JP4938240B2

JP4938240B2 - 組部材と、組部材の製造方法

Info

Publication number: JP4938240B2
Application number: JP2005024184A
Authority: JP
Inventors: 須彦鵜飼; 啓一松永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2025-01-31
Also published as: JP2006207778A

Description

本発明は、孔を持つ部材と柱状部を持つ部材を締結した組部材と、その製造方法に関するものである。

特許文献１には、三角歯セレーションが形成された柱状の嵌込み部を、パイプに圧入することによって両者を締結する技術が開示されている。特許文献１の技術では、嵌込み部の硬度をパイプの硬度よりも高くしておく。嵌込み部がパイプに圧入されると、三角歯セレーションの峰がパイプ内周面に食い込むことによって、嵌め込み部とパイプが締結される。

特開昭６３−８９２２９号公報

上述した従来技術では、三角歯セレーションの峰の高さが軸方向に一様に延びている。峰の高さが軸方向に一様に延びている突起を持つ柱状の嵌込み部をパイプに圧入すると、柱状部の侵入に伴ってパイプの内周面を形成する部材が圧入方向に押し退けられやすく、塑性流動したパイプ素材が三角歯と三角歯の間に十分に流入することができない。このため、嵌込み部とパイプを強固に締結することができない。
本発明は、その問題を解決するためになされたものであり、孔を持つ部材と柱状部を持つ部材を強固に締結可能な技術を提供することを課題とする。

本発明によって得られた組部材は、孔を持つ第１部材に柱状部を持つ第２部材が締結されたものである。組部材は、下記の特徴を備えている。即ち、第１部材と第２部材のいずれか一方の部材の締結面の硬度が他方の部材の締結面の硬度よりも高く、硬度が高い側の部材の締結面に、軸方向に延びる突起が周方向に繰返して形成されており、軸心を基準とする突起の峰の高さが、締結面の軸方向の一方側の端部において低く、締結面の軸方向の他方側の端部において高く、前記一方側の端部から前記他方側の端部まで連続しており、各々の突起には、前記一方側の端部から前記他方側の端部に向けて、前記軸心を基準とする峰の高さが軸方向に一様に増加する部分と、前記軸心からの峰の高さが軸方向に一定に維持されている部分が、連続して設けられている。そして、硬度の低い部材の側に、硬度の高い部材の突起によって押し退けられた材料が、軸方向と周方向に塑性流動しながら硬度の高い部材の突起間のスペースに流入し、当該スペースの底部に向けて変位した塑性流動部を形成しているとともに、その塑性流動部の少なくとも一部に加工硬化が生じている。
この組部材は、硬度の低い部材を構成する材料が軸方向と周方向に塑性流動して硬度の高い部材の突起間のスペースに流入した塑性流動部を有している。第１部材と第２部材が広い面積で当接しあって強固に締結されている。
突起の峰の高さが連続しているとは、峰の高さが軸直角方向に向かって変化していないことを意味する。

上記の組部材では、突起間のスペースに流入した塑性流動部の少なくとも一部に、硬度の低い部材の残部よりも硬度が高い部分が形成されていることが好ましい。
硬度の高い部材の突起間のスペースに流入した塑性流動部の少なくとも一部に、硬度の低い部材の残部よりも硬度が高い部分が形成されていると、第１部材と第２部材がより強固に締結される。塑性変形（流動）によって加工硬化する材料で硬度の低い部材を形成しておくことによって、塑性流動部の少なくとも一部が、硬度の低い部材の残部よりも硬度が高い状態を簡単に実現することができる。

上記の組部材では、硬度の高い部材の側に、突起の峰と谷の中間高さを通過する円周に沿って部分的に延びる壁が、回転対称をなす複数個所に形成されていることが好ましい。
ここで、回転対称とは、周方向に部分的に延びる壁が、円周の３箇所以上に等間隔に形成されており、中心から部分壁に向かうベクトルをベクトル加算するとゼロベクトルとなる状態を意味する。
円周に沿って壁が、回転対称をなす複数個所に形成されていると、第１部材の軸と第２部材の同軸度を確保することができる。

前記軸心を基準とする突起の峰の高さが軸方向に一定に維持されている部分では、柱状部の外径から孔の内径を差し引いた値の１／２をδ、突起間の溝の深さをｈとしたときに、δ／ｈが０．５以上であることが好ましい。
この場合、同一仕様の複数の組部材において、締結力のばらつきを小さく抑えやすい。締結力が安定する。

上記の組部材の硬度の高い部材は、軸方向に延びる突起が存在しないで半径が軸方向に一様に増加する部分と、軸方向に延びる突起の峰の高さが軸方向に一様に増加している部分がなめらかに連続していることが好ましい。
硬度の高い部材の突起間のスペースに塑性流動部が効率的に形成されており、締結力が高い。

上記の組部材では、軸方向に延びる突起の峰から周方向両側に延びる２つの傾斜面が、軸心と峰を通過する半径に対して非対称であることが好ましい。
軸方向に延びる突起の峰から周方向両側に延びる２つの傾斜面が、軸心と峰を通過する半径に対して非対称になっていると、第１部材と第２部材の軸廻りの締結強度が、トルクをかける方向によって違ってくる。一方の方向にトルクをかけた場合の締結強度よりも、他方の方向にトルクをかけた場合の締結強度の方が強くなる。トルクをかける方向によって締結強度が違う状態を実現することができる。

本発明は、孔を持つ第１部材に柱状部を持つ第２部材が締結されている組部材の製造方法にも具現化される。その製造方法では、いずれか一方の部材の締結面の硬度が他方の部材の締結面の硬度よりも高いという関係を満たして第１部材と第２部材を製造する際に、（１）軸方向に延びており、周方向に繰返されており、（２）軸心を基準とする突起の峰の高さが、締結面の軸方向の一方側の端部において低く、締結面の軸方向の他方側の端部において高く、前記一方側の端部から前記他方側の端部まで連続しており、（３）各々の突起には、前記一方側の端部から前記他方側の端部に向けて、前記軸心を基準とする峰の高さが軸方向に一様に増加する部分と、前記軸心を基準とする峰の高さが軸方向に一定に維持されている部分が、連続して設けられているという条件を満たす、突起群を硬度が高い側の部材の締結面に形成する工程を実施する。さらに、硬度の低い部材に、軸方向に延びている突起の峰の高さが低い側の端部から、硬度の高い部材を圧入する工程とを備えている。それにより、硬度の低い部材の側に、硬度の高い部材の突起によって押し退けられた材料が、軸方向と周方向に塑性流動しながら硬度の高い部材の突起間のスペースに流入し、当該スペースの底部に向けて変位した塑性流動部を形成するとともに、その塑性流動部の少なくとも一部に加工硬化が生じる。
締結面の硬度が低い部材に締結面の硬度が高い部材を圧入するという場合、硬度の低い部材を固定しておいて硬度の高い部材を圧入する場合と、硬度の高い部材を固定しておいて硬度の低い部材を圧入する場合の両者を含む。
峰の高さが低い側とは、相手側部材からの距離が大きい側をいい、柱状部に突起が形成されている場合には突起の外径が小さい側をいい、孔の内面に突起が形成されている場合には突起の内径が大きい側をいう。
この組部材の製造方法によれば、突起の峰の高さが低い側の端部から圧入することによって、硬度の低い部材の材料が軸方向に押し退けられるように塑性流動するのが抑制される。このため、塑性流動した部分の多くが突起間のスペースに流入する。第１部材と第２部材を強固に締結することが可能になる。

上記の製造方法では、柱状部を持つ第２部材の締結面の硬度が孔を持つ筒状の第１部材の締結面の硬度よりも高く、第１部材の外周を金型で拘束した状態で第２部材を圧入することが好ましい。
この製造方法によれば、塑性流動した部分の多くが突起間のスペースに効率的に流入する。筒状の第１部材に柱状部を持つ第２部材をより確実に締結することができる。

上記の製造方法では、柱状部を持つ第２部材の締結面の硬度が孔を持つ筒状の第１部材の締結面の硬度よりも高く、第１部材の端面の一部と外周を金型で拘束し、前記端面の残部が塑性流動可能な状態で第２部材を圧入することが好ましい。
端面の一部を拘束して残部が塑性流動可能な状態で圧入すると、締結力を安定化することができる。

後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）柱状部材１２の下端側には、軸１８方向に延びるとともに周方向に繰り返す突起１６群が形成されている。突起１６には、峰の高さが一定の高さ一定部位１９と、峰の高さが上方に向かって一様に変化する高さ変化部２０が設けられている。
突起１６の下方には、横断面が円形状であるとともに、半径が上方に向かって一様に増加する下端面４１が設けられている。
（２）柱状部材１２には、軸方向と周方向に延びる一対の第１当接面２５が形成されている。一方の第１当接面２５と他方の第１当接面２５は、柱状部材１２の軸１８を挟んで対称な位置に配されている。さらに柱状部材１２には、軸方向と周方向に延びるとともに、第１当接面２５と位相が９０度ずれた一対の第２当接面２６が形成されている。
（３）柱状部材１２は、筒状部材１４よりも高い硬度の素材から製造されている。
（４）筒状部材は、型治具の円形状凹部にセットされる。
（５）柱状部材１２と筒状部材１４を締結するときには、柱状部材１２を筒状部材１４に向けて降下させる。筒状部材１４の塑性変形された部分は、柱状部材１２に突起１６の高さ変化部２０と、下端面４１が設けられているので、下方にはそれほど流動せず、流動しながら突起１６と突起１６との間の溝１７内に入り込んでゆく。筒状部材１４と柱状部材１２の突起１６が塑性変形することによって、双方の変形部分に加工硬化が生じる。筒状部材１４の塑性変形部分が柱状部材１２の溝１７内に十分に入り込むことと、塑性変形にともなう加工硬化によって、柱状部材１２と筒状部材１４は強固に締結される。

本発明の締結技術に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例では、図１に示す柱状部材１２と、図２に示す筒状部材１４を圧入によって締結する。以下においては、図１の上下が、柱状部材１２と筒状部材１４の上下と対応しているものとする。
図１、図３に示すように、柱状部材１２の下端側には、軸１８方向に延びるとともに周方向に繰り返す突起１６群が形成されている（セレーションが形成されている）。図３に良く示すように、突起１６と突起１６の間には、溝１７が形成されている。図５に示すように、突起１６には、峰の高さが一定の部位１９（以下、「高さ一定部１９」と言う）と、峰の高さが上方に向かって一様に増加（変化）する部分２０（以下、「高さ変化部２０」と言う）が設けられている。高さ変化部２０の上端部２２、すなわち高さ変化部２０が高さ一定部１９に連続する部位には、アール（丸み）が付けられている。
突起１６の下方には、横断面が円形状であるとともに、半径が上方に向かって一様に増加する部分４１（以下、「下端面４１」と言う）が設けられている。突起１６の高さ変化部２０は、その終端２９で高さがゼロになることによって、下端面４１に連続している。下端面４１は、先端に形成されている先端面２４に連続している。
突起１６の高さ変化部２０と、下端面４１の側面形状は、図５では直線状になっているが、それに限られるものではない。例えば、高さ変化部２０と下端面４１の側面形状が曲面状であってもよい。突起１６の高さ変化部２０の上端部２２は、高さ一定部１９に滑らかに連続していればよく、必ずしもアール状でなくてもよい。
図４に示すように、突起１６の一方の側面２７は、直径方向と一致している。突起１６の他方の側面２８は、一方の側面２７に対して傾斜している。

図３に示すように、柱状部材１２には、その軸１８方向に延びる一対の第１当接面（壁）２５が形成されている。一方の第１当接面２５と他方の第１当接面２５は、柱状部材１２の軸１８を挟んで対称な位置に配されている。第１当接面２５の面は、柱状部材１２の軸１８を中心とする円柱を仮定した場合、その外周面と一致している。さらに柱状部材１２には、第１当接面２５と同形状であるとともに、同様に配置された第２当接面２６が形成されている。第１当接面２５と第２当接面２６の位相は、９０度ずれている。
柱状部材１２の外径Ｄ１は、筒状部材１４の内径Ｄ２（図２参照）よりも大きい寸法に設定されている。柱状部材１２の先端面２４の直径Ｄ３は、筒状部材１４の内径Ｄ２よりも小さい寸法に設定されている。柱状部材１２の溝１７の各底面２３を含む円の直径（以下「底面径Ｄ４」と言う）は、筒状部材１４の内径Ｄ２よりも大きい寸法に設定されている。
柱状部材１２は、鍛造品であり、筒状部材１４よりも高い硬度の素材から製造されている。柱状部材１２の突起１６と突起１６の根本部分に、例えば高周波焼き入れ等を施し、突起１６とその根本部分の硬度を筒状部材１４よりも高くすることもできる。柱状部材１２と筒状部材は、例えば、スチール製や、アルミニウム製や、銅製とすることができる。

柱状部材１２と筒状部材１４を締結する準備として、図６、図７に示すように、筒状部材１４を型治具（金型）３０の円形状凹部３９にセットする。筒状部材１４の上面３３は、型治具３０の上面３４よりも低く配置されている。筒状部材１４は、その外周面３１が型治具３０の内周面３２とほとんど隙間が無い状態で、型治具３０にセットされる。型治具３０は、支持台（図示省略）に固定されている。
図６に示すように、柱状部材１２は、型治具３０にセットされた筒状部材１４の上方に、昇降機構（図示省略）が支持した状態で配置されている。柱状部材１２と筒状部材１４を締結するときには、柱状部材１２を降下させる。既に説明したように、先端面２４の直径Ｄ３は、筒状部材１４の内径Ｄ２よりも小さい寸法に設定されている。このため、柱状部材１２が降下すると、図８に示すように、柱状部材１２の下端面４１と筒状部材１４の内周上縁３６が接触する。また、溝１７の底面径Ｄ４は、筒状部材１４の内径Ｄ２よりも大きい寸法に設定されている。このため、柱状部材１２が降下して下端面４１が筒状部材３０の内周上縁３６に接触したときには、水平方向の位置関係において、筒状部材１４の内周面３５は、溝１７の底面２３よりも内側（軸側）に配置される。

図９は、柱状部材１２がさらに降下した状態を図示している。柱状部材１２の突起１６の峰の高さが、上方よりも下方で低いとともに、柱状部材１２の硬度の方が筒状部材１４のそれよりも高いので、突起１６は、筒状部材１４に食い込むようにして、筒状部材１４を多く塑性変形させながら降下してゆく。このときに、突起１６も筒状部材１４よりも程度は少ないが塑性変形する。柱状部材１２に側面形状が傾斜している高さ変化部２０と下端面４１が設けられているので、筒状部材１４の塑性変形された部分は、下方にはそれほど流動せず、溝１７内に流動しながら入り込んでゆく（流入してゆく）。筒状部材１４が下方に多少流動することによって、筒状部材１４には、凸状に塑性変形した部分７０が形成される（以下説明する図面では、この凸状に塑性変形した部分７０を省略している）。
図１０は、柱状部材１２が最下方位置に達して停止した状態を図示している。柱状部材１２の突起１６が筒状部材１４を塑性変形させ、筒状部材１４が型治具３０にセットされていて外方側に変形できないことから、筒状部材１４の上面３３は変形前よりも高く配置される。また、筒状部材１４の内周面３５も、変形前よりも内方側に配置される。図１１に示すように、筒状部材１４の塑性変形部分は、柱状部材１２の溝１７内に、十分に入り込む。また、筒状部材１４の突起１６が食い込んだ部分近傍と、柱状部材１２の突起１６が塑性変形することによって、双方の変形部分に加工硬化が生じる。このため、塑性変形部分の硬度が高くなる。従って、筒状部材１４の塑性変形部分が柱状部材１２の溝１７内に十分に入り込むことと、塑性変形にともなう加工硬化によって、柱状部材１２と筒状部材１４は強固に締結される。
これに対して、柱状部材１２に高さ変化部２０と下端面４１が設けられていないと、設けられている場合よりも筒状部材１４の内周部分が真下に多く押し退けられてしまう。このため、筒状部材１４の塑性変形部分の溝１７内に入り込む量が少なくなる。もちろん、下端面４１が設けられていなくても、筒状部材１４の塑性変形部分が溝１７内に入り込むので、柱状部材１２と筒状部材１４は確実に締結される。

既に説明したように、突起１６の一方の側面２７は直径方向と一致しており、突起１６の他方の側面２８は一方の側面２７に対して傾斜している。従って、柱状部材１２と筒状部材１４の軸廻りの締結強度は、トルクの作用方向によって大小が生じる。例えば、図１１において、筒状部材１４を固定した場合、柱状部材１２に時計方向のトルクを加える方が、柱状部材１２に反時計方向のトルクを加えるよりも大きな締結強度を得られる。突起１６の他方の側面２８が直径方向に対して傾斜しているので、柱状部材１２に反時計方向のトルクを加えたときに、柱状部材１２と筒状部材１４との間に滑りが生じ易いからである。
既に説明したように、柱状部材１２が降下してその下端面４１が筒状部材１４の内周上縁３６に接触したときに、筒状部材１４の内周面３５は、溝１７の底面２３よりも内側に配置される。このような関係が筒状部材１２の内径Ｄ２がばらついても保証されるように、柱状部材１２の先端面２４の直径Ｄ３と、底面２３の底面径Ｄ４が設定されている。従って、筒状部材１２の内径Ｄ２がばらついても、柱状部材１２が筒状部材１４の内周上縁３６に接触したときに、水平方向の位置関係において、筒状部材１４の内周面３５と溝１７の底面２３との間に隙間が生じない。筒状部材１４の内周面３５と溝１７の底面２３との間に隙間が生じないと、柱状部材１２がさらに降下して筒状部材１４が変形したときに、溝１７内に塑性変形部分が十分に入り込む。

柱状部材１２の一方の第１当接面２５と他方の第１当接面２５との距離、および一方の第２当接面２６と他方の第２当接面２６との距離は、筒状部材１４の内径Ｄ２がばらついても、内径Ｄ２よりも僅かに大きくなるように設定されている。このため、柱状部材１２が降下して突起１６が筒状部材１４に食い込んでいるときに、第１当接面２５と第２当接面２６は、筒状部材１４の内周面３５に面同士で当接する。第１当接面２５と第２当接面２６は面同士で当接するので、突起１６のように筒状部材１４に食い込まない。従って、柱状部材１２と筒状部材１４は、内周面３５と、第１当接面２５と第２当接面２６とによって互いに案内されることによって、精度良く軸と軸が一致する。
上述したように、突起１６の高さ変化部２０の上端部２２にはアールが付けられている。このため、柱状部材１２が降下して突起１６の高さ変化部２０が筒状部材１４に接触している状態から、それに加えて突起１６の高さ一定部１９も筒状部材１４に接触する状態に移行したときに、柱状部材１２を降下させる力が急に低下するのが抑制される。従って、柱状部材１２の降下速度を制御するのが容易になる。柱状部材１２を降下させる力の変化を検出し、その変化から柱状部材１２の降下位置を推定することもできる。このようにすると、柱状部材１２の移動距離のみに基づいて圧入制御するよりも、正確な締結が可能になる。
一対の第１当接面２５と、一対の第２当接面２６との位相のずれは９０度に限られない。それらの位相のずれが９０度以外の角度であっても、それら当接面２５、２６は、柱状部材１２の軸と筒状部材１４の軸を精度良く一致させることができる。第１当接面２５や、第２当接面２６のような面は、５箇所以上設けることもできる。当接面を複数配置し、その配置を圧入時に当接面に作用する力のベクトル加算がゼロになるようにすることにより、柱状部材１２の軸と筒状部材１４の軸を精度良く一致させることができる。

図１２に示すように、型治具３０の底部３７の外周部近傍に、周方向に一巡する底部溝３８を形成することもできる。このような底部溝３８を形成すると、図１３に示すように、筒状部材１４の塑性変形部分の一部が流動して底部溝３８に入り込む。底部溝３８の深さや、幅や、断面形状や、位置を設定することによって、塑性変形する量や、塑性変形範囲を調整することができる。塑性変形する量や、塑性変形範囲を調整することができると、硬度や加工硬化させる範囲を設定することができ、締結力が安定する。
図１４に示すように、型治具３０を用いずに柱状部材１２と筒状部材１４を締結することもできる。この場合には、支持台４０上で筒状部材１４を位置決めしておく。型治具３０を用いなくても、筒状部材１４の肉厚（外周面３１と内周面３５との距離）が大きい場合や、筒状部材１４の硬度が柱状部材１２の硬度よりも大幅に小さい場合には、柱状部材１２の溝１７に筒状部材１４の塑性変形部分を十分に入り込ませることができる。
柱状部材１２は、円柱状であることに限られず、角柱状であってもよい。筒状部材１４は、円筒状でなくてもよい。例えば、筒状部材１４の内周面が多角形状であってもよい。

発明者は、種々の条件で筒状部材１４と柱状部材１２を締結し、それらの硬度を測定した。以下、その結果について説明する。
図１５の上半分には、柱状部材１２の溝１７に筒状部材１４の塑性変形部分が入り込んだ状態の断面図が示されている。柱状部材１２は点線で示されており、筒状部材１４は実線で示されている。筒状部材１４は、深さにして約「２／３」溝１７に入り込んでいる。締結条件は、「δ／ｈ＝０．５」であり、高さ変化部２０と下端面４１を側面視したときの傾斜角度（軸１８方向に対する角度）は、３０度である。ここで、「δ」は、柱状部材１２の外径Ｄ１から、筒状部材１４の内径Ｄ２を差し引いた値の「１／２」である。すなわち、締結前の状態において、柱状部材１２と筒状部材１４を軸方向に重ね合わせた場合に、突起１６と筒状部材１４が重複している部分の直径方向の距離である。「ｈ」は、突起１６の峰の高さ（溝１７の深さ）である。従って、「δ／ｈ」が大きいほど、柱状部材１２と筒状部材１４の圧入代が大きいことになる。筒状部材１２の硬度測定は、（ａ）〜（ｆ）の６列について、各列の各ポイント（菱形で示されている）毎に行った。
図１５の下半分は、硬度測定結果をグラフにまとめている。グラフの横軸は、所定位置を基準に、（ａ）〜（ｆ）の各列に沿った距離に対応している。縦軸は、測定した硬度（ビッカース硬さＨｖ）に対応している。グラフ中の（ｍ）は、筒状部材１４の素材硬度（圧入前の硬度）を示している。グラフから明らかなように、締結後には（ａ）列〜（ｆ）列の全てについて硬度が高くなっている。全体的な傾向として、溝１７に深く入り込んだ部分の方が、より硬度が高くなる傾向を示している。

図１６は、締結条件「δ／ｈ＝０．２５」、傾斜角度３０度で締結した場合の硬度測定結果を示している。図１６の上半分に示したように、筒状部材１４の塑性変形部分は、浅くにしか柱状部材１２の溝１７に入り込んでいない。「δ／ｈ」が「０．２５」と小さいためと考えられる。それでも、図１６の下半分のグラフから明らかなように、加工硬化が生じて硬度が高くなっている。
図１７は、締結条件「δ／ｈ＝０．７５」、傾斜角度３０度で締結した場合の硬度測定結果を示している。図１７の上半分に示したように、筒状部材１４は、深く溝１７に入り込んでいる。（ａ）列〜（ｆ）列の全てについて硬度が高くなっている。筒状部材１４が深く溝１７に入り込み、硬度が高くなっていることによって、柱状部材１２と筒状部材１４の軸廻りの締結強度は、本締結条件で締結した場合が最も大きくなる。
図１８は、締結条件が「δ／ｈ＝０．５」、傾斜角度が３０度の場合（図１５の場合と同条件）における、締結後の突起１６の硬度をまとめたグラフである。グラフの横軸は、突起１６の頂面から柱状部材１２の軸１８方向に向かう距離に対応している。グラフの縦軸は、測定した硬度（ビッカース硬さＨｖ）に対応している。グラフ中の実線は測定した硬度を示しており、点線は柱状部材１４の素材硬度を示している。突起１６の硬度は、距離が約２（ｍｍ）まではほぼ一定を維持し、さらに距離が大きくなると素材硬度まで急減している。

本発明の締結技術は、種々の部材を締結するのに適用することができる。
図１９は、子部品４３〜４８を持つクランクシャフト４２を示している。子部品４３には、凹部５０が形成されている。子部品４４〜４７には、それぞれ凹部５０と複数の突起を持つセレーション５１が形成されている。子部品４８には、セレーション５１が形成されている。図２０は、セレーション５１が凹部５０に圧入されて子部品４３〜４８が締結され、クランクシャフト４２が完成した状態を示している。
従来、クランクシャフトは一体で製作されている。その場合に、図２０に示す隙間５２は、熱間鍛造加工されている。隙間５２を鍛造する型の幅は、薄くしようとしても限界がある。このため、クランクシャフトの軸方向長さを小さくすることができなかった。本発明の締結技術によれば、子部品４３〜４８を締結してクランクシャフト４２を完成させるので、隙間５２を熱間鍛造加工する必要がない。従って、クランクシャフト４２の軸方向長さを、従来よりも小さくすることができる。
また、Ｖ型エンジンのクランクシャフトでは、一体で製作した場合にツイスト工程が必要である。本発明の締結技術によれば、締結時に凹部とセレーションの軸廻りの位置関係を調整することができるので、ツイスト工程を省略することができる。
小部品４４〜４８をさらに複数の孫部品で構成し、それらの締結に本発明の技術を適用することもできる。

図２１は、電動モータのシャフト部５３とフランジ部５４を示している。シャフト部５３には、セレーション５５が形成されている。図２２は、本発明の締結技術によって、シャフト部５３とフランジ部５４が締結された状態を示している。
図２３は、等速ジョイントのアウターレース５６とチューリップ５７を示している。アウターレース５６には、内周面にセレーション５８が形成されている。アウターレース５６のセレーションの内径は、その端部７２が開口に向かって徐々に拡経している。チューリップ５７の一端部７４は、徐々に縮径している。図２４に示すように、アウターレース５６とチューリップ５７は、本発明の締結技術によって締結されている。
図２５は、シャフト６０とリングギヤ６１が本発明の締結技術によって締結された状態を示している。シャフト６０の外周部には、セレーション６２が形成されている。これに対して、本発明の締結技術を採用しないと、図２６に示すようにボルト６５でシャフト６３とリングギヤ６１を締結しなければならず、部品点数が増加してしまう。

本発明の締結技術は、上記以外にも、例えば、下記に示す部材同士の締結に好適に採用することができる。
（１）リヤアクスルシャフトの軸とフランジの締結（従来は、一体成形）。製造設備の小型化が可能になる。
（２）エンジンマニホールドとフランジの締結（従来は、溶接結合）。結合信頼性が向上する。
（３）ステアリング構成部品同士の締結（従来は、スプラインによる軽圧入締結）。締結強度が向上する。
（４）プロペラシャフトのジョイントヨークとシャフトの締結、あるいはトランスミッション構成部品同士の締結（従来は、電子ビーム溶接によって結合）。コストダウンが可能になるとともに、締結強度が向上する。
（５）軸部品と、底とフランジが付いた形状の部品の締結（例えば、車両のリアシャフト）。
筒状部材の内側に突起を形成し、その突起の峰の高さが低い側から圧入することによって柱状部材を塑性変形させ、筒状部材と柱状部材を締結することもできる。
本発明の締結技術によれば、突起の峰の高さが低い側から圧入するので、塑性変形が効率的に行われる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

柱状部材の側面図。筒状部材の斜視図。図１のIII−III線矢視図。図３のIV部分の詳細図。図３のV−V線断面図。型治具にセットされた筒状部材の上方に柱状部材が配された状態を示す。図６のVI−VI線断面図。降下した柱状部材が筒状部材に接触した状態を示す断面図。柱状部材が筒状部材に圧入されている途中の状態を示す断面図。筒状部材に柱状部材が圧入された状態を示す断面図。柱状部材の突起間の溝に筒状部材の素材が入り込んだ状態を示す断面図。型治具の断面図（底部溝を設けた形態）。型治具の底部溝に塑性流動した筒状部材の素材が流入した状態の断面図。筒状部材の外周部が外方に移動するのを規制しないで圧入した場合の断面図。圧入後における筒状部材の塑性流動部分の硬度測定結果。圧入後における筒状部材の塑性流動部分の硬度測定結果。圧入後における筒状部材の塑性流動部分の硬度測定結果。圧入後における柱状部材の突起部分の硬度測定結果。クランクシャフトの子部品が締結される前の状態を示す。子部品が圧入によって締結された状態のクランクシャフトを示す。電動モータのシャフト部とフランジ部が締結される前の状態を示す断面図。電動モータのシャフト部とフランジ部が圧入によって締結された状態を示す断面図。等速ジョイントのアウターレースとチューリップが締結される前の状態を示す断面図。等速ジョイントのアウターレースとチューリップが圧入によって締結された状態を示す断面図。シャフトとリングギヤが圧入によって締結された状態を示す断面図。シャフトとリングギヤがボルトによって締結された状態の断面図。

符号の説明

１２：柱状部材
１４：筒状部材
１６：突起
１７：溝
１８：軸
１９：突起の高さ一定部
２０：高さ変化部
２１：傾斜面の下端
２２：傾斜面の上端部
２３：底面
２４：先端面
２５：第１当接面
２６：第２当接面
２７：突起の一方の側面
２８：突起の他方の側面
２９：突起の終端
３０：型治具
３１：筒状部材の外周面
３２：型治具の内周面
３３：筒状部材の上面
３４：型治具の上面
３５：筒状部材の内周面
３６：筒状部材の内周上縁
３７：型治具の底部
３８：底部溝
３９：円形状凹部
４０：支持台
４１：下端面
４２：クランクシャフト
４３〜４８：子部品
５０：凹部
５１：セレーション
５２：隙間
５３：シャフト部
５４：フランジ部
５５：セレーション
５６：アウターレース
５７：チューリップ
５８：セレーション
６０：シャフト
６１：リングギヤ
６２：セレーション
６５：ボルト

Claims

孔を持つ第１部材に柱状部を持つ第２部材が締結されている組部材であり、
第１部材と第２部材のいずれか一方の部材の締結面の硬度が他方の部材の締結面の硬度よりも高く、
硬度が高い側の部材の締結面に、軸方向に延びる突起が周方向に繰返して形成されており、
軸心を基準とする突起の峰の高さが、締結面の軸方向の一方側の端部において低く、締結面の軸方向の他方側の端部において高く、前記一方側の端部から前記他方側の端部まで連続しており、
各々の突起には、前記一方側の端部から前記他方側の端部に向けて、前記軸心を基準とする峰の高さが軸方向に一様に増加する部分と、前記軸心を基準とする峰の高さが軸方向に一定に維持されている部分が、連続して設けられており、
硬度の低い部材の側に、硬度の高い部材の突起によって押し退けられた材料が、軸方向と周方向に塑性流動しながら硬度の高い部材の突起間のスペースに流入し、当該スペースの底部に向けて変位した塑性流動部を形成しているとともに、その塑性流動部の少なくとも一部に加工硬化が生じていることを特徴とする組部材。
突起の峰の高さが軸方向に一定に維持されている部分では、柱状部の外径から孔の内径を差し引いた値の１／２をδ、突起間の溝の深さをｈとしたときに、δ／ｈが０．５以上であることを特徴とする請求項１の組部材。
硬度の高い部材の側に、突起の峰と谷の中間高さを通過する円周に沿って部分的に延びる壁が、回転対称をなす複数個所に形成されていることを特徴とする請求項１又は２の組部材。
硬度の高い部材は、軸方向に延びる突起が存在しないで半径が軸方向に一様に増加する部分と、軸方向に延びる突起の峰の高さが軸方向に一様に増加している部分がなめらかに連続していることを特徴とする請求項１から３のいずれかの組部材。
軸方向に延びる突起の峰から周方向両側に延びる２つの傾斜面が、軸心と峰を通過する半径に対して非対称であることを特徴とする請求項１から４のいずれかの組部材。
孔を持つ第１部材に柱状部を持つ第２部材が締結されている組部材の製造方法であり、
いずれか一方の部材の締結面の硬度が他方の部材の締結面の硬度よりも高いという関係を満たして第１部材と第２部材を製造する際に、
（１）軸方向に延びており、周方向に繰返されており、
（２）軸心を基準とする突起の峰の高さが、締結面の軸方向の一方側の端部において低く、締結面の軸方向の他方側の端部において高く、前記一方側の端部から前記他方側の端部まで連続しており、
（３）各々の突起には、前記一方側の端部から前記他方側の端部に向けて、前記軸心を基準とする峰の高さが軸方向に一様に増加する部分と、前記軸心を基準とする峰の高さが軸方向に一定に維持されている部分が、連続して設けられているという条件を満たす、
突起群を硬度が高い側の部材の締結面に形成する工程と、
硬度の低い部材に、軸方向に延びている突起の峰の高さが低い側の端部から、硬度の高い部材を圧入する工程を備え、
硬度の低い部材の側に、硬度の高い部材の突起によって押し退けられた材料が、軸方向と周方向に塑性流動しながら硬度の高い部材の突起間のスペースに流入し、当該スペースの底部に向けて変位した塑性流動部を形成するとともに、その塑性流動部の少なくとも一部に加工硬化が生じることを特徴とする組部材の製造方法。
柱状部を持つ第２部材の締結面の硬度が孔を持つ筒状の第１部材の締結面の硬度よりも高く、
第１部材の外周を金型で拘束した状態で第２部材を圧入することを特徴とする請求項６の製造方法。
柱状部を持つ第２部材の締結面の硬度が孔を持つ筒状の第１部材の締結面の硬度よりも高く、
第１部材の端面の一部と外周を金型で拘束し、前記端面の残部が塑性流動可能な状態で第２部材を圧入することを特徴とする請求項６の製造方法。