(57)【要約】【課題】円形ワークに形成された切欠部の円周上の位置を確実に検出することの可能な円形ワークの切欠部検出装置を提供する。【解決手段】円周方向一箇所以上に切欠部１０２ｂを有するトーショナルダンパ等、円形ワーク１００をその軸心の周りに回転させる駆動装置１と、円形ワーク１００の回転角を検出するロータリエンコーダ２と、トーショナルダンパ１００を回転させた時の切欠部１０２ｂの通過位置で反射させた反射光を入射して受光量を連続的に検出する反射式光学センサ４と、ロータリエンコーダ２による回転角検出データと反射式光学センサ４による受光量データとの関係から切欠部１０２ｂの位置を算出するコントローラ６を備える。【選択図】　図１
2004020200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向一箇所以上に切欠部（１０２ａ）を有する円形ワーク（１００）をその軸心の周りに回転させる駆動手段（１）と、
前記円形ワーク（１００）の回転角を検出する回転角検出手段（２）と、
前記円形ワーク（１００）を回転させた時の前記切欠部（１０２ｂ）の移動経路上における前記円形ワーク（１００）の表面位置を検出する位置検出手段（４）と、
前記回転角検出手段（２）による回転角検出データと前記位置検出手段（４）による表面位置検出データとの関係から円周上の前記切欠部（１０２ｂ）の位置を算出する演算制御手段（６）と、
からなることを特徴とする円形ワークの切欠部検出装置。
【請求項２】
回転角検出手段（２）の回転軸（２１）が回転数変換手段（３）を介して駆動手段（１）の駆動力が伝達されることを特徴とする請求項１に記載の円形ワークの切欠部検出装置。
【請求項３】
マーク付設手段（５）を備え、演算制御手段（６）が、算出された角度データに基づいて前記マーク付設手段（５）を駆動させ、円形ワーク（１００）の切欠部（１０２ｂ）にマークを付設することを特徴とする請求項１又は２に記載の円形ワークの切欠部検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車エンジンのクランクシャフトに取り付けられるトーショナルダンパ（クランクプーリ）など、円形ワークに形成された切欠部を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、自動車エンジンのクランクシャフトに取り付けられるトーショナルダンパ（クランクプーリ）を軸心と平行な方向から見た図、図５は同トーショナルダンパをその軸心を通る平面で切断して示す断面図である。この種のトーショナルダンパ１００は、クランクシャフトの軸端に取り付けられるハブ１０１のリム部１０１ａと、その外周側に同心的に配置されたプーリ本体１０２とを、ゴム状弾性材料からなる環状弾性体１０３を介して結合した構造を備え、プーリ本体１０２と環状弾性体１０３からなる共振系が、所定の振動周波数帯域で共振することによって、クランクシャフトの捩り振動（回転方向の振動）を制振するものである。
【０００３】
プーリ本体１０２の軸方向一端の鍔部１０２ａには、その外周縁における円周方向一箇所に、略Ｖ字形、あるいは略半円形の切欠部であるタイミングマーク溝１０２ｂが形成されている。すなわち、トーショナルダンパ１００に近接してエンジンブロック側に固定された磁気抵抗センサ（図示省略）が、クランクシャフト及びハブ１０１と共に回転するプーリ本体１０２の切欠部１０２ｂの通過を、磁気抵抗の変化として検出することによって、エンジン点火時期制御等のためのクランク角の検出を行うようになっている。
【０００４】
プーリ本体１０２の切欠部１０２ｂには、塗料によるタイミングマークが施されている。トーショナルダンパ１００の生産ラインでは、極力、工程の自動化を図っているが、切欠部１０２ｂへのタイミングマーク塗布工程は、自動化が困難であった。タイミングマークの塗布工程を自動化する場合、プーリ本体１０２を回転させながら、切欠部１０２ｂの位置をセンサで検出し、その検出データに基づいて、タイミングマーク塗布装置を動作させるが、従来の技術によると、切欠部１０２ｂの位置の誤検出に起因する塗布ミスが発生しやすいといった問題が指摘されている。
【０００５】
図６及び図７は、従来の技術による切欠部１０２ｂの検出方法を示す説明図である。このうち、図６は、トーショナルダンパ１００の軸方向両側に、光源２０１と受光センサ２０２を対向配置し、光源２０１から出射され切欠部１０２ｂを透過した光を受光センサ２０２で検出することによって、切欠部１０２ｂを検出する透過型センサを用いるものである。また、図７は、光源と受光センサが内蔵された反射型光学センサ２０３を、トーショナルダンパ１００の外周側に配置し、光源から出射されてトーショナルダンパ１００（プーリ本体１０２）の外周面で反射した光を受光センサで検出することによって、切欠部１０２ｂを検出するものである。これら図６及び図７の方法で共通するのは、受光量の一定のしきい値をもって、切欠部１０２ｂの有無を判定することである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示される透過型の検出方式では、トーショナルダンパ１００の外周部に、光源２０１と受光センサ２０２間の光路高さよりも高い鍔部１０２ｃなどが存在する場合、光路がこの鍔部１０２ｃによって遮断されてしまうため、切欠部１０２ｂの検出が困難となる問題がある。
【０００７】
また、図７に示される反射型の検出方式では、切欠部１０２ｂの最小の大きさに合わせたしきい値を設定する必要があるが、切欠部１０２ｂ自体がかなり小さいものである一方（深さ１〜１．５ｍｍ程度）、トーショナルダンパ１００の外径の寸法公差が比較的大きく、したがって切欠部１０２ｂを検出するためにトーショナルダンパ１００を回転させる回転軸との僅かな芯ずれを生じたり、回転軸自体に僅かな芯ずれがあったりすると、誤検出を引き起こすことがある。そして、このような誤検出が発生すると、タイミングマークが過った位置に塗布されてしまう問題があった。またタイミングマークの塗布後は、色判別センサを用いて塗布確認を行っているが、タイミングマークの塗布位置が過っていることを、この色判別センサで判定することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、トーショナルダンパのような円形ワークに形成された切欠部の円周上の位置を確実に検出することの可能な円形ワークの切欠部検出装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る円形ワークの切欠部検出装置は、円周方向一箇所以上に切欠部を有する円形ワークをその軸心の周りに回転させる駆動手段と、前記円形ワークの回転角を検出する回転角検出手段と、前記円形ワークを回転させた時の前記切欠部の移動経路上における前記円形ワークの表面位置を検出する位置検出手段と、前記回転角検出手段による回転角検出データと前記位置検出手段による表面位置検出データとの関係から円周上の前記切欠部の位置を算出する演算制御手段と、からなるものである。なお、ここでいう「切欠部」とは、狭義での切欠のほか、溝や凹部等を総称するものである。
【００１０】
請求項２の発明に係る円形ワークの切欠部検出装置は、請求項１に記載された構成において、回転角検出手段の回転軸が回転数変換手段を介して駆動手段の駆動力が伝達されるものである。
【００１１】
請求項３の発明に係る円形ワークの切欠部検出装置は、請求項１又は２に記載された構成において、マーク付設手段を備え、演算制御手段が、算出された角度データに基づいてマーク付設手段を駆動させ、円形ワークの切欠部にマークを付設するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る円形ワークの切欠部検出装置を、トーショナルダンパのタイミングマーク付設に適用した好ましい実施の形態を示す概略構成説明図、図２は平面図である。この形態におけるタイミングマーク付設対象の円形ワークであるトーショナルダンパ１００は、先に説明した図５及び図６に示されるものに相当するものであって、すなわちハブ１０１のリム部１０１ａと、その外周側に同心的に配置されたプーリ本体１０２とを、ゴム状弾性材料からなる環状弾性体１０３を介して結合した構造を備え、プーリ本体１０２における軸方向一端の鍔部１０２ａの円周方向一箇所には、エンジン点火時期制御におけるクランク角検出のための切欠部１０２ｂが形成されている。
【００１３】
本形態の装置は、図１及び図２に示されるように、トーショナルダンパ１００をその軸心の周りに回転させる駆動手段としての駆動装置１と、トーショナルダンパ１００の回転角を検出する回転角検出手段としてのロータリエンコーダ２と、駆動装置１の回転軸１４の駆動力を回転角検出部２の回転軸２２に伝達する動力伝達装置３と、トーショナルダンパ１００を回転させた時の切欠部１０２ｂの移動経路上の一箇所に光を出射し、その反射光量を連続的に計測することによって、切欠部１０２ｂが形成された鍔部１０２ａの表面位置を検出する位置検出手段としての反射式光学センサ４と、トーショナルダンパ１００のプーリ本体１０２に塗料によるタイミングマークを塗布するマーク塗布装置５と、ロータリエンコーダ２及び反射式光学センサ４からの検出データに基づいてマーク塗布装置５の動作を制御するコントローラ６と、色判定センサ７と、ワーク確認センサ８とを備える。また、９は反射式光学センサ４からのアナログ検出信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換機能を有する増幅器である。
【００１４】
駆動装置１は、機体１０の下部フレーム１０ａに固定されたサーボモータ１１と、その鉛直な出力軸１１ａに継手１２を介して同軸的に連結されると共に機体１０の上部フレーム１０ｂを貫通し、軸受１３を介して回転自在に支持された回転軸１４と、この回転軸１４の上端に設けられトーショナルダンパ１００のハブ１０１をセットする台座１５と、コントローラ６の指令に基づいてサーボモータ１１を駆動させるサーボドライバ１６とを備える。サーボモータ１１としては、微小回転角で制御できるものを採用し、具体的には、反射式光学センサ４における連続的な反射光量検出値の誤差（ノイズ等）を緩和できるように、分解能が、トーショナルダンパ１００における切欠部１０２ｂの開き角度の１／１０以下であるものを使用することが好ましい。
【００１５】
ロータリエンコーダ２は、駆動装置１のサーボモータ１１の回転が動力伝達装置３を介して伝達されることにより回転し、その回転角に比例したパルス数の信号をコントローラ６へ出力するものであって、すなわち、動力伝達装置３を介して駆動装置１の回転軸１４の回転角（トーショナルダンパ１００の回転角）を検出するものである。
【００１６】
動力伝達装置３は、駆動装置１の回転軸１４に設けられた大径プーリ３１と、ロータリエンコーダ２のシャフト２１に設けられた小径プーリ３２と、両プーリ３１，３２間にループ状に巻き掛けられた無端ベルト３３とからなる。ロータリエンコーダ２は、市販のものが採用されるが、その回転数が、動力伝達装置３によって、駆動装置１における回転軸１４の回転数の数倍に変換されるため、実質的に、トーショナルダンパ１００の回転角を高分解能で計測することができる。
【００１７】
反射式光学センサ４は、光源と受光部からなり、台座１５上にセットされるトーショナルダンパ１００の外周側の所定位置に取り付けられている。この反射式光学センサ４は、光源から出射した光線Ｌを、台座１５上にセットしたトーショナルダンパ１００プーリ本体１０２の、切欠部１０２ｂを有する鍔部１０２ａの外周面で反射させ、その反射光を受光部で受光し、受光量に比例したアナログ電圧信号を出力するものである。そして、駆動装置１のサーボモータ１１の駆動によって、トーショナルダンパ１００を一回転させる過程で、光源からの光線Ｌの光路上を切欠部１０２ｂが通過する時には、反射位置が反射式光学センサ４から遠くなるため、受光量が相対的に減少し、これによって切欠部１０２ｂが形成されたプーリ本体１０２の鍔部１０２ａの外周表面位置（外周形状）をスキャンすることができる。
【００１８】
図３は、トーショナルダンパを回転させながら、反射式光学センサ４によって実際にスキャンした時の出力電圧の推移を示すものである。すなわち、反射式光学センサ４からの出力電圧は、光路上を切欠部１０２ｂが通過する時に、この切欠部の形状に対応して変化し、出力電圧が最小となる部分が、切欠部１０２ｂの中心位置に対応する。したがって、駆動装置１の回転軸１４（台座１５）とトーショナルダンパ１００との僅かな芯ずれや、プーリ本体１０２の外径の寸法公差等によって、誤検出を引き起こすおそれがない。
【００１９】
マーク塗布装置５は、ステッピングモータからなる駆動部５１によって、水平軸５３の周りに回転される塗布ペン５２を備え、この塗布ペン５２が、インク壷５４と、台座１５上にセットされたトーショナルダンパ１００のプーリ本体１０２における鍔部１０２ａの位置との間を、図１に一点鎖線で示されるような円弧状軌跡を描きながら動作し、前記鍔部１０２ａの切欠部１０２ｂに、所定の色彩の塗料を塗布するものである。
【００２０】
コントローラ６は、ロータリエンコーダ２からの検出信号のパルス数をカウントすることによって算出されるトーショナルダンパ１００の回転角と、Ａ／Ｄ変換機能を有する増幅器９によってディジタル信号に変換された反射式光学センサ４からの検出信号の変化との関係を、時系列で対応付け、反射式光学センサ４からの検出信号が最小値となる回転角、すなわちサーボモータ１１によるトーショナルダンパ１００の回転開始から切欠部１０２ｂの中心位置までの回転角を求める演算機能を有する。
【００２１】
また、この回転角に基づいて、トーショナルダンパ１００の切欠部１０２ｂがマーク塗布装置５による塗布位置と一致するように、サーボドライバ１６を介してサーボモータ１１を駆動させた後、マーク塗布装置５を駆動させるといった制御機能を有する。
【００２２】
以上の構成によれば、まず、図１に示されるように、タイミングマーク付設対象のトーショナルダンパ１００を、駆動装置１における台座１５上にセットし、サーボモータ１１の駆動によって、トーショナルダンパ１００を一回転させる。そしてその過程で、トーショナルダンパ１００の回転角が、ロータリエンコーダ２によって検出されると共に、切欠部１０２ｂを有するプーリ本体１０２の鍔部１０２ａの外周形状が、反射式光学センサ４によってスキャンされる。
【００２３】
なお、このとき、トーショナルダンパ１００が台座１５上にセットされたことは、ワーク確認センサ８によって検出されており、その検出信号がコントローラ６に送られる。このため、トーショナルダンパ１００が未セットの状態では、サーボモータ１１が駆動されないようにすることができる。
【００２４】
次に、ロータリエンコーダ２からの検出データ及び反射式光学センサ４からのスキャンデータから、コントローラ６で算出された、反射式光学センサ４からの検出信号が最小値となる回転角、すなわちサーボモータ１１によるトーショナルダンパ１００の回転開始から切欠部１０２ｂの中心位置が検出されるまでの回転角と、予め記憶されているマーク塗布装置５のマーク塗布位置データに基づいて、コントローラ６からサーボドライバ１６へ駆動指令が出力され、トーショナルダンパ１００の切欠部１０２ｂが、マーク塗布装置５によるタイミングマーク塗布位置に達するのに必要な回転角だけ、サーボモータ１１が回転駆動する。
【００２５】
そして、トーショナルダンパ１００の切欠部１０２ｂが、マーク塗布装置５によるタイミングマーク塗布位置に達した時点で、サーボモータ１１の駆動が停止されると共に、マーク塗布装置５の駆動部５１が駆動し、塗布部５３の回転によって、切欠部１０２ｂにタイミングマークが塗布される。先に説明したように、駆動装置１の回転軸１４（台座１５）とトーショナルダンパ１００との僅かな芯ずれや、プーリ本体１０２の外径の寸法公差等によって、切欠部１０２ｂが誤検出されることがなく、その中心位置が確実に検出されるので、これに基づいて、切欠部１０２ｂへのタイミングマークの塗布が、高精度でなされる。
【００２６】
次に、サーボモータ１１が再び駆動することによって、切欠部１０２ｂが色判定センサ７の正面を通過する位置に達するまでトーショナルダンパ１００が回転され、色判定センサ７による塗布確認が行われ、１サイクルの工程が終了する。
【００２７】
なお、上述の実施の形態は、本発明をトーショナルダンパのタイミングマーク付設に適用した場合について説明したが、本発明に係る円形ワークの切欠部検出装置は、例えば円形ワークの欠陥検出等にも適用することができる。また、反射式光学センサ４に代えて、反射式超音波センサや、磁気抵抗センサなど、他の非接触式位置センサを用いることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る円形ワークの切欠部検出装置によれば、円周方向一箇所以上に切欠部を有する円形ワークをその軸心の周りに回転させて、その回転角を検出しながら、円形ワークの外周位置を連続的に検出することによって、回転角検出データと円形ワークの外周形状データから切欠部の位置を算出するものであるため、円形ワークの回転不整合や外径寸法公差があっても、切欠部の位置を正確に検出することができる。
【００２９】
請求項２の発明に係る円形ワークの切欠部検出装置によれば、回転角検出手段の回転軸に、回転数変換手段を介して駆動手段の駆動力が伝達されることによって、円形ワークの回転角に対する回転角検出手段の実質的な分解能を向上することができる。
【００３０】
請求項３の発明に係る円形ワークの切欠部検出装置によれば、演算制御手段で算出された角度データに基づいてマーク付設手段の駆動が制御されるので、円形ワークの切欠部にマークを付設する場合、正確にマークの付設を行うことができ、トーショナルダンパのタイミングマーク付設等にきわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円形ワークの切欠部検出装置を、トーショナルダンパのタイミングマーク付設に適用した好ましい実施の形態を示す概略構成説明図である。
【図２】図１の装置の平面図である。
【図３】トーショナルダンパを回転させながら、反射式光学センサによって実際にスキャンした時の出力電圧の推移を示す説明図である。
【図４】自動車エンジンのクランクシャフトに取り付けられるトーショナルダンパを軸心と平行な方向から見た図である。
【図５】図４のトーショナルダンパを、その軸心を通る平面で切断して示す断面図である。
【図６】透過型センサを用いた従来の技術による円形ワークの切欠部の検出方法を示す説明図である。
【図７】透過型センサを用いた従来の技術による円形ワークの切欠部の検出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１　駆動装置（駆動手段）
１１　サーボモータ
１４　回転軸
１５　台座
１６　サーボドライバ
２　ロータリエンコーダ（回転角検出手段）
３　動力伝達装置
３１　大径プーリ
３２　小径プーリ
３３　無端ベルト
４　反射式光学センサ（位置検出手段）
５　マーク塗布装置
６　コントローラ（演算制御手段）
７　色判定センサ
８　ワーク確認センサ
９　増幅器
１００　トーショナルダンパ（円形ワーク）
１０１　ハブ
１０２　プーリ本体
１０２ａ　鍔部
１０２ｂ　切欠部
１０３　環状弾性体
【図１】
2004020200.tif 000003
【図２】
2004020200.tif 000004
【図３】
2004020200.tif 000005
【図４】
2004020200.tif 000006
【図５】
2004020200.tif 000007
【図６】
2004020200.tif 000008
【図７】
2004020200.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月25日(2002.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004020200.tif 000010
【図２】
2004020200.tif 000011
【図３】
2004020200.tif 000012
【図４】
2004020200.tif 000013
【図５】
2004020200.tif 000014
【図６】
2004020200.tif 000015
【図７】
2004020200.tif 000016