(57)【要約】【課題】コンロッドの小端孔の内周面に、段差の発生を抑制しつつ、テーパ部や油溝を含む任意のプロファイル加工を行うことができるコンロッドの製造方法を提供する。【解決手段】小端孔の内周面にテーパ部と油溝を有するコンロッドの製造方法である。切削工具６０を小端孔の中心軸に沿って移動させて小端孔の内周面を一工程で切削加工する切削工程を有する。切削工程において、油圧傾斜ユニット２０により切削工具６０の回転軸Ａを小端孔の中心軸に対して傾斜させて小端孔の内周面にテーパ部と油溝を形成する。【選択図】図４
2017187088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小端孔の内周面にテーパ部と油溝を有するコネクティングロッドの製造方法であって、
切削工具を前記小端孔の中心軸に沿って移動させて前記小端孔の内周面を一工程で切削加工する切削工程を有し、
前記切削工程において、油圧傾斜ユニットにより前記切削工具の回転軸を前記小端孔の中心軸に対して傾斜させて前記小端孔の内周面に前記テーパ部と前記油溝を形成することを特徴とするコネクティングロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工程を含むコネクティングロッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からエンジンのコネクティングロッド（以下、コンロッドと略称する。）に機械加工を施す際の加工方法に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。コンロッドは、クランクシャフトとピストンとを連結し、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する部材である。
【０００３】
コンロッドは、クランクシャフトに連結される大端部と、ピストンピンに連結される小端部とを有している。小端部は、ピストンピンを挿通させる小端孔（小径穴）を有し、ピストンピンによってピストンと連結される。
【０００４】
特許文献１に記載されたコンロッドの加工方法は、まず、コンロッドの小径穴および側面に仮加工を施して加工基準穴と加工基準面とを形成する。次に、前記加工基準穴と加工基準面とを用いて後工程を進行させ、所望の位置度公差を満たす大・小径穴と、異なる幅の大・小端部を形成する。
【０００５】
特許文献１に記載されたコンロッドの加工方法は、前記小径穴の仕上加工を行う以前の工程で、該小径穴の面取り形状を形成し、最終工程で前記小端部を所定幅に切削加工することを特徴としている。これにより、小径穴の面取り形状の形成時に生ずるバリを、小径穴の仕上加工の際に除去することができる。また、小端部を所定の幅に切削する加工を最終工程で行うことで、最終工程の１つ前の工程までは、コンロッド大・小端部側面の同一平面性は保たれ、加工基準面として使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１３３１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された加工方法は、コンロッドの小端孔の開口部近傍にテーパ部を形成することはできるが、小端孔の内周面に油溝を形成するのは困難である。多軸マシニングセンタを用い、複数の加工工程を経て、コンロッドの小端孔の開口部近傍にテーパ部を形成するとともに、小端孔の内周面に油溝を形成することは可能である。しかし、複数の加工工程を経ることで、コンロッドの小端孔の内周面に許容できない段差が生じる虞がある。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、コンロッドの小端孔の内周面に、段差の発生を抑制しつつ、テーパ部や油溝を含む任意のプロファイル加工を行うことができる切削工程を含むコンロッドの製造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】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明のコネクティングロッドの製造方法は、小端孔の内周面にテーパ部と油溝を有するコネクティングロッドの製造方法であって、切削工具を前記小端孔の中心軸に沿って移動させて前記小端孔の内周面を一工程で切削加工する切削工程を有し、前記切削工程において、油圧傾斜ユニットにより前記切削工具の回転軸を前記小端孔の中心軸に対して傾斜させて前記小端孔の内周面に前記テーパ部と前記油溝を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明のコネクティングロッド（以下、コンロッドと略称する。）の製造方法によって製造されるコンロッドは、一般に、クランクシャフトに連結される大端部と、ピストンピンに連結される小端部とを有している。小端部は、ピストンピンを挿通させる小端孔を有している。コンロッドの小端部は、ピストンピンによってピストンに連結される。
【００１１】
本発明のコンロッドの製造方法は、例えば、鋳造工程、鍛造工程、切削工程、研削工程等を含んでいるが、切削工程以外の工程については、公知の工程を採用することができる。本発明のコンロッドの製造方法に含まれる切削工程は、例えば、切削工具によってコンロッドの小端孔の内周面を加工するコンロッド加工機を用いて実施することができる。コンロッド加工機は、例えば、主軸頭と、油圧傾斜ユニットと、移動機構と、制御部とを備えることができる。
【００１２】
主軸頭は、例えば、モータ等の駆動装置によって回転する主軸を備え、該主軸は、例えば工具ホルダの基端部に連結される。工具ホルダの先端部には、切削工具が保持される。主軸頭は、主軸を回転させて工具ホルダを回転させ、工具ホルダの中心軸を回転軸として切削工具を回転させる。
【００１３】
油圧傾斜ユニットは、油圧の作用によって切削工具の回転軸をコンロッドの小端孔の中心軸に対して任意の角度に傾斜させる。より具体的には、主軸頭は、例えば主軸を回転自在に支持する軸受を収容及び保持する軸頭ケースを有する。また、油圧傾斜ユニットは、例えば軸頭ケースを任意の角度に傾斜させる油圧機構を有することができる。
【００１４】
油圧機構は、例えば複数の油圧シリンダを備え、該複数の油圧シリンダのピストンの伸縮によって軸頭ケースを任意の角度に傾斜させる。これにより、油圧傾斜ユニットは、油圧の作用によって主軸頭の主軸及び該主軸に連結された工具ホルダを任意の角度に傾斜させ、切削工具の回転軸をコンロッドの小端孔の中心軸に対して任意の角度に傾斜させることができる。
【００１５】
移動機構は、例えば主軸頭とコンロッドを、コンロッドの小端孔の軸方向に相対的に移動させる機構である。より具体的には、移動機構としては、主軸頭をコンロッドの小端孔の軸方向に沿って移動させる工具移動機構や、コンロッドを小端孔の軸方向に沿って移動させるワーク移動機構を用いることができる。
【００１６】
制御部は、例えばＣＰＵ等によって構成された演算部、メモリやハードディスク等によって構成された記憶部、該記憶部に記憶された制御プログラム、及び、信号の入出力を行う入出力部等を備えることができる。記憶部には、例えば予めコンロッドの小端孔の内周面に形成されるテーパ部と油溝の形状を記憶することができる。
【００１７】
演算部は、例えば記憶部に記憶された制御プログラムに従って、小端孔の内周面の前記形状を形成するための切削工具の回転角度、回転軸の傾斜角度、及び小端孔の中心軸方向における切削工具の位置を算出する。また、演算部は、記憶部に記憶された制御プログラムに従って、主軸頭の主軸を回転させるモータ、油圧傾斜ユニットの油圧機構、及び移動機構に対する上記算出結果に基づく制御信号を生成する。
【００１８】
入出力部は、主軸頭の主軸を回転させるモータ、油圧傾斜ユニットの油圧機構、及び移動機構に接続され、演算部によって生成された制御信号をこれらに出力する。入出力部には、モータから切削工具の回転角度の信号が入力され、油圧傾斜ユニットから切削工具の回転軸の傾斜角度の信号が入力され、移動機構から切削工具の小端孔の軸方向における位置の信号が入力される。制御部は、入出力部を介して入力された各信号に対応する情報を記憶部に記憶させる。
【００１９】
制御部は、例えば記憶部に記憶された制御プログラムに従って、本発明のコンロッドの製造方法を実施する。より具体的には、制御部は、コンロッドの小端孔の内周面に形成する形状に基づく制御信号を、主軸頭、油圧傾斜ユニット、及び移動機構へ出力する。これにより、主軸頭は、制御部による制御の下で、主軸を回転させて工具ホルダに保持された切削工具を、工具ホルダの中心軸を回転軸として回転させる。また、移動機構は、制御部による制御の下で、切削工具をコンロッドの小端孔の中心軸に沿って移動させる。
【００２０】
これにより、本発明の製造方法に係る切削工程を実施するコンロッド加工機は、コンロッドの小端孔の内周面を一工程で切削加工する切削工程を実施することができる。切削工程において、油圧傾斜ユニットは、切削工具の回転軸をコンロッドの小端孔の中心軸に対して傾斜させ、小端孔の内周面にテーパ部と油溝を形成する。
【００２１】
より具体的には、油圧傾斜ユニットは、制御部による制御の下で、例えば油圧機構の油圧シリンダのピストンを伸縮させる。すなわち、制御部は、予め記憶部に記憶されたテーパ部と油溝の形状に基づいて、切削工具の小端孔の中心軸方向の位置に応じて、切削工具の回転角度と回転軸の傾斜角度を同期させて変化させるように、主軸頭、油圧傾斜ユニット、及び移動機構を制御する。これにより、コンロッド加工機は、本発明のコンロッド製造方法に含まれる切削工程を実施して、コンロッドの小端孔の内周面に任意の形状のテーパ部と油溝を形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上の説明から理解できるように、本発明のコンロッドの製造方法によれば、切削工程において油圧傾斜ユニットによって切削工具の回転軸の傾斜角度を滑らかに変化させ、コンロッドの内周面にテーパ部や油溝を一工程で形成することができる。したがって、コンロッドの小端孔の内周面に、段差の発生を抑制しつつ、テーパ部や油溝を含む任意のプロファイル加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】コンロッドの一例を示す正面図。
【図２】図１に示すコンロッドの小端孔の中心軸に沿う拡大断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るコンロッドの製造方法に用いる加工機の構成の一例を示すブロック図。
【図４】図３に示す油圧傾斜ユニットを説明する概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明のコネクティングロッド（以下、コンロッドと略称する。）の製造方法の一実施形態を説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態の製造方法によって製造されるコンロッド１の一例を示す正面図である。コンロッド１は、クランクシャフトに連結される大端部２と、ピストンに連結される小端部３とを有している。大端部２は、クランクシャフトを挿通させる大端孔２ａを有している。大端孔２ａの内周面には、ベアリング２ｂが設けられている。ベアリング２ｂは、クランクシャフトを回転自在に保持する。小端部３は、ピストンピンを挿通させる小端孔３ａを有している。
【００２６】
図２は、図１に示す小端部３の小端孔３ａの中心軸Ｃ１に沿う拡大断面図である。小端孔３ａの内周面３ｂは、小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向の一端から他端まで、段差の発生が抑制され、滑らかに連続する曲面状に設けられている。具体的には、小端孔３ａの内周面３ｂの段差は、例えば、０．００６ｍｍ以下に抑制されている。
【００２７】
小端孔３ａの内周面３ｂには、中心軸Ｃ１方向の両端に小端孔３ａの外側に向かって拡径するテーパ部３ｃが、小端孔３ａの周方向の全周に亘って形成されている。小端孔３ａの内周面３ｂにおいて、中心軸Ｃ１方向の両端のテーパ部３ｃの間の頂面３ｄには、凹状の油溝３ｅが内周面３ｂの周方向の全周に亘って形成されている。なお、油溝３ｅは、内周面３ｂの周方向の全周ではなく所定の角度範囲に部分的に設けてもよい。
【００２８】
テーパ部３ｃの傾斜面の傾斜角度は、内周面３ｂの周方向において同一である。また、テーパ部３ｃは、内燃機関の通常燃焼時にピストンピンの両端部が湾曲して傾斜面に接触しても、ピストンピンとコンロッド１とに焼き付きが生じないように、その周方向における単位長さ当たりの面積が予め実験等により設定されている。
【００２９】
小端孔３ａの内周面３ｂの所定の領域Ｒでは、小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向における頂面３ｄの長さが、内周面３ｂの他の部位における頂面３ｄの長さよりも短くされている。これにより、当該領域Ｒにおけるテーパ部３ｃの傾斜面の傾斜方向における長さが、内周面３ｂの他の部位におけるテーパ部３ｃの傾斜面の傾斜方向における長さよりも長くされている。
【００３０】
次に、本実施形態のコンロッド１の製造方法に含まれる切削加工に用いられるコンロッド加工機の一例について説明する。
【００３１】
図３は、コンロッド加工機１００の構成の一例を示すブロック図である。コンロッド加工機１００は、例えば、主軸頭１０と、油圧傾斜ユニット２０と、移動機構３０と、制御部４０とを備えている。
【００３２】
主軸頭１０は、例えば、図示を省略するモータ等の駆動装置によって回転する主軸を備え、該主軸は、例えば図４に示す工具ホルダ５０の基端部に連結される。工具ホルダ５０の先端部には、切削工具６０が保持される。主軸頭１０は、主軸を回転させて工具ホルダ５０を回転させ、工具ホルダ５０の中心軸Ｃ２を回転軸Ａとして切削工具６０を回転させる。
【００３３】
図４は、図３に示す油圧傾斜ユニット２０を説明する概念図である。油圧傾斜ユニット２０は、油圧の作用によって切削工具６０の回転軸Ａをコンロッド１の小端孔３ａの中心軸Ｃ１に対して任意の角度に傾斜させる。図示は省略するが、主軸頭１０は、例えば主軸を回転自在に支持する軸受を収容及び保持する軸頭ケースを有し、油圧傾斜ユニット２０は、例えば軸頭ケースを任意の角度に傾斜させる油圧機構を有することができる。
【００３４】
移動機構３０は、例えば主軸頭１０とコンロッド１を、コンロッド１の小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向に相対的に移動させる機構である。より具体的には、移動機構３０としては、主軸頭１０をコンロッド１の小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向に沿って移動させる工具移動機構や、コンロッド１を小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向に沿って移動させるワーク移動機構を用いることができる。
【００３５】
制御部４０は、例えばＣＰＵ等によって構成された演算部、メモリやハードディスク等によって構成された記憶部、該記憶部に記憶された制御プログラム、及び、信号の入出力を行う入出力部等を備えることができる。制御部４０の記憶部には、例えば予めコンロッド１の小端孔３ａの内周面３ｂに形成されるテーパ部３ｃと油溝３ｅの形状を記憶することができる。
【００３６】
制御部４０の演算部は、例えば記憶部に記憶された制御プログラムに従って、小端孔３ａの内周面３ｂに前記形状を形成するための切削工具６０の回転角度、回転軸Ａの傾斜角度、及び小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向における切削工具６０の位置を算出する。また、制御部４０の演算部は、記憶部に記憶された制御プログラムに従って、上記算出結果に基づいて、主軸頭１０の主軸を回転させるモータ、油圧傾斜ユニット２０の油圧機構、及び移動機構３０に対する制御信号を生成する。
【００３７】
制御部４０の入出力部は、主軸頭１０の主軸を回転させるモータ、油圧傾斜ユニット２０の油圧機構、及び移動機構３０に接続され、演算部によって生成された制御信号をこれらへ出力する。制御部４０の入出力部には、主軸頭１０のモータから切削工具６０の回転角度の信号が入力され、油圧傾斜ユニット２０から切削工具６０の回転軸Ａの中心軸Ｃ１に対する傾斜角度の信号が入力され、移動機構３０から切削工具６０の小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向における位置の信号が入力される。制御部４０は、入出力部を介して入力された各信号に対応する情報を記憶部に記憶させる。
【００３８】
以下、コンロッド加工機１００を用いた本実施形態のコンロッド１の製造方法について説明する。
【００３９】
本実施形態のコンロッド１の製造方法は、例えば図１及び図２に示すように、小端孔３ａの内周面３ｂにテーパ部３ｃと油溝３ｅを有するコンロッド１の製造方法である。本実施形態のコンロッド１の製造方法は、例えば、鋳造工程、鍛造工程、熱処理工程、切削工程、研削工程等を含むことができるが、切削工程以外の工程については、公知の方法を採用することができるため、説明を省略する。
【００４０】
本実施形態のコンロッド１の製造方法は、図４に示す切削工具６０をコンロッド１の小端孔３ａの中心軸Ｃ１に沿って移動させて、小端孔３ａの内周面３ｂを一工程で切削加工する切削工程を有している。
【００４１】
本実施形態のコンロッド１の製造方法は、切削工程において、油圧傾斜ユニット２０により切削工具６０の回転軸Ａを小端孔３ａの中心軸Ｃ１に対して傾斜させて小端孔３ａの内周面３ｂにテーパ部３ｃと油溝３ｅを形成することを特徴としている。より具体的には、本実施形態のコンロッド１の製造方法に含まれる切削工程は、例えば図３及び図４に示す前述のコンロッド加工機１００を用いて、以下のように実施することができる。
【００４２】
コンロッド加工機１００は、例えば制御部４０の記憶部に記憶された制御プログラムに従って、本実施形態のコンロッド１の製造方法を実施する。より詳細には、制御部４０は、制御プログラムに従って、コンロッド１の小端孔３ａの内周面３ｂに形成するテーパ部３ｃ、頂面３ｄ、及び油溝３ｅの形状に基づく制御信号を、主軸頭１０、油圧傾斜ユニット２０、及び移動機構３０へ出力する。
【００４３】
これにより、主軸頭１０は、制御部４０による制御の下で、主軸を回転させて工具ホルダ５０に保持された切削工具６０を、工具ホルダ５０の中心軸Ｃ２を回転軸Ａとして回転させる。また、移動機構３０は、制御部４０による制御の下で、切削工具６０をコンロッド１の小端孔３ａの中心軸Ｃ１に沿って移動させる。これにより、コンロッド加工機１００は、コンロッド１の小端孔３ａの内周面３ｂを一工程で切削加工する切削工程を実施することができる。
【００４４】
切削工程において、油圧傾斜ユニット２０は、切削工具６０の回転軸Ａをコンロッド１の小端孔３ａの中心軸Ｃ１に対して傾斜させ、小端孔３ａの内周面３ｂにテーパ部３ｃと油溝３ｅを形成する。より具体的には、油圧傾斜ユニット２０は、制御部４０による制御の下で、例えば油圧機構の油圧シリンダのピストンを伸縮させて、切削工具６０の回転軸Ａをコンロッド１の小端孔３ａの中心軸Ｃ１に対して傾斜させ、小端孔３ａの内周面３ｂに、例えば図２に示すようなテーパ部３ｃ、頂面３ｄ、及び油溝３ｅを形成する。
【００４５】
すなわち、制御部４０は、予め記憶部に記憶されたテーパ部３ｃ、頂面３ｄ、及び油溝３ｅの形状に基づいて、切削工具６０の小端孔３ａの中心軸Ｃ１方向の位置に応じて、切削工具６０の回転角度と回転軸Ａの傾斜角度を同期させて変化させるように、主軸頭１０、油圧傾斜ユニット２０、及び移動機構３０を制御する。以上により、コンロッド加工機１００は、本実施形態に係るコンロッド１の製造方法を実施して、コンロッド１の小端孔３ａの内周面３ｂに任意の形状のテーパ部３ｃ、頂面３ｄ、及び油溝３ｅを一工程で形成することができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態のコンロッド１の製造方法によれば、切削工程において油圧傾斜ユニット２０によって切削工具６０の回転軸Ａの傾斜角度を滑らかに変化させ、コンロッド１の内周面３ｂにテーパ部３ｃや油溝３ｅを一工程で形成することができる。したがって、コンロッド１の小端孔３ａの内周面３ｂに、段差の発生を抑制しつつ、テーパ部３ｃや油溝３ｅを含む任意のプロファイル加工を行うことができる。
【００４７】
すなわち、本実施形態のコンロッド１の製造方法によれば、コンロッド１の内周面３ｂにテーパ部３ｃや油溝３ｅを一工程で形成することで、小端孔３ａの内周面３ｂの段差を、例えば０．００６ｍｍ以下に抑制することができる。一方、例えば多軸マシニングセンタを用い、複数の加工工程を経てコンロッド１の小端孔３ａの内周面に３ｂにテーパ部３ｃや油溝３ｅを形成する場合には、各工程間で内周面３ｂに許容できない段差が生じる虞がある。
【００４８】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１    コンロッド（コネクティングロッド）
３ａ  小端孔
３ｂ  内周面
３ｃ  テーパ部
３ｅ  油溝
２０  油圧傾斜ユニット
６０  切削工具
Ｃ１  中心軸
Ａ    回転軸
【図１】
2017187088.tif 000003
【図２】
2017187088.tif 000004
【図３】
2017187088.tif 000005
【図４】
2017187088.tif 000006