(57)【要約】【課題】ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるカムシャフトの製造方法を提供する。【解決手段】カム部の仕上げ研削後において、回転駆動されるカムシャフトのジャーナル部に、仕上げ研削を施す。【選択図】            図２
2004322270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム部およびジャーナル部を有するカムシャフトの製造方法であって、
カム部の仕上げ研削後において、回転駆動されるカムシャフトのジャーナル部に、仕上げ研削を施すことを特徴とするカムシャフト製造方法。
【請求項２】
前記ジャーナル部の仕上げ研削において、研削砥石の周速度は、１２０ｍ／秒以上、かつ、前記カムシャフトの回転数は、５００ｒｐｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト製造方法。
【請求項３】
前記研削砥石の作業面は、ドレッシングにより平坦化されることを特徴とする請求項２に記載のカムシャフトの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のカムシャフトの製造方法によって製造されたカムシャフトであって、
前記ジャーナル部は、０．１μｍ以下の表面粗さＲａを有し、前記ジャーナル部の仕上げ研削の回転方向に関し、研削条痕が残っていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項５】
仕上げ研削が施されたカム部を有するカムシャフトを把持するためのワークドライバと、
バランス取りされた前記ワークドライバが取付けられ、前記カムシャフトを回転駆動するための主軸と、
前記ジャーナル部に仕上げ研削を施すための研削砥石と、
１２０ｍ／秒以上の周速度で前記研削砥石を回転駆動するための砥石軸と
を有することを特徴とするジャーナル研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムシャフト、カムシャフトの製造方法およびジャーナル研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカムシャフトの製造方法においては、ジャーナル部の仕上げ研削後に、カム部に仕上げ研削が施される（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来のカム部の仕上げ研削方法においては、回転駆動されているカムシャフトのカム部に、仕上げ研削が施される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
社団法人自動車技術会、「自動車工学ハンドブック増補改訂版」、第３版、社団法人自動車技術会、昭和３７（１９６２年）年９月１５日、第３章第１９編、ｐ．３３−３５
【特許文献１】
特開平６−２８５７５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ジャーナル部の仕上げ研削時には、カム部が未仕上げである。したがって、カムシャフトを回転駆動して、ジャーナル部に仕上げ研削を施す際に、カムシャフトに回転アンバランスが生じ、真円度が悪化する。
【０００６】
さらに、カム部の仕上げ研削による大きな負荷は、カムシャフトの塑性変形を引き起こすため、ジャーナル部の同軸度が悪化する問題を有する。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるカムシャフトの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、同軸度が高精度に仕上げられたジャーナル部を有するカムシャフトを提供することを目的とする。
【０００９】
さらに、本発明は、良好な生産性を有し、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるジャーナル研削装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は
カム部およびジャーナル部を有するカムシャフトの製造方法であって、
カム部の仕上げ研削後において、回転駆動されるカムシャフトのジャーナル部に、仕上げ研削を施すことを特徴とするカムシャフト製造方法である。
【００１１】
上記目的を達成するための請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のカムシャフトの製造方法によって製造されたカムシャフトであって、
前記ジャーナル部は、０．１μｍ以下の表面粗さを有し、かつ、回転方向に仕上げ研削の条痕が残っていることを特徴とするカムシャフトである。
【００１２】
上記目的を達成するための請求項５に記載の発明は、
仕上げ研削が施されたカム部を有するカムシャフトを把持するためのワークドライバと、
バランス取りされた前記ワークドライバが取付けられ、前記カムシャフトを回転駆動するための主軸と、
前記ジャーナル部に仕上げ研削を施すための研削砥石と、
１２０ｍ／秒以上の周速度で前記研削砥石を回転駆動するための砥石軸と
を有することを特徴とするジャーナル研削装置である。
【００１３】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、ジャーナル部の仕上げ研削時には、カム部は既に仕上げ研削が施されているため、回転アンバランスは、従来に比べ小さくなり、真円度を高精度に仕上げることができる。また、回転バランスが改善されているため、カムシャフトを高速回転させて、生産性を向上させることも可能である。
【００１５】
また、ジャーナル部の仕上げ研削後において、カム部の仕上げ研削は施されないため、カム部の仕上げ研削に基づくジャーナル部の同軸度の悪化は生じない。つまり、ジャーナル部の仕上げ研削後の同軸度の精度は、カムシャフト完成品の同軸度の精度となる。
【００１６】
したがって、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるカムシャフトの製造方法を提供することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、同軸度が高精度に仕上げられたジャーナル部を有するカムシャフトを提供することができる。また、ジャーナル部の仕上げ研削面の表面粗さが小さいため、ラップ仕上げを省略することで、コスト低減を図ることが可能である。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、ジャーナル部の仕上げ研削時には、カム部は既に仕上げ研削が施されているため、回転アンバランスは、従来に比べ小さくなり、真円度を高精度に仕上げることができる。
【００１９】
また、回転バランスが改善されていることに加え、ワークドライバを含めた回転アンバランスも削減されている。そのため、焼けを発生させることなく、研削砥石の周速度の高速化（１２０ｍ／秒以上）に応じて、カムシャフト回転数を高速化、例えば、５００ｒｐｍ以上にすることが可能であり、これによって、生産性を向上させることができる。
【００２０】
また、ジャーナル部の仕上げ研削後において、カム部の仕上げ研削は施されないため、カム部の仕上げ研削に基づくジャーナル部の同軸度の悪化は生じない。そのため、ジャーナル部の仕上げ研削後の同軸度の精度は、カムシャフト完成品の同軸度の精度となる。
【００２１】
つまり、良好な生産性を有し、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるジャーナル研削装置を提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るカムシャフトの側面図である。
【００２３】
カムシャフト１０は、例えば、自動車用エンジンにおける吸気排気バルブの開閉のために使用され、カム部２０（２１〜２８）およびジャーナル部３０（３１〜３４）を有する。カム部２０は、クランク角に対応させた位相差をもって位置決めされ、ジャーナル部３０は、出力回転軸を構成する。また、カムシャフト１０の一端には、ベルトあるいはチェーンによって回転駆動されるスプロケット４０が、配置される。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係るカムシャフトの製造方法を説明するための工程図である。当該製造方法は、穴あけ工程、ジャーナル旋削工程、カム研削工程、ジャーナル研削工程を、概して有する。
【００２５】
穴あけ工程においては、例えば、カムシャフト１０の両端にセンター穴が穿設される。
【００２６】
ジャーナル旋削工程においては、例えば、多刃の特殊旋盤を使用して、カム部２０とジャーナル部３０をつなぐのアーム部に基準面を設け、両センタで支持することで、全部のジャーナル部３０が同時に加工される。
【００２７】
カム研削工程においては、例えば、カムシャフト１０の両端が主軸と心押し台とにより軸支され、回転駆動された状態で、主軸と直交する方向へ回転砥石を相対移動させて、カム部２０の外周面が研削される。
【００２８】
ジャーナル研削工程においては、例えば、プランジ（研削砥石を押し付け、研削砥石に切込み方向の送りを与える）方式により、ジャーナル部の外周面に、仕上げ研削が施される。
【００２９】
この際、カム部は既に仕上げ研削が施されているため、従来に比べ、回転アンバランスは、小さくなり、真円度を高精度に仕上げることができる。また、回転バランスが改善されているため、カムシャフトを高速回転させて、生産性を向上させることも可能である。
【００３０】
研削方式は、特に限定されないが、プランジ方式は、生産性が良好である点で好ましい。
【００３１】
適用される研削砥石は、特に限定されず、砥粒の種類、粒度、結合剤の種類、砥粒の平均粒径を適宜選択可能であり、例えば、高精度の加工が可能かつ仕上げ面が良好であり、耐久性に優れているビトリファイド系が挙げられる。
【００３２】
また、ジャーナル部の仕上げ研削後において、カム部の仕上げ研削は施されないため、カム部の仕上げ研削に基づくジャーナル部の同軸度の悪化は生じない。そのため、ジャーナル部の仕上げ研削後の同軸度の精度は、カムシャフト完成品の同軸度の精度となる。
【００３３】
ジャーナル部の仕上げ研削において、研削砥石の周速度は、１２０ｍ／秒以上、かつ、カムシャフトの回転数は、５００ｒｐｍ以上であることが好ましい。
【００３４】
一般的に、研削砥石の周速度のみを高速化する場合、仕上げ研削の速度比が過度に大きくなり、焼けが発生しやすいため、生産性を向上させることは難しい。一方、本実施の形態においては、ジャーナル部の仕上げ研削時には、カム部は既に仕上げ研削が施されており、回転バランスが改善されている。そのため、研削砥石の周速度の高速化に応じて、カムシャフト回転数を高速化することが可能であり、これによって、生産性を向上させることができる。
【００３５】
研削砥石の周速度は、適用される研削砥石の物性に応じて、例えば、３００ｍ／秒以下であることが好ましい。また、カムシャフトの回転数は、カムシャフトのアンバランス量（重心位置のズレ）に応じて、例えば、２５００ｒｐｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
研削砥石の作業面は、ドレッシング（目直し）により、適宜平坦化することが好ましい。この場合、研削面粗さを高精度に管理することが可能である。ドレッシングの頻度あるいはタイミングは、例えば、研削回数を利用して決定することが可能である。
【００３７】
ドレッシング用のドレッサの砥石は、特に限定されず、砥粒の種類、粒度、結合剤の種類、砥粒の平均粒径を適宜選択可能であり、例えば、耐久性に優れているメタルボンド系が挙げられる。
【００３８】
一般的に、ドレッシングにより研削砥石の作業面が平坦化されると、研削砥石の切れ味が低下する。そのため、被削材（カムシャフト）の回転当りの切込み量を小さくする必要があり、生産性が低下する。
【００３９】
また、研削砥石の周速度のみを高速化すると、接触弧長さ当たりの砥粒最大切込み深さが、小さくなる。そのため、切刃が食い込めず、切刃にかかる負荷が上昇し、研削性能が低下することで、焼けが発生する。
【００４０】
一方、本実施の形態においては、研削砥石の周速度の高速化に応じて、被削材の周速度（カムシャフトの回転数）を高速化しているため、砥粒最大切込み深さと接触弧長さとを、最適に保つことが可能である。そのため、ジャーナル部の仕上げ研削面の表面粗さＲａを小さくすること、例えば、０．１μｍ以下とすることができる。
【００４１】
一方、従来におけるジャーナル部の仕上げ研削においては、得られる表面粗さＲａが、例えば、０．３〜０．６μｍであるため、ラップ仕上げをさらに施すことで、０．１μｍ以下の表面粗さＲａを達成している。つまり、本実施の形態においては、０．１μｍ以下の表面粗さＲａを、ジャーナル仕上げ研削のみで達成することができ、ラップ仕上げが不要であり、コスト低減を図ることが可能である。
【００４２】
以上のように、本実施の形態においては、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるカムシャフトの製造方法を提供することができる。また、同軸度が高精度に仕上げられたジャーナル部を有するカムシャフトを提供することができる。
【００４３】
図３は、本発明の実施の形態に係るジャーナル研削装置を説明するための側面図である。
【００４４】
ジャーナル研削装置５０は、ワークドライバ５１、主軸５２、研削砥石５３、砥石軸（不図示）、心押し台５４、ワークレスト５６を有する。
【００４５】
ワークドライバ５１は、仕上げ研削が施されたカム部２１〜２８を有するカムシャフト１０の一端を把持する。主軸５２は、バランス取りされるワークドライバ５１が取付けられ、カムシャフト１０を回転駆動するために使用される。
【００４６】
研削砥石５３は、旋削が施されたジャーナル部３１〜３４に仕上げ研削を施すために使用される。研削砥石５３は、例えば、ビトリファイドＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素系）砥石であり、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）によってコアが形成される。なお、砥石軸は、１２０ｍ／秒以上の周速度で研削砥石を回転させるための駆動手段である。
【００４７】
心押し台５４は、ワークドライバ５１によって一端が把持されるカムシャフト１０の他端を支持するためのセンタ５５を有する。センタ５５は、心押し台５４の心押し軸に取付けられる。つまり、カムシャフト１０の両端は、主軸５２および心押し台５４によって軸支される。
【００４８】
ワークレスト５６は、カムシャフト１０のジャーナル部３０を介して研削砥石５３の反対側に配置され、ジャーナル部３０の研削の際に、カムシャフト１０のたわみを防止するために使用される。
【００４９】
また、ジャーナル研削装置５０は、例えば、メタルボンドＳＤ（合成ダイヤモンド系）砥石を用いたロータリドレッサを有する。ロータリドレッサは、例えば、研削面粗さが所定の範囲を越えた場合に、研削砥石５３の作業面を目直しするために使用される。適用可能なドレッサは、特に限定されないが、ロータリドレッサは、ドレッシング精度が良好であり、かつ、ドレッシングタイムを短縮化できる点で好ましい。
【００５０】
次に、ジャーナル研削装置５０の動作を説明する。
【００５１】
まず、カムシャフト１０の両端が、主軸５２および心押し台５４によって、軸支され、主軸５２によって、カムシャフト１０が回転駆動される。この際、カムシャフト１０のカム部２１〜２８は、既に仕上げ研削が施されており、カムシャフト１０の一端を把持するワークドライバ５１は、バランス取りされて主軸５２に取付けられている。
【００５２】
したがって、従来に比べ、回転バランスが改善されていることに加え、ワークドライバを含めた回転アンバランスも削減されている。
【００５３】
そして、研削砥石５３が、研削の対象となるジャーナル部、例えば、ジャーナル部３３の上方に位置決めされる。また、ワークレスト５６が、ジャーナル部３３を介して研削砥石５３の反対側に配置される。
【００５４】
その後、研削砥石５３は降下し、ジャーナル部３３の外周面と接触し、ジャーナル部３３に、プランジ方式で仕上げ研削を施す。一方、ワークレスト５６は、仕上げ研削に基づくカムシャフト１０のたわみを防止する。
【００５５】
カムシャフト１０は、回転バランスが改善され、また、回転アンバランスも削減されているため、ジャーナル部を仕上げ研削する際に生じる回転アンバランスは、従来に比べ小さくなり、真円度を高精度に仕上げることができる。
【００５６】
また、焼けを発生させることなく、研削砥石の周速度の高速化に応じて、カムシャフト回転数を高速化、例えば、５００ｒｐｍ以上にすることが可能であり、これによって、生産性を向上させることができる。
【００５７】
次に、ジャーナル研削装置５０による加工例を説明する。図４は、仕上げ研削条件およびドレッシング条件を説明するための図表である。
【００５８】
被削材として適用されるカムシャフトは、φ２３ｍｍ、幅１５ｍｍであるジャーナル部を有する。カム部は、既に仕上げ研削が施され、回転バランスが改善されているため、回転速度を１６６０ｒｐｍに設定した。ジャーナル部の周速度ｖは、２ｍ／秒である。
【００５９】
研削砥石は、粒度＃８０のビトリファイドＣＢＮ砥石（ＣＦＲＰコア）であり、周速度Ｖは、２００ｍ／秒である。切込み量は、φ５μｍ／回転であり、切込み量が０の状態すなわちスパークアウトタイムは、５秒である。研削砥石の周速度Ｖをジャーナル部の周速度ｖで除して得られる切削速度比は、１００である。
【００６０】
一方、ドレッシングには、粒度＃４０のメタルボンドＳＤ砥石を用いたロータリドレッサを使用し、その周速度は、１６０ｍ／秒である。また、砥石１回転当りのドレッサの移動距離であるドレスリードは、０．０１ｍｍ／ｒ．ｏ．ｗ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｗｈｅｅｌ）であり、切込みは、φ２μｍ×２０回である。なお、ドレッシングの際における研削砥石の周速度は、２００ｍ／秒である。
【００６１】
上記条件に従って仕上げ研削を施した結果、真円度が０．５μｍであるジャーナル部を有するカムシャフトが得られた。従来の真円度が２〜３μｍであることに比べて、高精度に仕上げられた。
【００６２】
ジャーナル部の表面粗さＲａは、０．０５μｍであった。つまり、従来においては、ジャーナル仕上げ研削およびラップ仕上げを施すことで、０．１μｍ以下の表面粗さＲａを達成しているが、本加工例においては、ジャーナル仕上げ研削のみで達成することができた。なお、ジャーナル部は、仕上げ研削の回転方向に関し、研削条痕が残っていた。
【００６３】
以上のように、本実施の形態においては、良好な生産性を有し、ジャーナル部の同軸度を高精度に仕上げることができるジャーナル研削装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るカムシャフトの側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカムシャフトの製造方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るジャーナル研削装置を説明するための側面図である。
【図４】仕上げ研削条件およびドレッシング条件を説明するための図表である。
【符号の説明】
１０…カムシャフト、
２０（２１〜２８）…カム部、
３０（３１〜３４）…ジャーナル部、
４０…スプロケット、
５０…ジャーナル研削装置、
５１…ワークドライバ、
５２…主軸、
５３…研削砥石、
５４…心押し台、
５５…センタ、
５６…ワークレスト。
【図１】
2004322270.tif 000003
【図２】
2004322270.tif 000004
【図３】
2004322270.tif 000005
【図４】
2004322270.tif 000006