JP2004181625A - シリンダ壁に制御窓を形成させるための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御窓形成装置において、シリンダ壁に制御窓を可能な限り精密に形成させ、シリンダケースの迅速且つ低コストの製造を保証する。
【解決手段】工具保持体（１７）の回転軸線（１１）に対し実質的に直交する駆動軸線（１９）を備えたフライス工具（７）を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、２サイクル内燃エンジンのシリンダケースのシリンダ壁に、該シリンダ壁によって画成されるシリンダ内部空間に対する流動管路のそれぞれの開口部として制御窓を形成させるための装置であって、回転可能な工具保持体の自由端に設けられてシリンダ内部空間内に挿入することのできる駆動可能な工具を備え、駆動可能な工具が、工具保持体の回転軸線に対し横運動することにより、切開対象である制御窓に対し設定されたポジションでシリンダ壁と係合可能である、前記装置に関するものである。

シリンダケース内でシリンダ壁は往復ピストンを受容するための内部空間を画成している。シリンダ壁には、往復ピストンによって画成されている燃焼室内でのチャージチェンジングを保証するための複数の流動管路が設けられている。２サイクル内燃エンジンの場合、これらの流動管路はそれぞれ１つの制御窓によって内部空間に開口している。制御窓はエンジン作動時に往復ピストンにより順番に覆われ、再び開放される。このようなシリンダケースを製造する場合、まずシリンダケースの未加工物が鋳造される。この未加工物はシリンダ壁に流動管路を鋳込んだだけのものである。このような未加工シリンダ体は高効率で、よって低製造コストで成形することができ、この場合シリンダを製造するための第２の方法ステップで各制御管路の制御窓をシリンダ壁に形成させねばならない。

流動管路の開口部として制御窓を繰り抜くため、特許文献１は機械的無接触成形法を提案している。この場合、回転可能な工具保持体の自由端に設けられたシリンダ壁加工用の工具はシリンダケースの内部空間のなかに挿入され、シリンダ壁と係合して工具保持体の回転軸線に対し横運動することにより、切開対象である制御窓に対し設定されたポジションへ持ち来たされる。この公知の方法は、制御窓を形成させるため電気放電成形を採用しており、シリンダ壁に制御窓を形成させるにあたって無接触成形法で精密な加工が可能であることを前提としている。

ところで、この公知の方法を用いてシリンダを製造するには、制御窓をシリンダ壁から無接触で繰り抜くための、要求の多い高価な加工機が必要である。小型内燃エンジン、たとえば手で操縦される作業機で使用されるような小型内燃エンジン用のシリンダを製造する場合には、無接触加工するとシリンダの製造コストが高くなり、したがってエンジンの製造コストが高くなり、特に高部品数のエンジンの製造にはこの種の無接触加工は受け入れ難い。

ドイツ連邦共和国特許公開第１９８１０４７０Ａ１号公報

本発明の課題は、この種の制御窓形成装置において、シリンダ壁に制御窓を可能な限り精密に形成させ、シリンダケースの迅速且つ低コストの製造を保証することである。

本発明は、上記課題を解決するため、工具保持体の回転軸線に対し実質的に直交する駆動軸線を備えたフライス工具が設けられていることを特徴とするものである。

本発明は、シリンダ壁に制御窓を形成させるため、工具保持体の回転軸線に対し実質的に直交する駆動軸線を備えた該工具保持体に配置されるフライス工具を設けるものである。したがって、本発明によるフライス工具は工具保持体とともに鋳造したシリンダケースの内部空間のなかへ挿入され、工具保持体の横運動によりシリンダ壁と係合して制御窓を繰り抜く。この場合、シリンダ壁で行なわれる切削作業の設定に応じてフライス工具を工具保持体により案内することができ、フライス工具は制御窓の繰り抜き時の高精度の作業工程を保証している。その際、工具保持体の回転角度位置を適当に調整することにより、制御窓のエッジの屈曲構造を低コストで形成させることができる。

フライス工具は正面フライスとして構成されているのが有利であり、工具保持体の横運動とフライス工具の駆動軸線方向での該フライス工具の縦運動とにより当該フライス工具をシリンダ壁に係合させることができる。その際シリンダ壁に破断部が形成され、破断部はその後フライス工具の適当な案内により所望の寸法へ拡大される。この場合２段階の加工も有利であり、前もって正面フライスで繰り抜いた破断部を、第２の加工ステップで、フライス工具の回転軸線のまわりで周方向に切削作用を持つ周面フライス(Umfangsfraeser)で拡大させる。特に有利なのは、本発明によるフライス工具を正面フライスとしても、また周面フライス或いは平フライスとしても構成し、いわば歯科工具のごとく構成することで、このように構成すると、破断部の形成と、これに引き続き行われる必要な寸法への破断部の拡大とを、同じ工具を用いて行なうことができる。このようにして段取り時間が短縮されるので、制御窓の精密な形成を短時間で達成でき、したがって制御窓の形成、ひいては最終的にシリンダの製造を低コストで行なうことができる。

本発明に従って工具保持体に対し直交するように配置されたフライス工具は空気圧または液圧で駆動されるのが有利であり、これによりフライス工具の独立な駆動が可能であり、したがって工具保持体にフライス工具を直交するように配置する省スペース用の自由空間が提供される。電気駆動も合目的である。フライス工具は工具箱に接続可能な工具ヘッドの一部であり、工具ヘッドはたとえばフライス工具を駆動するために空気圧モータ、液圧モータまたは電動機を有している。工具ヘッドはコンパクトなアッセンブリとして工具保持体に固定可能であり、シリンダケースの加工のためにすばやく使用することができる。

本発明の特に有利な構成では、工具保持体は制御可能な工作機械の駆動主軸の一部である。数値制御式工作機械の駆動主軸はシリンダケースの内部空間内において任意の回転角度位置と姿勢で精密に案内でき、フライス工具を効果的に且つ精密に制御窓の繰り抜きのために使用できる。作業主軸の回転角度位置を適当に制御することにより、制御窓の精密な輪郭と、流動管路端部における壁部分の適切な方向および角度位置とが提供され、したがって流動管路を通じて燃焼室内へ案内される流体の流動特性を改善することができる。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１と図２は、手で操縦される作業機で使用するために設けられ、ダイカスト部品として成形された２サイクル内燃エンジン用シリンダケース１を示している。シリンダ壁２は、その外面に、シリンダを空冷するための冷却リブ１４を備えている。シリンダケース１のシリンダ壁２は往復ピストンを受容するための内部空間３を画成している。シリンダケース１は一体構造で鋳造されており、図示していない往復ピストンを挿入させるため片側が開口している。開口した側は、エンジンブロックと結合させるための平らなフランジ１５を備えている。シリンダ壁２には制御窓５が形成されており、制御窓５は流動管路４からシリンダの内部空間３への開口部であり、内燃機関の作動時には、ガス交換のために往復ピストンにより公知の態様で開閉される。流動管路４は、エンジンの構成に応じて、空気を供給するか、或いは、内燃エンジンのクランクケースから、または混合気調製用の別個の装置から燃料・空気混合気の供給を受ける。シリンダケース１を製造する際には、第１の加工段階でシリンダケース１を鋳造し、第２の加工段階でシリンダ壁を切削加工することにより半径方向の制御窓５を流動管路４の末端部として繰り抜く。このようにして、内部空間用の簡単なコアを用いて一体のシリンダケース１を製造することができる。この場合、シリンダ壁２の制御窓５のために必要な半径方向のアンダーカット部である複雑なコアを省略できる。制御窓５を形成させるための本発明によるシリンダケース１の切削加工は、シリンダケース１の外面に流動管路を接続させた図１および図２の構成以外にも、シリンダの長手方向に延びるように搬送管路をシリンダ壁に一体に鋳込んだシリンダケースの鋳造の場合にも有利である。以下に図３ないし図６を用いて制御窓５を形成するための切削加工について説明するが、これはシリンダ壁にほぼ半径方向の破断部を持った他の適用例でも有利である。

図３は、スリット制御型２サイクルエンジン用のシリンダケース１の横断面図であり、シリンダケース１はシリンダの長手方向に延びるようにシリンダ壁２に流動管路４を鋳込んだダイカスト部品として製造されている。流動管路４は、本実施形態では直径方向に対向しており、鋳込んだシリンダケース１の中空空間としてシリンダ壁内で長手方向に延びている該流動管路４の部分が、往復ピストンを受容するための筒状の内部空間３とともに成形される。シリンダケース１はアンダーカット部なしで成形されるので、シリンダケース１の鋳造未加工品では、シリンダの内部空間３への流動管路４の通路は閉鎖されている。本発明によるフライス工具７を用いてシリンダ壁２を切削加工することにより、制御窓５は内部空間３内への流動管路４の開口部として形成される。制御窓５を繰り抜くためのフライス工具７は、数値制御工作機械の駆動主軸６の自由端に設けた工具保持体に次のように配置されており、すなわちフライス工具の駆動軸線が駆動主軸６の回転軸線に対しほぼ直交するように配置されている。フライス工具７はフランジ１５（図１）にて開口しているシリンダケース１の内部空間３内へ挿入され、シリンダ壁２に対する作業位置へもたらされて、そこで制御窓５を繰り抜く。フライス工具７は駆動主軸６の回動運動１２により所望の回転角度位置へ移動させることができ、且つ駆動主軸６をその主軸軸線に関し横運動１３させることによりシリンダ壁２と係合させることができる。フライス工具７を用いて破断部１０がシリンダ壁２に加工され、したがってそれまではシリンダ壁２のなかに封じ込まれていた流動管路４が内部空間３と流動的に結合する。横運動１３と回動運動１２とを適当に同調させて駆動主軸６の運動を制御することにより、シリンダ壁２内の破断部１０は制御窓５の必要な寸法に拡大される。フライス工具７の駆動軸線が駆動主軸６の長手軸線と直交するようにフライス工具７を配置することにより、シリンダ内部のわずかな空間内でフライス工具を精密に案内させることが可能である。

フライス工具７は図４に図示した工具ヘッド２０の一部である。工具ヘッド２０は、コンパクトなアッセンブリとして、駆動主軸６の自由端１６に設けた工具保持体１７（図５に図示）に取り付けることができる。工具ヘッド２０のフライス工具７は、正面フライスと平フライスとを組み合わせたものとして構成され、駆動軸線１９に対し垂直に作用する端面８に刃を有しているとともに、その周囲９にも刃を有している。このように歯科工具のごとく構成されたフライス工具７は、正面フライスとしての作用でシリンダ壁に穿刺することができ、引き続きフライス工具７の周囲９に設けた刃により制御窓の輪郭を削り出すことができる。

フライス工具７はその駆動軸線１９のまわりに原動機２３によって駆動される。原動機２３は空気圧原動機、液圧原動機、或いは電動機として構成されていてよい。有利には原動機２３は空気圧原動機であり、工具ヘッド２０の一部である。原動機２３は片手クラッチ(Einhandkupplung)のごとき接続部材によりエネルギー源と結合されている。さらに工具ヘッド２０はトルク支持部２４を備えており、ジャーナル状の接続部２２により、駆動主軸６の工具保持体１７に設けた受容部１８に差し込まれる。工具保持体１７のこの受容部１８は駆動主軸６の回転軸線１１に対しほぼ直角に位置しており、これにより、工具ヘッド２０の取り付け状態では、フライス工具７の駆動軸線１９も駆動主軸６の回転軸線１１に対し垂直に位置する。この場合受容部１８は、フライス工具７の駆動軸線１９が空間的に張られた２つの面内で駆動主軸６の回転軸線１１に対し垂直に位置するように構成されていてよい。なお、工具ヘッド用の受容部１８が回転軸線１１に対し小さな設置角（本実施形態では２゜）をもっていても有利である。

図６のａないしｃは、一点鎖線で示したシリンダ壁を加工するために工具ヘッド２０をシリンダ内に配置する際の可能なポジションを示している。図６のａは、フライス工具７を案内している工具ヘッド２０の、シリンダ内での侵入ポジションを示している。フライス工具を駆動するための原動機を内部に備えている工具ヘッド２０は、数値制御工作機械の駆動主軸を用いて、筒状の内部空間内で正確に案内可能である。図６のｂに図示したように、フライス工具７はシリンダ壁２内に深く挿入させることができる。この場合正面フライス８を用いれば、シリンダ軸線に関しどの半径方向においてもシリンダ壁２を加工することが可能である。フライス工具７は周囲９にも刃を有しており、これらの刃を用いてシリンダ壁２の接線方向の加工が可能である。工作機械の駆動主軸とこれに保持されている工具ヘッド２０とを回動運動させることにより、刃を備えているフライス工具７の側面９を、制御窓の輪郭を精密に構成するために使用することができる。筒状の内部空間内で駆動主軸を、よって工具ヘッド２０を空間的に位置決めすることにより、よって回動運動を調整することにより、シリンダ壁２の加工面の角度を任意のどの方向にも設定することができる。工具保持体の回転軸線に対しほぼ直交する駆動軸線を備えたフライス工具を有している本発明による制御窓形成装置により、フライス工具を精密に案内することができるので、穴径が８０ｍｍ以下の小さなシリンダでも制御窓の精密な形成が可能である。

本発明に従ってフライス工具が駆動主軸に対し直交するように位置していることにより、制御窓を同じ工具を用いて１段の作業方法で形成させることができる。１段の作業方法は、正面フライスを用いて破断部を形成させ、周面フライスを用いて破断部を制御窓の必要な寸法と輪郭に拡大させる。シリンダ壁の多段階加工も可能であり、この場合流動管路４を開口させるために、シリンダケースの鋳造未加工物のシリンダ壁をディスクフライスを用いて破断させる。ディスクフライスを用いて加工した後にシリンダ壁の破断部のエッジに残っているコンマ状のまくれを、次の加工段階で、フライス工具を主軸軸線に対し直交するように配置した工具ヘッド２０を用いて後加工する。この場合、制御窓の壁の角度を前述したように後加工することができる。

シリンダケースをほぼ正面から見た斜視図である。 シリンダケースを上から見た斜視図である。 内部空間内に工具を挿入したシリンダケースの横断面図である。 本発明による工具ヘッドの平面図である。 本発明による工具保持体の縦断面図である。 ａ−ｃは本発明による工具ヘッドをシリンダ内部の異なる位置で示した平面図である。

符号の説明

１ シリンダケース
２ シリンダ壁
３ シリンダの内部空間
４ 流動管路
５ 制御窓
６ 駆動主軸
７ フライス工具
１１ 工具保持体の回転軸線
１７ 工具保持体
１９ フライス工具の駆動軸線
２０ 工具ヘッド
２３ 原動機

Claims (8)

1. ２サイクル内燃エンジンのシリンダケース（１）のシリンダ壁（２）に、該シリンダ壁（２）によって画成されるシリンダ内部空間（３）に対する搬送通路（４）のそれぞれの開口部として制御窓（５）を形成させるための装置であって、回転可能な工具保持体（１７）の自由端（１６）に設けられてシリンダ内部空間（３）内に挿入することのできる駆動可能な工具を備え、駆動可能な工具が、工具保持体（１７）の回転軸線（１１）に対し横運動することにより、切開対象である制御窓（５）に対し設定されたポジションでシリンダ壁（２）と係合可能である、前記装置において、
   工具保持体（１７）の回転軸線（１１）に対し実質的に直交する駆動軸線（１９）を備えたフライス工具（７）が設けられていることを特徴とする装置。
2. フライス工具が正面フライスとして構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. フライス工具が、該フライス工具（７）の駆動軸線（１９）のまわりで周方向に切削作用を持つ周面フライスとして構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. フライス工具（７）が空気圧または液圧で駆動されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
5. フライス工具（７）が電気で駆動されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
6. フライス工具（７）が工具保持体（１７）に接続可能な工具ヘッド（２０）の一部であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。
7. 工具ヘッド（２０）がフライス工具（７）を駆動するための液圧モータ（２３）を有していることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 工具保持体（１７）が制御可能な工作機械の駆動主軸（６）と相対回転不能に結合され、特に駆動主軸（６）の一部であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つに記載の装置。

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