JP2008155236A - 自在継手用ヨークの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を確保しながら精度良く自在継手用ヨークを製造する。
【解決手段】丸棒素材を、中央部の基部３２と該基部３２から左右対称に外方に延長する一対のアーム部３３とを有し、少なくとも前記基部３２と一対のアーム部３３との境界部の厚みを当該アーム部３３の厚みより厚くした段差板形状の冷間鍛造成形品３５に成形する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部３３を両者が対向するように曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、自在継手用ヨークを冷間鍛造工程及び板成形工程を行うことにより製造するようにした自在継手用ヨークの製造方法に関する。

この種の自在継手用ヨークの製造方法としては、例えば金属板に打ち抜き加工、深絞り加工、抜き加工等、プレス作業により容易且つ短時間で行える加工を施す所謂板成形を行うことで、自在継手用ヨークを製造するようにしている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特開平９−１４２８２号公報（第１頁、図１２） 特開２００２−６６６７７号公報（第２頁、図１〜図１５）

しかしながら、特に、最近のように高トルクを可能にした電動パワーステアリング装置が普及することに伴ってヨークの強度向上が要求され、アーム根元の肉厚が必要となる場合に、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、段差のない金属板を素材として板成形による曲げ加工を行って自在継手用ヨークを製造するようにしているので、図１２に示すように中央部の連結部１００とその両側から上方に曲げられたアーム部１０１とを有するＵ字状に板成形したときに、一点鎖線図示のように増肉部１０２を必要とするアーム部１０１の根元が引けてしまい肉薄となり、強度を確保することができないという未解決の課題がある。

熱間鍛造で丸棒素材を成形することが考えられるが、熱間鍛造は加工精度が悪いため仕上げの切削加工が多くなり、製造コストが増加するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、強度を確保しながら精度良く自在継手用ヨークを製造することができる自在継手用ヨークの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る自在継手用ヨークの製造方法は、丸棒素材を、中央部の基部と該基部から左右対称に外方に延長する一対のアーム部とを有し、少なくとも前記基部と一対のアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くした段差板形状の冷間鍛造成形品に成形する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部を両者が対向するように曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成するようにしたことを特徴としている。

また、請求項２に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項１に係る発明において、前記冷間鍛造工程では、バリの発生を少なくするように２段階冷間鍛造を行うようにしたことを特徴としている。
さらに、請求項３に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項２に係る発明において、前記冷間鍛造工程では、丸棒素材を軸方向と直交する方向から冷間鍛造して冷間鍛造中間品を形成する第１の冷間鍛造工程と、該第１の冷間鍛造工程で鍛造された冷間鍛造中間品を前記軸方向から鍛造して前記段差板形状を有する冷間鍛造成形品を得る第２の冷間鍛造工程とを有することを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記冷間鍛造工程では、前記アーム部を、基部側の偏平部とこの偏平部に連接する先端側に板成形工程で内側となる面が突出されて肉厚とされたリンク部とを有するように形成し、前記板成形工程では、前記リンク部の基部側に前記偏平部によるアンダーカット部が形成されるように２段階成形を行うようにしたことを特徴としている。

なおさらに、請求項５に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項４に係る発明において、前記板成形工程では、前記アンダーカット部を形成するように前記偏平部を曲げ成形する第１の板成形工程と、前記偏平部に連接する前記リンク部を曲げ成形する第２の板成形工程とを行うようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、丸棒素材を、中央部の基部と該基部から左右対称に外方に延長する一対のアーム部とを有し、少なくとも前記基部と一対のアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くした段差板形状に形成する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部を同一方向に曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成するので、冷間鍛造工程で肉厚の異なる任意の段差板形状を容易に形成することができ、少なくとも基部とアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くすることにより、アーム部を曲げる板成形時にアーム部の根元に引けが形成されることを防止して、強度を確保しながら精度よく自在継手用ヨークを製造することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した自在継手用ヨークを備えた操舵装置を示す全体構成図、図２は中間シャフトの拡大縦断面図、図３は丸棒素材を示す斜視図、図４は第１の冷間鍛造工程の説明に供する説明図、図５は第２の冷間鍛造工程における鍛造開始時の説明に供する説明図、図６は第２の冷間鍛造工程における鍛造終了時の説明に供する説明図、図７は第２の冷間鍛造用上金型の部分拡大断面図、図８は冷間鍛造完成品及び板成形完成品を示す図であって、（ａ）は冷間鍛造完成品の正面図、（ｂ）は冷間鍛造完成品の底面図、（ｃ）は板成形完成品の正面図、（ｄ）は板成形完成品の底面図、図９は第１の板成形工程の説明に供する説明図、図１０は第２の板成形工程の説明に供する説明図、図１１は第２の板成形工程に使用するパンチの断面図である。

図中、ＳＤは操舵装置であって、この操舵装置ＳＤは、後端（図１において右端）にステアリングホイール１を装着したステアリングシャフト２を有し、このステアリングシャフト２がステアリングコラム３に回転自在に保持されている。
ステアリングシャフト２の前端（図１において左端）には、ステアリングシャフト２に連結されて操舵補助トルクを付与するウォーム減速機１１と、このウォーム減速機１１に連結された操舵補助トルクを発生する電動モータ１２とで構成される操舵補助機構（電動パワーステアリング）４が連結されている。

ウォーム減速機１１の出力軸１４には、自在継手１７Ａを介して中間シャフト１８が連結され、この中間シャフト１８が自在継手１７Ｂを介してラックピニオン式のステアリングギヤ機構６のピニオン軸１９に連結されている。
ステアリングギヤ機構６のラック軸（図示せず）は、タイロッド５を介して図示しない転舵輪に連結されている。

ここで、ステアリングシャフト２は、アウターシャフト７とインナーシャフト８とを有し、アウターシャフト７の前端部とインナーシャフト８の後端部とをスプライン結合させると共に、合成樹脂を介して結合されている。したがって、アウターシャフト７とインナーシャフト８とは、衝突時に上記合成樹脂を破断させて、全長を縮めることができる。
また、ステアリングシャフト２を挿通した筒状のステアリングコラム３は、アウターコラム９とインナーコラム１０とをテレスコープ状に組み合わせてなり、軸方向きの衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる所謂コラプシブル構造としている。

そして、インナーコラム１０の前端部を、ウォーム減速機１１のハウジング１１ａの後端面に固定し、インナーシャフト８をウォーム減速機１１のハウジング１１ａ内に挿通して、このインナーシャフト８の前端部をウォーム減速機１１のハウジング１１ａの前端面から出力軸１４として突出させている。
そして、ステアリングコラム３のアウターコラム９がアッパブラケット１５Ｕによって車体側部材１６にチルト及びテレスコ位置調整可能に支持されていると共に、操舵補助機構４におけるウォーム減速機１１のハウジング１１ａが車体側部材１６に取付けられたロアブラケット１５Ｌに回動自在に支持されたピボットピン１５ｐを中心として上下方向に揺動可能に支持されている。

中間シャフト１８は、その縦断面図を表す図２に示すように、自在継手１７Ａに連結された雄軸２１と、この雄軸２１の外周側にセレーション結合され且つ自在継手１７Ｂに連接された雌軸２２とを備えている。
ここで、自在継手１７Ａは、図２に示すように、一対のヨーク２３及び２４と、これら一対のヨーク２３及び２４を連結する十字軸２５とで構成されている。ヨーク２３は、一対のアーム部２３ａ及び２３ｂと、これらアーム部２３ａ及び２３ｂの基部間を連結する連結部２３ｃとでＵ字状に形成されている。

そして、連結部２３ｃには、ヨーク２３の側面図を表す図３に示すように、中心位置に連結孔２３ｄが貫通形成されている。この連結孔２３ｄに雄軸２１の連結軸部２１ｃが連結されている。これら連結部２３ｃと連結軸部２１ｃとが、例えば溶接、加締め等の固着手段によって一体に連結されている。
さらに、アーム部２３ａ及び２３ｂの先端部には十字軸２５を装着するリンク部２３ｅ及び２３ｆが形成され、このリンク部２３ｅ及び２３ｆに十字軸２５を挿通するベアリングカップ挿通孔２６が形成されている。

また、他方のヨーク２４も、ヨーク２３と同様に一対のアーム部２４ａ及び２４ｂと、これらアーム部２４ａ及び２４ｂの基部間を連結する連結部２４ｃとでＵ字状に形成され、連結部２４ｃにウォーム減速機１１の出力軸１４がボルト２７によって抱き締めされている。
さらに、十字軸２５は、図２に示すように、胴部２５ａと、この胴部に十字状に夫々形成した４個の軸部２５ｂとで構成されている。各軸部２５ｂはその先端部に中心軸位置にスパイダーピン２５ｃが埋設されていると共に、外周面にニードルベアリング２５ｄが配設され、スパイダーピン２５ｃ及びニードルベアリング２５ｄを覆うようにベアリングカップ２５ｅが配設されている。そして、十字軸２５の各軸部２５ｂが、ヨーク２３及び２４のアーム部２３ａ，２３ｂ及び２４ａ，２４ｂに形成されたベアリングカップ挿通孔２６に挿通されている。

一方、自在継手１７Ｂも、自在継手１７Ａと同様の構成を有し、中間シャフト１８の雌軸２２に連結されたヨーク２３とステアリングギヤ機構６のピニオン軸１９に連結されたヨーク２４と、これらヨーク２３及び２４を連結する十字軸２５とを備えている。
さらに、雄軸２１は、図２に示すように、小径の中央軸部２１ａとその左端に形成された中央軸部２１ａより大径に形成されたセレーション軸部２１ｂ及び右端に形成された連結軸部２１ｃとを有する。セレーション軸部２１ｂは軸方向長さが比較的長めに形成され、連結軸部２１ｃは軸方向長さが比較的短めに形成されている。

また、雌軸２２は、円筒状に形成され、その内周面に全長に亘ってセレーション穴部２２ａが形成され、図２の左端外周面に、図２に示すように、自在継手１７Ｂのヨーク２３の連結孔２３ｄにセレーション結合させた状態で、連結軸部２２ｂと連結部２３ｃとが図２に示すように例えば溶接、加締め等の固着手段で連結されている。
そして、自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３が、以下のように、丸棒素材を、冷間鍛造して中央部の厚みが厚い基部としての円形部とこの円形部から左右対称に外方に延長し、円形部より薄い厚みの一対のアーム部とを有する段差板形状の冷間鍛造成形品に形成する冷間鍛造工程と、これに続いて一対のアーム部を同一に垂直上方向に曲げる板成形工程とを行うことにより製造される。

冷間鍛造工程では、先ず、図３に示すように、最終的に形成される自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３に冷間鍛造工程中に切除されるバリ分及び切削される孔分の質量を加えた質量となるように所定径の例えば炭素鋼（Ｓ１５Ｃ〜Ｓ３５ｃ）でなる丸棒を所定長さで切断して、直径Ｄと高さＨとの関係がＨ／Ｄ≦１に設定された丸棒素材３１とし、後述する最終的な冷間鍛造完成品３５を形成する場合の歩留りを向上させるようにしている。

そして、この丸棒素材３１を熱処理する。この熱処理は、焼鈍炉でＳ１５Ｃ〜Ｓ３５Ｃについては完全焼鈍を行ない、Ｓ２５Ｃ〜Ｓ３５Ｃについては球状化焼鈍や完全焼鈍を行うように製品の強度要求や加工の状況に応じて焼鈍方法を選択するようにした。さらにはショットピーニング処理にボンデ処理を加えた表面処理を行う場合もある。次いで潤滑材を塗布してからプレス機に装着する。

このプレス機では、先ず、図４（ａ）に示すように、平坦部４１と、この平坦部４１の中央部に形成された前後方向に延長する比較的大きな半径Ｒｃの円弧状凹部４２と、この円弧状凹部４２の左右両側と平坦部４１との間に形成された円弧状凹部４２の半径Ｒｃよりは小さな半径Ｒｄの円弧部４３とを形成した上下対称で一対の第１の冷間鍛造用上下金型４４Ｕ及び４４Ｄ間に丸棒素材３１をその軸方向を例えば前後方向として装着する。

ここで、第１の冷間鍛造用上金型４４Ｕ及び下金型４４Ｄの円弧状凹部４２の半径Ｒｃは、丸棒素材３１の直径Ｄの１／２即ち半径以下となるように（Ｄ／２）≧Ｒｃに選定されている。これらＲｃ＞Ｒｄ及びＤ／２≧Ｒｃの関係は、材料の流動性を良くし、荷重低減の効果がある。
次いで、図４（ｂ）に示すように、第１の冷間鍛造用上金型４４Ｕ及び下金型４４Ｄを両者間の間隔を所定間隔ｔとなるまで相対移動させることにより、丸棒素材３１をその軸方向と直交する上下方向から潰して中央部の前述した連結部２３ｃとなる基部としての円形部３２とこの円形部３２から左右方向に左右対称に外方に延長する前述したアーム部２３ａ及び２３ｂとなるアーム部３３とを有し、後述する第２の冷間鍛造工程でバリ発生が少ない形状の冷間鍛造完成品３５とするため、冷間鍛造中間品３４を得る第１の冷間鍛造を行う。

ここで、第１の冷間鍛造用上金型４４Ｕ及び下金型４４Ｄ間の所定間隔ｔは、図４（ｂ）に示すように、第１の冷間鍛造用上金型４４Ｕ及び下金型４４Ｄの円弧状凹部４２の深さをΔＸとし、図６（ａ）に示すように、冷間鍛造終了品３５′の円形部３２の直径をＤ１としたとき、第２の冷間鍛造用下金型４５Ｄに安定して固定載置できるようにＤ１≦ｔ＋２ΔＸとなるように選定されている。

次いで、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、成形した冷間鍛造中間品３４の前後方向を上下方向とするように９０度方向を変えて上下一対の第２の冷間鍛造用上下金型４５Ｕ及び４５Ｄに装着する。
次いで、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２の冷間鍛造用上金型４５Ｕ及び下金型４５Ｄを両者が近接するまで相対移動させることにより、円形部３２の下端に厚みが増加するように下方に膨出する膨出部３２ａを形成すると共に、円形部３２側の円形部３２に比較して薄い偏平部３３ａと、この偏平部３３ａの先端側に連接して偏平部３３ａより後述する板成形工程で内側となる面に上方に円柱状に突出して厚肉とされたリンク部３３ｂとを有するアーム部３３を形成した冷間鍛造終了品３５′を得る第２の冷間鍛造を行う。

ここで、第２の冷間鍛造用上金型４５Ｕには、図７に示すように、バリを押す部分に５〜３０度のテーパーθ１を付け、バリ部分の面圧を小さくして、加工荷重の増加を防ぐようにしている。但し、テーパー角を大きくしすぎたり、ニゲを作ったりすると、バリ部分の面圧がなくなり、バリに強い引張り応力が生じて割れることがあるので、第２の冷間鍛造用上金型４５Ｕのテーパー角は５〜２０度が好適である。

また、素材の型離れをよくするために、図７に示すように、一部型の側面をテーパーθ２，θ３（１〜１０度）の抜け勾配を形成するようにしてもよい。
なお、第２の冷間鍛造では、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように冷間鍛造終了品３５′の上下方向の中間部における外周縁に外方に延長するバリ３６が生じるが、このバリ３６を、上下方向からバリ３６を挟み、軸方向に垂直断面が図８（ａ）の冷間鍛造完成品３５と同形のパンチで、打ち抜いて除去することにより段差板形状の冷間鍛造完成品３５に仕上げる。

この冷間鍛造完成品３５は、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、膨出部３２ａが、下端中央部に平坦面３２ｂと、この平坦面３２ｂの外周縁から外方に行くに従い徐々に厚みが薄くなる比較的緩やかな傾斜角の第１テーパー部３２ｃと、この第１テーパー部３２ｃの外周縁から第１テーパー部３２ｃの傾斜角よりはやや急な傾斜角でアーム部３３の偏平部３３ａにおける円形部３２側下端面に達する第２テーパー部３２ｄとで形成されている。なお、第１テーパー部３２ｃと第２テーパー部３２ｄとを異なるテーパー部とする必要はなく、両者を一様なテーパー部とするようにしてもよい。

また、冷間鍛造完成品３５の円形部３２における上面に後述する板成形工程でのパンチ５６を受けて、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、これらパンチ５６の滑りや移動を抑制する平面から見て前後方向に延長する係合凹部３２ｅが形成されている。
ここで、成形する段差板形状は、円形部３２のアーム部３３の根元となる後述する板成形工程において曲げる曲げコーナー部３２ｆをアーム部３３より厚くすればよく、全体形状は製品要求に応じて任意に形状を変更する。

このように、冷間鍛造工程で、予備成形となる第１の冷間鍛造工程を導入することで、バリの発生を減少させることができ、歩留りが向上する。また、丸棒素材３１を潰すことにより任意の段差板形状に成形が可能であるので、後述する板成形時に引けが生じる可能性がある曲げコーナー部３２ｆの肉厚を厚くすることができると共に、多種類の形状のヨークの製造に対応することができる。

次いで、冷間鍛造完成品３５に対してアーム部３３を同一に垂直上方向に曲げ加工する板成形を行う。
この板成形では、段差板形状の冷間鍛造完成品３５のアーム部３３は円形部３２側の偏平部３３ａと先端部側の内側に突出するリンク部３３ｂとで形成されているので、１つのパンチによる一度の曲げ加工では、成形できないことにより、２段階成形を行う。

この２段階成形は、先ず、第１の板成形用金型５１を使用して一対のアーム部３３の偏平部３３ａを両者が対向するように直角に曲げる第１の板成形を行う。このとき、第１の板成形用金型５１としては、図９に示すように、下端部が円形部３２の第２テーパー部３２ｃにおける幅方向中間部即ち円形部３２とアーム部３３との境界部となる曲げコーナー部３２ｆに接触するように所定距離を挟んで対向する絞り部５２と、この絞り部５２の下方に連通する絞り部５２より僅かに大径の逃げ部５３と、絞り部５２の上方に連通する上方に行くに従い対向長さが広くなる左右対称の湾曲導入部５４とで構成され、この第１の板成形用金型５１が台座５５上に固定載置されている。

ここで、湾曲導入部５４の湾曲形状は、後述するように冷間鍛造完成品３５の円形部３２をパンチ５６で絞り部５２に押し込む際に、アーム部３３の外側面と湾曲面と接触部に隙間が空かないように設定され、アーム部３３の外側面と湾曲面との接触部に隙間が空くことにより、局部的な曲げになって隙間部分に引張り応力が発生することを確実に防止するようにしている。

また、第１の板成形に使用するパンチ５６は、図９（ｂ）に示すように、冷間鍛造完成品３５の係合凹部３２ｅに係合し左右側面の最終形状でリンク部３３ｂが接触しないギリギリの位置に偏平部３３ａの内側面を受ける左右一対の平坦部５６ａ及び５６ｂが形成されている。これら平坦部５６ａ及び５６ｂ間の距離Ｌｐ１は第１の板成形用金型５１の絞り部５２間の距離Ｌから冷間鍛造完成品３５の一対の偏平部３３ａの厚みΔＷ０より薄い厚みΔＷ１の２倍を減算した値（Ｌｐ１＝Ｌ−２ΔＷ１）に設定されていて、リンク部３３ｂの厚みをΔＷ２としたとき、各厚みΔＷ０〜ΔＷ２との関係は、ΔＷ２＞ΔＷ０＞ΔＷ１に選定されている。

そして、この第１の板成形用金型５１の上端部に冷間鍛造完成品３５を載置した状態で、冷間鍛造完成品３５の円形部３２の上面側に、パンチ５６をその底部が係合凹部３２ｅに係合した状態で下降させることにより、膨出部３２ａの曲げコーナー部３２ｆを金型５１の絞り部５２でしごきながら曲げることにより、一対のアーム部３３の円形部３２側の偏平部３３ａを両者が対向するように円形部３２に対して直角に起立させ、リンク部３３ｂが上外方に傾斜したままの板成形中間品３７を形成する第１の板成形を行う。

このように膨出部の曲げコーナー部３２ｆを金型５１の絞り部５２でしごきながら曲げる際に、絞り部５２とパンチ５６とでアーム部３３の側面を挟んで圧縮応力を負荷することができ、降伏応力は引張り応力から圧縮応力を減算した値で表されるので、圧縮応力を増やすことにより曲げに生じる引張り応力を下げることができる。
また、冷間鍛造完成品３５の円形部３２の上面にパンチ５６を受ける係合凹部３２ｅが形成されているので、パンチ５６が係合凹部３２ｅに係合することにより、冷間鍛造完成品３５の傾きを小さくすることができると共に、パンチ５６と冷間鍛造完成品３５との正確な芯出しを行うことができる。

次いで、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の板成形用金型６１を使用して板成形中間品３７のリンク部３３ｂがアーム部３３の偏平部３３ａに合わせて両者の外側面が同一垂直面となるように曲げる第２の板成形を行う。
第２の板成形用金型６１は、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、上下に分割された分割上金型６１Ｕと分割下金型６１Ｄとで構成されている。分割上金型６１Ｕには、上端部が板成形中間品３７におけるリンク部３３ｂの外側面に係合し、下方に行くに従い対向長さが小さくなる左右対称な湾曲導入部６２と、この湾曲導入部６２の下端側に連通するアーム部３３の根元部外側面に係合する垂直平坦部６３と、この垂直平坦部６３の下面より徐々に対向長さが大きくなりその後垂直面となる逃げ部６４とが形成されている。

一方、分割下金型６１Ｄには、分割上金型６１Ｕの逃げ部６４の下端に連通して下に行くに従い対向長さが短くなる逃げ部６５と、この逃げ部６５に連通して分割上金型６１Ｕの垂直平坦部６３と同一垂直面の垂直平坦部６５とを備えている。ここで、逃げ部６５は成形荷重を低減する効果がある。
そして、分割下金型６１Ｄの垂直平坦部６６間には板成形中間品３７における円形部３２の平坦面３２ｂ及び第１テーパー部３２ｃを受ける台座６７が配設されている。この台座６７は、板成形完成品３８のノックアウトを行うと共に、膨出部３２ａの平坦面３２ｂ及び第１のテーパー部３２ｃの変形防止及び形状修正を行う。

また、第２の板成形に使用するパンチ６８は、パンチの軸方向に垂直の断面図を表す図１１に示すように、冷間鍛造完成品３５の係合凹部３２ｅに係合する円柱体６８ａを左右位置で平行に切り落とした２面幅形状を有し、その左右側面にリンク部３３ｂの内側面を受ける左右一対の凹部６８ｂ及び６８ｃが形成されている。
これら凹部６８ｂ及び６８ｃの底面間距離Ｌｐ２は図１０（ａ）に示すように分割上金型６１Ｕの垂直平坦部６３間の距離Ｌから冷間鍛造完成品３５の一対のリンク部３３ｂの厚み２×ΔＷ２を減算した値（Ｌｐ２＝Ｌ−２ΔＷ２）に設定されている。このため、第２の曲げ加工時に凹部６８ｂ及び６８ｃでリンク部３３ｂの内側面を受けることにより、凹部６８ａ及び６８ｃを形成する側面でリンク部３３ｂの前後方向端部が案内されて、リンク部３３ｂの前後方向の曲がりを抑制することができる。

そして、図１０（ａ）に示すように、第２の板成形用金型６１の上に板成形中間品３７をリンク部３３ｂの外側面が湾曲部６２に接触し、且つアーム部３３の根元部の外側面が垂直平坦部６３に接触するように載置し、この板成形中間品３７に対して、パンチ６８をその凹部６８ｂ及び６８ｃが一対のリンク部３３ｂに対向させた状態で下降させる。これにより、図１０（ｂ）に示すように、アーム部３３の偏平部３３ａ及びリンク部３３ｂの外側面が同一に垂直上方向に直線上に延長し、且つリンク部３３ｂの内側対向面がパンチ６８の凹部６８ｂ及び６８ｃに接触して、リンク部３３ｂの下側にアンダーカット部３３ｃが形成されて、目的とする自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３に相当する形状の板成形完成品３８が得られる。

このとき、パンチ６８の凹部６８ｂ及び６８ｃには、リンク部３３ｂの内側面が大きく変形するほどには強く当たらずリンク部３３ｂの内側面の変形防止及び形状修正を行う程度に接触する。
そして、板成形完成品３８の円形部３２の中央部に連結孔２３ｄを穿設すると共に、リンク部３３ｂにベアリングカップ挿通孔２６を穿設することにより、自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３を形成する。

なお、前述した冷間鍛造用金型４４Ｕ，４４Ｄ、４５Ｕ，４５Ｄ、板成形用パンチ５６，６８及び板成形用金型５１，６１Ｕ，６１Ｄの材質としては、超硬合金、高速度鋼、ダイス鋼等の工具鋼を主に適用することができる。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３及び２４を製造するには、図３に示すように、所定径の丸棒を所定長さで切断した丸棒素材３１を用意し、この丸棒素材３１を、図４（ａ）に示すように、軸方向を水平として第１の冷間鍛造用上下金型４４Ｕ及び４４Ｄに装着してから図４（ｂ）に示すように第１の冷間鍛造用上金型４４Ｕを第１の冷間鍛造用下金型４４Ｄに対して両者間の間隔が所定間隔ｔとなるまで下降させることにより、円形部３２とこの円形部３２から左右方向に左右対称に外方に延長するアーム部３３とを有する冷間鍛造中間品３４を得る第１の冷間鍛造を行う。

次いで、冷間鍛造中間品３４を、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２の冷間鍛造用上下金型４５Ｕ及び４５Ｄ間に装着して、第２の冷間鍛造用上下金型４５Ｕ及び４５Ｄを図６（ａ）〜（ｃ）に示すように両者が近接するまで相対移動させる第２の冷間鍛造を行うことにより、図８（ａ）及び（ｂ）示す冷間鍛造終了品３５′を得る。このとき、冷間鍛造終了品３５′における上下方向の中間部の全周に亘って即ち上下金型５１Ｕ及び５１Ｄの接触位置に外方に延長するバリ３６が発生するが、このバリ３６を打ち抜いて除去することにより段差板形状の冷間鍛造完成品３５に仕上げる。

次いで、仕上げた冷間鍛造完成品３５を、図９（ａ）に示すように、板成形加工を行う第１の冷間鍛造の上端部に冷間鍛造完成品３５を載置し、この状態で、円形部３２の上面中央部の係合凹部３２ｅにパンチ５６を接触させてパンチ５６を下降させることにより、図９（ｂ）に示すように、円形部３２と一対のアーム部３３との境界部の曲げコーナー部３２ｆがパンチ５６の平坦面５６ａ及び５６ｂに接触しながら一対のアーム部３３の偏平部３３ａを両者が対向するように直角に曲げる第１の板成形を行うことにより、リンク部３３ｂの内側面が接触しないように斜め外方に傾斜して逆ハ字状となる板成形中間品３７を得る。

次いで、板成形中間品３７を、図１０（ａ）に示すように、第２の板成形用金型６１に、そのアーム部３３の根元部の外面を垂直平坦部６３に係合させ、リンク部３３ｂの外面を湾曲部６２に係合させて載置し、この状態でパンチ６８を円形部３２の上面中央部に接触させて下降させる第２の板成形を行うことにより、リンク部３３ｂをその内側面が垂直となってパンチ６８の凹部６８ｂ及び６８ｃに接触し、その下側にアンダーカット部３３ｃが形成され、外側面が垂直平坦部６３によって垂直となる図８（ｃ）及び（ｄ）に示すヨーク２３に相当する形状の板成形完成品３８が得られる。

その後、板成形完成品３８における円形部３２の中央部に連結孔２３ｄを穿設すると共に、リンク部３３ｂにベアリングカップ挿通孔２６を穿設することにより、自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３が形成される。
そして、形成された自在継手１７Ａにおけるヨーク２３の連結孔２３ｄに雄軸２１の連結軸部２１ｃをセレーション結合させた状態で溶接、加締め等の固着手段で連結する共に、自在継手１７Ｂにおけるヨーク２３の連結孔２３ｄに雌軸２２の連結軸部２２ｂをセレーション結合させた状態で溶接、加締め等の固着手段で連結する。

さらに、自在継手１７Ａのヨーク２３に十字軸２５を介して操舵補助機構４におけるウォーム減速機１１の出力軸１４に連結されたヨーク２４を連結すると共に、自在継手１７Ｂのヨーク２３に十字軸２５を介してステアリングギヤ機構６のピニオン軸１９に連結されたヨーク２４を連結することにより、操舵装置ＳＤを構成することができる。
この操舵装置ＳＤで、運転者がステアリングホイール１を操舵することにより、その操舵トルクが操舵補助機構４に内蔵された操舵トルクセンサ（図示せず）で検出され、この操舵トルクに応じた操舵補助力を発生するように電動モータ１２が駆動制御される。この電動モータ１２で発生された操舵補助トルクは、ウォーム減速機１１を介してステアリングシャフト２に連結された出力軸１４に伝達され、ステアリングシャフト２に作用される操舵トルクと操舵補助トルクとが中間シャフト１８を介してステアリングギヤ機構６に伝達され、このステアリングギヤ機構６からタイロッド５を介して転舵輪が転舵される。このため、ステアリングホイール１を軽い操舵トルクで操舵することができる。

本実施形態では、上述したように、自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３の製造時に、丸棒素材３１を冷間鍛造することにより、段差板形状の冷間鍛造完成品３５を形成するので、丸棒素材を熱間鍛造する場合に比較して冷間鍛造完成品３５を高精度で形成することができ、仕上げ切削加工を最小限にし、製造コストを大幅に削減することができる。
しかも、冷間鍛造工程における素材の切除は、第２の冷間鍛造工程で生じるバリ３６を除去するのみでよいので、板素材を使用する場合のように金属板を打ち抜くことによる打ち抜き後の金属板が無駄となることがなく、板素材を使用する場合に比較して歩留りを非常によくすることができる。

そして、冷間鍛造完成品３５を板成形することにより、ヨークとなる側面から見てＵ字状の板成形完成品３８を得るので、仕上げ切削加工を必要とせず製造コストを大幅に削減することができる。
また、冷間鍛造で形成する段差板形状を、円形部３２及び円形部３２とアーム部３３との境界部となる曲げコーナー部３２ｆの厚みを厚くすることで、ヨーク２３の連結部２３ｃとなる円形部３２での機械的強度を十分に確保することができると共に、板成形工程でアーム部３３を曲げコーナー部３２ｆで曲げる際に、この曲げコーナー部３２ｆにおける外側に引けが生じることを確実に防止して曲げコーナー部３２ｆを肉厚とすることができ、アーム部３３の根元部の機械的強度を十分に確保することができる。

さらに、板成形工程を２段階に分けた２段階成形とすることで、自在継手用ヨークのアーム部３３の先端に内側に突出する比較的肉厚の厚いリンク部３３ｂを形成する場合に、最初にリンク部３３ｂを含まないアーム部３３の偏平部３３ａのみを曲げ、その後にリンク部３３ｂを曲げることができ、リンク部３３ｂの下側にアンダーカット部３３ｃを形成したアーム部３３を容易に板成形することができ、厚みが異なるアーム部３３を有する自在継手用ヨーク２３を容易に製造することができる。

また、冷間鍛造工程でも、丸棒素材３１をその軸方向と直交する方向から押圧する第１の冷間鍛造を行って円形部とその円形部３２から左右対称に外方に延長するアーム部３３とを有する冷間鍛造中間品を得、この冷間鍛造中間品をその上下方向から第２の冷間鍛造を行って冷間鍛造完成品３５を形成することにより、バリを少なくして歩留りを向上させることができる。

なお、上記実施形態においては、自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ヨーク２３とこれに連接する雄軸２１とを一体成形することもできる。このためには、冷間鍛造工程における第２の冷間鍛造用下金型４５Ｄに雄軸２１を貫通させる貫通孔を設けると共に、板成形工程における第１の板成形用金型５１を受ける台座５６及び第２の板成形用金型６１の台座６７にも雄軸２１を貫通させる貫通孔を形成すればよい。この場合には、雄軸２１が貫通孔で支持されることにより、傾き防止や芯出しの必要がなくなるので、円形部３２に形成するパンチ５６を受ける係合凹部３２ｅを省略してもよい。このようにすれば、ヨーク２３と雄軸２１とを一体成形することができるので、コストダウンを図ることができると共に、ヨーク２３と雄軸２１との接合部での機械的強度を向上させることができる。

また、上記実施形態においては、板成形完成品３８を成形した後に円形部３２に連結孔２３ｄを穿設する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、冷間鍛造完成品３５を形成する際に、第２の冷間鍛造用上下金型４５Ｕ及び４５Ｄの何れか一方に円形部３２の中央部に対向する位置に孔部を形成し、他方に孔部に係合する打ち抜き用凸部を形成することにより、第２の冷間鍛造時に連結孔２３ｄを同時に形成することができ、ヨーク２３の製造コスト及び製造工数をより削減することができる。

さらに、上記実施形態においては基部を円形に形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、方形や多角形等の任意の形状に形成することができる。
さらにまた、上記実施形態においては、冷間鍛造工程で、２段階冷間鍛造を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３段階以上の多段階冷間鍛造を行うようにしてもよく、この場合でも上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なおさらに、上記実施形態においては、板成形工程も、２段階成形を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３段階以上の３段階成形を行う用にしてもよく、この場合でも上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記実施形態においては、一対のアーム部３３を両者が対向するように直角に曲げる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、曲げ角度は任意に設定することができる。

また、上記実施形態においては、操舵補助機構４を有する操舵装置ＳＤに本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵補助機構４を省略した操舵装置ＳＤにも本発明を適用することができる。
さらに、上記実施形態においては、操舵装置ＳＤに使用する自在継手１７Ａ及び１７Ｂのヨーク２３に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転力を伝達する場合に適用される任意の自在継手用ヨークに本発明を適用することができるものである。

本発明による自在継手用ヨークを操舵装置に適用した場合の一実施形態を示す全体構成図である。 本発明による自在継手用ヨークを適用した中間シャフトの構成を示す断面図である。 丸棒素材を示す斜視図である。 第１の冷間鍛造工程を示す説明図である。 第２の冷間鍛造工程の開始前状態を示す説明図である。 第２の冷間鍛造工程の終了状態を示す説明図である。 第２の冷間鍛造用上下金型の拡大断面図である。 冷間鍛造完成品及び板成形完成品を示す平面図及び正面図である。 第１の板成形工程を示す説明図である。 第２の板成形工程を示す説明図である。 第２の板成形工程に使用するパンチを示す断面図である。 従来の板素材を使用して成形したヨークを示す正面図である。

符号の説明

ＳＤ…操舵装置、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングコラム、４…操舵補助機構、６…ステアリングギヤ機構、１７Ａ，１７Ｂ…自在継手、１８…中間シャフト、２１…雄軸、２２…雌軸、２３，２４…ヨーク、２３ａ，２３ｂ…アーム部、２３ｃ…連結部、３１…丸棒素材、３２…円形部、３３…アーム部、３３ａ…リンク部、３４…冷間鍛造中間品、３５…冷間鍛造完成品、３６…バリ、３７…板成形中間品、３８…板成形完成品、４４Ｕ…第１の鍛造用上金型、４４Ｄ…第１の鍛造用下金型、４５Ｕ…第２の鍛造用上金型、４５Ｄ…第２の鍛造用下金型、５１…第１の板成形用金型、５１Ｕ…上金型、５１Ｄ…下金型、５６…パンチ、６１Ｕ…第２の板成形用金型、６１Ｄ…第２の板成形用金型、６８…パンチ

Claims (5)

1. 丸棒素材を、中央部の基部と該基部から左右対称に外方に延長する一対のアーム部とを有し、少なくとも前記基部と一対のアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くした段差板形状の冷間鍛造成形品に成形する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部を両者が対向するように曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成するようにしたことを特徴とする自在継手用ヨークの製造方法。
2. 前記冷間鍛造工程では、バリの発生を少なくするように２段階冷間鍛造を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
3. 前記冷間鍛造工程では、丸棒素材を軸方向と直交する方向から冷間鍛造して冷間鍛造中間品を形成する第１の冷間鍛造工程と、該第１の冷間鍛造工程で鍛造された冷間鍛造中間品を前記軸方向から鍛造して前記段差板形状を有する冷間鍛造成形品を得る第２の冷間鍛造工程とを有することを特徴とする請求項２に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
4. 前記冷間鍛造工程では、前記アーム部を、基部側の偏平部とこの偏平部に連接する先端側に板成形工程で内側となる面が突出されて厚肉とされたリンク部とを有するように形成し、前記板成形工程では、前記リンク部の基部側に前記偏平部によるアンダーカット部が形成されるように２段階成形を行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
5. 前記板成形工程では、前記アンダーカット部を形成するように前記偏平部を曲げ成形する第１の板成形工程と、前記偏平部に連接する前記リンク部を曲げ成形する第２の板成形工程とを行うようにしたことを特徴とする請求項４に記載の自在継手用ヨークの製造方法。

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