JP6229885B2 - 伸縮軸の製造方法 - Google Patents
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Description
伸縮軸を製造する際、締め代を有するように雌シャフトの内周を雄シャフトの外周に外嵌してから、雄シャフトを、加工治具で固定された雌シャフトに対して相対的に軸方向に複数回往復摺動させる。その際に生じる摩擦熱で被覆部が塑性変形することによって前記締め代が小さくなるので、雌シャフトと雄シャフトとの間の摺動抵抗を所定の値にすることができる。
伸縮軸の低コスト化および軽量化のためには摺動荷重を低減すればいいのだが、そのために締め代を小さくすると、最悪の場合には雌シャフトと雄シャフトとの隙間が正隙間になってしまい、摩擦熱による被覆部の塑性変形および溶融変形が達成できなくなる。一方、摺動荷重を低減する手段として、設備の移動部位における慣性の影響を少なくするために移動部位の重量を低減することも考えられるが、そのための設備の改造が、設備の耐久強度上の都合等で難しい場合が想定される。
この発明は、製造の際に外軸および内軸の一方を他方に対して摺動させる伸縮軸の低コスト化および軽量化を図ることができる製造方法を提供することを目的とする。
f0=(F0/(4・π2・m・r))1/2
請求項3記載の発明は、前記スプラインに設けられた樹脂被膜は、前記摺動工程による摩擦熱で溶融し、前記スプラインの歯面形状に成形されることを特徴とする、請求項1または2記載の伸縮軸の製造方法である。
ここで、前記所定値は、請求項2記載の発明のように定められてもよい。
図1は、本発明の一実施形態の製造方法により製造された伸縮軸の部分断面側面図である。伸縮軸1は、例えば、ステアリング装置において、ステアリングシャフト(図示せず)とラックアンドピニオン機構のピニオン軸(図示せず)との間に介在するインターミディエイトシャフト(中間軸)として用いられる場合がある。また、伸縮軸1は、衝撃吸収時に収縮するステアリングシャフトとして用いてもよい。
内軸2の外周面2aには、複数のスプライン4が形成され、外軸3の内周面3aには、スプライン4に交互に噛み合う複数のスプライン5が形成されている。スプライン4は雄スプラインであり、スプライン5は雌スプラインである。図1において、両スプライン4,5は模式的に示されている。
図2は、伸縮軸の要部の断面図である。
図2に示すように、内軸2のスプライン4の表面には、樹脂被膜8が当該表面を被覆するように設けられている。樹脂被膜8は、伸縮軸1の一部であり、合成樹脂を用いて形成されている。この合成樹脂として、ポリアミド、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。樹脂被膜8は、内軸2のスプライン4と外軸3のスプライン5との間に介在されることによって、スプライン4とスプライン5との間に生じ得るがたを最小限にし、内軸2と外軸3との摺動抵抗を所定値に維持する。
その後、内軸2および外軸3を図4に示す設備9に取り付ける。
支持フレーム12はベース11から立設されていて、その上端には、第1取付ブラケット16が取り付けられている。第1取付ブラケット16には、内軸2のヨーク6aが固定される。具体的には、ヨーク6aにおいて自在継手6の十字軸(図示せず)が嵌め込まれる挿通孔6bに、第1取付ブラケット16側のピン16aが挿通されることで、内軸2のヨーク6aが第1取付ブラケット16によって軸方向Xに位置決めされる。
設備9において、内軸2に対して摺動する外軸3からの荷重(内軸2に対する外軸3の摺動荷重という)を受ける第1取付ブラケット16には、摺動荷重を検出する荷重センサ22が設けられている。摺動荷重は、内軸2と外軸3との間の摺動抵抗に相当する。
荷重センサ22および位置センサ23の検出信号は、制御装置15に与えられる。制御装置15は、位置センサ23による位置情報並びにこれを微分して得られた速度(内軸2に対する外軸3の摺動速度に相当する)の情報に基づいて、モータ14に制御信号を出力し、外軸3を内軸2に対して目標の摺動速度(厳密には、後述する周波数)で摺動させる。また、制御装置15は、荷重センサ22が検出した摺動荷重が目標値まで低下すると、摺動工程を終了する。
F=m・a=m・ω2・r=m・(2・π・f)2・r …式(1)
ここで、mは、一般的には実際に移動する外軸3の重量であるが、この実施形態では、摺動速度が微低速(たとえば、0.01m/s)であるときの摺動荷重であって、計測等によって予めを求められた定数である。aは、往復移動する外軸3およびスライド部材19の加速度の絶対値であり、ωは、回転盤18の角速度である。rは、外軸3の1回分の往復移動量の半分のストローク(摺動ストローク)であり、回転盤18の回転軌跡の半径でもある。fは、回転盤18の回転についての周波数であり、内軸2に対して外軸3を摺動させるときの摺動速度に応じた周波数(摺動周波数)でもある。πは、円周率である。
f=v/(2π・r) …式(2)
図5(a)を参照して、周波数fが、摺動工程における摺動開始時から目標周波数f1まで急上昇し、摺動工程終了まで目標周波数f1で一定である場合には、図5(b)に示すように、摺動開始時における摺動荷重Fが非常に高くなる。そのため、内軸2とヨーク6aとの接続や、外軸3とヨーク7aとの接続(図1参照)を、高い摺動荷重Fに耐えられるように溶接で行う必要がある。これでは、伸縮軸1の低コスト化および軽量化を図ることが困難である。
f0=(F0/(4・π2・m・r))1/2 …式(3)
摺動工程において、図5(c)に示すように、周波数fを、摺動開始時(摺動開始から所定時間の範囲も含む)は、上記の所定値f0よりも低くすればよい。周波数fを低くするということは、外軸3を摺動させる設備9における移動部位であるスライド部材19の移動加速度aを低くすることに相当し、これにより、摺動開始時では、外軸3を低速で摺動させることでスライド部材19における慣性の影響を少なくし、摺動開始時の摺動荷重F(F0)の絶対値を、図5(d)に示すように、5(kN)未満という低い値まで低減することができる。そのため、外軸3および内軸2では、摺動開始時における摺動荷重F(F0)による負担が小さくなるので、その分、各部位において確保すべき最低限の強度を低くすることができる。これにより、伸縮軸1の低コスト化および軽量化を図ることができる。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
また、前述した摺動工程では、モータ14の駆動力によって内軸2を摺動させたが、たとえば、設備9が油圧シリンダを備えていて当該油圧シリンダの油圧によって内軸2を摺動させてもよい。
Claims (3)
- 内周面にスプラインが形成された中空の外軸と、外周面にスプラインが形成され、前記外軸にスプライン嵌合する内軸と、前記外軸および内軸の少なくともどちらかのスプラインに設けられた樹脂被膜と、を含み軸方向に伸縮可能な伸縮軸の製造方法であって、
前記内軸を前記外軸に圧入する工程と、
前記外軸および内軸のいずれか一方を軸方向に往復移動させることで他方に対して摺動させる摺動工程と、
を含み、
前記摺動工程において、前記一方を前記他方に対して摺動させるときの摺動速度に応じた周波数を、摺動開始時は所定値よりも低くし、前記他方に対する前記一方の摺動荷重が低減すると、前記周波数を連続的または段階的に高くすることを特徴とする、伸縮軸の製造方法。 - 前記所定値をf0とし、前記一方の1回分の往復移動量の半分のストロークをrとし、前記摺動速度が微低速であるときの前記摺動荷重をmとし、摺動開始時の前記摺動荷重をF0としたときに、所定値f0が以下の式で求められることを特徴とする、請求項1記載の伸縮軸の製造方法。
f0=(F0/(4・π2・m・r))1/2 - 前記スプラインに設けられた樹脂被膜は、前記摺動工程による摩擦熱で溶融し、前記スプラインの歯面形状に成形されることを特徴とする、請求項1または2記載の伸縮軸の製造方法。
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