JP2009279617A - 回転体の振れ修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の個体差の影響を受けずに高精度に振れを低減させる。
【解決手段】振れＺａが０になる位置まで、ロッド４４ａをカウンタウェイト１６ａの修正作用位置６０に当接させ変位させる（ステップＳ４）。ロッド４４ａを停止させロードセル４８ａにより、該修正作用位置６０とロッド４４ａとの間に発生する反力Ｒａを計測する（ステップＳ５）。得られた反力Ｒａが閾値Ｔ以上であるときは（ステップＳ６）、目標変位量Ｙａだけロッド４４ａにより修正作用位置６０を変位させ（ステップＳ１０）、その後、振れＺａが０になる位置までロッド４４ａを戻し、ステップＳ５に戻る。得られた反力Ｒａが閾値Ｔ未満であるときは（ステップＳ６）、終了工程としてクランクシャフトを搬出する（ステップＳ１２）。
【選択図】図４

Description

本発明は、クランクシャフト及びカムシャフト等の回転体における回転軸の振れを修正する回転体の振れ修正方法に関する。

クランクシャフト及びカムシャフト等の回転体は、振動や共振を防止するために軸の振れが極力小さいことが望ましく、特に、自動二輪車ではエンジンが高速回転することから軸の振れ抑制の要請が大きい。

クランクシャフトの振れを抑制する装置としては、例えば、特許文献１に示すものが提案されている。この特許文献１の装置では、クランクシャフトの振れの測定結果に基づいて、矯正パンチにより、振れに見合った量だけ作動させて該振れを矯正している。

特開２００２−１７２４２４号公報

前記の特許文献１記載の装置では、単純に矯正パンチにより振れに見合った量だけ作動させているのであって、実際に振れが十分に低減しているか否かは確認ができず、個々のクランクシャフトの特性による個体差によっては、振れが低減できない場合があり得る。つまり、振れが同じ量であっても、材質や組立状態によっては矯正パンチの操作量を変えなければならないが、従来このような手段は開発されていない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、クランクシャフト等の回転体に対して、該回転体の個体差の影響を受けずに高精度に振れを低減させることのできる回転体の振れ修正方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転体の振れ修正方法は、回転体の回転軸の振れを修正する回転体の振れ修正方法において、前記振れが０になる位置まで、作用体を前記回転体の修正作用位置に当接させ該修正作用位置を変位させる基準位置工程と、前記基準位置工程の後に前記作用体を停止させ、反力計測手段により、該作用体と前記回転体との間に発生する反力を計測する反力計測工程と、前記反力計測工程で得られた反力が所定閾値以上であるときに、所定の目標変位量だけ前記作用体により前記修正作用位置を変位させる押圧工程と、前記反力計測工程で得られた反力が所定閾値未満であるときに行う所定の終了工程とを有することを特徴とする。

このように、振れが０となる基準位置で作用体と回転体との間に発生する反力を計測し、該反力に基づいて回転体を押圧することにより、回転体の個体差の影響を受けずに高精度に振れを低減させることができる。

前記目標変位量は、前記反力に基づいて設定されてもよい。これにより、迅速且つ合理的に振れを低減させることができる。

前記押圧工程の後、前記基準位置工程及び前記反力計測工程をさらに行い、得られた反力が前記所定閾値以上であるときに前記目標変位量を再設定して前記押圧工程をさらに行ってもよい。このように、反力計測工程で得られる反力に基づいて押圧工程を繰り返し実行することにより、振れを一層確実に低減させることができる。

２回目以降の前記押圧工程における前記目標変位量は、前記押圧工程の実行回数に基づいて設定され、前記押圧工程の実行回数に応じて増加させてもよい。

本発明に係る回転体の振れ修正方法では、振れが０となる位置で作用体と回転体との間に発生する反力を計測し、該反力に基づいて再度変位工程及び確認工程を繰り返すことにより、回転体の個体差の影響を受けずに高精度に振れを低減させることができる。

以下、本発明に係る回転体の振れ修正方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図７を参照しながら説明する。本実施の形態に係る回転体の振れ修正方法は、クランクシャフト（回転体）１０をワークとして、振れ修正装置１２を用いて行われる。先ず、クランクシャフト１０及び振れ修正装置１２について説明する。

図１に示すように、クランクシャフト１０は汎用品であって、一対のジャーナルシャフト部１４ａ及び１４ｂと、対向する一対のカウンタウェイト１６ａ及び１６ｂと、これらのカウンタウェイト１６ａ及び１６ｂを接続するクランクピン１８とを有する。ジャーナルシャフト部１４ａ及びカウンタウェイト１６ａと、ジャーナルシャフト部１４ｂ及びカウンタウェイト１６ｂはそれぞれ一体的な構成であり、鍛造、孔開け、焼入及び研磨工程等により形成され、その後にクランクピン１８が圧入されて連結される。

ジャーナルシャフト部１４ａ及び１４ｂは同軸上に設定されていることが望ましいが、クランクシャフト１０はやや複雑な形状であり、しかも圧入工程を含んでおり、製造・組立誤差等により完全な同軸上に設定することは困難である。つまり、ジャーナルシャフト部１４ａとジャーナルシャフト部１４ｂは非平行になり、振れが発生することになる。また、クランクシャフト１０の構造上、圧入後に２つの対向するカウンタウェイト１６ａ及び１６ｂは、クランクピン１８の側を基準として、他端に向かって基準値より開いた状態となる。そのため、少なくともその極性だけは一定しており、後述する振れ修正装置１２で、カウンタウェイト１６ａ及び１６ｂを互いに接近させる方向に力を加えれば振れが低減することになる。図１（及び図５）では、ジャーナルシャフト部１４ａとジャーナルシャフト部１４ｂの振れを誇張して示しているが、実際には該振れは微量である。

クランクシャフト１０は、自動二輪車のエンジンに適用されるものであり、該エンジン内で高速回転する。ジャーナルシャフト部１４ａとジャーナルシャフト部１４ｂの振れは、振動や共振を防止するために軸の振れが極力小さいことが望ましいが、エンジンに適用した際の使用条件に基づいて、その許容値が規定されている。

以下、ジャーナルシャフト部１４ａの振れＺａを、クランクピン１８の一端から所定距離Ａにおける基準軸Ｊ０と実際のジャーナルシャフト部１４ａの軸Ｊａとの差として規定し、ジャーナルシャフト部１４ｂの振れＺｂを、クランクピン１８の他端から所定距離Ａにおける基準軸Ｊ０と実際のジャーナルシャフト部１４ｂの軸Ｊｂとの差として規定することにする。振れＺａ及びＺｂは、それぞれプラス値になっている。振れＺａ及びＺｂは、ジャーナルシャフト部１４ａ及び１４ｂの基準軸Ｊ０に対するずれを示す量であればよく、例えば角度で表してもよい。

なお、実際のジャーナルシャフト部１４ａ及び１４ｂの振れは、図１における上下方向（Ｚ方向）だけでなく、図１の紙面に垂直な方向（Ｘ方向）にも発生し得るが、理解を容易にするため振れＺａ及びＺｂは上下方向だけに発生しているものとする。

図２及び図３に示すように、振れ修正装置１２は、クランクシャフト１０を保持して振れ修正作業を行う作業機構３０と、該作業機構３０を制御する制御部３２とを有する。

作業機構３０は、定盤３４をベースに構成されており、クランクピン１８を基準としてクランクシャフト１０を保持するチャック３６と、チャック３６を駆動してクランクシャフト１０を保持・解放させるチャック用シリンダ４０とを有する。チャック３６は、クランクシャフト１０におけるクランクピン１８の両端を把持して、正確に位置決め可能である。

さらに、作業機構３０は、揺れを測定するためクランクシャフト１０を回転させるワークドライブ３８と、振れＺａ及びＺｂを計測する振れセンサ４２ａ及び４２ｂと、カウンタウェイト１６ａ及び１６ｂの側面を押圧するロッド（作用体）４４ａ及び４４ｂと、これらのロッド４４ａ及び４４ｂを駆動する押圧用シリンダ４６ａ及び４６ｂと、ロッド４４ａ及び４４ｂに加わる押圧力を計測するロードセル（反力計測手段）４８ａ及び４８ｂとを有する。振れセンサ４２ａ及び４２ｂは、例えば接触式であり、振れＺａ及びＺｂを計測できるように、クランクピン１８の両端から所定距離Ａ（図１参照）の位置に設けられている。

クランクシャフト１０はチャック３６によって、カウンタウェイト１６ａが右側、カウンタウェイト１６ｂが左側となるように保持されて、ロッド４４ａ及び押圧用シリンダ４６ａは、カウンタウェイト１６ａの右側面を左側に向かって押圧し、ロッド４４ｂ及び押圧用シリンダ４６ｂは、カウンタウェイト１６ｂの左側面を右側に向かって押圧する。つまり、カウンタウェイト１６ａ及び１６ｂは互いに接近する方向に力を受けることになる。また、ロードセル４８ａは、ロッド４４ａがカウンタウェイト１６ａを押す際の反力Ｒａを計測することになり、ロードセル４８ｂは、ロッド４４ｂがカウンタウェイト１６ｂを押す際の反力Ｒｂを計測することになる。反力Ｒａ及びＲｂを計測する手段は、ロードセル４８ａ及び４８ｂ以外にも、例えば押圧用シリンダ４６ａ及び４６ｂの押圧力（油圧力や電流等）から換算して求めてもよい。

クランクシャフト１０はチャック３６によって、クランクピン１８が下側でカウンタウェイト１６ａ及び１６ｂのウェイト部が上方となるように保持されており、チャック３６によってクランクピン１８を保持しやすく、ロッド４４ａ及び４４ｂによってカウンタウェイト１６ａ及び１６ｂを押圧しやすい。

制御部３２は、判断部５０と、入力部５２と、駆動部５４とを有する。入力部５２は、振れセンサ４２ａ及び４２ｂから振れＺａ及びＺｂを入力するとともに、ロードセル４８ａ及び４８ｂから反力Ｒａ及びＲｂを入力して判断部５０に供給する。判断部５０は、振れＺａ及びＺｂを修正する一連の修正手順を制御するようにプログラムされており、駆動部５４を介してワークドライブ３８、チャック用シリンダ４０、押圧用シリンダ４６ａ及び４６ｂを駆動制御する。判断部５０には、後述するマップ５６が記録されている。

次に、このように構成される振れ修正装置１２を用いて行われる振れ修正方法について説明する。

先ず、図４のステップＳ１において、ワークとしてのクランクシャフト１０を、チャック３６により保持・固定する。以下、クランクシャフト１０のジャーナルシャフト部１４ａ及び１４ｂについて振れＺａ及びＺｂを修正するのであるが、作業機構３０ではロッド４４ａ及び４４ｂが同じ手順で左右対称の動作を行うので、代表的にジャーナルシャフト部１４ａの振れＺａを修正する手順について説明する。なお、後述するステップＳ１０の押圧工程では、ロッド４４ａ及び４４ｂにより左右から同時にカウンタウェイト１６ａ及び１６ｂを押圧すると、バランスのよい操作が可能となる。

ステップＳ２において、振れセンサ４２ａにより振れＺａを計測し、制御部３２はこの計測結果の信号を得る。この時点で、Ｚａ＞０であることを確認する。

ステップＳ３において、制御部３２は、得られた振れＺａに基づいてロッド４４ａによりカウンタウェイト１６ａに力を加えて変位させるための基準変位量Ｙ０（図１参照）を設定する。基準変位量Ｙ０は振れＺａ＝０となるカウンタウェイト１６ａの位置であり、その時点の振れＺａから換算できる。

ステップＳ４（基準位置工程）において、振れＺａが０になる位置、つまり基準変位量Ｙ０までロッド４４ａをカウンタウェイト１６ａの右面に当接させて、左方向（以下、プラス方向とし、逆をマイナス方向とする。）に押圧・変位させる。

ステップＳ５（反力計測工程）において、ロッド４４ａを停止させておき、該ロッド４４ａとカウンタウェイト１６ａとの間に発生する反力Ｒａをロードセル４８ａにより計測する。

ステップＳ６において、得られた反力Ｒａが所定閾値Ｔ以上であるときには、ステップＳ７へ移り、所定閾値Ｔ未満であるときにはステップＳ１２へ移る。所定閾値は、クランクシャフト１０の使用条件下で振動や共振等が発生することがないように十分に小さい値に設定されており、基本的には、ステップＳ６の初回実行時にはＲａ≧Ｔとなり、ステップＳ７へ移ることになり、ステップＳ６の複数回目（例えば、４回目程度）の実行時にはＲａ＜ＴとなってステップＳ１２へ移ることになる。

ステップＳ７において、押圧工程（ステップＳ１０）の実行回数Ｎを示す所定のカウンタを参照し、該カウンタが１であるときにはステップＳ８へ移り、該カウンタが２以上であるときにはステップＳ９へ移る。このカウンタは「１」に初期化されており、後述するステップＳ８内でインクリメントされる。

ステップＳ８（初回実行時）において、反力Ｒａに応じて設定される目標変位量Ｙａを求める。この目標変位量Ｙａは計算、実験、シミュレーション等により規定され、マップ５６に記憶され、振れＺａで参照して求められる。目標変位量Ｙａは振れＺａに基づいた計算式、実験式で求めてもよい。

図１の仮想線に示すように、目標変位量Ｙａは、ロッド４４ａの軸上で、ジャーナルシャフト部１４ａの振れＺａが０である場合のカウンタウェイト１６ａの右端面を基準位置としてプラス方向の値でクランクシャフト１０の弾性による戻り量を考慮している。カウンタウェイト１６ａの右面におけるロッド４４ａの軸上の点が修正作用位置６０である。修正作用位置６０は絶対的なものでなく、条件により可変させてもよい。

目標変位量Ｙａは、弾性域を超えて塑性域まで達するだけの変形量である。ここで、塑性域とは、クランクピン１８及びカウンタウェイト１６ａの材質自体が塑性変形するのでなく、カウンタウェイト１６ａに対するクランクピン１８の圧入状態が変化して、クランクピン１８及びカウンタウェイト１６ａを一体的にみたとき塑性的に変形することを含み得る。

初回に設定される目標変位量Ｙａ（以下、Ｙａ０とも表す。）によって発生する塑性量は、次に述べる押圧工程（ステップＳ１０）を行った後に、仮にロッド４４ａを解放したときに残存する振れＺａを完全に０にするのではなく、個体差を考慮して、例えば、該振れＺａを１／２程度にするように設定されている。振れＺａを完全に０にするように設定すると、個体差により振れＺａが過度に修正されてマイナス値になる懸念があり、マイナス値になるとロッド４４ａによる修正ができないためである。また、目標変位量Ｙａをこのように設定することにより、結果的には振れＺａが０へ速く収束して合理的である。

ステップＳ９（２回目以降）において、目標変位量Ｙａを押圧工程（ステップＳ１０）の実行回数Ｎに基づいて設定する。目標変位量Ｙａは押圧工程の実行回数Ｎに応じて増加するように設定され、例えば、次の（１）式のように設定するとよい。（１）式で、Ｋは小さい定数である。
Ｙａ←Ｙａ０＋（Ｎ−１）・Ｋ …（１）

また、押圧工程の後にロッド４４ａを解放したときに残存する振れＺａの値を計算又は実験等により求め、反力Ｒａに基づいて、該振れＺａが実行回数Ｎに対応し、１／２^(N-1)程度になるように設定してもよい。

また、その時点で得られた反力Ｒａを考慮し、該反力Ｒａの大きさや変化の程度に応じて目標変位量Ｙａを調整してもよく、例えば、反力Ｒａの減少割合が小さいときには、目標変位量Ｙａの増加割合を大きくしてもよい。また、これらの設定方法を実行回数Ｎに応じて使い分けてもよい。基本的には、目標変位量Ｙａは押圧工程の実行回数Ｎに応じて増加させる。

ステップＳ８及びＳ９の後に、ステップＳ１０へ移る。

ステップＳ１０（押圧工程）において、図５に示すように、ロッド４４ａを当接させて、設定された目標変位量Ｙａだけ修正作用位置６０を変位させる。ロッド４４ａ及び修正作用位置６０の変位量が目標変位量Ｙａに到達したことを確認するのは、ロッド４４ａの進退量を計測する適当なセンサを用いる。目標変位量Ｙａだけ変位させたら、状態の安定化を図り適度な時間だけ停止させる。この押圧工程におけるロッド４４ａのストローク速度は、安定化を図り、適度に遅くしておくとよい。

ステップＳ１１（基準位置工程）において、ロッド４４ａを修正作用位置６０に当接させたまま、振れＺａが０になる位置まで該ロッド４４ａをマイナス方向に変位させる。つまり、前記のステップＳ４の基準位置までロッド４４ａを戻す。この後、ステップＳ５へ移る。

一方、ステップＳ１２（終了工程）では、ロッド４４ａをカウンタウェイト１６ａから離間させ、チャック３６を解放させ、振れＺａ（及びＺｂ）の修正が終了したクランクシャフト１０をワークドライブ３８により搬出する。

このような振れ修正方法によれば、単に振れＺａに基づいて押圧するのではなく、振れＺａが０となる基準位置で反力Ｒａを計測し、該反力Ｒａに基づいてカウンタウェイト１６ａの修正作用位置６０を押圧することから、クランクシャフト１０の個体差の影響を受けずに高精度に振れＺａを低減させることができる。また、反力Ｒａに基づいて押圧工程を複数回に分けて実行することにより、振れＺａの極性が反転してしまうことを防止できる。

つまり、図６に示すように、例えば、押圧工程であるステップＳ１０の実行回数Ｎに対応して、ロッド４４ａ及び修正作用位置６０の変位量Ｙは、初回のＹａ０を基準として次第に増加し、該振れＺａが０になる位置まで戻したときには、反力Ｒａは次第に減少し、やがて閾値Ｔ未満となり、振れＺａの極性が反転してしまうことなく、反力Ｒａ及び振れＺａを十分に小さくすることができる。図６の例では、４回の押圧工程を実行した後、Ｒａ＜Ｔとなり、この後ロッド４４ａをカウンタウェイト１６ａから離間させても振れＺａはほぼ０に維持されることは容易に理解されよう。

上述したように、本実施の形態に係る回転体の振れ修正方法では、振れＺａが同じ量であっても、材質や組立状態によって変化する反力Ｒａに基づいてロッド４４ａに対して異なる操作をするので、正確な振れ修正がなされる。

回転体の振れ修正方法では、前記ステップＳ２〜Ｓ４を省略し、最初に適度な一定の規定変位量だけ修正作用位置６０を変位させるようにしてもよい。

本実施の形態に係る回転体の振れ修正方法は、クランクシャフト１０以外の一般的な回転体に適用可能であり、例えば、図７に示すように、カムシャフト７０にも好適に適用可能である。

図７に示すように、カムシャフト７０は、メインシャフト７２に複数のカム７４が設けられており、振れ修正装置７５によって振れの修正がなされる。

振れ修正装置７５は、メインシャフト７２の両端を指示する一対のセンタークランプ７６ａ及び７６ｂと、メインシャフト７２の修正作用位置７８ａ及び７８ｂの振れを計測する振れセンサ８０ａ及び８０ｂと、該修正作用位置７８ａ及び７８ｂを押圧するロッド（作用体）８２ａ及び８２ｂと、該ロッド８２ａ及び８２ｂと修正作用位置７８ａ及び７８ｂとの間に発生する反力Ｒａ及びＲｂを計測するロードセル（反力計測手段）８４ａ及び８４ｂとを有する。このような構成の振れ修正装置７５では、上記の本実施の形態に係る回転体の振れ修正方法が適用され、カムシャフト７０の振れを修正することができる。

本発明に係る回転体の振れ修正方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

クランクシャフトの側面図である。 振れ修正装置のブロック構成図である。 振れ修正装置の斜視図である。 振れ修正方法の手順を示すフローチャートである。 押圧工程において、ロッドでカウンタウェイトを押圧する様子を示す図である。 振れと反力の推移を示すグラフである。 カムシャフトの振れを修正する振れ修正装置の模式図である。

符号の説明

１０…クランクシャフト １２、７５…振れ修正装置
１４ａ、１４ｂ…ジャーナルシャフト部
１６ａ、１６ｂ…カウンタウェイト
１８…クランクピン ３０…作業機構
４２ａ、４２ｂ、８０ａ、８０ｂ…振れセンサ
４４ａ、４４ｂ、８２ａ、８２ｂ…ロッド（作用体）
４６ａ、４６ｂ…押圧用シリンダ
４８ａ、４８ｂ、８４ａ、８４ｂ…ロードセル
６０、７８ａ、７８ｂ…修正作用位置 ７０…カムシャフト
Ｒａ、Ｒｂ…反力 Ｚａ、Ｚｂ…振れ

Claims (4)

1. 回転体の回転軸の振れを修正する回転体の振れ修正方法において、
   前記振れが０になる位置まで、作用体を前記回転体の修正作用位置に当接させ該修正作用位置を変位させる基準位置工程と、
   前記基準位置工程の後に前記作用体を停止させ、反力計測手段により、該作用体と前記回転体との間に発生する反力を計測する反力計測工程と、
   前記反力計測工程で得られた反力が所定閾値以上であるときに、所定の目標変位量だけ前記作用体により前記修正作用位置を変位させる押圧工程と、
   前記反力計測工程で得られた反力が所定閾値未満であるときに行う所定の終了工程と、
   を有することを特徴とする回転体の振れ修正方法。
2. 請求項１記載の回転体の振れ修正方法において、
   前記目標変位量は、前記反力に基づいて設定されることを特徴とする回転体の振れ修正方法。
3. 請求項１又は２記載の回転体の振れ修正方法において、
   前記押圧工程の後、前記基準位置工程及び前記反力計測工程をさらに行い、得られた反力が前記所定閾値以上であるときに前記目標変位量を再設定して前記押圧工程をさらに行うことを特徴とする回転体の振れ修正方法。
4. 請求項３記載の回転体の振れ修正方法において、
   ２回目以降の前記押圧工程における前記目標変位量は、前記押圧工程の実行回数に基づいて設定され、前記押圧工程の実行回数に応じて増加させることを特徴とする回転体の振れ修正方法。

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