JP4920040B2 - 組部材と組部材の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
この製造方法によると、第1部材と第2部材とが強固に締結されている組部材を製造することができる。
それにより、柱状部の側面と孔の側面のうちの硬度が高い方に、軸方向に断続的に伸びる峰部を形成することができる。
突起に凹部を形成する場合、突起の高さが軸方向に一定に維持されている部分に形成することによって、柱状部を孔に圧入する際の圧入力が過剰に増大することを防止することができる。
それにより、柱状部の側面と孔の側面のうちの硬度が高い方に、軸方向に対して斜方に伸びる峰部を形成することができる。
それにより、柱状部の側面と孔の側面とを周方向と軸方向の両方向に関してより強固に締結することができる。
最初に、後述する実施形態1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かって一様に変化する高さ変化部20が設けられている。突起16の高さ一定部位19には複数の凹部16aが形成されており、突起16の高さ一定部位19では峰が断続的に伸びている。
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面41が設けられている。
(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よりも高い硬度の素材から製造されている。
(特徴4)筒状部材は、型治具の円形状凹部にセットされる。
図1、図3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群が形成されている(セレーションが形成されている)。突起16と突起16の間には、溝17が形成されている。
図4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。突起16の峰から周方向両側に伸びる2つの側面27、28は、軸18と峰を通過する半径に対して非対称に形成されている。
図5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かって一様に増加(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。突起16の高さ一定部19には、凹部16aが複数箇所に設けられている。突起16の高さ一定部19では、突起16の峰が凹部16aによって分断されており、突起16の峰が軸方向に断続的に伸びている。ここで、凹部16aは、周方向に並ぶ突起16群のすべてに設けてもよいし、周方向に並ぶ突起16群の一部にのみ設けてもよい。
突起16の高さ変化部20と、テーパ面41の側面形状は、図5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いればよく、必ずしもアール状でなくてもよい。
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という)は、筒状部材14の内径D6(図2参照)よりも大きい寸法に設定されている。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14の内径D6よりも小さい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から製造されている。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。
図6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。このため、柱状部材12が降下すると、図8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41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。
図10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11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。また、突起16に設けられている凹部16aに弾性変形した筒状部材14の内周面35が膨出し、軸18方向に断続的に伸びる各突起16の峰と峰の間に筒状部材14の弾性変形部分が入り込む。それにより、柱状部材12と筒状部材14の軸方向の締結力が増す。
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。
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、その変化から柱状部材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。
本実施形態では、柱状部材の他の具体例について説明する。本実施形態で説明する柱状部材112は、上記した実施形態1の柱状部材12と同様に、例えば筒状部材14(図2参照)に圧入することによって、両者を強固に締結することができる。
図12に示すように、柱状部材112の下端側には、軸118方向に対して斜方に伸びるとともに、周方向に繰り返す突起116群が形成されている。即ち、柱状部材112の下端側には、複数の突起116がヘリカルギヤ状に形成されている。
柱状部材112を筒状部材14に圧入していくと、突起116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ていく。筒状部材14の塑性変形部分は、突起116と突起116との間の溝内に、十分に入り込む。突起116と突起116との間の溝は、軸118方向に対して斜方に伸びている。従って、柱状部材112と筒状部材14は、周方向および軸方向に関して強固に締結される。
本実施形態では、柱状部材の他の具体例について説明する。本実施形態で説明する柱状部材212は、上記した実施形態1の柱状部材12と同様に、例えば筒状部材14(図2参照)に圧入することによって、両者を強固に締結することができる。
図13に示すように、柱状部材212の下端側には、軸218方向に対して斜方に伸びるとともに、周方向に繰り返す突起216群が形成されている。柱状部材212の一方の半周部分(図13中の右側半分)では、突起216a群が右ネジ方向に伸びている。柱状部材212の他方の半周部分(図13中の左側半分)では、突起216b群が左ネジ方向に伸びている。柱状部材212の一方の半周部分に形成されている突起216a群と、柱状部材212の他方の半周部分に形成されている突起216b群は、互いに鏡面対称となっている。
柱状部材212を筒状部材14に圧入していくと、突起216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ていく。筒状部材14の塑性変形部分は、突起216と突起216との間の溝内に、十分に入り込む。突起216と突起216との間の溝は、軸118方向に対して斜方に伸びている。従って、柱状部材212と筒状部材14は、周方向および軸方向に関して強固に締結される。特に、柱状部材212の一方の半周部分では、突起216aと突起216aとの間の溝が右ネジ方向に伸びているので、筒状部材114に対して柱状部材212が一方方向に回転することを強く抑制する。また、柱状部材212の他方の半周部分では、突起216bと突起216bとの間の溝が左ネジ方向に伸びており、筒状部材14に対して柱状部材212が他方方向に回転することを強く抑制する。従って、柱状部材212と筒状部材14は、周方向のいずれの向きに関しても強固に締結される。
本実施形態では、柱状部材の他の具体例について説明する。本実施形態で説明する柱状部材312は、上記した実施形態1の柱状部材12と同様に、例えば筒状部材14(図2参照)に圧入することによって、両者を強固に締結することができる。
図14、図15に示すように、柱状部材312の下端側には、軸318に垂直な断面が正方形である角柱部314が形成されている。角柱部314の側面には、4本の峰部316が軸318方向に伸びている。各峰部316には、2箇所の凹部316aが形成されている。柱状部材312の角柱部314の側面には、軸318方向に断続的に伸びる峰部316が周方向に繰り返し形成されている。
柱状部材312を筒状部材14に圧入すると、峰部316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る。このとき、峰部316に形成されている凹部には、弾性変形した筒状部材14が入り込む。従って、柱状部材312と筒状部材14は、周方向および軸方向に関して強固に締結される。
なお、角柱部314は、軸318に垂直な断面が正方形であることに限られず、軸318に垂直な断面が三角形、四角形、五角形、六角形、十字形等である角柱形状であってもよい。
図16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、孔部50が形成されている。子部品44〜47には、それぞれ孔50と複数の突起を持つセレーション51が形成されている。子部品48には、セレーション51が形成されている。図示省略するが、セレーション51には複数の凹部が形成されており、セレーション51の峰は軸方向に断続的に伸びている。図17は、セレーション51が孔部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いる。なお、セレーション51を、実施形態2、3のように、軸方向に対して斜方に伸びるように形成してもよい。
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17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、薄くしよ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かった。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を熱間鍛造加工する必要がない。従って、クランクシャフト42の軸方向長さを、従来よりも小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、締結時に孔部とセレーショ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もできる。
図20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。アウターレース56には、内周面にセレーション58が形成されている。アウターレース56のセレーションの内径は、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21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22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、セレーション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23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。
(1)リヤ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)エンジンマニ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)。
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 (5)
- 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部材に形成した柱状部を第2部材に形成した孔に圧入する工程を備え、
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、軸方向に伸びる突起が周方向に繰返し形成されており、
前記軸方向に伸びる突起は、その高さが軸方向に一様に増加する部分と、その高さが軸方向に一定に維持されている部分を備え、
前記突起の高さが軸方向に一定に維持されている部分は、少なくとも一箇所の凹部が形成されており、その峰が軸方向に断続的に伸びていることを特徴とする製造方法。 - 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部材に形成した柱状部を第2部材に形成した孔に圧入する工程を備え、
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、軸方向に対して一方方向に斜行する突起が周方向に繰返し形成されている部分と、軸方向に対して他方方向に斜行する突起が周方向に繰返し形成されている部分が形成されていることを特徴とする製造方法。 - 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又は2に記載の製造方法で製造した組部材であって、
前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度の低い方が、前記突起間のスペースに膨出していることを特徴とする組部材。 - 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のうちの硬度が高い方には、軸方向に伸びる突起が周方向に繰返し形成されており、
前記軸方向に伸びる突起は、その高さが軸方向に一様に増加する部分と、その高さが軸方向に一定に維持されている部分を備え、
前記突起の高さが軸方向に一定に維持されている部分は、少なくとも一箇所の凹部が形成されており、その峰が軸方向に断続的に伸びており、
前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度の低い方が、前記突起間のスペースに膨出している、
ことを特徴とする組部材。 - 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のうちの硬度が高い方には、軸方向に対して一方方向に斜行する突起が周方向に繰返し形成されている部分と、軸方向に対して他方方向に斜行する突起が周方向に繰返し形成されている部分が形成されており、
前記柱状部の側面と前記孔の側面のうちの硬度の低い方が、前記突起間のスペースに膨出している、
ことを特徴とする組部材。
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