JP2010046705A

JP2010046705A - 金型装置

Info

Publication number: JP2010046705A
Application number: JP2008215118A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kobayashi; 一登小林; Kotaro Hirota; 浩太郎廣田; Yuuki Mizushima; 勇貴水嶋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】成形用凹部を設けたダイスの平面形状が非円形であったり、被加工物である素材の一部がこのダイスの外周面から突出する様な場合であって、このダイスの強度を確保できる構造を実現する。
【解決手段】前記ダイス１１の外周面のうちで前記成形用凹部１２を両側から挟む部分に、１対のガイド平面２３、２３を設ける。パンチユニット２０のうちでパンチ１４を両側から挟む部分に、１対のガイドブロック部２８、２８を固設する。押圧板２４の下降に伴って前記パンチ１４の先端部を前記成形用凹部１２内に進入させた状態で、前記両ガイド平面２３、２３と前記両ガイドブロック部２８、２８の被ガイド平面２９、２９とを係合させて、前記成形用凹部１２の幅寸法が拡がる方向への前記ダイス１１の変形を抑える。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車の操舵輪に舵角を付与する為のステアリング装置のうち、ラック＆ピニオン式のステアリング装置に組み込むラック等の長物を製造する為に、棒状の素材に塑性加工を施す金型装置の改良に関する。具体的には、この金型装置の強度を向上させて耐久性を確保する事を意図したものである。

ステアリングホイールから入力された回転運動を舵角付与の為の直線運動に変換する為の機構として、ラック＆ピニオンを使用する、ラック＆ピニオン式のステアリング装置は、小型且つ軽量に構成でき、しかも剛性が高く良好な操舵感を得られる為、広く使用されている。図６は、この様なラック＆ピニオン式のステアリング装置の１例を示している。このステアリング装置では、ステアリングホイール１の操作に伴って回転するステアリングシャフト２の動きを、自在継手３、３及び中間シャフト４を介して、ステアリングギヤユニット５の入力軸６に伝達する。このステアリングギヤユニット５は、この入力軸６により回転駆動されるピニオンと、このピニオンと噛合したラックとを備える。上記入力軸６と共にこのピニオンが回転すると、このラックが軸方向に変位し、その両端部に結合した１対のタイロッド７、７を押し引きして、上記操舵輪に所望の舵角を付与する。

上述の様なステアリングギヤユニット５を構成するラック８は、例えば、図７に示す様に、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で、中実材である断面円形のロッド部９と、このロッド部９の軸方向の一部（図７の左部）の径方向片側面に、塑性加工により形成されたラック歯１０とを備える。この様なラック８は、金属材製で棒状の素材に鍛造加工等の塑性加工を施す事により形成される。例えば、特許文献１には、素材を所定の温度に加熱してから鍛造する温間鍛造により、ラックを形成する方法に就いて記載されている。この様に、温間鍛造によりラックを製造した場合、金型装置を構成するダイス等が温度上昇により熱膨張する為、このラックのラック歯の形状精度を十分に確保する事が難しい。これに対して、冷間鍛造により形成すれば、部材の形状精度を確保し易い。但し、冷間鍛造の場合には、鍛造時の圧力が大きくなる為、金型装置を構成するダイスの耐久性を十分に確保する為に、この金型の強度を十分に確保する必要がある。

例えば、図８に示す様に、ダイス１１の上面に設けたＵ溝状の成形用凹部１２内に棒状の素材１３を常温で配置し、パンチ１４によりこの素材１３を押圧して塑性変形させる、冷間鍛造を行った場合、このパンチ１４の押圧により、上記ダイス１１に、図示の矢印の方向に大きな応力が作用する。即ち、上記成形用凹部１２を拡げる方向に大きな応力が作用する。そして、この成形用凹部１２の底に引張方向の応力が集中する。冷間鍛造の場合、このパンチ１４による押圧力が大きい為、この応力も大きくなる。従って、この応力が所定の大きさに達した場合に、同図に示す様に、上記応力集中が生じる成形用凹部１２の底から亀裂１５が生じる可能性がある。

この様な事情に鑑みて特願２００８−１７０５２には、図９に示す様に、ダイス１１ａを、１対の補強素子１６ａ、１６ｂを組み合わせて成る補強部材１７により抑え付けて成る金型装置に関する発明が開示されている。この様な構成を有する先発明の構造によれば、前記ダイス１１ａに圧縮応力を発生させ、このダイス１１ａの成形用凹部１２の底を圧縮応力場状態として、この成形用凹部１２の底の割れに対する強度を高められる。この結果、素材に冷間鍛造加工を施す場合の様に、パンチによる押圧時に作用する応力が大きくても、上記成形用凹部１２の底に亀裂等の破損が生じにくくなる。又、図９に示した構造の場合には、前記ダイス１１ａを分割面１８で分割可能としている。従って、このダイス１１ａに過大な応力が作用した場合には、このダイス１１ａがこの分割面１８で分離する傾向となり、この過大な応力を吸収する。この結果、このダイス１１ａが破損する事を防止できる。尚、前記図９には、後述する本発明の実施の形態の説明の都合上、前記特願２００８−１７０５２には開示されていない形状に就いても記載してある。この形状等の点に就いては、後で説明する。

上述の様な先発明の構造は、ダイス１１ａの耐久性確保の面から有効であるが、前記成形用凹部１２の変形をより確実に抑えて、ダイスの耐久性をより向上させると共に、この成形用凹部１２内で塑性変形させられる被加工物の寸法精度及び形状精度をより向上させる為には、異なる構造を実現する事が好ましい。例えば、特許文献２には、パンチの下降に伴って下降する抑えリングによりダイスの外周面を抑え付け、被加工物の冷間鍛造に伴ってこのダイスに加わる径方向外向の力に拘らず、このダイスに亀裂等の損傷が発生しない様にする金型装置に関する発明が記載されている。

但し、この様な特許文献２に記載された発明を実施できる構造は、ダイスの平面形状が円形である場合に限られる。これに対して本発明の対象となる金型装置は、長尺な被加工物の軸方向の一部にラック歯を塑性加工する事等を意図している。この為、ダイスの平面形状が、矩形等、非円形になり、当該ダイスに抑えリングを外嵌する事は難しい。しかも、長尺な被加工物の一部がダイスの外周面から突出する場合があり、その場合には、当該ダイスに抑えリングを外嵌する事は不可能になる。

特開２００１−７９６３９号公報特開平１−２２４１３２号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、鍛造加工用の成形用凹部を設けたダイスの平面形状（パンチの押圧方向に直交する断面形状）が非円形であったり、被加工物の一部が前記ダイスの外周面から突出する様な場合であって、このダイスの強度を確保できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の金型装置は、ダイスとパンチユニットとから成る。
このうちのダイスには、全長に亙り上面に開口すると共に、少なくとも長さ方向一端が側面に開口した、溝状の成形用凹部を設けている。
又、前記パンチユニットは、押圧板と、この押圧板の下面に支持固定されたパンチとを備える。このパンチは、この押圧板の下降に伴って前記成形用凹部内に進入し、この成形用凹部内に挿入された被加工物をこの成形用凹部の奥に向け押圧して、この被加工物を塑性変形させる。

特に、本発明の金型装置に於いては、前記ダイスの外周面のうちで前記成形用凹部を両側から挟む部分に、前記パンチユニットの移動方向に拡がる１対のガイド平面を設けている。
又、前記パンチユニットを構成する押圧板のうちで前記パンチを両側から挟む部分に、互いに対向する面を前記パンチユニットの移動方向に拡がる被ガイド平面とした、１対のガイドブロック部を固設している。
更に、前記押圧板の下降に伴って前記パンチの先端部を前記成形用凹部内に進入させた状態で、前記両ガイド平面と前記両被ガイド平面とを係合させて、この成形用凹部の幅寸法が拡がる方向への前記ダイスの変形を抑える。

上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、前記成形用凹部と両ガイド平面と両被ガイド平面とを、互いに平行にすると共に、これら各平面を、前記押圧板の移動方向である鉛直方向に存在させる。
そして、このうちの両ガイド平面の上端部に、これら両ガイド平面の上端縁に向かう程互いに間隔が狭くなる方向に傾斜したガイド平面側テーパ部を、前記両被ガイド平面の下端部に、これら両被ガイド面の下端縁に向かう程互いに間隔が広くなる方向に傾斜した被ガイド平面側テーパ部を、それぞれ設ける。

上述の様に構成する、本発明の金型装置によれば、鍛造加工用のダイスの、パンチの押圧方向に直交する断面形状が非円形であっても、更には、長尺な被加工物の一部がダイスの外周面から突出する場合であっても、このダイスの強度を確保できる。
即ち、本発明の場合、前記パンチが成形用凹部内に進入し、この成形用凹部内に収納された被加工物を塑性変形させる事で、この成形用凹部の幅寸法が拡がる傾向になる場合には、１対のガイドブロック部が前記ダイスを両側から挟む位置に迄下降する。そして、１対のガイド平面と１対の両被ガイド平面との係合（当接）に基づいて、前記成形用凹部の幅寸法が拡がる方向への前記ダイスの変形を抑える。この結果、前記成形用凹部の底部に、亀裂に結び付く程に大きな応力が発生する事を防止できる。

［実施の形態の第１例］
図１〜３は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の金型装置１９は、ダイス１１とパンチユニット２０とから成る。
このうちのダイス１１は、平面形状（後述するパンチ１４の押圧方向に直交する断面形状）が矩形で、外周面を構成する４個所の側面２１ａ〜２１ｄは、隣り合う面同士、互いに直交する。このダイス１１の上面２２には、Ｕ溝状の成形用凹部１２を設けている。この成形用凹部１２は、全長に亙り、前記ダイス１１の上面２２に開口すると共に、長さ方向両端が、前記４個所の側面２１ａ〜２１ｄのうちで、前記成形用凹部１２の長さ方向反対側に存在する１対の側面２１ａ、２１ｂの幅方向中央の上部に開口している。前記成形用凹部１２は、次述する１対のガイド平面２３、２３と平行に設けている。

又、本例の場合には、前記成形用凹部１２の幅方向反対側に存在する１対の側面２１ｃ、２１ｄの上部に、それぞれガイド平面２３、２３を設けている。これら両ガイド平面２３、２３はそれぞれ、前記両側面２１ｃ、２１ｄの上下方向中央部乃至下部よりも張り出している。又、前記両ガイド平面２３、２３はそれぞれ、前記パンチユニット２０を構成する、後述する押圧板２４の移動方向である、鉛直方向に存在する。更に、図３及び前述の図９に示す様に、前記両ガイド平面２３、２３の上端縁と前記上面２２との間に、ガイド平面側テーパ部２５、２５を設けている。これら両ガイド平面側テーパ部２５、２５は、上方に向かう程（前記上面２２に近付く程）互いの間隔が狭くなる方向に傾斜している。前記ダイス１１は、使用時に図示しないプレス加工機の加工テーブルの上面に支持固定された状態のまま、昇降する事はない。

又、前記パンチユニット２０は、押圧板２４と、この押圧板２４の下面に支持固定されたガイドブロックユニット２６と、パンチ１４とを備える。このうちの押圧板２４は、使用時に図示しないプレス加工機のラムの先端面（下面）に支持固定されて、このラムにより鉛直方向に昇降させられる。前記ガイドブロックユニット２６は、この様な押圧板２４の下面に、ボルト等により結合固定している。このガイドブロック２６は、この押圧板２４と同じ平面形状を有し、この押圧板２４に対し固定される取付板部２７と、この取付板部２７の下面両端部に互いに平行に設けられた１対のガイドブロック部２８、２８とから成る。

そして、前記両ガイドブロック２８、２８の互いに対向する内側面は、互いに平行な被ガイド平面２９、２９としている。更に、図３に示す様に、これら両被ガイド平面２９、２９の下端縁と前記両ガイドブロック部２８、２８の下面との間に、被ガイド平面側テーパ部３０、３０を設けている。これら両被ガイド平面側テーパ部３０、３０は、下方に向かう程（前記取付板部２７から離れる程）互いの間隔が広くなる方向に傾斜している。又、前記両ガイドブロック部２８、２８の自由状態での、前記両被ガイド平面２９、２９同士の間隔Ｄ₂₉は、前記両ガイド平面２３、２３同士の間隔Ｄ₂₃と同じか、これよりも僅かに（例えば、ステアリング装置用のラックを造る場合で、０〜０．１mm程度）小さく（Ｄ₂₉≦Ｄ₂₃）している。更に、前記ダイス１１を前記加工テーブルの上面に、前記押圧板２４を前記ラムの先端面に、それぞれ支持固定した状態で、前記両被ガイド平面２９、２９と前記両ガイド平面２３、２３とは、ほぼ同じ鉛直平面内に（互いに平行に）存在する状態とする。従って、前記ラムと共に前記ガイドブロックユニット２６を下降させると、前記両ガイドブロック部２８、２８が、前記ガイド平面側テーパ部２５、２５と前記両被ガイド平面側テーパ部３０、３０との係合に基づいて前記ダイス１１の上部両側に迄下降し、前記両被ガイド平面２９、２９と前記両ガイド平面２３、２３とを当接させる。そして、これら各面２９、２３が当接した状態では、前記両ガイドブロック部２８、２８が前記ダイス１１の上部を、前記成形用凹部１２の幅方向両側から挟む状態で抑え付ける。

更に、前記パンチ１４は、前記ガイドブロックユニット２６を構成する取付板部２７の下面の幅方向中央部で、前記ダイス１１の成形用凹部１２に鉛直方向に対向（整合）する部分に、ねじ等により固定している。従って前記パンチ１４は、前記ラムにより前記押圧板２４、前記ガイドブロックユニット２６と共に下降し、下降に伴って前記成形用凹部１２内に進入する。そして、この成形用凹部１２内に挿入（前記パンチ１４の下降に先立って予めセット）された、被加工物である素材１３を、前記成形用凹部１２の奥に向け押圧する。そして、この素材１３のうちで、前記成形用凹部１２の内面と前記パンチ１４の先端面との間で挟持された部分を塑性変形させて、例えばこの部分にラック歯１０（図７、９参照）を形成する。

上述の様に構成する、本例の金型装置１９によれば、ステアリング装置用のラックの如き、長尺な素材１３の一部のみを塑性変形させる場合の様に、ダイス１１の平面形状が非円形であったり、この素材１３の一部がこのダイス１１の外周面から突出する場合であっても、このダイス１１の強度を確保できる。
即ち、本例の場合、前記ラムの下降に伴って前記パンチ１４が前記成形用凹部１２内に進入し、この成形用凹部１２内に収納された前記素材１３の一部を塑性変形させる事に伴って、この成形用凹部１２の幅寸法が拡がる傾向になる場合には、前記両ガイドブロック部２８、２８が前記ダイス１１の上端部を両側から挟む位置に迄下降する。言い換えれば、このダイス１１の上端部が前記両ガイドブロック部２８、２８により抑えられない状態で、前記素材１３が前記パンチ１４により押し潰される事はない。そして、この素材１３がこのパンチ１４により押し潰される状態では、必ず、前記両ガイド平面２３、２３と前記両被ガイド平面２９、２９との係合（当接）に基づいて、前記成形用凹部１２の幅寸法が拡がる方向への前記ダイス１１の変形を抑える。この結果、この成形用凹部１２の底部に、亀裂に結び付く程に大きな応力が発生する事を防止できる。又、この成形用凹部１２の幅寸法が拡がる事を防止して、この成形用凹部１２と前記パンチ１４との間で加工される前記素材１３の加工精度（ラック歯１０の精度等）を良好にできる。

［実施の形態の第２例］
図４〜５は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ガイドブロックユニット２６ａを構成する取付板部２７ａを、中央部に透孔部３１を有する四角枠状としている。そして、この透孔部３１の内側で押圧板２４の下面に保持板３２を、図示しないボルト等により支持固定し、この保持板３２に形成した保持孔３３の内側にパンチ１４の基部３４を、軽い（このパンチ１４の自重を確実に支えられる程度の）締り嵌めにより、がたつきなく内嵌支持している。そして、この基部３４の基端面を前記押圧板２４の下面に、直接突き当てている。

この様な本例の構造によれば、素材１３の加工時に前記パンチ１４に加わる加工反力を、前記押圧板２４に直接伝える事ができる。即ち、上述した実施の形態の第１例の様に、ガイドブロックユニット２６の取付板部２７（図１、２参照）により加工反力を支承する事はない。この為、前記加工反力が大きくなっても、前記ガイドブロックユニット２６ａの耐久性が損なわれる事はない。
更に、繰り返しの使用に伴う摩耗等により前記パンチ１４を交換する必要が生じた場合でも、前記保持孔３３に前記基部３４を抜き差しする事で、交換作業を容易に行える。この為、前記パンチ１４の交換に伴う加工停止時間を短くできる。
その他の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明の金型装置は、ステアリングギヤユニットのラックに限らず、各種機械装置に組み込むラックや、その他の長物の鍛造部品の製造にも適する。更には、長物以外でも、ダイスの上面に設けた、溝状の成形用凹部１２内に設置して鍛造を行う事により得られる部品であれば、その製造にも使用可能である。又、冷間鍛造以外にも、温間鍛造等に使用しても良い。更に、本発明と、前述した先発明とを合わせて実施する（前述の図９に示した様な、補強部材により補強したダイス１１ａを使用する）事もできる。

本発明の実施の形態の第１例を示す正面図。図１の上側から見た斜視図。図１のＡ部拡大図。本発明の実施の形態の第２例を示す断面図。１対のガイドブロック部を設けたガイド部材を上方から見た斜視図。ステアリングギヤユニットを備えた自動車用操舵装置の１例を示す部分切断側面図。ステアリングギアユニットに組み込むラックの１例を示す斜視図。金型装置の従来構造の１例を示す正面図。同じく先発明に係る構造の１例を示す、ダイス及び被加工物を上方から見た斜視図。

符号の説明

１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３自在継手
４中間シャフト
５ステアリングギヤユニット
６入力軸
７タイロッド
８ラック
９ロット部
１０ラック歯
１１、１１ａダイス
１２成形用凹部
１３素材
１４パンチ
１５亀裂
１６ａ、１６ｂ補強素子
１７補強部材
１８分割面
１９金型装置
２０パンチユニット
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ側面
２２上面
２３ガイド平面
２４押圧板
２５ガイド平面側テーパ部
２６、２６ａガイドブロックユニット
２７、２７ａ取付板部
２８ガイドブロック部
２９被ガイド平面
３０被ガイド平面側テーパ部
３１透孔部
３２保持板
３３保持孔
３４基部

Claims

ダイスとパンチユニットとから成り、
このうちのダイスは、全長に亙り上面に開口すると共に、少なくとも長さ方向一端が側面に開口した、溝状の成形用凹部を設けたものであり、
前記パンチユニットは、押圧板と、この押圧板の下面に支持固定されたパンチとを備え、このパンチは、この押圧板の下降に伴って前記成形用凹部内に進入し、この成形用凹部内に挿入された被加工物をこの成形用凹部の奥に向け押圧して、この被加工物を塑性変形させるものである
金型装置に於いて、
前記ダイスの外周面のうちで前記成形用凹部を両側から挟む部分に、前記パンチユニットの移動方向に拡がる１対のガイド平面が設けられており、
前記パンチユニットを構成する押圧板のうちで前記パンチを両側から挟む部分に、互いに対向する面を前記パンチユニットの移動方向に拡がる被ガイド平面とした、１対のガイドブロック部を固設しており、
前記押圧板の下降に伴って前記パンチの先端部を前記成形用凹部内に進入させた状態で、前記両ガイド平面と前記両被ガイド平面とを係合させて、この成形用凹部の幅寸法が拡がる方向への前記ダイスの変形を抑える事を特徴とする
金型装置。
成形用凹部と両ガイド平面と両被ガイド平面とが互いに平行であり、これら各平面が、押圧板の移動方向である鉛直方向に存在しており、このうちの両ガイド平面の上端部に、これら両ガイド平面の上端縁に向かう程互いに間隔が狭くなる方向に傾斜したガイド平面側テーパ部が、前記両被ガイド平面の下端部に、これら両被ガイド面の下端縁に向かう程互いに間隔が広くなる方向に傾斜した被ガイド平面側テーパ部が、それぞれ設けられている、請求項１に記載した金型装置。