JP2017144895A - ステアリングメンバおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主に、ステアリングメンバに対して、有効に機能するバーリング穴を確実に設けられるようにする。【解決手段】少なくとも、車幅方向２へ延びる金属製の筒状をしたメンバ本体３を備えていると共に、このメンバ本体３の周面に、メンバ本体３の内方へ突出するバーリング穴４が設けられているステアリングメンバ１に関する。上記バーリング穴４は、上記メンバ本体３の周方向２１に対するダレ量２２が、上記メンバ本体３の軸線方向２３に対するダレ量２４よりも小さくなっている。【選択図】図１

Description

この発明は、ステアリングメンバおよびその製造方法に関するものである。

自動車などの車両には、車室内の前部にインストルメントパネルが設置されている。このインストルメントパネルの内部には、左右の車体パネル間を連結する金属製のステアリングメンバが取付けられている。

このステアリングメンバは、少なくとも、車幅方向へ延びる金属製のメンバ本体を備えている。そして、このメンバ本体の周面に、メンバ本体の内方へ突出するバーリング穴が設けられているものが存在している（例えば、特許文献１参照）。

このように、メンバ本体にバーリング穴を設けることによって、バーリング穴を利用して部品（例えば、電子制御ユニットなど）を直接メンバ本体に取付けることができるようになる。これにより、メンバ本体に部品を取付けるための取付ブラケットを（溶接などによって）固定する必要をなくしたり、取付ブラケットを削減したりすることが可能となる。その結果、軽量化やコスト低減を図ることができる。

特開２０１５−１９９４４６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたステアリングメンバには、以下のような問題があった。
即ち、特許文献１では、メンバ本体のバーリング穴を、平らな金属板に予めバーリング加工（プレス加工）を施した後で、この平らな金属板を丸めて筒状断面のメンバ本体にすることで得るようにしていた。

しかし、このようにして得られたバーリング穴は、平らな金属板を丸める時に、バーリング穴の基部に周方向へ伸びる力が作用されると共に、バーリング穴の先端部に周方向に圧縮する力が作用されるため、バーリング穴のネジ掛り部分がテーパ状に狭まって内径が小さくなってしまい、例えば、ネジが入らなくなったり、ネジ掛り代が減少したりするなどの不具合が発生して、バーリング穴として使えないものになる可能性が高い。

そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、
少なくとも、車幅方向へ延びる金属製の筒状をしたメンバ本体を備えていると共に、
該メンバ本体の周面に、メンバ本体の内方へ突出するバーリング穴が設けられているステアリングメンバにおいて、
前記バーリング穴は、前記メンバ本体の周方向に対するダレ量が、前記メンバ本体の軸線方向に対するダレ量よりも小さくなっていることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成によって、ステアリングメンバに対して、有効に機能するバーリング穴を確実に設けることができる。

本実施の形態の実施例にかかるステアリングメンバの斜視図である。 図１のステアリングメンバのバーリング穴部分の縦断面図である。 図１のバーリング穴をメンバ本体の内側から見た部分拡大断面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 バーリング穴を形成するための芯金の斜視図である。 バーリング穴を形成する状態を示す、ステアリングメンバの部分拡大縦断面図である。 芯金の変形例の斜視図である。 バーリング穴を使用した部品の取付状態を示す図である。 図７のバーリング穴の部分の拡大断面図である。 平らな金属板にバーリング穴を形成した状態を示す部分拡大断面図である。 図９を筒状に丸める状態を示す部分拡大断面図である。 平坦部を設けていない状態における、バーリング穴を使用した部品の取付状態を示す図である。 図１１のバーリング穴の部分の拡大断面図である。 図１１で部品の取付部を円弧状にした状態における、バーリング穴を使用した部品の取付状態を示す図である。 図７の場合の、トルク（縦軸）と時間（横軸）との関係を示すグラフである。 図１１の場合の、トルク（縦軸）と時間（横軸）との関係を示すグラフである。 平坦面の変形の状態を示す、図８と同様のバーリング穴の部分の拡大断面図である。

以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図１６は、この実施の形態を説明するためのものである。

＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。

自動車などの車両には、車室内の前部にインストルメントパネルが設置されている。このインストルメントパネルの内部には、図１に示すように、左右の車体パネル間を連結する金属製のステアリングメンバ１が取付けられている。

このようなステアリングメンバ１は、少なくとも、車幅方向２へ延びる筒状のメンバ本体３を備えている、そして、このメンバ本体３の周面に、図２、図３に示すように、メンバ本体３の内方へ突出するバーリング穴４を設けるようにする。

ここで、図１に示すように、メンバ本体３は、円筒状や角筒状のものなどとすることができる。この場合には、メンバ本体３は、均一肉厚の円筒状のものとされている。メンバ本体３は、全長に亘って同一径寸法としても良いが、必要とされる強度の違いによって、運転席側を大径（大径部５）にすると共に、助手席側を小径（小径部６）にしても良い。

メンバ本体３には、車体パネルに取付けるためのサイドブラケット１１や、フロアパネルに支持させるためのステー１２や、ステアリングコラムを取付けるためのコラムブラケット１３や、乗員の膝を保護するためのニープロテクタ１４などの各種のブラケット類（メンバ側取付ブラケット）が溶接などによって一体的に取付けられる。

図２、図３に示すように、バーリング穴４は、ほぼ円筒状をしたネジ穴とされる。バーリング穴４は、プレスによる打ち抜きおよび押し出し加工（バーリング加工）によって形成される。バーリング穴４は、メンバ本体３の中心へ向かって半径方向へ延びるように加工するのが好ましい。

以上のような基本的な構成に対し、この実施例では、以下のような構成を備えるようにしている。

［ステアリングメンバ１について］

（１）図３Ａ、図３Ｂに示すように、上記バーリング穴４は、上記メンバ本体３の周方向２１に対するダレ量２２が、上記メンバ本体３の軸線方向２３に対するダレ量２４よりも小さいものとされる（ダレ量２２≦ダレ量２４）。

ここで、ダレ量２２，２４とは、バーリング加工によって打ち抜きおよび押し出し形成されたバーリング穴４の、理想形状に対する形崩れ量のことである。より詳しくは、ダレ量２２，２４は、メンバ本体３の加工面にパンチ（後述する打抜工具５５）が押し込まれた時に、メンバ本体３の外周面側に形成されるバーリング穴４の内周端に発生するテーパ状または円弧状の塑性変形した面に対するものである。メンバ本体３は、軸線方向２３が、ほぼ車幅方向２と一致するように設置される。なお、ダレ量２２，２４は、図面では誇張して描かれている。

（２）図１に示すように、上記バーリング穴４は、上記メンバ本体３の軸線方向２３に対し、直線状に並んだ状態で複数個設けられるようにする。

この場合、バーリング穴４は、小径側の端部近傍に対して３個直線状に並んだ状態で設けられている。また、バーリング穴４は、大径側の端部近傍に対して３個直線状に並んだ状態で設けられている。但し、バーリング穴４を設ける位置や個数は、上記に限るものではない。

（３）上記バーリング穴４は、上記メンバ本体３の車両後方側に設けられるようにする。

ここで、車両後方側は、車両前後方向３１の後方のことである。車両後方側のバーリング穴４は、上下方向３２対し、ほぼ水平に向くように設けられている。但し、バーリング穴４の向きは、これに限るものではない。なお、バーリング穴４は、車両後方側以外に設けることも、構造的には可能である。

（４）図２に示すように、上記バーリング穴４の周囲には、平坦部４１が設けられるようにする。

ここで、平坦部４１は、上記メンバ本体３と同一肉厚で且つ均一肉厚のものとされる。メンバ本体３に対し、平坦部４１は、少なくとも、各バーリング穴４の周囲に部分的に設けられる。複数の平坦部４１は、互いに重なるように設けても良いし、または、互いに重ならないように設けても良い。

［ステアリングメンバ１の製造方法について］

（５）このステアリングメンバ１の製造方法は、車幅方向２へ延びる金属製の筒状をしたメンバ本体３の周面に対して、メンバ本体３の内方へ突出するバーリング穴４を形成するものである。
この際、筒状をした上記メンバ本体３の内部に、図４に示すような、軸線方向２３へ延びる溝部５１を有する柱状の芯金５２を挿入し、
溝部５１の位置に対して、図５に示すように、上記メンバ本体３の外側からバーリング加工を行うことによって、上記メンバ本体３の周方向２１に対するダレ量２２が、上記メンバ本体３の軸線方向２３に対するダレ量２４よりも小さくなるバーリング穴４を形成する。

ここで、軸線方向２３は、芯金５２の軸線方向２３であり、芯金５２をメンバ本体３の内部へ挿入することで、メンバ本体３の軸線方向２３と一致される。また、周方向２１についても、同様に、芯金５２をメンバ本体３の内部へ挿入することでメンバ本体３の周方向２１と一致される。

溝部５１は、バーリング穴４の外径と等しい幅寸法と、バーリング穴４の突出量と等しい深さとを有する角溝とされる。柱状の芯金５２は、メンバ本体３の断面と同じ形状（この場合には円柱状）のものとされる。芯金５２の外径は、メンバ本体３の内径とほぼ同径とされる。よって、大径部５と小径部６とに対してバーリング穴４を設ける場合には、それぞれ適した大きさの芯金５２が用いられる。芯金５２の溝部５１の周囲には、平坦部４１を形成するための平坦面５３が設けられている。バーリング穴４は、筒状をしたメンバ本体３に対して、図５に示すような凸形状をした打抜工具５５を用いて上方から加工されることで、平坦部４１と同時に形成される。

（６）また、図６に示すように、軸線方向２３へ延びる溝部５１を周方向２１に位置をズラして複数本有する芯金５２を用いて、周方向２１の位置が異なる複数個のバーリング穴４を形成するようにしても良い。

ここで、複数本の溝部５１は、芯金５２に対し、周方向２１に十分な距離を有して設けるようにする。この場合には、複数本の溝部５１を、互いに９０度ずつズラして設けるようにしている。各溝部５１の周囲には、上記した平坦面５３がそれぞれ設けられている。これらの複数本の溝部５１により、メンバ本体３には、車両後方側と、車両前方側と、下側とに対してバーリング穴４を設けることが可能となる。

＜作用＞以下、この実施例の作用について説明する。

ステアリングメンバ１は、インストルメントパネルの内部で、左右の車体パネル間を連結するように設けられることにより、車室内の前部を補強するものである。

この際、メンバ本体３を（周方向２１および軸線方向２３に対して）均一肉厚のものとすることにより、メンバ本体３に部分的に応力が集中し難くなるので、剛性を確保しつつメンバ本体３の薄肉化や軽量化を図ることが容易となる。

そして、このような筒状のメンバ本体３に対してバーリング穴４を設けるようにした。これにより、バーリング穴４を利用して、図７、図８に示すように、部品６１（例えば、電子制御ユニットなど）を、メンバ本体３に溶接などで固定されたメンバ側取付ブラケットを用いずに、ネジ６２で直接的にメンバ本体３へ取付けることなどができるようになる。なお、この場合、部品６１の取付けに、補助ブラケット６３（部品側ブラケット）を用いるようにしている。この補助ブラケット６３は、メンバ本体３に溶接固定されないものなので、溶接の手間などがかかることはない。

よって、部品６１を取付けるためのブラケット（メンバ側取付ブラケット）をメンバ本体３に多数溶接によって一体的に固定する必要をなくすことができる。その結果、メンバ側取付ブラケットの数量削減やメンバ側取付ブラケットの溶接の手間の削減などによるメンバ本体３の軽量化やコストの低減を図ることができる。

そして、バーリング穴４は、その突出形状によって素穴よりもネジ掛り代６５（図８参照）が多くなる（または、ネジ６２による締結部分のネジ軸方向の長さが長くなる）ため、部品６１に対する保持力を高くすることができる。よって、図７に示すように、メンバ本体３や部品６１の振動６６などに対する部品６１の脱落６７を効果的に抑制することができる。また、ネジ掛り代６５が多いことで、バーリング穴４へのネジ６２の挿入角度にバラ付き６８（図８参照）があったとしても、正しい挿入角度にネジ６２を案内するガイド機能も得ることができる。

このような、メンバ本体３のバーリング穴４は、例えば、図９に示すように、平らな金属板７１に予めバーリング加工（プレス加工）を施してバーリング穴７２を形成した後に、図１０に示すように、平らな金属板７１をロール成形などにより丸めて筒状のメンバ本体３にすることによっても得ることができる。

しかし、このようにして得られたバーリング穴７２は、平らな金属板７１を丸める時に、バーリング穴７２の基部に周方向２１へ伸びる力７３が作用されると共に、バーリング穴７２の先端部に周方向２１に圧縮する力７４が作用されるため、バーリング穴７２の締結部分がテーパ状に狭まって内径が小さくなってしまい、例えば、ネジ６２が入らなかったり、有効に機能するネジ掛り代７５が少なくなったりするなどの不具合が発生して、バーリング穴７２として良好に使えないものになってしまう可能性が高い。

＜効果＞この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果１）メンバ本体３のバーリング穴４を、メンバ本体３の周方向２１に対するダレ量２２が、メンバ本体３の軸線方向２３に対するダレ量２４よりも小さくなるように形成した。これにより、筒状のメンバ本体３に後加工で形成された全てのバーリング穴４は、メンバ本体３の周方向２１に対するダレ量２２が小さくなっているため、少なくとも、ダレ量２２の小さい周方向２１の部分がネジ軸方向の全域に亘って有効なネジ掛り代６５となる。よって、バーリング穴４は、その機能を十分に発揮できるものとなり、バーリング穴４を、確実にネジ６２が入ると共に、ネジ掛り性の良いものとすることができる。

実際に、このようなバーリング穴４を理想的なバーリング穴４と比較したところ、理想的なバーリング穴４に対して締結力の低下が１０％程度以内の僅かな値に抑えられることが確認された。そして、例えば、２ｋｇ程度の重さの小型の部品６１であれば、メンバ本体３から４００ｍｍ程度の距離８１（図７参照）だけ離して設置しても、支障なく保持できることが確認された。

（効果２）そして、バーリング穴４を、メンバ本体３の軸線方向２３に対して、複数個設けるようにした。これにより、バーリング穴４を利用して複数の部品６１をメンバ本体３に直接的に取付けることができるようになる。

また、複数個のバーリング穴４を、直線状に並べて設けるようにした。これにより、メンバ本体３に対して、複数の部品６１を軸線方向２３に整然と並べて取付けることができるようになる。

（効果３）バーリング穴４を、メンバ本体３の車両後方側に設けるようにした。これにより、メンバ本体３に対する部品６１の取付けを、メンバ本体３の車両後方側に立って作業している作業員にとって手前側となる位置から容易に行わせることができるようになるため、作業性を向上することが可能となる。また、メンバ本体３廻りの部品６１のレイアウトを、車両前後方向３１の位置が揃うようにすっきりまとめることができる。

（効果４）バーリング穴４の周囲に平坦部４１を設けるようにした。これにより、図７、図８に示すように、平坦部４１を利用して部品６１（または、上記した補助ブラケット６３など）の取付部８２を広い接触面で接触させた状態で安定して取付けることが可能となる。この際、部品６１などの取付部８２を、平坦部４１と面接触可能な平坦面とすることで、径寸法の異なる複数種類のメンバ本体３に対しても、そのまま対応可能となるので、取付部８２の適用可能範囲（または汎用性）を広げることができる。

これに対し、バーリング穴４の周囲に平坦部４１を設けない場合には、図１１、図１２に示すように、メンバ本体３の円筒面と部品６１の平坦な取付部８２とが線接触状態となって両者間の摩擦力が低下するため、安定した取付状態を得ることが、平坦部４１を設けたものよりも難しくなる。これに対し、図１３に示すように、補助ブラケット６３の部品６１に対する取付部８３をメンバ本体３の径寸法に合わせた円弧状にすることで、接触面積を広くして取付状態を安定化させることも考えられる。しかし、このようにすると、メンバ本体３の径寸法が異なるものに対して対応できなくなってしまうため、取付部８３は汎用性を持たなくなってしまう。

また、ネジ６２などの締結時には、図８に示すように、平坦部４１と部品６１側の平坦面（補助ブラケット６３の取付部８２）とが広い面積で安定して接触されるため、両者間に発生する大きな摩擦力が影響して、図１４のグラフに示すように、ネジ６２の破壊トルク８５が安定する。よって、ネジ６２に加える締結力８６が破壊トルク８５を越えて、ネジ６２が破壊されてしまう（または、ネジ山やネジ穴が潰れていわゆるバカになってしまう）のを有効に防止することができる。

これに対し、図１１、図１２に示すもののように、バーリング穴４の周囲に平坦部４１を設けないと、メンバ本体３の円筒面と部品６１の平坦な取付面とが線接触となり、両者間に十分な摩擦力が発生されないので、部品６１の平坦な取付面（取付部８２）の当接角度のバラ付きなどによって、図１５のグラフに示すように、ネジ６２の破壊トルク８５が安定しなくなる。よって、ネジ６２の締結力８６が不用意に破壊トルク８５を越えて、ネジ６２が破壊されてしまうおそれがあり、その分、ネジ６２のトルク管理が難しくなるので、平坦部４１を設けたものよりも構造的に不利である。

そして、バーリング穴４の周囲に平坦部４１を設けることで、平坦部４１がない場合よりも、図１６に示すように、外力に対してバーリング穴４の周囲が仮想線で示すように（弾性）変形・復帰し易くなる。即ち、平坦部４１が円筒面に戻ろうとする弾性変形を積極的に利用することが可能となる。このような、バーリング穴４の周囲の変形・復帰によって外力を吸収することで、外力がネジ６２に集中するのを防止することができる。

その結果、振動６６などの外力に対して更に強いものとなり、緩みや部品６１の脱落６７などが、より生じ難い締結状態を得ることができる。また、上記によって振動６６に対する特別な対策なども不要化することが可能となる。

これに対し、バーリング穴４の周囲に平坦部４１がないと、メンバ本体３は弾性変形する余地を有していないため、弾性変形による外力の吸収ができないので、外力がネジ６２に集中し易く、ネジ６２の緩みや、緩みによる部品６１の脱落６７などを生じ易くなるので、平坦部４１を設けたものよりも不利である。

更に、平坦部４１をメンバ本体３と同一肉厚のものとすることにより、平坦部４１への応力の集中を防止することができる。

そして、上記したステアリングメンバ１の製造方法によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果５）筒状をしたメンバ本体３に対して、完全な形状をしたバーリング穴４を設けるのは意外に難しいことである。そこで、筒状をしたメンバ本体３の内部に、メンバ本体３の軸線方向２３へ延びる溝部５１を有する柱状の芯金５２を挿入して、溝部５１の位置に対し、メンバ本体３の外側から後加工でバーリング加工を行ってバーリング穴４を形成するようにした。これにより、メンバ本体３の周方向２１に対するダレ量２２が、メンバ本体３の軸線方向２３に対するダレ量２４よりも小さいバーリング穴４を得ることができる。

よって、例えば、平らな金属板７１に予めバーリング加工を施した後で、平らな金属板７１を丸めて筒状のメンバ本体３にした場合のように、バーリング穴４がテーパ状に狭まって内径が小さくなってしまうような形状不良をなくすことができる。

そして、この実施例のようにして得られたバーリング穴４は、全て十分な機能を発揮するものとなるため、例えば、バーリング穴４にネジ６２が入らなかったり、ネジ掛り性が低下したりするなどの不具合をなくすことができる。

そして、筒状をしたメンバ本体３へのバーリング穴４の加工に柱状の芯金５２を用いることにより、バーリング加工によるメンバ本体３の変形を防止することができる。よって、メンバ本体３の強度が低くてもバーリング穴４を支障なく加工することが可能となる。

また、柱状の芯金５２に軸線方向２３へ延びる溝部５１を設けて、溝部５１の部分にバーリング穴４を設けることにより、バーリング穴４の位置精度や形状の精度を向上することができる。

これらにより、メンバ本体３におけるバーリング穴４の周辺形状の安定化を図ることができるので、メンバ本体３に対する部品６１の取付精度が向上し、部品６１どうしの干渉や、部品６１どうしの干渉による低級音の発生などを防止することができる。また、メンバ本体３ごとの機能のバラ付き６８を抑制することができる。

更に、軸線方向２３へ延びる溝部５１を有する柱状の芯金５２は、バーリング穴４の形成後に、メンバ本体３から軸線方向２３へ引き抜くことができる。

（効果６）軸線方向２３へ延びる溝部５１を周方向２１に位置をズラして複数本有する芯金５２を用いて、周方向２１の位置が異なる複数個のバーリング穴４を形成した。これにより、メンバ本体３の周方向２１の様々な位置に対してバーリング穴４を形成することが可能となる。

以上、実施例を図面により詳述してきたが、実施例は例示にしか過ぎないものである。よって、本発明は、実施例にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例が開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。

１ ステアリングメンバ
２ 車幅方向
３ メンバ本体
４ バーリング穴
２１ 周方向
２２ ダレ量
２３ 軸線方向
２４ ダレ量
４１ 平坦部
５１ 溝部
５２ 芯金

Claims (6)

1. 少なくとも、車幅方向へ延びる金属製の筒状をしたメンバ本体を備えていると共に、
   該メンバ本体の周面に、メンバ本体の内方へ突出するバーリング穴が設けられているステアリングメンバにおいて、
   前記バーリング穴は、前記メンバ本体の周方向に対するダレ量が、前記メンバ本体の軸線方向に対するダレ量よりも小さくなっていることを特徴とするステアリングメンバ。
2. 請求項１に記載のステアリングメンバであって、
   前記バーリング穴は、前記メンバ本体の軸線方向に対し、直線状に並んだ状態で複数個設けられていることを特徴とするステアリングメンバ。
3. 請求項１または請求項２に記載のステアリングメンバであって、
   前記バーリング穴は、前記メンバ本体の車両後方側に設けられていることを特徴とするステアリングメンバ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリングメンバであって、
   前記バーリング穴の周囲には、平坦部が設けられていることを特徴とするステアリングメンバ。
5. 車幅方向へ延びる金属製の筒状をしたメンバ本体の周面に対して、メンバ本体の内方へ突出するバーリング穴を形成するステアリングメンバの製造方法であって、
   筒状をした前記メンバ本体の内部に、軸線方向へ延びる溝部を有する柱状の芯金を挿入し、
   溝部の位置に対して、前記メンバ本体の外側からバーリング加工を行うことによって、前記メンバ本体の周方向に対するダレ量が、前記メンバ本体の軸線方向に対するダレ量よりも小さくなるバーリング穴を形成することを特徴とするステアリングメンバの製造方法。
6. 請求項５に記載のステアリングメンバの製造方法であって、
   軸線方向へ延びる溝部を周方向に位置をズラして複数本有する芯金を用いて、周方向の位置が異なる複数個のバーリング穴を形成することを特徴とするステアリングメンバの製造方法。