JP3287316B2 - 慣性圧入方法 - Google Patents

慣性圧入方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２部材を相互に圧
入する技術に関するものであり、特に、２部材の少なく
とも一方に相互に接近する向きに運動エネルギを付与
し、慣性運動をしている部材の運動エネルギによりそれ
ら２部材を相互に圧入する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】上記圧入技術は、２部材の少なくとも一
方の慣性を利用してそれら２部材を衝撃により圧入する
技術であり、特開平９−６６４２１号公報に記載されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用お
よび発明の効果】慣性圧入技術においては一般に、圧入
終了時における２部材の相対位置（以下、単に「圧入終
了位置」という）を安定化させる技術が要望される。そ
の要望を満たすべく、本発明者らは先に、慣性圧入技術
において、２部材を互いに当接させることにより、圧入
終了位置を規定する技術を提案した。しかし、この提案
技術を実施するのみでは、２部材が当接した直後にそれ
ら２部材の少なくとも一方に運動エネルギが残っている
と、それら２部材に跳ね返りが生じて圧入終了位置が正
規の位置からずれてしまう。本発明は以上の事情を背景
としてなされたものであり、その課題は、２部材の圧入
終了位置を十分に安定化させ得る慣性圧入方法を提供す
ることにある。その課題は、下記の本発明の各態様によ
って解決される。各態様はそれぞれに項番号を付し、必
要に応じて他の項の番号を引用する請求項と同じ形式で
記載する。各項に記載の特徴を組み合わせて採用するこ
との可能性の理解を容易にするためである。なお、本明
細書に記載されている技術的特徴およびそれらの組合わ
せが以下のものに限定されると解釈されるべきではな
い。
【０００４】 (1) ２部材の少なくとも一方に、それら２部材を相互に
接近させる向きに運動エネルギを付与し、慣性運動をし
ている部材の運動エネルギによりそれら２部材を相互に
圧入する方法であって、それら２部材の少なくとも一方
に、それら２部材が当接するのに要する標準運動エネル
ギより大きい運動エネルギを付与し、２部材を互いに当
接させることにより、圧入終了時における２部材の相対
位置を規定するとともに、その当接直後に前記２部材の
前記少なくとも一方に残っている運動エネルギを２部材
の互いに当接する部分の少なくとも一方の塑性変形によ
り吸収させることを特徴とする慣性圧入方法〔請求項
１〕。この方法においては、２部材の少なくとも一方
に、それら２部材が当接するのに要する標準運動エネル
ギより大きい運動エネルギが付与され、当接直後に少な
くとも一方の２部材（２部材のうち運動エネルギを付与
されたもの）に残っている運動エネルギが塑性変形エネ
ルギとして２部材の少なくとも一方に吸収される。した
がって、この方法によれば、２部材の当接直後に少なく
とも一方の２部材に運動エネルギが残っていても、圧入
終了位置が正規の位置から大きくずれずに済む。ここに
「２部材」の各々は、一部品として構成することも、複
数の部品の組立体として構成することもできる。各部材
を複数の部品の組立体として構成する場合には、それら
複数の部品の中に、専ら上記圧入時に使用される部品を
含むように構成することができる。専ら圧入時に使用さ
れる部品としては、２部材のうちその部品が属する部材
と他方の部材とが互いに当接した直後に、塑性変形する
ことにより、当接直後に残っている運動エネルギ（過剰
の運動エネルギ）を吸収する緩衝体がある。 (2) 前記塑性変形すべき部材が、他方の部材と当接すべ
き当接部において、その他方の部材としまり嵌合すべき
しまり嵌合部におけるより塑性変形し易いものである
(1) 項に記載の慣性圧入方法〔請求項２〕。この方法に
よれば、当接部が、当接直後に残っている運動エネルギ
の吸収に寄与することにより、２部材の圧入終了位置が
安定化するとともに、しまり嵌合部が、他方の部材に機
械的に係合する投錨効果を生じさせることにより、２部
材の結合力が向上する。 (3) 前記２部材の少なくとも一方のビッカース硬度ＨV
が、前記当接部において前記しまり嵌合部におけるより
小さい(2) 項に記載の慣性圧入方法。一般に、材料の硬
度は、その材料の降伏応力との間において正の相関を有
し、具体的には、硬度が低いほど降伏応力が小さくな
る。そして、材料は降伏応力が小さいほど塑性変形し易
くなって外部からのエネルギを塑性変形エネルギとして
吸収し易くなる。したがって、材料は硬度が低いほど外
部からのエネルギを吸収し易くなる。また、材料の硬度
は、その材料の反発係数との間においても正の相関を有
し、具体的には、硬度が低いほど反発係数が小さくな
る。そして、材料は反発係数が小さいほど他の部材との
当接による跳ね返りが少なくなる。一方、硬度の測定に
は種々の方法が存在するが、その一つにビッカース硬度
が存在する。このような知見に基づき、前記(2) 項に記
載の方法の一態様として本項に記載の方法がなされたの
である。 (4) 前記２部材が互いに当接すべき２つの当接部の少な
くとも一方が、それら２つの当接部の少なくとも一方が
塑性変形するための材料の流動を許容する形状を有する
(1) ないし(3) 項のいずれかに記載の慣性圧入方法。こ
の方法によれば、２つの当接部の少なくとも一方の形状
因子により塑性変形し易さが確保され、それにより、当
接直後における過剰の運動エネルギの吸収が効率よく行
われる。 (5) 前記２部材がそれらの接近方向に対して直角な平面
に対して傾斜したストッパ面において互いに当接させら
れることにより、圧入終了時における２部材の相対位置
が規定される(1) ないし(4) 項のいずれかに記載の慣性
圧入方法〔請求項３〕。２部材の圧入終了位置を、２部
材をそれらの接近方向に対して直角なストッパ面におい
て互いに当接させることによって規定する場合には、そ
の当接直後に一方の部材から他方の部材に作用する過剰
力と大きさが等しい跳ね返り力が、他方の部材から一方
の部材に過剰力とは逆向きに作用することになる。これ
に対して、２部材の圧入終了位置を、２部材をそれらの
接近方向に対して直角な平面に対して傾斜したストッパ
面において互いに当接させる場合には、その当接直後に
一方の部材から他方の部材に作用する過剰力より大きさ
が小さい跳ね返り力が、他方の部材から一方の部材に過
剰力とは逆向きに作用することになる。したがって、過
剰力の大きさが同じ状況でありながら、後者の場合にお
いて前者の場合におけるより、当接直後に一方の部材が
他方の部材から受ける跳ね返り力が減少し、当接直後に
過剰力によって一方の部材が他方の部材から跳ね返る距
離が短くなる。以上の知見に基づき、本項に記載の方法
においては、２部材の圧入終了位置が、２部材がそれら
の接近方向に対して直角な平面に対して傾斜したストッ
パ面において互いに当接させられることによって規定さ
れる。したがって、この方法によれば、その当接直後に
運動エネルギが残っている場合に、２部材の少なくとも
一方の形状因子による跳ね返り力の減少というメカニズ
ムによっても、２部材の圧入終了位置が安定化する。 (6) 前記２部材の一方が、自動車のパワーステアリング
装置において使用されるトーションバーであり、他方
が、そのトーションバーが圧入されて前記パワーステア
リング装置において使用されるシャフトであり、トーシ
ョンバーのうちシャフトと当接すべき部分のビッカース
硬度ＨV が約４５０以下であり、シャフトのうちトーシ
ョンバーと当接すべき部分のビッカース硬度ＨV が約３
００以下である(1) ないし(5) 項のいずれかに記載の慣
性圧入方法〔請求項４〕。本発明者らは、一方が、自動
車のパワーステアリング装置において使用されるトーシ
ョンバーであり、他方が、そのトーションバーに圧入さ
れてパワーステアリング装置において使用されるシャフ
トである２部材について実験を行い、その結果、後に詳
述するように、トーションバーのうちシャフトと当接す
べき部分のビッカース硬度ＨV が約４５０以下であり、
シャフトのうちトーションバーと当接すべき部分のビッ
カース硬度ＨV が約３００以下である場合に、それら２
部材の跳ね返りが効果的に抑制されることが確認され
た。このような知見に基づいて本項に記載の方法がなさ
れたのである。 (7) 前記２部材の少なくとも一方のうち他方の部材と当
接すべき部分のビッカース硬度ＨV が約４５０以下であ
る(1) ないし(5) 項のいずれかに記載の慣性圧入方法。 (8) 前記２部材の少なくとも一方のうち他方の部材と当
接すべき部分のビッカース硬度ＨV が約４００以下であ
る(1) ないし(5) 項のいずれかに記載の慣性圧入方法。 (9) 前記２部材の少なくとも一方のうち他方の部材と当
接すべき部分のビッカース硬度ＨV が約３５０以下であ
る(1) ないし(5) 項のいずれかに記載の慣性圧入方法。 (10)前記２部材の少なくとも一方のうち他方の部材と当
接すべき部分のビッカース硬度ＨV が約３００以下であ
る(1) ないし(5) 項のいずれかに記載の慣性圧入方法。 (11)前記２部材の一方が有底の嵌合穴が形成された嵌合
凹部を備え、他方がその嵌合穴にしまり嵌合する嵌合凸
部を備え、嵌合凸部が嵌合穴の底面に当接するまで圧入
される(1) ないし(10)項のいずれかに記載の慣性圧入方
法。本態様によれば、嵌合穴の底面を形成する部分と、
嵌合凸部の先端部とを、当接部として利用することがで
き、段付部，フランジ等、専用の当接部を形成する必要
がない利点がある。 (12)前記嵌合凸部の先端面にその嵌合凸部より直径の小
さい突起が設けられ、その突起が前記嵌合穴の底面に当
接させられる(11)項に記載の慣性圧入方法。このよう
に、嵌合凸部より直径の小さい突起を嵌合穴の底面に当
接させるようにすれば、突起と嵌合穴底面との当接面積
が小さくなり、両者の少なくとも一方が塑性変形し易く
なる。また、突起を介して嵌合凸部の中央部に圧縮力が
伝達され、嵌合凸部の中央部が塑性変形することによ
り、嵌合凸部の直径が増加して嵌合凹部との圧入代（し
め代）が実質的に増加し、嵌合凸部と嵌合凹部との結合
強度が向上する効果も得られる。この効果は、嵌合凸部
の中央部の硬度が外周部の硬度より低い場合に特に顕著
となる。なお、 (1)〜(11)，(15)〜(21)項の各々に記載
の特徴を実施する際には、嵌合凸部の先端面にその嵌合
凸部より直径の小さい突起を設けることは不可欠ではな
い。例えば、嵌合凸部の先端部自体および／または嵌合
凹部の底部の塑性変形により、十分に過剰エネルギが吸
収されて跳ね返りが抑制あるいは防止されるのであれ
ば、突起を設ける必要はないのである。 (13)嵌合凹部の底面の中央部に凹みが形成され、その凹
みの周辺部に前記突起の角部が当接させられる(12)項に
記載の慣性圧入方法。凹みの部分は突起と当接しないた
め、その分当接面積が小さくなり、塑性変形の発生が一
層容易になる。 (14)嵌合凹部の底面の中央部に円錐形の凹みが形成さ
れ、その凹みの円錐面に前記突起の角部が当接させられ
る(12)項に記載の慣性圧入方法。凹みの円錐面と突起の
角部とを当接させれば、角部が、円錐面を形成する部分
を塑性変形させて円錐面に食い込むとともに、自身も塑
性変形して、投錨効果が生じ、２部材の結合力が増す。
突起の角部に面取りが施され、その面取り部が円錐面に
当接するようにしてもよく、面取りが施されていない尖
った角部が当接するようにしてもよい。ただし、後者の
場合には、突起や円錐面が鋳鉄等の脆性材料により形成
されていないことが望ましい。 (15)前記塑性変形が、前記２部材が互いに丁度当接する
正規圧入終了位置からの実際の圧入終了位置の、跳ね返
りによるずれ量の極大値が設定ずれ量（許容範囲の上限
値）以下となるように生じさせられる(1) ないし(14)項
のいずれかに記載の慣性圧入方法〔請求項５〕。後に実
施形態に関連して詳細に説明するように、２部材の互い
に当接する部分の少なくとも一方が塑性変形する場合に
は、２部材の少なくとも一方に付与される運動エネルギ
の増加につれて、一旦は跳ね返り量（実際の圧入終了位
置の正規圧入終了位置からのずれ量）が増加するが、さ
らに運動エネルギが大きくなると跳ね返り量が減少し、
ついには負になる。２部材の当接面が丁度当接する状態
よりさらに深く両者が圧入され、実際の圧入終了位置の
正規圧入終了位置からのずれ量が負になるのである。換
言すれば、付与運動エネルギを横軸に、跳ね返り量を縦
軸にとったグラフにおいて跳ね返り量に極大点が現れる
のである。そして、この極大値は、２部材の互いに当接
する部分の塑性変形能が大きいほど小さくなる。したが
って、２部材の当接部の塑性変形能の和を一定以上にす
れば、跳ね返り量の極大値ですら許容範囲内に納まるよ
うにすることができ、この場合には、付与運動エネルギ
量が広い範囲にばらついても、圧入長さは許容範囲内に
納まることとなる。本態様はこれを実現した態様であ
り、付与運動エネルギ量の管理が容易となって、製造コ
ストを低減させることができる。本態様の実施時には、
ずれ量の極大値が０．５ｍｍ以下となるようにすること
が望ましく、０．３ｍｍ以下となるようにすることがさ
らに望ましく、０．２ｍｍ以下となるようにすることが
特に望ましい。本(15)項から(18)項までの態様は、嵌合
凸部の先端に突起が形成される態様と組み合わせて実施
されることが望ましい。 (16)前記２部材の互いに圧入される嵌合凹部と嵌合凸部
とのうち少なくとも嵌合凸部に前記塑性変形が生じ、か
つ、前記２部材が互いに丁度当接する基準圧入終了位置
からの実際の圧入終了位置の、跳ね返りによるずれ量の
増加率が、前記運動エネルギの増加に伴って減少するず
れ量増加率減少領域において、前記２部材の圧入が行わ
れる(1) ないし(15)項のいずれかに記載の慣性圧入方法
〔請求項６〕。上記のように、跳ね返りによる圧入終了
位置のずれ量は、２部材の当接部の塑性変形と密接な関
係があり、ずれ量がずれ量増加率減少領域に入れば嵌合
凸部に実質的な塑性変形が生じ、塑性変形に基づく結合
力の実質的な増加効果が期待できる。本項から(18)項ま
での２部材の結合強度増加対策は、２部材の圧入終了位
置の安定化対策と合わせて採用すること（両方の効果が
共に得られる条件で実施すること）も、それとは独立し
て採用することもできる。 (17)前記２部材の互いに圧入される嵌合凹部と嵌合凸部
とのうち少なくとも嵌合凸部に前記塑性変形が生じ、か
つ、前記２部材が互いに丁度当接する正規圧入終了位置
からの実際の圧入終了位置の、跳ね返りによるずれ量
が、前記運動エネルギの増加に伴って減少するずれ量減
少領域において、前記２部材の圧入が行われる(1) ない
し(15)項のいずれかに記載の慣性圧入方法。ずれ量減少
領域においては一層明瞭な結合力増加効果が得られる。 (18)前記２部材の互いに圧入される嵌合凹部と嵌合凸部
とのうち少なくとも嵌合凸部に前記塑性変形が生じ、か
つ、前記２部材の圧入が、前記ずれ量減少領域であっ
て、かつ、前記跳ね返りによるずれ量が設定ずれ量以下
である領域において行われる(17)項に記載の慣性圧入方
法。本態様によれば、塑性変形に基づく結合力増加効果
を享受することと、所定の圧入長さを確保することとの
両方を達成することができる。ずれ量の極大値が設定ず
れ量より大きい場合には、その極大点の両側の領域にお
いて跳ね返り量が設定ずれ量より小さくなることとなる
ため、付与エネルギ量をそれら両側の領域のいずれに属
する量に制御しても、ずれ量は設定ずれ量以下にできる
が、嵌合凸部の塑性変形に基づく結合強度の増加効果
は、極大点より付与運動エネルギが大きい領域において
は必ず得られ、かつ十分な大きさで得られるが、極大点
より付与運動エネルギが小さい領域においては得られる
場合も、得られない場合もある。 (19)２部材の少なくとも一方に、それら２部材を相互に
接近させる向きに運動エネルギを付与し、慣性運動をし
ている部材の運動エネルギによりそれら２部材を相互に
圧入する方法であって、それら２部材を緩衝体を介して
互いに当接させることにより、圧入終了時における２部
材の相対位置を規定するとともに、それら２部材が前記
緩衝体を介して当接した直後に前記２部材の前記少なく
とも一方に残っている運動エネルギを緩衝体の塑性変形
により吸収させることを特徴とする慣性圧入方法〔請求
項７〕。この方法においては、２部材が緩衝体を介して
当接した直後に少なくとも一方の２部材に残っている運
動エネルギが塑性変形エネルギとして緩衝体に吸収され
る。したがって、この方法によれば、緩衝体を介した当
接直後に運動エネルギが残っていても、圧入終了位置が
正規の位置から大きくずれずに済む。また、この方法に
よれば、緩衝体のエネルギ吸収特性を２部材の材料的性
質とは無関係に設計することが可能となるため、２部材
の材料的性質に制約を課することなく過剰の運動エネル
ギを効果的に吸収させることができる。本緩衝体のエネ
ルギ吸収特性を利用する態様においても、前記２部材の
当接部の塑性変形を利用する態様における(15)項以降の
特徴を採用可能である。下記２項はその代表的なもので
ある。 (20)前記塑性変形が、前記２部材が互いに丁度当接する
正規圧入終了位置からの実際の圧入終了位置の、跳ね返
りによるずれ量が、設定ずれ量（許容範囲の上限値）以
下となる状態で生じさせられる(19)項に記載の慣性圧入
方法。 (21)前記緩衝体がそれの外径が前記２部材の互いに圧入
される嵌合凹部と嵌合凸部とのうちの嵌合凸部の外径よ
り直径の小さいものであり、かつ、前記跳ね返りによる
ずれ量が、前記運動エネルギの増加に伴って減少するず
れ量減少領域において、前記２部材の圧入が行われる(1
9)項または(20)項に記載の慣性圧入方法。緩衝体が、嵌
合凸部の先端に形成される前記突起と同様の作用をな
し、嵌合凸部の塑性変形に基づく結合強度の増加効果が
得られる。 (22)前記２部材が当接させられる際、少なくとも当接当
初において、当接突起とその当接突起より硬度が低い被
当接部との当接が生じさせられ、当接突起が被当接部に
食い込まされる (1)， (2)， (4)，(11)，(15)〜(18)項
のいずれか１つに記載の慣性圧入方法〔請求項８〕。本
態様においては、少なくとも２部材の当接当初におい
て、２部材のいずれか一方に設けられた当接突起と、他
方に設けられた被当接部とが当接し、当接突起がそれよ
り硬度の低い被当接部に食い込むことにより、被当接部
が塑性変形させられて２部材の少なくとも一方に残って
いる運動エネルギの少なくとも一部が吸収される。この
方法によれば、２部材の当接当初に少なくとも一方の２
部材に運動エネルギが残っていても、圧入終了位置が正
規の位置から大きくずれずに済む。 (23)前記２部材が、有底の嵌合穴を備えた嵌合凹部と嵌
合凸部とにおいてしまり嵌合させられ、前記当接突起が
前記嵌合穴の底面の一部が突出させられた当接突起であ
り、前記被当接部が前記嵌合凸部の先端面である(22)項
に記載の慣性圧入方法。当接突起を嵌合穴の底面の一部
が突出させられたものとすれば、被当接部としての嵌合
凸部の先端面との当接面積が、嵌合穴の底面と嵌合突部
の先端面全体とが当接する場合に比較して小さくなり、
塑性変形の発生が容易となる。また、嵌合凸部の先端部
が塑性変形することにより、嵌合凸部の外のり寸法が増
加して嵌合凹部との圧入代（しめ代）が実質的に増加す
るようにすれば、嵌合凸部と嵌合凹部との結合強度が向
上する効果が得られる。 (24)前記２部材が、有底の嵌合穴を備えた嵌合凹部と嵌
合凸部とにおいてしまり嵌合させられ、前記当接突起が
前記嵌合穴の底面と前記嵌合凸部の端面との間に介在さ
せられる、それら底面と端面との少なくとも一方より硬
度の高い介在物である(22)項に記載の慣性圧入方法。本
態様は、嵌合穴の底面あるいは嵌合凸部の先端面の一部
を突出させ、硬度を高くすることが構造上あるいは材質
上困難な場合に好適である。このように介在物により当
接突起を構成すれば、介在物の硬度を嵌合穴の底面と嵌
合凸部の端面との少なくとも一方より高くすればよく、
２部材の材質の選定や、２部材の少なくとも一方と当接
突起との硬度差の設定の自由度が増す。介在物は、２部
材のうち静止状態に維持される側の部材に、接着，粘
着，半田付け等により仮止めしてもよく、２部材のいず
れか一方にろう付け等により強固に固定してもよい。ま
た、介在物の形状によっては、２部材の一方に保持穴を
形成して、その保持穴に介在物を保持させてもよい。保
持穴が介在物を安定して保持し得る形状のものである場
合には、上記仮止め，ろう付け等を省略することも可能
である。 (25)前記介在物が鋼球である(24)項に記載の慣性圧入方
法。本態様によれば、介在物を安価で剛性の高いものと
することが容易になる。市販の鋼球を使用すれば、一層
コスト低減を図り得る。 (26)前記有底の嵌合穴の内周面の底面近傍部に、直径が
他の部分より大きくされたアンダカット部が形成され、
前記当接突起の前記嵌合凸部の先端面への食込みによ
り、嵌合凸部の先端部が押し広げられて、前記アンダカ
ット部に係合させられる(23)項ないし(26)項のいずれか
１つに記載の慣性圧入方法〔請求項９〕。本態様の方法
によれば、当接突起により押し広げられる嵌合凸部の先
端部の材料の流動が、アンダカット部により許容される
ため、嵌合凸部の先端部がさらに塑性変形し易くなり、
当接当初における過剰の運動エネルギの吸収が効果的に
行われる。また、嵌合凸部の押し広げられた部分がアン
ダカット部に係合させられることにより、嵌合凸部と嵌
合凹部との抜け出しが良好に防止され、２部材の結合力
が増加する。アンダカット部は、環状の溝とすることも
可能であるし、花弁形等部分的に形成された凹部とする
ことも可能である。 (27)前記２部材が、有底の嵌合穴を備えた嵌合凹部と嵌
合凸部とにおいてしまり嵌合させられ、前記当接突起が
前記嵌合凸部の先端面の一部が突出させられた当接突起
であり、前記被当接部が前記嵌合穴の底面であって、当
接突起が嵌合穴の底面に食い込まされる(22)項に記載の
慣性圧入方法。本態様においては、嵌合凹部の底面が当
接当初に残っている運動エネルギの少なくとも一部を塑
性変形により吸収することにより、２部材の圧入終了位
置が安定化する。 (28)２部材の少なくとも一方に、それら２部材を相互に
接近させる向きに運動エネルギを付与し、慣性運動をし
ている部材の運動エネルギによりそれら２部材を相互に
圧入する方法であって、前記２部材が、貫通した嵌合穴
を備えた嵌合凹部と嵌合凸部とにおいてしまり嵌合させ
られるものであり、その貫通した嵌合穴の嵌合凸部が圧
入される側とは反対側の開口からストッパ部材が嵌合穴
の途中まで挿入された状態で、嵌合凸部がそのストッパ
部材に当接するまで嵌合穴に圧入されることを特徴とす
る慣性圧入方法。嵌合穴が貫通穴である場合には、スト
ッパ部材により２部材の圧入終了位置を規定することが
可能である。嵌合凸部が圧入される側とは反対側の開口
からストッパ部材を挿入した状態で、嵌合凸部をそのス
トッパ部材に当接するまで嵌合穴に圧入すれば、嵌合凸
部の圧入終了位置を所望の位置に規定することができる
のである。ストッパ部材の挿入深さを選択することによ
り、２部材の圧入終了位置を適宜設定することができ
る。 (29)前記ストッパ部材の前記嵌合穴に挿入される部分の
先端面に、前記嵌合凸部の先端面より硬度が高い当接突
起が形成され、前記当接突起が嵌合凸部の先端面に食い
込まされる(28)項に記載の慣性圧入方法〔請求項１
０〕。ストッパ部材に形成された当接突起が嵌合凸部の
先端面に食い込まされることにより、嵌合突部の先端部
が塑性変形させられて２部材の少なくとも一方に残って
いる運動エネルギの少なくとも一部が吸収されるため、
嵌合凸部とストッパ部材との跳ね返りが防止または抑制
され、圧入終了位置が規定の位置から大きくずれずに済
む。 (30)前記嵌合穴の内周面の、前記ストッパ部材の先端面
に隣接する部分に、円環状溝が形成され、前記嵌合凸部
の前記当接突起の食込みにより押し広げられた部分がそ
の円環状溝に係合させられる(29)項に記載の慣性圧入方
法。本態様によれば、嵌合凸部の先端部が塑性変形し易
くなり、かつ、嵌合凸部の押し広げられた部分が嵌合穴
の円環状溝に係合させられることにより、２部材の結合
力がさらに増加する。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明のさらに具体的な実
施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態は、第１部材を移動部材、第２部
材を静止部材として第１部材を第２部材に圧入する方法
であり、具体的には、図１に示すように、第１部材１０
を加速して第１部材１０のうちの嵌合凸部１１を第２部
材１２のうちの嵌合凹部１６に圧入する方法である。第
１部材１０は車両のパワーステアリング装置において使
用されるトーションバーであり、一方、第２部材１２は
そのパワーステアリング装置においてそのトーションバ
ーと離脱不能かつ相対回転不能に圧入されるシャフトで
ある。また、両部材１０，１２は調質鋼製である。
【０００６】第１部材１０は円形断面で一軸線に沿って
延びる形状を有しており、それの一端部に前記嵌合凸部
１１が形成されている。第２部材１２は、概して段付き
の円柱状を成すとともに、一端面の中央に有底の嵌合穴
１７が形成されてその嵌合穴１７を形成する部分が前記
嵌合凹部１６とされている。嵌合穴１７の底面の中央部
には凹み１８が形成されている。この凹み１８は、第２
部材１２をリーマ加工に先立って下穴加工する際にドリ
ルの先端により形成される。
【０００７】嵌合凸部１１と嵌合凹部１６とがしまり嵌
合させられるため、嵌合凸部１１の外径の圧入前寸法が
嵌合凹部１６の内径の圧入前寸法より大きくされてい
る。嵌合凸部１１の外周面には、それぞれ軸方向に延び
るランドと溝とが周方向に交互に並んだセレーションが
形成されている。
【０００８】本慣性圧入方法は同図に示す慣性圧入装置
により実施される。この慣性圧入装置は、第２部材１２
を水平な姿勢で保持する保持装置４０を備えている。保
持装置４０は、ハウジング４２と、そのハウジング４２
に形成された空気室４６とを有し、その空気室４６内に
おいて第２部材１２を保持する。空気室４６は貫通穴４
７により常時大気と連通させられている。ハウジング４
２には、一端部において空気室４６と連通し、他端部に
おいて大気と連通する貫通穴４８が形成されている。こ
の貫通穴４８はキャップ５０がボルト５２等によりハウ
ジング４２に着脱可能に取り付けられることによって閉
塞される。キャップ５０には、空気室４６の側におい
て、第２部材１２の両端部のうち第１部材１０としまり
嵌合されるべき端部とは反対側の端部（後方）において
嵌合する嵌合穴５３が形成されている。
【０００９】慣性圧入装置はさらに、第１部材１０を実
質的に気密かつ摺動可能に案内する案内通路５４を備え
ている。案内通路５４は、ハウジング４２の内部通路５
５と通路形成部材としてのパイプ５６の内部通路とによ
り、保持装置４０における第２部材１２と同軸に形成さ
れている。案内通路５４はそれの一端部において空気室
４６に接続されている。その案内通路５４に第１部材１
０がそれの嵌合凸部１１において実質的に気密かつ摺動
可能に嵌合されている。
【００１０】慣性圧入装置はさらに、第１部材１０を加
速する加速装置５８を備えている。加速装置５８は、第
１部材１０の後方圧を大気圧より高圧にする高圧化装置
６０を備えている。高圧化装置６０は、(a) ハウジング
６２と、(b) 高圧空気を保持して必要に応じて供給する
高圧源６４と、(c) ハウジング６２に形成された空気室
６６とを備えている。高圧源６４は例えば、コンプレッ
サと制御弁とを含む構成とされる。空気室６６は空気通
路６８により高圧源６４と接続され、また、案内通路５
４の他端部とも接続されている。
【００１１】次に本慣性圧入方法の具体的工程を経時的
に説明する。２部材１０，１２の圧入に先立ち、各部材
１０，１２が慣性圧入装置に所定位置においてセットさ
れる。この状態で高圧空気が高圧源６４から空気通路６
８を経て空気室６６に供給されれば、その高圧空気は案
内通路５４内の空間に供給される。高圧空気が案内通路
５４内の空間に供給されれば、第１部材１０の後方圧が
大気圧より高圧にされる。それにより、第１部材１０は
自身の軸線に平行な方向に加速され、第１部材１０が運
動エネルギを付与される。その結果、第１部材１０が第
２部材１２に同軸状態で接近し、やがて第１部材１０が
第２部材１２と接触し、それら２部材１０，１２の圧入
が開始される。圧入途中においては、第１部材１０のセ
レーションのランドが第２部材１２の嵌合凹部１６の内
周面に食い込むことと、２部材１０，１２の摩擦熱によ
って両者が互いに溶着されることとの双方が行われ、そ
れらにより２部材１０，１２が強固に結合される。圧入
終了後、キャップ５０をハウジング４２から取り外すこ
とによって２部材１０，１２の圧入組立体が保持装置４
０から取り出される。
【００１２】加速装置５８は、標準運動エネルギより大
きい運動エネルギを第１部材１０に付与するように設計
されている。標準運動エネルギは、第１部材１０および
第２部材１２の圧入前寸法が正規値であってそれらの圧
入代（第１部材１０のセレーションの外径と第２部材１
２の圧入穴の内径との差）が正規値であり、かつ、それ
ら２部材１０，１２の材料の硬さも正規である状況で、
第１部材１０の先端面８０（第１のストッパ面）が第２
部材１２の底面８２（第２のストッパ面）に丁度当接し
た時に第１部材１０の運動エネルギが０となる大きさで
ある。第１部材１０に付与される運動エネルギがそのよ
うな大きさに設定されることにより、本実施形態におい
ては、運動エネルギ，圧入代および材料の硬さのばらつ
きが原因で、第１部材１０の先端面８０が第２部材１２
の底面８２に到達しないうちに第１部材１０が停止して
しまうことが防止される。運動エネルギ，圧入代および
材料の硬さのばらつきにもかかわらず、第１部材１０の
先端面８０が確実に第２部材１２の底面８２に当接する
ようになっているのである。
【００１３】本実施形態においては、第１部材１０の嵌
合凸部１１全体の表面におけるビッカース硬度ＨV が４
３０〜２９０の範囲内とされる一方、第２部材１２の嵌
合凹部１６全体の表面におけるビッカース硬度ＨV が２
８０とされている。
【００１４】本発明者らは、本発明に先立って次のよう
な実験を行った。その実験とは、複数の第１部材１０と
複数の第２部材１２とから任意に抽出した複数のサンプ
ル対につき、第１部材１０の表面熱処理の条件を変える
ことにより、第１部材１０のビッカース硬度ＨV を６４
０，４７０，４３０，４００，３６０，２９０というよ
うに変えて第１部材１０を第２部材１２に圧入するとい
うものである。ただし、それら２部材１０，１２の圧入
代の正規値は０．２ｍｍであり、また、第１部材１０が
第２部材１２に圧入され始める直前の第１部材１０の速
度の正規値は２１０ｋｍ／ｈである。
【００１５】その実験結果として、図２には、第１部材
１０のビッカース硬度ＨV が４３０以下であり、かつ、
第２部材１２のビッカース硬度ＨV が２８０である場合
に２部材１０，１２の圧入が進行する様子が経時的に、
具体的には圧入途中と先端面８０と底面８２との当接時
と圧入終了時とについて示されている。本図において
は、第１部材１０の先端面８０が第２部材１２の底面８
２に当接した後に、それら２部材１０，１２に跳ね返り
が生じていない。それら２部材１０，１２の圧入がほぼ
正規の相対位置で終了し、２部材１０，１２の嵌合長が
正規値に精度よく一致しているのである。これは、第１
部材１０が第２部材１２に当接した時に第１部材１０に
運動エネルギが残っていても、その運動エネルギによっ
て第１部材１０および第２部材１２が塑性変形すること
により、その運動エネルギが２部材１０，１２に吸収さ
れたためであると考えられる。ただし、各部材１０，１
２の形状因子により、第１部材１０が第２部材１２より
塑性変形し易いため、運動エネルギを吸収するための塑
性変形は主に第１部材１０において行われる。
【００１６】第１部材１０の塑性変形は例えば、第１部
材１０の先端面８０の周縁が凹む現象として現れる。第
１部材１０の先端面８０を構成する材料がその周縁から
中央に向かって流動することが前記凹み１８により許容
されており、そのような状況において、第１部材１０の
先端面８０が第２部材１２の底面８２に当接させられる
からである。このように第１部材１０の先端面８０が凹
むため、第１部材１０が第２部材１２に過剰に圧入され
る（両部材１０，１２が丁度当接する正規圧入状態より
深く圧入される）現象が生じるが、その過剰圧入量は
０．２ｍｍ以下で済むことも確認された。
【００１７】これに対して、図３には、第１部材１０の
ビッカース硬度ＨV が４７０以上であり、かつ、第２部
材１２のビッカース硬度ＨV が２８０である場合に２部
材１０，１２の圧入が進行する様子が図２におけると同
様な形式で示されている。本図においては、第１部材１
０の先端面８０が第２部材１２の底面８２に当接した直
後に、それら２部材１０，１２に１．５ｍｍ以上の跳ね
返りが生じている。それら２部材１０，１２の圧入が正
規の相対位置からずれた位置で終了していて、２部材１
０，１２の嵌合長が正規値より短くなっているのであ
る。これは、第１部材１０が塑性変形し難いため、２部
材１０，１２の当接時に第１部材１０に残っていた運動
エネルギが第１部材１０の塑性変形によって吸収されな
かったためであると考えられる。
【００１８】このような実験結果を基礎として、本実施
形態においては、第１部材１０のビッカース硬度ＨV が
４３０〜２９０の範囲内とされる一方、第２部材１２の
ビッカース硬度ＨV が２８０とされているのである。
【００１９】本発明者らは、本発明に先立ち、２部材１
０，１２の圧入前寸法のばらつきに起因して嵌合長が足
りない圧入組立体が発生することを防止するために、圧
入に先立って複数の２部材１０，１２の圧入前寸法を高
精度で測定し、その結果に基づき、それら複数の２部材
１０，１２の中から、圧入代が適正範囲となる２部材１
０，１２の組合せを選択し、選択した組合せについて圧
入を行った。このようにすれば、不良な圧入組立体の発
生は防止されるが、高精度の寸法測定および２部材１
０，１２の組合せの選択という工程が余分に必要になる
ため、圧入の作業能率を十分に高めることができない。
これに対して、本実施形態によれば、そのような余分な
工程は不要であるため、圧入の作業能率を十分に高める
ことができる。
【００２０】次に、本発明の第２実施形態を説明する。
ただし、本実施形態は、第１実施形態と第１部材の先端
部の形状のみが異なり、他の要素については共通である
ため、その形状のみについて詳細に説明し、他の要素に
ついては同一の符号を使用することによって詳細な説明
を省略する。
【００２１】図４に示すように、本実施形態において
は、第１部材１００の先端面１０２の中央部から突起１
０４が一体に、かつ円形断面で同軸に延び出させられて
いる。この突起１０４の先端面１０６におけるビッカー
ス硬度ＨV は３００とされている。第２部材１２の嵌合
凹部１６の圧入面におけるビッカース硬度ＨV は２８０
とされている。したがって、圧入時には、図５に示すよ
うに、第１部材１００は突起１０４の先端面１０６にお
いて第２部材１２の底面８２に当接し、その当接直後に
第１部材１００に運動エネルギが残っている場合には、
突起１０４が塑性変形することにより、その残っている
運動エネルギが吸収され、その結果、第１部材１００の
跳ね返りが抑制される。すなわち、第１部材１００にお
いてそれの一部である突起１０４が、塑性変形により第
１部材１００の過剰の運動エネルギを吸収する緩衝部
（当接部）として機能するのである。
【００２２】第１部材１００の嵌合凸部１０８の外周
面、すなわち、第２部材１２の嵌合凹部１６に圧入され
る圧入面１１０におけるビッカース硬度ＨV は６４０と
されている。第１部材１００は、突起１０４（当接部）
において軟らかく、第２部材１２への圧入部（しまり嵌
合部）において硬くされているのである。このようにす
ることにより、両部材１００，１２の嵌合長が精度よく
管理されることになるとともに、第１部材１００の硬い
セレーションのランド（凸部）が第２部材１２の軟らか
い内周面に機械的にかみ合う投錨効果により、両部材１
００，１２が強固に結合されることとなる。
【００２３】次に、本発明の第３実施形態を説明する。
ただし、本実施形態は、第２実施形態と第１部材の先端
部の形状のみが異なり、他の要素については共通である
ため、その形状のみについて詳細に説明し、他の要素に
ついては同一の符号を使用することによって詳細な説明
を省略する。
【００２４】第２実施形態においては、第１部材１００
の先端面１０２の中央部から直径が全体にわたって一定
の突起１０４が延び出させられていたが、本実施形態に
おいては、図６に示すように、先端部の直径が漸減させ
られている。すなわち、第１部材１２０の先端面１２２
の中央部から突起１２４が一体に、円形断面で、同軸に
延び出させられていることは第２実施形態と同じである
が、その突起１２４の先端部の周縁が面取りされている
のである。その結果、突起１２４の先端部に、２部材１
２０，１２が相互に接近する方向に直角な面に対して傾
斜したストッパ面１２６が形成されている。
【００２５】本実施形態においては、図７に示すよう
に、圧入時に、第１部材１２０が突起１２４のストッパ
面１２６において第２部材１２の底面８２に当接し、そ
の当接時に第１部材１２０に運動エネルギが残っている
場合には、突起１２４が塑性変形することにより、その
残っている運動エネルギが吸収され、その結果、２部材
１２０，１２の嵌合長が精度よく管理される。また、本
実施形態においては、突起１０４の先端面１０６、すな
わち、２部材１２０，１２の接近方向に直角なストッパ
面において第２部材１２の底面８２と当接する第２実施
形態におけるとは異なり、非直角なストッパ面１２６で
当接する。したがって、その当接時に第１部材１２０に
残っている運動エネルギにより第１部材１２０から第２
部材１２に作用する過剰力より小さい大きさで跳ね返り
力が第２部材１２から第１部材１２０に作用し、このこ
とによっても、第１部材１２０の跳ね返りが抑制され
る。
【００２６】本実施形態においても、第２実施形態にお
けるに準じて、突起１２４のストッパ面１２６における
ビッカース硬度ＨV は３００とされる一方、第１部材１
２０の嵌合凸部１２８の外周面、すなわち、第２部材１
２の嵌合凹部１６に圧入される圧入面１３０におけるビ
ッカース硬度ＨV は６４０とされている。第１部材１２
０も、突起１２４において軟らかく、第２部材１２への
圧入部（しまり嵌合部）において硬くされているのであ
る。このようにすることにより、第２実施形態における
と同様に、２部材１２０，１２が投錨効果により強固に
結合されることとなる。
【００２７】次に、本発明の第４実施形態を説明する。
ただし、本実施形態は第１実施形態と共通する要素が多
いため、共通する要素については同一の符号を使用する
ことによって詳細な説明を省略し、異なる要素について
のみ詳細に説明する。
【００２８】第１実施形態においては、２部材１０，１
２の当接時に第１部材１０に残っている運動エネルギを
吸収する部分が第１部材１０に存在するようになってい
るが、本実施形態においては、２部材１０，１２の圧入
終了位置がそれら２部材１０，１２を緩衝体を介して互
いに当接させることによって規定されるとともに、その
緩衝体の塑性変形により、２部材１０，１２の当接直後
に第１部材１０に残っている運動エネルギが吸収される
ようになっている。
【００２９】図８には、その緩衝体１４０が正面図で示
されている。緩衝体１４０は、第２部材１２の嵌合凹部
１６の内径よりわずかに小さい直径を有する薄板円板状
を成しており、その嵌合凹部１６に嵌合可能となってい
る。また、この緩衝体１４０の外周には複数箇所におい
て突起１４２が形成されており、嵌合凹部１６に嵌合さ
れた状態では、その突起１４２において嵌合凹部１６の
内周面に部分的に係合することにより、位置が簡単にず
れてしまうことが防止されている。この緩衝体１４０
は、２部材１０，１２を構成する調質鋼より軟らかい、
すなわち、塑性変形し易い銅または軟鋼で構成されてい
る。なお、第１部材１０のビッカース硬度ＨV は４７０
以上、第２部材１２のビッカース硬度ＨV は２８０以上
とされている。
【００３０】図９には、緩衝体１４０を用いて圧入が行
われる様子が経時的に示されている。圧入に先立ち、緩
衝体１４０が第２部材１２の嵌合凹部１６に嵌合され、
それの底部に離脱しないように密着させられる。その
後、第１部材１０の加速が開始され、やがて、第２部材
１２への圧入が開始される。その後、第１部材１０の先
端面８０は緩衝体１４０を介して第２部材１２の底面８
２に当接する。この当接時に第１部材１０に運動エネル
ギが残っていると、その運動エネルギにより緩衝体１４
０が塑性変形し、それによりその運動エネルギが吸収さ
れる。その結果、第１部材１０は、当接時に未だ過剰の
運動エネルギを有していたにもかかわらず、第２部材１
２からの跳ね返りが実質的に生じない。
【００３１】このように、本実施形態においては、２部
材１０，１２とは別体の緩衝体１４０により過剰運動エ
ネルギの吸収が行われるため、その吸収のために特別な
処理を２部材１０，１２に施すことが不要となり、その
エネルギ吸収のために２部材１０，１２の材料的性質が
制約を受けずに済む。
【００３２】発明者らは、前記図４および図５に示した
第１部材１００および第２部材１２について、圧入のた
めに付与される運動エネルギと圧入終了位置との関係
を、図１０に示す慣性圧入装置を使用して調べた。本圧
入装置は、ベース２００と、被圧入部材としての第２部
材１２を固定的にかつ水平に保持する第１保持装置２０
２と、圧入部材としての第１部材１００を、第１保持装
置２０２によって保持されている第２部材１２に接近可
能にかつ水平に保持する第２保持装置２０４と、その第
２保持装置２０４によって保持されている第１部材１０
０の運動を制御する運動制御装置２０６とを備えてい
る。それら第１保持装置２０２，第２保持装置２０４お
よび運動制御装置２０６はいずれもベース２００に設け
られている。運動制御装置２０６は、加速装置２１０と
実質慣性運動実現機構２１２とを含んでいる。
【００３３】第１保持装置２０２は、フレーム２２０を
備えている。フレーム２２０は前記ベース２００に固定
されている。フレーム２２０には、水平方向に延びる穴
２２２が形成されている。その穴２２２に保持部材とし
ての円筒部材２２４が着脱可能に設けられている。その
円筒部材２２４とフレーム２２０とには着脱制御部材と
しての一対のピン２２６が径方向に着脱可能に設けられ
ている。それら一対のピン２２６は円筒部材２２４とフ
レーム２２０とに径方向に同時に嵌入させられることに
よって円筒部材６４がフレーム２２０から離脱すること
を阻止する。第２部材１２の第１保持装置２０２への装
着は次のようにして行われる。まず、一対のピン２２６
を第１保持装置２０２から取り外し、円筒部材２２４を
フレーム２２０から取り外す。次に、その円筒部材２２
４に第２部材１２を固定し、両者をフレーム２２０に装
着する。
【００３４】第２保持装置２０４も、フレーム２３０を
備えている。このフレーム２３０も前記ベース２００に
固定されている。フレーム２３０には、第１保持装置２
０２によって保持される第２部材１２と同軸的に延びる
とともに、第１保持装置２０２の側において開口する有
底の保持穴２３２が形成されている。保持穴２３２は、
第１部材１００を実質的に気密かつ摺動可能に嵌合する
ことにより、第１部材１００を、第１保持装置２０２に
より保持されている第２部材１２に接近可能に保持する
ものである。保持穴２３２の底部はストッパ部２３４と
されている。ストッパ部２３４は、第１部材１００を、
図中破線で示すように、保持穴２３２内における正規の
位置に位置決めするものである。
【００３５】フレーム２３０にはエア通路２４０が形成
されている。このエア通路２４０は、ポート２４２にお
いて、空気を常時加圧下に蓄積するエアタンク２４４に
接続されている。エア通路２４０の途中には、制御弁と
してのニードル弁２４６が設けられている。このニード
ル弁２４６は、フレーム２３０に摺動可能に嵌合された
弁子２４８を有し、図示のように、エア通路２４０を遮
断して、エアタンク２４４からのエア（加圧空気）が保
持穴２３２内に流入することを阻止する遮断状態と、エ
ア通路２４０を開いて、エアタンク２４４からのエアが
保持穴２３２内に流入することを許容する開放状態とに
切り換わる。この切換えは、図示しない駆動装置によっ
て駆動されるカム２５０によって行われる。
【００３６】第２保持装置２０４は、案内部材としての
導管２５２を備えている。導管２５２は、一端がフレー
ム２３０に固定され、他端は第１保持装置２０２に保持
されている第２部材１２の大径穴２５３に至るように配
設されている。導管２５２は、第１部材１００と実質的
に気密かつ摺動可能に嵌合することにより、第１部材１
００の運動経路を規定する。すなわち、本実施形態にお
いては、保持穴２３２と導管２５２との共同によって第
１部材１００の案内通路が形成されているのである。導
管２５２の第２部材１２と嵌合させられる部分の外周に
は、軸方向に延びる溝２５４が形成され、排気通路を構
成している。フレーム２３０にはさらに、第１部材１０
０が第２部材１２に当接する直前に、保持穴２３２内に
おいて第１部材１００の後方に形成されたエア室を大気
に連通させる連通孔２５６が形成されている。そのた
め、第１部材１００が第２部材１２に当接する直前に、
第１部材１００後方のエア室の圧力がほぼ大気圧と等し
くなり、第１部材１００は実質的な慣性運動を行う状態
となる。すなわち、エア通路２４０，エアタンク２４
４，ニードル弁２４６，カム２５０等が前記加速装置２
１０を構成し、フレーム２３０のうち、連通孔２５６を
形成する部分が前記実質慣性運動実現機構２１２を構成
し、それら加速装置２１０と実質慣性運動実現機構２１
２とが互いに共同して前記運動制御装置２０６を構成し
ているのである。
【００３７】以上の構成の慣性圧入装置において、第１
部材１００に付与される運動エネルギを変えるためにエ
アタンク２４４の圧力を種々に変え、第１部材１００を
第２部材１２に圧入した場合の圧力（運動エネルギの一
指標と考えることができる）と、圧入終了位置の正規圧
入終了位置からのずれ量との関係を調べた結果を図１１
に示す。ここにおいて、ずれ量は、突起１０４の先端面
１０６と嵌合凹部１６の底面８２とが丁度当接する状態
で第１部材１００が第２部材１２に圧入された正規の組
立体の長さからの、実際の組立体の長さのずれ量であ
り、後者が大きい場合が正となる量である。図から明ら
かなように、圧力が増加するにつれて、ずれ量が減少す
るが、一旦０になった後増加して極大値となり、その後
再び減少し、負の値となる。ずれ量が０になる点Ａを適
正圧力点（適正エネルギ点とも称し得る）、その点より
圧力が大きい領域Ｓを圧力過剰領域（エネルギ過剰領域
とも称し得る）、ずれ量が極大値になる点Ｂをずれ量極
大点、ずれ量極大点Ｂより運動エネルギの大きい領域Ｔ
をずれ量減少領域、ずれ量が負となる領域Ｖをずれ量負
領域と称することとする。
【００３８】上記運動エネルギに対応する量としてエア
タンク２４４の圧力をｘ、正規圧入終了位置からのずれ
量をｙで表すこととすれば、適正圧力点Ａより圧力の小
さい圧力不足領域では両者の関係が直線で近似でき、圧
力過剰領域では曲線で近似できる。この曲線が３次曲線
であると仮定して関係式を求めたところ次式が得られ
た。ｙ＝−９０．５６ｘ3 ＋１０６．８ｘ2 −４０．２
８ｘ＋４．９９４この式から、圧力ｘとずれ量ｙとの圧
力過剰領域における関係を表す３次曲線の、下に凸の部
分と上に凸の部分との境界点Ｃを求めることができる。
この点Ｃは、運動エネルギｘの増加に対するずれ量ｙの
増加率が増加から減少に転ずる点であるので、ずれ量増
加率減少開始点と称することとし、ずれ量増加率減少開
始点より運動エネルギの大きい領域Ｕをずれ量増加率減
少領域と称することとする。
【００３９】図示の場合には、圧力が０．３ＭＰａから
０．６ＭＰａの広い領域においてずれ量が±０．３ｍｍ
の範囲に納まっており、許容ずれ量の範囲が例えば±
０．４ｍｍであれば、圧力が０．３ＭＰａから０．６Ｍ
Ｐａまで大きく変動しても差し支えないことになる。ま
た、許容ずれ量の範囲が狭い場合には、突起１０４を塑
性変形し易くすることによりずれ量の極大値を小さくす
れば、圧力が大きく変動してもずれ量が許容範囲内に納
まる。一般的に、互いに圧入される２部材の互いに当接
する部分の塑性変形能の和を設定塑性変形能以上とする
ことにより、ずれ量の極大値がずれ量の許容範囲内に入
るようにすれば、付与運動エネルギの所要制御精度を著
しく低くすることができるのであり、この態様が請求項
５に記載の発明の一実施形態（第５実施形態）であるこ
とになる。また、図１０の慣性圧入装置は、本発明の第
５実施形態の実施に使用可能な慣性圧入装置であること
になる。
【００４０】上述のように、図１１の点Ａを適正圧力点
（あるいは適正エネルギ点）と称するのは、第１部材１
００と第２部材１２とが、突起１０４の先端面１０６と
嵌合凹部１６の底面８２とが丁度当接する状態まで圧入
されることが適正と考えるからである。第１部材１００
に作用させるエアの圧力をこの適正圧力点近傍に制御す
れば、第１部材１００と第２部材１２との組立体の寸法
精度を高くすることができるのであり、この観点からす
れば点Ａは正に適正圧力点である。圧力を適正圧力点近
傍に制御して寸法精度を高める場合であっても、第１部
材１００と第２部材１２との当接部を塑性変形し易くし
てずれ量の極大値を小さくすることは有効である。極大
値を小さくすれば、点Ａより圧力が大きい領域における
ずれ量の増加勾配が小さくなって、寸法精度の維持が容
易になるからである。
【００４１】しかし、第１部材１００に作用させるエア
の圧力を圧力過剰領域内の値に制御することが望ましい
場合もある。結合力向上の観点から圧力を制御する場合
がその一例（第６実施形態）である。図１２に、エアタ
ンク２４４の圧力を０．６ＭＰａとして、ずれ量減少領
域Ｔのうちずれ量が負になる領域で圧入を行った組立体
を軸線に沿って切断したものを示す。図から明らかなよ
うに、突起１０４が塑性変形するとともに、嵌合凸部１
１の先端面１０２をくぼませ、嵌合凸部１１の外周面を
樽型に変形させている。嵌合凸部１１の直径が増加し
て、嵌合凹部１６との圧入代（しめ代）が実質的に増加
しているのであり、これによって第１部材１００と第２
部材１２との結合強度が向上する。この結合強度向上の
効果は、嵌合凸部１１に実質的な塑性変形が生じる領域
で実質的に奏されるのであり、ずれ量増加率減少領域
Ｕ，ずれ量減少領域Ｔ，ずれ量負領域Ｖにおいて効果が
得られ、後者ほど大きな効果が得られる。
【００４２】さらに別の実施形態を図１３ないし図１６
に示す。これら各実施形態においては、図１の慣性圧入
装置を使用して第１部材が第２部材に圧入される。した
がって、上記図１および図２に示す第１実施形態と共通
の要素は図示および説明を省略し、異なる要素のみにつ
いて図示，説明する。また、以下の各実施形態における
第１部材は、上記第１実施形態と同様のものであり、そ
の形状を概略的に示し、同一の符号を使用することによ
って詳細な説明を省略する。なお、以下の各実施形態に
おいて、第１部材を第２部材に図１０の慣性圧入装置に
より圧入することも可能である。
【００４３】図１３（ａ），（ｂ）において、第２部材
３００は、第１実施形態における第２部材１２と同様に
概して段付きの円柱状を成し（図１３にはその先端部の
みを図示）、先端面の中央に有底の嵌合穴３０２が形成
されている。この嵌合穴３０２を形成する部分が嵌合凹
部１６である。嵌合穴３０２の底面３０４の中央部が突
出させられて当接突起３０６が形成されている。本実施
形態における当接突起３０６は、突出先端部に向かうほ
ど小径となるほぼ円錐形を成している。第１部材１０の
先端部である嵌合凸部１１の先端面８０は、この当接突
起３０６よりも硬度が低くされている。また、嵌合穴３
０２の内周面の底面近傍には、嵌合穴３０２の他の部分
より大径の環状溝３０８が全周に形成されている。な
お、図においては、環状溝３０８が誇張して記載されて
おり、実際の環状溝３０８はもっと小さい。
【００４４】第１部材１０の嵌合凸部１１を第２部材３
００の嵌合凹部１６に圧入する際には、図１３（ａ）に
示すように、第１部材１０が自身の軸線に平行な方向に
運動エネルギを付与されることにより、図１３（ｂ）に
示すように、第１部材１０が第２部材３００に同軸状に
圧入される。そして、第１部材１０の先端面８０と第２
部材３００の当接突起３０６とが当接し、当接突起３０
６が先端面８０に食い込む。当接突起３０６と先端面８
０とが当接した時に第１部材１０に運動エネルギが残っ
ており、その運動エネルギによって主として第１部材１
０の先端面８０近傍が塑性変形させられる。それによ
り、余剰の運動エネルギが吸収されるため、第１部材１
０の跳ね返りが抑制される。当接突起３０６は第１部材
１０の先端面８０よりも硬度が高くかつ先端ほど小径と
されているため先端面８０に容易に食い込み、しかも、
当接突起３０６は嵌合穴３０２の底面３０４から突出し
ているため、第１部材１０との当接面積が小さく、第１
部材１０は先端面８０全体が嵌合穴３０２の底面３０４
と当接する場合に比較して塑性変形し易い。当接突起３
０６により押し広げられる嵌合凸部１１の先端部の、第
２部材３００の環状溝３０８内への広がりが容易なので
あり、その広がった部分が環状溝３０８と係合すること
により、第１部材１０の第２部材３００に対する軸方向
への抜け出しを防止し、両部材の結合強度が向上する。
さらに、本形態によれば、付与される運動エネルギ量が
広い範囲にばらついても、２部材の圧入終了位置を安定
させることができ、付与運動エネルギ量の管理が容易と
なって、製造コストを低減させることができる。
【００４５】第２部材の嵌合穴の底面に形成する当接突
起は、上述のように第２部材と一体的に形成することも
可能であるし、以下に示すように別部材を嵌合穴の底面
に取り付けて当接突起とすることも可能である。図１４
（ａ）に示すように、第２部材４００において、嵌合穴
４０２の底面４０４の中央部に凹み４０６を形成し、こ
の凹み４０６に鋼球４０８を接着等適宜の手段により固
定する。鋼球４０８は、嵌合穴４０２の底面４０４より
突出し、上記図１３に示す実施形態における当接突起３
０６と同様に作用する。また、嵌合穴４０２の内周面の
底面近傍には、環状溝３０８と同様の環状溝４１０が形
成されている。鋼球４０８は、第１部材１０の先端面８
０および第２部材の底面４０４より硬度が高くされ、第
２部材の底面４０４は第１部材１０の先端面８０より硬
度が高くされている。そのため、圧入時に、図１４
（ｂ）に示すように、鋼球４０８の食い込みにより嵌合
凸部１１の先端部が押し広げられ、環状溝４１０に係合
させられる。本実施形態は、嵌合穴の底面に突起を形成
し難い場合、あるいは突起の硬度を十分に高くし難い場
合等に好適である。
【００４６】図１５に示すように、第２部材５００に形
成された嵌合穴５０２が貫通穴である場合には、第１部
材１０の圧入終了位置を規定するストッパ部材５０４を
設けることが有効である。図１５（ａ）に示すように、
第１部材１０の先端面８０の圧入終了位置に対応する嵌
合穴５０２の内周面に、嵌合穴５０２のそれ以外の部分
より大径の環状溝５０６を形成する。そして、図１５
（ｂ）に示すように、第１部材１０が圧入される側とは
反対側の開口からストッパ部材５０４を挿入する。スト
ッパ部材５０４は、小径部５０８およびフランジ部５１
０を有する段付きの円柱状を成し、小径部５０８を第２
部材５００の嵌合穴５０２に、フランジ部５１０が第２
部材５００の端面に当接するまで嵌合させ、かつ、フラ
ンジ部５１０を図示を省略する受け部材に受けさせる。
小径部５０８の先端面５１２の中央部には、図１３にお
ける当接突起３０６と同様、当接突起５１４を形成す
る。第１部材１０に、第２部材５００に接近する向きの
運動エネルギが付与されれば、図１５（ｃ）に示すよう
に、第１部材１０の嵌合凸部１１の先端面８０がストッ
パ部材５０４の当接突起５１４に当接し、嵌合凸部１１
の先端部が塑性変形して余剰の運動エネルギが吸収され
るとともに、上記先端部の押し広げられた部分が第２部
材５００の環状溝５０６に係合させられる。
【００４７】当接突起を第１部材側に形成することも可
能である。例えば、図１６に示すように、第１部材６０
０の嵌合凸部６０２の先端面６０４に当接突起３０６と
同様の当接突起６０６を形成するのである。第２部材６
０８の一端面の中央には有底の嵌合穴６１０を形成し、
その嵌合穴６１０を形成した部分を嵌合凹部６１２とす
る。嵌合穴６１０の底面６１４は、嵌合凸部６０２の少
なくとも当接突起６０６より硬度を低くする。第１部材
６００が第２部材６０８に圧入される際、嵌合凸部６０
２の当接突起６０６が嵌合穴６１０の底面６１４に食い
込んで底面６１４近傍を塑性変形させ、それにより底面
６１４の盛り上がらされた部分と嵌合凸部６０２の先端
面６０４とが密着することにより、余剰の運動エネルギ
が吸収されるとともに第１部材６００と第２部材６０８
との圧入終了位置が決まる。
【００４８】以上の説明から明らかなように、図１３お
よび図１４に示す各実施形態が、請求項８および９に記
載の発明の一実施形態（第７，第８実施形態）であり、
図１５に示す実施形態が請求項１０に記載の発明の一実
施形態（第９実施形態）である。また、図１６に示す実
施形態は、請求項８に記載の発明の一実施形態（第１０
実施形態）である。そして、嵌合凸部１１の先端面８０
および第２部材６０８の底面６１４が請求項８ないし１
０に記載の被当接部を構成している。また、ストッパ部
材５０４が請求項１０に記載の第３の部材を構成してい
る。さらに、上記環状溝３０８，４１０，５０６は、請
求項９に記載のアンダカット部の一例であるが、その
他、花弁形等部分的に形成された凹部等適宜の形状を採
用可能である。
【００４９】以上、本発明の実施の形態のいくつかを図
面に基づいて詳細に説明したが、これらの他にも、当業
者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した形態で本
発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である慣性圧入方法を実
施するのに好適な慣性圧入装置を示す側面断面図であ
る。
【図２】上記第１実施形態において２部材の圧入が進行
する様子を示す側面断面図である。
【図３】上記第１実施形態に対する比較例において２部
材の圧入が進行する様子を示す側面断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態である慣性圧入方法にお
ける２部材の一方を示す側面図である。
【図５】それら２部材の圧入終了状態を示す側面断面図
である。
【図６】本発明の第３実施形態である慣性圧入方法にお
ける２部材の一方を示す側面図である。
【図７】それら２部材の圧入終了状態を示す側面断面図
である。
【図８】本発明の第４実施形態である慣性圧入方法にお
ける緩衝体を示す正面図である。
【図９】その慣性圧入方法による２部材の圧入終了状態
を示す側面断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態および第６実施形態の
慣性圧入方法を実施するのに好適な慣性圧入装置を示す
側面断面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態および第６実施形態の
慣性圧入方法を説明するためのグラフである。
【図１２】上記第６実施形態である慣性圧入方法により
圧入された組立体を軸線に沿って切断したものを拡大し
て示す図である。
【図１３】本発明の第７実施形態である慣性圧入方法に
おける２部材の圧入が進行する様子を示す側面断面図で
ある。
【図１４】本発明の第８実施形態である慣性圧入方法に
おける２部材の圧入が進行する様子を示す側面断面図で
ある。
【図１５】本発明の第９実施形態である慣性圧入方法に
おける２部材の圧入が進行する様子を示す側面断面図で
ある。
【図１６】本発明の第１０実施形態である慣性圧入方法
による圧入された組立体を軸線に沿って切断したものを
拡大して示す図である。
【符号の説明】
１０，１００，１２０：第１部材 １２：第２部材
８０，１０２，１２２：先端面 ８２：底面 １
０４，１２４：突起 １０６：先端面 １１０，１
３０：圧入面 １２６：ストッパ面 １４０：緩衝
体 ３００，４００，５００，６０８：第２部材
３０４，４０４，６１４：底面 ３０６，５１４，６
０６：当接突起 ３０８，４１０，５０６：環状溝
４０８：鋼球 ５０４：ストッパ部材 ５１２：
先端面 ６００：第１部材 ６０４：先端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中岡 正樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 竹内 宏幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 乾 美智也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−66421（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−103346（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−234529（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−85430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−217029（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−52625（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−249141（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−202233（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−123876（ＪＰ，Ａ) 実用新案登録3042330（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23P 19/02 F16B 4/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】２部材の少なくとも一方に、それら２部材
    を相互に接近させる向きに運動エネルギを付与し、慣性
    運動をしている部材の運動エネルギによりそれら２部材
    を相互に圧入する方法であって、 それら２部材の少なくとも一方に、それら２部材が当接
    するのに要する標準運動エネルギより大きい運動エネル
    ギを付与し、２部材を互いに当接させることにより、圧
    入終了時における２部材の相対位置を規定するととも
    に、その当接直後に前記２部材の前記少なくとも一方に
    残っている運動エネルギを２部材の互いに当接する部分
    の少なくとも一方の塑性変形により吸収させることを特
    徴とする慣性圧入方法。
  2. 【請求項２】前記塑性変形すべき部材が、他方の部材と
    当接すべき当接部において、その他方の部材としまり嵌
    合すべきしまり嵌合部におけるより塑性変形し易いもの
    である請求項１に記載の慣性圧入方法。
  3. 【請求項３】前記２部材がそれらの接近方向に対して直
    角な平面に対して傾斜したストッパ面において互いに当
    接させられることにより、圧入終了時における２部材の
    相対位置が規定される請求項１または２に記載の慣性圧
    入方法。
  4. 【請求項４】前記２部材の一方が、自動車のパワーステ
    アリング装置において使用されるトーションバーであ
    り、他方が、そのトーションバーが圧入されて前記パワ
    ーステアリング装置において使用されるシャフトであ
    り、トーションバーのうちシャフトと当接すべき部分の
    ビッカース硬度ＨV が約４５０以下であり、シャフトの
    うちトーションバーと当接すべき部分のビッカース硬度
    ＨV が約３００以下である請求項１ないし３のいずれか
    に記載の慣性圧入方法。
  5. 【請求項５】前記塑性変形が、前記２部材が互いに丁度
    当接する正規圧入終了位置からの実際の圧入終了位置
    の、跳ね返りによるずれ量の極大値が設定ずれ量以下と
    なるように生じさせられる請求項１ないし４のいずれか
    に記載の慣性圧入方法。
  6. 【請求項６】前記２部材の互いに圧入される嵌合凹部と
    嵌合凸部とのうち少なくとも嵌合凸部に前記塑性変形が
    生じ、かつ、前記２部材が互いに丁度当接する正規圧入
    終了位置からの実際の圧入終了位置の、跳ね返りによる
    ずれ量の増加率が、前記運動エネルギの増加に伴って減
    少するずれ量増加率減少領域において、前記２部材の圧
    入が行われる請求項１ないし５のいずれかに記載の慣性
    圧入方法。
  7. 【請求項７】２部材の少なくとも一方に、それら２部材
    を相互に接近させる向きに運動エネルギを付与し、慣性
    運動をしている部材の運動エネルギによりそれら２部材
    を相互に圧入する方法であって、 それら２部材を緩衝体を介して互いに当接させることに
    より、圧入終了時における２部材の相対位置を規定する
    とともに、それら２部材が前記緩衝体を介して当接した
    直後に前記２部材の前記少なくとも一方に残っている運
    動エネルギを緩衝体の塑性変形により吸収させることを
    特徴とする慣性圧入方法。
  8. 【請求項８】前記２部材が当接させられる際、少なくと
    も当接当初において、当接突起とその当接突起より硬度
    が低い被当接部との当接が生じさせられ、当接突起が被
    当接部に食い込まされる請求項１，２，４ないし７項の
    いずれか１つに記載の慣性圧入方法。
  9. 【請求項９】前記２部材が、有底の嵌合穴を有する嵌合
    凹部と嵌合凸部とのしまり嵌合により互いに圧入され、
    前記有底の嵌合穴の内周面の底面近傍部に、直径が他の
    部分より大きくされたアンダカット部が形成され、前記
    当接突起の前記嵌合凸部の先端面への食込みにより、嵌
    合凸部の先端部が押し広げられて、前記アンダカット部
    に係合させられる請求項８に記載の慣性圧入方法。
  10. 【請求項１０】２部材の少なくとも一方に、それら２部
    材を相互に接近させる向きに運動エネルギを付与し、慣
    性運動をしている部材の運動エネルギによりそれら２部
    材を相互に圧入する方法であって、 前記２部材が、貫通した嵌合穴を備えた嵌合凹部と嵌合
    凸部とにおいてしまり嵌合させられるものであり、その
    貫通した嵌合穴の嵌合凸部が圧入される側とは反対側の
    開口から、先端面に前記嵌合凸部の先端面より硬度が高
    い当接突起が形成されたストッパ部材が嵌合穴の途中ま
    で挿入された状態で、前記嵌合凸部が嵌合穴に、そのス
    トッパ部材に当接し、前記当接突起が嵌合凸部の先端面
    に食い込むまで圧入されることを特徴とする慣性圧入方
    法。
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