(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外型の一方の側より、最小外径φ１の第１の中子を挿入するステップと、
外型の他方の側より、最小外径φ２の第２の中子を挿入し、その先端を、前記第１の中子の先端に対して所定の間隔をあけて対向させるステップと、
前記外型と前記第１の中子及び第２の中子の間に、溶融した素材を注入するステップと、
前記素材が固化した後に、前記外型と前記第１の中子及び第２の中子とを離型するステップと、
固化した前記素材において、前記第１の中子及び第２の中子の間に形成された壁を、前記第２の中子が配置されていた側から挿入した外径φ３の内径切削工具を用いて削除するステップと、を有し、以下の条件を満たすことを特徴とする中空筒状物の形成方法。
φ１＞φ３＞φ２
【請求項２】
前記第１の中子と前記内径切削工具との芯ズレ量δが（φ１−φ３）／２より小さいことを特徴とする請求項１に記載の中空筒状物の形成方法。
【請求項３】
前記第２の中子と前記内径切削工具との芯ズレ量δが（φ３−φ２）／２より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空筒状物の形成方法。
【請求項４】
前記中空筒状物は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のハウジングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空筒状物の形成方法。
【請求項５】
前記内径切削工具はドリルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空筒状物の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空筒状物の形成方法に関し、特にラックアンドピニオン式ステアリング装置のハウジングを形成するのに好適な中空筒状物の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリング装置の一タイプとして、ラック軸のラック歯にピニオンを噛合させることで、ピニオンの回転力と回転量をラック軸の軸線方向推力とストロークに変換するラックアンドピニオン式ステアリング装置が知られている。
【０００３】
ここで、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のハウジングは、ラック軸を挿入するために、軸線方向に長い形状となっており、一般的にはアルミダイキャストで形成される。特許文献１には、外型の内部に、一対の中子を対向配置して、外型内に溶融したアルミを流し込み、固化した後に中子を両方向に引き出す技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−６８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、外型は冷却水等で十分冷却出来るが、中子は冷却しづらい上にアルミ素材に包まれるので成型時に温度上昇しやすく、その為、成型時に中子は外型に対して熱膨張しやすいという問題がある。特に、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のハウジングのような長筒形状においては、中子と外型の熱膨張差が大きくなる傾向にあり、この為２つの中子の先端を突き当ててダイキャストを行うと、熱膨張差の逃げが無くなり、外型や中子に負担がかかり、外型や中子の変形や破損、また成型される製品のゆがみを生じさせる恐れがある。
【０００５】
更に、ラックアンドピニオン式ステアリング装置において、ハウジング内に挿入されたラック軸が、動作時にラジアル方向に揺動しながら軸方向に摺動するために、ハウジング内径はラック軸よりもある程度大きくする必要がある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、外型や中子の変形や破損、また成型される製品のゆがみを生じさせることを抑制でき、更にバリの発生を抑制できる中空筒状物の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の中空筒状物の形成方法は、
外型の一方の側より、最小外径φ１の第１の中子を挿入するステップと、
外型の他方の側より、最小外径φ２の第２の中子を挿入し、その先端を、前記第１の中子の先端に対して所定の間隔をあけて対向させるステップと、
前記外型と前記第１の中子及び第２の中子の間に、溶融した素材を注入するステップと、
前記素材が固化した後に、前記外型と前記第１の中子及び第２の中子とを離型するステップと、
固化した前記素材において、前記第１の中子及び第２の中子の間に形成された壁を、前記第２の中子が配置されていた側から挿入した外径φ３の内径切削工具を用いて削除するステップと、を有し、以下の条件を満たすことを特徴とする。
φ１＞φ３＞φ２
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前記外型の他方より挿入した前記第２の中子の先端を、前記第１の中子の先端に対して所定の間隔をあけて対向させているので、前記外型と、前記第１の中子及び第２の中子との間に熱膨張差が生じた場合でも、両者の突っ張り合いが回避され、従って外型の変形や破損、また成型される製品のゆがみを生じさせることを抑制できる。
【０００９】
なお、前記第１の中子及び第２の中子の先端同士のスキマには、ダイキャスト成型時に溶融した素材が流れ込み、所定厚さの壁が形成されることとなる。そこで、前記素材が固化した後に中子を離型させた上で、かかる壁を、内径切削工具を用いた機械加工などで削除することにより、中空筒状物の製品が得られる。
【００１０】
ところで、実際のダイキャスト成型、及び内径加工を考えると、外型に対し、中子は片持ち梁の構造であり、また、各部型隙間、精度等により中子の芯は設計状態に対してズレを生じる恐れがある。また、内径加工時にも加工の精度により、内径切削工具の芯も設計状態に対してズレを生じる恐れがある。しかるに、前記第１の中子又は第２の中子と、前記内径切削工具とが相対的に芯ずれを起こした場合、壁を完全に除去できず、内周面から突き出すバリとして残ってしまう恐れがある。このような中空筒状物をラックアンドピニオン式ステアリング装置のハウジングとして用いたような場合、その組立時に、ハウジング内に挿入したラック軸がバリに当たり、ハウジングの中に落ちると、ラックとピニオンとの噛合部に噛み込むなどの不具合を生じる恐れがある。
【００１１】
ここで、中子の軸芯と内径切削工具の軸芯の相対的な芯ずれによる内径部バリの対策としては、中子の先端径に対し内径切削工具の外径を相対的に大きくし、芯ずれがあった場合でもハウジング内径部にバリが残らないようにすることが考えられる。
【００１２】
しかし、かかる対策の場合、場合によっては内径切削工具を反対側まで貫通させる必要があり、それにより加工範囲が長くなり、工具追い込み位置も深くなる。従って、片持ち状である内径切削工具の剛性向上が必要となり、それが設備の大型化を招く要因となり、また加工時間の延長及びコストアップを招く懸念がある
【００１３】
これに対し、本発明によれば、前記第１の中子の最小外径φ１を、前記内径切削工具の外径φ３より大きくすることで、第１の中子によって形成されたハウジング内部については、内径加工を不要とし、それにより内径切削工具の加工範囲を短く抑えることができる。内径切削工具の加工範囲が小さければ、その追い込み量を小さくできるので、内径切削工具の片持ち範囲を短くできるため、その剛性が向上し精度の良い加工を行うことができる。又、内径切削工具を支持する構成も簡素化できる。また、前記第２の中子の最小外径φ２に対し、前記内径切削工具の外径φ３を大きくすることで、壁を効果的に除去できる。なお、中子が円筒状でない場合、円筒に近似して外径を求めるものとする。
【００１４】
前記第１の中子と前記内径切削工具との芯ズレ量δが（φ１−φ３）／２より小さいと好ましい。このようにすれば、内径切削工具の先端で、内径部に段差を生じさせることがなく必要内径を確保できるため、工具追い込み量を深く設定する必要がない。
【００１５】
前記第２の中子と前記内径切削工具との芯ズレ量δが（φ３−φ２）／２より小さいと好ましい。このようにすれば、中子と内径切削工具との間に芯ずれがあった場合でも、前記第１の中子及び第２の中子の先端同士のスキマに発生する壁を完全に取り去ることができ、従ってバリの発生を抑制することができる。
【００１６】
前記中空筒状物は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のハウジングであると好ましいが、これに限らず長尺の中空筒状物であれば、本発明により成形しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、第１の実施の形態であるコラムアシストタイプの電動式パワーステアリング装置の概略構成図である。図において、ステアリングホイールＳＷを上端に取り付けたステアリングシャフトＳＳの下端は、コラムチューブＣＴ内を延在して、アシストユニットＡＵのトーションバー（不図示）の上端に連結されている。かかるトーションバーの下端は、モータＭＴに減速機（例えばウォーム機構）を介して連結された出力軸ＯＳの上端に連結されている。トーションバーがねじれることに基づいて、受けたトルクに応じたトルク信号を出力するトルクセンサＴＳが設けられており、トルクセンサＴＳから出力されたトルク信号は、制御装置ＥＣＵに伝達される。制御装置ＥＣＵは、入力されたトルク信号と、車速等の情報とに基づいて、駆動信号をモータＭＴに送信するので、かかる駆動信号に基づいて駆動制御されたモータＭＴは、減速機を介して出力軸ＯＳに補助トルクを出力するようになっている。
【００１８】
出力軸ＯＳは、ジョイントＪＴを介して中間軸ＩＳに接続されており、更に中間軸ＩＳは、ジョイントＪＴを介してピニオン軸ＰＳに接続されている。
【００１９】
図２は、図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図２において、ギヤボックス（ハウジングともいう）ＧＢ内を上下方向に延在するピニオン軸ＰＳは、ギヤボックスＧＢに螺合される軸受固定具ＢＦの内周に形成されたシールＳＬによりシールされており、また軸受固定具ＢＦにより固定された軸受ＢＲＧと、ニードル軸受ＮＢによりギヤボックスＧＢ内に回転自在に支持されている。
【００２０】
ピニオン軸ＰＳの軸受ＢＲＧとニードル軸受ＮＢの間には、ピニオン歯ＰＮが形成されている。ピニオン歯ＰＮは、ラック軸ＲＳのラック歯ＲＴに噛合している。
【００２１】
ギヤボックスＧＢは、ラック軸ＲＳの周囲から、図で左方に延在する中空柱部ＨＰを形成している。中空柱部ＨＰ内には、ラック支持装置ＲＳＤが配置されている。ラック支持装置ＲＳＤは、円筒状のホルダＨＤと、ホルダＨＤの溝内に両端を取り付けた軸ＳＦと、軸ＳＦの周囲に配置され、ラック軸ＲＳの背面に当接する鼓状の転動体である円筒ローラＣＲと、円筒ローラＣＲを軸ＳＦに対して回転自在に支持するニードル軸受ＮＢと、ホルダＨＤを中空柱部ＨＰに取り付けるためのネジ部材ＳＣＲと、ネジ部材ＳＣＲとホルダＨＤとの間に配置され、ホルダＨＤをラック軸ＲＳ側に付勢するための皿バネＷＳと、ネジ部材ＳＣＲのロック部材ＬＭとからなっている。ネジ部材ＳＣＲのねじ込み量を調整することで、皿バネＷＳの圧縮量が変化し、ラック軸ＲＳの押圧力を調整することができる。調整後には、ロック部材ＬＭでネジ部材ＳＣＲをロック固定しその緩み止めを図ることができる。
【００２２】
図１において、ラック軸ＲＳの両端は、ギヤボックスＧＢから突出しており、玉継ぎ手ＳＪを介して操舵装置を構成するタイロッドＴＲに接続されており、ラック軸ＲＳが長手方向に移動することによって、不図示の車輪が転舵されるようになっている。本実施の形態では、ギヤボックスＧＢが中空筒状物となっている。
【００２３】
本実施の形態の動作を説明すると、ステアリングホイールＳＷに操舵力が入力されたとき、かかる操舵力は、ステアリングシャフトＳＳを介して，アシストユニットＡＵ内のトーションバーに伝達される。この際、トルクセンサＴＳから出力されたトルク信号に基づいて、制御装置ＥＣＵにより駆動制御されるモータＭＴが発生した補助操舵力が出力軸ＯＳに伝達される。補助操舵力を加えた操舵力は、更に中間軸ＩＳを介してピニオン軸ＰＳに伝達され、噛合するピニオン歯ＰＮとラック歯ＲＴとを介して、ピニオン軸ＰＳの回転力がラック軸ＲＳの長手方向推力に変換され、かかる長手方向推力により、タイロッドＴＲを介して不図示の車輪が転舵されることとなる。このとき円筒ローラＣＲは、ラック軸ＲＳの背面上を転動し、低摩擦でラック軸ＲＳの移動を許容する。又、ピニオン軸ＰＳとラック軸ＲＳとの間で強大な力が伝達されたとき、ラック軸ＲＳをピニオン軸ＰＳより離隔させようとする離隔力が生じるが、かかる離隔力を円筒ローラＣＲは支持することができる。
【００２４】
以下、ギヤボックスＧＢの形成方法について説明する。図３は、ギヤボックスＧＢを成型するアルミダイキャスト型の断面図である。図４は、図３の構成の矢印IVで示す部位を拡大して示す図である。円筒状の第１の中子３と第２の中子４の外周面には、抜き勾配が設けられているので、それぞれ先端の外径が最小となる。
【００２５】
図３において、外型を形成する上型１と下型２との間に形成された円筒状空間内に、図で左方より第１の中子３が挿入され、図で右方より第２の中子４が挿入されている。ここで、図４に示すように、第１の中子３の先端と、第２の中子４の先端との間には、所定の隙間Δをあけている。この隙間Δは、上型１又は下型２の両端面からの、第１の中子３及び第２の中子４の端部の突出量を測定することで求めることができる。
【００２６】
かかる状態で、上型１と下型２及び中子３，４とで形成された中空筒状空間に、不図示のゲートを介して、溶融したアルミ素材ＡＬを吐出し、これが固化した後に、上型１と下型２及び中子３，４を離型する。このとき、固化したアルミ素材ＡＬには、第１の中子３に対応して内周面ＡＬ３が形成され、第２の中子４に対応して内周面ＡＬ４が形成される。本実施の形態によれば、第１の中子３の先端を、第２の中子の先端４に対して所定の間隔Δをあけて対向させているので、外型１，２と、第１の中子２及び第２の中子３との間に熱膨張差が生じた場合でも、両者の突っ張り合いが回避され、従って外型１，２や中子３，４の変形や破損、また成型されるギヤボックスＧＢのゆがみを生じさせることを抑制できる。
【００２７】
ところで、離型した段階では、固化したアルミ素材ＡＬの内部には、厚さΔの壁Ｗが存在しているので（図４参照）、これを後工程で除去する必要がある。
【００２８】
図５〜７は、比較例におけるダイキャスト後の切削工程を示す図である。図５において、固化したアルミ素材ＡＬの内部に、外径φ３のドリルなどの内径加工工具Ｔを回転させながら挿入すると、壁Ｗは穿孔され削除され、ギヤボックスＧＢとしてラック軸ＲＳの干渉を回避するために必要な最小内径φ３を得ることができる。
【００２９】
しかるに、図６に示すように、第２の中子４と内径加工工具Ｔとの間に芯ズレδが生じた場合、内径加工工具Ｔの加工追い込み量（アルミ素材ＡＬの端面から内径加工工具Ｔの先端がアルミ素材ＡＬの内周に接触しなくなるまでの距離）Ｘが増大して、剛性の確保が困難となり、また切削加工範囲Ｙが増大して、工具の損耗量も増大する。更に、内径加工工具Ｔから遠い側の壁Ｗを完全に除去できず、これがバリＢとなって残存する恐れがある。壁Ｗの厚さΔが薄い場合、ギヤボックスＧＢとして形成した後に、その内部にラック軸ＲＳを挿入したときに、ラック軸ＲＳの先端がバリＢに当たり、これを脱落させる恐れがある。
【００３０】
一方、芯ズレが生じても、内径加工工具Ｔの外径φ３を大きくすれば、バリＢを削除できるが、固化したアルミ素材ＡＬの最小内径（＝中子４の最小外径）に対して、内径加工工具Ｔの外径φ３を大きくしすぎると、内径加工工具Ｔの加工追い込み量Ｘが更に増大し、また切削加工範囲Ｙも更に増大することになる（図７参照）。
【００３１】
これに対し、本実施の形態においては、図８に示すように第１の中子３の最小外径φ１を、内径加工工具Ｔの外径φ３より大きくしており、更に内径加工工具Ｔを第２の中子４が配置されていた側から挿入することで、第１の中子３によって形成されたアルミ素材ＡＬの内部については、内径加工を不要とし、それにより内径加工工具Ｔの加工範囲Ｙを短く抑えることができる。内径加工工具Ｔの加工範囲Ｙを小さく抑えられれば、その追い込み量Ｘを小さくできるので、内径加工工具Ｔの片持ち範囲を短くできるため、その剛性が向上し精度の良い加工を行うことができる。又、内径加工工具Ｔを支持する構成も簡素化できる。なお、第２の中子４と内径加工工具Ｔとの芯ズレ量δに対し、外径差（φ３−φ２）／２が大きくなるように設定すると、壁Ｗを効果的に除去できる。
【００３２】
更に、図９に示す変形例では、第１の中子３と内径加工工具Ｔとの芯ズレ量δに対し、外径差（φ１−φ３）／２が大きくなるように設定すると、芯ズレが生じた場合でも、内径加工工具Ｔの追い込み量Ｘを大きくすることなく、完全に壁Ｗを除去することができ、バリＢを生成することがない。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明はステアリング装置のギヤボックス以外の中空筒状物の製造に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施の形態であるコラムアシストタイプの電動式パワーステアリング装置の概略構成図である。
【図２】図１の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図３】ギヤボックスＧＢを成型するアルミダイキャスト型の断面図である。
【図４】図３の構成の矢印IVで示す部位を拡大して示す図である。
【図５】比較例におけるダイキャスト後の切削工程を示す図である。
【図６】比較例におけるダイキャスト後の切削工程を示す図である。
【図７】比較例におけるダイキャスト後の切削工程を示す図である。
【図８】第１の実施の形態におけるダイキャスト後の切削工程を示す図である。
【図９】変形例におけるダイキャスト後の切削工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 上型
２ 下型
３ 第１の中子
４ 第２の中子
ＡＬ アルミ素材
ＡＵ アシストユニット
Ｂ バリ
ＢＦ 軸受固定具
ＢＲＧ 軸受
ＣＲ 円筒ローラ
ＣＴ コラムチューブ
ＥＣＵ 制御装置
ＧＢ ギヤボックス
ＨＤ ホルダ
ＨＰ 中空柱部
ＩＳ 中間軸
ＪＴ ジョイント
ＬＭ ロック部材
ＭＴ モータ
ＮＢ ニードル軸受
ＯＳ 出力軸
Ｐ 隆起部
ＰＮ ピニオン歯
ＰＳ ピニオン軸
ＲＢ ラック軸
ＲＳ ラック軸
ＲＳＤ ラック支持装置
ＲＴ ラック歯
ＳＣＲ ネジ部材
ＳＦ 軸
ＳＪ 継ぎ手
ＳＬ シール
ＳＳ ステアリングシャフト
ＳＷ ステアリングホイール
Ｔ 内径加工工具
ＴＲ タイロッド
ＴＳ トルクセンサ
Ｗ 壁
ＷＳ 皿バネ
【図１】
0004453837.tif 000002
【図２】
0004453837.tif 000003
【図３】
0004453837.tif 000004
【図４】
0004453837.tif 000005
【図５】
0004453837.tif 000006
【図６】
0004453837.tif 000007
【図７】
0004453837.tif 000008
【図８】
0004453837.tif 000009
【図９】
0004453837.tif 000010