JP2005042772A - ノックピン、位置決め構造、及びノックピンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノックピン、或いはノックピンを用いた位置決め構造において、生産性を保持しつつ、位置決め精度を向上する。
【解決手段】略円筒形状に形成された金属製のノックピン２０にあって、断面円形状をなすノックピン本体２１の外周面には、その一部を切り欠くように形成された３つの逃げ溝２２が設けられている。各逃げ溝２２は、ノックピン本体２１の外周面に対する砥石の当たりが連続当たりとなるように螺旋状に延伸されており、ノックピン本体２１の外周面へのセンタレス研削が可能となっている。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノックピン、位置決め構造、及びノックピンの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、２つの部材の対向する位置にそれぞれ断面円形状に形成された位置決め用のピン穴を設け、略円筒形状のノックピンをそれらのピン穴を跨いで挿入して、それら２つの部材の位置決めを行う位置決め構造が広く採用されている。
【０００３】
一般に、そうした位置決め構造では、中実円柱形状のノックピン、いわゆるソリッドノックピンが使用されている。ソリッドノックピンは、挿入可能なピン穴との嵌め合いの限界のため、ピン穴との間に一定のクリアランスを設けた状態で使用されている。またそのクリアランスには、ピン穴加工時の穴径の誤差や形成位置のずれを吸収可能なように、十分な余裕が設けてある。そのため、ピン穴内でノックピンが径方向にがたついてしまい、金属部品間の組付け位置にずれが生じてしまうことがある。
【０００４】
ピン穴への挿入性を保持しつつ、そうしたがたつきを抑えるには、ノックピンを、圧入されるピン穴の内径に追従して柔軟に縮径可能な弾性変形し易い形状とする必要がある。そうしたノックピン形状としては例えば特許文献１に記載の家具の仮止め用の樹脂製又は木製の弾性ピンと同様の形状断面円形状をなすノックピン本体の外周面に軸方向に延びる３つの突起を設けた形状や、特許文献２に見られるようなノックピン中央部を軸方向に貫通する孔を有する中空円筒状の形状が挙げられる。
【０００５】
【特許文献１】
実開平４−４４５１１号公報
【特許文献２】
実開平５−３８４０９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの形状によれば、上記弾性変形のし易さは、ある程度は改善されるものの、下記のように未だ改善の余地がある。
【０００７】
すなわち、上記特許文献２に記載のような中空円筒形状のノックピンは、上記ソリッドノックピンと比べれば、確かに弾性変形し易い形状であるとはいえ、縮径に伴う外周面の周方向への変形が制限されているため、ピン穴内径への追従性は限られたものとなり、上記問題を十分には解決し得ないものとなっている。
【０００８】
また上記特許文献１のような外周に突起の設けられたノックピンでは、突起の先端部のみでピン穴に当接されているため、外力の作用等に応じて突起が容易に弾性変形してしまい、ノックピンがピン穴内でがたついてしまう虞があり、高い位置決め精度の確保は困難である。
【０００９】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、ノックピン、或いはノックピンを用いた位置決め構造において、生産性を保持しつつ、位置決め精度を向上することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、略円筒形状に形成されて、２つの部材の位置決めに用いられる金属製のノックピンにおいて、断面円形状をなすノックピン本体の外周面に、その一部を切り欠くように形成され、且つ螺旋状に延伸された逃げ溝を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のノックピンにおいて、前記逃げ溝を３つ以上形成するとともに、それら逃げ溝を、当該ノックピンの周方向にそれぞれ等間隔に形成したものである。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、２つの部材の対向する位置にそれぞれ形成されたピン穴と、略円筒形状に形成されるとともに前記２つの部材のピン穴を跨いで挿入される金属製のノックピンとを有して、前記２つの部材の位置決めを行う位置決め構造において、前記ピン穴の内径と略同径の断面円形状に形成されたノックピン本体の外周面に、その一部を切り欠くように形成され、且つ螺旋状に延伸された逃げ溝を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のノックピンにおいて、前記逃げ溝を３つ以上形成するとともに、それら逃げ溝を、前記ノックピンの周方向にそれぞれ等間隔に形成したものである。
【００１４】
請求項１、３に記載の構成では、ノックピン本体の外周面の一部を切り欠くように形成された逃げ溝によって、ピン穴への圧入時に、そのピン穴内周と当接する外周側面の周方向への弾性変形が許容されるため、圧入されるピン穴の内径に追従してノックピンが容易に縮径されるようになる。そのため、ノックピンをピン穴に対して、がたつきを生じさせることなく、容易に圧入することができる。また逃げ溝の切り欠かれた部分以外の外周面が、断面円形状に形成されたピン穴の内周面に当接した状態でノックピンをピン穴に圧入させることができるため、ピン穴の中心軸とノックピンの中心軸とを容易に一致させることができる。
【００１５】
更に上記逃げ溝は螺旋状に延伸されているため、ノックピン本体の外周面に対する砥石の当たりを連続当たりとすることができ、ノックピン本体の外周面をセンタレス研削にて加工することができる。そのため、ピン穴と当接するノックピン本体の外周面を、比較的容易に、高い真円度に仕上げることができる。したがって、高い生産性を維持しつつ、位置決め精度を向上することができる。
【００１６】
特に請求項２、４に記載のように逃げ溝を形成した場合には、ピン穴に圧入されたノックピンの外周面への面圧の作用に応じた力が、ノックピンの何れの断面においても釣り合いを保つようになる。そのため、圧入されたピン穴内において、ノックピンの中心軸は、ピン穴の中心軸と一致されるようになり、位置決め精度の更なる向上が可能となる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、研削加工された外周面を有する断面円形状のノックピン本体と、そのノックピン本体の前記外周面の一部を切り欠くように形成された逃げ溝と、を有する金属製のノックピンを製造する方法であって、丸棒材の外周面に、螺旋状に延伸するように前記逃げ溝を形成する工程と、前記逃げ溝の形成された前記丸棒材の外周面にセンタレス研削を施す工程と、前記丸棒材を、前記ノックピンの長さに加工する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のノックピンの製造方法において、前記逃げ溝の前記丸棒材の軸方向における幅は、前記研削加工に用いられる砥石の前記丸棒材への当たり幅に比して小さくなるように形成されるものである。
【００１９】
外周面の一部を切り欠くように形成された逃げ溝を備え、且つその外周面が研削加工によって高い真円度に仕上げられたノックピンを用いれば、がたつきを生じさせることなく容易にノックピンをピン穴に圧入させることができるため、位置決め精度を向上することができる。請求項５に記載の製造方法では、上記逃げ溝を螺旋状に形成することで、ノックピンの外周面に対する砥石の当たりを連続当たりとした上で、その外周面をセンタレス研削しているため、上記のようなノックピンの外周面を容易に、高い真円度に仕上げることができる。したがって、位置決め精度の高いノックピンを、高精度且つ高い生産性で製造することができる。更に請求項６に記載のように、逃げ溝の形成を行えば、センタレス加工における外周面に対する砥石の当たりを確実に連続当たりとすることができる。
【００２０】
ちなみに、上記丸棒材をノックピンの長さに加工する工程は、丸棒材への逃げ溝の形成の前、その逃げ溝の形成とセンタレス研削の間、及びセンタレス研削の後、のいずれに行うようにしても良い。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について、図を参照して説明する。
まず、本実施形態に係るノックピン及び位置決め構造が、製造時の２つの部材に位置決めに適用される内燃機関のシリンダブロックのクランクシャフト軸受部について説明する。
【００２２】
図１に示すように、クランクシャフト１１の軸受部は、シリンダブロックに一体形成されたベアリング部１０ｂと、そのベアリング部１０ｂ上に取り付けられるベアリングキャップ１０ａとの２つの部材によって構成されている。ベアリングキャップ１０ａ及びベアリング部１０ｂには、半円弧形状に切り欠かれた軸受溝１２ａ、１２ｂがそれぞれ形成されており、それら軸受溝１２ａ、１２ｂの間に狭持することで、クランクシャフト１１を回転可能に軸支されるようになっている。
【００２３】
ベアリングキャップ１０ａ及びベアリング部１０ｂには、それぞれ２つの位置決め用のピン穴１３ａ、１４ａ、１３ｂ、１４ｂが形成されている。ベアリングキャップ１０ａに形成される２つのピン穴１３ａ、１４ａの間隔と、ベアリング部１０ｂに形成される２つのピン穴１３ｂ、１４ｂの間隔とは、等しくなるように形成されている。そしてベアリングキャップ１０ａがベアリング部１０ｂ上の適正な位置に配置されたときに、ベアリングキャップ１０ａのピン穴１３ａ、１４ａは、ベアリング部１０ｂのピン穴１３ｂ、１４ｂとそれぞれ同位置に位置されるようになっている。
【００２４】
これらベアリングキャップ１０ａ及びベアリング部１０ｂは、２本のノックピン２０を用いて、所定の位置に位置決め固定されている。一本のノックピン２０は、ベアリングキャップ１０ａのピン穴１３ａとベアリング部１０ｂのピン穴１３ｂとを跨ぐように圧入され、もう一本のノックピン２０は、ベアリングキャップ１０ａのピン穴１４ａとベアリング部１０ｂのピン穴１４ｂとを跨ぐように圧入される。
【００２５】
こうしたクランクシャフト１１の軸受部は、次の手順で製造される。
まず、図２（ａ）に示すように、クランクシャフト１１を間に組み入れることなく、ベアリングキャップ１０ａとベアリング部１０ｂとを、上記２本のノックピン２０によって位置決め固定する。そしてその状態で、ベアリングキャップ１０ａの軸受溝１２ａ、及びベアリング部１０ｂの軸受溝１２ｂの周面を一体に加工して、両軸受溝１２ａ、１２ｂによって形成されるクランクシャフト１１の軸受を高い真円度に仕上げる。
【００２６】
その後、図２（ｂ）に示すように、ベアリングキャップ１０ａとベアリング部１０ｂとを一旦分離する。その状態で両軸受溝１２ａ、１２ｂの間にクランクシャフト１１を組み入れる。そして再び、ベアリングキャップ１０ａとベアリング部１０ｂとを、上記２本のノックピン２０によって位置決め固定することで、図１に示した軸受部が製造される。すなわち、以上の軸受部の製造に際しては、軸受の仕上げ加工時のベアリングキャップ１０ａとベアリング部１０ｂとの位置関係が、クランクシャフト１１の組付け時に再現されるように、ノックピン２０による位置決めが行われている。
【００２７】
次に、上記ノックピン２０の詳細を説明する。図３（ａ）は、本実施形態に係るノックピン２０の側面構造を、同図（ｂ）はその正面構造をそれぞれ示している。
【００２８】
ノックピン２０にあって、略円柱形状に形成された金属製のノックピン本体２１の外周面には、３つの逃げ溝２２が形成されている。各逃げ溝２２は、ノックピン本体２１の外周面において螺旋状に延伸されている。すなわち、各逃げ溝２２は、ノックピン本体２１の外周面において、同ノックピン２０の中心軸方向に対して所定の角度にて交差する方向に延伸されている。また図３（ｂ）に示すように、各逃げ溝２２は、ノックピン本体２１の周方向において等間隔にそれぞれ形成されている。
【００２９】
ノックピン本体２１の外周面において逃げ溝２２の形成されていない部分は、圧入時に上記位置決め用の穴の内周に当接される接触部２３となっている。ノックピン２０周方向における各接触部２３の幅は、それぞれ等しくなるように形成されている。ノックピン２０の接触部２３の外径は、それが挿入される上記ピン穴１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの内径に比して、若干大きい寸法に形成されている。
【００３０】
次に、こうしたノックピン２０の製造手順を説明する。
まず、上記逃げ溝２２となる螺旋状の溝２５が外周面に形成された、図４に示すような丸棒材２４を製造する。こうした螺旋状の溝２５の形成は、押出加工や転造等によって行われる。
【００３１】
続いて、丸棒材２４の外周面にあって上記溝２５以外の部分２６に研削加工を施す。ここで研削加工の施される部分２６は、上記ノックピン２０の接触部２３となる。ここでの研削加工は、下記のようなセンタレス研削盤を用いて行われる。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、センタレス研削盤は、上記丸棒材２４がその上面に載置される支持刃６２、及びその支持刃６２上に載置された丸棒材２４を挟んでその両側にそれぞれ配設される２つの砥石車、すなわち研削砥石車６０及び調整車６１を備えて構成されている。
【００３３】
研削砥石車６０及び調整車６１は、円盤形状に形成された砥石であり、モータ等の動力でそれぞれ回転されるようになっている。図５（ｂ）に示すように、研削砥石車６０は、その回転軸Ｌ１が、上記支持刃６２上に載置された丸棒材２４の中心軸Ｌ０と平行となるように配設されている。一方、調整車６１は、その回転軸Ｌ２が、上記丸棒材２４の中心軸Ｌ０に平行な方向に対して僅かに傾いた状態で配設されている。
【００３４】
支持刃６２上に載置された丸棒材２４は、支持刃６２、研削砥石車６０及び調整車６１によって３点支持され、その中心軸Ｌ０の位置が保持される。その状態で研削砥石車６０及び調整車６１が回転すると、それらの外周面に当接した丸棒材２４の外周面が研削される。このとき、研削砥石車６０の外周面の送り出し速度と調整車６１の外周面の送り出し速度との速度差によって、丸棒材２４はその中心軸Ｌ０回りに回転される。また上記調整車６１の回転軸Ｌ２の傾きのため、調整車６１の回転に応じて丸棒材２４は、図５（ｂ）に矢印で示す方向に、順次送り出される。これにより、丸棒材２４の外周面のすべてに順次研削が施される。
【００３５】
こうしたセンタレス研削では、加工物をセンタやチャック等で固定してセンタ出しを行う必要がないため、たとえ加工物が長尺であっても、短時間且つ容易に研削することができる。すなわち、ノックピン２０一本当たりの研削加工時間を短くすることができる。
【００３６】
なお上記螺旋状の溝２５は、こうしたセンタレス研削において、丸棒材２４の外周面に対する研削砥石車６０及び調整車６１の当たりが連続当たりとなるように、すなわち丸棒材２４が如何に回転しても、丸棒材２４の外周面の溝２５以外の部分２６にそれら砥石車が当接するように形成されている。こうした砥石車の連続当たりを確保するには、溝２５の丸棒材２４の軸方向における幅Ｗ０を、研削砥石車６０及び調整車６１の当たり幅Ｗ１、Ｗ２に比して小さくなるように形成すれば良い。
【００３７】
こうした研削の後、丸棒材２４は必要な長さに切り出される。そして切り出された丸棒材２４の両端に面取り加工を施すことで、一本の丸棒材２４から複数の上記ノックピン２０が製造されている。
【００３８】
次に、以上説明したノックピン２０の作用について説明する。
図６に、ノックピン２０がその接触部２３の外径よりも内径の小さいピン穴１３ａに圧入されたときの状態を示す。同図に示すように、ピン穴１３ａ内にノックピン２０が圧入されると、接触部２３はピン穴１３ａの内周と当接される。そしてそれらの当接面に作用する面圧ｐのため、接触部２３の外周面は、同図に矢印で示されるように、ピン穴１３ａの内周面に沿って、周方向に広がるように変形する。このとき、接触部２３の両側には、ノックピン本体２１の外周面の一部を切り欠くように形成された逃げ溝２２が設けられているため、そうした接触部２３外周面の変形を許容することができる。そのため、上記ノックピン２０では、ノックピン本体２１の外径を、圧入されるピン穴の内径に追従して自在に縮径させることができる。
【００３９】
こうしたノックピン２０を用いれば、ピン穴の径やその形成位置の誤差を、上記のようなノックピン２０の弾性変形で吸収することができる。またそうした弾性変形によって、ノックピン２０のピン穴への円滑な着脱を許容しながら、ノックピン２０のピン穴内でのがたつきを防止することができる。更に、上記ノックピン２０では、その周方向において３つの逃げ溝２２が等間隔で形成されており、且つ接触部２３の外周面が高い真円度に仕上げられているため、上記面圧ｐに基づく力は、ノックピン２０の何れの断面においても釣り合いを保つようになる。そのため、ノックピン２０の中心軸Ｌ０は、圧入されたピン穴の中心軸に自律的に一致されるようになる。
【００４０】
したがって、こうしたノックピン２０を用いれば、上記軸受部の製造に際してのベアリングキャップ１０ａ及びベアリング部１０ｂの位置決めを高精度で行うことができる。すなわち、軸受内周面の仕上げ加工時のベアリングキャップ１０ａ及びベアリング部１０ｂの位置関係を、クランクシャフト１１組付け時に高い精度で再現することができ、軸受内周面を高い真円度に形成することができる。
【００４１】
もっとも、図７（ａ）、（ｂ）に示すノックピン５０のように、外周面に逃げ溝５１を軸方向に延伸するように形成しても、上記のような位置決め精度の向上は可能である。しかしながら、同図のような逃げ溝５１の形成されたノックピン５０の外周面は、センタレスでは、研削することができないようになっている。すなわち、このようなノックピン５０は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、砥石車等の支持面とノックピン５０の中心軸Ｌ３との距離Ｈがノックピン５０の回転に応じて変化してしまい、砥石車に対するノックピン５０の外周面の当たりを連続当たりとすることはできないようになっている。したがって、このようなノックピン５０では、チャックやセンタ等を用いたセンタ出しを行わなければその外周面を研削することができず、生産性の低下を招いてしまう。
【００４２】
その点、逃げ溝２２が螺旋状に形成された本実施形態のノックピン２０では、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、砥石車等の支持面上でノックピン２０が如何に回転しようとも、その支持面とノックピン２０の中心軸Ｌ０との距離Ｈは一定に保たれる。そのため、砥石車に対するノックピン２０の外周面の当たりが連続当たりとなり、センタレスによる外周面の研削を容易に行うことができる。そのため、本実施形態のノックピン２０によれば、外周面のセンタレス研削による高い生産性を維持しつつ、位置決め精度を向上することができる。
【００４３】
以上、説明した実施の形態を以下のように変更してもよい。
・複数のノックピンを用いる位置決め構造において、上記のような逃げ溝２２の形成されたノックピン２０を、複数のノックピンの一部のみに採用するようにしてもよい。例えば上記軸受部の位置決め構造において、図１０に示すように、ピン穴１３ａ、１３ｂには、上記ノックピン２０を挿入し、ピン穴１４ａ、１４ｂには、逃げ溝の無いソリッドノックピン２９を挿入するようにして良い。この場合にも、ピン穴１３ａ、１４ａ内でのノックピン２０のがたつきを防止でき、ノックピンを双方共に上記ソリッドノックピン２９とした場合に比して、位置決め精度は向上される。
【００４４】
・逃げ溝２２をノックピン２０の周方向に対して必ずしも等間隔に形成しなくてもよい。例えばノックピンの任意横断面の断面形状が、中心軸に垂直な面に対して対称となるように逃げ溝が形成されていれば、圧入時の接触部の面圧の作用に応じた力の釣り合いを保ち、ピン穴内でのノックピン中心軸の位置を保持できる。
【００４５】
・上記実施の形態では、ノックピン本体２１の外周面に３つの逃げ溝２２を形成するようにしているが、そうした逃げ溝２２を４つ以上設けるようにしても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。もっとも、逃げ溝２２を３つとすれば、上記実施形態の作用効果を奏しつつ、逃げ溝の形成に伴うノックピン形状の複雑化を必要最小限とすることができる。
【００４６】
・更に逃げ溝２２を２つ以下としても良い。その場合にも、ノックピン外周面に対する砥石の当たりを連続当たりとなっていれば、高い生産性を維持しつつ、位置決め精度を向上することができる。
【００４７】
・上記実施形態では、丸棒材２４に対してセンタレス研削を行った後、その丸棒材２４をノックピン２０の長さに切断加工するようにしているが、そうした長さの加工を、丸棒材２４に螺旋状の溝２５を形成する前に行うようにしても、或いは溝２５の形成とセンタレス研削の間に行うようにしても良い。もっとも、上記実施形態のように外周面のセンタレス研削後に、そうした長さの加工を行うようにすれば、複数のノックピン２０に対する逃げ溝２２の形成、及びその外周面の研削を、一括して行なえるため、より高い生産性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るノックピン及び位置決め構造の適用されるクランクシャフト軸受部の断面図。
【図２】（ａ）、（ｂ）同クランクシャフト軸受部の製造手順を示す図。
【図３】上記実施形態に適用されるノックピンの（ａ）側面図、及び（ｂ）正面図。
【図４】同ノックピンの製造に用いられる丸棒材の側面図。
【図５】同ノックピンの製造に用いられるセンタレス研削盤の（ａ）正面図、及び（ｂ）側面図。
【図６】同ノックピンのピン穴圧入時の弾性変形態様を示す断面図。
【図７】同ノックピンの比較例の（ａ）正面図、及び（ｂ）側面図。
【図８】（ａ）、（ｂ）同比較例の研削時の状態を各示す図。
【図９】（ａ）、（ｂ）上記実施形態に適用されるノックピンの研削時の状態を各示す図。
【図１０】クランクシャフト軸受部に適用される位置決め構造の変形例の断面図。
【符号の説明】
１０ａ…ベアリングキャップ、１０ｂ…ベアリング部、１１…クランクシャフト、１２ａ，１２ｂ…軸受溝、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…ピン穴、２０、５０…ノックピン、２１…ノックピン本体、２２、５１…逃げ溝、２３…接触部、２４…丸棒材、２５…溝、６０…研削砥石車、６１…調整車、６２…支持刃。

Claims (6)

1. 略円筒形状に形成されて、２つの部材の位置決めに用いられる金属製のノックピンにおいて、
   断面円形状をなすノックピン本体の外周面に、その一部を切り欠くように形成され、且つ螺旋状に延伸された逃げ溝を備えることを特徴とするノックピン。
2. 前記逃げ溝を３つ以上形成するとともに、それら逃げ溝を、当該ノックピンの周方向にそれぞれ等間隔に形成した請求項１に記載のノックピン。
3. ２つの部材の対向する位置にそれぞれ形成されたピン穴と、略円筒形状に形成されるとともに前記２つの部材のピン穴を跨いで挿入される金属製のノックピンとを有して、前記２つの部材の位置決めを行う位置決め構造において、
   前記ピン穴の内径と略同径の断面円形状に形成されたノックピン本体の外周面に、その一部を切り欠くように形成され、且つ螺旋状に延伸された逃げ溝を備えることを特徴とする位置決め構造。
4. 前記逃げ溝を３つ以上形成するとともに、それら逃げ溝を、前記ノックピンの周方向にそれぞれ等間隔に形成した請求項３に記載のノックピン。
5. 研削加工された外周面を有する断面円形状のノックピン本体と、そのノックピン本体の前記外周面の一部を切り欠くように形成された逃げ溝と、を有する金属製のノックピンを製造する方法であって、
   丸棒材の外周面に、螺旋状に延伸するように前記逃げ溝を形成する工程と、
   前記逃げ溝の形成された前記丸棒材の外周面にセンタレス研削を施す工程と、
   前記丸棒材を、前記ノックピンの長さに加工する工程と、を有することを特徴とするノックピンの製造方法。
6. 前記逃げ溝の前記丸棒材の軸方向における幅は、前記研削加工に用いられる砥石の前記丸棒材への当たり幅に比して小さくなるように形成される請求項５に記載のノックピンの製造方法。

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