JP6428215B2 - ラック軸素材の鍛造装置、鍛造装置を用いた製造方法及びラック軸素材 - Google Patents
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Description
(請求項3)ラック軸素材の鍛造装置は、半密閉鍛造型を構成する第一型及び第二型を備えるラック軸素材の鍛造装置であって、前記ラック軸素材は、ラック歯が形成されるラック歯形成部と、前記ラック歯形成部から軸直交方向に突出するバリと、を備え、前記第一型は、前記ラック歯を鍛造形成する歯部を含み前記ラック軸素材の軸方向に延びる第一溝部、及び、前記第一溝部の両縁に設けられる第一縁面と、前記第一溝部から前記軸直交方向に離間する前記第一縁面の外側において、前記第一縁面と接続され前記バリの形成時において対向する前記第二型から離間する方向に傾斜する第一傾斜面と、前記第一傾斜面のさらに外側において、前記第一傾斜面と接続され、前記第一縁面と平行で、且つ前記バリの前記形成時において前記第一縁面より前記第二型から離間するよう配置される第一逃がし面と、を備え、前記第二型は、前記第一型に対向して設けられ、前記ラック軸素材の軸方向に延び前記ラック歯の裏面側に対応する第二溝部、及び、前記第二溝部の両縁に設けられ前記第一縁面に対して隙間を介して対向する第二縁面と、前記第二溝部から前記軸直交方向に離間する前記第二縁面の外側において、前記第二縁面と接続され前記バリの前記形成時において対向する前記第一型から離間する方向に傾斜する第二傾斜面と、前記第二傾斜面のさらに外側において、前記第二傾斜面と接続され、前記第二縁面と平行で、且つ前記バリの前記形成時において前記第二縁面より前記第一型から離間するよう配置される第二逃がし面と、を備え、前記バリは、前記第一型と前記第二型とを用いて前記ラック歯の形成前の原材料の鍛造により、前記第一縁面と前記第二縁面との間に張り出されて形成され、前記バリの前記形成時における前記第一縁面と前記第二縁面との離間距離は、前記ラック歯形成部の中央部より前記ラック歯形成部の第一端部の方が小さい。
(請求項4)また、前記離間距離は、前記中央部から前記第一端部に向かって漸減してもよい。これにより、第一端部側におけるラック歯形成用の歯部に流れ込む余肉の量が十分なものとなり、第一端部側のラック歯の形状精度が良好になる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、ラック軸素材11について説明する。ラック軸素材11は、ステアリング装置に適用されるラック軸(図略)を製作する基となる素材である。本実施形態に係るラック軸は、バリアブルステアリング装置(後に詳述する)に用いられる。図1A、図1Bは、ラック軸素材11の側面図及び上面図である。ラック軸は、ラック軸素材11の一部(バリ15、15)をフライス加工等により除去加工することによって得られる。なお、ラック軸素材11は、鋼材で形成された円柱状で中実の軸部材(原材料に相当)から形成される。
以下、本実施形態におけるラック軸素材11を製造する鍛造装置20の具体例について、図2〜図6に基づいて説明する。図2に示すように、鍛造装置20は、鍛造型21と、クランパ17と、を備える。なお、クランパ17は、ラック軸素材11の外周面を、軸直交方向外方からラック軸素材11の軸線に向けて押圧する部材である。クランパ17によるラック軸素材11の外周面の押圧により、鍛造時におけるラック軸素材11の軸方向への伸長が抑制される。なお、図2には、ラック軸素材11の図も含まれている。
次に、上記で説明したラック軸素材11の製造方法について図7のフローチャートに基づき説明する。製造方法は、加熱工程、押圧工程及び鍛造工程を備える。
本実施形態における鍛造は温間鍛造である。加熱工程では、ラック軸素材11のラック歯形成部13、及びラック歯形成部13の両側のテーパ12b、12cに当たる部分が熱で柔らかくなるまで、電気加熱炉で加熱される。そして、押圧工程の準備として、第二型21b上の所定の位置に、長尺状で中実の原材料である軸部材が載置される(図略)。
押圧工程では、まず、図2、図6に示すクランパ17を鍛造前に作動させる。これにより、クランパ17は、第一型21aと相対移動しながら、第二型21bに向かって下降する。そして、クランパ17は、下面の凹部17bが、ラック軸素材11の長軸部14に対応する部位である軸部材の端部Pに当接し、端部Pを所定のプレス圧(例えば30t)で、第二型21b方向に押圧する。この押圧によって、端部Pの軸方向の変形を拘束し、延いては長軸部14の伸びを抑制する。
次に、鍛造工程では、鍛造型21の第一型21aを作動させる。つまり、スライド23を作動させ、スライド23に固定される第一型21aを、第二型21bに向かって接近させる。そして、第一型21aと、第二型21bとの間に所定の隙間を介して停止させる。このとき、第一縁面21a1と第二縁面21b1との間の隙間の離間距離αは、ラック歯形成部13の中央部の離間距離α1よりラック歯形成部13の第一端部13aの離間距離α2の方が小さくなるよう設定される。また、第二端部13bの離間距離α3は、離間距離α1と同等である。また、このとき、第一型21aで短軸部12と長軸部14とを所定の圧力で、第二型21b方向に押圧する。これにより、鍛造時における長軸部14の上方への屈曲変形(図2の矢印Arv参照)が抑制される。
ここで、鍛造工程によって鍛造加工されたラック軸素材11の余肉の移動(流れ)について図8の模式図に基づき詳細に説明する。第一型21aのプレス加工によって、ラック歯形成部13(複数のラック歯16を含む)が鍛造加工されると、ラック歯形成部13の形成にとって不要となる余肉は、主に図8中の矢印Ar1〜Ar6の方向に向かって移動する。なお、ラック歯形成部13の軸方向中央部には符号の付してない矢印を軸直交方向に記載しているが、この矢印もラック歯形成部13における余肉が矢印方向に移動することを示している。
上記実施形態によれば、鍛造装置20は、半密閉鍛造型を構成する第一型21a及び第二型21bを備えるラック軸素材11の鍛造装置である。ラック軸素材11は、ラック歯16が形成されるラック歯形成部13と、ラック歯形成部13から軸直交方向に突出するバリ15と、を備える。鍛造装置20の第一型21aは、ラック歯16を鍛造形成する歯部21cを含みラック軸素材11の軸方向に延びる第一溝部21a2、及び、第一溝部21a2の両縁に設けられる第一縁面21a1を備える。また、鍛造装置20の第二型21bは、第一型21aに対向して設けられ、ラック軸素材11の軸方向に延びラック歯16の裏面側に対応する第二溝部21b2、及び第二溝部21b2の両縁に設けられ第一縁面21a1に対して隙間を介して対向する第二縁面21b1を備える。そして、バリ15は、第一型21aと第二型21bとを用いてラック歯16の形成前の原材料の鍛造により、第一縁面21a1と第二縁面21b1との間に張り出されて形成され、バリ15の形成時における第一縁面21a1と第二縁面21b1との離間距離は、ラック歯形成部13の中央部よりラック歯形成部13の第一端部13aの方が小さい。
Claims (9)
- 半密閉鍛造型を構成する第一型及び第二型を備えるラック軸素材の鍛造装置であって、
前記ラック軸素材は、ラック歯が形成されるラック歯形成部と、前記ラック歯形成部から軸直交方向に突出するバリと、を備え、
前記第一型は、前記ラック歯を鍛造形成する歯部を含み前記ラック軸素材の軸方向に延びる第一溝部、及び、前記第一溝部の両縁に設けられる第一縁面を備え、前記第一縁面は、前記ラック歯形成部の中央部に対応する部分における前記第一溝部からの幅より前記ラック歯形成部の第一端部に対応する部分における前記第一溝部からの幅の方が小さくなるよう形成され、
前記第二型は、前記第一型に対向して設けられ、前記ラック軸素材の軸方向に延び前記ラック歯の裏面側に対応する第二溝部、及び前記第二溝部の両縁に設けられ前記第一縁面に対して隙間を介して対向する第二縁面を備え、前記第二縁面は、前記ラック歯形成部の前記中央部に対応する部分における前記第二溝部からの幅より前記ラック歯形成部の前記第一端部に対応する部分における前記第二溝部からの幅の方が小さくなるよう形成され、
前記バリは、前記第一型と前記第二型とを用いて前記ラック歯の形成前の原材料の鍛造により、前記第一縁面と前記第二縁面との間に張り出されて形成され、
前記バリの形成時における前記第一縁面と前記第二縁面との離間距離は、前記ラック歯形成部の前記中央部より前記ラック歯形成部の前記第一端部の方が小さい、ラック軸素材の鍛造装置。 - 半密閉鍛造型を構成する第一型及び第二型を備えるラック軸素材の鍛造装置であって、
前記ラック軸素材は、ラック歯が形成されるラック歯形成部と、前記ラック歯形成部から軸直交方向に突出するバリと、を備え、
前記第一型は、前記ラック歯を鍛造形成する歯部を含み前記ラック軸素材の軸方向に延びる第一溝部、及び、前記第一溝部の両縁に設けられる第一縁面と、
前記第一溝部から前記軸直交方向に離間する前記第一縁面の外側において、前記第一縁面と接続され前記バリの形成時において対向する前記第二型から離間する方向に傾斜する第一傾斜面と、を備え、
前記第二型は、前記第一型に対向して設けられ、前記ラック軸素材の軸方向に延び前記ラック歯の裏面側に対応する第二溝部、及び、前記第二溝部の両縁に設けられ前記第一縁面に対して隙間を介して対向する第二縁面と、
前記第二溝部から前記軸直交方向に離間する前記第二縁面の外側において、前記第二縁面と接続され前記バリの前記形成時において対向する前記第一型から離間する方向に傾斜する第二傾斜面と、を備え、
前記バリは、前記第一型と前記第二型とを用いて前記ラック歯の形成前の原材料の鍛造により、前記第一縁面と前記第二縁面との間に張り出されて形成され、
前記バリの前記形成時における前記第一縁面と前記第二縁面との離間距離は、前記ラック歯形成部の中央部より前記ラック歯形成部の第一端部の方が小さい、ラック軸素材の鍛造装置。 - 半密閉鍛造型を構成する第一型及び第二型を備えるラック軸素材の鍛造装置であって、
前記ラック軸素材は、ラック歯が形成されるラック歯形成部と、前記ラック歯形成部から軸直交方向に突出するバリと、を備え、
前記第一型は、前記ラック歯を鍛造形成する歯部を含み前記ラック軸素材の軸方向に延びる第一溝部、及び、前記第一溝部の両縁に設けられる第一縁面と、
前記第一溝部から前記軸直交方向に離間する前記第一縁面の外側において、前記第一縁面と接続され前記バリの形成時において対向する前記第二型から離間する方向に傾斜する第一傾斜面と、
前記第一傾斜面のさらに外側において、前記第一傾斜面と接続され、前記第一縁面と平行で、且つ前記バリの前記形成時において前記第一縁面より前記第二型から離間するよう配置される第一逃がし面と、を備え、
前記第二型は、前記第一型に対向して設けられ、前記ラック軸素材の軸方向に延び前記ラック歯の裏面側に対応する第二溝部、及び、前記第二溝部の両縁に設けられ前記第一縁面に対して隙間を介して対向する第二縁面と、
前記第二溝部から前記軸直交方向に離間する前記第二縁面の外側において、前記第二縁面と接続され前記バリの前記形成時において対向する前記第一型から離間する方向に傾斜する第二傾斜面と、
前記第二傾斜面のさらに外側において、前記第二傾斜面と接続され、前記第二縁面と平行で、且つ前記バリの前記形成時において前記第二縁面より前記第一型から離間するよう配置される第二逃がし面と、を備え、
前記バリは、前記第一型と前記第二型とを用いて前記ラック歯の形成前の原材料の鍛造により、前記第一縁面と前記第二縁面との間に張り出されて形成され、
前記バリの前記形成時における前記第一縁面と前記第二縁面との離間距離は、前記ラック歯形成部の中央部より前記ラック歯形成部の第一端部の方が小さい、ラック軸素材の鍛造装置。 - 前記離間距離は、前記中央部から前記第一端部に向かって漸減する、請求項1−3の何れか1項に記載のラック軸素材の鍛造装置。
- 前記ラック軸素材は、前記ラック歯形成部の前記第一端部に連続して設けられる第一非ラック軸部と、前記ラック歯形成部の前記第一端部と反対側の第二端部に連続して設けられ、前記第一非ラック軸部より短い第二非ラック軸部と、を備え、
前記第一溝部の一端及び前記第二溝部の一端は、軸方向に貫通し前記第一非ラック軸部の第一端面側への移動を許容し、
前記第一溝部の他端及び前記第二溝部の他端は、前記第二非ラック軸部の端面に対向する規制端面を備え、前記第二非ラック軸部の第二端面側への移動を規制する、
請求項1−4の何れか1項に記載のラック軸素材の鍛造装置。 - 前記ラック軸素材の鍛造装置は、前記第一型及び前記第二型による、前記ラック歯の形成前の原材料の鍛造前に、前記原材料の前記第一非ラック軸部に対応する部位の外周を押圧し、前記原材料に対する鍛造時に、前記原材料の前記第一非ラック軸部に対応する部位の軸方向への移動を抑制するクランパを備える、請求項5に記載のラック軸素材の鍛造装置。
- 半密閉鍛造型を構成する第一型及び第二型を備えるラック軸素材の鍛造装置であって、
前記ラック軸素材は、ラック歯が形成されるラック歯形成部と、前記ラック歯形成部から軸直交方向に突出するバリと、前記ラック歯形成部の第一端部に連続して設けられる第一非ラック軸部と、前記ラック歯形成部の前記第一端部と反対側の第二端部に連続して設けられ、前記第一非ラック軸部より短い第二非ラック軸部と、を備え、
前記第一型は、前記ラック歯を鍛造形成する歯部を含み前記ラック軸素材の軸方向に延びる第一溝部、及び、前記第一溝部の両縁に設けられる第一縁面を備え、前記第一縁面は、前記ラック歯形成部の中央部に対応する部分における前記第一溝部からの幅より前記ラック歯形成部の前記第一端部に対応する部分における前記第一溝部からの幅の方が小さくなるよう形成され、
前記第二型は、前記第一型に対向して設けられ、前記ラック軸素材の軸方向に延び前記ラック歯の裏面側に対応する第二溝部、及び、前記第二溝部の両縁に設けられ前記第一縁面に対して隙間を介して対向する第二縁面を備え、前記第二縁面は、前記ラック歯形成部の前記中央部に対応する部分における前記第二溝部からの幅より前記ラック歯形成部の前記第一端部に対応する部分における前記第二溝部からの幅の方が小さくなるよう形成され、
前記鍛造装置は、前記第一型及び前記第二型による前記ラック歯の形成前の原材料の鍛造前に、前記原材料の前記第一非ラック軸部に対応する部位の外周を押圧し、前記原材料に対する鍛造時に、前記原材料の前記第一非ラック軸部に対応する部位の軸方向への移動を抑制するクランパをさらに備える、ラック軸素材の鍛造装置。 - 半密閉鍛造型を構成する第一型及び第二型を用いてラック軸素材を製造する方法であって、
前記ラック軸素材は、ラック歯が形成されるラック歯形成部と、前記ラック歯形成部から軸直交方向に突出し、前記ラック歯形成部の軸方向中央部の厚みより前記ラック歯形成部の第一端部の厚みの方が小さく形成されるバリと、を備え、
前記第一型は、前記ラック歯を鍛造形成する歯部を含み前記ラック軸素材の軸方向に延びる第一溝部、及び前記第一溝部の両縁に設けられる第一縁面を備え、前記第一縁面は、前記ラック歯形成部の前記中央部に対応する部分における前記第一溝部からの幅より前記ラック歯形成部の前記第一端部に対応する部分における前記第一溝部からの幅の方が小さくなるよう形成され、
前記第二型は、前記第一型に対向して設けられ、前記ラック軸素材の軸方向に延びる第二溝部、及び前記第二溝部の両縁に設けられ前記第一縁面に対して隙間を介して対向する第二縁面を備え、前記第二縁面は、前記ラック歯形成部の前記中央部に対応する部分における前記第二溝部からの幅より前記ラック歯形成部の前記第一端部に対応する部分における前記第二溝部からの幅の方が小さくなるよう形成され、
前記ラック軸素材は、前記ラック歯形成部の前記第一端部に連続して設けられる第一非ラック軸部と、前記ラック歯形成部の前記第一端部と反対側の第二端部に連続して設けられ前記第一非ラック軸部より短い第二非ラック軸部と、を備え、
前記ラック軸素材の製造方法は、
前記第一型、及び前記第二型による、前記ラック歯の形成前の原材料の鍛造前に、前記原材料の前記第一非ラック軸部に対応する部位の外周面をクランパにより押圧する押圧工程と、
前記原材料に対する鍛造時に、前記クランパにより前記原材料の前記第一非ラック軸部に対応する部位の軸方向への移動を抑制しながら、前記ラック歯、及び前記第一縁面と前記第二縁面との間に張り出される前記バリが形成される鍛造工程と、を備える、ラック軸素材の製造方法。 - 請求項1−7の何れか1項に記載の前記ラック軸素材の前記鍛造装置により製造されたラック軸素材。
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