JP4006559B2

JP4006559B2 - コネクティングロッド大端部および小端部の重量測定装置

Info

Publication number: JP4006559B2
Application number: JP09362499A
Authority: JP
Inventors: 晟河本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000283830A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのコネクティングロッドの大端部重量と小端部重量を測定するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのコネクティングロッドは、一般に、その両端部にクランク軸連結用孔とピストンピン連結用孔が形成された構成を採る。エンジンの静粛性を追求するため、通常はクランク軸が動的に釣り合わされるが、そのクランク軸に対して所要数のコネクティングロッドを組み付けた状態での全体のバランスを良好なものとするためには、各コネクティングロッドのクランク軸連結用孔が形成された大端部の重量と、ピストンピン連結用孔が形成された小端部の重量を知り、全体としてのバランスが良好なものとなるようにクランク軸に対して適宜に組み付ける必要がある。
【０００３】
ここで、大端部の重量および小端部の重量とは、コネクティングロッドが水平な姿勢において、クランク軸連結用孔の中心およびピストンピン連結用孔の中心のそれぞれに作用する重量を言う。
【０００４】
以上のようなコネクティングロッドの大端部および小端部の重量を測定するに当たっては、従来、重量検出器の荷重検出部に、クランク軸連結用孔の直径より若干小さい直径の位置決め用鉛直軸を設けて、その鉛直軸をにクランク軸連結用孔を嵌め込んだ状態で小端部側を別の重量検出器に載せ、その状態での重量検出器の出力を読み取ることによって大端部の重量と小端部の重量を測定する方法が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような従来の測定手法によると、クランク軸連結用孔と位置決め用鉛直軸との間には、両者を嵌め込むために必ず隙間が必要であり、しかも、作業能率を向上させるためにはこれら両者間の隙間を小さくすることはできない。そのため、クランク軸連結用孔の中心と位置決め用鉛直軸の中心との間には位置ずれが生じ、その分が重量検出誤差となっていた。また、重量検出器に対するナイフエッジ等の荷重点と、位置決め用鉛直軸の軸心との位置ずれは、そのまま重量検出誤差に繋がり、これらによって正しくクランク軸連結用孔の中心に作用する重量を測定することができなかった。ここで、特にコネクティングロッド長手方向への位置ずれは、大端部重量の測定結果に大きな誤差を生じる原因となる。更に、従来の測定手法によると、重量検出器の位置、あるいはナイフエッジの位置をコネクティングロッドのクランク軸連結用孔とピストンピン連結用孔のピッチが変わるごとに変更する必要があり、その変更には手数が掛かると同時に誤差発生の原因ともなっていた。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、特に作業能率を低下させることなく、コネクティングロッドの大端部重量および小端部重量を正確に計測することのできる装置の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のコネクティングロッド大端部および小端部の重量測定装置は、互いに独立した２つの重量検出器と、その２つの重量検出器の荷重検出部の双方にそれぞれナイフエッジを介して支持され、測定すべきコネクティングロッドを位置決めしてその重量を当該各重量検出器に伝達するための伝達板と、上記２つの重量検出部からの出力を用いて、コネクティングロッドの大端部および小端部の重量を演算する演算手段を有し、伝達板の表面には、クランク軸連結用孔およびピストンピン連結用孔がそれぞれ僅かな隙間を以て挿入されることにより、これら各孔をロッド長手方向に直交する方向に位置決めする２つの位置決め板と、クランク軸連結用孔の内面に対して周方向１箇所に当接して当該クランク軸連結用孔をロッド長手方向に位置決めする位置決めピンとが設けられ、演算手段は、伝達板上に位置決め状態でコネクティングロッドを載せたときの各重量検出器の出力Ｆ₁，Ｆ₂と、あらかじめ計測されて記憶している各ナイフエッジ間の距離Ｌ、クランク軸連結用孔の半径Ｒ₁並びに両孔間のピッチＰ、位置決めピンの半径ｒ、その位置決めピンの中心と大端部搭載側のナイフエッジとのロッド長手方向への距離Ｓを用いて、大端部重量Ｗ₁および小端部重量Ｗ₂を下記の式により算出することによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００８】
【数２】

【０００９】
ここで、本発明においては、上記記憶手段に記憶される各値のうち、少なくとも位置決めピンの中心と大端部搭載側のナイフエッジとのロッド長手方向への距離Ｓについては、当該位置決めピンの中心にテスト錘を負荷したときの各重量検出器の出力を用いた校正操作によって求められた値とすること（請求項２）が好ましい。
【００１０】
なお、本発明における位置決めピンとしては、クランク軸連結用孔の内面に周方向１箇所に当接するものであればその断面形状は任意であり、例えばクランク軸連結用孔に比して大幅に小径の断面円形のものや、クランク軸連結用孔に対してエッジで当接する断面形状を有したものなどを用いることができる。エッジで当接する断面形状を有する位置決め用ピンを用いる場合、位置決めピンの半径ｒとは、位置決めピンの中心に負荷すべくテスト錘に形成された孔の半径を言う。
【００１１】
本発明は、２つの重量検出器を用い、その各重量検出器に対して伝達板によりコネクティングロッドの重量を分散して伝達するとともに、その伝達板に対するコネクティングロッドの位置決めに際しては、位置ずれの影響が重量測定結果に大きく影響するロッド長手方向には、クランク軸連結用孔の内面に位置決めピンを周方向１箇所に当接させることにより、従来装置における隙間による位置ずれに伴う計測誤差の問題を解消し、また、位置ずれの影響が重量測定結果に殆ど影響を及ぼさない（同方向への位置ずれによる影響は、その位置ずれに起因するコネクティングロッドの水平面上での傾斜角度の余弦となる）ロッド長手方向に直交する方向には、各孔に対してある程度の隙間を介して嵌まり込む位置決め板を用いることで、作業能率を低下させることを防止するとともに、上記の式（１）によって大端部重量Ｗ₁および小端部重量Ｗ₂を算出することにより、位置決めピンと重量検出部との位置関係を任意としても、その影響を除去することを可能とするものである。
【００１２】
以下、本発明の演算手段における重量算出の原理について述べる。図１はその原理説明図である。
２つの重量検出器１と２の秤量皿等の各荷重検出部に対し、それぞれナイフエッジ３と４を介して伝達板５を支持する。伝達板５には、コネクティングロッド１０のクランク軸連結用孔１１の内面に周方向１箇所において当接する位置決めピン６と、後述する実施の形態において例示されているような位置決め板７ａ，７ｂ（図１において図示せず、図３参照）が設けられ、測定すべきコネクティングロッド１０はその長手方向（ｘ方向）には位置決めピン６に対する当接により厳密に、また、それに直交する方向（ｙ方向）にはクランク軸連結用孔１１およびクランクピン連結用孔１２の内側に所定の隙間を以て位置決め板７ａ，７ｂが嵌まり込むことにより位置決めされた状態で、伝達板５の上に載せられているものとする。また、図１における各部の寸法を以下の通りとする。
【００１３】
Ｒ₁；クランク軸連結用孔１１の半径
Ｐ；クランク軸連結用孔１１とピストンピン連結用孔１２間のピッチ
ｒ；位置決めピン６の半径
Ｓ；大端側に対応するナイフエッジ３と位置決めピン６の中心とのなす距離（オフセット量）
Ｌ；ナイフエッジ３，４間の距離（支持スパン）
Ｆ₁；大端部が載せられる重量検出器１の出力
Ｆ₂；小端部が載せられる重量検出器２の出力
Ｗ₁；大端部の重量
Ｗ₂；小端部の重量
【００１４】
さて、伝達板５を載せた状態で各重量検出器１，２を風袋引き処理し、その状態における各出力を０にした後、コネクティングロッド１０を上記のように位置決めしたとき、各重量検出器１，２の出力Ｆ₁，Ｆ₂は、
Ｆ₁＋Ｆ₂＝Ｗ₁＋Ｗ₂ ・・（２）
である。大端部がの重量検出器１に対する荷重点（ナイフエッジ３の位置）と、大端部中心（クランク軸連結用孔１１の中心）との距離をｅとすると、
Ｗ₁点におけるモーメントの釣合いより、
Ｗ₂Ｐ＝Ｆ₂（Ｌ−ｅ）−Ｆ₁ｅ・・（３）
となる。ここで、
ｅ＝Ｓ＋ｒ−Ｒ₁ ・・（４）
であるから、
Ｗ₂Ｐ＝Ｆ₂｛Ｌ−（Ｓ＋ｒ−Ｒ₁）｝−Ｆ₁（Ｓ＋ｒ−Ｒ₁）・・（５）
であり、この（５）式から前記した（１）式を導出することができる。この手法によれば、クランク軸連結用孔１１は、その内面が位置決めピン６に周方向１箇所において当接した状態で、位置ずれの影響の出やすいｘ方向に位置決めされるため、従来の手法のようにクランク軸連結用孔１１の位置決め時における位置決め用部材との間の隙間の影響を無くすることができる。
【００１５】
ここで、オフセット量Ｓは、実際に高精度に測定することが困難であり、請求項２に係る発明のように、このオフセット量についてはテスト錘を用いた校正操作により求めることにより、より正確に大端部および小端部の重量を求めることができる。すわなち、図１において、コネクティングロッド１０を伝達板５から下ろした状態で、位置決めピン６の中心にテスト錘を負荷し、そのときの各重量検出器１，２の出力をＦ₀₁，Ｆ₀₂とすると、
Ｓ＝Ｆ₀₂Ｌ／（Ｆ₀₁＋Ｆ₀₂）・・（６）
により求めることができ、重量検出器１に対する荷重点と位置決めピン６、ひいては荷重点と大端部中心との距離ｅを校正によって正確に求めることが可能となり、大端部および小端部の重量Ｗ₁およびＷ₂の計測精度を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の好適な実施の形態について、その全体構成を示す図２と、その伝達板５の平面図である図３を参照しつつ説明する。なお、以下の説明においては、各部の寸法並びに距離については前記した図１に説明に用いたものと同じ符号を用い、図２および図３においては、図面の煩雑化を避けるため主要な符号以外の図示を省略する。
【００１７】
装置は、電子天びん等の２つの重量検出器１および２と、その各荷重検出部である秤量皿（または秤量台）１ａおよび１ｂ上にナイフエッジ３および４を介して載せられる伝達板５と、各重量検出器１，２の出力Ｆ₁，Ｆ₂を取り込んで前記（１）式の演算により大端部重量Ｗ₁および小端部重量Ｗ₂を算出するコンピュータをを主体とする演算部８によって構成されている。
【００１８】
伝達板５の表面には、測定すべきコネクティングロッド１０のクランク軸連結用孔１１の内面にその周方向１箇所において当接することによって、そのクランク軸連結用孔１１をｘ方向（コネクティングロッド１０の長手方向）に位置決めするための位置決めピン６と、クランク軸連結用孔１１およびピストンピン連結用孔１２のそれぞれが嵌まり込むことによって、これら各孔１１，１２のｙ方向（コネクティッグロッド１０の長手方向に直交する方向）の位置決めを行うための２つの位置決め板７ａ，７ｂが設けられている。
【００１９】
位置決めピン６は、この実施の形態において、クランク軸連結用孔１１に対して充分に小径の断面円形のピンであり、一方の位置決め板７ａに隣接して、他方の位置決め板７ｂとの間に設けられ、下端部に一体的に形成された雄ねじ部を伝達板５に設けられた雌ねじにねじ込む等によって、伝達板５に対して固定されている。また、各位置決め板７ａおよび７ｂは、測定すべきコネクティングロッド１０のクランク軸連結用孔１１とピストンピン連結用ピン１２のピッチＰと略等しい距離だけｘ方向に離れた位置に、それぞれｙ方向に沿って伸びている。そのｙ方向への各位置決め板７ａ，７ｂの寸法は、一方の位置決め板７ａがクランク軸連結用孔１１の直径２Ｒ₁よりも僅かに短く、他方の位置決め板７ｂはピストンピン連結用孔１２の直径２Ｒ₂よりも僅かに短い。この各位置決め板７ａ，７ｂについても、ねじ等によって伝達板５に対して固定される。
【００２０】
測定すべきコネクティングロッド１０は、図３に示すように、本体部１０ａに対してクランク軸連結用孔１１の一部を構成するキャップ部材１０ｂをねじ止めした状態、つまりクランク軸に対する装着状態とした状態で、そのクランク軸連結用孔１１内に一方の位置決め板７ａ並びに位置決め用ピン６が嵌まり込み、かつ、ピストンピン連結用孔１２内に他方の位置決め板７ｂが嵌まり込むように、伝達板５上に載せられる。その状態では、各位置決め板７ａ，７ｂがクランク軸連結用孔１１，ピストンピン連結用孔１２の内側にそれぞれ僅かな隙間を以て嵌まり込んでいるため、各孔１１，１２はｙ方向に上記隙間の範囲内で位置決めされた状態となる。そして、重量計測に際しては、クランク軸連結用孔１１の内面を位置決めピン６に当接させる。これにより、全体としてのコネクティングロッド１０は、伝達板５に対して、ｙ方向にクランク軸連結用孔１１およびピストンピン連結用孔１２がそれぞれ位置決め板７ａ，７ｂの隙間の範囲内でほぼ位置決めされることによって、ｘ軸にぼぼ沿った状態となり、かつ、ｘ方向には位置決めピン６に対するクランク軸連結用孔１１の当接により、隙間の影響なく正確に位置決めされた状態となる。
【００２１】
伝達板５の裏面には、２つのナイフエッジ３および４が設けられており、そのうちの一方のナイフエッジ３は一方の重量検出器１の秤量皿１ａ上に固定されたＶ形の受け部材３ａに、他方のナイフエッジ４は他方の重量検出器２の秤量皿２ａ上に固定された平面形の受け部材４ｂに支持される。このうち、平面形の受け部材４ａに支持される側のナイフエッジ４は、その稜線の向きを調節するための調節機構４ｂを有している。
【００２２】
演算部８は、前記した（１）式の演算に供されるデータを記憶するメモリ８１と、これらのデータの値等を入力するためのキーボード８２を備え、メモリ８１にあらかじめ記憶しているクランク軸連結用孔１１の半径Ｒ₁、クランク軸連結用孔１１とピストンピン連結用孔１２間のピッチＰ、位置決めピン６の半径ｒ、ナイフエッジ３と位置決め用ピン６の中心とのなす距離（オフセット量）Ｓ、ナイフエッジ３，４間の距離（支持スパン）Ｌを上記の位置決め状態における各重量検出器１および２の出力Ｆ₁およびＦ₂を用いて、前記（１）式によってコネクティッグロッド１０の大端部の重量Ｗ₁および小端部の重量Ｗ₂を算出し、表示器８３に表示するとともにプリンタ８４に印字させる。
【００２３】
以上の本発明の実施の形態は、実際の測定に先立って以下に示す手順により校正を行うことにより、大端部および小端部の各重量Ｗ₁，Ｗ₂を正確に計測することができる。
【００２４】
まず、２つのナイフエッジ３，４の平行度を調節するとともに、そのスパンＬを正確に実測する。事前に寸法測定器によりＬの距離を１／１００ｍｍオーダーで測定しておく。その測定結果をＬ′とする。次に、図４に模式的に示すように、伝達板５の位置決めピン６に対して僅かな隙間を以て嵌まり込む孔９ａを形成したテスト錘９を用意しておき、その孔９ａに位置決めピン６が嵌まり込むように位置決めした状態でテスト錘９を伝達板５上に載せ、ナイフエッジ３，４を介して２つの重量検出器１，２に負荷する。その状態でナイフエッジ４と受け部材４ａとの間に、その稜線方向の一端側に厚さ０．２ｍｍ程度のスペーサを介在させ重量検出器２の出力Ｆ₂を読み取った後、スペーサを稜線方向他端側に差し替えて同じく出力Ｆ₂を読み取る。スペーサの差し替え前後における出力Ｆ₂の差が、例えば０．０３ｇ程度以内に収まるように、調節機構４ｂを操作してナイフエッジ４の稜線の向きを調節する。この調節後に、再び寸法測定器でナイフエッジ３，４間の正確な寸法Ｌを測定し、メモリ８１に格納する。
【００２５】
次に、以上の平行度調節後に正確に測定されたナイフエッジ３，４間の距離Ｌを用いて、オフセット量Ｓを求める。図４において、テスト錘９の重量をＷとすると、
Ｆ₂Ｌ＝ＷＳ
であるから、
Ｓ＝Ｆ₂Ｌ／Ｗ＝Ｆ₂Ｌ／（Ｆ₁＋Ｆ₂）・・（７）
により、オフセット量Ｓを各重量検出器１，２の出力Ｆ₁，Ｆ₂を用いて算出して、メモリ８１に格納する。この校正に際しては、テスト錘９の孔９ａと位置決めピン６の隙間の影響を消すために、位置決めピン６を孔９ａに嵌め込んだ状態で左右に動かし、そのときのＦ₂ないしはＦ₁の平均値を（７）式に代入してオフセット量Ｓの算出に供することが望ましい。
【００２６】
ここで、オフセット量Ｓは、位置決め板５の裏面側のナイフエッジ３の中心と表面側の位置決めピン６の中心間の距離であるが故に寸法測定装置によっては正確に求めることは困難であり、上記の校正操作によって求めることで、（１）式による重量Ｗ₁，Ｗ₂の算出結果に含まれる誤差を解消することができる。
【００２７】
演算部８による（１）式の演算に際しては、以上の支持スパンＬおよびオフセット量Ｓのほか、位置決めピン６の半径ｒ、または後述するエッジ当接タイプの位置決めピン６０（図５参照）を用いる場合には、テスト錘９の孔９ａの半径、は実測してその値をあらかじめメモリ８１に格納しておいたものを用いるのであるが、コネクティングロッド１０の各部の寸法、すなわちクランク軸連結用孔１１の半径Ｒ、およびクランク軸連結用孔１１とピストンピン連結用孔１２間のＰについては、設計値を用いてもいいが、個々のコネクティングロッド１０の実測値を用いることが、各重量Ｗ₁，Ｗ₂の算出結果を正確にするうえで望ましい。その場合、個々のコネクティングロッド１０のＲ₁およびＰについては、製造過程における寸法チェックのために実測される場合が多く、その実測値を記録ないしは記憶しておき、キーボード８２により演算部８入力するか、あるいは寸法測定装置からデータ転送することによってメモリ８１に格納すればよい。
【００２８】
以上の各部の寸法ないしは距離と重量検出器１，２の出力Ｆ₁，Ｆ₂を用いて求められた大端部および小端部の重量Ｗ₁，Ｗ₂は、従来の位置決め用鉛直軸を用いた手法の場合のように、その鉛直軸とクランク軸連結用孔１１との隙間に起因する避け得ない誤差が介在することがなく、大幅に正確なものとなる。
【００２９】
なお、位置決めピン６としては、以上の実施の形態で用いたような断面円形のピンのほか、図５に平面図を示すように、クランク軸連結用孔１１の内面に周方向１箇所において当接するエッジ部６１を備えたピン６０を用いることができ、この場合、テスト錘９を負荷するに当たってはその孔９ａの内面にエッジ部６１が当接させた状態で負荷するとともに、（１）式における半径ｒは、テスト錘９の孔９ａの半径を用いればよい。
【００３０】
また、一つの伝達板５に対して位置決めピン６および位置決め板７ａ，７ｂの取付け位置を複数箇所に設けるとともに、位置決め板７ａ，７ｂの長さについても複数種用意することにより、位置決めピン６および位置決め板７ａ，７ｂの変更ないしは取付け位置変更を行うことで、１つの伝達板５によって複数種類のコネクティングロッドの計測を可能とすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、コネクティングロッドを伝達板に載せることによってその重量を２つの重量検出器に対して分散させて伝達するとともに、その伝達板には、クランク軸連結用孔の内面に１箇所において当接してその孔をコネクティングロッド長手方向に位置決めするための位置決めピンと、クランク軸連結用孔およびピストンピン連結用孔に対してそれぞれ僅かな隙間を以て嵌まり込む２つの位置決め板を設けることにより、作業性を損なうことなくコネクティングロッドを位置決め可能とし、その位置決め状態で伝達板上にコネクティッグロッドを載せたときの各重量検出器の出力からコネクティングロッドの大端部重量並びに小端部重量を演算によって求めるから、位置決め用の鉛直軸とクランク軸連結用孔とを嵌合させて測定する従来の測定装置に比して、コネクティングロッドの位置決めの作業性を低下させることなく、位置決め時における軸と孔との隙間に起因する誤差が解消することができる。
【００３２】
また、各重量検出器に対する大端部、小端部の中心（クランク軸連結用孔、ピストンピン連結用孔の中心）との位置ずれｅについては、実荷重を用いて校正することが可能であり、請求項２に係る発明のようにテスト錘を用いて校正することで、極めて正確な大端部重量および小端部重量を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における大端部重量Ｗ₁および小端部重量Ｗ₂の演算方法の原理説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の全体構成図である。
【図３】図２の伝達板５の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるテスト錘９を用いた校正操作を説明するための模式図である。
【図５】本発明の他の実施の形態において用いる位置決めピン６０の平面図による説明図である。
【符号の説明】
１，２重量検出器
３，４ナイフエッジ
５伝達板
６位置決めピン
７ａ，７ｂ位置決め板
８演算部
８１メモリ
８２キーボード
９テスト錘
９ａ孔
１０コネクティングロッド
１１クランク軸連結用孔
１２ピストンピン連結用孔

Claims

長手方向両端部にクランク軸連結用孔とピストンピン連結用孔とが形成されたコネクティングロッドを負荷することにより、クランク軸連結用孔が形成された大端部の重量と、ピストンピン連結用孔が形成された小端部の重量とを測定する装置であって、
互いに独立した２つの重量検出器と、その２つの重量検出器の荷重検出部の双方にそれぞれナイフエッジを介して支持され、測定すべきコネクティングロッドを位置決めしてその重量を当該各重量検出器に伝達するための伝達板と、上記２つの重量検出部からの出力を用いて、コネクティングロッドの大端部および小端部の重量を演算する演算手段を有し、
上記伝達板の表面には、上記クランク軸連結用孔およびピストンピン連結用孔がそれぞれ僅かな隙間を以て挿入されることにより、これら各孔をロッド長手方向に直交する方向に位置決めする２つの位置決め板と、上記クランク軸連結用孔の内面に対して周方向１箇所に当接して当該孔をロッド長手方向に位置決めする位置決めピンとが設けられ、
上記演算手段は、伝達板上に位置決め状態でコネクティングロッドを載せた状態における各重量検出器の出力Ｆ₁，Ｆ₂と、あらかじめ計測されて記憶している上記各ナイフエッジ間の距離Ｌ、上記クランク軸連結用孔の半径Ｒ₁並びに両孔間のピッチＰ、上記位置決めピンの半径ｒ、その位置決めピンの中心と大端部搭載側のナイフエッジとのロッド長手方向への距離Ｓを用いて、大端部重量Ｗ₁および小端部重量Ｗ₂を下記の式により算出することを特徴とするコネクティングロッド大端部および小端部の重量測定装置。
上記位置決めピンの中心と大端部搭載側のナイフエッジとのロッド長手方向への距離Ｓが、当該位置決めピンの中心にテスト錘を負荷したときの各重量検出器の出力を用いた校正操作によって求められた値であることを特徴とする請求項１に記載のコネクティングロッド大端部および小端部の重量測定装置。