JP2002200515A

JP2002200515A - クランクシャフトのピンジャーナルｒ溝の加工方法およびクランクシャフト

Info

Publication number: JP2002200515A
Application number: JP2000401165A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzuki; 武之鈴木
Original assignee: Komatsu Machinery Corp
Current assignee: Komatsu Machinery Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-16
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP4801254B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した疲労強度を確保でき、かつ生産性を
向上させることができるクランクシャフトのピンジャー
ナルＲ溝の加工方法を提供すること。【解決手段】Ｒ溝１５の周方向の中でも基準位置Ｐを
含む疲労強度的に不利な部分を、角度Ａの範囲でインタ
ーナルカッタ２０のＲ溝１５の周方向の相対的な送りを
小さくして加工する。従って、Ｒ溝１５の表面に形成さ
れる突部の突出高さを小さくでき、角度Ａの範囲では、
後工程でのロール仕上げを均一に行うことができ、安定
した疲労強度を得ることができる。また、角度Ａの範囲
外では、インターナルカッタ２０の送りを大きくするた
め、Ｒ溝１５全体の加工に要するサイクルタイムを短縮
でき、生産性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クランクシャフト
のピンジャーナルＲ溝の加工方法およびクランクシャフ
トに係り、特にクランクシャフトミラーによってピンジ
ャーナル端部のＲ溝をフライスカッタで加工する際の加
工方法、および該加工方法で加工されたクランクシャフ
トに関する。

【０００２】

【背景技術】自動車のエンジン等に用いられるクランク
シャフトをクランクシャフトミラーによってフライス加
工（ミーリング加工）することが知られている。このよ
うなクランクシャフトには、コンロッドが軸支されるピ
ンジャーナルが気筒数に応じて設けられており、ピンジ
ャーナルの両端部には、周方向に連続したＲ溝が設けら
れる場合がある。

【０００３】このＲ溝は従来、クランクシャフトミラー
でクランクシャフトのピンジャーナルやメインジャーナ
ルの加工を行った後、旋盤による旋削加工によって設け
られていたが、旋削加工のための設備やメンテナンス等
にかかる費用を削減するために、ピンジャーナルと同様
にクランクシャフトミラーによって加工されることが多
くなっている。そして、加工されたＲ溝は、次工程にお
いてロール仕上げされ、Ｒ溝での疲労強度の向上が図ら
れている。

【０００４】図４（Ａ）には、ピンジャーナル１００の
Ｒ溝１０１部分の断面であって、該Ｒ溝１０１をクラン
クシャフトミラーに装着された半径Ｒのインターナルカ
ッタ１０２で加工した場合（ロール加工前の段階）が示
されており、図４（Ｂ）には、エクスターナルカッタ１
０３で加工した場合が示されている。なお、図示を簡略
化するために、ピンジャーナル１００の断面部分のハッ
チングを省略した。

【０００５】図４（Ａ）において、インターナルカッタ
１０２を用いた場合では、クランクシャフト（ピンジャ
ーナル１００）を固定しておき、カッタ１０２を自転さ
せながらピンジャーナル１００に接触させ、接触させな
がらカッタ１０２をさらにピンジャーナル１００の外周
に沿って公転（ロータリ回転：図中の実線矢印参照）さ
せ、周方向に連続したＲ溝１０１を加工する。

【０００６】一方、図４（Ｂ）において、エクスターナ
ルカッタ１０３を用いた場合では、カッタ１０３を自転
させながらピンジャーナル１００に接触させるが、カッ
タ１０３を公転させず、クランクシャフト（ピンジャー
ナル１００）側をメインジャーナル軸を中心として低速
で自転（図中の実線矢印参照）させてＲ溝１０１を加工
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インターナ
ルカッタ１０２の公転時の送りや、エクスターナルカッ
タ１０３を用いた場合のピンジャーナル１００側の自転
時の送りは、クランクシャフトミラーでの加工に要する
サイクルタイムが全体の生産性を阻害しない程度に設定
されるが、その送りが大き過ぎると、Ｒ溝１０１の外周
面には、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すような多角形状の突
部１０４が形成され、この突部１０４の突出高さδによ
っては、後のロール仕上げによる表面の塑性変形がＲ溝
１０１の周方向で均一におこなわれず、疲労強度にばら
つきが生じる可能性がある。

【０００８】このために現状では、インターナルカッタ
１０２の送りや、エクスターナルカッタ１０３を用いた
場合のピンジャーナル１００側の送りを小さくし、突部
１０４の突出高さδを十分に小さくしてロール仕上げに
よる強度上のばらつきをなくしている。従って、Ｒ溝１
０１自身の加工に要するサイクルタイムが長くなり、生
産性が必ずしも良好とはいえないという問題がある。

【０００９】本発明の目的は、クランクシャフトミラー
等によるフライス加工でＲ溝を設けた場合でも、安定し
た疲労強度を確保でき、かつ生産性を向上させることが
できるクランクシャフトのピンジャーナルＲ溝の加工方
法およびクランクシャフトを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のクランクシャフ
トのピンジャーナルＲ溝の加工方法は、クランクシャフ
トのピンジャーナル端部に設けられたＲ溝のフライスカ
ッタによる加工方法であって、前記Ｒ溝の加工時に、該
Ｒ溝の周方向における疲労強度的に不利な部分では、前
記ピンジャーナルとカッタとの前記周方向の相対的な送
りを、他の部分の送りよりも小さくして加工することを
特徴とする。この際、用いられるカッタとしては、内刃
式のインターナルカッタであってもよく、外刃式のエク
スターナルカッタであってもよい。

【００１１】このような方法によれば、Ｒ溝の疲労強度
的に不利な部分を加工するにあたり、インターナルカッ
タを用いた場合には、当該インターナルカッタの公転時
の送りを他の部分の送りよりも小さくし、エクスターナ
ルカッタを用いた場合には、クランクシャフト側の自転
時の送りを他の部分の送りよりも小さくする。このた
め、疲労強度的に不利な部分では、Ｒ溝の表面に形成さ
れる突部の突出高さが小さくなるため、ロール仕上げが
均一に行われて安定した疲労強度が確実に得られる。ま
た、小さな送りで加工する部分は、疲労強度的に不利な
部分のみであり、他の部分の加工をより大きな送りで加
工するので、その分Ｒ溝全体の加工に要するサイクルタ
イムが短縮され、生産性が向上する。以上により、前記
目的が達成される。

【００１２】また、本発明の加工方法では、前記相対的
な送りを小さくする部分は、前記ピンジャーナルに加わ
る曲げ応力が最大となる部分を中心として、前記周方向
の両側にそれぞれ少なくとも３°以上、６０°以下の範
囲であることを特徴とする。ピンジャーナルに加わる曲
げ応力が最大となる部分を含むその近傍が疲労強度的に
は不利な部分となるが、最大曲げ応力が加わる位置には
変動が生じることもあるため、送りを小さくする部分を
３°よりも狭くしたのでは、その変動を吸収できない可
能性がある。反対に、６０°よりも広くすると、小さな
送りで加工する部分が多くなってサイクルタイムが長く
なり、十分な生産性が得られない可能性がある。

【００１３】そして、特に、前記相対的な送りを小さく
する部分は、前記クランクシャフトのメインジャーナル
の軸中心に最も近い部分を中心として、前記周方向の両
側にそれぞれ少なくとも３°以上、６０°以下の範囲で
あることが望ましい。エンジン駆動時においては、爆発
行程でクランクシャフトのピンジャーナルに加わる曲げ
応力が最大になるが、この爆発行程では、ピストンが上
死点に近い位置にあるため、ピンジャーナルにはメイン
ジャーナルの軸中心に対して最も近い部分を最大として
その遠い部分に向けて曲げ応力が加わる。従って、Ｒ溝
では、周方向の中でもメインジャーナルの軸中心に最も
近い部分が疲労強度的に不利な部分となり、この部分を
中心として送りを小さくする範囲が設定されることによ
り、曲げ応力に確実に対抗することが可能になる。

【００１４】さらに、本発明の加工方法では、前記相対
的な送りは、前記Ｒ溝の外周面に形成される突部の突出
高さが０．０２mm以下となるように設定されていること
が望ましい。０．０２mmよりも大きいと、ロール仕上げ
時の表面の塑性変形が均一に行われにくく、安定した疲
労強度が得られない可能性が高い。

【００１５】一方、本発明のクランクシャフトは、前述
の加工方法によって加工されたクランクシャフトであ
り、当該加工方法を作用することで同様な作用効果が得
られ、前記目的が達成される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るクラン
クシャフト１０を示す正面図、図２は、クランクシャフ
ト１０のピンジャーナル１４の要部を示す拡大図、図３
は、該要部を示す断面図である。

【００１７】クランクシャフト１０は、自動車のエンジ
ン等に用いられるものであって、本実施形態では、直列
四気筒のエンジンに用いられるものである。従って、ク
ランクシャフト１０の回転軸と同じ軸中心Ｃを有する複
数のメインジャーナル１１間には、カウンタウェイト１
２が一体に設けられたクランクウェブ１３を介して合計
四つ（図１では三つを図示）のピンジャーナル１４が設
けられている。

【００１８】ピンジャーナル１４の両端には、本発明の
加工方法で加工されるＲ溝１５が該ピンジャーナル１４
の全周にわたって設けられている。このＲ溝１５は、ピ
ンジャーナル１４全体の周面をインターナルカッタを使
用したクランクシャフトミラーで加工した後、同様なク
ランクシャフトミラーで加工される。この際、本実施形
態では、図２に示すインターナルカッタ２０を用いた。

【００１９】インターナルカッタ２０は、ここでの詳細
な図示を省略するが、円環状のカッタ本体２１と、カッ
タ本体２１の厚み方向の両端側に設けられたカッタチッ
プ２２とを備えている。カッタチップ２２は、カッタ本
体２１の内周に沿ってほぼ等間隔に複数設けられてい
る。図２に示すように、カッタチップ２２の幅方向の間
隔は、ピンジャーナル１４両端のＲ溝１５間の間隔に対
応しており、一つのインターナルカッタ２０で両側のＲ
溝１５を同時に加工することが可能である。

【００２０】この際、ピンジャーナル１４の周方向に対
するインターナルカッタ２０の公転時の送り（ロータリ
送り）は大小の略二段階に設定されている。すなわち、
図３において、一段目としては、Ｒ溝１５の周方向にお
いて、メインジャーナル１１の軸中心Ｃに最も近い位置
としての基準位置Ｐから、周方向の両側にそれぞれ角度
Ａの範囲を加工する際の小さい送りである。なお、基準
位置Ｐは、エンジン駆動中にピンジャーナル１４に加わ
る曲げ応力が最大となる部分であり、疲労強度的に不利
な部分の略中心である。

【００２１】この一段目の送りは、Ｒ溝１５表面に形成
される突部１０４（図４）の突出高さδが０．０２mm以
下、好ましくは０．０１mm以下となるように、次式
（１）によって概ね決定される。０．０２mmよりも大き
いと、後のロール仕上げが良好に行われず、Ｒ溝１５部
分での疲労強度が安定しない可能性が高い。また、突出
高さδを０．０１mm以下にすれば、ロール加工での仕上
げ状態をさらに良好にでき、ひいてはピンジャーナル１
４の角度Ａ内での疲労強度をより安定させることができ
る。

【００２２】ここで、（１）式中のｆはインターナルカ
ッタ２０の公転時の送り、Ｒはインターナルカッタ２０
のチップ２２の刃先までの半径、ｒはピンジャーナル１
４の半径、δは突部１０４の突出高さである。また
（１）式は、カッタ本体２１の周方向の刃数（有効刃
数）が一枚の場合である。

【００２３】

【数１】

【００２４】また、角度Ａとしては、基準位置Ｐから少
なくとも３°以上、６０°以下、好ましくは少なくとも
１０°以上、４５°以下、より好ましくは少なくとも２
０°以上、３０°以下に設定される。ピンジャーナル１
４に加わる曲げ応力が最大となる位置はばらついたり、
エンジンの回転数に応じて意図的に変更される場合が考
えられ、角度Ａが３°よりも狭いと、そのようなばらつ
きや変動を許容できない可能性がある。反対に、６０°
よりも大きいと、送りの小さい部分が多くなって加工に
要するサイクルタイムが長くなり、加工性を阻害する。
従って、角度Ａが少なくとも２０°以上であれば、応力
が最大となる位置が変更されても、その変動を一層確実
に許容でき、また、３０°以下であれば、サイクルタイ
ムを大幅に短縮できる。

【００２５】一方、二段目としては、前記角度Ａの範囲
外の大きな送りであり、この送りは、Ｒ溝１５の加工に
要するサイクルタイムや、後のロール仕上げが支障なく
行えること等を勘案し、できるだけ大きく設定されてい
る。

【００２６】なお、二段階ある送りは実際、連続した加
工途中で瞬間的に変更されるのではなく、大小の送りの
中間程度の送りによる加工を経て段階的に変更される。
ただし、この中間程度の送りでの加工は、インターナル
カッタ２０への負荷やＲ溝１５の仕上げ面等を考慮して
行われるものであって、加工範囲としても非常に狭く、
本発明での作用効果に実質的に影響するものではないか
ら、本実施形態で詳説するのを省略する。

【００２７】このような本実施形態によれば、以下のよ
うな効果がある。Ｒ溝１５の周方向の中でも基準位置Ｐ
を含む疲労強度的に不利な部分を、角度Ａの範囲でイン
ターナルカッタ２０の公転時の送りを小さくして加工す
るので、Ｒ溝１５の表面に形成される突部１０４の突出
高さδを小さくできる。このため、角度Ａの範囲では、
後工程でのロール仕上げを均一に行うことができ、安定
した疲労強度を得ることができる。また、角度Ａの範囲
外では、インターナルカッタ２０の送りを大きくするた
め、Ｒ溝１５全体の加工に要するサイクルタイムを短縮
でき、生産性を向上させることができる。

【００２８】角度Ａは、基準位置Ｐから少なくとも３°
以上に設定されるので、ピンジャーナル１４での曲げ応
力が最大となる位置が多少ずれても、そのずれを確実に
許容でき、疲労強度を確実に確保できる。さらに、角度
Ａは、基準位置Ｐから６０°以下に設定されるので、送
りを小さくする範囲が過剰に広くなく、サイクルタイム
が極端に長くなる心配がない。

【００２９】インターナルカッタ２０の送りを小さくす
る部分は、メインジャーナル１１の軸中心Ｃに最も近い
部分を中心として、その範囲が設定されているため、ク
ランクシャフト１０をエンジンに組み込んだ際にピンジ
ャーナル１４に最も曲げ応力が加わる可能性がある爆発
行程において、その曲げ応力に確実に対抗することがで
き、信頼性の高いエンジンを供給することができる。

【００３０】インターナルカッタ２０の送りは、前記
（１）式に基づき、Ｒ溝１５の外周面に形成される突部
１０４の突出高さδが０．０２mm以下となるように設定
されているため、ロール仕上げ時の表面の塑性変形をよ
り均一に行え、一層安定した疲労強度を得ることができ
る。そして、前記（１）式はカッタに設けられた一つの
場合であるため、インターナルカッタ２０の周方向に沿
って複数のチップ２２が設けられている本実施形態で
は、（１）式で求めた送りで加工すると、実際にはより
小さい突出高さδの突部１０４を形成できる。

【００３１】Ｒ溝１５は、インターナルカッタ２０を用
いたクランクシャフトミラーで加工されるので、加工時
の中心位置補正をピンジャーナル１４毎に行え、旧来の
ような旋盤による切削加工のように、同一回転位相のピ
ンジャーナル毎に旋盤を設け、これらのピン中心の心出
しを行うなどの面倒な作業を省くことができ、この点で
も作業性を良好にできる。また、旧来では、ピンジャー
ナル１４の外周面をクランクシャフトミラーで加工し、
Ｒ溝１５を旋盤で加工していたために、形態の異なる工
作機械部分が二種類必要となり、設備やメンテナンスに
経費がかかっていたが、本実施形態では、ピンジャーナ
ル１４自身の加工もＲ溝１５の加工も同じクランクシャ
フトミラーで行え、経済的に有利である。

【００３２】なお、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、インターナルカッタ２０が
用いられていたが、複数のチップが外周側に設けられた
エクスターナルカッタを用いて本発明に係る加工方法を
実施してもよい。

【００３３】クランクシャフトに設けられるピンジャー
ナルの数等は任意であり、前記実施形態のものに限定さ
れない。

【００３４】Ｒ溝１５の加工は、ピンジャーナル１４自
身の加工の後に行ってもよく、場合によっては、ピンジ
ャーナル１４の加工と同時に行ってもよい。このような
場合、インターナルカッタ２０には、ピンジャーナル１
４の外周等を加工するためのチップも設けられることに
なる。

【００３５】

【実施例】本発明の実施例として、前記実施形態に基づ
き、以下の条件でＲ溝１５の加工を行い、その時のサイ
クルタイムを測定した。・切削速度１４０m/min ・カッタ半径：Ｒ４５mm ・有効刃数（チップ数）１０枚・カッタ回転数２３５rpm ・角度：Ａ約２５° ・送り（角度Ａ内）：ｆ１．５mm/回転・送り（角度Ａ外）：ｆ５．０mm/回転・ピンジャーナル半径：ｒ２２．５mm ・加工長さ１４１mm 以上の条件では、角度Ａ内、すなわち送りの小さい部分
の加工時間が３．４秒、角度Ａ外、すなわち送りの大き
い部分の加工時間が６．２秒であった。従って、Ｒ溝１
５の加工に要するサイクルタイムは９．６秒であった。

【００３６】次に、比較例として、以下の従来の条件
（Ｒ溝１５全周のカッタ送りを前記疲労強度的に不利な
部分のカッタ送りと同じにした）でＲ溝１５の加工を行
い、その時のサイクルタイムを測定した。・切削速度１４０m/min （同上）・カッタ半径：Ｒ４５mm （同上）・有効刃数（チップ数）１０枚（同上）・カッタ回転数２３５rpm （同上）・送り（全周）：ｆ１．５mm/回転・ピンジャーナル半径：ｒ２２．５mm （同上）・加工長さ１４１mm （同上）以上の従来の条件では、Ｒ溝１５の加工に要するサイク
ルタイムは２４．１秒であった。

【００３７】この実施例および比較例によれば、前記実
施形態に基づいた加工でのサイクルタイムの方が従来に
比較して１４．５秒短いことが確認され、生産性が向上
すると認められる。また、前記実施例において、角度Ａ
内での送りによれば、（１）式から求められる突部１０
４の突出高さδは０．００９５mmとなるが、実際には有
効刃数が１０枚であるために、突出高さδはこの値より
も格段に小さいと推測され、ロール加工を均一に行って
ピンジャーナル１４の疲労強度を十分に向上させること
ができると思われる。

【００３８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
クランクシャフトミラー等によるフライス加工でＲ溝を
設けた場合でも、安定した疲労強度を確保でき、かつ生
産性を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るクランクシャフトを
示す正面図である。

【図２】前記実施形態のピンジャーナルの要部を示す拡
大図である。

【図３】前記要部を示す断面図である。

【図４】背景技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１０クランクシャフト１４ピンジャーナル１５Ｒ溝２０フライスカッタであるインターナルカッタ１０４突部Ａ角度Ｐ基準位置 δ 突出高さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクシャフトのピンジャーナル端部
に設けられたＲ溝のフライスカッタによる加工方法にお
いて、前記Ｒ溝の加工時に、該Ｒ溝の周方向における疲労強度
的に不利な部分では、前記ピンジャーナルとカッタとの
前記周方向の相対的な送りを、他の部分の送りよりも小
さくして加工することを特徴とするクランクシャフトの
ピンジャーナルＲ溝の加工方法。
【請求項２】請求項１に記載のクランクシャフトのピ
ンジャーナルＲ溝の加工方法において、前記相対的な送りを小さくする部分は、前記ピンジャー
ナルに加わる曲げ応力が最大となる部分を中心として、
前記周方向の両側にそれぞれ少なくとも３°以上、６０
°以下の範囲であることを特徴とするクランクシャフト
のピンジャーナルＲ溝の加工方法。
【請求項３】請求項２に記載のクランクシャフトのピ
ンジャーナルＲ溝の加工方法において、前記相対的な送りを小さくする部分は、前記クランクシ
ャフトのメインジャーナルの軸中心に最も近い部分を中
心として、前記周方向の両側にそれぞれ少なくとも３°
以上、６０°以下の範囲であることを特徴とするクラン
クシャフトのピンジャーナルＲ溝の加工方法。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかにク
ランクシャフトのピンジャーナルＲ溝の加工方法におい
て、前記相対的な送りは、前記Ｒ溝の外周面に形成される突
部の突出高さが０．０２mm以下となるように設定されて
いることを特徴とするクランクシャフトのピンジャーナ
ルＲ溝の加工方法。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載のクランクシャフトのピンジャーナルＲ溝の加工方法
において、前記カッタは、インターナルカッタまたはエクスターナ
ルカッタであることを特徴とするクランクシャフトのピ
ンジャーナルＲ溝の加工方法。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載された加工方法で加工されたことを特徴とするクラン
クシャフト。