JP6091021B2

JP6091021B2 - 破断分割装置

Info

Publication number: JP6091021B2
Application number: JP2015049229A
Authority: JP
Inventors: 忠友畑山; 智広中嶋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-03-12
Also published as: US20160265581A1; CA2919595A1; JP2016168639A; CN105965205A; CN105965205B; CA2919595C; US9833848B2

Description

本発明は、内燃機関に内蔵されるコネクティングロッド（以下、コンロッドと略記する。）の大端部を、破断法により分割する破断分割装置に関する。

コンロッドは、クランクシャフトに取付ける関係で、大端部を分割可能な構造にする。

分割可能な構造にする手法の１つに破断による分割法があり、このための破断分割装置が各種提案されてきた（例えば、特許文献１（図６）参照）。

特許文献１は、マンドレルの拡張を油圧アクチュエータに連結した楔の挿入によって行う装置を開示している。そして、油圧回路に蓄圧器（アキュムレータ）を備えている。

特許文献１の図６の縦軸に示されるように、荷重をプリロード荷重と破断荷重とに段階制御することを特徴とする。特許文献１によれば、油圧回路に蓄圧器（アキュムレータ）を備えることで、高圧の作動油を瞬時に供給することができ、瞬時に破断荷重を付与できる。

特許文献１の図６の横軸に示されるように、油圧アクチュエータは、停止した状態から始動するため、立ち上がりに時間を要する。破断までに時間を要するため、大端部に伸びが発生することや、左の破断部と右の破断部に時間差が生じる。結果、破断面の面荒れや欠けが発生し、品質が低下する。

対策として、質量体を衝突させることで、迅速な破断を実施する装置が提案されている（例えば、特許文献２（第１図）参照）。
特許文献２によれば、衝突方式は、油圧アクチュエータよりも瞬時に破断荷重を付与できるので、特許文献１が有する問題点は解消される。
反面、衝突時に大きな音（衝突音）が発生し、作業環境の低下を招く。近年、作業環境の改善が強く求められるようになってきた。

そこで、良好な作業環境を維持しつつ、高品位な破断が可能な破断分割装置が必要となってきた。

特許第３６４２２６８号公報特許第２６９５２７２号公報

本発明は、良好な作業環境を維持しつつ、高品位な破断が可能な破断分割装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、コンロッドの大端部の穴に挿入する２つの分割マンドレルと、これらの分割マンドレルに打ち込まれる楔と、この楔を前進させて前記分割マンドレルの間隔を開くアクチュエータとを備え、前記コンロッドの大端部を破断することで分割する破断分割装置において、
前記アクチュエータは、ピストンを収納する有底のシリンダと、このシリンダの開口を塞ぐリッドを貫通してシリンダ外へ延ばされ前記楔に直接又は間接的に連結されるピストンロッドと、前記ピストン上面に当接可能なフリーピストンと、を備え、前記ピストン上面に圧力流体を作用させることで、前記コンロッドの大端部の穴にプリロードを付加しつつ、前記フリーピストンを前記ピストン上方に位置させ、
前記フリーピストン上方に圧力流体を作用させることで、前記フリーピストンを下方に移動させつつ前記ピストン上面に前記フリーピストンを衝突させることで、前記マンドレルを拡開し、前記コンロッドの大端部を破断することを特徴とする。

請求項２に係る発明では、フリーピストンは、外周面が大径の穴に摺接し内周面がピストンロッドに摺接すると共にリッド側の端部にリッドに当たる鍔部を有し、
アクチュエータは、ピストンとリッドとの間にてシリンダに固定されピストンロッドより大径の穴を有する仕切壁と、シリンダの底に設けた第１ポートと、仕切壁と底との間にてシリンダに設けた第２ポートと、仕切壁とリッドとの間にてシリンダに設けた第３ポートと、鍔部に向かうようにしてリッドに設けた第４ポートと、制御部とを更に備え、
この制御部は、第４ポートから圧力流体を注入して、フリーピストンをピストンに衝突させる工程を実施することを特徴とする。

請求項３に係る発明では、フリーピストンは、外周面がシリンダに摺接し内周面がピストンロッドに摺接し、
アクチュエータは、シリンダの底に設けたＡポートと、ピストンとフリーピストンの間にてシリンダに設けたＢポートと、リッドに設けたＣポートと、制御部とを更に備え、
この制御部は、Ｃポートから圧力流体を注入して、フリーピストンをピストンに衝突させる工程を実施することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、フリーピストンをピストンに衝突させることで、コンロッドの大端部の破断分割を行う。衝突によって瞬時にマンドレルを拡張させることができるため、大端部の破断面が良好となる。
衝突動作はシリンダの内部で行うため、衝突音はシリンダ部材で遮蔽され、作業環境を悪化することはない。

請求項２では、圧力流体として圧縮空気が採用できる。作動媒体が圧縮空気のみであれば、油漏れなどの心配が無く、作業環境が良好に保たれる。
よって、本発明によれば、良好な作業環境を維持しつつ、高品位な破断が可能な破断分割装置が提供される。

請求項３に係る発明では、アクチュエータは、Ａ〜Ｃポートを備える。ポートの数が３個で済むため構造が簡単になり、破断分割装置の構造の簡略化が図れる。

本発明に係る破断分割装置の平面図である。本発明に係る破断分割装置の要部断面図である。破断分割装置の作用説明図である。破断分割装置の作用説明図である。破断分割装置の変更例を説明する断面図である。変更例の作用説明図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、破断分割装置１０は、機台１１に、コンロッド１２の大端部１３の穴１４に挿入する２つの分割マンドレル１５、１６（符号１５が固定側マンドレル、符号１６が可動側マンドレルとなる。）と、これらの分割マンドレル１５、１６の間に打ち込まれる楔１７と、大端部１３を抑える大端部クランプ機構１８と、コンロッド１２の小端部１９を抑える小端部クランプ機構２１とを備えている。

図２に示すように、楔１７は、連結部材２２を介して、アクチュエータ３０に機械的に連結される。

アクチュエータ３０は、ピストン３１を収納する有底のシリンダ３２と、このシリンダ３２の開口を塞ぐリッド３３と、このリッド３３を貫通してシリンダ３２外へ延ばされ楔１７に連結されるピストンロッド３４と、ピストン３１とリッド３３との間にてシリンダ３２に固定されピストンロッド３４より大径の穴３５を有する仕切壁３６と、外周面が大径の穴３５に摺接し内周面がピストンロッド３４に摺接するフリーピストン３８とを備えている。
フリーピストン３８は、リッド３３側の端部にリッド３３に当たる鍔部３７を有する。シリンダ３２の底３９には、ピストン３１に対応する部位に緩衝材４０を備える。

加えて、アクチュエータ３０は、シリンダ３２の底３９に設けた第１ポート４１と、第１ポート４１と圧縮空気源４２を繋ぐエア路４３に介設される第１制御弁４４と、仕切壁３６と底３９との間にてシリンダ３２に設けた第２ポート４５と、第２ポート４５と圧縮空気源４２を繋ぐエア路４６に介設される第２制御弁４７と、仕切壁３６とリッド３３との間にてシリンダ３２に設けた第３ポート５１と、第３ポート５１と圧縮空気源４２を繋ぐエア路５２に介設される第３制御弁５３と、鍔部３７に向かうようにしてリッド３３に設けた第４ポート５４と、第４ポート５４と圧縮空気源４２を繋ぐエア路５５に介設される第４制御弁５６と、第１〜第４制御弁４４、４７、５３、５６を制御する制御部５８とを備えている。

第１制御弁４４は、圧縮空気源４２の圧縮空気を第１ポート４１へ供給するか、この供給を遮断し第１ポート４１を大気へ開放するか、を切換える弁である。

第２制御弁４７は、圧縮空気の供給を遮断し第２ポート４５を大気へ開放するか、圧縮空気を第２ポート４５へ供給するか、第２ポート４５を閉鎖するか、を切換える弁である。

第３制御弁５３は、第２制御弁４７と同様に、圧縮空気の供給を遮断し第３ポート５１を大気へ開放するか、圧縮空気を第３ポート５１へ供給するか、第３ポート５１を閉鎖するか、を切換える弁である。

第４制御弁５６は、第１制御弁４４と同様に、圧縮空気源４２の圧縮空気を第４ポート５４へ供給するか、この供給を遮断し第４ポート５４を大気へ開放するか、を切換える弁である。

以上の構成からなる破断分割装置１０の作用を、図３及び図４にて説明する。
図３（ａ）にて、第１ポート４１から圧縮空気を注入し、第２〜第４ポート４５、５１、５４を大気開放状態にする。
すると、図３（ｂ）に示すように、ピストン３１とピストンロッド３４が上昇し、楔１７が上昇する。結果、分割マンドレル１５、１６は互いに接近する。この状態であれば分割マンドレル１５、１６へ大端部１３をセットすることができる（第１工程）。

次に、図３（ｃ）に示すように、第２ポート４５から圧縮空気を注入し、第１ポート４１、第３ポート５１及び第４ポート５４を大気開放状態にする。すると、フリーピストン３８はリッドに当たるまで移動（上昇）する。同時に、ピストン３１も下降する。ピストン３１が下降したことにより、楔１７が下降し、分割マンドレル１５、１６を開く。結果、分割マンドレル１５、１６は、大端部１３の穴１４に当ってプリロード状態になる（第２工程）。

次に、図４（ａ）に示すように、第１ポート４１及び第４ポート５４を大気開放状態とし、第２ポート４５を閉鎖し、この状態で第３ポート５１から圧縮空気を注入する（第３工程）。この第３工程により、仕切壁３６とリッド３３との間のチャンバー５９に圧縮空気が蓄えられ、蓄圧状態になる。

次に、図４（ｂ）に示すように、第１ポート４１及び第２ポート４５を大気開放状態とし、第３ポート５１を閉鎖し、この状態で第４ポート５４から圧縮空気を注入する。鍔部３７の下面の面積（受圧面積）よりも鍔部３７の上面の面積（受圧面積）が格段に大きいため、フリーピストン３８は受圧面積の差に基づいて下降し始める。

すると、図４（ｃ）に示すように、チャンバー５９に蓄えてあった大量で且つ高圧の圧縮空気が鍔部３７の上面に回り込み、鍔部３７、すなわち、フリーピストン３８を下方へ付勢する。圧縮空気圧と大気圧の圧力差に鍔部３７の上面の面積を乗じた値の推力でフリーピストン３８は白抜き矢印のように高速で押し出され、移動の結果、フリーピストン３８は高速でピストン３１に衝突する。その衝撃力により楔１７を瞬時に引き下げ、マンドレルを瞬時に拡張することで、大端部１３が破断され、分離する（第４工程）。

以上に説明したように、制御部５８は、前記第１ポートから圧縮空気を注入し、前記第２〜第４ポートを開放状態にすることで、前記分割マンドレルを互いに接近させることで前記分割マンドレルへ大端部のセットを可能にする第１工程と、
前記第２ポートから圧縮空気を注入し、前記第１、第３、第４ポートを開放状態にすることで、前記フリーピストンを前記リッドに当たるまで移動すると共に前記ピストンを移動して前記楔を移動し前記分割マンドレルを開いて大端部の穴に当てる第２工程と、
前記第１、第４ポートを開放状態とし、前記第２ポートを閉鎖し、この状態で前記第３ポートから圧縮空気を注入、蓄圧する第３工程と、
前記第１、第２ポートを開放状態とし、前記第３ポートを閉鎖し、この状態で前記第４ポートから圧縮空気を注入して、前記フリーピストンを前記ピストンに衝突させる第４工程と、を実施する。

フリーピストンをピストンに衝突させることで、コンロッドの大端部の破断分割を行う。衝突エネルギーを破断部位に瞬時に付加することができるため、大端部の破断面が良好となる。フリーピストン及びピストンは、有底シリンダに収納され、衝突音は有底シリンダで遮断される。よって、衝突音が作業環境を悪化することはない。

加えて、作動媒体が圧縮空気のみであるから、油漏れなどの心配が無く、作業環境が良好に保たれる。

次に、変更例を図５及び図６に基づいて説明する。
図５に示すように、アクチュエータ３０Ｂは、ピストン３１を収納する有底のシリンダ３２Ｂと、このシリンダ３２Ｂの開口を塞ぐリッド３３を貫通してシリンダ３２Ｂ外へ延ばされ楔１７に直接又は間接的に連結されるピストンロッド３４と、外周面がシリンダ３２Ｂに摺接し内周面がピストンロッド３４に摺接するフリーピストン３８とを備えている。

加えて、アクチュエータ３０Ｂは、シリンダ３２Ｂの底３９に設けたＡポート６１と、このＡポート６１と圧縮空気源４２を繋ぐエア路６２に介設されるＡ制御弁６３と、ピストン３１とフリーピストン３８の間にてシリンダ３２Ｂに設けたＢポート６４と、このＢポート６４と圧縮空気源４２を繋ぐエア路６５に介設されるＢ制御弁６６と、リッド３３に設けたＣポート６７と、このＣポート６７と油圧源６８を繋ぐ油路６９に介設されるＣ制御弁７１とを備える。Ａ〜Ｃ制御弁６３、６６、７１は、制御部５８Ｂで制御される。

Ａ制御弁６３は、圧縮空気源４２の圧縮空気をＡポート６１へ供給するか、Ａポート６１を閉鎖するか、Ａポート６１を大気へ開放するか、を切換える弁である。

Ｂ制御弁６６は、圧縮空気源４２の圧縮空気をＢポート６４へ供給するか、この供給を遮断しＢポート６４を大気へ開放するか、Ｂポート６４を閉鎖するかを切換える弁である。

Ｃ制御弁７１は、油圧源６８の圧油をＣポート６７へ供給するか、Ｃポート６７を閉鎖するか、Ｃポート６７をドレーン７２へ開放するか、を切換える弁である。

以上の構成からなるアクチュエータ３０Ｂの作用を次に述べる。
図６（ａ）に示すように、Ａポート６１から圧縮空気を注入し、Ｂポート６４及びＣポート６７を開放状態にする。すると、ピストン３１とピストンロッド３４と楔１７が上昇する。フリーピストン３８も上昇してリッド３３に当たって止まる。
結果、図６（ｂ）に示すように、分割マンドレル１５、１６を互いに接近させることで分割マンドレル１５、１６へ大端部１３をセットすることができる（Ａ工程）。

次に、図６（ｃ）に示すように、Ｃポート６７を閉鎖する。これで、フリーピストン３８の移動が抑制される。同時に、Ｂポート６４から圧縮空気を注入し、Ａポート６１を開放状態とする。すると、フリーピストン３８はそのままで、ピストン３１は分割マンドレルが大端部の穴１４に当たるまで移動する。結果、楔１７が移動し分割マンドレル１５、１６が大端部の穴１４に当たってプリロード状態が得られる（Ｂ工程）。

次に、図６（ｄ）に示すように、Ａポート６１及びＢポート６４を開放状態とし、Ｃポート６７から蓄圧油を高速注入して、フリーピストン３８をピストン３１に衝突させる（Ｃ工程）。大端部１３が衝撃力で分割される。

以上に述べたように制御部５８Ｂは、前記Ａポートから圧縮空気を注入し、前記Ｂポート及び前記Ｃポートを開放状態にすることで、前記フリーピストンを前記リッドに当たるまで移動すると共に前記分割マンドレルを互いに接近させることで前記分割マンドレルへ大端部のセットを可能にするＡ工程と、
前記Ｂポートから圧縮空気を注入し、前記Ａポートを開放状態とし、前記Ｃポートを閉鎖することで、前記ピストンを移動して前記楔を移動し前記分割マンドレルを開いて大端部の穴に当てるＢ工程と、
前記Ａポート及び前記Ｂポートを開放状態とし、前記Ｃポートから圧油を注入して、前記フリーピストンを前記ピストンに衝突させるＣ工程と、を実施する。
なお、Ａ工程とＢ工程との間に、Ｂポート６４を閉鎖し、プリロードを維持する工程を加えても良い。

フリーピストンをピストンに衝突させることで、コンロッドの大端部の破断分割を行う。衝突エネルギーを破断部位に瞬時に付加させることができるため、大端部の破断面が良好となる。フリーピストン及びピストンは、有底シリンダに収納され、衝突音は有底シリンダで遮断される。よって、衝突音が作業環境を悪化することはない。

油圧ピストンは、エアピストンに比べて格段に推力が大きいため、割れ損じがなく、確実な破断分割が可能となる。そのため、高剛性のワークを破断する際に適している。

尚、実施例では、第１〜第４ポートを有するアクチュエータを含む破断分割装置と、Ａ〜Ｃポートを有するアクチュエータを含む破断分割装置とを例示したが、フリーピストンをピストンに衝突させる構造のものであればよく、本発明の破断分割装置は実施例に限定されるものではない。
また、圧力流体は、実施例で説明した圧縮空気や圧油の他、ガスや水であっても良く、その種類は任意である。

本発明の破断分割装置は、コンロッドの大端部の分割に好適である。

１０…破断分割装置、１２…コンロッド、１３…大端部、１４…大端部の穴、１５、１６…分割マンドレル、１７…楔、３０、３０Ｂ…アクチュエータ、３１…ピストン、３２、３２Ｂ…シリンダ、３３…リッド、３４…ピストンロッド、３５…仕切壁に設けた大径の穴、３６…仕切壁、３７…鍔部、３８…フリーピストン、３９…シリンダの底、４１…第１ポート、４５…第２ポート、５１…第３ポート、５４…第４ポート、５８、５８Ｂ…制御部、６１…Ａポート、６４…Ｂポート、６７…Ｃポート。

Claims

コンロッドの大端部の穴に挿入する２つの分割マンドレルと、これらの分割マンドレルに打ち込まれる楔と、この楔を前進させて前記分割マンドレルの間隔を開くアクチュエータとを備え、前記コンロッドの大端部を破断することで分割する破断分割装置において、
前記アクチュエータは、ピストンを収納する有底のシリンダと、このシリンダの開口を塞ぐリッドを貫通してシリンダ外へ延ばされ前記楔に直接又は間接的に連結されるピストンロッドと、前記ピストン上面に当接可能なフリーピストンと、を備え、前記ピストン上面に圧力流体を作用させることで、前記コンロッドの大端部の穴にプリロードを付加しつつ、前記フリーピストンを前記ピストン上方に位置させ、
前記フリーピストン上方に圧力流体を作用させることで、前記フリーピストンを下方に移動させつつ前記ピストン上面に前記フリーピストンを衝突させることで、前記マンドレルを拡開し、前記コンロッドの大端部を破断することを特徴とする破断分割装置。
前記アクチュエータは、前記ピストンと前記リッドとの間にて前記シリンダに固定され前記ピストンロッドより大径の穴を有する仕切壁を備え、
前記フリーピストンは、外周面が前記大径の穴に摺接し内周面が前記ピストンロッドに摺接すると共に前記リッド側の端部に前記リッドに当たる鍔部を有し、
前記アクチュエータは、前記シリンダの底に設けた第１ポートと、前記仕切壁と前記底との間にて前記シリンダに設けた第２ポートと、前記仕切壁と前記リッドとの間にて前記シリンダに設けた第３ポートと、前記鍔部に向かうようにして前記リッドに設けた第４ポートと、制御部とを更に備え、
この制御部は、前記第４ポートから圧力流体を注入して、前記フリーピストンを前記ピストンに衝突させる工程を実施することを特徴とする請求項１記載の破断分割装置。
前記フリーピストンは、外周面が前記シリンダに摺接し内周面が前記ピストンロッドに摺接し、
前記アクチュエータは、前記シリンダの底に設けたＡポートと、前記ピストンと前記フリーピストンの間にて前記シリンダに設けたＢポートと、前記リッドに設けたＣポートと、制御部とを更に備え、
この制御部は、前記Ｃポートから圧力流体を注入して、前記フリーピストンを前記ピストンに衝突させる工程を実施することを特徴とする請求項１記載の破断分割装置。