JP2006349080A

JP2006349080A - トーションバーの製造方法

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Publication number: JP2006349080A
Application number: JP2005177319A
Authority: JP
Inventors: 元伸 ▲吉▼村; Motonobu Yoshimura; Taiki Takeuchi; 太規竹内; Hiroyuki Omi; 弘行近江; Tamotsu Shozaki; 保正崎; Takeshi Kuroda; 武司黒田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】自動車のパワーステアリング装置等に用いられるトーションバーの製造方法に関し、十分な硬さを有し、かつ、トーションバー毎の鋼材の硬さのばらつきを低減させることができる
【解決手段】長手方向途中領域に小径ばね部が形成され、長手方向両端領域に大径結合部が形成されたトーションバーの製造方法であって、鋼材をパテンティングするパテンティング工程と、鋼材を冷間塑性加工により縮径させる第１成形工程と、鋼材の長手方向途中領域に前記小径ばね部を形成する第２成形工程とを含むものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、トーションバーの製造方法に関する。

従来、自動車のパワーステアリング装置に用いられるトーションバーは、一般的に丸棒形状であり、その長手方向途中領域に小径ばね部が形成され、長手方向両端領域に大径結合部が形成されている。また、上記用途で使用されるトーションバーは、所定の繰り返し捩り疲労強度が要求される。この繰り返し捩り疲労強度としては、捩り応力として３００ＭＰａ以上を付与して、少なくとも５×１０⁶回繰り返し捩り可能となる条件を満足することと規定される。

以上のようなトーションバーの製造方法として、例えば、特許文献１に記載のような方法がある。すなわち、鋼材を冷間引き抜き加工により縮径させ、長手方向途中領域を切削することにより小径ばね部を形成し、ブルーイング加工を施してトーションバーを得る。
特開２００３−２６６１１８号公報

しかし、従来の製造方法で得られたトーションバーは、硬さが不十分で、しかもトーションバー毎に鋼材の硬さのばらつきが大きくなるという問題があった。

したがって、本発明は、十分な硬さを有し、かつ、トーションバー毎の鋼材の硬さのばらつきを低減させることを課題とする。

本発明は、長手方向途中領域に小径ばね部が形成され、長手方向両端領域に大径結合部が形成されたトーションバーの製造方法であって、鋼材をパテンティングするパテンティング工程と、鋼材を冷間塑性加工により縮径させる第１成形工程と、鋼材の長手方向途中領域に前記小径ばね部を形成する第２成形工程とを含むものである。

パテンティングとしては、鉛パテンティング、空気パテンティング、ソルトパテンティング等が挙げられる。

第１成形工程の冷間塑性加工としては、冷間引き抜き加工や転造加工等が挙げられる。

第２成形工程の小径ばね部の形成方法としては、切削、研削、引き抜き、転造加工等が挙げられる。

本発明のトーションバーの製造方法によると、鋼材にパテンティングを施すことにより、パーライトの微細化が図れ、硬さが向上し、かつ、トーションバー毎の鋼材の硬さのばらつきが小さくなる。

本発明によれば、十分な硬さを有し、かつ、トーションバー毎の鋼材の硬さのばらつきを低減させることができる。

本発明の最良の実施形態を図１ないし図４に基づいて説明する。

図１はトーションバーの側面図、図２はトーションバーの製造工程図、図３は鋼材の硬さ測定位置を示す断面図、図４は第１成形工程後の鋼材の硬さを示すグラフである。

図１に示すように、トーションバー１は丸棒形状であり、その長手方向途中領域に小径ばね部２が形成され、長手方向両端領域に大径結合部３，４が形成されている。

小径ばね部２から大径結合部３，４へ連なる部分は、漸次拡径するように丸みを帯びた曲面形状になっている。また、大径結合部３，４は、例えば、パワーステアリング装置の操舵軸の入出力軸に結合される部分であり、この大径結合部３，４に、スプライン，セレーション，径方向に貫通する固定ピン挿通孔等（図示せず）が必要に応じて設けられる。

次に、上述したトーションバー１の製造方法について説明する。製造工程は、図２に示すように、鉛パテンティング工程１１、第１成形工程１２、第２成形工程１３、ブルーイング工程１４の順に行う。

準備段階にて、トーションバー１の鋼材として、例えばＪＩＳ規格ＳＵＰ１２、ＪＩＳ規格ＳＷＲＨ８２Ｂを選択し、当該選択した鋼材を圧延する。

鉛パテンティング工程１１では、圧延後の鋼材を熱処理炉にて例えば９５０℃に加熱した後、５６０±１０℃に加熱された溶融鉛槽を通過させて冷却する。

第１成形工程１２では、鋼材に対して冷間引き抜き加工や転造加工等の冷間塑性加工を施すことにより、長手方向全体にほぼ同一の直径寸法に縮径する。

鋼材の断面減少率を管理することにより、所定の硬さを確保するようにする。冷間塑性加工を複数回行う場合には、１回毎の断面減少率と、総断面減少率とを適切に設定する必要がある。断面減少率γ（％）については、次式に示される。

γ＝｛（Ａ₀−Ａ_n）／Ａ₀｝×１００
式において、Ａ₀は加工前の鋼材の断面積、Ａ_nは加工後の鋼材の断面積である。

第２成形工程１３では、縮径した鋼材を所定の長さに切断して丸棒鋼材を得て、当該丸棒鋼材の長手方向途中領域を切削、研削、引き抜き、転造加工等により小径にすることにより、小径ばね部２と大径結合部３，４を備えた完成品に近い外形とする。

ブルーイング工程１４では、小径ばね部２と大径結合部３，４を備えた丸棒鋼材を例えば２００〜３５０℃に設定した雰囲気温度にて加熱する。

なお、第１成形工程１２では、大径結合部３，４の仕上げ直径よりも若干大きな寸法にしておき、第２成形工程１３では、小径ばね部２だけでなく、大径結合部３，４をも切削、研削、引き抜き、転造加工することにより、大径結合部３，４の直径寸法を管理してもよい。

次に、第１成形工程１２後で第２成形工程１３前における鋼材５の深さ方向での硬さについて説明する。

硬さの測定は、図３に示すように、鋼材５の中心Ｐ０から表面Ｐ１までの径方向数箇所にて行う。

試料として、実施例と比較例を用意した。いずれの試料の鋼材も、ＪＩＳ規格ＳＷＲＨ８２Ｂを用いた。

実施例は、図２に示すように、鉛パテンティング工程１１、第１成形工程１２、第２成形工程１３、ブルーイング工程１４の順に製造する。第１成形工程１２における冷間塑性加工により、直径を１０．０ｍｍから９．３ｍｍに縮径（断面減少率γ＝１３．５％）させる。なお、第２成形工程１３では、９．３ｍｍに縮径した線状の鋼材を、トーションバー１の長さに切断して丸棒鋼材を得て、さらに当該丸棒鋼材の長手方向途中領域の直径を４．０〜７．０ｍｍに切削、研削、引き抜き、転造加工することにより、小径ばね部２を形成する。

比較例は、第１成形工程１２、第２成形工程１３、ブルーイング工程１４の順に製造する。すなわち、鉛パテンティング工程１１は施さない。第１成形工程における冷間塑性加工により、直径を９．５ｍｍから８．３ｍｍに縮径（断面減少率γ＝２３．７％）させる。

図４に、硬さの測定結果を示す。図４において、縦軸は硬さ（Ｈｖ）、横軸は測定位置（中心からの距離ｍｍ）を示している。

なお、この硬さの測定場所は上述したように大径結合部３，４であるが、第１成形工程１２では、鋼材の長手方向全体をほぼ同じ外径に縮径させているので、小径ばね部２での硬さとほぼ同じと考えられる。

図４に示す結果より、実施例は比較例に比べ、鋼材の内部から表層部までのビッカース硬さ（Ｈｖ）が相対的に大きくなることが判った。すなわち、鋼材５の中心Ｐ０から１．５〜４．０ｍｍの範囲で比較例に比べ若干ビッカース硬さが小さくなるものの、その他の部位では大きくなり、全体としては比較例に比べビッカース硬さは大きくなり、トーションバーとして、鋼材５の中心Ｐ０から表面Ｐ１まで渡って十分な硬さが得られた。

次に、硬さのばらつきについて説明する。鉛パテンティング工程１１、第１成形工程１２、第２成形工程１３、ブルーイング工程１４の順に製造する実施例のばらつきは、２９個の試料にて内部所定位置のビッカース硬さを測定し、試料毎の鋼材の硬さのばらつきδ＝３．５１を得た。これに対して、鉛パテンティング工程１１を施さない比較例のばらつきは、１１個の試料にて内部所定位置のビッカース硬さを測定し、試料毎の鋼材の硬さのばらつきσ＝１２．０８を得た。このように、トーションバー毎の鋼材の硬さのばらつきは、鉛パテンティング工程１１を施した方が小さくなることが判った。

このように構成されたトーションバーの製造方法によると、鋼材にパテンティングを施すことにより、パーライトの微細化が図れ、硬さが向上し、かつ、トーションバー毎の鋼材の硬さのばらつきが小さくなる。

また、鉛パテンティング工程１１では、線状の鋼材をパテンティングするので、連続処理が行える。

なお、第２成形工程１３では、鋼材の長手方向途中領域を小径に切削、研削、引き抜き、転造加工した後、所定の長さに切断してもよい。

鉛パテンティング工程１１は、第１成形工程１２後で第２成形工程１３前に行うようにしてもよいし、第２成形工程１３後に行うようにしてもよい。

また、ブルーイング工程１４は、第１成形工程１２後で第２成形工程１３前に行うようにしてもよいし、省略してもよい。

さらに、最終工程の後で、完成品に近い外形にした丸棒鋼材に対して切削、研削、引き抜き、転造加工を施すことにより、外形寸法精度など品質をさらに向上することができる。この切削、研削、引き抜き、転造加工は、第２成形工程１３とブルーイング工程１４との間で行うようにしてもよい。

本発明は、自動車のパワーステアリング装置等に用いられるトーションバーの製造方法として有用である。

本発明の実施の形態におけるトーションバーの側面図本発明の実施の形態におけるトーションバーの製造工程図本発明の実施の形態における鋼材の硬さの測定位置を示す断面図本発明の実施の形態における第１成形工程後の鋼材の硬さを示すグラフ

符号の説明

１トーションバー
２小径ばね部
３，４大径結合部

Claims

長手方向途中領域に小径ばね部が形成され、長手方向両端領域に大径結合部が形成されたトーションバーの製造方法であって、
鋼材をパテンティングするパテンティング工程と、
鋼材を冷間塑性加工により縮径させる第１成形工程と、
鋼材の長手方向途中領域に前記小径ばね部を形成する第２成形工程とを含む、トーションバーの製造方法。