(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外型の一方の側より第１の中子を挿入するステップと、
外型の他方の側より第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削除するステップと、を有し、
前記第１の中子及び第２の中子の少なくとも一方は、抜き勾配を形成する外周面よりも外形が小さい凸部を先端に形成していることを特徴とする中空筒状物の形成方法。
【請求項２】
前記第１の中子又は第２の中子は、その先端に、軸線に対して垂直な面を有している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又は２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】
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】
【０００６】
本発明の中空筒状物の形成方法は、
外型の一方の側より第１の中子を挿入するステップと、
外型の他方の側より第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削除するステップと、を有し、
前記第１の中子及び第２の中子の少なくとも一方は、抜き勾配を形成する外周面よりも外形が小さい凸部を先端に形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【０００８】
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、内径加工工具を用いて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。
【０００９】
ところで、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の厚さが薄いと、これを内径加工工具を用いて除去する際に、前記第１の中子又は第２の中子と、内径加工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ずる恐れがある。これに対し、別工程にてバリ除去の後処理を行うと、コストアップとなる。
【００１０】
この別工程のバリ除去処理を省略すべく、内径加工時にバリを完全に除去する為には、前記第１の中子又は第２の中子と、内径加工工具との芯ずれを完全に防止するか、前記第１の中子又は第２の中子と、内径加工工具との芯ずれ量を加味し、中子を相対的に細くして加工量を増大させることが考えられる。しかし、前者は非常に高い部品精度を要し、後者は加工除去長さが増える結果、加工時間が増えるという課題が残る。
【００１１】
これに対し、本発明者らは、バリを完全に除去するという思想を転換し、内挿物が当たっても落ちないバリを形成するという新たな着想に基づいて、本発明をなしえたのである。ここで、内挿物が当たっても落ちないバリを形成するためには、前記第１の中子と第２の中子との間の隙間を大きくすればよく、それにより形成される壁が増大することになるが、それでは上述と同様に、内径加工工具による加工量が増大するという課題が残る。そこで、前記第１の中子及び第２の中子の少なくとも一方に、抜き勾配を形成する外周面よりも外形が小さい凸部を先端に形成するようにしている。
【００１２】
本発明によれば、前記凸部が形成された部位には、溶融した素材が入り込まないので、固化した素材に対し、内径加工工具による加工量を減少させることができる。又、前記凸部の周囲には、溶融した素材が流れ込むので、前記第１の中子と第２の中子との間の隙間に形成される壁が、周囲において厚くなり、中子と内径加工工具が相対的に芯ずれを起こすことで、加工後に壁の一部が残ったとしても、残った凸部が十分に厚く強度があるので、内挿物が当たったときに脱落することがないようなものとなっている。
【００１３】
なお、「抜き勾配を形成する外周面よりも外形が小さい凸部」とは、中子の軸線方向において、抜き勾配を形成する外周面を挿入端方向に延長した場合において、その延長線より軸線直交方向内側に配置された凸部をいうものとする。かかる凸部は、挿入端側に向かうにつれて寸法が小さくなるテーパ面や円錐面を有すると好ましい。
【００１４】
凸部を有しない前記第１の中子又は第２の中子は、その先端に、軸線に対して垂直な面を有していると好ましいが、両方に凸部を設けても良い。
【００１５】
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】
【００１６】
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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。まず、比較例として示す第１の中子３と第２の中子４は、抜き勾配を有する外周面に交差する先端面が軸線に対して直交している。
【００２４】
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、図で左側より第１の中子３が挿入され、図で右側より第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。
【００２５】
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。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３及び第２の中子４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。
【００２６】
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。
【００２７】
図５は、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、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ることとなる（点線で示す部位）。ここで、切削加工における加工量を抑制するためには、固化したアルミ素材ＡＬの内径（＝中子の外径）に対して、内径加工工具Ｔの外径を大きくしすぎないことが必要である。
【００２８】
ところが、例えば第２の中子４の最小外径とほぼ等しい外径の内径加工工具Ｔを用いて切削加工を行うと、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、図６に示すように、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。
【００２９】
このバリＢを生成させないためには、芯ズレ量δをゼロに近づける対策、又は内径加工工具Ｔの外径を増大させる対策が考えられる。しかしながら、前者の対策は精度的に難しく、後者の対策では内径加工工具Ｔの加工量が増大してしまう。
【００３０】
そこで、以下の実施の形態においては、以下のようにして、バリＢの脱落を回避している。図７は、第１の実施の形態にかかる図４と同様な断面図である。本実施の形態においては、中子の形状のみが異なっている。より具体的には、第２の中子１４の先端には、凸部としての截頭円錐部１４ａが形成されている、截頭円錐部１４ａの外周円錐面の角度は、第２の中子１４の本体外周面１４ｂの抜き勾配の角度より大きくなっており、従って図７で明らかなように、截頭円錐部１４ａは、抜き勾配を形成する本体外周面１４ｂより外径が小さくなっている。なお、第１の中子３及び上型１と下型２の形状は、図３，４に示す例と同様である。
【００３１】
このような第２の中子１４を用いて、上述したように第１の中子３との隙間をΔとしつつダイキャスト加工を行うと、図７に示すように、中央の厚さΔより周辺の厚さの方が厚い壁Ｗが形成されることとなる。ここで、図８に示すように、内径加工工具Ｔを用いて切削加工を行ったとき、第２の中子１４と内径加工工具Ｔとの間に芯ズレδが生じた場合には、内径加工工具Ｔから遠い側の壁Ｗを完全に除去することはできない。しかしながら、削除できなかった壁Ｗは、周辺の厚さの厚い部位であるので、バリではなく軸線方向に比較的長い隆起部Ｐとして残存することとなる（図８参照）。
【００３２】
従って、固化したアルミ素材をギヤボックスＧＢとして形成した後に、図９に示すように、その内部にラック軸ＲＳを挿入したときに、ラック軸ＲＳの先端が隆起部Ｐに当たっても、これが脱落することが抑制される。なお、ラック軸ＲＳは、第２の中子１４の側から挿入されると、その先端が、截頭円錐部１４ａにより形成された隆起部Ｐのテーパ面に対向するので、スムーズに挿入できるというメリットがある。
【００３３】
図１０は、第２の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。図１０において、第２の中子２４の先端には、截頭円錐部２４ａの先に小円筒部２４ｃが形成され、凸部として機能する。截頭円錐部２４ａ及び小円筒部２４ｃの外径は、第２の中子２４の本体外周面２４ｂの最小外径より小さくなっている。それ以外の構成については、図７に示す実施の形態と同様である。
【００３４】
図１１は、第３の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。図１１において、図７に示す第２の中子１４と同様に、第１の中子１３の先端には、凸部としての截頭円錐部１３ａが形成されている。截頭円錐部１３ａの外径は、第１の中子１３の本体外周面１３ｂの最小外径より小さくなっている。それ以外の構成については、図７に示す実施の形態と同様である。
【００３５】
図１２は、第４の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。図１２においては、図１０に示す第２の中子２４と、図１１に示す第１の中子１３とを組み合わせて用いている。それ以外の構成については、図７に示す実施の形態と同様である。
【００３６】
図１３は、第５の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。図１３において、第２の中子３４の本体外周面３４ｂの端面には、凸部としての小円筒部３４ａが、本体外周面３４ｂと不連続に形成されている。小円筒部３４ａの最大外径は、抜き勾配を形成する本体外周面３４ｂの最小外径より小さくなっている。それ以外の構成については、図７に示す実施の形態と同様である。
【００３７】
図１４は、第６の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。図１４において、第２の中子４４の本体外周面４４ｂの端面には、凸部としての円錐部４４ａが形成されている。円錐部４４ａの先端はとがっている。それ以外の構成については、図７に示す実施の形態と同様である。
【００３８】
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】
【００３９】
【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】ダイキャスト後の切削工程を示す図である。
【図６】比較例のギヤボックスＧＢにラック軸ＲＢを組み込む際の状態を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態にかかる図４と同様な断面図である。
【図８】第１の実施の形態において、ダイキャスト後の切削工程を示す図である。
【図９】第１の実施の形態のギヤボックスＧＢにラック軸ＲＢを組み込む際の状態を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。
【図１１】第３の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。
【図１２】第４の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。
【図１３】第５の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。
【図１４】第６の実施の形態にかかる図７と同様な断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 上型
２ 下型
３、１３ 第１の中子
４、１４，２４，３４ 第２の中子
１３ａ 截頭円錐部
１３ｂ 本体外周面
１４ａ、２４ａ 截頭円錐部
１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ 本体外周面
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
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 玉継ぎ手
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】
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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】
0004470223.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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