JP5059232B2 - 板状歯形部材の製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、板状歯形部材の製造装置に関し、特に、密閉方式の上金型及び下金型からなる板状歯形部材の製造装置に関するものである。
従来、密閉方式の金型を用いて１工程で鍛造成形を行うようにするとともに、鍛造成形した後の製品のバリ取り加工を極力少なくすることができるようにしたステアリングラック（例えば、形状の複雑なバリアブルステアリングラック）の製造方法及び装置が、本件出願人等によって提案され、実用化されている（例えば、特許文献１）。
ところで、特許文献１に記載のステアリングラックの製造装置は、成形するステアリングラックの形状に応じて、塑性変形による素材の逃出を吸収するように形成した密閉方式の金型を用いて鍛造成形するようにしているので、１工程で鍛造成形を行うようにすることができるとともに、周方向の塑性変化がバリとなって発生しにくく、このため、鍛造成形した後の製品のバリ取り加工を簡略化することができ、製造コストを低廉にできるという利点を有するものであった。
しかしながら、上記ステアリングラックの製造装置は、上金型及び下金型がそれぞれ一体形状の金型からなるため、ステアリングラック素材に歯部を形成する工程の最初から、上金型及び下金型によるステアリングラック素材の軸方向の両端部の周面の拘束を行うことができず、この結果、ステアリングラック素材の歯部形成部の肉がステアリングラック素材の軸方向の端部側に逃げ、その位置でバリが発生したり、ステアリングラック素材の歯部形成部の肉が不足し、製品製造時の歩留まりが低下するとともに、製品の成形精度が低下するという問題があった。
特開２０００−１５３３３６号公報
本発明は、上記従来のステアリングラックの製造装置の有する問題点に鑑み、密閉方式の金型を用いて１工程で鍛造成形を行うようにすることができるとともに、板状歯形部材の素材の周方向及び軸方向の塑性変化がバリとなって発生しにくく、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を向上することができる板状歯形部材の製造装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の板状歯形部材の製造装置は、密閉方式の上金型及び下金型からなる板状歯形部材の製造装置において、上金型及び下金型の一方の金型を、板状歯形部材の素材に歯部を形成する歯型と、該歯型の板状歯形部材の素材の軸方向の両側に配設した歯型と上下方向に相対的に移動可能な可動型とで構成し、第１行程で、上金型及び下金型の他方の金型と可動型とで、板状歯形部材の素材の軸方向の両端部の周面を拘束した後、第２行程で、上金型及び下金型の他方の金型と歯型とで、板状歯形部材の素材に歯部を形成するようにしたことを特徴とする。
この場合において、前記歯型を、板状歯形部材の素材の軸方向と直交する方向で分割した、板状歯形部材の素材に歯面を形成する歯面形成型と、その両側に配設した、板状歯形部材の素材の歯部側面を形成する歯部側面形成型とで構成することができる。
また、歯部側面形成型を、基体部と、該基体部に着脱可能に配設した板状歯形部材の素材の歯部側面を形成する歯部側面形成片とで構成し、かつ、上金型及び下金型の他方の金型と歯部側面形成片とが平面的に当接するようにすることができる。
本発明の板状歯形部材の製造装置によれば、第１行程で、上金型及び下金型の他方の金型と可動型とで、板状歯形部材の素材の軸方向の両端部の周面を拘束した後、第２行程で、上金型及び下金型の他方の金型と歯型とで、板状歯形部材の素材に歯部を形成するようにすることにより、板状歯形部材の素材に歯部を形成する工程の最初から、上金型及び下金型による板状歯形部材の素材の軸方向の両端部の周面の拘束を行うことが可能となり、この結果、板状歯形部材の素材の歯部形成部の肉が板状歯形部材の素材の軸方向の端部側に逃げることを防止することができる。
これにより、板状歯形部材の素材の周方向及び軸方向の塑性変化がバリとなって発生しにくく、また、板状歯形部材の素材の歯部形成部の肉が不足することがなく、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を向上することができる。
また、細径の板状歯形部材の素材からの歯部形成が可能となり、製品の軽量化を図ることが可能となる。
また、前記歯型を、板状歯形部材の素材の軸方向と直交する方向で分割した、板状歯形部材の素材に歯面を形成する歯面形成型と、その両側に配設した、板状歯形部材の素材の歯部側面を形成する歯部側面形成型とで構成することにより、バリアブルステアリングラックのような、形状が複雑で、部位毎に素材の塑性変形量が異なる板状歯形部材の場合においても、歯部側面形成型によって塑性変形による素材の余剰を確実に吸収して、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を向上することができる。
また、歯部側面形成型を、基体部と、該基体部に着脱可能に配設した板状歯形部材の素材の歯部側面を形成する歯部側面形成片とで構成することにより、歯部側面形成型の歯部側面形成片を適宜設計することによって、塑性変形による素材の余剰をより確実に吸収して、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を一層向上することができる。
本発明の板状歯形部材の製造装置の一実施例を示す説明図で、右半図は、ステアリングラック素材の軸方向に沿った断面図、左半図は、ステアリングラック素材の軸方向と直交する方向に沿った断面図である。 同製造装置による鍛造成形工程の説明図である。 製造されたステアリングラックの説明図である。 製造されたステアリングラックの説明図である。 ステアリングラックのセンターとヨークのセンターをずらすようにした場合と一致させた場合の揺動量を示す説明図である。
以下、本発明の板状歯形部材の製造装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１〜図２に、本発明の板状歯形部材の製造装置の一実施例を示す。
この板状歯形部材の製造装置は、板状歯形部材としてのステアリングラックを製造するためのもので、密閉方式の上金型１及び下金型２からなり、上金型１及び下金型２の一方の金型、本実施例においては、下金型２を、ステアリングラック素材Ｗに歯部を形成する歯型２１と、この歯型２１のステアリングラック素材Ｗの軸方向の両側に配設した歯型２１と上下方向に相対的に移動可能な可動型２２、２２とで構成し、第１行程で、上金型１及び下金型２の他方の金型、本実施例においては、上金型１と可動型２２、２２とで、ステアリングラック素材Ｗの軸方向の両端部の周面を拘束した後、第２行程で、上金型１及び下金型２の他方の金型、本実施例においては、上金型１と歯型２１とで、ステアリングラック素材Ｗに歯部を形成するようにされている。
この場合において、歯型２１は、ステアリングラック素材Ｗの軸方向と直交する方向で分割した、ステアリングラック素材Ｗに歯面を形成する歯面形成型２１ａと、その両側に配設した、ステアリングラック素材Ｗの歯部側面を形成する歯部側面形成型２１ｂとで構成し、さらに、歯部側面形成型２１ｂを、基体部２１ｂ１と、この基体部２１ｂ１にねじ部材２１ｃにより着脱可能となるように配設したステアリングラック素材Ｗの歯部側面を形成する歯部側面形成片２１ｂ２とで構成するようにしている。
ここで、歯部側面形成片２１ｂ２は、ステアリングラック素材Ｗの歯部側面を規定するものであるが、その形状を適宜設計することによって、塑性変形による素材の余剰を確実に吸収して、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を向上することができ、本実施例のように、歯部側面形成片２１ｂ２を基体部２１ｂ１にねじ部材２１ｃにより着脱可能となるように配設することにより、歯部側面形成片２１ｂ２の形状の変更を容易に行うことができる。
また、可動型２２は、上下方向で分割した、上部可動型２２ａと、下部可動型２２ｂとで構成するとともに、その間にばね２２ｃ等の付勢手段を配設し、上部可動型２２ａには、ステアリングラック素材Ｗの軸方向のそれぞれの端部を拘束することができるように、溝状の素材収容部を備えるようにしている。
ところで、本実施例においては、上部可動型２２ａ及び下部可動型２２ｂに形成した素材収容部の一端側を、上部可動型２２ａと下部可動型２２ｂとが当接した状態で閉鎖された空間が形成されるようにするとともに、素材収容部の一端側の端面に抜き勾配を形成するようにし、一方、他端側を、上部可動型２２ａと下部可動型２２ｂとが当接した状態で開放され、ステアリングラック素材Ｗの一端側が導出されるように構成しているが、素材収容部は、ステアリングラック素材Ｗ（製造するステアリングラック）に応じて適宜構成することができる。
また、本実施例においては、上金型１は、下金型２とは異なり、一体のもので構成し、ステアリングラック素材Ｗの歯部の外周の略半分を形成するとともに、軸方向のそれぞれの端部を拘束することができるように、溝状の素材収容部を備えるようにしているが、上金型１及び下金型２の構成を逆に設定することもできる。
次に、この板状歯形部材の製造装置を用いたステアリングラックの製造工程を説明する。
まず、製造するステアリングラックに適した材質、例えば、中炭素鋼等の丸棒状の鋼材を所定の長さに切断し、この切断したステアリングラック素材Ｗに、研磨、荒レース加工等を施すようにする。
次に、レース加工を施したステアリングラック素材Ｗを鍛造に適した温度、例えば、温間鍛造の場合は、７５０℃〜９００℃（この温度はステアリングラック素材Ｗの材質により異なる。）に加熱する。この加熱は、加熱炉を用いて行うほか、誘導加熱や通電加熱により行うこともでき、これにより、短時間に所定の温度に加熱することができ、酸化スケールの発生や脱炭を防止することができるとともに、温度制御を成形するステアリングラックの形状に応じて部位別に正確に行うことができるものとなる。
次に、この鍛造に適した温度にしたステアリングラック素材Ｗを、密閉方式の上金型１及び下金型２からなる板状歯形部材の製造装置により鍛造成形する。
この場合、鍛造成形の第１行程で、上金型１と下金型２の可動型２２、２２とで、ステアリングラック素材Ｗの軸方向の両端部の周面を拘束し（図２（ａ））、この状態を維持したままで、第２行程で、上金型１と下金型２の歯型２１とで、ステアリングラック素材Ｗに歯部を形成するようにする（図２（ｂ）、（ｃ））。
この板状歯形部材の製造装置によれば、ステアリングラック素材Ｗに歯部を形成する工程の最初から、上金型１及び下金型２によるステアリングラック素材Ｗの軸方向の両端部の周面の拘束を行うことが可能となり、この結果、ステアリングラック素材Ｗの歯部形成部の肉がステアリングラック素材Ｗの軸方向の端部側に逃げることを防止することができる。
これにより、ステアリングラック素材Ｗの周方向及び軸方向の塑性変化がバリとなって発生しにくく、また、ステアリングラック素材Ｗの歯部形成部の肉が不足することがなく、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を向上することができる。
また、細径のステアリングラック素材Ｗからの歯部形成が可能となり、製品の軽量化を図ることが可能となる。
この場合、歯型２１の歯部側面形成型２１ｂの基体部２１ｂ１にねじ部材２１ｃにより着脱可能となるように配設した歯部側面形成片２１ｂ２を適宜設計するようにしたり、微調整することによって、塑性変形による素材の余剰を確実に吸収して、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を向上することができる。
このように、荒レース加工を施し、鍛造に適した温度にしたステアリングラック素材Ｗを、密閉方式の上金型１及び下金型２からなる板状歯形部材の製造装置により鍛造成形することにより、１工程で、高い成形精度のステアリングラックＰを製造することができる。
ところで、このようにして製造されたステアリングラックＰは、図３〜図４に示すように、ステアリングラックＰがヨークＹによって支持される部分の半径Ｒｐ（ステアリングラックＰを支持するヨークＹの支持面の半径）をステアリングラック素材Ｗの半径Ｒｗより小さくなるように成形することによって、ステアリングラックＰのセンターＰｏとヨークＹのセンターＹｏをずらすようにし、これによって、ピニオンギヤＧとステアリングラックＰが噛み合った際にステアリングラックＰが回転方向に動こうとした場合、センターをずらせたヨークＹで押し付けているため、ステアリングラックＰが揺動することを防止できるようにしている。
図５に、ステアリングラックＰのセンターＰｏとヨークＹのセンターＹｏをずらすようにした場合と一致させた場合の揺動量を示す。
図５に示すように、ステアリングラックＰのセンターＰｏとヨークＹのセンターＹｏをずらすようにすることによって、両者を一致させた場合と比較して、ステアリングラックＰが揺動量を小さくすることができ、ステアリングラックＰの噛合状態を安定させることができる。
以上、本発明の板状歯形部材の製造装置について、ステアリングラックの製造を行う装置の一実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができ、また、製造対象もステアリングラックに限定されず、各種の板状歯形部材を製造する装置を排除しないものである。
本発明の板状歯形部材の製造装置は、密閉方式の金型を用いて１工程で鍛造成形を行うようにすることができるとともに、板状歯形部材の素材の周方向及び軸方向の塑性変化がバリとなって発生しにくく、製品製造時の歩留まり及び製品の成形精度を向上することができることから、形状の複雑なバリアブルステアリングラックを始めとするステアリングラック、その他の板状歯形部材の製造の用途に好適に用いることができる。
１ 上金型
２ 下金型
２１ 歯型
２１ａ 歯面形成型
２１ｂ 歯部側面形成型
２１ｂ１ 基体部
２１ｂ２ 歯部側面形成片
２１ｃ ねじ部材
２２ 可動型
２２ａ 上部可動型
２２ｂ 下部可動型
２２ｃ ばね
Ｐ ステアリングラック（板状歯形部材）
Ｗ ステアリングラック素材（板状歯形部材の素材）

Claims (1)

  1. 密閉方式の上金型及び下金型からなる板状歯形部材の製造装置において、上金型及び下金型の一方の金型を、板状歯形部材の素材に歯部を形成する歯型と、該歯型の板状歯形部材の素材の軸方向の両側に配設した歯型と上下方向に相対的に移動可能な可動型とで構成し、第１行程で、上金型及び下金型の他方の金型と可動型とで、板状歯形部材の素材の軸方向の両端部の周面を拘束した後、第２行程で、上金型及び下金型の他方の金型と歯型とで、板状歯形部材の素材に歯部を形成するようにし、前記歯型を、板状歯形部材の素材の軸方向と直交する方向で分割した、板状歯形部材の素材に歯面を形成する歯面形成型と、その両側に配設した、板状歯形部材の素材の歯部側面を形成する歯部側面形成型とで構成するとともに、歯部側面形成型を、基体部と、該基体部に着脱可能に配設した板状歯形部材の素材の歯部側面を形成する歯部側面形成片とで構成し、かつ、上金型及び下金型の他方の金型と歯部側面形成片とが平面的に当接するようにしたことを特徴とする板状歯形部材の製造装置。
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