JP4515386B2 - 形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、セグメントが複数列となるように接合されたディーゼルパティキュレートフィルタ等の被測定物の形状を測定する形状測定装置に関する。

近時の多くのディーゼルエンジンには、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）がマフラー等の排気系内に組み込まれており、そのＤＰＦによって排ガスに含まれているパティキュレートを除去するしくみを有している。このＤＰＦは、炭化珪素等の焼結体からなるセグメントが接合材を介して複数接合されることにより、ディーゼルエンジンのマフラーに合わせた円柱形、楕円柱形等の外形に成形される。セグメントは、外形が矩形筒状、正方形筒状に成形されており、複数の列となるように整列状態で接合され、接合の後、上述した円柱形等に研削加工することにより、マフラーに合わせた外形に成形される。

このようなＤＰＦは押し具を用いてマフラー内に組み込まれるが、ＤＰＦは、傾くことなくマフラー内に押し込まれることが排ガスの洩れ防止や装着安定性等の観点から好ましく、端面の平面度や平行度が一定の許容範囲内であることが必要となっている。しかしながら、セグメントが焼結体からなるため、長さがばらつき易く、しかも接合材が端面からはみ出している場合もあるため、ＤＰＦの端面が不均一となり、許容範囲外の形状となるものが存在する。このため、許容範囲内の形状のＤＰＦだけを選択するために、ＤＰＦの形状測定が必要となっている。従来におけるＤＰＦの形状測定は、以下のような方法によって行われている。

（１）ダイヤルゲージ、リニアゲージからなる多数の測定子を、各セグメントに対応するように配置し、セグメントの端面に測定子を同時に押し当てることにより、その高さを測定する。

（２）ダイヤルゲージ、リニアゲージからなる測定子を１本とし、作業者がＤＰＦを回転移動させながら端面のデータを測定する。

（３）ＤＰＦを、ターンテーブル上に設置し、回転させながらイメージセンサによってＤＰＦのエッジを検出して、ＤＰＦの全周の高さを計測する（特許文献１参照）。
特開昭５５−３７９１８号公報

しかしながら、従来の測定方法では、次のような問題点をそれぞれ有している。

即ち、（１）の方法では、得られるデータ量が多くなり、データ処理が遅くなる。又、セグメントだけに対する測定のため、接合材のはみ出しを測定することが出来ず、正確なデータを得ることが出来ない。更に、測定に際しては、ＤＰＦを停止させた状態とする必要があり、ＤＰＦを流しながらの連続測定が出来ず、迅速で大量の処理に不向きとなっている。

（２）の方法では、一のＤＰＦを測定するタクトが長くなる。又、自動化が難しいばかりでなく、ＤＰＦを流しながらの連続測定が出来ない。

（３）の方法では、ＤＰＦの外周部の高さ情報だけのため、平面度や平行度を測定することが出来ないとともに、接合材のはみ出しを測定することが出来ず、正確なデータを得ることが出来ない。又、オーバル等の異形のＤＰＦに対する測定が出来ない。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、複数のセグメントを接合したＤＰＦ等の被測定物に対し、各セグメントや接合材の状態を確実に得ることが出来、平面度や平行度を正確に測定出来るとともに、迅速且つ大量処理を行うことが可能な形状測定装置を提供することを目的とする。研究が重ねられた結果、以下の手段により、上記目的が達成出来ることが見出された。

本発明によれば、セグメントが複数列並べられて接合された被測定物を一方向に相対的に移動をさせながら前記被測定物の端面形状を測定する装置であって、上記セグメントの各列に対応して設けられ、上記相対的な移動に伴って被測定物の端面上を転動しながら端面の凹凸に倣って上下方向に変位する複数のローラと、その複数のローラの各々に対応して設けられ、それぞれのローラの上下方向のみの変位量を検出する検出手段と、その検出手段が検出した上記ローラの変位量に基づいて上記被測定物の、セグメントの列の、及びセグメントを接合した接合材の、端面における平行度及び平面度である形状データを算出する演算手段と、を備えている形状測定装置が提供される。

本発明の形状測定装置は、セグメントの各列に対応して設けられたローラが被検査物の端面を転動しながら端面の凹凸に倣って上下動等の変位を行い、この変位量を検出手段が検出し、検出値に基づいて演算手段が形状データを算出する。この発明では、ローラがセグメントの列に対応して設けられるため、全てのセグメント列に対する測定を行うことが出来るとともに、セグメントの間でセグメントの接合を行う接合材に対する測定を行うことが出来る。このため、被測定物の平面度、平行度を確実に測定出来、正確な測定が可能となる。更に、被測定物及びローラを相対的に一方向に移動させながら測定を行うことが出来るため、連続的な処理が可能であり、大量処理を行うことが出来る。

本発明の形状測定装置においては、上記検出手段は、上記ローラが回転自在に取り付けられたローラフレームに接触しており、ローラの上記変位に伴って変位するローラフレームの変位量を検出する接触プローブであることが好ましい。この好ましい態様では、ローラフレームに接触する接触プローブを検出手段として用いるため、プローブにはワーク進行方向の力が加わらず、上下の変位のみが伝わり、簡単な構造であっても正確な検出が可能になるとともにプローブ寿命の向上をもたらす。

又、本発明の形状測定装置においては、上記ローラが、カムフォロアであることが好ましい。この好ましい態様では、ローラとしてカムフォロアを用いるため、ローラの転がりにより接触子の摩耗を減らし、被測定物の端面の凹凸に合わせた変位を正確に測定することが可能となる。

本発明の形状測定装置は、全てのセグメント列に対する測定及びセグメントの接合を行う接合材に対する測定を行うことが出来るため、被測定物の平面度、平行度を確実、且つ迅速に測定出来、更には、被測定物及びローラの相対的な移動を行う測定のため、連続的な処理が可能であり、大量処理を行うことが出来る。

本発明の形状測定装置の好ましい態様によれば、上記効果に加えて、プローブにはワーク進行方向の力が加わらず、上下の変位のみが伝わり、簡単な構造であっても正確な検出が可能となる。

本発明の形状測定装置の好ましい態様によれば、上記効果に加えて、接触子の摩耗を減らし、被測定物の端面の凹凸に合わせた変位を確実に行うことが出来るため、正確に測定することが可能となる。

本発明の形状測定装置の一実施形態を示す全体正面図である。 本発明の形状測定装置の一実施形態を示す平面図である。 ローラの配置部分を示す平面図である。 配置したローラとＤＰＦとの関係を示す正面図である。 ローラの配置状態を示す側面図である。 測定データの一例を示す特性図である。 セグメントの一例の斜視図である。 図７のＡ−Ａ線断面図である。 ＤＰＦの斜視図である。

符号の説明

１…ＤＰＦ、１ａ…ＤＰＦの端面、１１…形状測定装置、１２…移動部、１３…測定部、１８…載置台、２２…測定台、３１…ローラ、３３…ローラフレーム、３５…接触プローブ、３７…演算手段。

以下、本発明の実施の形態について、適宜、図面を参酌しながら説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は以下に記述される手段である。

図１〜図５は、本発明の形状測定装置の一実施形態を示す図であり、図６は、測定結果のグラフの一例を示す図であり、図７及び図８は、セグメントの一例を示す図であり、図９は被測定物としてのＤＰＦの一例を示す図である。

本発明の形状測定装置は、図９に示されるＤＰＦ１、その他の形状の被測定物に適用されるものであり、図７〜図９を参照してＤＰＦ１を説明する。ＤＰＦ１は、図７及び図８に示されるセグメント２が接合材９を介して接合されることにより構成されている。

セグメント２は、図７及び図８に示されるように、多孔質の隔壁６によって仕切られた多数の流通孔５を有している。流通孔５はセグメント２を軸方向に貫通しており、隣接している流通孔５における一端部が充填材７によって交互に目封じされている。即ち、一の流通孔５においては、左端部が開口している一方、右端部が充填材７によって目封じされており、これと隣接する他の流通孔５においては、左端部が充填材７によって目封じされるが、右端部が開口されている。

このような構造とすることにより、図８の矢印に示されるように、排ガスは左端部が開口している流通孔に流入した後、多孔質の隔壁６を通過して他の流通孔５から流出する。そして、隔壁６を通過する際に排ガス中のパティキュレートが隔壁６に捕捉されるため、排ガスの浄化を行うことが出来る。尚、セグメント２は、正方形断面となっているが、三角形断面、六角形断面等の適宜の断面形状とすることが出来、流通孔５の断面形状も、三角形、六角形、円形、楕円形、その他の形状とすることが出来る。

ＤＰＦ１は、このようなセグメント２が複数列に整列され、整列された状態で、接合材９によって接合されて製造される。そして、セグメント２の接合の後、円形断面、楕円形断面、三角形断面等の適宜の断面となるように研削加工され、周囲をコート材４によって被覆されるようになっている。

セグメント２の材料としては、強度、耐熱性の観点から、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素、炭化珪素−コージェライト系複合材、珪素−炭化珪素複合材、窒化珪素、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系金属からなる群から選択される１種若しくは複数種を組み合わせた材料が使用され、特に、炭化珪素又は珪素−炭化珪素複合材料が良好である。

セグメント２の製造は、上述した中から選択された材料に、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等のバインダ、界面活性剤や水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を押出成形することにより、隔壁６によって仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔５を有するハニカム形状とする。そして、これをマイクロ波、熱風等によって乾燥した後、焼結することによりセグメント２とする。

セグメント２を接合する接合材９の材料としては、セグメント２の材料に合ったものが使用され、例えば、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト等の無機粒子又は繊維とコロイダルシリカ、コロイダルアルミナ等のコロイダルゾルの混合物に、必要に応じて金属繊維等の金属、造孔材、各種セラミックスの粒子等を添加した材料を選択することが出来る。

次に、この実施形態の形状測定装置について説明する。形状測定装置１１は、図１に示されるように被測定物としてのＤＰＦ１を直線的に移動させるための移動部１２と、ＤＰＦ１の端面を測定するための測定部１３とを備えている。

移動部１２は、フロア１４上に載置される架台１５を有している。架台１５の上部には、一方向（左右方向）に向かって水平状に延びるボールネジ等からなる送りロッド１６が設けられているとともに、送りロッド１６と同じ方向に延びるガイドロッド１７が設けられている。

ガイドロッド１７には、ＤＰＦ１が載置された載置台１８がスライドするように係合している。載置台１８の下部には、減速機構を備えた移動用モータ１９が取り付けられており、この移動用モータ１９に送りロッド１６が噛合状態で貫通している。このような構造では、移動用モータ１９が駆動することにより、載置台１８がガイドロッド１７に沿って右側から左側に向かって直線的に移動し、この移動中に測定部１３によるＤＰＦ１に対する端面１ａの測定が行われる。

測定部１３は、架台１５の略中央部から垂直状となって立ち上がる２本の支柱２１と、支柱２１に沿って上下動可能に取り付けられた測定台２２とを備えている。又、支柱２１の間には、ボールネジ等からなる上下送りロッド２３が垂直状に設けられている。支柱２１の上端部には、モータ台２４が固定されており、このモータ台２４に上下用モータ２５が取り付けられている。上下用モータ２５は、歯車機構２６を介して上下送りロッド２３に噛合しており、その駆動により上下送りロッド２３を回転させる。この回転により、測定台２２が上下動することが出来る。測定台２２には、ＤＰＦ１の端面１ａを測定する複数のローラ３１が取り付けられるものである。

ローラ３１は、整列状となっているＤＰＦ１のセグメント２の各列に対応するように設けられている。即ち、載置台１８に載置されるＤＰＦ１が、その送り方向と直交する方向に沿って複数のセグメント列を有している場合、各セグメントに対応した数のローラ３１が設けられるものである。このように、ローラ３１がＤＰＦ１のセグメント２の各列に対応するように設けられることにより、ローラ３１はその列内にある全てのセグメント２の端面を測定することが出来る。これに加えて、ローラ３１はセグメント２を接合している接合材９に接触して、そのはみ出し量を測定することが出来る。

この実施の形態において、ローラ３１は図２及び図３に示されるように、横並状で、且つ隣接するローラ３１同士が相互に千鳥状に配置されるものである。このような千鳥状の配置構造とすることにより、全てのローラ３１をコンパクトに配置することが出来るため、配置スペースを少なくすることが出来るメリットがある。

ローラ３１は、図４及び図５に示されるように、略水平なローラフレーム３３に、それぞれ回転可能に支持されている。従って、ＤＰＦ１が移動してその端面１ａが接触することにより、ローラ３１は端面１ａに接触しながら転動することが出来る。

又、この実施形態において、ローラとしては、カムフォロアが使用されている。カムフォロアは、外輪の内部に針状コロが設けられた軸受であり、回転トルクが小さく、ＤＰＦ１の端面１ａとの接触により外輪が良好に回転することが出来る。従って、接触子の磨耗を減らすとともに、ＤＰＦ１の端面１ａの凹凸に良好に追随して変位することが出来、高精度な測定を行うことが出来る。

各ローラフレーム３３は、測定台２２から垂下する支持ロッド３４に上下動可能に取り付けられており、ローラ３１が上下方向に変位するとローラフレーム３３も同方向に同量だけ変位するようになっている。このような構造では、ローラ３１がＤＰＦ１の端面１ａを転動する際に、ローラ３１は端面１ａの凹凸に倣って上下方向に変位し、これと同時にそのローラフレーム３３が同様に変位する。

以上に加えて、ローラ３１の変位量を検出する検出手段としての接触プローブ３５が、ローラ３１と対応するように配置されている。接触プローブ３５は、図４に示されるように、測定台２２から垂下し、その検出ヘッド３５ａが各ローラフレーム３３の上端面に接触している。

従って、接触プローブ３５は、ローラフレーム３３が上下方向に変位することにより、その変位量を検出する。これにより、接触プローブ３５はローラフレーム３３を介して各ローラ３１の変位量を検出するようになっている。

それぞれの接触プローブ３５が検出したローラの変位量は、図１に示される演算手段３７に出力される。演算手段３７は、この変位量に基づいてＤＰＦ１の形状データを算出するものであり、パソコン等が使用される。演算手段３７による形状データの算出は、ＤＰＦ１が載置される移動部１２の載置台１８の上面を基準として行うことが出来る。

尚、移動部１２には、図２に示されるようにワーク検知センサ４１及びストロークエンドセンサ４２が配置されている。ワーク検知センサ４１は、測定部１３近傍に配置されており、載置台１８に載置されて移動するＤＰＦ１の先端側面を検出することにより、測定部１３に入るＤＰＦ１の検出開始信号を出力する。

図６は、ローラ３１の変位量をＤＰＦ１との相対移動距離に対応してプロットした特性図であり、ローラ３１がＤＰＦ１の端面１ａを転動することにより得られるものである。Ｔ１は、ＤＰＦ１の高さの最小値、Ｔ２は最大値であり、Ｆは傾きを補正した変位量の幅
である。

ＤＰＦ１の端面１ａの平行度は、すべてのローラ３１から求められた差（Ｔ２−Ｔ１）により算出することが出来る。

又、ＤＰＦ１の端面１ａの平面度は、すべてのローラ３１から求められた変位量の幅Ｆから算出される。

このような実施形態では、ＤＰＦ１のセグメント２の列に合わせてローラ３１を設け、ローラ３１がセグメント列にならって転動することにより形状を測定するため、ＤＰＦ１の平面度や平行度等の必要な形状を測定することが出来るとともに、迅速で且つ正確な測定を行うことが出来る。

又、セグメント列に加えて接合材９のはみ出しも測定することが出来るため、正確な形状データとすることが出来る。

更に、ＤＰＦ１を移動させながら測定を行うため、連続的な測定が可能となり、大量処理に適したものとすることが出来る。

本発明は、既に述べたように、以上の実施形態に限定されることなく種々変更が可能である。例えば、ＤＰＦ１を一方向に移動させて測定を行っているが、ローラ３１を一方向に移動させても良く、ＤＰＦ１及びローラ３１の双方を移動させても良い。又、ローラ３１の変位量を検出する検出手段としては、光学的な検出構造としても良く、磁気的な検出構造としても良い。更に、ＤＰＦ１としては、楕円柱状、多角柱状、その他の形状のものを被測定物として用いることが出来る。これに加えて、被測定物としては、セグメントが列状となって接合された構造であれば良く、ＤＰＦ以外のワークに同様に適用することが出来る。

本発明の形状測定装置は、セグメントが複数列並べられて接合されたあらゆる被測定物の形状を測定する手段として有用である。特に、被測定物がディーゼルエンジンパティキュレートフィルタである場合に、好適に利用される。

Claims (3)

1. セグメントが複数列並べられて接合された被測定物を一方向に相対的に移動をさせながら前記被測定物の端面形状を測定する装置であって、
   前記セグメントの各列に対応して設けられ、前記相対的な移動に伴って被測定物の端面上を転動しながら端面の凹凸に倣って上下方向に変位する複数のローラと、
   その複数のローラの各々に対応して設けられ、それぞれのローラの上下方向のみの変位量を検出する検出手段と、
   その検出手段が検出した前記ローラの変位量に基づいて前記被測定物の、セグメントの列の、及びセグメントを接合した接合材の、端面における平行度及び平面度である形状データを算出する演算手段と、を備えている形状測定装置。
2. 前記検出手段は、前記ローラが回転自在に取り付けられたローラフレームに接触しており、ローラの前記変位に伴って変位するローラフレームの変位量を検出する接触プローブである請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記ローラが、カムフォロアである請求項１又は２に記載の形状測定装置。

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