JP2011173463A - スプライン伸縮軸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐久性に優れ且つ生産性の良いスプライン伸縮軸の製造方法を提供する。
【解決手段】仮焼成体からなる被膜48が形成された外スプライン49を有する内軸製造用中間体50を、外軸36内に圧入する圧入工程〔図5(a),(b)〕を経て得られた内軸製造用中間体53を得る。内軸製造用中間体53の被膜51を本焼成工程〔図5(d),(e)〕で本焼成して、本焼成体からなる被膜39を有する外軸35を得る。仮焼成体からなる被膜48の硬度が、本焼成体からなる被膜39の硬度よりも低い。圧入工程での圧入荷重を低くする。
【選択図】図5
【解決手段】仮焼成体からなる被膜48が形成された外スプライン49を有する内軸製造用中間体50を、外軸36内に圧入する圧入工程〔図5(a),(b)〕を経て得られた内軸製造用中間体53を得る。内軸製造用中間体53の被膜51を本焼成工程〔図5(d),(e)〕で本焼成して、本焼成体からなる被膜39を有する外軸35を得る。仮焼成体からなる被膜48の硬度が、本焼成体からなる被膜39の硬度よりも低い。圧入工程での圧入荷重を低くする。
【選択図】図5
Description
本発明は、スプライン伸縮軸の製造方法に関する。
例えば、車両用操舵装置の中間軸(インターミディエイトシャフト)では、路面からの振動をステアリングホイールに伝達しないように、軸方向の変位を吸収する機能が要求される。また、ステアリングホイールを一端に連結するステアリングシャフトでは、ステアリングホイールの位置調整のために、軸方向に伸縮する機能を要求される場合がある。このため、車両操舵用の中間軸やステアリングシャフトとして、スプライン伸縮軸が用いられる。
この種のスプライン伸縮軸としては、スムーズに摺動し、ガタつきを生じないことが必要である。
そこで、スプラインの歯面に二硫化モリブデンを含む樹脂の被膜を形成した車両操舵用伸縮軸が提案されている(例えば特許文献1を参照)。
そこで、スプラインの歯面に二硫化モリブデンを含む樹脂の被膜を形成した車両操舵用伸縮軸が提案されている(例えば特許文献1を参照)。
しかしながら、内軸と外軸の寸法精度のばらつきの影響で、両軸間に回転方向のガタが生じていた。そこで、ガタ低減のため、互いの嵌合隙間が適度になるように、内軸と外軸を寸法精度により選別して組み合わせることも行われている(いわゆるマッチング組立)。このため、手間がかかって生産性が悪く、製造コストが高くなる。
また、内軸および外軸の何れか一方の金属スプラインに樹脂の被膜を形成した場合において、使用初期から比較的短い使用時間の間に、両軸間のガタが急激に増大し、耐久性が悪くなるという問題がある。
また、内軸および外軸の何れか一方の金属スプラインに樹脂の被膜を形成した場合において、使用初期から比較的短い使用時間の間に、両軸間のガタが急激に増大し、耐久性が悪くなるという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、耐久性に優れ且つ生産性の良いスプライン伸縮軸の製造方法を提供することを目的とする。
本願発明者は、上記課題を解決するにあたり、次の点に着目した。すなわち、内軸または外軸の金属スプラインに樹脂の被膜が形成された伸縮軸を製造するときに、両軸のスプライン歯面を互いに適合させるように内軸を外軸内に圧入して、場合によっては、その圧入状態で両軸を軸方向に相対摺動させるなじみ処理を行うことによりスプライン歯面のさらなる適合を図ることを考えた。その場合、金属スプライン上の被膜がなじみ処理のときに摩耗する分を見込んで、被膜の厚みを予め厚くしておく必要がある。しかし、通例、被膜は硬質であるため、なじみ処理を開始する前の圧入工程において圧入荷重が高くなり、その結果、圧入作業が困難になる。
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、上記目的を達成するため、本発明は、内軸(35)および筒状の外軸(36;136)がスプライン嵌合され、内軸または外軸の金属スプライン(41;410)に焼成された樹脂の被膜(39;139)が形成されたスプライン伸縮軸(5;5A)を製造するスプライン伸縮軸の製造方法において、上記金属スプラインに形成された素材被膜(42;420)を仮焼成温度(T1)で仮焼成して仮焼成体(45;450)を形成する仮焼成工程と、仮焼成体が形成された一方の軸を他方に軸にプレスフィットさせるときに仮焼成体の表面を削って成形する表面成形工程と、表面が成形された仮焼成体(48;480)を有する上記一方の軸を上記他方の軸から離脱した状態で、上記仮焼成体を上記仮焼成温度よりも高い本焼成温度(T2)で本焼成して、上記仮焼成体の硬度(H1)よりも高い硬度(H2)を有する本焼成体(39;139)を形成する本焼成工程と、を含むスプライン伸縮軸の製造方法を提供する。
本発明では、表面成形工程としての例えば圧入工程において、相対的に低い硬度(本焼成体よりも低い硬度)の仮焼成体の被膜が形成された金属スプラインを有する一方の軸としての例えば内軸を、他方の軸としての例えば外軸に圧入させることになるので、圧入荷重が高くなることがない。したがって、圧入作業を容易に行えるので、生産性がよい。その後、本焼成して、相対的に高い硬度(仮焼成体よりも高い硬度)の本焼成体からなる被膜を得るので、耐久性に優れている。
また、上記表面成形工程と上記本焼成工程の間に、両軸を軸方向に摺動させて上記仮焼成体の表面を他方の軸のスプラインの歯面になじませるなじみ工程を含む場合がある(請求項2)。通例、高硬度の被膜は潤滑性に優れるため、両軸のスプライン歯面をなじませるためには、多大な摺動回数が必要となり、その結果、なじみ処理に長時間を要することになる。これに対して、本焼成体よりも硬度が低くて摩耗し易い仮焼成体の段階で、なじみ処理を行うので、なじみ処理に要する両軸の摺動回数を低減でき、その結果、なじみ処理に要する時間を短縮することができる。このため、生産性を向上することができる。
また、上記なじみ工程と本焼成工程との間に、嵌合状態の両軸の互いに対応する位置に位相マーク(54,55;540,550)を付す位相マーク付与工程を含む場合がある(請求項3)。上記一方の軸を他方の軸から一旦、離脱させて、本焼成を行った後、再び嵌合させる。このとき、両軸を軸方向に相対摺動させた際の摺動面が合致するように両軸の位相を、なじみ処理のときの位相と一致させておく必要がある。本発明では、本焼成後に両軸を嵌合させるときに、位相マークを目印として容易に両軸の位相を合わせることができる。
また、上記仮焼成工程で得られた上記仮焼成体の被膜の膜厚(tA )が20μm以上100μm以下である場合がある(請求項4)。次の表面成形工程で仮焼成体の表面を削るので、その削り代として所定量を確保しておく必要がある。上記仮焼成工程で形成される上記仮焼成体の被膜の膜厚が20μm未満では、表面成形工程を経た後の仮焼成体の被膜の膜厚が薄くなり過ぎる。また、上記仮焼成工程で形成される上記仮焼成体の被膜の膜厚が100μmを超えると、表面成形工程で仮焼成体を削る量が多くなり、生産性が悪くなる。そこで、上記仮焼成工程で形成される上記仮焼成体の被膜の膜厚を20μm以上100μm以下の範囲に設定することにより、表面成形工程で削られても必要な膜厚を確保でき、且つ生産性を良くすることができる。
また、上記仮焼成工程で得られた上記仮焼成体の膜厚tA と上記本焼成体の膜厚tB との間に下記の関係がある場合がある(請求項5)。
tB /tA ≧0.8
仮焼成工程で得られた仮焼成体の膜厚tA に対する本焼成体の膜厚tB の割合であるtB /tA の値が0.8未満になると、両軸のスプラインの歯面間隙間が大きくなり、ガタが大きくなる。tB /tA の値を0.8以上(tB /tA ≧0.8)とすることにより、両軸のスプラインの歯面間隙間を小さくすることができ、両軸間のガタを低減することができる。
tB /tA ≧0.8
仮焼成工程で得られた仮焼成体の膜厚tA に対する本焼成体の膜厚tB の割合であるtB /tA の値が0.8未満になると、両軸のスプラインの歯面間隙間が大きくなり、ガタが大きくなる。tB /tA の値を0.8以上(tB /tA ≧0.8)とすることにより、両軸のスプラインの歯面間隙間を小さくすることができ、両軸間のガタを低減することができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の一実施の形態のスプライン伸縮軸が適用された中間軸を有する車両用操舵装置の概略構成図である。図1を参照して、車両用操舵装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結された操舵軸3と、操舵軸3に自在継手4を介して連結されたスプライン伸縮軸としての中間軸5と、中間軸5に自在継手6を介して連結されたピニオン軸7と、ピニオン軸7の端部近傍に設けられたピニオン7aに噛み合うラック8aを有する転舵軸としてのラック軸8とを備えている。
図1は本発明の一実施の形態のスプライン伸縮軸が適用された中間軸を有する車両用操舵装置の概略構成図である。図1を参照して、車両用操舵装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結された操舵軸3と、操舵軸3に自在継手4を介して連結されたスプライン伸縮軸としての中間軸5と、中間軸5に自在継手6を介して連結されたピニオン軸7と、ピニオン軸7の端部近傍に設けられたピニオン7aに噛み合うラック8aを有する転舵軸としてのラック軸8とを備えている。
ピニオン軸7およびラック軸8を含むラックアンドピニオン機構によって、転舵機構A1が構成されている。ラック軸8は、車体側部材9に固定されたハウジング10によって、車両の左右方向に沿う軸方向(紙面とは直交する方向)に移動可能に、支持されている。ラック軸8の各端部は、図示していないが、対応するタイロッドおよび対応するナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。
操舵軸3は、同軸上に連結された第1操舵軸11と第2操舵軸12とを備えている。第1操舵軸11は、スプライン結合を用いて、同伴回転可能に且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合されたアッパーシャフト13およびロアーシャフト14を有している。アッパーシャフト13およびロアーシャフト14の何れか一方が内軸を構成し、他方が筒状の外軸を構成している。
また、第2操舵軸12は、ロアーシャフト14と同伴回転可能に連結された入力軸15と、自在継手4を介して中間軸5に連結された出力軸16と、入力軸15および出力軸16を相対回転可能に連結するトーションバー17とを有している。
操舵軸3は、車体側部材18,19に固定されたステアリングコラム20によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。
操舵軸3は、車体側部材18,19に固定されたステアリングコラム20によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。
ステアリングコラム20は、軸方向に相対移動可能に嵌め合わされた筒状のアッパージャケット21および筒状のロアージャケット22と、ロアージャケット22の軸方向下端に連結されたハウジング23とを備えている。ハウジング23内には、操舵補助用の電動モータ24の動力を減速して出力軸16に伝達する減速機構25が収容されている。
減速機構25は、電動モータ24の回転軸(図示せず)と同行回転可能に連結された駆動ギヤ26と、駆動ギヤ26に噛み合い出力軸16と同伴回転する被動ギヤ27とを有している。駆動ギヤ26は例えばウォーム軸からなり、従動ギヤ27は例えばウォームホイールからなる。
減速機構25は、電動モータ24の回転軸(図示せず)と同行回転可能に連結された駆動ギヤ26と、駆動ギヤ26に噛み合い出力軸16と同伴回転する被動ギヤ27とを有している。駆動ギヤ26は例えばウォーム軸からなり、従動ギヤ27は例えばウォームホイールからなる。
ステアリングコラム20には、車両後方側のアッパーブラケット28および車両前方側のロアーブラケット29を介して車体側部材18,19に固定されている。アッパーブラケット28は、後述するコラムブラケットを介してステアリングコラム20のアッパージャケット21に固定可能とされている。アッパーブラケット28は、車体側部材18から下方に突出する固定ボルト(スタッドボルト)30と、当該固定ボルト30に螺合するナット31と、アッパーブラケット28に離脱可能に保持されたカプセル32とを用いて、車体側部材18に固定されている。
ロアーブラケット29は、ステアリングコラム20のロアージャケット22に固定されいる。また、ロアーブラケット29は、車体側部材19から突出する固定ボルト(スタッドボルト)33と当該固定ボルト33に螺合するナット34とを用いて、車体側部材19に固定されている。
図1および図2を参照して、スプライン伸縮軸としての中間軸5は、内軸35と筒状の外軸36とを軸方向X1に沿って摺動可能に且つトルク伝達可能にスプライン嵌合させて形成されている。内軸35および外軸36の何れか一方がアッパーシャフトを構成し、他方がロアーシャフトを構成する。本実施の形態では、外軸36がアッパーシャフトとして自在継手4に連結されており、内軸35がロアーシャフトとして自在継手6に連結されている。
図1および図2を参照して、スプライン伸縮軸としての中間軸5は、内軸35と筒状の外軸36とを軸方向X1に沿って摺動可能に且つトルク伝達可能にスプライン嵌合させて形成されている。内軸35および外軸36の何れか一方がアッパーシャフトを構成し、他方がロアーシャフトを構成する。本実施の形態では、外軸36がアッパーシャフトとして自在継手4に連結されており、内軸35がロアーシャフトとして自在継手6に連結されている。
本実施の形態では、スプライン伸縮軸を車両操舵用伸縮軸としての中間軸5に適用した場合に則して説明するが、本発明のスプライン伸縮軸を車両操舵用伸縮軸としての第1操舵軸11に適用し、第1操舵軸11にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるようにしてもよい。また、本実施の形態では、車両用操舵装置1が電動パワーステアリング装置である場合に則して説明するが、本発明のスプライン伸縮軸をマニュアルステアリングの車両用操舵装置に適用するようにしてもよい。
図2および図3を参照して、内軸35の外周35aに設けられた外スプライン37と、外軸36の内周36aに設けられた内スプライン38とが互いに嵌合している。図3に示すように、外スプライン37の少なくとも歯面37aに、樹脂の被膜39が形成されている具体的には、内軸35の芯金40の周囲に被覆された樹脂の被膜39の少なくとも一部によって、外スプライン37の少なくとも歯面37aが形成されている。
上記の中間軸5を製造する工程の要部について、概略図である図4に基づいて説明する。
まず、図4(a)に示す鍛造工程では、素材を鍛造することにより、金属スプラインとしての外スプライン41が形成された軸状の芯金40を得る。
芯金40に外スプライン41の少なくとも歯面に樹脂コーティングのための前処理を施した後、前処理が施された芯金40の外スプライン41の少なくもと歯面に、図4(b)に示す被覆工程において、例えばスプレー塗装を用いて樹脂(例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂)の素材被膜42をコーティングすることにより、内軸製造用中間体43を得る。素材被膜42の表面によって内軸製造用中間体43の外スプライン44の表面が形成されている。
まず、図4(a)に示す鍛造工程では、素材を鍛造することにより、金属スプラインとしての外スプライン41が形成された軸状の芯金40を得る。
芯金40に外スプライン41の少なくとも歯面に樹脂コーティングのための前処理を施した後、前処理が施された芯金40の外スプライン41の少なくもと歯面に、図4(b)に示す被覆工程において、例えばスプレー塗装を用いて樹脂(例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂)の素材被膜42をコーティングすることにより、内軸製造用中間体43を得る。素材被膜42の表面によって内軸製造用中間体43の外スプライン44の表面が形成されている。
上記の前処理としては、例えば、芯金40の外スプライン41の歯面を平滑化するための下地処理として、ショットブラスト等の機械的処理や、リン酸亜鉛被膜を形成する化学処理がある。
次いで、図4(c)および図4(d)に示す仮焼成工程では、図4(c)に示すように、内軸製造用中間体43の外スプライン44の素材被膜42を例えば電気炉EH内に収容し、所定時間(例えば20分間)、所定の仮焼成温度T1(例えば、T1=70°C)に保持した後、図4(d)に示すように、仮焼成体からなる被膜45が形成された外スプライン46を有する内軸製造用中間体47を得る。被膜45を構成する仮焼成体の硬度H1は、鉛筆硬度Bである。
次いで、図4(c)および図4(d)に示す仮焼成工程では、図4(c)に示すように、内軸製造用中間体43の外スプライン44の素材被膜42を例えば電気炉EH内に収容し、所定時間(例えば20分間)、所定の仮焼成温度T1(例えば、T1=70°C)に保持した後、図4(d)に示すように、仮焼成体からなる被膜45が形成された外スプライン46を有する内軸製造用中間体47を得る。被膜45を構成する仮焼成体の硬度H1は、鉛筆硬度Bである。
次いで、図4(e)および図4(f)に示す表面成形工程としての圧入工程では、図4(e)に示すように、仮焼成体からなる被膜45が形成された内軸製造用中間体47を、当該内軸製造用中間体47から形成される内軸35と実際に組み合わされる相手方の外軸36内に圧入する。これにより、外軸36の内スプライン38の歯面によって、内軸製造用中間体47の被膜45の表面を変形および除去加工し、圧入の完了とともに、図4(f)に示すように、表面が成形された被膜48を有する外スプライン49を含む内軸製造用中間体50を得る。
圧入工程では、圧入に際して、図4(e)および図6に示すように、被膜45の余剰部分45aが削り取られ、かんな屑のようにして、外軸36外に排出される。すなわち、図6に示すように、外軸36のスプライン溝360内で、被膜45の余剰部分45aが除去されることにより、被膜48の表面により構成される歯面49aを有する外スプライン49が形成される。
次いで、図5(a)および図5(b)に示すなじみ工程では、図5(a)に示すように外軸36内に圧入された内軸製造用中間体50を外軸36に対して、軸方向に強制的に摺動させる。これにより、図5(b)に示すように、なじみ処理された表面を有する被膜51が形成された外スプライン52を有する内軸製造用中間体53を得る。すなわち、被膜51の表面を外軸36の内スプライン38の歯面に、面粗さレベルでフィットさせることができる(被膜51の表面と内スプライン38の歯面のなじみ性を向上できる。)。
図5(a)、(b)に示すなじみ工程において、内軸製造用中間体50と外軸36との摺動条件としては、内軸製造用中間体50と外軸36との摺動ストロークを±10mm〜±50mmの範囲とし、摺動周波数を1Hz〜10Hzとする場合を例示することができる。
次いで、図5(c)に示す位相マーク付与工程では、内軸製造用中間体53の外周および外軸36の外周の互いに対応する位置(位相が一致する位置)に、位相マーク54,55を付す。
次いで、図5(c)に示す位相マーク付与工程では、内軸製造用中間体53の外周および外軸36の外周の互いに対応する位置(位相が一致する位置)に、位相マーク54,55を付す。
次いで、外軸36から取り出された内軸製造用中間体53を、図5(d)および(e)に示す本焼成工程において、図5(d)に示すように、例えば電気炉EH内に収容して、所定時間(例えば60分間)、所定の本焼成温度T2(例えば、T2=210°C)に保持し、図5(e)に示すように、本焼成体からなる被膜39が形成された外スプライン37を有する内軸35を得る。被膜39を構成する本焼成体の硬度H2は、鉛筆硬度3Hである。
次いで、内軸35の端部の自在継手4を溶接により取り付けた後、内軸35の被膜39の表面にグリース56を塗布する。グリース56が塗布された内軸35を、図5(f)に示すように、外軸36に組み入れ、スプライン伸縮軸としての中間軸5が完成する。組み入れのときに、上記位相マーク54,55を目印として、内軸35および外軸36の位相を、図5(c)のなじみ処理のときの位相に合わせて、内軸35を外軸36に組み入れるようにする。
本実施の形態のスプライン伸縮軸(中間軸5)の製造方法によれば、本焼成体としての被膜39の硬度H2(例えば鉛筆硬度3H)よりも低い硬度H1(例えば鉛筆硬度B)の仮焼成体からなる被膜45が形成された内軸製造用中間体47を、図4(e)、(f)に示す圧入工程において、外軸36に圧入するので、圧入荷重が高くなることがない。したがって、圧入作業を容易に行えるので、生産性がよい。その後、図5(d)、(e)に示す本焼成工程を経て、仮焼成体の被膜45よりも高い硬度H2(例えば鉛筆硬度3H)の本焼成体からなる被膜39を得るので、耐久性に優れたスプライン伸縮軸としての中間軸5を得ることができる。
また、図4(e)、(f)に示す圧入工程と図5(d)、(e)に示す本焼成工程との間に、内軸製造用中間体50および外軸36を軸方向X1に摺動させる図5(a)、(b)に示すなじみ工程を有し、そのなじみ工程を経た内軸製造用中間体53の外スプライン52の被膜51の表面(外スプライン52の歯面に相当)を、外軸36の内スプライン38の歯面になじませることができる。
したがって、下記の利点がある。すなわち、仮に、高い硬度を有するため潤滑性に優れた被膜をなじみ処理するとした場合には、両軸のスプライン歯面をなじませるためには、多大な摺動回数が必要となり、その結果、なじみ処理に長時間を要することになる。これに対して、本実施の形態では、本焼成体からなる被膜39よりも硬度が低くて本焼成体からなる被膜39よりも摺動性が悪い仮焼成体の段階で、なじみ処理を行うので、なじみ処理に要する内軸製造用中間体53および外軸36の摺動回数を低減でき、その結果、なじみ処理に要する時間を短縮することができる。このため、生産性を向上することができる。
また、図5(a)、(b)に示すなじみ工程と図5(d)、(e)に示す本焼成工程との間に、図5(c)に示すように、嵌合状態の内軸製造用中間体53および外軸36の互いに対応する位置に位相マーク54,55を付す位相マーク付与工程を含んでいるので、下記の利点がある。すなわち、図5(d)、(e)に示す本焼成工程の後に、内軸35および外軸36を嵌合させるときに、位相マーク54,55を目印として内軸35および外軸36の位相を、なじみ処理のときの位相に容易に合わせることができる。
また、図4(c)、(d)の仮焼成工程で得られた仮焼成体の被膜45の膜厚tA が20μm以上100μm以下(20μm≦tA ≦100μm)であることが好ましい。
仮焼成工程の後の圧入工程(表面成形工程に相当)で仮焼成体の被膜45の表面を削るので、その削り代として所定量を確保しておく必要がある。被膜45の膜厚tA が20μm未満(tA <20μm)では、圧入工程(表面成形工程)を経た後の仮焼成体の被膜48の膜厚が薄くなり過ぎる。また、被膜45の膜厚tA が100μmを超えると(tA >100μm)、圧入工程(表面成形工程)で仮焼成体の被膜45を削る量が多くなり、生産性が悪くなる。そこで、仮焼成工程で形成される仮焼成体の被膜45の膜厚を20μm以上100μm以下の範囲に設定することにより、圧入工程(表面成形工程)で削られても必要な膜厚を確保でき、且つ生産性を良くすることができる。
仮焼成工程の後の圧入工程(表面成形工程に相当)で仮焼成体の被膜45の表面を削るので、その削り代として所定量を確保しておく必要がある。被膜45の膜厚tA が20μm未満(tA <20μm)では、圧入工程(表面成形工程)を経た後の仮焼成体の被膜48の膜厚が薄くなり過ぎる。また、被膜45の膜厚tA が100μmを超えると(tA >100μm)、圧入工程(表面成形工程)で仮焼成体の被膜45を削る量が多くなり、生産性が悪くなる。そこで、仮焼成工程で形成される仮焼成体の被膜45の膜厚を20μm以上100μm以下の範囲に設定することにより、圧入工程(表面成形工程)で削られても必要な膜厚を確保でき、且つ生産性を良くすることができる。
また、上記仮焼成工程で得られた上記仮焼成体の膜厚tA と上記本焼成体の膜厚tB との間に下記式(1)の関係があることが好ましい。
tB /tA ≧0.8 …(1)
仮焼成工程で得られた仮焼成体の被膜45の膜厚tA に対する本焼成体の被膜39の膜厚tB の割合であるtB /tA の値が0.8未満になると〔(tB /tA )<0.8〕、両軸のスプラインの歯面間隙間が大きくなり、ガタが大きくなる。そこで、tB /tA の値を0.8以上(tB /tA ≧0.8)とすることにより、内軸35およ外軸36のスプライン37,38の歯面間隙間を小さくすることができ、両軸35,36間のガタを低減することができる。
tB /tA ≧0.8 …(1)
仮焼成工程で得られた仮焼成体の被膜45の膜厚tA に対する本焼成体の被膜39の膜厚tB の割合であるtB /tA の値が0.8未満になると〔(tB /tA )<0.8〕、両軸のスプラインの歯面間隙間が大きくなり、ガタが大きくなる。そこで、tB /tA の値を0.8以上(tB /tA ≧0.8)とすることにより、内軸35およ外軸36のスプライン37,38の歯面間隙間を小さくすることができ、両軸35,36間のガタを低減することができる。
また、上記のなじみ工程を経ることで、使用初期の両スプライン37,38の歯面37a,38a間の嵌合隙間を、面粗さレベルにおいて略ゼロ(例えば10μm以下、好ましくは5μm以下)にすることができる。すなわち、面粗さレベルにおいて、両歯面37a,38a間の実接触面積を格段に広くすることができる。その結果、内軸35と外軸36の精度の良い嵌合状態を実現することができ、長期にわたって内軸35および外軸36間のガタの発生を防止することができる。また、内軸35および外軸36間のいわゆるスティックスリップを防止して、長期にわたって良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、歯面37a,38a間の歯打ち音による騒音を低減することができる。
上記の実施の形態では、樹脂の被膜39を内軸35の外スプライン37の少なくとも歯面37aに形成した中間軸5を製造する方法を示したが、これに限らず、図7の実施の形態のように、外軸136の内スプライン138の少なくとも歯面138aに樹脂の被膜139が形成された中間軸5Aを製造する方法を示すことができる。
すなわち、中間軸5Aの外軸136では、金属スリーブ400の金属スプラインとしての内スプライン410の少なくとも歯面に樹脂の被膜139が形成されている。具体的には、外軸136の金属スリーブ400の内周に被覆された樹脂の被膜139の表面139aの少なくとも一部によって、内スプライン138の少なくとも歯面138aが形成されている。
すなわち、中間軸5Aの外軸136では、金属スリーブ400の金属スプラインとしての内スプライン410の少なくとも歯面に樹脂の被膜139が形成されている。具体的には、外軸136の金属スリーブ400の内周に被覆された樹脂の被膜139の表面139aの少なくとも一部によって、内スプライン138の少なくとも歯面138aが形成されている。
上記の中間軸5Aを製造する工程の要部について、概略図である図8および図9に基づいて説明する。
まず、図8(a)に示すブローチ加工工程では、筒状素材の内周にブローチ加工を施すことにより、金属スプラインとしての内スプライン410が形成された筒状の金属スリーブ400を得る。
まず、図8(a)に示すブローチ加工工程では、筒状素材の内周にブローチ加工を施すことにより、金属スプラインとしての内スプライン410が形成された筒状の金属スリーブ400を得る。
金属スリーブ400に内スプライン410の少なくとも歯面に樹脂コーティングのための前処理を施した後、前処理が施された金属スリーブ400の内スプライン410の少なくもと歯面に、図8(b)に示す被覆工程において、例えばスプレー塗装を用いて樹脂(例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂)の素材被膜420をコーティングすることにより、外軸製造用中間体430を得る。素材被膜420の表面によって外軸製造用中間体430の内スプライン440の表面が形成されている。
上記の前処理としては、例えば、金属スリーブ400の内スプライン410の歯面を平滑化するための下地処理として、ショットブラスト等の機械的処理や、リン酸亜鉛被膜を形成する化学処理がある。
次いで、図8(c)および図8(d)に示す仮焼成工程では、図8(c)に示すように、外軸製造用中間体430の内スプライン440の素材被膜420を例えば電気炉EH内に収容し、所定時間(例えば20分間)、所定の仮焼成温度T1(例えば、T1=70°C)に保持した後、図8(d)に示すように、仮焼成体からなる被膜450が形成された内スプライン460を有する外軸製造用中間体470を得る。被膜450を構成する仮焼成体の硬度H1は、鉛筆硬度Bである。
次いで、図8(c)および図8(d)に示す仮焼成工程では、図8(c)に示すように、外軸製造用中間体430の内スプライン440の素材被膜420を例えば電気炉EH内に収容し、所定時間(例えば20分間)、所定の仮焼成温度T1(例えば、T1=70°C)に保持した後、図8(d)に示すように、仮焼成体からなる被膜450が形成された内スプライン460を有する外軸製造用中間体470を得る。被膜450を構成する仮焼成体の硬度H1は、鉛筆硬度Bである。
次いで、図8(e)および図8(f)に示す表面成形工程としての圧入工程では、図8(e)に示すように、仮焼成体からなる被膜450が形成された外軸製造用中間体470内に、当該外軸製造用中間体470から形成される外軸36と実際に組み合わされる相手方の内軸35を圧入する。これにより、内軸35の外スプライン37の歯面によって、外軸製造用中間体470の被膜450の表面を削り、圧入の完了とともに、図8(f)に示すように、表面が成形された被膜480を有する内スプライン490を含む外軸製造用中間体500を得る。
圧入工程では、圧入に際して、図10に示すように、内軸35の外スプライン37によって被膜450の余剰部分450aが削り取られる。被膜480の表面により構成される歯面490aを有する内スプライン490が形成される。
次いで、図9(a)および図9(b)に示すなじみ工程では、図9(a)に示すように外軸製造用中間体500内に圧入された内軸35を外軸製造用中間体500に対して、軸方向に強制的に摺動させる。これにより、図9(b)に示すように、なじみ処理された表面を有する被膜510が形成された内スプライン520を有する外軸製造用中間体530を得る。すなわち、被膜510の表面を内軸35の外スプライン37の歯面に、面粗さレベルでフィットさせることができる。
次いで、図9(a)および図9(b)に示すなじみ工程では、図9(a)に示すように外軸製造用中間体500内に圧入された内軸35を外軸製造用中間体500に対して、軸方向に強制的に摺動させる。これにより、図9(b)に示すように、なじみ処理された表面を有する被膜510が形成された内スプライン520を有する外軸製造用中間体530を得る。すなわち、被膜510の表面を内軸35の外スプライン37の歯面に、面粗さレベルでフィットさせることができる。
図9(a)、(b)に示すなじみ工程において、外軸製造用中間体500と内軸35との摺動条件としては、外軸製造用中間体500と内軸35との摺動ストロークを±10mm〜±50mmの範囲とし、摺動周波数を1Hz〜10Hzとする場合を例示することができる。
次いで、図9(c)に示す位相マーク付与工程では、外軸製造用中間体530の外周および内軸35の外周の互いに対応する位置(位相が一致する位置)に、位相マーク540,550を付す。
次いで、図9(c)に示す位相マーク付与工程では、外軸製造用中間体530の外周および内軸35の外周の互いに対応する位置(位相が一致する位置)に、位相マーク540,550を付す。
次いで、内軸35を離脱させた外軸製造用中間体530を、図9(d)および(e)に示す本焼成工程において、図9(d)に示すように、例えば電気炉EH内に収容して、所定時間(例えば60分間)、所定の本焼成温度T2(例えば、T2=210°C)に保持し、図9(e)に示すように、本焼成体からなる被膜139が形成された内スプライン138を有する外軸136を得る。被膜139を構成する本焼成体の硬度H2は、鉛筆硬度3Hである。
次いで、外軸136の端部の自在継手6を溶接により取り付けるとともに、内軸35の端部に自在継手4を溶接により取り付けた後、図5(f)に示すように、内軸35の外スプライン37の表面にグリース56を塗布し、グリース56が塗布された内軸35を、外軸136内に組み入れ、スプライン伸縮軸としての中間軸5Aが完成する。組み入れのときに、上記位相マーク540,550を目印として、内軸35および外軸136の位相を、図8(c)のなじみ処理のときの位相に合わせて、内軸35を外軸136内に組み入れるようにする。
本実施の形態のスプライン伸縮軸(中間軸5A)の製造方法によれば、本焼成体としての被膜139の硬度H2(例えば鉛筆硬度3H)よりも低い硬度H1(例えば鉛筆硬度B)の仮焼成体からなる被膜450が形成された外軸製造用中間体470内に、図8(e)、(f)に示す圧入工程において、内軸35を圧入するので、圧入荷重が高くなることがない。したがって、圧入作業を容易に行えるので、生産性がよい。その後、図9(d)、(e)に示す本焼成工程を経て、仮焼成体の被膜450よりも高い硬度H2(例えば鉛筆硬度3H)の本焼成体からなる被膜139を得るので、耐久性に優れたスプライン伸縮軸としての中間軸5Aを得ることができる。
また、図8(e)、(f)に示す圧入工程と図9(d)、(e)に示す本焼成工程との間に、外軸製造用中間体500および内軸35を軸方向X1に摺動させる図9(a)、(b)に示すなじみ工程を有し、そのなじみ工程を経た外軸製造用中間体530の内スプライン520の被膜510の表面(内スプライン520の歯面に相当)を、内軸35の外スプライン37の歯面になじませることができる。
したがって、下記の利点がある。すなわち、仮に、高い硬度を有するため潤滑性に優れた被膜をなじみ処理するとした場合には、両軸のスプライン歯面をなじませるためには、多大な摺動回数が必要となり、その結果、なじみ処理に長時間を要することになる。これに対して、本実施の形態では、本焼成体からなる被膜139よりも硬度が低くて本焼成体からなる被膜139よりも摺動性が悪い仮焼成体の段階で、なじみ処理を行うので、なじみ処理に要する外軸製造用中間体530および内軸35の摺動回数を低減でき、その結果、なじみ処理に要する時間を短縮することができる。このため、生産性を向上することができる。
また、図9(a)、(b)に示すなじみ工程と図9(d)、(e)に示す本焼成工程との間に、図9(c)に示すように、嵌合状態の外軸製造用中間体530および内軸35の互いに対応する位置に位相マーク540,550を付す位相マーク付与工程を含んでいるので、下記の利点がある。すなわち、図9(d)、(e)に示す本焼成工程の後に、内軸35および外軸136を嵌合させるときに、位相マーク540,550を目印として内軸35および外軸136の位相を、なじみ処理のときの位相に容易に合わせることができる。
また、図9(c)、(d)の仮焼成工程で得られた仮焼成体の被膜450の膜厚tA が20μm以上100μm以下(20μm≦tA ≦100μm)であることが好ましい。
仮焼成工程の後の圧入工程(表面成形工程に相当)で仮焼成体の被膜450の表面を削るので、その削り代として所定量を確保しておく必要がある。被膜450の膜厚tA が20μm未満(tA <20μm)では、圧入工程(表面成形工程)を経た後の仮焼成体の被膜480の膜厚が薄くなり過ぎる。また、被膜450の膜厚tA が100μmを超えると(tA >100μm)、圧入工程(表面成形工程)で仮焼成体の被膜450を削る量が多くなり、生産性が悪くなる。そこで、仮焼成工程で形成される仮焼成体の被膜450の膜厚を20μm以上100μm以下の範囲に設定することにより、圧入工程(表面成形工程)で削られても必要な膜厚を確保でき、且つ生産性を良くすることができる。
仮焼成工程の後の圧入工程(表面成形工程に相当)で仮焼成体の被膜450の表面を削るので、その削り代として所定量を確保しておく必要がある。被膜450の膜厚tA が20μm未満(tA <20μm)では、圧入工程(表面成形工程)を経た後の仮焼成体の被膜480の膜厚が薄くなり過ぎる。また、被膜450の膜厚tA が100μmを超えると(tA >100μm)、圧入工程(表面成形工程)で仮焼成体の被膜450を削る量が多くなり、生産性が悪くなる。そこで、仮焼成工程で形成される仮焼成体の被膜450の膜厚を20μm以上100μm以下の範囲に設定することにより、圧入工程(表面成形工程)で削られても必要な膜厚を確保でき、且つ生産性を良くすることができる。
また、上記仮焼成工程で得られた上記仮焼成体の膜厚tA と上記本焼成体の膜厚tB との間に下記式(1)の関係があることが好ましい。
tB /tA ≧0.8 …(1)
仮焼成工程で得られた仮焼成体の被膜450の膜厚tA に対する本焼成体の被膜139の膜厚tB の割合であるtB /tA の値が0.8未満になると〔(tB /tA )<0.8〕、両軸のスプラインの歯面間隙間が大きくなり、ガタが大きくなる。そこで、tB /tA の値を0.8以上(tB /tA ≧0.8)とすることにより、内軸35およ外軸136のスプライン37,138の歯面間隙間を小さくすることができ、両軸35,136間のガタを低減することができる。
tB /tA ≧0.8 …(1)
仮焼成工程で得られた仮焼成体の被膜450の膜厚tA に対する本焼成体の被膜139の膜厚tB の割合であるtB /tA の値が0.8未満になると〔(tB /tA )<0.8〕、両軸のスプラインの歯面間隙間が大きくなり、ガタが大きくなる。そこで、tB /tA の値を0.8以上(tB /tA ≧0.8)とすることにより、内軸35およ外軸136のスプライン37,138の歯面間隙間を小さくすることができ、両軸35,136間のガタを低減することができる。
また、上記のなじみ工程を経ることで、使用初期の両スプライン37,138の歯面37a,138a間の嵌合隙間を、面粗さレベルにおいて略ゼロ(例えば10μm以下、好ましくは5μm以下)にすることができる。すなわち、面粗さレベルにおいて、両歯面37a,138a間の実接触面積を格段に広くすることができる。その結果、内軸35と外軸136の精度の良い嵌合状態を実現することができ、長期にわたって内軸35および外軸136間のガタの発生を防止することができる。また、内軸35および外軸136間のいわゆるスティックスリップを防止して、長期にわたって良好な操舵フィーリングを得ることができ、また、歯面37a,138a間の歯打ち音による騒音を低減することができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば本発明のスプライン伸縮軸を駆動力を伝達するプロペラシャフトに適用してもよい。
また、上記の実施の形態では、車両用操舵装置1が、操舵軸3に操舵補助力を付与する、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置である場合に則して説明したが、ピニオン軸7に操舵補助力を付与する、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよいし、ラック軸8に操舵補助力を付与する、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。また、マニュアルステアリングの車両用操舵装置に適用するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、車両用操舵装置1が、操舵軸3に操舵補助力を付与する、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置である場合に則して説明したが、ピニオン軸7に操舵補助力を付与する、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよいし、ラック軸8に操舵補助力を付与する、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。また、マニュアルステアリングの車両用操舵装置に適用するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、車両用操舵装置1が、操舵軸3に操舵補助力を付与する、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置である場合に則して説明したが、ピニオン軸7に操舵補助力を付与する、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよいし、ラック軸8に操舵補助力を付与する、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置であってもよい。また、マニュアルステアリングの車両用操舵装置に適用するようにしてもよい。
1…車両用操舵装置、2…操舵部材、3…操舵軸、5,5A…中間軸(スプライン伸縮軸)、11…第1操舵軸、12…第2操舵軸、13…アッパーシャフト、14…ロアーシャフト、20…ステアリングコラム、35…内軸、35a…外周、36…外軸、37…外スプライン、37a…歯面、38…内スプライン、38a…歯面、39…被膜(本焼成体)、39a…(被膜の)表面、40…芯金、41…外スプライン(金属スプライン)、44,46,49,52…外スプライン、42…素材被膜、43,47,50,53…内軸製造用中間体、45…被膜(仮焼成体)、48…被膜(表面が成形された仮焼成体)、51…(なじみ処理された)被膜、54,55…位相マーク、136…外軸、138…内スプライン、138a…歯面、139…被膜(本焼成体)、139a…(被膜の)表面、400…金属スリーブ、410…内スプライン(金属スプライン)、420…素材被膜、440,460,490,520…内スプライン、430,470,500,530…外軸製造用中間体、450…被膜(仮焼成体)、480…被膜(表面が成形された仮焼成体)、510…(なじみ処理された)被膜、540,550…位相マーク、A1…転舵機構、X1…軸方向
Claims (5)
- 内軸および筒状の外軸がスプライン嵌合され、内軸または外軸の金属スプラインに焼成された樹脂の被膜が形成されたスプライン伸縮軸を製造するスプライン伸縮軸の製造方法において、
上記金属スプラインに形成された素材被膜を仮焼成温度で仮焼成して仮焼成体を形成する仮焼成工程と、
仮焼成体が形成された一方の軸を他方に軸にプレスフィットさせるときに仮焼成体の表面を成形する表面成形工程と、
表面が成形された仮焼成体を有する上記一方の軸を上記他方の軸から離脱した状態で、上記仮焼成体を上記仮焼成温度よりも高い本焼成温度で本焼成して、上記仮焼成体の硬度よりも高い硬度を有する本焼成体を形成する本焼成工程と、を含むことを特徴とするスプライン軸の製造方法。 - 請求項1において、上記表面成形工程と上記本焼成工程の間に、両軸を軸方向に摺動させて上記仮焼成体の表面を他方の軸のスプラインの歯面になじませるなじみ工程を含むことを特徴とするスプライン軸の製造方法。
- 請求項1または2において、上記なじみ工程と本焼成工程との間に、嵌合状態の両軸の互いに対応する位置に位相マークを付す位相マーク付与工程を含むことを特徴とするスプライン伸縮軸の製造方法。
- 請求項1から3の何れか1項において、上記仮焼成工程で得られた上記仮焼成体の被膜の膜厚が20μm以上100μm以下であることを特徴とするスプライン伸縮軸の製造方法。
- 請求項1から4の何れか1項において、上記仮焼成工程で得られた上記仮焼成体の膜厚tA と上記本焼成体の膜厚tB との間に下記の関係があることを特徴とするスプライン伸縮軸の製造方法。
tB /tA ≧0.8
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