(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部のコの字状断面を有する部分にはラック歯形が形成されており、また、その両脇にはＵ字状断面の部分が形成されている中空ラック軸を製造するための中間素材を、上記コの字及びＵ字の脚部を円弧状に折り曲げるとともに上記脚部の端部を突き合わせてチューブ状に塑性加工するに際し、上記コの字及びＵ字のそれぞれの脚部の間には、ともに成形される中空ラック軸の中空内面の円弧形状を有するとともに、それぞれが上記ラック歯形の頂部に接触する平坦部を備えたＤ形芯金部及び上記中空ラック軸の円筒部のための円形芯金部を備えており、成形後にこれを抜き出すために、少なくとも２つの分離した部分からなっている芯金が挿入されること
を特徴とする中空ラック軸の成形方法。
【請求項２】
中央部のコの字状断面を有する部分にはラック歯形が形成されており、また、その両脇にはＵ字状断面の部分が形成されている中空ラック軸を製造するための中間素材を、上記コの字及びＵ字の脚部を円弧状に折り曲げるとともに上記脚部の端部を突き合わせてチューブ状に塑性加工するために、上記コの字及びＵ字のそれぞれの脚部の間に挿入される芯金であって、この芯金は、ともに成形される中空ラック軸の中空内面の円弧形状を有するとともに、それぞれが上記ラック歯形の頂部に接触する平坦部を備えたＤ形芯金部及び上記中空ラック軸の円筒部のための円形芯金部を備えており、成形後にこれを抜き出すために、少なくとも２つの分離した部分からなっていること
を特徴とする中空ラック軸を成形するための芯金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用操舵装置等に用いられる中空ラック軸、中空ラック軸のラック歯成形方法及びそのための金型（芯金）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング装置には、ラックピニオン方式が多用される。この方式ではドライバーが操作したステアリングホイールの回転はピニオンに伝達される。このピニオンの回転がこれに噛み合うラック軸に伝達され、横方向（ラックの長さ方向）の運動に変換される。ラック軸はステアリングロッドに結合されているので、ラック軸の横方向運動によって前車輪の向きが変更される。このような操舵機構は周知のものであるから更なる説明は省略する。
【０００３】
上記ラック軸は、従来、棒状の素材を歯切りすることによって得られていたが、近年ではラック軸の製造において切削加工をできるだけ廃するため可能な限り塑性加工の技術が取り入れられ、また、これに伴いラック軸が中空とされるようになってきている。特開平９−２４６３７９号公報、特公平４−２８５８２号公報、及び、特開平１１−１８０３１８号公報には、このような塑性加工技術を取り入れたラック軸製造方法の例が開示されている。
【０００４】
特開平９−２４６３７９号公報に開示された製造方法は、第一成形割り型をチューブ材に挿入し、プレス型により、一次成形を行い、次いで内面の一部にラック歯に対応する歯を有する第二次成形割り型に一次成形材を挿入し、一端から半円形のマンドレルを圧入し、ラック歯を成形するものである。
【０００５】
また、特公平４−２８５８２号公報に開示された製造方法は、チューブ材の内部に芯金を挿入し、チューブ周りを固定金型で取り囲んだ状態で、ラック歯に対応する歯を有する金型をチューブ外形に押し込んでラック歯を成形するものである。
【０００６】
また、特開平１１−１８０３１８号公報に開示された製造方法は、本発明の発明者の一人である大久保によりなされた発明である。
【０００７】
図１は、上記製造方法によって完成された中空ラック軸を示す外観図である。なお、この完成した中空ラック軸は、本発明により完成された中空ラック軸にあっても外観上実質的に変わるところがない。
【０００８】
この公報に開示された製造方法によると、材料には、略短冊状の板材が使用される。第１の工程では、板材は長手中心に沿って両端近傍では半円形断面を有するＵ字状に、また、中央部ではコの字状に曲げ加工される。この後、第２の工程において、中央部のコの字状部分に塑性加工によりラック歯が形成される。図２は、このラック歯が形成された状態、すなわち、第２の工程終了後のワーク（半加工の板材）３を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は、中央部のラック歯が形成されたコの字状部分の断面を示している。
【０００９】
この後、第３の工程において、中央部のコの字状部分及び両端近傍のＵ字状部分が、ともにその両脚部端部（端縁）が互いに突き合わされるように、円弧状に曲げ加工され、全体としてはチューブ状に成形される。図３はワーク３が曲げ加工された後の状態、すなわち、第３の工程が終了した後の状態を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は中央部のラック歯が形成されているコの字状部分の断面、（ｃ）は両端近傍のもとＵ字状部分の断面が示されている。なお、両端近傍において、図３（ｃ）からもわかるように、脚部はＵ字状部の半円弧状部と滑らかに接続するように曲げられて円筒状に成形される。
【００１０】
上記第３の工程において、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工するには、以下のような手法が採られているのが現状である。このため、実際上はここが正しく円弧状に折り曲げられないような現象が生じていた。
【００１１】
図７、図８及び図９は、このような、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示している。それぞれの図において、（ａ）は金型とワークの正面断面図、また、それぞれ図における（ｂ）、（ｃ）はそれぞれの正面断面図のＩ−Ｉ断面、II−II断面、III−III断面、IV−IV断面、Ｖ−Ｖ断面及びVI−VI断面における断面図である。
【００１２】
なお、図２及び図３において、ワーク３は脚部が下を向いて描かれているが、図７、図８及び図９においては、ワーク３は逆に脚部が上を向いて描かれている。
【００１３】
図７に示すように、ワーク３は、第２工程において既に形成されているラック歯の部分が載せられる面であって、この歯形と相補形状をした面を有するラック歯下金型１と、ラック歯下金型１の両脇にあり、第１工程において形成されたＵ字状部の円弧と相補的な形状をした面を有する円弧下金型５の上に、解放した脚部６を上にして載せられる。
【００１４】
上金型４はワーク３の脚部の幅とほぼ同程度の直径をした円弧状の面を下方に有しており、ラック歯下金型１及び円弧下金型５に向けて押し下げられる。
【００１５】
上金型４が降下するにつれてワーク３は上金型４の円弧面にガイドされて内側に向かって曲げ力を受けて変形するが、図８（ｂ）、（ｃ）に示されるように、脚部６の付け根近傍においてのみ変形が起こり、脚部６全体が上金型４の円弧面に沿うような変形をしない。
【００１６】
このため、図９のように上金型４が完全に降下してしまっても、脚部６の一部に円弧状に変形してない直線部分７が残される。つまり、ラック軸には真円でない背面が形成されることになる。また、突き合わせ部端面が互いに向き合わないため、端面が傾斜しＶ形の溝が形成されるので、後のレーザ溶接等の溶接の際に支障を来す。
【００１７】
元のＵ字形部分と上金型４の円弧とはつながって一つの円になること、及び、コの字状部分（ラック歯のある部分）は滑らかに円弧につながることを意図して設計されているにもかかわらず、実際に生じる変形はこのような歪んだ断面形状となる。
【００１８】
このようにラック軸端部の円筒部及びラック部の半円部が歪んだ断面形状に塑性加工されると、この歪んだ断面形状を正しい円弧にするため、後の研削工程における削り代を大きくとらなければならず、製造コストを上げるばかりでなく、削り代が多い分ラック軸の強度が低下し、ラック軸破損又は寿命の短命化を来すという問題があった。
【００１９】
また、強度低下を防ぐため、板材の厚さを厚くすると、完成した中空ラック軸の他の部分が必要以上の厚さを持つことになり、軽量化の流れに反することになるという問題があった。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このように従来の塑性加工では、正しい円弧に成形できなかったチューブ成形工程を改良し、ラック部背面の円弧部及びラック軸両端部がより真円（又は半円）に近いように成形することが可能なラック軸成形方法及びそのための金型を提供することを課題とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の解決手段を有する発明によって解決される。すなわち、
第１番目の発明は、中空ラック軸の成形方法であって、
中央部のコの字状断面を有する部分にはラック歯形が形成されており、また、その両脇にはＵ字状断面の部分が形成されている中空ラック軸を製造するための中間素材を、上記コの字及びＵ字の脚部を円弧状に折り曲げるとともに上記脚部の端部を突き合わせてチューブ状に塑性加工するに際し、上記コの字及びＵ字のそれぞれの脚部の間には、ともに成形される中空ラック軸の中空内面の円弧形状を有するとともに、それぞれが上記ラック歯形の頂部に接触する平坦部を備えたＤ形芯金部及び上記中空ラック軸の円筒部のための円形芯金部を備えており、成形後にこれを抜き出すために、少なくとも２つの分離した部分からなっている芯金が挿入されるものである。
【００２２】
また、第２番目の発明の芯金は、
中央部のコの字状断面を有する部分にはラック歯形が形成されており、また、その両脇にはＵ字状断面の部分が形成されている中空ラック軸を製造するための中間素材を、上記コの字及びＵ字の脚部を円弧状に折り曲げるとともに上記脚部の端部を突き合わせてチューブ状に塑性加工するために、上記コの字及びＵ字のそれぞれの脚部の間に挿入される芯金であって、この芯金は、ともに成形される中空ラック軸の中空内面の円弧形状を有するとともに、それぞれが上記ラック歯形の頂部に接触する平坦部を備えたＤ形芯金部及び上記中空ラック軸の円筒部のための円形芯金部を備えており、成形後にこれを抜き出すために、少なくとも２つの分離した部分からなっているものである。
【００２３】
【００２４】
本発明では、上記した芯金により、上記脚部が付け根においてのみ折り曲げられることがなく、芯金の形状に沿うように全体が円弧状に折り曲げられるので、従来の技術にみられるような、折り曲げられた脚部に直線部分が残るようなことがない。
【００２５】
また、このため、中空ラック軸端部の円筒部及びラック部の半円部を歪むことなく真円度の高い断面形状に塑性加工することができるとともに、歪んだ断面形状を正しい円弧にするため、後の研削工程における削り代を大きくとる必要がなく、製造コストを引き下げることができる。また、これにより強度低下を招くことなく、且つ元の板材を厚くする必要がないので中空ラック軸の軽量化を損なうことがない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図４、図５及び図６は、本発明の実施の形態において採られている、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示している。それぞれの図において、（ａ）は金型とワークの正面断面図、それぞれ図における（ｂ）、（ｃ）はそれぞれの正面断面図のVII−VII断面、VIII−VIII断面、IX−IX断面、X−X断面、XI−XI断面及びXII−XII断面における断面図である。
【００２７】
なお、図２及び図３において、ワーク３は脚部が下を向いて描かれているが、図４、図５及び図６においては、ワーク３は逆に脚部が上を向いて描かれている点は従来例の説明と同様である。
【００２８】
図４に示すように、ワーク３は、第２工程において既に形成されているラック歯の部分が載せられる面であって、この歯形と相補形状をした面を有するラック歯下金型１と、ラック歯下金型１の両脇にあり、第１工程において形成されたＵ字状部の円弧と相補的な形状をした面を有する円弧下金型５の上に、解放した脚部６を上にして載せられる。
【００２９】
上金型４はワーク３の脚部６の幅とほぼ同程度の直径をした円弧状の面を下方に有している。円形芯金２ａはワーク３の両端部のＵ字状部分の半円形部分と等しい径を有する芯金である。また、Ｄ形芯金２ｂは円形芯金２ａと等しい径の円弧部と下向きの平坦部を備えている。
【００３０】
この平坦部は、ラック歯（ワーク３）の内面であって、図４において波状に上方に突き出した頂部のそれぞれと接触して、後述の脚部６の曲げ加工時に上からかかる力を受ける。２つの円形芯金２ａの一方とＤ形芯金２ｂとは、一体化することができるが、脚部６の曲げ加工終了後にラック軸（ワーク３）から芯金を抜き出すため、すべてを一体化することはできない。
【００３１】
曲げ加工に当たり、ワーク３は、ラック歯下金型１と円弧下金型５の上に、解放した脚部６を上にして載せられ、このワーク３の解放した脚部６の間に円形芯金２ａとＤ形芯金２ｂとがおかれ、更にその上方に上金型４がセットされる（図４の状態）。
【００３２】
この状態から、上金型４が降下を開始すると、脚部６の端部は上金型４の円弧面にガイドされて、２つの脚部６は内側に向かって曲げ力を受け曲げ変形が始まる。このとき、円形芯金２ａ及びＤ形芯金２ｂが介在しているので、当初においては脚部６の付け根にのみかかる曲げ力は、曲げが進行するにつれて、脚部６は、各芯金２ａ、２ｂの円弧面への接触点が上方へ移動しながらそれぞれの接触点で曲げ力を受ける（図５の状態）。
【００３３】
上金型４の降下の最下点（図６の状態）直前では、円弧面の最上部近傍で接触するので脚部６の端部までもが曲げ加工を受ける。このようにして、図６に示されるように、脚部６の脚部全長にわたり芯金の円弧面に沿って且つ上金型４の円弧面に密着するように曲げられ、２つの脚部端面が互いに向き合う形で突き合わされる。
【００３４】
上記曲げ加工が終了すると、それぞれの芯金は、例えば、図４（ａ）の左右方向へ向けてワーク３から引き抜かれる。芯金を引き抜き可能とするため、Ｄ形芯金２ｂと円形芯金２ａの一方を合わせて一体物（又は個別に作成したものを組み立てたもの）として作成するか、Ｄ形芯金２ｂの中央部を境として分割し、分割した各Ｄ形芯金２ｂと左右の円形芯金２ａのそれぞれとを組み立てて一体物（又は当初から一体物として作成する）することができる。
【００３５】
曲げ加工が終了したワーク３には、不可避的なスプリングバック（ワーク３を各金型から外したとき、ワーク３がわずかながら元の形に戻ろうとすること、突き合わせ部がわずかに開く）があり、芯金とワーク３の間にはわずかな隙間が生じるので、各芯金をこの隙間により容易に引き抜くことができる。スプリングバックによってわずかに開いた突き合わせ部は、軽い力を加えることにより容易に閉じるので、この状態で突き合わせ部を溶接（例えば、レーザ溶接）すれば、真円度が確保できる。
【００３６】
このようにして、ワーク３の脚部６は、各金型の円弧面に正確に倣う円弧形状が付与される結果、従来技術によるような歪な断面形状は改善され、真円度が向上したラック軸を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上に説明したように、中空ラック軸端部の円筒部及びラック部の半円部を歪むことなく真円度の高い断面形状に塑性加工することができるとともに、歪んだ断面形状を正しい円弧にするため、後の研削工程における削り代を大きくとる必要がなく、製造コストを引き下げることができるという効果を奏する。また、これにより強度低下を招くことなく、且つ元の板材を厚くする必要がないので軽量化を損なうことがないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  完成された中空ラック軸を示す外観図である。
【図２】  ラック歯が形成されたワーク（半加工の板材）３の状態を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は、中央部のラック歯が形成されたコの字状部分の断面を示す断面図である。
【図３】  ワーク３が曲げ加工された後の状態、すなわち、第３の工程が終了した後の状態を示す図であって、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は中央部のラック歯が形成されているコの字状部分の断面、（ｃ）は両端近傍のもとＵ字状部分の断面を示す断面図である。
【図４】  図５及び図６とともに、本発明の実施の形態において採られている、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示しており、（ａ）は金型とワークの正面断面図、（ｂ）、（ｃ）はVII−VII断面、及び、VIII−VIII断面における断面図である。
【図５】  図４及び図６とともに、本発明の実施の形態において採られている、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示しており、（ａ）は金型とワークの正面断面図、（ｂ）、（ｃ）はIX−IX断面、及び、X−X断面における断面図である。
【図６】  図４及び図５とともに、本発明の実施の形態において採られている、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示しており、（ａ）は金型とワークの正面断面図、（ｂ）、（ｃ）はXI−XI断面、及び、XII−XII断面における断面図である。
【図７】  図８及び図９とともに、従来の技術において採られている、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示しており、（ａ）は金型とワークの正面断面図、（ｂ）、（ｃ）はＩ−Ｉ断面、及び、II−II断面における断面図である。
【図８】  図７及び図９とともに、従来の技術において採られている、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示しており、（ａ）は金型とワークの正面断面図、（ｂ）、（ｃ）はIII−III断面、及び、IV−IV断面における断面図である。
【図９】  図７及び図８とともに、従来の技術において採られている、コの字状部分及びＵ字状部分の脚部を円弧状に曲げ加工してチューブ成形する方法を加工の経過に沿って示しており、（ａ）は金型とワークの正面断面図、（ｂ）、（ｃ）はＶ−Ｖ断面及びVI−VI断面における断面図である。
【符号の説明】
１  ラック歯下金型
２ａ  円形芯金
２ｂ  Ｄ形芯金
３  ワーク
４  上金型
５  円弧下金型
６  脚部
７  直線部分
【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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