JP5608494B2 - 軸の肥大嵌め方法及び該方法により製造される回転体 - Google Patents
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この方法は、被嵌合部材の挿通孔に軸を嵌合させた後、被嵌合部材とともに軸を、その軸線上で回転させながら軸線方向に加圧する際に、軸の挿通孔付近に曲げを加える。これにより、嵌合部分が塑性変形して拡径し、挿通孔に嵌め合わされて、軸と被嵌合部材とが強固に固定される。
前記挿入孔の内周面に、予め溝を形成しておき、前記軸を肥大させたときに、肥大部が前記溝内に食い込むようにし、前記内周面に開口する肉抜き部を前記溝として形成された前記被嵌合部材を用いることを特徴とする。
前記挿入孔の内周面に設けられた溝に前記軸の肥大部が食い込んだ状態で固定され、前記被嵌合部材の肉抜き部が前記溝として構成されたことを特徴とする。
以下、本発明に係る肥大嵌め方法およびこの肥大嵌め方法を実施にする製造装置ならびに該装置を用いて製造する回転体について説明する。
なお、本発明の肥大嵌め方法を説明する前に、肥大嵌め方法によって製造される回転体およびその製造装置の第1実施形態について説明する。本実施形態は、回転体を示す図1,図2、製造装置および製造工程を示す図14,図16〜図18を参照して説明する。また、各図面の見る向きは、符号の記載向きの方向から見るものとする。
したがって、この溝22は、内周面21aからかなり深く構成されており、また、被嵌合部材20が鋳造にて製造するときに、その製造工程にて極めて簡単に形成される。
製造装置40は、図16〜図18に示すように、ワークピース(図2に示す完成前の回転体1)の軸10が配置される基準軸線CLを有しており、この基準軸線CLは装置長手方向に水平に延びている。この製造装置40は、軸10を把持するための固定側ホルダユニット42aおよび可動側ホルダユニット41aを備えている。
固定側ホルダユニット42aおよび可動側ホルダユニット41aは、図16に示しように、基準軸線CL上にて互いに離間対向して配置されている。そして、両ホルダユニット41a,42aには、ワークピースの軸10の両端部を挟持するとともに被嵌合部材20を適宜保持できるホルダ41,42(図3参照)が設けられている。
そして、図16に示すように、この装置フレーム61の左側には、一対の支持壁70(図17も参照)が設けられ、支持壁70よりも更に左側に張出した固定側支持部85aが設けられている。
すなわち、後述する可動側の加圧部51と協働して、軸10をその軸心中央方向に向って両端部に背圧荷重を加えながら、該軸10の径を増大させることが可能となる。
また、加圧部52の中心軸は、加圧シャフト88とともに基準軸線CLに一致しており、ホルダ42の回転中心に常時一致するように構成されている。
この可動側のホルダ41は、図18に示すように円筒形状をなしており、可動側ハウジング41bが該ホルダ41を囲繞し、所定の軸線CL1の回りに回転自在に支持されている。
そして、この案内ベッド62は、装置フレーム61の上端に取り付けられており、図17から明らかなように、基準軸線CLを挟んで装置本体の左右両側に配置され、基準軸線CLに沿って水平面内に平行に延びている。
このように構成されていることにより、可動側ホルダユニット41aは、固定側ホルダユニット42aに対して、基準軸線CLに沿って接近ならびに離反が自在である。
なお、本実施形態においては、軸10への加圧はホルダ41とは独立して駆動される後述の加圧機構を有するが、スライド台駆動機構69により、ホルダ41に対し、固定側のホルダ42側に向う加圧力を加えることも可能である。
揺動台64の上には、前掲のごとくトップステージ66が配置されており、このトップステージ66上に立設された一対の支持壁67間に可動側ホルダユニット41aが固定されている。
この加圧部51は、可動側加圧機構86の加圧シャフト89に接続されており、軸10の端部を軸線方向に加圧する背圧荷重をかけられるように構成されている。すなわち、前掲の固定側の加圧部52と協働して軸10の両端部を加圧することができる。
なお、可動側加圧機構86は、トップステージ66上の可動側支持部86aによって適宜支持されている。
また、可動側加圧機構86ならびに固定側加圧機構85の構造は、特に限定するものではないが、油圧手段による構成を採用することにより、装置の大型化を避けることができる。
なお、本実施形態においては、肉抜き部によって溝22が形成された図2に示した状態のワークピース(回転体1)を使用した。
なお、押え部44はコイルばね43によって軸線方向に適宜押圧されて、被嵌合部材20はストッパ部11に当接した状態で位置決めされる。
ワークピースの位置決めをした後に、図6に示すように、軸10の両端面に加圧部51,52を当接させて、圧力Fによって左右均等な力によって、該軸10を中央寄りに加圧を開始する。
なお、圧力Fをかけるタイミングは、必ずしも回転駆動する前でなくともよく、回転とほぼ同時若しくは回転開始後であってもよい。要は、屈曲を開始する前で両加圧部51,52が基準軸線CLに一致した状態であればよい。
この肥大化の初期の状態を図14の(a)に示す。
肥大化工程の初期状態においては、図14に示すように、可動側のホルダ41の軸線CL1が、揺動軸68と一致した屈曲点S1のところから基準軸線CLに対して所定角度θだけ傾斜した状態である。この屈曲点S1は被嵌合部材20の挿通孔21の一端側(図14の(a)中において左側)の屈曲点開始ポイントPsに位置し、その後の操作により基準軸線CLに沿って移動する。
この肥大部13の形成が終了したのち、可動側の軸線CL1を基準軸線CLに一致させるように戻す(図8に示す位置に戻す)。
なお、軸10に加えた圧力Fを開放するタイミングは、ホルダの回転駆動停止と同時あるいは前でも後でもよい。
本実施形態においては、被嵌合部材20の挿入孔21に溝22が形成されていることで、軸10が肥大したときに溝内に軸表面が食い込む。これにより、接触面積が増大し、また、軸10が溝22に食い込むことで噛合わせが生じて結合力が造増大する。
本実施形態においては、軽量化目的の肉抜き部を利用していることで、特別に溝を設ける必要がないので製造工程を増やす必要がない。また、溝22が挿入孔21の内周面の全周にわたって形成されていることで、軸全周方向に均等に嵌合力を高め、軸方向の嵌合力ならびに回転方向の嵌合力を強くすることができる。
また、ワークピースにおいては、軸10にストッパ部11が設けられていることで、被嵌合部材20の軸10に対する位置決めは、治具等を用いて行う必要がなく、かつ精度良く位置決めでき、肥大する部分を溝22に確実に合わせるなどができ、嵌合精度を高めることができる。
すなわち、クラックの発生と発生しない領域との境界線Lが右肩上がり傾斜し、クラックが発生しない領域が変形量の大きい側に移動する。
そこで、本実施形態においては、軸10に直接に加圧F(背圧荷重)をかけることで加圧タイミングも自在であることから、軸10の充分な変形量(肥大化量)で且つクラックが発生しない領域(図中のハッチングにて示すGS領域)にて加工することが容易かつ確実にできる。これは、特定の軸10において、必要とする所定の変形量を必要変形量αとしたときに、背圧荷重を必要圧力Px以上に設定して加工工程を実施すれば、大きい肥大部13の形成がクラックを伴わない好ましい状態で形成できる。
以下、本発明に係る第2実施形態について、図11を参照して説明する。
なお、図11における図中符号は、前掲の第1実施形態と同じ構成要素については同符号を付して説明を適宜省略し、また、製造方法については第1実施形態と同じであるので、説明を省略する。
図11に示す回転体1Aは、内周面21aに複数の溝22が設けられている構造である。そして、この溝22は内周面21aの全周にわたって環状に構成されている。このような構成によれば、内周面21aの全周にわたって軸10と被嵌合部材20との嵌合力をより高めることができる。
本実施形態の回転体1Aを製造するときは、その溝22の大きさ(幅)や深さや位置を考慮して、屈曲点S1の移動速度と、圧力Fの大きさを変えて制御してもよい。
以下、本発明に係る第3実施形態について、図12を参照して説明する。
なお、図12における図中符号は、前掲の第1実施形態と同じ構成要素については同符号を付して説明を適宜省略し、また、製造方法については第1実施形態と同じであるので、説明を省略する。
図12に示す回転体1Bは、内周面21aに螺旋状に形成された溝22を有する構造である。したがって、溝22は内周面21aに全長を長く構成することができ、軸10と被嵌合部材20との嵌合力は、軸線方向ならびに回転方向のいずれにも向上できる。
以下、本発明に係る第4実施形態について、図13を参照して説明する。
なお、図13における図中符号は、前掲の第1実施形態と同じ構成要素については同符号を付して説明を適宜省略し、また、製造方法については第1実施形態と同じであるので、説明を省略する。
図13に示す回転体の被嵌合部材20は、その内周面21aの周方向において断続的に形成された多数の溝22を有する構造である。この構造によれば、被嵌合部材20と軸10とは、軸10の軸線方向の嵌合強度アップに加えて、軸10の円周方向における嵌合強度アップも図ることができる。
以下、本発明に係る第5実施形態について、図15を参照して説明する。なお、図15における図中符号は、前掲の第1実施形態と同じ構成要素については同符号を付し、また、製造方法については第1実施形態と同じ部分については適宜省略して説明する。
軸10の肥大化の初期の状態を図15の(a)に示す。
本実施形態においては、図15に示すように、可動側のホルダ41の軸線CL1が所定角度θだけ傾斜した状態では、屈曲点S1は被嵌合部材20の挿通孔21の一端側(図中において左側)の屈曲点開始位置の第1ポイントP1に位置させる。
また、本実施形態においては、第1実施形態におけるストッパ部11が設けられていない。したがって、第1ポイントP1と第2ポイントP2の2つの位置の間隔設定により、肥大部13が被嵌合部材20の挿入孔の外側(図15の(b)参照)にも形成することができる。
なお、ここで、肥大化が殆ど起こらない素早い動作は、特に特定する早さではなく、屈曲点の移動中に実質的に肥大化による作用が発生しないことであり、これは、例えば、軸10の材質、屈曲角度、回転速度、圧力Fの大きさ等により適宜設定されるものである。
また、上記各実施形態においては、一方を可動側のホルダとしてこれを傾斜させる方法(図3におけるホルダ41の矢印A方向の回転動作)を採用したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、ホルダ41の図3における矢印A方向動作に加えて、ホルダ41が基準軸線CLに対して直交する方向(矢印B方向)の移動動作、ホルダ42の基準軸線CLに対する直交(矢印C方向)の移動動作、ホルダ42の基準軸線CLに対する回転動作(矢印D方向)などを適宜組み合わせることで、屈曲点S1を移動させる方法およびこれを実施できるように構成された装置でも良い。
10 軸
11 ストッパ部
13 肥大部
20 被嵌合部材
21 挿通孔
21a 内周面
22 溝
40 製造装置
41,42 ホルダ
41a 可動側ホルダユニット
42a 固定側ホルダユニット
51,52 加圧部
68(S1)揺動軸(屈曲点)
C 基準軸線
P 屈曲点
Z 仮想支点
Claims (13)
- 金属製の軸(10)を被嵌合部材(20)の挿通孔(21)に挿通して、前記軸(10)を前記挿通孔(21)に嵌め合わせた状態で、前記軸(10)をホルダ(41,42)にて保持し、保持した状態の基準軸線(CL)上にて回転させるとともに、嵌め合わせた部分を該基準軸線(CL)に対して屈曲することにより前記軸(10)の径を増大させることにより、前記被嵌合部材(20)と前記軸(10)とを固定する肥大嵌め方法において、
前記挿入孔(21)の内周面(21a)に、予め溝(22)を形成しておき、前記軸(10)を肥大させたときに、肥大部(13)が前記溝(22)内に食い込むようにし、
前記内周面(21a)に開口する肉抜き部を前記溝(22)として形成された前記被嵌合部材(20)を用いることを特徴とする肥大嵌め方法。 - 前記内周面(21a)の全周にわたって環状に複数形成された前記溝(22)を有する前記被嵌合部材(20)を用いることを特徴とする請求項1に記載の肥大嵌め方法。
- 螺旋状に形成された前記溝(22)を有する前記被嵌合部材(20)を用いることを特徴とする請求項1に記載の肥大嵌め方法。
- 前記内周面(21a)の周方向において断続的に形成された前記溝(22)を有する前記被嵌合部材(20)を用いることを特徴とする請求項1に記載の肥大嵌め方法。
- 前記挿入孔(21)と前記軸(10)とを嵌め合わせるときに、前記軸(10)に設けたストッパ部(11)を用いて前記被嵌合部材(20)の位置決めをすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の肥大嵌め方法。
- 前記軸(10)の屈曲点(S1)を軸方向に沿って移動させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の肥大嵌め方法。
- 前記溝(22)が複数形成されているときに、前記屈曲点(S1)を軸方向に沿って断続的に移動させることを特徴とする請求項6に記載の肥大嵌め方法。
- 前記軸(10)の屈曲点(S1)を軸方向に沿って連続的に移動させることを特徴とする請求項6に記載の肥大嵌め方法。
- 被嵌合部材(20)の挿通孔(21)に金属製の軸(10)を挿通した状態で該軸(10)を回転とともに屈曲させて、前記軸(10)に肥大部(13)を形成し、前記軸(10)と前記被嵌合部材(20)とを一体化した回転体(1,1A,1B,1C)において、
前記挿入孔(21)の内周面に設けられた溝(22)に前記軸(10)の肥大部(13)が食い込んだ状態で固定され、
前記被嵌合部材(20)の肉抜き部が前記溝(22)として構成されたことを特徴とする回転体(1)。 - 前記溝(22)が、前記内周面(21)の全周にわたって環状に複数形成されたことを特徴とする請求項9に記載の回転体(1A)。
- 前記溝(22)が螺旋状に構成されたことを特徴とする請求項9に記載の回転体(1B)。
- 前記溝(22)が前記内周面(21)の周方向において断続的に形成されていることを特徴とする請求項9に記載の回転体(1C)。
- 前記軸(10)の外周面に、前記被嵌合部材(20)の嵌合位置決めをするストッパ部(11)が設けられたことを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載の回転体(1,1A,1B,1C)。
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