(57)【要約】【課題】素材クランクシャフトの実形状を正確に再現可能な素材クランクシャフトのセンタ穴決定装置を提供する。【解決手段】センタ穴決定装置２０は、伸縮率算出部２０ｂと、補正部２０ｃと、センタ穴決定部２０ｄとを備える。伸縮率算出部２０ｂは、カウンタウェイトＣＷの設計形状の中心Ｐ２周りに設定された複数の分割領域ＤＲそれぞれを、径方向において、カウンタウェイトＣＷの実形状と合うように伸縮させるための伸縮率Ｕを算出する。補正部２０ｃは、伸縮率Ｕに基づいて、各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の座標（ｘ’、ｙ’、ｚ）と体積Ｖとを補正することによって、各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の補正座標（ｘ’×Ｕ、ｙ’×Ｕ、ｚ）と補正体積Ｖ×Ｕ２を取得する。センタ穴決定部２０ｄは、補正座標（ｘ’×Ｕ、ｙ’×Ｕ、ｚ）と補正体積Ｖ×Ｕ２とに基づいて、素材クランクシャフト１のセンタ穴を決定する。【選択図】図３
2018179044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カウンタウェイトを少なくとも１つ有する素材クランクシャフトのセンタ穴を決定するためのセンタ穴決定装置であって、
前記カウンタウェイトの設計形状の中心周りに設定された複数の分割領域それぞれを、径方向において、前記カウンタウェイトの実形状と合うように伸縮させるための伸縮率を算出する伸縮率算出部と、
前記伸縮率に基づいて、前記複数の分割領域それぞれの重心の座標と質量とを補正することによって、前記複数の分割領域それぞれの重心の補正座標と補正質量とを取得する補正部と、
前記補正座標と前記補正質量とに基づいて、前記素材クランクシャフトのセンタ穴を決定するセンタ穴決定部と、
を備える素材クランクシャフトのセンタ穴決定装置。
【請求項２】
前記伸縮率算出部は、最小二乗法を用いて前記実形状と前記設計形状とが最も近くなる位置において、前記伸縮率を算出する、
請求項１に記載の素材クランクシャフトのセンタ穴決定方法。
【請求項３】
前記センタ穴決定部は、その中心線周りの慣性乗積がゼロになるような慣性主軸に基づいて、前記センタ穴を決定する、
請求項１又は２かに記載の素材クランクシャフトのセンタ穴決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフト形状測定機およびクランクシャフト形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトは、エンジンに組み込まれて使用されるため、回転不釣り合い量があると、エンジン回転時に振動が生じる等の問題が発生する。そのため、クランクシャフトの回転不釣り合い量を抑えることが必要である。
【０００３】
クランクシャフトの回転不釣り合い量を抑えるには、加工前の素材クランクシャフトの実形状を正確に把握して完成品状態で最適バランスとなる慣性主軸を算出し、算出された慣性主軸上に素材クランクシャフトの加工基準となるセンタ穴を形成することが重要である。
【０００４】
ここで、特許文献１では、素材クランクシャフトの実形状を正確に再現することを目的として、素材クランクシャフトの成型に用いられる上型と下型とのずれによる誤差を補間する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０３１９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の手法では、上型と下型とのずれによる誤差の補間計算が容易ではなく、また、上型と下型とのずれ以外の要因による誤差を抑えることができないため、クランクシャフトの回転不釣り合い量を抑えるにも限界がある。
【０００７】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、素材クランクシャフトの実形状を正確に再現可能な素材クランクシャフトのセンタ穴決定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るセンタ穴決定装置は、カウンタウェイトを少なくとも１つ有する素材クランクシャフトのセンタ穴を決定するためのものであって、伸縮率算出部と、補正部と、センタ穴決定部とを備える。伸縮率算出部は、カウンタウェイトの設計形状の中心周りに設定された複数の分割領域それぞれを、径方向において、カウンタウェイトの実形状と合うように伸縮させるための伸縮率を算出する。補正部は、伸縮率に基づいて、複数の分割領域それぞれの重心の座標と質量とを補正することによって、複数の分割領域それぞれの重心の補正座標と補正質量とを取得する。センタ穴決定部は、補正座標と補正質量とに基づいて、素材クランクシャフトのセンタ穴を決定する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、素材クランクシャフトの実形状を正確に再現可能な素材クランクシャフトのセンタ穴決定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】素材クランクシャフトの一例の外観斜視図。
【図２】素材クランクシャフトの加工システムの構成図。
【図３】カウンタウェイトの設計形状と実形状とを示す図。
【図４】カウンタウェイトの設計形状の実形状へのベストフィットについて説明するための図。
【図５】カウンタウェイトの各分割領域の伸縮について説明するための図。
【図６】カウンタウェイトの分割領域を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［素材クランクシャフト１］
図１は、素材クランクシャフト１の一例であり、ここでは直列４気筒エンジン用の素材クランクシャフトを示している。この素材クランクシャフト１は、例えば鍛造又は鋳造により成形される。
【００１２】
素材クランクシャフト１は、４つのメインジャーナルＪ（Ｊ１〜Ｊ５）と、４つのピンジャーナルＰ（Ｐ１〜Ｐ４）と、８つのカウンタウェイトＣＷ（ＣＷ１〜ＣＷ８）とを有する。素材クランクシャフト１においては、Ｚ軸方向に、メインジャーナルＪ１、カウンタウェイトＣＷ１、ピンジャーナルＰ１、カウンタウェイトＣＷ２、メインジャーナルＪ２、カウンタウェイトＣＷ３、ピンジャーナルＰ２、カウンタウェイトＣＷ４、メインジャーナルＪ３、カウンタウェイトＣＷ５、ピンジャーナルＰ３、カウンタウェイトＣＷ６、メインジャーナルＪ４、カウンタウェイトＣＷ７、ピンジャーナルＰ４、カウンタウェイトＣＷ８、メインジャーナルＪ５の順に並んでいる。
【００１３】
［クランクシャフト加工システム１００］
次に、実施形態に係るクランクシャフト加工システム１００について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、クランクシャフト加工システム１００のハードウエア構成図であり、図２（ｂ）は、センタ穴決定装置２０の機能構成図である。
【００１４】
クランクシャフト加工システム１００は、素材クランクシャフト１の両端面にセンタ穴を加工する加工手段の一例としてのセンタ穴加工機１０と、素材クランクシャフト１の両端面に加工されるセンタ穴の位置を決定するセンタ穴決定装置２０と、センタ穴が加工された素材クランクシャフトに対して所定の加工を行うクランクシャフト加工機３０とを有する。
【００１５】
センタ穴加工機１０は、素材クランクシャフトの形状を測定するための測定手段の一例としての形状測定機１１を備えている。
【００１６】
形状測定機１１は、例えば、レーザ変位計、赤外線変位計、ＬＥＤ式変位センサ等の非接触変位計、又は、作動トランス等の接触式変位計を有し、変位計からの測定値に基づいて素材クランクシャフト１の形状を測定する。本実施形態において、形状測定機１１は、素材クランクシャフト１のうち各カウンタウェイトＣＷの外形形状のみを測定する。これは、各メインジャーナルＪと各ピンジャーナルＰは、クランクシャフトの回転不釣り合い量にほとんど影響を与えないため、後述するセンタ穴決定装置２０は、各カウンタウェイトＣＷの外形形状に基づいてセンタ穴を決定するからである。
【００１７】
なお、形状測定機１１は、測定対象を複数の異なる位置から測定することにより、素材クランクシャフトの形状全体を３次元形状データとして生成する３次元デジタイザ（イメージスキャナ）であってもよい。
【００１８】
センタ穴決定装置２０は、素材クランクシャフト１の両端面に加工されるセンタ穴の位置を決定するための処理装置である。センタ穴決定装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３とを有する。
【００１９】
ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１に実行させる各種プログラムや各種情報を記憶する。本実施形態では、ＲＯＭ２２は、後述する素材クランクシャフト１のセンタ穴の位置を決定する処理のプログラムを記憶している。また、ＲＯＭ２２は、素材クランクシャフト１のうち８つのカウンタウェイトＣＷそれぞれの設計形状を示す設計形状データを記憶している。なお、ＲＯＭ２２は、クランクシャフト加工機３０における素材クランクシャフト１の加工内容を記憶していてもよい。
【００２０】
ＲＡＭ２３は、プログラムやデータを記憶する領域として、あるいはＣＰＵ２１による処理に使用しているデータを格納する作業領域として利用される。
【００２１】
ＣＰＵ２１が、ＲＯＭ２２に格納されているプログラムをＲＡＭ２３に読み出して処理を実行することによって、センタ穴決定装置２０は、図２（ｂ）に示すように、実形状データ取得部２０ａ、伸縮率算出部２０ｂ、補正部２０ｃ、及びセンタ穴決定手段２０ｄとして機能する。
【００２２】
［センタ穴決定装置２０の機能］
以下、センタ穴決定装置２０の機能について説明する。
【００２３】
＜実形状データ取得部２０ａ＞
実形状データ取得部２０ａは、素材クランクシャフト１のうち８つのカウンタウェイトＣＷそれぞれの形状を示す実形状データを形状測定機１１から取得する。
【００２４】
形状測定機１１は、各カウンタウェイトＣＷの形状を測定する。具体的には、形状測定機１１は、図３の●で示すように、各カウンタウェイトＣＷの外周輪郭位置を測定する。これによって、形状測定機１１は、各カウンタウェイトＣＷの２次元の実形状を示す実形状データを生成する。なお、図３では測定位置が模式的に示されており、実際には図３に示される●よりも多くの位置で測定が行われてもよい。
【００２５】
なお、各カウンタウェイトＣＷの形状の測定方法としては、例えば、変位計を固定して、素材クランクシャフト１を回転させながら測定する方法、素材クランクシャフト１を固定して、変位計をその周りに回転させながら測定する方法、或いは、素材クランクシャフト１を上下から挟み込むように配置した変位計を直線移動させながら測定する方法が挙げられるが、これに限られるものではない。
【００２６】
＜伸縮率算出部２０ｂ＞
伸縮率算出部２０ｂは、素材クランクシャフト１の各カウンタウェイトＣＷの設計形状を示す設計形状データをＲＯＭ２２から取得する。伸縮率算出部２０ｂは、各カウンタウェイトＣＷの実形状を示す実形状データを実形状データ取得部２０ａから取得する。
【００２７】
図３に示すように、実形状の位置及び角度は、設計形状の位置及び角度に対してずれている。図３において、設計形状は実線で示されているが、実際の設計形状は多数の極座標によって示される。極座標の個数は特に制限されないが、例えば、カウンタウェイトＣＷの中心Ｐ１周りに等角度（１度）で３６０個設定することができる。
【００２８】
ここで、図３に示すように、設計形状には、カウンタウェイトＣＷの中心Ｐ１周りに複数の分割領域ＤＲが設定されている。各分割領域は、略扇形である。分割領域ＤＲの個数は特に制限されないが、図３では、カウンタウェイトＣＷの中心Ｐ１周りに等角度（１１．２５度）で３２個設定されている。カウンタウェイトＣＷの中心Ｐ１は、平面視したカウンタウェイトＣＷの幾何中心である。設計形状データには、各分割領域ＤＲの重心Ｑ１（図３では、１つの重心Ｑ１だけ図示）の座標（ｘ、ｙ、ｚ）と、各分割領域Ｒの体積Ｖとが含まれている。伸縮率算出部２０ｂは、全ての分割領域ＤＲについて、重心Ｑ１の座標（ｘ、ｙ、ｚ）と体積Ｖとを紐付けて記憶する。なお、ｚ軸は素材クランクシャフト１の軸方向であり、ｘ軸はｚ軸に垂直な方向であり、ｙ軸はｚ軸及びｘ軸に垂直な方向である。
【００２９】
次に、伸縮率算出部２０ｂは、図４に示すように、ベストフィット法を用いて、設計形状を実形状に合うように移動及び／又は回転させることによって、設計形状と実形状との誤差の二乗和が最小になる位置を見つけ出す。そして、伸縮率算出部２０ｂは、ベストフィット前のカウンタウェイトＣＷの中心Ｐ１と、ベストフィット後のカウンタウェイトＣＷの中心Ｐ２とを比較して、ｘ軸方向の位置変位ｍ１、ｙ軸方向の位置変位ｍ２、及び、ｚ軸周りの角度変位ｍ３を算出する。
【００３０】
次に、伸縮率算出部２０ｂは、図４に示すように、位置変位ｍ１、位置変位ｍ２及び角度変位ｍ３を用いて、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の座標（ｘ’、ｙ’、ｚ）を求める。伸縮率算出部２０ｂは、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の座標（ｘ’、ｙ’、ｚ）と体積Ｖとを紐付けて記憶する。なお、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２のｚ座標は、ベストフィット前の各分割領域ＤＲの重心Ｑ１のｚ座標と同じである。また、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの体積Ｖは、ベストフィット前の各分割領域ＤＲの体積Ｖと同じである。
【００３１】
なお、図４では、重心Ｑ１と重心Ｑ２の位置関係を示すためにベストフィット後の設計形状における１つの分割領域ＤＲのみが図示されているが、ベストフィット後の設計形状においても、図３に示したように３２個の分割領域ＤＲが設定されている。
【００３２】
次に、伸縮率算出部２０ｂは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ベストフィット後の分割領域ＤＲと実形状とを比較して、ベストフィット後のカウンタウェイトＣＷの中心Ｐ２を中心とする径方向における両者の誤差値ａを求める。そして、伸縮率算出部２０ｂは、図５（ｃ）に示すように、径方向における分割領域ＤＲの全長Ｓと誤差値ａとの和Ｔ（＝Ｓ+ａ）を求め、さらに、和Ｔを全長Ｓで除すことによって伸縮率Ｕ（＝Ｔ／Ｓ）を求める。後述するように、伸縮率Ｕは、各分割領域ＤＲを、径方向において、カウンタウェイトＣＷの実形状と合うように伸縮させるために用いられる。図５（ａ）〜（ｃ）に示す例では、実形状のプロットが分割領域ＤＲの径方向外側に位置しているため、伸縮率Ｕは１よりも大きいが、実形状のプロットが分割領域ＤＲの径方向内側に位置する場合、伸縮率Ｕは１よりも小さくなる。
【００３３】
＜補正部２０ｃ＞
補正部２０ｃは、伸縮率Ｕに基づいて、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の座標（ｘ’、ｙ’、ｚ）を補正する。具体的には、補正部２０ｃは、伸縮後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の補正座標（ｘ’×Ｕ、ｙ’×Ｕ、ｚ）を求める。伸縮後の重心Ｑ２のｚ座標は、伸縮前の重心Ｑ２のｚ座標と同じである。
【００３４】
また、補正部２０ｃは、伸縮率Ｕに基づいて、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの体積Ｖを補正する。具体的には、補正部２０ｃは、伸縮後の各分割領域ＤＲの補正体積Ｖ×Ｕ２を求める。本発明において、各分割領域ＤＲの体積Ｖを補正するとは、各分割領域ＤＲの質量（体積Ｖと材料密度の乗算値）を補正することと同義である。
【００３５】
そして、補正部２０ｃは、補正体積Ｖ×Ｕ２にカウンタウェイトＣＷの材料密度αを乗算することによって、各分割領域ＤＲの補正質量Ｍ（＝Ｖ×Ｕ２×α）を求める。
【００３６】
このように、伸縮率Ｕに基づいて分割領域ＤＲのサイズを伸縮（図５（ａ）〜（ｃ）では伸張）させることによって、分割領域ＤＲを実形状のプロット位置まで全体的に等比伸縮させることができる。このことは、カウンタウェイトＣＷの設計形状が分割領域ＤＲごとに実形状に合わされることを意味している。従って、カウンタウェイトＣＷの実形状を容易かつ正確に再現することができる。
【００３７】
補正部２０ｃは、１つのカウンタウェイトＣＷごとに３２組の補正座標（ｘ’×Ｕ、ｙ’×Ｕ、ｚ）と補正質量Ｍとを求める。従って、補正座標（ｘ’×Ｕ、ｙ’×Ｕ、ｚ）と補正質量Ｍとの組み合わせは、１本の素材クランクシャフト１につき３２×８＝２５６組（８つのカウンタウェイトＣＷごとに３２組）となる。
【００３８】
＜センタ穴決定部２０ｄ＞
センタ穴決定部２０ｄは、図６に示すように、全てのカウンタウェイトＣＷの全ての分割領域ＤＲに係る２５６個の補正座標（ｘ’×Ｕ、ｙ’×Ｕ、ｚ）を補正質量Ｍの質点と捉えて、慣性主軸周りの慣性乗積が０（ゼロ）であるという条件から３次元の直線方程式を解くことによって、２５６個の質点の慣性主軸を求める。そして、センタ穴決定部２０ｄは、この求められた慣性主軸のｘ、ｙの式に、素材クランクシャフトの軸方向両端面位置のｚ軸座標を代入することにより、センタ穴位置を求める。
【００３９】
このように決定されたセンタ穴位置は、センタ穴加工機１０に送られ、素材クランクシャフト１の両端面位置にセンタ穴が加工される。その後、センタ穴が形成された素材クランクシャフト１は、クランクシャフト加工機３０において主にジャーナル部の加工が施される。
【００４０】
［他の実施形態］
（１）上記実施形態では、各カウンタウェイトＣＷの設計形状に分割領域ＤＲを３２個ずつ設定することとしたが、分割領域ＤＲの個数は適宜設定可能であり、また、分割領域ＤＲの個数はカウンタウェイトＣＷごとに異なっていてもよい。
【００４１】
（２）上記実施形態では、各カウンタウェイトＣＷの設計形状に分割領域ＤＲを等角度で設定することとしたが、等角度で設定されていなくてもよい。
【００４２】
（３）上記実施形態では、直列４気筒エンジン用の素材クランクシャフト１を用いた場合について説明したが、これに限られるものではない。素材クランクシャフト１は、カウンタウェイトＣＷを少なくとも１つ有していればよい。
【００４３】
（４）上記実施形態では、センタ穴位置の決定に際して、慣性主軸を求めるようにしたが、この処理に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１        素材クランクシャフト
２０ａ    実形状データ取得部
２０ｂ    伸縮率算出部
２０ｃ    補正部
２０ｄ    センタ穴決定手段
ＣＷ      カウンタウェイト
Ｐ１      ベストフィット前のカウンタウェイトの重心
Ｐ２      ベストフィット後のカウンタウェイトの重心
ＤＲ      分割領域
Ｑ１      ベストフィット前の分割領域の重心
Ｑ２      ベストフィット後の分割領域の重心
Ｕ        伸縮率
【図１】
2018179044.tif 000003
【図２】
2018179044.tif 000004
【図３】
2018179044.tif 000005
【図４】
2018179044.tif 000006
【図５】
2018179044.tif 000007
【図６】
2018179044.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月2日(2017.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
次に、伸縮率算出部２０ｂは、図４に示すように、ベストフィット法を用いて、設計形状を実形状に合うように移動及び／又は回転させることによって、設計形状と実形状との誤差の二乗和が最小になる位置を見つけ出す。そして、伸縮率算出部２０ｂは、ベストフィット前のカウンタウェイトＣＷの中心Ｐ１と、ベストフィット後のカウンタウェイトＣＷの中心Ｐ２とを比較して、ｘ軸方向の位置変位Ｍ１、ｙ軸方向の位置変位Ｍ２、及び、ｚ軸周りの角度変位Ｍ３を算出する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
次に、伸縮率算出部２０ｂは、図４に示すように、位置変位Ｍ１、位置変位Ｍ２及び角度変位Ｍ３を用いて、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の座標（ｘ’、ｙ’、ｚ）を求める。伸縮率算出部２０ｂは、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２の座標（ｘ’、ｙ’、ｚ）と体積Ｖとを紐付けて記憶する。なお、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの重心Ｑ２のｚ座標は、ベストフィット前の各分割領域ＤＲの重心Ｑ１のｚ座標と同じである。また、ベストフィット後の各分割領域ＤＲの体積Ｖは、ベストフィット前の各分割領域ＤＲの体積Ｖと同じである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
１        素材クランクシャフト
２０ａ    実形状データ取得部
２０ｂ    伸縮率算出部
２０ｃ    補正部
２０ｄ    センタ穴決定手段
ＣＷ      カウンタウェイト
Ｐ１      ベストフィット前のカウンタウェイトの中心
Ｐ２      ベストフィット後のカウンタウェイトの中心
ＤＲ      分割領域
Ｑ１      ベストフィット前の分割領域の重心
Ｑ２      ベストフィット後の分割領域の重心
Ｕ        伸縮率