JPH04102770U

JPH04102770U - 孔内加工装置

Info

Publication number: JPH04102770U
Application number: JP398491U
Authority: JP
Inventors: 正応本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1992-09-04

Abstract

(57)【要約】［目的］この考案は、部材に形成された孔の内周面を均
一に打撃する事により疲労強度を向上させることを最も
主要な特徴とする。［構成］この孔内加工装置は、加工しようとする孔内に
おいてこれの中心軸線回りに回転自在に支持され、内部
に中空部２０が形成されたノズル１８と、このノズル１
８の先端部に半径方向に沿つて貫通した状態で形成され
た少なくとも１本のボール収納溝４２と、各ボール収納
溝４２内に半径方向に沿つて移動可能に、且つ、脱落を
防止された状態で収納され、外周部がノズル１８の外周
面から半径方向外方に突出すると共に、内周部がノズル
１８の中空部２２内に位置する様になされたボール４４
と、ノズル１８の中空部２２内にこれの中心軸線に沿つ
て移動可能に、且つ、中心軸線回りに相対回転可能に配
設され、先端にボール４４に係合する多角錐部４０ｃが
一体的に形成されたロツド４０と、このロツド４０を、
これの多角錐部４０ｃがボール４４に係合して、このボ
ールを半径方向外方に移動する様に付勢する付勢機構４
６とを具備する事を特徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、部材に形成された穴の疲労強度を向上させるための孔内加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、例えば、周期的に変化する大きな負荷が作用する鋼製クランクシヤフトの疲労強度を向上させるために、高周波焼き入れにより、クランクシヤフト表面の金属組織をマルテンサイト化させて体積膨張を起こす事により圧縮残留応力を得る方法が多く用いられている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した鋼製クランクシヤフトの場合には、これの半径方向に沿つて潤滑油供給用の孔が多数形成されており、近年のエンジンの高出力化に伴い、単にピンやジヤーナルの外表面のみの疲労強度を向上させただけでは、全体的な疲労強度を所望の値まで高めることが出来ず、エンジンの高出力化に対応する事が困難となつてきている。特に、上述した高周波焼き入れに夜圧縮残留応力を得る方法は、この孔の奥深くまで行う事は困難であり、これにより孔内の疲労強度を向上させる事は難かしいものである。

【０００４】ここで、部材の外周に環状の溝が形成されている場合、即ち、溝が外方に向けて開放された状態で形成されている場合には、例えば、特開昭６１−１７８１７３号公報に示される様に、環状溝を切削形成後、この環状溝に円形ダイスの環状突条を係合し、且つ、圧接転動させる事により、環状溝の面粗度を向上させ、また、その硬度強化を図り、その加工精度を均一化させる技術が知られている。しかし、このような従来技術は、環状溝が部材の外周に形成されている場合には適用する事が可能であるが、上述した様に、部材に中心部に向けて半径方向に沿つて延出する孔の内周面に適用する事はその構造上不可能であり、孔の内周面の疲労強度を確実に向上させる技術改善が要望されている。

【０００５】この考案は上述した課題に鑑みなされたもので、この考案の目的は、孔の内周面に圧縮残留応力を発生させて、孔内の疲労強度の向上を図る事の出来る孔内加工装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上述した目的を達成するため、この考案に係わる孔内加工装置は、加工しようとする孔内に挿入されると共に、この孔内においてこれの中心軸線回りに回転自在に支持され、内部に中空部が形成されたノズルと、このノズルの先端部に半径方向に沿つて貫通した状態で形成された少なくとも１本のボール収納溝と、各ボール収納溝内に半径方向に沿つて移動可能に、且つ、脱落を防止された状態で収納され、外周部がノズルの外周面から半径方向外方に突出すると共に、内周部がノズルの中空部内に位置する様になされたボールと、前記ノズルの中空部内にこれの中心軸線に沿つて移動可能に、且つ、中心軸線回りに相対回転可能に配設され、先端に前記ボールに係合する多角錐部が一体的に形成されたロツドと、このロツドを、これの多角錐部が前記ボールに係合して、このボールを半径方向外方に移動する様に付勢する付勢機構とを具備し、前記ノズルを回転駆動する事により、前記孔の内周面を前記ボールにより連続的に打撃して、前記孔の内周面の強度を向上させる事を特徴としている。

【０００７】

【作用】

以上の様に、課題を解決するための手段を構成する事により、ノズルを回転駆動する事により、ボールは孔の内周面を周方向に沿つて移動（公転）すると共に、多角錐部の稜線を越える毎に、半径方向外方に偏倚され、孔の内周面を連続的に打撃して、この内周面の全面に渡り圧縮残留応力を発生させ、孔の内周面の疲労強度を向上させる事が出来る事になる。

【０００８】

【実施例】以下に、この考案に係わる孔内加工装置の一実施例の構成を、図１乃至図６を参照して、詳細に説明する。図１に示す様に構成された、この一実施例の孔内加工装置１０は、図２に示すように、鋼製クランクシヤフトＣＳに、これの半径方向に沿つて多数形成された潤滑油供給用の孔ＨＬの内周面に圧縮残留応力を発生させ、この孔ＨＬの内周面の疲労強度を向上させるために用いられる様に構成されている。

【０００９】即ち、この孔内加工装置１０は、図１に示す様に、一端（図中左端）が開放されたシリンダ状のホルダ１２を備え、このホルダ１２の他端（図中右端）は図示しないボール盤のような回転駆動機構に、チヤツク機構を介して取り付けられる様に構成されている。即ち、このホルダ１２内には、図中左端において開口された断面円状の中空部１４が形成されている。また、このホルダ１２の中程には、半径方向に沿つて延出するピン取り付け穴１６が、中心を貫通した状態で形成されている。このホルダ１２の中空部１４内には、図中左方からノズル部材１８が挿入されている。

【００１０】このノズル部材１８は、ホルダ１２内に挿通され、これと一体的に回転される太円筒状のノズル基部１８ａと、このノズル基部１８ａの先端に、これと同軸に一体的に形成され、上述した孔ＨＬ内に挿入される細円筒状のノズル本体１８ｂとから構成されている。このノズル基部１８ａ内には、図中右端が開放された断面円状の中空部２０が形成され、また、ノズル本体１８ｂ内には、これの中心軸線に沿つて延出し、左右両端が夫々開放され、特に、右端において、上述した中空部２０に連通され、後述するロツドが挿通される断面円状のロツド挿通穴２２が形成されている。ここで、図３に示す様に、ノズル部材１８をホルダ１２と一体回転させるために、中空部１４に挿通されるノズル基部１８ａの部分には、上述したピン取り付け穴１６と整合した状態で、ピン挿通穴２４が形成され、これらピン取り付け穴１６とピン挿通穴２４とを共に挿通した状態で、ピン２６が取り付けられている。

【００１１】尚、ホルダ１２に形成されたピン取り付け穴１６の直径は、ピン２６の直径と略同一に設定され、ここに挿通されたピン２６を緊密に保持されている。そして、このピン２６は、図３に示す様に、止めねじ２８を介して、ホルダ１２に一体的に固着されている。一方、ノズル部材１８のノズル基部１８ａに形成されたピン挿通穴２４は、ピン２６の直径よりも大きな、所謂ばか穴として形成されている。この結果、ノズル部材１８はホルダ１２と一体回転するものの、ピン挿通穴２４とピン２６の直径の差分だけの余裕（遊び）を持つて、回転方向に関しても、また、軸方向に関しても、緩く連結される事になる。

【００１２】ここで、この一実施例においては、ホルダ１２とノズル部材１８との間の軸方向に沿う遊びを弾性的に吸収するために、遊び吸収機構３０が設けられている。この遊び吸収機構３０は、ノズル部材１８の中空部２０の右端を閉塞するキヤツプ部材３２と、このキヤツプ部材３２の右端面に形成された円錐状の凹部３４と、この凹部３４に係合する押圧ボール３６と、この押圧ボール３６を図中左方に付勢するコイルスプリング３８とから構成されている。このように遊び吸収機構３０を構成する事により、ノズル部材１８はホルダ１２に対して常時左方に付勢され、軸方向に沿う遊びは弾性的に吸収される事となる。

【００１３】一方、このノズル部材１８内には、ロツド部材４０が軸方向に沿つて移動可能に、且つ、ノズル部材１８に対して相対回転可能に収納されている。詳細には、このロツド部材４０は、ノズル部材１８のノズル基部１８ａに形成された中空部２０内に位置し、この中で摺動可能なロツド基部４０ａと、このロツド基部４０ａの先端に、これと同軸に一体的に形成され、上述したノズル本体１８ｂに形成されたロツド挿通穴２２内を摺動可能に挿通するロツド本体４０ｂとから構成されている。そして、このロツド本体４０ｂの先端には、図４に示す様に、多角錐部、具体的には、この一実施例においては、正六角錐部４０ｃが形成されている。即ち、この正六角錐部４０ｃは、６枚の略３角形状の平面ＰＬ₁ 〜ＰＬ₆ から構成されており、互いに隣接する平面ＰＬ₁ ；ＰＬ₂ ，ＰＬ₂ ；ＰＬ₃ ，ＰＬ₃ ；ＰＬ₄ ，ＰＬ₄ ；ＰＬ₅ ，ＰＬ₅ ；ＰＬ₆ ，ＰＬ₆ ；ＰＬ₁ は、直線状の稜線ＲＳ₁ 〜ＲＳ₆ で夫々仕切られている。尚、このロツド本体４０ｂの先端は、ノズル本体１８ｂ内で終端している。

【００１４】また、このノズル本体１８ｂの、上述したロツド本体４０ｂが終端している付近には、半径方向に沿つて延出し、互いに整合する２本のボール収納溝４２が、互いに対向した状態で形成されている。即ち、各ボール収納溝４２の外方端は、ロツド本体４０ｂの外周面において開口し、内方端は、ロツド挿通孔２２と連通している。また、各ボール収納溝４２内には、各々から脱落不能な状態で、打撃ボール４４が収納されている。即ち、各打撃ボール４４は対応するボール収納溝４２内において、図５に示す様に、その全体が実質的にボール収納溝４２内に位置する収納位置と、図６に示す様に、その外方端がロツド本体４０ｂの外周面から外方に突出した突出位置との間で、半径方向に沿つて摺動自在になされている。

【００１５】更に、この一実施例においては、ロツド本体４０ｂの先端に形成された正六角錐部４０ｃを打撃ボール４４に確実に係合させると共に、打撃ボール４４への係合を介して、これを孔ＨＬの内周面に所定の圧接力で圧接させるために、ロツド基部４０ａ内には、付勢機構４６が配設されている。この付勢機構４６は、図１に示す様に、中空部２０の内周面に形成された雌ねじ部２０ａに螺合する雄ねじ部４８ａを有するストツパ部材４８を備え、更に、このストツパ部材４８とロツド部材４０との間において、ストツパ部材４８からロツド部材４０に向けて順次配設された所の、第１のスペーサ５０と、複数の、この一実施例においては４枚の皿ばねから構成された皿ばねアツセンブリ５２と、第２のスペーサ５４と、複数の転動ローラ５６と、第３のスペーサ５８とを備えた状態で構成されている。即ち、この付勢機構４６においては、第３のスペーサ５８が、直接的にロツド部材４０のロツド基部４０ａの右側面に当接している。

【００１６】このように付勢機構４６は構成されているので、皿ばねアツセンブリ５２で発生した付勢力は、複数の転動ローラ５６を介してロツド部材４０に伝達される事になる。この結果、ロツド部材４０は、この付勢機構４６により図中左方に向けて付勢され、ロツド部材４０の先端に形成された正六角錐部４０ｃは、打撃ローラ４４に圧接する事になる。従つて、各打撃ローラ４４は、半径方向外方に向けて所定の付勢力で付勢されることになる。

【００１７】尚、図１に示す様に、ノズル部材１８のノズル本体１８ｂの先端には、ロツド挿通穴２２の先端開口を閉塞した状態で、閉塞部材６０が螺着されている。詳細には、この閉塞部材６０は、ロツド挿通穴２２の先端の内周面に形成された図示しない雌ねじ部に螺合する雄ねじ部６０ａと、この雄ねじ部６０ａの右側面から、上述した正六角錐部４０ｃの先端（即ち、頂点）に向けて延出するストツパロツド６０ｂとから一体的に形成されている。このように、閉塞部材６０を取り付ける事により、正六角錐部４０ｃの先端にストツパロツド６０ｂが当接した状態で、ロツド部材４０の最大左方偏倚位置が規定される事になる。

【００１８】また、図１に示す様に、ホルダ１２の内周面とノズル部材１８のノズル基部１８ａの外周面との間には、一対の弾性リング６２が介設されている。これら弾性リング６２の配設により、上述したピン２６とノズル部材１８との間に存在する「遊び」に基づく所の、孔ＨＬの中心軸線とホルダ１２の中心軸線との非整合状態におけるコンプライアンスが担保される事となる。

【００１９】以上の様に構成される孔内加工装置１０における加工動作について説明する。先ず、この一実施例の孔内加工装置１０を図示しないボール盤に図示しないチャック機構を介して取り付ける。一方、疲労強度を高めようとする穴ＨＬが形成されたクランクシヤフトＣＳを図示しない固定治具に固定する。そして、この孔ＨＬ内に、孔内加工装置１０のノズル部材１８ｂのノズル本体１８ｂを挿入する。この挿入動作により、ノズル本体１８ｂに形成されたボール収納溝４２内に収納された打撃ボール４４は、夫々の外方部位を孔ＨＬの内周面に圧接した状態となる。そして、孔ＨＬの中心軸線と、孔内加工装置１０の中心軸線とを互いに整合させた状態で、ボール盤を駆動して、孔内加工装置１０のホルダ１２を、これの中心軸線回りに回転駆動する。

【００２０】この結果、ホルダ１２とピン２６を介して一体回転する様に連結されているノズル部材１８は、ホルダ１２の回転と同期した状態で、回転する事になる。従つて、このノズル部材１８のノズル本体１８ｂに形成されたボール収納溝４２内に収納された打撃ボール４４は、ノズル部材１８の回転に伴い、孔ＨＬ内で回転（公転）する事になる。また、各打撃ボール４４は、ノズル部材１８の回転に伴う公転に際して、孔ＨＬの内周面との転接により、ボール収納溝４２内において自身の中心軸線回りに回動（自転）させられる事となる。

【００２１】一方、これら打撃ボール４４に圧接しているロツド部材４０には、付勢機構４６の皿ねじアツセンブリ５２からの付勢力が作用している一方で、孔ＨＬの内周面に圧接している打撃ボール４４からの抗力を直接に受けて、実質的にその位置に留まる様に規制されている。ここで、付勢機構４６からの付勢力は、転動ローラ５６を介してロツド部材４０に伝達されているので、ノズル部材１８とロツド部材４０との間の相対回転運動は、これら転動ローラ５６を介して許容される事となる。即ち、ロツド部材４０は停止した状態で、このロツド部材４０の回りをノズル部材１８が回転運動する状態が発生する。このようにして、ノズル部材１８の回転に伴い各打撃ローラ４４は正六角錐部４０ｃの周囲を公転する事になる。

【００２２】ここで、各打撃ローラ４４が正六角錐部４０ｃの周囲を公転するに際して、既に説明した様に、各打撃ローラ４４が正六角錐部４０ｃの何れかの平面ＰＬ₁ 〜ＰＬ₆ に係合している場合には、図５に示す様に、各打撃ローラ４４はその大部分をボール収納溝４２内に収納された収納位置にもたらされている。そして、各打撃ローラ４４が収納位置にもたらされた状態で、各打撃ローラ４４は孔ＨＬの内周面を実質的に何ら圧接しないものである。

【００２３】しかしながら、例えば、ノズル部材１８が図５に示す状態から３０度回転すると、図６に示す様に、各打撃ローラ４４は正六角錐部４０ｃの何れかの稜線ＲＳ ₁ 〜ＲＳ₆ 上に乗り上げる事になる。この結果、各打撃ローラ４４は突出位置に押し出され、これに伴い、各打撃ローラ４４は孔ＨＬの内周面を極めて強い圧接力で押圧する、即ち、打撃する事となる。尚、この説明から明白な様に、上述した付勢機構４６の皿ばねアツセンブリ５２の付勢力は、この極めて強い圧接力、即ち、打撃力を規定しているものである。そして、各打撃ローラ４４による孔ＨＬの内周面の打撃動作は、各打撃ローラ４４が正六角錐体４０ｃにおける何れかの稜線ＲＳ₁ 〜ＲＳ₆ に乗り上げる毎に行われ、即ち、１個の打撃ローラ４４に注目すれば、ノズル部材１８の１回転毎に、６回の打撃動作を実行する事になる。

【００２４】このようにして、この一実施例においては、ホルダ１２が回転駆動される事により、孔ＨＬの内周面は各打撃ローラ４４により周方向に沿つて順次打撃され、ホルダ１２の回転駆動が複数かい繰り返される事により、孔ＨＬの内周面は全周に渡り打撃されることとなる。このようにして、この孔ＨＬの内径が拡大され、内周面の面積が広げられる事となる。この結果、孔ＨＬの内周面に圧縮残留応力が発生し、従つて、孔ＨＬの内周面における疲労強度が向上する事になる。更に、ボール盤を介してホルダ１２を軸方向に沿つて移動させ、ノズル部材１８を孔ＨＬ内に向けて徐々に押し込む事により、孔ＨＬの内周面は全面に渡り、その疲労強度を向上させることが出来る事になる。

【００２５】尚、上述した様に、ノズル部材１８の回転に対して、ロツド部材４０は実質的にその位置に留まる様に規制されているが、打撃ボール４４が正六角錐部４０ｃの各稜線ＲＳ₁ 〜ＲＳ₆ を乗り越える際に、ロツド部材４０を回動させようとする分力が作用する。この結果、ロツド部材４０はノズル部材１８に対して相対的に僅かに回動する事となる。従つて、ホルダ１２の１回転について、各打撃ボール４４は孔ＨＬの内周面を６回に渡り打撃する事になるが、ホルダ１２の次の１回転においては、各打撃ボール４４は、先のホルダ１２の１回転における打撃ボール４４の打撃位置とは異なる打撃位置で、孔ＨＬの内周面を６回に渡り打撃する事になる。このようにして、打撃ボール４４での孔ＨＬの内周面への打撃は、これの全周に渡り実質的に均等に行われる事となり、この結果、この内周面には均一に圧縮残留応力が発生して、良好な状態での疲労強度の向上を図ることが出来る事となる。

【００２６】また、上述した一実施例においては、上述した「遊び」と弾性リング６２との存在により、孔ＨＬの中心軸線とホルダ１２の中心軸線との非整合状態におけるコンプライアンスが発生する事になる。ここで、上述した孔ＨＬがガンドリル以外の例えばツイストドリルにより加工された場合に、孔ＨＬの軸線が曲がつてしまう事態が発生する場合があるが、この場合においても、上述したコンプライアンスに基づき、孔ＨＬ内に挿入されたノズル部材１８は、軸線を曲がつて形成された孔ＨＬに正確に倣つた状態で、打撃ボール４４による孔ＨＬの内周面の打撃動作を実行することが出来る事となる。

【００２７】この考案は、上述した一実施例の構成に限定されることなく、この考案の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である事は言うまでもない。例えば、上述した一実施例においては、ロツドの先端に形成された多角錐部として、正六角錐部を採用する様に説明したが、この考案はこのような構成に限定されることなく、任意の多角錐部、例えば、正五角錐部や七角錐部であつても良い。

【００２８】また、上述した一実施例においては、ボール収納溝４２を互いに整合した状態で２本形成する様に説明したが、この考案は、このような構成に限定されることなく、ボール収納溝は少なくとも１本あれば良く、その数は任意であり、例えば、３本でも４本でも良い。ボール収納溝が複数本形成された場合には、各ボール収納溝に打撃ボール４４が収納される事になる。

【００２９】

【考案の効果】

以上詳述したように、この考案に係わる孔内加工装置は、加工しようとする孔内に挿入されると共に、この孔内においてこれの中心軸線回りに回転自在に支持され、内部に中空部が形成されたノズルと、このノズルの先端部に半径方向に沿つて貫通した状態で形成された少なくとも１本のボール収納溝と、各ボール収納溝内に半径方向に沿つて移動可能に、且つ、脱落を防止された状態で収納され、外周部がノズルの外周面から半径方向外方に突出すると共に、内周部がノズルの中空部内に位置する様になされたボールと、前記ノズルの中空部内にこれの中心軸線に沿つて移動可能に、且つ、中心軸線回りに相対回転可能に配設され、先端に前記ボールに係合する多角錐部が一体的に形成されたロツドと、このロツドを、これの多角錐部が前記ボールに係合して、このボールを半径方向外方に移動する様に付勢する付勢機構とを具備し、前記ノズルを回転駆動する事により、前記孔の内周面を前記ボールにより連続的に打撃して、前記孔の内周面の強度を向上させる事を特徴としている。

【００３０】従つて、この考案によれば、孔の内周面に圧縮残留応力を発生させて、孔内の疲労強度の向上を図る事の出来る孔内加工装置が提供される事になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案に係わる孔内加工装置の一実施例の構
成を示す正面断面図である。

【図２】この孔内加工装置により加工される対象として
のクランクシヤフトの構成を部分的に取り出した状態で
示す正面図である。

【図３】図１に示す孔内加工装置を、Ａ−Ａ線に沿つて
切断した状態で示す側断面図である。

【図４】ロツド部材の先端に形成された正六角錐部の形
状を取り出して示す斜視図である。

【図５】図１に示す孔内加工装置の先端部の構成を、Ｂ
−Ｂ線に沿つて切断した状態で、且つ、打撃ボールが収
納位置にある状態で示す側断面図である。

【図６】図１に示す孔内加工装置の先端部の構成を、Ｂ
−Ｂ線に沿つて切断した状態で、且つ、打撃ボールが突
出位置にある状態で示す側断面図である。

【符号の説明】

１０孔内加工装置、１２ホルダ、１４中空部、１６ピン取り付け穴、１８ノズル部材、１８ａノズル基部；１８ｂノズル本体、２０中空部、２０ａ雌ねじ部、２２ロツド挿通穴、２４ピン挿通穴、２６ピン、２８止めねじ、３０遊び吸収機構、３２キヤツプ部材、３４凹部、３６押圧ボール、３８コイルスプリング、４０ロツド部材、４０ａロツド基部；４０ｂロツド本体、４２ボール収納溝、４４打撃ボール、４６付勢機構、４８ストツパ部材、４８ａ雄ねじ部、５０第１のスペーサ、５２皿ねじアツセンブリ、５４第２のスペーサ、５６転動ローラ、５８第３のスペーサ、６０閉塞部材、６０ａ雄ねじ部；６０ｂストツパロツド、６２弾性リングである。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】加工しようとする孔内に挿入されると共
に、この孔内においてこれの中心軸線回りに回転自在に
支持され、内部に中空部が形成されたノズルと、このノ
ズルの先端部に半径方向に沿つて貫通した状態で形成さ
れた少なくとも１本のボール収納溝と、各ボール収納溝
内に半径方向に沿つて移動可能に、且つ、脱落を防止さ
れた状態で収納され、外周部がノズルの外周面から半径
方向外方に突出すると共に、内周部がノズルの中空部内
に位置する様になされたボールと、前記ノズルの中空部
内にこれの中心軸線に沿つて移動可能に、且つ、中心軸
線回りに相対回転可能に配設され、先端に前記ボールに
係合する多角錐部が一体的に形成されたロツドと、この
ロツドを、これの多角錐部が前記ボールに係合して、こ
のボールを半径方向外方に移動する様に付勢する付勢機
構とを具備し、前記ノズルを回転駆動する事により、前
記孔の内周面を前記ボールにより連続的に打撃して、前
記孔の内周面の強度を向上させる事を特徴とする孔内加
工装置。