WO2009128141A1

WO2009128141A1 - 組付け部品及びその組付け方法

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Publication number: WO2009128141A1
Application number: PCT/JP2008/057338
Authority: WO
Inventors: 峻荻野
Original assignee: 佐藤義則
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-22

Abstract

　軸部の一端に頭部を形成した結合用部材と、その軸部の外径よりも大きな内径の遊挿孔を形成し、かつ、結合用部材よりも軟質な材質で形成した介装部材とを、この介装部材の遊挿孔に上記結合用部材の軸部を挿通することにより組み付けている組付け部品であって、上記介装部材は、これの遊挿孔の周縁部に軸部の中心軸線に平行な外力を加えられ、その周縁部のみが塑性変形して縮径されている。

Description

組付け部品及びその組付け方法

　本発明は、例えばボルト，シーリングボルト，ねじプラグ，オイルフィルタボルトやオイルボルト等の結合用部材と、ワッシャ等の介装部材とを組み付けた組付け部品、及びその組付け方法に関するものである。

　この種の組付け部品として、例えば特許文献１に開示された構成のものがある。
　上記の特許文献１に開示されている組付け部品は、頭部とねじが設けられた軸部とを有するボルトの軸部の頭部連結部近傍に、軸径の小さくなったくびれ部を設け、そのくびれ部に座金を半径方向に変形させて非脱着に組み付けた構成のものである。
特開昭５８－１６６１１５号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された組付け部品では、軸部にくびれ部を設けているために、機械的強度を低下させてしまう虞がある。
　また、座金に対して、これの半径方向に外力を加えて変形させているために、謂わば楕円形に変形してしまっていた。
　このために、オイル等の液体に対する液密性が求められる被螺合部分に適用した場合、ボルトと座金との間や座金と被螺合部分との間、若しくは軸部と座金との間から、上記オイル等の液体が漏出しやすくなり、液密性を求められるような部分に使用することができないという課題が未解決のままである。
　そこで本発明は、液密性を容易に向上させられるとともに、機械的強度の低下を招くことなく、低コストで量産性に優れた組付け部品及びその組付け方法の提供を目的としている。

　本発明に係る組付け部品は、軸部の一端に頭部を形成した結合用部材と、その軸部の外径よりも大きな内径の遊挿孔を形成し、かつ、結合用部材よりも軟質な材質で形成した介装部材とを、この介装部材の遊挿孔に上記結合用部材の軸部を挿通することにより組み付けられており、上記介装部材は、これの遊挿孔の周縁部に軸部の中心軸線に平行な外力を加えられ、その遊挿孔の周縁部のみが塑性変形して縮径されていることを特徴としている。

　本発明に係る組付け部品の組付け方法は、上記の結合用部材の軸部に、介装部材の遊挿孔を挿通しておき、介装部材の遊挿孔の周縁部のみ当接する当接部を円筒状に突設したダイス上に組付け部品を載置した後、結合用部材の頭部の座面と当接部との間に挟みこんだ介装部材に、これの遊挿孔の周縁部に軸部の中心軸線に平行な外力を加えて、その遊挿孔の周縁部のみを塑性変形して縮径することを内容としている。

　本発明によれば、液密性を容易に向上させられるとともに、機械的強度の低下を招くことなく、低コストで量産性に優れた組付け部品及びその組付け方法を提供できる。

（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る組付け部品の平面図、（Ｂ）は、その組付け部品の一部を断面にして示す部分正断面図、（Ｃ）は、介装部材の平面図である。図１に包囲線Ｉで示す部分の部分拡大図である。（Ａ）は、成形装置の主要部の構成を示す概略説明図、（Ｂ）は、成形装置の一部をなすダイスの平面図である。（Ａ）は、カシメダイスの断面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す包囲線ＩＩで示す部分の拡大図である。（Ａ）～（Ｄ）は、組付け部品Ａ１′の組み付け工程を経時的に示す説明図である。被螺合部分の側壁面に、組付け部品Ａ１を螺合した様子を示す部分断面図である。（Ａ）は、第二の実施形態に係る組付け部品の一部を断面にして示す正面図、（Ｂ）は、第三の実施形態に係る組付け部品の一部を断面にして示す正面図である。 М１０のシーリングボルトに、ワッシャを組み付けた組付け部品の一部を断面にして示すものであり、（Ａ）は縮径加工（カシメ加工）を行う前の状態、（Ｂ）は、縮径加工（カシメ加工）を行った後の状態を示す正面図である。 М２４のシーリングボルトに、ワッシャを組み付けた組付け部品の一部を断面にして示すものであり、（Ａ）は縮径加工（カシメ加工）を行う前の状態、（Ｂ）は、縮径加工（カシメ加工）を行った後の状態を示す正面図である。

符号の説明

１０　　　　結合用部材
１１　　　　頭部
１３　　　　軸部
１３ａ　　　ねじ
２０　　　　介装部材
２１　　　　遊挿孔
２２　　　　薄肉部（遊挿孔の周縁部）
３０　　　　パンチ
４０　　　　ダイス
４３　　　　当接部
６３　　　　嵌合溝
Ａ１～Ａ３　組付け部品
Ｏ１　　　　中心軸線

　以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は（Ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る組付け部品の平面図、（Ｂ）は、その組付け部品の一部を断面にして示す部分正断面図、（Ｃ）は、介装部材の平面図、図２は、図１に包囲線Ｉで示す部分の部分拡大図である。

　第一の実施形態に係る組付け部品Ａ１は、結合用部材１０と、介装部材２０とを組み付けているものであり、その詳細は次のとおりである。
　結合用部材１０は、本実施形態においてはねじプラグ又はシーリングボルトと称されているものであり、例えば機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、ステンレス鋼等からなるものである。

　上記結合用部材（以下、単に「ボルト」という。）１０は、フランジ１２を一体に形成した六角形のフランジ付き頭部（以下、単に「頭部」という。）１１を、軸部１３の一端に形成したものである。
　軸部１３の外周面には、頭部１１との連結部分である首下部から他端にかけてねじ１３ａが連続して形成されている。

　介装部材２０は、ボルト１０の材質よりも軟質な材料、例えばアルミや銅等の非鉄金属で形成したワッシャ（以下、単に「ワッシャ」という。）であり、上記した頭部１１のフランジ１２の外径よりもやや大きな外径Ｄ１にし、かつ、遊挿孔２１の内周壁面２１ａが軸部１３の外周面に当接するように縮径された円板形のものである。
　なお、ワッシャ２０は、上記アルミや銅等の非鉄金属に限るものではなく、ボルト１０の材質よりも軟質な公知の材料で形成されていればよい。

　遊挿孔２１は、この周縁部のみにボルト１０の中心軸線Ｏ１に平行な外力を加えることにより、当該遊挿孔２１を縮径するように塑性変形したものであり、その周縁部に沿った円環形の薄肉部２２が一定の幅Ｗ１にして連成されている。
　本実施形態においては、上述したように、遊挿孔２１の内周壁面２１ａが軸部１３の外周面に当接するように、その遊挿孔２１を縮径させているが、必ずしも軸部１３の外周面に当接させる必要はない。
　なお、幅Ｗ１は介装部材の大きさや材質を勘案して適宜設定すればよいものである。

　薄肉部２２は、ワッシャ２０のいずれか一方の面のみを変形させることにより形成されている。本実施形態においては、後述するダイス４０に向かう下面２０ａに形成されており、その断面形状は、後述する当接部４３の断面形状にほぼ一致する断面Ｌ字形の段差として形成されている。

　また、薄肉部２２の厚みｔ１（図２参照）は、ワッシャ２０の板厚ｔの１／２～１／３程度になっている。
　なお、薄肉部としては、ワッシャ２０のいずれか一方の面のみを変形させて形成したものに限らず、当該両面にそれぞれ形成してもよい。

　次に、上述した組付け部品Ａ１のワッシャ２０を成形するための成形装置について、図３～５を参照して説明する。図３（Ａ）は、成形装置の主要部の構成を示す概略説明図、（Ｂ）は、その成形装置の一部をなすダイスの平面図、図４（Ａ）は、カシメダイスの断面図、（Ｂ）は、（Ａ）に示す包囲線ＩＩで示す部分の拡大図、図５（Ａ）～（Ｄ）は、組付け部品Ａ１′の組み付け工程を経時的に示す説明図である。
　なお、図５において、Ａ１′で示す組付け部品は、成形加工する前のワッシャ２０′（以下、単に「ワッシャ２０′」という。）をボルト１０に組み付けたものを示している。
　なお、ワッシャ２０′の内径Ｄ２は、軸部１３の外径よりも大きなものとなっている。

　成形装置Ｂは、図３に示すように、中心軸線Ｏ１に一致して互いに上下に配設したパンチ３０とダイス４０、駆動部５０，５１及びコントローラＣを有して構成されている。
　パンチ３０とダイス４０とは、中心軸線Ｏ１に一致し、かつ、互いに上下の位置関係にして配設されている。

　ダイス４０は、上述したワッシャ２０′の外径Ｄ１に一致した内径にした円筒形の外筒ダイス４１と、この外筒ダイス４１内に上下摺動自在に配設された円柱形のカシメダイス４２とを有して構成されている。
　駆動部５０は、ダイス４０を上下駆動させるためのものであり、また、駆動部５１は、パンチ３０を上下駆動するためのものである。

　コントローラＣは、上記した駆動部５０，５１をそれぞれ所定のタイミングで駆動させるためのものであり、これの入力側には、外部から送出されるタイミング信号を入力するためのタイミング信号線（図示しない）が接続されており、また、出力側には駆動部５０，５１が接続されている。

　上記したように、本実施形態においては、外筒ダイス４１の内径をワッシャ２０′の外径Ｄ１に一致させているので、組付け部品Ａ１′をカシメダイス４２上に載置するだけで、位置決めを行うことができる。これにより、自動化を容易に行えるようにしている。

　カシメダイス４２は、円柱形の本体４４のワッシャ対向面４４ａに、当接部４３を一体にして突設し、かつ、ボルト１０の軸部１３の外径に一致した内径の円筒形に形成されている。
　ボルト１０の軸部１３の外径に一致した内径の円筒形に形成していることにより、当接部４３上に載置された組付け部品Ａ１′のボルト１０をしっかりと保持して位置決めすることができる。

　当接部４３は、遊挿孔２１の周縁部のみを塑性変形して縮径するためのものであり、ワッシャ２０′の遊挿孔２１の周縁部のみに当接するように、所要の幅Ｗ２（図３（Ｂ）参照）にし、かつ、中心軸線Ｏ１に一致した円筒形に形成されている。
　具体的には、図４（Ａ），（Ｂ）に詳細を示すように、外周壁面４３ａを内周側に傾斜させることにより、基端部から先端部（図示上端部）に向けて次第に幅が小さくなる断面台形に形成されている。

　上記当接部４３の当接端面４３ｂは、外縁部４３ｃから内縁部４３ｄに向けて下向きに下がる所定の角度で傾斜して形成されている。
　本実施形態においては、当接端面４３ｂの傾斜角度θ１を約１度、外周壁面４３ａの傾斜角度θ２を約８０度前後に設定している。

　上記の傾斜角度θ１を約１度前後に設定することにより、当該当接端面４３ｂに傾斜をつけないときよりも、遊挿孔２１の縮径率を大きくすることができる。
　すなわち、当接端面４３ｂの傾斜角度θ１を適宜増減設定することにより、パンチ３０とダイス４０による挟圧力（押圧力）を変えることなく、遊挿孔２１の縮径率を変更することができるのである。
　また、外周壁面４３ａについては、これに傾斜角度θ２をつけることにより、カシメをより容易に行えるようにしたものであるが、必ずしも傾斜をつけなくてもよい。

　上記したカシメダイス４２は、当接部４３上に載置当接するワッシャ２０′の上半部が、外筒ダイス４１の上端面４１ａよりもやや上方に突出する初期位置（ア）（図５（Ａ）参照）と、そのワッシャ２０′全体が外筒ダイス４１の上端面４１ａよりも上方にやや突出した部品取り外し位置（イ）とに移動されるようになっている。

　パンチ３０は、上記した外筒ダイス４１とほぼ同じ外径にした円柱形にものであり、これの下面３０ａが、カシメダイス４２上に載置された組付け部品Ａ１′の頭部１１に当接する当接面となっている。
　このパンチ３０は、図５に（ウ）で示す縮径完了位置と、この縮径完了位置（ウ）から、これの上方に離間した待機位置（エ）との間で往復移動されるようになっている。

　上述した成形装置Ｂにより、組付け部品Ａ１′を縮径加工（カシメ加工）する工程について、図５を参照して説明する。
　組付け部品Ａ１の組み付け工程は、ワッシャ２０′とボルト１０との組付け工程、成形装置Ｂによる縮径加工（カシメ加工）、縮径加工された組付け部品Ａ１の取出し工程を有して構成されており、各工程を自動化したものである。

　まず、組付け工程は、例えば振動を利用したパーツフィーダ（図示しない）により、ワッシャ２０′の遊挿孔２１をボルト１０の軸部１３に挿通することにより、それらワッシャ２０′とボルト１０とを組み付ける。
　次に、組みつけられた組付け部品Ａ１′は、図５（Ａ）に示すように、上記成形装置Ｂのカシメダイス４２上にハンドリングされて載置位置決めされる。

　組付け部品Ａ１′がカシメダイス４２上に載置位置決めされると、図５（Ｂ）に示すように、パンチ３０が下降駆動されて組付け部品Ａ１′のボルト１０の頭部１１に当接する。
　組付け部品Ａ１′のボルト１０の頭部１１に当接したパンチ３０をさらに下降させると、
ボルト１０の頭部１１の座面１２ａと、カシメダイス４２との間に挟み込んだワッシャ２０′の遊挿孔２１の周縁部を当接部４３によって押圧し、この押圧に従ってその周縁部下面が次第に凹陥変形する。

　上記の凹陥変形に従って、遊挿孔２１は次第に縮径するように塑性変形し、そして、図５（Ｃ）に示すように、パンチ３０が縮径完了位置（ウ）まで下降すると、遊挿孔２１は所要の内径となり、当該遊挿孔２１の周縁部には、当接部４３に対応する断面形状の薄肉部２２が所要の厚みにして形成される。

　パンチ３０が縮径完了位置（ウ）まで下降すると、その後、カシメダイス４２が上昇駆動されるとともに、パンチ３０も上昇駆動されて待機位置（エ）に復動する。
　そして、部品取外し位置（イ）にある組付け部品Ａ１を、図示しないハンドリング機構によって次工程に移動させる。

　図６は、被螺合部分の側壁面に、組付け部品Ａ１を螺合した様子を示す部分断面図である。
　同図に示すように、例えばエンジンケース等の被螺合部分Ｋの側壁面Ｋａに形成されたねじ孔Ｋｂに、組付け部品Ａ１を螺合すると、その側壁面Ｋａとボルト１０の頭部１１との間にワッシャ２０が挟み込まれて圧接される。

　組付け部品Ａ１は、ボルト１０の中心軸線Ｏ１に平行な外力をワッシャ２０′の遊挿孔２１の周縁部のみに加えることにより、その遊挿孔２１を縮径するように塑性変形されているので、軸部１３の外周面と遊挿孔２１の内周壁面２１ａとが均等に密着する。
　これにより、ボルト１０の中心軸線とワッシャ２０の中心軸心とが互いにずれることがなく、しかも、ワッシャ２０の謂わば真円度を低下させることもない。
　従って、図６に示すように、ボルト１０をたとえ横向きにして螺合するときにも、そのボルト１０の中心軸線とワッシャ２０の中心軸線とが互いにずれることを防止できる。

　すなわち、ボルト１０とワッシャ２０との間や、ワッシャ２０と被螺合部分Ｋとの間若しくはボルト１０の軸部１３とワッシャ２０の遊挿孔２１との間等から、被螺合部分Ｋ内のオイル等の液体が漏出することを防止し若しくは低減させることができるのである。

　さらに、液密性を求められる上記被螺合部分Ｋに使用するボルトには、これの頭部の座面が中心軸線から外周部分に向けて傾斜しているものがあるが、そのような座面を有するボルトであっても、その座面とワッシャ２０とを、中心軸線Ｏ１を中心とした所要幅の円形に密接させることができる。これによっても液密性を高められる。

　また、遊挿孔２１の周縁部のみを変形させているので、ワッシャ２０全体を変形させあるいは歪ませることがないので、薄肉部２２よりも外周側の平面性を保つことができる。
　さらに、ワッシャ２０として、ボルト１０よりも軟質な材質で形成しているので、成形加工を容易に行うことができるとともに、被螺合部分Ｋに螺合したときに、ボルト１０の頭部１１と被螺合部分Ｋとに働く締付け力によって、ワッシャ２０を塑性変形させて密着性を高めることができる。

　次に、第二の実施形態に係る組付け部品Ａ２について、図７を参照して説明する。図７は、第二の実施形態に係る組付け部品Ａ２の一部を断面にして示す正面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

　第二の実施形態に係る組付け部品Ａ２は、結合用部材６０と、介装部材２０とを組み付けているものである。
　結合用部材６０は、円形の平板状に形成した頭部６１を、全長にわたり一定の外径にした円柱形の軸部６２の一端部に形成したものであり、首下には、介装部材２０を嵌合させるための溝６３が全周にわたり形成されている。

　この構成においては、介装部材２０の縮径した遊挿孔２１の内周縁部を、溝６３に嵌合させることができるので、上記ねじを形成していない軸部６２に介装部材２０を組み付けたときにも、その介装部材２０が軸部６２に沿って位置ずれすることを防止できる。
　なお、溝６３は必要に応じて適宜形成すればよいものである。

　なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
　以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものである。

　上述した実施形態においては、ワッシャ２０′とボルト１０との組付け工程、成形装置Ｂによる縮径加工（カシメ加工）、縮径加工された組付け部品Ａ１の取出し工程を自動化したものとして説明したが、それら各工程を手作業で行うようにしてもよい。

　図８は、М１０のシーリングボルト１０にワッシャ２０を組み付けた組付け部品Ａ１の一部を断面にして示すものであり、（Ａ）は縮径加工（カシメ加工）を行う前の状態、（Ｂ）は、縮径加工（カシメ加工）を行った後の状態を示す正面図である。同様に、図９は、М２４のシーリングボルト７０に、ワッシャ８０を組み付けた組付け部品Ａ３の一部を断面にして示すものであり、（Ａ）は縮径加工（カシメ加工）を行う前の状態、（Ｂ）は、縮径加工（カシメ加工）を行った後の状態を示す正面図である。
　なお、図８，９に示すワッシャ２０，８０はともにアルミニウムであり、厚みｔが２（ｍｍ）のものである。

　図８に示すМ１０のシーリングボルト１０は、これの軸部７１の首元径が９．３０（ｍｍ）のものであり、縮径加工（カシメ加工）を行う前のワッシャ２０′の内径Ｄ２がφ１０．７、縮径加工（カシメ加工）を行った後の内径Ｄ２がφ９．４になっている。
　ワッシャ２０の径方向での変形率は１．３（ｍｍ）で１２．１（％）である。

　図９に示すМ２４のシーリングボルト７０は、これの軸部７１の首元径が２３．１（ｍｍ）のものであり、縮径加工（カシメ加工）を行う前のワッシャ８０′の内径Ｄ２がφ２４．３、縮径加工（カシメ加工）を行った後の内径Ｄ２がφ２３．４になっている。
　ワッシャ８０の径方向での変形率は１．３（ｍｍ）で３．７（％）である。
　以上の縮径加工を行った結果、いずれの組付け部品Ａ１，Ａ３であっても、所期の液密性を有することが確認できた。

　本発明は、例えばエンジン等に使用されるボルト，シーリングボルト，ねじプラグ，オイルフィルタボルトやオイルボルト等の結合用部材と、ワッシャ等の介装部材とを組み付けた組付け部品、及びその組付け方法に関するものである。

Claims

　軸部の一端に頭部を形成した結合用部材と、その軸部の外径よりも大きな内径の遊挿孔を形成し、かつ、結合用部材よりも軟質な材質で形成した介装部材とを、この介装部材の遊挿孔に上記結合用部材の軸部を挿通することにより組み付けている組付け部品であって、
　上記介装部材は、これの遊挿孔の周縁部に軸部の中心軸線に平行な外力を加えられ、その周縁部のみが塑性変形して縮径されていることを特徴とする組付け部品。
　遊挿孔の周縁部は、介装部材のいずれか一方の面のみが変形していることを特徴とする請求項１に記載の組付け部品。
　遊挿孔の周縁部には、この周縁部に沿った円環形の薄肉部が連続して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組付け部品。
　遊挿孔の内周壁面が軸部の外周面に当接するように縮径させていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の組付け部品。
　結合用部材の軸部の首下に、介装部材の遊挿孔を嵌合するための嵌合溝が形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の組付け部品。
　結合用部材の軸部に、ねじが螺刻されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の組付け部品。
　請求項１～６のいずれか１項に記載した組付け部品の組付け方法であって、
　結合用部材の軸部に、介装部材の遊挿孔を挿通しておき、
　介装部材の遊挿孔の周縁部のみに当接する当接部を円筒状に突設したダイス上に組付け部品を載置した後、
　結合用部材の頭部の座面と、ダイスの当接部との間に挟みこんだ介装部材に、これの遊挿孔の周縁部に軸部の中心軸線に平行な外力を加えて、その周縁部のみを塑性変形して縮径することを特徴とする組付け部品の組付け方法。