JP6012036B2 - ピストンの組付方法及びこれに用いるガイド治具 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンをエンジン本体に組み付ける方法及びこれに用いるガイド治具に関する。

ピストンのエンジン本体への組み付けは、ピストン及びこのピストンに一端が取り付けられたコンロッドをシリンダ内に挿入し、コンロッドの他端をクランクピンに取り付けることで行われる。

例えば、下記の特許文献１では、コンロッドの他端とシリンダの内周面との干渉を回避するためのガイド治具（ピストン挿入補助装置）が示されている。具体的には、シリンダの一方側から挿入したガイド治具をシリンダの他方側に待機させたコンロッドに装着し、シリンダの一方側に配されたガイド治具とシリンダの他方側に配されたピストンの双方を保持しながらコンロッドをシリンダ内に挿入することで、コンロッドの軸直交方向（シリンダの半径方向）の移動を規制している。これにより、コンロッドの端部とシリンダ内周面との接触を回避し、シリンダ内周面の損傷を防止している。

特開２００４−３４２１５号公報

しかし、上記の特許文献１の方法では、最初にシリンダの一方側からガイド治具のみを挿入する工程を要するため、工数が増えてコスト高を招く。また、ガイド治具をシリンダの一方側から挿入するためのスペースが必要となるため、設備の大型化を招く。

本発明が解決すべき課題は、ピストンをエンジンに組み付けるにあたり、組付工数を削減すると共に、設備をコンパクト化することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、ピストン及び該ピストンに一端が取り付けられたコンロッドをシリンダの一端側から挿入し、コンロッドの他端を、シリンダの他端側に配されたクランクピンに取り付けるピストンの組付方法であって、コンロッドの他端に設けられた一対のボルト穴に、他端を自由端とした一対のガイド治具の一端を装着する工程と、一対のガイド治具を先行させてコンロッド及びピストンをシリンダ内に挿入し、一対のガイド治具の間にクランクピンを配しながら、コンロッドの他端をクランクピンに嵌合させる工程と、一対のボルト穴から一対のガイド治具を取り外す工程と、コンロッドの他端にクランクピンを取り付ける工程とを順に行うピストンの組付方法を提供する。

このように、他端を自由端としたガイド治具をコンロッドに装着し、ガイド治具を先行させてコンロッド及びピストンをシリンダ内に挿入すれば、ガイド治具とシリンダ内周面とが接触することでコンロッドがガイドされる。これにより、コンロッドの軸心とシリンダの軸心とがおおよそ一致するため、コンロッドの端部とシリンダ内周面とが多少接触しても、シリンダの内周面に品質に影響を与えるような損傷は生じない。また、一対のガイド治具の間にクランクピンを配しながら、コンロッドの他端をクランクピンに嵌合させることにより、コンロッドの他端がクランクピンに対しておおよそ位置決めされるため、コンロッドの他端のエッジがクランクピンと接触しても、クランクピンに品質に影響を与えるような損傷は生じない。以上のように、他端を自由端としたガイド治具をコンロッドに装着することで、コンロッドとシリンダ及びクランクピンとが多少接触する恐れはあるが、その接触によりシリンダの内周面やクランクピンの外周面が損傷することは回避できる。これにより、ガイド治具を予めコンロッドのボルト穴に装着してから、コンロッド及びピストンをシリンダ内に挿入することが可能となるため、上記の特許文献１のようにシリンダの他端側（クランクピン配設側）からガイド治具のみを挿入する工程が不要となり、組付工数が削減されるとともに、このためのスペースが不要となるため設備のコンパクト化が図られる。

上記の組付方法に使用するガイド治具として、例えば、ボルト穴に挿入可能な保持部と、保持部から他端側に延び、他端を自由端としたガイド部と、保持部の外周に設けられた弾性部材とを備え、保持部をボルト穴の内周に挿入することで、弾性部を内径方向に弾性変形させ、その弾性復元力で保持部をボルト穴に保持可能としたガイド治具を使用することができる。このガイド治具は、保持部をボルト穴に挿入することによりワンタッチで装着することができると共に、ボルト穴からガイド治具を引き抜くことによりワンタッチで取り外すことができるため、着脱作業性がよく、作業効率を高めることができる。

以上のように、本発明によれば、シリンダの他端側（クランクピン配設側）からガイド治具のみを挿入する工程が不要となるため、ピストンの組付工数を削減できると共に、設備をコンパクト化することができる。

本発明の実施形態に係るピストン組付方法のガイド治具装着工程を示す部分断面図である。 図１の拡大断面図である。 ガイド治具の断面図である。 図３のＸ−Ｘ線における断面図である。 上記ピストン組付方法のピストン挿入工程を示す断面図である。 上記ピストン組付方法のピストン挿入工程を示す断面図である。 上記ピストン組付方法のピストン挿入工程を示す断面図である。 上記ピストン組付方法のガイド治具取り外し工程を示す断面図である。 上記ピストン組付方法のクランクピン取付工程を示す断面図である。 ガイド治具の他の例を示す断面図である。 ガイド治具の他の例を示す断面図である。 コンロッド及びガイド治具の他の例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係るピストン組付方法は、ガイド治具装着工程（図１参照）と、ピストン挿入工程（図５〜７参照）と、ガイド治具取り外し工程（図８参照）と、クランクピン取付工程（図９参照）とを経て行われる。尚、本実施形態では、シリンダ２の軸心が鉛直方向となるようにシリンダブロック１を配置し、ピストン３及びコンロッド４をシリンダ２の上方から挿入する場合を示す（図５等参照）。

まず、図１に示すように、上端にピストン３が取り付けられたコンロッド４の下端に、ガイド治具１０を装着する（ガイド治具装着工程）。コンロッド４の下端には、クランクピン５の外周面を支持する半円筒面４ａと、半円筒面４ａの図中左右両側に設けられた下端面４ｂと、下端面４ｂに開口したボルト穴４ｃとを有する。図示例では、ボルト穴４ｃの上端が閉塞されている。ボルト穴４ｃは、図２に示すように、上方部分に形成された雌ネジ部４ｄと、雌ネジ部４ｄの下方に形成され、下端面４ｂに開口した円筒面４ｅとを有する。

ガイド治具１０は、図３に示すように、保持部１１と、保持部１１から下方に延びるガイド部１２と、保持部１１の外周に設けられた弾性部材１３とを備える。

保持部１１は、コンロッド４のボルト穴４ｃの内周に挿入される挿入部１１ａと、挿入部１１ａの下方に設けられ、ガイド部１２が固定される固定部１１ｂとを有する。挿入部１１ａは、外周面に環状溝１１ａ１が形成され、環状溝１１ａ１の上方には、上方に向けて漸次縮径したテーパ面が形成される。弾性部材１３は、弾性材料（例えば金属）で形成され、内径方向に弾性変形可能とされる。本実施形態の弾性部材１３は、図４に示すように、一部を切り欠いたリング状に形成され、挿入部１１ａの環状溝１１ａ１に装着される。ガイド治具１０をボルト穴４ｃに装着していない状態では、弾性部材１３と環状溝１１ａ１の溝底との間に半径方向の隙間が形成され、これにより、弾性部材１３が弾性的に縮径可能な状態とされる。

ガイド部１２は、円筒形状を成し、湾曲可能とされ、上端が保持部１１の固定部１１ｂの外周面に取り付けられる。図示例のガイド部１２は、外筒１２ａと内筒１２ｂとからなる。外筒１２ａは、上下方向に延びる円筒形状を成し、シリンダ２の内周面を傷つけないように、少なくともシリンダ２よりも軟らかい材料で形成され、例えば樹脂、具体的にはゴムで形成される。内筒１２ｂは、上下方向に延びる円筒形状を成し、外筒１２ａの内周面に接触した状態で配される。内筒１２ｂは、外筒１２ａよりも剛性の高い材料で形成され、例えば、金属線をコイル状に巻いて円筒形状としたもので構成される。

上記のガイド治具１０の保持部１１の挿入部１１ａを、コンロッド４の下端面４ｂに開口したボルト穴４ｃに挿入する（図１の矢印参照）。このとき、図２に示すように、挿入部１１ａの外周に設けられた弾性部材１３が、弾性的に縮径する。このとき、弾性部材１３の弾性復元力で円筒面４ｅを内径側から押し付けることで、ガイド治具１０がボルト穴４ｃに保持される。このように、弾性部材１３の弾性復元力のみでガイド治具１０をボルト穴４ｃに保持させることで、ガイド治具１０の挿入部１１ａをボルト穴４ｃに挿入するだけで、ガイド治具１０をボルト穴４ｃにワンタッチで簡単に装着することができる。尚、図示例ではコンロッド４のボルト穴４ｃに下方からガイド治具１０を装着しているが、装着方向は任意であり、例えば図示例のピストン３及びコンロッド４を上下反転させて、ボルト穴４ｃにガイド治具１０を上方から装着してもよい。

また、弾性部材１３がボルト穴４ｃの雌ネジ部４ｄに達すると、弾性部材１３の押し付け力で雌ネジ部４ｄが損傷する恐れがあるため、弾性部材１３は雌ねじ部４ｄに到達しない構成とすることが好ましい。図示例では、保持部１１の肩面１１ｃをコンロッド４の下端面４ｂに当接させた状態で、弾性部材１３が雌ネジ部４ｄよりも下方に配されるようにしている。尚、円筒面４ｅは、コンロッド４の下端面４ｂの研削加工時の位置決め穴としての機能や、雌ネジ部４ｄの逃げ部としての機能を果たすことができればよく、それ程高精度である必要はないため、弾性部材１３を押し付けることにより多少傷付いても、その後の加工工程や製品の性能に影響することはない。

ボルト穴４ｃに装着したガイド部材１０は、図１に示すように、ガイド部１２を若干湾曲させ、ガイド部１２の下端がコンロッド４の下端よりも外側（コンロッド４の軸心から離反する側）に配されるようにしておく。

次に、コンロッド４の一対のボルト穴４ｃに、下端を自由端とした一対のガイド治具１０を装着した状態で、ピストン３及びコンロッド４をシリンダ２の内周に挿入する（ピストン挿入工程）。具体的には、図５に示すように、クランクピン５をシリンダ２の直下に配した状態で、ピストン３、コンロッド４、及びガイド治具１０の一体品（以下、ピストンアッシＡと言う。）をシリンダ２の上方から下降させ、ガイド治具１０を先行させてシリンダ２の内周に挿入する。この作業を作業者が行う場合は、例えば作業者が一方の手でピストン３を保持して下降させながら、他方の手で一対のガイド治具１０のガイド部１２の下端をシリンダ２の内周に挿入するようにガイドする。

その後、作業者がピストン３を保持しながらピストンアッシＡをさらに下降させ、コンロッド４の下端をシリンダ２の内周に挿入する（図６参照）。このとき、一対のガイド治具１０のガイド部１２の下端がコンロッド４の下端よりも外側に配されていることで、ガイド部１２の下端とシリンダ２の内周面とが接触し、これによりコンロッド４がシリンダ２に対しておおよそ芯出しされるため、コンロッド４が大きく傾いてシリンダ２の内周面を損傷する事態を回避できる。特に、ピストンアッシＡはピストン３のみが保持されており、コンロッド４の下端は自由端となっているため、仮にコンロッド４の下端がシリンダ２の内周面に接触しても、コンロッド４をシリンダ２に押し付けるような力は発生せず、シリンダ２の内周面が損傷することはない。また、ガイド部１２の外筒１２ａはゴム等の柔らかい材料で形成されているため、この外筒１２ａをシリンダ２の内周面に接触させることで、ガイド部１２との接触によるシリンダ２の内周面の損傷を防止できる。

さらにピストンアッシＡを下降させると、図７に示すように、ピストン３がシリンダ２の内周に挿入される。このとき、コンロッド４の下端は自由端であるため、図示のようにコンロッド４の下端の大径部がシリンダ２より下方まで達すると、コンロッド４の下端が自由に揺動可能となり、コンロッド４の半円筒面４ａの水平方向位置がクランクピン５に対して大きくずれる恐れがある。そこで、図示のように、一対のガイド治具１０のガイド部１２の間にクランクピン５を配することで、コンロッド４の下端がクランクピン５に対して位置決めされ、コンロッド４の半円筒面４ａがクランクピン５の真上に配される。このような効果を確実に得るためには、コンロッド４の下端の大径部がシリンダ２より下方に達する前に（すなわちコンロッド４の下端が自由に揺動可能となる前に）、一対のガイド部１２の間にクランクピン５が配されるように、ガイド部１２の長さを設定することが好ましい。

この状態でさらにピストンアッシＡを下降させると、図８に示すように、コンロッド４の半円筒面４ａとクランクピン５の外周面とが嵌合する。尚、コンロッド４の下端面４ｂの内側のエッジ（半円筒面４ａとの間の角部）がクランクピン５の外周面と僅かに干渉する場合があるが、一対のガイド治具１０でガイドされることで、コンロッド４の半円筒面４ａのクランクピン５に対する水平方向のオフセット量は極僅かである。このため、クランクピン５の外周面のうち、コンロッド４のエッジが接触し得る部分はほぼ鉛直面であるため、干渉による衝撃は小さく、クランクピン５の外周面が損傷する事態を回避できる。また、このようにコンロッド４の下端のエッジとクランクピン５の外周面とが接触することで、コンロッド４の下端がガイドされ、コンロッド４の半円筒面４ａをクランクピン５の外周面に確実に嵌合させることができる。

その後、シリンダブロック１の他のシリンダにも、上記と同様にピストンアッシＡを装着する。このとき、他のシリンダの下方のクランクピンは、上記のクランクピン５と位相が異なるため、クランクシャフトを回転させて、各シリンダの直下にクランクピンを配する必要がある。この場合、既にコンロッド４の下端を嵌合させたクランクピン５がクランクジャーナルを中心に回転することで、コンロッド４の下端に装着されたガイド治具１０もクランクピン５と共に回転し、ガイド治具１０のガイド部１２がシリンダブロック１の内部と干渉する恐れがある。このとき、上記のように、ガイド部１２を湾曲可能とし、且つ、外筒１２ａをゴム等の軟らかい材料で形成することで、ガイド部１２でシリンダブロック１の内部を損傷する事態を防止できる。

その後、図８に矢印で示すように、コンロッド４のボルト穴４ｃからガイド治具１０を取り外す（ガイド治具取り外し工程）。このとき、ガイド治具１０は、弾性部材１３の弾性復元力のみでボルト穴４ｃの円筒面４ｅに保持されているため、ガイド部１２を下方に引き抜くことで、ガイド治具１０をボルト穴４ｃから簡単に取り外すことができる。

その後、図９に示すように、クランクピン５の下方にベアリングキャップ６を配置し、コンロッド４の半円筒面４ａとベアリングキャップ６の半円筒面６ａとの間にクランクピン５を配した状態で、コンロッド４とベアリングキャップ６とをボルト７で固定する（クランクピン取付工程）。以上により、ピストン３のエンジンへの組付が完了する。尚、クランクピン５の外周面と、コンロッド４の半円筒面４ａ及びベアリングキャップ６の半円筒面６ａとの間には、それぞれ図示しない軸受メタルが配されている。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、弾性部材１３がリング状に形成した場合を示したが、これに限らず、例えば図１０に示すように、挿入部１１ａの外周面の円周方向複数箇所に半径方向の穴１１ａ２を設け、この穴１１ａ２に設けられたボール１３ａ及びこれを外径向きに付勢するバネ１３ｂで、弾性部材１３を構成してもよい。挿入部１１ａをボルト穴４ｃに挿入すると、ボール１３ａを介してバネ１３ｂが圧縮され、弾性部材１３が内径方向に弾性変形する。このときの弾性部材１３の弾性復元力により、ボール１３ａがボルト穴４ｃの内周面（円筒面４ｅ）に押し付けられ、この押し付け力でガイド治具１０がボルト穴４ｃに保持される。

また、上記の実施形態では、弾性部材１３の弾性復元力でガイド治具１０をボルト穴４ｃに保持させる場合を示したが、これに限られない。例えば図１１に示すように、ガイド治具１０の挿入部１１ａの外周面に雄ネジ部１１ａ３を形成し、この雄ネジ部１１ａ３とボルト穴４ｃの雌ネジ部４ｄとをネジ結合してガイド治具１０をボルト穴４ｃに保持させてもよい（図示省略）。ただし、このようにガイド治具１０をボルト穴４ｃにネジ結合すると、ガイド治具１０をボルト穴４ｃに強固に固定できる反面、ガイド治具１０のボルト穴４ｃに対する着脱作業に手間がかかる。また、雄ネジ部１１ａ３と雌ネジ部４ｄとを螺号させることで、ネジ部が削れて切り屑が生じる場合があるため、この切り屑がコンロッド４とベアリングキャップ６との合わせ面や、コンロッド４とクランクピン５との摺動面に入り込んで不具合を招く恐れがある。以上の理由から、ガイド治具１０のボルト穴４ｃへの装着は、上述の実施形態のように弾性部材１３の弾性復元力により行うことが好ましい。

また、上記の実施形態では、コンロッド４のボルト穴４ｃが非貫通である場合を示したが、ボルト穴４ｃが貫通している場合にも、本発明に係る組付方法を適用することができる。この場合、上記のガイド治具１０のほか、図１２に示すガイド治具２０を使用することができる。ガイド治具２０は、保持部２１とガイド部２２とからなり、保持部２１をボルト穴４ｃの上端開口部で係止することでボルト穴４ｃに保持される。図示例では、保持部２１が、ボルトヘッド２１ａ及び軸部２１ｂを有するボルトからなり、ボルトヘッド２１ａがボルト穴４ｃの上端開口部に係止されると共に、軸部２１ｂの外周面にガイド部２２の上端が固定される。ガイド部２２は、少なくともシリンダ２の内周面よりも軟らかい材料で円筒形状に形成され、例えば、ゴム等の樹脂で形成される。

また、上記の実施形態では、シリンダ２の軸心が鉛直方向となるようにシリンダブロック１を配置した場合を示したが、これに限らず、シリンダ２の軸心が鉛直方向に対して傾斜した方向（例えば水平方向）となるようにシリンダブロックを配置してもよい。ただし、この場合、ピストン３及びコンロッド４をシリンダ２の内周に挿入する際に、自重によりコンロッド４がシリンダ２の内周面に押し付けられるため、上記の実施形態と比べてシリンダ２の内周面が損傷する恐れが高くなる。従って、シリンダ２の内周面の損傷を確実に防止するためには、上記の実施形態のように、シリンダ２の軸心を鉛直方向として、ピストン３及びコンロッド４をシリンダ２の上方から挿入することが好ましい。

１ シリンダブロック
２ シリンダ
３ ピストン
４ コンロッド
４ｃ ボルト穴
４ｄ 雌ネジ部
４ｅ 円筒面
５ クランクピン
６ ベアリングキャップ
１０ ガイド治具
１１ 保持部
１２ ガイド部
１３ 弾性部材
Ａ ピストンアッシ

Claims (2)

1. ピストン及び該ピストンに一端が取り付けられたコンロッドをシリンダの一端側から挿入し、コンロッドの他端を、シリンダの他端側に配されたクランクピンに取り付けるピストンの組付方法であって、
   コンロッドの他端に設けられた一対のボルト穴に、他端を自由端とした一対のガイド治具の一端を装着する工程と、前記一対のガイド治具の他端を、コンロッドの他端よりも、シリンダの中心軸から離反する側に配した状態で、前記一対のガイド治具を先行させてコンロッド及びピストンをシリンダ内に挿入し、前記一対のガイド治具の間にクランクピンを配しながら、コンロッドの他端をクランクピンに嵌合させる工程と、前記一対のボルト穴から前記一対のガイド治具を取り外す工程と、コンロッドの他端をクランクピン取り付ける工程とを順に行うピストンの組付方法。
2. ピストン及び該ピストンに一端が取り付けられたコンロッドをシリンダ内に挿入し、コンロッドの他端をクランクピンに取り付けるにあたり、コンロッドの他端に設けられたボルト穴に装着されるガイド治具であって、
   前記ボルト穴に挿入可能な保持部と、前記保持部から他端側に延び、他端を自由端とし、他端を、コンロッドの他端よりも、シリンダの中心軸から離反する側に配置可能であるガイド部と、前記保持部の外周に設けられた弾性部材とを備え、
   前記保持部を前記ボルト穴の内周に挿入することで前記弾性部材を内径方向に弾性変形させ、その弾性復元力で前記保持部を前記ボルト穴に保持可能としたガイド治具。

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