(57)【要約】      （修正有）【課題】安全かつ簡易で、精度良くシリンダライナの内径計測を行うことのできる計測器を提供する。【解決手段】計測対象とするシリンダライナ３０の内径をＤとした場合に、内径Ｄとの間に（１／５００）Ｄから（１／１０００）Ｄの隙間を持つ直径と、シリンダライナ３０の軸芯方向に沿った厚みを持つように形成された計測器本体１２と、計測器本体１２の円周面に備えられた複数の非接触型ギャップセンサ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、シリンダライナ３０の深さを計測するデプス計１６と、計測器本体１２をシリンダライナ３０内部へ挿入する挿入手段４０と、を備える。【選択図】図１
2013213714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象とするシリンダライナの内径をＤとした場合に、前記内径Ｄとの間に（１／５００）Ｄから（１／１０００）Ｄの隙間を持つ直径と、前記シリンダライナの軸芯方向に沿った厚みを持つように形成された計測器本体と、
前記計測器本体の円周面に備えられた複数の非接触型ギャップセンサと、
前記シリンダライナの深さを計測するデプス計と、
前記計測器本体を前記シリンダライナ内部へ挿入する挿入手段と、
を備えることを特徴とするシリンダライナ内径計測器。
【請求項２】
前記非接触型ギャップセンサは、前記計測器本体を平面視した際に、その中心軸を通って直交する弦の両端部に、対を成すように配置することを特徴とする請求項１に記載のシリンダライナ内径計測器。
【請求項３】
前記デプス計は、前記計測器本体における前記シリンダライナへの挿入方向端部に設けた非接触型測距手段であることを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダライナ内径計測器。
【請求項４】
前記計測器本体には、前記非接触型ギャップセンサ、および前記非接触型測距手段による計測データを出力する送信手段が備えられ、
前記シリンダライナ外部にて、前記送信手段により送信された前記計測データを受信可能な受信手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシリンダライナ内径計測器。
【請求項５】
前記送信手段、および前記受信手段は、無線による送受信が可能な構成としたことを特徴とする請求項４に記載のシリンダライナ内径計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復銅内燃機関のシリンダライナの内径計測を行う機器に係り、特にクロスヘッド型内燃機関など、比較的大型な内燃機関のシリンダライナの製造時等、一定の公差を持った一定直径に仕上られたシリンダライナの内径計測を行う場合に好適な計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスヘッド型内燃機関などの比較的大型の内燃機関のシリンダライナの内径計測は従来、計測者がシリンダ内に入り、ダイヤルゲージなどを用いて行われていた。しかし、このような作業は、作業性が悪く、危険を伴うとの懸念もあった。
【０００３】
シリンダライナの内径計測は、製造時の検査の他、使用による摩耗量に基づく保守・点検の際に行われることがある。
以下に示す特許文献に開示されている計測機器は、主に保守・点検のために用いることが記載されているが、接触型のものと非接触型のものが開示されている。
接触型のものとしては、例えば特許文献１、２に開示されているように、内径計測のための機器（接触子）を直接シリンダライナの内周面に当接させて基準値からの誤差などに基づいて計測を行うというものである。
【０００４】
一方、非接触型のものは、特許文献３に開示されているようなレーザ式距離センサを用いて計測を行うというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４８３０３号公報
【特許文献２】特開２００９−１６８５０２号公報
【特許文献３】特開平４−１６０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の接触型計測技術、非接触型計測技術には、それぞれ次のような問題があった。まず、接触型計測技術では、いずれもシリンダライナに対して軸芯をとった上で、これに直交するように計測機器を配備して計測を行うようにしている。このため、シリンダライナが大型になればなるほど、計測のための芯だしに要する時間が長くなり、経験や勘に頼る側面が大きくなってしまう。このため、計測者毎に精度の良否が別れることとなる。また、計測機器の接触子を直接シリンダライナの内周面に当てて走査するため、シリンダライナの内周面に走査傷が残る場合がある。さらに、シリンダライナ内周面に設けられた孔や溝（空気を導入するためのポートや、潤滑油を供給するための溝など）に接触子が落ち込んだ際に、脱出させるための機構等も必要となる。
【０００７】
一方、特許文献３に開示されているような非接触型計測技術では、距離計側にレーザを用いているため、シリンダライナの内周面に走査傷が残る事や、内周面に形成された孔や溝に計測機器が落ち込むといった虞は無い。しかし、このような計測機器では、シリンダライナ内に挿入した測定アームを基点として、シリンダライナの内周面に向けてレーザを照射し、測定アームと、測定アームから内周面までの垂直距離や水平距離を足した値を直径として算出するという手段が採られている。このため、アームの挿入位置がシリンダライナの軸芯からずれた場合には、計測誤差が生ずることとなり、依然として、芯だしという作業は必要となる。また、特許文献３に開示されている技術のように、昇降手段や台車などを介して芯だし作業を行う場合には、高精度な制御が可能な手段を採用する必要があり、装置自体が大掛かり、かつ高価なものとなってしまう虞がある。
【０００８】
本発明では、上記問題を解決し、安全かつ簡易で、精度良くシリンダライナの内径計測を行うことのできる計測器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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係るシリンダライナ内径計測器は、計測対象とするシリンダライナの内径をＤとした場合に、前記内径Ｄとの間に（１／５００）Ｄから（１／１０００）Ｄの隙間を持つ直径と、前記シリンダライナの軸芯方向に沿った厚みを持つように形成された計測器本体と、前記計測器本体の円周面に備えられた複数の非接触型ギャップセンサと、前記シリンダライナの深さを計測するデプス計と、前記計測器本体を前記シリンダライナ内部へ挿入する挿入手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、上記のような特徴を有するシリンダライナ内径計測器において、前記非接触型ギャップセンサは、前記計測器本体を平面視した際に、その中心軸を通って直交する弦の両端部に、対を成すように配置することが望ましい。
非接触型ギャップセンサをこのような配置形態とすることによれば、シリンダライナの直径は、計測器本体の直径に、対を成す２つの非接触型ギャップセンサによる計測値を加算することで求めることができるようになるからである。
【００１１】
また、上記のような特徴を有するシリンダライナ内径計測器において、前記デプス計は、前記計測器本体における前記シリンダライナへの挿入方向端部に設けた非接触型測距手段であるようにすると良い。
このような構成とすることによれば、非接触型ギャップセンサによる直径計測位置をデータとして瞬時に関連付けて記録することが可能となるからである。
【００１２】
また、上記のような特徴を有するシリンダライナ内径計測器において、前記計測器本体には、前記非接触型ギャップセンサ、および前記非接触型測距手段による計測データを出力する送信手段が備えられ、前記シリンダライナ外部にて、前記送信手段により送信された前記計測データを受信可能な受信手段を有するようにすると良い。
このような構成とすることにより、シリンダライナの内径計測を遠隔操作で行うことが可能となり、作業の安全性が向上する。
【００１３】
また、上記のような特徴を有するシリンダライナ内径計測器では、前記送信手段、および前記受信手段は、無線による送受信が可能な構成とすると良い。
このような構成とすることによれば、ケーブルの引掛りや断裂等のトラブルが生ずる虞が無い。
【発明の効果】
【００１４】
上記のような特徴を有するシリンダライナ内径計測器によれば、安全かつ簡易で、精度良くシリンダライナの内径計測を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係るシリンダライナ内径計測器の構成、および当該計測器による計測状態を示す部分断面側面図である。
【図２】内径計測時における計測器本体とシリンダライナとの関係を示す平面図である。
【図３】計測器本体の厚みの違いによって生ずる傾斜角度の相違を説明するための図である。
【図４】シリンダライナの直径Ｄと実測値Ｄ１とのズレを説明するための図である。
【図５】渦電流式のギャップセンサの原理を説明するための図である。
【図６】載置面に対してシリンダライナを水平配置した上での内径計測の様子を示す部分断面側面である。
【図７】図６における右側面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のシリンダライナ内径計測器に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本実施形態に係るシリンダライナ内径計測器（以下、単に内径計測器１０と称す）は図１に示すように、計測器本体１２と、ギャップセンサ１４（１４ａ〜１４ｄ）、デプス計１６、送信手段１８、および受信手段２０を基本として構成されている。本実施形態に係る内径計測器１０は、主に、シリンダライナ３０の製造工程における検査のために用いられる。
【００１７】
計測器本体１２は、シリンダライナ３０の内部に挿入する円筒体である（図２参照）。計測器本体１２は、計測対象とするシリンダライナ３０内径Ｄの設計値に対して、適度な隙間を持つ直径Ｄ０と厚みを有している。このような構成とすることで、計測器本体１２は、シリンダライナ３０の内部で、自由に摺動走査することが可能となる。図３に示すように、計測器本体１２をシリンダライナ３０との間に適度な隙間（ｄｃ１〜ｄｃ４）と厚みを有するものとする。これにより、計測器本体１２は、その最大傾斜角度θが抑制され、計測器本体１２の傾きに起因して生ずる計測誤差を、既存の測定器の誤差以内に収めることができる。なお、適度な隙間とは、内径Ｄに対して（１／５００）・Ｄから（１／１０００）・Ｄ程度となる隙間のことをいう。また、図３に示すように、計測器本体１２の厚みが大きい場合に生ずる最大傾斜角度θ２は、厚みが小さい場合に生ずる傾斜角度θ１よりも小さくなる。
【００１８】
また、図４に示すように、シリンダライナ３０の内径Ｄと、計測器本体１２の直径Ｄ０の隙間を適度なものとすることで、両者間における軸芯のズレ量（Ｄ−Ｄ０）／２が制限される。このため、軸芯のズレによる計測誤差、すなわち実測値Ｄ１と、直径Ｄとの間の差を許容値内に収めることができる。
【００１９】
ギャップセンサ１４は、計測器本体１２の円周面、すなわち側面に配置され、シリンダライナ３０の内周面と、計測器本体１２の円周面との間の距離を検出する非接触型の距離センサである。ギャップセンサ１４は、円周面に沿って複数配置されることが望ましい。具体的には、計測器本体１２を平面視した際に（図２参照）、その中心軸を通って直交する弦の両端部に、対を成すように配置すると良い。ギャップセンサ１４をこのような配置形態で配置することにより、ギャップセンサ１４の配置位置は、計測器本体１２の直径Ｄ０を挟んだ対向位置となる。このため、シリンダライナ３０の内径計測に関しては、直径Ｄ０の値と、対向する２つのギャップセンサ１４による計測値を加算した値として求めることが可能となる。なお、実際には、ギャップセンサ１４とシリンダライナ３０との間の距離は僅かであるため、計測器本体１２の傾き等に起因する計測誤差は、許容誤差の範囲となる。
【００２０】
また、対となるギャップセンサ１４の高さ方向の配置位置は、同じ高さとすれば、（計測器本体１２の高さ方向中心位置に設けなくても可）計測器本体１２の傾きによって生ずる計測誤差をより小さなものとすることができる。
【００２１】
ギャップセンサ１４の具体的な例としては、渦電流式非接触センサを挙げることができる。渦電流式非接触センサは、高周波磁界を利用した変位計である。原理としては、図５に示すように、コイルに高周波電流を流すと、高周波磁界が発生する。この高周波磁界に導電性部材（例えば金属）が存在すると、電磁誘導作用により、導電性部材には、磁束の通過方向と直交する方向に渦電流が生ずることとなる。コイルでは、この渦電流が生じた導電性部材との間の相互誘導作用により、インピーダンスが変化する。そして、インピーダンスの変化に伴い出力電流の波形（発振状態）が変化するため、この発振状態の変化に伴って距離の検出を行う。
【００２２】
渦電流式非接触センサによる距離の検出には、主に、波形検出型と、電圧検出型がある。出力電流の波形（発振状態）は、検出対象とする導電性部材とコイルとの距離が近づくにつれて、その振幅が小さくなると共に、基準とする波形との間における位相のズレが大きくなる。この振幅と位相のズレを検出し、検出対象とする導電性部材とコイルとの間の距離に換算するのが、波形検出型による検出方法である。
【００２３】
一方、検出対象とする導電性部材とコイルとの間の距離に起因して変化する波形の振幅を整流し、これを出力電圧の変化として捉え、出力電圧の値を検出対象とする導電性部材とコイルとの間の距離に換算するのが、電圧検出側による検出方法である。
【００２４】
なお、ギャップセンサ１４としては、光学式のものや、超音波式のものも採用することが可能であるが、次のような理由から、渦電流式の非接触センサを用いることが望ましい。すなわち、渦電流式の非接触センサは、光学式のものや、超音波式のものに比べて、近接距離の計測に適正を持っているためである。また、光学式のものや、超音波式のものに比べて精度、分解能、および耐環境性能が高いということもできる。このため、微小隙間の高精度な検出や、切削面保護のために油分が塗布された面の検査等に好適である。また、渦電流式の非接触センサは、金属面とコイル（センサヘッド）との距離を直接計測できるため、油分等による皮膜の影響を受ける虞が無い。さらに、光学式のものや、超音波式のものに比べて、センサヘッドの小型化が容易であるという特徴もある。
【００２５】
デプス計１６は、シリンダライナ３０内における計測器本体１２の位置、すなわちギャップセンサ１４による走査位置を検出することができるものであれば良い。このため、簡易的には、計測器本体１２を吊下するクレーン等の吊下手段４０による巻取り量を検出することで、これをデプス計１６としても良いが、本実施形態では、計測器本体１２の底面に、非接触センサを設けるようにした。これにより、シリンダライナ３０の載置面側開口部（シリンダライナ３０を垂直に配置した場合）から計測器本体１２の底面までの距離を計測することができる。そして、載置面側開口部から、ギャップセンサ１４による直径計測点までの距離Ｌに関しては、デプス計１６による計測値Ｌ０に、計測器本体１２の底面から、ギャップセンサ１４までの厚み方向の距離Ｌ１を加算した値とすれば良い。
本実施形態では、デプス計１６として、超音波距離センサを採用している。渦電流式や光学式の非接触センサに比べて、精度良く計測できる距離が長いからである。
【００２６】
送信手段１８は、上述したギャップセンサ１４、およびデプス計１６による計測データを、測定対象とするシリンダライナ３０の外部に配置された受信手段２０へ送信するための手段である。計測データの送信は、有線であるか無線であるかは問わないが、本実施形態では、無線による送信を採用している。このため、送信手段１８には、少なくとも発振回路、増幅回路、および変調回路が含まれることとなる（いずれも不図示）。なお、発振回路は、無線送信に必要とされる高周波信号を出力するための回路である。また、増幅回路は、検出された計測データや高周波信号を所定の電力まで増大させるための回路である。さらに、変調回路は、計測データを高周波信号に重畳させるための回路である。
【００２７】
本実施形態に係る受信手段２０は、送信手段１８によって送信された検出データを受信すると共に、受信したデータに基づいてシリンダライナの直径を算出、記録するための手段である。計測データの受信を行うための回路としては、高周波増幅回路、周波数変換回路、復調回路等である（いずれも不図示）。高周波増幅回路は、入力された高周波信号を選択、および増幅するための回路である。周波数変換回路は、高周波信号を低い周波数に変換する回路である。復調回路は、低周波化された送信信号から、計測データを取り出すための回路である。
【００２８】
シリンダライナ３０の直径算出は、ギャップセンサ１４によって検出された値と、予め定められている計測器本体１２の直径Ｄ０に基づいて行う。例えば、ギャップセンサ１４の配置が、Ｘ軸に沿った方向と、Ｙ軸に沿った方向である場合には、次のようにして、Ｘ軸方向の直径Ｄｘと、Ｙ軸方向の直径Ｄｙが算出される。
【数１】
2013213714.tif 000003
・・・（数式１）
2013213714.tif 000004
・・・（数式２）
なお、数式１において、Ｄ０ｘは、計測器本体１２におけるＸ軸方向の直径の値であり、ｄｃ１、ｄｃ２は、Ｘ軸方向に沿って、対を成すように配置されているギャップセンサ１４ｃ，１４ａによる計測値である。また、数式２において、Ｄ０ｙは、計測器本体１２におけるＹ軸方向の直径の値であり、ｄｃ３、ｄｃ４は、Ｙ軸方向に沿って、対を成すように配置されているギャップセンサ１４ｄ，１４ｂによる計測値である。
【００２９】
また、計測値の記録は、数式１で算出されたＤｘの値と、数式２で算出されたＤｙの値、およびＤｘ、Ｄｙを算出するためにギャップセンサ１４により検出した値（ｄｃ１〜ｄｃ４）を得た際のデプス計１６の値（距離Ｌ）とを関連付けて保存する。これにより、シリンダライナ３０の長手方向における直径の計測値ＤｘとＤｙについてのシリンダライナ３０の中における計測位置を把握することができる。なお、距離Ｌについては、上述したように、
【数２】
2013213714.tif 000005
・・・（数式３）
とすれば良い。なお、Ｌ０はデプス計１６による計測値であり、Ｌ１は、計測器本体１２の底面から、ギャップセンサ１４までの厚み方向の距離である。
【００３０】
このような構成の受信手段２０は、例えば受信機能を備えたデータロガー等であれば良く、算出、および保存した計測データを目視可能に表示する機能を備える。
【００３１】
上記のような構成の内径計測器１０によれば、シリンダライナ３０内に挿入された計測器本体１２の傾きおよび軸芯のズレは、幾何学的に僅かなものに抑えることができる。例えばシリンダライナ３０の内径（設計値）が９００ｍｍ、計測器本体１２の直径は、そのマイナス交差の最小値の８９９．１ｍｍ、さらに高さ（厚み）を３６０ｍｍとした場合には、傾きの最大値は、０．００２ｒａｄ程度となる。この場合、直径計測における誤差は、０．００３ｍｍ程度となる。また、軸芯のズレの最大値は０．４５ｍｍとなり、この場合、直径計測における誤差は０．０００４５ｍｍ程度となる。なお、この例の場合における計測器本体１２の厚みは、（２／５）・D程度となる。すなわち、直径Dの半分未満程度の厚みがあれば、上記のような精度での計測ができる傾斜に抑えることができる。
以上のように、計測器本体１２の傾き、軸芯のズレによる合計誤差を既存の計測器による測定誤差の範囲に収めることが出来る。
【００３２】
また、デプス計１６による計測値に関する誤差についても、上記直径計測の際の誤差と同様に、許容誤差の範囲に収めることができる。
【００３３】
また、上記のような構成の内径計測器１０は、図１に示すように、シリンダライナ３０が垂直配置されている場合には、クレーン等の吊下手段４０により吊下し、シリンダライナ３０に計測器本体１２を挿入した上で、これを吊上げ、または吊り降ろすことで、シリンダライナ３０の内径計測を行うことができる。
【００３４】
よって、計測者がシリンダライナ３０の内部に入って計測を行う必要が無く、計測時の安全性を向上させることができる。また、計測器本体１２をシリンダライナ３０の内部に挿入してしまえば、芯だし等の面倒な作業が不要となると共に、計測時の勘などの熟練度も不要となり、簡易かつ高精度な内径計測を行うことが可能となる。また、ダイヤルゲージのような接触子を使用することが無いため、シリンダライナ３０の内部に、接触子による傷が付く虞が無い。このような各種効果を得ることができるため、シリンダライナ３０の内径検査を容易、迅速、かつ高精度に行うことができるようになり、製造工場における生産ラインの効率化を図ることが可能となる。
【００３５】
上記実施形態では、検査対象とするシリンダライナ３０を、載置面に対して垂直に配置した状態で検査を行うように説明した。しかしながら本実施形態に係る内径計測器１０は、図６、図７に示すように、載置面に対してシリンダライナ３０を水平配置した場合であっても、計測を行うことができる。なお当然に、シリンダライナ３０を傾斜配置した場合であっても、計測を行うことができる。
【００３６】
シリンダライナ３０の内径を計測（走査）する方法は、上述した実施形態と同様な手段であれば良い。すなわち、シリンダライナ３０の内部に、計測器本体１２を挿入し、これを押し込み、あるいは引抜きしながら、シリンダライナ３０の内径を計測するというものである。
【００３７】
ここで、シリンダライナ３０を載置面に対して水平に配置した場合には、その内部に挿入する計測器本体１２は、自重により内径の片側（下側）に偏ることとなる。このため、図７中Ｘ軸方向では、シリンダライナ３０の内径に対し、実際に計測する内径が小さなものとなる。しかし、内径の曲率半径が大きいシリンダライナで３０は、シリンダライナ３０の内径中心と計測器本体１２の中心とのズレにより生ずる計測誤差は、前述したとおり、許容誤差の範囲内のものとなる。
【符号の説明】
【００３８】
１０………内径計測器、１２………計測器本体、１４ａ………ギャップセンサ、１４ｂ………ギャップセンサ、１４ｃ………ギャップセンサ、１４ｄ………ギャップセンサ、１６………デプス計、１８………送信手段、２０………受信手段、３０………シリンダライナ、４０………吊下手段。
【図１】
2013213714.tif 000006
【図２】
2013213714.tif 000007
【図３】
2013213714.tif 000008
【図４】
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【図５】
2013213714.tif 000010
【図６】
2013213714.tif 000011
【図７】
2013213714.tif 000012