(57)【要約】      （修正有）【課題】センタ穴を加工する鍛造回転体の生産性を向上させるとともに、鍛造回転体を軽量化する。【解決手段】型ずれ調整から次の調整までの１つの鍛造ロットから抜き取った鍛造回転体のサンプルの３次元形状を測定して、各サンプルの仮センタ穴の位置を設定し、各サンプルについて仮センタ穴を基準として所定の加工のシミュレーションを行った後の最終形状における回転アンバランス量を算出し、各サンプルの回転アンバランス量が許容範囲内である場合、当該鍛造ロットの全サンプルの回転アンバランス量の平均値を算出して、この平均値がゼロとなるセンタ穴位置を算出して、このセンタ穴位置を当該鍛造ロットに属する鍛造回転体のセンタ穴加工位置とし、ある鍛造回転体のセンタ穴を加工する際に、その鍛造回転体が属する鍛造ロットについて決定されたセンタ穴加工位置にセンタ穴を加工することを特徴とする。【選択図】図３
2014113635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造回転体のセンタ穴を加工する方法において、
鍛造金型の型ずれ調整後から次の型ずれ調整までに製造した複数の前記鍛造回転体を１つの鍛造ロットとするロット設定工程と、
１つの前記鍛造ロットから、素材状態である複数の前記鍛造回転体のサンプルを抜き取り、各サンプルの３次元形状を測定して３次元形状測定データを取得する３次元形状測定工程と、
前記３次元形状測定データに基づいて、各サンプルの仮センタ穴の位置を設定する仮センタ穴位置設定工程と、
各サンプルの前記３次元形状測定データと設計上の前記鍛造回転体の最終形状の３次元形状設計データとに基づき、各サンプルについて、前記仮センタ穴を基準として所定の加工のシミュレーションを行った後の最終形状における回転アンバランス量を算出するアンバランス量算出工程と、
各サンプルの前記回転アンバランス量が所定の許容範囲内か否かを判定する判定工程と、
前記回転アンバランス量が前記許容範囲内であると判定された場合、当該鍛造ロットの全サンプルの前記回転アンバランス量の平均値を算出する平均値算出工程と、
前記回転アンバランス量の平均値がゼロとなるセンタ穴の位置を算出して、算出されたセンタ穴の位置を当該鍛造ロットに属する鍛造回転体のセンタ穴加工位置とするセンタ穴加工位置決定工程と、
ある鍛造回転体にセンタ穴を加工する際、その鍛造回転体が属する鍛造ロットについて決定されたセンタ穴加工位置にセンタ穴を加工するセンタ穴加工工程と、
を有していることを特徴とする鍛造回転体のセンタ穴の加工方法。
【請求項２】
前記加工方法は、前記センタ穴加工位置決定工程の後、決定されたセンタ穴加工位置を当該鍛造ロットの識別情報と関連づけて記憶手段に記憶するセンタ穴加工位置記憶工程をさらに備え、
前記センタ穴加工位置記憶工程の後、前記センタ穴加工工程では、センタ穴を加工する鍛造回転体が属する鍛造ロットの識別情報に基づき、前記記憶手段からその鍛造回転体のセンタ穴加工位置を読み出す
ことを特徴とする請求項１に記載の鍛造回転体のセンタ穴の加工方法。
【請求項３】
前記鍛造回転体は、エンジンのクランクシャフトである
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の鍛造回転体のセンタ穴の加工方法。
【請求項４】
鍛造回転体のセンタ穴を加工する加工システムにおいて、
鍛造金型の型ずれ調整後から次の型ずれ調整までに製造した複数の前記鍛造回転体を１つの鍛造ロットとするロット設定手段と、
１つの前記鍛造ロットから、素材状態である複数の前記鍛造回転体のサンプルを抜き取り、各サンプルの３次元形状を測定して３次元形状測定データを取得する３次元形状測定手段と、
前記３次元形状測定データに基づいて、各サンプルの仮センタ穴の位置を設定する仮センタ穴位置設定手段と、
各サンプルの前記３次元形状測定データと設計上の前記鍛造回転体の最終形状の３次元形状設計データとに基づき、各サンプルについて、前記仮センタ穴を基準として所定の加工のシミュレーションを行った後の最終形状における回転アンバランス量を算出するアンバランス量算出手段と、
各サンプルの前記回転アンバランス量が所定の許容範囲内か否かを判定する判定手段と、
前記回転アンバランス量が前記許容範囲内であると判定された場合、当該鍛造ロットの全サンプルの前記回転アンバランス量の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記回転アンバランス量の平均値がゼロとなるセンタ穴の位置を算出して、算出されたセンタ穴の位置を当該鍛造ロットに属する鍛造回転体のセンタ穴加工位置とするセンタ穴加工位置決定手段と、
ある鍛造回転体にセンタ穴を加工する際、その鍛造回転体が属する鍛造ロットについて決定されたセンタ穴加工位置にセンタ穴を加工するセンタ穴加工手段と、
を備えることを特徴とする鍛造回転体のセンタ穴の加工システム。
【請求項５】
前記加工システムは、前記センタ穴加工位置決定手段によって決定されたセンタ穴加工位置を当該鍛造ロットの識別情報と関連づけて記憶する記憶手段をさらに備え、
前記センタ穴加工手段では、センタ穴を加工する鍛造回転体が属する鍛造ロットの識別情報に基づき、前記記憶手段からその鍛造回転体のセンタ穴加工位置を読み出す
ことを特徴とする請求項４に記載の鍛造回転体のセンタ穴の加工システム。
【請求項６】
前記鍛造回転体は、エンジンのクランクシャフトである
ことを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の鍛造回転体のセンタ穴の加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造回転体のセンタ穴の加工方法及びその加工システムに関し、特に車両用エンジンの製造技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンのクランクシャフト等の高速回転する回転体は、回転時の振動抑制等のため、軸心周りに精度よくバランスがとれていることが必要である。
【０００３】
この回転体が、特に、上下一対の専用の金型により鍛造素材を加圧して金型形状を転写する、いわゆる型鍛造で製造された鍛造品の場合、上型と下型との型ずれによって鍛造された回転体の形状が設計形状からずれるため、回転アンバランスが生じ易い。
【０００４】
従来、鍛造回転体としてのクランクシャフトは、特許文献１に開示されているように、まず、素材状態の鍛造回転体の３次元形状を測定して仮のセンタ穴を設定し、この仮のセンタ穴を基準とする加工をシミュレートした後の形状の回転アンバランス量を算出し、算出された回転アンバランス量が修正可能な範囲内であれば、仮のセンタ穴を実加工時のセンタ穴として加工していた。その後、全完成品について回転アンバランス量を検査してバランス修正加工を行い、検査結果を鍛造工程にフィードバックして型ずれの調整等を行っていた。
【０００５】
ところが、従来のセンタ穴の加工方法では、素材状態の全鍛造回転体について、前述の３次元形状測定乃至シミュレーションを行うため生産性が悪かった。また、従来では、型の交換時をロットの区切りとするなど、１ロットの数量が多く、そのため、回転アンバランスのばらつき範囲が大きくなり、回転アンバランスを調整するための調整代を予め大きく設定しておく必要があった。そのため、鍛造回転体の質量が重くなるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４７９１５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、センタ穴を加工する鍛造回転体の生産性を向上させるとともに、鍛造回転体を軽量化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、
鍛造回転体のセンタ穴を加工する方法において、
鍛造金型の型ずれ調整後から次の型ずれ調整までに製造した複数の前記鍛造回転体を１つの鍛造ロットとするロット設定工程と、
１つの前記鍛造ロットから、素材状態である複数の前記鍛造回転体のサンプルを抜き取り、各サンプルの３次元形状を測定して３次元形状測定データを取得する３次元形状測定工程と、
前記３次元形状測定データに基づいて、各サンプルの仮センタ穴の位置を設定する仮センタ穴位置設定工程と、
各サンプルの前記３次元形状測定データと設計上の前記鍛造回転体の最終形状の３次元形状設計データとに基づき、各サンプルについて、前記仮センタ穴を基準として所定の加工のシミュレーションを行った後の最終形状における回転アンバランス量を算出するアンバランス量算出工程と、
各サンプルの前記回転アンバランス量が所定の許容範囲内か否かを判定する判定工程と、
前記回転アンバランス量が前記許容範囲内であると判定された場合、当該鍛造ロットの全サンプルの前記回転アンバランス量の平均値を算出する平均値算出工程と、
前記回転アンバランス量の平均値がゼロとなるセンタ穴の位置を算出して、算出されたセンタ穴の位置を当該鍛造ロットに属する鍛造回転体のセンタ穴加工位置とするセンタ穴加工位置決定工程と、
ある鍛造回転体にセンタ穴を加工する際、その鍛造回転体が属する鍛造ロットについて決定されたセンタ穴加工位置にセンタ穴を加工するセンタ穴加工工程と、
を有していることを特徴とする。
【００１０】
ここで、回転アンバランス量とは、各サンプルの回転アンバランス量の絶対値だけでなく、これらの回転アンバランスの位相の情報も含むものとする。したがって、回転アンバランス量が許容範囲内か否かの判定は、単に各サンプルの回転アンバランス量の絶対値について許容範囲内か否かを判定するのではなく、回転アンバランスの位相も考慮して判定する。
【００１１】
同様に、回転アンバランス量の平均値の算出は、単に各サンプルの回転アンバランス量の絶対値について平均値を算出するのではなく、回転アンバランスの位相も考慮して算出する。すなわち、極座標系において、回転アンバランス（中心からの長さ（半径）が回転アンバランス量であり、方向が回転アンバランスの位相を意味する）の位置へ中心から延ばしたベクトルを考えて、各サンプルの回転アンバランスを示すベクトルを合成して、合成されたベクトルの大きさをサンプル数で割った値を平均値と算出する。なお、後述の請求項４に記載の発明についても、請求項１に記載の発明と同様に平均値を算出するものとする。
【００１２】
また、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、
前記加工方法は、
前記センタ穴加工位置決定工程の後、決定されたセンタ穴加工位置を当該鍛造ロットの識別情報と関連づけて記憶手段に記憶するセンタ穴加工位置記憶工程をさらに備え、
前記センタ穴加工位置記憶工程の後、前記センタ穴加工工程では、センタ穴を加工する鍛造回転体が属する鍛造ロットの識別情報に基づき、前記記憶手段からその鍛造回転体のセンタ穴加工位置を読み出す
ことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２のいずれかに記載の発明において、
前記鍛造回転体は、エンジンのクランクシャフトである
ことを特徴とする。
【００１４】
まず、本願の請求項４に記載の発明は、
鍛造回転体のセンタ穴を加工する加工システムにおいて、
鍛造金型の型ずれ調整後から次の型ずれ調整までに製造した複数の前記鍛造回転体を１つの鍛造ロットとするロット設定手段と、
１つの前記鍛造ロットから、素材状態である複数の前記鍛造回転体のサンプルを抜き取り、各サンプルの３次元形状を測定して３次元形状測定データを取得する３次元形状測定手段と、
前記３次元形状測定データに基づいて、各サンプルの仮センタ穴の位置を設定する仮センタ穴位置設定手段と、
各サンプルの前記３次元形状測定データと設計上の前記鍛造回転体の最終形状の３次元形状設計データとに基づき、各サンプルについて、前記仮センタ穴を基準として所定の加工のシミュレーションを行った後の最終形状における回転アンバランス量を算出するアンバランス量算出手段と、
各サンプルの前記回転アンバランス量が所定の許容範囲内か否かを判定する判定手段と、
前記回転アンバランス量が前記許容範囲内であると判定された場合、当該鍛造ロットの全サンプルの前記回転アンバランス量の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記回転アンバランス量の平均値がゼロとなるセンタ穴の位置を算出して、算出されたセンタ穴の位置を当該鍛造ロットに属する鍛造回転体のセンタ穴加工位置とするセンタ穴加工位置決定手段と、
ある鍛造回転体にセンタ穴を加工する際、その鍛造回転体が属する鍛造ロットについて決定されたセンタ穴加工位置にセンタ穴を加工するセンタ穴加工手段と、
を有していることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本願の請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載の発明において、
前記加工システムは、
前記センタ穴加工位置決定手段によって決定されたセンタ穴加工位置を当該鍛造ロットの識別情報と関連づけて記憶する記憶手段をさらに備え、
前記センタ穴加工手段では、センタ穴を加工する鍛造回転体が属する鍛造ロットの識別情報に基づき、前記記憶手段からその鍛造回転体のセンタ穴加工位置を読み出す
ことを特徴とする。
【００１６】
さらに、本願の請求項６に記載の発明は、前記請求項４または請求項５のいずれかに記載の発明において、
前記鍛造回転体は、エンジンのクランクシャフトである
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上の構成により、本願の各請求項に係る発明によれば、次の効果が得られる。
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、抜き取ったサンプルの鍛造回転体についてのみ３次元形状測定乃至加工シミュレーションを行うため、センタ穴を加工する鍛造回転体の生産性を向上させることができる。また、型ずれ調整毎（鍛造ロット毎）にセンタ穴加工位置を決定し直すため、各鍛造ロットにおける鍛造回転体の回転アンバランス量のばらつき範囲が小さくなる。そのため、回転アンバランスを修正加工するために鍛造回転体に予め設けられる調整代を小さくできるため、鍛造回転体を軽量化することができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、鍛造ロットの識別情報と関連づけてセンタ穴加工位置を記憶手段に記憶して、センタ穴加工工程において、センタ穴を加工する鍛造回転体が属する鍛造ロットの識別情報に基づいて、当該鍛造ロットについて決定されたセンタ穴加工位置を記憶手段から読み出すことができるため、センタ穴の加工工程を自動化することができる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、鍛造回転体がエンジンのクランクシャフトである場合にも、請求項１または２に係る発明と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、請求項１に係る発明と同様の効果を得ることできる。
【００２２】
請求項５に係る発明によれば、請求項２に係る発明と同様の効果を得ることできる。
【００２３】
請求項６に係る発明によれば、請求項３に係る発明と同様の効果を得ることできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係るセンタ穴の加工方法を適用した鍛造回転体の製造システムを示すブロック図である。
【図２】図１のセンタ穴決定処理装置を説明するブロック図である。
【図３】図１のセンタ穴の加工方法を説明するフローチャートである。
【図４】図１のセンタ穴の加工方法におけるロット設定工程を説明するグラフである。
【図５】図１のセンタ穴の加工方法における３次元形状測定工程及び仮センタ穴位置設定工程を説明するクランクシャフトの概略側面図である。
【図６】図１のセンタ穴の加工方法における型ずれ調整工程を説明する鍛造金型の下型の概略平面図である。
【図７】図１のセンタ穴の加工方法におけるアンバランス量算出工程からセンタ穴加工位置決定工程を説明する図である。
【図８】図７と比較して、型交換までを１つの鍛造ロットとした場合のアンバランス量算出工程からセンタ穴加工位置決定工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係るセンタ穴の加工方法を適用した鍛造回転体の製造システムを示すブロック図である。
【００２７】
本実施形態では、鍛造回転体として、図５に示すような、４気筒エンジンのクランクシャフトＣを製造する。このクランクシャフトＣの製造システムは、鍛造ステーション、該鍛造ステーションに続くセンタ穴決定ステーション、該センタ穴決定ステーションに続く加工ステーションから主に構成されている。
【００２８】
まず、鍛造ステーションでは、上下一対の専用の金型により鍛造素材を加圧して金型形状を転写する、いわゆる型鍛造が行われる。なお、型鍛造により鍛造されたクランクシャフトＣは、加工前の素材状態である。
【００２９】
型鍛造では、上型と下型の相対的な位置がずれる、いわゆる型ずれが生じると、この金型で鍛造されたクランクシャフトＣの形状は設計形状からずれるため、回転体としては回転アンバランスが生じる。したがって、この回転アンバランスを抑制するためには、定期的な型ずれ調整が必要である。
【００３０】
本実施形態では、この型ずれ調整を行った後から次の型ずれ調整を行うまでに製造された鍛造回転体を１つの鍛造ロット（以下、単に「ロット」という。）として設定する。
【００３１】
次に、センタ穴決定ステーションには、３次元形状測定器１００、センタ穴決定処理装置２００、データベース３００及びロット情報刻印装置４００が設けられている。なお、図１では、３次元形状測定器１００、センタ穴決定処理装置２００、データベース３００及びロット情報刻印装置４００について、「装置」を省略して記載している。
【００３２】
鍛造ステーションで鍛造された素材状態のクランクシャフトＣから複数のサンプルＳｐを抜き取る。抜き取ったサンプルＳｐについて、３次元形状測定器１００によって３次元形状を測定し、得られた３次元測定データをセンタ穴決定処理装置２００に送り、センタ穴決定処理装置２００によって決定されたセンタ穴加工位置と、クランクシャフトＣの機種名及びロットの識別情報からなるロット情報とを関連づけてデータベース３００に格納する。
【００３３】
３次元形状を測定したサンプルＳｐは、再びサンプルＳｐ以外のクランクシャフトＣと共に同じロットＬ内に戻して、ロット情報を刻印するロット情報刻印装置４００によって刻印を行って、後述する加工ステーションへ移送する。なお、センタ穴決定処理装置２００については、図２を参照しながら後に詳細に説明する。
【００３４】
加工ステーションでは、センタ穴情報読出装置５００によってロット情報が刻印されたクランクシャフトＣからロット情報を読み取って、当該ロットについて決定されたセンタ穴加工位置をデータベース３００から読み出す。次に、センタ穴加工装置６００によって、クランクシャフトＣの両端面にデータベース３００から読み出されたセンタ穴加工位置にセンタ穴Ｈを加工する。さらに、センタ穴Ｈの加工を行ったクランクシャフトＣに、後述する本加工、アンバランス検査、アンバランス修正加工、仕上げ処理を順に行う。なお、図１では、センタ穴情報読出装置５００、センタ穴加工装置６００について、「装置」を省略して記載している。
【００３５】
本加工では、外径削り、穴開け、熱処理及び研削を順に行う。具体的には、工作機械によって、素材状態のクランクシャフトＣのジャーナル部Ｊ１〜Ｊの外径をセンタ穴基準で削り、クランクシャフトＣに潤滑オイルの流路等を形成する穴開け加工を行う。さらに、クランクシャフトＣの熱処理を行ってから、クランクシャフトＣのうち高精度な表面形状が要求される部位に研削加工を行う。
【００３６】
アンバランス検査では、バランス測定器によって回転時のアンバランス、いわゆるダイナミックバランスを検査するもので、上述の本加工が完了したクランクシャフトＣの全数について行う。アンバランス検査の結果を、データベース３００に格納すると共に、鍛造ステーションにフィードバックして、必要に応じて型ずれ調整を行う。
【００３７】
アンバランス修正加工では。具体的には、先のアンバランス検査の結果に基づいて、クランクシャフトＣのカウンタウェイト部Ｃｗ（図５を適宜参照）の外周部にドリルで穴を開けることで、回転アンバランスを調整する。
【００３８】
仕上げ処理では、クランクシャフトＣの部分的な研磨加工やマーキング等の仕上げ加工を行い、仕上げ加工終了後にクランクシャフトＣの洗浄を行う。
【００３９】
次に、図２を参照しながら、上述のセンタ穴決定処理装置２００について詳細に説明する。
【００４０】
センタ穴決定処理装置２００は、仮センタ穴位置設定手段２０１、アンバランス量算出手段２０２、判定手段２０３、平均値算出手段２０４、センタ穴加工位置決定手段２０５で構成されている。
【００４１】
仮センタ穴位置設定手段２０１は、３次元形状測定器１００によって測定されたクランクシャフトＣのサンプルＳｐの３次元形状測定データに基づいて、各サンプルＳｐの仮センタ穴Ｈｔの位置を設定する。
【００４２】
アンバランス量算出手段２０２は、各サンプルＳｐの３次元形状測定データとクランクシャフトＣの最終形状の３次元形状設計データとに基づき、各サンプルＳｐについて、仮センタ穴位置設定手段２０１によって設定された仮センタ穴Ｈｔを基準とした本加工をシミュレーションで行った後の最終形状における回転アンバランス量を算出する。
【００４３】
判定手段２０３は、アンバランス量算出手段２０２によって算出された各サンプルＳｐの回転アンバランス量が、後にアンバランス修正加工によって修正できる許容範囲内にあるか否かを判定する。
【００４４】
平均値算出手段２０４は、判定手段２０３によって回転アンバランス量が許容範囲内であると判定された場合、当該ロットＬの全サンプルＳｐの回転アンバランス量の平均値を算出する。
【００４５】
センタ穴加工位置決定手段２０５は、平均値算出手段２０４によって算出された回転アンバランス量の平均値がゼロとなるセンタ穴Ｈの位置を算出して、算出されたセンタ穴Ｈの位置を当該ロットＬに属するクランクシャフトＣのセンタ穴加工位置とする。
【００４６】
次に、図３を参照しながら、センタ穴Ｈの加工方法について説明する。
【００４７】
ステップＳ１において、鍛造金型の型ずれ調整後から次の型ずれ調整までに製造した複数のクランクシャフトＣを１つのロットＬと設定する。
【００４８】
ステップＳ２において、１つのロットＬから素材状態のクランクシャフトＣのサンプルＳｐを複数抜き取って、３次元形状測定器１００によってサンプルＳｐの３次元形状を測定する。
【００４９】
ここで、３次元形状測定器１００は、接触式の測定器であり、被測定体であるクランクシャフトＣの表面上の複数の測定点にプローブ（測定子）を接触させて、これら測定点の３次元上の位置を測定する。なお、３次元形状測定器として、レーザや赤外線を用いた非接触式の測定器を用いてもよい。
【００５０】
この３次元形状測定器１００によって、具体的には以下の測定点について測定する。すなわち、後述する仮センタ穴Ｈｔの位置を設定するため、クランクシャフトＣの第１ジャーナル部Ｊ１及び第５ジャーナル部Ｊ５の外周面上で、所定のプロファイルと交差する円周上の４点を９０度毎に測定する。
【００５１】
次に、仮センタ穴Ｈｔを中心とする位相の基準を設定するため、同様に、第１ピン部Ｐ１の外周面上で、所定のプロファイルと交差する円周上の４点を９０度毎に測定する。
【００５２】
さらに、後述のアンバランス量の算出のため、後に加工がほとんどされずに鍛造時のアンバランスが残った状態になる、クランクアーム部Ｃａのカウンタウェイト部Ｃｗの外周部について複数点測定する。
【００５３】
ステップＳ３において、先のステップＳ２で得られたサンプルＳｐの３次元形状測定データに基づいて、各サンプルＳｐの仮センタ穴Ｈｔの位置を設定する。
【００５４】
具体的には、上述の第１ジャーナル部Ｊ１及び第５ジャーナル部Ｊ５の外周面上の４点を通過する円の中心位置をそれぞれ算出して、これら中心位置を通過する軸（以下、「仮中心軸」という。）とクランクシャフトＣの両端面との交点をそれぞれ仮センタ穴Ｈｔ１、Ｈｔ２の位置とする。
【００５５】
また、上述の第１ピン部Ｐ１の外周面上の４点を通過する円の中心位置を算出して、この中心位置を通り、上述の仮中心軸と直交する直線の方向を、クランクシャフトＣの回転アンバランスの基準の位相（例えば、０度）とする。
【００５６】
ステップＳ４において、予めデータベース３００に格納されている、設計上のクランクシャフトＣの最終形状の３次元形状設計データと、ステップＳ３で得られた各サンプルＳｐの３次元形状測定データとに基づき、各サンプルＳｐについて、仮センタ穴Ｈｔを基準として本加工のシミュレーションを行った後の最終形状におけるアンバランス量を算出する。
【００５７】
すなわち、上述の３次元形状測定データから、シミュレーション上で仮センタ穴Ｈｔを基準として、上述の本加工を行った後の最終形状について３次元形状仮想データを算出する。次に、この３次元形状仮想データと上述の３次元形状設計データとを比較して、形状の違い（ずれの大きさ及び方向を含む）を算出する。さらに、算出された形状の違いに基づいて、各サンプルＳｐのアンバランス量を算出する。
【００５８】
ステップＳ５において、当該鍛造金型が交換時期前か否かを判定する。該ステップＳ５で、交換時期前であると判定されると、後述のステップＳ７に進む。一方、交換時期に達していると判定されると、ステップＳ６において型交換を行い、ステップＳ１においてロットを設定し直して、今後鍛造されたクランクシャフトＣは別のロットとする。
【００５９】
ステップＳ７において、各サンプルＳｐの回転アンバランス量が後加工で修正可能な許容範囲内か否かを判定し、該ステップＳ７で、許容範囲内であると判定されると、後述するステップＳ９に進む。一方、許容範囲外である判定されると、ステップＳ８において型ずれ調整を行い、ステップＳ１においてロットを設定し直して、今後鍛造されたクランクシャフトＣは別のロットとする。
【００６０】
上述の判定は、単に各サンプルＳｐの回転アンバランス量の絶対値について許容範囲内か否かを判定するのではなく、回転アンバランスの位相も考慮して判定する。
【００６１】
ステップＳ９において、全サンプルＳｐの回転アンバランス量の平均値を算出する。
【００６２】
上述の回転アンバランス量の平均値の算出は、極座標系において、回転アンバランス（中心からの長さ（半径）が回転アンバランス量であり、方向が回転アンバランスの位相を意味する）の位置へ中心から延ばしたベクトルを考えて、各サンプルＳｐの回転アンバランスを示すベクトルを合成して、合成されたベクトルの大きさをサンプル数で割った値を平均値として算出する。
【００６３】
ステップＳ１０において、ステップＳ９で算出された回転アンバランス量の平均値がゼロとなるセンタ穴Ｈの位置を算出して、算出されたセンタ穴Ｈの位置を当該ロットＬに属するクランクシャフトＣのセンタ穴加工位置とする。
【００６４】
ステップＳ１１において、ステップＳ１０で決定されたセンタ穴加工位置を当該ロットＬの識別情報と関連づけてデータベース３００に記憶する。
【００６５】
ステップＳ１２において、機種名及び当該ロットＬの識別情報からなるロット情報を全クランクシャフトＣにロット情報刻印装置４００によって刻印する。刻印されるロット情報は、数字、アルファベットなどの文字も用いる。なお、刻印されるロット情報として文字の代わりに、例えば、バーコード、二次元コード等を用いてもよい。
【００６６】
ステップＳ１３において、クランクシャフトＣの刻印からロット情報を読み取る。このロット情報の読み取りは、加工ステーションに設けられたＣＣＤカメラ等の撮像手段によって、クランクシャフトＣの刻印部分を撮像して、撮像された画像データに所定の画像処理を行い、公知のパターンマッチング処理によって刻印された文字を自動で認識する。
【００６７】
なお、バーコードまたは二次元コードが刻印される場合は、専用のコードリーダによって読み取ってもよい。また、文字で刻印されている場合、オペレータが目視で読み取ってもよい。
【００６８】
ステップＳ１４において、先のステップＳ１３で検出されたロット情報に基づいて、センタ穴情報読出装置５００はデータベース３００から当該ロットＬのセンタ穴加工位置を読み出す。
【００６９】
なお、オペレータが刻印からロット情報を目視で読み取った場合、加工ステーションにあるセンタ穴情報読出装置５００にキーボード等の入力操作手段からロット情報を入力しもよい。
【００７０】
ステップＳ１５において、センタ穴加工装置６００によって、ステップＳ１４で読み出されたセンタ穴加工位置にセンタ穴Ｈを加工する。
【００７１】
以上のステップＳ１〜Ｓ１５からなるセンタ穴Ｈの加工方法によってセンタ穴が加工されたクランクシャフトＣは、次の本加工に移行する。
【００７２】
ここで、図４を参照しながら、上述のステップＳ１のロット設定工程について具体的に説明する。図４のグラフは、（グラフ上の横軸右方向に）鍛造ステーションでの製造順に並べられた各クランクシャフトＣの軸曲がり等の管理特性値の変化を示している。
【００７３】
図４に示すように、初期状態から型ずれ調整（型ずれ調整から次の型ずれ調整）まで、上下型の型ずれが拡大するため、クランクシャフトＣの管理特性値が徐々に大きくなる。管理特性値についてバランス修正加工によって修正できる許容範囲を予め設定しておき、鍛造ステーションにおいてクランクシャフトＣは、この許容範囲の下限値と上限値との間に特性管理値が入るように生産管理されている。
【００７４】
初期状態から１回目の型ずれ調整を行うまでに製造されたクランクシャフトＣを第１ロットＬ１、１回目の型ずれ調整から２回目の型ずれ調整を行うまでに製造されたクランクシャフトＣを第２ロットＬ２、２回目の型ずれ調整から型交換を行うまでに製造されたクランクシャフトＣを第３ロットＬ３とする。
【００７５】
これら各ロットＬ１、Ｌ２、Ｌ３から複数のクランクシャフトＣのサンプルＳｐ１〜Ｓｐ４、Ｓｐ５〜Ｓｐ８、Ｓｐ９〜Ｓｐ１１を抜き取る。実際には、所定個数のクランクシャフトＣが鍛造される毎にサンプルＳｐを抜き取り、このサンプルＳｐの管理特性値が上限値に近づいたら型ずれ調整を行い、ロットＬを設定し直す。なお、各ロットＬ１、Ｌ２、Ｌ３毎のサンプルＳｐ１〜Ｓｐ４、Ｓｐ５〜Ｓｐ８、Ｓｐ９〜Ｓｐ１１の集合をそれぞれサンプル集合Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３とする。
【００７６】
また、初期状態から当該鍛造金型によって製造されるクランクシャフトＣの個数をカウントして、製造総数が予め設定された最大個数に達した時を金型交換時期として、金型を新しいものと交換する。なお、図４では、２回目の型ずれ調整後、まだ管理特性値は上限値に近くないが、製造総数が最大個数に達したため型交換を行っている。
【００７７】
また、図５を参照しながら、上述のステップＳ２、Ｓ３の３次元形状測定工程及び仮セント穴位置設定工程について具体的に説明する。図５は、本実施形態におけるクランクシャフトＣの概略側面図である。
【００７８】
図５に示すように、本実施形態では、クランクシャフトＣは４気筒エンジンに搭載されるクランクシャフトである。当該クランクシャフトＣは、各気筒に対応したピストン（図示しない）との間を連結するコンロッド（図示しない）を回転自在に支持するクランクピン部Ｐ１〜Ｐ４（以下、「ピン部」という。）と、クランクシャフトＣと同一軸心で回転可能な５本のクランクジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５（以下、「ジャーナル部」という。）と、各ピン部Ｐ１〜Ｐ４と各ジャーナル部Ｊ１〜Ｊ５を結合するクランクアーム部Ｃａ（以下、「アーム部」という。）と、アーム部Ｃａから延びたカウンタウェイト部Ｃｗから主に構成されている。
【００７９】
クランクシャフトＣは、例えば、ＳＭｎ４３８等の熱間鍛造用非調質鉄鋼材で形成されている。
【００８０】
仮センタ穴設定方法において、３次元形状測定器１００によって測定された素材状態の第１ジャーナル部Ｊ１及び第５ジャーナル部Ｊ５の外周面上の４点について、この４点を通過する円の中心位置をそれぞれ算出し、これら中心位置を通過する軸とクランクシャフトＣの両端面との交点をそれぞれ仮センタ穴Ｈｔ１、Ｈｔ２の位置とする。
【００８１】
また、３次元形状測定器１００によって測定された素材状態の第１ピン部Ｐ１の外周面上の４点について、この４点を通過する円の中心位置を算出して、両端の仮センタ穴を通る仮中心軸からこの中心位置への法線方向を、クランクシャフトＣの回転アンバランスの基準の位相とする。
【００８２】
さらに、図６を参照しながら、上述のステップＳ８における型ずれ調整工程について、以下に具体的に説明する。
【００８３】
本実施形態における鍛造型は、一対の上型と下型Ｋとからなる金型が工程順に３つ並んだ、いわゆる３連型の鍛造型であり、図６はこの下型Ｋを上方から見た概略平面図である。
【００８４】
下型Ｋは、上型に対して水平方向に固定され、上下方向に相対的に往復動可能な枠体Ｆと、該枠体Ｆの中に収容され、交換可能な３つの型部Ｍ１〜Ｍ３及び６つの調整部材Ａ１〜Ａ６と、４つの押圧部材Ｗ１〜Ｗ４とから主に構成されている。３つの型部Ｍ１〜Ｍ３は、工程順に並べられた３連型を構成しており、棒状の鍛造素材をこの金型に投入して、各型部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３によって順に成形して、素材状態のクランクシャフトＣを製造する。
【００８５】
調整部材Ａ１〜Ａ６は、所定の厚みを備えた板状部材であり、予め用意された複数種類の異なる板厚の板状部材から適宜選択して用いる。押圧部材Ｗ１〜Ｗ４は、型部Ｍ１〜Ｍ３を図４の矢印方向にそれぞれ押圧する部材である。なお、各押圧部材Ｗ１〜Ｗ４は、一対のくさび形状をした部材からできており、くさび効果により各型部Ｍ１〜Ｍ３を押圧する。
【００８６】
型部Ｍ１は、枠体Ｆの内壁面に調整部材Ａ１を介して押圧部材Ｗ１によって、図６の上方向に押圧して固定されている。同様に、型部Ｍ２、Ｍ３も、枠体Ｆの内壁面に調整部材Ａ２、Ａ３を介して押圧部材Ｗ２、Ｗ３によって、図６の上方向に押圧して固定されている。
【００８７】
また、型部Ｍ１と枠体Ｆの内壁面との間に調整部材Ａ４、型部Ｍ１と型部Ｍ２の間に調整部材Ａ５、型部Ｍ２と型部Ｍ３の間に調整部材Ａ６がそれぞれ挟まれている。これら型部Ｍ１〜Ｍ３と調整部材Ａ４〜Ａ６はまとめて、枠体Ｆの内壁面に押圧手段Ｗ４によって、図６の左方向に押圧して固定されている。
【００８８】
この金型の型ずれ調整は、下型Ｋの調整部材Ａ１〜Ａ６を厚みの異なるものに交換して行う。例えば、型部Ｍ１のみが左方向に所定量ずれた場合、調整部材Ａ４として板厚が所定量厚いもの、調整部材Ａ５として板厚が所定量薄いものに交換することで、型部Ｍ１のみを右方向に位置調整できる。
【００８９】
したがって、上述の下型Ｋの調整部材Ａ１〜Ａ６を交換することによって、任意の型部Ｍ１〜Ｍ３を水平面上でいずれの方向にも型ずれ調整できる。なお、この型ずれ調整は、上型も下型Ｋと同様の構造にして、下型Ｋと共に上型も型ずれ調整してもよいし、上型のみを型ずれ調整してもよい。
【００９０】
さらに、図７を参照しながら、上述のステップＳ４〜Ｓ１０のアンバランス量算出工程からセンタ穴加工位置決定工程について具体的に説明する。
【００９１】
図７、図８は、図４で示したクランクシャフトＳのサンプルＳｐ１〜Ｓｐ１１について、加工シミュレーション後の最終形状の回転アンバランスを算出して、算出された回転アンバランスを極座標系のグラフ上で黒丸として示した図である。
【００９２】
なお、図７、図８において、点線円の半径は、回転アンバランスの大きさ（単位ｇ・ｃｍ）を表しており、グラフの中心に対する方向は、回転アンバランスの位相を表している。また、ハッチング領域は、アンバランス修正加工によって修正可能な回転アンバランス量の許容範囲を表している。
【００９３】
まず、各サンプルＳｐ１〜Ｓｐ１１の３次元形状測定データから、シミュレーション上で仮センタ穴Ｈｔを基準として本加工を行った後の最終形状について３次元形状仮想データを算出する。
【００９４】
次に、この３次元形状仮想データと、予めデータベース３００に格納されている設計上の最終形状の３次元形状設計データとを比較して、形状の違いを算出する。さらに、算出された形状の違いに基づいて、ロットＬ１〜Ｌ３毎にサンプルＳｐの回転アンバランス量を算出する。このときの各ロットＬ１〜Ｌ３のサンプル集合Ｇ１〜Ｇ３の回転アンバランス量は、図７（ａ）に示すように各々ばらついている。
【００９５】
当該鍛造金型が交換時期前の場合、ロットＬ１〜Ｌ３毎にサンプルＳｐの回転アンバランス量が許容範囲内か判定する。例えばロットＬ１について、図７（ａ）に示すハッチング領域内にサンプル集合Ｇ１内の黒丸が収まっている場合、ロットＬ１のサンプルＳｐの回転アンバランス量は許容範囲内であると判定される。
【００９６】
次に、各ロットＬ１〜Ｌ３のサンプル集合Ｇ１〜Ｇ３の回転アンバランス量の平均値を算出する。例えばロットＬ１の場合、図７（ａ）において、サンプル集合Ｇ１の各サンプルＳｐ１〜Ｓｐ４の回転アンバランスの位置へグラフの中心から延ばしたベクトルを考えて、全サンプルＳｐ１〜Ｓｐ４に対応するベクトルを合成する。合成されたベクトルの大きさをサンプル数（ロットＬ１の場合、サンプル数は４つ）で割った値を、サンプル集合Ｇ１の回転アンバランス量の平均値とする。
【００９７】
また、合成されたベクトルと同方向で、（グラフの中心からの）半径が上述の平均値となる位置をサンプル集合Ｇ１の回転アンバランスの平均位置とする。
【００９８】
次に、算出されたサンプル集合Ｇ１の回転アンバランス量の平均値がゼロとなるセンタ穴Ｈの位置を算出して、算出されたセンタ穴Ｈの位置を当該ロットＬ１に属するクランクシャフトＣのセンタ穴加工位置とする。
【００９９】
すなわち、上述のサンプル集合Ｇ１の回転アンバランスの平均位置を、図７（ｂ）に示すように、グラフの中心に移動するように仮センタ穴Ｈｔの位置を移動させる。仮センタ穴Ｈｔを移動させた先の位置を、ロットＬ１に属するクランクシャフトＣのセンタ穴Ｈの加工位置とする。
【０１００】
ロットＬ２、Ｌ３のサンプル集合Ｇ２、Ｇ３についても同様に、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように、回転アンバランス量の平均位置がグラフの中心に移動するように、ロットＬ２、Ｌ３に属するクランクシャフトＣのセンタ穴Ｈの加工位置を各々決定する。
【０１０１】
ここで、型交換を行った後から次の型交換を行うまでに製造された鍛造回転体を１つのロットとして設定する従来方法と比較しながら本実施形態について説明する。
【０１０２】
従来方法では、１つのロットから抜き取ったサンプルＳｐ１〜Ｓｐ１１からなるサンプル集合Ｇの回転アンバランスは、図８（ａ）に示すようにばらついている。仮センタ穴Ｈｔの位置を適宜移動させて、このサンプル集合Ｇの回転アンバランスの平均位置を、図８（ｂ）に示すように、グラフの中心に移動させる。
【０１０３】
しかし、上述の従来方法では、回転アンバランスの平均位置がグラフの中心に移動しても、依然として回転アンバランスは広い範囲（約Ｒ１ｇ・ｃｍ）でばらついている。図８（ｂ）と図７（ｂ）〜（ｄ）を併せて参照するに、本実施形態によれば、従来方法に比べて明らかに回転アンバランス量のばらつき範囲が小さくなる。
【０１０４】
以上、本実施形態によれば、クランクシャフトＣの各サンプルＳｐについてのみ３次元形状測定乃至加工シミュレーションを行うため、センタ穴Ｈを加工するクランクシャフトＣの生産性を向上させることができる。
【０１０５】
また、型ずれ調整毎（鍛造ロット毎）にセンタ穴加工位置を決定し直すため、各ロットＬにおけるクランクシャフトＣのアンバランス量のばらつき範囲が小さくなる。そのため、アンバランスを修正加工するためにクランクシャフトＣに予め設けられる調整代であるカウンタウェイト部Ｃｗを小さくできるため、クランクシャフトＣを軽量化することができる。
【０１０６】
さらに、本実施形態によれば、ロットＬの識別情報と関連づけてセンタ穴加工位置をデータベースＤＢに記憶して、センタ穴加工工程において、センタ穴Ｈを加工するクランクシャフトＣが属するロットＬの識別情報に基づいて、当該ロットＬについて決定されたセンタ穴加工位置をデータベースＤＢから読み出すことができるため、センタ穴の加工工程を自動化することができる。
【０１０７】
なお、本実施形態では、鍛造回転体としてクランクシャフトＣの場合について説明したが、本発明は、クランクシャフトＣに限らず、他の鍛造により製造される回転部品の製造システムにも適用できる。また、適用できる技術分野も、車両用エンジンの製造技術分野に限るものでもない。
【０１０８】
なお、本発明は例示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
以上のように、本発明は、センタ穴を加工する鍛造回転体の生産性を向上させると共に、鍛造回転体を軽量化するセンタ穴の加工方法及び加工システムを提供することができ、特に自動車産業において広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【０１１０】
Ｃ      クランクシャフト（鍛造回転体）
Ｓｐ    サンプル
Ｈ      センタ穴
Ｈｔ    仮センタ穴
Ｍ      鍛造金型
Ｌ      鍛造ロット
ＤＢ    データベース（記憶手段）
【図１】
2014113635.tif 000003
【図２】
2014113635.tif 000004
【図３】
2014113635.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014113635.tif 000007
【図６】
2014113635.tif 000008
【図７】
2014113635.tif 000009
【図８】
2014113635.tif 000010