非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造及び栓封止方法、非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置
【課題】非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する際、非鉄金属構造物に熱などによる変形が生じた場合でもプラグ栓の全周で気密性又は液密性を維持する。
【解決手段】加工孔１１の開口部１１ａには加工孔１１より大径で、加工孔１１と同心のプラグ栓圧入孔１２が設けられ、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと加工孔１１の内面１１ａとの間に段差面１３を有し、プラグ栓２０は、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めされる側面２０ａと側面２０ａに連続した頂部２０ｂを形成する湾曲面２０ｃを有し、内面１２ａと段差面１３との角部１４全周と、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に、接着剤３０を封入する接着剤溜まり３１が形成され、接着剤溜まり３１は、側面２０ａを内面１２ａに締め嵌めすることで形成した第１の圧接部３２と湾曲面２０ｃを段差面１３に圧接することで段差面１３を塑性変形させて形成した第２の圧接部３３との間で密封されている。
【解決手段】加工孔１１の開口部１１ａには加工孔１１より大径で、加工孔１１と同心のプラグ栓圧入孔１２が設けられ、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと加工孔１１の内面１１ａとの間に段差面１３を有し、プラグ栓２０は、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めされる側面２０ａと側面２０ａに連続した頂部２０ｂを形成する湾曲面２０ｃを有し、内面１２ａと段差面１３との角部１４全周と、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に、接着剤３０を封入する接着剤溜まり３１が形成され、接着剤溜まり３１は、側面２０ａを内面１２ａに締め嵌めすることで形成した第１の圧接部３２と湾曲面２０ｃを段差面１３に圧接することで段差面１３を塑性変形させて形成した第２の圧接部３３との間で密封されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓で封止する栓封止構造及び栓封止方法、非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属構造物に形成された孔を封止するには、孔にプラグ栓（栓部材）を圧入することが一般に行われている。例えば下記特許文献１には、プラグ栓の胴部の外周に孔の内径寸法よりも縮径された寸法の周溝を形成し、このプラグ栓の挿入方向において周溝よりも後方側の胴部外周を孔内に圧入するようにしたことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３７３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓の圧入で封止する際には、非鉄金属構造物に熱や外力が加わった場合や、経時的な変化（例えば、成形時に生じた残留応力が経時的に減少した場合の形状変化）が生じた場合に、プラグ栓の全周で気密又は液密を維持することが難しいという問題が生じる。特に、非鉄金属構造物の加工孔の栓封止には、安価で加工しやすい鋼製のプラグ栓を用いることが一般になされるが、この場合には、非鉄金属構造物と鋼製のプラグ栓との熱膨張係数の違いによって非鉄金属構造物に熱が加わった場合などに加工孔と鋼製のプラグ栓との間で十分な封止性能が得られなくなる問題が生じる。
【０００５】
前述した特許文献１に記載されるように、プラグ栓の外径を加工孔の内径より大きくして加工孔にプラグ栓を圧入した場合であっても、加工孔が形成されている非鉄金属構造物が熱などで変形する条件下では十分な封止性能を維持することが難しい。また、特許文献１に記載されるようにプラグ栓の全周に周溝を形成すると、周溝の影響で十分な抜け止め荷抵抗が得られなくなり、非鉄金属構造物内の圧力変化に対してプラグ栓の抜け止め状態を維持できなくなる問題が生じ得る。特に、振動などの外力が加わる状況下では、圧入されたプラグ栓の封止性能が低下することが懸念される。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓で封止するに際して、非鉄金属構造物に熱や外力が加わった場合、或いは経時的な変化が生じた場合であっても、プラグ栓の全周で気密性又は液密性を維持することができること、特に、非鉄金属構造物の加工孔を鋼製のプラグ栓で封止する場合、加熱条件下又は加振動条件下などで十分な封止性能が確保できること、非鉄金属構造物内の圧力変化に対してもプラグ栓の抜け止め状態を維持することができること、などが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明は以下の構成を少なくとも具備するものである。
【０００８】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止構造であって、前記加工孔の開口部には当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔が設けられ、当該プラグ栓圧入孔の内面と前記加工孔の内面との間に段差面を有し、前記プラグ栓は、前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有し、前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記プラグ栓圧入孔内又は前記プラグ栓に塗布された接着剤を封入する接着剤溜まりが形成され、前記接着剤溜まりは、前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで形成した第１の圧接部と前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させて形成した第２の圧接部との間で密封されていることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【０００９】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止方法であって、前記加工孔の開口部に当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔を形成することで、前記加工孔の内面と前記プラグ栓圧入孔の内面との間に段差面を形成する段差面形成工程と、前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有するプラグ栓を用い、当該プラグ栓又は前記プラグ栓圧入孔内に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、前記プラグ栓圧入孔に前記プラグ栓を圧入するプラグ栓圧入工程とを有し、前記プラグ栓圧入工程は、前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで第１の圧接部を形成し、前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させた第２の圧接部を形成し、前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記第１の圧接部と前記第２の圧接部で密封されて前記接着剤を封入する接着剤溜まりを形成することを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【発明の効果】
【００１０】
このような特徴を有することで、本発明は、非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓で封止するに際して、非鉄金属構造物に熱などによる変形が生じた場合であってもプラグ栓の全周で気密性又は液密性を維持することができる。特に、非鉄金属構造物の加工孔を鋼製のプラグ栓で封止する場合であっても、加熱条件下などで十分な封止性能が確保できる。また、非鉄金属構造物内の圧力変化に対してもプラグ栓の抜け止め状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造を示す説明図である（同図（ａ）が全体断面図、同図（ｂ）が同図（ａ）におけるＡ部拡大図）。
【図２】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例を示す説明図（プラグ直径が１６ｍｍの場合の段差面の形成例及び第２の圧接部の形成例を示した断面形状図）である。
【図７】本発明の実施例を示す説明図（プラグ直径が２５ｍｍの場合の段差面の形成例及び第２の圧接部の形成例を示した断面形状図）である。
【図８】本発明の実施例を示す説明図（プラグ栓圧入工程における圧入荷重と圧入変位の関係例を示した検出値線図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造を示す説明図である（同図（ａ）が全体断面図、同図（ｂ）が同図（ａ）におけるＡ部拡大図）。一般に、非鉄金属構造物に形成される加工孔は、構造物の内部における流体の流路や部品の通路として形成され、流路や通路を密封するために開口部をプラグ栓で封止する。一例を挙げると、アルミ鋳造物などでは成形では得られない流路などを成形後に加工孔で形成し、その開口部をプラグ栓で封止している。
【００１３】
本発明の実施形態における非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造は、非鉄金属構造物１０の加工孔１１をプラグ栓２０で封止するものである。非鉄金属構造物１０側の構造としては、加工孔１１の開口部１１ｂに加工孔１１より大径で且つ加工孔１１と同心のプラグ栓圧入孔１２が設けられ、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと加工孔１１の内面１１ａとの間に段差面１３を有している。一方、プラグ栓２０は、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めされる側面２０ａと側面２０ａに連続した頂部２０ｂを形成する湾曲面２０ｃを有している。
【００１４】
そして、プラグ栓圧入孔１２にプラグ栓２０を圧入した状態では、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと段差面１３との角部１４全周と、プラグ栓圧入孔１２に圧入されたプラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に、プラグ栓圧入孔１２内又はプラグ栓２０に塗布された接着剤３０を封入する接着剤溜まり３１が形成されている。この接着剤溜まり３１は、プラグ栓２０の側面２０ａをプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めすることで形成した第１の圧接部３２とプラグ栓２０の湾曲面２０ｃを段差面１３に圧接することで段差面１３を塑性変形させて形成した第２の圧接部３３との間で密封されている。
【００１５】
プラグ栓２０は、図示の例では、所謂椀形プラグであり、鋼製の板材をプレス加工して形成される鋼製プラグである。このようなプラグ栓２０の側面２０ａは円筒状であり、その外径がプラグ栓圧入孔１２の内径に対して締まり嵌めの嵌め合い公差だけ大きく形成されている。また、プラグ栓２０の頂部２０ｂは湾曲面２０ｃを有し、この湾曲面２０ｃの任意の箇所が段差面１３の端部に圧接されるようになっている。
【００１６】
図示の例では、接着剤溜まり３１は、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃと非鉄金属構造物１０側の段差面１３及びプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａによって囲まれた空間であり、その中に接着剤３０が封入された状態になっている。接着剤３０は、第１の圧接部３２と第２の圧接部３３に微細な隙間が有る場合には、そこに浸透して硬化する浸透性接着剤を用いることが好ましく、加えて、密閉空間で硬化し易い嫌気性接着剤（エポキシ系接着剤など）を用いることがより好ましい。
【００１７】
段差面１３の径方向の幅ｗは、加工孔１１の径に対してプラグ栓圧入孔１２の径をどれだけ大きくするかで決められる。プラグ栓圧入孔１２の径を大きくしすぎると、加工孔１１に隣接する他の構造部位に干渉することになり、この干渉を避けると加工孔１１の周囲に余分なスペースを要することになるので好ましくない。また、段差面１３の径方向の幅ｗを小さくしすぎると、プラグ栓２０を圧入することで段差面１３が全て変形してしまい、十分な大きさの接着剤溜まり３１が形成されなくなる不具合が生じる。そのため、段差面１３の径方向の幅ｗは、加工孔１１の径に係わらず０．１〜０．３ｍｍ程度（より好ましくは０．２〜０．３ｍｍ）にするのが好ましい。
【００１８】
接着剤溜まり３１を密封する第１の圧接部３２は、プラグ栓２０の側面２０ａをプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに圧入することで形成される。接着剤溜まり３１を密封する第２の圧接部３３は、段差面１３にプラグ栓２０の湾曲面２０ｃが圧接することで形成され、この第２の圧接部３３は、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３の端部に塑性変形部３３ａを形成するまで圧接されることで適正に形成される。この際、確実に塑性変形部３３ａが形成されることが必要であり、この塑性変形部３３ａが形成されたことを確認することで、プラグ栓２０の頂部２０ｂの形状寸法に多少の誤差が有ったとしても、密封状態の接着剤溜まり３１を形成することができる。
【００１９】
また、段差面１３と加工孔１１の内面との角度θは、プラグ栓圧入孔１２の形成する際の加工具の先端形状によって設定され、前述した第２の圧接部３３を形成することができる任意の角度に形成することができる。接着剤溜まり３１を十分な大きさに形成するには、プラグ栓２０の湾曲部２０ｃと角部１４との間の間隙が離れていた方が好ましく、そのためには、段差面１３と加工孔１１の内面との角度θは略９０°にするのが好ましい。
【００２０】
図２及び図３は、本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法を説明する説明図である。この方法は、段差面形成工程（図２（ａ），（ｂ）参照）、接着剤塗布工程（図２（ｃ）参照）、プラグ栓圧入工程（図３（ａ），（ｂ）参照）を有する。
【００２１】
段差面形成工程は、図２（ａ）に示すように非鉄金属構造物１０に形成された加工孔１１の開口部１１ｂに、加工孔１１より大径で且つ加工孔１１と同心のプラグ栓圧入孔１２を形成することで、加工孔１１の内面１１ａとプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａとの間に段差面１３を形成する工程である。固定された非鉄金属構造物１０に対して穿孔装置に所定径の穿孔加工具を取り付け、この穿孔加工具で加工孔１１を形成した後、例えば、非鉄金属構造物と穿孔装置との固定関係を維持したまま、穿孔加工具をやや大径のものに取り替え、その穿孔加工具でプラグ栓圧入孔１２を形成する（図２（ｂ））。
【００２２】
次に、接着剤塗布工程は、図２（ｃ）に示すように、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めされる側面２０ａと側面２０ａに連続した頂部２０ｂを形成する湾曲面２０ｃを有するプラグ栓２０を用い、プラグ栓２０又はプラグ栓圧入孔１２内に接着剤３０を塗布する工程である。接着剤３０の塗布はプラグ栓圧入孔１２とプラグ栓２０の一方であっても両方であっても良い。
【００２３】
プラグ栓圧入工程は、図３（ａ），（ｂ）に記載されるように、プラグ栓圧入孔１２にプラグ栓２０を圧入する工程である。このプラグ栓圧入工程は、プラグ栓２０の側面２０ａをプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めすることで第１の圧接部３２（図１（ｂ）参照）を形成し、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃを段差面１３に圧接することで段差面１３を塑性変形させた第２の圧接部３３（図１（ｂ）参照）を形成し、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと段差面１３の角部１４全周と、プラグ栓圧入孔１２に圧入されたプラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に、第１の圧接部３２と第２の圧接部３３で密封されて接着剤３０を封入する接着剤溜まり３１を形成する工程である。
【００２４】
プラグ栓圧入工程は、図３（ａ）に示すように、プラグ栓２０側又はプラグ栓圧入孔１２側に接着剤３０を塗布した状態で、プラグ栓２０をプラグ栓圧入孔１２に嵌め合わせて圧入シリンダ５０ａの先端をプラグ栓２０に当て、圧入シリンダ５０ａを作動させる。そして、図３（ｂ）に示すように、プラグ栓２０がプラグ栓圧入孔１２内に圧入されプラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に圧接して第２の圧接部３３（塑性変形部３３ａ）が形成されると、圧入シリンダ５０ａの作動を停止する。
【００２５】
プラグ栓圧入工程では、図１（ｂ）に示すような第２の圧接部３３の形成、すなわち塑性変形部３３ａの形成を確認することで、栓封止構造１の封止性能を向上させることができる。そのためには、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重を検出し、圧入荷重の変化によって第２の圧接部３３の形成を認知することが好ましい。ここでの圧入荷重とは、圧入シリンダ５０ａを動作させる際の圧入シリンダ５０ａが受ける抵抗（反力）によって検出できる。圧入荷重の変化によって第２の圧接部３３が認知できない場合は、栓封止構造１の適正な封止性能が得られないことがあり、このような場合には圧入工程に異常があると判定することができる。
【００２６】
圧入工程の異常判定においては、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、圧入荷重と圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定することができる。ここでの圧入変位とは、プラグ栓２０のプラグ栓圧入孔１２内での移動変位であり、圧入シリンダ５０ａの動作ストロークによって検出することができる。より具体的には、プラグ栓圧入工程において、圧入変位の増加に対して圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定することができる。プラグ栓２０をプラグ栓圧入孔１２内に圧入する際に、プラグ栓２０に側面２０ａがプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａを摺動している段階では、圧入荷重は大きく変化しない。その後、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に当接して塑性変形部３３ａを形成する際に圧入荷重は急峻に変化する。この圧入荷重の急峻な立ち上がりを検知することで第２圧接部３３の形成を認知することができる。
【００２７】
また、プラグ栓圧入工程では、プラグ栓２０が過剰に圧入されないように、プラグ栓圧入孔１２ａの適正な位置でプラグ栓２０の圧入を停止させる。この際に、第２圧接部３３の形成が確認されたことを契機にプラグ栓２０の圧入を停止させることが好ましい。具体的には、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された圧入変位における圧入荷重が閾値を超えたときに、プラグ栓２０に対する圧入動作を停止する。また、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された圧入変位における圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、プラグ栓に対する圧入動作を停止する。このようにすることで、プラグ栓２０を適正な位置まで圧入させたことを確認した上でプラグ栓２０の圧入動作を停止させることができる。
【００２８】
図４及び図５は、本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置を説明する説明図である。工程管理装置１００は、前述した非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の各工程が適正に実行されるか否かを管理するために付属設備として設けられるものである。
【００２９】
図４に示した例は、前述した接着剤塗布工程における接着剤の塗布状態の良否を管理するためのものであり、工程管理装置１００は、前述した接着剤塗布工程と前述したプラグ栓圧入工程の間で、プラグ栓圧入孔１２又はプラグ栓２０を撮像し、その撮像データによって接着剤３０の塗布状態の良否を判別する判別手段（塗布状態判別手段１０１）を備える。
【００３０】
図示の例では、プラグ栓圧入孔１２内に接着剤３０を塗布した場合を示している。この場合は、プラグ栓圧入孔１２内の画像を撮像できるように撮像装置５１を配置し、工程管理装置１００はこの撮像装置５１の動作を制御すると共に撮像装置５１によって得た撮像データを取得して演算処理を行う。工程管理装置１００が備える塗布状態判別手段１０１は、撮像装置５１から取得した撮像データを画像処理して良好な接着剤塗布が行われている場合の画像と比較し、塗布状態の良否判定の結果を出力する。これに限らず、塗布状態判別手段１０１は、得られた撮像データを目視判定できるように表示する表示手段であってもよい。また、図示の例ではプラグ栓圧入孔１２内の画像を撮像しているが、プラグ栓２０側に接着剤を塗布する場合には、圧入する前のプラグ栓２０の表面画像を撮像する。
【００３１】
図５に示した例は、前述したプラグ栓圧入工程における圧入状態の良否又は圧入動作を管理するためのものであり、この工程管理装置１００は、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重を検出する圧入荷重検出手段１０２、圧入変位を検出する圧入変位検出手段１０３、圧入工程の異常を判定する異常判定手段１０４、プラグ栓２０に対する圧入動作を適正位置で停止させる圧入動作停止手段１０５を個別に又は組み合わせて備える。
【００３２】
図示例では、工程管理装置１００は、圧入シリンダ５０ａを作動させる圧入装置５０の動作を制御する共に、圧入装置５０内のロードセルの出力データを取得する。圧入荷重検出手段１０２はロードセルの出力に基づいて圧入荷重を検出するものであり、圧入変位検出手段１０３は、圧入シリンダ５０ａのストロークの出力から圧入変位を検出するものである。
【００３３】
異常判定手段１０４は、圧入荷重検出手段１０２の出力と圧入変位検出手段１０３の出力を演算処理して、圧入荷重と圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定するものである。より具体的には、異常判定手段１０４は、圧入変位の増加に対して圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定する。
【００３４】
圧入動作停止手段１０５は、圧入荷重検出手段１０２の出力と圧入変位検出手段１０３の出力を演算処理して、設定された圧入変位における圧入荷重が閾値を超えたときに、プラグ栓２０に対する圧入動作を停止するか、或いは、設定された圧入変位における圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、プラグ栓２０に対する圧入動作を停止する。
【００３５】
このような非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造１及び栓封止方法によると、プラグ栓２０の側面２０ａがプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに圧入されることで形成される第１の圧接部３２に加えて、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に圧接することで形成される第２の圧接部３３が形成されることで、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃの全周には密封された状態の接着剤溜まり３１が形成されることになる。これによって、第１の圧接部３２や第２の圧接部３３に微細な間隙が有ったとしても、その間に形成されている接着剤溜まり３１の存在によってプラグ栓２０の内の封止性能は高い状態で維持されることになる。特に接着剤３０として浸透性接着剤を用いることで、第１の圧接部３２や第２の圧接部３３に微細な間隙が有った場合にこの浸透性接着剤が間隙に浸透してより確実にプラグ栓２０内の封止性能を維持することができる。なお、接着剤溜まり３１は、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと段差面１３との角部全周と、プラグ栓圧入孔１２に圧入されたプラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に形成される空間を、全て接着剤３０で充填する必要はなく、接着剤溜まり３１がプラグ栓２０の湾曲面２０ｃの全周に密封された状態で形成されていればよい。
【００３６】
また、熱などによる非鉄金属構造物１０の変形や、非鉄金属構造物１０とプラグ栓２０の熱膨張係数の違い、非鉄金属構造物１０に加えられる振動、非鉄金属構造物１０の経時的な変化などによって、プラグ栓２０の側面２０ａとプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａとの間の第１の圧接部３２に緩みが生じた場合であっても、第２の圧接部３３と第２の圧接部３３の外側に位置する接着剤溜まり３１の存在によって、プラグ栓２０の内側の封止性能を維持することができる。これによって、栓封止構造１を加熱条件下或いは加振動条件下で使用するエンジン構造物などに適用する場合にも高い封止性能を維持することができる。
【００３７】
更には、接着剤溜まり３１は第１の圧接部３２と第２の圧接部３３の間に形成されるので、プラグ栓２０の側面２０ａとプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａとの間の第１の圧接部３２に溝などが形成されることはなく、第１の圧接部３２によって非鉄金属構造物内の圧力変化に対してもプラグ栓２０の高い抜け止め抵抗を維持することができる。
【実施例】
【００３８】
以下に、非鉄金属構造物をアルミ鋳造物として加工孔に鋼製の椀形プラグを圧入した実施例を示す。図６は、プラグ直径が１６ｍｍの場合の例であって、段差面１３の形成例及び第２の圧接部３３の形成例を示した断面形状図である。図７は、プラグ直径が２５ｍｍの場合であって、段差面１３の形成例及び第２の圧接部３３の形成例を示した断面形状図である。各図（ａ）が圧入前の段差面１３の形成例、各図（ｂ）が第２の圧接部３３の形成例、各図（ｃ）が段差面１３と第２の圧接部３３の比較形状を示している。
【００３９】
図６に示した例では、同図（ａ）に示すように段差面１３と加工孔１１の内面１１ａとの角度θ１が約１２０°であり、同図（ｂ）に示すように第２の圧接部３３が軸方向に０．１８ｍｍ、径方向に０．０９５ｍｍの範囲に形成されている。図７に示した例では、同図（ａ）に示すように段差面１３と加工孔１１の内面１１ａとの角度θ１が約９０°であり、同図（ｂ）に示すように第２の圧接部３３が軸方向に０．２６ｍｍ、径方向に０．１３ｍｍの範囲に形成されている。なお、図７に示した例は、図６に示した例に対して第２の圧接部３３の形成面積を大きくでき、より高い封止性能を得ることができる。
【００４０】
図８は、プラグ栓圧入工程における圧入荷重と圧入変位の関係例を示した検出値線図である。同図（ａ）の実線が図６に示したプラグ直径１６ｍｍの場合の検出例、同図（ｂ）の実線が図７に示したプラグ直径２５ｍｍの場合の検出例をそれぞれ示している。また、同図（ａ），（ｂ）の破線が、同条件で段差面を形成していない場合の圧入荷重と圧入変位の検出例を示している。
【００４１】
同図（ａ），（ｂ）において、圧入変位が点ｐを超えると圧入荷重が急峻に立ち上がる。すなわち、圧入変位と圧入荷重の関係から、圧入変位に対する圧入荷重の変化量が点ｐを境に格段に大きくなることが確認できる。この点ｐに達したところでプラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に当接したと考えられる。したがって、その後所定の変位だけ圧入変位を確保することで、図１（ｂ）に示した塑性変形部３３ａを有する第２の圧接部３３を確実に得ることができる。第２の圧接部３３が適正に形成されたことを確認するためには、点ｐを経過して圧入荷重が立ち上がった後に設定された閾値を超えたとき、或いは、点ｐを経過して圧入荷重の変化量が設定された閾値を超えたときを目安にしてこれを確認することができる。そして、第２の圧接部３３が適正に形成されたことを確認してプラグ栓２０に対する圧入動作を停止させることで、封止性能の高い栓封止構造１を得ることができる。
【００４２】
また、図８（ａ），（ｂ）の破線で示したように、段差部１３が無い場合には、圧入変位を増大させても圧入荷重の急峻な変化が起こらない。したがって、圧入変位を増大させた場合に圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合には、適正な段差面１３が形成されていないなどの理由でプラグ栓圧入工程に異常があると判定することができる。
【００４３】
なお、この実施例は、非鉄金属構造物１０としてアルミ構造物の例を示したが、アルミ（アルミ合金を含む）の他、マグネシウム（マグネシウム合金を含む）などでも同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４４】
１：栓封止構造，
１０：非鉄金属構造物，１１：加工孔，１１ａ：内面，１１ｂ開口部，
１２：プラグ栓圧入孔，１２ａ：内面，
１３：段差面，１４：角部，
２０：プラグ栓，２０ａ：側面，２０ｂ：頂部，２０ｃ：湾曲面，
３０：接着剤，３１：接着剤溜まり，
３２：第１の圧接部，３３：第２の圧接部，３３ａ：塑性変形部，
５０：圧入装置，５０ａ：圧入シリンダ，
５１：撮像装置，
１００：工程管理装置，１０１：塗布状態判別手段，
１０２：圧入荷重検出手段，１０３：圧入変位検出手段，
１０４：異常判定手段，１０５：圧入動作停止手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓で封止する栓封止構造及び栓封止方法、非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属構造物に形成された孔を封止するには、孔にプラグ栓（栓部材）を圧入することが一般に行われている。例えば下記特許文献１には、プラグ栓の胴部の外周に孔の内径寸法よりも縮径された寸法の周溝を形成し、このプラグ栓の挿入方向において周溝よりも後方側の胴部外周を孔内に圧入するようにしたことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３７３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓の圧入で封止する際には、非鉄金属構造物に熱や外力が加わった場合や、経時的な変化（例えば、成形時に生じた残留応力が経時的に減少した場合の形状変化）が生じた場合に、プラグ栓の全周で気密又は液密を維持することが難しいという問題が生じる。特に、非鉄金属構造物の加工孔の栓封止には、安価で加工しやすい鋼製のプラグ栓を用いることが一般になされるが、この場合には、非鉄金属構造物と鋼製のプラグ栓との熱膨張係数の違いによって非鉄金属構造物に熱が加わった場合などに加工孔と鋼製のプラグ栓との間で十分な封止性能が得られなくなる問題が生じる。
【０００５】
前述した特許文献１に記載されるように、プラグ栓の外径を加工孔の内径より大きくして加工孔にプラグ栓を圧入した場合であっても、加工孔が形成されている非鉄金属構造物が熱などで変形する条件下では十分な封止性能を維持することが難しい。また、特許文献１に記載されるようにプラグ栓の全周に周溝を形成すると、周溝の影響で十分な抜け止め荷抵抗が得られなくなり、非鉄金属構造物内の圧力変化に対してプラグ栓の抜け止め状態を維持できなくなる問題が生じ得る。特に、振動などの外力が加わる状況下では、圧入されたプラグ栓の封止性能が低下することが懸念される。
【０００６】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓で封止するに際して、非鉄金属構造物に熱や外力が加わった場合、或いは経時的な変化が生じた場合であっても、プラグ栓の全周で気密性又は液密性を維持することができること、特に、非鉄金属構造物の加工孔を鋼製のプラグ栓で封止する場合、加熱条件下又は加振動条件下などで十分な封止性能が確保できること、非鉄金属構造物内の圧力変化に対してもプラグ栓の抜け止め状態を維持することができること、などが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明は以下の構成を少なくとも具備するものである。
【０００８】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止構造であって、前記加工孔の開口部には当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔が設けられ、当該プラグ栓圧入孔の内面と前記加工孔の内面との間に段差面を有し、前記プラグ栓は、前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有し、前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記プラグ栓圧入孔内又は前記プラグ栓に塗布された接着剤を封入する接着剤溜まりが形成され、前記接着剤溜まりは、前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで形成した第１の圧接部と前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させて形成した第２の圧接部との間で密封されていることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【０００９】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止方法であって、前記加工孔の開口部に当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔を形成することで、前記加工孔の内面と前記プラグ栓圧入孔の内面との間に段差面を形成する段差面形成工程と、前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有するプラグ栓を用い、当該プラグ栓又は前記プラグ栓圧入孔内に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、前記プラグ栓圧入孔に前記プラグ栓を圧入するプラグ栓圧入工程とを有し、前記プラグ栓圧入工程は、前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで第１の圧接部を形成し、前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させた第２の圧接部を形成し、前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記第１の圧接部と前記第２の圧接部で密封されて前記接着剤を封入する接着剤溜まりを形成することを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【発明の効果】
【００１０】
このような特徴を有することで、本発明は、非鉄金属構造物に形成された加工孔をプラグ栓で封止するに際して、非鉄金属構造物に熱などによる変形が生じた場合であってもプラグ栓の全周で気密性又は液密性を維持することができる。特に、非鉄金属構造物の加工孔を鋼製のプラグ栓で封止する場合であっても、加熱条件下などで十分な封止性能が確保できる。また、非鉄金属構造物内の圧力変化に対してもプラグ栓の抜け止め状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造を示す説明図である（同図（ａ）が全体断面図、同図（ｂ）が同図（ａ）におけるＡ部拡大図）。
【図２】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例を示す説明図（プラグ直径が１６ｍｍの場合の段差面の形成例及び第２の圧接部の形成例を示した断面形状図）である。
【図７】本発明の実施例を示す説明図（プラグ直径が２５ｍｍの場合の段差面の形成例及び第２の圧接部の形成例を示した断面形状図）である。
【図８】本発明の実施例を示す説明図（プラグ栓圧入工程における圧入荷重と圧入変位の関係例を示した検出値線図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造を示す説明図である（同図（ａ）が全体断面図、同図（ｂ）が同図（ａ）におけるＡ部拡大図）。一般に、非鉄金属構造物に形成される加工孔は、構造物の内部における流体の流路や部品の通路として形成され、流路や通路を密封するために開口部をプラグ栓で封止する。一例を挙げると、アルミ鋳造物などでは成形では得られない流路などを成形後に加工孔で形成し、その開口部をプラグ栓で封止している。
【００１３】
本発明の実施形態における非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造は、非鉄金属構造物１０の加工孔１１をプラグ栓２０で封止するものである。非鉄金属構造物１０側の構造としては、加工孔１１の開口部１１ｂに加工孔１１より大径で且つ加工孔１１と同心のプラグ栓圧入孔１２が設けられ、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと加工孔１１の内面１１ａとの間に段差面１３を有している。一方、プラグ栓２０は、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めされる側面２０ａと側面２０ａに連続した頂部２０ｂを形成する湾曲面２０ｃを有している。
【００１４】
そして、プラグ栓圧入孔１２にプラグ栓２０を圧入した状態では、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと段差面１３との角部１４全周と、プラグ栓圧入孔１２に圧入されたプラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に、プラグ栓圧入孔１２内又はプラグ栓２０に塗布された接着剤３０を封入する接着剤溜まり３１が形成されている。この接着剤溜まり３１は、プラグ栓２０の側面２０ａをプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めすることで形成した第１の圧接部３２とプラグ栓２０の湾曲面２０ｃを段差面１３に圧接することで段差面１３を塑性変形させて形成した第２の圧接部３３との間で密封されている。
【００１５】
プラグ栓２０は、図示の例では、所謂椀形プラグであり、鋼製の板材をプレス加工して形成される鋼製プラグである。このようなプラグ栓２０の側面２０ａは円筒状であり、その外径がプラグ栓圧入孔１２の内径に対して締まり嵌めの嵌め合い公差だけ大きく形成されている。また、プラグ栓２０の頂部２０ｂは湾曲面２０ｃを有し、この湾曲面２０ｃの任意の箇所が段差面１３の端部に圧接されるようになっている。
【００１６】
図示の例では、接着剤溜まり３１は、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃと非鉄金属構造物１０側の段差面１３及びプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａによって囲まれた空間であり、その中に接着剤３０が封入された状態になっている。接着剤３０は、第１の圧接部３２と第２の圧接部３３に微細な隙間が有る場合には、そこに浸透して硬化する浸透性接着剤を用いることが好ましく、加えて、密閉空間で硬化し易い嫌気性接着剤（エポキシ系接着剤など）を用いることがより好ましい。
【００１７】
段差面１３の径方向の幅ｗは、加工孔１１の径に対してプラグ栓圧入孔１２の径をどれだけ大きくするかで決められる。プラグ栓圧入孔１２の径を大きくしすぎると、加工孔１１に隣接する他の構造部位に干渉することになり、この干渉を避けると加工孔１１の周囲に余分なスペースを要することになるので好ましくない。また、段差面１３の径方向の幅ｗを小さくしすぎると、プラグ栓２０を圧入することで段差面１３が全て変形してしまい、十分な大きさの接着剤溜まり３１が形成されなくなる不具合が生じる。そのため、段差面１３の径方向の幅ｗは、加工孔１１の径に係わらず０．１〜０．３ｍｍ程度（より好ましくは０．２〜０．３ｍｍ）にするのが好ましい。
【００１８】
接着剤溜まり３１を密封する第１の圧接部３２は、プラグ栓２０の側面２０ａをプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに圧入することで形成される。接着剤溜まり３１を密封する第２の圧接部３３は、段差面１３にプラグ栓２０の湾曲面２０ｃが圧接することで形成され、この第２の圧接部３３は、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３の端部に塑性変形部３３ａを形成するまで圧接されることで適正に形成される。この際、確実に塑性変形部３３ａが形成されることが必要であり、この塑性変形部３３ａが形成されたことを確認することで、プラグ栓２０の頂部２０ｂの形状寸法に多少の誤差が有ったとしても、密封状態の接着剤溜まり３１を形成することができる。
【００１９】
また、段差面１３と加工孔１１の内面との角度θは、プラグ栓圧入孔１２の形成する際の加工具の先端形状によって設定され、前述した第２の圧接部３３を形成することができる任意の角度に形成することができる。接着剤溜まり３１を十分な大きさに形成するには、プラグ栓２０の湾曲部２０ｃと角部１４との間の間隙が離れていた方が好ましく、そのためには、段差面１３と加工孔１１の内面との角度θは略９０°にするのが好ましい。
【００２０】
図２及び図３は、本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法を説明する説明図である。この方法は、段差面形成工程（図２（ａ），（ｂ）参照）、接着剤塗布工程（図２（ｃ）参照）、プラグ栓圧入工程（図３（ａ），（ｂ）参照）を有する。
【００２１】
段差面形成工程は、図２（ａ）に示すように非鉄金属構造物１０に形成された加工孔１１の開口部１１ｂに、加工孔１１より大径で且つ加工孔１１と同心のプラグ栓圧入孔１２を形成することで、加工孔１１の内面１１ａとプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａとの間に段差面１３を形成する工程である。固定された非鉄金属構造物１０に対して穿孔装置に所定径の穿孔加工具を取り付け、この穿孔加工具で加工孔１１を形成した後、例えば、非鉄金属構造物と穿孔装置との固定関係を維持したまま、穿孔加工具をやや大径のものに取り替え、その穿孔加工具でプラグ栓圧入孔１２を形成する（図２（ｂ））。
【００２２】
次に、接着剤塗布工程は、図２（ｃ）に示すように、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めされる側面２０ａと側面２０ａに連続した頂部２０ｂを形成する湾曲面２０ｃを有するプラグ栓２０を用い、プラグ栓２０又はプラグ栓圧入孔１２内に接着剤３０を塗布する工程である。接着剤３０の塗布はプラグ栓圧入孔１２とプラグ栓２０の一方であっても両方であっても良い。
【００２３】
プラグ栓圧入工程は、図３（ａ），（ｂ）に記載されるように、プラグ栓圧入孔１２にプラグ栓２０を圧入する工程である。このプラグ栓圧入工程は、プラグ栓２０の側面２０ａをプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに締め嵌めすることで第１の圧接部３２（図１（ｂ）参照）を形成し、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃを段差面１３に圧接することで段差面１３を塑性変形させた第２の圧接部３３（図１（ｂ）参照）を形成し、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと段差面１３の角部１４全周と、プラグ栓圧入孔１２に圧入されたプラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に、第１の圧接部３２と第２の圧接部３３で密封されて接着剤３０を封入する接着剤溜まり３１を形成する工程である。
【００２４】
プラグ栓圧入工程は、図３（ａ）に示すように、プラグ栓２０側又はプラグ栓圧入孔１２側に接着剤３０を塗布した状態で、プラグ栓２０をプラグ栓圧入孔１２に嵌め合わせて圧入シリンダ５０ａの先端をプラグ栓２０に当て、圧入シリンダ５０ａを作動させる。そして、図３（ｂ）に示すように、プラグ栓２０がプラグ栓圧入孔１２内に圧入されプラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に圧接して第２の圧接部３３（塑性変形部３３ａ）が形成されると、圧入シリンダ５０ａの作動を停止する。
【００２５】
プラグ栓圧入工程では、図１（ｂ）に示すような第２の圧接部３３の形成、すなわち塑性変形部３３ａの形成を確認することで、栓封止構造１の封止性能を向上させることができる。そのためには、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重を検出し、圧入荷重の変化によって第２の圧接部３３の形成を認知することが好ましい。ここでの圧入荷重とは、圧入シリンダ５０ａを動作させる際の圧入シリンダ５０ａが受ける抵抗（反力）によって検出できる。圧入荷重の変化によって第２の圧接部３３が認知できない場合は、栓封止構造１の適正な封止性能が得られないことがあり、このような場合には圧入工程に異常があると判定することができる。
【００２６】
圧入工程の異常判定においては、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、圧入荷重と圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定することができる。ここでの圧入変位とは、プラグ栓２０のプラグ栓圧入孔１２内での移動変位であり、圧入シリンダ５０ａの動作ストロークによって検出することができる。より具体的には、プラグ栓圧入工程において、圧入変位の増加に対して圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定することができる。プラグ栓２０をプラグ栓圧入孔１２内に圧入する際に、プラグ栓２０に側面２０ａがプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａを摺動している段階では、圧入荷重は大きく変化しない。その後、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に当接して塑性変形部３３ａを形成する際に圧入荷重は急峻に変化する。この圧入荷重の急峻な立ち上がりを検知することで第２圧接部３３の形成を認知することができる。
【００２７】
また、プラグ栓圧入工程では、プラグ栓２０が過剰に圧入されないように、プラグ栓圧入孔１２ａの適正な位置でプラグ栓２０の圧入を停止させる。この際に、第２圧接部３３の形成が確認されたことを契機にプラグ栓２０の圧入を停止させることが好ましい。具体的には、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された圧入変位における圧入荷重が閾値を超えたときに、プラグ栓２０に対する圧入動作を停止する。また、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された圧入変位における圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、プラグ栓に対する圧入動作を停止する。このようにすることで、プラグ栓２０を適正な位置まで圧入させたことを確認した上でプラグ栓２０の圧入動作を停止させることができる。
【００２８】
図４及び図５は、本発明の実施形態に係る非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置を説明する説明図である。工程管理装置１００は、前述した非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の各工程が適正に実行されるか否かを管理するために付属設備として設けられるものである。
【００２９】
図４に示した例は、前述した接着剤塗布工程における接着剤の塗布状態の良否を管理するためのものであり、工程管理装置１００は、前述した接着剤塗布工程と前述したプラグ栓圧入工程の間で、プラグ栓圧入孔１２又はプラグ栓２０を撮像し、その撮像データによって接着剤３０の塗布状態の良否を判別する判別手段（塗布状態判別手段１０１）を備える。
【００３０】
図示の例では、プラグ栓圧入孔１２内に接着剤３０を塗布した場合を示している。この場合は、プラグ栓圧入孔１２内の画像を撮像できるように撮像装置５１を配置し、工程管理装置１００はこの撮像装置５１の動作を制御すると共に撮像装置５１によって得た撮像データを取得して演算処理を行う。工程管理装置１００が備える塗布状態判別手段１０１は、撮像装置５１から取得した撮像データを画像処理して良好な接着剤塗布が行われている場合の画像と比較し、塗布状態の良否判定の結果を出力する。これに限らず、塗布状態判別手段１０１は、得られた撮像データを目視判定できるように表示する表示手段であってもよい。また、図示の例ではプラグ栓圧入孔１２内の画像を撮像しているが、プラグ栓２０側に接着剤を塗布する場合には、圧入する前のプラグ栓２０の表面画像を撮像する。
【００３１】
図５に示した例は、前述したプラグ栓圧入工程における圧入状態の良否又は圧入動作を管理するためのものであり、この工程管理装置１００は、プラグ栓圧入工程において、圧入荷重を検出する圧入荷重検出手段１０２、圧入変位を検出する圧入変位検出手段１０３、圧入工程の異常を判定する異常判定手段１０４、プラグ栓２０に対する圧入動作を適正位置で停止させる圧入動作停止手段１０５を個別に又は組み合わせて備える。
【００３２】
図示例では、工程管理装置１００は、圧入シリンダ５０ａを作動させる圧入装置５０の動作を制御する共に、圧入装置５０内のロードセルの出力データを取得する。圧入荷重検出手段１０２はロードセルの出力に基づいて圧入荷重を検出するものであり、圧入変位検出手段１０３は、圧入シリンダ５０ａのストロークの出力から圧入変位を検出するものである。
【００３３】
異常判定手段１０４は、圧入荷重検出手段１０２の出力と圧入変位検出手段１０３の出力を演算処理して、圧入荷重と圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定するものである。より具体的には、異常判定手段１０４は、圧入変位の増加に対して圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定する。
【００３４】
圧入動作停止手段１０５は、圧入荷重検出手段１０２の出力と圧入変位検出手段１０３の出力を演算処理して、設定された圧入変位における圧入荷重が閾値を超えたときに、プラグ栓２０に対する圧入動作を停止するか、或いは、設定された圧入変位における圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、プラグ栓２０に対する圧入動作を停止する。
【００３５】
このような非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造１及び栓封止方法によると、プラグ栓２０の側面２０ａがプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａに圧入されることで形成される第１の圧接部３２に加えて、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に圧接することで形成される第２の圧接部３３が形成されることで、プラグ栓２０の湾曲面２０ｃの全周には密封された状態の接着剤溜まり３１が形成されることになる。これによって、第１の圧接部３２や第２の圧接部３３に微細な間隙が有ったとしても、その間に形成されている接着剤溜まり３１の存在によってプラグ栓２０の内の封止性能は高い状態で維持されることになる。特に接着剤３０として浸透性接着剤を用いることで、第１の圧接部３２や第２の圧接部３３に微細な間隙が有った場合にこの浸透性接着剤が間隙に浸透してより確実にプラグ栓２０内の封止性能を維持することができる。なお、接着剤溜まり３１は、プラグ栓圧入孔１２の内面１２ａと段差面１３との角部全周と、プラグ栓圧入孔１２に圧入されたプラグ栓２０の湾曲面２０ｃとの間に形成される空間を、全て接着剤３０で充填する必要はなく、接着剤溜まり３１がプラグ栓２０の湾曲面２０ｃの全周に密封された状態で形成されていればよい。
【００３６】
また、熱などによる非鉄金属構造物１０の変形や、非鉄金属構造物１０とプラグ栓２０の熱膨張係数の違い、非鉄金属構造物１０に加えられる振動、非鉄金属構造物１０の経時的な変化などによって、プラグ栓２０の側面２０ａとプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａとの間の第１の圧接部３２に緩みが生じた場合であっても、第２の圧接部３３と第２の圧接部３３の外側に位置する接着剤溜まり３１の存在によって、プラグ栓２０の内側の封止性能を維持することができる。これによって、栓封止構造１を加熱条件下或いは加振動条件下で使用するエンジン構造物などに適用する場合にも高い封止性能を維持することができる。
【００３７】
更には、接着剤溜まり３１は第１の圧接部３２と第２の圧接部３３の間に形成されるので、プラグ栓２０の側面２０ａとプラグ栓圧入孔１２の内面１２ａとの間の第１の圧接部３２に溝などが形成されることはなく、第１の圧接部３２によって非鉄金属構造物内の圧力変化に対してもプラグ栓２０の高い抜け止め抵抗を維持することができる。
【実施例】
【００３８】
以下に、非鉄金属構造物をアルミ鋳造物として加工孔に鋼製の椀形プラグを圧入した実施例を示す。図６は、プラグ直径が１６ｍｍの場合の例であって、段差面１３の形成例及び第２の圧接部３３の形成例を示した断面形状図である。図７は、プラグ直径が２５ｍｍの場合であって、段差面１３の形成例及び第２の圧接部３３の形成例を示した断面形状図である。各図（ａ）が圧入前の段差面１３の形成例、各図（ｂ）が第２の圧接部３３の形成例、各図（ｃ）が段差面１３と第２の圧接部３３の比較形状を示している。
【００３９】
図６に示した例では、同図（ａ）に示すように段差面１３と加工孔１１の内面１１ａとの角度θ１が約１２０°であり、同図（ｂ）に示すように第２の圧接部３３が軸方向に０．１８ｍｍ、径方向に０．０９５ｍｍの範囲に形成されている。図７に示した例では、同図（ａ）に示すように段差面１３と加工孔１１の内面１１ａとの角度θ１が約９０°であり、同図（ｂ）に示すように第２の圧接部３３が軸方向に０．２６ｍｍ、径方向に０．１３ｍｍの範囲に形成されている。なお、図７に示した例は、図６に示した例に対して第２の圧接部３３の形成面積を大きくでき、より高い封止性能を得ることができる。
【００４０】
図８は、プラグ栓圧入工程における圧入荷重と圧入変位の関係例を示した検出値線図である。同図（ａ）の実線が図６に示したプラグ直径１６ｍｍの場合の検出例、同図（ｂ）の実線が図７に示したプラグ直径２５ｍｍの場合の検出例をそれぞれ示している。また、同図（ａ），（ｂ）の破線が、同条件で段差面を形成していない場合の圧入荷重と圧入変位の検出例を示している。
【００４１】
同図（ａ），（ｂ）において、圧入変位が点ｐを超えると圧入荷重が急峻に立ち上がる。すなわち、圧入変位と圧入荷重の関係から、圧入変位に対する圧入荷重の変化量が点ｐを境に格段に大きくなることが確認できる。この点ｐに達したところでプラグ栓２０の湾曲面２０ｃが段差面１３に当接したと考えられる。したがって、その後所定の変位だけ圧入変位を確保することで、図１（ｂ）に示した塑性変形部３３ａを有する第２の圧接部３３を確実に得ることができる。第２の圧接部３３が適正に形成されたことを確認するためには、点ｐを経過して圧入荷重が立ち上がった後に設定された閾値を超えたとき、或いは、点ｐを経過して圧入荷重の変化量が設定された閾値を超えたときを目安にしてこれを確認することができる。そして、第２の圧接部３３が適正に形成されたことを確認してプラグ栓２０に対する圧入動作を停止させることで、封止性能の高い栓封止構造１を得ることができる。
【００４２】
また、図８（ａ），（ｂ）の破線で示したように、段差部１３が無い場合には、圧入変位を増大させても圧入荷重の急峻な変化が起こらない。したがって、圧入変位を増大させた場合に圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合には、適正な段差面１３が形成されていないなどの理由でプラグ栓圧入工程に異常があると判定することができる。
【００４３】
なお、この実施例は、非鉄金属構造物１０としてアルミ構造物の例を示したが、アルミ（アルミ合金を含む）の他、マグネシウム（マグネシウム合金を含む）などでも同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４４】
１：栓封止構造，
１０：非鉄金属構造物，１１：加工孔，１１ａ：内面，１１ｂ開口部，
１２：プラグ栓圧入孔，１２ａ：内面，
１３：段差面，１４：角部，
２０：プラグ栓，２０ａ：側面，２０ｂ：頂部，２０ｃ：湾曲面，
３０：接着剤，３１：接着剤溜まり，
３２：第１の圧接部，３３：第２の圧接部，３３ａ：塑性変形部，
５０：圧入装置，５０ａ：圧入シリンダ，
５１：撮像装置，
１００：工程管理装置，１０１：塗布状態判別手段，
１０２：圧入荷重検出手段，１０３：圧入変位検出手段，
１０４：異常判定手段，１０５：圧入動作停止手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止構造であって、
前記加工孔の開口部には当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔が設けられ、当該プラグ栓圧入孔の内面と前記加工孔の内面との間に段差面を有し、
前記プラグ栓は、前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有し、
前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記プラグ栓圧入孔内又は前記プラグ栓に塗布された接着剤を封入する接着剤溜まりが形成され、
前記接着剤溜まりは、前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで形成した第１の圧接部と前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させて形成した第２の圧接部との間で密封されていることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項２】
前記接着剤は浸透性接着剤であることを特徴とする請求項１記載の非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項３】
前記接着剤は嫌気性接着剤であることを特徴とする請求項１又は２記載の非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項４】
前記段差面の径方向の幅が０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項５】
前記段差面と前記加工孔の内面との角度が略９０°であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項６】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止方法であって、
前記加工孔の開口部に当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔を形成することで、前記加工孔の内面と前記プラグ栓圧入孔の内面との間に段差面を形成する段差面形成工程と、
前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有するプラグ栓を用い、当該プラグ栓又は前記プラグ栓圧入孔内に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記プラグ栓圧入孔に前記プラグ栓を圧入するプラグ栓圧入工程とを有し、
前記プラグ栓圧入工程は、
前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで第１の圧接部を形成し、前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させた第２の圧接部を形成し、前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記第１の圧接部と前記第２の圧接部で密封されて前記接着剤を封入する接着剤溜まりを形成することを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項７】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重を検出し、該圧入荷重の変化によって前記第２の圧接部の形成を認知することを特徴とする請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項８】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、前記圧入荷重と前記圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定することを特徴とする請求項６又は７に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項９】
前記プラグ栓圧入工程において、前記圧入変位の増加に対して前記圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定することを特徴とする請求項８に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項１０】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止することを特徴とする請求項６又は７に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項１１】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止することを特徴とする請求項６又は７に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項１２】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、前記圧入荷重と前記圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定する異常判定手段を備えることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１３】
前記異常判定手段は、
前記圧入変位の増加に対して前記圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定することを特徴とする請求項１２に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１４】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止する圧入動作停止手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１５】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止する圧入動作停止手段を備えることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１６】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記接着剤塗布工程と前記プラグ栓圧入工程の間で、前記プラグ栓圧入孔又は前記プラグ栓を撮像し、その撮像データによって前記接着剤の塗布状態の良否を判別する判別手段を備えることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止構造であって、
前記加工孔の開口部には当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔が設けられ、当該プラグ栓圧入孔の内面と前記加工孔の内面との間に段差面を有し、
前記プラグ栓は、前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有し、
前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記プラグ栓圧入孔内又は前記プラグ栓に塗布された接着剤を封入する接着剤溜まりが形成され、
前記接着剤溜まりは、前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで形成した第１の圧接部と前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させて形成した第２の圧接部との間で密封されていることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項２】
前記接着剤は浸透性接着剤であることを特徴とする請求項１記載の非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項３】
前記接着剤は嫌気性接着剤であることを特徴とする請求項１又は２記載の非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項４】
前記段差面の径方向の幅が０．１〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項５】
前記段差面と前記加工孔の内面との角度が略９０°であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止構造。
【請求項６】
非鉄金属構造物の加工孔をプラグ栓で封止する栓封止方法であって、
前記加工孔の開口部に当該加工孔より大径で且つ当該加工孔と同心のプラグ栓圧入孔を形成することで、前記加工孔の内面と前記プラグ栓圧入孔の内面との間に段差面を形成する段差面形成工程と、
前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めされる側面と該側面に連続した頂部を形成する湾曲面を有するプラグ栓を用い、当該プラグ栓又は前記プラグ栓圧入孔内に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
前記プラグ栓圧入孔に前記プラグ栓を圧入するプラグ栓圧入工程とを有し、
前記プラグ栓圧入工程は、
前記プラグ栓の側面を前記プラグ栓圧入孔の内面に締め嵌めすることで第１の圧接部を形成し、前記プラグ栓の湾曲面を前記段差面に圧接することで前記段差面を塑性変形させた第２の圧接部を形成し、前記プラグ栓圧入孔の内面と前記段差面との角部全周と、前記プラグ栓圧入孔に圧入された前記プラグ栓の湾曲面との間に、前記第１の圧接部と前記第２の圧接部で密封されて前記接着剤を封入する接着剤溜まりを形成することを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項７】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重を検出し、該圧入荷重の変化によって前記第２の圧接部の形成を認知することを特徴とする請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項８】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、前記圧入荷重と前記圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定することを特徴とする請求項６又は７に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項９】
前記プラグ栓圧入工程において、前記圧入変位の増加に対して前記圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定することを特徴とする請求項８に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項１０】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止することを特徴とする請求項６又は７に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項１１】
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止することを特徴とする請求項６又は７に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法。
【請求項１２】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、前記圧入荷重と前記圧入変位との関係に基づいて圧入工程の異常を判定する異常判定手段を備えることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１３】
前記異常判定手段は、
前記圧入変位の増加に対して前記圧入荷重の急峻な立ち上がりが検出されない場合に圧入工程の異常と判定することを特徴とする請求項１２に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１４】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止する圧入動作停止手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１５】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記プラグ栓圧入工程において、圧入荷重と圧入変位を検出し、設定された前記圧入変位における前記圧入荷重の変化量が閾値を超えたときに、前記プラグ栓に対する圧入動作を停止する圧入動作停止手段を備えることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【請求項１６】
請求項６に記載された非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法の工程を管理する工程管理装置であって、
前記接着剤塗布工程と前記プラグ栓圧入工程の間で、前記プラグ栓圧入孔又は前記プラグ栓を撮像し、その撮像データによって前記接着剤の塗布状態の良否を判別する判別手段を備えることを特徴とする非鉄金属構造物加工孔の栓封止方法における工程管理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５２５１４（Ｐ２０１１−２５２５１４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２５１０２（Ｐ２０１０−１２５１０２）
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００５２５６）株式会社アーレスティ (44)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月３１日（２０１０．５．３１）
【出願人】（０００００５２５６）株式会社アーレスティ (44)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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