JP4939449B2 - 軸の肥大ばめ方法 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれが金属からなる被嵌合部材及び軸を互いに強固に結合する軸の肥大ばめ方法に関する。

金属製の軸に同じく金属製の被嵌合部材を結合するには、焼きばめや冷却ばめ等の収縮ばめ（例えば特許文献１）、又は、かしめ（例えば特許文献２）が知られている。
特開2001-87949号公報 特開2006-142366号公報

特許文献１に開示されたような収縮ばめによる結合は、軸又は被嵌合部材における弾性域での熱収縮を利用するため、これら軸及び被嵌合部材の嵌合圧力は比較的弱い。このため、軸に対して被嵌合部材がずれたり、或いは、軸から被嵌合部材が脱落する等の不具合が発生する虞がある。
これに対して特許文献２に開示されたようなかしめによる結合は、収縮ばめとは異なり、軸及び被嵌合部材の少なくとも一方の塑性変形に基づくものであるが、ここでの塑性変形量はその結合の作業効率を考慮して僅かなものにならざるを得ず、かしめ結合による嵌合圧力もまた比較的に弱く、収縮ばめと同様な不具合をもたらす。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、収縮ばめやかしめによらず、軸に対して被嵌合部材を強固に結合することができる軸の肥大ばめ方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、挿通孔を有する金属の被嵌合部材と挿通孔よりも小径の金属の軸とを嵌め合わせて相互に結合する方法において、被嵌合部材の挿通孔に前記軸を挿通し、この後、挿通孔内の軸の部位を肥大加工により肥大させて軸と被嵌合部材とを互いに嵌め合わせて結合するにあたり、
肥大加工は、被嵌合部材とともに軸をその軸線回りに回転させながら軸線方向に加圧し、一方、軸の回転加圧と並行して軸に曲げを加え、この曲げにより塑性変形を伴いながら軸の部位を挿通孔の内径よりも拡径し且つ挿通孔内を満たした状態で挿通孔に嵌め合う肥大ばめ部を成形し、この後、軸の曲げを戻す（請求項１）。

請求項１の肥大ばめ方法によれば、軸が肥大加工を受けることで、軸の一部に塑性変形による肥大部、つまり、被嵌合部材の挿通孔に対する肥大ばめ部が成形され、この肥大ばめ部を介して軸及び被嵌合部材が擬似的に一体化される。
好ましくは、回転及び加圧による軸の塑性変形は、弾性変形から弾塑性変形を経て生起され、回転及び加圧による負荷が解除された後、肥大ばめ部と被嵌合部材との間に所定の嵌合圧力を残存させるものとなっており（請求項２）、肥大ばめ部の加工中、被嵌合部材は軸とともに回転されている（請求項３）。そして、軸の曲げの中心は、肥大ばめ部を成形すべき軸の部位の軸線方向中央に位置付けられているのが好ましく（請求項４）、この場合、軸材料の塑性流動が被嵌合部材の挿通孔内にて一様になり、挿通孔の内周に完全に密着した肥大ばめ部が成形される。

請求項１〜３の軸の肥大ばめ方法は、軸の塑性変形量、つまり、その肥大率を大きく確保できることから、被嵌合部材の挿通孔に対する肥大ばめ部の嵌合圧力を収縮ばめや、かしめに比べて非常に高くすることができ、軸と被嵌合部材との強固な結合が得られる。
また、肥大率を大きく確保できることから、被嵌合部材における挿通孔の公差を収縮ばめやかしめに比べて大きくとることができる。

本発明の一実施例に係る軸の肥大ばめ方法について、図を参照しながら以下に説明する。
図１は、金属からなる軸２が基準線Ａ上に配置され、そして、一対のホルダ４，６間にて、その軸線方向両側から挟持された状態を示す。一方のホルダ４は基準線Ａの回りに回転可能であるとともに基準線Ａに対して所定の角度で傾斜可能であり、他方のホルダ６はホルダ４に向け基準線Ａに沿って移動し、軸２に対し、その軸線方向に加圧力を加えることができる。

この実施例の場合、ホルダ４，６間には軸２の外側に金属の被嵌合部材１０が軸２と同心にして配置されている。即ち、被嵌合部材１０は挿通孔１２を有し、この挿通孔１２は軸２の挿通を許容すべく軸２の径よりも僅かに大径である。
図１に示す状態からホルダ４が一方向に回転されると、ホルダ４，６間に挟持されている軸２はホルダ４，６とともに、基準線Ａ、即ち、その軸線回りに回転する。この状態で、ホルダ６はホルダ４に向けて移動され、軸２に所定の加圧力Ｆを加える。

上述した軸２の回転加圧中、図２に示されるようにホルダ４が基準線Ａに対して所定の角度α（≦８°）まで傾動されると、軸２は曲げ中心Ｂから曲げられる。ここで、曲げ中心Ｂは被嵌合部材１０の挿通孔１２内に位置した軸２の部位にて、例えば、その軸線方向中央に位置付けられている。
上述した曲げ中心Ｂからの軸２の曲げは、その曲げの内側に塑性変形に起因した膨らみを発生させ、この膨らみは軸２の回転により、図３に示されるように軸２の全周に亘って成長し、軸２の一部に拡径した肥大部１４を成形する。なお、肥大部１４の成長に従い、ホルダ６はその分だけホルダ４に向けて移動する。

この後、肥大部１４が挿通孔１２内をほぼ満たすまで成長すると、ホルダ４の傾動は図４に示されるように元に戻される。この際にも、軸２に対する回転及び加圧が継続されることで、肥大部１４は更に成長し、この結果、挿通孔１２内を完全に満たし且つ挿通孔１２を拡径させた状態で、挿通孔１２に嵌め合わされた肥大ばめ部１６となる。
この後、軸２に対する回転及び加圧を停止し、図５に示されるようにホルダ４，６から軸２を被嵌合部材１０とともに取り外せば、被嵌合部材１０と軸２とが肥大ばめ部１６を介して強固に結合した製品が得られる。

図６は、肥大ばめ部１６の肥大率Ｒと挿通孔１２に対する肥大ばめ部１６の嵌合圧力との関係を示し、肥大率Ｒは軸２自体の直径Ｄ0に対する肥大ばめ部１６の直径Ｄ1の比、即ち、Ｄ1／Ｄ0で表され、肥大ばめ部１６の直径Ｄ1は挿通孔１２の内径Ｄ2よりも大である。
ここで、図６から明らかなように、肥大ばめ部１６の成形時、肥大率Ｒが１．０２５であれば、肥大ばめ部１６の嵌合圧力は８００ＭＰａ弱に達し、この後、軸２に対する加圧力Ｆが徐荷され、肥大ばめ部１６が収縮するとしても、その肥大率Ｒは１．０１８程度に維持される。

この場合、肥大ばめ部１６の嵌合圧力は６００ＭＰａ程度であるから、収縮ばめや、かしめによる嵌合圧力に比べて非常に高く、被嵌合部材１０及び軸２は擬似的に一体化した状態となる。この結果、軸２に対して被嵌合部材１０が軸線方向にずれたり、また、軸２から被嵌合部材１０が脱落することはない。
ここで、収縮ばめの１つである焼きばめの肥大率について考察する。

例えば、穴径φ３０(H7)（例えば公差０）の挿通孔を有する被嵌合部材と軸径φ３０(x6)（例えば公差７７μｍ）の軸とを焼きばめして嵌合する場合を例にとると、被嵌合部材における挿通孔の穴径は初期のＤ0＝φ３０から最少でも７７μｍだけ拡径されて、Ｄ1(＝３０．０７７)となる。この場合、穴径の収縮率を肥大率Ｒ’に置き換えてみれば、肥大率Ｒ’＝Ｄ１／Ｄ0＝１．００２６となる。

前述した肥大ばめ部１６の肥大率Ｒ（＝１．０１８）は、焼きばめの肥大率Ｒ'（＝１．００２６）よりも大であるから、本実施例での肥大ばめ部１６の嵌合圧力は、焼きばめでの場合より強く、このような肥大ばめ（登録商標）は、焼きばめよりも強い嵌合圧力が要求される場合に有効となる。
また、肥大ばめは、肥大率Ｒを自由に設定できる点にも大きな特徴を有するが、肥大率Ｒが過大になれば、被嵌合部材における外周面の変形が無視できなくなる。具体的には、被嵌合部材が外歯を有するギヤである場合には、肥大ばめにより、ギヤの歯面に変形が生じてしまう。このような不具合を防止するには、被嵌合部材に過度な変形を招かない程度に肥大率Ｒを抑制することになるが、この場合、嵌合圧力の低下を招くことから、被嵌合部材における挿通孔の内周面に例えばローレット状の凹凸を形成しておくのが好ましい。即ち、このような凹凸が予め形成されていれば、肥大加工時、肥大ばめ部１６の材料が凹凸の凹部に入り込むことで、嵌合圧力の増加をもたらし、肥大率の抑制に起因する嵌合圧力の低下を補うことができる。

一方、焼きばめの場合、嵌合圧力は軸径及び穴径によって所望の値に設定できるものの、このためには軸径及び穴径の双方を精度良く仕上げておく必要がある。この点、本実施例のような肥大ばめの場合には、挿通孔の内径と軸の外径との間の寸法差、つまり、クリアランスを任意に設定することができることから、挿通孔及び軸の加工が容易となり、これらの加工費の削減を図ることができる。

更に、上述した一実施例の場合、軸２の曲げ中心Ｂが前述した位置に位置決めされていることで、肥大ばめ部１６の成形時、挿通孔１２内での軸材料の塑性流動が一様となることから、肥大ばめ部１６の外周面は挿通孔１２の内周面に正確に合致し、その嵌合圧力をほぼ均一にすることができる。
本発明は上述の一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、図７〜図１１は肥大ばめ方法の変形例を示す。
この変形例を説明するにあたり、図１〜図５に示した一実施例の場合と同様な部材及び部位には同一の参照符号を付して、それらの説明は省略し、一実施例と相違する点のみを以下に説明する。
変形例の場合、ホルダ４にはホルダ６と対向する面４ａに凹所、即ち、受座８が形成され、この受座８に被嵌合部材１０が面４ａから突出した状態で装着されている。なお、受座８に被嵌合部材１０が装着されたとき、挿通孔１２は軸２と同心的に位置付けられる。

図７に示す状態からホルダ４が一方向に回転されると、被嵌合部材１０もまたホルダ４と一緒に回転し、図８及び図９の状態を経て、一実施例の場合と同様に軸２に肥大ばめ部１６が成形される。そして、図１０に示されるように肥大ばめ部１６の成形が完了したとき、ホルダ６は被嵌合部材１０に当接した状態にあって、肥大ばめ部１６の両端面は被嵌合部材１０の両端面と面一となる。この後、図１１に示されるように被嵌合部材１０に軸２が肥大ばめされた製品はホルダ４，６から取り外される。

なお、受座８がホルダ６に設けられ、ホルダ６に被嵌合部材１０を装着しても、軸２への肥大ばめ部１６の成形は可能である。
また、上述の軸肥大加工は、図１から図５に示した一実施例や図７〜図１１に示した変形例の手順に限らず、軸２に加える回転、曲げ及び加圧は何れの順序であっても、肥大ばめ部の成形は可能である。

また、軸２はパイプ等の中空軸であっても、その一部に肥大ばめ部を成形可能であり、更に、被嵌合部材の挿通孔は単なる円形に限らず、その内周面に前述したようなスプライン溝以外に、キー溝や内歯を有する形状であってもよい。
更に、上述した一実施例及び変形例では何れも、軸２の曲げ中心Ｂが肥大ばめ部１６の成形完了時、ホルダ４，６間にて規定される肥大幅の中央に位置すべく設定されているが、しかしながら、曲げ中心Ｂは肥大幅の中央から外れた位置に設定することも可能である。

一実施例の肥大ばめ方法の実施に使用される一対のホルダをこれらホルダ間にセットされた被嵌合部材及び軸とともに示す図である。 図１の状態から、軸に曲げが加えられた状態を示す図である。 図２の状態から、軸の一部に肥大部が成形された状態を示す図である。 図３の状態から、軸の曲げが戻された状態を示す図である。 被嵌合部材に軸を肥大ばめした製品が一対のホルダから取り出された状態を示す図である。 軸における肥大ばめ部の肥大率とその嵌合圧力との関係を示したグラフである。 変形例の肥大ばめ方法の実施に使用される一対のホルダをこれらホルダ間にセットされた被嵌合部材及び軸とともに示す図である。 肥大ばめ方法を実施するにあたり、図７の状態から次の状態を示す図２と同様な図である。 図８の状態から次の状態を示す図３と同様な図である。 図９の状態から次の状態を示す図４と同様な図である。 図１０の状態から次の状態を示す図５と同様な図である。

符号の説明

２ 軸
４，６ ホルダ
８ 受座
１０ 被嵌合部材
１２ 挿通孔
１６ 肥大ばめ部
Ａ 基準線
Ｂ 曲げ中心
Ｆ 加圧力

Claims (4)

1. 挿通孔を有する金属の被嵌合部材と前記挿通孔よりも小径の金属の軸とを嵌め合わせて相互に結合する方法において、
   前記被嵌合部材の前記挿通孔に前記軸を挿通し、
   前記挿通孔内の前記軸の部位を肥大加工により肥大させて前記軸と前記被嵌合部材とを互いに嵌め合わせて結合するにあたり、
   前記肥大加工は、
   前記被嵌合部材とともに前記軸をその軸線回りに回転させながら前記軸線方向に加圧し、
   一方、前記軸の回転加圧と並行して前記軸に曲げを加え、この曲げにより塑性変形を伴いながら前記軸の前記部位を前記挿通孔の内径よりも拡径し且つ前記挿通孔内を満たして前記挿通孔に嵌め合う肥大ばめ部に成形し、この後、前記軸の曲げを戻す
   ことを特徴とする軸の肥大ばめ方法。
2. 前記回転及び加圧による前記軸の塑性変形は、弾性変形から弾塑性変形を経て生起され、
   前記回転及び加圧による負荷が解除された後、前記肥大ばめ部と前記被嵌合部材との間に所定の嵌合圧力を残存させることを特徴とする請求項１に記載の軸の肥大ばめ方法。
3. 前記肥大ばめ部の成形中、前記被嵌合部材は前記軸とともに回転されることを特徴とする請求項１に記載の軸の肥大ばめ方法。
4. 前記軸の曲げの中心は、前記部位の軸線方向中央に位置付けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の軸の肥大ばめ方法。

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