JP6299752B2 - 接合構造体 - Google Patents
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Description
特許文献1の管継手は、図14に示すように、第1管101の外周に嵌め込まれる第2管102(軸部材)の外周に、連結管103(薄肉円筒部材)が嵌め込まれている。そして、連結管103の軸長方向の複数箇所が、かしめ部104a,104bでかしめられている。
連結管103は、一端部側から他端部にかけて漸次薄肉として、薄肉側のかしめ部104aのかしめ率を厚肉側のかしめ部104bのかしめ率よりも小さくしている。その結果、かしめ率が大きい方のかしめ部104bにより、第2管102の抜け出しを防止している。一方、かしめ率が小さい方のかしめ部104aにより、第2管102の引張応力による切断を防ぐようにしている。
例えば、薄肉円筒部材を縮径して軸部材にかしめ接合する場合、両者の接触面の摩擦力で接合されることになる。しかし、このような接合状態においては、薄肉円筒部材のスプリングバックがあるため、薄肉円筒部材と軸部材との接触面圧を適当に管理するのが難しく、接合強度の保証が困難となっていた。
特に、軸部材と、薄肉円筒部材とが、鋼材とアルミといった異なった素材であった場合、これら軸部材と薄肉円筒部材との接合では、雰囲気温度によっては2部材の線膨張係数差により緩みが生じることが考えられる。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、接合構造体を構成する部材間の接合強度を好適に得ることができる接合構造体を提供することにある。
上記薄肉円筒部材は、軸方向の中間部を径方向に縮径されて上記軸部材の周面に設けられた第1V字溝に沿ってかしめられた第1かしめ部と、端面を内径側に折り込んで上記軸部材の周面に設けられた第2V字溝に沿ってかしめられた第2かしめ部とを有し、第2V字溝が軸方向に非対称な断面形状をなし、上記薄肉円筒部材を受容する端部側の切上げ角が、上記端部と反対側の切上げ角よりも大きい。
前記薄肉円筒部材は、軸方向の中間部を径方向に縮径されて前記軸部材の周面に設けられた第1V字溝に沿ってかしめられた第1かしめ部と、端面を内径側に折り込んで前記軸部材の周面に設けられた第2V字溝に沿ってかしめられた第2かしめ部とを有し、
第2V字溝と上記薄肉円筒部材とのラップ代が、上記薄肉円筒部材の肉厚以下である。
上記薄肉円筒部材の軸方向の中間部を径方向に縮径して上記軸部材の周面に設けられた第1V字溝に沿ってかしめられた第1かしめ部を形成する第1かしめ部形成工程と、
上記薄肉円筒部材の端面を、上記薄肉円筒部材が第2V字溝を覆った状態で、内径側に折り込んで上記軸部材の周面に設けられた第2V字溝に沿ってかしめられた第2かしめ部を形成する第2かしめ部形成工程とを含む。
ここで、上記接合構造体の接合方法は、上記薄肉円筒部材の端面の周方向の一部のみに第2かしめ部を形成してもよく、等間隔で形成してもよい。
(接合構造体)
図1は、本発明に係る接合構造体のある実施形態における構成を示す斜視図である。また、図2は、本発明に係る接合構造体のある実施形態における構成を示す部分断面図である。また、図3は、本発明に係る接合構造体のある実施形態における構成を示す要部の部分断面図である。
図1〜3に示すように、本実施形態の接合構造体1は、軸部材10と、該軸部材10の外周面に内周面を嵌合させた薄肉円筒部材20とを有する。
軸部材10は、その周面全周にわたって軸方向に複数のV字溝11が設けられている。これらV字溝11は、例えば、薄肉円筒部材20を受容する端部から第1V字溝11A,第2V字溝11Bの順で設けられている。
また、第2V字溝11Bは、軸方向に非対称な断面形状をなし、薄肉円筒部材20を受容する端部側の切上げ角が、上記端部と反対側の切上げ角よりも大きく設定されることが好ましい(図7(a),(b)参照)。
次に、図1〜3に示す接合構造体の接合方法について説明する。
図4は、接合構造体の接合方法のある実施形態における第2かしめ部形成工程前の状態を示す部分断面図である。また、図5は、接合構造体の接合方法のある実施形態における第2かしめ部形成工程前の状態を示す要部の部分断面図である。
また、図6は、接合構造体の接合方法のある実施形態における工程を示す図であり、(a)は第2かしめ部形成工程前の状態を示した図、(b)は第2かしめ部形成工程の状態を示した図、(c)は第2かしめ部形成工程後の状態を示した図である。また、図7は、接合構造体の接合方法のある実施形態における第2かしめ部による接合方法を示す部分断面図であり、(a)は第2かしめ部形成工程前の状態を示した図、(b)は第2かしめ部形成工程後の状態を示した図である。
<第1かしめ部形成工程>
第1かしめ部形成工程は、図4に示すように、軸部材10に嵌合させた薄肉円筒部材20の軸方向の中間部を径方向に縮径して軸部材10の第1V字溝11Aに沿ってかしめて第1かしめ部21を形成する工程である。
また、第2かしめ部形成工程は、図5に示すように、薄肉円筒部材20の端面20aを、薄肉円筒部材20が第2V字溝11Bを覆った状態で、薄肉円筒部材20の内径側に折り込んで軸部材10の第2V字溝11Bに沿ってかしめて第2かしめ部22を形成する工程である。
ここで、第2かしめ部形成工程においては、図5に示すように、端面20aを内径側に折込む前の薄肉円筒部材20が、軸部材10に設けた第1V字溝11Aを完全に覆う範囲まで軸部材10の外周に嵌合されており、この状態から、圧縮を伴いながら折込まれる。このようにすることで、第1かしめ部21と第2かしめ部22との間で圧縮方向の応力が残ることになる。
第2かしめ部形成工程では、まず、図6(a)に示すように、第1かしめ部形成工程後の軸部材10及び薄肉円筒部材20に対して、金型30の軸方向と軸部材10及び薄肉円筒部材20の軸方向とを合わせて金型30をセットする。
次に、図6(c)に示すように、テーパ面31Cに端部20aが引っ掛かった状態から、薄肉円筒部材20に対して金型30を、軸部材10の第2V字溝11Bから第1V字溝11Aの向きに押し込み、薄肉円筒部材20の端面20aを内径側(第2V字溝11B内)に折込む。
このとき、前述したように、薄肉円筒部材20を圧縮しながら折込んだことで、各接触面には相応の面圧が発生し、これにより接合強度を得ることが可能となる。
図8は、接合構造体の接合方法の第2かしめ部による接合方法を示す部分断面図であり、(a)は第2V字溝を薄肉円筒部材が覆ってない態様で第2かしめ部形成工程前の状態を示した図、(b)は第2かしめ部形成工程後の状態を示した図である。
図8(a),(b)に示すように、薄肉円筒部材20が第2V字溝11Bを完全に覆わず、第2V字溝11Bの一部が露出した状態から端部20aの折込みを行うと、第1かしめ部21と第2かしめ部22との間で圧縮方向の応力が残ることがなく、第1かしめ部21もスプリングバックにて浮き上がった状態のままとなる。すなわち、このような状態では、軸部材10と薄肉円筒部材20との接触面が好適に確保されず、接合強度の低下や、ばらつきが発生するおそれがある。
図9,図10は、接合構造体の他の実施形態における構成を示す斜視図である。また、図11は、接合構造体の他の実施形態における第1かしめ部の構成を示す部分断面図であり、(a)は第1V字溝の切り上げ角が45°の場合、(b)は第1V字溝の切り上げ角が60°及び30°の場合である。なお、本実施形態の説明においては、前述した実施形態と重複する構成についての説明を省略する。
図9,図10に示すように、本実施形態では、第2かしめ部23が、薄肉円筒部材20の端面20aの全周ではなく、端面20aの周方向の一部のみに形成されている。このような態様の第2かしめ部23は、薄肉円筒部材20の周方向に等間隔で形成されることが好ましい。
ここで、上述した実施形態(図1参照)のように、薄肉円筒部材20の端面20aの全周に第2かしめ部22を形成した場合、接合構造体1の構造によっては、第1かしめ部21と第2かしめ部22との間に残る応力が過大になることがある。このような薄肉円筒部材20の内部の過大な応力は、高温環境下でのクリープの原因となる。
ここで、第1V字溝11Aの深さ寸法は、軸方向の断面形状が対称形状、非対称形状のいずれであっても、薄肉円筒部材20の厚みと略同等である。
図11(a),(b)に示すように、第1V字溝11Aの軸方向に沿った断面形状を軸方向に対称(溝側面はテーパ形状)にすることで、第1V字溝11Aの側面と軸部材10の接触面積を大きく確保できる。また、図11(b)のように、端部20aと反対側の切上げ角δを小さくすると、くさび効果によって相応の接合強度を得ることができる。
このような構成のトルクセンサにおいては、円筒部材の回転軸への保持力が温度によって変動してしまい、その保持力が低下する結果として、回転軸に対する円筒部材の回転方向位置や軸方向位置がずれてしまい、検出精度が低下することについて検討の余地があった。
図12は、軸部材10と薄肉円筒部材20との回転方向における接合強度を示すグラフであり、縦軸に軸部材10と薄肉円筒部材20との間の相対トルクを示し、横軸に軸部材10と薄肉円筒部材20との相対角度を示している。
なお、図12中、破線は、軸部材10に設けたV字溝11に薄肉円筒部材20を縮径してかしめたときの評価結果を示すものである。また、図12中、実線は、図8に示した実施形態の接合構造体11の評価結果を示したものである。
ここで、評価対象とした接合構造体は、外径がφ27mmの鋼製の軸部材10に板厚1mm未満のアルミニウム製の薄肉円筒部材20を接合したものである。また、この評価は、トルクを除荷した後の相対ねじれ角が規定量になるまで、接合部(第1かしめ部21及び第2かしめ部22)にトルクを負荷した結果である。
図13(a)は、図7,8と同様に、V字溝11(第1V字溝11A及び第2V字溝11B)と薄肉円筒部材20との位置関係を示す部分断面図である。また、図13(b)は、軸部材と薄肉円筒部材との回転方向における接合強度を示すグラフである。具体的には、軸部材10と薄肉円筒部材20との回転方向における接合強度を示したグラフであり、軸部材10と薄肉円筒部材20との間の相対トルクを縦軸に示し、軸部材10と薄肉円筒部材20との相対角度を縦軸に示している。
図13に示すように、ラップ代が大きい接合構造体の方が、接合強度が高くなる傾向が認められる。これは、第2かしめ部22と第2V字溝11Bとの間に発生する応力の差によるものであり、ラップ代の調整により接合強度を所定の範囲内で調整できることを示している。
なお、上記ラップ代を一定量以上にした状態から折り込みを行うと、薄肉円筒部材20が第2V字溝11Bの内部に向かって折り込まれる前に座屈したり、第1かしめ部21にかかる荷重が過大となり、所望の保持力が得られないといった不具合を生じることがある。このことから、上記ラップ代は、薄肉円筒部材20の肉厚t以下に設定されることが好ましい。
そして、第2かしめ部22の形成は、薄肉円筒部材20を圧縮しながら行うことで、薄肉円筒部材20の内部(第1かしめ部21と第2かしめ部22との間)に、圧縮方向の応力が残り、その反力として軸部材10と薄肉円筒部材20との接触面には面圧が生じる。
この接触面圧によって、軸部材10と薄肉円筒部材20との間には相応の摩擦力が発生し、回転方向の接合強度を得ることができる。
以上、接合構造体及びその接合方法について説明したが、本発明に係る接合構造体及びその接合方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。例えば、V字溝の形状、第2かしめ部の形状、第2かしめ部の数といった詳細な条件については、本発明の機能を発揮する範囲で変更可能である。
10 軸部材
11A 第1V字溝
11B 第2V字溝
20 薄肉円筒部材
20a 端部
21 第1かしめ部
22 第2かしめ部
23 第2かしめ部
Claims (9)
- 軸部材と、該軸部材の外周面に内周面を嵌合させた薄肉円筒部材とを有し、
前記薄肉円筒部材は、軸方向の中間部を径方向に縮径されて前記軸部材の周面に設けられた第1V字溝に沿ってかしめられた第1かしめ部と、端面を内径側に折り込んで前記軸部材の周面に設けられた第2V字溝に沿ってかしめられた第2かしめ部とを有し、
第2V字溝は、軸方向に非対称な断面形状をなし、前記薄肉円筒部材を受容する端部側の切上げ角が、前記端部と反対側の切上げ角よりも大きいことを特徴とする接合構造体。 - 第2かしめ部は、前記薄肉円筒部材の端面の周方向の一部のみに形成されたことを特徴とする請求項1に記載の接合構造体。
- 第2かしめ部は、前記薄肉円筒部材の端面の周方向に、等間隔で形成されたことを特徴とする請求項2に記載の接合構造体。
- 前記軸部材の材料と、前記薄肉円筒部材の材料とが異なる金属よりなることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の接合構造体。
- 第2V字溝と前記薄肉円筒部材とのラップ代が、前記薄肉円筒部材の肉厚以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の接合構造体。
- 軸部材と、該軸部材の外周面に内周面を嵌合させた薄肉円筒部材とを有し、
前記薄肉円筒部材は、軸方向の中間部を径方向に縮径されて前記軸部材の周面に設けられた第1V字溝に沿ってかしめられた第1かしめ部と、端面を内径側に折り込んで前記軸部材の周面に設けられた第2V字溝に沿ってかしめられた第2かしめ部とを有し、
第2V字溝と前記薄肉円筒部材とのラップ代が、前記薄肉円筒部材の肉厚以下であることを特徴とする接合構造体。 - 第2かしめ部は、前記薄肉円筒部材の端面の周方向の一部のみに形成されたことを特徴とする請求項6に記載の接合構造体。
- 第2かしめ部は、前記薄肉円筒部材の端面の周方向に、等間隔で形成されたことを特徴とする請求項7に記載の接合構造体。
- 前記軸部材の材料と、前記薄肉円筒部材の材料とが異なる金属よりなることを特徴とする請求項6〜8の何れか一項に記載の接合構造体。
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