特許 5913824 カムキャリアの製造装置および製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5913824

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】カムキャリアの製造装置および製造方法

(51)【国際特許分類】

   F01L 3/24 20060101AFI20160414BHJP

   F01L 1/04 20060101ALI20160414BHJP

   B23B 41/12 20060101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   F01L3/24 D

   F01L1/04 D

   B23B41/12

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-78575(P2011-78575)

(22)【出願日】2011年3月31日

(65)【公開番号】特開2012-211570(P2012-211570A)

(43)【公開日】2012年11月1日

【審査請求日】2013年12月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】富士重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080001

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100093023

【弁理士】

【氏名又は名称】小塚 善高

(74)【代理人】

【識別番号】100117008

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 章子

(72)【発明者】

【氏名】浅見 雅彦

【審査官】 山田 由希子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１６４２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２６４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２８９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１５４８６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｌ １／０４−１／４６

Ｆ０１Ｌ ３／２４

Ｂ２３Ｂ ３５／００

Ｂ２３Ｂ ４１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダヘッド本体にボルト部材を用いて固定されるカムキャリアに、カムシャフトを支持するカム孔を形成するカムキャリアの製造装置であって、
前記カムキャリアが設置されるワーク支持台に設けられ、前記ボルト部材が案内される前記カムキャリアのボルト孔部を支持する複数の支持凸部と、
前記支持凸部の反対側から前記ボルト孔部に接触するアーム部材を備え、前記ボルト孔部を前記支持凸部に押し付ける複数のクランプ機構と、
前記クランプ機構によって前記ボルト孔部を押し付けて前記カムキャリアを変形させた状態のもとで、回転工具を軸方向に移動させて前記カム孔を加工する工具駆動機構と、を有し、
前記複数の支持凸部のうち対角に配置される２つの支持凸部は、前記ボルト孔部に挿入される位置決めピンを備える、ことを特徴とするカムキャリアの製造装置。

【請求項2】

請求項１記載のカムキャリアの製造装置において、
前記支持凸部の少なくとも１つは、他の前記支持凸部と高さ寸法が異なることを特徴とするカムキャリアの製造装置。

【請求項3】

請求項１または２記載のカムキャリアの製造装置において、
前記ワーク支持台と前記支持凸部との間には薄板部材が設けられ、前記薄板部材を変更して前記支持凸部の高さ寸法が調整されることを特徴するカムキャリアの製造装置。

【請求項4】

シリンダヘッド本体にボルト部材を用いて固定されるカムキャリアに、カムシャフトを支持するカム孔を形成するカムキャリアの製造方法であって、
複数の支持凸部を備えるワーク支持台に前記カムキャリアを設置することにより、前記ボルト部材が案内される前記カムキャリアのボルト孔部を複数の支持凸部によって支持し、前記複数の支持凸部のうち対角に配置される２つの支持凸部に設けられる位置決めピンを前記ボルト孔部に挿入する設置ステップと、
前記支持凸部の反対側から前記ボルト孔部に接触するアーム部材を備える複数のクランプ機構により、前記カムキャリアの前記ボルト孔部を前記支持凸部に押し付ける押付ステップと、
前記クランプ機構によって前記ボルト孔部を押し付けて前記カムキャリアを変形させた状態のもとで、回転工具を軸方向に移動させて前記カム孔を加工する加工ステップと、を有することを特徴とするカムキャリアの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カムキャリアにカム孔を形成するカムキャリアの製造装置および製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

動弁機構を有する複雑なシリンダヘッドの加工作業や組立作業の簡単にするため、シリンダヘッドをシリンダヘッド本体およびカムキャリアに分割する分割式のシリンダヘッドが提案されている(例えば、特許文献１参照)。このシリンダヘッドを構成するカムキャリアには、カムシャフトを支持するカム孔が形成されている。しかしながら、シリンダヘッド本体に組み付ける際に、カムキャリアが変形してしまうことから、カム孔を高精度に加工するためには、カムキャリアの変形状態を再現しながら加工することが必要となっている。そこで、カムキャリアをシリンダヘッド本体に組み付けることにより、カムキャリアを変形させた状態のもとで孔あけ加工が実施されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平６−８６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、シリンダヘッド本体に対してカムキャリアを組み付ける際には、複数本のボルト部材を締め付ける必要があることから、孔あけ加工における作業コストを増大させる要因となっていた。また、孔あけ加工のためにボルト部材を締結することは、ボルト部材やネジ孔を摩耗させてしまう要因となることから、孔あけ加工方法の改善が求められていた。

【0005】

本発明の目的は、作業コストを増大させることなくカムキャリアに対してカム孔を高精度に加工することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のカムキャリアの製造装置は、シリンダヘッド本体にボルト部材を用いて固定されるカムキャリアに、カムシャフトを支持するカム孔を形成するカムキャリアの製造装置であって、前記カムキャリアが設置されるワーク支持台に設けられ、前記ボルト部材が案内される前記カムキャリアのボルト孔部を支持する複数の支持凸部と、前記支持凸部の反対側から前記ボルト孔部に接触するアーム部材を備え、前記ボルト孔部を前記支持凸部に押し付ける複数のクランプ機構と、前記クランプ機構によって前記ボルト孔部を押し付けて前記カムキャリアを変形させた状態のもとで、回転工具を軸方向に移動させて前記カム孔を加工する工具駆動機構と、を有し、前記複数の支持凸部のうち対角に配置される２つの支持凸部は、前記ボルト孔部に挿入される位置決めピンを備える、ことを特徴とする。

【0007】

本発明のカムキャリアの製造装置は、前記支持凸部の少なくとも１つは、他の前記支持凸部と高さ寸法が異なることを特徴とする。

【0008】

本発明のカムキャリアの製造装置は、前記ワーク支持台と前記支持凸部との間には薄板部材が設けられ、前記薄板部材を変更して前記支持凸部の高さ寸法が調整されることを特徴する。

【0009】

本発明のカムキャリアの製造方法は、シリンダヘッド本体にボルト部材を用いて固定されるカムキャリアに、カムシャフトを支持するカム孔を形成するカムキャリアの製造方法であって、複数の支持凸部を備えるワーク支持台に前記カムキャリアを設置することにより、前記ボルト部材が案内される前記カムキャリアのボルト孔部を複数の支持凸部によって支持し、前記複数の支持凸部のうち対角に配置される２つの支持凸部に設けられる位置決めピンを前記ボルト孔部に挿入する設置ステップと、前記支持凸部の反対側から前記ボルト孔部に接触するアーム部材を備える複数のクランプ機構により、前記カムキャリアの前記ボルト孔部を前記支持凸部に押し付ける押付ステップと、前記クランプ機構によって前記ボルト孔部を押し付けて前記カムキャリアを変形させた状態のもとで、回転工具を軸方向に移動させて前記カム孔を加工する加工ステップと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、クランプ機構によってカムキャリアのボルト孔部を支持凸部に押し付けた状態のもとで、回転工具を軸方向に移動させてカムキャリアにカム孔を加工している。これにより、カムキャリアを変形させながらカム孔を加工することができ、カム孔の真円度を高めることが可能となる。しかも、クランプ機構を用いるようにしたので、煩雑な作業を伴うことなくカムキャリアを変形させることができ、作業コストを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】シリンダヘッドの構成を示す部分断面図である。

【図2】シリンダヘッドの構成を示す分解図である。

【図3】(ａ)は図２のカムキャリアを上方から示す平面図であり、(ｂ)は図２のカムキャリアを下方から示す底面図である。

【図4】は本発明の一実施の形態であるカムキャリアの製造装置を示す平面図である。

【図5】図４のＡ−Ａ線に沿って製造装置を示す断面図である。

【図6】カムキャリアが設置された状態の製造装置を示す平面図である。

【図7】図６のＡ−Ａ線に沿ってカムキャリアおよび製造装置を示す断面図である。

【図8】(ａ)〜(ｃ)は本発明の一実施の形態であるカムキャリアの製造方法の手順を示す説明図である。

【図9】(ａ)はカム孔を加工した後のカムキャリアを単体で示す概略図であり、(ｂ)はシリンダヘッド本体にカムキャリアを組み付けた状態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はシリンダヘッド１０の構成を示す部分断面図である。また、図２はシリンダヘッド１０の構成を示す分解図である。図１および図２に示すように、エンジンの構成部品であるシリンダヘッド１０は、図示しない吸気バルブや排気バルブ等が組み付けられるシリンダヘッド本体１１と、このシリンダヘッド本体１１に複数本のキャリアボルト(ボルト部材)１２を用いて締結されるカムキャリア１３とを有している。すなわち、図示するシリンダヘッド１０は、シリンダヘッド本体１１およびカムキャリア１３によって構成される分割式のシリンダヘッドとなっている。また、カムキャリア１３には貫通孔１４が形成されており、シリンダヘッド本体１１には貫通孔１４に対向するネジ孔１５が形成されている。シリンダヘッド本体１１に対してカムキャリア１３を組み付ける際には、キャリアボルト１２が貫通孔１４を通過してネジ孔１５に対して締め付けられる。

【0013】

また、カムシャフト１６を支持するカムキャリア１３は、キャリア本体１７とこれに組み付けられるカムキャップ１８とを備えている。キャリア本体１７およびカムキャップ１８には半円形の軸受部１７ａ，１８ａが形成されており、対向する軸受部１７ａ，１８ａによってカムシャフト１６を支持するカム孔１９が形成されている。カムシャフト１６のジャーナル部１６ａは、キャリア本体１７とカムキャップ１８との間に挟まれており、カムキャリア１３のカム孔１９に回転自在に支持されている。なお、カムキャップ１８には貫通孔２０が形成されており、キャリア本体１７には貫通孔２０に対向するネジ孔２１が形成されている。キャリア本体１７に対してカムキャップ１８を組み付ける際には、キャップボルト２２が貫通孔２０を通過してネジ孔２１に対して締め付けられる。

【0014】

図３(ａ)は図２のカムキャリア１３を上方から示す平面図であり、図３(ｂ)は図２のカムキャリア１３を下方から示す底面図である。図３(ａ)および(ｂ)に示すように、カムキャリア１３のキャリア本体１７は、カムシャフト１６の軸方向に平行となる２本のフレーム３０ａ，３０ｂを有するとともに、カムシャフト１６の軸方向に直交する３本のフレーム３０ｃ〜３０ｅを有している。また、カムシャフト１６に直交する３本のフレーム３０ｃ〜３０ｅには、それぞれ２つのカムキャップ１８が取り付けられており、３本のフレーム３０ｃ〜３０ｅによって２本のカムシャフト１６が支持される。さらに、各フレーム３０ａ〜３０ｅには、キャリアボルト１２を案内するための貫通孔１４が形成されるとともに、この貫通孔１４の表側と裏側の開口端の周囲には平滑面３１ａ，３１ｂが形成されている。この貫通孔１４および平滑面３１ａ，３１ｂによって貫通孔部(ボルト孔部)３２が形成されている。なお、外側に配置される４本のフレーム３０ａ〜３０ｃ，３０ｅによって外枠が形成され、この外枠はシリンダヘッド本体１１の外縁形状とほぼ一致している。

【0015】

図４は本発明の一実施の形態であるカムキャリア１３の製造装置４０を示す平面図である。また、図５は図４のＡ−Ａ線に沿って製造装置４０を示す断面図である。なお、図５においては図４に示す構成の一部を省略して図示している。図４および図５に示すように、製造装置４０はワーク支持台４１を有しており、このワーク支持台４１には複数の基準パッド(支持凸部)４２が設けられている。ワーク支持台４１に締結ボルト４３を用いて組み付けられる基準パッド４２は、上部に接触面４４ａを備えたパッド本体４４と、薄板状のシム(薄板部材)４５とを有している。このように、ワーク支持台４１とパッド本体４４との間にはシム４５が挟み込まれており、このシム４５の厚みを変更することで所定の基準高さ位置に対する接触面４４ａの高さ位置を調整することが可能となっている。これらの基準パッド４２は、カムキャリア１３の貫通孔部３２に対応する位置に取り付けられている。すなわち、基準パッド４２の接触面４４ａがカムキャリア１３の貫通孔１４および平滑面３１ａ，３１ｂに対向するように配置されている。また、対角上に配置される基準パッド４２には、接触面４４ａから上方に突出するノックピン４６が固定されている。

【0016】

また、図４および図５に示すように、ワーク支持台４１には、各基準パッド４２に隣接して回動型のクランプシリンダ５０および傾動型のクランプシリンダ５１が設置されている。回動型のクランプシリンダ(クランプ機構)５０は、油圧シリンダ５２に連結される回動アーム(アーム部材)５３を有しており、この回動アーム５３の先端には押付部材５４が固定されている。図５に矢印αで示すように、回動アーム５３を下降させることにより、図４に矢印αで示すように、回動アーム５３を回動させることが可能となっている。すなわち、回動アーム５３は、押付部材５４を基準パッド４２の接触面４４ａに近づけるように、回動しながら下降することになる。また、傾動型のクランプシリンダ(クランプ機構)５１は、油圧シリンダ５５に連結される傾動アーム(アーム部材)５６を有しており、この傾動アーム５６の先端には押付部材５７が固定されている。油圧シリンダ５５を作動させることにより、クランプシリンダ５１の傾動アーム５６は、押付部材５７を基準パッド４２の接触面４４ａに近づけるように傾動することになる。なお、油圧シリンダ５２，５５はエアシリンダであっても良い。

【0017】

また、図４および図５に示すように、製造装置４０には、カムキャリア１３にカム孔１９を切削加工するため、一対のリーマー(回転工具)５８を備えた工具駆動機構５９が設けられている。この工具駆動機構５９には図示しない電動モータや油圧シリンダが組み込まれており、リーマー５８を回転させながら軸方向に前後移動させることが可能となっている。

【0018】

図６はカムキャリア１３が設置された状態の製造装置４０を示す平面図である。図７は図６のＡ−Ａ線に沿ってカムキャリア１３および製造装置４０を示す断面図である。なお、図７においては図６に示す構成の一部を省略して図示している。また、図８(ａ)〜(ｃ)は本発明の一実施の形態であるカムキャリア１３の製造方法の手順を示す説明図である。なお、図８(ｂ)および(ｃ)に記載される白抜きの矢印は、クランプシリンダ５０，５１のクランプ力を示している。図６，図７および図８(ａ)に示すように、ワーク支持台４１には、基準パッド４２の接触面４４ａにカムキャリア１３の貫通孔部３２が接するようにカムキャリア１３が設置される。すなわち、基準パッド４２の接触面４４ａが平滑面３１ｂに接するように、ワーク支持台４１にカムキャリア１３が設置される。この設置ステップにおいては、一部の基準パッド４２に設けられるノックピン（位置決めピン）４６が、カムキャリア１３の貫通孔１４に挿入されることにより、ワーク支持台４１に対するカムキャリア１３の位置決めが為されるようになっている。なお、カムキャリア１３のカム孔１９が形成される部位には予め下孔６０が加工されている。

【0019】

続いて、図６，図７および図８(ｂ)に示すように、各クランプシリンダ５０，５１を作動させることにより、回動アーム５３や傾動アーム５６の押付部材が下降し、基準パッド４２に対してカムキャリア１３が押し付けられる(押付ステップ)。ここで、ワーク支持台４１に設置される各基準パッド４２においては、シリンダヘッド本体１１にカムキャリア１３を組み付けたときの変形形状に基づいて、所定の基準高さ位置に対する接触面４４ａの高さ位置が調整されている。すなわち、各クランプシリンダ５０，５１を作動させてカムキャリア１３を基準パッド４２の接触面４４ａに押し付けることにより、シリンダヘッド本体１１にカムキャリア１３を組み付けたときと同様の形状となるように、カムキャリア１３を変形させることが可能となる。なお、本実施の形態においては、中央の基準パッド４２の接触面４４ａのみが、他の８個の基準パッド４２の接触面４４ａよりも、数十マイクロメートル高くなるように設定されている。

【0020】

続いて、図６，図７および図８(ｃ)に示すように、クランプシリンダ５０，５１によってカムキャリア１３が変形状態に保持されると、工具駆動機構５９を作動させることによりカムキャリア１３に向けてリーマー５８が前進移動する。これにより、カムキャリア１３を変形させた状態のもとで、カムキャリア１３にカム孔１９を加工することが可能となる。すなわち、シリンダヘッド本体１１に組み付けた状態で真円度や真直度が高くなるように、カムキャリア１３に対してカム孔１９を加工することが可能となる。ここで、図９(ａ)はカム孔１９を加工した後のカムキャリア１３を単体で示す概略図であり、図９(ｂ)はシリンダヘッド本体１１にカムキャリア１３を組み付けた状態を示す概略図である。図９(ａ)に示すように、カム孔１９を加工した後にカムキャリア１３をワーク支持台４１から取り外すと、カムキャリア１３の拘束状態が解かれることから、カムキャリア１３が当初の形状に戻ってカム孔１９の真円度等が低下することになる。しかしながら、図９(ｂ)に示すように、カムキャリア１３をシリンダヘッド本体１１に対して組み付けることにより、孔あけ加工時と同様の変形状態が再現されることから、カムキャリア１３の変形に伴ってカム孔１９の真円度等が向上することになる。しかも、キャリアボルト１２が案内される貫通孔部３２を基準パッド４２およびクランプシリンダ５０，５１によって拘束したので、シリンダヘッド本体１１に組み付けた状態におけるカムキャリア１３の変形状態を精度良く再現することが可能となる。このような手順によってカムキャリア１３にカム孔１９を加工することにより、シリンダヘッド本体１１に組み付けた状態でのカム孔１９の真円度等を高めることができ、カムキャリア１３に支持されるカムシャフト１６を滑らかに回転させることが可能となる。

【0021】

また、前述したように、基準パッド４２にはシム４５が組み付けられており、このシム４５を変更(交換，増加，削減)することで、所定の基準高さ位置に対する基準パッド４２の接触面４４ａの高さ位置を微調整することが可能である。このように、基準パッド４２の高さ寸法を調整することができるため、容易にカムキャリア１３の変形量を調整することができ、シリンダヘッド本体１１に対してカムキャリア１３を組み付けたときの変形状態を精度良く再現することが可能となる。また、最初に各基準パッド４２の高さ寸法を決定する際には、各基準パッド４２の高さ寸法を調整しながらカム孔１９の加工・計測が繰り返される。すなわち、ワーク支持台４１上でカムキャリア１３にカム孔１９を加工した後に、このカムキャリア１３をシリンダヘッド本体１１に取り付けてカム孔１９の形状が計測される。そして、カム孔１９の形状が所定の許容範囲から外れる場合には、各基準パッド４２の高さ寸法が再調整される。このような各基準パッド４２の調整作業は、シリンダヘッド本体１１にカムキャリア１３を組み付けた状態でのカム孔１９の形状が所定の許容範囲に含まれるまで繰り返されることになる。

【0022】

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、設置ステップ、押付ステップ、加工ステップを一連の加工作業として自動的に実行しても良く、ステップ毎に作業者が開始ボタン等を操作して実行しても良い。また、前述の説明では、回転工具としてリーマー５８を挙げているが、これに限られることはなく、他の回転工具を用いるようにしても良い。また、前述の説明では、カムキャリア１３に設けられる全ての貫通孔部３２をクランプシリンダ５０，５１によって押し込んでいるが、これに限られることはなく、一部の貫通孔部３２をクランプシリンダ５０，５１によって押し込むようにしても良い。

【符号の説明】

【0023】

１１ シリンダヘッド本体
１２ キャリアボルト(ボルト部材)
１３ カムキャリア
１６ カムシャフト
１９ カム孔
３２ 貫通孔部(ボルト孔部)
４０ 製造装置
４１ ワーク支持台
４２ 基準パッド(支持凸部)
４５ シム(薄板部材)
５０ クランプシリンダ(クランプ機構)
５１ クランプシリンダ(クランプ機構)
５３ 回動アーム(アーム部材)
５６ 回動アーム(アーム部材)
５８ リーマー(回転工具)
５９ 工具駆動機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】