JP2016133212A - フランジヨーク及びフランジヨークの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度低下及び加工コストの上昇を抑えながら、回転直径の小さいフランジヨーク及びフランジヨークの製造方法を提供する。
【解決手段】コンパニオンフランジ３１０と第１軸２１１とを連結する十字軸ジョイント１０１を構成し、コンパニオンフランジ３１０と複数のボルト１１１で締結されるフランジヨーク１であって、十字軸７１が装着される装着孔１２ａを有するヨーク１０と、ヨーク１０から径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジ２０と、を備え、フランジ２０は、その角に、ボルト１１１が挿通するボルト孔２２が形成されると共に軸方向視においてボルト孔２２を中心とする円形の座面部２１を備え、座面部２１の外縁２３は、型により所定外径以上への拡大を規制した状態で軸方向に押し潰す冷間塑性加工により形成された。
【選択図】図４

Description

本発明は、フランジヨーク及びフランジヨークの製造方法に関する。

推進軸（プロペラシャフト）は、動力を伝達する装置であって、例えば、後輪駆動車又は四輪駆動車（車両）の車体の中央下部に搭載されている。そして、推進軸は、車体の前側に搭載された内燃機関（原動機）からの動力を、車体の後側に搭載された終減速装置に伝達している。

また、推進軸は、その共振点を実用回転数域よりも高くするために、２分割、３分割等で構成される。例えば、２分割された場合、推進軸は、前側の第１軸と、後側の第２軸と、第１の後端部と第２軸の前端部とを連結する等速ジョイントと、第１軸の前端部と変速機の出力軸とを連結する前側の十字軸ジョイントと、第２軸の後端部と終減速装置のドライブピニオン（入力軸）とを連結する後側の十字軸ジョイントと、車体に対して推進軸を回転自在で保持する中間軸受と、を備えて構成される。

前側の十字軸ジョイントは、変速機の出力軸とボルト締結されるフランジヨークと、第１軸の前端部に接合（固定）されたスタブヨークと、フランジヨーク及びスタブヨークで保持される十字軸（スパイダ）と、を備えている。フランジヨークは、十字軸が装着されるＵ字形のヨークと、ヨークから径方向外側に延出するフランジと、を備えている。

フランジは、フランジヨークの回転中心である軸線と直交する面方向に延び、軸方向視において略正四角形を呈しており、変速機の出力軸と一体であるコンパニオンフランジとボルト締結される部分である。なお、略正四角形を呈するフランジの各角部には、ボルトが挿通するボルト孔と、ボルト孔を中心としボルト頭が当接する円形の座面部とが形成されている。

ところで、近年、車両の衝突安全性を向上させるため、燃料タンクを車体後側から車体中央側に移設する場合がある。この場合、燃料タンクは容量を確保しつつ推進軸の近傍に配置されることがある。また、排気ガスの規制に対応して、複数のキャタライザ（排気ガス浄化装置）又は大型のキャタライザが設けられる場合があり、この場合、フロアトンネル内又はその直下であって推進軸の近傍に排気管が配置される。さらに、車室や荷室の容積を大きくするため、フロアパネルが低床化された場合、フロアパネルと推進軸との隙間が小さくなる。
このように、推進軸と、燃料タンク、排気管、フロアパネル等との間の隙間は、ますます小さくなりつつある。

一方、例えば、ボルト締結されるフランジヨークとコンパニオンフランジとの間において伝達可能な動力は、ボルトの締め付けにより生じる軸力と、ボルトのピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．，Pitch Circle Diameter、ボルトサークル径）とを乗算した値で与えられる。よって、近年進められている車両の高出力化には、ボルトのピッチ円直径を大きくするのが有効であるが、前記したように、推進軸（十字軸ジョイント）の径方向外側近傍に燃料タンク等が配置されている場合、ボルトのピッチ円直径を大きくするのは難しくなる。

また、フランジヨークは一般的に鍛造加工で形成されるため、ボルトの頭部の当接するボルト当接面の外端は鍛造により角部が丸みを帯びている。そこで、ボルトの頭部が全域でボルト当接面に着座するようにするため、（１）ボルト当接面を予め厚めに鍛造成形し、その後に座面を切削加工することで角部の丸みを落として平坦にしたり、（２）軸方向視においてボルト当接面を予め径方向で大きめに鍛造成形し、角部の丸みがボルト頭部に及ばないようにしたりすることが必要となる。

そこで、フランジヨークの回転直径の最も大きくなる座面部の径方向外側部分を切除する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特許第４８２８４５２号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、座面部の径方向外側を切除するために機械加工する必要があり、製造コストが増加してしまう。この他、ボルトの締結位置を変更せずに、フランジ部の直径を小さくする方法が考えられるが、ボルト孔の回転方向両側における座面部の肉厚が薄くなるので、座面部の強度が低下してしまう。

また、フランジヨークを鍛造で成形する場合、鍛造にて成形する座面部の外形が、その後に穿孔するボルト孔の位置に対してずれることがあるので、フランジ部（座面部）の直径を小さくすることは好ましくない。

そこで、本発明は、強度低下及び加工コストの上昇を抑えながら、回転直径の小さいフランジヨーク及びフランジヨークの製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１部材と第２部材とを連結する十字軸ジョイントを構成し、前記第１部材と複数のボルトで締結されるフランジヨークであって、十字軸が装着される装着孔を有するヨークと、前記ヨークから径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジと、を備え、前記フランジは、その角に、前記ボルトが挿通するボルト孔が形成されると共に軸方向視において前記ボルト孔を中心とする円形の座面部を備え、前記座面部の外縁は、型により所定外径以上への拡大を規制した状態で軸方向に押し潰す冷間塑性加工により形成されたことを特徴とするフランジヨークである。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１部材と第２部材とを連結する十字軸ジョイントを構成し、前記第１部材と複数のボルトで締結されるフランジヨークであって、十字軸が装着される装着孔を有するヨークと、前記ヨークから径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジと、を備え、前記フランジは、その角に、前記ボルトが挿通するボルト孔が形成されると共に軸方向視において前記ボルト孔を中心とする円形の座面部を備えるフランジヨークの製造方法であって、鍛造によって座面部母体を形成する座面部母体形成ステップと、前記座面部母体の外縁の所定外径以上への拡大を型で規制した状態で、当該座面部本体を軸方向に押し潰す冷間塑性加工によって座面部を形成する座面部形成ステップと、を含むことを特徴とするフランジヨークの製造方法である。

このような構成によれば、座面部の外縁は型により所定外径以上への拡大を規制した状態で軸方向に押し潰す冷間塑性加工により形成されたものであるので、座面部は所定外径よりも大きくなく、フランジヨークの回転直径は小さくなる。
また、座面部は、軸方向に押し潰す冷間塑性加工により形成されたものであるから、フランジヨークの回転中心である軸線を中心とし、ボルト孔を通る周方向（回転方向）において、座面部は厚くなり易い。これにより、回転方法（周方向）における座面部の強度が高くなる。

本発明によれば、強度低下及び加工コストの上昇を抑えながら、回転直径の小さいフランジヨーク及びフランジヨークの製造方法を提供することができる。

本実施形態に係る推進軸の平面図である。 本実施形態に係る十字軸ジョイントの平面図であり、図３、図４のＸ１−Ｘ１線断面に対応している。 本実施形態に係るフランジヨークを後方から見た図であって、排気管との位置関係を示している。 本実施形態に係るフランジヨークを後方から見た図である。 本実施形態に係る座面部の断面図であって、図４のＸ２−Ｘ２線断面に対応している。 本実施形態に係る座面部の断面図であって、図４のＸ２−Ｘ２線断面に対応し、ボルトを省略した図である。 本実施形態に係る座面部母体の断面である。 本実施形態に係る冷間鍛造中の座面部の断面図である。 本実施形態に係る冷間鍛造中のフランジヨークの軸方向矢視図である。

本発明の一実施形態について図１〜図９を参照して説明する。

≪推進軸の構成≫
第１実施形態に係る推進軸２００（プロペラシャフト）は、後輪駆動の四輪車（車両）に搭載されており、車両の前側に配置された変速機（図示しない）からの動力を、車両の後側に配置された終減速装置（図示しない）に伝達させる動力伝達軸であり、前後方向かつ水平方向で延びている。変速機は車両の前側のボンネット下に配置された内燃機関（原動機）からの動力を変速するものである。なお、前後方向視において、推進軸２００の右斜め上に排気管４００が配置されている（図３参照）。そして、推進軸２００は、使用中に排気管４００に干渉しないように離れている必要がある。

推進軸２００は、本実施形態では２ピース構造（２分割構造）で構成されており、前側（一方側）の第１軸２１１と、後側（他方側）の第２軸２１２と、第１軸２１１の後端部及び第２軸２１２の前端部を連結する等速ジョイント２２０と、推進軸２００の前後方向中間で推進軸２００を車体に対して回転自在で支持する中間軸受ユニット２３０と、前側の十字軸ジョイント１０１（自在継手、ユニバーサルジョイント）と、後側の十字軸ジョイント１０２と、を備えている。等速ジョイント２２０は、例えば、トリポート型、ダブルオフセット型、レブロ型、バーフィールド型で構成されている。
この他、推進軸２００が等速ジョイント２２０を備えず、第１軸２１１と第２軸２１２が十字軸ジョイントで連結された構成でもよい。

≪十字軸ジョイントの構成≫
前側の十字軸ジョイント１０１は、コンパニオンフランジ３１０（図２参照、第１部材）と、第１軸２１１（第２部材）の前端部とを連結するジョイントである。

コンパニオンフランジ３１０は、円筒部３１１と、円筒部３１１の後側から径方向外側に延出したリング状の円盤部３１２と、を備えている。円筒部３１１にはインボリュートスプラインが形成されており、円筒部３１１は変速機の出力軸と連結されている。つまり、円筒部３１１（コンパニオンフランジ３１０）は、出力軸と一体で回転する部品である。円盤部３１２には、後記するボルト１１１が挿通するボルト孔３１２ａが形成されている。

後側の十字軸ジョイント１０２は、コンパニオンフランジ３２０（第１部材）と、第２軸２１２（第２部材）の後端部とを連結するジョイントである。

コンパニオンフランジ３２０は、円筒部３２１と、円筒部３２１の前側から径方向外側に延出したリング状の円盤部３２２と、を備えている。円筒部３２１にはインボリュートスプラインが形成されており、円筒部３２１は終減速装置のドライブピニオンと連結されている。つまり、円筒部３２１（コンパニオンフランジ３２０）は、ドライブピニオンと一体で回転する部品である。円盤部３２２には、ボルトが挿通するボルト孔が形成されている。

十字軸ジョイント１０１と十字軸ジョイント１０２とは、前後逆であるものの、同様の構成であるので、以下、十字軸ジョイント１０１について具体的に説明する。

十字軸ジョイント１０１は、図２に示すように、コンパニオンフランジ３１０の円盤部３１２にボルト締結されたフランジヨーク１と、第１軸２１１の前端に摩擦溶接等で固定されたスタブヨーク５０と、フランジヨーク１及びスタブヨーク５０で保持され、軸方向視で十字形の十字軸７１と、を備えている。

そして、フランジヨーク１とスタブヨーク５０とは、十字軸７１を節として屈曲自在となっている。また、十字軸７１の各先端部（被保持部）とフランジヨーク１又はスタブヨーク５０との間には、回動自在となるように軸受７２が装着されている。軸受７２は、例えばニードルベアリングで構成されている。

ここで、十字軸ジョイント１０１の最大回転直径は、径方向外側に最も延出した後記するフランジ２０の回転直径となっている。

≪スタブヨーク≫
スタブヨーク５０は、鍛造品であって、円筒状を呈し第１軸２１１の前端に固定された円筒部５１と、円筒部５１の前側において平断面視で横Ｕ字形を呈するヨーク５２と、を備えている。ヨーク５２を構成する一対のアーム部５３、５３には、十字軸７１が装着される装着孔５３ａが形成されている。

≪フランジヨークの構成≫
フランジヨーク１は、鍛造品であって、縦断面視で横Ｕ字形を呈するヨーク１０と、ヨーク１０の基端部１１から軸直角方向（輪切り断面方向）の外側に延びるフランジ２０と、を備えている。フランジヨーク１は、一般的には炭素鋼で形成されている。

＜フランジヨーク−ヨーク＞
ヨーク１０は、Ｕ字形の底部に対応する部分に配置された基端部１１と、基端部１１の両端（図４では上端部、下端部）からそれぞれ後方に延びる一対のアーム部１２、１２と、を備えている。

基端部１１は、軸方向視において長方形状を呈している。よって、基端部１１の長手方向側（図４では上下方向側）におけるフランジ２０の幅は、基端部１１の短手方向側（図４では左右方向側）におけるフランジ２０の幅よりも、小さくなっている。

各アーム部１２の後側には、十字軸７１が装着される装着孔１２ａが形成されている。そして、装着孔１２ａには十字軸７１が回動自在に装着されている。

＜フランジヨーク−フランジ＞
フランジ２０は、軸方向視において、四角枠状を呈している。つまり、軸方向視におけるフランジ２０の外形は、略四角形（多角形）を呈している。ただし、その他の多角形でもよい。そして、フランジ２０の外縁は径方向内側にやや湾曲しており、フランジ２０の軽量化が図られている（図３、図４参照）。

＜座面部＞
フランジ２０は、その４つの角（四隅）に、４つの座面部２１を備えている。４つの座面部２１は、軸方向において、ボルト１１１及びナット１１２によって、コンパニオンフランジ３１０とボルト締結される被締結部である。

なお、座面部２１（フランジ２０）は、予め成形されたものであって、フランジ２０よりも大きな母材を、フランジ２０の径方向外側に対応する不要部分を切除することで得たものではない。また、ボルト１１１がフランジ付である構成のほか、ボルト１１１の頭部と座面部２１との間にワッシャを介装する構成としてもよい。

座面部２１は、軸方向視において、略円形を呈している。座面部２１には、その略中心の軸線Ｏ２を通るボルト孔２２が形成されている。ボルト孔２２は、座面部２１とコンパニオンフランジ３１０を締結するボルト１１１が挿通する挿通孔である（図４〜図６参照）。ボルト１１１は、例えば、ソケットレンチ５００で回転される（図５参照）。

軸方向視（前後方向視）において、座面部２１の径方向外側の外縁２３は、１／２円弧状を呈している。すなわち、座面部２１の外縁２３は、切断等で形成される直線状ではない。

外縁２３の中間点２３ａは、フランジヨーク１の回転中心である軸線Ｏ１から径方向において最も外側に配置されている。軸線Ｏ１から中間点２３ａまでの距離は、フランジヨーク１の半径Ｒ１を構成している。そして、フランジヨーク１の直径Ｄ１（所定外径）は、半径Ｒ１の２倍である（Ｄ１＝２×Ｒ１）。

外縁２３は、後記するように、冷間コイニング加工において、型１２１の内周面１２２に沿って規制されながら形成されたものである。したがって、外縁２３は径方向外側に不要に拡径したものでない。

上下左右方向に拡がるフランジ２０の面方向において、軸線Ｏ２を中心とする座面部２１の幅に関して、軸線Ｏ２よりも径方向外側の幅Ｌ１は、軸線Ｏ２を通るフランジヨーク１の回転方向（周方向）における幅Ｌ２と同等（Ｌ１≒Ｌ２）、又は、幅Ｌ２以下（Ｌ１≦Ｌ２）に設定されている。ここで、フランジヨーク１が回転する場合、座面部２１とボルト１１１との間において、フランジヨーク１の回転方向において力が作用することになる。よって、幅Ｌ２が大きくなるにつれて、フランジヨーク１の直径Ｄ１が大きくならずに、フランジヨーク１とコンパニオンフランジ３１０との間を動力伝達する上で強度上の余裕が生じる。

座面部２１の後側面（一面）は、ボルト１１１の頭部１１１ａが当接する平坦な当接面２４を構成している。座面部２１の前側面（他面）は、コンパニオンフランジ３１０の円盤部３１２と合わさる平坦な合わせ面２５を構成している。

≪フランジヨークの製造方法≫
フランジヨーク１の製造方法を説明する。
フランジヨーク１の製造方法は、座面部母体形成ステップと、座面部形成ステップと、塗装ステップと、座ぐり加工ステップと、を含んでいる。

＜座面部母体形成ステップ＞
座面部母体形成ステップは、素鋼を適宜な鍛造用型を使用し熱間鍛造することによって、ヨーク１０及び座面部母体３１を形成するステップである（図７参照）。座面部母体３１は、座面部２１の母体となる部分であり、座面部２１よりも厚く設定される。加熱温度は、例えば、フランジヨーク１の材質に対応して適宜に設定される。

鍛造加工は上型と下型の空間に材料（座面部母体３１）が流動することで成形されるが、余分となる材料が上型と下型との間に押し出される。これを一般的は“バリ”と呼ぶが、バリは機能上不要なため、プレス加工により切断除去される。バリを切断する際には製品形状に対して余裕を持たせて切断するため、切断後の製品には全周バリの切り残しが凸条３２として残存する。

＜座面部形成ステップ＞
座面部形成ステップは、座面部母体３１を冷間コイニング加工（冷間塑性加工）し、座面部２１を形成するステップである（図８〜図９参照）。すなわち、冷間コイニング加工は、座面部母体３１を適宜な鍛造用型を使用し厚さ方向において押し潰す圧造工程である。

また、座面部形成ステップにおいて、座面部母体３１の径方向外側に型１２１を配置し、座面部母体３１の直径Ｄ１（所定外径）以上への拡大を規制する。型１２１は、軸方向視において枠状を呈している。型１２１の内周面１２２は、製造後の座面部２１の外縁２３に対応した曲面でありその内径は直径Ｄ１と等しく、座面部母体３１の径方向外側への変形を規制する規制面として機能している。

これにより、冷間コイニング加工によって塑性変形する座面部母体３１が径方向外側に流動しようとしても（図９、矢印Ａ１参照）、型１２１で規制される。したがって、座面部母体３１が塑性変形して形成される座面部２１が所定外径（直径Ｄ１）以上になることはない。ゆえに、フランジ２０が不要に大径化することはない。そして、座面部母体３１を径方向外側に大きくしたり、厚さを大きくすることなしに鍛造加工で生じる角部の丸みの影響を受けずにボルト当接面を確実に確保することが可能となる。

また、座面部母体３１は押し潰されることでフランジヨーク１の周方向に（図９、矢印Ａ２参照）も圧延される。そうすると、座面部２１の周方向における幅Ｌ２（図４参照）が大きくなるので、フランジヨーク１とコンパニオンフランジ３１０との間を動力伝達する上で強度上の余裕が生じる。

＜塗装ステップ＞
塗装ステップは、冷間コイニング加工後のフランジヨーク１を防錆用の塗料で塗装するステップである。具体的には、カチオン系の塗料を使用して、粗材状態のフランジヨーク１をカチオン塗装する。

＜座ぐり・合わせ面加工ステップ＞
座ぐり・合わせ面加工ステップは、座面部２１のヨーク側（一面側）を座ぐり加工し、ボルト１１１の頭部１１１ａが当接する平坦な当接面２４を形成する（図６参照）。また、座面部２１の他面側を切削加工し、平坦な合わせ面２５を形成する（図６参照）。なお、このように、座ぐり加工、切削加工することで、不要な塗膜が除去される。

＜まとめ＞
このようなフランジヨーク１の製造方法によれば、外周への切削加工を行わずに、良好な大きな座面部２１を形成しつつ、最大外径の規制されたフランジヨーク１を得ることができる。

≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。

前記した実施形態では、熱間鍛造によって素鋼から座面部母体３１を形成する構成を例示したが、その他に例えば、冷間鍛造によって座面部母体３１を形成する構成としてもよい。

１ フランジヨーク
１０ ヨーク
２０ フランジ
２１ 座面部
２２ ボルト孔
２３ 外縁
３１ 座面部母体
７１ 十字軸
１０１、１０２ 十字軸ジョイント
１０２ 十字軸ジョイント
１１１ ボルト
１２１ 型
１２２ 内周面
Ｄ１ 直径（所定外径）

Claims (2)

1. 第１部材と第２部材とを連結する十字軸ジョイントを構成し、前記第１部材と複数のボルトで締結されるフランジヨークであって、
   十字軸が装着される装着孔を有するヨークと、
   前記ヨークから径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジと、
   を備え、
   前記フランジは、その角に、前記ボルトが挿通するボルト孔が形成されると共に軸方向視において前記ボルト孔を中心とする円形の座面部を備え、
   前記座面部の外縁は、型により所定外径以上への拡大を規制した状態で軸方向に押し潰す冷間塑性加工により形成された
   ことを特徴とするフランジヨーク。
2. 第１部材と第２部材とを連結する十字軸ジョイントを構成し、前記第１部材と複数のボルトで締結されるフランジヨークであって、十字軸が装着される装着孔を有するヨークと、前記ヨークから径方向外側に延出し、軸方向視における外形が略多角形であるフランジと、を備え、前記フランジは、その角に、前記ボルトが挿通するボルト孔が形成されると共に軸方向視において前記ボルト孔を中心とする円形の座面部を備えるフランジヨークの製造方法であって、
   鍛造によって座面部母体を形成する座面部母体形成ステップと、
   前記座面部母体の外縁の所定外径以上への拡大を型で規制した状態で、当該座面部本体を軸方向に押し潰す冷間塑性加工によって座面部を形成する座面部形成ステップと、
   を含む
   ことを特徴とするフランジヨークの製造方法。

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