JP2017127924A - 圧入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被圧入部材の孔内に椀型プラグを圧入する際の圧入抵抗を低減させ、孔内に椀型プラグを安定して圧入することができる椀型プラグの圧入装置を提供する。【解決手段】底部２１と周部２２が一体に形成された椀型プラグ２０を被圧入部材１０の孔１２内に圧入する圧入装置であって、椀型プラグ２０の底部２１の内面２１ａの中央部２１ｃを圧入方向Ｐ１に押圧して椀型プラグ２０を孔１２内に圧入する圧入部３１と、圧入部３１により孔１２内に圧入されるときの椀型プラグ２０の弾性変形を許容する荷重で、周部２２内面２２ａに対して圧入方向Ｐ１と直交する方向Ｐ２に押圧するよう拡径する複数の拡径部材３３を有するチャック機構３２とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、圧入装置に関し、特に、底部と周部が一体に形成された椀型プラグを被圧入部材の孔内に圧入する圧入装置に関する。

圧入装置に関する従来の技術として、たとえば特許文献１が知られている。特許文献１は、サスペンションメンバの被圧入部にブッシュを圧入するためのブッシュ圧入装置に関するものである。

また、椀型プラグを被圧入部材の孔内に圧入するための圧入装置に関する従来の技術として、図３に示したものが知られている。図３に示した圧入装置では、椀型プラグ２０の周部２２の端面２２ｄに対して圧入方向Ｐ１に押圧する押圧部５１と、椀型プラグ２０を保持する保持部５２とを備えている。保持部５２は、椀型プラグ２０の周部２２の内面２２ａに接するＯリング５３を備えている。押圧部５１は、圧入方向に伸長・退縮する圧入駆動手段が接続されている。

椀型プラグ２０は、被圧入部材１０の孔１２の断面方向に拡がる底部２１と、底部２１の周囲から連続して孔１２の軸方向に延び孔１２の内面１２ｂと接する円筒状の周部２２とが一体に成形されている。このように構成された椀型プラグ２０は、例えば被圧入部材１０として内燃機関のシリンダブロックに穿設された孔１２を封止する栓として機能し、内燃機関のウォータジャケットに供給されるクーラントや、潤滑油などの流体を流通させる流路を形成するものとして利用することができる。椀型プラグ２０は、圧入された被圧入部材１０の孔１２から不用意に抜け出ることがないようにするために、底部２１の中央部が圧入方向Ｐ１に向かって凸となるように湾曲しており、また、周部２２の外径が被圧入部材１０の孔１２の内径よりも大きく成形されて締め代が設定されている。このように周部２２に締め代が設定されているため、椀型プラグ２０を被圧入部材１０の孔１２内に圧入する際に周部２２を径方向内側に縮径させるよう作用することから、周部２２の外面２２ｂと孔１２の内面１２ｂとの摩擦により生じる圧入抵抗が比較的大きくなる。

特開２００７−２１００４０号公報

図３に示した圧入装置では、椀型プラグ２０の姿勢を保持することができることから傾き精度に優れるが、押圧部５１により被圧入部材１０の孔１２内に圧入する際に、椀型プラグ２０の周部２２の端面２２ｄと周部２２の外面２２ｂにおける端面２２ｄ近傍が被圧入部材１０の孔１２の内面１２ｂと押圧部５１により拘束され、椀型プラグ２０の周部２２の外面２２ｂが被圧入部材１０の孔１２の内面１２ｂに締め代以上に押付けられて圧入抵抗がさらに増大することとなり、その結果、被圧入部材１０の孔１２内に椀型プラグ２０を比較的小さな力で容易に安定して圧入することができず、押圧部５１に接続される圧入駆動手段にかかる負荷が増加するなどの問題があった。そしてこれらの問題は、比較的大型の圧入駆動手段を採用する必要があることから設備コストを削減することができず、また、椀型プラグ２０の孔１２に対する締め代を大きく設定することができないことから被圧入部材１０に形成する孔１２の内径が制限されるなど、被圧入部材の設計自由度が制限される等の問題を引き起こす原因となっていた。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、被圧入部材の孔内に椀型プラグを圧入する際の圧入抵抗を低減させ、孔内に椀型プラグを容易に安定して圧入することができる椀型プラグの圧入装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、底部と周部が一体に形成された椀型プラグを被圧入部材の孔内に圧入する圧入装置であって、前記椀型プラグの底部内面の中央部を圧入方向に押圧して前記椀型プラグを前記孔内に圧入する圧入部と、前記圧入部により前記孔内に圧入されるときの前記椀型プラグの弾性変形を許容する荷重で、前記周部内面に対して前記圧入方向と直交する方向に押圧するよう拡径する複数の拡径部材を有するチャック機構とを備えたことを特徴とする。

本発明では、椀型プラグの周部の内面をチャック機構の各拡径部材が保持した状態で、被圧入部材の孔の開口部に椀型プラグを位置させ、圧入部により椀型プラグの底部内面を圧入方向に押圧して、椀型プラグを孔内に圧入する。このとき、圧入部は、椀型プラグの底部内面の中央部を集中的に押圧する。そのため、椀型プラグは、その底部が圧入方向に凸となるよう湾曲し、これに伴って孔の内面に対する周部の外面の摩擦による圧入抵抗が低減するよう弾性変形する。したがって、圧入部を圧入方向に移動させるための圧入駆動手段を比較的小型なものとすることができる。そして、チャック機構の拡径部材がそれぞれ椀型プラグの周部内面に対して圧入方向と直交する方向に押圧するよう拡径しており、椀型プラグは、傾くことなく、安定した姿勢に維持される。この拡径部材の周部内面に対する押圧は、椀型プラグの弾性変形を許容する荷重に設定されている。そのため、圧入部による圧入方向への押圧で椀型プラグが弾性変形するのを妨げることはない。
本発明によれば、椀型プラグを被圧入部材の孔内に圧入する際の圧入抵抗を低減させて、被圧入部材の孔内に椀型プラグを容易に安定して圧入することができる。その結果、圧入装置の設備コストを削減することができ、また、締め代が設定された椀型プラグを圧入する孔の大きさなど、被圧入部材の設計自由度を向上させることができる。

本発明の椀型プラグの圧入装置の実施の一形態を説明するために示した断面図である。 図１の一部を拡大した図である。 従来の椀型プラグの圧入装置を説明するために示した断面図である。 圧入部により椀型プラグの底部内面の中央部を圧入方向に押圧するだけの場合に、椀型プラグが被圧入部材の孔に対して傾いた状態を説明するために示した断面図である。

以下、図１および図２に基づいて実施の一形態を詳細に説明する。

最初に、本発明が適用される被圧入部材１０と、その孔（以下、椀型プラグ圧入穴という）１２内に圧入される椀型プラグ２０について説明する。被圧入部材１０は、たとえば内燃機関のシリンダブロック、シリンダヘッド、カムハウジングなどを構成するもので、アルミ合金などの非鉄金属、或いは、鉄など、金属製構造部材からなる。椀型プラグ圧入孔１２は、被圧入部材１０の表面から穿設された加工孔１１の開口部に加工孔１１よりも大径に形成されている。椀型プラグ圧入孔１２内に椀型プラグ２０を圧入して封止することで、クーラントや潤滑油などを流通させるための流路が形成される。椀型プラグ圧入孔１２の開口部１２ａは、被圧入部材１０の表面から孔１１の奥に向かって漸次縮径するテーパ状に形成されている。

椀型プラグ２０は、被圧入部材１０の椀型プラグ圧入孔１２の断面方向に拡がる底部２１と、底部２１の周囲から連続して椀型プラグ圧入孔１２の軸方向（図１および図２では左右方向）に延び椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂと接する円筒状の周部２２とが一体に成形されている。椀型プラグ２０は、鉄などの金属により構成することができる。上述したように被圧入部材１０に流路を形成する場合には、椀型プラグ圧入孔１２に圧入される椀型プラグ２０は、椀型プラグ圧入孔１２を封止する栓として機能する。

椀型プラグ２０の底部２１は、その中央部が圧入方向Ｐ１に凸となるよう断面が湾曲している。また、周部２２の外径は、設定された締め代の分だけ、椀型プラグ圧入孔１２の内径よりも大きく成形されている。そのため、周部２２は、椀型プラグ圧入孔１２に圧入されたときに締まりばめの状態となり、周部２２の外面２２ｂが椀型プラグ圧入孔１２の内面２２ａに対して押し付けられた状態となる。そして、形成された流路（図１における椀型プラグ圧入孔１２の椀型プラグよりも右方）内に供給されるクーラントや潤滑油の圧力が底部２１に加えられるなど、断面が湾曲した底部２１を平坦にするような圧入方向Ｐ１とは逆の力が作用すると、底部２１は径方向に拡大するよう弾性変形し、周部２２の外面を椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂに対してより強固に押し付けることとなる。一方、底部２１の湾曲をより大きく（曲率半径を小さく）させるような力が作用すると、その底部２１の湾曲の増大に伴って、周部２２が径方向内側に弾性変形し、椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂに対して押し付けられている周部２２の外面２２ｂの押し付け力が低下することとなる。

そこで、本発明の圧入装置１は、椀型プラグ２０を被圧入部材の椀型プラグ圧入孔１２内に圧入する圧入部３１が、椀型プラグ２０の底部２１の内面２１ａ（底部２１の図１における左方面）の中央部２１ｃを圧入方向に向かって押圧するよう成形されている。すなわち、圧入部３１は、底部２１を押圧する当初では底部２１の内面２１ａの中央部２１ｃにほぼ点接触し、圧入方向Ｐ１に押圧するときに底部２１がより圧入方向Ｐ１に向かって凸となるように湾曲するのを妨げることないように、底部２１の内面２１ａよりも小さい曲率の曲面状に成形されている。圧入部３１は、後述するチャック機構３２の本体３５の先端（図１における右方）に支持されている。

圧入部３１が椀型プラグ２０の底部２１の内面２１ａの中央部２１ｃを圧入方向Ｐ１に向かって集中的に押圧すると、椀型プラグ２０の底部２１は、より圧入方向Ｐ１に向かって湾曲するように弾性変形し、その結果、周部２２の外面２２ｂを椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂに対して押し付ける力が弱められ、圧入抵抗が低減することとなる。

しかしながら、押圧部３１により椀型プラグ２０の底部２１の内面２１ａの中央部２１ｃを集中的に圧入方向Ｐ１に押圧すると、周部２２の部分によって圧入抵抗が異なることなどにより、椀型プラグ２０の姿勢が安定せず図４に示すように椀型プラグ２０が被圧入部材１０の椀型プラグ圧入孔１２に対して傾いた状態となり易いため、傾き精度を保って椀型プラグ２０を椀型プラグ圧入孔１２内に安定して圧入できない可能性がある。

そのため、本発明では、上述したように構成された圧入部３１により椀型プラグ圧入孔１２内に圧入されるときの椀型プラグ２０の弾性変形を許容する荷重で、周部内面に対して圧入方向と直交する方向Ｐ２に押圧するチャック機構３２を備えている。

本実施の形態におけるチャック機構３２は、複数の拡径部材３３と、各拡径部材３３を径方向外側（圧入方向と直交する方向Ｐ２）に向かって移動させるよう駆動する拡径駆動手段３４とを備えている。拡径部材３３は、図１の断面図では上下の２か所で示されているが、椀型プラグ２０の周部２２の周方向に均等な間隔でたとえば３個または４個に配設することができる。拡径駆動手段３４は、本体３５と、本体３５内に嵌挿されてシリンダ室３５ａ、３５ｂを形成するピストン３６と、ピストン３６の先端側（図１における右方側）に形成される先端側シリンダ室３５ａに設けられ、各拡径部材３３にピストンロッド３８がそれぞれ接続されたシリンダ３７とを備えている。

ピストン３６の後端側（図１における左方側）に形成される後端側シリンダ室３５ｂにたとえば圧油や圧縮空気などの作動流体を供給すると、ピストン３６が先端側に前進移動して先端側シリンダ室３５ａの容積が減少し、それに伴って、各シリンダ３７のピストンロッド３８がそれぞれ圧入方向Ｐ１に対して直交する方向Ｐ２に伸長するように駆動されることとなり、また、後端側シリンダ室３５ｂの作動流体を強制的に排出させると、ピストン３６が後端側に後退移動して先端側シリンダ室３５ａの容積が増大し、それに伴って、各シリンダ３７のピストンロッド３８がそれぞれ圧入方向Ｐ１に対して直交する方向Ｐ２に退縮するように駆動されることとなる。後端側シリンダ室３５ｂに供給する作動流体の圧力は、任意に調整することができる。

なお、本発明のチャック機構３２は、上述した実施の形態に限定されることはなく、各シリンダ３７のピストン３８を退縮させるよう付勢するばねなどの付勢手段を設けてもよく、また、ピストン３６を後端側に付勢するばねなどの付勢手段を設けてもよく、さらに、チャック機構３２の拡径駆動手段３４として、たとえばねじ機構を採用するなど、他の機構を用いることもできる。

先端に圧入部３１を備えたチャック機構３２は、先端側部材４０に支持されている。先端側部材４０は、フローティングジョイント４１を介して基端側部材４２と連結されている。基端側部材４２は、圧入部３１を圧入方向Ｐ１に前進移動及び後退移動させる圧入駆動手段に連結されている。圧入駆動手段は、圧入方向Ｐ１に伸長・退縮するもので、例えば油圧シリンダなどにより構成することができる。圧入駆動手段が圧入部３１を介して椀型プラグ２０の底部２１のほぼ中央部２１ｃを圧入方向に押圧する力は、任意に設定することができる。

次に、以上のように構成された圧入装置の、椀型プラグ２０を被圧入部材１０の椀型プラグ圧入孔１２内に圧入する際の動作について説明する。

椀型プラグ２０を被圧入部材１０の椀型プラグ圧入孔１２内に圧入するに際して、最初に、後端側シリンダ室３５ｂの作動流体を強制的に排出させるなどして、ピストン３６を後端側に後退移動させ、各シリンダ３７のピストンロッド３８を退縮させた状態とし、底部２１に圧入部３１が接するよう椀型プラグ２０を保持する。この状態で、チャック機構３２の後端側シリンダ室３５ｂに作動流体を供給して、ピストン３６を先端側に前進移動させ、各シリンダ３７のピストンロッド３８を伸長させて、各拡径部材３３を椀型プラグ２０の周部２２の内面２２ａに当接する。これにより、椀型プラグ２０が圧入部３１と調心された状態、すなわち凸状に形成された圧入部３１の中央が椀型プラグ２０の湾曲した底部２１の内面３１ａの中央部に点接触となっている状態で、椀型プラグ２０が保持されることとなる。

次いで、椀型プラグ２０が被圧入部材１０の椀型プラグ圧入孔１２の開口部１２ａに臨むようにして、圧入駆動手段を作動させて椀型プラグ２０を椀型プラグ圧入孔１２内に圧入する。このとき、椀型プラグ２０の中心位置が孔の中心位置に対して芯ずれしている場合であっても、かかる芯ずれは先端側部材４０と基端側部材４２との間に介装されたフローティングジョイント４１により吸収される。

椀型プラグ２０は、椀型プラグ圧入孔１２内に圧入されるとき、その底部２１の内面２１ａの中央部２１ｃが凸状に形成されて点接触している状態の圧入部３１の中央部に押圧されるため、底部２１の湾曲が増大することとなり、その結果、図２に参照されるように、椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂに対して押し付けられている周部２２の外面２２ｂの押し付け力が低下するよう、周部２２が弾性変形することとなる。なお、図２では、椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂから周部２２の外面２２ｂが離れた状態を示したが、これは、椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂに対する周部２２の外面２２ｂの押し付け力が低減した状態を模式的に示したものであり、実際に椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂから周部２２の外面２２ｂが離れた状態となることを示したものではない。

そして、圧入駆動手段により圧入部３１が底部２１の中央部２１ｃを押圧するとき、チャック機構３２の拡径駆動手段３４により均等に複数の拡径部材３３を拡径させるように駆動されている。そのため、各拡径部材３３は、椀型プラグ２０の周部２２の内面２２ａを径方向外側（つまり、圧入方向Ｐ１と直交する方向Ｐ２）に向かって押圧している。そして、この各拡径部材３３が周部２２の内面２２ａを径方向外側に向かって押圧する力は、椀型プラグ２０が弾性変形するのを、すなわち、椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂに対する周部２２の外面２２ｂの押し付け力を低減させるのを妨げることがない程度に設定されている。そして、各拡径部材３３が周部２２の内面２２ａを径方向外側に向かって押圧する力は、圧入駆動手段が圧入部３１を介して椀型プラグ２０を椀型プラグ圧入孔１２内に圧入する力と比較して充分に小さく設定される。

椀型プラグ圧入孔１２の内面１２ｂに対する周部２２の外面２２ｂの押し付け力が低減するよう椀型プラグ２０が弾性変形することにより、圧入駆動手段が圧入部３１を圧入方向Ｐ１に移動させるために必要な出力は低減されることとなる。この圧入駆動手段の出力は、たとえば、図３に示した従来の圧入装置と比較して、たとえば３０％低減させることが推定される。そのため、従来の技術（図３を参照）と比較して小型の圧入駆動手段を採用することができ、したがって、設備コストを削減することができる。

そして、圧入部３１が椀型プラグ２０の底部２１の内面２１ａの中央部２１ｃを押圧することにより弾性変形させるのと併せて、チャック機構３２の拡径駆動手段３４が周部２２の内面２２ａを圧入方向Ｐ１と直交する方向Ｐ２に押圧しているため、椀型プラグ２０の姿勢が維持されるので、図４に示したように椀型プラグ２０が傾くことがなく、傾き精度を保って椀型プラグ２０を椀型プラグ圧入孔１２内に容易に安定して圧入することができる。そのため、被圧入部材１０に穿設された加工孔１１の開口部に形成する椀型プラグ圧入孔１２の内径（椀型プラグ２０の周部２２との間に設定される締め代）など、被圧入部材１０の設計自由度が向上する。

１０：被圧入部材、 １２：椀型プラグ圧入孔（孔）、 ２０：椀型プラグ、 ２１：底部、 ２１ａ：内面、 ２１ｃ：中央部、 ２２：周部、 ２２ａ：内面、 ２２ｂ：外面、 ３１：圧入部、 ３２：チャック機構、 ３３：拡径部材、 Ｐ１：圧入方向、 Ｐ２：圧入方向 と直交する方向

Claims (1)

1. 底部と周部が一体に形成された椀型プラグを被圧入部材の孔内に圧入する圧入装置であって、
   前記椀型プラグの底部内面の中央部を圧入方向に押圧して前記椀型プラグを前記孔内に圧入する圧入部と、
   前記圧入部により前記孔内に圧入されるときの前記椀型プラグの弾性変形を許容する荷重で、前記周部内面に対して前記圧入方向と直交する方向に押圧するよう拡径する複数の拡径部材を有するチャック機構と
   を備えたことを特徴とする圧入装置。

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