JPH09506550A - かじ取りラックバーの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 歯と２つの長手方向に延在する案内面をもつかじ取りラックバー部分を素材から成形するための鍛造ダイである。ダイは第１（１８）と第２（１９）のダイ部材と、素材上に収斂する４個の成形素子（５２、５３、５４、５５）を含む。第１の成形素子（５２）は歯を成形するため第２ダイ部材（１９）上にあり、第２（５３）と第３（５４）の成形素子は案内面を成形するために第１ダイ部材（１８）上にある。第４成形素子（５５）は前記部分の表面を成形するために第１ダイ部材（１８）に対し相対的に摺動でき、かつ第１バイアス手段（８３、８４）に連結されていて、鍛造中第４成形素子（５５）を移動させる。該ダイは鍛造中素材を保持する対向する第１と第２のグリッパをもち、第１グリッパ（２３）は第２バイアス手段（２５、３６）に連結されかつ前記第１ダイ部材（１８）に対し相対的に摺動でき、第２グリッパ（２４）は第３バイアス手段（２６、２８）に連結されかつ第２ダイ部材（１９）に対し相対的に摺動でき、第１バイアス手段は第２バイアス手段から機械的に分離されている。

Description

【発明の詳細な説明】 かじ取りラックバーの製造装置技術分野 本発明は自動車用かじ取りラックバー及びその製造に関するものである。背景技術 かじ取りラックバーの多くは一端から延びる全長の約四分の一にわたって歯を 切削加工した鋼の円柱形バーから作られる。この技法によって作ったラックの欠 点は米国特許第４，７１５，２１０号及び第４，５７１，９８２号に記載してい る。これら特許は一般に“Ｙ形ダイ”として既知の多−素子ダイ中で鍛造するこ とによってかじ取りラックバーを作る方法と装置を夫々記載している。前記Ｙ形 ダイでは、成形圧力を最大限となしそして出来る“バリ”を最小限とするために 、ダイの成形素子はラックバーの中心線に向かって収斂している。これは特に大 文字“Ｙ”に似ているラックバーの歯付き部分を通じて単一横断面をもつラック を作るのに適しており、このラックは米国特許第４，１１６，０８５号に記載す る如き大きな利点を有する。 米国特許第４，５７１，９８２号に記載された装置で作ったラックバーは同じ 直径の円柱形バー素材から作ったラックバーに比して優れた曲げ及び疲労強度を もち、その鍛造プロセスは米国特許第３，７５３，３７８号に記載された如く、 一定か又は可変の何れかの比歯形を与えることができる。ラック行程の軸線方向 範囲にわたって比曲線が滑らかに変化するような場合、可変の比歯形はブローチ 削り加工又は研磨加工によって精密に作ることはできず、また上記以外の方法、 例えば化学的加工又は放電加工によって経済的に作ることはできない。 ラックバーは、１９８３年以来米国特許第４，５７１，９８２号に記載された “温熱”鍛造技法によって作られてきた。そのダイの特徴はダイ型穴容積が素材 の容積に緊密に適合し、出来る“バリ”が最小限となることにある。優れた疲労 強度及び主軸回りの曲げ強度の要求される利益、製品の優れた直線性、低い製造 コスト及び可変の比歯形を製造する能力はすべて実現されたけれども、製造経験 がＹ形ダイの現在の形状のデザインに多くの欠点を目立たせた。 現在のＹ形ダイの欠点の中で主なものは、鍛造負荷と掴み負荷を独立に制御す ることが出来ないことである。この従来技術のダイでは、上部ダイ素子（鍛造負 荷を制御する）と上部グリッパ（掴み負荷を制御する）は各々単一のプレートに 取付けられ、そして２つのばねによって垂直下向きにプリロードを負荷される。 このプレートは上部プラテン中で垂直に摺動することができ、それ故上部ダイ素 子と上部グリッパの独立した運動は不可能である。上部ダイ素子はラックのＹ形 断面のステム中で増大する成形金属の容積を受入れる働きをなしそして素材直径 の許し代に順応するため、或る可変の（しかし僅かな）程度まで上昇することが 実際上見出された。この結果、上部ダイ素子と上部グリッパが取付けられたプレ ートもまた或る可変の程度まで上昇し、それ故掴み負荷が可変性となる。 更に、プレート上の不均等な負荷分布は、ラックの歯付き部分に隣接したプレ ートの側を上部グリッパを支持する側に対し相対的に垂直上方に逸らせて、上部 と下部のグリッパを開かせようとする。これは、グリッパ力をロスさせ、金属を グリッパ間で軸線方向に押し出させ、それに付随してダイ圧力の局部的ロスを生 じ、その結果歯の充填を不十分となす。更に、プレートの上向きの相対的逸れは ダイ穴部内の軸線方向圧力分布を不均等となし、しばしば上部ダイ素子の寸法に 、満足な歯の充填とＹ形断面が得られるまで、多くの反復作業を必要となす。各 工具交換の後実施されなければならないこのプロセスは、時間がかかり、その結 果、工具の急速な交換を要する大量生産環境には不適当である。 前記プレートの不均等な逸れによる他の結果は、鍛造したラックバーに直線性 を欠くことである。これはラックバーの歯付き部分と円柱形部分間の移り変わり 部分に曲がりとして現れる。 最近のＹ形ダイデザインの他の欠点は、鍛造力と掴み力を制御するために機械 的ばねを使用することにある。米国特許第４，５７１，９８２号に示す如き螺旋 状コイルばねは包装が困難であり、そのため機械的ビームばねがＹ形ダイの製造 に現在まで使用されてきた。しかし、前述のばねプリロードはかかる機械的ばね では容易に変えられず、磨耗に起因して使用中に変化し、それによってばねに疲 労破壊が生じる可能性が増す。該プロセスに変化性を導入し、機械的プリロード のロスによって、ばねに疲労破壊が生じる可能性が増す。また、ラックバーの色 々な寸法は色々な最大ばね負荷及び／又はばね率を要求し、これらのパラメータ はまた、或る生産環境においては容易に変えられない。 本発明は、従来技術のＹ形ダイの欠点のない米国特許第４，５７１，９８２号 に記載された輪郭の鋼製ラックバーの成形に適したダイを提供する。本発明の重 要な特徴は掴みと鍛造の力及び圧力を個別に制御することである。掴みと鍛造の 機能の分離は各々を最適化させると共に、製品の歯の充填とラックバーの直線性 の改善を付随的にもたらす。更に、完全ダイ閉鎖の瞬間に占めていた位置からの 上部ダイ素子と上部及び下部のグリッパの戻りは独立して制御されそして重大な 歪みと不正整列を回避する手法で鍛造したラックを他のダイ素子との接触から離 すようタイミング調節される。また、本発明はダイを分解する必要なく迅速な微 細チューニング又は鍛造パラメータの再設定を可能ならしめ、それによって迅速 なツーリング交換を容易ならしめると共に大量生産環境で使用するのに適したダ イを作ることを可能ならしめる。発明の開示 １態様として、本発明は、鍛造によって素材からかじ取りラックバーの歯付き 部分を成形するダイであって、前記歯付き部分が歯をもつ面と、少なくとも２つ の長手方向に延在する案内面をもち、前記ダイが第１と第２のダイ部材、及びダ イ中に置かれたとき素材上に収斂するよう相対的に可動の一群をなす第１、第２ 、第３及び第４の成形素子を含み、第１成形素子は第２ダイ部材の一部をなしか つ前記歯の相対形状に対応する一面上に一形状をもち、第２と第３の成形素子は 第１ダイ部材の一部をなしかつ歯付き部分の長手方向に延在する案内面を形成す るよう適用される成形面をもち、第４成形素子は第１バイアス手段に連結されか つ第２と第３の成形素子間で第１ダイ部材に対し相対的に摺動可能でありそして 前記案内面間で前記歯に対向して横たわる歯付き部分の一表面を成形するよう適 用され、前記第１バイアス手段は鍛造中に及ぼされる負荷の下で第４成形素子を 前記素材から離れるよう移動させ、前記ダイは更に、鍛造中素材の長手方向移動 を抑制するためのグリッパシステムを含み、前記グリッパシステムは鍛造中素材 の非成形面に対して径方向に負荷される対向する第１と第２のグリッパを含み、 第１グリッパは第２バイアス手段に連結されかつ第１ダイ部材に対し相対的に摺 動可能であり、第２グリッパは第３バイアス手段に連結されかつ第２ダイ部材に 対し相対的に摺動可能であることから成るダイにおいて、第１バイアス手段が機 械的に第２バイアス手段から分離していることを特徴とするダイが提供される。 好適には、第１バイアス手段、第２バイアス手段及び第３バイアス手段は液圧 作動器とする。また、好適には、第３及び第２バイアス手段は液体的に相互連結 される。勿論、代案としては、第３バイアス手段は機械ばねとすることができ、 この場合第２バイアス手段との液圧的連結は必要ない。 好適には、少なくとも１つの液圧作動器における圧力の大きさとその適用に瞬 間は個別に制御される。また好適には、１つ又はそれ以上の液圧作動器は第１と 第２のダイ部材の相対的変位のファンクションとして制御される。 好適には、少なくとも１つの液圧作動器は少なくとも１つの圧力逃がし弁によ って制御される。また好適には、少なくとも１つの液圧作動器とその夫々の逃が し弁間の液圧連結部にアキュムレータが連結される。 好適には、前記ダイは更に、鍛造中素材の長手方向移動を抑制するための抑制 手段を含み、前記抑制手段は素材の長手方向軸線に対し実質上直角をなす軸線の 回りに回動自在に取付けられる。該抑制手段はまた、素材の長手方向軸線に対し 実質上直角をなす面をもち、ダイの閉鎖中第２ダイ部材の固定止め部分に対して クランプ手段によって締め付けられる。 もう１つの態様として、本発明は鍛造によって素材からかじ取りラックバーの 歯付き部分を成形するダイであって、前記歯付き部分が歯をもつ面と、少なくと も２つの長手方向に延在する案内面をもち、前記ダイが第１と第２のダイ部材、 及びダイ中に置かれたとき素材上に収斂するよう相対的に可動の一群をなす第１ 、第２、第３及び第４の成形素子を含み、第１成形素子は第２ダイ部材の一部を なしかつ前記歯の相対形状に対応する一面上に一形状をもち、第２と第３の成形 素子は第１ダイ部材の一部をなしかつ歯付き部分の長手方向に延在する案内面を 形成するよう適用される面をもち、第４成形素子は第１液圧作動器に連結されか つ第２と第３の成形素子間で第１ダイ部材に対し相対的に摺動可能でありそして 前記案内面間で前記歯に対向して横たわる歯付き部分の一表面を成形するよう適 用され、前記第１液圧作動器は鍛造中に及ぼされる負荷の下で第４成形素子を前 記素材から離れるよう移動させて成るダイにおいて、第１液圧作動器中の圧力の 大きさとその圧力適用の瞬間が制御されることを特徴とするダイを提供する。図面の簡単な説明 本発明をより良く理解しその実施例を実施できるよう、以下、本発明を図示の 実施例につき詳述する。 図１は本発明のダイによって作ったラックバーを示す図である； 図２は図１の平面Ａ−Ａ上のラックバーの横断面図である； 図３は本発明のダイの断面、側面図である； 図４は図３の平面Ｃ−Ｃ上のダイの断面図である； 図５は図３の平面Ｃ−Ｃ上のダイの断面図である； 図６、７及び８はラックバーＹ形及び歯を成形する色々な段階を示す図である ； 図９はダイ開き寸法のファンクションとしてダイ素子に加わる力と圧力間の関 係を示す図； 図１０ａ〜ｃは３つの異なった軸線位置と回転位置における図３の弁スプール の細部を示す拡大側立、断面図； 図１０ｄ〜ｆは図１０ａ〜ｃの平面Ｅ−Ｅ上のスプールの夫々対応する断面図 である。発明実施のための最良モード 図１は本発明の１実施例によって作った典型的なＹ形ラックバーを示し、この ラックバーは歯付き部分１と円柱形部分２を含む。通常、ラックバーの端部３は ボール継手とタイロッドを取付けるためにねじ山付きとされる。他のあまり使用 されない型式のものでは、タイロッドはゴムブシュ付きスタッドによってラック バーに締着される。前記スタッドは車輌の長手方向中心線近くに位置する。前記 締着のため、円柱形ラックバーは局部的に拡大され、きりもみ加工されそしてね じ立てされる。下記の方法はこれらの“中心外れ”型のラックバー及び夫々のダ イ素子の成形面を適切に形成することによって交互に変わる横断面形状をもつ他 の型式のラックの製造にも適用できる。 図２はラックバーのＹ形ラック部分の外観を断面で示す。円１３はこの図では ラックバーの円柱形部分２を示す。対向する案内面４、５は或る傾斜角度７、例 えば９０°で垂直軸線６の回りに対称的に配置される。１２に中心をもつ円１１ で表示されるかじ取りハウジングチューブの内部にある横断面スペースの使用を 最適ならしめるため、歯８は傾斜端面９、１０で終端する。この歯の傾斜端面は 歯の外端における破損の変化を減らす働きもする。円柱形部分２は、その横断面 積が歯付き部分１の平均横断面積に実質上等しくなるように選択される。Ｙ形の ステム１４は、ばち形を与える角度１５で示す如く、その対向するフランク（側 面）に対して僅かな勾配をもつ。 図３、４及び５はプレス（図示せず）中に据え付けた、上記型式のラックを作 るための本発明のダイの１実施例を示し、このプレスは可動のプラテン１６と固 定した下部プラテン１７をもつ。 ダイは夫々プレスの上部と下部のプラテン１６と１７に定着した上部ダイ部材 １８と下部ダイ部材１９を含み、図１、２、３図の各々の図では、ラックバー２ ０が完全に成形されたときの完全閉鎖位置で示されている。前記ダイはラックバ ーの全長に沿った２つの領域、即ち掴み領域２１と成形領域２２をもつ（図３） 。 上部ダイ部材１８が下降すると、掴み領域２１の数個の素子は、その一部は図 ５に示しているが、先ず、ラックバー素材２０に掛合し、その後、図４に示す成 形領域２２の数個の素子は１ブロー（打撃）で、ラックバーの全ラック部分を成 形する。 掴み領域２１は上部グリッパ２３と下部グリッパ２４を含み、各グリッパはラ ックバー素材２０に掛合する半円形の溝をもち、夫々液圧シリンダ２５と２６に よって負荷される。 下部グリッパ２４はプランジヤ２７に定着され、前記プランジヤはピストン２ ８によって上方に押圧され、前記ピストンは、上部グリッパ２３がラックバー素 材２０に接触する前に、オイル圧力（典型的には２〜３．５ＭＰａまで）を及ぼ される。供給オイル圧力のレベルは、ダイが開いているときは逃がし弁２９によ って、そして掴んでいる間には逃がし弁３０によって、設定される。下部グリッ パ２４の下向き移動はスペーサー３１とプランジヤ２７との接触によって制限さ れる。上向き移動はプランジヤ２７とキーパー４９間の接触によって制限される （図３、５を参照）。 上部グリッパ２３はプランジヤ３３に定着され、前記プランジヤはピストン３ ６によって下方へ押圧され、前記ピストンは、上部グリッパ２３がラックバー素 材２０と接触する前に、供給オイル圧力を及ぼされる。上部グリッパ２３の上向 き移動はプランジヤ３３と支台３４との接触によって制限され、下向き移動はピ ストン３６とスペーサー３５間の接触によって制限される。 スペーサー３１は色々なデザインのラックバーに適合するよう、下部グリッパ ２４のストロークを、それ故、平面４３内でラックバーに生じるオフセットの程 度を調節する手段を提供する。キーパー４９は、下部歯付きダイ５２に対し相対 的に下部グリッパ２４の初期位置を制御する。スペーサー３５は色々なラックバ ーのデザインに適合するよう上部グリッパ２３のストロークを調節する手段を提 供する。調節可能のパッカー(packer)５１と５０は修復後に夫々、グリッパ２３ と２４の垂直寸法の減少を補償する手段を提供する。 上部グリッパ２３がダイ閉鎖中にラックバー素材２０と接触すると、液圧シリ ンダ２５、２６（これらのシリンダは図３に示す如く相互連結されている）中の 圧力はピストン２８の下方変位によって供給圧力を超えて増大する。前記ピスト ン２８はピストン３６より小さい面積をもつ。ピストン２８によって排除される オイルはばね３８に抗するフラッパー３７の変位によってポート１０６を経て逃 がし弁３０を通って排出される。逃がし弁３０が排出を行う圧力、それ故、上部 グリッパ２３と下部グリッパ２４によって生じるグリッパ力の大きさは、ねじ４ １により逃がし弁３０の穴４０中でプランジヤ３９を変位させることによって、 ばね３８のプリロード力を調節することによって設定される。 ダイが完全に閉鎖する前に、底部グリッパ２４はプランジヤ２７がスペーサー ３１と接触したとき底に達する。成形サイクルのこの点で、ピストン３６は上部 ダイ部分１８に対し相対的に上方へその変位を始める。ピストン３６の運動によ り排除されるオイルもまた逃がし弁３０を通して排出される。 ピストン２８と３６の面積は次のように選択される、即ち、同じ圧力がこれら のピストンに作用した場合、ピストン３６により及ぼされる力が、ピストン２８ により及ぼされる力と平面４３内でラックバー素材２０内にオフセットを剪断変 形させて作るに要する力との合計に十分打ち勝つように、選択される。 逃がし弁３０には極めて短いレスポンス時間（典型的には、完全に開くために は７ms）が要求されるため、パイロット作動式の逃がし弁はこの用途には使用で きず、従って逃がし弁３０は直接作用式のものでなければならない。当業者には 既知の如く直接作用式の逃がし弁は潜在的に不安定になり易く、特に圧力変化速 度に対して敏感である。従って、アキュムレータ４４が、逃がし弁３０に要求さ れる圧力上昇速度を許容限度、典型的には１４００MPa/s に限定するために設け られる。 ダイ閉鎖中、シリンダ２５、２６から排除されたオイルは逆止め弁４５によっ て供給ランイ４６への流入を防止される。ダイの閉鎖が始まる瞬間に、ソレノイ ド弁４７が流れを閉じ、そしてダイが開かれて成形されたラックが後述する手段 によって放出されてしまうまで、その閉鎖を維持する。ソレノイド弁４７が流れ を開くと、オイルがシリンダ２５と２６に再流入する速度は調節可能のスロット ル弁４８によって制御される。 ここで、成形領域２２（図４）の横断面につき考察すれば、完全閉鎖位置でラ ックは４つのダイ成形素子によって囲まれる：これらは下部歯付きダイ５２の形 をなす第１の成形素子、転動ダイ５３と５４の形をなす第２と第３の成形素子、 及び上部ダイ素子５５の形をなす第４の成形素子である。フランクダイ５６、５ ７は下部歯付きダイ５２と一体構造に作ることができるが、この場合は、製造と 保守を便利にするため個別に作られている。転動ダイ５３、５４は支えブロック ５８、５９によって支持され、前記支えブロックは上部ダイ部材１８に定着され る。 上部ダイ素子５５と上部グリッパ２３は機械的に分離され（図３参照）、これ ら構成要素が夫々のプランジヤ／シリンダ装置によって液圧作動されるこの実施 例では、それらは分離されているだけでなく、独立して制御される。 成形素子５２〜５７の運動学的作用は米国特許第４，５７１，９８２号に完全 に記載されている。これら色々な素子の作用に係わる本発明と米国特許第４，５ ７１，９８２号との重要な差は、ラックバー２０に上部ダイ素子５５によって及 ぼされる成形力の制御が１つの機械的ばね又は複数のばねによる代わりに、液圧 手段によって行われることにある。このことによって、上部ダイ素子５５によっ て及ぼされる成形力のタイミング調節、大きさ及び特性（非線形対線形）は容易 に変えることができ、ラックバーの色々なデザインに適合するよう、迅速にかつ 便利に微細−チューニングさせることが可能となる。 上部ダイ部材１８が下降すると、ラックバー２０は先ず、前述の如く、上部グ リッパ２３と下部グリッパ２４によって掴まれる。上部ダイ部材１８が更に下降 すると、転動ダイ５３、５４は、下部歯付きダイ５２の頂部と接触しているラッ クバー２０と接触する。このサイクルのこの時点では、Ｙ形横断面のデザイン、 ラック歯、及び円柱形部分と仕上がりラックバーの歯付きセクションと間に要求 されるオフセットの程度の如何により、上部ダイ素子５５はラックバー２０と接 触しないかも知れない。 図６、７、８は夫々、対称形であるため半分だけ示しいるラックのＹ形部分の 成形状態を示す部分図である。 図６は下部グリッパ２４が底に達した時点での、下部歯付きダイ５２、ラック バー２０、転動ダイ５３及び上部ダイ素子５５の相対的位置を示す。成形サイク ルのこの時点で、下部歯付きダイ５２に対し相対的に上部ダイ素子５５が更に下 降することは、プランジヤ７１と止めブロック７２及び上部グリッパ２３との接 触によって阻止される（図３参照）。 上部ダイ部材１８が更に下降すると、転動ダイ５３は下部歯付きダイ５２に対 し相対的に下方に速度６０で移動し、そして支えブロック５８（図示せず）と共 に、その瞬間中心の回りに速度成分６１で示される転動運動を生じる。転動ダイ ５３に生じる運動は垂直鍛造力６２からなる複雑な力システムによって制御され る；即ち、摩擦鍛造力６３と６５；夫々の垂直力及び摩擦力６８及び６９；板ば ね１３５によって及ぼされるばね力６６（図４参照）；及び上部ダイ素子５５に 作用する垂直鍛造力６７である。転動ダイ５３と５４；支えブロック５８と５９ ；及び上部ダイ素子５５の幾何学的形態は、上部ダイ素子５５と軽く接触（力６ ８と６９の小さい値）するように転動ダイ５３と５４の運動をバイアスさせる力 システムを作るよう選択される。生じる速度ベクトル７０は上部ダイ素子５５と の接触点における転動ダイ５３の速度を表し、そして成形プロセスを通じて上部 ダイ素子５５の側面フランクに対して実質上平行となる。 図４に示す他の素子はスペーサー１１８、１１９、１２０及び１２１であり、 これらは成形すべきラックバーの色々なデザインに適合するよう寸法決めすべく 研削される。これらのスペーサーによって、転動ダイ５３と５４の運動の幾何学 的形態は支えブロック５８と５９間の運動の瞬間中心を変えることにより夫々所 定限界内で変えかつ、器具と上部及び下部ダイ部材に生じる弾性撓みを補償する ことが可能となる。スペーサー１２２と３２は修復後の、歯付きダイ５２と上部 ダイ素子５５の垂直寸法の変化を補償するために備える。 成形領域２２の作用について更に以下で述べる。上部ダイ部材１８が下降する と、シリンダ７５によってピストン７４に作用する供給オイル圧力の作用によっ て伸長するプランジヤ７３は端止め７６と接触し、それを止めブロック７７に対 して下方に締め付ける。この作用はグリッパ２３、２４とラックバー２０の間の 最初の接触の直前に起こる。軸線８２の回りに回動する端止め７６は成形プロセ スの間中、この位置に保持され、そして金属が鍛造領域から長手方向に押し出さ れるのを防止する。成形領域の対向端からの金属の長手方向押し出しはグリッパ ２３と２４の締め付け作用によって阻止される。 上部ダイ部材１８が下降を続けると、プランジヤ７３は上部ダイ部材１８に対 し相対的に上方へ変位し、オイルをピストン７４によってシリンダ７５から排除 させる。この排除されたオイルは、ソレノイド弁８６、調節可能のスロットル弁 ８７及び逆止め弁８８を経て流入した供給オイル圧力の作用により、前以て完全 に伸長させられているシリンダ８３（ピストン８４はスペーサー８５に接触する まで下方へ変位させられる）には流入できない。排除されたオイルは更に、逃が し弁８９によってタンク９１に流入することを、又は逆止め弁８８によってポン プ９２に流入することを防止されている。排除されたオイルはそれ故、先ずスプ ール弁１３８のポート９３を経て逃がし弁２９へ排出される。弁スプール９４は 図３及び１０（ｃ）に完全変位した位置で示している。最初に、弁スプール９４ はカラー９６とハウジング９７間に作用するばね９５によって完全に下方へ（図 ３と１０（ａ）を参照）変位させられる。図１０（ｂ）はそのストロークを通じ て一部離れている弁スプール９４を示す。カラー９６はピン９８に対して作用し 、このピンは弁スプール９４にその負荷を伝える。弁スプール９４がその完全下 方位置にあるとき、ポート９３はチャンバ９９からの流れを開く。 それ故、シリンダ７５と８３に及ぼされる初期圧力は、ピストン７４が変位す ると、逃がし弁２９によって設定されたシステム圧力（典型的には、２〜３．５ Mpa）となる。 上部ダイ部材１８が下降し続けると、弁スプール９４はスプール弁マニホルド ９０に対し相対的に上方へ変位し、チャンバ９９に対してポート９３を漸進的に 閉じる。スプール弁の面積特性はポート９３に対して、円柱形弁スプール９４の 側面に機械加工された平面部１００の角度的方位を変えることによって変化させ ることができる。このことは、軸線１０１の回りに円柱形ハウジング９７を回転 させることによって行われる。弁スプール９４中のピン１０２はハウジング９７ 中のスロット１３７に掛合しそしてハウジング９７を弁スプール９４と連結する 。それ故、ハウジング９７の回転は同じ回転を弁スプール９７に与える。このよ うにして、平面部１００のすべて又は一部がポート９３に提供され、かくしてス プール弁について所望の可変の面積特性が提供される。図１０（ｄ）、１０（ｅ ）及び１０（ｆ）は、図１０（ａ）、１０（ｂ）及び１０（ｃ）の平面Ｅ−Ｅ上 の断面図であるが、ポート９３に関する平面部１００の色々な角度的方位を平面 図で示している。 弁スプール９４はスペーサー１０３と接触することによって上方へ変位させら れる。このスペーサーはダイ閉鎖中ストライカー１０４によって下部ダイ部材１ ９に連結される。スペーサー１０３の厚さを変えることによって、ダイが閉じる ときシリンダ７５と８３中の圧力を変えるプロセスは、ラックバーのデザインに よって指示される如く、成形サイクルの色々な段階で開始することができる。ダ イ閉鎖中に圧力が増大する速度は前述の如く、ポート９３に対する平面部１００ の方位を変えることによって変化させることができる。 成形サイクルの或る点、典型的にはダイが完全閉鎖する前２〜３mmの点で、弁 スプール９４は流れポート９３を完全に閉鎖する。それ以上のオイル排除は逃が し弁８９を経て排出されなければならない。前述逃がし弁は構造と原理が前述の 逃がし弁３０のものと同様である。一旦逃がし弁８９によって設定された排出圧 力に達すると、オイルはポート１０５を経て逃がし弁２９に、それ故タンク９１ に排出される。アキュムレータ１０７は圧力増大速度を許容レベルに限定するた めに、アキュムレータ４４の場合と同様に設けられる。 プリ−チャージされたガス袋型式のアキュムレータ１０８は、ポート９３を経 て排出される大きな瞬間流速（典型的には、６００ l／min）に順応するよう設 けられる。アキュムレータ４４と１０７は随伴ガス又は袋仕切りをもたず、夫々 逃がし弁３０と８９に課される圧力上昇速度を限定するために使用されるオイル の圧縮性効果に依存する。 弁スプール９４の上方運動によってシリンダ１１３から排除されるオイルはせ ん孔１１５、１１７を経てチャンバ１１６に排出され、それ故ポート１１４を経 て排出される。 図３に示す他の液圧素子は吸引ストレーナー１０９、オイルタンクブリーザー １１０、オイル冷却器１１１、及び逃がし逆止め弁１１２を含む。ソレノイド弁 ８６が流れを開くというありそうもない場合には逃がし逆止め弁１１２が流路を 生じるよう設けられ、すべてのシリンダが完全に伸長し、弁スプール９４がその 最上位置にあり（例えば、ダイは据え付け中閉鎖されるか、又は弁スプールが動 かなくなる）、それによってポート９３からの流れを遮断する。逃がし逆止め弁 １１２なしでは、ポンプ９２は停止し、急速に過熱する。通常は逃がし逆止め弁 １１２は必要ない。 達成された最終ダイ圧力、それ故下部歯付きダイ５２によって一般的にラック バーに与えられた形状と歯の品質の満足度は、達成された力６７の最大値に精確 に依存する（図８を参照）。米国特許第４，５７１，９８２号によって作られた 最近のダイ製造では、この力は前述の如く機械的ばねによって制御される。実際 上の理由から、ビームばねが使用されてきており（高いエネルギーが単位容積当 たりに蓄積される）、比較的短い加工ストローク（典型的には２〜４mm）と、高 い最終負荷（典型的には２つの同じばねの各々きつき５０〜６０トン）の故に、 これらのばねは高いプリロードを負荷される。かかるばねの疲労寿命の観点から 有利であるが、この高プリロードはダイ閉鎖の最後の１〜２mmにおいてのみその 全体の力６７を発生する上部ダイ素子５５には必要ないが、鍛造サイクルの極め て早い時期に、大きい掴み力を発生しなければならないグリッパ２３、２４の作 用の観点から極めて望ましい。それは基本的には、従来技術のＹ形ダイで夫々掴 み及び成形領域２１と２２において、初期成形ダイ素子に作用する力の最初のも の、最後のもの及び変化速度を容易に変化させることの無力と共に、ダイの掴み 領域２１の要件（初期接触後出来るだけ早く設定される大きい掴み力）と成形領 域２２（上部ダイ素子５５とプランジヤ７３に要求される比較的低い初期力）の 間の非両立性である。しかしそれは本発明の実施例によって克服することができ る。 夫々掴み領域２１と成形領域２２の液圧素子に必要な力とシリンダ圧力特性間 の本質的差について以下に図９（ａ）乃至９（ｅ）を参照して定性的に説明する 。 図９（ａ）乃至９（ｅ）の横座標は各々の場合、上部ダイ部材１８と下部ダイ 部材１９間の開きδを示す。δ＝０の値は図３、４、５に示す如くダイが完全に 閉鎖されていることを表す。δ＝−０の値は上部ダイ部材１８が完全に閉鎖した 状態に達する前に残された行程の１０mmをもつことを表す一方、値δ＝＋０は上 部ダイ部材１８が完全閉鎖状態の後１０mmだけ開いたことを表す。 図９（ａ）乃至９（ｅ）では、場合（ｉ）乃至（ｉｖ）は以下の通り定義され る： （ｉ）プランジヤ７３と端止め７６間の接触の瞬間を表す； （ｉｉ）上部グリッパ２３とラックバー素材２０間の最初の接触の瞬間を表す； （ｉｉｉ）下部グリッパ２４がスペーサー３１に当接して底に達した瞬間を表す ； （ｉｖ）完全ダイ閉鎖（δ＝０）の瞬間を表す。 図９（ａ）の力Ｆ₂₃とＦ₂₄は夫々上部グリッパ２３と下部グリッパ２４によっ てラックバー２０に及ぼされた力である。図９（ｂ）の力Ｆ₅₅は上部ダイ素子５ ５によってラックバー２０に及ぼされた力、そして力Ｆ₇₃はプランジヤ７３によ って端止め７６に及ぼされた力である。図９（ｃ）の圧力Ｐ₂₅とＰ₂₆は夫々シリ ンダ２５と２６内に発生した圧力を表す。図９（ｄ）の圧力Ｐ₇₅とＰ₈₃は夫々シ リンダ７５と８３内に発生した圧力を表す。‘ｔ’は図９（ｅ）中の時間を表す 。 上部グリッパ２３とラックバー２０の間の最初の接触の瞬間に、夫々上部グリ ッパ２３と下部グリッパに及ぼされる力Ｆ₂₃とＦ₂₄は夫々点１２８と１２９で示 す値に急速に増す。これらの点に得られる力Ｆ₂₃とＦ₂₄の値は逃がし弁３０の設 定によって決まり、シリンダ２５、２６中の圧力上昇速度はアキュムレータ４４ 中のオイルの容積とその弾性特性によって決まる。 平面４３中でバー中にオフセットを剪断変形するのに必要な追加の力は点１２ ８、１２９、１２７及び１２６間における力Ｆ₂₃とＦ₂₄間の差によって示される 。瞬間（ｉｉｉ）では、底グリッパ２３は底に達してスペーサー３１に当接し、 掴み力Ｆ₂₃とＦ₂₄が図９（ａ）に示す如く増す。Ｆ₂₃とＦ₂₄間の差は最大ダイ閉 鎖（δ＝０）の瞬間（ｉｉｉ）と瞬間（ｉｖ）の間中実質上一定に留まる。圧力 Ｐ₂₅とＰ₂₆は等しくそして、瞬間（ｉｉｉ）の後は一定に留まるが、掴み力Ｆ₂₃ とＦ₂₄は増す。というのは、ピストン２８より面積の大きいピストン３６は瞬間 （ｉｉｉ）に上部ダイ部材１８に対し相対的変位を開始するからである。瞬間（ ｉｉｉ）の前に、ピストン３６に作用する圧力Ｐ₂₅の力が一部はスペーサー３５ によってそして一部は上部グリッパ２３によって反作用されるからである。瞬間 （ｉｉｉ）の後に、ピストン３６に作用する圧力Ｐ₂₅の力の全体の値が上部グリ ッパ２３に伝えられ、それ故掴み力Ｆ₂₃とＦ₂₄が増す。 瞬間（ｉｉｉ）と（ｉｖ）間の掴み力Ｆ₂₃とＦ₂₄間の差は平面４３中のラック バー２０の剪断力であり、下部グリッパ力Ｆ₂₄の増大した値は一部がスペーサー ３１によってまた一部がピストン２８に作用する圧力Ｐ₂₆の力によって反作用さ れる。 力Ｆ₂₃とＦ₂₄の値は、金属が成形領域２１からグリッパ２３と２４を通して押 し出されるのを防止するため、逃がし弁３０を所要値に調節することによって本 発明によって容易に変えることができることは注目すべきである。 ダイ開放（δ＞０）の瞬間に、掴み力Ｆ₂₃とＦ₂₄は直ちにゼロ（点１３１）に 減少する。成形されたラックバー２０は次いで、Ｙ形ステムに及ぼす転動ダイ５ ３、５４の掴み作用によって歯付きダイ５２から取り出される。この掴み作用は 夫々転動ダイ５３と５４にばね鋼被覆したばね１３５、１３６によって及ぼされ る力により生じる。 力Ｆ₅₅及びＦ₇₃と、シリンダ圧力Ｐ₂₅、Ｐ₂₆、Ｐ₇₅及びＰ₈₃はダイ開放（δ＞ ０）の瞬間の直後にすべて急速にゼロに減少する。これは成形されたラックバー ２０を転動ダイ５３と５４間から放出する傾向がないことを意味し、ラックバー ２０は、供給オイル圧力がソレノイド弁８６によってシリンダ８３に再流入させ られるまで、転動ダイ５３と５４間に締め付けられたままに留まる。ソレノイド 弁８６の作動は手動負荷されるダイではオペレータによって操作される押しボタ ンによるか、又は完全自動ローディングシステムを具備するダイでは制御システ ムによって自動的になされる。 鍛造ブロー（δ＞０）の後、ソレノイド弁４７は、ソレノイド弁８６が流れを 開いた後までそしてラックバー２０を上部ダイ素子５５によって放出してしまう まで、流れを閉鎖し続ける。その後、ソレノイド弁４７は流れを開き、シリンダ ２５と２６が夫々供給オイル圧力をピストン３６と２８に供給することによって 上部と下部のグリッパ２３と２４を伸長させる。グリッパ２３と２４が伸長する 速度は調節可能のスロットル弁４８によって設定される。 成形直後にグリッパ力Ｆ₂₃とＦ₂₄がゼロに減少するという事実は、このダイで 作られたラックバー２０の直線性が従来技術に比して極めて改善されることを保 証する。 図９（ｅ）と９（ｄ）は夫々掴み領域２１と成形領域２２中の素子に要求され る圧力特性の間の本質的差を示す。 図９（ｄ）はＰ₇₅とＰ₈₃が瞬間（ｉ）に増大し始めることを示す。前述の如く 、ピストン７４は成形サイクル中に変位させられる最初のピストンである。ダイ 閉鎖の最後の２〜３mmまでは端止め７６に完全締め付け力を生ぜしめる必要はな い。それ故、ダイ閉鎖の早い段階における圧力増大速度はオイル流速の段階変化 に起因して最初は高いが、アキュムレータ１０７中のオイルの圧縮によって限定 され、次いで、ポート９３を通るオイルの比較的拘束されない流れが発生するの で、低くなり、しかし後で点１３２で示す圧力に達するまで、指数的に増大する 。その点では、ポート９３は弁スプール９４によって流れを完全閉鎖され、逃が し弁８９が開放する。図９（ｄ）の一点鎖線は圧力上昇速度の代替例としての組 み合わせを示し、逃がし弁設定点圧力、曲線１３３はダイを点検又は機械構成要 素から除去する必要なしに簡単に変えることができる。図９（ｂ）の力Ｆ₅₅とＦ₇₃ は夫々図９（ｄ）の圧力Ｐ₈₃とＰ₇₅に対応する。締め付け力Ｆ₇₃はより小さい が、それはピストン７４の面積がピストン８４の面積より小さく作られているか らである。典型的には、シリンダ７５と８３中のピーク設計圧力は、夫々１０乃 至１４トンの力と８０乃至１１０トンの力で、３２乃至４２MPa の範囲内にある 。 対照してみると、瞬間（ｉｉ）に上昇し始める圧力Ｐ₂₅とＰ₂₆は、平面４３内 にオフセットを剪断変形してＹ形部分の実質的成形を開始する前にしっかりラッ クバー２０を締め付けるために、図９（ｃ）に点１３４で示す最大値に急速に増 大しなければならない。前述の如く、圧力上昇速度はアキュムレータ４４によっ て制限され、逃がし弁３０が夫々ピストン３６と２８に作用する操作圧力Ｐ₂₅と Ｐ₂₆制限する。 最後に、図９（ｅ）は本発明のダイについての２つの典型的時間変位曲線であ る。スクリュウープレスとクランクプレスについての典型的値が夫々実線曲線と 破線曲線によって示されている。ラックバーと成形素子間の接触時間はスクリュ ウープレスではより短く、このことは大量生産用にとっては利益となり得るが、 もしクランクプレスの使用によって生じるより長い接触時間が工具寿命の大幅な 減少をもたらさなければ、クランクプレスが使用できる。 当業者には明らかな如く、本発明は上述した処に限定されることなく，本発明 の範囲内で種々の変更を加えることができるのは勿論である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 マクリーン ライル ジョン オーストラリア国 ニューサウスウェール ズ 2122 マーズフィールド ウォーター ルー ロード ９−184

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鍛造によって素材からかじ取りラックバーの歯付き部分を成形するダイであ って、前記歯付き部分が歯をもつ面と、少なくとも２つの長手方向に延在する案 内面をもち、前記ダイが第１と第２のダイ部材、及びダイ中に置かれたとき素材 上に収斂するよう相対的に可動の一群をなす第１、第２、第３及び第４の成形素 子を含み、第１成形素子は第２ダイ部材の一部をなしかつ前記歯の相対形状に対 応する一面上に一形状をもち、第２と第３の成形素子は第１ダイ部材の一部をな しかつ歯付き部分の長手方向に延在する案内面を形成するよう適用される成形面 をもち、第４成形素子は第１バイアス手段に連結されかつ第２と第３の成形素子 間で第１ダイ部材に対し相対的に摺動可能でありそして前記案内面間で前記歯に 対向して横たわる歯付き部分の一表面を成形するよう適用され、前記第１バイア ス手段は鍛造中に及ぼされる負荷の下で第４成形素子を前記素材から離れるよう 移動させ、前記ダイは更に、鍛造中素材の長手方向移動を抑制するためのグリッ パシステムを含み、前記グリッパシステムは鍛造中素材の非成形面に対して径方 向に負荷される対向する第１と第２のグリッパを含み、第１グリッパは第２バイ アス手段に連結されかつ第１ダイ部材に対し相対的に摺動可能であり、第２グリ ッパは第３バイアス手段に連結されかつ第２ダイ部材に対し相対的に摺動可能で あることから成るダイにおいて、第１バイアス手段が機械的に第２バイアス手段 から分離していることを特徴とするダイ。 ２．第１バイアス手段と第２バイアス手段が液圧作動器であることを特徴とする 請求項１に記載のダイ。 ３．第３バイアス手段は液圧作動器であることを特徴とする請求項１に記載のダ イ。 ４．第２と第３のバイアス手段は液圧作動器であり、液圧的に相互連結されてい ることを特徴とする請求項１に記載のダイ。 ５．第１、第２及び第３のバイアス手段のうちの少なくとも２つが液圧作動器で あり、少なくとも１つの液圧作動器中の圧力の大きさ及びその圧力適用の瞬間は 個別に制御可能であることを特徴とする請求項１に記載のダイ。 ６．前記ダイは更に、鍛造中素材の長手方向移動を抑制するための抑制手段を含 み、前記抑制手段は素材の長手方向軸線に対し実質上直角をなす軸線の回りに回 動自在に取付けられかつ素材の長手方向軸線に対し実質上直角をなす面をもち、 前記抑制手段はダイの閉鎖中第２ダイ部材の固定止め部分に対してクランプ手段 によって締め付けられることを特徴とする請求項１に記載のダイ。 ７．第１、第２及び第３のバイアス手段のうちの少なくとも１つは液圧作動器で あり、この作動器に適用される圧力は第１と第２のダイ部材の相対的変位のファ ンクションとして制御されることを特徴とする請求項１に記載のダイ。 ８．第１、第２及び第３のバイアス手段のうちの少なくとも１つは、少なくとも １つの圧力逃がし弁によって制御される液圧作動器であることを特徴とする請求 項１に記載のダイ。 ９．第１、第２及び第３のバイアス手段のうちの少なくとも１つは、液圧作動器 と前記逃がし弁間の液圧連結部に連結された少なくとも１つのアキュムレータを 有する少なくとも１つの圧力逃がし弁によって制御される液圧作動器であること を特徴とする請求項１に記載のダイ。 10．鍛造によって素材からかじ取りラックバーの歯付き部分を成形するダイであ って、前記歯付き部分が歯をもつ面と、少なくとも２つの長手方向に延在する案 内面をもち、前記ダイが第１と第２のダイ部材、及びダイ中に置かれたとき素材 上に収斂するよう相対的に可動の一群をなす第１、第２、第３及び第４の成形素 子を含み、第１成形素子は第２ダイ部材の一部をなしかつ前記歯の相対形状に対 応する一面上に一形状をもち、第２と第３の成形素子は第１ダイ部材の一部をな しかつ歯付き部分の長手方向に延在する案内面を形成するよう適用される面をも ち、第４成形素子は第１液圧作動器に連結されかつ第２と第３の成形素子間で第 １ダイ部材に対し相対的に摺動可能でありそして前記案内面間で前記歯に対向し て横たわる歯付き部分の一表面を成形するよう適用され、前記第１液圧作動器は 鍛造中に及ぼされる負荷の下で第４成形素子を前記素材から離れるよう移動させ て成るダイにおいて、第１液圧作動器中の圧力の大きさとその圧力適用の瞬間が 制御されることを特徴とするダイ。