JP3845602B2 - 軸の偏芯部における回転位相角度の測定装置およびその測定方法と、その測定に用いるスプライン溝位相測定治具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク（例えばクランクシャフト、カムシャフトなど）の軸端に加工されたスプライン溝の位相を精度良く測定できるスプライン溝位相測定治具、およびそのスプライン溝位相の測定値に基づいて、ワークの偏芯部のワーク軸回りの位相を測定する測定装置およびその測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関に用いられるクランクシャフト、カムシャフトなどは、機械加工された後に各寸法が許容範囲以内に入っているかをチェックするために、必要な測定項目を各項目毎の専用測定装置により測定している。このような測定項目の内、クランクシャフトのピンジャーナル又はメインジャーナルの真円度又は直径、およびカムシャフトのカムプロフィルなどを測定する専用測定装置に関しては、従来から様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、実開平６−５３９１３号公報では、回転するワーク（例えば、クランクシャフト等）の所定の測定位置における加工された軸の外周面に電気マイクロメータの測定子を当接させてこの軸の直径方向の変位量をワークが１°回転する毎に測定し、測定したデータに基づいて半円法によって軸の真円度を算出し、ワークの良否を検査する自動真円度検査装置が開示されている。
【０００４】
また、実開昭５５−６８２５号公報には、測定すべきクランクシャフトの両端を回転自在に支持する支持台と、これら支持台の少なくとも一方に設けられ、上記クランクシャフトの回転角度を測定するエンコーダと、上記クランクシャフトの長手方向及び接離方向に移動でき、かつ移動量をマグネスケールなどの測定手段により測定可能な測定台と、この測定台上に設けられ、クランクシャフトの測定部に当接自在な基準円板と、上記測定部の上方及び基準円板の反対側において測定部へ当接し、測定部の寸法を測定する複数個の測定具とを具備してなるクランクシャフト測定装置が開示されている。この測定装置によって、クランクシャフトの曲がり（ここでは、ジャーナル部の振れ）、メインジャーナルとピンジャーナルとの各軸間距離のピン１／２ストローク、各ピンジャーナルの基準ピンに対するピン位相、各ピンジャーナル及び各メインジャーナルの径、及びその真円度を測定している。
【０００５】
さらに、特願平１１−８３４１３号公報には、クランクシャフト（ワーク）の両端面を回転自在に支持する支持ユニットと、支持ユニットに支持されたワークをセンタ中心に回転させる回転駆動手段と、このワークの回転角度を検出する回転角度センサと、ワークの回転軸心方向に対して垂直に移動自在な測定子を有し、ワークの回転に伴ってワークのピンジャーナル又はメインジャーナルの円筒面に、あるいはこれらのＲ溝底面にこの測定子を当接させてこれを追従駆動し、回転軸心方向に直交する方向の変位量を測定する輪郭測定ユニットと、所定の回転角度毎の変位量に基づいてワークの輪郭を演算により求める制御器とを備えたクランクシャフトの自動測定装置において、前記輪郭測定ユニットの測定子は、前記回転の軸心方向とこの測定子の移動方向とに直交し、かつ、ピンジャーナルが回転するときにこのピンジャーナルの円筒面に常時当接する長さを有する直線状の当接面を設け、前記制御器は、少なくとも、ピンジャーナル、メインジャーナル又はこれらのＲ溝底面の直径、真円度、真直度、あるいは、ピンジャーナルのピン1/2 ストローク、偏芯量、位相角度等のいずれかを求める構成としている。
【０００６】
そして、この公報に記載の構成によると、ワークが非円形形状をしていても、ワークを回転させているとき、ワークの輪郭測定対象の外周面に測定子が常時当接し、かつ、ワークの回転の軸心方向に直交する方向の変位量が精度良く測定される。この結果、一回の段取りを行うだけで、例えば、クランクシャフトのピンジャーナル、メインジャーナル又はこれらのＲ溝底面の直径、真円度、真直度、あるいは、ピンジャーナルのピン1/2 ストローク、偏芯量、位相角度等の輪郭を正確に測定することが可能となり、測定時間を短縮化できるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、図５，図９に示すように、クランクシャフトＡ，Ｂにおいては、偏芯部３としてピンジャーナル６１を、そしてその軸の長手方向の一端側にスプライン２を有するものがあり、また図１０に示すように、カムシャフトＣにおいては、偏芯部３としてカムプロフィル部６１ａを、そしてその軸の長手方向の一端側にスプライン２を有するものなどがある。そして、このスプライン溝部を有するものに対しては、ピンジャーナル、メインジャーナルの直径、真円度又は真直度、カムのカムプロフィル、メインジャーナル軸回りにおける偏芯部（ピンジャーナルまたはカム）の回転位相角度等の測定の他、スプライン溝部に対する偏芯部の相対回転位相角度の測定をそれぞれ精度良く、しかも短時間で行うことが要求されることがある。その理由として、スプライン溝部の位相が大きくずれると、組付けた際、クランクシャフト同士間でそれぞれの偏芯部の位相にずれが生じるからである。また、一般的にスプライン加工は、クランクシャフト外形加工とは別工程になるため、ワークのセットし直し等に起因する加工誤差が、他の部位と比較して大きく発生し易いという背景もある。
【０００８】
しかしながら、上記の実開平６−５３９１３号公報、実開昭５５−６８２５号公報、特願平１１−８３４１３号などの従来技術には、このスプライン溝部の回転位相角度を測定する技術が開示されていない。また、これらの公報に開示されているような、ピン部６１又はジャーナル部６２の真円度又は直径等を測定する専用測定装置を流用することによって、このスプライン溝部の回転位相角度を測定する場合に、スプライン溝部はワークの軸に対し平行に切られているので、従来の輪郭測定ユニットでは、スプライン溝部の回転位相角度を測定できない。そこで、例えば特殊マイクロメータ等を使用して手作業により測定したり、または他の専用測定装置を流用したりしなければならないので、これらの段取作業には非常に多くの時間がかかることになる。この結果、全項目の測定に非常に多くの時間がかかり、測定作業の能率が良くないと言う問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、ワーク（例えばクランクシャフト、カムシャフトなど）の軸端に加工されたスプライン溝部の位相測定の精度向上や測定時間短縮等の性能向上が図れるスプライン溝位相測定治具、およびそのスプライン溝位相の測定値に基づいてワークの偏芯部のワーク軸回りの位相を自動的に短時間で測定できる測定装置およびその測定方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、偏芯部と、軸方向の一端側にスプライン溝部とを備えた軸物のワークの、前記スプライン溝部に対する前記偏芯部のワーク軸回りの回転位相角度を測定する測定装置において、前記スプライン溝部にあてがいスプラインの溝位相を測定するためのスプライン溝位相測定治具と、前記ワークを両センタ支持する支持ユニットと、ワークをその軸回りに回転させる回転駆動手段と、ワークの回転位相角度を検出する回転角度センサと、ワークの軸直角方向に移動自在に設けられ、かつ、該移動方向とワークの回転の軸心方向とに直交する方向に直線状の当接面を形成した測定子を、ワーク回転に伴い前記偏芯部および前記スプライン溝位相測定治具の被測定部に当接させて、これらのワーク軸直角方向の変位量を測定する輪郭測定ユニットと、前記回転角度センサが検出したワークの回転角度、および前記輪郭測定ユニットが測定した変位量を入力し、所定のワーク回転角度毎の測定変位量に基づいて、前記偏芯部および前記スプライン溝部にあてがったスプライン溝位相測定治具の被測定部の回転位相角度を演算により求める制御器とを設けた構成としている。
【００１１】
請求項１に記載の発明によると、測定子の前面の当接面は、その移動方向とワークの回転軸心方向とに直交する方向に直線状に形成されている。そして、スプライン溝位相測定治具の被測定部に常に当接するように回転の軸心方向に直交する方向に追従駆動された測定子の前面を、スプライン溝部にあてがったスプライン溝位相測定治具の被測定部に当接させて、ワークを回転または揺動させ、輪郭測定ユニットの、ワークの軸心方向への追従移動距離が最小となる位置（すなわち被測定部が最先端となる位置）でのワークの回転角度を測定することで、スプライン溝部の回転位相角度の測定が極めて容易に、正確に、かつ自動的に短時間で計測できる。
また、前記スプライン溝回転位相角度を制御器に入力し、前記同一の輪郭測定ユニットおよび測定子により計測した各偏芯部の位相角度との相対位相角度を演算により正確に算出することが可能となる。
以上のように、本請求項１に記載の発明によると、スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、測定時間の短縮化及び測定精度の向上等の性能向上が図れる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の回転位相角度の測定装置に用いるスプライン溝位相測定治具であって、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有するピンまたはボールを、スプライン溝部の何れか１つに着脱可能に固定した構成としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具として、隣合わせのスプライン歯にそれぞれ当接した状態で、スプライン外径から被測定部が突出する直径を持った真円度、円筒度の良いピン、または真円度の良いボールを、ワーク一端側のスプライン溝部の何れか１つに、着脱可能に固定した構成としたので、スプライン溝部の位相測定の際、輪郭測定ユニットの測定子の前面部を当接させるスプライン溝位相測定治具の被測定部は、正確にかつ確実にスプライン溝に固定され、よって位相測定の際に、スプライン溝位相測定治具の被測定部がずれて測定精度が得られないなどのトラブルが発生する恐れがない。
また、スプライン溝部の位相測定の際、前記スプライン溝位相測定治具の被測定部に常に当接するように回転の軸心方向に直交する方向に追従駆動された測定子の前面を、スプライン溝部にあてがったピンまたはボールの突出部に接触させて、ワークを回転または揺動させ、輪郭測定ユニットの、ワークの軸心方向への追従移動距離が最小となる位置（つまり、被測定部が径方向で最先端となる位置）を検出測定し、この位置でのワークの回転角度を測定することで、スプライン溝部の位相を測定する。この際、測定子の前面とピンまたはボールの突出部とが接線上で接触するので、これらの摺動が極めて円滑に行なわれ、一連の測定動作を速めても、高い測定精度が得られることになる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載のスプライン溝位相測定治具において、前記ピンとリングとを設け、前記ピンを、その軸と前記リングの軸とを略平行に、かつ、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ピンの外周面の一部がスプライン外径部から突出するような姿勢で、リングの内周部に固着し、リングの軸を挟んでピンと反対側のリング部位に、リング位置を固定するリング固定手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具は、ピンと、リングとで構成し、そのピンをリングの内周部に、その軸とリングの軸とを平行でかつ、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能な状態で固着し、また、スプライン軸にリングを固定するリング固定手段を、このリングの軸を挟んで前記ピンと反対側のリング部位に設けた。したがって、スプライン溝位相測定治具はピンとリングとの簡易、かつコンパクトな構成であり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があって高い測定精度が安定して得られる。
また、被測定部となるピンをスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能とするために、スプライン軸にスプライン溝位相測定治具を強固に固定するリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した高い測定精度が得られる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２記載のスプライン溝位相測定治具において、前記ボールとリングとを設け、前記ボ−ルを、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ボ−ルの外面の一部が前記リングの外径部から突出するような姿勢で、リングの内径周辺部に固着し、リングの軸を挟んでボ−ルと反対側のリング部位に、リング位置を固定するリング固定手段を設けたことを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具は、前記ボールと、リングとを設け、前記ボ−ルを、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能な状態で前記リングの内径周辺部に固着し、また、このリングをスプライン軸に固定するリング固定手段を、該リングの軸を挟んで前記ボ−ルと反対側の前記リング部位に設けた。したがって、スプライン溝位相測定治具はボ−ルとリングとの簡易で、かつコンパクトな構成となり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があり、高い測定精度が安定して得られる。
また、被測定部となるボ−ルをスプライン溝部に安定して固定するためにリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した高い測定精度が得られる。
さらに、スプライン溝位相の測定はボ−ルをスプライン溝部にあてがって行なうので、スプライン溝部の長手方向に複数箇所を測定することにより、スプライン溝部の真直度、ワーク軸に対する平行度、などの精度測定が可能である。
【００１８】
また請求項５に記載の発明は、請求項２記載のスプライン溝位相測定治具は、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有する前記ピンを、何れか１つのスプライン溝部に長手方向に沿って固定ベルトで直接固定した構成としている。
【００１９】
請求項５に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具は、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有し、真円度、円筒度の良いピンを、何れか１つのスプライン溝部の長手方向に挿入し、このピンをただ単に、複数の固定ベルト（例えばインシュロックタイ）でスプライン外径部へ直接固定する構成としたので、この構成が極めて簡単であるにも拘わらず、所定のスプライン溝部の位相測定が精度良く行える。
【００２０】
さらに、請求項６に記載の発明は、偏芯部と、軸方向の一端側にスプライン溝部とを備えた軸物のワークの、前記スプライン溝部に対する前記偏芯部のワーク軸回りの回転位相角度を測定する測定方法において、前記ワークを両センタ支持してその軸回りに回転または揺動させ、前記スプライン溝部のいずれか１つにあてがったピンまたはボ−ルの突出部の、前記ワークの軸中心から径方向への最先端位置とこの位置でのワーク軸回りの回転位相角度を測定する工程と、前記ワークを両センタ支持してその軸回りに回転または揺動させ、前記偏芯部の、前記ワークの軸中心から径方向への変位量と回転位相角度とを測定する行程と、前記最先端位置の回転位相角度から、前記スプライン溝部の回転位相誤差を算出する手段と、前記スプライン溝部の回転位相誤差を加味した前記偏芯部の回転位相角度を求める工程とを有することを特徴とする回転位相角度の測定方法としている。
【００２１】
請求項６に記載の発明によると、スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、前記請求項１に記載の発明と同様の、測定時間の短縮化及び測定精度の向上など、性能向上が図れる。
さらに、変位量の測定手段は、前記請求項１に記載のように、被測定部と測定子との当接による測定に限定されることなく、被測定部の前記変位量を光学式、電気式及び磁気式などの非接触式で読み取る測定手段を用いても構わない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施形態の一例を、図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明に係わるクランクシャフトのスプライン溝及び偏芯部の回転位相角度の測定装置の側面図及び平面図をそれぞれ示しており、同図に基づいて全体構成を説明する。
ベース９は本測定装置の各部材が載置され、かつ固定される基台を成しており、本実施形態においては、上面が滑らかに研磨された石からなる定盤で構成されている。ベース９の上面前部には、クランクシャフトを長手方向（つまり、軸心方向）の両端側からクランプして支持する支持ユニット１０が載置されている。この支持ユニット１０は、ベース９の上面前部の左右いずれか一側（図示では右側）に固定された回転ストック１１と、他側にこの回転ストック１１に対向して図示で左右方向に移動自在に配設されたテールストック１３とを備えている。この回転ストック１１の、テールストック１３と対向する面には円テーブル１２が回転自在に設けられており、円テーブル１２の回転中心には、テールストック１３の方に突出し、かつ、その軸心が前記回転中心と一致したセンタ１２ａが設けられている。また、テールストック１３の、回転ストック１１と対向する面には、同じくその軸心が前記回転中心と略一致するようにセンタ１３ａが設けられている。さらに、回転ストック１１には例えばパルスモータからなる回転駆動手段１４が配設されており、この回転駆動手段１４の出力回転軸は図示しない動力伝達手段（例えば、ギア列等）を介して前記円テーブル１２の回転軸に連結されている。また、この円テーブル１２の回転軸には例えばエンコーダからなる回転角度センサ１５が取り付けられており、回転角度センサ１５により円テーブル１２の回転角度、すなわちクランクシャフトの回転角度が検出される。
【００２３】
なお、回転ストック１１とテールストック１３との間のベース９の表面には、両者を結ぶ直線に沿ってＴ溝１６が設けられており、このＴ溝１６の長手方向に垂直な断面形状はベース９の表面近傍に両側面から突出した突出部（図示せず）を有していて、この突出部より下方のＴ溝１６の内部にはナット（図示せず）が設けられている。そして、前記テールストック１３はＴ溝１６に沿って移動自在に設けられていると共に、図示しないボルトとＴ溝１６内の前記ナットによって前記突出部を介して固定されるようになっている。
【００２４】
また、ベース９の上面の後部には、図示しないガイドレールが円テーブル１２の前記回転中心線の方向と平行に布設されており、このガイドレール上に水平テーブル２０が移動自在に設けられている。この水平テーブル２０の下部には図示しないボールネジが配設されており、このボールネジのナット部材は水平テーブル２０の下面に取着されており、またボールネジのネジは前記ガイドレールと同一の方向に配設されていて、このネジの一端部に例えばパルスモータからなる水平テーブル駆動手段２１の出力回転軸が連結されている。そして、この水平テーブル駆動手段２１の本体はベース９に取り付けられており、水平テーブル駆動手段２１の回転によってこのボールネジを介して水平テーブル２０は前記ガイドレールに沿って移動するようになっている。また、水平テーブル２０とベース９との間には、例えばマグネスケール等のリニアセンサからなる第１位置センサ２２が設けられており、この第１位置センサ２２によって水平テーブル２０の移動位置が検出される。
【００２５】
水平テーブル２０の上面には、クランクシャフトのメインジャーナル及びピンジャーナルの外周面の径方向の変位量と、クランクシャフトの一端側に設けられたスプライン溝部の位相とを測定する輪郭測定ユニット３０が配設されている。輪郭測定ユニット３０はクランクシャフトの軸心に直交する方向に移動自在な輪郭測定テーブル３１を有しており、この輪郭測定テーブル３１にはクランクシャフトへ向かって突出した測定子３２が取着されている。測定子３２の先端部の前記軸心方向の厚さは、前記ジャーナル部及びスプライン溝にあてがった被測定部に当接可能なような所定寸法となっている。
【００２６】
図３及び図４は輪郭測定ユニット３０の詳細な側面図を示しており、以下同図に基づいて説明する。
輪郭測定ユニット３０のフレーム３９は水平テーブル２０の上面に取り付けられており、このフレーム３９の上部には図示しないガイドレールが布設されていて、このガイドレールによって前記輪郭測定テーブル３１が移動自在に支持されている。前述のように、輪郭測定テーブル３１はクランクシャフトＡ（ワーク１）の軸心に直交する方向（図示で、左右方向）に移動自在となっている。そして、この輪郭測定テーブル３１とフレーム３９との間には、この輪郭測定テーブル３１の移動方向の位置を検出する、例えばリニアセンサからなる第２位置センサ３８が配設されている。
【００２７】
フレーム３９の上部のクランクシャフトＡに近い端部には、ローラ３３ａがその回転軸を輪郭測定テーブル３１の移動方向に対して垂直にして回動自在に設けられており、また、フレーム３９の上部の前記ローラ３３ａと反対側の端部には、ローラ３３ｂが同様にその回転軸を輪郭測定テーブル３１の移動方向に垂直にして回動自在に設けられている。そして、ローラ３３ａに面した輪郭測定テーブル３１の端部にはロープ３４の一端側が取り付けられており、このロープ３４の他端側は前記ローラ３３ａ及びローラ３３ｂを順次経由してバランスウェート３５に取り付けられている。このバランスウェート３５の荷重は、ロープ３４を介して輪郭測定テーブル３１に作用することにより、この輪郭測定テーブル３１を所定の力でクランクシャフトＡに向かって駆動する。これにより、輪郭測定テーブル３１に取着された測定子３２がクランクシャフトＡに当接した後は、この測定子３２は前記所定の力でクランクシャフトＡの外面やスプライン溝にあてがった被測定部に当接するように追従駆動されるようになっている。
【００２８】
また、フレーム３９の下部には、例えばパルスモータからなる測定子駆動手段３６が配設されており、この測定子駆動手段３６の出力回転軸は、この移動方向に平行にその軸心が設けられた図示しないボールネジの端部に取り付けられている。このボールネジのナット部は、図示しないガイドレール上に移動自在に載置された爪部材３７に取着されている。この爪部材３７の前進方向の端部、すなわちクランクシャフトＡに近い側の端部には上方に突出した爪３７ａが設けられていて、この爪３７ａに輪郭測定テーブル３１の前進方向の下端部が掛かるようになっている。そして、測定子駆動手段３６によって爪３７ａを前進又は後退させ、輪郭測定テーブル３１を所定位置に移動することができるようにしてある。
【００２９】
ここで、図３，図４に図示したように、爪部材３７をクランクシャフトＡに向けて前進させると、爪部材３７の爪３７ａの移動に伴って輪郭測定テーブル３１がバランスウェート３５の押しつけ力によって前進し、位置Ｄにおいて測定子３２の前端部３２ａがクランクシャフトＡ（図においてピンジャーナル６１）に当接する。この後、さらに爪部材３７を前進させると、測定子３２は前記押しつけ力によって当接したままで停止しているので、輪郭測定テーブル３１はこのときの位置を保持し、一方、爪部材３７は前進端位置Ｅまで前進することができるようになっている。また、爪部材３７を後退させると、爪部材３７の爪３７ａが輪郭測定テーブル３１の前端部に係合し、これによって輪郭測定テーブル３１が後退するので測定子３２が後退する。
【００３０】
また、前記測定子３２の前端部３２ａは、測定子３２の移動方向の前端側、すなわちクランクシャフトＡに対向する側に、クランクシャフトＡの軸心方向、及び測定子３２の移動方向に対して共に垂直な方向に細長い直線状の前面３２ｂを備えている。この前端部３２ａは、前述のように、クランクシャフトＡの軸心方向に所定寸法の厚さを有している。この前面３２ｂは、クランクシャフトＡの回転に伴って前記ピン部６１及びスプライン溝にあてがった被測定部から当接位置が離脱しないだけの充分な長手方向の長さを有している。
【００３１】
次に、図５及び図６により、本願発明の、クランクシャフト、カムシャフトなどの軸端に加工されたスプライン溝の位相を測定できる、スプライン溝位相測定治具８０、およびそのスプライン溝位相の測定装置について説明する。
【００３２】
図５は、スプライン溝位相測定治具とスプライン溝位相の測定部の詳細平面図を、図６は、スプライン溝位相測定治具とスプライン溝位相の測定部の詳細側面図をそれぞれ示している。クランクシャフトＡは、その両端のセンタ穴をそれぞれ、回転駆動手段１４で揺動または回転駆動される円テーブル１２に設けられたセンタ１２ａと、テールストック１３に設けられたセンタ１３ａとで回転自在に支持され、その一端側を回転駆動のため、クランプ手段１２ｂで円テーブル１２に固定されている。そして、クランクシャフトＡの他端側のスプライン溝部２には、スプライン溝位相測定治具８０が取り付けられている。
このスプライン溝位相測定治具８０はピン８１ａとリング８２とで構成され、該ピン８１ａは、その軸とリング８２の軸とを略平行に、かつ、クランクシャフトＡの何れか１つのスプライン溝部２の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、その被測定部が前記スプラインの外径部から突出するような姿勢で、前記リング８２の内径周辺部に固着されている。さらに、前記リング８２には、このリング８２の軸を挟んで前記ピン８１ａと反対側の部位に、ネジ８３ａよりなるリング固定手段８３を設けて、ピン８１ａをスプライン歯に確実に当接（図６のＰ部詳細参照）させると共にその位置ずれを防止している。
【００３３】
図５，図６では、ピン８１ａを用いた、スプライン溝位相測定治具８０を示したが、これを図７に見られるように、ボール８１ｂとリング８２ｂとで構成してもよい。このとき、該ボール８１ｂを、クランクシャフトＡの何れか１つのスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、その被測定部が前記リング８２ｂの外径部から突出するような姿勢で、該リング８２ｂの内径周辺部に固定し、さらに該リング８２ｂには、このリング８２ｂの軸を挟んでボール８１ｂと反対側の部位にネジ８３ａよりなるリング固定手段８３を設けて、ボール８１ｂをスプライン歯に確実に当接させた構成にしている。
【００３４】
またさらに、スプライン溝位相測定治具８０は、図８に見られるように、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有するピン８１ａを、何れか１つのスプライン溝の長手方向に、固定ベルト８３ｂ（例えばインシュロックタイなど）で直接固定する構成でも構わない。
【００３５】
なお図５，図６では、偏芯部とスプラインとを有した軸として、クランクシャフトＡを紹介したが、この軸は、クランクシャフトＡに限定されるものではなく、例えば、図９に示すような、偏芯部３(ピンジャーナル６１)とスプライン溝部２とを有した自動車用の６気筒クランクシャフトＢの場合も、また図１０に示すような、偏芯部３(カムプロフィル部６１ａ)とスプライン溝部２とを有した自動車用のカムシャフトＣの場合も考えられる。
【００３６】
図１１には本実施形態に係わる制御構成ブロック図を示しており、同図に基づいて各制御構成を説明する。
ドライブユニット５１，５２，５３はそれぞれ回転駆動手段１４、水平テーブル駆動手段２１、測定子駆動手段３６を駆動するためのアンプであり、制御器５０から入力する各駆動手段に対応した駆動指令に基づいて、各駆動手段の回転を制御する。
シーケンサ５５は本回転位相角度測定装置と外部装置（例えば、ワークの搬入、搬出機）とのインタロックをとるためのインタフェース機器であり、例えば通常のプログラマブルロジックコントローラ（いわゆる、ＰＬＣ）から構成することができる。シーケンサ５５は、そのＩ／Ｏユニットの入出力信号や、シリアル通信ユニットの入出力信号によって制御器５０とインタロックをとることができる。このシーケンサ５５のシーケンス記憶部には、本回転位相角度測定装置の運転時の外部装置とのタイミング信号やインタロック信号等を送受信し、判断するためのシーケンスプログラムが記憶されている。なお、このシーケンサ５５は本発明においては必須ではなく、このシーケンサ５５により実施される上記のようなシーケンスプログラムと等しい機能のプログラムを後述の制御器５０の制御プログラム内に有する場合には、このシーケンサ５５は不要となる。
【００３７】
設定スイッチ５６は測定対象となるワーク毎の測定条件に係わる測定仕様データを設定するスイッチであり、各設定項目の選択、設定データの入力等を行うためのスイッチを有している。ここで、設定項目としては、例えば、測定対象ワークの品番（識別番号）、ピンジャーナル数、メインジャーナル数、ワークの加工基準位置、理論上のスプライン溝位相角度、各測定項目の許容範囲等があり、自動測定を開始する前に、この設定スイッチ５６によりワーク毎に予め設定される。また、各測定項目測定時の水平テーブル２０の位置、及び輪郭測定ユニット３０の測定子３２の当接位置等をティーチングするときの対象位置を設定し、ティーチングされた位置を記憶させることもできる。この設定スイッチ５６は、例えば通常のキーボード等により構成してもよい。なお、ティーチング時の水平テーブル２０や輪郭測定テーブル３１の移動は、図示しない操作スイッチにより行うことができる。
【００３８】
表示器５７は、前記設定スイッチ５６により各種のデータを入力する際に、データ入力が容易に、かつ、ミスが少なく行えるように、設定項目や設定データを表示し、自動測定中に測定結果を作業者に表示し、また、各種の制御メッセージを表示することができる。この表示器５７は、例えば、ＣＲＴ装置、液晶表示器又はプラズマ表示器等からなるグラフィック表示器や、蛍光表示管やＬＥＤ表示器等からなるキャラクタ表示器により構成することができる。
【００３９】
記憶装置５８は、各ワーク毎の測定仕様データ、自動測定時の測定データ、及び測定データに基づく合否結果等を記憶することができる。この記憶装置５８は書換え可能なメモリから構成されており、例えばハードディスク装置、フロッピー（登録商標）ディスク装置、光磁気ディスク装置、又はＩＣメモリカード装置等によって構成することができる。
また、プリンタ５９は前記ワーク毎の測定仕様データ、自動測定時の測定データ、又は測定結果の合否判定データ等をプリントアウトするものである。
【００４０】
制御器５０はマイクロコンピュータ等を主体にしたコンピュータ装置により構成されており、例えばパーソナルコンピュータ（いわゆる、パソコン）により構成することができる。制御器５０はメモリ５０ａを有しており、このメモリ５０ａに、本回転位相角度測定装置の、測定に必要な制御シーケンスプログラム、及び測定制御に必要な制御データ等を記憶するようにしている。
【００４１】
前述した回転角度センサ１５、第１位置センサ２２及び第２位置センサ３８のそれぞれの出力信号は、制御器５０に入力される。そして、自動測定時には、これらの入力した角度データ及び位置データに基づいて、制御器５０は後述するような所定の処理を行い、この処理に従って各ドライブユニット５１，５２，５３を介して対応する回転駆動手段１４、水平テーブル駆動手段２１、測定子駆動手段３６の回転角度を制御する。そして、このときの各回転角度データや位置データを所定のタイミングで取り込んでメモリ５０ａに記憶し、これらのデータに基づいてクランクシャフトの各測定項目データを演算して求め、求めた測定項目データを記憶装置５８に記憶する。また、制御器５０は表示器５７に表示指令及び表示データを出力して、設定スイッチ５６により設定された各データを表示して作業者に確認させたり、前記測定項目データを表示したりする。
【００４２】
以上のような構成のクランクシャフトの回転位相角度測定装置において、図１〜図６および図１１〜図１３により、各測定項目を測定する手順を以下に説明する。
制御器５０は、シーケンサ５５を介して搬入装置とインタロックをとり、機械加工済のクランクシャフトを本回転位相角度測定装置内に搬入させる。搬入されたクランクシャフト（ワーク１）は、回転ストック１１の円テーブル１２のセンタ１２ａとテールストック１３のセンタ１３ａとの間に位置決めされる。そして、テールストック１３がワーク軸方向へ移動することにより、クランクシャフトの両端面にそれぞれ設けられたセンタ穴に各センタ１２ａ，１３ａが挿入される。さらに、テールストック１３がその位置で、図示しないボルトとＴ溝１６内のナットによって固定される。その後、クランクシャフトはクランプ手段１２ｂで円テーブル１２に固定される。これにより、クランクシャフトはセンタ１２ａ，１３ａの軸心を中心に回転自在に支持される。ワークが該測定装置にセットされると、ワークに施されている加工基準面に基づいて、図示しない回転角度基準検出手段によって、そのワークの回転角度基準が定められる。
【００４３】
次に、本回転位相角度測定装置によってクランクシャフト各部の測定を行う。この測定の項目としては、例えば、スプライン溝位相、ピンジャーナル６１のピン1/2 ストローク、位相、平均直径、真円度及び真直度や、メインジャーナル部６２の振れ（以後、ジャーナル振れと呼ぶ）、平均直径、真円度、真直度及び偏芯量等がある。ここで、各測定項目を簡単に説明する。
【００４４】
図１２は、図９に示したクランクシャフトＢのＺ−Ｚ断面図を示している。ここで、スプライン溝位相測定治具の被測定部が位置するスプライン溝と所定の回転角度基準とが成す回転位相角度について、理論値をα０，測定値をαとする。（図１２では、α＝９０°にしてある。）そして、（α−α０）がスプライン溝位相の加工誤差による偏芯部３全体の位相のずれになる。
【００４５】
図１２において、ピン1/2 ストロークは各ピンジャーナル６１の軸心Ｏ2 とクランクシャフトＢの軸心Ｏ1 との距離ｅであり、各ピンジャーナル６１の位相は、各ピンジャーナル６１の前記軸心Ｏ2 とクランクシャフトＢの軸心Ｏ1 とを結ぶ線の、回転角度基準からの回転角度θである。またメインジャーナル振れは、メインジャーナル６２の軸心で、クランクシャフトＢの軸心Ｏ1 からの偏芯量を表す。さらに、平均直径は各ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２毎に測定された複数の直径データの平均値であり、各ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２毎の真円度は測定された複数の半径データに基づいて算出され、また真直度は、各ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２の軸心線とクランクシャフトＢの軸心線との成す角度（いわゆる、テーパ）で表される。
【００４６】
次に、クランクシャフトの各部の輪郭測定は、次のような手順で行われる。
まず、制御器５０は、水平テーブル駆動手段２１を制御して水平テーブル２０を測定対象のスプライン溝部２、ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２の所定の測定位置に移動させて位置決めし、この次に測定子駆動手段３６を制御して測定子３２を所定の当接位置より所定距離手前の位置まで所定の早送りで前進させた後に所定の低速度でスプライン溝部２、ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２の測定対象面に当接するまで前進させる。ここで、水平テーブル２０の各測定位置、及び測定子３２の当接位置は測定前に予めティーチング等により設定して記憶させておく。
なお、制御器５０による当接の判断は、第２位置センサ３８からの位置データが所定の時間（例えば１秒間）変化しなくなった時点としている。
【００４７】
スプライン溝部２の位相測定のとき、例えば図５に示すように、測定子３２はバランスウェート３５の押しつけ力によって常時クランクシャフトに向かって押しつけられ、これに伴って、測定子３２の前面３２ｂは、スプライン溝部２にあてがわれた、スプライン溝位相測定治具８０のピン８１ａの被測定面に、押しつけられた状態で当接する。そして、クランクシャフトを、その一端側（スプライン部と反対側の一端）から回転駆動手段１４により、所定角度だけ（例えば２０度の揺動角度で）揺動させる。
そして、制御器５０は、輪郭測定ユニット３０の、クランクシャフトの回転の軸心方向に直交する長手方向（すなわち測定子３２の追従移動方向）の距離Ｌ１（図６参照）が最小距離となる位置（ピン８１ａの被測定部が最先端となる位置）を第２位置センサ３８で読み取り、このときのクランクシャフトの回転位相角度αを測定することで、スプライン溝の回転位相角度とする。
【００４８】
ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の、位相または輪郭測定の場合、測定子３２の前面３２ｂがピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の被測定部に当接したと制御器５０が判断した後、回転駆動手段１４により円テーブル１２を回転させ、回転角度センサ１５からの角度データを監視しながら所定の単位角度（例えば１°）毎に位置決めする。このとき、測定子３２はバランスウェート３５によって当接する方向に追従駆動されているので、上記円テーブル１２の回転に伴って常時前面３２ｂがピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の被測定部に押し付けられた状態が保持される。
【００４９】
そして、制御器５０は、この各単位回転角度毎の位置決め後、このときの第２位置センサ３８から位置データを取り込み、この各位置データを円テーブル１２の角度データ（すなわち、回転角度センサ１５による回転角度データ）に対応させてメモリ５０ａの所定エリアに記憶しておく。これらの位置データ及び回転角度データは各測定位置毎に取り込まれ、各測定位置に対応してメモリ５０ａに記憶される。
【００５０】
次に、各測定位置毎に、前記取り込まれた位置データ及び回転角度データに基づいて、前記スプライン溝部位相角度、前記単位回転角度毎の前記ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の前記回転の軸心方向に直交する方向の各変位量、およびスプライン溝部位相角度とピンジャーナル６１との相対位相角度の変位量を求める。これらの測定データに基づき、ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の円筒面の外形形状が求まる。また、これらの変位量に基づいて、ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の中心位置が求められる。さらに、求めた中心位置に基づいて、ピンジャーナル６１のピン1/2 ストローク、位相角度、平均直径、真円度、偏芯量及びテーパ、またメインジャーナル６２の偏芯方向、ジャーナル振れ、平均直径、真円度、偏芯量及びテーパ等が算出される。そして、この測定結果に基づいて、各測定データが予め設定された許容範囲内であるか否かを判断し、その判断結果を表示器５７に表示するとともに、前記測定結果及び判断結果を記憶装置５８に各ワーク毎に対応させて記憶させる。なお、これらの測定結果及び判断結果をプリンタ５９に出力して保存することも可能である。
【００５１】
なお、以上説明の測定装置においては、測定子３２をワーク回転に伴い、前記偏芯部３およびスプライン溝位相測定治具８０の被測定部（ピン８１ａ）に当接させて、これらの回転位相角度の変位量を測定したが、この構成に限定されることなく、光学式、電気式、磁気式などの非接触式で読み取る測定手段により測定してもよい。
【００５２】
さらに、上記の実施形態においては、測定子３２のピン８１が測定対象の外周面に常時当接するように追従駆動させる手段をバランスウェート３５の押しつけ力を利用した構成によって実現しているが、本発明はこれに限定されるものでは無い。すなわち、例えば空圧シリンダ等からなる空圧回路により構成することもでき、一例として図１３にその空圧回路を示す。同図において、空圧源７１からレギュレータ７２及びチェック弁７３を介してバランスシリンダ７６のボトム室７６ａにエアが供給され、チェック弁７３とのバランスシリンダ７６のボトム室７６ａとの間の管路にアキュムレータ７４及び圧力計７５が接続されている。また、バランスシリンダ７６のヘッド室７６ｂには大気と連通するための連通路が設けられている。そして、ピストン７７の先端部には測定子３２が取着される。なお、バランスシリンダ７６はピストン７７の摺動抵抗が非常に小さいものが使用される。このような構成において、バランスシリンダ７６のボトム室７６ａにレギュレータ７２により所定圧力のエアを供給すると、測定子３２はこの圧力で前記外周面に押しつけられ、また測定子３２が前進又は後退するときには圧力の変動がアキュムレータ７４により抑えられ、よって、測定子３２は前記外周面に追従駆動される。
【００５３】
本発明によると、次のような作用、効果が得られる。
スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、本発明の回転位相角度測定装置およびその測定方法によると、被測定部に常に当接するように回転の軸心方向に直交する方向に追従駆動する測定子の前面を、スプライン溝にあてがったスプライン溝位相測定治具の被測定部に当接させて、ワークを揺動させ、輪郭測定ユニットの、ワークの回転の軸心方向とに直交する長手方向の距離が最小距離（被測定部が最先端となる位置）となるワークの回転角度を測定することで、スプライン溝の位相測定が極めて容易に、正確に、かつ自動的に短時間で計測できる。
【００５４】
また、このワークの回転角度の測定値を前記スプライン溝位相角度として測定装置の制御器に入力し、記憶装置に記憶されている理論値と比較する。この差が、スプライン溝位相の加工誤差によるワーク全体の位相のずれになる。この位相のずれを演算により正確に算出することが可能となる。
以上のように、本発明によると、スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、測定時間の短縮化、および測定精度の向上等の性能向上が図れる。
【００５５】
本発明のスプライン溝位相測定治具によると、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接した状態で、スプライン外径から被測定部が突出する直径を持った、真円度及び円筒度の良いピンまたは真円度の良いボールを、ワーク一端側のスプライン溝の何れか１つに、着脱可能に固定した構成としたので、スプライン溝部の位相測定の際、スプライン溝位相測定治具の被測定部は確実にスプライン溝に固定され、よってこの被測定部が輪郭測定ユニットの測定子の前面部（当接面）からずれて所定の測定精度が得られないというトラブルが発生する恐れがない。
【００５６】
また、スプライン溝部の位相測定の際、前記スプライン溝位相測定治具の被測定部に常に当接するように回転の軸に直交する方向に追従駆動された測定子の前面とピン円筒外径部、またはボールの突出部とが接線上で接触するので、これらの摺動が極めて円滑に行なわれ、一連の測定動作を速めても、高い測定精度が得られることになる。
【００５７】
また本発明による、ピンとリングとで構成したスプライン溝位相測定治具は、そのピンをリングの内径周辺部に、その軸とリングの軸とを平行でかつ、何れか１つのスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能な状態で固着し、また、スプライン軸へ該リングを固定するリング固定手段を、このリングの軸を挟んで上記ピンと反対側のリング部位に、リングの軸芯に向かう方向にねじ締めしてスプラインへ脱着自在に設けたので、スプライン溝位相測定治具が簡易で、かつコンパクトな構成となり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があり、測定精度が安定して得られる。
【００５８】
また、被測定部となるピンをスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能とするために、スプライン軸へリングとピンとを強固に固定するリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した測定精度が得られる効果がある。
【００５９】
また本発明による、ボールとリングとで構成したスプライン溝位相測定治具は、前記ボ−ルを、何れか１つのスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ボールの外面の一部が前記リングの外径部から突出するような姿勢で、前記リングの内径周辺部に固定して設け、かつ前記リングの軸を挟んで前記ボ−ルと反対側の前記リング部位にリング固定手段を設けたので、スプライン溝位相測定治具が簡易でコンパクトな構成となり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があり、高い測定精度が安定して得られる。
【００６０】
また、被測定部となるボ−ルをスプライン溝に安定して固定するためにリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した高い測定精度が得られる。
さらに、スプライン溝位相の測定はボ−ルをスプライン溝にあてがって行なうので、スプライン溝の長手方向に複数箇所を測定することにより、スプライン溝の真直度、ワーク軸に対する平行度、などの精度測定が可能である。
【００６１】
またさらに、スプライン溝位相測定治具として、真円度、円筒度の良いピンを、何れか１つのスプライン溝の長手方向に挿入し、このピンをただ単に複数の固定ベルト（例えばインシュロックタイ）でスプライン外径部へ直接固定する構成としたので、構成が極めて簡単で、かつ安価であり、さらに所定のスプライン溝部の回転位相角度測定が精度良くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる偏芯部の回転位相角度の測定装置の側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】輪郭測定ユニットの詳細側面図である。
【図４】輪郭測定ユニットの詳細側面図である。
【図５】スプライン溝位相測定部の詳細平面図である。
【図６】スプライン溝位相測定部の詳細側面図(一部図５のＸ−Ｘ矢視図)である。
【図７】ボールを採用したスプライン溝位相測定治具を示す。
【図８】固定ベルトを採用したスプライン溝位相測定治具を示す。
【図９】スプライン溝部を有するクランクシャフト例の正面図である。
【図１０】スプライン溝部を有するカムシャフト例の正面図である。
【図１１】回転位相角度測定装置の制御構成ブロック図である。
【図１２】図９のＺ−Ｚ断面図である。
【図１３】測定子の追従駆動の他の実施形態を示す。
【符号の説明】
１…ワーク、２…スプライン溝部、３…偏芯部、９…ベース、１０…支持ユニット、１１…回転ストック、１２…円テーブル、１２ａ…センタ、１２ｂ…クランプ手段、１３…テールストック、１３ａ…センタ、１４…回転駆動手段、１５…回転角度センサ、１６…Ｔ溝、２０…水平テーブル、２１…水平テーブル駆動手段、２２…第１位置センサ、３０…輪郭測定ユニット、３１…輪郭測定テーブル、３２…測定子、３２ａ…前端部、３２ｂ…前面、３３ａ，３３ｂ…ローラ、３４…ロープ、３５…バランスウェート、３６…測定子駆動手段、３７…爪部材、３７ａ…爪、３８…第２位置センサ、３９…フレーム、５８…記憶装置、５１，５２，５３…ドライブユニット、５５…シーケンサ、５６…設定スイッチ、５７…表示器、５９…プリンタ、６１…ピンジャーナル、６１ａ…カムプロフィル部、６２…メインジャーナル、７６…バランスシリンダ、８０…スプライン溝位相測定治具、８１ａ…ピン、８１ｂ…ボール、８２…リング、８３…リング固定手段、８３ａ…ネジ、８３ｂ…固定ベルト、Ａ，Ｂ…クランクシャフト、Ｃ…カムシャフト。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク（例えばクランクシャフト、カムシャフトなど）の軸端に加工されたスプライン溝の位相を精度良く測定できるスプライン溝位相測定治具、およびそのスプライン溝位相の測定値に基づいて、ワークの偏芯部のワーク軸回りの位相を測定する測定装置およびその測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関に用いられるクランクシャフト、カムシャフトなどは、機械加工された後に各寸法が許容範囲以内に入っているかをチェックするために、必要な測定項目を各項目毎の専用測定装置により測定している。このような測定項目の内、クランクシャフトのピンジャーナル又はメインジャーナルの真円度又は直径、およびカムシャフトのカムプロフィルなどを測定する専用測定装置に関しては、従来から様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば、実開平６−５３９１３号公報では、回転するワーク（例えば、クランクシャフト等）の所定の測定位置における加工された軸の外周面に電気マイクロメータの測定子を当接させてこの軸の直径方向の変位量をワークが１°回転する毎に測定し、測定したデータに基づいて半円法によって軸の真円度を算出し、ワークの良否を検査する自動真円度検査装置が開示されている。
【０００４】
また、実開昭５５−６８２５号公報には、測定すべきクランクシャフトの両端を回転自在に支持する支持台と、これら支持台の少なくとも一方に設けられ、上記クランクシャフトの回転角度を測定するエンコーダと、上記クランクシャフトの長手方向及び接離方向に移動でき、かつ移動量をマグネスケールなどの測定手段により測定可能な測定台と、この測定台上に設けられ、クランクシャフトの測定部に当接自在な基準円板と、上記測定部の上方及び基準円板の反対側において測定部へ当接し、測定部の寸法を測定する複数個の測定具とを具備してなるクランクシャフト測定装置が開示されている。この測定装置によって、クランクシャフトの曲がり（ここでは、ジャーナル部の振れ）、メインジャーナルとピンジャーナルとの各軸間距離のピン１／２ストローク、各ピンジャーナルの基準ピンに対するピン位相、各ピンジャーナル及び各メインジャーナルの径、及びその真円度を測定している。
【０００５】
さらに、特願平１１−８３４１３号公報には、クランクシャフト（ワーク）の両端面を回転自在に支持する支持ユニットと、支持ユニットに支持されたワークをセンタ中心に回転させる回転駆動手段と、このワークの回転角度を検出する回転角度センサと、ワークの回転軸心方向に対して垂直に移動自在な測定子を有し、ワークの回転に伴ってワークのピンジャーナル又はメインジャーナルの円筒面に、あるいはこれらのＲ溝底面にこの測定子を当接させてこれを追従駆動し、回転軸心方向に直交する方向の変位量を測定する輪郭測定ユニットと、所定の回転角度毎の変位量に基づいてワークの輪郭を演算により求める制御器とを備えたクランクシャフトの自動測定装置において、前記輪郭測定ユニットの測定子は、前記回転の軸心方向とこの測定子の移動方向とに直交し、かつ、ピンジャーナルが回転するときにこのピンジャーナルの円筒面に常時当接する長さを有する直線状の当接面を設け、前記制御器は、少なくとも、ピンジャーナル、メインジャーナル又はこれらのＲ溝底面の直径、真円度、真直度、あるいは、ピンジャーナルのピン1/2 ストローク、偏芯量、位相角度等のいずれかを求める構成としている。
【０００６】
そして、この公報に記載の構成によると、ワークが非円形形状をしていても、ワークを回転させているとき、ワークの輪郭測定対象の外周面に測定子が常時当接し、かつ、ワークの回転の軸心方向に直交する方向の変位量が精度良く測定される。この結果、一回の段取りを行うだけで、例えば、クランクシャフトのピンジャーナル、メインジャーナル又はこれらのＲ溝底面の直径、真円度、真直度、あるいは、ピンジャーナルのピン1/2 ストローク、偏芯量、位相角度等の輪郭を正確に測定することが可能となり、測定時間を短縮化できるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、図５，図９に示すように、クランクシャフトＡ，Ｂにおいては、偏芯部３としてピンジャーナル６１を、そしてその軸の長手方向の一端側にスプライン２を有するものがあり、また図１０に示すように、カムシャフトＣにおいては、偏芯部３としてカムプロフィル部６１ａを、そしてその軸の長手方向の一端側にスプライン２を有するものなどがある。そして、このスプライン溝部を有するものに対しては、ピンジャーナル、メインジャーナルの直径、真円度又は真直度、カムのカムプロフィル、メインジャーナル軸回りにおける偏芯部（ピンジャーナルまたはカム）の回転位相角度等の測定の他、スプライン溝部に対する偏芯部の相対回転位相角度の測定をそれぞれ精度良く、しかも短時間で行うことが要求されることがある。その理由として、スプライン溝部の位相が大きくずれると、組付けた際、クランクシャフト同士間でそれぞれの偏芯部の位相にずれが生じるからである。また、一般的にスプライン加工は、クランクシャフト外形加工とは別工程になるため、ワークのセットし直し等に起因する加工誤差が、他の部位と比較して大きく発生し易いという背景もある。
【０００８】
しかしながら、上記の実開平６−５３９１３号公報、実開昭５５−６８２５号公報、特願平１１−８３４１３号などの従来技術には、このスプライン溝部の回転位相角度を測定する技術が開示されていない。また、これらの公報に開示されているような、ピン部６１又はジャーナル部６２の真円度又は直径等を測定する専用測定装置を流用することによって、このスプライン溝部の回転位相角度を測定する場合に、スプライン溝部はワークの軸に対し平行に切られているので、従来の輪郭測定ユニットでは、スプライン溝部の回転位相角度を測定できない。そこで、例えば特殊マイクロメータ等を使用して手作業により測定したり、または他の専用測定装置を流用したりしなければならないので、これらの段取作業には非常に多くの時間がかかることになる。この結果、全項目の測定に非常に多くの時間がかかり、測定作業の能率が良くないと言う問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、ワーク（例えばクランクシャフト、カムシャフトなど）の軸端に加工されたスプライン溝部の位相測定の精度向上や測定時間短縮等の性能向上が図れるスプライン溝位相測定治具、およびそのスプライン溝位相の測定値に基づいてワークの偏芯部のワーク軸回りの位相を自動的に短時間で測定できる測定装置およびその測定方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、偏芯部と、軸方向の一端側にスプライン溝部とを備えた軸物のワークの、前記スプライン溝部に対する前記偏芯部のワーク軸回りの回転位相角度を測定する測定装置において、前記スプライン溝部にあてがいスプラインの溝位相を測定するためのスプライン溝位相測定治具と、前記ワークを両センタ支持する支持ユニットと、ワークをその軸回りに回転させる回転駆動手段と、ワークの回転位相角度を検出する回転角度センサと、ワークの軸直角方向に移動自在に設けられ、かつ、該移動方向とワークの回転の軸心方向とに直交する方向に直線状の当接面を形成した測定子を、ワーク回転に伴い前記偏芯部および前記スプライン溝位相測定治具の被測定部に当接させて、これらのワーク軸直角方向の変位量を測定する輪郭測定ユニットと、前記回転角度センサが検出したワークの回転角度、および前記輪郭測定ユニットが測定した変位量を入力し、所定のワーク回転角度毎の測定変位量に基づいて、前記偏芯部および前記スプライン溝部にあてがったスプライン溝位相測定治具の被測定部の回転位相角度を演算により求める制御器とを設けた構成としている。
【００１１】
請求項１に記載の発明によると、測定子の前面の当接面は、その移動方向とワークの回転軸心方向とに直交する方向に直線状に形成されている。そして、スプライン溝位相測定治具の被測定部に常に当接するように回転の軸心方向に直交する方向に追従駆動された測定子の前面を、スプライン溝部にあてがったスプライン溝位相測定治具の被測定部に当接させて、ワークを回転または揺動させ、輪郭測定ユニットの、ワークの軸心方向への追従移動距離が最小となる位置（すなわち被測定部が最先端となる位置）でのワークの回転角度を測定することで、スプライン溝部の回転位相角度の測定が極めて容易に、正確に、かつ自動的に短時間で計測できる。
また、前記スプライン溝回転位相角度を制御器に入力し、前記同一の輪郭測定ユニットおよび測定子により計測した各偏芯部の位相角度との相対位相角度を演算により正確に算出することが可能となる。
以上のように、本請求項１に記載の発明によると、スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、測定時間の短縮化及び測定精度の向上等の性能向上が図れる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の回転位相角度の測定装置に用いるスプライン溝位相測定治具であって、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有するピンまたはボールを、スプライン溝部の何れか１つに着脱可能に固定した構成としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具として、隣合わせのスプライン歯にそれぞれ当接した状態で、スプライン外径から被測定部が突出する直径を持った真円度、円筒度の良いピン、または真円度の良いボールを、ワーク一端側のスプライン溝部の何れか１つに、着脱可能に固定した構成としたので、スプライン溝部の位相測定の際、輪郭測定ユニットの測定子の前面部を当接させるスプライン溝位相測定治具の被測定部は、正確にかつ確実にスプライン溝に固定され、よって位相測定の際に、スプライン溝位相測定治具の被測定部がずれて測定精度が得られないなどのトラブルが発生する恐れがない。
また、スプライン溝部の位相測定の際、前記スプライン溝位相測定治具の被測定部に常に当接するように回転の軸心方向に直交する方向に追従駆動された測定子の前面を、スプライン溝部にあてがったピンまたはボールの突出部に接触させて、ワークを回転または揺動させ、輪郭測定ユニットの、ワークの軸心方向への追従移動距離が最小となる位置（つまり、被測定部が径方向で最先端となる位置）を検出測定し、この位置でのワークの回転角度を測定することで、スプライン溝部の位相を測定する。この際、測定子の前面とピンまたはボールの突出部とが接線上で接触するので、これらの摺動が極めて円滑に行なわれ、一連の測定動作を速めても、高い測定精度が得られることになる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載のスプライン溝位相測定治具において、前記ピンとリングとを設け、前記ピンを、その軸と前記リングの軸とを略平行に、かつ、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ピンの外周面の一部がスプライン外径部から突出するような姿勢で、リングの内周部に固着し、リングの軸を挟んでピンと反対側のリング部位に、リング位置を固定するリング固定手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項３に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具は、ピンと、リングとで構成し、そのピンをリングの内周部に、その軸とリングの軸とを平行でかつ、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能な状態で固着し、また、スプライン軸にリングを固定するリング固定手段を、このリングの軸を挟んで前記ピンと反対側のリング部位に設けた。したがって、スプライン溝位相測定治具はピンとリングとの簡易、かつコンパクトな構成であり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があって高い測定精度が安定して得られる。
また、被測定部となるピンをスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能とするために、スプライン軸にスプライン溝位相測定治具を強固に固定するリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した高い測定精度が得られる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項２記載のスプライン溝位相測定治具において、前記ボールとリングとを設け、前記ボ−ルを、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ボ−ルの外面の一部が前記リングの外径部から突出するような姿勢で、リングの内径周辺部に固着し、リングの軸を挟んでボ−ルと反対側のリング部位に、リング位置を固定するリング固定手段を設けたことを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具は、前記ボールと、リングとを設け、前記ボ−ルを、何れか１つのスプライン溝部の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能な状態で前記リングの内径周辺部に固着し、また、このリングをスプライン軸に固定するリング固定手段を、該リングの軸を挟んで前記ボ−ルと反対側の前記リング部位に設けた。したがって、スプライン溝位相測定治具はボ−ルとリングとの簡易で、かつコンパクトな構成となり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があり、高い測定精度が安定して得られる。
また、被測定部となるボ−ルをスプライン溝部に安定して固定するためにリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した高い測定精度が得られる。
さらに、スプライン溝位相の測定はボ−ルをスプライン溝部にあてがって行なうので、スプライン溝部の長手方向に複数箇所を測定することにより、スプライン溝部の真直度、ワーク軸に対する平行度、などの精度測定が可能である。
【００１８】
また請求項５に記載の発明は、請求項２記載のスプライン溝位相測定治具は、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有する前記ピンを、何れか１つのスプライン溝部に長手方向に沿って固定ベルトで直接固定した構成としている。
【００１９】
請求項５に記載の発明によると、スプライン溝位相測定治具は、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有し、真円度、円筒度の良いピンを、何れか１つのスプライン溝部の長手方向に挿入し、このピンをただ単に、複数の固定ベルト（例えばインシュロックタイ）でスプライン外径部へ直接固定する構成としたので、この構成が極めて簡単であるにも拘わらず、所定のスプライン溝部の位相測定が精度良く行える。
【００２０】
さらに、請求項６に記載の発明は、偏芯部と、軸方向の一端側にスプライン溝部とを備えた軸物のワークの、前記スプライン溝部に対する前記偏芯部のワーク軸回りの回転位相角度を測定する測定方法において、前記ワークを両センタ支持してその軸回りに回転または揺動させ、前記スプライン溝部のいずれか１つにあてがったピンまたはボ−ルの突出部の、前記ワークの軸中心から径方向への最先端位置とこの位置でのワーク軸回りの回転位相角度を測定する工程と、前記ワークを両センタ支持してその軸回りに回転または揺動させ、前記偏芯部の、前記ワークの軸中心から径方向への変位量と回転位相角度とを測定する行程と、前記最先端位置の回転位相角度から、前記スプライン溝部の回転位相誤差を算出する手段と、前記スプライン溝部の回転位相誤差を加味した前記偏芯部の回転位相角度を求める工程とを有することを特徴とする回転位相角度の測定方法としている。
【００２１】
請求項６に記載の発明によると、スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、前記請求項１に記載の発明と同様の、測定時間の短縮化及び測定精度の向上など、性能向上が図れる。
さらに、変位量の測定手段は、前記請求項１に記載のように、被測定部と測定子との当接による測定に限定されることなく、被測定部の前記変位量を光学式、電気式及び磁気式などの非接触式で読み取る測定手段を用いても構わない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施形態の一例を、図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明に係わるクランクシャフトのスプライン溝及び偏芯部の回転位相角度の測定装置の側面図及び平面図をそれぞれ示しており、同図に基づいて全体構成を説明する。
ベース９は本測定装置の各部材が載置され、かつ固定される基台を成しており、本実施形態においては、上面が滑らかに研磨された石からなる定盤で構成されている。ベース９の上面前部には、クランクシャフトを長手方向（つまり、軸心方向）の両端側からクランプして支持する支持ユニット１０が載置されている。この支持ユニット１０は、ベース９の上面前部の左右いずれか一側（図示では右側）に固定された回転ストック１１と、他側にこの回転ストック１１に対向して図示で左右方向に移動自在に配設されたテールストック１３とを備えている。この回転ストック１１の、テールストック１３と対向する面には円テーブル１２が回転自在に設けられており、円テーブル１２の回転中心には、テールストック１３の方に突出し、かつ、その軸心が前記回転中心と一致したセンタ１２ａが設けられている。また、テールストック１３の、回転ストック１１と対向する面には、同じくその軸心が前記回転中心と略一致するようにセンタ１３ａが設けられている。さらに、回転ストック１１には例えばパルスモータからなる回転駆動手段１４が配設されており、この回転駆動手段１４の出力回転軸は図示しない動力伝達手段（例えば、ギア列等）を介して前記円テーブル１２の回転軸に連結されている。また、この円テーブル１２の回転軸には例えばエンコーダからなる回転角度センサ１５が取り付けられており、回転角度センサ１５により円テーブル１２の回転角度、すなわちクランクシャフトの回転角度が検出される。
【００２３】
なお、回転ストック１１とテールストック１３との間のベース９の表面には、両者を結ぶ直線に沿ってＴ溝１６が設けられており、このＴ溝１６の長手方向に垂直な断面形状はベース９の表面近傍に両側面から突出した突出部（図示せず）を有していて、この突出部より下方のＴ溝１６の内部にはナット（図示せず）が設けられている。そして、前記テールストック１３はＴ溝１６に沿って移動自在に設けられていると共に、図示しないボルトとＴ溝１６内の前記ナットによって前記突出部を介して固定されるようになっている。
【００２４】
また、ベース９の上面の後部には、図示しないガイドレールが円テーブル１２の前記回転中心線の方向と平行に布設されており、このガイドレール上に水平テーブル２０が移動自在に設けられている。この水平テーブル２０の下部には図示しないボールネジが配設されており、このボールネジのナット部材は水平テーブル２０の下面に取着されており、またボールネジのネジは前記ガイドレールと同一の方向に配設されていて、このネジの一端部に例えばパルスモータからなる水平テーブル駆動手段２１の出力回転軸が連結されている。そして、この水平テーブル駆動手段２１の本体はベース９に取り付けられており、水平テーブル駆動手段２１の回転によってこのボールネジを介して水平テーブル２０は前記ガイドレールに沿って移動するようになっている。また、水平テーブル２０とベース９との間には、例えばマグネスケール等のリニアセンサからなる第１位置センサ２２が設けられており、この第１位置センサ２２によって水平テーブル２０の移動位置が検出される。
【００２５】
水平テーブル２０の上面には、クランクシャフトのメインジャーナル及びピンジャーナルの外周面の径方向の変位量と、クランクシャフトの一端側に設けられたスプライン溝部の位相とを測定する輪郭測定ユニット３０が配設されている。輪郭測定ユニット３０はクランクシャフトの軸心に直交する方向に移動自在な輪郭測定テーブル３１を有しており、この輪郭測定テーブル３１にはクランクシャフトへ向かって突出した測定子３２が取着されている。測定子３２の先端部の前記軸心方向の厚さは、前記ジャーナル部及びスプライン溝にあてがった被測定部に当接可能なような所定寸法となっている。
【００２６】
図３及び図４は輪郭測定ユニット３０の詳細な側面図を示しており、以下同図に基づいて説明する。
輪郭測定ユニット３０のフレーム３９は水平テーブル２０の上面に取り付けられており、このフレーム３９の上部には図示しないガイドレールが布設されていて、このガイドレールによって前記輪郭測定テーブル３１が移動自在に支持されている。前述のように、輪郭測定テーブル３１はクランクシャフトＡ（ワーク１）の軸心に直交する方向（図示で、左右方向）に移動自在となっている。そして、この輪郭測定テーブル３１とフレーム３９との間には、この輪郭測定テーブル３１の移動方向の位置を検出する、例えばリニアセンサからなる第２位置センサ３８が配設されている。
【００２７】
フレーム３９の上部のクランクシャフトＡに近い端部には、ローラ３３ａがその回転軸を輪郭測定テーブル３１の移動方向に対して垂直にして回動自在に設けられており、また、フレーム３９の上部の前記ローラ３３ａと反対側の端部には、ローラ３３ｂが同様にその回転軸を輪郭測定テーブル３１の移動方向に垂直にして回動自在に設けられている。そして、ローラ３３ａに面した輪郭測定テーブル３１の端部にはロープ３４の一端側が取り付けられており、このロープ３４の他端側は前記ローラ３３ａ及びローラ３３ｂを順次経由してバランスウェート３５に取り付けられている。このバランスウェート３５の荷重は、ロープ３４を介して輪郭測定テーブル３１に作用することにより、この輪郭測定テーブル３１を所定の力でクランクシャフトＡに向かって駆動する。これにより、輪郭測定テーブル３１に取着された測定子３２がクランクシャフトＡに当接した後は、この測定子３２は前記所定の力でクランクシャフトＡの外面やスプライン溝にあてがった被測定部に当接するように追従駆動されるようになっている。
【００２８】
また、フレーム３９の下部には、例えばパルスモータからなる測定子駆動手段３６が配設されており、この測定子駆動手段３６の出力回転軸は、この移動方向に平行にその軸心が設けられた図示しないボールネジの端部に取り付けられている。このボールネジのナット部は、図示しないガイドレール上に移動自在に載置された爪部材３７に取着されている。この爪部材３７の前進方向の端部、すなわちクランクシャフトＡに近い側の端部には上方に突出した爪３７ａが設けられていて、この爪３７ａに輪郭測定テーブル３１の前進方向の下端部が掛かるようになっている。そして、測定子駆動手段３６によって爪３７ａを前進又は後退させ、輪郭測定テーブル３１を所定位置に移動することができるようにしてある。
【００２９】
ここで、図３，図４に図示したように、爪部材３７をクランクシャフトＡに向けて前進させると、爪部材３７の爪３７ａの移動に伴って輪郭測定テーブル３１がバランスウェート３５の押しつけ力によって前進し、位置Ｄにおいて測定子３２の前端部３２ａがクランクシャフトＡ（図においてピンジャーナル６１）に当接する。この後、さらに爪部材３７を前進させると、測定子３２は前記押しつけ力によって当接したままで停止しているので、輪郭測定テーブル３１はこのときの位置を保持し、一方、爪部材３７は前進端位置Ｅまで前進することができるようになっている。また、爪部材３７を後退させると、爪部材３７の爪３７ａが輪郭測定テーブル３１の前端部に係合し、これによって輪郭測定テーブル３１が後退するので測定子３２が後退する。
【００３０】
また、前記測定子３２の前端部３２ａは、測定子３２の移動方向の前端側、すなわちクランクシャフトＡに対向する側に、クランクシャフトＡの軸心方向、及び測定子３２の移動方向に対して共に垂直な方向に細長い直線状の前面３２ｂを備えている。この前端部３２ａは、前述のように、クランクシャフトＡの軸心方向に所定寸法の厚さを有している。この前面３２ｂは、クランクシャフトＡの回転に伴って前記ピン部６１及びスプライン溝にあてがった被測定部から当接位置が離脱しないだけの充分な長手方向の長さを有している。
【００３１】
次に、図５及び図６により、本願発明の、クランクシャフト、カムシャフトなどの軸端に加工されたスプライン溝の位相を測定できる、スプライン溝位相測定治具８０、およびそのスプライン溝位相の測定装置について説明する。
【００３２】
図５は、スプライン溝位相測定治具とスプライン溝位相の測定部の詳細平面図を、図６は、スプライン溝位相測定治具とスプライン溝位相の測定部の詳細側面図をそれぞれ示している。クランクシャフトＡは、その両端のセンタ穴をそれぞれ、回転駆動手段１４で揺動または回転駆動される円テーブル１２に設けられたセンタ１２ａと、テールストック１３に設けられたセンタ１３ａとで回転自在に支持され、その一端側を回転駆動のため、クランプ手段１２ｂで円テーブル１２に固定されている。そして、クランクシャフトＡの他端側のスプライン溝部２には、スプライン溝位相測定治具８０が取り付けられている。
このスプライン溝位相測定治具８０はピン８１ａとリング８２とで構成され、該ピン８１ａは、その軸とリング８２の軸とを略平行に、かつ、クランクシャフトＡの何れか１つのスプライン溝部２の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、その被測定部が前記スプラインの外径部から突出するような姿勢で、前記リング８２の内径周辺部に固着されている。さらに、前記リング８２には、このリング８２の軸を挟んで前記ピン８１ａと反対側の部位に、ネジ８３ａよりなるリング固定手段８３を設けて、ピン８１ａをスプライン歯に確実に当接（図６のＰ部詳細参照）させると共にその位置ずれを防止している。
【００３３】
図５，図６では、ピン８１ａを用いた、スプライン溝位相測定治具８０を示したが、これを図７に見られるように、ボール８１ｂとリング８２ｂとで構成してもよい。このとき、該ボール８１ｂを、クランクシャフトＡの何れか１つのスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、その被測定部が前記リング８２ｂの外径部から突出するような姿勢で、該リング８２ｂの内径周辺部に固定し、さらに該リング８２ｂには、このリング８２ｂの軸を挟んでボール８１ｂと反対側の部位にネジ８３ａよりなるリング固定手段８３を設けて、ボール８１ｂをスプライン歯に確実に当接させた構成にしている。
【００３４】
またさらに、スプライン溝位相測定治具８０は、図８に見られるように、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有するピン８１ａを、何れか１つのスプライン溝の長手方向に、固定ベルト８３ｂ（例えばインシュロックタイなど）で直接固定する構成でも構わない。
【００３５】
なお図５，図６では、偏芯部とスプラインとを有した軸として、クランクシャフトＡを紹介したが、この軸は、クランクシャフトＡに限定されるものではなく、例えば、図９に示すような、偏芯部３(ピンジャーナル６１)とスプライン溝部２とを有した自動車用の６気筒クランクシャフトＢの場合も、また図１０に示すような、偏芯部３(カムプロフィル部６１ａ)とスプライン溝部２とを有した自動車用のカムシャフトＣの場合も考えられる。
【００３６】
図１１には本実施形態に係わる制御構成ブロック図を示しており、同図に基づいて各制御構成を説明する。
ドライブユニット５１，５２，５３はそれぞれ回転駆動手段１４、水平テーブル駆動手段２１、測定子駆動手段３６を駆動するためのアンプであり、制御器５０から入力する各駆動手段に対応した駆動指令に基づいて、各駆動手段の回転を制御する。
シーケンサ５５は本回転位相角度測定装置と外部装置（例えば、ワークの搬入、搬出機）とのインタロックをとるためのインタフェース機器であり、例えば通常のプログラマブルロジックコントローラ（いわゆる、ＰＬＣ）から構成することができる。シーケンサ５５は、そのＩ／Ｏユニットの入出力信号や、シリアル通信ユニットの入出力信号によって制御器５０とインタロックをとることができる。このシーケンサ５５のシーケンス記憶部には、本回転位相角度測定装置の運転時の外部装置とのタイミング信号やインタロック信号等を送受信し、判断するためのシーケンスプログラムが記憶されている。なお、このシーケンサ５５は本発明においては必須ではなく、このシーケンサ５５により実施される上記のようなシーケンスプログラムと等しい機能のプログラムを後述の制御器５０の制御プログラム内に有する場合には、このシーケンサ５５は不要となる。
【００３７】
設定スイッチ５６は測定対象となるワーク毎の測定条件に係わる測定仕様データを設定するスイッチであり、各設定項目の選択、設定データの入力等を行うためのスイッチを有している。ここで、設定項目としては、例えば、測定対象ワークの品番（識別番号）、ピンジャーナル数、メインジャーナル数、ワークの加工基準位置、理論上のスプライン溝位相角度、各測定項目の許容範囲等があり、自動測定を開始する前に、この設定スイッチ５６によりワーク毎に予め設定される。また、各測定項目測定時の水平テーブル２０の位置、及び輪郭測定ユニット３０の測定子３２の当接位置等をティーチングするときの対象位置を設定し、ティーチングされた位置を記憶させることもできる。この設定スイッチ５６は、例えば通常のキーボード等により構成してもよい。なお、ティーチング時の水平テーブル２０や輪郭測定テーブル３１の移動は、図示しない操作スイッチにより行うことができる。
【００３８】
表示器５７は、前記設定スイッチ５６により各種のデータを入力する際に、データ入力が容易に、かつ、ミスが少なく行えるように、設定項目や設定データを表示し、自動測定中に測定結果を作業者に表示し、また、各種の制御メッセージを表示することができる。この表示器５７は、例えば、ＣＲＴ装置、液晶表示器又はプラズマ表示器等からなるグラフィック表示器や、蛍光表示管やＬＥＤ表示器等からなるキャラクタ表示器により構成することができる。
【００３９】
記憶装置５８は、各ワーク毎の測定仕様データ、自動測定時の測定データ、及び測定データに基づく合否結果等を記憶することができる。この記憶装置５８は書換え可能なメモリから構成されており、例えばハードディスク装置、フロッピー（登録商標）ディスク装置、光磁気ディスク装置、又はＩＣメモリカード装置等によって構成することができる。
また、プリンタ５９は前記ワーク毎の測定仕様データ、自動測定時の測定データ、又は測定結果の合否判定データ等をプリントアウトするものである。
【００４０】
制御器５０はマイクロコンピュータ等を主体にしたコンピュータ装置により構成されており、例えばパーソナルコンピュータ（いわゆる、パソコン）により構成することができる。制御器５０はメモリ５０ａを有しており、このメモリ５０ａに、本回転位相角度測定装置の、測定に必要な制御シーケンスプログラム、及び測定制御に必要な制御データ等を記憶するようにしている。
【００４１】
前述した回転角度センサ１５、第１位置センサ２２及び第２位置センサ３８のそれぞれの出力信号は、制御器５０に入力される。そして、自動測定時には、これらの入力した角度データ及び位置データに基づいて、制御器５０は後述するような所定の処理を行い、この処理に従って各ドライブユニット５１，５２，５３を介して対応する回転駆動手段１４、水平テーブル駆動手段２１、測定子駆動手段３６の回転角度を制御する。そして、このときの各回転角度データや位置データを所定のタイミングで取り込んでメモリ５０ａに記憶し、これらのデータに基づいてクランクシャフトの各測定項目データを演算して求め、求めた測定項目データを記憶装置５８に記憶する。また、制御器５０は表示器５７に表示指令及び表示データを出力して、設定スイッチ５６により設定された各データを表示して作業者に確認させたり、前記測定項目データを表示したりする。
【００４２】
以上のような構成のクランクシャフトの回転位相角度測定装置において、図１〜図６および図１１〜図１３により、各測定項目を測定する手順を以下に説明する。
制御器５０は、シーケンサ５５を介して搬入装置とインタロックをとり、機械加工済のクランクシャフトを本回転位相角度測定装置内に搬入させる。搬入されたクランクシャフト（ワーク１）は、回転ストック１１の円テーブル１２のセンタ１２ａとテールストック１３のセンタ１３ａとの間に位置決めされる。そして、テールストック１３がワーク軸方向へ移動することにより、クランクシャフトの両端面にそれぞれ設けられたセンタ穴に各センタ１２ａ，１３ａが挿入される。さらに、テールストック１３がその位置で、図示しないボルトとＴ溝１６内のナットによって固定される。その後、クランクシャフトはクランプ手段１２ｂで円テーブル１２に固定される。これにより、クランクシャフトはセンタ１２ａ，１３ａの軸心を中心に回転自在に支持される。ワークが該測定装置にセットされると、ワークに施されている加工基準面に基づいて、図示しない回転角度基準検出手段によって、そのワークの回転角度基準が定められる。
【００４３】
次に、本回転位相角度測定装置によってクランクシャフト各部の測定を行う。この測定の項目としては、例えば、スプライン溝位相、ピンジャーナル６１のピン1/2 ストローク、位相、平均直径、真円度及び真直度や、メインジャーナル部６２の振れ（以後、ジャーナル振れと呼ぶ）、平均直径、真円度、真直度及び偏芯量等がある。ここで、各測定項目を簡単に説明する。
【００４４】
図１２は、図９に示したクランクシャフトＢのＺ−Ｚ断面図を示している。ここで、スプライン溝位相測定治具の被測定部が位置するスプライン溝と所定の回転角度基準とが成す回転位相角度について、理論値をα０，測定値をαとする。（図１２では、α＝９０°にしてある。）そして、（α−α０）がスプライン溝位相の加工誤差による偏芯部３全体の位相のずれになる。
【００４５】
図１２において、ピン1/2 ストロークは各ピンジャーナル６１の軸心Ｏ2 とクランクシャフトＢの軸心Ｏ1 との距離ｅであり、各ピンジャーナル６１の位相は、各ピンジャーナル６１の前記軸心Ｏ2 とクランクシャフトＢの軸心Ｏ1 とを結ぶ線の、回転角度基準からの回転角度θである。またメインジャーナル振れは、メインジャーナル６２の軸心で、クランクシャフトＢの軸心Ｏ1 からの偏芯量を表す。さらに、平均直径は各ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２毎に測定された複数の直径データの平均値であり、各ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２毎の真円度は測定された複数の半径データに基づいて算出され、また真直度は、各ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２の軸心線とクランクシャフトＢの軸心線との成す角度（いわゆる、テーパ）で表される。
【００４６】
次に、クランクシャフトの各部の輪郭測定は、次のような手順で行われる。
まず、制御器５０は、水平テーブル駆動手段２１を制御して水平テーブル２０を測定対象のスプライン溝部２、ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２の所定の測定位置に移動させて位置決めし、この次に測定子駆動手段３６を制御して測定子３２を所定の当接位置より所定距離手前の位置まで所定の早送りで前進させた後に所定の低速度でスプライン溝部２、ピンジャーナル６１又はメインジャーナル６２の測定対象面に当接するまで前進させる。ここで、水平テーブル２０の各測定位置、及び測定子３２の当接位置は測定前に予めティーチング等により設定して記憶させておく。
なお、制御器５０による当接の判断は、第２位置センサ３８からの位置データが所定の時間（例えば１秒間）変化しなくなった時点としている。
【００４７】
スプライン溝部２の位相測定のとき、例えば図５に示すように、測定子３２はバランスウェート３５の押しつけ力によって常時クランクシャフトに向かって押しつけられ、これに伴って、測定子３２の前面３２ｂは、スプライン溝部２にあてがわれた、スプライン溝位相測定治具８０のピン８１ａの被測定面に、押しつけられた状態で当接する。そして、クランクシャフトを、その一端側（スプライン部と反対側の一端）から回転駆動手段１４により、所定角度だけ（例えば２０度の揺動角度で）揺動させる。
そして、制御器５０は、輪郭測定ユニット３０の、クランクシャフトの回転の軸心方向に直交する長手方向（すなわち測定子３２の追従移動方向）の距離Ｌ１（図６参照）が最小距離となる位置（ピン８１ａの被測定部が最先端となる位置）を第２位置センサ３８で読み取り、このときのクランクシャフトの回転位相角度αを測定することで、スプライン溝の回転位相角度とする。
【００４８】
ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の、位相または輪郭測定の場合、測定子３２の前面３２ｂがピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の被測定部に当接したと制御器５０が判断した後、回転駆動手段１４により円テーブル１２を回転させ、回転角度センサ１５からの角度データを監視しながら所定の単位角度（例えば１°）毎に位置決めする。このとき、測定子３２はバランスウェート３５によって当接する方向に追従駆動されているので、上記円テーブル１２の回転に伴って常時前面３２ｂがピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の被測定部に押し付けられた状態が保持される。
【００４９】
そして、制御器５０は、この各単位回転角度毎の位置決め後、このときの第２位置センサ３８から位置データを取り込み、この各位置データを円テーブル１２の角度データ（すなわち、回転角度センサ１５による回転角度データ）に対応させてメモリ５０ａの所定エリアに記憶しておく。これらの位置データ及び回転角度データは各測定位置毎に取り込まれ、各測定位置に対応してメモリ５０ａに記憶される。
【００５０】
次に、各測定位置毎に、前記取り込まれた位置データ及び回転角度データに基づいて、前記スプライン溝部位相角度、前記単位回転角度毎の前記ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の前記回転の軸心方向に直交する方向の各変位量、およびスプライン溝部位相角度とピンジャーナル６１との相対位相角度の変位量を求める。これらの測定データに基づき、ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の円筒面の外形形状が求まる。また、これらの変位量に基づいて、ピンジャーナル６１またはメインジャーナル６２の中心位置が求められる。さらに、求めた中心位置に基づいて、ピンジャーナル６１のピン1/2 ストローク、位相角度、平均直径、真円度、偏芯量及びテーパ、またメインジャーナル６２の偏芯方向、ジャーナル振れ、平均直径、真円度、偏芯量及びテーパ等が算出される。そして、この測定結果に基づいて、各測定データが予め設定された許容範囲内であるか否かを判断し、その判断結果を表示器５７に表示するとともに、前記測定結果及び判断結果を記憶装置５８に各ワーク毎に対応させて記憶させる。なお、これらの測定結果及び判断結果をプリンタ５９に出力して保存することも可能である。
【００５１】
なお、以上説明の測定装置においては、測定子３２をワーク回転に伴い、前記偏芯部３およびスプライン溝位相測定治具８０の被測定部（ピン８１ａ）に当接させて、これらの回転位相角度の変位量を測定したが、この構成に限定されることなく、光学式、電気式、磁気式などの非接触式で読み取る測定手段により測定してもよい。
【００５２】
さらに、上記の実施形態においては、測定子３２のピン８１が測定対象の外周面に常時当接するように追従駆動させる手段をバランスウェート３５の押しつけ力を利用した構成によって実現しているが、本発明はこれに限定されるものでは無い。すなわち、例えば空圧シリンダ等からなる空圧回路により構成することもでき、一例として図１３にその空圧回路を示す。同図において、空圧源７１からレギュレータ７２及びチェック弁７３を介してバランスシリンダ７６のボトム室７６ａにエアが供給され、チェック弁７３とのバランスシリンダ７６のボトム室７６ａとの間の管路にアキュムレータ７４及び圧力計７５が接続されている。また、バランスシリンダ７６のヘッド室７６ｂには大気と連通するための連通路が設けられている。そして、ピストン７７の先端部には測定子３２が取着される。なお、バランスシリンダ７６はピストン７７の摺動抵抗が非常に小さいものが使用される。このような構成において、バランスシリンダ７６のボトム室７６ａにレギュレータ７２により所定圧力のエアを供給すると、測定子３２はこの圧力で前記外周面に押しつけられ、また測定子３２が前進又は後退するときには圧力の変動がアキュムレータ７４により抑えられ、よって、測定子３２は前記外周面に追従駆動される。
【００５３】
本発明によると、次のような作用、効果が得られる。
スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、本発明の回転位相角度測定装置およびその測定方法によると、被測定部に常に当接するように回転の軸心方向に直交する方向に追従駆動する測定子の前面を、スプライン溝にあてがったスプライン溝位相測定治具の被測定部に当接させて、ワークを揺動させ、輪郭測定ユニットの、ワークの回転の軸心方向とに直交する長手方向の距離が最小距離（被測定部が最先端となる位置）となるワークの回転角度を測定することで、スプライン溝の位相測定が極めて容易に、正確に、かつ自動的に短時間で計測できる。
【００５４】
また、このワークの回転角度の測定値を前記スプライン溝位相角度として測定装置の制御器に入力し、記憶装置に記憶されている理論値と比較する。この差が、スプライン溝位相の加工誤差によるワーク全体の位相のずれになる。この位相のずれを演算により正確に算出することが可能となる。
以上のように、本発明によると、スプライン溝部を有する軸の偏芯部の回転位相角度測定において、測定時間の短縮化、および測定精度の向上等の性能向上が図れる。
【００５５】
本発明のスプライン溝位相測定治具によると、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接した状態で、スプライン外径から被測定部が突出する直径を持った、真円度及び円筒度の良いピンまたは真円度の良いボールを、ワーク一端側のスプライン溝の何れか１つに、着脱可能に固定した構成としたので、スプライン溝部の位相測定の際、スプライン溝位相測定治具の被測定部は確実にスプライン溝に固定され、よってこの被測定部が輪郭測定ユニットの測定子の前面部（当接面）からずれて所定の測定精度が得られないというトラブルが発生する恐れがない。
【００５６】
また、スプライン溝部の位相測定の際、前記スプライン溝位相測定治具の被測定部に常に当接するように回転の軸に直交する方向に追従駆動された測定子の前面とピン円筒外径部、またはボールの突出部とが接線上で接触するので、これらの摺動が極めて円滑に行なわれ、一連の測定動作を速めても、高い測定精度が得られることになる。
【００５７】
また本発明による、ピンとリングとで構成したスプライン溝位相測定治具は、そのピンをリングの内径周辺部に、その軸とリングの軸とを平行でかつ、何れか１つのスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能な状態で固着し、また、スプライン軸へ該リングを固定するリング固定手段を、このリングの軸を挟んで上記ピンと反対側のリング部位に、リングの軸芯に向かう方向にねじ締めしてスプラインへ脱着自在に設けたので、スプライン溝位相測定治具が簡易で、かつコンパクトな構成となり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があり、測定精度が安定して得られる。
【００５８】
また、被測定部となるピンをスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接可能とするために、スプライン軸へリングとピンとを強固に固定するリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した測定精度が得られる効果がある。
【００５９】
また本発明による、ボールとリングとで構成したスプライン溝位相測定治具は、前記ボ−ルを、何れか１つのスプライン溝の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ボールの外面の一部が前記リングの外径部から突出するような姿勢で、前記リングの内径周辺部に固定して設け、かつ前記リングの軸を挟んで前記ボ−ルと反対側の前記リング部位にリング固定手段を設けたので、スプライン溝位相測定治具が簡易でコンパクトな構成となり、このため安価に製作でき、しかも充分な剛性があり、高い測定精度が安定して得られる。
【００６０】
また、被測定部となるボ−ルをスプライン溝に安定して固定するためにリング固定手段を設けたので、その着脱が極めて容易であると共に、常に安定した高い測定精度が得られる。
さらに、スプライン溝位相の測定はボ−ルをスプライン溝にあてがって行なうので、スプライン溝の長手方向に複数箇所を測定することにより、スプライン溝の真直度、ワーク軸に対する平行度、などの精度測定が可能である。
【００６１】
またさらに、スプライン溝位相測定治具として、真円度、円筒度の良いピンを、何れか１つのスプライン溝の長手方向に挿入し、このピンをただ単に複数の固定ベルト（例えばインシュロックタイ）でスプライン外径部へ直接固定する構成としたので、構成が極めて簡単で、かつ安価であり、さらに所定のスプライン溝部の回転位相角度測定が精度良くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる偏芯部の回転位相角度の測定装置の側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】輪郭測定ユニットの詳細側面図である。
【図４】輪郭測定ユニットの詳細側面図である。
【図５】スプライン溝位相測定部の詳細平面図である。
【図６】スプライン溝位相測定部の詳細側面図(一部図５のＸ−Ｘ矢視図)である。
【図７】ボールを採用したスプライン溝位相測定治具を示す。
【図８】固定ベルトを採用したスプライン溝位相測定治具を示す。
【図９】スプライン溝部を有するクランクシャフト例の正面図である。
【図１０】スプライン溝部を有するカムシャフト例の正面図である。
【図１１】回転位相角度測定装置の制御構成ブロック図である。
【図１２】図９のＺ−Ｚ断面図である。
【図１３】測定子の追従駆動の他の実施形態を示す。
【符号の説明】
１…ワーク、２…スプライン溝部、３…偏芯部、９…ベース、１０…支持ユニット、１１…回転ストック、１２…円テーブル、１２ａ…センタ、１２ｂ…クランプ手段、１３…テールストック、１３ａ…センタ、１４…回転駆動手段、１５…回転角度センサ、１６…Ｔ溝、２０…水平テーブル、２１…水平テーブル駆動手段、２２…第１位置センサ、３０…輪郭測定ユニット、３１…輪郭測定テーブル、３２…測定子、３２ａ…前端部、３２ｂ…前面、３３ａ，３３ｂ…ローラ、３４…ロープ、３５…バランスウェート、３６…測定子駆動手段、３７…爪部材、３７ａ…爪、３８…第２位置センサ、３９…フレーム、５８…記憶装置、５１，５２，５３…ドライブユニット、５５…シーケンサ、５６…設定スイッチ、５７…表示器、５９…プリンタ、６１…ピンジャーナル、６１ａ…カムプロフィル部、６２…メインジャーナル、７６…バランスシリンダ、８０…スプライン溝位相測定治具、８１ａ…ピン、８１ｂ…ボール、８２…リング、８３…リング固定手段、８３ａ…ネジ、８３ｂ…固定ベルト、Ａ，Ｂ…クランクシャフト、Ｃ…カムシャフト。
Claims (6)
- 偏芯部(3) と、軸方向の一端側にスプライン溝部(2) とを備えた軸物のワーク(1) の、前記スプライン溝部(2) に対する前記偏芯部(3) のワーク軸回りの回転位相角度を測定する測定装置において、
前記スプライン溝部(2) にあてがいスプラインの溝位相を測定するためのスプライン溝位相測定治具(80)と、
前記ワーク(1) を両センタ支持する支持ユニット(10)と、
ワーク(1) をその軸回りに回転させる回転駆動手段(14)と、
ワーク(1) の回転位相角度を検出する回転角度センサ(15)と、
ワーク(1) の軸直角方向に移動自在に設けられ、かつ、該移動方向とワーク(1) の回転の軸心方向とに直交する方向に直線状の当接面(32b)を形成した測定子(32)を、ワーク回転に伴い前記偏芯部(3) および前記スプライン溝位相測定治具(80)の被測定部に当接させて、これらのワーク軸直角方向の変位量を測定する輪郭測定ユニット(30)と、
前記回転角度センサ(15)が検出したワークの回転角度、および前記輪郭測定ユニット(30)が測定した変位量を入力し、所定のワーク回転角度毎の測定変位量に基づいて、前記偏芯部(3) および前記スプライン溝部(2) にあてがったスプライン溝位相測定治具(80)の被測定部の回転位相角度を演算により求める制御器(50)と
を設けたことを特徴とする回転位相角度の測定装置。 - 請求項１記載の回転位相角度の測定装置に用いるスプライン溝位相測定治具であって、
隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有するピン(81a) またはボール(81b) を、スプライン溝部(2) の何れか１つに着脱可能に固定した
ことを特徴とするスプライン溝位相測定治具。 - 請求項２記載のスプライン溝位相測定治具において、
前記ピン(81a) とリング(82)とを設け、
前記ピン(81a) を、その軸と前記リング(82)の軸とを略平行に、かつ、何れか１つのスプライン溝部(2) の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ピン(81a) の外周面の一部がスプライン外径部から突出するような姿勢で、リング(82)の内周部に固着し、
リング(82)の軸を挟んでピン(81a) と反対側のリング(82)部位に、リング(82)位置を固定するリング固定手段(83)を設けた
ことを特徴とするスプライン溝位相測定治具。 - 請求項２記載のスプライン溝位相測定治具において、
前記ボール(81b) とリング(82b) とを設け、
前記ボ−ル(81b) を、何れか１つのスプライン溝部(2) の隣合わせる両スプライン歯にそれぞれ当接させた状態で、前記ボ−ル(81b) の外面の一部が前記リング(82b) の外径部から突出するような姿勢で、リング(82b) の内径周辺部に固着し、
リング(82b) の軸を挟んでボ−ル(81b) と反対側のリング(82b) 部位に、リング(82b) 位置を固定するリング固定手段(83)を設けた
ことを特徴とするスプライン溝位相測定治具。 - 請求項２記載のスプライン溝位相測定治具(80)は、隣合わせの両スプライン歯にそれぞれ当接可能な直径を有する前記ピン(81a) を、何れか１つのスプライン溝部(2) に長手方向に沿って固定ベルト(83b) で直接固定したことを特徴とするスプライン溝位相測定治具。
- 偏芯部(3) と、軸方向の一端側にスプライン溝部(2) とを備えた軸物のワーク(1) の、前記スプライン溝部(2) に対する前記偏芯部(3) のワーク軸回りの回転位相角度を測定する測定方法において、
前記ワーク(1) を両センタ支持してその軸回りに回転または揺動させ、前記スプライン溝部(2) のいずれか１つにあてがったピン(81a) またはボ−ル(81b) の突出部の、前記ワーク(1) の軸中心から径方向への最先端位置とこの位置でのワーク軸回りの回転位相角度とを測定する工程と、
前記ワーク(1) を両センタ支持してその軸回りに回転または揺動させ、前記偏芯部(3) の、前記ワーク(1) の軸中心から径方向への変位量と回転位相角度とを測定する行程と、
前記最先端位置の回転位相角度から、前記スプライン溝部(2) の回転位相誤差を算出する手段と、
前記スプライン溝部(2) の回転位相誤差を加味した前記偏芯部(3) の回転位相角度を求める工程と
を有することを特徴とする回転位相角度の測定方法。
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