JP2010099754A - 動弁系ホルダの軸孔加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数のホルダに、高い精度で、複数のシャフト部材を挿通させるための複数の軸孔を加工させることができる軸孔加工方法を提供する。
【解決手段】本発明の軸孔加工方法は、シリンダヘッドに搭載される一基分の数量のホルダ１ａ〜１ｅを、各軸孔３０，３２，３４の被加工位置が連なるようシリンダヘッドに搭載されるときの所定ピッチより短い間隔で並べた後、同並べて集約したホルダ群の側方から切削工具４０ａ〜４０ｃを進めて、ホルダ群をなす各ホルダの被加工位置を順次突き通すように切削加工することとした。これにより、ホルダを突き通す際の切削工具の振れは抑えられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダヘッドに搭載可能な複数のホルダに複数の軸孔を切削加工する動弁系ホルダの軸孔加工方法に関する。

レシプロ式エンジンのシリンダヘッドに搭載される動弁系では、ロッカアームなど各種制御部材を気筒列方向に延びる複数のシャフト部材で支持させ、同シャフト部材を複数のホルダで、シリンダヘッドに搭載することが行なわれている。こうした構造は、近年、注目されている、多くの制御部材やシャフト部材で構成される可変動弁系でも用いられている。

このため、シリンダヘッドに搭載される複数のホルダには、長尺なシャフト部材が挿通するための軸孔が形成してある。
通常、こうした各ホルダの軸孔は、実際と同じ使用条件で行なわれるよう、特許文献１に開示されるように実際にシリンダヘッドにそれぞれホルダに組み付けてから、当該並んだホルダの側方から、ドリルなど切削工具を、各ホルダの各被加工位置を突き通すように進めて加工したり、あるいはシリンダヘッド相当の外形をもつ治具に、それぞれホルダを実際と同じ配置で組み付けてから、並んだホルダの側方から、ドリル工具などの切削工具を、各ホルダの各被加工位置を突き通すように進めて加工していた。
特開平６−４７６０８号公報

しかしながら、こうした軸孔の加工方法は、いずれも各ホルダ間が大きく離れた状態から切削加工するために、ドリル工具がホルダを突き通す際、ドリル工具の先端部が振れやすいという問題がある。
ドリル工具の振れは、軸孔の孔径精度や各軸孔の位置精度をばらつかせる。このため、ドリル工具の振れは、シャフト部材の動きや同シャフト部材に支持される制御部材の動きをばらつかせる要因となり、昨今のような微細な精度が求められる動弁系では、要求される高精度の動きが確保しにくい。特に、可変動弁系の場合、シャフト部材の動きやシャフト部材に支持される制御部材の動きの組み合わせで、バルブリフト量や開閉タイミングなどを全気筒統一的に制御することが求められるため、軸孔の精度のばらつきが同制御に大きな影響を与える。

そこで、本発明の目的は、複数のホルダに、高い精度で、複数のシャフト部材を挿通させるための複数の軸孔を加工させることができる動弁系ホルダの軸孔加工方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、ホルダの軸孔は、シリンダヘッドに搭載される一基分の数量のホルダを、シリンダヘッドに搭載するときの所定のピッチより短い間隔で各軸孔の被加工位置が連なるよう並べた後、同並べて集約したホルダ群の側方から切削工具を進めて、ホルダ群をなす各ホルダの被加工位置を順次突き通すように切削加工することとした。

同方法により、複数の軸孔は、ホルダ間の距離が抑えられた加工ピッチで切削加工が行なわれるため、ホルダを突き通す際の切削工具の振れは抑えられる。これにより、各ホルダには、複数の軸孔が高い精度（孔径精度や各軸孔の位置精度）で加工される。特に切削加工は、シリンダヘッドに搭載される一基分のホルダを集約したホルダ群を一つの単位として行なわれるから、シリンダヘッド毎に、安定した精度が確保される。

請求項２に記載の発明は、一層、複数の軸孔が高精度で切削加工されるよう、ホルダ群の切削加工は、同一の加工機械に固定された状態で行なわれることとした。
請求項３に記載の発明は、同じく、ホルダ群の切削加工は、ホルダ群に対し、切削工具を同一方向から進めて行なわれることにした。
請求項４に記載の発明は、特にカムシャフト部材、ロッカシャフト部材の周りを回動するバルブ駆動部材、カムシャフト部材とバルブ駆動部材との間に配置され支持シャフト部材の周りを揺動する揺動カムとを有して構成される可変動弁機構が組み付くホルダで、十分にその効果が発揮されるよう、各ホルダの複数の軸孔は、可変動弁機構のカムシャフト部材を支持するカムシャフト孔、同じくロッカシャフト部材を支持するロッカシャフト孔、同じく支持シャフト部材を支持する支持シャフト孔であることとした。

請求項１の発明によれば、複数の軸孔は、ホルダ間の距離が抑えられた加工ピッチで切削加工が行なわれ、ホルダを突き通す際の切削工具の振れが抑えられる。
したがって、各ホルダには複数の軸孔が高い精度（孔径精度や各軸孔の位置精度）で加工できる。特に切削加工は、シリンダヘッドに搭載される一基分のホルダを集約したホルダ群を一つの単位として行なうから、シリンダヘッド毎に、安定した精度が確保できる。また加工ピッチが短くなるので、切削工具の移動量は短縮され、軸孔の加工サイクルが短縮できる。

請求項２および請求項３の発明によれば、加工機械への固定時のずれや加工機械自体のばらつきに伴う、軸孔の相対位置のばらつきが抑えられ、一層、複数の軸孔を高精度で切削加工することができる。
請求項４の発明によれば、特に、カムシャフト部材、ロッカシャフト部材の周りを回動するバルブ駆動部材、カムシャフト部材とバルブ駆動部材との間に配置され支持シャフト部材の周りを揺動する揺動カムとを有して構成される可変動弁機構が組み付くホルダに、高い位置精度が要求される、カムシャフト部材を支持するカムシャフト孔、バルブ駆動部材を支持するロッカシャフト部材のロッカシャフト孔、揺動カムを支持する支持シャフト孔を形成する場合には好適で、切削加工を要因とした気筒間のばらつき抑制には有効である。

以下、本発明を図１〜図７に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
ここで、ホルダ群に軸孔を加工する方法を説明する前に、加工対象のホルダ群がどのようなエンジンの動弁系に用いられる部品であるかを説明する。
ホルダ１ｂを含むホルダ群は、図６の斜視図および図７の断面図（図６中のＡ−Ａ線）に示されるレシプロ式多気筒エンジンの吸気バルブ５や排気バルブ６が付いたシリンダヘッド７に搭載可能な可変動弁装置９を構成する重要な部品である。

すなわち、図６および図７を参照して可変動弁装置９の構造を説明すると、同装置９は、気筒間ピッチで気筒列に沿って配置した複数のホルダ部材２ａ〜２ｅに、上部を渡る支持シャフト部材１０を設け、ホルダ部材２ａ〜２ｅの中段片側に渡り排気ロッカシャフト部材１２を設け、同吸気側（排気ロッカシャフト部材１２と反対側）のホルダ部材２ａ〜２ｅに渡り、吸気ロッカシャフト部材を兼ねる制御シャフト部材１３（本願のロッカシャフト部材に相当）を回動可能に設ける。さらに、これらホルダ部材２ａ〜２ｅの下部に渡り、カムキャップ１５ａ〜１５ｅで、カムシャフト部材１７を回動可能に支持する。さらに吸気側には、気筒毎に、カムシャフト部材１７の吸気カム１７ａのバルブ特性、ここでは制御シャフト部材１３の回動変位にしたがいバルブリフト量、開閉タイミング、開弁期間を可変する可変動弁機構１９が組み付けてある。各ホルダ部材２ａ〜２ｅには、シリンダヘッド７に据付けるための据付座、ここでは据付脚部３ａ〜３ｅが形成されている。これより、可変動弁装置９は、ホルダ部材２ａ〜２ｅとカムキャップ１５ａ〜１５ｅとからなる部品をそれぞれホルダ１ａ〜１ｄとして、シリンダヘッド７に搭載できるようにしている。なお、排気ロッカシャフト部材１０には、排気バルブ６を通常の一義的に開閉させる排気ロッカアーム２０（図７に図示）を組み付けてある。

ここで、各気筒の可変動弁機構１９は、いずれも図６および図７に示されるように、制御シャフト部材１３に回動自在に支持され、吸気バルブ５を駆動する吸気ロッカアーム２２（本願のバルブ駆動部材に相当）と、一端部が支持シャフト部材１０に揺動可能に支持され、他端部にカム面２５ａを有した揺動カム２５と、制御シャフト部材１３に屈曲可能に支持され、揺動カム２５の下部の受けローラ２５ｂと吸気カム１７ａとの間に介在されるＬ形のセンタロッカアーム２７（制御可変部材）とを有した構造である。このうち揺動カム２５のカム面２５ａは、吸気ロッカアーム２２の基端部（受け部）、ここでは同部分にあるローラ２２ａと転接していて、制御シャフト部材１３を回動変位すると、センタロッカアーム２７全体が、吸気カム１７ａとの転接位置を変更しながら、同吸気カム１７ａのカム面を進角方向や遅角方向へ変位する。そして、この変位で揺動カム２５の姿勢が変化し、ローラ２２ａが転動するカム面２５ａの領域を変化させて、吸気カム１７ａから出力されるバルブ駆動出力、例えば吸気バルブ５のバルブリフト量や開閉タイミングや開弁期間が連続的（低リフト位相から高リフト位相まで）に可変される。

図１および図２のホルダ１ｂは、この可変動弁装置９を組立てる前におけるホルダ１ａ〜１ｅの代表として示してある。
ところで、こうした動弁系は、複数のシャフト部材が挿通するホルダ１ａ〜１ｅの軸孔の位置精度の影響を受けやすい。特に吸気バルブ５のバルブ特性を微細に制御する可変動弁装置９は、各シャフト部材が挿通するホルダ１ａ〜１ｅの軸孔、具体的には図２に示されるように支持シャフト部材１０を支持する支持シャフト孔３０や、制御シャフト部材１３を支持する制御シャフト孔３２や、カムシャフト部材１７を支持するホルダ部材２ａ〜２ｅとカムキャップ１５ａ〜１５ｅ間のカムシャフト孔３４の相互の位置が、揺動カム１７ａの姿勢に大きく関与したり、センタロッカアーム２７や揺動カム２５や吸気ロッカアーム２２の動きに大きく関与するため、シリンダヘッド７に搭載されるホルダ一基分の数量の中で、軸孔間位置の精度が一部でも大きくばらつくと、気筒間でバルブリフト量や開閉タイミングや開弁期間がばらつき、燃焼ばらつきを生じる要因となる。

そこで、ホルダ１ａ〜１ｅの各シャフト孔３０，３２，３４は、切削工具の影響をできるだけ抑えた加工方法で切削加工されている。同加工方法の手順が図３〜図５に示されている。
つぎに、同図を参照して軸孔加工方法を説明する。
まず、シリンダヘッド７に搭載する一基分の数量のホルダ、ここでは５個のホルダ１ａ〜１ｅを用意する。同ホルダ１ａ〜１ｅは、いずれも図１および図２に示されるように各ホルダ部材２ａ〜２ｅに各カムキャップ１５ａ〜１５ｅをボルト部材２８で固定しただけの部品である。

これらホルダ１ａ〜１ｅを、例えば図２に示されるように治具３６を用いて、図３に示されるように一箇所に、片側を基準として、各軸孔３０，３２，３４が形成される各被加工位置が連なるように並べる。具体的には、被加工位置を、鋳造でホルダ部材２ａ〜２ｅやカムキャップ１５ａ〜１５ｅの外観を成形したとき得た各シャフト孔３０，３２，３４，３５の素孔の中心位置が連なるよう、ホルダ１ａ〜１ｅを並行に並べて固定する。これにより、ホルダ１ａ〜１ｅは、シリンダヘッド７に搭載するときの所定ピッチより短い間隔で並ぶ。この際、ホルダ１ａ〜１ｅ間の隙間はできるだけ小さくするのが望ましい。

ホルダ１ａ〜１ｅの配置を終えると、図４に示されるように集約されたホルダ１ａ〜１ｅを切削用の加工機械５０にセットする。
ここで、例えば切削用の加工機械５０は、ベッド５０ａの一端側にワークセット部５０ｂを有し、ベッド５０ａの他端側に複数の加工主軸部５０ｃを備えるスライド可能な工具セット部５０ｄと、これら複数の加工主軸部５０ｃを駆動したり工具セット部５０ｄをワークセット部５０ｂに対し進退動させたりする駆動部５０ｅを有している。また工具セット部５０ｄの各加工主軸部５０ｃには、例えば予め軸孔３０，３２，３４の被加工位置と対応させて、複数の切削工具が装着されている。具体的には、複数のドリル工具、ここでは支持シャフト孔３０を切削加工するためのドリル工具４０ａ、制御シャフト孔３２を切削加工するためのドリル工具４０ｂ、カムシャフト孔３４を切削加工するためのドリル工具４０ｃ、さらに排気ロッカシャフト部材１２を支持する排気ロッカシャフト孔３５（図２に図示）を切削加工するためのドリル工具４０ｄがセットされている。

ホルダ１ａ〜１ｅは、治具３６を介して、この加工機械５０のワークセット部５０ｂに装着される。これにより、ホルダ１ａ〜１ｅを集約したホルダ群は、各ドリル工具４０ａ〜４０ｄに側方にセットされる。このときホルダ１ａ〜１ｅは、ドリル工具４０ａ〜４０ｄの加工方向に沿って並び、各ドリル工具４０ａ〜４０ｄは、それぞれ被加工位置（各素孔の位置）に合わせて位置決めしてある。

ワークセットを終えたら、加工機械５０を運転して、切削加工を開始する。これにより、工具セット部５０ｄの各ドリル工具４０ａ〜４０ｄは回転する。続いて、工具セット部５０ｄと駆動部５０ｅは、ベッド５０ａ上を移動し、各ドリル工具４０ａ〜４０ｄを、図３中の矢印に示されるように同一方向から同時にホルダ群へ接近させる。
すると、進む各ドリル工具４０ａ〜４０ｄは、各ホルダ１ａ〜１ｄの各被加工位置の素孔を、順次、突き通す。これにより、各素孔は、同時に、同一方向から送られるドリル工具４０ａ〜４０ｄにより切削加工される。これで各素孔は、支持シャフト孔３０、制御シャフト孔３２、カムシャフト孔３４、排気ロッカシャフト孔３５に加工される。

このときホルダ１ａ〜１ｅ間の距離（加工ピッチ）は、図５（ｂ）に示されるような実際にシリンダヘッド７に搭載した状態のときや、シリンダヘッドに相当する治具に組み付けた状態のときのような大きなピッチでなく、図５（ａ）に示されるように、ホルダ１ａ〜１ｅを集約させることによって、零、若しくは零に近い最小ピッチに抑えられているから、ホルダ１ａ〜１ｅを突き通す際のドリル工具４０ａ〜４０ｄの振れは抑えられる。

したがって、支持シャフト孔３０、制御シャフト孔３２、カムシャフト孔３４といった複数の軸孔は、高い精度（孔径精度や孔の位置精度）で加工できる。しかも、軸孔の切削加工は、シリンダヘッド７に搭載される一基分のホルダ１ａ〜１ｅを集約したホルダ群を一つの単位として行われるから、安定した精度が確保できる。
この結果、ホルダ１ａ〜１ｅに動弁系の各種シャフト部材を組み付けても、シャフト部材やシャフト部材に支持される制御部材の動きに影響を与えずにすむ。特に図２および図７に示されるような可変動弁装置９の高い位置精度が要求される軸孔、すなわち揺動カム２５の支持をなす支持シャフト部材１０が挿通する支持シャフト孔３０、センタロッカアーム２７や吸気ロッカアーム２２の支持をなす制御シャフト部材１３が挿通する制御シャフト孔３２、カムシャフト部材１７が挿通するカムシャフト孔３４の加工には有効で、切削加工が要因となる気筒間の制御ばらつきやエンジン毎のばらつきが抑えられ、リフト精度の安定性が図れる。これにより、燃焼が安定し、エンジン効率が高められる。さらには、ミスアライメントも抑制され、局部摩耗やフリクション増大などの課題もなくなる。

しかも、一つにまとめたホルダ１ａ〜１ｅの軸孔を加工する方法は、図５に示されるように切削加工に求められるドリル工具４０ａ〜４０ｄの移動量が、実際にシリンダヘッドにホルダを搭載して切削加工したり、シリンダ相当の治具にホルダを搭載して切削加工したりする方法に比べ短縮でき、加工サイクルの短縮化が図れる。
そのうえ、軸孔の切削加工は、ドリル工具４０ａ〜４０ｄが同一加工機械５０で加工されることで、ホルダ１ａ〜１ｅの固定ずれや加工機械毎の精度ばらつきをなくすことができる。

さらに、同一方向から行なったり、同時に行なったりすると、ホルダ１ａ〜１ｅに対する加工精度は安定するから、切削加工に伴う、軸孔のばらつきが抑えられ、一層、支持シャフト孔３０、制御シャフト孔３２、カムシャフト部材３４の孔径精度やピッチ間精度が高まる。
もちろん、排気ロッカシャフト孔３５も一緒に加工すると、一層、可変動弁機構１９の各部の精度が安定する。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した第１の実施形態では、複数の軸孔に対応した複数の切削工具が装着される多軸の加工主軸部をもつ加工機械を用いて集約したホルダの軸孔を切削加工する例を挙げたが、これに限らず、図８に示す第２の実施形態にようにドリル工具４０ａ〜４０ｄ（切削工具）の着脱が可能な１つの加工主軸部６０ｄをもつ加工機械６０を用いて、複数の切削工具４０ａ〜４０ｄを適宜交換し、複数回の突き通し工程で、ホルダ１ａ〜１ｅの軸孔の切削加工を行なってもよい。図８において第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。

また、切削加工に関し、図示はしないが例えばドリル工具４０ａ〜４０ｄのうち、水平に並ぶ複数のドリル工具４０ｂ、４０ｄを加工機械５０に装着（図示しない）して、集約したホルダ１ａ〜１ｅの軸孔の切削加工を行なうようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る軸孔加工の対象ワークとなるホルダを示す斜視図。 同ホルダの断面図。 同ホルダに軸孔加工を施す仕方を説明する図。 ホルダに軸孔加工を施す加工機械を示す側面図。 同ホルダの軸孔加工方法を、実際にシリンダヘッドにホルダを組み付けてから軸孔を加工する方法と対比して示す図。 同ホルダを用いて構成される可変動弁装置の外観を示す斜視図。 図６中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 本発明の第２の実施形態の要部となる軸孔加工を施す加工機械を示す側面図。

符号の説明

１ａ〜１ｅ ホルダ
７ シリンダヘッド
１０ 支持シャフト部材（シャフト部材）
１３ 制御シャフト部材（シャフト部材）
１７ カムシャフト部材（シャフト部材）
１９ 可変動弁機構
３０ 支持シャフト孔（軸孔）
３２ 制御シャフト孔（ロッカシャフト孔：軸孔）
３４ カムシャフト孔（軸孔）
４０ａ〜４０ｄ ドリル工具（切削工具）
５０加工機械

Claims (4)

1. 所定のピッチで並んでシリンダヘッドに搭載可能な複数のホルダに対し、切削工具により、そのホルダ列に沿って配置される複数のシャフト部材を挿通させるための複数の軸孔を切削加工する動弁系ホルダの軸孔加工方法であって、
   前記ホルダの軸孔は、前記シリンダヘッドに搭載される一基分の数量のホルダを、各軸孔の被加工位置が連なるよう前記所定のピッチより短い間隔で並べた後、同並べて集約したホルダ群の側方から前記切削工具を進めて、前記ホルダ群をなす各ホルダの前記被加工位置を順次突き通すように切削加工される
   ことを特徴とする動弁系ホルダの軸孔加工方法。
2. 前記ホルダ群の切削加工は、当該ホルダ群と前記切削工具とが同一の加工機械に装着された状態で加工することを特徴とする請求項１に記載の動弁系ホルダの軸孔加工方法。
3. 前記ホルダ群の切削加工は、当該ホルダ群に対し、前記切削工具を同一方向から進めて行なわれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動弁系ホルダの軸孔加工方法。
4. 前記ホルダは、カムシャフト部材と、ロッカシャフト部材の周りを回動するバルブ駆動部材と、前記カムシャフト部材と前記バルブ駆動部材との間に配置され支持シャフト部材の周りを揺動する揺動カムとを有して構成される可変動弁機構が組み付くものであり、
   前記各ホルダの複数の軸孔は、前記可変動弁機構の前記カムシャフト部材を支持するカムシャフト孔、同じく前記ロッカシャフト部材を支持するロッカシャフト孔、同じく前記支持シャフト部材を支持する支持シャフト孔である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の動弁系ホルダの軸孔加工方法。

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