JP2020011263A - ２部材の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空棒状部材の端部に相手部材を、十分な接合強度とシール性を確保した状態で接合することができる２部材の接合方法を提供することである。【解決手段】中心孔１１を備えた中空棒状部材１０の端部に形成された拡径中心孔１２の内部に相手部材２０を挿入し、中空棒状部材２０の端部外周を縮径加工して、中空棒状部材１０と相手部材２０とを接合する。中空棒状部材１０を金属製のパイプとし、相手部材２０を蓋とすることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、中空棒状部材の端部に封止用の相手部材を接合する２部材の接合方法に関するものである。

自動車用部品として、特許文献１に示されるような中空ボルトが用いられることがある。特許文献１の中空ボルトはボルト内部（中空部分）に液体を循環させる目的があるため、軸部先端から頭頂部まで中心孔が貫通した形状となっている。

しかし中空ボルトの中心孔を給油孔や給液孔として使用するために、中心孔の端部を封止したい場合がある。このために中空棒状部材の端部に封止用の相手部材を接合する方法としては、特許文献２に示されるように相手部材を中空棒状部材の端部に圧入する方法が一般的である。しかし、このような圧入法では十分な接合強度を得ることが難しいうえ、２部材間のなじみが悪いために微小なすきまを生じ易く、加圧液を供給すると液漏れが生じ易いという問題があった。

また特許文献３には、相手部材を中空棒状部材の端部に挿入したうえ、相手部材の外周に形成された凹部に向かって中空棒状部材の外側からピンを打ち込んでかしめ、脱落を防止する方法が記載されている。しかしこの方法では対向する２箇所にピンを打ち込むだけであるから、十分な接合強度を得ることができず、また完全なシール性を得ることができないという問題があった。

このほか、相手部材を溶接やろう付けによって接合する方法があるが、接合時に熱を加えるために中空棒状部材の接合部が変形するおそれがあり、寸法管理が難しいという問題があった。また、完全なシール性を得るためには全周にわたり溶接やろう付けを行う必要があり、作業工数が増加するという問題があった。

特開２００２−２０５１３８号公報 特開２０１１−１４４８１７号公報 実開平５−３６１１３号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、中空棒状部材の端部に相手部材を、十分な接合強度とシール性を確保した状態で接合することができる2部材の接合方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、中心孔を備えた中空棒状部材の端部に形成された拡径中心孔の内部に相手部材を挿入したうえ、中空棒状部材の端部外周を縮径加工して、中空棒状部材と相手部材とを接合することを特徴とするものである。

なお、好ましい実施形態においては、中空棒状部材が金属製のパイプであり、相手部材が金属製の蓋である。また、相手部材の外周面に凹凸を設けておくことが好ましい。

本発明の2部材の接合方法によれば、中空棒状部材の端部に形成された拡径中心孔の内部に相手部材を挿入したうえ、中空棒状部材の端部外周を縮径加工するだけで、相手部材を接合することができる。この方法によれば従来の圧入方法よりもかしめ強度が高くなる。また、２部材がなじんで隙間が出にくいため、従来法よりも優れたシール性を得ることができる。なお、相手部材の外周面に凹凸を設けておけば、より高いかしめ強度を得ることができる。

中空棒状部材を示す断面図である。 相手部材を示す部分断面図である。 縮径加工工程を示す拡大断面図である。 接合部の拡大断面図である。 相手部材の変形例を示す斜視図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１の（Ａ）は実施形態の中空棒状部材を示す断面図であり、１０は金属製の中空棒状部材、１１はその中心孔である。中空棒状部材１０の端部では中心孔１１が拡径されて拡径中心孔１２が形成されており、その外周壁１３は他の部分よりも肉薄となっている。また拡径中心孔１２の底面はテーパ面１４となっている。

この中空棒状部材１０は、鋼管、アルミ管などの金属製のパイプを切断し、端部を加工して製造することができる。この実施形態では中空棒状部材１０の外径は１０ｍｍ、中心孔11の内径は５ｍｍ、拡径中心孔１２の内径は８ｍｍである。しかし中空棒状部材１０の横断面形状は必ずしも円形である必要はなく、六角形などの角型とすることもできる。

図１の（Ｂ）は実施形態の相手部材２０を示す部分断面図である。この相手部材２０は上記した中空棒状部材１０の拡径中心孔１２に挿入できるサイズの金属製の蓋である。この実施形態では、（拡径中心孔１２の内径−相手部材２０の外径）として算出される両者間の隙間は、０．０５ｍｍ〜０・２０ｍｍ程度としておくことが好ましい。隙間が０．０５ｍｍ未満となると縮径加工時の加工荷重が過大となって縮径加工が行いにくくなり、隙間が０．２０ｍｍを超えるとシール性が悪くなる。ただし中空棒状部材１０の材質やサイズによって最適な隙間は変化するため、上記の隙間の絶対値に限定されるものではない。

相手部材２０の底面には、拡径中心孔１２のテーパ面１４に対応するテーパ面２１を形成しておくことが好ましい。これは相手部材２０を拡径中心孔１２の中心に保持させるためである。

このように拡径中心孔１２の内部に相手部材２０を挿入したうえ、中空棒状部材１０の端部外周を縮径加工する。図２は縮径加工を行うための絞り金型の一例を示す断面図であり、３０は下金型、３１は下金型３０に対して昇降する上金型、３２は上金型３１の内面に固定された絞り加工用のダイスである。

図３に示すように、このダイス３２の内面には上部が突出した加工部３３が形成されている。このため、相手部材２０を挿入した中空棒状部材１０を下金型３０の中心にセットし、上方から上金型３１を押し下げると、図3に示すように中空棒状部材１０の上端部の外周壁１３はダイス３２の加工部３３によって絞り加工され、外周壁１３が相手部材２０に向かって移動する。その結果、図４に示すように相手部材２０は拡径中心孔１２の内部に強固に接合される。この絞り加工はダイス３２によって全方向から中心に向かって行われるので、２部材がなじんで隙間が出にくくなり、優れたシール性を得ることができる。さらに、絞り加工後の中空棒状部材１０の外径寸法はダイス３２によって正確に決定されるので、寸法ばらつきが生じることがない。

なお、上記の実施形態では相手部材２０の外周面は平滑な円筒面としたが、図５に示すように、相手部材２０の外周面を微細な凹凸のある粗面２４としたり、縦溝２５等の凹凸を設けておけば、より高いかしめ強度を得ることができる。

Ｓ２０Ｃの鋼材により実施形態に示した形状の中空棒状部材と相手部材とを作成し、両者間の隙間と絞り量（ダイスのストローク）を表1のように変えた４条件で絞り加工を行った。なお、各条件とも７本ずつをテストし、その平均値を求めた。

条件１の絞り加工方法は、隙間が大きく、絞り量が小さいという最もきびしい加工条件である。絞り加工荷重は約７０００Ｎであった。相手部材が接合された中心孔に０．５ＭＰaの水圧を加えて接合部からの液漏れの有無をテストしたが、全く液漏れはなく、優れたシール性があることが確認された。

条件２の絞り加工方法は、隙間が大きく、絞り量が大きいという好ましい加工条件である。絞り加工荷重は約１２０００Ｎであった。同様に０．５ＭＰaの水圧を加えて接合部からの液漏れの有無をテストしたが、全く液漏れはなかった。

条件３の絞り加工方法は、隙間が小さく、絞り量も小さいという好ましい加工条件である。絞り加工荷重は約８０００Ｎであった。同様に０．５ＭＰaの水圧テストを行ったが、全く液漏れはなかった。

条件４の絞り加工方法は、隙間が小さく、絞り量が大きいという加工荷重最大の加工条件である。絞り加工荷重は約１６０００Ｎであった。同様に０．５ＭＰaの水圧を加えて接合部からの液漏れの有無をテストしたが、全く液漏れはなかった。

上記の実施例で確認したように、本発明の２部材の接合方法によれば、簡単な工程により、中空棒状部材の中心孔を相手部材で確実に封止することができる。この中空棒状部材として頭部と雄ねじ部を備えた素材を用いれば、端部が封止された中空ボルトを製造することが可能となる。

１０ 中空棒状部材
１１ 中心孔
１２ 拡径中心孔
１３ 外周壁
１４ テーパ面
２０ 相手部材
２１ テーパ面
３０ 下金型
３１ 上金型
３２ 絞り加工用のダイス
３３ 加工部

Claims (3)

1. 中心孔を備えた中空棒状部材の端部に形成された拡径中心孔の内部に相手部材を挿入したうえ、中空棒状部材の端部外周を縮径加工して、中空棒状部材と相手部材とを接合することを特徴とする２部材の接合方法。
2. 中空棒状部材が金属製のパイプであり、相手部材が金属製の蓋であることを特徴とする請求項１に記載の２部材の接合方法。
3. 相手部材の外周面に凹凸を設けておくことを特徴とする請求項１に記載の２部材の接合方法。