JP2000329637A - 回転体のバランス修正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転体の疲労強度低下や重量増加を防止で
き、回転体のバランス修正後に、修正状態が変化するこ
とを抑制する。 【解決手段】 プロペラシャフトを、そのアンバランス
量に応じてバランス修正をおこなう回転体のバランス修
正方法において、プロペラシャフト１に設けられている
シャフト２を塑性変形させてアンバランス修正をおこな
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転体のアンバ
ランスを修正する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車や各種の工作機械などに
取り付けられている動力伝達用の回転体は高速で回転す
るために、そのアンバランスが原因となって振動やこも
り音が発生する可能性がある。そこで、回転体の製造過
程においてバランス測定機により回転体のアンバランス
を測定するとともに、このアンバランスを修正すること
がおこなわれている。このような、アンバランスの修正
方法としては２つの方法が知られており、第１の方法
は、アンバランスに応じて修正用の錘を回転体に対して
溶接固定することにより、アンバランスの修正をおこな
うものである。また、第２の方法は、回転体を切削加工
してその一部を除去することにより、アンバランスの修
正をおこなうものである。

【０００３】しかしながら、第１の方法を採用した場合
には、回転体が溶接による硬化変化などを起こして疲労
強度が低下し、動力伝達機能が損なわれる可能性がある
とともに、回転体の重量増加を招く。また、第２の方法
を採用した場合には、予めアンバランス修正用の質量を
回転体として確保しておく必要があり、回転体の重量増
加を招く。

【０００４】このような不都合に対処することのできる
発明の一例が、特開平９−７２３４９号公報に記載され
ている。この公報に記載されている等速自在継手（回転
体）は、回転軸およびジョイントと、ブーツおよびブー
ツアダプタとを有している。ブーツおよびブーツアダプ
タは共に円筒状に構成され、その軸方向の一端同士が結
合されている。また、ブーツおよびブーツアダプタの他
端が、回転軸およびジョイントに対してそれぞれ固定さ
れている。このようにして、ブーツおよびブーツアダプ
タにより、回転軸とジョイントとの結合部がシールされ
ている。さらに、ブーツアダプタにおけるジョイント側
の端部には、円周方向に所定間隔の分割溝が設けられ
て、複数のバランス調整体が形成されている。

【０００５】そして、バランシングマシンにより等速自
在継手のアンバランス量を測定し、その測定結果に応じ
ていずれかのバランス調整体を折り曲げることにより、
回転バランスを調整するものとされている。すなわち、
バランスピースを溶接で取り付ける必要がないので、溶
接熱の影響を受けないとされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ブ
ーツアダプタは回転軸とジョイントとの結合部をシール
するためのものであるため、それほど強度が高いわけで
はない。したがって、上記のようなバランス調整終了後
に、等速自在継手の運搬中や自動車の組立工程におい
て、バランス調整体に対してほかの物体が接触してバラ
ンス調整体が容易に塑性変形し、バランス調整状態が変
化してしまう可能性があった。

【０００７】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたものであり、回転体の疲労強度低下や重量増加を防
止できるだけでなく、回転体のバランス修正後に、再び
バランス状態が変化することを抑制できるバランス修正
方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１の発明は、回転体の一部
を、そのアンバランス量に応じて変形させることによ
り、バランス修正をおこなう回転体のバランス修正方法
において、前記回転体に設けられている動力伝達関与部
位を変形させることにより、バランス修正をおこなうこ
とを特徴とするものである。

【０００９】請求項１の発明によれば、動力伝達関与部
位は、回転体により伝達するべき動力に応じて強度が比
較的高く設定されているために、バランス修正後に回転
体が物体に接触したとしても、動力関伝達与部位の変形
が可及的に抑制される。また、動力伝達関与部位は、回
転体の機能要素として設けられているために、格別の構
成部品を取り付ける必要はない。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の構成に加え
て、前記回転体の動アンバランスを測定するとともに、
この動アンバランスに基づいて、前記回転体の静アンバ
ランスおよび偶アンバランスを求めるとともに、求めら
れた静アンバランスおよび偶アンバランスに応じて前記
動力伝達関与部位を変形させることを特徴とするもので
ある。

【００１１】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
と同様の作用が生じるほか、回転体動バランスに基づい
て、静アンバランスおよび偶アンバランスが求められる
ため、回転体のアンバランス状態を高精度に測定するこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明を図面を参照し
ながら具体的に説明する。図２は、この発明のバランス
修正方法が適用されるプロペラシャフト１の構成を示す
図である。このプロペラシャフト１は、長尺円筒状のシ
ャフト２と、第１のヨークフランジ３および第２のヨー
クフランジ４とを有している。そして、シャフト２の長
さ方向の一端と第１のヨークフランジ３とが、第１のフ
ックジョイント５を介して接続されている。また、シャ
フト２の長さ方向の他端と第２のヨークフランジ４と
が、第２のフックジョイント６を介して接続されてい
る。プロペラシャフト１の構成材料としては、例えば機
械構造用炭素鋼が挙げられる。

【００１３】上記構成のプロペラシャフト１は、車両の
動力伝達装置の一部として用いられる。例えば、第１の
ヨークフランジ３がトランスミッション（図示せず）側
に接続され、第２のヨークフランジ４がデファレンシャ
ル（図示せず）側に接続される。したがって、このプロ
ペラシャフト１を車両に取り付けた状態において、トラ
ンスミッションから出力された動力（トルク）が、プロ
ペラシャフトを介してデファレンシャルに伝達される。
そして、プロペラシャフト１の回転時には、シャフト２
が回転中心軸線Ａ１を中心として回転する。ここで、実
施形態の構成とこの発明の構成との対応関係を説明すれ
ば、プロペラシャフト１がこの発明の回転体に相当し、
シャフト２がこの発明の動力伝達関与部位に相当する。

【００１４】ところで、車両の走行時には、プロペラシ
ャフト１が高速回転するために、そのアンバランスに起
因する振動やこもり音を招く可能性がある。そこで、プ
ロペラシャフト１のアンバランスを測定し、かつ、アン
バランスを修正する方法を説明する。

【００１５】まず、プロペラシャフト１の動アンバラン
スを測定する。この測定は、公知のアンバランス測定機
を用いて、共振点（共振回転数）を越える領域でおこな
うことができる。なお、プロペラシャフト１の長さ方向
における各部位に、便宜上、つぎのような名称を付与し
ている。Ｊ１，Ｊ２は、プロペラシャフト１がもつ動ア
ンバランスにより生じる振動強制力の第１，第２作用点
であり、この第１，第２作用点Ｊ１，Ｊ２は、第１フッ
クジョイント５および第２フックジョイント６の十字軸
（ジョイント中心）７，８に対応する位置に設定されて
いる。これは、プロペラシャフト１の取付状態において
は、十字軸７，８間が、その剛性により直線状になるか
らである。

【００１６】また、Ｓ１，Ｓ２は、プロペラシャフト１
で発生する動アンバランスの第１，第２測定位置であ
り、この第１，第２測定位置Ｓ１，Ｓ２は、第１，第２
作用点Ｊ１，Ｊ２の間における任意の位置に設定されて
いる。さらに、Ｗ１，Ｗ２は動アンバランスを修正する
ための第１，第２修正位置であり、この第１，第２修正
位置Ｗ１，Ｗ２は、後工程でおこなわれる動アンバラン
スの修正が容易な位置であれば、任意の箇所に設定する
ことができる。

【００１７】ここで、第１作用点Ｊ１から第２作用点Ｊ
２までの距離を長さＬとし、第１作用点Ｊ１から第１測
定位置Ｓ１までの距離を長さＬＳ１とし、第１作用点Ｊ
１から第２測定位置Ｓ２までの距離を長さＬＳ２とし、
第１作用点Ｊ１から第１修正位置までの距離を長さＬＷ
１とし、第１作用点Ｊ１から第２修正位置Ｗ２までの距
離を長さＬＷ２としている。ここで、長さＬＳ１は長さ
ＬＳ２よりも短く設定され、長さＬＷ１は長さＬＷ２よ
りも短く設定されている。

【００１８】また、第１，第２測定位置Ｓ１，Ｓ２にお
ける動アンバランス値ＵＳ１，ＵＳ２を、 ＵＳ１＝（ＶＳ１，θＳ１） ＵＳ２＝（ＶＳ２，θＳ２） とする。ここで、ＶＳ１，ＶＳ２は、それぞれアンバラ
ンスの大きさを示すものであり、θＳ１，θＳ２はそれ
ぞれアンバランスの位相（つまり、プロペラシャフト１
の円周方向における位相）を示すものである。

【００１９】また、動アンバランスにより生じる振動強
制力の第１，第２作用点Ｊ１，Ｊ２における、動アンバ
ランス値ＵＪ１，ＵＪ２を、 ＵＪ１＝（ＶＪ１，θＪ１） ＵＪ２＝（ＶＪ２，θＪ２） とする。ここで、ＶＪ１，ＶＪ２は、それぞれアンバラ
ンスの大きさを示すものであり、θＪ１，θＪ２はそれ
ぞれアンバランスの位相を示すものである。

【００２０】第１，第２修正位置Ｗ１，Ｗ２における動
アンバランス値ＵＷ１，ＵＷ２を、 ＵＷ１＝（ＶＷ１，θＷ１） ＵＷ２＝（ＶＷ２，θＷ２） とする。ここで、ＶＷ１，ＶＷ２は、それぞれアンバラ
ンスの大きさを示すものであり、θＷ１，θＷ２はそれ
ぞれアンバランスの位相を示すものである。

【００２１】また、アンバランス測定機によって第１，
第２測定位置Ｓ１，Ｓ２で実測される動アンバランス値
ＵＳ１，ＵＳ２を用いて、動アンバランス値ＵＪ１，Ｕ
Ｊ２，ＵＷ１，ＵＷ２を、（１）式ないし（４）式で表
すことができる。

【数１】

【数２】

【数３】

【数４】

【００２２】さらに、上記（１）式ないし（４）式を書
き換えると、各動アンバランス値ＵＪ１，ＵＪ２，ＵＷ
１，ＵＷ２は、下記の（５）式ないし（１２）式で表す
ことができる。

【数５】

【数６】

【数７】

【数８】

【数９】

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【００２３】以上の関係を満たす演算回路を構成するこ
とにより、プロペラシャフト１における振動強制力の第
１，第２作用点Ｊ１，Ｊ２における動アンバランス値
（動アンバランスの大きさおよび位相）ＵＪ１，ＵＪ２
を求めることができる。

【００２４】図３（Ａ）は、第１修正位置Ｗ１における
動アンバランス値ＵＷ１の一例をベクトルで示す図、図
３（Ｂ）は、第２修正位置Ｗ２における動アンバランス
値ＵＷ２の一例をベクトルで示す図である。また、図３
に示す各動アンバランス値ＵＷ１，ＵＷ２を、第１，第
２作用点Ｊ１，Ｊ２における動アンバランス値ＵＪ１，
ＵＪ２に換算した値が、図４に示されている。図４
（Ａ）は、動アンバランス値ＵＪ１をベクトルで示す
図、図４（Ｂ）は、動アンバランス値ＵＪ２をベクトル
で示す図である。

【００２５】上記のようにして求められた動アンバラン
ス値ＵＪ１，ＵＪ２をベクトル分解することにより、動
アンバランス値ＵＪ１，ＵＪ２に対応する静アンバラン
スおよび偶アンバランスを求める。この偶アンバランス
とは、プロペラシャフト１の重心慣性主軸（図示せず）
を、重心点での回転中心軸線Ａ１と交わらせるような不
釣り合い状態を意味している。図５は、図４に示す動ア
ンバランスＵＪ１，ＵＪ２に対応する静アンバランスを
示しており、図５（Ａ）は、動アンバランスＵＪ１に対
応する静アンバランスＵＴ１をベクトルで示す図、図５
（Ｂ）は、動アンバランスＵＪ２に対応する静アンバラ
ンスＵＴ２をベクトルで示す図である。また、図６は、
図４に示す動アンバランスＵＪ１，ＵＪ２に対応する偶
アンバランスを示しており、図６（Ａ）は、動アンバラ
ンスＵＪ１に対応する偶アンバランスＵＧ１をベクトル
で示す図、図６（Ｂ）は、動アンバランスＵＪ２に対応
する偶アンバランスＵＧ２をベクトルで示す図である。

【００２６】上記のようにして求められた静アンバラン
スＵＴ１，ＵＴ２、および偶アンバランスＵＧ１，偶ア
ンバランスＵＧ２に基づいて、プロペラシャフト１のア
ンバランスを修正する方法を具体的に説明する。まず、
図１に示すようにプロペラシャフト１を歪み修正機（図
示せず）の支持ブロック９，１０により支持する。つま
り、シャフト２の長さ方向の異なる２点、具体的にはシ
ャフト２の長さ方向のほぼ中央から第１，第２フックジ
ョイント５，６側に均等な距離に相当する２点を２つの
支持ブロック９，１０により支持する。

【００２７】そして、歪み修正機の荷重付与ヘッド（図
示せず）を、プロペラシャフト１の半径方向に動作さ
せ、この荷重付与ヘッドをシャフト２における２つの支
持点のほぼ中間に接触させる。そして、荷重付与ヘッド
からシャフト２に対して所定の曲げ荷重Ｆ１を与える。
具体的には、第１作用点Ｊ１において、静アンバランス
ＵＴ１とは逆向きであり、かつ、大きさの等しいアンバ
ランスＵＸ１が生じるとともに、第２作用点Ｊ２におい
て、静アンバランスＵＴ２とは逆向きであり、かつ、大
きさの等しいアンバランスＵＸ２が生じるように、荷重
Ｆ１の向きおよび大きさが制御される。

【００２８】つぎに、図７に示すように、シャフト２の
長さ方向のほぼ中央と、シャフト２における第１フック
ジョイント５の近くとを支持ブロック９，１０により支
持する。そしてプロペラシャフト１を所定角度だけ回転
させ、シャフト２における支持ブロック９と支持ブロッ
ク１０との間に相当する箇所に曲げ荷重Ｆ２を与える。
具体的には、第１作用点Ｊ１において、偶アンバランス
ＵＧ１とは逆向きであり、かつ、大きさの等しいアンバ
ランスＵＹ１が生じるように、荷重Ｆ２の向きおよび大
きさが制御される。

【００２９】ついで、図８に示すように、シャフト２の
長さ方向のほぼ中央と、シャフト２における第２フック
ジョイント６の近くとを支持ブロック９，１０により支
持する。そして、シャフト２における支持ブロック９と
支持ブロック１０との間に相当する箇所に曲げ荷重Ｆ３
を与える。具体的には、第２作用点Ｊ２において、偶ア
ンバランスＵＧ２とは逆向きであり、かつ、大きさの等
しいアンバランスＵＹ２が生じるように、荷重Ｆ３の向
きおよび大きさが制御される。なお、シャフト２に与え
られる荷重Ｆ１ないし荷重Ｆ３の大きさは、シャフト２
のスプリングバックを加味して動作する荷重付与ヘッド
のストロークにより制御される。

【００３０】以上のようにして、アンバランスの修正さ
れたプロペラシャフト１を再びアンバランス測定機によ
り測定し、その測定結果が規格範囲内であればアンバラ
ンスの修正を終了し、規格範囲外であれば再度アンバラ
ンス修正をおこなう。このように、この実施形態によれ
ば、プロペラシャフト１のアンバランスを測定し、その
測定結果に基づいてプロペラシャフト１のアンバランス
を修正（調整）する場合に、動力伝達関与部位、具体的
にはシャフト２を塑性変形させてプロペラシャフト１の
動アンバランスを修正している。

【００３１】そして、シャフト２は、伝達するべきトル
クに応じたねじり強度（剛性）を得られるように、その
材料の選択や寸法設定がなされているために、アンバラ
ンス修正後の運搬中、または車両の組立工程でシャフト
２が物体に接触したとしても、その変形が可及的に抑制
される。したがって、プロペラシャフト１のバランス状
態が変化することなく、その製品品質を良好に維持する
ことができる。このため、プロペラシャフト１を車両に
搭載して走行した場合に、振動やこもり音を抑制するこ
とができる。また、この実施形態によれば、シャフト２
はプロペラシャフト１の機能要素であるため、格別の部
品を取り付けることもなく大重量化が抑制される。つま
り、プロペラシャフトに対して、バランス修正用錘を溶
接により取り付けてバランス修正をおこなう場合のよう
に、プロペラシャフトの大重量増加はおきないうえ、溶
接による疲労強度の低下も発生せず、安定したトルク伝
達機能を得ることができる。さらに、切削加工によりプ
ロペラシャフトの一部を除去してアンバランスを修正す
る場合のように、予め除去分の質量を見込んでプロペラ
シャフトを製造する必要もなく、その大重量化を抑制す
ることができる。さらにまた、この実施形態において
は、プロペラシャフト１の動アンバランスを静アンバラ
ンスおよび偶アンバランスに分解しているため、プロペ
ラシャフト１のアンバランス状態を高精度に測定するこ
とができ、アンバランスの修正精度が一層向上する。

【００３２】さらに上記実施形態において、回転体の動
アンバランスの測定は、共振点以下の領域でおこなうこ
ともできる。また、動アンバランスの測定および修正に
あたり、作用点、測定位置、修正位置、荷重の付与位
置、回転体の保持位置などは、回転体の長さを含む各種
の寸法、または機能、あるいは回転体の種類もしくは構
造などの各種の条件により決定される。さらに、回転体
の動アンバランスの修正は、その中心軸線を水平または
垂直、あるいはそれ以外の状態に保持した状態でおこな
うことができる。

【００３３】また、上記実施形態において、アンバラン
ス測定機および歪み修正機をそれぞれ別々のシステムと
して構成し、アンバランス測定工程とアンバランス修正
工程とを２工程でおこなうようにすること、または上記
アンバランス測定機および歪み修正機を一つのシステム
として構成し、アンバランス測定工程とアンバランス修
正工程とを１工程でおこなうことのいずれを採用しても
よい。さらに、上記実施形態において、回転体のアンバ
ランスを修正する際に、回転体の一部を加熱装置（例え
ばアーク溶接用システム）により加熱して熱歪み（変
形）を発生させ、アンバランス修正をおこなうこともで
きる。さらにまた、上記アンバランス修正方法は、車両
用のドライブシャフト、クランクシャフト、リヤアクス
ルシャフト、フライホイールなどにも適用することがで
きる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、回転体のアンバランスを測定し、その測定結果に
基づいて回転体のアンバランスを修正する場合に、動力
伝達関与部位を変形させてアンバランスを修正してい
る。この動力伝達関与部位は、伝達するべき動力に応じ
たねじり強度を得られるように、その材料の選択や寸法
設定がなされているために、アンバランス修正後に回転
体を運搬中、または車両の組立工程において、回転体が
物体に接触したとしても、その変形が可及的に抑制され
る。したがって、回転体のバランス精度を良好に維持す
ることができ、回転中の振動やこもり音を抑制すること
ができる。さらに、動力伝達関与部位は回転体の機能要
素であるため、格別の部品を取り付けることもなく大重
量化が抑制される。また、回転体に対して、バランス修
正用錘を溶接により取り付けてバランス修正をおこなう
場合のように、熱歪みによる疲労強度の低下も発生せ
ず、安定した動力伝達機能を得ることができる。さら
に、切削加工により回転体の一部を除去してアンバラン
スを修正する場合のように、予め除去分の質量を見込ん
で回転体を製造する必要もなく、その大重量化を抑制す
ることができる。

【００３５】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
と同様の効果を得られるほか、回転体の動アンバランス
を静アンバランスおよび偶アンバランスに分解している
ため、回転体のアンバランス状態を高精度に測定するこ
とができ、その修正精度が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の修正方法の適用対象であるプロペ
ラシャフトと、このプロペラシャフトの所定位置におけ
るアンバランスのベクトルとの関係を示す図である。

【図２】 この発明の修正方法の適用対象であるプロペ
ラシャフトの構成を示す図である。

【図３】 （Ａ），（Ｂ）は、図２に示すプロペラシャ
フトのアンバランスをベクトルで示した図である。

【図４】 （Ａ），（Ｂ）は、図２に示すプロペラシャ
フトのアンバランスをベクトルで示した図である。

【図５】 （Ａ），（Ｂ）は、図２に示すプロペラシャ
フトのアンバランスをベクトルで示した図である。

【図６】 （Ａ），（Ｂ）は、図２に示すプロペラシャ
フトのアンバランスをベクトルで示した図である。

【図７】 この発明の修正方法の適用対象であるプロペ
ラシャフトと、このプロペラシャフトの所定位置におけ
るアンバランスのベクトルとの関係を示す図である。

【図８】 この発明の修正方法の適用対象であるプロペ
ラシャフトと、このプロペラシャフトの所定位置におけ
るアンバランのベクトルとの関係を示す図である。

【符号の説明】

１…プロペラシャフト、 ２…シャフト、 Ｆ１…荷
重。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の一部を、そのアンバランス量に
   応じて変形させることによりバランス修正をおこなう回
   転体のバランス修正方法において、 前記回転体に設けられている動力伝達関与部位を変形さ
   せることにより、バランス修正をおこなうことを特徴と
   する回転体のバランス修正方法。
2. 【請求項２】 前記回転体の動アンバランスを測定する
   とともに、この動アンバランスに基づいて、前記回転体
   の静アンバランスおよび偶アンバランスを求めるととも
   に、求められた静アンバランスおよび偶アンバランスに
   応じて前記動力伝達関与部位を変形させることを特徴と
   する請求項１に記載のバランス修正方法。