JP4959388B2 - 中空ラックバー並びに中空ラックバーの端部縮径方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪を有した走行体例えば自動車の操舵装置にステアリングラックバー等として用いられる中空ラックバーに関すると共に、このラックバーの端部の径を縮める端部縮径方法及び装置に関する。

従来、上型と下型とがなす金型に保持されたパイプ材内に挿入された芯金により、上型の歯型に対応したラックを、パイプ材に形成する方法及び装置が知られている(例えば、特許文献１参照。)。

この技術で製造された中空ラックバーの長手方向の端部には、タイロッドまわりでの組立・分解性を向上させるための段差部が形成されている。
特公昭６２−１６７３５号公報（第１頁右欄第２１行〜第２頁左欄第２９行、第１図−第４図）

特許文献１には、中空ラックバーの端部に段差部を形成する具体的な方法及び装置については記載がない。

段差部は、中空ラックバーの端部外周を切削加工により削って形成する場合と、中空クラックバーの端部の外周に絞りダイスを圧入する縮径加工によって形成する場合とがある。前者の方法に比較して後者の方法の方が、中空ラックバーの端部の強度が低下しない点で有利である。

ところで、段差部とラックとの間の長さは、各種の自動車の操舵装置に応じて規定される。このような要請を満たすために、本発明者は、中空ラックバーのラックが形成された一端側部位に一体に連続する他端側部位の端部に対する縮径加工を、現状では以下の手順で実施している。

まず、ラックの長手方向のセンターを第１次加工基準として、これから所定寸法隔たった位置で中空ラックバーの一端側部位を切削して、第２次加工規準となる端面を形成する。次に、この端面を基準として所定の距離を隔てて、中空ラックバーの他端側部位の端部に対する絞りダイスの押込み深さを設定する。次に、この押込み深さまで、中空ラックバーの他端側部位の端部の外周に絞りダイスを圧入することにより、他端側部位の端部を縮径加工する。この場合、第２次加工規準となる端面に当てられる支持部材で、絞りダイスを圧入させる押込み荷重を受けるようにしている。

このように中空ラックバーの他端側部位の端部を縮径加工する絞りダイスの押込み深さを設定するために、前記他端側部位の端部とは反対側に位置した中空ラックバーの一端側部位の端面を基準としている。こうした加工方法では、中空ラックバーの一端側部位をラックの長手方向のセンターを第１次加工基準として切削する必要があるので、そのためのコストが掛かる。

本発明の目的は、中空ラックバーの端部を縮径する上での加工工数を減らすことができる中空ラックバーの端部縮径方法及び装置並びに中空ラックバーを提供することにある。

本発明の中空ラックバーの端部縮径方法は、一端側部位にラックが形成されていて、このラックの両端に位置したラック歯とこれらラック歯の歯側面に対向した斜状部を有して前記ラックの両端に連続した隣接部位との間に凹みが形成された中空バーを加工対象とし、この中空バーの円筒状をなした他端側部位の端部を細くする端部縮径方法であって、前記歯側面及び前記斜状部に接して前記凹みに嵌合される一対の凸部を有し前記中空バーを位置決めする第１の治具部材、及びこの第１の治具部材に対して型締め・型開きされる第２の治具部材を備えた治具で、前記一端側部位を挟持した後；前記治具から突出された前記他端側部位の端部外周に、この外周の径より小径な内径を有した絞りダイスを、前記ラックを基準に予め定められた押込み深さまで前記治具に近付くように圧入させることで、前記他端側部位の端部を塑性変形させてこの端部を細くするようにしている。

又、本発明の中空ラックバーの端部縮径装置は、一端側部位にラックが形成されていて、このラックの両端に位置したラック歯とこれらラック歯の歯側面に対向した斜状部を有して前記ラックの両端に連続した隣接部位との間に凹みが形成された中空バーを加工対象とし、この中空バーの円筒状をなした他端側部位の端部を細くする端部縮径装置であって、前記歯側面及び前記斜状部に接して前記凹みに嵌合される一対の凸部を有し前記中空バーを位置決めする第１の治具部材、及びこの第１の治具部材に対して型締め・型開きされる第２の治具部材を備えて、これら両治具部材間に前記一端側部位を着脱可能に挟持する治具と；前記他端側部位の端部の外周の径より小径な内径を有し、型締めされた前記治具から突出した前記中空バーの他端側部位の端部外周に抜き外し可能に圧入される絞りダイスと；この絞りダイスを往復移動させて、前記ラックを基準に予め定められた押込み深さまで前記他端側部位の端部外周に前記絞りダイスを圧入するとともにこの圧入状態から前記絞りダイスを抜き外すダイス駆動手段と；を具備している。

又、本発明の中空ラックバーは、一端側部位にラックが形成され、かつ、円筒状をなした他端側部位の端部が縮径された中空ラックバーであって、前記ラックの両端に連続した隣接部位が、前記ラックの両端に位置したラック歯の歯側面に対向した斜状部を有し、この斜状部と前記歯側面との間の凹みに臨む圧痕が前記斜状部に形成されている。

本発明の中空ラックバーの端部縮径方法及び装置によれば、中空ラックバーの他端側部位に絞りダイスを圧入させる押込み荷重を、中空ラックバーをこのラックバーのラックと係合して位置決めする治具で受けるとともに、絞りダイスの押込み深さを治具に位置決めされた中空ラックバーのラックを基準として設定したので、中空ラックバーの端部を縮径する上での加工工数を減らすことができる。

本発明の中空ラックバーによれば、その端部を縮径する上での加工工数を減らすことができる。

図１〜図８を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１中符号１は、自動車のパワーステアリング装置の中空ステアリングラック軸として使用される中空ラックバー（以下ラックバーと略称する。）を示している。このラックバー１の中心軸線が延びる方向（以下軸方向と称する。）の両端は夫々開口している。

ラックバー１の一端開口に近い部位の外面にラック２が形成されている。このラック２は複数のラック歯をラックバー１の軸方向に並べて作られている。ラック２は、ラックバー１の素材である鋼管の一端開口に近い管壁の一部を、プレス加工で平坦面となるように鋼管の内側方向に押し潰して設けた加工壁部の外面に形成されている。このラック２は、図示しない第1金型とラック２に相当する歯型を有した第２金型との間に加工壁部を有した鋼管の一端部を挟持した状態で、この鋼管内に順次圧入される大ききが異なる複数の芯金によって、加工壁部の肉を、鋼管の内側から第２金型の歯型に向けて押込むように塑性流動させて、形成されたものである。

ラックバー１の軸方向に関してラック２が設けられた部位以外の部位は円筒形であり、ラック２が形成された部位は筒形ではあるが円筒形ではない。ラックバー１の軸方向に関してラック２が存在する側の一端側部位を本明細書では歯側部位３と称し、他端側部位を軸側部位４と称する。

歯側部位３の端部３ａの内周面に雌ねじ５が設けられている。軸側部位４は歯側部位３よりも長い。軸側部位４の端部４ａは、縮径されていて、その内周面に雌ねじ６が設けられている。雌ねじ５，６の夫々には、図示しないが自動車の車輪にラックバー１を接続するためのボールジョイントの一端部がねじ込んで取付けられる。軸側部位４の端部４ａは、そこに取付けられるボールジョイントに適合する雌ねじ６を形成できるように、後述の縮径加工によって所望の径に形成されている。

次に、前記ラックバー１を得るための加工対象である中空バー１Ａについて説明する。図２〜図４に示すように中空バー１Ａには、その端部３ａ,４ａに対する雌ねじ加工及び端部４ａに対する縮径加工は施されていないが、この中空バー１Ａの歯側部位３にはラック２が既述の方法により形成されている。

図６等に示すように中空バー１Ａのラック２の一端に位置したラック歯２ａとこれに連続した隣接部位１１との間に、凹み１２が形成されている。隣接部位１１は前記端部３ａの一部で形成されている。この隣接部位１１はラック歯２ａの歯側面２ａｓに対向する斜状部１１ａを有している。

斜状部１１ａは平坦面１１ｂと円弧面１１ｃを介してラック歯２ａの根元に連続している。平坦面１１ｂはラック歯２ａの根元に連なり、円弧面１１ｃは平坦面１１ｂと斜状部１１ａに連なっている。平坦面１１ｂにこれに対する垂線Ａと斜状部１１ａとが挟む角度θは２５°以上とすることが好ましい。円弧面１１ｃの半径Ｒは0.5mm以上とすることが好ましい。

同様に、図５等に示すように中空バー１Ａのラック２の他端に位置したラック歯２ｂとこれに連続した隣接部位１４との間に、凹み１５が形成されている。隣接部位１４は前記軸側部位４の一部で形成されている。この隣接部位１４はラック歯２ｂの歯側面２ｂｓに対向する斜状部１４ａを有している。

斜状部１４ａは平坦面１４ｂと円弧面１４ｃを介してラック歯２ｂの根元に連続している。平坦面１４ｂはラック歯２ｂの根元に連なり、円弧面１４ｃは平坦面１４ｂと斜状部１４ａに連なっている。平坦面１４ｂにこれに対する垂線Ａと斜状部１４ａとが挟む角度θは２５°以上とすることが好ましい。円弧面１４ｃの半径Ｒは0.5mm以上とすることが好ましい。

中空バー１Ａの端部４ａを縮径加工する中空ラックバーの端部縮径装置２０は、図２〜図４に示すように治具２１と、絞りダイス３１と、ダイス駆動手段３５等を備えている。

治具２１は、第１の治具部材として例えばチャック下型２２と、第２の治具部材として例えばチャック上型２８を備えているとともに、図示しない型締め機構を備えている。

チャック下型２２は、固定されていて、下型ベース２３に位置決め部材２４を取外し可能に装着して形成されている。下型ベース２３はその上面を横切るセット溝２２ａを有している。位置決め部材２４はセット溝２２ａの長手方向中間部に取付けられている。

位置決め部材２４はその長手方向両端部に凸部２５を一体に有している。これら一対の凸部２５は、中空バー１Ａに形成された一対の凹み１５の相互間隔に等しい間隔で設けられていて、セット溝２２ａ内に上向きに突出している。これらの凸部２５は、中空バー１Ａがセット溝２２ａにセットされるに伴って中空バー１Ａのラック２の長手方向両側位置に形成された凹み１２，１５に嵌入して、中空バー１Ａを治具２１に位置決めする。

図５及び図６に示すように各凸部２５は、ラック２の端に位置したラック歯２ａの歯側面２ａｓ又はラック歯２ｂの歯側面２ｂｓには当接しない第１側面２５ａと、斜状部１１ａ又は斜状部１４ａに接する第２側面２５ｂと、これら両側面間にわたる平坦な先端面２５ｃを有している。第１側面２５ａが歯側面２ａｓ又は２ｂｓに当接しないことにより、ラック歯２ａ，２ｂが凸部２５によって変形しないようにできる。

位置決め部材２４の一対の凸部２５間の部位は、これら凸部２５に対して相対的に凹んだ逃げ部２６をなしている。この逃げ部２６ｃは治具２１に中空バー１Ａが挟まれて保持された状態で、ラック２が位置決め部材２４に凸部２５を除いて当たらないようにするために設けられている。

チャック上型２８は型締め機構によりチャック下型２２に対して上方から型締め及び型開きされる。このチャック上型２８はその下面を横切るセット溝２８ａを有している。図３及び図４に示すように治具２１が型締めされた状態で、セット溝２２ａ，２８ａは互いに合わさって中空バー１Ａを上下から挟持する。この場合、ラック２が形成された中空バー１Ａの歯側部位３が治具２１に挟まれ、軸側部位４の大部分が治具２１の側面２１ａから水平に突出されるようになっている。

絞りダイス３１は、治具２１から中空バー１Ａが突出される側面２１ａと対向するように配置されている。絞りダイス３１は、水平方向に延びる段付きの貫通孔３２ａを有したダイスホルダー３２と、貫通孔３２ａの段部３２ｂに位置決めしてダイスホルダー３２内に固定された円筒状のダイス３３とを備えている。図３に示すようにダイス３３の内径Ｂは、中空バー１Ａの軸側部位４の端部４ａの外周の径Ｃより小さい。なお、ダイス３３の入口は、端部４ａの外周への圧入を円滑にするための導入面３３ａを、入口の周方向に連続して有している。

絞りダイス３１はダイス駆動手段３５により、治具２１の側面２１ａに接離する方向に移動される。ダイス駆動手段３５の駆動源には、サーボモータを用いることもできるが、本実施形態では油圧シリンダを用いている。なお、サーボモータを用いる場合には、絞りダイス３１の移動制御を容易にできる。したがって、中空バー１Ａの長さの違いに応じて端部４ａに縮径を施す長さ、言い換えれば、端部４ａに対する絞りダイス３１の押込み深さＭの変更に容易に対応できるようになっている。

次に、前記端部縮径装置２０で中空バー１Ａの端部４ａを縮径する手順を以下説明する。

治具２１が型開きされた状態は図２等に示されている。この状態では、チャック上型２８がチャック下型２２の上方に離れて配置されている。これとともに、絞りダイス３１は、治具２１の側面２１ａ側から治具２１内に中空バー１Ａを出し入れできるスペースを空けて治具２１の側方に後退して配置されている。

この状態で、図示しないワークハンドリング機構により中空バー１Ａの歯側部位３を治具２１にセットする。この場合、中空バー１Ａは、そのラック２を下向きにした状態で、チャック上型２８とチャック下型２２との間に搬入された後、歯側部位３の下部がチャック下型２２のセット溝２２ａに収まって支持されるように下降される。それに伴い、位置決め部材２４の一対の凸部２５が、ラック２の長手方向両端に設けられている一対の凹み１２，１５に夫々嵌入する。

これにより、チャック下型２２に対して中空バー１Ａが仮に位置決めされる。この状態では、中空バー１Ａの軸側部位４の大部分が治具２１の側面２１ａから突出される。なお、この位置決めに伴い、中空バー１Ａの歯側部位３の端部３ａの端面は、例えば治具２１の他側面２１ｂと面一となるように配置されるが、この他側面２１ｂから歯側部位３が突出されるようにしてもよい。

次に、治具２１を型締めして、歯側部位３の上部をチャック上型２８のセット溝２８ａに収めて、チャック上型２８とチャック下型２２とで歯側部位３を上下から挟持する。治具２１が型締めされた状態を図３に示す。この型締めに伴い一対の凸部２５は、それらが嵌入している一対の凹み１２，１５に夫々深く入り込む。これにより、凸部２５の第２側面２５ｂが凹み１２，１５の斜状部１１ａ，１４ａに圧接されて、前記位置決めが強化される。

こうした型締めに伴って、図７で代表するように斜状部１４ａ（１１ａ）に第２側面２５ｂに対応した圧接跡、つまり、凹んだ圧痕Ｐ１が形成される。なお、凸部２５の先端面２５ｃは、凹み１２，１５の平坦面１１ｂ，１４ｂには到達しない。このため、圧痕Ｐ１の形成に伴って斜状部１４ａ（１１ａ）の肉の一部が塑性流動することに基づき、圧痕Ｐ１と平坦面１４ｂ（１１ｂ）との間に段差状部Ｑ１が形成される。

この後、ダイス駆動手段３５を動作させて、絞りダイス３１を治具２１の側面２１ａに近付く方向に移動させる。それにより、絞りダイス３１のダイス３３が、中空バー１Ａの治具２１より突出された軸側部位４の端部４ａの外周に圧入されるので、この端部４ａが絞られる。この縮径加工時に中空バー１Ａに作用する絞りダイス３１の押込み荷重は、治具２１の凸部２５で受けることができる。

以上のように縮径加工をする端部縮径装置２０においては、治具２１の各部の寸法は既知であるので、この治具２１に既述のように位置決めされた中空バー１Ａのラック２の長手方向のセンターの位置も既知である。そのため、このセンターから縮径された端部４ａまで長さＬを所定の値とする上で、治具２１又はこの治具２１に保持された中空バー１Ａのラック２を加工規準とできる。これにより、軸側部位４の端部４ａに対する絞りダイス３１の押込み深さＭを、ダイス駆動手段３５のサーボモータによって容易に与えることができる。

最後に、ダイス駆動手段３５により絞りダイス３１を治具２１から遠ざかる方向に移動させて、この絞りダイス３１を軸側部位４の端部４ａから抜き外す。続いて、治具２１を型開きして、中空バー１Ａを前記ワークハンドリング機構により取除いて、次の縮径加工に備える。

以上の手順で実行される縮径加工では、中空バー１Ａに作用する押込み荷重を、中空バー１Ａの端部３ａの端面に支持部材を当てて、この支持部材で受けるのではなく、中空バー１Ａを位置決めする。治具２１の凸部２５で受けている。これとともに、絞りダイス３１を適正な押込み深さＭに達するまで押込むための加工基準として、中空バー１Ａの端部３ａの端面ではなく、治具２１又はこの治具２１に挟まれて保持された中空バー１Ａのラック２を用いている。このため、中空バー１Ａの端部３ａの端面を加工規準とする場合と異なり、この端面を切削する手間を省略できる。それに伴い、加工コストを低減できる。

又、既述の縮径加工において、押込み荷重が加わる側の隣接部位１４が接する凸部２５には、斜状部１４ａが強く押付けられる。そのため、図８に示すように凸部２５の第２側面２５ｂに対応した斜状部１４ａへの圧接跡がより深くなる。こうした深い圧痕Ｐ２の形成に伴って斜状部１４ａの肉の一部が平坦面１４ｂに向けて塑性流動する。それに基づき、圧痕Ｐ２と平坦面１４ｂ（１１ｂ）との間に段差状部Ｑ２が形成される。

又、以上の手順で縮径加工が施される中空バー１Ａの隣接部位１４は、既述のように斜状部１４ａの角度θが２５°以上でかつ円弧面１４ｃの半径Ｒを0.5mm以上となっている。これにより、隣接部位１４の斜状部１４ａまわりでの応力集中が抑制されるので、斜状部１４ａに圧痕Ｐ２が形成されるにも拘わらず、中空バー１Ａの強度を必要十分に維持できる。

なお、本発明は、前記一次実施形態には制約されなるものではなく、例えば、ラックバー１となる中空バー１Ａの歯側部位３の端部３ａにも縮径加工をする必要がある場合にも適用できる。この場合、端部３ａが治具２１の他側面２１ｂから突出するように中空バー１Ａを保持できる治具２１を用意する。そして、この治具２１に中空バー１Ａを保持した上で、治具２１から突出された端部３ａの外周に絞りダイスを圧入すればよい。それによって、端部３ａに縮径加工を施すことができる。

又、本発明で、ラックバー１となる中空バーの端部に対する縮径加工は、その端部に所望する径の雌ねじを形成するためだけではなく、ラックバー使用状況でその周囲に配設される各種の部品との干渉を避けるための縮径加工であってもよい。

中空ラックバーを示す断面図。 本発明の製造方法を実施する端部縮径装置の一例をこの装置の治具が型開きされた状態で示す断面図。 本発明の製造方法を実施する端部縮径装置の一例をこの装置の治具が型締めされた状態で示す断面図。 本発明の製造方法を実施する端部縮径装置の一例を中空ラックバーの端部に縮径加工を施している状態で示す断面図。 図２中Ｆ５部を拡大して示す断面図。 図２中Ｆ６部を拡大して示す断面図。 本発明の製造方法を実施する端部縮径装置の型締めにより保持された中空ラックバーのラックの一端に連続する隣接部位を拡大して示す断面図。 本発明の製造方法を実施する端部縮径装置により縮径加工が施された中空ラックバーのラックの他端に連続する隣接部位を拡大して示す断面図。

符号の説明

１…ラックバー（中空ラックバー）
１Ａ…加工対象の中空バー（中空ラックバー）
２…ラック
２ａ，２ｂ…ラック歯
２ａｓ，２ｂｓ…ラック歯の歯側面
３…ラックバーの歯側部位（一端側部位）
３ａ…ラックバーの歯側部位（一端側部位）の端部
４…ラックバーの軸側部位（他端側部位）
４ａ…ラックバーの軸側部位（他端側部位）の端部
１１，１４…ラックの両端に連続する隣接部位
１１ａ，１４ａ…斜状部
１１ｂ，１４ｂ…平坦面
１１ｃ，１４ｃ…円弧面
１２，１５…凹み
２０…端部縮径装置
２１…治具
２１ａ…治具の側面
２２…チャック下型（第１の治具部材）
２２ａ…チャック下型（第１の治具部材）のセット溝
２４…位置決め部材
２５…位置決め部材の凸部
２５ａ…凸部の第１側面
２５ｂ…凸部の第２側面
２８…チャック上型（第２の治具部材）
２８ａ…チャック上型（第２の治具部材）のセット溝
３１…絞りダイス
３３…ダイス
３５…ダイス駆動手段
Ｂ…ダイスの内径
Ｃ…端部４ａの外周の径
Ｐ２…圧痕
Ｌ…ラック２の長手方向のセンターから縮径された端部４ａまで長さ
Ｍ…絞りダイス３１の押込み深さ

Claims (3)

1. 一端側部位にラックが形成されていて、このラックの両端に位置したラック歯とこれらラック歯の歯側面に対向した斜状部を有して前記ラックの両端に連続した隣接部位との間に凹みが形成された中空バーを加工対象とし、この中空バーの円筒状をなした他端側部位の端部を細くする端部縮径方法であって、
   前記歯側面及び前記斜状部に接して前記凹みに嵌合される一対の凸部を有し前記中空バーを位置決めする第１の治具部材、及びこの第１の治具部材に対して型締め・型開きされる第２の治具部材を備えた治具で、前記一端側部位を挟持した後；
   前記治具から突出された前記他端側部位の端部外周に、この外周の径より小径な内径を有した絞りダイスを、前記ラックを基準に予め定められた押込み深さまで前記治具に近付くように圧入させることで、前記他端側部位の端部を塑性変形させてこの端部を細くする中空ラックバーの端部縮径方法。
2. 一端側部位にラックが形成されていて、このラックの両端に位置したラック歯とこれらラック歯の歯側面に対向した斜状部を有して前記ラックの両端に連続した隣接部位との間に凹みが形成された中空バーを加工対象とし、この中空バーの円筒状をなした他端側部位の端部を細くする端部縮径装置であって、
   前記歯側面及び前記斜状部に接して前記凹みに嵌合される一対の凸部を有し前記中空バーを位置決めする第１の治具部材、及びこの第１の治具部材に対して型締め・型開きされる第２の治具部材を備えて、これら両治具部材間に前記一端側部位を着脱可能に挟持する治具と；
   前記他端側部位の端部の外周の径より小径な内径を有し、型締めされた前記治具から突出した前記他端側部位の端部外周に抜き外し可能に圧入される絞りダイスと；
   この絞りダイスを往復移動させて、前記ラックを基準に予め定められた押込み深さまで前記中空バーの他端側部位の端部外周に前記絞りダイスを圧入するとともにこの圧入状態から前記絞りダイスを抜き外すダイス駆動手段と；
   を具備した中空ラックバーの端部縮径装置。
3. 一端側部位にラックが形成され、かつ、円筒状をなした他端側部位の端部が縮径された中空ラックバーであって、
   前記ラックの両端に連続した隣接部位が、前記ラックの両端に位置したラック歯の歯側面に対向した斜状部を有し、この斜状部と前記歯側面との間の凹みに臨む圧痕が前記斜状部に形成された中空ラックバー。

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