JP5097757B2 - パイプのプレス成形方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、たとえば自動車のステアリングシャフトを構成するアッパシャフトなどを製造するのに好適なパイプのプレス成形方法及び装置に関する。

前記例のステアリングシャフトは上端にステアリングホイールを取り付けるものであり、万が一の衝突時に運転者の体の安全を図るために、衝突エネルギーを吸収できるようにすることが行われている。このための構成の一例として、ステアリングホイールが取り付けられるアッパシャフトと、このアッパシャフトの下側に相対回転不可に接続されるロアシャフトの接続部分にスプラインを形成するものがある。すなわち、アッパシャフトの下端部の内周面にスプラインが形成され、ロアシャフトとの間で長手方向にスライド可能にする構造である。この構造により、衝突時にステアリングホイールが運転者を強打するようなことを阻止することができる。

そのためには、アッパシャフトの一部分の内周面に前記スプラインを形成しなければならないが、スプラインを形成するための方法として下記特許文献１に記載の方法を提案した。

この方法は、スプラインを形成すべき部位に芯型を入れた状態で、パイプの外周面に分割された金型を当てて、叩きながら冷間鍛造するものである。

特開２００６−２１８５１３号公報 しかし、加工は順に叩きながら行うので、１本のパイプを加工するのに時間がかかり、能率がよくない。また、装置が複雑であるため設備費がかかるという難点もあった。

そこで、この発明は、加工時間の短縮と設備費の低減を可能にすることを主たる課題とする。

そのための手段は、パイプの長手方向における少なくとも一端側に他の部分よりも小径となる絞り部を有するとともに、該絞り部の内周面にスプラインを備えるパイプのプレス成形方法であって、可動絞り型を前記パイプの長手方向に移動させて前記絞り部をプレス成形するプレス成形工程を、複数備えた前記可動絞り型のそれぞれにより、複数段階に亘って行い、各段階の前記プレス工程の間に、次の段階のプレス成形工程で用いる可動絞り型を次の段階のプレス成形工程が行えるようパンチに対応する位置に移動させながら、各段階の前記プレス成形工程を、前記絞り部が徐々に所望の径となるよう順に行い、前記可動絞り型で前記パイプを拘束した状態のまま前記絞り部にパンチを圧入して、該パンチの先端部に形成された加工刃で前記スプラインを形成し、圧入したパンチを真っ直ぐに引き抜くスプライン形成工程を、複数段階に亘って行うプレス成形工程のうち、最終段階のプレス成形工程時に、複数の前記可動絞り型のうち最終段階の可動絞り型でパイプを拘束した状態のまま行い、複数段階に亘って行う前記プレス成形工程、及び、スプライン形成工程を、パイプの長手方向の他端側に対応する形状の固定型によってパイプの長手方向の他端側を保持した状態で行うパイプのプレス成形方法である。

また、パイプの長手方向における少なくとも一端側に他の部分よりも小径となる絞り部を有するとともに、該絞り部の内周面にスプラインを備えるパイプのプレス成形装置であって、前記絞り部をプレス成形すべくパイプの長手方向に移動する可動絞り型が設けられるとともに、該可動絞り型の中央には、該可動絞り型の移動方向に貫通する貫通孔が形成され、該貫通孔の中を前記可動絞り型とは別に移動するパンチが備えられ、前記可動絞り型が前記絞り部をプレス成形してパイプを拘束した状態のときに移動する該パンチにおける先端部には、プレス成形された前記絞り部の内周面に圧入して前記スプラインを形成する加工刃が設けられ、前記可動絞り型が、複数段階でプレス成形するように内周成形面の形状に応じて複数備えられるとともに、これら複数の前記可動絞り型を前記絞り部が所望の径となる順にパンチに対応する位置に移動させる移動手段が設けられ、長手方向における他端側を保持可能に、該他端側に対応する形状の固定型を備えたパイプのプレス成形装置である。

スプラインは、可動絞り型によるプレス成形と同期して、パンチの圧入によって一度に行われる。また、パンチの圧入と引き抜き時には、可動絞り型がパイプを拘束して、パイプの外周面の塑性変形を阻止し、所望のスプラインの成形を確実に実行させる。

以上のように、この発明によれば、絞りのためのプレス成形と同期して一度の動作でスプラインを形成するので、加工時間の短縮を図ることができる。また、可動絞り型と、この可動絞り型の中を通るパンチを用いる構造であるので、装置全体の構造を簡素化でき、設備費の低減が可能である。

プレス成形装置の正面図。 ステアリングシャフトの一部破断正面図。 アッパシャフトの製造工程を示す説明図。 プレス成形装置の要部を示す断面図。 昇降板の底面図とステージの平面図。 パンチの正面図。 接続部及びスプラインの形成工程の加工前を示す断面図。 接続部及びスプラインの形成工程の第１段階目のプレス成形状態を示す断面図。 接続部及びスプラインの形成工程の第２段階目のプレス成形状態を示す断面図。 接続部及びスプラインの形成工程のスプライン形成状態を示す断面図。 接続部及びスプラインの形成工程のスプライン形成後のパンチを引き抜いた状態を示す断面図。 接続部及びスプラインの形成工程の加工後を示す断面図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、プレス成形装置１１を示し、このプレス成形装置１１では、塑性金属製のパイプ１２にプレス成形をして、各種の製品・中間製品を得る。その一例をあげると、たとえば、図２に示したような自動車のステアリングシャフト７１を構成するアッパシャフト７２の中間製品がある。

アッパシャフト７２は周知の構成であり、長手方向の一端部（図２上、うえ側）にステアリングホイール（図示せず）を取り付けるステアリングホイール取り付け部７３を有し、長手方向の他端部（図２上、した側）に、ステアリングシャフト７１を構成するロアシャフト７４を接続する接続部７５を有する。

これらステアリングホイール取り付け部７３と接続部７５は、パイプ１２の該当部位を絞って細くすることによって形成される。また、接続部７５の内周面には、雌スプライン７５ａが形成されている。

この雌スプライン７５ａは、前記ロアシャフト７４の先端部に設けられた雄スプライン７４ａが嵌合することで、両者の相対回転を阻止した状態で長手方向にスライド可能にするためである。このようなスライドが衝突時に起こることによって、運転者がステアリングホイールに体を強打する不都合を回避できる。

図２中、７３ａはねじ部、７３ｂはセレーション部、７３ｃはテーパ部、７３ｄは環状凹溝、７６は大径部、７６ａはキーロック用の長孔、７７は逆テーパ部である。

このようなアッパシャフト７２は、図３に示したような工程を経て製造される。製造工程は大きく、１次加工と２次加工に分けられ、１次加工は、パイプ１２の一端部１２ａに前記ステアリングホイール取り付け部７３を成形する前の中間形状１３に成形する前工程と、パイプ１２の他端部１２ｂに前記接続部７５と前記雌スプライン７５ａを形成する接続部及びスプライン形成工程に分けることができる。前記プレス成形装置１１では、接続部及びスプライン形成工程を行い、その後の２次加工で、前記ねじ部７３ａ、セレーション部７３ｂ、環状凹溝７３ｄ、長孔７６ａが形成される。

接続部及びスプライン形成工程は、前記接続部７５を、パイプ６２の長手方向に移動する可動絞り型２１でプレス成形するとともに、このプレス成形時に、前記可動絞り型２１でパイプ１２を拘束した状態のまま前記接続部７５にパンチ３１を圧入して、該パンチ３１の先端部に形成された加工刃３２で前記雌スプライン７５ａを形成し、圧入した前記パンチ３１を真っ直ぐに引き抜くという処理をする。前記パイプ２１の径と接続部７５の径の大きさの違いから、具体的には、前記接続部７５を、２個の可動絞り型２１ａ，２１ｂを用いて２段階でプレス成形するとともに、これら２段階のプレス成形における最終のプレス成形時に、前記可動絞り型のうち最終段階の可動絞り型２１ｂでパイプ１２を拘束した状態のまま前記パンチ３１を圧入する。

前記プレス成形装置１１について説明すると、プレス成形装置１１は、ステージ４１と、このステージ４１に対して昇降する昇降板５１を備える。前記ステージ４１の中央には、図４、図５（ｂ）に示したように金型壺４２が設けられ、金型壺４２の内部には、一端部が前記中間形状１３（図３参照）に形成されたパイプ１２に対応する形の固定型４３が収納されている。

前記昇降板５１は、ステージ４１上にガイドロッド５２で支えられ、上方に設けられた第１シリンダ５３で所定ストローク上下動するように設けられている。

そして、前記ステージ４１と対向する昇降板５１の下面には、スライド板５４が前後方向にスライド可能に保持され、スライド板５４の下面には、前後方向に並ぶ前記２個の可動絞り型２１ａ，２１ｂが保持されている。これら可動絞り型２１ａ，２１ｂは、前記接続部７５の成形を２段階で行うために、成形面たる内周面の形状・大きさが相違する。

前記スライド板５４は、昇降板５１の後方に保持されたスライド用シリンダ５５の駆動によってガイドレール５６に沿って前後方向に移動するもので、移動範囲は、スライド用シリンダ５５のピストンロッド５５ａを引いたときに一方の可動絞り型２１ａ（第１段階目の可動絞り型）が昇降板５１の中央に位置し、ピストンロッド５５ａを押し出したときに他方の可動絞り型２１ｂ（第２段階目の可動絞り型）が昇降板５１の中央に位置するように（図４参照）設定される。移動範囲の前端と後端にはストッパ５７，５８が設けられ、移動範囲が規制される（図５（ａ）参照）。

可動絞り型２１は、図４に示したように、中央に貫通孔２２を有する筒状で、貫通孔２２の上端部には、上側ほど外周方向に広がる第１シート部２３が形成されている。また、スライド板５４における前記貫通孔２２対応位置にも前記第１シート部２３の上端の径と同一の透孔５４ａが形成されている。そして、昇降板５１の中央には、前記透孔５４ａに連通する連通孔５９が形成されている。連通孔５９は、下端部が前記透孔５４ａと同径の筒状孔部５９ａと、上側ほど外周方向に広がる第２シート部５９ｂと、第２シート部５９ｂの上端と同径の筒状孔部５９ｃを下から順に有する。

この連通孔５９には、前記パンチ３１の先端側部分が収まる。パンチ３１は、前述のように前記雌スプライン７５ａを形成するため、昇降板５１の上下動とは別に上下動するもので、昇降板５１の上面に設けられた門型の支持部６０を介して昇降板５１と非接触に備えられる。すなわち、支持部６０の上面に第２シリンダ６１が設けられ、この第２シリンダ６１のピストンロッドの先端部の取り付け部材３３に前記パンチ３１の上端部が固定される。

前記取り付け部材３３は、前記透孔５４ａと連通孔５９に進入可能な形状に形成され、連通孔５９の第２シート部５９ｂに面接触しないように当たるように、第２シート部５９ｂの傾斜角度とは異なる角度に形成された当接部３３ａを有する。

前記パンチ３１は、図６に示したように、丸棒状をなす軸部３１ａの上端部には、取り付け部材３３の下端部と同径の円柱部３１ｂと、この円柱部３１ｂの下の漏斗状をなす当接部３１ｃが形成されている。この当接部３１ｃは、前記第１シート部２３にあたる部分で、前記第１シート部２３の傾斜角度とは異なる角度に形成されている。前記軸部３１ａの下端部には、前記可動絞り型２１によるプレス成形で形成された接続部７５の内周面に圧入することによって前記雌スプライン７５ａを形成する前記加工刃３２を有する。

このような形状のパンチ３１は、雌スプライン７５ａを真っ直ぐに形成し、またパイプ１２からの引き抜きが可能であるようにするため、昇降時に水平に回転しないように回り止めをする必要がある。そのため図１、図４に示したように、回り止め手段３４を備える。この回り止め手段３４は、前記取り付け部材３３から鉛直上向きに立てた回り止め軸３５と、この回り止め軸３５を上下方向に摺動可能に保持すべく前記支持部６０等に設けた挿通孔部３６で構成される。

なお、第１シリンダ５３、第２シリンダ６１、スライド用シリンダ５５は、図示しない制御盤で駆動パターンが制御される。

このように構成されたプレス成形装置１１で、前記接続部及びスプライン形成工程のプレス成形を行うには、次のように行う。

まず、図７に示したように昇降板５１を上昇位置に位置させた状態で、下端部に前記中間形状１３が形成されたパイプ１２を金型壺４２内の固定型４３内に投入し保持する。続いて、第１シリンダ５３を駆動して昇降板５１を降下する。このとき、昇降板５１の可動絞り型２１については、第１段階目の絞りプレスに用いる可動絞り型２１ａを昇降板５１の中央に位置させておく。昇降板５１が降下すると、固定型４３との間で、パイプ１２の他端部１２ｂ（図８上、うえ側）が、可動絞り型２１ａの形に応じてプレス成形される。

この後、昇降板５１を上昇させてパイプ１２を解放する一方で、第２段階の絞りプレスが行えるように可動絞り型２１を移動する。すなわち、第２段階目の絞りプレスに用いて可動絞り型２１ｂを昇降板５１の中央に位置させる。そして再び、昇降板５１を降下すると図９に示したように、第２段階目の絞りプレスがなされる。これによって、所望形状の接続部７５が形成できる。

つづいて、この第２段階目の可動絞り型２１ｂが降下しており、パイプ１２を拘束した状態のまま、第２シリンダ６１を駆動して、図１０に示したように、パンチ３１を降下させ、プレス成形済みの接続部７５の内周面にパンチ３１の加工刃３２を圧入する。この圧入は、接続部７５を突き抜けるように行う。このとき、前記回り止め手段３４によってパンチ３１は真っ直ぐに接続部７５の内周に押し込まれ、パイプ２１の長手方向に真っ直ぐに伸びる雌スプライン７５ａが形成される。

この後は、第２シリンダ６１を駆動して、図１１に示したようにパンチ３１をパイプ１２から引き抜く。回り止め手段３４があるので、パンチ３１の引き抜きは、雌スプライン７５ａを損傷することなく正しく行える。

最後に、第１シリンダ５３を駆動して昇降板５１を上昇させると、中間製品としてのパイプ１２は解放され、図１２に示したように金型壺４２から取り出せる。

なお、接続部７５の成形を一回のプレス成形で行うもよく、その場合には、可動絞り型２１による１段階目のプレス成形時に第２シリンダ６１を駆動してパンチ５３を降下するように制御盤で駆動パターンを変更するだけでよい。

以上のように、雌スプライン７５ａは、可動絞り型２１によるプレス成形が終了後、可動絞り型２１がパイプ１２を拘束している間に形成されるので、換言すればプレス成形と同期して形成されるので、別の型などを用いて雌スプラインを形成する場合に比して、作業は容易で時間も短縮できる。しかも、雌スプライン７５ａはパンチ３１の圧入によって一度で形成されるので、加工処理は迅速である。スプラインを立てる塑性変形も容易である。

また、プレス成形装置１１は、ステージ４１に対して昇降する昇降板５１と、この昇降板５１に取り付けられて昇降するパンチ３１で構成できるので、装置全体の構造を簡素にでき、設備費の低減が可能である。

この発明の構成と、前記一形態の構成との対応において、
この発明の、絞り部は、前記接続部７５に対応し、
以下同様に、
スプラインは、雌スプライン７５ａに対応し、
移動手段は、スライド用シリンダ５５に対応するも、
この発明は前記の一形態の構成に限定されることはなく、その他の形態を採用することもできる。

１１…プレス成形装置
１２…パイプ
２１，２１ａ，２１ｂ…可動絞り型
２２…貫通孔
３１…パンチ
３２…加工刃
５５…スライド用シリンダ
７５…接続部
７５ａ…雌スプライン

Claims (2)

1. パイプの長手方向における少なくとも一端側に他の部分よりも小径となる絞り部を有するとともに、該絞り部の内周面にスプラインを備えるパイプのプレス成形方法であって、
   可動絞り型を前記パイプの長手方向に移動させて前記絞り部をプレス成形するプレス成形工程を、複数備えた前記可動絞り型のそれぞれにより、複数段階に亘って行い、
   各段階の前記プレス工程の間に、次の段階のプレス成形工程で用いる可動絞り型を次の段階のプレス成形工程が行えるようパンチに対応する位置に移動させながら、各段階の前記プレス成形工程を、前記絞り部が徐々に所望の径となるよう順に行い、
   前記可動絞り型で前記パイプを拘束した状態のまま前記絞り部にパンチを圧入して、該パンチの先端部に形成された加工刃で前記スプラインを形成し、圧入したパンチを真っ直ぐに引き抜くスプライン形成工程を、複数段階に亘って行うプレス成形工程のうち、最終段階のプレス成形工程時に、複数の前記可動絞り型のうち最終段階の可動絞り型でパイプを拘束した状態のまま行い、
   複数段階に亘って行う前記プレス成形工程、及び、スプライン形成工程を、
   パイプの長手方向の他端側に対応する形状の固定型によってパイプの長手方向の他端側を保持した状態で行う
   パイプのプレス成形方法。
2. パイプの長手方向における少なくとも一端側に他の部分よりも小径となる絞り部を有するとともに、該絞り部の内周面にスプラインを備えるパイプのプレス成形装置であって、
   前記絞り部をプレス成形すべくパイプの長手方向に移動する可動絞り型が設けられるとともに、
   該可動絞り型の中央には、該可動絞り型の移動方向に貫通する貫通孔が形成され、
   該貫通孔の中を前記可動絞り型とは別に移動するパンチが備えられ、
   前記可動絞り型が前記絞り部をプレス成形してパイプを拘束した状態のときに移動する該パンチにおける先端部には、プレス成形された前記絞り部の内周面に圧入して前記スプラインを形成する加工刃が設けられ、
   前記可動絞り型が、複数段階でプレス成形するように内周成形面の形状に応じて複数備えられるとともに、
   これら複数の前記可動絞り型を前記絞り部が所望の径となる順にパンチに対応する位置に移動させる移動手段が設けられ、
   長手方向における他端側を保持可能に、該他端側に対応する形状の固定型を備えた
   パイプのプレス成形装置。

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