JP3562337B2

JP3562337B2 - 慣性圧入方法

Info

Publication number: JP3562337B2
Application number: JP25292398A
Authority: JP
Inventors: 重美塩谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2018-09-07
Also published as: JP2000084750A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、セレーションが形成された嵌合端部を有する第１部材と、その第１部材の嵌合端部と嵌合する嵌合穴を有する第２部材との少なくとも一方に運動エネルギを付与し、その運動エネルギが付与された部材の慣性運動により、第１部材と第２部材とを圧入する慣性圧入方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記慣性圧入方法の一例が、特開平９─６６４２１号公報に記載されている。第１部材のセレーションが形成された嵌合端部が、第２部材の嵌合穴に圧入することにより組立体が形成されるが、第１部材を形成する材料と第２部材を形成する材料との組み合わせにより、第１部材のセレーションの歯部が潰される場合や、第２部材の嵌合穴の内周面が削られる場合や、これらの両方が生じる場合等がある。以下、圧入に際して生じる上述の変形を、「第１部材と第２部材との少なくとも一方の変形」と称することとする。いずれにしても、第１部材のセレーションが形成された嵌合端部の嵌合前の外径は、第２部材の嵌合穴の内径より大きくされており、この差を圧入代と称することとする。圧入代は一定の大きさとすることが望ましいが誤差があり、この誤差に起因して、組立体の圧入量（圧入終了時における２部材の互いにしまり嵌合された長さであり、嵌合長さと称することもできる）が変化させられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，解決手段，作用および効果】
そこで、本発明の課題は、圧入代の誤差に起因する圧入量の変化を小さくし得る慣性圧入方法を得ることにある。本発明によれば、下記態様の慣性圧入方法が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせを例示するためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが下記のものに限定されると解釈されるべきではない。
（１）セレーションが形成された嵌合端部を有する第１部材と、その第１部材の嵌合端部と嵌合する嵌合穴を有する第２部材との少なくとも一方に運動エネルギを付与し、その運動エネルギが付与された部材の慣性運動により、第１部材と第２部材とを圧入する慣性圧入方法であって、
前記セレーションの歯部の断面形状を、頂部が尖っておらずかつ歯元に向かうにつれて幅が広くなる形状とすることを特徴とする慣性圧入方法（請求項１）。セレーションの歯部の断面形状を、頂部が尖っていない形状とすれば、頂部が尖った形状とした場合より、圧入代の誤差に起因する圧入量の変化を小さくすることができる。一般に、圧入代が一定である場合には、圧入量は、付与する運動エネルギの増加に伴って増加させられる（第１部材と第２部材との衝突による跳ね返りが生じない範囲内において）。そのため、圧入代が一定であれば、運動エネルギを制御することにより圧入量を制御することが可能であり、一定の大きさにすることも可能である。しかし、第１部材の嵌合端部の外径の誤差や第２部材の嵌合穴の内径の誤差に起因して、圧入代にも誤差が生じる。そのため、第１部材と第２部材との少なくとも一方の変形させられる部分の体積が変化させられ、運動エネルギが同じであっても、圧入量が変化する。そして、セレーションの歯部の断面形状を、図２の（ａ）に示すように尖った頂部を有する三角形状とした歯部Ａと、（ｂ）に示すように尖っていない頂部を有する台形とした歯部Ｂとでは、歯部Ｂの方が、図４に示すように、圧入代の変化量が同じ場合において、圧入量の変化量が小さくなる。これは、歯部Ａと歯部Ｂとを比較すると、歯部Ｂの方が圧入代の変化に伴って変化させられる第１部材と第２部材との少なくとも一方の変形させられる部分の体積の変化率が小さいからであると推測される。運動エネルギが一定の場合において、圧入量が予め定められた許容範囲Ｒ内の値になるようにする場合に、歯部Ａについての許容される圧入代の誤差範囲は範囲ΦＤＡとなり、狭いが、歯部Ｂについては、許容誤差範囲ΦＤＢとなり、広くなるのであり、その結果、圧入代のロバスト管理が可能となる。セレーションの歯部の断面形状を頂部が尖っていない形状とすれば、圧入代の誤差の圧入量に対する影響が小さくなり、品質の安定化を図ることができるのである。
なお、図３に示すように、歯部Ａの方が、圧入代，圧入量が同じ場合に必要な運動エネルギが小さいのは、図２に示すように、歯元の長さＬ，歯たけの高さＨが同じ場合には、圧入代が同じ場合に変形させられる体積が歯部Ｂより小さいからである。
頂部が尖っていない形状の代表的な形状としては、図２の（ｂ）に示す台形が該当するが、その他、四角形としても、円形としてもよく、多角形の角を丸めた形状としてもよい。
（２）前記セレーションの歯部の断面形状を、三角形の頂部が除去された形状とすることを特徴とする（１）項に記載の慣性圧入方法（請求項２）。
セレーションの歯部の断面形状は、三角形状とされることが普通であるが、その頂部が除去された形状とすれば、圧入代の変化に起因する体積変化率を、断面形状が三角形のものと比較して小さくすることができ、圧入量の変化を小さくすることができる。頂部が除去されることによって形成される除去面は、平面であっても曲面であっても平面と曲面とを組み合わた面であってもよい。除去面の一例としては、図２の（ｂ）に示す平面Ｍが該当する。平面Ｍを設けたことにより、体積変化率を小さくすることができるのであり、平面Ｍを体積変化率低減部と称することができる。平面Ｍと歯部の両傾斜面との稜線部に丸みを付けてもよく、また、平面Ｍを外向きに凸の部分円筒面としてもよい。部分円筒面の曲率半径は、セレーションのすべての歯部に外接する円の半径でもよく、それより小さくてもよい。
なお、本態様の発明の効果を実質的に享受するためには、図６に示すように、三角形の頂点の、高さＨの１／２０以下（０．０５Ｈ）の部分Ｐ_２０を少なくとも除去することが望ましく、１／１０以下，１／５以下，１／４以下，１／３以下，１／２以下，２／３以下の部分を少なくとも除去することがさらに望ましい。また、除去する部分を規定する除去線は、直線Ｌであっても、曲線Ｃ_１〜Ｃ_ｎ等であってもよく、例えば、曲線Ｃ_ｎは、Ｈ／３を規定する直線と、三角形の２辺とに接する円の円弧である。除去線は、セレーションが形成された第１部材の嵌合端部の中心を中心とする円の円弧とすることもできる。また、除去される部分を上述のように三角形の高さに基づいて規定する他、三角形の頂点に隣接する２辺に接する円弧の半径で規定することもできる。半径Ｒが三角形の高さＨの１／２０以下（Ｒ≦１／２０Ｈ）である円弧より頂点側の部分を少なくとも除去することが望ましく、１／１０以下、１／５以下，１／４以下，１／３以下，１／２以下，２／３以下の部分を少なくとも除去することがさらに望ましい。ここにおいて「部分を少なくとも除去する」とは、例えば、上記各円と２辺との接点を結ぶ直線より頂点側の部分を除去する場合のように、上記各円より頂点とは反対側の部分をも除去することを妨げないことを意味する。
（３）セレーションが形成された嵌合端部を有する第１部材と、その第１部材の嵌合端部と嵌合する嵌合穴を有する第２部材との少なくとも一方に運動エネルギを付与し、その運動エネルギが付与された部材の慣性運動により、第１部材と第２部材とを圧入する慣性圧入方法であって、
前記セレーションの形状を、前記嵌合端部の嵌合穴への圧入における圧入代の変化に伴う前記嵌合端部と嵌合穴との嵌合部における圧入量の変化が、セレーションの歯部の断面形状を頂部が尖った形状とした場合より、小さい形状とする慣性圧入方法。
（４）頂部が尖っていない断面形状の歯部のセレーションが形成された嵌合端部を有する第１部材と、前記セレーションと嵌合する嵌合穴を有する第２部材とを圧入することにより得られた組立体。
本項に記載の組立体によれば、第１部材の嵌合端部のセレーションの歯部の断面形状を頂部が尖った形状とした場合の組立体より、圧入代が同じ場合におけるねじりトルク強度を大きくすることができる。また、第１部材と第２部材との同心性を向上させることができ、組立体の精度を向上させることができる。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態は、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５に示すように、第１部材１０を加速してそれの嵌合端部１２を第２部材１４の嵌合穴１６に圧入する方法である。図示の例においては、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、第２部材１４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結合されるシャフトである。両部材１０，１４は調質鋼製である。
【０００５】
第１部材１０は円形断面で一軸線に沿って延びる棒状をなしており、それの両端に大径部を有し、それら大径部の一方が前記嵌合端部１２とされている。第２部材１４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穴である前記嵌合穴１６が形成されている。この嵌合穴１６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１４を中ぐり加工および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。嵌合端部１２と嵌合穴１６とをしまり嵌合させるため、嵌合端部１２の外径の圧入前寸法が嵌合穴１６の内径の圧入前寸法より大きくされている。また、嵌合端部１２の外周面には、それぞれ軸方向に延びる歯部２０（図１参照）と溝とが周方向に交互に並んだセレーション２２が形成されている。セレーション２２の形状については後述する。第１部材１０と第２部材１４との圧入は、嵌合端部１２の先端面が嵌合穴１６の底面に当接する状態で行われるのを理想とする。嵌合穴１６の底面が圧入量を規定するストッパとして機能するようにされているのである。
【０００６】
本慣性圧入方法は図５の慣性圧入装置により実施される。本慣性圧入装置は、ベース３０と、被圧入部材としての第２部材１４を固定的にかつ水平に保持する第１保持装置３２と、圧入部材としての第１部材１０を、第１保持装置３２によって保持されている第２部材１４に接近可能にかつ水平に保持する第２保持装置３４と、その第２保持装置３４によって保持されている第１部材１０の運動を制御する運動制御装置３６とを備えている。それら第１保持装置３２，第２保持装置３４および運動制御装置３６はいずれもベース３０に設けられている。運動制御装置３６は、加速装置３８と実質慣性運動実現機構４０とを含んでいる。
【０００７】
第１保持装置３２は、フレーム４４を備えている。フレーム４４は前記ベース３０に固定されている。フレーム４４には、水平方向に延びる穴４６が形成されている。その穴４６に保持部材としての円筒部材４８が着脱可能に設けられている。その円筒部材４８とフレーム４４とには着脱制御部材としての一対のピン５０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５０は円筒部材４８とフレーム４４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４８がフレーム４４から離脱することを阻止する。第２部材１４の第１保持装置３２への装着は次のようにして行われる。まず、一対のピン５０を第１保持装置３２から取り外し、円筒部材４８をフレーム４４から取り外す。次に、その円筒部材４８に第２部材１４を固定し、両者をフレーム４４に装着する。
【０００８】
第２保持装置３４も、フレーム５４を備えている。このフレーム５４も前記ベース３０に固定されている。フレーム５４には、第１保持装置３２によって保持される第２部材１４と同軸的に延びるとともに、第１保持装置３２の側において開口する有底の保持穴５６が形成されている。保持穴５６は、第１部材１０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１０を、第１保持装置３２により保持されている第２部材１４に接近可能に保持するものである。保持穴５６の底部はストッパ５８とされている。ストッパ５８は、第１部材１０を、図中破線で示すように、保持穴５６内における正規の位置に位置決めするものである。
【０００９】
フレーム５４にはエア通路６０が形成されている。このエア通路６０は、圧縮空気を供給するエア供給装置６４に接続されている。エア通路６０の途中には、制御弁としてのニードル弁６６が設けられている。このニードル弁６６は、フレーム５４に摺動可能に嵌合された弁子６８を有し、図示のように、エア通路６０を遮断して、エア供給装置６４からのエアが保持穴５６内に流入することを阻止する遮断状態と、エア通路６０を開いて、エアが保持穴５６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７０によって行われる。ニードル弁６６の制御により、第１部材１０に付与するエア圧を制御することができ、運動エネルギを制御し得る。
【００１０】
第２保持装置３４は、案内部材としての導管７４を備えている。導管７４は、一端がフレーム５４に固定され、他端は第１保持装置３２に保持されている第２部材１４の大径穴７６に至るように配設されている。導管７４は、第１部材１０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１０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５６と導管７４との共同によって第１部材１０の案内通路が形成されているのである。導管７４の第２部材１４と嵌合させられる部分の外周には、軸方向に延びる溝７８が形成され、排気通路を構成している。フレーム４４にはさらに、第１部材１０が第２部材１４に当接する直前に、保持穴５６内において第１部材１０の後方に形成されたエア室を大気に連通させる連通孔８０が形成されている。そのため、第１部材１０が第２部材１４に当接する直前に、第１部材１０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１０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６０，エア供給装置６４，ニードル弁６６，カム７０等が前記加速装置３８を構成し、フレーム５４のうち、連通孔８０を形成する部分が前記実質慣性運動実現機構４０を構成し、それら加速装置３８と実質慣性運動実現機構４０とが互いに共同して前記運動制御装置３６を構成しているのである。
【００１１】
ここで、前述の移動部材１０のセレーション２２の形状について説明する。セレーション２２は、複数の歯部２０を有するものであるが、その歯部２０の断面形状が図１に示すように等脚台形形状とされている。従来は、図２の（ａ）に示すように、断面形状が歯底と歯面との成す角度θが４５°の三角形状とされていたが、歯元の長さＬと歯たけＨとを同じにしたまま、角度θを５０°として等脚台形形状とし、角部をＲ形状としたのである。
【００１２】
以上のように構成された慣性圧入装置において、第２部材１４を第１保持装置３２に、第１部材１０を第２保持装置３４に保持させた後、圧入作業が実行される。移動部材１０のセレーション２２が形成された嵌合端部１２が静止部材１４の嵌合穴１６に圧入することにより組立体が得られる。ここで、第１部材１０に供給するエア圧は、予め定められた大きさに制御される。
本実施形態においては、セレーション２２の歯部２０の形状が、図１に示すように、等脚台形形状とされているため、圧入代の誤差に起因する圧入量の変化が小さくなる。したがって、組立体の品質の安定化を図ることができる。すなわち、図４に示すように、歯部２０の断面形状を台形形状とすることによって、三角形状の場合より、双曲線の傾斜が小さくなる。圧入量を許容範囲内Ｒの値にする場合の圧入代の許容誤差範囲Φを広くすることができ、圧入代のロバスト管理が可能となる。圧入代の誤差に起因して、圧入量の値が許容範囲Ｒから外れることが殆どなくなるのである。
【００１３】
なお、セレーション２２の歯部２０の形状は、等脚台形形状に限らず、長方形状，半円形状としても、図６に示す各除去線より頂部側の部分を除去した形状としてもよい等いちいち例示することはしないが、本発明は上記以外にも、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実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である慣性圧入方法を実施するのに使用される移動部材の嵌合端部に形成されたセレーションの歯部の側面図である。
【図２】上記セレーションの歯部の断面形状を、従来のセレーションの歯部の断面形状と比較して示す図である。
【図３】上記移動部材を静止部材に圧入して得られた組立体についての圧入量と運動エネルギ量との関係を、従来の組立体についての関係と比較して示す図である。
【図４】上記移動部材を静止部材に圧入して得られた組立体についての圧入代と圧入量との関係を、従来の組立体についての関係と比較して示す図である。
【図５】本発明の一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正面断面図である。
【図６】別の移動部材の嵌合端部に形成されたセレーションの歯部の側面図である。
【符号の説明】
１０：第１部材１２：嵌合端部１４：第２部材１６：嵌合穴２０：歯部２２：セレーション３２：第１保持装置３４：第２保持装置３６：運動制御装置３８：加速装置４０：実質慣性運動実現機構６４：エア供給装置６６：ニードル弁

Claims

セレーションが形成された嵌合端部を有する第１部材と、その第１部材の嵌合端部と嵌合する嵌合穴を有する第２部材との少なくとも一方に運動エネルギを１回付与し、その運動エネルギが付与された部材の慣性運動により、第１部材と第２部材とを圧入する慣性圧入方法であって、
前記セレーションの歯部の断面形状を、頂部が尖っておらずかつ歯元へ向かうにつれて幅が広くなる形状とすることを特徴とする慣性圧入方法。
前記セレーションの歯部の断面形状を、三角形の頂部が除去された形状とすることを特徴とする請求項１に記載の慣性圧入方法。
前記セレーションの歯部の断面形状を、三角形の頂部のその三角形の高さの１／２０以下の部分が少なくとも除去された形状とすることを特徴とする請求項２に記載の慣性圧入方法。
前記セレーションの歯部の断面形状を、三角形の頂部のその三角形の高さの１／３以下の部分が少なくとも除去された形状とすることを特徴とする請求項２に記載の慣性圧入方法。
前記セレーションの歯部の断面形状を、三角形の頂部のその三角形の高さの１／２以下の部分が少なくとも除去された形状とすることを特徴とする請求項２に記載の慣性圧入方法。