JP3728720B2 - How to grind pistons for engines - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに用いられるピストンであって、シリンダライナの中に嵌め合わされるピストンを、そのクリアランスが適正となるようにセンターレス研削する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、エンジンに用いられるシリンダライナの２例を示し、（Ａ）は水冷式エンジンを構成するシリンダライナの断面とピストンの外観とを描いた分解図、（Ｂ）は空冷式エンジンを構成するシリンダライナの断面とピストンの外観とを描いた分解図である。
図４（Ｂ）に示した空冷エンジン用シリンダライナ１′は乾式ライナとも呼ばれ、フランジ１ａを備えた円筒状をなしていて、シリンダブロック（別称・エンジンブロック）に穿たれたライナ挿入孔（図示省略）の中に圧入して使用に供せられる。
図４（Ａ）に示した水冷エンジン用シリンダライナ１は湿式ライナとも呼ばれ、その外周部にウォータジャケット（図示省略・図５を参照して後述）を設けるため、その上端に設けられたフランジ１ａに隣接せしめて上方嵌合部１ｂが形成されるとともに、その下端部近傍に下方嵌合部１ｃが形成されている。中央部１ｄの外周面は冷却水に接触する部分であって、鋳放し、もしくは荒仕上げされたままになっている。
符号１ｅを付して示したのは、冷却水をシールするためのＯリング（図５を参照して後述）を嵌めるＯリング溝である。
ピストン２はシリンダライナ１，１′の中で爆発ガス圧を受けて押し下げられ、その押し下げ方向の力はコネクチングロッド３を介して回転運動を加速する。
【０００３】
上記の作用は爆発行程説明したものであるが、エンジンは吸入，圧縮，爆発，排気の行程を繰り返すので、ピストン２の役目は４種類に変化する。
前述の爆発行程においては、爆発ガスの圧力エネルギをピストンの直線動のエネルギに変換する。この作用は、遅速の差は有るが油圧プレスに類似している。
【０００４】
吸入工程では、ピストンの直線動によって燃焼室内の気圧を負ならしめる。
圧縮行程および排気行程では、ピストンの直線動によって燃焼室内の気圧を上昇させる。これら呼入，圧縮，排気行程におけるピストンの作用は、流体ポンプに類似している。
【０００５】
図５は、シリンダライナを水冷エンジン用のシリンダブロックに組み込んだ状態を実線で描くとともに、該シリンダライナに嵌合されたピストンを仮想線で描いた断面図である。ただし、読図しやすいように模式化してあって、写実的な投影図ではない。
シリンダブロック４の中には、シリンダライナ１を取り囲む形にウォータジャケット（斑点を付して示す）が形成される。
上記ウォータジャケットを形成するため、シリンダ４には上部嵌合孔４ａと下部嵌合孔４ｂとが設けられ、これら両方の孔を貫通してシリンダライナ１が挿通されている。４ｃは上方嵌合区域であって、この部分の水密はライナガスケット８によって保たれている。
シリンダブロック４の頂面よりも、フランジ１ａの頂面は寸法ｓだけ上方に突出し、この輪状の突出部とシリンダヘッド７との間にヘッドガスケット６を挟みつけ、該ヘッドガスケット６に対して輪状に喰い込んで気密を保っている。
４ｄは下部嵌合区域であって、この部分の水密はＯリング１０によって保たれている。
４ｅは点検窓、５はカバーである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ピストンは、シリンダライナとの間に油膜を形成して潤滑されつつ、軸心方向に往復摺動する。このため、両者の間には適正なクリアランスが必要である。
このため、シリンダライナ１の内周面およびピストン２の外周面は研削仕上げされるが、高精度の研削を施しても誤差を完全にゼロにすることは出来ないので、工業的生産の経済性を図りつつ、誤差を許容の限度内に収めることが研究開発の対象となる。エンジン用のピストンとシリンダライナとの嵌合に問題を限った場合、
イ．工作機械の特性、
ロ．組立に伴う歪み、
という問題が解決を難しくしている。以下に項目別に説明する。なお、前記のエンジン用のピストンとは「エンジンまたはエンジンの補機器の構成部材であるピストン」の意である。
【０００７】
工作機械の特性について、
現在の機械技術の実情として、円柱状の内周面を研削仕上げする精度は、外周面を研削仕上げする精度に比して悪い。このため、研削仕上げされたシリンダライナの内周面を基準にして、これに対して適正なクリアランスを生じるように、ピストンの外周面を仕上げてやらねばならない。
【０００８】
先に考察したように、エンジン本体に用いられているピストンは、その吸入，圧縮，爆発，排気の各行程において異なる役目を果たす。また、エンジン補機器に用いられている各種のピストンも、それぞれ異なった役目を受け持っている。
【０００９】
そこで、本発明においてピストンとは、流体圧力エネルギーと直線運動エネルギーとを相互に、もしくは一方向に変換する円柱状部材である、とする。その技術の属する分野によって異なる呼称が用いられ、プランジャもしくはラムと呼ばれることもあるが、本発明ではこれらを総称してピストンという。
注・実教出版（株）発行の機械用語辞典によれば、ピストンポンプとプランジャポンプとは同意であるとされている。また、日刊工業新聞社発行の機械用語辞典においては「プランジャとは棒状のピストンの意である」と述べられている。
【００１０】
さらに、該機械用語辞典によれば、シリンダライナとは、シリンダ用の壁が摩耗したとき取替えを容易ならしめるためシリンダ内に装入する円筒形の部品であるとされているが、本発明においてシリンダライナとは、「摩耗したとき交換を容易ならしめるため、もしくは摩耗を防止するため、ブロック内に収納された硬質の円筒状部材」をいう。
【００１１】
組立に伴う歪みについて、
例えば図４（Ａ）に示したシリンダライナ１の内周面が高度の円筒度を有するように研削仕上げされた場合であっても、これを図５に示したようにシリンダブロックの中に圧入すると、シリンダライナ１はシリンダブロック４によって不均等に締めつけられ、図示の内径寸法Ｄ1，内径寸法Ｄ2，および内径寸法Ｄ3はそれぞれ縮小傾向に変化し、Ｄ1≠Ｄ2≠Ｄ3となる。
このような寸法変化は、図５に例示した湿式のシリンダライナに限らず、図４（Ｂ）に示した乾式のシリンダライナであっても発生する。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、大量に生産されて研削仕上げされたシリンダライナに対して、適正なクリアランスが得られるようにピストンの外周面を研削する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述の技術的背景の下に前記の目的を達成するために創作した本発明について、その基本的な技術思想を要約すると、個々のシリンダライナを、実機装着時と同様の状態に保持して、その内径寸法を計測し、計測された内径寸法に合わせて、ピストンの外周面を個々にセンターレス研削する。
【００１３】
ここに重要なポイントは、
イ．シリンダライナが実機に装着されている状態をシミュレーションして、
ロ．個々のシリンダライナの内径を計測し、
ハ．該個々のシリンダライナに適応せしめて、個々のピストンの外周面を、
ニ．センターレス研削する。
ということである。上掲のイ〜ニのそれぞれについて、その意義を次に述べる。
【００１４】
イ項のシミュレーションについて：シリンダライナを単品の状態で精密に計測しても、該シリンダライナを実機に組み込んで歪んでしまっては無意味である。
【００１５】
そこで本発明においては、単品として研削仕上げされたシリンダライナを、シリンダブロックのシリンダ孔に圧入して計測する。
【００１６】
ロ項およびハ項の「個々」について：この問題は、２０世紀における技術の歴史を背景としている。すなわち、初期における精密嵌合は、現場合わせの手作業で行なわれていたが、中期に至って大量生産が進み、これに品質管理の手法が適用されて、層別化されたグループ処理が主流となった。この時代においては、個々の計測，加工を現場合わせと呼んで、低レベル非能率の代名詞とされていた。
【００１７】
ところが、最近のハイテク技術によって事情が変わってきた。
すなわち、従前は個々の計測に多大の時間，労力を費し、個々の機械加工の調節に高度の熟練と多大の時間，労力を要し、誤差発生の因となっていた。
ところが、電子技術の発達によって、計測も、調節も、ＮＣ制御によって瞬時に、かつ高精度で遂行されるようになった。そこで本発明は、シリンダライナの個々の計測と、ピストンの個々の研削とを必須の要件として、ハイテク時代に相応しい研削技術を創作した。
【００１８】
ニ項のセンターレス研削について：本発明はピストンの外周研削を適用対象としている。このように、中心軸部材を有しない高精度の円柱状部材の外周面加工は、センターレス加工が最も有利であり、かつ、調整砥石の切込送りを制御することによって被加工物（ピストン）の外径寸法を高精度で瞬時的に自動調節することができるので好適である。センターレス研削機の原理は公知技術であるが、本発明の目的を達成するための構成としてセンターレス研削は不可欠である。
上述の技術思想を根底に置いて創作した本発明の基本的な原理を、その実施形態に対応する図１を参照して略述すると次のとおりである。すなわち、
研削仕上げされたシリンダライナ１に対して適正なクリアランスを生じるように、ピストン２の外周面を高能率，高精度で研削加工するため、
シリンダライナ１を、単品の状態でなく、シリンダブロック４（もしくは、これに代る治具）に装着した状態で、その内径を計測（エアーマイクロ１１）し、演算回路１２によって適正なピストン外径寸法を算出し、切込制御機構１３を介して、センターレス研削機９の切込送り駆動機構１４を自動的に調節する。上記のように調節されたセンターレス研削機９でピストン２の外周面を研削仕上げする。
【００１９】
以上に説明した原理に基づいて請求項１に係る発明方法の構成は、エンジンに用いられる円筒状のシリンダライナの中に嵌合され、軸心方向に往復動して、爆発ガス圧を直線動に変換し、および／または直線動を流体圧に変換する円柱状のピストンの外周面を研削する方法において、
相互に嵌合される１個のシリンダライナと１個のピストンとを「組部品」として研削作業の対象とし、
研削仕上げされたシリンダライナをシリンダブロック内に圧入して、該シリンダライナの内径寸法を計測し、
計測されたシリンダライナの内径寸法に対して所定のクリアランスを生じるように、ピストンの外径寸法を設定し、
ピストン部材の外径寸法が上記の設定寸法となるように、粗仕上げされたピストン部材の外周面をセンターレス研削することを特徴とする。
以上に説明した請求項１の発明方法によると、研削仕上げされたシリンダライナの研削仕上げ寸法誤差の如何に拘わらず、該シリンダライナの内径に対応せしめて、適正なクリアランスを生じるようにピストンの外周面をを研削仕上げすることができる。
相互に嵌合させる１個のシリンダライナと１個のピストンとを組部品として研削するので、従来技術におけるがごとく多数のシリンダライナの内径寸法を計測してグループ分けする場合に比して、シリンダライナとピストンとの対偶を高精度で確実に対応させることができる。
研削を終えたシリンダライナを、シリンダブロックの中に圧入した状態で内径寸法を計測するので、当該シリンダライナが実機に組み込まれて稼働する状態と同様の状態で寸法を計測することになる。従って、この計測寸法に合わせてピストンの外周面を研削することにより、該シリンダライナを実機に組み込んで、その中にピストンを嵌合した場合、適正なクリアランスが再現され、両者の間に望ましい油膜が形成される。このため、シリンダライナの内周面とピストンの外周面との間に焼付きや早期摩耗を生じることなく、しかも過度のリークを生じることが無い。
一般に、シリンダライナの内周面研削精度は、ピストンの外周面研削精度よりも低いが、本請求項１の発明方法によれば、研削仕上げを終了したシリンダライナを基準とし、これに対して正常なクリアランスを生じるようにピストンの外径寸法を設定するので、“高精度研削可能な側（ピストン）でクリアランス調整を行なう”という原則に一致していて、クリアランス制御を容易に、高精度で行なうことができる。
その上、ピストンの外周面をセンターレス研削するので、該ピストンの粗仕上げ状態における真円度が低くても、センターレス研削特有の造円作用によって真円柱に研削仕上げされる。
【００２０】
請求項２に係る発明方法の構成は、前記請求項１の発明方法の構成要件に加えて、前記シリンダライナの内径寸法は、少なくとも２箇所で計測し、２箇所間の軸心方向距離と、２箇所それぞれの内径寸法とに基づいて、該シリンダライナ内径のテーパ量を算出し、
計測された２箇所それぞれの内径寸法、もしくは２箇所の内径の寸法差、または２箇所の内径寸法の平均値に基づいて、前記ピストンの外径寸法および／またはテーパ量を設定することを特徴とする。
以上に説明した請求項２の発明方法によると、シリンダライナの内周面形状の狂いをテーパ量として算出することにより、シリンダライナの内周面の形状，寸法を簡略化して把握し、これに適合するピストンの仕上げ寸法（外径および／またはテーパ量）を、簡単な演算で求めることができる。
内径を計測する２箇所間の距離を予め一定の値に決めておけば、該２箇所の計測値の差によってテーパ量が一義的に定まる。このため、２箇所のそれぞれで計測された内径寸法の何れか片方を基準として、この基準値に対してテーパ量を勘案した補正を加えてピストン外径を決定すると、当該シリンダに対して適正なクリアランスを形成し得るピストンを研削仕上げすることができる。また、ピストン外径に適当なテーパを付与することによって、一層適正なクリアランスが得られる。
【００２５】
請求項３に係る発明方法の構成は、前記請求項１または請求項２の発明方法の構成要件に加えて、前記のシリンダライナの内周面に、円柱面以外の精密仕上げ面が、該円柱面と同心に形成されており、
かつ、前記のピストンにも円柱面以外の精密仕上げ面が、該円柱面と同心に設けられていて、双方の非円柱面が相互に密着する構造になっている場合、
ピストン外周面のセンターレス仕上げに先立って、予めシリンダライナ側の非円柱面、および、ピストン側の非円柱面を研削仕上げしておくことを特徴とする。
以上に説明した請求項３の発明方法によると、例えばシリンダライナとピストンとの対偶のそれぞれに、円錐面より成る弁座と弁とが設けられている場合、シリンダライナとピストンとのクリアランスを適正ならしめ、かつ、弁と弁座とを密着せしめることができるという特有の効果が得られる。
このような構造のシリンダライナとピストンとの対偶は、各種のストップ弁，リリーフ弁，調圧弁，ピストンポンプなど、適用範囲が広いので実用的価値が多大である。
本請求項の構成は、前工程において非円柱面を仕上げ、後工程でピストン外周面を研削する。このような工程順序をとることができる理由は、ピストン外周面をセンターレス研削するからである。
すなわち、前工程で弁座と弁との円錐面を同心に仕上げしても、後工程でピストンをチャックして外周面を研削すれば、このチャック作業における心出し誤差によってピストン外周面の中心線が変位する。このため、該ピストンをシリンダライナの中へ挿入すると、弁座と弁との同心性が狂ってしまう。
しかし、センターレス研削においては被加工物（この場合はピストン）を心出し・チャックするという操作を行なわず、該被加工物（ピストン）をブレードと調整砥石とによって無心的に支持しつつ、該調整砥石を回転駆動することにより摩擦伝動によって被加工物の回転を制御する。このような状態で、該被加工物に研削砥石を接触させて研削を行なうので、被加工物は高速で回転しつつ、その外周面を研削される。つまり、被加工物であるピストンの外周面を、周方向に均等に、連続的に薄皮を剥ぐように削り取ってゆく。このため、センターレス研削の前後において被加工物（ピストン）の中心線が変位しない。
こうしたセンターレス研削特有の作用により、センターレス研削以前に仕上げた弁の非円柱面（例えば円錐面）は、センターレス研削しても同心性を失うことがない。
【００２６】
本請求項３の発明を適用すると、以上に述べた理由により、非円錐面の密着性を損なうことなく、ピストンとシリンダライナとの間のクリアランスを適性ならしめることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の１実施形態を説明するために示したもので、センターレス研削機の要部と、ブロックに嵌入されたシリンダライナと、該シリンダライナの内径を計測する手段と、計測結果に基づいて前記センターレス研削機を制御する系統とを描いた模式図である。
符号１を付して示したシリンダライナはシリンダブロックの中に嵌合されている。本発明を実施する際、必ずしもシリンダブロックの中に嵌合するように限定されないが、上記のシリンダライナがエンジン本体もしくはエンジン補機器に装着されているのと同じ状態をシミュレーションするように、適宜のブロック部材に収納される。上記のシリンダブロックとは、慣用的な名称の如何に拘らず、シリンダライナを嵌合する部材の総称である。
上述の状態のシリンダライナ１の内径を、エアーマイクロ１１によって計測する。
計測は、図示の寸法Ｌだけ軸心方向に離れた２箇所の直径Ｄ1，Ｄ2を計測する。図示を省略するが、３箇所もしくはそれ以上の箇所で計測することを妨げない。
上記の内径の計測は、直径方向の１箇所で行なっても良く、直交する直径方向に２箇所で行なっても良く、また、全周方向に回転しながら多数箇所で行なっても良い。本実施形態の応用例として（図示を省略するが）、区間Ｌを螺旋状に移動しつつ直径を計測しても良い。
計測された複数箇所の内径箇所を表す電気信号がエアーマイクロ１１から出力されて、演算回路１２に入力される（矢印ａ）。
上記演算回路１２は、複数箇所の内径寸法（本例では２箇所の内径寸法Ｄ1，Ｄ2）を入力され、テーパ量を算出する。
本例では、計測される２箇所の間の距離Ｌが一定であって、演算回路１２に記憶させてあるので、テーパ量は容易に算出される。
テーパ量は、角度で表しても良いのであるが、本例のごとくＬが一定であれば、２箇所の内径寸法の差によってテーパ量を表しても良い。
【００３６】
２箇所の内径の計測は、１箇所について１つの直径方向を計測しても良い。
また、直交する２つの直径方向を計測しても、２つ以上の直径方向を計測しても良い。１箇所について複数回の計測を行なった場合、複数の計測値の算術平均をとることもでき、幾何平均（例えば最小２乗法）をとることもできる。
情況によっては、複数個の計測値のうち、図面寸法に対する誤差が最大である値をとることもできる。このようにして各種の演算を行なった結果は、切込送り制御機構１３に入力される（矢印ｂ）。
前記各種の演算を行なった際の演算要素（例えば、１箇所の測定に関する最大，最小値、および両者の算術平均値，または幾何平均値、並びに、角度で表したテーパ量，もしくは直径差で表されたテーパ量など）は、矢印ｅのように、記録手段を備えたディスプレイ１５に入力されて、可視的に標示されるとともに、記録される。前記の記録手段は電磁的な記録手段であっても良く、ペーパープリンタであっても良い。
図示を省略するが、内径寸法もしくはテーパ量に異常値が発生したときは、その旨を放置するアラーム手段を併設しておくことが望ましい。
この工程で計測の対象となるシリンダライナは既に研削仕上げを終えていて、中間検査に合格した半製品であるが、これをシリンダブロック４（もしくはこれに代る治具）の中に収納されたとき、必ずしも許容誤差内にあるとは限らないので、この段階における内径やテーパ量について検査合格，不合格を判定することには意義が有る。
前記演算回路１２は、前述のようにしてシリンダライナ１の内径寸法およびテーパ量を算出し、かつ、こうしたシリンダライナの内周面形状寸法に対して最適のピストン形状寸法（内径寸法およびテーパ量）を算出する。
内周面がテーパであるシリンダライナの中で、テーパの有るピストンを往復摺動させるように形状，寸法を設定するということは、従来技術においては考慮されていなかった。
【００３７】
燃焼室を形成するピストンにテーパを付するということは公用公知の技術であるが、これは、運転状態においてピストンヘッドが高温になって大きく熱膨張し、ピストンスカートは比較的低温で熱膨張が少ないことを勘案して、こうした熱勾配の下において真円柱面となるようにピストンヘッド側を小径ならしめる方向のテーパを予め与えておくものである。
本発明を適用する場合、上記のように熱膨張差を打ち消すためのテーパ以外に、運転状態でテーパを保つようにピストンにテーパを付して研削仕上げする。
先に述べたように、本発明におけるピストンは広義であって、ラムもしくはプランジャと通称される部材も含み、エンジンおよび／またはエンジン用補機器に用いられる往復摺動部材全般が適用の対象である。従って、ポンプの構成部材であるプランジャや、リリーフバルブの構成部材であるニードルバルブなどのように、稼動中に熱勾配を生じない円柱状部材にもテーパを付するようにセンターレス研削仕上げする。
【００３８】
テーパ状のシリンダライナ内周面の中で、テーパを付された外周面を有するピストンを往復摺動させることは、ちょっと考えにくい事かと思われるが、このテーパ量が直径差としてサブミクロンオーダーの、きわめて微小なものであることをご理解頂きたい。
そして、シリンダライナー内周面の研削仕上げは高い円筒度を有するように行なわれる。しかし、その誤差を完全にゼロならしめることは至難である上に、このシリンダライナをシリンダブロック（通称の如何を問わない。要するにシリンダライナを嵌合する剛性部材）の中に収納すると、サブミクロンオーダーの歪みを生じて真円柱面でなくなる。
そこで本実施形態においては、実機装着状態をシミュレーションしたシリンダライナ内周面のテーパに対して、「ライナ内周面の研削よりも格別に高精度の調節が可能なセンターレス研削機」側で、シリンダライナに合わせたテーパ仕上げをすることによってクリアランス調整を行なう。
【００３９】
切込送り制御機構１３は、切込送り駆動機構１４に対して制御信号（矢印ｃ）を与える。該切込送り駆動機構１４は、調整砥石９ｂの切込み動作を制御する。
【００４０】
切込み動作の制御は主として２通り有って、その一つは調整砥石９ｂを矢印ｄ方向に前進させるストロークのエンドを決めることである。
センターレス研削においては、ブレード９ａと調整砥石９ｂとによって被加工物（この場合はピストン２）を支承するので、ブレード９ａと調整砥石９ｂとの相対的な位置は一定に保たれる。そこで、ブレード９ａと協働してピストン２を支承している調整砥石９ｂを矢印ｂ方向に進めると、ピストン２を矢印ｄ方向に送られ、研削砥石９ｃに接近して研削される。このため、調整砥石を矢印ｄ方向に進めれば進めるほど、ピストン２の研削仕上げ直径寸法は小さくなる。その反対に、矢印ｄ方向の切込み送りを手前（図の右方）で止めれば、手前で止めるほどピストン２の研削仕上げ直径寸法は大きくなる。
切込送り駆動機構１４は、以上のようにしてピストン２の研削仕上げ直径寸法を調節する機能を有しており、切込送り制御機構１３から制御信号（矢印ｃ）を受けて、ピストン２の外径がシリンダライナ１の内周面に対して適正なクリアランスを生じるように、該ピストン２の外周面を研削仕上げする。
切込み動作の制御のもう一つは、調整砥石９ｂを、往復円弧矢印θのように旋回させることである。先に述べたように、調整砥石９ｂとブレード９ａとの相対的な位置関係は一定であるから、調整砥石９ｂが往復円弧矢印θのように旋回せしめられると、ブレード９ａもこれに伴って旋回せしめられ、支承されているピストンも旋回する。このようにしてピストン２が研削砥石９ｃに対して旋回せしめられ、その外周面にテーパが付される。
切込送り駆動機構１４は、上述のようにして被加工物（ピストン２）のテーパを調節する機能を有しており、切込送り制御機構１３の制御信号（矢印ｃ）を受けて、ピストン２の外周面のテーパ量をシリンダライナ１の内周面のテーパ量に対応せしめて適正に研削仕上げする。
【００４１】
先に述べたように、ブレード９ａと調整砥石９ｂとは相対的な位置関係を一定に保たれている（厳密に言うならば、ブレード９ａと、調整砥石９ｂの回転軸の軸受とは相互に固定されている。この関係は、調整砥石が摩耗しても変らない）。従って、研削によってピストン２が僅かに細くなることを無視すれば、調整砥石９ｂと、ブレード９ａと、ピストン２との相対的な位置関係は一定であり、これら３者が研削砥石９ｃに対して矢印ｄのように接近することによって研削仕上げ外径寸法が減少する。また、上記３者が往復円弧矢印θのように旋回することによってテーパ量が増減する。
上述の作動原理から明らかなように、調整砥石９ｂと、ブレード９ａとピストン２との３者を動かさずに、これら３者に対して研削砥石９ｃを反矢印ｄ方向に移動させても、センターレス研削の切り込みが行なわれ、該移動のストロークエンドを制御することによってピストン２の研削仕上げ外径寸法を増減せしめることができる。
同様に、前記３者を動かすことなく研削砥石９ｃを往復円弧矢印φのように旋回させても、ピストン２にテーパを与えることができる。
本発明においてセンターレス研削機の切込み駆動機構を制御するとは、図１，図２に例示されたように調整砥石の切込み送りを制御することに限定されず、研削砥石の切込み送りを制御することも含んでいる。
【００４２】
図２は、本発明の１実施形態における工程の全部を表すもので、シリンダライナをシリンダブロック内に挿入する工程と、上記シリンダライナの内径を計測する工程と、ピストンの外周面をセンターレス研削する工程と、センターレス研削されたピストンの外径寸法を検査する工程と、該ピストンとシリンダライナとをペアリングする工程とを描いた模式図である。
【００４３】
ピストン研削の準備工程として、個々のシリンダライナ１をシリンダブロック４の中へ装入する（矢印ｆ）。シリンダライナ１を装入されたシリンダブロック４を計測位置に進める（矢印ｇ）。エアーマイクロ１１で前記シリンダライナ１の内径寸法を計測して、演算装置１２′に入力する（矢印ｈ）。
上記演算装置１２′は、演算回路を具備していて、先に図１を参照して説明したような演算を行なって、その結果や演算要素をディスプレー１５に標示するとともに、切込送り制御機構から制御命令信号（矢印ｉ）を切込送り駆動機構１４に与える。
本例のセンターレス研削機は、調整砥石９ｂの支持駆動機構およびブレード９ａが、スライド・旋回機構９ｄに搭載されていて、切込送り駆動機構１４によって切込み送り（図において左方に移動）せしめられたり、旋回角を与えられたりするようになっている。
ピストン２は、矢印ｊのように個々にローディングされ、センターレス研削される。
【００４４】
研削を終えたピストンは矢印ｋのようにアンローディングされ、エアーブロー１６で空気を吹きつけて清浄にされる。センターレス研削を終えたままのピストン２には、研削粉を含んだ研削油が付着していて、そのままでは外径寸法の検査を行なうに適しないが、エアブローによって研削油を吹き飛ばされて、計測に適した状態になる。
さらに、研削を終了した直後のピストンは研削熱によって昇温し、熱膨張しているため寸法検査に適しない。しかし、上述のエアブローによって一定温度まで降温するので、寸法検査に好適な状態となる。
本実施形態においては、エアブローされたピストンが矢印ｍのようにレーザー外径寸法検査に送られる。本発明を実施する際、この検査工程はレーザー計測に限らないが、レーザー計測やエアーマイクロなどのように非接触で検査することが望ましい。非接触検査であれば、超精密に研削されたピストンを傷つけたり汚損したりする虞れが無い。
外径寸法検査機１７に対して、演算装置１２′から「研削仕上げ目標とされる外径寸法およびテーパ量」が出力（矢印ｎ）される。該外径寸法検査機１７は、目標値と計測値とを比較して、寸法検査の合否を判定する。
検査に合格したピストンは矢印ｐのようにペアリングステーション１８に送られ、個々に内径計測されたシリンダライナ１が矢印ｑのごとく該ペアリングステーション１８に送られてきて、１個のシリンダライナと１個のピストンとがペアを形成して搬出（矢印ｒ）される。
本実施形態（図２）におけるエアーマイクロ１１は、エア噴出孔が円周上に４箇所ある形式のものを用いた。２箇所式のものに比して精度が高いからである。また、レーザー外径寸法検査１７に代えて、上記と同様の４箇所噴出式のエアーマイクロを用いることもできる。
【００４５】
なお、ピストン２に設けられた溝などのために、エアーマイクロやレーザー計測が困難な場合は接触式の公知の計測具を用いることもできるが、エアーマイクロやレーザー計測は自動化に適しているので望ましい。
【００４６】
図３は、前記と異なる実施形態に係る研削方法およびピストン研削装置によって研削仕上げされたバルブピストン２１がバルブシリンダ２０に組み込まれた状態の断面図である。
【００４７】
本図３に示した直動形リリーフ弁１９は、エンジン潤滑系統の調圧に用いられる機器であるから、本発明の適用対象である。シリンダライナ２０ｂはシリンダボディ２０ａの中に嵌合されている。この場合、上記シリンダボディはバルブボディと呼ばれることが多いが、先に定義したごとく本発明においてはシリンダボディに相当する。
前記シリンダライナ２０ｂには凹形の円錐弁座２０ｃが形成され、バルブピストン２１には凸形の円錐面２１ａが形成され、バルブスプリング２２で付勢されて相互に密着するようになっている。２３はプッシュロッド、２４は調整ネジである。
このように、シリンダライナに形成された非円柱面と、ピストンに形成された非円柱面とが同心に対向して当接密着する構造である場合、予め非円柱面を研削仕上げした後、シリンダライナの内周面を計測して内径とテーパ量とを算出し、これに合わせてピストンの外周面をセンターレス研削すると良い。その理由は、センターレス研削は外周面を無心的に研削するため、予め研削仕上げされている非円柱面の同心性を狂わせないからである。
【００４８】
【発明の効果】
以上に本発明の実施形態を挙げてその構成・機能を明らか成らしめたように、請求項１の発明方法によると、研削仕上げされたシリンダライナの研削仕上げ寸法誤差の如何に拘わらず、該シリンダライナの内径に対応せしめて、適正なクリアランスを生じるようにピストンの外周面をを研削仕上げすることができる。
相互に嵌合させる１個のシリンダライナと１個のピストンとを組部品として研削するので、従来技術におけるがごとく多数のシリンダライナの内径寸法を計測してグループ分けする場合に比して、シリンダライナとピストンとの対偶を高精度で確実に対応させることができる。
研削を終えたシリンダライナを、シリンダブロックの中に圧入した状態で内径寸法を計測するので、当該シリンダライナが実機に組み込まれて稼働する状態と同様の状態で寸法を計測することになる。従って、この計測寸法に合わせてピストンの外周面を研削することにより、該シリンダライナを実機に組み込んで、その中にピストンを嵌合した場合、適正なクリアランスが再現され、両者の間に望ましい油膜が形成される。このため、シリンダライナの内周面とピストンの外周面との間に焼付きや早期摩耗を生じることなく、しかも過度のリークを生じることが無い。
一般に、シリンダライナの内周面研削精度は、ピストンの外周面研削精度よりも低いが、本請求項１の発明方法によれば、研削仕上げを終了したシリンダライナを基準とし、これに対して正常なクリアランスを生じるようにピストンの外径寸法を設定するので、“高精度研削可能な側（ピストン）でクリアランス調整を行なう”という原則に一致していて、クリアランス制御を容易に、高精度で行なうことができる。
その上、ピストンの外周面をセンターレス研削するので、該ピストンの粗仕上げ状態における真円度が低くても、センターレス研削特有の造円作用によって真円柱に研削仕上げされる。
【００４９】
請求項２の発明方法によると、シリンダライナの内周面形状の狂いをテーパ量として算出することにより、シリンダライナの内周面の形状，寸法を簡略化して把握し、これに適合するピストンの仕上げ寸法（外径および／またはテーパ量）を、簡単な演算で求めることができる。
内径を計測する２箇所間の距離を予め一定の値に決めておけば、該２箇所の計測値の差によってテーパ量が一義的に定まる。このため、２箇所のそれぞれで計測された内径寸法の何れか片方を基準として、この基準値に対してテーパ量を勘案した補正を加えてピストン外径を決定すると、当該シリンダに対して適正なクリアランスを形成し得るピストンを研削仕上げすることができる。また、ピストン外径に適当なテーパを付与することによって、一層適正なクリアランスが得られる。
【００５４】
請求項３の発明方法によると、例えばシリンダライナとピストンとの対偶のそれぞれに、円錐面より成る弁座と弁とが設けられている場合、シリンダライナとピストンとのクリアランスを適正ならしめ、かつ、弁と弁座とを密着せしめることができるという特有の効果が得られる。
このような構造のシリンダライナとピストンとの対偶は、各種のストップ弁，リリーフ弁，調圧弁，ピストンポンプなど、適用範囲が広いので実用的価値が多大である。
本請求項の構成は、前工程において非円柱面を仕上げ、後工程でピストン外周面を研削する。このような工程順序をとることができる理由は、ピストン外周面をセンターレス研削するからである。
すなわち、前工程で弁座と弁との円錐面を同心に仕上げしても、後工程でピストンをチャックして外周面を研削すれば、このチャック作業における心出し誤差によってピストン外周面の中心線が変位する。このため、該ピストンをシリンダライナの中へ挿入すると、弁座と弁との同心性が狂ってしまう。
しかし、センターレス研削においては被加工物（この場合はピストン）を心出し・チャックするという操作を行なわず、該被加工物（ピストン）をブレードと調整砥石とによって無心的に支持しつつ、該調整砥石を回転駆動することにより摩擦伝動によって被加工物の回転を制御する。このような状態で、該被加工物に研削砥石を接触させて研削を行なうので、被加工物は高速で回転しつつ、その外周面を研削される。つまり、被加工物であるピストンの外周面を、周方向に均等に、連続的に薄皮を剥ぐように削り取ってゆく。このため、センターレス研削の前後において被加工物（ピストン）の中心線が変位しない。
こうしたセンターレス研削特有の作用により、センターレス研削以前に仕上げた弁の非円柱面（例えば円錐面）は、センターレス研削しても同心性を失うことがない。
【００５５】
本請求項３の発明を適用すると、上述の理由により、非円錐面の密着性を損なうことなく、ピストンとシリンダライナとの間のクリアランスを適正ならしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を説明するために示したもので、センターレス研削機の要部と、ブロックに嵌入されたシリンダライナと、該シリンダライナの内径を計測する手段と、計測結果に基づいて前記センターレス研削機を制御する系統とを描いた模式図である。
【図２】本発明の１実施形態における工程の全部を表すもので、シリンダライナをシリンダブロック内に挿入する工程と、上記シリンダライナの内径を計測する工程と、ピストンの外周面をセンターレス研削する工程と、該ピストンとシリンダライナとをペアリングする工程とを描いた模式図である。
【図３】前記と異なる実施形態に係る研削方法およびピストン研削装置によって研削仕上げされたバルブピストン２１がバルブシリンダ２０に組み込まれた状態の断面図である。
【図４】エンジンに用いられるシリンダライナの２例を示し、（Ａ）は水冷式エンジンを構成するシリンダライナの断面とピストンの外観とを描いた分解図、（Ｂ）は空冷式エンジンを構成するシリンダライナの断面とピストンの外観とを描いた分解図である。
【図５】シリンダライナを水冷エンジン用のシリンダブロックに組み込んだ状態を実線で描くとともに、該シリンダライナに嵌合されたピストンを仮想線で描いた断面図である。ただし、読図しやすいように模式化してあって、写実的な投影図ではない。
【符号の説明】
１，１′…シリンダライナ、２…ピストン、４…シリンダブロック、９…センターレス研削機、９ａ…ブレード、９ｂ…調整砥石、９ｃ…研削砥石、１１…エアーマイクロ、１２…演算回路、１２′…演算装置、１３…切込み送り制御機構、１４…切込み送り駆動機構、１５…ディスプレー、１８…ペアリングステーション、２０…バルブシリンダ、２１…バルブピストン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for centerless grinding of a piston used in an engine and fitted into a cylinder liner so that the clearance is appropriate.
[0002]
[Prior art]
4A and 4B show two examples of a cylinder liner used in an engine. FIG. 4A is an exploded view showing a cross section of a cylinder liner and an appearance of a piston constituting a water-cooled engine, and FIG. 4B shows an air-cooled engine. 2 is an exploded view illustrating a cross section of a cylinder liner and an appearance of a piston.
The
The
Reference numeral 1e indicates an O-ring groove into which an O-ring for sealing cooling water (described later with reference to FIG. 5) is fitted.
The piston 2 is pushed down by the explosion gas pressure in the
[0003]
Although the above-described operation has been explained for the explosion stroke, the engine repeats the strokes of suction, compression, explosion, and exhaust, so that the role of the piston 2 changes into four types.
In the above-described explosion stroke, the pressure energy of the explosion gas is converted into the energy of linear movement of the piston. This effect is similar to that of a hydraulic press with a difference in slow speed.
[0004]
In the suction process, the pressure in the combustion chamber is made negative by the linear movement of the piston.
In the compression stroke and the exhaust stroke, the pressure in the combustion chamber is increased by linear movement of the piston. The action of the piston in these intake, compression and exhaust strokes is similar to a fluid pump.
[0005]
FIG. 5 is a cross-sectional view in which a state in which the cylinder liner is incorporated in a cylinder block for a water-cooled engine is drawn by a solid line, and a piston fitted to the cylinder liner is drawn by an imaginary line. However, it is modeled for easy reading and is not a realistic projection.
A water jacket (shown with spots) is formed in the cylinder block 4 so as to surround the
In order to form the water jacket, the cylinder 4 is provided with an upper fitting hole 4a and a lower fitting hole 4b, and the
The top surface of the flange 1 a projects upward by a dimension s from the top surface of the cylinder block 4, and a head gasket 6 is sandwiched between the ring-shaped projecting portion and the cylinder head 7. It keeps her airtight.
4 d is a lower fitting area, and the watertightness of this part is maintained by the O-
4e is an inspection window and 5 is a cover.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The piston slides back and forth in the axial direction while being lubricated by forming an oil film with the cylinder liner. For this reason, an appropriate clearance is required between them.
For this reason, the inner peripheral surface of the
A. Machine tool characteristics,
B. Distortion associated with assembly,
This makes it difficult to solve. Each item is described below. The above-mentioned piston for an engine means “a piston that is a constituent member of an engine or an auxiliary device of the engine”.
[0007]
Regarding the characteristics of machine tools,
As the current state of mechanical technology, the precision of grinding the cylindrical inner peripheral surface is worse than the precision of grinding the outer peripheral surface. For this reason, the outer peripheral surface of the piston must be finished so that an appropriate clearance is generated with reference to the inner peripheral surface of the cylinder liner that has been ground.
[0008]
As discussed above, the piston used in the engine body plays a different role in the intake, compression, explosion, and exhaust strokes. The various pistons used in engine auxiliary equipment also have different roles.The
[0009]
Therefore, in the present invention, the piston is a cylindrical member that converts fluid pressure energy and linear kinetic energy to each other or in one direction. Different names are used depending on the field to which the technology belongs, and they are sometimes called plungers or rams. In the present invention, these are collectively called pistons.
Note: According to the machine vocabulary dictionary issued by Jikkyo Shuppan Co., Ltd., the piston pump and plunger pump are said to agree. The machine terminology published by Nikkan Kogyo Shimbun states that "plunger means a rod-shaped piston".
[0010]
Furthermore, according to the dictionary of machine terms, the cylinder liner is a cylindrical part that is inserted into the cylinder in order to facilitate replacement when the cylinder wall is worn. The cylinder liner refers to “a hard cylindrical member housed in a block in order to facilitate replacement when worn or to prevent wear”.
[0011]
About distortion accompanying assembly,
For example, FIG.(A)Even when the inner peripheral surface of the
Such dimensional changesNot limited to the wet cylinder liner illustrated in FIG.Even the dry cylinder liner shown in FIG.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a method for grinding an outer peripheral surface of a piston so as to obtain an appropriate clearance with respect to a cylinder liner that has been mass-produced and finished by grinding.The lawThe purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Summarizing the basic technical idea of the present invention created in order to achieve the above object under the above technical background, each cylinder liner is held in the same state as when the actual machine is mounted, The inner diameter is measured, and the outer peripheral surface of the piston is individually centerless ground in accordance with the measured inner diameter.
[0013]
The important point here is
A. Simulate the state where the cylinder liner is installed in the actual machine,
B. Measure the inner diameter of each cylinder liner,
C. Adapting to the individual cylinder liner, the outer peripheral surface of each piston
D. Centerless grinding.
That's what it means. The significance of each of the above-mentioned ii will be described below.
[0014]
Regarding the simulation of item (b): Even if the cylinder liner is precisely measured in the state of a single item, it is meaningless if the cylinder liner is incorporated into an actual machine and distorted.
[0015]
Therefore, in the present invention,It is a single itemCylinder liner that has been ground asPress fit and measure.
[0016]
On the “individuals” of paragraphs B and C: This issue is based on the history of technology in the 20th century. In other words, precision fitting in the initial stage was performed manually on site, but mass production progressed to the mid-term, and quality control techniques were applied to this, and stratified group processing became mainstream. became. In this era, individual measurement and processing were called on-site adjustments and were synonymous with low-level inefficiency.
[0017]
However, recent high-tech technologies have changed the situation.
That is, in the past, a great deal of time and labor was spent on each measurement, and a high degree of skill and a great deal of time and labor were required to adjust individual machining, which caused errors.
However, with the development of electronic technology, both measurement and adjustment are instantaneously performed with high accuracy by NC control. Therefore, the present invention has created a grinding technique suitable for the high-tech era, with the individual measurements of the cylinder liner and the individual grinding of the pistons as essential requirements.
[0018]
(D) Centerless grinding: The present invention is applied to piston peripheral grinding. As described above, centerless machining is most advantageous for processing the outer peripheral surface of a high-precision columnar member that does not have a central shaft member, and the workpiece (piston) is controlled by controlling the cutting feed of the adjusting grindstone. This is preferable because the outer diameter of the can be automatically adjusted instantaneously with high accuracy. The principle of the centerless grinding machine is a known technique, but centerless grinding is indispensable as a configuration for achieving the object of the present invention.
The basic principle of the present invention created based on the above technical idea will be briefly described with reference to FIG. 1 corresponding to the embodiment. That is,
In order to grind the outer peripheral surface of the piston 2 with high efficiency and high accuracy so as to generate an appropriate clearance for the
With the
[0019]
Based on the principle described above, the configuration of the inventive method according to
One cylinder liner and one piston, which are fitted to each other, are the target of grinding work as an “assembly part”.
Press-fit the cylinder liner that has been ground into the cylinder block, measure the inner diameter of the cylinder liner,
Set the outer diameter dimension of the piston so that a predetermined clearance is generated for the measured inner diameter dimension of the cylinder liner,
The outer peripheral surface of the roughly finished piston member is centerless ground so that the outer diameter of the piston member becomes the above set dimension.
According to the method of the invention of
Since one cylinder liner and one piston to be fitted to each other are ground as an assembly part, the cylinder diameter is compared with the case of measuring the inner diameter of many cylinder liners and grouping them as in the prior art. The pair of the liner and the piston can be reliably handled with high accuracy.
Since the inner diameter dimension is measured in a state in which the cylinder liner that has been ground is press-fitted into the cylinder block, the dimension is measured in a state similar to the state in which the cylinder liner is incorporated into an actual machine and operated. Therefore, by grinding the outer peripheral surface of the piston in accordance with this measurement dimension, when the cylinder liner is incorporated into an actual machine and the piston is fitted therein, an appropriate clearance is reproduced, and a desirable oil film between them. Is formed. For this reason, seizure and early wear do not occur between the inner peripheral surface of the cylinder liner and the outer peripheral surface of the piston, and excessive leakage does not occur.
In general, the inner peripheral surface grinding accuracy of the cylinder liner is lower than the outer peripheral surface grinding accuracy of the piston. However, according to the method of the present invention, the cylinder liner that has finished the grinding finish is used as a reference, and this is normal. Since the outer diameter of the piston is set so as to generate a clear clearance, it is consistent with the principle of “adjusting the clearance on the high-precision grindable side (piston)”, and clearance control is easily performed with high accuracy. be able to.
In addition, since the outer peripheral surface of the piston is centerless-ground, even if the roundness of the piston in the rough finish state is low, the piston is ground into a perfect cylinder by a circle-forming action unique to centerless grinding.
[0020]
In addition to the constituent features of the inventive method of the first aspect, the configuration of the inventive method according to claim 2 is such that the inner diameter dimension of the cylinder liner is measured at at least two locations, the axial distance between the two locations, The taper amount of the cylinder liner inner diameter is calculated based on the inner diameter dimensions of the two locations,
The outer diameter dimension and / or taper amount of the piston is set based on the measured inner diameter dimension at each of the two positions, or the difference between the inner diameters at the two positions, or the average value of the inner diameter dimensions at the two positions. To do.
According to the invention method of claim 2 described above, by calculating the deviation of the inner peripheral surface shape of the cylinder liner as a taper amount, the shape and dimensions of the inner peripheral surface of the cylinder liner are simplified and grasped. The finished dimensions (outer diameter and / or taper amount) of the compatible piston can be obtained by a simple calculation.
If the distance between the two locations where the inner diameter is measured is previously determined to be a constant value, the taper amount is uniquely determined by the difference between the measured values at the two locations. For this reason, if one of the inner diameter dimensions measured at each of the two locations is used as a reference, and the piston outer diameter is determined by correcting the reference value in consideration of the taper amount, an appropriate value for the cylinder is obtained. A piston capable of forming a clearance can be ground. Further, by providing an appropriate taper to the piston outer diameter, a more appropriate clearance can be obtained.
[0025]
Claim3The configuration of the inventive method according to claim 1OrClaim2In addition to the structural requirements of the inventive method, on the inner peripheral surface of the cylinder liner, a precision finished surface other than the cylindrical surface is formed concentrically with the cylindrical surface,
And when the precision finishing surface other than the cylindrical surface is provided concentrically with the cylindrical surface in the piston, and both non-cylindrical surfaces are in close contact with each other,
Prior to centerless finishing of the outer peripheral surface of the piston, the non-cylindrical surface on the cylinder liner side and the non-cylindrical surface on the piston side are previously ground.
Claims described above3According to the method of the present invention, for example, when a valve seat and a valve having a conical surface are provided in each pair of a cylinder liner and a piston, the clearance between the cylinder liner and the piston is properly adjusted, and the valve and A unique effect that the valve seat can be brought into close contact with each other is obtained.
The pair of cylinder liner and piston having such a structure has a wide range of applications such as various types of stop valves, relief valves, pressure regulating valves, and piston pumps, and thus has great practical value.
In the structure of this claim, the non-cylindrical surface is finished in the pre-process, and the piston outer peripheral surface is ground in the post-process. The reason why such a process sequence can be taken is that the outer peripheral surface of the piston is centerless ground.
That is, even if the conical surfaces of the valve seat and valve are finished concentrically in the previous process, if the piston is chucked and the outer peripheral surface is ground in the subsequent process, the center line of the piston outer peripheral surface is caused by the centering error in this chucking operation. Is displaced. For this reason, when the piston is inserted into the cylinder liner, the concentricity between the valve seat and the valve is lost.
However, in centerless grinding, the workpiece (in this case, the piston) is not centered and chucked, and the workpiece (piston) is supported by the blade and the adjustment grindstone while being insensitive. The rotation of the workpiece is controlled by friction transmission by rotationally driving the adjusting grindstone. In such a state, since the grinding is performed by bringing a grinding wheel into contact with the workpiece, the outer peripheral surface of the workpiece is ground while rotating at a high speed. That is, the outer peripheral surface of the piston, which is a workpiece, is scraped off evenly in the circumferential direction so as to continuously peel off the skin. For this reason, the center line of the workpiece (piston) is not displaced before and after centerless grinding.
Due to the unique action of centerless grinding, the non-circular valve finished before centerless grindingPillarA surface (for example, a conical surface) does not lose concentricity even when centerless grinding is performed.
[0026]
This claim3Applying the invention ofMentioned aboveFor the reason, the clearance between the piston and the cylinder liner can be made appropriate without impairing the adhesion of the non-conical surface.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention. The main part of a centerless grinding machine, a cylinder liner fitted in a block, means for measuring the inner diameter of the cylinder liner, and measurement It is the schematic diagram which drawn the system | strain which controls the said centerless grinding machine based on a result.
A cylinder liner denoted by
The inner diameter of the
The measurement is performed by measuring two diameters D separated from each other in the axial direction by the dimension L shown1, D2Measure. Although illustration is omitted, it does not prevent measurement at three or more locations.
The measurement of the inner diameter may be performed at one location in the diameter direction, may be performed at two locations in the orthogonal diameter direction, or may be performed at multiple locations while rotating in the entire circumferential direction. As an application example of the present embodiment (not shown), the diameter may be measured while moving in a spiral manner in the section L.
An electric signal representing the measured inner diameter portions is output from the
The
In this example, since the distance L between the two measured points is constant and is stored in the
The taper amount may be expressed by an angle. However, as long as L is constant as in this example, the taper amount may be expressed by a difference between two inner diameter dimensions.
[0036]
Two inner diameters may be measured by measuring one diameter direction at one place.
Also, two orthogonal diameter directions may be measured, or two or more diameter directions may be measured. When a plurality of measurements are performed for one place, an arithmetic average of a plurality of measurement values can be taken, and a geometric average (for example, a least square method) can be taken.
Depending on the situation, it is also possible to take a value having a maximum error with respect to the drawing dimension among a plurality of measured values. The results of performing various calculations in this manner are input to the cutting feed control mechanism 13 (arrow b).
Calculation elements when performing the above various calculations (for example, the maximum and minimum values for one measurement, the arithmetic average value or geometric average value of both, and the taper amount or diameter difference expressed in angle) The taper amount and the like are input to the
Although illustration is omitted, it is desirable to provide an alarm means for leaving an abnormal value in the inner diameter dimension or taper amount.
The cylinder liner to be measured in this process is a semi-finished product that has already been ground and has passed the intermediate inspection, but this was stored in the cylinder block 4 (or a jig instead). Since it is not always within the allowable error, it is meaningful to determine whether the inspection passes or fails for the inner diameter and the taper amount at this stage.
The
In the cylinder liner whose inner peripheral surface is tapered, setting the shape and size so that the tapered piston is reciprocally slid has not been considered in the prior art.
[0037]
It is a publicly known technique to taper the piston that forms the combustion chamber. This is because the piston head becomes hot and expands greatly during operation, and the piston skirt expands at a relatively low temperature. In consideration of the small amount, a taper in a direction in which the piston head side has a small diameter is provided in advance so as to be a true cylindrical surface under such a thermal gradient.
When the present invention is applied, in addition to the taper for canceling out the thermal expansion difference as described above, the piston is tapered and ground so as to keep the taper in the operating state.
As described above, the piston in the present invention is broad and includes a member commonly referred to as a ram or a plunger. The reciprocating sliding member used in the engine and / or the engine auxiliary equipment is generally applicable. . Accordingly, centerless grinding is performed so that a cylindrical member that does not generate a thermal gradient during operation, such as a plunger that is a component member of a pump and a needle valve that is a component member of a relief valve, is tapered.
[0038]
It seems that it is difficult to think about reciprocating sliding the piston with the tapered outer peripheral surface in the inner peripheral surface of the tapered cylinder liner. Please understand that it is extremely small.
The grinding finish of the inner circumferential surface of the cylinder liner is performed so as to have a high degree of cylindricity. However, it is difficult to make the error completely zero, and when this cylinder liner is housed in a cylinder block (regardless of what is commonly called a rigid member that fits the cylinder liner), it is submicron. Distortion of the order is generated and it is no longer a true cylindrical surface.
Therefore, in the present embodiment, for the taper of the cylinder liner inner peripheral surface that simulates the actual machine mounting state, on the side of the “centerless grinding machine that can be adjusted with higher precision than grinding of the liner inner peripheral surface”, The clearance is adjusted by finishing the taper according to the cylinder liner.
[0039]
The cutting
[0040]
There are mainly two types of control of the cutting operation, one of which is to determine the end of the stroke in which the adjusting grindstone 9b is advanced in the direction of arrow d.
In centerless grinding, since the workpiece (in this case, the piston 2) is supported by the blade 9a and the adjusting grindstone 9b, the relative positions of the blade 9a and the adjusting grindstone 9b are kept constant. Therefore, when the adjusting grindstone 9b supporting the piston 2 is advanced in the direction of the arrow b in cooperation with the blade 9a, the piston 2 is sent in the direction of the arrow d, and is ground close to the grinding grindstone 9c. For this reason, as the adjustment grindstone is advanced in the direction of the arrow d, the grinding finish diameter dimension of the piston 2 becomes smaller. On the other hand, if the cutting feed in the direction of the arrow d is stopped in front (right side of the figure), the diameter of the grinding finish diameter of the piston 2 becomes larger as it stops in front.
The cutting feed drive mechanism 14 has a function of adjusting the diameter of the grinding finish diameter of the piston 2 as described above. Upon receiving a control signal (arrow c) from the cutting
Another control of the cutting operation is to turn the adjusting grindstone 9b as shown by a reciprocating arc arrow θ. As described above, since the relative positional relationship between the adjusting grindstone 9b and the blade 9a is constant, when the adjusting grindstone 9b is swung as shown by the reciprocating arc arrow θ, the blade 9a also swivels accordingly. The piston that is squeezed and supported also turns. In this way, the piston 2 is swung with respect to the grinding wheel 9c, and the outer peripheral surface thereof is tapered.
The infeed feed drive mechanism 14 has a function of adjusting the taper of the workpiece (piston 2) as described above, and receives the control signal (arrow c) from the infeed
[0041]
As described above, the relative positional relationship between the blade 9a and the adjusting grindstone 9b is kept constant (strictly speaking, the blade 9a and the bearing of the rotating shaft of the adjusting grindstone 9b are mutually connected. This relationship does not change even if the adjusting wheel wears). Therefore, if neglecting that the piston 2 is slightly thinned by grinding, the relative positional relationship between the adjusting grindstone 9b, the blade 9a, and the piston 2 is constant, and these three are relative to the grinding grindstone 9c. By approaching as indicated by the arrow d, the outer diameter of the grinding finish decreases. Further, the taper amount increases or decreases when the three persons turn as indicated by a reciprocating arc arrow θ.
As is apparent from the operating principle described above, the center of the grinding wheel 9c can be moved in the direction of the opposite arrow d without moving the three of the adjusting wheel 9b, the blade 9a, and the piston 2 with respect to these three. A less grinding cut is made, and the grinding finish outer diameter of the piston 2 can be increased or decreased by controlling the stroke end of the movement.
Similarly, the piston 2 can be tapered even if the grinding wheel 9c is turned as shown by the reciprocating arc arrow φ without moving the three members.
In the present invention, controlling the cutting drive mechanism of the centerless grinding machine is not limited to controlling the cutting feed of the adjusting grindstone as illustrated in FIGS. 1 and 2, but controlling the cutting feed of the grinding wheel. Also included.
[0042]
FIG. 2 shows all of the steps in an embodiment of the present invention. The step of inserting a cylinder liner into a cylinder block, the step of measuring the inner diameter of the cylinder liner, and the outer peripheral surface of the piston are centerless ground. It is the schematic diagram which drew the process of carrying out, the process of test | inspecting the outer-diameter dimension of the piston by which centerless grinding was carried out, and the process of pairing this piston and a cylinder liner.
[0043]
As a preparatory process for piston grinding, the
The arithmetic unit 12 'includes an arithmetic circuit, performs an arithmetic operation as previously described with reference to FIG. 1, displays the results and arithmetic elements on the
In the centerless grinding machine of this example, the support driving mechanism of the adjusting grindstone 9b and the blade 9a are mounted on the slide / turning mechanism 9d, and the cutting feed driving mechanism 14 performs the cutting feed (moves to the left in the figure). Or given a turning angle.
The pistons 2 are individually loaded and centerless ground as indicated by an arrow j.
[0044]
The piston which has finished grinding is unloaded as indicated by an arrow k, and is cleaned by blowing air with an
Furthermore, since the piston immediately after finishing grinding is heated by grinding heat and thermally expanded, it is not suitable for dimensional inspection. However, since the temperature is lowered to a certain temperature by the air blow described above, a state suitable for dimensional inspection is obtained.
In the present embodiment, the air blown piston is sent to the laser outer diameter inspection as indicated by the arrow m. When carrying out the present invention, this inspection step is not limited to laser measurement, but it is desirable to perform non-contact inspection such as laser measurement or air micro. In the case of non-contact inspection, there is no possibility of damaging or fouling the piston that has been ground precisely.
The “outer diameter dimension and taper amount targeted for grinding finish” are output (arrow n) from the
The piston that has passed the inspection is sent to the
As the
[0045]
If the air micro or laser measurement is difficult due to the groove provided in the piston 2 or the like, a known contact-type measuring tool can be used, but the air micro and laser measurement are suitable for automation. desirable.
[0046]
FIG. 3 is a cross-sectional view of a state in which a valve piston 21 ground by a grinding method and a piston grinding apparatus according to an embodiment different from the above is incorporated in a valve cylinder 20.
[0047]
The direct acting relief valve 19 shown in FIG. 3 is a device used for regulating the pressure of the engine lubrication system, and is therefore an application target of the present invention. The cylinder liner 20b is fitted in the cylinder body 20a. In this case, the cylinder body is often called a valve body, but as defined above, it corresponds to the cylinder body in the present invention.
A concave conical valve seat 20c is formed on the cylinder liner 20b, and a convex conical surface 21a is formed on the valve piston 21, and is urged by a valve spring 22 so as to be in close contact with each other. 23 is a push rod, and 24 is an adjusting screw.
In this way, when the non-cylindrical surface formed on the cylinder liner and the non-cylindrical surface formed on the piston are concentrically opposed and in close contact with each other, after the non-cylindrical surface is ground in advance, the cylinder The inner peripheral surface of the liner is measured to calculate the inner diameter and the taper amount, and the outer peripheral surface of the piston is preferably centerless grounded accordingly. The reason for this is that centerless grinding grinds the outer peripheral surface unintentionally, so that the concentricity of a non-cylindrical surface that has been ground in advance is not disturbed.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the configuration and function of the embodiment of the present invention have been clarified, and according to the method of the invention of
Since one cylinder liner and one piston to be fitted to each other are ground as an assembly part, the cylinder diameter is compared with the case of measuring the inner diameter of many cylinder liners and grouping them as in the prior art. The pair of the liner and the piston can be reliably handled with high accuracy.
After finishing grinding, the cylinder linerPressure insideSince the inner diameter dimension is measured in the inserted state, the dimension is measured in a state similar to the state in which the cylinder liner is incorporated and operated in the actual machine. Therefore, by grinding the outer peripheral surface of the piston in accordance with this measurement dimension, when the cylinder liner is incorporated into an actual machine and the piston is fitted therein, an appropriate clearance is reproduced, and a desirable oil film between them. Is formed. For this reason, seizure and early wear do not occur between the inner peripheral surface of the cylinder liner and the outer peripheral surface of the piston, and excessive leakage does not occur.
In general, the inner peripheral surface grinding accuracy of the cylinder liner is lower than the outer peripheral surface grinding accuracy of the piston. However, according to the method of the present invention, the cylinder liner that has finished the grinding finish is used as a reference, and this is normal. Since the outer diameter of the piston is set so as to generate a clear clearance, it is consistent with the principle of “adjusting the clearance on the high-precision grindable side (piston)”, and clearance control is easily performed with high accuracy. be able to.
In addition, since the outer peripheral surface of the piston is centerless-ground, even if the roundness of the piston in the rough finish state is low, the piston is ground into a perfect cylinder by a circle-forming action unique to centerless grinding.
[0049]
According to the invention method of claim 2, by calculating the deviation of the inner peripheral surface shape of the cylinder liner as a taper amount, the shape and dimensions of the inner peripheral surface of the cylinder liner can be simplified and grasped, and The finishing dimension (outer diameter and / or taper amount) can be obtained by a simple calculation.
If the distance between the two locations where the inner diameter is measured is previously determined to be a constant value, the taper amount is uniquely determined by the difference between the measured values at the two locations. For this reason, if one of the inner diameter dimensions measured at each of the two locations is used as a reference, and the piston outer diameter is determined by correcting the reference value in consideration of the taper amount, an appropriate value for the cylinder is obtained. A piston capable of forming a clearance can be ground. Further, by providing an appropriate taper to the piston outer diameter, a more appropriate clearance can be obtained.
[0054]
Claim3According to the method of the present invention, for example, when a valve seat and a valve having a conical surface are provided in each pair of a cylinder liner and a piston, the clearance between the cylinder liner and the piston is properly adjusted, and the valve and A unique effect that the valve seat can be brought into close contact with each other is obtained.
The pair of cylinder liner and piston having such a structure has a wide range of applications such as various types of stop valves, relief valves, pressure regulating valves, and piston pumps, and thus has great practical value.
In the structure of this claim, the non-cylindrical surface is finished in the pre-process, and the piston outer peripheral surface is ground in the post-process. The reason why such a process sequence can be taken is that the outer peripheral surface of the piston is centerless ground.
That is, even if the conical surfaces of the valve seat and valve are finished concentrically in the previous process, if the piston is chucked and the outer peripheral surface is ground in the subsequent process, the center line of the piston outer peripheral surface is caused by the centering error in this chucking operation. Is displaced. For this reason, when the piston is inserted into the cylinder liner, the concentricity between the valve seat and the valve is lost.
However, in centerless grinding, the workpiece (in this case, the piston) is not centered and chucked, and the workpiece (piston) is supported by the blade and the adjustment grindstone while being insensitive. The rotation of the workpiece is controlled by friction transmission by rotationally driving the adjusting grindstone. In such a state, since the grinding is performed by bringing a grinding wheel into contact with the workpiece, the outer peripheral surface of the workpiece is ground while rotating at a high speed. That is, the outer peripheral surface of the piston, which is a workpiece, is scraped off evenly in the circumferential direction so as to continuously peel off the skin. For this reason, the center line of the workpiece (piston) is not displaced before and after centerless grinding.
Due to the action peculiar to the centerless grinding, the non-cylindrical surface (for example, the conical surface) of the valve finished before the centerless grinding does not lose the concentricity even if the centerless grinding is performed.
[0055]
This claim3When this invention is applied, the clearance between the piston and the cylinder liner can be made appropriate without impairing the adhesion of the non-conical surface for the reason described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention, and shows a main part of a centerless grinding machine, a cylinder liner fitted in a block, means for measuring the inner diameter of the cylinder liner, and measurement It is the schematic diagram which drawn the system | strain which controls the said centerless grinding machine based on a result.
FIG. 2 shows all the steps in an embodiment of the present invention, a step of inserting a cylinder liner into a cylinder block, a step of measuring the inner diameter of the cylinder liner, and a centerless grinding of the outer peripheral surface of the piston It is the schematic diagram which drew the process to perform and the process of pairing this piston and a cylinder liner.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a state in which a valve piston 21 ground by a grinding method and a piston grinding apparatus according to an embodiment different from the above is incorporated in a valve cylinder 20;
4A and 4B show two examples of a cylinder liner used in an engine. FIG. 4A is an exploded view illustrating a cross section of a cylinder liner and an appearance of a piston constituting a water-cooled engine, and FIG. 4B is a diagram showing an air-cooled engine. 2 is an exploded view illustrating a cross section of a cylinder liner and an appearance of a piston.
FIG. 5 is a cross-sectional view in which a state in which a cylinder liner is incorporated in a cylinder block for a water-cooled engine is drawn with a solid line, and a piston fitted to the cylinder liner is drawn with a virtual line. However, it is modeled for easy reading and is not a realistic projection.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
相互に嵌合される１個のシリンダライナと１個のピストンとを「組部品」として研削作業の対象とし、
研削仕上げされたシリンダライナをシリンダブロック内に圧入して、該シリンダライナの内径寸法を計測し、
計測されたシリンダライナの内径寸法に対して所定のクリアランスを生じるように、ピストンの外径寸法を設定し、
ピストン部材の外径寸法が上記の設定寸法となるように、粗仕上げされたピストン部材の外周面をセンターレス研削することを特徴とする、エンジン用のピストンを研削する方法。A cylindrical piston that is fitted into a cylindrical cylinder liner used in an engine and reciprocates in the axial direction to convert explosive gas pressure into linear motion and / or convert linear motion into fluid pressure. In the method of grinding the outer peripheral surface of
One cylinder liner and one piston, which are fitted to each other, are the target of grinding work as an “assembly part”.
Press the ground cylinder liner into the cylinder block, measure the inner diameter of the cylinder liner,
Set the outer diameter dimension of the piston so that a predetermined clearance is generated for the measured inner diameter dimension of the cylinder liner,
A method of grinding a piston for an engine, characterized by centerless grinding an outer peripheral surface of a roughly finished piston member so that an outer diameter dimension of the piston member becomes the above set dimension.
計測された２箇所それぞれの内径寸法、もしくは２箇所の内径寸法差、または２箇所の内径寸法の平均値に基づいて、前記ピストンの外径寸法および／またはテーパ量を設定することを特徴とする、請求項１に記載したエンジン用のピストンを研削する方法。The inner diameter dimension of the cylinder liner is measured at at least two locations, and the taper amount of the inner diameter of the cylinder liner is calculated based on the axial distance between the two locations and the inner diameter dimensions of the two locations,
The outer diameter dimension and / or taper amount of the piston is set based on the measured inner diameter dimension at each of the two locations, the difference between the two inner diameter dimensions, or the average value of the two inner diameter dimensions. A method for grinding a piston for an engine according to claim 1.
かつ、前記のピストンにも円柱面以外の精密仕上げ面が、該円柱面と同心に設けられていて、双方の非円柱面が相互に密着する構造になっている場合、
ピストン外周面のセンターレス仕上げに先立って、予めシリンダライナ側の非円柱面、および、ピストン側の非円柱面を研削仕上げしておくことを特徴とする請求項１または請求項２に記載したエンジン用のピストンを研削する方法。On the inner peripheral surface of the cylinder liner, a precision finished surface other than the cylindrical surface is formed concentrically with the cylindrical surface,
And when the precision finishing surface other than the cylindrical surface is provided concentrically with the cylindrical surface in the piston, and both non-cylindrical surfaces are in close contact with each other,
The engine according to claim 1 or 2, wherein the non-cylindrical surface on the cylinder liner side and the non-cylindrical surface on the piston side are previously ground before the centerless finishing of the outer peripheral surface of the piston. To grind pistons for use.
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