JP2005106467A - 異材質部材からなる二部材の密封結合構造、及びその結合方法 - Google Patents

異材質部材からなる二部材の密封結合構造、及びその結合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】結合精度が高く気密性の高い異材質部材からなるニ部材の密封結合構造とその結合方法を提供すること。
【解決手段】被結合部材に円筒状の異材質結合部材を嵌合し、両部材の一方の軟質部材を塑性変形させて両者間を密封結合するに際し、前記に両部材は塑性変形と弾性変形圧を持って軸方向で対接する接合面を備え、円周方向に位置する一方の軟質部材が他方の結合部材に局部的な塑性変形と弾性変形圧もって喰い込み前記軸方向の弾性変形圧を封入して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異材質部材からなる二部材の密封結合構造とその結合方法に係り、例えばダイアフラムを用いて流体の圧力を検出する圧力センサ等の円筒体部材の結合に好適な異材質部材からなる二部材の密封結合構造とその結合方法に関する。
従来、異材質部材あるいは金属同士の一方の材料を他方の部材に設けた結合溝に局部的に塑性変形させて両者間を結合させたいわゆる塑性変形結合法は広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１には、ミッションギヤとの結合面に塑性変形結合するための周回溝を設け、クラッチコーンが前記ミッションギヤに圧入された後に、第２パンチをミッションギヤの結合面に近接した位置に加圧圧入せしめ、これによりミッションギヤの一部を変形抵抗の小さいクラッチコーン側へ塑性変形させて塑性結合させることが開示されている。
また、説明にはないが第１図及び第６図にはクラッチコーンをミッションギヤに圧入する際ミッションギヤに設けた段付け面を利用して軸方向の位置決めすることが図示されている。
一方、特許文献２には、圧力センサにおいて筒状のダイアフラムを圧力容器に気密的に保持することが開示されており（例えば特許文献２参照）、その手段はダイアフラムに装着されたＯリングによって達成している。
特開昭６１−４２４４４号公報 特開平９−３１８４８０号公報
この特許文献１は、小さい加圧力で持って塑性変形を十分に起こし、２つの金属部材を高い結合強度で持って精度よく結合するものである。
しかしながら、回転方向の結合が主であるが両部材間の気密性については重要視されていないものである。
他方、特許文献２では、ダイアフラムと圧力容器間の気密性については考慮されているが、二部材間の塑性変形結合に触れているものではない。圧力センサそのものは用途が広くあらゆる環境での使用に耐得るものが好ましく、経年変化に強いものでなければならない。これらを考慮すればＯリングそのものは必ずしも万能と言えないのが現状である。
一方、圧力センサとしてのダイアフラムにはＳＵＳ６３０、取り付け台にはＳＵＳ４３０を使い、その結合手段としてレーザーによる溶接も知られている。また、金属ガラスは、低ヤング率・高破壊強度の材料として近年注目を浴びている。これをダイアフラムとして用いた場合、レーザーの照射時間をいくら短くしても溶接部分は溶解温度に達してしまい、溶接部が結晶化温度に達して結晶化し、その部分からの性能の劣化、あるいは破断などの実用化阻害要因になることが懸念される。
他方、圧力センサは圧力容器としての機能も要求され、部品間の結合力の向上は言うまでもなく、内圧が高まることにより、結合部を含むダイアフラム嵌合部からの気密漏洩が見逃せない問題となる。従って、結合力の向上と共に、圧力センサの製品としての気密性は合格範囲である９．９×１０−１０以上の値を恒久的に維持することが望まれる。
本発明の目的の１つは、結合精度が高く気密性の高い異材質部材からなる二部材の密封結合構造を提供することに有る。
本発明の目的の他の１つは、組立作業を容易にして、気密性の高い異材質部材からなる二部材の密封結合方法を提供することに有る。
本発明は、被結合部材に円筒状の異材質結合部材を嵌合し、両部材の一方の軟質部材を塑性変形させて両者間を密封結合してなるものであって、
前記に両部材は塑性変形と弾性変形圧を持って軸方向で対接する接合面を備え、円周方向に位置する一方の軟質部材が他方の結合部材の結合部に局部的な塑性変形と弾性変形圧をもって喰い込み前記軸方向の弾性変形圧を封入している異材質部材からなる二部材の密封結合構造により達成される。
本発明の好ましくは、接合面は被結合部材の段付面に形成されることにより達成される。
本発明の好ましくは、接合面は両軸方向から加わる弾性変形圧で接合されていることにより達成される。
本発明の好ましくは、結合部材は軸方向端面に環状の突起を形成し、接合面としていることにより達成される。
本発明の好ましくは、突起は環状に複数形成されることにより達成される。
本発明の好ましくは、環状突起は円筒状結合部材の内径部に近接して設けられていることにより達成される。
本発明は、被結合部材に円筒状の異材質結合部材を嵌合し、両部材の一方の軟質部材を塑性変形させて両者間を密封結合してなる方法であって、
前記結合部材を被結合部材に挿入嵌合し、その両者間に接合圧を加えたまま、前記結合部材と接する被結合部材の内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性変形させることで、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って気密的に結合される二部材の密封結合方法により達成される。
本発明の好ましくは、結合部材である円筒体部材を被結合部材である取り付け台座に挿入嵌合し、その両者間に接合圧を加えたまま、前記円筒体部材と接する取り付け台座の内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性変形させることで、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って気密的に結合されることにより達成される。
本発明の好ましくは、円筒体部材はその外周に予め環状の結合溝を備えていて取り付け台座と気密的に結合されることにより達成される。
本発明の好ましくは、円筒体部材は予め環状の複数本の結合溝を備えていて取り付け台座と気密的に結合されることにより達成される。
本発明の好ましくは、結合部材は結晶性材料又は非晶質性材料のいずれかを用いて加工され、一端がダイアフラムにより閉じられた円筒体部材であることにより達成される。
本発明は、円筒体部材の外周部は予め矩形状に形成され両軸方向から弾性変形圧を加えて取り付け台座の両内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性変形させることで、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って気密的に結合されることにより達成される。
本発明によれば、被結合部材に円筒状の異材質結合部材を嵌合し、両部材の一方の軟質部材を塑性変形させて両者間を密封結合するに際し、前記に両部材は塑性変形と弾性変形圧を持って軸方向で対接する接合面を備え、円周方向の一方の軟質部材が他方の結合部材に局部的な弾性変形圧をもって喰い込み前記軸方向の弾性変形圧を封入することによって、結合精度が高く気密性の高い異材質部材からなる二部材の密封結合構造、及びその結合法を提供することができる。
本発明によれば、結合部材を被結合部材に挿入嵌合し、その両者間に接合圧を加えたまま、前記結合部材と接する被結合部材の内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性形させることで、組立作業を容易にして気密性の高い異材質部材からなる二部材の密封結合方法を提供することができる。
本発明は、結合精度が高く気密性の高い異材質部材からなる二部材の密封結合構造とその結合法が提供するという目的を、被結合部材に円筒状の異材質結合部材を嵌合した両部材間に、塑性変形と弾性変形圧を持って軸方向で対接する接合面を備え、円周方向の一方の軟質部材が他方の結合部材に局部的な弾性変形圧をもって喰い込み前記軸方向の弾性変形圧を封入させることで実現した。
以下本発明の実施形態を図面に示す圧力センサの実施例に基づき説明する。
第１の実施例：図１において、被結合部材となる取り付け台座１は金属部材（ＳＵＳ材）からなる円板部材で、中央部に座繰り穴２を設けて段付き面を形成し、更にその中央部に貫通孔３を形成している。
前記座繰り穴２に嵌合され、結合部材となる円筒体部材４は先端がダイアフラムにより閉じられていて、結晶性材料又は非晶質性材料のいずれかの材料からなり、その他端円筒接合面４ａが前記取り付け台座１の底面１ａに対面しており、接合部５に生じる塑性変形と弾性変形圧をもって気密的に接合されている。この円筒接合面４ａには図２に示すように複数条の環状突起４ｂが予め形成されていて両部在間の密接な結合に貢献している。この環状突起は実験的に考察してみるに、山数は２〜３で十分であって、その高さは０．１〜０．１５ｍｍ、傾斜角は６０〜９０°の範囲内が好ましい。
そして、その環状突起４ｂの施設位置は結合部材４に圧力によってかかる荷重を極力小さくするため、結合部材である円筒体の内径部に近接して設けるのが良い。
一方、ダイアフラムの円筒部４ｃの外周には図3のように断面Ｗ形の環状結合溝４ｄが形成されていて、前記取り付け台座１の開口周縁部１ｂの材料を局部的に塑性変形させて軸方向の結合を維持している。また、前記円筒体部材４の圧力導入孔４ｅは前記取り付け台座１の貫通孔３と同心的に配置され連通されている。
次に、結合方法について説明するならば、本装置は取り付け台座１を金型Ａに載置して円筒体部材４を座繰り穴２に嵌合し、段付き面に配置した後、図示上方から押圧金型Ｂを押圧すると、円筒体部材の環状突起４ｂ取り付け台座１の底面１ａに喰い込み、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って接合される。この状態で押圧金型Ｂを開放すると接合部はスプリングバックで開放されて隙間が生じるので、金型で押圧したならばその状態のまま、円筒体部材の円筒部４ｃに沿って同心的に下降させる結合パンチＣで取り付け台座１の内周上面1ｂを垂直に押圧し、開口周縁部１ｂの材料を前記押圧方向に対し直角方向に局部的に塑性変形させて軸方向の結合を維持する。
このとき本件のような金属と脆性材（セラミック）に懸念される脆性材の破損は、塑性変形しやすい金属部材を局部的に押圧し僅かな体積を結合溝４ｄに塑性変形させるだけなので全く皆無である。また、先端接合部５においても円筒接合面４ａには、前記したように例えば高さが０．１〜０．１５ｍｍで傾斜角が６０〜９０°の環状の結合突起４ｂが数条設けられているので、結合突起が取り付け台座１を局部的に塑性変形させて喰い込み、弾性変形圧を持ってその状態を維持するので、両者間が気密的に確実に接合される。
なお、前記結合突起４ｂは成形性、結合性を考慮すれば環状のものが優先されるが、例えば螺旋突起あるいは円錐突起、場合によっては粗面でも有効な場合があるので、使用条件に応じて任意に選択あるいは組み合わせて用いるのが好ましい。
このような構成を圧力センサに応用した場合、部品間の結合力の向上によって最大検出圧力が１８０ＭＰａ以上保証され、結合部を含む円筒体部材の嵌合部からの気密漏洩も、圧力センサの製品としての気密性は合格範囲である９．９×１０−１０以上の値を恒久的に維持することが可能となる。
さらに、接合面の環状突起４ｂは円筒体の内径部に近接して設けることにより、接合部までの距離を短くすることができるので、隙間を介して前記結合部材４にかかる荷重を極力小さくすることができ、小型にして耐圧性の高い装置が得られる。
第２の実施例：図４において、被結合部材となる取り付け台座１１（ハウジング）は前記実施例同様金属部材（ＳＵＳ材）からなる円筒部材で、中央部に座繰り穴１２を有する貫通孔１３を設け、更にその貫通孔に同心的で、かつ座繰り穴径より大径の円筒体部材１４の挿入口１１ａが前記座繰り穴１２と連なって設けられている。
一方前記円筒体部材１４は、つば部１４ａ付きで前記挿入口１１ａ側から挿入されて前記座繰り穴１２に嵌合されたつば部１４ａにより接合部１５を構成し、反挿入方向への抜け止めを構成している。そして、円筒部１４ｂの外周およびつば部１４ａの外周には断面Ｗ形の第１の環状結合溝１４ｃと第２の結合溝１４ｄが形成され、前記取り付け台座１の上面開口周縁部１１ｂの材料を前記第１の環状結合溝１４ｃに局部的に塑性変形させて、また下面開口周縁部１１ｃの材料を前記第２の環状結合溝１４ｄに局部的に塑性変形させて互いに軸方向の接合を維持している。
前記つば部１４ａの先端面１４ｅが前記取り付け台座１の底面１１ｄに突き合わせられ、接合部１５に生じる塑性変形と弾性変形圧をもって気密的に接合されている。
次に、結合方法について説明するならば、本装置は先ず、取り付け台座１１の挿入口１１ａ側（図面下方）から円筒体部材１４を挿入してつば部１４ａを前記座繰り穴１２に嵌合し、載置した状態で円筒体部材１４に軸方向の加圧力を加えてつば部１４ａの先端面１４ｅの粗面を取り付け台座１１の底面１１ｄに喰い込ませ、互いに軸方向の接合を密接にする。
そしてその状態を維持して取り付け台座１１の円筒体部材１４の挿入口１１ａに沿って同心的に下降させる結合パンチで下面開口周縁部１１ｃの材料を前記第２の環状結合溝１４ｄに押圧方向に対し直角方向に局部的に塑性変形させて気密接合と軸方向の結合を確実にする。
その後、前記状態を維持したまま、円筒体部材の円筒部１４ｂに沿って同心的に下降させる結合パンチで取り付け台座１１の下面開口周縁部１１ｃを垂直に押圧し、開口周縁部の材料を押圧方向に対し直角方向に局部的に塑性変形させて軸方向の結合を維持する。これによって完全に塑性変形と弾性変形圧をもって対峙した接合部は密封されて気密性を保つことになる。
なお、前記座繰り穴１２は円筒体部材１４の挿入口１１ａ及び圧力導入孔１４ｆに対して迷路になっているためつば部１４ａの先端面１４ｅは粗面でも充分に気密性を保つが、前記実施例同様環状の結合突起あるいは円錐の結合突起を形成することにより更に気密性を増すことは当然である。
本発明の実施例における圧力センサにおける円筒体部材の結合構造を示す断面図。 図１の軸方向結合の要部拡大図。 図１の半径方向結合の要部拡大図。 本発明の他の実施例における圧力センサにおける円筒体部材の結合構造を示す断面図。
符号の説明
１…取り付け台座（被結合部材） １ａ…底面 １ｂ…開口周縁部 ２…座繰り穴 ３…貫通孔４…円筒体部材（結合部材） ４ａ…円筒接合面 ４ｂ…環状突起 ４ｃ…円筒部 ４ｄ…環状結合溝 ４ｅ…圧力導入孔 ５…接合部
Ａ…金型 Ｂ…押圧金型 Ｃ…結合パンチ
１１…取り付け台座（被結合部材） １１ａ…挿入口 １１ｂ…上面開口周縁部１１ｃ…下面開口周縁部 １１ｄ…底面 １２…座繰り穴 １３…貫通孔 １４…円筒体部材（結合部材） １４ａ…つば部 １４ｂ…円筒部 １４ｃ…環状結合溝 １４ｄ…環状結合溝 １４ｅ…先端面 １４ｆ…圧力導入孔 １５…接合部

Claims (13)

  1. 被結合部材に円筒状の異材質結合部材を嵌合し、両部材の一方の軟質部材を塑性変形させて両者間を密封結合してなるものであって、
    前記両部材は、塑性変形と弾性変形圧を持って軸方向で対接する接合面を備え、円周方向に位置する一方の軟質部材が他方の結合部材の結合部に局部的な塑性変形と弾性変形圧をもって喰い込み前記軸方向の弾性変形圧を封入していることを特徴とした異材質部材からなる二部材の密封結合構造。
  2. 前記接合面は、被結合部材の段付面に形成されることを特徴とする請求項１記載にの異材質部材からなる二部材の密封結合構造。
  3. 前記接合面は、軸方向の前後から加わる弾性変形圧で接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の異材質部材からなる二部材の密封結合構造。
  4. 前記結合部材は、軸方向端面に環状の突起を形成し、接合面としていることを特徴とした請求項１、２又は３に記載の異材質部材からなる二部材の密封結合構造。
  5. 前記突起は、環状に複数形成されることを特徴とする請求項４に記載の異材質部材からなる二部材の密封結合構造。
  6. 前記環状突起は、円筒状結合部材の内径部に近接して設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の異材質部材からなる二部材の密封結合構造。
  7. 結合部材である円筒体部材を被結合部材である取り付け台座に嵌合し、その軸方向で対接する接合面に接合圧を加えたまま、前記円筒体部材と接する取り付け台座の内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性変形させることで、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って気密的に結合されることを特徴とする二部材の密封結合方法。
  8. 被結合部材に円筒状の異材質結合部材を嵌合し、両部材の一方の軟質部材を塑性変形させて両者間を密封結合してなる方法であって、
    前記結合部材を被結合部材に挿入嵌合し、その両者間に接合圧を加えたまま、前記結合部材と接する被結合部材の内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性変形させることで、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って気密的に結合されることを特徴とする二部材の密封結合構造。
  9. 結合部材である円筒体部材を被結合部材である取り付け台座に挿入嵌合し、その両者間に接合圧を加えたまま、前記円筒体部材と接する取り付け台座の内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性変形させることで、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って気密的に結合されることを特徴とする二部材の密封結合方法。
  10. 前記円筒体部材は、その外周に予め環状の結合溝を備えていて取り付け台座と気密的に結合されることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９に記載の二部材の密封結合構造。
  11. 前記円筒体部材は、予め環状の複数本の結合溝を備えていて取り付け台座と気密的に結合されることを特徴とする請求項１０に記載の二部材の密封結合構造。
  12. 前記結合部材は、結晶性材料又は非晶質性材料のいずれかを用いて加工され、一端がダイアフラムにより閉じられた円筒体部材であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又は１１に記載の異材質部材からなる二部材の密封結合構造。
  13. 円筒体部材の外周部は予め矩形状に形成され軸方向の前後から弾性変形圧を加えて取り付け台座の両内周端面を軸方向から押圧して局部的に塑性変形させることで、両者間は塑性変形と弾性変形圧を持って気密的に結合されることを特徴とした二部材の密封結合方法。
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