(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材の鋼管の長さの一部分を押圧して外面円周の一部を平面とし、ラック形成型を前記平面にされた部分に接触させて保持した状態で、全長の少なくとも１個所にしごき加工個所を有する１以上のマンドレルを鋼管の内部に押込み、前記平面にされた部分の内面を複数のしごき加工個所により順次しごき加工をして、前記ラック形成型に従ってラックを形成するラック付き管状部材の製造方法において、マンドレルは前記しごき加工個所における両側面が前記平面にされた部分の内面に対向する面と直角になっており、かつ前記しごき加工個所における両側面の間隔が、使用するすべてのマンドレルのしごき加工個所において同一であることを特徴とするラック付き管状部材の製造方法。
【請求項２】
マンドレルのしごき加工個所おける前記平面にされた部分の内面に対向する面および両側面は、マンドレルの軸に対して直角方向に伸びる隆起をなし、マンドレルのしごき加工個所おける隆起のマンドレル軸方向の幅は、前記平面にされた部分の内面に対向する面および両側面それぞれにおいて一定になっていることを特徴とする請求項１記載のラック付き管状部材の製造方法。
【請求項３】
前記隆起から離れた位置のマンドレル円周面に、円周方向に延びた油溝を設けたことを特徴とする請求項２記載のラック付き管状部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はラック付き管状部材すなわち管材の長さの一部にラック部を有する部材の製造方法に関する。このようなものはたとえば自動車のステアリング装置の部品として使用されており、一般にラックバーと称されるので以下の説明では原則的にラックバーの名称を用いる。本発明は鋼管を素材として中空なラックバーを塑性加工により能率的に製造できる方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング装置のラックバーは従来は中実な棒材のものが使用されていたが、軽量化を目的にして中空にしたものの製造が指向されている。図３はこのようなラックバー１を示す斜視図であり、図中２はラックの歯である。このように中空なものは棒材にラック部を切削加工した後に穴をあけるのが一般的な製造方法であるが、一方、素材に鋼管を使用して塑性加工によりラック部を形成する方法が特公平３−５８９２号公報に示されている。
【０００３】
この方法はまず鋼管のラックを形成すべき部分をつぶして平面にし、次にこの部分にラックを形成するという２段階の工程からなる。このためにまず左右に開くことができる第１次成形用割型を設けて素材の鋼管の加工すべき部分を収容するが、この型は合わせた状態において上部のラックを形成すべき部分に貫通穴が設けられている。そして先が平面になったプレス型を上からこの貫通穴に挿入して鋼管のその部分を平面に加工し、これを第１次成形体とする。次に内面形状がラックバーの完成品の外形形状と一致し、左右に開くことができる第２次成形用割型に上記第１次成形体を収容する。すなわちこの第２次成形用割型は左右の型を合わせたとき、上部にラックの歯の雌型が構成されるようになっている。そしてマンドレルを鋼管内に挿入して、先に平面にされた部分を内部からしごき加工をする。これにより第１次成形体の外部においては材料が盛り上がり、上記第２次成形用割型の形状に従ってラックが成形されるというものである。
【０００４】
また本発明者らは先に特願平１１−３７００８６号としてさらに改良された中空なラックバーの製造方法を提示した。この方法はまず図４の縦断面図、図５の横断面図に示すように、鋼管３の長さのうちの加工すべき部分とその両側の一部を、鋼管の全周を取り囲む割型５、６に収容する。この割型は合わせた状態において鋼管の加工すべき部分に対応した個所に貫通した縦穴８が形成されている。この状態で縦穴８にポンチ９を挿入してこの部分の鋼管３を押圧して平面にする。次いで図６の縦断面図、図７の横断面図に示すように、ポンチ９に代えてラック形成型１１を縦穴８に挿入して鋼管３の平面にされた部分に接触させて保持し、鋼管の内部にマンドレル１２を押込み、前記平面にされた部分の内面をしごいてラック形成型１１に従ってラックを形成させる。
【０００５】
上記特公平３−５８９２号公報、特願平１１−３７００８６号のいずれの方法も、すべて塑性加工によっているので切削加工と異なり材料の無駄がなく、また加工による材料強化の効果もあって材質的にも優れたものができる。また特公平３−５８９２号の方法においては２種類の割型を使用するが、特願平１１−３７００８６号の方法においては鋼管全体を収容する割型は１種類のみで済み、これにそれぞれポンチとラック形成型を組み合わせて使用すればよい。ラックの雌型の部分は損耗が激しいことが判明しているが、この方法では交換する場合割型自体はそのままでラック形成型だけ交換すれば済むことになり、型のコストが低減できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこれらの中空なラックバーの製造方法において使用するマンドレルであるが、冷間加工であるためかなり大きな加工力を必要とする。このため少しずつ、たとえば２０段階で鋼管の平面にされた部分の内面を順次しごき加工することが行なわれる。マンドレルは少しずつ寸法を変えたものを使用することになるが、たとえば１本で２段階に寸法を変えた２個所のしごき加工個所を有するマンドレルを使用するにしても、１０本のマンドレルを用意する必要がある。マンドレルの交換などの作業の手間もその本数に応じて多くなることになる。このようなことから本発明はより少ない加工力で材料の大きな塑性変形を可能とし、できるだけ少ない加工回数、すなわち少ないマンドレルの本数で加工を可能とする製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するものであって、素材の鋼管の長さの一部分を押圧して外面円周の一部を平面とし、ラック形成型を前記平面にされた部分に接触させて保持した状態で、全長の少なくとも１個所にしごき加工個所を有する１以上のマンドレルを鋼管の内部に押込み、前記平面にされた部分の内面を複数のしごき加工個所により順次しごき加工をして、前記ラック形成型に従ってラックを形成するラック付き管状部材の製造方法において、マンドレルは前記しごき加工個所における両側面が前記平面にされた部分の内面に対向する面と直角になっており、かつ前記しごき加工個所における両側面の間隔が、使用するすべてのマンドレルのしごき加工個所において同一であることを特徴とするラック付き管状部材の製造方法である。ここにおいて、マンドレルのしごき加工個所おける前記平面にされた部分の内面に対向する面および両側面は、マンドレルの軸に対して直角方向に伸びる隆起をなし、マンドレルのしごき加工個所おける隆起のマンドレル軸方向の幅は、前記平面にされた部分の内面に対向する面および両側面それぞれにおいて一定になっていること、前記隆起から離れた位置のマンドレル円周面に、円周方向に延びた油溝を設けたことも特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
マンドレルのしごき加工個所、すなわち長さのうちで鋼管の内面をしごく部分の断面形状は図７にも符号１２として示したように欠円、すなわち円の一部を削ぎ落とした形状のものが普通に考えられる。これは素材の鋼管を押圧して外面円周を平面としたときの外面の形状に相似なものであり、内面形状もほぼ同様になるので、これを出発点として順次平面部分、すなわち鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面の位置をずらせたマンドレルを使用してしごき加工をすれば良いという考えに基づくものである。さきに述べた２種類の割型を使用する特公平３−５８９２号の方法においても、マンドレルに関してはやはり欠円の断面のものが示されている。
【０００９】
図８はまた従来から使用されているマンドレルの一例を示すしごき加工個所の断面図であって、外面円周の一部を平面とする加工が終了した状態の鋼管３も合わせて示している。マンドレル４１において、鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面の位置は４２Ａが最初、４２Ｂが途中、４２Ｃが加工完了時を示している（マンドレル４１の断面のハッチングは４２Ａの位置に対応している）。４２Ａから４２Ｃの間で位置を順次に、たとえば２０段階で変化させた複数のマンドレルを使用してしごき加工をすることになる。図８に示したマンドレルは基本形態としては前記の断面が欠円のマンドレルに準拠しているが、両側面の一部が平面となっているものである。すなわち４３Ａが最初、４３Ｂが途中、４３Ｃが加工完了時の側面の位置である。
【００１０】
ところで上記のようなマンドレルを使用した場合、加工に多大な力を要しこれによる制約のため１回での加工量が大きくとれないので、マンドレルでの加工回数を減らせない状況になっている。本発明者らは加工力を減少できるようなマンドレルの形態について検討した結果、従来の欠円を基本とする断面形状のマンドレルに代えて新規な断面形状のマンドレルを使用することにより、加工力を減少させて１回の加工量を増大させることを可能にした。
【００１１】
図１は本発明のラックバーの製造方法に使用するマンドレルを示すしごき加工個所の断面図であって、外面円周の一部を平面とする加工が終了した状態の鋼管３も合わせて示している。マンドレル２１において、鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面の位置は２２Ａが最初、２２Ｂが途中、２２Ｃが加工完了時を示している（マンドレル２１の断面のハッチングは２２Ａの位置に対応している）。このマンドレルはしごき加工個所における両方の側面２３が鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面２２Ａないし２２Ｃと直角になっていることが特徴である。さらにこの両方の側面２３の間隔が、使用するすべてのマンドレルのしごき加工個所において同一であることも特徴である。
【００１２】
すなわち図８に示したような断面の従来のマンドレルにおいては、鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面４２Ａないし４２Ｃとこれに隣接する両側の面４３Ａないし４３Ｃとは直角ではなく鈍角になっている。このため順次しごき加工をしていくと、この両側の面が４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃに示したように順次進行して鋼管３の内面にくさび状に食い込んでいくことになる。その結果、側面の部分で大きな加工力が発生するため、鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面４２Ａないし４２Ｃにおける１回の加工量を大きくできない状態になっていることを本発明者らは見いだしたのである。これに対して図１に示す本発明で使用するマンドレルにおいては両側面２３は鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面２２Ａないし２２Ｃと直角であり、順次使用するすべてのマンドレルにおいてこの両側面２３の間隔が同一になっているためこの部分で加工力が費やされることがない。
【００１３】
なお図１の本発明におけるマンドレルにおいては、鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面２２Ａないし２２Ｃの幅は図８の従来のマンドレルにおけるもの（４２Ａないし４２Ｃ）と同じにすればよい。この結果、両側面２３の間隔、すなわちしごき加工個所におけるマンドレルの幅が、鋼管の内径すなわち鋼管の平面にされた部分と平行方向の内径よりも小さく、隙間２４が生ずることになる。このため図８の従来のマンドレル４１においては鋼管３の内面の側部は滑らかな形状に加工されるのに対し、図１の本発明におけるマンドレル２１においては内面の両側に段差２５が生じ、図８の場合においては上方に移行した筈の材料部分が図１の場合はそのままの位置に取り残されることになる。しかしながら上記のような段差２５はラックバーとしての特性に影響はなく、また取り残された材料のためラックの歯の隆起に不足が生ずるといった問題はなかった。
【００１４】
以上は本発明におけるマンドレルのしごき加工個所における断面形状について述べたが、さらに本発明におけるマンドレルは長さ方向の形状においても下記のようになっていることが好ましい。すなわち図２は本発明において使用するマンドレル２１の主要部、すなわち加工に係わる部分の斜視図である。図２のマンドレルは２個所のしごき加工個所２７Ａ、２７Ｂがあり、ここに設けられた鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面２８Ａ、２８Ｂによりしごき加工が行なわれることになる。この例においては１ストロークで２回のしごき加工ができるようになっているが、加工力の制限が許せばさらに３個所以上にしてもよい。本発明においてこの鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面２８Ａ、２８Ｂおよび両側面２９Ａ、２９Ｂは、マンドレルの軸に対して直角方向に伸びる一定幅の隆起をなしていることが好ましい。すなわちこれらの面は２ないし５ｍｍ程度の幅の面とし、マンドレルの軸方向両側はなだらかな傾斜面とすればよい。なお隆起した面の幅はそれぞれにおいて一定幅であればよく、各面とも同一である必要はないが、それぞれのしごき加工個所におけるお互いに直角に連なる３つの面は同じ方がマンドレルの製作加工が容易である。
【００１５】
マンドレルの両側面はしごき加工に関与しない部分であるから、マンドレルの鋼管に挿入される部分の全長に亘って単なる平面でも原理的には差し支えない。しかし上記のように一定幅の隆起をなしている形状、逆の言い方をすればしごき加工個所以外の部分では削り落とされている形状にすることにより、さらに加工力を減少させることができることが判明した。これは鋼管の内面と摩擦する面が少なくなることのほか、特に給油が円滑に行なわれることの効果によるものである。すなわちマンドレルの両側面と鋼管の内面との間に長い隙間ができ、ここを伝わって潤滑油を加工個所に送り込むことができるため、両側面が一様な平面のマンドレルに比して潤滑効果が著しく向上することが観察された。なおマンドレルの鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面と反対側の円周面２６においては、しごき加工の反力を鋼管の内面で支持するため狭い幅の隆起とすることはできない。しかし図２に示したように油溝３０をしごき加工個所２７Ａ、２７Ｂから離れた、しごき加工の反力があまり掛からない位置に設けることは円周面の潤滑のため好ましい。この油溝３０は円周面２６において円周方向の端から端まで延びたものとすることによって、前記したマンドレルの両側面と鋼管の内面との間の長い隙間から潤滑油を流入させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のラック付き管状部材の製造方法によれば、マンドレルによるしごき加工においてより少ない加工力で材料の大きな塑性変形を可能とし、できるだけ少ない加工回数、すなわち少ないマンドレルの本数で加工を可能にすることができる。たとえば１本で２段階に寸法を変えた２個所のしごき加工個所を有するマンドレルを使用する場合、従来は１０本のマンドレルを用意する必要があったが、本発明によれば６ないし７本のマンドレルで加工を行なうことができる。このため潤滑が容易になったこととあいまって、マンドレルの交換回数の減少のため作業能率を向上させることができる。
【００１７】
なお本発明は上記の実施形態に限定されず、その発明の範囲内で種々の変形が可能である。すなわち鋼管の長さの一部分を押圧して平面とし、ラック形成型をこの部分に接触させて保持した状態で、マンドレルを鋼管の内部に押込みラックを形成する方法であれば、図４ないし図７に示したような方法であろうと、特公平３−５８９２号の方法にあるような２種類の割型を使用する方法であろうと適用可能である。またたとえば、鋼管を押圧して外面円周の一部を平面とする場合において、それが単純な平面から変形されていても本発明の精神から逸脱しない限り本発明の範囲内のものである。同様に鋼管の平面にされた部分の内面に対向するマンドレルの面についても単純な平面でなく変形されていることもありうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において使用するマンドレルのしごき加工個所の断面図
【図２】本発明において使用するマンドレルの主要部の斜視図
【図３】中空なラックバーを示す斜視図
【図４】中空なラックバーの製造方法を示す縦断面図
【図５】中空なラックバーの製造方法を示す横断面図
【図６】中空なラックバーの製造方法を示す縦断面図
【図７】中空なラックバーの製造方法を示す横断面図
【図８】従来のマンドレルの一例におけるしごき加工個所の断面図
【符号の説明】
１  ラックバー
２  ラックの歯
３  鋼管
５、６  割型
８  縦穴
９  ポンチ
１１  ラック形成型
１２  マンドレル
２１  マンドレル
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ  鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面
２３  側面
２４  隙間
２５  段差
２６  円周面
２７Ａ、２７Ｂ  しごき加工個所
２８Ａ、２８Ｂ  鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面
２９Ａ、２９Ｂ  側面
３０  油溝
マンドレル４１
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ  鋼管の平面にされた部分の内面に対向する面
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ  側面
【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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