JP2015522772A - 回転運動を伝達するための連結要素を製造する方法、および当該方法により製造された連結要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、回転運動を伝達するための連結要素を製造する方法に関し、連結要素はジョイントアウター部またはフランジと、連結ピンとを有する。この方法を用いて、重量を最適化した連結要素を簡単に製造することができ、ジョイントアウター部またはフランジと連結ピンとを有する連結要素を製造する方法を提供する目的は、フローフォーミングまたはフローターニングによって円形プレート状または管状のブランクを変形して連結要素を形成することで実現する。【選択図】図２

Description

本発明は、回転運動を伝達する連結要素を製造する方法に関するものであり、連結要素はジョイントアウター部またはフランジと、連結ピンとを有する。本発明はさらに、ジョイントアウター部またはフランジと、連結ピンとを有する連結要素に関するものである。

回転シャフトを互いに連結するために、例えば、連結ピンのような連結要素が必要とされる。問題となっているこの種の連結ピンは、平行に伸びていない回転軸を、一方の軸から他方の軸へと回転運動を伝達できるよう互いにフォームフィットするように接続するため、等速ジョイント、トリポード型ジョイント、およびユニバーサルジョイントにも使用されている。通常、連結ピンは鋼または他の金属から製造される。ブランクからジョイントアウター部と共に製造された連結ピンは、回動ピンとも称される。この連結ピンは、片側のジョイントまたは関節軸（articulated shaft）を、例えばギアまたは駆動部に連結するよう機能する。連結ピンは、例えば、内側歯部および／または外側歯部、サークリップ溝および／またはねじ山を具える。さらに、伝動装置側に使用される連結ピンまたは回動ピンは、軸密封リングやオイル溝の滑り面を有しうる。ジョイントアウター部はボール軌道面およびケージ軌道面と称されるものを有し、軌道面の内側に配置されたボールは、ジョイントアウター部に対して相対位置を変化することができる。これにより、ジョイントアウター部内のボールの並進運動を介して、異なる方向の回転運動に逸らせることが可能となる。さらに、例えば、ＡＢＳリングのような更なる機能的要素を設けてもよい。今まで使用されてきた、中実材料から作製された連結ピンに一般的に設けられる回動ピンは、重量に関して最適化することができることが現在明らかになっている。さらに、回動ピンは通常、比較的複雑な押し出し法によってブランクから製造される。特に、例えば、ボール軌道面および／またはケージ軌道面といった機能的表面は、部分的に材料除去作業で作製または製造しなければならない。これは、比較的多くの製造ステップをもたらす。さらに、押し出し法についてストライプの最低厚さを確保しなければならないという欠点がある。材料を除去することで壁厚を減少させることは、非常に費用が掛かる。その結果、回動ピンは、考慮すべき重量節減の可能性を有している。

独国特許第４２１３２８５Ｃ２号は、球状回転ジョイントまたはトリポード型ジョイントの回動ピンのジョイントアウター部を作製する方法を開示しており、この方法では、深絞りによって予め成形された板から、あるいは予め成形された管状体から、ボール軌道面またはローラ軌道面の領域が、ローラ外部工具によってボール軌道面またはローラ軌道面のそれぞれのエッジ領域にのみ径方向に形成される。深絞り成形プロセスまたは管状体からジョイントアウター部を作製する方法は基本的に壁厚を減少させることができるが、深絞り成形プロセスの際、壁厚は実質的に一定のままであるため、荷重に適するように構成することはできない。さらに、更なる動作ステップにおいて、ジョイントアウター部を連結ピンに一体的に接合するよう連結しなければならない。したがって、回動ピンの製造は全体的に複雑となる。

この点から、本発明は、ジョイントアウター部またはフランジと連結ピンとを有する連結要素を製造する方法を提供するという目的に基づいており、この方法を用いて、重量を最適化した連結要素を簡単に製造することができる。さらに、本発明は、同様に重量を最適化した連結要素を提供するという目的に基づいている。

本発明の第１の教示によると、上記目的は、フローフォーミングまたはフローターニングによって円形プレート状または管状のブランクを変形し連結要素を形成することで達成される。

フローフォーミングまたはフローターニングを利用することによって、複雑な幾何学形状の連結要素を製造するだけでなく、高精度に製造可能であることが分かっている。壁厚を技術的に必要とされる最小限の厚さまで減少させることができ、ひいては著しく軽量化することができる。さらに、この方法は高度に自動化して実行することができ、同時に、連結要素の構造に関して高い融通性をもたらすことが分かっている。フローフォーミングまたはフローターニングの際、円形プレート状または管状のブランクは回転するよう設定され、同時に回転するスピニング工具を押し付けることで変形する。スピニング工具はさらに表面積を著しく増加させ、材料の流れをもたらすことができる。したがって、単に変形の程度がフローフォーミング中よりもフローターニング中が著しく大きいという点で、フローターニングはフローフォーミングと異なっている。本願ではフローフォーミングとフローターニングを区別しているが、２つの方法の推移は円滑である。さらに、当然のことながら、円形プレート状または管状のブランクから連結要素を製造するためにフローフォーミングとフローターニングを組み合わせることが考えられる。この組み合わせは、２つの方法ステップに含まれる、あるいは関連することを意図している。

本発明による方法の第１の実施形態によると、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて、長手方向に壁厚が変化する径方向の外周領域が連結要素に作製される。これにより、連結要素の壁厚、すなわち、ジョイントアウター部またはフランジおよび連結ピンの壁厚が荷重に適するように構成することが可能となる。この製造方法によって、すなわち、フローフォーミングまたはフローターニングを用いることにより、連結要素のそれぞれの箇所の荷重状態に壁厚を具体的に変化させることができ、ひいては重量を最適化した連結要素を製造することができる。

更なる実施形態によると、円形プレート状または管状のブランクを変形して連結要素を形成し、このブランクが連結要素と実質的に同一の材料体積を有することで、特に優れた材料の利用が達成される。この場合、連結要素を製造する際の材料消費量は特に少なくなる。

本発明による方法の更なる実施形態によると、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて、中空の連結ピンがブランクから製造される。中空の連結ピンは既に、中実材料から作製された連結ピンと比較して、重量を著しく減少させるものである。

連結要素の機能的要素、特に、連結要素の歯部、ボール軌道面、ケージ軌道面、ＡＢＳリング、固定溝部、フランジおよび／またはねじ山は、フローフォーミングまたはフローターニングを用いてブランクに作製される。スピニング工具、例えば偏心回転するスピニンン工具を回転させることにより、連結要素の任意の箇所に歯部を作製することができる。ボール軌道面、ケージ軌道面、ＡＢＳリング、固定溝部、ジョイントアウター部、フランジ、またはねじ山の提供についても同様である。連結要素においてフローフォーミングまたはフローターニングを用いることにより、他の機能的要素を作製することも可能である。

本発明による方法の更なる実施例によると、例えば、ＡＢＳリングの歯部は、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて導入される。

フローフォーミングおよび／またはフローターニングの動作ステップが、交互のフローフォーミングまたはフローターニング工具を用いる１つのワークステーションで実行される場合、特に、費用効果が高く自動化された連結要素の製造が可能である。

最後に、円形プレート状または管状のブランクから作製された連結要素を変形して、トリポード型ジョイントの回動ピンを形成することが可能である。このためには、方法の更なるステップが一般に必要である。これらは、同一のワークステーションで実行されることが好ましい。

本発明の第２の教示によると、上記目的は、ジョイントアウター部またはフランジが長手方向に壁厚が変化する径方向の外周領域を有する連結要素によって達成される。同様に構成された連結要素は特に、荷重に適するように構成された壁厚を有することができ、ひいては連結要素の重量が荷重に最良に適合するようにすることができる。これは考慮すべき重量節減の可能性を実現させ、例えば自動車の場合には燃料消費量を減少させる。同時に、本発明による連結要素を用いると、連結要素の剛性が低下することなく質量が低下するため、例えば、関節軸の慣性トルクを更に減少させることができる。

本発明による連結要素の更なる実施形態によると、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて作製された中空連結ピン、少なくとも１の歯部、ボール軌道面、ケージ軌道面、ＡＢＳリング、フランジ、ジョイントアウター部、固定溝部および／またはねじ山を設けることが好ましい。既に説明したように、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて作製される機能的要素は簡単に設けることができ、したがって本発明による連結要素の費用は著しく低下する。同時に、フローフォーミングまたはフローターニングを用いることにより、機能的要素のデザインに関する融通性を非常に高めるとともに、自動製造が可能となる。

最後に、連結要素の更なる実施形態によると、連結ピンと反対側の連結要素の端部は、径方向外周に材料肉厚部を有する。加えて、径方向外周に均一に分布したねじ穴を、連結要素の端部に任意に設けてもよい。連結ピンと反対側の連結要素の端部のフランジ側に設けられた材料肉厚部によって、フランジの接続領域の安定性を著しく向上させることができ、ひいてはフランジの荷重に対応する特定の壁厚が設けられる。この領域には、安定したねじ込み接続に十分な材料が提供されているため、径方向外周に均一に分布したねじ山を容易に配置することもできる。機械的に取り外し可能な変形態様に加えて、この領域に一体的に接合（溶接）される連結も考えられる。

本発明は、図面と併せて、実施例を参照して以下に詳しく説明される。
図１は、概略断面図においてフローフォーミングまたはフローターニングの工程を示している。 図２は、本発明による連結要素の実施例を示している。 図３は、本発明による連結要素の実施例を示している。 図４は、本発明による連結要素の実施例を示している。 図５は、本発明による連結要素の実施例を示している。 図６は、本発明による連結要素の実施例を示している。 図７は、本発明による連結要素の実施例を示している。

ここで、図１は、例えば、円形プレートまたは管状セグメントによって設けることができる管状ブランク１のフローフォーミングまたはフローターニング工程を概略図に示している。内部のマンドレル２は外形を予め規定し、その外形上には、半分のみが図示され、同様に回転するスピニング工具３、４がブランクを押圧している。スピニング工具３、４はここでは進行方向５に進行し、例えば、マンドレル２の輪郭に対応するように移動し、これにより、ブランク１が対応して変形する。この製造原理に基づいて、回転対称形状、特に径方向外周に設けられた材料肉厚部およびテーパ部分を、図１に示すスピニング工具３、４によって作製できることは、容易に考えられる。スピニング工具３、４の代わりに利用できる偏心回転工具を押し当てることにより、ブランクに任意の他の形状を作製することができる。

例えば、図２は、本発明による連結要素６の第１の実施例を示しており、この連結要素６は、関節軸の連結ピンの形態をした連結ピン７と、ジョイントアウター部８とを有している。この連結ピン７は歯部９を有しており、図２の連結ピン７には１つの凹部のみが図示されている。ジョイントアウター部８も同様である。ジョイントアウター部８は通常、複数のボール軌道面１０ａとケージ軌道面１０ｂとを有している。 ここでも、１つのボール軌道面１０ａのみが図２に図示されている。回動ピン６の連結ピン７とジョイントアウター部８の間の移行領域１１は、重量を減少させるために、本発明による方法を用いて、壁厚に関して最適に、すなわち可能な限り薄くなるように構成することができる。したがって、ジョイントアウター部の重量は著しく減少する。質量が減少するため、慣性トルクも著しく減少する。

本発明による連結要素が更に有しうる機能的要素が、図３に概略的に図示されている。連結要素６は対称であるため、各場合において回転対称の連結要素６の半分のみが図示されている。図３に示す連結要素６では、例示的に斜めに伸びたボール軌道面１２が図示されており、例えば６または８個のボール軌道面１２が一般に設けられる。ボール軌道面１２は、同様にフローフォーミングおよび／またはフローターニングにより連結要素６のジョイントアウター部８に成形され、高精度で作製することができる。連結要素の重量を減少させるために、連結ピンとジョイントアウター部の間の移行部の領域の壁厚もまた最小限に形成される。同時に、図３において、連結ピン７（ジョイント連結ピン）は中空デザインであって歯部９を有し、厚み１３が急激に変化することが見て取れる。

次の図４の発明による連結要素６の実施例は、連結ピン７（ジョイント連結ピン）を有しており、当該連結ピン７は第１に歯部９を有し、さらに、フローフォーミングまたはフローターニングによって連結ピン７の端部に作製されたねじ山１５を有している。連結ピン７自体は再び中空デザインであり、ジョイントアウター部８への移行領域にＡＢＳリング１４を有している。ボール軌道面１０ａおよびケージ軌道面１０ｂは、同様にフローフォーミングまたはフローターニングを用いて作製されている。

本発明による連結要素６の図５に図示された次の実施例では、材料肉厚部１６が連結ピン７とは反対側の連結要素６の端部の外側に径方向に設けられており、この材料肉厚部は、この領域の周囲にねじ穴を配置するためのフランジ１８として設計されている。ここで、連結ピン７はジョイント連結ピンとして設計されている。これにより、回転スピンドルへの簡単な接続が実現する。本実施例では、ＡＢＳリング１４が、連結ピン７と反対側の連結要素６の端部に配置されている。さらに、フランジへの移行領域におけるＡＢＳリング１４の代替位置が示されている。加えて、連結要素６の壁厚は、それぞれの領域の荷重に具体的に適合し、長手方向に変化することが図５に示されている。

これは図６による実施例にも当てはまり、この実施例は、連結ピン７と反対側の端部に材料の蓄積部１６を有し、ねじ穴がこの領域に更に設けられている。ここで、連結ピン７は溝付軸の連結ピンの形態に設計されている。連結ピン７の歯部９も同様に、フローフォーミングまたはフローターニングによって簡単に作製することができる。図６による実施形態にも設けられたねじ山１５も同様である。図７に示す実施例は、更なる構成要素を機械的連結するためにフランジ側１８に穴部を設けておらず、むしろ、例えば、ボールおよびソケットジョイント用の溝付軸またはカルダン軸を一体的に接合連結するための溶接フランジの形態が設けられている。図５および６はさらに、連結ピン７が中空デザインであるという特徴が共通している。ねじ穴を除き、全ての動作ステップはフローフォーミングまたはフローターニング装置で通常実現することができ、したがって高度に自動化された製造法を実現する。このために、フローフォーミングまたはフローターニングは、特定の領域における完成部の材料厚さを、この領域が荷重に容易に適合するように、たったの１．５ｍｍ乃至２ｍｍ、またはそれ未満にすることを可能にする。

Claims (13)

1. 関節軸の回転運動を伝達するための連結要素を製造する方法において、
   前記連結要素がジョイントアウター部またはフランジと、連結ピンとを有しており、
   円形プレート状または管状のブランクがフローフォーミングまたはフローターニングによって変形され、前記連結要素を形成することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   長手方向に壁厚が変化する径方向の外周領域が、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて前記連結要素に作製されることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   円形プレート状または管状のブランクが変形されて前記連結要素を形成し、前記ブランクは前記連結要素と実質的に同一の材料体積を有することを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法において、
   中空の連結ピンが、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて作製されることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法において、
   前記連結要素の機能的要素、特に、前記連結要素の歯部、ボール軌道面、ケージ軌道面、ＡＢＳリング、フランジ、オイル溝部、サークリップ溝部および／またはねじ山が、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて、前記ブランクに作製されることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法において、
   前記ＡＢＳリングの歯部が、フローフォーミングまたはフローターニングを用いて成形されることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法において、
   前記フローフォーミングまたはフローターニングの動作ステップが、交互のフローフォーミング工具またはフローターニング工具を有する１つのワークステーションにおいて実行されることを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法において、
   前記連結要素が、トリポード型ジョイントの回動ピンとして製造されることを特徴とする方法。
9. 特に、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法により製造された、ジョイントアウター部（８）またはフランジ（１８）と連結ピン（７）とを有する連結要素（６）において、前記ジョイントアウター部（８）またはフランジ（１８）が、長手方向に壁厚が変化する径方向の外周領域を有することを特徴とする連結要素。
10. 請求項９に記載の連結要素において、
    好適にフローフォーミングまたはフローターニングを用いて作製された中空の連結ピン（７）、少なくとも１の歯部（９）、ボール軌道面（１０ａ、１２）、ケージ軌道面（１０ｂ）、ＡＢＳリング（１４）、フランジ（１８）および／またはねじ山（１５）が設けられることを特徴とする連結要素。
11. 請求項９または１０に記載の連結要素において、
    前記連結ピン（７）と反対側の回動ピンの端部が、径方向外周の材料肉厚部（１６）を有することを特徴とする連結要素。
12. 請求項９乃至１１の何れか一項に記載の連結要素において、
    径方向の外周に均一に分布したねじ穴（１７）が、前記連結ピン（７）と反対側の前記連結要素（６）の端部に設けられることを特徴とする連結要素。
13. 請求項９乃至１１の何れか一項に記載の連結要素において、
    前記フランジ（１８）側が、溶接フランジとして構成されることを特徴とする連結要素。

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