JP3982147B2 - 中空ラック軸の成形方法 - Google Patents
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Description
【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
Claims (3)
- 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。 - 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。 - 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。
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