JP3351793B2

JP3351793B2 - かじ取りラックバーの製造装置

Info

Publication number: JP3351793B2
Application number: JP51642195A
Authority: JP
Inventors: アーサーアーネストビショップ; ライルジョンマクリーン
Original assignee: ビショップステアリングテクノロジーリミテッド
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2017-12-03
Also published as: JPH09506550A; CA2177834C; EP0738191A4; CA2177834A1; DE69423518D1; CN1142792A; ES2143040T3; AUPM302693A0; CN1058433C; DE69423518T2; WO1995016529A1; KR100287224B1; EP0738191A1; KR960706380A; BR9408222A; EP0738191B1; US5862701A

Description

【発明の詳細な説明】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がもつ面と、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２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20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28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36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41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によって供給ライン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、57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4,571,98
2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4,571,982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が更に下方すると、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、プランジャ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68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1
21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
対して下降に締め付ける。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、２〜3.5Mpa）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19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10
8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、600l/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55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128、129、127及び126間における力F
₂₃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F
₂₄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53、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13
2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P
₇₅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を制
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 (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 (56)参考文献特開昭59−7456（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−128242（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−99043（ＪＰ，Ｕ) 特表昭59−501004（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。