JP2011111099A

JP2011111099A - ステアリングシャフトの製造方法

Info

Publication number: JP2011111099A
Application number: JP2009271189A
Authority: JP
Inventors: Masashi Tsumura; 昌志津村; Shigeru Okita; 滋沖田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】
稀にではあるが介在物が鋼材表面に表れる場合、低硬度材であっても疲労強度が低下すると推定し、その介在物サイズと疲労強度の関係を明らかにし、介在物を制限することによって、捩り疲労寿命に優れたステアリングシャフトを提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明に係るステアリングシャフトの製造方法は、車両のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイールの動きを伝達する為に使用されるステアリングシャフトの製造方法において、前記ステアリングシャフトは、３００ＨＶ以下の硬さであり、その表面に存在する介在物を、超音波探傷検査方法を用いて、長さ０．５ｍｍ以下かつ幅０．０５ｍｍ以下に制限することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両を操舵する為のステアリングのシャフトの製造方法に関する。

自動車用ステアリングは、シャフトを捻る方向にせん断応力が負荷される為、捻り疲労寿命が長いことが必要とされる。しかしながら、自動車用ステアリングシャフト等に使用されている、硬さがビッカース硬さで３００ＨＶ以下の鋼材では、大型介在物等の欠陥によって捩り疲労寿命が低下するとの報告は少ない。その為、設計基準に大型介在物の基準は取り入れられていない。

また、軸受鋼等の超高清浄度鋼において、介在物の生成起源は、「脱酸生成物」や「2次精錬スラグの巻き込み」「耐火物粒子」「溶鋼の汚染」の４つによると従来の研究で明らかにされている。この為、製鋼時に、溶鋼の脱酸方法や2次精錬スラグの巻き込みを防止する方法が幅広く研究され、耐火物のライニングの適正化がはかられ、溶鋼汚染を防止する取り組みがなされて、鋼中酸素量の低減に成果を上げて来た。また、転がり軸受の製造工程で非金属介在物を検出し、制限する方法として、引用文献１に記載された、超音波探傷検査方法がある。

特許第４００６９７２号公報

しかしながら、引用文献１の技術は、転がり軸受に関する発明であるが、自動車用ステアリングシャフト等に使用されている３００ＨＶ以下の中炭素鋼材に関する発明ではない。通常、疲労寿命に対して、転がり軸受の様な高硬度材の場合には、介在物が問題となっている。

それに対して、４００ＨＶ以下の低硬度材の疲労寿命は、組織の状態に関わらず、硬さに比例し、介在物が疲労に大きな影響を及ぼさないといわれている。しかし、稀にではあるが介在物が鋼材表面に表れる場合がある。その場合には低硬度材であっても表面介在物の影響を受けて疲労強度が低下すると推定される。しかし、表面に介在物が表れること自体が稀であるので、表面介在物と疲労強度に対する評価データは少ない。そこで本発明者らは、稀にではあるが介在物が鋼材表面に表れる場合、低硬度材であっても疲労強度が低下すると推定し、その介在物サイズと疲労強度の関係を明らかにした。

本発明は、介在物を制限することによって、捩り疲労寿命に優れたステアリングシャフトを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係るステアリングシャフトの製造方法は、車両のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイールの動きを伝達する為に使用されるステアリングシャフトの製造方法において、前記ステアリングシャフトは、３００ＨＶ以下の硬さであり、その表面に存在する介在物を、超音波探傷検査方法を用いて、長さ０．５ｍｍ以下かつ幅０．０５ｍｍ以下に制限することを特徴とする。

本発明のステアリングシャフトの製造方法は、その表面に存在する介在物を、超音波探傷検査方法を用いて長さ０．５ｍｍ以下かつ幅０．０５ｍｍ以下に制限することによって、介在物を起点とした破壊が起こることを抑制できるので、捩り疲労寿命に優れたステアリングシャフトを提供することが出来る。

ステアリングシャフトの図超音波探傷検査方法の図介在物の長さと幅を表す図介在物の形状（長さと幅）測定結果のグラフ捩り試験片の図介在物の長さと寿命比の図介在物の幅と寿命比の図

本発明に係るステアリングシャフトの製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にて使用した、ステアリングシャフト１である。ステアリングシャフト１は、車両のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイール２の動きを、例えばユニバーサルジョイント３に伝達する為に使用される。また、ステアリングシャフト１の硬さは、３００ＨＶ以下になっている。そして、ステアリングシャフト１の表面に表れる介在物は、超音波探傷検査方法を用いて長さ０．５ｍｍ以下かつ幅０．０５ｍｍ以下に制限される。本発明にて、ステアリングシャフト１表面の介在物を制限する理由は、ステアリングシャフト１の様に、主に捩り強度が必要とされる用途において、表面の介在物が疲労起点となる場合が多い為である。また、介在物を制限する為の超音波探傷検査方法において、ステアリングシャフト１表面の介在物を制限する為には、斜角探傷法を用いることが好ましい。斜角探傷法とは、試験体の探傷面に対して斜めに進行する超音波を用いて探傷する方法のことである。また、本発明のステアリングシャフト１表面の介在物を制限する為、超音波探傷法の周波数は、２ＭＨｚ以上、３０ＭＨｚ以下であることが好ましい。

（実施例）
ステアリングシャフトの表面に存在する介在物を調査するため為、図２に示した様な、超音波探傷検査方法を用いた。超音波探傷検査は、ステアリングシャフトの一部４を矢印の方向に回転させながら、超音波探触子５をステアリングシャフトの軸方向（太い矢印の方向）に移動し、行った。超音波探傷検査において、周波数は、２〜３０ＭＨｚを用い、前記斜角探傷法を用いた。探傷して発見した介在物６の一例を図３に示す。介在物６において、表面上ではつながっていないように見える場合であっても、内部でつながっている場合は、１個の介在物とみなした。その場合、長さＬと幅Ｗは、図３の様になる。このような方法にて、３００本の直径１６ｍｍ×長さ１３５ｍｍの中実のステアリングシャフトの介在物の形状（長さと幅）について測定した結果を、図４に示す。図４に示す通り、介在物は、長さＬが５．２ｍｍ以下であり、幅Ｗが０．１ｍｍ以下であった。

上記調査結果で得た介在物と同等の長さと幅を有する擬似介在物を加工し、捩り疲労試験を行った。擬似介在物は、図５の捩り疲労試験片７の表面に、切削工具にて試験片の一部を削除し空孔とすることにより作成した。疲労試験片寸法は、Ｌ＝１００ｍｍ、ｄ＝１８ｍｍである。捩り疲労試験時に負荷したせん断応力は、１５２ＭＰａである。また、捩り試験片の硬さは、３００ＨＶ以下である。捩り疲労試験では、試験片が破損した時を寿命とした。

図６は、擬似介在物の幅を０．０５ｍｍにし、長さを図６の横軸の様にして、捩り疲労試験した結果である。図７は、擬似介在物の長さを０．５ｍｍにし、幅を図７の横軸の様にして、捩り疲労試験した結果である。図６と図７の縦軸は、寿命比で示した。ここでの寿命比とは、擬似介在物を加工しなかった試験片の寿命を１とした時、擬似介在物を加工した各試験片の寿命を比率で表した値である。

図６、図７より、介在物の長さが０．５ｍｍを超えたり、幅０．０５ｍｍ超えたりすると、捩り疲労寿命比が低下している。よって、硬さが３００ＨＶ以下のステアリングシャフトの表面に存在する介在物を、超音波探傷検査方法を用いて、長さ０．５mm以下かつ幅0．０５mm以下に制限することによって、捩り疲労寿命に優れたステアリングシャフトを製造出来る。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるもので
はない。本発明の主旨を外れない限り、他の実施形態にも適用出来る。

１ステアリングシャフト
２ステアリングホイール
３ユニバーサルジョイント
４ステアリングシャフトの一部
５超音波探触子
６介在物
７捩り疲労試験片

Claims

車両のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイールの動きを伝達する為に使用されるステアリングシャフトの製造方法において、前記ステアリングシャフトは、３００ＨＶ以下の硬さであり、その表面に存在する介在物を、超音波探傷検査方法を用いて、長さ0．５ｍｍ以下かつ幅0．０５ｍｍ以下に制限することを特徴とするステアリングシャフトの製造方法。