(57)【要約】【課題】従来の同軸度の判定方法は、二カ所の肉厚から同軸度を算出する構成であるため、判定精度が充分なものではなかった。【解決手段】中空形状を有する軸部品Ｓの中空部Ｈの同軸度を判定するに際し、軸部品Ｓを軸線回りに回転可能に支持すると共に、軸部品Ｓの軸線方向に配置した複数の超音波厚さ測定器２を用い、軸部品２を回転させながら、各超音波厚さ測定器２において円周方向に所定間隔で肉厚を測定し、各超音波厚さ測定器２の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の差と閾値とを比較して、同軸度の良否判定を行う構成とし、同軸度の判定の高精度化を実現した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形状を有する軸部品の中空部の同軸度を判定するに際し、
軸部品を軸線回りに回転可能に支持すると共に、軸部品の軸線方向に配置した複数の超音波厚さ測定器を用い、
軸部品を回転させながら、各超音波厚さ測定器において円周方向に所定間隔で肉厚を測定し、
各超音波厚さ測定器の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の差と閾値とを比較して、同軸度の良否判定を行うことを特徴とする同軸度判定方法。
【請求項２】
全ての測定位置での肉厚の差が閾値以下である場合に良品と判定することを特徴とする請求項１に記載の同軸度判定方法。
【請求項３】
軸部品が鋳造品であって、軸部品に形成された鋳型の見切り線の位相での測定データをカットオフすることを特徴とする請求項１又は２に記載の同軸度判定方法。
【請求項４】
超音波厚さ測定器により測定した肉厚が基準値内ではない場合に、その測定データをカットオフすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の同軸度判定方法。
【請求項５】
各超音波厚さ測定器の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の和が基準値内ではない場合に、その測定データをカットオフすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の同軸度判定方法。
【請求項６】
中空形状を有する軸部品の中空部の同軸度を判定する装置であって、
軸部品を軸線回りに回転可能に支持する部品支持手段と、
部品支持手段により支持された軸部品の軸線方向に所定間隔で配置した複数の超音波厚さ計測器と、  
部品支持手段により支持された軸部品の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
各超音波厚さ測定器及び回転位置検出手段からの各データに基づいて同軸度の良否判定を行う同軸度判定手段を備えたことを特徴とする同軸度判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、中空カムシャフトのような中空形状を有する軸部品の中空部の同軸度を測定するのに用いられる同軸度測定方法及び同軸度判定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、カムシャフトの検査を行う方法及び装置としては、例えば特許文献１や２に記載されているものがある。これらの特許文献に記載された方法や装置は、いずれもカムシャフトを軸線回りに回転可能に支持すると共に、そのカムシャフトのカム面に摺動接触する測定子を備えた測定機を用いて、カム面の形状や外形寸法などを検査するものである。したがって、これらの特許文献の方法や装置は、中空カムシャフトだけを対象としたものではない。
【０００３】
ところで、自動車用エンジンの高性能化を図る技術の一つとして、中空カムシャフトが採用されている。近年では、空中カムシャフトのさらなる薄肉軽量化の研究開発が進められており、この場合、適切な肉厚を確保する都合上、中空部の位置精度すなわち同軸度が非常に重要視される。従来、同軸度の測定方法としては、例えば、軸線回りに１８０度異なる二カ所の肉厚を測定して同軸度を算出することが行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９０７０２号公報
【特許文献２】特開２００７−２４０２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したような従来の同軸度の判定方法にあっては、二カ所の肉厚から同軸度を算出する構成であるため、その判定精度は必ずしも充分なものではなく、判定精度の向上が要望されていた。
【０００６】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたものであって、中空形状を有する軸部品の中空部の同軸度を判定するに方法及び装置であって、同軸度の判定の高精度化を実現することができる同軸度判定方法及び同軸度判定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる同軸度判定方法は、中空形状を有する軸部品の中空部の同軸度を判定するに際し、軸部品を軸線回りに回転可能に支持すると共に、軸部品の軸線方向に配置した複数の超音波厚さ測定器を用いる。そして、同軸度判定方法は、軸部品を回転させながら、各超音波厚さ測定器において円周方向に所定間隔で肉厚を測定し、各超音波厚さ測定器の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の差と閾値とを比較して、同軸度の良否判定を行う構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決摺るための手段としている。
【０００８】
また、本発明に係わる同軸度判定装置は、中空形状を有する軸部品の中空部の同軸度を判定する装置であって、軸部品を軸線回りに回転可能に支持する部品支持手段と、部品支持手段により支持された軸部品の軸線方向に所定間隔で配置した複数の超音波厚さ計測器と、部品支持手段により支持された軸部品の回転位置を検出する回転位置検出手段と、各超音波厚さ測定器及び回転位置検出手段からの各データに基づいて同軸度の良否判定を行う同軸度判定手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係わる同軸度判定方法及び同軸度判定装置は、中空形状を有する軸部品の中空部の同軸度を判定するに際し、同軸度の判定の高精度化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】中空カムシャフトの一例を示す部分破断状態の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態における同軸度判定装置を示す説明図である。
【図３】図２中の矢印Ａ位置での断面図（Ａ）、矢印Ｂ位置での断面図（Ｂ）、及び矢印Ｃ位置での断面図（Ｃ）である。
【図４】本発明の一実施形態における同軸度判定方法を説明するフローチャート（Ａ）、及び中空カムシャフトの断面図（Ｂ）である。
【図５】図４に示す同軸度判定方法による測定データを説明する各々円グラフ（Ａ）〜（Ｄ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の同軸度判定方法及び同軸度判定装置の一実施形態を説明する。
この実施形態における中空形状を有する軸部品は、図１に示す自動車エンジン用の中空カムシャフトＳである。
【００１２】
中空カムシャフトＳは、鋳造成形されたものであって、軸線方向において、二個一組のカムＣ，Ｃを所定間隔で四組有しており、夫々に対を成すカムＣ，Ｃ同士の間にはジャーナル部Ｊを有している。
【００１３】
また、中空カムシャフトＳは、図１中で右側半分に示す中空部Ｈが、外側形状に沿った形状に鋳抜きされたものであって、これにより薄肉軽量化を実現している。このような中空カムシャフトＳは、最低肉厚を定め、それを確実に保証できる中空部Ｈの位置精度、すなわち同軸度を高めることが重要である。なお、同軸度は、中空部Ｈの位置精度を表す指標であって、外円の中心と内円の中心とのずれの指標である同心度を、軸線方向に連続的に捉えたものである。
【００１４】
上記の中空カムシャフトＳを鋳造するには、開閉可能な上下の型から成る主型と、中空部を形成するための中子を用いる。中子は、その両端に配置した巾木や、軸線方向に所定間隔で配置した複数のケレンによって保持され、主型との間にキャビティを形成する。そして、キャビティに溶湯を充填し、溶湯の冷却硬化後、成型品を主型から取り出して中子を除去することにより、中空カムシャフトＳが得られる。
【００１５】
図２は、本発明に係わる同軸度判定方法が適用可能な装置であって、具体的には、上記の中空カムシャフトＳの同軸度を判定する装置である。図示の同軸度判定装置は、概略として、ステージ１００上に、部品支持手段１と、複数（図示例では四個）超音波厚さ測定器２と、回転位置検出手段３を備えている。
【００１６】
部品支持手段１は、中空カムシャフト（軸部品）Ｓを、その軸線を水平状態にして、軸線回りに回転可能に支持するものである。部品支持手段１は、中空カムシャフトＳの一端部（図２中で右端部）を回転自在に保持する回転用治具１１と、複数（図示例では三台）の受け用治具１２と、位置決め用治具１３を備えている。なお、部品支持手段１は、上記構成以外に、中空カムシャフトＳを上側から回転自在に押さえて外れを防止する手段などを備えたものとしても良い。
【００１７】
回転用治具１１は、基台１１Ａに、中空カムシャフトＳの一端部に連結する回転軸１１Ｂと、この回転軸１１Ｂを回転操作するハンドル１１Ｃを備えている。受け用治具１２は、中空カムシャフトＳをジャーナル部Ｊの位置で回転自在に保持するものであって、図３（Ａ）及び（Ｃ）に示すように、基台１２Ａに、ジャーナル部Ｊの下側を回転自在に支持する一対の支持ローラ１２Ｂ，１２Ｂを備えている。
【００１８】
位置決め用治具１３は、図３（Ｂ）に示すように、カムＣの外周面半分に対応した凹部１３Ａを有する位置決めブロック１３Ｂを備えている。つまり、非円形であるカムＣの形状を利用して中空カムシャフトＳの位置決めを行う。この位置決め用治具１３は、図２中の矢印で示す如く中空カムシャフトＳの軸線方向に往復動可能であり、往復動に伴ってカムＣに係脱可能である。
【００１９】
超音波厚さ測定器２は、部品支持手段１により支持された中空カムシャフトＳの軸線方向に所定間隔で配置してあり、中空カムシャフトＳのジャーナル部Ｊや、軸部等の円形部分の肉厚を測定する。この超音波厚さ測定器２は、対象物に超音波を入射して、反射波を受信し、その往復時間から対象物の厚さを測定する周知のものである。
【００２０】
図示の超音波厚さ測定器２は、中空カムシャフトＳの下側に配置される探触子２Ａと、探触子２Ａを収容する水槽（仮想線で示す）２Ｂを備え、水槽２Ｂには、探触子２Ａと中空カムシャフトＳとの間を満たす所望の溶液を循環させる。
【００２１】
このため、同軸度判定装置は、溶液の循環装置４を備えている。この循環装置は、溶液のタンク４１と、各水槽２Ｂから流出した溶液を回収するパン４２と、タンク４１からポンプ４３を経て各水槽２Ｂに至る供給ライン４４と、パン４２からフィルタ４５を経てタンク４１に至る排出ライン４６を備えている。また、タンク４２には、溶液補充口４７及びドレン４８が設けてある。
【００２２】
回転位置検出手段３は、部品支持手段１により支持された中空カムシャフトＳの他端側（図２中で左端側）に配置され、中空カムシャフトＳに連結する。この回転位置検出手段３は、具体的にはロータリエンコーダを含むものである。
【００２３】
上記の部品支持手段１の回転用治具１１及び受け用治具１２や、各超音波厚さ測定器２は、ステージ１００上において、中空カムシャフトＳの軸線方向に位置調整したり、数を増減したりすることが可能であり、カム数などの構成が異なる中空カムシャフトにも対応することができる。
【００２４】
さらに、同軸度判定装置は、上記した各超音波厚さ測定器２、回転位置検出手段３、及び溶液の循環装置の制御や各測定データの演算を行うコントローラ５を備えると共に、各超音波厚さ測定器２及び回転位置検出手段３からの各データに基づいて同軸度の良否判定を行う同軸度判定手段５Ａを備えている。この同軸度判定手段５Ａは、コントローラ５に内蔵したコンピュータの一機能とすることができる。
【００２５】
次に、上記構成を備えた同軸度判定装置の動作と共に、本発明に係わる同軸度判定方法を説明する。
【００２６】
同軸度判定装置は、中空カムシャフトＳを部品支持手段１にセットすると共に、回転位置検出手段３に連結し、図３（Ｂ）に示すように、選択されたカムＣと受け用治具１２とを係合させる。このときの姿勢を回転位置検出手段３の原点（検出開始位置）とする。
【００２７】
その後、同軸度判定装置は、カムＣから受け用治具１２を外し、部品支持手段１のハンドル１１Ｃを操作して中空カムシャフトＳを回転させながら、各超音波厚さ測定器２において円周方向に所定間隔で肉厚を自動的に測定する。
【００２８】
このとき、各超音波厚さ測定器２による厚さ測定の位置は、原則として、等間隔で且つ偶数箇所であることが望ましい。例えば、円周方向に等間隔で６４カ所である。これらの位置は、回転位置検出手段３により判断することができ、回転位置検出手段３からの信号に基づいて各超音波厚さ測定器２が動作するようにプログラミングしておけば良い。
【００２９】
ここで、本発明の同軸度判定方法は、上記の如く中空カムシャフトＳを回転させながら、各超音波厚さ測定器２において円周方向に所定間隔で肉厚を測定し、各超音波厚さ測定器２の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の差と閾値とを比較して、同軸度の良否判定を行う。この良否判定は、同軸度判定装置の同軸度判定手段５Ａにおいて、各超音波厚さ測定器２及び回転位置検出手段３からの各データに基づいて行われる。
【００３０】
また、本発明の同軸度判定方法（同軸度判定手段５Ａ）は、より望ましい実施形態として、図４（Ａ）に示すように、同軸度の良否判定に至るまでの間に以下の処理（１）〜（３）を行う。
（１）軸部品（中空カムシャフトＳ）に形成された鋳型の見切り線の位相（位置）での測定データをカットオフする処理。
（２）超音波厚さ測定器により測定した肉厚が基準値内ではない場合に、その測定データをカットオフする処理。
（３）各超音波厚さ測定器の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の和が基準値内ではない場合に、その測定データをカットオフする処理。
【００３１】
すなわち、同軸度判定方法は、処理を開始すると、ステップＳ１において、測定位置が見切り線の位相か否かを判定し、見切り線の位相である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ２に移行して、その測定データをカットオフする。
【００３２】
つまり、中空カムシャフトＳは、先述したように、上下に開閉可能な主型を用いて成形された鋳造品である。このため、中空カムシャフトＳには、主型の分割面に沿って駄肉や段差が形成されることがあり、この部分を測定すると、図５（Ａ）中の点線内に示すように測定値が肉厚が異常に増減する。このような測定データは、同軸度判定の阻害要因となる。そこで、同軸度判定方法では、図５（Ｂ）に示すように、見切り線の位相の測定データをカットオフする。
【００３３】
なお、見切り線は円周方向の同じ箇所に形成され、また、各組のカムＣの突出方向は異なっている。そこで、見切り線は、中空カムシャフトＳを最初に位置決めをした段階で、位置決め用に選択したカムＣとの位置関係によって位相を特定することが可能であり、測定中においては回転位置検出手段３によってその位相を検出することができる。
【００３４】
次に、同軸度判定方法は、ステップＳ３において、測定した肉厚が基準値内であるか否かを判定し、測定した肉厚が基準値内ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ４に移行して、その測定データ（異常値）をカットオフする。これは、鋳肌面の駄肉等による凹凸の測定データを排除する処理である。図５（Ｃ）中の点線内に凹凸の測定データを示す。このような凹凸は、同軸度とは何ら関係無いものなので、一定の基準を設けて、図５（Ｄ）に示すように測定データをキャンセルする。
【００３５】
次に、同軸度判定方法は、ステップＳ５において、各超音波厚さ測定器２の測定データについて、図４（Ｂ）に示す１８０度異なる二カ所の肉厚Ｔ１，Ｔ２の和（Ｔ１＋Ｔ２）が基準値内であるか否かを判定し、測定した肉厚の和が基準値内ではない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ６に移行して、その測定データ（異常値）をカットオフする。この際、この実施形態の同軸度判定方法では、先述したように、円周方向に６４カ所で肉厚測定を行うので、片側１８０度の範囲における３２カ所で上記ステップＳ５の判定を行う。
【００３６】
これは、先のステップＳ３及びＳ４における処理をより高度化したものである。つまり、外円の中心と内円（中空部Ｈ）の中心とがずれていても、１８０度異なる二カ所の肉厚の和は、本来一定の筈である。そこで、肉厚の和が基準値内ではない場合には、その測定データは鋳肌面の駄肉等の凹凸によるものであるから、これをキャンセルする。
【００３７】
次に、同軸度判定方法は、ステップＳ７において、各超音波厚さ測定器２の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚Ｔ１，Ｔ２の差（Ｔ１−Ｔ２）が閾値以下であるか否かを判定する。この判定処理は、ステップＳ５の判定と同様に、片側１８０度の範囲における３２カ所で判定を行う。
【００３８】
そして、各超音波厚さ測定器２による全ての測定位置での肉厚の差が閾値以下である場合（Ｙｅｓ）に、所定の同軸度を有する良品（ＯＫ）であると判定し、閾値を超える場合（Ｎｏ）は不良（ＮＧ）と判定する。つまり、一つの超音波厚さ測定器２による測定データは中空部Ｈの同心度を表すので、これを軸線方向の複数箇所で行うことによって同軸度を判定し得ることとなる。
【００３９】
このように、上記実施形態の同軸度判定方法及び同軸度判定装置は、中空カムシャフトＳを回転させながら、各超音波厚さ測定器２において円周方向に所定間隔で肉厚を測定し、各超音波厚さ測定器２の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の差と閾値とを比較して、同軸度の良否判定を行うので、同軸度の判定精度を大幅に向上させることができる。この判定精度の向上に伴って、極限まで薄肉化を図ることが可能になるので、中空カムシャフトＳの安定的な薄肉軽量化を実現することができる。
【００４０】
また、同軸度判定方法では、全ての測定位置での肉厚の差が閾値以下である場合に良品と判定するので、より厳しい判定基準が設定されることとなり、品質のさらなる向上を図ることができる。
【００４１】
さらに、同軸度判定方法では、中空カムシャフトＳが鋳造品であって、これに形成された鋳型の見切り線の位相での測定データをカットオフするので、見切り線による誤判定が無くなり、判定精度のさらなる向上を実現する。
【００４２】
さらに、同軸度判定方法では、超音波厚さ測定器２により測定した肉厚が基準値内ではない場合に、その測定データをカットオフするので、鋳肌面の凹凸等による誤判定が無くなり、判定精度のさらなる向上を実現する。
【００４３】
さらに、同軸度判定方法では、各超音波厚さ測定器２の測定データについて、１８０度異なる二カ所の肉厚の和が基準値内ではない場合に、その測定データをカットオフするので、鋳肌面の凹凸等による誤判定をより確実にキャンセルすることができ、判定精度をより一層高めることができる。
【００４４】
なお、本発明に係わる同軸度判定方法及び同軸度判定方法は、その構成が上記実施形態のみに限定されるものではなく、構成の細部を適宜変更することが可能であり、中空カムシャフト以外の中空形状の軸部品の同軸度判定にも当然適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｈ    中空部
Ｓ    中空カムシャフト（軸部品）
１    部品支持手段
２    超音波厚さ計測器
３    回転位置検出手段
５Ａ  同軸度判定手段
１１  回転用治具（部品支持手段）
１２  受け用治具（部品支持手段）
１３  位置決め用治具（部品支持手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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