切削工具およびスプライン加工方法

本発明は、スプラインシャフトにスプラインを加工する切削工具およびその切削工具を使用したスプライン加工方法に関する。

自動車の操舵装置のステアリングシャフトは、走行する際に発生する軸方向の変位を吸収し、ステアリングホイール上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。 さらに、運転者が自動車を運転するのに最適なポジションを得るためにステアリングホイールの位置を軸方向に移動し、その位置を調整する機能が要求される。 これらの何れの場合にも、ステアリングシャフトは、ガタ音を低減すること、ステアリングホイール上のガタ感を低減すること、及び軸方向の摺動動作時における摺動抵抗を低減することが要求される。

ステアリングシャフトは、雄スプラインが形成された雄スプラインシャフトと雌スプラインが形成された雌スプラインシャフトとが回転不能に且つ摺動自在に嵌合して構成している。 従来、雄スプラインシャフトは、円柱状軸部材の外周に軸方向の雄スプライン歯元を円周方向に配置し、その上に摺動性に優れた樹脂層を成形して、雄スプラインが形成されている。 その雄スプラインの樹脂層の形成には、樹脂層の膜厚を厚めに成形した後、切削加工等により所定の膜厚に仕上げている。 （特許文献１）

従来の切削加工では、まず図８に示すように雄スプラインシャフト２１の両端面の軸中心に設けられた中心位置決め用テーパ穴３０
、３１に、正面側押さえ治具２６に設けられた中心ピン２８および背面側押さえ治具２７に設けられた中心ピン２９を嵌合させ、正面側押さえ治具２６および背面側押さえ治具２７により雄スプラインシャフト２１を挟み込むことで、この雄スプラインシャフト２１を支持する。

切削工具２５は、内周に雌スプライン状に形成された刃部を備え、前記刃部は、軸方向の一端側に設けられ、一端側に向けられている。

雄スプラインシャフト２１を各押さえ治具２６、２７とともに切削工具２５に対して往動させて、雄スプラインシャフト２１に厚めに形成された樹脂層は、切削工具２５により削り落とされて所定の膜厚に仕上げ加工される。 前記往動の後、雄スプラインシャフト２１から切削工具２５を抜き取る。

従来の切削加工では、雄スプラインシャフトの中には雄スプラインよりワーク最大径が大きい部分を一端にもつものがあり、その形状のものは前記往動後に切削工具を抜ききることができない。 そのため、復動によって加工した箇所に再度切削工具を通し、切削工具を抜く必要がある。 切削工具は加工する方向の片側にしか刃部が付いていないため、往動の加工でスプリングバックして既定通り切削できなかった量の樹脂層をむしることとなる。 したがって、雄スプラインより径が大きい部分が一端に存在する雄スプラインシャフトには、適用できない。

本発明は上記の事情に鑑みて提案されたものであって、雄スプラインシャフトに雄スプラインより径が大きい部分が一端にあっても、切削工具を往復動させて、雄スプラインを加工することができる切削工具およびその切削工具を使用したスプライン加工方法を提供することを目的とする。 さらに、雄スプラインより径が大きい部分を一端に持たない雄スプラインシャフトに対し、雄スプラインを精度良く加工することができる切削工具およびその切削工具を使用したスプライン加工方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、軸部材の外周に軸方向に形成されたスプラインを加工する円筒状の切削工具であって、内周にスプライン状に形成された刃部を備え、前記刃部は、軸方向の一端側に一端側に向けて形成された第１の刃部と、軸方向の他端側に他端側に向けて形成された第２の刃部とを備えたことを要旨としている。

本発明によれば、スプラインを加工する切削工具に、切削工具の幅方向一端側にスプラインを加工する軸方向に向いて第１の刃部を形成し、幅方向他端側にスプラインを加工する逆方向の軸方向に向いて第２の刃部を形成しているため、往復動によるスプラインの加工ができる。 そのため、往動の加工でスプリングバックして既定通り切削できなかった箇所を復動の加工でスプラインを精度よく仕上げることができる。

さらに、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の切削工具を、前記軸部材に対して同軸にかつ一端側に配置するセット工程と、前記切削工具を前記軸部材の軸方向の一端側から他端側へ向けて往動させ、前記第１の刃部でスプライン加工を行う第１切削工程と、前記切削工具を前記軸部材の軸方向の他端側から一端側へ向けて復動させ、前記第２の刃部でスプライン加工を行う第２切削工程とを含むことを特徴とするスプライン加工方法を要旨としている。

請求項２に記載の発明によれば、軸部材と請求項１に記載の切削工具を同軸にセットした状態で、軸方向の一端側から他端側へ向けて往動させ、前記第１の刃部でスプライン加工を行う第１切削工程と、軸方向の他端側から一端側へ向けて復動させ、前記第２の刃部でスプライン加工を行う第２切削工程により、切削工具を往復動させて、スプライン加工できるため、高精度にスプライン加工できる。

本発明によれば、切削工具を往復動させても樹脂層のむしれが発生しないので、雄スプラインより径が大きい部分が一端にある雄スプラインシャフトに対し、雄スプラインを加工することができる切削工具およびその切削工具を使用したスプライン加工方法を提供することができる。 さらに、雄スプラインより径が大きい部分を一端に持たない雄スプラインシャフトに対し、雄スプラインを精度良く加工することができる切削工具およびその切削工具を使用したスプライン加工方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るスプライン加工の切削加工を示す側面図。

本発明の一実施形態に係るスプライン加工する雄スプラインシャフトを示す正面断面図。

本発明の一実施形態に係る図２のＺ−Ｚ断面図。

本発明の一実施形態に係る切削工具の正面図。

本発明の一実施形態に係る図４のＡ−Ａ断面図。

本発明の一実施形態に係る図４のＢ−Ｂ断面図。

本発明の一実施形態に係る雄スプラインシャフトの歯と切削工具の刃との位置関係を示す説明図。

従来の切削加工を示す側面図。

以下、図に基づいてスプライン加工の構成について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るスプライン加工を示すための側面図であり、図２、図３はそのスプライン加工で使用する雄スプラインシャフト１を示す正面図および側面断面図である。

図２および図３にもとづいて雄スプラインシャフト１について説明する。
雄スプラインシャフト１は、金属製の円柱状の軸部材であり、この軸部材の外周に軸方向のスプライン歯元１ａを円周方向に複数配置し、その上に樹脂層１ｂを成形して、雄スプラインを形成している。 雄スプライン表面は、ナイロン系樹脂等による樹脂層１ｂで形成され、ここでは、樹脂層１ｂの膜厚を求められる膜厚（例えば１００〜２００μｍ程度）より厚め（例えば５００μｍ程度）に形成している。

さらに、雄スプラインシャフト１の一端面には、これの軸中心に中心位置決め用テーパ穴１１を形成し、この軸中心よりも径方向外方に位置決め用テーパ穴（位置決め部）１２を形成している。

次に、図１にもとづいてスプライン加工装置の構成について説明する。 スプライン加工装置は、雄スプラインシャフト１の軸方向の一側に配置された正面側押さえ治具８と、雄スプラインシャフト１の軸方向の他側に配置された背面側押さえ治具６と、雄スプラインシャフト１の軸方向に移動して加工する切削工具２とを備えている。 正面側押さえ治具８は、テーパ状の先端部を有する中心ピン９および位置決めピン５を備え、背面側押さえ治具６は、テーパ状の先端部を有する中心ピン７を備えている。

中心ピン９は、中心位置決め用テーパ穴１１に嵌合し、中心ピン７は、中心位置決め用テーパ穴１３に嵌合する。 こうすることで、雄スプラインシャフト１および切削工具２が同軸に配置される。

位置決め用テーパ穴（位置決め部）１２は、位置決めピン５に嵌合し、図７に示すように後で詳述する切削工具２の溝部２ｂに雄スプラインの歯が位置するように切削工具２に対するスプラインシャフト１の周方向位置が決定される。

次に、本発明の一実施形態に係る切削工具２について、図４、図５、図６を参照して説明する。
図４は切削工具２を示す正面図である。 図５は、図４のＡ−Ａ線における切削工具２の断面図であり、図６は、図４のＢ−Ｂ線における切削工具２の断面図である。

切削工具２は、切削に適した合金工具鋼または高速度工具鋼等の金属材料から円盤状に形成され、内周にスプライン状に形成されている。 スプライン状に形成するために、内周に断面台形形状の突出部２ａが内径側へ突出して形成され、一対の突出部２ａ間に断面台形形状の溝部２ｂが形成されている。 突出部２ａおよび溝部２ｂは、円周方向に等間隔に設けられ、軸方向に延びている。

切削工具２は、両端、すなわち突出部２ａおよび溝部２ｂの両端に第１の刃部３および第２の刃部４を備えている。 第１の刃部３は、突出部２ａおよび溝部２ｂの一端側で一端側に向けて形成されており、第２の刃部４は、突出部２ａおよび溝部２ｂの他端側で他端側に向けて形成されている。

図５および図６に示すように第１の刃部３は、樹脂層１ｂに食い付く食付き部３ａと、樹脂層１ｂの削りくずを逃がす仕上げ部３ｂと、樹脂層１ｂの接触を避ける逃げ部３ｃとで構成されている。

食付き部３ａは、突出部２ａおよび溝部２ｂの一端側の角部に形成され、鋭角を持っている。

仕上げ部３ｂは、突出部２ａおよび溝部２ｂの一端側の端面に形成され、食付き部３ａから外径方向あるいは円周方向に傾斜角αで持って傾斜した面を持っている。 仕上げ部３ｂのうち、突出部２ａの内径側および溝部２ｂの内径側は、外径方向に傾斜角αで持って傾斜した面を持つ。 仕上げ部３ｂのうち、突出部２ａの溝部２ｂ側は、円周方向に傾斜角αで持って傾斜した面を持つ。

逃がし部３ｃは、突出部２ａおよび溝部２ｂの側面に形成され、食付き部３ａから軸方向に傾斜角βで持って傾斜した面を持っている。

第２の刃部４は、樹脂層１ｂに食い付く食付き部４ａと、樹脂層１ｂの削りくずを逃がす仕上げ部４ｂと、樹脂層１ｂの接触を避ける逃げ部４ｃとで構成されている。

食付き部４ａは、突出部２ａおよび溝部２ｂの他端側の角部に形成され、鋭角を持っている。

仕上げ部４ｂは、突出部２ａおよび溝部２ｂの他端側の端面に形成され、食付き部４ａから外径方向あるいは円周方向に傾斜角αで持って傾斜した面を持っている。 仕上げ部４ｂのうち、突出部２ａの内径側および溝部２ｂの内径側は、外径方向に傾斜角αで持って傾斜した面を持つ。 仕上げ部４ｂのうち、突出部２ａの溝部２ｂ側は、円周方向に傾斜角αで持って傾斜した面を持つ。

逃がし部４ｃは、突出部２ａおよび溝部２ｂの側面に形成され、食付き部４ａから軸方向に傾斜角βで持って傾斜した面を持っている。

次に、図１に示す切削工具を備えたスプライン加工装置を使用して、スプライン加工を説明する。

雄スプラインシャフト１を正面側押さえ治具８および背面側押さえ治具６間に配置し、正面側押さえ治具８の中心ピン９を中心位置決め用テーパ穴１１に嵌合し、背面側押さえ治具６の中心ピン７を中心位置決め用テーパ穴１３に嵌合して、雄スプラインシャフト１および切削工具２を同軸に配置する。

位置決め用テーパ穴（位置決め部）１２に位置決めピン５を嵌合し、切削工具２の溝部２ｂに雄スプラインシャフト１のスプライン歯元１ａが位置するように切削工具２に対する雄スプラインシャフト１の周方向位置を決定する。

次に、雄スプラインシャフト１を正面側押さえ治具８および背面側押さえ治具６とともに、軸方向において切削工具２側へ移動させ、雄スプラインシャフト１を切削工具２内に通す。

雄スプラインシャフト１の樹脂層１ｂに第１の刃部３の食付き部３ａを食付かせ、切削加工方向始端側から切削加工方向終端側へ向けて第１の切削工程の往動で樹脂層１ｂの一部を除去し、雄スプラインを加工する。

その後、雄スプラインシャフト１の樹脂層１ｂに第２の刃部４の食付き部４ａを食付かせ、切削加工方向終端側から切削加工方向始端側へ向けて第２の切削工程の復動で樹脂層１ｂの一部を除去し、雄スプラインを仕上げ加工する。 第１の切削工程の往動でスプリングバックして加工できなかった量を、往動で除去加工するので雄スプラインを精度良く仕上げることができる。 雄スプラインシャフト１に雄スプラインより径が大きい部分が存在する場合でも、樹脂層１ｂが復動でむしれることが無くなり、雄スプラインの加工が行える。

最後に、正面側押さえ治具８および背面側押さえ治具６から雄スプラインシャフト１を取り外しスプライン加工が完了する。

本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

上述した実施形態は、第１の刃部３と第２の刃部４は、同じ形状で同じ寸法としている。 他の実施形態において、第１の刃部３と第２の刃部４は、異なる形状で異なる寸法としても良い。 例えば、円周方向の傾斜角α、軸方向の傾斜角βの大きさを異なるものとしてもよい。 うまく調整すれば、より精度良く仕上げることができる。

１…雄スプラインシャフト、１a…スプライン歯元、１ｂ…樹脂層、２…切削工具、３…第１の刃部、４…第２の刃部、５…位置決めピン、６…背面側押さえ治具、８…正面側押さえ治具、 ７、９…中心ピン、１２…位置決め用テーパ穴、１１ 、１３…中心位置決め用テーパ穴