JP2006207639A - 油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法、及び、この製造方法によって製造した雌スプライン軸 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストをそれほど上昇させることなく、量産に適しており、潤滑剤の保持能力を高めた、油溜まりを備えた雌スプライン軸を製造する方法、及び、この製造方法によって製造した雌スプライン軸を提供する。
【解決手段】 中間素材Ｗ１の状態で形成した周方向の溝３２は、ダイスで雌スプライン３４を成型した後にも、溝幅Ｂと溝深さＤが小さくなって痕跡として残り、これが潤滑油の油溜まり３５として機能する。従って、伸縮軸が相対的に摺動する度に、油溜まり３５から潤滑油がスプラインの歯面に供給されて潤滑性能が確保される。
【選択図】 図２

Description

本発明は油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法、及び、この製造方法によって製造した雌スプライン軸に関し、特に、ステアリング装置の中間シャフトやステアリングシャフト等の伸縮軸に使用される雌スプラインの歯面の表面に、潤滑油を供給するための油溜まりを形成する技術に関する。なお、本明細書等で潤滑油は、油に限らずグリースなど同様な潤滑作用を生じるものを総称しており、油溜まりにはこれらが貯留される。

ステアリング装置には、雄スプライン軸と雌スプライン軸を回転不能に、かつ相対摺動可能に嵌合した伸縮軸が、中間シャフトやステアリングシャフトに組み込まれている。このような伸縮軸が、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に開示されている。

図５から図７は、従来の伸縮軸を示し、図５は伸縮軸を有する従来のステアリング装置を示す正面図、図６は図５の中間シャフトを構成する雄スプライン軸を示し、（１）は雄スプライン軸の正面図、（２）は（１）のＡ−Ａ断面図、図７は図５の中間シャフトを構成する雌スプライン軸を示し、（１）は雌スプライン軸の縦断面図、（２）は（１）の右側面図である。

図５のステアリング装置には、伸縮軸としての中間シャフト１２やステアリングシャフト１３が組み込まれている。中間シャフト１２は、ステアリングギヤ１４のラック軸１５に噛合うピニオンシャフト１６に、カルダン継手１７を締結する際に、一旦縮めてからピニオンシャフト１６に嵌合させて締結するために、伸縮機能が必要である。また、走行中に発生する軸方向の変位や振動を吸収し、ステアリングホイール１８にその変位や振動を伝えない性能が要求される。ステアリングシャフト１３は、運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイール１８の位置を軸方向に移動する必要があるため、軸方向に伸縮する機能が要求される。

図６は、上記中間シャフト１２を構成する雄スプライン軸１２１を示し、図７は上記中間シャフト１２を構成する雌スプライン軸１２２を示す。このような雄スプライン軸１２１と雌スプライン軸１２２とで構成される伸縮軸は、伸縮時の摺動抵抗を小さくして、小さな力で円滑に伸縮させることが必要である。そのために、特許文献１及び図６（２）に示すように、雄スプライン軸１２１の歯面の周囲に摺動抵抗の小さな樹脂１２３をコーティングし、潤滑用の潤滑剤を塗布した後に嵌合して組み立てている。

このような伸縮軸は、車両運転中にトルクが加わりながら繰り返し伸縮するため、雄スプラインと雌スプラインの歯面の接触部に潤滑剤（油）を絶えず供給する必要がある。そのための解決方法として、特許文献３に示すように、雄スプライン軸の歯面に樹脂を上下２層構造にコーティングし、上側の樹脂に外部に連通する空隙を形成し、この空隙に潤滑剤を溜めるようにしたものがあるが、製造工程が複雑になるため、製造コストが上昇する問題がある。

また特許文献４に示すように、雌スプラインの歯面の円周方向に凹部を穿設し、この凹部の上にコーティングする樹脂コーティング被膜の厚さを調整して、この凹部に対応する油溜まりを形成するようにした樹脂コーティング摺動スプラインがある。しかし、この方法は、雌スプラインを形成した後で雌スプラインの歯面に凹部を形成する方法であるため、凹凸の大きな雌スプラインの歯面形状に沿って、一定深さの凹部を形成するのが難しい。すなわち、切削加工で凹部を加工する場合には、断続切削となるため、スプラインの歯面にバリが発生して、その除去に時間が長く掛かり、加工する工具の耐久性も低下するため、製造コストが上昇する不具合がある。また、塑性加工で凹部を加工する場合には、凹部の周囲のスプライン形状が崩れるため、スプライン歯面の寸法精度が低下する不具合が生じる。

さらに、潤滑剤の性能によって潤滑剤の保持能力を高める方法もあるが、潤滑剤の粘度が高くなるため、組付け時の伸縮抵抗が大きくなって、組付けがやりにくくなるという問題があった。

特開２００３−０５４４２１号公報 特開２００４−３２４８６３号公報 特開２００３−０１３９８６号公報 特開昭５６−０５９０３０号公報

本発明は、製造コストをそれほど上昇させることなく、量産に適しており、潤滑剤の保持能力を高めた、油溜まりを備えた雌スプライン軸を製造する方法、及び、この製造方法によって製造した雌スプライン軸を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、中空円筒状素材の内周面に油溜まりの元となる周方向の溝を形成する工程、及び、上記溝を形成した中空円筒状素材の内周面に塑性加工により雌スプラインを形成する工程からなり、上記塑性加工により形成された雌スプラインの歯面の表面に上記溝の痕跡を残すことによりこの痕跡を油溜まりとすることを特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、上記周方向の溝がらせん溝であることを特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法である。

第３番目の発明は、第１番目の発明の油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、上記周方向の溝が複数の環状の溝であることを特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法である。

第４番目の発明は、第１番目の発明の油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、上記周方向の溝が転造加工により形成されることを特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法である。

第５番目の発明は、第２番目の発明の油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、上記らせん溝が転造加工により形成されることを特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法である。

第６番目の発明は、第３番目の発明の油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、上記環状の溝が転造加工により形成されることを特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法である。

第７番目の発明は、第１番目から第６番目までのいずれかの発明の油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法によって製造した雌スプライン軸である。

第８番目の発明は、第１番目から第６番目までのいずれかの発明の油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法によって製造した雌スプライン軸が、中間シャフトまたはステアリングシャフトに組み込まれたステアリング装置である。

本発明のステアリング装置では、中空円筒状素材の段階で内周面に油溜まりの元となる周方向の溝を形成し、この溝を形成した中空円筒状素材の内周面に塑性加工により雌スプラインを形成し、塑性加工により形成された雌スプラインの歯面の表面に溝の痕跡を残すことにより、この痕跡を潤滑油の油溜まりとするため、溝の加工が簡単で、短時間で加工可能であり、雌スプラインの加工も従来の塑性加工がそのまま適用できるため、量産に適している。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の製造方法によって製造した雌スプライン軸を示し、（１）は雌スプライン軸の縦断面図、（２）は（１）の右側面図である。図２は図１の雌スプライン軸の歯面を示し、（１）は歯面の拡大斜視図、（２）は歯面に形成された油溜まりの拡大斜視図、（３）は歯面に形成された油溜まりの拡大断面図である。図３は本発明の他の実施形態の製造方法によって製造した雌スプライン軸の歯面の拡大斜視図である。図４は本発明の雌スプライン軸の製造工程を示す説明図である。図８は図７に示す従来の雌スプライン軸の製造工程を示す説明図である。

図８に示すように、従来の雌スプライン軸１２２は、（１）に示す中空円筒状の素材Ｗを化成被膜処理して、塑性加工用のダイスと素材が焼き付かないように処理した後、（２）に示すように、雌スプラインを形成する部分の軸方向長さにわたってダイスで縮径し、次に、縮径した内周面１２４に、（３）に示すように、ダイスで雌スプライン１２５を成形して、雌スプライン軸１２２を製造していた。

本発明の実施形態の雌スプラインは、図４に示すように、（１）に示す中空円筒状の素材Ｗを化成被膜処理して、塑性加工用のダイスと素材が焼き付かないように処理した後、
（２）に示すように、中空円筒状の素材Ｗの内周面３１に周方向の溝３２を複数形成して、中間素材Ｗ１を形成する。周方向の溝３２としては、環状の溝を複数形成する方法と、１条または多条のらせん溝を形成する方法がある。周方向の溝３２は、少なくとも、雌スプラインを形成する部分の軸方向長さＬにわたって形成すればよい。

素材Ｗの内周面３１は、円筒状であるため、旋盤の刃物台に取付けた溝入れバイトを使用して、周方向の溝３２を、旋削加工で短時間に加工することができるため、設備費も安く、製造コストの上昇を最小に抑えることができる。また、旋盤の刃物台に取付けた転造タップ等の転造工具を使用して、周方向の溝３２を、転造加工で効率的に加工することもできる。

次に、（３）に示すように、雌スプラインを形成する部分の軸方向長さにわたって、冷間鍛造で、ダイスで縮径し、最後に、（４）に示すように、縮径した内周面３３に冷間鍛造で、ダイスで雌スプライン３４を成型して、雌スプライン軸３を製造する。

図１は、このようにして雌スプライン３４を成型した雌スプライン軸３を示し、図２は図１の雌スプライン軸３の歯面を示し、（１）は、周方向の溝３２として、環状の溝を形成した後に、雌スプライン３４を成型した雌スプライン軸３の歯面の拡大斜視図、（２）は歯面に形成された油溜まりの拡大斜視図、（３）は歯面に形成された油溜まりの拡大断面図である。図３は周方向の溝３２として、らせん溝を形成した後に、雌スプライン３４を成型した雌スプライン軸３の歯面の拡大斜視図である。

図２及び図３に示すように、中間素材Ｗ１の状態で形成した周方向の溝３２は、ダイスで雌スプライン３４を成型した後にも、溝幅Ｂと溝深さＤが小さくなって痕跡として残り、これが潤滑油の油溜まり３５として機能する。従って、雌スプライン軸３を組付けた伸縮軸が相対的に摺動する度に、油溜まり３５から潤滑油がスプラインの歯面に供給されて潤滑性能が確保される。

図３のらせん状の油溜まり３５のリード角θは、伸縮軸の摺動時にこの油溜まり３５から効果的にスプラインの歯面に潤滑油を供給するように、雌スプラインの直径や歯数等に応じて適宜選択する。潤滑油を油溜まり３５に効果的に保持し、伸縮軸の摺動時に、この油溜まり３５から効果的に歯面に潤滑油を供給するためには、油溜まり３５のピッチＰ、溝幅Ｂ、溝深さＤの大きさは、加工性との兼ね合いを考慮すると、下記の数値が好ましい。
０．５ｍｍ＜Ｐ＜５ｍｍ
０．０１ｍｍ＜Ｂ＜２．０ｍｍ
０．００１＜Ｄ＜０．５ｍｍ

上記した油溜まり３５の、ピッチＰ、溝幅Ｂ、溝深さＤの数値を得るためには、中間素材Ｗ１の段階で、中間素材Ｗ１の内周面３１に形成する周方向の溝３２のピッチＰ１、溝幅Ｂ１、溝深さＤ１の大きさを、下記の数値で形成するとよい。
０．５ｍｍ＜Ｐ１＜５ｍｍ
０．１ｍｍ＜Ｂ１＜４．０ｍｍ
０．１＜Ｄ１＜２．０ｍｍ

本発明の製造方法によって製造した雌スプライン軸を示し、（１）は雌スプライン軸の縦断面図、（２）は（１）の右側面図である。 図１の雌スプライン軸の歯面を示し、（１）は歯面の拡大斜視図、（２）は歯面に形成された油溜まりの拡大斜視図、（３）は歯面に形成された油溜まりの拡大断面図である。 本発明の他の実施形態の製造方法によって製造した雌スプライン軸の歯面の拡大斜視図である。 本発明の雌スプライン軸の製造工程を示す説明図である。 伸縮軸を有する従来のステアリング装置を示す正面図である。 図５の中間シャフトを構成する雄スプライン軸を示し、（１）は雄スプライン軸の正面図、（２）は（１）のＡ−Ａ断面図である。 図５の中間シャフトを構成する雌スプライン軸を示し、（１）は雌スプライン軸の縦断面図、（２）は（１）の右側面図である。 図７に示す従来の雌スプライン軸の製造工程を示す説明図である。

符号の説明

１２ 中間シャフト
１２１ 雄スプライン軸
１２２ 雌スプライン軸
１２３ 樹脂
１２４ 内周面
１２５ 雌スプライン
１３ ステアリングシャフト
１４ ステアリングギヤ
１５ ラック軸
１６ ピニオンシャフト
１７ カルダン継手
１８ ステアリングホイール
３ 雌スプライン軸
３１ 内周面
３２ 周方向の溝
３３ 内周面
３４ 雌スプライン
３５ 油溜まり
Ｗ 素材
Ｗ１ 中間素材
Ｐ、Ｐ１ ピッチ
Ｂ、Ｂ１ 溝幅
Ｄ、Ｄ１ 溝深さ

Claims (8)

1. 中空円筒状素材の内周面に油溜まりの元となる周方向の溝を形成する工程、及び、
   上記溝を形成した中空円筒状素材の内周面に塑性加工により雌スプラインを形成する工程からなり、
   上記塑性加工により形成された雌スプラインの歯面の表面に上記溝の痕跡を残すことによりこの痕跡を油溜まりとすること
   を特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法。
2. 請求項１に記載された油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、
   上記周方向の溝がらせん溝であること
   を特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法。
3. 請求項１に記載された油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、
   上記周方向の溝が複数の環状の溝であること
   を特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法。
4. 請求項１に記載された油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、
   上記周方向の溝が転造加工により形成されること
   を特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法。
5. 請求項２に記載された油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、
   上記らせん溝が転造加工により形成されること
   を特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法。
6. 請求項３に記載された油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法において、
   上記環状の溝が転造加工により形成されること
   を特徴とする油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載された油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法によって製造した雌スプライン軸。
8. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載された油溜まりを備えた雌スプライン軸の製造方法によって製造した雌スプライン軸が、中間シャフトまたはステアリングシャフトに組み込まれたステアリング装置。

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