フィレットローリング加工装置及びフィレットローリング装置の異常判定方法
【課題】フィレットローリング加工時に発生するフィレットローラに欠けなどの異常を精度よく判定可能なフィレットローリング加工装置及びフィレットローリング装置の異常判定方法を提供する。
【解決手段】フィレットローリング加工装置（１００）は、フィレット溝部Ｆにフィレットローラ（５）を圧接しながら、クランクシャフトＳを回転することによりフィレットローリング加工を行う。フィレットローリング加工後、低圧力値でフィレットローラ（５）をフィレット溝部Ｆに圧接しながら、低回転速度でクランクシャフトＳを回転駆動して検出した振動振幅にフィレットローラ（５）における異常の有無を判定する判定手段（１５）を備える。
【解決手段】フィレットローリング加工装置（１００）は、フィレット溝部Ｆにフィレットローラ（５）を圧接しながら、クランクシャフトＳを回転することによりフィレットローリング加工を行う。フィレットローリング加工後、低圧力値でフィレットローラ（５）をフィレット溝部Ｆに圧接しながら、低回転速度でクランクシャフトＳを回転駆動して検出した振動振幅にフィレットローラ（５）における異常の有無を判定する判定手段（１５）を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトのフィレット溝部にフィレットローリング加工を行うためのフィレットローラにおける異常を検出可能なフィレットローリング加工装置及びフィレットローリング装置の異常判定方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用エンジンなどの内燃機関に用いられるクランクシャフトでは、クランクピンやクランクジャーナルに設けられたフィレット溝部にフィレットローリング加工を施すことにより、疲労強度の向上が図られている。一般的に、フィレットローリング加工は、クランクピン及びクランクジャーナルに丸みを帯びて形成されたフィレット溝部に、フィレットローラで圧力を印加しながらクランクシャフトを回転駆動する（冷間圧延加工する）ことにより行われる。
【０００３】
フィレットローリング加工ではフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながらクランクシャフトを回転駆動するため、フィレットローラには、フィレット溝部からの反力によって欠けの発生などの異常が生じる場合がある。このようにフィレットローラに異常が発生すると、フィレット溝部に適切な圧力が印加されないためにフィレットローリング加工が正常に行われなくなったり、フィレットローラに生じた欠けなどの異常に起因してフィレット溝部の表面を傷付けたりするなど種々の不具合の原因となってしまう。このようにフィレットローリング加工時において、フィレットローラに生じる欠けなどの異常を早期、且つ、的確に検出しなければならないという要請がある。
【０００４】
例えば特許文献１には、このようなフィレットローラにおける異常検出方法の一例として、フィレット溝部に圧力を印加するための油圧シリンダの油圧を電圧波形として検出し、当該検出された電圧波形の最大振幅が基準振幅を超えるか否かにより、異常の有無を判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４７９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィレットローリング加工が実行されている最中に取得した電圧波形にはノイズ成分が多く含まれており、フィレットローラの異常に関する情報がこのような余分なノイズ成分に埋もれてしまい、精度良く異常を判定することが困難であるという問題がある。
【０００７】
特許文献１では、単に電圧波形の最大振幅値に基づいて異常の判定を行っているため、当該異常がフィレットローラの欠けによるものなのか、又は、それ以外の要因（例えば、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）など）によるものなのかを区別することができない。そのため、真にフィレットローラに異常が無い場合であっても、フィレットローラに異常があるものと誤って判定されてしまう場合があり、判定の精度が不十分である。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、フィレットローリング加工時に発生するフィレットローラの欠けなどの異常を的確に検出可能なフィレットローリング加工装置及び該フィレットローリング加工装置の異常検出方法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】
本発明のフィレットローリング加工装置は上記課題を解決するために、クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング加工装置であって、前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出手段と、前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御手段と、前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記制御手段によって第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明のフィレットローリング加工装置によれば、フィレットローリング加工が終了した後に、フィレット溝に印加する圧力値及びクランクシャフトの回転速度をフィレットローリング加工時に比べて低下させた状態で検出された振動振幅に基づいて異常を判定する。このような状態で検出された振動振幅には、振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、フィレットローラにおける異常の有無を、精度を良く判定することができる。
【００１１】
好ましくは、前記判定手段は、前記検出手段によって検出された振動振幅が第１の閾値を超えたか否かにより前記フィレットローラの異常の有無を判定するとよい。上述したように、本発明で検出される振動振幅には振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、当該振動振幅が予め実験等によって把握されたフィレットローラに異常がある場合の閾値を超えたか否かによって、フィレットローラにおける異常の有無を精度を良く判定することができる。
【００１２】
更に好ましくは、前記検出手段によって検出された信号が前記第１の閾値より大きい場合に、該検出された信号を所定期間ホールドするホールド回路を備え、前記判定手段は、前記所定期間より長い期間として設定された第２の閾値より前記ホールドされた信号が長く継続した場合に、前記フィレットローラに異常があると判定するとよい。フィレットローラ以外の要因（例えば、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）など）に起因する異常は、クランクシャフトの回転周期毎に生じるパルス状の波形として現れる傾向にある。本態様では、このようなフィレットローラの欠け以外による異常を区別して検出することができるため、フィレットローラに生じた欠けなどの異常を高精度に判定することができる。
【００１３】
更に好ましくは、前記所定期間は、前記クランクシャフトの回転周期に比べて小さく設定されているとよい。フィレットローラは一般的にフィレット溝部の径に比べて小さい径を有しているため、フィレット溝部が一周する間にフィレットローラは複数回回転する。そのため、フィレットローラに異常がある場合、当該異常はクランクシャフトの回転周期中に複数回パルス状の波形として現れる。そのため、所定期間は、クランクシャフトの回転周期に比べて小さく設定することにより、フィレットローラの異常は長時間ホールドされるのに対し、それ以外の要因は短い時間しかホールドされない。このように、フィレットローラの欠けをそれ以外の異常と区別して検出することができるため、判定精度をより効果的に向上させることができる。
【００１４】
好ましくは、前記判定手段は、前記制御手段によって前記フィレット溝部に印加される圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度が可変に制御されたタイミングから所定期間前後に前記検出手段によって検出された振動振幅を除いて、前記フィレットローラの異常の有無を判定するとよい。フィレット溝部に印加される圧力値やクランクシャフトの回転速度が変更された前後では外乱ノイズが増大する傾向にあるため、振動振幅に余分なノイズ成分が多く含まれる傾向にある。この態様では、このように外乱ノイズが多い変更タイミング前後の振動振幅を除いて判定を行うことにより、判定精度をより効果的に向上させることができる。
【００１５】
本発明のフィレットローリング装置の異常判定方法は上記課題を解決するために、クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング装置の異常判定方法であって、前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出工程と、前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御工程と、前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定工程とを備え、前記判定工程は、第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るフィレットローリング加工装置の異常判定方法によれば、上述のフィレットローリング加工装置（上記各種態様を含む）を好適に実現可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィレットローリング加工が終了した後に、フィレット溝に印加する圧力値及びクランクシャフトの回転速度をフィレットローリング加工時に比べて低下させた状態で検出された振動振幅に基づいて異常を判定する。このような状態で検出された振動振幅には、振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、フィレットローラにおける異常の有無を、精度を良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るフィレットローリング加工装置によってフィレットローリング加工が施されるクランクシャフトの概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係るフィレットローリング加工装置の全体構成を概略的に示す側面図である。
【図３】フィレット溝部に当接するフィレットローラの様子を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明に係るフィレットローリング加工装置の一連の動作におけるクランクシャフトの回転速度とフィレット溝部に印加される圧力値の推移を示すグラフ図である。
【図５】フィレット溝部に印加する圧力値及びクランクシャフトの回転速度を低下させた状態で振動センサから取得した電圧波形である。
【図６】フィレット溝部に印加させる圧力値及びクランクシャフトの回転速度を低下させずに振動センサによって取得した電圧波形である。
【図７】判定手段の具体的な構成を示すブロック図である。
【図８】シーケンサにおける解析内容を示すフローチャート図である。
【図９】シーケンサの解析過程における電圧波形を模式的に示すグラフ図である。
【図１０】クランクピンに設けられたフィレット溝部への圧力分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明に係るフィレットローリング加工装置１００によってフィレットローリング加工が施されるクランクシャフトＳの概略構成を示す側面図である。クランクシャフトＳは、例えば直列４気筒エンジン用のクランクシャフトであり、周知のように５箇所のクランクジャーナルＪのほか、同位相の二つのクランクピンＰ１、当該クランクピンＰ１に対して位相が１８０度ずれて設けられた二つのクランクピンＰ２を備えてなる。クランクピンＰ１及びＰ２のそれぞれの逆位相側には、カウンタウェイトＣＷが設けられており、クランクジャーナルＪ、クランクピンＰ１及びＰ２の両端にはフィレット溝部Ｆが形成されている。
【００２１】
図２は、本発明に係るフィレットローリング加工装置１００の全体構成を概略的に示す側面図である。フィレットローリング加工装置１００は、一対のアームである上側アーム１ａ及び下側アーム１ｂからなるクランプアーム１を備える。上側アーム１ａは下側アーム１ｂに対して支持軸２を中心に回動可能に取り付けられており、下側アーム１ｂはベース３に固定された支持ブラケット４の上端に固定されている。
【００２２】
上側アーム１ａの先端下面にはフィレットローラ５が回転可能に設けられており、下側アーム１ｂの先端上面にはフィレットローラ５に対向するように、２つのレストローラ６が回転可能に設けられている。フィレットローリング加工装置１００は、加工対象であるクランクシャフトＳのクランクジャーナルＪ及びクランクピンＰ１、Ｐ２をレストローラ６によって下側から支持しつつ、フィレット溝部Ｆに対し上側からフィレットローラ５を圧接させることによってクランクシャフトＳを固定可能なように構成している。尚、図２ではクランクシャフトＳのうちクランクピンＰ１を固定している様子を図示しているが、クランクジャーナルＪ及びクランクピンＰ２に対してフィレットローリング加工を行う場合についてもその固定の様子は、以下に特記しない限り同様である。
【００２３】
図３はフィレット溝部Ｆに当接するフィレットローラ５の様子を拡大して示す断面図である。このように、フィレットローリング加工装置１００は、フィレットローラ５をフィレット溝部Ｆに対して圧接することにより、フィレット溝部Ｆに圧力を印加する。このとき図１に示すように、クランクシャフトＳは、その両側から駆動シャフト３０及び３１によって固定されており、図２に示すコントローラ１１からの指令に基づいて図不示のロータリアクチュエータにより所定の回転速度で回転駆動される。このように、フィレット溝部Ｆにフィレットローラ５から圧力を印加しつつ、クランクシャフトＳを回転駆動することにより、フィレットローリング加工を含む一連の動作がなされる。
【００２４】
再び図２に戻って、上側アーム１ａ及び下側アーム１ｂの後端間には、油圧駆動式シリンダ８（以下、単に「シリンダ８」と称する）が設けられている。シリンダ８の本体８ａの下端はピン９を介して下側アーム１ｂに回動可能に取り付けられており、ロッド８ｂの上端はピン１０を介して上側アーム１ａに回動可能に取り付けられている。
【００２５】
コントローラ１１は、ロータリアクチュエータを回転駆動させることによってクランクシャフトＳの回転速度Ｒを制御すると共に、シリンダ８の油圧値を制御することによりフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆを制御するコントロールユニットである。即ち、コントローラ１１は本発明の「制御手段」の一例である。フィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆは、油圧配管１２に設けられた油圧センサ１３からの信号に基づいて制御される。例えば、コントローラ１１は油圧センサ１３の検出値が所定値になるように、上側アーム１ａ及び下側アーム１ｂの後端間にかかるトルクをフィードバック制御することにより、フィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆを制御する。
【００２６】
上側アーム１ａのうちフィレットローラ５付近には、振動センサ１４が設けられている。振動センサ１４は、例えば加速度センサやポテンショメータなどの変位センサであり、上側アーム１ａの振動を電圧波形として取得し、判定手段１５に入力する。判定手段１５は、当該取得した電圧波形に基づいてフィレットローラ５の異常の有無を判定するが、その具体的な判定プロセスについては後に詳述する。
【００２７】
尚、図２では図示を省略しているが、クランクアーム１はそれぞれフィレット溝部Ｆが設けられたクランクピンＰ１、Ｐ２及びクランクジャーナルＪの各々に対応するように、クランクシャフトＳに対して複数設けられている。以下、主にクランクピンＰ１に設けられたフィレット溝部Ｆにフィレットローリング加工を行う場合について説明を行うが、クランクピンＰ２及びクランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆにフィレットローリング加工を行う場合についても特段の記載が無い限り同様として説明する。
【００２８】
図４は、本発明に係るフィレットローリング加工装置１００の一連の動作におけるクランクシャフトＳの回転速度Ｒとフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆの推移を示すグラフ図である。図４（ａ）はクランクシャフトＳの回転速度Ｒの推移を示しており、図４（ｂ）はクランクシャフトＳのうちクランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆｊの推移を示しており、図４（ｃ）はクランクシャフトＳのうちクランクピンＰ１、Ｐ２に設けられたフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆｐの推移を表している。尚、図４の各グラフにおける横軸はクランクシャフトＳの回転数である。
【００２９】
まず図４（ａ）（ｂ）を参照して、クランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆに対するフィレットローリング加工について説明する。フィレットローリング加工装置１００にクランクシャフトＳがセットされると、コントローラ１１は、フィレット溝部Ｆに印加される圧力値をＰｆｊ１に設定して、クランプアーム１でクランクシャフトＳをクランプする。このとき、クランクシャフトＳの回転速度は、図４（ａ）に示すようにゼロである（即ち、停止状態にある）。
【００３０】
クランクシャフトＳのクランプが完了すると、コントローラ１１はフィレット溝部Ｆに印加される圧力値を第１の圧力値Ｐｆｊ１から第２の圧力値Ｐｆｊ２に向かって増加させると共に、クランクシャフトＳの回転速度を第１の回転速度Ｒ１から第２の回転速度Ｒ２に変更し、フィレットローリング加工を開始する。
【００３１】
本実施例では特に、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値を第１の圧力値Ｐｆｊ１から第２の圧力値Ｐｆｊ２に向かって連続的に増加させている。これにより、この場合、フィレット溝部Ｆとフィレットローラ５との間に生じる摩擦力が急激に変化してショックとなることによって、フィレットローラ５に欠けなどの不具合が生じてしまうことを防止することができる。尚、図４に示す例では、クランクシャフトＳの回転速度Ｒとフィレット溝部への印加圧力のうち後者のみを連続的に変化させる場合を例示したが、前者のみ或いは、両者とも連続的に変化させてもよい。
【００３２】
フィレットローリング加工が完了すると、コントローラ１１はフィレット溝部Ｆに印加させる圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させ、判定手段１５によりフィレットローラ５に欠けなどの異常が存在するか否かの判定を実行する。
【００３３】
このとき、コントローラ１１はシリンダ８の油圧値を制御することにより、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値を第２の圧力値Ｐｆｊ２から第１の圧力値Ｐｆｊ１に向かって減少させると共に、クランクシャフトＳの回転速度を第２の回転速度Ｒ２から第１の回転速度Ｒ１に変更する。このようにフィレット溝部Ｆへの印加圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度を低下させることによって、振動センサ１４から取得する電圧波形に含まれるノイズ成分を抑制することができる。つまり、フィレット溝部Ｆへの印加圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度が大きいままだと、フィレットローラ５の異常による電圧変動がノイズ成分に埋もれてしまい、判定精度が低下してしまう。本実施例では、このようなノイズが振動センサ１４から取得した電圧波形に極力含まれないように、フィレット溝部Ｆへの印加圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度を低下させ、判定精度を向上できる。
【００３４】
このような電圧波形におけるノイズ成分の減少は、本願発明者の実験結果によっても示されている。図５はフィレット溝部Ｆに印加する圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させた状態で振動センサ１４から取得した電圧波形であり、図６はフィレット溝部Ｆに印加させる圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させずに振動センサ１４によって取得した電圧波形である。図５に示すように、フィレット溝部Ｆに印加させる圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させることによって、電圧波形に含まれるノイズ成分が少なく、フィレットローラ５に小さな異常がある場合であっても明確に判別することができる。一方、図６ではフィレットローラ５に同じ小さな異常がある場合であっても、当該異常に起因する電圧波形はノイズ成分に埋もれてしまい、大きな異常がある場合であっても異常がない場合との波形の差は微小であり、判別が困難である。
【００３５】
図７は判定手段１５の具体的な構成を示すブロック図である。振動センサ１４から出力された電圧波形は、増幅器１６によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタル変換される。このようにデジタル変換された電圧波形は、シーケンサ１８において解析されることでフィレットローラ５における異常の有無が判定される。
【００３６】
図８は、シーケンサ１８における解析内容を示すフローチャート図であり、図９は当該解析内容における電圧波形を模式的に示すグラフ図である。尚、図９においては、Ａ／Ｄ変換器１７から入力される電圧波形は実際にはデジタル信号であるが、ここでは説明を容易にするためにアナログ的に示してある。
【００３７】
まず、図９（ａ）に示すように、シーケンサ１８に入力される電圧波形には、フィレットローラ５の異常に起因するパルスＰｕｌｓｅ１と、その他の要因に起因するパルスＰｕｌｓｅ２とが表れているものとする。ここで、パルスＰｕｌｓｅ２の要因としては、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）などの異常が含まれる。フィレット溝部Ｆに比べて径の小さいフィレットローラ５における異常に起因するパルスＰｕｌｓｅ１は短い周期Ｔ１で表れている。一方、外部のメカニカルノイズに起因するパルスＰｕｌｓｅ２は、フィレット溝部Ｆがフィレットローラ５に比べて径が大きいため、長い周期Ｔ２を有している。
【００３８】
まずシーケンサ１８は、図９（ａ）に示す電圧波形を取得し（ステップＳ１０１）、当該電圧波形の振幅が予め設定された第１の閾値Ｖ１より大きくなったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。電圧波形の振幅が第１の閾値Ｖ１より大きい場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、シーケンサ１７は所定期間Ｔｃの間、その振幅値をホールドする（ステップＳ１０３）。尚、第１の閾値Ｖ１は、実験的、理論的又はシミュレーション的に、フィレットローラ５に異常がある場合に想定されるパルスの振幅として、より好ましくは、想定されるパルスより小さい振幅として規定された値である。
【００３９】
図９（ａ）に示す例では、パルスＰｕｌｓｅ１とパルスＰｕｌｓｅ２は共に振幅が第１の閾値Ｖ１より大きいので、それぞれ所定期間Ｔｃの間ホールドされる。ここで、パルスＰｕｌｓｅ１とパルスＰｕｌｓｅ２の各々のホールド期間をわかりやすく示すために、図９（ｂ）は電圧波形のうちパルスＰｕｌｓｅ１のホールド期間、図９（ｃ）は電圧波形のうちパルスＰｕｌｓｅ２のホールド期間をそれぞれ個別に示してある。
【００４０】
パルスＰｕｌｓｅ１は、フィレットローラ５の異常に起因して発生するパルスであり、フィレットローラ５の回転周期Ｔ１と同周期（即ち、短い周期）で表れている。また、パルスＰｕｌｓｅ２は、フィレットローラ５の異常以外の要因、例えば、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）などにより発生するパルスであり、クランクシャフトＳの回転周期Ｔ２と同周期（即ち、長い周期）で表れている。
【００４１】
所定期間Ｔｃは周期Ｔ２に比べて小さく設定されている。そのため、図９（ｃ）に示すように、ホールドされたパルスＰｕｌｓｅ２は、次のパルスＰｕｌｓｅ２が発生する前に一旦ローレベルになる。一方、図９（ｂ）に示すように、ホールドされたパルスＰｕｌｓｅ１は、所定期間Ｔｃが経過する前に次のパルスＰｕｌｓｅ１が発生するため、連続的にホールドされることとなる。このように、シーケンサ１８においては、フィレットローラ５の異常に起因するパルスＰｕｌｓｅ１は長時間ホールドされるのに対し、それ以外の要因に起因するパルスＰｕｌｓｅ２は短時間しかホールドされない。
【００４２】
このような性質に鑑み、シーケンサ１８はパルスがホールドされる時間を計測し、当該ホールド時間が第２の閾値Ｔｄより長いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ホールド時間が第２の閾値Ｔｄより長い場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、シーケンサ１８はフィレットローラ５に異常があると判定し（ステップＳ１０５）、図不示のインジケータを点灯させたり、警報音を発することにより、ユーザに異常の存在を報知する（ステップＳ１０６）。一方、ホールド時間が第２の閾値Ｔｄ以下である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、シーケンサ１８はフィレットローラ５に異常はないと判定する（ステップＳ１０７）。このように、本実施例では、このようなフィレットローラ５の欠け以外の要因に起因するパルスと、真にフィレットローラ５の異常によるパルスを区別することができるため、フィレットローラ５の異常をより高精度に判定することができる。
【００４３】
ここで、第２の閾値Ｔｄは、該所定期間Ｔｃより長い期間として設定された閾値である。第２の閾値Ｔｄの長さは、フィレットローラ５の異常をより確実に判定するという観点からは極力長く設定することが好ましいが、その反面、判定に要する時間が長くなり、クランクシャフトＳの生産性が低下してしまう。そのため、フィレットローラ５の異常の判定精度と生産性のバランスとを考慮して適宜設定するとよい。
【００４４】
図４に示すように、フィレットローラ５の異常判定は基本的に、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値が第１の圧力値Ｐｆｊ１、クランクシャフトＳの回転速度が第１の回転速度Ｒ１に設定された期間Ｔｍにおいて行われる。より好ましくは、コントローラ１１によってフィレット溝部Ｆに印加される圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度が可変に制御されたタイミングから所定期間Ｔｎ前後の電圧波形を除いて、フィレットローラ５の異常の有無を判定するとよい。即ち、図４の例では、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値を第２の圧力値Ｐｆｊ２から第１の圧力値Ｐｆｊ１に向かって減少させると共に、クランクシャフトＳの回転速度を第２の回転速度Ｒ２から第１の回転速度Ｒ１に変更したタイミングからの所定期間Ｔｎに取得した電圧波形を除いて、フィレットローラ５の異常の有無を判定するとよい。フィレット溝部Ｆに印加される圧力値やクランクシャフトＳの回転速度が変更された前後では外乱ノイズが増大する傾向にあるため、振動振幅に余分な情報が多く含まれる傾向にある。本実施例では、このように外乱ノイズが多い変更タイミング前後の電圧波形を除いて判定を行うことにより、判定精度をより効果的に向上させることができる。
【００４５】
続いて図４（ａ）（ｃ）を参照して、クランクピンＰ１、Ｐ２に設けられたフィレット溝部Ｆに対するフィレットローリング加工について説明する。この場合も、基本的には、クランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆと同様であるが、フィレットローリング加工時にフィレット溝部Ｆに印加される圧力値の制御パターンが異なる。具体的には、図４（ｃ）に示すように、クランクピンＰ１、Ｐ２に設けられたフィレット溝部Ｆへの印加圧力値Ｐｆｐが、周期的に低圧側のＰｆｐ２１と高圧側のＰｆｐ２２とを繰り返すように制御される。
【００４６】
一般的に、クランクシャフトＳの疲労強度を向上させるためには、フィレットローリング加工時にフィレット溝部Ｆに印加する圧力値が大きい程よいとされているが、一方でフィレットローラ５の寿命は、フィレット溝部Ｆに加えられる圧力が大きくなるに従い、極端に短くなってしまうことが知られている。クランクシャフトＳが実際にエンジンに組み込まれた状態では、クランクシャフトＳのうちクランクピンＰ１、Ｐ２のボトム側に大きな荷重が加わる一方で、ボトム側とは反対側のトップ側ではボトム側程大きな荷重が加わらない。そのため、図１０に示すように、コントローラ１１は、クランクピンＰ１、Ｐ２のトップ側３４を低圧側のＰｆｐ２１で加工すると共に、ボトム側３５を高圧側のＰｆｐ２２で加工するように、フィレット溝部Ｆに印加される圧力値を切り替え制御することにより、フィレットローラ５の長寿命化とクランクシャフトＳの疲労強度の確保とを両立することができる。尚、本実施例では、図１０に示すように、クランクピンＰ１、Ｐ２の外周のうち１３０度分をトップ側３４、その他の外周をボトム側３５としている。
【００４７】
以上説明したように、本実施例のフィレットローリング加工装置によれば、フィレットローリング加工が終了した後に、フィレット溝Ｆに印加する圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度をフィレットローリング加工時に比べて低下させた状態で検出された振動振幅に基づいて異常を判定する。このような状態で検出された振動振幅には、振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、フィレットローラ５における異常の有無を、精度を良く判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、クランクシャフトのフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながらクランクシャフトを回転駆動してフィレットローリング加工において、フィレットローラの欠けなどの異常を検出可能なフィレットローリング加工装置及びフィレットローリング装置の異常判定方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ アーム
１ａ 上側アーム
１ｂ 下側アーム
２ 支持軸
３ ベース
４ 支持ブラケット
５ フィレットローラ
６ レストローラ
８ シリンダ
１１ コントローラ
１３ 油圧センサ
１４ 振動センサ
１５ 判定手段
１６ 増幅器
１７ Ａ／Ｄ変換器
１８ シーケンサ
１００ フィレットローリング加工装置
Ｓ クランクシャフト
Ｊ クランクジャーナル
Ｐ１ クランクピン
Ｐ２ クランクピン
Ｆ フィレット溝部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトのフィレット溝部にフィレットローリング加工を行うためのフィレットローラにおける異常を検出可能なフィレットローリング加工装置及びフィレットローリング装置の異常判定方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用エンジンなどの内燃機関に用いられるクランクシャフトでは、クランクピンやクランクジャーナルに設けられたフィレット溝部にフィレットローリング加工を施すことにより、疲労強度の向上が図られている。一般的に、フィレットローリング加工は、クランクピン及びクランクジャーナルに丸みを帯びて形成されたフィレット溝部に、フィレットローラで圧力を印加しながらクランクシャフトを回転駆動する（冷間圧延加工する）ことにより行われる。
【０００３】
フィレットローリング加工ではフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながらクランクシャフトを回転駆動するため、フィレットローラには、フィレット溝部からの反力によって欠けの発生などの異常が生じる場合がある。このようにフィレットローラに異常が発生すると、フィレット溝部に適切な圧力が印加されないためにフィレットローリング加工が正常に行われなくなったり、フィレットローラに生じた欠けなどの異常に起因してフィレット溝部の表面を傷付けたりするなど種々の不具合の原因となってしまう。このようにフィレットローリング加工時において、フィレットローラに生じる欠けなどの異常を早期、且つ、的確に検出しなければならないという要請がある。
【０００４】
例えば特許文献１には、このようなフィレットローラにおける異常検出方法の一例として、フィレット溝部に圧力を印加するための油圧シリンダの油圧を電圧波形として検出し、当該検出された電圧波形の最大振幅が基準振幅を超えるか否かにより、異常の有無を判定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４７９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィレットローリング加工が実行されている最中に取得した電圧波形にはノイズ成分が多く含まれており、フィレットローラの異常に関する情報がこのような余分なノイズ成分に埋もれてしまい、精度良く異常を判定することが困難であるという問題がある。
【０００７】
特許文献１では、単に電圧波形の最大振幅値に基づいて異常の判定を行っているため、当該異常がフィレットローラの欠けによるものなのか、又は、それ以外の要因（例えば、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）など）によるものなのかを区別することができない。そのため、真にフィレットローラに異常が無い場合であっても、フィレットローラに異常があるものと誤って判定されてしまう場合があり、判定の精度が不十分である。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、フィレットローリング加工時に発生するフィレットローラの欠けなどの異常を的確に検出可能なフィレットローリング加工装置及び該フィレットローリング加工装置の異常検出方法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】
本発明のフィレットローリング加工装置は上記課題を解決するために、クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング加工装置であって、前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出手段と、前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御手段と、前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定手段とを備え、前記判定手段は、前記制御手段によって第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とする。
【００１０】
本発明のフィレットローリング加工装置によれば、フィレットローリング加工が終了した後に、フィレット溝に印加する圧力値及びクランクシャフトの回転速度をフィレットローリング加工時に比べて低下させた状態で検出された振動振幅に基づいて異常を判定する。このような状態で検出された振動振幅には、振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、フィレットローラにおける異常の有無を、精度を良く判定することができる。
【００１１】
好ましくは、前記判定手段は、前記検出手段によって検出された振動振幅が第１の閾値を超えたか否かにより前記フィレットローラの異常の有無を判定するとよい。上述したように、本発明で検出される振動振幅には振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、当該振動振幅が予め実験等によって把握されたフィレットローラに異常がある場合の閾値を超えたか否かによって、フィレットローラにおける異常の有無を精度を良く判定することができる。
【００１２】
更に好ましくは、前記検出手段によって検出された信号が前記第１の閾値より大きい場合に、該検出された信号を所定期間ホールドするホールド回路を備え、前記判定手段は、前記所定期間より長い期間として設定された第２の閾値より前記ホールドされた信号が長く継続した場合に、前記フィレットローラに異常があると判定するとよい。フィレットローラ以外の要因（例えば、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）など）に起因する異常は、クランクシャフトの回転周期毎に生じるパルス状の波形として現れる傾向にある。本態様では、このようなフィレットローラの欠け以外による異常を区別して検出することができるため、フィレットローラに生じた欠けなどの異常を高精度に判定することができる。
【００１３】
更に好ましくは、前記所定期間は、前記クランクシャフトの回転周期に比べて小さく設定されているとよい。フィレットローラは一般的にフィレット溝部の径に比べて小さい径を有しているため、フィレット溝部が一周する間にフィレットローラは複数回回転する。そのため、フィレットローラに異常がある場合、当該異常はクランクシャフトの回転周期中に複数回パルス状の波形として現れる。そのため、所定期間は、クランクシャフトの回転周期に比べて小さく設定することにより、フィレットローラの異常は長時間ホールドされるのに対し、それ以外の要因は短い時間しかホールドされない。このように、フィレットローラの欠けをそれ以外の異常と区別して検出することができるため、判定精度をより効果的に向上させることができる。
【００１４】
好ましくは、前記判定手段は、前記制御手段によって前記フィレット溝部に印加される圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度が可変に制御されたタイミングから所定期間前後に前記検出手段によって検出された振動振幅を除いて、前記フィレットローラの異常の有無を判定するとよい。フィレット溝部に印加される圧力値やクランクシャフトの回転速度が変更された前後では外乱ノイズが増大する傾向にあるため、振動振幅に余分なノイズ成分が多く含まれる傾向にある。この態様では、このように外乱ノイズが多い変更タイミング前後の振動振幅を除いて判定を行うことにより、判定精度をより効果的に向上させることができる。
【００１５】
本発明のフィレットローリング装置の異常判定方法は上記課題を解決するために、クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング装置の異常判定方法であって、前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出工程と、前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御工程と、前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定工程とを備え、前記判定工程は、第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るフィレットローリング加工装置の異常判定方法によれば、上述のフィレットローリング加工装置（上記各種態様を含む）を好適に実現可能である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィレットローリング加工が終了した後に、フィレット溝に印加する圧力値及びクランクシャフトの回転速度をフィレットローリング加工時に比べて低下させた状態で検出された振動振幅に基づいて異常を判定する。このような状態で検出された振動振幅には、振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、フィレットローラにおける異常の有無を、精度を良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るフィレットローリング加工装置によってフィレットローリング加工が施されるクランクシャフトの概略構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係るフィレットローリング加工装置の全体構成を概略的に示す側面図である。
【図３】フィレット溝部に当接するフィレットローラの様子を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明に係るフィレットローリング加工装置の一連の動作におけるクランクシャフトの回転速度とフィレット溝部に印加される圧力値の推移を示すグラフ図である。
【図５】フィレット溝部に印加する圧力値及びクランクシャフトの回転速度を低下させた状態で振動センサから取得した電圧波形である。
【図６】フィレット溝部に印加させる圧力値及びクランクシャフトの回転速度を低下させずに振動センサによって取得した電圧波形である。
【図７】判定手段の具体的な構成を示すブロック図である。
【図８】シーケンサにおける解析内容を示すフローチャート図である。
【図９】シーケンサの解析過程における電圧波形を模式的に示すグラフ図である。
【図１０】クランクピンに設けられたフィレット溝部への圧力分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明に係るフィレットローリング加工装置１００によってフィレットローリング加工が施されるクランクシャフトＳの概略構成を示す側面図である。クランクシャフトＳは、例えば直列４気筒エンジン用のクランクシャフトであり、周知のように５箇所のクランクジャーナルＪのほか、同位相の二つのクランクピンＰ１、当該クランクピンＰ１に対して位相が１８０度ずれて設けられた二つのクランクピンＰ２を備えてなる。クランクピンＰ１及びＰ２のそれぞれの逆位相側には、カウンタウェイトＣＷが設けられており、クランクジャーナルＪ、クランクピンＰ１及びＰ２の両端にはフィレット溝部Ｆが形成されている。
【００２１】
図２は、本発明に係るフィレットローリング加工装置１００の全体構成を概略的に示す側面図である。フィレットローリング加工装置１００は、一対のアームである上側アーム１ａ及び下側アーム１ｂからなるクランプアーム１を備える。上側アーム１ａは下側アーム１ｂに対して支持軸２を中心に回動可能に取り付けられており、下側アーム１ｂはベース３に固定された支持ブラケット４の上端に固定されている。
【００２２】
上側アーム１ａの先端下面にはフィレットローラ５が回転可能に設けられており、下側アーム１ｂの先端上面にはフィレットローラ５に対向するように、２つのレストローラ６が回転可能に設けられている。フィレットローリング加工装置１００は、加工対象であるクランクシャフトＳのクランクジャーナルＪ及びクランクピンＰ１、Ｐ２をレストローラ６によって下側から支持しつつ、フィレット溝部Ｆに対し上側からフィレットローラ５を圧接させることによってクランクシャフトＳを固定可能なように構成している。尚、図２ではクランクシャフトＳのうちクランクピンＰ１を固定している様子を図示しているが、クランクジャーナルＪ及びクランクピンＰ２に対してフィレットローリング加工を行う場合についてもその固定の様子は、以下に特記しない限り同様である。
【００２３】
図３はフィレット溝部Ｆに当接するフィレットローラ５の様子を拡大して示す断面図である。このように、フィレットローリング加工装置１００は、フィレットローラ５をフィレット溝部Ｆに対して圧接することにより、フィレット溝部Ｆに圧力を印加する。このとき図１に示すように、クランクシャフトＳは、その両側から駆動シャフト３０及び３１によって固定されており、図２に示すコントローラ１１からの指令に基づいて図不示のロータリアクチュエータにより所定の回転速度で回転駆動される。このように、フィレット溝部Ｆにフィレットローラ５から圧力を印加しつつ、クランクシャフトＳを回転駆動することにより、フィレットローリング加工を含む一連の動作がなされる。
【００２４】
再び図２に戻って、上側アーム１ａ及び下側アーム１ｂの後端間には、油圧駆動式シリンダ８（以下、単に「シリンダ８」と称する）が設けられている。シリンダ８の本体８ａの下端はピン９を介して下側アーム１ｂに回動可能に取り付けられており、ロッド８ｂの上端はピン１０を介して上側アーム１ａに回動可能に取り付けられている。
【００２５】
コントローラ１１は、ロータリアクチュエータを回転駆動させることによってクランクシャフトＳの回転速度Ｒを制御すると共に、シリンダ８の油圧値を制御することによりフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆを制御するコントロールユニットである。即ち、コントローラ１１は本発明の「制御手段」の一例である。フィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆは、油圧配管１２に設けられた油圧センサ１３からの信号に基づいて制御される。例えば、コントローラ１１は油圧センサ１３の検出値が所定値になるように、上側アーム１ａ及び下側アーム１ｂの後端間にかかるトルクをフィードバック制御することにより、フィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆを制御する。
【００２６】
上側アーム１ａのうちフィレットローラ５付近には、振動センサ１４が設けられている。振動センサ１４は、例えば加速度センサやポテンショメータなどの変位センサであり、上側アーム１ａの振動を電圧波形として取得し、判定手段１５に入力する。判定手段１５は、当該取得した電圧波形に基づいてフィレットローラ５の異常の有無を判定するが、その具体的な判定プロセスについては後に詳述する。
【００２７】
尚、図２では図示を省略しているが、クランクアーム１はそれぞれフィレット溝部Ｆが設けられたクランクピンＰ１、Ｐ２及びクランクジャーナルＪの各々に対応するように、クランクシャフトＳに対して複数設けられている。以下、主にクランクピンＰ１に設けられたフィレット溝部Ｆにフィレットローリング加工を行う場合について説明を行うが、クランクピンＰ２及びクランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆにフィレットローリング加工を行う場合についても特段の記載が無い限り同様として説明する。
【００２８】
図４は、本発明に係るフィレットローリング加工装置１００の一連の動作におけるクランクシャフトＳの回転速度Ｒとフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆの推移を示すグラフ図である。図４（ａ）はクランクシャフトＳの回転速度Ｒの推移を示しており、図４（ｂ）はクランクシャフトＳのうちクランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆｊの推移を示しており、図４（ｃ）はクランクシャフトＳのうちクランクピンＰ１、Ｐ２に設けられたフィレット溝部Ｆに印加される圧力値Ｐｆｐの推移を表している。尚、図４の各グラフにおける横軸はクランクシャフトＳの回転数である。
【００２９】
まず図４（ａ）（ｂ）を参照して、クランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆに対するフィレットローリング加工について説明する。フィレットローリング加工装置１００にクランクシャフトＳがセットされると、コントローラ１１は、フィレット溝部Ｆに印加される圧力値をＰｆｊ１に設定して、クランプアーム１でクランクシャフトＳをクランプする。このとき、クランクシャフトＳの回転速度は、図４（ａ）に示すようにゼロである（即ち、停止状態にある）。
【００３０】
クランクシャフトＳのクランプが完了すると、コントローラ１１はフィレット溝部Ｆに印加される圧力値を第１の圧力値Ｐｆｊ１から第２の圧力値Ｐｆｊ２に向かって増加させると共に、クランクシャフトＳの回転速度を第１の回転速度Ｒ１から第２の回転速度Ｒ２に変更し、フィレットローリング加工を開始する。
【００３１】
本実施例では特に、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値を第１の圧力値Ｐｆｊ１から第２の圧力値Ｐｆｊ２に向かって連続的に増加させている。これにより、この場合、フィレット溝部Ｆとフィレットローラ５との間に生じる摩擦力が急激に変化してショックとなることによって、フィレットローラ５に欠けなどの不具合が生じてしまうことを防止することができる。尚、図４に示す例では、クランクシャフトＳの回転速度Ｒとフィレット溝部への印加圧力のうち後者のみを連続的に変化させる場合を例示したが、前者のみ或いは、両者とも連続的に変化させてもよい。
【００３２】
フィレットローリング加工が完了すると、コントローラ１１はフィレット溝部Ｆに印加させる圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させ、判定手段１５によりフィレットローラ５に欠けなどの異常が存在するか否かの判定を実行する。
【００３３】
このとき、コントローラ１１はシリンダ８の油圧値を制御することにより、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値を第２の圧力値Ｐｆｊ２から第１の圧力値Ｐｆｊ１に向かって減少させると共に、クランクシャフトＳの回転速度を第２の回転速度Ｒ２から第１の回転速度Ｒ１に変更する。このようにフィレット溝部Ｆへの印加圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度を低下させることによって、振動センサ１４から取得する電圧波形に含まれるノイズ成分を抑制することができる。つまり、フィレット溝部Ｆへの印加圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度が大きいままだと、フィレットローラ５の異常による電圧変動がノイズ成分に埋もれてしまい、判定精度が低下してしまう。本実施例では、このようなノイズが振動センサ１４から取得した電圧波形に極力含まれないように、フィレット溝部Ｆへの印加圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度を低下させ、判定精度を向上できる。
【００３４】
このような電圧波形におけるノイズ成分の減少は、本願発明者の実験結果によっても示されている。図５はフィレット溝部Ｆに印加する圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させた状態で振動センサ１４から取得した電圧波形であり、図６はフィレット溝部Ｆに印加させる圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させずに振動センサ１４によって取得した電圧波形である。図５に示すように、フィレット溝部Ｆに印加させる圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度Ｒを低下させることによって、電圧波形に含まれるノイズ成分が少なく、フィレットローラ５に小さな異常がある場合であっても明確に判別することができる。一方、図６ではフィレットローラ５に同じ小さな異常がある場合であっても、当該異常に起因する電圧波形はノイズ成分に埋もれてしまい、大きな異常がある場合であっても異常がない場合との波形の差は微小であり、判別が困難である。
【００３５】
図７は判定手段１５の具体的な構成を示すブロック図である。振動センサ１４から出力された電圧波形は、増幅器１６によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１７によってデジタル変換される。このようにデジタル変換された電圧波形は、シーケンサ１８において解析されることでフィレットローラ５における異常の有無が判定される。
【００３６】
図８は、シーケンサ１８における解析内容を示すフローチャート図であり、図９は当該解析内容における電圧波形を模式的に示すグラフ図である。尚、図９においては、Ａ／Ｄ変換器１７から入力される電圧波形は実際にはデジタル信号であるが、ここでは説明を容易にするためにアナログ的に示してある。
【００３７】
まず、図９（ａ）に示すように、シーケンサ１８に入力される電圧波形には、フィレットローラ５の異常に起因するパルスＰｕｌｓｅ１と、その他の要因に起因するパルスＰｕｌｓｅ２とが表れているものとする。ここで、パルスＰｕｌｓｅ２の要因としては、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）などの異常が含まれる。フィレット溝部Ｆに比べて径の小さいフィレットローラ５における異常に起因するパルスＰｕｌｓｅ１は短い周期Ｔ１で表れている。一方、外部のメカニカルノイズに起因するパルスＰｕｌｓｅ２は、フィレット溝部Ｆがフィレットローラ５に比べて径が大きいため、長い周期Ｔ２を有している。
【００３８】
まずシーケンサ１８は、図９（ａ）に示す電圧波形を取得し（ステップＳ１０１）、当該電圧波形の振幅が予め設定された第１の閾値Ｖ１より大きくなったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。電圧波形の振幅が第１の閾値Ｖ１より大きい場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、シーケンサ１７は所定期間Ｔｃの間、その振幅値をホールドする（ステップＳ１０３）。尚、第１の閾値Ｖ１は、実験的、理論的又はシミュレーション的に、フィレットローラ５に異常がある場合に想定されるパルスの振幅として、より好ましくは、想定されるパルスより小さい振幅として規定された値である。
【００３９】
図９（ａ）に示す例では、パルスＰｕｌｓｅ１とパルスＰｕｌｓｅ２は共に振幅が第１の閾値Ｖ１より大きいので、それぞれ所定期間Ｔｃの間ホールドされる。ここで、パルスＰｕｌｓｅ１とパルスＰｕｌｓｅ２の各々のホールド期間をわかりやすく示すために、図９（ｂ）は電圧波形のうちパルスＰｕｌｓｅ１のホールド期間、図９（ｃ）は電圧波形のうちパルスＰｕｌｓｅ２のホールド期間をそれぞれ個別に示してある。
【００４０】
パルスＰｕｌｓｅ１は、フィレットローラ５の異常に起因して発生するパルスであり、フィレットローラ５の回転周期Ｔ１と同周期（即ち、短い周期）で表れている。また、パルスＰｕｌｓｅ２は、フィレットローラ５の異常以外の要因、例えば、外部のメカニカルノイズ（例えばフィレットローリング装置の回転機構を構成するベアリングの故障などに起因するノイズ）などにより発生するパルスであり、クランクシャフトＳの回転周期Ｔ２と同周期（即ち、長い周期）で表れている。
【００４１】
所定期間Ｔｃは周期Ｔ２に比べて小さく設定されている。そのため、図９（ｃ）に示すように、ホールドされたパルスＰｕｌｓｅ２は、次のパルスＰｕｌｓｅ２が発生する前に一旦ローレベルになる。一方、図９（ｂ）に示すように、ホールドされたパルスＰｕｌｓｅ１は、所定期間Ｔｃが経過する前に次のパルスＰｕｌｓｅ１が発生するため、連続的にホールドされることとなる。このように、シーケンサ１８においては、フィレットローラ５の異常に起因するパルスＰｕｌｓｅ１は長時間ホールドされるのに対し、それ以外の要因に起因するパルスＰｕｌｓｅ２は短時間しかホールドされない。
【００４２】
このような性質に鑑み、シーケンサ１８はパルスがホールドされる時間を計測し、当該ホールド時間が第２の閾値Ｔｄより長いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ホールド時間が第２の閾値Ｔｄより長い場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、シーケンサ１８はフィレットローラ５に異常があると判定し（ステップＳ１０５）、図不示のインジケータを点灯させたり、警報音を発することにより、ユーザに異常の存在を報知する（ステップＳ１０６）。一方、ホールド時間が第２の閾値Ｔｄ以下である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、シーケンサ１８はフィレットローラ５に異常はないと判定する（ステップＳ１０７）。このように、本実施例では、このようなフィレットローラ５の欠け以外の要因に起因するパルスと、真にフィレットローラ５の異常によるパルスを区別することができるため、フィレットローラ５の異常をより高精度に判定することができる。
【００４３】
ここで、第２の閾値Ｔｄは、該所定期間Ｔｃより長い期間として設定された閾値である。第２の閾値Ｔｄの長さは、フィレットローラ５の異常をより確実に判定するという観点からは極力長く設定することが好ましいが、その反面、判定に要する時間が長くなり、クランクシャフトＳの生産性が低下してしまう。そのため、フィレットローラ５の異常の判定精度と生産性のバランスとを考慮して適宜設定するとよい。
【００４４】
図４に示すように、フィレットローラ５の異常判定は基本的に、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値が第１の圧力値Ｐｆｊ１、クランクシャフトＳの回転速度が第１の回転速度Ｒ１に設定された期間Ｔｍにおいて行われる。より好ましくは、コントローラ１１によってフィレット溝部Ｆに印加される圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度が可変に制御されたタイミングから所定期間Ｔｎ前後の電圧波形を除いて、フィレットローラ５の異常の有無を判定するとよい。即ち、図４の例では、フィレット溝部Ｆに印加する圧力値を第２の圧力値Ｐｆｊ２から第１の圧力値Ｐｆｊ１に向かって減少させると共に、クランクシャフトＳの回転速度を第２の回転速度Ｒ２から第１の回転速度Ｒ１に変更したタイミングからの所定期間Ｔｎに取得した電圧波形を除いて、フィレットローラ５の異常の有無を判定するとよい。フィレット溝部Ｆに印加される圧力値やクランクシャフトＳの回転速度が変更された前後では外乱ノイズが増大する傾向にあるため、振動振幅に余分な情報が多く含まれる傾向にある。本実施例では、このように外乱ノイズが多い変更タイミング前後の電圧波形を除いて判定を行うことにより、判定精度をより効果的に向上させることができる。
【００４５】
続いて図４（ａ）（ｃ）を参照して、クランクピンＰ１、Ｐ２に設けられたフィレット溝部Ｆに対するフィレットローリング加工について説明する。この場合も、基本的には、クランクジャーナルＪに設けられたフィレット溝部Ｆと同様であるが、フィレットローリング加工時にフィレット溝部Ｆに印加される圧力値の制御パターンが異なる。具体的には、図４（ｃ）に示すように、クランクピンＰ１、Ｐ２に設けられたフィレット溝部Ｆへの印加圧力値Ｐｆｐが、周期的に低圧側のＰｆｐ２１と高圧側のＰｆｐ２２とを繰り返すように制御される。
【００４６】
一般的に、クランクシャフトＳの疲労強度を向上させるためには、フィレットローリング加工時にフィレット溝部Ｆに印加する圧力値が大きい程よいとされているが、一方でフィレットローラ５の寿命は、フィレット溝部Ｆに加えられる圧力が大きくなるに従い、極端に短くなってしまうことが知られている。クランクシャフトＳが実際にエンジンに組み込まれた状態では、クランクシャフトＳのうちクランクピンＰ１、Ｐ２のボトム側に大きな荷重が加わる一方で、ボトム側とは反対側のトップ側ではボトム側程大きな荷重が加わらない。そのため、図１０に示すように、コントローラ１１は、クランクピンＰ１、Ｐ２のトップ側３４を低圧側のＰｆｐ２１で加工すると共に、ボトム側３５を高圧側のＰｆｐ２２で加工するように、フィレット溝部Ｆに印加される圧力値を切り替え制御することにより、フィレットローラ５の長寿命化とクランクシャフトＳの疲労強度の確保とを両立することができる。尚、本実施例では、図１０に示すように、クランクピンＰ１、Ｐ２の外周のうち１３０度分をトップ側３４、その他の外周をボトム側３５としている。
【００４７】
以上説明したように、本実施例のフィレットローリング加工装置によれば、フィレットローリング加工が終了した後に、フィレット溝Ｆに印加する圧力値及びクランクシャフトＳの回転速度をフィレットローリング加工時に比べて低下させた状態で検出された振動振幅に基づいて異常を判定する。このような状態で検出された振動振幅には、振動ノイズなどの余分なノイズ成分が少ないため、フィレットローラ５における異常の有無を、精度を良く判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、クランクシャフトのフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながらクランクシャフトを回転駆動してフィレットローリング加工において、フィレットローラの欠けなどの異常を検出可能なフィレットローリング加工装置及びフィレットローリング装置の異常判定方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１ アーム
１ａ 上側アーム
１ｂ 下側アーム
２ 支持軸
３ ベース
４ 支持ブラケット
５ フィレットローラ
６ レストローラ
８ シリンダ
１１ コントローラ
１３ 油圧センサ
１４ 振動センサ
１５ 判定手段
１６ 増幅器
１７ Ａ／Ｄ変換器
１８ シーケンサ
１００ フィレットローリング加工装置
Ｓ クランクシャフト
Ｊ クランクジャーナル
Ｐ１ クランクピン
Ｐ２ クランクピン
Ｆ フィレット溝部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング加工装置であって、
前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出手段と、
前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御手段と、
前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、前記制御手段によって第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とするフィレットローリング加工装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記検出手段によって検出された振動振幅が第１の閾値を超えたか否かにより前記フィレットローラの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項３】
前記検出手段によって検出された信号が前記第１の閾値より大きい場合に、該検出された信号を所定期間ホールドするホールド回路を備え、
前記判定手段は、前記所定期間より長い期間として設定された第２の閾値より前記ホールドされた信号が長く継続した場合に、前記フィレットローラに異常があると判定することを特徴とする請求項２に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項４】
前記所定期間は、前記クランクシャフトの回転周期に比べて小さく設定されていることを特徴とする請求項３に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記制御手段によって前記フィレット溝部に印加される圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度が可変に制御されたタイミングから所定期間前後に前記検出手段によって検出された振動振幅を除いて、前記フィレットローラの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項６】
クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング装置の異常判定方法であって、
前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出工程と、
前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御工程と、
前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定工程と
を備え、
前記判定工程は、第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とするフィレットローリング装置の異常判定方法。
【請求項１】
クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング加工装置であって、
前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出手段と、
前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御手段と、
前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定手段と
を備え、
前記判定手段は、前記制御手段によって第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出手段によって検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とするフィレットローリング加工装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記検出手段によって検出された振動振幅が第１の閾値を超えたか否かにより前記フィレットローラの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項３】
前記検出手段によって検出された信号が前記第１の閾値より大きい場合に、該検出された信号を所定期間ホールドするホールド回路を備え、
前記判定手段は、前記所定期間より長い期間として設定された第２の閾値より前記ホールドされた信号が長く継続した場合に、前記フィレットローラに異常があると判定することを特徴とする請求項２に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項４】
前記所定期間は、前記クランクシャフトの回転周期に比べて小さく設定されていることを特徴とする請求項３に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記制御手段によって前記フィレット溝部に印加される圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度が可変に制御されたタイミングから所定期間前後に前記検出手段によって検出された振動振幅を除いて、前記フィレットローラの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のフィレットローリング加工装置。
【請求項６】
クランクシャフトに設けられたフィレット溝部にフィレットローラを圧接しながら、前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を行うフィレットローリング装置の異常判定方法であって、
前記フィレットローラの振動振幅を検出する検出工程と、
前記フィレットローラがフィレット溝部に印加する圧力値及び前記クランクシャフトの回転速度を可変に制御する制御工程と、
前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定する判定工程と
を備え、
前記判定工程は、第１の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、第１の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動することによりフィレットローリング加工を施した後に、前記第１の圧力値より小さい第２の圧力値で前記フィレットローラを前記フィレット溝部に圧接しながら、前記第１の回転速度より小さい第２の回転速度で前記クランクシャフトを回転駆動した際に、前記検出された振動振幅に基づいて前記フィレットローラにおける異常の有無を判定することを特徴とするフィレットローリング装置の異常判定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０６３０９（Ｐ２０１２−１０６３０９Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６７５９（Ｐ２０１０−２５６７５９）
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１７日（２０１０．１１．１７）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]