(57)【要約】【課題】圧入時に必要な成形荷重の変動を抑え、設備コストを低減することができる芯金セットを提供すること。【解決手段】芯金１０は、パイプＰの中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有する棒材１１と、棒材１１に突設され、１番からＭ番にかけてその最大突起量が漸次大きくなるとともに、その最大幅が一定に設定された突起部２１〜２３とを備え、棒材１１は、突起部２１〜２３を最大幅として、歯型１３０とは反対側に向けて漸次、幅が狭くなるように設定されている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金を１〜Ｍ番のＭ個有する芯金セットにおいて、
前記芯金は、前記中空素材の中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有する棒材と、
この棒材に突設され、１番からＭ番にかけてその最大突起量が漸次大きくなるとともに、その最大幅が一定に設定された突起部とを備え、
前記棒材は、前記突起部を最大幅として、前記金型とは反対側に向けて漸次、幅が狭くなるように設定されていることを特徴とする芯金セット。
【請求項２】
ピニオンギアに噛み合わされる歯部を有する中空状の筒部を備え、
この筒部の中空部の断面形状は、前記歯部の裏側に位置する第１中空部と、
この第１中空部に対し前記筒部の中心を基準として前記歯部の反対側に位置するとともに、前記第１中空部の最大内径幅より大きい最大内径幅を有する第２中空部と、
前記第１中空部と前記第２中空部との境界部に設けられ、内径側に張り出す張出部とを備えていることを特徴とする中空ラックバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のパワーステーリング装置等に使用される中空ラックバー等の中空部品を製造するために用いられる芯金を複数備えた芯金セット及びピニオンギアに噛み合わされる歯部を有する中空ラックバーに関し、特に設備コストを低減できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のパワーステアリング装置に使用される中空ラックバー（中空部品）の製造方法としては従来は丸棒からの切削によるものが多かった。しかしながら、複雑な形状及び軽量化に対応するため、パイプ材から転写鍛造によって製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、まず、パイプ材を冷間鍛造金型によって加圧することにより歯成形工程の第一工程として上面が平坦に形成され、次工程でパイプ材の空洞に芯金が圧入される。芯金はテーパ状の突起部を有しており、突起部がパイプ材の平坦部に内周側において係合することにより平坦部の肉は成形型の歯列に向けて塑性変形的に流動することにより張出され、パイプ材の外周平坦部に成形型の歯列に対応した形状の直線方向の歯列が転写方式にて付与され、中空ラックバーとすることができる。
【０００３】
このような転写鍛造に用いられる芯金４００は、図１２に示すように、棒材４０１を有するとともに、この棒材４０１から突出した突起部４０２を備えている。なお、芯金４００は、図１２中二点鎖線に示すように、突起部４０２の突起量を少しずつ大きくした複数個のセットから形成されており、中空ラックバーの径、材質、成形型の形状等によって最適な組合せを用いるようにしていた。
【特許文献１】特公平３−５８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した芯金セットでは、次のような問題があった。すなわち、芯金４００の棒材４０１の最大幅Ｗは突起部４０２の突起量にかかわらず同一に設定されている。このため、突起部４０２の突起量が大きくなってゆくと、図１３に示すように、パイプ材Ｐの横方向の内壁面の所定幅Ｓ１に対して押圧又は摺動することとなり、成形荷重が増大するという傾向がある。また、製造工程での誤差により棒材の幅のばらつきが生じると、成形荷重に変動が生じる。
【０００５】
このことから、最終的には、成形荷重の変動を考慮し、大きな成形荷重を発生させる装置が必要となり、設備コストが増大する虞がある。
【０００６】
一方、図１４に示す通り、中空ラックバーとなるパイプ材Ｐの中空部は、その内周面を軸方向に直交した断面をとると、歯部が形成される平坦部Ｐａの反対側に位置する半円部Ｑと歯部側に設けられた直線部Ｔとを組み合せた形状となっている。
【０００７】
このため、歯部の高さが大きい場合、歯部が形成される平坦部Ｐａ側の外周面と中空部の内周面との幅が狭くなり、歯部成形時の荷重に耐えられない場合があった。
【０００８】
そこで、圧入時に必要な成形荷重の変動を抑え、設備コストを低減することができる芯金セット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】
【０００９】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の芯金セット及び中空ラックバーは次のように構成されている。
【００１０】
金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金を１〜Ｍ番のＭ個有する芯金セットにおいて、前記芯金は、前記中空素材の中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有する棒材と、この棒材に突設され、１番からＭ番にかけてその最大突起量が漸次大きくなるとともに、その最大幅が一定に設定された突起部とを備え、前記棒材は、前記突起部を最大幅として、前記金型とは反対側に向けて漸次、幅が狭くなるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
ピニオンギアに噛み合わされる歯部を有する中空状の筒部を備え、この筒部の中空部の断面形状は、前記歯部の裏側に位置する第１中空部と、この第１中空部に対し前記筒部の中心を基準として前記歯部の反対側に位置するとともに、前記第１中空部の最大内径幅より大きい最大内径幅を有する第２中空部と、前記第１中空部と前記第２中空部との境界部に設けられ、内径側に張り出す張出部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧入時に必要な荷重を極端に大きくすること無く、また折損を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る芯金セットの１つの芯金１０を示す側面図、図２は芯金１０が用いられる中空ラックバー製造装置１００を示す要部断面図である。なお、図２中Ｐは鉄製のパイプ（中空素材）を示している。
【００１４】
芯金１０は、半円形状の棒材１１を備えている。棒材１１は、最初にパイプＰに挿入される圧入方向の先端側に位置する先端部１２と、駆動装置に連結された基端部１３とを備えている。
【００１５】
この棒材１１は、上面は全体としては平坦であるが、棒材１１の軸方向に沿って３つの突起部２１，２２，２３が一体に設けられている。棒材１１はその底面側でパイプＰの内周面と密着しており、鍛造工程中はバイプＰの内周面との密着を維持しながらパイプＰの軸方向における直線移動が可能である。また、棒材１１は、パイプＰの中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有している。すなわち、後述するように、パイプＰが平坦化された後であっても平坦部Ｐａの下を円滑に移動できるような大きさに形成されている。さらに、図３に示すとおり、棒材１１は、突起部２１〜２３の上面を一定の最大幅Ｇとして、下方、すなわち後述する歯型１３０とは反対側に向けて漸次、幅が狭くなるようにテーパ角θが設定されている。
【００１６】
テーパ角θは例えば約３°に設定されているが、これに限るものではない。パイプＰの内径、肉厚等によって、このテーパ角θは適宜決められるものである。
【００１７】
各突起部２１〜２３は、緩やかなテーパ状の案内面が形成されており、成形時の流動抵抗に関わらず芯金１０のスムーズな動きが得られるようになっている。突起部２１〜２３の最大突起量は、１番からＭ番にかけて漸次大きくなるように設定されている。
【００１８】
次に、この芯金１０を用いる中空ラックバー製造装置１００の構成について説明する。中空ラックバー製造装置１００は、鉄製パイプＰを保持する下型１１０及び上型１２０とを備えている。中空ラックバー製造装置１００は、下型１１０及び上型１２０に保持されたパイプＰの内部空洞に芯金１０を圧入させることによりパイプＰの肉を後述する歯型１３０に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する装置である。
【００１９】
下型１１０は横断面において半円形の内周面１１１を備え、この半円形の内周面１１１にパイプＰが載置される。上型１２０はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型１３０を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプＰの上面における所定長さの部位に歯型（金型）１３０の凹凸に応じてラックを形成することができる。
【００２０】
このように構成された中空ラックバー製造装置１００及び芯金１０，１０Ａを用いてパイプＰの鍛造加工を行う。
【００２１】
予め、別の型を用いてパイプＰの中央部を中凹状に平潰し、中凹の半円形状とした平坦部Ｐａを形成する。このパイプＰを上型１２０及び下型１１０間に保持し、パイプＰの平坦部Ｐａが歯型１３０に当接するように位置決めする。
【００２２】
この状態においてパイプＰに対する芯金１０の圧入が開始される。芯金１０はその先端１２よりパイプＰの中空部に導入される。そして、テーパ状の案内面を介して最初の突起部２１がパイプＰの平坦部Ｐａの内面に作用し、パイプＰの肉は歯型１３０の歯形に向けて張出される。そして、芯金１０の圧入が続けられることにより順次突起部２２，２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。次に、後退方向に芯金１０を移動するとともに、芯金１０Ａを圧入することで、交互に圧入鍛造を行う。
【００２３】
このようにして、芯金１０，１０Ａの圧入・後退が行われ、圧入鍛造を行う。次に、次の番手の芯金１０，１０Ａの圧入・後退を行う。以降、同様にして芯金１０の番手を１つずつ大きくしながら、所定の工程を繰り返すことで、最終的な加工が完了する。最終的に、芯金１０の高さは芯金圧入によりパイプＰの肉が歯型１３０の凹凸に対応して十分に張出されたラックの転写鍛造を完了する。
【００２４】
前述したように、１番からＭ番にかけて芯金１０の上面の幅は一定で、下方に向けて幅が漸次減少してゆくため、芯金１０がパイプＰの内径に接触する部位が突起部２１〜２３と、棒材１１の上部の僅かな幅Ｓ２に限定されるため、無用な接触が少ない。また、棒材１１の成形時における幅のばらつきについても、パイプＰへの接触が少ないことから、必要な成形荷重の変動を考慮しなくてもよく、必要な設備を可能な限り小さくすることができ、設備コストを低減することができる。
【００２５】
上述したように、本実施の形態に係る芯金セットによれば、圧入時に必要な成形荷重の変動を少なくすることができるとともに、不要な摺動を低減でき、駆動装置の容量を小さくでき、設備コストを低減することができる。同時に、下型１１０及び上型１２０に荷重を加えるプレス機も大型化の必要がなくなり、装置コストや生産コストを低減することができる。
【００２６】
図５は本発明の第２の実施の形態に係る芯金セットの１つである短尺型の芯金１０Ｂを示す側面図、図６〜図８は同芯金セットを用いる中空ラックバー製造装置２００を示す図である。図６は金型及び芯金ホルダまわりを芯金が挟持された状態、図７は金型及び芯金ホルダまわりを芯金受け渡し状態、図８は金型及び芯金ホルダまわりを芯金の圧入が完了した状態で示している。図５において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
芯金１０Ｂの棒材１１の長さは、後述する歯型２１３の歯部の長さの半分以下と短い。
【００２８】
中空ラックバーの製造装置２００は、金型２１０、複数の芯金１０Ｂのセットを収納する芯金ホルダ２２０、第１の芯金押棒２３０、第２の芯金押棒２４０、及び芯金ガイド２５０等を備えている。
【００２９】
金型２１０は、鉄製パイプ材Ｐを保持する下型２１１及び上型２１２とを備えている。下型２１１は横断面において半円形の内周面２１１ａを備え、この半円形の内周面２１１ａにパイプ材Ｐが載置される。上型２１２はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型２１３を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプ材Ｐの上面における所定長さの部位に歯型２１３の凹凸に応じてラックを形成することができる。
【００３０】
芯金ホルダ２２０は、金型２１０の片側、例えば図６〜図８において金型２１０の右隣にのみ配置されている。図６〜図８に示すように芯金ホルダ２２０は複数の保持孔２２１を有している。これらの保持孔２２１はパイプ材Ｐが延びる方向に芯金ホルダ２２０を貫通していて、その内部に芯金１０Ｂが個別に収容されている。収容された芯金１０Ｂは、金型２１０に対する適正な姿勢で、かつ、不用意に脱落しないように図示しない板ばね等により保持されるようになっている。芯金ホルダ２２０に支持された各芯金１０Ｂは、金型２１０に対して第１の芯金押棒２３０が挿脱される側に位置されている。
【００３１】
芯金ホルダ２２０はホルダ駆動部（不図示）により移動される。この駆動が行われるたびに、複数の保持孔２２１の内の一つが順次選択されて互いに合わさったパイプ材Ｐの一端に対向される。そのため、芯金ホルダ２２０に支持された芯金１０Ｂを順次パイプ材Ｐ内に出し入れすることが可能である。このために、ホルダ駆動部で芯金ホルダ２２０を図６〜図８中上下方向(縦方向)に一定ピッチずつ移動させている。しかし、これに代えて、横方向（図６〜図８を描いた紙面の表裏方向）に移動させてもよい。或いは、芯金ホルダー２２０を回転可能に設けて、ホルダー駆動部で所定角度ずつ回転させることもできる。
【００３２】
第１の芯金押棒２３０の先端側は、金型２１０に保持されたパイプ材Ｐに対して挿脱自在に形成されている。その際、芯金１０Ｂを伴って金型２１０に保持されたパイプ材Ｐに挿入される。なお、図６〜図８中符号２６０は管状の押棒ガイドを示している。
【００３３】
第２の芯金押棒２４０の先端側は、金型２１０に保持されたパイプ材Ｐに対して挿脱自在に形成されている。
【００３４】
図６〜図８に示すように芯金ガイド２５０は、金型２１０と芯金ホルダ２２０との間に、かつ、金型２１０に寄せて配置されている。この芯金ガイド２５０は、金属等からなりその厚み方向に貫通した通孔２５１を有している。通孔２５１は金型２１０に保持されたパイプ材Ｐの中空部に連通されている。
【００３５】
次に、以上の構成の中空ラックバー製造装置２００を用いて中空のラックバーを製造する手順を説明する。セットされたパイプ材Ｐは金型２１０内に配置され、パイプ材Ｐの他端側は金型２１０から突出される。又、型締めによって、下型２１１及び上型２１２とで挟持されるとともに、平坦部Ｐａに歯型２１３が当接される。
【００３６】
このセット作業の前又は後に、芯金ホルダ２２０を動作させて、それに収容された複数の芯金１０Ｂの内の一つを、芯金ガイド２５０の通孔２５１に対向した状態に保持する。これとともに、通孔２５１に対向した芯金１０Ｂの右端に第１の芯金押棒２３０の先端を係合させる。
【００３７】
次に、第２の芯金押棒２４０がパイプ材Ｐ内に挿入され、第２の芯金押棒２４０の先端がパイプ材Ｐ及び芯金ガイド２５０の通孔２５１を挿通して、この通孔２５１に対向している芯金ホルダ２２０内の芯金１０Ｂの左端に当たるようになる。したがって、通孔２５１内の芯金１０Ｂがその軸方向両端からこれら両端に接した第１の芯金押棒２３０と第２の芯金押棒２４０とで挟持される。
【００３８】
この後、第１の芯金押棒２３０が、芯金ホルダ２２０の保持孔２２１及び芯金ガイド２５０の通孔２５１を通って、図７に示すように金型２１０に保持されたパイプ材Ｐ内に挿入される。
【００３９】
この時、芯金１０Ｂは、第１の芯金押棒２３０と第２の芯金押棒２４０とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒２３０により押圧されてパイプ材Ｐ内に圧入される。この圧入により、芯金１０Ｂの突起部２１〜２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。芯金１０Ｂの圧入は、図８に示すように芯金１０Ｂが平坦部Ｐａから抜けきらない状態で終了する。
【００４０】
次に、第１の芯金押棒２３０が引き戻される。この時、第２の芯金押棒２４０が芯金ホルダ２２０に向けて移動される。これにより、芯金１０Ｂは、この芯金１０Ｂの両端に接した第１の芯金押棒２３０と第２の芯金押棒２４０とで挟持された状態のまま、第２の芯金押棒２４０により押圧されてパイプ材Ｐ及び芯金ガイド２５０の通孔２５１を通って芯金ホルダ２２０に内に押し戻される。この場合にも、芯金１０Ｂの突起部２１〜２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。
【００４１】
この後、芯金ホルダ２２０を動かして、次に突起部の突起量が大きい芯金１０Ｂ及びこれが収容された保持孔２２１を芯金ガイド２５０の通孔２５１を通してパイプ材Ｐの開口部に対向させる。
【００４２】
そして、次に使用する芯金１０Ｂを挟持した状態とした後に、同様にして、芯金１０Ｂは、第１の芯金押棒２３０と第２の芯金押棒２４０とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒２３０により押圧されてパイプ材Ｐ内に圧入し、一往復させる。こうした手順を順次繰り返すことによって、パイプ材Ｐに金型２１０の歯型２１３に対応したラックを有した中空ラックバーを製造する。
【００４３】
最後に、使用した最後の芯金１０Ｂを芯金ホルダ２２０に戻した後に、第２の芯金押棒２４０をパイプ材Ｐから抜出してから、金型２１０を開く。
【００４４】
本第２の実施の形態に係る短尺型の芯金セットを用いた場合であっても、上述した第１の実施の形態に係る芯金セットを用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る中空ラックバー３００を示す要部断面図である。ピニオンギアに噛み合わされる歯部３０２を有する中空状の筒部３０１を備え、この筒部３０１の中空部３０３の断面形状は、歯部３０２の裏側に位置する第１中空部３０３ａと、この第１中空部３０３ａに対し筒部３０１の中心Ｃを基準として歯部３０２の反対側に位置するとともに、第１中空部３０３ａの最大内径幅Ｈ１より大きい最大内径幅Ｈ２を有する第２中空部３０３ｂと、第１中空部３０３ａと第２中空部３０３ｂとの境界部に設けられ、内径側に張り出す張出部３０３ｃとを備えている。
【００４６】
第１中空部３０３ａの内周面は、長さＷ１の直線部３１０を備え、一端が張出部３０３ｃにそれぞれ接続されるとともに、他端がそれぞれ直線部３１０の両端に接続される一対の第１曲線部３１１と組み合せて形成されている。第１曲線部３１１の両端間の距離Ｗ１は、張出部３０３ｃが設けられていない場合の直線部Ｔの幅Ｗ０（図１４参照）に比べ小さく形成されている。また、この第１曲線部３１１の両端を延ばした直線は平行となっている。
【００４７】
また、第２中空部３０３ｂは、筒部３０１の中心Ｃを基準として、直線部３１０の反対側に設けられた少なくとも半円状の部分を有する第２曲線部３１２を備えている。
【００４８】
このように形成されていると、歯部３０２側における外周面と内周面との間の素材の厚みを張出部３０３ｃによって十分にとることができ、歯部３０２形成時の成形荷重に十分耐えることが可能となる。また、これにより芯金の耐荷重を下げることができることから、芯金を安価に製作することが可能となる。
【００４９】
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る中空ラックバー３００Ａを示す要部断面図である。図１０において図９と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５０】
本実施の形態における中空ラックバー３００Ａにおいては、張出部３０３ｃの張出量が中空ラックバー３００よりも僅かに小さく形成され、第１曲線部３１１の両端間の距離Ｗ２は、上述した距離Ｗ１に比べ大きく形成されている。また、この第１曲線部３１１の両端を延ばした直線は平行に対して０°〜１０°程度となっている。
【００５１】
本実施の形態における中空ラックバー３００Ａにおいても前述した中空ラックバー３００と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
図１１は、本発明の第５の実施の形態に係る中空ラックバー３００Ｂを示す要部断面図である。図１０において図９と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態における中空ラックバー３００Ｂにおいては、張出部３０３ｃの張出量が中空ラックバー３００よりも僅かに大きく形成され、第１曲線部３１１の両端間の距離Ｗ３は、上述した距離Ｗ１に比べ大きく形成されている。また、この第１曲線部３１１の両端を延ばした直線は平行に対して０°〜−３°程度となっている。
【００５４】
本実施の形態における中空ラックバー３００Ｂにおいても前述した中空ラックバー３００と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る芯金セットの１つである芯金の要部を示す側面図。
【図２】同芯金セットが適用される中空ラックバー製造装置を示す断面図。
【図３】同芯金を示す要部断面図。
【図４】同芯金をパイプに挿入した状態を示す要部断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る芯金の要部を示す側面図。
【図６】同芯金を用いる中空ラックバー製造装置を示す図であって、金型及び芯金ホルダーまわりを芯金が挟持された状態で示す断面図。
【図７】同中空ラックバー製造装置の金型及び芯金ホルダーまわりを芯金受け渡し状態で示す断面図。
【図８】同中空ラックバー製造装置の金型及び芯金ホルダーまわりを芯金の圧入が完了した状態で示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る中空ラックバーを示す要部断面図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る中空ラックバーを示す要部断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る中空ラックバーを示す要部断面図。
【図１２】従来の芯金の一例を示す要部断面図。
【図１３】同芯金をパイプに挿入した状態を示す要部断面図。
【図１４】従来の中空ラックバーを示す要部断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１０，１０Ａ…芯金、１１…棒材、２１，２２，２３…突起部、１００，２００…中空ラックバー製造装置、１１０，２１１…下型、１２０，２１２…上型、１３０，２１３…歯型、２２０…芯金ホルダ、２３０…第１の芯金押棒、２４０…第２の芯金押棒、２５０…芯金ガイド、３００，３００Ａ，３００Ｂ…中空ラックバー、Ｐ…パイプ（中空素材）、Ｐａ…平坦部。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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