JP4671465B2 - 孔を有する部材に嵌合する中空シャフト部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、孔を有する部材に嵌合する中空シャフト部材に関し、更に詳細には、主にコンピュータ用プリンタ、複写機、ワードプロセッサー、ファクシミリ等の事務用機器、金融機関に用いられるＡＴＭ、電算機器及び計測機器等に関し、それら機器のベアリングや紙送りローラーや紙押さえローラー等の孔を有する部材に嵌合するシャフト部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記事務用機器やＡＴＭ、電算機、計測機器等には、例えばボールベアリング、紙送りローラーや紙押えローラー等を装着する為のシャフト部材が用いられているが、該シャフト部材には、中実材が用いられるのが一般的である（図１１参照）。
しかし、斯かる中実材では、重量が重くなるばかりでなく、例えば、端部をボールベアリングの軸受孔に嵌合させようとする場合には、その嵌め合い量を理論量より狭めると疲れ寿命、振動、騒音、発熱等を生じる為、これを防止するためにミクロン単位での寸法精度を出さねばならない。又、円滑な回転の為には真円度及び同軸度も要求される。
従って、製造過程が非常に複雑となり、製品コストが高くなる欠点を有していた。
【０００３】
又、該シャフト部材に、紙送りローラーや紙押えローター等の部材が装着される場合には、紙送りローラー及びシャフト部材に嵌合用の雌ネジ部を穿設し、そこに雄ネジを螺合させて結合せねばならず、正確な位置決めを要する等製造工程を複雑化していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記欠点を解消しようとしてなされたもので、シャフト部材を中空化して軽量化を図ると共に、ボールベアリングや紙送りローラーへの装着が簡単で、且つ、対象部材との間で適切な力の結合が得られるシャフト部材の構造を開発しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明中空シャフト部材は、ベアリングの孔を有する対象部材と嵌合する金属素材の中空シャフト部材にあって、その円形断面を３個以上の外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・に分割し、その間に逆向きの内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・を３個以上形成し、該外弧及び内弧を内側に圧縮変形させて対象部材の孔に挿入し、該圧縮変形によって生じる弾性反発力で対象部材とシャフト部材を結合させるにあたって、該外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・及び内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・が、下記（１）〜（４）の条件を満たすことを特徴として構成される。
（１）装着前のシャフト部材の断面の円の半径：Ｒ_ｓ

シャフト部材の嵌合対象物の孔の内半径：Ｒ_ｔ
としたとき、

Ｒ_ｓ＞Ｒ_ｔ

であること。
（２）装着前のシャフト部材の断面の円の半径：Ｒ_ｓ、
該シャフト部材の嵌合対象物の孔の内半径：Ｒ_ｔ
外弧ｍ_ｉ（ｉ＝１，２，３・・）の長さ：Ｌｍ_ｉ
としたとき、
（Ｌｍ_１＋Ｌ ｍ_２＋Ｌｍ_３・・）＜２πＲ_ｔ
であること。
（３）シャフト部材を圧縮変形させた場合に内弧に発生する曲げモーメント：

Ｍ_ｎｉ （ｉ＝１，２，３，・・）
【式３】
ρ_ｎｓｉ：内弧の湾曲変形前の軸線の曲率半径
ρ_ｎｔｉ：対象物に嵌合した湾曲変形後の内弧の軸線の曲率半径

Ｅ：シャフト部材の有する縦弾性係数
Ａ_ｎｉ：内弧の単位長さ当りの断面積
κ_ｎｉ：内弧の断面係数
シャフト部材を圧縮変形させた場合に外弧に発生する曲げモーメント ：Ｍ_ｍｉ （ｉ＝１，２，３・・）
【式４】
ρ_ｍｓｉ：外弧の湾曲変形前の軸線の曲率半径
ρ_ｍｔｉ：対象物に嵌合した湾曲変形後の外弧の軸線の曲率半径

Ｅ：シャフト部材の有する縦弾性係数
Ａ_ｍｉ：外弧の単位長さ当りの断面積
κ_ｍｉ：外弧の断面係数
とし、上記曲げモーメントＭni，Ｍmiによってシャフト部材と対象部材の孔の内壁面との間に生じる弾性反発力をＦtとしたとき、該シャフト部材にボールベアリングの軸受の孔を嵌合する場合に、内部すき間を狭めない値Ｆo1に対し、Ｆt＜Ｆo1となるよう内弧ｎi及び外弧ｍiのρｎsi及びρmsiを定めること。
（４）内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・の弧の対称線Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３・・の延長部が円Ｓの 中心Ｏを通ると共に該対称線Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３・・が等角度で交わること。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明が対象とするシャフト部材は、主にコンピュータ用プリンタ、複写機、ワードプロセッサー、ファクシミリ等の事務用機器、金融機関に用いられるＡＴＭ、電算機器及び計測機器等を対象とし、そこに用いられる孔を有する部材に嵌合すべきシャフト部材を指す。
具体的には、（１）例えば図８に示す、両端部をボールベアリングの軸受の孔に嵌合される場合（図８（Ａ）参照）、（２）中間の所定位置には紙送り用のローラーや紙押さえ用のローラーが装着される場（図８（Ｂ）参照）合、（３）前記（１）及び（２）を複合させた場合（図８（Ｃ）参照）等がある。
これらボールベアリング、紙送りローラー、紙押えローラー等の孔を有する部材を以下対象部材という。
【０００７】
該シャフト部材にあって、本発明は、素材を金属とし、該シャフト部材を中空状とし、その断面が円形の円筒形を成すものとし、その断面の円をＳとした場合、該円Ｓを３個以上の弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・（以下単に外弧ｍ_ｉという）に分割し、その間に逆向きの弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・（以下単に内弧ｎ_ｉという）を３個以上形成する（図１参照）。
これは、後に詳述する如く、外弧ｍ_ｉ及び内弧ｎ_ｉを内側に圧縮変形させて対象部材の孔に挿入し、その圧縮によって生じる弾性反発力で対象部材とシャフト部材を結合させる為である。
従って、その反発力を得、且つ、その値を適正なものする為に、外弧ｍ_ｉ及び内弧ｎ_ｉは以下の条件を満たすものとする。
尚、素材の金属は、具体的には、ＳＵＳ３０４及び鋼等を指すが、これに限定されない。
【０００８】
条件の第１は、先ず、該シャフト部材が装着される対象部材の有する孔の断面の円をＴとし、その円Ｔの半径をＲ_ｔとした場合、上記円Ｓの半径Ｒ_ｓは該円Ｔの半径Ｒ_ｔより大きいものとし、
即ち、Ｒ_ｓ＞Ｒ_ｔとする（図２参照）。
これは、後述の本発明シャフト部材による弾性反発力を得る前提となるものである。
【０００９】
次に、上記外弧ｍ_ｉの弧の長さを総合したものは、対象部材の孔円Ｔの内周長さより小さなものとし、
即ち、（Ｌｍ_１＋Ｌ ｍ_２＋Ｌｍ_３・・）＜２πＲ_ｔ
Ｒ_ｔ：シャフト部材の嵌合対象物の孔の内半径
Ｌｍ_ｉ：外弧ｍ_ｉ（ｉ＝１，２，３・・）の長さ
とする。
これは、上記本発明シャフト部材による弾性反発力の発揮にあって、シャフト部材を圧縮した場合に、それが対象部材の孔円Ｔ内に収まるようにする為である。
【００１０】
次に、上記外弧ｍ_ｉ及び内弧ｎ_ｉの圧縮湾曲の形態を、下記の通りとする。
先ず、本発明の外弧ｍ_ｉ及び内弧ｎ_ｉのような弧をモデルとして、その湾曲変形の際に生じる単位長さ当りの曲げのモーメントは一般的に、
【式５】
Ｅ_ｏ：部材の有する縦弾性係数 Ａ_ｏ：部材の単位長さ当り断面積
κ_ｏ：部材の断面係数
と表すことができる。
即ち、図３に示す如く、軸線ＬＮに対し曲率半径がρ_ｏで面ＡＢと面ＣＤとが成す角度をｄψである曲がりはり部材を湾曲変形させて、その軸線Ｌ’Ｎ’に対する曲率半径をρ_ｘとし、面Ａ’Ｂ’と面Ｃ’Ｄ’との成す角度をｄψ＋Δ
ｄψとした場合には、
【式６】
ω：角ｄψの変化率
ε_ｏ：軸線ＬＮのひずみ
の関係が成り立つ。
式（ｂ）から、上記式（ａ）が導かれる。
【００１１】
そして、これを先ず、内弧ｎ_ｉに対して検討すると、図５に示す如く、圧縮変形させる前の内弧ｎ_ｉ（ｉ＝１，２，３・・）の有する曲率半径をρ_ｎｓｉとし、圧縮変形後（後述の対象部材の孔Ｔに装着した後）に形成されるｎ’_１,ｎ’_２,ｎ’_３・・の曲率半径をρ_ｎｔｉとし、シャフト部材の有する縦弾性係数をＥ、内弧の単位長さ当りの断面積をＡ_ｎｉ、内弧の断面係数をκ_ｎｉとした場合に、
該圧縮された内弧ｎ’_１,ｎ’_２,ｎ’_３・・に生じるモーメントＭ_ｎｉ （ｉ＝１，２，３・・）は、
【式７】
と表される。
【００１２】
即ち、図４及び図５に示す如く、対象部材の孔の内周以下の小さな径まで圧縮させてシャフト部材の端部を孔に嵌入させた場合、圧縮前の外弧ｍ_ｉの軸線をｍ_ｊ１，ｍ_ｊ２，ｍ_ｊ３・・とすると、外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・が孔Ｔの内周面に嵌まり、支点ｊ_１，ｊ_３が支点ｊ’_１，ｊ’_３に移動する。すると、該支点ｊ_１，ｊ_３は同時に内弧ｎ_ｉ（内弧の軸線をｎ_ｊ１，ｎ_ｊ２，ｎ_ｊ３・・とする）の支点でもあり支点ｊ_１，ｊ_３の支点ｊ’_１，ｊ’_３への移動は、内弧ｎ_ｉに対して支点の幅を狭め、それが内弧ｎ_ｉを内側に湾曲させる力となる。
その結果、例えば内弧ｎ_１の曲率半径がρ_ｎｓ１であったものが、内弧ｎ’_１ の曲率半径ρ_ｎｔ１へと変化する。
その湾曲変形は弾性変形の範囲内であって、弾性反発力によって、内弧ｎ_１には曲げモーメントが発生し、その値が上記の式（１）の通りとなる。
内弧ｎ’_２、ｎ’_３に対しても同様である。
【００１３】
一方、外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・にあっても、内弧ｎ_ｉと同様、外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・の有する曲率半径をρ_ｍｓｉとし、対象部材の孔Ｔに装着した後に形成される外弧ｍ’_１，ｍ’_２，ｍ’_３・・の曲率半径をρ_ｍｔｉとし、シャフト部材の有する縦弾性係数をＥ、外弧の単位長さ当りの断面積をＡ_ｍｉ、外弧の断面係数をκ_ｍｉとした場合に、
該圧縮された外弧に生じるモーメントＭ_ｍｔｉ は、
【式８】
が得られる。
【００１４】
この結果、シャフト部材を対象部材の孔内に圧縮させたときに生じる反発の曲げモーメントの総計Ｍ_ｔは、
（Ｍ_ｍ１＋Ｍ_ｍ２＋Ｍ_ｍ３・・）＋（Ｍ_ｎ１＋Ｍ_ｎ２＋Ｍ_ｎ３・・）＝Ｍ_ｔ
となる。
【００１５】
そして、該曲げモーメントＭ_ｔの力は、対象部材の孔の壁に向かって壁面に対する反発力Ｆ_ｔとなって発揮され、シャフト部材を対象部材の孔と結合させる原因となる。
【００１６】
次に、対象部材へのシャフト部材の装着の際に必要とされる力Ｆ_ｏを検討する。
例えば、ボールベアリングの軸受孔には疲れ寿命、振動、騒音、発熱などを防止する目的で適切な嵌め合い量を維持しなければならず、シャフト部材を軸受孔に嵌合させた際に、シャフト部材が必要以上に内孔を押圧して該内部すきまを過剰に狭めることがあってはならない。従って、シャフト部材が対象部材と嵌合する際には、一定値以下の小さな反発力に抑える必要がある。
【００１７】
一方、該シャフト部材が紙送りローラーや紙押さえローラーに装着された場合には、紙送り又は紙押さえに伴う回転でトルクが発生する。従って、この負荷に耐えるよう、シャフト部材と対象部材との嵌合には一定値以上の反発力が必要とされる。
このように、対象部材へのシャフト部材の装着の際に必要とされる力Ｆ_ｏには、対象部材との関係にあって、一定値以下、或いは、一定値以上の反発力が要求される。
【００１８】
そこで、上記曲げモーメントＭtによってシャフト部材とベアリングの内壁面との間に生じる弾性反発力Ｆtと、対象部材へのシャフト部材の装着の際に必要とされる力Ｆoとの関係を検討する。
先ず、（１）シャフト部材にボールベアリングの軸受の孔を嵌合する場合に、ベアリングを挟む内部すき間を狭めないよう一定値以下とせねばならず、その値をＦo1とした場合、Ｆt＜Ｆo1となるよう内弧ｎi及び外弧ｍiの曲率半径ρｎsi及びρmsiを定める。
次に、（２）上記Ｆt＜Ｆo1を満たすよう内弧ｎi及び外弧ｍiの曲率半径ρｎsi及びρmsiを定めた後、中間の所定位置に紙送り用のローラーや紙押え用のローラーを装着する場合に、回転で発生するトルクの値以上とし空転を防止せねばならず、その値をＦo2とした場合、Ｆt＞Ｆo2を満たすようローラーの孔の内径を設定する。
即ち、シャフト部材にボールベアリングの軸受の孔を嵌合すると共に紙送り用のローラーや紙押え用のローラーを装着する場合には、ベアリングの軸受孔の内径は変更不可能であるが、紙送りローラー及び紙押さえローラーの孔に内径は変更が可能であることに鑑み、Ｆt＜Ｆo1を満たすよう内弧ｎi及び外弧ｍiの曲率半径ρｎsi及びρmsiを定めた後、Ｆt＞Ｆo2を満たすようローラーの孔の内径を設定することで、ボールベアリングへの嵌合と紙送り用のローラーや紙押え用のローラーの装着の双方を解決することができる。
【００１９】
この曲率半径の算出にあたっては、先ず、対象部材の孔Ｔが既知であり、又、Ｆ_ｏは予め想定されるものであるから、Ｆ_ｏから出発してＦ_ｔ＞Ｆ_ｏを満たすようなＭ_ｔを求め、そのＭ_ｔの値からρ_ｔを定め、最後にρ_ｓを定めることとなる。
このとき、ρ_ｔとρ_ｓとの間には、図４及び図５に示す如く、外弧ｍ、ｍ’及び内弧ｎ、ｎ’を形成するそれぞれの円弧があり、外弧ｍ、内弧ｎの長さと外弧ｍ’、内弧ｎ’の弧の長さは等しいから、それを介した円の方程式から求めることができるが、ここでは、その求め方は、発明に直接関係しないので省略する。
【００２０】
次に、条件の第４は、図６に示す如く、該内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・の弧の対称線Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３・・は、それを延長させたとき、円Ｓの中心点Ｏを通過し、且つ、互いの成す角度は等角度とし、３分割の場合には１２０度とする。
即ち、内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・は、その対称線が円Ｓの中心で交わり、且つ、互いが等角度となるよう分散されたものとする。
これは真円度を出すためのものであり、各弧に発生する反発力が円の中心に向かい、且つ、各力が均衡を保つようにする為である。
【００２１】
次に、本実施態様の作用を説明する。
先ず、本発明シャフト部材を製造するには、図７の如き、外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・及び内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・を形成した雌金型４と芯金型５とを組み合わせた引き抜きダイスを作製し、これに弧の総長にほぼ等しい内周を有するシャフトを用意し、これを引き抜き加工する。このとき、１回の引き抜き加工で困難な場合は、中間の形態の外形ダイスを用意し、２回目で図７の如き引き抜き加工を行う。すると、金属素材で形成されたシャフト部材は、斯かる引き抜きダイス加工で所定形状のシャフト部材に成形される。
【００２２】
次いで、これをボールベアリング等の対象部材に装着するが、その際、装着前のシャフト部材の断面の円の半径：Ｒ_ｓ 、シャフト部材の装着対象物の孔の内半径：Ｒ_ｔ としたとき、
Ｒ_ｓ＞Ｒ_ｔ
であるから、そのままでは挿入できない。
そこで、この挿入の方法としては例えば二つの方法がある。一つは、抑え部材を用い、一旦中空シャフトを対象部材の内径Ｒ_ｔより小径になるまで内側に向かって圧縮変形させてから挿入する方法で、もう一つの方法は、シャフト部材の挿入先端部をテーパー状に削って、そのテーパー面を利用して対象物の孔にあてがい、後ろから油圧シリンダを用いた挿入機でシャフト部材を押圧させ、その押圧力でシャフト部材を内側に圧縮変形させつつ挿入する方法等がある。そのいずれを問わない。
【００２３】
すると、本発明シャフト部材は、外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・の間に、逆方向の内弧ｎ_１ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・が形成されているので、全体として内側に圧縮が可能で、先ず、外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・が、内側に押圧され、Ｏを中心に内側に縮められる。
【００２４】
このときの軸線の状態を表したのが図４及び図５で、外弧ｍ_ｉの軸線ｍ_ｊ１，ｍ_ｊ２，ｍ_ｊ３・・が内側に縮められてｍ’_ｊ１，ｍ’_ｊ２，ｍ’_ｊ３・・となり、両端の支点ｊ_１，ｊ_１，ｊ_２，ｊ_２，ｊ_３，ｊ_３・・がｊ’_１，ｊ’_１，ｊ’_２，ｊ’_２，ｊ’_３，ｊ’_３・・に移動する。
該支点は同時に内弧ｎ_ｉの支点でもあるから、該支点の移動によって内弧ｎ_ｉは狭められ、例えば図５に示す如く、例えば内弧ｎ_１は、支点ｊ_１と支点ｊ_３とによって狭められ、内弧ｎ_１の軸線ｎ_ｊ１は円Ｓの内側に向かって大きく湾曲してｎ’_ｊ１となる。
その結果、円Ｓは全体として内側に縮められ、その半径が円Ｔの半径Ｒｔより小さくなったとき、上述の如く、対象部材の孔Ｔに挿入可能となる（図２参照）。
そして、シャフト部材と対象部材とが所定の位置に収まったとき、上記外弧ｍ_ｉの圧縮力によって円Ｓの内側に向かって大きく湾曲した内弧ｎ_ｉは、その湾曲変形により弾性エネルギーを蓄えているから、反発力を発揮する。
【００２５】
その反発力によって生じる曲げのモーメントは、湾曲前の曲率半径ρ_ｎｓｉ、ρ_{ｍｓｉとし、湾曲後の}曲率半径をρ_ｎｔｉ、ρ_ｍｔｉとしたとき、
【式９】
【式１０】
と表されるから、これら関係式によって、上記曲げモーメントＭni，Ｍmiによってシャフト部材と対象部材の孔の内壁面との間に生じる弾性反発力をＦtとしたとき、該シャフト部材にボールベアリングの軸受の孔を嵌合する場合に、内部すき間を狭めない値Ｆo1に対し、Ｆt＜Ｆo1となるよう内弧ｎi及び外弧ｍiのρｎsi及びρmsiを定めることができる。
【００２６】
従って、以下の如き各場合に、適切な結合力を発揮する。
先ず（１）両端部がボールベアリングの軸受の孔に嵌合される場合には、内弧ｎ_ｉ及び外弧ｍ_ｉの湾曲半径ρ_ｎｓｉ、ρ_ｍｓｉがＦ_ｔ＜Ｆ_ｏ１ を満たすよう設定されるので、過剰な押圧力で軸受の内部すき間を狭め、疲れ寿命、振動、騒音、発熱などを起こすことがない（図８（Ａ）参照）。
【００２８】
（２）ボールベアリングと紙送りローラー等との複合の場合
中間の所定位置に紙送り用のローラーや紙押え用のローラーが装着される場合には、
Ｆt＜Ｆo1を満たすよう内弧ｎi及び外弧ｍiの曲率半径ρｎsi及びρmsiが定められ、次いで、Ｆt＞Ｆo2を満たすようローラーの孔の内径が設定される。従って、ボールベアリングの軸受の内部すき間を過剰に狭めることなく、且つ、紙送りローラー等に発生する負荷にも耐えることができる（図８（Ｃ）参照）。
【００２９】
更に、上記対象部材とシャフト部材との間にあって、例えばボールベアリングとシャフト部材との間には、回転を滑らかにするための真円度が要求される。
これに対し、本発明では、内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・の弧の対称線Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３・・を延長させたとき、円Ｓの中心点Ｏを通過し、且つ、互いの成す角度は等しいものとしている（図６参照）。
その結果、上記内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・の湾曲による反発力の作用する方向は、円Ｓの中心点Ｏに向かい、且つ、その３方向以上の力が等角度で作用するので、力の総和は円Ｓの中心点Ｏに集中される。従って、円Ｓの中心点Ｏが力の中心点となり、シャフト部材が回転するにあたって、優れた真円度を発揮する。
【００３０】
【実施例】
素材がＳＵＳ３０４で、長さが１５００ｍｍで、外径１２ｍｍで、厚みが０．６ｍｍとした中空円筒体を用意し、これを一旦中間３溝形に外形ダイスで引き抜き加工した後、最終的に雌雄金型の引き抜きダイスで成形加工した。
その結果、外径８．０３ｍｍで厚み０．５ｍｍの円形に、半径０．８ｍｍの内弧を３個、その対称線が円の中心で交わり、且つ、互いが１２０度を成すようにした中空シャフト部材を得た。
これを先ず、内径７．９５ｍｍの孔を穿設した紙送りローラーに対し、シャフト部材の先端をテーパー面に切削した後、油圧を利用した挿入機で圧入し、外弧及び内弧の圧縮で挿入され、それに伴う弾性反発力で両者の結合を得た。
次いで、７．９９５ｍｍの軸受孔を有するボールベアリングW688EP2ZU（軸８ｍ／ｍ用）に対し、上記と同様シャフト部材の先端をテーパー面に切削した後、油圧を利用した挿入機で圧入させて、上記同様両者の結合を得た。
その結果、紙送りローラーは約１．９６Ｎ・ｍのトルクに耐えることができた。又、ボールベアリングは、内部すきまを理論量の範囲に留めることができ、真円度も充分に満足されるものであった。
【００３１】
【発明の効果】
以上の構成に基づき本発明は、以下の如き優れた効果を奏する。
（１）以上の構成に基づく本発明は、従来のシャフト部材と比較して、重量が軽くなるばかりでなく、外弧及び内弧を型とった雌型及びダイス等で引き抜き加工すれば極めて簡潔に製造できるので、製造工程を著しく簡素化できる。
（２）外弧及び内弧の曲率半径を適正に設定することで、対象部材との結合に必要な弾性反発力が得られ、例えば、ボールベアリングとの結合には内部すき間を理論量以上に狭めない設定とすることができる。
又、紙送りローラー、紙押えローラー等との結合では、回転に伴うトルクに対し、これに耐え得る強い結合とすることができ、予め外弧及び内弧の曲率半径を適正に設定することで、予想される必要な結合力に対し適正な設定を行うことができる。
（３）内弧の弧の対称線の中心点への配向と等分散配置で真円度を充分に出すことができるので、シャフト部材の回転が滑らかで、ゴロ付きと言われる不整な回転が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明シャフト部材の側断面図。
【図２】本発明シャフト部材を圧縮変形させる過程を示す断面図で、（Ａ）が圧縮前の状態の断面図、（Ｂ）が対象部材の孔を示す断面図、（Ｃ）が対象部材の孔にシャフト部材を嵌合させた状態の断面図。
【図３】曲がりはりの湾曲変形をモデル化して示す模式図で、（Ａ）が湾曲前、（Ｂ）が湾曲後の状態を示す。
【図４】本発明シャフト部材の断面の圧縮変形の状態を軸線で表した側面図。
【図５】図４の一部の拡大図。
【図６】本発明シャフト部材の内弧の対称線の状態を軸線との関係で示す側面図。
【図７】本発明シャフト部材の製造過程を示すもので、（Ａ）が引き抜きダイスの芯金型を示す断面図、（Ｂ）が芯金型と雌金型を組み合わせたダイスで引き抜き加工を行う状態の断面図。
【図８】本発明シャフト部材に対象部材を装着した状態の一部切欠正面図で、（Ａ）がボールベアリングを装着した場合、（Ｂ）が紙送りローラーを装着した場合、（Ｃ）がボールベアリング及び紙送りローラーを装着した場合を示す。
【図９】ボールベアリング及び紙送りローラーを装着させた状態の本発明シャフト部材を示す斜視図。
【図１０】本発明シャフト部材が使用されるプリンタを示す斜視図。
【図１１】従来のボールベアリングを装着した状態のシャフト部材を示す一部切欠正面図。
【符号の説明】
１ 本発明シャフト部材
２ ボールベアリング
３ 紙送りローラー
ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・ 外弧
ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・ 内弧
ｍ’_１，ｍ’_２，ｍ’_３・・ 圧縮変形後の外弧
ｎ’_１,ｎ’_２,ｎ’_３・・ 圧縮変形後の内弧
Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３・・ 内弧の対称線

Claims (4)

1. ベアリングの孔を有する対象部材と嵌合する金属素材の中空シャフト部材にあって、その円形断面を３個以上の外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・に分割し、その間に逆向きの内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・を３個以上形成し、該外弧及び内弧を内側に圧縮変形させて対象部材の孔に挿入し、該圧縮変形によって生じる弾性反発力で対象部材とシャフト部材を結合させるにあたって、該外弧ｍ_１，ｍ_２，ｍ_３・・及び内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・が、下記（１）〜（４）の条件を満たすことを特徴とする中空シャフト部材。
   （１）装着前のシャフト部材の断面の円の半径：Ｒ_ｓ
   
   シャフト部材の嵌合対象物の孔の内半径：Ｒ_ｔ
   としたとき、
   
   Ｒ_ｓ＞Ｒ_ｔ
   
   であること。
   （２）装着前のシャフト部材の断面の円の半径：Ｒ_ｓ、
   該シャフト部材の嵌合対象物の孔の内半径：Ｒ_ｔ
   外弧ｍ_ｉ（ｉ＝１，２，３・・）の長さ：Ｌｍ_ｉ
   としたとき、
   （Ｌｍ_１＋Ｌ ｍ_２＋Ｌｍ_３・・）＜２πＲ_ｔ
   であること。
   （３）シャフト部材を圧縮変形させた場合に内弧に発生する曲げモーメント：
   
   Ｍ_ｎｉ （ｉ＝１，２，３，・・）
   【式１】
   ρ_ｎｓｉ：内弧の湾曲変形前の軸線の曲率半径
   ρ_ｎｔｉ：対象物に嵌合した湾曲変形後の内弧の軸線の曲率半径
   
   Ｅ：シャフト部材の有する縦弾性係数
   Ａ_ｎｉ：内弧の単位長さ当りの断面積
   κ_ｎｉ：内弧の断面係数
   シャフト部材を圧縮変形させた場合に外弧に発生する曲げモーメント ：Ｍ_ｍｉ （ｉ＝１，２，３・・）
   【式２】
   ρ_ｍｓｉ：外弧の湾曲変形前の軸線の曲率半径
   ρ_ｍｔｉ：対象物に嵌合した湾曲変形後の外弧の軸線の曲率半径
   
   Ｅ：シャフト部材の有する縦弾性係数
   Ａ_ｍｉ：外弧の単位長さ当りの断面積
   κ_ｍｉ：外弧の断面係数
   とし、上記曲げモーメントＭni，Ｍmiによってシャフト部材と対象部材の孔の内壁面との間に生じる弾性反発力をＦtとしたとき、該シャフト部材にボールベアリングの軸受の孔を嵌合する場合に、内部すき間を狭めない値Ｆo1に対し、Ｆt＜Ｆo1となるよう内弧ｎi及び外弧ｍiのρｎsi及びρmsiを定めること。
   （４）内弧ｎ_１,ｎ_２,ｎ_３・・の弧の対称線Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３・・の延長部が円Ｓの 中心Ｏを通ると共に該対称線Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３・・が等角度で交わること。
2. 請求項１記載の（３）の条件において、曲げモーメントＭni，Ｍmiによってシャフト部材と対象部材の孔の内壁面との間に生じる弾性反発力をＦtとしたとき、該シャフト部材にボールベアリングの軸受の孔を嵌合する場合に、内部すき間を狭めない値Ｆo1に対し、Ｆt＜Ｆo1となるよう内弧ｎi及び外弧ｍiのρｎsi及びρmsiを定めた後、中間の所定位置に紙送り用のローラーや紙押え用のローラー等を装着する場合に、ローラーの回転で発生するトルクの値Ｆo2に対し、Ｆt＞Ｆo2を満たすようローラーの孔の内径を設定することとした中空のシャフト部材。
3. 中空シャフト部材の円形断面を３個の外弧ｍ1,ｍ2,ｍ3に分割した請求項１又は２記載の中空シャフト部材。
4. Ｖ字形溝を３個形成した請求項１乃至３項のうち少なくともいずれか１項記載の中空シャフト部材。