JP4516441B2 - スプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、スプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法に関する。

従来、例えば、エンジンとトランスミッションとのスプライン嵌合による組み付け方法として、ドライブユニットによって、エンジンのクランクシャフトを緩速度で回転させながら、トランスミッションを接合させて、エンジンの出力軸とトランスミッションの主軸とを嵌合させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
かかる技術は、エンジン側の出力軸を緩速度で回転させながらトランスミッションの主軸を嵌合し、嵌合させる出力軸と主軸との位相をずらしながら押し込んで、スプライン嵌合を行うものである。
特開昭６３−２６５７８９号公報（特許請求の範囲、第４ページ目の右上欄２行目〜５行目まで）

しかしながら、エンジンの出力軸とトランスミッションの主軸との位相が合わない状態でトランスミッションを押し込むと、エンジンの出力軸の端面とトランスミッションの主軸の端面が当接したまま押圧され、両方の軸が密着したまま共に回ってしまうという共回り現象が発生し、嵌合できない場合があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、スプライン嵌合をより容易かつ確実にして、組み付けの自動化に寄与し得るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法は、エンジンの出力軸、または、前記出力軸に対面して保持されたトランスミッションの主軸をドライブユニットによって回転させながら、前進手段によって前記エンジンまたは前記トランスミッションを前進させ、前記出力軸と前記主軸とをスプライン嵌合により組み付けるエンジンとトランスミッションの組み付け方法であって、前記前進手段によって前進させるエンジンの出力軸またはトランスミッションの主軸の位置を直接または間接的に検出する位置センサを設け、前記出力軸または主軸が予め設定された嵌合の成功を示す所定の嵌合位置を通過することなく、前記エンジンまたは前記トランスミッションの前進が停止した場合には、前記前進手段の推力を切断する推力切断工程と、前記前進手段に再び推力を与えて、前記エンジンまたは前記トランスミッションを前進させ、前記スプライン嵌合を試みる再接合工程とを備え、前記推力切断工程と前記再接合工程とを前記スプライン嵌合が成功するまでの所定の回数繰り返すことを特徴とする。

このような構成によれば、エンジンの出力軸またはトランスミッションの主軸の位置を直接または間接的に検出する位置センサを設けたことで、前進移動させてスプライン嵌合させるエンジンの出力軸またはトランスミッションの主軸の位置を計測し、エンジンの出力軸とトランスミッションの主軸との位置関係を検知することができる。これにより、前記出力軸または前記主軸が予め設定された嵌合の成功を示す所定の嵌合位置を通過したかどうかを判定して、嵌合の成功または不成功を把握することができる。

さらに、前記出力軸または主軸が所定の嵌合位置を通過することなく（嵌合が成功せず）、前記エンジンまたは前記トランスミッションの前進が停止した場合には、一旦エンジンまたは前記トランスミッションを前進させる前進手段の推力を切断する推力切断工程を備えたことで、前記エンジンまたはトランスミッションに前記トランスミッションまたはエンジンを押し付ける押圧力を切断して、摩擦力を排除することにより、エンジンとトランスミッションとの共回りを防止することができる。

そして、その後、前記前進手段に再び推力を投入して、前記エンジンまたは前記トランスミッションを前進させ、前記スプライン嵌合を試みる再接合工程とを備え、前記推力切断工程と前記再接合工程とを嵌合が成功するまでの所定の回数繰り返すことで、格別な制御機構を設けて予め出力軸と主軸との位相を合わせておかなくとも、円滑にスプライン嵌合の成功まで導くことができる。
なお、再接合工程を所定の回数繰り返しても、スプライン嵌合が成功しない場合には、別ラインに移送して検査すればよい。

前記前進手段として第１の流体シリンダを使用し、前記エンジンまたは前記トランスミッションの後部に前記第１の流体シリンダのロッドを当接させるとともに、前記位置センサで前記第１の流体シリンダのロッドの位置を検出するように構成することができる。
このように、前記第１の流体シリンダのロッドの位置を位置センサで検出し、第１の流体シリンダのロッドを前記エンジンまたは前記トランスミッションの後部に当接することで、シリンダのロッドと前記エンジンまたは前記トランスミッションとを一体化して、シリンダのロッドの位置（突き出し量）から間接的に前記エンジンの出力軸または前記トランスミッションの主軸の位置を計測することができる。
したがって、シリンダのロッドの突き出し量を計測することで、エンジンとトランスミッションとのスプライン嵌合の成功または不成功を把握することができる。

前記前進手段によって前進させる前記エンジンまたは前記トランスミッションを、前記トランスミッションの主軸または前記エンジンの出力軸の方向に進退可能な第２の流体シリンダを設け、前記推力切断工程の後、前記第２の流体シリンダにより、前記エンジンまたは前記トランスミッションを後退させ、前記エンジンと前記トランスミッションとを離間させる離間工程を設けてもよい。
このように、前記エンジンまたは前記トランスミッションを後退させ、前記エンジンと前記トランスミッションとを積極的に離間させることで、確実に前記エンジンと前記トランスミッションとの共回りを防止でき、より好適である。

前記エンジンの出力軸またはトランスミッションの主軸が嵌合の成功を示す前記所定の嵌合位置を通過した場合には、前記第１の流体シリンダの推力に付加して前記第２の流体シリンダにも前進推力を与えることも好適である。
このように構成すれば、第１の流体シリンダと第２の流体シリンダとの２段階の推力を設定することで、嵌合の導入段階と、嵌合の成功後のシリンダの推力をより適切に設定することが可能となり、嵌合の終了まで円滑かつ確実に導くことができる。
なお、第２の流体シリンダを前記エンジンまたはトランスミッションの位置決め等の他の用途に使用することもできる。

本発明に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法によれば、スプライン嵌合をより容易かつ確実にして、組み付けの自動化に寄与し得るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、本発明の実施形態に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法の全体構成を示す構成図であり、図２は、本発明の実施形態に係るスプラインの嵌合部を示す模式的斜視図であり、（ａ）は位置関係を示す図、（ｂ）は主軸の端面のＸ方向矢視の斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係るスプライン嵌合時の状態を段階的に説明するための説明図であり、図４は、本発明の実施形態に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法の動作を説明するためのフローチャートである。
なお、図２におけるスプラインの構造は、説明の便宜のために、１段スプラインとした簡略な構成のものを示したが、多段スプラインや内外径にスプラインが切ってある場合においても同様に本発明を実施することができる。

本発明の実施形態に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法について、スプライン嵌合により、一の回転軸体であるエンジン２と他の回転軸体であるトランスミッション４とを組み付ける場合を例として説明する（図１参照）。
なお、説明の便宜上、トランスミッション４から見てエンジン２側を前（図１における左側）、その反対側を後（図１における右側）と表現する。

本実施形態に係るスプライン嵌合によるエンジン２とトランスミッション４との組み付け方法は、エンジン２とトランスミッション４との位置決め工程と、ドライブユニット１５によってエンジン２の出力軸５を緩速度で回転させながら、前進手段である第１のエアシリンダ８によってトランスミッション４を前進させて、エンジン２と接合させる前進工程と、トランスミッション４の主軸６の位置を位置センサ１０で検出して、主軸６が所定の嵌合位置（接合点）を通過することなくエンジン２の出力軸５と当接して前進が停止した場合には、第１のエアシリンダ８の推力を切断する推力切断工程と、推力を切断した後、第２のエアシリンダ９によってトランスミッション４を後退させ、エンジン２と離間させる離間工程と、前記第１のエアシリンダ８に再び推力を与えて、トランスミッション４を前進させ、スプライン嵌合を試みる再接合工程と、前記推力切断工程から前記再接合工程までをスプライン嵌合が成功するまでの所定の回数を繰り返す工程とを備えている（図１参照）。

なお、本実施形態においては、エンジン２にはトルクコンバータ３が備えられており、このトルクコンバータ３の出力軸（エンジン２の出力軸５）とトランスミッション４の主軸６とをスプライン嵌合によって接合するが、マニュアルトランスミッションの場合には、エンジンの出力軸とトランスミッション４の主軸６とを直接スプライン嵌合により接合する。また、本発明は、エンジンではなく、モータの場合も同様に適用できる。

最初に、エンジン２とトランスミッション４の位置決め工程について説明する。
図１は、組み付けステージ１において、エンジン２とトランスミッション４が所定の原点位置に位置決めされた状態を示している。すなわち、この原点位置では、エンジン２の出力軸５（スプライン穴）と、この出力軸５にスプライン嵌合されるトランスミッション４の主軸６（スプライン軸）とが予め設定された距離を隔てて、同軸上に対面して配置されている（図２を併せて参照）。

そして、エンジン２は前記した原点位置に固定して設置され、トランスミッション４はエンジン２の出力軸５に対面して、その出力軸５の方向に進退自在にガイドされた状態でロボット２０によって保持されている。

エンジン２は、図１に示すように、専用のエンジンパレット１１に固定された状態で、搬送コンベア１２に載置されて、組み付けステージ１まで搬送され、リフタ１３でリフトアップされて所定の位置および高さの原点位置に固定される。
この原点位置にエンジン２が位置決めされることによって、車種およびエンジン形式ごとにエンジン２の出力軸５も所定の原点位置に収まり、この原点位置を基準として、トランスミッション４が位置決めされる。

トランスミッション４は、図１に示すように、専用のトランスミッションパレット３１に載置された状態で、搬送コンベア３２によって待機ステージ１′まで搬送される。
そして、図示しない制御部でロボット２０を制御して、ロボット２０の先端部に固着されたフィンガー２３をトランスミッション４のボルト穴に挿入して保持した状態で、トランスミッション４は所定の原点位置に位置決めされる。

この原点位置では、第２の流体シリンダとしての第２のエアシリンダ９は後端側（図１における右側）に寄せて配置されるとともに、第２のエアシリンダ９のエア圧を抜いて開放された状態にしている。したがって、この状態では、トランスミッション４はその主軸６の軸方向に進退自在に保持されている。
なお、第２のエアシリンダ９は、図示しない制御部による図示しないエアバルブの切り替えによって、前進、後退、および開放状態を制御することができる。

ロボット２０は、一例として、アーム２１と、アーム２１の先端にトランスミッション４の主軸６の軸方向に摺動可能に固定された第２のエアシリンダ９と、第２のエアシリンダ９に結合されたアタッチメント２２と、アタッチメント２２の先端に固着されたトランスミッション４を保持するフィンガー２３とを備えて構成されている。

ドライブユニット１５は、図１に示すように、エンジン２の原点位置におけるエンジン２よりさらに前側（図１における左側）に設置され、駆動源としてエアモータ１６を使用し、このエアモータ１６をスライドテーブル１８に設置することで回転軸１６ａの軸方向に進退自在に構成されている。このエアモータ１６の回転軸１６ａの先端には回転軸同士を連結切断できるソケット１６ｂが備えられている。

そして、前記のように組み付けステージ１にエンジン２が位置決めされた後、図示しない制御部によってスライドテーブル１８をエンジン２側に移動させて、エアモータ１６の回転軸１６ａに備えられたソケット１６ｂをクランクシャフト２ａの端部２ｂに連結することにより、クランクシャフト２ａを緩速度で回転させるように構成されている。
なお、このクランクシャフト２ａの回転がトルクコンバータ３の出力軸５（エンジン２の出力軸５）に伝達されるが、この回転速度はトランスミッション４の前進速度との関係で適宜決定される。

前記前進工程は、ドライブユニット１５によってエンジン２の出力軸５を緩速度で回転させながら、前進手段である第１の流体シリンダとしての第１のエアシリンダ８によってトランスミッション４を前進させて、エンジン２と接合させる工程である。
第１のエアシリンダ８は、図１に示すように、トランスミッション４の後部（図１における右側）に設置され、図示しない制御部で図示しないエアバルブを切り替えて、トランスミッション４を前進させたり、エアを開放して推力を切断したりすることができる。

この第１のエアシリンダ８のロッド８ａの先端には、緩衝材８ｂが装着され、この緩衝材８ｂを介してトランスミッション４の後端部に第１のエアシリンダ８のロッド８ａを当接させ、トランスミッション４をエンジン２側に前進させるように構成されている。
なお、本実施形態においては、第１のエアシリンダ８とトランスミッション４とを固着させていないが、これらを固着させて、第１のエアシリンダ８によりトランスミッション４を後退できるように構成してもよい。

第１のエアシリンダ８には、そのシリンダのロッド８ａの位置を計測するセンサとして、ロッド８ａの移動による磁界の変化によりロッド８ａの突き出し量を検出する磁気式の位置センサ１０が設置されている。
これにより、第１のエアシリンダ８を動作させ、この第１のエアシリンダ８のロッド８ａを突き出した場合には、このロッド８ａの突き出し量から間接的に、ロッド８ａの先端に当接されたトランスミッション４の移動量、ひいてはトランスミッション４の主軸６の移動量を計測することができる。
したがって、エンジン２の出力軸５に対するトランスミッション４の主軸６の位置関係を検知することができ、トランスミッション４の主軸６が嵌合の成功を示す所定の嵌合位置を通過したどうかを判定して、嵌合の成功または不成功を把握することができる。
なお、トランスミッション４の主軸６の位置を直接、光センサ等の位置センサによって計測してもよい。

続いて、本発明の実施形態に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションとの組み付け方法の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
図１に示した原点位置においては、エンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６とが予め設定された距離を隔てて、同軸上に対面して位置決めされている。そして、第２のエアシリンダ９のエアは開放されて、トランスミッション４は進退自在に保持されている（Ｓ１）。

この状態で、ドライブユニット１５のエアモータ１６をエンジン２側に移動させて、エアモータ１６をソケット１６ｂを介してクランクシャフト２ａに連結して、エンジン２の出力軸５を緩速度で回転させる（Ｓ２、図１を併せて参照）。

そして、トランスミッション４の前進工程に移行し、エンジン２の出力軸５を緩速度で回転させながら、前進手段である第１のエアシリンダ８を作動させてトランスミッション４を前進させ、エンジン２の出力軸５にトランスミッション４の主軸６を押圧しながら接合させる（Ｓ３）。

ここで、スプライン嵌合によるエンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６との接合の様子について、図３を参照してさらに詳細に説明する。
前記のように、エンジン２の出力軸５を緩速度で回転させながら、トランスミッション４を前進させ、エンジン２の出力軸５にトランスミッション４の主軸６を押圧しながら接合させるが、エンジン２の出力軸５の端面５ａ（面取り部５ｂ）とトランスミッション４の主軸６の端面６ａ（面取り部６ｂ）とが当接してしまい嵌合が成功しない場合がある（図３（ｂ））。このときの主軸６の端面６ａの位置は、Ｂ点である。

また、前記主軸６の端面６ａが前記出力軸５の端面５ａを避けて嵌合が始まったが、その嵌合が浅くてエンジン２の出力軸５の回転に伴い嵌合が外れてしまい嵌合が成功しない場合もある（図３（ｃ））。このときの主軸６の端面６ａの位置は、Ｃ点である。
したがって、嵌合が成功するためには、前記Ｃ点からさらに所定の量だけトランスミッション４の主軸６が前進することが必要であり、この嵌合の成功を示す嵌合点（Ｄ点）をトランスミッション４の主軸６の先端が通過することが必要である（図３（ｄ））。
なお、本実施形態においては、一例として、スプライン嵌合の成功を示す点を図３（ｄ）のＤ点としたが、必ずしもこのようにする必要はなく、このＤ点の位置は、エンジン２の出力軸５の回転速度、トランスミッション４の前進速度、スプラインの面取り形状等を考慮して適宜決定されるものである。

以上のように、トランスミッション４の主軸６の端面６ａが嵌合の成功を示す嵌合点（図３（ｄ）のＤ点）を通過する前にトランスミッション４の前進が停止する場合と、前記嵌合点を通過して嵌合が成功した場合とに分けられる。
以下、前記したそれぞれの場合について、再び図４のＳ３に戻って説明する。

まず、トランスミッション４の主軸６の端面６ａが嵌合の成功を示す嵌合点（図３（ｄ）のＤ点）を通過する前にトランスミッション４の前進が停止した場合には（Ｓ４のｙｅｓ）、第１のエアシリンダ８のエアを切断する（推力切断工程、Ｓ５）。
これにより、トランスミッション４の主軸６の端面６ａ（図２参照）をエンジン２の出力軸５の端面５ａ（図２参照）に押圧する押圧力を切断して、トランスミッション４の主軸６を第１のエアシリンダ８による押圧力（推力）から開放する。
このように、押圧力を遮断すれば、エンジン２の出力軸５の端面５ａとトランスミッション４の主軸６の端面６ａとの間の摩擦力が発生することなく、さらに、押圧力に対する反発力でエンジン２の出力軸５の端面５ａとトランスミッション４の主軸６の端面６ａとがわずかに離間されて、エンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６との共回りが防止できる。

さらに、本実施形態においては、第２のエアシリンダ９を動作させて、トランスミッション４を後退させることにより、より積極的にエンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６とを離間させている（離間工程、Ｓ６）。これにより、確実にエンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６との共回りを防止することができる。

前記した推力切断工程により、エンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６との共回りを回避した状態で再度ステージＳ３に戻り、第１のエアシリンダ８を作動させ、トランスミッション４を前進させて、エンジン２と接合させてスプライン嵌合を試みる。そして、これをスプライン嵌合が成功するまで複数回繰り返す（再接合工程、Ｓ３〜Ｓ６まで）。

一方、トランスミッション４の前進が停止することなく（Ｓ４のＮｏ）、前記嵌合点（図３（ｄ）のＤ点）を通過した場合には（Ｓ１０のｙｅｓ）、嵌合が成功したと検知されて、さらに前進推力を増強するために第２のエアシリンダ９を作動させて嵌合の終了点（図３（ｅ）のＥ点）までトランスミッション４を前進させ（Ｓ１１）、スプライン嵌合を終了する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、前進手段として、エアシリンダ８，９を使用しているが、これに限定されるものではなく、油圧シリンダであってもよい。また、サーボモータ等を動力源として、リンク機構や送りねじ機構、歯車等を利用して前進手段を構成してもよい。
さらに、本実施形態においては、第１のエアシリンダ８に付加して第２のエアシリンダ９を設けて、前記嵌合の成功を示す嵌合点（図３（ｄ）のＤ点）を通過した場合には、さらに前進推力を増強しているが、必ずしも第２のエアシリンダ９を設ける必要はなく、第１のエアシリンダ８のみで前進手段を構成してもよい。

また、本実施形態においては、推力切断手段として、エアシリンダ８，９へのエア圧の導入ないし切換等を図示しないバルブの切換等により行っているが、これに限定されるものではなく、トランスミッション４の前進方向にストッパを設けて推力の伝達を遮断することもできる。さらに、リンク機構や送りねじを使用した場合も、トランスミッション４を後退させてエンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６とを離間させることによって推力の伝達を遮断することもできる。

なお、本実施形態においては、推力切断工程の後に第２のエアシリンダ９を後退させる離間工程を設けているが、必ずしもこの離間工程は必要ではなく、推力切断工程のみでもエンジン２の出力軸５とトランスミッション４の主軸６との共回りは防止することができるものである。

また、本実施形態においては、エンジン２を固定し、トランスミッション４をエンジン２の方向に前進させて、接合させているが、トランスミッション４を固定し、エンジン２を前進させてトランスミッション４に接合させてもよい。
さらに、本実施形態においては、ドライブユニット１５によりエンジン２の出力軸５を緩速度で回転させているが、これに限定されるものではなく、トランスミッション４の主軸６を回転させながらエンジン２と接合してもよい。

本発明の実施形態に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法の全体構成を示す構成図である。 本発明の実施形態に係るスプラインの嵌合部を示す模式的斜視図であり、（ａ）は位置関係を示す図、（ｂ）は主軸の端面のＸ方向矢視の斜視図である。 本発明の実施形態に係るスプライン嵌合時の状態を段階的に説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係るスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 組み付けステージ
２ エンジン
３ トルクコンバータ
４ トランスミッション
５ 出力軸
６ 主軸
８ 第１のエアシリンダ
９ 第２のエアシリンダ
１０ 位置センサ
１５ ドライブユニット

Claims (4)

1. エンジンの出力軸、または、前記出力軸に対面して保持されたトランスミッションの主軸をドライブユニットによって回転させながら、
   前進手段によって前記エンジンまたは前記トランスミッションを前進させ、前記出力軸と前記主軸とをスプライン嵌合により組み付けるエンジンとトランスミッションの組み付け方法であって、
   前記前進手段によって前進させるエンジンの出力軸またはトランスミッションの主軸の位置を直接または間接的に検出する位置センサを設け、
   前記出力軸または主軸が予め設定された嵌合の成功を示す所定の嵌合位置を通過することなく、前記エンジンまたは前記トランスミッションの前進が停止した場合には、前記前進手段の推力を切断する推力切断工程と、
   前記前進手段に再び推力を与えて、前記エンジンまたは前記トランスミッションを前進させ、前記スプライン嵌合を試みる再接合工程とを備え、
   前記推力切断工程と前記再接合工程とを前記スプライン嵌合が成功するまでの所定の回数繰り返すことを特徴とするスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法。
2. 前記前進手段として第１の流体シリンダを使用し、前記エンジンまたは前記トランスミッションの後部に前記第１の流体シリンダのロッドを当接させるとともに、
   前記位置センサで前記第１の流体シリンダのロッドの位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法。
3. 前記前進手段によって前進させる前記エンジンまたは前記トランスミッションを、前記トランスミッションの主軸または前記エンジンの出力軸の方向に進退可能な第２の流体シリンダを設け、
   前記推力切断工程の後、前記第２の流体シリンダにより、前記エンジンまたは前記トランスミッションを後退させ、前記トランスミッションまたは前記エンジンから離間させる離間工程を設けたことを特徴とする請求項２に記載のスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法。
4. 前記主軸または前記出力軸が前記所定の嵌合位置を通過した場合には、前記第１の流体シリンダの推力に付加して前記第２の流体シリンダにも前進推力を与えることを特徴とする請求項３に記載のスプライン嵌合によるエンジンとトランスミッションの組み付け方法。

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