JP3875814B2 - ステアリングシャフトの連結構造及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に縮むことによる衝撃吸収機能を有するステアリングシャフトの伸縮部における連結構造を簡単且つ効率的に製造することができるステアリングシャフトの連結構造及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
出願人は、既に特願平5-41700 号(特開平6-227408号)によりステアリングシャフトにおけるインナーシャフトの外歯車状部の軸方向の適宜の箇所に充填円周溝を形成し、その外歯車状部を構成するそれぞれの単位外歯の充填円周側にある歯先面を切除して係止面を形成して、その係止面を構成する切除部に前記充填円周溝に注入された合成樹脂材によって形成される合成樹脂材の係止部を設けて、アウターシャフトとインナーシャフトとをスプライン或いはセレーション等の歯車状のシャフト連結構造におけるインナーシャフト側の回転方向のガタを防止する係止部を有するものを示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特願平5-41700 号の内容によると、インナーシャフトの単位外歯ごとに形成される係止部と充填円周溝との構成により、そのインナーシャフトの充填円周溝と係止部箇所と,アウターシャフトとの間に合成樹脂を充填した構造により、合成樹脂が係止部とアウターシャフトの内歯との間に充填されその隙間十分に埋め尽くし、インナーシャフトとの回転方向のガタの発生を防止することができる。
【0004】
また、その充填円周溝は、インナーシャフトの軸方向を拡大するものではないため、シャフト長を大きくしなくても軸強度を確保しつつ合成樹脂材による固定部、又は摺動部を歯車状部全周にわたって軸方向に大きく設けることができるので、アウターシャフトとインナーシャフトとを連結固定する合成樹脂の摺動性を良好にすることができる等の利点を有するものである。
【0005】
上記のような利点を有するものでありながら、上記連結構造を構成するインナーシャフトにおける外歯車状部の単位外歯とともに係止部を容易に形成することに困難性が存在している。例えば、外歯車状部の単位外歯ごとに係止部を形成する加工としては、以下のような加工手段が考えられる。
【0006】
まず、外歯車状部の単位外歯ごとに係止面を形成する切除作業が切削加工により一歯一歯ずつ加工されてゆく。また、外歯を転造的に加工する場合においては、歯形に係止部を形成する凹部位を備えたものを使用し、その外歯車状部を成形するとともに係止部を形成してゆく。
【0007】
しかし、いずれにしても係止部の凹み等の形成は、上記のみの1回の加工では無理であり、第2工程以上が必要である。また、全ての係止部の凹部を均等に形成することは、その外歯の大きさに係わるものであり、凹部形成の材料流動がなされず凹部形成ができないおそれがある。このように、生産性において多少の困難性を含めており、一組当たりの製造単価も決して低くは押さえられない。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意,研究を重ねた結果、本発明を、軸周方向に沿って形成された充填円周溝と,該充填円周溝の両側で対向する外歯車状部と,その対向する少なくとも一方側の外歯車状部端部に形成され各外歯形部の歯幅と等しく且つ低く形成され,その頂部は凹み状頂部とした低歯車状部とを有するインナーシャフトと、前記外歯車状部に噛み合う内歯車状部と,注入孔とを有するアウターシャフトと、合成樹脂材とからなり、前記アウターシャフトの内歯車状部と,インナーシャフトの充填円周溝と低歯車状部との間に注入孔を介して合成樹脂材を充填してなるステアリングシャフトの連結構造又はその製造方法としたことにより、極めて簡単に製造でき、製造単価を低くするとともに、その連結構造のガタの防止を確実なものとし、上記課題を解決したものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ステアリングシャフトAは、ステアリング装置を構成する部材として、インナーシャフトA1 とアウターシャフトA2 とから構成されている〔図1(A),(B)参照〕。そのインナーシャフトA1 と,アウターシャフトA2 とは、アウターシャフトA2 内にインナーシャフトA1 が挿入し、軸方向に相互に摺動自在で且つ軸周方向には相互に回転不能なる連結構造となっている。
【0010】
そのインナーシャフトA1 には、軸周方向の断面形状が歯車形状となる外歯車状部1が所定の長さに形成されている〔図2(A)参照〕。該外歯車状部1は、複数の外歯形部1a,1a,…から構成されている〔図2(C)参照〕。具体的には、外歯車状部1としては、スプライン或いはセレーション等が好適であるが、アウターシャフトA2 の内歯車状部4との噛み合い及びその摺動性が良好で有るならば、前記スプライン或いはセレーションの定義に係わらない単なる歯形であってもかまわない。
【0011】
その外歯車状部1の適宜の箇所に軸周方向に沿って充填円周溝3が形成されている。該充填円周溝3の軸周方向における断面形状は、偏平円弧状に形成され、その充填円周溝3の最深部の底面は、外歯車状部1の歯底面より深く形成される〔図3(A),(B)参照〕。
【0012】
その充填円周溝3は、外歯車状部1を軸方向に沿って所定の間隔をおいて離間且つ対向するようにしてある。即ち充填円周溝3箇所は外歯車状部1の非形成範囲となる〔図2(B)及び図3(A)等参照〕。その対向する外歯車状部1,1箇所に低歯車状部2,2が形成されている〔図2(B),図3(A)参照〕。具体的には、それぞれの外歯形部1a,1a,…毎に低歯形状部2a,2a,…が連続形成されている〔図2(C)参照〕。
【0013】
その低歯形状部2aは、その歯丈が外歯形部1aよりも低く形成されたものであり、且つ歯底付近の歯幅は外歯形部1aと低歯形状部2aとは同一であり、また低歯形状部2aの頂部箇所の歯幅も、その高さに対応する位置の外歯形部1aの歯幅と同一である〔図3(A),(B)参照〕。
【0014】
その低歯形状部2aの凹み状頂部2a1 は、凹み形状に形成されている。そして、凹み状頂部2a1 の凹み形状は軸周方向に沿って略偏平円弧状の凹み形状であり、軸方向に沿ってその断面形状が同一に連続形成されている〔図3(A),(B)参照〕。また、その凹み状頂部2a1 の断面形状は、略偏平V字形状の面としたり〔図12(A)参照〕、或いは断面略偏平台形状としてもよい〔図12(B)参照〕。その低歯車状部2は、前記充填円周溝3にて軸方向に分離対向する二つの外歯車状部1,1の何れか一方にのみ形成されることもある(図13参照)。
【0015】
次に、アウターシャフトA2 には、内歯車状部4が形成されている。該内歯車状部4は、複数の内歯形状部4a,4a,…から構成され、前記外歯車状部1の外歯形部1a,1a,…と噛み合う。そして、インナーシャフトA1 とアウターシャフトA2 とが相互に軸周方向に回転不能で且つ軸方向に相互に摺動自在なる連結構造とすることができるようになっている〔図4(A),(B)及び(C)等参照〕。
【0016】
そのアウターシャフトA2 の所定箇所には、溶融した流動状の合成樹脂を流し込むための注入孔5が形成されている。該注入孔5の位置は、インナーシャフトA1 とアウターシャフトA2 とを連結し、ステアリングシャフトAの初期の長さに設定したときに、インナーシャフトA1 側の充填円周溝3に対応する位置に注入孔5がアウターシャフトA2 に形成される〔図4(A),(D)参照〕。
【0017】
ステアリングシャフトAは、アウターシャフトA2 にインナーシャフトA1 を挿入し、内歯車状部4と外歯車状部1とを軸方向に摺動自在に噛み合わせる。そのアウターシャフトA2 の注入孔5の位置と、インナーシャフトA1 の充填円周溝3の位置とを一致させ、その注入孔5より溶融した流動状の合成樹脂材6を流し込む。
【0018】
その流動状の合成樹脂材6は、充填円周溝3を軸周方向に流れ、該充填円周溝3から低歯車状部2の各低歯形状部2a,2a,…と内歯車状部4の各内歯形状部4a,4a,…との間に充填される。そのとき、流動状の合成樹脂材6は各低歯形状部2aの凹み状頂部2a1 内にも入り込む〔図5(A)参照〕。そして、流動状の合成樹脂材6は、適宜の時間経過後に凝固してインナーシャフトA1 とアウターシャフトA2 との連結箇所が固定される〔図5(B),図6参照〕。
【0019】
次に、ステアリングシャフトAの連結構造を構成するインナーシャフトA1 の製造工程について説明する。まず、インナーシャフトA1 の成形素材として棒状ワークA0 が用意される。該棒状ワークA0 は、前記外歯車状部1,低歯車状部2及び充填円周溝3が形成されるための素材である。
【0020】
また、成形に使用されるダイスBは、ダイス外筒10の内部に外歯成形部11が形成されている。該外歯成形部11は、棒状ワークA0 に外歯車状部1を成形する部位であり、棒状ワークA0 にダイスBを通過させることにより外歯車状部1を成形する。該外歯成形部11は、導入絞り部11a,成形部11b及び逃げ部11cから構成されている。〔図9(A),(B)参照〕。
【0021】
導入絞り部11aは、複数の導入成形歯11a1 ,11a1 ,…から構成されており、成形部11bも同様に複数の成形歯11b1 ,11b1 ,…から構成されている。図10(A)は、図9(B)のX5 ─X5 矢視断面図であり、導入絞り部11aにおける初期段階の導入成形歯11a1 が示されている。
【0022】
このように、導入成形歯11a1 は初期段階では極めて小さく、ダイスBによる加工が行いやすくなっている。その導入絞り部11aが成形部11bに近づくに従って、導入成形歯11a1 の大きさが成形歯11b1 の大きさに近づいて、同一の大きさになる。図9(D)は、X8 ─X8 矢視断面図、即ち成形部11bの断面形状である。
【0023】
その棒状ワークA0 には、まず旋盤等による切削加工にて浅溝部dが成形される。該浅溝部dの軸方向における溝幅は、対向する外歯車状部1,1の端部の間隔となる。また、浅溝部dの底面は低歯車状部2の頂部を構成する部位となる。その浅溝部dの軸方向の略中間箇所に充填円周溝3が形成される〔図7(A),(B)及び図8(A),(B)参照〕。
【0024】
該充填円周溝3の底面の位置は予め、外歯車状部1の歯底の位置よりも低く設定されている。該充填円周溝3も、切削加工により形成される。浅溝部dと充填円周溝3との成形順位は、浅溝部dが成形されてから充填円周溝3が成形されたり、その反対に充填円周溝3が成形されてから浅溝部dが成形されるもので、その順位は適宜に設定されて構わない。
【0025】
次に、浅溝部d及び充填円周溝3を形成済みの棒状ワークA0 に軸方向に沿ってダイスBを通過させる〔図7(C),(D)及び図8(C)等参照〕。該ダイスBの導入絞り部11aと成形部11bとが、棒状ワークA0 の外周肉部を加工して外歯車状部1を成形する。その工程で、ダイスBが浅溝部d箇所を通過するときに低歯車状部2を成形する〔図7(C),(D)及び図8(C)参照〕。
【0026】
この低歯車状部2の成形過程において、導入絞り部11aの各導入成形歯11a1 ,11a1 ,…が成形過程にある各低歯形状部2aの幅方向両側に対して押圧力p,p,…を与える。そして、ダイスBの導入成形歯11a1 から成形歯11b1 に移行する間に、成形される低歯形状部2aの幅方向両側箇所が前記押圧力p,p,…により、金属組織の肉が盛り上がるようにして塑性加工が行われ、低歯形状部2aの頂部が偏平円弧状に形成され、凹み状頂部2a1 が成形されてゆく。
【0027】
その低歯形状部2aと凹み状頂部2a1 とがダイスBにより次第に成形されてゆく状態が図11(C),(D),(E)及び(F)に示されている。即ち、ダイスBによる成形過程で導入絞り部11aから成形部11bに移行する間に、棒状ワークA0 の浅溝部d箇所は、各導入成形歯11a1 ,11a1 ,…により押圧される。
【0028】
そのときの金属組織である肉部の逃げ場所が隣接する導入成形歯11a1 ,11a1 との間となり、低歯形状部2aの成形が完了したときには、その幅方向両側箇所の肉の盛り上がりにより丁度,適当な形状,深さの凹み状頂部2a1 が形成されることになる〔図3(A),(B)参照〕。
【0029】
なお、前記外歯車状部1と低歯車状部2は、ダイスBと棒状ワークA0 を相対的に軸方向に移動させる押し出し又は引抜き等の加工や、又図示しない転造ダイスにより棒状ワークA0 を回転させて加工する転造加工等により成形することができる。
【0030】
【発明の効果】
請求項1の発明は、軸周方向に沿って形成された充填円周溝3と,該充填円周溝3の両側で対向する外歯車状部1,1と,その対向する少なくとも一方側の外歯車状部1端部に形成され各外歯形部1aの歯幅と等しく且つ低く形成され,その頂部は凹み状頂部2a1 とした低歯車状部2とを有するインナーシャフトA1 と、前記外歯車状部1に噛み合う内歯車状部4と,注入孔5とを有するアウターシャフトA2 と、合成樹脂材6とからなり、前記アウターシャフトA2 の内歯車状部4と,インナーシャフトA1 の充填円周溝3と低歯車状部2との間に注入孔5を介して合成樹脂材6を充填してなるステアリングシャフトの連結構造としたことにより、極めて簡単な構造で連結箇所の耐久性を向上させることができ、さらに、加工が簡単にできる等の効果を奏する。
【0031】
上記効果を詳述すると、インナーシャフトA1 における低歯車状部2は、その頂部が凹み状頂部2a1 に形成されており、インナーシャフトA1 の低歯車状部2とアウターシャフトA2 と外歯車状部1との間に充填される合成樹脂材6は、低歯車状部2の凹み状頂部2a1 にも入り込み、低歯車状部2と合成樹脂材6との食い付きにより、合成樹脂材6による固定性がより一層,良好にすることができるものである。
【0032】
次に、請求項2の発明は、請求項1において、前記低歯車状部2の凹み状頂部2a1 は軸方向に直交して断面略円弧状としてなるステアリングシャフトの連結構造としたことにより、凹み状頂部2a1 はその成形性に優れたものであり、凹み状頂部2a1 への溶融した合成樹脂材6の流動性が良好であり、インナーシャフトA1 とアウターシャフトA2 との軸方向における固定性が安定する。
【0033】
次に、請求項3の発明は、棒状ワークA0 の適宜の箇所に軸周方向に沿って所定幅の浅溝部dを形成し、次いで該浅溝部d内に軸周方向に沿って充填円周溝3を形成し、次いで外歯形成部を有するダイスBを前記棒状ワークA0 に通過させ、該棒状ワークA0 外周には外歯車状部1を成形し、浅溝部dには低歯車状部2を成形し、ダイスBの通過により前記低歯車状部2を構成する各低歯形状部2aの幅方向両側箇所に肉盛りが生じるようにしてインナーシャフトA1 を形成してなるステアリングシャフトの製造方法としたことにより、加工工程を最小限にすることができるものである。
【0034】
上記効果を詳述すると、棒状ワークA0 には浅溝部dが形成され、且つ該浅溝部d内に充填円周溝3を形成しているものであり、その浅溝部dの深さが低歯車状部2の頂部を構成する高さに形成しておけば、その内部に外歯車状部1を形成する外歯成形部11を備えたダイスBを棒状ワークA0 の軸方向に沿って貫通させることより、棒状ワークA0 に外歯車状部1を形成することができると同時に、その浅溝部d箇所に低歯車状部2が形成され、その工程が一連の動作により行われるものである。そのために、極めて効率的な作業とすることができ、且つ作業後における仕上げ加工等も特に必要としないものである。
【0035】
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明を使用したステアリング装置の一部断面にした側面図
(B)は(A)の要部縦断側面図
【図2】(A)はインナーシャフトの要部斜視図
(B)は(A)の要部拡大側面図
(C)はX1 ─X1 矢視断面図
【図3】(A)は外歯車状部,低歯車状部及び充填円周溝箇所の拡大斜視図
(B)は(A)の要部正面図
【図4】(A)はインナーシャフトとアウターシャフトとの連結構造を示す縦断側面図
(B)は(A)のX2 ─X2 矢視断面図
(C)は(A)のX3 ─X3 矢視断面図
(D)は(A)のX4 ─X4 矢視断面図
【図5】(A)は図4(A)のX3 ─X3 矢視の要部拡大断面図
(B)は図4(A)のX4 ─X4 矢視の要部拡大断面図
【図6】インナーシャフトとアウターシャフトとの連結箇所の要部拡大断面斜視図
【図7】(A)は棒状ワークの斜視図
(B)は棒状ワークに浅溝部及び充填円周溝を形成した斜視図
(C)は浅溝部及び充填円周溝を形成した棒状ワークとダイスの斜視図
(D)は棒状ワークにダイスを通過させている状態の斜視図
【図8】(A)は棒状ワークの拡大縦断側面図
(B)は棒状ワークに浅溝部及び充填円周溝を形成した拡大縦断側面図
(C)は棒状ワークにダイスを通過させている状態の拡大縦断側面図
【図9】(A)はダイスの一部切除した斜視図
(B)はダイスの縦断側面図
【図10】(A)は図9(B)のX5 ─X5 矢視の要部拡大断面図
(B)は図9(B)のX6 ─X6 矢視の要部拡大断面図
(C)は図9(B)のX7 ─X7 矢視の要部拡大断面図
(D)は図9(B)のX8 ─X8 矢視の要部拡大断面図
【図11】(A)は棒状ワークにダイスにより外歯車状部が成形され始めた工程を示す要部拡大断面図
(B)は棒状ワークにダイスにより外歯車状部が成形された工程を示す要部拡大断面図
(C)は棒状ワークにダイスにより低歯車状部が成形され始めた工程を示す要部拡大断面図
(D)は棒状ワークにダイスにより低歯車状部とその凹み状頂部が成形され始めた工程を示す要部拡大断面図
(E)は棒状ワークにダイスにより低歯車状部とその凹み状頂部が成形されている工程を示す要部拡大断面図
(F)は棒状ワークにダイスにより低歯車状部に凹み状頂部の成形が完了した状態の工程を示す要部拡大断面図
【図12】(A)は別の実施例の凹み状頂部を有する低歯形状部の正面図
(B)は別の実施例の凹み状頂部を有する低歯形状部の正面図
【図13】低歯形状部が一つのみとした実施例の要部拡大図
【符号の説明】
A0 …棒状ワーク
A1 …インナーシャフト
A2 …アウターシャフト
B…ダイス
d…浅溝部
1…外歯車状部
1a…外歯形部
2…低歯車状部
2a1 …凹み状頂部
3…充填円周溝
4…内歯車状部
5…注入孔
6…合成樹脂材
Claims (3)
- 軸周方向に沿って形成された充填円周溝と,該充填円周溝の両側で対向する外歯車状部と,その対向する少なくとも一方側の外歯車状部端部に形成され各外歯形部の歯幅と等しく且つ低く形成され,その頂部は凹み状頂部とした低歯車状部とを有するインナーシャフトと、前記外歯車状部に噛み合う内歯車状部と注入孔とを有するアウターシャフトと、合成樹脂材とからなり、前記アウターシャフトの内歯車状部とインナーシャフトの充填円周溝と低歯車状部との間に注入孔を介して合成樹脂材を充填してなることを特徴とするステアリングシャフトの連結構造。
- 請求項1において、前記低歯車状部の凹み状頂部は軸方向に直交して断面略円弧状としてなることを特徴とするステアリングシャフトの連結構造。
- 棒状ワークの適宜の箇所に軸周方向に沿って所定幅の浅溝部及び該浅溝部内に軸周方向に沿って位置する充填円周溝をそれぞれ形成し、次いで外歯形成部を有するダイスを前記棒状ワークに通過させ、該棒状ワーク外周には外歯車状部を成形し、浅溝部には低歯車状部を成形し、ダイスの通過により前記低歯車状部を構成する各低歯形状部の幅方向両側箇所に肉盛りが生じるようにしてインナーシャフトを形成してなることを特徴とするステアリングシャフトの製造方法。
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