JPH05172682A - クランクシャフトのアンバランス予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】切削用黒皮面を機械加工する前の段階で、クラ
ンクシャフトの回転時におけるアンバランスを予測して
バランスを粗評価できる装置を提供する。 【構成】機械加工される切削用黒皮面と、機械加工され
ない非切削用黒皮面とを備えたクランクシャフト１のう
ち、非切削用黒皮面を測定対象とするものである。この
装置は、クランクシャフト１を定位置に保持する保持部
２と、保持部２で定位置に保持されたクランクシャフト
１のアンバランス許容値を記憶する基準記憶手段と、保
持部２で定位置に保持されたクランクシャフト１の非切
削用黒皮面の実際の位置を測定する測定手段と、測定手
段で測定された非切削用黒皮面に関する測定値からアン
バランス予測値を演算し、そのアンバランス予測値と、
基準記憶手段で記憶されたアンバランス許容値とを比較
し、クランクシャフト１の良否を判定する判定手段とを
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクランクシャフトのアン
バランス予測装置に関する。本発明は、例えば、車両の
内燃機関に使用されるツイストタイプのクランクシャフ
トに適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、機関、例えば内燃機関では、
クランクシャフトが使用されている。クランクシャフト
はピストンの往復運動をコンロッドを介して回転運動に
変換してトルクをとりだすものである。ここで、図１０
に成形工程、機械加工工程を経た完成品としてのクラン
クシャフト１００を示す。図１０に示す様に、クランク
シャフト１００は、軸芯をもつジャーナル１０１と、軸
芯の周方向に所定間隔を隔てて配置された複数個のピン
１０３と、複数個のカウンタウエイト１０５とを備えて
いる。このクランクシャフト１００は、鍛造や鋳造等で
成形される成形工程と、成形工程後に、バランス性に影
響を与える黒皮面を機械加工で切削して仕上げる機械加
工工程とを順に実施して形成される。

【０００３】このクランクシャフト１００では、回転時
におけるアンバランスがあると、内燃機関駆動時におけ
る騒音、振動等の原因となる。そこで、回転時における
アンバランスを調べるために、機械加工工程を終了した
後に、バランサーによりクランクシャフトの回転時にお
けるアンバランスを評価している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、クランクシ
ャフトは、機械加工される切削用黒皮面Ｓと、機械加工
されず黒皮のまま使用される非切削用黒皮面Ｋとを備え
ているものである。ここで、図１０において非切削用黒
皮面Ｋは黒色部分で示されている。非切削用黒皮面Ｋの
寸法精度は、車両の内燃機関に組み込んだ状態における
クランクシャフト１００のアンバランスに大きな影響を
与える。即ち、切削除去される切削用黒皮面Ｓは成形工
程において多少寸法精度が低くとも、成形工程後に行う
機械加工工程により、精度よく切削仕上されるので、別
段支障はない。しかし、クランクシャフト１００の非切
削用黒皮面Ｋは切削されないので、そのまま残る。従っ
て、鍛造や鋳造等の成形時における非切削用黒皮面Ｋの
寸法精度が低いと、クランクシャフト１００の回転時に
おけるアンバランスに大きな影響を与える。

【０００５】しかも、クランクシャフト１００の非切削
用黒皮面Ｋの成形時における寸法精度が低いと、せっか
く切削用黒皮面Ｓを切削して精度よく仕上げたとして
も、そのクランクシャフト１００は不良品となるおそれ
が極めて高い。この場合、切削用黒皮面Ｓを切削する機
械加工が無駄となり、コスト高の要因となる。本発明は
上記した実情に鑑みなされたものであり、切削用黒皮面
を機械加工する前の段階で、アンバランスを粗評価でき
るクランクシャフトのアンバランス予測装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる装置は、
機械加工される切削用黒皮面と機械加工されない非切削
用黒皮面とを備えたクランクシャフトのうち、機械加工
されない非切削用黒皮面を測定対象とし、これによりク
ランクシャフトの良否を粗評価するものである。

【０００７】即ち、本発明にかかるクランクシャフトの
アンバランス予測装置は、機械加工される切削用黒皮面
と機械加工されない非切削用黒皮面とを備えたクランク
シャフトを定位置に保持する保持部と、保持部で定位置
に保持されたクランクシャフトの非切削用黒皮面の基準
位置に関する物理量を記憶する基準記憶手段と、保持部
で定位置に保持されたクランクシャフトの非切削用黒皮
面の実際の位置を測定する測定手段と、測定手段で測定
された非切削用黒皮面に関する物理量と、基準記憶手段
で記憶された基準位置に関する物理量とを比較し、クラ
ンクシャフトの良否を判定する判定手段とを具備するこ
とを特徴するものである。

【０００８】保持部としては、Ｖ溝をもつＶ受けを採用
できる。この場合、Ｖ溝にクランクシャフトのジャーナ
ルを載置できる。基準記憶手段は、保持部で定位置に保
持されたクランクシャフトの非切削用黒皮面の基準位置
に関する物理量を記憶するものであり、ＲＡＭ、ＲＯＭ
等のメモリで構成できる。基準記憶手段に記憶される物
理量は、非切削用黒皮面の基準位置に関する寸法、ある
いは、基準位置に関する寸法から演算されるアンバラン
ス許容値等を採用できるが、アンバランス許容値の方が
クランクシャフトの実際の回転時におけるアンバランス
の評価に有利である。

【０００９】測定手段は、保持部で定位置に保持された
クランクシャフトの非切削用黒皮面の実際の位置を測定
するものである。測定手段は接触方式、非接触方式のい
ずれでも良い。判定手段は、測定手段で測定された非切
削用黒皮面に関する物理量と、基準記憶手段で記憶され
た基準位置に関する物理量とを比較し、クランクシャフ
トの良否を判定するものである。この場合、測定手段で
測定された非切削用黒皮面に関する測定値からクランク
シャフトのアンバランス値を演算で予測し、その予測値
と、基準記憶手段で記憶された物理量としてのアンバラ
ンス許容値、つまりアンバランス許容域とを比較し、予
測値が許容域に含まれている場合には、「ＯＫ」信号を
表示し、予測値が許容域に含まれていない場合には、
「ＮＧ」信号を表示する構成にできる。判定手段はマイ
クロコンピュータを利用してソフト的に構成できる。

【００１０】本発明で採用できるブロック図を図１２に
示す。図１２に示す様に判定手段は、測定手段で測定し
た測定値を記憶する記憶手段と、測定値に基づきアンバ
ランス値を演算してアンバランス値を予測する演算手段
と、演算手段による演算結果である予測されたアンバラ
ンス値と、基準記憶手段で記憶されている許容アンバラ
ンス値または域とを比較する比較手段と、比較手段の比
較結果に応じてＯＫ信号、ＮＧ信号を出力する表示手段
とで構成できる。

【００１１】

【作用】クランクシャフトを保持部により定位置に保持
した状態で、測定手段により、クランクシャフトの非切
削用黒皮面の実際の位置を測定する。測定手段で測定さ
れた非切削用黒皮面に関する物理量（寸法、あるいは、
寸法から演算されたアンバランス予測値等）と、基準記
憶手段で記憶された基準位置に関する物理量（基準寸
法、あるいは、基準寸法から割り出されたアンバランス
許容域等）とは判定手段で比較される。これによりクラ
ンクシャフトの良否が判定される。

【００１２】

【実施例】以下、実施例にかかるクランクシャフトのア
ンバランス予測装置を図面を参照して説明する。 （実施例の構成）このクランクシャフト１は、鍛造成形
されたものであり、図１に示す様に、軸芯Ｐ１をもつジ
ャーナル１０ａ〜１０ｄと、軸芯Ｐ１のまわりに配置さ
れたピン１１ａ〜１１ｆと、カウンタウエイト１２ａ〜
１２ｉとをもつ。このクランクシャフト１はツイストタ
イプであり、ピン１１ａ〜１１ｆは約６０度の位相をも
つ。このクランクシャフト１は、機械加工前であるため
に、機械加工される切削用黒皮面Ｓと、機械加工されな
い非切削用黒皮面Ｋとを備えている。

【００１３】この予測装置では、保持部２は上面側にＶ
溝２０をもつＶ受けであり、測定手段としての３次元測
定機３のテーブル３０に設置されている。クランクシャ
フト１は保持部２のＶ溝２０により定位置に保持されて
いる。この場合、図５に示す様にフロント側から６番目
のピン１１ｆは、その両側から挟持具２４により挟持さ
れており、ピン１１ｆの軸芯が下方に位置している。

【００１４】制御装置４は、３次元測定機３のプローブ
３１の接触子３２からの信号をうけてデジタル信号に変
換する入力回路部４０と、入力回路部４０から出力され
る信号をうけとって記憶するメモリ４１と、入力回路部
４０から出力される信号をうけとって演算し各種制御信
号を出力する制御回路部４２と、保持部２で定位置に保
持された状態のクランクシャフト１の非切削用黒皮面Ｋ
の基準位置に関する物理量（アンバランス許容域）を記
憶したメモリ４３と、制御回路部４２の信号に応じて、
不良を示す「ＮＧ」、良好を示す「ＯＫ」を表示するデ
ィスプレイ４４とを備えている。更に本実施例では制御
回路部４２により制御されるマーキング装置５が設けら
れている。マーキング装置５は塗料を噴出してあるいは
刻印によりマーキングする構成にできる。 そして、上
記した様にクランクシャフト１を保持部２のＶ溝２０に
載置し、クランクシャフト１を定位置に保持した状態
で、クランクシャフト１のカウンタウエイト１２ａ〜１
２ｉの非切削用黒皮面Ｋに、３次元測定機３のプローブ
３１の接触子３２を当てがい、その部位のＸ方向、Ｙ方
向、Ｚ方向の座標値を測定する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方
向の測定された座標値は制御装置４のメモリ４１に記憶
される。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の座標値によ
り、その部位の半径方向（後述するＦＹ、ＦＺ、ＲＹ、
ＲＺの方向）における位置は把握される。測定は、フロ
ント側のカウンタウエイト１２ａからリヤ側のカウンタ
ウエイト１２ｉにかけて、カウンタウエイト全部につい
て行う。

【００１５】３次元測定機３のプローブ３１の接触子３
２で測定された非切削用黒皮面Ｋに関する寸法値に基づ
き、制御装置４の制御回路部４２によりアンバランス予
測値が演算される。そして、アンバランス予測値と、メ
モリ４３で記憶されたアンバランス許容域とが制御装置
４の制御回路部４２により比較され、これによりクラン
クシャフト１の良否が判定される。そして、良品である
場合には制御回路部４２からディスプレイ４４に「Ｏ
Ｋ」信号が出力され、不良品である場合には「ＮＧ」信
号がディスプレイ４４に出力される。

【００１６】さて、制御装置４の制御回路部４２のＣＰ
Ｕが実行するメインルーチンのフローチャートを図６に
示す。図６に示す様に、ステップＳ１００ではレジス
タ、メモリ等が初期設定される。ステップＳ１０１では
測定が行われ、ステップＳ１０２でデータがメモリに記
憶される。ステップＳ１０３で測定終了か判定し、終了
でなければ、ステップＳ１０１、１０２で測定を繰り返
して行う。終了であれば、ステップＳ１０４でデータ処
理を行い、アンバランス予測値を演算する。そして、ス
テップＳ１０５でアンバランス予測値とアンバランス許
容域とを比較し、許容域にあれば、ステップＳ１０６で
「ＯＫ」信号をディスプレイ４４に出力して良品である
ことを表示する。更に、ステップＳ１０７でクランクシ
ャフト１が良品であることを示すマーキングを行う。

【００１７】また、アンバランス予測値が許容域にない
場合には、ステップＳ１０８で「ＮＧ」信号をディスプ
レイ４４に出力して不良であることを表示し、更に、ス
テップＳ１１０で第１番目のカウンタウエイト１２ａの
みの良否を判定し、ステップＳ１１２で第２番目のカウ
ンタウエイト１２ｂのみの良否を判定し、ステップＳ１
１４で第３番目のカウンタウエイト１２ｃの良否を判定
し、この様にして第１番目から第９番目までのカウンタ
ウエイト１２ａ〜１２ｉの良否を判定する。

【００１８】そして第１番目のカウンタウエイト１２ａ
が不良と判定したら、ステップＳ１３０で第１番目のカ
ウンタウエイト１２ａが不良であることを意味するマー
キング信号をマーキング装置５に出力する。第２番目の
カウンタウエイト１２ｂが不良と判定したら、ステップ
Ｓ１３２で第２番目のカウンタウエイト１２ｂが不良で
あることを意味するマーキング信号をマーキング装置５
に出力する。この様にステップＳ１３０〜ステップＳ１
４６によりマーキング信号をマーキング装置５に出力す
る。

【００１９】さて、ステップＳ１０４に示すデータ処理
のサブルーチンについて説明を加える。このサブルーチ
ンは図７に示すフローチャートのステップＳ２００〜ス
テップＳ２０２に従って実行される。即ち、このサブル
ーチンでは、各カウンタウエイト１２ａ〜１２ｉの各測
定点の正規寸法に対するずれ量は、フロント側の第１番
目のカウンタウエイト１２ａ、リヤ側のカウンタウエイ
ト１２ｉのアンバランス値として換算される方式が採用
されている。

【００２０】即ち、各カウンタウエイト１２ａ〜１２ｉ
の各測定点がＸ軸方向（軸線方向）、Ｙ軸方向（水平方
向）、Ｚ軸方向（軸線に対して垂直方向）に１単位寸法
（例えば１ｍｍ）ずれたとき、その１単位寸法ずれ量
は、フロント側の第１番目のカウンタウエイト１２ａの
Ｙ軸方向におけるアンバランス値Ｆ_yr、Ｚ軸方向におけ
るアンバランス値Ｆ_Zr、また、リヤ側の最後のカウンタ
ウエイト１２ｉのＹ軸方向におけるアンバランス値
Ｒ_yr、Ｚ軸方向におけるアンバランス値Ｒ_Zrとして換算
され、その１単位寸法あたりの換算アンバランス値はメ
モリ４３に記憶されている。なお、Ｆはフロント、Ｒは
リヤを意味する。

【００２１】例えば、第１番目のカウンタウエイト１２
ａのショルダ−部１２０ａがＸ軸方向において＋１ｍ
ｍ、−１ｍｍずれていたとき、換算アンバランス値
Ｆ_yr、Ｆ_Zr、Ｒ_yr、Ｒ_Zrは表１に示す様であり、これは
メモリ４３に記憶されている。

【００２２】

【表１】 しかして、図１に示す様に第１番目のカウンタウエイト
１２ａのショルダー部１２０ａに３次元測定機３のプロ
ーブ３１の接触子３２を当ててこの位置を測定した場合
において、Ｘ軸方向の正規寸法が２００ｍｍであるとき
実測値が２０２ｍｍであったとする。この場合には、そ
の変化量ΔＸは２ｍｍ（２０２−２００）であるので、
第１番目のカウンタウエイト１２ａにおいては換算アン
バランス値Ｆ_y1、Ｆ_Z1、Ｒ_y1 Ｒ_Z1 はこのサブルーチ
ンでは次の様にして演算される。

【００２３】Ｆ_y1＝１０×２＝２０（ｇ・ｃｍ） Ｆ_Z1＝２０×２＝４０（ｇ・ｃｍ） Ｒ_y1＝１０×２＝２０（ｇ・ｃｍ） Ｒ_Z1＝２０×２＝４０（ｇ・ｃｍ） 更に、このサブルーチンでは、各カウンタウエイトの測
定点ごとに個別に、上記した様な手順でＦ_yi、Ｆ_Zi、Ｒ
_yi、Ｒ_Ziを演算し、全測定点を各方向ごとに次の様に合
計し、合計アンバランス値Ｆ_y 、Ｆ_Z 、Ｒ_y 、Ｒ_Z を演
算する。

【００２４】 Ｆ_y （ｇ・ｃｍ）＝Ｆ_y1＋Ｆ_y2＋Ｆ_y3＋Ｆ_y4〜Ｆ_yn Ｆ_Z （ｇ・ｃｍ）＝Ｆ_Z1＋Ｆ_Z2＋Ｆ_Z3＋Ｆ_Z4〜Ｆ_Zn Ｒ_y （ｇ・ｃｍ）＝Ｒ_y1＋Ｒ_y2＋Ｒ_y3＋Ｒ_y4〜Ｒ_yn Ｒ_Z （ｇ・ｃｍ）＝Ｒ_Z1＋Ｒ_Z2＋Ｒ_Z3＋Ｒ_Z4〜Ｒ_Zn ここで、Ｆ_y は、全ての測定点の寸法ずれを、フロント
側の第１番目のカウンタウエイト１２ａのＹ軸方向のア
ンバランス値として換算したアンバランス値を示す。Ｆ
_Z は、全ての測定点の寸法ずれを、フロント側の第１番
目のカウンタウエイト１２ａのＺ軸方向のアンバランス
値として換算したアンバランス値を示す。また、Ｒ
_y は、全ての測定点の寸法ずれを、リヤ側のカウンタウ
エイト１２ｉのＹ軸方向のアンバランス値として換算し
たアンバランス値を示す。Ｒ_Z は、全ての測定点の寸法
ずれを、リヤ側のカウンタウエイト１２ｉのＺ軸方向の
アンバランス値として換算したアンバランス値を示す。

【００２５】なお、上記のように非切削用黒皮面Ｋを測
定して予測したアンバランス予測値と、切削用黒皮面Ｓ
を機械加工で実際に切削した後に実測した実測アンバラ
ンス値との間に相関性があることを確認する試験が行わ
れている。この試験結果を図８に示す。図８においてア
ンバランス予測値と実測アンバランス値との間に相関性
があることが明らかとなった。この様にアンバランス予
測値から、切削用黒皮Ｓを切削除去した最終製品状態の
クランクシャフト１のアンバランス値を粗評価できるこ
とがわかる。

【００２６】（実施例の効果）ところで、本実施例にか
かる予測装置で不良品と判定されたクランクシャフト１
は、その切削加工用黒皮面Ｓを機械加工で切削して仕上
げたとしても、依然不良品となる可能性が極めて高い。
その理由は、既述した様に、切削用黒皮面Ｓは成形時に
おいて多少寸法精度が低くとも、成形工程後の機械加工
工程により、精度よく切削仕上されるので、別段支障は
ないが、非切削用黒皮面Ｋは切削されないので、鍛造や
鋳造等の成形時における寸法精度が低いと、クランクシ
ャフト１の回転時におけるアンバランスに大きく且つ直
接に影響するからである。

【００２７】この点本実施例では、クランクシャフト１
の切削用黒皮面Ｓを機械加工で切削する前の段階で、つ
まり半製品の段階で、クランクシャフト１のアンバラン
スを予測し、その予測値がアンバランス許容域に含まれ
れば、「ＯＫ」信号が出力され、そうでない場合には
「ＮＧ」信号が出力され、これにより最終製品状態のク
ランクシャフトのアンバランスを粗評価することができ
る。そのため、この予測装置による粗評価で不良品とさ
れたクランクシャフト１の切削用黒皮面Ｓを切削加工せ
ずとも良く、従って無駄な機械加工を排除できる。

【００２８】更に本実施例では、クランクシャフト１の
カウンタウエイト１２ａ〜１２ｉのうち、不良のカウン
タウエイトが個別にマーキングされるので、不良のカウ
ンタウエイトの識別が容易である。

【００２９】

【発明の効果】本発明にかかるクランクシャフトのアン
バランス予測装置によれば、クランクシャフトのバラン
スに大きな影響を与える非切削用黒皮面を測定すること
により、機械加工の前において、つまり半製品の段階
で、クランクシャフトのバランスを粗評価することがで
きる。そのため、この予測装置による粗評価で不良品と
されたクランクシャフトの切削用黒皮面を切削加工せず
とも良く、従って無駄な機械加工を排除できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】保持部にクランクシャフトを保持した状態を示
す側面図である。

【図２】制御装置と共に示す図１のＡ−Ａ線矢視図であ
る。

【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ線矢視図である。

【図５】各ピンの位置を示す図である。

【図６】コンピュータが実行するメインルーチンを示す
フローチャートである。

【図７】コンピュータが実行するサブルーチンを示すフ
ローチャートである。

【図８】非切削用黒皮から測定したアンバランス予測値
と、切削用黒皮を切削した状態で測定した実測のアンバ
ランス値との関係を示すグラフである。

【図９】本発明にかかるブロック図である。

【図１０】従来から使用している機械加工後のクランク
シャフトを示し、機械加工されない非切削用黒皮面を備
えたクランクシャフトの斜視図である。

【符号の説明】

図中、１はクランクシャフト、１２ａ〜１２ｉはカウン
タウエイト、２は保持部、３１は接触子を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械加工される切削用黒皮面と機械加工さ
   れない非切削用黒皮面とを備えたクランクシャフトを定
   位置に保持する保持部と、 該保持部で定位置に保持されたクランクシャフトの非切
   削用黒皮面の基準位置に関する物理量を記憶する基準記
   憶手段と、 該保持部で定位置に保持されたクランクシャフトの非切
   削用黒皮面の実際の位置を測定する測定手段と、 該測定手段で測定された非切削用黒皮面に関する物理量
   と、該基準記憶手段で記憶された基準位置に関する物理
   量とを比較し、クランクシャフトの良否を判定する判定
   手段とを具備することを特徴するクランクシャフトのア
   ンバランス予測装置。