JP5590643B2 - コッタ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブステムに装着されたコッタの装着異常の有無を検査するコッタ検査装置に関する。

自動車等のエンジンにおいては、図５に示すように、シリンダヘッド１に設けられたポートＰ（吸気側と排気側があるが、図５では説明の便宜上、一方のみを図示している）の燃焼室側の開口部がバルブ２で開閉される。バルブ２は、バルブヘッド２ａと、バルブヘッド２ａから延びる軸状のバルブステム２ｂとで構成される。バルブステム２ｂのステムエンド２ｃ側には、コッタ３を介してスプリングリテーナ４が取り付けられ、スプリングリテーナ４の端面とシリンダヘッド１の外面との間に圧縮状態のバルブスプリング５が配設されている。このバルブスプリング５の弾性力によりバルブ２が閉弁方向に常時付勢され、弾性力に抗して図示しないロッカーアーム等でステムエンド２ｃを押圧することにより、バルブ２が開いて吸気もしくは排気が行われる。

コッタ３は、概略半円筒状の二つのピース３０を、バルブステム２ｂを間に挟んで衝合させることで構成される。両ピース３０の内周面に形成された突出部３ａをバルブステムの環状溝２ｄに嵌合することで、コッタ３とバルブ２の軸方向位置決めがなされる。両ピース３０のテーパ形状の外周面３ｂは、バルブスプリング５の弾性力を受けてスプリングリテーナ４のテーパ形状の内周面４ａと密着嵌合した状態にある。

バルブ２のシリンダヘッド１への組み付けは、以下の手順で行われる。最初に、シリンダヘッド１の燃焼室側（図５の下側）の開口部から、バルブ２のバルブステム２ｂを挿入し、ステムエンド２ｃをシリンダヘッド１外に突き出させる。次に、突き出たバルブステム２ｂにバルブスプリング５を外挿し、その後、スプリングリテーナ４をバルブステム２ｂに外挿して、スプリングリテーナ４でバルブスプリング５を押圧する。スプリングリテーナ４が環状溝２ｄを過ぎたら、二つ割したコッタ３のピース３０でバルブステム２ｂを両側から挟み込み、両ピース３０の突出部３ａをバルブステム２ｂの環状溝２ｄに嵌合する。その後、スプリングリテーナ４の押圧を解除すると、スプリングリテーナ４の内周にコッタ３が挿入され、スプリングリテーナ４の内周面４ａとコッタ３の外周面３ｂとが嵌合する。なお、スプリングリテーナ４の内周にコッタ３を挿入する際のガイドとするため、スプリングリテーナ４の内周面４ａの反シリンダヘッド１側には、面取り４ｃが形成されている。

以上の組み付け工程では、コッタ３の装着異常、すなわちピース３０の欠落やピース３０の傾き、浮きや沈み等を生じる可能性がある。そこで、バルブ２のシリンダヘッド１への取り付け後には、コッタ３の装着異常の有無を検査する必要がある。

この種の検査を行うコッタ検査装置の一例が、例えば特許文献１に開示されている。この検査装置では、バルブのステムエンドに対して１つの検知ロッドを当接させると共に、２つに分割しているコッタに対して３つの検知ロッドを当接させ、各検知ロッドの高さを非接触式センサにより計測し、これらの計測値に基づき、バルブステムに対するコッタの変位量を算出してコッタの装着状態の良否判定を行う。

特開２０００−４５７３１号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている検査装置では、検知ロッド、検知ロッドを支持している検査ユニットを移動させる駆動装置等を必要とし、検査装置が複雑で大型化し高価なものとなる。

本発明は、上記事情に鑑み、構成を簡素化した安価なコッタ検査装置を提供することを課題とする。

上記課題を解消する検査方法としては、検知ロッドを使用せず、レーザセンサ等の非接触式センサにより、コッタ３の端面上を直接走査することが考えられる。しかし、その際には以下の点に配慮する必要がある。

すなわち、図２（Ａ）に示すように、コッタ３がその直径上で２つのピース３０に分割されているため、二つのピース３０間には、軸方向の全長にわたって周方向の隙間Ｇ（ピース間隙間）が形成される。しかし、バルブ２の組み付け工程において、ピース間隙間Ｇの周方向位置は管理されていない。そのため、検査装置には、ピース間隙間Ｇの周方向位置がばらついた状態でシリンダヘッド１が搬入される。従って、非接触式センサを定位置で直線状に走査させると、図３（Ａ）に示すようにコッタ３のピース間隙間Ｇと直線状のセンシング領域ＳＬ１とが一致する場合があり、この際にはコッタ３の組み付けが正常になされているにもかかわらず、コッタ３の装着異常と判定される可能性がある。このような誤判定を防止するためには、コッタ３の組み付け時にピース間隙間Ｇの周方向位置を管理すればよいが、新たな管理工程を要し、バルブ組み付け装置の複雑化・大型化やバルブ組み付け作業の効率低下を招く。

本願発明者は、これらの点について配慮し、コッタ３のピース間隙間Ｇの周方向位置がばらついていても、正確な検査結果が得られる本発明を想到するに至った。

すなわち、本発明のコッタ検査装置は、バルブをシリンダヘッドに組み付けた状態で、前記バルブのバルブステムの外周と、スプリングリテーナの内周との間に装着されたコッタの装着状態を検査するコッタ検査装置であって、前記コッタは、２つのピースに分割されており、前記コッタの装着状態で、２つのピースの間に隙間が形成され、前記コッタの端面の高さを検出する非接触式センサを備え、前記非接触式センサを、前記バルブの中心を含む第１検査経路と、該第１検査経路の両側にオフセットされた複数の他の検査経路とを直線的に走査可能にし、前記第１検査経路の走査で、バルブ中心の両側の２点のコッタの高さが規定範囲外であって、前記他の検査経路の走査で、コッタの高さが規定範囲内である場合には、前記２つのピースの間の前記隙間が第１検査経路上に存在すると認定し、前記コッタの装着状態が正常であると判定するように構成されたことによって特徴付けられる。

この構成によれば、非接触式センサによりコッタの端面を直線的に走査するので、特許文献１の検知ロッドを有する検査装置に比較して、検査装置を簡素な構成とすることができる。これにより、検査装置を小型化し、低価格なものとすることが可能となる。

また、非接触式センサが、バルブ中心を含む第１検査経路と、第１検査経路からオフセットされた他の検査経路を走査可能であるので、第１検査経路とピース間隙間Ｇとが完全に一致している場合でも、他の検査経路上にはピース間隙間Ｇが存在しない。従って、他の検査経路での検出データが正常であれば、第１検査経路での検出結果にかかわらずコッタの装着が正常であると判定することができる。従って、ピース間隙間の周方向位置のバラツキによる誤判定を防止することができる。

上記構成において、前記第１検査経路の走査で、前記コッタの端面の少なくとも１点の高さが規定範囲外である場合に、前記他の検査経路を走査してもよい。

この構成によれば、高さが規定範囲外である場合に、他の検査経路を走査する。これにより、高さが規定範囲内である場合には、他の検査経路の走査を省略することができ、走査する時間が全体で短くなる。このため、他の検査経路の走査を必ず行う場合より検査時間を短縮でき、検査効率を向上可能となる。

本発明によれば、構成を簡素化した安価なコッタ検査装置を提供することができる。

本発明のコッタ検査装置の概略構成を示す側面図である。 （Ａ）は、ピース間隙間が第１検査経路上に存在しないコッタの平面図、（Ｂ）は、（Ａ）における第１検査経路の走査で得られた断面輪郭を示す図である。 （Ａ）は、ピース間隙間が第１検査経路上に存在したコッタの平面図、（Ｂ）と（Ｃ）は、その場合の第２検査経路の走査で得られた断面輪郭を示す図である。 本発明の実施形態に係るコッタ検査装置の実施形態を示す平面図である。 シリンダヘッドに組み付けられたバルブの周辺構造を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面に基づき説明する。

図１に、本発明の実施形態に係るコッタ検査装置の概略構成を示す。

このコッタ検査装置には、バルブ２、コッタ３、スプリングリテーナ４、およびバルブスプリング５を組み付けたシリンダヘッド１が適宜の搬入手段で間欠的に搬入され、規定位置に位置決め保持される。検査領域には、非接触式センサとして例えば一つのレーザセンサ６が配置される。このレーザセンサ６によって検査対象面との間の距離が測定され、さらにレーザセンサ６を一定方向に走査することで、検査対象面の連続した断面輪郭が得られる。レーザセンサ６の出力は、図示しない制御手段に入力され、所定の演算処理を行った上で、その結果が適宜の報知手段（モニタ、警告音等）でオペレータに報知される。

レーザセンサ６は、エンジンの燃焼室の配列方向（図１および図２の左右方向）に直線状に延び、かつ互いに平行な３つの検査径路ＳＬ１〜ＳＬ３上で往復スライド可能である。第１検査経路ＳＬ１はバルブ２の中心ＣＰ（以下、バルブ中心ＣＰと記す）を通過する直線であり、第２検査経路ＳＬ２および第３検査経路ＳＬ３は、第１検査径路ＳＬ１の両側に等距離オフセットした直線である。第２検査経路ＳＬ２および第３検査径路ＳＬ３は、コッタ３の端面３ｃ、すなわち二つのピース３０の各内周面を含む円と各外周面を含む円とで挟まれた円環状領域を横断するように設定される。

第１検査経路ＳＬ１、第２検査経路ＳＬ２、および第３検査径路ＳＬ３のいずれの検査経路を走査する際にも、レーザセンサ６はこれらの検査経路に沿って一定の高さで直線的に移動する。レーザセンサ６からの出力データを演算処理することで、図２（Ｂ）等に示すように、各検査径路ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３上におけるバルブ２周辺の連続した断面輪郭が得られる。

コッタ検査装置の制御手段は、得られた断面輪郭のうち、各径路上にそれぞれ二つずつ設定した測定ポイントの高さを抽出し、この高さに基づいて、コッタ３の装着状態の良否を判定する。測定ポイントは、例えば図２（Ａ）に示す第１検査経路ＳＬ１上の二点Ａ，Ｂ、第２検査経路ＳＬ２ａ上の二点Ｃ，Ｄ、第３検査経路ＳＬ３上の二点Ｅ，Ｆが設定される。測定ポイントＡとＢのバルブ中心ＣＰからの距離は等しい。同様に、測定ポイントＣとＤのバルブ中心ＣＰからの距離も等しく、測定ポイントＥとＦのバルブ中心ＣＰからの距離も等しい。

上記構成のコッタ検査装置による検査工程の概略を以下に説明する。なお、以下では、レーザセンサ６により第１検査経路ＳＬ１を走査した場合のバルブ中心ＣＰ，測定ポイントＡ，Ｂの絶対高さ（検査装置の基準点からの高さ）をそれぞれ、Ｖｃｐ，Ｖａ，Ｖｂとする。また、第２検査経路ＳＬ２および第３検査径路ＳＬ３を走査した場合の測定ポイントＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆにおける絶対高さをそれぞれＶｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆとする。

図２（Ａ）に示す状態において、レーザセンサ６により第１検査経路ＳＬ１を走査し、バルブ中心ＣＰの絶対高さＶｃｐ、および測定ポイントＡ，Ｂの絶対高さＶａ，Ｖｂを抽出する。両者の差（Ｖｃｐ−Ｖａ，Ｖｃｐ−Ｖｂ）から、バルブ中心ＣＰに対する測定ポイントＡ，Ｂの相対高さＲａ，Ｒｂを求め、この相対高さＲａ，Ｒｂの双方が規定範囲内にあるか否かを判定する。Ｒａ，Ｒｂが規定範囲内の高さである場合は、コッタ３の装着が正常になされたと判定し、判定結果を報知手段でオペレータに報知する。このように第１検査径路ＳＬ１の走査でコッタ３の装着が正常と判定されれば、レーザセンサ６による第２検査経路ＳＬ２および第３検査径路ＳＬ３上の走査は省略し、検査工程の簡略化を図ることができる。

測定ポイントＡ，Ｂの相対高さＲａ，Ｒｂの少なくとも一方が規定範囲外の場合には、コッタ３は次の何れかの状態にあることになる。
ａ）コッタ３のピース３０のどちらか一方、もしくは双方が欠落している。
ｂ）コッタ３のピース３０のどちらか一方、もしくは双方に傾き、浮き・沈みがある。
ｃ）図３（Ａ）に示すように、ピース間隙間Ｇが第１検査径路ＳＬ１上にある。

このように測定ポイントＡ，Ｂの相対高さＲａ，Ｒｂの少なくとも一方が規定範囲外の場合には、第１検査経路ＳＬ１の走査に引き続いてレーザセンサ６を第２検査径路ＳＬ２および第３径路ＳＬ３上で走査させ、絶対高さＶｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆを抽出する。Ｖｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆとバルブ中心の絶対高さＶｃｐの差から、各測定ポイントＣ〜Ｆの相対高さＲｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆを求め、求めた相対高さＲｃ〜Ｒｆが全て（あるいは３つ以上）規定範囲内にあれば、コッタ３は、上記ｃ）の状態にあると認定される。この場合、制御手段はコッタの装着状態が正常であると判定し、その結果をオペレータに報知する。これ以外の結果、すなわち相対高さＲｃ〜Ｒｆの各相対高さのうち１つ以上（あるいは２つ以上）が規定範囲外であれば、上記ａ）もしくはｂ）の状態にあると認定できるので、装着状態が異常であると判定し、その結果をオペレータに報知する。

このように、本発明のコッタ検査装置であれば、図２（Ａ）の場合のような場合だけでなく、図３（Ａ）のようにコッタ３のピース間隙間Ｇが第１検査経路ＳＬ１上に存在する場合であっても、コッタ３の装着が正常であると判定することができる。従って、ピース間隙間Ｇの周方向位置を問わず、コッタ３の装着異常の有無を正確に検査することが可能となる。この場合、コッタ３の組み付け時にピース間隙間Ｇの周方向位置を管理する必要がないので、組み付け工程を簡略化することができる。

以上の説明では、装着状態の判定を各測定ポイントＡ〜Ｆの相対高さＲａ〜Ｒｆに基づいて行っている。絶対高さＶａ〜Ｖｆではなく、相対高さＲａ〜Ｒｆに基づいて判定しているので、コッタ３とスプリングリテーナ４との間の加工誤差や組み付け誤差等の影響をキャンセルすることができ、検査精度を向上させることができる。その一方で、特に問題がなければ、各測定ポイントＡ〜Ｆの絶対高さＲａに基づいて装着異常の有無を判定しても構わない。

また、以上の説明では、検査工程の簡略化のため、第１検査径路ＳＬ１の走査で正常と判定されれば、第２検査径路ＳＬ２および第３検査径路ＳＬ３の走査を省略するようにしているが、特に支障がなければ、レーザセンサ６を第１検査径路ＳＬ１、第２検査径路、第３検査径路の全てで走査させ、各走査で得られたデータを一旦制御手段の記憶装置に取り込み、その後必要なデータを抽出しながら上記の手順で装着異常の有無を判定してもよい。この場合、一つのレーザセンサ６を第１検査径路ＳＬ１、第２検査径路ＳＬ２、第３検査径路ＳＬ３の順で走査させる他、これら検査径路を複数のレーザセンサ６を用いて同時に走査してもよい。

さらに、以上の説明では、第１検査径路ＳＬ１上の測定ポイントとして、コッタ３の端面３ｃ上の二点Ａ，Ｂのみを例示したが、これ以外にもバルブ中心ＣＰの高さＶｃｐが規定範囲内にあるか否か判定することで、バルブ２の装着異常の有無を判定することが可能となる。

また、第２検査径路ＳＬ２および第３検査径路ＳＬ３の測定ポイントとして、それぞれＣ，ＤとＥ，Ｆの二箇所ずつを例示しているが、図２（Ａ）に示すように第２検査径路ＳＬ２および第３経路上でスプリングリテーナ４の端面４ｂの二点Ｌ，Ｍの高さＶｌ，Ｖｍを抽出し、これが規定範囲内にあるか否かを判定することで、スプリングリテーナ４の装着異常の有無を判定することも可能となる。

複数気筒エンジンにおいては、以上の検査装置を用いることで、複数のコッタについて一括して装着状態を検査することが可能である。例えば直列３気筒エンジンでは、図４に示すように、各検査径路ＳＬ１〜ＳＬ３を、シリンダヘッド１の排気側のバルブ列２Ａ１〜２Ａ３の各バルブ上および吸気側のバルブ列２Ｂ１〜２Ｂ３の各バルブ上を通過するように設定し、連結部材１２で連結した２つのレーザセンサ６を、吸気側および排気側で同時に走査させる。上記と同様に、先ず第１検査径路ＬＳ１を走査し、その後、必要に応じて第２検査径路ＬＳ２および第３検査径路ＬＳ３を走査させることで、バルブ列２Ａ１〜２Ａ３および２Ｂ１〜２Ｂ３の各コッタ３における装着状態を一括検査することができる。これにより、シリンダヘッド１の全てのコッタ３を検査する時間を短縮でき、検査効率を向上可能となる。

上記実施形態では、レーザセンサを用いたが、本発明はこれに限定されず、対象物までの距離を検出可能であれば、磁気センサ等の他の非接触式センサを使用することもできる。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。

１ シリンダヘッド
２ バルブ
２ｂ バルブステム
３ コッタ
３ｃ 端面
４ スプリングリテーナ
６ レーザセンサ（非接触式センサ）
Ａ，Ｂ 第１検査経路上の点
ＣＰ バルブの中心
ＳＬ１ 第１検査経路
ＳＬ２ 第２検査経路
ＳＬ３ 第３検査経路

Claims (2)

1. バルブをシリンダヘッドに組み付けた状態で、前記バルブのバルブステムの外周と、スプリングリテーナの内周との間に装着されたコッタの装着状態を検査するコッタ検査装置であって、
   前記コッタは、２つのピースに分割されており、
   前記コッタの装着状態で、２つのピースの間に隙間が形成され、
   前記コッタの端面の高さを検出する非接触式センサを備え、
   前記非接触式センサを、前記バルブの中心を含む第１検査経路と、該第１検査経路の両側にオフセットされた複数の他の検査経路とを直線的に走査可能にし、
   前記第１検査経路の走査で、バルブ中心の両側の２点のコッタの高さが規定範囲外であって、前記他の検査経路の走査で、コッタの高さが規定範囲内である場合には、前記２つのピースの間の前記隙間が第１検査経路上に存在すると認定し、前記コッタの装着状態が正常であると判定するように構成されたことを特徴とするコッタ検査装置。
2. 前記第１検査経路の走査で、前記コッタの端面の少なくとも１点の高さが規定範囲外である場合に、前記他の検査経路を走査する請求項１に記載のコッタ検査装置。

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