カムプロフィールの測定装置及びカムプロフィールの測定方法
【課題】カムのプロフィールの測定精度を高くできると共に、リフトトップを有さないカムのプロフィールの測定が可能な測定装置を提供する。
【解決手段】カムの加工に用いられる設計値プロフィールＳと、該設計値プロフィールに対して位相が進角したプロフィールＸと遅角したプロフィールＹとによって構成されたマスタープロフィールを有し、前記カムのプロフィールを実測して得られた実測値プロフィールＺと前記マスタープロフィールＳ，Ｘ，Ｙ，とをプロフィールの全域に渡って比較し、この比較値の差異が最小になるマスタープロフィールを選択し、この選択されたマスタープロフィールの角度変数をカムシャフトの角度方向の基準であるノック穴中心とカムの中心角との角度の変位として検出するようにした。
【解決手段】カムの加工に用いられる設計値プロフィールＳと、該設計値プロフィールに対して位相が進角したプロフィールＸと遅角したプロフィールＹとによって構成されたマスタープロフィールを有し、前記カムのプロフィールを実測して得られた実測値プロフィールＺと前記マスタープロフィールＳ，Ｘ，Ｙ，とをプロフィールの全域に渡って比較し、この比較値の差異が最小になるマスタープロフィールを選択し、この選択されたマスタープロフィールの角度変数をカムシャフトの角度方向の基準であるノック穴中心とカムの中心角との角度の変位として検出するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関の機関弁を開閉作動するカムを加工する際におけるカムプロフィール測定装置とカムプロフィールの測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば自動車用内燃機関の動弁装置における吸気弁や排気弁を開閉作動する作動部品としては、カムシャフトの外周に設けられたカムが用いられていることは周知の通りである。
【０００３】
前記吸気弁や排気弁の作動角やバルブリフト量、開閉時期などの特性は、機関性能に大きな影響を与えるが、これら吸排気弁の作動角などの特性はカムのプロフィール性能に大きく依存しており、したがって、カムのプロフィールの成形加工時にどれだけ設計値に近づけることができるかによって前記性能の善し悪しが左右されるのである。
【０００４】
このため、従来からカムプロフィールの測定方法として種々のものが提供されており、その一つとして、以下の特許文献1に記載されたものがある。
【０００５】
これは、測定ヘッド部が、カムピースのカムプロフィールに基づくリフト量を測定すると共に、リフト変化率変換部が、前記測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率を算出する。続いて、頂点位置計算部が、リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントを抽出することにより、基準位相位置(頂点位置)を算出し、比較部において、前記算出した基準位相位置を基準にカムピースの設計値や修正前後の形状との比較を行いディスプレイに表示するようになっている。
【０００６】
これによって、カムピースの頂点位置を正確かつ容易に定めることができると共に、測定したカムピースのプロフィールを設計値や修正前後で容易に比較することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−３１５０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来のカムプロフィールの測定方法にあっては、前述のように、設計値のプロフィールと実測したプロフィールの比較を行うため、リフト量が最大となる頂点位置を基準位相位置として設計値と実測値の各々のプロフィールを重ね合わせることによって設計値と実測値の差異を算出するようになっている。このため、カムピースの頂点位置近傍の角度変化に対するリフト量の感度が低い、つまり、回転角度に対するリフト量の変化がきわめて低いことから、前記頂点位置(角度)を正確に特定することが困難である。
【０００８】
また、頂点位置を基準位置にすると、例えば揺動カムのような頂点位置の直後にプロフィールが終結するようなカムの形状や、頂点部がないカム形状の場合には、かかる測定方法を利用することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みて案出されたもので、請求項１の発明は、カムのプロフィールの実測値を測定する測定部と、カムのプロフィールの設計値を入力する入力部と、該入力部に入力された設計値に基づいて、少なくとも１つ以上の進角または遅角した位相のプロフィールの計算値を算出する算出部と、前記設計値または計算値と前記実測値とを比較して、これらの差異が最小となる設計値または計算値を特定し、該特定された設計値または計算値と前記実測値との差異を演算する処理部と、該処理部によって演算された差異値を出力する出力部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、特に、設計値のプロフィールの他に、この設計値に対して位相が進角したプロフィールあるいは遅角したプロフィールの計算値を設定し、前記設計値のプロフィールや進角、遅角したプロフィールと実測値のプロフィールとの最も差異の少ないプロフィールを選択して特定するようにしたため、たとえ頂点位置(リフトトップ位置)の角度を特定することができない場合においても、カムシャフトの角度方向の基準であるノックピン穴の中心とカム中心角との角度に関する設計値と実測値との差異を算出・表示することが可能になる。これによって、カムプロフィールの高精度な測定ができる。
【００１１】
また、ノックピン穴の形成位置が不明確でカムの頂点位置(角度)を特定できない場合や、カム形状が頂点位置で欠けているなどの理由で実測値からリフトトップ位置(角度)を特定できない場合でも、設計値あるいは計算値と実測値との差異を算出・表示することが可能になる。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、前記計算値は、前記設計値に対して進角した位相の少なくとも１つのプロフィールの進角計算値であるか、または、前記設計値に対して遅角した位相の少なくとも１つのプロフィールの遅角計算値であることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、カムプロフィールの測定方法であって、カムの加工に用いられる設計値プロフィールと該設計値プロフィールに対して位相が進角したプロフィール及び遅角したプロフィールとによって構成されたマスタープロフィールを有し、前記カムのプロフィールを実測して得られた実測プロフィールと前記マスタープロフィールとをプロフィールの全域に渡って比較し、この比較値の差異が最小になるマスタープロフィールを選択し、この選択されたマスタープロフィールの角度変数をカムシャフトの角度方向の基準であるノック穴中心とカムの中心角との角度の変位として検出することを特徴としている。
【００１４】
したがって、この発明も請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかるカムプロフィールの測定装置及びカムプロフィールの測定方法の実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、この実施形態では、自動車用内燃機関に適用されるカムシャフトに設けられたカムに適用したものである。
【００１６】
まず、カムプロフィールの測定装置について説明すれば、図１及び図２に示すように、ベッド３の上に、外周面に複数のカム２を一体に有するカムシャフト１が、両端部をスピンドル４とテール５によって支持されている。
【００１７】
前記スピンドル４は、駆動機構部６によって回転駆動されるようになっており、この駆動機構部６は、ケーシングの内部に収容された電動モータや減速ギア機構及びロータリーエンコーダなどによって構成されて、前記カムシャフト１を、スピンドル４を介して所定速度で回転制御している。
【００１８】
また、前記ベッド３の上面には、前記カムシャフト１のカム２の外周カム面２ａと接触してカムプロフィールを測定する測定子であるリニアゲージ７ａを有する測定部７がカムシャフト１の軸方向へ移動可能に配置されている。前記リニアゲージ７ａは、接触するカム面２ａの形状に合わせて図１中上下方向へ進退移動して、カムシャフト１の回転中心からカム面２ａまでの距離を所定回転角度ごとに測定するようになっており、このリニアゲージ７ａの進退量がカム２のリフト量になる。
【００１９】
さらに、前記ベッド３の側部位置には、内蔵したコンピュータによって前記駆動機構部６や測定部７などの全体制御や、後述する各種演算処理などを行う統合制御部８が配置されていると共に、該統合制御部８で検出処理された前記カムプロフィールの測定結果を出力するプリンター９が配置されている。
【００２０】
前記統合制御部８は、図２に示すように、前記駆動機構部６の電動モータの回転制御などの全体制御を行う制御部１０と、前記測定部７からのカムリフト情報や駆動機構部６のロータリーエンコードからの前記電動モータの回転駆動に伴うカム２の回転角度情報に基づいてカムプロフィールを求めるプロフィール部１１と、該プロフィール部１１によって求められたプロフィールデータ値(実測値)と、後述するマスタープロフィール出力部１５から予め設定されたマスタープロフィールのデータ値(設計値など)とを比較する比較部１２と、該比較部１２によって比較した結果から前記両プロフィールの差異の割合が最小の組み合わせを選択する選択部１３と、この選択部１３によって選択した値などを表示するディスプレイ１４と、を備えている。このディスプレイ１４には、前記制御部１０から駆動機構部６への指示情報を表示することも可能になっている。
【００２１】
また、前記ディスプレイ１４で表示された内容は、前記プリンター９によってプリントアウト可能になっている。
【００２２】
以下、前記カムプロフィールの測定装置によって前記カム２のカム面２ａ(カムプロフィール)を具体的に測定する対象およびその方法を、図面に基づいて説明する。
【００２３】
まず、図３は前記カムプロフィールの測定装置による測定対象となったものと同じく、カムシャフト１に設けられた通常の標準的な卵形のカム２を示し、該カム２は、リフト量が０のベースサークル領域１６と所定のリフト量を有するカム山１７とを備えている。また、カムシャフト１の一端面には、カム２の角度の基準となるノックピン穴２０が形成されており、ノックピン穴２０の中心２０ａとカムシャフト１の中心１ａとを結ぶ基準線２１を基準としてカム山１７の頂点１７ａ位置までのカム２の回転角度βが設定されることになる。なお、前記カム２の角度基準点としては、カムシャフト１の外周面に形成されたキー溝などを用いることもある。
【００２４】
そして、クランクシャフトのクランク角度(カム２の回転角)とバルブリフトとの関係から求められる前記カム２の基本的なカムリフトカーブ(カムプロフィール)は、図４に示すような特性になり、カム２の回転とともにバルブリフト量が変化し、カム山１７の頂点１７ａに達する直前、つまり頂点１７ａ付近でバルブリフト量が最高値に達していることが明らかである。
【００２５】
図５は前記卵形のカム２ではなく、例えばカム山の頂点（リフトトップ)が切欠された揺動カムのようなカムのカムプロフィールを示し、この場合も前記卵形のカム２と同じく、頂点に到達する前にバルブリフトが最高値に達していることが明らかである。つまり、卵形を含む通常のカムは、リフトの最高値はいずれの場合であっても、頂点に達する前に到達するように形成されているのである。
【００２６】
したがって、この実施形態では、前記卵形のカム２のカムプロフィールを、前記測定部７によって実測値を測定し、この実測値をプロフィール部１１によってカムプロフィールのデータ波形としてイメージ化する。
【００２７】
前記マスタープロフィール部１５は、図６に示すように、予め内燃機関の仕様などに基づいて設定された設計値プロフィールＳと、この設計値プロフィールＳに対して位相位置が複数段に進角した進角値プロフィール(Ｓ＋ｎα°)(破線部Ｘ)と、前記設計値プロフィールＳに対して位相位置が複数段に遅角した遅角値プロフィール(Ｓ−ｎα°)(破線部Ｙ)と、によって構成されている。なお、前記ｎとαは必要に応じてその値を任意に設定することが可能であり、また、その設定数も少なくとも１つ以上あればよい。
【００２８】
前記比較部１２では、図７に示すように、前記マスタープロフィール部１５から出力された図６に示す複数のデータ波形値、つまり設計値(細線Ｓ)、進角値Ｓ＋ｎα°(破線Ｘ)、遅角値Ｓ−ｎα°(破線Ｙ)と前記プロフィール部１１によって求められた実測値のデータ波形値(太線Ｚ)とを重ね合わせて比較する。
【００２９】
なお、図８は前記マスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)と実測値プロフィール(Ｚ)との比較結果を示すグラフであって、基準ライン０から上側がプラス方向の差異、下側マイナス方向の差異を表し、前記両者の差異がＡ波形のように示された場合は、プロフィール前半の差異が小さく後半で大きくなっている例である。また、Ｃ波形のように示された場合は、前半の差異が大きく後半の差異が小さくなっている例であり、Ｂ波形のように示された場合は、前半、後半ともに差異が小さい例である。このような波形表示によって、前記両者の差異の大きさや差異の位置が明確になる。
【００３０】
次に、前記比較部１２による比較処理に続く前記選択部１３での処理について説明すると、同一の回転角度におけるマスタープロフィール（Ｓ，Ｘ，Ｙ）と実測値プロフィールＺを前記比較した中で、図９に示すような方法によって、実測値プロフィールＺに対して矢印の方向と矢印の長さを用いて前記マスタープロフィール（Ｓ，Ｘ，Ｙ）のいずれか１つを選択する。つまり、矢印の方向は前記差異の方向を示し、矢印の長さは差異の量を示し、この矢印の最も短いマスタープロフィールの１つを選択することによって前記両プロフィールの差異が最も小さいものを算出して選択することができる。
【００３１】
また、両者プロフィールの差異を求める別の方法としては、図１０に示すように、マスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)と実測値プロフィールＺとのバルブリフト量の差異の総和を算出することによって選択することが可能である。すなわち、図１０に示す両プロフィール間の斜線部の面積がバルブリフト量の差異になることから、かかる面積を比較することによって、最も差異の小さなマスタープロフィールを算出して選択することができる。
【００３２】
なお、前記マスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)と実測値プロフィールＸとの間の最も差異の小さなマスタープロフィールを選択するさらに別の方法としては、例えばバルブリフト量から求められるカムの回転速度あるいは加速度を用いて算出することもできる。
【００３３】
図１１は前記測定完了後におけるディスプレイ１４の表示画面の一例であって、上側の部位に所定の頻度で測定したカム２の回転角度(ｄｅｇ)とカム２のリフト量(ｍｍ)の数値を表示すると共に、その下側の部位にそれらの値をイメージ化した(グラフ化)表示をする。なお、測定頻度は任意に設定することが可能である。
【００３４】
図１２は前記測定結果とマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)の差異を表示するディスプレイ１４の表示画面の一例であって、下側のグラフ中、横軸がカム２の回転角度、縦軸がバルブリフトの差異を表しており、グラフの中央の線Ｐは前記両プロフィールの差異が０を表し、このＰ線の上下の線Ｑ１，Ｑ２は両プロフィールの差異の図示規格などの上下限値を表示している。そして、該Ｑ１、Ｑ２の間の波形線は、実測値プロフィールＺの測定結果とマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)の差異を表示している。
【００３５】
これら、ディスプレイ１４での結果表示によって、両プロフィールの差異が明確に認識することができると共に、これらのデータを保存しながら繰り返し差異の測定データを蓄積することによって、さらに高精度なカムプロフィールの成形情報として利用することが可能になる。
【００３６】
以上のように、この実施形態によれば、特に、設計値のプロフィールＳの他に、この設計値Ｓに対して位相が進角したプロフィールＸあるいは遅角したプロフィールＹの計算値を設定し、前記設計値のプロフィールＳや進角、遅角したプロフィールＸ，Ｙと実測値のプロフィールＺとの最も差異の少ないプロフィールを選択して特定するようにしたため、たとえカム２の頂点位置(リフトトップ位置)の角度を特定することができない場合においても、カムシャフト１の角度方向の基準であるノックピン穴２０の中心２０ａとカム中心角との角度に関する設計値と実測値との差異を算出・表示することが可能になる。これによって、カム２の高精度なプロフィールを得ることができる。
【００３７】
また、ノックピン穴の形成位置が不明確でリフトトップ位置(角度)を特定できない場合や、カム形状がリフトトップ位置で欠けているなどの理由で実測値からリフトトップ位置(角度)を特定できない場合でも、設計値あるいは計算値のプロフィールＳ，Ｘ，Ｙと実測値プロフィールＺとの差異を算出・表示することが可能になる。
【００３８】
図１３は前記統合制御部８の基本構成は第１の実施形態と同様であるが、マスタープロフィールの生成方法を変更したものである。すなわち、まず、設計値プロフィール出力部１８において予め設計値のプロフィールＳを入力しており、この設計値プロフィール出力部１８から出力された設計値プロフィールＳ情報に基づいて、統合制御部８内のマスタープロフィール生成部１９により、前記複数の進角プロフィールＸと遅角プロフィールＹとを生成してマスタープロフィール全体(Ｓ，Ｘ，Ｙ)を生成するようになっている。そして、このマスタープロフィール生成部１９で生成されたマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)情報を前記比較部１２に入力するようになっている。
【００３９】
したがって、この実施形態によれば、最終的なマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)の生成を統合制御部８内で行うため、より精度の高いプロフィールを生成することが可能になる。
【００４０】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、カムとしては内燃機関に適用されるもの以外に、一般的な駆動機器類に用いられカムにも適用することが可能である。また、カムのプロフィールを実測する装置も前記以外の装置によることも可能である。
【００４１】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
(１)前記出力部は、実測値と設計値または計算値との差異を、内燃機関のクランク角度に対するバルブリフト量の変化を表す図、表またはグラフによってデータを出力することを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
(２)前記出力部は、前記実測値と設計値または計算値との差異を表示することを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
(３)前記出力部からの信号を入力して前記実測値と設計値または計算値との差異を内燃機関のクランク角度に対するバルブリフト量の変化を表す図、表またはグラフの少なくとも１つを表示する表示部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
(４)前記選択されたマスタープロフィールと実測されたプロフィールとの比較結果を、前記設計値と実測値との差異として検出することを特徴とする請求項３に記載のカムプロフィールの測定方法。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のカムプロフィールの測定装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】本実施形態のカムプロフィールの測定装置のブロック図である。
【図３】本実施形態のカムプロフィール測定に供されるカムの正面図である。
【図４】該カムのリフト特性図である。
【図５】別の異なるカムのカムリフト特性図である。
【図６】本実施形態におけるマスタープロフィールをイメージ化した図である。
【図７】本実施形態におけるマスタープロフィールと実測値プロフィールを組み合わせてイメージ化した図である。
【図８】本実施形態に供されるマスタープロフィールと実測値プロフィールの差異の複数の態様をイメージ化した図である。
【図９】本実施形態におけるマスタープロフィールと実測値プロフィールとの最小の差異を算出する方法をイメージ化した図である。
【図１０】マスタープロフィールと実測値プロフィールとの最小の差異を他の算出方法をイメージ化した図である。
【図１１】本実施形態におけるカムの回転角度とカムリフトとの関係でカムプロフィールを測定した後の内容をディスプレイに表示した画面表示図である。
【図１２】本実施形態における実測値プロフィールとマスタープロフィールとの差異の内容をディスプレイに表示した画面表示図である。
【図１３】マスタープロフィールを生成する別の方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…カムシャフト
２…カム
２ａ…カム面(プロフィール)
６…駆動機構部
７…測定部
８…統合制御部
Ｓ…設計値プロフィール
Ｘ…進角値プロフィール
Ｙ…遅角値プロフィール
Ｚ…実測値プロフィール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関の機関弁を開閉作動するカムを加工する際におけるカムプロフィール測定装置とカムプロフィールの測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば自動車用内燃機関の動弁装置における吸気弁や排気弁を開閉作動する作動部品としては、カムシャフトの外周に設けられたカムが用いられていることは周知の通りである。
【０００３】
前記吸気弁や排気弁の作動角やバルブリフト量、開閉時期などの特性は、機関性能に大きな影響を与えるが、これら吸排気弁の作動角などの特性はカムのプロフィール性能に大きく依存しており、したがって、カムのプロフィールの成形加工時にどれだけ設計値に近づけることができるかによって前記性能の善し悪しが左右されるのである。
【０００４】
このため、従来からカムプロフィールの測定方法として種々のものが提供されており、その一つとして、以下の特許文献1に記載されたものがある。
【０００５】
これは、測定ヘッド部が、カムピースのカムプロフィールに基づくリフト量を測定すると共に、リフト変化率変換部が、前記測定したリフト量をカムピースの所定単位回転角度毎のリフト変化率を算出する。続いて、頂点位置計算部が、リフト変化率のプラスの変化率とマイナスの変化率が切り替わる切替ポイントを抽出することにより、基準位相位置(頂点位置)を算出し、比較部において、前記算出した基準位相位置を基準にカムピースの設計値や修正前後の形状との比較を行いディスプレイに表示するようになっている。
【０００６】
これによって、カムピースの頂点位置を正確かつ容易に定めることができると共に、測定したカムピースのプロフィールを設計値や修正前後で容易に比較することができるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−３１５０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来のカムプロフィールの測定方法にあっては、前述のように、設計値のプロフィールと実測したプロフィールの比較を行うため、リフト量が最大となる頂点位置を基準位相位置として設計値と実測値の各々のプロフィールを重ね合わせることによって設計値と実測値の差異を算出するようになっている。このため、カムピースの頂点位置近傍の角度変化に対するリフト量の感度が低い、つまり、回転角度に対するリフト量の変化がきわめて低いことから、前記頂点位置(角度)を正確に特定することが困難である。
【０００８】
また、頂点位置を基準位置にすると、例えば揺動カムのような頂点位置の直後にプロフィールが終結するようなカムの形状や、頂点部がないカム形状の場合には、かかる測定方法を利用することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みて案出されたもので、請求項１の発明は、カムのプロフィールの実測値を測定する測定部と、カムのプロフィールの設計値を入力する入力部と、該入力部に入力された設計値に基づいて、少なくとも１つ以上の進角または遅角した位相のプロフィールの計算値を算出する算出部と、前記設計値または計算値と前記実測値とを比較して、これらの差異が最小となる設計値または計算値を特定し、該特定された設計値または計算値と前記実測値との差異を演算する処理部と、該処理部によって演算された差異値を出力する出力部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、特に、設計値のプロフィールの他に、この設計値に対して位相が進角したプロフィールあるいは遅角したプロフィールの計算値を設定し、前記設計値のプロフィールや進角、遅角したプロフィールと実測値のプロフィールとの最も差異の少ないプロフィールを選択して特定するようにしたため、たとえ頂点位置(リフトトップ位置)の角度を特定することができない場合においても、カムシャフトの角度方向の基準であるノックピン穴の中心とカム中心角との角度に関する設計値と実測値との差異を算出・表示することが可能になる。これによって、カムプロフィールの高精度な測定ができる。
【００１１】
また、ノックピン穴の形成位置が不明確でカムの頂点位置(角度)を特定できない場合や、カム形状が頂点位置で欠けているなどの理由で実測値からリフトトップ位置(角度)を特定できない場合でも、設計値あるいは計算値と実測値との差異を算出・表示することが可能になる。
【００１２】
請求項２に記載の発明にあっては、前記計算値は、前記設計値に対して進角した位相の少なくとも１つのプロフィールの進角計算値であるか、または、前記設計値に対して遅角した位相の少なくとも１つのプロフィールの遅角計算値であることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、カムプロフィールの測定方法であって、カムの加工に用いられる設計値プロフィールと該設計値プロフィールに対して位相が進角したプロフィール及び遅角したプロフィールとによって構成されたマスタープロフィールを有し、前記カムのプロフィールを実測して得られた実測プロフィールと前記マスタープロフィールとをプロフィールの全域に渡って比較し、この比較値の差異が最小になるマスタープロフィールを選択し、この選択されたマスタープロフィールの角度変数をカムシャフトの角度方向の基準であるノック穴中心とカムの中心角との角度の変位として検出することを特徴としている。
【００１４】
したがって、この発明も請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかるカムプロフィールの測定装置及びカムプロフィールの測定方法の実施形態を図面に基づいて詳述する。なお、この実施形態では、自動車用内燃機関に適用されるカムシャフトに設けられたカムに適用したものである。
【００１６】
まず、カムプロフィールの測定装置について説明すれば、図１及び図２に示すように、ベッド３の上に、外周面に複数のカム２を一体に有するカムシャフト１が、両端部をスピンドル４とテール５によって支持されている。
【００１７】
前記スピンドル４は、駆動機構部６によって回転駆動されるようになっており、この駆動機構部６は、ケーシングの内部に収容された電動モータや減速ギア機構及びロータリーエンコーダなどによって構成されて、前記カムシャフト１を、スピンドル４を介して所定速度で回転制御している。
【００１８】
また、前記ベッド３の上面には、前記カムシャフト１のカム２の外周カム面２ａと接触してカムプロフィールを測定する測定子であるリニアゲージ７ａを有する測定部７がカムシャフト１の軸方向へ移動可能に配置されている。前記リニアゲージ７ａは、接触するカム面２ａの形状に合わせて図１中上下方向へ進退移動して、カムシャフト１の回転中心からカム面２ａまでの距離を所定回転角度ごとに測定するようになっており、このリニアゲージ７ａの進退量がカム２のリフト量になる。
【００１９】
さらに、前記ベッド３の側部位置には、内蔵したコンピュータによって前記駆動機構部６や測定部７などの全体制御や、後述する各種演算処理などを行う統合制御部８が配置されていると共に、該統合制御部８で検出処理された前記カムプロフィールの測定結果を出力するプリンター９が配置されている。
【００２０】
前記統合制御部８は、図２に示すように、前記駆動機構部６の電動モータの回転制御などの全体制御を行う制御部１０と、前記測定部７からのカムリフト情報や駆動機構部６のロータリーエンコードからの前記電動モータの回転駆動に伴うカム２の回転角度情報に基づいてカムプロフィールを求めるプロフィール部１１と、該プロフィール部１１によって求められたプロフィールデータ値(実測値)と、後述するマスタープロフィール出力部１５から予め設定されたマスタープロフィールのデータ値(設計値など)とを比較する比較部１２と、該比較部１２によって比較した結果から前記両プロフィールの差異の割合が最小の組み合わせを選択する選択部１３と、この選択部１３によって選択した値などを表示するディスプレイ１４と、を備えている。このディスプレイ１４には、前記制御部１０から駆動機構部６への指示情報を表示することも可能になっている。
【００２１】
また、前記ディスプレイ１４で表示された内容は、前記プリンター９によってプリントアウト可能になっている。
【００２２】
以下、前記カムプロフィールの測定装置によって前記カム２のカム面２ａ(カムプロフィール)を具体的に測定する対象およびその方法を、図面に基づいて説明する。
【００２３】
まず、図３は前記カムプロフィールの測定装置による測定対象となったものと同じく、カムシャフト１に設けられた通常の標準的な卵形のカム２を示し、該カム２は、リフト量が０のベースサークル領域１６と所定のリフト量を有するカム山１７とを備えている。また、カムシャフト１の一端面には、カム２の角度の基準となるノックピン穴２０が形成されており、ノックピン穴２０の中心２０ａとカムシャフト１の中心１ａとを結ぶ基準線２１を基準としてカム山１７の頂点１７ａ位置までのカム２の回転角度βが設定されることになる。なお、前記カム２の角度基準点としては、カムシャフト１の外周面に形成されたキー溝などを用いることもある。
【００２４】
そして、クランクシャフトのクランク角度(カム２の回転角)とバルブリフトとの関係から求められる前記カム２の基本的なカムリフトカーブ(カムプロフィール)は、図４に示すような特性になり、カム２の回転とともにバルブリフト量が変化し、カム山１７の頂点１７ａに達する直前、つまり頂点１７ａ付近でバルブリフト量が最高値に達していることが明らかである。
【００２５】
図５は前記卵形のカム２ではなく、例えばカム山の頂点（リフトトップ)が切欠された揺動カムのようなカムのカムプロフィールを示し、この場合も前記卵形のカム２と同じく、頂点に到達する前にバルブリフトが最高値に達していることが明らかである。つまり、卵形を含む通常のカムは、リフトの最高値はいずれの場合であっても、頂点に達する前に到達するように形成されているのである。
【００２６】
したがって、この実施形態では、前記卵形のカム２のカムプロフィールを、前記測定部７によって実測値を測定し、この実測値をプロフィール部１１によってカムプロフィールのデータ波形としてイメージ化する。
【００２７】
前記マスタープロフィール部１５は、図６に示すように、予め内燃機関の仕様などに基づいて設定された設計値プロフィールＳと、この設計値プロフィールＳに対して位相位置が複数段に進角した進角値プロフィール(Ｓ＋ｎα°)(破線部Ｘ)と、前記設計値プロフィールＳに対して位相位置が複数段に遅角した遅角値プロフィール(Ｓ−ｎα°)(破線部Ｙ)と、によって構成されている。なお、前記ｎとαは必要に応じてその値を任意に設定することが可能であり、また、その設定数も少なくとも１つ以上あればよい。
【００２８】
前記比較部１２では、図７に示すように、前記マスタープロフィール部１５から出力された図６に示す複数のデータ波形値、つまり設計値(細線Ｓ)、進角値Ｓ＋ｎα°(破線Ｘ)、遅角値Ｓ−ｎα°(破線Ｙ)と前記プロフィール部１１によって求められた実測値のデータ波形値(太線Ｚ)とを重ね合わせて比較する。
【００２９】
なお、図８は前記マスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)と実測値プロフィール(Ｚ)との比較結果を示すグラフであって、基準ライン０から上側がプラス方向の差異、下側マイナス方向の差異を表し、前記両者の差異がＡ波形のように示された場合は、プロフィール前半の差異が小さく後半で大きくなっている例である。また、Ｃ波形のように示された場合は、前半の差異が大きく後半の差異が小さくなっている例であり、Ｂ波形のように示された場合は、前半、後半ともに差異が小さい例である。このような波形表示によって、前記両者の差異の大きさや差異の位置が明確になる。
【００３０】
次に、前記比較部１２による比較処理に続く前記選択部１３での処理について説明すると、同一の回転角度におけるマスタープロフィール（Ｓ，Ｘ，Ｙ）と実測値プロフィールＺを前記比較した中で、図９に示すような方法によって、実測値プロフィールＺに対して矢印の方向と矢印の長さを用いて前記マスタープロフィール（Ｓ，Ｘ，Ｙ）のいずれか１つを選択する。つまり、矢印の方向は前記差異の方向を示し、矢印の長さは差異の量を示し、この矢印の最も短いマスタープロフィールの１つを選択することによって前記両プロフィールの差異が最も小さいものを算出して選択することができる。
【００３１】
また、両者プロフィールの差異を求める別の方法としては、図１０に示すように、マスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)と実測値プロフィールＺとのバルブリフト量の差異の総和を算出することによって選択することが可能である。すなわち、図１０に示す両プロフィール間の斜線部の面積がバルブリフト量の差異になることから、かかる面積を比較することによって、最も差異の小さなマスタープロフィールを算出して選択することができる。
【００３２】
なお、前記マスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)と実測値プロフィールＸとの間の最も差異の小さなマスタープロフィールを選択するさらに別の方法としては、例えばバルブリフト量から求められるカムの回転速度あるいは加速度を用いて算出することもできる。
【００３３】
図１１は前記測定完了後におけるディスプレイ１４の表示画面の一例であって、上側の部位に所定の頻度で測定したカム２の回転角度(ｄｅｇ)とカム２のリフト量(ｍｍ)の数値を表示すると共に、その下側の部位にそれらの値をイメージ化した(グラフ化)表示をする。なお、測定頻度は任意に設定することが可能である。
【００３４】
図１２は前記測定結果とマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)の差異を表示するディスプレイ１４の表示画面の一例であって、下側のグラフ中、横軸がカム２の回転角度、縦軸がバルブリフトの差異を表しており、グラフの中央の線Ｐは前記両プロフィールの差異が０を表し、このＰ線の上下の線Ｑ１，Ｑ２は両プロフィールの差異の図示規格などの上下限値を表示している。そして、該Ｑ１、Ｑ２の間の波形線は、実測値プロフィールＺの測定結果とマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)の差異を表示している。
【００３５】
これら、ディスプレイ１４での結果表示によって、両プロフィールの差異が明確に認識することができると共に、これらのデータを保存しながら繰り返し差異の測定データを蓄積することによって、さらに高精度なカムプロフィールの成形情報として利用することが可能になる。
【００３６】
以上のように、この実施形態によれば、特に、設計値のプロフィールＳの他に、この設計値Ｓに対して位相が進角したプロフィールＸあるいは遅角したプロフィールＹの計算値を設定し、前記設計値のプロフィールＳや進角、遅角したプロフィールＸ，Ｙと実測値のプロフィールＺとの最も差異の少ないプロフィールを選択して特定するようにしたため、たとえカム２の頂点位置(リフトトップ位置)の角度を特定することができない場合においても、カムシャフト１の角度方向の基準であるノックピン穴２０の中心２０ａとカム中心角との角度に関する設計値と実測値との差異を算出・表示することが可能になる。これによって、カム２の高精度なプロフィールを得ることができる。
【００３７】
また、ノックピン穴の形成位置が不明確でリフトトップ位置(角度)を特定できない場合や、カム形状がリフトトップ位置で欠けているなどの理由で実測値からリフトトップ位置(角度)を特定できない場合でも、設計値あるいは計算値のプロフィールＳ，Ｘ，Ｙと実測値プロフィールＺとの差異を算出・表示することが可能になる。
【００３８】
図１３は前記統合制御部８の基本構成は第１の実施形態と同様であるが、マスタープロフィールの生成方法を変更したものである。すなわち、まず、設計値プロフィール出力部１８において予め設計値のプロフィールＳを入力しており、この設計値プロフィール出力部１８から出力された設計値プロフィールＳ情報に基づいて、統合制御部８内のマスタープロフィール生成部１９により、前記複数の進角プロフィールＸと遅角プロフィールＹとを生成してマスタープロフィール全体(Ｓ，Ｘ，Ｙ)を生成するようになっている。そして、このマスタープロフィール生成部１９で生成されたマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)情報を前記比較部１２に入力するようになっている。
【００３９】
したがって、この実施形態によれば、最終的なマスタープロフィール(Ｓ，Ｘ，Ｙ)の生成を統合制御部８内で行うため、より精度の高いプロフィールを生成することが可能になる。
【００４０】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、カムとしては内燃機関に適用されるもの以外に、一般的な駆動機器類に用いられカムにも適用することが可能である。また、カムのプロフィールを実測する装置も前記以外の装置によることも可能である。
【００４１】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
(１)前記出力部は、実測値と設計値または計算値との差異を、内燃機関のクランク角度に対するバルブリフト量の変化を表す図、表またはグラフによってデータを出力することを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
(２)前記出力部は、前記実測値と設計値または計算値との差異を表示することを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
(３)前記出力部からの信号を入力して前記実測値と設計値または計算値との差異を内燃機関のクランク角度に対するバルブリフト量の変化を表す図、表またはグラフの少なくとも１つを表示する表示部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
(４)前記選択されたマスタープロフィールと実測されたプロフィールとの比較結果を、前記設計値と実測値との差異として検出することを特徴とする請求項３に記載のカムプロフィールの測定方法。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のカムプロフィールの測定装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】本実施形態のカムプロフィールの測定装置のブロック図である。
【図３】本実施形態のカムプロフィール測定に供されるカムの正面図である。
【図４】該カムのリフト特性図である。
【図５】別の異なるカムのカムリフト特性図である。
【図６】本実施形態におけるマスタープロフィールをイメージ化した図である。
【図７】本実施形態におけるマスタープロフィールと実測値プロフィールを組み合わせてイメージ化した図である。
【図８】本実施形態に供されるマスタープロフィールと実測値プロフィールの差異の複数の態様をイメージ化した図である。
【図９】本実施形態におけるマスタープロフィールと実測値プロフィールとの最小の差異を算出する方法をイメージ化した図である。
【図１０】マスタープロフィールと実測値プロフィールとの最小の差異を他の算出方法をイメージ化した図である。
【図１１】本実施形態におけるカムの回転角度とカムリフトとの関係でカムプロフィールを測定した後の内容をディスプレイに表示した画面表示図である。
【図１２】本実施形態における実測値プロフィールとマスタープロフィールとの差異の内容をディスプレイに表示した画面表示図である。
【図１３】マスタープロフィールを生成する別の方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…カムシャフト
２…カム
２ａ…カム面(プロフィール)
６…駆動機構部
７…測定部
８…統合制御部
Ｓ…設計値プロフィール
Ｘ…進角値プロフィール
Ｙ…遅角値プロフィール
Ｚ…実測値プロフィール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムのプロフィールの実測値を測定する測定部と、
カムのプロフィールの設計値を入力する入力部と、
該入力部に入力された設計値に基づいて、少なくとも１つ以上の進角または遅角した位相のプロフィールの計算値を算出する算出部と、
前記設計値または計算値と前記実測値とを比較して、これらの差異が最小となる設計値または計算値を特定し、該特定された設計値または計算値と前記実測値との差異を演算する処理部と、
該処理部によって演算された差異値を出力する出力部と、
を備えたことを特徴とするカムプロフィールの測定装置。
【請求項２】
前記計算値は、前記設計値に対して進角した位相の少なくとも１つのプロフィールの進角計算値であるか、または、前記設計値に対して遅角した位相の少なくとも１つのプロフィールの遅角計算値であることを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
【請求項３】
カムの加工に用いられる設計値プロフィールと該設計値プロフィールに対して位相が進角したプロフィール及び遅角したプロフィールとによって構成されたマスタープロフィールを有し、
前記カムのプロフィールを実測して得られた実測値プロフィールと前記マスタープロフィールとをプロフィールの全域に渡って比較し、
この比較値の差異が最小になる前記マスタープロフィールを選択し、
この選択されたマスタープロフィールの角度変数をカムシャフトの角度方向の基準であるノック穴中心とカムの中心角との角度の変位として検出することを特徴とするカムプロフィールの測定方法。
【請求項１】
カムのプロフィールの実測値を測定する測定部と、
カムのプロフィールの設計値を入力する入力部と、
該入力部に入力された設計値に基づいて、少なくとも１つ以上の進角または遅角した位相のプロフィールの計算値を算出する算出部と、
前記設計値または計算値と前記実測値とを比較して、これらの差異が最小となる設計値または計算値を特定し、該特定された設計値または計算値と前記実測値との差異を演算する処理部と、
該処理部によって演算された差異値を出力する出力部と、
を備えたことを特徴とするカムプロフィールの測定装置。
【請求項２】
前記計算値は、前記設計値に対して進角した位相の少なくとも１つのプロフィールの進角計算値であるか、または、前記設計値に対して遅角した位相の少なくとも１つのプロフィールの遅角計算値であることを特徴とする請求項１に記載のカムプロフィールの測定装置。
【請求項３】
カムの加工に用いられる設計値プロフィールと該設計値プロフィールに対して位相が進角したプロフィール及び遅角したプロフィールとによって構成されたマスタープロフィールを有し、
前記カムのプロフィールを実測して得られた実測値プロフィールと前記マスタープロフィールとをプロフィールの全域に渡って比較し、
この比較値の差異が最小になる前記マスタープロフィールを選択し、
この選択されたマスタープロフィールの角度変数をカムシャフトの角度方向の基準であるノック穴中心とカムの中心角との角度の変位として検出することを特徴とするカムプロフィールの測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３９６２１（Ｐ２００８−３９６２１Ａ）
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２１５１６２（Ｐ２００６−２１５１６２）
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５９２０７８５９７）タマチ工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月８日（２００６．８．８）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（５９２０７８５９７）タマチ工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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