JP2018204688A - シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図り、端部の外径を保つとともに、端部でネジ止め可能なシャフトを提供する。【解決手段】中空で外形形状が略円形である筒状の金属のシャフト１であって、シャフト１の長手方向の端部において、外形形状の中心軸線に向かって絞り加工されることによって外形形状をなす部分から凹んだ複数の凹部２と、複数の凹部２の前記中心軸線側を向く内周面２ａに形成されたネジ部と、を備え、複数の凹部２の内周面２ａに形成されたネジ部に螺合するセルフタップネジ７によって被締結体に締結される円筒部材を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ロ−ラや歯車等の回転体の回転軸として用いられるシャフトに関する。

従来から、軽量化を図るために、中実材料に代えて中空状で円筒状の円筒部材を利用する構成が知られている。また円筒部材を端部でネジ止めする技術が提案されている。

例えば特許文献１では、円筒部材端部に対して、内周面に雌ネジが形成されたナットを装着することで、円筒部材端部でネジ止め可能とする技術が記載されている。

また特許文献２では、円筒部材端部を収縮加工し、内周面にネジ切り加工を施すことで、円筒部材端部でネジ止め可能とする技術が記載されている。

特開２０００−９１１３号公報 特開２００８−１９６６９３号公報

しかし特許文献１に記載の構成では、円筒部材にナットを装着する際に、ナットを圧入させることや、圧入後に円筒部材を外側から内側へ変形させて抜け止めを行う必要がある。この場合、圧入時にナットが傾いて円筒部材外径が膨らんでしまうことや、ネジが傾いて取り付けられて本来の性能を満足に得られなくなるおそれがあった。

また特許文献２では、円筒部材端部において外周部全体を絞り加工するため、円筒部材端部の外径が変化し、例えば複数の歯車を回転自在に軸支するシャフトとして使用する場合に使用しにくくなる問題があった。

そこで本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであり、軽量化を図り、端部の外径を保つとともに、端部でネジ止め可能なシャフトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るシャフトの代表的な構成は、中空で外形形状が略円形である筒状の金属のシャフトであって、前記シャフトの長手方向の端部において、前記外形形状の中心軸線に向かって絞り加工されることによって前記外形形状をなす部分から凹んだ複数の凹部と、前記複数の凹部の前記中心軸線側を向く内周面に形成されたネジ部と、を備え、前記複数の凹部の内周面に形成されたネジ部に螺合するネジによって被締結体に締結される円筒部材を含むことを特徴とする。

本発明によれば、シャフトにおいて、軽量化を図り、端部の外径を保つとともに、端部でネジ止め可能にすることができる。

第１実施形態に係るシャフトの構成を示す図である。 シャフトが締結される被締結体の斜視図である。 シャフトと被締結体を締結した状態を示す斜視図である。 第２実施形態に係るシャフトの構成を示す図である。 シャフトが締結される被締結体の斜視図である。 シャフトが被締結体に嵌合した状態を示す図である。 第３実施形態に係るシャフトの構成を示す図である。 シャフトが締結される被締結体の斜視図である。 シャフトが被締結体に嵌合した状態を示す図である。 第４実施形態に係るシャフトの構成を示す図である。 シャフトが締結される被締結体の斜視図である。 シャフトと被締結体を締結した状態を示す斜視図である。

（第１実施形態）
以下、まず本発明の第１実施形態に係るシャフトについて図面を参照しながら説明する。なお、記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、シャフト１の構成を示す図である。ここで図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は右側面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）におけるＡ１−Ａ１断面図である。

図１に示す様に、シャフト１は、外径８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの機械構造用炭素鋼鋼管である中空で外形形状が略円形である金属製で円筒状の円筒部材から構成されている。なお、他の材料として例えばアルミ材やステンレス材などを選択することも可能であるが、本実施形態ではより単価の安い材料を採用した。

またシャフト１は、外周面に回転体として不図示の歯車を回転自在に軸支する。この歯車を軸支するシャフト１は、例えばモータ等の駆動源の駆動力を伝達する駆動装置に搭載される。なお、シャフト１が軸支する部材は歯車に限られず、例えばローラ等、他の回転体を回転自在に軸支する構成でもよい。

またシャフト１の端部には、一部の外径が小さくなるように、シャフト１の中心軸線周りに略等間隔で設けられた３つの凹部２（複数の凹部）が絞り加工により形成されている。つまり３つの凹部２は、シャフト１の外形形状の中心軸線に向けた絞り加工（プレス加工）により形成され、シャフト１の外形形状をなす部分から凹んで形成されている。またそれぞれの凹部２において、シャフト１の中心軸線側を向く内周面２ａの形状は、Ｍ３ネジのタップ下穴径として直径が２．７８ｍｍの円筒形状の一部となっている。なお、ここでいうシャフト１の中心軸線とは、シャフト１の円断面の中心を通る仮想線である。

図２は、シャフト１が締結される被締結体４の斜視図である。図２に示す様に、被締結体４は厚さ１ｍｍの鋼板であり、孔５とエンボス６（当接部）が形成されている。

図３は、シャフト１と被締結体４を、Ｍ３のセルフタップネジ７で締結した状態を示す斜視図である。図３に示す様に、シャフト１と被締結体４を締結する際には、セルフタップネジ７を複数の凹部２の内周面２ａに螺合させて締結を行う。つまり凹部２の内周面２ａは、Ｍ３ネジのタップ下穴径として直径が２．７８ｍｍの円筒形状の一部となっており、シャフト１と被締結体４とを締結するＭ３のセルフタップネジ７が螺合するネジ部となっている。

このように円筒状のシャフト１の端部において、複数の凹部２の内周面２ａに螺合するネジにより被締結体４とシャフト１を締結する構成にすることで、軽量化を図り、端部の外径を保つとともに、端部でネジ止め可能にすることができる。

なお、セルフタップネジ７ではなく、後工程において複数の凹部２の内周面２ａにタップで雌ネジを形成しても同様な効果が得られる。しかし後工程で雌ネジを形成する場合、製造コストが増えるので、セルフタップネジ７で締結する構成の方が好ましい。

また被締結体４にエンボス６がなくてもネジ締結は可能であるものの、エンボス６が凹部２の外周面に当接することでネジ締結時にシャフト１が連れ回って回転することが規制されるため、エンボス６がある方が好ましい。

また凹部２を形成する際に、シャフト１端面の平面度や軸線方向に対する直角度が悪化するおそれがある。この場合、凹部２の形成後にシャフト１端面を切削加工することで、シャフト１端面の平面度や軸線方向に対する直角度を良好に仕上げることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係るシャフトの第２実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の図面、同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、本実施形態に係るシャフト１の構成を示す図である。ここで図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は右側面図、図４（ｄ）は図４（ｂ）におけるＡ２−Ａ２断面図、図４（ｅ）は図４（ｃ）におけるＸ部の拡大図である。

図４に示す様に、本実施形態では第１実施形態と異なり、シャフト１端部に段差８を設ける。これによりシャフト１端部において、被締結体４の孔５に嵌合する凸状部８０（凸部）が形成される。

図５は、シャフト１が締結される被締結体４の斜視図である。図５に示す様に、被締結体４は厚さ１ｍｍの鋼板であり、孔５が形成されている。孔５は、シャフト１の凸状部８０が嵌合可能な直径であり、中心方向に凸である凸部９を一部に有する。

図６（ａ）は、シャフト１が被締結体４に嵌合した状態を示す斜視図であり、図６（ｂ）は正面図であり、図６（ｃ）は側面図である。図６に示す様に、シャフト１と被締結体４を締結する際には、まずシャフト１の凸状部８０を孔５に嵌合させ、シャフト１を被締結体４に対して位置決めする。その後、Ｍ３のセルフタップネジ７をシャフト１の凹部２の内周面２ａに螺合させて締結を行う。

このように円筒状のシャフト１の端部において、複数の凹部２の内周面２ａに螺合するネジにより被締結体４とシャフト１を締結する構成にすることで、軽量化を図り、端部の外径を保つとともに、端部でネジ止め可能にすることができる。

またシャフト１を被締結体４に対して位置決めしてネジ締結させることでシャフト１と被締結体４との相対位置精度が高い状態でネジ締結を行うことができる。

なお、孔５に凸部９がなくてもネジ締結は可能であるものの、凸部９が凹部２の外周面に当接することでネジ締結時にシャフト１が連れ回って回転することが規制されるため、凸部９がある方が好ましい。

また本実施形態では、凹部２を絞り加工により形成した後に、切削加工を行って段差８を形成する。この段差８の切削加工時にシャフト１端面も切削加工することで、シャフト１端面の平面度や軸線方向に対する直角度を良好に仕上げることができる。従って、シャフト１の軸線方向に対する被締結体４の直角度が良好な状態で締結することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係るシャフトの第３実施形態について図を用いて説明する。上記第１実施形態、第２実施形態と説明の重複する部分については、同一の図面、同一の符号を付して説明を省略する。

図７は、本実施形態に係るシャフト１の構成を示す図である。ここで図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は右側面図、図７（ｄ）は図７（ｂ）におけるＡ３−Ａ３断面図である。

図７に示す様に、本実施形態に係るシャフト１は、第２実施形態の構成に対して、段差８の一部に平坦部１０を設ける構成である。これにより、凸状部８０の全体形状はＤ字形状となる。

図８（ａ）はシャフト１が締結される被締結体４の斜視図であり、図８（ｂ）は正面図である。図８に示す様に、被締結体４は厚さ１ｍｍの鋼板であり、孔５が形成されている。また孔５は、凸状部８０が嵌合可能な直径であり、孔側平坦部１１を一部に有するＤ字形状となっている。

図９（ａ）は、シャフト１が被締結体４に嵌合した状態を示す正面図であり、図９（ｂ）は側面図である。図９に示す様に、シャフト１と被締結体４を締結する際には、まずシャフト１の凸状部８０を孔５に嵌合させ、シャフト１を被締結体４に対して位置決めする。その後、Ｍ３のセルフタップネジ７を凹部２の内周面２ａに螺合させて締結を行う。

このように円筒状のシャフト１の端部において、複数の凹部２の内周面２ａに螺合するネジにより被締結体４とシャフト１を締結する構成にすることで、軽量化を図り、端部の外径を保つとともに、端部でネジ止め可能にすることができる。

またシャフト１を被締結体４に対して位置決めしてネジ締結させることでシャフト１と被締結体４との相対位置精度が高い状態でネジ締結を行うことができる。また凸状部８０と孔５は互いにＤ字形状であって、嵌合時に平坦部１０が孔側平坦部１１に当接する。これによりネジ締結時にシャフト１が連れ回って回転することが規制される。

（第４実施形態）
次に、本発明に係るシャフトの第４実施形態について図を用いて説明する。上記第１〜３実施形態と説明の重複する部分については、同一の図面、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は、本実施形態に係るシャフト１の構成を示す図である。ここで図１０（ａ）は斜視図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は右側面図、図１０（ｄ）は図１０（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１０に示す様に、本実施形態に係るシャフト１は、凹部２を第一凹部２ｂ（第１凹部）と第二凹部２ｃ（第２凹部）の二段階の絞り形状とし、これにより凹部２の内周面を第一内周面２ａａと第二内周面２ａｂの二段階に分けた構成である。また第二凹部２ｃは、第一凹部２ｂよりも深い構成となっている。

またそれぞれの第一内周面２ａａの形状は、直径が５．０２ｍｍの円筒形状の一部となっている。またそれぞれの第二内周面２ａｂの形状は、Ｍ３ネジのタップ下穴径である直径が２．７８ｍｍの円筒形状の一部となっている。

図１１は、シャフト１が締結される被締結体４の構成を示す図である。ここで図１１（ａ）は斜視図であり、図１１（ｂ）は正面図であり、図１１（ｃ）は右側面図であり、図１１（ｄ）は背面図である。図１１に示す様に、被締結体４は厚さ１ｍｍの鋼板であり、外径が４．９９ｍｍ、内径が４ｍｍのバーリング５０が形成されている。

図１２は、シャフト１と被締結体４を、Ｍ３のセルフタップネジ７で締結した状態を示す図である。ここで図１２（ａ）は斜視図であり、図１２（ｂ）は正面図であり、図１２（ｃ）は右側面図であり、図１２（ｄ）は図１２（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

図１２に示す様に、シャフト１と被締結体４を締結する際には、まずシャフト１の第一内周面２ａａ（嵌合部）を、バーリング５０の外周面（被嵌合部）に対して嵌合させて位置決めを行う。その後、セルフタップネジ７を第二内周面２ａｂに螺合させて締結を行う。つまり凹部２の第二内周面２ａｂは、シャフト１と被締結体４とを締結するＭ３のセルフタップネジ７が螺合するネジ部となっている。

このように円筒状のシャフト１の端部において、複数の凹部２の第二内周面２ａｂに螺合するネジにより被締結体４とシャフト１を締結する構成にすることで、軽量化を図り、端部の外径を保つとともに、端部でネジ止め可能にすることができる。

またシャフト１の第一内周面２ａａをバーリング５０の外周面に対して嵌合させることで、シャフト１と被締結体４との相対位置精度が高い状態でネジ締結を行うことができる。なお、本実施形態では、第２、３実施形態のような段差８を設けずにシャフト１と被締結体４との相対位置精度を向上させることができる。段差８は、通常は凹部２の形成後に切削加工で形成するため、本実施形態の構成の方が製造コストを削減することができる。

なお、上記第１〜４実施形態では、シャフト１端部において凹部２を３つ設ける構成について説明したものの、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、凹部２の数は適宜変更可能であり、シャフト１の周方向に略等間隔で複数設ける構成にすればよい。また複数の凹部２のそれぞれの間隔は完全に同一である必要はない。つまりここでいう略等間隔とは、シャフト１端部の外径を保ったまま回転体を軸支できる間隔を意味する。

また上記第１〜４実施形態では、シャフト１の一方の端部において複数の凹部２を設ける構成について説明したものの、本発明はこれに限られない。すなわち、シャフト１の両端部に複数の凹部２を設ける構成や、シャフト１の長手方向全域に亘って複数の凹部２を設ける構成としても上記同様の効果を得ることができる。

１…シャフト
２…凹部
２ａ…内周面
２ｂ…第一凹部（第１凹部、嵌合部）
２ｃ…第二凹部（第２凹部）
４…被締結体
５…孔（被嵌合部）
６…エンボス（当接部）
７…セルフタップネジ（ネジ）
９…凸部（当接部）
５０…バーリング（被嵌合部）
８０…凸状部（凸部、嵌合部）

Claims (7)

1. 中空で外形形状が略円形である筒状の金属のシャフトであって、
   前記シャフトの長手方向の端部において、前記外形形状の中心軸線に向かって絞り加工されることによって前記外形形状をなす部分から凹んだ複数の凹部と、
   前記複数の凹部の前記中心軸線側を向く内周面に形成されたネジ部と、を備え、
   前記複数の凹部の内周面に形成されたネジ部に螺合するネジによって被締結体に締結される円筒部材を含むことを特徴とするシャフト。
2. 前記複数の凹部の前記中心軸線側を向く内周面には、雌ネジが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシャフト。
3. 前記円筒部材は、前記被締結体が有する当接部に前記複数の凹部の外周面が当接することで、回転が規制されることを特徴とする請求項１又は２に記載のシャフト。
4. 前記円筒部材は、前記被締結体が有する被嵌合部に嵌合して位置決めされる嵌合部を前記端部に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシャフト。
5. 前記被嵌合部は孔であり、前記嵌合部は該孔に嵌合する凸部であることを特徴とする請求項４に記載のシャフト。
6. 前記凸部は、Ｄ字形状の前記孔に嵌合することを特徴とする請求項５に記載のシャフト。
7. 前記被締結体における前記被嵌合部はバーリングであり、
   前記円筒部材における前記複数の凹部は、第１凹部と、該第１凹部よりも深い第２凹部をそれぞれ有し、
   前記第１凹部は、前記中心軸線側を向く内周面において前記バーリングの外周面に嵌合し、
   前記第２凹部は、前記中心軸線側を向く内周面にネジが螺合されることで前記被締結体との締結が行われることを特徴とする請求項４に記載のシャフト。

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