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【発明の名称】 自在継手用ヨークの製造方法
【発明者】 【氏名】萩原 信行

【氏名】堀野 慶一

【氏名】小林 一登

【要約】 【課題】強度を確保しながら精度良く自在継手用ヨークを製造する。

【解決手段】丸棒素材を、中央部の基部32と該基部32から左右対称に外方に延長する一対のアーム部33とを有し、少なくとも前記基部32と一対のアーム部33との境界部の厚みを当該アーム部33の厚みより厚くした段差板形状の冷間鍛造成形品35に成形する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部33を両者が対向するように曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
丸棒素材を、中央部の基部と該基部から左右対称に外方に延長する一対のアーム部とを有し、少なくとも前記基部と一対のアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くした段差板形状の冷間鍛造成形品に成形する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部を両者が対向するように曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成するようにしたことを特徴とする自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項2】
前記冷間鍛造工程では、バリの発生を少なくするように2段階冷間鍛造を行うようにしたことを特徴とする請求項1に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項3】
前記冷間鍛造工程では、丸棒素材を軸方向と直交する方向から冷間鍛造して冷間鍛造中間品を形成する第1の冷間鍛造工程と、該第1の冷間鍛造工程で鍛造された冷間鍛造中間品を前記軸方向から鍛造して前記段差板形状を有する冷間鍛造成形品を得る第2の冷間鍛造工程とを有することを特徴とする請求項2に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項4】
前記冷間鍛造工程では、前記アーム部を、基部側の偏平部とこの偏平部に連接する先端側に板成形工程で内側となる面が突出されて厚肉とされたリンク部とを有するように形成し、前記板成形工程では、前記リンク部の基部側に前記偏平部によるアンダーカット部が形成されるように2段階成形を行うようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項5】
前記板成形工程では、前記アンダーカット部を形成するように前記偏平部を曲げ成形する第1の板成形工程と、前記偏平部に連接する前記リンク部を曲げ成形する第2の板成形工程とを行うようにしたことを特徴とする請求項4に記載の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】
本発明は、自在継手用ヨークを冷間鍛造工程及び板成形工程を行うことにより製造するようにした自在継手用ヨークの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の自在継手用ヨークの製造方法としては、例えば金属板に打ち抜き加工、深絞り加工、抜き加工等、プレス作業により容易且つ短時間で行える加工を施す所謂板成形を行うことで、自在継手用ヨークを製造するようにしている(例えば、特許文献1及び2参照)。
【特許文献1】特開平9−14282号公報(第1頁、図12)
【特許文献2】特開2002−66677号公報(第2頁、図1〜図15)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、特に、最近のように高トルクを可能にした電動パワーステアリング装置が普及することに伴ってヨークの強度向上が要求され、アーム根元の肉厚が必要となる場合に、上記特許文献1に記載の従来例にあっては、段差のない金属板を素材として板成形による曲げ加工を行って自在継手用ヨークを製造するようにしているので、図12に示すように中央部の連結部100とその両側から上方に曲げられたアーム部101とを有するU字状に板成形したときに、一点鎖線図示のように増肉部102を必要とするアーム部101の根元が引けてしまい肉薄となり、強度を確保することができないという未解決の課題がある。
【0004】
熱間鍛造で丸棒素材を成形することが考えられるが、熱間鍛造は加工精度が悪いため仕上げの切削加工が多くなり、製造コストが増加するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、強度を確保しながら精度良く自在継手用ヨークを製造することができる自在継手用ヨークの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、請求項1に係る自在継手用ヨークの製造方法は、丸棒素材を、中央部の基部と該基部から左右対称に外方に延長する一対のアーム部とを有し、少なくとも前記基部と一対のアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くした段差板形状の冷間鍛造成形品に成形する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部を両者が対向するように曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成するようにしたことを特徴としている。
【0006】
また、請求項2に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項1に係る発明において、前記冷間鍛造工程では、バリの発生を少なくするように2段階冷間鍛造を行うようにしたことを特徴としている。
さらに、請求項3に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項2に係る発明において、前記冷間鍛造工程では、丸棒素材を軸方向と直交する方向から冷間鍛造して冷間鍛造中間品を形成する第1の冷間鍛造工程と、該第1の冷間鍛造工程で鍛造された冷間鍛造中間品を前記軸方向から鍛造して前記段差板形状を有する冷間鍛造成形品を得る第2の冷間鍛造工程とを有することを特徴としている。
【0007】
さらにまた、請求項4に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項1乃至3の何れか1つに係る発明において、前記冷間鍛造工程では、前記アーム部を、基部側の偏平部とこの偏平部に連接する先端側に板成形工程で内側となる面が突出されて肉厚とされたリンク部とを有するように形成し、前記板成形工程では、前記リンク部の基部側に前記偏平部によるアンダーカット部が形成されるように2段階成形を行うようにしたことを特徴としている。
【0008】
なおさらに、請求項5に係る自在継手用ヨークの製造方法は、請求項4に係る発明において、前記板成形工程では、前記アンダーカット部を形成するように前記偏平部を曲げ成形する第1の板成形工程と、前記偏平部に連接する前記リンク部を曲げ成形する第2の板成形工程とを行うようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、丸棒素材を、中央部の基部と該基部から左右対称に外方に延長する一対のアーム部とを有し、少なくとも前記基部と一対のアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くした段差板形状に形成する冷間鍛造工程と、該冷間鍛造工程で形成した段差板形状の一対のアーム部を同一方向に曲げる板成形工程とを行うことにより自在継手用ヨークを形成するので、冷間鍛造工程で肉厚の異なる任意の段差板形状を容易に形成することができ、少なくとも基部とアーム部との境界部の厚みを当該アーム部の厚みより厚くすることにより、アーム部を曲げる板成形時にアーム部の根元に引けが形成されることを防止して、強度を確保しながら精度よく自在継手用ヨークを製造することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用した自在継手用ヨークを備えた操舵装置を示す全体構成図、図2は中間シャフトの拡大縦断面図、図3は丸棒素材を示す斜視図、図4は第1の冷間鍛造工程の説明に供する説明図、図5は第2の冷間鍛造工程における鍛造開始時の説明に供する説明図、図6は第2の冷間鍛造工程における鍛造終了時の説明に供する説明図、図7は第2の冷間鍛造用上金型の部分拡大断面図、図8は冷間鍛造完成品及び板成形完成品を示す図であって、(a)は冷間鍛造完成品の正面図、(b)は冷間鍛造完成品の底面図、(c)は板成形完成品の正面図、(d)は板成形完成品の底面図、図9は第1の板成形工程の説明に供する説明図、図10は第2の板成形工程の説明に供する説明図、図11は第2の板成形工程に使用するパンチの断面図である。
【0011】
図中、SDは操舵装置であって、この操舵装置SDは、後端(図1において右端)にステアリングホイール1を装着したステアリングシャフト2を有し、このステアリングシャフト2がステアリングコラム3に回転自在に保持されている。
ステアリングシャフト2の前端(図1において左端)には、ステアリングシャフト2に連結されて操舵補助トルクを付与するウォーム減速機11と、このウォーム減速機11に連結された操舵補助トルクを発生する電動モータ12とで構成される操舵補助機構(電動パワーステアリング)4が連結されている。
【0012】
ウォーム減速機11の出力軸14には、自在継手17Aを介して中間シャフト18が連結され、この中間シャフト18が自在継手17Bを介してラックピニオン式のステアリングギヤ機構6のピニオン軸19に連結されている。
ステアリングギヤ機構6のラック軸(図示せず)は、タイロッド5を介して図示しない転舵輪に連結されている。
【0013】
ここで、ステアリングシャフト2は、アウターシャフト7とインナーシャフト8とを有し、アウターシャフト7の前端部とインナーシャフト8の後端部とをスプライン結合させると共に、合成樹脂を介して結合されている。したがって、アウターシャフト7とインナーシャフト8とは、衝突時に上記合成樹脂を破断させて、全長を縮めることができる。
また、ステアリングシャフト2を挿通した筒状のステアリングコラム3は、アウターコラム9とインナーコラム10とをテレスコープ状に組み合わせてなり、軸方向きの衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる所謂コラプシブル構造としている。
【0014】
そして、インナーコラム10の前端部を、ウォーム減速機11のハウジング11aの後端面に固定し、インナーシャフト8をウォーム減速機11のハウジング11a内に挿通して、このインナーシャフト8の前端部をウォーム減速機11のハウジング11aの前端面から出力軸14として突出させている。
そして、ステアリングコラム3のアウターコラム9がアッパブラケット15Uによって車体側部材16にチルト及びテレスコ位置調整可能に支持されていると共に、操舵補助機構4におけるウォーム減速機11のハウジング11aが車体側部材16に取付けられたロアブラケット15Lに回動自在に支持されたピボットピン15pを中心として上下方向に揺動可能に支持されている。
【0015】
中間シャフト18は、その縦断面図を表す図2に示すように、自在継手17Aに連結された雄軸21と、この雄軸21の外周側にセレーション結合され且つ自在継手17Bに連接された雌軸22とを備えている。
ここで、自在継手17Aは、図2に示すように、一対のヨーク23及び24と、これら一対のヨーク23及び24を連結する十字軸25とで構成されている。ヨーク23は、一対のアーム部23a及び23bと、これらアーム部23a及び23bの基部間を連結する連結部23cとでU字状に形成されている。
【0016】
そして、連結部23cには、ヨーク23の側面図を表す図3に示すように、中心位置に連結孔23dが貫通形成されている。この連結孔23dに雄軸21の連結軸部21cが連結されている。これら連結部23cと連結軸部21cとが、例えば溶接、加締め等の固着手段によって一体に連結されている。
さらに、アーム部23a及び23bの先端部には十字軸25を装着するリンク部23e及び23fが形成され、このリンク部23e及び23fに十字軸25を挿通するベアリングカップ挿通孔26が形成されている。
【0017】
また、他方のヨーク24も、ヨーク23と同様に一対のアーム部24a及び24bと、これらアーム部24a及び24bの基部間を連結する連結部24cとでU字状に形成され、連結部24cにウォーム減速機11の出力軸14がボルト27によって抱き締めされている。
さらに、十字軸25は、図2に示すように、胴部25aと、この胴部に十字状に夫々形成した4個の軸部25bとで構成されている。各軸部25bはその先端部に中心軸位置にスパイダーピン25cが埋設されていると共に、外周面にニードルベアリング25dが配設され、スパイダーピン25c及びニードルベアリング25dを覆うようにベアリングカップ25eが配設されている。そして、十字軸25の各軸部25bが、ヨーク23及び24のアーム部23a,23b及び24a,24bに形成されたベアリングカップ挿通孔26に挿通されている。
【0018】
一方、自在継手17Bも、自在継手17Aと同様の構成を有し、中間シャフト18の雌軸22に連結されたヨーク23とステアリングギヤ機構6のピニオン軸19に連結されたヨーク24と、これらヨーク23及び24を連結する十字軸25とを備えている。
さらに、雄軸21は、図2に示すように、小径の中央軸部21aとその左端に形成された中央軸部21aより大径に形成されたセレーション軸部21b及び右端に形成された連結軸部21cとを有する。セレーション軸部21bは軸方向長さが比較的長めに形成され、連結軸部21cは軸方向長さが比較的短めに形成されている。
【0019】
また、雌軸22は、円筒状に形成され、その内周面に全長に亘ってセレーション穴部22aが形成され、図2の左端外周面に、図2に示すように、自在継手17Bのヨーク23の連結孔23dにセレーション結合させた状態で、連結軸部22bと連結部23cとが図2に示すように例えば溶接、加締め等の固着手段で連結されている。
そして、自在継手17A及び17Bのヨーク23が、以下のように、丸棒素材を、冷間鍛造して中央部の厚みが厚い基部としての円形部とこの円形部から左右対称に外方に延長し、円形部より薄い厚みの一対のアーム部とを有する段差板形状の冷間鍛造成形品に形成する冷間鍛造工程と、これに続いて一対のアーム部を同一に垂直上方向に曲げる板成形工程とを行うことにより製造される。
【0020】
冷間鍛造工程では、先ず、図3に示すように、最終的に形成される自在継手17A及び17Bのヨーク23に冷間鍛造工程中に切除されるバリ分及び切削される孔分の質量を加えた質量となるように所定径の例えば炭素鋼(S15C〜S35c)でなる丸棒を所定長さで切断して、直径Dと高さHとの関係がH/D≦1に設定された丸棒素材31とし、後述する最終的な冷間鍛造完成品35を形成する場合の歩留りを向上させるようにしている。
【0021】
そして、この丸棒素材31を熱処理する。この熱処理は、焼鈍炉でS15C〜S35Cについては完全焼鈍を行ない、S25C〜S35Cについては球状化焼鈍や完全焼鈍を行うように製品の強度要求や加工の状況に応じて焼鈍方法を選択するようにした。さらにはショットピーニング処理にボンデ処理を加えた表面処理を行う場合もある。次いで潤滑材を塗布してからプレス機に装着する。
【0022】
このプレス機では、先ず、図4(a)に示すように、平坦部41と、この平坦部41の中央部に形成された前後方向に延長する比較的大きな半径Rcの円弧状凹部42と、この円弧状凹部42の左右両側と平坦部41との間に形成された円弧状凹部42の半径Rcよりは小さな半径Rdの円弧部43とを形成した上下対称で一対の第1の冷間鍛造用上下金型44U及び44D間に丸棒素材31をその軸方向を例えば前後方向として装着する。
【0023】
ここで、第1の冷間鍛造用上金型44U及び下金型44Dの円弧状凹部42の半径Rcは、丸棒素材31の直径Dの1/2即ち半径以下となるように(D/2)≧Rcに選定されている。これらRc>Rd及びD/2≧Rcの関係は、材料の流動性を良くし、荷重低減の効果がある。
次いで、図4(b)に示すように、第1の冷間鍛造用上金型44U及び下金型44Dを両者間の間隔を所定間隔tとなるまで相対移動させることにより、丸棒素材31をその軸方向と直交する上下方向から潰して中央部の前述した連結部23cとなる基部としての円形部32とこの円形部32から左右方向に左右対称に外方に延長する前述したアーム部23a及び23bとなるアーム部33とを有し、後述する第2の冷間鍛造工程でバリ発生が少ない形状の冷間鍛造完成品35とするため、冷間鍛造中間品34を得る第1の冷間鍛造を行う。
【0024】
ここで、第1の冷間鍛造用上金型44U及び下金型44D間の所定間隔tは、図4(b)に示すように、第1の冷間鍛造用上金型44U及び下金型44Dの円弧状凹部42の深さをΔXとし、図6(a)に示すように、冷間鍛造終了品35′の円形部32の直径をD1としたとき、第2の冷間鍛造用下金型45Dに安定して固定載置できるようにD1≦t+2ΔXとなるように選定されている。
【0025】
次いで、図5(a)〜(c)に示すように、成形した冷間鍛造中間品34の前後方向を上下方向とするように90度方向を変えて上下一対の第2の冷間鍛造用上下金型45U及び45Dに装着する。
次いで、図6(a)〜(c)に示すように、第2の冷間鍛造用上金型45U及び下金型45Dを両者が近接するまで相対移動させることにより、円形部32の下端に厚みが増加するように下方に膨出する膨出部32aを形成すると共に、円形部32側の円形部32に比較して薄い偏平部33aと、この偏平部33aの先端側に連接して偏平部33aより後述する板成形工程で内側となる面に上方に円柱状に突出して厚肉とされたリンク部33bとを有するアーム部33を形成した冷間鍛造終了品35′を得る第2の冷間鍛造を行う。
【0026】
ここで、第2の冷間鍛造用上金型45Uには、図7に示すように、バリを押す部分に5〜30度のテーパーθ1を付け、バリ部分の面圧を小さくして、加工荷重の増加を防ぐようにしている。但し、テーパー角を大きくしすぎたり、ニゲを作ったりすると、バリ部分の面圧がなくなり、バリに強い引張り応力が生じて割れることがあるので、第2の冷間鍛造用上金型45Uのテーパー角は5〜20度が好適である。
【0027】
また、素材の型離れをよくするために、図7に示すように、一部型の側面をテーパーθ2,θ3(1〜10度)の抜け勾配を形成するようにしてもよい。
なお、第2の冷間鍛造では、図6(a)〜(c)に示すように冷間鍛造終了品35′の上下方向の中間部における外周縁に外方に延長するバリ36が生じるが、このバリ36を、上下方向からバリ36を挟み、軸方向に垂直断面が図8(a)の冷間鍛造完成品35と同形のパンチで、打ち抜いて除去することにより段差板形状の冷間鍛造完成品35に仕上げる。
【0028】
この冷間鍛造完成品35は、図8(a)及び(b)に示すように、膨出部32aが、下端中央部に平坦面32bと、この平坦面32bの外周縁から外方に行くに従い徐々に厚みが薄くなる比較的緩やかな傾斜角の第1テーパー部32cと、この第1テーパー部32cの外周縁から第1テーパー部32cの傾斜角よりはやや急な傾斜角でアーム部33の偏平部33aにおける円形部32側下端面に達する第2テーパー部32dとで形成されている。なお、第1テーパー部32cと第2テーパー部32dとを異なるテーパー部とする必要はなく、両者を一様なテーパー部とするようにしてもよい。
【0029】
また、冷間鍛造完成品35の円形部32における上面に後述する板成形工程でのパンチ56を受けて、図8(a)及び(b)に示すように、これらパンチ56の滑りや移動を抑制する平面から見て前後方向に延長する係合凹部32eが形成されている。
ここで、成形する段差板形状は、円形部32のアーム部33の根元となる後述する板成形工程において曲げる曲げコーナー部32fをアーム部33より厚くすればよく、全体形状は製品要求に応じて任意に形状を変更する。
【0030】
このように、冷間鍛造工程で、予備成形となる第1の冷間鍛造工程を導入することで、バリの発生を減少させることができ、歩留りが向上する。また、丸棒素材31を潰すことにより任意の段差板形状に成形が可能であるので、後述する板成形時に引けが生じる可能性がある曲げコーナー部32fの肉厚を厚くすることができると共に、多種類の形状のヨークの製造に対応することができる。
【0031】
次いで、冷間鍛造完成品35に対してアーム部33を同一に垂直上方向に曲げ加工する板成形を行う。
この板成形では、段差板形状の冷間鍛造完成品35のアーム部33は円形部32側の偏平部33aと先端部側の内側に突出するリンク部33bとで形成されているので、1つのパンチによる一度の曲げ加工では、成形できないことにより、2段階成形を行う。
【0032】
この2段階成形は、先ず、第1の板成形用金型51を使用して一対のアーム部33の偏平部33aを両者が対向するように直角に曲げる第1の板成形を行う。このとき、第1の板成形用金型51としては、図9に示すように、下端部が円形部32の第2テーパー部32cにおける幅方向中間部即ち円形部32とアーム部33との境界部となる曲げコーナー部32fに接触するように所定距離を挟んで対向する絞り部52と、この絞り部52の下方に連通する絞り部52より僅かに大径の逃げ部53と、絞り部52の上方に連通する上方に行くに従い対向長さが広くなる左右対称の湾曲導入部54とで構成され、この第1の板成形用金型51が台座55上に固定載置されている。
【0033】
ここで、湾曲導入部54の湾曲形状は、後述するように冷間鍛造完成品35の円形部32をパンチ56で絞り部52に押し込む際に、アーム部33の外側面と湾曲面と接触部に隙間が空かないように設定され、アーム部33の外側面と湾曲面との接触部に隙間が空くことにより、局部的な曲げになって隙間部分に引張り応力が発生することを確実に防止するようにしている。
【0034】
また、第1の板成形に使用するパンチ56は、図9(b)に示すように、冷間鍛造完成品35の係合凹部32eに係合し左右側面の最終形状でリンク部33bが接触しないギリギリの位置に偏平部33aの内側面を受ける左右一対の平坦部56a及び56bが形成されている。これら平坦部56a及び56b間の距離Lp1は第1の板成形用金型51の絞り部52間の距離Lから冷間鍛造完成品35の一対の偏平部33aの厚みΔW0より薄い厚みΔW1の2倍を減算した値(Lp1=L−2ΔW1)に設定されていて、リンク部33bの厚みをΔW2としたとき、各厚みΔW0〜ΔW2との関係は、ΔW2>ΔW0>ΔW1に選定されている。
【0035】
そして、この第1の板成形用金型51の上端部に冷間鍛造完成品35を載置した状態で、冷間鍛造完成品35の円形部32の上面側に、パンチ56をその底部が係合凹部32eに係合した状態で下降させることにより、膨出部32aの曲げコーナー部32fを金型51の絞り部52でしごきながら曲げることにより、一対のアーム部33の円形部32側の偏平部33aを両者が対向するように円形部32に対して直角に起立させ、リンク部33bが上外方に傾斜したままの板成形中間品37を形成する第1の板成形を行う。
【0036】
このように膨出部の曲げコーナー部32fを金型51の絞り部52でしごきながら曲げる際に、絞り部52とパンチ56とでアーム部33の側面を挟んで圧縮応力を負荷することができ、降伏応力は引張り応力から圧縮応力を減算した値で表されるので、圧縮応力を増やすことにより曲げに生じる引張り応力を下げることができる。
また、冷間鍛造完成品35の円形部32の上面にパンチ56を受ける係合凹部32eが形成されているので、パンチ56が係合凹部32eに係合することにより、冷間鍛造完成品35の傾きを小さくすることができると共に、パンチ56と冷間鍛造完成品35との正確な芯出しを行うことができる。
【0037】
次いで、図9(a)及び(b)に示すように、第2の板成形用金型61を使用して板成形中間品37のリンク部33bがアーム部33の偏平部33aに合わせて両者の外側面が同一垂直面となるように曲げる第2の板成形を行う。
第2の板成形用金型61は、図10(a)及び(b)に示すように、上下に分割された分割上金型61Uと分割下金型61Dとで構成されている。分割上金型61Uには、上端部が板成形中間品37におけるリンク部33bの外側面に係合し、下方に行くに従い対向長さが小さくなる左右対称な湾曲導入部62と、この湾曲導入部62の下端側に連通するアーム部33の根元部外側面に係合する垂直平坦部63と、この垂直平坦部63の下面より徐々に対向長さが大きくなりその後垂直面となる逃げ部64とが形成されている。
【0038】
一方、分割下金型61Dには、分割上金型61Uの逃げ部64の下端に連通して下に行くに従い対向長さが短くなる逃げ部65と、この逃げ部65に連通して分割上金型61Uの垂直平坦部63と同一垂直面の垂直平坦部65とを備えている。ここで、逃げ部65は成形荷重を低減する効果がある。
そして、分割下金型61Dの垂直平坦部66間には板成形中間品37における円形部32の平坦面32b及び第1テーパー部32cを受ける台座67が配設されている。この台座67は、板成形完成品38のノックアウトを行うと共に、膨出部32aの平坦面32b及び第1のテーパー部32cの変形防止及び形状修正を行う。
【0039】
また、第2の板成形に使用するパンチ68は、パンチの軸方向に垂直の断面図を表す図11に示すように、冷間鍛造完成品35の係合凹部32eに係合する円柱体68aを左右位置で平行に切り落とした2面幅形状を有し、その左右側面にリンク部33bの内側面を受ける左右一対の凹部68b及び68cが形成されている。
これら凹部68b及び68cの底面間距離Lp2は図10(a)に示すように分割上金型61Uの垂直平坦部63間の距離Lから冷間鍛造完成品35の一対のリンク部33bの厚み2×ΔW2を減算した値(Lp2=L−2ΔW2)に設定されている。このため、第2の曲げ加工時に凹部68b及び68cでリンク部33bの内側面を受けることにより、凹部68a及び68cを形成する側面でリンク部33bの前後方向端部が案内されて、リンク部33bの前後方向の曲がりを抑制することができる。
【0040】
そして、図10(a)に示すように、第2の板成形用金型61の上に板成形中間品37をリンク部33bの外側面が湾曲部62に接触し、且つアーム部33の根元部の外側面が垂直平坦部63に接触するように載置し、この板成形中間品37に対して、パンチ68をその凹部68b及び68cが一対のリンク部33bに対向させた状態で下降させる。これにより、図10(b)に示すように、アーム部33の偏平部33a及びリンク部33bの外側面が同一に垂直上方向に直線上に延長し、且つリンク部33bの内側対向面がパンチ68の凹部68b及び68cに接触して、リンク部33bの下側にアンダーカット部33cが形成されて、目的とする自在継手17A及び17Bのヨーク23に相当する形状の板成形完成品38が得られる。
【0041】
このとき、パンチ68の凹部68b及び68cには、リンク部33bの内側面が大きく変形するほどには強く当たらずリンク部33bの内側面の変形防止及び形状修正を行う程度に接触する。
そして、板成形完成品38の円形部32の中央部に連結孔23dを穿設すると共に、リンク部33bにベアリングカップ挿通孔26を穿設することにより、自在継手17A及び17Bのヨーク23を形成する。
【0042】
なお、前述した冷間鍛造用金型44U,44D、45U,45D、板成形用パンチ56,68及び板成形用金型51,61U,61Dの材質としては、超硬合金、高速度鋼、ダイス鋼等の工具鋼を主に適用することができる。
次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、自在継手17A及び17Bのヨーク23及び24を製造するには、図3に示すように、所定径の丸棒を所定長さで切断した丸棒素材31を用意し、この丸棒素材31を、図4(a)に示すように、軸方向を水平として第1の冷間鍛造用上下金型44U及び44Dに装着してから図4(b)に示すように第1の冷間鍛造用上金型44Uを第1の冷間鍛造用下金型44Dに対して両者間の間隔が所定間隔tとなるまで下降させることにより、円形部32とこの円形部32から左右方向に左右対称に外方に延長するアーム部33とを有する冷間鍛造中間品34を得る第1の冷間鍛造を行う。
【0043】
次いで、冷間鍛造中間品34を、図5(a)〜(c)に示すように、第2の冷間鍛造用上下金型45U及び45D間に装着して、第2の冷間鍛造用上下金型45U及び45Dを図6(a)〜(c)に示すように両者が近接するまで相対移動させる第2の冷間鍛造を行うことにより、図8(a)及び(b)示す冷間鍛造終了品35′を得る。このとき、冷間鍛造終了品35′における上下方向の中間部の全周に亘って即ち上下金型51U及び51Dの接触位置に外方に延長するバリ36が発生するが、このバリ36を打ち抜いて除去することにより段差板形状の冷間鍛造完成品35に仕上げる。
【0044】
次いで、仕上げた冷間鍛造完成品35を、図9(a)に示すように、板成形加工を行う第1の冷間鍛造の上端部に冷間鍛造完成品35を載置し、この状態で、円形部32の上面中央部の係合凹部32eにパンチ56を接触させてパンチ56を下降させることにより、図9(b)に示すように、円形部32と一対のアーム部33との境界部の曲げコーナー部32fがパンチ56の平坦面56a及び56bに接触しながら一対のアーム部33の偏平部33aを両者が対向するように直角に曲げる第1の板成形を行うことにより、リンク部33bの内側面が接触しないように斜め外方に傾斜して逆ハ字状となる板成形中間品37を得る。
【0045】
次いで、板成形中間品37を、図10(a)に示すように、第2の板成形用金型61に、そのアーム部33の根元部の外面を垂直平坦部63に係合させ、リンク部33bの外面を湾曲部62に係合させて載置し、この状態でパンチ68を円形部32の上面中央部に接触させて下降させる第2の板成形を行うことにより、リンク部33bをその内側面が垂直となってパンチ68の凹部68b及び68cに接触し、その下側にアンダーカット部33cが形成され、外側面が垂直平坦部63によって垂直となる図8(c)及び(d)に示すヨーク23に相当する形状の板成形完成品38が得られる。
【0046】
その後、板成形完成品38における円形部32の中央部に連結孔23dを穿設すると共に、リンク部33bにベアリングカップ挿通孔26を穿設することにより、自在継手17A及び17Bのヨーク23が形成される。
そして、形成された自在継手17Aにおけるヨーク23の連結孔23dに雄軸21の連結軸部21cをセレーション結合させた状態で溶接、加締め等の固着手段で連結する共に、自在継手17Bにおけるヨーク23の連結孔23dに雌軸22の連結軸部22bをセレーション結合させた状態で溶接、加締め等の固着手段で連結する。
【0047】
さらに、自在継手17Aのヨーク23に十字軸25を介して操舵補助機構4におけるウォーム減速機11の出力軸14に連結されたヨーク24を連結すると共に、自在継手17Bのヨーク23に十字軸25を介してステアリングギヤ機構6のピニオン軸19に連結されたヨーク24を連結することにより、操舵装置SDを構成することができる。
この操舵装置SDで、運転者がステアリングホイール1を操舵することにより、その操舵トルクが操舵補助機構4に内蔵された操舵トルクセンサ(図示せず)で検出され、この操舵トルクに応じた操舵補助力を発生するように電動モータ12が駆動制御される。この電動モータ12で発生された操舵補助トルクは、ウォーム減速機11を介してステアリングシャフト2に連結された出力軸14に伝達され、ステアリングシャフト2に作用される操舵トルクと操舵補助トルクとが中間シャフト18を介してステアリングギヤ機構6に伝達され、このステアリングギヤ機構6からタイロッド5を介して転舵輪が転舵される。このため、ステアリングホイール1を軽い操舵トルクで操舵することができる。
【0048】
本実施形態では、上述したように、自在継手17A及び17Bのヨーク23の製造時に、丸棒素材31を冷間鍛造することにより、段差板形状の冷間鍛造完成品35を形成するので、丸棒素材を熱間鍛造する場合に比較して冷間鍛造完成品35を高精度で形成することができ、仕上げ切削加工を最小限にし、製造コストを大幅に削減することができる。
しかも、冷間鍛造工程における素材の切除は、第2の冷間鍛造工程で生じるバリ36を除去するのみでよいので、板素材を使用する場合のように金属板を打ち抜くことによる打ち抜き後の金属板が無駄となることがなく、板素材を使用する場合に比較して歩留りを非常によくすることができる。
【0049】
そして、冷間鍛造完成品35を板成形することにより、ヨークとなる側面から見てU字状の板成形完成品38を得るので、仕上げ切削加工を必要とせず製造コストを大幅に削減することができる。
また、冷間鍛造で形成する段差板形状を、円形部32及び円形部32とアーム部33との境界部となる曲げコーナー部32fの厚みを厚くすることで、ヨーク23の連結部23cとなる円形部32での機械的強度を十分に確保することができると共に、板成形工程でアーム部33を曲げコーナー部32fで曲げる際に、この曲げコーナー部32fにおける外側に引けが生じることを確実に防止して曲げコーナー部32fを肉厚とすることができ、アーム部33の根元部の機械的強度を十分に確保することができる。
【0050】
さらに、板成形工程を2段階に分けた2段階成形とすることで、自在継手用ヨークのアーム部33の先端に内側に突出する比較的肉厚の厚いリンク部33bを形成する場合に、最初にリンク部33bを含まないアーム部33の偏平部33aのみを曲げ、その後にリンク部33bを曲げることができ、リンク部33bの下側にアンダーカット部33cを形成したアーム部33を容易に板成形することができ、厚みが異なるアーム部33を有する自在継手用ヨーク23を容易に製造することができる。
【0051】
また、冷間鍛造工程でも、丸棒素材31をその軸方向と直交する方向から押圧する第1の冷間鍛造を行って円形部とその円形部32から左右対称に外方に延長するアーム部33とを有する冷間鍛造中間品を得、この冷間鍛造中間品をその上下方向から第2の冷間鍛造を行って冷間鍛造完成品35を形成することにより、バリを少なくして歩留りを向上させることができる。
【0052】
なお、上記実施形態においては、自在継手17A及び17Bのヨーク23を形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ヨーク23とこれに連接する雄軸21とを一体成形することもできる。このためには、冷間鍛造工程における第2の冷間鍛造用下金型45Dに雄軸21を貫通させる貫通孔を設けると共に、板成形工程における第1の板成形用金型51を受ける台座56及び第2の板成形用金型61の台座67にも雄軸21を貫通させる貫通孔を形成すればよい。この場合には、雄軸21が貫通孔で支持されることにより、傾き防止や芯出しの必要がなくなるので、円形部32に形成するパンチ56を受ける係合凹部32eを省略してもよい。このようにすれば、ヨーク23と雄軸21とを一体成形することができるので、コストダウンを図ることができると共に、ヨーク23と雄軸21との接合部での機械的強度を向上させることができる。
【0053】
また、上記実施形態においては、板成形完成品38を成形した後に円形部32に連結孔23dを穿設する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、冷間鍛造完成品35を形成する際に、第2の冷間鍛造用上下金型45U及び45Dの何れか一方に円形部32の中央部に対向する位置に孔部を形成し、他方に孔部に係合する打ち抜き用凸部を形成することにより、第2の冷間鍛造時に連結孔23dを同時に形成することができ、ヨーク23の製造コスト及び製造工数をより削減することができる。
【0054】
さらに、上記実施形態においては基部を円形に形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、方形や多角形等の任意の形状に形成することができる。
さらにまた、上記実施形態においては、冷間鍛造工程で、2段階冷間鍛造を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、3段階以上の多段階冷間鍛造を行うようにしてもよく、この場合でも上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0055】
なおさらに、上記実施形態においては、板成形工程も、2段階成形を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、3段階以上の3段階成形を行う用にしてもよく、この場合でも上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記実施形態においては、一対のアーム部33を両者が対向するように直角に曲げる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、曲げ角度は任意に設定することができる。
【0056】
また、上記実施形態においては、操舵補助機構4を有する操舵装置SDに本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、操舵補助機構4を省略した操舵装置SDにも本発明を適用することができる。
さらに、上記実施形態においては、操舵装置SDに使用する自在継手17A及び17Bのヨーク23に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転力を伝達する場合に適用される任意の自在継手用ヨークに本発明を適用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】本発明による自在継手用ヨークを操舵装置に適用した場合の一実施形態を示す全体構成図である。
【図2】本発明による自在継手用ヨークを適用した中間シャフトの構成を示す断面図である。
【図3】丸棒素材を示す斜視図である。
【図4】第1の冷間鍛造工程を示す説明図である。
【図5】第2の冷間鍛造工程の開始前状態を示す説明図である。
【図6】第2の冷間鍛造工程の終了状態を示す説明図である。
【図7】第2の冷間鍛造用上下金型の拡大断面図である。
【図8】冷間鍛造完成品及び板成形完成品を示す平面図及び正面図である。
【図9】第1の板成形工程を示す説明図である。
【図10】第2の板成形工程を示す説明図である。
【図11】第2の板成形工程に使用するパンチを示す断面図である。
【図12】従来の板素材を使用して成形したヨークを示す正面図である。
【符号の説明】
【0058】
SD…操舵装置、1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、3…ステアリングコラム、4…操舵補助機構、6…ステアリングギヤ機構、17A,17B…自在継手、18…中間シャフト、21…雄軸、22…雌軸、23,24…ヨーク、23a,23b…アーム部、23c…連結部、31…丸棒素材、32…円形部、33…アーム部、33a…リンク部、34…冷間鍛造中間品、35…冷間鍛造完成品、36…バリ、37…板成形中間品、38…板成形完成品、44U…第1の鍛造用上金型、44D…第1の鍛造用下金型、45U…第2の鍛造用上金型、45D…第2の鍛造用下金型、51…第1の板成形用金型、51U…上金型、51D…下金型、56…パンチ、61U…第2の板成形用金型、61D…第2の板成形用金型、68…パンチ
【出願人】 【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
【出願日】 平成18年12月22日(2006.12.22)
【代理人】 【識別番号】100074170
【弁理士】
【氏名又は名称】秋山 修


【公開番号】 特開2008−155236(P2008−155236A)
【公開日】 平成20年7月10日(2008.7.10)
【出願番号】 特願2006−345385(P2006−345385)