JP5729030B2 - 圧入部品の製造方法 - Google Patents
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Description
具体的には、圧入部品および被圧入部品に関する各々の製造工程において、圧入部品では、その内周面の真円度(以下、「内径真円度」と記す)、およびその外周面の真円度(以下、「外径真円度」と記す)を予め精度よく管理しておき、また、被圧入部品では、その内周面の真円度(以下、「内径真円度」と記す)を予め精度よく管理しておくことで、被圧入部品に圧入する際の、圧入部品の変形量を極力小さくするのである。
二加工工程とを有して構成される。そして、前記第一加工工程および第二加工工程は、クランプ装置などによって、常に圧入部品をクランプしつつ固定保持しながら行われる。
このようなことから、薄肉円筒部材からなる圧入部品においては、前記第一加工工程および第二加工工程を行う際に、前記クランプ装置によるクランプ圧によって歪みが生じやすく、適度なクランプ圧によって圧入部品をクランプしつつ、前記圧入部品の「内径真円度」および「外径真円度」を精度よく管理することは困難であった。
また、例えば、焼結部材あるいは最終的に熱処理が施される部材からなる滑り軸受や、遊星歯車における内歯車の歯部などを、圧入部品として製造する場合においては、前記第一加工工程にて、圧入部品の「内径真円度」を精度よく管理することが難しく、これに伴い、第二加工工程にて、前記内周面を基準としつつ、圧入部品の「外径真円度」を精度よく管理することも困難であった。
従って、これらの結果、従来の薄肉円筒部材からなる圧入部品の製造方法においては、圧入後の圧入部品の「内径真円度」を、効率的、且つ経済的に保証することは困難であり、また、高度な加工技術が必要となることから製造コストも嵩張ることとなっていた。
即ち、「特許文献1」においては、軸受の製造方法に関するものであって、内径が一定な軸受円筒穴を有する筒状の軸受部材(圧入部品)を、両端部近傍のみを軸受部材(圧入部品)の外周径よりも小さい穴径とした外周部材(被圧入部品)内に圧入し、外周部材(被圧入部品)と軸受部材(圧入部品)とが両端部で圧入されるように構成して、軸受部材(圧入部品)の軸受円筒穴の両端部内径のみが弾性変形して小径となるようにしたことを特徴とする技術が開示されている。
また、「特許文献2」においては、軸受装置に関するものであって、軸受ホルダー(被圧入部品)に軸受部材(圧入部品)を圧入するにあたって、軸受部材(圧入部品)のうちの固定部のみを圧入固定させて、本来的な軸受機能を有する軸受部を圧入固定させることがないように、当該軸受部を固定部から分離して配置することを特徴とする技術が開示されている。
しかし、これらの技術は構造上、何れも軸心方向両端部の内周面にしか、「内径真円度」を保証することができず、例えば、内周面の全ての領域に渡って、「内径真円度」を保証しなければならない圧入部品など、様々な仕様の圧入部品に対して対応することができない。
即ち、本発明における圧入部品の製造方法によれば、薄肉円筒部材からなり、被圧入部品に圧入される圧入部品において、圧入後の内周面に関する真円度(「内径真円度」)を、該内周面の全ての領域に渡って効率的、且つ経済的に保証する(真円度を所定の公差内におさめる。)ことができる。
先ず、本実施例における圧入部品の製造方法の概要について、図1、図2および図10を用いて説明する。
本実施例における圧入部品の製造方法は、主に薄肉円筒部材からなる圧入部品を製造するための方法であって、圧入部品の被圧入部品への圧入時に、圧入部品が被圧入部品の内周面の形状に即して変形することを利用して、圧入後の圧入部品に関する内周面の真円度(以下、「内径真円度」と記載する)を、効率的、且つ経済的に保証する(真円度を所定の公差内におさめる。以下同じ。)ことを特徴とする。
この際、圧入部品1内の長軸側近傍部には、内部応力(より具体的には、周方向に沿った圧縮応力)が発生する。
そして、間隙部3・3内において、外周面1b上の短軸側近傍部は、前記内部応力によって、半径方向外側(図2における矢印Bの方向)に向かって押し出されるようにして変形されるとともに、前記内部応力は、圧入部品1を変形させることで略開放(略消滅)される。
つまり、圧入部品1は、被圧入部品2への圧入時、被圧入部品2の内周面2aの形状に即して変形するのである。
従って、前記内部応力による圧縮作用によって、圧入部品1における一部の箇所の肉厚が増加することも殆どなく、被圧入部品2への圧入前後を通じて、圧入部品1の肉厚寸法は略変化することなく維持されるのである。
つまり、圧入後の圧入部品101においては、その外周面101bは、前記肉厚寸法D1・D2を保持しつつ、被圧入部品102の内周面102aに即して変形することとなる。
よって、圧入後の圧入部品101の「内径真円度」を、効率的、且つ経済的に保証することは困難なのである。
その結果、図10の下段に示すように、被圧入部品202への圧入前後を通じて、圧入部品201の「内径真円度」は略変化することなく維持されることとなり、圧入後の圧入部品201の「内径真円度」を保証することができるのである。
このように、従来の圧入部品の製造方法においては、被圧入部品202に圧入する際における、圧入部品201の変形を極力抑えることで、圧入後の圧入部品201の「内径真円度」を保証することとしていた。
また、例えば、焼結部材あるいは最終的に熱処理が施される部材からなる滑り軸受や、遊星歯車における内歯車の歯部などを、圧入部品201として製造する場合においては、圧入部品201の「内径真円度」の精度を管理することは難しく、これに伴い、内周面201aを基準として形成される外周面201bに対して、「外径真円度」の精度を管理するのも困難であり、圧入部品201を加工するには、高度な加工技術が必要となる。
次に、本実施例における圧入部品の製造方法について、図3乃至図11を用いて詳述する。
本実施例における圧入部品の製造方法は、主に、規格値設定工程100(図3を参照)と、該規格値設定工程100の終了後に行われる製造工程300(図5(a)を参照)とを有して構成される。
先ず初めに、規格値設定工程100について、図3および図11を用いて説明する。
規格値設定工程100は、後述する製造工程300が行われる際の、圧入部品1に関する各規格値を、被圧入部品2に関する規格値とともに、予め設定するための工程である。
なお、規格値設定工程100を構成する各ステップ(ステップS101乃至S106)は、製造工程300を行う既知のNC旋盤などの制御装置内にて動作することとしてもよく、あるいは、前記NC旋盤に対して別途設けられるパーソナルコンピュータ(PC:Personal Computer)などによって動作することとしてもよい。
規格値設定工程100が開始すると、先ず、ステップS101において、圧入後の圧入部品1における「内径真円度」の公差が、規格値T1(図1の下段を参照)として仮に設定される。
つまり、圧入部品1が被圧入部品2の内周部に対して完全に圧入された状態において、前記圧入部品1の「内径真円度」として最終的に保証することとなる公差が、規格値T1として仮に設定される。
つまり、被圧入部品2の内周面2aを加工する際において、被圧入部品2の「内径真円度」として最終的に保証することとなる公差が、規格値T2として仮に設定される。
即ち、本実施例における圧入部品の製造方法は、前述したように、薄肉円筒部材からなる圧入部品1が、被圧入部品2への圧入時、被圧入部品2の内周面2aの形状に即して変形することを利用し、少なくとも、圧入部品1の肉厚寸法と、被圧入部品2の「内径真円度」とに関する精度を管理することで、圧入後の圧入部品1の「内径真円度」を最終的に保証することを目的としている。
つまり、圧入部品1の内周面1aおよび外周面1bを加工する際において、最も肉厚が厚い箇所における肉厚寸法Dmaxと、最も肉厚が薄い箇所における肉厚寸法Dminとの寸法差(ΔD=Dmax−Dmin)として、最終的に保証することとなる公差が、規格値T3として仮に設定される。
より具体的には、規格値T1と、規格値T2に規格値T3を加算した演算結果(T2+T3)とに関する比較演算が実行される。
また、ステップS104においては、圧入部品1の内周面1aおよび外周面1bを加工する加工装置の加工精度に基づいて、規格値T3の値を可能な限り小さくする(圧入部品1の肉厚が均等になる)ように再び設定しなおすこととなる。
また、規格値T1が前記演算結果未満である場合、規格値T3の値を再び設定しなおすのは、以下の理由による。
即ち、被圧入部品2への圧入前後において、圧入部品1の肉厚寸法は、大きく変化することなく略維持されるため、圧入部品1および被圧入部品2の加工が各々完了した段階において、規格値T2に基づいて形成された被圧入部品2の「内径真円度」と、規格値T3に基づいて形成された圧入部品1の肉厚寸法差(ΔD)との合算した値が、規格値T1の範囲内におさまるように、予め設定しておく必要があるためである。
次に、製造工程300の概要について、図4を用いて説明する。
製造工程300は、規格値設定工程100によって設定された、規格値T1、規格値T2、および規格値T3に基づいて、被圧入部品52(図5(a)を参照)に圧入される圧入部品51を、実際に製造するための工程である。
なお、製造工程300は、例えば既知のNC旋盤やプレス装置などによって行われる。
この際、被圧入部品52の「内径真円度」の精度は、規格値設定工程100によって設定された所定の公差(規格値T2)内におさまるように管理される。
この際、圧入部品51の肉厚寸法差の精度は、規格値設定工程100によって設定された規格値T3内におさまるように管理される。また、後述するように、本工程においては、圧入部品51の外周面51bの形状が、予め定められた「XY平均径」となるように管理される。
なお、以下の説明においては、例えば、遊星歯車における内歯車の歯部などを、圧入部品51として製造する場合について記載する。
本実施例においては、粗材となる薄肉円筒部材の内周面に、所定の歯形状が形成される。
なお、第一加工工程S302Aの終了時点においては、圧入部品51の外周面51bの加工(研削)は行われておらず、該圧入部品51の肉厚寸法差は、未だ所定の公差(規格値T3)内におさまっていない。
第二加工工程S302Bは、圧入部品51の外周面51bを加工(研削)する工程である。
第二加工工程S302Bは、以下の手順によって行われる。
即ち、前記内張り治具53は、例えば既知の油圧式マンドレルなどによって構成され、圧入部品51の内周部(内周面51aによって囲まれた空間部。以下同じ。)に挿入された後、所定の圧力(以下、「内張り圧力」と記載する)を有して拡径される。
その結果、圧入部品51は、内周面51a(本実施例においては、内周面51aに形成された歯部の歯先面)の形状が真円に近似された状態によって、所定の姿勢に固定保持される。
即ち、図7は、縦軸に圧入部品51の「内径真円度」(単位[μm])を表し、横軸に内張り治具53の「内張り圧力」(単位[Pa])を表すこととして、内張り治具53によって圧入部品51を固定保持する際の両者の関係を、ドットによって表した関係図である。
つまり、内張り治具53の「内張り圧力」が、一定の値(P1[Pa])を超える場合、圧入部品51の内周面51aは、内張り治具53の真円度に倣って、「内径真円度」の精度が確保されることとなり、その後、前記「内張り圧力」が、如何に大きな値となっても、内周面51aは拡径されるだけで、「内径真円度」の精度が向上することはない。
そして、研削代51cが除去されて、圧入部品51の肉厚寸法が所定の値(図5(a)における寸法D11)となり、且つ圧入部品51に関する肉厚寸法差(本実施例においては、歯部の歯先面を含む内周面51aの半径寸法と、外周面51bの半径寸法との差)の公差が、所定の公差(規格値T3)内に到達すると、加工(研削)は停止し、第二加工工程S302Bが終了する。
つまり、第二加工工程S302Bにおいて、圧入部品51は、内張り治具53の真円度を基準として、「外径真円度」を確保するように加工(研削)される。
即ち、図8は、縦軸に圧入部品51における「XY平均径」の変化量(単位[μm])を表し、横軸に内張り治具53の「内張り圧力」(単位[Pa])を表すこととして、内張り治具53の離脱前後における両者の関係を、ドットおよび曲線によって表した関係図である。
このようなことから、本図に基づいて、例えば、内張り治具53の「内張り圧力」の値が、P1[Pa]に設定されている場合、圧入部品51の「XY平均径」の変化量は、d1[μm]となることが導き出される。
よって、第二加工工程S302Bが終了した直後において、圧入部品51の外周面51bの半径(より具体的には、「XY平均径」)は、被圧入部品52の内周面52aの半径に比べて大きな値となっている必要があり、これら外周面51bの半径と、内周面52aの半径との寸法差(以下、「圧入代(d2)」と記載する)については、例えば製造条件などによって任意の値に設定される。
即ち、圧入部品51については、被圧入部品52の内周部への圧入後において、最終的に確保されるべき肉厚寸法(図5(a)における寸法D12)が予め設定されており、該肉厚寸法に「圧入代(d2)」を加算した値(D12+d2)によって、圧入部品51の肉厚寸法(D11=D12+d2)は、最終的に設定される。
換言すれば、圧入部品51の「XY平均径」の変化量(d1)に応じて、肉厚寸法(D11)を変更することで、「圧入代(d2)」を任意に変更することができるのである。
圧入工程303においては、先ず離脱工程S303Aが行われる。
離脱工程S303Aは、圧入部品51より内張り治具53を離脱する工程である。
なお、内張り治具53が離脱されると、圧入部品51の形状は、再び楕円形状に復帰される。
挿嵌工程S303Bは、被圧入部品52の内周部に圧入部品51を挿嵌(圧入)する工程である。
挿嵌工程S303Bは、以下の手順によって行われる。
その後、予め定められたプレス荷重(以下、「圧入荷重」と記載する)を用いて、前記プレス装置が、これら圧入部品51および被圧入部品52を挟持しつつ圧縮することで、圧入部品51は、被圧入部品52の内周部に圧入されるのである。
即ち、図9は、縦軸に「圧入荷重」(単位[Pa])を表し、横軸に圧入部品51に関する「XY平均径」(単位[μm])を表すこととして、被圧入部品52の内周部に圧入部品51を圧入する際における両者の関係を、ドットおよび連続線によって表した関係図である。
このようなことから、本図に基づいて、例えば、圧入部品51の「XY平均径」の値が、d11[μm]に設定されている場合、必要となる「圧入荷重」は、P11[Pa]であることが導き出され、被圧入部品52の内周部に、圧入部品51を圧入する際の「圧入荷重」は、P11[Pa]に設定されるのである。
一方、例えば、圧入部品51に関する「外径真円度」の公差が、20[μm]以下であるような低い精度によって管理される場合(図9において、円形状のドットによって示す)、これら「圧入荷重」と「XY平均径」との関係については、直線L2上に位置することなく、該直線L2の近傍付近へと、僅かにばらつくこととなる。
そして、被圧入部品52への圧入が終了した状態において、圧入部品51に関する「内径真円度」の精度は、所定の公差(規格値T1)内におさまるようになっている。
また、被圧入部品加工工程S401においては、本実施例における被圧入部品加工工程S301と同じく、被圧入部品252の内周面252aが、所定の寸法となるように加工される。
なお、被圧入部品加工工程S401の終了時においては、被圧入部品252に関する「内径真円度」の精度は、規格値設定工程200(図11を参照)によって設定された所定の公差(規格値T22)内におさまるように仕上げられる。
つまり、圧入部品251は、第一加工工程S402Aにおいて、その「内径真円度」の精度を所定の公差(規格値T24)内に仕上げられ、その後、第二加工工程S402Bにおいて、内張り治具(図示せず)によって加工姿勢に保持された後、加工による変形を伴うことなく、前記「内径真円度」を基準にしつつ、その「外径真円度」の精度が所定の公差(規格値T25)内に仕上げられる。
そして、このような内張り治具によって加工姿勢を保持しつつ、「外径真円度」の精度が所定の公差(規格値T24)内におさまるように、圧入部品251の外周面251bを加工することは困難であり、高度な加工技術を必要としていた。
そのため、圧入部品51は、「内径真円度」の精度が高度に維持されつつ、外周部51bの加工が施されることとなり、第一加工工程S302Aの終了後における、該圧入部品51に関する肉厚寸法差の公差は、容易に所定の公差(規格値T3)内に仕上げられる。
このようなことから、本実施例における圧入部品の製造方法においては、被圧入部品2(図1を参照)に圧入する際における、圧入部品1の変形をあえて許容し、圧入部品1が被圧入部品2の内周面2aの形状に即して変形することを利用することとしている。
よって、本実施例における圧入部品の製造方法によれば、圧入部品1において、その「内径真円度」および「外径真円度」に関する精度を管理する必要はなく、その肉厚寸法に関する精度のみを管理するだけでよく、従来の製造方法のような高度な加工技術を必要とせず、圧入後の圧入部品1の「内径真円度」を効率的、且つ経済的に保証することができるのである。
1a 内周面
1b 外周面
2 被圧入部品
2a 内周面
T2 規格値(第一規格値)
T3 規格値(第二規格値)
Claims (1)
- 断面視円形状の孔部を有する被圧入部品に圧入される、圧入部品の製造方法であって、
前記圧入部品は、薄肉円筒部材から形成され、
前記被圧入部品の孔部における真円度の公差を規定する第一規格値と、
前記圧入部品の肉厚寸法差の公差を規定する第二規格値と、
前記被圧入部品に圧入された状態での前記圧入部品の内径真円度の公差を規定する第三規格値とを、
前記第三規格値が前記第一規格値と第二規格値とを加算した値以上となるように、予め設定し、
前記第一規格値に基づいて、前記被圧入部品の孔部の内周面を加工するとともに、
前記第二規格値に基づいて、前記圧入部品の内周面および外周面を加工した後、
前記圧入部品を、前記被圧入部品の孔部の形状に即して変形させつつ、前記被圧入部品の孔部に圧入する、
ことを特徴とする圧入部品の製造方法。
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JP2011053579A JP5729030B2 (ja) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | 圧入部品の製造方法 |
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