JP5967870B2 - 中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のパワーステーリング装置等に使用される中空ラックバーを製造するための中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法に関し、特に生産性を向上できるものに関する。

自動車のパワーステアリング装置に使用される中空ラックバーの製造方法としては従来は丸棒からの切削によるものが多かった。しかしながら、複雑な形状及び軽量化に対応するため、パイプ材から転写鍛造によって製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、まず、パイプ材を冷間鍛造金型によって加圧することにより歯成形工程の第一工程として上面が平坦に形成され、その後、ボンデ処理を施し、次工程でパイプ材の空洞に芯金が圧入される。芯金はテーパ状の突起部を有しており、突起部がパイプ材の平坦部に内周側において係合することにより平坦部の肉は成形型の歯列に向けて塑性変形的に流動することにより張出され、パイプ材の外周平坦部に成形型の歯列に対応した形状の直線方向の歯列が転写方式にて付与され、中空ラックバーとすることができる。なお、歯の成形性を向上させるために、成形型とパイプ材との間に加工油を塗布することもあった。

一方、芯金の圧入時にパイプ材との摩擦等により加工中にビビリ振動等の不規則な振動が発生し、この振動が加工品（パイプ材）に対し悪影響を及ぼして品質の低下を招くという問題があった。このため、芯金の基部に超音波発生装置を接続し、この芯金に所要の微振動を付与するようにしてビビリ振動の発生を防止する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特公平３−５８９２号公報 特開２０００−９４０８２号公報

上述した中空ラックバーの製造方法では、次のような問題があった。すなわち、中空ラックバーに形成される歯部（ラック）として十分な歯幅や歯丈を確保しようとすると、成形時に無理がかかる。例えば、芯金の通し本数が多くなり生産効率が低下する。また、成形型の寿命が短くなり、製造コストが上昇する。また、歯部のファイバーフローに乱れが生じ強度や耐久性が低下する。

そこで本発明は、歯部として十分な歯幅や歯丈を確保しつつ、生産性を低下させずに中空ラックバーを製造するための中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法は次のように構成されている。

歯型を有し、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した金属製中空素材を保持する金型と、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金と、この芯金を、前記金型に保持された中空素材内部に圧入させる圧入機構と、前記歯型に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与する超音波振動付与機構とを備えている。

歯型を有し、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した金属製中空素材を保持する金型と、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金と、この芯金を、前記金型に保持された中空素材内部に圧入させる圧入機構と、前記中空素材に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与する超音波振動付与機構とを備えている。

歯型を有した金型に、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した中空素材を保持し、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を圧入し、前記歯型に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与する。

歯型を有した金型に、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した中空素材を保持し、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を圧入し、前記中空素材に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与する。

本発明によれば、歯部として十分な歯幅や歯丈を確保しつつ、生産性を低下させずに中空ラックバーを製造することが可能となる。

本発明の第１実施の形態に係る中空ラックバー製造装置を示す縦断面図。 同中空ラックバー製造装置による製造工程を示す縦断面図。 同中空ラックバー製造装置による製造工程を示す縦断面図。 同中空ラックバー製造装置による製造工程を示す縦断面図。 同中空ラックバー製造装置による製造工程を示す縦断面図。 同中空ラックバー製造装置による製造工程を示す縦断面図。 同中空ラックバー製造装置による製造工程を示す縦断面図。 同中空ラックバー製造装置による製造工程を示す縦断面図。 本発明の第２実施の形態に係る中空ラックバー製造装置を示す縦断面図。 本発明の第３実施の形態に係る中空ラックバー製造装置を示す縦断面図。

図１は、本発明の第１実施の形態に係る中空ラックバー製造装置１０を示す縦断面図である。中空ラックバー製造装置１０は、鋼管（中空素材）１Ａから中空ラックバー１を製造する。鋼管１Ａは、図１中左端に位置する一端開口２と図１中右端に位置する他端開口３とを有している。鋼管１Ａには、予め中央部位に加工壁部５が形成されている。この加工壁部５の外面にラック４が形成される。加工壁部５は、鋼管１Ａの管壁の一部を、平坦面となるように鋼管１Ａの内側方向にプレス加工で押し潰して設けられる。

中空ラックバー製造装置１０は、金型２０と、芯金ホルダ３０と、芯金駆動機構（圧入機構）４０と、芯金ガイド５０と、後述する歯型２４に超音波振動を付与する超音波発生部（超音波振動付与機構）６０とを備えている。

金型２０は、上型２１と下型２２とを備え、型締め機構２３とを備えている。下型２２は上面に鋼管１Ａを載置するためのセット溝２２ａが設けられている。型締め機構２３により上型２１は下型２２に対して上方から型締め及び型開きされる。

上型２１は下面に鋼管１Ａを挟持するためのセット溝２１ａが設けられている。また、セット溝２１ａの凹部２１ｂが設けられ、歯型２４が取外し可能に装着されている。この歯型２４の下端部に凹凸をなした下向きの歯部２４ａが形成されている。さらに、上型２１には、後述するホーン６３が側面側から挿入される孔部２１ｃが形成されている。

型締めされた状態で、セット溝２１ａ，２２ａは互いに合わさって鋼管１Ａを上下から挟持するとともに、歯型２４の歯部２４ａが突出され、鋼管１Ａの加工壁部５に当接している。

芯金ホルダ３０には、複数の保持孔３１が設けられ、これらの保持孔３１はセット溝２１ａ，２２ａが延びる方向に芯金ホルダ３０を貫通していて、その内部に芯金Ｍが個別に収容されている。芯金ホルダ３０に支持された各芯金Ｍは、金型２０に対して後述する第１の芯金押棒４１が挿脱される側に位置されている。

芯金ホルダ３０は図１中上下方向に移動する。この移動が行われるたびに、複数の保持孔３１の内の一つが順次選択されて互いに合わさったセット溝２１ａ，２２ａがつくる孔の一端に対向される。そのため、芯金ホルダ３０に支持された芯金Ｍを順次鋼管１Ａ内に出し入れすることが可能である。

各芯金Ｍは金属で作られている。芯金Ｍにはその硬度と耐摩耗性を鋼管１Ａより高くするための処理が施されている。芯金Ｍの長さは、歯型２４の歯部２４ａの長さの半分以下と短く設定されている。また、芯金Ｍの高さはいずれも異なっている。加工時の芯金ホルダ３０に対する芯金Ｍの出し入れは、相対的に低い芯金Ｍから順次なされる。

芯金駆動機構４０は、第１の芯金押棒４１及び第１の押棒駆動部４２と、第２の芯金押棒４３及び第２の押棒駆動部４４とを備えている。第１の芯金押棒４１は芯金Ｍの図１中左端に当接し、第１の押棒駆動部４２により鋼管１Ａ内に圧入する機能を有している。第２の芯金押棒４３は芯金Ｍの図１中右端に当接し、第２の押棒駆動部４４により鋼管１Ａ内に圧入する機能を有している。

超音波発生部６０は、円筒状の筐体６１と、この筐体６１内部に収容された振動子６２と、この振動子６２の端部に取り付けられたホーン６３とを備えている。ホーン６３の先端側は上型２１の孔部２１ｃから挿入し、先端が歯型２４に当接している。これにより、超音波発生部６０は、歯型２４に周波数２０ＫＨｚ〜６０ＫＨｚ、振幅１〜１０μｍの振動を付与する。

上述した中空ラックバー製造装置１０を用いて鋼管１Ａから中空のラックバー１を製造する手順を説明する。

図２Ａに示すように金型２０を開く。図２Ｂに示すように、金型２０を型開きした状態で鋼管１Ａをその加工壁部５を上向きにしてセットする。セットされた鋼管１Ａの一端開口２は金型２０内に配置され、鋼管１Ａの他端側は金型２０から図１中右方へ突出される。又、図２Ｃに示すように、型締めによって、加工壁部５の両側の部位５ａ，５ｂは上下方向から夫々上型２１と下型２２とで挟持されるとともに、加工壁部５の外面に歯型２４が当接される。

次に、超音波発生部６０により歯型２４に振動を与える。この振動は次の芯金Ｍの圧入が終わるまで継続する。

次に、図２Ｄに示すように、芯金ホルダ３０を動作させて、それに収容された複数の芯金Ｍの内の一つを、芯金ガイド５０に対向した状態に保持する。これとともに、芯金ガイド５０に対向した芯金Ｍの一端に第１の芯金押棒４１の先端を当接させる。

次に、第２の押棒駆動部４４を動作させて第２の芯金押棒４３が鋼管１Ａの他端開口３を通って鋼管１Ａ内に挿入される。これに伴い、第２の芯金押棒４３の先端が鋼管１Ａの一端開口２及び芯金ガイド５０を挿通して、芯金ホルダ３０内の芯金Ｍの他端に当たるようになる。したがって、芯金Ｍがその軸方向両端からこれら両端に接した第１の芯金押棒４１と第２の芯金押棒４３とで挟持される。

この後、図２Ｅに示すように、第１の駆動部４２及び第２の駆動部４４を動作させて、芯金Ｍは、第１の芯金押棒４１と第２の芯金押棒４３とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒４１により押圧されて鋼管１Ａ内に圧入される。この時、芯金Ｍに超音波振動が与えられているので、鋼管１Ａとの摩擦によるきしみが生じず、これによりビビリ振動の発生が防がれてスムーズに圧入される。さらに、図１に示す第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とにわたって往復移動させる。

金型２０に向けて第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２に芯金Ｍが往復移動されることにより、芯金Ｍが、鋼管１Ａの加工壁部５の肉を、鋼管１Ａの内側から外側の歯型２４に向けて押込むように塑性流動させる。

次に、図２Ｆに示すように、第１の芯金押棒４１が引き戻される。この時、第２の芯金押棒４３が芯金ホルダ３０に向けて移動される。これにより、芯金Ｍは、この芯金Ｍの両端に接した第１の芯金押棒４１と第２の芯金押棒４３とで挟持された状態のまま、第２の芯金押棒４３により押圧されて芯金ガイド５０を通って芯金ホルダ３０に内に押し戻される。

この後、図２Ｇに示すように、芯金ホルダ３０を動かして、次に突起部の突起量が大きい芯金Ｍを芯金ガイド５０を通して鋼管１Ａの開口部に対向させる。そして、次に使用する芯金Ｍを挟持した状態とした後に、同様にして、芯金Ｍは、第１の芯金押棒４１と第２の芯金押棒４３とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒４１により押圧されて鋼管１Ａ内に圧入し、一往復させる。こうした手順を順次繰り返すことによって、鋼管１Ａに金型２０の歯型２４に対応したラックを有した中空ラックバーを製造する。

最後に、使用した最後の芯金Ｍを芯金ホルダ３０に戻した後に、第２の芯金押棒４３を鋼管１Ａから抜出してから、金型２０を開く。

上述したように微振動が与えられているので、歯部として十分な歯幅や歯丈を確保する場合であっても、圧入に伴い鋼管１Ａに過大な負荷を生じることがなくなるので、生産性を低下させずに中空ラックバー１を製造することが可能となる。また、中空ラックバー１のラック４のファイバーフローに乱れが生じず、強度や耐久性が向上する。

図２は本発明の第２の実施の形態に係る中空ラックバー製造装置１０Ａを示す図である。なお、図２において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

中空ラックバー製造装置１０Ａにおいては、超音波発生部６０が設けられる位置が中空ラックバー製造装置１０と異なっている。すなわち、上型２１のセット溝２１ａと上面とを貫く孔部２１ｄが設けられ、超音波発生部６０のホーン６３が歯型２４の上面に当接している。これにより、超音波発生部６０により歯型２４に微振動が付与される。

このように構成された中空ラックバー製造装置１０Ａにおいても、中空ラックバー製造装置１０と同様に生産性を低下させずに中空ラックバー１を製造することが可能となる。

図３は本発明の第３の実施の形態に係る中空ラックバー製造装置１０Ｂを示す図である。なお、図２において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

中空ラックバー製造装置１０Ｂにおいては、超音波発生部６０が設けられる位置が中空ラックバー製造装置１０と異なっている。すなわち、下型２２のセット溝２２ａと下面とを貫く孔部２２ｂが設けられ、超音波発生部６０のホーン６３が鋼管１Ａの下面に当接している。これにより、超音波発生部６０により鋼管１Ａに微振動が付与される。

このように構成された中空ラックバー製造装置１０Ｂにおいても、中空ラックバー製造装置１０と同様に生産性を低下させずに中空ラックバー１を製造することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］歯型を有し、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した金属製中空素材を保持する金型と、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金と、この芯金を、前記金型に保持された中空素材内部に圧入させる圧入機構と、前記歯型に超音波振動を付与する超音波振動付与機構とを備えている中空ラックバー製造装置。
［２］歯型を有し、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した金属製中空素材を保持する金型と、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金と、この芯金を、前記金型に保持された中空素材内部に圧入させる圧入機構と、前記中空素材に超音波振動を付与する超音波振動付与機構とを備えている中空ラックバー製造装置。
［３］前記芯金往復動機構は、前記金型の片側に配置され、前記芯金を支持するとともに、前記金型に保持された中空素材の一端開口に前記芯金を挿入可能とする位置に前記芯金を移動させる芯金ホルダと、前記芯金ホルダ及び前記中空素材の一端開口を通って前記中空素材内に挿脱され、その挿入により前記芯金を前記中空素材内に圧入する第１の芯金押棒と、この第１の芯金押棒と反対側から前記他端開口を通って前記中空素材内に挿脱され、前記芯金を、第１の芯金押棒と挟持した状態で、前記芯金ホルダから前記中空素材内に圧入させるとともに前記芯金ホルダに向けて押戻す第２の芯金押棒とを備えている［１］又は［２］に記載の中空ラックバー製造装置。
［４］歯型を有した金型に、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した中空素材を保持し、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を圧入し、前記歯型に超音波振動を付与する中空ラックバー製造方法。
［５］歯型を有した金型に、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した中空素材を保持し、前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を圧入し、前記中空素材に超音波振動を付与する中空ラックバー製造方法。
［６］前記圧入は、中空素材の一端開口を通って前記中空素材に挿脱される第１の芯金押棒と前記中空素材の他端開口を通ってこの素材に挿脱される第２の芯金押棒とで、前記金型に対して前記第１の芯金押棒が挿脱される側のみに配置された芯金を挟持するとともに、この芯金を少なくとも前記第１の芯金押棒で回り止めし、この回り止め状態を維持したまま前記両芯金押棒により前記芯金を前記中空素材内に前記一端開口から導入した後、前記芯金を前記第１の芯金押棒で回り止めしつつ前記中空素材内に圧入してから前記第２の芯金押棒で前記芯金を前記第１の芯金押棒との間に挟持した状態で押戻す［４］又は［５］に記載の中空ラックバー製造方法。

１…中空ラックバー、１Ａ…鋼管（中空素材）、２…一端開口、３…他端開口、４…ラック、５…加工壁部、１０…中空ラックバー製造装置、２０…金型、２１…上型、２１ａ…セット溝、２１ｃ…孔部、２２…下型、２２ａ…セット溝、２３…型締め機構、２４…歯型、３０…芯金ホルダ、３１…保持孔、４０…芯金駆動機構、５０…芯金ガイド、６０…超音波発生部、６３…ホーン、Ｍ…芯金。

Claims (6)

1. 歯型を有し、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した金属製中空素材を保持する金型と、
   前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金と、
   この芯金を、前記金型に保持された中空素材内部に圧入させる圧入機構と、
   前記歯型に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与する超音波振動付与機構とを備えていることを特徴とする中空ラックバー製造装置。
2. 歯型を有し、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した金属製中空素材を保持する金型と、
   前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金と、
   この芯金を、前記金型に保持された中空素材内部に圧入させる圧入機構と、
   前記中空素材に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与する超音波振動付与機構とを備えていることを特徴とする中空ラックバー製造装置。
3. 前記圧入機構は、前記金型の片側に配置され、前記芯金を支持するとともに、前記金型に保持された中空素材の一端開口に前記芯金を挿入可能とする位置に前記芯金を移動させる芯金ホルダと、
   前記芯金ホルダ及び前記中空素材の一端開口を通って前記中空素材内に挿脱され、その挿入により前記芯金を前記中空素材内に圧入する第１の芯金押棒と、
   この第１の芯金押棒と反対側から他端開口を通って前記中空素材内に挿脱され、前記芯金を、第１の芯金押棒と挟持した状態で、前記芯金ホルダから前記中空素材内に圧入させるとともに前記芯金ホルダに向けて押戻す第２の芯金押棒とを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空ラックバー製造装置。
4. 歯型を有した金型に、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した中空素材を保持し、
   前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を圧入し、
   前記歯型に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与することを特徴とする中空ラックバー製造方法。
5. 歯型を有した金型に、両端が開口されるとともに前記歯型によりラックが形成される加工壁部を有した中空素材を保持し、
   前記中空素材内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記中空素材の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を圧入し、
   前記中空素材に前記芯金の圧入方向と平行に超音波振動を付与することを特徴とする中空ラックバー製造方法。
6. 前記圧入は、中空素材の一端開口を通って前記中空素材に挿脱される第１の芯金押棒と前記中空素材の他端開口を通ってこの素材に挿脱される第２の芯金押棒とで、前記金型に対して前記第１の芯金押棒が挿脱される側のみに配置された芯金を挟持するとともに、この芯金を少なくとも前記第１の芯金押棒で回り止めし、この回り止め状態を維持したまま前記両芯金押棒により前記芯金を前記中空素材内に前記一端開口から導入した後、前記芯金を前記第１の芯金押棒で回り止めしつつ前記中空素材内に圧入してから前記第２の芯金押棒で前記芯金を前記第１の芯金押棒との間に挟持した状態で押戻すことを特徴とする請求項４又は５に記載の中空ラックバー製造方法。

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