JP5756964B2 - 金属部品の締結構造 - Google Patents

Description

本発明は，金属部品の締結構造に関し，特に，焼入れされた金属部品を金属母材にボルトの螺着により締結する構造に関するものである。

型材に用いられる金属部品は，耐磨耗性を向上させる必要があることなどの観点から，通常は，焼入れした金属部材が使用されている。ところで，一旦製作された型に，設計変更などが発生すると，焼入れされた金属母材に他の金属部品を締結させることが行われる。

このような締結の必要性が発生した場合に，従来から採用されていた締結構造例を図１０及び図１１に示している。図１０に示した締結構造は，締結すべき金属部材１に，焼入れ加工前の状態で，ボルト２の装着用の段付孔３を形成する。この段付孔３の加工は，金属部材１が焼入れ前なので，通常の切削加工などにより簡単に行うことができる。

段付孔３が形成されると，金属部材１に焼入れ加工を施す。一方，被締結部材である母材４側には，ボルト２を螺着するネジ孔５が設けられる。金属部材１を母材４に締結する際には，段付き孔３内に，バネワッシャ６を介装して，ボルト２を母材４側のネジ孔５にねじこむことで行われる。

図１１に示した締結構造は，締結すべき金属部材１に，予め焼入れ加工を施している。このため，通常の切削加工では段付孔３の加工が難しいので，放電加工による段付孔３の形成が試みられていた。

金属部材１に段付孔３を放電加工により形成する際には，締結用に用いるボルト形状と同じ形状の電極７を作製し，この電極７を使用して，金属部材１にボルト装着用の段付孔３を形成する。

母材４に金属部材１を締結する際には，前者の場合と同様に，段付き孔３内に，バネワッシャ６を介装して，ボルト２を母材４側のネジ孔５にねじこむことで，締結が行われる。

しかしながら，上述したような従来の締結構造には，以下に説明する技術的な課題があった。

すなわち，図１０に示した締結構造では，工程数が多く，段付孔３の加工後に焼入れ処理を行うので，焼入れにより段付孔３の加工精度が低下する可能性があり，加工精度が低下すると，補修に手間取ることになる。

また，図１１に示した締結構造では，焼入れ処理を加工前に施すので，図１０に示した締結構造のように，加工精度が変化する恐れはないが，放電加工のためにボルト形状の電極７が必要になり，コストが大幅にアップするという問題があった。

本発明は，このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって，その目的とするところは，焼入れ処理後の加工を可能にすることで，加工精度の低下を防止しつつ，かつ，コストの増加をきたすことなく製造することができる金属部品の締結構造を提供することにある。

上記目的を達成するために，本発明は，焼入れされた金属部材と金属母材とを，ボルトの螺着により締結する型材用金属部品の締結構造において，前記金属部材の前記ボルトの螺着位置に，当該金属部材が締結される前記金属母材側に向けて径が縮小するテーパ状貫通孔を設け，前記テーパ状貫通孔を設けた際に前記金属部材から分離除去した部分を用い、中心に前記ボルトの挿通が可能な挿通孔が設けられ，かつ，前記挿通孔から外表面に到達するように軸方向に沿って設けられたスリットを有する逆円錐台状のバネ性ワッシャを，前記テーパ状貫通孔内に挿入して，前記挿通孔を介して，前記金属母材に設けられたネジ孔に前記ボルトを螺着するようにした。

上記構成の締結構造によれば，焼入れされた金属部材を用いるので，加工後に焼入れ処理を行う場合のように加工精度の低下が発生しない。また，中心にボルトの挿通が可能な挿通孔が設けられ，かつ，挿通孔から外表面に到達するように軸方向に沿って設けられたスリットを有する逆円錐台状のバネ性ワッシャを，金属母材側に向けて径が縮小するテーパ状貫通孔内に挿入して，ボルトで螺着するので，ボルトを締め付けると，バネ性ワッシャのスリットが収縮して，これに伴って，ワッシャに拡大反力が発生して，ボルト締結を強固にすることができる。

前記バネ性ワッシャは，前記ボルトが螺着された状態で，下端が前記金属母材の表面から上方に位置するように，高さを調整することができる。

本発明の金属部品の締結構造によれば，加工精度の低下が発生せず，かつ，短時間で製造することができる。

本発明にかかる金属部品の締結構造の一実施例を示す断面図である。 図１の締結構造に用いる焼入れ金属部材に，ワイヤ放電加工によりテーパ状貫通孔を形成する際の初期工程の説明図である。 図２に引き続いて行われる工程の説明図である。 図３に引き続いて行われる工程の説明図である。 図４に引き続いて行われる工程の説明図である。 図５に引き続いて行われる工程の説明図である。 図６に示した工程で得られるバネ性ワッシャの断面図と平面図である。 本発明にかかる金属部品の締結構造の一実施例を示す断面図である。 図１の締結構造に用いる焼入れ金属部材に，ワイヤ放電加工によりテーパ状貫通孔を形成する際の他の例の説明図である。 従来の締結構造の断面説明図である。 従来の締結構造の断面説明図である。

以下，本発明の好適な実施の形態について，添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は，本発明に係る金属部材の締結構造の一実施例を示している。同図に示した締結構造は，焼入れされた金属部材１０と金属母材１２とを，ボルト１４の螺着により締結する金属部品の締結構造である。

本実施例の場合，金属部材１０は，平板状の所定厚みを有するプレート材である。金属部材１０のボルト１４の螺着位置には，当該金属部材１０が締結される金属母材１２側に向けて径が縮小するテーパ状貫通孔１６が設けられている。

このテーパ状貫通孔１６内には，バネ性ワッシャ１８が挿入される。バネ性ワッシャ１８は，中心にボルト１４の挿通が可能な挿通孔２０が設けられ，かつ，挿通孔２０の内側から外表面に到達するように，軸方向に沿って設けられた所定幅ｔのスリット２２を有しており，全体形状が逆円錐台状（逆コーン状）に形成されている。バネ性ワッシャ１８の外周面の傾斜角度θは，テーパ状貫通孔１６と一致しており，ワッシャ１８を貫通孔１６内に挿通すると，外周面と内周面とが相互に傾斜に習って摺接して，密に接触するようになっている。

一方，金属母材１２には，ボルト１４の螺着位置に対応して，所定長さのネジ孔２４が設けられている。図２から図８は，金属部材１に，テーパ状貫通孔１６を形成する方法，および，バネ性ワッシャ１８を得る方法の一例を示している。

これらの図に示した方法は，ワイヤ放電加工により形成することが基本になっており，ワイヤ放電加工では，電極用の細いワイヤとワーク（金属部材１０）との間に，パルス状の弾圧を印加して，火花放電を発生させ，その際に発生する異常磨耗現象を利用して加工を行う。

このようなワイヤ放電加工方法を採用すると，短時間での製造が可能になる。本例の場合，金属部材１にテーパ孔貫通孔１６を形成する前に，まず，ボルト１４の挿通孔２０が形成される。

挿通孔２０をワイヤ放電加工により形成する際には，まず，図２に示すように，挿通孔２０の形成予定箇所の円周上，ないしは円に内接する位置にワイヤ挿通孔２６が貫通形成される。ワイヤ挿通孔２６は，例えば，レーザビーム加工，超硬等のドリルによる切削加工，細穴放電加工機等による放電加工，ウォータージェット加工により形成することができる。

次いで，ワイヤ挿通孔２６内に放電加工用のワイヤを挿通させて，放電加工が行われる。この際には，ワーク（金属部材１０）を回転させて加工が行われ，１回転させると図３に示すような，金属部材１０を貫通する円形の挿通孔２０が形成される。

続いて，図４に示すように，所定角度に傾斜したテーパ状ワイヤ挿通孔２８が穿設形成される。このワイヤ挿通孔２８は，テーパ状貫通孔１６の傾斜角度θと同じ角度で傾斜し，金属部材１０の上面の位置は，テーパ状貫通孔１６の形成予定箇所の円周上，ないしは円に内接する位置に設定される。

テーパ状ワイヤ挿通孔２８が設けられると，その内部に放電加工用のワイヤを挿通させて，放電加工が行われる。この際には，ワーク（金属部材１０）を回転させて加工が行われ，１回転させると図５に示すようなワイヤ幅で周回する溝３０が形成される。

溝３０が形成されると，その内側の部分が金属部材１０から分離され，この部分を取り出すと，図６に示すように，金属部材１０に傾斜角度θのテーパ状貫通孔１６が形成される。

一方，溝３０により分離された部分を取り出すと，図７に示すように，中心に挿通孔２０が貫通形成された全体形状が逆円錐台状（逆コーン状）になっている。そこで本実施例の場合には，この取り出し除去した部分をそのままバネ性ワッシャ１８として利用している。

バネ性ワッシャ１８として用いる場合には，挿通孔２０の内側から外表面に到達するように軸方向に沿って設けられたスリット２２を形成すればよい。所定幅ｔのスリット２２を形成する際には，ワイヤ放電加工でも良いし，他の加工方法，例えば，スリッター，マシニングセンタ，ブローチ加工等の切削加工及び研削加工でもよい。

バネ性ワッシャ１８が得られると，その下端がグラインダなどによる切削加工により，所定厚みＡだけ切除され，これにより，ワッシャ１８をテーパ状貫通孔１６に挿入した際に，ワッシャ１８の下端が金属母材１２の上端面から上方に離間した状態になる。また，バネ性ワッシャ１８の上端面は，所定の高さＢになるように調整される。

なお，上述した製造例では，バネ性ワッシャ１８は，金属部材１０にテーパ状貫通孔１６を形成する際に，金属部材１０から分離除去した部分をそのまま利用するようにしているが，本発明の実施は，これに限られる必要はなく，金属部材１０と別の部材を用いてバネ性ワッシャ１８を製造することもできる。

また，テーパ状貫通孔１６ないしはバネ性ワッシャ１８の傾斜角度θは，ワイヤ放電加工の制約から，０°を超えて４５°以下が望ましい。

金属部材１０を金属母材１２に締結する際には，テーパ状貫通孔１６内にバネ性ワッシャ１８を挿入し，挿通孔２０を介して，ボルト１４を金属母材１２のネジ孔２４内にねじ込むことにより行われる。

以上のようにして金属部材１０を金属母材１２に締結すると，中心にボルト１４の挿通が可能な挿通孔２０が設けられ，かつ，挿通孔２０から外表面に到達するように軸方向に沿って設けられたスリット２２を有する逆円錐台状のバネ性ワッシャ１８を，金属母材１２側に向けて径が縮小するテーパ状貫通孔１６内に挿入して，ボルト１４で螺着するので，ボルト１４を締め付けると，バネ性ワッシャ１８のスリット２２の幅が収縮して，これに伴って，ワッシャ１８に拡大反力が発生して，これが，ボルト１４とネジ孔２４の螺合部分に作用し，締結を強固にすることができる。

また，本実施例の締結構造によれば，焼入れされた金属部材１０を用いるので，加工後に焼入れ処理を行う場合のように加工精度の低下が発生しない。さらに，テーパ状貫通孔１６と挿通孔２０は，ワイヤ放電加工により形成することができ，このような加工方法を採用すると，短時間での製造が可能になる。

また，バネ性ワッシャ１８は，テーパ状貫通孔１６を形成した際に，焼入れ金属部材１０から除去されたものをそのまま用いることができるので，傾斜角度θの摺接が良好に保たれ，かつ，金属部材１０の有効活用が可能になる。

図８は，本発明にかかる金属部品の締結構造の他の実施例を示しており，上記実施例と同一もしくは相当する部分に同一符号を付してその説明を省略するとともに，以下にその特徴部分に咲いてのみ説明する。

同図に示した実施例では，バネ性ワッシャ１８は，ボルト１４が螺着された状態で，当該ボルト１４の頭部が焼入れ金属部材１０の表面と面一になるように，高さＢを調整している。このような締結構造においても上記実施例と同等の作用効果が得られる。

図９は，ワイヤ放電加工によりテーパ状貫通孔１６を形成する方法の他の例を示している。この例では，放電加工のワイヤ挿通孔２６は，図２に示したのと同じ位置に，ワイヤ貫通孔２６が１箇所形成される。次いで，ワイヤ挿通孔２６を形内にワイヤを挿通して，図２に示した場合と同様に，放電加工により挿通孔２０を形成する。

次に，挿通孔２０内にワイヤ３２を挿通して，挿通孔２０からその外方に延びるスリット２２を形成する。この際には，図９(ｂ)，(ｃ)に示すように，ワイヤ３２の下方側を，挿通孔２０の中心とテーパ状貫通孔１６の傾斜角度θの延長線とが交差する点に，一致するように保ちながら，ワイヤ３２の上方側を水平移動させる。

そして，ワイヤ３２が傾斜角度θに到達すると，ワイヤ３２の水平移動を停止して，その次に，ワーク（金属部材１０）を１回転させる。このようなワイヤ放電加工でも金属部材１０に傾斜角度θのテーパ状貫通孔１６を形成することができ，この方法によれば，ワイヤ放電加工の能率が向上する。

本発明にかかる金属部品の締結構造によれば，加工精度の低下を招くことなく，焼入れ金属部材の締結が可能になるので，例えば，型製造の分野において有効に活用することができる。

１０ 金属部材
１２ 金属母材
１４ ボルト
１６ テーパ状貫通孔
１８ バネ性ワッシャ
２０ 挿通孔
２２ スリット
２４ ネジ孔

Claims (2)

1. 焼入れされた金属部材と金属母材とを，ボルトの螺着により締結する型材用金属部品の締結構造において，
   前記金属部材の前記ボルトの螺着位置に，当該金属部材が締結される前記金属母材側に向けて径が縮小するテーパ状貫通孔を設け，
   前記テーパ状貫通孔を設けた際に前記金属部材から分離除去した部分を用い、中心に前記ボルトの挿通が可能な挿通孔が設けられ，かつ，前記挿通孔から外表面に到達するように軸方向に沿って設けられたスリットを有する逆円錐台状のバネ性ワッシャを，前記テーパ状貫通孔内に挿入して，
   前記挿通孔を介して，前記金属母材に設けられたネジ孔に前記ボルトを螺着する，
   ことを特徴とする型材用金属部品の締結構造。
2. 前記バネ性ワッシャは，前記ボルトが螺着された状態で，下端が前記金属母材の表面から上方に位置するように，高さを調節する，
   ことを特徴とする請求項１に記載の型材用金属部品の締結構造。

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