JP5787067B2

JP5787067B2 - 環状金属部品の嵌合装着方法

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Publication number: JP5787067B2
Application number: JP2011105165A
Authority: JP
Inventors: 慎正細沼; 健渡邉
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: JP2012237331A

Description

環状金属部品、特に嵌合筒部とフランジ部を有する環状金属部品の前記嵌合筒部を、所定の部材に嵌合により装着する方法に関する。

回転側と静止側の間から機内へ異物や泥水等が侵入するのを防止する密封装置の一種として、図９に示すように、回転側に嵌合した金属製のスリンガ２に、非回転の密封装置本体１に設けられたスラストリップ１１及びラジアルリップ１２を摺接させる構造を備えるものがある。

詳しくは、この密封装置は、非回転の外周部材３の内周面３ａに装着される密封装置本体１と、回転側である内周部材４に装着される金属製のスリンガ２を備え、密封装置本体１に設けられたスラストリップ１１が、スリンガ２のフランジ部２２に摺動可能に密接され、密封装置本体１にスラストリップ１１の内周側に位置して設けられたラジアルリップ１２が、スリンガ２の嵌合筒部２１の外周面に摺動可能に密接される。

すなわち、この種の密封装置は、スリンガ２のフランジ部２２とスラストリップ１１の密接摺動部において、内周部材４と一体的に回転するフランジ部２２の遠心力による振り切り作用を利用して、機外Ｓ１から機内Ｓ２へのダストや泥水等の侵入を阻止するものである。また、フランジ部２２とスラストリップ１１の密接摺動部からその内周側へ、泥水等が僅かに侵入しても、これらはスリンガ２の嵌合筒部２１とラジアルリップ１２の密接摺動部においてそれ以上の侵入が遮断されるので、結局、フランジ部２２の遠心力による振り切り作用によって、スラストリップ１１の外周側へ押し戻される。

ところが、この種の密封装置では、機械要素の健全性を維持する目的（例えば潤滑等）のために機内Ｓ２に封入された油脂類が、スリンガ２の嵌合筒部２１と内周部材４の金属嵌合部を介して機外Ｓ１へ漏洩するおそれがあった。

そして従来、この種の密封装置のスリンガ２は、図１０に示すように、軸心Ｏに対して直交する平面状の押圧面５ａを有する環状の押圧治具５を用い、フランジ部２２に軸方向への均一な荷重を加えることによって嵌合筒部２１を内周部材４の外周面４ａに圧入嵌合しているが、上述のような漏れは、スリンガ２の圧入過程で、その嵌合筒部２１の内周面２１ａに、それよりも硬質である内周部材４の外周面４ａと擦れることによってついた傷が貫通流路となって、機外Ｓ１と機内Ｓ２との気圧差が漏れ圧力となって起こるものであると考えられる。

また、このような問題を解決するためには、下記の特許文献１に開示されているように、スリンガ２の嵌合筒部２１と内周部材４の嵌合部にシール部材（弾性部材）を介在させることが考えられるが、この場合は、新たにシール部材を設けることによって部品点数が増加し、あるいは前記シール材をスリンガ２（嵌合筒部２１）に一体に成形する工程などが必要になるといった問題がある。

特開２００１−２１５１３２号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、上述のスリンガのような、嵌合筒部とフランジ部を有する環状金属部品を所定の装着相手部材に圧入嵌合する際に、嵌合筒部の内周面に貫通流路となる傷が発生するのを防止し得る環状金属部品の嵌合方法を提供し、もって金属嵌合部のシール性を確保することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法は、環状金属部品の嵌合筒部を、この環状金属部品よりも硬質の装着相手部材の外周面に圧入嵌合する際に、前記嵌合筒部の圧入方向後端から延びるフランジ部に、外径側で先行して前記フランジ部を押圧する段差面又は傾斜面を有する治具によって、前記フランジ部を圧入方向へ倒れるように傾斜変形させた状態で圧入荷重を加えることを特徴とするものである。

本発明の嵌合装着方法は、圧入過程における環状金属部品の嵌合筒部の内周面と装着相手部材の外周面の摺動と、圧入嵌合後における嵌合筒部の内周面と装着相手部材の外周面の密接を異なる部分で担わせることで、圧入過程で環状金属部品の嵌合筒部の内周面に発生する傷によるシール性の低下を回避するものである。

すなわち、環状金属部品の嵌合筒部を装着相手部材の外周面に圧入嵌合する際に、嵌合筒部の圧入方向後端から延びるフランジ部が、治具からの圧入荷重によって圧入方向へ倒れるように傾斜変形されることによる応力で、嵌合筒部がフランジ部側で僅かに拡径するように変形しながら装着相手部材の外周面へ圧入されて行く。このため嵌合筒部の内周面は、嵌合筒部の圧入方向先端側では、この嵌合筒部より硬質の環状金属部品の外周面と擦れることによって傷がつくが、圧入方向後端（フランジ部側）に近い部分では装着相手部材の外周面に対して非接触となり、傷の発生が有効に防止される。そして圧入方向の荷重を解除すると、フランジ部及び嵌合筒部がスプリングバックするので、圧入過程で傷がついていない嵌合筒部の内周面が装着相手部材の外周面に密接され、その密接幅が増大する。

本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法によれば、環状金属部品の嵌合筒部を装着相手部材の外周面に圧入嵌合する過程で、フランジ部を圧入方向へ傾斜変形させることに伴う嵌合筒部の拡径変形によって、嵌合筒部の内周面の傷の発生が有効に防止されるので、圧入完了後、前記嵌合筒部と装着相手部材の金属嵌合部が良好な密接状態となり、優れたシール性が確保される。

本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第一の形態を示す説明図である。本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第一の形態による作用を示す説明図である。本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第一の形態によるスプリングバックの作用を示す説明図である。本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第二の形態を示す説明図である。本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第二の形態で使用する治具を、その軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第三の形態を示す説明図である。本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法による作用を検証するため、嵌合時のフランジ部の角度θによる接触位置の戻り量Ｓ_Ｂの変化を解析した結果を示す線図である。本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法による作用を検証するため、嵌合時のフランジ部の角度θによる接触幅Ｂの変化を解析した結果を示す線図である。環状金属部品としてのスリンガを有する密封装置をその軸心を通る平面で切断して示す半断面図である。従来の環状金属部品の嵌合装着方法を示す説明図である。

以下、本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第一の形態を示す説明図、図２及び図３は、第一の形態による作用を示す説明図である。

まず図１において、参照符号２は、先に説明した図９に示すような密封装置に用いられるスリンガであって、請求項１に記載された環状金属部品に相当する。このスリンガ２は、ステンレス鋼SUS304などの金属材料からなるものであって、嵌合筒部２１及びこの嵌合筒部２１の一端からＲ状屈曲部２３を介して円盤状に展開したフランジ部２２を有する。嵌合筒部２１の先端の内周縁には面取り２４が形成されている。

参照符号４は、スリンガ２が装着される内周部材であって、請求項１に記載された装着相手部材に相当する。この内周部材４は、スリンガ２よりも硬質の金属材料からなり、外周面４ａが円筒面状に形成されている。そして、スリンガ２の嵌合筒部２１の内径は、内周部材４の外周面４ａよりも僅かに小径に形成されており、すなわち嵌合によって変形応力が発生して、内周部材４の外周面４ａを締め付けて所要の固定力を得るための嵌合代が設けられている。

また、参照符号１００は、スリンガ２の嵌合筒部２１を内周部材４の外周面４ａに圧入嵌合するために用いる環状の治具で、圧入に必要な軸方向荷重を、スリンガ２のフランジ部２２に、このフランジ部２２を圧入方向すなわち嵌合筒部２１側へ倒れるように傾斜変形させた状態で加えるものであり、このため、スリンガ２のフランジ部２２との対向面は、内径側ほど治具１００の軸方向肉厚を減じるように傾斜した円錐面１０１をなしている。そして前記円錐面１０１は、軸心Ｏと直交する平面に対してなす角度αが−2〜−5°に設定されている。

したがって、スリンガ２の装着作業において、このスリンガ２の嵌合筒部２１を、面取り２４が形成された端部を先頭にして装着相手部材である内周部材４の外周面４ａに圧入嵌合する際に、嵌合筒部２１の圧入方向後端から延びるフランジ部２２に、治具１００によって圧入方向（軸方向）への荷重を加えて行くと、治具１００の円錐面１０１は、その外径部１０１ａが先行してフランジ部２２の外径部２２ａを押圧することになる。このため、圧入荷重がフランジ部２２にその外径部へ偏在して加わることによって、図２に二点鎖線で示すように、圧入荷重付与前は軸心Ｏと直交する平面をなしていたフランジ部２２は、圧入方向へ倒れるように、−θ方向の円錐状の傾斜変形を受ける。

そして、圧入荷重がフランジ部２２の外径部２２ａへ偏在して加わることによるフランジ部２２の傾斜変形が増大して行くと、このフランジ部２２の内径端部、すなわちＲ状屈曲部２３に隣接する端部２２ｂが治具１００における円錐面１０１の内径部１０１ｂに当接するため、図２に実線で示すように、フランジ部２２の−θ方向の曲げ角度が、円錐面１０１の傾斜角度に相当する角度（−2〜−5°）に規制される。

上述のようにしてスリンガ２のフランジ部２２が円錐状に変形されると、その応力によって、スリンガ２の嵌合筒部２１も圧入方向後端側、すなわちＲ状屈曲部２３側で僅かに拡径するような変形を受け、その状態で内周部材４の外周面４ａへ圧入されて行く。そしてこのような変形状態では、嵌合筒部２１の内周面２１ａは、圧入方向先端側では、この嵌合筒部２１より硬質の内周部材４の外周面４ａと擦れることによって傷がつくが、Ｒ状屈曲部２３側の端部に近い部分では、内周部材４の外周面４ａに対して非接触になるので、圧入による傷の発生が有効に防止される。

次に、所定位置までスリンガ２を圧入した時点で、治具１００によるスリンガ２のフランジ部２２への圧入荷重を解除すると、フランジ部２２及び嵌合筒部２１がスプリングバックするので、嵌合筒部２１の内周面２１ａのうちＲ状屈曲部２３側の端部に近い部分、すなわち圧入過程で傷の発生が防止された部分が内周部材４の外周面４ａに密接される。このため嵌合筒部２１の内周面２１ａと内周部材４の外周面４ａの金属嵌合部が良好な密接状態となる。

しかもこのとき、スプリングバックによる内周部材４の外周面４ａへの嵌合筒部２１の面圧は、Ｒ状屈曲部２３側で高く、Ｒ状屈曲部２３から離れた位置ほど低くなるので、図３に破線で示すように、嵌合筒部２１が先端側ほど内周部材４の外周面４ａから浮き上がるような傾斜変形を受けると共に、フランジ部２２が、図３に二点鎖線で示す原形よりもさらに＋θ側（治具１００による圧入過程でのフランジ部２２の傾斜変形方向と反対側）へ僅かに倒れた状態となる。このため、嵌合筒部２１の内周面２１ａと内周部材４の外周面４ａの接触位置の端部がＲ状屈曲部２３側へ移動し、これによって、嵌合筒部２１の内周面２１ａのうち傷の発生が防止された部分の接触幅が増大する。

したがって、先に説明した図９に示す密封装置のスリンガ２を、上述の方法で内周部材４に装着することによって、内周部材４とスリンガ２の金属嵌合部には、傷による貫通流路が形成されず、シール性が確保されるため、機械要素の健全性を維持する目的（例えば潤滑等）のために機内Ｓ２に封入された油脂類が、スリンガ２の嵌合筒部２１と内周部材４の金属嵌合部を介して機外Ｓ１へ漏洩するのを有効に防止することができる。

次に図４は、本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法の第二の形態を示す説明図、図５は、第二の形態で使用する治具１００を、その軸心Ｏを通る平面で切断して示す半断面図である。

すなわちこの第二の形態は、治具１００におけるスリンガ２のフランジ部２２との対向面が、内径側で治具１００の軸方向肉厚が小さくなるような段差形状に形成されており、詳しくは、スリンガ２のフランジ部２２の外径部２２ａと対向される環状の第一面１０２と、その内径側に環状の段差面１０３を介して軸方向へ後退するように形成された第二面１０４を有し、図５に示すように、第一面１０２の内径縁１０２ａと第二面１０４の内径縁１０４ａを通る仮想円錐面が軸心Ｏと直交する平面に対してなす角度αが−2〜−5°に設定されている。

また、第一面１０２の外径側には、スリンガ２のフランジ部２２の外径縁が遊嵌可能な環状突縁部１０５が形成されている。

したがって、図４に示すスリンガ２の装着作業において、このスリンガ２の嵌合筒部２１を、面取り２４が形成された端部を先頭にして装着相手部材である内周部材４の外周面４ａに圧入嵌合する際に、嵌合筒部２１の圧入方向後端から延びるフランジ部２２に、治具１００によって圧入方向（軸方向）への荷重を加えて行くと、治具１００の第一面１０２が先行してフランジ部２２の外径部２２ａを押圧することになる。このため、圧入荷重がフランジ部２２にその外径部２２ａへ偏在して加わることによって、荷重付与前は図４に示すように軸心Ｏと直交する平面をなしていたフランジ部２２は、圧入方向へ倒れるように、円錐状の曲げ変形を受ける。

そして、圧入荷重がフランジ部２２の外径部２２ａへ偏在して加わることによるフランジ部２２の傾斜変形量が増大して行くと、このフランジ部２２の内径端部、すなわちＲ状屈曲部２３に隣接する端部２２ｂが、治具１００における第二面１０４の内径部に当接して押圧されるため、フランジ部２２の傾斜角度が、第一面１０２の内径縁１０２ａと第二面１０４の内径縁１０４ａを通る仮想円錐面の傾斜角度αにほぼ相当する角度（−2〜−5°）に規制される。

このような治具１００による圧入過程では、第一の形態と同様、嵌合筒部２１の内周面２１ａは、圧入方向先端側では内周部材４の外周面４ａと擦れることによって傷がつくが、圧入方向後端側、すなわちＲ状屈曲部２３側の端部に近い部分では、内周部材４の外周面４ａに対して非接触になるので、圧入による傷の発生が有効に防止され、圧入荷重の解除後のスプリングバックによって、嵌合筒部２１の内周面２１ａと内周部材４の外周面４ａの接触位置の端部が、圧入による傷がついていないＲ状屈曲部２３側へ移動すると共に、接触幅が増大するので、良好な密接状態となる。

また、スリンガ２と治具１００の芯ずれがあると、フランジ部２２が狙いの曲げ角度で曲がらず、曲げが円周方向不均一になって、嵌合筒部２１の内周面２１ａへの傷低減効果が損なわれてしまうおそれがあるが、第二の形態によれば、フランジ部２２の外径縁が治具１００の環状突縁部１０５の内周に遊嵌されることによってスリンガ２と治具１００の芯ずれが防止されるので、前記傷低減効果が損なわれない。

なお、環状突縁部１０５は、図６に第三の形態として示すように、治具１００におけるスリンガ２のフランジ部２２との対向面を、第一の形態と同様の円錐面１０１としたものにも適用することができる。

図７は、本発明に係る環状金属部品の嵌合装着方法による作用を検証するため、嵌合時のフランジ部の角度θによる接触位置の戻り量Ｓ_Ｂの変化を解析した結果を示す線図、図８は、同様に嵌合時のフランジ部の角度θによる接触幅Ｂの変化を解析した結果を示す線図である。

すなわち、この試験は、図４及び図５に示すような治具１００において、第一面１０２と第二面１０４間の段差面１０３の高さを変更することによって、第一面１０２の内径縁１０２ａと第二面１０４の内径縁１０４ａを通る仮想円錐面の傾斜角度αの異なるものを用いて、スリンガ２のフランジ部２２に傾斜変形を与えた状態で、このスリンガ２の嵌合筒部２１を内周部材４の外周面４ａに圧入嵌合し、嵌合完了後の除荷時のスプリングバックによる内周部材４の外周面４ａとの接触位置の戻り量Ｓ_Ｂ及び接触幅Ｂを解析したものである。

なお、解析の条件は次のとおりとした。
スリンガ２の嵌合筒部２１の内径：φ67.7
スリンガ２の嵌合筒部２１の外径：φ68.7
スリンガ２の嵌合筒部２１の軸方向長さ：3.5
スリンガ２のフランジ部２２の肉厚：0.6
スリンガ２のフランジ部２２の外径：φ79.9
スリンガ２のＲ状屈曲部２３の谷折の曲率半径：0.4
スリンガ２の面取り２４の角度：45°
スリンガ２の面取り２４の軸方向幅：0.35
スリンガ２の材料物性：SUS304
（降伏応力：210GPa ヤング率：197GPa ポアソン比：0.3）
内周部材４の外径：φ67.8（嵌合筒部２１の嵌合代：0.05）
内周部材４の面取り部４ｂの角度：45°
内周部材４の面取り部４ｂの軸方向長さ：0.5
金属嵌合部の摩擦係数：0.15

また、ここでいう接触幅Ｂは、圧入嵌合後にフランジ部２２への圧入荷重を除荷した時のスプリングバックによって内周部材４の外周面４ａに対する接触面圧が発生している領域の幅として検出した。また、接触位置の戻り量Ｓ_Ｂは、圧入荷重を除荷することによって、接触面圧が発生する領域におけるＲ状屈曲部２３側の端部がＲ状屈曲部２３側へ移動する量として検出した。

この解析結果によれば、治具１００によるスリンガ２の圧入時のフランジ部２２の傾斜変形角度θが−4°において接触位置の戻り量Ｓ_Ｂが最大であり、傾斜変形角度θが−3〜−4°において接触幅Ｂが最大であった。したがって、スリンガ２を圧入する治具１００は、フランジ部２２に−2〜−5°、好ましくは−3〜−4°程度の傾斜変形を与えるものが好適であることがわかる。

２スリンガ（環状金属部品）
２１嵌合筒部
２２フランジ部
２２ａ外径部
２３Ｒ状屈曲部
４内周部材（装着相手部材）
１００治具
１０１円錐面
１０２第一面
１０３段差面
１０４第二面
１０５環状突縁部

Claims

環状金属部品の嵌合筒部を、この環状金属部品よりも硬質の装着相手部材の外周面に圧入嵌合する際に、前記嵌合筒部の圧入方向後端から延びるフランジ部に、外径側で先行して前記フランジ部を押圧する段差面又は傾斜面を有する治具によって、前記フランジ部を圧入方向へ倒れるように傾斜変形させた状態で圧入荷重を加えることを特徴とする環状金属部品の嵌合装着方法。