図面 (/)

技術 フィレットローリング加工装置およびこの装置における傷判定方法

出願人 日産自動車株式会社
発明者 福山一久
出願日 1995年8月4日 (23年0ヶ月経過) 出願番号 1995-199718
公開日 1997年2月18日 (21年6ヶ月経過) 公開番号 1997-047960
状態 特許登録済
技術分野 流体圧力測定 流体の使用によって特徴づけられた測定 超音波による材料の調査、分析 耐候試験、機械的方法による材料調査 仕上研磨、刃砥ぎ、特定研削機構による研削 金属の他の加工と複合作業 鍛造 プレス機械の制御 回転塑性加工
主要キーワード 油圧配管内 波形処理回路 検査頻度 油圧駆動機構 基準振幅 使用限度 自動車工学 油量不足

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図面 (11)

課題

クランクシャフトコーナR部あるいは、このコーナR部に対してローリング冷間圧延)加工を施すフィレットロールの傷発生を的確に判定する。

解決手段

クランクシャフトWにおけるクランクピンまたはメインジャーナルを、クランプアーム1によりフィレットローラ5およびレストローラ7を介して把持し、クランクシャフトWをクランクピンまたはメインジャーナルを中心に回転させて、クランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部を、フィレットローラ5により冷間圧延し、圧縮残留応力を付与して強度を高める。この冷間圧延加工時に、クランプアーム1を駆動する油圧シリンダ9の油圧配管17に設けた圧力センサ19により、油圧の微振動を検出し、フィレットローラ5あるいはコーナR部に発生した傷を判定する。圧力センサ19による検出値は、電圧波形最大振幅を取り込み、最大振幅が基準振幅を越えたときに傷発生と判定する。

概要

背景

自動車など車両に搭載される、例えば内燃機関クランクシャフト自動車工学全書第19巻 自動車の製造法第105頁〜106頁 昭和55年4月20日 山海堂発行)においては、クランクピンおよびクランクジャーナルコーナフィレット)部には、強度確保のため丸み(R)をつけてある。フィレットローリング加工装置は、上記R部に対し、ローラ工具鋼)によるローリング冷間圧延)加工を施して内部圧残留応力を発生させ、これにより疲労強度を向上させるものである。

図7は、従来のフィレットローリング加工装置の概略的な側面図である。クランプアーム1は、上部アーム1aが下部アーム1bに対し支持軸3を中心として回動可能であり、下部アーム1bは支持脚4の上端に固定されている。上部アーム1aの先端下面にはフィレットローラ5が、下部アーム1bの先端上面にはレストローラ7が、それぞれ回転可能に設けられている。フィレットローラ5は、ワークとなるクランクシャフトWにおけるクランクピンあるいはクランクジャーナルのコーナR部に対してローリング加工を行うもので、図7中で紙面に直交する方向に二つ配置されている。一方、レストローラ7は、クランクシャフトWの下部側を支持するもので、クランクシャフトWの円周方向に沿って二つ配置されている。

クランプアーム1の後端側には油圧駆動機構としての油圧シリンダ9が装着され、油圧シリンダ9の本体9aの下端は下部アーム1bにピン10を介して回動可能に装着され、ロッド9bの先端は上部アーム1aにピン11を介して回動可能に装着されている。上記油圧シリンダ9の駆動によりクランプアーム1がクランクシャフトWに対してクランプ動作を行い、フィレットローラ5とレストローラ7との間でクランクシャフトWを把持する。

上記したようなクランプアーム1は、図8に示すように、クランクシャフトWにおける複数のクランクピン12およびクランクジャーナル13にそれぞれ対応してセットされる。クランクピン12に対して加工を行う際にはクランクピン12を中心として回転させ、クランクジャーナル13に対して加工を行う際にはクランクジャーナル13を中心として回転させる。

フィレットローラ5は、図9に斜視図として示すように、傾斜面5aを備えた円盤形状を呈しており、図8の要部の拡大図である図10に示すように、外周縁部5bがコーナR部に整合するよう傾斜して配置され、外周縁部5bをコーナR部に押し付けることで圧縮応力を付与する。一方、レストローラ7は円筒状を呈しており、クランクピン12あるいはクランクジャーナル13の各コーナR部を除いて軸方向のほぼ全域に接触して支持する構成となっている。

上記したようなフィレットローリング加工装置を用いたローリング加工においては、圧延油油量不足による潤滑不良や、圧延油へのスラッジなどの異物混入などに起因するフィレットローラ5の剥離や破損などによるフィレットローラ5の傷が、クランクシャフトWのコーナR部に転写され、クランクシャフトWに不良が発生する。このため、従来では定期的にクランクシャフトWの抜き取り検査を実施しているが、その間に不良発生した場合には、大量の不良品をつくってしまうことになる。

この対策として、図7に示すように、クランプアーム1の上部アーム1aに振動センサ15を取付けて、ローリング加工時におけるクランプアーム1の振動を検出し、この検出値所定値以上となったときに、フィレットローラ5またはクランクシャフトWに傷が発生したと判定するような構成とすることが考えられる。

概要

クランクシャフトのコーナR部あるいは、このコーナR部に対してローリング(冷間圧延)加工を施すフィレットロールの傷発生を的確に判定する。

クランクシャフトWにおけるクランクピンまたはメインジャーナルを、クランプアーム1によりフィレットローラ5およびレストローラ7を介して把持し、クランクシャフトWをクランクピンまたはメインジャーナルを中心に回転させて、クランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部を、フィレットローラ5により冷間圧延し、圧縮残留応力を付与して強度を高める。この冷間圧延加工時に、クランプアーム1を駆動する油圧シリンダ9の油圧配管17に設けた圧力センサ19により、油圧の微振動を検出し、フィレットローラ5あるいはコーナR部に発生した傷を判定する。圧力センサ19による検出値は、電圧波形最大振幅を取り込み、最大振幅が基準振幅を越えたときに傷発生と判定する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
6件

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請求項1

クランクシャフトにおけるクランクピンまたはメインジャーナルフィレットローラレストローラとで回転可能に支持し、前記クランクシャフトを回転させつつ前記フィレットローラにて前記クランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部に圧縮応力を付与するフィレットローリング加工装置において、前記フィレットローラおよびレストローラが回転可能に装着されて前記クランクシャフトを把持するクランプアームと、このクランプアームの把持動作を行わせる油圧駆動機構と、この油圧駆動機構の油圧配管途中に設けられ油圧配管内油圧変動を検出する油圧変動検出器と、この油圧変動検出器の検出値に基づき、前記クランクシャフトの回転動作中での前記コーナR部あるいは前記フィレットローラにおける傷発生を判定する判定手段とを有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

判定手段は、油圧変動検出器が検出した油圧変動に対応する波形信号の入力を受け、その波形最小値最大値との間の最大振幅が、あらかじめ設定された基準振幅を越えたときに、傷発生と判定する波形処理回路を備えていることを特徴とする請求項1記載のフィレットローリング加工装置。

請求項3

クランクシャフトにおけるクランクピンまたはメインジャーナルをフィレットローラとレストローラとで回転可能に支持し、前記クランクシャフトを回転させつつ前記フィレットローラにて前記クランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部に圧縮応力を付与し、前記クランクシャフトの回転動作中での前記コーナR部あるいは前記フィレットローラにおける傷発生を判定するフィレットローリング加工装置の傷判定方法において、前記フィレットローラおよびレストローラが回転可能に装着されて前記クランクシャフトを把持するクランプアームを油圧駆動機構で動作させ、この油圧駆動機構の油圧配管途中に設けた油圧変動検出器が検出する油圧変動に基づいて、前記クランクシャフトの回転動作中での前記コーナR部あるいは前記フィレットローラにおける傷発生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の傷判定方法。

技術分野

0001

この発明は、クランクシャフトにおけるクランクピンまたはメインジャーナルフィレットローラレストローラとで回転可能に支持し、前記クランクシャフトを回転させつつフィレットローラにて前記クランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部に圧縮応力を付与するフィレットローリング加工装置および、クランクシャフトの回転動作中でのコーナR部あるいはフィレットローラにおける傷発生を判定するフィレットローリング加工装置の傷判定方法に関する。

背景技術

0002

自動車など車両に搭載される、例えば内燃機関のクランクシャフト(自動車工学全書第19巻 自動車の製造法第105頁〜106頁 昭和55年4月20日 山海堂発行)においては、クランクピンおよびクランクジャーナルのコーナ(フィレット)部には、強度確保のため丸み(R)をつけてある。フィレットローリング加工装置は、上記R部に対し、ローラ(工具鋼)によるローリング冷間圧延)加工を施して内部圧残留応力を発生させ、これにより疲労強度を向上させるものである。

0003

図7は、従来のフィレットローリング加工装置の概略的な側面図である。クランプアーム1は、上部アーム1aが下部アーム1bに対し支持軸3を中心として回動可能であり、下部アーム1bは支持脚4の上端に固定されている。上部アーム1aの先端下面にはフィレットローラ5が、下部アーム1bの先端上面にはレストローラ7が、それぞれ回転可能に設けられている。フィレットローラ5は、ワークとなるクランクシャフトWにおけるクランクピンあるいはクランクジャーナルのコーナR部に対してローリング加工を行うもので、図7中で紙面に直交する方向に二つ配置されている。一方、レストローラ7は、クランクシャフトWの下部側を支持するもので、クランクシャフトWの円周方向に沿って二つ配置されている。

0004

クランプアーム1の後端側には油圧駆動機構としての油圧シリンダ9が装着され、油圧シリンダ9の本体9aの下端は下部アーム1bにピン10を介して回動可能に装着され、ロッド9bの先端は上部アーム1aにピン11を介して回動可能に装着されている。上記油圧シリンダ9の駆動によりクランプアーム1がクランクシャフトWに対してクランプ動作を行い、フィレットローラ5とレストローラ7との間でクランクシャフトWを把持する。

0005

上記したようなクランプアーム1は、図8に示すように、クランクシャフトWにおける複数のクランクピン12およびクランクジャーナル13にそれぞれ対応してセットされる。クランクピン12に対して加工を行う際にはクランクピン12を中心として回転させ、クランクジャーナル13に対して加工を行う際にはクランクジャーナル13を中心として回転させる。

0006

フィレットローラ5は、図9に斜視図として示すように、傾斜面5aを備えた円盤形状を呈しており、図8の要部の拡大図である図10に示すように、外周縁部5bがコーナR部に整合するよう傾斜して配置され、外周縁部5bをコーナR部に押し付けることで圧縮応力を付与する。一方、レストローラ7は円筒状を呈しており、クランクピン12あるいはクランクジャーナル13の各コーナR部を除いて軸方向のほぼ全域に接触して支持する構成となっている。

0007

上記したようなフィレットローリング加工装置を用いたローリング加工においては、圧延油油量不足による潤滑不良や、圧延油へのスラッジなどの異物混入などに起因するフィレットローラ5の剥離や破損などによるフィレットローラ5の傷が、クランクシャフトWのコーナR部に転写され、クランクシャフトWに不良が発生する。このため、従来では定期的にクランクシャフトWの抜き取り検査を実施しているが、その間に不良発生した場合には、大量の不良品をつくってしまうことになる。

0008

この対策として、図7に示すように、クランプアーム1の上部アーム1aに振動センサ15を取付けて、ローリング加工時におけるクランプアーム1の振動を検出し、この検出値所定値以上となったときに、フィレットローラ5またはクランクシャフトWに傷が発生したと判定するような構成とすることが考えられる。

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、このような従来の傷判定方法では、振動センサ15は、クランプアーム1に直接取付けられていることから、ローリング加工装置自体固有振動や、各部摩耗による振動などをも検出してしまい、ローリング加工動作による振動のみを検出できないので、傷発生を的確に判定できないことになる。また、判定値は所定値以上のピーク値としているが、検出値の波形は、装置の温度や作動油の圧力などにより全体が上下してしまうので、誤検出発生の要因となっている。

0010

そこで、この発明は、ローリング加工におけるフィレットローラまたはワークの傷発生を的確に判定できるようにすることを目的としている。

課題を解決するための手段

0011

前記目的を達成するために、この発明は、第1に、クランクシャフトにおけるクランクピンまたはメインジャーナルをフィレットローラとレストローラとで回転可能に支持し、前記クランクシャフトを回転させつつ前記フィレットローラにて前記クランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部に圧縮応力を付与するフィレットローリング加工装置において、前記フィレットローラおよびレストローラが回転可能に装着されて前記クランクシャフトを把持するクランプアームと、このクランプアームの把持動作を行わせる油圧駆動機構と、この油圧駆動機構の油圧配管途中に設けられ油圧配管内油圧変動を検出する油圧変動検出器と、この油圧変動検出器の検出値に基づき、前記クランクシャフトの回転動作中での前記コーナR部あるいは前記フィレットローラにおける傷発生を判定する判定手段とを有する構成としてある。

0012

第2に、第1の構成において、判定手段は、油圧変動検出器が検出した油圧変動に対応する波形信号の入力を受け、その波形の最小値最大値との間の最大振幅が、あらかじめ設定された基準振幅を越えたときに、傷発生と判定する波形処理回路を備えている。

0013

第3に、クランクシャフトにおけるクランクピンまたはメインジャーナルをフィレットローラとレストローラとで回転可能に支持し、前記クランクシャフトを回転させつつ前記フィレットローラにて前記クランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部に圧縮応力を付与し、前記クランクシャフトの回転動作中での前記コーナR部あるいは前記フィレットローラにおける傷発生を判定するフィレットローリング加工装置の傷判定方法において、前記フィレットローラおよびレストローラが回転可能に装着されて前記クランクシャフトを把持するクランプアームを油圧駆動機構で動作させ、この油圧駆動機構の油圧配管途中に設けた油圧変動検出器が検出する油圧変動に基づいて、前記クランクシャフトの回転動作中での前記コーナR部あるいは前記フィレットローラにおける傷発生を判定する傷判定方法としてある。

0014

第1の構成または第3の方法によれば、クランクシャフトを、クランクピンまたはメインジャーナルを中心として回転させてクランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部に対してフィレットローラにてローリング加工を施す過程において、フィレットローラを支持するクランプアームを動作させる油圧駆動機構における圧油の変動を油圧変動検出器により検出し、この検出値をクランクシャフトの回転動作中でのクランプアームの振動として捕らえることで、ローリング加工装置自体の固有振動や、各部摩耗による振動などを検出することなく、ローリング加工動作による振動のみの検出が可能となり、クランクシャフトまたはフィレットローラにおける傷発生が的確に判定されることになる。

0015

第2の構成によれば、波形振幅における最小値と最大値とからなる最大振幅を検出値として取り込んでいるので、装置の温度や作動油の圧力などにより検出波形の全体が上下したとしても、誤検出の発生は回避される。

発明を実施するための最良の形態

0016

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

0017

図1は、この発明の実施の一形態を示すフィレットローリング加工装置の概略的な側面図である。このフィレットローリング加工装置は、前記図7のものと全体の構成はほぼ同じであるが、図7における振動センサ15に代えて、油圧駆動機構を構成する油圧シリンダ9の油圧配管17の途中に、油圧変動検出器としての圧力センサ19を設けている。その他の構成は、前記図7のものと同様である。

0018

図2は、上記圧力センサ19の検出値に基づいて、フィレットロール5または、ワークとなるクランクシャフトWに発生する傷の判定を行うための制御ブロック図である。圧力センサ19は、装置稼働時において検出した油圧の微振動を、例えば図3に示すように、電圧値に変換する。油圧の微振動は、装置稼働時にクランクシャフトWが回転する際に、クランクシャフトWのコーナR部あるいはフィレットロール5に発生した傷に起因するクランプアーム1の微振動が、油圧シリンダ9を介して伝達されるもので、このため前記圧力センサ19の検出値に基づいて、クランクシャフトWのコーナR部あるいはフィレットロール5に発生する傷の判定が可能となる。

0019

M/Cシーケンサ21は、本フィレットローリング加工装置をあらかじめ決められた手順で動作させる機能を有するもので、圧力センサ19の電圧波形の入力を受ける。P−P検出アンプ23は、図4に示すように、M/Cシーケンサ21から入力された電圧波形の最小値Vmin と最大値Vmax とからなる最大振幅、すなわちP−P(ピークtoピーク)値を検出する。波形処理回路25は、図5に示すように、あらかじめ基準振幅Hが設定記憶されており、P−P検出アンプ23により検出された最大振幅P−Pを基準振幅Hと比較し、最大振幅P−Pが基準振幅Hを越えたときに、クランクシャフトWのコーナR部あるいはフィレットロール5に傷が発生したとして、フィレットローリング加工装置の動作を停止させる動作停止信号をM/Cシーケンサ21に出力する。すなわち、波形処理回路25は、傷発生を判定する判定手段を構成している。

0020

上記のように構成されたフィレットローリング加工装置においては、油圧シリンダ9の動作により、クランプアーム1が、フィレットローラ5およびレストローラ7を介してクランクシャフトWのクランクピンまたはクランクジャーナルを把持し、この状態でクランクシャフトWを、クランクピンまたはクランクジャーナルを中心に回転させることで、これに伴い各ローラ5,7が回転し、前記図10で示したように、フィレットローラ5によりコーナR部がローリング加工されて内部圧縮残留応力が発生し、この部位の疲労強度が向上することになる。

0021

ここで、油圧配管17の途中に設けられた圧力センサ19は、上記したローリング加工を行う過程において、油圧の微振動を検出しており、図3に示すような電圧波形に変換してM/Cシーケンサ21に出力している。M/Cシーケンサ21は、入力された電圧波形をP−P検出アンプ23に出力し、P−P検出アンプ23は、入力された電圧波形に対して図4に示すように、最小値Vmin と最大値Vmax とからなる最大振幅に相当するP−P(ピークtoピーク)値を検出し、波形処理回路25に出力する。

0022

波形処理回路25は、P−P検出アンプ23により検出された最大振幅P−Pを基準振幅Hと比較し、図6に示すように、最大振幅P−Pが基準振幅Hを越えたときに、クランクシャフトWのコーナR部あるいは、フィレットロール5に傷が発生したとして、M/Cシーケンサ21に動作停止信号を出力する。M/Cシーケンサ21は、動作停止信号の入力を受けてフィレットローリング加工装置の動作を停止させる。

0023

このように、クランクシャフトWのコーナR部あるいは、フィレットロール5における傷発生の判定に際し、クランプアーム1を駆動するための油圧シリンダ9の油圧配管17内の油圧の微振動を検出するようにしてあるので、フィレットローリング加工装置自体の固有振動や、各部摩耗による振動などの検出は回避され、ローリング加工動作による振動のみの検出が可能となり、傷発生を的確に検出し判定することができる。傷発生を的確に判定できるので、抜き取り検査を行う場合の検査頻度が少なくて済み、フィレットローラ5に傷が発生したまま加工を行うことによる発生する不良品も減少し、フィレットローラ5の使用限度も的確に把握できてより長期にわたる使用が可能となる。

0024

また、油圧の微振動による波形における最大振幅P−Pを検出値として取り込んでおり、この最大振幅P−Pをあらかじめ設定した基準振幅Hと比較することで、傷発生を判定しているので、装置の温度や作動油の圧力などにより波形振幅の全体が上下したとしても、検出値としては変化しないので、誤検出の発生は回避される。

発明の効果

0025

以上説明してきたように、第1の発明または第3の発明によれば、クランクシャフトを、クランクピンまたはメインジャーナルを中心として回転させてクランクピンまたはメインジャーナルのコーナR部に対してフィレットローラにてローリング加工を施す過程において、フィレットローラを支持するクランプアームを動作させる油圧駆動機構における圧油の変動を油圧変動検出器により検出し、この検出値をクランクシャフトの回転動作中でのクランプアームの振動として捕らえることで、ローリング加工装置自体の固有振動や、各部摩耗による振動などを検出することはなく、ローリング加工動作による振動のみが検出可能となり、クランクシャフトまたはフィレットローラにおける傷発生を的確に判定することができる。

0026

第2の発明によれば、波形振幅における最小値と最大値とからなる最大振幅を検出値として取り込んでいるので、装置の温度や作動油の圧力などにより検出波形の全体が上下したとしても、検出値としては変化しないので、誤検出の発生を回避することができる。

図面の簡単な説明

0027

図1この発明の実施の一形態を示すフィレットローリング加工装置の概略的な側面図である。
図2図1のフィレットローリング加工装置における圧力センサの検出値に基づいて、ワークまたはフィレットローラに発生する傷の判定を行うための制御ブロック図である。
図3図2における圧力センサにより検出される電圧波形図である。
図4図2におけるP−P検出アンプにより検出される最大振幅値の説明図である。
図5図2における波形処理回路の基準振幅と、P−P検出アンプにより検出される最大振幅とを示す説明図である。
図6図2における波形処理回路の基準振幅波形と、P−P検出アンプにより検出される最大振幅波形とを比較して示した説明図である。
図7従来例を示すフィレットローリング加工装置の概略的な側面図である。
図8フィレットローリング加工装置をクランクシャフトにセットした状態を示す正面図である。
図9フィレットローリング加工装置に使用されるフィレットローラの斜視図である。
図10図8の要部の拡大図である。

--

0028

Wクランクシャフト
RコーナR部
1クランプアーム
5フィレットローラ
7レストローラ
9油圧シリンダ(油圧駆動機構)
12クランクピン
13メインジャーナル
17油圧配管
19圧力センサ(油圧変動検出器)
25波形処理回路(判定手段)

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