(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブル上に軸支された軸状部材に対して研削用工具を支持した工具台を進退させて該軸状部材を研削加工する軸状部材の研削加工方法であって、
前記軸状部材を研削する研削加工サイクルは、
前記軸状部材の被研削部に引張り残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が大きい粗研削工程と、
前記研削用工具を前記軸状部材から離間させて該軸状部材を空転させ、前記粗研削工程で前記軸状部材の前記被研削部に発生した熱を除去する空転工程と、
前記研削用工具の周速度を前記粗研削工程での周速度と同一に設定し、前記軸状部材の前記被研削部に圧縮残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が小さい仕上げ研削工程と、
からなることを特徴とする軸状部材の研削加工方法。
【請求項２】
テーブル上に軸支された軸状部材に対して研削用工具を支持した工具台を進退させて該軸状部材を研削加工する軸状部材の研削加工方法であって、
前記軸状部材を研削する研削加工サイクルは、
前記軸状部材の被研削部に引張り残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が大きい粗研削工程と、
前記研削用工具を前記軸状部材から離間させて該軸状部材の回転を停止させ、前記粗研削工程で前記軸状部材の前記被研削部に発生した熱を除去する停止工程と、
前記研削用工具の周速度を前記粗研削工程での周速度と同一に設定し、前記軸状部材の前記被研削部に圧縮残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が小さい仕上げ研削工程と、
からなることを特徴とする軸状部材の研削加工方法。
【請求項３】
請求項１記載の軸状部材の研削加工方法において、
前記仕上げ研削工程は、前記切り込み量を徐々に小さくして繰り返すことを特徴とする軸状部材の研削加工方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の軸状部材の研削加工方法において、
前記軸状部材の構成材料は鋳鉄であり、かつ該軸状部材が内燃機関用カムシャフトとして供されることを特徴とする軸状部材の研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸状部材の研削加工方法に関し、一層詳細には、軸状部材に残存する残留応力を著しく低減することが可能な軸状部材の研削加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用カムシャフトは、例えば、鋳造装置で鋳造された鋳鉄製の軸状部材に対して研削加工が施されることにより製造される。この研削加工において、鋳造成形時に形成されたバリ等が除去されるとともに、軸状部材の軸表面が仕上げ研削される。
【０００３】
この種の研削加工においては、図７に示されるように、研削加工個所、すなわち、回転動作している砥石１と軸状部材２との接触個所に対して研削冷却液用ノズル３から研削冷却液４が供給される。この研削冷却液４により研削加工個所に発生した熱が除去されるとともに、研削屑（図示せず）が研削加工個所から速やかに除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようにして製造される内燃機関用カムシャフトには、研削加工時に発生した熱応力に起因する残留応力が残存しているという不具合がある。残留応力が大きいと軸状部材の表面に割れ等が発生することがあり、このような事態が生じた場合には、該軸状部材は、内燃機関用カムシャフトとして使用することができない。
【０００５】
熱応力を小さくするためには、研削加工における加工速度を遅くすればよい。この場合、発生する熱量が小さくなるので熱応力も小さくなるからである。しかしながら、加工速度を遅くすると、必然的に完成品である内燃機関用カムシャフトの製造効率が低下するという不具合が惹起される。
【０００６】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、内燃機関用カムシャフト等の完成品の製造効率を低下させることなく残留応力を著しく低減することが可能な軸状部材の研削加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、テーブル上に軸支された軸状部材に対して研削用工具を支持した工具台を進退させて該軸状部材を研削加工する軸状部材の研削加工方法であって、
前記軸状部材を研削する研削加工サイクルは、
前記軸状部材の被研削部に引張り残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が大きい粗研削工程と、
前記研削用工具を前記軸状部材から離間させて該軸状部材を空転させ、前記粗研削工程で前記軸状部材の前記被研削部に発生した熱を除去する空転工程と、
前記研削用工具の周速度を前記粗研削工程での周速度と同一に設定し、前記軸状部材の前記被研削部に圧縮残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が小さい仕上げ研削工程と、
からなることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、粗研削工程で軸状部材を研削加工した後に研削用工具を軸状部材から離間させて該軸状部材を空転させると、空冷および研削冷却液により軸状部材の研削加工個所に発生した熱を著しく軸状部材から除去することができる。さらに、粗研削工程において発生した残留応力による歪み層を仕上げ研削工程で除去することができるので、残留応力値を略一定にすることが可能である。
【０００９】
このため、軸状部材に熱応力が発生することを著しく抑制することができ、該軸状部材に残存する残留応力を著しく低減することができる。
【００１０】
さらに、本発明は、テーブル上に軸支された軸状部材に対して研削用工具を支持した工具台を進退させて該軸状部材を研削加工する軸状部材の研削加工方法であって、
前記軸状部材を研削する研削加工サイクルは、
前記軸状部材の被研削部に引張り残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が大きい粗研削工程と、
前記研削用工具を前記軸状部材から離間させて該軸状部材の回転を停止させ、前記粗研削工程で前記軸状部材の前記被研削部に発生した熱を除去する停止工程と、
前記研削用工具の周速度を前記粗研削工程での周速度と同一に設定し、前記軸状部材の前記被研削部に圧縮残留応力を発生させる前記研削用工具の切り込み量が小さい仕上げ研削工程と、
からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、粗研削工程で軸状部材を研削加工した後に研削用工具を軸状部材から離間させて該軸状部材の回転を停止させると、軸状部材の研削加工個所に発生した熱を研削冷却液により軸状部材から放散させることができる。
【００１３】
なお、軸状部材の好適な例としては、鋳鉄からなり、内燃機関用カムシャフトとして供されるものを挙げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る軸状部材の研削加工方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図７に示される構成要素に対応する構成要素については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る研削加工方法は、図７に示される構成で行われる。
【００１６】
ここで、軸状部材２の好適な例としては、内燃機関用カムシャフトに供されるものを挙げることができる。すなわち、軸状部材２は、図示しない鋳造装置で鋳造成形された鋳鉄製の部材であり、図１に示すような形状をなしている。なお、図１において、参照符号１４は内燃機関用カムシャフトのカム部に対応する部位（以下、カム対応部という）を示し、一方、参照符号１６はジャーナル部に対応する部位（以下、ジャーナル対応部という）を示す。研削加工は、主にジャーナル対応部１６に対して施される。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る研削加工方法は、以下のようにして遂行される。
【００１８】
鋳造装置（図示しない）で鋳造成形された軸状部材２を図示しない研削加工装置の支持部に支持する。次いで、砥石１を回転付勢し、該砥石１を軸状部材２のカム対応部１４やジャーナル対応部１６等に接触させて該カム対応部１４や該ジャーナル対応部１６を研削加工する。
【００１９】
前記研削加工は、軸状部材２に対する研削深さ、すなわち砥石（研削用工具）１の切り込み量が大きい粗研削工程（図２参照）と、前記砥石１を前記軸状部材２から離間させて該軸状部材２を空転させる空転工程と、前記砥石１の切り込み量が小さい仕上げ研削工程（図３参照）とを備える。この場合、軸状部材２の回転数は、例えば、７５ｒｐｍ、砥石１の周速は、例えば、１２０ｍ／ｓｅｃであり、それぞれ一定である。
【００２０】
粗研削工程において、図４に示されるように砥石１が１回転する際の切り込み量をＤ１に設定して、例えば、ジャーナル対応部１６を１３５０μｍ程度研削する。換言すれば、砥石１が１回転する際の切り込み量を１３５０μｍに設定して軸状部材２のジャーナル対応部１６を研削加工する。このため、軸状部材２は、図５に示されるように、砥石１の砥粒（図示せず）の研削作用により削られるとともに、該ジャーナル対応部１６の研削加工個所には研削加工による熱応力が発生する。この場合、前記熱応力は、ジャーナル対応部１６に引張り残留応力として残存する。
【００２１】
このため、前記粗研削工程においてジャーナル対応部１６に発生した熱を除去するために、砥石１を軸状部材２から離間させ該軸状部材２を空転させる空転工程（図４参照）を行う。この空転工程は、砥石１によるジャーナル対応部１６を、例えば、５０μｍ以下の微量な軽研削加工、砥石１を逆転させる動作、スパークアウトおよび砥石１を軸状部材２から離間させる動作を含み、この間、研削冷却液４が供給される。これらの動作により軸状部材２の研削加工個所に発生した熱を空冷および研削冷却液４により該軸状部材２から除去することができる。
【００２２】
次に、図４に示されるように、切り込み量をＤ２に設定して該切り込み量の小さい仕上げ研削工程を行う。すなわち、前記仕上げ研削工程における砥石１によるジャーナル対応部１６の切り込み量を、例えば、合計で２５０μｍ程度とする。なお、砥石１が１回転する際の切り込み量は１回目を最大とし、２回目以降は徐々に小さくする。具体的には、１回目の切り込み量を、例えば、１００μｍとし、２回目における切り込み量を、例えば、７５μｍとする等、切り込み量の差を小さくする方が好ましい。この場合、研削加工後の軸状部材２に残存する残留応力が一層低減されるからである。さらに、仕上げ研削工程の際の切り込み量を零にして研削加工するスパークアウトを行うと、ジャーナル対応部１６の寸法精度と表面の面粗さを向上させることができる。
【００２３】
また、前記仕上げ研削工程では、ジャーナル対応部１６の加工後の残留応力が引張り側に発生しないように切り込み量を小さく設定している。従って、軸状部材２に対する切り込み量が小さいために、該軸状部材２には、図６に示されるように圧縮摩擦による塑性変形作用が付加される。換言すれば、ジャーナル対応部１６に対する切り込み量は、該ジャーナル対応部１６の加工後の残留応力が圧縮側に発生するように小さく設定している。
【００２４】
なお、上述の実施の形態に係る研削加工方法において、粗研削工程とは、ワークに引張り残留応力が発生する切り込み量で研削加工する場合をいう。また、仕上げ研削工程とは、ワークに圧縮応力が発生する切り込み量で研削加工する場合をいう。
【００２５】
次に、本発明の他の実施の形態に係る軸状部材の研削加工方法について説明する。
【００２６】
この他の実施の形態に係る研削加工方法は、図２に示される構成で行われ、本発明の実施の形態に係る研削加工方法と異なる点は、砥石１を軸状部材２から離間させて該軸状部材２を空転させる空転工程に代えて砥石１を軸状部材２から離間させて該軸状部材２の回転を停止させる停止工程を設けた点に特徴がある。
【００２７】
すなわち、他の形態に係る研削加工方法は、砥石１の切り込み量が大きい粗研削工程と、前記砥石１を軸状部材２から離間させて該軸状部材２の回転を停止させる停止工程と、前記砥石１の切り込み量が小さい仕上げ研削工程とを備える。
なお、他の実施の形態に係る研削加工条件は、上述した本発明の実施の形態に係る研削加工方法と同じである。
【００２８】
ここで、前記停止工程は軸状部材２に発生した熱を除去するために行われる。このため、粗研削加工により軸状部材２の研削加工個所に発生した熱は研削冷却液４により該研削加工個所が冷却されて該軸状部材２から除去される。
【００２９】
その結果、研削加工が施された軸状部材２に熱応力が発生することが著しく抑制されるので、該軸状部材２に残存する残留応力を大きく低減することができる。
【００３０】
このように、ジャーナル対応部１６が研削加工されることにより、バリ等が除去されるとともに芯出しがなされたジャーナル部が作製される。そして、１個所のジャーナル対応部１６に対する研削加工が終了した後、他のジャーナル対応部１６を上記に準拠して研削加工する。以下、同様にして全てのジャーナル対応部１６や他の個所を必要に応じて研削加工することにより、バリ等が除去されるとともに軸表面が仕上げられたジャーナル部を有する内燃機関用カムシャフトが得られるに至る。
【００３１】
上記したように、この内燃機関用カムシャフトに残存した残留応力は著しく小さい。すなわち、該内燃機関用カムシャフトは、高強度でかつ耐久性に優れている。
【００３２】
なお、上述の実施の形態では、軸状部材として内燃機関用カムシャフトに供されるものを例示して説明したが、特にこれに限定されるものではなく、軸状部材であればどのようなものにも適用されることはいうまでもない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る軸状部材の研削加工方法によれば、粗研削工程において、前記軸状部材の研削加工個所に発生した熱を、該軸状部材を空転もしくは停止させることにより効率よく軸状部材から除去することができる。
【００３４】
さらに、粗研削工程において発生した残留応力による歪み層を仕上げ研削工程で除去することができるので、残留応力値を略一定にすることができる。
【００３５】
これにより、軸状部材に熱応力が発生することを著しく抑制することができ、該軸状部材の残留応力を著しく低減することができるという効果が達成される。
【００３６】
このため、高強度でかつ耐久性に優れた完成品、例えば、内燃機関用カムシャフトを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る研削加工方法により研削加工される軸状部材の概略全体説明図である。
【図２】粗研削加工おける砥石と軸状部材との切り込み量の関係を示す概略説明図である。
【図３】仕上げ研削加工における砥石と軸状部材との切り込み量の関係を示す概略説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る研削加工サイクル図である。
【図５】砥石の砥粒の切削作用により軸状部材に引張り残留応力が発生する過程を示す動作説明図である。
【図６】砥石の圧縮摩擦による組成変形作用により軸状部材に圧縮応力する状態を示す動作説明図である。
【図７】従来技術に係る研削加工方法により軸状部材を研削加工している状態を示す要部拡大説明図である。
【符号の説明】
１…砥石                        ２…軸状部材
１４…カム対応部                １６…ジャーナル対応部
【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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