WO2014167614A1 - 接合構造体及びその接合方法 - Google Patents

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thin cylindrical
shaped groove
caulking portion
shaft member
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弘志 河原
杉田　澄雄
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日本精工株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P11/00—Connecting or disconnecting metal parts or objects by metal-working techniques not otherwise provided for 
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    • F16L13/141—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints made by plastically deforming the material of the pipe, e.g. by flanging, rolling by crimping or rolling from the outside

Definitions

  • the present invention relates to a joining structure and a joining method thereof, and more particularly, to a joining structure by caulking joining between a shaft member and a thin cylindrical member and a joining method thereof.
  • Patent Document 1 discloses as a joint structure for fitting a thin cylindrical member to a shaft member such as a solid shaft or a hollow shaft and caulking the thin cylindrical member and fixing the thin cylindrical member to the shaft member.
  • a pipe joint is mentioned.
  • a connecting pipe 103 (thin cylindrical member) is fitted on the outer circumference of a second pipe 102 (shaft member) fitted on the outer circumference of the first pipe 101.
  • a plurality of locations in the axial direction of the connecting pipe 103 are caulked by caulking portions 104a and 104b.
  • the connecting pipe 103 is gradually thinned from one end to the other end so that the caulking rate of the caulking portion 104a on the thin side is smaller than that of the caulking portion 104b on the thick side.
  • the second tube 102 is prevented from coming out by the caulking portion 104b having the larger caulking rate.
  • the caulking portion 104a having a smaller caulking rate prevents the second tube 102 from being cut due to tensile stress.
  • the joint between the shaft member and the thin cylindrical member may be loosened due to the difference in linear expansion coefficient between the two members depending on the ambient temperature. It is possible that this will occur.
  • an object of the present invention is to provide a bonded structure and a bonding method thereof that can suitably obtain the bonding strength between members constituting the bonded structure. There is to do.
  • An embodiment of a joint structure for achieving the above object includes a shaft member, and a thin cylindrical member having an inner peripheral surface fitted to the outer peripheral surface of the shaft member,
  • the thin-walled cylindrical member includes a first caulking portion that is radially reduced in an axial middle portion and caulked along a first V-shaped groove provided on a peripheral surface of the shaft member, and an end surface on an inner diameter side.
  • a second caulking portion that is folded and caulked along a second V-shaped groove provided on the peripheral surface of the shaft member.
  • the joint structure has a cross-sectional shape in which the second V-shaped groove is asymmetric in the axial direction, and the rounded-up angle on the end side that receives the thin-walled cylindrical member is larger than the rounded-up angle on the side opposite to the end part. It can be large.
  • the second caulking portion may be formed only in a part of the end surface of the thin cylindrical member in the circumferential direction, or may be formed at equal intervals.
  • the joining structure may be a metal in which the material of the shaft member and the material of the thin cylindrical member are different. Moreover, it is preferable that the lap
  • the shaft member and the thin cylindrical member are fitted so that the outer peripheral surface of the shaft member and the inner peripheral surface of the thin cylindrical member are in contact with each other.
  • the end surface of the thin cylindrical member is folded inward along the second V-shaped groove provided on the peripheral surface of the shaft member with the thin cylindrical member covering the second V-shaped groove.
  • a second caulking portion forming step for forming the caulking portion may be formed only in a part of the end surface of the thin cylindrical member in the circumferential direction, or may be formed at equal intervals.
  • FIG. 1 It is a fragmentary sectional view which shows the joining method by the 2nd crimping part of the joining method of a joining structure
  • (a) is the state before a 2nd crimping part formation process in the aspect in which the 2nd V-shaped groove is not covered with the thin cylindrical member.
  • the figure shown (b) is the figure which showed the state after a 2nd crimp part formation process.
  • the angle is 60 ° and 30 °.
  • (A) is a fragmentary sectional view which shows the positional relationship of the 2nd V-shaped groove
  • (b) is a graph which shows the joint strength in the rotation direction of a shaft member and a thin-walled cylindrical member. It is a fragmentary sectional view which shows the structure of the conventional junction structure.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration in an embodiment of a joint structure according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a configuration in an embodiment of the joint structure according to the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the main part showing the configuration in an embodiment of the joint structure according to the present invention.
  • the joining structure 1 of the present embodiment includes a shaft member 10 and a thin cylindrical member 20 in which an inner peripheral surface is fitted to the outer peripheral surface of the shaft member 10.
  • the shaft member 10 is provided with a plurality of V-shaped grooves 11 in the axial direction over the entire circumference. These V-shaped grooves 11 are provided in the order of the first V-shaped groove 11A and the second V-shaped groove 11B from the end portion that receives the thin cylindrical member 20, for example.
  • the thin-walled cylindrical member 20 includes a first caulking portion 21 that is radially crimped along the first V-shaped groove 11A of the shaft member 10 and an end surface 20a that is bent into the inner diameter side. And a second caulking portion 22 that is caulked along the second V-shaped groove 11B of the member 10.
  • each of the first caulking portion 21 and the second caulking portion 22 is provided over the entire circumference of the thin cylindrical member 20.
  • the first caulking portion is not limited to machining by mechanical caulking, but may be a constricted portion approximately along the first V-shaped groove, such as a diameter reducing method using electromagnetic force.
  • the second V-shaped groove 11B has an axially asymmetric cross-sectional shape, and the rounded-up angle on the end side that receives the thin cylindrical member 20 is set to be larger than the rounded-up angle on the side opposite to the above-mentioned end. Is preferable (see FIGS. 7A and 7B).
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state before the second caulking portion forming step in an embodiment of the bonding structure bonding method.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the main part showing a state before the second caulking part forming step in an embodiment of the joining method of the joined structure.
  • FIG. 6 is a diagram showing a process in an embodiment of a joining method of a joined structure, (a) is a diagram showing a state before a second caulking part forming process, and (b) is a second caulking part.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a joining method using a second caulking portion in an embodiment of the joining method of the joined structure, (a) is a diagram showing a state before the second caulking portion forming step, (B) is the figure which showed the state after a 2nd crimp part formation process.
  • the joining method of the joint structure of the present embodiment is performed after the shaft member 10 and the thin cylindrical member 20 are fitted so that the outer peripheral surface of the shaft member 10 and the inner peripheral surface of the thin cylindrical member 20 are in contact with each other. It includes a first caulking part forming step and a second caulking part forming step.
  • First caulking portion forming step> In the first caulking portion forming step, as shown in FIG. 4, a first V-shaped groove 11 ⁇ / b> A of the shaft member 10 is formed by radially reducing the axial intermediate portion of the thin cylindrical member 20 fitted to the shaft member 10. It is the process of forming the 1st crimping part 21 by crimping along.
  • ⁇ Second caulking part forming step> Further, in the second caulking portion forming step, as shown in FIG. 5, the end surface 20a of the thin cylindrical member 20 is placed on the inner diameter side of the thin cylindrical member 20 with the thin cylindrical member 20 covering the second V-shaped groove 11B. This is a step of forming the second caulking portion 22 by folding and caulking along the second V-shaped groove 11B of the shaft member 10.
  • the thin cylindrical member 20 before folding the end surface 20 a to the inner diameter side completely covers the first V-shaped groove 11 ⁇ / b> A provided in the shaft member 10. It is fitted to the outer periphery of the shaft member 10 to the extent, and is folded while being compressed from this state. By doing so, stress in the compression direction remains between the first caulking portion 21 and the second caulking portion 22.
  • the second caulking portion forming step is performed using a mold 30 as shown in FIG.
  • the mold 30 is an annular member, and the inner peripheral surface 31 includes a large diameter portion 31A having an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the thin cylindrical member 20, and a small diameter portion having an inner diameter substantially equal to the inner diameter of the thin cylindrical member 20a. 31B and 31 C of taper surfaces which connect them.
  • the large-diameter portion 31A, the small-diameter portion 31B, the tapered surface 31C, and the connecting portion are configured with smooth curved surfaces.
  • first as shown in FIG.
  • the mold 30 is placed so that the large-diameter portion 31A contacts the outer peripheral surface of the thin cylindrical member 20 and the small-diameter portion 31B contacts the outer peripheral surface of the shaft member 10.
  • the shaft member 10 and the thin cylindrical member 20 are fitted and inserted until the end portion 20a is caught by the tapered surface 31C.
  • the mold 30 is moved from the second V-shaped groove 11 ⁇ / b> B of the shaft member 10 to the first V from the state in which the end 20 a is hooked on the tapered surface 31 ⁇ / b> C. Pushing in the direction of the groove 11A, the end surface 20a of the thin cylindrical member 20 is folded into the inner diameter side (inside the second V-shaped groove 11B).
  • FIG. 7A shows a state before the thin cylindrical member 20 is folded into the inner diameter side of the thin cylindrical member 20 with the thin cylindrical member 20 covering the second V-shaped groove 22.
  • FIG. 7B shows a state after the end surface 20 a is folded to the inner diameter side of the thin cylindrical member 20.
  • the first caulking portion 21 that has been crimped by reducing its diameter is spring-backed to form the first V-shaped groove 11A. From the surface. In this state, the contact surface pressure between the first V-shaped groove 11A and the first caulking portion 21 of the thin-walled cylindrical member 20 is low, and the joining force due to this is small.
  • the end surface 20a of the thin cylindrical member 20 is compressed while being folded into the inner diameter side (in the second V-shaped groove 11B), and is lifted by the spring back.
  • One side surface of the first caulking portion 21 is in surface contact with the side surface of the first V-shaped groove 11 ⁇ / b> A, and the contact surface is secured together with the second caulking portion 22.
  • the thin cylindrical member 20 is folded while being compressed, a corresponding surface pressure is generated on each contact surface, thereby making it possible to obtain bonding strength.
  • FIG. 8 is a fragmentary sectional view which shows the joining method by the 2nd crimping part of the joining method of a joining structure, (a) is the 2nd crimping part formation process in the aspect in which the 2nd V-shaped groove is not covered with the thin cylindrical member. The figure which showed the previous state, (b) is the figure which showed the state after a 2nd crimp part formation process. As shown in FIGS.
  • the thin cylindrical member 20 does not completely cover the second V-shaped groove 11B, and the end portion 20a is folded from a state where a part of the second V-shaped groove 11B is exposed. Then, no stress in the compression direction remains between the first caulking portion 21 and the second caulking portion 22, and the first caulking portion 21 remains in a state of being lifted by the spring back. That is, in such a state, the contact surface between the shaft member 10 and the thin cylindrical member 20 is not suitably secured, and there is a possibility that the bonding strength is reduced and variations occur.
  • FIG. 9 and FIG. 10 are perspective views showing a configuration in another embodiment of the bonded structure.
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the first caulking portion in another embodiment of the bonded structure.
  • FIG. 11A shows a case where the round-up angle of the first V-shaped groove is 45 °, and FIG. This is the case where the first V-shaped groove has a round-up angle of 60 ° and 30 °.
  • the description of the same configuration as the above-described embodiment is omitted. As shown in FIGS.
  • the second caulking portion 23 is formed not on the entire circumference of the end surface 20 a of the thin cylindrical member 20 but only on a part in the circumferential direction of the end surface 20 a.
  • the second caulking portions 23 having such an aspect are preferably formed at equal intervals in the circumferential direction of the thin cylindrical member 20.
  • the width dimension in the circumferential direction of one second caulking portion 22 is set to about 5% of the entire circumferential dimension of the thin-walled cylindrical member 20, and the second caulking portion 23 formed in this way is thin-walled. You may form in three places and equal distribution in the circumferential direction of the cylindrical member 20.
  • the width dimension in the circumferential direction of one second caulking portion 23 is about 8% of the entire circumferential dimension of the thin-walled cylindrical member 20, and the second caulking portion 23 formed in this way is thin-walled. You may form in four places and equal distribution in the circumferential direction of the cylindrical member 20.
  • the 1st crimping part 22 when the 2nd crimping part 22 is formed in the perimeter of the end surface 20a of the thin cylindrical member 20 like embodiment (refer FIG. 1) mentioned above, depending on the structure of the joining structure 1, the 1st crimping part The stress remaining between 21 and the second caulking portion 22 may be excessive. Such excessive stress in the thin cylindrical member 20 causes creep in a high temperature environment.
  • a plurality of second caulking portions 23 are partially formed on the end surface 20a, and even in such a bonded structure 1, the stress due to the second caulking portions 23 is adjusted to obtain an appropriate bonding strength. Obtainable.
  • the second caulking portion 23 is partially formed, the compressive force generated between the first V-shaped groove 11A and the second V-shaped groove 11B is prevented from becoming excessive even when the engagement allowance is increased. be able to.
  • the first V-shaped groove 11A is joined by making the cross-sectional shape along the axial direction an asymmetric shape similar to that of the second V-shaped groove 11B.
  • the bonding strength of the structure 1 may be controlled.
  • the cross-sectional shape along the axial direction of the first V-shaped groove 11A is usually a rounded-up angle (45 °) symmetrical to the axial direction.
  • the cross-sectional shape along the axial direction of the first V-shaped groove 11A is an asymmetrical cross-sectional shape in the axial direction, and the end 20a that receives the thin cylindrical member 20 is received.
  • the rounding angle ⁇ on the side may be larger than the rounding angle ⁇ on the side opposite to the end 20a.
  • the depth dimension of the first V-shaped groove 11A is substantially equal to the thickness of the thin cylindrical member 20 regardless of whether the axial cross-sectional shape is symmetric or asymmetric.
  • the depth dimension of the second V-shaped groove 11 ⁇ / b> B is set smaller than the thickness of the thin cylindrical member 20. This is because the thin cylindrical member 20 is sufficiently press-fitted into the second V-shaped groove 11B when the second caulking portion 22 is formed using the mold 30 (see FIG. 6) as described above. If the depth dimension of the groove 11B is larger than the thickness of the thin cylindrical member 20, a gap may be generated between the second V-shaped groove 11B and the thin cylindrical member 20, and it may be difficult to obtain the bonding strength of the bonded structure 1. . As shown in FIGS.
  • the cross-sectional shape along the axial direction of the first V-shaped groove 11A is symmetric in the axial direction (the groove side surface is a tapered shape).
  • a large contact area between the side surface and the shaft member 10 can be secured.
  • FIG. 11B when the rounding angle ⁇ on the side opposite to the end portion 20a is reduced, a corresponding joint strength can be obtained by the wedge effect.
  • the above-described embodiment may be used for a torque sensor that detects a torque generated on a rotating shaft.
  • a torque sensor is a torque sensor having the following configuration (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-248562). That is, the torque sensor is formed of a non-magnetic material that is electrically conductive and non-magnetic with the first and second rotating shafts arranged coaxially and connected via a torsion bar. The cylindrical member integrated with the said 2nd rotating shaft and the rotation direction so that the outer peripheral surface of a shaft may be surrounded.
  • At least the cylindrical member of the first rotating shaft surrounded by the cylindrical member is made of a magnetic material, and a groove extending in the axial direction is formed on the surrounded portion. Further, the cylindrical member is formed with a window so that the degree of overlap with the groove changes according to the relative rotational position with respect to the first rotating shaft. And torque is detected based on the inductance of the coil arrange
  • the holding force of the cylindrical member on the rotating shaft varies depending on the temperature, and as a result of the decrease in the holding force, the rotational position and the axial position of the cylindrical member with respect to the rotating shaft are There is room for studying that the detection accuracy is lowered due to the deviation.
  • FIG. 12 is a graph showing the bonding strength of the shaft member 10 and the thin cylindrical member 20 in the rotational direction.
  • the vertical axis shows the relative torque between the shaft member 10 and the thin cylindrical member 20, and the horizontal axis shows the shaft member.
  • the relative angle between 10 and the thin cylindrical member 20 is shown.
  • the broken lines indicate the evaluation results when the thin cylindrical member 20 is crimped by reducing the diameter of the thin cylindrical member 20 in the V-shaped groove 11 provided in the shaft member 10.
  • the solid line indicates the evaluation result of the joint structure 11 of the embodiment shown in FIG.
  • the bonded structure to be evaluated is obtained by bonding a thin cylindrical member 20 made of aluminum having a plate thickness of less than 1 mm to a steel shaft member 10 having an outer diameter of ⁇ 27 mm. Further, this evaluation is a result of applying torque to the joint portion (first caulking portion 21 and second caulking portion 22) until the relative twist angle after unloading the torque reaches a specified amount.
  • FIG. 13A is a partial cross-sectional view showing the positional relationship between the V-shaped groove 11 (the first V-shaped groove 11A and the second V-shaped groove 11B) and the thin cylindrical member 20, as in FIGS.
  • FIG.13 (b) is a graph which shows the joining strength in the rotation direction of a shaft member and a thin cylindrical member.
  • the evaluation result of the joining structure 1 folded from the state of "" is shown.
  • the solid line indicates the evaluation result of the joined structure 1 in which the lapping allowance ⁇ is folded from a state equivalent to the thickness t of the thin cylindrical member 20.
  • a bonding structure having a larger lapping margin tends to have a higher bonding strength.
  • the lapping margin is set to be equal to or less than the thickness t of the thin cylindrical member 20.
  • the first caulking portion 21 is provided in the middle portion of the thin cylindrical member 20 and the thin cylindrical member is provided.
  • a second caulking portion 22 in which the end surface 20a of the member 20 is folded to the inner diameter side is provided.
  • the second caulking portion 22 is formed while compressing the thin cylindrical member 20, so that the second caulking portion 22 is compressed in the compression direction inside the thin cylindrical member 20 (between the first caulking portion 21 and the second caulking portion 22). Stress remains, and as a reaction force, surface pressure is generated on the contact surface between the shaft member 10 and the thin cylindrical member 20. Due to this contact surface pressure, a corresponding frictional force is generated between the shaft member 10 and the thin cylindrical member 20, and a joint strength in the rotational direction can be obtained.
  • the first caulking portion 21 and the first caulking portion 21 Since the stress in the compression direction remains between the two caulking portions 22, the thin cylindrical member 20 is caulked and joined to the shaft member 10 as long as it is within a certain range even if an expansion difference occurs due to a change in ambient temperature. Is very rarely loosened.
  • the bonded structure and the bonding method thereof have been described.
  • the bonded structure and the bonding method according to the present invention are not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Is possible. For example, detailed conditions such as the shape of the V-shaped groove, the shape of the second caulking portion, and the number of the second caulking portions can be changed within a range in which the function of the present invention is exhibited.

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Abstract

　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及びその接合方法を提供する。そのために、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。薄肉円筒部材２０は、軸方向の中間部を径方向に縮径されて軸部材１０にかしめられた第１かしめ部２１と、端面２０ａを内径側に折り込んで軸部材１０にかしめられた第２かしめ部２２とを有する。

Description

接合構造体及びその接合方法
　本発明は、接合構造体及びその接合方法に関し、特に、軸部材と薄肉円筒部材とのかしめ接合による接合構造体及びその接合方法に関する。
　従来より、中実軸又は中空軸等の軸部材に対して、薄肉円筒部材を嵌合し、該薄肉円筒部材をかしめて上記軸部材に固定する接合構造体としては、特許文献１に記載の管継手が挙げられる。
　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。
特開平１１－３２５３６０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された接合構造においては、軸部材と薄肉円筒部材との回転方向（周方向）における接合強度を確保することは非常に困難であった。
　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。
　また、軸部材側に軸方向に平行な溝を設けて、該溝に薄肉円筒部材をかしめて回転方向を固定する方法もあるが、この方法も上記薄肉円筒部材のスプリングバックによって上記溝と上記薄肉円筒部材との間に隙間が生じることがある。その結果、軸部材と薄肉円筒部材との接合で回転方向のガタが生じる場合があった。
　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及びその接合方法を提供することにある。
　上記目的を達成するための接合構造体のある実施形態は、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、
　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かしめ部とを有する。
　ここで、上記接合構造体は、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くてもよい。
　また、上記接合構造体は、第２かしめ部が、上記薄肉円筒部材の端面の周方向の一部のみに形成されてもよく、等間隔で形成されてもよい。
　また、上記接合構造体は、上記軸部材の材料と、上記薄肉円筒部材の材料とが異なる金属であってもよい。
　また、上記接合構造体は、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ことが好ましい。
　また、接合構造体の接合方法のある実施形態は、軸部材の外周面と薄肉円筒部材の内周面とが当接するように上記軸部材と上記薄肉円筒部材とを嵌合させ、
　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。
　本発明によれば、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及びその接合方法を提供することができる。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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り、縦軸に軸部材と薄肉円筒部材との間の相対トルクを示し、横軸に軸部材と薄肉円筒部材との相対角度を示している。 （ａ）は接合時における第２Ｖ字溝と薄肉円筒部材との位置関係を示す部分断面図であり、（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。 従来の接合構造体の構成を示す部分断面図である。
　以下、本発明に係る接合構造体及びその接合方法の実施形態について図面を参照して説明する。
（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。
　薄肉円筒部材２０は、軸方向の中間部を径方向に縮径されて軸部材１０の第１Ｖ字溝１１Ａに沿ってかしめられた第１かしめ部２１と、端面２０ａを内径側に折り込んで軸部材１０の第２Ｖ字溝１１Ｂに沿ってかしめられた第２かしめ部２２とを有する。本実施形態では、第１かしめ部２１及び第２かしめ部２２のそれぞれは、薄肉円筒部材２０の周面全周にわたって設けられている。なお、第１かしめ部は、機械的かしめによる加工に限らず、電磁力による縮径法など、第１Ｖ字溝におおよそ沿ったくびれ部であればよい。
　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）。
（接合構造体の接合方法）
　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。
　本実施形態の接合構造体の接合方法は、軸部材１０の外周面と薄肉円筒部材２０の内周面とが当接するように軸部材１０と薄肉円筒部材２０とを嵌合させた後に、第１かしめ部形成工程と、第２かしめ部形成工程とを含む。
＜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。
＜第２かしめ部形成工程＞
　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。
　また、第２かしめ部形成工程は、図６に示すような金型３０を用いて行われる。金型３０は円環形状をなす部材であり、内周面３１は、内径が薄肉円筒部材２０の外径に略等しい大径部３１Ａと、内径が薄肉円筒部材２０ａの内径に略等しい小径部３１Ｂと、それらを接続するテーパ面３１Ｃとを有してなる。なお、大径部３１Ａ及び小径部３１Ｂとテーパ面３１Ｃと接続部は滑らかな曲面で構成されている。
　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（ｂ）に示すように、大径部３１Ａが薄肉円筒部材２０の外周面に当接し、小径部３１Ｂが軸部材１０の外周面に当接するように、金型３０を、軸部材１０及び薄肉円筒部材２０に嵌合させ、端部２０ａがテーパ面３１Ｃに引っ掛かるまで挿通させる。
　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。
　ここで、薄肉円筒部材２０の端面２０ａを内径側（第２Ｖ字溝１１Ｂ内）に折込む際の作用について詳述する。図７（ａ）は、薄肉円筒部材２０の端面２０ａを、薄肉円筒部材２０が第２Ｖ字溝２２を覆った状態で、薄肉円筒部材２０の内径側に折り込む前の状態を示している。また、図７（ｂ）は、端面２０ａを、薄肉円筒部材２０の内径側に折り込んだ後の状態を示している。図７（ａ）に示すように、端面２０ａを、薄肉円筒部材２０の内径側に折り込む前の状態では、縮径してかしめた第１かしめ部２１が、スプリングバックによって、第１Ｖ字溝１１Ａから浮き上がっている。この状態では、第１Ｖ字溝１１Ａと薄肉円筒部材２０の第１かしめ部２１との接触面圧は低く、これによる接合力は小さなものとなる。
　そこで、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、薄肉円筒部材２０の端面２０ａを圧縮しながら内径側（第２Ｖ字溝１１Ｂ内）に折込むことで、スプリングバックによって浮き上がっていた第１かしめ部２１の片側の側面が第１Ｖ字溝１１Ａの側面にしっかりと面接触し、第２かしめ部２２と合わせて接触面を確保した状態となる。
　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。
　また、薄肉円筒部材２０の内径側に折り込む際に、薄肉円筒部材２０が第２Ｖ字溝１１Ｂを覆った状態であることが好ましい理由について以下に述べる。
　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。
（他の実施形態）
　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。
　例えば、図９に示すように、１つの第２かしめ部２２の周方向の幅寸法を薄肉円筒部材２０の全周寸法の約５％とし、このように形成された第２かしめ部２３を薄肉円筒部材２０の周方向に３箇所、等配で形成してもよい。また、図１０に示すように、１つの第２かしめ部２３の周方向の幅寸法を薄肉円筒部材２０の全周寸法の約８％とし、このように形成された第２かしめ部２３を薄肉円筒部材２０の周方向に４箇所、等配で形成してもよい。
　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。
　また、軸部材１０の材料と、薄肉円筒部材２０の材料とが異なる場合、軸部材１０及び薄肉円筒部材２０のそれぞれの熱膨張の差によって、薄肉円筒部材２０に繰り返しひずみ振幅が発生することがある。そのため、第１かしめ部２１及び第２かしめ部２２（２３）の応力を一定に管理しておく必要がある。薄肉円筒部材２０の圧縮量（第２Ｖ字溝１１Ｂの肩部と薄肉円筒部材２０端面２０ａとの係り代）を管理することで、上記応力を管理することも可能だが、この場合、上記係り代を厳密に管理する必要があり、各部品の公差管理等に多大なロードが必要となる。
　そこで、本実施形態では、複数の第２かしめ部２３を端面２０ａに部分的に形成し、そのような接合構造体１においても、第２かしめ部２３による応力を調整して適切な接合強度を得ることができる。また、第２かしめ部２３が部分的に形成されることで、上記係り代が大きくなっても第１Ｖ字溝１１Ａと第２Ｖ字溝１１Ｂとの間で生じる圧縮力が過大になることを防ぐことができる。
　また、本実施形態では、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第２Ｖ字溝１１Ｂと同様の非対称形状にすることによって接合構造体１の接合強度をコントロールしてもよい。例えば、図１１（ａ）に示すように、第１Ｖ字溝１１Ａの軸方向に沿った断面形状は、通常、軸方向に対称な切り上げ角（４５°）である。これに対して、図１１（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２０ａ側の切上げ角θが、端部２０ａと反対側の切上げ角δよりも大きくてもよい。これらの切り上げ角は、例えば、θ＝６０°、δ＝３０°である。
　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。
　一方、第２Ｖ字溝１１Ｂの深さ寸法は、薄肉円筒部材２０の厚みよりも小さく設定されている。これは、前述のような金型３０（図６参照）を用いて第２かしめ部２２を形成する際に、第２Ｖ字溝１１Ｂに薄肉円筒部材２０を十分圧入させるためであり、第２Ｖ字溝１１Ｂの深さ寸法が薄肉円筒部材２０の厚みよりも大きいと、第２Ｖ字溝１１Ｂと薄肉円筒部材２０との間に隙が生じ、接合構造体１の接合強度を得にくくなることがある。
　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。
　さらに、上記実施形態は、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサに用いてもよい。このようなトルクセンサとしては、以下のような構成のトルクセンサが挙げられる（例えば特開平１１－２４８５６２号公報参照）。すなわち、上記トルクセンサは、同軸に配設され、トーションバーを介して連結された第１の回転軸及び第２の回転軸と、導電性で且つ非磁性の材料からなり、上記第１の回転軸の外周面を包囲するように、上記第２の回転軸と回転方向に一体とされた円筒部材とを有する。
　また、上記第１の回転軸の少なくとも上記円筒部材に包囲された被包囲部は磁性材料で形成され、上記被包囲部に軸方向に延びる溝が形成されている。さらに、上記円筒部材には、上記第１の回転軸との間の相対回転位置に応じて上記溝との重なり具合が変化するように窓が形成される。そして、上記円筒部材の上記窓が形成された部分を包囲するように配設されたコイルのインダクタンスに基づいてトルクが検出される。
　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。
　そこで、本発明の接合構造体及びその接合構造を、上記構成のトルクセンサに採用することによって、検出精度の低下を防ぎ、簡易な構造で高精度のトルク検出が行え、しかも装置の小型化も図られるトルクセンサを提供することができる。
　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１２に示すように、薄肉円筒部材２０の端部の折込みの有無によって、相対ねじれ角θに至るまでの負荷トルクに約２倍の差が生じる結果を得た。つまり、本実施形態の接合構造体によれば、接合部の信頼性を向上することが可能となる。
　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中、破線は、第２Ｖ字溝１１Ｂの肩部と薄肉円筒部材２０の端面２０ａとのラップ代（係り代）△を「△＝ｔ／５（ｔは薄肉円筒部材２０の肉厚）」の状態から折り込んだ接合構造体１の評価結果を示す。また、図１３中、実線は、ラップ代△を薄肉円筒部材２０の肉厚ｔと同等の状態から折り込んだ接合構造体１の評価結果を示す。
　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。
　以上説明したように、本発明のある実施形態によれば、軸部材１０と薄肉円筒部材２０とをかしめ接合するにあたって、薄肉円筒部材２０の中間部に第１かしめ部２１を設けると共に、薄肉円筒部材２０の端面２０ａを内径側に折り込んだ第２かしめ部２２を設けている。
　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。
　また、軸部材１０の材料と、薄肉円筒部材２０の材料とが異なっている場合、例えば、それぞれの材料が鋼材とアルミといった場合でも、本実施形態によれば、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っているため、雰囲気温度の変化によって膨張差が生じても、一定の範囲内であれば、軸部材１０に対する薄肉円筒部材２０のかしめ接合が完全に緩んでしまうことは極めて少ない。
　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。
　１　接合構造体
　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)

  1. 　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かしめ部とを有することを特徴とする接合構造体。
  2. 　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請求項１に記載の接合構造体。
  3. 　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又は２に記載の接合構造体。
  4. 　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３に記載の接合構造体。
  5. 　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１～４の何れか一項に記載の接合構造体。
  6. 　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１～５の何れか一項に記載の接合構造体。
  7. 　軸部材の外周面と薄肉円筒部材の内周面とが当接するように前記軸部材と前記薄肉円筒部材とを嵌合させ、
    　前記薄肉円筒部材の軸方向の中間部を径方向に縮径し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かしめ部を形成する第１かしめ部形成工程と、
    　前記薄肉円筒部材の端面を、前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かしめ部を形成する第２かしめ部形成工程とを含むことを特徴とする接合構造体の接合方法。
  8. 　第２かしめ部形成工程は、前記薄肉円筒部材の端面の周方向の一部のみに第２かしめ部を形成することを特徴とする請求項７に記載の接合構造体の接合方法。
  9. 　第２かしめ部形成工程は、第２かしめ部を、前記薄肉円筒部材の端面の周方向に、等間隔で形成することを特徴とする請求項８に記載の接合構造体の接合方法。
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