JPH1071514A - シリンダヘッドの加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バルブガイドの内外径の同心度の精度を向上
するとともに、バルブガイドとバルブシート面との同心
度の精度とを向上し、これらの加工を低コストで行なう
シリンダヘッドの加工方法を提供すること。 【解決手段】 仕上げ加工を施したバルブガイド５をシ
リンダヘッド１に圧入し、バルブガイド５の中心を該バ
ルブガイド５の軸方向複数箇所においてそれぞれ測定し
て、これらの測定値よりバルブガイド５の基準中心線に
対する該バルブガイド５の偏倚量を算出し、偏倚量に応
じてシリンダヘッド１またはバルブシート切削用工具９
の姿勢を修正して、バルブガイド５とバルブシート切削
用工具９との各中心線を互いに一致させ、該バルブシー
ト切削用工具９によりシートリング６に切削加工を行な
い、バルブシート面６ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
を構成するシリンダヘッドに装着されたシートリングに
切削加工を施すシリンダヘッドの加工方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エンジンに使用される吸排気バルブは、
シリンダヘッドに固定されたバルブガイドに支持されて
いる。吸排気バルブの先端の弁部は、シートリングに形
成されたバルブシート面に圧接することで燃焼室を閉塞
している。このバルブガイドやシートリングは、圧縮行
程時及び燃焼・膨張行程時に燃焼室を完全に閉塞する必
要があることから高い加工精度が要求されている。

【０００３】図５を参照して、バルブガイド及びシート
リングの加工方法を説明する。同図に示すように、加工
前のシリンダヘッド５０の各気筒には、筒状のバルブガ
イド５１及び環状のシートリング５２が吸排気バルブに
対応してそれぞれ固定されている。この状態において、
シリンダヘッド５０は、図示しない加工テーブル上に載
置されるとともに、シリンダヘッド５０の所定位置に設
けられた二つの位置決め穴５３に位置決めピン５４がそ
れぞれ嵌合されることによって位置決め固定されてい
る。

【０００４】一方、切削加工機５５において、加工ヘッ
ド５６には、中心部にバルブガイド５１の内周面を仕上
加工する仕上用リーマ５７が装着されるとともに、シー
トリング５２にバルブシート面５２ａを加工するシート
面用バイト５８が装着されている。切削加工機５５に
は、シリンダヘッド５０のバルブ数に応じて仕上用リー
マ５７及びシート面用バイト５８が複数装着されてい
る。

【０００５】切削加工時には、まず、加工テーブル上に
位置決め固定されたシリンダヘッド５０に対して、仕上
用リーマ５７を回転させるとともに前進させて、仕上用
リーマ５７によってバルブガイド５１の内周面を仕上加
工する。次に、仕上用リーマ５７を後退させるととも
に、シート面用バイト５８を回転させつつ前進させる。
シート面用バイト５８によってバルブシート面５２ａを
形成するとともに仕上加工を行なう。また、仕上用リー
マ５７及びシート面用バイト５８は、シリンダヘッド５
０のバルブ数分だけ切削加工機５５に装着されているの
で、シリンダヘッド５０に対して各気筒の各バルブが同
時に加工される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の加工方法では、
シリンダヘッドは、位置決め穴に位置決めピンを嵌合さ
れることによって位置決め固定されているので、位置決
めピンや位置決め穴の加工精度が低い場合には、シリン
ダヘッドは、その基準位置に対して偏倚して位置決めさ
れる。各気筒も、その基準線に対して偏倚して位置決め
されることになり、位置決め精度にバラツキが発生す
る。この状態で、シリンダヘッドの各気筒のバルブはそ
れぞれ同時に加工されるので、各バルブのバルブガイド
やバルブシート面の加工基準線はその基準線からずれる
ことになる。加工基準線が基準線からずれると、加工時
に仕上用リーマ及びシート面用バイトに負荷が加わり、
バルブガイドの内周面やバルブシートのシート面を高精
度に仕上加工することが困難であるという問題点があ
る。

【０００７】前述の加工方法に用いられる切削加工機
は、仕上用リーマとシート面用バイトとを備えている
が、これら両方を備えた切削加工機は、複雑な構成であ
り、非常に高価である。特に仕上用リーマに関する構成
が複雑である。また、機種ごとの専用機となるため他へ
の流用が極めて困難である。よって、加工設備及び加工
工具にかかる費用が高いという問題点がある。

【０００８】よって、本発明の目的は、バルブガイドの
内外径の同心度の精度を向上するとともに、バルブガイ
ドとバルブシート面との同心度の精度とを向上し、これ
らの加工を低コストで行なうシリンダヘッドの加工方法
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シリ
ンダヘッドに設けられたシートリングに、バルブガイド
と同心状のバルブシート面をバルブシート切削用工具を
用いて形成するシリンダヘッドの加工方法であって、ま
ず、バルブガイドの中心を該バルブガイドの軸方向複数
箇所においてそれぞれ測定して、これらの測定値よりバ
ルブガイドの傾斜角度を算出し、次に、この傾斜角度に
応じてシリンダヘッドまたはバルブシート切削用工具の
姿勢を修正して、バルブガイドとバルブシート切削用工
具との各中心線を互いに一致させ、さらに、バルブガイ
ドとバルブシート切削用工具との各中心線が一致した状
態で、該バルブシート切削用工具によりシートリングに
対してバルブシート面を形成するための切削加工を行な
う。

【００１０】請求項２の発明は、シリンダヘッドに設け
られたシートリングに、バルブガイドと同心状のバルブ
シート面を形成するシリンダヘッドの加工方法であっ
て、まず、シリンダヘッドの加工を行なうマシニングセ
ンタに、バルブガイドの中心を検出する測定用ユニット
と、シートリングを切削加工するバルブシート切削用工
具とを装備するとともに、測定用ユニットからの数値信
号に応じてワークの角度及び位置を変更可能であるワー
ク支持装置にシリンダヘッドを支持させ、次に、測定ユ
ニットによってバルブガイドの中心を該バルブガイドの
軸方向複数箇所においてそれぞれ測定し、これらの測定
値よりバルブガイドの傾斜角度を算出し、この傾斜角度
に基づく数値信号に応じて、ワーク支持装置によりシリ
ンダヘッドの角度及び位置を修正して、バルブガイドと
バルブシート切削用工具との各中心線を互いに一致さ
せ、バルブガイドとバルブシート切削用工具との各中心
線が一致した状態で、該バルブシート切削用工具により
シートリングに対してバルブシート面を形成するための
切削加工を行なう。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１または２記載
のシリンダヘッドの加工方法において、シリンダヘッド
に圧入されるバルブガイドに予め仕上げ加工を施す。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図面を参照し
て説明する。図１において、符号１は、シリンダヘッド
を示している。シリンダヘッド１は、このシリンダヘッ
ド１の支持姿勢を調整するとともに、位置決めするワー
ク支持装置２に支持されている。ワーク支持装置２は、
θ１軸、θ２軸、Ｘ軸及びＹ軸の４軸動作可能のＮＣ機
であり、θ１軸駆動手段、θ２軸駆動手段、Ｘ軸駆動手
段及びＹ軸駆動手段から構成されている。図１におい
て、θ１軸駆動手段、θ２軸駆動手段、Ｘ軸駆動手段及
びＹ軸駆動手段は、符号２０，２１，２２及び２３でそ
れぞれ示す。

【００１３】θ１軸駆動手段２０は、シリンダヘッド１
の長手方向に沿って配設されており、シリンダヘッド１
を図中、θ１方向に回転する。θ２軸駆動手段２１は、
シリンダヘッド１の下方に配設されており、シリンダヘ
ッド１を図中、θ２方向に回転する。Ｙ軸駆動手段２３
は、θ２軸駆動手段２１の下部に配設されており、θ１
軸駆動手段２０、θ２軸駆動手段２１及びシリンダヘッ
ド１を図中、Ｙ方向に移動する。Ｘ軸駆動手段２３は、
Ｙ軸駆動手段２２の下部に配設されており、θ１軸動手
段２０、θ２軸駆動手段２１、Ｙ軸駆動手段２２及びシ
リンダヘッド１を図中、Ｘ方向に移動する。

【００１４】図２（ａ），（ｂ）に示すように、シリン
ダヘッド１には、吸排気バルブを支持する複数の筒状の
バルブガイド５がそれぞれ圧入されているとともに、吸
排気バルブの弁部が圧接する複数の環状のシートリング
６がそれぞれ装着されている。バルブガイド５は、その
内周面に予め仕上げ加工が施されており、圧入による変
形量を考慮した寸法に仕上られている。

【００１５】バルブガイド５及びシートリング６に略対
向する位置には、加工ヘッド７を有するＮＣ加工機が配
設されている。加工ヘッド７には、バルブガイド５の中
心を検出する測定用ユニット８、または、シートリング
６を切削加工するバルブシート切削用工具９が装着可能
となっている。測定用ユニット８の先端には、バルブガ
イド５の孔内に挿脱可能な測定子８ａが設けられてい
る。測定用ユニット８には、測定子８ａにより測定され
た測定値に基づいてバルブガイドの基準中心線に対する
偏倚量を算出するコントローラ１０が接続されている。
偏倚量とは、基準中心線に対する傾斜角度及び位置ずれ
を含むものである。また、本実施例では、バルブガイド
の中心を測定するに際して、バルブガイドの中心線を基
準としたが、バルブガイドの中心線以外にバルブガイド
の基準を設けても良い。

【００１６】バルブシート切削用工具９の先端部には、
バルブシート面６ａを形成するシート面用バイト９ａ
と、バルブシート面６ａの前後を面取りする面取り用バ
イト９ｂ，９ｃとがそれぞれ設けられている。

【００１７】次に、シートリング６にバルブシート面６
ａを形成する手順について説明する。まず、仕上げ加工
を施したバルブガイド５を、吸排気バルブに対応してシ
リンダヘッド１にそれぞれ圧入する。シートリング６も
吸排気バルブに対応してシリンダヘッド１にそれぞれ取
り付ける。バルブガイド５及びシートリング６を取り付
けたシリンダヘッド１を、ワーク支持装置２に支持させ
る。ワーク支持装置２は、シリンダヘッド１を予め定め
られている基準位置で位置決めするとともに、シリンダ
ヘッド１をその位置で一時的に固定保持する。

【００１８】図２（ａ）に示すように、測定ユニット８
を加工ヘッド７に装着した後、測定ユニット８を、これ
から測定を行なうバルブガイド５の基準中心線上に移動
する。測定ユニット８が基準中心線上に移動した後、測
定ユニット８を前進させて測定子８ａをバルブガイド５
の孔内に挿入し、孔の入口近傍でバルブガイド５の中心
を測定する。加工ヘッド７は、さらに測定ユニット８を
前進させて、測定ユニット８により孔の出口近傍でバル
ブガイド５の中心を再度測定する。これらの測定値は、
コントローラ１０に出力される。コントローラ１０は、
この複数の測定値に基づいてバルブガイド５の中心線を
算出するとともに、この中心線とバルブガイド５の基準
中心線とを比較して基準中心線に対する偏倚量を算出す
る。この測定動作を全ての吸排気バルブのバルブガイド
５に対して行ない、各バルブに対する偏倚量データをコ
ントローラ１０内のメモリに記憶する。

【００１９】全ての吸排気バルブの測定終了後、図２
（ｂ）に示すように、バルブシート切削用工具９を加工
ヘッド７に装着する。装着完了後、バルブシート切削用
工具９を、バルブシート面６ａを加工するシートリング
６に対応するバルブガイド５の基準中心線上に移動す
る。一方、コントローラ１０は、各バルブに対する偏倚
量データをワーク支持装置２に出力する。ワーク支持装
置２は、これらの偏倚量データに基づいて、これからバ
ルブシート面６ａの加工が行なわれるシートリング６に
対応するバルブガイド５の中心線がその基準中心線に一
致するように、θ１軸、θ２軸、Ｘ軸及びＹ軸の４軸動
を駆動して、シリンダヘッド１の角度及び位置を修正す
る。

【００２０】シリンダヘッド１の角度及び位置の修正完
了後、バルブシート切削用工具９を、回転させつつ、シ
ートリング６に向かって送り出し、シート面用バイト９
ａによってシートリング６を切削加工してバルブシート
面６ａを形成する。図３に示すように、バルブシート面
６ａの形成と同時に、面取り用バイト９ｂ，９ｃによっ
てバルブシート面６ａの前後を面取り（６ｂ，６ｃ）す
る。このシリンダヘッド１の角度及び位置の修正と、シ
ートリング６の切削加工とを、全ての吸排気バルブのバ
ルブガイド５に対してそれぞれ行なう。なお、図３中、
符号１５はバルブを示す。

【００２１】よって、予め仕上加工を施したバルブガイ
ド５をシリンダヘッド１に圧入しているので、圧入後に
仕上加工する必要がなく、バルブガイド５の内周面は高
精度に仕上ることができる。また、バルブガイド５の中
心線を基準中心線に修正したのち、シートリング６にバ
ルブシート面６ａを形成するので、バルブガイド５とバ
ルブシート面６ａとの中心線を同軸上とすることができ
る。

【００２２】第２の実施例を図４に示し、この実施例に
ついて説明する。同図において、シリンダヘッド１は、
このシリンダヘッド１の支持角度を調整するとともに、
位置決めするワーク支持装置２５に支持されている。ワ
ーク支持装置２５は、θ１軸及びθ２軸の２軸動作可能
のＮＣ機であり、シリンダヘッド１を支持するアーム部
２６、θ１軸駆動手段２７及びθ２軸駆動手段２８から
構成されている。θ１軸駆動手段２７及びθ２軸駆動手
段２８は、図示しないモータをそれぞれ駆動源としてい
る。

【００２３】θ１軸駆動手段２７は、シリンダヘッド１
の側方のアーム部２６に配設されており、シリンダヘッ
ド１を図中、θ１方向に回転する。θ２軸駆動手段２８
は、アーム部２６の下部に配設されており、シリンダヘ
ッド１を図中、θ２方向に回転する。

【００２４】図４において、加工ヘッド３０は、数値制
御可能なマシニングセンタ３１の先端アーム部３２に取
り付けられている。マシニングセンタ３１は、Ｘ軸、Ｙ
軸及びＺ軸の３軸動作可能のＮＣ機であり、Ｘ軸駆動手
段３３、Ｙ軸駆動手段３４及びＺ軸駆動手段３５から構
成されている。

【００２５】Ｘ軸駆動手段３３は、図中、矢印Ｘ方向に
延設されたスライドレール３３ａと、このスライドレー
ル３３ａ上を移動する可動テーブル３３ｂと、この可動
テーブル３３ａを移動させる図示しない駆動手段とから
構成されている。Ｙ軸駆動手段３４も、図中、矢印Ｙ方
向に沿ってＸ軸駆動手段３３と同様に構成されており、
Ｚ軸駆動手段３５も、紙面に対して垂直方向（Ｚ方向）
に沿ってＸ軸駆動手段３３と同様に構成されている。

【００２６】Ｘ軸駆動手段３３の可動テーブル３３ｂに
は、このＸ軸駆動手段３３の移動方向に対して直交方向
に移動可能なＹ軸駆動手段３４が取り付けられている。
Ｙ軸駆動手段３４の可動テーブル３４ａには、Ｘ軸駆動
手段３３及びＹ軸駆動手段３４の各移動方向に対してそ
れぞれ直交する方向に移動可能なＺ軸駆動手段３５が取
り付けられている。

【００２７】次に、バルブシート面６ａをシートリング
６に形成する手順について説明するが、第１の実施例の
手順と略同様なので、相違する点について説明する。ま
ず、バルブガイド５に対して中心線を算出し、この中心
線とバルブガイド５の基準中心線とを比較して基準中心
線に対する偏倚量、すなわち、角度ずれ及び位置ずれを
算出する。

【００２８】基準中心線に対する角度ずれは、ワーク支
持装置２５のθ１軸駆動手段２７及びθ２軸駆動手段２
８によりシリンダヘッド１をθ１方向及びθ２方向にそ
れぞれ回転移動させることによって修正される。基準中
心線に対する位置ずれは、マシニングセンタ３１のＸ軸
駆動手段３３、Ｙ軸駆動手段３４及びＺ軸駆動手段３５
によりシリンダヘッド１をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に
それぞれ移動させることによって修正される。

【００２９】シリンダヘッド１の角度及び位置の修正完
了後、すなわち、バルブガイド５の中心線がその基準中
心線に一致したのち、シート面用バイト９ａによってシ
ートリング６を切削加工してバルブシート面６ａを形成
する。上述した偏倚量の算出及び切削加工は、予め定め
られた順に従って、全ての吸排気バルブについて個別に
実行する。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、仕上げ加工を施したバルブガイドをシリンダヘ
ッドに圧入し、バルブガイドの中心を該バルブガイドの
軸方向複数箇所においてそれぞれ測定して、これらの測
定値よりバルブガイドの基準中心線に対する該バルブガ
イドの偏倚量を算出し、偏倚量に応じてシリンダヘッド
またはバルブシート切削用工具の姿勢を修正して、バル
ブガイドとバルブシート切削用工具との各中心線を互い
に一致させ、バルブガイドとバルブシート切削用工具と
の各中心線が一致した状態で、該バルブシート切削用工
具によりシートリングに切削加工を行なうので、バルブ
ガイドと同心状のバルブシート面がシートリングに形成
される。したがって、バルブガイドの内外径の同心度も
高精度に維持できるとともに、バルブガイドの内周面も
高精度の仕上りを維持できる。また、バルブガイドの中
心線を基準中心線に修正したのち、バルブシート面が仕
上加工されるので、バルブシート面を高精度に仕上加工
することができる。

【００３１】請求項２の発明によれば、シリンダヘッド
の加工を行なうマシニングセンタに、バルブガイドの中
心を検出する測定用ユニットと、シートリングを切削加
工するバルブシート切削用工具とを装備するとともに、
シリンダヘッドをその角度及び位置を変更可能であるワ
ーク支持装置に支持させ、仕上げ加工を施したバルブガ
イドをシリンダヘッドに圧入し、測定ユニットによって
バルブガイドの中心を該バルブガイドの軸方向複数箇所
においてそれぞれ測定し、これらの測定値よりバルブガ
イドの基準中心線に対する偏倚量を算出し、偏倚量に基
づく数値信号に応じて、ワーク支持装置によりシリンダ
ヘッドの角度及び位置を修正して、バルブガイドとバル
ブシート切削用工具との各中心線を互いに一致させ、バ
ルブガイドとバルブシート切削用工具との各中心線が一
致した状態で、該バルブシート切削用工具によりシート
リングに切削加工を行なうので、バルブガイドと同心状
のバルブシート面がシートリングに形成される。したが
って、マシニングセンタを活用することにより、加工設
備にかかる費用を低減することができ、他機種への流用
も可能になり汎用性を向上することができる。

【００３２】請求項３の発明によれば、シリンダヘッド
に圧入されるバルブガイドに仕上げ加工が施されている
ので、シリンダヘッドへの圧入後のバルブガイドの内周
面を仕上加工する必要がなくなり、バルブシート面の形
成行程において、バルブガイドの内周面の仕上用リーマ
を切削加工機から排除することができ、加工設備及び加
工工具にかかる費用を低減することができ、仕上用リー
マの作業行程も必要なくなるので、生産性を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す、ワーク支持装置
の正面図である。

【図２】バルブ取付部と測定ユニットとの拡大図であ
り、（ａ）はバルブガイドの中心の測定を説明図を、
（ｂ）はバルブシート面の形成を説明図をそれぞれ示
す。

【図３】バルブシート面近傍のシートリングの拡大図断
面である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す、ワーク支持装置
とマシニングセンタとの平面図である。

【図５】従来のバルブガイド及びシートリングの加工方
法を説明するための該略図である。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２，２５ ワーク支持装置 ５ バルブガイド ６ シートリング ６ａ バルブシート面 ７，３０ 加工ヘッド ８ 測定用ユニット ９ バルブシート切削用工具 １０ コントローラ ２０，２７ θ１軸駆動手段 ２１，２８ θ２軸駆動手段 ２２，３３ Ｘ軸駆動手段 ２３，３４ Ｙ軸駆動手段 ３１ マシニングセンタ ３５ Ｚ軸駆動手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドに設けられたシートリング
   に、バルブガイドと同心状のバルブシート面をバルブシ
   ート切削用工具を用いて形成するシリンダヘッドの加工
   方法であって、 上記バルブガイドの中心を該バルブガイドの軸方向複数
   箇所においてそれぞれ測定して、これらの測定値より上
   記バルブガイドの傾斜角度を算出し、 上記傾斜角度に応じて上記シリンダヘッドまたは上記バ
   ルブシート切削用工具の姿勢を修正して、上記バルブガ
   イドと上記バルブシート切削用工具との各中心線を互い
   に一致させ、 上記バルブガイドと上記バルブシート切削用工具との各
   中心線が一致した状態で、該バルブシート切削用工具に
   より上記シートリングに対して上記バルブシート面を形
   成するための切削加工を行なうことを特徴とするシリン
   ダヘッドの加工方法。
2. 【請求項２】シリンダヘッドに設けられたシートリング
   に、バルブガイドと同心状のバルブシート面を形成する
   シリンダヘッドの加工方法であって、 上記シリンダヘッドの加工を行なうマシニングセンタ
   に、上記バルブガイドの中心を検出する測定用ユニット
   と、上記シートリングを切削加工するバルブシート切削
   用工具とを装備し、 上記測定用ユニットからの数値信号に応じてワークの角
   度及び位置を変更可能であるワーク支持装置に上記シリ
   ンダヘッドを支持させ、 上記測定ユニットによって上記バルブガイドの中心を該
   バルブガイドの軸方向複数箇所においてそれぞれ測定
   し、これらの測定値より傾斜角度を算出し、 上記傾斜角度に基づく数値信号に応じて、上記ワーク支
   持装置により上記シリンダヘッドの角度及び位置を修正
   して、上記バルブガイドと上記バルブシート切削用工具
   との各中心線を互いに一致させ、 上記バルブガイドと上記バルブシート切削用工具との各
   中心線が一致した状態で、該バルブシート切削用工具に
   より上記シートリングに対して上記バルブシート面を形
   成するための切削加工を行なうことを特徴とするシリン
   ダヘッドの加工方法。
3. 【請求項３】上記シリンダヘッドに圧入される上記バル
   ブガイドに、仕上げ加工が施されていることを特徴とす
   る請求項１または２記載のシリンダヘッドの加工方法。