JP6111638B2 - コンロッドの破断監視装置及びその監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、小端部と大端部とが一体成形されたコンロッドを、大端部において破断したときの破断状態を監視する装置及びその監視方法に関する。

エンジンのクランクシャフトとピストンとを連結するコンロッド（コネクティングロッド）は、軸部の一端に、クランクシャフトに連結する大端部を有するとともに、他端に、ピストンに連結する小端部を有している。大端部にはクランクピンが嵌合される貫通孔が、小端部にはピストンピンが嵌合される嵌合孔が、それぞれ設けられている。そして、大端部の貫通孔は、軸部に設けられた半円部と、該軸部に対して着脱可能なキャップ部に設けられた半円部と、で構成され、クランクシャフトへ連結可能になっている。

このコンロッドを製造するには、軸部とキャップ部とを別体で成型することもあるが、近年では、軸部にキャップ部を素材で一体成形し、軸部からキャップ部を分離するクラッキング工法が採用されている。クラッキング工法は、コンロッドの大端部の貫通孔に一対の半割型のマンドレルを嵌合し、該半割型マンドレル間に楔を打ち込むことによって、コンロッドを貫通孔部分で２つに破断する工法である。

また、破断促進部として貫通孔の左右両側にＶ字状の切欠きを破断部に設け、楔部材を打ち込んで該Ｖ字状の切欠き部へ応力集中を引き起こすことによって、コンロッドを破断する。このように、コンロッドを大端部において強制的に破断する工法であるため、破断位置及び破断面の性状を適切に管理する必要がある。具体的には、左右のＶ字状の切欠き部から軸部に直行する方向に均等に破断されるように管理することが必要である。

そのための発明として、例えば、特許文献１には、コンロッドを破断するときに生じる破断荷重及び破断時間を計測し、該計測された破断荷重及び破断時間と、予め設定された所定値と、を比較することによってコンロッドの破断状態の良否を判定するようにしたものが、示されている。

特開２００５−７４５３７号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、破断荷重の大きさ及び破断荷重が付与される時間を基に、コンロッドの破断状態の良否を判定しており、正常にクラッキングされたにもかかわらず不良品であると検知される可能性があった。つまり、Ｖ字状の切欠き形状によっては、正常に破断されたにもかかわらず、所定値よりも破断荷重が高くなると共に破断時間が長くなり、破断不良と判定されることがあった。

例えば、Ｖ字状の切欠きの先端丸みの半径が大きい場合、又は切欠き角度が大きい場合には、Ｖ字状の切欠き部への応力集中係数が低下するため破断荷重が上昇する。また、Ｖ字状の切欠き深さが浅い場合にも破断荷重が上昇する。この場合、破断荷重は所定値より上昇すると共に、破断時間も所定値より長くなる。このように、Ｖ字状の切欠きの形状によっては、正常に破断されたにもかかわらず、破断不良と判断されることがあった。

また、特許文献１の発明では、破断荷重および破断時間を基に破断状態を判定しているので、左右どちらの破断部に問題があるかを判定できるものではない。さらに、破断時の荷重の変化から左右の破断時間差を読み取り、コンロッドの破断状態を推定しているが、破断時間は非常に短時間であるので、左右の破断時間差から精度よくコンロッドの破断状態を判定することは困難であった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、すなわち、Ｖ字状の切欠きなどの破断促進部の形状によらず、クラッキング工法による破断不良を精度よく検出可能なコンロッドの破断監視装置及びその監視方法を得ることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、大端部と小端部とが一体成形されたコンロッドの大端部側の貫通孔に一対の半割型のマンドレルを嵌合し、前記一対のマンドレル間に楔を打ち込んでいくことにより前記コンロッドの大端部を予め前記貫通孔の左右両側に設けた破断促進部から軸部側とキャップ部側とに左右の破断部で破断したときの破断状態を監視するコンロッドの破断監視装置であって、破断時に前記キャップ部側を左右両側で保持する保持手段に設けられた左右一対の歪検出手段と、破断時に前記左右一対の歪検出手段からそれぞれ出力される検出信号に基づいて破断状態を判定する破断判定手段と、を有し、前記破断判定手段は、前記左右一対の歪検出手段によって検知される歪の左右の差を基に、前記コンロッドの前記左右の破断部の破断状態の良否を判定することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記歪検出手段は、前記保持手段と、前記一対のマンドレルの少なくとも一方と、にそれぞれ左右一対に設けられていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記破断促進部は、破断用Ｖ字状切欠きであり、前記破断判定手段によって前記破断用Ｖ字状切欠きの加工状態が不良と判定された場合に、警告する警告手段を備えていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記破断判定手段は、前記左右一対の歪検出手段によって検出される歪の左右の差が、ｎ回以上（ｎは１以上の整数）連続して所定値より大きい場合に、前記破断用Ｖ字状切欠きが形状不良であると判定することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記破断判定手段によって前記破断用Ｖ字状切欠きが形状不良であると判定された場合に、自動工具交換機構を備えたＶ字状切欠き加工装置に対して自動工具交換を指示する指示手段を備えていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、大端部と小端部とが一体成形されたコンロッドの大端部側の貫通孔に一対の半割型のマンドレルを嵌合し、前記一対のマンドレル間に楔を打ち込んでいくことにより、前記コンロッドの大端部を予め前記貫通孔の左右両側に設けた破断促進部から軸部側とキャップ部側とに左右の破断部で破断したときの破断状態を監視する方法であって、破断時に前記キャップ部側を左右両側で保持する保持手段に設けられた左右一対の歪検出手段によって、破断時に生じる歪を検出する第１ステップと、破断時に前記左右一対の歪検出手段からそれぞれ出力される検出信号に基づいて破断状態を判定する第２ステップと、を有し、前記第２ステップにおいて、前記左右一対の歪検出手段が検知する歪の差によって前記コンロッドの前記左右の破断部の破断状態の良否を判定することを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１ステップにおける前記左右一対の歪検出手段は、前記一対のマンドレルの少なくとも一方にそれぞれ設けられた左右一対の歪検出手段を含むことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記破断促進部は、破断用Ｖ字状切欠きであり、前記第２ステップにおいて、前記破断用Ｖ字状切欠きの加工状態が不良と判定された場合に、警告するステップを、さらに有することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記第２ステップにおいて、前記左右一対の歪検出手段からそれぞれ出力される歪の左右の差が、ｎ回以上（ｎは１以上の整数）連続して所定値より大きい場合に、前記コンロッドに備えられたＶ字状切欠きを形状不良であると判定するステップを、さらに有することを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記第２ステップにおいて、前記Ｖ字状切欠きが形状不良であると判定された場合に、自動工具交換機構を備えたＶ字状切欠き加工装置に対して自動工具交換を指示するステップを、さらに有することを特徴とする。

まず、請求項１の発明によれば、歪検出手段はキャップを保持する保持手段に左右一対に設けられているので、歪検出手段からそれぞれ出力される検出信号に基づいてコンロッドの破断状態の良否を判定できる。つまり、破断荷重の大きさ及び／又は破断荷重の付加時間に基づいてコンロッドの破断状態を誤判定する可能性を低減し、コンロッドの破断状態の良否を精度よく判定できる。

しかも、歪検出手段は左右一対に設けられているので、歪検出手段からそれぞれ出力される検出信号に基づいて、左右それぞれの破断部の破断状態を精度よく判定できる。

また、歪検出手段からそれぞれ出力される左右の歪、の差に基づいてコンロッドの破断状態の良否を判定できる。つまり、コンロッドの破断状態の良否を精度よく判定できる。

また、請求項２に記載の発明によれば、左右一対の歪検出手段を複数組備えているので、より精度よくコンロッドの破断状態の良否をより精度よく判定できる。

また、請求項３に記載の発明によれば、破断不良警告手段を備えることによって、作業者に破断状態の確認を促すことができる。これによって、コンロッドの破断状態の確認をより精度良く判定できる。

また、請求項４に記載の発明によれば、左右一対の歪検出手段によって検出される歪の左右の差が、所定回数以上連続して所定値より大きい場合に、破断促進部としてのＶ字状切欠きの形状不良と判定する。ここで、コンロッドの破断不良が連続して発生する原因として、コンロッドに設けられたＶ字状切欠きの加工状態が不良であることが原因として考えられる。つまり、コンロッドの破断不良が連続して発生した場合に、破断不良となる原因をＶ字状切欠きの加工不良であると早期に特定し、これによって、コンロッドの破断不良品の発生率を低減できる。

また、請求項５に記載の発明によれば、左右一対の歪検出手段によって検出される歪の左右の差が、所定回数以上連続して所定値より大きく、破断判定手段によってＶ字状切欠きの加工状態が不良であると判定された場合に、自動工具交換機能を備えたＶ字状切欠き加工装置は損耗していない工具に自動的に交換する。

これによって、破断促進部としてのＶ字状切欠きの形状不良を早期に解消し、コンロッドの破断不良品の発生率を低減できる。また、Ｖ字状切欠き加工用の工具の損耗状態を監視する必要なく、コンロッドの破断状態を監視することによって、工具を寿命限界まで使用することができる。これによって、工具のコストを低減できる。

また、請求項６に記載の発明によれば、破断時にキャップ部側を保持する保持手段に設けられた左右一対の歪検出手段からそれぞれ出力される検出信号に基づいて、破断判定手段はコンロッドの破断状態の良否を判定する。したがって、破断荷重の大きさ及び／又は破断荷重の付加時間に基づいてコンロッドの破断状態を誤判定する可能性を低減し、コンロッドの破断状態の良否を精度よく判定できる。

また、歪検出手段からそれぞれ出力される左右の歪、の差に基づいてコンロッドの破断状態の良否を判定できる。つまり、コンロッドの破断状態の良否を精度よく判定できる。

また、請求項７に記載の発明によれば、左右一対の歪検出手段を複数組備えているので、より精度よくコンロッドの破断状態の良否をより精度よく判定できる。

また、請求項８に記載の発明によれば、左右一対の歪検出手段によって検出される歪の左右の差が、所定回数以上連続して所定値より大きい場合に、破断促進部としてのＶ字状切欠きの形状不良と判定する。つまり、コンロッドの破断不良が連続して発生した場合に、破断不良となる原因をＶ字状切欠きの加工不良であると早期に特定し、これによって、コンロッドの破断不良品の発生率を低減できる。

また、請求項９に記載の発明によれば、左右一対の歪検出手段によって検出される歪の左右の差が、所定回数以上連続して所定値より大きく、破断判定手段によってＶ字状切欠きの加工状態が不良であると判定された場合に、Ｖ字状切欠きの加工状態が不良と判定されたことを警告する。これによって、作業者にＶ字状切欠きの加工状態の確認を促し、コンロッドの破断不良が連続して発生する原因を早期に特定し、コンロッドの破断不良品の発生率を低減できる。

また、請求項１０に記載の発明によれば、左右一対の歪検出手段によって検出される歪の左右の差が、所定回数以上連続して所定値より大きく、破断判定手段によってＶ字状切欠きの加工状態が不良であると判定された場合に、自動工具交換機能を備えたＶ字状切欠き加工装置は損耗していない工具に自動的に交換する。

これによって、Ｖ字状切欠きの形状不良を早期に解消し、コンロッドの破断不良品の発生率を低減できる。また、Ｖ字状切欠き加工用の工具の損耗状態を監視する必要なく、コンロッドの破断状態を監視することによって、工具を寿命限界まで使用することができる。これによって、工具のコストを低減できる。

コンロッドＷを示す図である。 コンロッド破断加工システム１の構成を概略的に示す図である。 コンロッド破断監視装置１０の構成を概略的に示す図である。 コンロッド破断監視装置１０の破断加工部の構成を概略的に示す図である。 Ｖ字状切欠き加工装置３０の構成を概略的に示す図である。 ノッチＮ１、Ｎ２の１例を示す拡大図である。 図６のノッチを備えたコンロッドの破断時のキャップ保持部の歪の変化を示す図である。 図７と同様の場合のマンドレル１２の歪の変化を示す図である。 図６のノッチを備えたコンロッドの破断時の破断面を示す図である。 ノッチＮ１、Ｎ２の他の例を示す拡大図である。 図１０のノッチを備えたコンロッドの破断時のキャップ保持部の歪の変化を示す図である。 図１１と同様の場合のマンドレル１２の歪の変化を示す図である。 図１０のノッチを備えたコンロッドの破断時の破断面を示す図である。 コンロッド破断監視装置１０の処理内容を示すフローチャートである。

まず、本発明に係るコンロッドについて説明する。図１はコンロッドを示す図であり、図１ａは平面視であり、図１ｂは図１ａの線Ａ-Ａにおけるコンロッドの断面図である。

図１に符号Ｗに示すコンロッドは、鋼鋼材で形成され、ピストンピンを支持する貫通した小径孔Ｈ１とクランクピンを支持する貫通した大径孔Ｈ２とを備え、厳密には、ロッドＷ１とキャップＷ２との二部品で構成される。ロッドＷ１とキャップＷ２とを結合するボルト用の締め付け座面ＳがキャップＷ２には左右一対で備えられている。

コンロッドＷの作製方法を説明すると、コンロッドＷは最初からロッドＷ１とキャップＷ２との二部品で作製されるのではなく、これらを一体にして作製される。次に小径孔Ｈ１と大径孔Ｈ２それぞれが所定の真円度になるように加工（例えば、研磨加工）し、その後、破断線ＢＬ（大径孔Ｈ２の中心を通過し、小径孔Ｈ１と大径孔Ｈ２の並列方向Ｂと直行する方向の線）で破断されて、ロッドＷ１とキャップＷ２との二部品にされる。

したがって、ロッドＷ１とキャップＷ２は、クランクピンを受けるための同一の真円度の半円状の軸受け面（破断前は、大径孔Ｈ２の内周面Ｐ）を備えることになる。

また、コンロッドＷには、破断線ＢＬ上で破断するように破断促進部としてのＶ字状の切欠き（ノッチ）Ｎ１、Ｎ２が設けられている。ノッチＮ１、Ｎ２は、大径孔Ｈ２の破断線ＢＬ上の内周面Ｐの軸方向に沿って形成されており、例えばブローチ加工によって作製される。ノッチＮ１、Ｎ２に応力集中が起こることによって、コンロッドＷは破断線ＢＬで破断される。

ノッチＮ１、Ｎ２は、大径孔Ｈ２の径方向への切欠き深さＤと、切欠き角度θと、切欠き先端丸みＲと、を有する。ＢＬ方向に平行な方向を左右方向とし、ノッチＮ１は右側の破断部に設けられ、ノッチＮ２は左側の破断部に設けられている。

以下、コンロッドＷをロッドＷ１とキャップＷ２とに破断するコンロッド破断加工システム１について説明する。図２は、コンロッドの破断加工システム１の構成を概略的に示す図である。図２に示すように、コンロッドの破断加工システム１は、コンロッド破断監視装置１０と、複数のＶ字状切欠き加工装置３０（＃１〜＃６）と、を備えている。コンロッド破断監視装置１０は、工場内イーサーネット５０を介して各Ｖ字状切欠き加工装置３０に接続され、互いに通信可能に構成されている。各コンロッドＷは、まず、Ｖ字状切欠き加工装置３０においてＶ字状切欠きを加工され、その後、Ｖ字状切欠きを加工した装置３０の情報（例えば、３０＃１）と共にコンロッド破断監視装置１０へ搬送される。

次に、コンロッド破断監視装置１０の構成を、図３を参照して以下に説明する。図３は、コンロッド破断監視装置１０の構成を概略的に示す図である。図３に示すように、コンロッド破断監視装置１０は、コンロッドＷの大径孔Ｈ２に嵌合される半割型の一対のマンドレル１２、１４と、マンドレル１２と１４との間に打ち込まれる楔１６と、楔１６を移動させるアクチュエータ１８と、一対のマンドレルに抗してコンロッドＷを保持するロッド保持部２０及びキャップ保持部２２と、コンロッドＷを破断するときにキャップ保持部２２及び一対のマンドレル１２、１４に生じる歪を検出する歪ゲージ２４と、コンロッドＷの破断状態が不良である場合に警告する破断不良警告部２６と、コンロッドＷの破断状態の良否を判定しコンロッド破断監視装置１０を制御する制御装置２８と、を備える。

一対のマンドレル１２、１４は、コンロッドＷの大径孔Ｈ２に嵌合されるように構成されており、コンロッドＷの大径孔Ｈ２の内周面Ｐに当接して押圧するための押圧面１２ａ、１４ａを備えると共に、楔１６と当接するテーパ面１２ｂ、１４ｂを備える。本実施形態においては、マンドレル１２はキャップ側に位置し、マンドレル１４はロッド側に位置している。また、図示してはいないが、一対のマンドレル１２、１４は、コンロッドＷの小径孔Ｈ１と大径孔Ｈ２の並列方向Ｂにのみ移動するように規制されている（例えば、マンドレル１２、１４は、並列方向Ｂに延びるレール上を移動するように構成されている。）。

楔１６は、コンロッドＷの大径孔Ｈ２の軸方向に一対のマンドレル１２、１４との間に移動するように構成されており、マンドレル１２、１４のテーパ面１２ｂ、１４ｂを押して、マンドレル１２、１４を互いに離間するように並列方向Ｂに移動させる。

アクチュエータ１８は、楔１６をコンロッドＷの大径孔Ｈ２の軸方向に押圧して移動させるためのものである。

以下、図４を参照して、ロッド保持部２０、キャップ保持部２２、歪ゲージ２４の付着位置について詳細に説明する。図４はコンロッド破断監視装置１０の破断加工部の構成を概略的に示す図である。

図４に示すように、ロッド保持部２０は、ロッドＷ１の小端部をマンドレル１４に対向して保持するように構成されており、略Ｖ字状の形態を有する。また、ロッド保持部２０はマンドレル１４に結合されており、マンドレル１４の移動と共に、ロッドＷ１を保持しながら移動する。

キャップ保持部２２は、キャップＷ２側をマンドレル１２に抗して左右両側で保持するように構成されており、キャップＷ２の座面Ｓに当接して押圧するための押圧面２２ａを有する。

歪ゲージ２４ａ、２４ｂは、キャップ保持部２２に生じる歪を検出するためのものであり、キャップ保持部２２の両側の側面２２ｂに左右一対となるように付着されている。歪ゲージ２４ｃ、２４ｄはキャップ側のマンドレル１２に付着され、歪ゲージ２４ｅ、２４ｆはロッド側のマンドレル１４に付着されており、それぞれ左右一対となるように付着されている。マンドレルへ付着される歪ゲージ２４ｃ〜２４ｆは、マンドレルの押圧面１２ａ、１４ａの左右両端部にそれぞれ付着されている。

各歪ゲージ２４ａ〜２４ｆには電圧が印加されており、その電圧の変化から歪を検出する。このように歪ゲージ２４ａ〜２４ｆを左右一対となるようにそれぞれ付着しているので、破断時に荷重のかかる部材に生じる歪を左右両側で検出できるようになっている。

破断不良警告部２６は、制御装置２８によってコンロッドの破断状態が不良であると判定された場合に、作業者にコンロッドの破断状態が不良であることを警告し、破断状態の確認を作業者に促す。この警告には、左右どちらの破断部が破断不良と判定されたかの情報と、該コンロッドＷのＶ字状切欠きを加工したＶ字状切欠き加工装置３０の情報と、を含めてもよい。

制御装置２８は、歪ゲージ２４ａ〜２４ｆによって検出される歪の最大値を検出する最大歪検出部２８２と、コンロッドの破断状態を判定する破断判定部２８４と、Ｖ字状切欠き加工装置３０に工具交換を指示する工具交換指示送信部２８６と、を有する。

最大歪検出部２８２は歪ゲージ２４ａ〜２４ｆによって検出される歪の最大値を検出するためのものであり、歪ゲージ２４ａ〜２４ｆによって検出されたそれぞれの歪変化から、歪ゲージ２４ａ〜２４ｆ毎に破断加工１サイクル当たりの最大歪を検出する。

破断判定部２８４はコンロッドの破断状態を判定するためのものである。最大歪検出部２８２によって検出されたそれぞれの最大歪から、歪ゲージが左右一対に付着された各部材毎に左右の最大歪の差の絶対値を演算し、該差が予め部材毎に設定された閾値Ｘ、Ｙ、Ｚよりも大きい場合に、破断状態が不良であると判定する。破断不良であると判定された場合には、コンロッド破断監視装置１０を停止させ、破断不良警告部２６を起動する。閾値Ｘ、Ｙ、Ｚは、キャップ保持部２２、マンドレル１２、１４毎にそれぞれ予め設定された閾値である。

また、破断判定部２８４は、左右一対の最大歪から左右どちらの破断部が破断不良であるかを判定する。具体的には、左右一対の最大歪の高い方向の破断部が先に破断し、最大歪の低い方向の破断部が後に破断したと判定し、後に破断した方向の破断部が破断不良であると判定する。

作業者による破断状態の確認後にコンロッド破断監視装置１０を再稼働させた場合に、破断判定部２８４が再び破断不良と判定し、ｎ回以上（ｎは１以上の整数）連続して破断不良であると判定した場合には、工具交換指示送信部２８６を起動する。なお、特定の左右方向に破断不良が連続する場合に工具交換指示送信部２８６を起動するように構成してもよいし、特定の方向に破断不良が生じたことに限らず破断不良が連続する場合に工具交換指示送信部２８６を起動するように構成してもよい。

工具交換指示送信部２８６はＶ字状切欠き加工装置３０に工具交換指示を送信するためのものであり、破断判定部２８４の破断状態による判定結果にしたがいＶ字状切欠き加工装置３０に工具交換指示を送信する。つまり、ｎ回以上連続して破断不良と判定された場合には、Ｖ字状切欠きの形状不良が破断不良の原因として推定されるので、Ｖ字状切欠きを形成する工具を刃先が損耗していないものに交換することによって早期に破断不良を解消できる。なお、工具交換指示には左右どちらの破断部が破断不良と判定されたかの情報が含まれる。また、工具交換指示は、該コンロッドのＶ字状の切欠きを加工した装置３０に対して、送信される。

次に、Ｖ字状切欠き加工装置３０の構成を、図５を参照して以下に説明する。図５は、Ｖ字状切欠き加工装置３０の構成を概略的に示す図である。図５に示すように、Ｖ字状切欠き加工装置３０は、Ｖ字状切欠きを加工する工具３２と、コンロッド保持部３４と、自動工具交換装置３６と、Ｖ字状切欠き加工装置の動作を制御する制御装置３８と、を備えた、既知のマシニングセンタである。

本実施形態においては、ブローチ加工によってＶ字状切欠きを形成するように構成されている。すなわち、工具３２はブローチ加工用の工具であり、複数の交換式の切刃３２ａを有しており切刃３２ａが損耗した場合に、刃先が損耗していない（新品又は再研磨されたもの）切刃３２ａに交換できるように構成されている。なお、本実施形態に係る工具３２は左右一対となる２組の切刃セット３２ａ１、３２ａ２を備えており、左右一対のノッチＮ１、Ｎ２はそれぞれの切刃セット３２ａ１、３２ａ２によってそれぞれ加工されるように構成されている。

コンロッド保持部３４は、コンロッドＷを保持するためのものである。

自動工具交換装置３６は、Ｖ字状切欠き加工装置３０の加工軸に取り付ける工具を予め収容された予備の工具３２’に自動交換するためのものであり、マシニングセンタに一般的に備えられる既知の装置である。

制御装置３８は、工具交換指示受信部３８２と、工具交換指示部３８４と、を有する。工具交換指示受信部３８２は、コンロッド破断監視装置１０から送信される工具交換指示を受信し、工具交換指示部３８４を起動する。工具交換指示部３８４は、自動工具交換装置３６に工具交換を指示する。

このようなコンロッド破断加工システム１によれば、まず、図３及び図４に示すように、コンロッドＷをロッド保持部２０、キャップ保持部２２によってコンロッド破断監視装置１０に取り付け、大径孔Ｈ２に一対のマンドレル１２、１４が嵌合される。次にアクチュエータ１８によって楔１６がマンドレル１２、１４との間に移動される。楔１６がマンドレル１２、１４に押しあたり、該マンドレル１２、１４を並列方向Ｂに押圧し始める。

アクチュエータ１８の楔１６を押す力が序々に上げられ、それによってマンドレル１２、１４はコンロッドＷの大径孔Ｈ２を並列方向Ｂに拡大していく。このとき、歪ゲージ２４ａ〜２４ｆは、キャップ保持部２２と、一対のマンドレル１２、１４とに生じる歪を検出する。すなわち、キャップ保持部２２と、一対のマンドレル１２、１４とに、圧縮応力又は引っ張り応力が作用して、歪が生じている。

さらに、アクチュエータ１８の楔１６を押す力が上げられると、さらにマンドレル１２、１４によってコンロッドＷの大径孔Ｈ２は拡大して、コンロッドＷはノッチＮ１、Ｎ２を起点として破断線ＢＬで破断する。

このとき、ノッチＮ１、Ｎ２の形状によって、破断の態様が異なる。具体的には、切欠き先端丸みＲが小さい場合又は切欠き角度θが小さい場合には、応力集中係数が高くなるため、該ノッチへの応力集中が促進され早期に破断に至る。逆に、切欠き先端Ｒが大きい場合又は切欠き角度θが大きい場合には応力集中係数が低くなるため、該ノッチへの応力集中が促進されず早期に破断しない。

同様に、径方向への切欠き深さＤが深い方が破断部の幅が短くなるため、該ノッチＮ１、Ｎ２への発生応力が高くなり早期に破断に至る。逆に、径方向への切欠き深さＤが浅い方が破断部の幅が長くなるため、該ノッチへの発生応力が低くなり早期に破断しない。すなわち、ノッチＮ１、Ｎ２の形状が異なる場合、左右の破断部への発生応力が異なので、左右の破断部が略同時に破断しないことになる。

図６〜図９を参照して左右の破断部が略同時に破断する場合、つまり両方ともＢＬ方向に真っ直ぐに破断する場合を説明する。図６はノッチＮ１、Ｎ２の形状が略同一の場合を示す図であり、図７、図８はそれぞれキャップ保持部２２、キャップ側マンドレル１２に付着した歪ゲージ２４ａ〜２４ｄによって検出した歪の変化を示す図であり、図９は破断後のコンロッドＷの破断面を示す図である。

図６に示すようにノッチＮ１、Ｎ２は、同等の切欠き先端丸みＲと切欠き角度θと切欠き深さＤとを有している。この場合、ノッチＮ１、Ｎ２への応力集中は略同一であるため、図７、図８に示すように、各歪ゲージ２４ａ〜２４ｄによって検出される歪の変化は略同等であるので、ノッチＮ１側の破断部及びノッチＮ２側の破断部は略同時に破断することになる。

このとき、最大歪検出部２８２によってそれぞれの最大歪が検出され、破断判定部２８４によって、それぞれの部材毎に最大歪の左右の差が演算される。具体的には図７、図８に示すように計算された最大歪の左右の差Ｓ１、Ｓ２が、予め設定された閾値Ｘ、Ｙよりも低いので、破断判定部２８４は破断状態を良と判定する。この場合、図９に示すように、両破断部は略真っ直ぐに破断し良好な破断面を得ることができる。

次に、図１０〜図１３を参照して左右の破断部がタイミングを異にして破断する場合、つまり一方の破断部がＢＬ方向に真っ直ぐに破断しない場合を説明する。図１０はノッチＮ１、Ｎ２の形状が異なる場合のＶ字状切欠きの一例を示す図であり、図１１、図１２はそれぞれキャップ保持部２２、キャップ側マンドレル１２に付着した歪ゲージ２４ａ〜２４ｄによって検出した歪の変化を示す図であり、図１３は破断後のコンロッドＷの破断面を示す図である。

図１１に示すようにノッチＮ１、Ｎ２は、切欠き先端丸みＲのみ異なり、切欠き角度θ及び切欠き深さＤは同等である。ノッチＮ２はノッチＮ１よりも小さな切欠き先端丸みＲを有している。この場合、ノッチＮ２への応力集中はノッチＮ１よりも大きくなるので、左側に示されるノッチＮ２側の破断部から先に破断し、右側に示されるノッチＮ１側の破断部が遅れて破断することになる。

図１１に示すように、ノッチＮ２側に付着した歪ゲージ２４ｂによって検出される歪の最大値２４ｂ１、ノッチＮ１側に付着された歪ゲージ２４ａによって検出される歪の最大値２４ａ１よりも大きい。これは、応力集中の大きなノッチＮ２側を備える左側の破断部側が右側の破断部より延びて、その結果、キャップＷ２を介してキャップ保持部２２の左側をより押圧していることを意味する。

また、図１２に示すように、右側の破断部に付着された歪ゲージ２４ｃによって検出される歪の最大値２４ｃ１は、左側の歪ゲージ２４ｄによって検出される歪の最大値２４ｄ１よりも大きい。これは、応力集中の大きなノッチＮ２側を備える左側の破断部側が右側の破断部よりも延びて、その結果、マンドレル１２の左側がコンロッドＷの内周面Ｐを押圧する力が弱まることを意味する。このような形状のノッチＮ１、Ｎ２の組み合わせでは、図１３に示すように、遅れて破断するノッチＮ１側を備える右側の破断部は真っ直ぐにならない。

つまり、ノッチＮ１、Ｎ２の形状が略同等の場合には、両破断部が略同時に破断し、それぞれ略真っ直ぐな破断面を得ることができる。一方、ノッチＮ１、Ｎ２の形状に差があり、それに伴って両破断部に生じる応力に差がある場合には、応力が高い方が先に破断し、続いて他方が破断することになる。この結果、遅れて破断した他方の破断部の破断面は、真っ直ぐとならない。

このときの、制御装置２８によってコンロッドの破断状態を判定する処理内容を、図１４のフローチャートを参照しながら、以下に説明する。まず、最大歪検出部２８２によってそれぞれの歪ゲージ２４が検出した歪の変化から最大歪が検出する（ステップＳ１０１）。続いて、破断判定部２８４によって、それぞれの部材毎に最大値の左右の差が演算される（ステップＳ１０２）。

具体的には、図１１に示すように、キャップ保持部２２に付着された歪ゲージ２４ａが検出した歪の変化の最大値は２４ａ１であり、歪ゲージ２４ｂが検出した歪の変化の最大値は２４ｂ１である。次に、破断判定部２８４は、２４ａ１と２４ｂ１との差Ｓ１を演算し、該差と予め設定された閾値Ｘとを比較する。

この場合、差Ｓ１は閾値Ｘよりも大きいので、破断判定部２８４は破断状態が不良であると判定する（ステップＳ１０３）。このような破断判定部２８４による処理は、歪ゲージが左右一対に付着された各部材毎に行われる。

さらに、破断判定部２８４は左右の破断部のどちらが破断不良であるかを判定し、破断不良警告部２６を起動する。（ステップＳ１０４）。具体的には、各部材毎の左右の最大歪の絶対値を比較する。キャップ保持部２２に付着した歪ゲージから破断不良部を判定するには、最大歪の絶対値の大きい側すなわち歪ゲージ２４ｂを備える左側の破断部が先に破断したと判定し、右側の破断部が破断不良であると判定する。

一方、マンドレル１２に付着した歪ゲージから破断不良部を判定するには、最大歪の絶対値の小さい側すなわち歪ゲージ２４ｄを備える左側の破断部が先に破断したと判定し、右側の破断部が破断不良であると判定する。すなわち、キャップ保持部２２に付着した歪ゲージから破断部位を判定する場合には最大歪の絶対値が低い側の破断部が後に破断したと判定し、逆にマンドレル１２、１４に付着した歪ゲージから破断部位を判定する場合には最大歪の絶対値が高い側の破断部が後に破断したと判定される。

破断不良警告部２６は、コンロッド破断監視装置１０を停止させ、作業者に破断状態が不良であると判定されたことを、破断不良と判定された破断部の左右位置の情報と共に、作業者に通知する（ステップＳ１０５）。これによって、作業者はコンロッドの破断状態が不良と判定された部位の情報を参考にして、破断されたコンロッドＷの現物を確認することができる。

コンロッド破断監視装置１０を再稼働させた後も続いて、破断判定部２８４によってｎ回以上（ｎは１以上の整数）連続して左右どちらか特定方向の破断部の破断状態が不良であると判定された場合には、工具交換指示送信部２８６が起動される（ステップＳ１０６）。

工具交換指示送信部２８６は、工場内イーサーネット５０を介して、工具交換指示をＶ字状切欠き加工装置３０に工具交換指示を送信する（ステップＳ１０７）。

Ｖ字状切欠き加工設備３０は工具交換指示受信部３８２によって工具交換指示を受信すると工具交換指示部３８４を起動し（ステップＳ３０１）、工具交換指示部３８４は自動工具交換装置３６に工具交換を指示する（ステップＳ３０２）。

つまり、ｎ回以上連続して特定方向の破断部が不良と判定されるような場合には、ノッチＮ１、Ｎ２に形状差が生じていると推定されるので、該ノッチＮ１、Ｎ２を形成する工具３２を交換することによって、ノッチＮ１、Ｎ２の形状差を解消することができる。この結果、ノッチＮ１、Ｎ２の形状差に起因した破断不良を解消することができる。

その後、Ｖ字状切欠き加工装置３０から取り外された工具３２の切刃３２ａは、刃先が損耗していないチップ３２ａに全て交換されて、自動工具交換装置３６の工具収納部に収容されて、次の工具交換指示に備える。

なお、工具交換指示には、左右の破断部のうち、どちらの破断部が不良と判定されたかの情報が含まれているので、工具３２のどちらの切刃セット３２ａ１、３２ａ２に問題があるか、すなわち損耗しているかを推定することができる。このため、当該問題の推定される切刃セットのみ刃先が損耗していないチップセットに交換することができる。

しかしながら、どちらか一方の切刃セット３２ａ１、３２ａ２のみを、刃先が損耗していない切刃３２ａに交換されると、左右一対の切刃セット３２ａ１、３２ａ２の損耗状況が異なり、ノッチＮ１、Ｎ２の形状に差が生じてしまう。その結果、左右一対のノッチＮ１、Ｎ２の形状差に起因した両破断部への発生応力の差が大きくなるため、破断不良に至りやすい。このため、左右一対のチップセット３２ａ１、３２ａ２を同時に全て交換することが望ましい。さらに同時に交換することによって、工具が交換される頻度を低減すると共に、工具３２を交換する作業効率を向上できる。

これによって、Ｖ字状切欠きの形状不良を早期に解消し、コンロッドの破断不良品の発生率を低減できる。また、Ｖ字状切欠き加工用の工具３２の損耗状態を監視する必要なく、コンロッドＷの破断状態を監視することによって、工具３２の寿命を限界まで使用することができる。これによって、工具３２のコストを低減できる。

ただし、工具３２が交換されてすぐに、工具交換指示が送信される場合がある。この場合、特定の切刃３２ａのみに欠損等の不具合が生じていることが原因と考えられ、当該切刃３２ａのみを刃先が損耗していない切刃３２ａに交換してもよい。これによって、切刃を全て交換する場合に比べて、切刃３２ａのコストを低減できる。

また、特定のチップ３２ａに欠損等の問題見られない場合には、Ｖ字状切欠き加工装置３０のコンロッド保持部３２と工具３４の位置関係に問題が生じていることが原因として考えられる。このような場合には、作業者はコンロッド保持部３４と工具３４との位置関係を確認することが望ましい。

以上により、本実施形態によれば、コンロッドＷを破断分離するときに生じる歪を検出する歪ゲージ２４ａ〜２４ｆを、キャップ保持部２２と、一対のマンドレル１２、１４と、に左右一対にそれぞれ設け、検出された各部材毎の最大歪の左右差の絶対値を演算し、予め設定された閾値Ｘ、Ｙ、Ｚと比較することによって、コンロッドＷの破断部の破断状態の良否を精度よく判定できる。

つまり、破断荷重の大きさ、及び／又は破断荷重の付加時間に基づいてコンロッドＷの破断状態の判定をする必要はなく、コンロッドＷの破断部の破断状態の良否を精度よく判定できる。これによって、コンロッドＷの破断不良品の流出を確実に防止できる。

また、各部材毎の最大歪の左右差が、所定回数以上連続して閾値より大きい場合に、破断用Ｖ字状切欠きの加工状態を不良と判定するので、コンロッドの破断不良が連続して発生した場合に、破断不良となる原因をＶ字状切欠きの加工不良であると早期に特定し、Ｖ字状切欠き加工装置３０の工具３２を刃先が損耗していない工具３２’に交換できる。この結果、コンロッドの破断不良品の発生率を低減できる。

また、上述の実施形態においては、コンロッドＷの貫通孔の内周部に破断を促進するための破断促進部としてＶ字状切欠きの形体を有すノッチＮ１、Ｎ２形成したが、これに代えて、コンロッドＷの外周部に破断促進部を備えるものでもよい。また、ブローチ加工によるノッチＮ１、Ｎ２の形成に代えて、レーザー加工によって、コンロッドＷの貫通孔の内周部の破断線に沿って切欠きを形成して破断促進部を形成するものでもよい。すなわち、破断促進部の形状及び加工方法は、上述の実施形態に限定されるものではない。

なお、本発明は、以上の実施形態に示すものに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

以上のように、本発明に係る破断監視手段を備えたコンロッドの破断装置及びその監視方法によれば、コンロッドの破断状態を精度よく判定することが可能となる。また、本発明は、コンロッドに限らず、他の金属製部品を貫通部分で破断分離する装置へも適用できることは、言うまでも無い。したがって、本発明は、金属製部品を貫通部分で破断分離する装置を使用する産業分野において好適に利用される可能性がある。

１ コンロッド破断加工システム
１０ コンロッド破断装置
１２ ロッド側マンドレル
１４ キャップ側マンドレル
１６ 楔
１８ アクチュエータ
２０ ロッド保持部
２２ キャップ保持部
２４ 歪ゲージ
２６ 破断不良警告部
２８ 制御装置
２８２ 最大歪検出部 ２８４ 破断判定部 ２８６工具交換指示送信部
３０ Ｖ字状切欠き加工装置
Ｗ コンロッド
Ｗ１ ロッド Ｗ２ キャップ Ｎ１、Ｎ２ ノッチ ＢＬ破断線

Claims (10)

1. 大端部と小端部とが一体成形されたコンロッドの大端部側の貫通孔に一対の半割型のマンドレルを嵌合し、前記一対のマンドレル間に楔を打ち込んでいくことにより前記コンロッドの大端部を予め前記貫通孔の左右両側に設けた破断促進部から軸部側とキャップ部側とに左右の破断部で破断したときの破断状態を監視するコンロッドの破断監視装置であって、
   破断時に前記キャップ部側を左右両側で保持する保持手段に設けられた左右一対の歪検出手段と、
   破断時に前記左右一対の歪検出手段からそれぞれ出力される検出信号に基づいて破断状態を判定する破断判定手段と、を有し、
   前記破断判定手段は、前記左右一対の歪検出手段によって検知される歪の左右の差を基に、前記コンロッドの前記左右の破断部の破断状態の良否を判定することを特徴とするコンロッドの破断監視装置。
2. 前記歪検出手段は、前記保持手段と、前記一対のマンドレルの少なくとも一方と、にそれぞれ左右一対に設けられている、
   請求項１に記載のコンロッドの破断監視装置。
3. 前記破断促進部は、破断用Ｖ字状切欠きであり、
   前記破断判定手段によって前記破断用Ｖ字状切欠きの加工状態が不良と判定された場合に、警告する警告手段を備えている、
   請求項１又は２に記載のコンロッドの破断監視装置。
4. 前記破断判定手段は、前記左右一対の歪検出手段によって検出される歪の左右の差が、ｎ回以上（ｎは１以上の整数）連続して所定値より大きい場合に、前記破断用Ｖ字状切欠きが形状不良であると判定する、
   請求項３記載のコンロッドの破断監視装置。
5. 前記破断判定手段によって前記破断用Ｖ字状切欠きが形状不良であると判定された場合に、自動工具交換機構を備えたＶ字状切欠き加工装置に対して自動工具交換を指示する指示手段を備えている、
   請求項４記載のコンロッドの破断監視装置。
6. 大端部と小端部とが一体成形されたコンロッドの大端部側の貫通孔に一対の半割型のマンドレルを嵌合し、前記一対のマンドレル間に楔を打ち込んでいくことにより、前記コンロッドの大端部を予め前記貫通孔の左右両側に設けた破断促進部から軸部側とキャップ部側とに左右の破断部で破断したときの破断状態を監視する方法であって、
   破断時に前記キャップ部側を左右両側で保持する保持手段に設けられた左右一対の歪検出手段によって、破断時に生じる歪を検出する第１ステップと、
   破断時に前記左右一対の歪検出手段からそれぞれ出力される検出信号に基づいて破断状態を判定する第２ステップと、を有し、
   前記第２ステップにおいて、前記左右一対の歪検出手段が検知する歪の差によって前記コンロッドの前記左右の破断部の破断状態の良否を判定することを特徴とするコンロッドの破断状態を監視する方法。
7. 前記第１ステップにおける前記左右一対の歪検出手段は、前記一対のマンドレルの少なくとも一方にそれぞれ設けられた左右一対の歪検出手段を含む、
   請求項６に記載のコンロッドの破断状態を監視する方法。
8. 前記破断促進部は、破断用Ｖ字状切欠きであり、
   前記第２ステップにおいて、前記破断用Ｖ字状切欠きの加工状態が不良と判定された場合に、警告するステップを、さらに有する、
   請求項６又は７に記載のコンロッドの破断状態を監視する方法。
9. 前記第２ステップにおいて、前記左右一対の歪検出手段からそれぞれ出力される歪の左右の差が、ｎ回以上（ｎは１以上の整数）連続して所定値より大きい場合に、前記コンロッドに備えられたＶ字状切欠きを形状不良であると判定するステップを、さらに有する、
   請求項８記載のコンロッドの破断状態を監視する方法。
10. 前記第２ステップにおいて、前記Ｖ字状切欠きが形状不良であると判定された場合に、自動工具交換機構を備えたＶ字状切欠き加工装置に対して自動工具交換を指示するステップを、さらに有する、
    請求項９記載のコンロッドの破断状態を監視する方法。

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