JP4531032B2 - スプライン歯の加工方法 - Google Patents

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本発明は、スプライン軸およびスプライン孔の圧入時の締め代を設けるべく、前記スプライン軸および前記スプライン孔の少なくとも一方のスプライン歯の軸線方向端部に、その軸線に対して傾斜した塑性変形部を形成するスプライン歯の加工方法に関する。
スプライン軸に、歯筋が軸線方向に延びる先端ガイド歯部分と、歯筋が軸線方向に対して傾斜した圧入歯部分とを形成し、スプライン軸の先端ガイド歯部分からスプライン孔への挿入を開始することで、挿入初期のスプライン歯の係合を容易にするものが、下記特許文献1により公知である。
実公平5−24822号公報
ところで上記従来のものは、スプライン軸のスプライン歯を転造ラックを用いて加工しているため、例えば圧入歯部分の歯筋の傾斜角を変更したり、先端ガイド歯部分あるいは圧入歯部分の長さを変更したりする場合、その都度新規の転造ラックが必要になり、コストの増大を招く問題があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、スプライン歯の軸線方向端部に傾斜した塑性変形部を形成する加工を、低コストで行えるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、スプライン軸およびスプライン孔の圧入時の締め代を設けるべく、前記スプライン軸および前記スプライン孔の少なくとも一方のスプライン歯の軸線方向端部に、その軸線に対して傾斜した塑性変形部を形成するスプライン歯の加工方法であって、前記スプライン軸および前記スプライン孔の少なくとも一方に、それよりも硬いスプライン治具を挿入する第1の工程と、前記スプライン軸、前記スプライン孔および前記スプライン治具の少なくとも一つにトルクを加えながら前記スプライン治具を引き抜くことで、前記スプライン歯の軸線方向端部に前記塑性変形部を形成する第2の工程とを含むことを特徴とするスプライン歯の加工方法が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記トルクの大きさは、所定数の前記スプライン軸あるいは前記スプライン孔の加工が終了するまで一定に保持されることを特徴とするスプライン歯の加工方法が提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記スプライン歯の塑性変形部の長さは、残りの部分の長さよりも小さいことを特徴とするスプライン歯の加工方法が提案される。
また請求項4に記載された発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項の構成に加えて、前記スプライン軸および前記スプライン孔の結合部は、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを車輪に伝達するステアリング装置の遊星歯車機構に適用されることを特徴とするスプライン歯の加工方法が提案される。
尚、実施の形態の第1遊星歯車機構18は本発明の遊星歯車機構に対応する。
請求項1の構成によれば、スプライン軸およびスプライン孔の少なくとも一方にスプライン治具を挿入し、スプライン軸、スプライン孔およびスプライン治具の少なくとも一つにトルクを加えながらスプライン治具を引き抜くと、スプライン歯の軸線方向端部が塑性変形して該軸線に対して傾斜した塑性変形部が形成されるので、スプライン軸およびスプライン孔の圧入時に塑性変形部が締め代となって嵌合部のガタを防止することができる。また前記トルクの大きさやスプライン治具の引き抜き速度を変更するだけで、1種類のスプライン治具のみで塑性変形部の長さや角度を容易に変化させることができるので、品種ごとに転造ラックを用意することなく多品種のスプライン軸あるいはスプライン孔を加工することが可能となり、加工コストを大幅に削減することができる。
また請求項2の構成によれば、加えるトルクの大きさを所定数のスプライン軸あるいはスプライン孔の加工が終了するまで一定に保持するので、製品毎にスプライン軸およびスプライン孔の圧入荷重がばらつくのを防止することができる。
また請求項3の構成によれば、スプライン歯の塑性変形部の長さを残りの部分の長さよりも小さく設定したので、スプライン軸およびスプライン孔の圧入荷重が過大になるのを防止するとともに、スプライン軸およびスプライン孔の結合状態を安定させることができる。
また請求項4の構成によれば、スプライン軸およびスプライン孔の結合部を、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクを車輪に伝達するステアリング装置の遊星歯車機構に適用したので、操舵トルクの伝達系統におけるガタを減少させて騒音の低減および操舵フィーリングの向上が可能になり、しかも遊星歯車機構や操舵トルクセンサへの負荷を軽減することができる。
以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。
図1〜図3は本発明の実施の形態を示すもので、図1はステア・バイ・ワイヤ式操舵装置のスケルトン図、図2は図1の2部拡大図、図3はプラネタリキャリヤのスプライン孔の加工方法の説明図である。
図1に示すように、ステア・バイ・ワイヤ式の操舵装置は、ステアリングホイール11に接続されてハウジング12にベアリング13を介して支持された上部ステアリングシャフト14と、ステアリングギヤボックス15に接続されてハウジング12にベアリング16を介して支持された下部ステアリングシャフト17との間に、直列に接続された第1遊星歯車機構18および第2遊星歯車機構19を備える。ステアリングギヤボックス15の内部に左右摺動自在に支持されたラックバー20と、下部ステアリングシャフト17に設けたピニオン21とが噛合しており、ラックバー20の両端が左右の車輪W,Wに接続される。下部ステアリングシャフト17には、電動モータよりなるステアリングアクチュエータAaが直結される。
第1遊星歯車機構18は、上部ステアリングシャフト14に固定されたリングギヤ22と、下部ステアリングシャフト17に固定されたプラネタリキャリヤ23と、プラネタリキャリヤ23に回転自在に支持されて前記リングギヤ22に噛合する複数のプラネタリギヤ24…と、下部ステアリングシャフト17の外周に相対回転可能に嵌合するスリーブ25に設けられて前記プラネタリギヤ24…に噛合するサンギヤ26とを備える。
第2遊星歯車機構19は、ハウジング12に固定されたリングギヤ27と、前記スリーブ25に設けられたプラネタリキャリヤ28と、プラネタリキャリヤ28に回転自在に支持されて前記リングギヤ27に噛合する複数のプラネタリギヤ29…と、下部ステアリングシャフト17の外周に相対回転可能に嵌合するスリーブ30に設けられて前記プラネタリギヤ29…に噛合するサンギヤ31とを備える。
第1遊星歯車機構18のリングギヤ22に固定されたウオームホイール32に、操舵反力アクチュエータAbの出力軸に設けたウオーム33が噛合する。また第2遊星歯車機構19のサンギヤ31を支持するスリーブ30に固定されたロックホイール34に、電動モータよりなるロックアクチュエータAcで出没するロックピン35が係合可能に対向する。
電子制御ユニットUは、運転者がステアリングホイール11に入力する操舵角を検出する操舵角センサSaからの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度センサSbからの信号と、車速を検出する車速センサScからの信号と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサSdからの信号とに基づいて、ステアリングアクチュエータAa、操舵反力アクチュエータAbおよびロックアクチュエータAcの作動を制御する。
SBW式のステアリング装置が正常に機能しているとき、電子制御ユニットUは、操舵角センサSaにより検出した操舵角に基づいてステアリングアクチュエータAaの作動を制御することで、運転者がステアリングホイール11に入力した操舵角に応じた転舵角を車輪W,Wに発生させる。これと同時に、電子制御ユニットUは、ヨーレートセンサSdにより検出したヨーレート、あるいは操舵角センサSaにより検出した操舵角に基づいて操舵反力アクチュエータAbの作動を制御することで、ステアリングホイール11に仮想的な操舵反力を発生させる。
このとき、ロックアクチュエータAcによりロックピン35がロックホイール34から離脱しているため、ロックホイール34、つまり第2遊星歯車機構19のサンギヤ31は回転を許容され、第2遊星歯車機構19のプラネタリキャリヤ28および第1遊星歯車機構18のサンギヤ26も回転を許容される。その結果、運転者がステアリングホイール11を操作して第1遊星歯車機構18のリングギヤ22を回転させても、プラネタリギヤ24…が空転することでプラネタリキャリヤ23、つまり下部ステアリングシャフト17は回転せず、ステアリングホイール11およびステアリングギヤボックス15の機械的な接続は遮断される。またステアリングアクチュエータAaが作動して下部ステアリングシャフト17が回転しても、その回転はステアリングホイール11に逆伝達されることはない。
従って、操舵反力アクチュエータAbを駆動するとステアリングホイール11に所定の操舵反力を付与することができるが、そのトルクがステアリングギヤボックス15を経て車輪W,Wに伝達されることはない。
尚、電源の失陥等によってステアリングアクチュエータAaや操舵反力アクチュエータAbが作動不能になるステアリング装置の異常時には、ロックアクチュエータAcによりロックピン35が突出してロックホイール34が回転不能に拘束されることで第2遊星歯車機構19がロック状態になり、運転者の操作によるステアリングホイール11および上部ステアリングシャフト14の回転は、第1遊星歯車機構18のリングギヤ22、プラネタリギヤ24…およびプラネタリキャリヤ23を介して下部ステアリングシャフト17に伝達され、マニュアルによる操舵が可能になる。
図2は第1遊星歯車機構18の一部を示すもので、そのプラネタリキャリヤ23は、中央にスプライン孔36aが形成された円板状の第1キャリヤ部材36と、第1キャリヤ部材36に複数のピニオンシャフト37…を介して連結された円環状の第2キャリヤ部材38とで構成されており、第1、第2キャリヤ部材36,38に挟まれるように前記ピニオンシャフト37…にプラネタリギヤ24…が回転自在に支持される。そして第1キャリヤ部材36の中央のスプライン孔36aに、下部ステアリングシャフト17の上端に形成されたスプライン軸17aが嵌合する。スプライン孔36aのスプライン歯T1と、スプライン軸17aのスプライン歯T2とは、基本的にスプライン軸17aの軸線L方向に延びている。
しかしながら、下部ステアリングシャフト17のスプライン軸17aと第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aとを所定の締め代で結合すべく、スプライン孔36aの一部に、そのスプライン歯T1の一部を軸線Lに対して傾斜させた塑性変形部36b(図3(c)参照)が形成される。
以下、第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aに塑性変形部36bを加工する方法を、図3に基づいて説明する。
塑性変形部36bを加工するために使用されるスプライン治具39は第1キャリヤ部材36よりも硬い材料(例えば、工具鋼)で形成されるもので、下部ステアリングシャフト17のスプライン軸17aと同形のスプライン形状を有する刃部39aと、この刃部39aに連なって図示せぬ加工機のチャックに把持される柄部39bとを備える。
先ず、図3(a)に示すように、第1キャリヤ部材36を図示せぬ固定手段で固定した状態で、加工機のチャックに柄部39bを把持したスプライン治具39の刃部39aを、第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aに矢印A方向に挿入する。
続いて、図3(b)に示すように、スプライン治具39に所定のトルクQを加えながらスプライン治具39を矢印B方向に引き抜く。引き抜きの当初はスプライン孔36aおよび刃部39aが充分に長い範囲で係合しており、第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aのスプライン歯T1と、スプライン治具39の刃部39aのスプライン歯T2′との間に作用する応力が低くなるため、スプライン治具39は回転することなく、つまりスプライン孔36aのスプライン歯T1は塑性変形することなく、スプライン治具39は引き抜かれる。
スプライン治具39の刃部39aと第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aとの係合長さがLa以下になると前記応力が限界値を越え、スプライン治具39よりも柔らかい第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aのスプライン歯T1が軸線Lに対して傾斜するように塑性変形し、図3(c)に示すように、最終的にスプライン孔36aの軸線L方向一端部にスプライン歯T1が螺旋状になった塑性変形部36bが形成される。
塑性変形部36bの長さLaは、前記トルクQの大きさにより変化する。即ち、塑性変形部36bの長さLaは、トルクQを大きくすれば接触部の面圧が増加するために長くなり、トルクQを小さくすれば接触部の面圧が減少するために短くなる。またスプライン治具39を引く抜く速度を速くすれば、塑性変形部36bのスプライン歯T1の螺旋状の捩じれ角が減少し、スプライン治具39を引く抜く速度を遅くすれば、塑性変形部36bのスプライン歯T1の螺旋状の捩じれ角が増加する。このように、スプライン治具39に加えるトルクQや引く抜く速度を変化させることで、塑性変形部36bの形状を簡単に変化させることができる。
従って、塑性変形部36bを有する第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aに、下部ステアリングシャフト17のスプライン軸17aを圧入して組み立てる際に、その塑性変形部36bの形状に応じて圧入荷重を最適の大きさに調整することができ、圧入作業を容易にしながら、スプライン結合部にガタが発生するのを確実に防止することができる。これにより、ステアリングホイール11に加えられた操舵トルクが第1遊星歯車機構18を介して車輪W,Wに伝達されるときにガタの発生を抑制し、騒音の増加や操舵フィーリングの低下を防止することができる。
尚、複数個の第1キャリヤ部材36の塑性変形部36bを連続して加工するとき、前記トルクQを全て一定に保持することにより、第1キャリヤ部材36毎に塑性変形部36bの形状が変動するのを防止して一定の圧入荷重を確保することができる。また塑性変形部36bの長さLaは、残りの部分の長さLb(図3(c)参照)よりも短いことが望ましく、このようにすることで第1キャリヤ部材36およびステアリングシャフト17の結合状態を安定させることができる。
以上のように、固定した第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aに刃部39aを嵌合させたスプライン治具39を、一方向にトルクQを加えながら引き抜くことでスプライン孔36aに塑性変形部36bを形成するので、その塑性変形部36bの加工が容易であるばかりか、トルクQの大きさやスプライン治具39の引き抜き速度を変更するだけで、1種類のスプライン治具39のみで塑性変形部36bの長さや角度を容易に変化させることができる。従って、品種毎に転造ラックを用意することなく多品種のスプライン軸17aあるいはスプライン孔36aを加工することが可能となり、加工コストを大幅に削減することができる。
また実施の形態では、塑性変形部36bをスプライン孔36aの上端側(図2参照)に形成しているので、スプライン孔36aの下端側からステアリングシャフト17のスプライン軸17aを上向きに挿入する際に、スプライン孔36aの塑性変形部36b以外の部分をガイドにして圧入作業を開始することができ、圧入作業が一層容易になる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明のスプライン軸17aあるいはスプライン孔36aは、ステア・バイ・ワイヤ式操舵装置以外の任意の用途に使用可能である。
また実施の形態では第1キャリヤ部材36のスプライン孔36aのスプライン歯T1に塑性変形部36bを形成しているが、下部ステアリングシャフト17のスプライン軸17aのスプライン歯T2に塑性変形部を形成しても良く、また第1キャリヤ部材36側および下部ステアリングシャフト17側の両方に塑性変形部を形成しても良い。下部ステアリングシャフト17側に塑性変形部を形成する際に使用されるスプライン治具は、雄スプラインではなく、雌スプライン形状のものとなる。
また実施の形態ではスプライン治具39側にトルクQを加えているが、第1キャリヤ部材36(あるいは下部ステアリングシャフト17側)にトルクQを加えても良い。
またスプライン治具39を引く抜くということは、スプライン治具39側を移動させることに限定されず、その相手側を移動させてスプライン治具39を引く抜く場合を含むものとする。
また塑性変形部36bは、そこに含まれる全てのスプライン歯T1を変形させる必要はなく、例えばスプライン歯T1を1本おきや2本おきに塑性変形させても良い。
また本明細書でいうスプラインとは、歯の断面形状がスプラインとは異なるセレーションを含むものとする。
またスプライン治具39をスプライン穴36a(あるいはスプライン軸17a)から完全に引く抜く寸前にトルクQを加えないようにしても良い、これにより、スプライン穴36a(あるいはスプライン軸17a)の端部が破断するのを防止することができる。
ステア・バイ・ワイヤ式ステアリング装置のスケルトン図 図1の2部拡大図 プラネタリキャリヤのスプライン孔の加工方法の説明図
符号の説明
11 ステアリングホイール
17a スプライン軸
18 第1遊星歯車機構(遊星歯車機構)
36a スプライン孔
36b 塑性変形部
39 スプライン治具
L 軸線
La 長さ
Lb 長さ
Q トルク
T1 スプライン歯
W 車輪

Claims (4)

  1. スプライン軸(17a)およびスプライン孔(36a)の圧入時の締め代を設けるべく、前記スプライン軸(17a)および前記スプライン孔(36a)の少なくとも一方のスプライン歯(T1)の軸線(L)方向端部に、その軸線(L)に対して傾斜した塑性変形部(36b)を形成するスプライン歯の加工方法であって、
    前記スプライン軸(17a)および前記スプライン孔(36a)の少なくとも一方に、それよりも硬いスプライン治具(39)を挿入する第1の工程と、
    前記スプライン軸(17a)、前記スプライン孔(36a)および前記スプライン治具(39)の少なくとも一つにトルク(Q)を加えながら前記スプライン治具(39)を引き抜くことで、前記スプライン歯(T1)の軸線(L)方向端部に前記塑性変形部(36b)を形成する第2の工程と、
    を含むことを特徴とするスプライン歯の加工方法。
  2. 前記トルク(Q)の大きさは、所定数の前記スプライン軸(17a)あるいは前記スプライン孔(36a)の加工が終了するまで一定に保持されることを特徴とする、請求項1に記載のスプライン歯の加工方法。
  3. 前記スプライン歯(T1)の塑性変形部(36b)の長さ(La)は、残りの部分の長さ(Lb)よりも小さいことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のスプライン歯の加工方法。
  4. 前記スプライン軸(17a)および前記スプライン孔(36a)の結合部は、ステアリングホイール(11)に加えられる操舵トルクを車輪(W)に伝達するステアリング装置の遊星歯車機構(18)に適用されることを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載のスプライン歯の加工方法。
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