JP6052788B2

JP6052788B2 - ワン型プラグの圧入方法

Info

Publication number: JP6052788B2
Application number: JP2013066504A
Authority: JP
Inventors: 一生仙石; 正彦福島
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: JP2014188625A

Description

本発明は、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッドを切削加工する際に形成された加工穴などにワン型プラグを圧入する方法に関する。

たとえば、エンジンの構成部品であるシリンダブロックやシリンダヘッドには、冷却水などを流通させる流路が形成されている。この流路の形成の際には、複数の加工穴がシリンダブロックを貫通し、また、互いに交差させて形成される。そして、不要な加工穴の入口にワン型プラグが圧入されて、その入口がワン型プラグで封止される。

ワン型プラグの圧入には、圧入ポンチが用いられる。圧入ポンチは、ワン型プラグの加工穴への圧入方向に往復直線移動可能に設けられている。ワン型プラグと加工穴とが位置合わせされた後、圧入ポンチが加工穴に向けて移動され、圧入ポンチからワン型プラグに圧入荷重が付加されることにより、ワン型プラグが加工穴に圧入される。圧入状態の不良は、ワン型プラグによるシール性の不良に直結する。そのため、ワン型プラグが加工穴に圧入される際には、圧入ポンチのストロークおよび圧入荷重が適切に管理される。

特開平７−１８５９５４号公報

ところが、圧入ポンチのストロークおよび圧入荷重が適切であるにもかかわらず、ワン型プラグによるシール性が不良となる場合があった。

本発明の目的は、ワン型プラグによる良好なシール性を発揮できる、ワン型プラグの圧入方法を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るワン型プラグの圧入方法は、被圧入部材に形成されている圧入穴にワン型プラグを圧入する方法であって、前記被圧入部材に対して前記ワン型プラグの前記圧入穴への圧入方向の上流側に、口元部変形防止部材を配置し、前記口元部変形防止部材に貫通して形成されている変形付与部に前記ワン型プラグを挿通させて、前記ワン型プラグを圧入状態形状に変形させ、当該圧入状態形状の前記ワン型プラグを前記圧入穴に圧入する方法である。

本願発明者は、ワン型プラグを加工穴などの圧入穴に圧入する際の条件（圧入荷重など）が適切であっても、ワン型プラグによる良好なシール性が発揮されない不具合が生じる原因を探求した。

その過程において、不具合を生じている圧入穴からワン型プラグを除去し、圧入穴の壁面を観察したところ、圧入穴の口元部から圧入位置にかけて圧入方向に延びる筋状の傷がついているものがあった。この傷がついていると、その部分でシール性が低下することが考えられる。しかしながら、不具合を生じている圧入穴には、その壁面にシール性の低下を生じるほどの傷がついていないものもあり、その傷のみがシール性の低下の原因でないことがわかった。

そこで、本願発明者は、さらに研究を重ね、ワン型プラグによるシール性が低下するメカニズムを解明した。そのメカニズムについて、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃおよび図２Ｄを参照しつつ説明する。

ワン型プラグ９１は、底面９２と側面９３との境界部分９４が凸湾曲し、側面９３に底面９２から離れるほど広がるようにテーパがついた形状に形成されている。そして、ワン型プラグ９１が圧入穴９５に圧入される際には、図２Ａに示されるように、ワン型プラグ９１の凸湾曲している部分（凸湾曲部分）９４の近傍が圧入穴９５の口縁に接触する。凸湾曲部分９４は、ワン型プラグ９１の中で強度が最も大きい部分である。ワン型プラグ９１に圧入荷重が付加されると、図２Ｂに示されるように、圧入穴９５の口元部９６に大きい負荷が加わり、口元部９６が圧入穴９５の内側に膨出するように変形する。その後、ワン型プラグ９１の圧入が進むと、図２Ｃに示されるように、ワン型プラグ９１の側面９３が口元部９６を起点に縮径するように変形する。そして、図２Ｄに示されるように、ワン型プラグ９１の凸湾曲部分９４が口元部９６の変形している部分を越えるときに、その変形している部分の一部が脱落し、その脱落片９７がワン型プラグ９１と圧入穴９５の壁面との間に噛み込まれると、カジリが発生し、圧入穴９５の壁面に筋状の傷がつく。また、口元部９６が変形しているので、ワン型プラグ９１の圧入が完了した状態で、その変形している部分の近傍にワン型プラグ９１の上端が位置すると、ワン型プラグ９１の側面９３と圧入穴９５の壁面との面圧が確保できず、その部分でシール性が低下するおそれがあることがわかった。

そのうえで、本願発明者は、圧入穴の口元部の変形および一部の脱落を防止できれば、ワン型プラグによる良好なシール性を発揮することができると考え、本願発明を完成するに至った。すなわち、被圧入部材の圧入穴にワン型プラグを圧入する際に、口元部変形防止部材を被圧入部材に対する圧入方向の上流側に配置し、口元部変形防止部材に貫通して形成されている変形付与部にワン型プラグを挿通させて、ワン型プラグを圧入状態形状に変形させたうえで、その圧入状態形状のワン型プラグを圧入穴に圧入するという方法を発想した。

この方法によれば、ワン型プラグが圧入穴に圧入される際に、圧入穴の口元部の変形および一部の脱落を抑制することができ、ワン型プラグによる良好なシール性を発揮することができる。

本発明によれば、ワン型プラグによる良好なシール性を発揮することができる。

本発明の一実施形態に係るワン型プラグの圧入工程を図解的に示す断面図であり、ワークに対して口元部変形防止部材が対向配置された状態を示す。図１Ａに示される工程の次の工程を図解的に示す断面図であり、ワン型プラグが変形付与孔の端部に接触した状態を示す。図１Ｂに示される工程の次の工程を図解的に示す断面図であり、ワン型プラグが変形付与孔を通過する途中の状態を示す。図１Ｃに示される工程の次の工程を図解的に示す断面図であり、ワン型プラグが加工穴に圧入された状態を示す。ワン型プラグによるシール性が低下するメカニズムについて説明するための図であり、ワン型プラグが圧入穴の口縁に接触した状態を示す。ワン型プラグによるシール性が低下するメカニズムについて説明するための図であり、圧入穴の口元部が変形している状態を示す。ワン型プラグによるシール性が低下するメカニズムについて説明するための図であり、ワン型プラグの側面が変形している状態を示す。ワン型プラグによるシール性が低下するメカニズムについて説明するための図であり、圧入穴の口元部の一部が脱落した状態を示す。

以下では、本発明の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。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃおよび図１Ｄは、本発明の一実施形態に係るワン型プラグの圧入方法の各工程を示す断面図である。

ワン型プラグ１は、ワーク２に形成されている加工穴２１に圧入され、加工穴２１を封止するものである。ワン型プラグ１は、たとえば、ステンレスまたは鉄からなる。ワン型プラグ１は、略有底円筒状をなしている。具体的には、ワン型プラグ１は、円形状の底面１１と、底面１１の周縁から立ち上がる円筒状の側面１２とを有する。底面１１と側面１２との境界部分１３は、外側に凸湾曲している。側面１２には、その凸湾曲した部分１３（以下「凸湾曲部分１３」という。）から先端側（開放端側）ほど径が大きくなるようにテーパがつけられている。

ワーク２は、たとえば、エンジンのシリンダブロックである。ワーク２は、たとえば、アルミニウムからなる。加工穴２１は、円形状をなしている。加工穴２１の口元部２２は、口縁から離れるほど縮径する導入面２３と、導入面２３から奥側に延びる円筒面２４とを有している。円筒面２４の径は、ワン型プラグ１の側面１２の下端（凸湾曲部分１３との境界）の径とほぼ同じであるか、または、それよりも大きく、側面１２の上端の径よりも小さい。

ワン型プラグ１が加工穴２１に圧入される際には、口元部変形防止部材３が使用される。口元部変形防止部材３は、ワン型プラグ１よりも硬質な材料、たとえば、焼入れ鋼からなる。口元部変形防止部材３は、板状をなし、口元部変形防止部材３には、変形付与孔３１が厚さ方向に貫通して形成されている。変形付与孔３１は、ワーク２の加工穴２１の径以上の径、たとえば、０．０５ｍｍだけ大きい径を有している。変形付与孔３１の壁面の一方側の端部３２は、口縁側ほど径が大きくなるように湾曲している。

ワン型プラグ１がワーク２の加工穴２１に圧入されるときには、まず、図１Ａに示されるように、ワーク２に対するワン型プラグ１の加工穴２１への挿入方向（以下、単に「挿入方向」という。）の上流側に、口元部変形防止部材３が配置される。このとき、口元部変形防止部材３は、変形付与孔３１の壁面の端部３２が挿入方向の上流側に向けられる。また、ワーク２および口元部変形防止部材３は、ワーク２の加工穴２１と口元部変形防止部材３の変形付与孔３１とが挿入方向に対向するように、相対的に位置合わせされる。

その後、ワン型プラグ１が変形付与孔３１に対して挿入方向の上流側に対向配置される。そして、圧入ポンチ（図示せず）が用いられて、ワン型プラグ１が変形付与孔３１に圧入される。この過程で、図１Ｂに示されるように、ワン型プラグ１の凸湾曲部分１３が変形付与孔３１の端部３２に当接する。

圧入ポンチからワン型プラグ１に圧入荷重が付加されると、図１Ｃに示されるように、ワン型プラグ１が変形付与孔３１をワーク２側に進行しつつ、ワン型プラグ１の側面１２が変形付与孔３１の端部３２を起点に縮径するように変形していく。そして、ワン型プラグ１の側面１２の先端が変形付与孔３１の壁面と接触した状態になると、ワン型プラグ１は、ワーク２の加工穴２１に圧入された状態での形状とほぼ同形状である圧入状態形状に変形する。なお、変形付与孔３１の端部３２が湾曲面に形成されており、角がないので、口元部変形防止部材３がワン型プラグ１よりも硬質な材料で形成されていても、ワン型プラグ１が変形付与孔３１に圧入されるときに、端部３２によってワン型プラグ１が傷つけられることを抑制できる。

その後、ワン型プラグ１は、図１Ｄに示されるように、変形付与孔３１から離脱し、ワーク２の加工穴２１に圧入される。このとき、ワン型プラグ１は、圧入状態形状に変形しているので、加工穴２１の口元部２２、とくに導入面２３と円筒面２４との境界部分に大きい負荷を加えることなく、加工穴２１に圧入されていく。そのため、ワン型プラグ１が加工穴２１に圧入されるときに、加工穴２１の口元部２２が変形したり、口元部２２の変形が進んで、口元部２１（ワーク２）の一部が脱落したりすることを防止できる。よって、ワーク２の脱落片によるカジリの発生を防止できる。

また、口元部変形防止部材３の変形付与孔３１が加工穴２１の径以上の径を有しているので、変形後のワン型プラグ１の側面１２は、加工穴２１の径以上の外径を有している。そのため、ワン型プラグ１が加工穴２１に圧入される過程で、ワン型プラグ１の側面１２がわずかに縮径するように変形する。その結果、ワン型プラグ１の側面１２と加工穴２１の壁面との間で適正な面圧を確保することができる。

さらに、口元部変形防止部材３がワン型プラグ１よりも硬質な材料からなるので、ワン型プラグ１が口元部変形防止部材３の変形付与孔３１に圧入される際に、口元部変形防止部材３が変形したり、口元部変形防止部材３の変形が進んで、口元部変形防止部材３の一部が脱落したりすることを防止できる。よって、口元部変形防止部材３の脱落片によるカジリの発生を防止できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、口元部変形防止部材３がワン型プラグ１よりも硬質な材料からなるとしたが、口元部変形防止部材３の全体がその硬質材料で形成される必要はなく、少なくとも口元部変形防止部材３におけるワン型プラグ１が接触する部分、つまり変形付与孔３１の壁面がワン型プラグ１よりも硬質な材料で形成されていればよい。たとえば、変形付与孔３１の壁面のみに部分焼入れが施されていてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ワン型プラグ
２ワーク（被圧入部材）
３口元部変形防止部材
２１加工穴（圧入穴）
３１変形付与孔（変形付与部）

Claims

被圧入部材に形成されている圧入穴にワン型プラグを圧入する方法であって、
前記被圧入部材に対して前記ワン型プラグの前記圧入穴への圧入方向の上流側に、口元部変形防止部材を配置し、
前記口元部変形防止部材に貫通して形成されている変形付与部に前記ワン型プラグを挿通させて、前記ワン型プラグを圧入状態形状に変形させ、
当該圧入状態形状の前記ワン型プラグを前記圧入穴に圧入する、ワン型プラグの圧入方法。
前記口元部変形防止部材における前記ワン型プラグとの接触部分は、前記ワン型プラグよりも硬質な材料からなる、請求項１に記載のワン型プラグの圧入方法。