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技術 パイプのプレス成形方法及び装置

出願人 株式会社三星製作所
発明者 田中茂
出願日 2009年9月30日 (11年3ヶ月経過) 出願番号 2009-226992
公開日 2011年4月14日 (9年8ヶ月経過) 公開番号 2011-073041
状態 特許登録済
技術分野 かしめ結合と拡管装置及び管端の縮径・拡径 特定物品の製造 鍛造 特定物品の製造
主要キーワード 回り止め軸 筒状孔 スライド用シリンダ 塑性金属 中間形状 絞りプレス スプライン形成 相対回転不可
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(2011年4月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

課題

パイプ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、該絞り部の内周面スプラインを備えるパイプのプレス成形が、短い加工時間で、低コストでできるようにする。

解決手段

前記絞り部としての接続部75を、パイプ12の長手方向に移動する可動絞り型21,21bでプレス成形するとともに、前記プレス成形時に、前記可動絞り型21,21b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パイプのプレス成形方法

概要

背景

前記例のステアリングシャフト上端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。

概要

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が、短い加工時間で、低コストでできるようにする。前記絞り部としての接続部75を、パイプ12の長手方向に移動する可動絞り型21,21bでプレス成形するとともに、前記プレス成形時に、前記可動絞り型21,21b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パイプのプレス成形方法

目的

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

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

パイプ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、該絞り部の内周面スプラインを備えるパイプのプレス成形方法であって、前記絞り部を、パイプの長手方向に移動する可動絞り型プレス成形するとともに、前記プレス成形時に、前記可動絞り型でパイプを拘束した状態のまま前記絞り部にパンチ圧入して、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、圧入した前記パンチを真っ直ぐに引き抜くパイプのプレス成形方法。

請求項2

前記絞り部を、複数の可動絞り型を用いて複数段階でプレス成形するとともに、該複数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でパイプを拘束した状態のまま前記パンチを圧入する請求項1に記載のパイプのプレス成形方法。

請求項3

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、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、該パンチの先端部には、前記可動絞り型か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し、プレス成形された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たパイプのプレス成形装置。

請求項4

前記可動絞り型が複数段階でプレス成形するように複数備えられるとともに、これら複数の可動絞り型を前記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た請求項3に記載のパイプのプレス成形装置。

技術分野

0001

この発明は、たとえば自動車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プレス成形方法及び装置に関する。

背景技術

0002

前記例のステアリングシャフトは上端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。

0003

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。

0004

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。

先行技術

0005

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。

発明が解決しようとする課題

0006

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。

課題を解決するための手段

0007

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、前記絞り部を、パイプの長手方向に移動する可動絞り型プレス成形するとともに、前記プレス成形時に、前記可動絞り型でパイプを拘束した状態のまま前記絞り部にパンチ圧入して、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、圧入した前記パンチを真っ直ぐに引き抜くパイプのプレス成形方法である。

0008

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、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、該パンチの先端部には、前記可動絞り型か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し、プレス成形された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たパイプのプレス成形装置である。

0009

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。

発明の効果

0010

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。

図面の簡単な説明

0011

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。

実施例

0012

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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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)。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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、図示しない制御盤駆動パターンが制御される。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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

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