JP2011224620A - クランクシャフトの振れ矯正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの振れを短時間で且つ高精度に矯正する。
【解決手段】製品クランクシャフト１０ｂの軸部１８、２６の振れ量Ｚａ、Ｚｂ及び延在方向（振れ位相）の値は、振れセンサ５２ａ〜５２ｄによって実測される。これらの値を情報として得た判断部６４は、サンプルクランクシャフトを用いて得られたマップ７０に基づき、フランジ部２０、２８の適正押圧位置、及びロッド５４ａ、５４ｂの適正ストローク量を導出する。ロッド５４ａ、５４ｂは、このようにして求められた適正押圧位置を、適正ストローク量をもって押圧する。押圧後の軸部１８、２６の振れ量Ｚａ、Ｚｂ及び延在方向の値を再度実測し、振れ量Ｚａ、Ｚｂが許容範囲外であるときには、適正押圧位置及び適正ストローク量の導出と、ロッド５４ａ、５４ｂによる押圧が再度行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の内燃機関を構成するクランクシャフトを構成するクランク軸半体の振れを矯正するクランクシャフトの振れ矯正方法に関する。

自動車の内燃機関を運転するに際しては、燃料と空気との混合気が吸気口を介してシリンダに導入及び圧縮され、次に、圧縮された混合気が燃焼されて膨張する。燃焼した混合気は、排気口を介して排出される。

この過程では、シリンダ内をピストンが上下往復運動する。ピストンは、コネクティングロッド（コンロッド）を介してクランクシャフトに連結されており、このため、クランクシャフトは、ピストンの上下往復運動に伴って回転動作を行う。

このような動作を営むクランクシャフトの１種として、図１１に示す圧入組立型のものが知られている。このクランクシャフト１０は、第１クランク軸半体１２と、第２クランク軸半体１４とがクランクピン１６を介して連結されることで構成される。なお、実際には、クランクピン１６にコンロッドが通されるが、理解を容易にするべく、コンロッドの図示を省略する。

第１クランク軸半体１２は、第１軸部１８と、該第１軸部１８の一端部に形成された第１フランジ部２０及び第１ウェイト部２２とを有する。この中の第１フランジ部２０には、前記クランクピン１６を通すための第１ピン孔２４が貫通形成されている。

残余の第２クランク軸半体１４も同様に、第２軸部２６と、該第２軸部２６の一端部に形成された第２フランジ部２８及び第２ウェイト部３０とを有し、この中の第２フランジ部２８及び第２ウェイト部３０のそれぞれが、第１クランク軸半体１２の第１フランジ部２０及び第１ウェイト部２２と対向する。

第２フランジ部２８において、第１フランジ部２０の第１ピン孔２４に対応する箇所には、第２ピン孔３２が貫通形成されている。クランクピン１６は、この第２ピン孔３２にも圧入される。通常は、第１ピン孔２４、図示しないコンロッドに形成された挿通孔、第２ピン孔３２の順序でクランクピン１６が圧入され、これにより、図１１に示すクランクシャフト１０が構成される。このクランクシャフト１０は、主に自動二輪車の内燃機関に採用される。

上記したような構成のクランクシャフト１０においては、図１１に示すように、第１軸部１８、第２軸部２６の軸線Ｊ１、Ｊ２が理想的な直線軸（以下、理想軸とも表記し、その参照符号をＪ０とする）上に位置することが理想的であるが、実際には、第１軸部１８、第２軸部２６の軸線Ｊ１、Ｊ２と、理想軸Ｊ０との間には不可避的なズレが発生する。このズレは「振れ」と呼称され、その大きさは「振れ量」と呼称される。

第１軸部１８、第２軸部２６の振れ量が大きくなる程、振動や共振が大きくなる。特に、クランクシャフト１０が高速で回転される自動二輪車では、このような振動・共振が顕著に発生するので、第１軸部１８、第２軸部２６の軸線Ｊ１、Ｊ２を可及的に理想軸Ｊ０に一致させること、換言すれば、振れ量を可及的に低減することが要請される。

そこで、振れを矯正することが一般的に行われている。例えば、特許文献１には、クランクシャフト１０の振れ量を測定した後、その測定結果に基づいて、振れ量に見合った量だけ矯正パンチを移動させ、これにより振れを矯正する装置が開示されている。

このような矯正を行っても、何らかの要因によって振れが十分に矯正されていないこともあり得る。勿論、この場合、振動や共振を十分に抑制することができなくなる。

しかしながら、引用文献１記載の装置では、振れ量が十分に低減しているか否かを確認することができない。すなわち、この装置を用いての矯正では、振動や共振を十分に抑制することができないことがあり得る。

この観点から、本出願人は、特許文献２において、振れ量を高精度に低減させることが可能な回転体の振れ矯正方法を提案している。

特開２００２−１７２４２４号公報 特開２００９−２７９６１７号公報

本発明は上記した従来技術に関連してなされたもので、振れを短時間で一層高精度に矯正することが可能なクランクシャフトの振れ矯正方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、フランジ部と軸部を有するクランク軸半体同士を、前記フランジ部に形成されたピン孔に挿入されたクランクピンを介して連結することで構成されるクランクシャフトにおける前記クランク軸半体の振れを矯正するクランクシャフトの振れ矯正方法であって、
サンプルクランクシャフトを位置決め固定した後に該サンプルクランクシャフトのフランジ部を矯正子で複数回押圧するにあたり、前記矯正子の押圧前後でのストローク量、又は前記矯正子の前記フランジ部に対する接触位置の少なくともいずれか一方を変更し、各回の軸部の押圧後の延在方向、及び押圧前後での移動量を予め取得するマップ作成工程と、
クランク軸半体の振れを実際に矯正する製品クランクシャフトを位置決め固定した後、前記製品クランクシャフトの軸部の延在方向、及び矯正目標位置からの振れ量を求める実測工程と、
前記製品クランクシャフトの軸部を前記矯正目標位置に接近させるための矯正方向及び目標矯正量を求める目標設定工程と、
前記サンプルクランクシャフトによって予め取得された軸部の延在方向、及び押圧前後での移動量と、前記製品クランクシャフトにおける前記矯正方向及び前記目標矯正量とを対比し、前記製品クランクシャフトのフランジ部の適正押圧位置、及び前記矯正子の適正ストローク量を求める最適化工程と、
前記矯正子のストローク量を前記適正ストローク量として前記適正押圧位置を前記矯正子で押圧する押圧工程と、
を有し、
前記実測工程から前記押圧工程までを、前記押圧工程が終了した前記製品クランクシャフトの軸部の矯正目標位置からの振れ量が許容範囲内となるに至るまで行うことを特徴とする。

すなわち、本発明においては、押圧工程での押圧が終了する毎に、軸部の振れ量及び延在方向を求め、その振れ量及び延在方向を矯正するためのフランジ部の押圧位置、及び矯正子のストローク量を最適化するようにしている。このように、押圧の度に押圧位置及びストローク量を最適化することにより、短時間で且つ高精度に矯正を行うことができる。

なお、サンプルクランクシャフト及び製品クランクシャフトの位置決め固定は、各々のクランクピンをクランプすることによって行うことが好ましい。２個のフランジ部をクランプするよりもクランクピンをクランプする方が容易である上、フランジ部をクランプした状態で該フランジ部を押圧するよりも、クランクピンをクランプした状態でフランジ部を押圧する方が容易であるからである。

なお、実測工程から押圧工程までを、押圧工程が終了した製品クランクシャフトの軸部の矯正目標位置からの振れ量が許容範囲内となるに至るまで、繰り返し回数に制限なく行うようにしてもよい。この場合、高精度に矯正されたクランクシャフトが得られる。

又は、実測工程から押圧工程までの繰り返し回数を４回以内とするようにしてもよい。このように繰り返し回数を制限することにより、振れ矯正が困難である製品クランクシャフトを早期に除外することができる。従って、高精度に矯正されたクランクシャフトが効率よく得られるようになる。

本発明によれば、矯正子による押圧（矯正）が終了する毎に、クランクシャフトを構成するクランク軸半体の軸部の振れ量及び延在方向を求めるとともに、その振れ量及び延在方向を適切に矯正するためのフランジ部の押圧位置、及び矯正子のストローク量を最適化するようにしている。この押圧毎の押圧位置及びストローク量の最適化より、クランクシャフトの振れ矯正を短時間で且つ高精度に行うことができる。

振れが発生した状態のクランクシャフトの全体概略側面図である。 振れ矯正装置のブロック構成図である。 前記振れ矯正装置の全体概略斜視図である。 図４Ａは、振れセンサの設置箇所を示す側面図であり、図４Ｂは、その正面図である。 軸部の延在方向（振れ位相）の定義を説明するためのクランクシャフトの正面図である。 クランクシャフトのフランジ部の押圧位置を適宜変更した場合の矯正子のストローク量と矯正量の相関関係を示すグラフである。 矯正子のストローク量を所定量としてフランジ部を押圧した際の押圧位置と、軸部の移動方向（矯正方向）の相関関係を示すグラフである。 前回の押圧位置と次回の押圧位置との差（位相差）と、軸部の実際の矯正方向との相関関係を示すグラフである。 押圧前の軸部の振れ量及び延在方向（振れ位相）と、押圧後の軸部の振れ量及び延在方向（振れ位相）とを座標にして示した説明図である。 図９における振れ量及び振れ位相の実測値と、目標矯正量、適正押圧位置及び適正ストローク量の値とを示した図表である。 理想的な状態にあるクランクシャフトの全体概略側面図である。

以下、本発明に係るクランクシャフトの振れ矯正方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図１１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、クランクシャフト１０は、第１軸部１８、第２軸部２６の軸線Ｊ１、Ｊ２が理想軸Ｊ０上に存在することが本来は望ましい。しかしながら、第１クランク軸半体１２及び第２クランク軸半体１４を鍛造加工等によって作製する際の製造誤差や、第１ピン孔２４及び第２ピン孔３２にクランクピン１６を挿入する圧入工程での組立誤差等があるため、実際には、図１に示すように、第１軸部１８、第２軸部２６の軸線Ｊ１、Ｊ２の理想軸Ｊ０からのズレ、すなわち、振れが不可避的に発生する。図１においては、第１軸部１８、第２軸部２６の各々の振れの大きさ（振れ量）を、Ｚａ、Ｚｂとして表している。

なお、図１では、振れを誇張して示しているが、実際には、振れ量Ｚａ、Ｚｂは微量であり、典型的には０．５ｍｍを下回る程度である。

上記したように、振れ量Ｚａ、Ｚｂが過度に大きい場合、振動や共振が発生することを防止することが容易でなくなる。そこで、本実施の形態では、第１軸部１８、第２軸部２６の軸線Ｊ１、Ｊ２が理想軸Ｊ０に接近するように位置矯正を実施することにより、振れ量Ｚａ、Ｚｂを低減する。換言すれば、振れの矯正を行う。

なお、振れの矯正は、第１軸部１８、第２軸部２６の軸線Ｊ１、Ｊ２が理想軸Ｊ０に完全に一致するまで行われるのではなく、振れ量Ｚａ、Ｚｂが、内燃機関の実際の運転に際して問題とならない範囲、すなわち、許容範囲内となるまで行われる。許容範囲は、クランクシャフト１０を適用した内燃機関の使用条件に応じて規定される。

図２及び図３は、それぞれ、振れの矯正を実施するための振れ矯正装置４０のブロック構成図、全体概略斜視図である。この振れ矯正装置４０は、クランクシャフト１０を保持して振れ矯正作業を行う作業機構４２と、該作業機構４２を制御する制御部４４とを有する。

作業機構４２は、定盤４６を基盤として構成されており、クランクピン１６を基準としてクランクシャフト１０を保持するチャック４８と、該チャック４８を駆動してクランクシャフト１０を保持・解放するチャック用シリンダ５０とを有する。チャック４８は、クランクシャフト１０におけるクランクピン１６の両端を把持して、正確に位置決め固定可能である。

さらに、作業機構４２は、振れセンサ５２ａ〜５２ｄと、第１フランジ部２０の図２における左方端面、第２フランジ部２８の図２における右方端面を押圧するための矯正子であるロッド５４ａ、５４ｂと、ロッド５４ａ、５４ｂの各々を駆動する押圧用シリンダ５６ａ、５６ｂと、搬送用クランプ５８とを有する。

この中、振れセンサ５２ａ、５２ｂは、第１クランク軸半体１２の第１軸部１８の振れ量Ｚａを計測するとともに後述する振れ位相（第１軸部１８の延在方向）を求めるためのものであり、一方、振れセンサ５２ｃ、５２ｄは、第２クランク軸半体１４の第２軸部２６の振れ量Ｚｂを計測するとともに振れ位相（第２軸部２６の延在方向）を求めるためのものである。これら振れセンサ５２ａ〜５２ｄは、例えば、接触式であり、振れ量Ｚａ、Ｚｂ及び振れ位相を計測するべく、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、互いに別位相で且つクランクピン１６の両端から所定距離Ｄ１、Ｄ２（図４Ａ参照）だけ離間した位置に配設され、各々の接触子が第１軸部１８、第２軸部２６の断面中心を指向するように設置される。なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、振れセンサ５２ｃ、５２ｄを代表的に示している。

第２クランク軸半体１４の第２軸部２６を例示して説明すると、該第２軸部２６の直径は予め実測によって求められた既知の値である。従って、振れセンサ５２ｃ、５２ｄの各接触子の先端から第２軸部２６の中心までの距離を求め、この距離と、第２軸部の直径（既知の値）とから、振れ量Ｚｂ、及び振れ位相を求めることができる。

なお、振れ量Ｚａ、Ｚｂ及び振れ位相は、クランクシャフト１０を回転させることなく測定される。

また、ロッド５４ａ、５４ｂは、それぞれ、ディスク状支持盤６０ａ、６０ｂを介して支軸６２ａ、６２ｂに支持されている。なお、ロッド５４ａ、５４ｂは、ディスク状支持盤６０ａ、６０ｂの周縁近傍に設置されている。

前記支軸６２ａ、６２ｂは、その中心軸を回転中心として回転動作することが可能であり、この回転動作に追従してディスク状支持盤６０ａ、６０ｂが回転動作する。これに伴って、ディスク状支持盤６０ａ、６０ｂの周縁近傍に設置されたロッド５４ａ、５４ｂが、該ディスク状支持盤６０ａ、６０ｂの円周方向に沿って周回動作する。すなわち、第１フランジ部２０、第２フランジ部２８に対するロッド５４ａ、５４ｂのインデックス位置を変更することが可能である。

後述するように、ロッド５４ａは、押圧用シリンダ５６ａの作用下に第１フランジ部２０の左方端面を右方に向かって押圧し、残余のロッド５４ｂは、押圧用シリンダ５６ｂの作用下に第２フランジ部２８の右方端面を左方に向かって押圧する。これにより、第１フランジ部２０、第２フランジ部２８の振れ量Ｚａ、Ｚｂ及び振れ位相が変化する。

前記制御部４４は、判断部６４と、入力部６６と、駆動部６８とを有する。入力部６６には、振れセンサ５２ａ〜５２ｄによって求められた振れ量Ｚａ、Ｚｂ、及び振れ位相が入力される。振れ量Ｚａ、Ｚｂ、及び振れ位相の各値は、上方として判断部６４に供給される。

判断部６４は、振れ量Ｚａ、Ｚｂを低減する一連の矯正手順を制御するようにプログラムされており、駆動部６８を介して支軸６２ａ、６２ｂ、チャック用シリンダ５０、押圧用シリンダ５６ａ、５６ｂ、及び前記搬送用クランプ５８を駆動制御する。判断部６４には、後述するマップ７０が記録されている。

なお、搬送用クランプ５８は、振れが矯正されたクランクシャフト１０を搬出するためのものである。

次に、本実施の形態に係るクランクシャフト１０の振れ矯正方法につき、基本的には上記のように構成される振れ矯正装置４０の動作との関係で説明する。

本実施の形態に係るクランクシャフト１０の振れ矯正方法は、サンプルクランクシャフト１０ａを用いてマップ化を行うマップ作成工程と、製品クランクシャフト１０ｂにおける振れ位相（軸部の延在方向）及び振れ量Ｚａ、Ｚｂを求める実測工程と、製品クランクシャフト１０ｂの矯正方向及び目標矯正量を求める目標設定工程と、製品クランクシャフト１０ｂのフランジ部の適正押圧位置を求める適正押圧位置設定工程と、前記適正押圧位置を前記矯正子によって押圧する押圧工程とを有する。

はじめに、チャック用シリンダ５０を駆動し、図２及び図３に示すように、サンプルクランクシャフト１０ａのクランクピン１６をチャック４８によって両底面側からクランプする。これにより、サンプルクランクシャフト１０ａを位置決め固定する。この場合、クランクピン１６が下方に臨み、第１フランジ部２０及び第２フランジ部２８における押圧されるべき箇所が上方に臨む。

第１軸部１８、第２軸部２６の振れを矯正する際、第１フランジ部２０、第２フランジ部２８は、クランクピン１６を支点として揺動する。従って、クランクピン１６をクランプすることにより、他の部位をクランプする場合に比して短時間で高精度に矯正することが可能となる。

また、第１フランジ部２０及び第２フランジ部２８をクランプするよりもクランクピン１６をクランプする方が容易である。その上、第１フランジ部２０及び第２フランジ部２８をクランプした状態でロッド５４ａ、５４ｂによって第１フランジ部２０及び第２フランジ部２８を押圧するよりも、クランクピン１６をクランプした状態でロッド５４ａ、５４ｂによって第１フランジ部２０及び第２フランジ部２８を押圧する方が容易である。

この状態で、マップ作成工程が行われる。

第１フランジ部２０側を例示して説明すると、先ず、振れセンサ５２ａ、５２ｂにより、第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相が求められる。なお、振れ量Ｚａは、図１に示すように、第１軸部１８の軸線Ｊ１、Ｊ２の理想軸Ｊ０からのズレの大きさであり、一方、振れ位相は、図５に示すように、第１軸部１８の延在方向である。

これら振れ量Ｚａ及び振れ位相は、クランクシャフト１０を回転させることなく計測される。従って、迅速且つ効率よく計測することができる。また、チャック４８によるクランプを解放した後にクランクシャフト１０を回転させて計測を行い、再度チャック４８によってクランプを行う場合に比して位置決め精度が大きく向上する。クランプ位置が同一であるので、クランプ位置に誤差が生じることがないからである。

ここで、振れ位相（第１軸部１８の延在方向）の定義につき説明する。

本実施の形態においては、図５に示すように、第１フランジ部２０の左方端面における第１軸部１８の軸線Ｊ１から第１ピン孔２４に向かう方向の位相を０°と定義する。そして、この場合、０°から時計回りに９時の方向の位相が９０°、１２時の方向の位相が１８０°、３時の方向の位相が２７０°となる。勿論、１時、２時、４時の方向の位相は、それぞれ、２１０°、２４０°、３００°である。

第１軸部１８の振れ位相は、該第１軸部１８が上記のようにして定義される位相（方向）中の如何なる位相（方向）に指向して延在しているかを表す。具体的には、図５に示す場合、第１軸部１８が位相２９５°の方向に指向して延在する。従って、この場合の振れ位相は２９５°である。

また、図示しないが、第１軸部１８が９時の方向に指向して延在している場合、振れ位相は９０°である。さらに、３時の方向に指向して延在している場合、振れ位相は２７０°となる。

このようにして第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相を求めた後、例えば、位相が１８０°である部位、すなわち、第１軸部１８を挟んで第１ピン孔２４に対向する部位を、押圧用シリンダ５６ａの作用下に、ロッド５４ａによって押圧する。この際のロッド５４ａの変位方向（すなわち、押圧方向）は、図２及び図３における右方である。

この押圧により、第１フランジ部２０の傾斜の度合いや傾斜方向等が変化する。従って、第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相の少なくともいずれか一方も変化する。制御部４４に含まれる入力部６６には、押圧前の振れ量Ｚａ及び振れ位相、ロッド５４ａの変位開始から変位終了までの移動量（すなわち、ストローク量）、押圧後の振れ量Ｚａ及び振れ位相に関する情報が入力される。

この押圧を、例えば、押圧位置を変更することなく、ストローク量のみを変化させながら繰り返し、第１軸部１８の振れ量Ｚａの変化（すなわち、矯正量）を入力部６６に逐一入力する。この矯正量から、図６に示すように、各位相におけるストローク量と矯正量の相関関係を示すグラフが得られる。

なお、図６は、位相が１８０°、２１０°、２４０°、２７０°、３００°である部位から押圧位置をそれぞれ変更することなく、ストローク量のみを変化させたときの第１軸部１８の矯正量をプロットして得られたものである。この図６から、ロッド５４ａのストローク量が同一であっても、押圧位置（位相）が相違する場合、矯正量が相違することが諒解される。

また、図６からは、各直線において、矯正量が１５μｍ以下である場合と、１５μｍを超える場合とで傾きが相違することが分かる。すなわち、押圧位置の位相が相違することを位相係数として含めると、矯正量が１５μｍ以下である場合には下記の式（１）が成り立つ。
ストローク量＝（矯正量×１３＋４５）／位相係数 …（１）

また、矯正量が１５μｍを超える場合には、下記の式（２）が成り立つ。
ストローク量＝（矯正量×６．３８＋１４５）／位相係数 …（２）

ここで、位相係数は、押圧位置の位相が２４０°未満であるときには下記の式（３）によって求められる。
位相係数＝０．００３×押圧位置の位相の値＋０．４０６ …（３）

また、押圧位置の位相が２４０°以上であるときには、下記の式（４）によって算出することができる。
位相係数＝０．０１３×押圧位置の位相の値−１．９２ …（４）

以上とは別に、ストローク量を変更することなく、押圧位置（位相）のみを変化させながら押圧を繰り返し、第１軸部１８の延在方向の変化（すなわち、矯正方向）を入力部６６に逐一入力する。なお、押圧位置（位相）を変更するためには、支軸６２ａ及びディスク状支持盤６０ａを回転動作させ、これによりロッド５４ａを周回動作させればよい。

その結果、図７に示すように、所定のストローク量で押圧した際の押圧位置（位相）と、矯正方向の相関関係を示すグラフが得られる。

図７を参照し、押圧位置が１８０°である場合には、第１軸部１８が概ね１８０°に向かうように矯正される（換言すれば、矯正方向が概ね１８０°である）が、押圧位置の位相の数値が大きくなるにつれ、押圧位置の位相と矯正方向とのズレ量が大きくなることが分かる。例えば、押圧位置が２４０°、３００°である場合、それぞれの矯正方向は、概ね２２５°、２７０°程度である。

従って、図７に基づいて、押圧位置の位相と矯正方向の位相との間の関係式を求めると、下記の式（５）が成り立つ。
押圧位置の位相＝１．３３×（矯正方向の位相）−５９° …（５）

例えば、押圧前の第１軸部１８の振れ位相（延在方向）が０°〜９０°である場合、矯正方向は、位相が１８０°〜２７０°である方向となる。すなわち、この場合、振れ位相と矯正方向の位相との間には、下記の式（６）が成立する。
矯正方向の位相＝振れ位相＋１８０° …（６）

一方、押圧前の第１軸部１８の振れ位相（延在方向）が２７０°〜３６０°である場合、矯正方向は、位相が９０°〜１８０°である方向となる。すなわち、この場合、振れ位相と矯正方向の位相との間に下記の式（７）が成立する。
矯正方向の位相＝振れ位相−１８０° …（７）

入力部６６には、以上の情報が併せて入力される。勿論、第２フランジ部２８
に関しても同様である。

なお、クランクシャフト１０に対して重力が鉛直下方に作用する関係上、第１フランジ部２０、第２フランジ部２８の振れ位相が９０°超〜２７０°未満となることはほとんどない。

ここで、矯正後の第１軸部１８の延在方向（振れ位相）には、若干のバラツキがあることが認められる。従って、押圧を複数回行うと、バラツキが加算される結果、矯正後の振れ位相が目標の矯正位置と異なることが懸念される。これを回避するべく、本実施の形態においては、前回の押圧時の位置と、次回の押圧時の位置との位相差を所定範囲内とする。具体的には、以下の通りである。

図８は、押圧位置を変更したときに振れ位相が如何に変化するかの傾向を調べた結果である。すなわち、この図８は、ストローク量を一定とし、前回の押圧時と次回の押圧時とでの位相差を種々変更したときの、第１軸部１８の実際の振れ位相（矯正方向）を示すものである。図８において、横軸は位相差であり、縦軸は、上記式（５）から算出される矯正方向の予想位相と、実際の振れ位相との差を表す。

なお、矯正方向の予想位相は、式（５）を変形した下記の式（８）によって求められる。
矯正方向の予想位相＝（押圧位置の位相＋５９°）／１．３３ …（８）

一方、第１軸部１８の実際の振れ位相は、振れセンサ５２ａ、５２ｂによって実測され、入力部６６に逐一入力される。このため、縦軸の差は、式（８）によって求められる予想位相と、入力部６６に入力された実際の振れ位相とに基づいて求めることができる。

図８から、式（５）、（８）及び図７に示される関係が成立するのは、押圧位置の位相差が１５°以内（標準偏差は概ね１３°）であるときであり、１５°を超えると、予想位相と実際の振れ位相との差異が大きくなることが諒解される。換言すれば、前回の押圧時の位置と、次回の押圧時の位置との位相差を１５°よりも大きくすると、第１軸部１８を目標とする方向に矯正することが容易でなくなる。

従って、本実施の形態では、製品クランクシャフト１０ｂの振れを矯正する際、前回の押圧位置の位相と、次回の押圧位置の位相との位相差が１５°以内に設定される。なお、押圧位置（位相）を変更するためには、上記したように、支軸６２ａ及びディスク状支持盤６０ａを回転動作させ、これによりロッド５４ａを周回動作させればよい。

以上のようにして入力部６６に上記の情報を逐一入力することにより、該入力部６６から情報が伝達された判断部６４において、ロッド５４ａ、５４ｂのストローク量と振れ量Ｚａ、Ｚｂの変化量との関係や、ロッド５４ａ、５４ｂによる第１フランジ部２０、第２フランジ部２８の押圧位置の位相と、押圧後の振れ位相との関係等がマップ化される。

次に、実測工程を行うべく、チャック用シリンダ５０を駆動してチャック４８からサンプルクランクシャフト１０ａを解放し、さらに、該サンプルクランクシャフト１０ａを搬送用クランプ５８で搬出した後、製品クランクシャフト１０ｂのクランクピン１６をチャック４８でクランプする。なお、製品クランクシャフト１０ｂとサンプルクランクシャフト１０ａの構成は同一であり、従って、同一の構成要素には同一の参照符号を付すこととする。

そして、振れセンサ５２ａ〜５２ｄにより、製品クランクシャフト１０ｂにおける第１軸部１８、第２軸部２６の振れ量Ｚａ、Ｚｂ及び振れ位相（第１軸部１８、第２軸部２６の延在方向）を実測する。第１フランジ部２０を座標化した図９においては、第１軸部１８の初期振れ量Ｚａが４３μｍ、初期振れ位相が２９５°であった場合を代表的に示している。この情報は、入力部６６を経て判断部６４に伝達される。

次に、判断部６４は、矯正目標位置である理想軸Ｊ０に第１軸部１８、第２軸部２６を接近させるための矯正方向及び目標矯正量を求める。すなわち、目標設定工程が実施される。

以降を、図９に示す例につき説明する。判断部６４は、式（７）に基づき、「矯正方向を位相１１５°の方向とする」と判断する。判断部６４は、さらに、目標矯正量を求める。

目標矯正量が大きい場合、ロッド５４ａのストローク量を大きくする必要があるが、ストローク量が過度に大きいと、実矯正量を制御することが容易ではない。そこで、本実施の形態では、判断部６４は、振れ量Ｚａが小さいときには該振れ量Ｚａを目標矯正量と判断し、一方、振れ量Ｚａが所定の閾値以上であるときには振れ量Ｚａの０．５５倍を目標矯正量と判断する。閾値は、例えば、３３μｍに設定することができる。

図９に示す例では、振れ量Ｚａは４３μｍであり、閾値である３３μｍ以上での値である。従って、判断部６４は、４３μｍの０．５５倍である２４μｍを目標矯正量として設定する。

このようにして、第１軸部１８を位相１１５°の方向に向かって２４μｍ移動させる（矯正させる）と判断した判断部６４は、次に、最適化工程において、この矯正を行うための第１フランジ部２０の押圧すべき位置（適正押圧位置）、及びロッド５４ａのストローク量（適正ストローク量）を求める。

適正押圧位置は、押圧前の振れ位相に基づき、上記の式（５）、（６）、又は式（５）、（７）から求められるが、図９に示す例では、初期振れ位相が２７０°を超えているため、式（７）が選択される。すなわち、適正押圧位置の位相は下記の式によって算出され、その値は９４°である。
適正押圧位置の位相＝１．３３×１１５°−５９°
＝９４°

また、適正ストローク量は、マップ７０に記憶された式（１）〜（４）に基づいて設定される。適正押圧位置の位相が９４°であり、且つ目標矯正量が２４μｍである上記の場合には、式（２）、（３）が選択される。すなわち、式（３）に基づいて位相係数を算出すると、
位相係数＝０．００３×９４＋０．４０６
＝０．６８８
である。

また、式（２）に基づいて適正ストローク量を算出すると、
適正ストローク量＝（２４×６．３８＋１４５）／０．６８８
＝４３３μｍ
となる。

次に、判断部６４の制御作用下に、押圧工程が実施される。具体的には、先ず、支軸６２ａを回転動作させることでディスク状支持盤６０ａを介してロッド５４ａを周回動作させ、そのインデックス位置を、第１フランジ部２０における位相が９４°である箇所に合わせる。

その後、判断部６４は、ロッド５４ａのストローク量が上記の適正ストローク量（４３３μｍ）となるように押圧用シリンダ５６ａを駆動する。この適正ストローク量をもって移動するロッド５４ａによって第１フランジ部２０における位相が９４°の位置が押圧され、その結果、第１フランジ部２０が揺動する。これに追従して、第１軸部１８の位置が変化する。その後、ロッド５４ａが元の位置に戻る。

押圧後の第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相は、再度、振れセンサ５２ａ、５２ｂによって求められる。理論的には、押圧後の第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相は、１９（＝４３−２４）μｍ、２９５°であるが、この通りにならないことが多い。この理由は、第１フランジ部２０の揺動支点が、クランクピン１６の上端部であったり、中央部であったり、又は下端部であったり等、その都度相違するからである。

このため、本実施の形態では、上記した実測工程を再度実施し、振れ量Ｚａが許容範囲内であれば振れ矯正を終了する。一方、許容範囲外であれば、実測工程以降を全て実施する。

図９に示す例では、１回目の押圧後の第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相が、それぞれ、３４μｍ、２９５°であった場合を示している。この際の振れ量Ｚａ（３４μｍ）は、未だ許容範囲外である。

この情報が入力部６６から伝達された判断部６４は、目標設定工程において、第１軸部１８の矯正方向及び目標矯正量を求める。すなわち、上記に準拠し、「矯正方向を位相１１５°の方向とし、目標矯正量を１７（＝３３×０．５５）μｍとする」と判断する。

さらに、判断部６４は、上記の判断に基づき、適正押圧位置の位相を９４°に設定する。１回目の押圧時の押圧位置との位相差が０°であるので、判断部５２は、「２回目の押圧を実行する」との判断を下す。

また、この場合、適正押圧位置の位相が９４°であり、且つ目標矯正量が１７μｍであるので、位相係数及び適正ストローク量を求めるに際しては、式（２）、（３）が選択される。すなわち、式（３）に基づいて位相係数を算出すると０．６８８であり、式（２）に基づいて適正ストローク量を算出すると３６８μｍである。

この場合、適正押圧位置の位相が１回目の押圧時と同一の９４°（位相差０°）であるので、ロッド５４ａのインデックス位置が変更されることなく２回目の押圧工程が実施される。そして、判断部６４は、ロッド５４ａのストローク量が３６８μｍとなるように押圧用シリンダ５６ａを駆動する。

これにより、第１フランジ部２０における位相が９４°の位置がロッド５４ａによって押圧される。その結果、第１フランジ部２０が揺動するとともに、第１軸部１８の位置が変化する。

次に、２回目の押圧後の第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相を、再度、振れセンサ５２ａ、５２ｂによって求める。理論的には、押圧後の第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相は、１７（＝３４−１７）μｍ、２９５°であるが、図９に示すように、実際の振れ量Ｚａ及び振れ位相が１７μｍ、３０２°となることもある。上記したように、第１フランジ部２０の揺動支点がその都度相違するからである。

２回目の押圧後の振れ量Ｚａ（１７μｍ）が許容範囲外である場合、上記に準拠して実測工程以降を全て実施する。

振れ量Ｚａ及び振れ位相が１７μｍ、３０２°であるとの情報が入力部６６から伝達された判断部６４は、目標設定工程において、第１軸部１８の矯正方向及び目標矯正量を求める。すなわち、上記に準拠し、「矯正方向を位相１２２°の方向とし、目標矯正量を１７μｍとする」と判断する。

判断部６４は、さらに、上記の判断と式（７）に基づき、適正押圧位置の位相を１０３°に設定する。２回目の押圧時の押圧位置との位相差が９°であるので、判断部６４は、「３回目の押圧を実行する」との判断を下す。

また、この場合、適正押圧位置の位相が１０３°であり、且つ目標矯正量が１７μｍであるので、位相係数及び適正ストローク量を求めるに際しては、式（２）、（３）が選択される。すなわち、式（３）に基づいて位相係数を算出すると、
位相係数＝０．００３×１０３＋０．４０６
＝０．７１５
である。また、式（２）に基づいて適正ストローク量を算出すると、
適正ストローク量＝（１７×６．３８＋１４５）／０．７１５
＝３５４μｍ
である。

このようにして適正押圧位置及び適正ストローク量を導出した判断部６４は、支軸６２ａを回転動作させることでディスク状支持盤６０ａを介してロッド５４ａを周回動作させ、そのインデックス位置を、第１フランジ部２０における位相が１０３°である箇所に合わせる。

さらに、判断部６４は、ロッド５４ａのストローク量が３５４μｍとなるように押圧用シリンダ５６ａを駆動する。これにより、第１フランジ部２０における位相が１０３°の位置がロッド５４ａによって押圧され、その結果、第１フランジ部２０が揺動するとともに、第１軸部１８の位置が変化する。

次に、３回目の押圧後の第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相を、再度、振れセンサ５２ａ、５２ｂによって実測する。図９に示す例では、押圧後の第１軸部１８の振れ量Ｚａ及び振れ位相は、１．５μｍ、８０°と極めて小さい値となっている。

この値を情報として得た判断部６４は、振れ量Ｚａが許容範囲内であると判断し、振れ矯正を終了する。図１０には、以上の過程における振れ量Ｚａ、振れ位相の実測値と、目標矯正量、適正押圧位置及び適正ストローク量の値とが併せて示されている。

以上のように、本実施の形態においては、第１軸部１８の振れ量Ｚａとともに振れ位相を求め、これらの値に基づいて、押圧を行う都度、適正押圧位置及び適正ストローク量を導出するようにしている。従って、第１フランジ部２０の揺動支点が異なる場合であっても、高精度の振れ矯正が可能となる。

なお、３回目の押圧でも振れ量Ｚａが許容範囲外である場合、４回目の実測工程〜押圧工程が実施される。そして、４回目の押圧工程が終了した時点でも振れ量Ｚａが許容範囲外である場合、再組み立てが必要な製品クランクシャフト１０ｂであるとして、５回目の振れ矯正が行われることなく振れ矯正装置４０から搬出される。

このように、所定の回数で振れ矯正作業を停止することにより、振れ矯正に要する時間が長期化することを回避することができる。

勿論、以上説明した第１フランジ部２０側の第１軸部１８の振れ矯正と同時に、第２フランジ部２８側の第２軸部２６の振れ矯正も実施される。これにより、第１軸部１８、第２軸部２６が可及的に理想軸Ｊ０に近接した製品クランクシャフト１０ｂが得られるに至る。

以上の振れ矯正が終了した後、判断部６４は、チャック用シリンダ５０の作用下に製品クランクシャフト１０ｂをチャック４８から解放する。製品クランクシャフト１０ｂは、搬送用クランプ５８によって搬出される。

その後、別の製品クランクシャフト１０ｂのクランクピン１６がチャック４８によって位置決め固定され、上記の振れ矯正が再実施される。

なお、上記した実施の形態では、４回目の押圧工程が終了した時点で、振れ量Ｚａ、Ｚｂが許容範囲内又は許容範囲外のいずれであっても振れ矯正作業を終了するようにしているが、振れ矯正作業を終了する押圧工程の繰り返し回数を任意の回数に設定し得ることは勿論である。

また、振れ量Ｚａ、Ｚｂが許容範囲内となるまで振れ矯正作業を繰り返すようにしてもよい。

さらに、前回の適正押圧位置に対する次回の適正押圧位置の相違限界量は、クランクシャフト１０の寸法や重量等によって異なる。従って、クランクシャフト１０の種類毎に相違限界量を求めるようにすればよい。

１０、１０ａ、１０ｂ…クランクシャフト １２、１４…クランク軸半体
１６…クランクピン １８、２６…軸部
２０、２８…フランジ部 ２４、３２…ピン孔 ４０…振れ矯正装置 ４２…作業機構 ４４…制御部 ４８…チャック ５２ａ〜５２ｄ…振れセンサ ５４ａ、５４ｂ…ロッド ５６ａ、５６ｂ…押圧用シリンダ ６２ａ、６２ｂ…支軸 ６４…判断部 ６６…入力部 ６８…駆動部 ７０…マップ Ｊ０…理想軸 Ｚａ、Ｚｂ…振れ量

Claims (4)

1. フランジ部と軸部を有するクランク軸半体同士を、前記フランジ部に形成されたピン孔に挿入されたクランクピンを介して連結することで構成されるクランクシャフトにおける前記クランク軸半体の振れを矯正するクランクシャフトの振れ矯正方法であって、
   サンプルクランクシャフトを位置決め固定した後に該サンプルクランクシャフトのフランジ部を矯正子で複数回押圧するにあたり、前記矯正子の押圧前後でのストローク量、又は前記矯正子の前記フランジ部に対する接触位置の少なくともいずれか一方を変更し、各回の軸部の押圧後の延在方向、及び押圧前後での移動量を予め取得するマップ作成工程と、
   クランク軸半体の振れを実際に矯正する製品クランクシャフトを位置決め固定した後、前記製品クランクシャフトの軸部の延在方向、及び矯正目標位置からの振れ量を求める実測工程と、
   前記製品クランクシャフトの軸部を前記矯正目標位置に接近させるための矯正方向及び目標矯正量を求める目標設定工程と、
   前記サンプルクランクシャフトによって予め取得された軸部の延在方向、及び押圧前後での移動量と、前記製品クランクシャフトにおける前記矯正方向及び前記目標矯正量とを対比し、前記製品クランクシャフトのフランジ部の適正押圧位置、及び前記矯正子の適正ストローク量を求める最適化工程と、
   前記矯正子のストローク量を前記適正ストローク量として前記適正押圧位置を前記矯正子で押圧する押圧工程と、
   を有し、
   前記実測工程から前記押圧工程までを１回以上行うことを特徴とするクランクシャフトの振れ矯正方法。
2. 請求項１記載の振れ矯正方法において、前記サンプルクランクシャフト及び前記製品クランクシャフトの双方を、各々のクランクピンをクランプすることによって位置決め固定することを特徴とするクランクシャフトの振れ矯正方法。
3. 請求項１又は２記載の振れ矯正方法において、前記実測工程から前記押圧工程までの繰り返しを、前記押圧工程が終了した前記製品クランクシャフトの軸部の矯正目標位置からの振れ量が許容範囲内となるに至るまで行うことを特徴とするクランクシャフトの振れ矯正方法。
4. 請求項１又は２記載の振れ矯正方法において、前記実測工程から前記押圧工程までの繰り返し回数を４回以内とすることを特徴とするクランクシャフトの振れ矯正方法。

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