JP2004116323A - シリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッド内部のシャフトの保持孔を寸法精度良く形成配置させることのできるシャフト保持孔の形成方法を提供すること。
【解決手段】本発明のシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法は、シリンダヘッド１００内部に保持されるシャフト１０６を所定間隔毎に保持する複数の保持孔１０５を形成するもので、各保持孔１０５が穿孔される部分が複数の分離部材１０１として予めシリンダヘッド本体１０３から分離されており、複数の該分離部材１０１が互いに接した状態で並べられ、並べられた複数の分離部材１０１の全てを貫通するように保持孔１０５を穿孔し、各分離部材１０１の保持孔１０５にシャフト１０６を挿通させた状態で該分離部材１０１を所定間隔毎にシリンダヘッド本体１０３に固定することを特徴としている。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッド内部に保持されるシャフトを所定間隔毎に保持する複数の保持孔を形成する形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダヘッド内部には、カムシャフトやロッカーアームの揺動支点となるロッカーシャフトなどのシャフトが配置される。近年になって、吸排気バルブのバルブリフト量を可変制御する機構も実用化されており、これらの機構ではバルブリフト量の切替にコントロールロッドと呼ばれるシャフトを利用したりする場合もある。これらのシャフトは、各シリンダ毎に配設される吸排気バルブを避けて所定間隔毎に複数箇所の保持孔によって保持される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７７１２８号公報
【特許文献２】
特開平７−５１９６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したシャフト類はシリンダ配列方向の全長にわたって配列され、所定間隔毎に各保持孔で保持される。必然的に、複数の保持孔は所定間隔おきに配置される。また、各シャフトは、ロッカーシャフトのようにスライドや回転を要しないものもあるが、上述したコントロールロッドのようにその軸心方向にスライドするものや、カムシャフトのように高速回転するものもある。何れの場合も（スライドや回転を伴う場合は特に）シャフトを保持するために各保持孔は一直線上に正確に形成される必要がある。
【０００５】
しかし、長いスパン中で所定間隔毎に保持孔を形成する（例えば、直列四気エンジンで４００ｍｍ程度のスパンを両端含め五カ所に保持孔を形成する）に際して、保持孔を一直線上に配置するのは製造上難しい。特に、外径の細いシャフトを保持する保持孔を形成させる場合、保持孔を穿孔するドリルの太さが細く、所定間隔毎に保持孔を穿孔する際に撓みが生じやすく、保持孔を一直線上に穿孔することはより難しくなる。従って、本発明の目的は、シリンダヘッド内部のシャフトの保持孔を寸法精度良く形成配置させることのできる、シリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法は、シリンダヘッド内部に保持されるシャフトを所定間隔毎に保持する複数の保持孔を形成するもので、各保持孔が穿孔される部分が複数の分離部材として予めシリンダヘッド本体から分離されており、複数の該分離部材が互いに接した状態で並べられ、並べられた複数の分離部材の全てを貫通するように保持孔を穿孔し、各分離部材の保持孔にシャフト又は該シャフトに相当する棒状治具を挿通させた状態で該分離部材を所定間隔毎にシリンダヘッド本体に固定することを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載のシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法は、シリンダヘッド内部に保持されるシャフトを所定間隔毎に保持する複数の保持孔を形成するもので、各保持孔が穿孔される部分が複数の分離部材として予めシリンダヘッド本体から分離されており、複数の該分離部材が互いに接した状態で並べられ、並べられた複数の分離部材の全てを貫通するように保持孔の仮孔を穿孔し、各分離部材の仮孔にシャフトに相当する棒状治具を挿通させた状態で該分離部材を所定間隔毎にシリンダヘッド本体に固定し、棒状治具を除去した後に仮孔を保持孔として仕上げ穿孔することを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法において、保持孔を穿孔する部分に、予めテーパー部を形成させておくことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法の実施形態について以下に説明する。本実施形態では、カムシャフトの保持孔（以下、カムシャフト孔と言う）と、ロッカーアームの揺動軸となるロッカーシャフトの保持孔（以下、ロッカーシャフト孔と言う）と、バルブリフト制御用のコントロールロッド（シャフト）の保持孔（以下、ロッド孔と言う）と三種類の保持孔を形成させる。
【００１０】
まず、保持孔を形成した後のシリンダヘッドの状態について説明し、その後、その保持孔をどのようにして形成させるかの方法について説明する。まず、三種類のシャフトについてであるが、カムシャフト及びロッカーシャフトについてはごく一般的なシャフトであり、これらのシャフトについての詳しい説明は不要と思われる。しかし、本実施形態におけるコントロールロッドについては、発明者らが発明した新規な構造であるため、簡単に説明しておく。
【００１１】
このコントロールロッドは、吸排気バルブ（ここでは吸気バルブ）のバルブリフトを可変制御するためのものである。図１及び図２にこの機構を示す。このバルブ制御機構が組み込まれるエンジンは直列４気筒エンジンである。そして、各シリンダ毎に一対の吸気バルブ１が配される。第一ロッカーアーム２と一対の吸気バルブ１とは互いに当接されている。各第一ロッカーアーム２に隣接して、第二ロッカーアーム３がそれぞれ配設されている。この部分を、図２を参照して詳しく説明する。
【００１２】
図２では、図を見やすくするために、二つのロッカーアームの間の距離を多少広くして示してある。第一ロッカーアーム２と第二ロッカーアーム３との間の実際の距離は、図２中上方に示されているカムシャフト４の第一カム４０と第二カム４１との距離に等しい。第二カム４１の方が、第一カム４０よりも大きくされている。第一ロッカーアーム２及び第二ロッカーアーム３は、揺動支点となるロッカーシャフト（図２には図示せず）が挿通される挿通孔２０，３０をそれぞれ有している。
【００１３】
また、第一ロッカーアーム２及び第二ロッカーアーム３は、上述した第一カム４０及び第二カム４１とそれぞれ接触するローラベアリング２１，３１を有している。また、第一ロッカーアーム２は、挿通孔２０とは反対側の端部が二股に形成されており、それぞれの先端に吸気バルブ１を押し下げるアームエンド部２２を有している。第一ロッカーアーム２は、バルブスプリングによって上方に付勢される。第二ロッカーアーム３は、特別に設けられたスプリングによって上方に付勢されている。
【００１４】
第一ロッカーアーム２は、上述した挿通孔２０の上方側にピン挿通孔２３を有している。また、第二ロッカーアーム３も、同様の位置、即ち、上述した挿通孔３０の上方側にピン挿通部３３を有している。ピン挿通孔２３は、第一ロッカーアーム２の揺動平面に対して垂直に形成されており。ピン挿通孔２３には、連結ピン５が挿通されている。連結ピン５は、通常時はスプリング６によってその先端がピン挿通孔２３の内部に位置するようにされている。この状態であると、第一ロッカーアーム２は第一カム４０によってのみ駆動され、これによって吸気バルブ１が駆動される。このとき、第二ロッカーアーム３は第二カム４１によって駆動されるが、単にそれ自身だけで揺動しており、吸気バルブ１の駆動とは無縁となっている。
【００１５】
しかし、図２中点線によって示されているように、後述するコントロールロッド７のスライドによって連結ピン５が第二ロッカーアーム３側に突出されると、ピン挿通孔２３とピン挿通部３３とが一直線上に並んだときに連結ピン５の先端はピン挿通部３３の内部に挿入される。この結果、第一ロッカーアーム２と第二ロッカーアーム３とが一体化された状態となる。この状態となると、第一カム４０よりも一回り大きい第二カム４１によって吸気バルブ１が駆動される。
【００１６】
次に、コントロールロッド７による連結ピン５のスライドについて、図１に基づいて説明する。コントロールロッド７は、シリンダの配列方向に、即ち、カムシャフト４と平行に配されている。コントロールロッド７には、一対の鍔状のストッパ７０ａ，７０ｂが固定されている。この一対のストッパ７０ａ，７０ｂの間には、スライド可能なスライド部材７１が配設されている。スライド部材７１は、スプリング７２ａによって、図１中左方に付勢されている。
【００１７】
スライド部材７１からは、アーム部７１ａが延設されている。アーム部７１ａの先端は、スプリング６によって図１中右方に付勢されている連結ピン５の基端側と当接している（非動作時は非接触でもよい）。連結ピン５は、コントロールロッド７と平行に位置している。コントロールロッド７全体は、その全長の複数箇所でシリンダヘッド側に形成されたカムキャップ１０１において保持されている。各カムキャップ１０１にはロッド孔１０２がそれぞれ穿孔されている。
【００１８】
コントロールロッド７の端部には、中間部材７７を介して負圧アクチュエータ７８のロッドが結合されている。負圧アクチュエータ７８によって、中間部材７７を介して、コントロールロッド７を図１中左方に引っ張るとコントロールロッド７全体を移動させることができる。各連結ピン５は、第一ロッカーアーム２の上下動（揺動）と共に移動しつつ、その基端部がスライド部材７１のアーム部７１ａの先端で押されることになる。そして、ピン挿通孔２３とピン挿通部３３とが一直線となったものから、連結ピン５が順次挿通されて第一ロッカーアーム２と第二ロッカーアーム３とが連結される。各シリンダ毎に、ロッカーアーム２，３の上下動のタイミングは異なるが、このようにスプリング６及びスプリング７２ａを用いることで、連結ピン５を順次挿通させることができる。
【００１９】
次に、シリンダヘッド１００の構造を図３及び図４に示す。図３及び図４に示されるように、シリンダヘッド本体１０３と分離可能な複数のカムキャップ（分離部材）１０１が、シリンダヘッド本体１０３に複数のボルトによって固定されている。なお、図３は、理解を容易にするため、シリンダヘッド本体１０３とカムキャップ１０１とを分離させた状態で示してある。図４（ａ）に示されるように、カムキャップ１０１は、カムキャップアッパ１０１Ｕとカムキャップロア１０１Ｌとに分割可能となっている。
【００２０】
そして、カムキャップアッパ１０１Ｕとカムキャップロア１０１Ｌとの分割部に一対のカムシャフト孔１０４と上述したロッド孔１０２とが形成されている。また、カムキャップロア１０１Ｌには、一対のロッカーシャフト孔１０５が形成されている。一対のカムシャフト孔１０４には、吸気バルブ側のカムシャフト４と排気バルブ側のカムシャフトとが挿通される。ロッド孔１０２には、上述したようにコントロールロッド７が挿通される。一対のロッカーシャフト孔１０５には、吸気バルブ側・排気バルブ側のロッカーシャフト１０６がそれぞれ挿通される。
【００２１】
カムキャップアッパ１０１Ｕとカムキャップロア１０１Ｌとは、複数のボルト１０７によって一体化され、さらに、ボルト１０８によってシリンダヘッド本体１０１に固定されている。カムキャップ１０１とシリンダヘッド本体１０３との間に位置決めは、カムキャップロア１０１Ｌの下面から突出されたノックピン１０９と、シリンダヘッド本体１０３側に形成された孔部とによって行われている。なお、複数のロッカーシャフト孔１０５は、図４（ａ）に示されるように、ボルト１０８によって一部ケラレが生じるが、ロッカーシャフト１０６は回転やスライドしないため、ロッカーシャフト１０６にボルト１０８をよける凹部を設けておけば問題ない。
【００２２】
次に、上述した構造のシリンダヘッド１００におけるシャフト保持孔（カムシャフト孔１０４，ロッカーシャフト孔１０５，ロッド孔１０２）を精度良く形成させる本実施形態の形成方法について説明する。
【００２３】
まず、まだ保持孔（カムシャフト孔１０４，ロッカーシャフト孔１０５，ロッド孔１０２）の穿孔されていない状態の複数のカムキャップ１０１（カムキャップアッパ１０１Ｕとカムキャップロア１０１Ｌとは結合させておく）を重ね、互いに接した状態とする。このとき、各カムキャップ１０１は、図３のように本来の取付状態の個々の間隔を詰めた状態とされる。この状態とするのに、治具などを用いると良い。この治具には、各カムキャップ１０１のノックピン１０９と契合する孔が形成されており、複数のカムキャップ１０１を重ね合わせた状態で保持させることができる。
【００２４】
次に、この互いに接する状態で並べられた複数のカムキャップの全てを貫通するように、各保持孔（カムシャフト孔１０４，ロッカーシャフト孔１０５，ロッド孔１０２）をドリルを用いて穿孔する。このようにすることで、長さの短いドリルを用いることができ、ドリルの撓みによる寸法精度の悪化を回避することができる。なお、カムキャップ１０１間に隙間があるような状態（例えば、カムキャップ１０１がシリンダヘッド本体１０３に既に固定された状態）で穿孔すると、硬い部分（カムキャップ１０１部分）と硬くない部分（カムキャップ１０１間の空間部分）とが交互に生じるため、硬くない部分でのドリルの撓みやブレが生じやすくなり、寸法精度が悪化（各保持孔の中心がズレたり保持孔の穿孔方向が斜めになったり等）するおそれがある。ここでは、一つの塊を貫通するように保持孔を穿孔させるので、このような撓みやブレを効果的に回避できる。
【００２５】
このような撓みやブレによる寸法精度の悪化は、穿孔する保持孔が大きい場合、例えば、カムシャフト孔１０４程度の大きさ（例えば、φ２７ｍｍ）やロッカーシャフト孔１０５程度の大きさ（例えば、φ１６ｍｍ）であれば、あまり問題とならない場合もあり得る。即ち、このような大きな内径の保持孔であれば、穿孔時に使用する工具（ドリルなど）の径も大きくなるので、撓みやブレも生じにくいからである。しかし、ロッド孔１０２のような小径の孔（例えば、φ８ｍｍ）の場合は、穿孔時に使用する工具の径が小さく、撓みやブレも生じ易くなるので、この方法は特に有効である。また、上述した比較的大径の保持孔に対しても、寸法精度向上の効果がある。
【００２６】
次いで、穿孔した各保持孔（カムシャフト孔１０４，ロッカーシャフト孔１０５，ロッド孔１０２）に各シャフト（カムシャフト４，ロッカーシャフト１０６，コントロールロッド７を挿通し、この状態でボルト１０８を用いてカムキャップ１０１をシリンダヘッド本体１０３に固定する。なお、ここで、シャフト自体を用いずに、シャフトに相当する棒状治具を用いても良い。このように、予めシャフトを複数のカムキャップ１０１に挿通させておくことで、カムキャップ１０１同士の位置決めが行われるため、高精度に穿孔した保持孔を寸法精度良くシリンダヘッド本体１０３に対して固定することができる。
【００２７】
さらに、ここでは、ロッド孔１０２の周囲に、図４（ｂ）に示されるようなテーパー部１０２ａが形成されている。コントロールロッド７は、その軸心に沿ってスライドされるシャフトである。このため、スライドに伴ってロッド孔１０２に噛み込まないようにこのようなテーパー部１０２ａを形成させておくことが好ましい。ここで、テーパー部１０２ａをロッド孔１０２を穿孔した後に研削加工するのは手間がかかる。
【００２８】
一方、ロッド孔１０２の穿孔以前からこの部分にテーパー部１０２ａを形成させておいて後からロッド孔１０２を穿孔させる場合、従来のようにカムキャップ１０１間に隙間が形成されているような状況では、上述した撓みやブレが生じやすいので、このテーパー部１０２ａによって穿孔のための工具（ドリルなど）の先端が案内されてしまい、穿孔するロッド孔１０２の寸法精度が悪化すると言うことがあった。上述したように、このようなことは、保持孔の内径が小さい場合により顕著であった。
【００２９】
しかし、上述した方法によれば、カムキャップ１０１同士が接触した状態で並べられているため、穿孔用のドリルなどの工具は自分自身が穿孔した一つ前の保持孔（ここではロッド孔１０２）によって案内され、テーパー部１０２ａの影響をほとんど受けない。この結果、テーパー部１０２ａを効率よく形成させることができる。例えば、保持孔を穿孔する前のカムキャップ１０１を型を用いて製造するような場合は、予め成形時にテーパー部１０２ａを形成させることも可能となる。
【００３０】
なお、カムキャップ（分離部材）１０１を接触した状態で並べるとあるが、互いのカムキャップ１０１の表面が全て接触している必要はなく、互いのカムキャップ１０１の表面の一部が接触して並べられていれば、上述した効果が得られる。即ち、カムキャップ（分離部材）１０１を接触した状態で並べ他場合であっても、多少の隙間は生じ得る。
【００３１】
上述した実施形態では、当初から精度良く各保持孔（カムシャフト孔１０４，ロッカーシャフト孔１０５，ロッド孔１０２）をカムキャップ（分離部材）１０１に穿孔し、各保持孔に各シャフトを挿通させつつカムキャップをシリンダヘッド本体に固定した。しかし、予め穿孔する孔を仮孔（寸法精度的に多少荒い孔であり、最終的な内径よりも小さめの内径の孔）とし、この仮孔にシャフト相当の治具を挿通させつつ、カムキャップをシリンダヘッド本体に固定し、その後、寸法的に正確な各保持孔を穿孔するようにしても良い。
【００３２】
この場合は、ドリルなどで保持孔を穿孔する場合には長さの長いドリルが必要となるが、既に仮孔が穿孔されているためにドリルの撓みは発生せず、精度良く各保持孔を形成させることができる。また、カムキャップ（分離部材）１０１をシリンダヘッド本体１０３に固定させてから、寸法精度の良い保持孔を穿孔させるので寸法精度をより一層向上させることも可能である。
【００３３】
本発明のバルブ制御機構は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、直列エンジンに適用した場合を例にして説明したが、他の形態のエンジンに対しても適用し得る。例えば、Ｖ型エンジンであれば、各バンク毎に適用することができる。また、上述した実施形態では、吸気バルブの制御機構に組み込んだ場合を例にして説明したが、排気バルブに対して適用しても良いし、吸排気バルブの双方に対して同時に適用しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法によれば、シリンダヘッド内部のシャフトの保持孔を寸法精度良く形成配置させることができる。この結果、シャフトを用いた制御を確実に機能させることができる。また、保持孔の形成をより効率よく行えるため、製造効率を向上させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形成方法によって保持孔を形成するシャフト（コントロールロッド）周辺の機構を示す構成図である。
【図２】図１のロッカーアーム部分を拡大して示す分解斜視図である。
【図３】本発明の形成方法によってシャフト保持孔を形成したシリンダヘッドを示す分解斜視図である。
【図４】（ａ）はシャフトに垂直な平面でのシリンダヘッドの断面図であり、（ｂ）は保持孔の軸に平行な切断面での断面図である。
【符号の説明】
４…カムシャフト（シャフト）、７…コントロールロッド（シャフト）、１００…シリンダヘッド、１０１…カムキャップ（分離部材）、１０１Ｕ…カムキャップアッパ、１０１Ｌ…カムキャップロア、１０１…シリンダヘッド本体、１０２ａ…テーパー部、１０２…ロッド孔（保持孔）、１０３…シリンダヘッド本体、１０４…カムシャフト孔（保持孔）、１０５…ロッカーシャフト孔（保持孔）、１０６…ロッカーシャフト（シャフト）、１０７，１０８…ボルト、１０９…ノックピン。

Claims (3)

1. シリンダヘッド内部に保持されるシャフトを所定間隔毎に保持する複数の保持孔を形成する形成方法において、
   各保持孔が穿孔される部分が複数の分離部材として予めシリンダヘッド本体から分離されており、複数の該分離部材が互いに接した状態で並べられ、並べられた複数の前記分離部材の全てを貫通するように前記保持孔を穿孔し、各分離部材の前記保持孔に前記シャフト又は該シャフトに相当する棒状治具を挿通させた状態で該分離部材を所定間隔毎に前記シリンダヘッド本体に固定することを特徴とするシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法。
2. シリンダヘッド内部に保持されるシャフトを所定間隔毎に保持する複数の保持孔を形成する形成方法において、
   各保持孔が穿孔される部分が複数の分離部材として予めシリンダヘッド本体から分離されており、複数の該分離部材が互いに接した状態で並べられ、並べられた複数の前記分離部材の全てを貫通するように前記保持孔の仮孔を穿孔し、各分離部材の前記仮孔に前記シャフトに相当する棒状治具を挿通させた状態で該分離部材を所定間隔毎に前記シリンダヘッド本体に固定し、前記棒状治具を除去した後に前記仮孔を前記保持孔として仕上げ穿孔することを特徴とするシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法。
3. 前記保持孔を穿孔する部分に、予めテーパー部を形成させておくことを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッド部のシャフト保持孔の形成方法。

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