(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクスローのピン軸貫通孔の内部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、前記ピン軸貫通孔の内部に、ロールホルダーとこのロールホルダーに支持軸を互いに平行にして取り付けた２個以上の加工ロールとからなる加工ユニットを配置し、この加工ユニットを誘導加熱により膨張させて前記加工ロールをピン軸貫通孔に押付けて加圧し、この状態で、加工ロールをクランクスローに対して相対的に回転させて内表面を塑性変形させることを特徴とするクランク軸の疲労強度改善加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クランク軸の疲労強度改善のための加工方法とそれに用いる加工装置に係り、具体的には、クランク軸のピン軸貫通孔内部および端部の冷間加工方法および加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に、クランク軸の１シリンダ分であるクランクスロー１について示すように、軸の回転中心にあるジャ−ナル軸２ａが嵌合するジャーナル軸孔２と、このジャーナル軸孔２と偏心した位置にあるピン軸３と、それらを繋ぐウェブ４とからなる。前記ピン軸３の中心部には、軸回転時の慣性モーメントを低減して軸受け反力を減少させるために、ピン軸３に同軸に貫通孔５が設けられる型式のものがある。この型式のクランクスロー１では、その回転時にピン軸３がねじり変形を受けるため、貫通孔５の内部および軸方向両端の一部に応力集中が生じる場合があり、強度の安全余裕代の低下が懸念される。
【０００３】
従来、クランク軸の強度を向上させる方法として、クランク軸のフィレット部に、曲率の異なる加工周面を有する複数のロールを押し付けてなめらかな硬化層を付与するロール加工方法が開示されている（特許文献１参照）。また、クランク軸の疲労強度を向上させるための装置として、クランク軸をその回転軸芯中心に回転させる旋回装置にロールフレームスタンドを介して揺動可能に支持されたバックアップロールとそれに対向して配置された一対のワークロールとの間で、クランク軸のジャーナル部またはピン部を挟圧し、ロールフレームに装着された油圧シリンダの加圧ヘッドの作動により、クランク軸のジャーナル部およびピン部のフィレット部等を冷間ロールする装置が開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−９７３２５号公報（第２頁〜第３頁）
【特許文献２】特開平８−３０９４７１号公報（［００１５］〜［００１９］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記特許文献１、２に開示されたロール加工方法およびロール加工装置は、いずれも加工対象がクランク軸などの軸のフィレット部であり、軸の外表面側からのロール加工であるため、前記ピン軸貫通孔の内周面や端部を加圧によって強化する塑性加工には適用することができない。図１に示したように、ピン軸３とウェブ４の接合位置の外側面４ａは斜めの曲面（バックチャンファーと呼ばれる）に形成されており、前記貫通孔５の横断面は円形であるが、端面は複雑な３次元曲線を呈している。このため、特許文献１、２に開示されたような従来の加工方法や装置では、ピン部貫通孔内周面および軸方向端部に、加圧によって一様に塑性変形を生じさせる冷間加工を施すことは困難である。また、大型船舶用の組立型のクランク軸といえども、ピン軸貫通孔５の内径はφ２００〜φ５００ｍｍ程度とそれほど大きくはなく、前記貫通孔５の内部に強度上昇をもたらす程の加圧力を作用させることも困難であった。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、ピン軸貫通孔の内周面や端部の強度を、これらの部位に一様に塑性加工を施すことによって向上させることが可能なクランク軸の疲労強度改善加工方法および加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【０００７】
即ち、請求項１に係るクランク軸の疲労強度改善加工方法は、クランクスローのピン軸貫通孔の内部を塑性加工により強化するクランク軸の疲労強度改善加工方法であって、前記ピン軸貫通孔の内部に、ロールホルダーとこのロールホルダーに支持軸を互いに平行にして取り付けた２個以上の加工ロールとからなる加工ユニットを配置し、この加工ユニットを誘導加熱により膨張させて前記加工ロールをピン軸貫通孔に押付けて加圧し、この状態で、加工ロールをクランクスローに対して相対的に回転させて内表面を塑性変形させることを特徴とする。
【０００８】
このように、前記加工ユニットの膨張を誘導加熱により行えば、短時間に加熱膨張させることができるため、効率的に加圧を行うことができ、狭小なピン軸貫通孔の内部に、周方向に一様に冷間加工を施すことができ、貫通孔の内表層部に硬度上昇と圧縮残留応力が導入され、とくに応力集中が生じる虞がある貫通孔の端面上部の強化に有効である。
【発明の効果】
【００２３】
この発明では、クランク軸のピン軸貫通孔の内周面を複数の加工ロールを用い、誘導加熱手段によるローラーホルダーの膨張を用いて加工ロールを貫通孔の内周面に押し付けて加圧するようにしたので、貫通孔の内部に短時間で一様な冷間加工を施すことができる。それによって、この冷間加工域に硬度上昇と残留応力の導入がもたらされて、クランク軸の回転に伴うねじり変形により、応力集中が発生しやすい貫通内部および端面上部が強化され、クランク軸の疲労強度を改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、この発明の実施形態を添付の図２に基づいて説明する。
【００２５】
図２（ａ）は、クランクスロー１のピン軸３に設けた貫通孔５の内部を加工ロールにより冷間加工を行なう実施形態を示したものである。クランクスロー１は、ピン軸の貫通孔５の周りの要部を図示している（以下、同様である）。貫通孔５の内径より小さい直径の３個の加工ロール６が、リング状の金属製のロールホルダー７に、中心角１２０°のピッチで、それぞれのロール支持軸８を平行に保ち、この３個の加工ロール６がそれぞれ貫通孔５の内周面との間に、貫通孔５内での昇降移動に支障がない程度のごく僅かの隙間が存在するように取り付けられて貫通孔５の内部に配置されている。ロールホルダー７の中央部には保持用軸９が取り付けられ、この保持用軸９は、ロールホルダー７を貫通孔５の軸方向に昇降可能に保持する昇降機構を備えた固定フレーム（図示省略）に連結されている。ロールホルダー７の端面に近接して、このロールホルダー７を加熱膨張させるための高周波コイル１０が、ロールホルダー７と一体に昇降できるように設けられている。クランク軸の組立て前の１シリンダ分であるクランクスロー１が、貫通孔５の軸方向を鉛直方向にしてターンテーブル（図示省略）上に載置され、このターンテーブルにより、クランクスロー１が貫通孔５の軸心を中心として回転できるようになっている。
【００２６】
いま、加工ロール６を図示の位置で昇降方向に固定したとする。高周波電源（図示省略）から、高周波電流が高周波コイル１０に通電されると、ロールホルダー７が膨張し、加工ロール６がそれぞれ貫通孔５の内周面に押し付けられる。この状態で、クランクスロー１を貫通孔５の軸心を中心として回転させると、加工ロール６により、貫通孔５の内表面に、周方向に一様に冷間加工を施すことができる。加工終了後、ロールホルダー７を空冷、水冷または油冷等により冷却して熱膨張分を収縮させると加圧力を除去することができる。そして、加工ロール６を軸方向に移動させ、同様にして冷間加工域を貫通孔５の内部のほぼ全域に広げていくことができる。
【００２７】
図２（ｂ）は他の実施形態を示したもので、前記貫通孔５が狭小なため、前述のように、１２０°ピッチで３個の加工ロール６を設けようとすると、加工ロール６の直径が小さくなり過ぎる場合に有効である。即ち、２個のバックアップロール１１、１１とその間に加工ロール（ワークロール）６を配置して、これらの３個のロールが、貫通孔５の軸方向に昇降可能に固定フレーム（図示省略）に連結されたロールホルダー７ａで保持され、このロールホルダー７ａに近接して高周波コイル１０ａが、ロールホルダー７ａと一体に昇降できるように設けられている。このようにしても、高周波コイル１０ａに通電されるとロールホルダー７ａが加熱されて膨張し、加工ロール６が貫通孔５の内周面に押し付けられ、図２（ａ）に示した場合と同様に、貫通孔５の内周面に一様に冷間加工を施すことができる。
【００２８】
図２（ｃ）は、さらに他の実施形態を示したもので、図２（ａ）に示した３個の加工ロール６がリング状のロールホルダー７ｂに保持され、このロールホルダー７ｂの内側に流体圧により膨張可能なタンク１２が保持用軸９ｂを介して、貫通孔５の軸方向に昇降可能に設けられている。加工ロール６と貫通孔５の内周面との間には前述のように、加工ロール６が昇降可能なように、僅かな隙間が設けられている。気体または液体による流体圧によりタンク１２を膨張させると、ロールホルダー７ｂを介して加工ロール６がそれぞれ貫通孔５の内周面に押し付けられ、この内周面が加圧されて一様に冷間加工が施される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
この発明は、大型船舶に用いられる鋳鋼製の組立て式クランク軸の疲労強度改善のため、ピン軸貫通孔の冷間加工による強化に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】組立型クランク軸のクランクスローを示す説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）実施形態のピン軸貫通孔の内部を強化する加工方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・・クランクスロー
２・・・ジャーナル軸孔
２ａ・・・ジャーナル軸
３・・・ピン軸
４・・・ウェブ
４ａ・・・バックチャンファー
５・・・貫通孔
６、６ａ、６ｂ・・・加工ロール
７，７ａ、７ｂ・・・ロールホルダー
８ａ、８ｂ・・・ロール支持軸
９、９ａ、９ｂ・・・保持用軸
１０、１０ａ・・・高周波コイル
１１・・・バックアップロール
１２・・・タンク
【図１】
0004340216.tif 000002
【図２】
0004340216.tif 000003