JP2007007767A - 圧入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小さな荷重で圧入を行うことができるとともに圧入時の荷重変化を簡易に検出できる安価かつ小型の圧入装置を提供する。
【解決手段】 圧入すべきバルブシートＶＳを起振する超磁歪素子４と、起振されたバルブシートＶＳを超磁歪素子４を介して押圧して、バルブシートＶＳをシリンダヘッドＣＨに圧入するエアシリンダ２と、超磁歪素子４に巻回され、周期的に変化する磁界を超磁歪素子４に作用させて当該超磁歪素子４を伸縮変形させる駆動用コイル５と、超磁歪素子４に巻回され、圧入荷重に応じた超磁歪素子４の透磁率変化に伴う磁束密度変化より起電力を生じる検出用コイル６と、検出用コイルの出力より上記圧入荷重の変化を検出する検出回路８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧入装置に関し、特に、振動を利用して圧入を行う圧入装置に関する。

エンジンのシリンダヘッドのポート開口内にバルブシートを圧入する圧入装置等においては、従来、油圧シリンダで圧入ヘッドを作動させて１〜２ｔ／cm2程度の大きな荷重をバルブシートに印加することにより圧入している。そしてこの場合、バルブシートの圧入の良否は、油圧シリンダに付設した荷重センサの信号を解析して判定している。なお、特許文献１には超音波を印加しながら圧入する方法が記載されている。
特開昭５０−３６３４３

しかし、上記従来の圧入装置は、圧入に大きな荷重を要するために装置が大型化するとともに、荷重センサとしてのロードセルが比較的高価であるために装置コストが高いという問題があった。

そこで本発明はこのような課題を解決するもので、小さな荷重で圧入を行うことができるとともに圧入時の荷重変化を簡易に検出できる安価かつ小型の圧入装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、周期的に変化する磁界に応じて周期的に伸縮変形して、圧入すべき部品（ＶＳ）を起振する超磁歪素子（４）と、起振された部品（ＶＳ）を超磁歪素子（４）を介して押圧して、部品（ＶＳ）を被圧入部材（ＣＨ）に圧入する押圧手段（２）と、周期的に変化する磁界を超磁歪素子（４）に作用させて当該超磁歪素子（４）を伸縮変形させる駆動手段（５，７，１０，１１）と、圧入荷重に応じた超磁歪素子（４）の透磁率変化に伴う磁束変化を検出して当該磁束変化より上記圧入荷重の変化を検出する検出手段（６，８，９）とを備える。

本発明において、超磁歪素子はこれに印加される荷重（すなわち圧入荷重）に応じてその透磁率が変化する。したがって、駆動手段による磁界の強さ（実効値）を一定にしても、上記透磁率の変化に応じて磁束密度は変化するから、検出手段によって磁束変化を検出すれば上記圧入荷重を検出することができる。そして、検出された圧入荷重の変化より、圧入の可否を判定することができる。本発明においては、圧入すべき部品を超磁歪素子で起振しつつ圧入しているから、小さな荷重で圧入を行うことができるとともに、従来のようにロードセルを使用する必要がないから、圧入時の荷重変化を簡易かつ安価に検出することができる。

ここで、上記駆動手段および検出手段は、それぞれ超磁歪素子（４）に巻回した駆動用コイル（５）と検出用コイル（６）で構成することができる。また、検出手段は、磁束密度変化を直接検出するホール素子９で構成することもできる。上記駆動手段を、圧電振動子（１１）と、当該圧電振動子（１１）に固着されてその振動によって超磁歪素子（４）に対し周期的に接近ないし離間させられる磁石（１０）とで構成することもできる。

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明によれば、小さな荷重で圧入を行うことができるとともに、圧入時の荷重変化を簡易に検出できるから、圧入装置を安価で小型のものとできる。

（第１実施形態）
図１に圧入装置の構成を示す。図１において、圧入器１が設けられて、当該圧入器１はエアシリンダ２と、エアシリンダ２の下面に固定された棒状の超磁歪素子４と、当該超磁歪素子４の下面に固定されてエアシリンダ２によって上下に移動させられる圧入ヘッド３とを備えている。超磁歪素子４には外周に駆動用コイル５と検出用コイル６がそれぞれ巻回してある。なお、図１では、これらコイル５，６を超磁歪素子４の別位置に巻くように描いてあるが、省スペースと検出精度向上の観点からは、検出用コイル６の外周に駆動用コイル５を重ね巻きすると良い。駆動用コイル５は駆動回路７に接続されており、駆動回路７は駆動用の交流電力を駆動コイル５へ供給する。検出用コイル６は、コンピュータ等で構成される検出回路８に接続されている。

このような圧入装置で部品としてのバルブシートＶＳを被圧入部材としてのシリンダヘッドＣＨのポート開口ＰＯ内に圧入する場合には、エアシリンダ２を下方へ伸長させて圧入ヘッド３の先端をバルブシートＶＳに当て、この状態で圧入荷重を次第に上げて当該荷重が所定値に達した時に、駆動コイル５に通電して周期的な交番磁界を生じさせる。超磁歪素子４は交番磁界によって周期的に伸縮変形させられて圧入ヘッド３を起振し、この状態で圧入工程が進行させられる。

超磁歪素子４はこれに印加される荷重（すなわち圧入荷重）に応じてその透磁率が変化する。具体的には、透磁率は圧入荷重が大きくなるのに従って小さくなる。したがって、駆動コイル５によって生成される磁界の強さ（実効値）を一定にしても、透磁率に依存して磁束密度が変化するため、電磁誘導によって検出コイル６に生じる起電力は圧入荷重に応じて一義的に変化する。そこで、検出回路８では、検出コイル６の出力より圧入荷重を検出して、その変化より圧入の可否を判定する。

すなわち、圧入が正常に行われた場合には、図２に示すように、圧入荷重を次第に上昇させてこれが所定値に達した後、圧入ヘッド３の起振とともに圧入を続行すると、圧入完了まで圧入荷重は殆ど一定値を維持する。これに対して、圧入時にバルブシートＶＳがポート開口ＰＯ内で引っかかった場合等には図３の線Iで示すように、圧入ヘッド３を起振させつつ圧入を続行すると、圧入荷重は急増する。また、圧入時にバルブシートＶＳがポート開口ＰＯ内で変形した場合等には図３の線IIで示すように圧入工程で圧入荷重は急減する。さらには、バルブシートＶＳの製造誤差等でその大きさが過少であったりすると圧入荷重は所定値まで上昇しない（図３の線III）。このようにして、検出コイル６の出力から検出される圧入荷重の変化より、圧入が正常に行われたか否かを判定することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では図４に示すように、第１実施形態で設けた検出コイル６（図1）を駆動コイル５で兼用させる。この場合には、駆動回路７で駆動コイル５を間欠的に駆動して、残存磁界が生じている間に駆動コイル５を検出コイルとして使用してその起電力より検出回路８で圧入荷重を検出し、第1実施形態と同様に圧入の良否を判定する。なお、図４中、第１実施形態と同一部分には同一符号を付してある。

（第３実施形態）
第１実施形態では圧入荷重の変化による透磁率の変化を、磁束密度の変化を介して検出コイル６の起電力から検出したが、図５に示すようにホールセンサ９を設けて、磁束密度の変化をホールセンサ９で直接測定することによって圧入荷重の変化を検出して、これより第1実施形態と同様に圧入の良否を判定するようにしても良い。なお、図５中、第１実施形態と同一部分には同一符号を付してある。

（第４実施形態）
上記各実施形態では駆動コイル５により周期的に変化する磁界を生じさせて超磁歪素子４を伸縮変形させたが、本実施形態では、図６に示すように、磁石１０を圧電振動子１１で周期的に振動変位させることで、周期的に変化する磁界を生成している。すなわち、超磁歪素子４が固定されたエアシリンダ２内に圧電振動子１１を設けるとともに、超磁歪素子４の一端に対向させて、圧電振動子１１に磁石１０を接合する。そして、駆動回路７で圧電振動子１１を振動させて、磁石１０を超磁歪素子４に対して周期的に接近ないし離間変位させ、これによって周期的に変化する磁界を生じさせて超磁歪素子４を伸縮変形させる。なお、図６中、第１実施形態と同一部分には同一符号を付してある。本実施形態によっても上記各実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、超磁歪素子４には検出用コイル６のみを巻回すれば良いから測定精度が向上する。また、圧電振動子１１は超磁歪素子４に比して高周波域では駆動電力が少なくて済むから省電力の観点からも有利である。

本発明の第１実施形態における圧入装置の全体構成を示す図である。 圧入が良好になされている場合の圧入荷重の経時変化を示す図である。 圧入が良好になされていない場合の圧入荷重の経時変化を示す図である。 本発明の第２実施形態における圧入装置の全体構成を示す図である。 本発明の第３実施形態における圧入装置の全体構成を示す図である。 本発明の第４実施形態における圧入装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

１…圧入器、２…エアシリンダ（押圧手段）、３…圧入ヘッド、４…超磁歪素子、５…駆動用コイル（駆動手段）、６…検出用コイル（検出手段）、７…駆動回路（駆動手段）、８…検出回路（検出手段）、９…ホールセンサ、１０…磁石（駆動手段）、１１…圧電振動子（駆動手段）、ＣＨ…シリンダヘッド（被圧入部材）、ＶＳ…バルブシート（部品）。

Claims (3)

1. 周期的に変化する磁界に応じて周期的に伸縮変形して、圧入すべき部品を起振する超磁歪素子と、起振された部品を前記超磁歪素子を介して押圧して、前記部品を前記被圧入部材に圧入する押圧手段と、周期的に変化する磁界を前記超磁歪素子に作用させて当該超磁歪素子を伸縮変形させる駆動手段と、圧入荷重に応じた前記超磁歪素子の透磁率変化に伴う磁束変化を検出して当該磁束変化より前記圧入荷重の変化を検出する検出手段とを備えた圧入装置。
2. 前記駆動手段および前記検出手段を、それぞれ前記超磁歪素子に巻回した駆動用コイルと検出用コイルで構成した請求項１に記載の圧入装置。
3. 前記駆動手段を圧電振動子と、当該圧電振動子に固着されてその振動によって超磁歪素子に対し周期的に接近ないし離間させられる磁石とで構成した請求項１に記載の圧入装置。

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