JP5268620B2

JP5268620B2 - シリンダヘッド固定装置

Info

Publication number: JP5268620B2
Application number: JP2008326197A
Authority: JP
Inventors: 悟安藤; 太郎諸岡
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP2010142936A

Description

本発明は、シリンダヘッドを所定の姿勢で固定するためのシリンダヘッド固定装置に関する。

シリンダヘッドに切削加工や穿孔加工を施す際には、シリンダヘッドを工具に対して精度良く位置決めし、且つ、加工の振動や衝撃に耐え得る力でシリンダヘッドを固定する必要がある。また、加工部の種類によっては、シリンダヘッドを所定の姿勢、例えば所定角度だけチルトさせた状態で固定する必要がある。

例えば特許文献１に示されているシリンダヘッドの組立用パレットは、基台（ベースプレート）に対して昇降可能なクランプバーを設け、基台とクランプバーとでシリンダヘッドを上下から挟持することにより固定するものである。

特開平７−３２８８６３号公報

しかし、上記特許文献１のパレットは、シリンダヘッドを上下からクランプする構成であるため、シリンダヘッドの上方にクランプバーが設けられると共に、シリンダヘッドの側方にクランプバーを昇降させるための保持機構が設けられる。このため、装置全体が大型化するだけで無く、シリンダヘッドへの工具のアクセスが悪く、作業性に問題がある。また、ワークの種類に応じてパレットを交換することがあるが、上記のパレットはクランプバーや保持機構等が取り付けられるため、交換が容易ではない。

また、上記のパレットによるシリンダヘッドの固定は、（１）クランプバーをシリンダヘッドと干渉しない位置に退避させ、（２）シリンダヘッドをパレット上に載置し、（３）クランプバーでシリンダヘッドをクランプする、という工程が必要となる。このようにシリンダヘッドの固定に多くの手順を要することで作業性が低下するため、固定手順の簡略化が求められている。特に、複数のＮＣ（数値制御）加工機を順に経て製作される場合は、シリンダヘッドの固定の簡略化、及び固定に要する時間の短縮が強く求められている。

ところで、図８に示すような、シリンダヘッド１００の燃焼室１０１側の端面１０２は、シリンダブロック（図示省略）との固定面となる。シリンダヘッド１００とシリンダブロックとの固定面は、燃焼室内で発生する極めて高い圧力に耐え得る強度が必要とされるため、両固定面は研磨加工等により高精度に加工される。このようなシリンダヘッド１００を、上記特許文献１に示されているパレットで上下から強固にクランプすると、端面１０２が基台あるいはクランプバーで強く押し付けられ、この押圧部が変形して端面１０２の面精度が低下し、燃焼室の密閉性が低下する恐れがある。

本発明の課題は、シリンダヘッドを簡単に固定することのできるコンパクトなシリンダヘッド固定装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、シリンダヘッドを変形させる恐れの無いシリンダヘッド固定装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、ベースプレートを有し、回転軸を中心にチルト可能な回転台と、前記ベースプレートの上面から突出して設けられた複数の固定部と、前記固定部を拡径させる拡径手段とを備えたシリンダヘッド固定装置であって、シリンダヘッドの下面に開口したボルト孔に前記固定部を挿入した状態で、前記拡径手段により前記固定部をボルト孔の内周で拡径させ、前記固定部でボルト孔の内周面をクランプすることによりシリンダヘッドを固定し、前記拡径手段が、流体圧で前記固定部を拡径させる流体駆動装置であり、流体圧発生部と、前記流体圧発生部から延びた流体経路を分岐させて各固定部に流体圧を供給する流体経路分岐ユニットとを有し、前記流体経路分岐ユニットを前記回転台の下面に固定し、前記ベースプレートに固定したシリンダヘッドの重心を前記回転軸よりも上方に配すると共に、前記流体経路分岐ユニットの重心を前記回転軸よりも下方に配したものである。

このシリンダヘッド固定装置によれば、シリンダヘッドを下面からの支持のみで固定することができるため、シリンダヘッドの上方や側方にクランプバーや保持機構を設ける必要がなく、装置の小型化を図ることができる。また、クランプバー等が省略されることで、工具のアクセスがしやすくなると共に、ベースプレートの交換も容易に行うことができる。さらに、この装置によれば、ベースプレートにシリンダヘッドを載置して、ボルト孔に挿入した固定部を拡径するだけでシリンダヘッドを固定できるため、予め固定部を退避する工程｛上記（１）の工程｝が不要となり、固定手順を簡略化できる。

また、上記のようにシリンダヘッドに通常設けられるボルト孔を利用して支持することで、シリンダヘッドの設計を変更することなく上記の装置で固定することができる。シリンダヘッドとシリンダブロックとは燃焼室の密閉性を高めるためにボルトで極めて強固に固定されるので、シリンダヘッドに設けられるボルト孔は、強固な固定に耐え得る箇所、すなわち肉厚の比較的大きい箇所に設けられる。このような箇所に設けられたボルト孔を利用してクランプすることで、シリンダヘッドの変形を確実に防止することができる。

固定部を拡径させる拡径手段としては、例えば流体圧（油圧や空気圧等）で固定部を拡径させる流体駆動装置や、バネ等の弾性部材を適用することができる。特に、ＮＣ加工機で使用される固定装置の場合、切削加工や穿孔加工等の機械加工に耐え得る強度でシリンダヘッドを固定する必要があるため、拡径手段は、強固な固定力（クランプ力）を発揮できる流体駆動装置を適用することが好ましい。この場合、流体駆動装置は、流体圧発生部と、流体圧発生部から延びた流体経路を分岐させて各固定部につなげる流体経路分岐ユニットとを有する構成とすることができる。

ベースプレートをチルト可能に支持する支持台を設ければ、ベースプレートに固定したシリンダブロックをチルトさせた状態で保持することができる。このとき、例えば流体圧発生部と流体経路分岐ユニットの双方を支持台の外側に設けると、支持台の外側に大きなスペースが必要となって装置が大型化する。また、流体経路分岐ユニットを固定側に設けることで、分岐した多数の配管がベースプレート（回転側）と支持台（固定側）との間を通るため、配管が複雑となる。

そこで、本発明では、流体圧分岐ユニットをベースプレートの下方の空間に設けた。ベースプレートの下方には、ベースプレートをチルトさせるための空間を確保する必要があるが、このスペースは、ベースプレートがチルトするとき以外はデットスペースとなっているため、この空間に流体圧分岐ユニットを配することでデットスペースを有効活用し、装置全体を小型化することができる。また、支持台とベースプレートとの間には分岐する前の少数の配管のみが通るため、配管を簡略化できる。

以上のように、本発明によれば、シリンダヘッドへの工具のアクセスが良く、シリンダヘッドを変形させることなく確実に固定することができるコンパクトなシリンダヘッド固定装置が得られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態にかかるシリンダヘッド固定装置１は、シリンダヘッドに切削加工や穿孔加工等の機械加工を施すＮＣ加工機内に組み込まれるものであり、図１及び図２に示すように、支持台１０と、支持台１０に対してチルト可能に取付けられた回転台２０と、回転台２０の上面から突出して設けられた固定部４０と、固定部４０を拡径させる拡径手段（図示では、拡径手段の一構成要素である油圧分岐ユニット７０のみを示す）とを主に備える。図１は、回転台２０を支持台１０に対して所定角度だけチルトさせた状態を示す。

回転台２０は、図２に示すように、側面視で略コの字形状を成した支持部２１と、支持部２１の上面に固定されたベースプレート２２とを有する。回転台２０は、自身の回転軸方向（すなわちベースプレート２２の回転軸方向）の両側を、支持台１０により軸支されることでチルト可能とされる。回転台２０の下方には、回転台２０をチルトさせるための空間が確保されている。図示例では、回転台２０の支持部２１は、水平部２１ａと、水平部２１ａの両端部から水平部２１ａに対して垂直方向に立ち上がった垂直部２１ｂとを有する。各垂直部２１ｂには、外側へ延びた回転軸２３がそれぞれ設けられ、この回転軸２３が支持台１０により回転可能に支持される。

ベースプレート２２は、支持部２１の水平部２１ａの上面に、脱着可能な手段（例えばボルト３１、図３参照）により固定される。ベースプレート２２の上面には、固定部４０と、位置決め部５０と、載置部６０とが設けられる。図示例では、図８に示すシリンダヘッド１００の端面１０２に形成された８箇所のボルト孔１０３のうち、長辺方向中央側の４箇所のボルト孔１０３ａに対応する位置にそれぞれ固定部４０が配され、四隅のボルト孔１０３ｂのうち、一方の長辺に沿った２箇所のボルト孔１０３ｂに対応する位置にそれぞれ位置決め部５０が配される。載置部６０は、シリンダヘッド１００の長辺方向両端部で、短辺方向中央部を支持する位置に配される。尚、固定部４０、位置決め部５０、載置部６０の数や位置は特に限定されず、それぞれの機能を果たすことができる範囲内で適宜設定すればよい。

固定部４０は、図４に示すように、ベースプレート２２の上面に固定された基部４１と、基部４１から上方に突出して設けられたクランプ部４２とを有する。クランプ部４２は、シリンダヘッド１００のボルト孔１０３（図示例では、長辺方向中央側のボルト孔１０３ａ）に挿入可能であり、ボルト孔１０３の内周で拡径・縮径可能に設けられる。

固定部４０のクランプ部４２を拡径させる拡径手段は、流体圧で固定部を拡径させる流体駆動装置が適用可能であり、本実施形態では、拡径手段として油圧駆動装置を用いた場合を説明する。油圧を用いて固定部を拡径させればワークを強固にクランプすることができるため、本実施形態のように、機械加工を施すＮＣ加工機に組み込まれる固定装置の固定部に特に適している。

油圧駆動装置は、油圧発生部（図示省略）と、油圧発生部から延びた油圧経路とをそなえる。油圧発生部は支持台１０の外側に設けられ、油圧経路分岐ユニット７０はベースプレート２２の下方の空間に配される。本実施形態の油圧経路分岐ユニット７０は、回転台２０の下面に固定される（図１および図２参照）。油圧経路は、クランプ部４２を拡径させるためのクランプ油圧経路７１と、クランプ部４２を縮径させるためのアンクランプ油圧経路７２とからなる。シリンダヘッド１００を確実に固定するためには、固定部４０を複数箇所（本実施形態では４箇所）に設ける必要があるため、各固定部４０につながるクランプ油圧経路７１およびアンクランプ油圧経路７２もそれぞれ複数本（４本ずつ）必要となる。従って、油圧発生部から延びた油圧経路は、油圧経路分岐ユニット７０で分岐されて、各固定部４０につなげられる。

位置決め部５０は、図３及び図４に示すように、ボルト等によりベースプレート２２に固定され、シリンダヘッド１００のボルト孔１０３（図示例では端部側のボルト孔１０３ｂ）に嵌合可能な挿入部５１を有する。挿入部５１の上端はテーパ状に形成され、ボルト孔１０３ｂに嵌合する際のガイドの役割を果たす。尚、図４では、シリンダヘッド１００の長辺方向両端部のうち、一方に位置決め部５０を示し、他方に載置部６０を示している。

ところで、上述のように、ボルト孔１０３の内周面の加工精度は、それ程高くないため、位置決め部５０の挿入部５１をボルト孔１０３に嵌合させても位置決め精度が十分に得られない恐れがある。そこで、ボルト孔１０３ｂの内周面のうち、少なくとも挿入部５１と嵌合する部分を研削加工等により高精度に仕上げておけば、挿入部５１との嵌合精度を高めることができ、シリンダヘッド１００を精度良く位置決めすることができる。

載置部６０は、ボルト等によりベースプレート２２に固定され、シリンダヘッド１００のシリンダブロックとの端面１０２が載置される載置面６１を有する。この載置面６１に、シリンダヘッド１００をボルト孔１０３が開口した端面１０２を下向きにして載置すると共に、位置決め部５０の挿入部５１をシリンダヘッド１００のボルト孔１０３ｂに嵌合し、この状態でシリンダヘッド１００の中央のボルト孔１０３ａに挿入した固定部４０を拡径させることにより、シリンダヘッド１００が回転台２０上に固定される。このように、シリンダヘッド１００を上方から載置し、固定部４０をボルト孔１０３の内周で拡径させるだけで固定することができるため、固定作業が簡略化されて作業効率の向上が図られる。また、シリンダヘッド１００の下面の支持のみで固定できるため、シリンダヘッドの上方や側方に部材を設ける必要がなく、装置の小型化、及び工具アクセスの容易化を図ることができる。さらに、固定部４０、位置決め部５０、及び載置部６０をベースプレート２２に取り付け、これらのユニットを支持部２１に着脱可能に取り付けることにより、固定するシリンダヘッドの種類が変わって固定部、位置決め部、及び載置部の位置や数を変更する場合でも、前記ユニットごと交換することで迅速に対応することができる。

ところで、油圧発生部及び油圧経路分岐ユニット７０の双方を支持台１０の外側に設けると、支持台１０の外側に大きな設置スペースが必要となり、装置全体が大型化することとなる。また、油圧経路分岐ユニット７０で分岐された複数の油圧経路（本実施形態では、クランプ油圧経路７１・７２が各４本ずつ、計８本の油圧経路）が支持台１０と回転台２０との間を通ることとなるため、配管が非常に複雑になる。そこで、図２に示すように、油圧経路分岐ユニット７０をベースプレート２２の下方の空間に配することで、支持台１０の外側の設置スペースを縮小すると共に、デッドスペースを有効に活用して、装置全体を小型化することができる。また、油圧経路分岐ユニット７０で分岐される前の少数の配管（本実施形態では、クランプ油圧経路７１・７２が各１本ずつ、計２本の油圧経路）のみが支持台１０と回転台２０との間を通るため、配管を簡略化できる。

また、回転台２０の上面にはシリンダヘッド１００が載置されるため、この状態で回転台２０をチルトさせるとシリンダヘッド１００の重量により回転台２０をさらに回転させる方向に大きな力が加わる。この場合、回転台２０をチルトさせる駆動装置は、シリンダヘッド１００の重力に対抗して回転台２０を所定位置で静止させる必要があるため、大きな駆動力が必要となり、装置の大型化を招く恐れがある。そこで、上記の油圧経路分岐ユニット７０を回転台２０の下面に固定すれば、回転台２０をチルトさせた場合でも、回転台２０の上面に設けられたシリンダヘッド１００と、下面に設けられた油圧経路分岐ユニット７０とで重量バランスを取ることができるため、駆動装置の負担を軽減してさらなる装置の小型化を図ることができる。

以下、固定部４０の詳細な構成、特にクランプ部４２を拡径・縮径させるための具体的構成の一例を説明する。

本実施形態の固定部４０は、図５に示すように、ベースプレート２２に固定された基部４１と、基部４１から上方に突出し、シリンダヘッド１００のボルト孔１０３ａに挿入されるクランプ部４２と、クランプ部４２の内周に挿入されたテーパ軸４３と、テーパ軸４３と一体に昇降可能な第１シリンダ４４と、クランプ部４２と第１シリンダ４４との間に配された第２シリンダ４５とを備える。固定部４０には、油圧を供給するためのクランプ油圧経路７１およびアンクランプ油圧経路７２が連結されると共に、エアーを供給するための着座確認エアー経路７３が連結される。

クランプ油圧経路７１は、固定部４０の基部４１に形成された油圧路４６を介して、第１シリンダ４４と第２シリンダ４４及び基部４１との間の隙間Ｓ１に連通する。クランプ油圧経路７１からは、常に一定の油圧が加えられており、これにより第１シリンダ４４及びテーパ軸４３を所定の力で下方に押し下げると共に、第２シリンダ４５を所定の力で上方に押し上げている。

アンクランプ油圧経路７２は、ベースプレート２２に形成された凹部２２ａの底面と、第１シリンダ４４の下面との間に形成される空間Ｓ２に連通している。図５は、アンクランプ油圧経路７２に最大の油圧が加えられた状態であり、このとき第１シリンダ４４及びテーパ軸４３は上方に押し上げられている。このときのアンクランプ油圧経路７２による油圧は、クランプ油圧経路７１による油圧よりも大きく設定されているため、第１シリンダ４４及びテーパ軸４３は上方に持ち上げられる。このとき、クランプ部４２はシリンダヘッドと係合して上昇が規制されているため、テーパ軸４３がクランプ部４２に対して上方に配され、テーパ軸４３の上端部に形成されたテーパ面４３ａのうち、小径側がクランプ部４２の内周に配される。従って、クランプ部４２を拡径させる力は作用せず、クランプ部４２は縮径し、シリンダヘッド１００のボルト孔１０３ａとの間には隙間が形成される。

アンクランプ油圧経路７２に加えられる油圧を小さくすると、図６に示すように、第１シリンダ４４及びテーパ軸４３が少し下方へ下がる。このとき、クランプ部４２はクランプ油圧経路７１の油圧により、第２シリンダ４５を介して押し上げられているため、テーパ軸４３がクランプ部４２に対して少し下方に下がり、テーパ面４３ａのうち、大径側がクランプ部４２の内周に押し込まれる。これにより、クランプ部４２が拡径し、クランプ部４２の外周に形成された突起部がシリンダヘッド１００のボルト孔１０３ａの内周面に食い込む。尚、ボルト孔１０３ａの内周面は、内周に挿入されるボルトとの間に微小隙間を形成するため、この内周面に要求される加工精度はそれ程高くない。従って、上記のようにクランプ部４２の外周面の突起部を食い込ませても問題ない。

アンクランプ油圧経路７２の油圧を停止すると、図７に示すように、第１シリンダ４４及びテーパ軸４３がさらに降下し、クランプ部４２によるシリンダヘッド１００の固定が完了する。

尚、図５及び図６に示す状態では、シリンダヘッド１００は固定部４０の基部４１の上端面４１ａに載置されておらず、これらの間に微小隙間Ｓ３が形成されている。一方、図７に示す状態（固定完了状態）では、シリンダヘッド１００が基部４１の上端面４１ａに載置されている。従って、基部４１の上端面４１ａに開口したエアー経路４７を設け、このエアー経路４７に着座確認エアー経路７３からエアーを供給し、そのときの空気圧を検知することにより、シリンダヘッド１００の着座の有無、すなわちシリンダヘッド１００の固定完了の成否を確認することができる。すなわち、基部４１とシリンダヘッド１００との間に隙間Ｓ３が形成されていれば、着座確認エアーの出口が開放された状態となるため、空気圧は比較的低い値となる。一方、シリンダヘッド１００が基部４１に着座していれば、着座確認エアーの出口がシリンダヘッド１００で塞がれた状態となるため、空気圧は比較的高い値となる。この空気圧の差を検知することで、シリンダヘッド１００の着座の有無を確認することができる。

本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記では固定部４０を拡径させる拡径手段として油圧駆動装置を用いているが、空気圧駆動装置を適用することもできる。また、ワークを十分な力で固定できるのであれば、拡径手段としてバネ等の弾性部材を使用することもできる。

また、固定部を拡径させるための駆動装置は、シリンダヘッドを強固に固定するために強い力が必要となるが、固定部を縮径させるための駆動装置は、固定部４０をボルト孔から離すだけでよいため、それ程強い力は必要ない。従って、例えば固定部の拡径には出力の大きい油圧駆動装置を使用し、固定部の縮径には簡略な方法であるバネ等を使用してもよい。

シリンダヘッド固定装置の斜視図である。シリンダヘッド固定装置の正面図である。ベースプレートの平面図である。ベースプレートの断面図である。固定部の断面図（アンクランプ状態）である。固定部の断面図（クランプ途中の状態）である。固定部の断面図（クランプ完了状態）である。シリンダヘッドの斜視図である。

符号の説明

１シリンダヘッド固定装置
１０支持台
２０回転台
２２ベースプレート
４０固定部
４２クランプ部
５０位置決め部
６０載置部
７０油圧経路分岐ユニット
７１クランプ油圧経路
７２アンクランプ油圧経路
１００シリンダヘッド
１０３ａ、１０３ｂボルト孔

Claims

ベースプレートを有し、回転軸を中心にチルト可能な回転台と、前記ベースプレートの上面から突出して設けられた複数の固定部と、前記固定部を拡径させる拡径手段とを備えたシリンダヘッド固定装置であって、
シリンダヘッドの下面に開口したボルト孔に前記固定部を挿入した状態で、前記拡径手段により前記固定部をボルト孔の内周で拡径させ、前記固定部でボルト孔の内周面をクランプすることによりシリンダヘッドを固定し、
前記拡径手段が、流体圧で前記固定部を拡径させる流体駆動装置であり、流体圧発生部と、前記流体圧発生部から延びた流体経路を分岐させて各固定部に流体圧を供給する流体経路分岐ユニットとを有し、
前記流体経路分岐ユニットを前記回転台の下面に固定し、前記ベースプレートに固定したシリンダヘッドの重心を前記回転軸よりも上方に配すると共に、前記流体経路分岐ユニットの重心を前記回転軸よりも下方に配したシリンダヘッド固定装置。