JP4933380B2 - 穴を有する素材の位置決め固定装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンのシリンダブロック等のように穴を有する素材を基準ブロックに位置決め及び固定する装置に関する。

この種の位置決め固定装置には、従来では、下記の特許文献１(ＷＯ２００４／０６７２２４)に記載されたものがある。その従来公報は、本願の譲受人のうちの一人が先に提案したものであって、その公報の図７Ａから図９(及び明細書の対応説明部分)に示すように、次のように構成されている。
即ち、ワーク等の被固定物の下面に開口された穴に挿入されるように基準ブロックのハウジングから上方へ突出させた心柱と、その心柱の筒孔に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッドと、上記の心柱の外周に配置された内係合具と、その内係合具を先端方向へ付勢するバネと、上記の内係合具の外周に配置されると共に上記の出力ロッドに連結された環状プラグと、その環状プラグの周壁に半径方向へ移動可能に支持されると共に上記の内係合具に上側から楔係合する複数の外係合具とを備えたものである。
ＷＯ２００４／０６７２２４

上記の従来技術は、円形穴を備えたワーク等の被固定物を、その被固定物の下方に設けた装置だけで位置決め及び固定できる点で優れる。
その利点を活用するため、本発明者たちは、エンジンのシリンダブロック鋳造品(以下、単にシリンダブロックという)のシリンダ穴を介して位置決め及び固定する装置を、本発明に先立って考えた。
上記の先提案に係る装置では、前記の外係合具を水平方向に向かい合わせに２つ配置し、各外係合具の幅方向の両側に押部を設けてある。そして、合計４つの押部を上記シリンダ穴の内周面に押圧することにより、基準部材としての前記心柱の軸心に上記シリンダ穴の軸心を精密に心合わせするように構成してある。

上記の先提案に係る装置は、上記シリンダ穴の内周面の鋳肌状態が良好で凹凸が許容範囲内である場合には前記シリンダブロックを精密に位置決め固定できるものの、その凹凸が比較的に大きい場合には位置決め精度が低下するという問題が発生しており、この点で改善の余地が残されていた。
本発明の目的は、エンジンのシリンダブロック等のように穴を有する素材を、その穴を利用して精密に位置決め固定できるようにすることにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１と図３に示すように、穴(３)を有する素材(２)を基準ブロック(１)に位置決め及び固定する装置を次のように構成した。
上記の穴(３)に挿入されるように上記の基準ブロック(１)のハウジング(１４)から先端方向へ突出させた心柱(１５)と、その心柱(１５)の筒孔(２９)に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド(３０)と、上記の心柱(１５)の外周に配置された内係合具(３２)と、その内係合具(３２)を先端方向へ付勢する進出手段(３３)と、上記の内係合具(３２)の外周に配置されると共に上記の出力ロッド(３０)に連結された環状プラグ(３６)と、上記の出力ロッド(３０)を挟んで対面するように上記の環状プラグ(３６)の周壁(４４)に半径方向へ移動可能に支持されると共に上記の内係合具(３２)に先端側から楔係合する二つの外係合具(４５)(４５)とを備える。上記の二つの外係合具(４５)(４５)のうちの一方の外係合具(４５)の外周部には、上記の対面方向に直行する幅方向(Ｗ)へ所定の間隔をあけて二つの押部(４６)(４６)を設け、他方の外係合具(４５)の外周部には一つの押部(４７)を設ける。
上記の外係合具(４５)の内周部と前記の内係合具(３２)の外周部のうちの一方にＴ溝(５１)を設けると共に他方にＴ脚(５２)を設けて、上記Ｔ溝(５１)と上記Ｔ脚(５２)とを上記の軸心方向および半径方向へ移動可能に嵌合させ、かつ、上記の内係合具(３２)及び上記ハウジング(１４)に対して上記の外係合具(４５)および上記の環状プラグ(３６)を上記の幅方向(Ｗ)へ移動可能に構成し、上記の外係合具(４５)が上記の幅方向(Ｗ)へ移動するのを許容するように上記Ｔ溝(５１)と上記Ｔ脚(５２)との間に隙間(６２)(６３)を設ける。

本発明は、次の作用効果を奏する。
前述した先提案例において位置決め精度が低下する理由は、本発明者たちが実験で検証した結果、以下のように考えられる。
即ち、シリンダブロックのシリンダ穴において、その内周面の凹凸が大きい場合には、２つの外係合具が半径方向の外方へ移動されたときに、４つの押部のうちのいずれか３つの押部が上記内周面を押圧するのに対して残りの１つの押部が上記内周面を十分に押圧しない場合がある。そして、上記シリンダブロックを新たなシリンダブロックに取り替えるごとに、押圧に寄与しない上記の押部が、４つの押部のうちのいずれかへランダムに変化する。換言すれば、新たに位置決めされるシリンダブロックごとに、４つの押部のうちの押圧に寄与する３つの押部がランダムに変化する。このため、上記の押部によって押し動かされる上記シリンダ穴の軸心も不整に変化する。
これに対して、本発明では、上記シリンダ穴の凹凸が大きい場合であっても、２つの外係合具が半径方向の外方へ移動されたときに、一方の外係合具の２つ押部が上記内周面の所定部分を確実に押圧すると共に他方の外係合具の１つの押部も上記内周面の所定部分を確実に押圧し、３つの押部の全てが押圧に寄与する。このため、上記の押部によって押し動かされる上記シリンダ穴の軸心が不整に変化するのを防止できる。その結果、シリンダ穴の軸心を前記の心柱の軸心に精密に心合わせでき、位置決め精度が向上する。
また、Ｔ嵌合という簡素な構成によって本件発明の主要部を構成できるので、その主要部を長期間にわたって高精度で使用できる。

上記発明においては、例えば図３に示すように、前記の他方の外係合具(４５)の外周部には、前記の幅方向(Ｗ)のほぼ中央部に一つの押部(４７)を設けることが好ましい。
この場合、上記の他方の押部と前記の一方の押部との間隔をほぼ等しくすることが可能なので、位置決め精度がさらに向上する。

本発明においては、前記の素材(２)は、所定の間隔をあけて配設された穴(３・３)を有し、上記の穴(３・３)の軸心を結ぶ直線と前記の幅方向(Ｗ)がほぼ一致していることが好ましい。

以下、本発明の一実施形態を図１から図３によって説明する。図１は、位置決め固定装置の立面視の断面図である。その図１において、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック途中状態を示している。図２は、上記装置の第１プラグ手段を示し、上記図１のII−II線断面に相当する図である。図３は、上記装置の第２プラグ手段を示し、上記の図２に類似する図である。
この実施形態では、エンジンのシリンダブロック鋳造品(以下、単にシリンダブロックという)を位置決め及び固定する装置に本発明を適用したものを例示してある。
なお、請求項に係る本発明の実施形態は、上記の第２プラグ手段として説明されるものに関する。

即ち、工作機械のテーブルに基準ブロックとしての治具１を載置し、その治具１の支持面１ａに、穴を有する素材としてのシリンダブロック２の被支持面２ａを受け止めるように構成してある。その被支持面２ａには、円形の鋳抜き穴からなる複数のシリンダ穴３が所定の間隔をあけて開口されている。なお、ここでは、一つのシリンダ穴３だけを図示している。
上記の治具１は、工作機械のテーブルに固定したベースプレート４を備える。そのベースプレート４には、上記の複数のシリンダ穴３に対応させて、位置決め機能とロック機能との二つの機能を備えた第１プラグ手段１１と、同様の二つの機能を備えた第２プラグ手段１２とが設けられる。

上記の図１と図２に係る第１プラグ手段１１と図３に係る第２プラグ手段１２とは、下記の点では同様に構成されている。即ち、後述の外係合具４５を楔作用によって半径方向の外方へ移動させ、その外係合具４５の外周の押部４６・４６及び４７が前記シリンダ穴３の内周面に接当して上記シリンダ穴３を押し動かし、前記の治具１に対して前記シリンダブロック２を水平方向へ位置決めする。引き続いて、その密着した外係合具４５を下方へ駆動して、前記の治具１に前記シリンダブロック２を固定する。
上記の第１プラグ手段１１の外係合具４５は、図１及び図２に示すように、治具１に対して軸心方向と半径方向へ移動可能に構成してある。これに対して、第２プラグ手段１２の外係合具４５は、図３に示すように、治具１に対して軸心方向と半径方向に加えて幅方向Ｗへも移動可能に構成してある。

そして、所定の間隔をあけて配置したシリンダ穴３・３の軸心同士を結ぶ直線に直交する方向と、第２プラグ手段１２の二つの外係合具４５・４５が対面する方向とがほぼ一致するように配置してある。即ち、上記シリンダ穴３・３の軸心同士を結ぶ直線と上記の幅方向Ｗがほぼ一致するように配置してある。これにより、前記シリンダブロック２は、第１プラグ手段１１が挿入されたシリンダ穴３の軸心の回りに旋回するのが阻止される。

以下、上記の第１プラグ手段１１と第２プラグ手段１２との両手段１１・１２の具体的な構成を説明する。まず、上記の両手段１１・１２に共通する構成を図１と図２で説明する。

上記の治具１のハウジング１４から心柱１５が上方(先端方向)へ突出され、その心柱１５が上記シリンダ穴３に挿入可能になっている。上記ハウジング１４の下半部にピストン１７およびピストンロッド１８が上下移動可能に保密状に挿入される。そのピストン１７の上方に形成したロック室２０にロック給排路２１が連通される。なお、上記ピストン１７から上方へ突出させた回り止めピン２２が、上記ロック室２０の上壁の偏心孔２３に挿入されている。また、上記ピストンロッド１８の下方に形成したリリース室２５にリリース給排路２６が連通される。

上記ハウジング１４の上半部と前記の心柱１５の筒孔２９とに出力ロッド３０が軸心方向へ移動可能に挿入される。上記の心柱１５の外周に環状の内係合具３２が配置される。その内係合具３２は、周方向へ切れ目なしに連続して形成されており、その内係合具３２の上部および下部が上記の心柱１５に軸心方向へ移動可能に精密に嵌合されている。そして、上記の内係合具３２は、圧縮コイルバネ(進出手段)３３によって上方(先端方向)へ付勢されており、その内係合具３２が所定以上に上方へ移動することは、止め輪３４によって阻止されている。

上記の内係合具３２の外周に環状プラグ３６が配置される。その環状プラグ３６の上フランジ３７が、上記の出力ロッド３０の上部に固定したキャップ３９の周溝４０に半径方向へ移動可能に連結される。なお、上記の環状プラグ３６の下部は、封止具４２を介して上記の心柱１５の下部の外周部に上下方向へ保密移動可能に支持されている。

上記の環状プラグ３６の周壁４４に二つの外係合具４５・４５が半径方向へ移動可能に支持される。これら外係合具４５・４５は、上記の出力ロッド３０を挟んで対面するように配置されると共に、前記の内係合具３２に上側(先端側)から楔係合している。
上記の二つの外係合具４５・４５のうちの一方(図２中の左方)の外係合具４５の外周部には、上記の対面方向に直行する幅方向Ｗへ所定の間隔をあけて二つの押部４６・４６が設けられる。また、他方(図２中の右方)の外係合具４５の外周部には、上記の幅方向Ｗのほぼ中央部に一つの押部４７が設けられる。

上記の外係合具４５の内周部に平面視でＴ字状の溝５１(以下、Ｔ溝５１という)が下方へ向かうにつれて軸心から遠ざかるように形成されると共に、前記の内係合具３２の外周部に平面視でＴ字状の脚５２(以下、Ｔ脚５２という)が下方へ向かうにつれて軸心から遠ざかるように形成される。そして、上記Ｔ溝５１と上記Ｔ脚５２とが、軸心方向かつ半径方向へ相対移動可能に精密に嵌合(楔係合)されている。なお、ここでは、上記のＴ嵌合と同様に、上記の外係合具４５の内周の幅方向Ｗの両端部５４・５４の傾斜内面が、内係合具３２の外周の幅方向Ｗの両端部の傾斜外面に精密に楔係合されている。

前記のピストン１７とピストンロッド１８と出力ロッド３０とにわたってエアブロー通路５７が形成される。その通路５７の上端が、前記の心柱１５の下部の横孔５８を介して環状プラグ３６の内部空間に連通される。また、上記の通路５７の下端が、上記ピストン１７の下側空間を介してエア供給路５９へ連通されている。この場合、上記の環状プラグ３６と外係合具４５との嵌合隙間６０等を強力にエアブローできるので、上記の外係合具４５が高精度かつ円滑に移動する。

前記の第２プラグ手段１２は、図３に示すように、前記の外係合具４５が前記の幅方向Ｗへ移動するのを許容するように、前記Ｔ溝５１と前記Ｔ脚５２との間に隙間６２・６３が幅方向Ｗに設けられると共に、上記の外係合具４５の内周の幅方向の両端部５４にも幅方向Ｗへ隙間６４が設けられる。これにより、上記の内係合具３２及び前記ハウジング１４に対して上記の外係合具４５および前記の環状プラグ３６が上記の幅方向Ｗへ移動可能に構成されている。

上記の第１プラグ手段１１と第２プラグ手段１２とは、ほぼ同様に、次のように作動する。
上記の図１中の左半図のリリース状態では、前記ロック室２０の圧油を排出すると共に前記リリース室２５へ圧油を供給している。これにより、前記ピストンロッド１８が前記の出力ロッド３０を上昇させ、その出力ロッド３０が前記キャップ３９および前記の環状プラグ３６を介して前記の外係合具４５を上昇させて、その外係合具３６が前記Ｔ嵌合に従って半径方向の内方の縮径状態へ切り換えられている。前記の内係合具３２は、前記バネ３３によって進出ストロークだけ上昇して、上記の外係合具４５に軽く楔係合するか又は上記の外係合具４５に僅かな隙間をあけて対面している。

前記の治具１の支持面１ａに前記シリンダブロック２を位置決め固定するときには、まず、図１中の左半図に示すように、上記リリース状態で上記シリンダブロック２を下降させて前記シリンダ穴３を上記の環状プラグ３６及び外係合具４５に外嵌させる。
次いで、前記リリース室２５の圧油を排出すると共に前記ロック室２０へ圧油を供給する。すると、前記ピストン１７が前記の出力ロッド３０と前記キャップ３９とを介して前記の環状プラグ３６を下降させ、その環状プラグ３６に支持された前記の外係合具４５が下降していく。

これにより、本装置は以下のように作動する。
図１中の右半図のロック途中状態に示すように、前記バネ３３の付勢力によってほぼ上昇位置に保持された内係合具３２に対して上記の外係合具４５が半径方向の外方へ移動して前記の押部４６・４６及び４７が前記シリンダ穴３の内周面に接当する。次いで、その外係合具４５が上記の内係合具３２を介して上記バネ３３を下方へ圧縮しながら拡径して上記シリンダ穴３に密着し、その外係合具４５が前記の内係合具３２と前記の心柱１５とを介して上記シリンダブロック２を水平方向に位置決めし、これと同時に、その外係合具４５が上記バネ３３の付勢力に抗して上記の内係合具３２を下降させていく。

上記の位置決め時において、左右２つの外係合具４５・４５が半径方向の外方へ移動されたときに、左方の外係合具４５の２つ押部４６・４６が上記シリンダ穴３内周面の左部分を確実に押圧すると共に右方の外係合具４５の１つの押部４７も上記内周面の右部分を確実に押圧し、３つの押部４６・４６及び４７の全てが押圧に寄与する。このため、上記の押部４６・４６及び４７によって押し動かされる上記シリンダ穴３の軸心が不整に変化するのを防止できる。その結果、シリンダ穴３の軸心を前記の心柱１５の軸心に精密に心合わせでき、位置決め精度が向上する。

上記の位置決め作動に引き続いて、上記の内係合具３２の下部が前記の心柱１５の下部の受止め部６７に受け止められると、その受け止められた内係合具３２に前記の外係合具４５が強力に楔係合して拡径し、その外係合具４５の押部４６・４６及び４７が前記シリンダ穴３に強力に密着する。これにより、前記の出力ロッド３０が上記の強力に密着した押部４６・４６及び４７を介して前記シリンダブロック２の被支持面２ａを前記の治具１の支持面１ａに強力に押圧する。

なお、上記ロック移動の開始時に上記の支持面１ａと上記の被支持面２ａとがほぼ完全に接当して、その被支持面２ａが上記の支持面１ａに受け止められている場合には、そのロック移動時に上記の外係合具４５が次のように作動する。
上記の外係合具４５は、上記シリンダ穴３に内周面に密着した後、その内周面に対して摺動しながら下降していく。そして、前述したように、前記の内係合具３２が前記の心柱１５の前記の受止め部６７に受け止められたときに、上記の外係合具４５が上記シリンダ穴３に強力に密着して、その外係合具４５が上記シリンダブロック２を上記の治具１へ強力に押圧する。

これに対して、何らかの原因により、上記ロック移動の開始時において上記の支持面１ａと上記の被支持面２ａとの間に隙間が存在する場合には、そのロック移動時に上記の外係合具４５が次のように作動する。
上記の外係合具４５が上記シリンダ穴３の内周面に密着した後、その密着状態の外係合具４５が上記シリンダ穴３を介して前記シリンダブロック２を下向きに引っ張る。そして、前述したように、前記の内係合具３２が前記の心柱１５の前記の受止め部６７に受け止められたときに、上記の外係合具４５が上記シリンダ穴３の内周面に強力に密着して、その外係合具４５が上記シリンダブロック２を上記の治具１へ強力に押圧する。

上記のロック状態から前記リリース状態へ切り換えるときには、前述したように前記ロック室２０の圧油を排出すると共に前記リリース室２５へ圧油を供給すればよい。これにより、前記ピストンロッド１８が前記の出力ロッド３０と前記キャップ３９とを介して前記の環状プラグ３６及び外係合具４５を上昇させて、その外係合具４５が前記のＴ嵌合に従って半径方向の内法へ縮径するので、前記ロック状態が解除される。

上記の実施形態は次のように変更可能である。
前記の他方の外係合具４５の外周部に設けた一つの押部４７は、前記の幅方向Ｗのほぼ中央部に設けることに代えて、その中央部から幅方向Ｗへ離れた位置に設けてもよい。
上記の外係合具４５の内周部は、前記の内係合具３２の外周部に直接に嵌合させることに代えて、別の部材を介して間接的に嵌合させてもよい。上記の外係合具４５の外面は、上下方向にストレートに形成することに代えて、鋸刃状または凹凸状に形成してもよい。
前記Ｔ溝５１を外係合具４５に設けると共にＴ脚５２を内係合具３２に設けることに代えて、上記Ｔ溝５１を内係合具３２に設けると共にＴ脚５２を外係合具４５に設けることも可能である。さらには、上記溝５１と脚５２との嵌合は、平面視でＴ字状の嵌合に代えてＶ字状の嵌合であってもよい。

前記の進出手段は、例示した圧縮コイルバネ３３に代えて、１枚または複数枚の皿バネやゴム等であってもよい。また、上記の進出手段は、前記の外係合具４５を所定の力で上方へ押圧可能な機能を備えたものであればよく、上記バネ等の弾性体を利用することに代えて(又は、それに加えて)、圧油や圧縮空気等の圧力流体を利用した構造を採用可能である。
また、前記の出力ロッド３０を駆動する手段は、例示した油圧複動式に代えて、単動バネ復帰式であってもよく、電動機などの他の種類のアクチュエータを利用したものであってもよく、さらには、駆動ネジ等を利用した手動操作式であってもよい。
本件発明は、エンジンのシリンダブロック２に適用することに限定されるものではなく、穴を有する他の種類の素材に適用できることは勿論である。

本発明の一実施形態を示し、位置決め固定装置の立面視の断面図である。その図１において、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック途中状態を示している。 上記装置の第１プラグ手段を示し、図１のII−II線断面に相当する図である。 上記装置の第２プラグ手段を示し、上記の図２に類似する図である。

符号の説明

１：基準ブロック(治具)，２：素材(シリンダブロック)，３：シリンダ穴(穴)，１４：ハウジング，１５：心柱，２９：心柱１５の筒孔，３０：出力ロッド，３２：内係合具，３３：進出手段(バネ)，３６：環状プラグ，４４：環状プラグ３６の周壁，４５：外係合具，４６：押部，４７：押部，５１：Ｔ溝，５２：Ｔ脚，６２：隙間，６３：隙間，Ｗ：幅方向．

Claims (3)

1. 穴(３)を有する素材(２)を基準ブロック(１)に位置決め及び固定する装置であって、
   上記の穴(３)に挿入されるように上記の基準ブロック(１)のハウジング(１４)から先端方向へ突出させた心柱(１５)と、その心柱(１５)の筒孔(２９)に軸心方向へ移動可能に挿入された出力ロッド(３０)と、上記の心柱(１５)の外周に配置された内係合具(３２)と、その内係合具(３２)を先端方向へ付勢する進出手段(３３)と、上記の内係合具(３２)の外周に配置されると共に上記の出力ロッド(３０)に連結された環状プラグ(３６)と、上記の出力ロッド(３０)を挟んで対面するように上記の環状プラグ(３６)の周壁(４４)に半径方向へ移動可能に支持されると共に上記の内係合具(３２)に先端側から楔係合する二つの外係合具(４５)(４５)とを備え、
   上記の二つの外係合具(４５)(４５)のうちの一方の外係合具(４５)の外周部には、上記の対面方向に直行する幅方向(Ｗ)へ所定の間隔をあけて二つの押部(４６)(４６)を設け、他方の外係合具(４５)の外周部には一つの押部(４７)を設け、
   上記の外係合具(４５)の内周部と前記の内係合具(３２)の外周部のうちの一方にＴ溝(５１)を設けると共に他方にＴ脚(５２)を設けて、上記Ｔ溝(５１)と上記Ｔ脚(５２)とを上記の軸心方向および半径方向へ移動可能に嵌合させ、かつ、上記の内係合具(３２)及び上記ハウジング(１４)に対して上記の外係合具(４５)および上記の環状プラグ(３６)を上記の幅方向(Ｗ)へ移動可能に構成し、上記の外係合具(４５)が上記の幅方向(Ｗ)へ移動するのを許容するように上記Ｔ溝(５１)と上記Ｔ脚(５２)との間に隙間(６２)(６３)を設けた、
   ことを特徴とする、穴を有する素材の位置決め固定装置。
2. 請求項１に記載した穴を有する素材の位置決め固定装置において、
   前記の他方の外係合具(４５)の外周部には、前記の幅方向(Ｗ)のほぼ中央部に一つの押部(４７)を設けた、
   ことを特徴とする、穴を有する素材の位置決め固定装置。
3. 請求項１又は２に記載した穴を有する素材の位置決め固定装置において、
   前記の素材(２)は、所定の間隔をあけて配設された穴(３・３)を有し、
   上記の穴(３・３)の軸心を結ぶ直線と前記の幅方向(Ｗ)がほぼ一致している、
   ことを特徴とする、穴を有する素材の位置決め固定装置。

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