従来では、円筒研削盤を用いてクランクピンの外周面を研削し、これによりクランクピンの十分な真円度を確保していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
クランクシャフトを用いたエンジンでは、ピストンの往復運動がコンロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換されるのであるが、クランクピンとコンロッドとの間においては、高荷重が加わる部位が刻々と変化する。例えば、４ストロークエンジンでは、ピストンが上死点に位置する爆発工程開始時において、爆発力によってコンロッドを介してクランクピンが押されるため、クランクピンとコンロッドとの間におけるクランクジャーナルから離れた側の部位に高荷重が加わる。また、ピストンが下死点に位置する排気工程開始時、ピストンが上死点に位置する吸気工程開始時及びピストンが下死点に位置する圧縮工程開始時においては、クランクシャフトの回転の慣性力によってクランクピンを介してコンロッドが押し引きされるため、クランクピンとコンロッドとの間におけるクランクジャーナルに近い側の部位に高荷重が加わる。そして、上述のような高荷重が加わる部位においては、クランクピンとコンロッドが密接して油膜切れを生じ易く、このように油膜切れが生じると、クランクピンとコンロッドとの間の摩擦抵抗が増大し、エンジンのパワーロスが増加してしまう。
【０００４】
そこで、本願出願人は、クランクピンの断面を非真円形状とすることで、上述のクランクピンとコンロッドとの間における高荷重が加わる部位に隙間を確保し、これにより高荷重が加わる部位に油膜切れが生じることを防止したクランクシャフトを新規に案出した（特願２００２−８２７７５）。そして、このような新規なクランクシャフトにおいても、コンロッドとクランクピンとを円滑に回転させるためには、クランクピンの外周面を研削加工することが望まれる。
【０００５】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、コンロッドとクランクピンとの間における高荷重が加わる部位に油膜切れが生じ難い新規のエンジン用のクランクシャフトを好適に製造することができる研削方法及び研削盤の提供を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る研削方法は、エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルと、該クランクジャーナルに対して偏心し、コンロッドに回転自在に連結されるクランクピンとを有するエンジン用のクランクシャフトにおける前記クランクピンを研削する研削方法であって、前記クランクシャフトと砥石とを相対的に移動させることにより前記クランクピンの外周面を非真円形状に研削することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明では、クランクシャフトと砥石とを相対的に移動させることによりクランクピンの外周面を研削するため、断面が非真円形状のクランクピンであっても、その外周面を研削することができ、非真円形状のクランクピンを有する新規のエンジン用のクランクシャフトを製造することができる。
【０００８】
なお、クランクシャフトと砥石とを相対的に移動させる手段としては、特に限定するものではなく、以下のような種々の手段を例示することができる。
【０００９】
ＣＮＣ制御等の数値制御によって、砥石を支持する砥石台またはクランクシャフトを支持するテーブルの少なくとも一方を他方に対して移動させてもよく、クランクピンの形状モデルを用い、この形状モデルに倣って、砥石を支持する砥石台またはクランクシャフトを支持するテーブルの少なくとも一方を他方に対して移動させてもよい。また、研削に際して、研削盤として、工作物を回転させて研削を行う円筒研削盤等を採用する場合には、工作物としてのクランクシャフトを、クランクジャーナルの軸心を中心に回転させてもよく、クランクピンの軸心を中心に回転させてもよい。さらには、研削盤を用いて研削を行うに限らず、主軸の回転軸線に対して直交する平面上のＸ軸及びＹ軸の２軸方向に移動自在なテーブルを備えたマシニングセンタ等の工作機械を用い、上記テーブルにクランクシャフトを支持すると共に上記主軸に砥石を装着して、クランクシャフト周りに主軸を相対的に移動させて研削を行ってもよい。
【００１０】
また、本発明の研削方法における研削を、前加工である切削加工において非真円形状に形成されたクランクピンの外周面の最終的な仕上げを行うものとしてもよく、前加工である切削加工においては真円形状に形成されたクランクピンの外周面を最終的に仕上げると共に非真円形状とするために行うものとしてもよい。特に、クランクピンの非真円の度合いが僅か、例えば、真円に対する非真円の寸法差が真円に対して１／１００以下程度の僅かである場合には、前加工である切削加工においては真円形状に形成しておき、最終的な仕上げを行う研削にて、非真円形状となるようにするのが好適である。さらに、研削自体についても、荒研削や仕上げ研削等の２種類以上の研削を行う場合には、前工程の研削と後工程の研削との双方を非真円形状の研削としてもよく、前工程の研削を真円形状の研削とし、後工程の研削を非真円形状の研削としてもよい。
【００１１】
請求項２に記載の研削方法は、請求項１に記載の研削方法において、前記クランクジャーナルの軸心を中心に前記クランクシャフトを回転させて研削を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
円筒研削盤等の研削盤を用い、クランクシャフトを回転させて研削を行う場合には、クランクピンの軸心を中心にクランクシャフトを回転させてもよいが、このような態様であると、クランクシャフトが位相の異なる複数のクランクピンを有するものである場合には、個々のクランクピンを研削する際ごとに、クランクシャフトの回転中心を変更しなければならず、研削加工全体の作業が煩雑となる。これに対して、本発明では、クランクジャーナルの軸心を中心にクランクシャフトを回転させるため、クランクシャフトが位相の異なる複数のクランクピンを有するものであっても、個々のクランクピンを研削するに際して、クランクシャフトの回転中心を変更する必要がなく、研削加工全体の作業が煩雑とならない。
【００１３】
請求項３に記載の研削方法は、請求項２に記載の研削方法において、前記クランクシャフトに対する前記砥石の相対的な移動の制御を数値制御により行うことを特徴とするものである。
【００１４】
クランクピンの形状モデルに倣って研削を行う所謂「倣い研削」では、クランクピンを高度な寸法精度で研削することができない。これに対して、ＣＮＣ制御等の数値制御によると、クランクピンを高度な寸法精度で研削することができ、好適である。特に、クランクピンの非真円の度合いが僅か、例えば、真円に対する非真円の寸法差が真円に対して１／１００以下程度の僅かである場合には、所望の非真円形状を高精度で得ることができ、好適である。
【００１５】
請求項４の発明に係る研削方法は、請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の研削方法において、非真円形状である前記クランクピンの外周形状であるピン形状データと、該クランクピンの前記クランクジャーナルからの偏心寸法データと、前記砥石の寸法データとから、前記砥石の位置を制御することを特徴とするものである。
【００１６】
研削加工では、研削作用点である工作物と砥石との接触点を算出し、この接触点から砥石の位置を算出して、砥石の移動を制御するのであるが、クランクピンの外周形状、クランクピンの偏心寸法、及び、砥石の寸法から、クランクシャフトに対する砥石の位置を予め算出して砥石の制御データを作成し、この制御データにより砥石の移動を制御することとすると、以下のような不具合を生じる。
【００１７】
外周形状や偏心寸法の異なる種々の形態のクランクピンを研削する場合がある。また、砥石の修正や新品への交換によって砥石の寸法が変化する場合もある。このような場合には、研削作用点が多様に変化したり、クランクシャフトに対する砥石の位置が多様に変化する。そして、クランクピンの外周形状や偏心寸法、或は、砥石の寸法が変わる都度、制御データを算出し直して、制御データを変更しなければならず、研削加工前の段取り作業は非常に煩雑となる。
【００１８】
これに対し、本発明の研削方法では、ピン形状データと、偏心寸法データと、砥石の寸法データとから砥石の位置を制御して研削を行うため、外周形状や偏心寸法の異なる種々の形態のクランクピンを研削する場合や、砥石の寸法が変化した場合であっても、上記のピン形状データ、偏心寸法データ及び砥石の寸法データを変更しさえすればよく、研削加工前の段取り作業が容易となる。
【００１９】
請求項５の発明に係る研削盤は、エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルと、該クランクジャーナルに対して偏心し、コンロッドに回転自在に連結されるクランクピンとを有するエンジン用のクランクシャフトにおける前記クランクピンを研削する研削盤であって、前記クランクジャーナルの軸心を中心に前記クランクシャフトを回転させると共に、予め入力された前記クランクピンの非真円形状のピン形状データと、前記クランクピンの偏心寸法データと、砥石の砥石径寸法データとから、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離を演算し、該演算結果に基づいてクランクシャフトと砥石とを相対的に移動させて、前記クランクピンの外周面を非真円形状に研削することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の研削盤は、上述の研削方法に用いられるものであるが、特に、クランクジャーナルの軸心を中心としてクランクシャフトを回転させ、このクランクシャフトの回転角度に応じてクランクシャフトと砥石とを相対的に移動させるものである。また、クランクシャフトの回転の駆動と、クランクシャフトと砥石との相対的な移動の駆動とを数値制御によって制御するＣＮＣ研削盤等の数値制御研削盤を対象としたものである。
【００２１】
クランクジャーナルの軸心を中心にクランクシャフトを回転させてクランクピンの外周面を研削するに際しては、クランクピンと砥石との接触点、所謂「研削作用点」が、クランクシャフトの回転に伴って変位する。よって、数値制御研削盤によってクランクピンを研削する場合には、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離のデータを予め作成し、このデータに基づいて、クランクシャフトと砥石との相対的な移動の駆動を制御しなければならない。ここで、クランクピンを研削する研削盤としては、例えば特開昭５３−９７６８２号公報に記載の通り、クランクピンの径、クランクピンの偏心寸法及び砥石の径によって、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離を演算し、これによりクランクシャフトと砥石とを相対的に移動させるものが案出されている。
【００２２】
しかしながら、上記研削盤は、クランクピンを真円形状に研削するものであり、この研削盤では、クランクピンを非真円形状に研削することはできない。そして、従来の数値制御研削盤では、クランクピンを非真円形状に研削するために、クランクピンの非真円形状に応じて、クランクシャフトの回転角度に対応したクランクシャフトと砥石との距離を計算によって求め、これによって、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離のデータを予め作成して入力することが余儀なくされ、クランクピンを非真円形状に研削する際の段取り作業が煩雑となる。特に、クランクピンの非真円形状の形態が多様である場合には、種々の非真円形状に対応する個別の計算によって、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離のデータを個々に作成しなければならず、段取り作業がより一層煩雑となる。
【００２３】
これに対し、本発明の研削盤では、クランクピンのピン形状データ、クランクピンの偏心寸法データ及び砥石の砥石径寸法データからクランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離を演算し、この演算結果に基づいてクランクシャフトと砥石とを相対的に移動させる。よって、クランクピンを多様な形態の非真円形状に研削する場合であっても、上記のピン形状データ、偏心寸法データ及び砥石径寸法データを入力しさえすればよく、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離のデータを別途に作成して入力する必要がなく、段取り作業が煩雑とならない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明するのであるが、まず、本発明に係る研削方法及び研削盤の研削対象物（工作物）であるエンジン用のクランクシャフトについて説明する。
【００２５】
図１に示すように、クランクシャフトＷは、エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルＷ１と、このクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯに対して軸心ＰＯが偏心されたクランクピンＷ２と、クランクジャーナルＷ１とクランクピンＷ２とを連結するクランクアームＷ３とを備えるものである。ここで、クランクピンＷ２は、シリンダー（図示省略）内を往復運動するピストンＰに一端側が回転自在に支持されたコンロッドＣＲの他端側に、回転自在に連結されるものである。なお、コンロッドＣＲには、メタル軸受け等の滑り軸受けＭが装着されており、この滑り軸受けＭを介して、コンロッドＣＲにクランクピンＷ２が回転自在に連結される。
【００２６】
滑り軸受けＭとクランクピンＷ２との間には、潤滑油が供給され、この潤滑油によって形成される油膜により、クランクピンＷ２に対してコンロッドＣＲが円滑に回転するのであるが、滑り軸受けＭの内面が真円形状に形成されているのに対して、クランクピンＷ２は断面が非真円形状に形成されており、滑り軸受けＭの内面とクランクピンＷ２の外面との間に十分な油膜を形成する間隙Ｋが確保されている。ここで、クランクピンＷ２の形状は、エンジンの稼動中に高荷重が加わり易い部位に上記間隙Ｋが確実に形成されるとともに、くさび効果により高圧が発生するように設定されている。具体的には、クランクピンＷ２と滑り軸受けＭとの間隙Ｋの最小位置Ｓが、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯと滑り軸受けＭの軸心ＭＯとを結ぶ軸線上にないようにクランクピンＷ２の形状が設定されている。また、間隙Ｋの最小位置Ｓと滑り軸受けＭの軸心ＭＯとを結ぶ軸線と、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯと滑り軸受けＭの軸心ＭＯとでなす角θが、クランクジャーナルＷ１の回転方向Ｊと反対側の方向に９０°以内となるように、クランクピンＷ１の形状が設定されている。さらに、クランクピンＷ２と滑り軸受けＭとの間隙Ｋの最小位置Ｓが、滑り軸受けＭの軸心ＭＯに対してクランクジャーナルＷ１から遠い側及び近い側の双方或いは一方に位置するように、クランクピンＷ２の形状が設定されている。
【００２７】
なお、図１では、クランクピンＷ２の断面形状として楕円形状を採用した例を示したが、これに限らず、真円形状の一部を、真円形状よりも膨れる楕円形状や凹む楕円形状としたり、真円形状を僅かに三角形、四角形或いは五角形以上の多角形に近づけた形状とする等して、滑り軸受けＭとクランクピンＷ２との間の適宜部位に油膜を形成する間隙Ｋが確保されるとともに、高圧が発生するような形状とすればよい。
【００２８】
ところで、クランクピンＷ２の断面形状は、上述の通り非真円形状なのであるが、その非真円の度合いは僅かであり、最大径部分と最小径部分との差は、最大径部分の直径に対して１／１００以下程度、好ましくは１／１，０００以下程度の僅かな寸法である。例えば、非真円形状を楕円とした態様では、長軸を４０ｍｍとした場合に、短軸を、４０ｍｍ未満であるが、３９．６ｍｍ以上、好ましくは３９．９６ｍｍ以上とした程度である。
【００２９】
このような非真円の度合いが僅かなクランクピンＷ２は、本発明に係る研削方法及び研削盤により高度な寸法精度にて形成される。次に、本発明に係る研削方法及び研削盤の一例を説明する。なお、本例においては、本発明に係る研削盤として、クランクシャフトＷ以外の工作物も加工することができる汎用的な円筒研削盤を用いた例を示すが、本発明係る研削盤は、汎用的な円筒研削盤に限らず、クランクシャフトＷを専用に加工する専用の円筒研削盤であっても、また、円筒研削盤に限らず、他のタイプの研削盤、或いは、マシニングセンタ等の研削加工が可能な種々の工作機械であってもよい。
【００３０】
図２に示すように、本例の研削盤１０は、基台部分を構成するベッド２０と、このベッド２０に夫々載置された砥石台３０及びテーブル４０を備えている。ここで、砥石台３０は、円盤状の砥石Ｇを回転駆動するものであり、砥石Ｇが装着される砥石軸３１を回転駆動するモータ等の駆動装置３２を備えている。
【００３１】
一方、テーブル４０は、一端側に主軸台４１と他端側に心押し台４２とを備え、主軸台４１のチャック（図示省略）と心押し台４２のチャック（図示省略）との間にクランクシャフトＷを支持するものである。そして、砥石台３０は、ベッド２０の上面に、クランクシャフトＷの径方向であるＸ軸方向（矢印Ｘ）に摺動自在に載置されており、回転角度を的確に割り出すことができるサーボモータ等の駆動装置３３によって、送りねじ機構等の駆動伝達機構を介して、Ｘ軸方向に移動駆動される。なお、砥石台３０に装着された砥石Ｇは、略全体がカバー（図示省略）によって被覆されている。そして、テーブル４０は、ベッド２０の上面に、クランクシャフトＷの軸方向であるＺ軸方向（矢印Ｚ）に摺動自在に載置されており、回転角度を的確に割り出すことができるサーボモータ等の駆動装置４５によって、送りねじ機構等の駆動伝達機構を介して、Ｚ軸方向に移動駆動される。
【００３２】
主軸台４１は、回転角度を的確に割り出すことができるサーボモータ等の駆動装置４４によって回転駆動される主軸４３を備えている。そして、主軸台４１のチャックに支持されたクランクシャフトＷは、研削加工に際して、主軸４３の回転軸線を中心軸としてＣ軸周り（矢印Ｃ）に回転駆動される。ここで、クランクシャフトＷは、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯと主軸４３の回転軸心とが同一軸心となるようにテーブル４０に支持されており、研削加工に際しては、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを中心に回転駆動される。よって、クランクピンＷ２は、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを中心として、この軸心ＪＯ周りに公転運動する。
【００３３】
そこで、本例の研削方法では、上述の研削盤１０を用いて、研削作用点であるクランクピンＷ２と砥石Ｇとの接触点がクランクシャフトＷの回転角度に応じて刻々と変化するように、主軸４３の回転角度に応じて砥石台３０を移動させて、クランクピンＷ２を非真円形状に研削する。具体的には、図３に示すように、クランクシャフトＷがクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを中心にＣ軸周り（矢印Ｃ）に回転して回転角度がα０，α１，α２と変動するに伴って、砥石台３０をＸ軸方向（矢印Ｘ）に移動させる。そして、これにより、砥石Ｇの軸心ＧＯとクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯとの距離をｇ０，ｇ１，ｇ２と変動させ、クランクピンＷ２の外周面が非真円形状に研削されるように、研削作用点であるクランクピンＷ２と砥石Ｇとの接触点を、クランクシャフトＷの回転角度に応じて変動させる。
【００３４】
ところで、ＣＮＣ研削盤等の数値制御研削盤において、主軸４３の回転角度に応じて砥石台３０を移動させるためには、主軸４３の回転角度に応じた砥石台３０の位置を算出して駆動系の座標値のデータを作成し、このデータをＮＣプログラムに書き込んでおかなければならない。しかしながら、クランクピンＷ２を非真円形状に研削するためには、上記データを作成するために複雑な計算を必要とする。しかも、非真円形状の形態、クランクピンＷ２の偏心寸法或いは砥石Ｇの径寸法が変更された場合には、主軸４３の回転角度に応じた砥石台３０の位置が変わるため、駆動系の座標値のデータが異なるＮＣプログラムを別途作成して差し換えなければならない。
【００３５】
これに対して本例の研削盤１０では、予め入力されたクランクピンＷ２の非真円形状のピン形状データと、クランクピンＷ２の偏心寸法データと、砥石Ｔの砥石径寸法データとから、クランクシャフトＷの回転角度に応じたクランクシャフトＷと砥石Ｇとの距離を演算し、この演算結果に基づいてクランクシャフトＷと砥石Ｔとを相対的に移動して研削を行うように構成されている。よって、クランクピンＷ２の外周面を多様な形態の非真円形状に研削する場合であっても、クランクシャフトＷと砥石Ｇとを相対的に移動させるために、別途に複雑な計算を行う必要はない。しかも、駆動系の座標値のデータが異なるＮＣプログラムを個別に作成して差し換える必要もない。次に、この構成を詳細に説明する。
【００３６】
本例の研削盤１０は、図４に示すように、テーブル４０のＺ軸方向の移動駆動、砥石台３０のＸ軸方向の移動駆動、主軸４３のＣ軸周りの回転駆動等、種々の駆動に関する制御を行う制御装置５０を備えている。そして、制御装置５０は、演算部５１と、駆動制御部５６とを備えており、演算部５１によって、クランクシャフトＷの回転角度に応じたクランクシャフトＷと砥石Ｇとの相対的な位置を自動的に演算し、この演算結果に基づき、駆動制御部５６によって、砥石台３０を移動駆動させるサーボモータ等のＸ軸駆動装置３３と、主軸４３を回転駆動させるサーボモータ等のＣ軸駆動装置４４との駆動を制御して、クランクピンＷ２の非真円形状の研削を行う。
【００３７】
演算部５１は、クランクピンＷ２の非真円形状のデータを記憶するピン形状データ記憶手段５２と、クランクジャーナルＷ１とクランクピンＷ２との偏心寸法のデータを記憶する偏心寸法データ記憶手段５３と、砥石Ｇの径寸法のデータを記憶する砥石径寸法データ記憶手段５４と、上記各記憶手段５２，５３，５４に記憶された各データに基づいて、クランクシャフトＷの回転角度に応じたクランクシャフトＷと砥石Ｇとの距離を演算する演算手段５５とを備えている。具体的には、演算部５１は、各種の演算処理を行うＣＰＵと、ＣＰＵにて実行される演算処理に関する制御プログラムが格納されたＲＯＭと、入力された各種のデータを記憶するＲＡＭとを備えている。そして、ＲＡＭの記憶領域によって上記各記憶手段５２，５３，５４が構成され、ＣＰＵによって上記演算手段５５が構成されている。
【００３８】
ところで、演算手段５５では、クランクピンＷ２の非真円形状の形態に応じて、種々の演算式を用いた演算が実行される。このように、演算手段５５によって種々の演算式を用いた演算を実行させるためには、クランクピンＷ２の非真円形状の形態毎に対応する複数の演算式をＲＯＭ等に予め格納しておき、格納された複数の演算式の中から、非真円形状の形態に該当するものを選択的に抽出して用いるようにすればよい。また、これに限らず、演算式をＲＡＭ等に書き換え可能に格納しておき、非真円形状の形態が異なる新たなピン形状データを入力する際には、この形態に対応した演算式を新たに入力して、この演算式によって演算を行うようにしてもよい。
【００３９】
駆動制御部５６は、ＮＣプログラムに基づいて各種の駆動装置の駆動を制御する数値制御装置を備えており、この数値制御装置から発信されたパルス信号等によって、砥石台３０をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置３３、主軸４３をＣ軸周りに回転駆動させるＣ軸駆動装置４４や、その他の各種駆動装置を駆動させる。そして、この駆動制御部５６では、上記演算部５１からの演算結果に基づいてＸ軸駆動装置３３とＣ軸駆動装置４４とを駆動し、これにより、クランクシャフトＷの回動角度に応じて砥石台３０を移動させて、クランクピンＷ２の非真円形状の研削を行う。
【００４０】
なお、演算結果に基づいて各駆動装置３３，４４を駆動させる具体的な手段としては、演算部５１からの演算結果のデータを、数値制御装置に記憶されたＮＣプログラム中の駆動系の座標値として書き込み、このＮＣプログラムに基づいて各駆動装置３３，４４を駆動させてもよく、また、研削加工中に随時、演算部５１によって演算を行わせ、この演算結果に基づいて各駆動装置３３，４４を駆動させてもよい。
【００４１】
ところで、ピン形状データ記憶手段に入力されるピン形状データ及び偏心寸法記憶手段に入力される偏心寸法データは、夫々、設計値であり、研削盤１０の操作盤の操作キー、テープリーダ、研削盤を管理するホストコンピュータ等の入力装置から、適宜の値が夫々入力される。一方、ピン形状データ及び偏心寸法データは設計値であるのに対して、砥石Ｇの砥石径寸法データは実測値である。よって、砥石径寸法データの入力に際しては、砥石Ｇの寸法を計測して、砥石径寸法データを数値として直接的に入力するのではなく、研削盤１０にて工作物の研削を実際に行うか、或いは、工作物に砥石Ｇを接触させて、この際の工作物の寸法及び砥石Ｇの位置から研削盤１０の制御部５０にて砥石径寸法データを自動的に算出させ、この砥石径寸法データが砥石径寸法データ記憶手段５４に自動的に入力されるようにすると、正確な砥石径寸法データを砥石径寸法データ記憶手段５４に記憶させることができ、好適である。
【００４２】
次に、入力された各種データに基づいて砥石Ｇの移動を制御する具体的な態様を説明する。
【００４３】
本例では、クランクピンＷ２の外周形状が楕円であり、また、楕円の長軸が、クランクピンＷ２の軸心ＰＯとクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯとを結ぶ軸線に対して角度θで傾斜しているため、楕円の長軸の寸法及び短軸の寸法と、長軸の傾斜角度とが、ピン形状データとして入力される。これにより、図５に示すように、クランクピンＷ２の軸心ＰＯを原点とし、この原点とクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯとを結ぶ軸線をＸｐ軸、原点を通りＸｐ軸に直交する軸線をＹｐ軸とした直交座標（Ｘｐ−Ｙｐ座標）を用いて、クランクピンＷ２の外周形状は、
・関数：「ｙｐ＝Ｐ（ｘｐ）」
として特定される。
【００４４】
なお、この関数「ｙｐ＝Ｐ（ｘｐ）」は、
＜楕円方程式＞
「（ｘ２／ａ２）＋（ｙ２／ｂ２）＝１」
（ａは長軸／２，ｂは短軸／２）
＜回転移動する図形の１次変換式＞
「ｘ’＝ｘｃｏｓ（−θ）−ｙｓｉｎ（−θ），ｙ’＝ｘｓｉｎ（−θ）＋ｙｃｏｓ（−θ）」
（時計回りに回転するため、角度は（−θ）となる）
から導き出すことができる。
【００４５】
また、クランクピンＷ２は、クランクジャーナルＷ１から偏心しており、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを中心に回転する。よって、上述のように関数「ｙｐ＝Ｐ（ｘｐ）」として特定されたクランクピンＷ２の外周形状は、図３に示すように、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを原点とし、この原点とクランクピンＷ２の軸心ＰＯとを結ぶ軸線をＸ軸、原点を通りＸ軸に直交する軸線をＹ軸とした直交座標（Ｘ−Ｙ座標）を用いて、
・関数：「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」
（αは、原点である軸心ＪＯを中心とした反時計回りの回転角度）
として特定される。
【００４６】
なお、この関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」は、
＜クランクピンＷ２の外周形状を特定する関数＞
「ｙｐ＝Ｐ（ｘｐ）」
＜Ｘｐ−Ｙｐ座標からＸ−Ｙ座標への変換式＞
「ｘ＝ｘｐ＋Ｅ，ｙ＝ｙｐ」
（Ｅは、軸心ＪＯと軸心ＰＯとの距離、すなわち、ピンストローク）
＜回転移動する図形の１次変換式＞
「ｘ’＝ｘｃｏｓ（α）−ｙｓｉｎ（α），ｙ’＝ｘｓｉｎ（α）＋ｙｃｏｓ（α）」
から導き出すことができる。
【００４７】
一方、砥石Ｇは、その軸心Ｇ０がＸ軸上を移動するものであることから、砥石Ｇの外周形状は、Ｘ−Ｙ座標を用いて、
・関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」
（ｇは、原点である軸心ＪＯと砥石Ｇの軸心ＧＯとの距離）
として特定される。
【００４８】
なお、この関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」は、
＜円の方程式＞
「（ｘ−ｇ）２＋ｙ２＝ｒ２」
（ｒは、砥石Ｇの半径）
から導き出すことができる。
【００４９】
上述のように、クランクピンＷ２の外周形状及び砥石Ｇの外周形状が、Ｘ−Ｙ座標上にて関数により特定されることから、演算手段５５は、クランクピンＷ２の回転角度αに応じて、関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」と関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」とが接する状態となる「ｇ」の値を算出する。具体的には、関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」と関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」とが接する状態では、関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」と関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」との交点が１点となることから、「Ｆ（ｘ，α）＝Ｇ（ｘ，ｇ）」から導き出される「ｘ」の値が一つとなるように、方程式の解が重根となるための判別式によって、「ｇ」の値を算出する。
【００５０】
また、関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」と関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」とが接する態様は、Ｘ−Ｙ座標上で、関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」の右側において関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」が外接する態様及び内接する態様、並びに、関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」の左側において関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」が外接する態様及び内接する態様、の４種類の態様が存在する。ここで、研削加工において必要な態様は、図３に示すように、クランクピンＷ２の右側で砥石Ｇが接触する態様、すなわち、関数「ｙ＝Ｆ（ｘ，α）」の右側で関数「ｙ＝Ｇ（ｘ，ｇ）」が外接する態様であり、「ｇ」の値が最も大きい値となる態様である。よって、演算手段５５では、クランクピンＷ２の回転角度αに応じて算出した「ｇ」の値のうち、最も大なる値を、砥石Ｇの移動を制御するための値として特定する。そして、「α」の値及び「ｇ」の値に基づいて、主軸４３（Ｃ軸）の回転に応じて、砥石台３０（Ｘ軸）の移動を制御する。
【００５１】
次に、演算手段５５における処理を、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００５２】
演算手段５５での処理では、まず、ピン形状データ記憶手段５２に記憶されているピン形状データ（楕円の長軸寸法，楕円の短軸寸法，楕円の傾斜角度）を入力し（Ｓ１）、偏心寸法データ記憶手段５３に記憶されている偏心寸法データ（ピンストロークＥ）を入力し（Ｓ２）、砥石寸法データ記憶手段５４に記憶されている砥石径寸法データ（砥石の半径ｒ）を入力する（Ｓ３）。
【００５３】
次に、ｎの値として「１」を設定する（Ｓ４）。ここで、「ｎ」は、Ｎ個のクランクピンＷ２を有するクランクシャフトＷの研削において、研削が完了したクランクピンＷ２の数を監視するために用いる値である。
【００５４】
次に、クランクピンＷ２の研削を開始するために、クランクピンＷ２を初期位相角に位置決めし（Ｓ５）、クランクシャフトＷの回転角度であるαの値として「０°」を設定する（Ｓ６）。そして、入力されたピン形状データ等の各種データの値から、クランクシャフトＷの回転角度αに応じた砥石Ｇの位置である「ｇ」の値を算出する（Ｓ７）。ここで、演算手段５５からは、「α」及び「ｇ」の各値が駆動制御部５６に送られ、駆動制御部５６では、これらの値を受けて、主軸４３及び砥石台３０の駆動を制御する。
【００５５】
次に、αの値が「３６０°」であるか否かを確認する（Ｓ８）。αの値が「３６０°」でなければ（Ｎｏ）、クランクピンＷ２全周の研削が完了していないことになるので、αの値として、「ｈ」を加算した新たな値を設定し、Ｓ７の処理に戻り、αの値が「３６０°」となるまで、以降の処理を繰り返す。ここで、「ｈ」は、砥石台３０の移動を制御するための主軸４３の回転角度単位であり、高精度な研削が要求される場合には、例えば「０．３°」等の小さな値が設定され、粗い精度の研削でよい場合には、例えば「３°」等の大きな値が設定される。
【００５６】
Ｓ８の処理で、αの値が「３６０°」であれば（Ｙｅｓ）、クランクピンＷ２全周の研削が完了したことになるので、Ｓ１０の処理に移行し、ｎの値が「Ｎ」であるか否かを確認する。ｎの値が「Ｎ」でなければ（Ｎｏ）、一つのクランクシャフトにおいて、全てのクランクピンＷ２の研削が完了していないことになるので、ｎの値として、「１」を加算した新たな値を設定して（Ｓ１１）、Ｓ５の処理に戻り、ｎの値が「Ｎ」となるまで、以降の処理を繰り返す。一方、ｎの値が「Ｎ」であれば（Ｙｅｓ）、全てのクランクピンｗ２の研削が完了したことになるので、演算手段５５による処理を終了する。
【００５７】
以上、詳細に説明した本実施形態では、クランクピンＷ２の断面形状を楕円としたが、非真円の他の形状とすることも可能である。また、本実施形態では、クランクシャフトｗの回転角度αに応じた砥石台３０の位置ｇを演算しながら、主軸４３の回転（Ｃ軸）と砥石台３０の送り（Ｘ軸）とをリアルタイムで同期制御する例を示したが、クランクシャフトｗの回転角度αの単位毎に砥石台３０の位置ｇを予め演算し、「α」及び「ｇ」の各値による制御データを作成して記憶させておき、この記憶された制御データに基づいて、主軸４３と砥石台３０とを同期制御して加工するようにしてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明した本発明に係る研削方法及び研削盤によれば、次のような効果を得ることができる。
【００５９】
請求項１に記載の発明によれば、クランクシャフトと砥石とを相対的に移動させることによりクランクピンの外周面を研削するため、断面が非真円形状のクランクピンであっても、その外周面を研削することができ、非真円形状のクランクピンを有する新規のエンジン用のクランクシャフトを製造することができる。
【００６０】
請求項２に記載の発明によれば、クランクジャーナルの軸心を中心にクランクシャフトを回転させるため、クランクシャフトが位相の異なる複数のクランクピンを有するものであっても、個々のクランクピンを研削する際して、クランクシャフトの回転中心を変更する必要がなく、研削加工全体の作業を簡略化することができる。
【００６１】
請求項３に記載の発明によれば、数値制御によって、クランクシャフトの回転角度に応じてクランクシャフトと砥石とを相対的に移動させるため、クランクピンを高度な寸法精度で研削することができる。
【００６２】
請求項４の発明によれば、クランクピンのピン形状データ、クランクピンの偏心寸法データ及び砥石の砥石径寸法データから、クランクシャフトと砥石とを相対的に移動させるため、クランクシャフトと砥石との距離のデータを別途に計算して入力する必要がなく、研削加工に際する段取り作業を簡略化することができる。
【００６３】
請求項５の発明によれば、クランクシャフトの回転角度に応じたクランクシャフトと砥石との距離のデータを別途に計算して入力する必要がなく、研削加工に際する段取り作業が簡便な研削盤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研削方法及び研削盤の研削対象であるクランクシャフトの一例を示す断面側面図である。
【図２】本発明に係る研削盤の一例を示す平面図である。
【図３】クラックシャフトと砥石との位置関係を示す側面図である。
【図４】研削盤の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】ピン形状データを示す座標である。
【図６】演算手段における処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｇ　　砥石
Ｗ　　クランクシャフト
Ｗ１　クランクジャーナル
Ｗ２　クランクピン
１０　研削盤
２０　ベッド
３０　砥石台
４０　テーブル
４３　主軸
５０　制御装置
５１　演算部
５２　ピン形状データ記憶手段
５３　偏心寸法データ記憶手段
５４　砥石径寸法データ記憶手段
５５　演算手段
５６　駆動制御部
【図１】
2004058231.tif 000003
【図２】
2004058231.tif 000004
【図３】
2004058231.tif 000005
【図４】
2004058231.tif 000006
【図５】
2004058231.tif 000007
【図６】
2004058231.tif 000008