JP5197243B2 - ピストン把持方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジンなどとして用いられるシリンダブロックのシリンダボアにコンロッド付きのピストンを挿入する際などに用いられるピストン把持方法および装置に関する。

自動車用エンジンの組み立てラインにおいて、シリンダブロックのシリンダボアにコンロッド付きのピストンを挿入するピストン挿入装置が用いられる。

このようなピストン挿入装置の例として、ピストンリングが組み付けられたピストンの上部を把持して当該ピストンをシリンダボアに挿入するピストン取付用把持装置が提案されている（特許文献１）。

ところで、ピストンリングは、ピストンの外径よりも大きい外径を有しており、ピストンのリング溝に嵌め込まれた自由状態では、ピストンリングがピストンから大きくはみだすため、そのままではシリンダボアに挿入できない。そこで、特許文献１の把持装置では、把持装置の開閉動作によってピストンを把持する際に、ピストンリングをも把持してできるだけリング溝の中に入るようにピストンリングを押し縮める。

そして、把持装置によってピストンリングとともに把持されたピストンを、シリンダボアに直接に、または適当な挿入治具を介して、挿入する。挿入治具として、例えば、入口がテーパ状になったテーパコーンが用いられる。
実公昭６２−３４７００号公報

しかしながら、上に述べた特許文献１に記載のピストン取付用把持装置などでは、ピストンリングが旨く把持されず、挿入治具を介してピストンをシリンダボアに挿入する際にピストンリングが引っ掛かったり折れたりすることが時々発生する。

すなわち、ピストンリングの外径がピストン外径より大きく、自由状態ではピストンリングがリング溝からかなり大きくとび出しているので、把持の際にピストンリングの合口（開口部分）の内周面がピストンの外周面に引っ掛かってリング溝内に収まっていない状態、いわゆるチャックミスの状態が生じることがある。この状態でピストンをシリンダボアに挿入しようとすると、シリンダボアよりもピストンリングの外径が大きいので、ピストンリングが引っ掛かって異常が発生してしまう。

また、ピストンリングとリング溝とのクリアランスは僅かであり、かつ、ピストンリングの中には、厚さが薄く強度が低いことに起因して、ダレやよじれの生じ易いものがある。したがって、ピストンリングがチャックミスを発生し易い形状を有していることも上記要因の一つとして考えられる。

把持装置の爪部のストローク位置などに基づいて、ピストンリングがリング溝内に収まっているか否かを検出することは可能であるが、上記のようなチャックミスを根本的に防止しなければピストン把持装置の稼働率を低下させてしまうこととなる。

また、従来において、チャック把持部を３つ爪のものから４つ爪のものに変更したり、爪の形状を変更したりするなど、ピストンリングに対する接触面積を増やすことによってピストンリングにおけるよじれが生じ難くなるようにするための様々な工夫がなされてきたが、チャックミスを防止するための根本的解決には至っていない。

さらに、エンジンの低燃費化を実現するためには、エンジンの軽量化および機械的損失の低減を図る必要がある。したがって、ピストンリングはこれまで以上に薄型化および低張力化が図られるので、ますます組み付け難い形状になることが予想される。これにともなってチャックミスが起こり易くなってしまうことも予想される。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ピストンリングをリング溝内にミスなく収めることができ、ピストンのチャックミスが発生し難くいピストン把持装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るピストン把持装置は、ピストンリングがリング溝に嵌め込まれたピストンを把持する装置であって、前記ピストンリングの合口寄りを当該ピストンの中心方向に向かって押すことによって、前記ピストンリングにおける前記合口の内周面側の端縁を前記リング溝内に収めるための押当部材と、前記押当部材によって前記ピストンリングにおける前記合口の内周面側の端縁を前記リング溝内に収めた状態で、前記ピストンリングをその外周面側から挟み込むことによって、前記ピストンリングをその弾性に抗して中心に向かって押し縮め、これによって、前記ピストンリングの内周面の全てを前記リング溝内に収め、かつその状態で前記ピストンを把持する、前記押当部材とは独立して駆動される複数の爪部材と、を有する。

好ましくは、前記ピストンの中心に対して対称位置に設けられ、それぞれ半径方向に移動して開閉動作を行う、第１の押当部材および第２の押当部材を有し、前記第１の押当部材および前記第２の押当部材のそれぞれは、前記ピストンリングを押すための少なくとも１つの当接部と、それぞれの相手方の押当部材によって押された前記ピストンリングが干渉しないための退避部と、を有する。

また、前記第１の押当部材および前記第２の押当部材のいずれかは、２つ以上の前記ピストンリングを同時に押すことができる複数の当接部を有するように構成してもよい。

本発明によると、ピストンリングをリング溝内にミスなく収めることができ、ピストンのチャックミスが発生し難くいという効果を有する。

本実施形態では、ピストン把持装置に押当部材を設ける。押当部材は、ピストンをチャック装置によって把持（チャック）する前に、ピストンリングの合口（開口部分）寄りをピストンの中心方向に向かって押すことによって、ピストンリングにおける合口の内周面側の端縁をリング溝の中に収める。

その後、複数の爪部材を有するチャック装置によって、ピストンリングをその外周面側から挟み込むことによって絞り、ピストンリングをその弾性に抗して中心に向かって押し縮め、これによって、ピストンリングの内周面の全てをリング溝内に収め、かつその状態でピストンを把持する。これにより、ピストンリングをリング溝内に確実に収めることができ、ピストンのチャックミスが発生し難くい。以下、ピストン把持装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るチャック装置１３およびリング押し込み装置１００によって構成されるピストン把持装置ＰＨの概略の構成を示す正面図、図２はリング押し込み装置１００の構成を示す正面図、図３はリング押し込み装置１００の構成を示す平面図、図４はセカンドリングＲＧ２の押し込みの様子を示す図、図５はトップリングＲＧ１の押し込みの様子を示す図、図６はピストンリングＲＧ１〜３の押し込みの様子を示す拡大図、図７はチャック装置１３の要部を拡大して示す図、図８は図７の一部を拡大して示す図、図９は本実施形態において用いたピストンリングＲＧの合口の位置関係を示す図である。

なお、図２に示すリング押し込み装置１００は、図１に示すリング押し込み装置１００を右側から見た図であるが、図２においてはこれをリング押し込み装置１００の正面図とした。また、これらの図において、断面図であるにもかかわらずハッチングを省略している場合がある。

図１に示すように、リング押し込み装置１００は、ピストンリングの合口ＡＣ寄りをピストンの中心方向に向かって押すことによって、ピストンリングにおける合口ＡＣの内周面側の端縁をリング溝内に確実に収める作用をなす。リング押し込み装置１００およびチャック装置１３によってピストン把持装置ＰＨが構成される。リング押し込み装置１００については後で詳しく説明する。

チャック装置１３は、挿入治具１２の下方の離れた位置に移動可能に配置されている。チャック装置１３には、ピストンＰＳを外周側から把持するための複数の爪部材５１が設けられている。

すなわち、図４および図５に示すように、本実施形態では、４つの爪部材５１（爪部材５１Ａ〜Ｄ）が、軸心位置を中心として等角度位置につまり互いに９０度の位置に、かつ半径方向に移動可能に設けられている。これら４つの爪部材５１によって、ピストンＰＳの外周面を把持する。

各爪部材５１は、図４、図５、図７、および図８に示されるように、変形五角柱状であり、半径方向の内側の把持面に、ピストンＰＳの外周面に当接する把持部５１ｂ、および、ピストンＰＳに嵌め込まれたピストンリングＲＧの外周面に当接して当該ピストンリングＲＧをセンタリングさせるためのリング押当部５１ａが設けられている。リング押当部５１ａは、把持面に設けられた凹部であり、後述するように、複数のリング押当部５１ａによって仮想的に形成される円周面の直径が、把持部５１ｂによって仮想的に形成される円周面の直径よりも大きくなるように形成されている。

これら４つの爪部材５１は、空気圧シリンダなどの駆動源によって駆動され、開閉動作を行う。爪部材５１の開閉動作については、後で詳しく説明する。

次に、リング押し込み装置１００について説明する。

図１〜図６に示すように、リング押し込み装置１００は、上下駆動装置１０１、水平駆動装置１０２、プレート１０３、押し込み駆動部１０４、取り付け部１０５ａ，１０５ｂ、および押当部材１０６ａ，１０６ｂなどからなる。

上下駆動装置１０１は、図示しないブラケットなどによって支持された空気圧シリンダなどからなり、水平駆動装置１０２の全体を上下方向に駆動する。

水平駆動装置１０２は、空気圧シリンダなどからなり、ロッドの先端に取り付けられたプレート１０３を水平方向（図１における矢印Ｍ１方向）に駆動する。

プレート１０３の前面には、押し込み駆動部１０４が取り付けられている。押し込み駆動部１０４は、左右の２箇所に取り付けられた取り付け部１０５ａ，１０５ｂを、左右方向の互いに反対方向（図２および図３における矢印Ｍ２方向）に駆動する。

取り付け部１０５ａ，１０５ｂには、それぞれ、押当部材１０６ａ，１０６ｂが取り付けられている。したがって、押当部材１０６ａ，１０６ｂは、上下駆動装置１０１によって上下方向に移動され、水平駆動装置１０２によって矢印Ｍ１方向に移動され、押し込み駆動部１０４によって矢印Ｍ２方向に開閉駆動される。

すなわち、押当部材１０６ａ，１０６ｂは、矢印Ｍ１方向において、図１に示す位置が退避位置であり、図３に示す位置が動作位置（押し込み位置）である。また、矢印Ｍ２方向において、図３に示す位置が開位置であり、図４および図５に示す位置が閉位置である。

押当部材１０６ａ，１０６ｂは、上にも述べたように、ピストンリングＲＧ１〜３の合口寄りをピストンＰＳの中心方向に向かって押すことによってリング寄せを行い、ピストンリングＲＧ１〜３における合口の内周面側の端縁を、それぞれリング溝ＲＭ１〜３の中に収める。

なお、ピストンリングＲＧ１〜２の合口ＡＣの位置は、通常、ピストン組み立て工程で定められている。本実施形態においては、図４および図５に示すように、ピストンリングＲＧ２とピストンリングＲＧ１とは互いに１８０度異なった位置にある。

図４〜図６によく示されるように、押当部材１０６ａ，１０６ｂは、ピストンＰＳの中心ＴＰに対して対称位置に設けられ、それぞれ半径方向に移動して開閉動作を行う。押当部材１０６ａ，１０６ｂは、ピストンリングＲＧを平面視で見た場合における合口ＡＣの位置を基準として、押当部材１０６ａは合口ＡＣ２と中心角αが４５度の位置を、また押当部材１０６ｂは合口ＡＣ１と中心角αが４５度の位置を、それぞれ押すように配置されている。この押当位置は、中心角αが４５度から９０度以内が望ましい。なお、押当部材１０６ａ，１０６ｂでピストンリングＲＧを押す位置は、ピストンリングＲＧの合口ＡＣの付近を避け、中心角αが９０度以内であればよい。

図６によく示されるように、一方の押当部材１０６ａは、ピストンリングＲＧ２を押すための１つの当接部１１２を有する。他方の押当部材１０６ｂは、ピストンリングＲＧ１，３をそれぞれ同時に押すための２つの当接部１１１，１１３を有する。

図３によく示されるように、各当接部１１１〜１１３は、ピストンリングＲＧ１〜３の外周面に馴染んで複数箇所で接触するように、互いに鈍角を有した２つの平面ＫＭ１，２からなって平面視でく字形状となっている。このように、当接部１１１〜１１３がく字形状の２つの平面ＫＭ１，２を有することによって、さらに平面を複数箇所とし、ピストンリングの外周面と接する箇所を多くすることによって、各ピストンリングＲＧの外周面に対する接触面積が増加し、安定してかつ確実にピストンリングＲＧ１〜３をリング溝ＲＭ１〜３に押し込むことができる。

また、一方の押当部材１０６ａは、相手方の押当部材１０６ｂによって押されたピストンリングＲＧ１，３が干渉しないための退避部（退避空間）ＫＵ１，３を有する。他方の押当部材１０６ｂは、相手方の押当部材１０６ａによって押されたピストンリングＲＧ２が干渉しないための退避部（退避空間）ＫＵ２を有する。

押当部材１０６ａ，１０６ｂに退避部ＫＵ１〜３が設けられているため、当接部１１１〜１１３によってピストンリングＲＧ１〜３を異なる方向から同時に押すことができる。

なお、ピストンリングＲＧ１を「トップリングＲＧ１」、ピストンリングＲＧ２を「セカンドリングＲＧ２」、ピストンリングＲＧ３を「オイルリングＲＧ３」と、それぞれ記載することがある。オイルリングＲＧ３にも合口が設けられており、リング溝ＲＭへの押し込み方法は他のピストンリングＲＧ１，２と同様である。

リング押し込み装置１００は、上に述べたように構成されているので、上下駆動装置１０１および水平駆動装置１０２が適当なストローク位置にあるときに、押し込み駆動部１０４が駆動し、それによって押当部材１０６ａ，１０６ｂが開閉動作を行うことによって、ピストンリングＲＧ１〜３は、それぞれ当接部１１１〜１１３によって１つの方向のみから押されることとなり、これによって、ピストンリングＲＧに捩れが生じることなくリング溝ＲＭ１〜３に容易に収まり、それぞれの合口の内側面の端縁がリング溝ＲＭ１〜３の中に押し込まれる。

すなわち、図６（Ｂ）において、当接部１１１によってピストンリングＲＧ１の合口の内側面の端縁がリング溝ＲＭ１に押し込まれ（図５に示す状態）、これと同時に、当接部１１３によってピストンリングＲＧ３の合口の内側面の端縁がリング溝ＲＭ３に押し込まれる。このとき、図６（Ａ）に示すように、ピストンリングＲＧ１，３の反対側の外周面は、リング溝ＲＭ１，３から大きく飛び出すが、この部分は押当部材１０６ａに設けられた退避部ＫＵ１，３に入り込むことによって押当部材１０６ａと干渉することがない。

また、これと同時に、図６（Ａ）に示すように、当接部１１２によってピストンリングＲＧ２の合口の内側面の端縁がリング溝ＲＭ２に押し込まれ（図４に示す状態）、このときに、図６（Ｂ）に示すように、ピストンリングＲＧ２の反対側の外周面はリング溝ＲＭ２から大きく飛び出すが、この部分は押当部材１０６ｂに設けられた退避部ＫＵ２に入り込むことによって押当部材１０６ｂと干渉することがない。

なお、図４および図５において、符号ＰＳＮはリング溝ＲＭにおける底面を示し、符号ＰＳＧはピストンＰＳの外周面を示す。

このように、押当部材１０６ａ，１０６ｂの閉動作によって、３つのピストンリングＲＧ１〜３が同時にリング溝ＲＭ１〜３の中に押し込まれる。ピストンリングＲＧ１〜３は、当接部１１１〜１１３のいずれかによって１つの方向からのみ押されるので、リング溝ＲＭ１〜３への押し込み時において各ピストンリングＲＧ１〜３に無理な力か加わることなく、ピストンリングＲＧ１〜３によじれが生じるのが防止される。

なお、本実施形態においては、押当部材１０６ａ，１０６ｂの長さ（図４における矢印Ｍ１方向に沿った長さ）をＬ２とし、ピストンリングＲＧの合口における矢印Ｍ１方向に沿った開口幅をＬ１とした場合に、Ｌ２＞Ｌ１である。このような寸法関係とすることによって、ピストンＰＳに対するピストンリングＲＧの周方向の位置決めが正確に行われなかった場合であっても、押当部材１０６ａ，１０６ｂをピストンリングＲＧの外周面に確実に当接させてリング溝ＲＭの中に押し込むことができる。なお、開口幅Ｌ１は、中心角α＝０のときには合口のギャップ幅それ自体と等しくなる。

そして、上に述べたように押当部材１０６ａ，１０６ｂによってピストンリングＲＧ１〜３の合口ＡＣの端縁をリング溝ＲＭ１〜３の中に押し込んだ状態で、チャック装置１３の閉動作が行われる。つまり、チャック装置１３の閉動作（把持動作）によって、４つの爪部材５１が半径方向の内方へ移動し、リング押当部５１ａによってピストンリングＲＧ１〜３をその外周面側から挟み込む。そして、ピストンリングＲＧ１〜３をその弾性に抗して中心に向かって押し縮め、これによって、ピストンリングＲＧ１〜３の内周面の全てをリング溝ＲＭ１〜３の中に収める。その状態で、把持部５１ｂによって、ピストンＰＳの外周面を把持する（図７に示す状態）。

チャック装置１３によるピストンＰＳおよびピストンリングＲＧの把持動作において、ピストンリングＲＧの合口の部分の内周面は既にリング溝ＲＭの中に入っているので、チャック装置１３の把持動作によって各ピストンリングＲＧの内周面の全てをリング溝ＲＭの中に確実に押し込むことができ、チャック装置１３によるチャックミスの発生を確実に防止することができる。

また、ピストンリングＲＧは、４つの爪部材５１によって溝の中に適度に押し込まれ、ピストンリングＲＧが溝から過度に飛び出さないように、しかもピストンリングＲＧが不規則に変形しないようになっている。爪部材５１の把持部５１ｂの表面は、ピストンＰＳの外周面に当接するが、ピストンリングＲＧはリング押当部５１ａに入り込んでピストンＰＳの外周面よりも若干外側に出た状態となる。これによって、チャック装置１３で把持したピストンＰＳを上昇移動させたときに、ピストンＰＳを挿入治具１２の内周面に挿入し易くなっている。

上の実施形態によると、ピストンリングＲＧをリング溝ＲＭ内に収めることができ、ピストンＰＳのチャックミスが発生し難くい。また、ピストンリングＲＧにダレがあったとしても、リング押し込み装置１００によって一方向からのみ押してリング溝ＲＭの中に挿入するので、リング溝ＲＭが案内ガイドの役目を果たし、ピストンリングＲＧの合口の端縁がピストンＰＳの外周面にひっかかることなく円滑にリング溝ＲＭに押し込まれる。

チャックミスがなくなるので、ピストン挿入作業におけるチャックミスが原因とされるピストンリングＲＧの折れ、ひっかかりがなくなり、部品の歩留りおよびピストン挿入装置１の稼働率が向上する。
〔他の実施形態〕
上に述べたピストン挿入装置１では、ピストンリングＲＧの押し込みとピストンＰＳの把持とを、別々の部材、つまり押当部材１０６ａ，１０６ｂと４つの爪部材５１とによって機能させたが、これらを兼用することも可能である。

つまり、例えば、押当部材１０６ａ，１０６ｂを、複数の爪部材５１の一部を兼用して用いる。押当部材１０６ａ，１０６ｂを兼用する爪部材５１は、ピストンリングＲＧを押してリング溝ＲＭ内に収めた状態でピストンＰＳを把持する。

さらに具体的には、例えば、４つの爪部材５１の一部によって押当部材１０６ａ，１０６ｂの役目を兼用する。その場合に、押当部材１０６ａ，１０６ｂを設けることなく、２つの爪部材５１Ｂ、５１Ｃによってその機能を肩代わりし、これら爪部材５１Ｂ、５１ＣによってピストンリングＲＧを押し込む。その場合に、爪部材５１Ｂ、５１Ｃの形状は、押当部材１０６ａ，１０６ｂと類似の形状としておく。また、２つの爪部材５１Ｂ、５１Ｃと、他の２つの爪部材５１Ａ、５１Ｄとが互いに独立して駆動されるように構成しておく。

そうした場合に、まず、２つの爪部材５１Ｂ、５１Ｃによって３つのピストンリングＲＧの合口の近辺をリング溝ＲＭに押し込み、その後、他の２つの爪部材５１Ａ、５１Ｄも加わった４つの爪部材５１Ａ〜Ｄによって、ピストンリングＲＧおよびピストンＰＳを把持する。

上に述べた実施形態において、４つの爪部材５１を採用したが、ピストンＰＳを確実に把持することができるものであれば、３つまたは５つ以上の爪部材５１を採用してもよい。

上に述べた実施形態において、ピストン把持装置ＰＨ、またはピストン挿入装置１の全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

チャック装置およびリング押し込み装置によって構成されるピストン把持装置の概略の構成を示す正面図である。 リング押し込み装置の構成を示す正面図である。 リング押し込み装置の構成を示す平面図である。 セカンドリングの押し込みの様子を示す図である。 トップリングの押し込みの様子を示す図である。 ピストンリングの押し込みの様子を示す拡大図である。 チャック装置の要部を拡大して示す図である。 図７の一部を拡大して示す図である。 本実施形態において用いたピストンリングの合口の位置関係を示す図である。

符号の説明

１３ チャック装置
５１ 爪部材
１００，１００Ｂ リング押し込み装置
１０４ 押し込み駆動部
１０６ａ，１０６ｂ 押当部材（第１の押当部材、第２の押当部材）
１１１，１１２，１１３ 当接部
ＫＵ１〜３ 退避部
ＰＨ ピストン把持装置
ＰＳ ピストン
ＲＤ コンロッド
ＲＧ（ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３） ピストンリング
α 中心角
ＲＭ（ＲＭ１，ＲＭ２，ＲＭ３） リング溝
ＡＣ（ＡＣ１，ＡＣ２，ＡＣ３） 合口

Claims (6)

1. ピストンリングがリング溝に嵌め込まれたピストンを把持する方法であって、
   前記ピストンリングの合口寄りを当該ピストンの中心方向に向かって押すことによって、前記ピストンリングにおける前記合口の内周面側の端縁を前記リング溝内に収めるステップと、
   その状態で、複数の爪部材により前記ピストンリングをその外周面側から挟み込むことによって、前記ピストンリングをその弾性に抗して中心に向かって押し縮め、これによって、前記ピストンリングの内周面の全てを前記リング溝内に収め、かつ前記爪部材によって前記ピストンを把持するステップと、
   を有することを特徴とするピストン把持方法。
2. ピストンリングがリング溝に嵌め込まれたピストンを把持する装置であって、
   前記ピストンリングの合口寄りを当該ピストンの中心方向に向かって押すことによって、前記ピストンリングにおける前記合口の内周面側の端縁を前記リング溝内に収めるための押当部材と、
   前記押当部材によって前記ピストンリングにおける前記合口の内周面側の端縁を前記リング溝内に収めた状態で、前記ピストンリングをその外周面側から挟み込むことによって、前記ピストンリングをその弾性に抗して中心に向かって押し縮め、これによって、前記ピストンリングの内周面の全てを前記リング溝内に収め、かつその状態で前記ピストンを把持する、前記押当部材とは独立して駆動される複数の爪部材と、
   を有することを特徴とするピストン把持装置。
3. 前記押当部材は、
   前記ピストンの中心に対して対称位置に設けられ、それぞれ半径方向に移動して開閉動作を行う、第１の押当部材および第２の押当部材を有し、
   前記第１の押当部材および前記第２の押当部材のそれぞれは、
   前記ピストンリングを押すための少なくとも１つの当接部と、
   それぞれの相手方の押当部材によって押された前記ピストンリングが干渉しないための退避部と、を有する、
   請求項２記載のピストン把持装置。
4. 前記第１の押当部材および前記第２の押当部材のいずれか一方が、前記ピストンリングの合口付近を避け、当該ピストンリングを平面視で見た場合における当該合口の位置を基準として中心角が９０度以内の位置を押す、
   請求項３記載のピストン把持装置。
5. 前記第１の押当部材および前記第２の押当部材のいずれかは、
   ２つ以上の前記ピストンリングを同時に押すことができる複数の当接部を有する、
   請求項３または４記載のピストン把持装置。
6. 前記押当部材の当接部は、前記ピストンリングの外周面と複数の箇所で接するよう複数の面を有した、
   請求項３ないし５のいずれかに記載のピストン把持装置。

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