JP6580973B2 - 金属部品のかしめ構造および金属部品のかしめ方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属部品の表面に開口する孔の内部に圧入した金属球を抜け止めすべく、前記孔の開口部の全周縁に前記金属球の外径よりも小径のかしめ部が形成された金属部品のかしめ構造と、前記かしめ部をかしめ工具を用いて加工するための金属部品のかしめ方法とに関する。

金属部品の表面に開口する孔の内部に金属球を圧入する工程と、前記孔の開口部をかしめて金属球を抜け止めする工程とを、一つの工具を用いて一工程で行うものが、下記特許文献１および下記特許文献２により公知である。

特許文献１に記載されたかしめ工具は、平坦な円環状の先端面５２ａが形成された押圧部５２を備えており、金属部品の孔１１の開口部にセットした金属球１５に先端面５２ａの内周縁を当接させた状態でかしめ工具を軸方向に移動させて金属球１５を孔１１に圧入するのと同時に、平坦な円環状の先端面５２ａで孔１１の開口部の周囲を径方向内向きにかしめて金属球１５を抜け止めするようになっている。

また特許文献２に記載されたかしめ工具は、工具本体１０の先端に固定されたかしめ具４と、かしめ具４の中心を軸方向に貫通して戻しスプリング５でかしめ具４から突出する方向に付勢された圧入具３とを備え、圧入具３を工具本体１０に固定した状態でかしめ工具を軸方向に移動させて金属球２を孔１に圧入した後に、圧入具３の工具本体１０に対する固定を解除した状態でかしめ工具を軸方向に更に移動させることで、かしめ具４で孔１の開口部の周囲の２カ所をかしめて金属球２を抜け止めするようになっている。

特許第５６２０８８７号公報 実公平７−０３９５３９号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、かしめ工具の平坦な円環状の先端面５２ａを金属部品の孔１１の開口部の周囲に面接触させた状態で、開口部の全周を径方向内向きにかしめるため、金属球１５を抜け止めするのに必要なかしめ量を得るにはかしめ工具に強い荷重を加える必要があり、そのために金属部品にクラックが発生したりかしめ工具の耐久性が低下したりする懸念があった。

また上記特許文献２に記載されたものは、圧入具３が工具本体１０に軸方向摺動自在に支持されてスプリング５でかしめ具４から突出する方向に付勢されているため、構造が複雑になって部品点数が増加するだけでなく、鋭く尖ったかしめ具４で孔１の開口部の周囲を局所的にかしめるため、金属部品にクラックが発生したりかしめ工具の耐久性が低下したりする懸念があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、かしめ工具の耐久性を確保しながら、金属部品を損傷させることなく安定したかしめ加工を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、金属部品の表面に開口する孔の内部に圧入した金属球を抜け止めすべく、前記孔の開口部の全周縁に前記金属球の外径よりも小径のかしめ部が形成された金属部品のかしめ構造であって、前記金属部品表面の平坦面に形成された前記金属球の外径よりも大径の前記孔の開口縁部から、該孔の内部に向かって前記かしめ部の最小径部に至るまで、前記平坦面に連続する前記孔の内径が徐々に且つ連続的に小さくなっており、前記金属球の前記平坦面側の頂点は、抜け止めのために前記開口縁部を越えて前記平坦面側に飛び出していることを特徴とする金属部品のかしめ構造が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載のかしめ部をかしめ工具を用いて加工するための金属部品のかしめ方法であって、前記かしめ工具は、前記かしめ部を加工するかしめ加工部と、前記金属球に当接して該金属球を前記孔の内部に圧入する金属球圧入部とを備えていて、前記かしめ加工部は、前記かしめ工具の先端側に向かって縮径するテーパ面を有して、そのテーパ面の最小外径が前記孔の内径よりも小さく設定される一方、前記金属球圧入部は、前記かしめ加工部の内周から前記かしめ工具の基端側に向かって縮径するテーパ面を有し、前記かしめ工具で、前記孔の内部への前記金属球の圧入と、前記かしめ部の加工とを同時に行うことを特徴とする金属部品のかしめ方法が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２に構成に加えて、前記金属球圧入部は円錐面からなることを特徴とする金属部品のかしめ方法が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２または請求項３に構成に加えて、前記かしめ加工部は円錐面からなることを特徴とする金属部品のかしめ方法が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の構成に加えて、前記かしめ工具は、前記金属部品の表面に当接して前記孔の内部への前記金属球の圧入深さを規制する圧入深さ規制部を備えることを特徴とする金属部品のかしめ方法が提案される。

請求項１の構成によれば、金属部品の表面に開口する孔の内部に圧入した金属球を抜け止めすべく、孔の開口部の全周縁に金属球の外径よりも小径のかしめ部が形成される。金属球の外径よりも大径の孔の開口縁部から、該孔の内部に向かってかしめ部の最小径部に至るまで内径が徐々に且つ連続的に小さくなっているので、大きなかしめ荷重で開口部の周囲の広い領域をかしめる必要がなくなるだけでなく、開口部に局所的な荷重を加える必要がなくなるため、金属部品にクラックが発生したりかしめ工具の耐久性が低下したりするのが防止される。しかも、前記金属球の前記平坦面側の頂点は、前記開口縁部を越えて前記平坦面側に飛び出しているので、その飛び出し量に基づいてかしめ量を容易に管理することができる。

また請求項２の構成によれば、かしめ工具は、かしめ部を加工するかしめ加工部と、金属球に当接して該金属球を孔の内部に圧入する金属球圧入部とを備えていて、前記かしめ加工部は、前記かしめ工具の先端側に向かって縮径するテーパ面を有して、そのテーパ面の最小外径が前記孔の内径よりも小さく設定される一方、前記金属球圧入部は、前記かしめ加工部の内周から前記かしめ工具の基端側に向かって縮径するテーパ面を有し、かしめ工具で、孔の内部への金属球の圧入と、かしめ部の加工とを同時に行うので、金属球の圧入工程およびかしめ工程を一工程で完了させて加工コストを削減できるだけでなく、金属球の圧入深さとかしめ量とが一定の関係を持つことから、金属球の圧入深さに基づいてかしめ量を容易に管理することができる。しかもかしめ加工部は金属球圧入部に向けて外径が徐々に小さくなっているので、加工時にかしめ工具の軸線を自動的に調心することができる。

また請求項３の構成によれば、金属球圧入部は円錐面からなるので、金属球圧入部および金属球を線接触させることで、金属球に局所的な荷重が加わるのを防止しながら、金属球を安定した姿勢で圧入することができる。

また請求項４の構成によれば、かしめ加工部は円錐面からなるので、かしめ加工時にかしめ工具の移動量に対するかしめ量の関係が急変するのを防止し、かしめ量の管理を容易化することができる。

また請求項５の構成によれば、かしめ工具は、金属部品の表面に当接して孔の内部への金属球の圧入深さを規制する圧入深さ規制部を備えるので、かしめ加工時に金属部品の肉が表面側に膨出するのを防止し、その肉をかしめ部側に押し込んで少ない荷重で必要なかしめ量を確保するとともに、金属部品の表面を平坦に維持することができる。しかも圧入深さ規制部によりかしめ工具の移動量が一定になるので、かしめ部のかしめ量を安定させることができる。

金属部品およびかしめ工具の縦断面図。（第１の実施の形態） かしめ工具の斜視図。（第１の実施の形態） 金属球の圧入工程およびかしめ工程を示す図。（第１の実施の形態） 金属球の圧入工程およびかしめ工程が完了した状態を示す図。（第１の実施の形態） 平坦面からの金属球の飛び出し量と、かしめ部のかしめ量との関係を示すグラフ。（第１の実施の形態） 図２に対応する図。（第２の実施の形態） 図３に対応する図。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１および図４に示すように、例えばエンジンのクランクシャフトのような金属部品１１の内部に、潤滑油を被潤滑部に供給する油路を形成するための一定の内径を有する孔１１ａがドリル加工されており、金属部品１１の表面１１ｂには孔１１ａの開口部１１ｃの周囲を取り囲むように平坦面１１ｄが座繰り加工される。座繰り加工による平坦面１１ｄは孔１１ａの軸線Ｌに直交しており、もしも孔１１ａの開口部１１ｃの周囲の金属部品１１の表面１１ｂが前記軸線Ｌに直交する平面である場合には、平坦面１１ｄを形成するための座繰り加工は不要である。

孔１１ａから潤滑油が漏れないように、孔１１ａの内部には開口部１１ｃから金属球１２が圧入されており、圧入された金属球１２が孔１１ａから脱落しないように、孔１１ａの開口部１１ｃの内周に３６０゜に亙って径方向内側に盛り上がるかしめ部１１ｅが形成される。金属球１２の外径は孔１１ａの内径Ｄ１よりも極僅かに大径である。かしめ部１１ｅの内径Ｄ２は金属球１２の外径Ｄ１よりも例えば５０μｍ〜１５０μｍだけ小さいため、万一圧入部に弛みが生じても、金属球１２の外周面がかしめ部１１ｅに当接することで、金属球１２の脱落が防止される。

図１および図２に示すように、孔１１ａに対する金属球１２の圧入と、孔１１ａの開口部１１ｃの内周のかしめ加工とを同時に行うためのかしめ工具１３の形状は軸線Ｌを有する回転体であり、一定直径の円柱状に形成された工具本体部１３ａと、工具本体部１３ａの先端側に形成されたかしめ加工部１３ｃと、かしめ加工部１３ｃの径方向内側に形成された金属球圧入部１３ｄとを備える。

かしめ加工部１３ｃは、工具本体部１３ａの先端側に向かって縮径するテーパー面（円錐面）であり、その最小外径Ｄ４は孔１１ａの内径Ｄ１よりも小さく設定される。金属球圧入部１３ｄは、かしめ加工部１３ｃの内周からかしめ工具１３の基端側に向かって縮径するテーパー面（円錐面）であり、その軸線はかしめ工具１３の軸線Ｌに一致する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

先ず、図１に示すように、金属部品１１の孔１１ａの開口部１１ｃに金属球１２をセットする。このとき、孔１１ａの内径および金属球１２の外径は共にＤ１であるが、金属球１２の外径は孔１１ａの内径よりも極僅かに大径に設定されているため、金属球１２は孔１１ａの開口部１１ｃに係止される。

続いて、かしめ工具１３の軸線Ｌを孔１１ａの軸線Ｌに一致させた状態で、かしめ工具１３の金属球圧入部１３ｄを金属球１２に接触させ、図３に示すようにかしめ工具１３を孔１１ａの内部に押し込むと、金属球圧入部１３ｄに押圧された金属球１２は開口部１１ｃから孔１１ａの内部に圧入される。このとき、円錐面よりなる金属球圧入部１３ｄと金属球１２とは円形の接触線で線接触するため、金属球１２に局所的な荷重が加わるのを防止しながら、金属球１２に正しく軸線Ｌ方向に沿う押圧荷重を加え、安定した姿勢で孔１１ａの内部に圧入することができる。またかしめ加工部１３ｃの円錐面が孔１１ａの開口部１１ｃに接触し、かつ金属球圧入部１３ｄの円錐面が金属球１２の球面に接触することにより、かしめ工具１３の軸線Ｌは孔１１ａの軸線Ｌに対して自動的に調心され、金属球１２の一層安定した圧入が可能になる。

かしめ工具１３を孔１１ａの内部に押し込むと、かしめ工具１３の円錐状のかしめ加工部１３ｃが金属部品１１の孔１１ａの開口部１１ｃに当接し、開口部１１ｃの周囲の肉を塑性変形させて孔１１ａの内周側に押し込むことで、図４に示すように、孔１１ａの開口部１１ｃに径方向内側に膨出する内径Ｄ２（＜Ｄ１）のかしめ部１１ｅが形成される。

金属球１２を確実に抜け止めするには、かしめ部１１ｅのかしめ量α（図４参照）を例えば５０μｍ以上に設定することが必要であるが、かしめ量αが５０μｍ以上であるか否かを目視あるいは計測器により直接確認することは困難である。しかしながら、本実施の形態によれば、かしめ量αが５０μｍ以上であるか否かを、平坦面１１ｄからの金属球１２の頂点の上方への飛び出し量ｄを測定することにより確認可能である。

図５のグラフは、平坦面１１ｄからの金属球１２の頂点の飛び出し量ｄと、かしめ部１１ｅのかしめ量αとの関係を示すもので、金属球１２の飛び出し量ｄが大きくなるほど、つまり金属球１２の圧入深さが小さくなるほど、かしめ部１１ｅのかしめ量αが小さくなることが分かる。よって、例えば３００ｋｇｆの抜け荷重に耐えるために５０μｍのかしめ量αを確保するには、金属球１２の飛び出し量ｄが約０．７ｍｍ以下であれ良いことになる。この金属球１２の飛び出し量ｄは、ダイヤルゲージのような一般的な測定器具を用いて容易に確認することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、かしめ工具１３のかしめ加工部１３ｃは円錐形状を有するため、金属球１２の圧入間後に金属部品１１の孔１１ａは、その開口縁部１１ｆから該孔１１ａの内部に向かってかしめ部１１ｅに至るまで内径が徐々に小さくなる（図４参照）。このように、円錐形状のかしめ加工部１３ｃを採用したことにより、大きなかしめ荷重で開口部の周囲の広い領域をかしめる必要がなくなり、また開口部に局所的な荷重を加える必要がないため、金属部品１１にクラックが発生したり、かしめ工具１３の耐久性が低下したりするのが防止され、上記特許文献１、２に記載されたものの問題点が解消される。

また、かしめ工具１３は、かしめ加工部１３ｃおよび金属球圧入部１３ｄを一体に備えるので、可動部のない簡単な構造でありながら、金属部品１１の孔１１ａの内部への金属球１２の圧入と、かしめ部１１ｅの加工とを一工程で同時に完了させて加工コストを削減することができるだけでなく、金属球１２の飛び出し量ｄ（金属球１２の圧入深さ）とかしめ部１１ｅのかしめ量αとが一定の関係を持つことから、簡単に測定可能な金属球１２の飛び出し量ｄに基づいてかしめ量αを容易に管理することができる。

また、かしめ工具１３は、金属部品１１の平坦面１１ｄに当接して孔１１ａの内部への金属球１２の圧入深さを規制する金属球圧入部１３ｄを備えるので、かしめ加工時に金属部品１１の肉が平坦面１１ｄに膨出するのを防止し、その肉をかしめ部１１ｅ側に配分して少ない荷重で必要なかしめ量αを確保するとともに、金属部品１１の平坦面１１ｄを平坦に維持することができる。これにより、平坦面１１ｄを基準にして金属球１２の圧入深さを測定するときに、その測定精度を高めることができる。

特に、金属部品１１であるクランクシャフトの表面を軟窒化処理して硬度を高めるような場合、軟窒化処理後に金属球１２の圧入およびかしめを行うと、かしめ部１１ｅにクラックが発生し易くなるが、このような場合には、金属球１２の圧入およびかしめを行った後に、クランクシャフトを金属球１２と共に軟窒化処理することで、クラックの発生を一層確実に防止することができる。

第２の実施の形態

次に、図６および図７に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第２の実施の形態のかしめ工具１３は、一定直径の円柱状に形成された工具本体部１３ａと、工具本体部１３ａに先端側に形成された圧入深さ規制部１３ｂと、圧入深さ規制部１３ｂから先端側に突出するかしめ加工部１３ｃと、かしめ加工部１３ｃの径方向内側に形成された金属球圧入部１３ｄとを備える。

圧入深さ規制部１３ｂは、工具本体部１３ａの外周面から径方向内側に延びる円環状の平坦面であり、かしめ工具１３の軸線Ｌに対して直交している。かしめ加工部１３ｃは、圧入深さ規制部１３ｂの内周からかしめ工具１３の先端側に向かって縮径するテーパー面（円錐面）であり、その最大外径Ｄ３は孔１１ａの内径Ｄ１よりも大きく、その最小外径Ｄ４は孔１１ａの内径Ｄ１よりも小さく設定される。金属球圧入部１３ｄは、かしめ加工部１３ｃの内周からかしめ工具１３の基端側に向かって縮径するテーパー面（円錐面）であり、その軸線はかしめ工具１３の軸線Ｌに一致する。

かしめ工具１３の挿入量が不充分であり、かしめ工具１３の圧入深さ規制部１３ｂが金属部品１１の平坦面１１ｄに当接する前に誤ってかしめ作業を終了してしまうと、かしめ加工部１３ｃにより押し退けられる肉の体積が不足して必要なかしめ量αが得られなくなる。

しかしながら、本実施の形態によれば、かしめ工具１３の圧入深さ規制部１３ｂと金属球圧入部１３ｄとの距離は一定であるため、かしめ工具１３の圧入深さ規制部１３ｂが金属部品１１の平坦面１１ｄに当接したとき、平坦部１６ａからの金属球１２の頂点の上方への飛び出し量ｄ（つまり金属球１２の圧入深さ）は一定値になる（図４参照）。これにより、かしめ工具１３の移動量を特別に制御することなく、金属球１２の圧入深さを自動的に一定値に一致させ、かしめ部１１ｅのかしめ量αを安定させることができる。

よって、かしめ作業の終了時にかしめ工具１３の圧入深さ規制部１３ｂが金属部品１１の平坦面１１ｄに当接したことを確認すれば、かしめ加工部１３ｃが充分な体積の肉を押し退けて必要なかしめ量αが得られたことが保証される。そして、かしめ作業の終了時にかしめ工具１３の圧入深さ規制部１３ｂが金属部品１１の平坦面１１ｄに当接したか否かは、平坦面１１ｄからの金属球１２の頂点の上方への飛び出し量ｄを測定することにより、容易に確認することができる。

また、かしめ加工部１３ｃにより押し退けられた開口部１１ｃの周囲の肉の一部は、金属部品１１の平坦面１１ｄ側にも盛り上がろうとするが、その肉の盛り上がりを圧入深さ規制部１３ｂで押さえることで、平坦面１１ｄを平坦な状態に維持するとともに、かしめ部１１ｅの必要なかしめ量αを確保することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の金属部品１１は実施の形態のクランクシャフトに限定されるものではない。

また本発明のかしめ構造は、図４に示されたものだけに限定されるものではない。すなわち、金属部品１１の材質やかしめ加工条件によっては、開口縁部１１ｆおよび開口縁部１１ｆに繋がる平坦面１１ｄの一部が、かしめ加工前に比べて盛り上がるように僅かに変形する場合もあるが、その変形は有っても無くても良く、開口縁部１１ｆから孔１１ａの内部に向かってかしめ部１１ｅに至るまで内径が徐々に小さくなっていれば良い。

また実施の形態のかしめ加工部１３ｃは母線が直線である円錐面で構成されているが、かしめ加工部１３ｃの母線は必ずしも直線である必要はなく、かしめ工具１３の先端側に向かって外径が徐々に小さくなる回転面であれば良い。

また実施の形態の金属球圧入部１３ｄは母線が直線である円錐面で構成されているが、金属球圧入部１３ｄの母線は必ずしも直線である必要はなく、かしめ工具１３の基端側に向かって外径が徐々に小さくなる回転面であれば良い。

１１ 金属部品
１１ａ 孔
１１ｂ 表面
１１ｃ 開口部
１１ｅ かしめ部
１１ｆ 開口縁部
１２ 金属球
１３ かしめ工具
１３ｂ 圧入深さ規制部
１３ｃ かしめ加工部
１３ｄ 金属球圧入部
Ｄ１ 孔の内径
Ｄ４ かしめ加工部のテーパ面の最小外径

Claims (5)

1. 金属部品（１１）の表面（１１ｂ）に開口する孔（１１ａ）の内部に圧入した金属球（１２）を抜け止めすべく、前記孔（１１ａ）の開口部（１１ｃ）の全周縁に前記金属球（１２）の外径よりも小径のかしめ部（１１ｅ）が形成された金属部品のかしめ構造であって、
   前記金属部品（１１）表面の平坦面（１１ｄ）に形成された、前記金属球（１２）の外径よりも大径の前記孔（１１ａ）の開口縁部（１１ｆ）から、該孔（１１ａ）の内部に向かって前記かしめ部（１１ｅ）の最小径部に至るまで、前記平坦面（１１ｄ）に連続する前記孔（１１ａ）の内径が徐々に且つ連続的に小さくなっており、前記金属球（１２）の前記平坦面（１１ｄ）側の頂点は、抜け止めのために前記開口縁部（１１ｆ）を越えて前記平坦面（１１ｄ）側に飛び出していることを特徴とする金属部品のかしめ構造。
2. 請求項１に記載のかしめ部（１１ｅ）をかしめ工具（１３）を用いて加工するための金属部品のかしめ方法であって、
   前記かしめ工具（１３）は、前記かしめ部（１１ｅ）を加工するかしめ加工部（１３ｃ）と、前記金属球（１２）に当接して該金属球（１２）を前記孔（１１ａ）の内部に圧入する金属球圧入部（１３ｄ）とを備えていて、前記かしめ加工部（１３ｃ）は、前記かしめ工具（１３）の先端側に向かって縮径するテーパ面を有して、そのテーパ面の最小外径（Ｄ４）が前記孔（１１ａ）の内径（Ｄ１）よりも小さく設定される一方、前記金属球圧入部（１３ｄ）は、前記かしめ加工部（１３ｃ）の内周から前記かしめ工具（１３）の基端側に向かって縮径するテーパ面を有し、前記かしめ工具（１３）で、前記孔（１１ａ）の内部への前記金属球（１２）の圧入と、前記かしめ部（１１ｅ）の加工とを同時に行うことを特徴とする金属部品のかしめ方法。
3. 前記金属球圧入部（１３ｄ）は円錐面からなることを特徴とする、請求項２に記載の金属部品のかしめ方法。
4. 前記かしめ加工部（１３ｃ）は円錐面からなることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の金属部品のかしめ方法。
5. 前記かしめ工具（１３）は、前記金属部品（１１）の表面（１１ｂ）に当接して前記孔（１１ａ）の内部への前記金属球（２）の圧入深さを規制する圧入深さ規制部（１３ｂ）を備えることを特徴とする、請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の金属部品のかしめ方法。

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