JP2024016465A - 筒体のフランジ接合構造及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の製品に比べてコストを抑え、フランジの接合強度も確保できる筒体のフランジ接合構造及び接合方法を提供する。【解決手段】リニアブッシュ１は、金属製の筒体２と、金属製で環状のフランジ３と、金属製の内部固定リング４を備える。筒体２の外周面には、フランジ３の内周面と対面する第１接合部２１に、周方向に沿って第１溝２２を有する。フランジ３の内周面には、筒体２の外周面と対面する第２接合部３１に第２溝３２を有する。内部固定リング４は、略Ｃ字状に形成されており、第１溝２２及び第２溝３２に装着される。第１接合部２１、第２接合部３１及び内部固定リング４は、熱硬化性接着剤で接着される。当該構成により、ろう付けよりも低コストで、樹脂フランジ等に比べて強度が高いリニアブッシュ１が提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、筒体にフランジを接合する構造及び接合方法及び接合方法に関する。

筒体にフランジが設けられた製品として、リニアブッシュ（直動軸受）やリニアボールベアリング等が知られている。従来のこの種の製品としては、円柱状や筒状の金属部材から削り出し加工を行って筒体にフランジを一体形成したものや、金属製の筒体に金属製のフランジをろう付けして一体としたものがある。

また、特許文献１には、金属製の筒体を金型に配置し、筒体の外周に樹脂成形でフランジを設ける技術が開示されている。当該技術によれば、フランジは、筒体と金型による一体成形により形成できるため、フランジの形成が容易になるとされている。

特許第６７０８４０９号公報

従来の製品は、削り出し加工でフランジを形成する場合、材料の多くが削られて無駄になり、加工の作業コストも高いという不都合がある。また、フランジをろう付けする場合も、材料コスト、熱処理コスト及びフランジの研磨コスト等の加工コストが問題となっている。特許文献１に記載の製品は、コストという点では優れているものの、フランジが樹脂となるため、フランジの強度やフランジと筒体との接合強度に問題がある。

本発明は、従来の製品に比べてコストを抑えることができると共に、フランジの強度や接合強度も確保が可能な筒体のフランジ接合構造及び接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の接合構造は、筒体の外周面と、環状のフランジの内周面とを接合する接合構造であって、前記筒体は、前記フランジの内周面と対面する第１接合部に、周方向に沿って設けられた第１溝を有し、前記フランジは、前記筒体の外周面と対面する第２接合部に、周方向に沿って設けられた第２溝を有し、前記第１接合部と前記第２接合部が対面した状態で前記第１溝と前記第２溝に装着される内部固定リングを備え、少なくとも前記第１接合部と前記第２接合部が接着剤により接着されてなることを特徴とする。

本発明の筒体のフランジ接合構造によれば、筒体とフランジが接着剤で接合される。また、筒体の第１接合部には第１溝が形成され、フランジの第２接合部には第２溝が形成されて、これらの溝に内部固定リングが装着されている。この接着剤と内部固定リングにより、製品に必要な強度を確保することができる。また、当該接合構造により、筒体にフランジをろう付けする場合に比べて材料コスト及び加工コストを低減させることができる。

また、本発明の筒体のフランジ接合構造において、前記内部固定リングは、弾性により前記第１溝の外周面に付勢され、前記内部固定リングの内周面と前記第１溝の底面が接着剤により接着されるようにしてもよい。当該構成によれば、筒体とフランジとの接合強度をより向上させることができる。

また、本発明の筒体のフランジ接合構造において、前記筒体の軸方向における前記内部固定リングの幅は、前記第１接合部と前記第２接合部との接合箇所の軸方向の長さに対して１５％以上３０％未満に形成することが好ましい。内部固定リングの幅が１５％未満になると、リングとしての強度が確保できず、接合強度が低下し、内部固定リングの幅が３０％以上では第１接合部と第２接合部との接合面積が不足して接合強度が低下する。よって、内部固定リングの幅を当該範囲内とすることで、筒体とフランジとの接合強度を所定の範囲に保つことができる。

また、本発明の筒体のフランジ接合方法は、筒体の外周面と、環状のフランジの内周面とを接合する接合方法であって、前記筒体は、前記フランジの内周面と対面する第１接合部に、周方向に沿って設けられた第１溝を有し、前記フランジは、前記筒体の外周面と対面する第２接合部に、周方向に沿って設けられた第２溝を有し、前記第１接合部と前記第２接合部が対面した状態で前記第１溝と前記第２溝に装着される内部固定リングを用意し、前記フランジの前記第２溝に前記内部固定リングを装着し、前記内部固定リングの内径を広げて前記内部固定リングの内径を前記筒体が挿入可能な状態に広げる仮装着工程と、前記内部固定リングの内径を広げた状態で前記筒体を前記フランジに向けて挿入し、前記内部固定リングを前記第１溝及び前記第２溝に装着する内部固定リング装着工程と、少なくとも前記第１接合部又は前記第２接合部に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、前記第１接合部と前記第２接合部を対面させた状態で前記接着剤を硬化させる接着剤硬化工程を備えることを特徴とする。

本発明の筒体のフランジ接合方法によれば、内部固定リングを容易に第１溝及び第２溝に装着し、筒体とフランジとを接合することができる。本発明の筒体のフランジ接合方法においては、接着剤塗布工程は、内部固定リング装着工程後に第１接合部と第２接合部とが対面している端部に接着剤を塗布し、第１接合部と第２接合部との間の毛管現象により第１接合部と第２接合部との間に接着剤を塗布してもよい。或いは、接着剤塗布工程を仮装着工程の前、又は仮接着工程と内部固定リング装着工程との間において、第１接合部又は第２接合部の一方又は双方の表面に接着剤を塗布するようにしてもよい。

本発明によれば、従来の製品に比べてコストを抑えることができると共に、フランジの強度や接合強度も確保が可能な筒体のフランジ接合構造及び接合方法を提供することができる。

本発明の実施形態の一例であるリニアブッシュの断面を示す説明図。 図１のリニアブッシュの組立前の状態を示す説明図。 図１のリニアブッシュの接合部分の拡大図。 （Ａ）及び（Ｂ）はリニアブッシュの接合方法の仮装着工程を示す説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）はリニアブッシュの接合方法の内部固定リング装着固定を示す説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）はリニアブッシュの接合方法の接着剤塗布工程を示す説明図。 リニアブッシュの接合方法の接着剤硬化工程を示す説明図。

次に、本発明の実施形態の一例である筒体とフランジとの接合構造及び接合方法について、図１～図７を参照して説明する。本実施形態の接合構造及び接合方法は、図１及び図２に示すリニアブッシュ１の筒体２とフランジ３との接合に用いられる。

図１及び図２に示すように、本実施形態のリニアブッシュ１は、金属製の筒体２と、金属製で環状のフランジ３と、金属製の内部固定リング４を備えている。これらの部材の材質は、ＳＵＳ４４０Ｃ、或いは、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受け鋼鋼材）等のリニアブッシュに広く用いられている材質を用いることができる。

リニアブッシュ１は、筒体２の内周面に、装着されるシャフトの表面を転動するボールがホルダによって保持された構成となっているが、筒体２の内周面の機構については、図示を省略している。

また、本実施形態のリニアブッシュ１は、組立前は図２に示す状態となっている。筒体２の外周面には、フランジ３の内周面と対面する第１接合部２１が設けられている。また、筒体２の軸方向において、第１接合部２１の中央付近には、周方向に沿って第１溝２２が形成されている。

フランジ３は環状の部材であり、その内周面には、筒体２の外周面と対面する第２接合部３１が設けられている。また、第２接合部３１の中央付近には、周方向に沿って第２溝３２が形成されている。本実施形態におけるフランジ３には、フランジ３と装置等の固定対象にボルトで接続可能なザグリが形成された取付孔３３が４箇所に形成されている。

内部固定リング４は、環状でその一部が切断された略Ｃ字状に形成されており、図３に示すように、筒体２の軸方向の幅４Ｗは第１溝２２及び第２溝３２とほぼ同じ幅に形成されている。また、内部固定リング４の幅４Ｗは、第１接合部２１と第２接合部３１の接合箇所の軸方向の長さＬに対して１５％以上３０％未満に形成している。

また、内部固定リング４の内径は、第１溝２２の外径よりも小さくなるように形成されている。また、図３に示すように、内部固定リング４の厚さ４Ｔは、第１溝２２の深さよりも厚く形成され、第１溝２２に装着された際に、筒体２の外周面から外方に突出する厚さに形成されている。

一方で、内部固定リング４の厚さ４Ｔは、第２溝３２の深さ３２Ｄよりも薄く形成されている。従って、内部固定リング４が第２溝３２に装着されてその内径を第２接合部３１の内径と同寸法に拡径されたときは、第２溝３２の内部に収納されるようになっている。

次に、本実施形態の筒体２とフランジ３との接合構造の詳細について、図３を参照して説明する。図３に示すように、筒体２の外周面の第１接合部２１は、フランジ３の内周面の第２接合部３１と対面し、密着している。この第１接合部２１と第２接合部３１とは、熱硬化性接着剤により接着されている。

内部固定リング４は、第１溝２２に装着され、自身の弾性によりその内周面４ａが第１溝２２の底面２２ｂに付勢されて密着しており、両者は接着剤により接着されている。内部固定リング４の側面は、第１溝２２の側面と第２溝３２の側面の一部に密着しており、各面が接着剤により接着されている。

本実施形態の接合構造において用いられている接着剤は、熱硬化性の接着剤であり、本実施形態では、一液エポキシ加熱硬化型接着剤を用いている。ここで、リニアブッシュ１には、耐熱性が求められる製品と、耐熱性がさほど求められていない製品がある。耐熱性が求められる製品の場合、接着剤としては、３Ｍ社の構造用接着剤ＥＷ２０３４、ＥＷ２０４５或いはＥＷ２０４６等を使用することができる。耐熱性がさほど求められていない製品の場合、接着剤として、同社のＥＷ２０１０又はＳＷ２２１４等を使用することができる。

次に、本実施形態のリニアブッシュ１における筒体２とフランジ３との接合方法について説明する。まず、洗浄工程として、筒体２の外周面、フランジ３の内周面及び内部固定リング４の表面を洗浄・脱脂する。

次に、仮装着工程として、筒体２及びフランジ３に加えて内部固定リング４を用意し、フランジ３に内部固定リング４を仮装着する。具体的には、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、フランジ３の第２溝３２の内部に内部固定リング４を挿入する。内部固定リング４の内径は、筒体２の第１溝２２の外径よりも小さくなるように形成されているため、内部固定リング４が第２溝３２内に挿入されても第２溝３２から内部固定リング４が内方に突出する状態となる。

この状態から、図４（Ｂ）に示すように、拡径ジグ６をフランジ３の内部に挿入し、内部固定リング４の内径を筒体２が挿入可能となるように広げる。拡径ジグ６は、先端が基端側よりも細くなった大略円錐台形状であり、基端部の最大径を有する部分の外径が、筒体２の外径とほぼ同径となるように形成されている。

次に、図５（Ａ）に示すように、拡径ジグ６の基端部に筒体２を当接させ、拡径ジグ６が上方となるようにこれらの部材をセットする。この状態から、円筒状の押圧ジグ７を拡径ジグ６及びフランジ３に装着する。押圧ジグ７は、先端の押圧面７ａでフランジ３を押圧し、内部の貫通孔７ｂの内径が拡径ジグ６及び筒体２を挿通可能となるように形成されている。

次に、内部固定リング装着工程として、図５（Ｂ）に示すように、拡径ジグ６で保持されているフランジ３を、押圧ジグ７によって押圧し、筒体２の第１接合部２１にフランジ３の第２接合部３１が対面する位置まで移動させる。このとき、内部固定リング４は、拡径ジグ６の外周面から筒体２の第１接合部２１の表面に移動され、第１溝２２の位置に移動された際に、自身の弾性によって第１溝２２の内部に嵌め込まれる。この内部固定リング装着工程により、筒体２、フランジ３、及び内部固定リング４は、図３に示す状態となる。

次に、接着剤塗布工程として、図６（Ａ）に示すように、筒体２とフランジ３の接合部、即ち、第１接合部２１と第２接合部３１が対面している箇所に、ノズル等を用いて接着剤５を塗布する。接着剤５は、第１接合部２１と第２接合部３１との間の毛管現象により、第１接合部と第２接合部との間に浸透する。接着剤５が、第１接合部と第２接合部との間に浸透した後は、筒体２及びフランジ３の接合箇所から接着剤がはみ出ている接着剤５を溶剤を用いて除去するようにしてもよい。

次に、接着剤硬化工程により、接着剤５の硬化を行う。具体的には、図７に示す直角度を保つための直角ジグ８により、筒体２及びフランジ３の直角度を維持した状態で、恒温槽によって熱硬化性樹脂を硬化させる。直角ジグ８は、天面８ａとＶ字面８ｂとが直角に形成されており、ステー８ｃで筒体２をＶ字面８ｂに固定し、フランジ３の取付孔３３を介して天面８ａにボルト８ｄで固定することにより直角度を確保している。

このように、直角ジグ８を用いて接着剤を熱硬化させることにより、筒体２の軸方向とフランジ３の取付面との直角度が確保されるため、筒体２とフランジ３との直角度を出すための追加研磨が不要となる。

以上の方法により、金属製の筒体２と金属製のフランジ３とを接着剤を用いて接合し、リニアブッシュ１を形成することができる。本実施形態のリニアブッシュ１の強度を検査したところ、ろう付けを行った製品に対しては強度は低下するものの、筒体とフランジとをねじ結合している製品や、金属製の筒体に合成樹脂製のフランジを一体成形した製品の平均値と比較して５倍程度の強度を示した。

本実施形態の筒体２とフランジ３との接合構造及び接合方法によれば、フランジ３を筒体２にろう付けする場合に比べて以下のような利点がある。まず、ろう付けの場合、ろう付け処理の後に、焼き入れ処理、粗円筒処理、内部研磨処理を行っている。このような処理は、単に筒体２やフランジ３の単体に同様の処理をする場合に比べて、大型の設備等が必要となり、作業も煩雑となる。

これに対して、本実施形態の筒体２とフランジ３との接合構造及び接合方法によれば、焼き入れ処理、粗円筒処理、内部研磨処理を接着工程の前に行うことができる。従って、これらの工程を、筒体２、フランジ３それぞれ単体で行うことができるので、大型の設備が不要で、作業も容易となる。このように、本実施形態の筒体２とフランジ３との接合構造及び接合方法によれば、低コストで強度の高い製品を提供することができる。

なお、上記実施形態において、筒体２とフランジ３との接合構造の例として、リニアブッシュ１を例にして説明したが、これに限らず、筒体とフランジを有する製品であれば、シャフトホルダやリニアボールベアリング等の他の製品に用いてもよい。

また、上記実施形態において、第１接合部２１及び第２接合部３１の表面をショットブラスト等を用いて粗面化してもよく、接着剤による接着力が高まるような化学処理等を施してもよい。また、内部固定リング４の表面や、第１溝２２及び第２溝３２の表面も上記と同様に粗面化等の処理を行ってもよい。このような処理を施すことで、さらに接着剤の接着力を強化することができる。

また、上記実施形態では、リニアブッシュ１について、フランジ３の外部の形状が円形の丸フランジタイプを例にして説明したが、これに限らず、環状であれば、外部の形状が四角形の角フランジ、丸フランジの側面が平行に切削された二面フランジ等、任意の外径のフランジに適用することができる。

また、上記実施形態では、リニアブッシュ１について、フランジ３の端部と筒体２の端部が一致した標準タイプのリニアブッシュ１について説明したが、これに限らず、フランジ３の端部から筒体２の端部が突出するインロータイプのリニアブッシュや、筒体２の軸方向の略中央にフランジ３が設けられるセンターフランジタイプのリニアブッシュに適用することもできる。

また、本実施形態の接合方法において、接着剤塗布工程は、仮装着工程の前に行ってもよい。その際、図６（Ｂ）に示すように、筒体２の外周面における第１接合部２１に接着剤５を塗布する。このとき、第１溝２２の内部にも接着剤５が塗布されるようにしてもよい。なお、図６（Ｂ）では、筒体２の外周面の一点鎖線の位置から第１溝２２側の部分が第１接合部２１となっている。また、接着剤塗布工程は、仮装着工程の後、内部固定リング装着工程の前に行ってもよい。この場合も筒体２の外周面における第１接合部２１に接着剤５を塗布すればよい。

また、本実施形態の接合方法において、内部固定リング４の内径を筒体２が挿入可能となるように広げる際に拡径ジグ６を用いたが、これに限らず、内部固定リング４の内径を広げて保持可能な部材であれば他の部材を用いることができる。

また、本実施形態の接合方法において、拡径ジグ６で保持されているフランジ３を、押圧ジグ７によって押圧し、筒体２の第１接合部２１にフランジ３の第２接合部３１が対面する位置まで移動させているがこれに限らず、フランジ３を筒体２に対して移動させることができる手段であれば、他の手段を用いることができる。

さらに、本実施形態の接合方法において、直角ジグ８を用いて筒体２とフランジ３との直角度を確保しているが、これに限らず、両者の直角度を出せる設備であれば、他の設備を用いてもよい。

１…リニアブッシュ
２…筒体
３…フランジ
４…内部固定リング
５…接着剤
２１…第１接合部
２２…第１溝
３１…第２接合部
３２…第２溝

Claims (4)

1. 筒体の外周面と、環状のフランジの内周面とを接合する接合構造であって、
   前記筒体は、前記フランジの内周面と対面する第１接合部に、周方向に沿って設けられた第１溝を有し、
   前記フランジは、前記筒体の外周面と対面する第２接合部に、周方向に沿って設けられた第２溝を有し、
   前記第１接合部と前記第２接合部が対面した状態で前記第１溝と前記第２溝に装着される内部固定リングを備え、
   少なくとも前記第１接合部と前記第２接合部が接着剤により接着されてなることを特徴とする接合構造。
2. 請求項１に記載の接合構造であって、
   前記内部固定リングは、弾性により前記第１溝の外周面に付勢され、前記内部固定リングの内周面と前記第１溝の底面が接着剤により接着されてなることを特徴とする接合構造。
3. 請求項１又は２に記載の接合構造であって、
   前記筒体の軸方向における前記内部固定リングの幅は、前記第１接合部と前記第２接合部との接合箇所の軸方向の長さに対して１５％以上３０％未満に形成されていることを特徴とする接合構造。
4. 筒体の外周面と、環状のフランジの内周面とを接合する接合方法であって、
   前記筒体は、前記フランジの内周面と対面する第１接合部に、周方向に沿って設けられた第１溝を有し、
   前記フランジは、前記筒体の外周面と対面する第２接合部に、周方向に沿って設けられた第２溝を有し、
   前記第１接合部と前記第２接合部が対面した状態で前記第１溝と前記第２溝に装着される内部固定リングを用意し、
   前記フランジの前記第２溝に前記内部固定リングを装着し、前記内部固定リングの内径を広げて前記内部固定リングの内径を前記筒体が挿入可能な状態に広げる仮装着工程と、
   前記内部固定リングの内径を広げた状態で前記筒体を前記フランジに向けて挿入し、前記内部固定リングを前記第１溝及び前記第２溝に装着する内部固定リング装着工程と、
   少なくとも前記第１接合部又は前記第２接合部に接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
   前記第１接合部と前記第２接合部を対面させた状態で前記接着剤を硬化させる接着剤硬化工程を備えることを特徴とする接合方法。
   
   
   

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