(57)【要約】【課題】  良好な加工精度かつ加工能率を有するクランクシャフト加工装置を提供する。【解決手段】  クランクシャフト５０の端部５１，５２に配置され、クランクシャフト５０のピン部５５（５５Ａ，５５Ｂ）の中心軸が回転中心となるように、クランクシャフト５０を偏芯させて保持するための保持手段１５，２５と、ピン部５５を加工する際に、保持手段１５，２５により保持されたクランクシャフト５０が遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、クランクシャフト５０に対して、たわみを強制的に付与するための変形手段１６，２６とを有する。【選択図】            図３
2005138201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの端部に配置され、前記クランクシャフトのピン部の中心軸が回転中心となるように、前記クランクシャフトを偏芯させて保持するための保持手段と、
前記ピン部を加工する際に、前記保持手段により保持された前記クランクシャフトが遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、前記クランクシャフトに対して、たわみを強制的に付与するための変形手段と
を有することを特徴とするクランクシャフト加工装置。
【請求項２】
前記保持手段の少なくとも一方を、軸方向に移動させるための移動手段を有す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加工装置。
【請求項３】
前記ピン部の変位量を検出するための検出手段を有す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加工装置。
【請求項４】
前記検出手段は、前記ピン部から離間し、かつ前記ピン部の中心軸に沿って複数配置されていることを特徴とする請求項３に記載のクランクシャフト加工装置。
【請求項５】
前記ピン部の中心と、前記クランクシャフトの回転中心とを一致させるための調心手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクランクシャフト加工装置。
【請求項６】
前記加工は、研削加工であり、研削砥石からなる加工ツールを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクランクシャフト加工装置。
【請求項７】
クランクシャフトのピン部の中心軸を中心に、前記クランクシャフトを回転させ、
前記クランクシャフトが遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、前記クランクシャフトに対して、たわみを強制的に付与し、前記ピン部を加工する
ことを特徴とするクランクシャフト加工方法。
【請求項８】
前記クランクシャフトのピン部の変位量を検出することに基づいて、前記クランクシャフトに対して強制的に付与されるたわみを、制御することを特徴とする請求項７に記載のクランクシャフト加工方法。
【請求項９】
前記加工は、加工ツールとして研削砥石を使用する研削であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のクランクシャフト加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフト加工装置および加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のクランクシャフト加工装置は、クランクシャフトを偏芯させて保持し、ピン部の軸線を中心として回転駆動した状態で、ピン部を研削加工している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−３２９７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に記載のクランクシャフト加工装置においては、生産性つまり加工能率に問題を有する。例えば、クランクシャフトを低速回転させる場合、クランクシャフトは、チャックと一体になっているカウンターウェイトによりバランスされているため、ピン部を高精度に加工することができる。
【０００４】
一方、クランクシャフトを高速回転させる場合、遠心力の影響を受けるため、クランクシャフトがたわみ、ピン部の加工部位と研削砥石の作業面との平行が崩れ、研削後のピン部の真円度および円筒度が悪化する虞がある。
【０００５】
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、良好な加工精度かつ加工能率を有するクランクシャフト加工装置および加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、
クランクシャフトの端部に配置され、前記クランクシャフトのピン部の中心軸が回転中心となるように、前記クランクシャフトを偏芯させて保持するための保持手段と、
前記ピン部を加工する際に、前記保持手段により保持された前記クランクシャフトが遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、前記クランクシャフトに対して、たわみを強制的に付与するための変形手段と
を有することを特徴とするクランクシャフト加工装置である。
【０００７】
上記目的を達成するための請求項７に記載の発明は、
クランクシャフトのピン部の中心軸を中心に、前記クランクシャフトを回転させ、
前記クランクシャフトが遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、前記クランクシャフトに対して、たわみを強制的に付与し、前記ピン部を加工する
ことを特徴とするクランクシャフト加工方法である。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、回転による遠心力がクランクシャフトに作用する場合、遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、クランクシャフトをたわませることによって、加工部位であるピン部の外周面を、加工ツールに対して平行とすることが可能である。
【００１０】
したがって、クランクシャフトを高速回転させ、高能率に加工する場合であっても、加工ツールを加工部位に均一に接触させ、ピン部の真円度および円筒度を確保することが可能である。つまり、良好な加工精度かつ加工能率を有するクランクシャフト加工装置を提供することができる。
【００１１】
請求項７に記載の発明によれば、回転による遠心力がクランクシャフトに作用する場合、遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、クランクシャフトが強制的にたわんでいるため、加工部位であるピン部の外周面は、加工ツールに対して平行となる。
【００１２】
したがって、クランクシャフトを高速回転させ、高能率に加工する場合であっても、加工ツールが加工部位に均一に接触するため、ピン部の真円度および円筒度は確保される。つまり、良好な加工精度かつ加工能率を有するクランクシャフト加工方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係るクランクシャフト加工装置を説明するための側面図、図２は、クランクシャフトに作用する回転による遠心力を説明するための側面図、図３は、クランクシャフトに強制的に付与するたわみを説明するための側面図である。
【００１５】
本発明の実施の形態に係るクランクシャフト加工装置は、例えば、４気筒内燃機関用のクランクシャフト５０を保持し、回転駆動するための保持部１０と、クランクシャフト５０のピン部５５（５５Ａ，５５Ｂ）を加工するための加工装置３０と、クランクシャフト５０のピン部５５の変位量を検出するための変位検出装置４０と、各部１０，３０，４０を制御するための制御装置（不図示）とを有する。
【００１６】
保持部１０は、主軸頭１１，２１、主軸１３，２３、ワークドライバ１４，２４、チャック１５，２５、アクチュエータ１６，２６を有する。
【００１７】
主軸頭１１，２１は、クランクシャフト５０を挟んで、互いの軸線が一致するように配置されており、主軸１３，２３を回転自在に支持するための軸受け１２，２２を有する。
【００１８】
主軸１３，２３は、それぞれモータ（不図示）により回転駆動される。なお、主軸の一方１３は、軸方向に移動自在である。
【００１９】
ワークドライバ１４，２４は、主軸１３，２３の対向した端面に取り付けられ、クランクシャフト５０のピン部５５の中心軸が回転中心となるように、クランクシャフト５０を偏芯させるために利用される。
【００２０】
チャック１５，２５は、ワークドライバ１４，２４に取り付けられ、クランクシャフト５０の端部５１，５２を把持する。つまり、チャック１５，２５は、クランクシャフト５０の端部５１，５２に配置されており、クランクシャフト５０のピン部５５の中心軸が回転中心となるように、クランクシャフト５０を偏芯させて保持するための保持手段として機能する。
【００２１】
なお、チャック１５は、主軸１３を軸方向に駆動することで、軸方向に移動自在である。したがって、クランクシャフト５０のたわみにより生じる主軸間距離の変化に対応し、チャック１５を軸方向に移動させ、チャック１５，２５間距離を変更させる（小さくする）場合、クランクシャフト５０に対するチャック１５，２５の保持力が低下することを、防止することが可能である。
【００２２】
つまり、主軸１３は、チャック１５を、軸方向に移動させるための移動手段として機能する。なお、主軸の他方２３を軸方向に駆動するように構成し、チャックの他方２５を、軸方向に移動させることも可能であり、この場合、主軸の他方２３が、移動手段として機能する。さらに、主軸１３，２３の両方を軸方向に駆動するように構成することも可能である。
【００２３】
アクチュエータ１６，２６は、チャック１５，２５の後端に配置されており、変位することで、チャック１５，２５を傾けることが可能であり、クランクシャフト５０に対して、たわみを強制的に付与するための変形手段として機能する。
【００２４】
つまり、図２に示されるように、クランクシャフト５０を高速回転させる場合、クランクシャフト５０は、遠心力を受けて変形する。しかし、アクチュエータ１６，２６は、図３に示されるように、クランクシャフト５０が遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、クランクシャフト５０に対して、たわみを強制的に付与することが可能である。
【００２５】
したがって、例えば、加工ツールを使用する研削により、研削加工する際に回転による遠心力が作用する場合、遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、クランクシャフト５０をたわませることによって、ピン部５５の加工部位である外周面を、加工ツールに対して平行とすることが可能である。
【００２６】
そのため、クランクシャフト５０を高速回転させ、高能率に加工する場合であっても、加工ツールを加工部位に均一に接触させ、ピン部５５の真円度および円筒度を確保することが可能である。
【００２７】
なお、例えば、剛性が低いクランクシャフト５０を適用する場合、たわみを単に付与すると、半径方向の変位（芯ずれ）が発生し、加工精度が低下する虞がある。ワークドライバ１４，２４は、芯ずれを解消するため、半径方向（図中の上下方向）に移動自在であり、ピン部５５の中心と、クランクシャフト５０の回転中心とを一致させるための調心手段として機能する。
【００２８】
つまり、ワークドライバ１４，２４は、チャック１５，２５のポジションを変更することで、加工されるピン部５５の中心と、クランクシャフト５０の回転中心と一致させる方向に、ピン部５５の中心位置を、半径方向に調整することが可能である。したがって、剛性が低いクランクシャフト５０を高速回転させる場合であっても、ピン部５５の真円度および円筒度を確実に確保することが可能である。
【００２９】
加工装置３０は、研削加工するための加工ツールである研削砥石３１と、ピン部５５の加工部位にクーラントを吐出させるためのクーラント供給部（不図示）と、研削砥石３１を加工部位に位置決めするための位置決め手段（不図示）とを有する。
【００３０】
研削砥石３１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。
【００３１】
研削砥石３１は、アクチュエータ１６，２６の変位に基づき、加工部位に均一に接触させることができるため、偏磨耗が抑えられ、砥石寿命を延長させることが可能である。
【００３２】
変位検出装置４０は、ピン部５５から離間しかつピン部５５の中心軸に沿って複数配置される検出手段である第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２を有する。
【００３３】
第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２は、ピン部５５の加工部位の両端の変位量を検出するように設定されており、クランクシャフト５０のピン部５５の変位量および傾きを検出することが可能である。
【００３４】
したがって、加工するクランクシャフト５０の形状に、ばらつきが生じていても、ピン部５５の変位量に基づいて、適切なたわみを、クランクシャフト５０に対して付与することが可能であり、良好な加工精度（ピン部の真円度および円筒度）を確実に確保することが可能である。
【００３５】
なお、変位検出装置４０は、複数の検出手段を有することに限定されず、単一の検出手段を有することで、構成を単純化することも可能である。また、検出手段は、レーザ式に限定されず、他の適当な方式を適用することも可能である。
【００３６】
制御装置は、例えば、クランクシャフトに対するたわみの強制的な付与を、管理しており、第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２からの出力信号つまり検出されたピン部５５の変位量データを記憶し、当該データに基づいて、主軸１３の軸方向の移動、アクチュエータ１６，２６の変位量（チャック１５，２５の傾き量）、ワークドライバ１４，２４の上下方向の移動を制御している。
【００３７】
以上のように、本発明の実施の形態は、良好な加工精度かつ加工能率を有するクランクシャフト加工装置を提供することができる。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態に係るクランクシャフト加工方法を説明する。
【００３９】
図４〜図６は、第１レーザ変位計および第２レーザ変位計の出力信号を説明するためのグラフであり、図４は、クランクシャフトの低速回転時、図５は、クランクシャフトの高速回転時、図６は、クランクシャフトのピン部における傾き解消後を示している。
【００４０】
なお、加工するピン部は、完全な円筒形状（真円度および円筒度が共に０μｍ）であり、クランクシャフトの端部に位置するクランクジャーナル（保持中心）からピン部の中心までの距離が、図示の中央値（１／２ストローク中央値）であるとする。また、第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２は、クランクシャフト５０の回転中、ピン部５５Ａの変位量を常に監視している。
【００４１】
最初に、主軸１３，２３を、遠心力の影響を受けない低速、例えば、１００ｍｉｎ−１以下で回転させる。制御装置は、低速回転時における第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２からの出力信号（図４参照）を記憶する。
【００４２】
その後、主軸１３，２３を加工時の回転数、例えば、３００ｍｉｎ−１以上まで上昇させ、主軸１３，２３を高速回転させる。クランクシャフト５０は、遠心力の作用を受けてたわむため（図２参照）、第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２は、図５に示される波形を有する出力信号を発する。
【００４３】
次に、アクチュエータ１６，２６を駆動し、変位させることで、チャック１５，２５を傾け、クランクシャフト５０を強制的にたわませる。
【００４４】
この際、制御装置は、第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２の出力信号が一致するように（図６参照）、アクチュエータ１６，２６の変位量を制御する。これにより、クランクシャフト５０のピン部５５Ａの傾きが解消され、ピン部５５Ａの加工部位と研削砥石３１の位置関係は平行となる。
【００４５】
その後、制御装置は、第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２の出力信号が、低速回転時の場合と略一致するように（図４参照）、ワークドライバ１４，２４を駆動し、上下方向に移動させる。これにより、チャック１５，２５のポジションが変更され、ピン部５５Ａの中心位置が半径方向に調整されることで、ピン部５５Ａの中心と、クランクシャフト５０の回転中心とが一致し、芯ずれが解消される。
【００４６】
そして、加工装置３０のクーラント供給部からクーラントを吐出させ、研削砥石３１の研削によって、ピン部５５Ａを加工する。
【００４７】
この際、遠心力を受けて変形する方向に対して逆の方向に、クランクシャフト５０が強制的にたわんでいるため、ピン部５５Ａの加工部位である外周面は、研削砥石３１に対して平行である。したがって、加工時の回転数が３００ｍｉｎ−１以上の高速回転であっても、研削砥石３１が加工部位に均一に接触するため、ピン部の真円度および円筒度は確保される。
【００４８】
また、研削砥石３１を加工部位に均一に接触させるためのたわみは、ピン部の変位量に基づいて制御されるため、加工するクランクシャフト５０の形状に、ばらつきが生じていても、良好な加工精度（ピン部の真円度および円筒度）が確実に確保される。
【００４９】
そして、ピン部５５Ａの加工終了後、研削砥石３１を次の加工対象であるピン部５５Ｂの位置に移動させて、位置決めし、ピン部５５Ｂを加工する。この際、第１レーザ変位計４１および第２レーザ変位計４２の出力信号に基づく、傾きおよび芯ずれを解消するための上記調整を、再度実行することも好ましい。
【００５０】
以上のように、本発明の実施の形態は、良好な加工精度かつ加工能率を有するクランクシャフト加工方法を提供することができる。
【００５１】
なお、クランクシャフト５０のたわみにより生じる主軸間距離の変化に対応し、チャック１５を軸方向に移動させ、チャック１５，２５間距離を変更させ、クランクシャフトに対して発揮される保持手段の保持力の低下を、防止することも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランクシャフト加工装置を説明するための側面図である。
【図２】クランクシャフトに作用する回転による遠心力を説明するための側面図である。
【図３】クランクシャフトに強制的に付与するたわみを説明するための側面図である。
【図４】第１レーザ変位計および第２レーザ変位計の出力信号を説明するためのグラフであり、クランクシャフトの低速回転時を示している。
【図５】第１レーザ変位計および第２レーザ変位計の出力信号を説明するためのグラフであり、クランクシャフトの高速回転時を示している。
【図６】第１レーザ変位計および第２レーザ変位計の出力信号を説明するためのグラフであり、クランクシャフトのピン部における傾き解消後を示している。
【符号の説明】
【００５３】
１０・・保持部、
１１，２１・・主軸頭、
１２，２２・・軸受け、
１３，２３・・主軸、
１４，２４・・ワークドライバ、
１５，２５・・チャック（保持手段）、
１６，２６・・アクチュエータ（変形手段）、
２３・・主軸、
３０・・加工装置、
３１・・研削砥石、
４０・・変位検出装置、
４１・・レーザ変位計、
４２・・レーザ変位計、
５０・・クランクシャフト、
５１，５２・・端部、
５５，５５Ａ，５５Ｂ・・ピン部。
【図１】
2005138201.tif 000003
【図２】
2005138201.tif 000004
【図３】
2005138201.tif 000005
【図４】
2005138201.tif 000006
【図５】
2005138201.tif 000007
【図６】
2005138201.tif 000008