(57)【要約】      （修正有）【課題】被検ワークの軸心を変化させる手段を必要とせず、また、被検ワークと同型のワークの形状、質量分布等を正確に測定して慣性主軸の位置を求める式を解析的手法を用いて求めずとも、被検ワークの慣性主軸の位置を算出可能な、マスセンタリング方法及び装置を提供する。【解決手段】左右の偏心量が既知である第１の試験用ワークを所定の回転数で回転し、該偏心量によって生じた不釣り合いに基づく第１の計測値を計測し、左右の偏心量が既知であり且つその偏心量が第１のワークのものと異なる第２のワークを前記所定の回転数で回転し、該偏心量によって生じた不釣り合いに基づく第２の計測値を計測し、第１の計測値と第２の計測値に基づいて、被検ワークを前記所定の回転数で回転させることによって生じる被検ワークの不釣り合いに基づく第３の計測値から被検ワークの偏心量を算出するための影響係数を算出する。【選択図】図２
2005308644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体である被検ワークの偏心量を計測するマスセンタリング方法であって、
左右の偏心量が既知である第１の試験用ワークを所定の回転数で回転し、該偏心量によって生じた不釣り合いに基づく第１の計測値を計測し、
左右の偏心量が既知であり、且つその偏心量が第１のワークのものと異なる第２のワークを前記所定の回転数で回転し、該偏心量によって生じた不釣り合いに基づく第２の計測値を計測し、
該第１の計測値と該第２の計測値に基づいて、該被検ワークを前記所定の回転数で回転させることによって生じる該被検ワークの不釣り合いに基づく第３の計測値から該被検ワークの偏心量を算出するための影響係数を算出する、
ことを特徴とする、マスセンタリング方法。
【請求項２】
前記第１、第２、及び第３の計測値は、該第１及び第２の試験用ワーク及び該被検ワークを回転可能に支持する軸受が固定され、且つ弾性支持されたテーブルの所定の二箇所の変位を計測することによって得られたものであることを特徴とする、請求項１に記載のマスセンタリング方法。
【請求項３】
前記第１、第２、及び第３の計測値は、該テーブルに該第１及び第２の試験用ワーク及び該被検ワークを設置したときの該テーブルの所定の二箇所の位置を原点とする、該テーブルの所定の二箇所それぞれの変位の該第１及び第２の試験用ワーク及び該被検ワークの回転軸に垂直な所定方向成分の最大値をベクトル長さとし、該変位が最大値を取ったときの該第１及び第２の試験用ワーク又は該被検ワークの回転軸周りの位相をベクトルの方向とするベクトル量であることを特徴とする、請求項２に記載のマスセンタリング方法。
【請求項４】
前記第１の計測値の該テーブルの所定の二箇所の一方でのベクトルをＡ１、他方でのベクトルをＢ１とし、
該第１の試験用ワークの左側の偏心量ベクトルをＵａ１、右側の偏心量ベクトルをＵｂ１とし、
前記第２の計測値の該テーブルの所定の二箇所の一方でのベクトルをＡ２、他方でのベクトルをＢ２とし、
該第１の試験用ワークの左側の偏心量ベクトルをＵａ２、右側の偏心量ベクトルをＵｂ２とし、
Ｕａ１＝ν１×Ａ１  ＋  ν２×Ｂ１
Ｕｂ１＝ν３×Ａ１  ＋  ν４×Ｂ１
Ｕａ２＝ν１×Ａ２  ＋  ν２×Ｂ２
Ｕｂ２＝ν３×Ａ２  ＋  ν４×Ｂ２
を解いて影響係数ν１、ν２、ν３、ν４を算出し、
前記第３の計測値の該テーブルの所定の二箇所の一方でのベクトルＡ、他方でのベクトルＢから、該被検ワークの左側の偏心量ベクトルＵａ、右側の偏心量ベクトルＵｂを、
Ｕａ＝ν１×Ａ  ＋  ν２×Ｂ
Ｕｂ＝ν３×Ａ  ＋  ν４×Ｂ
を用いて算出することを特徴とする、請求項３に記載のマスセンタリング方法。
【請求項５】
該テーブルは、前記所定方向のみに変位可能となるように支持されていることを特徴とする、請求項３または請求項４のいずれかに記載のマスセンタリング方法。
【請求項６】
該第１の試験用ワークは、左右不釣り合い量が０と見なせるマスターワークの一端の中心に偏心量が第１の値である第１のボスを取り付け、且つ該マスターワークの他端の中心に偏心量が第２の値である第２のボスを取り付けたものであり、
該第２の試験用ワークは、該マスターワークの一端の中心に該第２のボスを取り付け、且つ該マスターワークの他端の中心に該第１のボスを取り付けたものである、
ことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載のマスセンタリング方法。
【請求項７】
該第１の値は０であることを特徴とする、請求項６に記載のマスセンタリング方法。
【請求項８】
回転体である被検ワークの偏心量を計測するマスセンタリング装置であって、
該被検ワークを所定の回転軸周りに回転可能に支持する支持手段と、
該被検ワークを所定の回転数で回転させる回転手段と、
前記保持手段と一体となっているテーブルと、
前記テーブルを少なくとも該回転軸に垂直な所定方向に振動可能に弾性支持するばねと、
前記テーブルの第１の箇所及び第２の箇所の変位を計測するセンサと、
左右の偏心量が既知である第１の試験用ワークを前記所定の回転数で回転したときの前記センサの計測結果である第１の計測値と、左右の偏心量が既知であり且つその偏心量が第１のワークのものと異なる第２のワークを前記所定の回転数で回転したときの前記センサの計測結果である第２の計測値に基づいてあらかじめ算出された影響係数と、被検ワークを前記所定の回転数で回転したときの前記センサの計測結果である第３の計測値から該被検ワークの左右の偏心量を算出する、演算手段と、
を有することを特徴とする、マスセンタリング装置。
【請求項９】
前記第１、第２、及び第３の計測値は、前記テーブルに該第１及び第２の試験用ワーク及び該被検ワークを設置したときの前記テーブルの前記第１及び第２の箇所の位置を原点とする、該テーブルの前記第１及び第２の箇所それぞれの変位の該所定方向成分の最大値をベクトル長さとし、該変位が最大値を取ったときの該回転軸周りの位相をベクトルの方向とするベクトル量であることを特徴とする、請求項８に記載のマスセンタリング装置。
【請求項１０】
前記第１の計測値の前記第１の箇所でのベクトルをＡ１、前記第２の箇所でのベクトルをＢ１とし、
該第１の試験用ワークの左側の偏心量ベクトルをＵａ１、右側の偏心量ベクトルをＵｂ１とし、
前記第２の計測値の前記第１の箇所でのベクトルをＡ２、前記第２の箇所でのベクトルをＢ２とし、
該第１の試験用ワークの左側の偏心量ベクトルをＵａ２、右側の偏心量ベクトルをＵｂ２とし、
Ｕａ１＝ν１×Ａ１  ＋  ν２×Ｂ１
Ｕｂ１＝ν３×Ａ１  ＋  ν４×Ｂ１
Ｕａ２＝ν１×Ａ２  ＋  ν２×Ｂ２
Ｕｂ２＝ν３×Ａ２  ＋  ν４×Ｂ２
を解いて影響係数ν１、ν２、ν３、ν４を算出し、
前記第３の計測値の前記第１の箇所でのベクトルＡ、前記第２の箇所でのベクトルＢから、該被検ワークの左側の偏心量ベクトルＵａ、右側の偏心量ベクトルＵｂを、
Ｕａ＝ν１×Ａ  ＋  ν２×Ｂ
Ｕｂ＝ν３×Ａ  ＋  ν４×Ｂ
を用いて算出することを特徴とする、請求項９に記載のマスセンタリング方法。
【請求項１１】
該テーブルは、前記所定方向のみに変位可能となるように支持されていることを特徴とする、請求項８から請求項１０のいずれかに記載のマスセンタリング方法。
【請求項１２】
前記支持手段は、該被検ワークの左右両端に形成された穴のそれぞれに挿入されるピンと、前記ピンを回転可能に支持する軸受と、を有することを特徴とする、請求項８から請求項１１のいずれかに記載のマスセンタリング装置。
【請求項１３】
該第１の試験用ワークは、左右不釣り合い量が０と見なせるマスターワークの一端の中心に偏心量が第１の値である第１のボスを取り付け、且つ該マスターワークの他端の中心に偏心量が第２の値である第２のボスを取り付けたものであり、
該第２の試験用ワークは、該マスターワークの一端の中心に該第２のボスを取り付け、且つ該マスターワークの他端の中心に該第１のボスを取り付けたものであり、
前記ピンを該第１及び第２のボスに係合させることによって該第１及び第２の試験用ワークは前記支持手段に支持される、
ことを特徴とする、請求項１２に記載のマスセンタリング装置。
【請求項１４】
該第１の値は０であることを特徴とする、請求項１３に記載のマスセンタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸等の回転体(ワーク)の慣性主軸の位置を計測する、マスセンタリング方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用エンジンに使用されるクランク軸のような、主として鋳造または鍛造で成形される回転体(ワーク)は、心出し工程にてその両端にセンターホールを形成した後、後工程で仕上加工およびバランス補正加工を行なうことによって製造される。センターホールは仕上加工およびアンバランス修正加工を行なう際の加工基準位置を示すための、一種のマーキングである。すなわち、回転体は仕上げ加工によってセンターホールを位置基準とする所定形状に加工されるとともに、アンバランス修正加工後は両センターホールを結ぶ直線とワークの慣性主軸が一致するようになる。
【０００３】
このようなセンターホールを加工するために、例えば特許文献１に開示されているようなマスセンタリング装置を用いる構成が考案されている。
【０００４】
上記公報記載の構成は、基台に対して振動可能になるようにばね支持された振動ブリッジを有する。この振動ブリッジ上には被検ワークを回転可能に把持する把持円盤と、この把持円盤及び把持円盤に把持された被検ワークを所定の回転速度で回転させるモータと、被検ワークを回転させたときの振動ブリッジの振動を少なくとも振動ブリッジ上の２箇所で計測する振動ピックアップと、を有する。さらに、上記公報記載の装置は、把持円盤による被検ワークの把持位置を変化させる手段を有し、把持位置を変化させることによって、被検ワークの軸心(被検ワークに対する装置の回転軸の位置)を変更することができる。フィードバック制御等を用いて振動ピックアップによる計測値が０となるように被検ワークの軸心を変化させる。この計測値が０となる時のワークの軸心が、被検ワークの慣性主軸である。
【０００５】
以上のように、従来のマスセンタリング装置においては、被検ワークの把持位置を変化させる手段と、振動ピックアップによる計測値が０となるように被検ワークの軸心を変化させる手段とを必要としていた。
【０００６】
また、振動ブリッジの振動から既知の方法で被検ワークのアンバランス量を求め、このアンバランス量から慣性主軸の位置を求める方法がある。しかしながら、アンバランス量から慣性主軸の位置を求めるには、被検ワークの質量や形状に基づいて演算を行う必要がある。この演算は、一般にワークの形状、質量分布に基づいて得られる複数の係数を用いて行われる。特に、クランク軸のような複雑な形状のワークの場合は、クランク軸を要素(クランクピン、クランクジャーナル、クランクアームなど)毎に分割してそのそれぞれの要素の形状・質量、及び要素同士の連結位置等が係数となる。被検ワークの慣性主軸の位置は、これらの係数と計測されたアンバランス量から解析的手法を用いて算出される。従って、アンバランス量から慣性主軸の位置を求める場合は、被検ワークの型ごとに形状、質量分布等の係数を正確に求め、さらにこの係数とアンバランス量から慣性主軸の位置を求める式を解析的手法を用いて求める必要があった。
【特許文献１】特開昭６４−４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑み、被検ワークの軸心を変化させる手段を必要とせず、また、被検ワークと同型のワークの形状、質量分布等を正確に測定して慣性主軸の位置を求める式を解析的手法を用いて求めずとも、被検ワークの慣性主軸の位置を算出可能な、マスセンタリング方法及び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】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載のマスセンタリング方法は、左右の偏心量が既知である第１の試験用ワークを所定の回転数で回転し、該偏心量によって生じた不釣り合いに基づく第１の計測値を計測し、左右の偏心量が既知であり且つその偏心量が第１のワークのものと異なる第２のワークを前記所定の回転数で回転し、該偏心量によって生じた不釣り合いに基づく第２の計測値を計測し、第１の計測値と第２の計測値に基づいて、被検ワークを前記所定の回転数で回転させることによって生じる被検ワークの不釣り合いに基づく第３の計測値から被検ワークの偏心量を算出するための影響係数を算出する。
【０００９】
第１及び第２の試験用ワーク、被検ワークの形状及び質量分布はほぼ等しいので、第３の計測値と影響係数のみを用いて被検ワークの慣性主軸の位置を特定可能であることは自明である。従って、請求項１に記載の発明によれば、被検ワークの軸心を変化させる手段を必要とせずに被検ワークの慣性主軸の位置を特定可能である。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、被検ワークの軸心を変化させる手段を必要とせず、また、被検ワークと同型のワークの形状、質量分布等を正確に測定することなく、被検ワークの慣性主軸の位置を算出可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に本発明の実施の形態の、回転体としてのクランク軸の慣性主軸の位置を測定する、クランク軸マスセンタリング装置１のブロック図を示す。
【００１２】
図１に示されるように、マスセンタリング装置１は、測定部１００、演算部２００、加工部３００を有する。クランク軸は、まず測定部１００に保持され、その慣性主軸の位置を測定するためのデータが得られる。得られたデータは演算部２００に送られ、慣性主軸の位置が求められる。次いで、クランク軸は加工部３００に送られ、その両端面の慣性主軸と交差する位置にセンターホールが加工形成される。クランク軸の測定部１００への設置、および測定部１から加工部３００へのクランク軸の移動は、搬送部４００によって行われる。
【００１３】
図２は、測定部１の正面図である。なお、以下の説明においては、クランク軸の回転軸に略平行な水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸と定義している。
【００１４】
測定部１００の装置フレームは、ベース１１３と、テーブル１１５とから成っている。テーブル１１５は、ベース１１３とテーブル１１５の間に介設されたばね１１４a、１１４ｂによって略水平に弾性支持されている。なお、ばね１１４a、１１４ｂはＺ軸方向に撓むことのできる板バネであり、従って、テーブル１１５はＺ軸方向のみに変位可能である。
【００１５】
テーブル１１５の上面には鉛直上方に互いに平行な第１のテーブル側壁１１７ａおよび第２のテーブル側壁１１７ｂが固定されている。第１のテーブル側壁１１７ａおよび第２のテーブル側壁１１７ｂはほぼ剛体として機能する。第１のテーブル側壁１１７ａには軸受１１６ａが、また、第２のテーブル側壁１１７ｂには軸受１１６ｂがそれぞれ固定されている。軸受１１６ａ、１１６ｂには、尖った先端部を有するピン１１８ａ、１１８ｂが回転可能に貫入されている。ピン１８ａ、１８ｂの先端部は対向配置されている。
【００１６】
クランク軸Ｃの一端Ｃ１０ａと他端Ｃ１０ｂの端面の略中心には、円錐形状の仮穴Ｃ１１ａ、Ｃ１１ｂが形成されている。この仮穴Ｃ１１ａ、Ｃ１１ｂにピン１１８ａ、１１８ｂの先端部を挿入することによって、クランク軸Ｃは回転可能に支持される。
【００１７】
また、ピン１１８ａの他端(図２中左端)には、プーリ１１９が取り付けられている。プーリ１１９は、ベース１１３内に固定されたモータ１０２の回転軸１０２ａに取り付けられた駆動プーリ１２０と、無端ベルト１２１を介して連結されている。従ってモータ１０２を駆動すると、このベルト−プーリ伝達系によって、ピン１１８ａが回転するようになっている。
【００１８】
ピン１１８ａの先端側には、ディスク１２２が固定されている。なお、ディスク１２２の中心軸とピン１８ａの回転軸とが一致するように、ディスク１２２はピン１１８ａに取り付けられている。また、ディスク１２２のクランク軸Ｃと対抗する面上からは、ピン１１８ａの回転軸に平行な方向にシャフト１２３が延びている。ピン１１８ａを回転させると、ディスク１２２及びシャフト１２３もまたピン１１８ａの回転軸を中心に回転するが、この時、シャフト１２３がクランク軸Ｃと接触しないよう、シャフト１２３はピン１１８ａの回転軸から十分離れた位置に固定されている。
【００１９】
シャフト１２３には、ケレー(回し金)１２４が取り付けられている。図３は、ケレー１２４の形状を示したものである。ケレー１２４は、略台形状の板部材であり、その基部には係合孔１２４ａが形成されている。係合孔１２４ａにシャフト１２３が貫入されることによって、ケレー１２４はシャフト１２３に固定される。従って、ピン１１８ａを回転すると、ケレー１２４もまたピン１１８ａの回転軸周りに回転する。なお、本実施形態においては、モータ１０２を駆動すると、クランク軸Ｃが図２左側からクランク軸Ｃを見たときに時計回りとなる方向(以下この方向を「時計回り」と定義する)に回転するようになっている。
【００２０】
ケレー１２４にはアーム部１２４ｂ、１２４ｃが形成されている。クランク軸Ｃがピン１１８ａ、１１８ｂによって保持されているときに、アーム部１２４ｂ、１２４ｃのいずれか一方に１番クランクピンＣ１を係合させることが可能である。なお、アーム部１２４ｂ、１２４ｃのどちらが第１クランクピンＣ１と係合するかは、ディスクの回転方向によって決まる。従って、クランクピン係合部１２４ｂ、１２４ｃと１番クランクピンＣ１が係合しているときにモータ１０２を駆動してケレー１２４を回転させると、１番クランクピンＣ１にピン１１８ａの回転中心軸を中心とする円周方向の力がケレー１２４から伝達され、クランク軸Ｃはピン１１８ａの回転軸周りに回転する。
【００２１】
図２に示されるように、テーブル１１５の側面の所定位置には変位センサ１２６ａ、１２６ｂが備えられている。変位センサ１２６ａ、１２６ｂは、各変位センサが取り付けられた位置におけるテーブル１１５のＺ軸方向の変位を測定するものである。変位センサ１２６ａ、１２６ｂは例えば速度検出器を用いた変位センサである。回転するクランク軸Ｃのアンバランスによって発生する遠心力とばね１１４ａ、１１４ｂの反発力によってテーブル１１５はＺ軸方向に振動する。
【００２２】
クランク軸Ｃの一端にアンバランス成分が存在する場合、このアンバランス成分に基づく遠心力は、テーブル側壁１１７ａ、１１７ｂの双方に伝達される。クランク軸Ｃの一端で発生した遠心力がどのような配分でテーブル側壁１１７ａ、１１７ｂに伝達されるかは、クランク軸Ｃとテーブル側壁１１７ａ、１１７ｂの相対位置によって決まる。
【００２３】
同様に、クランク軸Ｃの他端にアンバランス成分が存在する場合、このアンバランス成分に基づく遠心力は、テーブル側壁１１７ａ、１１７ｂの双方に伝達される。クランク軸Ｃの他端で発生した遠心力がどのような配分でテーブル側壁１１７ａ、１１７ｂに伝達されるかは、クランク軸Ｃとテーブル側壁１１７ａ、１１７ｂの相対位置によって決まる。
【００２４】
次いで、第１のテーブル側壁１１７ａに伝達された遠心力は、ばね１１４ａ及び１１４ｂに伝達される。第１のテーブル側壁１１７ａに伝達された遠心力がどのような配分でばね１１４ａ及び１１４ｂに伝達されるかは、第１のテーブル側壁１１７ａとばね１１４ａ及び１１４ｂの相対位置によって決まる。また、同様に、第２のテーブル側壁１１７ｂに伝達された遠心力も、ばね１１４ａ及び１１４ｂに伝達される。第２のテーブル側壁１１７ａに伝達された遠心力がどのような配分でばね１１４ａ及び１１４ｂに伝達されるかは、第２のテーブル側壁１１７ｂとばね１１４ａ及び１１４ｂの相対位置によって決まる。
【００２５】
変位センサ１２６ａ、１２６ｂの出力、すなわち、変位センサ１２６ａ、１２６ｂの設置位置におけるテーブル１１５の変位量は、ばね１１４ａ及び１１４ｂに伝達された遠心力、ばね１１４ａ及び１１４ｂのばね定数、ばね１１４ａ及び１１４ｂに対する変位センサ１２６ａ、１２６ｂの相対位置によって決まる。
【００２６】
本実施形態においては、同一の型のクランク軸の計測を行う限り、クランク軸Ｃとテーブル側壁１１７ａ、１１７ｂの相対位置、テーブル側壁１１７ａ、１１７ｂとばね１１４ａ、１１４ｂの相対位置、ばね１１４ａ及び１１４ｂのばね定数、ばね１１４ａ及び１１４ｂに対する変位センサ１２６ａ、１２６ｂの相対位置は変らない。従って、クランク軸の左端に第１の遠心力ベクトルＰａが、また右端に第２の遠心力ベクトルＰｂが発生している場合、発生した遠心力と変位センサ１２６ａ、１２６ｂの出力Ｏａ、Ｏｂの間には、数１に従う関係が成立する。
【数１】
2005308644.tif 000003
【００２７】
なお、Ｐａｚ、Ｐｂｚは、それぞれＰａ、ＰｂのＺ軸方向成分である。
【００２８】
λ１、λ２、λ３、λ４は、クランク軸Ｃとテーブル側壁１１７ａ、１１７ｂの相対位置、テーブル側壁１１７ａ、１１７ｂとばね１１４ａ、１１４ｂの相対位置、ばね１１４ａ及び１１４ｂのばね定数、ばね１１４ａ及び１１４ｂに対する変位センサ１２６ａ、１２６ｂの相対位置によって決まる定数である。すなわち、λ１、λ２、λ３、λ４は、測定部１００の構成及びクランク軸Ｃの型が変らない限り一定である。
【００２９】
図４に演算部２００のブロック図を示す。変位センサ１２６ａ、１２６ｂには、それぞれ増幅回路２０９ａ、２０９ｂを介してフィルタ２１４ａおよび２１４ｂが接続されている。フィルタ２１４ａおよび２１４ｂは、入力されたアナログ信号のノイズを低減する。
【００３０】
各フィルタ２１４ａ、２１４ｂの出力側は、それぞれＡ／Ｄ変換器２１５ａ、２１５ｂを介してコントローラ２１６のＣＰＵデータバス２２３に接続される。Ａ／Ｄ変換器２１５ａはノイズが低減されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換してクランク軸Ｃの回転軸の一端Ｃ１０ａ（図２）での初期信号Ｗａを作りだす。同様に、フィルタ２１４ｂは、ノイズが低減されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換してクランク軸Ｃの回転軸の他端Ｃ１０ｂ（図２）での初期信号Ｗｂを作りだす。
【００３１】
各Ａ／Ｄ変換器２１５ａ、２１５ｂの出力側は、それぞれコントローラ２１６のＣＰＵデータバス２２３に接続される。この結果、Ａ／Ｄ変換器２１５ａ、２１５ｂの出力から出力された初期信号Ｗａ、Ｗｂは、コントローラ２１６で読み込み可能となる。
【００３２】
コントローラ２１６に読込まれた初期信号Ｗａ、Ｗｂは、ＣＰＵ２２０によって処理され、初期信号Ｗａ、Ｗｂのそれぞれについての初期データが得られる。本実施形態による初期データは、１番クランクピンＣ１(図２)を基準とする位相θの変化に応じて整理されたデータ群Ｗａ（θ）、Ｗｂ（θ）として示される。位相θは、１番クランクピンＣ１の位置を検出するセンサＤ(図２)によって検出される。
【００３３】
以上求めたデータ群Ｗａ（θ）、Ｗｂ（θ）を用いて、ＣＰＵ２２０は、クランク軸Ｃの一端マスセンタリング作業のための慣性主軸の位置の計測が行われる。
【００３４】
慣性主軸と回転軸との間にずれがあるクランク軸を回転させたときに、クランク軸の左右両端に発生する遠心力ベクトルＰａ、Ｐｂは、慣性主軸からピン１１８ａへの変位量ベクトルＵａ(xa, ya)、慣性主軸からピン１１８ｂへの変位量ベクトルＵｂ(xb, yb)、クランク軸の形状及びその質量分布によって決まる。同一の型のクランク軸の計測を行っている限り、Ｐａ、Ｐｂ、Ｕａ、Ｕｂの間には、数２の関係が成立する。
【数２】
2005308644.tif 000004
【００３５】
κ１、κ２、κ３、κ４は、クランク軸の形状及びその質量分布によって決まる定数である。すなわち、κ１、κ２、κ３、κ４は、測定部１００の構成及びクランク軸Ｃの型が変らない限り一定である。
【００３６】
従って、数１及び数２から、数３のようにベクトルＡ、Ｂ、２次元行列Ｎを定義すると、Ａ、Ｂ、Ｕａ、Ｕｂの間には、数４のような関係が成立する。なお、数３においては、Ｗａ（θ）の最大値をＷａｍ、その時の角度をθａｍ、Ｗｂ（θ）の最大値をＷｂ１ｍ、その時の角度をθｂｍと定義している。
【数３】
2005308644.tif 000005
【数４】
2005308644.tif 000006
【００３７】
ν１、ν２、ν３、ν４は、クランク軸Ｃとテーブル側壁１１７ａ、１１７ｂの相対位置、テーブル側壁１１７ａ、１１７ｂとばね１１４ａ、１１４ｂの相対位置、ばね１１４ａ及び１１４ｂのばね定数、ばね１１４ａ及び１１４ｂに対する変位センサ１２６ａ、１２６ｂの相対位置、クランク軸の形状及びその質量分布によって決まる定数である。すなわち、ν１、ν２、ν３、ν４は、測定部１００の構成及びクランク軸Ｃの型が変らない限り一定である。
【００３８】
従って、係数ν１、ν２、ν３、ν４(影響係数)をあらかじめ求めることによって、xa、ya、xb、ybを求めることができる。以下、この影響係数の算出方法に付き詳説する。
【００３９】
影響係数の算出には、不釣り合い成分を極力除去したクランク軸である、マスターワークを使用する。図５−７に、マスターワークの一例を示す。なお、マスターワーク自身、及びマスターワークを構成する各部位について、図１に記載のクランク軸Ｃと同様のものについては、同一の符号が付与されている。
【００４０】
図５は、マスターワークＣの正面図である。また、図６、図７は、それぞれマスターワークＣの一端Ｃ１０ａ側と他端Ｃ１０ｂ側の側面図を示したものである。図５−図７に示されているように、マスターワークＣの一端Ｃ１０ａと他端Ｃ１０ｂの端面の中心には、それぞれボスを取り付ける為の係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂが形成されている。
【００４１】
図８は、係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂに夫々貫入されるボス５００の斜視図である。図８に示されるように、ボス５００は円柱形状の部材であり、その外径は、係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂの外径とほぼ等しく、その差は数μｍ程度である。また、ボス５００の一方の端面には、円錐形状の凹部５１０が形成されている。この凹部５１０の頂角は、ピン１１８ａ、１１８ｂの先端部の頂角とほぼ等しい。従って、係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂにボス５００を貫入することによって、マスターワークはピン１１８ａ、１１８ｂによって保持可能となり、またその時のマスターワークＣの回転軸は、係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂに取り付けられたボス５００の凹部５１０の頂点同士を結んだ直線である。
【００４２】
本実施形態においては、マスターワーク１００と、「無偏心ボス」「偏心ボス」の二種類のボスを用いて、影響係数を算出する。
【００４３】
「無偏心ボス」とは、凹部５１０の頂点がボスの中心軸上にあるものである。すなわち、マスターワークＣの係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂの両方に無偏心ボスを取り付け、このマスターワークを測定部１００に取り付けて回転させた場合、マスターワークの慣性主軸とマスターワークの回転軸とは完全に一致する。
【００４４】
一方、「偏心ボス」とは、凹部５１０の頂点がボスの中心軸から所定量(本実施形態においては５００μｍ)偏心しているものである。従って、係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂに偏心ボスを取り付けることによって、一端Ｃ１０ａと他端Ｃ１０ｂのいずれか、または双方に５００μｍ偏心したクランク軸を構成することができる。
【００４５】
以上のマスターワーク１００、およびボス５００を用いた、影響係数の計測手順を以下に示す。
【００４６】
最初に、係合孔Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂの両方に無偏心ボスを取り付け、このマスターワークを測定部１００に取り付け、次いでマスターワークを所定の回転速度で回転させる。この時得られた初期データＷａ（θ）、Ｗｂ（θ）が０になるように、センサ１２６ａ、１２６ｂの調整を行う。
【００４７】
次いで、係合孔Ｃ１２ａに偏心ボス、係合孔Ｃ１２ｂに無偏心ボスを取り付ける。なお、この時、偏心ボスの凹部５１０の頂点がどの方向に偏心しているかを計測しておく。この偏心方向(マスターワークの慣性主軸から第１クランクピンＣ１に向かう方向を基準とした方向)を例えばθ１とする。例えば、θ１＝０の時、偏心ボスの凹部５１０の頂点がマスターワークの慣性主軸から第１クランクピンＣ１に向かう方向に５００μｍ偏心した位置に偏心ボスの凹部５１０の頂点が配置されていることになる。また、θ１＝π／２の時、偏心ボスの凹部５１０の頂点が、マスターワークの慣性主軸を中心に第１クランクピンＣ１から時計回りに９０°回転した方向に５００μｍ偏心した位置に偏心ボスの凹部５１０の頂点が配置されていることになる。換言すれば、偏心方向がθ１である場合、マスターワークの慣性主軸は、偏心ボスの凹部５１０の頂点から−θ１の方向に５００μｍ離れた点を通過する。このマスターワークを測定部１に取り付け、次いでマスターワークを所定の回転速度(マスターワークの両端に無偏心ボスを取り付けたときと同一の速度)で回転させる。この時得られた初期データＷａ（θ）、Ｗｂ（θ）を、それぞれＷａ１（θ）、Ｗｂ１（θ）とする。
【００４８】
次いで、係合孔Ｃ１２ａに無偏心ボス、係合孔Ｃ１２ｂに偏心ボスを取り付ける。なお、この時、偏心ボスの凹部５１０の頂点がどの方向に偏心しているかを計測しておく。この偏心方向(マスターワークの慣性主軸から第１クランクピン１０１に向かう方向を基準とした方向)を例えばθ２とする。このマスターワークを測定部１に取り付け、次いでマスターワークを所定の回転速度(マスターワークの両端に無偏心ボスを取り付けたときと同一の速度)で回転させる。この時得られた初期データＷａ（θ）、Ｗｂ（θ）を、それぞれＷａ２（θ）、Ｗｂ２（θ）とする。
【００４９】
次いで、Ｗａ１（θ）の最大値Ｗａ１ｍおよびその時の角度θａ１ｍ、Ｗｂ１（θ）の最大値Ｗｂ１ｍおよびその時の角度θｂ１ｍ、Ｗａ２（θ）の最大値Ｗａ２ｍおよびその時の角度θａ２ｍ、Ｗｂ２（θ）−Ｗｂ０（θ）の最大値Ｗｂ２ｍおよびその時の角度θｂ２ｍを演算する。さらに、Ｗａ１ｍ、θａ１ｍ、Ｗｂ１ｍ、θｂ１ｍ、Ｗａ２ｍ、θａ２ｍ、Ｗｂ２ｍ、θｂ２ｍから、数５を用いてベクトル量Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２を算出する。
【数５】
2005308644.tif 000007
【００５０】
ここで、数４のＡ、Ｂ、xa、ya、xb、ybに、Ａ１、Ｂ１、500cosθ１[μｍ]、500sinθ１[μｍ]、０、０を、それぞれ代入し、さらに数４の両辺に、数６に示されるＮの逆行列Ｎ−１をかけると数７が得られる。
【数６】
2005308644.tif 000008
【数７】
2005308644.tif 000009
【００５１】
また、数４のＡ、Ｂ、xa、ya、xb、ybに、Ａ２、Ｂ２、０、０、500cosθ２[μｍ]、500sinθ２[μｍ]を、それぞれ代入し、さらに数４の両辺に、数６に示されるＮの逆行列Ｎ−１をかけると数８が得られる。
【数８】
2005308644.tif 000010
【００５２】
次いで、数７と数８を連立させてν１、ν２、ν３、ν４を求める。なお、数７及び８から、θ１＝θａ１ｍ＝θｂ１ｍ、θ２＝θａ２ｍ＝θｂ２ｍであるのは自明である。従って、ν１、ν２、ν３、ν４は数９のようになる。
【数９】
2005308644.tif 000011
【００５３】
以上の手順により、クランク軸の慣性主軸の位置を計測するための影響係数ν１、ν２、ν３、ν４が求められる。
【００５４】
上記のクランク軸マスセンタリング装置を用いたクランク軸の慣性主軸の位置の計測手順を以下に説明する。
【００５５】
最初に、クランク軸Ｃに仮穴Ｃ１１ａ、Ｃ１１ｂを形成する(図２)。次いで、仮穴Ｃ１１ａにピン１１８ａを、仮穴Ｃ１１ｂにピン１１８ｂをそれぞれ係合させ、測定部１００がクランク軸Ｃを保持する。
【００５６】
次いで、所定の回転速度(係数算出時にマスターワークを回転させたときと同一の速度)でクランク軸Ｃを時計回りに回転させ、初期データＷａ（θ）、Ｗｂ（θ）を計測する。この初期データと係数から、数４を用いて、ベクトルＵａ、Ｕｂを算出する。ベクトルＵａは、クランク軸Ｃの慣性主軸とクランク軸Ｃの左端Ｃ１０ａとが交差する点から仮穴Ｃ１１ａに向かうベクトルである。同様に、ベクトルＵｂは、クランク軸Ｃの慣性主軸とクランク軸Ｃの右端Ｃ１０ｂとが交差する点から穴Ｃ１１ｂに向かうベクトルである。従って、クランク軸Ｃの慣性主軸は、仮穴Ｃ１１ａからベクトル−Ｕａだけ移動した点と、穴Ｃ１１ｂからベクトル−Ｕｂだけ移動した点とを結ぶ線分である。
【００５７】
従って、本実施形態によれば、クランク軸Ｃの一端Ｃ１０ａおよび他端Ｃ１０ｂの中心を原点とする、クランク軸Ｃの慣性主軸の位置を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態の、回転体としてのクランク軸の慣性主軸の位置を測定する、クランク軸マスセンタリング装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態のクランク軸マスセンタリング装置の測定部の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態の、クランク軸を回転させるケレーの形状を示したものである。
【図４】本発明の実施の形態のクランク軸マスセンタリング装置演算部のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態のマスターワークの正面図である。
【図６】本発明の実施の形態のマスターワークの一端側の側面図である。
【図７】本発明の実施の形態のマスターワークの他端側の側面図である。
【図８】本発明の実施の形態のマスターワークの両端の係合孔に貫入されるボスの斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
１              マスセンタリング装置
１００              測定部
１０２              モータ
１１３              ベース
１１４ａ、１１４ｂ  ばね
１１５              テーブル
１１６ａ、１１６ｂ  軸受
１１７ａ、１１７ｂ  テーブル側壁
１１８ａ、１１８ｂ  ピン
１１９              プーリ
１２３              シャフト
１２４              ケレー
１２６ａ、２６ｂ    変位センサ
２００              演算部
３００              加工部
５００              ボス
Ｃ              クランク軸
Ｃ１１ａ、Ｃ１１ｂ  仮穴
Ｃ１２ａ、Ｃ１２ｂ  係合孔
【図１】
2005308644.tif 000012
【図２】
2005308644.tif 000013
【図３】
2005308644.tif 000014
【図４】
2005308644.tif 000015
【図５】
2005308644.tif 000016
【図６】
2005308644.tif 000017
【図７】
2005308644.tif 000018
【図８】
2005308644.tif 000019