JP2002144165A - シートリング自動組み付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、シートリング自動組み付け装置に
関し、比較的安価で消費エネルギを低減できるようにす
る。 【解決手段】 シリンダヘッド１のシートリング係合部
の縁部に沿うように形成され、シートリング係合部近傍
を加熱する高周波誘導加熱コイル３と、高周波誘導加熱
コイル３の上方に設けられ、シリンダヘッド１にシート
リング２を圧入する圧入治具４とを備え、高周波誘導加
熱コイル３によりシリンダヘッド１が加熱された後、高
周波誘導加熱コイル３をシリンダヘッド１上に載置した
状態で圧入治具４がシリンダヘッド１方向に移動してシ
ートリング２が圧入されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのシリン
ダヘッドにシートリングを自動的に組み付ける、シート
リング自動組み付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンのシリンダヘッドに
は、吸排気弁により開閉される吸排気ポートが形成さ
れ、この吸排気ポートの燃焼室側開口端には、燃焼室の
気密性を保持するとともに吸排気弁との繰り返し衝突に
よる磨耗を防ぐ目的でシ−トリング（又はバルブシー
ト，バルブシートリングともいう）が圧入されている。

【０００３】ここで、このようなシートリングの圧入手
法について説明すると、従来は、シートリングを液体窒
素中に浸してシートリングを収縮させた後、シートリン
グを液体窒素から取り出して常温のシリンダヘッドに嵌
め込んでいた（冷嵌め）。また、このような圧入作業は
作業者の手作業により行なわれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
冷嵌めによるシートーリングの圧入では、液体窒素を用
いているので、安全性を考慮すると作業を自動化するの
が好ましい。しかしながら、このような作業を自動化す
るための設備では、液体窒素を扱うため緻密な温度管理
が要求され、非常に高価になるという課題があった。

【０００５】なお、シートリングを自動圧入する手法と
しては、例えば図７に示すような焼き嵌め手法も提案さ
れている。即ち、シリンダヘッド１の吸排気ポート開口
部を加熱源３′の下方に搬送した後、この加熱源３′を
下降させてシリンダヘッド１を加熱し、その後、シリン
ダヘッド１を次工程に搬送して、常温のシートリング２
を保持した圧入治具４を作動させてシートリング２を嵌
合するのである。

【０００６】この場合、シリンダヘッド１を加熱する具
体的な手法としては、図８（ａ）に示すように、高温に
熱したカーボンヒータ３ａをシートリング取り付け部
（シートリング係合部）に押し付けたり、図８（ｂ）に
示すように、シートリング取り付け部を放射火炎３ｂに
より直接加熱する技術が提案されている。しかしなが
ら、上述の技術の場合は加熱時間が長く作業効率が良く
ないという課題があるほか、エネルギ消費量も比較的多
いという課題がある。

【０００７】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、比較的安価で消費エネルギの少ないシートリ
ング自動組み付け装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
シートリング自動組み付け装置では、高周波誘導加熱コ
イルによりシリンダヘッドのシートリング係合部近傍が
加熱される。ここで、高周波誘導加熱コイルがシートリ
ング係合部の縁部に沿うような形状に形成されており、
シートリング係合部の縁部が局部的に加熱され熱膨張す
る。

【０００９】加熱後、高周波誘導加熱コイルへの電力供
給が終了すると、この高周波誘導加熱コイルをシリンダ
ヘッド上に載置した状態で、シートリングを保持した圧
入治具がシリンダヘッド方向に移動して、シートリング
がシートリング係合部に圧入される。このように、本発
明に係るシートリング自動組み付け装置では、液体窒素
を用いることなくシートリングを圧入するので、装置自
体を比較的安価なものとすることができる。また、加熱
手段として高周波誘導加熱コイルを用いるので少ない消
費電力でシリンダヘッドを加熱することができる。

【００１０】なお、シートリングを圧入する際の圧入代
及び圧入荷重に基づいて該圧入治具の作動が制御される
ように構成するのが好ましい。また、加熱温度を検出す
る温度検出手段を設け、この温度検出手段からの検出情
報に基づいて、該圧入治具の作動開始タイミングを制御
するように構成するのが好ましい。この場合には、温度
検出手段として放射温度計を用いるのが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の一実
施形態にかかるシートリング自動組み付け装置について
説明すると、図１はその全体のレイアウトを示す模式的
な上面図、図２はその要部構成を示す模式的な上面図、
図３はその要部構成を示す模式的な側面図である。

【００１２】図１に示すように、本発明のシートリング
自動組み付け装置は、前工程での作業を終えたワーク１
が搬入されるワーク搬入口１０１と、ワーク１を加熱し
シートリング（図３の符号２参照）を自動圧入する圧入
装置１０２と、ワーク１を次工程（後工程）に搬出する
ワーク搬出口１０３と、上記圧入装置１０２で用いられ
る加熱源としての高周波誘導加熱コイル（図２，図３の
符号３参照）を加熱するため高周波発振器（加熱電源）
１０４等を備えている。なお、本実施形態では、ワーク
としてエンジンのシリンダヘッド１が適用されている。

【００１３】ここで、ワーク搬入口１０１では、ワーク
１の清掃及びワーク１の機種確認が行なわれるようにな
っており、ワーク（シリンダヘッド）１の機種（例えば
ターボチャージャ付きエンジンか否か）に応じたシート
リング２が上記圧入装置１０２で圧入されるようになっ
ている。また、ワーク搬出口１０３には、圧入装置１０
２でシートリング２が正しく圧入されなかった場合に、
このワーク１をラインから一時的に除去するワーク払出
し台１０３ａが設けられており、また、ワーク搬入口１
０１には、ワーク払出し台１０３ａに移送されたワーク
１を再度圧入装置１０２に投入する再投入口１０１ａも
付設されている。

【００１４】さらに、本装置には、上述以外にも、加熱
コイル３を冷却するための冷却水を蓄えた冷却水貯留タ
ンク１０５、圧入装置１０２を作動させるための作動油
を蓄えた作動油貯留タンク１０６及び圧入装置１０２を
作動を制御するための制御盤１０７が設けられている。
次に、圧入装置１０２について具体的に説明する。

【００１５】上述したように、圧入装置１０２には加熱
コイル３が設けられている。この加熱コイル３は高周波
発振器１０４からの高周波誘導電流による電磁誘導を利
用してシリンダヘッド１を加熱するものであり、図２に
示すように、シリンダヘッド１の１対の吸排気ポート１
ａ，１ｂの開口縁部（シートリング係合部）に沿うよう
な形状に形成され、且つ上記開口縁部よりも僅かに大き
い形状に形成されている。そして、この加熱コイル３に
電力を供給することにより、シリンダヘッド１のシート
リング係合部近傍が局部的に加熱されるようになってい
る。

【００１６】そして、加熱源として加熱コイル３を用い
ることにより、短時間でシリンダヘッド１を加熱するこ
とができるのである。また、このような加熱コイル３は
消費電力も少なく、省エネルギ化を図ることができるの
である。また、図３に示すように、圧入装置１０２に
は、シートリング２をシリンダヘッド１に圧入する圧入
治具４が設けられている。この圧入治具４には、図示し
ないシートリング供給装置から供給されたシートリング
２が保持されており、シリンダヘッド１が所定の温度ま
で加熱されると、加熱コイル３がシリンダヘッド１上に
位置している状態のまま圧入治具４全体が下方に駆動さ
れて、シートリング２がシリンダヘッド１に圧入される
ようになっている。

【００１７】なお、上述のシートリング供給装置には複
数種類のシートリングがストックされており、シリンダ
ヘッド１がワーク搬入口１０１に搬入されると、エンジ
ンの種別を判定して、エンジン種別に応じたシートリン
グ２を圧入治具４に供給するようになっている。また、
加熱コイル３の内部を吸排気ポート１ａ，１ｂの開口縁
部よりも僅かに大きく形成しておくことで、シートリン
グ２の圧入時に圧入治具４及びシートリング２が加熱コ
イル３と干渉するようなことが防止されるようになって
いる。これにより、シリンダヘッド１の加熱後に加熱コ
イル３を一旦除去するような作業が不要となり、作業効
率の向上が図られるのである。

【００１８】ところで、圧入装置１０２には、加熱コイ
ル３の温度を計測する温度検出手段として放射温度計１
１（図５参照）が設けられており、この放射温度計１１
からの温度情報に基づいて、シリンダヘッド１が上記所
定温度まで加熱されたと判定されると加熱コイル３への
電力供給が遮断され、圧入治具４の駆動が開始されるよ
うになっている。

【００１９】なお、これ以外にも、加熱コイル３への電
力供給を時間で管理するようにしてもよい。例えば、加
熱コイル３に電力供給を開始してからシリンダヘッド１
が上記所定温度に達するまでの時間ｔを予め計測してお
き、この設定時間ｔに達すると自動的に加熱コイル３へ
の電力供給を停止し、圧入治具４を駆動するように構成
してもよい。

【００２０】さて、圧入装置１０２についてさらに詳細
に説明すると、図４は圧入装置１０２をワーク搬送方向
から見た模式的な正面図、図５は圧入装置１０２の模式
的な側面図であって図４の左側面図、図６は図５のＡ−
Ａ断面図である。図４に示すように、シリンダヘッド１
は、ワーク取付治具７に載置された状態で圧入装置１０
２に搬送されるようになっている。また、ワーク取付治
具７には位置決めピン７ａが突設されており、この位置
決めピン７ａがシリンダヘッド１に穿設された位置決め
孔１ａに挿通することで、ワーク取付治具７に対するシ
リンダヘッド１の位置が固定されるようになっている。

【００２１】また、ワーク取付治具７はＸＹ方向（図４
中の左右方向及び紙面に垂直方向）に移動可能な直行２
軸式のリニアガイド７ｂ上に固定されており、ワーク取
付治具７を上記ＸＹ方向にそれぞれ独立して移動させる
ことにより、シートリング２の圧入位置を調整できるよ
うになっている。また、この圧入装置１０２のフレーム
１０２ａには油圧シリンダ６が取り付けられている。ま
た、図５，図６に示すように、油圧シリンダ６にはロー
ドセル（圧入荷重検出手段）５を介して圧入治具４が接
続されており、この油圧シリンダ６を作動させることに
より圧入治具４が上下方向に進退するようになってい
る。

【００２２】ここで、油圧シリンダ６は、基本的には、
油圧源からの圧力と釣り合うところまで、即ち、シート
リング２が底付きするまで圧入を行ない、油圧源の圧力
と同荷重となると、シートリング２の圧入が完了したも
のとして油圧シリンダ６を縮退（上昇）させるようにな
っている。また、この圧入工程中において、ロードセル
５からの検出情報に基づき圧入荷重の過不足を監視し、
設定値を外れるものは圧入異常として検出されるように
なっている。

【００２３】また、図示は省略するが、この圧入治具４
にはリニアスケールが付設されており、シートリング圧
入時の圧入代（圧入ストローク）が表示されるようにな
っている。具体的には圧入開始時に圧入治具４に保持さ
れたシートリング２の圧入端面がシリンダヘッド１の表
面に位置したときを基準（ストローク量０）として、こ
の基準から圧入荷重が設定値となって油圧シリンダ６が
上昇に転じるまでの伸長量（ストローク）がリニアスケ
ールに表示されるようになっている。

【００２４】そして、シートリング２の圧入後、リニア
スケールで表示されたストロークが管理値外であれば、
シートリング２の圧入が正しく行なわれていないと判定
して、圧入作業後のシリンダヘッド１が図１に示すワー
ク払出し台１０３ａに除去されるようになっている。な
お、本実施形態では、上述のような圧入不良判定はリニ
アスケールに記憶された設定値に基づいて行なわれるよ
うになっており、リニアスケールからの情報に基づいて
シートリング２の圧入不良判定作業が自動的に行なわれ
るようになっている。

【００２５】また、このようにして搬送ラインから除去
されたシリンダヘッド１はワーク再投入口１０１ａに搬
送されて、再度シートリング２の組み付けが行なわれる
ようになっている。ところで、図３，図６に示すよう
に、圧入装置１０２には、２つの圧入治具４，４が取り
付けられている。このうち一方の治具は吸気弁側シート
リング２を保持，圧入するためのものであって、他方は
排気弁側シートリング２を保持，圧入するためのもので
ある。そして、本装置では、１回の圧入作業で吸気弁側
のシートリング２と排気弁側のシートリング２とが同時
に圧入されるようになっている。

【００２６】また、加熱コイル３は圧入治具４の真下に
固定されており、シートリング２の圧入時には、圧入治
具４が加熱コイル３に接することなくシリンダヘッド１
の吸排気ポート１ａ，１ｂに挿通するようになってい
る。そして、圧入治具４の先端部が、バルブステム用ガ
イド穴１ｃ，１ｄ（図３参照）に案内されてシートリン
グ２が圧入されるようになっている。

【００２７】なお、圧入治具４は、異なる径のシートリ
ング２にも対応できるように着脱式アタッチメントとし
て構成されており、容易に交換可能に構成されている。
また、図４及び図６に示すように、圧入装置１０２に
は、油圧シリンダ６の作動状態を検出するための位置セ
ンサ８，９が設けられている。また、油圧シリンダ６に
は、この油圧シリンダ６と一体になって進退するテーパ
状の部材（テーパ部材）１０が取り付けられている。そ
して、このテーパ部材１０が各位置センサ８，９の先端
を通過すると各センサ８，９のオンオフが切り換わって
油圧シリンダ６の位置が検出されるようになっている。

【００２８】２つのセンサ８，９のうち、上方に設けら
れたセンサ８は、圧入作業前にシートリング２を受け取
るための待機位置を検出するものであり、油圧シリンダ
６の上昇時にテーパ部材１０が位置センサ８よりも上昇
すると、例えば位置センサ８がオフに切り換わって、油
圧シリンダ６が待機位置で停止するようになっている。

【００２９】また、下方に設けられた位置センサ９は、
圧入作業時に圧入荷重が油圧源の圧力に達しなくてもそ
れ以上の油圧シリンダ６の下降を防止するべく設けられ
たものであって、テーパ部材１０が位置センサ９よりも
下降すると、例えば位置センサ９がオンに切り換わっ
て、油圧シリンダ６が上昇に転じるようになっている。

【００３０】本発明の一実施形態に係るシートリング自
動組み付け装置は、上述のように構成されているので、
例えば以下のようにして、シリンダヘッド１にシートリ
ング２の組み付け（圧入）が行なわれる。まず、シリン
ダヘッド１がワーク搬入口１０１に搬入されると図示し
ない機種確認装置によりエンジンの種別が判定されて、
エンジン種別に応じたシートリング２がシートリング供
給装置から圧入装置１０２に供給される。このとき油圧
シリンダ６はシートリング２を受け取るため待機位置に
あり、この状態で圧入治具４にシートリング２が保持さ
れる。

【００３１】一方、シリンダヘッド１は、ワーク搬入口
１０１から圧入装置１０２に搬送され、リニアガイド７
ｂによりシリンダヘッド１のＸＹ方向の位置決めが行な
われる。このとき、圧入治具４の真下に最初にシートリ
ング２が圧入される気筒の吸気ポート１ａ及び排気ポー
ト１ｂが位置するように、シリンダヘッド１が位置決め
される。

【００３２】また、加熱コイル３は圧入装置１０２に固
定されており、上述のようにシリンダヘッド１が位置決
めされると、図２に示すように、加熱コイル３の形状と
吸気ポート１ａ及び排気ポート１ｂの縁部との位置が合
致することになる。この状態で、高周波発振器１０４か
ら加熱コイル３に高周波誘導電流が供給され、加熱コイ
ル３の電磁誘導によりシリンダヘッド１の吸排気ポート
１ａ，１ｂの開口縁部（シートリング係合部）が加熱さ
れる。

【００３３】そして、放射温度計１１によりシリンダヘ
ッド１のシートリング係合部が所定温度まで加熱された
と判定されると上記加熱コイル３への電力供給が停止さ
れ、これと同時に、加熱コイル３がシリンダヘッド１上
に載置された状態で油圧シリンダ６が駆動されて圧入治
具４が下降する。その後、圧入治具４の先端は吸排気ポ
ート１ａ，１ｂのバルブステム用ガイド穴１ｃ，１ｄに
案内されながら下降して、シートリング２が吸排気ポー
ト１ａ，１ｂの開口端に圧入される。

【００３４】このとき、加熱コイル３は、図２に示すよ
うに、吸排気ポートの開口縁部よりも僅かに大きく形成
されているので、圧入治具４やシートリング２は加熱コ
イル２と干渉するようなことがない。したがって、加熱
終了後に加熱コイル３を移動させることなくシートリン
グ２を圧入することができる。一方、シートリング２の
圧入時に圧入荷重が油圧源の圧力に達すると、シートリ
ング２の圧入が終了したと判定されて油圧シリンダ６が
上昇する。そして、油圧シリンダ６は再び待機位置で停
止して、圧入治具４に新たなシートリング２が供給され
る。また、これと同時にリニアガイド７ｂが作動して、
新たにシートリング２が圧入される吸排気ポート開口端
の位置と圧入治具４の位置とが合致するようにＸＹ方向
に位置調整が行なわれる。

【００３５】例えばエンジンが吸気２弁，排気２弁の４
弁式エンジンであれば、第１吸気弁及び第１排気弁側の
シートリング２が圧入された後、隣接する第２吸気弁及
び第２排気弁側の各ポート開口端位置と圧入治具４の位
置とが合致するように位置調整が行なわれる。そして、
上述した加熱及び圧入作業が繰り返し実行され、全ての
気筒のシートリング２の圧入が終了すると、シリンダヘ
ッド１がワーク搬出口１０３に搬出され、さらに次工程
に搬送される。

【００３６】なお、圧入不良（組み付け不良）が生じた
ときには、一旦シートリング圧入作業が中断され、シリ
ンダヘッド１がワーク払出し台１０３ａに除去される。
そして、組み付け不良となったシートリング２を取り外
してから、ワーク搬入口１０１の再投入口１０１ａにシ
リンダヘッド１を移送して、このシリンダヘッドが再度
圧入装置１０２に投入される。

【００３７】ここで、圧入不良か否かは、圧入治具４に
付設されたリニアスケールにより判定される。すなわ
ち、リニアスケールにはシートリング圧入時の圧入代
（圧入ストローク）が表示されるので、表示されたスト
ロークが管理値外であれば、設定荷重が作用しても正し
くシートリング２が圧入されなかったと判定して、シリ
ンダヘッド１がワーク払出し台１０３ａに除去されるの
である。

【００３８】以上のように、本装置では、液体窒素を用
いることなくシートリングの組み付け作業を自動化して
いるので、緻密な温度管理が不要となり、このため装置
全体のコストを大幅に低減することができる。また、液
体窒素を用いていないので、作業の安全性も大幅に向上
する。また、シリンダヘッド１を加熱する際の加熱源と
して高周波誘導加熱コイル３を用いることにより、短時
間でシリンダヘッド１を加熱できる。また、高周波誘導
加熱コイル３は消費電力自体も少ないので省エネルギ化
を図ることができる利点がある。

【００３９】また、放射温度計１１からの検出情報に基
づいて、加熱コイル３への電力供給を停止するとともに
油圧シリンダ６の作動を開始するので、無駄な加熱もな
くなり、やはり省エネルギ化を図ることができる利点が
あるほか、サイクルタイムの短縮化を図ることができる
という利点がある。また、加熱コイル３を、吸排気ポー
ト１ａ，１ｂの開口縁部（シートリング係合部）に沿う
ような形状に形成し、且つ上記開口縁部よりも僅かに大
きい形状に形成することにより、加熱終了後に加熱コイ
ル３を除去せずに圧入治具４を下降させても圧入治具４
及びシートリング２が加熱コイル３に干渉することなく
圧入作業を実行することができる利点があり、これによ
りサイクルタイムの短縮を図ることができる。また、加
熱コイル３の上方に圧入治具４を設置することにより、
シリンダヘッド１の加熱工程とシートリング２の圧入工
程とを１工程化することができ、装置の小型化，省スペ
ース化を図ることができる。なお、これに対して、従来
技術では、シリンダヘッドの加熱工程とシートリングの
圧入工程とそれぞれ独立させているため（図７参照）、
装置が大型化するという課題があったが、本装置ではこ
のような課題も解決することができる。

【００４０】さらに、圧入治具４がアタッチメント化さ
れているため圧入治具４を容易に交換可能できる。この
ため、排気量の異なるエンジンがライン上に混在してい
る場合（即ち、シートリング径が異なる場合）にも簡単
に対応することができるという利点がある。なお、本発
明のシートリング自動組み付け装置は、上述の実施形態
に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない
範囲で種々変更することができる。例えば、４弁式エン
ジン用に圧入治具を４つ設けて、１回の圧入作業で１つ
の気筒のシートリング４つを同時に圧入するようにして
もよい。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のシートリ
ング自動組み付け装置によれば、液体窒素を用いること
なくシートリングの組み付け作業を自動化しているの
で、緻密な温度管理が不要となり、装置全体のコストを
大幅に低減することができる利点があるほか、液体窒素
を用いていないので作業の安全性も大幅に向上するとい
う利点がある。また、加熱源として高周波誘導加熱コイ
ルを用いることにより、加熱時間を短縮でき、また、高
周波誘導加熱コイルは消費電力自体も少ないので省エネ
ルギ化を図ることができる利点がある。

【００４２】また、高周波誘導加熱コイルを、シートリ
ング係合部に沿うような形状に形成して、シリンダヘッ
ドを局部的に加熱することで加熱時間をさらに短縮でき
る利点がある。また、高周波誘導加熱コイルの上方に圧
入治具が設けられているので、加熱終了後に高周波誘導
加熱コイルを除去せずにシートリングを圧入することが
できる利点がある。また、これにより、シリンダヘッド
の加熱工程とシートリングの圧入工程とを１工程化する
ことができ、サイクルタイムの短縮化を図ることができ
る利点があるほか、装置の小型化，省スペース化を図る
ことができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるシートリング自動
組み付け装置の全体のレイアウトを示す模式的な上面図
である。

【図２】本発明の一実施形態にかかるシートリング自動
組み付け装置の要部構成を示す模式的な上面図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかるシートリング自動
組み付け装置の要部構成を示す模式的な側面図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかるシートリング自動
組み付け装置の圧入装置をワーク搬送方向から見た模式
的な正面図である。

【図５】本発明の一実施形態にかかるシートリング自動
組み付け装置の圧入装置の構成を示す模式的な側面図で
あって図４の左側面図である。

【図６】本発明の一実施形態にかかるシートリング自動
組み付け装置の圧入装置の構成を示す模式的な断面図で
あって図５のＡ−Ａ断面図である。

【図７】従来のシートリング自動組み付け手法について
説明するための図である。

【図８】従来のシートリング自動組み付け手法について
説明するための図である。

【符号の説明】

１ ワーク（シリンダヘッド） ２ シートリング ３ 高周波誘導加熱コイル（加熱コイル） ４ 圧入治具 ５ 圧入荷重検出手段（ロードセル） １１ 温度検出手段（放射温度計） １０２ 圧入装置

Claims (1)

【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シートリン
   グを自動的に圧入するシートリング自動組み付け装置で
   あって、 該シリンダヘッドのシートリング係合部の縁部に沿うよ
   うな形状に形成されるとともに、該シートリング係合部
   近傍を加熱する高周波誘導加熱コイルと、 該高周波誘導加熱コイルの上方に設けられるとともに該
   シリンダヘッドに対して進退可能に構成され、該シリン
   ダヘッドに該シートリングを圧入する圧入治具とを備
   え、 該高周波誘導加熱コイルにより該シリンダヘッドが加熱
   された後、該高周波誘導加熱コイルをシリンダヘッド上
   に載置した状態で該圧入治具が該シリンダヘッド方向に
   移動して該シートリングが圧入されるように構成されて
   いることを特徴とする、シートリング自動組み付け装
   置。