JP5132488B2 - 内歯形部を有するシャフトの製造方法及びその製造方法によって製造されたシャフト - Google Patents

Description

本発明は、管材に内歯形部を成形すると共に内歯形部成形側の内周面に面取部をバリが生じることなく効率的に製造することができる内歯形部を有するシャフトの製造方法及びその製造方法によって製造されたシャフトに関する。

一般に、自動車のステアリング装置におけるステアリングコラムのアッパーシャフトを成形する方法として、材料となるパイプに絞り加工を施し、この内周に対しスウェージングを行い、セレーション等の内歯形部を成形する成形方法例が知られている。この種の従来技術として、プレス成形にて絞り加工を行ったパイプの内周側面に、スウェージングマンドレル（たとえば凸側セレーション等）を挿入し、パイプ外周をスウェージングダイスにてプレスし、セレーション等の内歯形部を成形する例が特許文献１に開示されている。

特開２００６−２１８５１３

上記特許文献１では、パイプが絞り加工及びスウェージング等を介して、内歯形部が成形されたアッパシャフト等のパイプ部材を製造することが開示されている。アッパシャフト等のパイプ部材は、ステアリング装置の構成部材としてロアシャフトと共に使用されるものである。具体的には、該ロアシャフトのセレーション又はスプライン等の軸状の外歯形が、前記アッパシャフトに成形されたセレーション又はスプライン等の内歯形部に相互に噛み合い、互いの外歯形部と内歯形部とが嵌合して、アッパシャフトからロアシャフトに回転運動が伝達されると共に、軸方向にスライドする構造である。このスライドにより、衝突時には、ステアリングホイールで運転者の体を強打するようなことを阻止することができる。

前述したように、ロアシャフトの軸状の外歯形部は、前記アッパシャフトの内歯形部に挿入嵌合するものであり、その挿入を行い易くしたり、或いはアッパシャフトとロアシャフトを連結した状態で、軸方向における相互の摺動動作が円滑に行われるために、ロアシャフト等のパイプ材の歯形部の軸方向端部箇所に傾斜面状の面取が形成されることが好ましい。該面取が形成されることによって、例えばロアシャフトとアッパシャフトとの歯形同士の食付きを防止し、両歯形同士で相互に傷付け合うことを防止することができる。

ところが、このような面取は切削加工によって形成されるものであり、従来技術を示す図１０に基づいて説明すると、パイプ材ａに内歯形部ｂが形成された後に最終仕上工程として面取ｃが形成されることになる〔図１０（Ａ），（Ｂ）参照〕。しかし、その面取ｃを切削形成することに伴ってバリｄが発生することになる。このバリｄは、切削工具すなわちバイトにより、面取ｃを形成する際に、図１０（Ｃ）に示すように、内歯形部ｂを構成する各歯ｂ´に切削刃の切削方向に沿って生じるものである。

そして、パイプ材ａをステアリング装置に組み付けたときに、前記バリが相手側のロアシャフトの外歯形部に傷を付ける等の悪影響を及ぼすことになる。そのために、前記バリｄは、除去されなくてはならない。しかしそのバリｄは、内歯形部ｂを構成する各歯ｂ´，ｂ´，…に生じているので、バリｄの除去は、一つ毎の歯ｂ´について行わなくてはならない。したがって、このバリｄの除去作業は極めて面倒であり、工程が増加し、製造コストも上昇するという不都合が生じる。

本発明は上記課題を解決するためのもので、本発明の目的（技術的課題）は、ステアリング装置を構成するアッパーシャフト等のシャフト部材の製造工程でシャフト内に軸方向に装着して内歯形部を成形する場合において、この内歯形部の軸方向端部に面取部を形成するものであっても、該面取部箇所にバリが発生することなく、バリ除去作業を不用とした製造方法及びその方法によって製造されるシャフトを提供することにある。

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、請求項１の発明を、管材の軸方向端部で且つ開口部から軸方向内部に向かって内径がしだいに小さくなる傾斜面状の面取部を形成し、前記管材の面取部成形側の開口部と、前記面取部との間に最大内径となる切断代を設け、次いで該面取部の形成側の開口部より内歯成形型を挿入し、スウェージングマシンにて前記管材内に内歯形部を成形し、前記面取部の形成と共に前記切断代は前記内歯形部の成形後に、前記切断代の軸方向において少なくとも一部を切断してなるシャフトの製造方法としたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、前述の構成において、前記内歯形部はセレーション歯形としてなる内歯形部を有するシャフトの製造方法としたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、前述の構成において、前記内歯形部はスプライン歯形としてなる内歯形部を有するシャフトの製造方法としたことにより、上記課題を解決した。請求項４の発明を、前述の構成において、前記シャフトの製造方法によって製造されてなる内歯形部を有するシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、管材に内歯形部が成形される工程の前に、前記管材に面取部が形成される。前記内歯形部は、スウェージングマシンによる加工にて成形されるものであり、前記管材内に内歯形部を成形するための型材を挿入し、管材の周囲を打撃による鍛造成形で内歯形部が成形され、該内歯形部の成形後に、前記型材を抜き取れることによって、内歯形部と共に面取部も成形されたものとなる。

前記面取部が管材に形成される工程では、未だ前記内歯形部は成形されておらず、管材の内周側面は単なる円周壁面であり、そのために面取部を切削加工によって成形し易いものにでき且つ仕上がりは良好にできる。このように面取部を形成した後に、スウェージングマシンによって内歯形部を成形すると、塑性変形による加工手段となるので、内歯形部が成形されたときには、バリは発生することなく良好な仕上がりにすることができる。よって、前記管材から、ステアリング装置を構成するアッパシャフト等のシャフトを製造する工程で、バリを除去する工程を無くすことができ、製造効率を向上させることができ且つ製造コストを低減させることができる。

さらに、請求項１の発明では、前記管材の面取部側には、軸方向に沿って切断代が設けられ、前記内歯形部の成形後に、前記切断代を切断することにより、前記管材から複数の製造工程を経て製造されたシャフトの寸法を適宜調整することができる。すなわち、前記管材は複数の工程によって、軸方向寸法が僅かに変化し、特に短くなる可能性を有するものであるが、前記切断代を管材の軸方向端部に設けているので、切断代を切断するときに、その切断代の軸方向の長さを調整しながら切断することにより、アッパシャフト等のシャフトの正規寸法に合わせることができるものである。

請求項２の発明では、前記内歯形部はセレーション歯形とすることにより、管材からセレーションのジョイント構造を有するアッパシャフトのシャフトを容易に製造することができる。また、請求項３の発明では、前記内歯形部はスプライン歯形とすることにより、管材からスプラインのジョイント構造を有するアッパシャフトのシャフトを容易に製造することができる。請求項４の発明では、前述の製造方法によって製造されたシャフトは、バリが存在しないものであり、バリを除去するための作業が不要であり、そのままの状態で、ステアリング装置等の組付を行うことができ、総体的な作業効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明において、シャフトＡは、具体的には、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、ステアリング装置のアッパシャフトとして使用されるものである。該アッパシャフトとなるシャフトＡは、図９（Ｃ），（Ｄ）に示すように、内歯形部１２を形成したもので、金属製の管材１を原材料として製造される。このように、該管材１は、種々の加工工程を経てアッパシャフト等のシャフトＡを製造しようとするものである。

図１における(1)から(7)は、管材１からシャフトＡを製造するまでの工程の外略を示したものである。前記管材１は、最初は円筒形状の原材料であり、最初に絞り加工等の加工手段によって、その軸方向に沿ってそれぞれの直径が異なる領域が設けられ、段付き軸部材として成形される〔図１（1）,（2）参照〕。具体的には、管材１の軸方向に沿って一
方側の領域は細径部となり、軸方向の他方側の領域は大径部となる。すなわち、管材１の一方側が太く、軸方向の他方側が細くなり、略紡錘形状となっている〔図１（2）参照〕
。前記管材１を段付き軸に成形するには、前述したように絞り加工が好適であるが、その他の加工手段によって段付きとして形成されるものであっても構わない。

次は、前記管材１に面取部２が成形される工程である。該面取部２が形成される位置は、前記管材１の軸方向において内歯形部１２が形成されようとする側の開口部１１の端縁から軸方向に沿って僅かに奥に入り込んだ位置に形成される〔図２（Ｃ）参照〕。前記面取部２は、前記管材１の開口部１１から軸方向内部に向かって、内周側面に内径が次第に小さくなるように形成されたテーパ状の傾斜面である。前記面取部２の最大内径Ｄａは、後述する内歯形部１２の歯底部１２ａを通過する歯底円に等しい（略等しいも含む）。また、前記面取部２の最小内径Ｄｂは、後述する内歯形部１２の歯先部１２ｂを通過する歯先円直径Ｄｑに等しい（略等しいも含む）〔図７（Ｂ），図９（Ｄ）等参照〕。

さらに、前記管材１の軸方向において、前記面取部２が形成される側には、切断代３が設けられる〔図２（Ｃ）参照〕。該切断代３は、前記管材１からアッパシャフト等のシャフトＡを製造する最終工程として、前記管材１から切断する部位である。前記管材１は、最終的に製造されるシャフトＡの軸方向における所定寸法よりも予め軸方向に長く形成される。前記切断代３は、前記管材１の面取部２の形成側の開口部１１と、前記面取部２との間に該面取部２の最大内径Ｄａと略同一の内径である薄肉内周側面１３を有するものである。

前記面取部２の形成と共に前記切断代３は前記内歯形部１２の成形後に、前記切断代３の軸方向において少なくとも一部を切断するものである〔図１（7），図７（Ｃ）参照〕
。具体的には、前記切断代３は、前記管材１の軸方向に対して直交する垂直断面として輪切り状に切断される。そして、その切断する位置は切断代３の軸方向の一部、すなわち軸方向における所望の位置で切断するものである。前記切断代３は、僅かな量だけ切断してもよいし、必要に応じて切断代３の全体を切断してもよい。

通常は、切断代３の軸方向の任意の位置を決定し、その位置を切断位置として、管材１から切断代３を切断するものである。そして、前記面取部２の最大内径となる位置から開口部１１までの間に切断代３の薄肉内周側面１３が形成される状態としておくことが好ましい。さらに、管材１の開口部１１は、周方向にそって最外端面取部１１ａが形成されることもある〔図９（Ｃ），（Ｅ）参照〕。前記切断代３は、管材１に設けない実施形態も存在する（図８参照）。

前記切断代３が管材１に設けられない場合には、管材１の開口部１１の周縁に面取部２が直接形成され〔図８（Ａ）参照〕、次いで、管材１の開口部１１から内歯成形型４が挿入され、打撃ダイス５により繰り返し打撃が行われる〔図８（Ｂ）参照〕。そして、前記管材１の軸方向端部は、そのままの状態としてシャフトＡの製造が完了する〔図８（Ｃ）参照〕。したがって、切断代３が設けられない場合には、前記面取部２の最大内径部箇所が開口部１１の位置に一致する〔図８（Ｄ）参照〕 。

そして、管材１は、最終工程において、軸方向の長さ寸法を所定の指示された寸法にするために、前記切断代３を切断して、所定寸法を有するシャフトＡにすることができる。前記切断代３における部分の内径は、前記面取部２の最大内径Ｄａ或いは前記内歯形部１２の歯底円の直径と同等である。そして、切断代３における内周側面は傾斜面ではなく、同一内径が連続するものである〔図３（Ａ）参照〕。前記管材１に面取部２を設けるには、主に切削加工が用いられる。この切削加工では、バイト６を備えた工作機械により行われる。さらに切断代３の部位における内周側面の加工も前記バイト６により行われる〔図１(3)，図２（Ｂ）参照〕。この切削加工では、管材１が固定されて、前記バイト６が管材１の内周に沿って円周状に移動することによって行われるものである。また、前記バイト６が前記管材１の開口内周面に接触するようにして設置固定されて、前記管材１が周方向に回転して、切削加工が行われることもある。

次は、管材１に内歯形部１２を成形する工程である。該内歯形部１２は、スウェージングマシンにより成形される。該スウェージングマシンは、鍛造工作機械の一種であり、内歯成形型４及び打撃ダイス５を備えた装置である〔図４（Ａ）参照〕。前記管材１は、スウェージングマシンの治具に支持固定される。そして、該管材１の面取部２が形成された側の開口部１１より内歯成形型４が挿入される〔図１（4），図３（Ａ）参照〕。

該内歯成形型４は、前記内歯形部１２を管材１の内周側面に形成するための型材である。前記内歯成形型４には、操作軸部４１が設けられており、前記内歯形部１２を前記管材１の軸方向端部の開口部１１から管材１内部に挿入或いは取り出しの操作に用いられる。内歯成形型４が管材１に挿入された状態では、管材１の内周側面と、内歯成形型４との間に僅かの余裕が存在する〔図３（Ｂ），（Ｃ）参照〕。

次に、前記管材１の軸方向端部箇所の内周側面に内歯成形型４が挿入された状態で、前記スウェージングマシンの打撃ダイス５が前記管材１の内歯成形型４が挿入された箇所に対応する外周側面に打撃が繰り返されて行われる。このような打撃ダイス５は、前記管材１の内歯成形型４が挿入された箇所に等間隔をおいて複数台が配置されている〔図４（Ｂ）参照〕。この複数台の打撃ダイス５，５，…は、前記管材１の周方向に沿って回転しつつ〔図５（Ｂ）参照〕、打撃動作を繰り返すものである〔図５（Ａ）参照〕。

これによって、管材１の前記内歯成形型４の挿入箇所が塑性変形して、直径方向に収縮され、前記管材１の内周側に前記内歯成形型４の歯形が食い込み、前記管材１の内周側面に内歯形部１２が成形されてゆく。このようにして、前記打撃ダイス５の打撃動作の繰り返しによって内歯形部１２が形成される（図６参照）この内歯成形型４が管材１から抜き取られて、内歯形部１２が成形されたときには、該内歯形部１２の軸方向端部箇所には、既に面取部２が存在しており〔図７（Ａ），（Ｂ）参照〕、該面取部２の箇所にはバリは発生しない。

さらに、前記管材１に切断代３が設けられた実施形態では、該切断代３の一部が切断される〔図７（Ｃ），（Ｄ）参照〕。該切断代３が切断されたあとの開口部１１は、さらに面取が形成されることもある〔図９（Ｃ），（Ｄ）参照〕。このようにしてシャフトＡの製造が完了する。前記内歯形部１２は、セレーションとして形成される実施形態と、スプラインとして形成される実施形態とがある。

前記内歯形部１２をセレーションとした場合には、各歯形形状は、正方形，長方形等の方形状，インボリュート歯形，三角（Ｖ字形状）又は歯先及び歯底が円弧状に形成される。また、前記内歯形部１２をスプラインとした場合にも、前記セレーションとした場合と略同様の歯形形状であり、内歯形部正方形，長方形等の方形状，インボリュート歯形，三角（Ｖ字形状）又は歯先及び歯底が円弧状に形成される。前記内歯形部１２の成形箇所における軸直径では、内歯形部１２がセレーションとした場合は、スプラインとした場合よりも歯数が多く形成されることがある。

(1)乃至(7)は本発明における管材からシャフトを製造する工程図である。 （Ａ）は管材の要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は開口部に切削工具にて面取部を形成する工程の要部拡大縦断側面図、（Ｃ）は面取部が形成された管材の要部拡大縦断側面図である。 （Ａ）は管材の開口部から内部に内歯成形型を挿入使用とする工程の要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は管材内部に内歯成形型を挿入した状態の要部拡大縦断側面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸａ−Ｘａ矢視端面図である。 （Ａ）は管材の内歯成形型箇所に打撃ダイスを配置した状態の要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸｂ−Ｘｂ矢視端面図である。 （Ａ）は管材の内歯成形型箇所に打撃ダイスにて打撃を開始した状態の要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸｃ−Ｘｃ矢視端面図である。 （Ａ）は打撃ダイスの打撃にて管材の内歯形部を成形した状態の要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸｄ−Ｘｄ矢視端面図である。 （Ａ）は管材から内歯成形型を引き抜いた状態の要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸｅ−Ｘｅ矢視端面図，（Ｃ）は管材から切断代を切断した状態の要部拡大縦断側面図、（Ｄ）は（Ｃ）の（ア）部拡大図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）は本発明において管材に切断代を設けないタイプの管材からシャフトを製造する工程図、（Ｄ）は（Ａ）の（イ）部拡大図である。 （Ａ）は本発明のシャフトをステアリング装置のアッパシャフトとして使用した状態の略示図、（Ｂ）はシャフトの縦断側面図、（Ｃ）はシャフトの要部拡大縦断側面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＸｆ−Ｘｆ矢視端面図、（Ｅ）は（Ｃ）の（ウ）部拡大図である。 （Ａ）は従来技術における工法で管材に内歯形部を成形した要部拡大縦断側面図、（Ｂ）は内歯形部を成形してから面取部を成形した状態の要部拡大縦断側面図、（Ｃ）は内歯形部にバリが発生した状態の拡大断面図である。

符号の説明

１…管材、１２…内歯形部、２…面取部、３…切断代、４…内歯成形型。

Claims (4)

1. 管材の軸方向端部で且つ開口部から軸方向内部に向かって内径がしだいに小さくなる傾斜面状の面取部を形成し、前記管材の面取部成形側の開口部と、前記面取部との間に最大内径となる切断代を設け、次いで該面取部の形成側の開口部より内歯成形型を挿入し、スウェージングマシンにて前記管材内に内歯形部を成形し、前記面取部の形成と共に前記切断代は前記内歯形部の成形後に、前記切断代の軸方向において少なくとも一部を切断してなることを特徴とする内歯形部を有するシャフトの製造方法。
2. 請求項１において、前記内歯形部はセレーション歯形としてなることを特徴とする内歯形部を有するシャフトの製造方法。
3. 請求項１において、前記内歯形部はスプライン歯形としてなることを特徴とする内歯形部を有するシャフトの製造方法。
4. 請求項１，２又は３のいずれか１項の記載において、前記シャフトの製造方法によって製造されてなることを特徴とする内歯形部を有するシャフト。

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