JP5040029B2 - バルブシート形成用シリンダヘッド支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッドに配列された複数のバルブシート部に金属粉末を供給しながら該金属粉末にレーザ光を照射して溶融した後に固化させることで肉盛部を形成するために該シリンダヘッドを支持するバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置に関する。

シリンダヘッドに直線状に配列して設けた複数のバルブシート部のそれぞれのレーザ肉盛り加工による被形成面を実質的に水平となるよう支持するシリンダヘッド支持台及び、シリンダヘッドを、形成すべきバルブシート部の軸線を中心にシリンダヘッド支持台と共に、レーザ肉盛り加工時に回転させる回転駆動機構をそれぞれ備えた支持部と、シリンダヘッド支持台に対し係脱可能とする連結部を備え、かつこの連結部をシリンダヘッド支持台に対して連結した状態でシリンダヘッドを、バルブシート部の配列方向にシリンダヘッド支持台と共に、形成すべきバルブシート部の軸線に回転駆動機構の回転軸線が整合した状態となるようスライド移動させて移動位置決めする位置決め部とを有するバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置が知られている（特許文献１参照）。

尚、従来から前記形成すべきバルブシート部、すなわち肉盛り部のシリンダヘッドの母材料と肉盛り部にできあがった組織との材料的な品質の向上及び安定のために、シリンダヘッド全体を常温よりも高い一定の温度にするように、一定の温度の予熱を掛けることが実施されている。
特許第３６４１９０４号公報

上記従来技術では、比較的高温のレーザ光による肉盛り加工により、シリンダヘッドに熱変形が生じてバルブシート部の位置が変位することがある。従って、シリンダヘッドをスライド移動させて移動位置決めしてするレーザ肉盛り加工はバルブシート部の位置に対して位置精度が低い加工となる場合がある。

そこで、シリンダヘッドの熱変形の影響を除去するために、シリンダヘッドのレーザ肉盛り加工前に、シリンダヘッド全体を常温よりも高い一定の温度にしてレーザ光による熱影響を受ける肉盛り部とシリンダヘッド全体の温度との差温を小さくするように、材料的な品質の向上及び安定を兼ねた、位置精度的な品質の向上及び安定のための一定の温度の予熱を均一に掛けて予め熱変形したシリンダヘッドのバルブシート部の位置を予測することが考えられる。

しかし、予熱温度にばらつきがある場合には、熱変形したシリンダヘッドのバルブシート部の位置を予測することが困難になる。また、シリンダヘッドに掛ける予熱はシリンダヘッド全体が均一の温度になることによって、熱変形したシリンダヘッドのバルブシート部の位置を予測する精度が高まるが、シリンダヘッド全体が均一の温度になるのには時間が掛かるという問題がある。

本発明は、シリンダヘッドのバルブシート部に対するレーザ肉盛り加工の位置精度を向上することができるバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置を提供することを目的とする。

本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置は、シリンダヘッドに配列された複数のバルブシート部に金属粉末を供給しながら該金属粉末にレーザ光を照射して溶融した後に固化させることで肉盛り部を形成するために該シリンダヘッドを支持するバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置であって、前記シリンダヘッドを支持する支持手段と、前記支持手段に設けられ、前記シリンダヘッドの前記肉盛り部が形成されるバルブシート部に対応するバルブステムのガイド穴に挿入する位置決めピンを基準として前記シリンダヘッドを位置決めする位置決め手段と、前記位置決め手段で位置決めされた前記シリンダヘッドを前記バルブステムのガイド穴の軸線回りに回転させる回転手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、位置決め手段の位置決めピンにより位置決めされたシリンダヘッドが、シリンダヘッドの肉盛り部が形成されるバルブシート部に対応するバルブステムのガイド穴の軸線回りに回転される。従って、シリンダヘッドのバルブシート部に対するレーザ肉盛り加工の位置精度を向上することができる。

また、本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置は、前記回転手段には、前記シリンダヘッドのマニホールドを介して、前記バルブシート部近傍の大気を吸引する吸引手段、又は前記バルブシート部に対してガスを供給するガス供給手段を有することが好ましい。

この好ましい形態によれば、シリンダヘッドのバルブシート部がレーザ肉盛り加工のレーザ光により加熱された場合、バルブシート部近傍の大気を吸引するか又はバルブシート部に対してガスを供給してシリンダヘッドを冷却するため、シリンダヘッドのバルブシート部に対する熱の影響を小さくすることができる。

図１は、本発明に適用されるシリンダヘッドを示す斜視図である。シリンダヘッド１０は、直方体状に形成されている。シリンダヘッド１０には、複数のシリンダに対応するシリンダヘッド凹部１２が形成されている。シリンダヘッド凹部１２には、シリンダに給気するため又はシリンダから排気するための一方のポート１４と他方のポート１５が形成されている。また、シリンダヘッド１０には、シリンダに給気するため又はシリンダから排気するための通路で一方のポート１４又は他方のポート１５と連通しているマニホールド１６が形成されている。一方のポート１４及び他方のポート１５の内周面には、バルブが当接するバルブシート部１８が形成されている。

シリンダヘッド１０は、パレット２０に４箇所のクランプアーム２１で固定されている。パレット２０は、下端に２対の基準面２２，２４を有すると共に上端に有するこの水平な基準面２６を有する。シリンダヘッド１０は、パレット２０の上端に水平な基準面２６に固定されている。パレット２０の下端に２対の基準面２２，２４は、１対の基準面２２が、パレット２０の左側の２本の脚２２ａ，２２ｂの下面に形成され、他の１対の基準面２４が、パレット２０の右側の２本の脚２４ａ，２４ｂの下面に形成されている。

図２、図３は、本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置を説明するための図である。バルブシート形成用シリンダヘッド支持装置３０は、パレット２０、位置決め機構３２、シリンダヘッド回転機構３４、チルト機構３５、及び支持台４２から概略構成されている。

位置決め機構３２は、シリンダ３６及び位置決めピン３８から構成されている。位置決めピン３８は、シリンダヘッド１０のレーザ肉盛り加工がされるバルブシート部１８に対応するバルブステムのガイド穴４０に嵌合するように挿入されてシリンダヘッド１０を位置決めする。位置決め機構３２の位置決めピン３８はシリンダ３６で進退される。

前述のシリンダに吸気するため又はシリンダから排気するためのバルブは、この軸線を中心に径方向に対照である。この軸線に延在するバルブステムは、シリンダヘッドに設けられたバルブステムのガイド穴４０を摺接して、バルブを支えている。バルブステムが摺動しつつバルブが開閉しながら、バルブが開状態のときに、バルブシート部にバルブが当接する訳である。バルブステムのガイド穴４０の軸線に当該バルブシート部は、対象形状をしている。

レーザ肉盛り加工は、金属粉末を供給しながらこの金属粉末にレーザ光を照射して溶融した後に固化させることで肉盛り部を形成する加工である。レーザ肉盛り加工に際しては、溶融した金属粉末を冷却するように、シリンダヘッド１０のマニホールド１６を介してバルブシート部１８に対してガスを供給するか、又はマニホールド１６を介してバルブシート部１８近傍の大気を吸引する。金属粉末としては、耐熱性及び耐摩耗性に優れた例えば銅合金の金属粉末が挙げられる。肉盛り層形成後は、機械加工によって平滑なバルブシート面が形成される。

パレット２０は、下端に設けられている１対の基準面２２又は他の１対の基準面２４が支持台４２により支持されると共に、支持台４２に設けられているクランパ４４により固定される。

支持台４２は、シリンダヘッド１０、パレット２０、位置決め機構３２、シリンダヘッド回転機構３４、及びチルト機構３５を支持する。位置決め機構３２は、シリンダ３６が支持台４２に固定されることで支持台４２に支持されている。シリンダヘッド回転機構３４は、例えば、位置決め機構３２と同軸である支持台４２の回転テーブルに固定されているウォームホイールを支持台４２に固定されているウォームにより回転する機構から構成される。チルト機構３５は、支持台４２を左右方向に回転させる機構である。

パレット２０と支持台４２との間には、パレット２０を介してシリンダヘッド１０を加熱する加熱部４６が設けられている。加熱部４６の温度は、例えば、温度測定手段によって測定されたバルブシート部１８の近傍の温度に基づいて、シリンダヘッド１０を所定温度に維持するように制御される。

次に、本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置３０の動作について説明する。

図３は、本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置の動作について説明する図である。

まず、図３（ｂ）に示すように、パレット２０に固定されたシリンダヘッド１０のレーザ肉盛り加工がされる一方のポート１４のバルブシート部１８に対応するバルブステムのガイド穴４０に、垂直状態の位置決めピン３８を挿入して、シリンダヘッド１０が固定されているパレット２０を支持台４２に投入する。

次いで、図３（ａ）に示すように、チルト機構３５により支持台４２を左側に傾けると共に、バルブシート部１８の被加工面が実質的に水平となるように支持台４２を略４５°にすると共に、支持台４２をシリンダヘッド回転機構３４により位置決めピン３８の軸回りに回転させてレーザ肉盛り加工をする。その後、再び図３（ｂ）のように戻して更に、図３（ｃ）に示すように、シリンダヘッド１０を位置決めピン３８から抜いてシリンダヘッド１０が固定されたパレット２０を位置決めピン３８の上方に移動する。

そして、図３（ｄ）に示すように、図３（ａ）でレーザ肉盛り加工されたバルブシート部１８の一方のポート１４と対となる他方のポート１５のバルブシート部１８に対応するバルブステムのガイド穴４０が、支持台４２の位置決めピン３８の真下となるようにシリンダヘッドが固定されたパレット２０を回転する。

その後、図３（ｅ）に示すように、図３（ｄ）の他方のポート１５のバルブシート部１８に対応するバルブステムのガイド穴４０に位置決めピン３８を挿入してシリンダヘッド１０を位置決めする。

そして、前記図３（ａ）での肉盛り加工と同様の位置関係で図３（ｄ）の他方のポート１５のバルブシート部１８の被加工面にレーザ肉盛り加工ができるように、図３（ｆ）に示すように、シリンダヘッド回転機構３４により位置決めピン３８の軸回りに回転させる。
その後、図３（ｇ）に示すように、図３（ａ）と同様に、チルト機構３５により支持台４２を左側に傾けると共に、バルブシート部１８の被加工面が実質的に水平となるように支持台４２を略４５°にすると共に、支持台４２をシリンダヘッド回転機構３４により位置決めピン３８の軸回りに回転させてレーザ肉盛り加工をする。

その後、再び図３（ｆ）のように戻して、図３（ｃ）と同様に、シリンダヘッド１０を位置決めピン３８から抜いて、シリンダヘッド１０が固定されたパレット２０を支持台４２から排出する。

尚、図３（ａ）及び図３（ｇ）のレーザ肉盛り加工時には、シリンダヘッド１０の、肉盛り部が形成されるべきバブルシート部１８に対応するバブルステムのガイド穴４０を、位置決め手段の位置決めピン３８により、直接的に支承する。ところで、当該バルブシート部１８は、シリンダヘッド１０が暖められると、該シリンダヘッド１０の長手方向の端部からの位置が大きく変位することがある。比較的高温のレーザ光による肉盛り加工によれば、シリンダヘッド１０に熱膨張が生じる。しかしながら、シリンダヘッド１０の、肉盛り部が形成されるべきバルブシート部１８に対応するバルブステムのガイド穴４０を、位置決め手段の位置決めピンにより、直接的に支承するので、比較的高温のレーザ光による肉盛り加工により、シリンダヘッド１０に熱変形が生じたとしても、当該肉盛り部が形成されるべきバルブシート部１８は、バルブステムのガイド穴４０の軸線に対して対象形状をしているから、バルブシート部１８の被加工面と、照射するレーザ光の位置とは、比較的ズレず許容できる範囲に収まる。また、シリンダヘッド回転機構３４に付設した図示しない金属粉末を冷却するための、マニホールド１６を介してバルブシート部１８近傍の大気を吸引する吸引手段や又はマニホールド１６を介してのガスの供給手段が、シリンダヘッド１０をも冷却するので、バルブシート部１８の被加工面と、照射するレーザ光の位置とは、よりズレずに許容できる範囲に収まり易い。

尚、図４は、図３（ａ）及び図３（ｇ）の拡大図である。

図５は、本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置に固定されるシリンダヘッドが固定されたパレットを示す図である。

図５（ａ）は、最右部に位置する一方のポート１４又は他方のポート１５のバルブシート部を加工する際に、支持台４２に固定されるシリンダヘッド１０が固定されたパレット２０を示す図である。

最右部に位置する一方のポート１４又は他方のポート１５のバルブシート部を加工する際には、支持台４２のクランパ４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ，４４ｆの４箇所でシリンダヘッド１０が固定されたパレット２０が固定される。

図５（ｂ）は、中央部に位置する一方のポート１４又は他方のポート１５のバルブシート部を加工する際に、支持台４２に固定されるシリンダヘッド１０が固定されたパレット２０を示す図である。

中央部に位置する一方のポート１４又は他方のポート１５のバルブシート部を加工する際には、支持台４２のクランパ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ，４４ｆの６箇所でシリンダヘッド１０が固定されたパレット２０が固定される。

図５（ｃ）は、最左部に位置する一方のポート１４又は他方のポート１５のバルブシート部を加工する際に、支持台４２に固定されるシリンダヘッド１０が固定されたパレット２０を示す図である。

最左部に位置する一方のポート１４又は他方のポート１５のバルブシート部を加工する際には、支持台４２のクランパ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄの４箇所でシリンダヘッド１０が固定されたパレット２０が固定される。

図６は、シリンダヘッドをパレットに固定又は解除する方法を示す図である。シリンダヘッド１０は、パレット２０に上下端の左右にそれぞれに設けられているクランプアーム２１で固定されている。クランプアーム２１は、側面視でパレット２０を上端部にパレット２０を基準面２６に押し付ける爪部を有してパレット２０の側方で上下方向に延びると共に、パレット２０の下方で上下のクランプアーム２１が隣接するように水平方向に延びている。そして、パレット２０の側方で上下方向に延びている部位Ａで回転可能にパレット２０に支持されている。

クランプアーム２１は、爪部でパレット２０を基準面２６に押し付けるようにばね等の付勢部材４８で付勢されている。

シリンダヘッド１０をパレット２０から解除は、パレット２０の下部で上下のクランプアーム２１が隣接する部位をシリンダ５０で押圧することでクランプアーム２１の部位Ａを中心に回転することによりなされる。

以上、本実施形態によれば、位置決めピン３８で位置決めされたシリンダヘッド１０が、シリンダヘッド１０の肉盛り部が形成されるバルブシート部１８に対応するバルブステムのガイド穴４０の軸線回りに回転される。従って、シリンダヘッド１０のバルブシート部１８に対するレーザ肉盛り加工の位置精度を向上することができる。

尚、本実施形態のパレット２０及び支持台４２が、本発明の支持手段に相当する。また、本実施形態の位置決め機構３２が、本発明の位置決め手段に相当する。また、本実施形態のシリンダヘッド回転機構３４が、本発明の回転手段に相当する。

本発明に適用されるシリンダヘッドを示す斜視図である。 本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置を説明するための図である。 本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置の動作について説明する図である。 図３（ａ）及び図３（ｇ）の拡大図である。 本発明のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置に固定されるシリンダヘッドが固定されたパレットを示す図である。 シリンダヘッドをパレットに固定又は解除する方法を示す図である。

符号の説明

１０…シリンダヘッド、１２…シリンダヘッド凹部、１４…一方のポート、１５…他方のポート、１６…マニホールド、１８…バルブシート部、２０…パレット、２２，２４，２６…基準面、２１…クラアアンクアーム、２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ…脚、３０…バルブシート形成用シリンダヘッド支持装置、３２…位置決め機構、３４…シリンダヘッド回転機構、３５…チルト機構、３６…シリンダ、３８…位置決めピン、４０…ガイド穴、４２…支持台、４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ，４４ｄ…クランパ、４６…加熱部、４８…付勢部材、５０…シリンダ。

Claims (2)

1. シリンダヘッドに配列された複数のバルブシート部に金属粉末を供給しながら該金属粉末にレーザ光を照射して溶融した後に固化させることで肉盛り部を形成するために該シリンダヘッドを支持するバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置であって、
   前記シリンダヘッドを支持する支持手段と、
   前記支持手段に設けられ、前記シリンダヘッドの前記肉盛り部が形成されるバルブシート部に対応するバルブステムのガイド穴に挿入する位置決めピンを基準として前記シリンダヘッドを位置決めする位置決め手段と、
   前記位置決め手段で位置決めされた前記シリンダヘッドを前記バルブステムのガイド穴の軸線回りに回転させる回転手段と
   を備えたことを特徴とするバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置。
2. 請求項１に記載のバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置において、
   前記回転手段には、前記シリンダヘッドのマニホールドを介して、前記バルブシート部近傍の大気を吸引する吸引手段、又は前記バルブシート部に対してガスを供給するガス供給手段を有することを特徴とするバルブシート形成用シリンダヘッド支持装置。

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