(57)【要約】【課題】カムシャフトの回転における基準位相を定めることができる技術を提供する。【解決手段】回転トルク検査装置１は、カムシャフト３に対して相対回転不能に結合可能なヘッド１１と、ヘッド１１を回転させるモータ１５と、モータ１５の出力トルクを検出する出力トルク検出部１４と、モータ１５の動作を制御するモータ制御部２１と、ヘッド１１の位相に対応する位相情報を記憶するパルスカウンター２２と、ヘッド１１が所定の位相になったら、ヘッド１１の回転を禁止する回転禁止ユニット８と、ヘッド１１が所定の位相になったことでヘッド１１の回転が回転禁止ユニット８によって禁止された結果、モータ１５の出力トルクが上昇したら、その上昇時における位相情報をパルスカウンター２２に記憶させるカウンター制御部２３と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトに対して相対回転不能に結合可能な結合部と、
前記結合部を回転させる回転手段と、
前記回転手段の出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、
前記回転手段の動作を制御する回転制御手段と、
前記結合部の位相に対応する位相情報を記憶する位相情報記憶手段と、
前記結合部が所定の位相になったら、前記結合部の回転を禁止する回転禁止手段と、
前記結合部が前記所定の位相になったことで前記結合部の回転が前記回転禁止手段によって禁止された結果、前記回転手段の前記出力トルクが上昇したら、その上昇時における前記位相情報を前記位相情報記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、
を備えた回転トルク検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の回転トルク検査装置であって、
前記結合部には、径方向に開口した挿入溝が形成されており、
前記回転禁止手段は、前記結合部が前記所定の位相になったら、前記結合部の前記挿入溝に挿入される被挿入部を備えて構成されている、
回転トルク検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の回転トルク検査装置であって、
前記回転禁止手段は、前記被挿入部を前記結合部に向けて押圧する押圧弾性手段を更に備える、
回転トルク検査装置。
【請求項４】
カムシャフトに対して相対回転不能に結合可能な結合部と、前記結合部を回転させる回転手段と、前記回転手段の出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、
を備えた、回転トルク検査装置における位相管理方法であって、
前記結合部が所定の位相になったら、前記結合部の回転を禁止する第１のステップと、
前記結合部の回転が禁止された結果、前記回転手段の前記出力トルクが上昇したら、その上昇時における前記結合部の位相に対応する位相情報を記憶する第２のステップと、
を含む、
位相管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転トルク検査装置及び位相管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、特許文献１は、エンジンのシリンダヘッドに対しバルブ及びカムシャフトをそれぞれ組み付けた状態でこれらの動弁系の検査を行う動弁系の検査装置を開示している。この検査装置は、モータでカムを回転させた際の回転トルクを検出することで、カムの回転異常を検知するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８１５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の構成では、カムシャフトの回転における基準点が不確定である。つまり、カムシャフトの回転において基準となる位相（回転位相、回転角度、回転角度位置とも称される。）が決められていない。そのため、検査装置は、カムシャフトの回転後において、カムシャフトの位相を調整することが難しいという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、カムシャフトの回転における基準位相を定めることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明の第１の観点によれば、カムシャフトに対して相対回転不能に結合可能な結合部と、前記結合部を回転させる回転手段と、前記回転手段の出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、前記回転手段の動作を制御する回転制御手段と、前記結合部の位相に対応する位相情報を記憶する位相情報記憶手段と、前記結合部が所定の位相になったら、前記結合部の回転を禁止する回転禁止手段と、前記結合部が前記所定の位相になったことで前記結合部の回転が前記回転禁止手段によって禁止された結果、前記回転手段の前記出力トルクが上昇したら、その上昇時における前記位相情報を前記位相情報記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、を備えた回転トルク検査装置が提供される。以上の構成によれば、前記カムシャフトの回転における基準位相を定めることができるようになる。
前記結合部には、径方向に開口した挿入溝が形成されており、前記回転禁止手段は、前記結合部が前記所定の位相になったら、前記結合部の前記挿入溝に挿入される被挿入部を備えて構成されている。以上の構成によれば、前記回転禁止手段を簡素な構成で実現できる。
前記回転禁止手段は、前記被挿入部を前記結合部に向けて押圧する押圧弾性手段を更に備える。以上の構成によれば、前記被挿入部は、前記結合部が前記所定の位相になったら、前記結合部の前記挿入溝に自動的に挿入されるようになる。
本願発明の第２の観点によれば、カムシャフトに対して相対回転不能に結合可能な結合部と、前記結合部を回転させる回転手段と、前記回転手段の出力トルクを検出する出力トルク検出手段と、を備えた、回転トルク検査装置における位相管理方法であって、前記結合部が所定の位相になったら、前記結合部の回転を禁止する第１のステップと、前記結合部の回転が禁止された結果、前記回転手段の前記出力トルクが上昇したら、その上昇時における前記結合部の位相に対応する位相情報を記憶する第２のステップと、を含む。以上の方法によれば、前記カムシャフトの回転における基準位相を定めることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、カムシャフトの回転における基準位相を定めることができる。従って、カムシャフト回転後の工程においてカムシャフトの位相を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図1は、回転トルク検査装置の全体概略図である。
【図２】図2は、ヘッド及び拘束ピンの拡大斜視図である。
【図３】図3は、エンジンの製造ラインのフローである。
【図４】図4は、回転トルク検査方法のフローである。
【図５】図5は、回転トルク検査装置の動作説明図である。
【図６】図6は、回転トルク検査装置の動作説明図である。
【図７】図7は、回転トルク検査装置の動作説明図である。
【図８】図8は、回転トルク検査装置の動作説明図である。
【図９】図9は、回転トルク検査装置の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１〜図９を参照して、回転トルク検査装置１を説明する。
【００１０】
図１に示す回転トルク検査装置１は、カムハウジング２に組み付けられたカムシャフト３の回転トルクを検査して、カムシャフト３の回転に異常がないか確認する装置である。図１に示すように、カムハウジング２とカムシャフト３、図示しない複数のバルブ、図示しないカムキャップから構成されるカムハウジングサブ４は、ワーク置台５上に載せられている。カムシャフト３の端部には、カムシャフト３の軸方向に突出する結合ピン３ａが形成されている。
【００１１】
回転トルク検査装置１は、ナットランナー６、制御部７、回転禁止ユニット８（回転禁止手段）と、昇降アクチュエータ９、ベース１０、によって構成されている。
【００１２】
ナットランナー６は、カムシャフト３を回転させるためのものである。ナットランナー６は、ヘッド１１（結合部）、伝動シャフト１２、ヘッド進退アクチュエータ１３、出力トルク検出部１４（出力トルク検出手段）、モータ１５（回転手段）によって構成されている。
【００１３】
制御部７は、回転トルク検査装置１の動作を制御するものである。制御部７は、CPU１６（Central Processing Unit）、RAM１７（Random Access Memory）、ROM１８（Read Only Memory）を備えている。ROM１８には、回転トルク検査プログラムが記憶されている。回転トルク検査プログラムは、CPU１６に読み込まれ、CPU１６上で実行されることで、CPU１６等のハードウェアを、昇降制御部２０、モータ制御部２１（回転制御手段、位相調整手段）、パルスカウンター２２（位相情報記憶手段）、カウンター制御部２３（記憶制御手段）、ヘッド進退制御部２４、回転トルク検査部２５、として機能させる。
【００１４】
回転禁止ユニット８は、ヘッド１１が所定の位相になったら、ヘッド１１の回転を禁止するものである。
【００１５】
昇降アクチュエータ９は、ナットランナー６を上下方向に昇降させるアクチュエータである。
【００１６】
ベース１０は、回転禁止ユニット８及び昇降アクチュエータ９、ナットランナー６を吊り下げて支持するものである。
【００１７】
（ナットランナー６）
ヘッド１１は、カムシャフト３に対して相対回転不能に結合可能な部分である。図２に示すように、ヘッド１１は、円柱形状に形成されている。ヘッド１１は、カムシャフト３に対して対向可能なカム側端面１１ａと、外周面１１ｂと、を有している。そして、ヘッド１１には、挿入溝１１ｃが形成されている。挿入溝１１ｃは、ヘッド１１の径方向及び軸方向に開口している。換言すれば、挿入溝１１ｃは、カム側端面１１ａ及び外周面１１ｂにおいて開口している。以降、単に「軸方向」と言う場合は、ヘッド１１の軸方向を意味するものとする。
【００１８】
伝動シャフト１２は、ヘッド１１を支持するシャフトである。
【００１９】
ヘッド進退アクチュエータ１３は、ヘッド１１をカムシャフト３に近づけたり、ヘッド１１をカムシャフト３から遠ざけたりするように、ヘッド１１及び伝動シャフト１２を軸方向に進退させるためのアクチュエータである。ヘッド進退アクチュエータ１３は、制御部７から出力された進退信号に基づいて動作する。
【００２０】
出力トルク検出部１４は、伝動シャフト１２とモータ１５の間に配置され、モータ１５の出力トルクを検出して、出力トルク信号を生成する。出力トルク検出部１４は、生成した出力トルク信号を制御部７に出力する。
【００２１】
モータ１５は、ヘッド１１及び伝動シャフト１２を回転させるものである。モータ１５は、制御部７から出力された回転指令信号に基づいて動作する。回転指令信号としては、例えば、位相変化分を指定するものと、回転速度を指定するものと、が挙げられる。モータ１５は、インクリメンタル式のレゾルバ１５ａを有している。回転トルク検査装置１は、ヘッド１１の位相に対応する位相情報を取得するためのインクリメンタル式の位相情報取得手段として、レゾルバ１５ａを有している。モータ１５のレゾルバ１５ａは、ヘッド１１及び伝動シャフト１２の回転に伴って発生したパルス信号を制御部７に出力する。
【００２２】
（回転禁止ユニット８）
図２に示す回転禁止ユニット８は、ヘッド１１が所定の位相になったら、ヘッド１１の回転を禁止するものである。回転禁止ユニット８は、拘束ピン３０（被挿入部）、圧縮バネ３１（押圧弾性手段）、保持筒部３２、によって構成されている。拘束ピン３０は、先端が円錐状に形成されたピンである。拘束ピン３０は、保持筒部３２によって上下方向に進退自在に保持されている。圧縮バネ３１は、保持筒部３２内に収容されている。圧縮バネ３１は、拘束ピン３０をヘッド１１の外周面１１ｂに向けて押圧するものである。
【００２３】
（昇降アクチュエータ９）
図１に示すように、昇降アクチュエータ９は、制御部７から出力された昇降指令信号に基づいて動作する。
【００２４】
（制御部７）
昇降制御部２０は、昇降アクチュエータ９に昇降指令信号を出力することで、昇降アクチュエータ９の昇降動作を制御する。
【００２５】
モータ制御部２１は、モータ１５に回転指令信号を出力することで、モータ１５の回転動作を制御する。
【００２６】
パルスカウンター２２は、ヘッド１１の位相に対応する位相情報を記憶する。具体的には、モータ１５のレゾルバ１５ａから出力されたパルス信号をカウントすることで、現在のヘッド１１及び伝動シャフト１２の位相に対応する位相情報を保持する。
【００２７】
カウンター制御部２３は、出力トルク検出部１４から出力される出力トルク信号を常時モニタリングし、ヘッド１１が所定の位相になったことでヘッド１１の回転が回転禁止ユニット８によって禁止された結果、モータ１５の出力トルクが上昇したら、その上昇時における位相情報をパルスカウンター２２に記憶させる。具体的には、カウンター制御部２３は、その上昇時にパルスカウンター２２のカウントをリセットすることで、その上昇時における位相情報をパルスカウンター２２に記憶させる。
【００２８】
ヘッド進退制御部２４は、ヘッド進退アクチュエータ１３に進退信号を出力することで、ヘッド進退制御部２４の進退動作を制御する。
【００２９】
回転トルク検査部２５は、出力トルク検出部１４から出力された出力トルク信号に基づいて、カムシャフト３の回転に異常がないか検査する。
【００３０】
（動作１）
次に、図３を参照して、エンジンの製造ラインのフローを説明する。図３に示すように、先ず、作業員が、カムハウジング２にカムシャフト３及び図示しない複数のバルブを組み付ける（S200）。次に、作業員が、カムハウジング２に図示しないカムキャップを締め付けてカムハウジングサブ４を完成させる（S210）。次に、カムハウジングサブ４は、搬送ベルトによって回転トルク検査装置１に搬送される。回転トルク検査装置１は、カムシャフト３の回転トルク検査及びその後の位相調整を行う（S220）。その後、メイン組付ラインにてシリンダヘッドへカムハウジングサブ４を搭載する（S230）。
【００３１】
部品組付工程（S200）、キャップ締付工程（S210）、回転トルク検査工程及び位相調整工程（S220）は、夫々、異なる場所で行われる。本実施形態では、回転トルク検査工程及び位相調整工程が回転トルク検査装置１によって自動で行われるので、部品組付工程（S200）及びキャップ締付工程（S210）を担当している作業員が歩き回る範囲が狭くて済んでいる。従って、エンジンの生産効率が高い。
【００３２】
（動作２）
次に、図４〜図９を参照して、回転トルク検査装置１の動作を説明する。図１には、ヘッド１１がカムシャフト３をチャックしておらず、ヘッド１１がカムシャフト３と軸方向で対向している状態を示している。
【００３３】
先ず、図１の状態から図５の状態となるように、昇降制御部２０は、昇降アクチュエータ９に昇降指令信号を出力する。すると、昇降アクチュエータ９は、ナットランナー６が原位置に至るまでナットランナー６を上昇させる（S300）。ここで、「ナットランナー６の原位置」とは、図２に示す回転禁止ユニット８の拘束ピン３０の先端がヘッド１１の外周面１１ｂに対して圧縮バネ３１のバネ復元力によって押圧される関係が成立する、ナットランナー６の位置を意味する。
【００３４】
次に、図５の状態で、モータ制御部２１は、ヘッド１１が低速で回転するように、モータ１５に回転指令信号を出力する（S310）。すると、回転禁止ユニット８の拘束ピン３０は、ヘッド１１の外周面１１ｂ上をスライドした後、ヘッド１１が所定の位相になったら、図２及び図６に示すように、ヘッド１１の挿入溝１１ｃに挿入されて（S320）、ヘッド１１の回転は回転禁止ユニット８によって禁止される。これに対し、モータ制御部２１は、依然としてヘッド１１を低速で回転させようとし続けるので、モータ１５の出力トルクがステップ状に上昇する（S330）。カウンター制御部２３は、出力トルク検出部１４から出力される出力トルク信号を常時モニタリングすることで、モータ１５の出力トルクがステップ状に上昇したことを検知し（S340）、これに呼応して、パルスカウンター２２をリセットする（S350）。カウンター制御部２３によるパルスカウンター２２のリセットは、「ヘッド１１が所定の位相になったことでヘッド１１の回転が回転禁止ユニット８によって禁止された結果、モータ１５の出力トルクが上昇したら、その上昇時におけるヘッド１１の位相に対応する位相情報をパルスカウンター２２に記憶させる」に相当している。つまり、パルスカウンター２２は、ヘッド１１の回転の基準となる位相を記憶する。これにより、カムシャフト３の回転における基準となる位相を定めることができる。その結果、後述する回転トルク検査部２５による回転検査後において、カムシャフト３の位相を容易に所望の位相に調整することができる。
【００３５】
次に、図６の状態から図１の状態となるように、昇降制御部２０は、昇降アクチュエータ９に昇降指令信号を出力する。すると、昇降アクチュエータ９は、ナットランナー６のヘッド１１がカムシャフト３に対して軸方向において対向するように、ナットランナー６を下降させる。昇降アクチュエータ９がナットランナー６を下降させると、回転禁止ユニット８の拘束ピン３０は、ヘッド１１の挿入溝１１ｃから殆ど抵抗なく抜ける。
【００３６】
次に、図１の状態から図７の状態となるように、ヘッド進退制御部２４は、ヘッド進退アクチュエータ１３に進退信号を出力する。すると、ヘッド進退アクチュエータ１３は、ヘッド１１がカムシャフト３に近づくようにヘッド１１を進出させ、この結果、図１に示すカムシャフト３の結合ピン３ａが図２に示すヘッド１１のカム側端面１１ａに対して強く接触した状態となる（S360）。この状態で、モータ制御部２１は、ヘッド１１が低速で回転するように、モータ１５に回転指令信号を出力する。すると、カムシャフト３の結合ピン３ａは、ヘッド１１のカム側端面１１ａ上をスライドした後、図２及び図８に示すように、ヘッド１１の挿入溝１１ｃに挿入されて、ヘッド１１がカムシャフト３に対して相対回転不能に結合される（S370）。
【００３７】
次に、回転トルク検査部２５は、ヘッド１１が所定の回転トルク検査速度で回転するように、モータ１５に回転指令信号を出力する（S380）。そして、回転トルク検査部２５は、出力トルク検出部１４から出力された出力トルク信号をモニタリングすることで、カムシャフト３の回転に異常がないか検査する（S390）。出力トルク検出部１４から出力された出力トルク信号が所定の許容範囲内に収まっていれば、回転トルク検査部２５は、カムシャフト３の回転が正常であると判定する。一方、出力トルク検出部１４から出力された出力トルク信号が所定の許容範囲から外れていたら、回転トルク検査部２５は、カムシャフト３の回転が異常であると判定して、例えば警報アラームを鳴らすなどの所定の処理を行う。回転トルク検査（S390）が完了したら、回転トルク検査部２５は、ヘッド１１の回転を停止させるべく、モータ１５に回転指令信号を出力する（S400）。
【００３８】
次に、位相調整手段としてのモータ制御部２１は、カムシャフト３の位相が所望の位相となるように、パルスカウンター２２の現在のパルス値を参照して、モータ１５にインクリメント制御の回転指令信号を出力する（S410）。換言すれば、位相調整手段としてのモータ制御部２１は、パルスカウンター２２に記憶されている位相情報に基づいて、カムシャフト３の位相を調整する（S410）。さらに言い換えると、モータ制御部２１は、パルスカウンター２２に記憶されている位相情報を基準として、カムシャフト３の位相を調整する。このとき、パルスカウンター２２のリセット時の位相（基準位相）及びヘッド１１が１回転するのに要するパルス数は既知である。このため、モータ制御部２１は、パルスカウンター２２の現在のパルス値を参照することで、カムシャフト３の位相が所望の位相となるために必要となる追加のパルス数を算出する。そして、モータ制御部２１は、算出したパルス数に相当する回転指令信号をモータ１５に出力して、モータ１５をインクリメント制御する（S410）。言い換えると、回転トルク検査装置１は、位相を調整する対象物（カムシャフト３）と接触・チャックした後、所定の位相へインクリメント制御でヘッド１１を回すことで、任意の位置へ対象物の位相を調整することができる。これによりモータ１５がヘッド１１を所定量回転させ、カムシャフト３の位相は所望の位相となる。
【００３９】
仮に、カムシャフト３の位相にバラツキがあると、図３に示す後工程でシリンダヘッドにカムハウジングサブ４を取り付けるに際し（S230）、カムシャフト３のバルブがシリンダヘッドのロッカーアームと干渉する可能性がある。この干渉を回避するために、後工程において、カムシャフト３の位相を手動にて調整しておかなければならない。そのため、取り付け作業の効率が低下する。これに対し、上記の位相調整（S410）によれば、カムシャフト３の位相が所望の位相となるので、上記取り付け作業の効率が高くなる。また、位相調整（S410）が自動で行われるので、エンジンの製造ラインの効率も向上する。
【００４０】
最後に、図８の状態から図９の状態となるように、ヘッド進退制御部２４は、ヘッド進退アクチュエータ１３に進退信号を出力する。すると、ヘッド進退アクチュエータ１３は、ヘッド１１をカムシャフト３から遠ざけるようにヘッド１１を退避させ、この結果、ヘッド１１のカムシャフト３に対する結合状態が解除される（S420）。そして、制御部７は、処理をS300に戻す。
【００４１】
以上に本願発明の好適な実施形態を説明したが、上記実施形態は、以下の特長を有している。
【００４２】
（１）回転トルク検査装置１は、カムシャフト３に対して相対回転不能に結合可能なヘッド１１（結合部）と、ヘッド１１を回転させるモータ１５（回転手段）と、モータ１５の出力トルクを検出する出力トルク検出部１４（出力トルク検出手段）と、モータ１５の動作を制御するモータ制御部２１（回転制御手段）と、ヘッド１１の位相に対応する位相情報を記憶するパルスカウンター２２（位相情報記憶手段）と、ヘッド１１が所定の位相になったら、ヘッド１１の回転を禁止する回転禁止ユニット８（回転禁止手段）と、ヘッド１１が所定の位相になったことでヘッド１１の回転が回転禁止ユニット８によって禁止された結果、モータ１５の出力トルクが上昇したら、その上昇時における位相情報をパルスカウンター２２に記憶させるカウンター制御部２３（記憶制御手段）と、を備えている。以上の構成によれば、カムシャフト３の回転における基準位相を定めることができる。そして、カウンター制御部２３が記憶している位相情報を参照することで、カムシャフト３の回転トルク検査後に、カムシャフト３の位相を所望の位相となるように自動で調整することができるようになる。
【００４３】
（２）ヘッド１１には、径方向に開口した挿入溝１１ｃが形成されている。回転禁止ユニット８は、ヘッド１１が所定の位相になったら、ヘッド１１の挿入溝１１ｃに挿入される拘束ピン３０（被挿入部）を備えて構成されている。以上の構成によれば、回転禁止ユニット８を簡素な構成で実現できる。
【００４４】
（３）回転禁止ユニット８は、拘束ピン３０をヘッド１１に向けて押圧する圧縮バネ３１（押圧弾性手段）を更に備える。以上の構成によれば、拘束ピン３０は、ヘッド１１が所定の位相になったら、ヘッド１１の挿入溝１１ｃに自動的に挿入されるようになる。
【００４５】
（４）カムシャフト３に対して相対回転不能に結合可能なヘッド１１と、ヘッド１１を回転させるモータ１５と、モータ１５の出力トルクを検出する出力トルク検出部１４と、を備えた回転トルク検査装置１における位相管理方法は、(a)ヘッド１１が所定の位相になったら、ヘッド１１の回転を禁止する第１のステップ（S320）と、ヘッド１１の回転が禁止された結果、モータ１５の出力トルクが上昇したら、その上昇時におけるヘッド１１の位相に対応する位相情報を記憶する第２のステップ（S350）と、を含む。以上の方法によれば、記憶している位相情報を参照することで、カムシャフト３の回転トルク検査後に、カムシャフト３の位相を所望の位相となるように自動で調整することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態において、モータ１５のレゾルバ１５ａはインクリメンタル式としたが、これに代えてアブソリュート式のレゾルバを採用することも考えられる。しかし、アブソリュート式のレゾルバは極めて高価であって、費用対効果の面で選択することはできない。
【符号の説明】
【００４７】
１  回転トルク検査装置
２  カムハウジング
３  カムシャフト
３ａ  結合ピン
４  カムハウジングサブ
５  ワーク置台
６  ナットランナー
７  制御部
８  回転禁止ユニット
９  昇降アクチュエータ
１０  ベース
１１  ヘッド
１１ａ  カム側端面
１１ｂ  外周面
１１ｃ  挿入溝
１２  伝動シャフト
１３  ヘッド進退アクチュエータ
１４  出力トルク検出部
１５  モータ
１５ａ  レゾルバ
２０  昇降制御部
２１  モータ制御部
２２  パルスカウンター
２３  カウンター制御部
２４  ヘッド進退制御部
２５  回転トルク検査部
３０  拘束ピン
３１  圧縮バネ
３２  保持筒部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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