樹脂材料における穴と軸の嵌合について

質問

樹脂の穴と軸の強嵌合した場合の考え方について回答を希望します。
特にテーパー角度の設定（鈍角、鋭角）によるメリット、デメリットが知りたいです。

参考に設計の概略を記載しておきます。
ポリカーボネート樹脂の正方形の25×25ｍｍユニット
厚み10ｍｍリブ厚2ｍｍ
ユニットの中心にパイプを配置しパイプ内径はテーパーとします。
パイプ外径11ｍｍ、内径6.8ｍｍパイプ厚2ｍｍとします。
そこにＰＯＭ樹脂の軸径7ｍｍを強嵌合します。
こちらもユニットと同じテーパー面とします。
軸の側面上下センターあたりには穴2ｍｍが貫通、ユニットにも同じように
2ｍｍ穴が貫通しており穴位置が合致したときにそこを流体が流れます。
コックのようなイメージです。
穴が塞がった状態の時、流体圧がかかるると、ユニットの破壊や嵌合部から
流体の漏れが懸念されています。

回答No.8

noname#230359

質問の題目が、
> 樹脂材料における穴と軸の嵌合について
なのですが、記載内容を観て
? テーパー部のシール性に関して
? テーパー部の締結性に関して
? ?と?に加えて、コックの構想＆設計コンセプトに関して
の全てに質問と理解しました。

そして、回答（２）をアドバイス、
ですが、回答（３）のおっさんが、
> 回答(2)塩ビ（PVC）の水道等の配管のソケット部にもテーパーがあるが・・・
> 施工時にテーパーに効かせて位置決めし接着剤を塗った後に水圧を掛けるから
> 規定通りであれば抜けることが稀？というのもオカシイ。まぁ回答も頓珍漢だ
> 実際に現場に出て経験した人間でなければ実感できないがｗ抜けませんよ。。
と間抜けな回答で、方向性が違う処へ誘導

上述の?と?に関してであれば、
世の中の一般的なテーパーと軟らかくて弾性力がある樹脂であれば、?に関しては問題なし、
?に関して、"穴が塞がった状態の時、流体圧がかかる"場合とした、質問者さんの問いの
ユニットの破壊や嵌合部から流体の漏れが懸念されています内容ですが、
ａ）テーパー面の圧力保持が保たれている場合には、
　　穴が塞がった状態の流体圧（水激圧）より面圧が高ければ漏れない
　　（樹脂許容面圧は、鉄鋼の許容面圧程高くないのですが、医療用設定であれば検討範囲内）
ｂ）テーパーの軸方向に、穴が塞がった状態の流体圧（水激圧）が加わる場合には、
　　テーパーの抜け方向に力が加わることになり、問題が大きい
　　水道の場合は、コック等が閉時に水激が加わり抜ける危険があるため、接着剤で固定する
　　家屋のとい等は、下流側開放なので、接着剤固定でなく、金具＆ビス固定です
　　医療用に、接着剤を使用すると成分や経年変化、等々が問題となる理由から、
　　メカ的な保持機構を熱膨張等を利用し、簡単提案をしました

の経緯です。
接着剤が当たり前　だのクラッカー敵云い廻しの
回答（３）のおっさん
記載の真意が疑われます。（如何ですか？、質問者さん）

質問者さんへ、

上述の記載内容の感じで、要因分析と問題点と対策をまとめ、

前回答で記載のテーパーの特性、使用予定樹脂の許容面圧や弾性係数、テーパー部の

シール性保持力である面圧を維持するメカ的ロック方法、等々を貴殿なりにまとめて

考察してみて下さい。

それか、質問の補足にや、新たなスレッドのまとめ概要を記載し、

具体的な項目別の回答やアドバイスを受けて下さい。

ニッチな分野ですが、世界のてっぺんを取った（シェアNo.1と装置コンセプトがNo.1と

大手お客様評価）チーフエンジニアの着眼点ですので、参考に。

回答No.7

noname#230359

> 樹脂の穴と軸の強嵌合した場合の考え方について回答を希望します。
は、先日記載した内容です。

> 特にテーパー角度の設定（鈍角、鋭角）によるメリット、デメリットが知りたいです。
は、

? テーパー角度の設定（鈍角、鋭角）と同じ内容があるのが、ねじ類です。
　 摩擦係数を、actan化すると摩擦角になり、（テーパー角度）×1/2 ＞ 摩擦角 であると
　 セルフロックしなく、固定が不能なテーパーとなります（テーパー角度設定が鈍角すぎると）
　 その良い例が、通常のすべりねじは、ねじ自身で緩むことはありませんが、ボールねじは
　 自身の力や自重で、緩んだり回転したりするが、その意味するところです。
　 また、樹脂には鉄系のステンレスに比べると非常に摩擦係数が小さい超高分子量ポリエチレン
　 があり、（テーパー角度）×1/2 ＞ 摩擦角 であるとセルフロックしないルールから、摩擦
　 係数が小さい素材を使用する場合は、テーパー角度もより小さくする必要があるとなります

? テーパーを鋭角にして、且つ摩擦係数の小さい素材を使用すると、今度はパイプの軸方向の
　 力に対して、くさび効果で増力され円周方向に大きな力が働き、使用方法を間違えると
　 パイプ側が円周方向に破損（放射状に亀裂が走り）するか、軸のパイプが潰れるかで、
　 一般的には前者での破損が多くなります
　 力の増力係数は、軸側に進む距離：円周方法に進む距離に反比例します
　 そして、その損失が摩擦係数で、摩擦係数が小さいと損失を略無視した計算となります

これを、付け加えた方がよかったでしょうか？　　質問者さん

テーパー角度の設定を鋭角にすると、パイプの軸方向の寸法出しが問題になります。

因って、Ｌ型等とし円弧を描くような取付がよかろうと考えます。

他人の評価がお好きな、iwanai君、他人の評価はiwanai（記載しない）で、宜しく！

涙くんも、お涙頂戴記載は、如何なものですかな？

参考URL：

https://tech.thk.com/ja/products/pdf/ja_b15_006.pdf http://alfaframe.com/mame/3802.html http://techon.nikkeibp.co.jp/art

回答No.6

noname#230359

回答（4）追加に更に追加

回答（1）にある 6/100 は『ルアーテーパー』です。
wiki によると ISO 594 で定まるがJIS は未規定。あるのは一覧的な

　　JIS B0612 円すいのテーパ比及びテーパ角度の基準値
　　http://kikakurui.com/b0/B0612-2002-01.html

　　手動人工呼吸器
　　吸入麻酔システム

医用機器もチラホラするので、JIS検索サイトで一読されたら他の件で参考になる事もあるかと。

＞小生も、もう少し若ければ、あのドラマに感化され、アイデアを出すのだが、
　今はその意欲なし。

混乱させるだけの意欲は涌く方が迷惑。
前言との脈絡もなく書き足し、迷惑なんぞそっちのけの暴走老人

回答No.5

noname#230359

また、BAKAに・・・薬はない御方が、記載もうんざり

> 答(2)塩ビ（PVC）の水道等の配管のソケット部にもテーパーがあるが・・・
> 施工時にテーパーに効かせて位置決めし接着剤を塗った後に水圧を掛けるから
> 規定通りであれば抜けることが稀？というのもオカシイ。まぁ回答も頓珍漢だ
> 実際に現場に出て経験した人間でなければ実感できないがｗ抜けませんよ。
は、酷い当たり前の記載。

通常の施工は、“接着剤”を塗って施工するのは解るし、メンテナンス分解時の問題で、
“接着剤”を塗らなくて、抜け止めブラケットにてサポートする、等々。

だけど、小生は、
> ソケット部分がそれと思いますが、圧がかかっても抜けることは稀で、流体ストップ時に
> パイプr円筒部へ水撃が加わり、パイプの中心線と平行に力が加わった時、抜ける恐れあり。
> 又、オープンやクロースの機構は、やはりボールバルブ等を参考に進めるべきとがんが得ます。
と記載し、“接着剤”の記載をしておりませんし、家屋の雨どいは接着剤より金具で抜け止め
をするケースが多いのであります。
明後日の方向に話しがでてるので、一昨日記載しやがれが、落ちになる記載でうんざり。

> 水道配管の情報も参考に見ていました。
> 既に同様の品物はありますが、性能を高めるのがねらいです。

なら、次のステップで、“性能を高める”ポイントを何でも構わないので列挙し、整理して、
今ある水道配管パーツで確認（ある又はなし、や数値化）、機能追加や数値アップをし
対応するが小生のやり方です。

現状部品を形ではなく、機能や性能分析に纏め直し、再構築するやり方です。
では、次のステップに進み、貴殿なりに纏めて補足記載するか、
＊ 接続部の性能アップ
＊ バルブ機構のシンプル化と流量確保
にて、詳細まとめしてから、補足するかですね。

医療関係なら、バルブはドラマでやっている内容に近く、

ジョイントの接合部は、テーパーだけではなく、抜け止めを加熱や冷却を使用し、

一方を加熱し、径や長さをアップさせ、一方を常温又は冷却し前述の反対をさせ、

完全に抜け止め形状にし、再加熱等か切断でしか分解できない仕様とか。

医療用クリップを使用し接合力を増すや、抜け止めするとかかな。

小生も、もう少し若ければ、あのドラマに感化され、アイデアを出すのだが、

今はその意欲なし。

回答No.4

noname#230359

携わる方の後に書くことを躊躇したが、迷惑異臭が出たので分野違いからの意見を

＞強嵌合

気になるコトバです。

ＰＯＭは軟らかく過大応力は塑性変形して受け流す。
ポリカーボネートは硬く強く変形少ないが逆に割れる怖れ。
長期使用では加水分解して脆くなると更に起きやすい。
加水分解はアルカリ性液に晒されると起きやすい。

成形のウエルドラインも弱点（設計失敗と家のエアコンで体験 ←メーカは非公表無償修理）

主題そっちのけで脳減る症デタラメが更に追加。。。

＞特にテーパー角度の設定（鈍角、鋭角）によるメリット、デメリットが知りたいです。

回答（1）からは医用機器では６／１００の規格か常識が存在すれば、あえて逸脱することもない事柄では？

テーパーは金属機械分野でもさまざまな角度の規格があり、小さい方では 1/50 のテーパピン。

　　http://jp.misumi-ec.com/material/mech/HMN1/PHOTO/HMN1_221000596869.jpg

工具を固定する用途で使われるテーパー。すべて規格
小さい順に

　　モールス　約1/20（サイズで異なる）
　　http://jp.misumi-ec.com/material/fs/NKS1/FIGURE/5508-3-1.gif

　　ジャコブス　約1/12
　　http://www.yukiwa.co.jp/products/ts/images/img_ts_stand06.jpg

　　ナショナル　7/24
　　http://jp.images-monotaro.com/Monotaro3/pi/full/mono38860911-120209-02.jpg

・テーパピン、モールス、ジャコブスは押込むだけで固定し自己保持できて使用中の押えは不要。
　外すときは叩き抜き。

・角度の大きいナショナルは互いの位置を正確に保つ為のもので、軸芯だけでなくはめあう長さも
　正確に決まる特長。しかし自己保持はできず引張り続ける必要。

この二点を勘案し適するテーパー角を選ぶ。
設計計算もテーパー分力、変形、抜けの摩擦力なのてさほどの難題ではない。

規格に従えば、片方が別メーカー製でも互換性が保証される。
角度の種類は少なく、最適設計とはいかぬでも規格を逸脱する不便さとの天秤で従うが常。

補足

ご意見ありがとうございました。
強嵌合はＪＩＳはめあいのしまりばめに近いと考えています。
ポリカの圧入設計もメーカーサイトで検証しています。
成形のウェルド位置もポイントとしています。
経時変化はディスポなので長期的ではありません。

回答No.3

noname#230359

余り関係ないことなのだが、管用テーパーねじのテーパ角度は1/16であるから
６／１００のテ－パ－≒1/16.666 となにげに似ている。なんでだろう。。。

最近、UKPベアリングユニットの締付トルクとアキシャル力に付いて調べたが
何れにせよ摩擦力が大きく関与しているのは間違いなさそう。また使用温度が
50℃を超えれば別途考慮が必要らしく、当然ながら嵌合が緩くなるからだろう

回答(2)塩ビ（PVC）の水道等の配管のソケット部にもテーパーがあるが・・・
施工時にテーパーに効かせて位置決めし接着剤を塗った後に水圧を掛けるから
規定通りであれば抜けることが稀？というのもオカシイ。まぁ回答も頓珍漢だ
実際に現場に出て経験した人間でなければ実感できないがｗ抜けませんよ。。

投稿者： 後（ご）の先（せん）、アフターユー ？？？you？何人？
見苦しくて仕方がない・・・「＞ 参考に進めるべきとがんが得ます。」
コレはミスタイプと言うよりも"脳減る症"に間違いない(今年の流行語大賞）

要注意やで。
それに御自身で"自己満足点"を入れられているようだが見苦しいし哀れである

お礼

回答ありがとうございました。
参考に致します。

回答No.2

noname#230359

貴殿が記載している内容に類似しているのは、塩ビ（PVC）の水道等の配管です。

特に、ソケット部分がそれと思いますが、圧がかかっても抜けることは稀で、流体ストップ時

にパイプr円筒部へ水撃が加わり、パイプの中心線と平行に力が加わった時、抜ける恐れあり。

又、オープンやクロースの機構は、やはりボールバルブ等を参考に進めるべきとがんが得ます。

貴殿の方法が王道なら、既に製品ができていると先ず考えるべきです。

後は、鉄鋼に比べて、摩擦係数が極端に小さい種類の物や、面圧力が低い物があるので、

要注意やで。

参考URL：

http://www.asahi-yukizai.co.jp/product/plastic-pipe-material/index.html

補足

ご意見ありがとうございました。
水道配管の情報も参考に見ていました。
既に同様の品物はありますが、性能を高めるのがねらいです。

回答No.1

noname#230359

基本的な計算は解りませんが、医療関係でのプラスチック部品での嵌合は６／１００のテ－パ－で行われています。オス、メスのテ－パ－の寸法の差が小さければ、掛かる圧力にもよりますが、この嵌合で持ちます。注意点として、流体を流すとのことですが、どちらも鏡面で製作すると、水が入った時点で嵌合がゆるくなり、締め付けても抜けてきます。浸透漏れが無い程度（数ミクロン）のシボを両者にかける事をお奨めします。

補足

コメントありがとうございます。
おっしゃる通り、医療関係の嵌合設計です。
シボ加工が有効なのかは知りませんでした。
一度調査検討してみます。