WO2008015734A1 - Élément d'assemblage et son procédé de fabrication - Google Patents

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WO2008015734A1
WO2008015734A1 PCT/JP2006/315176 JP2006315176W WO2008015734A1 WO 2008015734 A1 WO2008015734 A1 WO 2008015734A1 JP 2006315176 W JP2006315176 W JP 2006315176W WO 2008015734 A1 WO2008015734 A1 WO 2008015734A1
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hole
columnar
press
cross
axis
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PCT/JP2006/315176
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Yu Hashimoto
Yoshihiko Ukai
Keiichi Matsunaga
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Meg Inc.
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Publication date
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    • F16B11/00Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing
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    • Y10T403/49Member deformed in situ
    • Y10T403/4966Deformation occurs simultaneously with assembly

Definitions

  • the present invention relates to a technique for fastening a pair of members.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a columnar fitting portion in which a triangular tooth selection is formed is press-fitted into a pipe to fasten them together.
  • the hardness of the fitting part is set higher than the hardness of the pipe.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 63-89229
  • the present invention solves the above problems. Providing a technology that can firmly fasten a pair of members.
  • the technique of the present invention can be embodied in a method of manufacturing a set member in which a first member and a second member are fastened.
  • the manufacturing method includes a step of forming a columnar portion in the first member, a step of forming a hole in the second member, and a step of press-fitting the columnar portion of the first member into the hole of the second member.
  • the diameter of the circumscribed circle circumscribing the cross section perpendicular to the axis of the columnar portion is set larger than the diameter of the inscribed circle inscribed in the cross section perpendicular to the axis of the hole.
  • the diameter of the inscribed circle inscribed in the cross section perpendicular to the axis of the columnar part is set smaller than the diameter of the inscribed circle circumscribed in the cross section perpendicular to the axis of the hole. And the hardness of the side surface of the columnar part and the hole is high.
  • a tapered portion is formed in which the cross section perpendicular to the axis is reduced toward the press-fitting direction of the columnar portion.
  • the side surface of the columnar part and the side surface of the hole interfere with each other in a partial range in the circumferential direction. At the same time, they are separated in a part of the circumferential direction.
  • the side with the higher hardness mainly pushes away the material forming the side with the lower hardness and bites into the side with the lower hardness.
  • the taper portion is formed on the higher side surface of the columnar portion and the hole, the material forming the side surface on the lower side is not easily pushed away in the press-fitting direction.
  • the cross section perpendicular to the axis can be set to a polygonal shape with respect to the higher hardness of the side surface of the columnar part and the side surface of the hole.
  • the protrusion extending in the axial direction can be repeatedly formed in the circumferential direction on the higher side of the side surface of the columnar part and the side surface of the hole.
  • the height of the peak of the protrusion is lower at the end located on the press-fitting start side, and the end force on the press-fitting start side is higher at the end located on the counter-pressing start side. It is preferable to continue to part.
  • the height of the peak of the protrusion is continuous means that the height of the peak changes in the direction perpendicular to the axis.
  • the protrusion extending in the axial direction includes a portion where the height of the peak increases uniformly in the axial direction, and the height of the peak is maintained constant in the axial direction. ! It is preferable that the parts are continuous.
  • the two inclined surfaces extending from the peak of the protrusion extending in the axial direction to both sides in the circumferential direction are preferably asymmetric with respect to the radius passing through the axis and the peak.
  • Peak force of protrusions extending in the axial direction Two inclined surface forces extending on both sides in the circumferential direction If the asymmetrical is about the radius passing through the shaft center and the peak, the fastening strength around the axis of the first and second members
  • the fastening strength when torque is applied in the other direction is stronger than the fastening strength when torque is applied in one direction. It is possible to realize a state in which the fastening strength differs depending on the direction in which the torque is applied.
  • a wall partially extending along the circumference passing through the intermediate height of the peak of the protrusion and the valley is rotationally symmetric It is preferable to be formed in multiple places that make up.
  • rotational symmetry means that the wall partially extending in the circumferential direction is formed at equal intervals at three or more locations on the circumference, and the center force is zero beta when the vector is added to the partial force vector. Means a state.
  • the walls are formed at a plurality of rotationally symmetric walls along the circumference, the coaxiality of the columnar portion of the first member and the hole of the second member can be ensured.
  • the member when the columnar portion of the first member is press-fitted into the hole of the second member, the member has a lower hardness than the side surface of the columnar portion and the side surface of the hole. It is preferable to interpose between the two sides.
  • the interposed member plastically flows and fills the gap formed between the side surface of the columnar part and the side surface of the hole.
  • the residual stress of the interposed member is applied to the side surface of the columnar part and the side surface of the hole, and the fastening force between the side surface of the columnar part and the side surface of the hole is increased.
  • the side surface of the columnar portion of the first member has a higher hardness than the side surface of the hole of the second member, and the outer periphery of the second member is constrained by a mold. It is preferable to press-fit the columnar portion of the first member into the hole of the second member.
  • the contact area between the side surface of the columnar part and the side surface of the hole is increased, and the fastening force between the first member and the second member can be increased.
  • the side surface of the columnar portion of the first member has a hole in the second member.
  • a part of the end surface of the second member whose hardness is higher than that of the side surface of the second member and the outer periphery thereof are constrained by a mold and the remaining portion of the end surface is capable of plastic flow, and the columnar portion of the first member is moved to the second member. It is preferable to press fit into the hole.
  • this assembled member is a assembled member in which the first member and the second member are fastened.
  • the columnar portion is formed in the first member, and the columnar portion is press-fitted into the second member.
  • a hole is formed. The side surface of the columnar portion and the side surface of the hole are in contact with each other in a partial range in the circumferential direction, and are separated in a partial range.
  • a tapered portion whose cross section perpendicular to the axis is reduced toward the press-fitting direction of the columnar portion is formed on the side of the columnar portion and the hole having a higher hardness.
  • a plastic fluidized portion that is plastically flowed toward a space where the side surface of the columnar portion and the side surface of the hole are spaced apart is formed on the lower side of the side surface of the columnar portion and the side surface of the hole.
  • FIG. 1 shows a columnar part of a first member and a hole of a second member (Embodiment 1).
  • FIG. 2 is a view taken along the line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a view taken along the line III-III in FIG.
  • FIG. 4 shows a state in which the columnar part of the first member is press-fitted into the hole of the second member (Embodiment 1).
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V—V in FIG.
  • FIG. 6 is a view showing a modification of the columnar part of the first member.
  • Figure 6 (a) shows a columnar section whose section perpendicular to the axis is a triangle.
  • Figure 6 (b) shows a columnar section with a hexagonal cross section perpendicular to the axis.
  • Figure 6 (c) shows a columnar section whose cross section perpendicular to the axis is a cross.
  • FIG. 7 shows columnar portions of the first member and holes of the second member (Embodiment 2).
  • FIG. 8 is a view taken along the line VIII-VIII in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where the columnar portion of the first member is press-fitted into the hole of the second member (Embodiment 2).
  • FIG. 10 shows columnar portions of the first member and holes of the second member (Embodiment 3).
  • FIG. 11 is a view taken along the line XI—XI in FIG.
  • FIG. 12 is a view taken along line XII—XII in FIG.
  • ⁇ 13] shows a state where the columnar portion of the first member is press-fitted into the hole of the second member (Embodiment 3).
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line XIV—XIV in FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state where the columnar part of the first member is press-fitted into the hole of the second member (Embodiment 4).
  • FIG. 18 is a perspective view of a cylindrical member (Embodiment 5).
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line XIV—XIV in FIG.
  • FIG. 20 is a detailed view of a portion XX in FIG.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line XXI—XXI in FIG.
  • FIG. 23 is a sectional view taken along line XXIII—XXIII in FIG.
  • FIG. 24 A sectional view showing a state in which the lowered columnar member is in contact with the tubular member.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing a state where the columnar member is being press-fitted into the cylindrical member.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a state where a columnar member is press-fitted into a cylindrical member.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing a state in which the material of the cylindrical member enters the groove between the protrusions of the columnar member.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of the mold jig (a configuration in which a bottom groove is provided).
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing a state in which the material of the cylindrical member plastically flowed into the bottom groove of the mold jig.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view when the outer peripheral portion of the cylindrical member is press-fitted without restricting the outward movement.
  • FIG. 34 shows the results of measuring the hardness of the protrusions of the columnar member after press-fitting.
  • FIG. 35 shows a state before the child parts of the crankshaft are fastened.
  • FIG. 36 shows the crankshaft with the child parts fastened by press-fitting.
  • FIG. 37 is a cross-sectional view showing a state before the shaft portion and the flange portion of the electric motor are fastened.
  • FIG. 38 is a sectional view showing a state where the shaft portion and the flange portion of the electric motor are fastened by press-fitting.
  • FIG. 39 is a sectional view showing a state before the outer race of the constant velocity joint and the tulip are fastened.
  • FIG. 40 is a cross-sectional view showing a state in which an outer race and a tulip of a constant velocity joint are fastened by press-fitting.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view showing a state where the shaft and the ring gear are fastened by press-fitting.
  • FIG. 42 is a cross-sectional view showing a state where a shaft and a ring gear are fastened by bolts.
  • the first member 100 is formed with a columnar portion 102 extending along the axis Ml.
  • a hole 152 extending along the axis M2 is formed.
  • the first member 100 and the second member 150 are fastened to each other by press-fitting the columnar portion 102 of the first member 100 into the hole 152 of the second member 150.
  • the tip 102 a side of the columnar part 102 is press-fitted from the one end 152 a side of the hole 152.
  • the columnar portion 102 of the first member 100 has a prismatic shape with a square cross section (transverse plane) perpendicular to the axis Ml.
  • a tapered portion 102b is formed on the tip 102a side of the columnar portion 102. In the tapered portion 102b, the cross section is reduced toward the tip 102a side, and the ridge 114 and the side surface 124 are inclined with respect to the axis Ml.
  • D1 in FIG. 2 indicates the diameter of the circumscribed circle C1 circumscribing the cross section of the columnar section 102.
  • D2 in Figure 2 is the columnar part 102
  • the diameter of the inscribed circle C2 inscribed in the cross section is shown.
  • D3 in FIG. 2 indicates the diameter of the circumscribed circle C3 circumscribing the cross section (that is, the front end surface 128) at the front end portion 108 of the columnar portion 102.
  • the hole 152 of the second member 150 has a circular cross section (transverse cross section) perpendicular to the axis M2.
  • the cross section of the hole 152 is constant along the direction of the axis M2, and its diameter is D6. Since the cross section of the hole 152 is circular, the diameter of the circumscribed circle circumscribing the cross section of the hole 152 and the diameter of the inscribed circle inscribed in the cross section of the hole 152 are both D6.
  • the columnar portion 102 of the first member 100 has a circumscribed circle diameter D1 of its transverse section larger than a diameter D6 of the hole 152 of the second member 150, and an inscribed circle diameter D2 of its transverse section is the first.
  • the diameter is set to be smaller than the diameter D6 of the cross section of the hole 1 52 of the two members 150.
  • the circumscribed circle diameter D3 of the cross section that is, the front end face 128, at the tip 102a of the columnar portion 102 is equal to the cross section of the hole 152 of the second member 102.
  • the cross section of the columnar portion 102 is reduced so as to be smaller than the diameter D6.
  • the cross section is uniformly reduced in the pressing direction of the columnar portion 102.
  • the first member 100 is made of a material having higher hardness than the second member 150.
  • the side surface 124 of the columnar portion 102 of the first member 100 is induction-hardened to increase its hardness. Thereby, the side surface 124 of the columnar portion 102 of the first member 100 is made harder than the side surface of the hole 152 of the second member 150.
  • the first member 100 and the second member 150 can be made of steel, aluminum, or copper, for example.
  • the first member 100 and the second member 150 can be formed by forging, for example.
  • the side surface 124 of the columnar portion 102 of the first member 100 and the side surface of the hole 152 of the second member 150 may be subjected to forming treatment such as plating or chemical coating.
  • FIG. 4 and 5 show a state in which the columnar portion 102 of the first member 100 is press-fitted into the hole 152 of the second member 150.
  • FIG. 4 in this press-fitting process, in a state where the second member 150 is supported by a mold 190 or the like, the axis Ml of the columnar portion 102 and the axis M2 of the hole 152 are aligned with each other, and the first member 100 and the first member 100 are aligned. 2 Move the member 150 relatively close along the axes Ml and M2.
  • the circumscribed circle diameter D 1 is larger than the diameter D 6 of the hole 152
  • the inscribed circle diameter D 2 is smaller than the diameter D 6 of the hole 152. Therefore, as shown in FIG.
  • a part of the side surface 124 of the columnar part 102 (specifically, near the ridge 114) abuts the side surface of the hole 152, and a part of the side surface 124 of the columnar part 102 also separates the side force of the hole 152 to cause a gap 180. Is formed.
  • the direction force of the side surface 124 of the columnar part 102 Since the hardness is higher than the side surface of the hole 152, the side surface of the hole 152 is greatly plastically deformed.
  • the side surface 124 of the columnar part 102 is also plastically deformed to a small extent. Since the tapered portion 102b in which the ridge 114 and the side surface 124 are inclined is provided on the tip 102a side of the columnar portion 102, the plastically deformed portion of the second member 150 does not flow so much downward, A large amount of fluid flows in the gap 180 between the columnar part 102 and the hole 152.
  • the portion 182 that plastically flows into the gap 180 is hardened by work hardening.
  • the plastic deformation portion 182 of the second member 150 flows into the gap 180, and the first member 100 and the second member 150 are firmly clamped by work hardening accompanying plastic deformation.
  • the columnar portion 102 of the first member 100 is not limited to one having a square cross section.
  • the cross section may be triangular as shown in Fig. 6 (a), the cross section may be hexagonal as shown in Fig. 6 (b), or Fig. 6 (c).
  • the cross section may be a polygon having a substantially cross shape.
  • the cross section of the columnar portion 102 may have a shape in which the circumscribed circle diameter D1 is larger than the diameter D6 of the hole 152 and the inscribed circle diameter D2 is smaller than the diameter D6 of the hole 152.
  • a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a technique for fastening the first member 100 and the second member 250 shown in FIG. 7 will be described.
  • the first member 100 is the same and the second member 250 is different.
  • the second member 250 has a hole 252 extending along the axis M2.
  • the first member 100 and the second member 250 are fastened to each other by press-fitting the columnar portion 102 of the first member 100 into the hole 252 of the second member 250.
  • the tip 102a side is press-fitted from the end 252a side of the hole 252.
  • the hole 252 of the second member 250 has a square cross section (transverse cross section) perpendicular to the axis M2.
  • the cross section of the hole 252 is constant along the direction of the axis M2.
  • D 6 in FIG. 8 indicates the diameter of the circumscribed circle C 6 circumscribing the transverse section of the hole 252.
  • D7 in FIG. 2 indicates the diameter of the inscribed circle C7 inscribed in the transverse section of the hole 252.
  • the cross section of the columnar portion 102 of the first member 100 and the cross section of the hole 252 of the second member 250 are both square and have the same size. Therefore, the circumscribed circle diameter D1 of the cross section of the columnar portion 102 of the first member 100 is equal to the circumscribed circle diameter D6 of the cross section of the hole 252 of the second member 250. Is larger than the inscribed circle diameter D7.
  • the inscribed circle diameter D2 of the cross section of the columnar portion 102 of the first member 100 is equal to the inscribed circle diameter D7 of the cross section of the hole 252 of the second member 250.
  • the circumscribed circle diameter of the surface is smaller than D6.
  • the circumscribed circle diameter D3 of the front end surface 128 of the first member 100 is smaller than the inscribed circle diameter D7 of the hole 252 of the second member 250.
  • the side surface 124 of the columnar portion 102 of the first member 100 is harder than the side surface of the hole 252 of the second member 250.
  • FIG. 9 shows a state in which the columnar portion 102 of the first member 100 is press-fitted into the hole 252 of the second member 250.
  • the circumscribed circle diameter D1 of the cross section of the columnar portion 102 of the first member 100 is larger than the inscribed circle diameter D7 of the cross section of the hole 252 of the second member 250.
  • the inscribed circle diameter D2 of the cross section of the columnar part 102 is smaller than the circumscribed circle diameter D6 of the cross section of the hole 252 of the second member 250.
  • the columnar part 102 when the columnar part 102 is press-fitted into the hole 252, a part of the side surface 124 of the columnar part 102 is inserted by pressing them with a phase difference of 45 degrees around the axis (specifically, near the peak 114). Is in contact with the side surface of the hole 252, and a part of the side surface 124 of the columnar portion 102 is also separated from the side force of the hole 252 to form a gap 280. Since the side surface 124 of the columnar part 102 has higher hardness than the side surface of the hole 252, the ridge 114 of the columnar part 102 bites into the side surface of the hole 252 and the side surface of the hole 252 is greatly plastically deformed.
  • the side surface 124 of the columnar portion 102 is also plastically deformed to a certain degree. Since the tapered portion 102b in which the ridge 114 and the side surface 124 are inclined is provided on the tip 102a side of the columnar portion 102, the plastically deformed portion of the second member 250 does not flow so much downward, Many in the gap 280 between the columnar part 102 and the hole 252 To flow. The hardness of the portion 282 that plastically flows into the gap 280 is increased by work hardening. The plastic deformation portion 282 of the second member 250 flows into the gap 280, and the first member 100 and the second member 250 are firmly fastened by work hardening accompanying plastic deformation.
  • the columnar portion 102 of the first member 100 is not limited to one having a square cross section.
  • the hole 252 of the second member 250 is not limited to one having a square cross section.
  • Each of the cross section of the columnar portion 102 and the cross section of the hole 252 may be any one of a triangle, a quadrangle, a pentagon, and so on.
  • the cross-section of the columnar section 102 and the cross-section of the hole 252 may have the same shape and dimensions, or the same shape and different dimensions, and the mutually different shapes and dimensions. Also good.
  • the circumscribed circle diameter D1 of the cross section of the columnar section 102 is larger than the inscribed circle diameter D7 of the cross section of the hole 252.
  • Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a technique for fastening the first member 300 and the second member 350 shown in FIG. 10 will be described.
  • the first member 300 is formed with a columnar portion 302 extending along the axis Ml.
  • the second member 350 is formed with a hole 352 extending along the axis M2.
  • the first member 300 and the second member 350 are fastened together by press-fitting the columnar portion 302 of the first member 300 into the hole 352 of the second member 350.
  • the tip 302 a side of the columnar portion 302 is press-fitted from the one end 352 a side of the hole 352.
  • the columnar portion 302 of the first member 300 has a cylindrical shape whose cross section (transverse cross section) perpendicular to the axis Ml is a circular diameter.
  • the cross section of the columnar section 302 is constant along the direction of the axis Ml, and its diameter is D1. Since the cross section of the columnar portion 302 is circular, the diameter of the circumscribed circle circumscribing the cross section of the columnar portion 302 and the diameter of the inscribed circle inscribed in the cross section of the columnar portion 302 are both D1.
  • the hole 352 of the second member 350 has a square cross section (transverse cross section) perpendicular to the axis M2.
  • a tapered portion 352b is formed on one end 352a side of the hole 352.
  • the cross section is enlarged toward the one end 352a side, and the side surface of the hole 352 is inclined with respect to the axis M2.
  • D6 in FIG. 12 indicates the diameter of the circumscribed circle C6 circumscribing the cross section of the hole 352.
  • D7 in FIG. 12 indicates the diameter of the inscribed circle C7 inscribed in the cross section of the hole 352.
  • D8 in FIG. 12 indicates the diameter of the inscribed circle C8 inscribed in the transverse section at the one end 352a of the hole 352.
  • the diameter D1 of the columnar portion 302 of the first member 300 is smaller than the circumscribed circle diameter D6 of the hole 352 of the second member 350, which is larger than the inscribed circle diameter D7 of the hole 352 of the second member 350.
  • the cross section of the hole 352 is enlarged so that the inscribed circle diameter D8 at the one end 352a of the hole 352 is larger than the diameter D1 of the columnar portion 302 of the first member 300. ing.
  • the cross section of the hole 352 is reduced toward the press-fitting direction of the columnar portion 302.
  • the side surface 324 of the columnar portion 302 of the first member 300 has a lower hardness than the side surface of the hole 352 of the second member 350.
  • FIGS. 13 and 14 show a state in which the columnar portion 302 of the first member 300 is press-fitted into the hole 352 of the second member 350.
  • the axis Ml of the columnar portion 302 and the axis M2 of the hole 352 are made to coincide with each other.
  • Two members 350 are moved relatively close to each other along the axes Ml and M2.
  • the diameter D1 of the columnar portion 302 is smaller than the circumscribed circle diameter D6 of the hole 352 which is larger than the inscribed circle diameter D7 of the hole 352. Therefore, as shown in FIG.
  • a gap 380 is also formed by separating the side forces of 352.
  • the side force 3 of the side surface 3 24 of the columnar portion 302 Since the hardness is lower than that of the side surface of the hole 352, the side surface 324 of the columnar portion 302 is greatly plastically deformed.
  • the side surface of the hole 352 is also plastically deformed to a small extent.
  • the plastically deformed portion of the first member 300 does not flow so much upward, and the columnar portion 302 and A large amount of fluid flows in the gap 380 between the holes 352.
  • the part 382 that plastically flowed into the gap 380 is hardened by machining. As a result, the hardness is increased.
  • the plastic deformation portion 382 of the first member 300 flows into the gap 380, and the first member 300 and the second member 350 are firmly fastened by work hardening accompanying plastic deformation.
  • the hole 352 of the second member 350 is not limited to one having a square cross section.
  • the hole 352 of the second member 350 may have any of a triangular, quadrangular, pentagonal,... Cross section.
  • the cross-section of the hole 352 has a shape in which the circumscribed circle diameter D6 is larger than the diameter D1 of the columnar portion 302, and the inscribed circle diameter D2 is smaller than the diameter D1 of the columnar portion 302. If it is. Thereby, a part of the side surface 324 of the columnar part 302 interferes with the side surface of the hole 352, and a gap 380 is formed between a part of the side surface 324 of the columnar part 302 and the side surface of the hole 352. The columnar portion 302 can be pressed into the hole 352.
  • Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • a technique for fastening the first member 100 and the second member 150 shown in FIG. 15 will be described.
  • the first member 100 and the second member 150 are the same, but differ in that an insertion member 400 is interposed.
  • the insertion member 400 is a ring-shaped member having an inner hole 402.
  • the insertion member 400 may be made of metal or nonmetal.
  • the insertion member 400 preferably has a lower hardness than the first member 100 and the second member 150.
  • FIG. 16 shows a state where the columnar portion 102 of the first member 100 is press-fitted into the hole 252 of the second member 250.
  • a part of the side surface 124 of the columnar part 102 (specifically, near the peak 114) bites into the side surface of the hole 252 and a part of the side surface 124 of the columnar part 102 is Side forces are also separated.
  • the deformed insertion member 400 fills the gap between the side surface 124 of the columnar part 102 and the side surface of the hole 252. Thereby, the first member 100 and the second member 150 are tightened more firmly.
  • a group of protrusions 16 extending in the direction of the axis 18 and repeating in the circumferential direction is formed.
  • the protrusion 16 is provided with a constant height portion 19 where the height of the peak is constant, and a height changing portion 20 where the height of the peak changes uniformly as a result of upward force (Fig. 21). reference).
  • the columnar member 12 is formed with a pair of first contact surfaces 25 extending in the axial direction and the circumferential direction. One first abutment surface 25 and the other first abutment surface 25 are disposed symmetrically with respect to the shaft 18 of the columnar member 12. Further, the columnar member 12 is formed with a pair of second contact surfaces 26 that extend in the axial direction and the circumferential direction and that are 90 degrees out of phase with the first contact surface 25.
  • the columnar member 12 is manufactured with a higher material strength than the cylindrical member 14. (Feature 4) The cylindrical member is set in a circular recess of the mold jig.
  • Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the columnar member 12 shown in FIG. 17 and the cylindrical member 14 shown in FIG. 18 are fastened by press-fitting.
  • the top and bottom in FIG. 17 correspond to the top and bottom of the columnar member 12 and the cylindrical member 14.
  • a group of protrusions 16 extending in the direction of the shaft 18 and repeating in the circumferential direction are formed on the lower end side of the columnar member 12 (a selection is formed).
  • a groove 17 is formed between the protrusion 16 and the protrusion 16.
  • the protrusion 16 has a portion 19 with a constant peak height (hereinafter referred to as “constant height portion 19”) and a uniform peak height.
  • a portion 20 (hereinafter referred to as a “height changing portion 20”) that is increased (changed) is provided.
  • the upper end 22 of the height changing portion 20, that is, the portion where the height changing portion 20 continues to the constant height portion 19 is rounded.
  • the cross section is circular and the radius is uniform upward.
  • a tapered portion 41 (hereinafter sometimes referred to as a “tapered surface 41”) is provided.
  • the height changing portion 20 of the protrusion 16 is continuous with the taper surface 41 by having a height of zero at the end 29 thereof.
  • the taper surface 41 is continuous with the tip surface 24 formed at the tip.
  • the cross section is uniformly reduced toward the press-fitting direction of the columnar member 12 at the tapered surface 41 and the height changing portion 20 of the protrusion.
  • the side surface shapes of the height changing portion 20 of the protrusion 16 and the tapered surface 41 are linear in FIG. 21, but are not limited thereto.
  • the side surfaces of the height changing portion 20 and the tapered surface 41 may be curved.
  • the upper end portion 22 of the height changing portion 20 of the protrusion 16 is not necessarily rounded as long as it smoothly and continuously contacts the constant height portion 19! /.
  • one side surface 27 of the protrusion 16 coincides with the diameter direction.
  • the other side surface 28 of the protrusion 16 is inclined with respect to the one side surface 27.
  • the columnar member 12 is formed with a pair of first contact surfaces (walls) 25 extending in the direction of the axis 18 thereof.
  • One first abutment surface 25 and the other first abutment surface 25 are arranged symmetrically with respect to the shaft 18 of the columnar member 12.
  • the surface of the first contact surface 25 coincides with the outer peripheral surface of the columnar member 12 assuming a cylinder centered on the axis 18.
  • the columnar member 12 is formed with a second contact surface 26 which has the same shape as the first contact surface 25 and is similarly arranged. The phases of the first contact surface 25 and the second contact surface 26 are shifted by 90 degrees.
  • the diameter D1 of the circumscribed circle circumscribing the cross section perpendicular to the axis 18 of the columnar member 12 (hereinafter simply referred to as the outer diameter D1 t) is set to be larger and dimensioned than the inner diameter D6 of the cylindrical member 14 (see FIG. 18). Being!
  • the diameter D3 of the front end surface 24 of the columnar member 12 is set to be smaller than the inner diameter D6 of the cylindrical member 14.
  • bottom diameter D2 The diameter of the inscribed circle inscribed in the cross section perpendicular to the axis 18 of the columnar member 12, that is, the diameter of the circle including the bottom surfaces 23 of the grooves 17 of the columnar member 12 (hereinafter referred to as “bottom diameter D2”) is The dimension is set to be larger than the inner diameter D6 of the shaped member 14.
  • the bottom surface diameter D2 is smaller than the inner diameter D6 of the cylindrical member 14 and can be set to a dimension.
  • the columnar member 12 is a forged product, and is produced with a material strength higher than that of the cylindrical member 14.
  • the protrusion 16 of the columnar member 12 and the root portion of the protrusion 16 may be subjected to induction hardening, for example, so that the hardness of the protrusion 16 and its root portion can be made higher than that of the cylindrical member 14.
  • the columnar member 12 and the cylindrical member can be made of steel, aluminum or copper, for example.
  • the cylindrical member 14 is set in a circular recess 39 of a mold jig (mold) 30 as shown in FIGS.
  • the upper surface 33 of the cylindrical member 14 is disposed lower than the upper surface 34 of the mold jig 30.
  • the cylindrical member 14 is set on the mold jig 30 with the outer peripheral surface 31 having almost no gap with the inner peripheral surface 32 of the mold jig 30.
  • the mold jig 30 is fixed to a support base (not shown).
  • the columnar member 12 is disposed above the cylindrical member 14 set on the mold jig 30 with a lifting mechanism (not shown) supported.
  • a lifting mechanism (not shown) supported.
  • the columnar member 12 and the tubular member 14 are fastened, the columnar member 12 is lowered.
  • the diameter D3 of the distal end surface 24 is set to be smaller than the inner diameter D6 of the cylindrical member 14. Therefore, when the columnar member 12 is lowered, the tapered surface 41 of the columnar member 12 and the inner peripheral upper edge 36 of the cylindrical member 14 come into contact as shown in FIG.
  • the bottom surface diameter D2 of the groove 17 is set to be larger than the inner diameter D6 of the cylindrical member 14.
  • the inner peripheral surface 35 of the cylindrical member 14 has a groove 17 in the horizontal positional relationship. It is arranged on the inner side (axis side) from the bottom surface 23 of the.
  • FIG. 25 illustrates a state where the columnar member 12 is further lowered. Since the height of the peak of the protrusion 16 of the columnar member 12 is lower below the upper side and the hardness of the columnar member 12 is higher than that of the cylindrical member 14, the protrusion 16 is formed on the cylindrical member 14. As it bites in, the cylindrical member 14 descends while plastically deforming much. At this time, the protrusion 16 is plastically deformed to a lesser extent than the cylindrical member 14. Since the columnar member 12 is provided with the height changing portion 20 and the tapered surface 41 whose side surface shape is inclined, the plastically deformed portion of the cylindrical member 14 does not flow so much downward, and the groove 17 It enters while flowing in (flows in). As the tubular member 14 flows somewhat downward, the cylindrical member 14 is formed with a convex plastic deformation portion 70 (in the drawings described below, this convex plastic deformation portion 70 is omitted). is doing).
  • FIG. 26 illustrates a state where the columnar member 12 has reached the lowest position and stopped. Since the projection 16 of the columnar member 12 plastically deforms the cylindrical member 14, and the cylindrical member 14 is set in the mold jig 30 and cannot be deformed outward, the upper surface 33 of the cylindrical member 14 is more than before the deformation. High Arranged. Further, the inner peripheral surface 35 of the cylindrical member 14 is also arranged on the inner side than before the deformation. As shown in FIG. 27, the plastically deformed portion of the cylindrical member 14 sufficiently enters the groove 17 of the columnar member 12. Further, when the projection 16 of the tubular member 14 is bitten and the projection 16 of the columnar member 12 is plastically deformed, work hardening occurs in both deformed portions.
  • the hardness of the plastic deformation part becomes high. Therefore, the columnar member 12 and the cylindrical member 14 are firmly fastened by the plastic deformation portion of the cylindrical member 14 sufficiently entering the groove 17 of the columnar member 12 and the work hardening accompanying the plastic deformation.
  • one side surface 27 of the protrusion 16 coincides with the diameter direction, and the other side surface 28 of the protrusion 16 is inclined with respect to the one side surface 27. Therefore, the fastening strength around the axis of the columnar member 12 and the cylindrical member 14 varies depending on the direction of the torque. For example, in FIG. 27, when the cylindrical member 14 is fixed, a higher fastening strength can be obtained by applying a clockwise torque to the columnar member 12 than by applying a counterclockwise torque to the columnar member 12. Since the other side surface 28 of the protrusion 16 is inclined with respect to the diametrical direction, slippage tends to occur between the columnar member 12 and the cylindrical member 14 when a counterclockwise torque is applied to the columnar member 12. Because.
  • the inner peripheral surface 35 of the cylindrical member 14 is the bottom surface 23 of the groove 17. It is arranged inside.
  • the diameter D3 of the front end surface 24 of the columnar member 12 and the bottom surface diameter D2 of the bottom surface 23 are set so that such a relationship is ensured even if the inner diameter D6 of the cylindrical member 12 varies. Therefore, even when the inner diameter D6 of the cylindrical member 12 varies, the inner peripheral surface 35 of the cylindrical member 14 in the horizontal positional relationship when the columnar member 12 contacts the inner peripheral upper edge 36 of the cylindrical member 14. There is no gap between the groove 17 and the bottom surface 23 of the groove 17. If there is no gap between the inner peripheral surface 35 of the cylindrical member 14 and the bottom surface 23 of the groove 17, the columnar member 12 is further lowered to deform the cylindrical member 14. As a result, the plastically deformed portion sufficiently enters the groove 17.
  • the upper end portion 22 of the height changing portion 20 of the protrusion 16 is rounded. Therefore, from the state where the columnar member 12 is lowered and the height changing portion 20 of the protrusion 16 is in contact with the cylindrical member 14, the constant height portion 19 of the protrusion 16 is also in contact with the cylindrical member 14.
  • the force for lowering the columnar member 12 is suppressed from suddenly decreasing. Therefore, it becomes easy to control the descending speed of the columnar member 12. It is also possible to detect a change in force for lowering the columnar member 12 and to estimate the lowered position of the columnar member 12 based on the change force. In this way, it is possible to perform an accurate fastening compared to the press-fitting control based only on the movement distance of the columnar member 12.
  • the phase shift between the pair of first contact surfaces 25 and the pair of second contact surfaces 26 is not limited to 90 degrees. Even if the phase shift is an angle other than 90 degrees, the contact surfaces 25 and 26 can accurately align the axis of the columnar member 12 and the axis of the cylindrical member 14. 5 or more surfaces such as the first contact surface 25 and the second contact surface 26 can be provided. By arranging multiple abutment surfaces and making the arrangement zero for the vector addition of the force acting on the abutment surface during press-fitting, the axis of the columnar member 12 and the axis of the cylindrical member 14 are accurately aligned. Can be made.
  • a bottom groove 38 that makes a round in the circumferential direction can be formed near the outer periphery of the bottom 37 of the mold jig 30.
  • a part of the plastically deformed portion of the cylindrical member 14 flows and enters the bottom groove 38 as shown in FIG.
  • the amount of plastic deformation and the plastic deformation range can be adjusted. Adjust the amount of plastic deformation and the plastic deformation range. If it is possible, the hardness and the work hardening range can be set, and the fastening force is stabilized.
  • This type of mold jig 30 can also be used in the first to fourth embodiments described above.
  • the columnar member 12 and the cylindrical member 14 can be fastened without using the mold jig 30.
  • the cylindrical member 14 is positioned on the support base 40. Even if the mold jig 30 is not used, the cylindrical member 14 is thicker (distance between the outer peripheral surface 31 and the inner peripheral surface 35) or the hardness of the cylindrical member 14 is higher than the hardness of the columnar member 12. In the case where the diameter of the cylindrical member 14 is significantly smaller, the plastic deformation portion of the cylindrical member 14 can sufficiently enter the groove 17 of the columnar member 12.
  • the columnar member 12 is not limited to a cylindrical shape, and may be a prismatic shape.
  • the tubular member 14 need not be cylindrical.
  • the inner peripheral surface of the cylindrical member 14 may be polygonal. The inventor fastened the cylindrical member 14 and the columnar member 12 under various conditions and measured their hardness. The results will be described below.
  • FIG. 31 shows a cross-sectional view in a state where the plastically deformed portion of the cylindrical member 14 has entered the groove 17 of the columnar member 12.
  • the columnar member 12 is indicated by a dotted line
  • the cylindrical member 14 is indicated by a solid line.
  • the cylindrical member 14 enters the approximately “2Z3” groove 17 in depth.
  • “ ⁇ ” is “1 ⁇ 2” which is a value obtained by subtracting the inner diameter D6 of the cylindrical member 14 from the outer diameter D1 of the columnar member 12.
  • the lower half of Figure 31 summarizes the hardness measurement results in a graph.
  • the horizontal axis of the graph corresponds to the distance along each column of (a) to (f) with a predetermined position as a reference.
  • the vertical axis corresponds to the measured hardness (Vickers hardness Hv).
  • (M) in the graph indicates the material hardness (hardness before press-fitting) of the cylindrical member 14.
  • M material hardness (hardness before press-fitting) of the cylindrical member 14.
  • the plastically deformed portion of the cylindrical member 14 enters the groove 17 of the columnar member 12 only shallowly. This is probably because “3 711” is as small as “0.25”. Nevertheless, as is clear from the graph in the lower half of Figure 32, work hardening has occurred and the hardness has increased.
  • the cylindrical member 14 has entered the groove 17 deeply.
  • the hardness is increasing in all of the rows to (f). Since the cylindrical member 14 deeply enters the groove 17 and has a high hardness, the fastening strength around the axis of the columnar member 12 and the cylindrical member 14 is maximized when fastened under the present fastening conditions.
  • the top surface force of the protrusion 16 also corresponds to the directional force distance in the direction of the axis 18 of the columnar member 12.
  • the vertical axis of the graph corresponds to the measured hardness (Pickers hardness Hv).
  • the solid line in the graph indicates the measured hardness, and the dotted line indicates the material hardness of the columnar member 14.
  • the hardness of the protrusion 16 remains almost constant until the distance is about 2 (mm), and the hardness decreases sharply as the distance increases.
  • FIG. 35 shows a crankshaft 42 having child parts 43-48.
  • a recess 50 is formed in the child part 43.
  • the child parts 44 to 47 are each formed with a recess 51 and a selection 51 having a plurality of protrusions.
  • the child part 48 is formed with a selection 51.
  • FIG. 36 shows the state where the selection 51 is press-fitted into the recess 50, the child parts 43 to 48 are fastened, and the crankshaft 42 is completed.
  • the crankshaft is manufactured integrally.
  • the gap 52 shown in FIG. 36 is hot forged.
  • the width of the die forging the gap 52 is limited even if it is to be thin There is.
  • the axial length of the crankshaft cannot be reduced.
  • the fastening technique of the present invention since the crankshaft 42 is completed by fastening the child parts 43 to 48, it is not necessary to hot forge the gap 52. Therefore, the axial length of the crankshaft 42 can be reduced by / J, compared with the conventional length.
  • crankshaft of a V-type engine requires a twist process when manufactured integrally.
  • the positional relationship between the concave portion and the selection shaft can be adjusted during fastening, so that the twisting process can be omitted.
  • the small parts 44 to 48 can be further constituted by a plurality of grandchild parts, and the technique of the present invention can be applied to fastening them.
  • FIG. 37 shows the shaft portion 53 and the flange portion 54 of the electric motor.
  • a selection 55 is formed on the shaft portion 53.
  • FIG. 38 shows a state where the shaft portion 53 and the flange portion 54 are fastened by the fastening technique of the present invention.
  • FIG. 39 shows a constant velocity joint outer race 56 and a tulip 57.
  • a serration 58 is formed on the inner peripheral surface.
  • the inner diameter of the serration of the outer race 56 has its end 72 gradually extended toward the opening.
  • One end 74 of the tulip 57 is gradually reduced in diameter.
  • the outer race 56 and the tulip 57 are fastened by the fastening technique of the present invention.
  • FIG. 41 shows a state in which the shaft 60 and the ring gear 61 are fastened by the fastening technique of the present invention.
  • a selection 62 is formed on the outer periphery of the shaft 60.
  • the shaft 63 and the ring gear 61 must be fastened with bolts 65 as shown in FIG. 42, and the number of parts increases.
  • fastening technique of the present invention can be suitably employed, for example, for fastening members shown below.

Landscapes

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Description

明 細 書
組部材と組部材の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、一対の部材を締結する技術に関する。
背景技術
[0002] 特許文献 1には、三角歯セレーシヨンが形成された柱状の嵌込み部を、パイプに圧 入することによって、両者を締結する技術が開示されている。この技術では、嵌込み 部の硬度をパイプの硬度よりも高くしておく。嵌込み部がパイプに圧入されると、三角 歯セレーシヨンの峰力 Sパイプ内周面に食い込むことによって、嵌め込み部とパイプが 締結される。
特許文献 1:特開昭 63— 89229号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上述した従来技術では、柱状の嵌込み部をパイプに圧入したときに、パイプ側の材 料が圧入方向に押し退けられやすぐ塑性流動したパイプ側の材料が三角歯と三角 歯の間に十分に流入することができない。このため、嵌込み部とパイプを強固に締結 することができない。
本発明は、上記の問題を解決する。一対の部材を強固に締結可能な技術を提供 する。
課題を解決するための手段
[0004] 本発明の技術は、第 1部材と第 2部材が締結されている組部材の製造方法に具現 化することができる。この製造方法は、第 1部材に柱状部を形成する工程と、第 2部材 に孔を形成する工程と、第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入する工程を備えて いる。ここで、前記柱状部の軸に垂直な断面に外接する外接円の径は、前記孔の軸 に垂直な断面に内接する内接円の径よりも大きく設定する。また、前記柱状部の軸に 垂直な断面に内接する内接円の径は、前記孔の軸に垂直な断面に外接する外接円 の径よりも小さく設定する。そして、前記柱状部と前記孔のうちの側面の硬度が高い 方には、柱状部の圧入方向に向けて軸に垂直な断面が縮小するテーパ部を形成す る。
[0005] この製造方法では、第 1部材に形成した柱状部を第 2部材に形成した孔に圧入す る際に、柱状部の側面と孔の側面が、周方向の一部の範囲で干渉するとともに、周 方向の一部の範囲で離間する。柱状部の側面と孔の側面が干渉する範囲では、主 に、硬度が高い方の側面が、硬度が低い方の側面を形成する材料を押し退けて、硬 度が低い方の側面に食い込む。このとき、柱状部と孔のうちの側面の硬度が高い方 にはテーパ部が形成されているので、硬度が低い方の側面を形成する材料は、圧入 方向にあまり押し退けられず、周方向ゃ径方向に塑性流動する。それにより、柱状部 の側面と孔の側面が離間する範囲では、硬度の低 、方の側面が硬度の高 、方の側 面側へ盛り上がり、硬度が高い方の側面は硬度が低い方の側面により大きく食い込 むこととなる。それにより、第 1部材の柱状部と第 2部材の孔は強固に締結される。 この製造方法によると、第 1部材と第 2部材を強固に締結した組部材を製造すること ができる。
[0006] 上記した製造方法では、前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度が高い方 について、軸に垂直な断面を多角形に設定することができる。この場合、その圧入開 始側の端部に柱状部の圧入方向に向けて軸に垂直な断面が縮小するテーパ部を形 成することが好ましい。
あるいは、前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度が高い方に、軸方向に 伸びる突起を周方向に繰返し形成することができる。この場合、その突起の峰の高さ を、圧入開始側に位置する端部において低ぐ反圧入開始側に位置する端部にお いて高ぐ圧入開始側の端部力 反圧入開始側の端部まで連続させることが好まし い。ここで、突起の峰の高さが連続しているとは、峰の高さが軸直角方向に向かって 変化して 、な 、ことを意味する。
[0007] 突起を形成する方式を採用する場合、前記軸方向に伸びる突起は、峰の高さが軸 方向に一様に増加する部分と、峰の高さが軸方向に一定に維持されて!、る部分が連 続していることが好ましい。
それにより、同一仕様の複数の組部材を製造する際に、締結力のばらつきを抑える ことができる。
[0008] 前記軸方向に伸びる突起の峰から周方向両側に伸びる 2つの傾斜面は、軸心と峰 を通過する半径に対して非対称であることが好まし 、。
軸方向に伸びる突起の峰力 周方向両側に伸びる 2つの傾斜面力 軸心と峰を通 過する半径に対して非対称になっていると、第 1部材と第 2部材の軸廻りの締結強度
1S トルクをかける方向によって違ってくる。一方の方向にトルクをかけた場合の締結 強度よりも、他方の方向にトルクをかけた場合の締結強度の方が強くなる。トルクをか ける方向によって締結強度が違う状態を実現することができる。
[0009] 前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度が高い方には、突起の峰と谷の中 間高さを通過する円周に沿って部分的に伸びる壁が、回転対称をなす複数個所に 形成されて ヽることが好ま ヽ。
ここで、回転対称とは、周方向に部分的に伸びる壁が、円周の 3箇所以上に等間隔 に形成されており、中心力も部分壁に向力 ベクトルをベクトル加算するとゼロべタト ルとなる状態を意味する。
円周に沿って壁が、回転対称をなす複数個所に形成されていると、第 1部材の柱 状部と第 2部材の孔の同軸度を確保することができる。
[0010] 上記した製造方法では、第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入する際に、柱状 部の側面と孔の側面よりも硬度の低 、部材を、柱状部の側面と孔の側面との間に介 在させることが好ましい。
この製造方法では、介在させた部材が塑性流動し、柱状部の側面と孔の側面との 間に形成される隙間を満たす。介在させた部材の残留応力が、柱状部の側面と孔の 側面に加えられ、柱状部の側面と孔の側面との締結力が増す。
[0011] 上記した製造方法では、前記第 1部材の柱状部の側面の方が、前記第 2部材の孔 の側面よりも硬度が高ぐ第 2部材の外周を金型で拘束した状態で、前記第 1部材の 柱状部を前記第 2部材の孔に圧入することが好ましい。
この製造方法によれば、柱状部の側面と孔の側面との接触面積が増し、第 1部材と 第 2部材との締結力を上昇させることができる。
[0012] 上記した製造方法では、前記第 1部材の柱状部の側面の方が、前記第 2部材の孔 の側面よりも硬度が高ぐ第 2部材の端面の一部と外周を金型で拘束するとともに前 記端面の残部が塑性流動可能な状態で、前記第 1部材の柱状部を前記第 2部材の 孔に圧入することが好ま 、。
第 2部材の端面の一部を拘束して残部が塑性流動可能な状態で圧入すると、第 1 部材と第 2部材との締結力を安定ィ匕することができる。
[0013] 上記した製造方法によって、第 1部材と第 2部材を強固に締結した組部材を製造す ることができる。この組部材は、上記した製造方法に起因する下記の特徴を備えてい る。即ち、この組部材は、第 1部材と第 2部材が締結されている組部材であり、第 1部 材には柱状部が形成されており、第 2部材には前記柱状部が圧入されている孔が形 成されている。柱状部の側面と孔の側面は、周方向の一部の範囲で当接しているとと もに一部の範囲で離間している。そして、柱状部と孔のうちの側面の硬度が高い方に は、柱状部の圧入方向に向けて軸に垂直な断面が縮小するテーパ部が形成されて いる。また、柱状部の側面と孔の側面のうちの硬度が低い方には、柱状部の側面と孔 の側面が離間するスペースに向けて塑性流動した塑性流動部が形成されている。 図面の簡単な説明
[0014] [図 1]第 1部材の柱状部と第 2部材の孔を示している(実施形態 1)。
[図 2]図 1の II II線矢視図である。
[図 3]図 1の III - III線矢視図である。
[図 4]第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入した様子を示している(実施形態 1)。
[図 5]図 4の V— V線断面図である。
[図 6]第 1部材の柱状部の変形例を示す図である。図 6 (a)は、軸に垂直な断面が三 角形である柱状部を示している。図 6 (b)は、軸に垂直な断面が六角形である柱状部 を示している。図 6 (c)は、軸に垂直な断面が十字形である柱状部を示している。
[図 7]第 1部材の柱状部と第 2部材の孔を示している(実施形態 2)。
[図 8]図 7の VIII— VIII線矢視図である。
[図 9]第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入した様子を示す断面図である(実施形 態 2)
[図 10]第 1部材の柱状部と第 2部材の孔を示している(実施形態 3)。 [図 11]図 10の XI— XI線矢視図である。
[図 12]図 10の XII— XII線矢視図である。
圆 13]第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入した様子を示している(実施形態 3)。
[図 14]図 13の XIV— XIV線断面図である。
圆 15]第 1部材の柱状部と第 2部材の孔と挿入部材を示している(実施形態 4)。 圆 16]第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入した様子を示す断面図である(実施 形態 4)。
圆 17]柱状部材の側面図である(実施形態 5)。
圆 18]筒状部材の斜視図である (実施形態 5)。
[図 19]図 17の XIV— XIV線矢視図である。
[図 20]図 19の XX部分の詳細図である。
[図 21]図 19の XXI— XXI線断面図である。
圆 22]型治具にセットされた筒状部材の上方に柱状部材が配された状態を示してい る。
[図 23]図 22の XXIII— XXIII線断面図である。
圆 24]降下した柱状部材が筒状部材に接触した状態を示す断面図である。
圆 25]柱状部材が筒状部材に圧入されている途中の状態を示す断面図である。 圆 26]筒状部材に柱状部材が圧入された状態を示す断面図である。
圆 27]柱状部材の突起間の溝に筒状部材の素材が入り込んだ状態を示す断面図で ある。
[図 28]型治具の断面図 (底部溝を設けた形態)である。
圆 29]型治具の底部溝に塑性流動した筒状部材の素材が流入した状態の断面図で ある。
圆 30]筒状部材の外周部が外方に移動するのを規制しないで圧入した場合の断面 図である。
圆 31]圧入後における筒状部材の塑性流動部分の硬度測定結果を示す。
圆 32]圧入後における筒状部材の塑性流動部分の硬度測定結果を示す。
圆 33]圧入後における筒状部材の塑性流動部分の硬度測定結果を示す。 [図 34]圧入後における柱状部材の突起部分の硬度測定結果を示す。
[図 35]クランクシャフトの子部品が締結される前の状態を示す。
[図 36]子部品が圧入によって締結された状態のクランクシャフトを示す。
[図 37]電動モータのシャフト部とフランジ部が締結される前の状態を示す断面図であ る。
[図 38]電動モータのシャフト部とフランジ部が圧入によって締結された状態を示す断 面図である。
[図 39]等速ジョイントのアウターレースとチューリップが締結される前の状態を示す断 面図である。
[図 40]等速ジョイントのアウターレースとチューリップが圧入によって締結された状態 を示す断面図である。
[図 41]シャフトとリングギヤが圧入によって締結された状態を示す断面図である。
[図 42]シャフトとリングギヤがボルトによって締結された状態の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] (実施形態 1)
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、図 1に 示す第 1部材 100と第 2部材 150を締結する技術について説明する。図 1に示すよう に、第 1部材 100には、軸 Mlに沿って伸びる柱状部 102が形成されている。第 2部 材 150には、軸 M2に沿って伸びる孔 152が形成されている。第 1部材 100の柱状部 102を、第 2部材 150の孔 152に圧入することによって、第 1部材 100と第 2部材 150 を互いに締結する。柱状部 102を孔 152に圧入する際には、柱状部 102の先端 102 a側を、孔 152の一端 152a側から圧入する。
[0016] 図 1、図 2に示すように、第 1部材 100の柱状部 102は、軸 Mlに垂直な断面 (横断 面)が正方形である角柱形状を有している。柱状部 102の側面 124には、軸 Ml方向 に伸びる 4本の峰 114が形成されている。柱状部 102の先端 102a側には、テーパ部 102bが形成されている。テーパ部 102bでは、先端 102a側ほど横断面が縮小して おり、峰 114や側面 124が軸 Mlに対して傾斜している。図 2中の D1は、柱状部 102 の横断面に外接する外接円 C1の直径を示している。図 2中の D2は、柱状部 102の 横断面に内接する内接円 C2の直径を示している。図 2中の D3は、柱状部 102の先 端部 108における横断面 (即ち、先端面 128)に外接する外接円 C3の直径を示して いる。
図 1、図 3に示すように、第 2部材 150の孔 152は、軸 M2に垂直な断面 (横断面)が 円形をしている。孔 152の横断面は軸 M2方向に沿って一定であり、その径は D6で ある。孔 152の横断面は円形であることから、孔 152の横断面に外接する外接円の 径と、孔 152の横断面に内接する内接円の径も、共に D6となる。
[0017] 第 1部材 100の柱状部 102は、その横断面の外接円径 D1が第 2部材 150の孔 15 2の径 D6よりも大きくなるとともに、その横断面の内接円径 D2が第 2部材 150の孔 1 52の横断面の径 D6よりも小さくなる寸法に設定されている。また、第 1部材 100の柱 状部 102のテーパ部 102bでは、柱状部 102の先端 102aにおける横断面 (即ち、先 端面 128)の外接円径 D3が、第 2部材の孔 152の横断面の径 D6よりも小さくなるよう に、柱状部 102の横断面が縮小されている。テーパ部 102bでは、柱状部 102の圧 入方向に向けて横断面が一様に縮小されて 、る。
[0018] 第 1部材 100には、第 2部材 150よりも、硬度の高い材料が用いられている。また、 第 1部材 100の柱状部 102の側面 124には、高周波焼き入れが施されており、その 硬度が高められている。それにより、第 1部材 100の柱状部 102の側面 124は、第 2 部材 150の孔 152の側面よりも、硬度が高くされている。第 1部材 100と第 2部材 150 は、例えば、スチール製や、アルミニウム製や、銅製とすることができる。第 1部材 100 と第 2部材 150は、例えば鍛造によって成形することができる。第 1部材 100の柱状 部 102の側面 124や、第 2部材 150の孔 152の側面には、めっきや化学被膜等の形 成処理を施してもよい。
[0019] 図 4、図 5は、第 1部材 100の柱状部 102を、第 2部材 150の孔 152に圧入した様子 を示している。図 4に示すように、この圧入工程では、第 2部材 150を金型 190等で支 持した状態で、柱状部 102の軸 Mlと孔 152の軸 M2を一致させ、第 1部材 100と第 2 部材 150を軸 Ml、 M2に沿って相対的に接近させていく。先に説明したように、柱状 部 102の横断面は、その外接円径 D1が孔 152の径 D6よりも大きぐその内接円径 D 2が孔 152の径 D6よりも小さい。従って、図 5に示すように、柱状部 102を孔 152に圧 入すると、柱状部 102の側面 124の一部(詳しくは峰 114の近傍)は孔 152の側面に 当接するとともに、柱状部 102の側面 124の一部は孔 152の側面力も離間して隙間 180が形成される。柱状部 102の側面 124の方力 孔 152の側面よりも硬度が高いこ とから、孔 152の側面は大きく塑性変形する。なお、柱状部 102の側面 124も程度は 小さいが塑性変形する。柱状部 102の先端 102a側には、峰 114や側面 124が傾斜 しているテーパ部 102bが設けられているので、第 2部材 150の塑性変形された部分 は、下方にはそれほど流動せず、柱状部 102と孔 152との間の隙間 180内に多く流 動する。その隙間 180に塑性流動した部分 182は、加工硬化することによって、その 硬度が高まっている。第 2部材 150の塑性変形部分 182が隙間 180内に流動すると ともに、塑性変形に伴う加工硬化によって、第 1部材 100と第 2部材 150は強固に締 結される。
[0020] 第 1部材 100の柱状部 102は、その横断面が正方形であるものに限定されない。例 えば図 6 (a)に示すようにその横断面が三角形であってもよいし、図 6 (b)に示すよう にその横断面が六角形であってもよいし、図 6 (c)に示すようにその横断面が略十字 形の多角形であってもよい。柱状部 102の横断面は、その外接円径 D1が孔 152の 径 D6よりも大きいとともに、その内接円径 D2が孔 152の径 D6よりも小さい形状であ ればよい。いずれの場合においても、柱状部 102を孔 152に圧入すると、柱状部 10 2の側面 124の一部(詳しくは峰 114の近傍)が孔 152の側面に食い込むとともに、 柱状部 102の側面 124の一部と孔 152の側面との間には隙間 180が形成される。そ して、第 2部材 150の塑性変形部分 182が隙間 180内に流動するとともに、塑性変 形に伴う加工硬化によって、第 1部材 100と第 2部材 150は強固に締結される。
[0021] (実施形態 2)
本発明の実施形態 2について図面を参照して説明する。本実施形態では、図 7に 示す第 1部材 100と第 2部材 250を締結する技術について説明する。実施形態 1と比 較して、第 1部材 100は同一であり、第 2部材 250は異なっている。図 7に示すように 、第 2部材 250には、軸 M2に沿って伸びる孔 252が形成されている。第 1部材 100 の柱状部 102を、第 2部材 250の孔 252に圧入することによって、第 1部材 100と第 2 部材 250を互いに締結する。柱状部 102を孔 252に圧入する際には、柱状部 102の 先端 102a側を、孔 252の一端 252a側から圧入する。
[0022] 図 7、図 8に示すように、第 2部材 250の孔 252は、軸 M2に垂直な断面 (横断面)が 正方形をしている。孔 252の横断面は、軸 M2方向に沿って一定である。図 8中の D 6は、孔 252の横断面に外接する外接円 C6の直径を示している。図 2中の D7は、孔 252の横断面に内接する内接円 C7の直径を示している。
[0023] 第 1部材 100の柱状部 102の横断面と、第 2部材 250の孔 252の横断面は、共に 正方形であって、その大きさも等しい。従って、第 1部材 100の柱状部 102の横断面 の外接円径 D1は、第 2部材 250の孔 252の横断面の外接円径 D6と等しぐ第 2部 材 250の孔 252の横断面の内接円径 D7よりも大きい。また、第 1部材 100の柱状部 102の横断面の内接円径 D2は、第 2部材 250の孔 252の横断面の内接円径 D7と 等しぐ第 2部材 250の孔 252の横断面の外接円径 D6よりも小さい。また、第 1部材 1 00の先端面 128の外接円径 D3は、第 2部材 250の孔 252の内接円径 D7よりも小さ い。
第 1部材 100の柱状部 102の側面 124は、第 2部材 250の孔 252の側面よりも、硬 度が高くされている。
[0024] 図 9は、第 1部材 100の柱状部 102を、第 2部材 250の孔 252に圧入した様子を示 している。先に説明したように、第 1部材 100の柱状部 102の横断面の外接円径 D1 は、第 2部材 250の孔 252の横断面の内接円径 D7よりも大きぐ第 1部材 100の柱 状部 102の横断面の内接円径 D2は、第 2部材 250の孔 252の横断面の外接円径 D 6よりも小さい。従って、柱状部 102を孔 252に圧入する際に、両者を軸回りに 45度 の位相差を持って圧入することにより、柱状部 102の側面 124の一部(詳しくは峰 11 4の近傍)は孔 252の側面に当接するとともに、柱状部 102の側面 124の一部は孔 2 52の側面力も離間して隙間 280が形成される。柱状部 102の側面 124の方が孔 25 2の側面よりも硬度が高いことから、柱状部 102の峰 114が孔 252の側面に食い込む こととなり、孔 252の側面は大きく塑性変形する。なお、柱状部 102の側面 124も程 度は小さいが塑性変形する。柱状部 102の先端 102a側には、峰 114や側面 124が 傾斜しているテーパ部 102bが設けられているので、第 2部材 250の塑性変形された 部分は、下方にはそれほど流動せず、柱状部 102と孔 252の間の隙間 280内に多く 流動する。その隙間 280に塑性流動した部分 282は、加工硬化することによって、そ の硬度が高まっている。第 2部材 250の塑性変形部分 282が隙間 280内に流動する とともに、塑性変形に伴う加工硬化によって、第 1部材 100と第 2部材 250は強固に 締結される。
[0025] 第 1部材 100の柱状部 102は、その横断面が正方形であるものに限定されない。同 じぐ第 2部材 250の孔 252は、その横断面が正方形であるものに限定されない。柱 状部 102の横断面と孔 252の横断面のそれぞれを、三角形、四角形、五角形、 · · ·、 のいずれかにしてもよい。柱状部 102の横断面と孔 252の横断面は、互いに同一の 形状や寸法であってもよいし、互いに同一の形状で互いに異なる寸法であってもよ いし、互いに異なる形状や寸法であってもよい。いずれの場合においても、柱状部 1 02の横断面の外接円径 D1が孔 252の横断面の内接円径 D7よりも大きぐ柱状部 1 02の横断面の内接円径 D2が孔 252の横断面の外接円径 D6よりも小さくするとよい 。それにより、柱状部 102の側面 124の一部は孔 252の側面に当接するとともに、柱 状部 102の側面 124の一部は孔 252の側面力も離間して隙間 280が形成されるよう に、柱状部 102を孔 152に圧入することができる。
[0026] (実施形態 3)
本発明の実施形態 3について図面を参照して説明する。本実施形態では、図 10に 示す第 1部材 300と第 2部材 350を締結する技術について説明する。図 10に示すよ うに、第 1部材 300には、軸 Mlに沿って伸びる柱状部 302が形成されている。第 2部 材 350には、軸 M2に沿って伸びる孔 352が形成されている。第 1部材 300の柱状部 302を、第 2部材 350の孔 352に圧入することによって、第 1部材 300と第 2部材 350 を互いに締結する。柱状部 302を孔 352に圧入する際には、柱状部 302の先端 302 a側を、孔 352の一端 352a側から圧入する。
[0027] 図 10、図 11に示すように、第 1部材 300の柱状部 302は、軸 Mlに垂直な断面 (横 断面)が円径である円柱形状を有している。柱状部 302の横断面は軸 Ml方向に沿 つて一定であり、その径は D1である。柱状部 302の横断面は円形であることから、柱 状部 302の横断面に外接する外接円の径と、柱状部 302の横断面に内接する内接 円の径も、共に D1となる。 図 10、図 12に示すように、第 2部材 350の孔 352は、軸 M2に垂直な断面 (横断面 )が正方形をしている。孔 352の一端 352a側には、テーパ部 352bが形成されている 。テーパ部 352bでは、一端 352a側ほど横断面が拡大しており、孔 352の側面が軸 M2に対して傾斜している。図 12中の D6は、孔 352の横断面に外接する外接円 C6 の直径を示している。図 12中の D7は、孔 352の横断面に内接する内接円 C7の直 径を示している。図 12中の D8は、孔 352の一端 352aにおける横断面に内接する内 接円 C8の直径を示して 、る。
[0028] 第 1部材 300の柱状部 302の径 D1は、第 2部材 350の孔 352の内接円径 D7より は大きぐ第 2部材 350の孔 352の外接円径 D6よりは小さい。また、孔 352のテーパ 部 352aでは、孔 352の一端 352aにおける内接円径 D8が、第 1部材 300の柱状部 3 02の径 D1よりも大きくなるように、孔 352の横断面が拡大されている。換言すれば、 孔 352のテーパ部 352aでは、柱状部 302の圧入方向に向けて、孔 352の横断面が 縮小されている。
第 1部材 300の柱状部 302の側面 324は、第 2部材 350の孔 352の側面よりも、硬 度が低くされている。
[0029] 図 13、図 14は、第 1部材 300の柱状部 302を、第 2部材 350の孔 352に圧入した 様子を示している。図 13に示すように、この圧入工程では、第 2部材 350を金型 390 等で支持した状態で、柱状部 302の軸 Mlと孔 352の軸 M2を一致させ、第 1部材 30 0と第 2部材 350を軸 Ml、 M2に沿って相対的に接近させていく。先に説明したよう に、柱状部 302の径 D1は、孔 352の内接円径 D7よりも大きぐ孔 352の外接円径 D 6よりも小さい。従って、図 14に示すように、柱状部 302を孔 352に圧入すると、柱状 部 302の側面 324の一部は孔 352の側面に当接するとともに、柱状部 302の側面 3 24の一部は孔 352の側面力も離間して隙間 380が形成される。柱状部 302の側面 3 24の方力 孔 352の側面よりも硬度が低いことから、柱状部 302の側面 324は大きく 塑性変形する。なお、孔 352の側面も程度は小さいが塑性変形する。孔 352の一端 352a側には、側面が傾斜しているテーパ部 352bが設けられているので、第 1部材 3 00の塑性変形された部分は、上方にはそれほど流動せず、柱状部 302と孔 352との 間の隙間 380内に多く流動する。その隙間 380に塑性流動した部分 382は、加工硬 化することによって、その硬度が高まっている。第 1部材 300の塑性変形部分 382が 隙間 380内に流動するとともに、塑性変形に伴う加工硬化によって、第 1部材 300と 第 2部材 350は強固に締結される。
[0030] 第 2部材 350の孔 352は、その横断面が正方形であるものに限定されない。第 2部 材 350の孔 352は、その横断面が三角形、四角形、五角形、 · · ·、のいずれであって もよい。いずれの場合であっても、孔 352の横断面は、その外接円径 D6が柱状部 3 02の径 D1よりも大きいとともに、その内接円径 D2が柱状部 302の径 D1よりも小さい 形状であればよい。それにより、柱状部 302の側面 324の一部は孔 352の側面に干 渉するとともに、柱状部 302の側面 324の一部では孔 352の側面との間に隙間 380 が形成されるように、柱状部 302を孔 352に圧入することができる。
[0031] (実施形態 4)
本発明の実施形態 4について図面を参照して説明する。本実施形態では、図 15に 示す第 1部材 100と第 2部材 150を締結する技術について説明する。実施形態 1と比 較して、第 1部材 100と第 2部材 150はそれぞれ同一であるが、挿入部材 400を介装 させる点で相違する。挿入部材 400は、内孔 402を有するリング状の部材である。挿 入部材 400は、金属製でも非金属製であってもよい。挿入部材 400は、第 1部材 100 と第 2部材 150よりも、硬度が低!、ことが好ま 、。
[0032] 図 16は、第 1部材 100の柱状部 102を、第 2部材 250の孔 252に圧入した様子を 示している。図 16に示すように、柱状部 102の側面 124の一部(詳しくは峰 114の近 傍)は孔 252の側面に食い込んでいるとともに、柱状部 102の側面 124の一部は孔 2 52の側面力も離間している。そして、変形した挿入部材 400が、柱状部 102の側面 1 24と孔 252の側面との隙間を充填している。それにより、第 1部材 100と第 2部材 15 0はより強固に締結される。
[0033] (実施形態 5)
最初に、後述する実施形態 5の主要な特徴を記載する。
(特徴 1)柱状部材 12の下端側には、軸 18方向に伸びるとともに周方向に繰り返す 突起 16群が形成されている。突起 16には、峰の高さが一定の高さ一定部位 19と、 峰の高さが上方に向力つて一様に変化する高さ変化部 20が設けられている(図 21 参照)。
(特徴 2)柱状部材 12には、軸方向と周方向に伸びる一対の第 1当接面 25が形成さ れている。一方の第 1当接面 25と他方の第 1当接面 25は、柱状部材 12の軸 18を挟 んで対称な位置に配されている。さらに柱状部材 12には、軸方向と周方向に伸びる とともに、第 1当接面 25と位相が 90度ずれた一対の第 2当接面 26が形成されている
(特徴 3)柱状部材 12は、筒状部材 14よりも高 、硬度の素材力 製造されて 、る。 (特徴 4)筒状部材は、型治具の円形状凹部にセットされる。
(特徴 5)柱状部材 12と筒状部材 14を締結するときには、柱状部材 12を筒状部材 14 に向けて降下させる。筒状部材 14の塑性変形された部分は、柱状部材 12に突起 16 の高さ変化部 20と、テーパ面 41が設けられているので、下方にはそれほど流動せず 、流動しながら突起 16と突起 16との間の溝 17内に入り込んでゆく。筒状部材 14と柱 状部材 12の突起 16が塑性変形することによって、双方の変形部分に加工硬化が生 じる。筒状部材 14の塑性変形部分が柱状部材 12の溝 17内に十分に入り込むことと 、塑性変形にともなう加工硬化によって、柱状部材 12と筒状部材 14は強固に締結さ れる。
[0034] 本発明の実施形態 5について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、 図 17に示す柱状部材 12と、図 18に示す筒状部材 14を圧入によって締結する。以 下においては、図 17の上下が、柱状部材 12と筒状部材 14の上下と対応しているも のとする。
図 17、図 19に示すように、柱状部材 12の下端側には、軸 18方向に伸びるとともに 周方向に繰り返す突起 16群が形成されて ヽる(セレーシヨンが形成されて ヽる)。図 1 9に良く示すように、突起 16と突起 16の間には、溝 17が形成されている。図 21に示 すように、突起 16には、峰の高さが一定の部位 19 (以下、「高さ一定部 19」と言う)と 、峰の高さが上方に向力つて一様に増カロ (変化)する部分 20 (以下、「高さ変化部 20 」と言う)が設けられている。高さ変化部 20の上端部 22、すなわち高さ変化部 20が高 さ一定部 19に連続する部位には、アール (丸み)が付けられている。
[0035] 突起 16の下方には、横断面が円形状であるとともに、半径が上方に向かって一様 に増加するテーパ状の部分 41 (以下、「テーパ面 41」と言うことがある)が設けられて いる。突起 16の高さ変化部 20は、その終端 29で高さがゼロになることによって、テー パ面 41に連続している。テーパ面 41は、先端に形成されている先端面 24に連続し ている。柱状部材 12では、テーパ面 41と突起の高さ変化部 20において、柱状部材 12の圧入方向に向けて横断面が一様に縮小している。
突起 16の高さ変化部 20と、テーパ面 41の側面形状は、図 21では直線状になって いるが、それに限られるものではない。例えば、高さ変化部 20とテーパ面 41の側面 形状が曲面状であってもよい。突起 16の高さ変化部 20の上端部 22は、高さ一定部 19に滑らかに連続して ヽればよぐ必ずしもアール状でなくてもよ!/、。
図 20に示すように、突起 16の一方の側面 27は、直径方向と一致している。突起 16 の他方の側面 28は、一方の側面 27に対して傾斜している。
図 19に示すように、柱状部材 12には、その軸 18方向に伸びる一対の第 1当接面( 壁) 25が形成されている。一方の第 1当接面 25と他方の第 1当接面 25は、柱状部材 12の軸 18を挟んで対称な位置に配されている。第 1当接面 25の面は、柱状部材 12 の軸 18を中心とする円柱を仮定した場合、その外周面と一致している。さらに柱状部 材 12には、第 1当接面 25と同形状であるとともに、同様に配置された第 2当接面 26 が形成されている。第 1当接面 25と第 2当接面 26の位相は、 90度ずれている。
柱状部材 12の軸 18に垂直な断面に外接する外接円の径 D1 (以下、単に外径 D1 t 、う)は、筒状部材 14の内径 D6 (図 18参照)よりも大き 、寸法に設定されて!、る。 柱状部材 12の先端面 24の直径 D3は、筒状部材 14の内径 D6よりも小さい寸法に設 定されている。柱状部材 12の軸 18に垂直な断面に内接する内接円の径、即ち、柱 状部材 12の溝 17の各底面 23を含む円の直径 (以下「底面径 D2」と言う)は、筒状部 材 14の内径 D6よりも大きい寸法に設定されている。なお、底面径 D2は、筒状部材 1 4の内径 D6よりも小さ 、寸法に設定することもできる。
柱状部材 12は、鍛造品であり、筒状部材 14よりも高い硬度の素材力 製造されて いる。柱状部材 12の突起 16と突起 16の根本部分に、例えば高周波焼き入れ等を施 し、突起 16とその根本部分の硬度を筒状部材 14よりも高くすることもできる。柱状部 材 12と筒状部材は、例えば、スチール製や、アルミニウム製や、銅製とすることができ る。
[0037] 柱状部材 12と筒状部材 14を締結する準備として、図 22、図 23に示すように、筒状 部材 14を型治具 (金型) 30の円形状凹部 39にセットする。筒状部材 14の上面 33は 、型治具 30の上面 34よりも低く配置されている。筒状部材 14は、その外周面 31が型 治具 30の内周面 32とほとんど隙間が無い状態で、型治具 30にセットされる。型治具 30は、支持台(図示省略)に固定されている。
図 22に示すように、柱状部材 12は、型治具 30にセットされた筒状部材 14の上方 に、昇降機構 (図示省略)が支持した状態で配置されている。柱状部材 12と筒状部 材 14を締結するときには、柱状部材 12を降下させる。既に説明したように、先端面 2 4の直径 D3は、筒状部材 14の内径 D6よりも小さい寸法に設定されている。このため 、柱状部材 12が降下すると、図 24に示すように、柱状部材 12のテーパ面 41と筒状 部材 14の内周上縁 36が接触する。また、溝 17の底面径 D2は、筒状部材 14の内径 D6よりも大きい寸法に設定されている。このため、柱状部材 12が降下してテーパ面 4 1が筒状部材 30の内周上縁 36に接触したときには、水平方向の位置関係において 、筒状部材 14の内周面 35は、溝 17の底面 23よりも内側(軸側)に配置される。
[0038] 図 25は、柱状部材 12がさらに降下した状態を図示している。柱状部材 12の突起 1 6の峰の高さが、上方よりも下方で低いとともに、柱状部材 12の硬度の方が筒状部材 14のそれよりも高いので、突起 16は、筒状部材 14に食い込むようにして、筒状部材 14を多く塑性変形させながら降下してゆく。このときに、突起 16も筒状部材 14よりも 程度は少ないが塑性変形する。柱状部材 12に側面形状が傾斜している高さ変化部 20とテーパ面 41が設けられているので、筒状部材 14の塑性変形された部分は、下 方にはそれほど流動せず、溝 17内に流動しながら入り込んでゆく(流入してゆく)。筒 状部材 14が下方に多少流動することによって、筒状部材 14には、凸状に塑性変形 した部分 70が形成される(以下説明する図面では、この凸状に塑性変形した部分 70 を省略している)。
図 26は、柱状部材 12が最下方位置に達して停止した状態を図示している。柱状 部材 12の突起 16が筒状部材 14を塑性変形させ、筒状部材 14が型治具 30にセット されていて外方側に変形できないことから、筒状部材 14の上面 33は変形前よりも高 く配置される。また、筒状部材 14の内周面 35も、変形前よりも内方側に配置される。 図 27に示すように、筒状部材 14の塑性変形部分は、柱状部材 12の溝 17内に、十 分に入り込む。また、筒状部材 14の突起 16が食い込んだ部分近傍と、柱状部材 12 の突起 16が塑性変形することによって、双方の変形部分に加工硬化が生じる。この ため、塑性変形部分の硬度が高くなる。従って、筒状部材 14の塑性変形部分が柱 状部材 12の溝 17内に十分に入り込むことと、塑性変形にともなう加工硬化によって、 柱状部材 12と筒状部材 14は強固に締結される。
これに対して、柱状部材 12に高さ変化部 20とテーパ面 41が設けられていないと、 設けられている場合よりも筒状部材 14の内周部分が真下に多く押し退けられてしまう 。このため、筒状部材 14の塑性変形部分の溝 17内に入り込む量が少なくなる。もち ろん、テーパ面 41が設けられていなくても、筒状部材 14の塑性変形部分が溝 17内 に入り込むので、柱状部材 12と筒状部材 14は確実に締結される。
既に説明したように、突起 16の一方の側面 27は直径方向と一致しており、突起 16 の他方の側面 28は一方の側面 27に対して傾斜している。従って、柱状部材 12と筒 状部材 14の軸廻りの締結強度は、トルクの作用方向によって大小が生じる。例えば、 図 27において、筒状部材 14を固定した場合、柱状部材 12に時計方向のトルクをカロ える方が、柱状部材 12に反時計方向のトルクを加えるよりも大きな締結強度を得られ る。突起 16の他方の側面 28が直径方向に対して傾斜しているので、柱状部材 12に 反時計方向のトルクを加えたときに、柱状部材 12と筒状部材 14との間に滑りが生じ 易いからである。
既に説明したように、柱状部材 12が降下してそのテーパ面 41が筒状部材 14の内 周上縁 36に接触したときに、筒状部材 14の内周面 35は、溝 17の底面 23よりも内側 に配置される。このような関係が筒状部材 12の内径 D6がばらついても保証されるよ うに、柱状部材 12の先端面 24の直径 D3と、底面 23の底面径 D2が設定されている 。従って、筒状部材 12の内径 D6がばらついても、柱状部材 12が筒状部材 14の内 周上縁 36に接触したときに、水平方向の位置関係において、筒状部材 14の内周面 35と溝 17の底面 23との間に隙間が生じない。筒状部材 14の内周面 35と溝 17の底 面 23との間に隙間が生じないと、柱状部材 12がさらに降下して筒状部材 14が変形 したときに、溝 17内に塑性変形部分が十分に入り込む。
[0040] 柱状部材 12の一方の第 1当接面 25と他方の第 1当接面 25との距離、および一方 の第 2当接面 26と他方の第 2当接面 26との距離は、筒状部材 14の内径 D6がばらつ いても、内径 D6よりも僅かに大きくなるように設定されている。このため、柱状部材 12 が降下して突起 16が筒状部材 14に食い込んでいるときに、第 1当接面 25と第 2当接 面 26は、筒状部材 14の内周面 35に面同士で当接する。第 1当接面 25と第 2当接面 26は面同士で当接するので、突起 16のように筒状部材 14に食い込まない。従って、 柱状部材 12と筒状部材 14は、内周面 35と、第 1当接面 25と第 2当接面 26とによつ て互いに案内されることによって、精度良く軸と軸が一致する。
上述したように、突起 16の高さ変化部 20の上端部 22にはアールが付けられている 。このため、柱状部材 12が降下して突起 16の高さ変化部 20が筒状部材 14に接触し ている状態から、それに加えて突起 16の高さ一定部 19も筒状部材 14に接触する状 態に移行したときに、柱状部材 12を降下させる力が急に低下するのが抑制される。 従って、柱状部材 12の降下速度を制御するのが容易になる。柱状部材 12を降下さ せる力の変化を検出し、その変化力も柱状部材 12の降下位置を推定することもでき る。このようにすると、柱状部材 12の移動距離のみに基づいて圧入制御するよりも、 正確な締結が可能になる。
一対の第 1当接面 25と、一対の第 2当接面 26との位相のずれは 90度に限られな い。それらの位相のずれが 90度以外の角度であっても、それら当接面 25、 26は、柱 状部材 12の軸と筒状部材 14の軸を精度良く一致させることができる。第 1当接面 25 や、第 2当接面 26のような面は、 5箇所以上設けることもできる。当接面を複数配置し 、その配置を圧入時に当接面に作用する力のベクトル加算がゼロになるようにするこ とにより、柱状部材 12の軸と筒状部材 14の軸を精度良く一致させることができる。
[0041] 図 28に示すように、型治具 30の底部 37の外周部近傍に、周方向に一巡する底部 溝 38を形成することもできる。このような底部溝 38を形成すると、図 29に示すように、 筒状部材 14の塑性変形部分の一部が流動して底部溝 38に入り込む。底部溝 38の 深さや、幅や、断面形状や、位置を設定することによって、塑性変形する量や、塑性 変形範囲を調整することができる。塑性変形する量や、塑性変形範囲を調整すること ができると、硬度や加工硬化させる範囲を設定することができ、締結力が安定する。 この種の型治具 30は、先に説明した実施形態 1から 4においても利用することができ る。
図 30に示すように、型治具 30を用いずに柱状部材 12と筒状部材 14を締結するこ ともできる。この場合には、支持台 40上で筒状部材 14を位置決めしておく。型治具 3 0を用いなくても、筒状部材 14の肉厚 (外周面 31と内周面 35との距離)が大きい場 合や、筒状部材 14の硬度が柱状部材 12の硬度よりも大幅に小さい場合には、柱状 部材 12の溝 17に筒状部材 14の塑性変形部分を十分に入り込ませることができる。 柱状部材 12は、円柱状であることに限られず、角柱状であってもよい。筒状部材 14 は、円筒状でなくてもよい。例えば、筒状部材 14の内周面が多角形状であってもよい 発明者は、種々の条件で筒状部材 14と柱状部材 12を締結し、それらの硬度を測 定した。以下、その結果について説明する。
図 31の上半分には、柱状部材 12の溝 17に筒状部材 14の塑性変形部分が入り込 んだ状態の断面図が示されている。柱状部材 12は点線で示されており、筒状部材 1 4は実線で示されている。筒状部材 14は、深さにして約「2Z3」溝 17に入り込んでい る。締結条件は、「 δ / =0. 5」であり、高さ変化部 20とテーパ面 41を側面視したと きの傾斜角度 (軸 18方向に対する角度)は、 30度である。ここで、「 δ」は、柱状部材 12の外径 D1から、筒状部材 14の内径 D6を差し引いた値の「1Ζ2」である。すなわ ち、締結前の状態において、柱状部材 12と筒状部材 14を軸方向に重ね合わせた場 合に、突起 16と筒状部材 14が重複している部分の直径方向の距離である。「h」は、 突起 16の峰の高さ(溝 17の深さ)である。従って、「 δ Zh」が大きいほど、柱状部材 1 2と筒状部材 14の圧入代が大きいことになる。筒状部材 12の硬度測定は、(a)〜(f) の 6列について、各列の各ポイント(菱形で示されている)毎に行った。
図 31の下半分は、硬度測定結果をグラフにまとめている。グラフの横軸は、所定位 置を基準に、(a)〜(f)の各列に沿った距離に対応している。縦軸は、測定した硬度( ビッカース硬さ Hv)に対応している。グラフ中の(m)は、筒状部材 14の素材硬度 (圧 入前の硬度)を示している。グラフから明らかなように、締結後には(a)列〜 (f)列の 全てについて硬度が高くなつている。全体的な傾向として、溝 17に深く入り込んだ部 分の方が、より硬度が高くなる傾向を示している。
[0043] 図 32は、締結条件「 δ / =0. 25」、傾斜角度 30度で締結した場合の硬度測定 結果を示している。図 32の上半分に示したように、筒状部材 14の塑性変形部分は、 浅くにしか柱状部材 12の溝 17に入り込んでいない。「3 711」が「0. 25」と小さいた めと考えられる。それでも、図 32の下半分のグラフから明らかなように、加工硬化が生 じて硬度が高くなつている。
図 33は、締結条件「 δ / =0. 75」、傾斜角度 30度で締結した場合の硬度測定 結果を示している。図 33の上半分に示したように、筒状部材 14は、深く溝 17に入り 込んでいる。(a)列〜 (f)列の全てについて硬度が高くなつている。筒状部材 14が深 く溝 17に入り込み、硬度が高くなつていることによって、柱状部材 12と筒状部材 14の 軸廻りの締結強度は、本締結条件で締結した場合が最も大きくなる。
図 34は、締結条件が「 δ /h=0. 5」、傾斜角度が 30度の場合(図 31の場合と同 条件)における、締結後の突起 16の硬度をまとめたグラフである。グラフの横軸は、 突起 16の頂面力も柱状部材 12の軸 18方向に向力 距離に対応している。グラフの 縦軸は、測定した硬度 (ピッカース硬さ Hv)に対応している。グラフ中の実線は測定 した硬度を示しており、点線は柱状部材 14の素材硬度を示している。突起 16の硬度 は、距離が約 2 (mm)まではほぼ一定を維持し、さらに距離が大きくなると素材硬度 まで急減している。
[0044] 上記した実施形態 1から 5で説明した締結技術は、種々の部材を締結するのに適 用することができる。
図 35は、子部品 43〜48を持つクランクシャフト 42を示している。子部品 43には、 凹部 50が形成されている。子部品 44〜47には、それぞれ凹部 50と複数の突起を持 っセレーシヨン 51が形成されている。子部品 48には、セレーシヨン 51が形成されて いる。図 36は、セレーシヨン 51が凹部 50に圧入されて子部品 43〜48が締結され、 クランクシャフト 42が完成した状態を示して 、る。
従来、クランクシャフトは一体で製作されている。その場合に、図 36に示す隙間 52 は、熱間鍛造加工されている。隙間 52を鍛造する型の幅は、薄くしょうとしても限界 がある。このため、クランクシャフトの軸方向長さを小さくすることができな力つた。本発 明の締結技術によれば、子部品 43〜48を締結してクランクシャフト 42を完成させる ので、隙間 52を熱間鍛造カ卩ェする必要がない。従って、クランクシャフト 42の軸方向 長さを、従来よりも/ J、さくすることができる。
また、 V型エンジンのクランクシャフトでは、一体で製作した場合にツイスト工程が必 要である。本発明の締結技術によれば、締結時に凹部とセレーシヨンの軸廻りの位置 関係を調整することができるので、ツイスト工程を省略することができる。
小部品 44〜48をさらに複数の孫部品で構成し、それらの締結に本発明の技術を 適用することちできる。
[0045] 図 37は、電動モータのシャフト部 53とフランジ部 54を示している。シャフト部 53に は、セレーシヨン 55が形成されている。図 38は、本発明の締結技術によって、シャフ ト部 53とフランジ部 54が締結された状態を示している。
図 39は、等速ジョイントのアウターレース 56とチューリップ 57を示している。ァウタ 一レース 56には、内周面にセレーシヨン 58が形成されている。アウターレース 56の セレーシヨンの内径は、その端部 72が開口に向かって徐々に拡経している。チューリ ップ 57の一端部 74は、徐々に縮径している。図 40に示すように、アウターレース 56 とチューリップ 57は、本発明の締結技術によって締結されている。
図 41は、シャフト 60とリングギヤ 61が本発明の締結技術によって締結された状態を 示している。シャフト 60の外周部には、セレーシヨン 62が形成されている。これに対し て、本発明の締結技術を採用しないと、図 42に示すようにボルト 65でシャフト 63とリ ングギヤ 61を締結しなければならず、部品点数が増加してしまう。
[0046] 本発明の締結技術は、上記以外にも、例えば、下記に示す部材同士の締結に好 適に採用することができる。
(1)リャアクスルシャフトの軸とフランジの締結 (従来は、一体成形)。製造設備の小型 化が可能になる。
(2)エンジンマ-ホールドとフランジの締結 (従来は、溶接結合)。結合信頼性が向上 する。
(3)ステアリング構成部品同士の締結 (従来は、スプラインによる軽圧入締結)。締結 強度が向上する。
(4)プロペラシャフトのジョイントヨークとシャフトの締結、あるいはトランスミッション構 成部品同士の締結 (従来は、電子ビーム溶接によって結合)。コストダウンが可能に なるとともに、締結強度が向上する。
(5)軸部品と、底とフランジが付いた形状の部品の締結 (例えば、車両のリアシャフト) 筒状部材の内側に突起を形成し、その突起の峰の高さが低い側力 圧入すること によって柱状部材を塑性変形させ、筒状部材と柱状部材を締結することもできる。 本発明の締結技術によれば、突起の峰の高さが低い側力も圧入するので、塑性変 形が効率的に行われる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の 範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した 具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せ によって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定 されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同 時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性 を持つものである。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1部材と第 2部材とが締結されている組部材の製造方法であり、
第 1部材に柱状部を形成する工程と、
第 2部材に孔を形成する工程と、
第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入する工程を備えており、
前記柱状部の軸に垂直な断面に外接する外接円の径は、前記孔の軸に垂直な断 面に内接する内接円の径よりも大きぐ
前記柱状部の軸に垂直な断面に内接する内接円の径は、前記孔の軸に垂直な断 面に外接する外接円の径よりも小さく、
前記柱状部と前記孔のうちの側面の硬度が高い方には、柱状部の圧入方向に向 けて軸に垂直な断面が縮小するテーパ部が形成されている、
ことを特徴とする製造方法。
[2] 前記柱状部と前記孔のうちの側面の硬度が高い方は、軸に垂直な断面が多角形 であるとともに、その圧入開始側の端部に前記テーパ部が形成されていることを特徴 とする請求項 1に記載の製造方法。
[3] 前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度が高い方に、軸方向に伸びる突起 が周方向に繰返し形成されており、
その突起の峰の高さは、圧入開始側に位置する端部において低ぐ反圧入開始側 に位置する端部において高ぐ圧入開始側の端部力 反圧入開始側の端部まで連 続して!/、ることを特徴とする請求項 1に記載の製造方法。
[4] 前記軸方向に伸びる突起は、峰の高さが軸方向に一様に増加する部分と、峰の高 さが軸方向に一定に維持されて 、る部分が連続して 、ることを特徴とする請求項 3に 記載の製造方法。
[5] 前記軸方向に伸びる突起の峰力 周方向両側に伸びる 2つの傾斜面力 軸心と峰 を通過する半径に対して非対称であることを特徴とする請求項 3又は 4に記載の製造 方法。
[6] 前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度が高い方には、突起の峰と谷の中 間高さを通過する円周に沿って部分的に伸びる壁が、回転対称をなす複数個所に 形成されて 、ることを特徴とする請求項 3から 5の 、ずれかに記載の製造方法。
[7] 第 1部材の柱状部を第 2部材の孔に圧入する際に、柱状部の側面と孔の側面よりも 硬度の低 ヽ部材を、柱状部の側面と孔の側面との間に介在させることを特徴とする 請求項 1から 6のいずれかに記載の製造方法。
[8] 前記第 1部材の柱状部の側面の方が、前記第 2部材の孔の側面よりも硬度が高ぐ 第 2部材の外周を金型で拘束した状態で、前記第 1部材の柱状部を前記第 2部材 の孔に圧入することを特徴とする請求項 1から 7のいずれかに記載の製造方法。
[9] 前記第 1部材の柱状部の側面の方が、前記第 2部材の孔の側面よりも硬度が高ぐ 第 2部材の端面の一部と外周を金型で拘束するとともに前記端面の残部が塑性流 動可能な状態で、前記第 1部材の柱状部を前記第 2部材の孔に圧入することを特徴 とする請求項 1から 7のいずれかに記載の製造方法。
[10] 第 1部材と第 2部材とが締結されている組部材であり、
前記請求項 1から 9のいずれかに記載の製造方法で製造されており、
前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度が低 、方には、前記柱状部の側 面と前記孔の側面が離間するスペースに向けて塑性流動した塑性流動部が形成さ れて 、ることを特徴とする組部材。
[11] 第 1部材と第 2部材とが締結されている組部材であり、
第 1部材には柱状部が形成されており、
第 2部材には前記柱状部が圧入されている孔が形成されており、
前記柱状部の側面と前記孔の側面は、周方向の一部の範囲で当接しているととも に一部の範囲で離間しており、
柱状部と孔のうちの側面の硬度が高い方には、柱状部の圧入方向に向けて軸に垂 直な断面が縮小するテーパ部が形成されており、
前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度が低 、方には、前記柱状部の側 面と前記孔の側面が離間するスペースに向けて塑性流動した塑性流動部が形成さ れて 、ることを特徴とする組部材。
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