(57)【要約】【課題】加圧絞り加工により高精度の中空シャフトの塑性加工方法を提供する。【解決手段】中空シャフト１０の塑性加工方法では、中空シャフト１０の軸方向一端部開口１０ａから内部に、外周面が弾性体２１で覆われたロッド２０を挿入する。そして、中空シャフト１０の少なくとも変形部１１が形成される内部を密閉した状態で、ロッド２０が挿入された中空シャフト１０の外周面を加圧絞り加工することで、中空シャフト１０の内圧を上昇させながら中空シャフト１０の外周面に変形部１１を形成する。その後、中空シャフト１０から弾性体２１を変形させながらロッド２０を引き抜く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空シャフトの軸方向一端部開口から内部に、外周面が弾性体で覆われたロッドを挿入する工程と、
前記中空シャフトの少なくとも変形部が形成される内部を密閉した状態で、該ロッドが挿入された前記中空シャフトの外周面を加圧絞り加工することで、前記中空シャフトの内圧を上昇させながら該中空シャフトの外周面に前記変形部を形成する工程と、
前記中空シャフトから前記弾性体を変形させながら前記ロッドを引き抜く工程と、
を備えることを特徴とする中空シャフトの塑性加工方法。
【請求項２】
前記中空シャフトの軸方向他端部は開放されており、
前記加圧絞り加工は、前記ロッドの基部側に設けられたフランジ部と、前記中空シャフトの他端部を塞ぐ密閉部材とによって前記中空シャフトの内部を密閉した状態で行われることを特徴とする請求項１に記載の中空シャフトの塑性加工方法。
【請求項３】
前記中空シャフトは、その軸方向他端部を閉じる底部を備え、
前記加圧絞り加工は、前記ロッドの基部側に設けられたフランジ部と、前記中空シャフトの底部とによって前記中空シャフトの内部を密閉するとともに、該底部の変形を防止した状態で行われることを特徴とする請求項１に記載の中空シャフトの塑性加工方法。
【請求項４】
前記ロッドの基部側には、前記中空シャフトの内周面の形状に対応する外周面を有する第１のフランジ部が設けられ、前記ロッドの先端部には、前記中空シャフトの内周面の形状に対応する外周面を有すると共に、前記ロッドが引き抜かれる際に前記変形部と干渉しない寸法を有する第２のフランジ部が設けられ、
前記弾性体は、前記第１及び第２のフランジ部間で前記ロッドを覆うように配置され、
前記加圧絞り加工は、前記ロッドの第１及び第２のフランジ部によって前記中空シャフトの内部を密閉された状態で行われることを特徴とする請求項１に記載の中空シャフトの塑性加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空シャフトの塑性加工方法に関し、より詳細には、中空の自動車用ステアリングシャフトに溝部、凹部、段差部等の変形部を加圧絞り加工によって形成する中空シャフトの塑性加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用ステアリングシャフト等の中空シャフトに溝部、凹部、段差部等の変形部を加工する場合、切削加工を行わずに塑性加工によって行なうことが考案されている。塑性加工では、応力集中が懸念される変形部において板厚の減少がないことから強度上昇が図られ、また、切削油が不要となり切子も発生しないことからコスト低減や資源の有効利用が図られる。
【０００３】
中空シャフトの塑性加工方法として、図４に示すように、中空シャフト１０１内に金属ピース１０２を嵌合させ、中空シャフト１０１にパンチ１０３で変形を加え、凹部１０４を成形することが考案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、他の塑性加工方法として、中空シャフトの加工時に使用する芯金に、予め中空シャフトの加工形状と加工後に中空シャフトから芯金を回転させて抜くことができるように逃げ部を形成しておき、中空シャフトを凹加工後に逃げ部によって芯金を中空シャフトと干渉せずに抜く方法が考案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
さらに、エンボス入り金属缶の製造方法において、受金型の芯の外周面に弾性層を備え、缶に受金型を差し込んで彫刻金型を圧接して凹状の模様を加工することが考案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−３０９４２４号公報
【特許文献２】特開２０００−１９７９２２号公報
【特許文献３】特開２００８−１２６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の塑性加工方法では、中空シャフトにパンチで変形を加えているため、中空シャフト１０１内のピース１０２が取れなくなり重量が増加してしまうという問題があった。
また、特許文献２に記載の方法では、芯金は汎用性が乏しく、加工後に芯金を抜く際に、芯金を回転させる制御が必要となってしまう。さらに、加工が３６０°周方向に至る場合には、芯金が抜けなくなってしまうため加工に制限があった。
さらに、特許文献３に記載の加工方法は、金属缶の模様加工であるため、弾性体を加圧した場合の中空シャフトの内圧管理については考慮したものではなかった。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加圧絞り加工により高精度の中空シャフトの塑性加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明に係る中空シャフトの塑性加工方法は、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１）  中空シャフトの軸方向一端部開口から内部に、外周面が弾性体で覆われたロッドを挿入する工程と、
前記中空シャフトの少なくとも変形部が形成される内部を密閉した状態で、該ロッドが挿入された前記中空シャフトの外周面を加圧絞り加工することで、前記中空シャフトの内圧を上昇させながら該中空シャフトの外周面に前記変形部を形成する工程と、
前記中空シャフトから前記弾性体を変形させながら前記ロッドを引き抜く工程と、
を備えることを特徴とする中空シャフトの塑性加工方法。
（２）  前記中空シャフトの軸方向他端部は開放されており、
前記加圧絞り加工は、前記ロッドの基部側に設けられたフランジ部と、前記中空シャフトの他端部を塞ぐ密閉部材とによって前記中空シャフトの内部を密閉した状態で行われることを特徴とする（１）に記載の中空シャフトの塑性加工方法。
（３）  前記中空シャフトは、その軸方向他端部を閉じる底部を備え、
前記加圧絞り加工は、前記ロッドの基部側に設けられたフランジ部と、前記中空シャフトの底部とによって前記中空シャフトの内部を密閉するとともに、該底部の変形を防止した状態で行われることを特徴とする（１）に記載の中空シャフトの塑性加工方法。
（４）  前記ロッドの基部側には、前記中空シャフトの内周面の形状に対応する外周面を有する第１のフランジ部が設けられ、前記ロッドの先端部には、前記中空シャフトの内周面の形状に対応する外周面を有すると共に、前記ロッドが引き抜かれる際に前記変形部と干渉しない寸法を有する第２のフランジ部が設けられ、
前記弾性体は、前記第１及び第２のフランジ部間で前記ロッドを覆うように配置され、
前記加圧絞り加工は、前記ロッドの第１及び第２のフランジ部によって前記中空シャフトの内部を密閉された状態で行われることを特徴とする（１）に記載の中空シャフトの塑性加工方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の中空シャフトの塑性加工方法によれば、中空シャフトの軸方向一端部開口から内部に、外周面が弾性体で覆われたロッドを挿入する工程と、前記中空シャフトの少なくとも変形部が形成される内部を密閉した状態で、該ロッドが挿入された前記中空シャフトの外周面を加圧絞り加工することで、前記中空シャフトの内圧を上昇させながら該中空シャフトの外周面に前記変形部を形成する工程と、前記中空シャフトから前記弾性体を変形させながら前記ロッドを引き抜く工程と、を備える。これにより、外周面が弾性体で覆われたロッドが挿入された中空シャフトの内部を密閉した状態で、中空シャフトの内圧を上昇させながら加圧絞り加工が行われるので、変形部以外が変形することなく、精度の良い加工が可能となる。また、単一のロッドで様々な形状の変形部を有する中空シャフトを加工することができ、さらに、中空シャフト内にロッドが残留することがなく、重量増加を起こすこともない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の中空シャフトの塑性加工方法を示す断面図であり、（ａ）は絞り加工前の状態、（ｂ）は絞り加工時の状態、（ｃ）は絞り加工後の状態を示す。
【図２】本発明の第２実施形態の中空シャフトの塑性加工方法を示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態の中空シャフトの塑性加工方法を示す断面図である。
【図４】従来の中空シャフトの塑性加工方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施形態に係る中空シャフトの塑性加工方法について図面を参照して説明する。なお、各実施形態で示す加工対象である中空シャフトは、低炭素鋼等の鋼管材はもちろん、セラミック材料等の塑性加工が可能な材料であればよく、また、１〜２０ｍｍ程度、好ましくは、１〜５ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍの肉厚のものを使用する。また、中空シャフトの形状は、円筒形状の他、任意の断面形状のものを使用できる。
【００１３】
（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態では、軸方向両端部が開放している中空シャフト１０に、溝部、凹部、段差部等の変形部１１を塑性加工する方法について説明する。
【００１４】
まず、図１（ａ）に示すように、中空シャフト１０の軸方向一端部開口１０ａから内部に、外周面が弾性体２１で覆われたロッド２０を挿入する。ロッド２０の基部側には軸方向一端部開口１０ａと当接して該開口１０ａを塞ぐフランジ部２０ａが設けられている。弾性体２１は、例えば、ゴム又はシリコンからなり、フランジ部２０ａからロッド２０の先端まで覆うように有底円筒状に形成されている。また、弾性体２１の内径はロッド２０の外径と略等しく設定されており、また、弾性体２１の肉厚は後述する加圧絞り加工によって形成される変形部１１の深さより厚く形成されている。
【００１５】
また、中空シャフト１０の軸方向他端部に、該他端部の開口１０ｂより大径の密閉部材３０を当接させ、開口１０ｂを塞ぐ。これにより、ロッド２０の基部側に設けられたフランジ部２０ａと、中空シャフト１０の他端部を塞ぐ密閉部材３０とによって中空シャフト１０の内部は密閉される。
【００１６】
そして、図１（ｂ）に示すように、中空シャフト１０の内部が密閉された状態で、ロッド２０が挿入された中空シャフト１０の外周面を加圧機械のパンチ４０によって冷間での加圧絞り加工が施される。これにより、中空シャフト１０の内圧が上昇しがら中空シャフト１０の外周面に変形部１１が形成される。加圧絞り加工された変形部１１は、板厚が一様で、また冷間加工で外径が小さくなるにつれて板厚が増加しており加工硬化している。
【００１７】
変形部１１を形成した後は、図１（ｃ）に示すように、密閉部材３０を中空シャフト１０から外すと共に、中空シャフト１０から弾性体２１を変形させながらロッド２０を引き抜く。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態の中空シャフトの塑性加工方法によれば、軸方向両端部が開放されている中空シャフト１０において、外周面が弾性体２１で覆われたロッド２０が挿入された中空シャフト１０の内部を密閉した状態で、中空シャフト２０の内圧を上昇させながら加圧絞り加工が行われるので、変形部１１以外が変形することなく、精度の良い加工が可能となる。また、単一のロッド２０で様々な形状の変形部１１を有する中空シャフト１０を加工することができ、さらに、中空シャフト１０内にロッド２０が残留することがなく、重量増加を起こすこともない。
【００１９】
（第２実施形態）
図２は本発明の第２実施形態の中空シャフトの塑性加工方法を示している。本実施形態の中空シャフト１０は、軸方向他端部を閉じる底部１２を備えた有底円筒形状を有する。この場合、外周面が弾性体２１で覆われたロッド２０が中空シャフト１０に挿入されることで、加圧絞り加工は、ロッド２０の基部側に設けられたフランジ部２０ａと、中空シャフト１０の底部１２とによって中空シャフト１０の内部が密閉された状態で行われる。また、加圧絞り加工は、中空シャフト１０の底部１２の軸方向側面と当接し、該側面を拘束または押圧する押え部材３１によって底部１２の変形を防止した状態で行われる。
【００２０】
従って、本実施形態の中空シャフトの塑性加工方法においても、軸方向他端部が開放されている中空シャフト１０において、外周面が弾性体２１で覆われたロッド２０が挿入された中空シャフト１０の内部を密閉し、底部１２の変形を防止して内圧管理を行った状態で、中空シャフト２０の内圧を上昇させながら加圧絞り加工が行われるので、変形部１１以外が変形することなく、精度の良い加工が可能となる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００２１】
（第３実施形態）
図３は本発明の第３実施形態の中空シャフトの塑性加工方法を示している。本実施形態の中空シャフト１０は、軸方向一端部においてテーパ状に開放されており、変形部を形成する軸方向中間部を略一様径とし、軸方向他端部においてテーパ状に縮径されて口絞り加工が施されている。
【００２２】
本実施形態で使用されるロッド２０の基部側には、中空シャフト１０の軸方向中間部の内周面の形状に対応する外周面を有する第１のフランジ部２０ｂが設けられ、ロッド２０の先端部には、中空シャフト１０の内周面の形状に対応する外周面を有すると共に、ロッド２０が引き抜かれる際に変形部１１と干渉しない寸法を有する第２のフランジ部２０ｃが設けられる。
【００２３】
弾性体２１は、第１及び第２のフランジ部２０ｂ，２０ｃ間でロッド２０を覆うように配置され、加圧絞り加工は、ロッド２０の第１及び第２のフランジ部２０ｂ，２０ｃによって中空シャフト１０の内部を密閉して、内圧が管理された状態で行われる。また、本実施形態では、第１のフランジ部２０ｂは第２のフランジ部２０ｃに対して軸方向に移動可能で、第１のフランジ部２０ｂを第２のフランジ部２０ｃ寄りに送ることで内圧を予め上昇させている。
【００２４】
従って、本実施形態の中空シャフトの塑性加工方法においても、軸方向他端部を塞いでも内圧管理が困難な形状の中空シャフト１０において、外周面が弾性体２１で覆われたロッド２０が挿入された中空シャフト１０の内部を第１及び第２のフランジ部２０ｂ，２０ｃによって密閉した状態で、中空シャフト２０の内圧を上昇させながら加圧絞り加工が行われるので、変形部１１以外が変形することなく、精度の良い加工が可能となる。また、加工後は、ロッド２０は、第２のフランジ部２０ｃが変形部１１と干渉することなく、弾性体２１を変形させながら中空シャフト１０から引き抜くことができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００２５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
なお、本発明の加圧絞り加工は、中空シャフトの少なくとも変形部が形成される内部を密閉した状態で行われればよく、中空シャフトと加圧絞り加工によって変形しない部材によって画成される空間が弾性体によって充填された状態で行われる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  中空シャフト
１０ａ  軸方向一端部開口
１０ｂ  軸方向他端部開口
１１  変形部
１２  底部
２０  ロッド
２０ａ  フランジ部
２０ｂ  第１のフランジ部
２０ｃ  第２のフランジ部
２１  弾性体
３０  密閉部材
４０  加圧機械のパンチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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