(57)【要約】    【目的】軸芯合わせ精度が高く且つ作業工数が少ない往復軸の軸芯合わせシステムおよび軸芯合わせ方法を提供する。    【構成】ばね31を介して軸２を支持する積層構造の軸支持部材３を、原点設定手段であるシリンダ61と軸支持部材移動手段であるＸステージ62および不図示のＹステージとで位置決め保持し、加圧機構４でねじ締めにより固定した状態に近い状態に加圧して固持した後、軸２を平衡位置からずらして解放し自由運動させ、この運動を位置検出センサ71で検出し、その出力を振動解析装置72で解析して、軸２と軸挿入部11との接触の有無を判定し、その判定結果によって軸支持部材３の位置を調整し、軸２を位置決めする。アコースティックエミッションを利用して接触の有無を判定することも可能である。【選択図】        図１
2006316799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体の軸挿入部に挿入され且つ本体上で位置調節可能な積層構造の軸支持部材にばねによって宙吊り状態に支持されて長さ方向に往復運動する軸を、本体上で軸支持部材を位置調節してねじ締めにより固定することによって、軸と軸挿入部が接触しない位置関係に本体と軸支持部材を位置決め固定する軸心合わせシステムであって、
前記軸支持部材が前記本体にねじ締めにより固定される際に軸支持部材に印加される締結力と同等の加圧力を軸支持部材のねじ締めに支障のない位置に印加するための加圧手段と、
前記軸を平衡位置から長さ方向に変位させた後に解放するための軸変位解放手段と、
この軸変位解放手段による軸の変位・解放後の運動または運動に伴う現象を検出するための軸状態検出手段と、
この軸状態検出手段の検出信号に基づいて、軸が軸挿入部と接触状態にあるか否かを判定するための軸状態判定手段と、
この軸状態判定手段からの信号に基づいて、前記軸支持部材を移動させるための軸移動手段と、
を備えている、
ことを特徴とする軸心合わせシステム。
【請求項２】
前記加圧手段として、軸支持部材のねじ締めによる固定位置毎に配置され固定位置の近傍に接触して軸支持部材を加圧するための複数の加圧ピンを有する加圧手段を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸心合わせシステム。
【請求項３】
前記加圧ピンとして、スプリングで付勢される加圧ピンを備えている、
ことを特徴とする請求項２に記載の軸心合わせシステム。
【請求項４】
前記加圧ピンの先端位置を個々に調整するための零点調節機構を備えている、
ことを特徴とする請求項２に記載の軸心合わせシステム。
【請求項５】
前記加圧ピン毎に、加圧力を印加するための個別加圧手段およびその加圧力を計測するための加圧力センサを備えている、
ことを特徴とする請求項２に記載の軸心合わせシステム。
【請求項６】
前記軸状態検出手段として、軸の長さ方向の位置を検出する位置検出センサを備え、
前記軸状態判定手段として、位置検出センサの出力信号から少なくとも軸運動の振動数または振動減衰率を求めて軸と軸挿入部との接触の有無を判定する振動解析装置を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸心合わせシステム。
【請求項７】
前記軸として磁化された軸を備え、
前記軸状態検出手段として、軸挿入部の内壁面に配置されたコイルおよびコイルの誘導起電力を測定する起電力測定装置を備え、
前記軸状態判定手段として、起電力測定器の出力信号から少なくとも軸運動の振動数または振動減衰率を求めて軸と軸挿入部との接触の有無を判定する振動解析装置を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸心合わせシステム。
【請求項８】
前記軸状態検出手段として、アコースティックエミッション検出センサを備え、
前記軸状態判定手段として、アコースティックエミッション検出センサからの出力信号が軸と軸挿入部との摩擦音であるか否かを判別して軸と軸挿入部との接触の有無を判定する音波解析装置を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸心合わせシステム。
【請求項９】
前記軸を前記軸挿入部の壁面に押し当てることによって前記軸移動手段の原点位置を決める原点設定手段を備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載の軸心合わせシステム。
【請求項１０】
前記軸移動手段として、直交する２つの方向へ移動させるＸステージおよびＹステージの一対のステージを備え、
前記原点設定手段として、ＸステージおよびＹステージのそれぞれから135度の位置に配備されて前記軸支持部材を両ステージ側へ押すシリンダを備えている、
ことを特徴とする請求項９に記載の軸心合わせシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載の軸心合わせシステムによる軸心合わせ方法であって、
本体上に軸支持部材を置いて本体の軸挿入部に軸を挿入した状態で、軸支持部材を本体にねじ締めにより固定する際に軸支持部材に印加する締結力と同等の加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する当初加圧工程と、
前記軸変位解放手段によって軸を運動させ、前記軸状態検出手段および前記軸状態判定手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定する接触状態判定工程と、
軸状態判定手段が「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧手段の加圧力を除いた後、前記軸移動手段によって軸支持部材を所定の距離だけ移動させる軸支持部材移動工程と、
移動後の位置で、軸支持部材を本体にねじ締めにより固定する際に軸支持部材に印加する締結力と同等の加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する移動後加圧工程と、を有し、
軸状態判定手段が「両者の接触なし」と判定するまで、軸支持部材移動工程、移動後加圧工程および接触状態判定工程を繰り返す、
ことを特徴とする軸芯合わせ方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の軸芯合わせシステムによる軸芯合わせ方法であって、
本体上に軸支持部材を置いて本体の軸挿入部に軸を挿入した状態で、前記原点設定手段によって前記軸移動手段の原点を設定する原点設定工程と、
原点位置で、軸支持部材を本体にねじ締めにより固定する際に軸支持部材に印加する締結力と同等の加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する原点位置加圧工程と、
前記軸変位解放手段によって軸を運動させ、前記軸状態検出手段および前記軸状態判定手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定する接触状態判定工程と、
軸状態判定手段が「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧手段の加圧力を除いた後、前記軸移動手段によって軸支持部材を所定の距離だけ移動させる軸支持部材移動工程と、
移動後の位置で、軸支持部材を本体にねじ締めにより固定する際に軸支持部材に印加する締結力と同等の加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する移動後加圧工程と、を有し、
軸状態判定手段が「両者の接触なし」と判定するまで、軸支持部材移動工程、移動後加圧工程および接触状態判定工程を繰り返す、
ことを特徴とする軸芯合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸とその挿入孔との嵌め合わせにおいて、非接触位置、または摺動抵抗の小さい位置に両者を位置決め（軸芯合わせ）するための技術の内の、軸が位置調節可能な軸支持部材にばねによって宙吊り状態に支持されて長さ方向に往復運動する軸（以下では「往復軸」といい、前後の関係から省略できる場合には単に「軸」と略称する）である場合の軸芯合わせ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
最初に、この発明が対象とする往復軸を有する構造物の軸近傍の構成から説明する。
図11は、往復軸（図11では軸）2を有する構造物の軸２近傍の構成を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
往復軸２は、軸支持部材３にばね31によって宙吊りされた状態で支持されており、本体１の軸挿入部11に挿入される。軸挿入部11と軸2との嵌め合わせ状態が良好と判定されると、固定用ねじ5が、軸支持部材３の貫通孔32に挿入されて本体１のねじ孔12にねじ込まれ、本体１に軸支持部材３を均等なねじ締めによって固定（以下では「ねじ締めによる固定」を「ねじ固定」という）する。
ばね31としては、板ばねが最も一般的に使用される。軸支持部材３としては、加工の容易さおよび低コスト化の観点から、この板ばねとスペーサとを積層して構成する積層構造物が採用されることが多い。図11の場合の軸支持部材３は、上下一対の板ばねと中間の2つのスペーサとで構成され、これらがスポット溶接で一体化されている。
【０００３】
本体１に軸支持部材３がねじ固定された状態において最も重要なことは、軸2が軸挿入部11内をできる限り少ない摩擦抵抗で往復運動できることであり、そのためには、軸2と軸挿入部11とが非接触状態にあることである。しかし、軸２は、往復運動中においてその向きを常に一定に保っているとは限らないので、外形から軸挿入孔11との位置関係を特定することはできず、また、図11（ｂ）の状態にセットされ往復運動する場合には、挿入部分が接触しているか否かを外部から目視検査することは不可能である。このため、従来技術においては、軸２の振動具合を目視して判断するとか、摩擦音を聞き分けるというような感覚的な検査で、軸挿入部11と軸2との嵌め合わせの良否を判定している。
嵌め合わせの状態が不良と判定された場合には、ねじを緩めて軸挿入部11の位置を調整した後、再度ねじ固定して嵌め合わせの良否を判定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような人間の感覚に頼る検査では、僅かな接触状態等を判別することは困難であるし自動化もできない。
また、軸支持部材３が本体１に固定用ねじ５で固定される場合には、ねじの締め付けによって軸２が締め付け前の状態から変化することがある。図12はこのような軸状態の変化の一例を示す断面図であり、（ａ）図のように、締め付け前の状態では、軸２が軸挿入部11内の中央に垂直に位置決めされた状態であっても、固定用ねじ５で軸支持部材３を本体１にねじ固定した後には、（ｂ）図のように、ねじ締めによって左側より右側が大きく圧縮されて圧縮差を生じ、軸2が傾いて軸の下部が左に片寄った状態になり、状況によっては接触状態になる。このようにねじ固定によって軸２の状態が変化する場合には、ねじ固定しない状態で軸２と軸挿入部11とが接触しない状態に軸心合わせされていても、ねじ固定によって接触状態になることもある、という問題点を有している。この問題点は、軸支持部材３が剛体構造物の場合にはそれほど問題にはならないが、軸支持部材３が積層構造物の場合には、各積層部材の反りや曲がりやばり等によって層間に存在した間隙がねじの締めつけによってつぶれるので顕著となる。更に、層間に間隙が存在する状態では、バランスよくねじ締めするために、順序良く且つ少しずつねじ締めすることが必要となるので、軸心合わせに要する時間を長くする。
【０００５】
この発明の課題は、軸芯合わせ精度が高く且つ作業工数が少ない往復軸の軸心合わせシステムおよびその軸心合わせ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
往復軸が軸変位解放手段を離れると、この軸は軸挿入部との位置関係に応じて運動する。軸は、軸挿入部と強く接触しているとそのまま動かないし、接触が弱くなると動くことは動くが振動せず、接触が更に弱くなって初めて振動し始める。しかし、その振動数は低く減衰が激しい。殆ど摩擦力を持たない接触状態か非接触状態になって、軸は固有の振動数および減衰率で振動する。また、接触部分があると、その部分での摩擦によって、その材質と形状と表面状態等による特有の音（超音波を含む）を発する（アコースティックエミッション）。したがって、このような情報を把握すれば往復軸と軸挿入部との位置関係を把握できる。この発明は、本体に軸挿入部をねじ固定した状態に近い加圧状態で得られるこのような情報を軸芯合わせに利用したものである。
請求項１の発明は、本体の軸挿入部に挿入され且つ本体上で位置調節可能な積層構造の軸支持部材にばねによって宙吊り状態に支持されて長さ方向に往復運動する軸を、本体上で軸支持部材を位置調節してねじ固定することによって、軸と軸挿入部が接触しない位置関係に本体と軸支持部材を位置決め固定する軸心合わせシステムであって、前記軸支持部材が前記本体にねじ固定される際に軸支持部材に印加される締結力と同等の加圧力（以下では「ねじ締め等価加圧力」という）を軸支持部材のねじ固定に支障のない位置に印加するための加圧手段と、前記軸を平衡位置から長さ方向に変位させた後に解放するための軸変位解放手段と、この軸変位解放手段による軸の変位・解放後の運動または運動に伴う現象を検出するための軸状態検出手段と、この軸状態検出手段の検出信号に基づいて、軸が軸挿入部と接触状態にあるか否かを判定するための軸状態判定手段と、この軸状態判定手段からの信号に基づいて、前記軸支持部材を移動させるための軸移動手段と、を備えている。
【０００７】
したがって、加圧手段によって軸挿入部を本体にねじ固定された状態に近い状態に加圧し、その状態で、軸変位解放手段によって軸を運動させて、その運動またはその運動に伴う現象を軸状態検出手段で検出し、検出された情報から軸状態検出手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定し、「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧状態を解除して軸移動手段によって軸支持部材を移動させることができる。これら一連の操作またはこの繰り返しによって、軸挿入部が本体にねじ固定された状態において「両者の接触なし」となる領域が存在する場合には、ほぼ確実にその領域内に軸を位置決めすることができる。
請求項２の発明は、前記加圧手段として、軸支持部材のねじ固定位置毎に配置され固定位置の近傍に接触して軸支持部材を加圧するための複数の加圧ピンを有する加圧手段を備えている。
【０００８】
加圧ピンが軸支持部材のねじ固定位置の個々の近傍に配置されているので、加圧手段による軸支持部材の加圧で、軸支持部材が本体にねじ固定された状態に近い状態を得ることができる。
請求項３の発明は、前記加圧ピンとして、スプリングで付勢される加圧ピンを備えている。
スプリングはその変形量から作用力を算出できるので、スプリングで付勢される加圧ピンを用いると、加圧ピンが軸支持部材にかけている加圧力を加圧ピン毎に算出することができる。
請求項４の発明は、前記加圧ピンの先端位置を個々に調整するための零点調節機構を備えている。
【０００９】
零点調節機構を備えることによって、加圧ピン間の加圧力のばらつきを許容範囲以内に収めることができる。
請求項５の発明は、前記加圧ピン毎に、加圧力を印加するための個別加圧手段およびその加圧力を計測するための加圧力センサを備えている。
加圧ピン毎に個別加圧手段と加圧力センサを備えているので、加圧ピン間の加圧力のばらつきを許容範囲以内に収めることができる。
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記軸状態検出手段として、軸の長さ方向の位置を検出する位置検出センサを備え、前記軸状態判定手段として、位置検出センサの出力信号から少なくとも軸運動の振動数または振動減衰率を求めて軸と軸挿入部との接触の有無を判定する振動解析装置を備えている。
【００１０】
位置検出センサおよび振動解析装置を備えているので、軸の運動がその軸とそれを支持しているばねとで決まる固有の振動数および減衰特性での振動か否かを判定することが可能となる。振動数は同じと判定されても、減衰が大きい場合には、僅かに接触しているか非常に接近している状態であるから、微調整することで更に良い状態を得ることができる可能性が高い。
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記軸として磁化された軸を備え、前記軸状態検出手段として、軸挿入部の内壁面に配置されたコイルおよびコイルの誘導起電力を測定する起電力測定装置を備え、前記軸状態判定手段として、起電力測定器の出力信号から少なくとも軸運動の振動数または振動減衰率を求めて軸と軸挿入部との接触の有無を判定する振動解析装置を備えている。
【００１１】
磁化された軸の運動を検出するコイルおよび起電力測定器と振動解析装置とを備えているので、請求項６の発明と同様に、軸と軸挿入部との接触の有無を判定することができる。
請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記軸状態検出手段として、アコースティックエミッション検出センサを備え、前記軸状態判定手段として、アコースティックエミッション検出センサからの出力信号が軸と軸挿入部との摩擦音であるか否かを判別して軸と軸挿入部との接触の有無を判定する音波解析装置を備えている。
アコースティックエミッション検出センサおよび音波解析装置を備えているので、軸の運動時に嵌め合わせ部分から発生する音を検出・解析して、軸と軸挿入部との接触の有無を判定することができる。
【００１２】
請求項９の発明は、請求項１の発明において、前記軸を前記軸挿入部の壁面に押し当てることによって前記軸移動手段の原点位置を決めるための原点設定手段を備えている。
原点位置は軸支持部材の移動基点となり、軸支持部材の位置を明確化できる。更に、この原点設定手段で決められる原点位置は軸と軸挿入部とが接触している位置であるから、軸芯合わせ作業時の軸移動手段の送り方向を片方向に限定することができる。
請求項10の発明は、請求項９の発明において、前記軸移動手段として、直交する２つの方向へ移動させるＸステージおよびＹステージの一対のステージを備え、前記原点設定手段として、ＸステージおよびＹステージのそれぞれから135度の位置に配備されて前記軸支持部材を両ステージ側へ押すシリンダを備えている。
原点設定手段としてのシリンダが、ＸステージおよびYステージのそれぞれから135°の位置に配備されて軸支持部材を両ステージ側へ押すので、軸支持部材はほぼ均等に両ステージ側へ押され、両ステージのそれぞれの原点位置が確実に設定される。この原点位置を基準点にして、軸支持部材は、ＸステージおよびYステージによってそれぞれX方向およびY方向に独立に送られることによって、軸が移動できる全領域のどの部分へも、軸を確実に移動させることができる。
【００１３】
請求項11の発明は、請求項１に記載の軸心合わせシステムによる軸心合わせ方法であって、本体上に軸支持部材を置いて本体の軸挿入部に軸を挿入した状態で、ねじ締め等価加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する当初加圧工程と、前記軸変位解放手段によって軸を運動させ、前記軸状態検出手段および前記軸状態判定手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定する接触状態判定工程と、軸状態判定手段が「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧手段の加圧力を除いた後、前記軸移動手段によって軸支持部材を所定の距離だけ移動させる軸支持部材移動工程と、移動後の位置で、ねじ締め等価加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する移動後加圧工程と、を有し、軸状態判定手段が「両者の接触なし」と判定するまで、軸支持部材移動工程、移動後加圧工程および接触状態判定工程を繰り返す。
【００１４】
軸支持部材移動工程、移動後加圧工程および接触状態判定工程を繰り返すことによって、「両者の接触なし」となる領域が存在する場合には、必ずその領域内に軸を位置決めすることができる。
請求項12の発明は、請求項９に記載の軸芯合わせシステムによる軸芯合わせ方法であって、本体上に軸支持部材を置いて本体の軸挿入部に軸を挿入した状態で、前記原点設定手段によって前記軸移動手段の原点を設定する原点設定工程と、原点位置で、ねじ締め等価加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する原点位置加圧工程と、前記軸変位解放手段によって軸を運動させ、前記軸状態検出手段および前記軸状態判定手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定する接触状態判定工程と、軸状態判定手段が「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧手段の加圧力を除いた後、前記軸移動手段によって軸支持部材を所定の距離だけ移動させる軸支持部材移動工程と、移動後の位置で、ねじ締め等価加圧力を前記加圧手段によって軸支持部材に印加する移動後加圧工程と、を有し、軸状態判定手段が「両者の接触なし」と判定するまで、軸支持部材移動工程、移動後加圧工程および接触状態判定工程を繰り返す。
【００１５】
原点設定工程が最初にあるので、軸支持部材の位置が明確になり、且つ軸支持部材を原点を基準にした片方向への送りで位置決めすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明においては、ねじ締め等価加圧力を軸支持部材のねじ固定位置近傍に印加するための加圧手段と、軸を平衡位置から長さ方向に変位させた後に解放するための軸変位解放手段と、この軸変位解放手段による軸の変位・解放後の運動または運動に伴う現象を検出するための軸状態検出手段と、その検出信号に基づいて、軸が軸挿入部と接触状態にあるか否かを判定する軸状態判定手段と、軸状態判定手段からの信号に基づいて、軸支持部材を移動させるための軸移動手段と、を備えているので、加圧手段によって軸挿入部を本体にねじ固定された状態に近い状態に加圧し、その状態で、軸変位解放手段によって軸を運動させて、その運動またはその運動に伴う現象を軸状態検出手段で検出し、検出された情報から軸状態検出手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定し、「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧状態を解除して軸移動手段によって軸支持部材を移動させることができる。これら一連の操作またはこの繰り返しによって、ねじ固定に近い状態に加圧した状態での接触の有無を判定することができるので、軸挿入部が本体にねじ固定された状態において「両者の接触なし」となる領域が存在する場合には、ほぼ確実にその領域内に軸を位置決めすることができ、しかも、最終のねじ締めだけが必要であって途中でのねじ締めおよびねじ緩めの工程がなくなり、その結果として、工数が短縮される。したがって、この発明によれば、軸芯合わせ精度が高く且つ作業工数が少ない往復軸の軸心合わせシステムを提供することができる。
【００１７】
請求項２の発明においては、軸支持部材のねじ固定位置の個々の近傍に接触して軸支持部材を加圧するための、固定位置毎に配置された加圧ピンを有する加圧手段を備えているので、加圧手段による軸支持部材の加圧で、軸支持部材が本体にねじ固定された状態に近い状態を得ることができ、軸芯合わせ精度がより高くなる。
請求項３の発明においては、加圧ピンとして、固定位置毎にスプリングで付勢される加圧ピンを備えている。スプリングはその変形量から作用力を算出できるので、スプリングで付勢される加圧ピンを用いると、加圧ピンが軸支持部材にかけている加圧力を加圧ピン毎に算出することができ、それらの値から全体としての最適加圧条件に加圧条件を調節することが可能となる。
請求項４の発明においては、加圧ピンの先端位置を個々に調整するための零点調節機構を備えているので、加圧ピン間の加圧力のばらつきを許容範囲以内に収めることができ、軸芯合わせ精度がより一層高くなる。
【００１８】
請求項５の発明においては、加圧ピン毎に所定の加圧力を印加するための加圧力印加手段と、加圧ピン毎の加圧力を計測するための加圧力センサと、を備えているので、請求項４の発明と同様に、加圧ピン間の加圧力のばらつきを許容範囲以内に収めることができ、軸芯合わせ精度がより一層高くなる。
請求項６の発明においては、軸状態検出手段として、軸の長さ方向の位置を検出する位置検出センサを備え、軸状態判定手段として、位置検出センサの出力信号から少なくとも軸運動の振動数または振動減衰率を求めて軸と軸支持部材との接触の有無を判定する振動解析装置を備えているので、軸の運動が、その軸とそれを支持しているばねとで決まる固有の振動数および減衰特性での振動か否かを判定することが可能であり、その判定によって軸と軸支持部材との接触の有無を判定することができる。振動数は同じと判定されても、減衰が大きい場合には、僅かに接触しているか非常に接近している状態であるから、位置を微調整することで更に良い状態を得られる可能性が高い。
【００１９】
請求項７の発明においては、軸状態検出手段として、磁化された軸と軸の移動を誘起起電力に変換するコイルとコイルの誘導起電力を測定する起電力測定器とを備え、軸状態判定手段として、起電力測定器の出力信号から少なくとも軸運動の振動数または振動減衰率を求めて軸と軸挿入部との接触の有無を判定する振動解析装置を備えているので、請求項６の発明と同様に、軸と軸挿入部との接触の有無を判定することができる。
請求項８の発明において、軸状態検出手段として、アコースティックエミッション検出センサを備え、軸状態判定手段として、アコースティックエミッション検出センサからの出力信号が軸と軸挿入部との摩擦音であるか否かを判別して軸と軸支持部材との接触の有無を判定する音波解析装置を備えているので、軸の運動時に嵌め合わせ部分から発生する音を検出してその特徴を解析すれば、軸と軸挿入部との接触の有無を判定することができる。
【００２０】
請求項９の発明においては、軸を軸挿入部の壁面に押し当てることによって軸移動手段の原点位置を決めるための原点設定手段を備えている。原点位置は軸支持部材の移動基点となり、軸支持部材の位置を明確化できる。更に、この原点設定手段で決められる原点位置は軸と軸挿入部とが接触している位置であるから、軸芯合わせ作業時の軸移動手段の送り方向を片方向に限定することができる。したがって、この発明によれば、軸移動手段の送り精度が高まり且つ送りプロセスが単純になる。
請求項10の発明においては、軸移動手段として、直行する２つの方向へ移動させるＸステージおよびYステージの一対のステージを備え、原点設定手段として、ＸステージおよびYステージのそれぞれから135°の位置に配備されて軸支持部材を両ステージ側へ押すシリンダを備えているので、原点設定手段としてのシリンダが、軸支持部材をＸステージ側およびYステージ側へほぼ均等に押し、両ステージのそれぞれの原点位置を確実に設定させ、この原点位置を基準点にして、ＸステージおよびYステージが、軸支持部材を、それぞれX方向およびY方向に独立に片方向送りで送る。したがって、この方法によれば、軸を移動させるべき領域のどの部分へも、軸支持部材を高い精度で二次元的に移動させることができる。
【００２１】
請求項11の発明においては、本体上に軸支持部材が置かれて本体の軸挿入部に軸が挿入された状態で、ねじ締め等価加圧力を加圧手段によって軸支持部材に印加する当初加圧工程と、軸変位解放手段によって軸を運動させ、軸状態検出手段および軸状態判定手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定する接触状態判定工程と、軸状態判定手段が「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧手段の圧力を除いた後、軸移動手段によって軸支持部材を所定の距離だけ移動させる軸支持部材移動工程と、移動後の位置で、ねじ締め等価加圧力を加圧手段によって軸支持部材に印加する移動後加圧工程と、を有し、軸状態判定手段が「両者の接触なし」と判定するまで、軸支持部材移動工程、移動後加圧工程および接触状態判定工程を繰り返すので、「両者の接触なし」となる領域が存在する場合には、ほぼ確実にその領域内に軸を位置決めすることができる。
【００２２】
請求項12の発明においては、本体上に軸支持部材が置かれて本体の軸挿入部に軸が挿入された状態で、原点設定手段によって前記軸移動手段の原点を設定する原点設定工程と、原点位置で、ねじ締め等価加圧力を加圧手段によって軸支持部材に印加する原点位置加圧工程と、軸変位解放手段によって軸を運動させ、軸状態検出手段および軸状態判定手段によって軸と軸挿入部との接触の有無を判定する接触状態判定工程と、軸状態判定手段が「両者の接触あり」と判定した場合には、加圧手段の加圧力を除いた後、軸移動手段によって軸支持部材を所定の距離だけ移動させる軸支持部材移動工程と、移動後の位置で、ねじ締め等価加圧力を加圧手段によって軸支持部材に印加する移動後加圧工程と、を有し、軸状態判定手段が「両者の接触なし」と判定するまで、軸支持部材移動工程、移動後加圧工程および接触状態判定工程を繰り返すので、最初の原点設定の効果で、軸支持部材の位置が明確になり、且つ軸支持部材を片方向送りで移動させることができて、高い移動精度が得られ、軸芯合わせの作業効率も高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明による軸芯合わせシステムおよびその軸芯合わせ方法は、軸支持部材として、本体にねじ固定されたときに内在層間間隙のつぶれによって軸状態の変化を発生し易い積層構造の軸支持部材を用いる場合に適用されるものであって、この特徴は、ねじ固定に近い状態で軸支持部材を本体に押し付けた状態で、往復軸とこれを挿入する軸挿入部との接触を、両者の接触に伴う軸の往復運動（振動）への影響やアコースティックエミッションによって検知し、接触を検知した場合には、軸を支持している軸支持部材を移動させて、軸の変位・解放と接触の検知とを繰り返し、両者が接触していない状態、すなわち軸芯合わせされた状態、を探し出すことである。
以下に、この発明を実施するための最良の形態について実施例を用いてより詳しく説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、この発明による軸芯合わせシステムの実施例１の構成を示す概念図であり、図２は、実施例１の加圧機構4の構成例を示す概念図である。なお、図３には、原点設定手段であるシリンダ61と、軸移動手段であるXステージ62およびYステージ63との配置が示されている。
図1に示した往復軸（図1では軸）２を有する構造物は、「従来の技術」の項で、図11を用いて説明した、往復軸２を有する構造物と全く同じである。往復軸2は、4層積層構造の軸支持部材３にばね31によって宙吊りされた状態で保持されており、本体１の軸挿入部11に挿入されている。軸支持部材３は、軸芯合わせされた状態で、軸支持部材３の不図示の貫通孔（図11では図示）に挿入された不図示の固定用ねじ（図11では図示）によって、本体１にねじ固定される。なお、本体１の上部には、軸支持部材3をガイドするための凹みが形成されている。
【００２５】
この実施例は、軸支持部材３を本体１に押し付けるための加圧機構４と、軸2を長さ方向に変位させて解放するための不図示の軸変位解放手段と、位置検出センサ71と、振動解析装置72と、Xステージ62およびYステージ63（図１には不図示）と、シリンダ61と、で構成されている。
加圧機構４は、軸支持部材３が本体１にねじ固定されたのに近い状態を作り出すための手段であって、軸支持部材３が本体１にねじ固定される際に軸支持部材３に印加される圧縮力と同等の加圧力（ねじ締め等価加圧力）で軸支持部材３を本体１に押し付けるための加圧手段である。図2に示した加圧機構４は、取付台41と加圧モータ42と加圧ユニット43と加圧ピン44とで構成され、取付台41に取り付けられた加圧モータ42によって加圧方向に駆動される加圧ユニット43の所定位置に配置された複数の加圧ピン44によって、軸支持部材３を本体１にねじ締め等価加圧力で押し付ける。加圧ピン44は、できる限りねじ固定状態に近い状態をつくるために、ねじ孔（図11の貫通孔32）の近傍でねじ固定を妨げない位置に対応させて配置されている。
【００２６】
軸変位解放手段は、軸2を有する構造物が内蔵している手段、例えば電磁力によって軸2を上下に往復運動させるための手段、であって、これを直流励磁で使用する。この直流励磁を切ることによって、軸２は変位していた位置から平衡位置に戻ろうとして往復運動をすることになる。すなわち、この手段は軸変位解放手段となる。位置検出センサ71は、軸状態検出手段として軸２の上方に設置され、軸２の長さ方向の位置を検出する。振動解析装置72は、位置検出センサ71の出力信号を受けて軸運動の振動数や振動減衰率等を求め、軸２と軸挿入部11との接触の有無を判定する軸状態判定手段である。軸変位解放手段と軸状態検出手段と軸状態判定手段とによって、軸の状態が把握される。
Xステージ62およびYステージ63は、振動解析装置８からの信号を受けて軸支持部材３を移動させて軸２の位置を調節する軸移動手段である。シリンダ61は、軸支持部材３をXステージ62およびYステージ63の中間位置側へ移動させて、軸２を軸挿入部11の壁面に押し当て、Xステージ62およびYステージ63の原点位置を決める原点設定手段である。
【００２７】
図３に示すように、Xステージ62およびYステージ63は、共に軸挿入部11の中央に向かって互いに直交するように配置され、それぞれモータで駆動される。シリンダ61は、Xステージ62およびYステージ63の両方から135°の位置に、その軸が軸挿入部11の直径方向に移動するような向きで配置されている。
次に、このシステムによる軸芯合わせ方法の実施例について説明する。
図３は、原点設定手段であるシリンダ61と、軸移動手段であるXステージ62およびYステージ63との操作を説明するための図で、（ａ）は軸支持部材3を片寄せた状態を示す平面図、（ｂ）はＸステージ62およびＹステージ63の原点を設定した状態を示す平面図、（ｃ）は軸支持部材3を保持して移動させている段階の状態を示す平面図である。
図４は、位置検出センサ71および振動解析装置72の出力例を示し、（ａ）は位置検出センサの出力信号をパソコンでサンプリングしたデータ、（ｂ）はサンプリングデータを振動解析装置で連続した振動波形に変換した振動波形図であり、図５は、図４（ｂ）の振動波形の解析結果を示し、（ａ）は周波数特性図、（ｂ）は減衰特性図である。
【００２８】
最初に、シリンダ61、Ｘステージ62およびＹステージ63のそれぞれの軸支持部材3への接触端を、本体1の外側に位置取らせた状態で、本体１の中央部へ軸支持部材3を載せて、軸挿入部11へ軸2を挿入する。
次に、シリンダ61で軸支持部材3を押して、軸支持部材3をXステージ62およびYステージ63の中間位置側へ片寄せる[図３(ａ)]。
続いて、Ｘステージ62およびＹステージ63のそれぞれの軸支持部材3への接触端を、軸支持部材3に接触する位置まで移動させる。この状態が原点設定状態であり、軸支持部材３は、シリンダ61、Ｘステージ62およびＹステージ63のそれぞれの接触端に保持される[図３(ｂ)]。
この状態で、Ｘステージ62およびＹステージ63のモータを駆動して、軸支持部材３をそれぞれＸ方向およびＹ方向に所定の距離だけ移動させる。このため、シリンダ61の押す力は、Ｘステージ62およびＹステージ63の押す力に比べて十分に小さく設定されている。
【００２９】
この位置で、加圧機構４によって軸支持部材３を本体１にねじ締め等価加圧力で押し付けた後、構造物が備えているコイルを直流励磁して、軸2を下方に下げ、励磁を切って軸2を解放し、軸2をばね4の力によって軸挿入孔11内で運動させる。軸2の運動は、その上方に設置されている位置検出センサ7によって検出され、その検出値がサンプリングされる。このサンプリングデータを振動解析装置８で解析して、軸2と軸挿入部11との接触の有無を判定する[図３(ｃ)]。
この判定結果が「接触なし」の場合には、軸支持部材３を固定用ねじで本体1に固定し、シリンダ61、Ｘステージ62およびＹステージ63のそれぞれの軸支持部材3への接触端を、本体1の外側に戻して、軸芯合わせプロセスを終了する。
この判定結果が「接触あり」の場合には、加圧機構４の加圧を除いた状態で、Ｘステージ62およびＹステージ63のいずれかまたは両方のモータを駆動して、軸支持部材３をそれぞれＸ方向およびＹ方向のいずれかまたは両方に所定の距離だけ移動させた後、上述と同様の方法で、軸2を上下に往復運動させてその運動を解析し、軸2と軸挿入部11との接触の有無を判定する。判定結果が「接触あり」である場合には、想定できる移動範囲内において、この工程を繰り返し、判定結果が「接触なし」になった時点で、軸支持部材３を本体1にねじ固定し、軸支持部材３の加圧機構４による加圧とシリンダ61、Ｘステージ62およびＹステージ63の保持を解除して、軸芯合わせプロセスを終了する。
【００３０】
加圧機構４による加圧状態で軸支持部材３を本体1にねじ固定するので、ねじ締めによって軸支持部材３が変形することはなく、したがって軸の状態も変わらない。その結果として、望ましい状態の軸心合わせが確実に実行できる。
ここで、取得データおよび解析結果について、図４および図５を用いて説明する。
図４(ａ)は、位置検出センサ71の出力をパソコンに取り込んだサンプリングデータであり、横軸が時間であり、縦軸が平衡位置からの変位量である。このデータから作成した連続波形が図４(ｂ)であり、この連続波形を周波数分析した結果が図５(ａ)であり、減衰率を求めるものが図５(ｂ)である。なお、図４(ｂ)および図５(ｂ)でも、横軸が時間であり、縦軸が変位量である。図５(ａ)では、横軸が周波数であり、縦軸が振幅である
図４および図５に示した結果は、周波数が約17Hzで、減衰も正常であって、軸２と軸挿入部11とは接触していない状態にあるものである。これに対して、軸２と軸挿入部11とが接触している場合には、その接触状態によって程度は異なるが、減衰が激しくなり、周波数が低くなって、波形も乱れてくる。したがって、「接触なし」の状態の周波数および減衰率を基準として、取得データをこれと比較すれば、接触の程度も含めて接触を検知することができるので、両者の比較から、Ｘステージ62およびＹステージ63の送り量を調整することも可能であり、これによって軸芯合わせの効率を高めることができる。
【００３１】
なお、参考までに記すと、軸２と軸挿入部11との間隔は、例えば数10μmである。
【実施例２】
【００３２】
この実施例は、実施例１の加圧機構４を、図6に示した加圧機構4aに置き換えたものである。
この加圧機構4aは、加圧ピンとして、個々にスプリング45で付勢された加圧ピン44aを有する加圧ユニットを用いている。加圧ピン44aがスプリング45で個々に付勢されるので、それぞれのスプリング45の変形量から対応する加圧ピン44aの加圧力を個別に知ることができる。そのため、加圧モータ42の加圧力（全ピンの総加圧力）を必要に応じて増減させて全体としての加圧状態を最適化することが可能となる。
【実施例３】
【００３３】
この実施例は、実施例１の加圧機構４を、図７に示した加圧機構4bに置き換えたものである。
この加圧機構4bは、実施例２と同様に、加圧ピンとして個々にスプリング45で付勢された加圧ピン44aを用いているのに加えて、加圧ピン44a毎にその零点位置を調整するための零点調整部46を備えている。この零点調整部46を調整することによって、個々の加圧ピン44aの加圧力を調節できるので、個々の加圧ピン44a間のばらつきを軽減させることができ、ねじ固定の状態に近い加圧状態を確実に確保することができる。
【実施例４】
【００３４】
この実施例は、実施例１の加圧機構４を、図８に示した加圧機構4cに置き換えたものである。
この加圧機構4cは、加圧ピン44cごとに、加圧モータ42cおよび加圧力を検出するための荷重センサ47を備えている。荷重センサ47の出力に応じて対応する加圧モータ42cの加圧力を調節することによって、ねじ固定の状態に近い加圧状態を確実に確保することができる。
【実施例５】
【００３５】
図９は、実施例５の構成を示す概念図である。
この実施例は、実施例１の軸を保磁力の大きな材料で作成した磁化された軸2aに置き換え、実施例１の軸状態検出手段としての位置検出センサ71を、コイル81および誘導起電力測定器82に置き換えたものである。
コイル81は、軸挿入部11の壁面に配置され、誘導起電力測定器82に接続されている。磁化された軸2aが上下運動することによって、その運動に対応してコイル81に誘導起電力が発生するので、その誘導起電力を誘導起電力測定器82で測定して軸2aの運動情報を把握するのである。誘導起電力測定器82の出力を振動解析装置に入力すれば、実施例１と全く同様にして、軸2aと軸挿入部11との接触状態の有無を判定することができ、軸芯を合わせることができる。
【００３６】
図10は、磁化された軸2aの変位と誘導起電力とを示した線図であり、横軸が時間であり、縦軸が変位量および誘導起電力である。誘導起電力の位相は変位量の位相に対して90度分だけずれている。しかし、この点に留意すれば、この誘導起電力の測定データを実施例１の変位量の測定データと全く同様に取り扱うことができる。
実施例１および実施例５においては、接触検知の手段として、位置検出センサ71と振動解析装置72の組み合わせ、または、磁化された軸2aとコイル81と誘導起電力測定器82と不図示の振動解析装置の組み合わせ、を用いたが、アコースティックエミッション検出センサおよび音波解析装置を用いることも可能である。この場合には、軸と軸挿入部の接触に伴うアコースティックエミッションの特徴を予め把握しておき、これとアコースティックエミッション検出センサが検出した超音波も含めた音波の特徴とを比較することによって、接触の有無を判定する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明による軸芯合わせシステムの実施例１の構成を示す概念図
【図２】実施例１の加圧機構4の構成を示す概念図
【図３】原点設定手段であるシリンダ61と、軸移動手段であるXステージ62およびYステージ63の操作を説明するための図で、（ａ）は軸支持部材を片寄せた状態を示す平面図、（ｂ）はＸステージ62およびＹステージ63の原点を設定した状態を示す平面図、（ｃ）は軸支持部材３を固持して移動させている段階の状態を示す平面図
【図４】位置検出センサ71および振動解析装置72の出力を示し、（ａ）は位置検出センサ71の出力信号をパソコンでサンプリングしたデータ、（ｂ）はサンプリングデータを振動解析装置72で振動波形に変換した振動波形図
【図５】図４（ｂ）の振動波形図の解析結果を示し、（ａ）は周波数特性図、（ｂ）は減衰特性図
【図６】実施例２の加圧機構4aの構成を示す概念図
【図７】実施例３の加圧機構4bの構成を示す概念図
【図８】実施例４の加圧機構4cの構成を示す概念図
【図９】実施例５の構成を示す概念図
【図１０】実施例５による測定結果を示す線図
【図１１】このシステムの適用対象となる往復軸を有する構造物の軸２近傍の構成を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図
【図１２】従来技術の問題点を説明するための概念図
【符号の説明】
【００３８】
１  本体
11  軸挿入部                        12  ねじ孔
２  軸                              2a  磁化された軸
３  軸支持部材
31  ばね                            32  貫通孔
４、4a、4b、4c  加圧機構
41、41a  取付台                     42、42c  加圧モータ
43、43a、43b、43c  加圧ユニット    44、44a、44c  加圧ピン
45  スプリング                      46  零点調整部
47  荷重センサ
５  固定用ねじ
61  シリンダ                          62  Ｘステージ
63  Ｙステージ
71  位置検出センサ                    72  振動解析装置
81  コイル                            82  誘導起電力測定器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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