(57)【要約】【課題】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る。【解決手段】基板部１６ａの中間部で１対の舌状部１７ａ、１７ａの間部分３３をＵ字形に折り返して、この基板部１６ａを基部１０ａとする自在継手用ヨークとする。上記間部分３３をＵ字形に折り返す以前に、この間部分３３と上記両舌状部１７ａ、１７ａの基半部とで三方を囲まれた、斜格子で表し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。この為、上記折り返し及びその後の使用に伴って、上記部分に亀裂等の損傷を発生しにくくできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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為に、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、平坦な素板を形成した後、上記基板部の中間部でこれら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自在継手用ヨークの製造方法に於いて、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工程を有する事を特徴とする自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項２】
シェービング加工により表面粗さを向上させる、請求項１に記載した自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項３】
切削加工により表面粗さを向上させる、請求項１に記載した自在継手用ヨークの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭５８−１９３９３５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２０５６４号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３６１６号公報
【特許文献４】特公平７−８８８５９号公報
【特許文献５】実用新案登録第２５０８５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の１例を、工程順に示す平面図及び端面図。
【図２】表面粗さを向上させる為に削り取り加工を施す部分を説明する為の、素板の平面図（Ａ）及び端面図（Ｂ）。
【図３】削り取り加工前の状態（Ａ）と削り取り加工後の状態（Ｂ）とを示す、図２の（Ａ）の拡大イ−イ断面図。
【図４】表面粗さを向上させる為に削り取り加工を施した部分の、完成後のヨークでの位置を示す為の平面図（Ａ）及び端面図（Ｂ）。
【図５】表面粗さを向上させる為に行う削り取り加工の実施状況の１例を示す平面図。
【図６】自在継手を組み込んだ自動車用操舵装置の１例を示す部分切断側面図。
【図７】自在継手用ヨークの１例を示す斜視図。
【図８】従来の製造方法の１例を、工程順に示す平面図及び端面図｛（Ｄ）は及び側面図｝。
【図９】本発明に先立って考えた製造方法を説明する為の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
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。
【符号の説明】
【００２６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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