JP2006218513A - パイプ製造方法およびパイプ製造方法によって製造されたパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】成形精度の高いキーおよびキー溝で内スプライン部を成形できるパイプ製造方法を提供する。
【解決手段】アッパシャフト２の一方の内周面に長さ方向の複数本のキー溝２１ａおよびキー２１ｂで構成する内スプライン２１を形成してシャフト用のアッパシャフト２を製造するパイプ製造方法であって、前記キー溝２１ａおよびキー２１ｂを成形するためのスウェージングマンドレルを、前記パイプ内部に一端から挿入し、互いに隣合わせて組み合わせた状態で内側に円筒形のプレス面を形成する複数のスウェージングダイスが、互いに同じ間隔を隔てて広がった状態から、同時に中心に向かって前記アッパシャフト２をたたき寄せるプレスと、前記各スウェージングダイスを前記アッパシャフト２から広がった状態に離間させる開放と、前記各スウェージングダイスを円周方向へ一定角度回転させる回転とを繰り返して前記外スプライン１２を成形する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、塑性金属製パイプを用いて、例えば自動車のステアリングシャフトを構成するパイプ状のアッパシャフト等を製造するようなパイプの製造方法に関する。

衝突時の運転者の安全を図るために、ハンドル操作をタイヤに伝えるためのステアリングシャフトにより、衝撃エネルギを吸収可能にしていた。ステアリングシャフトはアッパシャフトとロアシャフトで構成され、アッパシャフトのステアリングホイールと反対側の内面には、キーとキー溝とから構成する内スプライン部を備え、ロアシャフトの外周に備えた外スプライン部を、前記アッパシャフトの内スプライン部に挿着し、上述のロアシャフトとの間に樹脂を充填する構成となっている。

ここで、従来からの一般的な成形方法である押し抜き成形によって内スプラインを成形する場合、成形されるパイプが、押し抜き方向に延伸するため、内スプラインを構成するキー及びキー溝の成形精度が悪く、嵌合部の遊間が大きくなり、ステアリングシャフトとしての回転方向誤差が大きくなるといった問題がある。

そのため、内スプライン部と外スプライン部のそれぞれのキーとキー溝との間に樹脂を注入して、嵌合部の遊間を低減させ、ステアリングシャフトとしての回転方向誤差を減少させることが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、前記提案は、内スプライン部と外スプライン部との挿着時に、樹脂をそれぞれのキーとキー溝との間に樹脂を注入する手間が必要となり、製造コストの低減が困難であった。

特開２００４−６６９７０号公報

この発明は、成形精度の高いキーおよびキー溝で内スプライン部を成形できるパイプ製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、パイプの一方の内周面に長さ方向の複数本のキーおよびキー溝で構成する内スプライン部を形成してシャフト用のパイプを製造するパイプ製造方法であって、前記キーおよびキー溝を成形するための中芯型を、前記パイプ内部に一端から挿入し、互いに隣合わせて組み合わせた状態で内側に円筒形の内側プレス面を形成する複数の外形型が、互いに同じ間隔を隔てて広がった状態から、同時に中心に向かって前記パイプをたたき寄せるプレスと、前記各外形型を前記パイプから広がった状態に離間させる開放と、前記各外形型を円周方向へ一定角度回転させる回転とを繰り返して前記内スプライン部を成形するパイプ製造方法であることを特徴とする。

上記同時に中心に向かって前記パイプをたたき寄せるプレスと、前記各外形型を前記パイプから広がった状態に離間させる開放と、前記各外形型を円周方向へ一定角度回転させる回転とを繰り返してとは、同時にプレスと回転とを行なった後に開放を行なうサイクル、プレスした後に同時に回転と開放とを行なうサイクル、または、回転、プレス、開放を順番に行なうサイクルを繰り返すことを含む。

また、上記パイプから広がった状態に離間させる開放とは、プレスする前の広がった状態に離間させること、またはプレスする前の広がった状態より小さい状態に離間させることを含む。

これにより、成形されるパイプが、押し抜き方向に延伸しないため、内スプラインを構成するキー及びキー溝を成形精度よく成形することができる。従って、前記内スプライン部を用いてパイプをスプライン嵌合させた場合の遊間を低減することができる。よって、当該パイプをステアリングシャフトのアッパシャフトとして用いた場合、回転方向誤差の少ないステアリングシャフトを得ることができる。

また、回転方向誤差を減少するための別工程や材料が不要であるため、シャフトの製造コストを低減することができる。

また、内スプライン部の成形と同時に、内スプライン部のパイプ外形の成形を行なうことができる。

この発明の態様として、パイプ内部に中芯型を挿入する前に、前記パイプのうち内スプライン側を絞り加工用の絞り型に押入してパイプ径を縮小することができる。

前記パイプ径を縮小とは、縮小されたパイプの内面が、内スプラインの大径と略同一または一回り大きな径まで縮小することを含む。

これにより、複数の外形型がパイプをたたき寄せるプレスの回数を低減することができる。したがって、パイプの径を縮小せずに、複数の外形型がパイプをたたき寄せるプレスのみで内スプラインを成形する場合と比べて、成形時間を低減することができ、生産性が高まるため、製造コストを低減することができる。

また、この発明の態様として、前記パイプの他方の外形を成形する他方成形型と前記絞り型とを対向させて、間に供給した前記パイプを、前記他方成形型と前記絞り型とによりプレスすることで、前記パイプの他方の成形と、前記パイプの一方のパイプ径の縮小とを行なうことができる。

これにより、パイプの前記内スプラインと反対側の外形の成形と、前記パイプの一方のパイプ径の縮小とを同じ工程内で行なうことができるため、パイプの一方のパイプ径を別工程で縮小させる場合と比較して、工程の短縮を図ることができ、製造コストの低減を行なうことができる。

また、この発明は、上記パイプ製造方法によって製造されたパイプであることを特徴とする。

これにより、成形精度の高いキーおよびキー溝で構成された内スプライン部を備えたパイプを得ることができる。

また、この発明は、上記パイプ製造方法によって製造されたパイプと、外周面の一方に外スプライン部を備えたオス型パイプとを、スプライン嵌合させて連結したステアリングシャフトであることを特徴とする。

これにより、内スプライン部のキーおよびキー溝の成形精度が高いステアリングシャフトが得られ、前記アッパシャフトの内スプライン部に、オス型パイプ外スプライン部を挿着してスプライン嵌合した場合の遊間を低減することができ、回転方向誤差の少ないステアリングシャフトを得ることができる。

また、回転方向誤差を減少するための別工程や材料が不要であるため、シャフトの製造コストを低減することができる。

この発明によれば、成形精度の高いキーおよびキー溝で内スプライン部を成形することができる。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
自動車のステアリングシャフト１の正面一部断面図を示す図１と、アッパシャフト２の説明図を示す図２とともに、ステアリングシャフト１及びアッパシャフト２について説明する。

ステアリングシャフト１は、アッパシャフト２とロアシャフト１１とで構成している。
アッパシャフト２は、ステアリングホイール側（図面上側）に、ステアリングホイールを取付けるために必要な軸線方向に径の異なる所定の軸部２ａと、パイプ中央部２ｂと、内周面に長さ方向のキーおよびキー溝から構成する内スプライン２１を有するスプライン部２ｃとで構成している。

また、ロアシャフト１１は、アッパシャフト２側の外周面に備えた長さ方向のキー溝およびキーから構成した外スプライン１２を備え、上記外スプライン１２と前記アッパシャフト２の内スプライン２１とを嵌合させてステアリングシャフト１を構成している。
これにより、ロアシャフト１１とアッパシャフト２とは、互いのキーとキー溝とを嵌合して回転運動を伝達でき、かつ長さ方向にスライドする。このスライドにより、衝突時にステアリングホイールで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。

なお、ロアシャフト１１は、内スプライン２１の長さの半分より短い外スプライン１２を長さ方向に間隔を隔てて２つ備え、各外スプライン１２の間の軸部分に、外周部１３ａが外スプライン１２の大径（前記キーの頂部を通る直径を指す）よりわずかに突出する形状に形成した抜留リング１３を装着している。
これにより、外周部１３ａと内スプライン２１のキーとの摩擦によって、アッパシャフト２からロアシャフト１１が抜け落ちることを防止している。

アッパシャフト２の軸部２ａについて詳述すると、径の大きい基部から先端に向けて、２本の環状凹部２６をカーリングにより形成したアッパベアリング配設部２７、テーパ部２５、セレーテッドシャフト２４、ネジ部２３をこの順で配設している。
また、パイプ中央部２ｂの長さ方向の略中間部分には、キーロック用の長孔２８を形成している。

アッパシャフト２の製造に当っては、その材料として、図２（ａ）に示したような適宜の肉厚を有する丸筒状のパイプ３０を用い、まず、軸部２ａ（図１）相当部位に対して５段階のプレス加工を行なう際に、スプライン部２ｃ相当部位を所定量絞り（以下「第１成形」という）、図２（ｂ）に示した所定形状の第１成形品３０ａを形成する。そして、第１成形品３０ａのスプライン部２ｃ相当部位にスウェージング加工（以下「第２成形」という）を行い、図２（ｃ）に示した所定形状の第２成形品３０ｂを形成する。
第２成形完了後、第２成形品３０ｂに前述のセレーテッドシャフト２４と、ネジ部２３、長孔２８とを形成してアッパシャフト２を完成させる（図１参照）。

続いて、アッパシャフト２の第１成形するプレス成形装置３を示す図３とともにプレス成形装置３について説明する。
図３に示したようにこのプレス成形装置３は、装置本体３１の一方側に、材料たるパイプ３０を一本ずつ供給する供給部３２を設け、他方側には第１成形品３０ａを取り出す取出し用ロボットハンド３３を設けており、これらは装置本体３１に同期して駆動するように制御部により制御されている。図中、３４，３５は操作盤、３６は成形品トレー、３７は後述する５つの油圧シリンダの加圧圧力計である。

上述の供給部３２は、パイプ３０を収納するホッパ３８と、これの中からパイプ３０を一本ずつ係止部３９に乗せて取り出す搬出ベルト４０と、搬出されたパイプ３０を掴んで所定位置に供給する供給用ロボットハンド４１とで構成されている。
なお、ホッパ３８の一方側には、材料のパイプ３０の長さに合わせて左右にスライドして供給するパイプ３０を揃えるスライド板３８ａを設けている。

前述の取出し用ロボットハンド３３は、所定位置に排出された第１成形品３０ａを掴んで上述の成形品トレー３６に搬送するように設定されている。

装置本体３１内部には回転テーブル４３を備えており、供給用ロボットハンド４１がパイプ３０を供給し、取出し用ロボットハンド３３が第１成形品３０ａを取出す。

次に、回転テーブル４３の斜視図を示す図４、プレス成形装置３の要部の説明図を示す図５とともに、装置本体３１について説明する。
前述の装置本体３１は、ベッド４２上で間欠回転する回転テーブル４３（図４参照）と、この回転テーブル４３上方の所定位置に配設され、油圧シリンダ４４により降下する５つの可動型４５ａ〜４５ｅ（図５参照）と、油圧シリンダ（図示せず）によりベッド４２の下方から上方へ突出するノックアウトバー４８（図５参照）、そして、金型清掃のための適宜のエア供給手段と、パイプ３０および第１成形品３０ａの姿勢を検知する適宜の確認センサと、回転テーブル４３の回転トルクを検出する適宜のトルク検出手段とを備えている。なお、前記確認センサは供給部３２（図３）側と取出し用ロボットハンド３３側とに装着している。

上述の回転テーブル４３は円盤形で、回転中心５１を中心として間欠回転するもので、周縁部には、７本の金型壺５０を等間隔に載置固定している。そしてこれを回転可能に支持するベッド４２における回転中心５１外周部には、回転テーブル４３の金型壺５０に対応させて７箇所の処理ステーションＳ１〜Ｓ７を備えている。なお、ベッド４２は回転しない。

上述の７箇所の処理ステーションＳ１〜Ｓ７は、上手側から順に、供給ステーションＳ１、第１プレスステーションＳ２、第２プレスステーションＳ３、第３プレスステーションＳ４、第４プレスステーションＳ５、第５プレスステーションＳ６、取出しステーションＳ７である。
供給ステーションＳ１は、前述した供給部３２に、また取出しステーションＳ７は前述の取出し用ロボットハンド３３に、それぞれなるべく近くなるような位置に、またはロボットハンド３３，４１の運動が円滑に行なえるような位置に適宜設定している。また、図４に示したように上述の取出しステーションＳ７からは上述のノックアウトバー４８がベッド４２の下から上方へ突出するようにしている。また取出しステーションＳ７のベッド４２には、図１０に見られるようなガイドブッシュ５５を装着している。

前述のノックアウトバー４８は、油圧シリンダ（図示せず）により駆動するものであり、第１成形品３０ａのスプライン部２ｃと略同一径を有する円筒形に形成している。なお、油圧シリンダのシリンダロッドをノックアウトバー４８として用いてもよいが、第１成形品３０ａの種類やサイズに応じて、ノックアウトストローク等を変える必要があるため、ノックアウトバー４８は油圧シリンダと別に設け、取換え可能にすることが好ましい。
なお、ノックアウトバー４８は、非作動時には後退して上端面が前述のガイドブッシュ５５（図１０）内に位置するように設定している。
また、図５中、４９はテーブル押えである。

上述の回転テーブル４３を間欠回転させる回転手段５５は、モータや流体シリンダを用いて適宜の間欠回転機構で構成すればよいが、図６に示したように、出力軸５６を有するカムフォロア付きタレット５７と、これに回転力を入力するローラギアカム５８とで構成すると回転時の振動がほとんどないため、好ましい。

簡単に説明すると、円盤型のカムフォロア付きタレット５７の外周面には、等間隔に７つのカムフォロア５９を軸支しており、ローラギアカム５８には直行部６０ａと斜行部６０ｂとからなる溝６０を形成しており、上述の各カムフォロア５９がこの溝６０内を走行し、カムフォロア付きタレット５７を回転するようにしている。カムフォロア５９が直線部６０ａを走行しているときには出力軸５６は回転せず、曲線部６０ｂを走行するときに回転する。

続いて、第１可動型４５ａと固定型６１とを離型状態で示す断面図を示す図７とともに固定型６１および可動型４５ａ〜４５ｅについて説明する。
前述の各金型壺５０内には、上述の可動型４５ａ〜４５ｅと協動してパイプ３０をプレス加工する同一の固定型６１を収納している。
この固定型６１は、図７に示すように第１固定型６２と第２固定型６３と第３固定型６４とからなり、下部に位置する第２固定型６３上部は逆テーパ状のテーパ面６５を形成している。第１固定型６２には、第１成形品３０ａの中間部を成形するため円形の凹部６６と嵌合部６７とを形成している。そしてこの第１固定型６２の上部の嵌合部６７に可動型４５ａ〜４５ｅが順次嵌合することで第１成形品３０ａの軸部２ａを形成する。なお、この固定型６１は、回転中心に対して全ての固定型６１が同一の方向を向くように、換言すれば、回転中心から延びる仮想放射線を中心とするように配設して、どの固定型６１がどの処理ステーションＳ１〜Ｓ７に位置しても、処理中のパイプ３０を同じ向きに向いた状態で処理できるようにしている。

前述の各可動型４５ａ〜４５ｅは、各プレスステーションＳ２〜Ｓ６の順に対応して加工順に配列するとともに、各プレスステーションＳ２〜Ｓ６に位置する固定型６１に対応するように配設している。なお各可動型４５ａ〜４５ｅは、それぞれ別々の油圧シリンダ４４により独立して降下するようにしており、これら油圧シリンダ４４の圧力は前述した加圧圧力計３７（図３）に表示され、個々に圧力調節が可能である。
各可動型４５ａ〜４５ｅについては後述するが、５つの可動型４５ａ〜４５ｅの降下は同時に行なってもよいが、タイミングをずらして行なう方が、回転テーブル４３に集中負荷が掛かるのを防ぐことができるため好ましい。

また、前述した供給部３２と取出し用ロボットハンド３３とノックアウトバー４８と、各可動型４５ａ〜４５ｅを独立して降下する油圧シリンダ４４は、回転テーブル４３の間欠回転に同期して駆動するように制御している。すなわち、供給ステーションＳ１に、ある金型壺５０が停止した時に材料たるパイプ３０が固定型６１内に投入され、各金型壺５０が各プレスステーションＳ２〜Ｓ６に停止した時に可動型４５ａ〜４５ｅが降下し、取出しステーションＳ７に停止した時にはノックアウトバー４８が駆動するとともに取出し用ロボットハンド３３が第１成形品３０ａを取り出すように設定している。

さらに、前述のエア供給手段は、第１成形品３０ａを取り出した後の固定型６１と可動型４５ａ〜４５ｅとを清掃するように設定し、また、前述の確認センサがローディングなど異常を検知した場合と、前述のトルク検出手段がオーバートルクを検出した場合には、各部を停止する。

次に、このようなプレス成形装置３を用いて前述の第１成形品３０ａを成形する工程を、図３と図５、図７乃至図１１を参照して説明する。

まず、図８に示すように供給ステーションＳ１において、供給部３２（図３）の供給用ロボットハンド３１（図３）により掴み取れられた一本のパイプ３０は、固定型６１に投入される。このとき、確認センサがパイプ３０の姿勢の異常を認識しなければ、回転テーブル４３は回転し、この金型壺５０は次の第１プレスステーションＳ２へ、そしてさらに第２プレスステーションＳ３、第３プレスステーションＳ４へと順次移り、所定のプレス加工が行なわれる。上述の供給部３２は繰り返して同じ動作を行なう。

各プレスステーションＳ２〜Ｓ６では、可動型４５ａ〜４５ｅがそれぞれ下降することで、パイプ３０に軸部２ａとスプライン部２ｃの第一絞りを行なう第１成形が施される（図９参照）。

第１プレスステーションＳ２〜第５プレスステーションＳ６では、各ステーションにおいて第１可動型４５ａから第５可動型４５ｅの可動型４５のそれぞれが独立して降下することにより（図７、図８、図１１参照）、パイプ３０が固定型６１内に押し込まれてスプライン部２ｃの外形が形成されるとともに、各可動型４５により軸部２ａ部の外形が形成される（図１参照）。

続いて、取出しステーションＳ７では、回転テーブル４３の停止に同期して、油圧シリンダの駆動により、固定型６１内で回転テーブル４３の下から上方へノックアウトバー４８を突き上げる（図１０参照）。ノックアウトバー４８によって上方へ押し上げられた第１成形品３０ａは、金型壺５０の上方で待ち構える取出し用ロボットハンド３３により掴み取られて成形品トレー３６に排出される。なお、可動型４５ａ〜４５ｅならびに固定型６１はエア供給手段により適宜清掃される。

このように、回転テーブル４３上の固定型６１内に材料たるパイプ３０が供給されると、下手側の各プレスステーションＳ２〜Ｓ６に移るに従って、各可動型４５ａ〜４５ｅによる所定のプレス加工が行われて成形が完了する。成形完了した第１成形品３０ａはさらなる下手側の取出しステーションＳ７において取出される。この一連の処理が、一つの回転テーブル４３上で順次連続して繰り返し行なわれる。

したがって、図２（ｂ）に示したように、アッパシャフト２の軸部２ａの成形とともに、スプライン部２ｃを所定量絞ることができる。これにより、アッパシャフト２の軸部２ａの成形とスプライン部２ｃの絞り加工とを、別の装置で行なう場合と比べて、装置設置スペースを低減することができるとともに、第１加工のための所要時間を短縮できるため、製作コストを低減することができる。

次に、第２加工を行なうスウェージングマシン４について、第１成形品３０ａのスプライン部２ｃ相当部位に第２成形を行なうスウェージングマシン４の斜視図を示す図１２、スウェージングマシン４の要部付近の断面図を示す図１３、パイプ保持部７４の正面図を示す図１４、スウェージング部７５の正面図を示す図１５、スウェージングダイス７６の説明図を示す図１６、スウェージングマンドレル７７の側面図を示す図１７とともに説明する。

スウェージングマシン４は、図示しない供給部と、操作盤７１と、供給コンベア７２と、スライドハンド７３と、パイプ保持部７４と、内部にスウェージングダイス７６と、スウェージングマンドレル７７を有するスウェージング部７５と、搬出コンベア７９、適宜の搬出部と、それぞれの適宜の動力部および適宜の制御部とで構成している。

図１８（ａ）に示すように、図示しない供給部によって供給された第１成形品３０ａを、供給部からスライドハンド７３が第１成形品３０ａを取り上げる所定位置まで搬送するために、スウェージングマシン４の側方に長さ方向の供給コンベア７２を配している。

スライドハンド７３は、第１成形品３０ａを握持するグリップ７３ａ、一端にグリップ７３ａを備えた折畳み式のアーム７３ｂと、両端に折畳み式のアーム７３ｂを備えたスライドレール７３ｃとで、正面視門方形状となるように構成している。なお、供給側のグリップ７３ａと搬出側のグリップ７３ａとの間隔は、スウェージングマシン４の幅の約半分程度に形成するとともに、パイプ保持部７４の幅より広く形成している。また、折畳み式のアーム７３ｂは、伸ばした状態で、グリップ７３ａが供給コンベア７２上の第１成形品３０ａを握持でき、折り畳んだ状態でグリップ７３ａが握持した第１成形品３０ａの中心とパイプ保持部７４の保持穴７４ａの中心とが略同一の高さとなるように構成している。

また、パイプ保持部７４は、前面に保持穴７４ａと円周上に等間隔に配設した３つの保持ブロック７４ｂとを供え、保持穴７４ａに供給された第１成形品３０ａを保持ブロック７４ｂで保持しながら回転する適宜の回転機構と、前後方向（図１３中左右方向）に移動する適宜の移動機構を備えている。

なお、各保持ブロック７４ｂは、同期して半径方向に移動し、保持穴７４ａに挿入された第１成形品３０ａのパイプ中央部２ｂの外周面を押圧して保持することができる（図１４参照）。

また、スウェージング部７５は、パイプ保持部７４側の貫通孔７５ａ（図１５参照）と、貫通孔７５ａの前方（図１３中左側）のスウェージングマンドレル７７と、スウェージングマンドレル７７の半径方向外側のスウェージングダイス７６と、それぞれの支持部と駆動部とを備えている。
なお、スウェージングダイス７６は、４つで一組として用いられる。各スウェージングダイス７６は図１６に示すように円弧形状のプレス面を有するプレス面７６ａと基台部７６ｂとで構成されている。また、プレス面７６ａは、中央断面を示す図１６（ｃ）に示すように中央の水平面と、その両側に備えた同じ勾配であるとともに、長さの異なる左右の斜面とで構成している。また、プレス面７６ａの両側の当接面７６ｃは、４５度の勾配で形成され、４つのスウェージングダイス７６を互いにプレス面７６ａが向き合うようにして、隣り合う当接面７６ｃを当接させて組み合わせると図１６（ｄ）に示すように、プレス面７６ａによって第２成形品３０ｂのスプライン部２ｃの外径と略同一の円筒形を構成することができる。

また、スウェージングマンドレル７７は、図１７に示すように台座部７７ａとキー部分７８とで構成されている。なお、キー部分７８は、マンドルキー溝７８ａ（図２１）とマンドルキー７８ｂ（図２１）を外周面に有し、スプライン部２ｃのキー溝２１ａおよびキー２１ｂを成形するための内側に挿入する金型の役割を担う。また、スウェージングマンドレル７７のマンドルキー溝７８ａおよびマンドルキー７８ｂにＴＩＮコーティングを施している。これによりキー溝２１ａとキー２１ｂが、スウェージング加工によってマンドルキー溝７８ａおよびマンドルキー７８ｂに溶着することを防止できる。

なお、スウェージング部７５は、スウェージングマンドレル７７とスウェージングダイス７６とを有するとともに、それぞれのスウェージングダイス７６を半径方向往復駆動させる適宜の駆動部と適宜の保持部とを備えている。

また、上述したようにスウェージングマンドレル７７とスウェージングダイス７６とは、それぞれ独立した駆動機構（図示せず）を備えている。

また、保持穴７４ａ、貫通孔７５ａ、スウェージングマンドレル７７ならびに、図１６（ｄ）で示すように組み合わされたスウェージングダイス７６のそれぞれの中心が一致するように構成している。（図１３、１５、１８参照）
次に、第２加工の際のスウェージングマシン４の動作の平面説明図を示す図１８と、図１８（ａ）と図１８（ｄ）の際の側面説明図を示す図１９とともに、スウェージングマシン４の動作について説明する。

スウェージングマシン４は、図１８（ａ）および図１９（ａ）に示すように、最初に、供給コンベア７２によって第１加工が施された第１成形品３０ａを、グリップ７３ａが握持する所定の供給位置まで搬送する。搬送完了後にスライドハンド７３は、握持位置Ａに移動し、折畳み式のアーム７３ｂを伸ばしてグリップ７３ａで第１成形品３０ａを握持する。

スライドハンド７３は、図１８（ｂ）に示すように、グリップ７３ａで第１成形品３０ａを握持したまま、折畳み式のアーム７３ｂを上方に縮め、握持位置Ａからスウェージングマシン４の幅方向反対側（図１８中上側）の解放位置Ｂに移動する。なお、このとき、グリップ７３ａに握持された第１成形品３０ａの中心とパイプ保持部７４の保持穴７４ａ（図１４）の中心は略同一となる。

スライドハンド７３の移動完了後、第１成形品３０ａが保持穴７４ａに所定量挿入される保持位置Ｅまで、パイプ保持部７４は初期位置Ｄ（図１４）から前方（図１８中左側）に移動する。移動完了後、各保持ブロック７４ｂは同期して保持穴７４ａの中心に向かってスライドし第１成形品３０ａのパイプ中央部２ｂの外周面を押圧して保持する。なお、このとき、次の第１成形品３０ａが供給コンベア７２によって所定位置まで運搬されている。

次に、図１８（ｃ）に示すように、スライドハンド７３は、握持位置Ａから解放位置Ｂまでの移動量の半分を握持位置Ａ側に戻った待機位置Ｃまで移動する。このとき供給側（図１８中下側）のグリップ７３ａと搬出側（図１８中上側）のグリップ７３ａとの間にはパイプ保持部７４が通過する空間を形成することができる。

図１８（ｄ）および図１９（ｂ）に示すように、スライドハンド７３が待機位置Ｃまで移動後、パイプ保持部７４は、第１成形品３０ａを回転させながら、少しずつ前方に移動する。このとき第１成形品３０ａの回転速度はスウェージングマンドレル７７の回転と同一あり、パイプ保持部７４の移動速度は少しずつである。

パイプ保持部７４の移動に伴って、第１成形品３０ａは、スプライン部２ｃの先端から徐々にスウェージング部７５内部に挿入される。
上述したように、パイプ保持部７４が保持した第１成形品３０ａの中心と、貫通孔７５ａおよびスウェージングマンドレル７７の中心は略同一であるため、貫通孔７５ａを通過した第１成形品３０ａの内部には、スウェージングマンドレル７７が徐々に挿入される。

また、パイプ保持部７４がさらに前方移動することによって、第１成形品３０ａのスプライン部２ｃは、スウェージングダイス７６の間を徐々に通過する。この際、パイプ保持部７４による第１成形品３０ａの回転と同期して同方向に同速度でスウェージングマンドレル７７を回転手段によって回転させている。なお、スウェージングダイス７６は高速回転しながら駆動機構によって、それぞれのプレス面７６ａが同期して半径方向に往復駆動している。これにより、スプライン部２ｃはプレス面７６ａによってプレスされる。

また、パイプ保持部７４は、スプライン部２ｃの必要なプレス長を確保するまで前方移動し、前方移動完了後、保持位置Ｅまで後方移動する。

パイプ保持部７４の後方移動完了後、図１８（ｅ）に示すように、スライドハンド７３は握持位置Ａに移動するとともに、搬出側の折畳み式のアーム７３ｂを上方へ縮め、パイプ保持部７４に保持されている第２成形品３０ｂをグリップ７３ａで握持する。また、スライドハンド７３は、供給側の折畳み式のアーム７３ｂを伸ばし、グリップ７３ａで供給コンベア７２によって搬送された次の第１成形品３０ａを握持する。

続いて、図１８（ｆ）に示すように、パイプ保持部７４が初期位置Ｄまで移動完了後、スライドハンド７３は、解放位置Ｂに移動し、第２成形品３０ｂを握持したまま、搬出側の折畳み式のアーム７３ｂを伸ばして、搬出コンベア７９上に第２成形品３０ｂを解放する。なお、解放された第２成形品３０ｂは搬出コンベア７９によって、図示しない搬出部に向かって（図１８中右側）搬送され、搬出部によって搬出される。
以上の一連の動作を繰り返してスウェージングマシン４は、第１成形品３０ａに第２加工を施して第２成形品３０ｂにする。

続いて、スウェージング部７５でのスウェージング加工について、スウェージングダイス７６によるプレス時の説明図を示す図２０と、第２加工前後の第１成形品３０ａと第２成形品３０ｂのスプライン部２ｃの断面とスウェージングマンドレル７７との関係を説明する説明図を示す図２１と、スプライン部２ｃをスウェージングダイス７６がプレスする状態の説明図を示す図２２とともに詳述する。なお、図２２は、スウェージングダイス７６のスウェージング加工の動作の概略を示したものであり、矢印ｂや矢印ｃ方向の回転角度、ならび矢印ｄの往復移動量等は、理解しやすいよう大きく記している。

図２０に示すように、スウェージングマンドレル７７と各スウェージングダイス７６とは矢印ａ方向には移動しないため、パイプ保持部７４（図１９）の前方移動に伴う第１成形品３０ａの矢印ａ方向の移動により、第１成形品３０ａのスプライン部２ｃの内部にスウェージングマンドレル７７が挿入される。なお、第１加工によって、スプライン部２ｃは所定量絞られている。この絞り量は、図２１（ａ）に示すように第１成形品３０ａのスプライン部２ｃの内面がスウェージングマンドレル７７の大径よりひと回り大きな径となるように形成し、クリア８０を備える必要がある。なお、このクリア８０はあまり大きすぎるとスウェージングダイス７６によるプレスの所要時間が増大することから、スウェージングマンドレル７７の挿入時の移動誤差を吸収できる程度の遊間とすることが望ましい。

また、第１成形品３０ａとスウェージングマンドレル７７とは矢印ｂ方向に回転し、各スウェージングダイス７６は、同期しながら、矢印ｂ方向と逆方向ｃに回転するとともに、回転軸に対する半径方向である矢印ｄ方向に往復駆動している。したがって、図２２に示すように、スプライン部２ｃの外周面を、スウェージングマンドレル７７の中心方向に向かって、満遍なくプレス面７６ａでプレスすることができる。なお、矢印ｂ方向と矢印ｃ方向とは、図示している方向とそれぞれ逆方向であってもよく、また矢印ｂ方向と矢印ｃ方向とが同方向であってもよい。

図２２（ｂ）に示すように、プレス当初においては、スプライン部２ｃ外周面の曲率がプレス面７６ａの曲率より大きいため、プレス状態において当接面７６ｃ同士が接触せず、隣り合う当接面７６ｃの間に間隙７６ｄが生じ、スプライン部２ｃの外周にプレスされない凸部２ｄ生じる（図２２（ｂ’）参照）。しかし、各スウェージングダイス７６は、図２２（ｃ）に示すように、矢印ｄ方向に広がるとともに、矢印ｃに示すように回転し、第１成形品３０ａおよびスウェージングマンドレル７７も同期して矢印ｂの回転を行なう。したがって、図２２（ｄ）に示すように、各スウェージングダイス７６が再度、矢印ｄ方向に移動して、プレス面７６ａでスプライン部２ｃの外周面をプレスする際に前記凹部２ｄをプレスすることができる。

図２２（ａ）〜（ｅ）を所定回数繰り返すことによって、図２１（ａ）に示したクリア８０はなくなり、図２１（ｂ）のようにスウェージングマンドレル７７の外周面とスプライン部２ｃの内周面とが密接する。したがってマンドルキー溝７８ａとマンドルキー７８ｂとによって、内スプライン２１のキー溝２１ａとキー２１ｂが成形される。

なお、マンドルキー溝７８ａおよびマンドルキー７８ｂには上述したようにＴＩＮコーティングを施しているため、マンドルキー溝７８ａとキー２１ｂ、およびマンドルキー７８ｂとキー溝２１ａが溶着することがなく、スプライン部２ｃからスウェージングマンドレル７７を容易に引き出すことができる。

以上の工程により、図２（ｃ）の第２成形品３０ｂが得られる。
また、第２成形では、スプライン部２ｃの端部から順次スウェージング加工を施すため、スプラインを成形することによって、スプライン部２ｃが長さ方向に延伸することを防止できる。したがって、マンドルキー溝７８ａおよびマンドルキー７８ｂによって、滑らかでないシャープな角部を、キー溝２１ａとキー２１ｂそれぞれに確保することができ、成形精度の高いキー溝２１ａおよびキー２１ｂによる内スプライン２１を成形することができる。

そして、スウェージングマシン４による第２加工を施したアッパシャフト２の内スプライン２１とロアシャフト１１の外スプライン１２とをスプライン嵌合させることによって、長さ方向の伸縮自在でありながら回転方向誤差の少ない、ステアリングシャフト１を得ることができる。

また、第１加工においてスプライン部２ｃに所定量の絞り加工を行っているため、スウェージングマシン４でスプライン部２ｃにスウェージング加工を施すための所要時間を短縮することができ、第２成形品３０ｂの生産性を向上させることができる。

また、第１成形において、プレス成形装置３は７つの金型壺５０を有しているため、パイプ３０を略同時にプレス成形が順次繰り返して行なえ、稼働効率が良好となり、第１成形品３０ａの生産性を向上することができる。

さらに、固定型６１は金型壺５０内に着脱可能に収納しているため、固定型６１、可動型４５ａ〜４５ｅを変えること、および可動型４５ａ〜４５ｅやノックアウトバー４８のストロークを調整することができ、第１成形品３０ａの形状やサイズを容易に変更できる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明のパイプは、アッパシャフト２に対応し、
以下同様に、
内スプライン部は、内スプライン２１に対応し、
中芯型は、スウェージングマンドレル７７に対応し、
内側プレス面は、プレス面７６ａに対応し、
外形型は、スウェージングダイス７６に対応し、
絞り型は、固定型６１に対応し、
他方成形型は、可動型４５ａ〜４５ｅに対応し、
外スプライン部は、外スプライン１２に対応し、
オス型パイプ、ロアシャフト１１に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

成形品の一例たるアッパシャフトの側面図。 材料たるパイプの側面図。 プレス成形装置の斜視図。 回転テーブルの斜視図。 プレス成形装置の要部の説明図。 回転手段の一例を示す説明図。 第１可動型と固定型とを離型状態で示す断面図。 供給ステーションにおける後段の処理状態を示す断面図。 プレスステーションにおける状態を示す断面図。 取出しステーションにおける状態を示す断面図。 可動型と可動型による軸部の形状の説明図。 スウェージングマシンの斜視図。 スウェージングマシンの要部の説明図。 パイプ保持部の正面図。 スウェージング部の正面図。 スウェージングダイスの説明図。 スウェージングマンドレルの側面図。 スウェージングマシンの動作の平面説明図 スウェージングマシンの動作の側面説明図 スウェージングダイスによるプレスの説明図 スプライン部の断面とスウェージングマンドレルとの関係を説明する説明図。 スプライン部をスウェージングダイスがプレスする状態の説明図。

符号の説明

１…ステアリングシャフト
２…アッパシャフト
１１…ロアシャフト
１２…外スプライン
２１…内スプライン
２１ａ…キー溝
２１ｂ…キー
４５ａ〜ｅ…可動型
６１…固定型
７６…スウェージングダイス
７６ａ…プレス面
７７…スウェージングマンドレル

Claims (5)

1. パイプの一方の内周面に長さ方向の複数本のキーおよびキー溝で構成する内スプライン部を形成してシャフト用のパイプを製造するパイプ製造方法であって、
   前記キーおよびキー溝を成形するための中芯型を、前記パイプ内部に一端から挿入し、
   互いに隣合わせて組み合わせた状態で内側に円筒形の内側プレス面を形成する複数の外形型が、互いに同じ間隔を隔てて広がった状態から、同時に中心に向かって前記パイプをたたき寄せるプレスと、
   前記各外形型を前記パイプから広がった状態に離間させる開放と、
   前記各外形型を円周方向へ一定角度回転させる回転とを繰り返して前記内スプライン部を成形する
   パイプ製造方法。
2. パイプ内部に中芯型を挿入する前に、前記パイプのうち内スプライン側を絞り加工用の絞り型に押入してパイプ径を縮小する
   請求項１記載のパイプ製造方法。
3. 前記パイプの他方の外形を成形する他方成形型と前記絞り型とを対向させて、間に供給した前記パイプを、前記他方成形型と前記絞り型とによりプレスすることで、前記パイプの他方の成形と、前記パイプの一方のパイプ径の縮小とを行なう
   請求項２記載のパイプ製造方法。
4. 請求項１、２または３のうちいずれかに記載のパイプ製造方法によって製造されたパイプ。
5. 請求項４に記載のパイプと、外周面の一方に外スプライン部を備えたオス型パイプとを、スプライン嵌合させて連結したステアリングシャフト。
   

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