JP6012096B2 - ピストンリング組付装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのピストンにピストンリングを組み付けるピストンリング組付装置に関する。

自動車のエンジン等に用いられるピストンには、燃焼室からの燃焼ガス漏れ防止や、シリンダとの間の油膜厚さの調整を図るため、ピストンリングが嵌め込まれている。例えば下記の特許文献１には、ピストンにピストンリングを自動で組み付けるピストンリング組付装置が示されている。具体的には、頂面を下向きにして載置されたピストンの外周に、拡径状態で保持されたピストンリングを配置し、ピストンのリング溝とピストンリングとの高さを一致させた状態でピストンリングの拡径保持を解除することにより、ピストンリングを縮径させてピストンのリング溝に装着している。

特開２０１１−２５５４２７号公報

通常、ピストンリングの厚さとピストンのリング溝の溝幅とのクリアランスは非常に小さいため、リング溝にピストンリングを組み付ける際には、リング溝の高さとピストンリングの高さとを精度良く一致させる必要がある。上記の特許文献１では、ピストンの頂面を受け面（ピストン装着部）に当接させてピストンを位置決めすることにより、リング溝及びピストンリングの高さを一致させている。

しかし、ピストンの頂面は、通常、仕上げ加工が施されていない面であるため面精度がそれ程高くない。そのため、上記のように頂面を基準としてピストンの位置決めを行うと、ピストンの位置、ひいてはリング溝の高さが不安定となり、リング溝の高さとピストンリングの高さとが一致しない恐れがある。この場合、ピストンリングがリング溝に嵌らなかったり、ピストンリングがリング溝周辺に干渉しながらリング溝に嵌り込むことでピストンの外周面を傷つけたりする恐れがある。

現状では、受け面の形状をトライアンドエラーにより設計しているが、上記のような不具合を確実に防止するような受け面の設計は非常に難しい。また、近年では、燃費改善の更なる改善を図るためにピストンの頂面形状が複雑化しているため、上記のようなトライアンドエラーによる受け面形状の設計がますます困難となっている。さらに、受け面形状を決定して生産を開始した後に、ピストンの頂面形状が設計変更されることもあり、そのような場合、改めて受け面形状を設計し直す必要が生じるため、生産コストが嵩んでしまうことが問題となっている。

以上のような事情に鑑み、本発明は、ピストンリングとピストンのリング溝の位置を精度良く一致させ、ピストンリングの組付不良やピストンの損傷を確実に防止すると共に、生産コストを低減することを目的とする。

上記の目的を達成するためになされた本発明は、ピストンに設けられた一対のピン穴に保持ピンを挿入することによりピストンを保持するピストン保持部と、ピストンリングを拡径状態で保持するリング保持部と、ピストン及びピストンリングを同軸上に配置した状態で、ピストン保持部をリング保持部に対して軸方向に移動させる駆動部とを備え、駆動部でピストン保持部を軸方向に相対移動させてピストンをピストンリングの内周に挿入することにより、ピストンリングに対してピストンのリング溝を位置決めし、リング保持部によるピストンリングの拡径状態を解除してピストンリングを縮径させることにより、リング溝にピストンリングを組み付けるピストンリング組付装置であって、一対のピン穴を基準として、ピストンリングに対するリング溝の位置決めを行うことを特徴とするものである。

このように、本発明のピストンリング組付装置では、ピストンリングに対してピストンのリング溝を位置決めする際に、ピストンの頂面を基準とするのではなく、ピストンに設けられたコンロッド取付用のピン穴を基準とする。通常、ピン穴は仕上げ加工が施された高精度な面であるため、ピン穴を基準とすることにより、ピストンの頂面の面精度や形状に関わらず、ピストンのリング溝をピストンリングに対して正確に位置決めすることができる。また、ピン穴を基準とすることにより、ピストンの頂面形状が設計変更された場合であっても、ピストンリング組付装置の設計を変更する必要はないため、生産コストを低減することができる。

ピストンは、一対のピン穴に挿入された保持ピンにより保持されるため、ピストンを搬送する際などにピストンがピン穴周りに回転して、リング溝がピストンリングに対して傾斜した状態となる恐れがある。そこで、ピストン保持部に、ピストンのスカート部の端面に当接することによりピストンのピン穴周りの回転を規制する回転規制部を設ければ、ピストンを正確な姿勢で保持することができるため、ピストンのリング溝のピストンリングに対する位置決め精度を高めることができる。

保持ピンは、ピン穴と芯出しするための芯出し機構を備えたものであることが好ましい。このように、保持ピンとピン穴とを芯出しすることで、ピン穴を介してピストンを正確な位置で保持することができるため、ピストンのリング溝のピストンリングに対する位置決め精度をさらに高めることができる。

ピストンリングに対するピストンのリング溝の位置決めは、例えば、ピストン保持部にストッパを設けると共に、リング保持部にストッパ受けを設け、ストッパとストッパ受けとを軸方向（ピストン保持部のリング保持部に対する相対移動方向）で当接させることにより行うことができる。

以上のように、本発明によれば、ピン穴を基準としてピストンを位置決めすることにより、ピストンの頂面の面精度や形状によらずにピストンのリング溝をピストンリングと同じ軸方向位置に正確に配置することができるため、ピストンリングの組付不良やピストンの損傷を確実に防止できると共に、生産コストを低減できる。

本発明の一実施形態に係るピストンリング組付装置の一部断面正面図である。 上記ピストンリング組付装置の一部断面側面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ピストン保持部でピストンを保持する手順を説明するための正面図である。 上記ピストンリング組付装置の一部断面正面図であり、ピストンのリング溝をピストンリングと同じ高さに配置した状態を示す。 上記ピストンリング組付装置の一部断面正面図であり、ピストンにピストンリングを組み付けた状態を示す。

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リング組付装置１は、図１及び図２に示すように、ピストンＰを保持するピストン保持部１０と、ピストンリングＲを拡径状態で保持するリング保持部２０と、ピストン保持部１０をリング保持部２０に対して移動させる駆動部（図示省略）とを備える。本実施形態では、リング保持部２０が固定側、ピストン保持部１０が可動側とされ、ピストンＰ及びピストンリングＲの中心軸方向を上下方向とした場合を示す。

ピストン保持部１０は、駆動部により上下方向及び水平方向に移動可能とされ、一対の保持ピン１１と、回転規制部１２と、ストッパ１３とを有する。一対の保持ピン１１は、ピストンＰの直径方向で互いに接近離反可能に設けられ、ピストンＰに設けられた一対のピン穴Ｐ１にそれぞれ挿入可能とされる（図１参照）。図示例では、ピストンＰの直径方向で互いに接近離反可能な一対のアーム１４の下端に、一対の保持ピン１１がそれぞれ設けられる。保持ピン１１は、ピン穴Ｐ１と芯出しするための芯出し機構を有する。図示例では、保持ピン１１が先端側（ピストンＰの中心軸側）に向けて先細りのテーパ形状をなし、その大径部をピン穴Ｐ１の内径よりも大径とし、その小径部をピン穴Ｐ１の内径よりも小径とすることで、芯出し機構が構成される。

回転規制部１２は、保持ピン１１で保持されたピストンＰのスカート部Ｐ２の端面（図１及び図２で上側端面）に当接可能な位置に設けられる。本実施形態では、図２に示すように、保持ピン１１の水平方向両側に一対の回転規制部１２が設けられる。一対の回転規制部１２は、保持ピン１１で保持されたピストンＰのスカート部Ｐ２の端面のうち、一対のピン穴Ｐ１の水平方向両側の２箇所で当接する。これにより、ピストンＰは、ピン穴Ｐ１周りに何れの方向にも回転することができず、姿勢が固定される。

ストッパ１３は、固定側の部材に設けられたストッパ受け２３と当接する位置に設けられる。図示例では、一対のストッパ１３が、それぞれ一対のアーム１４から外側に突出して設けられ、ストッパ受け２３の真上に配される。

リング保持部２０は、図示しない切り出し装置から切り出されたピストンリングＲを拡径状態で保持するものである。リング保持部２０は、ピストンＰが挿入される穴２１ａを有する本体部２１と、本体部２１の内周に設けられたシャッター２２と、ストッパ受け２３と、ピストンリングＲを拡径させる拡径機構（図示省略）とを有する。本体部２１には、穴２１ａに開口したリング通路２１ｂが設けられる。図示例では、ピストンＰのリング溝Ｐ３と同数のリング通路２１ｂが、リング溝Ｐ３と同じ軸方向ピッチで設けられる。

シャッター２２は、本体部２１の穴２１ａの内周面に沿って、円周方向等間隔の複数箇所（例えば４箇所）に設けられる。シャッター２２は、リング溝Ｐ３の開口部を閉塞する位置（図１及び図２参照）と、リング溝Ｐ３よりも下方に退避した位置（図５参照）との間で昇降可能とされる。

ストッパ受け２３は、ピストン保持部１０のストッパ１３の下方に設けられ、ピストンＰを保持したピストン保持部１０が降下した際に最初に当接する位置に設けられる。図示例では、本体部２１の上面にストッパ受け２３が固定される。尚、これに限らず、例えばフレーム等を介して、ストッパ受け２３を本体部２１から上方に離隔して設けてもよい。

以下、上記のピストンリング組付装置１によりピストンＰにピストンリングＲを組み付ける方法を説明する。

図３を用いて、ピストン保持部１０でピストンＰを保持する手順を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、頂面Ｐ４を下向きにして載置されたピストンＰの上方にピストン保持部１０を配置する。そして、図３（ｂ）に示すようにピストン保持部１０を降下させ、回転規制部１２をピストンＰのスカート部Ｐ２の端面（図中上側端面）に当接させる。その後、図３（ｃ）に示すように一対のアーム１４を互いに接近する方向に移動させ、一対の保持ピン１１をピストンＰの一対のピン穴Ｐ１に挿入する（図１参照）。このとき、テーパ形状の保持ピン１１を、ピン穴Ｐ１の開口部の全周に密着するまで挿入することで、保持ピン１１でピストンＰが保持されると同時に、保持ピン１１とピン穴Ｐ１との芯出しが行われる。これにより、ピン穴Ｐ１を介してピストンＰが正確な位置で保持される。また、この状態で、一対の回転規制部１２がピストンＰのスカート部Ｐ２の端面に当接していることで（図２参照）、ピストンＰのピン穴Ｐ１周りの回転が規制され、ピストンＰがさらに正確な位置（姿勢）で保持される。

上記のようにピストンＰをピストン保持部１０で保持している間に、リング保持部２０にピストンリングＲを供給する。具体的には、図示しない切り出し装置から切り出されたピストンリングＲが、リング通路２１ｂを通って穴２１ａ付近に供給される。このピストンリングＲを図示しない拡径機構で拡径し、この状態でシャッター２２を上昇させて拡径させたピストンリングＲの内周に挿入する。その後、拡径機構による拡径を解除すると、ピストンリングＲの内周面がシャッター２２に当接することより、ピストンリングＲが拡径状態で保持される（図１及び図２参照）。

その後、ピストンＰを保持したピストン保持部１０を水平移動させて、ピストンＰとピストンリングＲとを同軸上に配置する。本実施形態では、リング保持部２０で拡径保持されたピストンリングＲの上方に、ピストン保持部１０で保持されたピストンＰが同軸上に配置される（図１及び図２参照）。その後、ピストン保持部１０を降下させ、拡径状態で保持されたピストンリングＲの内周にピストンＰを挿入する。そして、ピストン保持部１０のストッパ１３がリング保持部２０のストッパ受け２３に上方から当接したら、ピストン保持部１０の降下を停止する。これにより、ピストンＰのリング溝Ｐ３がピストンリングＲに対して上下方向で位置決めされる。このとき、ピストンＰの頂面Ｐ４は、何れの面にも当接していない。尚、ここで言う「同軸上」とは、ピストンＰとピストンリングＲとを組付可能な程度に両者の中心軸が一致している状態を言い、両者の中心軸が完全に一致している場合に限られない。

このように、本実施形態では、ピン穴Ｐ１を基準として、ピストンリングＲに対するリング溝Ｐ３の位置決めが行われる。ピン穴Ｐ１及びリング溝Ｐ３は何れも仕上げ加工（例えば研削）が施され、これらの上下方向距離は高精度に設定されているため、ピン穴Ｐ１を所定の高さに配置することで、リング溝Ｐ３を所望の高さ、すなわちピストンリングＲと同じ高さに正確に配置することができる。本実施形態では、ピン穴Ｐ１と保持ピン１１とが芯出しされており、ピン穴Ｐ１を基準としてピストンＰがピストン保持部１０により正確な位置で保持されているため、リング溝Ｐ３をピストンリングＲと同じ高さにより正確に配置することができる。このように、ピストンＰを、頂面Ｐ４を基準とするのではなく、ピン穴Ｐ１を基準として位置決めすることで、頂面Ｐ４の面精度や形状に関わらず、ピストンＰのリング溝Ｐ３とピストンリングＲの高さを一致させることができる。

また、本実施形態では、ピストンＰのスカート部Ｐ２の端面に回転規制部１２を当接させているため、ピストンＰのピン穴Ｐ１周りの回転が規制される。これにより、ピストンＰを保持ピン１１で保持する際や、ピストンＰをピストン保持部１０で保持して搬送する際に、ピストンＰがピン穴Ｐ１周りに回転してリング溝Ｐ３が水平方向に対して傾斜する事態を防止できる。特に、スカート部Ｐ２の端面は、通常、仕上げ加工が施されているため、この面に回転規制部１２を当接させることで、ピストンＰを所望の姿勢、すなわちリング溝Ｐ３を水平にした状態で保持することができる。この状態で、リング保持部２０により水平状態で保持されたピストンリングＲの内周にピストンＰを挿入することで、リング溝Ｐ３及びピストンリングＲの高さを全周において一致させることができる。尚、リング溝Ｐ３の上下方向寸法はピストンリングＲの厚さよりも僅かに大きいため、「リング溝Ｐ３及びピストンリングＲの高さが一致する」とは、ピストンリングＲがリング溝Ｐ３の上下方向領域に完全に含まれている状態を言う。

その後、図５に示すように、シャッター２２を降下させると、ピストンリングＲの拡径保持が解除されて、ピストンリングＲが弾性により縮径してピストンＰのリング溝Ｐ３に組み付けられる。このとき、上記のように、リング溝Ｐ３及びピストンリングＲの高さが全周において一致しているため、ピストンリングＲが、ピストンＰの外周面と干渉することなくリング溝Ｐ３に正確に組み付けられる。以上により、ピストンＰのリング溝Ｐ３へのピストンリングＲの組付が完了する。

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、ピストン保持部１０のストッパ１３とリング保持部２０のストッパ受け２３とを当接させることにより、ピストンＰのリング溝Ｐ３をピストンリングＲに対して位置決めしたが、これに限らず、例えば、ピストン保持部１０を降下させる駆動部を制御することで、リング溝Ｐ３をピストンリングＲに対して位置決めすることもできる。

また、上記の実施形態では、ピストン保持部１０に回転規制部１２を設けた場合を示したが、保持ピン１１による保持のみでピストンＰのリング溝Ｐ３を全周においてピストンリングＲの高さに配置できる場合は、回転規制部１２を省略してもよい。

また、上記の実施形態では、保持ピン１１をテーパ形状とすることでピン穴Ｐ１との芯出しを行う芯出し機構を構成しているが、これに限らず、例えば、保持ピン１１をピン穴Ｐ１の内周で拡径可能とすることで、芯出し機構を構成することもできる。

また、上記の実施形態では、リング保持部２０を固定してピストン保持部１０を降下させた場合を示したが、これとは逆に、ピストン保持部１０を固定してリング保持部２０を上昇させてもよい。

１ ピストンリング組付装置
１０ ピストン保持部
１１ 保持ピン
１２ 回転規制部
１３ ストッパ
１４ アーム
２０ リング保持部
２１ 本体部
２１ａ 穴
２１ｂ リング通路
２２ シャッター
Ｐ ピストン
Ｐ１ ピン穴
Ｐ２ スカート部
Ｐ３ リング溝
Ｐ４ 頂面
Ｒ ピストンリング

Claims (3)

1. ピストンに設けられた一対のピン穴に保持ピンを挿入することにより前記ピストンを保持するピストン保持部と、ピストンリングを拡径状態で保持するリング保持部と、前記ピストン及び前記ピストンリングを同軸上に配置した状態で、前記ピストン保持部を前記リング保持部に対して軸方向に移動させる駆動部とを備え、
   前記駆動部で前記ピストン保持部を前記リング保持部に対して軸方向に相対移動させて前記ピストンを前記ピストンリングの内周に挿入することにより、前記ピストンリングに対して前記ピストンのリング溝を位置決めし、前記リング保持部による前記ピストンリングの拡径状態を解除して前記ピストンリングを縮径させることにより、前記リング溝に前記ピストンリングを組み付けるピストンリング組付装置であって、
   前記一対のピン穴を基準として、前記ピストンリングに対する前記リング溝の位置決めを行うことを特徴とするピストンリング組付装置。
2. 前記ピストン保持部に、前記保持ピンを前記ピン穴に挿入した状態で前記ピストンのスカート部の端面に当接する回転規制部を設けた請求項１記載のピストンリング組付装置。
3. 前記ピストン保持部にストッパを設けると共に、前記リング保持部にストッパ受けを設け、前記ストッパと前記ストッパ受けとを軸方向で当接させることにより、前記ピストンリングに対する前記リング溝の位置決めを行う請求項１記載のピストンリング組付装置。

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