JP6269282B2 - 筒状ケースの組立装置および組立方法 - Google Patents

筒状ケースの組立装置および組立方法 Download PDF

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本発明は、内筒部材と外筒部材とからなる筒状ケースの組立装置および組立方法に関し、特に水冷方式のモータケースとして用いるのに好適な筒状ケースのための組立装置および組立方法に関する。
水冷方式の電動モータのモータケース(ハウジング)として、冷却媒体の通路となるウォータージャケットを円周方向に沿って形成したものが例えば特許文献1にて知られている。そして、この種のモータケースではウォータージャケットを有する構造上の特殊性から鋳物製のものが主流を占めていて、外径寸法および重量の大型化が余儀なくされるほか、製造コストが高いという問題がある。
そこで、ウォータージャケットを有するモータケースを板金製のものとしてその小型軽量化と低コスト化を図るべく、薄板プレス部品からなる内外筒部材同士を圧入して、両者の間にウォータージャケットとして機能することになる密閉空間を確保するようにした構造のものが一部で試みられている。
特許第4935839号公報
しかしながら、ウォータージャケットを有する板金製のモータケースの安定した製造法が未だ確立されておらず、内外筒部材同士を圧入する際に内筒部材または外筒部材が座屈等によって変形して圧入不良が発生することがあるほか、内筒部材と外筒部材との圧接部での気密性を確保する上でなおも課題を残している。
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、板金製のモータケースに代表されるような内外筒部材からなる筒状ケースの製造・組立に際して、特に内外筒部材同士の圧入不良の発生を未然に防止して品質の向上を図ることを可能にした組立装置および組立方法を提供するものである。
本発明に係る筒状ケースの組立装置は、少なくとも内筒部材と外筒部材とを備えるとともに両者の間に密閉空間が形成される筒状ケースを製造するにあたり、上記内外筒部材の両端部同士を圧接部としてそれらの内外筒部材同士を圧入するための装置であることを前提としている。その上で、雌雄で対をなす一対の芯出し治具のうち一方の芯出し治具を有し、当該一方の芯出し治具と同心状に内筒部材が位置決め載置されるベース治具と、外筒部材の断面形状に合致する形状の内周面を有して、外筒部材に外挿されてその外筒部材を予め固定支持する外筒用治具と、外筒用治具に対し芯出しされながら凹凸嵌合可能であって且つ上記一対の芯出し治具のうちベース治具側の一方の芯出し治具と凹凸嵌合可能な他方の芯出し治具を有する押し込み治具と、を備えているものとした。
また、本発明に係る筒状ケースの組立方法は、上記組立装置を用いることを前提に、上記ベース治具上の一方の芯出し治具と同心状になるように当該ベース治具上に内筒部材を位置決めする工程と、上記外筒用治具に予め固定支持されている外筒部材を内筒部材に対して外筒用治具ごとかぶせる工程と、上記外筒用治具に対して押し込み治具を凹凸嵌合させながら、ベース治具側の一方の芯出し治具と押し込み治具側の他方の芯出し治具とを凹凸嵌合させて両者を芯出しする工程と、上記押し込み治具を押圧して外筒用治具に予め固定支持されている外筒部材を内筒部材に圧入する工程と、を含んでいるものとした。
本発明によれば、外筒部材の断面形状に合致する形状の内周面を有するいわゆる総形の圧入治具に外筒部材を予め固定支持させた上で、この圧入治具を外筒部材にかぶせるようにして、当該圧入治具に固定支持されている外筒部材を芯出ししながら内筒部材に圧入するようにしているので、少なくとも外筒部材の変形やそれに伴う圧接部での気密性不良の発生を未然に防止することができる。
本発明に係る組立装置を用いて組み立てられる筒状ケースの一例としてモータケースの概略構造を示す断面説明図。 図1に示したインナケースとアウタケースとの関係を示す斜視図。 図1のリアカバーを除いた要部拡大図。 図1のモータケースの組み立てに使用される組立装置の分解斜視図。 図1に示したベース治具に対してインナケースが位置決め固定された状態を示す斜視図。 図1に示した外筒用治具に対してアウタケースが固定保持された状態を示す断面説明図。 図6の要部拡大図。 ベース治具に位置決めされたインナケースと外筒用治具に固定保持されたアウタケースとの関係を示す断面説明図。 図8と同じ状態の斜視図。 図8に示した外筒用治具に対して押し込み治具をセットした状を示す断面説明図。 図10の状態からインナケースに対してアウタケースを圧入した状態を示す断面説明図。 圧入後のアウタケースから外筒用治具を押し込み治具とともに取り外した状態を示す断面説明図。 図12に示したインナケースに対して押し込み治具を用いてリアカバーを圧入した状態を示す断面説明図。
図1以下の図面は本発明に係る筒状ケースの組立装置および組立方法を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図1〜3に示すような水冷方式の比較的偏平なモータケース1の組み立てに適用した場合の例を示している。そして、図4は上記モータケース1の組み立てに用いる組立装置の概略構造を、図5以下の図面はその組立手順をそれぞれ示している。
図1に示すように、筒状ケースとしての電動モータのモータケース1は、内筒部材としての段付き円筒状のインナケース2と、このインナケース2に外挿されるかたちで圧入された外筒部材としての同じく円筒状のアウタケース3と、このアウタケース3の一端の開放部を閉蓋するように嵌合・圧入されたカバー部材としての円環状状のリアカバー4と、から構成されている。
これらのモータケース1の構成要素のうちインナケース2およびアウタケース3は共に鋼板等の板金を用いて所定の三次元形状にプレス成形したものである。これに対して、リアカバー4はインナケース2およびアウタケース3に比べてその断面形状が複雑であるために、例えば鋳物あるいはアルミダイカスト製のものとされている。
アウタケース3の全長はインナケース2のそれよりも短く、インナケース2の外周面においてその軸心方向の中央部にアウタケース3の軸心方向の両端部がそれぞれ圧接していることで、インナケース2とアウタケース3との間には密閉空間としてのウォータージャケット5が隔離形成されている。そして、周知のように、このウォータージャケット5には冷却媒体である冷却液が通流することになり、アウタケース3にはウォータージャケット5への出入口として図示外の供給口と排出口とがそれぞれ開口形成される。
より詳しくは、図2は図1に示したインナケース2とアウタケース3との関係を示す斜視図を、図3は図1における要部の拡大図をそれぞれ示していて、図1のほか図2,3に示すように、インナケース2は大径部2aと中径部2bおよび小径部2cとにより段付き円筒状に形成されているものであり、大径部2aの端部に外フランジ部2dが折り曲げ形成されている。他方、アウタケース3は本体部でもある円筒状の胴部3aの一端に外フランジ部3bを折り曲げ形成するとともに、胴部3aの他端に内フランジ部3cを折り曲げ形成した上で、その内フランジ部3cの先端部をさらに胴部3aと平行に折り返すことで小径部でもあるエクステンションフランジ部3dが折り曲げ形成されているものである。
そして、胴部3aのうち外フランジ部3b側の端部内周面とエクステンションフランジ部3dの内周面とがそれぞれ円筒面接触をもってインナケース2に対する圧接部6a,6bとなっていて、インナケース2とアウタケース3との間の気密性が確保されている。さらに、インナケース2における小径部2cの内周面にリアカバー5が嵌合するように圧入されている。なお、図1〜3では、インナケース2およびアウタケース3共にその板厚を誇張して描いてある。
このようなモータケース1を組み立てるにあたっては、図4に示すように、ベース治具7と、外筒用治具8、押さえ手段としての押さえ板9、および押し込み治具10とからなる組立装置を用意し、この組立装置を用いて図1のモータケース1を組み立てるものとする。
ベース治具7は、例えば剛性が十分な矩形状の基板11の中央部に雄側となる芯出し治具12を固定したものであり、モータケース1の組み立てに際して、後述する図5に示すように、芯出し治具12と同心状の配置となるように基板11の上にインナケース2が予め位置決め固定される。
外筒用治具8は、図1のほか図6に示すように、本体部13の両端が開放された円筒状のもので、アウタケース3の断面形状に忠実に合致する形状の段付きのいわゆる総形の内周面を有している。そして、本体部13の下端部には第1ショルダー部として機能するフランジ部13aが形成されているとともに、奥部には第2ショルダー部として機能する段状部13bが形成されている。そして、図6に示すように、外筒用治具8のフランジ部13aに対して押さえ手段としてのリング状の押さえ板9が複数のボルト14にて着脱可能に装着される。
この場合において、押さえ板9が未装着の状態で、外筒用治具8の内側にアウタケース3を挿入し、言い換えるならば、アウタケース3単独の状態で当該アウタケース3に対して外筒用治具8を外挿し、アウタケース3側の外フランジ部3bを外筒用治具8のフランジ部13aに当接させた上で押さえ板9を外フランジ部3bに突き当てて、複数のボルト14にて締付固定する。これにより、アウタケース3は、外フランジ部3bが外筒用治具8のフランジ部13aと押さえ板9との間に挟み込まれるようにして、予め外筒用治具8側に位置決め固定されることになる。
なお、外筒用治具8の内周面とそれに挿入されるアウタケース3との間の隙間は外筒用治具8(本体部13)のそのものの機能よりして極力小さいことが望ましく、例えばアウタケース3をインナケース2に圧入した後にアウタケース3から外筒用治具8を抜き取ることを考慮すると、図7に示すように、外筒用治具8の本体部13の内径寸法はそれに挿入されることになるアウタケース3の外径寸法よりも極小寸法α(例えば0.2mm程度)だけ大きいことが望ましい。また、外筒用治具8のフランジ部13aに押さえ板9を固定する手段として、複数のボルト14に代えてクランパー等を用いても良く、いずれの手段を用いる場合でもアウタケース3の外フランジ部3bを外筒用治具8のフランジ部13aとの間に挟み込んで固定できる機能があれば良い。
図4の押し込み治具10は、円板状の本体部15の下面中央部に雌側となる芯出し治具16を突出形成したものであり、この押し込み治具10側の芯出し治具16はベース治具7側の芯出し治具12とともに雌雄で対をなしている。そして、双方の芯出し治具12,16同士を凹凸嵌合させることで、その芯出し効果をもってベース治具7と押し込み治具10との相対位置決めがなされることになる。また、押し込み治具10における本体部15の下面には環状突起部17が形成されている。この環状突起部17は外筒用治具8における本体部13の最小径の内周面13cと内接するように予めその寸法が設定されている。
したがって、双方の芯出し治具12,16同士を凹凸嵌合させるとともに、押し込み治具10側の環状突起部17と外筒用治具8側の内周面13cとを凹凸嵌合させることにより、後述する図10に示すように、ベース治具7と外筒用治具8および押し込み治具10の三者が互いに芯出しされながらそれぞれの相対位置決めが施されることになる。なお、雄側となる芯出し治具12と雌側となる芯出し治具16の相対位置関係は互いに逆であっても良い。
図1に示したモータケース1を組み立てる手順としては、図5に示すように、最初にベース治具7の基板11の上に外フランジ部2dを着座面としてインナケース2を載置して位置決め固定する。この場合において、ベース治具7の基板11の上に内筒部材位置決め手段として複数の位置決めピン18を予め突設しておく一方(ただし、図5では一個のみ図示)、インナケース2の外フランジ部2dにロケート穴19を予め形成しておき、基板11上にインナケース2を位置決めする際にこれらの位置決めピン18とロケート穴19とを係合させるものとする。これにより、インナケース2はベース治具7に対して雄側の芯出し治具12と同芯状の配置となるように位置決めされる。
なお、この段階では、先に図6に示したように、アウタケース3は外筒用治具8における本体部13の内周に位置決めされて、予め固定保持されているものとする。
こうしてインナケース2がベース治具7上に位置決めされたならば、図8,9に示すように、そのインナケース2に対してその上方からアウタケース3が予め固定支持されている外筒用治具8を正対させるようにしてかぶせる。この場合において、同図に示すように、ベース治具7の基板11の上に治具位置決め手段として図5の位置決めピン18とは別に長目の複数の位置決めピン20を予め突設しておく一方(ただし、一個のみ図示)、外筒用治具8のフランジ部13aに複数のロケート穴21を予め形成しておき、インナケース2に対してアウタケース3を外筒用治具8ごとがぶせる際にこれらの位置決めピン20とロケート穴21とを係合させるものとする。これにより、圧入前のインナケース2とアウタケース3との一次的な芯出しがなされて、両者の一次的な相対位置決めがなされたことになる。
続いて、図10に示すように、外筒用治具8の上から押し込み治具10を挿入して、その押し込み治具10側の芯出し治具16(雌側)とベース治具7側の芯出し治具12(雄側)とを凹凸嵌合させるとともに、押し込み治具10側の環状突起部17を外筒用治具8における本体部13の内周面13cに凹凸嵌合させる。これにより、芯出し治具12,16同士の凹凸嵌合および環状突起部27と外筒用治具8側の内周面13cとの凹凸嵌合に基づく芯出し効果のために、ベース治具7と外筒用治具8との間の芯出しと相対位置決めとがなされて、ひいてはインナケース2とアウタケース3との最終的な芯出しと相対位置決めとがなされたことになる。
そこで、図10のような芯出し・位置決め状態において、図11に示すように押し込み治具10を下方に押圧して、芯出し治具12,16同士の凹凸嵌合状態を維持したままで、押し込み治具10を外筒用治具8とともに下降させて、インナケース2に外筒用治具8をかぶせるようにして所定の下降限位置まで圧入する。なお、この圧入動作は図示外の簡易プレス機等を用いて行うものとする。
このようなインナケース2に対する外筒用治具8の圧入はインナケース2に対するアウタケース3の圧入にほかならず、図1,3に示すように、インナケース2の大径部2aに対してアウタケース3の胴部3aのうち外フランジ部3b側の端部内周面が円筒面接触もって圧入され、同時にインナケース2の中径部2bに対してアウタケース3側のエクステンションフランジ部3dの内周面が円筒面接触をもって圧入されることになる。
これにより、インナケース2とアウタケース3とが相互に組み立てられ、両者の間に密閉空間としてウォータージャケット5が隔離形成されるとともに、上記のようにアウタケース3の外フランジ部3b側の端部内周面とエクステンションフランジ部3dの内周面とが円筒面接触をもってそれぞれインナケース2に圧入されることにより、その気密性が確保されることになる。
このようなインナケース2に対するアウタケース3の圧入過程において、図10,11に示したように、アウタケース3の外フランジ部3bは外筒用治具8のフランジ部13aと押さえ板9との間に挟み込まれていて、インナケース2への圧入方向に対していわゆる引っ掛かりの関係となっている。そのため、アウタケース3は外筒用治具8のフランジ部13aaに引っ張られるようにしてインナケース2に圧入されることになり、アウタケース3のうち外フランジ部3bや胴部3aが伸びの形態をもって変形してしまうことがない。
また、図10,11に示したように、アウタケース3の内フランジ部3cは外筒用治具8の内周面の段状部13b(図7参照)にてバックアップされていて、インナケース2への圧入方向に対していわゆる引っ掛かりの関係となっている。そのため、アウタケース3は外筒用治具8のフランジ部13aに引っ張られるようにしてインナケース2に圧入されることになるものの、アウタケース3のうち内フランジ部3cやエクステンションフランジ部3dが伸びの形態をもって変形してしまうことがない。しかも、アウタケース3の胴部3aは外筒用治具8のフランジ部13aaと段状部13bとによって拘束されているので、胴部3aが座屈により変形してしまうこともない。
こうして、インナケース2に対するアウタケース3の圧入が完了したならば、図12に示すように、インナケース2とそれに圧入されたアウタケース3をベース治具7側に残して、押さえ板9を含む外筒用治具8を押し込み治具10とともに取り外す。
続いて、図13に示すように、インナケース2の開放端部にリアカバー4をセットするとともに、そのリアカバー4の上から押し込み治具10を挿入して、押し込み治具10側の芯出し治具(雌側)16とベース治具7側の芯出し治具(雄側)12とを凹凸嵌合させる。その上で、押し込み治具10を下方に押圧して、リアカバー4をインナケース2の一端に圧入する。この場合において、図13から明らかなように、押し込み治具10の下面の環状突起部17はリアカバー4の上面に対し均等に且つ平行に当接するようにその幅寸法が予め設定されている。
以上によりインナケース2とアウタケース3およびリアカバー4の三者からなるモータケース1の組み立てが完了したことになるので、使用済みの押し込み治具10を取り外すことで、図1に示したようなモータケース1が得られることになる。
このように本実施の形態によれば、ベース治具7と外筒用治具8および押し込み治具10とからなる組立装置を用いてアウタケース3をインナケース2に、さらにはインナケース2にリアカバー4をそれぞれ圧入するようにしているので、圧入過程においてアウタケース3やインナケース2の変形による圧入不良を招くこともなければ、変形によるインナケース2とアウタケース3との間の気密性不良を招くことがなく、モータケース1の品質の向上に貢献できる。
また、インナケース2に対してアウタケース3の外フランジ部3b側の端部内周面が円筒面接触もって圧入され、同時にインナケース2に対してアウタケース3側のエクステンションフランジ部3dの内周面が円筒面接触をもって圧入されることになるので、機械的な圧入のみによってインナケース2とアウタケース3との間での必要十分な気密性を確保することができる。
さらに、外筒用治具8と押し込み治具10とが互いに独立してはいても、押し込み治具10は、インナケース2に対するアウタケース3の圧入と、インナケース2に対するリアカバー4の圧入とに共通して使用することができるので、治具そのもの汎用性が高いものとなることはもちろんのこと、治具作製費用や段取り替え工数を削減することができる。その上、例えばモータケース1の仕様違いのためにアウタケース3のサイズが変更になる場合には、それに合わせて外筒用治具8もサイズ違いのものを用意する必要があるが、押し込み治具10については、予め標準化しておくことでサイズ違いの複数種の外筒用治具8に共通して使用することができ、これによってもまた治具そのもの汎用性が高いものとなることはもちろんのこと、治具作製費用や作製工数を削減することができる。
また、ベース治具7のほか外筒用治具8および押し込み治具10のそれぞれが互いに独立してはいても、インナケース2に対するアウタケース3の圧入時には、雄側の芯出し治具12と雌側の芯出し治具16との凹凸嵌合のほか、外筒用治具8側の内周面13cと押し込み治具10側の環状突起部17との凹凸嵌合によって、ベース治具7と外筒用治具8および押し込み治具10の三者間の芯出しと相対位置決めがなされることになるので、インナケース2とアウタケース3との圧入に際して、芯ずれや圧入不良を招くことがない。
さらに、ベース治具7に対するインナケース2の位置決めに際して、位置決めピン18とロケート穴19との係合を併用しているとともに、インナケース2に対してアウタケース3を外筒用治具8ごとかぶせるのに際して、同様に位置決めピン20とロケート穴21との係合を併用しているので、インナケース2とアウタケース3との圧入に際して、上記のような芯ずれや圧入不良を未然に防止する上で一段と有利になる。
ここで、本実施の形態では、板金製のインナケース2とアウタケース3のほかリアカバー4とからなるモータケース1を例にとって筒状ケースの組立技術を説明したが、モータケース1以外でも同種の構造物であれば本発明を適用することができることは言うまでもない。
1…モータケース(筒状ケース)
2…インナケース(内筒部材)
3…アウタケース(外筒部材)
3b…外フランジ部
3c…内フランジ部
3d…エクステンションフランジ部
4…リアカバー(カバー部材)
5…ウォータージャケット(密閉空間)
6a,6b…圧接部
7…ベース治具
8…外筒用治具
9…押さえ板(押さえ手段)
10…押し込み治具
12…芯出し治具
13a…フランジ部(第1ショルダー部)
13b…段状部(第2ショルダー部)
16…芯出し治具
18…位置決めピン(内筒部材位置決め手段)
20…位置決めピン(治具位置決め手段)

Claims (11)

  1. 少なくとも内筒部材と外筒部材とを備えるとともに両者の間に密閉空間が形成される筒状ケースを製造するにあたり、上記内外筒部材の両端部同士を圧接部としてそれらの内外筒部材同士を圧入するための装置であって、
    雌雄で対をなす一対の芯出し治具のうち一方の芯出し治具を有し、当該一方の芯出し治具と同心状に内筒部材が位置決め載置されるベース治具と、
    外筒部材の断面形状に合致する形状の内周面を有して、外筒部材に外挿されてその外筒部材を予め固定支持する外筒用治具と、
    外筒用治具に対し芯出しされながら凹凸嵌合可能であって且つ上記一対の芯出し治具のうちベース治具側の一方の芯出し治具と凹凸嵌合可能な他方の芯出し治具を有する押し込み治具と、
    を備えたことを特徴とする筒状ケースの組立装置。
  2. 請求項1に記載の筒状ケースの組立装置において、
    上記外筒部材に外挿されてその外筒部材を予め固定支持する外筒用治具と外筒部材との相対移動を規制する押さえ手段と有していることを特徴とする筒状ケースの組立装置。
  3. 請求項2に記載の筒状ケースの組立装置において、
    上記押さえ手段は外筒用治具に対して着脱可能となっていることを特徴とする筒状ケースの組立装置。
  4. 請求項2または3に記載の筒状ケースの組立装置において、
    上記ベース治具は内筒部材を位置決めする内筒部材位置決め手段を有していることを特徴とする筒状ケースの組立装置。
  5. 請求項4に記載の筒状ケースの組立装置において、
    上記ベース治具は外筒用治具との相対位置決めのための治具位置決め手段を有していることを特徴とする筒状ケースの組立装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一つに記載の筒状ケースの組立装置において、
    上記内筒部材に対する圧接部となる外筒部材の圧入始端部側には予め外フランジ部が形成されていて、
    上記外筒用治具には、内筒部材への外筒部材の圧入に際して、上記外フランジ部と引っ掛かりの関係となる第1ショルダー部を形成してあることを特徴とする筒状ケースの組立装置。
  7. 請求項6に記載の筒状ケースの組立装置において、
    上記内筒部材に対する圧接部となる外筒部材の圧入終端部側には予め内フランジ部が形成されていて、
    外筒用治具には、内筒部材への外筒部材の圧入に際して、上記内フランジ部と引っ掛かりの関係となる第2ショルダー部を形成してあることを特徴とする筒状ケースの組立装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一つに記載の組立装置を用いた筒状ケースの組立方法であって、
    上記ベース治具上の一方の芯出し治具と同心状になるように当該ベース治具上に内筒部材を位置決めする工程と、
    上記外筒用治具に予め固定支持されている外筒部材を内筒部材に対して外筒用治具ごとかぶせる工程と、
    上記外筒用治具に対して押し込み治具を凹凸嵌合させながら、ベース治具側の一方の芯出し治具と押し込み治具側の他方の芯出し治具とを凹凸嵌合させて両者を芯出しする工程と、
    上記押し込み治具を押圧して外筒用治具に予め固定支持されている外筒部材を内筒部材に圧入する工程と、
    を含んでいることを特徴とする筒状ケースの組立方法。
  9. 請求項8に記載の筒状ケースの組立方法において、
    上記筒状ケースは内筒部材と外筒部材に加えて内筒部材の一端に嵌合されるカバー部材を備えていて、
    上記内筒部材への外筒部材の圧入後に押し込み治具とともに外筒用治具を取り外す工程と、
    上記内筒部材の一端にカバー部材をかぶせる工程と、
    ベース治具側の一方の芯出し治具と押し込み治具側の他方の芯出し治具とを凹凸嵌合させて両者を芯出しする工程と、
    上記カバー部材に押しこみ治具を押し当てた上でこの押し込み治具を押圧することによりしてカバー部材を内筒部材に圧入する工程と、
    をさらに含んでいることを特徴とする筒状ケースの組立方法。
  10. 請求項8または9に記載の筒状ケースの組立方法において、
    上記内外筒部材は共に板金製のものであるとともに、上記外筒部材は内筒部材よりもその長さが小さいものとなっていて、
    上記外筒部材は、胴部の一端部に外フランジ部が、他端部に内フランジ部がそれぞれ形成されているとともに、
    上記内フランジ部の先端側に胴部と平行にエクステンションフランジ部が形成されていて、
    上記外フランジ部が形成された胴部の一端部内周面とエクステンションフランジ部の内周面とが内筒部材に対する圧接部となっていることを特徴とする筒状ケースの組立方法。
  11. 請求項8〜10のいずれか一つに記載の筒状ケースの組立方法において、
    少なくとも上記内筒部材と外筒部材とで形成される筒状ケースがモータケースであって、
    上記内筒部材と外筒部材との間に形成される密閉空間が冷却媒体のためのウォータージャケットであることを特徴とする筒状ケースの組立方法。
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