特許 6792373 中空軸とリング状部品との締結方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6792373

(24)【登録日】2020年11月10日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】中空軸とリング状部品との締結方法

(51)【国際特許分類】

   F16D 1/072 20060101AFI20201116BHJP

   F16B 4/00 20060101ALI20201116BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20201116BHJP

   B21D 39/00 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   F16D1/072

   F16B4/00 E

   F16H55/17 A

   B21D39/00 C

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-155541(P2016-155541)

(22)【出願日】2016年8月8日

(65)【公開番号】特開2018-25206(P2018-25206A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2019年5月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000103792

【氏名又は名称】オリエンタルモーター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(72)【発明者】

【氏名】古渡 健二

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 剛

(72)【発明者】

【氏名】加藤 裕之

【審査官】 西藤 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭５１−０２５９４２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 実開昭４９−０２３５３０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ １／０６４

Ｆ１６Ｄ １／０７２

Ｆ１６Ｂ ４／００

Ｆ１６Ｈ ５５／１７−５５／２０

Ｂ２１Ｄ ３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空軸の中空部に、拡径可能な円筒状のコレットを備えた治具を挿入し、前記コレットを拡径させて前記コレットの外周壁を前記中空軸の内周壁に接触させる拡径工程と、
前記中空軸よりも硬度が大きく、かつ内周壁にセレーションが形成されたリング状部品が、前記中空軸の径方向外側かつ前記コレットの径方向外側に位置するように、前記中空軸を前記リング状部品の穴部に圧入する圧入工程と
を含む、中空軸とリング状部品との締結方法。

【請求項2】

前記治具は、先端部にねじが切られた軸部を有する治具本体部と、円筒状のスリーブと、ナットとをさらに備えており、
前記コレットの空洞部と前記スリーブの空洞部とに前記軸部が挿入され、さらに前記先端部に前記ナットが螺合され、
前記先端部に前記ナットが締め付けられると、前記治具本体部に設けられた第１テーパー部と前記スリーブに設けられた第２テーパー部とが前記コレットに押し込まれて前記コレットが拡径する、請求項１に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。

【請求項3】

前記第１テーパー部は、前記軸部の基端部に隣接して設けられ、前記基端部から前記先端部に向かう第１の軸方向に沿って径が徐々に小さくなるように形成されており、
前記コレットは、前記第１の軸方向に沿って延びるように形成された第１スリットと、前記第１の軸方向とは反対である第２の軸方向に沿って延びるように形成された第２スリットとを備えており、前記第１スリットと前記第２スリットとが周方向に交互に設けられており、
前記第２テーパー部は、前記第２の軸方向に沿って外径が徐々に小さくなるように形成されており、
前記先端部に対して前記ナットが締め付けられると、前記第１テーパー部と前記第２テーパー部との軸方向間隔が減少し、前記第１テーパー部及び前記第２テーパー部が前記コレットに押し込まれることで、前記第１スリット及び前記第２スリットの周方向のサイズが拡大し、前記コレットが拡径する、請求項２に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。

【請求項4】

前記第１テーパー部に、前記第１スリットのうちの一つが係合する突起部が設けられている、請求項３に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。

【請求項5】

前記中空軸が減速機ユニットの出力軸である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。

【請求項6】

前記リング状部品が、平歯車とハイポイドギヤとフェースギヤとべベルギヤとウォームギヤと遊星歯車装置のキャリアとのいずれかである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。

【請求項7】

前記治具は、先端部にねじが切られた軸部を有する治具本体部と、円筒状であって内周壁にねじが切られたスリーブとをさらに備えており、
前記コレットの空洞部に前記軸部が挿入され、さらに前記先端部に前記スリーブが螺合され、
前記先端部に前記スリーブが締め付けられると、前記治具本体部に設けられた第１テーパー部と前記スリーブに設けられた第２テーパー部とが前記コレットに押し込まれて前記コレットが拡径する、請求項１に記載の中空軸とリング状部品との締結方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中空軸とリング状部品との締結方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ギヤとシャフトとの締結に関する技術が特許文献１に記載されている。特許文献２には、車輪取付用のフランジ穴とボルトとの嵌合構造が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６４−１５５１１号公報

【特許文献2】特開平８−２２６４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

内周壁にセレーションを設けたリング状部品の穴部に中空軸を圧入した場合、中空軸が径方向内側に収縮し、中空軸とリング状部品とを強固に締結できない可能性がある。

【0005】

本発明は、かかる不都合を解消し、中空軸とリング状部品とを強固に締結することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するために、本発明に係る中空軸とリング状部品との締結方法は、中空軸の中空部に、拡径可能な円筒状のコレットを備えた治具を挿入し、前記コレットを拡径させて前記コレットの外周壁を前記中空軸の内周壁に接触させる拡径工程と、前記中空軸よりも硬度が大きく、かつ内周壁にセレーションが形成されたリング状部品が、前記中空軸の径方向外側かつ前記コレットの径方向外側に位置するように、前記中空軸を前記リング状部品の穴部に圧入する圧入工程とを含む。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、中空軸とリング状部品とを強固に締結することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】中空軸及びリング状部品を示す説明図である。

【図2】中空軸及びリング状部品を示す別の説明図である。

【図3】中空軸の外周壁とリング状部品の内周壁との接触部分を示す説明図である。

【図4】中空軸とリング状部品と治具とを示す説明図である。

【図5】治具の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。

【0010】

図１（ａ）に中空軸１を示している。中空軸１の具体例として、減速機ユニットの出力軸が挙げられる。中空軸とすることで、中空部で被駆動軸との連結を行ったり、中空部に配線を通したり、また、回転慣性を軽減するなどのメリットがある。中空軸１は、中空部１１と内周壁１２と外周壁１３とを有している。

【0011】

図１（ｂ）には、穴部２１が設けられたリング状部品２を示している。リング状部品２の具体例として、平歯車、ハイポイドギヤ、フェースギヤ、ベベルギヤ、ウォームギヤなどの歯車部品及び遊星歯車装置のキャリアが挙げられる。リング状部品２の内周壁２２には、鋸歯すなわちセレーションが形成されている。このセレーションを穴側セレーションとも呼ぶ。そして、図１（ｃ）には、リング状部品２の穴部２１に中空軸１が圧入された状態を示している。

【0012】

中空軸１とリング状部品２とを強固に締結するためには、圧入により、中空軸１の外周壁１３が降伏し、外周壁１３の一部がリング状部品２の内周壁２２のセレーション溝部に入り込むように塑性変形する必要がある。塑性変形するためには、中空軸１の材料の硬度がリング状部品２の材料の硬度よりも小さいことと、中空軸１の外周壁１３とリング状部品２の内周壁２２との接触部分に生じる圧縮応力が中空軸１の降伏応力よりも大きいこととが求められる。

【0013】

前記圧縮応力は、次式により表すことができる。

【数1】

【0014】

ただし、Ｒは、図２に示すように、リング状部品２の外側半径（単位：ｍｍ）である。
ｒ_ａは、中空軸１の内側半径（単位：ｍｍ）である。
ｒ_ｂは、中空軸１の外側半径（単位：ｍｍ）である。
Ｅ_１は、中空軸１を構成する材料の縦弾性係数（単位：ｋｇｆ／ｍｍ^２）である。
Ｅ_２は、リング状部品２を構成する材料の縦弾性係数（単位：ｋｇｆ／ｍｍ^２）である。
ν_１は、中空軸１を構成する材料のポアソン比である。
ν_２は、リング状部品２を構成する材料のポアソン比である。
δは、半径締め代（単位：ｍｍ）である。すなわち、δは、中空軸１の外側半径ｒ_ｂから、セレーション歯の歯先部を基準としたリング状部品２の内側半径を差し引いた値である。
Ｐは、中空軸１の外周壁１３とリング状部品２の内周壁２２との接触部分に生じる圧縮応力（単位：ｋｇｆ／ｍｍ^２）である。

【0015】

図３（ａ）に示すように、圧入時に中空軸１が径方向内側に向かって収縮する場合がある。同図において、矢印Ｙは径方向内側方向を示しており、符号１２ａは、収縮後の内周壁を示している。符号２２ａ及び２２ｂはそれぞれ、内周壁２２のセレーション溝部及びセレーション歯部を示している。中空軸１の収縮に起因して、生じた圧縮応力Ｐが中空軸１の降伏応力を下回った場合、セレーション溝部２２ａに中空軸１の材料が塑性流動しないこととなる。つまり、中空軸１の外周壁１３にセレーション（「軸側セレーション」とも呼ぶ）が形成されない。なお、中空軸１の外側半径ｒ_ｂと内側半径ｒ_ａとの差すなわち中空軸１の肉厚が小さいほど、圧縮応力Ｐは小さくなる。

【0016】

以下に、軸側セレーションが良好に形成されない場合と、軸側セレーションが良好に形成される場合とについて説明する。ただし、ステンレス鋼、アルミニウム合金など降伏現象を示さない金属は、降伏応力に相当する応力を耐力と定義し、０．２％耐力が降伏応力の代わりに使用されている。本発明の実施例の場合、中空軸１はステンレス鋼を採用しているので、降伏応力の代わりに０．２％耐力を使用して説明する。

【0017】

［軸側セレーションが良好に形成されない場合］
材質： 中空軸１（ＳＵＳ３０３ オーステナイト系ステンレス鋼）
・０．２％耐力 ２５０ＭＰａ （２５ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・縦弾性係数Ｅ_１＝１９０ＧＰａ （１９，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・ポアソン比ν_１＝０．３
リング状部品２（ＳＣＭ４１５ クロムモリブテン鋼 浸炭焼入れ焼戻し）
・降伏応力 ５００ＭＰａ （５０ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・縦弾性係数Ｅ_２＝２１０ＧＰａ （２１，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・ポアソン比ν_２＝０．３
形状： 中空軸１
・外径φ２２（ｒ_ｂ＝１１ｍｍ）
・内径φ１７．６（ｒ_ａ＝８．８ｍｍ）
リング状部品２
・リング外径φ３０（Ｒ＝１５ｍｍ）
・半径締め代： δ＝０．１ｍｍ

【0018】

リング状部品２の材料は、中空軸１の材料よりも硬度が大きい。

【0019】

この場合において、式（１）によればＰ≒２２９ＭＰａとなる。この圧縮応力Ｐは、中空軸１の降伏応力に相当する０．２％耐力よりも小さい。そのため、図３（ａ）に示したように、軸側セレーションが良好に形成されない。

【0020】

［軸側セレーションが良好に形成される場合］
材質： 中空軸１（ＳＵＳ３０３ オーステナイト系ステンレス鋼）
・０．２％耐力 ２５０ＭＰａ （２５ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・縦弾性係数Ｅ_１＝１９０ＧＰａ （１９，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・ポアソン比ν_１＝０．３
リング状部品２（ＳＣＭ４１５ クロムモリブテン鋼 浸炭焼入れ焼戻し）
・降伏応力 ５００ＭＰａ （５０ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・縦弾性係数Ｅ_２＝２１０ＧＰａ （２１，０００ｋｇｆ／ｍｍ^２）
・ポアソン比ν_２＝０．３
形状： 中空軸１
・外径φ２２（ｒ_ｂ＝１１ｍｍ）
・内径φ８ （ｒ_ａ＝４ｍｍ）
リング状部品２
・リング外径φ３０（Ｒ＝１５ｍｍ）
・半径締め代： δ＝０．１ｍｍ

【0021】

先に説明した「セレーションが十分に形成されない場合」と比較して、中空軸１の内径ｒ_ａが小さい。すなわち、中空軸１の肉厚が大きくなっている。この場合、式（１）より圧縮応力Ｐを算出すると、Ｐ≒４０３ＭＰａとなる。この圧縮応力Ｐは、中空軸１の降伏応力に相当する０．２％耐力よりも大きい。そのため、図３（ｂ）に示すように、軸側セレーションが良好に形成される。すなわち、中空軸１の材料の一部が、セレーション溝部２２ａに入り込むことにより、軸側セレーション歯部１３ａが形成されている。

【0022】

式（１）及び図３を踏まえて発明者は、図４及び図５に示すような、圧入時における中空軸１の径方向内側への収縮を抑えるための治具３を着想するに至った。

【0023】

治具３は、治具本体部４と、金属製の薄板により形成された円筒状部品であるコレット５及びスリーブ６と、ナット７とを備えている。

【0024】

治具本体部４は、頭部４１と軸部４２とを備えている。軸部４２の先端部４２ａには、雄ねじが切られている。治具本体部４はさらに、頭部４１と軸部４２の基端部４２ｂとに隣接して設けられ、基端部４２ｂから先端部４２ａに向かう第１の軸方向Ｄ１に沿って径が徐々に小さくなっているテーパー部（第１テーパー部）４３を備えている。テーパー部４３には、径方向外側に突き出るように形成された突起部４４が設けられている。

【0025】

軸部４２は、コレット５の空洞部に挿入されている。コレット５は、頭部４１側の軸方向第１端部５１と、先端部４２ａ側の軸方向第２端部５２とを有している。

【0026】

コレット５は、軸方向第１端部５１から第１の軸方向Ｄ１に延びるように形成された第１スリット５３を有している。コレット５はさらに、軸方向第２端部５２から、第１の軸方向Ｄ１とは反対である第２の軸方向Ｄ２に延びるように形成された第２スリット５４を有している。第１スリット５３と第２スリット５４とは、コレット５の周方向に交互に設けられている。

【0027】

複数ある第１スリット５３のうちの一つが突起部４４に係合するように、軸部４２がコレット５の空洞部に挿入されている。また、コレット５の通常時の内径は、テーパー部４３の最大直径よりも小さく、最小直径よりも大きい。

【0028】

軸部４２はさらに、スリーブ６の空洞部に挿入されている。スリーブ６は、コレット５よりも先端部４２ａ側に位置している。スリーブ６は、頭部４１側の軸方向端部に形成されたテーパー部（第２テーパー部）６１を備えている。テーパー部６１は、第２の軸方向Ｄ２に沿って外径が徐々に小さくなるように形成されている。コレット５の通常時の内径は、テーパー部６１の最大外径よりも小さく、最小外径よりも大きい。

【0029】

先端部４２ａにはナット７が螺合されている。先端部４２ａに対してナット７を締め付けていくと、スリーブ６がナット７に押されて第２の軸方向Ｄ２に移動する。すると、治具本体部４のテーパー部４３とスリーブ６のテーパー部６１との軸方向間隔Ｌが減少する。その結果、コレット５の空洞部にテーパー部４３が押し込まれて第１スリット５３の周方向のサイズが大きくなる。同時に、コレット５の空洞部にテーパー部６１が押し込まれて第２スリット５４の周方向のサイズが大きくなる。このようにして、コレット５の径が大きくなる（すなわち拡径する）。

【0030】

以上のような治具３を用いた、中空軸１及びリング状部品２の締結の流れについて以下に説明する。
まず、コレット５が拡径されていない状態の治具３を、中空軸１の中空部１１に挿入する。
次に、先端部４２ａに対してナット７を締め付けることによりコレット５を拡径させ、コレット５の外周壁を中空軸１の内周壁１２に接触させる。
続いて、リング状部品２が中空軸１の径方向外側かつコレット５の径方向外側に位置するものとなるように、中空軸１をリング状部品２の穴部２１に圧入する（図４）。

【0031】

その後、先端部４２ａに対するナット７の締付けを緩め、拡径されていたコレット５を元のサイズの径に戻す。そして、中空軸１の中空部１１から治具３を取り出す。

【0032】

このように、治具３は、圧入時における中空軸１の径方向内側への収縮を抑制する収縮抑制具である。

【0033】

以上のような実施形態によれば、中空軸の内周壁に接触している、拡径されたコレットにより、圧入時における中空軸の径方向内側への収縮が抑制される。その結果、中空軸の外周壁とリング状部品の内周壁との接触部分に大きな圧縮応力を生じさせることができる。これにより、中空軸の材料が降伏し、中空軸の外周壁に、リング状部品の内周壁のセレーションに噛み合うような軸側セレーションを形成させることができる。したがって、中空軸とリング状部品との強固な締結を行うことができる。

【0034】

また、複数ある第１スリット５３のうちの一つを突起部４４に係合させることで、治具本体部４に対するコレット５の位置決めを容易に行うことができる。

【0035】

スリーブ６の内周壁に雌ねじを切ることで、ナット７を省略することもできる。この場合、スリーブ６が先端部４２ａに螺合される。そして、先端部４２ａにスリーブ６が締め付けられると、テーパー部４３及びテーパー部６１がコレット５の空洞部に押し込まれて、コレット５が拡径する。このように、ナット７を設けた場合と同様の効果が得られ、かつ治具３の部品点数を削減することができる。

【0036】

本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく種々の変更は本発明の概念に含まれる。

【符号の説明】

【0037】

１ 中空軸
１１ 中空部
１２ 内周壁
１３ 外周壁

２ リング状部品
２１ 穴部
２２ 内周壁
２２ａ セレーション溝部
２２ｂ セレーション歯部

３ 治具

４ 治具本体部
４１ 頭部
４２ 軸部
４２ａ 先端部
４３ テーパー部
４４ 突起部


５ コレット（円筒状部品）
５１ 軸方向第１端部
５２ 軸方向第２端部
５３ 第１スリット
５４ 第２スリット


６ スリーブ（円筒状部品）
６１ テーパー部

７ ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】