JP7356139B2 - 圧入接合構造体 - Google Patents
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Description
また、このような中実の丸形状における圧入では、強い圧入力が必要であるため、部品の変形・破損が発生し易い。これを防止するために部品の強度を高くすると、部品が大きくなり、重量も重くなる。また、強い圧入力による工具への負担が大きくなり、圧入装置が大型化し、高額になってしまう。
(1)本発明の圧入接合構造体は、筒部を有する固定部材と、前記筒部が圧入される圧入穴を有する接合部材と、を備え、前記圧入穴の軸平行断面が、山部と前記山部より大きな径の谷部を交互に繰り返す波形形状をなし、前記筒部は、前記圧入穴に圧入される圧入部の軸直角断面が頂部を有し、前記頂部の径が、前記山部の径より大きく構成されている。
(2)上記(1)において、前記接合部材の前記圧入穴の軸直角断面において、前記圧入部が前記圧入穴に圧入されることにより除却される圧入除却部が、前記山部と前記圧入部の外形で囲まれ、前記圧入部が前記圧入穴に圧入されることにより除却されない圧入逃げ部の0.1倍以上である。
(3)上記(2)において、前記圧入除却部が、前記圧入逃げ部より大きい。
(4)上記(1)から(3)のいずれかにおいて、前記圧入穴は、前記波形形状がねじである。
(5)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記接合部材の前記圧入穴が貫通して形成され、前記固定部材と前記接合部材が圧入接合された状態で、前記筒部の端部を塑性変形させて前記固定部材と前記接合部材の圧入接合の強度を増大させる。
(6)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記接合部材の前記圧入穴が貫通して形成され、前記筒部が、前記圧入部の先端に軸直角断面が丸形状の凹部を有し、前記固定部材と前記接合部材が圧入接合された状態で、前記凹部に圧入される抜け防止部材を有する。
(7)上記(1)から(6)のいずれかにおいて、前記筒部が、前記圧入部の先端に、軸直角断面が丸形状であって、径が前記圧入穴の前記山部と同径の芯出しガイドを有する。
(8)上記(1)から(7)のいずれかにおいて、前記頂部の径が、前記山部と前記谷部の径の差の30%以上、前記山部の径より大きい。
(9)上記(8)おいて、前記頂部の径が、前記山部と前記谷部の径の差の50%以上、前記山部の径より大きい。
(10)上記(1)から(7)のいずれかにおいて、前記頂部の径が、前記谷部の径より大きい。
(11)上記(10)において、前記圧入部は、前記谷部より小さい径の部分を有する。
(12)上記(1)から(11)のいずれかにおいて、前記筒部は、前記頂部を複数有し、前記頂部の径が同じである。
(13)上記(1)から(12)のいずれかにおいて、前記圧入部の軸直角断面が多角形である。
(14)上記(1)から(13)のいずれかにおいて、前記圧入部の軸直角断面が八角形である。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号又は符号を付している。
図1を用いて、本発明の実施形態に係る圧入接合構造体1の主要構成について説明する。
固定部材2は、略円筒形状をなし、一方の先端に筒部3を有し、筒部3には、フランジ6から突出する圧入部4、そのさらに先端に圧入部4より小径で軸直角断面が丸形状の円筒形状をなす芯出しガイド5が設けられている。
また、この波形形状は、圧入穴21の内面に設けられた雌ねじ25で構成してもよい。この場合、山部22はねじ山であり、谷部23はねじ谷である。
波形形状を雌ねじ25で形成する場合には、汎用旋盤に代表される汎用工作機械で効率よく加工することができる。
図3は、本発明の実施形態に係る圧入接合構造体1の組み立て状態の側面図である。
図2、図3を用いて、本実施形態に係る圧入接合構造体1の組み立てについて説明する。
図5は、本発明の実施形態に係る別の圧入接合構造体1(変形例)の主要構成を示す側面図である。
図6は、本発明の実施形態に係る別の圧入接合構造体1(変形例)の組み立て状態の側面図である。
図4、図5、図6を用いて、圧入接合構造体1の変形例について説明する。
図4、図5、図6では、固定部材2において、圧入部4、芯出しガイド5の内側に芯出しガイド5の先端より円筒形の穴である凹部8が設けられている。固定部材2と接合部材20が圧入接合された状態において、圧入穴21と凹部8が同心円状に形成されている。この状態で、底面部27において、固定部材2と反対側から抜け防止部材30の圧入胴部31が凹部8に圧入される。抜け防止部材30は圧入胴部31の一端に圧入胴部31より外径の大きいフランジ32が設けられており、フランジ32の圧入胴部31に近い側の面が底面部27に接した状態で圧入作業が完了する。
この圧入接合による組み立て状態において、接合部材20は、フランジ6の端面7と抜け防止部材30のフランジ32に挟持された状態になっている。
また、抜け防止部材30を圧入する際に圧入部4を拡げる方向に圧力が掛かるため、圧入部4と圧入穴21の圧入接合をより強固なものとする。このように、抜け防止部材30は接合部材20が固定部材2から抜けるのを防止するのに有効に機能している。
図3で示す圧入接合構造体1においては、固定部材2の抜け防止効果を高くするために、筒部3の先端に設けられた端部9を加圧して塑性変形させているが、抜け防止効果をさらに高める必要がある場合には、図6に示すように、抜け防止部材30を圧入することで、抜け防止力をより高くすることができる。
図8、図9及び図10は、本発明の実施形態に係る圧入接合構造体1の圧入接合部分の図3のBにおけるA-A拡大断面図及び図6のB’におけるA’-A’拡大断面図である。
図7において、筒部3は、固定部材2の一端に形成されている。フランジ6の軸直角平面である端面7から突出して圧入部4が形成されている。圧入部4は、軸直角断面が頂部10を有している。頂部10は角形状であってもよく、曲面であってもよい。また、ある頂部10とその隣の頂部10をつなぐ面の形状は、様々な形状にすることが可能であり、例えば、図7に示すように平面であってもよく、あるいは曲面であってもよい。
圧入接合の強度や圧入作業に必要な圧入力、及び、切り屑の発生量は、圧入部4と圧入穴21の相対的な大きさの関係により、大きく変動する。
図8に示す実施形態では、圧入部4の軸直角断面において頂部10が8個あり、軸直角断面の形状は八角形になっている。そして、頂部10は谷部23より僅かに内側に位置している。
山部22と谷部23の間の領域において、圧入部4の断面の外形形状である八角形より内側の部分が圧入により除却される圧入除却部12である。一方、山部22と圧入部4の外形である八角形の辺とで囲まれる部分は、圧入により除却されない圧入逃げ部13である。圧入除却部12を圧入逃げ部13より大きくすることで、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を大きくすることが可能である。
圧入により圧入除却部12が除却され、圧入逃げ部13の空間に収容される。圧入除却部12を圧入逃げ部13よりも小さくすると、圧入により除却される圧入除却部12が全て圧入逃げ部13に収容され、さらに余裕がある状態となり、圧入による圧縮力が十分に生じないため、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を大きくすることができない。このため、図8で示す八角形の場合のように、例えば、圧入部4の断面が、頂部10と頂部10を直線で結ぶ多角形の場合には、圧入除却部12を圧入逃げ部13より大きくする構成としている。但し、圧入部4の断面が多角形の場合に、圧入除却部12を圧入逃げ部13より大きくする構成が必須であるわけではなく、圧入部4の断面の形状や、山部22と谷部23の径等の条件によって変わってくる。
一方、図10に示すように、圧入部4の断面が、例えば、頂部10と頂部10を凹曲線で結ぶ形状の場合には、圧入除却部12が一定以上あれば固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を大きくできることがわかっている。頂部10を挟む角度がより鋭角になり、圧入部4の回転に対する圧入穴21の抵抗力が大きくなるためと考えられる。この場合には、圧入除却部12が圧入逃げ部13の0.1倍以上であることが必要であり、好ましくは0.3倍以上、より好ましくは0.5倍以上である。このような構成にすることにより、圧入作業の際に生じる圧入力を抑えることができる。
但し、頂部10と頂部10を凹曲線で結ぶ形状の場合にこのように構成されることが必須であるわけではない。また、圧入部4の断面が多角形の場合にも、このような構成にすることで、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を大きくできることがある。
他の条件が同じであれば、頂部10の径が小さくなると、回転方向に対するトルクの限界点が小さくなるが、圧入作業の際に生じる圧入力も小さくなり、圧入作業がやり易くなる。圧入接合に要求される回転方向に対するトルクの限界点に応じて、頂部10と山部22、谷部23の径の寸法関係が決定される。
このような観点から、頂部10の径が山部22と谷部23の径の差の30%以上、より好ましくは、50%以上、山部22の径より大きくすることにより、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を大きくすることが可能である。
圧入作業の際に生じる圧入力を抑えて、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を大きくために、図9に示すように、頂部10を谷部23より僅かに外側に位置させた場合には、頂部10以外の部分に谷部23より小さい径の部分を有するように構成することが有効である。本実施形態では、圧入穴21の軸平行断面が、山部22と山部22より大きな径の谷部23を交互に繰り返す波形形状にしており、谷部23と山部22の間の領域は、山部22の軸方向後方が谷部23に向けた空間になっているため、山部22を支える部分が小さく、変形し易い形状になっており、圧入力を抑えることができるためである。
このように、圧入部4の軸直角断面の形状は様々な形状とすることが可能であり、六角形や八角形などの多角形としてもよく、スプライン形状にしてもよい。
頂部10の個数が3個より少ない場合には、頂部10が接合部材20において圧入穴21の山部22あるいは谷部23より外側の部分に突出する箇所が少ないため、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を十分に大きくすることができない。
また、11個以上の場合には、圧入部4の軸直角断面が円形に近くなり、頂部10によるトルクの限界点を大きくする効果が小さくなり、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を十分に大きくすることができない。
また、標準品が購入できない場合には、汎用の工作機械によって加工して容易かつ安価に製作することができる。
これに対して、本実施形態においては、圧入穴21に雌ねじ25を設けた場合でも、シャンクに相当する固定部材2と工具に相当する接合部材20は圧入により接合されているため、どちらの方向に回転する場合でも同じ強度を有する。これにより、電動工具本体に取り付けられて使用した場合に、使用する回転方向やブレーキ動作によって工具の緩みや外れが発生するのを防止することができる。
本実施形態において、固定部材2と接合部材20は圧入接合され、更に、図3に示すとおり、筒部3の先端に設けられた端部9を加圧して塑性変形させる構造にしている。また、図6に示すとおり、抜け防止部材30を固定部材2の凹部8に圧入して、接合部材20を、固定部材2のフランジ6の端面7と抜け防止部材30のフランジ32で挟持する構造とし、抜け防止部材30を圧入する際に圧入部4を拡げる方向に圧力が掛かることで、圧入部4と圧入穴21の圧入接合をより強固なものとしている。これらにより、軸方向にかかる圧縮力や引っ張り力に対する圧入接合の強度を高くすることができる。このため、工具の押し付けや引き動作により、圧入が緩んで、外れることを防止することができる。
接合部材20の圧入穴21の軸直角断面において、圧入部4が圧入穴21に圧入されることにより除却される圧入除却部12が、除却されない圧入逃げ部13より大きい関係にすることで、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を大きくできる。
また、固定部材2の圧入部4の軸直角断面において頂部10を設けること、更には、頂部10の径と圧入穴21の径を適切な関係にすることによって、固定部材2に対する接合部材20の回転方向に対するトルクの限界点を安定的に大きくできる。
更に、固定部材2と接合部材20が圧入接合された状態において、筒部3の先端に設けられた端部9を加圧して塑性変形させる構造にしたり、抜け防止部材30を固定部材2に圧入し、接合部材20を挟持する構造にしたりすることで、軸方向の圧縮力や引っ張り力により、圧入接合が緩んで、外れることを防止することができる。
2 固定部材
3 筒部
4 圧入部
5 芯出しガイド
6 フランジ
7 端面
8 凹部
9 端部
10 頂部
12 圧入除去部
13 圧入逃げ部
16 工具取り付け穴
17 貫通ねじ
18 チャック部
20 接合部材
21 圧入穴
22 山部
23 谷部
25 雌ねじ
26 ドリル歯
27 底面部
30 抜け防止部材
31 圧入胴部
32 フランジ
33 貫通穴
51 センタードリル
52 セットスクリュー
Claims (13)
- 筒部を有する固定部材と、
前記筒部が圧入される圧入穴を有する接合部材と、を備え、
前記圧入穴の軸平行断面が、山部と前記山部より大きな径の谷部を交互に繰り返す波形形状をなし、
前記筒部は、前記圧入穴に圧入される圧入部を備え、
前記圧入部の軸直角断面が頂部を有し、
前記頂部の径が、前記谷部の径より大きい、
圧入接合構造体。 - 筒部を有する固定部材と、
前記筒部が圧入される圧入穴を有する接合部材と、を備え、
前記圧入穴の軸平行断面が、山部と前記山部より大きな径の谷部を交互に繰り返す波形形状をなし、
前記筒部は、前記圧入穴に圧入される圧入部を備え、
前記圧入部の軸直角断面が頂部を有し、
前記頂部の径が、前記山部の径より大きく構成され、
前記接合部材の前記圧入穴が貫通して形成され、
前記筒部が、前記圧入部の先端に軸直角断面が丸形状の凹部を有し、
前記固定部材と前記接合部材が圧入接合された状態で、前記凹部に圧入される抜け防止部材を有する、
圧入接合構造体。 - 前記接合部材の前記圧入穴の軸直角断面において、前記圧入部が前記圧入穴に圧入されることにより除却される圧入除却部が、前記山部と前記圧入部の外形で囲まれ、前記圧入部が前記圧入穴に圧入されることにより除却されない圧入逃げ部の0.1倍以上である、
請求項1又は請求項2に記載の圧入接合構造体。 - 前記圧入除却部が、前記圧入逃げ部より大きい、
請求項3に記載の圧入接合構造体。 - 前記圧入穴は、前記波形形状がねじである、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の圧入接合構造体。 - 前記接合部材の前記圧入穴が貫通して形成され、
前記固定部材と前記接合部材が圧入接合された状態で、前記筒部の端部を塑性変形させて前記固定部材と前記接合部材の圧入接合の強度を増大させる、
請求項1、請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の圧入接合構造体。 - 前記筒部が、前記圧入部の先端に、軸直角断面が丸形状であって、径が前記圧入穴の前記山部と同径の芯出しガイドを有する、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の圧入接合構造体。 - 前記頂部の径が、前記山部と前記谷部の径の差の30%以上、前記山部の径より大きい、
請求項2から請求項7のいずれか1項に記載の圧入接合構造体。 - 前記頂部の径が、前記山部と前記谷部の径の差の50%以上、前記山部の径より大きい、
請求項8に記載の圧入接合構造体。 - 前記圧入部は、前記谷部より小さい径の部分を有する、
請求項1に記載の圧入接合構造体。 - 前記筒部は、前記頂部を複数有し、前記頂部の径が同じである、
請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の圧入接合構造体。 - 前記圧入部の軸直角断面が多角形である、
請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の圧入接合構造体。 - 前記圧入部の軸直角断面が八角形である、
請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の圧入接合構造体。
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