JP3868936B2 - 同軸度測定具 - Google Patents

Description

本発明は、円筒形状を有するワークの内径軸線と外径軸線との同軸度を測定する同軸度測定具に関する。

円筒形状を有するワークの同軸度を測定する手段としては、ワークの外径寸法及び内径寸法が既知である場合に、内周面と外周面のそれぞれに接触子を接触させ、４点の座標を測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、中心線が一致する段付穴を有するワークである場合には、複数のローラを第１の穴の内周面に当接させて、これを基準とし、探触子を第２の穴の内周面に接触させた状態で、探触子を内周面に沿って一回転させ、インジケータの値を読み取って同軸度を確認するものがある（例えば、特許文献２参照）。さらに、ワークが小径の穴や深い穴を有する場合に、筒状のケース内に接触面に沿って移動する測定子を設け、測定子の水平方向の変位を垂直方向の変位に変換し、ワークの形状測定を行うものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開平７−３１８３０１号公報（段落番号００１２から００１４、第１図） 特開平１１−２０１７０６号公報（段落番号００１５から００１８、第１図） 特開２００３−８３７０６号公報（段落番号００１３から００１９、００２８、第１図）

しかしながら、ワークが、例えばエンジンの吸気バルブや排気バルブのバルブガイドのように、小径で細長の円筒形状を有し、かつシリンダヘッドの内部のステムガイド孔に装着されている場合には、シリンダヘッドの内部に接触子を挿入して複数点の座標を測定することは困難であり、測定精度も低くなる。また、ワークの内周面にローラを押し当てて基準とすることができず、ローラを備える測定具をシリンダヘッドの狭い内部に挿入することもできない。さらに、測定子の水平方向の変位を垂直方向の変位に変換する機構は複雑であるので、バルブガイドのような小径のワークに内挿することは困難である。そして、従来のいずれの手段を用いた場合でも、同軸度を測定するためには、内周側の測定と外周側の測定を少なくとも１回ずつ行う必要があるので、同軸度の検査工程を効率化することができない。
この発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、小径の円筒形状を有するワークの同軸度を、被装着物の内部に装着した後で測定できるようにする同軸度測定具を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、被装着物（例えば、実施形態のシリンダヘッド２）の内部（例えば、実施形態のステムガイド孔７）に装着されるワーク（例えば、実施形態のバルブガイド１）の内周面（例えば、実施形態の内周面２５）の軸線（例えば、実施形態の軸線Ｃ１）と外周面（例えば、実施形態の外周面２６）の軸線（例えば、実施形態の軸線Ｃ２）との同軸度を測定する測定具であって、細長形状の測定具本体（例えば、実施形態の検出具本体３１）と、前記測定具本体の先端（例えば、実施形態の先端３１ａ）に設けられ、前記ワークの内径に略等しい外径を有する挿入部（例えば、実施形態の挿入バー３２）と、前記測定具本体の基部（例えば、実施形態の基部３１ｂ）に設けられ、前記測定具本体をその軸線（例えば、実施形態の軸線Ｃ３）回りに一回転したときの前記ワークの外径の径方向の変位を計測する検出部（例えば、実施形態のダイヤルゲージ３４）と、前記測定具本体に沿って揺動自在に支持され、一端（例えば、実施形態の入力端４３）が前記ワークの端部（例えば、実施形態の上部１ａ）外周に弾接し、前記挿入部と協働して前記ワークを挟持し、他端（例えば、実施形態の出力端４５）が前記検出部に連係する揺動部（例えば、実施形態の検査バー４２）と、を有することを特徴とする同軸度測定具（例えば、実施形態の同軸度測定具３０）。

この同軸度測定具によれば、検出具本体と同軸上に設けられた挿入部をワークに挿入するだけで、ワークの内周面の軸線と同軸度測定具の軸線とを一致させることができる。さらに、揺動部の入力端をワークの外周に弾接させて、揺動部と挿入部とでワークを挟持した状態で同軸度測定具をその軸線回りに一回転させ、同軸度測定具の軸線を基準としたワークの外周面の径方向の変位を計測する。内周面の軸線から外周面までの距離が略一定であれば検出部の表示は変化しない。つまり、外周面の軸線と内周面の軸線とが略一致することになる。一方、検出部の表示が大きく変化した場合には、内周面の軸線から外周面までの距離が場所によって異なることになるので、外周面の軸線と内周面の軸線とが一致しないことになる。検出部の表示の振れ幅が所定値以下であれば、内周面と外周面とは同軸であるとみなせる。この同軸度測定具は、細長形状を有する測定具本体を有し、測定対象であるワークが小径の円筒形状を有し、かつワークが被装着物の外周部に露出せずに、その内部に装着された後に測定を行うときに特に有効である。

請求項１に記載した発明によれば、揺動部を介して検出部でワークの径方向の変位を計測することが可能になるので、簡単な構成で測定箇所から検出部までの距離を長くとれ、被装着物の内部に装着されたワークであっても同軸度を測定することができる。また、挿入部をワークに挿入させてワークの内径の軸線と同軸度測定具の軸線とを一致させることができ、この状態でワーク外周面に揺動部を弾接させ、揺動部と挿入部とでワークを挟持させることで内周面の軸線に対する外周の径方向の変位を測定することが可能になる。したがって、同軸度測定具を軸線回りに一回転させるとワークの内周面の軸線から外周面までの距離の変化を知ることができる。この変化の幅が小さい場合には、内周面の軸線と外周面の軸線とが略一致すると判断できる。つまり、一度の測定で、ワークの内週面と外周面の同軸度を簡単に測定することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の同軸度測定具は、円筒形状を有するワークの内周面の軸線と、外周面の軸線との同軸度を測定するために用いられるものである。なお、ワークの一例としては、図１に示すようなバルブガイドがあげられる。

バルブガイド１は細長の円筒形状を有し、エンジンのシリンダヘッド２の内部に圧入される。シリンダヘッド２は、ピストンが摺動するシリンダブロックの上部に取り付けられ、燃料と空気からなる混合気を外部から導入する吸気ポート３と、燃焼後の混合気を外部に排出する排気ポート４とを有する。
吸気ポート３の外部側の開口３ａには不図示のスロットルボディが接続され、燃焼室側の開口３ｂにはバルブシート５が装着される。この開口３ｂはシリンダヘッド２に摺動自在に取り付けられる吸気バルブ６により開閉される。吸気バルブ６は、傘状の弁体で、バルブシートに当接するフェース面６ａと、棒状のバルブステム６ｂを有する。ここで、吸気ポート３からシリンダヘッド２の上部に向かってステムガイド孔７が穿設されており、ステムガイド孔７にはバルブガイド１が圧入される。吸気バルブ６のバルブステム６ｂは、バルブガイド１内を挿通し、その上部がバルブリフタ８に連結される。バルブリフタ８は、リフタガイド孔９内に配置されるコイル状のスプリング１０により上向きに付勢されており、これと連結される吸気バルブ６も上向き、すなわち吸気ポート３の開口３ｂを閉じる方向に付勢される。また、バルブリフタ８の上方には吸気側のカムシャフト１１が配設されており、バルブリフタ８がカム１１ａで下方に押圧されると、吸気バルブ６が吸気ポート３の開口３ｂを開く。

一方、排気ポート４の外部側の開口４ａには不図示の排気管が接続され、燃焼室側の開口４ｂにはバルブシート５が接続される。燃焼室側の開口４ｂはシリンダヘッド２に摺動自在に取り付けられる排気バルブ１６の動作により開閉される。排気バルブ１６は、傘状の弁体で、バルブシート５に当接するフェース面１６ａと、棒状のバルブステム１６ｂを有する。そして、バルブステム１６ｂは、上記と同様にステムガイド孔７に圧入されたバルブガイド１を挿通し、上部がバルブリフタ８に連結される。バルブリフタ８はスプリング１０により上向きに付勢され、排気用のカムシャフト２１のカム２１ａに押圧されると下降し、排気バルブ１６が開口４ｂを開く。

なお、このシリンダヘッド２は、リフタガイド孔９の下部を拡径させて潤滑油のオイル溜り部１７を形成してある。また、点火プラグ１８や、吸気ポート３、排気ポート４を冷却する冷却水を循環させるウォータジャケット１９を設けてある。

バルブガイド１の外径はステムガイド孔７の内径に略等しく、バルブガイド１の内径は吸気バルブ６及び排気バルブ１６のバルブステム６ｂ，１６ｂの外径に略等しい。ステムガイド孔７に圧入されたバルブガイド１は、上部をリフタガイド孔９のオイル溜り部１７に突出する。バルブガイド１の上部には外周に沿って溝２２が形成されており、ここにバルブステムシール２３が装着される。バルブステムシール２３は、バルブガイド１とバルブステム６ｂ，１６ｂとの間に染み込む潤滑油の量を調整し、いわゆるオイル下がりを防止する。また、バルブガイド１は、ステムガイド孔７に圧入された後に追加工として孔の仕上げ加工が施される。これは、吸気バルブ６又は排気バルブ１６が曲がって装着されることを防止するためである。

ここで、バルブガイド１がステムガイド孔７の中心軸に対して傾斜して圧入されていた場合には、孔の仕上げ加工によりバルブガイド１の肉厚が不均一になることがある。この場合には、図２に示すように、バルブガイド１の内周面２５の軸線Ｃ１に対して、外周面２６の軸線Ｃ２がずれる。吸気バルブ６又は排気バルブ１６を挿通させてバルブステムシール２３を装着したときに、軸線Ｃ１と軸線Ｃ２が一致するか、両者の差がほとんどない場合には、バルブステム６ｂ，１６ｂとバルブステムシール２３との間に隙間は生じない。しかしながら、図２に示すように、軸線Ｃ１と軸線Ｃ２とがずれていた場合には、バルブステム１の肉厚側ではバルブステムシール２３とバルブステム６ｂ，１６ｂとの間に隙間が生じる。

このような隙間を発生させないためには、吸気バルブ６又は排気バルブ１６を挿通させる前にバルブガイド１の同軸度を測定する必要がある。この実施形態は、バルブステムシール２３とバルブステム６ｂ，１６ｂとの間に隙間が発生しないように、吸気バルブ６又は排気バルブ１６を装着する前にバルブガイド１の同軸度を測定する測定具に関するものである。

図３に示すように、同軸度測定具３０は、細長で中実の略円柱形状の検出具本体３１を有する。検出具本体３１の先端３１ａには、検出具本体３１よりも縮径し、バルブガイド１に挿入される挿入バー３２を設けてある。挿入バー３２の径はバルブガイド１の内径に略等しい。挿入バー３２の側面から検出具本体３１の側面に至る段差であって、同軸度測定具３０の長手方向の軸線Ｃ３と直交する平面は、バルブガイド１の上面に当接する着座面３３となる。
検出具本体３１の基部３１ｂには、てこ式のダイヤルゲージ３４がホルダ３５により強固に取り付けられる。ホルダ３５は、ダイヤルゲージ３４を検出具本体３１に対して所定角度で保持する第一ホルダ部３７と、第一ホルダ部３７から所定距離だけ検出具本体３１の上側に取り付けられ、第一ホルダ部３７とロッド３８で連結された第二ホルダ部３９とを備える。

ダイヤルゲージ３４の取り付け位置よりも検出具本体３１の先端３１ａ側は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である図４を併せて参照するように、円形の断面の一部を切除して、平行な２つの側面４０ａ，４０ｂを形成してある。この側面４０ａ，４０ｂは、先端３１ａの周囲を除いて、ダイヤルゲージ３４の取り付け位置の近傍まで所定の長さに渡って形成され、側面４０ａと側面４０ｂとの間の距離は検出具本体３１の径よりも短くなっている。このため、先端３１ａの断面形状は円径であるが、側面４０ａ，４０ｂが形成された領域は、未加工の円形部分４１から略長方形状の凸部４０（図４参照）が突出した形状を有する。凸部４０の頂面４０ｃは未加工で、なだらかな曲面形状を有する。

この側面４０ａ，４０ｂにより断面凸形状を有する領域には検査バー４２が取り付けられる。図４に示すように、検査バー４２は、円形部分４１から立設する２つの面４０ａ，４０ｂのそれぞれに平行な側部４２ａ，４２ｂと、検出具本体３１の凸部４０の頂面４０ｃに対向し、これに平行に配置される頂部４２ｃとを有する断面コ字状の細長の部材である。図３に示すように、この検査バー４２は、検出具本体３１の先端３１ａ側に位置する一端がバルブガイド１の上部の外周面に接する入力端４３となり、他端がダイヤルゲージ３４の測定子４４に当接する出力端４５となり、入力端４３から出力端４５に至る中間位置においてピン４６により検出具本体３１に揺動自在に支持される。

ピン４６は、図４に示す検出具本体３１側の凸部４０の側面４０ａと側面４０ｂとを貫通する貫通孔４７と、検査バー４２の両側部４２ａ，４２ｂに設けた貫通孔４８とを貫く。
検査バー４２は、頂部４２ｃと検出具本体３１側の頂面４０ｃとの間に所定のクリアランスを形成するように支持されており、検査バー４２はピン４６を支点として検出具本体３１に対して揺動することができる。また、凸部４０は、ピン４６の貫通孔４７よりも後ろ側で、頂面４０ｃの曲面を切除して、平面４０ｄを形成してある。さらに、検査バー４２は、側部４２ａ，４２ｂのピン４６よりも後側の部分を頂部４２ｃの出力端４５に向かって斜めに切除してある。このため、出力端４５は、検出具本体３１に近接する方向に、離間する方向よりも大きく揺動することができる。そして、平面４０ｄには円形の溝４９を設け、出力端４５において平面４０ｄに対向する面にも円形の溝５０を設け、ここにコイル状のスプリング５１を介装させ、出力端４５を検出具本体３１から離間する方向に検査バー４２を付勢している。

検査バー４２の入力端４３は、検出具本体３１の先端３１ａの外周を通り、着座面３３を越えて突出し、突出した部分に挿入バー３２に臨む突起部５２を設けてある。出力端４５は、上記したスプリング５１の一部を収容する溝５０を備える面と反対側の面にダイヤルゲージ３４の測定子４４が当接する突起部５３を有する。
入力端４５の突起部５２からピン４６までの距離と、ピン４６から出力端４５の突起部５３までの距離は、略等しく、入力端４５の突起部５２の位置がピン４６を中心にして所定量だけ移動した場合には、出力端４５の突起部５３もこれに略等しい量だけ移動する。

ダイヤルゲージ３４は、ホルダ３５に固定される本体３６を有し、本体３６の先端側に揺動可能な測定子４４を有する。測定子４４の先端は球形で、この球形部分が検査バー４２の出力端４５の突起部５３に当接する。また、検出具本体３６には測定子４４の揺動量の大きさを示す表示部５４が取り付けられている。
このダイヤルゲージ３４は、同軸度の測定時に作業者が確認しやすいように、表示部５４を上向き（同軸度測定具３０をバルブガイド１に挿入する方向と略反対方向）に設けた、いわゆる垂直型のダイヤルゲージである。また、このダイヤルゲージ３４の表示部５４は、揺動量を示す値が刻まれた目盛盤と、揺動量に応じて回転し、目盛盤の所定の値を指し示す指針（不図示）とを有する。目盛盤は、指針の回転中心を中心として本体３６に対して相対回転することができ、これにより指針の指し示す値をリセットすることができる。
なお、測定子４４は、検査バー４２の出力端４５が同軸度検査具３０の検出具本体３１の平面４０ｄに近接する方向に移動したときに、表示部５４に正の値が出力されるように取り付けられている。

次に、この同軸度測定具３０を用いてバルブガイド１の同軸度を測定する手順について説明する。なお、バルブガイド１は、図１に示すシリンダヘッド２のステムガイド孔７に圧入され、追加工が施されているものとする。

最初に、作業者は、シリンダヘッド２内に同軸度測定具３０を挿入する。同軸度測定具３０は、ダイヤルゲージ３４の取り付け位置付近までは検出具本体３１の外径に略等しい外径を有するので、シリンダヘッド２の内部であっても容易に挿入することができる。そして、図５に示すように、挿入バー３２を検出具本体３１の着座部３３がバルブガイド１の上部１ａの端面１ｂに突き当たるまでバルブガイド１内に挿入する。検査バー４２の入力端４３は、スプリング５１（図３参照）によりバルブガイド１の上部１ａの外周面２６に弾接し、入力端４３の突起部５２と、挿入バー３２とでバルブガイド１の上部１ａを挟持する。上記のように挿入バー３２の外径とバルブガイド１の内径は略等しく、かつ検出具本体３１の着座部３３はバルブガイドの上部１ａの端面１ｂに対して十分な接触面積を有するので、同軸度測定具３０の中心軸の軸線Ｃ３と、バルブガイド１の内周面２５の軸線Ｃ１とが一致する。

ここで、バルブガイド１を挟持する際に、入力端４３は、ピン４６を中心にして挿入バー３２から離間するように移動させられる。これに伴い、図３に示す出力端４５はピン４６を中心にして検出具本体３１に近接する方向に移動し、出力端４５の突起部５３に弾接する測定子４４も移動し、ダイヤルゲージ３４の表示部５４の指針が所定の値を指し示す。上記のように入力端４３の突起部５２の移動量と出力端４５の突起部５３の移動量は略等しくなるので、バルブガイド１への挿入前に挿入バー３２と入力端４３の突起部５２とが当接していた場合には、ダイヤルゲージ３４の表示部５４には、挟持箇所のバルブガイド１の肉厚に相当する値が指し示される。

この状態で、ダイヤルゲージ３４の表示部５４の目盛盤を回転させて、指針が指し示す値を基準値（ゼロ点）にリセットしてから、同軸度測定具３０を軸線回りにバルブガイド１に対して一回転させる。これにより、検査バー４２の入力端４３は、挿入時の当初の挟持箇所からバルブガイド１に弾接しつつ、その外周面２６を一周する。
同軸度測定具３０が一回転する間に、バルブガイド１の外周面２６の肉厚が当初の挟持箇所の肉厚よりも大きい所があれば、入力端４３はさらに挿入バー３２から離間する方向に移動し、その分だけダイヤルゲージ３４の指針がプラス側に移動する。一方、当初の挟持箇所よりも肉厚の小さい所があれば、入力端４３は挿入バー３２に近接する方向に移動し、その分だけダイヤルゲージ３４の指針がマイナス側に移動する。

バルブガイド１の肉厚は、内周面２５の軸線Ｃ１と一致させた同軸度測定具３０の軸線Ｃ３を基準として測定される。ダイヤルゲージ３４の指針がほとんど変化しないときは、軸線Ｃ１から外周面２６までの距離が場所によらず略一定であることになり、外周面２６の軸線Ｃ２は、軸線Ｃ１に略一致するといえる。一方、ダイヤルゲージ３４の指針が大きく振れたときは、肉厚が不均一で、軸線Ｃ１と軸線Ｃ２とが一致しないことを示す。そして、指針が指し示す値の変化の幅（振れ幅）の大きさが所定値以下であれば、軸線Ｃ１に対する軸線Ｃ２のずれ量が小さくて、内周面２５と外周面２６は同一軸線上に配置されているとみなす。一方、指針の振れ幅が所定値を越えれば内周面２５の軸線Ｃ１と外周面２６の軸線Ｃ２とは不一致であるとみなす。このようにすると、バルブガイド１の同軸度を容易に判定できる。なお、検査バー４２の揺動支点となるピン４６と検出具本体３１の軸線Ｃ３（軸線Ｃ１）との距離は変化しないので、指針の振れ幅は、同じバルブガイド１であれば、挿入時の当初の挟持箇所によらずに一定になる。

したがって、作業者は、表示部５４の指針が指し示す値の最大値と最小値から指針の振れ幅の大きさを確認して同軸度の判定を行い、実際の振れ幅の大きさが予め定められた幅を越える場合にはバルブガイド１の取り付け不良とする。一方、指針の振れ幅の大きさが予め定められた幅以内であれば、バルブガイド１は正しく取り付けられているとする。
そして、１つのバルブガイド１についての測定を終了したら、同軸度測定具３０を取り出して、そのシリンダヘッド２の他のバルブガイド１、又は他のシリンダヘッド２のバルブガイド１も同様にして指針の振れ幅に基づいて同軸度を測定する。

このように、この実施形態によれば、細長形状の検出具本体３１の先端３１ａに同軸度を検出するための挿入バー３２と入力端４３を配置し、入力端４３と連動してバルブガイド１の肉厚の値を計測するダイヤルゲージ３４を検出具本体３１の基部３１ｂ側に配置した。さらに、検出具本体３１の長さ方向に沿って設けられた検査バー４２の一端に入力端４３とし、揺動中心となるピン４６を挟んだ他端にダイヤルゲージ３４と係合する出力端４５とした。したがって、シリンダヘッド２内に挿入される部分の径を小さくすることができ、バルブガイド１がシリンダヘッド２内に圧入された後であっても、同軸度の測定を行うことができる。

また、出力端４５の突起部５５からピン４６に至るまでの間に配設したスプリング５１で検査バー４２の入力端４３の突起部５２をバルブガイド１の外周面２６に弾接させ、検査バー４２と挿入バー３２でバルブガイド１を挟持する構成にしたので、作業者が手に触れ難い場所にバルブガイド１がある場合であっても、精度の良い測定が可能になる。
さらに、挿入バー３２と検査バー４２でバルブガイド１の上部１ａを挟持した状態で同軸度測定具３０を軸線Ｃ３の回りに一回転させれば、バルブガイド１の内周面の軸線Ｃ１に対する外周面２６の軸線Ｃ２のずれを１回の測定で行える。しかも、この同軸度は、ダイヤルゲージ３４の表示部５４の指針の振れ幅で確認できるので、簡単であり、検査時間の短縮化も図れる。ダイヤルゲージ３４の表示部５４の目盛盤を回転させて最初にバルブガイド１を最初に挟持したときの値をリセットすることができるので、指針の振れ幅の大きさの読み取りが容易になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、垂直型のてこ式ダイヤルゲージ３４の代わりに、入力端４３の移動量を目視で確認できるように出力する他の検出装置を用いても良い。また、表示部５４は、バルブガイド１の肉厚の振れ幅に相当する値を直接表示するものでも良い。
検査バー４２において入力端４３の突起部５２からピン４６までの距離よりも、ピン４６から出力端４５の突起部５３までの距離を使用目的により調整することが可能である。

ワークは、小径の内周面を有する細長の円筒形状であればバルブガイド１に限定されない。さらに、ワークが被装着物の外周面に露出せずに、被装着物の内部に装着される場合に限定されずに、異なる形状や配置のワークと被装着物の組み合わせに対しても適用することができる。また、被装着物に装着される前のワークの同軸度を測定するために用いることも可能である。

挿入バー３２が検出具本体３１を貫通する構成にし、かつ挿入バー３２を中心に検出具本体３１を回転可能にしても良い。挿入バー３２を固定軸として検出具本体３１を回転させながら同軸度の測定が可能になるので、狭い所での操作が容易になる。

バルブステムが圧入されたシリンダヘッドの断面図である。 バルブステムとバルブガイドを一部拡大した図である。 同軸度測定具を示す図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 同軸度測定具でバルブガイドを挟持した状態を説明する図である。

符号の説明

１ バルブガイド
１ａ 上部
２ シリンダヘッド
７ ステムガイド孔
２５ 内周面
２６ 外周面
３０ 同軸度測定具
３１ 検出具本体
３１ａ 先端
３１ｂ 基部
３２ 挿入バー（挿入部）
３４ ダイヤルゲージ（検出部）
４２ 検査バー（揺動部）
４３ 入力端（一端）
４５ 出力端（他端）
Ｃ１ 軸線
Ｃ２ 軸線
Ｃ３ 軸線

Claims (1)

1. 被装着物の内部に装着されるワークの内周面の軸線と外周面の軸線との同軸度を測定する測定具であって、
   細長形状の測定具本体と、
   前記測定具本体の先端に設けられ、前記ワークの内径に略等しい外径を有する挿入部と、
   前記測定具本体の基部に設けられ、前記測定具本体をその軸線回りに一回転したときの前記ワークの外径の径方向の変位を計測する検出部と、
   前記測定具本体に沿って揺動自在に支持され、一端が前記ワークの端部外周に弾接し、前記挿入部と協働して前記ワークを挟持し、他端が前記検出部に連係する揺動部と、
   を有することを特徴とする同軸度測定具。
   
   

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