JPH10177009A - バルブシート検査装置およびバルブシート検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンのシリンダヘッドに直接形成された
バルブシートの欠陥を検査する装置および方法を提供す
る。 【解決手段】 検査対象となるバルブシート１２に対応
するバルブステムガイド１８にガイド軸２０を挿入す
る。ガイド軸２０には、渦流探傷センサ２４と漏洩磁束
探傷センサ２６を担持するセンサヘッド２２が固定され
ている。二つのセンサ２４，２６は、バルブシート１２
の検査対象面に対向する位置に保持されている。上下駆
動機構６０により、センサヘッド２２をバルブシート１
２に当接させた後、所定量退避させて、バルブシート１
２に対するセンサ２４，２６の位置を決定する。そし
て、モータ４２によりセンサヘッド２２をガイド軸２０
の軸回りに回転させてバルブシート１２の全周にわたっ
て欠陥の検査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製品の表面欠陥を
検査する装置および方法に関し、特にエンジンのバルブ
シートの欠陥を検査する装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのシリンダヘッドにおいて吸排
気バルブが着座するバルブシートの部分は、燃焼ガスに
さらされ、また高温となったバルブと接触することか
ら、高い耐熱性を要求される。また、バルブ着座時の衝
撃を受けることから耐衝撃性も要求される。シリンダヘ
ッドは通常アルミニウム合金の鋳造品であるが、バルブ
シートに関しては前述のように耐熱性、耐衝撃性が要求
され、アルミニウム合金ではこの要求を満たすことがで
きない。従来、バルブシートは、シリンダヘッドとは別
体で耐熱合金により作成され、シリンダヘッドに圧入さ
れていた。この場合、バルブシートの欠陥の検査は、シ
リンダヘッドに組み付ける以前に単体で行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、アルミニウム合
金製のシリンダヘッドに、耐熱合金のバルブシートを直
接形成する方法が実用化されている。この方法は、シリ
ンダヘッドのバルブシートを形成する部分に耐熱合金の
粉末を盛って、レーザ光線を照射することによって、耐
熱合金の粉末を溶着し、バルブシートを形成するもので
ある。この場合、バルブシートは、シリンダヘッド上に
直接形成されるので、従来のように単品検査を行うこと
ができない。そして、シリンダヘッドは、従来の単品の
バルブシートに比べてはるかに大きく、センサに対して
シリンダヘッドを移動させて計測する場合、センサとバ
ルブシートの距離を十分に保証することができず、よっ
て検出精度を高めることができない。したがって、シリ
ンダヘッドを固定し、センサを移動させて欠陥検出を行
う必要があるが、センサとバルブシートの検査対象面の
距離を正確に保つ技術が従来存在しなかった。

【０００４】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、シリンダヘッド上に直接形成された
バルブシートの欠陥を検査する装置および方法を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる装置は、エンジンのシリンダヘッ
ドに形成されたバルブシートの欠陥を検査するバルブシ
ート検査装置であって、検査対象のバルブシートに対応
するバルブステムガイドの内径に挿入され、当該バルブ
ステムガイドによって半径方向に関して位置決めされる
ガイド軸と、前記バルブシートの欠陥を検出するセンサ
と、前記センサを前記バルブシートに対向する位置に担
持するセンサヘッドと、前記センサヘッドを前記ガイド
軸を軸として回転させる回転駆動機構と、を有してい
る。

【０００６】そして、この装置を用いてバルブシートの
欠陥を検査する方法は、前記ガイド軸を軸としてセンサ
ヘッドを回転させ、センサヘッドに担持されたセンサを
バルブシートの表面に沿って周方向に移動させる。この
とき、これによってバルブシートの周方向の所定の範囲
において、好ましくは全周において欠陥の検出が行われ
る。

【０００７】シリンダヘッドにおいて、バルブステムガ
イドの内径とバルブシートは、所定の寸法精度で作成さ
れている。吸排気バルブは、バルブステムガイドに沿っ
て往復運動し、バルブ閉時においてはバルブの傘部とバ
ルブシートは密着する必要がある。したがって、前記バ
ルブステムガイド内径とバルブシートの同軸度や直交度
は、高い精度で加工されている。よって、バルブステム
ガイドを基準にバルブシートを検査することで、バルブ
シートとセンサの距離を一定に維持することができ、検
査精度が保証される。

【０００８】さらに、前記バルブシートの検査装置にお
いて、さらに前記センサヘッドを前記ガイド軸の軸方向
に進退駆動する進退駆動機構を有するものとすることが
できる。

【０００９】この進退駆動機構を有する装置を用いてバ
ルブシートの検査を行う方法は、センサがバルブシート
表面に当接した後、センサとバルブシートの距離が所定
値となるように、前記進退駆動機構によってセンサを後
退させる。これによって、毎回の測定において、センサ
とバルブシートの距離を一定とすることができる。

【００１０】さらに、前述の装置において、前記センサ
は、渦流探傷センサと漏洩磁束探傷センサのそれぞれを
少なくとも一つ有するものとすることができる。渦流探
傷センサは輪郭が略円形の窪みなどの欠陥の検出に好適
であり、また漏洩磁束探傷センサは引っ掻き傷のような
線形状の欠陥の検出に好適である。双方を備えることに
より、様々な形状の欠陥を確実に検出することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態と記す）を図面に従って説明する。

【００１２】図１には、本実施形態のバルブシート検査
装置１０と検査対象となるバルブシート１２が形成され
たシリンダヘッド１４の概略構成が示されている。シリ
ンダヘッド１４には、気筒ごとに吸気ポート、排気ポー
トが設けられている。図１においては、吸気、排気の一
方のみが示されており、以降の説明において区別の必要
がない場合、単にポート１６と記す。ポートの出口、す
なわち燃焼室に面している部分の縁にはバルブシート１
２が形成されている。このバルブシート１２は、アルミ
ニウム合金のシリンダヘッド１４に耐熱合金の粉末を盛
り、レーザ光線を照射することにより溶着形成され、さ
らに機械加工によって所定の形状に成形されている。シ
リンダヘッド１４のポート部分にはバルブステムガイド
１８が圧入されている。バルブステムガイド１８は、円
管形状であってその内径にバルブステムが挿入され、バ
ルブの往復動作の案内を行うものである。バルブの傘部
は、バルブ閉じ時においてバルブシート１２に密着す
る。この密着性を確保するために、バルブステムガイド
１８の内径とバルブシート１２の表面の相対的な寸法精
度は所定の値に確保されている。たとえば、バルブステ
ムガイド１８とバルブシート１２の中心軸は所定の寸法
精度内で一致するように、すなわち所定の同軸度で形成
されている。また、バルブステムガイド１８の中心軸と
バルブシート１２が形成される平面は所定の寸法精度内
で直交するように、すなわち所定の直交度で形成されて
いる。

【００１３】検査装置１０は、バルブステムガイド１８
に挿入されるガイド軸２０と、これと一体となって運動
するセンサヘッド２２を有している。ガイド軸２０は、
バルブステムガイド１８に挿入されたときには、軸方向
には移動可能であるが軸に直交する方向（半径方向）に
は移動ができない程度の直径を有している。すなわち、
ガイド軸２０が挿入されたとき、これとバルブステムガ
イド１８の内径は、実質的に隙間がない状態となる。セ
ンサヘッド２２は、先端部（図中下側）が頂角が９０°
の円錐の一部となる円錐台部２２ａを有し、この円錐台
部２２ａの側面に渦流探傷センサ２４と漏洩磁束探傷セ
ンサ２６を担持している。これにより、二つのセンサ２
４，２６は、バルブシート１２の実際にバルブと接触す
る面、いわゆる９０°面に対向して配置されることとな
る。二つのセンサ２４、２６の相対的な配置は、周方向
に１８０°、すなわち反対側に設けられている。また、
漏洩磁束探傷センサ２６に隣接して磁化ヨーク２８が配
置されている。

【００１４】ガイド軸２０およびセンサヘッド２２は、
ガイド軸２０に直交する平面（以下、ＸＹ平面と記す）
内のみの動きを許容するＸＹ平面フローティング機構３
０により支持されている。ＸＹ平面フローティング機構
３０は、ストロークヘッド漏洩磁束探傷センサの先端に
設けられたスリーブ３４に固定されている。スリーブ３
４は、内筒３６と同軸に、また回動可能に軸受け３８に
より支持されている。内筒３６の外周にはスリーブ３４
に隣接してギア４０が回動可能に支持され、スリーブ３
４とギア４０は一体となって回転するよう締結されてい
る。ギア４０は、モータ４２の駆動軸に固定された駆動
ギア４４と噛み合っており、モータ４２の回転によって
ギア４０、スリーブ３４、センサヘッド２２、ガイド軸
２０などが回転駆動される。

【００１５】内筒３６の外周には、前述のスリーブ３４
やギア４０の他に外筒４６が嵌合されており、内筒３６
と外筒４６は軸方向に相対移動可能となっている。外筒
４６の端部にはロックアップ機構４８が設けられてい
る、ロックアップ機構４８は、ロックアップシリンダ５
０とロックアップピストン５２を有し、ロックアップピ
ストン５２はピストンロッド５４によって内筒３６と連
結されている。したがって、ロックアップシリンダ５０
は外筒４６と一体となって運動し、ロックアップピスト
ン５２は内筒３６と一体となって運動する。ロックアッ
プ機構４８は、ロックアップシリンダ５０とロックアッ
プピストン５２を選択的にロックし、ロック時には一体
となる機構を含んでいる。これによって、ロック時には
内筒３６と外筒４６が一体となって運動する。

【００１６】外筒４６は、プレート５６に固定されてお
り、さらに前述のモータ４２もこのプレート５６上に固
定されている。プレート５６は、ガイド５８に沿って上
下駆動機構６０によって上下に駆動される。よって、こ
の上下の動作によってセンサヘッド２２が上下移動、す
なわちシリンダヘッド１４に対して進退する。

【００１７】なお、磁化ヨーク２８および渦流探傷セン
サ２４，漏洩磁束探傷センサ２６への電力供給、またこ
れらのセンサ２４，２６からの信号の受信は、内筒３６
の内径に配置されたスリップリング６２を介して行わ
れ、センサヘッド２２の回転による捩じれが吸収される
ようになっている。センサ２４，２６からの検出信号は
図示しない制御部に送出され、信号波形に基づき制御部
において欠陥の有無、大きさの算出がなされる。

【００１８】次に、本検査装置１０によるバルブシート
１２の欠陥検出動作について説明する。図２には、本装
置の各機構、センサなどの制御タイミングチャートが示
されている。検査装置１０が検査対象のバルブシート１
２に対し位置決めされると、上下駆動機構６０は、所定
量センサヘッド２２を下降させるように動作する（１０
０）。この下降量は、センサヘッド２２のホームポジシ
ョンと、検査対象のバルブシート１２が設けられたシリ
ンダヘッド１４の寸法に基づき、センサヘッド２２の先
端がバルブシート１２に当接しないような十分な余裕を
もった値にあらかじめ定められている。下降中に伴っ
て、ガイド軸２０がバルブステムガイド１８に徐々に挿
入される。このとき、ＸＹ平面フローティング機構３０
によってガイド軸２０とバルブステムガイド１８の心ず
れが若干であれば吸収される。この下降が終了すると、
続いて低速で下降動作が行われる（１０２）。この低速
での下降が開始されると、渦流探傷センサ２４、漏洩磁
束探傷センサ２６および磁化ヨーク２８に電力が供給さ
れ、これらのセンサがバルブシート１２に当接したこと
を検出できる状態とされる（１０４，１０６）。

【００１９】渦流探傷センサ２４と漏洩磁束探傷センサ
２６が、バルブシート１２に当接する瞬間に、センサ出
力が波形１０８，１１０のようになる。この波形の出力
があると、接触確認信号１１２，１１４が送出される。
また、上下駆動機構６０の低速の下降駆動制御は、所定
時間、または所定量下降するまで継続される。センサヘ
ッド２２の接触後、センサヘッド２２はこれ以上の下降
はしないが、ロックアップ機構４８が未だ解放された状
態であるので、内筒３６と外筒４６が相対移動して上下
移動の緩衝の役目を果たす。低速の下降が終了すると、
二つのセンサ２４，２６への電力供給は停止され、接触
確認信号１１２，１１４の送出も停止される。そして、
同時にロックアップ機構４８がロックアップ制御され
（１１６）、内筒３６と外筒４６の相対移動ができない
状態となる。

【００２０】次に、上下駆動機構６０によってセンサヘ
ッド２２が所定量上昇駆動される（１１８）。この所定
量は、渦流探傷センサ２４と漏洩磁束探傷センサ２６が
表面欠陥を検出するにあたって、検査対象面すなわちバ
ルブシート１２の９０°面とセンサ２４，２６の間隙が
適切な値となるように定められている。この上昇１１８
が終了すると、モータ４２によりセンサヘッド２２が回
転駆動される（１２０）。この回転は、センサヘッド２
２が１回転するよりやや長く継続し、センサヘッド２２
がちょうど１回転している間に渦流探傷センサ２４、漏
洩磁束探傷センサ２６および磁化ヨーク２８に電力が供
給され（１２２，１２４）、欠陥の検出すなわち探傷動
作が実行される。そして、各々のセンサ２４，２６から
の出力波形（１２６，１２８）に基づき、バルブシート
１２の欠陥の有無、またその大きさが算出される。ここ
でセンサヘッド２２を１回転より多く回転駆動するの
は、回転初期においてはその角速度が不安定となる場合
が多く、この部分での検出精度が低下する場合があるた
めである。すなわち、回転初期においては探傷は行わ
ず、所定角度回転した後に探傷が開始される。

【００２１】探傷動作が終了後、上下駆動機構６０によ
りセンサヘッド２２が下降制御される（１３０）。この
下降量は、前回の駆動制御（１１８）の際の上昇量に等
しく、これによってセンサヘッド２２がバルブシート表
面に再度当接する。そして、ロックアップ機構４８の解
除がなされ（１１６）、上下駆動機構６０により検査装
置１０全体が上昇駆動され（１３２）、欠陥検出動作が
終了する。

【００２２】図３には、直列４気筒エンジンのシリンダ
ヘッド６４に形成されたバルブシートの検査装置６６の
概略構成が示されている。検査装置６６は、４気筒の各
々に対応して図１に示した検査装置１０と同様の装置を
有しており、図１にて説明した構成と同様の構成につい
ては、同一の符号を付す。検査装置６６は、各気筒ごと
にセンサヘッド２２、ストロークシリンダ３２、ロック
アップ機構４８を有しており、これらは前述の検査装置
１０と同様の構成である。すなわち、センサヘッド２２
には、渦流探傷センサと漏洩磁束探傷センサが備えられ
ており、またバルブステムガイドに挿入されるガイド軸
２０も備えられている。各気筒に対応して備えられたス
トロークヘッド３２は、一つのプレート６８に配置され
ており、このプレート６８は、一つの上下駆動機構７０
によって上下方向に駆動される。したがって、４個のセ
ンサヘッド２２は、同期して上下方向に駆動される。

【００２３】さらに、１気筒当たり４バルブでペントル
ーフ型の燃焼室を有するエンジンのように同じ径で互い
に平行な軸を有するバルブシートがある場合は、一つの
気筒において、一つのバルブシートを検査した後、各セ
ンサヘッドを平行に移動してもう一つのバルブシートの
検査が行われる。このために検査装置６６には、左右方
向にセンサヘッド２２を移動する左右方向駆動機構７２
を有している。なお、通常吸気バルブのバルブシートと
排気バルブのバルブシートの径は異なり、またその軸も
平行ではないので、検査装置１０や検査装置６６は、吸
気側と排気側の各々に対応して別個に設けられている
が、その差異はセンサヘッド２２の円錐台部２２ａの直
径のみである。

【００２４】以上の検査装置１０，６６においては、検
査対象であるバルブシート１２との位置関係において、
所定の寸法精度を有しているバルブステムガイド１８を
基準とすることにより、センサ２４，２６とバルブシー
ト１２の距離の常に一定に保つことができ、検査精度を
向上させることができる。

【００２５】また、センサヘッド２２をバルブシート１
２に当接させた後、所定距離後退させているので、検査
時のセンサ２４，２６のバルブシート１２に対する位置
を精度良く定めることができる。また、センサヘッド２
２のバルブシート１２への当接は、検査用のセンサを兼
用して検出されるので、新たな構成を追加する必要がな
く、装置を簡略にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる実施形態のバルブシートの検
査装置の概略構成図である。

【図２】 本検査装置の検査動作のタイミングチャート
である。

【図３】 直列４気筒エンジンのシリンダヘッドに対応
する検査装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１０，６６ 検査装置、１２ バルブシート、１４，６
４ シリンダヘッド、１８ バルブステムガイド、２０
ガイド軸、２２ センサヘッド、２４ 渦流探傷セン
サ、２６ 漏洩磁束探傷センサ、２８ 磁化ヨーク、４
８ ロックアップ機構、６０ 上下駆動機構。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのシリンダヘッドに形成された
   バルブシートの欠陥を検査するバルブシート検査装置で
   あって、 検査対象のバルブシートに対応するバルブステムガイド
   の内径に挿入され、当該バルブステムガイドによって半
   径方向に関して位置決めされるガイド軸と、 前記バルブシートの欠陥を検出するセンサと、 前記センサを前記バルブシートに対向する位置に担持す
   るセンサヘッドと、 前記センサヘッドを前記ガイド軸を軸として回転させる
   回転駆動機構と、を有し、前記回転駆動機構により前記
   センサヘッドが回転させて欠陥検出を行う、バルブシー
   ト検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１のバルブシート検査装置におい
   て、さらに、前記センサヘッドを前記ガイド軸の軸方向
   に進退駆動する進退駆動機構を有し、当該進退駆動機構
   は、前記センサがバルブシートに当接した位置から所定
   距離前記センサヘッドを退避させ、この退避した位置で
   欠陥検出を行う、バルブシート検査装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のバルブシート
   検査装置において、前記センサは、渦流探傷センサと漏
   洩磁束探傷センサのそれぞれを少なくとも一つ有する、
   バルブシート検査装置。
4. 【請求項４】 エンジンのシリンダヘッドに形成された
   バルブシートの欠陥を検査するバルブシート検査方法で
   あって、 検査対象のバルブシートに対応するバルブステムガイド
   の内径に、当該内径によって半径方向に位置決めされる
   ガイド軸を挿入する工程と、 前記ガイド軸を軸としてバルブシートの欠陥を検出する
   センサを回転させ、バルブシート周方向に沿って欠陥検
   出を行う工程と、を有するバルブシート検査方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のバルブシート検査方法
   において、さらに、欠陥検出を行う工程の前に、前記セ
   ンサを一旦バルブシートに当接させ、その後当該センサ
   をバルブシートから所定距離を離す工程を有し、この工
   程において、前記センサのバルブシート当接は、当該セ
   ンサの検出出力に基づき行われる、バルブシート検査方
   法。