特許 6570005 回転要素の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6570005

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】回転要素の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16D 1/08 20060101AFI20190826BHJP

   B62D 1/20 20060101ALI20190826BHJP

   F16D 1/06 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   F16D1/08

   B62D1/20

   F16D1/06 210

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-138048(P2015-138048)

(22)【出願日】2015年7月9日

(65)【公開番号】特開2017-20563(P2017-20563A)

(43)【公開日】2017年1月26日

【審査請求日】2018年5月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(73)【特許権者】

【識別番号】000167222

【氏名又は名称】光洋機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087701

【弁理士】

【氏名又は名称】稲岡 耕作

(74)【代理人】

【識別番号】100101328

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 実夫

(72)【発明者】

【氏名】樋口 太捷

(72)【発明者】

【氏名】小山 剛司

(72)【発明者】

【氏名】山村 太希

【審査官】 中島 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０６１０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１００１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９１１２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ １／００− ９／１０

Ｂ６２Ｄ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いの間に軸方向スリットを形成する一対の周方向端部を有し、回転軸とセレーション嵌合される円筒状の嵌合部を含む回転要素の製造方法であって、
製造段階の嵌合部が前記軸方向スリットに向く所定の径方向に偏平な楕円状に弾性変形するように前記製造段階の嵌合部をクランプ治具によりクランプするクランプ工程と、
前記クランプ治具によりクランプされて前記楕円状に弾性変形した状態の前記製造段階の嵌合部の内周面に、前記所定の径方向に短径を有する断面楕円状の工具を用いて、雌セレーションを楕円状の配列で加工する雌セレーション加工工程と、
前記雌セレーションの配列が楕円状から真円状に変更されるように、前記クランプ治具によるクランプを解放するクランプ解放工程と、を含む回転要素の製造方法。

【請求項2】

請求項１において、前記クランプ治具によりクランプされた前記製造段階の嵌合部の内周面のなす楕円の長径と短径との差分は、前記工具のなす楕円の長径と短径との差分と等しくされている回転要素の製造方法。

【請求項3】

請求項１または２において、前記クランプ治具によりクランプされた前記製造段階の嵌合部の内周面のなす楕円の長径と短径との差分の誤差量よりも、前記工具のなす楕円の長径と短径との差分が大きくされている回転要素の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回転要素の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

雄シャフトと雌シャフトの結合構造において、雄セレーションまたは雌セレーションとの結合部に、しまり嵌めになる部分、すきま嵌めになる部分とを円周上の交互に配置する技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、回転軸と自在継手のヨークの結合部において、雄セレーション部の山部の頂部の周方向に関する形状を部分円弧状ないし直線状とし、この頂部に、軸方向に亙り凹凸部を設ける技術が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２１５９４号公報

【特許文献2】特開２０１３−１３３８９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、回転軸を結合するための嵌合部に対して、雌セレーションを加工するときは、嵌合部が所定のクランプ力でクランプされた状態にある。
しかしながら、クランプ力が及ぼされた状態の嵌合部は、クランプ方向に偏平となるように楕円状に変形している。このように楕円状に変形した嵌合部の内周面に対して、外周の加工歯が真円状に配列されたブローチ等を用いて雌セレーションを加工した後、クランプを解除すると変形が元に戻り、雌セレーションが真円状の配列ではなくなる。

【0005】

このように嵌合部の内周面に真円状の配列ではない雌セレーションに対して、回転軸の外周面に真円状に配列された雄セレーションを噛み合わせた場合、歯当たりが悪くなり、耐久性の低下を招く。
本発明の目的は、嵌合部の内周面に真円状に配列された雌セレーションを得ることができて耐久性に優れた回転要素の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１の発明は、互いの間に軸方向スリット（２４）を形成する一対の周方向端部（２５，２６）を有し、回転軸（５）とセレーション嵌合される円筒状の嵌合部（２１）を含む回転要素（１）の製造方法であって、製造段階の嵌合部が前記軸方向スリットに向く所定の径方向（Ｒ１）に偏平な楕円状に弾性変形するように前記製造段階の嵌合部をクランプ治具（３０）によりクランプするクランプ工程と、前記クランプ治具によりクランプされて前記楕円状に弾性変形した状態の前記製造段階の嵌合部の内周面（２１ｂ）に、前記所定の径方向に短径を有する断面楕円状の工具（４０）を用いて、雌セレーション（２７）を楕円状の配列で加工する雌セレーション加工工程と、前記雌セレーションの配列が楕円状から真円状に変更されるように、前記クランプ治具によるクランプを解放するクランプ解放工程と、を含む回転要素の製造方法を提供する。

【0007】

請求項２のように、前記クランプ治具によりクランプされた前記製造段階の嵌合部の内周面の断面のなす楕円の長径（Ｌ１）と短径（Ｓ１）との差分（Δ１Ｂ＝Ｌ１−Ｓ１）は、前記工具のなす楕円の長径（Ｌ２）と短径（Ｓ２）との差分（Δ２＝Ｌ２−Ｓ２）と等しくされていてもよい（Δ１Ｂ＝Δ２）。
請求項３のように、前記クランプ治具によりクランプされた前記製造段階の嵌合部の内周面のなす楕円の長径と短径との差分の誤差量（Ｅ２）よりも、前記工具の断面のなす楕円の長径と短径との差分が大きくされていてもよい（Ｅ２＜Δ２）。

【発明の効果】

【0009】

請求項１の発明に係る回転要素の製造方法では、所定の径方向に偏平になるようにクランプされた製造段階の嵌合部の内周面に、前記所定の径方向に短径を有する断面楕円状の工具を用いて、雌セレーションを楕円状の配列で加工した後、クランプを解放すると、真円状に配列された雌セレーションを得ることができる。このため、雌セレーションを雄セレーションと噛み合わせたときの歯当たりを良好にして、回転要素の耐久性を向上することができる。

【0010】

請求項２の発明では、製造段階の嵌合部がクランプされたときの楕円の偏平度合（長径と短径との差分）に一致する偏平度合を有する楕円状の工具で、雌セレーションが楕円状の配列で加工される。このため、クランプ解放後に、より真円に近い配列の雌セレーションを得ることができる。
請求項３の発明では、製造段階の嵌合部がクランプされたときの偏平度合は、一定の誤差量でばらつく傾向にある。これに対して、前記誤差量よりも大きな偏平度合を有する楕円状の工具で、雌セレーションが加工される。このため、クランプの解放後に、より真円に近い配列の雌セレーションを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る回転要素の製造方法の工程図である。（ａ）はクランプ工程を示し、（ｂ）は下孔加工工程を示し、（ｃ）は雌セレーション加工工程を示し、（ｄ）は雌セレーション加工工程で用いられる工具の模式的断面図を示し、（ｅ）はクランプ解放工程を示している。

【図2】第１実施形態に係る製造方法により製造された回転要素としての自在継手ヨークの斜視図である。

【図3】第１実施形態において、（ａ）は、回転要素の耐久回数と耐久回数の達成に必要な製造後の嵌合部の偏平度合（差分Δ１Ａに相当）との関係を示すグラフ図である。（ｂ）は、クランプ治具によるクランプ力とクランプされたときの製造段階の嵌合部の偏平度合（差分Δ１Ｂに相当）との関係を示すグラフ図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る回転要素と回転軸の結合構造の概略側面図である。

【図5】本発明の第３実施形態に係るステアリング装置の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る製造方法により製造された回転要素としての自在継手ヨーク２０の斜視図である。
図２に示すように、回転要素としての自在継手ヨーク２０は、軸方向Ｘに延びる嵌合部２１と、嵌合部２１から延設された一対の締付板２２，２３とを備えている。嵌合部２１は、断面Ｃ字形の円筒状をなし、軸方向Ｘに延びている。すなわち、嵌合部２１は、互いの間に軸方向Ｘに延びる軸方向スリット２４を区画する一対の周方向端部２５，２６を含む。

【0014】

嵌合部２１は、外周面２１ａおよび内周面２１ｂを備えている。嵌合部２１の内周面２１ｂには、真円状に配列された雌セレーション２７が形成されている。図示していないが、嵌合部２１には、外周面に雄セレーションが真円状に配列された回転軸が挿入される。嵌合部２１の縮径により、嵌合部２１によって、前記回転軸が嵌合固定される。
嵌合部２１は、軸方向スリット２４を貫く第１径方向Ｒ１と、第１径方向Ｒ１と直交する第２径方向Ｒ２とを有している。

【0015】

一対の締付板２２，２３は、嵌合部２１の一対の周方向端部２５，２６から、第１径方向Ｒ１に平行に延びている。一方の締付板２２には、ボルト挿通孔２８が形成されている。他方の締付板２３には、ねじ孔２９が形成されている。ボルト挿通孔２８の中心軸線Ｃ１とねじ孔２９の中心軸線Ｃ２とは、同一軸線上に配置されている。
図示しない締付ボルトが、ボルト挿通孔２８を挿通してねじ孔２９にねじ込まれることにより、一対の締付板２２，２３が互いに近づけられる。その結果、嵌合部２１が弾性的に縮径されて、前記回転軸が嵌合部２１内に嵌合固定されるようになっている。

【0016】

嵌合部２１の軸方向Ｘの一端部（前記回転軸が連結される側とは反対側の端部）から、軸方向Ｘに延びる一対のアーム７０が延設されている。アーム７０には、十字軸（図示せず）の一対の軸部が連結される。
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る回転要素の製造方法の工程図である。

【0017】

図１（ａ）〜（ｅ）に示すように、本製造方法は、クランプ工程［図１（ａ）参照］と、下孔加工工程［図１（ｂ）参照］と、雌セレーション加工工程［図１（ｃ）、（ｄ）参照］と、クランプ解放工程［図１（ｅ）参照］と、を順次に含んでいる。
クランプ工程では、図１（ａ）に示すように、製造段階の自在継手ヨーク２０Ｍにおける製造段階の嵌合部２１Ｍが、第１径方向Ｒ１に偏平になるようにクランプ治具３０によりクランプ力Ｆでクランプされる。このとき、クランプ治具３０の第１クランプ３１と第２クランプ３２との間で、製造段階の嵌合部２１Ｍと一対の締付板２２，２３とが、一括してクランプされる。

【0018】

すなわち、クランプ治具３０は、一対の締付板２２，２３の先端部を押圧する第１クランプ３１と、一対の締付板２２，２３とは反対側（第１径方向Ｒ１に対向する側）で嵌合部２１Ｍの外周面２１ａを受けるベース側の第２クランプ３２とを備えている。
クランプ治具３０によるクランプ力が、製造段階の嵌合部２１Ｍに対して第１径方向Ｒ１に及ぼされることによって、製造段階の嵌合部２１Ｍは、第１径方向Ｒ１に偏平となる楕円状に弾性変形する。なお、第１クランプ３１として、一対の締付板２２，２３を各々押圧する一対の部材を別体で設けることも可能である。

【0019】

図１（ｂ）に示すように、下孔加工工程では、製造段階の嵌合部２１Ｍの内周面２１ｂに対して、工具としてのドリル４０を用いて、雌セレーションを加工するための真円状の下孔Ｕが加工される。
図１（ｃ）に示すように、雌セレーション加工工程では、下孔Ｕが加工された製造段階の嵌合部２１Ｍの内周面２１ｂに、図１（ｄ）に示すように、第１径方向Ｒ１に短径Ｓ２を有し第２径方向Ｒ２に長径Ｌ２を有するする断面楕円状の工具としてのブローチ５０を用いて、楕円状に配列された雌セレーション２７が加工される。

【0020】

図１（ａ）を参照して、クランプ工程でのクランプ力が大きいほど、クランプ工程でクランプされた製造段階の嵌合部２１Ｍの内周面２１ｂのなす楕円の長径Ｌ１と短径Ｓ１との差分Δ１Ｂ（Δ１Ｂ＝Ｌ１−Ｓ１）は大きくなる。本実施形態では、楕円の長径と短径との差分を、楕円の偏平度合と言うこととする。
図１（ｃ）を参照して、雌セレーション加工工程では、製造段階の嵌合部２１Ｍがクランプされて楕円状に変形した状態で、断面楕円状のブローチ５０により雌セレーション加工が行われる。このため、ブローチ５０の断面のなす楕円の偏平度合が、クランプされた状態の製造段階の嵌合部２１Ｍの偏平度合と等しくされていることが好ましい。。

【0021】

そこで、本実施形態では、図１（ｃ）に示すように、工具としてのブローチ５０のなす楕円の長径Ｌ２と短径Ｓ２との差分Δ２（Δ２＝Ｌ２−Ｓ２。偏平度合）が、クランプ工程でクランプされた製造段階の嵌合部２１Ｍの内周面２１ｂのなす楕円の長径Ｌ１と短径Ｓ１との差分Δ１Ｂ（偏平度合）と等しくされている（すなわち、式Δ１Ｂ＝Δ２が成立する）。

【0022】

図１（ｅ）に示すクランプ解放工程では、クランプ治具３０によるクランプが解放される。クランプ力が除去されることで、楕円状に弾性変形していた嵌合部２１Ｍが、真円状の嵌合部２１に戻る。これに伴って、嵌合部２１の内周面２１ｂにおいて、真円状に配列された雌セレーション２７が得られる。
本実施形態では、第１径方向Ｒ１（所定の径方向）に偏平になるようにクランプされた製造段階の嵌合部２１Ｍの内周面２１ｂに、第１径方向Ｒ１向に短径Ｓ２を有する断面楕円状の工具としてのブローチ５０を用いて、楕円状に配列された雌セレーション２７を加工する。その後、クランプを解除することで、真円状に配列された雌セレーション２７を得ることができる。

【0023】

このため、雌セレーション２７を相手方の雄セレーション（図示せず）と噛み合わせたときの歯当たりを良好にして、回転要素（自在継手ヨーク２０）の耐久性を向上することができる。耐久性が向上するため、可及的に雌セレーション２７や相手方の雄セレーションの寸法精度を緩くすることが可能となる。
特に、製造段階の嵌合部２１Ｍがクランプされたときの偏平度合（差分Δ１Ｂに相当）に一致する偏平度合（差分Δ２に相当）を有する断面楕円状のブローチ５０で、楕円状配列の雌セレーション２７が加工される。このため、クランプの解放後に、より真円に近い配列の雌セレーション２７を得ることができる。

【0024】

図３（ａ）は、製造後の回転要素（自在継手ヨーク２０）の嵌合部２１の偏平度合（差分Δ１Ａに相当）と、当該回転要素（自在継手ヨーク２０）が回転軸と結合された状態で所定の往復回転トルクが負荷されたときの耐久回数Ｎとの関係を示すグラフ図である。
図３（ａ）に示すように、製造後の嵌合部２１の偏平度合（差分Δ１Ａ）が大きくなるほど、耐久回数Ｎが次第に低下する傾向にある。例えば、図３（ａ）に示される特性線に照らしてみた場合、目標耐久回数Ｎ１の達成には、製造後の嵌合部２１の偏平度合（差分Δ１Ａ）を値Ｅ１以下とすることが必要となる（Δ１Ａ≦Ｅ１）。

【0025】

次いで、図３（ｂ）は、クランプ治具３０によるクランプ力Ｆとクランプされたときの製造段階でクランプ時の嵌合部２１Ｍの偏平度合（差分Δ１Ｂに相当）との関係を示している。
図３（ｂ）に示すように、回転要素である自在継手ヨーク２０の各部の寸法精度のばらつき等の影響で、クランプ治具３０によるクランプ力Ｆは、誤差量Ｆ２（ばらつき量）の範囲内でばらつく。このため、クランプされたときの製造段階の嵌合部２１Ｍの偏平度合（差分Δ１Ｂに相当）が、誤差量Ｅ２の範囲内でばらつく傾向にある。

【0026】

このため、製造後の嵌合部２１の偏平度合（差分Δ１Ａ）が、図３（ｂ）で示される製造段階でクランプ時の嵌合部２１Ｍの偏平度合（差分Δ１Ｂ）の誤差量Ｅ２に略等しい誤差量で、ばらつきを生じることなる。
したがって、製造後の嵌合部２１の偏平度合Δ１Ａを値Ｅ１以下とするためには、製造段階の嵌合部２１Ｍの偏平度合Δ１Ｂの誤差量Ｅ２が、値Ｅ１以下よりも小さくされていることが好ましい（Ｅ２＜Ｅ１）。逆に言うと、値Ｅ１は、誤差量Ｅ２よりも大きくされていることが好ましい。

【0027】

可及的に、製造段階の嵌合部２１Ｍの偏平度合Δ１Ｂの誤差量Ｅ２よりも、ブローチ５０のなす楕円の偏平度合（差分Δ２に相当）が、大きくされていることが好ましい（Ｅ２＜Δ２）。
その場合、製造段階の嵌合部２１Ｍがクランプされたときの偏平度合（差分Δ１Ｂ）の誤差量Ｅ２を考慮した偏平度合を有する楕円状のブローチ５０で、楕円状配列の雌セレーション２７が加工されることになる。このため、クランプの解放後に、より真円に近い配列の雌セレーション２７を得ることができる。具体的には、クランプ解放後の嵌合部２１の偏平度合（差分Δ１Ａ）が、目標耐久回数Ｎ１を達成するための値Ｅ１以下となる（Δ１Ａ≦Ｅ１）。
（第２実施形態、第３実施形態）
第１実施形態に係る製造方法により製造された自在継手ヨーク２０は、概略図である図４に示されるような、第２実施形態に係る回転要素と回転軸の結合構造Ｐに適用される。また、結合構造Ｐは、模式図である図５に示されるような第３実施形態に係るステアリング装置１に適用される。

【0028】

図５に示すように、ステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２が一端（軸方向上端）に連結されたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に対して第１自在継手４、インターミディエイトシャフト５および第２自在継手６を順次に介して連結された転舵機構Ａとを備える。
転舵機構Ａは、操舵部材２の操舵に連動して転舵輪１１を転舵する例えばラックアンドピニオン機構である。転舵機構Ａは、第２自在継手６を介してインターミディエイトシャフト５に連結された入力シャフトとしてのピニオンシャフト７と、出力シャフトとしてのラックシャフト８とを備える。ピニオンシャフト７に設けられたピニオン７ａとラックシャフト８に設けられたラック８ａとが、噛み合わされている。

【0029】

操舵部材２の回転は、ステアリングシャフト３、第１自在継手４、インターミディエイトシャフト５および第２自在継手６を順次に介して、転舵機構Ａに伝達される。
ラックシャフト８は、車体に固定されるハウジング９内に、軸受（例えば滑り軸受であるラックブッシュ１２等）を介して、軸方向Ｗ１に沿って直線往復動可能に支持されている。ラックシャフト８の両端部は、ハウジング９の両側へ突出し、ラックシャフト８の各端部には、それぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。

【0030】

操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、ラックシャフト８の軸方向Ｗ１の運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
図４に示すように、第２自在継手６は、第１自在継手ヨーク６１（第１実施形態の製造方法により製造された自在継手ヨーク２０に相当）と、第２自在継手ヨーク６２と、十字軸６３とを備えている。十字軸６３は、第１自在継手ヨーク６１と第２自在継手ヨーク６２とを連結する。

【0031】

第１自在継手ヨーク６１の嵌合部２１には、インターミディエイトシャフト５の端部５ａが連結されている。すなわち、回転要素と回転軸の結合構造Ｐは、回転要素としての第１自在継手ヨーク６１と、回転軸としてのインターミディエイトシャフト５との結合構造に適用されている。インターミディエイトシャフト５の端部５ａの外周には、嵌合部２１の雌セレーション２７と噛み合う雄セレーションＭＳが形成されている。

【0032】

嵌合部２１のボルト挿通孔２８には、締付ボルトＢのねじ軸Ｂａが挿通されている。ねじ軸Ｂａは、図示しないねじ孔（図２におけるねじ孔２９に相当）にねじ込まれている。第２自在継手ヨーク６２には、ピニオンシャフト７の端部７ｂが固定されている。
結合構造Ｐおよびステアリング装置１では、雄セレーションＭＳと雌セレーション２７の歯当たりが良くなり耐久性が向上する。

【0033】

本発明の回転要素の製造方法は、自在継手ヨーク２０に限らず、内周面に雌セレーションが形成された嵌合部を有するその他の回転要素の製造方法に適用することができる。また、本発明の回転要素と回転軸の結合構造Ｐは、ステアリング装置１の第１自在継手４における自在継手ヨークとステアリングシャフト３との結合構造や、ステアリング装置１の第２自在継手６における第２自在継手ヨーク６２とピニオンシャフト７との結合構造に適用されてもよい。

【0034】

その他、本発明は、特許請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

【符号の説明】

【0035】

１…ステアリング装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、４…第１自在継手、５…インターミディエイトシャフト、６…第２自在継手、７…ピニオンシャフト、８…ラックシャフト、２０…自在継手ヨーク、２０Ｍ…製造段階の自在継手ヨーク、２１…嵌合部、２１Ｍ…製造段階の嵌合部、２１ｂ…内周面、２２，２３…締付板、２４…軸方向スリット、２５，２６…周方向端部、２７…雌セレーション、２８…ボルト挿通孔、２９…ねじ孔、３０…クランプ治具、４０…ドリル、５０…ブローチ（工具）、６１…第１自在継手、６２…第２自在継手ヨーク、６３…十字軸、Ａ…転舵機構、Ｅ１…設定値、Ｅ２…誤差量、Ｌ１，Ｌ２…長径、ＭＳ…雄セレーション、Ｐ…結合構造、Ｒ１…第１径方向、Ｒ２…第２径方向、Ｓ１，Ｓ２…短径、Ｕ…下孔、Ｘ…軸方向、Δ１Ａ，Ｄ１Ｂ，Δ２…差分（偏平度合）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】