(57)【要約】【目的】被圧入部材に対する圧入部材の圧入不足を非破壊検査で簡単に検査できるようにする。【構成】クランクウエブ２と３にクランクピン５の両端を圧入してクランクシャフト１を組立て、クランクウエブ３の端面をハンマー７で打撃する。すると、この衝撃はクランクピン５に対して捩り振動を発生させるので、クランクウエブ２に設けた加速度センサー８によりこの捩り振動の減衰特性又は固有振動周波数を測定し、この減衰特性又は固有振動周波数を予め定められた正常圧入品のものと比較して合否判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸形状の圧入部を端部に有する圧入部材とこれを圧入する被圧入部材からなるワークに対して圧入不良を検出するための方法において、
前記ワークに機械的衝撃を付与して前記圧入部材と被圧入部材の間に捩り振動を与え、
上記機械的衝撃によって生じたワークの捩り振動における減衰特性又は固有振動周波数を測定し、
予め測定されている正常圧入品の減衰特性又は固有振動周波数と比較することにより、圧入不良を検出することを特徴とする圧入不良検出方法。
【請求項２】
前記減衰特性又は固有振動周波数の測定は、前記圧入部材の一端側が圧入された前記被圧入部材側に前記機械的衝撃を与え、前記被圧入部材に取付けた加速度センサーから、回転方向の加速度を検出することにより行うことを特徴とする請求項１の圧入不良検出方法。
【請求項３】
前記減衰特性又は固有振動周波数の測定は、前記機械的衝撃により発生させた振動音をマイクロホンによって集音し、この集音された振動音をフィルタにかけて捩り振動による固有振動周波数のみを抽出し、この固有振動周波数の減衰特性又は固有振動周波数を測定することを特徴とする請求項１の圧入不良検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、軸形状の圧入部材とこの端部を圧入した被圧入部材とからなるワークに対して、圧入不良の非破壊検査を可能にした検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような圧入不良は、圧入締め代の不足や圧入時の傾き等に起因する圧入面の塑性流動等がある。圧入不良の破壊検査方法としては、一度圧入した圧入部材を引き抜いて圧入部を検査する方法や、圧入部材に捩りトルクを与えてスリップトルクを測定することにより正常圧入品と比較する方法がある。
また、非破壊検査として、ワークにハンマリングで機械的衝撃を加え、これによる固有振動周波数や減衰特性を測定することにより、割れ、減肉及び腐食等の不良ヶ所有無を検査する方法がある。（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２９４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記目視やスリップトルクを測定する方法は破壊検査であり、検査後のワークを再使用することができない。ゆえに、非破壊検査による圧入不良検出方法が望まれる。一方、上記非破壊検査は、腐食や割れ等の経年変化を発見するためのものであって、単純にワークをハンマリングしただけでは圧入不良を検出できず、ハンマリングによる圧入不良検出方法は未だ確立されていない。しかし従来から行われているハンマリングで圧入不良を検出できれば、非破壊で迅速かつ簡便な検査が可能になるから産業上極めて有益である。そこで本願発明はこのような要請の実現を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため鋭意研究の結果、圧入部に対する曲げ方向の機械的衝撃では、正常圧入品と不良品との間に大きな差を生じないが、捩り方向へ機械的衝撃を与えたときのみ大差が生じ、圧入部のスリップトルクが小さい（すなわち圧入不良になりやすい）程、捩り振動の減衰が大きくなることを見出した。そこで圧入部へ捩り振動を与えると、その振動の減衰特性又は固有振動周波数によって圧入状態を判定できることになり、本願発明に至った。
【０００６】
すなわち、請求項１は、軸形状の圧入部を端部に有する圧入部材とこれを圧入する被圧入部材からなるワークに対して圧入不良を検出するための方法において、前記ワークに機械的衝撃を付与して前記圧入部材と被圧入部材の間に捩り振動を与え、上記機械的衝撃によって生じたワークの捩り振動の減衰特性又は固有振動周波数を測定し、予め測定されている正常圧入品の減衰特性又は固有振動周波数と比較することにより、圧入不良を検出することを特徴とする。
【０００７】
請求項２は上記請求項１において、前記減衰特性又は固有振動周波数の測定が、前記圧入部材の一端側が圧入された前記彼圧入部材側に前記機械的衝撃を与え、前記圧入部材の他端側に取付けた加速度センサーから、回転方向の加速度を検出することにより行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項３は上記請求項１において、前記減衰特性又は固有振動周波数の測定が、前記機械的衝撃により発生させた振動音をマイクロホンによって集音し、この集音された振動音をフィルタにかけて捩り振動による固有振動周波数のみを抽出し、この固有振動周波数の減衰特性又は固有振動周波数を測定することを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１によれば、ワークに機械的衝撃を付与して圧入部材と被圧入部材の間に捩り振動を与え、この捩り振動の減衰特性又は固有振動周波数を測定し、これを正常圧入品の減衰特性と比較する。圧入不良があれば、捩り振動の減衰特性において正常圧入品との間に測定可能な相違が生じるので、直ちに圧入状態を把握して、合格もしくは不合格の判定ができる。したがって、迅速かつ簡便な圧入不良検査が可能になる。しかも非破壊検査であるから、検査済みの合格したワークはそのまま使用することが可能になった。
【００１０】
請求項２によれば、被圧入部材に加速度センサーを取付けるだけで簡単に減衰特性の測定作業ができる。
【００１１】
請求項３によれば、単にマイクロホンによる振動音の測定だけで済むから、加速度センサーの取付も不要となり、測定作業がより簡単になる。このため量産ライン上での検査も可能となり、生産性もさらに向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて圧入式クランクシャフトの検査方法に係る実施形態を説明する。図１〜図６は、第１実施例を示し、図１は捩り方向加振による検査方法を示す図、図２は曲げ方向加振を示す図、図３は減衰特性の把握方法を示す図、図４は曲げ方向加振による減衰波形を示す図、図５は捩り方向加振による減衰波形を示す図である。
【００１３】
まず、検査方法の概略を説明する。図１において、ワークであるクランクシャフト１は、間隔をもって対面する一対のクランクウエブ２，３の各偏心位置間にクランクピン５の両端が圧入され、全体が一体化したクランクシャフト１となっている。クランクピン５は円筒形等の軸形状をなし、その両端をクランクウエブ２のピン穴４へ圧入し、他端をクランクウエブ３のピン穴６へ圧入されている。これらはいずれも鉄等の適宜金属材料からなる鋳造又は鍛造品で構成されている。
【００１４】
クランクシャフト１におけるクランクピン５の圧入状態を検査するには、一方側のクランクウエブ３における外周部端面をハンマー７により打撃する。この打撃は適宜な方法で任意の打撃荷重を与えるように設定する。但し機械的衝撃を与えるものであればハンマー７に限定されない。打撃方向はクランクシャフト１の回転面内において、クランクピン５を捩る方向から行われる。本願発明においてはこの方向からの打撃を捩り方向加振とする。
【００１５】
これによって、クランクシャフト１はクランクピン５を中心に捩り振動を生じる。この振動の状態は、例えば図示のように、打撃側と反対側になるクランクウエブ２に設けた加速度センサー８により回転方向の加速度を測定することにより行う。加速度センサー８は適当なアタッチメント８ａを介してクランクウエブ２の外周部端面等へ取付けて捩り回転方向の加速度を検出できるように配置する。図示の場合は捩り振動の加速度が回転円の接線方向となるの加速度センサー８をこれに合わせて配置したものである。
この配置は任意であり、実線で示す位置は捩れの発生源から離れているため検出精度が高くなる。但し仮想線で示すように捩れの発生するクランクピン５の圧入部近傍とすることもできる。加速度センサー８は振動の振幅を把握でき、かつその経時変化により減衰の程度を測定できる。加速度センサー８の検出結果はＦＦＴアナライザー等の演算処理装置（図６参照）へ送られ、ここで減衰特性を演算する。
【００１６】
上記により演算された減衰特性は、予め用意されている減衰特性とスリップトルクの関係を参照して、測定対象のスリップトルクを決定し、その大きさによって圧入状態の合否を判定する。スリップトルクは、クランクピン５とクランクウエブ２及び３の間へ捩りトルクを与え、圧入部が滑り出すときのトルクである。但し、このスリップトルクは非破壊検査では測定できず、予め破壊検査により測定しておくことになる。
【００１７】
なお、クランクシャフト１に対するハンマリング方向として回転軸方向から行う方法もある。図２はこれを示し、クランクピン５の軸線と平行になる回転軸方向からクランクウエブ３の側面を打撃する。しかしこの方法はクランクピン５を曲げる方向に打撃することになるから、クランクシャフト１に曲げ振動を発生することになる。本願発明においてはこの方向からの打撃を曲げ加振という。なお、このような曲げ加振では圧入状態を判定できず、捩り加振のときのみ可能となる。これについては後述する。
【００１８】
図３は減衰特性の把握方法を示し、図中のＡは本実施例における減衰特性の指標となる減衰指数σの決定方法を示す。すなわち、グラフに示すハンマリングによる実測生波形（領域をハッチングで示す）より包絡線Ｌを決定し、そのＹ軸（振幅ｙ）上の切片Ｓを定める。
【００１９】
次に、この振動の振幅ｙを次の式で与える。
ｙ＝Ｓ・ｅ−σｔ
ここでｅはオイラー定数、σは減衰指数である。
【００２０】
図中のＢは減衰指数の変化による減衰波形の変化を示し、σが異なる３種類の減衰曲線を描いてある。このグラフから明らかなように、σが大きいほど強い減衰を示す。したがって減衰指数σを用いて減衰の強さを判断することが可能になる。なお各グラフの縦軸は振幅、横軸は時間である。
【００２１】
図４は曲げ方向加振による減衰波形を示し、図中左側におけるスリップトルク大のも及び図中右側におけるスリップトルク小のものは、いずれも同様な減衰波形となり、減衰指数σは、８．５及び９．５と近似したものになるから、圧入状態を判断することができない。これが曲げ振動を用いては圧入不良検査ができないとした前記理由である。
【００２２】
一方、図５は捩り方向加振による減衰波形を示し、スリップトルク大の図中左側の方よりも同右のスリップトルク小のものの方が、著しく強い減衰を示す。減衰指数σも、スリップトルク大が２．８、スリップトルク小が６．４と顕著な相違を示す。この結果、捩り振動に対しては、減衰指数σを減衰特性として圧入状態を判断することができることになる。
【００２３】
したがって、予めスリップトルクと減衰指数の関係図を作成し、合否の基準となるしきい値を決定しておけば、その後の測定によって算出した減衰指数の値によって圧入状態の合否を直ちに判定できる。すなわち、クランクシャフト１を捩り方向加振し、この振動を測定して減衰指数σを算出するだけである。
【００２４】
具体的には、減衰指数が所定のしきい値より大きければ、正常圧入品と判断し、そうでなければ不良と判断する。この測定並びに判定は、迅速かつ容易であり、しかも完全な非破壊検査のため、検査後の合格品はそのまま完成品として使用できる。
【００２５】
次に、検査をより容易にした別例として図６〜図１０に示す第２実施例を説明する。図６は集音による圧入状態の判定方法を示す図、図７は固有振動周波数について示す図、図８は減衰率及び減衰比の定義方法を示す図、図９及び図１０は圧入状態の判定方法を示す図である。
【００２６】
図６は、測定方法の概略を示し、組立ライン１０上にて図１と同様のクンクシャフト１をねじり方向加振する。この加振によりクランクシャフト１に発生した振動音は、組立ライン１０の近傍に接置されたマイクロホン１１により集音され、この集音した音の中からバンドパスフィルタ１２により捩り振動の固有値（共振振動周波数）を抽出をしその強度を検出し、コンピュータなどの処理装置１３にて演算処理し、これを予め記録されている正常圧入品とのデータと比較をして良否を判定する。
【００２７】
バンドパスフィルタ１２は、予め判っている固有値の周波数を測定周波数に設定すれば、ハイパスフィルタとローパスフィルタを組み合わせて特定周波数における波形を抽出する公知のフィルタ装置であり、固有値の波形を抽出することができる。
【００２８】
図７は機械的衝撃による振動の固有値（固有振動周波数）について示す図であり、図中のＡは曲げ方向加振時、Ｂは捩り方向加振時であり、それぞれスリップトルク大（６４０Ｎ・ｍ）と小（２８０Ｎ・ｍ）のものを重ねて表示している。各波形のピークは固有値を示し、左から順に１次、２次・・と出現し、本実施例の場合、スリップトルク大のものにおける１次曲げ振動の固有値は１４９２Ｈｚ、１次捩り振動の固有値は１９４５Ｈｚである。
【００２９】
固有値は、スリップトルクの大きさと相関があり、スリップトルクが小さい方が固有値のゲイン及び周波数が共にも低くなる。したがってバンドパスフィルタにより固有値を測定すればスリップトルクの大きさを決定でき、さらにスリップトルクの大きさから圧入状態を判断できる。
【００３０】
図８は減衰特性としての減衰率及び減衰比を説明するものであり、バンドパスフィルタで抽出した減衰波形の１番目のピークをｙ１、２番目のピークをｙ２とするとき、対数減衰率δと、減衰比ζを以下のように定義する。
δ＝ｌｎ（ｙ１／ｙ２）
ζ＝δ／（δ＋４π）
【００３１】
減衰率は所定時間経過して減衰したときにおける振幅変化の比率を意味するから、ハンマリング直後及び所定時間後（例えば、約０．５秒後）に、バンドパスフィルタで測定した各振動波形の大きさから計算できる。減衰率及び減衰比は共にスリップトルクと相関がある。したがって、減衰率及び減衰比を用いて圧入状態の判定が可能になる。
【００３２】
図９は捩り振動におけるスリップトルクと減衰比の相関曲線を示す。このグラフに明らかなように、スリップトルクが大きいほど減衰比が小さくなる。したがって、予めスリップトルクと減衰比の関係図を作成し、合否のしきい値を決定しておけば、その後に測定した減衰比の値によって圧入状態の合否を直ちに判定できる。
【００３３】
具体的には、予め上記関係図からしきい値を定めておき、マイクロホンで集音しバンドパスフィルタで抽出した捩り振動における１次振動の固有値を測定して減衰比を算出し、これが所定のしきい値より小さければ、正常圧入品と判断し、そうでなければ不良と判断する。この測定並びに判定も前実施例同様に迅速かつ容易であり、しかも完全な非破壊検査のため、検査後の合格品はそのまま完成品として使用できる。
【００３４】
そのうえ、単にマイクロホン１１を用いて振動音の測定だけで済むから、加速度センサーの取付も不要となり、測定作業がより簡単になる。このため量産ライン１０上での検査も可能となり、生産性もさらに向上させることができる。
【００３５】
また、減衰特性として固有値自体を利用することもできる。図１０は、固有値とスリップトルクの関係を示す図であり、固有値の周波数が大きいほどスリップトルクが大きくなり、この例では、スリップトルクが小から大の間で捩り振動における１次振動の固有値は１９２４〜１９４５Ｈｚに変化する。したがって、予めこの関係に基づいてしきい値を定めておけば、測定した捩り振動における１次振動の固有値がしきい値を越えているか否かにより、直に合否を判定できる。
【００３６】
なお、本願発明は、クランクシャフトに限らず、各種の圧入組立されるワークについて検査できる。但し、捩り方向加振をするために圧入部が軸形状であることを要する。
また、圧入部材の両端を圧入したものではなく、一端側のみを圧入したもの、もしくは被圧入部材を貫通して圧入したものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例（図１〜５）に係る圧入不良の検査方法を示す図
【図２】曲げ方向加振を示す図
【図３】減衰特性の把握方法を示す図
【図４】曲げ方向加振時による減衰特性を示す図
【図５】捩り方向加振時による減衰特性を示す図
【図６】第１実施例（図６〜１０）に係る圧入不良の検査方法を示す図
【図７】捩り振動音の波形を示す図
【図８】減衰率及び減衰比の定義を示す図
【図９】減衰比とスリップトルクの関係を示す図
【図１０】固有振動周波数とスリップトルクの関係を示す図
【符号の説明】１：クランクシャフト、２：クランクウエブ、３：クランクウエブ、４：ピン穴、５：クランクピン、６：ピン穴、７：ハンマー、８：加速度センサー、１１：マイクロホン、１２：バンドパスフィルタ
【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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