JP5300675B2 - バルブシート圧入装置 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状のバルブシートをシリンダヘッドに圧入するためのバルブシート圧入装置に関する。

シリンダヘッドのシート嵌合孔には、吸排気弁を受けるための円筒状（短円筒状）のバルブシートが圧入固定される。バルブシートの圧入は、例えば以下示す特許文献１に開示されたようなバルブシート圧入装置を用いて自動的に行われるのが通例である。

図７は、特許文献１に記載の圧入装置の要部拡大断面図であり、この圧入装置は、図示しない適当な駆動機構によって昇降移動可能に設けられたパンチ１００を備える。パンチ１００は、軸状のホルダ１０１と、ホルダ１０１に設けた収容溝１０２に収容（装着）された爪部材１０３とを備える。爪部材１０３にはシート保持部１０５を構成する段状部１０４が設けられている。パンチ１００の先端部外径にはテーパ面１０６が設けられており、パンチ１００をバルブシート１１０の内周に嵌挿すると、バルブシート１１０は、テーパ案内されるようにしてパンチ１００の外周（シート保持部１０５）に保持される。

爪部材１０３は、収容溝１０２の溝底と爪部材１０３との間に配設されたスプリング１０７によってパンチ１００の中心軸線に対して径方向外向きに付勢されている。すなわち、パンチ１００に外嵌されたバルブシート１１０は、爪部材１０３の径方向外向きの付勢力でもってシート保持部１０５で保持される。そして、図示しない駆動機構によってパンチ１００を下降移動させ、パンチ１００先端部をシリンダヘッド１１１に挿入すると、シート保持部１０５に保持されたバルブシート１１０がシリンダヘッド１１１のシート嵌合孔１１２に圧入固定される。

特開平１１−１０４５６号公報

バルブシート１１０は、通常、図７にも示すように、軸方向の一端内周が円筒面に形成され、軸方向の他端内周が上記一端側に向かって徐々に縮径したテーパ面に形成される。そして、その機能を適切に果たすためには、同図に示すように、シリンダヘッド１１１の外部側に上記他端側を配置するようにしてシート嵌合孔１１２に固定する必要がある。

しかしながら、従来のシート圧入装置（パンチ１００）は、上下の方向性を誤って段取りされたバルブシート１１０であっても保持可能な構成となっているため、シリンダヘッド１１１のシート嵌合孔１１２に対してバルブシート１１０が誤圧入されるという問題があった。そして、一旦シート嵌合孔１１２に固定されたバルブシート１１０を取り外すのは極めて困難であるために、バルブシート１１０が誤圧入されたシリンダヘッド１１１は廃棄せざるを得ず、結果、製品歩留の低下を招く一因となっているのが実状である。

本発明は以上の実状に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、シリンダヘッドに対するバルブシートの誤圧入を防止することができるバルブシート圧入装置を提供し、もってシリンダヘッドの製品歩留向上に寄与することにある。

上記の課題を解決するためになされた本発明に係るバルブシート圧入装置は、軸方向の一端内周が円筒面状に形成され、軸方向の他端内周が一端側に向かって徐々に縮径したテーパ面状に形成された円筒状のバルブシートを外周に保持したパンチをシリンダヘッドに接近移動させることにより、パンチに保持したバルブシートをシリンダヘッドに圧入するものであって、パンチが、軸状のホルダと、ホルダに装着された状態でパンチの中心軸線に対して径方向外向きに付勢され、バルブシートを保持するシート保持部を構成する爪部材とを備えるものにおいて、爪部材のうち、シート保持部を構成する部分よりもパンチ先端側に、バルブシートの一端側からバルブシート内周へパンチを嵌挿したときにのみ、バルブシート内周へのパンチの嵌挿を規制する規制部を設けたことを特徴とするものである。

上記本発明のバルブシート圧入装置によれば、上下を誤って段取りされたバルブシート、すなわち、上記一端を相対的に圧入装置に接近させた状態で段取りされたバルブシート内周にパンチを嵌挿すると、爪部材のうち、シート保持部を構成する部分よりもパンチ先端側に設けた規制部にバルブシートが当接し、バルブシート内周へのパンチの嵌挿が規制される。そのため、シート保持部でバルブシートを保持することができず、バルブシートをシリンダヘッドに移送、圧入することができない。従って、シート嵌合孔に対するバルブシートの誤圧入、すなわち不良品の生産を未然に防止することができる。

ところで、特許文献１に記載の圧入装置は、付勢部材としてのスプリング１０７の収容空間をパンチの径方向に沿って形成しているため、付勢部材の収容空間が小さい。そのため、付勢部材の選択自由度が低く、爪部材に付与すべき付勢力を適当な値に設定するのが困難である。従って、圧入装置の高コスト化を招く可能性があるばかりでなく、信頼性の点でも難がある。そこで本発明では、ホルダを中空軸状に形成し、このホルダの内部空間に配設したパンチの中心軸線に沿って延びる付勢部材により、爪部材を径方向外向きに付勢するようにした。このような構成によれば、付勢部材の収容スペースを拡大することができる分、付勢部材の選択自由度が高まり、爪部材に付与すべき付勢力の設定も容易に行い得る。従って、従来構成に比べて装置の低コスト化および信頼性向上を同時に達成することができる。

以上に示すように、本発明に係るバルブシート圧入装置によれば、シリンダヘッドのシート嵌合孔に対するバルブシートの誤圧入を防止することができる。これにより、シリンダヘッドの製品歩留向上を低コストに達成することができる。

本発明の一実施形態に係るバルブシート圧入装置の要部正面図である。 本発明の一実施形態に係るバルブシート圧入装置の要部側面図である。 図１に示す圧入装置の要部拡大図であり、パンチの拡大断面図である。 図３に示すパンチの平面図である。 （ａ）〜（ｃ）図は、上下の方向性が正しく段取りされたバルブシートの圧入工程を模式的に示す図である。 上下の方向性が誤って段取りされたバルブシートの圧入固定を模式的に示す図である。 従来のバルブシート圧入装置の要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、以下の説明で示す「幅方向」とはバルブシート圧入装置１の幅方向（図１の左右方向）をいい、「前後方向」とは同圧入装置１の前後方向（図２の左右方向）をいう。

図１は、本発明の一実施形態に係るバルブシート圧入装置１の要部正面図であり、図２は、同圧入装置１の要部側面図である。図１および図２に示すバルブシート圧入装置１は、自動運転されてバルブシート７をシリンダヘッド８に圧入するものであり、外周に保持したバルブシート７をシリンダヘッド８に圧入するためのパンチ２２を具備するパンチユニット２と、パンチユニット２の上方に配置されたパンチ駆動部３と、パンチユニット２の下方に配置されたヘッド保持機構５と、バルブシート７をストックするストックユニット６とを主要部として構成される。なお、バルブシート７は、図１中の拡大図に示すような円筒状（短円筒状）の部材であり、軸方向の一端部７ａ内周が径一定の円筒面に形成され、軸方向の他端部７ｂ内周が一端部７ａ側に向かって徐々に縮径したテーパ面７ｃに形成されている。以下、上記各構成要素の詳細を説明する。

パンチ駆動部３は、油圧シリンダ３１と、油圧シリンダ３１のシリンダロッドに連結されて昇降移動するラム３２とを主要部とする。ここでは、シリンダヘッド８の片側に設けられるシート嵌合孔８ａ（バルブ）の数に対応するようにして、ラム３２及び油圧シリンダ３１が３基ずつ配設されている。油圧シリンダ３１とラム３２は何れも支持部３３に支持されており、支持部３３は、当該支持部３３の後方（図２中右側）に配設された油圧シリンダ３４によって、架台３５に設けられたガイドレール３６に沿って前後方向に移動可能とされている。

パンチユニット２は、ロッド支持部４２によって昇降可能に支持されたロッド２１と、ロッド２１の下端に設けられて外周にバルブシート７を保持するパンチ２２とを有し、これらロッド２１及びパンチ２２は、ラム３２の下降移動に伴う加圧力を受けることによって一体に下降移動する。ロッド支持部４２は、パンチユニット２の後方に配置された駆動源４１の駆動力を受けることにより、幅方向に延びるガイドレール４３に沿ってスライド移動する。各パンチ２２は、これが下降した際に、ストックユニット６上に載置されたバルブシート７を外嵌保持することができ、かつ保持したバルブシート７をシリンダヘッド８のシート嵌合孔８ａに圧入できるようになっている。

ヘッド保持機構５は、バルブシート７が圧入されるシリンダヘッド８を傾動可能に保持するものであり、シリンダヘッド８を載置する基台５１と、この基台５１上に載置されたシリンダヘッド８を基台５１との間に挟持するためのプレート５２と、プレート５２と基台５１とで挟持されたシリンダヘッド８に差し込まれ、傾動時におけるシリンダヘッド８の滑り移動を規制する１又は複数のピン５３とを備える。このヘッド保持機構５の下方には傾動用シリンダ５４のピストン部が連結されており、この傾動用シリンダ５４を駆動することにより、シリンダヘッド８を保持したヘッド保持機構５（基台５１）が、その傾動中心Ｏｔを通る長手方向軸まわりに傾動するようになっている。

ヘッド保持機構５の下方には傾動規制部５５が配設されており、この傾動規制部５５によって基台５１の傾動角が適切な値（シリンダヘッド８の個々のバルブ角度に等しい値）に設定される。本実施形態の傾動規制部５５は、基台５１の下端の前後方向両側に配設されており、幅方向に並べて配置され、基台５１の下端と対向する向きに突出した複数本のボルト５６を有する。そして、これら複数本のボルト５６の突出寸法を適切に設定することにより、ボルト５６と基台５１の下端とが所定の角度で係合し、ヘッド保持機構５の傾動角が適切な値に設定される。

ストックユニット６は、バルブシート７を載置するものであり、当該圧入装置１の幅方向一端側（図１では右側）に配置されている。このストックユニット６には、図示しないパーツフィーダから適宜バルブシート７が供給されるようになっている。

ここで、本発明の要旨であるパンチ２２の構成について詳述する。図３は、バルブシート７を保持していない状態のパンチ２２の拡大断面図であり、このパンチ２２は、ロッド２１の下端に例えばねじ固定される軸状のホルダ２３と、回転（揺動）可能にホルダ２３に支持された板状の爪部材２４と、爪部材２４をパンチ２２の中心軸線Ｏｐに対して径方向外向きに付勢した付勢部材２５とを主要部として構成され、その下端外周にはバルブシート７を保持するシート保持部Ａを有する。

ホルダ２３は中空軸状をなし、図４に示すように、爪部材２４を収容するための３つの収容溝２３ａが周方向等間隔（１２０度間隔）で設けられている。ホルダ２３には、各収容溝２３ａを横断するようにしてピン２８が径方向に挿通され、収容溝２３ａに収容された爪部材２４は、ピン２８を介して回転可能にホルダ２３に支持される。ホルダ２３の下端には小径外周面２３ｃが設けられており、この小径外周面２３ｃの径方向外側にバルブシート７が保持される。

付勢部材２５は、ホルダ２３の内部空間２３ｂにパンチ２２の中心軸線Ｏｐに沿うようにして配設される。付勢部材２５は、ホルダ２３に対して昇降可能に設けられ、パンチ２２先端側（下側）に大径部２６ａを有すると共にパンチ２２基端側（上側）に小径部２６ｂを有する段付き軸状の軸部材２６と、軸部材２６の小径部２６ｂに外嵌された弾性部材としてのスプリング２７とを備える。スプリング２７は、上端部がホルダ２３の内端面と軸方向で係合すると共に、下端部が大径部２６ａの上端面と軸方向で係合している。軸部材２６の下端は常時爪部材２４の内径上端に接触して爪部材２４に下方向の加圧力を付与しており、この加圧力によって爪部材２４が径方向外向きに付勢されている。

ホルダ２３の周方向３箇所に設けられた各爪部材２４は、ホルダ２３の小径外周面２３ｃよりも径方向外側に突出した突出部２４ａを有し、各爪部材２４の突出部２４ａの外径部（外径面）２４ｂの協働でバルブシート７を保持するシート保持部Ａが構成される。爪部材２４のうち、シート保持部Ａを構成する部分、すなわち突出部２４ａの外径面２４ｂよりもパンチ２２先端側には、図３の拡大図中に点線で示す部分をあたかも切り欠いたようにして形成された切欠きＮが設けられており、この切欠きＮを設けることによって、略径方向に延びる段差面２４ｃが爪部材２４に形成される。そして、各爪部材２４に形成された段差面２４ｃの協働で、バルブシート７の一端部７ａ側からバルブシート７内周へパンチ２２を嵌挿したときにのみ、バルブシート７内周へのパンチ２２の嵌挿を規制する規制部Ｂが構成される。上記の外径面２４ｂと段差面２４ｃとは、下方に向かって径方向寸法が徐々に小さくなったテーパ面２４ｄを介して繋がっている。

バルブシート圧入装置１は主に以上の構成からなり、以下のようにしてバルブシート７をシリンダヘッド８のシート嵌合孔８ａに圧入する。

まず、所定位置まで搬入されたシリンダヘッド８をヘッド保持機構５に固定した後、傾動規制部５５を調整してシリンダヘッド８を適当な傾動角に保持する。また、支持部３３を駆動し、パンチ駆動部３（油圧シリンダ３１及びラム３２）をシリンダヘッド８の各シート嵌合孔８ａの軸心の延長線上に移動させる。次いで（あるいはこれと同時に）、駆動源４１を駆動させてパンチユニット２をストックユニット６の上方に移動させた後、図示しない別途の駆動源によってロッド２１及びパンチ２２を下方に加圧する。これにより、ストックユニット６上に載置されたバルブシート７の内周にパンチ２２が嵌挿され、パンチ２２の下端外周のシート保持部Ａにバルブシート７が保持される。パンチ２２のシート保持部Ａでバルブシート７を保持した後、駆動源４１を駆動させてパンチユニット２をパンチ駆動部３の下方に移動させる。そして、油圧シリンダ３１を駆動してラム３２を下降移動させると、ロッド２１及びパンチ２２に下向きの加圧力が付与され、パンチ２２のシート保持部Ａに保持されたバルブシート７がシリンダヘッド８のシート嵌合孔８ａに圧入固定される。

ところで、バルブシート７には上下の方向性があり、その機能を適切に果たすためには、シリンダヘッド８の外部側にバルブシート７の他端部７ｂ（内周にテーパ面７ｃが設けられた側の軸方向端部）を配置するようにしてシリンダヘッド８のシート嵌合孔８ａに固定する必要がある。ところが、ストックユニット６上に載置されたバルブシート７は、必ずしも上下の方向性が正しく段取りされているわけではない。これに対し、以上で説明した本発明に係るバルブシート圧入装置１では、上下の方向性が正しいバルブシート７のみをシリンダヘッド８のシート嵌合孔８ａに圧入することができる。

すなわち、図６に示すように、一端部７ａを上方に配置した状態でストックユニット６上に載置されたバルブシート７内周にパンチ２２を嵌挿しても、各爪部材２４に設けた段差面２４ｃの協働で構成された規制部Ｂに対してバルブシート７の一端部７ａが当接するため、爪部材２４がパンチ２２の径方向内側に回転（揺動）しない。そのため、シート保持部Ａが設けられた軸方向位置までパンチ２２をバルブシート７内周に嵌挿することができず、従って、パンチ２２のシート保持部Ａでバルブシート７が保持されない。

一方、図５（ａ）に示すように、他端部７ｂを上方に配置した状態でストックユニット６上に載置されたバルブシート７内周にパンチ２２を嵌挿すると、バルブシート７の他端部７ｂ内周にはテーパ面７ｃが設けられているために、このテーパ面７ｃに案内されるようにしてパンチ２２の爪部材２４が径方向内側に回転し、バルブシート７内周へのパンチ２２の嵌挿がさらに進行する（図５（ｂ）を参照）。そして、パンチ２２の嵌挿がさらに進行し、ホルダ２３の小径外周面２３ｃの外径側にバルブシート７が嵌合されると、各爪部材２４の突出部２４ａの外径面２４ｂの協働で構成されるシート保持部Ａでバルブシート７が保持される（図５（ｃ）を参照）。このようにしてパンチ２２のシート保持部Ａで保持されたバルブシート７は、上述のようにシリンダヘッド８の上方に移送された後、シリンダヘッド８のシート嵌合孔８ａに圧入固定される。

このように、本発明に係る圧入装置１においては、上下を誤って段取りされたバルブシート７内周へパンチ２２を嵌挿すると、爪部材２４のうち、シート保持部Ａを構成する部分（突出部２４ａの外径面２４ｂ）よりもパンチ２２先端側に設けた規制部Ｂにバルブシート７が当接し、爪部材２４が回転しないので、バルブシート７内周へのパンチ２２の嵌挿が規制される。そのため、シート保持部Ａでバルブシート７を保持することができず、バルブシート７をシリンダヘッド８に移送、圧入することができない。従って、シート嵌合孔８ａに対するバルブシート７の誤圧入、すなわち不良品の生産を未然に防止することができる。これにより、シリンダヘッド８の製品歩留向上を達成することができる。

バルブシート７の誤圧入の問題は、例えば、人手作業でバルブシート７の段取り状態をチェックする、あるいは、バルブシート７の方向性をチェック・矯正する別途の装置を導入する等の対策を講じることによっても解消することができる。しかしながら、このような対策を講じると製造コストや設備投資の増大が顕著となることから、現実的には採用することができない。これに対し、規制部Ｂは、爪部材２４をあたかも切り欠くようにして形成した切欠きＮを設けることで構成されることから、上記のような別途の対策を講じる場合に懸念される製造コストや設備投資の増大を招くこともない。

また、ホルダ２３を中空軸状に形成し、ホルダ２３の内部空間２３ｂに配設したパンチ２２の中心軸線Ｏｐに沿って延びる付勢部材２５により、爪部材２４を径方向外向きに付勢するようにした。このような構成によれば、図７に示す従来品に比べ、付勢部材２５の収容スペースを拡大することができる分、付勢部材２５の選択自由度が高まり、爪部材２４に付与すべき付勢力の設定も容易に行い得る。従って、シート圧入装置１の低コスト化および信頼性向上を同時に達成することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることができるのはもちろんである。例えば、上述したパンチ２２は、１２０度間隔で配置された３つの爪部材２４を具備するものであるが、パンチ２２は、１８０度、９０度、７２度間隔等で配置された爪部材２４を具備するものであっても良い。また、以上では、各爪部材２４に設けた段差面２４ｃによって規制部Ｂを構成したが、上記した機能を果たすことができるのであれば、規制部Ｂの形態は特に限定されない。

また、以上で説明した爪部材２４においては、シート保持部Ａを構成する外径面２４ｂと規制部Ｂを構成する段差面２４ｃとの間にテーパ面２４ｄを介在させているが、上下の方向性が正しく段取りされたバルブシート７内周へのパンチ２２嵌挿時に、爪部材２４の突出部２４ａの外径下端とバルブシート７のテーパ面７ｃとが接触することによって爪部材２４が径方向内向きに回転（変位）するのであれば、上記のテーパ面２４ｄは必ずしも設ける必要はない。詳述すると、爪部材２４の突出部２４ａの外径下端にテーパ面２４ｄを設けない場合であっても、上下の方向性が正しく段取りされたバルブシート７内周にパンチ２２を嵌挿した状態において、突出部２４ａの外径下端がバルブシート７のテーパ面７ｃの径方向範囲内に位置するようにすれば、バルブシート７内周にパンチ２２を嵌挿するのに伴って爪部材２４が径方向内向きに変位し、パンチ２２のシート保持部Ａでバルブシート７が保持される。

また、以上で説明したバルブシート圧入装置１は、パンチ駆動部３とパンチユニット２とが分離独立したものであるが、これらが一体的に設けられたバルブシート圧入装置１にも本発明は好ましく適用することができるのはもちろんである。

１ バルブシート圧入装置
２ パンチユニット
６ ストックユニット
７ バルブシート
７ａ 一端部
７ｂ 他端部
７ｃ テーパ面
８ シリンダヘッド
８ａ シート嵌合孔
２２ パンチ
２３ ホルダ
２４ 爪部材
２５ 付勢部材
Ａ シート保持部
Ｂ 規制部
Ｎ 切欠き
Ｏｐ パンチの中心軸線

Claims (2)

1. 軸方向の一端内周が円筒面に形成され、軸方向の他端内周が前記一端側に向かって徐々に縮径したテーパ面に形成された円筒状のバルブシートを外周に保持したパンチをシリンダヘッドに接近移動させることにより、パンチに保持したバルブシートをシリンダヘッドに圧入するバルブシート圧入装置であって、
   パンチが、軸状のホルダと、該ホルダに装着された状態でパンチの中心軸線に対して径方向外向きに付勢され、バルブシートを保持するシート保持部を構成する爪部材とを備えるものにおいて、
   爪部材のうち、前記シート保持部を構成する部分よりもパンチ先端側に、バルブシートの前記一端側からバルブシート内周にパンチを嵌挿したときにのみ、バルブシート内周へのパンチの嵌挿を規制する規制部を設けたことを特徴とするバルブシート圧入装置。
2. 前記ホルダを中空軸状に形成し、このホルダの内部空間に配設したパンチの中心軸線に沿って延びる付勢部材により、前記爪部材を径方向外向きに付勢するように構成した請求項１に記載のバルブシート圧入装置。

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