JP6270664B2 - スペーサエキスパンダの組付け方法および組付け装置 - Google Patents

Description

本発明は，組み合わせピストンリングの構成要素の１つであるスペーサエキスパンダを，ピストンのリング溝に組付ける組付け方法および組付け装置に関する。さらに詳細には，組付け時における，スペーサエキスパンダの合口部の乗り上げ現象の発生の防止を図ったスペーサエキスパンダの組付け方法および組付け装置に関するものである。

スペーサエキスパンダは通常，２枚のサイドレールとともに組み合わせピストンリングを構成する。かかる組み合わせピストンリングにおいてスペーサエキスパンダは，サイドレールをシリンダの内壁面に，つまり拡径方向に押し付ける役割を有している。このためスペーサエキスパンダの周長は，装着されるリング溝の底の周長よりやや長い。このことから，組付け作業の状況によっては，合口部の両端同士が重なり合った状態でリング溝に装着されてしまうことがある。もちろんこれでは不良装着であり，正しくは，合口部の両端同士を重なり合わないように突き合わせて，スペーサエキスパンダの全体がリング溝の底に対してやや浮いた状態としなければならない。

このようにスペーサエキスパンダを正しい状態で組付けるための従来技術の例として，特許文献１に記載されている組付装置が挙げられる。同文献の組付装置では，「薄板６６」を，組付け対象のピストンの半径方向に進退可能に設けている（同文献の［００２３］，図２）。この薄板６６の先端部をピストンのリング溝に挿入させた状態でスペーサエキスパンダの装着を行う（同文献の［００２４］，［００２６］）。このため，合口部の両端の一方が他方の上に乗り上げることが，薄板６６により阻止される（同文献の［００２６］）。薄板６６は，続くサイドレールの装着が済んでから退出する。

特開平６−１１７５３６号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題点があった。すなわち，「薄板６６」を進退移動させるための駆動源が必要なのである。特許文献１ではそのための駆動源として「第２シリンダ６４」を設けている（同文献の［００２３］，図２）。このため構造が複雑である。また，組付け作業時に駆動源によるエネルギー消費もある。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，簡素な構造の装置により，合口部の重なり合いなく，スペーサエキスパンダの組付け作業ができるスペーサエキスパンダの組付け方法およびそのための装置を提供することにある。

本発明の一態様におけるスペーサエキスパンダの組付け方法では，スペーサエキスパンダにおける合口部と反対側の反合口位置をピストンから拡径方向に離間させたまま，合口部を開いてその両端部をリング溝に嵌め込む合口部嵌め込み過程と，その後に反合口位置のピストンからの離間を解除することで，先にリング溝に嵌り込んでいる合口部の両端部を起点にスペーサエキスパンダの全体をリング溝に嵌め込み，合口部の両端部をリング溝内で互いに重なり合うことなく突き合わせる全体嵌め込み過程とを経て，ピストンのリング溝に組み合わせピストンリングのスペーサエキスパンダを組付ける。

上記の組付け方法は，組み合わせピストンリングのスペーサエキスパンダを外周面に保持する円筒形状のマガジンと，マガジンの内部に軸方向に移動可能に設けられ，ピストンが押し当てられるカップとを有し，マガジンとカップとの少なくとも一方におけるピストンの縁辺の一箇所に相当する位置に，ピストンでカップを押し付ける向きと反対向きに突出する突起部が形成されているスペーサエキスパンダの組付け装置を用いて行われる。すなわち，マガジンの外周面にスペーサエキスパンダを保持しておいて，ピストンを前記マガジンに押し当てた状態とし，その状態でマガジンからピストンのリング溝にスペーサエキスパンダを供給しつつ，突起部によりスペーサエキスパンダの反合口位置をピストンから離間させたままとすることで合口部嵌め込み過程を実施し，その後にピストンを組付け装置から待避させることで全体嵌め込み過程を実施する。

而して本発明の一態様に係るスペーサエキスパンダの組付け装置は上記の通り，組み合わせピストンリングのスペーサエキスパンダを外周面に保持する円筒形状のマガジンと，マガジンの内部に軸方向に移動可能に設けられ，ピストンが押し当てられるカップとを有し，マガジンとカップとの少なくとも一方におけるピストンの縁辺の一箇所に相当する位置に，ピストンでカップを押し付ける向きと反対向きに突出する突起部が形成されている構成のものである。この装置により，簡素な構成で上記態様の組付け方法を実施することができる。

上記態様のスペーサエキスパンダの組付け装置は，マガジンの外周面における，突起部と対向する周方向位置に設けられ，保持しているスペーサエキスパンダの合口部を位置決めする，軸方向と平行な位置決め部材を有することが好ましい。これにより，マガジンの外周面に保持されているスペーサエキスパンダの周方向の回転が阻止される。このため，マガジンから供給するスペーサエキスパンダの反合口位置を確実に，突起部に引っかかったままとしつつ合口部嵌め込み過程を実施できる。

本構成によれば，簡素な構造の装置により，合口部の重なり合いなく，スペーサエキスパンダの組付け作業ができるスペーサエキスパンダの組付け方法およびそのための装置が提供されている。

本形態のスペーサエキスパンダの組付け装置の斜視図である。 本形態のスペーサエキスパンダの組付け装置の断面図である。 せり上げ部材の駆動機構を示す正面図である。 スペーサエキスパンダの全体形を示す斜視図である。 スペーサエキスパンダの形状の詳細およびリング溝との関係を示す断面図である。 合口部の両端部付近のみがリング溝に進入した状態を示す正面断面図である。 合口部の両端部付近のみがリング溝に進入した状態を示す部分平面断面図である。 スペーサエキスパンダの全体がリング溝に組付けられた状態を示す正面断面図である。 スペーサエキスパンダの全体がリング溝に組付けられた状態を示す部分平面断面図である。 突起部をマガジンに設けた例を示す部分断面図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。まず，本形態に係るスペーサエキスパンダの組付け装置を説明する。本形態の組付け装置１を，図１の斜視図および図２の断面図に示す。図１および図２に示されるように本形態の組付け装置１は，円筒形状のマガジン１０と，その内部に設けられたカップ２０とを有している。

マガジン１０の内径は，組付け対象物であるピストン９０の外径より大径である。マガジン１０は，その外周面に組付け部品であるスペーサエキスパンダ８０を保持するものである。図１では１本のスペーサエキスパンダ８０しか保持していないように描いているが，実際には多数のスペーサエキスパンダ８０が保持される。マガジン１０の上端１１は，平坦な環状をなすように形成されている。さらに，マガジン１０の外周面の１箇所には，縦方向の位置決め部材１２が固定して設けられている。位置決め部材１２は，スペーサエキスパンダ８０における合口部の位置を位置決めするものである。

カップ２０は，下方からバネ２１で支えられており，マガジン１０内でその軸方向，すなわち上下方向に移動可能である。カップ２０の上面には，ピストン９０を受け止めるピストン受け面２２が形成されている。また，ピストン受け面２２の縁辺には，上方へ延びた筒状部２３が形成されている。図２に示される例では，筒状部２３の長さは，ピストン９０に形成されている３本のリング溝９３のうち２本を覆い１本を露出させる長さとされている。これは後述するように，スペーサエキスパンダ８０を組付ける対象位置が，ピストン９０における３本目のリング溝９３だからである。また，筒状部２３の上端の１箇所には，上方へ突出する突起部２４が形成されている。この突起部２４と前述の位置決め部材１２とは，ピストン９０を受け止める位置を挟んで反対側にある。

また，マガジン１０の外周面には，ほぼ環状のせり上げ部材１３が設けられている。せり上げ部材１３は，位置決め部材１２のある位置を除いてマガジン１０の外周面にほぼ密着している。さらにせり上げ部材１３には，図３に示す駆動機構が設けられている。すなわち，組付け装置１にはせり上げ部材１３を駆動するためのサーボモータ１４が設けられている。これにより，せり上げ部材１３をマガジン１０の外周面に沿って上下動させることができるようになっている。マガジン１０の外周面に保持されているスペーサエキスパンダ８０を，１つずつピストン９０に供給するためである。

本形態における組付け対象物であるピストン９０は，内燃機関等の往復運動エンジンにおけるピストンであり，頂面９１と，筒部９２とを有している。頂面９１はエンジンの燃焼室に面する部位であり，筒部９２はコンロッドが取り付けられる側の部位である。また，側面には３本のリング溝９３が形成されている。

ピストン９０のリング溝９３に組付けられる組付け部品であるスペーサエキスパンダ８０は，２枚のサイドレールとともに組み合わせピストンリングを構成する。スペーサエキスパンダ８０と２枚のサイドレールとで構成される組み合わせピストンリングは通常，オイルリングとして使用される。スペーサエキスパンダ８０は図４に示すように，１箇所に合口部８１を有する環状の全体形のものである。図４では合口部８１がやや開いた状態で示しているが，実際の組付け状態では両端部８２Ａ，８２Ｂが突き合わされて合口部８１は閉じた状態となる。かかるオイルリングは，３本のリング溝９３のうち頂面９１から最も遠いリング溝に装着される。なお，他のリング溝には，コンプレッションリングという別の種類のピストンリングが組付けられる。

図５の断面図に，スペーサエキスパンダ８０の装着状態を示す。これによりスペーサエキスパンダ８０の詳細形状を説明する。スペーサエキスパンダ８０は，ベルト部８４と，波状部８３とを有している。波状部８３は，スペーサエキスパンダ８０を径方向外部側から見ると波状をなしている。また，スペーサエキスパンダ８０は，リング溝９３に正しく装着された状態では，図５に示されるように，リング溝９３の底面９４に対して外向きに少し浮いている。つまりスペーサエキスパンダ８０の全長は，底面９４の全長よりやや長い。ただし，マガジン１０の外周長よりは短い。また，図５ではサイドレール８５をも装着した状態を示している。これから分かるようにスペーサエキスパンダ８０は，サイドレール８５を，ベルト部８４で拡径方向に押し広げ，エンジンのシリンダ１００の壁面に押し付けている。また，波状部８３で，サイドレール８５をリング溝９３の壁面９５に押し付けている。

なお，スペーサエキスパンダ８０としては上記の形状のものの他，特許文献１の［００１２］に説明されているもの等，他の詳細形状のものであってもよい。

続いて，上記の本形態の組付け装置１でなされる，スペーサエキスパンダ８０の組付け方法を説明する。まず，準備段階として，マガジン１０にスペーサエキスパンダ８０を保持させておく。すなわち，マガジン１０の外周面にスペーサエキスパンダ８０を装着する。このときスペーサエキスパンダ８０は，合口部８１が開いた状態とされる。また，マガジン１０の外周面には位置決め部材１２が存在するので，スペーサエキスパンダ８０の両端部８２Ａ，８２Ｂは，位置決め部材１２の側面に対して突き当たった状態となる。これにより，スペーサエキスパンダ８０の円周方向の回転が阻止される。この，スペーサエキスパンダ８０の保持を行うときには，あらかじめ，せり上げ部材１３を下降させておく。マガジン１０に保持されたスペーサエキスパンダ８０は当然，せり上げ部材１３より上方に位置する。図２中のスペーサエキスパンダ８０は，こうしてマガジン１０に保持されているものである。

そして，ピストン９０をカップ２０に載置する。図２に示されるように，ピストン９０を逆さにしてその頂面９１を下に向けて筒部９２を上に向ける。そしてカップ２０のピストン受け面２２上に頂面９１が位置するようにする。つまり，ピストン９０とマガジン１０との軸方向同士を平行とする。そして少しピストン９０を下向きに押し付ける。この状態では，カップ２０の筒状部２３が，完全にはマガジン１０の内部に入りきらず，一部がマガジン１０の上端１１より上方に突出している。このピストン９０の動きについては，手動操作で行ってもよいし，適当なロボットで自動化してもよい。

その状態で，サーボモータ１４でせり上げ部材１３を少しせり上げる。これにより，マガジン１０に保持されているスペーサエキスパンダ８０のうち最上の１本を上向きに押し出す。押し出されたスペーサエキスパンダ８０は，マガジン１０の外周面上からカップ２０の筒状部２３の外周面上に移る。この状態でもスペーサエキスパンダ８０の合口部８１は開いたままである。そして，ピストン９０をさらに下向きに押し付け，カップ２０の筒状部２３のうち突起部２４以外の部分が丁度マガジン１０の内部に入る高さとする。この動きにより，カップ２０の筒状部２３の外周面上のスペーサエキスパンダ８０が，マガジン１０の上端１１により押し出されて，筒状部２３から外れる。これにより，そのスペーサエキスパンダ８０は，組付け位置であるリング溝９３に嵌入することとなる。この状態を図６に示す。

ただしこの時点では，スペーサエキスパンダ８０の全体がリング溝９３に嵌入するのではなく，合口部８１の両端部８２Ａ，８２Ｂ付近のみがリング溝９３に嵌入する。合口部８１の反対側はなおも突起部２４に引っかかっているからである。その位置ではリング溝９３への嵌入が阻止され，ピストン９０から拡径方向に離間しているのである。この時点での上方から見た部分断面図を図７に示す。図７中，ピストン９０の外側面を破線８６で示している。図７に示されるように，この時点でもなお，スペーサエキスパンダ８０の合口部８１は開いたままである。そして，合口部８１の両端部８２Ａ，８２Ｂ付近は，リング溝９３の底面９４に接している。しかしその反対側でのスペーサエキスパンダ８０は破線８６より外にある。なお，突起部２４のところにスペーサエキスパンダ８０の合口部８１が来てしまい引っかからない，ということはない。前述のようにマガジン１０に保持されているスペーサエキスパンダ８０の回転が位置決め部材１２により阻止されているからである。

そして，ピストン９０を上昇させてマガジン１０やカップ２０から離間させると，スペーサエキスパンダ８０は突起部２４からも外れる。具体的には図８に示すように，組付け対象位置であるリング溝９３が突起部２４から脱出した時点で，スペーサエキスパンダ８０が突起部２４から外れることとなる。これにより，合口部８１の反対側のピストン９０からの離間が解除される。このため，スペーサエキスパンダ８０のうち図７中右側に示した部分も，リング溝９３に嵌入する。このとき，先にリング溝９３に嵌入している両端部８２Ａ，８２Ｂ付近の部分が起点となりガイドとして作用するので，スペーサエキスパンダ８０の残部は，暴れることなくスムーズにリング溝９３に嵌入する。

さらにこのとき，両端部８２Ａ，８２Ｂは，底面９４上を摺動して互いに接近し，突き合わされることとなる。このため，両端部８２Ａ，８２Ｂの一方が他方の上に乗り上げることはない。両端部８２Ａ，８２Ｂが突き合わされた後は，スペーサエキスパンダ８０の全体が底面９４から少し浮いた状態となる。スペーサエキスパンダ８０の全長が，底面９４の全長よりやや長いからである。この状態を図９に示す。図９に示されるようにこの状態では，スペーサエキスパンダ８０の合口部８１の両端部８２Ａ，８２Ｂが，重なり合うことなく閉じている。これが正しいスペーサエキスパンダ８０の組付け状態である。このように本形態によればスペーサエキスパンダ８０を，不良な装着状態とすることなく確実に組付けできる。サイドレール８５はその後に装着される。

上記において突起部２４を，カップ２０の筒状部２３に設ける代わりにマガジン１０に設けてもよい。図１０にその例を示す。図１０の例では，マガジン１０の上端１１の１箇所に，突起部１５を設けている。突起部１５の，位置決め部材１２に対する位置は，突起部２４の場合と同じく，位置決め部材１２に対してピストン９０を受け止める位置を挟んで反対側である。

図１０の例の場合でも，スペーサエキスパンダ８０の組付け方法は基本的には共通である。ただし図１０の構成の場合には，リング溝９３に１本のスペーサエキスパンダ８０を供給する際に，マガジン１０の上端（突起部１５を除く）とカップ２０の筒状部２３の上端とが一致する程度（図６に示したような程度）まで，ピストン９０でカップ２０を押し込んでおく。こうすることで，スペーサエキスパンダ８０の合口部８１の反対側が突起部１５に引っかかっているうちに，合口部８１の両端部８２Ａ，８２Ｂをリング溝９３に嵌入させることができる。

また，スペーサエキスパンダ８０が突起部１５から外れるタイミングは，突起部２４から外れるタイミングとは少し異なる。すなわち，突起部２４の場合には前述のように，ピストン９０がカップ２０から離間するときにスペーサエキスパンダ８０が突起部２４から外れる，ということであった。しかし突起部１５の場合には，それより少し早く，ピストン９０によるカップ２０の押し込みを緩和する時点でスペーサエキスパンダ８０が突起部１５から外れる，ということになる。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，マガジン１０とカップ２０とを有し，それらのいずれか少なくとも一方に突起部（２４または１５）を設けた組付け装置１を使用する。これにより，スペーサエキスパンダ８０の合口部８１と反対側の位置を，突起部（２４または１５）によりピストン９０から拡径方向に離間させたまま，開いた状態の合口部８１の両端部８２Ａ，８２Ｂをリング溝９３に嵌め込むこととしている。その後，合口部８１と反対側の位置のピストン９０からの離間を解除することで，先にリング溝９３に嵌り込んでいる両端部８２Ａ，８２Ｂを起点にスペーサエキスパンダ８０の全体をリング溝に嵌め込むのである。これにより，合口部８１の両端部８２Ａ，８２Ｂを，リング溝９３内で互いに重なり合うことなく突き合わせることができる組付け方法および組付け装置が実現されている。ここで，特許文献１における「薄板６６」の進退移動の駆動源に相当する構成が不要であり，その分構造が簡素である。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，位置決め部材１２は，あった方がよりよいものであるが，必ずしも不可欠なものではない。また，カップ２０へのピストン９０の載置時にピストン９０を逆さにせず，筒部９２の方でカップ２０を押し下げることとすることもできる。ただし，本形態のように頂面９１をカップ２０に向ける方がよりよい。筒部９２側の方には一般的に，コンロッド取り付け用の形状等があり，ロボットによる自動操作での取り扱いが容易だからである。また，リング溝９３の一般的な位置から言って，頂面９１で押し込んだ方が押し込み量は少なくて済む。また，位置決め部材１２と突起部（２４または１５）との位置関係は，正確に１８０°反対でなくてもよい。

１ 組付け装置
１０ マガジン
１２ 位置決め部材
２０ カップ
２４，１５ 突起部
８０ スペーサエキスパンダ
８１ 合口部
８２Ａ，８２Ｂ 両端部
９０ ピストン
９３ リング溝

Claims (3)

1. ピストンのリング溝に組み合わせピストンリングのスペーサエキスパンダを組付ける方法において，
   組み合わせピストンリングのスペーサエキスパンダを外周面に保持する円筒形状のマガジンと，
   前記マガジンの内部に軸方向に移動可能に設けられ，ピストンが押し当てられるカップとを有し，
   前記マガジンと前記カップとの少なくとも一方におけるピストンの縁辺の一箇所に相当する位置に，ピストンで前記カップを押し付ける向きと反対向きに突出する突起部が形成されているスペーサエキスパンダの組付け装置を用い，
   スペーサエキスパンダにおける合口部と反対側の反合口位置をピストンから拡径方向に離間させたまま，合口部を開いてその両端部をリング溝に嵌め込む合口部嵌め込み過程を，
   前記マガジンの外周面にスペーサエキスパンダを保持しておいて，
   ピストンを前記マガジンに押し当てた状態とし，
   その状態で前記マガジンからピストンのリング溝にスペーサエキスパンダを供給しつつ，前記突起部によりスペーサエキスパンダの反合口位置をピストンから離間させたままとすることにより実施し，
   その後に反合口位置のピストンからの離間を解除することで，先にリング溝に嵌り込んでいる合口部の両端部を起点にスペーサエキスパンダの全体をリング溝に嵌め込み，合口部の両端部をリング溝内で互いに重なり合うことなく突き合わせる全体嵌め込み過程を，ピストンを前記組付け装置から待避させることにより実施することを特徴とするスペーサエキスパンダの組付け方法。
2. 組み合わせピストンリングのスペーサエキスパンダを外周面に保持する円筒形状のマガジンと，
   前記マガジンの内部に軸方向に移動可能に設けられ，ピストンが押し当てられるカップとを有し，
   前記マガジンと前記カップとの少なくとも一方におけるピストンの縁辺の一箇所に相当する位置に，ピストンで前記カップを押し付ける向きと反対向きに突出する突起部が形成されていることを特徴とするスペーサエキスパンダの組付け装置。
3. 請求項２に記載のスペーサエキスパンダの組付け装置において，
   前記マガジンの外周面における，前記突起部と対向する周方向位置に設けられ，保持しているスペーサエキスパンダの合口部を位置決めする，軸方向と平行な位置決め部材を有することを特徴とするスペーサエキスパンダの組付け装置。

Images