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技術 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

出願人 株式会社山田製作所株式会社正田製作所
発明者 篠原栄二石川修
出願日 2008年9月3日 (11年0ヶ月経過) 出願番号 2008-226020
公開日 2010年3月18日 (9年6ヶ月経過) 公開番号 2010-058144
状態 特許登録済
技術分野 鍛造
主要キーワード 円周壁面 正規寸法 スウェージングマシン 略紡錘形 成形箇所 パイプ外周 バリ除去作業 段付き軸
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年3月18日)のものです。
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図面 (11)

課題

管材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を提供する。

解決手段

管材1の軸方向端部で且つ開口部11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すること。次いで該面取部の形成側の開口部11より内歯成形型4を挿入すること。スウェージングマシンにて前記管材1内に内歯形部12を成形すること。

概要

背景

一般に、自動車ステアリング装置におけるステアリングコラムアッパーシャフト成形する方法として、材料となるパイプ絞り加工を施し、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

概要

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を提供する。管材1の軸方向端部で且つ開口部11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すること。次いで該面取部の形成側の開口部11より内歯成形型4を挿入すること。スウェージングマシンにて前記管材1内に内歯形部12を成形すること。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

管材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、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。

請求項2

請求項1において、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、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。

請求項3

請求項1又は2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。

請求項4

請求項1又は2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。

請求項5

請求項1,2,3又は4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。

技術分野

0001

本発明は、管材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。

背景技術

0002

一般に、自動車ステアリング装置におけるステアリングコラム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。

0003

特開2006−218513

発明が解決しようとする課題

0004

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。

0005

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。

0006

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´に切削刃切削方向に沿って生じるものである。

0007

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。

0008

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。

課題を解決するための手段

0009

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、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2の発明を、前述の構成において、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、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。

0010

請求項3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4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5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。

発明の効果

0011

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。

0012

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。

0013

請求項2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。

0014

請求項3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4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5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。

発明を実施するための最良の形態

0015

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。

0016

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。

0017

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〕。

0018

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。

0019

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。

0020

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)。

0021

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〕 。

0022

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。

0023

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〕。

0024

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〕。

0025

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〕。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

図面の簡単な説明

0029

(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

0030

1…管材、12…内歯形部、2…面取部、3…切断代、4…内歯成形型。

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