JP4027296B2 - ピストンリングの組付け装置および組付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、ピストン外周面に形成されたリング溝にピストンリングを組付ける装置に関し、特にサイドレールの組付けに特徴をもたせた装置と方法に関する。

図１６、図１７は一般的なピストンの分解斜視図と完成図、図１８はピストンリング装着後の要部拡大断面図、図１９は図１８のＡ方向から見た図であり、ピストン１の外周には３本のリング溝２，３，４が形成され、最も先端寄りのリング溝２にはトップリング５が嵌着され、２番目のリング溝３にはセカンドリング６が嵌着され、３番目のリング溝４にはエキスパンダリング７を挟んで第１及び第２のサイドレール８，９が嵌着されている。これらトップリング、セカンドリング、エキスパンダリング、第１及び第２のサイドレールを本明細書ではピストンリングの総称とする。これら各リングは切れ目を有するＣリングであり、トップリング５とセカンドリング６にてコンプレッションリングを構成し、エキスパンダリング７、第１及び第２のサイドレール８，９でオイルリングを構成する。

上記ピストンリングをリング溝に嵌め込むにあたり、従来から各種工夫がなされている。

例えば、特許文献１には、トップリング、セカンドリング、エキスパンダリング、第１及び第２のサイドレールの全てを１つの装置でリング溝に嵌め込むことができるようにするため、ガイド部材と規制部材を用いた構造が開示されている。

特に、エキスパンダリングと第１及び第２のサイドレールの嵌め込みに関しては、ピストンの外側にスリーブとガイド部材を設け、ガイド部材の外周に１本のエキスパンダリングと第１及び第２のサイドレールを装填し、次いで規制部材をエキスパンダリングと第１及び第２のサイドレールとの間に割り込ませ、この状態でエキスパンダリングがリング溝の位置に来るまで全体を下げ、更にガイド部材を引き上げることでエキスパンダリングをリング溝に落とし込み、この後規制部材を外側に逃がすと共に押圧部材を下げることで、第１及び第２のサイドレールを順番にエキスパンダリングとリング溝との間の隙間に落とし込むようにしている。

また特許文献２には、エキスパンダリングをリング溝に嵌め込む際に、エキスパンダリングの切れ目部分の端部同士がオーバーラップするのを防止するために、他の部分に先駆けてエキスパンダリングの切れ目部分の端部をリング溝に嵌め込み、その後に残りの部分を嵌め込む内容が開示されている。

また特許文献３には、シリンダ状マガジンの外周に段重ねされた状態で保持されているピストンリングを１本づつ確実に切り出すために、シリンダ状マガジンのストック部の下に小径部を連続して設け、この小径部に一旦ピストンリングを落とし込んで１本だけ切り離し、この切り離されたピストンリングを更に下方の拡開部で拡げてリング溝に嵌め込むことが開示されている。

また特許文献４には、サイドレールをスムーズにリング溝に嵌め込むことができるように、リング溝に嵌め込んだスペーサ（エキスパンダリング）の一部をリング溝から突出させ、この突出させた部分をガイドとしてサイドレールをリング溝に組み込むことが開示されている。

更に特許文献５には、複数本のガイドロッドにてマガジン部を構成し、このマガジン部の上端に拡径ガイド部を設け、マガジン部に併設した駆動部にてプッシャー部材を上昇させ、この上昇でマガジン部外周に装填したピストンリングを押し上げて、ピストンのリング溝に嵌め込む内容が記載されている。
特開平６−８０７０号公報 [００１３]及び図７ 特開平９−２５３９５５号公報 特開平９−２５３９５６号公報 特開２００３−１１３９３９号公報 特開平７−２６６１５１号公報

上述したように従来のピストンリングの組付け装置において問題となるのは、サイドレールの切り出しである。即ち、サイドレールは他のピストンリングと比べて極めて厚さが薄く、段重ね状態から１本づつ切り出すことが困難で、数本同時に切り出してしまうことがある。

特許文献１には、切り出した後のサイドレールとエキスパンダリングをどのようにしてピストンの溝に落とし込むかについては記載してあるものの、如何にして２本のサイドレールを切り出すかについては記載されておらず、また特許文献１にあっては２本のサイドレールと１本のエキスパンダリングをセットにして組み付けるようにしているため、連続して組み付けるには効率の面で問題がある。

特許文献２及び特許文献３には、多数のピストンリング（トップリングまたはセカンドリング）を段重ね状態で保持するストック部の下部に小径部を設け、この小径部にピストンリングを１本づつ落とし込むようにしているが、確実に１本づつ分離することが難しく、特にトップリングやセカンドリングは比較的厚いため分離しやすいが、サイドレールは薄いため、１本づつ切り出すことは困難である。

特許文献４に開示される方法によれば、切り出したサイドレールをエキスパンダリングとピストンに形成した溝との間に挿入するのは簡単になるが、如何にしてサイドレールを１本づつ切り出すかについては何ら触れられていない。特許文献５にもサイドリングを如何にして切り出すかについては何ら開示されていない。

上記の課題を解決するため本発明に係るピストンリングの組付け装置は、ピストンリングの組付けラインを、エキスパンダリングの組付けステーション、サイドレールの組付けステーション、セカンドリングの組付けステーション及びトップリングの組付けステーションにて構成し、前記サイドレールの組付けステーションには、サイドレールを段重ね状態で保持するマガジン部と、マガジン部からサイドレールを1つづつ切り出す一対の切り出し爪を備え、前記一対の切り出し爪のうち一方の切り出し爪は他方の切り出し爪よりも先に段重ね状態のサイドレールのうちの最上端のサイドレールに係合し、また、他方の切り出し爪は一方の切り出し爪によって一端が保持されている最上端のサイドレールとその下のサイドレールとの隙間に入り込む構成とした。

前記ピストンリングの組付け装置において、前記一対の切り出し爪にはサイドレールが入り込む切欠が形成され、一方の切り出し爪に形成された切欠よりも他方の切り出し爪に形成された切欠の方の厚み方向の寸法を大きくすると、簡単にサイドレールを１枚づつ切り出すことができる。

また、本発明に係るピストンリングの組付け方法は、サイドレールを段重ね状態で保持するマガジン部からサイドレールを1つづつ切り出すにあたり、一対の切り出し爪のうちの一方がマガジン部に向かって前進して最上段のサイドレールに係合し、次いで、一方の切り出し爪の位置をそのままにして段重ね状態で保持されるサイドレール全体を相対的に下げ、最上段のサイドレールとその下のサイドレールとの間に隙間を形成し、この隙間に他方の切り出し爪を前進させて係合せしめるようにした。

本名発明によれば、薄肉のサイドレールを段重ねした状態から、確実に１枚づつサイドレールを切り出すことができる。したがって、従来もっとも自動化のネックになっていたサイドレールの組付けを簡単に行うことができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るピストンリングの組付け装置の全体平面図、図２は同ピストンリングの組付け装置の正面図である。

ピストンリングの組付け装置は、ピストンの供給ラインＬ１、ピストンリングの組付けラインＬ２、ピストンの払出しラインＬ３から構成され、これら各ラインＬ１〜Ｌ３は作業者の配置空間を囲むように平面視でコ字状に配置されている。

ピストンの供給ラインＬ１は、図３に示すように、搬送ベルト１０の上流端に搬送ベルト１０の搬送方向と直交するピストン投入用ローラコンベア１１を設け、また搬送ベルト１０上面に接触しない位置に押えプレート１３を設け、搬送ベルト１０によって搬送されてくるピストン１を側壁１２に押し付けて１列に整列させるようにしている。

また搬送ベルト１０の下流端には押し出し治具１４を設け、更にこの押し出し治具１４と対向する箇所には位置決め機構１５を設けている。この位置決め機構１５は回転テーブル１６と、この回転テーブル１６を昇降せしめるシリンダユニットあるいはボールネジなどの昇降機構１７と、回転テーブル１６が下がった位置に配置されるセンター出し装置１８と、回転テーブル１６が上昇した位置に配置される光センサユニット１９からなる。

以上において、ローラコンベア１１上に投入されたピストン１は搬送ベルト１０によって搬送される間に押えプレート１３によって１列に整列せしめられる。そして、１列に整列せしめられたピストンのうち先頭のピストンが搬送ベルト１０から押し出されて押し出し治具１４に載置せしめられる。

このとき、搬送ベルト１０は１ｃｍ程逆方向に戻り、押えプレート１３が次のピストンが先のピストンと共に押し出し治具１４に持っていかれないように残りのピストンの列を押えた状態で、押し出し治具１４に載置せしめられたピストンとそれに続くピストンとを切り離し、押し出し治具１４が位置決め機構１５方向に突出する際に、搬送ベルト１０上に残っているピストンに当たらないようにしている。

搬送ベルト１０から切り出されたピストンは、押し出し治具１４によって位置決め機構１５の下方位置にある回転テーブル１６上に押し出され移載される。移載されたピストンに対しセンター出し装置１８のハンドが両側から押さえつけてセンター出しを行う。

センター出しが終了するとピストンを載置した回転テーブル１６が上昇する。この回転テーブル１６の下部台には光センサユニット１９が固定されている。回転テーブルが回転しながら上昇し、設定位置で停止する。このとき、発光素子１９ａからの光がピストンのピン穴１ａを通過して受光素子１９ｂにキャッチされる位置で回転テーブル１６の回転が停止する。これによりピストンの位置決めが終了する。

位置決めが終了したピストン１に対し、ピストンリング（トップリング、セカンドリング、エキスパンダリング、第１及び第２のサイドレール）を組付けるピストンリングの組付けラインＬ２について以下に説明する。

ピストンリングの組付けラインＬ２は、図２に示すように、エキスパンダリングの組付けステーションＳｔ１、第１サイドレールの組付けステーションＳｔ２、第２サイドレールの組付けステーションＳｔ３、セカンドリングの組付けステーションＳｔ４及びトップリングの組付けステーションＳｔ５にて構成され、この実施例にあってはエキスパンダリングの組付けステーションＳｔ１を２つ併設しているが、１つでもよい。

また、ピストンリングの組付けラインＬ２に沿ってピストン移載機構２０を設けている。このピストン移載機構２０は、図５にも示すように、フレーム２１に水平方向のレール２２を設け、このレール２２に走行体２３…を移動可能に係合し、この走行体２３に設けた縦方向のレール２４に昇降体２５を移動可能に係合し、この昇降体２５に開閉可能なフィンガ２６を設けている。

前記昇降体２５は各ステーションＳｔ１〜Ｓｔ５の間隔と同一の間隔で６個配置され、上流側から下流側（図２において右側から左側）のステーションにピストンを順次送り込む。

ピストンリングの組付けラインＬ２を構成する各ステーションＳｔ１〜Ｓｔ５はいずれも基本的な構成は同一で、エキスパンダリングの組付けステーションＳｔ１はオーバーラップ防止機構、第１サイドレールの組付けステーションＳｔ２及び第２サイドレールの組付けステーションＳｔ３は切り出し機構を付加している。

各ステーションの基本構成について、図６、図７を参照しつつエキスパンダリングの組付けステーションＳｔ１を例にとって説明する。ここで、図６は昇降機構の側面図、図７は昇降機構の正面図である。

エキスパンダリングの組付けステーションＳｔ１は、ベース３０に台３１を固定し、この台３１に支柱３２を立設し、この支柱３２にマガジン部４０を支持している。マガジン部４０はピストン１を載置するカップ４１とエキスパンダリング７を外装するガイドロッド４２から構成され、図８に示すように、カップ４１は支柱３２の上端に設けた受け部３３に着脱自在とされている。着脱自在としているのはピストンの機種変更に対応するためである。

一方、ガイドロッド４２も機種変更に対応すべく径方向に拡開可能とされている。即ち、前記支柱３２に固定された支持板３４に上下方向の昇降ロッド４３が摺動自在に支持され、この昇降ロッド４３の下端にはローラ４４が取付けられ、このローラ４４は支持板３４と昇降ロッド４３との間に設けたスプリング４９の弾発力によってベース３０上に回転可能に配置されたカム４５のカム面に当接している。また、昇降ロッド４３の中間部には上下２箇所にカム４６，４６が取付けられ、このカム４６に一端が前記ガイドロッド４２に連結されたリンクロッド４７の内端に設けたローラ４８を当接せしめている。

而して、カム４５を回転せしめ、これにつれて昇降ロッド４３及びカム４６が上昇すると、図９に示すように、カム４６と当接しているリンクロッド４７が外側に移動し、このリンクロッド４７に連結しているガイドロッド４２も外側に移動しマガジン部４０の径が拡大する。同様に、カム４５を更に回転させて、昇降ロッド４３が下降するとマガジン部４０の径は縮小する。このように、マガジン部４０の径をカム４５を回転せしめることでピストン（ピストンリング）の機種変更に対応する。

図６に戻って、前記ベース３０はフレーム５０に軸５１を介して回動自在に支持されている。またベース３０からは背面側にアーム５２が延出され、このアーム５２とフレーム５０との間にエアスプリング５３が介設されている。

また、前記ベース３０は押し上げ機構６０も支持している。この押し上げ機構６０はケース６１内にモータ６２によって回転せしめられるボールネジ６３を配置し、このボールネジ６３に昇降体６４を螺合し、昇降体６４にはマガジン部４０に保持されている段重ね状態のエキスパンダリング７（ピストンリング）を下から押し上げる爪部材６５を設け、更に前記ケース６１とフレーム５０間にはシリンダユニット６６が設けられている。

而して、シリンダユニット６６を伸張せしめると、図１０に示すように、マガジン部４０と押し上げ機構６０とが一体に軸５１を中心として作業者側に傾動する。この状態でマガジン部４０に新たなエキスパンダリング７（ピストンリング）を装填する。尚、図示例ではマガジン部４０と押し上げ機構６０とが一体に傾動するようにしたが、マガジン部４０のみを傾動せしめるようにしてもよい。

以上が各ステーションＳｔ１〜Ｓｔ５の基本構成であるが、エキスパンダリングの組付けステーションＳｔ１にあってはエキスパンダリングのオーバーラップ防止機構を備えている。

図１１はオーバーラップ防止機構の平面図、図１２はオーバーラップ防止機構の側面図であり、オーバーラップ防止機構７０はステーションＳｔ１の前方で且つマガジン部の上端即ちピストン載置カップと略等しい高さに、コ字型の支持板７１を設け、この支持板７１に扇状プレート７２をピストン１に向かって進退可能に取り付け、前進端において扇状プレート７２の先端に設けた凸部７３がピストン１のリング溝４に入り込むようにしている。

以上において、扇状プレート７２の先端凸部７３がリング溝４に入り込んだ状態で、モータ６２を駆動して昇降体６４（爪部材６６）を上昇せしめると、図１３に示すように、マガジン部４０に外装された段重ね状態のエキスパンダリング７はカップ４１の外周で拡径しつつ徐々に上昇し、最上段のエキスパンダリング７がカップ４１の上端から外れてリング溝４内に嵌まり込む。このとき、エキスパンダリング７の切れ目が入り込む部分には予め凸部７３が入り込んでいるので切れ目の部分がオーバーラップすることがない。

エキスパンダリング７が嵌め込まれたピストンは、移載機構２０によって、第１サイドレールの組付けステーションＳｔ２に送られ、このステーションＳｔ２でリング溝４内に第１サイドレール８が嵌め込まれる。

ここで、サイドレール８，９は他のピストンリングに比べ厚さが薄いため、１枚ごとの切り出しが難しく、同時に２枚以上切り出してしまうことがあり、ピストンリング装着の従来からの問題であった。そこで、本発明では独自の切り出し機構を設けている。

図１４はサイドレール切り出し機構の平面図、図１５（ａ）〜（ｃ）はサイドレール切り出し機構の作用を説明した図であり、サイドレール切り出し機構８０は左右の切り出し爪８１，８２を備えている。一方の切り出し爪８１の先端には１枚のサイドレールのみが入り込める切欠８３が形成され、他方の切り出し爪８２の先端にはサイドレールの位置決めバー８４を逃げるための凹部８５と前記切欠８３よりも厚み方向の寸法が大きな切欠８６が形成されている。

以上において、サイドレール８を１枚切り出すには、先ず図１５（ａ）に示すように、切り出し爪８１を先に前進させ先端の切欠８３に最上端のサイドレール８を入れる。

従来のサイドレール切り出し機構は左右同一形状の爪で、同時に左右からサイドレールを切り出すようにしていた。しかしながら、サイドレールは僅かな切れ目があるCリング形状で、加工上この切れ目の左右に段差及び捩れがあるため、左右同時に正確に１本のサイドレールを左右の爪の切欠に入れるのは、実際上極めて困難で、この箇所でハンドリングミスが多発していた。しかしながら、左右一方の爪であれば簡単にサイドレールを切欠に入れることができる。

次いで、段積みされたサイドレール８の下端を支持している押し上げ機構６０（図６参照）の爪部材６５を若干下げ、他方の切り出し爪８２を爪部材６５の下降に同期して下げる。すると、図１５（ｂ）に示すように、最上段のサイドレール８とその下のサイドレール８との間に隙間が形成される。尚、爪部材６５を若干下げる代わりに他方の切り出し爪８２を残し一方の切り出し爪８１を上昇させてもよい。

また尚、図示例では当初切り出し爪８１、８２の高さを等しくしているが、はじめから切り出し爪８１と切り出し爪８２の高さをずらせた構成でもよい。

上記のごとくして最上段のサイドレール８とその下のサイドレール８との間に隙間が形成されたならば、その隙間を狙って他方の切り出し爪８２を前進させ、切欠８６内に最上段のサイドレール８を入れ込む。この場合、最上段のサイドレール８とその下のサイドレール８との間に比較的大きな隙間が形成されており、また前記したように切り出し爪８２の切欠８６は切り出し爪８１の切欠８３よりも厚み方向の寸法が大きいため、多少寸法ずれが生じていても切欠８６内に簡単にサイドレール８を入れ込むことができる。また、最上段のサイドレール８とその下のサイドレール８とは離れているので、切欠８６内に２枚のサイドレール８が入ることもない。

以上によって、サイドレール８の嵌め付けが完了したら、移載機構２０にてピストンを第２サイドレールの組付けステーションＳｔ３、セカンドリングの組付けステーションＳｔ４及びトップリングの組付けステーションＳｔ５に順次移載され、ピストンリングの装着が完了する。全てのピストンリングが嵌め付けられたピストン１は払出しラインＬ３に送られ、検査の後、不良品を選別し全ての作業が終了する。

本発明に係るピストンリングの組付け装置及び組付け方法は、自動車、自動二輪車のエンジンに組み込むピストンの他に、汎用エンジンのピストンにも適用することができる。

本発明に係るピストンリングの組付け装置の全体平面図 同ピストンリングの組付け装置の正面図 ピストンの供給ステーションの平面図（１個づつ切り出し：一旦ベルトがバック） ピストンの位置出し機構の側面図（発光素子と受光素子によるピン穴） 搬送機構の側面図 昇降機構の側面図 昇降機構の正面図 マガジンの載置カップの部分を示す図 昇降機構のカムと径調整の説明図 傾動した昇降機構の側面図 エキスパンダリングの切れ目のオーバーラップ防止機構の平面図 エキスパンダリングの切れ目のオーバーラップ防止機構の側面図 ピストンリング（エキスパンダリング）がリング溝に嵌まり込む動作を説明した図 サイドレール切り出し機構の平面図 サイドレール切り出し機構の作用を説明した図（マガジンの下降） ピストンにピストンリングを装着する前の状態を示す分解斜視図 ピストンリングを装着した状態のピストン ピストンリングを装着した状態のピストンの要部拡大断面図 図１８のＡ方向から見た図

符号の説明

Ｌ１…ピストンの供給ライン
Ｌ２…ピストンリングの組付けライン
Ｌ３…ピストンの払出しライン
Ｓｔ１…エキスパンダリングの組付けステーション
Ｓｔ２…第１サイドレールの組付けステーション
Ｓｔ３…第１サイドレールの組付けステーション
Ｓｔ４…セカンドリングの組付けステーション
Ｓｔ５…トップリングの組付けステーション
1…ピストン、１ａ…ピン穴、２，３，４…リング溝、５…トップリング、６…セカンドリング、７…エキスパンダリング、８…第１のサイドレール、９…第２のサイドレール、１０…搬送ベルト、１１…ローラコンベア、１２…側壁、１３…押えプレート、１４…押し出し治具、１５…位置決め機構、１６…回転テーブル、１７…昇降機構、１８…センター出し装置、１９…光センサユニット、１９ａ…発光素子、１９ｂ…受光素子、２０…ピストン移載機構、２１…フレーム、２２…レール、２３…走行体、２４…レール、２５…昇降体、２６…フィンガ、３０…ベース、３１…台、３２…支柱、３３…受け部、３４…支持板、４０…マガジン部、４１…カップ、４２…ガイドロッド、４３…昇降ロッド、４４…ローラ、４５、４６…カム、４７…リンクロッド、４８…ローラ、４９…スプリング、５０…フレーム、５１…軸、５２…アーム、５３…エアスプリング、６０…押し上げ機構、６１…ケース、６２…モータ、６３…ボールネジ、６４…昇降体、６５…爪部材、６６…シリンダユニット、７０…オーバーラップ防止機構、７１…支持板、７２…扇状プレート、７３…凸部、８０…サイドレール切り出し機構、８１，８２…左右の切り出し爪、８３，８６…切欠、８４…サイドレールの位置決めバー、８５…凹部。

Claims (2)

1. ピストンのリング溝にピストンリングを嵌め込むピストンリングの組付け装置であって、このピストンリングの組付け装置は、エキスパンダリングの組付けステーション、サイドレールの組付けステーション、セカンドリングの組付けステーション及びトップリングの組付けステーションからなり、前記サイドレールの組付けステーションには、サイドレールを段重ね状態で保持するマガジン部と、マガジン部からサイドレールを１つづつ切り出す一対の切り出し爪を備え、前記一対の切り出し爪には前記サイドレールが入り込む切欠が形成され、一方の切り出し爪に形成された切欠よりも他方の切り出し爪に形成された切欠の方が厚み方向の寸法が大きくされ、前記一対の切り出し爪のうち一方の切り出し爪は他方の切り出し爪よりも先に段重ね状態のサイドレールのうちの最上端のサイドレールに係合し、また、他方の切り出し爪は一方の切り出し爪によって一端が保持されている最上端のサイドレールとその下のサイドレールとの隙間に入り込むことを特徴とするピストンリングの組付け装置。
2. ピストンのリング溝にピストンリングを嵌め込むピストンリングの組付け方法であって、ピストンリングを構成するサイドレールを段重ね状態で保持するマガジン部からサイドレールを一対の切り出し爪で１つづつ切り出すにあたり、前記一対の切り出し爪には前記サイドレールが入り込む切欠が形成され、一方の切り出し爪に形成された切欠よりも他方の切り出し爪に形成された切欠の方が厚み方向の寸法が大きくされ、一対の切り出し爪のうちの一方がマガジン部に向かって前進して最上段のサイドレールに係合し、次いで、一方の切り出し爪の位置をそのままにして段重ね状態で保持されるサイドレール全体を相対的に下げ、最上段のサイドレールとその下のサイドレールとの間に隙間を形成し、この隙間に他方の切り出し爪を前進させて係合せしめることを特徴とするピストンリングの組付け方法。