JP2009113129A - ピストン挿入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が複雑になることなく、リングの折れや異常な負荷を容易に検出すること。
【解決手段】シリンダブロックＣＢをセットするための基台１１と、シリンダボアＣＲと同じ内径の貫通穴を有し基台に取り付けられた挿入治具１２と、チャック装置１３と、チャック移動装置１４と、チャック装置を貫通して貫通穴に挿入されたピストンＰＳの下面に当接するように設けられた押し棒１５と、押し棒を上昇移動させる押し棒移動装置１４と、コンロッドガイド１７と、コンロッドガイドを昇降移動するためのガイド移動装置１８と、押し棒の上昇移動とコンロッドガイドの上昇移動とが同期するように押し棒移動装置とガイド移動装置とを同期制御する同期制御部２６と、押し棒に加わる軸方向の荷重を検出するための荷重センサＬＣ１と、荷重センサの検出信号に基づいてピストンの挿入の良否を判定する監視制御部２７とを有する。
【選択図】図１

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。

従来において、そのようなピストン挿入装置として、ピストンをシリンダボア内に案内するピストンガイドユニット、ピストンガイドユニットにより案内されるピストンを上方から押し込む押込みユニット、押込みユニットにより押し込まれるピストンのコンロッドを下降しつつ案内するコンロッドガイドユニット、コンロッドキャップを保持すると共に締結ボルトに対して締結力を及ぼす締結ユニット、締結ユニットを昇降させる締結昇降ユニットなどを備えた装置が提案されている（特許文献１）。

特許文献１のピストン挿入装置において、押込みユニットは、上部フレームに跨設して固定された固定フレーム、固定フレームの中央に配置されＺ方向に伸長する支持部、支持部に対してＺ方向（鉛直方向）に可動に支持されかつ下端部においてピストンの上面に当接し得る押圧部を有する押込みロッド、押込みロッドを所望の高さ位置に移動させ位置決めするアクチュエータなどにより構成される。シリンダブロックおよびピストンが所定位置に位置決めされた状態で、アクチュエータが一方向に作動すると、押込みロッドが下降してピストンをシリンダボア内に押し込む。

また、特許文献２には、シリンダブロックのボアに真上からコンロッドを有するピストンを挿入してコンロッド下端の半円弧状端部をクランクシャフトに組み付けるピストン挿入装置が提案されている。この装置では、ボアにピストンを押し込むピストン押えと、ボアを貫通してコンロッドの半円弧状端部に係合してコンロッドとピストンの揺動を規制するコンロッドガイドとを、ピストン挿入動作時に互いに当接する第１同期部材と第２同期部材で同期させてピストン挿入方向に移動させることによりボアにピストンを挿入する。

また、シリンダブロックへのピストンの挿入を容易にするために、挿入治具を用いることが提案されている（特許文献３，４）。
特開２００３−２６６２５５ 特開２００６−７５９５６ 特開平７−９２７１ 特開平１０−１２８６３０

しかし、上に述べた特許文献１、２などのピストン挿入装置では、ピストンをシリンダブロックに挿入する際に、ピストンに装着されたリングに異常があったりその装着状態が正常でない場合にリングが破損してそのまま挿入されるおそれがあるが、そのような事態を正確に検知することができない。つまり、例えばピストンの挿入のための駆動装置にロードセルや振動センサを取り付けたとしても、装置の構造が複雑であるため、検出信号の中に装置の動作にともなうノイズ成分が多く含まれることとなり、リングの破損それ自体による荷重や振動を精密に検出することが難しいという問題がある。

また、特許文献３、４などのピストン挿入装置では、ピストンを挿入治具に挿入することは容易となるが、挿入治具とシリンダブロックのボアとの芯合わせを行う必要がある。特許文献３の装置では、芯合わせのための構成が複雑であり、装置が大型化しサイクルタイムが長くなるという欠点がある。特許文献４の装置では、挿入治具とシリンダブロックのボアとの芯合わせが行われず、ピストンの挿入が必ずしも容易であるとはいえない。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、構造が複雑になることなく、挿入治具とシリンダブロックのボアとの芯合わせが容易に行われ、リングの折れや異常な負荷を容易に検出することのできるピストン挿入装置を提供することを目的とする。

本発明に係る装置は、シリンダブロックに設けられたシリンダボアにピストンを挿入する装置であって、前記シリンダボアにおけるピストンの挿入側が下方に向く姿勢で前記シリンダブロックをセットするための基台と、前記シリンダボアと同じ内径の貫通穴を有し、前記基台に前記シリンダブロックがセットされたときに前記シリンダボアの下方において前記貫通穴が前記シリンダボアに連続するよう、前記基台に取り付けられた挿入治具と、前記挿入治具の下方に配置され、前記ピストンを外周側から把持するための爪部材が設けられたチャック装置と、前記チャック装置によって前記ピストンが把持されたときに前記チャック装置を上昇移動させて前記挿入治具の貫通穴に前記ピストンを挿入するためのチャック移動装置と、前記チャック装置を貫通して前記貫通穴に挿入されたピストンの下面に当接するように設けられた押し棒と、前記押し棒を上昇移動させて前記貫通穴に挿入されたピストンを前記シリンダボアに挿入する押し棒移動装置と、前記ピストンに組み付けられたコンロッドのネジ穴に係合して当該コンロッドの姿勢を保持するために、前記シリンダボアを上方から貫通可能に設けられたコンロッドガイドと、前記コンロッドガイドを昇降移動するためのガイド移動装置と、前記押し棒の上昇移動と前記コンロッドガイドの上昇移動とが同期するように前記押し棒移動装置と前記ガイド移動装置とを同期制御する同期制御部と、前記押し棒に加わる軸方向の荷重を検出するための荷重センサと、前記荷重センサの検出信号に基づいて前記ピストンの挿入の良否を判定する監視制御部と、を有する。

また、好ましくは、前記挿入治具は、その軸心位置が前記シリンダボアの軸心と同軸状であってかつ半径方向に微小距離だけ移動可能（偏心可能）に取り付けられる。

また、前記チャック装置は、その軸心位置が前記シリンダボアの軸心と同軸状であってかつ半径方向に微小距離だけ移動可能に取り付けられており、前記チャック装置によって把持された前記ピストンが前記挿入治具から前記シリンダボアに挿入されるときに、前記シリンダボアの入り口に設けられた面取りと、前記ピストンの例えばスカート部に設けられた面取りと、チャック装置が半径方向に微少距離移動することによって、それらの間の芯合わせが行われるとともに、その芯合わせに追従して前記挿入治具が半径方向に微小距離だけ移動する。

これによって、簡単な構成で、シリンダボアと挿入治具との間の芯合わせが簡単に行われ、ピストンの挿入が容易となる。

また、好ましくは、前記押し棒移動装置および前記ガイド移動装置として、いずれも、電気モータを用いたリニア駆動装置が用いられる。

また、好ましくは、前記監視制御部は、前記ピストンに取り付けられた１つまたは複数のリングが前記シリンダボアの開口部を通過するときの前記荷重センサのそれぞれの検出信号が所定のレベル範囲内であるか否かによって前記良否を判定する。

本発明によると、構造が複雑になることなく、リングの折れや異常な負荷を容易に検出することができる。また、前記挿入治具を偏心可能に取り付けることによって、ピストンをシリンダロックのボアへ容易に挿入することが可能となる。

図１は本発明に係るピストン挿入装置１の全体の構成を示す正面図である。

図１において、ピストン挿入装置１は、基台１１、挿入治具１２、チャック装置１３、上昇移動装置１４、押し棒１５、荷重制限装置１６、コンロッドガイド１７、ガイド移動装置１８、同期制御部２６、荷重センサＬＣ１，ＬＣ２、および監視制御部２７などから構成される。

基台１１は、その上にシリンダブロックＣＢをセットするためのものである。その際に、シリンダブロックＣＢに設けられたシリンダボアＣＲのピストンＰＳの挿入側が下方に向く姿勢でセットする。つまり、図１７および図１８に示すように、シリンダブロックＣＢの全体をシリンダボアＣＲが下方になるようにセットする。セットされたシリンダブロックＣＢは、適当な位置決めピン４７（図４参照）および治具によって位置決めされ必要に応じて基台１１に固定される。

挿入治具（挿入コーン）１２は、シリンダボアＣＲと同じ内径の貫通穴４１を有し、基台１１にシリンダブロックＣＢがセットされたときにシリンダボアＣＲの下方において貫通穴４１がシリンダボアＣＲに連続するよう、基台１１に取り付けられている。そして、挿入治具１２は、その軸心位置がシリンダボアＣＲの軸心と同軸状であってかつ半径方向に微小距離だけ偏心可能つまり移動可能に取り付けられている。

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個の爪部材５１が設けられている。

すなわち、３個の爪部材５１が、軸心位置を中心として半径方向に移動してピストンＰＳの外周面を把持するように設けられている。それぞれの爪部材５１の内側の把持面にはピストンＰＳの外周面に当接する把持部と、ピストンＰＳに取り付けられたリングＲＧの外周面に当接してリングをセンタリングさせるためのリング押当部である凹部５１ａとが設けられている。凹部（リング押当部）５１ａは、後述するように、複数の凹部５１ａで仮想的に形成される円周面の直径が把持部で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。

チャック装置１３は、その軸心位置がシリンダボアＣＲの軸心と同軸状であってかつシリンダボアＣＲの軸心に対して半径方向に微小距離だけ偏心可能つまり移動可能に取り付けられている。

チャック装置１３の下方には、チャック装置１３に加わる軸方向の荷重を検出するための第２の荷重センサＬＣ２が設けられている。なお、この第２の荷重センサＬＣ２は省略することも可能である。

上昇移動装置（押し棒移動装置、チャック移動装置）１４は、チャック装置１３によってピストンＰＳが把持されたときに、チャック装置１３を上昇移動させて挿入治具１２の貫通穴４１にピストンＰＳを挿入するためのものである。上昇移動装置１４として、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、またはパルスモータなどの電気モータを用いたリニア駆動装置が用いられている。

押し棒１５は、チャック装置１３を貫通して貫通穴４１に挿入されたピストンＰＳの下面に当接するように設けられている。

上昇移動装置１４は、押し棒１５を上昇移動させて貫通穴４１に挿入されたピストンＰＳをシリンダボアＣＲに挿入する。つまり、上昇移動装置１４は、チャック装置１３および押し棒１５の両方を上昇移動させるために共用で用いられている。上昇移動装置１４は、本発明におけるチャック移動装置および押し棒移動装置に相当する。

したがって、上昇移動装置１４によって、チャック装置１３および押し棒１５が同時に上昇移動するが、上昇移動中において、チャック装置１３の移動は途中で停止し、押し棒１５のみが最後まで上昇移動を続けるようになっている。

すなわち、チャック装置１３は、荷重制限装置１６を介して上昇移動装置１４に取り付けられている。チャック移動装置によってチャック装置１３を上昇移動させ挿入治具の貫通穴へピストンを挿入する際に、所定以上の軸方向の荷重が加わったときに、荷重制限装置１６の存在によって当該チャック装置１３の上昇移動が停止する。

コンロッドガイド１７は、シリンダボアＣＲを上方から下方へ向かって貫通可能に設けられており、その下端部の支持治具１７ａ，１７ａが、ピストンＰＳに組み付けられたコンロッドＲＤの端面に設けられたネジ穴に係合して当該コンロッドＲＤの姿勢を保持するようになっている。なお、コンロッドＲＤのネジ穴として、全部のネジのもの、一部がネジのもの、一部がネジで同軸上にザグリが設けられていてコンロッドＲＤの端面がそのザグリと当接するようになっているものなど、種々のものを採用できる。

ガイド移動装置１８は、コンロッドガイド１７を昇降移動する。ガイド移動装置１８として、上に述べた上昇移動装置１４と同様に、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、またはパルスモータなどの電気モータを用いたリニア駆動装置が用いられている。

コンロッドガイド１７およびガイド移動装置１８などによって、ガイド装置ＧＳが構成されている。

なお、ガイド移動装置１８および上昇移動装置１４は、それぞれの軸心が互いに平行な状態で、共通の機体フレームまたは建屋などに取り付けられて固定されている。

同期制御部２６は、押し棒１５の上昇移動とコンロッドガイド１７の上昇移動とが同期するように、上昇移動装置１４とガイド移動装置１８とを同期制御する。同期制御部２６には、モータの駆動出力回路、モータの回転数または移動距離を検出するセンサからの信号を処理する回路、回転数または回転速度の指令信号を出力する回路などが含まれている。

荷重センサＬＣ１は、押し棒１５に加わる軸方向の荷重を検出する。

監視制御部２７は、荷重センサＬＣ１の検出信号に基づいてピストンＰＳの挿入の良否などを判定する。監視制御部２７は、例えば、ピストンＰＳに取り付けられた１つまたは複数のリングＲＧがシリンダボアＣＲの開口部を通過するときの荷重センサＬＣ１のそれぞれの検出信号が所定のレベル範囲内であるか否かによって良否を判定する。また、監視制御部２７は、荷重センサＬＣ１および第２の荷重センサＬＣ２の両方の検出信号に基づいて、シリンダボアＣＲおよび挿入治具１２へのピストンＰＳの挿入の良否を判定する。また、後に述べる種々の監視または制御を行うことができる。

同期制御部２６および監視制御部２７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、その他の周辺素子および電子素子などを搭載したコンピュータ基板、適当な半導体回路素子を搭載したプリント基板、適当な記憶装置、インタフェース装置、表示装置、入力装置、操作装置などによって構成することが可能である。これらのハードウエア素子、ＣＰＵによって実行されるソフトウエア、またはこれらの組み合わせによって、同期制御部２６または監視制御部２７の機能を実現することができる。また、監視制御部２７として、パーソナルコンピュータを用いることも可能である。

以下、さらに詳しく説明する。

図２はピストン挿入装置１の一部を拡大して示す図、図３は挿入治具１２の近辺を拡大して示す図、図４は基台１１および挿入治具１２を示す図、図５は他の例の挿入治具１２Ｂを示す図、図６はチャック装置１３および荷重制限装置１６の要部を示す図、図７はチャック装置１３の要部を拡大して示す図、図８は第２の荷重センサＬＣ２の近辺を拡大して示す図、図９はチャック装置１３の爪部材５１を拡大して示す図、図１０はガイド装置ＧＳを拡大して示す図、図１１〜図１３はピストン挿入装置１によるピストンＰＳの挿入の様子を示す図、図１４はピストン挿入装置１における荷重センサＬＣ２の出力信号の例を示す図、図１５はピストン挿入装置１における荷重センサＬＣ１の出力信号の他の例を示す図、図１６はピストンＰＳの例を示す図、図１７は基台１１の上に載置されたシリンダブロックＣＢの例を示す正面図、図１８はシリンダブロックＣＢの例を示す側面図、図１９は空気圧シリンダ６２の圧力を制御するための空気圧回路の例である。なお、図において、断面図であるにも係わらずハッチングを省略している場合がある。

図２〜図４に示すように、挿入治具１２は、内周面の下端部付近に滑らかなアール状またはテーパ状の導入面１２ｂが設けられた円筒状でコーン状の本体１２ａ、および本体１２ａの外周面に設けられた鍔部１２ｃからなる。本体１２ａの内径は、シリンダボアＣＲの内径と同一である。挿入治具１２は、本体１２ａの上部が基台１１に設けた穴４２に挿通され、鍔部１２ｃが基台１１に取り付けられたプレート４３およびフランジ金具４４によって移動可能に取り付けられている。

つまり、特に図３によく示されるように、本体１２ａの外径がプレート４３の穴４３ａの内径よりも若干小さく、鍔部１２ｃの厚さがフランジ金具４４の内端面の高さよりも若干小さい。これによって、それらの部分に隙間が形成され、挿入治具１２は、その軸心位置がシリンダボアＣＲの軸心と同軸状ではあるが、半径方向に微小距離だけ移動可能となっている。

シリンダブロックＣＢのシリンダボアＣＲの入り口およびピストンＰＳのスカート部には面取りまたはアール面が施されており、この面取りまたはＲ面とピストンＰＳの半径方向に微少距離だけ編芯移動することによって、シリンダボアＣＲにピストンＰＳのスカート部がなじんで入り込む。その際、挿入冶具はピストンＰＳに追従して半径方向に微少距離だけ編芯移動するので、挿入冶具はシリンダボアＣＲに対し芯が揃うこととなる。

これによって、基台１１に対するシリンダブロックＣＢの位置決め誤差およびシリンダブロックＣＢのシリンダボアＣＲの穴加工誤差などがあっても、ピストンＰＳが下から押されたときに必要に応じて挿入治具１２が半径方向に微小距離だけ移動し、自動調芯作用が行われ、ピストンＰＳが挿入治具１２内からシリンダボアＣＲに滑らかに移動する。

また、挿入治具１２の本体１２ａには、周方向の３箇所に、チャック装置１３の３つの爪部材５１と干渉しないための溝４５が設けられている。溝４５の存在によって、チャック装置１３の爪部材５１がピストンＰＳを把持した状態で、ピストンＰＳを挿入治具１２に挿入することができる。

なお、シリンダボアＣＲの開口部およびピストンＰＳの外周端縁には、シリンダボアＣＲへのピストンＰＳの挿入を容易にするために面取りがなされている。また、挿入治具１２の鍔部１２ｃの外端部の数カ所に溝１２ｄが設けられており、その溝１２ｄにフランジ金具４４に設けられたピン４６が緩く係合し、これによって挿入治具１２の回転止めが図られている。

なお、図５に示す他の例の挿入治具１２Ｂでは、本体１２ａが長くなっており、かつ、本体１２ａに設けた窓１２ｅを通して、ピストンＰＳに装着されたリングＲＧを外部からセンサ２８で確認できるようになっている。この窓１２ｅの外側設けられたレーザ光を利用したセンサ２８は、ピストンＰＳの外周面のリングＲＧの有無、リングＲＧの表裏の判定、装着状態の良否などを検出する。このような挿入治具１２Ｂを用いてもよい。

また、図示は省略したが、チャック装置１３を、電動チャックなどのように把持力やストロークセンサを備えた構造とすることにより、把持力およびストロークの管理を行って、リングＲＧの装着の有無の判定やリングＲＧのずれなどを監視制御部２７で監視することが可能である。また、チャック装置１３の把持力を制御することにより、チャック時のリングＲＧの割れなどを防止することも可能である。

図２、図６〜図８において、チャック装置１３は、空気圧シリンダなどを内蔵した円柱状の本体５０の上側の端面に、周方向に沿って互いに１２０度の位置に、半径方向に移動可能な３つの爪部材５１が設けられている。なお、図６においては１つの爪部材５１のみが示されている。

図示しない電磁切り換え弁などを介してチャック装置１３に圧縮空気を供給することにより、３つの爪部材５１がそれぞれ中心部に向かってまたは中心部から離れるように移動し、中心部にあるピストンＰＳの外周面を把持し、または離脱する。チャック装置１３における駆動機構それ自体の構成および動作は公知である。

図９に示すように、３つの爪部材５１には、ピストンＰＳに装着された１つまたは複数のリングＲＧとの干渉を防ぐために、またはそれらのリングＲＧを軽く把持してピストンＰＳの溝の中に押し込むために、各爪部材５１の内周面（把持面）に凹部５１ａが設けられている。

つまり、通常、ピストンＰＳには２つまたは３つのリングＲＧが装着されているが、３つの爪部材５１によってそれらリングＲＧを溝の中に適度に押し込み、リングＲＧが溝から過度に飛び出さないように、しかもリングが不規則に変形しないようにする必要がある。爪部材５１それ自体はピストンＰＳの外周面に当接するが、リングＲＧは凹部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している。

さて、本実施形態において、チャック装置１３の中心部には、押し棒１５が軸方向に挿通し、かつ軸方向に自在に移動するための空間が設けられている。つまり、チャック装置１３は中空チャック装置である。

また、チャック装置１３の下側に、第２の荷重センサＬＣ２が取り付けられている。チャック装置１３は、若干位置変更可能な状態で支持台５３の上に載置され、ピン５５によって回転方向の位置決めがなされている。なお、滑り易くするために鋼球５４が設けられている。

これら第２の荷重センサＬＣ２および支持台５３についても、その中心部に押し棒１５が軸方向に挿通するための空間が設けられている。

チャック装置１３に加わる軸方向の荷重（挿入荷重）を検出することによって、ピストンＰＳを挿入治具１２に挿入する際に、チャック装置１３がピストンＰＳを把持し損ねていたりリングＲＧ挿入治具１２に引っ掛かった場合、またはリングＲＧが折れたりピストンＰＳに傷が付いているなどの不具合が検知できる。

支持台５３は、連結板５６を介して荷重制限装置１６に連結されている。荷重制限装置１６は、基板６１に取り付けられた空気圧シリンダ６２、ガイド装置６３，６３、天板６４、および規制ロッド６５などからなる。

空気圧シリンダ６２は、図１９に示すように、圧力制御機器１２２および１２３によって圧力制御器１２１の設定圧を変更することができる。ピストンＰＳを挿入冶具１２まで挿入するときは、圧力制御機器１２２によってピストンＰＳを挿入冶具１２まで挿入できるだけの高い圧力（高圧）Ｐ１に設定しておく。ただしピストンＰＳの挿入に際し、図１１の状態から図１２の状態へピストンＰＳが挿入冶具１２まで挿入されるとき、もしリングＲＧが引っかかりなどの異常があってそれ以上の力がかかった場合には、ピストンＰＳの挿入が停止するため空気圧シリンダ６２はその負荷に負けて下降するので、これを近接センサなどで検知することにより、異常を検知することができる。

設定圧以内の負荷であれば、空気圧シリンダは下降することはない。また、異常は荷重センサＬＣ２を用いても検知できる。

上昇移動装置１４は、当接部４３ｂに規制ロッドが当接する位置までくると、一旦停止し、その状態でチャック装置１３が爪部材５１を開く。これと同時にバルブ１２４が切り換えられ、圧力制御器１２１は、圧力制御機器１２３による低い設定圧（低圧）に切り換える。これにより、空気圧シリンダ６２の推力は、その支持部材、チャック装置１３、ピストンＰＳの重力によって下降しない程度の力にまで低下する。その後、再び上昇移動装置１４が上昇し、ピストンＰＳが押し棒１５により押されてシリンダボアＣＲの中に挿入されるが、このとき、空気圧シリンダは、上昇装置１４の力によって収縮され、収縮側のストローク端に至る途中で停止する。この間において、ピストンロッド６２ａに加わっている荷重と空気圧シリンダ６２の推力とは、空気圧シリンダの収縮（ピストンロッド６２ａが引き込む）に伴う空気圧シリンダ内の圧力上昇が圧力制御機器１２１により調整されてほぼバランスしているので、ピストンロッド６２ａを収縮させるためには大きな力が必要ではなく、したがって、上昇移動装置１４の上昇駆動に対して大きな負荷とならない。

ピストンＰＳの挿入が終了し、上昇移動装置１４が原位置まで下降したときに、バルブ１２４が切り換えられ、圧力制御機器１２１は圧力制御機器１２２による高い設定圧に切り換わり、空気圧シリンダ６２は伸長して上昇端に戻る。

このように、バルブ１２４の切り換えによって、圧力制御機器１２２により設定された高圧または圧力制御機器１２３により設定された低圧が、シャトル弁１２５を介して圧力制御機器１２１にパイロット圧として供給され、それに応じた圧力が、絞り弁１２６を介して空気圧シリンダ６２に供給されるのである。そして、上昇移動装置１４の下降駆動によって基板６１が下降する場合には、それにともなって空気圧シリンダ６２におけるピストンロッド６２ａは伸長移動し、ピストンロッド６２ａが伸長側のストローク端に達すると、規制ロッド６５の先端が基台１１のプレート４３の下面から離れ、天板６４は下方へ移動する。

空気圧シリンダ６２のピストンロッド６２ａの伸長移動および収縮移動において、ガイド６３、６３は、天板６４およびチャック装置１３などを支え、円滑に昇降移動が行われるようにガイドする。

図２に戻って、押し棒１５は、その下端部が荷重センサＬＣ１によって支持されており、押し棒１５に加わる軸方向の荷重は荷重センサＬＣ１によって検出される。つまり、荷重センサＬＣ１は、押し棒１５を支持して上方へ移動させるとともに、押し棒１５に加わる荷重を検出する。したがって、荷重センサＬＣ１には、押し棒１５自体の重力の他に、ピストンＰＳおよびコンロッドＲＤの重力、およびピストンＰＳを挿入治具１２およびシリンダボアＣＲに挿入する際の力が加わる。押し棒１５、ピストンＰＳ、およびコンロッドＲＤの重力は予め分かっており、しかもそれほど大きくはなく、ピストンを下より上方へ向け押し上げているため、上から下方へピストンを押し込む場合のようなピストンＰＳ、コンロッドの重量の加速が加わった荷重でないため、ピストンＰＳを挿入治具１２およびシリンダボアＣＲに挿入する際の力を精度よく検出することが可能である。

荷重センサＬＣ１は、基板６１に鉛直方向に取り付けられた２本のガイドロッド６８，６８によって上下方向にスライド可能に支持された台板６７上に取り付けられている。荷重センサＬＣ１の下面、つまり台板６７の下面は、ロッド６９を介して過負荷保護装置７０に支持されている。

したがって、上昇移動装置１４による基板６１の上昇移動によって押し棒１５を押し上げ、これによってピストンＰＳを挿入治具１２およびシリンダボアＣＲに挿入する際に、荷重センサＬＣ１に加わる荷重が所定値よりも大きくなった場合には、過負荷保護装置７０の作用によってロッド６９が下方へ抜け出すことにより、シリンダボアＣＲ、ピストンＰＳ、または荷重センサＬＣ１などが破損しないようになっている。なお、過負荷保護装置７０が作動する荷重は設定可能である。

なお、基板６１は、連結板６６を介して上昇移動装置１４の直線移動体に連結されている。上昇移動装置１４において、モータ７１の回転駆動力は、リニア支持基部７２に設けられた図示しないボールネジ軸およびボールナットなどによって直線運動に変換され、支持台７３を直線駆動する。モータ７１の回転数または回転速度が制御され、これにより支持台７３の移動速度が制御される。

この支持台７３の移動速度の制御により、ピストンの挿入冶具への挿入、挿入冶具からボアへの挿入が適宣制御されることにより、ピストン、リングの挿入不具合などが軽減される。

図１０において、互いに平行な２本のコンロッドガイド１７が、支持台３１に取り付けられている。支持台３１は、ガイド移動装置１８のリニア支持基部３２によって、図の上下方向に往復移動可能に取り付けられている。モータ３３の回転駆動力は、リニア支持基部３２に設けられた図示しないボールネジ軸およびボールナットなどによって直線運動に変換され、支持台３１を直線駆動する。モータ３３の回転数または回転速度が制御され、これにより支持台３１およびコンロッドガイド１７の移動速度が制御される。

次に、上のように構成されたピストン挿入装置１の動作について説明する。

図１１はチャック装置１３とコンロッドガイド１７とによってピストンＰＳおよびコンロッドＲＤを保持した状態を示す図、図１２はピストンＰＳを挿入治具１２に挿入した状態を示す図、図１３はピストンＰＳをシリンダブロックＣＢのシリンダボアＣＲに挿入し終わった状態を示す図である。

ピストン挿入装置１の初期状態、つまり、ピストン挿入装置１にピストンＰＳがセットされていない状態では、上昇移動装置１４は下降端、荷重制限装置１６は上昇端、チャック装置１３は爪部材５１が開状態、ガイド移動装置１８は上昇端である。

この状態で、図示しないハンドリングシステムまたはロボットなどによって、基台１１にシリンダブロックＣＢがセットされ、チャック装置１３にピストンＰＳおよびコンロッドＲＤの組み立て体（アッセンブリ）がセットされる。

チャック装置１３がピストンＰＳを把持した後、ガイド移動装置１８が下降移動し、コンロッドガイド１７がシリンダブロックＣＢのシリンダボアＣＲを通過し、支持治具１７ａ，１７ａがコンロッドＲＤのネジ穴に入って係合する。これによって、図１１に示すように、チャック装置１３によりピストンＰＳが把持された状態で、コンロッドＲＤが鉛直方向に沿った姿勢となるように保持される。

図１１に示す状態から、上昇移動装置１４が基板６１を上昇移動させることにより、荷重制限装置１６、天板６４、支持台５３、およびチャック装置１３を介してピストンＰＳおよびコンロッドＲＤが上昇移動する。このとき、上昇移動装置１４の上昇駆動と同期するようにガイド移動装置１８が上昇駆動し、これによって、コンロッドＲＤは鉛直姿勢を維持したままで上昇移動する。ピストンＰＳが上昇移動すると、やがて挿入治具１２の位置に達し、そして挿入治具１２の内周面に挿入され、図１２に示す状態となる。この状態では、荷重制限装置１６の規制ロッド６５の先端が基台１１のプレート４３の下面に設けられた当接部４３ｂに当接する。この状態で、上昇移動装置１４は上昇駆動を一旦停止する。そして、チャック装置１３は、爪部材５１を開き、ピストンＰＳを解放する。

なお、規制ロッド６５の先端が当接部４３ｂに当接する位置を検出するためのセンサなどを設けておけばよい。

この間において、荷重センサＬＣ２は、ピストンＰＳが挿入治具１２に挿入されるときの挿入荷重が検出され、挿入時におけるリングＲＧの折れやピストンＰＳの傷つきなどが検知できる。

図１２に示す状態から、上昇移動装置１４がさらに基板６１を上昇移動させる。すると、荷重制限装置１６の規制ロッド６５はその先端が基台１１の当接部４３ｂに当接していてそれ以上は上昇移動しないので、空気圧シリンダ６２のピストンロッド６２ａは収縮移動し、基板６１のみが上昇移動する。上述のごとくチャック装置１３がピストンＰＳを解放しているため、押し棒１５が上昇移動し、その上端によってピストンＰＳを押し上げ、ピストンＰＳを挿入治具１２からシリンダボアＣＲ内へ挿入する。そして、最終的に図１３に示すように、ピストンＰＳは、シリンダブロックＣＢの正規の位置まで挿入される。この状態になるまで、上昇移動装置１４とガイド移動装置１８とは同期制御される。

その後、上昇移動装置１４は基板６１を下降移動させ、チャック装置１３および荷重制限装置１６などが下降移動する。また、ガイド移動装置１８はコンロッドガイド１７を上昇駆動し、これによって、ピストン挿入装置１は初期状態に戻る。

上に述べたように、ピストンＰＳおよびコンロッドＲＤは、シリンダブロックＣＢのシリンダボアＣＲ内に挿入される。この間において、荷重センサＬＣ１，ＬＣ２によって、それぞれに加わる荷重が検出されるが、上昇移動装置１４とガイド移動装置１８との同期がとられることにより、コンロッドガイド１７の重量や荷重などが荷重センサＬＣ１，ＬＣ２に加わることなく、ピストンＰＳが挿入治具１２またはシリンダボアＣＲに挿入されるときに生じる荷重、ピストンＰＳが挿入治具１２からシリンダボアＣＲに乗り移るときの荷重などを正確に測定することができる。また、ピストンＰＳが挿入治具１２からシリンダボアＣＲに乗り移るときの検出荷重を利用することにより、ピストンＰＳに設けられるリングＲＧの個数を検知することが可能であり、したがって、リングＲＧが不足する場合にそれを検知することが可能である。

図１４はピストンＰＳが挿入治具１２に挿入される際に荷重センサＬＣ２で検出される荷重の変化の典型例を示す図、図１５はピストンＰＳがシリンダボアＣＲに挿入される際に荷重センサＬＣ１で検出される荷重の変化の例を示す図である。

図１４において、ピストンＰＳが挿入治具１２に挿入されると、荷重が発生しかつ増加していき、リングＲＧがシリンダボアＣＲに挿入される際には、それぞれのリングＲＧに対して荷重のピークが発生する。

図１５には、押し棒１５がピストンＰＳを押し上げ、シリンダブロックＣＢのクランクシャフトＣＳにコンロッドＲＤのメタルが接触するまでの挿入荷重、つまり、ピストンＰＳのスカート部がシリンダボアＣＲ内に挿入されるときの荷重の変化を示す波形が計測されている。

図１５（Ａ）は３個のリングＲＧ１〜３が装着された正常なピストンＰＳを挿入する際の波形を示し、図１５（Ｂ）は３個のリングＲＧのうちのトップリング（ＲＧ３）がないピストンＰＳ、図１５（Ｃ）は２番目のリング（ＲＧ２）がないピストンＰＳ、図１５（Ｄ）はオイルリング（ＲＧ１）がないピストンＰＳを、それぞれ挿入する際の波形を示す。

図１５（Ａ）〜（Ｄ）において、挿入の初期において小さなピークＰＫＡがそれぞれ現れているが、これはピストンＰＳのスカート部がシリンダボアＣＲ内に挿入されるときの荷重の変化を示すものである。

図１５（Ａ）では、３個のリングＲＧ１〜３によるピークＰＫ１〜３がそれぞれ現れているが、図１５（Ｂ）ではピークＰＫ１が、図１５（Ｃ）ではピークＰＫ２が、図１５（Ｄ）ではピークＰＫ３が、それぞれ現れていない。

このように、ピークＰＫ１〜３の有無によってリングＲＧの有無などを判定することができる。また、ピークＰＫ１〜３の大きさ（荷重の値）、ピークＰＫ１〜３でない部分の大きさなどを、ｘ軸方向の適当な位置または範囲において監視制御部２７で監視することにより、上に述べたような種々の不具合を検出することが可能である。

例えば、ｘ軸方向の位置または範囲に対して、上限のしきい値および／または下限のしきい値を設定しておき、その範囲内であれば良の判定を行う。

また、ピストンＰＳのリングＲＧがシリンダブロックＣＢに入る際に、シリンダボアＣＲの入り口の面取り部でリングＲＧに負荷がかかり、リングＲＧの個数に応じて荷重が上昇する。ピストンＰＳの挿入における良否の判定は、ピークホールドや波形面積比較などで判定することが可能である。

また、ピストンＰＳのリングＲＧの有無の検出を行うために、挿入治具１２にシリンダブロックＣＢの入り口の面取り形状のような段差などを設け、リングＲＧに適度な負荷が加わるようにしてもよい。シリンダブロックＣＢにピストンＰＳを挿入する際に、シリンダブロックＣＢのボアと挿入治具１２の内径との芯合わせが必要であり、これが行われていないとリングＲＧがシリンダブロックＣＢに入る際にひっかかるため挿入できない。本実施形態のピストン挿入装置１では、対象となるワークであるシリンダブロックＣＢそのものを利用する。

つまり、上に述べたように、挿入治具１２は、半径方向に微小距離だけ移動可能となっており、シリンダブロックＣＢのボアを基準として一定量フローティング状態となっている。通常、シリンダブロックＣＢのシリンダボアＣＲの入り口およびピストンＰＳのスカート部は、面取りが施されている。この面取りによって、シリンダボアＣＲにピストンＰＳのスカート部がなじんで入り込む。その際に、挿入治具１２もピストンＰＳに追従してフローティングするので、シリンダボアＣＲに対して芯が揃うこととなる。

換言すれば、チャック装置１３によって把持されたピストンＰＳが挿入治具１２からシリンダボアＣＲに挿入されるときに、シリンダボアＣＲの入り口に設けられた面取りとピストンＰＳに設けられた面取りとによってこれらの間の芯合わせが行われるとともに、その芯合わせに追従して挿入治具１２またはチャック装置１３が半径方向に微小距離だけ移動するように構成されている。

このように、本実施形態のピストン挿入装置１では、シリンダボアＣＲやコンロッドガイド１７などの固定部分を基準として、挿入治具１２およびチャック装置１３がフローティング可能な構造とし、一連の挿入動作を安定して行えるようにしている。

さらに、一連の挿入動作の速度は、サーボモータや速度可変機能付きシリンダなどを用いて可変できるようにするのがよい。ピストンＰＳの挿入途中で中間停止させ、チャック装置１３の開閉を行わせ、また箇所に応じて適当な速度変化を与えることにより、ピストンＰＳのリングＲＧのチェック、ピストンＰＳの傷付き防止、サイクルタイムの短縮などを図ることが可能である。

また、本実施形態のピストン挿入装置１では、押し棒１５の動作に関連して過負荷保護装置７０が設けられており、荷重センサＬＣ１に過負荷が加わることもないし、ピストンＰＳの挿入に必要な正味の力でピストンをシリンダボアＣＲに押し込むことができる。挿入それ自体には大きな力を必要としないので、万が一挿入の途中でピストンＰＳやリングＲＧが引っ掛かった場合でもこれらを傷付けたり、リングＲＧを折りながら無理やり挿入していくといったことも防止される。

また、過負荷保護装置７０が設けられているので、過負荷保護装置７０の作動レベルをピストンＰＳの挿入に必要な力のみに設定しておくことにより、挿入時におけるリングＲＧの折れやシリンダブロックＣＢの傷付きなどを防止することができる。

また、チャック装置１３の把持力およびストロークを管理することによって、リングＲＧの装着の有無の判定、リングＲＧがずれた状態でチャックしていないか否かなどを監視制御部２７で監視することができる。

このように、本実施形態のピストン挿入装置１は、自動車用エンジン、その他のエンジンなどの組み立てラインにおいて、ピストンＰＳをシリンダブロックＣＢに円滑に挿入することができ、リングＲＧの折れや異常な負荷を容易に検出することのできる。しかも、装置全体の構造がシンプルであり、サイクルタイムの短縮を図ることも可能である。

上の実施形態において、基台１１、挿入治具１２、チャック装置１３、上昇移動装置１４、押し棒１５、荷重制限装置１６、コンロッドガイド１７、ガイド移動装置１８、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。

本発明に係るピストン挿入装置の全体の構成を示す正面図である。 ピストン挿入装置の一部を拡大して示す図である。 挿入治具の近辺を拡大して示す図である。 基台および挿入治具を示す図である。 他の例の挿入治具を示す図である。 チャック装置および荷重制限装置の要部を示す図である。 チャック装置の要部を拡大して示す図である。 第２の荷重センサの近辺を拡大して示す図である。 チャック装置の爪部材を拡大して示す図である。 ガイド装置を拡大して示す図である。 ピストン挿入装置によるピストンの挿入の様子を示す図である。 ピストン挿入装置によるピストンの挿入の様子を示す図である。 ピストン挿入装置によるピストンの挿入の様子を示す図である。 ピストン挿入装置における荷重センサの出力信号の例を示す図である。 ピストン挿入装置における荷重センサの出力信号の他の例を示す図である。 ピストンの例を示す図である。 基台の上に載置されたシリンダブロックの例を示す正面図である。 シリンダブロックの例を示す側面図である。 空気圧シリンダの圧力を制御するための空気圧回路の例である。

符号の説明

１ ピストン挿入装置
１１ 基台
１２ 挿入治具
１３ チャック装置
１４ 上昇移動装置（押し棒移動装置、チャック移動装置）
１５ 押し棒
１６ 荷重制限装置
１７ コンロッドガイド
１８ ガイド移動装置
２６ 同期制御部
２７ 監視制御部
４１ 貫通穴
５１ 爪部材
５１ａ 凹部（リング押当部）
６１ 基板（押し棒移動装置）
６２ 空気圧シリンダ
ＬＣ１ 荷重センサ
ＬＣ２ 荷重センサ（第２荷重センサ）
ＣＢ シリンダブロック
ＣＲ シリンダボア
ＰＳ ピストン
ＲＤ コンロッド

Claims (9)

1. シリンダブロックに設けられたシリンダボアにピストンを挿入する装置であって、
   前記シリンダボアにおけるピストンの挿入側が下方に向く姿勢で前記シリンダブロックをセットするための基台と、
   前記シリンダボアと同じ内径の貫通穴を有し、前記基台に前記シリンダブロックがセットされたときに前記シリンダボアの下方において前記貫通穴が前記シリンダボアに連続するよう、前記基台に取り付けられた挿入治具と、
   前記挿入治具の下方に配置され、前記ピストンを外周側から把持するための爪部材が設けられたチャック装置と、
   前記チャック装置によって前記ピストンが把持されたときに前記チャック装置を上昇移動させて前記挿入治具の貫通穴に前記ピストンを挿入するためのチャック移動装置と、
   前記チャック装置を貫通して前記貫通穴に挿入されたピストンの下面に当接するように設けられた押し棒と、
   前記押し棒を上昇移動させて前記貫通穴に挿入されたピストンを前記シリンダボアに挿入する押し棒移動装置と、
   前記ピストンに組み付けられたコンロッドのネジ穴に係合して当該コンロッドの姿勢を保持するために、前記シリンダボアを上方から貫通可能に設けられたコンロッドガイドと、
   前記コンロッドガイドを昇降移動するためのガイド移動装置と、
   前記押し棒の上昇移動と前記コンロッドガイドの上昇移動とが同期するように前記押し棒移動装置と前記ガイド移動装置とを同期制御する同期制御部と、
   前記押し棒に加わる軸方向の荷重を検出するための荷重センサと、
   前記荷重センサの検出信号に基づいて前記ピストンの挿入の良否を判定する監視制御部と、
   を有することを特徴とするピストン挿入装置。
2. 前記挿入治具は、その軸心位置が前記シリンダボアの軸心と同軸状であってかつ半径方向に微小距離だけ移動可能に取り付けられている、
   請求項１記載のピストン挿入装置。
3. 前記チャック装置は、その軸心位置が前記シリンダボアの軸心と同軸状であってかつ半径方向に微小距離だけ移動可能に取り付けられており、
   前記チャック装置によって把持された前記ピストンが前記挿入治具の貫通穴から前記シリンダボアに挿入されるときに、前記シリンダボアの入り口に設けられた面取りと前記ピストンに設けられた面取りとによってこれらの間の芯合わせが行われるとともに、その芯合わせに追従して前記挿入治具または前記チャック装置が半径方向に微小距離だけ移動するように構成されている、
   請求項２記載のピストン挿入装置。
4. 前記チャック移動装置は、
   前記押し棒移動装置が前記チャック装置を上昇移動させるために共通に用いられ、かつ、
   前記チャック装置を上昇移動させて前記挿入治具の貫通穴へピストンを挿入する際に所定以上の軸方向の荷重が加わったときに当該チャック装置の上昇移動が停止するよう、荷重制限装置を介して前記チャック装置が前記押し棒移動装置に取り付けられている、
   請求項３記載のピストン挿入装置。
5. 前記荷重制限装置として空気圧シリンダが用いられており、
   前記空気圧シリンダには、前記チャック装置を上昇移動させて前記荷重制限装置に設けられた規制ロッドが前記基台に対して当接するまでは高圧の圧縮空気が供給され、当接した後は低圧の圧縮空気が供給されるようになっている、
   請求項４記載のピストン挿入装置。
6. 前記監視制御部は、前記ピストンに取り付けられた１つまたは複数のリングが前記シリンダボアの開口部を通過するときの前記荷重センサのそれぞれの検出信号が所定のレベル範囲内であるか否かによって前記良否を判定する、
   請求項４または５記載のピストン挿入装置。
7. 前記チャック装置に加わる軸方向の荷重を検出するための第２荷重センサが設けられ、
   監視制御部は、前記荷重センサおよび前記第２荷重センサの検出信号に基づいて前記ピストンの挿入の良否を判定するように構成されている、
   請求項６記載のピストン挿入装置。
8. 前記爪部材は、複数個が、軸心位置を中心として半径方向に移動して前記ピストンの外周面を把持するように設けられており、
   それぞれの爪部材の内側の把持面には、前記ピストンの外周面に当接する把持部と、前記ピストンに取り付けられたリングの外周面に当接してリングをセンタリングさせるためのリング押当部とが設けられ、
   前記リング押当部は、複数のリング押当部で仮想的に形成される円周面の直径が把持部で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、
   請求項６または７記載のピストン挿入装置。
9. 前記押し棒移動装置および前記ガイド移動装置として、いずれも、電気モータを用いたリニア駆動装置が用いられている、
   請求項３ないし８のいずれかに記載のピストン挿入装置。

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