JPH079271A - ピストン挿入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の主要な目的は、ピストンの挿入異常の
発生を確実にかつ自動的に検出できるようなピストン挿
入装置を提供することにある。 【構成】筒穴２の上端開口部３に接続される挿入コーン
２０と、挿入コーン２０の真上に配されるセットコーン
２１と、押込みヘッド２２と、振動検出手段２３と、判
別手段２４を備えている。挿入コーン２０は、筒穴２の
軸線方向に連なるピストン案内孔２５を有している。セ
ットコーン２１は、ピストン５が収容されるピストン収
容孔２６を有している。押込みヘッド２２は、セットコ
ーン２１に収容されたピストン５を挿入コーン２０の上
方からシリンダブロック１の筒穴２に押込むものであ
る。振動検出手段２３は、挿入コーン２０に取付けられ
るセンサ２８を備えている。判別手段２４は、振動検出
手段２３によって検出された挿入コーン２０の振動が所
定のレベルを越えた時にピストン挿入異常が生じたと判
断するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのシリンダブ
ロックの筒穴にピストンを挿入するためのピストン挿入
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車等のエンジンの自動組
立ラインにおいて、シリンダブロックの筒穴（シリンダ
ボア）にピストンを挿入するための装置が提案されてい
る。この種のピストン挿入装置は、図１４に概念的に示
したように、シリンダブロック１の筒穴２の上端開口部
３に接続される挿入コーン４と、予めピストン５が収容
されていて挿入コーン４の上端開口部６の真上に設けら
れるセットコーン７と、セットコーン７の上方からセッ
トコーン７と挿入コーン４に挿入される押込みヘッド８
などを備えている。この押込みヘッド８は、エアシリン
ダ等の流体圧アクチュエータによって上下方向に直線的
に駆動され、この押込みヘッド８によってピストン５が
セットコーン７から挿入コーン４を経て筒穴２に押込ま
れるようになっている。

【０００３】シリンダブロック１と挿入コーン４の接続
部分を図１５に示す。ピストン５はトップリング１０と
セカンドリング１１とオイルリング１２等のピストンリ
ングを備えており、このピストン５が筒穴２に挿入され
る際に、各リング１０〜１２が挿入コーン４の内周面を
軸線方向に直線的に摺動しながら筒穴２へと移動してゆ
く。従ってピストン５の挿入を円滑に行うためには、挿
入コーン４の中心と筒穴２の中心が一致していることが
肝要である。

【０００４】このため挿入コーン４の下端部には、筒穴
２に対する挿入コーン４の中心出しを容易にするための
突起（くちばし部）１３が挿入コーン４の円周方向に連
続して設けられており、この突起１３が筒穴２の面取り
部１４の内側に入るようにしている。この突起１３は、
ピストン５が挿入コーン４から筒穴２に移動する際にピ
ストンリング１０〜１２が面取り部１４に向って広がる
ことを防ぐ役目も果たしている。

【０００５】上記ピストン挿入装置において、何らかの
原因によって、挿入コーン４の中心が筒穴２の中心に対
して許容値以上のずれを生じていると、ピストン５を挿
入する際に、ピストン５のスカート部の縁が筒穴２の上
端開口部３にかじりこんでピストン５や筒穴２が損傷し
たり、ピストンリング１０〜１２が筒穴２の上端開口部
３に引っ掛かるなどしてリング折れを生じることがあ
る。特に、サイドレール１２ａは薄いため損傷しやす
い。このため、ピストンの挿入異常を検出する必要があ
る。

【０００６】ピストンの挿入異常を検出する手段とし
て、図１４に示すように、圧縮コイルばね１６等の弾性
部材を介して押込みヘッド８を押すようにし、ピストン
５が筒穴２の上端開口部３などに引っ掛かった時に、ば
ね１６が所定量以上撓んだことを近接スイッチ１７によ
って検出することにより、ピストンの挿入異常を検出す
ることが考えられた。また、ピストンの挿入開始から挿
入完了までに要した時間を監視し、挿入時間が所定値を
越えた時に、挿入異常が発生したと判断する検出手段も
提案された。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの検出手段も、ピストンの軽度の挿入異常によって
生じた筒穴の傷つきや、かじりの発生、リング損傷等の
不具合を検出することができない場合があるため、現実
的にはピストン挿入後に検査員による全数目視チェック
を行わざるをえなかった。このため検査に時間がかかる
とともに人手が必要であり、エンジン組立ラインの完全
自動化の妨げになっている。従って本発明の目的は、ピ
ストンの挿入異常の発生を確実にかつ自動的に検出でき
るような検出手段を備えたピストン挿入装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を果たすために
開発された本発明は、図１に概念的に示したように、シ
リンダブロック１の筒穴２にピストン５を挿入するため
のピストン挿入装置であって、挿入コーン２０と、セッ
トコーン２１と、押込みヘッド２２と、振動検出手段２
３と、判別手段２４などを備えている。

【０００９】挿入コーン２０は、シリンダブロック１の
筒穴２の上端開口部３に接続されるものであり、筒穴２
の軸線方向に連続するピストン案内孔２５を有してい
る。ピストン案内孔２５の上部は、セットコーン２１内
のピストン５を挿入コーン２０に容易に挿入できるよう
に、上端開口部２７に向って内径が少しずつ大きくなる
ような傾斜したテーパ面２５ａとしてある。

【００１０】セットコーン２１は、挿入コーン２０の上
端開口部２７の真上に配置されるものであり、このセッ
トコーン２１にはピストン５を収容するためのピストン
収容孔２６が設けられている。押込みヘッド２２は、セ
ットコーン２１の上方からセットコーン２１に挿入さ
れ、セットコーン２１内のピストン５を挿入コーン２０
を経て筒穴２に押込む。振動検出手段２３は、挿入コー
ン２０の側面壁に取付けられるセンサ２８と、センサ２
８に接続されたコントローラ２９とを備えていて、挿入
コーン２０に生じる振動を検出するようになっている。

【００１１】センサ２８は、挿入コーン２０の径方向に
生じる振動を検出するものでよく、コントローラ２９を
介してＦＦＴアナライザ等の振動解析機能を有する判別
手段２４やシーケンサなどに接続される。振動波形ピー
クレベル等を検出するための判別手段２４は、振動検出
手段２３によって検出された挿入コーン２０の振動を所
定の基準値と比較し、基準レベルを越える振動であるか
否かを判断する。

【００１２】

【作用】図１に示されるように、筒穴２の上端開口部３
に挿入コーン２０を乗せ、予めピストン５を入れておい
たセットコーン２１を、挿入コーン２０の真上に位置さ
せる。そして押込みヘッド２２をセットコーン２１の上
方からエアシリンダ等によって降下させる。この押込み
ヘッド２２によって押されたピストン５は、挿入コーン
２０のピストン案内孔２５を通って筒穴２に挿入され
る。

【００１３】このピストン挿入時に、ピストン５のスカ
ート部やピストンリングなどが筒穴２に引っ掛かるなど
してピストン５の挿入に障害が生じると、挿入コーン２
０の径方向に振動が生じる。この振動は、振動検出手段
２３による加速度ピックアップによって瞬時に測定さ
れ、振動が基準レベルを越えた時に、ピストンの挿入異
常が生じたとの判断が判別手段２４によってなされる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の一実施例について、図２ない
し図１３を参照して説明する。図２に示すように、本実
施例のピストン挿入装置４０は、工場等の建屋内に設置
された基枠を構成するフレーム４１と、このフレーム４
１の上部に設けられた昇降ユニット４２と、昇降ユニッ
ト４２の下方に設けられたワーク保持ユニット４３など
を備えている。ワーク保持ユニット４３の下方に、パレ
ット等のエンジン受け台４５に乗せられたシリンダブロ
ック１が移送されてくる。

【００１５】図３に示すようにこの実施例のピストン挿
入装置４０は、エンジンの形式等に応じて２種類のシリ
ンダブロックの筒穴間ピッチに対応できるよう、左右一
対の２種類のワーク保持ユニット４３，４３′を備えて
いる。これら２種類のワーク保持ユニット４３，４３′
は、垂直軸４６を中心にターンテーブル状に１８０°回
転させることが可能であり、昇降ユニット４２の下にい
ずれのワーク保持ユニット４３，４３′も速やかに移動
させることができるようになっている。

【００１６】ワーク保持ユニット４３は、シリンダブロ
ック１の筒穴数に応じた数（例えば４個）の挿入コーン
２０とセットコーン２１を、それぞれ筒穴２の真上に保
持するためのものである。図４に示されるように、挿入
コーン２０はベースプレート５０に支持され、セットコ
ーン２１は可動プレート５１に支持されるようになって
いる。各挿入コーン２０の配置間隔Ｐは、シリンダブロ
ック１の筒穴間ピッチに対応させてある。図５に示され
るように挿入コーン２０の両側に鍔部５２が設けられて
いる。

【００１７】図６に示すように、挿入コーン２０の鍔部
５２は、油圧等を利用したクランプ機構５３によってベ
ースプレート５０に固定することができる。このクラン
プ機構５３による固定を解除すると、挿入コーン２０は
径方向にある程度動くことができる。従ってこの挿入コ
ーン２０は、後述するピストン押込み機構７０によって
筒穴２に対する中心合わせがなされたのちに、クランプ
機構５３によって固定されるようになっている。挿入コ
ーン２０の下端部には筒穴２に対する中心出しを容易に
するための突起（くちばし部）５４が挿入コーン２０の
円周方向に連続して設けられており、この突起５４が筒
穴２の上端開口部３の面取り部１４の内側に入るように
している。

【００１８】図２に示すように、各挿入コーン２０の側
面に、それぞれ振動検出用のセンサ２８が設けられてい
る。このセンサ２８は、図１に示すようにコントローラ
２９を介してＦＦＴアナライザ等の振動解析機能を備え
た判別手段２４に接続されている。この判別手段２４
は、後述するように、所定レベル以上の振動波形ピーク
レベルが検出された時に、ピストン５の挿入動作に異常
が生じたと判断するようになっている。

【００１９】図６に示されるようにセットコーン２１
は、可動プレート５１に設けられたコーン挿入孔５５に
挿入された状態で、適宜の固定手段５６によって固定さ
れる。可動プレート５１は、水平方向に延びるガイドレ
ール５７に沿って、図３に２点鎖線で示す位置まで引出
すことができ、この位置まで引出した時に、予めピスト
ン５を入れておいたセットコーン２１を可動プレート５
１に挿着できるようになっている。

【００２０】図示例のセットコーン２１は、その側面に
軸線方向に沿う切欠部６０を有しており、この切欠部６
０を通じて、ピストン通過検出用アーム６１の先端部が
セットコーン２１の内側に突出している。このアーム６
１は、軸６２を回転中心として図６中の矢印Ｒ方向に回
動でき、ピストン５がセットコーン２１から挿入コーン
２０に移動する際にピストン５がアーム６１に触れるこ
とによってアーム６１が矢印Ｒ方向に動くため、このア
ーム６１の動きを検出するセンサ（図示せず）により、
ピストン５が通過したことがわかる。

【００２１】図２等に示すように、昇降ユニット４２
は、押込みヘッド２２を有する４台のピストン押込み機
構７０を昇降ベース７１に互いに平行に配置したもので
あり、各押込み機構７０は、シリンダブロック１の筒穴
間ピッチに応じた間隔で配置されるように、各々独立し
て水平方向に移動できるようになっている。各ピストン
押込み機構７０の構造は、４台とも実質的に同等である
が、押込みヘッド２２の長さに長短２種類ある。つま
り、シリンダブロック１に設けられたクランクシャフト
７３のピストン連設棒取付部の高さに応じて、最適な深
さまでピストン５を押込むことができるように、押込み
ヘッド２２の長さが設定されている。

【００２２】昇降ベース７１は、垂直方向に延びるガイ
ドレール７２に沿って移動可能であり、エアシリンダ等
の昇降駆動用シリンダ７５によって、ピストン５の挿入
ストロークに応じた長さ分だけ上下方向に駆動される。
従ってこの昇降ベース７１が上下方向に動くと、各押込
み機構７０が昇降ベース７１と一緒に昇降することにな
る。

【００２３】図７に示されるように、各ピストン押込み
機構７０は、昇降ベース７１に設けられた垂直方向のガ
イド筒８０と、このガイド筒８０にベアリング８１を介
して上下方向に移動自在に挿入された中空の昇降ロッド
８２と、この昇降ロッド８２の下端に連結された押込み
ヘッド２２と、昇降ロッド８２の中心部を軸線方向に貫
通するセンタ軸８３と、センタ軸８３を上下方向に動か
すアクチュエータ８４と、ガイド筒８０の下方に設けら
れたコイルばね等の付勢部材８５と、押込みヘッド２２
に設けられた径方向押圧部材８６などを備えている。付
勢部材８５の下端側にスライダ８７が設けられている。
スライダ８７は押込みヘッド２２の上端面に対向してい
る。

【００２４】径方向押圧部材８６は、押込みヘッド２２
の周方向に等間隔で例えば３箇所に設けられている。径
方向押圧部材８６の内面側にカム部９０が設けられてい
る。カム部９０は、センタ軸８３の下端に設けられたカ
ム駆動部材９１と対向しており、センタ軸８３が図７の
状態から上方に引上げられた時に、カム部９０がカム駆
動部材９１によって押されることにより、径方向押圧部
材８６が矢印Ｆ方向に移動し、押込みヘッド２２の見か
け上の外径が広がるようになっている。

【００２５】次に、上記実施例装置４０の動作について
説明する。図２に示されるように、ワーク保持ユニット
４３の下側にシリンダブロック１を搬入する。そしてこ
のシリンダブロック１にピストン５を挿入する前に、ピ
ストン押込み機構７０を利用して筒穴２に対する挿入コ
ーン２０の中心出しが行われる。

【００２６】筒穴２に対する挿入コーン２０の中心出し
を行う場合、セットコーン２１を可動プレート５１から
外しておく。また、クランプ機構５３による挿入コーン
２０の固定を解除しておくことにより、挿入コーン２０
が径方向に動ける状態にしておく。そして昇降駆動用シ
リンダ７５によって昇降ユニット４２を降下させ、押込
みヘッド２２の径方向押圧部材８６を挿入コーン２０と
筒穴２との接続部分まで挿入する。そしてアクチュエー
タ８４によってセンタ軸８３を相対的に上昇させ、カム
駆動部材９１によって径方向押圧部材８６を挿入コーン
２０の内面と筒穴２の内面に押付ける。

【００２７】こうすることにより、筒穴２の中心と挿入
コーン２０の中心が一致するため、筒穴２の内面と挿入
コーン２０の内面が連続するようになる。そののち、ア
クチュエータ８４によってセンタ軸８３を下げて径方向
押圧部材８６を引っ込めたのち、昇降ユニット４２を上
昇させることによって、押込みヘッド２２を元の待機位
置まで上昇させる。

【００２８】そののち、予めピストン５を収容しておい
たセットコーン２１を可動プレート５１の所定位置にセ
ットする。そして再び昇降駆動用シリンダ７５によって
昇降ユニット４２を降下させ、押込みヘッド２２によっ
てピストン５を筒穴２に向って押下げる。これにより、
ピストン５は挿入コーン２０のピストン案内孔２５を通
って筒穴２の所定位置まで挿入される。

【００２９】ピストン５が筒穴２に挿入される際に、挿
入コーン２０に生じた振動がセンサ２８によって検出さ
れ、判別手段２４によって振動波形ピークレベル等が測
定される。図８〜図１１は、上記実施例装置４０と同等
の構造の試験機を使って、シリンダブロック１の４箇所
の筒穴２に１つずつピストン５を挿入した場合につい
て、センサ２８の取付け位置を変えてピストン挿入時の
振動波形を検出したものである。この試験機の駆動用シ
リンダ７５の空気圧の一例は４kg／cm² 、ピストン挿入
速度は0.31ｍ／sec である。

【００３０】図８は、センサ２８を上記実施例と同様に
挿入コーン２０の側面壁に取付け、この挿入コーン２０
を使ってピストン５が正常に挿入された場合の振動波形
の一例を示している。この時の振動波形ピークレベルは
15〜30Ｇ程度であった。図９はピストン５が挿入される
筒穴２の近傍のシリンダブロック１の側面壁にセンサ２
８を取付け、ピストン５が正常に挿入された場合の振動
波形を示している。この場合、挿入コーン２０にセンサ
２８を設けた場合（図８）とほぼ同様の振動波形が得ら
れた。

【００３１】図１０は、ピストン５を挿入する筒穴２の
隣りの挿入コーン２０にセンサ２８を設けた場合に、ピ
ストン５が正常に挿入された時の振動波形であるが、振
動は実質的に検出されなかった。つまり、挿入コーン２
０にセンサ２８を設ければ、隣りの筒穴にピストンを挿
入した時の振動を拾わずにすむことが確認された。この
ため、シリンダブロック１の全ての筒穴２に同時にピス
トン５を挿入する場合において、互いに隣接する筒穴の
振動の影響を受けることがなく、各挿入コーン２０に設
けたセンサ２８によって互いに独立した正常な検出が可
能であることも判った。

【００３２】これに対し、ピストン５を挿入する筒穴２
の隣りに位置する筒穴２のシリンダブロック壁面にセン
サ２８を取付けた場合には、図１１に示されるように隣
りの筒穴のピストン挿入時の振動を拾ってしまうことが
判った。すなわちこのセンサ２８は、シリンダブロック
１に設けるよりも、挿入コーン２０に設ける方が正確な
検出が行えるのである。

【００３３】図１２は、挿入コーン２０の中心と筒穴２
の中心を故意にずらした状態でピストン５を挿入し、ピ
ストン５に「かじり」を生じさせた時の振動波形を示し
ている。この場合、ピストン５の挿入に伴って大きな振
動波形ピークレベルが現れている。また、図１３は、オ
イルリングのサイドレール１２ａ（図１５参照）が破損
するような状況のもとでピストン５を挿入した時の振動
波形を示している。この場合、挿入初期にピストン５の
かじりによって現れるピーク波形と、サイドレール破損
時に生じる二次的なピーク波形が観察された。

【００３４】本発明者の行った上記の試験では、正常挿
入時の振動波形ピークレベルが15〜30Ｇ、挿入異常時
（ピストンかじり時）の振動波形ピークレベルが44〜50
Ｇ、ピストンリング折れ時には59Ｇ以上の大きな振動波
形が観察された。従ってこの場合、一例として振動波形
ピークレベルが37Ｇ未満の時に挿入正常、37Ｇ以上の時
に挿入異常との判断を出すように、判別手段２４におけ
る判断基準値の設定を行えばよい。

【００３５】上述した理由により、挿入コーン２０にセ
ンサ２８を取付けることによって、ピストン５の挿入異
常を正確に検出できることが確認された。なお、本実施
例で述べたような振動検出用センサ２８による検出手段
に加えて、例えば、ピストン挿入時の付勢部材８５の撓
みの大きさを検出するとか、ピストン挿入時に押込みヘ
ッド２２に加わる荷重をロードセルによって検出し、前
記センサ２８による振動レベルの検出結果と組合わせる
ことにより、挿入異常を検出することも可能である。あ
るいは、ピストンの挿入が開始されてから挿入完了まで
に要する時間を監視することにより、前記センサ２８に
よる振動レベルの検出結果と組合わせてもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、ピストンの挿入異常を
自動的に検出することができるだけでなく、ピストンリ
ングが僅かに損傷したり筒穴の内面が僅かに損傷する程
度の挿入異常も確実に検出することができるため、従来
必要とされていた目視による全数チェックが不要とな
り、高品質のエンジンを能率良く組立てる上で大きな効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるピストン挿入装置の概念図。

【図２】本発明の一実施例を示すピストン挿入装置の正
面図。

【図３】図２に示された装置の側面図。

【図４】図２に示された装置のセットコーンと挿入コー
ン等を示す正面図。

【図５】図２に示された装置の挿入コーンの平面図。

【図６】図２に示された装置のセットコーンと挿入コー
ン等を示す縦断面図。

【図７】図２に示された装置の昇降ユニットの縦断面
図。

【図８】センサを挿入コーンに設けた場合の正常挿入時
の振動波形を示す図。

【図９】センサをシリンダブロックに設けた場合の正常
挿入時の振動波形を示す図。

【図１０】センサを隣りの挿入コーンに設けた場合の振
動波形を示す図。

【図１１】センサを隣りの筒穴のシリンダブロック壁に
設けた時の振動波形を示す図。

【図１２】ピストンかじりを生じた時の振動波形を示す
図。

【図１３】ピストンリング折れを生じた時の振動波形を
示す図。

【図１４】従来の検出手段を備えたピストン挿入装置の
概略断面図。

【図１５】挿入コーンとシリンダブロックの接続部分を
示す断面図。

【符号の説明】

１…シリンダブロック、２…筒穴、３…筒穴の上端開口
部、５…ピストン、１０〜１２…ピストンリング、２０
…挿入コーン、２１…セットコーン、２２…押込みヘッ
ド、２３…振動検出手段、２４…判別手段、２５…ピス
トン案内孔、２６…ピストン収容孔、２７…挿入コーン
の上端開口部、２８…センサ、４０…ピストン挿入装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンのシリンダブロックの筒穴にピス
   トンを挿入するためのピストン挿入装置であって、 上記シリンダブロックの筒穴の上端開口部に接続されか
   つ上記筒穴の軸線方向に連なるピストン案内孔を有する
   挿入コーンと、 上記ピストンが収容されるピストン収容孔を有しかつ上
   記挿入コーンの上端開口部の真上に設けられるセットコ
   ーンと、 上記セットコーンに収容されたピストンをこのセットコ
   ーンから上記挿入コーンを経て上記シリンダブロックの
   筒穴に押込む押込みヘッドと、 上記挿入コーンに取付けられるセンサを備えていてこの
   挿入コーンに生じる振動を検出する振動検出手段と、 上記振動検出手段によって検出された振動が所定のレベ
   ルを越えた時にピストンに挿入異常が生じたと判断する
   判別手段と、 を具備したことを特徴とするピストン挿入装置。