JP5219896B2

JP5219896B2 - レバー部材およびその製造方法

Info

Publication number: JP5219896B2
Application number: JP2009069599A
Authority: JP
Inventors: 達博久保; 努首藤; 淳黒部
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-03-23
Also published as: JP2010223286A

Description

本発明は、支点を中心として一端を動かすことにより他端に接続された部品を移動させるレバー部材の形状に関する。

家電製品や自動車のブレーキ、接点材料あるいは自動車のクラッチなどに見られるようなレバーは、支点を中心として一端を動かすことにより、他端に接続されている部品を移動させて装置の制御や電気信号を送るために使用されている。
このようなレバーは、例えば図１に示すように、支点１を中心として、レバー２を手動で操作し、操作側３を目的の位置に移動させ、それによって接続側４に接続されている部品５を作動させることにより装置６の稼動状態を変更させるような伝達機能がある。
その代表的なものとして、自動車の変速機を操作するシフトレバーが挙げられる。

シフトレバーは、一端を手動で操作することによって他端に接続されている軸を移動させ、それによって軸に連結されているギアや自動変速機への伝達部品が移動して自動車の走行状態を変更させている。この場合、自動車の走行状態が不安定にならないように、つまり軸に連結されているギアや自動変速機への動作伝達部品が規定位置を保つようにシフトレバーの手動操作側は規定した位置で固定されている。そのため、シフトレバーの他端には、規定位置から外れるような反力が作用し、支点を介して曲げモーメントが働くが、その曲げモーメントは支点側で最も大きく作用することになる。

また、例えば自動車の変速機などにあっては、当該変速機の占有スペースを極力狭くするために、適宜曲げられたレバー部材が配されている。例えば支点となるリテーナに接続された支点から部品に接続された他端側までの間の複数箇所で曲げられたレバー部材が用いられている。しかも、操作側からの動力を正しく伝達させるために、レバー部材はリテーナへの接続部位と他端側部位とが略平行になるように、複数の箇所で曲げられている。

このようにレバー部材には、曲げモーメントが作用することから、その部材の剛性が強くないと、レバー部材自身の耐久性が低下するとともに、レバー部材を操作することによって機能させる装置を所望通り動作できなくなったり、電気接点のような場合は接点不良を起こしたりするおそれがある。
このような問題を解決するために、特許文献１では、レバー部材を断面コの字状にして剛性を保たせることが提案されている。また、特許文献２では、２枚の板の一方を接合して他方を二股状に開くような形状にして接続側からの曲げモーメントを分散させる方法が提案されている。

特開昭６１−６４２８９号公報特開２００４−１９６２３号公報

しかしながら、特許文献１で提案された方法を採用すると、レバー部材の素材を断面コの字状に成形する工程が増加して生産コストが高くなるとともに、断面コの字状にした分のスペースを確保しなければならないために、設計の自由度が低下するという問題が生じる。また、特許文献２で提案された方法は、同じ板厚の素材を接合する必要があることから、レバー部材の質量が増加し、自動車のレバー部材として適用するような場合には、燃費が悪くなって、燃費向上のための軽量化の方向と逆行することになる。また、二股形状にしていることから、この場合も、その形状分のスペースが必要であり、設計の自由度が低下するという問題が発生する。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、作用する曲げモーメントに対する耐久性を有し、質量の増加や設置スペースの拡大を抑制したレバー部材を低コストで提供することを目的とする。

本発明のレバー部材は、その目的を達成するため、支点を中心として一端を動かすことにより他端に接続された部品を移動させる、板幅が一定な板状レバー部材であって、部品に接続された他端から支点にかけて前記レバー部材の板厚を、支点側が厚くなるように段差が設けられ、かつ当該段差の板厚がテーパー状に変化されていることを特徴とする。
曲げ部を２箇所以上有するレバー部材であっては、支点側の平坦部と他端側の平坦部が略平行な形状であり、支点から他端側の平坦部直前の曲げ部までは板厚を厚くし、テーパー状の段差部を介して他端側の板厚を薄くしたものが好ましい。
また、本発明のレバー部材は、板厚がテーパー状に変化した段差部を有する鋼板を素材とし、所望サイズに切断した後、必要に応じてさらに所望形状に曲げることにより製造される。

本発明の板幅が一定な板状レバー部材は、曲げモーメントが最も大きく作用する部品接続側のレバーにおいて、支点側の板厚を厚く、接続側となる他端の厚さを比較的薄くしている。このため、レバー部材としての耐力を十分に確保しつつ、レバー部材の軽量化が可能となる。しかも板厚を段階状ではなくテーパー状に変化させているので、曲げモーメントが局所的に作用して応力集中するような現象を抑制することができる。
また、素材として板厚変化がテーパー状となった鋼板を用いることにより、平坦な鋼板からテーパー状の板厚変化させる加工を施すことなく所望のレバー部材が得られるので、生産コストをより一層低減させたレバー部材を得ることができる。

レバー部材の形状および作用を説明する模式図実施例で用いたレバー部材の基本形状を説明する図実施例で用いた、板厚を各種変更したレバー部材の斜視図実施例で行った変形試験の形態を説明する図

本発明者等は、板幅が一定な板状レバー部材の一端の操作部側から他端の接続側にわたる板厚分布を種々変更し、それらのレバー部材に、操作側となる一端を固定して接続側となる他端に一定量の水平力を加えて曲げモーメントを与えた場合のレバー部材の変形量を測定して、最適な板厚分布を検討した。
詳細は、実施例の記載に譲るが、支点を中心として操作部側である一端を動かすことにより他端に接続された部品を移動させる板幅が一定な板状レバー部材であっては、部品に接続された他端から支点にかけて前記レバー部材の板厚を、支点側が厚くなるように段差が設けられ、かつ当該段差の板厚がテーパー状に変化されていることが好ましいことが判明した。

一端の操作部側から他端の接続側にわたって板厚が一定な場合、板厚が薄いと軽量化は図れるが剛性低下によりレバー部材の変形量が多くなり、板厚が厚いとレバー部材の変形量は小さくなるが重量増となり、板厚変更による軽量化とレバー部材強度維持の両立は困難である。

これに対して、接続側レバーの支点側の板厚を接続側端部の板厚と比較して厚くし、板厚の変化を階段状に与えた場合は、板厚の厚い部分で強度を補いながら薄肉部で軽量化ができるため、軽量化とレバー部材強度向上の両立が図られる。しかしながら、繰り返し荷重が付加されると、板厚が変化する階段状部分の境界部に曲げ応力が集中することにより、疲労破壊に至ることがある。そこで、板厚を階段状に変化させるのではなくテーパー状に変化させることで、板厚変化部における応力集中を分散し、疲労強度を高める必要がある。

ところで、例えば自動車の変速機などにあっては、当該変速機の占有スペースを極力狭くするために、適宜曲げられたレバー部材が配されている。例えば支点となるリテーナに接続された支点から部品に接続された他端側までの間の複数箇所で曲げられたレバー部材が用いられている。しかも、操作側からの動力を正しく伝達させるために、レバー部材はリテーナへの接続部位と他端側部位とが略平行になるように、複数の箇所で曲げられている。
このように、複数の箇所で曲げられたレバー部にあっては、複数個所の曲げの内の支点側から曲げが施された部位までの板厚を厚くし、テーパー状の段差部を介して他端側の板厚を薄くしたものが好ましい。

図２に示す、外径２０ｍｍ，肉厚が３ｍｍで長さ３０ｍｍの鋼製のパイプを支点軸とし、操作側に幅３０ｍｍ、長さ６０ｍｍで板厚３ｍｍのレバーを有し、幅２５ｍｍ、全長１５０.６ｍｍの平坦な普通鋼材を、支点軸からそれぞれ２７.８ｍｍ，５０.６ｍｍの位置で最小曲率半径１０ｍｍで角度４５度の２箇所の曲げ部を設けた形状の普通鋼製の板状レバー部材について、部分的に種々板厚を変えて部品重量と部材の変形量や疲労強度について調査した。
なお、板厚の異なるレバー部材は、幅方向で半径の異なるロールを用いて圧延により板厚段差をつけた素材から板を幅２５ｍｍの板を切り出し、２箇所の曲げ加工を行うことで成形した。

図３に示すように、試験片形状として、Ａ型はレバー部材の板厚が一定のものであり、Ｂ型はレバー部材の軸側から最初の曲げ部までの板厚を厚くしたものであり、Ｃ型はレバー部材の２番目の曲げ部までの板厚を厚くしたものであり、さらにＤ型は２番目までの板厚を厚くしてかつ厚肉部と薄肉部の間に１０ｍｍのテーバー部を有した形状である。
表１には、試験に用いたレバー部材の薄肉部および厚肉部の板厚とレバー部材の重量を示す。なお表１においては、レバー部の板厚が一定であるＡ型については厚肉部の欄にレバー部の板厚および長さを示し、薄肉部の該当部を０と表記している。
評価は、図４に示すように、パイプ部を固定した上で、レバー部材の一端に１００Ｎの水平荷重を加えて曲げモーメントを与え、水平力を付加した部位の変形状況を調べた。また、−１００Ｎと１００Ｎの荷重を繰り返し４００００回付与した場合の疲労強度について評価した。
その結果を表２に示す。
なお、表２中、重量比、変形比率に関しては、板厚６ｍｍの素材を用い、形状をＡ型とした試験Ｎｏ.２を基準としている。

Ｎｏ.２を基準として、一定板厚の場合は板厚を薄くするとＮｏ.１のように変形比率や疲労試験で不合格となり、板厚を厚くするとＮｏ.３のように変形比率や疲労試験では合格となるが重量増となり、総合判定で不合格となる。また、操作側から最初の曲げ部までの板厚を厚くしてそれ以降の部分を薄くした場合は、Ｎｏ.４に示すように変形を抑制することができない。さらに最終曲げ部まで板厚を厚くして、それ以降の板厚を薄くした場合で階段状に接続した場合は、Ｎｏ.５〜７のように変形を抑制することができるが、応力集中により疲労試験で不合格となる。本発明例である，最終曲げ部まで板厚を厚くして、それ以降の板厚を薄くした場合でテーパー状に接続した場合は、Ｎｏ.８〜１０のように重量比を低減しながら変形を抑制した上、接続部の応力集中をテーパー部で避けることにより疲労試験にも満足するレバー部材であることがわかる。

１：支点２：レバー３：操作側４：接続側
５：接続側に接続されている部品６：駆動させる装置

Claims

支点を中心として一端を動かすことにより他端に接続された部品を移動させる、板幅が一定な板状レバー部材であって、部品に接続された他端から支点にかけて前記レバー部材の板厚を、支点側が厚くなるように段差が設けられ、かつ当該段差の板厚がテーパー状に変化されていることを特徴とするレバー部材。
前記レバー部材が、曲げ部を２箇所以上有し、支点側の平坦部と他端側の平坦部が略平行な形状であり、支点から他端側の平坦部直前の曲げ部までは板厚を厚くし、テーパー状の段差部を介して他端側の板厚を薄くした請求項１に記載のレバー部材。
板厚がテーパー状に変化した段差部を有する鋼板を素材とし、所望サイズに切断することを特徴とする請求項１に記載のレバー部材の製造方法。
板厚がテーパー状に変化した段差部を有する鋼板を素材とし、所望サイズに切断した後、所望形状に曲げることを特徴とする請求項２に記載のレバー部材の製造方法。