JP5007752B2 - Method for manufacturing yoke for cross shaft type universal joint - Google Patents
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Description
この発明は、自動車用操舵装置を構成する回転軸同士を、トルク伝達可能に接続する為の十字軸式自在継手(カルダンジョイント)を構成するヨークの製造方法の改良に関する。具体的には、金属板に打ち抜き加工及び曲げ加工等のプレス加工を施して、この金属板2枚分の厚さ寸法を有する1対のフランジ部を備えたヨークの製造方法を工夫する事により、これら両フランジ部に亀裂等の損傷が発生しにくいヨークを低コストで造れる製造方法の実現を図るものである。 The present invention relates to an improvement in a manufacturing method of a yoke that constitutes a cross-shaft universal joint (cardan joint) for connecting rotation shafts constituting a steering apparatus for an automobile so that torque can be transmitted. Specifically, the metal plate is subjected to press working such as punching and bending, and a method of manufacturing a yoke having a pair of flange portions having a thickness dimension corresponding to two metal plates is devised. Therefore, it is intended to realize a manufacturing method capable of manufacturing a yoke that is less likely to be damaged such as cracks in both flange portions at a low cost.
自動車用操舵装置は、図3に示す様に構成して、ステアリングホイール1の回転をステアリングギヤユニット2の入力軸3に伝達し、この入力軸3の回転に伴って左右1対のタイロッド4、4を押し引きして、前車輪に舵角を付与する様にしている。前記ステアリングホイール1は、ステアリングシャフト5の後端部に支持固定されており、このステアリングシャフト5は、円筒状のステアリングコラム6を軸方向に挿通した状態で、このステアリングコラム6に回転自在に支持されている。又、前記ステアリングシャフト5の前端部は、自在継手7を介して中間シャフト8の後端部に接続し、この中間シャフト8の前端部を、別の自在継手9を介して、前記入力軸3に接続している。尚、図示の例は、電動モータ10を補助動力源として前記ステアリングホイール1を操作する為に要する力の低減を図る、電動式パワーステアリング装置を組み込んでいる。従って、前記ステアリングシャフト5の前端部を、この電動式パワーステアリング装置の入力側に接続し、この電動式パワーステアリング装置の出力軸と前記中間シャフト8の後端部とを、前記自在継手7により、トルクの伝達を自在に接続している。
The automobile steering device is configured as shown in FIG. 3, and transmits the rotation of the steering wheel 1 to the input shaft 3 of the steering gear unit 2, and a pair of left and right tie rods 4 as the input shaft 3 rotates. 4 is pushed and pulled to give a steering angle to the front wheels. The steering wheel 1 is supported and fixed to the rear end portion of the steering shaft 5, and the steering shaft 5 is rotatably supported by the steering column 6 with the cylindrical steering column 6 inserted in the axial direction. Has been. Further, the front end portion of the steering shaft 5 is connected to the rear end portion of the
上述の様な自動車用操舵装置に組み込まれた、互いに同一直線上に存在しない回転軸である、前記ステアリングシャフト5と前記中間シャフト8と前記入力軸3とを接続する、前記両自在継手7、9は、何れも本発明の製造方法の対象となるヨークを組み込んだ、十字軸式自在継手である。この様な自在継手は、例えば特許文献1〜5に記載される等により、従来から各種構造のものが知られている。図4は、このうちの特許文献1に記載された構造の1例を示している。この図4に示した自在継手11は、1対のヨーク12a、12bを1個の十字軸13を介して、トルク伝達自在に結合して成る。図示の例の場合、これら両ヨーク12a、12bは、それぞれが鋼板等の十分な強度及び剛性を有する金属板に、プレスによる打ち抜き加工及び曲げ加工を施す事により造られており、それぞれが、基部14a、14bと、これら両ヨーク12a、12b毎に1対ずつの結合腕部15a、15bとを備える。
The universal joint 7 connected to the steering shaft 5, the
このうちの基部14a、14bはそれぞれ、第一フランジ部16a、16bと第二フランジ部17a、17bとを備える。これら各第一フランジ部16a、16bと第二フランジ部17a、17bとはそれぞれ、前記両基部14a、14bの円周方向1箇所に設けられた不連続部18a、18bを挟んで設けられている。これら両基部14a、14b毎に対となった第一、第二各フランジ部16a、16b、17a、17bの互いに整合する位置に、前記両基部14a、14b毎に1対ずつの取付孔を、それぞれこれら両基部14a、14bの軸方向に対して捩れの位置関係となる方向に形成している。又、前記第一フランジ部16a、16bの外側面でこの第一フランジ部16a、16bに形成された取付孔の開口部を囲む部分に、座面部19a、19bを、この取付孔の中心軸に直交する方向に形成している。
Of these, the
又、前記両ヨーク12a、12b毎に1対ずつの結合腕部15a、15bは、それぞれ当該ヨーク12a、12bの基部14a、14bの先端縁のうちで、この基部14a、14bに結合固定する回転軸20a、20bに関する直径方向反対側2箇所位置から、軸方向に延出している。そして、前記各結合腕部15a、15bの先端部にそれぞれ円孔21a、21bを、前記両ヨーク12a、12b毎に1対ずつの結合腕部15a、15b同士の間で、互いに同心に形成している。そして、前記各円孔21a、21bの内側に前記十字軸13に設けた4本の軸部を、それぞれがシェル型ニードル軸受である、ラジアル軸受22a、22bにより、回転自在に支持している。この様な構造により前記両ヨーク12a、12bを、それぞれの基部14a、14bの中心軸同士が傾斜した状態でもトルクの伝達を可能に組み合わせている。
In addition, a pair of
前述の様な自動車用操舵装置を組み立てる場合には、上述の様な自在継手11により、同一直線上に存在しない(前記ステアリングシャフト5と前記中間シャフト8と前記入力軸3とのうちの、互いに隣り合って配置される何れか2本であって、それぞれの中心軸が互いに傾斜した)1対の回転軸20a、20bを、トルクの伝達を可能に結合する。この為に、これら両回転軸20a、20bの端部を前記両ヨーク12a、12bの基部14a、14bに内嵌し、更にこれら両基部14a、14bに形成した前記各取付孔を挿通したボルト23a、23bとナット24a、24bとを螺合し、更に締め付ける。そして、前記両基部14a、14bの内面により前記両回転軸20a、20bの端部外周面を強く抑え付ける。この状態で、これら両回転軸20a、20bが、前記自在継手11を介して、トルクの伝達を可能に結合される。
When assembling a steering apparatus for an automobile as described above, the
尚、図4に示した自在継手11を構成する1対のヨーク12a、12bのうち、一方(図4の左方)のヨーク12bは、前記基部14bの内周面に形成した雌セレーションと前記回転軸20bの端部外周面に形成した雄セレーションとを係合させる事により、これら基部14bと回転軸20bとの間で大きなトルクを伝達可能としている。従って、これら基部14bと回転軸20bとを結合する際には、これら基部14bと回転軸20bとを軸方向に相対変位させる。これに対して、他方(図4の右方)のヨーク12aの基部14aは、側方が開口した、断面U字形若しくは断面コ字形である、所謂横入れヨークとして、前記回転軸20aをこの基部12aに、側方から挿入可能としている。
Of the pair of
又、図5〜6に示す様に、ヨーク12cに設けた第一、第二両フランジ部16c、17cに互いに整合する状態で形成した1対の取付孔のうち、一方の取付孔をボルト23cを緩く挿通する通孔25とし、他方の取付孔をこのボルト23cを螺合させる為のねじ孔26として、ナットを省略する構造も、例えば特許文献3、5に記載される等により、従来から広く知られている。前記ヨーク12cは、金属板にプレスによる打ち抜き加工及び曲げ加工を順次施して成る、所謂プレスヨークで、基部14cの内周面に、不連続部18c及びその近傍部分を除き、雌セレーションを形成している。更に、第一、第二両フランジ部16c、17cを、前記金属板を折り返す事により、この金属板2枚分の厚さ寸法としている。又、前記第一フランジ部16cの外側面で前記通孔25の開口周囲部分を座面部19cとしている。この様なプレスヨークの構造及び製造方法に就いても、基本的には、特許文献5に記載される等により従来から知られている。本発明は、この様なプレスヨークの製造方法の改良に関するものであるから、前記特許文献5に記載された製造方法に対して若干の改良を加えた、本発明の前提となる製造方法に就いて、図7により説明する。
As shown in FIGS. 5 to 6, one of the pair of mounting holes formed so as to be aligned with both the first and
この製造方法では、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7の(A)に示す様な、基板部27と1対の舌状部28、28とを備えた、平坦な素板29を得る。このうちの基板部27は、略矩形とし、長さ方向両端寄り部分にそれぞれ括れ部30、30を設ける。
In this manufacturing method, first, a metal plate having sufficient rigidity, such as a steel plate, is punched out by press working, so that a
打ち抜き加工により上述の様な素板29を得たならば、次いで、この素板29を構成する前記基板部27のうちで、前記両舌状部28、28よりも突出した両端部分を、それぞれの長さ方向中間部に位置する前記両括れ部30、30で、前記基板部27の厚さ方向に関して同じ方向にそれぞれ180度、密に(可及的に大きな曲率で)折り返して、1対の重ね合わせ部31、31を形成する。これら両重ね合わせ部31、31は、それぞれ、互いに重なり合った1対ずつの平板部32a、32bと、これら各平板部32a、32bの端縁同士を連続させる折り返し部33とから成る。これら各折り返し部33の幅寸法は、前記両括れ部30、30の存在に基づき、前記各平板部32a、32bの端縁から離れるに従って漸減する。即ち、前記両括れ部30、30は、前記基板部27の幅方向片端縁の軸方向両端寄り部分に存在する略V字形の切り欠き部により形成されており、前記基板部27の幅方向他端縁と前記両舌状部28、28の側縁とは、前記両括れ部30、30に対応する部分で、傾斜縁により連続している。この為、前記両重ね合わせ部31、31の折り返し部33の幅方向両端縁は、何れも、前記各平板部32a、32bの端縁から離れるに従って漸減する方向に傾斜した形状となる。以上の様に、前記基板部27の両端部分を折り返す事により、図7の(B)に示す様な第一中間素材34とする。
If the
次いで、この第一中間素材34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、図8の(C)に示す様な第二中間素材35とする。この第二中間素材35は、1対の結合腕部15b、15b(図5参照)となるべき、前記両舌状部28、28部分が部分円筒状に湾曲すると共に、これら両舌状部28、28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28、28の中間部乃至先端寄り部分が、前記基板部27に対しオフセットしている。
Next, the first
次いで、上述の様な第二中間素材35は、前記基板部27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、図7の(D)に示す様な第三中間素材36とする。
次に、この第三中間素材36の基板部27を更に(平板の状態から180度迄)湾曲させて、図7の(E)に示す様な第四中間素材37とする。この状態で、完成後のヨーク12c(図6参照)に備えられる、基部14cと1対の腕部15b、15bとが形成される。そこで最後に、このうちの基部14cを構成する第一、第二両フランジ部16c、17cに通孔25及びねじ孔26を、前記両腕部15b、15bに円孔21b、21b(図5〜6参照)を、それぞれ形成して、図5〜6に示す様なヨーク12cとして完成する。
Next, the second
Next, the
上述の様な製造方法により、この図5〜6に示す様なヨーク12cを造る場合、図7の(A)→(B)で示した、素板29を第一中間素材34とする過程で、金属板の加工量が多くなる。即ち、前記両重ね合わせ部31、31を形成する過程で、前記基板部27の両端部を大きな曲率(小さな曲率半径)で180度折り返す。この為、折り返し方向に関して外径側に、大きな引っ張り応力が加わり、得られた前記第一中間素材34のうちで、前記両折り返し部33、33の外径側部分に、残留引っ張り応力が存在する状態となる。金属加工の分野で周知の様に、残留引っ張り応力は、亀裂等の損傷に結び付き易く、そのまま加工を進めると、前記両折り返し部33、33の外径側部分に、亀裂等の損傷を発生し易い。特に、近年、前述の図3に示す様に、力の伝達方向に関して、自在継手よりも上流側に電動式のパワーステアリング装置を設ける場合が増えており、この自在継手の強度を確保する必要上、ヨークを構成する金属板として、例えば厚さ寸法が6〜8mm程度の、比較的厚肉のものを使用する要求が高まっている。この様に厚さ寸法が大きな金属板を大きな曲率で折り返すと、前記残留引っ張り応力が大きくなり、その分、亀裂等の損傷が発生し易くなる。この様な亀裂は、ヨークを造る過程で発生しなくても、このヨークを十字軸式の自在継手に組み込んだ後、使用している過程で発生する場合もある。
When the
この為、図7に示した様な従来方法により、厚さ寸法が大きな金属板で前記ヨーク12cを造る場合には、前記素板29を得た後、何れかの段階で、前記両折り返し部33、33、若しくは、これら両折り返し部33、33となるべき前記括れ部30、30部分に焼鈍処理を施す必要がある。例えば、これら両折り返し部33、33を形成した後の加工段階で亀裂が発生する事を防止する為には、これら両折り返し部33、33内部の残留引っ張り応力を開放してから、その後の加工を進める必要がある。加工段階での亀裂発生を抑えられる場合でも、遅くとも、前記ヨーク12cを造った後、このヨーク12cに十字軸を組み付ける以前に、前記両折り返し部33、33に焼鈍処理を施す必要がある。但し、熱処理の一種である焼鈍処理は、使用するエネルギ量が嵩み、近年に於ける省エネルギ化の流れに反する。又、焼鈍処理自体の処理時間が長くなるだけでなく、何れもプレス加工により行える、他の一連の工程から外れた場所で行う必要がある為、加工能率を悪化させる程度が著しい。更には、本来は剛性が必要で焼鈍処理する必要がない、前記両舌状部28、28の基端部等、前記両折り返し部33、33以外の部分まで、多少なりとも、熱処理の影響で剛性が低下する可能性があり、得られるヨークの品質保持(必要とする剛性の確保)の面からも不利である。
For this reason, when the
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、焼鈍処理を行わなくても、重ね合わせ部を構成する折り返し部内部の残留引っ張り応力を低減乃至は解消できて、この折り返し部に亀裂等の損傷が生じにくくできる、十字軸式自在継手用ヨークの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 can reduce or eliminate the residual tensile stress inside the folded portion constituting the overlapped portion without performing an annealing process, and damage such as a crack in the folded portion. The invention has been invented to realize a method for manufacturing a yoke for a cross shaft type universal joint, which can prevent the occurrence of the problem.
本発明の十字軸式自在継手用ヨークの製造方法は、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対の腕部とを備えた自在継手用ヨークを造る。
この為に、先ず、金属板を打ち抜き成形する事により、略矩形で長さ方向両端寄り部分にそれぞれ括れ部を形成した基板部と、この基板部の幅方向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、前記基板部のうちでこれら両舌状部よりも突出した両端部分を、それぞれの長さ方向中間部に位置する前記両括れ部で、この基板部の厚さ方向に関して同じ方向にそれぞれ180度折り返して、それぞれが、互いに重なり合った1対ずつの平板部と、これら各平板部の端縁同士を連続させる、これら各平板部の端縁から離れるに従って幅寸法が漸減する折り返し部とを備えた、1対の重ね合わせ部を形成する。
次に、これら両折り返し部の幅方向両端面を、互いに近付く方向で且つ前記各平板部に向かう方向に押圧して、これら両折り返し部に圧縮方向の力を加える。好ましくは、請求項2に記載した発明の様に、この圧縮方向の力を加えてから、前記基板部のうち、前記両舌状部の間部分をU字形に折り返して、この基板部を前記基部とする。
The method of manufacturing the yoke for a cross shaft type universal joint according to the present invention includes a base for coupling and fixing the end of the rotary shaft, and an axial end of the base extending from the diametrically opposite position in the axial direction of the base. A universal joint yoke having a pair of arm portions is formed.
For this purpose, first, by punching and forming a metal plate, the substrate portion in which the constricted portion is formed in a substantially rectangular shape at both end portions in the length direction, and two spaced apart positions on one end edge in the width direction of the substrate portion. And forming a flat base plate having a pair of tongues protruding from the base plate.
After that, both end portions of the substrate portion that protrude from both tongue-shaped portions are 180 degrees in the same direction with respect to the thickness direction of the substrate portion at the both constricted portions located at the intermediate portions in the length direction. Each of the flat plate portions is folded and each has a pair of overlapping flat plate portions, and the end portions of the respective flat plate portions are connected to each other, and the return portions are gradually reduced in width as they are separated from the end edges of the respective flat plate portions. A pair of overlapping portions is formed.
Next, both end surfaces in the width direction of both folded portions are pressed in directions toward each other and toward the flat plate portions, and a force in the compression direction is applied to both folded portions. Preferably, as in the invention described in claim 2, after applying a force in the compression direction, a portion between the two tongue-shaped portions of the substrate portion is folded back into a U-shape, and the substrate portion is turned into the base portion. And
上述の様に構成する本発明の十字軸式自在継手用ヨークの製造方法によれば、高品質のヨークを低コストで得られる。この理由は、次の通りである。
先ず、本発明の場合には、1対の重ね合わせ部を形成した後、何れかの段階で両折り返し部の幅方向両端面を押圧する事により、これら両折り返し部の内部に存在する残留引っ張り応力を低減乃至解消できる。即ち、これら両折り返し部の幅方向両端面を、互いに近付く方向で且つ各平板部に向かう方向に押圧すると、これら両折り返し部の内部に残留圧縮応力が発生する傾向になる。残留圧縮応力と残留引っ張り応力とは、互いに逆方向の力であり、互いに打ち消し合う為、この残留引っ張り応力を低減乃至は解消できる。この為、前記両折り返し部の加工後に、焼鈍処理を行わずに後の加工を行ったり、得られたヨークを十字軸式自在継手に組み込んだ状態で使用しても、前記両折り返し部に、亀裂等の損傷が発生しにくくなる。
According to the method of manufacturing a cross shaft type universal joint yoke of the present invention configured as described above, a high quality yoke can be obtained at low cost. The reason for this is as follows.
First, in the case of the present invention, after forming a pair of overlapped portions, pressing the both end surfaces in the width direction of both folded portions at any stage, the residual tension existing inside these folded portions. Stress can be reduced or eliminated. That is, when both end surfaces in the width direction of both folded portions are pressed toward each other and toward each flat plate portion, residual compressive stress tends to be generated inside these folded portions. The residual compressive stress and the residual tensile stress are forces in opposite directions, and cancel each other, so that the residual tensile stress can be reduced or eliminated. For this reason, even after the processing of the both folded portions, even if the subsequent processing is performed without performing the annealing process, or the obtained yoke is incorporated in the cross shaft universal joint, Damage such as cracks is less likely to occur.
又、前記両折り返し部の幅方向両端面を押圧する事は、プレスによる面押し加工により容易に行えるし、これら各端面に加える力の大きさ(両折り返し部の内部に発生する傾向になる、残留圧縮応力の大きさ)も、自由に調節できる。又、使用するエネルギ量に就いても、焼鈍処理に比べて遥かに少なくて済み、加工時間も短くて済む為、前記残留引っ張り応力に基づく問題を解消する事に伴う、加工能率を悪化させる程度を僅少に抑えられる。更には、前記両折り返し部以外の部分の剛性が低下する事がない為、得られるヨークの品質保持の面からも有利になる。 Further, pressing both end surfaces in the width direction of the folded portions can be easily performed by surface pressing with a press, and the magnitude of the force applied to each of the end surfaces (will tend to occur inside the folded portions, The magnitude of the residual compressive stress can also be adjusted freely. Also, the amount of energy to be used is much less than that of annealing treatment, and the processing time can be shortened, so that the processing efficiency is deteriorated by solving the problem based on the residual tensile stress. Can be suppressed to a small extent. Furthermore, since the rigidity of the portions other than the two folded portions is not lowered, it is advantageous from the viewpoint of maintaining the quality of the obtained yoke.
図1〜2は、本発明の実施の形態の1例を示している。尚、本例の特徴は、第一、第二両フランジ部16c、17cを構成する、それぞれが1対ずつの平板部32a、32bの端縁同士を連続させる為の折り返し部33、33に、残留引っ張り応力に基づいて亀裂等の損傷が発生するのを防止すべく、これら両折り返し部33、33に圧縮応力を発生させる工程を付加した点にある。その他の工程に関しては、前述の図7により説明した製造方法の場合と同様であり、得られるヨーク12cの構造及び作用に就いては、前述の図5〜6に示した構造と同様であるから、同等部分に関する説明は省略し、以下、本例の特徴部分に就いて説明する。
1 and 2 show an example of an embodiment of the present invention. The feature of this example is that the first and
本例の場合には、図1の(A)に示した素板29を同じく(B)に示した第一中間素材34とした後、この第一中間素材34の両端部に設けられた1対の重ね合わせ部31、31を構成する、1対の折り返し部33、33の幅方向両端面であり、図1の(B)(C)に太線で、図2に斜格子で、それぞれ示した、斜面部38a、38bを、これら各斜面部38a、38bに対し垂直方向に押圧する。この結果、前記両折り返し部33、33の幅方向両端部が、互いに近付く方向で且つ前記各平板部32a、32bに向かう方向に押圧されて、前記両折り返し部33、33に、圧縮方向の力を加えられる。その後、図1の(B)→(C)→(D)→(E)の様に、基板部27のうち、1対の舌状部28、28の間部分をU字形に折り返して、この基板部27を基部14cとする。尚、図1の(B)→(C)→(D)→(E)に示した加工工程中に、前記引っ張り応力に基づく亀裂等の損傷が発生するのを抑えられるのであれば、前記各斜面部38a、38bを押圧する作業を、図2に示す様に、ヨーク12cを完成した後に行っても良い。
In the case of this example, the
上述の様に構成する本例の十字軸式自在継手用ヨークの製造方法によれば、前述した様に、前記両折り返し部33、33の内部に存在する残留引っ張り応力を低減乃至解消できて、これら両折り返し部に、亀裂等の損傷が発生しにくくなる。又、使用するエネルギ量を少なく、加工時間を短く抑えて加工能率を悪化させる程度を僅少に抑え、しかも、前記両折り返し部33、33以外の部分の剛性を低下させずに高品質のヨークを安定して得られる。
According to the method of manufacturing a yoke for a cross shaft type universal joint of the present example configured as described above, as described above, the residual tensile stress existing in the folded
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 入力軸
4 タイロッド
5 ステアリングシャフト
6 ステアリングコラム
7 自在継手
8 中間シャフト
9 自在継手
10 電動モータ
11 自在継手
12a、12b、12c、12d ヨーク
13 十字軸
14a、14b、14c 基部
15a、15b 結合腕部
16a、16b、16c 第一フランジ部
17a、17b、17c 第二フランジ部
18a、18b、18c 不連続部
19a、19b、19c 座面部
20a、20b、20c 回転軸
21a、21b 円孔
22a、22b ラジアル軸受
23a、23b、23c ボルト
24a、24b ナット
25 通孔
26 ねじ孔
27 基板部
28 舌状部
29 素板
30 括れ部
31 重ね合わせ部
32a、32b 平板部
33 折り返し部
34 第一中間素材
35 第二中間素材
36 第三中間素材
37 第四中間素材
38a、38b 斜面部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steering wheel 2 Steering gear unit 3 Input shaft 4 Tie rod 5 Steering shaft 6 Steering column 7 Universal joint 8 Intermediate shaft 9 Universal joint 10
Claims (2)
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---|---|---|---|
JP2010089353A JP5007752B2 (en) | 2010-04-08 | 2010-04-08 | Method for manufacturing yoke for cross shaft type universal joint |
Applications Claiming Priority (1)
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