JP2004344978A - ディープローリング用の改良された上側および下側工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 性能の改良及び加工時間の短縮が可能なディープローリング工具を提供する。
【解決手段】 第一および第二のハウジングと、そのハウジング内に配置されて被加工物の周囲に半径方向に配置することができ、少なくとも一つの加工ロールを半径方向に支持するバックアップ・ロールをそれぞれ有している三つの工具本体とを含む。工具本体は同平面に配置されて、被加工物の環状領域の周面に実質的に同時にそれぞれの加工ロールを係合させる。少なくとも一つの工具は他の工具に対して移動でき、これによってディープローリングするための被加工物、例えば自動車のクランクシャフトの取付けまたは取外しを可能にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、広くディープローリング工具、およびエンジンのクランクシャフトの隅肉や大応力負荷が作用する他の金属製被加工物の環状部分のディープローリング（ｄｅｅｐ ｒｏｌｌｉｎｇ）処理に関し、とりわけ、本発明は、複数の工具組立体が被加工物のまわりに配置される、ディープローリング用に改良された上側および下側の工具設計に係るものである。本願は２００３年５月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／４７１８９９号による利益を請求する。

この技術分野は、以下の参考文献、すなわちゴッツシャルク氏の米国特許第５４９７３８号、ゴッツシャルク氏その他の米国特許第５４４５００３号、ボン氏の米国特許第５４９３７６１号、ウィルケンス氏の米国特許第５１３８８５９号、ベツシュライン氏の米国特許第４５６１２７６号、オスタータッグ氏の米国特許第４９４７６６８号によって例示される。

多くの最新の自動車では、比較的小型の新車に搭載するために、エンジンが小型化されている。クランクシャフトやカムシャフトのようなその他の自動車構成部材は小型エンジンに適合するように、また重量を減少させ燃料効率を改善するために、小型化されている。部材のこのような小型化は、古い大きなエンジン部材と比べた場合にしばしば強度および耐久性を低下させる。とりわけ、小型化されたクランクシャフトの強度および耐久性を向上させることが必要である。クランク・ピンおよび主軸受の疲労強度および耐久性はさまざまな製造工程によって大幅に高めることができる。

この分野では、クランクシャフトやカムシャフトのような金属製被加工物の強度増大および仕上げのために、広くさまざまな機械および工程が知られている。とりわけ、カム***部がクランクシャフトと合流する箇所のクランクシャフト周面に沿って環状溝を「ディープローリング」またはプレス加工することが知られている。典型的な工程では、クランクシャフトまたは同様の伸長形状の被加工物がディープローリング工具に係合される。この分野で「加工ロール」として知られている工具のロールを、回転しているクランクシャフトのシャフト部分に押圧するために力が加えられる。加工ロールの力はシャフト部分に圧縮力を加え、シャフトを円周に沿って変形させて環状溝を形成する。このような応用例の一つにおいて、加工ロールはピン・ジャーナルと、その隣接する釣合錘または釣合用ウェブとの間の環状隅肉の中央箇所に対して加工を行うようになされる。このようなクランクシャフト／カムシャフトの変形または予備応力付与が被加工物の強度および耐久性を大幅に向上させることが示されている。

周知の工程／組立体は、「下側工具」と対向配置される単一の上側ディープローリング工具をしばしば使用する。下側工具の目的は、加工ロールによって力が加えられる箇所の反対側のシャフト側面を支持することである。これらの装置は長年に亘って非常に良好に使用されてきたが、ディープローリング工程を遂行するために別々な二つの形式の工具、すなわちディープローリング工具と下側工具とを使用することに欠点が無いわけではない。さまざまな下側工具の設計が技術的に知られているが、多くの周知の設計は比較的複雑である。別々の工具を使用することにより、各々の工具に対する別個の保守、検査、修理、および清掃の作業も必要になる。さらに、単一のディープローリング工具を有する従来設計では、加工すべきシャフトの全周に対して加工ロールを作用させるために被加工物であるシャフトを完全に一回転させることが必要であり、被加工物が適正に加工されるまでには、何回もの比較的時間のかかるシャフトの回転がしばしば必要とされる。設計および加工効率における小幅な改良でさえ、この産業界ではしばしば歓迎される。

本発明の目的は、ディープローリング工具性能および加工時間を改良する新規な設計を提供することである。

本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を検討することで明白となるであろう。

本発明は、被加工物の周囲に半径方向に（ｒａｄｉａｌｌｙ）配置される複数の実質的に類似のディープローリング工具を含む。複数の工具は同平面に配向されて、実質的に同時にそれぞれの加工ロールを被加工物の環状領域の周面に係合させる。少なくとも一つの工具が他の工具に対して移動でき、これによってディープローリングするための被加工物、例えば自動車のクランクシャフトの取付けまたは取外しを可能にしている。

図１を参照すれば、本発明の好ましい実施例のディープローリング工具組立体１０が示されている。組立体１０は、例えば自動車のクランクシャフト「Ｗ」である被加工物のまわりに配置される三つの独立したディープローリング工具１２ａ〜１２ｃを含むことが好ましい。好ましい実施例では、三つの実質的に同じディープローリング工具が組立体１０に含まれるが、４つ以上のディープローリング工具を使用した他の実施例（例えば、クランクシャフトよりも大きな直径を有する被加工物用）も考えられる。三つの工具１２ａ〜１２ｃはクランクシャフトＷの周囲に実質的に半径方向に対称的に配置されることが好ましく、またクランクシャフトＷに加工ロール１４ａ〜１４ｃが同時に係合される。ディープローリング加工の間、機械的な力が工具１２ａ〜１２ｃのうちの一つ以上に加えられて工具を内方へ向けてクランクシャフトＷを押圧する。クランクシャフトＷが回転されることが好ましく、加工ロール１４ａ〜１４ｃはクランクシャフトＷのまわりに円周方向に圧縮溝を形成する。

図２を参照すれば、組立体１０としての使用に適当な複数のディープローリング工具本体１２ｄ〜１２ｆの斜視図が示されている。各工具本体１２ｄ〜１２ｆは、ハウジングまたはケーシング２２を含み、これは二部品ケーシングであることが好ましく、バックアップ・ロール（図２に示されていない）を収容する。バックアップ・ロールは従来方法で一対の加工ロール１４を回転可能に支持し、ハウジング内部に取付けられたシャフト４８のまわりで回転する。加工ロール１４は比較的硬い鋼で形成されることが好ましく、また実質的に従来のディスク形状をした加工ロールであることが好ましい。ケージ１６がケーシング２２に取付けられて加工ロール１４を保持する。ケージは、単体のケージまたは複数部品からなるケージのいずれも好ましい。図１および図２に示される工具本体１２は捩り式の工具であり、相補的な第一のハウジング部分４２および第二のハウジング部分４４を有することが好ましい。好ましい実施例では、ハウジング部分は固定位置と開放位置との間で相対的に回転できる。一方のハウジング部分、例えば第一のハウジング部分４２は他方のハウジング部分４４から突出する固定具５６を受入れる複数の円弧状の切欠き５４を含むことが好ましい。ハウジングの相対的な回転が固定具５６を切欠き５４のいずれかの端部に位置決めすること、または固定具５６の頭部によりハウジング部分の分離が防止される第一の位置と、ハウジング部分が分離可能とされる第二の位置との間で位置決めすることが好ましい。工具本体１２ｄ〜１２ｆは複数の半径方向に配置された清掃用、冷却用および／または内部の構成要素のための潤滑用の開口４６をハウジング部分４２またはハウジング部分４４にさらに含むことができる。ここで使用されている捩り式工具の完全な説明は、２００４年４月８日付出願された「二部品上側工具」と題する出願人の関連出願である米国特許出願（代理人整理番号１２０７−００１０９）に見ることができる。この出願は本明細書にその記載内容全体が援用される。図３を参照すれば、図１および図２に示した工具と同様のディープローリング工具本体１２の断面図が示されている。簡明化のために、図２の構成要素と同様な図３の構成要素には同じ符号を付している。図３はバックアップ・ロール１８を示しており、このバックアップ・ロールはシャフト３４のまわりにリング軸受３２上を回転する。図示したとおり、工具の作動中は、加工ロール１４がバックアップ・ロール１８に係合し、好ましくは一緒に回転する。ここに記載するこの工具は一対の加工ロールを含み、それらの加工ロールは各々の工具が一対の均等に隔てられた圧縮溝をクランクシャフトＷの周囲に形成するように（または、形成を促進するように）間隔を隔てられている。しかしながら、代替実施例（図示せず）として単一の加工ロールのみを有する工具を使用することも考えられる。適当なディープローリング工具が組立体１０に使用でき、またこの説明を制限と捉えるべきでないことは当業者には認識されるであろう。

図１に戻って参照すれば、好ましい実施例において、工具１２ａ〜１２ｃは実質的に同平面にあり、加工ロール１４ａ〜１４ｃの全てがそれと実質的に同じ平面内で同時にクランクシャフトＷと係合するようになされ、または二つの加工ロールが各工具１２に備えられている場合は二つの平面内で、同時にクランクシャフトＷと係合するようになされている。留意すべきは、或る考えられる実施例において工具１２ａ〜１２ｃは、従来技術と比較して縮小工具、すなわち「ミニ工具」とされることである。それらの縮小工具１２ａ〜１２ｃは、より効率が高く、利用可能なモジュール化されたディープローリング装置を生み出す。被加工物のまわりに配置されたときに加工エッジは円周を定めることが好ましく、それらのエッジは被加工物に対して接するように位置される。この結果、クランクシャフトＷが回転させられると、独立した３つの加工ロールの組合せによって環状溝がクランクシャフトＷのまわりに円周方向に好ましく形成される。工具のうちの二つ、例えば図１に示されるように工具１２ａ，１２ｂは第一のハウジング２０に取付けられる一方、第三の工具１２ｃは別の第二のハウジング２１に取付けられる。好ましい設計では、第一のハウジング２０は実質的に静止する一方、第二のハウジング２１は移動可能とされてクランクシャフトＷがディープローリング工具組立体１０に取付けまたは取外しできるようにされる。このような設計では、ハウジング２１は、例えばロボットまたは機械化された搬機によるクランクシャフトＷの取外しまたは初期取付けを可能にするために、逸れるように揺動されるか持上げられる。図１は図解を目的とするのみであり、ハウジング２０，２１の配向／位置決めは本発明の範囲から逸脱せずに変更できることを認識すべきである。例えば、ハウジング２０（二つの工具１２ａ，１２ｂを有する）はクランクシャフトＷの下側に配置され、ハウジング２１は被加工物Ｗの頂部に位置するように揺動されることができる。同様に、ハウジング２０，２１は、ハウジング２１（単一の工具を有する）がクランクシャフトＷの下側に位置され、ハウジング２０内に位置する二つの工具がクランクシャフトＷの上方から所定位置へ揺動または降下されることができる。ハウジング２０，２１はまた互いに二つの工具を保持して、最大８個の加工ロールで各被加工物を加工するようにできる。留意すべきは、ハウジング２０，２１のポケット部（凹部）内への工具１２ａ〜１２ｃの固定のためにどのような周知の固定手段も使用できることである。ポケット部は、工具１２ａ〜１２ｃが被加工物に対して適正に整合された加工ロール１４ａ〜１４ｃを有するように適当に角度を付される。留意すべきは、工具は全て同じものであり、それにより工具は互いに交換でき、保守または修理のために容易に組立ておよび分解ができるようになっていることである。工具１２ａ〜１２ｃはハウジング２０，２１内に、ばね錠配置、キー止め装置、固定具、ばね、拘留具、および物体を他の物体に固定することのできる他のいずれかの周知の固定技術によって固定できる。本発明は完全なモジュール化したディープローリング機構であり、もし設計上必要とされるならばハウジング内にスナップ止めまたは固定される従来技術の下側ロールを有することもできる。

工具１２ａ〜１２ｃを実質的に平面状態に配置することで、組をなす三つの加工ロール１４ａ〜１４ｃの全てが同時にクランクシャフトＷに係合する。従って、各々が第一および第二の加工ロールを含む三組の加工ロールは、クランクシャフトＷの実質的に同じ二つの環状部分、すなわち各組の第一の加工ロールが整合される第一の環状部分（図示せず）および各組の第二の加工ロールが整合される第二の環状部分（図示せず）に当たる。クランクシャフトＷの全周に沿って単一の「走路」をディープローリングするためには、クランクシャフトを約１２０゜回転させることのみが必要となる。従って、組をなす加工ロール１４ａ〜１４ｃの接触点が三つであるので、クランクシャフトＷを完全に一回転すると、一組の加工ロールを有する単一のディープローリング工具のみを備えた組立体の行う加工のほぼ三倍の加工を行うことになる。

説明したように、複数のディープローリング工具はクランクシャフトＷの周囲に実質的に対称的に配置できることが好ましい。従って、以前の設計のようにディープローリング工具と反対側でクランクシャフトを支持するための従来の「下側工具」の使用は不要となる。（受動的な下側工具を不要とする）単一工具形式を使用することにより、装置全体の部品の多種化および複雑化を軽減できる。さらに、組立体１０は実質的に同一のディープローリング工具を好ましく使用するので、保守費用および装置の休止時間（ダウン・タイム）が短縮できる。何故なら、２つの別々な形式の工具の修得、較正、清掃、保守が不要となるからである。さらに、工具の磨耗時間は多種の工具形式を使用する設計よりも変化が少ないため、単一工具形式の使用により保守は容易となる。最後に、被加工物と係合可能な加工ロールを全ての工具が有する複数のディープローリング工具を使用することにより、全ての一つの被加工物をディープローリングするために必要な時間が実質的に短縮され、従って費用が低減され、全加工時間が短縮される。

本発明の説明は図解を目的とするだけであって、いかようにも本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきでない。特定の開示実施例が本発明の利益、目的および有利性を充足するために十分に考慮されたことが明白であるように、本発明の説明はその完全且つ公正な意味および範囲から逸脱せずに、または適正な範囲または従属項の公正および必然的な適用から逸脱せずに、変更を行い得ることを認識しなければならない。

本発明の好ましい実施例のディープローリング工具組立体の側面図。 図１に示したものと類似のディープローリング工具組立体の斜視図。 図１および図２に示したディープローリング工具に類似のディープローリング工具の断面図。

Claims (20)

1. 第一および第二のハウジングと、
   前記ハウジング内に配置される三つの工具本体とを含み、
   前記三つの工具本体が被加工物の周囲に半径方向に配置可能であり、前記工具本体のそれぞれが少なくとも一つの加工ロールを回転可能に支持するバックアップ・ロールを有しており、
   少なくとも一つの前記工具本体が移動可能であり、これにより前記加工ロールが被加工物との係合を解除されるか、または被加工物と実質的に同時に係合されるようになっているディープローリング装置。
2. 前記工具本体のそれぞれが二つの加工ロールを含む請求項１に記載されたディープローリング装置。
3. 前記工具本体の一つを支持および受止めるための少なくとも一つのポケット部を前記ハウジングが有している請求項１に記載されたディープローリング装置。
4. 第三の工具本体が他の工具本体に対して移動可能である請求項３に記載されたディープローリング装置。
5. 前記工具本体が被加工物に係合されるとき、被加工物の周囲に実質的に半径方向に対称的に配置されるようになっている請求項１に記載されたディープローリング装置。
6. 四つの工具本体を含むディープローリング装置であって、該工具本体の各々が、少なくとも一つの加工ロールを回転可能に支持するバックアップ・ロールを有している請求項１に記載されたディープローリング装置。
7. 実質的に同一面に半径方向に配置された複数の工具本体と、
   被加工物に係合するように前記工具本体に別々に回転可能に支持された少なくとも三つの加工ロールとを含み、
   前記加工ロールは共通面内で被加工物に接触するように配向されている、伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
8. 三つの工具本体を含む請求項７に記載された伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
9. 四つの工具本体を含む請求項８に記載された伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
10. 第一および第二の工具本体を支持するハウジングを含む請求項８に記載された伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
11. 第三の工具本体が前記半径方向の配置から外れる方向へ移動可能である請求項１０に記載された伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
12. 前記第一および第二の工具本体と実質的に同一面内にある状態で、前記第三の工具本体が前記半径方向の配置となるように、またはその配置から外れるように移動可能である請求項１１に記載された伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
13. 前記半径方向の配置が実質的に半径方向に対称的な配置である請求項１２に記載された伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
14. 前記半径方向の配置において、前記少なくとも三つの加工ロールの縁が、円周を定めるとともにその円周に接する請求項７に記載された伸長形状の被加工物をディープローリングする装置。
15. 少なくとも一つのポケット部をその内部に有する複数のハウジングと、
    バックアップ・ロールをその内部にそれぞれ回転可能に含む複数の工具本体と、
    前記バックアップ・ロールによって個々の前記工具本体内にそれぞれ回転可能に支持された少なくとも三つの加工ロールとを含み、
    前記工具本体は前記ハウジングの前記ポケット部内に配置され、前記工具本体は被加工物をディープローリングするために半径方向の配置に位置決め可能であり、前記半径方向の配置において前記加工ロールはそれによって定められる円周に実質的に接しており、
    前記工具本体の少なくとも一つが前記半径方向の配置から移動可能である、モジュール化されたディープローリング装置。
16. 前記工具本体のそれぞれが第一および第二の本体部材を含み、前記本体部材は固定位置と開放位置との間で互いに回転可能であり、前記本体部材は前記開放位置で分離可能である請求項１５に記載されたモジュール化されたディープローリング装置。
17. 第一のハウジングが前記工具本体のうちの少なくとも二つを支持している請求項１５に記載されたモジュール化されたディープローリング装置。
18. 前記工具本体のうちの少なくとも一つが前記第一のハウジングに対して移動可能であり、これにより前記工具本体は実質的に同一面の半径方向に対称的な配置、および実質的に同一面の非対称な配置に位置決めできるようになっている請求項１７に記載されたモジュール化されたディープローリング装置。
19. 前記ハウジングの前記ポケット部のすべての間で前記工具本体が互いに交換できるようになっている請求項１５に記載されたモジュール化されたディープローリング装置。
20. 前記工具が縮小寸法を有し、作動時に前記ポケット部内に固定され、前記工具が取外し可能である請求項１５に記載されたモジュール化されたディープローリング装置。

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