JP5326652B2

JP5326652B2 - 工作機械におけるクランクシャフト駆動装置

Info

Publication number: JP5326652B2
Application number: JP2009043372A
Authority: JP
Inventors: 雅裕井▲土▼
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010194682A

Description

本発明は、種類の異なる複数のクランクシャフトを、ケレによって回転駆動する工作機械におけるクランクシャフト駆動装置に関するものである。

エンジン等に用いられるクランクシャフトは、クランクジャーナル、クランクアーム、クランクピン等により構成されている。クランクシャフトのクランクジャーナルを加工する研削盤等の工作機械においては、一般に、クランクシャフトの両端部をセンタによって支持し、主軸面板に取付けられたケレを、クランクピンやカウンタウエイト部に係合させ、クランクシャフトを回転駆動するようになっている。この種のクランクシャフト駆動装置として、従来、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。

特開平１１−２７７３８７号公報

ところで、クランクシャフトは、同じ４気筒用のクランクシャフトといえども、エンジン等の種類に応じて、その大きさや形状が異なるため、複数のクランクシャフトを加工する場合は、一般にクランクシャフトの種類に合ったケレに段取り替えを行う必要がある。

すなわち、特許文献１に記載されているように、クランクシャフトのクランクピンに係合するケレを設けたものにおいては、種類の異なるクランクシャフトをセンタによって支持した際に、ケレが係合できる位置にクランクピンが存在しないクランクシャフトを回転駆動する場合には、クランクピンに係合できるケレに取り替えることが必要となる。

本発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたもので、種類の異なる複数のクランクシャフトを、ケレを用いて段取り替えなしで回転駆動することができる工作機械におけるクランクシャフト駆動装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明の特徴は、テーブル上に設けられた主軸台および心押台と、これら主軸台および心押台に設けられ、クランクシャフトの両端面に形成したセンタ穴に嵌合して前記クランクシャフトを回転可能に支持する主軸センタおよび心押センタと、前記主軸台に前記両センタの軸線の回りに回転可能に支持された主軸と、該主軸に取付けられ、前記クランクシャフトのカウンタウエイト部に係合して前記クランクシャフトを回転駆動するケレを設けた工作機械におけるクランクシャフト駆動装置において、前記ケレは、第１クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部に係合し、かつ前記第１クランクシャフトと種類の異なる第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部に係合する大径部と、前記ケレが前記第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部に係合する際に、前記第２クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部との干渉を避けるための小径部とを備えていることである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記ケレの大径部の先端位置は、前記第１クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部の後端部に対して前方側に位置し、かつ前記第１クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の後端部より後方側に位置するとともに、前記第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の後端部に対して前方側に位置し、かつ前記第２クランクシャフトの最端部から３つ目のカウンタウエイト部の後端部に対して後方側に位置しており、前記ケレの大径部の後端位置は、前記第２クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部の前端部に対して前方側に位置するとともに、前記第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の前端部に対して後方側に位置していることである。

請求項１に係る発明によれば、ケレは、第１クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部に係合し、かつ第１クランクシャフトと種類の異なる第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部に係合する大径部と、ケレが第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部に係合する際に、第２クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部との干渉を避けるための小径部とを備えている。

従って、カウンタウエイト部に係合するケレによって、種類の異なる第１および第２クランクシャフトを段取り替えを行うことなく、回転駆動することができる。しかも、ケレを第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部に係合させて回転駆動する際に、第２クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部には、ケレの小径部が対応されるため、ケレを第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部にのみ係合させることができ、第２クランクシャフトを安定的に回転駆動することができる。

請求項２に係る発明によれば、ケレの大径部の先端位置は、第１クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部の後端部に対して前方側に位置し、かつ第１クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の後端部より後方側に位置するとともに、第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の後端部に対して前方側に位置し、かつ第２クランクシャフトの最端部から３つ目のカウンタウエイト部の後端部に対して後方側に位置しており、ケレの大径部の後端位置は、第２クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部の前端部に対して前方側に位置するとともに、第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の前端部に対して後方側に位置している。

従って、上記した条件を満足できるケレと種類の異なる複数のクランクシャフトであれば、ケレの大径部によって種類の異なる複数のクランクシャフトを確実に回転駆動することができる。

本発明の実施の形態に係る工作機械におけるクランクシャフト駆動装置の正面図を示すもので、第１クランクシャフトを回転駆動する状態を示している。同じく第２クランクシャフトを回転駆動する状態を示している。第１および第２クランクシャフトの構成を示した図である。図１の４−４線に沿って矢視した図である。ケレと第１および第２クランクシャフトの各カウンタウエイト部との関係を示す図である。本発明の変形例を示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２は、本発明の工作機械におけるクランクシャフト駆動装置の全体を表わす正面図で、図１は後述する第１クランクシャフトＷ１を回転駆動する状態を示し、図２は後述する第２クランクシャフトＷ２を回転駆動する状態を示している。

工作機械、例えば、研削盤のベッド（図示せず）上には、テーブル１０が図の左右方向（Ｚ軸方向）に摺動可能に載置されている。テーブル１０上には主軸台１１と心押台１２がＺ軸方向に所定量離間して設置されている。

主軸台１１には、主軸１３がＺ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能に軸承されている。主軸１３の先端中心部、もしくは主軸１３の中心部に固定された固定軸（図示せず）の先端には、後述するクランクシャフトＷの一端を支持する主軸センタ１５が嵌着されている。また、主軸１３の先端には、主軸面板１６が一体的に設けられ、この主軸面板１６の先端にケレ１７が取付けられている。ケレ１７は、主軸１３の軸線と平行な方向に延在され、クランクシャフトＷのカウンタウエイト部に係合してクランクシャフトＷを回転駆動するようになっている。

一方、心押台１２の主軸軸線方向に摺動可能に支持された心押ラム１８には、クランクシャフトＷの他端を支持する心押センタ１９が、主軸センタ１５と同一の軸線上に嵌着されている。これら主軸センタ１５と心押センタ１９によって、クランクシャフトＷが両センタ１５、１９の軸線の回りに回転可能に支持されるようになっている。

クランクシャフトＷは、種類の異なる複数のクランクシャフトからなっている。実施の形態においては、２種類の第1クランクシャフトＷ１と第２クランクシャフトＷ２からなっている。第１および第２クランクシャフトＷ１、Ｗ２は、ともに４気筒用のものであり、図３に示すように、同軸配置された５つのクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５が配設され、これらクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５によって、クランクシャフトＷ１、Ｗ２の軸心が形成されるようになっている。各クランクジャーナルＪ１〜Ｊ５間には、クランク部が４つ（４気筒分）形成されている。クランク部は、クランクピンＰ１〜Ｐ４と、これらクランクピンＰ１〜Ｐ４とクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５とを連結するクランクアームＣＡ１〜ＣＡ８からなっている。４つのクランクピンＰ１〜Ｐ４は、両側の２つのクランクピンＰ１、Ｐ４と中央側の２つのクランクピンＰ２、Ｐ３が１８０°位相が異なるように配列されている。各クランクアームＣＡ１〜ＣＡ８には、カウンタウエイト部ＣＷ１〜ＣＷ８がそれぞれ一体に設けられている。

クランクシャフトＷ１、Ｗ２のフロント側（主軸台１１側）の一端には、フロント軸部２１がクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５と同心的に形成され、フロント軸部２１の軸端中心部には、主軸センタ１５に嵌合するセンタ穴２２が形成されている。クランクシャフトＷ１、Ｗ２のリア側（心押台１２側）の一端には、リア軸部２３がクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５と同心的に形成され、リア軸部２３の軸端中心部には、心押センタ１９に嵌合するセンタ穴２４が形成されている。

このように、第１および第２クランクシャフトＷ１、Ｗ２は、基本的構成は同じであるが、図３から明らかなように、全長を異にするとともに、各部間の距離を異にしており、また、場合によっては、クランクジャーナルＪ１〜Ｊ５およびクランクピンＰ１〜Ｐ４の径、あるいはピンストローク等を異にしている。

すなわち、図５に詳細に示すように、フロント軸部２１の軸端から最も左端（以下、これを最端部という）のカウンタウエイトＣＷ１の後端面ＣＷ１ｂまでの距離が、第１クランクシャフトＷ１では「Ｓ１」であるのに対し、第２クランクシャフトＷ２では、それよりも小さな「Ｓ２」となっている。また、第１クランクシャフトＷ２のフロント軸部２１の軸端より最端部から２つ目のカウンタウエイトＣＷ２の後端面ＣＷ２ｂまでの距離「Ｓ３」は、第２クランクシャフトＷ２のフロント軸部２１の軸端より最端部から２つ目のカウンタウエイトＣＷ２の前端面ＣＷ２ａまでの距離「Ｓ４」よりも大きくなっている。すなわち、各距離の関係は、Ｓ３＞Ｓ４＞Ｓ１＞Ｓ２となっている。

このような２種類のクランクシャフトＷ１、Ｗ２のカウンタウエイト部ＣＷ１、ＣＷ２を、１つのケレ１７によって回転駆動できるように、ケレ１７とクランクシャフトＷ１、Ｗ２との関係が、以下に述べる条件を満足するように構成されている。

すなわち、ケレ１７は、図５に示すように、全体が所定の径Ｄ０を有する丸棒で構成され、先端には径Ｄ０よりも大きな径（Ｄ１）の大径部３１が形成されている。なお、以下においては、径Ｄ０の軸部を大径部３１と対比するために小径部３２と称することにする。

ケレ１７の大径部３１は、両センタ１５、１９にて支持された第１クランクシャフトＷ１の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１に係合するとともに、両センタ１５、１９にて支持された第２クランクシャフトＷ２の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２にのみ係合するようになっている。

このために、ケレ１７の大径部３１の先端面３１ａは、図５に示すように、少なくとも第１クランクシャフトＷ１の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１の後端面ＣＷ１ｂより前方側（心押センタ１９側）に位置するとともに、第１クランクシャフトＷ１の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２の後端面ＣＷ２ｂより後方側（主軸センタ１５側）に位置されている。しかも、ケレ１７の大径部３１の先端面３１ａは、第２クランクシャフトＷ２の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２の後端面ＣＷ２ｂより前方側に位置し、かつ第２クランクシャフトＷ２の最端部から３つ目のカウンタウエイト部ＣＷ３の後端面ＣＷ３ｂより後方側に位置されている。

さらに、ケレ１７の大径部３１の後端面３１ｂは、少なくとも第２クランクシャフトＷ２の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１の前端面ＣＷ１ａより前方側に位置するとともに、第２クランクシャフトＷ２の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２の前端面ＣＷ２ａより後方側に位置されている。

これにより、ケレ１７によって第２クランクシャフトＷ２を回転駆動する際に、第２クランクシャフトＷ２の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１は、ケレ１７の小径部３２に対応され、ケレ１７の大径部３１が隣り合う２つのカウンタウエイト部（最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１と、最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２）に同時に接触することがなくなる。これにより、通常カウンタウエイト部が黒皮状態であることにより、最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１と、最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２の形状にバラツキが生ずるが、このようなバラツキがあっても、ケレ１７が最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１に係合したり、最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２に係合したりする事態を回避することができる。すなわち、ケレ１７を第２クランクシャフトＷ２の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２にのみ係合させることにより、第２クランクシャフトＷ２を安定的に回転駆動することができる。

次に、本発明の実施の形態における動作について説明する。通常、主軸１３は一定の角度範囲に停止されており、その状態で、例えば、第１クランクシャフトＷ１が主軸台１１と心押台１２の間に手動もしくは自動で搬入され、心押ラム１８の前進により第１クランクシャフトＷ１は主軸センタ１５と心押センタ１９との間に支持される。

その状態で、主軸１３が図略の主軸駆動モータにより回転駆動され、主軸面板１６に取付けられたケレ１７が主軸１３の軸線の回りに回転される。これにより、ケレ１７が、図１および図５に示すように、第１クランクシャフトＷ１の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１に係合し、両センタ１５、１９に支持された第１クランクシャフトＷ１をクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５の軸心の回りに回転駆動する。続いて、図略の砥石台が前進され、砥石台に支持された砥石車４０（図４参照）によって、クランクジャーナルＪ１を除くクランクジャーナルＪ２〜Ｊ５およびリア軸部２３を順次加工する。

第１クランクシャフトＷ１の各クランクジャーナルＪ２〜Ｊ５等の加工が終了すると、砥石台が後退されるとともに、主軸１３が所定の角度範囲に停止され、その状態で、心押ラム１８が後退され、両センタ１５、１９との間より第１クランクシャフトＷ１が搬出される。

上記した動作を繰り返して、第１クランクシャフトＷ１のクランクジャーナルＪ２〜Ｊ５およびリア軸部２３を加工するが、第１クランクシャフトＷ１の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１にケレ１７を係合させて第１クランクシャフトＷ１を回転駆動している関係で、図３に示す左端のクランクジャーナルＪ１およびフロント軸部２１の加工を行うことはできない。かかるクランクジャーナルＪ１およびフロント軸部２１を加工する場合には、別の工作機械（研削盤）で、第１クランクシャフトＷ１を反転した状態でセンタ支持させて行う。

第１クランクシャフトＷ１を加工している状態で、引き続き、第２クランクシャフトＷ２を加工する場合には、ケレ１７を段取り替えすることなく、第２クランクシャフトＷ２の加工を行うことができる。すなわち、主軸１３が一定の角度範囲に停止されている状態で、第２クランクシャフトＷ２を主軸センタ１５と心押センタ１９との間に支持させ、主軸１３を回転駆動すると、主軸面板１６に取付けられたケレ１７が、図２および図５に示すように、第２クランクシャフトＷ２の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２に係合され、第２クランクシャフトＷ２がクランクジャーナルＪ１〜Ｊ５の軸心の回りに回転駆動される。従って、上記したと同様にして、第２クランクシャフトＷ２のクランクジャーナルを順次加工できる。この際、第２クランクシャフトＷ２の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１には、ケレ１７の小径部３２が対応しているため、第２クランクシャフトＷ２のカウンタウエイト部ＣＷ１、ＣＷ２に寸法バラツキ等があっても、第２のクランクシャフトＷ２は最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２のみによって回転駆動され、第２のクランクシャフトＷ２の回転駆動を安定して行うことが可能となる。

なお、第２のクランクシャフトＷ２を、最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２にケレ１７を係合して回転駆動させると、クランクジャーナルＪ１、Ｊ２およびフロント軸部２１の加工が行えなくなるが、当該クランクジャーナルＪ１、Ｊ２およびフロント軸部２１は、上記したと同様に、別の工作機械（研削盤）で加工される。

上記した実施の形態においては、ケレ１７の大部分が小径部３２によって形成され、小径部３２の先端部に大径部３１を設け、この大径部３１を、第１クランクシャフトＷ１の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１に係合させるとともに、第２クランクシャフトＷ２の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２に係合させるようにした例について述べたが、例えば、図６に示すように、ケレ１７の大部分を大径部１３１によって形成し、ケレ１７の大径部１３１が第２クランクシャフトＷ２の最端部から２つ目のカウンタウエイト部ＣＷ２に係合する際に第２クランクシャフトＷ２の最端部のカウンタウエイト部ＣＷ１に対応する一部に、小径部１３２を設けた構成であってもよい。

上記した実施の形態においては、種類の異なる２種類のクランクシャフト（第１および第２クランクシャフトＷ１、Ｗ２）を、ケレ１７を段取り替えすることなしで回転駆動する例について述べたが、図５を参照して述べた条件を満たすものであれば、２種類のクランクシャフトに限らず、何種類ものクランクシャフトを回転駆動することも可能である。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。

本発明に係るクランクシャフト駆動装置は、種類の異なる複数のクランクシャフトを、カウンタウエイト部に係合するケレによって回転駆動する工作機械に用いるのに適している。

１１…主軸台、１２…心押台、１３…主軸、１５…主軸センタ、１６…主軸面板、１７…ケレ、１８…心押ラム、１９…心押センタ、３１…大径部、３２…小径部、Ｗ１…第１クランクシャフト、Ｗ２…第２クランクシャフト、２２…、ＣＷ１…最端部のカウンタウエイト部、ＣＷ２…最端部から２つ目のカウンタウエイト部、ＣＷ３…最端部から３つ目のカウンタウエイト部。

Claims

テーブル上に設けられた主軸台および心押台と、これら主軸台および心押台に設けられ、クランクシャフトの両端面に形成したセンタ穴に嵌合して前記クランクシャフトを回転可能に支持する主軸センタおよび心押センタと、前記主軸台に前記両センタの軸線の回りに回転可能に支持された主軸と、該主軸に取付けられ、前記クランクシャフトのカウンタウエイト部に係合して前記クランクシャフトを回転駆動するケレを設けた工作機械におけるクランクシャフト駆動装置において、
前記ケレは、第１クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部に係合し、かつ前記第１クランクシャフトと種類の異なる第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部に係合する大径部と、前記ケレが前記第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部に係合する際に、前記第２クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部との干渉を避けるための小径部とを備えていることを特徴とするクランクシャフト駆動装置。
請求項１において、前記ケレの大径部の先端位置は、前記第１クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部の後端部に対して前方側に位置し、かつ前記第１クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の後端部より後方側に位置するとともに、前記第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の後端部に対して前方側に位置し、かつ前記第２クランクシャフトの最端部から３つ目のカウンタウエイト部の後端部に対して後方側に位置しており、前記ケレの大径部の後端位置は、前記第２クランクシャフトの最端部のカウンタウエイト部の前端部に対して前方側に位置するとともに、前記第２クランクシャフトの最端部から２つ目のカウンタウエイト部の前端部に対して後方側に位置していることを特徴とするクランクシャフト駆動装置。