KYB技報

第57号

2018―10

技術紹介

ピストンロッド曲がり測定 ･ 矯正技術の開発
光１

尾崇

はじめに建設機械や農業機械のアクチュエータとして油圧
シ リ ン ダ が 用 い ら れ て い る． 例 え ば 図 １ に 示 す
フォークリフトは工場や倉庫などで物品の輸送や保管の際の積みおろし，倉庫での荷役作業を行うための産業車両の一つである．この機体は荷物の下部やパレットに差し込んで持ち上げるフォークとフォークを上昇させるリフトシリンダを備えている．そのリフトシリンダの構成部品のひとつにピストンロッドがあり，ピストンロッド製造工程の一部に，曲がりの測定及び矯正がある．

図２

曲がり測定方法

図３

曲がり矯正方法

ただし現状の設備は，曲がりと同時に外形による振れ量も測定している（外形による振れ量の詳細は曲がり矯正工程では図 ２ および図 ３ に示すように後述の4.1項にて説明する）ため，真円度の悪い素材が投入されると実際の曲がりが小さくても，設定された矯正アルゴリズムでは曲がりのしきい値を満足せず矯正が完了しないことがある．これにより，ピストンロッドを回転させた時の振れにて曲がりを測定し，曲がりが最大の位置をVブロックで受けて矯正工程のサイクルタイム（以下CT）悪化による生産性低下や矯正不良品として廃棄することによる加圧ブロックでワークを押し込み，曲がりを矯正している．ワークを押し込む量は測定した曲がり量より算出している．

歩留まり悪化の問題がある．
そこで，これらの問題点を解消すべく真円度に影響されない曲がり測定技術を開発し，量産運用に至ったため，その概要について紹介する．

図１

フォークリフト― 35 ―

ピストンロッド曲がり測定 ･ 矯正技術の開発

２

開発目的・目標

４

現状の問題点

本技術開発の目的は曲がり測定精度向上による生産性向上と歩留まり改善である．そのため，以下の4. 1 曲がり測定精度
ピストンロッド曲がり測定状態を写真 １ に示す．

目標を満たす必要がある．
⑴曲がり測定精度の明確化⑵ １ 本当たりの矯正回数：平均10回以下

曲がり測定は １ 項図 ２ のように，両端の支点の部分をローラで受けてワークを回転させ，各測定位置（センサ １ ～センサ ５ ）の振れ量を測定する．

⑶矯 正不良数： ０ /20本（曲がりの大きなワーク対象）

３

対象製品・対象工程について

リフトシリンダの構造は図 ４ に示す通りであり，以下のような機能を有す．また，ピストンロッドの概略図を図 ５ に示す．
①油圧ポートから油が供給されることで，ピストンロッドが伸びてフォークが上昇する．
②油圧を開放し，自重にてフォークが下降する．

図４

リフトシリンダ構造図

図５

ピストンロッド概略図

写真 １

この時，図 ７ のように対角上（図でのAとA’，BとB’など）の変位量の差を算出する．その値の最大値を振れ量とし，振れ量の１/２をワークの曲がりとしている．また，図 ７ のように実変位に対してあるレバー比で振れを測定しているため精度に余裕はな
く，曲がり測定の高精度化を狙うには振れ測定方法の見直しが必要である．

ピストンロッド生産工程フローを図 ６ に示す．対象工程である曲がり矯正は，NC加工機におけるワー

図７

クの振れ防止と切削取り代低減を図るための重要な工程である．
なお，本開発の対象であるピストンロッドのサイズは長さL＝900～2300㎜，外径φ37～52㎜である．

ピストンロッドと曲がり測定部

曲がり算出方法

さらに，図 ８ に示すような断面形状が真円ではないワークが投入された場合，真円度形状とワークの上下動による振れ量（以下，外形による振れ量）の両方の値が測定値に含まれ，曲がりを正確に測定できない．つまり真円度が悪い場合，外形による振れ量の影響が大きく，振れ量をしきい値以下とすることが困難となり，矯正が完了しないことがある．

図６

ピストンロッド生産工程フロー― 36 ―

KYB技報第57号

2018―105.1. 3 断面形状ねじれの影響の補正
5.1. 2 項の考えを検証した結果，式⑴および式⑵にて算出した曲がりと三次元測定機にて測定した曲がり（真値）との間に誤差が発生した．各センサ位
置におけるワーク断面形状を確認すると，センサ ０
図８

誤差原因となる外形振れ量4. 2 材料変更によるワーク押し込み量不足
曲がり矯正工程では，材料の初期曲がりの大きさとセンサ ６ の位置における断面形状は図10のようにねじれていることが分かった．このねじれの影響を考慮していない式⑴では，外形振れ量に誤差が発生するため，ねじれを考慮した算出方法を検討した．に応じてワーク押し込み量を設定し，曲がりを矯正している．現状の曲がり矯正において，初期曲がりが小さいワークに対しては設定される押し込み量で矯正ができている．しかし，初期曲がりの大きなワークに対しては設定されるワーク押し込み量では押し込み量が不足し曲がりを所定のしきい値以下とすることができない，つまりは矯正が完了しないことがある．

５

曲がり測定・矯正技術の開発

図10

5. 1 曲がり測定技術の開発
5.1. 1 振れ測定精度の向上
接触式高精度変位計を採用し，直接振れを測定する構造を採用することで振れ測定精度（仕様上の指示精度）±0.003㎜を確保した．
5.1. 2 外形による振れ量の除去
各センサにて測定される振れ量には外形による振れ量が含まれるため，曲がりを正確に測定するためにはこの値を除去する必要がある．そこで，図 ９ のように両側ローラ直近にセンサ ０ 及び ６ を追加した曲がり測定方法を考案した．センサ ０ 及び ６ はローラ直近であるため，曲がりによる振れ量がなく外形による振れ量のみを測定できる．この振れ量より外形振れ量を以下のように設定し，各センサにて測定される振れ量より各センサでの曲がりを以下のように算出する．各センサでの曲がりの最大値をワークの曲がりとする．
b＝（b0＋b6）/ ２ ⑴
Zn＝（bn－b）/ ２ ⑵b：外形振れ量，b0：センサ ０ の振れ量，
b6：センサ ６ の振れ量，bn：各センサの振れ量，
Zn：各センサでの曲がり

図９

現状の曲がり測定方法

センサ ０ 及び ６ における断面形状

このねじれは材料メーカのロール矯正工程にて発生したと推測され，ねじれ量はワークごとに異なるが，各断面におけるねじれ量は距離に比例しほぼ一定の比率でねじれていることを確認した．この特性を利用して，外形振れ量をセンサ ０ 及び ６ の平均値でなく各センサからの距離の逆比で算出することとした．例えばセンサ １ の外形振れ量は以下のようになる．
b＝｛b0×（L－L1）/L｝＋b6 ×L1/L
⑶
L1：センサ １ の距離，L：ワーク全長
5. 2

曲がり矯正に関する変更点

曲がり矯正方法は １ 項図 ３ に示す現行の方式を採用し，測定した曲がり量に対して機種ごとに設定した係数を掛けて算出した押し込み量にて矯正を行う．
ただし，初期曲がりが大きなワークでは前述したように，押し込み量が足りず矯正できない場合があったため，初期曲がりの大きなワークについては押し込み量算出設定値を改めて設定した．

６開発結果

6. 1 曲がり測定技術の開発結果
曲がり測定実験機を試作し，外径φ37，42㎜，長さL＝900，2300㎜のワークの曲がりを測定した．
この時の曲がり測定精度は表 １ のようになった．こ
こでは，真円度測定機及び三次元測定機で測定した― 37 ―

ピストンロッド曲がり測定 ･ 矯正技術の開発

曲がりをワークの曲がりの真値としている．
外形振れ量の算出方式別に測定精度を比較すると，L＝900㎜では両方式で大きな差はなかったが，L＝2300㎜では差が発生した．これは全長の短いL＝900㎜では両端におけるねじれ量が小さく，各センサにおける外形による振れ量の影響が小さかったためである．一方，L＝2300㎜では両端のねじれが大きくなり，式⑴では各センサにおける外形による振７

量産設備への展開

7. 1 量産設備の曲がり測定精度
６ 項の結果を受け，量産設備へセンサの追加及び開発した曲がり測定方式の機能追加をした．センサ追加後の曲がり矯正機は写真 ２ のようになっている．

れ量の誤差が大きくなったことが測定精度悪化の原因である．つまり，式⑶の方が長さに依存することなく測定精度は良好であり，有効な補正方式であるといえる．
表１
全長L＝900［㎜］L＝2300［㎜］写真 ２

曲がり測定精度
測定精度

外形振れ量

ave［㎜］ σ［㎜］平均値

－0.0070.011±0.040距離の逆比－0.0080.011±0.041

平均値－0.0080.024±0.080距離の逆比－0.0040.013±0.043（ave±3σ）
［㎜］

全長

外形振れ量

L＝2300［㎜］ 距離の逆比

6. 2 ワーク押し込み量の変更結果
初期曲がりが大きなワークに対して矯正ができるよう，押し込み量設定値を変更し矯正を実施した．
矯正前後における曲がり量の変化及び矯正回数を図11に示す．図より初期曲がりの大きなワークにおいても目標CTに入る矯正回数平均10回以下に対し，

図11

量産設備への機能追加後の曲がり測定精度を，表２ に示す．
表２

また，この測定精度を考慮した曲がりしきい値を設定して矯正を行えば，次工程であるNC工程も特に問題なく加工可能であることを確認した．
以上のことから，真円度に影響されない曲がり測定技術には，5. 1 項図 ９ に示すセンサ ０ および ６ の追加と外形による振れ量を算出し除去する方案が有効であることが明らかになった．

平均8.2回で曲がり矯正を完了することができた．

センサ追加後の曲がり矯正機

曲がり測定精度
ave［㎜］ σ［㎜］0.005

0.016

測定精度
（ave±3σ）［㎜］±0.052

表 １ の値と比較し，ほぼ同等の測定精度が得られており，真円度などの外形による振れの影響を受けず，曲がりを測定できるようになった．
7. 2 曲がり矯正工程の評価
量産設備への機能追加後，初期曲がりの大きなワークに対して矯正を実施した．曲がり矯正前後における矯正結果は図12のようになり，矯正不良となったワークは ０ 本であった．また，平均矯正回数は8.95回であり，目標CTに入る矯正回数平均10回以下であった．
以上の結果より，改造前の設備で矯正できなかった真円度の悪いワークや初期曲がりの大きなワークに対しても，曲がりをしきい値以下に矯正できる設備能力が確保できたといえる．

図12

初期曲がりの大きなワークの矯正結果― 38 ―

自動曲がり測定及び矯正結果

KYB技報８第57号

開始した．これにより生産性の向上や歩留まりの改善を図ることができた．

結果

今後も生産性向上や低コスト化につながる，様々な検査計測技術開発に取り組んでいきたい．
最後になりましたが，今回の開発，量産運用に至⑴曲がり測定精度を明確にできた．
曲がり測定精度：真値に対し±0.052㎜⑵ １ 本当たりの矯正回数：平均8.95回⑶矯正不良数： ０ /20本

９るまでに多大なご支援，ご協力をいただきました社
内外関係者各位にこの場をお借りして厚く御礼申し上げます．

おわりに真円度の悪いワークや初期曲がりの大きなワークに対応可能な曲がり矯正技術を開発し，量産運用を著

2018―10者 光尾崇

2006年入社．技術本部生産技術研
究所第二研究室．検査，計測技術の開発に従事．

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