JP5960744B2 - エンジンの燃焼室容積の調整方法 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの燃焼室容積の調整方法に関する。

自動車用エンジンにおいて燃焼室の容積は、燃料の燃焼特性およびエンジンの性能に大きく影響を及ぼす。このため、燃焼室の容積を規定の範囲内に収める加工が必要となる。具体的には、燃焼室の一部を構成するシリンダヘッドの凹部の容積を測定し、測定結果に応じてシリンダブロックとの合わせ面または凹部が切削加工される。これにより、燃焼室容積を調整することができる。

シリンダヘッドの凹部の容積を求める従来方法として、鋳造されたシリンダヘッドのバルブ穴を粘土などで塞いだ後、シリンダヘッドの凹部に灯油を注ぎ、その灯油の体積から凹部の容積が求める方法がしばしば用いられる。しかし、この方法は、人為的作業が介在するために効率的でない。

特開２０１１−２５６７３０号公報（特許文献１）は、鋳造でシリンダヘッドを形成する際にシリンダヘッドの凹部の頂部に平坦な基準面を設けておき、合わせ面と基準面との距離を計測することで切削量を決定する技術を開示する。

特開２０１１−２５６７３０号公報

しかしながら、上記の特開２０１１−２５６７３０号公報（特許文献１）に記載の方法では、基準面の一点と合わせ面との距離を測定するのみであるので精度に難がある。

この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであって、その目的は、従来技術の課題を解決することである。

上記目的を達成するため、本発明にかかる方法は、 エンジンの燃焼室容積の調整方法であって、
鋳造によって形成されたシリンダヘッドを準備するステップを備え、
前記シリンダヘッドは、エンジンの燃焼室の一部を構成する、一列に配列された複数の凹部およびシリンダブロックとの合わせ面を有し、
前記合わせ面は、目標となる燃焼室容積を有するように設計された前記シリンダヘッドの３次元形状データに対して削り代を有するように形成され、
前記調整方法は、さらに、
変位計を用いて前記凹部の表面の複数箇所および前記合わせ面の複数箇所を測定するステップと、
前記凹部の複数の測定値に対して前記３次元形状データに基づく前記凹部の表面の設計形状をフィッティングした状態で、前記合わせ面の各測定値と前記３次元形状データに基づく前記合わせ面の設計形状との深さ方向および幅方向の差分を算出するステップと、
算出した深さ方向の差分に基づいて切削量を決定し、前記凹部の配列方向における前記算出した差分の値の変化傾向に基づいて前記合わせ面の切削方向をさらに決定し、決定した切削量および切削方向で前記合わせ面を切削し、算出した幅方向の差分に基づいて前記シリンダヘッドの良否判定を行うステップと、
を備える。

上記目的を達成するため、本発明にかかる方法は、エンジンの燃焼室容積の調整方法であって、
鋳造によって形成されたシリンダヘッドを準備するステップを備え、
前記シリンダヘッドは、エンジンの燃焼室の一部を構成する、一列に配列された複数の凹部およびシリンダブロックとの合わせ面を有し、
前記合わせ面は、目標となる燃焼室容積を有するように設計された前記シリンダヘッドの３次元形状データに対して削り代を有するように形成され、
前記調整方法は、さらに、
変位計を用いて前記凹部の表面の複数箇所および前記合わせ面の複数箇所を測定するステップと、
前記合わせ面の複数の測定値に対して前記３次元形状データに基づく前記合わせ面の設計形状をフィッティングした状態で、前記凹部の各測定値と前記３次元形状データに基づく前記凹部の表面の設計形状との深さ方向の差分を算出するステップと、
算出した深さ方向の差分に基づいて切削量を決定し、前記凹部の配列方向における前記算出した差分の値の変化傾向に基づいて前記合わせ面の切削方向をさらに決定し、決定した切削量および切削方向で前記合わせ面を切削し、算出した幅方向の差分に基づいて前記シリンダヘッドの良否判定を行うステップとを備える。

本発明によれば、精度良く燃焼室容積を調整することができる。

本発明の第１実施形態に係る変位計を備えた工作機械の一例を模式的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る工作機械のうち表面形状測定に関する部分の機能的構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るレーザ変位計の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る工作機械を用いた加工対象であるシリンダヘッドの外観を示す平面図である。 図４の切断線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。 図４の切断線ＶＩ−ＶＩに沿った一部の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るシリンダヘッドの合わせ面の切削量および切削方向を決定する方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジンの燃焼室容積の調整手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るシリンダヘッドの合わせ面の切削量および切削方向を決定する方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンの燃焼室容積の調整手順を示すフローチャートである。 ラインレーザ変位計の測定原理を説明するための図である。 ラインレーザ変位計よるシリンダヘッド表面の測定箇所について説明するための図である。 各凹部の容積の算出方法について説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係るエンジンの燃焼室容積の調整手順を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（第１実施形態）
［レーザ変位計を備えた工作機械の構成例］
図１は、本発明の第１実施形態で用いられる変位計を備えた工作機械の一例を模式的に示す斜視図である。以下では、工作機械が立形マシンニングセンタである場合について説明するが、工作機械は、横形マシニングセンタなど、他の種類のものであっても構わない。さらに、変位計としてレーザを用いた非接触型の変位計の例が示されているが、変位計は接触型のものでも構わない。

図１を参照して、工作機械１は、加工装置１０と、ＮＣ（Numerical Control）装置２４と、ＡＴＣ（自動工具交換装置：Automatic Tool Changer）２８と、コンピュータ１５０とを含む。

加工装置１０は、ベッド１２と、ベッド１２上に設置されたコラム１４と、主軸２２を有する主軸頭２０と、テーブル１８を有するサドル１６とを含む。

コラム１４は、ベッド１２上に設置され、上下方向（Ｚ軸方向）移動可能なバックサポート４０を有する。バックサポート４０には、Ｂ軸回転機構３６とＡ軸回転機構３８とが取り付けられている。

主軸頭２０は、コラム１４の前面にバックサポート４０、Ｂ軸回転機構３６、およびＡ軸回転機構３８を介して支持されることにより、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能であるとともにＡ軸およびＢ軸の回転駆動が可能である。主軸２２の先端には、工具（図示せず）または測定ヘッド４２が着脱可能に装着される。主軸２２は、その中心軸線（Ｚ軸方向）のまわりに回転可能に、主軸頭２０に支持されている。

測定ヘッド４２は、レーザ変位計１００と、このレーザ変位計の制御回路および駆動用バッテリと、無線通信を行うための通信装置とを内蔵する。

サドル１６は、ベッド１２上に配置されて前後の水平方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。サドル１６上にはテーブル１８が配置されている。テーブル１８は、左右の水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能である。テーブル１８上には工作物２（具体的にはシリンダヘッド）が載置される。

加工装置１０は、測定ヘッド４２と工作物２とを相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向に直線移動させるとともにＡ軸およびＢ軸の回転軸を有する５軸マシニングセンタである。なお、直交３軸および回転軸の配置を図１の構成と異ならせても構わない。例えば、直交３軸の駆動機構を主軸頭２０側に設け、Ａ軸およびＣ軸の回転機構をテーブル側に設ける構成であってもよい。

ＮＣ装置２４は、上記の直交３軸および回転２軸の制御を含めて加工装置１０全体の動作を制御する。ＡＴＣ（自動工具交換装置）２８は、主軸２２に対して工具と測定ヘッド４２をそれぞれ自動的に交換する。ＡＴＣ２８は、ＮＣ装置２４によって制御される。

図２は、図１の工作機械のうち表面形状測定に関する部分の機能的構成を示すブロック図である。図２には、加工装置１０に備えられているＺ軸送り機構３４、Ｙ軸送り機構３２、Ｘ軸送り機構３０、Ａ軸回転機構３８、およびＢ軸回転機構３６が示されている。

図１、図２を参照して、Ｚ軸送り機構３４は、コラム１４に支持されている主軸頭２０を駆動してＺ軸方向に移動させる。Ｙ軸送り機構３２は、ベッド１２上に配置されているサドル１６を駆動してＹ軸方向に移動させる。Ｘ軸送り機構３０は、サドル１６上に載置されて工作物２を支持するテーブル１８を駆動してＸ軸方向に移動させる。ＮＣ装置２４は、Ｚ軸送り機構３４、Ｙ軸送り機構３２、Ｘ軸送り機構３０、Ａ軸回転機構３８、およびＢ軸回転機構３６をそれぞれ制御する。

コンピュータ１５０は、プロセッサ１５２、メモリ１５４、および測定ヘッド４２との間で無線通信を行うための通信装置１７０等を含む。プロセッサ１５２は、メモリ１５４に格納されたプログラムを実行することによって、図４で説明した測定制御部１５６およびデータ処理部１５８として機能する。

測定制御部１５６は、ＮＣ装置２４と連携することによって、測定ヘッド４２と工作物２との相対的位置関係を連続的に変化させ、これによってレーザビーム１１６が工作物２の表面に沿って走査する。測定制御部１５６は、レーザビーム１１６の走査中に、レーザビーム１１６の走査方向の複数の測定点における高さ方向（Ｚ軸方向）の変位データを工作物２の表面形状データとして測定ヘッド４２から取得する。具体的な手順は以下のとおりである。

まず、測定制御部１５６からの制御に基づいて、ＮＣ装置２４は、Ｘ軸送り機構３０およびＹ軸送り機構３２のいずれか一方、もしくはＸ軸送り機構３０、Ｙ軸送り機構３２、およびＺ軸送り機構３４のうちの少なくとも２軸を駆動する。これにより、ＮＣ装置２４は、測定ヘッド４２と工作物２との相対的位置関係を連続的に変化させる。

ＮＣ装置２４に内蔵されたＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ：Programmable Logic Controller）２６は、上記の送り機構の駆動に同期して、所定周期でトリガ信号を通信装置１７０に出力する。通信装置１７０はトリガ信号を受信すると測定指令ｆを測定ヘッド４２に送信し、測定ヘッド４２は測定指令ｆに従って測定ヘッド４２から工作物２までの距離Ｄ（すなわち、工作物２の表面の変位）を測定する。測定された距離ＤのデータＦは、測定ヘッド４２から通信装置１７０を介して測定制御部１５６に送信される。

ＰＬＣ２６は、さらに、上記の測定ヘッド４２による距離測定のタイミングに合わせて、Ｘ軸送り機構３０、Ｙ軸送り機構３２、およびＺ軸送り機構３４の位置情報を取得することによって、測定ヘッド４２の位置のデータを検出する。ＰＬＣ２６は、検出した測定ヘッド４２の位置のデータを測定制御部１５６に送信する。

測定制御部１５６は、ＰＬＣ２６から取得した測定ヘッド４２の位置データと、測定ヘッド４２から取得した距離ＤのデータＦとに基づいて、レーザビーム１１６の走査方向に沿った各測定点における高さ方向（Ｚ軸方向）の変位データを導く。そして、その変位データを測定データ１６６として、メモリ１５４に格納する。メモリ１５４にはさらに工作物２の設計データである３次元形状データ１６８も格納されている。

プロセッサ１５２は、さらに、上記の測定データ１６６のデータ処理を行うためのデータ処理部１５８として機能する。

［レーザ変位計の構成例］
図３は、レーザ変位計の構成を模式的に示す図である。図３を参照して、レーザ変位計１００は、発光部１１０と、光学系としての集光レンズ１１８と、受光部としてのリニアイメージセンサ（Linear Image Sensor）１２０とを含む。発光部１１０は、レーザダイオード１１２と、レンズ１１４とを含む。

レーザダイオード１１２から発せられたレーザビーム１１６はレンズ１１４によって略平行光に整形され、測定対象物である工作物２へ照射される。測定対象物上でのレーザビーム１１６のスポットサイズｗ（スポット径とも称する）は、例えば、直径５０μｍである。

測定対象物２上のレーザビーム１１６の照射位置（レーザスポット１３２）で拡散反射された光は、リニアイメージセンサ１２０上に、集光レンズ１１８によって集光される。リニアイメージセンサ１２０の集光位置に基づいて三角測量により工作物２までの距離が計算される。

リニアイメージセンサ１２０はシャインプルーフ条件（Scheimpflug Condition）に基付いた角度で配置される。すなわち、リニアイメージセンサ１２０の検出面と集光レンズ１１８の主面とは１直線で交わる。この配置により、レーザビーム１１６を含む面が被写体面となるので、測定対象物２とレーザ変位計１００の距離が変化しても、レーザスポット１３２はリニアイメージセンサ１２０上にボケることなく結像される。

［シリンダヘッドの構造の一例］
図４は、図１の工作機械を用いた加工対象であるシリンダヘッドの外観を示す平面図である。図５は、図４の切断線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。図６は、図４の切断線ＶＩ−ＶＩに沿った一部の断面図である。図４〜図６には４気筒のエンジンを構成するシリンダヘッドの構造の一例が示されている。シリンダヘッドは鋳造によって形成された後、図１に示すようなマシンニングセンタを用いて部分的に切削される。

図４〜図６を参照して、シリンダヘッド２００は、シリンダごとに燃焼室の一部を形成する４つの凹部２０４Ａ〜２０４Ｄ（総称する場合、凹部２０４と記載する）と、シリンダブロックとの合わせ面２０２とを有する。

各凹部２０４は、同一の構成を有し、対応するシリンダボアの内壁面とピストン頂部表面とともに燃焼室を構成する。各凹部２０４には、吸気ポート用の開口２０６Ａ，２０６
Ｂと、排気ポート用の開口２０８Ａ，２０８Ｂと、点火プラグ用の開口２１０とが形成されている。吸気ポート用の開口２０６Ａ，２０６Ｂには吸気弁がそれぞれ取り付けられ、排気ポート用の開口２０８Ａ，２０８Ｂには排気弁がそれぞれ取り付けられる。この明細書では、吸気弁、排気弁、および点火プラグを特定部材とも称する。

合わせ面２０２は、削り代を有するように形成されており、合わせ面２０２を切削することによって各凹部２０４の容積を目標となる設計値に等しくすることができる。

［燃焼室容積の調整方法］
図４を参照して、合わせ面２０２の切削方向および切削量を決定するために、シリンダヘッド２００の燃焼室側の表面形状がレーザ変位計によって測定される。ただし、図３の構成のレーザ変位計１００を用いて各凹部２０４および合わせ面２０２の表面形状を詳細に測定するのは時間がかかりすぎるので、本実施形態では凹部２０４の表面の複数個所と各凹部２０４の合わせ面２０２の複数個所とが代表的に測定される。例えば、図４に破線で示されている箇所が測定箇所２１２になる。具体的に、各ポート用開口と隣接するポート用開口との間の凹部２０４の表面と、各凹部２０４の周辺の合わせ面２０２の一部とがレーザ変位計１００によって測定される。得られた測定データ１６６は、コンピュータ１５０のメモリ１５４に格納される。

図２のデータ処理部１５８は、測定データ１６６と、目標となる燃焼室容積を有するように設計されたシリンダヘッドの３次元形状データ１６８とを比較することによって、合わせ面２０２の切削量および切削方向を決定する。以下、図面を参照して具体的に説明する。

図７は、本実施形態１において、シリンダヘッドの合わせ面の切削量および切削方向を決定する方法を説明するための断面図である。図７（Ａ）〜（Ｃ）では、各測定値２２０による表面形状を破線で示し、３次元形状データ１６８に基づく設計形状２２２を実線で示す。

図７（Ａ）を参照して、まず、データ処理部１５８は、凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの各測定値２２０に対して凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの表面の設計形状２２２を、最小二乗法または最尤法などを用いてフィッティングする。次に、データ処理部１５８は、このようにフィッティングした状態で、合わせ面の各測定値２２０と合わせ面の設計形状２２２との差分ＤＦを算出する。図７（Ａ）の場合、差分ＤＦは一様であるので、鋳造後の合わせ面２２４と平行な平面２２６に沿った方向が切削方向ＣＤになる。切削量は算出した差分ＤＦの値に等しく、合わせ面の各箇所で一様になる。

図７（Ｂ）を参照して、図７（Ａ）と同様のフィッティングを行ったところ、求めた差分ＤＦは、凹部２０４の配列方向に沿って徐々に増加している。この場合、図７（Ｂ）に示すように、鋳造後の合わせ面２２４に対して角度θだけ傾斜した平面２２６に沿った方向が切削方向ＣＤになる。切削量は、算出した差分ＤＦに基づいて決定され、合わせ面上の位置に応じて異なる値になる。

図７（Ｂ）の場合において、鋳造後の合わせ面２２４に対して切削方向ＣＤを傾斜させない場合には、切削加工後の凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの容積が互いに異なることになる。具体的に、切削加工後の凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの容積をそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとすると、Ｖａ＜Ｖｂ＜Ｖｃ＜Ｖｄの関係になってしまう。上記のように切削方向ＣＤを鋳造後の合わせ面２２４に対して傾斜させることによって、切削加工後の凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの容積を略等しく、すなわち、Ｖａ＝Ｖｂ＝Ｖｃ＝Ｖｄにすることができる。

図７（Ｃ）を参照して、図７（Ａ）と同様のフィッティングを行ったところ、フィッティング誤差が基準値を超えた場合は、データ処理部１５８は、シリンダヘッドを不良品と判定する。凹部２０４Ａの各測定値２２０に対して凹部２０４Ａの表面の設計形状２２２をフィッティングした状態で、凹部２０４Ｄの各測定値２２０と凹部２０４Ｄの表面の設計形状２２２との差分ＥＲが許容範囲を超えるか否かによって、良否判定を行うことができる。

［燃焼室容積の調整手順］
図８は、本実施形態において、エンジンの燃焼室容積の調整手順を示すフローチャートである。以下、図２、図４、および図８を参照して、これまでの説明を総括する。

まず、鋳造によって形成されたシリンダヘッド２００が、工作機械１のテーブル１８上に載置される（Ｓ１００）。測定制御部１５６は、シリンダヘッド２００の凹部２０４ごとに表面の複数個所をレーザ変位計によって測定するとともに、シリンダヘッド２００の合わせ面２０２上の複数個所をレーザ変位計によって測定する（Ｓ１０５）。測定データ１６６はメモリ１５４に格納される。

次に、データ処理部１５８は、各凹部２０４の複数の測定値に対して、３次元形状データ１６８に基づく各凹部２０４の表面の設計形状をフィッティングする（Ｓ１１０）。この際、データ処理部１５８は、フィッティング誤差が許容範囲内か否かを判定し（Ｓ１１５）、フィッティング誤差が許容範囲を超える場合には（Ｓ１１５でＮＯ）、シリンダヘッド２００を不良品と判定する（Ｓ１２０）。

フィッティング誤差が許容範囲内の場合には（Ｓ１１５でＹＥＳ）、データ処理部１５８は、上記のフィッティングを行った状態で、合わせ面２０２の各測定値と３次元形状データ１６８に基づく合わせ面２０２の設計形状との差分を算出する（Ｓ１２５）。データ処理部１５８は、凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの配列方向における算出した差分の値の変化傾向に基づいて合わせ面２０２の切削方向を決定するとともに、算出した差分の値に基づいて合わせ面２０２上の各位置での切削量を決定する（Ｓ１３０）。

最終的に、コンピュータ１５０は、決定した切削方向および切削量に基づいて、シリンダヘッド２００の加工プログラムを作成する。作成された加工プログラムに従って、ＮＣ装置２４は、シリンダヘッド２００の合わせ面２０２を切削加工する（Ｓ１３５）。

以上のとおり、本実施形態によれば、凹部の容積を算出するために、凹部の全領域とその周囲の合わせ面の表面形状をレーザ変位計で測定する必要がないので、測定時間を短縮することができる。さらに、各凹部の測定値に対して設計形状をフィッティングすることによって、合わせ面の切削量および切削方向が決定されるので、精度良く燃焼室容積を調整することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、測定データ１６６と３次元形状データ１６８とを比較することによって、シリンダヘッド２００の合わせ面２０２の切削方法および切削量が決定される。この点で、第１実施形態の場合と同じであるが、データ比較の方法が第１実施形態の場合と異なる。以下、図面を参照して具体的に説明する。

図９は、本実施形態において、シリンダヘッドの合わせ面の切削量および切削方向を決定する方法を説明するための断面図である。図９（Ａ）〜（Ｃ）では、各測定値２２０による表面形状を破線で示し、３次元形状データ１６８に基づく設計形状２２２を実線で示す。

図９（Ａ）を参照して、まず、図２のデータ処理部１５８は、合わせ面２０２の各測定値２２０に対して合わせ面２０２の設計形状２２２を、最小二乗法または最尤法などを用いてフィッティングする。次に、データ処理部１５８は、このようにフィッティングした状態で、凹部２０４の各測定値２２０と凹部２０４の設計形状２２２との差分ＤＦを算出する。図９（Ａ）の場合、差分ＤＦは凹部２０４ごとに一様であるので、鋳造後の合わせ面２０２と平行な方向が切削方向になる。切削量は算出した差分ＤＦの値を平均することによって求められる。

図９（Ｂ）を参照して、図９（Ａ）と同様のフィッティングを行ったところ、求めた差分ＤＦ１〜ＤＦ４は、凹部２０４の配列方向に沿って徐々に増加している。この場合、差分ＤＦ１〜ＤＦ４の変化傾向に応じて切削方向が決定される。したがって、鋳造後の合わせ面２０２に対して傾斜した方向が切削方向になる。切削量は、算出した差分ＤＦに基づいて決定され、合わせ面上の位置に応じて異なる値になる。

図９（Ｂ）の場合において、鋳造後の合わせ面２０２に対して切削方向を傾斜させない場合には、切削加工後の凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの容積が互いに異なってしまう。上記のように切削方向を鋳造後の合わせ面２０２に対して傾斜させることによって、切削加工後の凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの容積をほぼ等しくすることができる。

図９（Ｃ）を参照して、図９（Ａ）と同様のフィッティングを行ったところ、凹部２０４ごとに算出した差分の値のばらつきが大きい場合には、データ処理部１５８は、シリンダヘッドを不良品と判定する。例えば、図９（Ｃ）の場合には、凹部２０４Ｂの差分ＤＦ１と凹部２０４Ｄの差分ＤＦ２とでは符号が逆転している。

図１０は、本実施形態において、エンジンの燃焼室容積の調整手順を示すフローチャートである。

図２、図４、および図１０を参照して、まず、鋳造によって形成されたシリンダヘッド２００が、工作機械１のテーブル１８上に載置される（Ｓ２００）。測定制御部１５６は、シリンダヘッド２００の凹部２０４ごとに表面の複数個所をレーザ変位計によって測定するとともに、シリンダヘッド２００の合わせ面２０２上の複数個所をレーザ変位計によって測定する（Ｓ２０５）。測定データ１６６はメモリ１５４に格納される。

次に、データ処理部１５８は、合わせ面２０２の複数の測定値に対して、３次元形状データ１６８に基づいた合わせ面２０２の設計形状をフィッティングする（Ｓ２１０）。データ処理部１５８は、このフィッティングを行った状態で、凹部２０４ごとに、各測定値と３次元形状データ１６８に基づく設計形状との差分を算出する（Ｓ２１５）。ここで、データ処理部１５８は、凹部２０４ごとに算出された差分の値のばらつきが許容範囲を超える場合には（Ｓ２２０でＮＯ）、シリンダヘッド２００を不良品と判定する（Ｓ２２５）。

凹部２０４ごとの差分の値のばらつきが許容範囲内の場合には（Ｓ２２０でＹＥＳ）、データ処理部１５８は、凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの配列方向における算出した差分の値の変化傾向に基づいて合わせ面２０２の切削方向を決定する。そして、算出した差分の値（もしくは、凹部ごとの差分の値の平均値）に基づいて合わせ面２０２上の各位置での切削量を決定する（Ｓ２３０）。

最終的に、コンピュータ１５０は、決定した切削方向および切削量に基づいて、シリンダヘッド２００の加工プログラムを作成する。作成された加工プログラムに従って、ＮＣ装置２４は、シリンダヘッド２００の合わせ面２０２を切削加工する（Ｓ２３５）。

以上のとおり、本実施形態の方法によれば、凹部の容積を算出するために、凹部の全領域とその周囲の合わせ面の表面形状をレーザ変位計で測定する必要がないので、測定時間を短縮することができる。さらに、合わせ面の各測定値に対して設計形状をフィッティングした状態で、凹部における各測定値と設計形状との差分を算出し、算出した差分の値に基づいて合わせ面の切削量および切削方向が決定されるので、精度良く燃焼室容積を調整することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態では、ライン状のレーザ光を照射するラインレーザ変位計が用いられる点で第１、第２実施形態と異なる。図３のレーザ変位計の構成図において、ラインレーザ変位計の場合には、発光部１１０のレンズ１１４が例えばシリンドリカルレンズに変更される。これによって、発光部からライン状のレーザ光が照射される。さらに、受光部１２０として、リニアイメージセンサに代えて２次元イメージセンサが用いられる。

図１１は、ラインレーザ変位計の測定原理を説明するための図である。図１１（Ａ）に示すように、発光部１１０Ａから帯状（ライン状）のレーザ光１１６Ａが測定対象物２に照射される。受光部１２０に設けられる２次元イメージセンサ１２２上では、測定対象物２からの散乱光が、受光レンズ１１８によってスポット状ではなくライン状に集光される。これによって、三角測量が幅方向（Ｙ軸方向）に拡張されることになるので、Ｙ軸方向に延びるレーザ照射位置の各々でのＺ軸方向の変位を同時に検出可能になる。

図１２は、ラインレーザ変位計よるシリンダヘッド表面の測定箇所について説明するための図である。ライン状のレーザ光を走査することによって、図４の各凹部２０４の全領域の表面形状と各凹部２０４の周囲の合わせ面２０２の表面形状とを比較的短時間で測定可能である。具体的に図１２では、凹部２０４Ｃおよびその周囲の測定点が示されている。各格子点がラインレーザ変位計による測定点に相当する。測定点の数は、２次元イメージセンサのピクセル数に依存する。

ここで、３次元形状データ（設計データ）と測定データとを比較することによって、測定データから、吸気ポート用の開口２０６Ａ，２０６Ｂ、排気ポート用の開口２０８Ａ，２０８Ｂ、および点火プラグ用の開口２１０に相当する領域のデータが除去される（図１２において、ドットが付された格子点ＭＰでは測定データが除去されていないが、ドットが付されていない格子点ＭＰでは測定データが除去されている）。この理由は、これらの開口部分では、レーザ光の反射方向がばらつくので測定データの信頼性が乏しいからである。これらの開口部分では、測定データに代えて、吸気弁、排気弁、および点火プラグの表面の位置情報が用いられる。最終的に上記のように修正された測定データを用いて各凹部２０４の容積が算出される。

図１３は、各凹部の容積の算出方法について説明するための図である。図１２および図１３を参照して、凹部２０４の容積は、凹部２０４によって囲まれる領域を図１３に示すような多数の切頭三角柱に分割し、各切頭三角柱の体積を加算することによって計算することができる。切頭三角柱の底面２３２は、図１２の格子によって仕切られる各正方形領域の半分に相当し、シリンダヘッド２００の合わせ面２０２の延長上に位置する。切頭三角柱の高さｈ１，ｈ２，ｈ３は、底面２３２を構成する各頂点から凹部２０４の表面までの距離に相当する。

図１４は、エンジンの燃焼室容積の調整手順を示すフローチャートである。

図２、図４、および図１４を参照して、まず、鋳造によって形成されたシリンダヘッド２００が、工作機械１のテーブル１８上に載置される（Ｓ３００）。測定制御部１５６は、ラインレーザ変位計を用いて、シリンダヘッド２００の各凹部２０４の表面形状および合わせ面２０２の表面形状を測定する（Ｓ３０５）。測定データ１６６はメモリ１５４に格納される。

次に、データ処理部１５８は、測定データ１６６と３次元形状データ１６８とを比較することによって、測定データから、各開口（吸気ポート用、排気ポート用、点火プラグ用）に相当する領域のデータを除去する（Ｓ３１０）。これらの領域には、吸気弁、排気弁、および点火プラグを対応する開口に取り付けたと仮定したときの、燃焼室に面する側の表面の位置情報が追加される（Ｓ３１５）。

次に、データ処理部１５８は、修正後の測定データ１６６に基づいて各凹部２０４の容積を算出する（Ｓ３２０）。データ処理部１５８は、算出した各凹部２０４の容積と３次元形状データ１６８に基づく各凹部２０４の容積とを比較することによって、合わせ面の切削方向および切削量を決定する（Ｓ３２５）。

例えば、凹部２０４Ａ〜２０４Ｄの配列方向に沿って、算出された凹部２０４の容積が変化している場合には、データ処理部１５８は、この容積の変化傾向に基づいて、切削後の各凹部２０４の容積が等しくなるように各凹部の切削方向を決定する。

最終的に、コンピュータ１５０は、決定した切削方向および切削量に基づいて、シリンダヘッド２００の加工プログラムを作成する。作成された加工プログラムに従って、ＮＣ装置２４は、シリンダヘッド２００の合わせ面２０２を切削加工する（Ｓ３３５）。

以上のとおり、本実施形態によれば、ラインレーザ変位計を用いて凹部および合わせ面の表面形状を測定するので、測定時間を短縮することができる。さらに、測定データに基づいて各凹部２０４の容積を算出し、算出した各凹部２０４の容積に基づいて合わせ面の切削量および切削方向が決定されるので、精度良く燃焼室容積を調整することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態は全ての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、エンジンの燃焼室容積の調整方法であって、鋳造によって形成されたシリンダヘッドを準備するステップを備える。ここで、シリンダヘッドは、エンジンの燃焼室の一部を構成する凹部およびシリンダブロックとの合わせ面を有する。合わせ面は、目標となる燃焼室容積を有するように設計されたシリンダヘッドの３次元形状データに対して削り代を有するように形成される。調整方法は、さらに、変位計を用いて凹部の表面の複数箇所および合わせ面の複数箇所を測定するステップと、凹部の複数の測定値に対して３次元形状データに基づく凹部の表面の設計形状をフィッティングした状態で、合わせ面の各測定値と３次元形状データに基づく合わせ面の設計形状との差分を算出するステップと、算出した差分に基づいて切削量を決定し、決定した切削量で合わせ面を切削するステップとを備える。

ここで、シリンダヘッドは、一列に配列された複数の凹部を有する。この場合、測定するステップでは、凹部ごとに表面の複数個所を変位計によって測定する。切削するステップでは、凹部の配列方向における算出した差分の値の変化傾向に基づいて合わせ面の切削方向をさらに決定し、決定した切削量および切削方向で合わせ面を切削する。

また、シリンダヘッドは、凹部を複数有する。この場合、測定するステップでは、凹部ごとに表面の複数個所を変位計によって測定する。調整方法は、さらに、複数の凹部のうち任意の第１の凹部の複数の測定値に対して３次元形状データに基づく第１の凹部の表面の設計形状をフィッティングした状態で、第１の凹部と異なる第２の凹部の複数の測定値と３次元形状データに基づく第２の凹部の表面の設計形状との差分を算出するステップと、算出した第２の凹部の差分に基づいてシリンダヘッドの良否を判定するステップとを備える。

上記の方法によれば、凹部の容積を算出するために、凹部の全領域とその周囲の合わせ面の表面形状をレーザ変位計で測定する必要がないので、測定時間を短縮することができる。さらに、各凹部の測定値に対して設計形状をフィッティングすることによって、合わせ面の切削量および切削方向が決定されるので、精度良く燃焼室容積を調整することができる。

また、エンジンの燃焼室容積の調整方法であって、鋳造によって形成されたシリンダヘッドを準備するステップを備える。シリンダヘッドは、エンジンの燃焼室の一部を構成する凹部およびシリンダブロックとの合わせ面を有する。合わせ面は、目標となる燃焼室容積を有するように設計されたシリンダヘッドの３次元形状データに対して削り代を有するように形成される。調整方法は、さらに、変位計を用いて凹部の表面の複数箇所および合わせ面の複数箇所を測定するステップと、合わせ面の複数の測定値に対して３次元形状データに基づく合わせ面の設計形状をフィッティングした状態で、凹部の各測定値と３次元形状データに基づく凹部の表面の設計形状との差分を算出するステップと、算出した差分に基づいて切削量を決定し、決定した切削量で合わせ面を切削するステップとを備える。

好ましい一実施形態において、シリンダヘッドは、一列に配列された複数の凹部を有する。この場合、測定するステップでは、凹部ごとに表面の複数個所を変位計によって測定する。差分を求めるステップでは、凹部ごとに各測定値と３次元形状データに基づく設計形状との差分を求める。切削するステップでは、凹部の配列方向における算出した差分の値の変化傾向に基づいて合わせ面の切削方向をさらに決定し、決定した切削量および切削方向で合わせ面を切削する。

好ましい他の実施形態において、シリンダヘッドは、凹部を複数有する。この場合、測定するステップでは、凹部ごとに表面の複数個所を変位計によって測定する。差分を求めるステップでは、凹部ごとに各測定値と３次元形状データに基づく設計形状との差分を求める。調整方法は、さらに、凹部ごとに求めた差分の値を比較することによって、シリンダヘッドの良否を判定するステップを備える。

好ましいさらに他の実施形態において、調整方法は、凹部の各測定値と３次元形状データに基づく凹部の表面の設計形状との差分の平均値を算出するステップをさらに備える。この場合、切削するステップでは、算出した差分の平均値に基づいて切削量を決定し、決定した切削量で合わせ面を切削する。

上記の他の局面によるエンジンの燃焼室容積の調整方法によれば、凹部の容積を算出するために、凹部の全領域とその周囲の合わせ面の表面形状をレーザ変位計で測定する必要がないので、測定時間を短縮することができる。さらに、合わせ面の各測定値に対して設計形状をフィッティングした状態で、凹部における各測定値と設計形状との差分を算出し、算出した差分の値に基づいて合わせ面の切削量および切削方向が決定されるので、精度良く燃焼室容積を調整することができる。

さらに他の局面において、エンジンの燃焼室容積の調整方法であって、鋳造によって形成されたシリンダヘッドを準備するステップを備える。シリンダヘッドは、エンジンの燃焼室の一部を構成する凹部およびシリンダブロックとの合わせ面を含む。凹部は、複数の特定部材がそれぞれ取付けられる複数の開口を有する。合わせ面は、目標となる燃焼室容積を有するように設計されたシリンダヘッドの３次元形状データに対して削り代を有するように形成される。調整方法は、さらに、ライン状のレーザ光を照射するラインレーザ変位計を用いて、レーザ光の照射位置を連続的に変更することによって、凹部の表面形状と凹部の周囲の合わせ面の形状とを測定するステップと、ラインレーザ変位計による測定データと３次元形状データとを比較することによって、測定データから複数の開口に相当する領域のデータを除去するステップと、複数の開口に相当する領域が除去された測定データに基づいて、凹部の容積を算出するステップと、算出した凹部の容積と３次元形状データに基づく凹部の容積とを比較することによって、合わせ面の切削量を決定するステップと、決定した切削量で合わせ面を切削するステップとを備える。

調整方法は、測定データから複数の開口に相当する領域のデータを除去した後、複数の開口に複数の特定部材がそれぞれ取り付けられたと仮定したときの、燃焼室に面する複数の特定部材の表面の位置情報を測定データに追加するステップをさらに備えてもよい。この場合、容積を算出するステップでは、複数の特定部材の表面の位置情報が追加された測定データに基づいて、凹部の容積を算出する。

さらに、シリンダヘッドは、一列に配列された複数の凹部を有してもよい。この場合、測定するステップでは、凹部ごとに表面形状と周囲の合わせ面の形状とをラインレーザ変位計によって測定する。容積を算出するステップでは、凹部ごとに容積を算出する。調整方法は、さらに、凹部の配列方向における算出した容積の値の変化傾向に基づいて、切削後の各凹部の容積が等しくなるように合わせ面の切削方向を決定するステップを備える。切削するステップでは、決定した切削量および切削方向で合わせ面を切削する。

この調整方法によれば、ラインレーザ変位計を用いて凹部および合わせ面の表面形状を測定するので、測定時間を短縮することができる。さらに、測定データに基づいて各凹部２０４の容積を算出し、算出した各凹部２０４の容積に基づいて合わせ面の切削量および切削方向が決定されるので、精度良く燃焼室容積を調整することができる。

１ 工作機械、２ 工作物（測定対象物）、１０ 加工装置、１８ テーブル、２０ 主軸頭、２２ 主軸、２４ ＮＣ装置、３０ Ｘ軸送り機構、３２ Ｙ軸送り機構、３４ Ｚ軸送り機構、３６ Ｂ軸回転機構、３８ Ａ軸回転機構、４０ バックサポート、４２ 測定ヘッド、１００ レーザ変位計、１１０，１１０Ａ 発光部、１１２ レーザダイオード、１１４ レンズ、１１６ レーザビーム、１１６Ａ レーザ光、１１８ 集光レンズ（受光レンズ）、１２０ リニアイメージセンサ、１２０ 受光部、１２２ ２次元イメージセンサ、１５０ コンピュータ、１５２ プロセッサ、１５４ メモリ、１５６ 測定制御部、１５８ データ処理部、１６６ 測定データ、１６８ ３次元形状データ、１７０ 通信装置、２００ シリンダヘッド、２０２ 合わせ面、２０４，２０４Ａ〜２０４Ｄ 凹部、２０６Ａ，２０６Ｂ 吸気ポート用開口、２０８Ａ，２０８Ｂ 排気ポート用開口、２１０ 点火プラグ用開口、ＣＤ 切削方向、ＤＦ，ＤＦ１〜ＤＦ４，ＥＲ 差分。

Claims (5)

1. エンジンの燃焼室容積の調整方法であって、
   鋳造によって形成されたシリンダヘッドを準備するステップを備え、
   前記シリンダヘッドは、エンジンの燃焼室の一部を構成する、一列に配列された複数の凹部およびシリンダブロックとの合わせ面を有し、
   前記合わせ面は、目標となる燃焼室容積を有するように設計された前記シリンダヘッドの３次元形状データに対して削り代を有するように形成され、
   前記調整方法は、さらに、
   変位計を用いて前記凹部の表面の複数箇所および前記合わせ面の複数箇所を測定するステップと、
   前記凹部の複数の測定値に対して前記３次元形状データに基づく前記凹部の表面の設計形状をフィッティングした状態で、前記合わせ面の各測定値と前記３次元形状データに基づく前記合わせ面の設計形状との深さ方向および幅方向の差分を算出するステップと、
   算出した深さ方向の差分に基づいて切削量を決定し、前記凹部の配列方向における前記算出した差分の値の変化傾向に基づいて前記合わせ面の切削方向をさらに決定し、決定した切削量および切削方向で前記合わせ面を切削し、算出した幅方向の差分に基づいて前記シリンダヘッドの良否判定を行うステップと、
   を備える、エンジンの燃焼室容積の調整方法。
2. 前記シリンダヘッドは、前記凹部を複数有し、
   前記測定するステップでは、前記凹部ごとに表面の複数個所を前記変位計によって測定し、
   前記調整方法は、さらに、
   複数の前記凹部のうち任意の第１の凹部の複数の測定値に対して前記３次元形状データに基づく前記第１の凹部の表面の設計形状をフィッティングした状態で、前記第１の凹部と異なる第２の凹部の複数の測定値と前記３次元形状データに基づく前記第２の凹部の表面の設計形状との差分を算出するステップと、
   算出した前記第２の凹部の差分に基づいて前記シリンダヘッドの良否を判定するステップとを備える、請求項１に記載のエンジンの燃焼室容積の調整方法。
3. エンジンの燃焼室容積の調整方法であって、
   鋳造によって形成されたシリンダヘッドを準備するステップを備え、
   前記シリンダヘッドは、エンジンの燃焼室の一部を構成する、一列に配列された複数の凹部およびシリンダブロックとの合わせ面を有し、
   前記合わせ面は、目標となる燃焼室容積を有するように設計された前記シリンダヘッドの３次元形状データに対して削り代を有するように形成され、
   前記調整方法は、さらに、
   変位計を用いて前記凹部の表面の複数箇所および前記合わせ面の複数箇所を測定するステップと、
   前記合わせ面の複数の測定値に対して前記３次元形状データに基づく前記合わせ面の設計形状をフィッティングした状態で、前記凹部の各測定値と前記３次元形状データに基づく前記凹部の表面の設計形状との深さ方向の差分を算出するステップと、
   算出した深さ方向の差分に基づいて切削量を決定し、前記凹部の配列方向における前記算出した差分の値の変化傾向に基づいて前記合わせ面の切削方向をさらに決定し、決定した切削量および切削方向で前記合わせ面を切削し、算出した幅方向の差分に基づいて前記シリンダヘッドの良否判定を行うステップとを備える、エンジンの燃焼室容積の調整方法。
4. 前記シリンダヘッドは、前記凹部を複数有し、
   前記測定するステップでは、前記凹部ごとに表面の複数個所を前記変位計によって測定し、
   前記差分を求めるステップでは、前記凹部ごとに各測定値と前記３次元形状データに基づく設計形状との差分を求め、
   前記調整方法は、さらに、
   前記凹部ごとに求めた差分の値を比較することによって、前記シリンダヘッドの良否を判定するステップを備える、請求項３に記載のエンジンの燃焼室容積の調整方法。
5. 前記凹部の各測定値と前記３次元形状データに基づく前記凹部の表面の設計形状との差分の平均値を算出するステップをさらに備え、
   前記切削するステップでは、算出した前記差分の平均値に基づいて切削量を決定し、決定した切削量で前記合わせ面を切削する、請求項３に記載のエンジンの燃焼室容積の調整方法。

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