WO2023144965A1

WO2023144965A1 - 機械部品の嵌合構造

Info

Publication number: WO2023144965A1
Application number: PCT/JP2022/003115
Authority: WO
Inventors: 真広山本
Original assignee: ファナック株式会社
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2023-08-03
Also published as: TW202332552A

Abstract

円柱状のシャフト（１１）を、嵌合孔（２１）に軸方向に嵌合させる機械部品（１０，２０）の嵌合構造（１）であって、嵌合孔（２１）が、軸方向に沿うシャフト（１１）との嵌合範囲に、軸方向に並んだ少なくとも２つの嵌合領域（Ｐ１，Ｐ２）を備え、嵌合領域（Ｐ１，Ｐ２）の内、嵌合孔（２１）の奥側に配置される第１嵌合領域（Ｐ１）の公差が上限である場合の内径寸法が、第１嵌合領域（Ｐ１）よりも嵌合孔（２１）の入口側に配置される第２嵌合領域（Ｐ２）の公差が下限である場合の内径寸法よりも小さく、第２嵌合領域（Ｐ２）は、第２嵌合領域（Ｐ２）における嵌合孔（２１）とシャフト（１１）との径方向の隙間に基づいて、嵌合孔（２１）の軸に対してシャフト（１１）が最大角度まで傾いても、シャフト（１１）が第１嵌合領域（Ｐ１）にスムーズに進入させられる公差および軸方向の長さ寸法を有する機械部品（１０，２０）の嵌合構造（１）である。

Description

機械部品の嵌合構造

　本開示は、機械部品の嵌合構造に関するものである。

　従来、トルクセンサをロボットアームに取り付ける場合に、トルクセンサの軸心とロボットアームの軸心とを合わせるために、円柱状のトルクセンサをロボットアームの円筒状部分の内部に嵌合させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
　円柱状のトルクセンサの外面をロボットアームの円筒状部分の内面に軸心方向の長い距離にわたって嵌合させると、トルク以外の曲げモーメントあるいは荷重が検出されてしまい、検出精度が低下していた。この不都合を解決するために、特許文献１は、トルクセンサの外面とロボットアームの内面とを軸心方向の一部において接触させることとしている。具体的には、トルクセンサの外周面の軸心方向の一部のみを径方向の外方に突出させたり、ロボットアームの内周面をテーパ状の曲面によって構成したりしている。

特開２０２０－１２６５６号公報

　一般に、シャフトを穴に嵌合させる嵌合構造において、特許文献１の構造を採用すると、嵌合途中のシャフトが穴の内面において傾き易い。特に、最終的に嵌合させた状態での径方向の位置決め精度を確保するために、シャフトの外面および穴の内面の寸法公差をきわめて小さくすると、穴に対するシャフトの微小な傾きによっても、いわゆる「カジリ」が発生して嵌合が困難になる。
　したがって、シャフトを穴に嵌合させる場合に、嵌合し易さを向上しつつ、嵌合した状態で径方向の位置決め精度を向上することが望まれている。

　本開示の一態様は、円柱状のシャフトを、嵌合孔に軸方向に嵌合させる機械部品の嵌合構造であって、前記嵌合孔が、前記軸方向に沿う前記シャフトとの嵌合範囲に、前記軸方向に並んだ少なくとも２つの嵌合領域を備え、該嵌合領域の内、前記嵌合孔の奥側に配置される第１嵌合領域の公差が上限である場合の内径寸法が、該第１嵌合領域よりも前記嵌合孔の入口側に配置される第２嵌合領域の公差が下限である場合の内径寸法よりも小さく、該第２嵌合領域は、該第２嵌合領域における前記嵌合孔の内面と前記シャフトの外面との隙間に基づいて、前記嵌合孔の前記軸に対して前記シャフトが最大角度まで傾いても、該シャフトが前記第１嵌合領域にスムーズに進入させられる公差および前記軸方向の長さ寸法を有する機械部品の嵌合構造である。

本開示の第１の実施形態に係る機械部品の嵌合構造を説明する縦断面図である。図１の嵌合構造におけるシャフトおよび嵌合孔の径寸法を示す部分的な縦断面図である。図１の嵌合構造におけるシャフトと嵌合孔との間の径方向の隙間を説明する縦断面図である。図１の嵌合構造における、嵌合孔の軸に対するシャフトの傾きを説明する縦断面図である。本開示の第２の実施形態に係る機械部品の嵌合構造を説明する縦断面図である。図５の嵌合構造におけるシャフトおよび嵌合孔の径寸法を示す部分的な縦断面図である。図５の嵌合構造におけるシャフトと嵌合孔との間の径方向の隙間を説明する縦断面図である。

　本開示の第１の実施形態に係る機械部品の嵌合構造１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る機械部品の嵌合構造１は、例えば、ロボットに備えられる２つの機械部品１０，２０間の嵌合構造である。

　第１の機械部品（機械部品）１０は、図１に示されるように、例えば、一定の外径寸法を有する円柱状のシャフト１１を備え、第２の機械部品（機械部品）２０は、例えば、シャフト１１を軸方向に嵌合させる横断面円形の嵌合孔２１を備えている。
　シャフト１１の外径寸法と嵌合孔２１の内径寸法とは、共通の基準寸法を有している。シャフト１１と嵌合孔２１とは、軸方向の所定の嵌合範囲にわたって相互に嵌合する。

　嵌合範囲におけるシャフト１１の外径寸法は単一の基準寸法と１組の公差とを備えている。シャフト１１の公差は、基準寸法に対する寸法のばらつき範囲を示し、公差が下限である内径寸法に製造された嵌合孔２１に対しても嵌合可能となるように、基準寸法に対して負側に偏っている。

　一方、嵌合範囲における嵌合孔２１には、軸方向に並んだ少なくとも２つの嵌合領域Ｐ１，Ｐ２が備えられている。２つの嵌合領域Ｐ１，Ｐ２は、図１に示されるように、嵌合孔（シャフト１１の嵌合孔２１への嵌合方向）２１の奥側に配置される第１嵌合領域Ｐ１、および、第１嵌合領域Ｐ１よりも嵌合孔２１の入口側（シャフト１１の嵌合孔２１への嵌合方向の手前側）に配置される第２嵌合領域Ｐ２である。

　第１嵌合領域Ｐ１および第２嵌合領域Ｐ２の内径寸法は、共通の基準寸法Ａｓ，Ｂｓを有し、かつ、異なる公差を備えている。図１に誇張して示されるように、第１嵌合領域Ｐ１における公差が上限である場合の内径寸法は、第２嵌合領域Ｐ２における公差が下限である場合の内径寸法よりも小さく設定されている。

　すなわち、第１嵌合領域Ｐ１の内径寸法と第２嵌合領域Ｐ２の内径寸法とは、共通の基準寸法Ａｓ，Ｂｓを有しているが、公差域が重なっていない。したがって、嵌合孔２１は、嵌合範囲の軸方向の途中において、加工条件を変更して加工されることにより構成されている。

　具体的には、本実施形態に係る嵌合構造１は、図２に示されるように、以下の関係を有している。
　Ａ＜Ｂ1＜Ｂ２
　Ｂ１ａ＜Ｂ２ｂ
　ここで、
　Ａ：シャフト１１の外径寸法、Ｂ１：第１嵌合領域Ｐ１の内径寸法、Ｂ２：第２嵌合領域Ｐ２の内径寸法、Ｂ１ａ：第１嵌合領域Ｐ１における公差が上限である場合の内径寸法、Ｂ２ｂ：第２嵌合領域Ｐ２における公差が下限である場合の内径寸法である。

　シャフト１１の外径寸法Ａは、公差が上限である場合の外径寸法Ａａ、公差が下限である場合の外径寸法Ａｂとして、
　Ａｂ≦Ａ≦Ａａ
である。

　嵌合孔２１の第１嵌合領域Ｐ１の内径寸法Ｂ１は、公差が上限である場合の内径寸法Ｂ１ａ、公差が下限である場合の内径寸法Ｂ１ｂとして、
　Ｂ１ｂ≦Ｂ１≦Ｂ１ａ
である。
　また、嵌合孔２１の第２嵌合領域Ｐ２の内径寸法Ｂ２は、公差が上限である場合の内径寸法Ｂ２ａ、公差が下限である場合の内径寸法Ｂ２ｂとして、
　Ｂ２ｂ≦Ｂ２≦Ｂ２ａ
である。

　上述したように、シャフト１１は、基準寸法Ａｓに対して公差が負側に偏る外径寸法Ａを有しているので、第１嵌合領域Ｐ１および第２嵌合領域Ｐ２に嵌合されたいずれの状態においても、嵌合孔２１の内面との間に隙間を生ずる。内径寸法Ｂ２が大きい第２嵌合領域Ｐ２の方が、内径寸法Ｂ１が小さい第１嵌合領域Ｐ１よりも、シャフト１１の外面と嵌合孔２１の内面との径方向の隙間が大きくなっている。

　シャフト１１の嵌合孔２１への嵌合は、シャフト１１の先端を嵌合孔２１の入口側から嵌合孔２１内に挿入し、まず、入口側に配置されている第２嵌合領域Ｐ２に嵌合させる。そして、嵌合が進行して第２嵌合領域Ｐ２の軸方向全長にわたってシャフト１１が嵌合した状態で、第２嵌合領域Ｐ２よりも嵌合孔２１の奥側に配置されている第１嵌合領域Ｐ１への嵌合が開始される。

　本実施形態においては、第２嵌合領域Ｐ２の公差が上限である場合の内径寸法Ｂ２ａおよび軸方向の長さＬが、以下のようにして設定されている。
　図３に、シャフト１１の外径寸法Ａが公差の下限である場合の外径寸法Ａｂであり、かつ、第２嵌合領域Ｐ２の内径寸法Ｂ２が公差の上限である場合の内径寸法Ｂ２ａにある場合を示す。この場合には、嵌合孔２１の内面とシャフト１１の外面との間に形成される隙間δは、最大値δｍａｘとなる。
　δｍａｘ＝Ｂ２ａ－Ａｂ

　そして、図４に、シャフト１１が第１嵌合領域Ｐ１に嵌合開始する直前の状態、すなわち、シャフト１１が第２嵌合領域Ｐ２の軸方向全長に嵌合し、嵌合長さが第２嵌合領域Ｐ２の軸方向の長さＬである場合を示す。この場合には、シャフト１１は、嵌合孔２１の軸Ｘに対して最大角度θｍａｘだけ傾く可能性がある。
　θｍａｘ＝ｔａｎ^－１（δｍａｘ／Ｌ）

　本実施形態に係る嵌合構造１は、第２嵌合領域Ｐ２のみに嵌合しているシャフト１１が嵌合孔２１の軸Ｘに対して最大角度θｍａｘまで傾いても、その後に継続するシャフト１１の第１嵌合領域Ｐ１へのスムーズな進入が許容されるように公差および長さＬが設定されている。ここで、シャフト１１の第１嵌合領域Ｐ１へのスムーズな進入とは、シャフト１１と第１嵌合領域Ｐ１との間で、双方が食い付いて外れなくなる、いわゆる「カジリ」を生じずに進入することを意味する。

　第１嵌合領域Ｐ１においては、隙間δは可能な限り０に近いことが、径方向の位置決め精度を向上できる点で好ましいが、現実的にシャフト１１を嵌合孔２１に嵌合させるためには、正の隙間δが存在する必要がある。

　そして、シャフト１１を嵌合孔２１の第１嵌合領域Ｐ１にスムーズに進入させるには、進入開始時点におけるシャフト１１の嵌合孔２１の軸Ｘに対する最大角度θｍａｘが低く抑えられていることが必要である。シャフト１１を嵌合孔２１の第１嵌合領域Ｐ１にスムーズに進入させ得る最大角度θｍａｘについては、実用されるシャフト１１および嵌合孔２１の種々の基準寸法と、公差と、第２嵌合領域Ｐ２の長さＬとに基づいて検討した結果、
　θｍａｘ≦１°
であることが好ましいことが分かった。

　このように構成された本実施形態に係る機械部品の嵌合構造１の作用について、以下に説明する。
　本実施形態に係る機械部品の嵌合構造１によれば、シャフト１１を嵌合孔２１に嵌合させると、シャフト１１はまず、嵌合孔２１の入口側に位置する第２嵌合領域Ｐ２に嵌合する。第２嵌合領域Ｐ２は、嵌合孔２１の奥側に位置する第１嵌合領域Ｐ１よりも大きな内径寸法を有しているので、嵌合したシャフト１１との間の隙間δは第１嵌合領域Ｐ１におけるよりも大きい。

　したがって、シャフト１１の嵌合孔２１への嵌合開始後、第１嵌合領域Ｐ１への嵌合に先立って嵌合する第２嵌合領域Ｐ２においては、シャフト１１は嵌合孔２１の軸Ｘに対して比較的大きく傾いていても、カジリを生じることなく嵌合を進行させることができる。
　そして、第２嵌合領域Ｐ２への嵌合完了後に、第１嵌合領域Ｐ１への嵌合が開始する際の、嵌合孔２１の軸Ｘに対するシャフト１１の傾きθが、第１嵌合領域Ｐ１におけるカジリを生じさせない基準寸法、公差および長さＬを有している。したがって、シャフト１１は、第２嵌合領域Ｐ２との嵌合から、そのまま第１嵌合領域Ｐ１との嵌合へスムーズに移行し、シャフト１１を第１嵌合領域Ｐ１にもカジリを生ずることなく嵌合させることができる。

　ここで、実用的なシャフト１１の外径寸法Ａおよび嵌合孔２１の内径寸法Ｂ１，Ｂ２の一例として、例えば、基準寸法Ｂｓ＝１００，１２０，１５０の３つの場合について説明する。また、ここでは、日本工業規格（ＪＩＳ　Ｂ０４０１）に基づき、シャフト１１の外径寸法Ａの公差域がｈ７、嵌合孔２１の第１嵌合領域Ｐ１の内径寸法Ｂ１の公差域がＦ７、第２嵌合領域Ｐ２の内径寸法Ｂ２の公差域がＨ７である場合を例示する。

　Ａｓ＝Ｂｓ＝１００である場合には、
　Ａｂ＝９９．９６５≦Ａ≦Ａａ＝１００、
　Ｂ１ｂ＝１００≦Ｂ１≦Ｂ１ａ＝１００．０３５、
　Ｂ２ｂ＝１００．０３６≦Ｂ２≦Ｂ２ａ＝１００．０７１
である。

　したがって、第２嵌合領域Ｐ２において、シャフト１１と嵌合孔２１との間の径方向の隙間の最大値δｍａｘは、
　δｍａｘ＝１００．０７１－９９．９６５＝０．１０６
となる。
　第２嵌合領域Ｐ２の軸Ｘ方向の長さＬ＝６ｍｍであれば、第２嵌合領域Ｐ２に嵌合し第１嵌合領域Ｐ１への嵌合直前のシャフト１１の最大角度θｍａｘは、
　θｍａｘ＝ｔａｎ^－１（０．１０６／６）＝１．０°
となる。

　Ａｓ＝Bｓ＝１２０である場合には、
　Ａｂ＝１１９．９６５≦Ａ≦Ａａ＝１２０、
　Ｂ１ｂ＝１２０≦Ｂ１≦Ｂ１ａ＝１２０．０３５、
　Ｂ２ｂ＝１２０．０３６≦Ｂ２≦Ｂ２ａ＝１２０．０７１
である。

　したがって、第２嵌合領域Ｐ２において、シャフト１１と嵌合孔２１との間の径方向の隙間の最大値δｍａｘは、
　δｍａｘ＝１２０．０７１－１１９．９６５＝０．１０６
となる。
　第２嵌合領域Ｐ２の軸Ｘ方向の長さＬ＝８ｍｍであれば、第２嵌合領域Ｐ２に嵌合し第１嵌合領域Ｐ１への嵌合直前のシャフト１１の最大角度θｍａｘは、
　θｍａｘ＝ｔａｎ^－１（０．１０６／８）＝０．７６°≦１°
となる。

　また、Ａｓ＝Bｓ＝１５０である場合には、
　Ａｂ＝１４９．９６０≦Ａ≦Ａａ＝１５０、
　Ｂ１ｂ＝１５０≦Ｂ１≦Ｂ１ａ＝１５０．０４０、
　Ｂ２ｂ＝１５０．０４３≦Ｂ２≦Ｂ２ａ＝１５０．０８３
である。

　したがって、第２嵌合領域Ｐ２において、シャフト１１と嵌合孔２１との間の径方向の隙間の最大値δｍａｘは、
　δｍａｘ＝１５０．０８３－１４９．９６０＝０．１２３
となる。
　第２嵌合領域Ｐ２の軸Ｘ方向の長さＬ＝８．２ｍｍであれば、第２嵌合領域Ｐ２に嵌合し第１嵌合領域Ｐ１への嵌合直前のシャフト１１の最大角度θｍａｘは
　θｍａｘ＝ｔａｎ^－１（０．１２３／８．２）＝０．８６°≦１°
となる。

　実用上、上記のシャフト１１および嵌合孔２１の基準寸法、公差および第２嵌合領域Ｐ２の長さであれば、嵌合孔２１の第２嵌合領域Ｐ２への嵌合開始から第１嵌合領域Ｐ１への嵌合完了まで、カジリを生じさせずに、シャフト１１をスムーズに嵌合させることができている。したがって、種々の基準寸法において、第２嵌合領域Ｐ２に嵌合し第１嵌合領域Ｐ１への嵌合直前のシャフト１１の最大角度θｍａｘがθｍａｘ≦１°となるように、基準寸法、公差および長さＬを設定することができる。そして、このように設定することにより、シャフト１１の嵌合孔２１への嵌合開始を容易にし、かつ、嵌合終了までスムーズに嵌合を進行させることができ、しかも、最終的に嵌合した状態において、径方向の高い位置決め精度を達成することができるという利点がある。

　なお、本実施形態においては、実用上、嵌合孔２１の第２嵌合領域Ｐ２への嵌合開始から第１嵌合領域Ｐ１への嵌合完了まで、カジリを生じさせずに、シャフト１１をスムーズに嵌合させることができている場合を例示した。これに代えて、上記各条件を満たす他の基準寸法、公差および第２嵌合領域Ｐ２の長さＬを採用してもよい。

　すなわち、第２嵌合領域Ｐ２へのシャフト１１の嵌合し易さを維持しながら、第１嵌合領域Ｐ１へのカジリの生じない嵌合を達成するには、第２嵌合領域Ｐ２の長さＬを長くすればよい。また、第２嵌合領域Ｐ２の長さＬを長くできない場合には、嵌合し易さを確保し得る程度に、第２嵌合領域Ｐ２における径方向の寸法公差を小さく調整すればよい。

　また、本実施形態においては第１嵌合領域Ｐ１の公差が下限である内径寸法Ｂ１ｂと、第２嵌合領域Ｐ２の公差が上限である内径寸法Ｂ２ａとの寸法差ΔＢが、第１嵌合領域Ｐ１の内径の基準寸法Ｂｓの０．１％以下であることが好ましい。このようにすることで、第１嵌合領域Ｐ１と第２嵌合領域Ｐ２との間の段差を低減し、第２嵌合領域Ｐ２から第１嵌合領域Ｐ１への嵌合をスムーズに移行させることができる。

　上記の例において、Ｂｓ＝１００である場合には、
　ΔＢ＝Ｂ２ａ―Ｂ１ｂ＝１００．０７１－１００＝０．０７１
　ΔＢ／Ｂｓ＝０．０７１／１００＝０．０００７１≦０．１％
である。
　また、Ｂｓ＝１２０である場合には、
　ΔＢ＝Ｂ２ａ－Ｂ１ｂ＝１２０．７１－１２０＝０．０７１
　ΔＢ／Ｂｓ＝０．０７１／１２０＝０．０００５９≦０．１％
である。
　また、Ｂｓ＝１５０である場合には、
　ΔＢ＝Ｂ２ａ－Ｂ１ｂ＝１５０，０８３－１５０＝０．０８３
　ΔＢ／Ｂｓ＝０．０８３／１５０＝０．０００５５≦０．１％
である。

　本実施形態においては、シャフト１１を備える第１の機械部品１０、および、嵌合孔２１を備える第２の機械部品２０において、シャフト１１を嵌合孔２１に嵌合させる嵌合構造１について説明した。この場合の機械部品１０，２０としてはロボットに備えられる機械部品としたが、他の任意の機械部品であってもよい。特に、第１の機械部品１０または第２の機械部品２０の一方がロボットを構成するアームあるいはハウジング等の機械部品であり、他方が力、トルクあるいは温度等を検出するセンサであることにしてもよい。

　次に、本開示の第２の実施形態に係る機械部品の嵌合構造５０について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る機械部品の嵌合構造１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

　本実施形態に係る機械部品の嵌合構造５０においては、図５に示されるように、嵌合孔２１が単一の公差の内径寸法Ｂを備え、シャフト１１が、軸Ｙ方向に並んだ２つの嵌合領域Ｒ１，Ｒ２を備えている点で、第１の実施形態と相違している。嵌合範囲における嵌合孔２１の内径寸法は単一の基準寸法と１組の公差とを備えている。嵌合孔２１の公差は、基準寸法に対する寸法のばらつき範囲を示し、公差が上限である場合の外径寸法に製造されたシャフト１１も嵌合可能となるように、基準寸法に対して正側に偏っている。

　シャフト１１の２つの嵌合領域Ｒ１，Ｒ２は、図６に示されるように、シャフト１１の基端側に配置される第１嵌合領域Ｒ１および、第１嵌合領域Ｒ１よりもシャフト１１の先端側に配置される第２嵌合領域Ｒ２である。
　第１嵌合領域Ｒ１の外径寸法Ａ１および第２嵌合領域Ｒ２の外径寸法Ａ２は、共通の基準寸法Ａｓ，Ｂｓを有し、かつ、異なる公差を備えている。第２嵌合領域Ｒ２における公差が上限である場合の外径寸法Ａ２ａは、第１嵌合領域Ｒ１における公差が下限である場合の外径寸法Ａ１ｂよりも小さく設定されている。

　すなわち、第１嵌合領域Ｒ１の外径寸法Ａ１と第２嵌合領域Ｒ２の外径寸法Ａ２とは、共通の基準寸法Ａｓ，Ｂｓを有しているが、公差域が重なっていない。したがって、シャフト１１は、嵌合範囲の軸Ｙ方向の途中において、加工条件を変更して加工されることにより構成されている。

　具体的には、本実施形態に係る嵌合構造５０は、以下の関係を有している。
　Ａ２＜Ａ１＜Ｂ
　Ａ２ａ＜Ａ１ｂ
　ここで、
　Ａ１：シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１の外径寸法、Ａ２：シャフト１１の第２嵌合領域Ｒ２の外径寸法、Ａ２ａ：第２嵌合領域Ｒ２における公差が上限である場合の外径寸法、Ａ１ｂ：第１嵌合領域Ｒ１における公差が下限である場合の外径寸法、Ｂ：嵌合孔２１の内径寸法である。

　嵌合孔２１の内径寸法Ｂは、公差が上限である場合の内径寸法Ｂａ、公差が下限である場合の内径寸法Ｂｂとして、
　Ｂｂ≦Ｂ≦Ｂａ
である。

　シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１の外径寸法Ａ１は、公差が上限である場合の外径寸法Ａ１ａ、公差が下限である場合の外径寸法Ａ１ｂとして、
　Ａ１ｂ≦Ａ１≦Ａ１ａ
である。
　また、シャフト１１の第２嵌合領域Ｒ２の外径寸法Ａ２は、公差が上限である場合の外径寸法Ａ２ａ、公差が下限である場合の外径寸法Ａ２ｂとして、
　Ａ２ｂ≦Ａ２≦Ａ２ａ
である。

　上述したように、嵌合孔２１は、基準寸法Ｂｓに対して公差が正側に偏る内径寸法Ｂを有しているので、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１および第２嵌合領域Ｒ２が嵌合したいずれの状態においても、シャフト１１の外面との間に隙間を生ずる。小さい外径寸法Ａ２の第２嵌合領域Ｒ２の方が、大きい外径寸法Ａ１の第１嵌合領域Ｒ１よりも、シャフト１１の外面と嵌合孔２１の内面との径方向の隙間が大きくなっている。

　シャフト１１の嵌合孔２１への嵌合は、シャフト１１の先端を嵌合孔２１の入口側から嵌合孔２１内に挿入し、まず、先端側に配置されている第２嵌合領域Ｒ２に嵌合させる。そして、嵌合が進行して第２嵌合領域Ｒ２の軸Ｙ方向全長にわたって嵌合孔２１に嵌合した状態で、第２嵌合領域Ｒ２よりもシャフト１１の基端側に配置されている第１嵌合領域Ｒ１の嵌合孔２１への嵌合が開始される。

　本実施形態においては、第２嵌合領域Ｒ２の公差が上限である場合の外径寸法Ａ２ａおよび第２嵌合領域Ｒ２の軸Ｙ方向の長さＬが、以下のようにして設定されている。
　図７に示されるように、シャフト１１の第２嵌合領域Ｒ２の外径寸法Ａ２が公差の下限である場合の外径寸法Ａ２ｂであり、かつ、嵌合孔２１の内径寸法Ｂが公差の上限である場合の内径寸法Ｂａにある場合に、嵌合孔２１の内面とシャフト１１の外面との間に形成される隙間δは、最大値δｍａｘとなる。
　δｍａｘ＝Ｂａ－Ａ２ｂ

　そして、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１が嵌合孔２１に嵌合開始する直前の状態、すなわち、シャフト１１の第２嵌合領域Ｒ２の軸Ｙ方向全長が嵌合孔２１に嵌合し、嵌合長さが第２嵌合領域Ｒ２の軸Ｙ方向の長さＬである場合には、シャフト１１は、嵌合孔２１の軸Ｘに対して最大角度θｍａｘだけ傾く可能性がある。
　θｍａｘ＝ｔａｎ^－１（δｍａｘ／Ｌ）

　本実施形態に係る嵌合構造５０は、第２嵌合領域Ｒ２のみが嵌合孔２１に嵌合しているシャフト１１が、嵌合孔２１の軸Ｘに対して最大角度θｍａｘまで傾いても、その後にシャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１が嵌合孔２１にスムーズに進入させられるように公差Ｂ２ａおよび長さＬが設定されている。ここで、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１の嵌合孔へのスムーズな進入とは、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１と嵌合孔２１との間で、双方が食い付いて外れなくなる、いわゆる「カジリ」を生じずに進入することを意味する。

　第１嵌合領域Ｒ１においては、隙間δは可能な限り０に近いことが、径方向の位置決め精度を向上できる点で好ましいが、現実的にシャフト１１を嵌合孔２１に嵌合させるためには、正の隙間δが存在する必要がある。

　そして、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１を嵌合孔２１にスムーズに進入させるには、進入開始時点におけるシャフト１１の嵌合孔２１の軸Ｘに対する最大角度θｍａｘが低く抑えられていることが必要である。シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１を嵌合孔２１にスムーズに進入させ得る最大角度θｍａｘについては、実用されるシャフト１１および嵌合孔２１の種々の基準寸法と、公差と、第２嵌合領域Ｒ２の長さＬとに基づいて検討した結果、
　θｍａｘ≦１°
であることが好ましいことが分かった。

　このように構成された本実施形態に係る機械部品の嵌合構造５０の作用について、以下に説明する。
　本実施形態に係る機械部品の嵌合構造５０によれば、シャフト１１を嵌合孔２１に嵌合させると、まず、シャフト１１の先端側に位置する第２嵌合領域Ｒ２が、嵌合孔２１の入口側から嵌合する。第２嵌合領域Ｒ２は、シャフト１１の基端側に位置する第１嵌合領域Ｒ１よりも小さな外径寸法を有しているので、嵌合したシャフト１１との間の隙間は第１嵌合領域Ｒ１におけるよりも大きい。

　したがって、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１の嵌合孔２１への嵌合に先立って嵌合する第２嵌合領域Ｒ２においては、シャフト１１は嵌合孔２１の軸Ｘに対して比較的大きく傾いていても、カジリを生じることなく嵌合を進行させることができる。
　そして、第２嵌合領域Ｒ２の嵌合孔２１への嵌合完了後に、第１嵌合領域Ｒ１の嵌合が開始する際の、嵌合孔２１の軸Ｘに対するシャフト１１の傾きθが、第１嵌合領域Ｒ１と嵌合孔２１とのカジリを生じさせない基準寸法、公差および長さＬを有している。したがって、シャフト１１は、第２嵌合領域Ｒ２の嵌合孔２１への嵌合から、そのまま第１嵌合領域Ｒ１の嵌合孔２１への嵌合へスムーズに移行し、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１も嵌合孔２１へ、カジリを生ずることなく嵌合させることができる。

　また、種々の基準寸法において、シャフト１１の第２嵌合領域Ｒ２が嵌合孔２１に嵌合し第１嵌合領域Ｒ１が嵌合する直前のシャフト１１の最大角度θｍａｘがθｍａｘ≦１°となるように、基準寸法、公差および長さＬを設定することができる。このように設定することにより、シャフト１１の嵌合孔２１への嵌合開始を容易にし、かつ、嵌合終了までスムーズに嵌合を進行させることができ、しかも、最終的に嵌合した状態において、径方向の高い位置決め精度を達成することができるという利点がある。

　また、本実施形態においては、シャフト１１の第１嵌合領域Ｒ１の公差が下限である外径寸法Ａ１ｂと、第２嵌合領域Ｒ２の公差が上限である外径寸法Ａ２ａとの寸法差ΔＡが、第１嵌合領域Ｒ１の内径の基準寸法Ａｓの０．１％以下であることが好ましい。このようにすることで、第１嵌合領域Ｒ１と第２嵌合領域Ｒ２との間の段差を低減し、第２嵌合領域Ｒ２から第１嵌合領域Ｒ１の嵌合孔２１への嵌合をスムーズに移行させることができる。

　１，５０　嵌合構造
　１０　第１の機械部品（機械部品）
　１１　シャフト
　２０　第２の機械部品（機械部品）
　２１　嵌合孔
　Ｐ１，Ｒ１　第１嵌合領域
　Ｐ２，Ｒ２　第２嵌合領域

Claims

　円柱状のシャフトを、嵌合孔に軸方向に嵌合させる機械部品の嵌合構造であって、
　前記嵌合孔が、前記軸方向に沿う前記シャフトとの嵌合範囲に、前記軸方向に並んだ少なくとも２つの嵌合領域を備え、
　該嵌合領域の内、前記嵌合孔の奥側に配置される第１嵌合領域の公差が上限である場合の内径寸法が、該第１嵌合領域よりも前記嵌合孔の入口側に配置される第２嵌合領域の公差が下限である場合の内径寸法よりも小さく、
　該第２嵌合領域は、該第２嵌合領域における前記嵌合孔の内面と前記シャフトの外面との隙間に基づいて、前記嵌合孔の前記軸に対して前記シャフトが最大角度まで傾いても、該シャフトが前記第１嵌合領域にスムーズに進入させられる公差および前記軸方向の長さ寸法を有する機械部品の嵌合構造。
　以下の関係を有する請求項１に記載の機械部品の嵌合構造。
　Ａ＜Ｂ１＜Ｂ２
　Ｂ１ａ＜Ｂ２ｂ
　ここで、
　Ａ：前記シャフトの外径寸法、
　Ｂ１：前記第１嵌合領域の内径寸法、
　Ｂ２：前記第２嵌合領域の内径寸法、
　Ｂ１ａ：前記第１嵌合領域の公差が上限である場合の内径寸法、
　Ｂ２ｂ：前記第２嵌合領域の公差が下限である場合の内径寸法
である。
　前記嵌合孔が、前記シャフトと同一の径方向の基準寸法を有する請求項１または請求項２に記載の機械部品の嵌合構造。
　以下の関係を有する請求項３に記載の機械部品の嵌合構造。
　（Ｂ２ａ－Ｂ１ｂ）／Ｂｓ≦０．００１
　ここで、
　Ｂｓ：前記嵌合孔の内径の基準寸法
　Ｂ２ａ：前記第２嵌合領域の公差が上限である場合の内径寸法
　Ｂ１ｂ：前記第１嵌合領域の公差が下限である場合の内径寸法
である。
　円柱状のシャフトを、嵌合孔に嵌合させる機械部品の嵌合構造であって、
　前記シャフトが、前記軸方向に沿う前記嵌合孔との嵌合範囲に、前記軸方向に並んだ少なくとも２つの嵌合領域を備え、
　該嵌合領域の内、前記シャフトの基端側に配置される第１嵌合領域の公差が下限である場合の外径寸法が、該第１嵌合領域よりも先端側に配置される第２嵌合領域の公差が上限である場合の外径寸法よりも大きく、
　前記第２嵌合領域は、該第２嵌合領域における前記シャフトの外面と前記嵌合孔の内面との隙間に基づいて、前記嵌合孔の前記軸に対して前記シャフトが最大角度まで傾いても、前記第１嵌合領域が前記嵌合孔にスムーズに進入させられる公差および前記軸方向の長さ寸法を有する機械部品の嵌合構造。
　以下の関係を有する請求項５に記載の機械部品の嵌合構造。
　Ａ２＜Ａ１＜Ｂ
　Ａ２ａ＜Ａ１ｂ
　ここで、
　Ｂ：前記嵌合孔の内径寸法、
　Ａ１：前記第１嵌合領域の外径寸法、
　Ａ２：前記第２嵌合領域の外径寸法、
　Ａ２ａ：前記第２嵌合領域の公差が上限である場合の外径寸法、
　Ａ１ｂ：前記第１嵌合領域の公差が下限である場合の外径寸法
である。
　前記嵌合孔が、前記シャフトと同一の径方向の基準寸法を有する請求項５または請求項６に記載の機械部品の嵌合構造。
　以下の関係を有する請求項７に記載の機械部品の嵌合構造。
　（Ａ１ａ－Ａ２ｂ）／Ａｓ≦０．００１
　ここで、
　Ａｓ：前記シャフトの外径の基準寸法
　Ａ１ａ：前記第１嵌合領域の公差が上限である場合の外径寸法
　Ａ２ｂ：前記第２嵌合領域の公差が下限である場合の外径寸法
である。
　前記最大角度が、１°以下である請求項１から請求項８のいずれかに記載の機械部品の嵌合構造。