JP2010188502A - Method for producing yoke for universal joint - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、同一直線上に存在しない1対の回転軸の端部同士を連結して、これら両回転軸同士の間で回転力の伝達を可能とする自在継手を構成するヨークのうち、金属板をプレス加工する事により造られる自在継手用ヨークの製造方法の改良に関する。具体的には、大きなトルクを伝達する自在継手を構成すべく、上記金属板の厚さ寸法を大きくした場合でも、上記回転軸の端部を結合固定すべき基部、及び、十字軸を支持すべき1対の腕部に、亀裂等の損傷が発生しにくいヨークを得られる製造方法の実現を図るものである。 The present invention relates to a metal yoke among the yokes constituting a universal joint that connects ends of a pair of rotating shafts that do not exist on the same straight line and enables transmission of rotational force between the rotating shafts. The present invention relates to an improvement in a method for manufacturing a universal joint yoke manufactured by pressing a plate. Specifically, even when the thickness of the metal plate is increased to form a universal joint that transmits a large torque, the end portion of the rotary shaft is supported and the cross shaft is supported. It is intended to realize a manufacturing method capable of obtaining a yoke in which damage such as cracks is unlikely to occur in a pair of power arms.
本発明の対象となるヨークを含んで構成した自在継手を組み込む装置として、図6に示す様な自動車用操舵装置が広く知られている。この自動車用操舵装置は、ステアリングホイール1の動きをステアリングギヤユニット2に伝達するもので、このステアリングホイール1の動きを、ステアリングシャフト3と、自在継手4aと、中間シャフト5と、自在継手4bとを介して、上記ステアリングギヤユニット2の入力軸6に伝達する様にしている。上記ステアリングホイール1の操作に伴ってこの入力軸6が回転すると、上記ステアリングギヤユニット2が、左右1対のタイロッド7、7を押し引きして、操舵輪に所望の舵角を付与する。尚、図6に示した例では、電動モータ8により上記ステアリングシャフト3に、運転者が上記ステアリングホイール1に加えた力に応じた補助力を付与する、電動式パワーステアリング装置を組み込んでいる。
As a device for incorporating a universal joint configured to include a yoke that is a subject of the present invention, an automobile steering device as shown in FIG. 6 is widely known. This steering apparatus for an automobile transmits the movement of the steering wheel 1 to the steering gear unit 2, and the movement of the steering wheel 1 is transmitted to the steering shaft 3, the
この様な自動車用操舵装置に組み込む自在継手4a、4bは、周知の様に、それぞれ1対のヨークを十字軸を介して、トルクの伝達及び揺動変位を自在に組み合わせて成る。この様な自在継手を構成するヨークとして、鋼板等の金属板にプレス加工を施して成るヨークが、製造コストを低く抑えられる事から、例えば特許文献1〜5に記載される等により、従来から広く知られている。図7は、この様な従来から広く知られているプレス型のヨーク9の1例を示している。このヨーク9は、基部10と、この基部10の軸方向一端縁から延出した1対の腕部11、11とから成る。
As is well known, each of the
このうちの基部10は、上記ヨーク9を固定すべき回転軸の端部を挿入する為、円周方向1箇所を不連続とした欠円筒状に形成しており、不連続部には、互いに対向する1対のフランジ12、12を設けている。そして、一方のフランジ12に、ボルト(図示せず)の杆部を挿通する為の通孔13を、他方のフランジ12に、上記ボルトの杆部を螺合させる為、上記通孔13と同心のねじ孔(図示せず)を、それぞれ形成している。尚、図7に記載したヨーク9の場合には、金属板を180度折り返して2枚重ねとしたフランジ12、12を設けている。これに対して、後述する図8に示す様に、金属板を1枚のみで構成したフランジを備えたヨークも、従来から知られている。又、1枚の金属板の厚さを肉寄せにより増大させたフランジを備えたヨークも、従来から知られている。何れの構造のヨークも、本発明の製造方法の対象となり得る。
Of these, the
一方、上記各腕部11、11は、上記基部10の軸方向一端縁で直径方向反対側位置から上記基部10の径方向外方に少し折れ曲がった後、この基部10の軸方向に延出している。上記各腕部11、11は、互いに対向する面を部分円筒状の凹面としている。又、これら各腕部11、11の先端部には、互いに同心の円孔14、14を形成している。上記ヨーク9と十字軸(図示せず)とを組み合わせて自在継手を構成する場合には、上記各円孔14、14内に軸受カップ(図示せず)を圧入する。これら各軸受カップは、ラジアルニードル軸受の外輪として機能し、上記ヨーク9に対して上記十字軸を、揺動変位自在に結合支持する。
On the other hand, each of the
又、上述の様なプレス型のヨークの製造方法に就いても、例えば特許文献2〜4に示す様に、従来から広く知られている。図8は、従来から知られている製造方法の1例として、このうちの特許文献3に記載されている製造方法を、工程順に示している。先ず、鋼板等、十分な剛性を有する金属板をプレス加工で打ち抜く事により、図8の(A)に示す様な形状を有する、平坦な素板15を得る。この素板15は、略矩形の基板部16と、この基板部16の一端縁から兎の耳状に突出した、1対の舌状部17、17とを備える。又、これら各舌状部17、17の先端部には、下孔18、18を、プレス加工により打ち抜き形成する。
Also, the press yoke manufacturing method as described above has been widely known as shown in, for example, Patent Documents 2 to 4. FIG. 8 shows the manufacturing method described in Patent Document 3 among them as an example of a conventionally known manufacturing method in the order of steps. First, a
この様な素板15は、1対のプレス型同士の間で押圧し、図8の(B)に示す様な形状に塑性変形させて、第一中間素材19とする。この第一中間素材19は、1対の腕部11、11(図7参照)となるべき上記各舌状部17、17部分が、部分円筒状に湾曲している。次いで、この様な第一中間素材19は、図8の(C)(D)に示す様に、上記基板部16の中央部分を欠円筒状に湾曲させて、第二中間素材20乃至第三中間素材21とする。そして最後に、上記両下孔18、18を拡径して円孔14、14(図7参照)とすると共に、基部10aを構成する1対のフランジ12a、12aに、通孔及びねじ孔を形成する。
Such a
上述の様な工程で自在継手用のヨークを造れば、このヨークの加工コストを低く抑えられるが、伝達可能なトルクを大きくすべく、上記素板15の厚さ寸法を大きくすると、そのままでは、優れた耐久性を有するヨークを得る事が難しくなる。特に、前述の図6に示す様な、自在継手4a、4bよりもステアリングホイール側に電動モータ8を設ける、所謂コラムタイプの電動式パワーステアリング装置を組み込んだ自動車用操舵装置に組み込む、上記自在継手4a、4bの場合には、上記傾向が顕著になる。この理由は、上記両自在継手4a、4bにより大きなトルクを伝達する必要上、これら両自在継手4a、4bを構成するヨークを高剛性化する必要を生じ、ヨークを構成する鋼板の厚さ寸法を大きくする為である。例えば、従来の(コラムタイプの電動式パワーステアリング装置でない)場合に6.5mm程度であった厚さ寸法を、8mm程度に増大させる必要がある。
If a yoke for a universal joint is manufactured by the process as described above, the processing cost of this yoke can be reduced, but if the thickness dimension of the
例えば、前記図7に示したヨーク9を、厚さ寸法の大きな鋼板を180度折り返して造った場合に、このヨーク9の基部10のうちで、折り返し部22の外径寄り部分に大きな引っ張り応力が生じる。即ち、この基部10の折り返し部22を形成するには、図8の(B)→(C)→(D)に示した過程で、基板部16を、部分円筒状の加工面を有する受型(又は円柱状の芯金)を中心に曲げ成形する。この際、上記基板部16の一部で、1対の腕部11、11(図8の舌状部17、17)の根元部分の変形量が非常に大きくなる。上記基板部16を含む、素板15乃至は第一中間素材19は、素材となる金属板に、プレスによる打ち抜き加工(剪断加工)を施す事により造っている。この為、上記素板15乃至は第一中間素材19の外周縁部には、剪断面及び破断面が存在する。このうちの破断面は表面粗さが大きい粗面であり、表面に微小な亀裂や割れの如き欠陥が存在する可能性がある。
For example, when the yoke 9 shown in FIG. 7 is formed by folding a steel plate having a large thickness by 180 degrees, a large tensile stress is applied to the outer diameter portion of the folded
上記折り返し部22の加工に伴って、この様な欠陥が存在する部分に大きな引っ張り応力が加わると、この欠陥部分に応力が集中してこの欠陥が増大され、この欠陥部分から、上記基部10の強度不足に繋がる程の大きな亀裂が発生する可能性がある。特に、基部10から前記両腕部11、11の基部に掛けての部分は、自在継手の使用に伴って、繰り返し応力が加わる為、この部分に亀裂が発生する事は防止する必要がある。亀裂が発生したヨーク9は、不良品として廃棄しなければならず、亀裂発生の頻度を抑える事が、歩留りを向上させてヨーク9の製造コストを抑える面からは重要である。この為に従来から、粗面である破断面を、上記折り返し部22の内径側に、比較的表面粗さが小さい剪断面を同じく外径側に、それぞれ位置させた状態で、上記折り返し部22を形成する様にしている。又、この折り返し部22の加工に先立って、上記基板部16の外周縁のうちで、上記基部10から前記両腕部11、11の基部に掛けての部分となるべき部分に、表面が平滑面である金型を押し付けて、この部分の表面粗さを改善する事も、併せて行っている。但し、前述した様に、ヨークを構成する鋼板の厚さ寸法を大きくすると、上記折り返し部の外径側部分での金属材料の伸び量が増大する為、上述した様な従来技術では、歩留りを十分に向上させる事が難しい。
When a large tensile stress is applied to a portion where such a defect exists along with the processing of the folded
上述の様な原因で亀裂が発生する事を抑える為に、金属板から素板を形成する打ち抜き加工を、図9に示す様な精密剪断加工、所謂ファインブランキングにより行う事が考えられる。即ち、受型23に載置した金属板24の上面を、抑え型25により、この受型23の上面に強く抑え付けた状態で、打ち抜き型26により素板15の形状に打ち抜く。上記抑え型25の下面のうち、少なくとも、舌状部同士の間に位置する部分及びこれら両舌状部の円周方向側縁でこの部分の両端部から連続する、これら両舌状部の先端側を除いて三方を囲まれた部分の周囲に、断面形状が三角形で、平面形状が、U字形若しくはコ字形の突条27を設けている。この様な抑え型25により上記金属板24の上面を強く抑えつつ、上記打ち抜き型26によりこの金属板24を打ち抜いて上記素材15とすると、この素板15の外周縁の性状(表面粗さ)が、シェービング加工の如き切削による仕上加工を行った場合と同様に、良好な(面粗さが小さい)面に加工できる可能性がある。
In order to suppress the occurrence of cracks due to the above-described causes, it is conceivable to perform a punching process for forming a base plate from a metal plate by a precision shearing process as shown in FIG. 9, that is, so-called fine blanking. That is, the upper surface of the
但し、上記三方を囲まれた部分は、上記抑え型25により抑えても、十分に内圧を高める事が難しく、必ずしも面粗さを十分に小さくできない。又、上記各型23、25、26により構成する金型の構造が複雑になり、製造コストを高くする原因となる。更に、成形荷重が大きくなる為、得られる素板15の加工硬化が顕著になり、加工硬化に伴って亀裂が発生し易くなる懸念もある。これらの理由により、上記ファインブランキングに関しても、必ずしも最適な製造方法となり得ない。
However, even if the portion surrounded by the three sides is restrained by the restraining die 25, it is difficult to sufficiently increase the internal pressure, and the surface roughness cannot be sufficiently reduced. In addition, the structure of the mold constituted by the
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、従来に比べて厚肉の金属板にプレス加工を施す事により造る場合でも、条件の厳しい部分に亀裂等の損傷が発生しにくい自在継手用ヨークを得られる製造方法を実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention provides a universal joint yoke that is less prone to cracking or other damage in severe conditions even when it is manufactured by pressing a thick metal plate compared to the prior art. Invented to realize a production method capable of obtaining
本発明の製造方法の対象となる自在継手用ヨークは、回転軸の端部を結合固定する為の基部と、この基部の軸方向一端縁で直径方向反対側位置からこの基部の軸方向に延出した1対の腕部とを備える。
又、本発明の自在継手用ヨークの製造方法は、上述の様な自在継手用ヨークを造る為に、前述した従来方法と同様に、先ず、金属板を打ち抜き成形する事により、略矩形の基板部と、この基板部の一端縁の互いに離隔した2箇所位置から突出した1対の舌状部とを備えた、平坦な素板を形成する。
その後、上記基板部の中間部で上記両舌状部の間部分をU字形に折り返して、この基板部を上記基部とする。
The yoke for a universal joint, which is the object of the manufacturing method of the present invention, extends from the diametrically opposite position at the base end for coupling and fixing the end of the rotating shaft to the axial direction of the base at one end edge in the axial direction of the base. And a pair of arms that have been taken out.
The method for manufacturing a universal joint yoke according to the present invention is similar to the conventional method described above, in order to produce a universal joint yoke as described above, by first punching and forming a metal plate. And a pair of tongue-shaped portions protruding from two spaced apart positions on one end edge of the substrate portion, thereby forming a flat base plate.
Thereafter, a portion between the two tongue-like portions is folded in a U shape at an intermediate portion of the substrate portion, and this substrate portion is used as the base portion.
特に、本発明の自在継手用ヨークの製造方法に於いては、上記間部分をU字形に折り返す以前に、上記両腕部を設けた上記基板部の片側縁のうちで上記両腕部同士の間に位置する部分、及び、これら両腕部の基半部(基端寄り部分)の円周方向側縁でこの部分の両端部から連続する部分である、これら両腕部の先端側を除いて三方を囲まれた部分の表面粗さを、この部分の表面に存在する金属材料を除去する事により向上させる(表面粗さの値を小さくする、平滑面若しくは平滑面に近い面とする)工程を有する。
上記表面粗さを向上させる加工は、例えば請求項2に記載した発明の様に、シェービング加工により、或いは、請求項3に記載した発明の様に、切削加工により行う。
In particular, in the method for manufacturing a universal joint yoke according to the present invention, before the intermediate portion is folded back into a U-shape, the two arm portions of the one side edge of the substrate portion provided with the both arm portions are connected to each other. Except for the portion located between them and the circumferential side edge of the base half (proximal end portion) of both arms, the portion continuing from both ends of this portion, excluding the tips of these arms The surface roughness of the part surrounded by the three sides is improved by removing the metal material present on the surface of this part (reducing the value of the surface roughness, making it a smooth surface or a surface close to a smooth surface) Process.
The processing for improving the surface roughness is performed by shaving, for example, as in the invention described in claim 2, or by cutting, as in the invention described in claim 3.
上述の様に構成する本発明の自在継手用ヨークの製造方法によれば、従来に比べて厚肉の金属板にプレス加工を施す事により造る場合でも、条件の厳しい部分に亀裂等の損傷が発生しにくい自在継手用ヨークを安定して造る事ができる。 According to the method for manufacturing a universal joint yoke of the present invention configured as described above, even if it is manufactured by pressing a thick metal plate as compared with the conventional case, damage such as cracks may occur in severe conditions. It is possible to stably produce a universal joint yoke that does not easily occur.
図1〜5により、本発明の実施の形態に就いて説明する。本例の製造方法は、図1の(A)→(B)→(C)→(D)→(E)の工程で、前述の図7に示す様なヨーク9を造る。先ず、鋼板等、十分な剛性を有する金属板をプレス加工で打ち抜く事により、図1の(A)に示す様な平坦な素板15aを得る。この素板15aは、略矩形の基板部16aと、この基板部16aの一端縁から兎の耳状に突出した、1対の舌状部17a、17aとを備える。
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the manufacturing method of this example, the yoke 9 as shown in FIG. 7 is manufactured in the steps (A) → (B) → (C) → (D) → (E) in FIG. First, a
この様な素板15aは、上記基板部16aの両端部を、それぞれ幅狭部28、28部分で180度、密に折り返す事により、同図の(B)に示す様な第一中間素材29とする。次いで、この第一中間素材29を1対の押型同士の間で押圧して塑性変形させる事により、同図の(C)に示す様な第二中間素材30とする。この第二中間素材30は、1対の腕部11、11(図7参照)となるべき、上記両舌状部17a、17a部分が部分円筒状に湾曲すると共に、これら両舌状部17a、17aの基端寄り部分が略クランク状に折れ曲がって、これら両舌状部17a、17aの中間部乃至先端寄り部分が、上記基板部16aに対しオフセットしている。次いで、この様な第二中間素材30は、この基板部16aの中央部分を少し(90度を超えて180度未満、例えば130〜150度程度)湾曲させて、同図の(D)に示す様な第三中間素材31とする。次に、この第三中間素材31の基板部16aを更に(平板の状態から180度迄)湾曲させて、同図の(E)に示す様な第四中間素材32とする。この状態で、完成後のヨークに備えられる、基部10aと1対の腕部11、11とが形成される。そこで最後に、このうちの基部10aに通孔13及びねじ孔を、これら両腕部11、11に円孔14、14(図7参照)を、それぞれ形成して、図7に示す様なヨーク9として完成する。
Such a
以上に説明した工程は、基板部16aの両端部を幅狭部28、28部分で密に折り返して、厚さの大きな部分を形成する点を除き、基本的には、前述の図8で説明した従来の製造方法と同じである。特に、本例の製造方法の場合には、金属板をプレスにより打ち抜き加工して図1の(A)に示した平坦な素板15aを形成した後、完成後のヨーク9の状態で基部10aの軸方向端縁と1対の腕部11、11の基半部の側縁とで三方を囲まれる部分、即ち、図1、2、4に斜格子を付すると共に、図2の(A)及び図4の(A)に破線αでその範囲を示した粗さ向上部分に、この粗さ向上部分の表面粗さを向上させる(表面粗さの値を小さくする、平滑面若しくは平滑面に近い面とする)為の加工を施す。尚、この加工を施す範囲は、完成後のヨーク9に加わる応力の大きさ等との関係で設計的に定めるが、例えば電動式パワーステアリング装置を組み込んだ、一般的な乗用車用の操舵装置に組み込む自在継手用のヨークの場合で、上記基部10の端縁からの距離L(図2参照)が20mm程度迄の範囲とする。
The steps described above are basically described with reference to FIG. 8 except that both end portions of the
上記表面粗さを向上させる為の加工は、上記素板15aを構成する基板部16aのうちで上記両舌状部17a、17aの間部分33を、図1の(D)(E)に示す様にU字形に折り返す以前に行えば良いが、本例の場合には、上記素板15aを打ち抜き形成した後、上記幅狭部28、28を折り返す以前に行っている。そして、上記加工により、上記斜格子及び破線αで示した上記粗さ向上部分に関して、亀裂等の欠陥が存在する可能性がある表層部分を削り取り、この欠陥が存在しない新生面を創出する。即ち、図3の(A)に示す様な、剪断面34と破断面35とから成る粗さ向上部分の表面を削り取る。この様な削り取り作業は、例えばバイトを使用した一般的な切削加工により行う事も可能であるが、プレス加工との組み合わせを考慮した場合、加工が面倒で加工時間も長くなる為、必ずしも好ましい加工方法ではない。この為に本例の場合には、エンドミル等の切削工具を使用したシェービング加工により、上記粗さ向上部分の表面を削り取る。
In the processing for improving the surface roughness, the
即ち、図5に示す様に、エンドミル等の回転式の切削工具36を回転させつつ、上記粗さ向上部分を倣い、この粗さ向上部分に、図3の(B)に示す様な切削面37を形成する。この切削面37の表面粗さの値は、上記破断面35の表面粗さの値よりも小さい(より滑らかな面である)事は勿論、プレスの打ち抜き加工により形成される上記剪断面34よりも表面粗さの値を小さくできる。又、上記切削工具36により上記粗さ向上部分を削り取る際に上記素板15aに加わる荷重は極く低くて済む為、この削り取りに伴ってこの素板15aの一部が加工硬化する事は殆どない。この為、従来に比べて厚肉の金属板にプレス加工を施す事により、前記ヨーク9を造る場合でも、条件の厳しい、前記両腕部11、11の根元部分に、亀裂等の損傷が発生しにくいヨーク9を安定して造る事ができる。即ち、上記粗さ向上部分に、亀裂の起点となる微小凹凸が存在しないだけでなく、この部分が、折り返し工程に先立って行う削り取り作業に伴う加工硬化により、靱性が低下する事もない。この為、上記損傷が発生しにくいヨーク9を安定して造れる。又、上記削り取りの為の加工荷重は小さくて済み、この加工の際に前記素板15aを保持しておく為の金型も小さなもので済む為、この金型を含み、前記図1の(A)→(B)→(C)→(D)→(E)に示した工程に使用する金型を並べての順送り成形する、所謂トランスファー成形にも容易に適用できる。この為、優れた耐久性を有する上記ヨーク9を、低コストで造れる。
That is, as shown in FIG. 5, while rotating a
尚、上記切削工具36により上記粗さ向上部分を削り取る場合でも、上記破断面35の傾斜角度θが大きく、この破断面35の両端縁同士の高低差H{図3の(A)参照}が大きい場合には、図3の(B)に示す様に、上記破断面35の一部が削り取られずに残る可能性がある。又、この破断面35を完全に削り取る事を考慮すると、上記切削工具36による加工量が徒に多くなり、加工時間が長くなって、製造コストが徒に嵩む。これに対して、前記間部分33をU字形に折り返す場合、折り返しの内径側には、亀裂には結び付かない(むしろ亀裂を抑制する)圧縮応力が加わるのみで、亀裂に結び付く引っ張り応力は加わらない。そこで、本例の場合には、上記切削工具36により上記粗さ向上部分を削り取った後、元々前記剪断面34が存在していた側を折り返しの外径側に位置させて、上記間部分33をU字形に折り返す。
Even when the roughness improving portion is scraped off by the cutting
以上の説明は、本発明を、電動式パワーステアリング装置を組み込んだ自動車用操舵装置に組み込む自在継手のヨークを造る場合に就いて説明した。これに対して、本発明は、この様な用途に使用する自在継手のヨークを造る場合に限らず、従来に比較して、厚肉の金属板にプレス加工を施してヨークを造る場合に適用できる。 In the above description, the present invention has been described in connection with the case of making a universal joint yoke to be incorporated in an automobile steering apparatus incorporating an electric power steering apparatus. On the other hand, the present invention is not limited to the case of making a universal joint yoke used for such applications, but is applied to the case of making a yoke by pressing a thick metal plate compared to the conventional case. it can.
1 ステアリングホイール
2 ステアリングギヤユニット
3 ステアリングシャフト
4a、4b 自在継手
5 中間シャフト
6 入力軸
7 タイロッド
8 電動モータ
9 ヨーク
10、10a 基部
11 腕部
12、12a フランジ
13 通孔
14 円孔
15、15a 素板
16、16a 基板部
17、17a 舌状部
18 下孔
19 第一中間素材
20 第二中間素材
21 第三中間素材
22 折り返し部
23 受型
24 金属板
25 抑え型
26 打ち抜き型
27 突条
28 幅狭部
29 第一中間素材
30 第二中間素材
31 第三中間素材
32 第四中間素材
33 間部分
34 剪断面
35 破断面
36 切削工具
37 切削面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering gear unit 3
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