JP2005177920A - フィレットローリング加工装置の傷検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対のフィレットローラをバックアップローラでバックアップすることを前提とした上で、個々のフィレットローラの傷の発生を確実に検知できる構造を提供する。
【解決手段】フィレットローラ２５ａ，２５ｂに接触しつつ同期回転するバックアップローラ２１ａ，２１ｂの回転状態を回転センサ４０により検出し、この回転センサ４０の検出出力に基づきフィレットローラ２５ａ，２５ｂの傷発生の有無を判定する傷検知装置である。バックアップローラ２１ａ，２１ｂおよび回転センサ４０はフィレットローラ２５ａ，２５ｂごｔに独立して設けられていて、バックアップローラ２１ａ，２１ｂは対応するフィレットローラ２５ａ，２５ｂごとに個別に同期回転可能となっている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、フィレットローリング加工（フィレットロール掛け加工）を目的としたフィレットローリング加工装置の傷検知装置に関し、特に内燃機関用クランクシャフトのジャーナル部あるいはクランクピン部のフィレット部（内隅アール部）にフィレットローリング加工を施すにあたって、実際にフィレットローリング加工を司るフィレットローラのチッピング（欠損）等の傷ひいてはその傷が転写されることになるフィレット部での傷の発生を検知するようにした傷検知装置に関する。

この種のフィレットローリング加工における傷検知技術として特許文献１に記載のものが提案されている。同特許文献１に記載のものでは、実際にフィレットローリング加工を司るフィレットローラをバックアップしつつ同期回転することになるバックアップローラの外周面に凹凸部を形成する一方、その凹凸部に対して近接センサを対向配置し、近接センサが発生する矩形波信号の周波数を計数した上で基準値と比較することにより、フィレットローラの傷発生の有無を判定するようにしている。
特開２００２−３０１６５８号公報（図６，７）

例えばクランクシャフトのジャーナル部あるいはクランクピン部のフィレット部にフィレットローリング加工を施すにあたっては、ジャーナル部あるいはクランクピン部の両端のフィレット部の加工を同時に行うのが一般的であり、しかもフィレットローラそのものが小径であることから、隣接する一対のフィレットローラを共通且つ単一のバックアップローラでバックアップしており、同時にそのバックアップローラと対向するように近接センサを配置してある。

そのため、いずれか一方のフィレットローラに傷が発生した場合に、他方の正常なフィレットローラの回転にバックアップローラが追従してしまい、一方のフィレットローラに傷が発生しているにもかかわらずバックアップローラの回転速度変化があらわれず、傷の発生を見逃してしまうおそれがあった。

また、フィレットローラの微小な傷の発生ひいてはバックアップローラの微小な回転速度変化までも確実に検出するためには、バックアップローラの外周の凹凸部の数を増やして分解能（感度）を上げることが有効であるが、設置できる近接センサそのものの大きさに制限があり、高感度（高分解能）タイプの近接センサを採用することができず、なおも改善の余地を残している。特にこれらのスペース的な制約は、フィレットローラやバックアップローラを所定のケースにおさめてロールカセット装置としてカセット化したものにおいて顕著となる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、一対のフィレットローラをバックアップローラにてバックアップすることを前提としつつ、個々のフィレットローラの傷の発生を確実に検知でき、しかも微小な傷までも検知できるようにした構造を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、近接する二箇所にフィレット部を有する軸状部を各フィレット部毎に独立して設けられたフィレットローラとレストローラとで径方向から挟んだ上でその軸状部を回転駆動させることにより、各フィレット部にフィレットローリング加工を施す一方、フィレットローラに接触しつつ同期回転するバックアップローラの回転状態を回転センサにより検出し、この回転センサの検出出力に基づきフィレットローラの傷発生の有無を判定するにあたり、上記バックアップローラおよび回転センサをフィレットローラ毎に独立して設けるとともに、バックアップローラは対応するフィレットローラ毎に個別に同期回転可能としたことを特徴とする。

この場合、個々のバックアップローラのいわゆる倒れ現象の防止のために、請求項２に記載のように、近接配置された一対のバックアップローラ同士を両者の間にスラストベアリングを介装しつつ同軸状に配置することが望ましい。

また、回転センサとしては従来と同様に近接センサタイプのものでも良いが、より感度（分解能）を高める上では、請求項３に記載のように、外周面に所定の間隔で絶縁部が形成された回転体をバックアップローラの外周面に接触させ、バックアップローラと回転体とを同期回転させながら両者間に通電することによりＯＮ−ＯＦＦ電気信号を発生するようになっていることが望ましい。

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、バックアップローラと回転センサが共にフィレットローラ毎に独立しているため、個々のフィレットローラでの傷の発生を互いに影響し合うことなく確実に検知することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、個々のフィレットローラの傷を確実に検知できるため、従来のように傷の発生を見逃してしまうことがなくなり、傷検知の信頼性が飛躍的に向上する。

図１〜３は好ましい実施の形態として本発明の傷検知装置が適用されるクランクシャフトＳ用のフィレットローリング加工装置の概略構成を示し、特に図１はその側面説明図を、図２は正面拡大図を、図３は加工対象となるフィレット部の拡大図をそれぞれ示している。

同図に示すように、このフィレットローリング加工装置では、後述するフィレットローラ２５ａ，２５ｂを主体とするロールカセット装置１のほかレストローラ３を備えたワークレスト２を併用することで軸状部たる各ジャーナル部Ｊの両端のフィレット部Ｆおよび同じく軸状部たる各クランクピンＰの両端のフィレット部Ｆにそれぞれフィレットローリング加工が施される。なお、クランクシャフトＳは所定のチャック４もしくはセンタにより両持ち支持されて回転駆動されることになる。

図１ではジャーナル部Ｊでの加工状態を示しており、同図に示すように、ベース５に固定された支持ブラケット６には加工部位であるジャーナル部Ｊごとに独立した揺動アーム７がヒンジピン８を介して揺動可能に支持されているとともに、揺動アーム７の上端には上下一対のアーム９，１０が互いに共有するヒンジピン１１を介して揺動可能に支持されている。上側のアーム９には補助ブラケット１２が一体に固定されており、上側のアーム９はその補助ブラケット１２を介して揺動アーム７にヒンジ結合されているのに対して、下側のアーム１０はヒンジピン１１を介して直接揺動アーム７に結合されている。そして、これら一対のアーム９，１０はその後端部間に架橋的に連結された加圧シリンダ（油圧シリンダ）１３の伸縮作動に応じて開閉し、かつ加圧シリンダ１３の加圧力をもってフィレットローリング加工時の加圧力が付与されるようになっている。

上側のアーム９の先端部には後述するフィレットローラ２５ａ，２５ｂを内蔵するロールカセット装置１が装着されている一方、下側のアーム１０の先端部には前後一対の回転可能なレストローラ３を備えたワークレスト２が装着されていて、後述するようにフィレットローラ２５ａ，２５ｂがジャーナル部Ｊの両端のフィレット部Ｆに、レストローラ３がジャーナル部Ｊにそれぞれ圧接した状態でフィレットローリング加工が施されることになる。

図４，５は上記ロールカセット装置１の詳細を、図６は図５の要部拡大図をそれぞれ示しており、同図に示すように、略偏平矩形状のケース本体１６とビス１７にて固定された円板状のカバープレート１８とからなるケース１５内には、軸１９とニードルベアリング２０とを介して左右一対の大径のバックアップローラ２１ａ，２１ｂが回転可能に配置されていて、そのバックアップローラ２１ａ，２１ｂの外周面の両端コーナー部には後述するフィレットローラ２５ａ，２５ｂを相対回転可能に受容してこれを支えるローラ受容溝２２が形成されている。そして、バックアップローラ２１の真下には、フロントケージ２３およびリアケージ２４に脱落しないように保持された小径の左右一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂが断面略ハの字状の形態となるようにそれぞれに傾斜して、すなわち各フィレットローラ２５ａ，２５ｂの軸直角平面同士のなす挟み角β（図６参照）が鈍角となるようにそれぞれに傾斜して配置されている。そして、フロントケージ２３およびリアケージ２４はケース本体１６に対し取付ボルト２６にて位置決め固定されている。

より詳しくは、左右一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂは図６にも示すように一側面が円盤状もしくは算盤玉状に膨出した形状をなしている一方、そのフィレットローラ２５ａ，２５ｂを支持しているフロントケージ２３およびリアケージ２４には図６に示すように傾斜姿勢のフィレットローラ２５ａ，２５ｂを収容支持するための略半円状のローラ保持溝２９が形成されていて、各フィレットローラ２５ａ，２５ｂの上部側の頂部がバックアップローラ２１ａ，２１ｂのローラ受容溝２２に嵌合保持されて位置決めされている一方、各フィレットローラ２５ａ，２５ｂの下部側の一部が各ローラ保持溝２９から外部に臨みつつ各フロントケージ２３およびリアケージ２４からの脱落が阻止されている。

ここで、図５，６に示すように、ケース１５内に収容された左右一対のバックアップローラ２１ａ，２１ｂ同士の間にはスラストベアリングとしてスラスト玉軸受３０が介装されていて、これにより各バックアップローラ２１ａ，２１ｂは互いに独立して回転可能となっていると同時に、各バックアップローラ２１ａ，２１ｂがフィレットローラ２５ａ，２５ｂからの加工反力を受けた場合にそれらのバックアップローラ２１ａ，２１ｂの倒れ現象を防止するようになっている。

また、図４に示すように、バックアップローラが２１ａ，２１ｂが収容されたケース１５内には、回転センサとして機能することになる回転体たる回転板３１が各バックアップローラ２１ａ，２１ｂ毎に独立して且つ各バックアップローラ２１ａ，２１ｂに接触するように並べて配置されている。つまり、一つのフィレットローラ２５ａまたは２５ｂに対してそれらよりも格段に直径の大きな一つのバックアップローラ２１ａまたは２１ｂが対応しているとともに、それらの一つのバックアップローラ２１ａまたは２１ｂに対してそれらよりも格段に直径の小さな回転板３１が個別に接触している。

回転板３１はケース１５に軸受支持された揺動アーム３２に回転可能に支持されているとともに、その揺動アーム３２は引っ張りコイルスプリング３３により同図の反時計回り方向に回動付勢されている。これにより、回転板３１は各バックアップローラ２１ａ，２１ｂに常時圧接しているとともに、各バックアップローラ２１ａ，２１ｂの回転に伴って回転板３１もまた同期回転することになる。

この回転板３１は、図７に示すように導電性を有する四分の一円形状の複数のセグメント３１ａ，３１ａ…を組み合わせた上で溶接等にて一体化することで円形状のものとしたものであり、各セグメント３１ａ，３１ａ…には例えばウレタンゴム等の可撓性のある絶縁体３４を予め埋設してあることから、回転板３１の外周面には等ピッチで且つ絶縁体３４の周長と導電体たるセグメント３１ａ外周面の周長とが等しくなるように各絶縁体３４が配置されていることになる。そして、バックアップローラ２１ａ，２１ｂの回転とともに、例えば各回転板３１側を＋（プラス）極、バックアップローラ２１ａ，２１ｂ側を−（マイナス）極として両者間に通電することで、バックアップローラ２１ａ，２１ｂと各回転板３１が回転センサ４０として機能するように設定してある。

すなわち、先に述べたように回転板３１における絶縁体３４と隣接する絶縁体３４，３４同士の間に位置する導電体たるセグメント３１ａ外周面との周長を等しく設定してあることから、回転板３１はバックアップローラ２１ａ，２１ｂと同期回転しながら絶縁体３４と導電体たるセグメント３１ａとの接触を交互に且つ連続的に繰り返すことになり、特に各絶縁体３４はバックアップローラ２１ａ，２１ｂと接触している間は各セグメント３１ａの外周面と面一状態となるように圧縮変形しつつバックアップローラ２１ａ，２１ｂとの間を絶縁することから、その結果として図９のような矩形波信号を出力することになる。以上のように、各バックアップローラ２１ａ，２１ｂに比べて格段に直径の小さな回転板３１を、細分割した複数のセグメント３１ａ，３１ａ…の集合体によって形成して電極として使用していることにより、回転センサ４０としての分解能の細分化が図られている。

なお、絶縁体３４は各セグメント３１ａの外周面よりも数ミリ程度突出している。また、図９に示した矩形波信号をより細分化して感度を高める上では、回転板３１の周囲に配置される絶縁体３４の数を８個程度とすることが望ましい。

ここで、図７の構造を電気回路としてブロック化すると図８のようになり、回転板３１からの出力はリード線３６（図７参照）にて取り出されて、電流または電圧検出器３８を経た上でマイクロコンピュータを主体とする検出制御装置３９に取り込まれることになる。検出制御装置３９は、図９および図１０に示すように入力された電流または電圧信号を正規矩形波形状に波形整形した上で（ステップＳ１，Ｓ２）、単位時間当たりのＯＮパルス数を周期的に計数し（ステップＳ３）、その計数値と予め設定されている基準値とを比較して（ステップＳ４）、計数値が規定範囲内のものであるか否か、すなわちフィレットローラ２５ａ，２５ｂの傷の発生の有無を判定することになる。

このように構成された本実施の形態によれば、図１，２のほか図４，６に示すように、ワークレスト２側の一対のレストローラ３をジャーナル部Ｊのうちフィレット部Ｆ以外の部分に押し付けるとともに、ロールカセット装置１側の一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂをジャーナル部Ｊにおける両端のフィレット部Ｆに押し付けた状態でジャーナル部ＪひいてはクランクシャフトＳ全体を回転駆動させる。このクランクシャフトＳの回転に伴いレストローラ３が同期回転するとともに、左右一対のフィレットローラ２５ａ，２５ｂがそれぞれに独立したバックアップローラ２１ａ，２１ｂにてバックアップされながら同期回転して、各フィレット部Ｆにフィレットローリング加工を施すことになる。すなわち、各フィレットローラ２５ａ，２５ｂはフィレット部Ｆに冷間圧延加工を施して内部圧縮応力を付加することにより、フィレット部Ｆの疲労限界応力の向上に寄与することになる。

左右で独立しているフィレットローラ２５ａ，２５ｂとそれを個別にバックアップしている個々のバックアップローラ２１ａ，２１ｂとの同期回転に伴い、各バックアップローラ２１ａ，２１ｂに接触している各回転体３１も個別に同期回転することから、各回転体３１は図９に示したような矩形波信号を出力することになる。この矩形波信号は図８，１０に示したように検出制御装置３９に取り込まれた上で波形整形され（ステップＳ１，Ｓ２）、一定周期ごとに単位時間当たりのＯＮパルス数を計数し（ステップＳ３）、その都度計数値が規定範囲内のものであるか否か判定してその監視を行う（ステップＳ４）。

例えば、チッピング（欠損）等によりいずれか一方のフレットローラ２５ａに傷が発生したような場合には、フィレットローリング加工に伴う抵抗が増大し、当該一方のフィレットローラ２５ａの回転速度ひいては図９に示したような矩形波信号に含まれる単位時間当たりのＯＮパルス数の計数値が他方のフィレットローラ２５ｂのそれよりも低下することになる。そして、その計数値が規定範囲を外れると図１０に示すようにフィレットローラ２５ａでの傷発生による異常とみなしてアラームを作動させ（ステップＳ５）、例えばランプ点灯やブザーをもってその旨をオペレータに告知することになる。

この場合、左右のフィレットローラ２５ａ，２５ｂはフィレットローラ２５ａ，２５ｂごとに個々に独立しているバックアップローラ２１ａまたは２１ｂにてバックアップされていて、しかも各バックアップローラ２１ａ，２１ｂに個別に対応しつつ同期回転している回転板３１からの出力に基づいて上記のような傷の発生を検知しているものであるから、左右で独立しているフィレットローラ２５ａ，２５ｂの回転変化を個別に且つ確実に検知することができるとともに、微小な傷までも確実に検知できるようになり、上記のような傷の検知にあたって双方のフィレットローラ２５ａ，２５ｂの回転が相互に影響し合うことがなく、その傷検知の信頼性が向上することになる。

また、左右のバックアップローラ２１ａ，２１ｂは従来のものと比べて実質的に二分の一の大きさであることから、フィレットローリング加工に伴っていわゆる倒れ現象を生ずる可能性があるが、左右のバックアップローラ２１ａ，２１ｂの間にスラスト玉軸受３０が介装されていることにより、左右のバックアップローラ２１ａ，２１ｂ相互間の荷重バランスが保たれて、各バックアップローラ２１ａ，２１ｂは倒れ現象を生ずることなくフィレットローラ２５ａ，２５ｂとともにスムーズに同期回転することが可能となる。

本発明に係る傷検知装置が適用されるフィレットローリング加工装置の概略構成を示す側面説明図。 図１におけるクランクシャフトとロールカセット装置およびワークレストとの相互関係を示す正面拡大説明図。 フレット部とフィレットローラとの関係を示す要部拡大断面図。 図１に示すロールカセット装置の拡大説明図。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図５の要部拡大図。 本発明に係る傷検知装置の好ましい実施の形態を示す図で、図４のの要部拡大説明図。 図７の構成のもとでのブロック回路図。 図８の回路における出力信号の波形説明図。 図８の回路のもとでの処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…ロールカセット装置
３…レストローラ
１５…ケース
２１ａ，２１ｂ…バックアップローラ
２５ａ，２５ｂ…フレットローラ
３０…スラスト玉軸受（スラストベアリング）
３１…回転板（回転体）
３４…絶縁体
４０…回転センサ
Ｆ…フィレット部
Ｊ…ジャーナル部（軸状部）
Ｐ…クランクピン（軸状部）

Claims (4)

1. 近接する二箇所にフィレット部を有する軸状部を各フィレット部毎に独立して設けられたフィレットローラとレストローラとで径方向から挟んだ上でその軸状部を回転駆動させることにより、各フィレット部にフィレットローリング加工を施す一方、
   フィレットローラに接触しつつ同期回転するバックアップローラの回転状態を回転センサにより検出し、
   この回転センサの検出出力に基づきフィレットローラの傷発生の有無を判定するようにしたフィレットローリング加工装置の傷検知装置であって、
   上記バックアップローラおよび回転センサはフィレットローラ毎に独立して設けられているとともに、
   バックアップローラは対応するフィレットローラ毎に個別に同期回転可能となっていることを特徴とするフィレットローリング加工装置の傷検知装置。
2. 近接配置された一対のバックアップローラ同士を両者の間にスラストベアリングを介装しつつ同軸状に配置したことを特徴とする請求項１に記載のフィレットローリング加工装置の傷検知装置。
3. 上記回転センサは、外周面に所定の間隔で絶縁部が形成された回転体をバックアップローラの外周面に接触させ、
   バックアップローラと回転体とを同期回転させながら両者間に通電することによりＯＮ−ＯＦＦ電気信号を発生するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のフィレットローリング加工装置の傷検知装置。
4. 上記フィレットローラとバックアップローラおよび回転体のそれぞれが所定のケースに収容されてロールカセットとしてカセット化されていることを特徴とする請求項３に記載のフィレットローリング加工装置の傷検知装置。

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