JPH11247835A - 中空ステアリングシャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト製造用工具 - Google Patents
中空ステアリングシャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト製造用工具Info
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- JPH11247835A JPH11247835A JP10051880A JP5188098A JPH11247835A JP H11247835 A JPH11247835 A JP H11247835A JP 10051880 A JP10051880 A JP 10051880A JP 5188098 A JP5188098 A JP 5188098A JP H11247835 A JPH11247835 A JP H11247835A
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Abstract
現する。 【解決手段】 中空円管状の素材25に、絞り部31を
形成する。この絞り部31の内側にパンチを押し込ん
で、この絞り部31の内周面に雌セレーション12を形
成する。比較的薄肉の素材25を使用しても、第二中間
素材27に座屈変形を起こす事なく、上記アウターシャ
フト8aを得られる。
Description
ングシャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャ
フト製造用工具は、自動車用操舵装置を構成する中空ス
テアリングシャフトの改良に関し、安価でしかも品質の
良い中空ステアリングシャフトを実現するものである。
14に示す様に構成している。ステアリングシャフト1
は、下部ブラケット2及び上部ブラケット3により図示
しない車体に支持するステアリングコラム4の内側に、
回転自在に支持している。上記ステアリングシャフト1
の後端部でこのステアリングコラム4の後端開口部から
突出した部分には、図示しないステアリングホイールを
固定する。このステアリングホイールの動きは、上記ス
テアリングシャフト1から、自在継手5、別のステアリ
ングシャフトである中間軸6を介して、図示しないステ
アリングギアに伝達する。
上記ステアリングシャフト1、中間軸6及びステアリン
グコラム2は従来から、衝突時に運転者を保護する事を
目的として、衝撃に基づいて全長を縮める、所謂コラプ
シブル構造としている。図15は、この様な目的で全長
を収縮自在としたステアリングシャフト1aの構造の1
例を示している。このステアリングシャフト1aは、前
半部(図15の左半部)を構成するインナーシャフト7
と後半部(図15の右半部)を構成するアウターシャフ
ト8とを、全長を収縮自在に組み合わせている。尚、図
14に示した操舵装置に組み込んだステアリングシャフ
ト1も、衝撃に基づいて全長を縮める構造ではあるが、
基本構造が本発明の対象となるものとは相違しているの
で、詳しい説明は省略する。又、図15に示した構造
は、インナーシャフト7を前半部に、アウターシャフト
8を後半部に、それぞれ配置しているが、この配置は前
後逆でも良い。従って、以下に述べるインナー、アウタ
ー、前後の記載に就いては、あくまでも図示の例に限る
ものであって、本発明を限定するものではない。
は、中空円管状のインナーシャフト7の後端部と、やは
り中空円管状のアウターシャフト8の前端部とを、回転
力の伝達自在に、且つ軸方向に亙る相対変位自在に結合
して成る。即ち、上記インナーシャフト7の後端部に絞
り加工により設けた小径部9の外周面に雄セレーション
10を形成している。又、上記アウターシャフト8の前
端部にやはり絞り加工により設けた小径部11の内周面
に、雌セレーション12を形成している。そして、これ
ら雄セレーション10と雌セレーション12とを係合さ
せる事により、上記両シャフト7、8同士の間での回転
力の伝達を自在としている。又、これら両シャフト7、
8の一部を押し潰し、断面形状を局部的に楕円形に変形
させる事により、上記雄セレーション10と雌セレーシ
ョン12との軸方向に亙る変位に要する荷重を大きくし
ている。これらの構成により、操舵時等の通常時には、
上記両シャフト7、8同士が軸方向に相対変位する事を
防止する。これに対して、衝突時には、上記両シャフト
7、8同士が軸方向に相対変位する事を許容し、上記ス
テアリングシャフト1aの全長が縮まるようにしてい
る。
成するインナー、アウター両シャフト7、8は、それぞ
れ断面が円形の中空管である素材に絞り加工を施す事に
より造る。先ず、図16に示す様なアウターシャフト8
の後端部には、図示しないステアリングホイールの中央
部に向けたボス部を外嵌する為のスプライン部13と、
このステアリングホイールを抑え付ける為のナットを螺
合させる為の雄ねじ部14とを、絞り加工及びタッピン
グ加工等により形成している。又、この様なアウターシ
ャフト8の前半部は、図17に示す様な素材15に、図
17(A)(B)に示す様な加工を施して、上記雌セレ
ーション12を有する外径側嵌合部16としている。即
ち、上記素材15を図17(A)に示した状態から同図
(B)に示す状態にまで変位させて、上記素材15の前
端部(図17の左端部)を縮径する絞り加工を施しつ
つ、この前端部の内周面に上記雌セレーション12を形
成する。この為、上記素材15の前端部の内側に、外周
面形状を雄セレーション形状とした芯金17を挿入し
て、円周方向に互いに分割した複数個のスウェージング
ダイス18、18により上記素材15の前端部内周面を
上記芯金17の外周面に叩き付ける、ロータリースウェ
ージング加工を施す事により、上記雌セレーション12
を有する上記外径側嵌合部16とする。或は、上記素材
15の前端部に絞り加工を施した後、この前端部の内周
面にブローチ加工を施す事により、上記雌セレーション
12を有する上記外径側嵌合部16とする。
7は、断面が円形の中空管である素材の後半部(図18
の右半部)に絞り加工を施した後、この後半部の内側に
図示しない芯金を挿入した状態でこの後半部にプレス押
し込み加工を施す事により、この後半部を、前記雄セレ
ーション10を有する内径側嵌合部19とする。或は、
この後半部に芯金を挿入した状態で、この後半部に転造
加工を施す事により、上記雄セレーション10を形成す
る。何れにしても、この雄セレーション10を形成した
後、前記自在継手5(図14)を構成するヨーク20
を、上記インナーシャフト7の前端部に、溶接により固
定する。
ト8と、上述の様にして造った上記インナーシャフト7
とは、上記雌セレーション12と上記雄セレーション1
0とを係合させつつ、上記外径側嵌合部16の内側に上
記内径側嵌合部19を挿入し、前述の図15に示す様な
状態に組み合わせる。
アリングシャフト1aを構成するインナーシャフト7及
びアウターシャフト8の場合、設計強度上は板厚をあま
り必要としない為、薄肉化は可能であるが、加工上の問
題から、薄肉化とコスト低減との両立が難しかった。先
ず第一に、図16に示す様なアウターシャフト8を製造
する際に、雌セレーション12を、この雌セレーション
12の長さ分の軸方向寸法を有するパンチを、中空円管
状の素材にプレスにより押し込む事で造ろうとすると、
大きな加工荷重がこの素材の軸方向に加わる。この結
果、この素材が薄肉であると、この加工荷重に耐えられ
ずに座屈変形する等、素材に意図しない変形を生じて、
加工作業を行えなくなってしまう。これに対して、図1
7(A)(B)に示した様に、ロータリースウェージン
グ加工により上記雌セレーション12を形成すれば、薄
肉の上記アウターシャフト8の製造は可能ではある。但
し、このアウターシャフト8の加工時間が長くなるだけ
でなく、ロータリースウェージング加工の為の設備費が
嵩み、上記アウターシャフト8の製造コストが嵩む為、
実用的ではない。
代わりに、上記アウターシャフト8の前半部を絞り加工
により小径にした後、この絞り加工部の内周面にブロー
チ加工により上記雌セレーション12を造る事も考えら
れるが、ブローチツールの寿命が限られて、このブロー
チツールの交換費用が高くなる等、製造コストが嵩む。
又、素材の内側にブローチ加工の為のブローチツールを
挿通する必要上、上記アウターシャフト8の後端部に設
けたスプライン部13及び雄ねじ部14の絞り加工を、
総て上記雌セレーション12の加工よりも後から行なう
必要がある。この様な場合、上記スプライン部13及び
雄ねじ部14を形成する為の絞り加工を、プレス押し込
み加工により行なおうとすると、その加工荷重が先に加
工された雌セレーション12を備えた外径側嵌合部16
の軸方向に加わる。この結果、この外径側嵌合部16
が、上記加工荷重に耐えられずに、上記雌セレーション
12の形状が変形してしまう。この為、上記スプライン
部13及び雄ねじ部14の絞り加工は、軸方向に殆ど加
工荷重が掛からない、ロータリースウェージング加工に
よるしかなくなる。ロータリースウェージング加工がコ
スト的に不利である事は、上述の通りである。
記雌セレーション12を形成する作業をブローチ加工で
行なう為の別の方法として、この雌セレーション12を
ブローチ加工により造った後に、別に製作した後半部と
溶接加工により接合する事も考えられる。但し、この様
な方法を採用した場合でも、ブローチツールのコストが
高く、溶接加工が必要である事等により、やはりアウタ
ーシャフト8全体としてのコストが相当に嵩んでしま
う。
ト8の前端部で雌セレーション12を形成した部分に、
それぞれの端部がこのアウターシャフト8の前端縁に開
口する複数のスリット21、21を形成して、上記前端
部を欠円筒状に形成した構造の場合には、上述の様な問
題がより顕著になる。即ち、上記スリット21、21を
形成した部分は、素材の断面積が小さい為、この様なス
リット21、21を持たない素材に比べて座屈荷重が低
く、比較的低い加工荷重にも耐えられずに座屈変形し易
い。この為、上記スリット21、21を有するアウター
シャフト8の雌セレーション12を、プレスによりパン
チを押し込む事で造ろうとした場合には、上記アウター
シャフト8の前端部が加工荷重に耐えられず座屈変形し
てしまい、加工作業を行なえない。
ト7を製造するのに、素材50(後述する図20参照)
を薄肉の中空円管状とし、この素材50の外周面にセレ
ーション加工を行なう事を考えると、やはりコスト低減
を図りにくい。即ち、上記インナーシャフト7の後半部
外周面の雄セレーション10を、芯金を使用する事な
く、ダイスへの押し込みによるプレス加工により造ろう
とした場合には、上記素材50が薄肉である為に、外周
面に雄セレーション10を構成する歯形を創成する変形
形態よりも、外周面が丸形状のまま縮径する変形形態の
方が積極的に起こる。この為、素材50の内径側に材料
が流れてしまい、セレーション形状の形成ができない。
0に芯金を挿入する事により、加工中の素材50の内径
側に材料が流れる事を防止して、上記雄セレーション1
0をプレスによるダイスへの押し込み加工で造る事は可
能ではある。ところが、この様な方法を採用した場合に
は、上記素材50の内周面と芯金の外周面との間に隙間
のない状態で芯金を挿入しないと、素材50内径側への
材料の流れ防止に対して効果が得られない為、この素材
50の内径精度を厳密に管理する必要がある。又、上記
雄セレーション10の加工作業中、加工部分は中実状態
での加工となる。この為、素材50外径の寸法精度が加
工荷重に与える影響が大きい。即ち、素材50の外径が
大きいと加工荷重が著しく大きくなり、軸方向の加工荷
重が加わる薄肉素材部分が加工荷重に耐えられず、座屈
変形し加工作業ができなくなる。反対に、素材50の外
径が小さいと、セレーション形状の形成が不十分にな
る。この為、素材50の内径精度だけでなく、外径精度
も厳密に規制する必要がある。この様に、素材50の内
外両径の精度を厳密に規制する必要があり、素材50の
材料コストが高くなる。又、上記雄セレーション10を
加工する為の設備の構造も、上記芯金の出し入れが必要
となる分だけ複雑になり、コスト的に高くなる。
示す様に、1対の転造ラック22、22同士の間で素材
50の一部を挟持しつつ転がす、転造加工により造る事
も考えられる。但し、この様な転造加工により上記雄セ
レーション10を形成しようとした場合には、上記素材
50が薄肉である為に、この素材50の外周面に歯形を
創成する変形形態よりも、図20に示す様に、素材50
の断面形状が楕円に変形する変形形態の方が積極的に起
こる。この為、加工中に素材50に割れ等の損傷を生じ
易く、上記雄セレーション10の加工作業を十分に行な
えない。又、上記素材50に芯金を挿入して転造加工に
より造るという事は可能であるが、やはりプレスによる
押し込み加工の場合と同様の理由で素材の内径精度が必
要となる。又、加工部分は中実状態での加工となる為、
素材50外径の寸法精度が加工荷重に与える影響が大き
い。即ち、素材50の外径が大きいと加工荷重が著しく
大きくなり、加工荷重が加わる上記各転造ラック22、
22が変形し、得られる雄セレーション10の形状が不
安定になったり、或はこれら転造ラック22、22の破
損を引き起こす原因となる。反対に、上記素材50の外
径が小さいと、得られる雄セレーション10の形状が不
良になる。この様に、素材50の内外両径の精度を厳密
に規制する必要があり、素材50の材料コストが高くな
る。又、上記雄セレーション10を加工する為の設備の
構造も、上記芯金の出し入れが必要となる分だけ複雑に
なり、コスト的に高くなる。本発明の中空ステアリング
シャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト
製造用工具は、上述の様な不都合を何れも解消すべく考
えたものである。
シャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト
製造用工具のうち、請求項1に記載した中空ステアリン
グシャフトは、前述した従来の中空ステアリングシャフ
トと同様に、中空円管状で軸方向端部の内外両周面のう
ちの何れかの周面にセレーションを形成している。特
に、本発明の中空ステアリングシャフトに於いては、こ
のセレーションは、上記何れかの周面に対応する周面を
円筒状周面とした中空管状の素材と、上記何れかの周面
に対向する周面に上記セレーションに見合う凹凸形状を
有する工具とを、軸方向に亙り互いに相対変位させて、
上記素材のうちで上記何れかの周面に対応する周面部分
を塑性変形させる事により形成したものである。
シャフトの製造方法は、中空円管状で軸方向端部の内外
両周面のうちの何れかの周面にセレーションを形成した
中空ステアリングシャフトの製造方法である。この様な
本発明の中空ステアリングシャフトの製造方法は、上記
何れかの周面に対応する周面を円筒状周面とした中空管
状の素材のうち、上記何れかの周面に対応する周面の直
径を、当該周面に形成すべきセレーションのピッチ円直
径よりも、当該セレーションの刃先円の直径側に僅かに
ずらせた大きさにしておく。そして、上記何れかの周面
に対向する周面に上記セレーションに見合う凹凸形状を
有する工具によりこの何れかの周面に対応する周面を軸
方向に倣い、上記素材のうちでこの何れかの周面に対応
する周面部分を塑性変形させる事により上記セレーショ
ンを形成する。
グシャフト製造用工具は、中空円管状で何れかの周面に
セレーションを形成した中空ステアリングシャフトの製
造時に、中空管状の素材のうちで上記何れかの周面に対
応する円筒状の周面に上記セレーションを、この素材の
一部を塑性変形させる事により形成する為の中空ステア
リングシャフト製造用工具である。この様な本発明の中
空ステアリングシャフト製造用工具は、上記円筒状の周
面と係合する周面に上記セレーションに見合う凹凸形状
を有する。そして、この凹凸形状を構成する、それぞれ
が軸方向に長い突条はそれぞれ、上記セレーションを構
成する溝部を加工すると共に円周方向に隣り合う溝部同
士の間をこのセレーションを構成する山部に加工する導
入部と、この導入部により加工された溝部及び山部の形
状及び寸法を安定させる為のランド部と、このランド部
から離れるに従って緩やかに上記溝部及び山部から離れ
る方向に傾斜した逃げ部とを有する。更に、上記導入部
の形状は、上記ランド部から離れるに従って高さ及び幅
が小さくなる。
シャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト
製造用工具によれば、インナーシャフトの外周面に形成
する雄セレーションも、或はアウターシャフトの内周面
に形成する雌セレーションも、何れも薄肉の素材を使用
して、安価な設備で簡単に造る事ができて、加工コスト
の低減を図れる。又、素材の一部を塑性変形させる事に
より造った中空ステアリングシャフトは、セレーション
部分の硬度が加工硬化により向上している。又、素材に
対して工具を軸方向に移動させる事により、上記セレー
ション部分を形成する為、移動に伴って上記工具の周面
に形成した、良好な形状を有する面が素材に転写され
る。従って、素材の表面の面粗さが向上する。この結
果、得られるセレーションの表面硬度及び表面粗さが何
れも好適になり、耐久強度の高い中空ステアリングシャ
フトを得られる。
の第1例を示している。本発明の中空ステアリングシャ
フトである、アウターシャフト8aは、図1(E)に示
す様に、後端部(図1の右端部)に、図示しないステア
リングホイールを固定する為のテーパ部23とスプライ
ン部13と雄ねじ部14とを、軸方向(図1の左右方
向)中央側から順に、互いに直列に設けている。又、上
記テーパ部23よりも中央寄り部分には、上記アウター
シャフト8aをステアリングコラム4(図14参照)の
内側に回転自在に支持する為の転がり軸受の内輪を外嵌
固定する為の円筒面部24を形成している。又、上記ア
ウターシャフト8aの前端部(図1の左端部)には、イ
ンナーシャフト7aの後半部に形成した内径側嵌合部1
9(図6参照)と嵌合させる、外径側嵌合部16を設け
ている。そして、この外径側嵌合部16の内周面に、雌
セレーション12を形成している。
フトである、インナーシャフト7aは、図6(D)に示
す様に、後半部に上記アウターシャフト8aと嵌合させ
る、内径側嵌合部19を設けている。そして、この内径
側嵌合部19の外周面に、雄セレーション10を形成し
ている。更に、上記インナーシャフト7aの前端部に
は、自在継手5(図14参照)を構成する為のヨーク2
0を、溶接により結合している。
アリングシャフトである、アウターシャフト8a及びイ
ンナーシャフト7aは、図1〜7に示す様にして造る。
先ず、図1(E)に示したアウターシャフト8aの場
合、図1(A)に示す様な中空円管状の素材25を用意
する。そして、第一工程でこの素材25の後端部(図1
の右端部)に、プレス押し込み加工、或はロータリース
ウェージング加工等の縮径加工を施して、図1(B)に
示す様な第一中間素材26を造る。
6の前端部に、やはりプレス押し込み加工等の縮径加工
を施す事により絞り部31を形成し、図1(C)の様な
第二中間素材27とする。上記素材25として、安価
な、あまり寸法精度が良くないものを使用する場合は、
上記第二工程で、次の第三工程で雌セレーション12を
加工する際の基準となる径(下径)となる、上記第二中
間素材27の前端部の内径寸法を精度良く仕上げる必要
がある。そこで、上述の様に安価な素材25を使用する
場合には、図2(A)に示す様に、この素材25の前端
部を絞りダイス28に押し込んでこの前端部を縮径した
後に、この前端部にマンドレル29を押し込む事によ
り、この前端部を、このマンドレル29の外周面と上記
絞りダイス28の内周面との間でしごき、この前端部に
形成した上記絞り部31の内径を所定値に仕上げる。何
れにしても、上記第二工程で造る、上記第二中間素材2
7の前端部に形成した絞り部31の内径r31は、次の第
三工程でこの前端部の内周面に形成する雌セレーション
12のピッチ円直径より僅かに小さく造る。この理由
は、この雌セレーション12を加工する際に、上記第二
中間素材27の前端部に形成した絞り部31が直径方向
外方に広がると共に軸方向に延びる事に伴い、僅かに体
積損失(ボリュームロス)が発生する為、この損失分だ
け、上記前端部に存在する容積を多くしておく為であ
る。
示す様な第二中間素材27を形成したならば、次いで、
第三工程により、この第二中間素材27の前端部内周面
に雌セレーション12を形成して、図1(D)に示す様
な第三中間素材30とする。この様な第三工程では、図
3に示す様に、上記第二中間素材27の前端部に形成し
た絞り部31の内側に、外周面に上記雌セレーション1
2に見合う凹凸形状を有するパンチ32を圧入して上記
絞り部31の内周面部分を塑性変形させる事により、上
記雌セレーション12を有する、上記第三中間素材30
とする。
周面に上記雌セレーション12を形成する為のパンチ3
2の外周面の凹凸形状を構成する複数本の突条のうちの
1本の突条33の形状を、図4に示す。この突条33
は、挿入方向前端部(図3の右端部、図4の左端部)か
ら後端部(図3の左端部、図4の右端部)に向けて、導
入部34とランド部35と逃げ部36とを、互いに直列
に設けている。このうちの導入部34は、上記絞り部3
1の内周面部分に食い込んでこの内周面部分を塑性変形
させ、上記雌セレーション12を構成する山部(断面の
直径方向内方に突出する部分)に加工する為の部分で、
挿入方向後方に隣接するランド部35から離れるに従っ
て、言い換えれば前端に向かう程高さ及び幅が小さくな
る形状を有する。又、上記ランド部35は、上記導入部
34により上記絞り部31の内周面部分を塑性変形させ
る事により形成した、上記雌セレーション溝12を構成
する溝部及び山部の形状及び寸法を安定させる為のもの
で、軸方向に亙って断面積及び断面形状が変化しない。
又、上記逃げ部36は、上記ランド部35と上記絞り部
31の内周面との接触長さが過大になる事を防止すると
共に、この内周面と上記ランド部35の挿入方向後端部
との当接圧が過大になる事を防止する為のもので、この
ランド部35から離れるに従って緩やかに高さ及び幅が
小さくなり、緩やかに上記溝部及び山部から離れる方向
に傾斜している。
のX矢印方向から見た図である。この図5の下側の曲線
aは、図4のa−a線部分での上記突条33の断面形状
を、同じく上側の曲線bは、図4のb−b線部分での上
記突条33の断面形状を、それぞれ表している。上記両
曲線a、bは、上記突条33の両側面部分では平行若し
くは平行に近い事が望ましい。又、この突条33の頂部
である、所謂歯先部分、即ち上記突条33の中央部に位
置して概平坦な、図5に斜格子で示した部分の面積は、
少ない事が望ましい。上記突状33の形状を、この様な
適正形状に精度良く造る事により、前記パンチ32を上
記絞り部31内に押し込んだ際に於ける、この絞り部3
1の内周面部分に於ける材料の流れが良くなる。そし
て、拡径方向及び軸方向の体積損失を最小限で抑え、第
二中間素材27の軸方向に加わる加工荷重も低く抑えら
れる。この結果、前記素材25として薄肉のものを使用
しても、この素材25から造った上記第二中間素材27
を、軸方向に加わる加工荷重により座屈変形させる事な
く、前記雌セレーション12の加工を行なえる。
う前記第三工程時に、好ましくは、図3に示す様に、前
記第二中間素材27の絞り部31を、この絞り部31の
外径d31よりも僅かに大きな内径r37(d31<r37)を
有する拘束ダイス37により拘束して、上記絞り部31
の外径が広がる事を抑える。この様な拘束ダイス37を
使用する事により、この絞り部31が、断面形状が円形
のまま拡管される変形形態を防止して、上記雌セレーシ
ョン12を所望形状に加工できる。但し、前記素材25
として比較的厚肉の中空円管を使用し、上記絞り部31
部分の肉厚も十分に大きい場合には、上記拘束ダイス3
7を使用する事なく、上記パンチ32を上記絞り部31
に押し込む事のみで、所望の雌セレーション12形状を
得る事ができる。
(D)に示す様な外径側嵌合部16を有する第三中間素
材30には、第四工程として、後端部にプレス押し込み
加工、或はロータリースウェージング加工等による縮径
加工を施す。そして、上記後端部に、前記円筒面部2
4、テーパ部23、スプライン部13、雄ねじ部14を
加工する。又、軸方向中央部に、キーロック孔38を、
削り加工等により形成する。これら、図1の(A)〜
(E)に示した、第一〜第四工程を、図1(A)に示し
た素材25に順番に施す事により、安価で精度の良い、
アウターシャフト8aを得られる。
ト7aの製造方法に就いて説明する。尚、このインナー
シャフト7aの場合には、後半部(図6の右半部)に形
成した絞り部39の外周面に雄セレーション10を形成
して内径側嵌合部19とする。この様なインナーシャフ
ト7aを形成するには、先ず、図6(A)に示す様な中
空円管状の素材40を用意する。そして、第一工程でこ
の素材40の後半部に、プレス押し込み加工等で縮径加
工を施す事により、この後半部に上記絞り部39を形成
して、図6(B)に示す様な第一中間素材41とする。
この第一中間素材41の絞り部39の外径d39は、上記
雄セレーション10のピッチ円直径より僅かに大きくす
る。この理由は、前述した雌セレーション12{図1
(D)(E)}を形成する場合と同様に、上記雄セレー
ション10を塑性加工により形成する際に、上記絞り部
39が縮径方向及び軸方向に僅かに変形する事により、
体積損失が発生する為である。
41の絞り部39の外周面に、第二工程で雄セレーショ
ン10を形成する。この第二工程では、図7(A)
(B)に示す様に、上記第一中間素材41の絞り部39
を、内周面に雌セレーション状の凹凸形状を有するダイ
ス42に押し込む事により、上記絞り部39の外周面部
分を塑性変形させて、この外周面部分に上記雄セレーシ
ョン10を形成し、図6(C)に示す様な第二中間素材
43とする。上記ダイス42の内周面に形成した凹凸形
状を構成する複数の突条は、それぞれ図4に示した前記
パンチ32を構成する突条33と同様に、導入部34と
ランド部35と逃げ部36とを有する。但し、直径方向
に関して内外方向が逆である事は勿論である。
状を構成する複数の突条の形状を適正に、精度良く造る
事により、上記ダイス42内に上記絞り部39を押し込
んだ際に於ける、この絞り部39の外周面部分での材料
の流れが良くなり、体積損失を最小限に抑えると共に、
加工荷重も低く抑えられる。この結果、上記第一中間素
材41を構成する前記素材40として、薄肉の中空円管
を使用した場合でも、上記第二工程時に上記第一中間素
材41の軸方向に加わる加工荷重を小さくして、この第
一中間素材41に座屈変形を生じさせる事なく、上記雄
セレーション10を加工できる。
42で加工すると、上記絞り部39が断面円形のまま縮
径する変形形態よりも、この絞り部39の外周面に、上
記ダイス42の内周面の凹凸形状を構成する突条に合わ
せた溝部及び山部を創成する変形形態の方が積極的に起
こる。この為、上記第一中間素材41の絞り部39の内
径側に材料が流れにくく、内径側への材料の流れを抑え
る為のマンドレルを使用しなくても、所望とする雄セレ
ーション10の形状を得られる。
10の加工では、上記ダイス42のみにより、軸方向寸
法が大きい雄セレーション10の加工を行なうと、この
雄セレーション10部分で、軸方向に亙る加工曲りが発
生し易い。そこで、この様な加工曲りを防止する為に、
上記ダイス42の内周面に設けた突条を構成するランド
部の軸方向寸法とほぼ同じ軸方向寸法を有するランド部
を設けた矯正ダイス44、44を、上記ダイス42の送
り出し側に隣接して2個設ける。この様に、加工中の雄
セレーション10部分を上記ダイス42及び矯正ダイス
44、44により、軸方向に離隔した3個所ずつで拘束
する事により、曲りのない雄セレーション10を造れ
る。
状は、上記ダイス42の断面形状と若干異ならせ、この
矯正ダイス44、44が、第一中間素材41の送りに対
して大きな抵抗になる事を防止する事が好ましい。即
ち、上記矯正ダイス44の内周面が、上記ダイス42に
より形成されたばかりの雄セレーション10の表面と、
図8(A)に示す様に、全面に亙り摺接すると、摩擦面
積の増大により、上記第二中間素材41の軸方向に加わ
る矯正荷重が大きくなる。この様な矯正荷重は、上記ダ
イス42による上記雄セレーション10の加工荷重に加
わって上記第二中間素材41に加わる為、この第二中間
素材41が薄肉である場合には、この第二中間素材41
がこれらの荷重に耐えられずに座屈変形してしまい加工
作業ができなくなる。この様な不都合をなくす為に、好
ましくは、図8(B)に示す様に、上記矯正ダイス44
の内周面と上記雄セレーション10との間に隙間を設定
し、この雄セレーションを構成する山部の側面のみを拘
束する。この様に構成すれば、上記各矯正ダイス44、
44の内周面と上記雄セレーション10の外周面との摩
擦面積が小さくなり、上記第一中間素材41の軸方向に
加わる矯正荷重を小さく抑えて、この第一中間素材41
を薄肉の素材により造った場合でも、加工荷重によりこ
の第一中間素材41が座屈変形する事を防止して、良好
な矯正効果を得られる様にできる。この様に、それぞれ
の内周面に適正な凹凸形状を有するダイス42と矯正ダ
イス44、44とを組み合わせる事により、マンドレル
を使う事なく、上記雄セレーション10を精度良く加工
できる。従って、上記第一中間素材41の絞り部39内
径r39の精度を厳密に規制する必要がなく、素材40と
して安価な中空円管を使用できる。
前端部(図6の左端部)には、自在継手5(図14)を
構成するヨーク20を溶接等により結合する事により、
図6(D)に示す様なインナーシャフト7aとして完成
する。
で雌セレーション12を形成した部分に、それぞれの端
部が前端縁に開口する複数のスリット21、21を形成
して、上記前端部を欠円筒状に形成したアウターシャフ
ト8に本発明を適用した場合に就いて、図9〜13によ
り説明する。尚、本例の構造は、ステアリングシャフト
の一種である、前述の図14に示した中間軸6と同様の
中間軸6a(図13)を構成する場合に就いて示してい
る。この様な、前端部にスリット21、21を有するア
ウターシャフト8bも、基本的には、前述の図1に示し
たアウターシャフト8aと同様にして造れる。即ち、先
ず、図9(A)に示す様な中空円管状の素材25を用意
する。そして、第一工程でこの素材25の前半部(図9
の左半部)に、プレス押し込み加工等の縮径加工を施す
事により絞り部46を形成し、図9(B)に示す様な第
一中間素材45とする。この第一中環素材45の絞り部
46の内径r46は、前述の図1に示したアウターシャフ
ト8aの場合と同じ理由により、上記絞り部46の内周
面に形成すべき雌セレーション12のピッチ円直径より
僅かに小さく造る。
の一部で円周方向等間隔位置に、プレスによる打抜き加
工、或は機械加工により、上記スリット21、21を形
成して、図9(C)に示す様な第二中間素材47とす
る。尚、これら各スリット21、21を打ち抜き加工に
より形成する場合には、上記絞り部46の外径側から内
径側に打ち抜きパンチを移動させる。第三工程として、
次いでこの第二中間素材47のうちの上記絞り部46の
内周面部分に、前述の図1に示したアウターシャフト8
aと同様に、外周面に雄セレーション状の凹凸形状を有
するパンチ32を、図10(A)〜(C)に示す様に押
し込む事により、図9(D)(E)に示す様な、上記絞
り部46の内周面に雌セレーション12を有する、アウ
ターシャフト8bとする。
外周面の凹凸形状も、上記アウターシャフト8aを造る
パンチ32と同様のものである。従って、このパンチ3
2の外周面の凹凸形状を適正に、精度良く造る事によ
り、上記絞り部46の内周面部分の材料の流れを良くし
て、体積損失を最小限に抑えると共に、加工荷重も低く
抑える事ができる。従って、上記絞り部46の前半部で
上記各スリット21、21を形成して欠円筒状に形成し
た部分に就いても、軸方向の加工荷重により座屈変形さ
せる事なく、上記雌セレーション12の加工を行なえ
る。尚、上記第三工程時に、上記各スリット21、21
により欠円筒状に形成した部分が直径方向外方に広がる
事を防止する為、前述の図1に示したアウターシャフト
8aを加工する場合と同様に、上記絞り部46を、この
絞り部46の外径よりも僅かに大きな内径を有する拘束
ダイス37により拘束する事が望ましい。上記第二中間
素材47と上記パンチ32とは、この拘束ダイス37内
に、軸方向反対側から押し込み、この拘束ダイス37内
で互いに係合する。これらの作業により、上記各スリッ
ト21、21により円周方向に亙り不連続になった欠円
筒状部分に就いても、内周面に所望形状の雌スプライン
12を加工できる。
の内周面に雌セレーション12を形成する際に、この絞
り部46は直径方向外方に逃げようとするが、上記拘束
ダイス37により拘束されている為逃げる事ができず、
上記絞り部46の内周面に精密な形状を有する上記雌ス
プライン12を形成できる。上記各スリット21、21
をプレスによる打ち抜き加工で形成した場合には、加工
時に生じる残留応力の影響で、上記絞り部46の形状が
多少なりとも歪んでいる。但し、この歪みは、上記雌セ
レーション12を形成する際に於ける、上記パンチ32
の外周面と拘束ダイス37の内周面との間での拘束によ
る高い静水圧効果により、上記雌セレーション12の形
成加工中に矯正される。尚、この雌セレーション12を
形成する際に上記絞り部46は、直径方向外側には逃げ
ないが、軸方向には伸びる傾向になる。この伸びを無理
に抑制しようとすると成形寸法が狂う為、この伸びを許
容できる様に、上記拘束ダイス37を、僅かに軸方向に
移動可能としておく(軸方向にフローティングさせる)
事が望ましい。上記雌セレーション12を形成する為の
荷重は、前記第二中間素材47の後端面を突き当てた押
型49により受けるので、上記拘束ダイス37が軸方向
に動いても差し支えない。
チ32を押し込む事により、この絞り部46の内周面に
上記雌セレーション12を加工すると、加工完了時に於
いてこの絞り部46の形状は、図9(D)に示す様に先
細のテーパ状になる。そこで、この絞り部46の前端部
を拡径する方向に押し広げて、この絞り部46の前半部
の形状及び寸法を矯正する。この様な矯正作業は、この
絞り部46の前半部のスプリングバック量を見込んで広
げ量を設定する事により行なう。この様にして矯正作業
を行なえば、上記絞り部46の前半部の寸法並びに形状
精度を良好にできる。
す様な形状を有するアウターシャフト8bの後端部外周
面には、機械加工により図12に示す様な嵌合部48を
形成し、図13に示す様に、この嵌合部48に自在継手
用のヨーク20を外嵌し、更に溶接により固定する。そ
して、この様なアウターシャフト8bの前半部と、別途
製作したインナーシャフト7の後半部とをセレーション
係合させて、自動車用操舵装置を構成する中間軸6aと
する。尚、本例の構造の様に、アウターシャフト8bの
一部で内周面に雌セレーション12を形成した部分にス
リット21、21を形成した構造の場合には、この雌セ
レーション12とインナーシャフト7の雄セレーション
10とは、殆ど隙間がない状態で組立て、且つ軸方向に
は相互に摺動できる程度に、上記アウターシャフト8b
側にばね力を付与する。この様なばね力は、上記各スリ
ット21、21の間に存在する部分のばね効果を利用し
て得る。従って、上記絞り部46の前端部で丁度良い締
め付け力を得られる様に、上記各スリット21、21の
幅や数を選定する。
車輪から伝わる振動を、上記雌セレーション12と雄セ
レーション10との嵌合部での微小な軸方向の動きによ
り吸収し、上記振動がステアリングホイールにまで伝わ
る事を防止できる。又、自動車の衝突時に収縮して、運
転者を保護する。
に示す様な中間軸6aを本発明の方法により造れば、良
質でしかも安価な中間軸6aを得られる。即ち、従来の
場合、図13に示す様な中間軸6aを造る場合には、図
11(A)に示す様に、「素材端部への絞り加工」→
「絞り部の内周面に雌セレーションを形成する為のブロ
ーチ加工」→「絞り部の内周面にスリットを形成する為
の切削加工」→「切削加工によりスリットの端縁に形成
したバリを除去するバリ取り」→「雌セレーション部分
の硬度を高くし、この雌セレーションの摩耗を抑える為
の浸炭窒化焼入れ」→「得られた形状の寸法精度及び形
状精度を確保する為の矯正」と言う工程を順次行なう必
要がある。
(B)に示す様に、「素材端部への絞り加工」→「絞り
部にスリットを形成する為のプレス加工」→「絞り部の
内周面に雌セレーションを形成する為のプレス」→「得
られた形状の寸法精度及び形状精度を確保する為の矯
正」と言う工程を順次行なうのみで良い。即ち、スリッ
ト21、21を、プレス加工により形成し、しかも雌セ
レーション12の加工前にスリット21、21を加工す
る為、この雌セレーション12の加工後に於いて上記絞
り部46の内周面には、除去すべきバリは殆ど存在しな
い。従って、従来方法の様なバリ取り工程は不要にな
る。又、上記雌セレーション12を、上記絞り部46に
ダイス32をプレスで押し込む事により成形するので、
この雌セレーション12の表面の面精度が向上し、雄セ
レーション10との摺動時の耐久寿命が向上する。又、
上記雌セレーション12(前述したインナーシャフト7
aの端部外周面に形成する雄セレーション10の場合も
同様)を塑性加工により造る為、この雌セレーション1
2の表面硬度が加工硬化により高くなり、浸炭焼き入れ
等の特別な効果処理を施さなくても、十分な耐摩耗性を
得られ、耐久寿命の確保を図れる。
の様な自動化しにくい工程が不要になって生産し易い。 切削工程が無いので、加工時間が短くて済む。 ダイスをプレスにより押し込む事で雌セレーション
を成形するので、セレーション面の面精度が向上するだ
けでなく、表面硬度が高くなるので、耐久寿命が向上す
る。 塑性加工により雌セレーションを形成する為、材料
のロスが少なく、軽量化が可能となり、しかも歩留りも
向上する。 ダイスをプレスにより押し込む事で雌セレーション
を成形するので、金型であるダイスの摩耗が少なく、こ
の雌セレーションの寸法が殆ど変化せず、安定した製品
品質が得られる。 雌セレーションを成形する以前にスリットを抜き加
工する為、これら雌セレーション及びスリットを加工し
た後に、バリが殆ど残留せず、バリ取りが不要となる。
又、スリットの加工工程で素材が多少変形しても、雌セ
レーションを成形する際に、この素材をダイスに入れて
拘束する為、この素材の変形が矯正され精度の高い製品
を得られる。と言った、効果を得られる。
った実験に就いて説明する。実験は、インナーシャフト
7a及びアウターシャフト8aの材質、寸法等を、次の
様にした。 アウターシャフト8a インナーシャフト7a 材質 STKM15A STKM12B 外径 φ31.8mm φ28mm 板厚 2.6mm 2.25mm 長さ 237mm 250mm この様なアウターシャフト8a、インナーシャフト7a
を、それぞれ上記の様なパイプ素材を用いて造った。
又、セレーション形状は、次の様な形状を目標形状とし
た。 雌セレーション12 雄セレーション10 モジュール 0.5 0.5 歯数 38 38 圧力角 45° 45° P.C.D. 19mm 19mm B.P.D. 17.424mm O.P.D. 20.579mm ピン径 1.000mm 1.000mm 大径 19.7mm 19.5mm 小径 18.7mm 18.6mm 上記アウターシャフト8aの内周面及びインナーシャフ
ト6aの外周面に、それぞれ上記の様なセレーション形
状を目標にして、上記アウターシャフト8aに就いて
は、絞り部31の内径r31{図1(C)}を18.9m
m、同じく外径d31を24.6mm、拘束ダイス37の内
径r37{図3(A)}を24.8mmとして実験を行なっ
たところ、約24〜26KN程度の、素材の座屈荷重よ
りも低い加工荷重により、上記雌セレーション12を加
工できた。又、上記インナーシャフト7aに就いても、
絞り部39の外径d39{図6(B)}を19.1mmとし
て実験を行なったところ、約26〜30KN程度の、や
はり素材の座屈荷重より低い加工荷重により、上記雄セ
レーション10を加工できた。この様にして得られたア
ウターシャフト8aの雌セレーション12とインナーシ
ャフト7aの雄セレーション10とを嵌合させ、嵌合部
の外径を局部的に押し潰す事により、図15に示す様な
ステアリングシャフトを組み立て、ねじり破壊強度、ね
じり耐久強度等の製品として要求される各種試験を行な
ったところ、良好な結果を得られた。
ト8bの端部にスリット21、21を有する中間軸6a
に本発明を実施した場合に関して行なった実験に就いて
説明する。上記アウターシャフト8bを、材質STKM
12B、外径寸法がφ25.4mm、肉厚が3.1mmであ
る中空円管状の素材から造った。上記アウターチューブ
8bの内周面に形成する雌セレーション12のセレーシ
ョンモジュールは0.5、歯数は36枚、雌セレーショ
ン12の大径は18.7mm、雌セレーションの長さは7
0mm、上記各スリット21、21の円周方向に亙る幅は
5mm、これら各スリット21、21の長さは40mmとし
た。
を造り、最後に矯正を行なった結果、上記雌セレーショ
ン12のオーバーピン径のばらつきを、先端部(スリッ
ト21、21の開放部)で0.2mm内に抑える事ができ
た(スリット21、21の無い場所のばらつきは0.0
2mm以内)。この製品を用いて耐久試験を行なった結果
(30万回の摺動耐久結果)、摺動抵抗は5〜15N
(規格70N以下)でディスク試験前と試験後の変化は
なく、又セレーション部の摩耗は0.04mm以下と非常
に小さく、大変良好な結果であった。
の製造方法及び中空ステアリングシャフト製造用工具
は、以上に述べた通り構成され実施される為、品質の良
いステアリングシャフトを安価に得る事ができる。又、
上述の様な製造方法により造られた中空ステアリングシ
ャフトは、セレーション部分の加工をプレスによる押し
込み成形で造られている為、加工硬化による硬さの向上
があり、しかも軸方向に金型が移動する方法で成形され
る為移動の際金型の良好な面が素材に転写され、素材の
表面の面粗さが向上し、耐久強度の高い製品を得られ
る。
程順に示す部分切断側面図。
る状態を示す断面図。
ションを形成する状態を示す断面図。
成する歯の形状を示す部分拡大斜視図。
矢視図。
程順に示す部分切断側面図。
ションを形成する状態を示す断面図。
との係合状態の2例を示す拡大断面図。
シャフトに適用する場合を工程順に示す断面図及び端面
図。
ンを形成する状態を工程順に示す断面図。
を形成したアウターシャフトの断面図。
ナーシャフトとを組み合わせた中間軸の断面図。
ング装置の1例を示す部分縦断側面図。
み合わせたステアリングシャフトの部分切断側面図及び
断面図。
例を示す部分切断側面図。
を示す部分切断側面図。
を示す側面図。
例を示す部分切断側面図及び断面図。
態を示す断面図。
Claims (6)
- 【請求項1】 中空円管状で軸方向端部の内外両周面の
うちの何れかの周面にセレーションを形成した中空ステ
アリングシャフトに於いて、このセレーションは、上記
何れかの周面に対応する周面を円筒状周面とした中空管
状の素材と、上記何れかの周面に対向する周面に上記セ
レーションに見合う凹凸形状を有する工具とを、軸方向
に亙り互いに相対変位させて、上記素材のうちで上記何
れかの周面に対応する周面部分を塑性変形させる事によ
り形成したものである事を特徴とする中空ステアリング
シャフト。 - 【請求項2】 セレーションを形成した部分が他の部分
よりも外径が小さい絞り部であり、この絞り部の一部
に、それぞれの端部が中空ステアリングシャフトの軸方
向端縁に開口する複数のスリットを形成している、請求
項1に記載した中空ステアリングシャフト。 - 【請求項3】 中空円管状で軸方向端部の内外両周面の
うちの何れかの周面にセレーションを形成した中空ステ
アリングシャフトの製造方法であって、上記何れかの周
面に対応する周面を円筒状周面とした中空管状の素材の
うち、上記何れかの周面に対応する周面の直径を、当該
周面に形成すべきセレーションのピッチ円直径よりも、
当該セレーションの刃先円の直径側に僅かにずらせた大
きさにしておき、上記何れかの周面に対向する周面に上
記セレーションに見合う凹凸形状を有する工具によりこ
の何れかの周面に対応する周面を軸方向に倣い、上記素
材のうちでこの何れかの周面に対応する周面部分を塑性
変形させる事により上記セレーションを形成する、中空
ステアリングシャフトの製造方法。 - 【請求項4】 何れかの周面が内周面であり、工具は外
周面に凹凸形状を有するダイスであり、素材の本体部分
の内径がこのダイスの外径よりも大きく、この素材の端
部でセレーションを形成すべき部分に上記ダイスを押し
込むのに先立って絞り加工を施す事により、このセレー
ションを形成すべき部分の内径をこのセレーションのピ
ッチ円直径よりも僅かに小さくしてから上記セレーショ
ンを形成すべき部分に、それぞれの端部が中空ステアリ
ングシャフトの軸方向端縁に開口する複数のスリットを
形成した後、上記ダイスを上記素材の端部でセレーショ
ンを形成すべき部分に押し込む、請求項3に記載した中
空ステアリングシャフトの製造方法。 - 【請求項5】 何れかの周面が内周面であり、工具は外
周面に凹凸形状を有するダイスであり、素材のうちでこ
の何れかの周面を有する部分は、この部分の外径よりも
僅かに大きな内径を有する抑え治具の内周面に対向させ
て、上記素材の内側に上記ダイスを挿入した際に外径が
広がる事を制限する、請求項3〜4の何れかに記載した
中空ステアリングシャフトの製造方法。 - 【請求項6】 中空円管状で何れかの周面にセレーショ
ンを形成した中空ステアリングシャフトの製造時に、中
空管状の素材のうちで上記何れかの周面に対応する円筒
状の周面に上記セレーションを、この素材の一部を塑性
変形させる事により形成する為の中空ステアリングシャ
フト製造用工具であって、上記円筒状の周面と係合する
周面に上記セレーションに見合う凹凸形状を有し、この
凹凸形状を構成する、それぞれが軸方向に長い突条はそ
れぞれ、上記セレーションを構成する溝部を加工すると
共に円周方向に隣り合う溝部同士の間をこのセレーショ
ンを構成する山部に加工する導入部と、この導入部によ
り加工された溝部及び山部の形状及び寸法を安定させる
為のランド部と、このランド部から離れるに従って緩や
かに上記溝部及び山部から離れる方向に傾斜した逃げ部
とを有し、上記導入部の形状は、上記ランド部から離れ
るに従って高さ及び幅が小さくなるものである中空ステ
アリングシャフト製造用工具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10051880A JPH11247835A (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 中空ステアリングシャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト製造用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10051880A JPH11247835A (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 中空ステアリングシャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト製造用工具 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11247835A true JPH11247835A (ja) | 1999-09-14 |
Family
ID=12899204
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP10051880A Pending JPH11247835A (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 中空ステアリングシャフトとその製造方法及び中空ステアリングシャフト製造用工具 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11247835A (ja) |
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