JP3831326B2 - 自在継手用ヨークの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自在継手に用いられるヨークの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自在継手は、軸線がある角度で交わる２軸を連結し、一方の軸の回転力を他方の軸に伝達するために使用される。例えば、ステアリングホイール（ハンドル），ステアリングシャフト，ステアリングギヤ及びステアリングケージなどから構成されるステアリング装置では、ステアリングホイールとステアリングシャフトとが自在継手を介して連結され、ステアリングホイールの回転力がステアリングシャフト，ステアリングギヤ及びステアリングケージを介して前輪に伝達され、当該前輪に舵取り角が与えられる。かかる自在継手の一例を図７に示す。尚、図７は、自在継手の概略構成を示した斜視図である。
【０００３】
図７に示した自在継手５０は、基部６１と、一定の間隔を隔てて相互に対向するように基部６１から延設された一対の対向片６２とをそれぞれ備えた、図８及び図９に示すような各ヨーク６０が、相互に直交した軸線を有する十字軸７０を介し接続されて構成される。尚、図８は、ヨーク６０の概略構成を示した平面図であり、図９は、図８における矢示Ｆ−Ｆ方向の断面図である。
【０００４】
前記ヨーク６０は、その基部６１に２つの貫通穴６３がそれぞれ形成されており、これら各貫通穴６３にそれぞれ挿通されるボルト（図示せず）などによって、図示しない軸の端部に固設されるようになっている。また、前記各対向片６２には貫通穴６４がそれぞれ形成されており、これら各貫通穴６４には、前記十字軸７０をその軸線周りに回転自在に支持する軸受８０が嵌挿されている。
【０００５】
かかるヨーク６０は、従来、以下のようにして製造されていた。即ち、まず、一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板から、図１０に示すような十字形状をした成形用素材８５を打ち抜き型を用いて打ち抜く。ついで、打ち抜き加工された成形用素材８５の前記対向片６２に相当する一対の片部８６を、曲げ加工により、直線状の仮想折り曲げ線Ｈに沿って相互に対向するように折り返して、前記基部６１と対向片６２とを成形する。その後、曲げ加工によって成形された基部６１及び各対向片６２に、切削加工により前記貫通穴６３，６４をそれぞれ形成し、所望のヨーク形状としていた。
【０００６】
尚、自在継手５０には、伝達する回転力に応じた荷重が作用するため、当該自在継手５０を介して大きな回転力を伝達しようとすると、そのヨーク６０の剛性不足から当該ヨーク６０が、例えば、その機能を十分に発揮することができなかったり、回転力を伝達することができない場合がある。そこで、従来、前記ヨーク６０の肉厚を厚くすることによって、このような剛性不足を解消するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、部材に曲げ加工を行うと、曲げ加工によって形成される円弧形状の当該円弧方向に沿って応力（曲げ応力）が発生する。具体的には、図１１に示すように、前記円弧形状の内側（Ｉ部）には圧縮応力が作用して矢示方向に縮み、その外側（Ｊ部）には引張応力が作用して矢示方向に伸び、これらの略中間には、伸縮が生じない中立面Ｋが生じる。この曲げ応力（圧縮応力や引張応力）は、中立面Ｋからの距離に応じてそれぞれ大きくなり、即ち、前記部材の外周面側や内周面側になる程大きくなる。尚、図１１は、曲げ加工部位に作用する曲げ応力を説明するための説明図である。
【０００８】
また、発生した応力は、一般に物体形状の変化するところに集中することが知られているが、上記ヨーク６０の場合には、曲げ加工を行う対向片８６の付け根部分端縁及びその近傍領域（図１０に示した符号８７部）に曲げ応力が集中するという現実がある。
【０００９】
したがって、ヨーク６０の肉厚（成形用素材８５の板厚）を厚くすると、それだけ中立面Ｋからの距離が大きくなって、曲げ加工部位に作用する曲げ応力が大きくなるとともに、前記端縁部８７に過大な曲げ応力が集中することになって、当該端縁部８７に割れを生じることになる。
【００１０】
また、一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板は、当該平板を構成する金属の結晶組織が圧延方向に平行な繊維組織となっているため、圧延方向に生じる圧縮応力や引張応力に対する強度は高く、圧延方向と直交する方向に生じる圧縮応力や引張応力に対する強度は低いという機械的性質を持っている。
【００１１】
即ち、圧延平板から打ち抜かれた成形用素材８５は、その圧延方向が曲げ加工の仮想折り曲げ線Ｈと直交する場合には、当該曲げ加工によって生じる圧縮応力や引張応力が前記繊維組織の方向に作用するため、これらの応力に対する強度は高く、一方、前記圧延方向が前記仮想折り曲げ線Ｈと平行な場合には、曲げ加工によって生じる圧縮応力や引張応力が前記繊維組織の方向と直交する方向に作用するため、これらの応力に対する強度が低いという性質を有しているのである。
【００１２】
ところが、前記成形用素材８５は、圧延平板の圧延方向及び曲げ加工の仮想折り曲げ線Ｈを考慮して圧延平板から打ち抜かれておらず、当該圧延方向と仮想折り曲げ線Ｈとが平行に打ち抜かれた場合には、ヨーク６０の肉厚を厚くすると、上記のように、曲げ加工部位に作用する圧縮応力や引張応力が大きくなることから、曲げ加工によって、当該曲げ加工部位の外周面に前記圧延方向と平行な割れが生じることになる。
【００１３】
このように、従来のヨーク製造方法では、要求される剛性を満足させるべく、ヨークの肉厚を厚くするのに限界があった。
【００１４】
尚、鍛造加工によりヨークを成形するようにすれば、当該鍛造加工時に、ヨークを構成する金属の結晶組織を均一微細化してその機械的性質を改善することができるので、ヨークの剛性を高めることができるが、鍛造加工では成形コストが高くなるため好ましくない。
【００１５】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、ヨークの肉厚を厚くしても、当該ヨークに曲げ加工を良好に行うことができる自在継手用ヨークの製造方法の提供をその目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記目的を達成するための本発明は、基部と、一定の間隔を隔てて相互に対向するように前記基部から延設された一対の対向片とを備えた自在継手用ヨークを製造する方法であって、一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板から、打ち抜き型を用いて成形用素材を打ち抜いた後、当該成形用素材の前記対向片に相当する一対の片部を、曲げ加工により、直線状の仮想折り曲げ線に沿って相互に対向するように折り返して、前記基部と対向片とを成形する方法において、
前記成形用素材を打ち抜く際に、前記仮想折り曲げ線が前記圧延平板の圧延方向と直交するように前記打ち抜き型を配置して前記成形用素材を打ち抜いた後、
前記打ち抜き加工後の成形用素材の、前記曲げ加工が施される両側の端縁部であって、当該端縁を含むその近傍領域をその表裏から押圧して、当該端縁部の肉厚を減少させ、しかる後、前記曲げ加工を行うようにしたことを特徴とする自在継手用ヨークの成形方法に係る。
【００１７】
この発明によれば、まず、基部と、一定の間隔を隔てて相互に対向するように基部から延設された一対の対向片とを備えた自在継手用ヨークの成形用素材が、一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板から打ち抜き型を用いて打ち抜かれる。尚、成形用素材の打ち抜きに当たり、当該成形用素材に施される曲げ加工の直線状の仮想折り曲げ線が前記圧延平板の圧延方向と直交するように前記打ち抜き型が配置されて当該成形用素材が打ち抜かれる。
【００１８】
上述したように、一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板は、当該平板を構成する金属の結晶組織が圧延方向に平行な繊維組織となっているため、圧延方向に生じる圧縮応力や引張応力に対する強度は高く、圧延方向と直交する方向に生じる圧縮応力や引張応力に対する強度は低いという機械的性質を持っている。
【００１９】
即ち、圧延平板から打ち抜かれた成形用素材は、その圧延方向が曲げ加工の仮想折り曲げ線と直交する場合には、当該曲げ加工によって生じる圧縮応力や引張応力が前記繊維組織の方向に作用するため、これらの応力に対する強度は高く、一方、前記圧延方向が前記仮想折り曲げ線と平行な場合には、曲げ加工によって生じる圧縮応力や引張応力が前記繊維組織の方向と直交する方向に作用するため、これらの応力に対する強度は低いという性質を有しているのである。
【００２０】
したがって、成形用素材の打ち抜きに当たり、曲げ加工の直線状の仮想折り曲げ線が圧延平板の圧延方向と直交するように、当該成形用素材を圧延平板から打ち抜くことで、圧延平板の金属結晶の繊維組織の方向と、曲げ加工部位に作用する圧縮応力や引張応力の方向とを同一方向にすることができるので、曲げ加工によってより大きな圧縮応力や引張応力が当該曲げ加工部位に作用しても、これに耐え得る強度を得ることが可能となる。
【００２１】
このようにして成形用素材が打ち抜かれると、次に、前記打ち抜き加工された成形用素材の、曲げ加工が施される両側の端縁部であって、当該端縁を含むその近傍領域がその表裏から押圧されて、当該端縁部の肉厚が減少せしめられる。
【００２２】
上述したように、部材に曲げ加工を行うと、曲げ加工によって形成される円弧形状の当該円弧方向に沿って曲げ応力が発生する。具体的には、前記円弧形状の内側には圧縮応力が作用して縮み、その外側には引張応力が作用して伸び、これらの略中間には、伸縮が生じない中立面が生じる。また、曲げ応力（圧縮応力や引張応力）は、中立面からの距離に応じてそれぞれ大きくなり、前記部材の外周面側や内周面側になる程大きくなる。また、曲げ加工を行うと、対向片の付け根部分端縁に応力が集中する。
【００２３】
したがって、上述のように、曲げ加工が施される成形用素材（対向片に相当する部分）の端縁部を表裏面から押圧してその肉厚を減少させることで、引き続き実施される曲げ加工の際に、同部に作用する圧縮応力や引張応力を小さくして、同部に集中する応力を小さくすることができ、これにより、同部に曲げ応力による割れが発生するのを防止することができる。
【００２４】
尚、曲げ加工部位に作用する曲げ応力は、当該曲げ加工によって形成される円弧形状の曲率半径が小さくなる程、また、上記のように板厚が厚くなる程大きくなるので、前記曲率半径が小さくなったり、板厚が厚くなる程前記端縁部の肉厚を薄くすることが好ましい。
【００２５】
その後、前記押圧加工された成形用素材の前記対向片に相当する一対の片部が、曲げ加工により、直線状の仮想折り曲げ線に沿って相互に対向するように折り返されて、前記基部と各対向片とが成形され、こうして、基部と各対向片とを備えた自在継手用ヨークが製造される。
【００２６】
斯くして、この自在継手用ヨークの製造方法によれば、成形用素材の金属結晶の繊維組織の方向と、曲げ加工部位に作用する曲げ応力の方向とを同一方向にすることで、より大きな曲げ応力に耐え得る強度を得ることができ、且つ、曲げ加工が施される端縁部の肉厚を薄くしておくことで、曲げ加工が施されたときに当該端縁部に集中する曲げ応力の大きさを小さくすることができ、これらの作用により、より板厚の厚い成形用素材に曲げ加工を良好に施すことができる。これにより、要求される剛性を満足させることができる厚肉高剛性のヨークを製造することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態に係る自在継手用ヨークの製造方法について添付図面に基づき説明する。尚、以下の説明では、図１乃至図３に示すような形状をしたヨークを製造するものとする。図１は、本実施形態に係る、製造対象たるヨークの概略構成を示した平面図であり、図２は、図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図であり、図３は、図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。また、図４乃至図６は、本実施形態に係るヨーク製造手順を説明するための説明図である。
【００２８】
まず、製造対象たるヨークの形状について説明する。図１乃至図３に示すように、前記ヨーク１は、基部１０と、一定の間隔を隔てて相互に対向するように基部１０から延設された一対の対向片２０とを備えている。前記基部１０は、その中央部が各対向片２０の延設方向に突出した形状をしており、当該突出部には貫通穴１１が形成され、前記突出部を挟んだ両側には貫通穴１２がそれぞれ形成されている。また、前記各対向片２０には貫通穴２１がそれぞれ形成されている。
【００２９】
次に、前記ヨーク１を製造する方法について説明する。まず、図４に示すように、一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板５から、打ち抜き型を用いて前記ヨーク１の成形用素材２を打ち抜く。尚、成形用素材２の打ち抜きに当たり、後述するように当該成形用素材２に施される曲げ加工の直線状の仮想折り曲げ線Ｄが前記圧延平板５の圧延方向Ｃと直交するように前記打ち抜き型が配置されて当該成形用素材２が打ち抜かれる。
【００３０】
一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板５は、当該平板５を構成する金属の結晶組織が圧延方向Ｃに平行な繊維組織となっているため、圧延方向Ｃに生じる圧縮応力や引張応力に対する強度は高く、圧延方向Ｃと直交する方向に生じる圧縮応力や引張応力に対する強度は低いという機械的性質を持っている。
【００３１】
即ち、圧延平板５から打ち抜かれた成形用素材２は、その圧延方向Ｃが曲げ加工の仮想折り曲げ線Ｄと直交する場合には、当該曲げ加工によって生じる圧縮応力や引張応力が前記繊維組織の方向に作用するため、これらの応力に対する強度は高く、一方、前記圧延方向Ｃが前記仮想折り曲げ線Ｄと平行な場合には、曲げ加工によって生じる圧縮応力や引張応力が前記繊維組織の方向と直交する方向に作用するため、これらの応力に対する強度は低いという性質を有しているのである。
【００３２】
したがって、成形用素材２の打ち抜きに当たり、曲げ加工の直線状の仮想折り曲げ線Ｄが圧延平板５の圧延方向Ｃと直交するように、当該成形用素材２を圧延平板５から打ち抜くことで、圧延平板５の金属結晶の繊維組織の方向と、曲げ加工部位に作用する圧縮応力や引張応力の方向とを同一方向にすることができ、曲げ加工によってより大きな圧縮応力や引張応力が当該曲げ加工部位に作用しても、これに耐え得る強度を得ることが可能となる。
【００３３】
ついで、図５及び図６に示すように、前記打ち抜き加工した成形用素材２の、曲げ加工が施される両側の端縁部４であって、当該端縁を含むその近傍領域４をその表裏から押圧して、当該端縁部４の肉厚ｔ’を減少させる。
【００３４】
上述したように、部材に曲げ加工を行うと、曲げ加工によって形成される円弧形状の当該円弧方向に沿って曲げ応力が発生する。具体的には、図１１に示すように、前記円弧形状の内側（Ｉ部）には圧縮応力が作用して矢示方向に縮み、その外側（Ｊ部）には引張応力が作用して矢示方向に伸び、これらの略中間には、伸縮が生じない中立面Ｋが生じる。また、曲げ応力は、中立面Ｋからの距離に応じてそれぞれ大きくなる、即ち、前記部材の外周面側や内周面側になる程大きくなる。
【００３５】
また、ヨーク１の曲げ加工部位（後述するように、仮想折り曲げ線Ｄに沿って折り曲げられる部位）の付け根端縁部４には曲げ加工によって生じる曲げ応力が集中して作用する。
【００３６】
したがって、曲げ加工が施される成形用素材２（対向片２０に相当する部分）の端縁部４を表裏面から押圧してその肉厚を減少させることで、引き続き実施される曲げ加工の際に作用する曲げ応力を小さくして、同端縁部４に集中する応力を小さくすることができ、これにより、端縁部４に曲げ応力による割れが発生するのを防止することができる。
【００３７】
尚、曲げ加工部位に作用する曲げ応力の大きさは、当該曲げ加工によって形成される円弧形状の曲率半径が小さくなる程、また、上記のように板厚が厚くなる程大きくなるので、前記曲率半径が小さくなったり、板厚が厚くなる程前記肉厚を薄くすることが好ましい。
【００３８】
このようにして前記端縁部４の肉厚を薄くすると、次に、プレス加工によって、基部１０を、その中央部が上方に突出した形状となるように成形し、この成形後、成形用素材２の前記対向片２０に相当する一対の片部３を、曲げ加工によって、基部１０の中央部突出側に、直線状の仮想折り曲げ線Ｄに沿って折り返して一対の対向片２０が相互に対向するように成形する。そして、この後、曲げ加工後の基部１０及び各対向片２０に対して、切削加工により前記貫通穴１１，１２，２１をそれぞれ形成して、上記構造のヨーク１とする。
【００３９】
以上、詳述したように、この自在継手用ヨークの成形方法によれば、成形用素材２の金属結晶の繊維組織の方向と、曲げ加工部位に作用する曲げ応力の方向とを同一方向にすることで、より大きな曲げ応力に耐え得る強度を得ることができ、且つ、曲げ加工が施される端縁部４の肉厚ｔ’を薄くしておくことで、曲げ加工が施されたときに当該端縁部４に集中する応力の大きさを小さくすることができるので、これらの作用により、より板厚ｔの厚い成形用素材２に対して曲げ加工を良好に施すことができる。これにより、要求される剛性を満足させることができる、厚肉高剛性のヨークを製造することが可能となる。
【００４０】
因みに、従来の製造方法では、肉厚が６．５ｍｍ以下のヨークしか製造することができなかったが、本例のように、圧延鋼板の金属結晶の繊維組織の方向と、曲げ加工部位に作用する圧縮応力や引張応力の方向とが同一方向となるように、圧延鋼板から成形用素材を打ち抜き、ついで、曲げ加工部位の端縁部の肉厚を薄くした後、成形用素材に曲げ加工を行うことで、肉厚が８ｍｍのヨークを良好に製造することができた。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係る、製造対象たるヨークの概略構成を示した平面図である。
【図２】 図１における矢示Ａ−Ａ方向の断面図である。
【図３】 図１における矢示Ｂ−Ｂ方向の断面図である。
【図４】 本実施形態に係るヨーク製造手順を説明するための説明図である。
【図５】 本実施形態に係るヨーク製造手順を説明するための説明図である。
【図６】 本実施形態に係るヨーク製造手順を説明するための説明図である。
【図７】 自在継手の概略構成を示した斜視図である。
【図８】 ヨークの概略構成を示した平面図である。
【図９】 図８における矢示Ｆ−Ｆ方向の断面図である。
【図１０】 従来例に係るヨーク製造方法を説明するための説明図である。
【図１１】 曲げ加工部位に作用する応力を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 自在継手用ヨーク
２ 成形用素材
３ 片部
４ 端縁部
５ 圧延平板
１０ 基部
２０ 対向片
Ｃ 圧延方向
Ｄ 仮想折り曲げ線
ｔ 板厚
ｔ’ 端縁部の肉厚

Claims (1)

1. 基部と、一定の間隔を隔てて相互に対向するように前記基部から延設された一対の対向片とを備えた自在継手用ヨークを製造する方法であって、一定の板厚となるように圧延された金属製の圧延平板から、打ち抜き型を用いて成形用素材を打ち抜いた後、該成形用素材の前記対向片に相当する一対の片部を、曲げ加工により、直線状の仮想折り曲げ線に沿って相互に対向するように折り返して、前記基部と対向片とを成形する方法において、
   前記成形用素材を打ち抜く際に、前記仮想折り曲げ線が前記圧延平板の圧延方向と直交するように前記打ち抜き型を配置して前記成形用素材を打ち抜いた後、
   前記打ち抜き加工後の成形用素材の、前記曲げ加工が施される両側の端縁部であって、該端縁を含むその近傍領域をその表裏から押圧して、該端縁部の肉厚を減少させ、しかる後、前記曲げ加工を行うようにしたことを特徴とする自在継手用ヨークの成形方法。

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