JP3838321B2 - 中空ラックバーの製造方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空ラックバーの製造方法およびその装置に関し、さらに詳しくは、中空パイプ状のワークにラック歯形を成型する中空ラックバーの製造方法、およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空ラックバーの製造に関する従来の技術としては、例えば、特開平６−２４６３７９号公報に開示されているように、円筒状の空洞を有し、得ようとするラックの幅と同幅の溝が空洞に連続して形成された第１次成型割型と、該割型の溝にチューブが挿入されたときに圧入されるプレス型と、得ようとするラックバーと補形をなし、内部の軸線に対して直交する方向にラックの歯に対応する凹凸条部が形成された第２次成型割型に装着されたチューブの穴から圧入される断面半円状のマンドレルと、第２次成型後のチューブの穴に挿入される芯金挿入手段及び芯金を挿入した状態でチューブに外周から圧力をかけると共にスライド移動することによりチューブの両端の肉を押し伸す高圧強制潤滑押出し加工装置とからなる金属チューブからラックバーを製造する装置が知られている。
【０００３】
また、特開平６−２４６３７９号公報には、比較的肉厚の金属製チューブの一部に外周から圧力をかけて断面半円状のラック形成部を製造する工程（第１次成型工程）と、前記加工されたチューブを内部に得ようとするラックと補形をなす凹凸状を有する成型割型に装着し、該金属製チューブの穴から断面半円状のマンドレルを圧入することによりラックを形成する工程（第２次成型工程）と、前記工程の後に金属製チューブの端部に芯金を挿入した後に内周に圧延用のダイスを有する高圧潤滑押出し装置に装着して、端部の金属チューブの肉を押し延ばし金属製チューブの端部を薄化する工程とからなる金属チューブからラックバーを製造する方法も開示されている。
【０００４】
また、別の従来の技術としては、特開平５−１６９１８１号公報に開示されているように、パイプ素材を押圧してその長手方向に平面部を形成し、パイプ素材の軸線方向に直交する方向に多数の歯形を形成してなるラック型を前記平面部の外面に位置させたのち、パイプ素材の内部にパイプ素材の内径より小なる外径を有すると共に前記平面部に対応する平面部が形成されたポンチを圧入し、このポンチをパイプ素材の軸線方向に移動させることによりパイプ素材の平面部をラック型に食い込ませてラック歯形を形成するラックバーの製造方法において、パイプ素材のポンチ圧入側に対向する方向あるいはポンチ圧入側方向よりパイプ素材内に圧油を供給し、パイプ素材とポンチとの間の摩擦抵抗を減少させてパイプ素材の平面部にラック歯型を形成することを特徴とするラックバーの製造方法が知られている。
【０００５】
このように、上述した従来の技術では、いずれのものも、金属製のチューブあるいはパイプ素材（ワークという）にラックを形成する部分に平坦な部分を予め形成する工程を行い、この工程とは別の工程において、マンドレルあるいはポンチ（マンドレルという）をワークに圧入するように軸方向に移動させることにより、ワークを成型割型あるいはラック型に圧接してワークにラック歯形を成型するものであった。
【０００６】
さらに、別の従来の技術としては、特開平２−９９２２５号公報に開示されているように、軸線方向と直角な多数の歯形を内面に設けたラック型にパイプ素材の歯形形成部位を位置させ、ラック型またはパイプ素材の歯形形成部位を、互いに反対方向の傾斜面を持つ２つのテーパ面の軸方向への相対移動によるくさび作用により圧接方向に相対的に移動させ、パイプ素材の歯形形成部にラック型の歯形によりラック歯を成型することを特徴とするラック加工方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術のうち、特開平６−２４６３７９号公報や特開平５−１６９１８１号公報に開示されたものにあっては、マンドレルをワークに圧入するものであり、マンドレルの断面積はワークの圧入し得るように制限される。このように断面積が制限されるマンドレルをワーク内に圧入するため、マンドレルが座屈するおそれがあるという問題があり、この問題を回避するために当該従来の技術では潤滑油を供給する必要があった。また、ワークの内径に対して一度の加工において圧入することができるマンドレルの外径の比が少ない、すなわち、一度の圧入で行うことのできる加工量が少ないため、外径の異なるマンドレルを用意して、外径が徐々に大きくなるようにマンドレルを交換して繰り返しワークに圧入する必要があった。
【０００８】
さらに、特開平６−２４６３７９号公報や特開平５−１６９１８１号公報に開示されたものにあっては、ワークのラックを形成する部分に平坦な部分を予め形成する工程と、マンドレルをワークに圧入してラック歯形を成型する工程とを別々に行わなければならず、工程数が多いばかりでなく、各工程のための手間や設備が必要となってコストがかかるという問題があった。
【０００９】
一方、上述した従来の技術のうち、特開平２−９９２２５号公報に開示されたものにあっては、互いに反対方向の傾斜面を持つ２つのテーパ面の軸方向への相対移動によるくさび作用により、ラック型にパイプ素材圧接方向に相対的に移動させるものであり、くさび作用を得るために、心金とくさび部材とをあるいはくさび部材とくさび部材とを軸方向に圧入するように移動させる必要があり、やはり座屈するおそれがあるという問題があった。また、このものにあっては、くさび作用によってラック型をワークに対して平行移動させるものであるため、成型しようとするラック歯形が、例えば圧力角や歯厚、ピッチなどが部分によって異なる場合に、ワークの肉をラック歯形のラック歯に最適にフィルアップさせることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、マンドレルを座屈させるおそれがなく、一度の加工工程における加工量を増加させることができ、もって、効率よく中空ラックバーを製造することができる方法およびその装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、さらに効率よくそして精度よく中空ラックバーを製造することができる方法およびその装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、簡単な構成で容易に且つ確実に荒歯形を成型し、次いで最終的なラック歯形を成型することができる中空ラックバーの製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、成型しようとするラック歯形が部分によって異なる場合であっても、最適にワークの肉をラック歯形のラック歯にフィルアップさせることができる中空ラックバーの製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の中空ラックバーの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、中空パイプ状のワークにラック歯形を成型する中空ラックバーの製造方法であって、ワークにマンドレルを挿入した状態でラック型をワークの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後該工程と連続して、ワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることによりワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型する圧接工程を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の中空ラックバーの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１の発明において、前記荒歯形成型工程におけるプレス動作と連動して、前記圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の中空ラックバーの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１または２の発明において、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４の中空ラックバーの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、中空パイプ状のワークを保持するダイスと、該ダイスに保持されたワークを固定するクランパと、前記ダイスに保持・固定されたワークにラック歯形を成型するラック型と、ワークに対して軸方向に移動されることにより、該ワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークにラック歯形を成型するマンドレルと、前記ラック型を支持して、ダイスに保持・固定されたワークをその径方向にプレスするプレス手段と、ワークに挿入されたマンドレルをそのワークから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段と、を備え、プレス手段によりラック型がワークの径方向にプレスして荒歯形を成型し、続いて、マンドレル移動手段によりマンドレルが移動して荒歯形を成型されたワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の中空ラックバーの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明において、マンドレル移動手段をプレス手段と連動して駆動させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の中空ラックバーの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項４または５の発明において、マンドレル移動手段が、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることができるものであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１の発明では、ラック型をワークの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後該工程と連続して、ワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることによりワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型する圧接工程を行うことにより、一度の加工工程でワークに分散して応力がかかるため、効率よくそして精度よく中空ラックバーが製造される。そして、圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることにより、一度の加工工程における加工量を増加させた場合であっても、座屈させるおそれがない。
【００１８】
請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、前記荒歯形成型工程におけるプレス動作と連動して、前記圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることにより、簡単な構成で、荒歯形と最終的なラック歯形とが容易に且つ確実に成型される。
【００１９】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の発明において、ワークに成型するラック歯と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させると、ワークの肉の流動量が変化しラック型のラック歯に対して適切にフィルアップされる。
【００２０】
また、請求項４の発明では、ダイスに中空パイプ状のワークを保持してクランパにより固定すると共に、ワーク内にマンドレルを挿入する。そして、プレス手段に支持されたラック型によりワークをその径方向にプレスして荒歯形を成型し、続いて、マンドレル移動手段によりマンドレルを移動させて荒歯形を成型されたワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型する。したがって、一度の加工工程でワークに分散して応力がかかることとなり、中空ラックバーが効率よく且つ精度よく製造される。そして、マンドレルをそのワークから引き抜くように相対的に移動させるため、一度の加工工程における加工量が多い場合であっても、マンドレルが座屈することなくワークをラック型に確実に効率よく圧接してワークにラック歯形が成型される。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項４に記載の発明において、簡単な構成で容易に且つ確実にワークに荒歯形を成型するようにプレス手段を駆動し、その後に連動してマンドレルを引き抜くようにマンドレル移動手段がマンドレルを移動させる。
【００２２】
請求項６の発明では、請求項４または５に記載の発明において、ワークに成型するラック歯と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレル移動手段がマンドレルの移動速度を変化させることにより、ワークの肉の流動量を変化させてラック型のラック歯に対して適切にフィルアップさせる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の中空ラックバーの製造装置の実施の一形態を図１〜図８に基づいて詳細に説明する。図において同一符号は同一部分または相当部分とする。
【００２４】
本発明の中空ラックバーの製造装置は、概略、中空パイプ状のワークＷを位置決め保持するダイス１と、該ダイス１に位置決め保持されたワークＷを固定するクランパ２と、前記ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷにラック歯形を成型するラック型３と、ワークＷに対して軸方向に移動されることにより、該ワークＷをラック型３に圧接してワークＷにラック歯形を成型するマンドレル５と、前記ラック型３を支持して、ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷをその径方向にプレスするプレス手段（図示を省略した）と、ワークＷに挿入されたマンドレル５をそのワークＷから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段６と、を備えている。
そして、本発明の中空ラックバーの製造装置は、プレス手段によりラック型３を、ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷの径方向にプレスすることによって荒歯形を成型し、マンドレル移動手段６が荒歯形を成型されたワークＷをラック型３に圧接しフィルアップすることによりワークＷに最終的なラック歯形を成型するように構成されている。
さらに、本発明の中空ラックバーの製造装置は、マンドレル移動手段６をプレス手段と連動して駆動させるように構成されている。
さらにまた、本発明の中空ラックバーの製造装置は、マンドレル移動手段６が、ワークＷに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレル５を速度可変に移動させることができるように構成されている。
【００２５】
ダイス１は、中空パイプ状のワークＷの軸線Ｃから略下半分の外形と同様の断面に形成された溝１０をラック型３に対する対向面に有するもので、この実施の形態の場合、プレス（図示を省略した）のベッドに取付けられている。この溝１０のマンドレル５が引き抜き移動される側（図の右側）の端部には、ワークＷの一方の端部の端面Ｗａが当接されてその移動を阻止して位置決めする壁面１０ａと、この壁面１０ａに一方の端面Ｗａが当接されたワークＷに挿入されたマンドレル５をその軸方向に移動可能に挿通する挿通部１０ｂとが形成されており、他方の側（図の左側）の端部は、異なる長さのワークＷを位置決め保持し得るように、ワークＷのダイス１からの他方の端部Ｗｂの突出を許容する開放部１０ｃが形成されている。
【００２６】
クランパ２は、ダイス１に位置決め保持されたワークＷのラック歯形を成型する部分Ｗｒと開放部１０ｃから突出する他方の端部Ｗｂとの間を上方から押えて挟持することにより、ダイス１との間でワークＷを固定するもので、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスや圧縮空気などの圧力作動流体によって伸長・退縮駆動される流体圧シリンダのピストンロッド（図示は省略する）に支持されている。また、クランパ２は、図示は省略するが、プレスのラムに設けられ、ラック型３よりもダイス１に向かって突出させるように形成された、可撓性や弾性を備えたウレタンなどからなるクッションなどにより構成することもできる。
【００２７】
ラック型３（以下、パンチ３という）は、ワークＷに成型するラック歯形と対称に形成されたラック歯３１を有するもので、この実施の形態の場合、図示しないプレスのラムに取付けられている。パンチ３のラック歯３１の圧力角や歯厚、ピッチなどは、製造する中空ラックバーのラック歯形によって異なるが、部分によって異ならることなく均等に形成することができる。また、例えば、中空ラックバーとして自動車のバリアブルステアリングラックバーを製造する場合には、ラック歯形が成型される部分Ｗｒの中央と端部とで圧力角や歯厚、ピッチなどを変化させるように、ラック歯３１の圧力角やピッチなどを部分によって異ならせて形成することもできる。パンチ３は、ダイスに対する対向面に中空パイプ状のワークＷの軸線Ｃから略上半分の形状と同様の断面に形成された溝３０を有しており、この溝３０内の中間にラック歯３１が形成されている。すなわち、パンチ３のラック歯３１が形成されていない部分の溝３０は、ワークＷにラック歯形を成型することなく、ダイス１の溝との間で単にワークＷを保持するだけである。さらに、溝３０の、ワークＷのからマンドレル５が移動される側の端部には、ダイス１と同様に、ワークＷの端部Ｗａが当接されてその移動を阻止する壁面３０ａと、ワークＷに挿入されたマンドレル５をその軸方向に移動可能に挿通する挿通部３０ｂとが形成されている。
【００２８】
マンドレル５は、図１〜図４に示すように、パンチ３によりプレスされるワークＷを支持してラック歯形を成型する部分の内側形状を決定付けるように形成された平面５０ａを有する軸部５０が、少なくともワークＷのマンドレル５が挿入される端部Ｗａからラック歯形を成型する部分Ｗｒの反対側端部までに相当する長さの部分に形成されている。また、マンドレル５のワークＷに挿入される先端には、後述するように、引き抜かれるように軸方向に移動された際に、荒歯形が成型されたワークＷの内側を押圧し最終的なラック歯形が成型させるようにワークＷの肉をラック型３のラック歯３１間に流動させる押圧部５１が形成されている。さらに、マンドレル５の押圧部５１とは反対側の端部には、マンドレル移動手段６に係合される係合部５２が形成されている。
【００２９】
マンドレル５の押圧部５１は、図５および図６に示すように、ワークＷの内側と接して押圧する圧接平面５１ａを有するもので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さが軸部５０の平面５０ａまでの高さよりも所定量だけ高くなるように形成されている。また、押圧部５１の断面の大きさも軸部５０の断面の大きさよりも所定量だけ大きく形成されている。そして、この押圧部５１と軸部５０との間には、押圧部５１よりも断面形状が小さい軸部５０から連続するように傾斜する傾斜面５１ｂが全周にわたって形成されている。また、マンドレル５の押圧部５１よりもさらに先端側には、押圧部５１よりもわずかに断面積が小さく形成された逃げ部５３を有しており、この逃げ部５３と押圧部５１との間には、両者を連続するように緩やかに傾斜する傾斜面５１ｃが全周にわたって形成されている。なお、本発明では、マンドレル５が引き抜くように移動されるために座屈するおそれがないので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さと軸部５０の平面５０ａまでの高さとの比を従来の技術よりも大きくすることができる。
【００３０】
マンドレル移動手段６は、一対のカム部材６１，６２により構成されてなるもので、一方のカム部材６１にはマンドレル５の係合部５２が係合されており、他方のカム部材６２にはプレスのノックアウト機構（図示を省略した）に接続されている。ノックアウト機構は、例えば、プレスが油圧プレスである場合に、カム部材６２と接続されるピストンロッドを備えたノックアウトシリンダにより構成され、さらに、ノックアウトシリンダはそのピストンロッドの駆動速度を、製造する中空ラックバーの成型しようとするラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどに応じて適切にワークＷの肉をフィルアップすることができるように、各ストロークごとはもちろんのこと一ストロークのなかでも、制御可能に変化させることができるように構成されている。そして、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａは、プレスのラムが下降されてパンチ３がワークＷに荒歯形を成型した後に、互いに押圧して一方のカム部材６１に係合されたマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させるように形成されている（図４の矢印Ｘを参照）。なお、図１〜図３においては、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａが互いに離間した状態で示されている。しかしながら、これらの図は、ワークＷに荒歯形を成型した後にマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させることを説明するために示したものであり、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａが互いに接するように構成することもできる。
【００３１】
なお、この実施の形態では、一般的なプレスのベッドにダイス１を取付け、ラムにパンチ３を取付け、ノックアウト機構にマンドレル移動手段６を接続した。すなわち、本発明はこの実施の形態に限定されることはないが、一般的なプレスに適用させることができる。また、本発明のマンドレル移動手段６は、プレスのノックアウト機構を利用する一対のカム部材６１，６２を用いることにより、ワークＷに対してパンチ３をプレスする力と連動してマンドレル５を引き抜くように移動させることができるが、マンドレル５を引き抜くように移動させて圧接工程を行わせることができるものであれば、すなわち、ワークＷに荒歯形を成型した後にマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させることができるものであれば、例えば、マンドレルを直接移動駆動する流体圧シリンダなど（図示は省略する）、他の手法を用いることもできる。
【００３２】
次に、本発明の中空ラックバーの製造方法を、上述したように構成され一般的なプレスに適用された製造装置を用いた場合によって説明する。
本発明の中空ラックバーの製造方法は、概略、中空パイプ状のワークＷに対してマンドレル５を軸方向に移動させることにより、該ワークＷをラック型３に圧接してワークＷにラック歯形を成型する圧接工程を含む中空ラックバーの製造方法であって、該圧接工程では、ワークＷからマンドレル５を引き抜くように相対的に移動させるものである。
また、本発明の中空ラックバーの製造方法は、ラック型３をワークＷの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後、該工程と連続して前記圧接工程を行ってワークＷに最終的なラック歯形を成型するものである。
さらに、本発明の中空ラックバーの製造方法は、前記荒歯形成型工程におけるプレス力と連動して、前記圧接工程を行わせるものである。
さらにまた、本発明の中空ラックバーの製造方法は、ワークＷに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレル５を速度可変に移動させるマンドレル５の移動速度を変化させるものである。
【００３３】
中空パイプ状のワークＷにラック歯形を成型するに際しては、当初、図１に示すように、ダイス１からクランパ２およびパンチ３が離間された状態とされている。ワークＷには、マンドレル５の軸部５０の平面５０ａや押圧部５１との摩擦を低減させるための潤滑処理として燐酸塩被膜処理あるいは金属石けんを生成する処理が施されている。この状態で、最初に、ワークＷを、その端面Ｗａがダイス１の溝１０の壁面１０ａに当接されるようにして、溝１０に位置決め保持させると共に、このワークＷ内にマンドレル５の先端を、その押圧部５１がワークＷにラック歯形を成型する部分よりも通り過ぎるように深く挿入する。ワークＷに挿入されたマンドレル５は、ダイス１に形成された挿通部１０ｂにその軸方向に移動可能に挿通され、その係合部５２が一方のカム部材６１に係合されている。なお、ダイス１の溝１０にワークＷを位置決め保持してからこのワークＷにマンドレル５を挿入してもよく、また、ワークＷにマンドレル５を挿入してからこのワークＷをダイス１の溝１０に位置決め保持してもよい。
【００３４】
この状態から、図２に示すように、図示しない流体圧シリンダのピストンロッドを伸長駆動し、あるいは、プレスのラムを下降させることにより、クランパ２を下降させてワークＷを上方から押えてダイス１との間で挟持して、移動不能に固定する。次いで、プレスのラムを駆動下降させワークＷに対してその径方向にパンチ３のラック歯３１を押圧する（荒歯形成型工程）。このとき、ワークＷのラック歯形を成型する部分Ｗｒは、マンドレル５の軸部５０にバックアップされた状態でパンチ３によりプレスされるものの、パンチ３のラック歯３１に対してワークＷの肉がフィルアップされていない状態、すなわち、荒歯形がプレス成型されているだけである（図７および図８の右方におけるラック歯３１間のワークの状態を参照）。そして、ワークＷの、パンチ３のラック歯３１とマンドレル５の軸部５１との間で荒歯形が成型された部分Ｗｒの内径の断面形状の高さは、マンドレル５の軸部５１の平面５１ａの高さと同じに、すなわち、マンドレル５の押圧部５１の圧接平面５１ａの高さよりも低くなるように成型される。この荒歯形成型工程において、パンチ３のラック歯３１がワークＷに対して荒歯形を成形するためのプレス力は、次に説明する圧接工程が完了するまで保持される。
【００３５】
その後、プレス力が保持された状態で、図示しないノックアウトシリンダの駆動により、カム部材６２を図４に矢印Ｙで示すようにカム部材６１に対して相対的に移動させると、カム面６１ａ，６２ａが互いに押圧され、図４に矢印Ｘで示したように、カム部材６１が図の右方に摺動移動される。このとき、ワークＷがダイス１とパンチ３に形成された溝１０，３０に位置決め保持されており、ワークＷの端部Ｗａが溝１０，３０の壁面１０ａ，３０ａに当接されているために、ワークＷの軸方向の移動が阻止されている。したがって、一方のカム部材６１に係合されたマンドレル５が座屈することなく挿入されたワークＷから引き抜かれるようにワークＷに対して軸方向に相対的に移動される。そして、パンチ３のラック歯３１がプレスされマンドレル５の軸部５０との間で荒歯形が成型されたワークＷは、マンドレル５の軸部５０から傾斜面５１ｂを介して連続する押圧部５１の圧接平面５１ａが通過することにより、パンチ３のラック歯３１に対して圧接され、その部分の肉がラック歯３１の間にフィルアップされて最終的なラック歯形が成型される（圧接工程）。このとき、マンドレル５がワークＷの内周面に対して実質的に接するのは、押圧部５１の圧接平面５１ａとその反対側の曲面５１ｄのみであり、圧接工程におけるワークＷとマンドレル５との間の摩擦抵抗は低減されている。
【００３６】
なお、一回の加工サイクルでパンチのラック歯３１に対するワークＷの肉のフィルアップが不足する場合には、異なる高さの圧接平面５１ａが形成された押圧部５１を有するマンドレル５を用意し、パンチ３のラック歯３１のワークに対するプレスのストローク量を段階的に増加させるようにプレスの下死点位置を変更すると共に、プレスのストローク量に応じた高さの圧接平面５１ａが形成された押圧部５１を有するマンドレル５に順次交換し、荒歯形成型工程と圧接工程とを繰り返し行う。本発明では、マンドレル５を引き抜くように移動させるために座屈するおそれがないので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さと軸部５０の平面５０ａまでの高さとの比を従来の技術と比べて大きくすることができる。したがって、従来の技術と比べて、１回の加工工程における加工量が多いため、荒歯形成型工程と圧接工程とを繰り返し行う回数を減少させる事ができる。
【００３７】
また、図７に示すように、圧力角や歯厚、ピッチが均等な歯形を成型する場合には、これらラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどと対応して形成された各ラック歯３１に対して適切にワークＷの肉が径方向および軸方向に移動するようにマンドレル５を移動させるべく、ノックアウトシリンダを一ストロークのなかでほぼ均等な速度Ｖとなるように制御する。
【００３８】
一方、図８に示すように、自動車のバリアブルステアリングラックバーのように成型するラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどが部分によって変化するような場合には、これらラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどと対応して形成されたラック歯３１に対して適切にワークＷの肉が径方向および軸方向に移動する（フィルアップする）量を変化させることができるようにマンドレル５の移動速度を変化させるべく、ノックアウトシリンダの一ストロークにおける駆動速度をＶ１，Ｖ２・・・と変化させて制御する。これにより、パンチ３のラック歯３１にかかる負荷を低減させるよう調整することができ、したがってパンチ（ラック型）３の寿命を向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ラック型３をワークの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後、該工程と連続して前記圧接工程を行ってワークに最終的なラック歯形を成型することにより、一度の工程でラックを成型することができる中空ラックバーの製造方法を提供することができ、しかも、ワークに分散して応力がかかるため、効率よくそして精度よくラックを成型することができる中空ラックバーの製造方法を提 供することができる。そして、圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることにより、一度の加工量を増加させた場合であっても、マンドレルを座屈させるおそれがなく、一度の加工量を増加させることができ、したがって、効率よく中空ラックバーを製造することができる方法を提供することができる。
【００４０】
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記荒歯形成型工程におけるプレス力と連動して前記圧接工程を行わせることにより、簡単な構成で、荒歯形と最終的なラック歯形とを容易に且つ確実に成型し、続いて最終的なラック歯形を成型することができる中空ラックバーの製造方法を提供することができる。
【００４１】
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることにより、成型しようとするラック歯形が部分によって異なる場合であっても、最適にワークの肉をラック歯形のラック歯にフィルアップさせることができる中空ラックバーの製造方法を提供することができる。
【００４２】
また、請求項４の発明によれば、中空パイプ状のワークを保持するダイスと、該ダイスに保持されたワークを固定するクランパと、前記ダイスに保持・固定されたワークにラック歯形を成型するラック型と、ワークに対して軸方向に移動されることにより、該ワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークにラック歯形を成型するマンドレルと、前記ラック型を支持して、ダイスに保持・固定されたワークをその径方向にプレスするプレス手段と、ワークに挿入されたマンドレルをそのワークから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段と、を備え、プレス手段によりラック型がワークの径方向にプレスして荒歯形を成型し、続いて、マンドレル移動手段によりマンドレルが移動して荒歯形を成型されたワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型するようにしたことにより、最初にプレス手段がワークをプレスしたときに荒歯形を成型し、続いて、荒歯形が成型されたワークに対してマンドレル移動手段がワーク内に挿入されたマンドレルを軸方向に引き抜くように移動させて、ワークをラック型３に圧接させて最終的なラック歯形を成型するため、一度の工程でラックを成型することができる中空ラックバーの製造装置を提供することができ、しかも、ワークに分散して応力がかかることとなり、中空ラックバーが効率よく且つ精度よく製造することができる中空ラックバーの製造装置を提供することができる。そして、一度の加工量が多い場合であっても、マンドレルが座屈することなくワークをラック型に確実に効率よく圧接してワークにラック歯形を成型することができ、一度の加工量を増加させることができ、したがって、効率のよい中空ラックバーの製造装置を提供することができる。
【００４３】
請求項５の発明によれば、請求項４に記載の発明において、マンドレル移動手段をプレス手段と連動して駆動させるようにしたことにより、簡単な構成で容易に且つ確実にワークに荒歯形を成型するようにプレス手段を駆動し、その後に連動してマンドレルを引き抜くようにマンドレル移動手段が移動させるため、簡単な構成で容易に且つ確実に荒歯形を成型し、次いで最終的なラック歯形を成型することができる中空ラックバーの製造装置を提供することをができる。
【００４４】
請求項６の発明によれば、請求項４または５に記載の発明において、マンドレル移動手段が、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることができるものであることにより、成型しようとするラック歯形が部分によって異なる場合であっても、最適にワークの肉をラック歯形のラック歯にフィルアップさせることができる中空ラックバーの製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の中空ランクバーの製造装置の実施の一形態を示す一部断面図であり、ワークにラック歯形を成型するに際して、当初ダイスからクランパおよびパンチが離間された状態を示す説明図である。
【図２】 図１の状態からクランパによりワークを固定した状態を示す説明図である。
【図３】 図２の状態からパンチを下降させて荒歯形を成型した状態を示す説明図である。
【図４】 図３の状態からマンドレルを引き抜くように軸方向に移動させることにより、最終的なラック歯形を成型する状態を示す説明図である。
【図５】 マンドレルのワークの挿入される先端を示す部分拡大図である。
【図６】 図５のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図７】 圧力角や歯厚、ピッチなどが均等なラック歯形を成型する場合の、ラック歯間にワークの肉がフィルアップされる様子を説明するための部分拡大断面図である。
【図８】 圧力角や歯厚、ピッチなどが変化するラック歯形を成型する場合の、ラック歯間にワークの肉がフィルアップされる様子を説明するための部分拡大断面図である。
【符合の説明】
Ｗ ワーク
１ ダイス
２ クランパ
３ パンチ（ラック型）
５ マンドレル
６ マンドレル移動手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空ラックバーの製造方法およびその装置に関し、さらに詳しくは、中空パイプ状のワークにラック歯形を成型する中空ラックバーの製造方法、およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空ラックバーの製造に関する従来の技術としては、例えば、特開平６−２４６３７９号公報に開示されているように、円筒状の空洞を有し、得ようとするラックの幅と同幅の溝が空洞に連続して形成された第１次成型割型と、該割型の溝にチューブが挿入されたときに圧入されるプレス型と、得ようとするラックバーと補形をなし、内部の軸線に対して直交する方向にラックの歯に対応する凹凸条部が形成された第２次成型割型に装着されたチューブの穴から圧入される断面半円状のマンドレルと、第２次成型後のチューブの穴に挿入される芯金挿入手段及び芯金を挿入した状態でチューブに外周から圧力をかけると共にスライド移動することによりチューブの両端の肉を押し伸す高圧強制潤滑押出し加工装置とからなる金属チューブからラックバーを製造する装置が知られている。
【０００３】
また、特開平６−２４６３７９号公報には、比較的肉厚の金属製チューブの一部に外周から圧力をかけて断面半円状のラック形成部を製造する工程（第１次成型工程）と、前記加工されたチューブを内部に得ようとするラックと補形をなす凹凸状を有する成型割型に装着し、該金属製チューブの穴から断面半円状のマンドレルを圧入することによりラックを形成する工程（第２次成型工程）と、前記工程の後に金属製チューブの端部に芯金を挿入した後に内周に圧延用のダイスを有する高圧潤滑押出し装置に装着して、端部の金属チューブの肉を押し延ばし金属製チューブの端部を薄化する工程とからなる金属チューブからラックバーを製造する方法も開示されている。
【０００４】
また、別の従来の技術としては、特開平５−１６９１８１号公報に開示されているように、パイプ素材を押圧してその長手方向に平面部を形成し、パイプ素材の軸線方向に直交する方向に多数の歯形を形成してなるラック型を前記平面部の外面に位置させたのち、パイプ素材の内部にパイプ素材の内径より小なる外径を有すると共に前記平面部に対応する平面部が形成されたポンチを圧入し、このポンチをパイプ素材の軸線方向に移動させることによりパイプ素材の平面部をラック型に食い込ませてラック歯形を形成するラックバーの製造方法において、パイプ素材のポンチ圧入側に対向する方向あるいはポンチ圧入側方向よりパイプ素材内に圧油を供給し、パイプ素材とポンチとの間の摩擦抵抗を減少させてパイプ素材の平面部にラック歯型を形成することを特徴とするラックバーの製造方法が知られている。
【０００５】
このように、上述した従来の技術では、いずれのものも、金属製のチューブあるいはパイプ素材（ワークという）にラックを形成する部分に平坦な部分を予め形成する工程を行い、この工程とは別の工程において、マンドレルあるいはポンチ（マンドレルという）をワークに圧入するように軸方向に移動させることにより、ワークを成型割型あるいはラック型に圧接してワークにラック歯形を成型するものであった。
【０００６】
さらに、別の従来の技術としては、特開平２−９９２２５号公報に開示されているように、軸線方向と直角な多数の歯形を内面に設けたラック型にパイプ素材の歯形形成部位を位置させ、ラック型またはパイプ素材の歯形形成部位を、互いに反対方向の傾斜面を持つ２つのテーパ面の軸方向への相対移動によるくさび作用により圧接方向に相対的に移動させ、パイプ素材の歯形形成部にラック型の歯形によりラック歯を成型することを特徴とするラック加工方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術のうち、特開平６−２４６３７９号公報や特開平５−１６９１８１号公報に開示されたものにあっては、マンドレルをワークに圧入するものであり、マンドレルの断面積はワークの圧入し得るように制限される。このように断面積が制限されるマンドレルをワーク内に圧入するため、マンドレルが座屈するおそれがあるという問題があり、この問題を回避するために当該従来の技術では潤滑油を供給する必要があった。また、ワークの内径に対して一度の加工において圧入することができるマンドレルの外径の比が少ない、すなわち、一度の圧入で行うことのできる加工量が少ないため、外径の異なるマンドレルを用意して、外径が徐々に大きくなるようにマンドレルを交換して繰り返しワークに圧入する必要があった。
【０００８】
さらに、特開平６−２４６３７９号公報や特開平５−１６９１８１号公報に開示されたものにあっては、ワークのラックを形成する部分に平坦な部分を予め形成する工程と、マンドレルをワークに圧入してラック歯形を成型する工程とを別々に行わなければならず、工程数が多いばかりでなく、各工程のための手間や設備が必要となってコストがかかるという問題があった。
【０００９】
一方、上述した従来の技術のうち、特開平２−９９２２５号公報に開示されたものにあっては、互いに反対方向の傾斜面を持つ２つのテーパ面の軸方向への相対移動によるくさび作用により、ラック型にパイプ素材圧接方向に相対的に移動させるものであり、くさび作用を得るために、心金とくさび部材とをあるいはくさび部材とくさび部材とを軸方向に圧入するように移動させる必要があり、やはり座屈するおそれがあるという問題があった。また、このものにあっては、くさび作用によってラック型をワークに対して平行移動させるものであるため、成型しようとするラック歯形が、例えば圧力角や歯厚、ピッチなどが部分によって異なる場合に、ワークの肉をラック歯形のラック歯に最適にフィルアップさせることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、マンドレルを座屈させるおそれがなく、一度の加工工程における加工量を増加させることができ、もって、効率よく中空ラックバーを製造することができる方法およびその装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、さらに効率よくそして精度よく中空ラックバーを製造することができる方法およびその装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、簡単な構成で容易に且つ確実に荒歯形を成型し、次いで最終的なラック歯形を成型することができる中空ラックバーの製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は、成型しようとするラック歯形が部分によって異なる場合であっても、最適にワークの肉をラック歯形のラック歯にフィルアップさせることができる中空ラックバーの製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の中空ラックバーの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、中空パイプ状のワークにラック歯形を成型する中空ラックバーの製造方法であって、ワークにマンドレルを挿入した状態でラック型をワークの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後該工程と連続して、ワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることによりワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型する圧接工程を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の中空ラックバーの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１の発明において、前記荒歯形成型工程におけるプレス動作と連動して、前記圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の中空ラックバーの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項１または２の発明において、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項４の中空ラックバーの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、中空パイプ状のワークを保持するダイスと、該ダイスに保持されたワークを固定するクランパと、前記ダイスに保持・固定されたワークにラック歯形を成型するラック型と、ワークに対して軸方向に移動されることにより、該ワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークにラック歯形を成型するマンドレルと、前記ラック型を支持して、ダイスに保持・固定されたワークをその径方向にプレスするプレス手段と、ワークに挿入されたマンドレルをそのワークから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段と、を備え、プレス手段によりラック型がワークの径方向にプレスして荒歯形を成型し、続いて、マンドレル移動手段によりマンドレルが移動して荒歯形を成型されたワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の中空ラックバーの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明において、マンドレル移動手段をプレス手段と連動して駆動させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の中空ラックバーの製造装置に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項４または５の発明において、マンドレル移動手段が、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることができるものであることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１の発明では、ラック型をワークの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後該工程と連続して、ワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることによりワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型する圧接工程を行うことにより、一度の加工工程でワークに分散して応力がかかるため、効率よくそして精度よく中空ラックバーが製造される。そして、圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることにより、一度の加工工程における加工量を増加させた場合であっても、座屈させるおそれがない。
【００１８】
請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、前記荒歯形成型工程におけるプレス動作と連動して、前記圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることにより、簡単な構成で、荒歯形と最終的なラック歯形とが容易に且つ確実に成型される。
【００１９】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の発明において、ワークに成型するラック歯と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させると、ワークの肉の流動量が変化しラック型のラック歯に対して適切にフィルアップされる。
【００２０】
また、請求項４の発明では、ダイスに中空パイプ状のワークを保持してクランパにより固定すると共に、ワーク内にマンドレルを挿入する。そして、プレス手段に支持されたラック型によりワークをその径方向にプレスして荒歯形を成型し、続いて、マンドレル移動手段によりマンドレルを移動させて荒歯形を成型されたワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型する。したがって、一度の加工工程でワークに分散して応力がかかることとなり、中空ラックバーが効率よく且つ精度よく製造される。そして、マンドレルをそのワークから引き抜くように相対的に移動させるため、一度の加工工程における加工量が多い場合であっても、マンドレルが座屈することなくワークをラック型に確実に効率よく圧接してワークにラック歯形が成型される。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項４に記載の発明において、簡単な構成で容易に且つ確実にワークに荒歯形を成型するようにプレス手段を駆動し、その後に連動してマンドレルを引き抜くようにマンドレル移動手段がマンドレルを移動させる。
【００２２】
請求項６の発明では、請求項４または５に記載の発明において、ワークに成型するラック歯と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレル移動手段がマンドレルの移動速度を変化させることにより、ワークの肉の流動量を変化させてラック型のラック歯に対して適切にフィルアップさせる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の中空ラックバーの製造装置の実施の一形態を図１〜図８に基づいて詳細に説明する。図において同一符号は同一部分または相当部分とする。
【００２４】
本発明の中空ラックバーの製造装置は、概略、中空パイプ状のワークＷを位置決め保持するダイス１と、該ダイス１に位置決め保持されたワークＷを固定するクランパ２と、前記ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷにラック歯形を成型するラック型３と、ワークＷに対して軸方向に移動されることにより、該ワークＷをラック型３に圧接してワークＷにラック歯形を成型するマンドレル５と、前記ラック型３を支持して、ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷをその径方向にプレスするプレス手段（図示を省略した）と、ワークＷに挿入されたマンドレル５をそのワークＷから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段６と、を備えている。
そして、本発明の中空ラックバーの製造装置は、プレス手段によりラック型３を、ダイス１に位置決め保持・固定されたワークＷの径方向にプレスすることによって荒歯形を成型し、マンドレル移動手段６が荒歯形を成型されたワークＷをラック型３に圧接しフィルアップすることによりワークＷに最終的なラック歯形を成型するように構成されている。
さらに、本発明の中空ラックバーの製造装置は、マンドレル移動手段６をプレス手段と連動して駆動させるように構成されている。
さらにまた、本発明の中空ラックバーの製造装置は、マンドレル移動手段６が、ワークＷに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレル５を速度可変に移動させることができるように構成されている。
【００２５】
ダイス１は、中空パイプ状のワークＷの軸線Ｃから略下半分の外形と同様の断面に形成された溝１０をラック型３に対する対向面に有するもので、この実施の形態の場合、プレス（図示を省略した）のベッドに取付けられている。この溝１０のマンドレル５が引き抜き移動される側（図の右側）の端部には、ワークＷの一方の端部の端面Ｗａが当接されてその移動を阻止して位置決めする壁面１０ａと、この壁面１０ａに一方の端面Ｗａが当接されたワークＷに挿入されたマンドレル５をその軸方向に移動可能に挿通する挿通部１０ｂとが形成されており、他方の側（図の左側）の端部は、異なる長さのワークＷを位置決め保持し得るように、ワークＷのダイス１からの他方の端部Ｗｂの突出を許容する開放部１０ｃが形成されている。
【００２６】
クランパ２は、ダイス１に位置決め保持されたワークＷのラック歯形を成型する部分Ｗｒと開放部１０ｃから突出する他方の端部Ｗｂとの間を上方から押えて挟持することにより、ダイス１との間でワークＷを固定するもので、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスや圧縮空気などの圧力作動流体によって伸長・退縮駆動される流体圧シリンダのピストンロッド（図示は省略する）に支持されている。また、クランパ２は、図示は省略するが、プレスのラムに設けられ、ラック型３よりもダイス１に向かって突出させるように形成された、可撓性や弾性を備えたウレタンなどからなるクッションなどにより構成することもできる。
【００２７】
ラック型３（以下、パンチ３という）は、ワークＷに成型するラック歯形と対称に形成されたラック歯３１を有するもので、この実施の形態の場合、図示しないプレスのラムに取付けられている。パンチ３のラック歯３１の圧力角や歯厚、ピッチなどは、製造する中空ラックバーのラック歯形によって異なるが、部分によって異ならることなく均等に形成することができる。また、例えば、中空ラックバーとして自動車のバリアブルステアリングラックバーを製造する場合には、ラック歯形が成型される部分Ｗｒの中央と端部とで圧力角や歯厚、ピッチなどを変化させるように、ラック歯３１の圧力角やピッチなどを部分によって異ならせて形成することもできる。パンチ３は、ダイスに対する対向面に中空パイプ状のワークＷの軸線Ｃから略上半分の形状と同様の断面に形成された溝３０を有しており、この溝３０内の中間にラック歯３１が形成されている。すなわち、パンチ３のラック歯３１が形成されていない部分の溝３０は、ワークＷにラック歯形を成型することなく、ダイス１の溝との間で単にワークＷを保持するだけである。さらに、溝３０の、ワークＷのからマンドレル５が移動される側の端部には、ダイス１と同様に、ワークＷの端部Ｗａが当接されてその移動を阻止する壁面３０ａと、ワークＷに挿入されたマンドレル５をその軸方向に移動可能に挿通する挿通部３０ｂとが形成されている。
【００２８】
マンドレル５は、図１〜図４に示すように、パンチ３によりプレスされるワークＷを支持してラック歯形を成型する部分の内側形状を決定付けるように形成された平面５０ａを有する軸部５０が、少なくともワークＷのマンドレル５が挿入される端部Ｗａからラック歯形を成型する部分Ｗｒの反対側端部までに相当する長さの部分に形成されている。また、マンドレル５のワークＷに挿入される先端には、後述するように、引き抜かれるように軸方向に移動された際に、荒歯形が成型されたワークＷの内側を押圧し最終的なラック歯形が成型させるようにワークＷの肉をラック型３のラック歯３１間に流動させる押圧部５１が形成されている。さらに、マンドレル５の押圧部５１とは反対側の端部には、マンドレル移動手段６に係合される係合部５２が形成されている。
【００２９】
マンドレル５の押圧部５１は、図５および図６に示すように、ワークＷの内側と接して押圧する圧接平面５１ａを有するもので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さが軸部５０の平面５０ａまでの高さよりも所定量だけ高くなるように形成されている。また、押圧部５１の断面の大きさも軸部５０の断面の大きさよりも所定量だけ大きく形成されている。そして、この押圧部５１と軸部５０との間には、押圧部５１よりも断面形状が小さい軸部５０から連続するように傾斜する傾斜面５１ｂが全周にわたって形成されている。また、マンドレル５の押圧部５１よりもさらに先端側には、押圧部５１よりもわずかに断面積が小さく形成された逃げ部５３を有しており、この逃げ部５３と押圧部５１との間には、両者を連続するように緩やかに傾斜する傾斜面５１ｃが全周にわたって形成されている。なお、本発明では、マンドレル５が引き抜くように移動されるために座屈するおそれがないので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さと軸部５０の平面５０ａまでの高さとの比を従来の技術よりも大きくすることができる。
【００３０】
マンドレル移動手段６は、一対のカム部材６１，６２により構成されてなるもので、一方のカム部材６１にはマンドレル５の係合部５２が係合されており、他方のカム部材６２にはプレスのノックアウト機構（図示を省略した）に接続されている。ノックアウト機構は、例えば、プレスが油圧プレスである場合に、カム部材６２と接続されるピストンロッドを備えたノックアウトシリンダにより構成され、さらに、ノックアウトシリンダはそのピストンロッドの駆動速度を、製造する中空ラックバーの成型しようとするラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどに応じて適切にワークＷの肉をフィルアップすることができるように、各ストロークごとはもちろんのこと一ストロークのなかでも、制御可能に変化させることができるように構成されている。そして、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａは、プレスのラムが下降されてパンチ３がワークＷに荒歯形を成型した後に、互いに押圧して一方のカム部材６１に係合されたマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させるように形成されている（図４の矢印Ｘを参照）。なお、図１〜図３においては、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａが互いに離間した状態で示されている。しかしながら、これらの図は、ワークＷに荒歯形を成型した後にマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させることを説明するために示したものであり、両カム部材６１，６２のカム面６１ａ，６２ａが互いに接するように構成することもできる。
【００３１】
なお、この実施の形態では、一般的なプレスのベッドにダイス１を取付け、ラムにパンチ３を取付け、ノックアウト機構にマンドレル移動手段６を接続した。すなわち、本発明はこの実施の形態に限定されることはないが、一般的なプレスに適用させることができる。また、本発明のマンドレル移動手段６は、プレスのノックアウト機構を利用する一対のカム部材６１，６２を用いることにより、ワークＷに対してパンチ３をプレスする力と連動してマンドレル５を引き抜くように移動させることができるが、マンドレル５を引き抜くように移動させて圧接工程を行わせることができるものであれば、すなわち、ワークＷに荒歯形を成型した後にマンドレル５をワークＷから引き抜く方向に移動させることができるものであれば、例えば、マンドレルを直接移動駆動する流体圧シリンダなど（図示は省略する）、他の手法を用いることもできる。
【００３２】
次に、本発明の中空ラックバーの製造方法を、上述したように構成され一般的なプレスに適用された製造装置を用いた場合によって説明する。
本発明の中空ラックバーの製造方法は、概略、中空パイプ状のワークＷに対してマンドレル５を軸方向に移動させることにより、該ワークＷをラック型３に圧接してワークＷにラック歯形を成型する圧接工程を含む中空ラックバーの製造方法であって、該圧接工程では、ワークＷからマンドレル５を引き抜くように相対的に移動させるものである。
また、本発明の中空ラックバーの製造方法は、ラック型３をワークＷの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後、該工程と連続して前記圧接工程を行ってワークＷに最終的なラック歯形を成型するものである。
さらに、本発明の中空ラックバーの製造方法は、前記荒歯形成型工程におけるプレス力と連動して、前記圧接工程を行わせるものである。
さらにまた、本発明の中空ラックバーの製造方法は、ワークＷに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレル５を速度可変に移動させるマンドレル５の移動速度を変化させるものである。
【００３３】
中空パイプ状のワークＷにラック歯形を成型するに際しては、当初、図１に示すように、ダイス１からクランパ２およびパンチ３が離間された状態とされている。ワークＷには、マンドレル５の軸部５０の平面５０ａや押圧部５１との摩擦を低減させるための潤滑処理として燐酸塩被膜処理あるいは金属石けんを生成する処理が施されている。この状態で、最初に、ワークＷを、その端面Ｗａがダイス１の溝１０の壁面１０ａに当接されるようにして、溝１０に位置決め保持させると共に、このワークＷ内にマンドレル５の先端を、その押圧部５１がワークＷにラック歯形を成型する部分よりも通り過ぎるように深く挿入する。ワークＷに挿入されたマンドレル５は、ダイス１に形成された挿通部１０ｂにその軸方向に移動可能に挿通され、その係合部５２が一方のカム部材６１に係合されている。なお、ダイス１の溝１０にワークＷを位置決め保持してからこのワークＷにマンドレル５を挿入してもよく、また、ワークＷにマンドレル５を挿入してからこのワークＷをダイス１の溝１０に位置決め保持してもよい。
【００３４】
この状態から、図２に示すように、図示しない流体圧シリンダのピストンロッドを伸長駆動し、あるいは、プレスのラムを下降させることにより、クランパ２を下降させてワークＷを上方から押えてダイス１との間で挟持して、移動不能に固定する。次いで、プレスのラムを駆動下降させワークＷに対してその径方向にパンチ３のラック歯３１を押圧する（荒歯形成型工程）。このとき、ワークＷのラック歯形を成型する部分Ｗｒは、マンドレル５の軸部５０にバックアップされた状態でパンチ３によりプレスされるものの、パンチ３のラック歯３１に対してワークＷの肉がフィルアップされていない状態、すなわち、荒歯形がプレス成型されているだけである（図７および図８の右方におけるラック歯３１間のワークの状態を参照）。そして、ワークＷの、パンチ３のラック歯３１とマンドレル５の軸部５１との間で荒歯形が成型された部分Ｗｒの内径の断面形状の高さは、マンドレル５の軸部５１の平面５１ａの高さと同じに、すなわち、マンドレル５の押圧部５１の圧接平面５１ａの高さよりも低くなるように成型される。この荒歯形成型工程において、パンチ３のラック歯３１がワークＷに対して荒歯形を成形するためのプレス力は、次に説明する圧接工程が完了するまで保持される。
【００３５】
その後、プレス力が保持された状態で、図示しないノックアウトシリンダの駆動により、カム部材６２を図４に矢印Ｙで示すようにカム部材６１に対して相対的に移動させると、カム面６１ａ，６２ａが互いに押圧され、図４に矢印Ｘで示したように、カム部材６１が図の右方に摺動移動される。このとき、ワークＷがダイス１とパンチ３に形成された溝１０，３０に位置決め保持されており、ワークＷの端部Ｗａが溝１０，３０の壁面１０ａ，３０ａに当接されているために、ワークＷの軸方向の移動が阻止されている。したがって、一方のカム部材６１に係合されたマンドレル５が座屈することなく挿入されたワークＷから引き抜かれるようにワークＷに対して軸方向に相対的に移動される。そして、パンチ３のラック歯３１がプレスされマンドレル５の軸部５０との間で荒歯形が成型されたワークＷは、マンドレル５の軸部５０から傾斜面５１ｂを介して連続する押圧部５１の圧接平面５１ａが通過することにより、パンチ３のラック歯３１に対して圧接され、その部分の肉がラック歯３１の間にフィルアップされて最終的なラック歯形が成型される（圧接工程）。このとき、マンドレル５がワークＷの内周面に対して実質的に接するのは、押圧部５１の圧接平面５１ａとその反対側の曲面５１ｄのみであり、圧接工程におけるワークＷとマンドレル５との間の摩擦抵抗は低減されている。
【００３６】
なお、一回の加工サイクルでパンチのラック歯３１に対するワークＷの肉のフィルアップが不足する場合には、異なる高さの圧接平面５１ａが形成された押圧部５１を有するマンドレル５を用意し、パンチ３のラック歯３１のワークに対するプレスのストローク量を段階的に増加させるようにプレスの下死点位置を変更すると共に、プレスのストローク量に応じた高さの圧接平面５１ａが形成された押圧部５１を有するマンドレル５に順次交換し、荒歯形成型工程と圧接工程とを繰り返し行う。本発明では、マンドレル５を引き抜くように移動させるために座屈するおそれがないので、押圧部５１の圧接平面５１ａまでの高さと軸部５０の平面５０ａまでの高さとの比を従来の技術と比べて大きくすることができる。したがって、従来の技術と比べて、１回の加工工程における加工量が多いため、荒歯形成型工程と圧接工程とを繰り返し行う回数を減少させる事ができる。
【００３７】
また、図７に示すように、圧力角や歯厚、ピッチが均等な歯形を成型する場合には、これらラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどと対応して形成された各ラック歯３１に対して適切にワークＷの肉が径方向および軸方向に移動するようにマンドレル５を移動させるべく、ノックアウトシリンダを一ストロークのなかでほぼ均等な速度Ｖとなるように制御する。
【００３８】
一方、図８に示すように、自動車のバリアブルステアリングラックバーのように成型するラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどが部分によって変化するような場合には、これらラック歯形の圧力角や歯厚、ピッチなどと対応して形成されたラック歯３１に対して適切にワークＷの肉が径方向および軸方向に移動する（フィルアップする）量を変化させることができるようにマンドレル５の移動速度を変化させるべく、ノックアウトシリンダの一ストロークにおける駆動速度をＶ１，Ｖ２・・・と変化させて制御する。これにより、パンチ３のラック歯３１にかかる負荷を低減させるよう調整することができ、したがってパンチ（ラック型）３の寿命を向上させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ラック型３をワークの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後、該工程と連続して前記圧接工程を行ってワークに最終的なラック歯形を成型することにより、一度の工程でラックを成型することができる中空ラックバーの製造方法を提供することができ、しかも、ワークに分散して応力がかかるため、効率よくそして精度よくラックを成型することができる中空ラックバーの製造方法を提 供することができる。そして、圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることにより、一度の加工量を増加させた場合であっても、マンドレルを座屈させるおそれがなく、一度の加工量を増加させることができ、したがって、効率よく中空ラックバーを製造することができる方法を提供することができる。
【００４０】
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の発明において、前記荒歯形成型工程におけるプレス力と連動して前記圧接工程を行わせることにより、簡単な構成で、荒歯形と最終的なラック歯形とを容易に且つ確実に成型し、続いて最終的なラック歯形を成型することができる中空ラックバーの製造方法を提供することができる。
【００４１】
請求項３の発明によれば、請求項１または２に記載の発明において、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることにより、成型しようとするラック歯形が部分によって異なる場合であっても、最適にワークの肉をラック歯形のラック歯にフィルアップさせることができる中空ラックバーの製造方法を提供することができる。
【００４２】
また、請求項４の発明によれば、中空パイプ状のワークを保持するダイスと、該ダイスに保持されたワークを固定するクランパと、前記ダイスに保持・固定されたワークにラック歯形を成型するラック型と、ワークに対して軸方向に移動されることにより、該ワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークにラック歯形を成型するマンドレルと、前記ラック型を支持して、ダイスに保持・固定されたワークをその径方向にプレスするプレス手段と、ワークに挿入されたマンドレルをそのワークから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段と、を備え、プレス手段によりラック型がワークの径方向にプレスして荒歯形を成型し、続いて、マンドレル移動手段によりマンドレルが移動して荒歯形を成型されたワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型するようにしたことにより、最初にプレス手段がワークをプレスしたときに荒歯形を成型し、続いて、荒歯形が成型されたワークに対してマンドレル移動手段がワーク内に挿入されたマンドレルを軸方向に引き抜くように移動させて、ワークをラック型３に圧接させて最終的なラック歯形を成型するため、一度の工程でラックを成型することができる中空ラックバーの製造装置を提供することができ、しかも、ワークに分散して応力がかかることとなり、中空ラックバーが効率よく且つ精度よく製造することができる中空ラックバーの製造装置を提供することができる。そして、一度の加工量が多い場合であっても、マンドレルが座屈することなくワークをラック型に確実に効率よく圧接してワークにラック歯形を成型することができ、一度の加工量を増加させることができ、したがって、効率のよい中空ラックバーの製造装置を提供することができる。
【００４３】
請求項５の発明によれば、請求項４に記載の発明において、マンドレル移動手段をプレス手段と連動して駆動させるようにしたことにより、簡単な構成で容易に且つ確実にワークに荒歯形を成型するようにプレス手段を駆動し、その後に連動してマンドレルを引き抜くようにマンドレル移動手段が移動させるため、簡単な構成で容易に且つ確実に荒歯形を成型し、次いで最終的なラック歯形を成型することができる中空ラックバーの製造装置を提供することをができる。
【００４４】
請求項６の発明によれば、請求項４または５に記載の発明において、マンドレル移動手段が、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることができるものであることにより、成型しようとするラック歯形が部分によって異なる場合であっても、最適にワークの肉をラック歯形のラック歯にフィルアップさせることができる中空ラックバーの製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の中空ランクバーの製造装置の実施の一形態を示す一部断面図であり、ワークにラック歯形を成型するに際して、当初ダイスからクランパおよびパンチが離間された状態を示す説明図である。
【図２】 図１の状態からクランパによりワークを固定した状態を示す説明図である。
【図３】 図２の状態からパンチを下降させて荒歯形を成型した状態を示す説明図である。
【図４】 図３の状態からマンドレルを引き抜くように軸方向に移動させることにより、最終的なラック歯形を成型する状態を示す説明図である。
【図５】 マンドレルのワークの挿入される先端を示す部分拡大図である。
【図６】 図５のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図７】 圧力角や歯厚、ピッチなどが均等なラック歯形を成型する場合の、ラック歯間にワークの肉がフィルアップされる様子を説明するための部分拡大断面図である。
【図８】 圧力角や歯厚、ピッチなどが変化するラック歯形を成型する場合の、ラック歯間にワークの肉がフィルアップされる様子を説明するための部分拡大断面図である。
【符合の説明】
Ｗ ワーク
１ ダイス
２ クランパ
３ パンチ（ラック型）
５ マンドレル
６ マンドレル移動手段
Claims (6)
- 中空パイプ状のワークにラック歯形を成型する中空ラックバーの製造方法であって、
ワークにマンドレルを挿入した状態でラック型をワークの径方向にプレスして荒歯形を成型する荒歯形成型工程を行い、その後該工程と連続して、ワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることによりワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型する圧接工程を行うことを特徴とする中空ラックバーの製造方法。 - 前記荒歯形成型工程におけるプレス動作と連動して、前記圧接工程でワークからマンドレルを引き抜くように相対的に移動させることを特徴とする請求項１に記載の中空ラックバーの製造方法。
- ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の中空ラックバーの製造方法。
- 中空パイプ状のワークを保持するダイスと、
該ダイスに保持されたワークを固定するクランパと、
前記ダイスに保持・固定されたワークにラック歯形を成型するラック型と、
ワークに対して軸方向に移動されることにより、該ワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークにラック歯形を成型するマンドレルと、
前記ラック型を支持して、ダイスに保持・固定されたワークをその径方向にプレスするプレス手段と、
ワークに挿入されたマンドレルをそのワークから引き抜くように相対的に移動させるマンドレル移動手段と、を備え、
プレス手段によりラック型がワークの径方向にプレスして荒歯形を成型し、続いて、マンドレル移動手段によりマンドレルが移動して荒歯形を成型されたワークをラック型に圧接しフィルアップしてワークに最終的なラック歯形を成型するようにしたことを特徴とする中空ラックバーの製造装置。 - マンドレル移動手段をプレス手段と連動して駆動させるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の中空ラックバーの製造装置。
- マンドレル移動手段が、ワークに成型するラック歯形と対応してフィルアップする量を変化させることができるようにマンドレルの移動速度を変化させることができるものであることを特徴とする請求項４または５に記載の中空ラックバーの製造装置。
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