JP2014238173A - スプライン伸縮軸及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中間軸5は、軸方向に摺動可能に嵌合された内軸35と筒状の外軸36とを備える。内軸35の外スプライン37と、外軸36の内スプライン38とが嵌合している。外スプライン37の少なくとも歯面37aに樹脂被膜39を設けた。樹脂被膜39は、外軸36の内スプライン38の歯面に対して零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる。内軸または外軸の芯金の表面に被覆された熱可塑性樹脂の樹脂層が相手方の軸または工具によって成形された後に、相手方の軸に対する摩擦摺動によって樹脂被膜の表層部を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し融解させる加熱なじみ処理が施される。
【選択図】図3
Description
また、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と、溝が形成され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内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、この溝を油溜まりとする雌スプライン軸の製造方法が提案されている(例えば特許文献2を参照)。
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、内軸と外軸の間に長期にわたって精度の良い嵌合を維持することができるスプライン伸縮軸および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。
また、本発明は、内軸または外軸の製造用中間体のスプラインの少なくとも歯面に形成された熱可塑性樹脂の樹脂層を、相手方の軸または工具(46)を用いて加工することにより、成形された表面を有する樹脂被膜を得る工程と、上記相手方の軸に嵌合された上記製造用中間体と上記相手方の軸とを摩擦摺動させることにより、上記相手方の軸に接触する、樹脂被膜の表層部を、上記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し融解させて、上記相手方の軸のスプラインの歯面に上記樹脂被膜の表面(39a;139a)をフィットさせる加熱なじみ工程と、を含むことを特徴とするスプライン伸縮軸の製造方法を提供する(請求項2)。
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。
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。
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。
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。
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、外スプライン40が形成された、内軸製造用中間体41を得る。
次いで、図4(b)に示す前処理工程では、図4(a)の内軸製造用中間体41の外スプライン40の少なくとも歯面に、コーティングのための前処理を施す。具体的には、後の図4(c)の被覆工程において樹脂層44を形成する場合の前段階の処理として、上記歯面を平滑化するため、例えば上記ショットブラスト、プライマー塗布等の下地処理を行う。これにより、図4(b)に示すような、少なくとも歯面に前処理が施された外スプライン42を有する、内軸製造用中間体43(内軸35の芯金350に相当)を得る。
次いで、図4(e)に示すブローチ工程では、相手方の軸としての外軸36内に、上記樹脂層44が形成された内軸製造用中間体45をブローチ加工する。これにより、外軸36の内スプライン38の歯面によって、図4(f)に示すように成形された樹脂被膜39を有する内軸製造用中間体47を得る。ブローチ工程では、ブローチ加工に際して、図4(e)に示すように、樹脂層44の余剰部分44aが削り取られ、かんな屑のようにして、相手方の軸としての外軸36外に排出される。
上記加熱なじみ工程では、相手方の軸としての外軸36および内軸製造用中間体47の強制摺動による摩擦熱を用い、外軸36に接触する樹脂被膜39の表層部を、樹脂被膜39の樹脂の融点以上の温度に加熱し、融解させる。この加熱状態で樹脂の軟化を促進させつつ、外軸36の内スプライン38になじませ、その後、冷却する。これにより、樹脂被膜39の表面39a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。これにより、内軸35が完成する。
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、外スプライン37の少なくとも歯面37aに樹脂層44が形成された内軸製造用中間体45を、相手方の軸としての外軸36に押し込んで、樹脂被膜39を有する内軸製造用中間体47を得、その後、内軸製造用中間体47を外軸36に対して強制的に摺動させることにより、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した表面39aを有する樹脂被膜39を形成した内軸35を得ることができる。
摩擦熱を用いて加熱なじみ処理を行う場合、高効率で加熱なじみ処理を行うために、内軸製造用中間体47と外軸36とを長い摺動ストローク(±30mm以上)で且つ高速度(2Hz以上)で摺動させることが好ましい。これは、下記の理由による。すなわち、摺動ストロークを長くすると、伝熱面積が増加するため、発熱量に対する伝熱量が増加するので、外軸の温度上昇を抑えることができる。これにより、伝熱量(放熱量)に対する発熱量の比(発熱量/伝熱量)が低下する。その結果、軟化層の厚みが低下するので、ころ状態の摩耗粉の発生を抑制することができ、安定した歯面形成を行うことができる。
内軸製造用中間体147の各外スプライン歯370を横切るように、溝52が延びている。図7に示すように、各外スプライン歯370の歯面37aにおいて、らせん状をなす溝52の一部が、内軸製造用中間体45の軸方向X1に一定間隔を隔てて並び、内軸製造用中間体45の径方向に対して所定角度で傾斜する方向Z1に延びている。
溝52の形成は、例えば、図8の実線の位置にあるレーザ照射ユニット50から内軸製造用中間体45の軸方向Y1(紙面とは直交する方向)とは直交する照射方向R1に沿ってレーザ51を照射し、内軸製造用中間体45を回転させながら、レーザ51および内軸製造用中間体45を軸方向Y1に相対移動させて、外スプライン歯370の一方の歯面37aに溝52を形成する。
また、レーザ51による加工に代えて、ウォータジェットまたは硬質の微粒子を含んだ圧縮エアーによる微細溝加工を用いてもよい。
また、軸方向X1に関する溝52間の間隔は、スプライン歯の歯丈の1〜10倍であることが好ましい。
本実施の形態のように表面ブローチ46を用いて、内軸製造用中間体45の樹脂層44を削って樹脂被膜39を形成する場合は、図10(a)に示す表面ブローチ46の内周の輪郭形状Q1〔図10(b)に示す樹脂被膜39の表面の輪郭形状Q2に一致〕が、外軸36の内スプライン38の輪郭形状Q3(歯面38a、大径部38bおよび小径部38cに相当)に対して、下記の関係を持つことが好ましい。
また、内スプライン38の大径部38b(歯底に相当)と樹脂被膜39の表面の輪郭形状Q2の大径部Q22(内軸35の外スプライン37の歯先に相当。表面ブローチ46の内周の輪郭形状Q1の大径部Q12に一致)との間に、隙間S1が設けられるとともに、内スプライン38の小径部38c(歯先に相当)と樹脂被膜39の表面の輪郭形状Q2の小径部Q23(内軸35の外スプライン37の歯底に相当。表面ブローチ46の内周の輪郭形状Q1の小径部Q13に一致)との間に、隙間S2が設けられるような寸法に、上記樹脂被膜39が加工される。
次いで、図11は、本発明のさらに別の実施の形態のスプライン伸縮軸としての中間軸の製造方法を示している。図11の実施の形態が図9の実施の形態と異なるのは、図11に示すように、図11(e1)のブローチ工程を経た内軸製造用中間体47に、図11(i)の溝形成工程で溝を形成し、図11(j)に示すように樹脂被膜139に溝52が形成された内軸製造用中間体147を得るようにした点にある。
図11の実施の形態では、図9の実施の形態と同じ作用効果を奏することに加えて、図5の実施の形態と同じく、加熱なじみ処理の前の樹脂被膜139に溝52に形成するので、加熱なじみ処理工程において、樹脂の摩耗粉を溝52内に取り込むことができる。したがって、摩耗粉の巨大化によって樹脂被膜139の表面139aに異常摩耗が生じることがなく、すなわち表面139aを荒らすことがないので、樹脂被膜139の表面139aを比較的平滑な状態で相手方にフィットさせることができる。
実施例1および比較例1
上記の図4に示した工程を経て、外スプライン37の歯面37aを含む表面に、加熱なじみ処理が施された膜厚270μmのポリアミドの樹脂被膜139を有する内軸35を設け、対応する外軸36と組み合わせて実施例1を作成した。冷間鍛造品からなるスリーブの内径にブローチ加工により内スプラインを形成してなる。
耐久試験
実施例1および比較例1について、下記の試験条件にて、耐久試験を実施し、内軸と外軸の回転方向の遊び量(ガタ)を測定した。また、歯面間の摩擦係数を測定した。
負荷トルク:±50Nm
回転角:±90°
回転周期:0.9Hz
スライド量:±0.5mm
試験温度:室温
その結果、図12に示すような耐久回数(繰り返し回数)と上記遊び量との関係が得られ、また、図13に示すような耐久回数と摩擦係数との関係が得られた。これにより、下記のことが判明した。
Claims (2)
- 軸方向に摺動可能に嵌合された内軸および筒状の外軸と、
上記内軸の外周に設けられた外スプラインと、
上記外軸の内周に設けられた内スプラインと、
上記外スプラインおよび上記内スプラインの何れか一方の少なくとも歯面に設けられ、上記外スプラインおよび上記内スプラインの何れか他方の歯面に対して零または負の嵌合隙間での加熱なじみ処理が施されてなる樹脂被膜と、を備え、
上記樹脂被膜は、上記内軸または上記外軸の芯金の表面に被覆された熱可塑性樹脂の樹脂層が相手方の軸または工具によって成形された後に、上記相手方の軸と当該樹脂被膜との摩擦摺動によって当該樹脂被膜の表層部を上記熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し融解させる加熱なじみ処理が施されてなることを特徴とするスプライン伸縮軸。 - 内軸または外軸の製造用中間体のスプラインの少なくとも歯面に形成された熱可塑性樹脂の樹脂層を、相手方の軸または工具を用いて加工することにより、成形された表面を有する樹脂被膜を得る工程と、
上記相手方の軸に嵌合された上記製造用中間体と上記相手方の軸とを摩擦摺動させることにより、上記相手方の軸に接触する、樹脂被膜の表層部を、上記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱し融解させて、上記相手方の軸のスプラインの歯面に上記樹脂被膜の表面をフィットさせる加熱なじみ工程と、を含むことを特徴とするスプライン伸縮軸の製造方法。
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