JP2008126296A - ステアリング装置用締結部及びその製造方法 - Google Patents

ステアリング装置用締結部及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】軽量で、車体に取り付けるために必要なスペースが小さいステアリング装置用締結部及びその製造方法を提供する。
【解決手段】非円形外周を有するパンチ５を円形孔２８に挿入しながら、締付け部２５の外周と円形外周２６の外周をダイ６で拘束すると、駄肉２７、２７がダイ６の半円形内周６２に押されて、円形孔２８内に押し込まれる。駄肉２７、２７の体積は、円形孔２８の体積からエクステンションシャフト２の非円形孔２３の体積を差し引いた体積と、略同一に設定されている。その結果、円形孔２８は変形し、押し込まれた駄肉２７、２７は、主としてパンチ５の傾斜平面５２、５２に当接し、図５（２Ａ）、（２Ｂ）に示すように、所望形状の傾斜平面２３２、２３２と半円形孔２３１とから成る非円形孔２３が、エクステンションシャフト２に形成される。
【選択図】図５

Description

本発明はステアリング装置で回転トルクを伝達するために、回転軸軸端の非円形軸部を締結する非円形孔を有するステアリング装置用締結部、特に、ステアリングギヤのラックに噛み合うピニオン軸軸端の非円形軸部を締結する非円形孔を有するエクステンションシャフトの締結部、及び、その製造方法に関する。
このようなステアリング装置用締結部として、特許文献１に示すように、平行な２平面で形成された非円形軸部を締結する締結部を備えた自在継手がある。またステアリング装置用締結部の製造方法として、特許文献２に示す自在継手の製造方法がある。
図６は、締結部をブローチ加工する従来のエクステンションシャフトの製造方法を示す工程図である。図６（１Ａ）、（１Ｂ）、（１Ｃ）に示すように、締結部をブローチ加工する従来のエクステンションシャフト８は、締結部８１の非円形孔８３をブローチ加工するために、締結部８１が軸部８２とは別体で形成されている。
締結部８１の軸心に、締結部８１の軸方向（図６（１Ｂ）の左右方向）に貫通した非円形孔８３をブローチ加工する。その後、図６（２）に示すように、軸部８２左端の小径軸部８２１を、締結部８１の右端の円形孔８１１に嵌合し、締結部８１と軸部８２を溶接によって一体的に接合している。
従って、溶接熱によってエクステンションシャフト８が熱変形して寸法精度が低下したり、加工工程が多くなるため、製造コストが上昇する問題があった。
図７は、締結部を鍛造加工する従来のエクステンションシャフトの製造方法を示す工程図である。図７（１）、（２）に示すように、締結部を鍛造加工する従来のエクステンションシャフト９は、締結部９１と軸部９２が一体で鍛造加工され、締結部９１の非円形孔９３も、締結部９１と同時に鍛造加工される。
非円形孔９３を締結部９１と同時に鍛造加工すると、非円形孔９３の鍛造加工時に、締結部９１に偏心荷重が作用するため、締結部９１が倒れる。この偏心荷重を効果的に支持して、締結部９１の倒れを防止するために、すり割り９４を有する締付け部９５の反対側の外形に、締付け部９５と対称形状の駄肉９６を付けている。
従って、エクステンションシャフト９の重量が増加し、エクステンションシャフト９を車体に取り付けるために必要なスペースが大きくなるという問題があった。
実開昭５５−３８０２４号公報 特公平６−５８１２４号公報
本発明は、軽量で、車体に取り付けるために必要なスペースが小さいステアリング装置用締結部及びその製造方法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、回転軸軸端の非円形軸部が内嵌して締結される非円形孔を有し、ステアリングホイールの回転トルクを回転軸に伝達するために軸部の一端に形成された締結部を備えたステアリング装置用締結部の製造方法であって、所望の非円形孔の体積よりも大きな体積を有する孔を上記締結部に成形する工程と、上記孔の体積と所望の非円形孔の体積との差分の体積を有する駄肉を上記締結部の外周に成形する工程と、上記孔に所望の非円形孔と同一の非円形外周を有するパンチを挿入する工程と、所望の締結部の外周形状と同一の内周形状を有するダイで上記締結部の外周を拘束し、上記駄肉を上記孔に押し込んで所望の非円形孔を成形する工程とを備えたことを特徴とするステアリング装置用締結部の製造方法である。
第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置用締結部の製造方法において、上記孔が円形孔であることを特徴とするステアリング装置用締結部の製造方法である。
第３番目の発明は、第１番目から第２番目までのいずれかの発明のステアリング装置用締結部の製造方法によって製造されたステアリング装置用締結部である。
第４番目の発明は、第３番目の発明のステアリング装置用締結部がエクステンションシャフトの締結部であることを特徴とするステアリング装置用締結部である。
本発明のステアリング装置用締結部の製造方法は、所望の非円形孔の体積よりも大きな体積を有する孔を締結部に成形する工程と、上記孔の体積と所望の非円形孔の体積との差分の体積を有する駄肉を上記締結部の外周に成形する工程と、上記孔に所望の非円形孔と同一の非円形外周を有するパンチを挿入する工程と、所望の締結部の外周形状と同一の内周形状を有するダイで上記締結部の外周を拘束し、上記駄肉を上記孔に押し込んで所望の非円形孔を成形する工程を備えている。
従って、締結部に対称形状の駄肉を付ける必要が無いため、ステアリング装置用締結部が軽量化され、ステアリング装置用締結部を車体に取り付けるために必要なスペースが小さくて済む。
図１は本発明のステアリング装置用締結部を備えたステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。図２は図１のエクステンションシャフトを示す拡大正面図である。図３は本発明の製造方法で製造されるエクステンションシャフトの例を示す部品図である。図４はエクステンションシャフトの製造方法を示す工程図である。図５は図４の工程の後工程の製造方法を示す工程図と、成形が完了したエクステンションシャフトを示す部品図である。
図１、図２に示すように、ステアリング装置１０１は、ステアリングシャフト１０２を回動自在に軸支している。ステアリングシャフト１０２には、その上端（車体後方側）にステアリングホイール１０３が装着され、ステアリングシャフト１０２の下端（車体前方側）には、ユニバーサルジョイント１０４を介して中間シャフト１０５が連結されている。
中間シャフト１０５には、その下端にユニバーサルジョイント１０６が連結され、ユニバーサルジョイント１０６には、エクステンションシャフト１０９が連結されている。エクステンションシャフト１０９の下端（ロアー側）には、ピニオン軸１１０の上端の非円形軸部１１０Ａ（図２参照）が締結され、ピニオン軸１１０の下端の図示しないピニオンが、ステアリングギヤ１０７の図示しないラックに噛合っている。
運転者がステアリングホイール１０３を回転操作すると、ステアリングシャフト１０２、ユニバーサルジョイント１０４、中間シャフト１０５、ユニバーサルジョイント１０６、エクステンションシャフト１０９、ピニオン軸１１０を介して、その回転力がステアリングギヤ１０７に伝達され、ラックアンドピニオン機構を介して、タイロッド１０８を移動し、車輪の操舵角を変えることができる。
図３に、本発明の製造方法で製造されるエクステンションシャフトの例を示す。図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示すように、本発明の製造方法で製造されるエクステンションシャフト２は、締結部２１と軸部２２が一体で鍛造加工され、締結部２１に非円形孔２３が鍛造加工される。
図３（１Ａ）、（１Ｂ）の非円形孔２３は、軸部２２の中心軸線２２１を中心とする半円形孔２３１と、半円形孔２３１の両端から例えば４５度の傾斜で延びる傾斜平面２３２、２３２で構成されている。非円形孔２３には、非円形孔２３と同一形状をしたピニオン軸１１０上端の非円形軸部１１０Ａ（図２参照）が内嵌されて、締結される。なお、ここでは、傾斜平面２３２、２３２の傾斜角が４５度の例を示したが、これに限られず６０度などの任意の角度とすることも可能である。
すり割り２４を有する略矩形の締付け部２５が、締結部２１の半円形孔２３１側に形成されている。図３（１Ｂ）で、締結部２１の右側半分には、軸部２２と同心で、軸部２２の直径よりも大径の円形外周２６が形成されている。また、締結部２１の外形の傾斜平面２３２、２３２側には、円形外周２６と同一直径の半円形外周２６１が形成されている。
図３（２Ａ）、（２Ｂ）に示すエクステンションシャフト３は、図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示すエクステンションシャフト２の非円形孔２３の形状を変形した例である。すなわち、図３（２Ａ）、（２Ｂ）に示すように、エクステンションシャフト３の非円形孔３３は、軸部３２の中心軸線３２１を中心とする半円形孔３３１と、半円形孔３３１の両端から例えば３０度の傾斜で延びる傾斜平面３３２、３３２と、傾斜平面３３２、３３２の両端を滑らかに接続する円弧孔３３３で構成されている。なお、ここでは、傾斜平面３３２、３３２の傾斜角が３０度の例を示したが、これに限られず６０度などの任意の角度とすることも可能である。
すり割り３４を有する略矩形の締付け部３５が、締結部３１の半円形孔３３１側に形成されている。図３（２Ｂ）で、締結部３１の右側半分には、軸部３２と同心で、軸部３２の直径よりも大径の円形外周３６が形成されている。また、締結部３１の外形には傾斜平面３３２、３３２側に、円形外周３６と同一直径の半円形外周３６１が形成されている。
図３（３Ａ）、（３Ｂ）に示すエクステンションシャフト４は、図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示すエクステンションシャフト２の非円形孔２３の形状を変形した例である。すなわち、図３（３Ａ）、（３Ｂ）に示すように、非円形孔４３は、軸部４２の中心軸線４２１を中心とする下円弧孔４３１、上円弧孔４３３と、下円弧孔４３１、上円弧孔４３３の両端から互いに平行に延びる平行平面４３２、４３２で構成されている。
すり割り４４を有する略矩形の締付け部４５が、締結部４１の下円弧孔４３１側に形成されている。図３（３Ｂ）で、締結部４１の右側半分には、軸部４２と同心で、軸部４２の直径よりも大径の円形外周４６が形成されている。また、締結部４１の上円弧孔４３３側と平行平面４３２、４３２の上半分側の外形には、円形外周４６と同一直径の半円形外周４６１が形成されている。
図４及び図５に、図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示したエクステンションシャフト２の製造方法を示す。図４（１Ａ）、（１Ｂ）の第１工程に示すように、まず、丸棒状の素材から、軸部２２と円形外周２６を鍛造で成形する。
次に、図４（２Ａ）、（２Ｂ）の第２工程に示すように、円形外周２６の軸方向の長さを短縮しながら、図４（２Ｂ）で見て、円形外周２６の左側略半分に、略矩形の締付け部２５を鍛造で成形する。
同時に、軸部２２の中心軸線２２１を挟んで、締付け部２５の反対側で、図４（２Ｂ）で見て、円形外周２６の左側の略８０％の長さ部分に、円形外周２６よりも半径方向外側に突出した駄肉２７、２７を鍛造で成形する。駄肉２７、２７は、図４（２Ａ）で見て、軸部２２の中心軸線２２１から、左上方４５度方向及び右上方４５度方向に、円弧状に突出して成形される。
次に、図４（３Ａ）、（３Ｂ）の第３工程に示すように、円形外周２６の軸方向の長さと略同一長さだけ、軸部２２の中心軸線２２１と同心の円形孔２８を鍛造で成形する。円形孔２８の直径は、図３（１Ａ）、（１Ｂ）で説明した、エクステンションシャフト２の半円形孔２３１と略同一に形成されている。円形孔２８は、円柱状のパンチで鍛造加工してもよいし、ドリル等により切削加工してもよい。
次に、図５（１Ａ）、（１Ｂ）の第４工程に示すように、非円形外周を有するパンチ５を円形孔２８に挿入して、締付け部２５の外周と円形外周２６の外周をダイ６で拘束しながらエクステンションシャフト２をダイ６内に挿入していく、いわゆる、しごき加工をする。パンチ５の外周形状は、図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示したエクステンションシャフト２の非円形孔２３と同一形状に形成されている。すなわち、パンチ５には、エクステンションシャフト２の半円形孔２３１と同一形状の半円形外周５１、及び、エクステンションシャフト２の傾斜平面２３２、２３２と同一形状の傾斜平面５２、５２が形成されている。
また、ダイ６の内周形状は、図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示したエクステンションシャフト２の締結部２１の外形と同一形状に形成されている。すなわち、ダイ６には、エクステンションシャフト２の締付け部２５と同一形状の矩形部６１、及び、エクステンションシャフト２の半円形外周２６１と同一形状の半円形内周６２が形成されている。
従って、非円形外周を有するパンチ５を円形孔２８に挿入して、締付け部２５の外周と円形外周２６の外周をダイ６で拘束しながら軸方向に挿入する（つまり、しごき加工する）と、駄肉２７、２７がダイ６の半円形内周６２に押されて、円形孔２８内に押し込まれる。駄肉２７、２７の体積は、円形孔２８の体積からエクステンションシャフト２の非円形孔２３の体積（パンチ５の非円形外周部の体積）を差し引いた体積と、略同一に設定されている。
その結果、円形孔２８は変形し、押し込まれた駄肉２７、２７は、主としてパンチ５の傾斜平面５２、５２に当接し、図５（２Ａ）、（２Ｂ）に示すように、所望形状の傾斜平面２３２、２３２と半円形孔２３１とから成る非円形孔２３が、エクステンションシャフト２に形成される。
また、駄肉２７、２７がダイ６の半円形内周６２に押されて、円形孔２８内に押し込まれる、つまり、しごき加工の結果、図５（２Ａ）、（２Ｂ）に示すように、締結部２１の外形の傾斜平面２３２、２３２側には、円形外周２６と同一直径の半円形外周２６１が形成され、エクステンションシャフト２の締結部２１の成形が完了する。
従って、本発明の実施例のステアリング装置用締結部及びその製造方法によれば、締付け部２５の反対側の外形に、締付け部２５と対称形状の駄肉を付ける必要が無いため、ステアリング装置用締結部が軽量化され、ステアリング装置用締結部を車体に取り付けるために必要なスペースが小さくて済む。また、溶接による熱変形が無いため、寸法精度が安定する。
上記した実施例においては、円形孔２８が形成されているが、円形孔２８に限定されるものではなく、駄肉２７、２７の体積とエクステンションシャフト２の非円形孔２３の体積を合計した体積相当の孔であればよい。
また、上記した実施例においては、エクステンションシャフトとピニオン軸との締結部に適用した例について説明したが、ステアリング装置で回転トルクを伝達するために、回転軸の非円形軸部を締結する任意のステアリング装置用締結部に適用することができる。
本発明のステアリング装置用締結部を備えたステアリング装置を車両に取り付けた状態を示す全体斜視図である。 図１のエクステンションシャフトを示す拡大正面図である。 本発明の製造方法で製造されるエクステンションシャフトの例を示す部品図である。 エクステンションシャフトの製造方法を示す工程図である。 図４の工程の後工程の製造方法を示す工程図と、成形が完了したエクステンションシャフトを示す部品図である。 締結部をブローチ加工する従来のエクステンションシャフトの製造方法を示す工程図である。 締結部を鍛造加工する従来のエクステンションシャフトの製造方法を示す工程図である。
符号の説明
１０１ ステアリング装置
１０２ ステアリングシャフト
１０３ ステアリングホイール
１０４ ユニバーサルジョイント
１０５ 中間シャフト
１０６ ユニバーサルジョイント
１０７ ステアリングギヤ
１０８ タイロッド
１０９ エクステンションシャフト
１１０ ピニオン軸
１１０Ａ 非円形軸部
２ エクステンションシャフト
２１ 締結部
２２ 軸部
２２１ 中心軸線
２３ 非円形孔
２３１ 半円形孔
２３２ 傾斜平面
２４ すり割り
２５ 締付け部
２６ 円形外周
２６１ 半円形外周
２７ 駄肉
２８ 円形孔
３ エクステンションシャフト
３１ 締結部
３２ 軸部
３２１ 中心軸線
３３ 非円形孔
３３１ 半円形孔
３３２ 傾斜平面
３３３ 円弧孔
３４ すり割り
３５ 締付け部
３６ 円形外周
３６１ 半円形外周
４ エクステンションシャフト
４１ 締結部
４２ 軸部
４２１ 中心軸線
４３ 非円形孔
４３１ 下円弧孔
４３２ 平行平面
４３３ 上円弧孔
４４ すり割り
４５ 締付け部
４６ 円形外周
４６１ 半円形外周
５ パンチ
５１ 半円形外周
５２ 傾斜平面
６ ダイ
６１ 矩形部
６２ 半円形内周
８ エクステンションシャフト
８１ 締結部
８１１ 円形孔
８２ 軸部
８２１ 小径軸部
８３ 非円形孔
９ エクステンションシャフト
９１ 締結部
９２ 軸部
９３ 非円形孔
９４ すり割り
９５ 締付け部
９６ 駄肉

Claims (4)

  1. 回転軸軸端の非円形軸部が内嵌して締結される非円形孔を有し、ステアリングホイールの回転トルクを回転軸に伝達するために軸部の一端に形成された締結部を備えたステアリング装置用締結部の製造方法であって、
    所望の非円形孔の体積よりも大きな体積を有する孔を上記締結部に成形する工程と、
    上記孔の体積と所望の非円形孔の体積との差分の体積を有する駄肉を上記締結部の外周に成形する工程と、
    上記孔に所望の非円形孔と同一の非円形外周を有するパンチを挿入する工程と、
    所望の締結部の外周形状と同一の内周形状を有するダイで上記締結部の外周を拘束し、上記駄肉を上記孔に押し込んで所望の非円形孔を成形する工程とを備えたこと
    を特徴とするステアリング装置用締結部の製造方法。
  2. 請求項１に記載されたステアリング装置用締結部の製造方法において、
    上記孔が円形孔であること
    を特徴とするステアリング装置用締結部の製造方法。
  3. 請求項１から請求項２までのいずれかに記載されたステアリング装置用締結部の製造方法によって製造されたステアリング装置用締結部。
  4. 請求項３に記載されたステアリング装置用締結部がエクステンションシャフトの締結部であること
    を特徴とするステアリング装置用締結部。
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