JP3775573B2 - ジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば自動車の操舵装置等に使用されるボールジョイントに代表されるジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵装置には様々な構造があるが、例えばラックアンドピニオン式の操舵装置では、図１０に示す如く、車輪側に位置するタイロッド１４１とステアリング軸側に位置するラック軸１３２との間にボールジョイントに代表されるジョイント部材１２１が介在されている。このボールジョイント１２１は、球状の球頭部１２４と球頭部１２４から延出し反球頭部側端部に雄ねじ部１２５を有する軸部１２３とからなるボールスタッド１２２と、ボールスタッド１２２の球頭部１２４を包持する合成樹脂製のシート１４０と、シート１４０を保持するカップ状で一端に開口する開口部１１２と他端に閉口する底部１１４とその底部１１４の反開口部側に位置する正規座面１１８から軸線方向に突出する雄ねじ部１０５を有する雄ねじ付ハウジングＷ１０４とを備える。そしてボールスタッド１２２の雄ねじ部１２５がタイロッド１４１の端部に形成される雌ねじ部１４１ａに、雄ねじ付ハウジングＷ１０４の雄ねじ部１０５がラック軸１３２の端部に形成される雌ねじ部１３２ｂに各々螺合され、ボールジョイント１２１がタイロッド１４１とラック軸１３２とを連結していた。
【０００３】
このようなラックアンドピニオン式の操舵装置では、ステアリング軸の回転運動を、図１１に示す如くラック軸１３２の軸線方向の直線往復運動に変換し、この直線往復運動により車輪を転向させる。そしてラック軸１３２のストロークは、図１２に示す如くボールジョイント１２１の雄ねじ付ハウジングＷ１０４の底部１１４雄ねじ部側端面にギアボックス１３１が当接するまでの範囲に設定されている。
【０００４】
ここで、ボールジョイント１２１の雄ねじ付ハウジングＷ１０４は、図１３乃至図１５に示す如く、まず鍛造成形で円柱状の円柱素材Ｗ１００（図１３の（ア））から雄ねじ部１０５と略同径の柄部１１１を有する予備成形品Ｗ１０１（図１３の（イ））を形成後、後方押出しで開口する開口部１１２を有するカップ状のハウジングＷ１０３（図１３の（ウ）及び図１４）を形成する。その後、ハウジングＷ１０３の柄部１１１にねじ転造加工を施し、雄ねじ部１０５を有する雄ねじ付ハウジングＷ１０４（図１５）を形成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如くラックアンドピニオン式の操舵装置ではボールジョイント１２１の雄ねじ付ハウジングＷ１０４の底部１１４雄ねじ部側端面にギアボックス１３１が当接することにより、車輪の転向範囲が規制される。しかし、一般的な雄ねじ付ハウジングＷ１０４の雄ねじ部側に位置する正規座面１１８は、雄ねじ付ハウジングＷ１０４の外径と同一径に形成されるため、図１２に示す如く、雄ねじ付ハウジングＷ１０４の底部１１４雄ねじ部側端面とギアボックス１３１との当接面積が小さく、使用中にギアボックス１３１が雄ねじ付ハウジングＷ１０４の底部１１４雄ねじ部側端面を乗り越えてしまうことが考えられる。そこでこの乗り越えを防ぐため、雄ねじ付ハウジングＷ１０４の外径を拡径し、正規座面の拡大を計ることも考えられるが、雄ねじ付ハウジングＷ１０４の外径を拡径すると、重量が増加し、更にボールジョイント１２１も大型化してしまうという不具合がある。
【０００６】
そこで図１６に示す如く、ハウジングの鍛造成形時、ハウジングの外径と同一径の中間座面２１５を有する中間成形品Ｗ２０２（図１６の（ウ））を形成後、中間座面２１５を押圧して、座面を拡大した正規座面２１８を有するハウジングＷ２０３を形成し、ボールジョイントに使用することも考えられる。しかし、このように鍛造成形されたハウジングＷ２０３は、座面に拡大のための押圧荷重がハウジングＷ２０３の内周部に影響し、ハウジングＷ２０３の内周形状が変形してしまうという不具合がある。
【０００７】
従って、本発明は上述の如き課題を解決し、正規座面が広く、内周形状への影響の少ないジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の通りである。
【０００９】
１ 請求項１記載のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法は、所望するハウジングの体積と略同一体積の円柱素材を形成する第一工程と、円柱素材に段階的な鍛造成形を施し、一端に開口する開口部と他端に閉口する底部と底部の反開口部側に位置する中間座面から軸線方向に突出する柄部と中間座面から突出する余肉部とを備える中間成形品を形成する第二工程と、中間成形品の余肉部を軸線方向から押圧して中間座面より最大径が大なる正規座面を成形する第三工程とからなることを特徴とするものである。
【００１０】
２ 請求項２記載のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法は、請求項１に記載されたものにおいて、中間成形品の余肉部が、中間座面の柄部を通り径方向に直線状に成形されるものである。
【００１１】
３ 請求項３記載のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法は、請求項１に記載されたものにおいて、中間成形品の余肉部が中間座面の外周付近に周方向に間隔をおいて複数成形されるものである。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１乃至図９に基づいて説明する。
【００１３】
図１は自動車のラックアンドピニオン式の操舵装置の一部、車輪側に位置するタイロッド４１と、ステアリング軸側に位置するラック軸３２と、両者を連結するジョイント部材、ここではボールジョイント２１を表す。
【００１４】
ボールジョイント２１は、球状の球頭部２４と球頭部２４から延出し反球頭部側端部に雄ねじが形成された雄ねじ部２５、中央付近に周状に凹むブーツ溝２６を有する軸部２３とからなるボールスタッド２２と、ボールスタッド２２の球頭部２４を包持する合成樹脂製のシート４０と、シート４０を保持するカップ状で一端に開口する開口部１２と他端に閉口する底部１４とその底部１４の反開口部側に位置する正規座面１８から軸線方向に突出する雄ねじ部５を有する雄ねじ付ハウジングＷ４とを備える。この雄ねじ付ハウジングＷ４の底部１４外周には、後記する弛み止め用のワッシャ３８が係合する平面部１７が対向する位置に形成され、周方向平面部１７間には正規座面１８に向かって拡径するスカート部１９が形成される。
【００１５】
３１はラック軸３２を収容するギアボックスで、ギアボックス３１の端部内周には、内周側に金属製のスペーサ３６、外周側にゴム製のラバー部３７とが一体的に焼き付けられたブッシュ３５が圧入され、ラック軸３２を軸線方向に摺動自在に保持する。またギアボックス３１の端部外周には、外周が周状に凹むブーツ溝３４を有するブーツ止め具３３が圧入固定される。ラック軸３２の端部には、周方向に間隔をおいて軸線方向に切り欠かれたスリット３２ａが成形され、端部内周には雌ねじ部３２ｂが成形される。
【００１６】
上記操舵装置のボールジョイント２１とラック軸３２とは、雄ねじ付ハウジングＷ４の雄ねじ部５に板状のワッシャ３８を嵌合した状態でラック軸３２の雌ねじ部３２ｂが所定位置まで螺合され、この状態でワッシャ３８の爪３８ａを雄ねじ付ハウジングＷ４の平面部１７及びラック軸３２のスリット３２ａに折り曲げて、両者の弛みを防止する。またボールジョイント２１とタイロッド４１とは、ボールスタッド２２の雄ねじ部２５にナット３０が螺合した状態でタイロッド４１の端部内周に成形した雌ねじ部４１ａが所定位置まで螺合され、その後、ナット３０がタイロッド４１の端部に当接するように固定され、両者の弛みを防止する。そしてボールジョイント２１、ラック軸３２及びギアボックス３１内部への異物、水等の侵入を防ぐブーツ２７の一端端部がボールスタッド２２のブーツ溝２６に、他端端部がギアボックス３１に固定されたブーツ止め具３３のブーツ溝３４にクリップ２８，２９により各々固定される。
【００１７】
このような操舵装置では、図示せぬステアリング軸の回転運動を、図２に示す如くラック軸３２の軸線方向の直線往復運動に変換し、この直線往復運動により車輪を転向させる。そして車輪の最大の切れ角の状態で、図３に示す如くボールジョイント２１の雄ねじ付ハウジングＷ４の正規座面１８に固定されるワッシャ３８にギアボックス３１の端部が当接して、ラック軸３２のストロークを規制する。ワッシャ３８は雄ねじ付ハウジングＷ４に形成されるスカート部１９により拡大された正規座面１８と同一外径に設定されており、正規座面１８がギアボックス３１の当接するワッシャ３８を支える。
【００１８】
次にこのボールジョイント２１の雄ねじ付ハウジングＷ４の成形方法について説明する。ここでボールジョイント２１として組付けられた雄ねじ付ハウジングＷ４はボールスタッド２２の球頭部２４を保持するため開口部１２付近が軸心側に縮径されているが、組付け前の雄ねじ付ハウジングＷ４は底部１４から開口部１２に向けてストレートに延びる円筒形状を有する。
【００１９】
まず、雄ねじ付ハウジングＷ４の成形工程の内、雄ねじ転造前のハウジングＷ３の鍛造成形工程を説明すると、図４に示す如く、所望するハウジングＷ３の体積と略同一体積の円柱素材Ｗ０（図４の（ア））を形成し、続いて円柱素材Ｗ０の一端端部に絞り加工を施し、予備円柱状本体１０とその予備円柱状本体１０より小径の柄部１１とを有する予備成形品Ｗ１（図４の（イ））を形成する。続いて予備成形品Ｗ１の予備円柱状本体１０を軸線方向に押圧し、柄部１１付カップ状の中間成形品Ｗ２（図４の（ウ））を形成する。
【００２０】
この予備成形品Ｗ１から中間成形品Ｗ２を形成する鍛造工程を図７に基づいて説明する。図７の左半部は鍛造成形前、図７右半部は鍛造成形後の状態を表す。
【００２１】
５０は中間鍛造装置で、上型５１と下型６１とからなる。
【００２２】
下型６１は、予備成形品Ｗ１を投入する型彫空間６５を有するインナーダイス６３と、インナーダイス６３の外周側に嵌合されるアウターダイス６４とからなるダイス６２を備える。インナーダイス６３の型彫空間６５は、予備成形品Ｗ１の予備円柱状本体１０が挿嵌される大径内周面６３ｃと、柄部１１が挿嵌される小径内周面６３ｄと、両内周面６３ｃ，６３ｄをつなぐ段部６３ａから画成され、段部６３ａには径方向に延びる凹溝６３ｂが形成される。このダイス６２は、型彫空間６５に突出可能のノックアウトピン６９を備えるノック金型６８と、ノック金型６８の外周側に配置されるベース６７とより構成される基盤６６に固定される。
【００２３】
また、上型５１は、下型６１の型彫空間６５に対して同一軸心上で進退可能に配置される。この上型５１の軸心に沿ってパンチ５２が配置され、パンチ５２の先端部は中間成形品Ｗ２の内周底部形状同一形状の先端押圧部５２ａを有する。パンチ５２の外周側にはリング状でパンチ５２に対し軸線方向に相対的に移動可能なパンチガイド５３が配置され、更にパンチガイド５３の外周側には、パンチガイド５３を一体的に軸線方向へ移動させる上ガイド５４が配設される。５５は、パンチ５２を保持するバックアップリングである。
【００２４】
上記中間鍛造装置５０で中間成形品Ｗ２を形成するとき、まず図７左半部に示す如く、上型５１を上方で待機させた状態で予備成形品Ｗ１を下型６１の型彫空間６５に投入し、その後、上型５１を下降させる。そしてパンチガイド５３が下型６１の大径内周面６３ｃに案内され所定位置まで挿嵌された後、相対的にパンチ５２が下降して予備成形品Ｗ１の予備円柱状本体１０を軸線方向に押圧し、この下方押出し成形により柄部１１付カップ状に成形する。このとき、底部１４の柄部側に位置する中間座面１５は、インナーダイス６３の凹溝６３ｂに鍛造肉が流動し、図５に示す如く、径方向に直線状に連なり軸線方向に突出する余肉部１６が成形され、中間成形品Ｗ２が形成される。
【００２５】
次に中間成形品Ｗ２からハウジングＷ３を形成する鍛造工程を図８に基づいて説明する。図８左半部は鍛造成形前、図８右半部は鍛造成形後の状態を表す。
【００２６】
７０は最終鍛造装置で、上型５１と下型８１とからなる。尚、基本構成は中間鍛造装置５０と類似するため、差異のある構造のみを説明する。
【００２７】
下型８１は、インナーダイス８３の型彫空間８５の形状が異なり、柄部１１が挿嵌される小径内周面８３ｄ、底部１４が挿入される大径内周面８３ｃに連続し、後記する案内リング７６が挿嵌される案内用内周面８３ｅが形成される。また大径内周面８３ｃはハウジングＷ３の正規座面１８と同一形状に、段部８３ａは平面状に形成される。
【００２８】
また上型７１にはパンチ７２とパンチガイド７３との間に案内リング７６が追加される。
【００２９】
上型最終鍛造装置７０でハウジングＷ３を形成するとき、まず図８左半部に示す如く、上型７１を上方で待機させた状態で中間成形品Ｗ２を下型８１の型彫空間８５に投入し、その後、上型７１を下降させる。そしてパンチガイド７３が下型８１の案内用内周面８３ｅに案内され所定位置まで挿嵌された後、相対的にパンチ７２及び案内リング７６が一体的に下降して中間成形品Ｗ２の底部１４を軸線方向に押圧する。この押圧により中間座面１５に形成された余肉部１６が押し潰され、余肉部１６の鍛造肉が外径方向に流動することにより中間座面１５より最大径が大なる正規座面１８が成形され、ハウジングＷ３が形成される。
【００３０】
そして最後に鍛造成形されたハウジングＷ３の柄部１１にねじ転造加工で雄ねじ部５を成形することにより雄ねじ付ハウジングＷ４を形成できる。
【００３１】
このように中間座面１５から突出する余肉部１６を備える中間成形品Ｗ２を形成後、この余肉部１６を軸線方向から押圧して中間座面１５より最大径が大なる正規座面１８を成形してハウジングＷ３を鍛造成形すると、低い押圧荷重で余肉部１６のみを押し潰すことにより鍛造肉を流動させて広い正規座面１８を成形することができる。
【００３２】
尚、上記実施例では中間成形品Ｗ２の余肉部１６を柄部１１を通り径方向に直線状に成形したが、図９に示す如く、外周付近に周方向に間隔をおいて複数成形しても良い。このように外周付近に余肉部１６を成形することにより押圧面積を小さくすることが可能で、更に押圧荷重を下げることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法によれば、所望するハウジングの体積と略同一体積の円柱素材を形成する第一工程と、円柱素材に段階的な鍛造成形を施し、一端に開口する開口部と他端に閉口する底部と底部の反開口部側に位置する中間座面から軸線方向に突出する柄部と中間座面から突出する余肉部とを備える中間成形品を形成する第二工程と、中間成形品の余肉部を軸線方向から押圧して中間座面より最大径が大なる正規座面を成形する第三工程とからなるため、余肉部のみを押し潰すことにより鍛造肉を流動させるので押圧荷重を低く設定することができ、ハウジングの内周形状への影響を抑えることができる。
【００３４】
また、中間成形品の余肉部が、中間座面の柄部を通り径方向に直線状に成形されると、正規座面の拡径される位置に合わせて余肉部の鍛造肉を流動できるので、正規座面の成形が容易となる。
【００３５】
更に、中間成形品の余肉部が中間座面の外周付近に周方向に間隔をおいて複数成形されると、余肉部の押圧面積を小さくすることが可能で押圧荷重を下げることができるので、更にハウジングの内周形状への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハウジングを含むジョイント部材を使用した操舵装置を表す部分断面正面図である。
【図２】図１に示す操舵装置の操作状態を表す部分断面正面図である。
【図３】図１に示す操舵装置で最大ストローク時の状態を表す部分断面正面図である。
【図４】本発明の実施例によるジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法を表す断面正面図である。
【図５】本発明の実施例による鍛造成形途中の中間成形品を表し、（ア）は平面図、（イ）は側面図である。
【図６】本発明の実施例により形成されるハウジングを表し、（ア）は平面図、（イ）は斜視図である。
【図７】本発明の実施例の中間成形品を鍛造成形する工程を表し、左半部は成形前、右半部は成形後の状態を表す部分断面正面図である。
【図８】本発明の実施例の中間成形品からハウジングを鍛造成形する工程を表し、左半部は成形前、右半部は成形後の状態を表す部分断面正面図である。
【図９】本発明の他の実施例により成形される中間成形品を表し、（ア）は平面図、（イ）は側面図、（ウ）は正面図である。
【図１０】従来のハウジングを含むジョイント部材を使用した操舵装置を表す部分断面正面図である。
【図１１】図１０に示す操舵装置の操作状態を表す部分断面正面図である。
【図１２】図１０に示す操舵装置で最大ストローク時の状態を表す部分断面正面図である。
【図１３】従来のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法を表す断面正面図である。
【図１４】従来のジョイント部材用ハウジングを表す斜視図である。
【図１５】従来の雄ねじ付ハウジングを表す斜視図である。
【図１６】他の従来のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法を表す断面正面図である。
【符号の説明】
１１ 柄部
１２ 開口部
１４ 底部
１５ 中間座面
１６ 余肉部
１８ 正規座面
Ｗ０ 円柱素材
Ｗ２ 中間成形品
Ｗ３ ハウジング

Claims (3)

1. 所望するハウジング（Ｗ３）の体積と略同一体積の円柱素材（Ｗ０）を形成する第一工程と、前記円柱素材（Ｗ０）に段階的な鍛造成形を施し、一端に開口する開口部（１２）と他端に閉口する底部（１４）と該底部（１４）の反開口部側に位置する中間座面（１５）から軸線方向に突出する柄部（１１）と前記中間座面（１５）から突出する余肉部（１６）とを備える中間成形品（Ｗ２）を形成する第二工程と、前記中間成形品（Ｗ２）の余肉部（１６）を軸線方向から押圧して中間座面（１５）より最大径が大なる正規座面（１８）を成形する第三工程とからなることを特徴とするジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法。
2. 前記中間成形品（Ｗ２）の余肉部（１６）が、中間座面（１５）の柄部（１１）を通り径方向に直線状に成形されることを特徴とする請求項１記載のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法。
3. 前記中間成形品（Ｗ２）の余肉部（１６）が、中間座面（１５）の外周付近に周方向に間隔をおいて複数成形されることを特徴とする請求項１記載のジョイント部材用ハウジングの鍛造成形方法。

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