(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組の第１の金型を用いて、長手方向中央部にコの字状の第１の断面形状部とその両脇にＵ字形状の第２の断面形状部を成形することにより、板状の素材を樋状に成形する第１の工程と、
第１の工程を経て得られた樋状の素材の第１の断面形状部の底部に、一組の第２の金型を用いてラック歯を成形する第２の工程と、
第２の工程を経て得られたラック歯が成形された素材の両側壁を折り曲げて互いに突き合わせ、チューブ状に成形する第３の工程と、
からなる中空ラック軸の成形方法において、
上記第１の一組の金型の上記第２の断面形状部に対応する部分には、第１の一組の金型から上記第１の工程における成形を終えた素材が分離されたときに、上記第１の工程が長手方向中央部とその両脇とで軸方向に異なる断面形状を成形する工程であることから生じる素材の復元量に見合うだけの中空ラック軸の軸方向に沿った傾斜が設けられている金型が用いられること
を特徴とする中空ラック軸の成形方法。
【請求項２】
一組の第１の金型を用いて、長手方向中央部にコの字状の第１の断面形状部とその両脇にＵ字形状の第２の断面形状部を成形することにより、板状の素材を樋状に成形する第１の工程と、
第１の工程を経て得られた樋状の素材の第１の断面形状部の底部に、一組の第２の金型を用いてラック歯を成形する第２の工程と、
第２の工程を経て得られたラック歯が成形された素材の両側壁を折り曲げて互いに突き合わせ、チューブ状に成形する第３の工程と、
からなる中空ラック軸の成形方法において、
上記第２の一組の金型の上記第２の断面形状部に対応する部分には、第２の一組の金型から上記第２の工程における成形を終えた素材が分離されたときに、上記第２の工程が第１の断面形状部の底部をつづら折りに成形するラック歯成形工程であることから生じる素材の復元量に見合うだけの中空ラック軸の軸方向に沿った傾斜が設けられている金型が用いられること
を特徴とする中空ラック軸の成形方法。
【請求項３】
一組の第１の金型を用いて、中央部を断面コの字状に、また、その両脇を断面Ｕ字状に成形することにより、板状の素材を樋状に成形する第１の工程と、
第１の工程を経て得られた樋状の素材の断面コの字状部分の底部に、一組の第２の金型を用いてラック歯を成形する第２の工程と、
第２の工程を経て得られたラック歯が成形された素材の両側壁を折り曲げて互いに突き合わせ、チューブ状に成形する第３の工程と、
からなる中空ラック軸の成形方法において、
上記第１の一組の金型の上記断面Ｕ字状の部分に対応する部分には、第１の一組の金型から上記第１の工程における成形を終えた素材が分離されたときに、上記第１の工程が中央部を断面コの字状に、また、その両脇を断面Ｕ字状に成形するところの軸方向に異なる断面形状を成形する工程であることから生じる素材の復元量に見合うだけの中空ラック軸の軸方向に沿った傾斜が設けられている金型が用いられ、更に、
上記第２の一組の金型の上記断面Ｕ字状の部分に対応する部分には、第２の一組の金型から上記第２の工程における成形を終えた素材が分離されたときに、上記第２の工程が断面コの字状部分の底部をつづら折りに成形するラック歯成形工程であることから生じる素材の復元量に見合うだけの中空ラック軸の軸方向に沿った傾斜が設けられている金型が用いられること
を特徴とする中空ラック軸の成形方法。
【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の成形方法に関する。
【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。ラックはステアリングロッドに結合されているので、ラック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、これに伴いラックが中空とされるようになってきている。特開平６−２４６３７９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製造方法の例が開示されている。
【０００４】
特開平６−２４６３７９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ものであって、略短冊状の板材の略中央部分に、ラック歯を塑性加工（プレスフォーミング）によって成形し、または、略短冊状の板材の長手中心に沿って半円形断面を有するＵ字状、コの字状に曲げたあと、半円形状部分の中央近辺に塑性加工によりラック歯を成形し、その後残部の板部を曲げてチューブ状にして中空ラック軸が成形されるものである。
【０００７】
図１１は、このようにして得られた中空ラック軸の外観図であり、同時に本発明により得られる中空ラック軸の外観図でもある。
【０００８】
はじめの２つの公報ではチューブ材が原材料として使用されているが、この技術ではチューブ材は使用されず板材が使用されるので、材料費、運搬費、保管の費用の点で有利なだけでなく、歯底部の肉厚を確保するために他の部分に駄肉を付ける必要がなく、十分な軽量効果が得られるというメリットがある。
【０００９】
図１は、素材である平らな板材を樋状に成形した時点（第１の工程）の状態、すなわち、特開平１１−１８０３１８号公報に開示の成形方法にて、中央部をコの字状に、また、その両側部を半円形断面を有するＵ字状に、成形した（プレスストロークの最終時）ときの板材すなわちワーク５と金型（外型３ａ、内型４ａ）の状態を示す断面図である。図１において、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＩ−Ｉ断面図、（ｃ）はII−II断面図である。なお、この時点では、ラック歯はまだ成形されていない。
【００１０】
一般に、金型によって板材等の素材が塑性加工されるとき、素材は金型から受ける力によって変形をうける。この変形のほとんどは永久的な変形つまり塑性変形になるが、変形の一部には一時的な変形つまり弾性変形が残される。残された弾性変形は、金型から与えられる外力が取り除かれると、素材の各微小要素に残された変形が他の微小要素との相互の力の均衡を保つ新しい状態に移行する。このため、素材全体は金型の通りの形状にはならず、これとずれた形状になる。特に、素材の部位による加工度の違いが大きい場合、このずれは大きくなる。
【００１１】
さて、最初に板状であった板材を先に述べたように位置によって異なる断面形状に成形するとき、上記２つの断面の領域１、２ａ及びそれらの境界９ａでは加工の度合いが大きく異なり、この加工を終了後、断面のそれぞれにおいて異なる応力状態が出現する。
【００１２】
このため、図１のようにワーク５が両金型によって拘束されている間はワーク５は意図したとおりの形状をしているが、外型３ａ、内型４ａ及びワーク５が分離されると、ワーク５のそれぞれの断面の領域１、領域２ａ及び境界９ａに応じた異なる大きさの応力が開放されるので、ワークの形状がいびつになる。
【００１３】
図２はこのような応力の開放によって生じたワーク５の状態を誇張して表現したワーク５の断面図であり、ワーク５がＵ字状部及びコの字状部の底部を内側にして、また、開放部を外側にして弓状に反っている状態が示めされている。
【００１４】
図３は、上記第１の工程でＵ字状及びコの字状に成形された樋状のワーク５のコの字状部の底部に、第２の工程において、更にラック歯が成形されたときの、ワーク５と金型（外型３ａ、内型４ａ、ラック歯外型６及びラック歯内型７）の状態を示す断面図である。このとき、ラック歯の部分２ｂがラック歯外型６及びラック歯内型７とからなる金型によって成形される。
【００１５】
ラック歯の部分２ｂは、コの字状部のおおよそ平坦な底部をつづら折りに成形することで歯形が得られるので、この部分の加工の度合いがきわめて高くなる。このため、第２の工程の終わりにおいて、まだ金型とワーク５が噛み合った状態のときには、図３のように意図した形状であっても、金型とワーク５が分離されると、一つ一つの歯に残留する応力がそれぞれに開放されるのでワーク全体としては大きな変形となって現れる。
【００１６】
図４は、こうした応力の開放によって変形が現れたワーク５を誇張して示した断面図である。そして、図２と同様に、ここにはワーク５がＵ字状部及びコの字状部を内側にして、すなわち、開放部を外側にして弓状に反っている状態が示めされている。
【００１７】
更に、第２の工程を経たワーク５の開放した背中側（図４における上側）を、その側面を曲げ成形し突き合わせることによって、筒状（チューブ状）に加工した後でも、変形が残る。図５は、このような第３の工程を経た後のワーク５すなわち中空ラック軸を誇張して示したワーク５の断面図である。図２、図４と同様に、ラック歯側を内側にして弓状に反り返った中空ラック軸が得られていることがわかる。
【００１８】
以上図１から図５までを用いて説明したように、第１から第３の工程のいずれを経た後にも、ワーク５又は中空ラック軸は変形しているので、この変形を矯正するための矯正工程が必要とされる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上に述べたような中空ラック軸又は中空ラック軸の成形過程におけるワークの弓状の変形を防止する、あるいは、別な言い方をすれば、変形することによって予め予定した形状になるような中空ラック軸の成形方法を提供することを課題とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、一組の第１の金型を用いて、中央部を断面コの字状に、また、その両脇を断面Ｕ字状に成形することにより、板状の素材を樋状に成形する第１の工程と、第１の工程を経て得られた樋状の素材の断面コの字状部分の底部に、一組の第２の金型を用いてラック歯を成形する第２の工程と、第２の工程を経て得られたラック歯が成形された素材の両側壁を折り曲げて互いに突き合わせ、チューブ状に成形する第３の工程と、からなる中空ラック軸の成形方法において、上記第１の一組の金型の上記断面Ｕ字状の部分に対応する部分には、第１の一組の金型から上記第１の工程における成形を終えた素材が分離されたときに、上記第１の工程が中央部を断面コの字状に、また、その両脇を断面Ｕ字状に成形するところの軸方向に異なる断面形状を成形する工程であることから生じる素材の復元量に見合うだけの中空ラック軸の軸方向に沿った傾斜が設けられており、上記第２の一組の金型の上記断面Ｕ字状の部分に対応する部分には、第２の一組の金型から上記第２の工程における成形を終えた素材が分離されたときに、上記第２の工程が断面コの字状部分の底部のみをつづら折りに成形するところのラック歯成形工程であることから生じる素材の復元量に見合うだけの中空ラック軸の軸方向に沿った傾斜が設けられている金型を用いることにより解決される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図６は、素材である平らな板材を樋状に成形する第１の工程終了時点の状態、すなわち、特開平１１−１８０３１８号公報に開示の成形方法にて、中央部をコの字状に、また、その両側部を半円形断面を有するＵ字状に、成形したときの板材すなわちワーク５と金型（外型３ｂ、内型４ｂ）の状態を示す断面図である。誇張して示されている図６から明らかなように、本実施の形態の金型には予め変形、又は折れ曲がりを見越した形状が付されている。すなわち、外型３ｂ及び内型４ｂのＵ字状部の底面を成形する部分には、傾斜８ａが形成されている。第１の工程では、このようなＵ字状部の底面を形成する部分に傾斜８ａを持った金型により成形加工が行われる。
【００２２】
金型に付すべき傾斜８ａの程度は、板材の厚さ、材質、ワーク５の寸法等によってそれぞれ異なり、適宜の試験の積み重ねにより最適な値を求める。
【００２３】
このように傾斜８ａに沿って軸に対してオーバーベンドすることになるため、成形後の形状は、図７に示すように変形、又は折れ曲がりが低減されたもの、より正確に表現すれば、変形した状態がちょうど意図したとおりの形状になった又はこれにきわめて近い形状のワーク５が得られる。
【００２４】
図８は、上記第１の工程で成形された樋状のワーク５（又は、従来の技術における第１の工程を経て樋状に成形されたワーク、あるいは、これに更に曲がり矯正加工を施したもの）に第２の工程のラック歯成形加工を施したときの図であって、この工程が終了したときの断面図である。
【００２５】
この第２の工程においても、金型には、予め変形、又は折れ曲がりを見越したＵ字状部の底面の傾斜８ｂが付けられた外型３ｃ及び内型４ｃが用いられる。金型に付すべき傾斜８ｂの程度は、板材の厚さ、材質、ワーク５の寸法等によってそれぞれ異なり、適宜の試験の積み重ねにより最適な値を求める点は、上に述べた第１の工程と同様である。
【００２６】
このように傾斜８ｂに沿って軸に対してオーバーベンドすることになるため、成形後の形状は、図９に示すように変形、又は折れ曲がりが低減されたもの、より詳しく表現すれば、変形した状態がちょうど意図したとおりの形状になった又はこれにきわめて近い形状のワーク５が得られる。
【００２７】
更に、上記第２の工程によって得られたワーク５の開放部両側壁を突き合わせるように曲げ加工して、図１０、あるいは図１１のような曲がりのない真っ直ぐなワーク５すなわち中空ラック軸が得られる。
【００２８】
以上に説明したように、予め変形、折れ曲がりを見越した形状を金型に付すことにより、樋状のワークを得る第１の工程、および、ラック歯を成形する第２の工程を経たときには、予定した形状、あるいはこれにきわめて近い形状のワークを得ることができる。更に、このように第１の工程及び第２の工程では予定した形状、あるいはこれにきわめて近い形状のワークが得られるため、曲がりを矯正するための工程を別途設ける必要がなく、中空ラック軸をより低コストで製造することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、各金型における素材のＵ字状部を成形する部分に、素材がこれらの金型から分離されたときに生じる素材の変形、折れ曲がりを見越した形状すなわち中空ラック軸に沿った傾斜が与えられているので、予定した形状、あるいはこれにきわめて近い形状のワークを得ることができるという効果を奏する。またこのため、曲がりを矯正するための工程を別途設ける必要がなく、中空ラック軸をより低コストで製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  素材である平らな板材を、中央部をコの字状に、また、その両側部を半円形断面を有するＵ字状に、成形したときの樋状のワーク５と金型の状態を示す断面図である。
【図２】  応力の開放によって生じたワーク５の曲がり状態を誇張して表現した断面図である。
【図３】  樋状のワーク５のコの字状部の底部に、ラック歯が成形されたときの、ワーク５と金型の状態を示す断面図である。
【図４】  応力の開放によって現れた変形を誇張して示したワーク５の断面図である。
【図５】  チューブ状に加工した後でも、変形が残るワーク５（中空ラック軸）を誇張して示した断面図である。
【図６】  素材である平らな板材を、中央部をコの字状に、また、その両側部を半円形断面を有するＵ字状に、成形したときの樋状のワーク５と金型の状態を示す実施例の断面図である。
【図７】  変形した状態がちょうど意図したとおりの形状になった又はこれにきわめて近い形状になった実施例のワーク５の断面図である。
【図８】  実施例の第２の工程のラック歯成形加工を施したときの図であって、この工程が終了したときの断面図である。
【図９】  変形した状態がちょうど意図したとおりの形状になった又はこれにきわめて近い形状になった実施例のワーク５の断面図である。
【図１０】  実施例によって得られた曲がりのない真っ直ぐなワーク５すなわち中空ラック軸の断面図である。
【図１１】  中空ラック軸の外観図である。
【符号の説明】
５  ワーク
６  ラック歯外型
７  ラック歯内型
３ａ、３ｂ、３ｃ  外型
４ａ、４ｂ、４ｃ  内型
８ａ、８ｂ  傾斜
９ａ  境界
【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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