JP7149157B2 - ラックバーの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラックバーの製造装置に関する。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置等に用いられるラックバーとして、例えば中実の軸材にラックが形成された、いわゆる中実ラックバーが知られている。また、中空の軸材にラックが形成され、軽量化が図られた、いわゆる中空ラックバーも知られている。

中空ラックバーは、例えば次のようにして製造される。まず、中空の軸材に平潰しパンチが押し付けられることにより、中空の軸材の外周面に平潰し部が形成される。次に、ラック歯型が平潰し部の平坦な外面に押し付けられた状態で平潰し部の内部に芯金が圧入され、圧入される芯金が次第に大きなものとされて芯金の圧入が繰り返されることにより、ラックが平潰し部の外面に形成される。そして、ラックの硬度を高めるため、ラックの焼入れが行われる。

特許文献１に記載されたプレス加工装置は、中空ラックバーの素材となる中空の軸材の外周面に平潰し部を形成するものである。このプレス加工装置は、水平方向に開閉される左右型と、左右型によって挟持された軸材の上部に押し付けられる平潰しパンチと、下方に向けて押圧されることによって左右型を閉じるように構成された支持ブロックとを備える。

支持ブロックの下面には、左右型を収容する凹部が設けられており、凹部の左右の側面及び凹部の側面に対向する左右型の側面には、互いに係合するテーパ面が設けられている。支持ブロックに加えられる下方に向けた押圧力は、凹部のテーパ面と左右型のテーパ面との係合により、左右型を閉じる水平方向の押圧力に変換される。そして、変換された水平方向の押圧力により、左右型は閉じられ且つ閉状態に保持される。

特開２００９－２６２６９４号公報

特許文献１に記載されたプレス加工装置では、支持ブロックの押し下げに応じて左右型を閉じるためのテーパ面が、支持ブロックの凹部及び凹部に収容される左右型に設けられている。このため、上下方向に垂直な断面において、凹部及び左右型は矩形状に形成されている。平潰しパンチが中空の軸材の上部に押し付けられた際に、軸材を挟持する左右型を開く水平方向の力が左右型に作用し、この力は支持ブロックによって受け止められる。ここで、凹部の断面形状が矩形状であると、例えば凹部の四隅に応力集中が生じ、支持ブロックが破断する虞がある。凹部を囲む枠部の厚みを大きくすることによって支持ブロックの破断は抑制し得るが、支持ブロックの重量が増大し、支持ブロックの昇降に必要な設備の大型化が懸念される。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、ラックバーの製造装置の耐久性の向上及び小型化を図ることを提供することを目的とする。

本発明の一態様のラックバーの製造装置は、中空の軸材に設けられた平潰し部にラックが形成されてなるラックバーの前記軸材に前記平潰し部を形成する製造装置であって、前記軸材の外周面に押し付けられる平潰しパンチと、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向と垂直な方向に開閉可能であり、前記平潰しパンチの加工範囲以上の長さに亘って前記軸材の外周を保持する一対の金型と、前記一対の金型の開閉方向に前記一対の金型を挟む一対の係合部を有し、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に加圧されることにより、前記一対の係合部を前記一対の金型に係合させ、前記一対の金型を閉じるカムと、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に前記カムが嵌合する嵌合孔を有する環状のホルダと、を備え、前記カムは、前記一対の金型の突合せ面を境にして、第１カムブロックと第２カムブロックとに二分されており、前記第１カムブロック及び前記第２カムブロックは、互いに組み合わされた状態で円柱状を呈する。

本発明によれば、ラックバーの製造装置の耐久性の向上及び小型化を図ることができる。

本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの一例の斜視図である。 図１のラックバーの製造における予備成形工程の模式図である。 図１のラックバーの製造における歯成形工程の模式図である。 図２の予備成形工程を行う製造装置の平面図である。 図４の製造装置のＶ－Ｖ線断面図である。 図４の製造装置の各部に作用する力を示す模式図である。 図４の製造装置の各部に作用する力を示す模式図である。 図４の製造装置の変形例の断面図である。 図８の製造装置を用いて製造されたラックバーの断面図である。 図９のラックバーを用いたステアリング装置の断面図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの一例を示す。

図１に示すラックバー１は、断面円形状の中空の軸材２からなる、いわゆる中空ラックバーである。軸材２にはラック３が形成されている。ラック３が形成されている区間（以下、ラック形成区間という）の断面形状は非円形状であり、ラック形成区間から外れた区間の断面形状は円形状である。中空ラックバー１は、例えば次のようにして製造される。

図２及び図３は、中空ラックバー１の製造工程の概略を示す。

素材である軸材２は、例えばＪＩＳ－Ｓ４５Ｃ等の鋼からなる断面円形状の中空の軸材であり、軸材２の軸方向の両端は開口している。軸材２には、典型的には、成形性及び防食性を高める燐酸亜鉛皮膜処理等が施される。

＜予備成形工程＞
図２に示すように、軸材２の外周面に、軸材２の軸方向に延びる平潰し部４が形成される。この平潰し部４の平坦な外面には、図３に示す歯成形工程によってラック３が形成される。平潰し部４は、軸材２の外周面がラック３の歯底高さ付近まで平坦状に押し潰されることによって形成される。

＜歯成形工程＞
次に、図３に示すように、軸材２の平潰し部４の平坦な外面に、ラック３が形成される。ラック３を形成する歯成形装置１０は、歯成形用金型１１と、複数の芯金１２と、複数の芯金１２を保持する芯金ホルダ１３と、第１の芯金押棒１４と、第２の芯金押棒１５とを備える。

歯成形用金型１１は、図示しない型締め機構によって上下方向に開閉される上型１６と下型１７とを有する。上型１６と下型１７とは、軸材２を上下方向に挟み、軸材２の外周を保持する。上型１６にはラック歯型１８が取外し可能に装着されており、ラック歯型１８は平潰し部４の略平坦な外面に当接した状態で固定される。平潰し部４の外面に接するラック歯型１８の成形面１８ａには、ラック３を成形する複数の歯溝が設けられている。

芯金ホルダ１３に保持されている複数の芯金１２のうち一つの芯金１２が、軸材２の軸方向一端側の第１の開口５から軸材２に挿入され、第１の芯金押棒１４によって平潰し部４の内部に圧入される。そして、圧入された芯金１２は、軸材２の軸方向他端側の第２の開口６から軸材２に挿入される第２の芯金押棒１５によって押し戻され、軸材２から排出される。

芯金１２が平潰し部４の全長に亘って往復移動される過程で、平潰し部４の材料が芯金１２によってしごかれ、ラック歯型１８に向けて塑性流動する。芯金１２が次第に大きなものに替えられ、芯金１２の圧入が繰り返されることにより、平潰し部４の材料がラック歯型１８の成形面１８ａの歯溝に次第に食い込み、成形面１８ａの形状が平潰し部４に転写され、平潰し部４にラック３が形成される。

ラック３が形成された軸材２は、必要に応じて、歯の成形に伴う曲りの矯正、外周面の研削が施され、そして、ラック３の硬度を高めるために焼入が施される。焼入の際の加熱は、例えば高周波誘導加熱によって行うことができるが、高周波誘導加熱に限定されない。また、焼入の際の加熱範囲は、ラック形成区間を含む限りにおいて特に限定されず、ラック形成区間だけでもよいし、軸材２の全長でもよい。また、焼入の際には、好ましくは、ラック形成区間が上下方向及び左右方向から拘束され、焼入に起因する軸材２の曲がりが抑制される。

図４及び図５は、図２に示した予備成形工程を行うラックバーの製造装置の一例を示す。

製造装置１００は、平潰しパンチ１０１と、予備成形用金型１０２と、カム１０３と、ホルダ１０４と、加圧機構１０５とを備える。

平潰しパンチ１０１は、加圧機構１０５によって軸材２に押し付けられ、軸材２の外周面に平潰し部４を形成する。本例では、水平に配置される軸材２の上方から軸材２に押し付けられる。

予備成形用金型１０２は、対をなす第１金型１１０及び第２金型１１１を有し、第１金型１１０及び第２金型１１１は、軸材２に対する平潰しパンチ１０１の押し付け方向と垂直な方向に開閉される。本例では、水平に配置された軸材２に対して、平潰しパンチ１０１が軸材２の上方から軸材２に押し付けられており、軸材２の軸方向を前後方向として、第１金型１１０及び第２金型１１１は、上下方向及び前後方向に垂直な左右方向に開閉される。第１金型１１０及び第２金型１１１の下方にはイジェクトピン１１２が配置されている。イジェクトピン１１２は、突き合わされた第１金型１１０と第２金型１１１との間に差し込まれ、第１金型１１０と第２金型１１１とを分離させる。

第１金型１１０及び第２金型１１１それぞれの突合せ面には、突合せ面を前後方向に横断する断面半円形状の保持溝１１３が形成されている。これらの保持溝１１３は、第１金型１１０及び第２金型１１１が閉じられた際に互いに組み合され、平潰しパンチ１０１の加工範囲以上の長さに亘って軸材２を収容する円筒状の成形空間を形成し、この成形空間に収容した軸材２の外周を保持する。また、第１金型１１０及び第２金型１１１それぞれの突合せ面には、第１金型１１０及び第２金型１１１それぞれの上面から保持溝１１３に達する連通溝１１４が形成さている。平潰しパンチ１０１は、第１金型１１０及び第２金型１１１それぞれの連通溝１１４が組み合わされてなる連通孔を通して、上記成形空間に収容された軸材２の外周面に押し付けられる。

第１金型１１０の突合せ面とは反対側の外側面には、上下方向に傾斜した傾斜面１１５が設けられており、傾斜面１１５は、第１金型１１０の上面から少なくとも保持溝１１３の下端の位置まで延びている。第２金型１１１の外側面にも、同様の傾斜面１１６が設けられている。

カム１０３は、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１を有する。第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１は、第１金型１１０及び第２金型１１１の開閉方向に第１金型１１０及び第２金型１１１を挟んで、互いに対向して配置されている。カム１０３は、全体として略円柱状を呈し、第１カムブロック１２０及び第２カムブロックは、第１金型１１０及び第２金型１１１の突合せ面を境にして円柱を二分してなる半円柱状に形成されている。

第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１それぞれの対向面には、凹部（係合部）１２２が形成されている。第１カムブロック１２０の凹部１２２には、第１金型１１０が収容されており、第１金型１１０の傾斜面１１５に摺接する傾斜面１２３が設けられている。第２カムブロック１２１の凹部１２２には、第２金型１１１が収容されており、第２金型１１１の傾斜面１１６に摺接する傾斜面１２４が設けられている。

ホルダ１０４は、直方体状のブロックからなり、このブロックを上下方向に貫通する断面円形状の嵌合孔１３０を有する。ホルダ１０４は、嵌合孔１３０の外周を囲む環状に形成されている。第１金型１１０及び第２金型１１１は、嵌合孔１３０の中央に配置されており、第１カムブロック１２０は、第１金型１１０と嵌合孔１３０の内周面との間に配置され、第２カムブロック１２１は、第２金型１１１と嵌合孔１３０の内周面との間に配置されている。第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１は、上下方向に移動可能に嵌合孔１３０に嵌合している。なお、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１並びにホルダ１０４には、第１金型１１０及び第２金型１１１によって形成される上記成形空間に通じる挿入孔１３１が形成されている。

第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１は、平潰しパンチ１０１とは独立に、加圧機構１０５によって押し下げられる。第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１が押し下げられることにより、第１カムブロック１２０の傾斜面１２３と第１金型１１０の傾斜面１１５とが係合し、第２カムブロック１２１の傾斜面１２４と第２金型１１１の傾斜面１１６とが係合する。これらの傾斜面の係合により、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１に作用する下方に向けた押圧力は、左右方向の押圧力に変換されて第１金型１１０及び第２金型１１１に作用する。これにより、第１金型１１０と第２金型１１１とが閉じられ、且つ閉じられた状態で強固に保持される。

予備成形工程では、まず、平潰しパンチ１０１と、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１とが加圧機構１０５によって持ち上げられ、第１金型１１０及び第２金型１１１が開かれている状態で、軸材２が、挿入孔１３１を通じ、第１金型１１０の保持溝１１３と第２金型１１１の保持溝１１３との間の所定位置に配置される。次に、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１が押し下げられ、第１金型１１０及び第２金型１１１が閉じられる。そして、平潰しパンチ１０１が押し下げられ、軸材２の外周面に押し付けられる。これにより、軸材２の外周面に平潰し部４が形成される。

図６及び図７は、予備成形工程において製造装置１００の各部に作用する力を模式的に示す。

平潰しパンチ１０１が軸材２に押し付けられた際に、軸材２を保持する第１金型１１０及び第２金型１１１には、第１金型１１０及び第２金型１１１を開く左右方向の力Ｆ１が作用する。この力Ｆ１は、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１に負荷されるが、第１カムブロック１２０の傾斜面１２３と第１金型１１０の傾斜面１１５との係合及び第２カムブロック１２１の傾斜面１２４と第２金型１１１の傾斜面１１６との係合により、上下方向の力Ｆ２と、左右方向の力Ｆ３とに分解される。このうち、上下方向の力Ｆ２は、加圧機構１０５によって受け止められる。

左右方向の力Ｆ３は、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１を左右方向に押し広げるように第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１に作用し、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１を介してホルダ１０４に伝わり、ホルダ１０４によって受け止められる。ここで、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１は、そもそも左右方向に分離されているので、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１が力Ｆ３に起因して破断することはない。そして、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１が半円柱状に形成されていることから、左右方向の力Ｆ３は、放射状に分散された力Ｆ４となってホルダ１０４に作用する。これにより、力Ｆ３に起因してホルダ１０４が破断することを抑制でき、製造装置１００の耐久性を高められる。

また、左右方向の力Ｆ３を受け止めるホルダ１０４は、予備成形工程を通して固定されており、力Ｆ３に起因して破断することがない第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１は、ホルダ１０４に比べて小型化できる。したがって、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１を昇降させる加圧機構１０５も小型化できる。これにより、製造装置１００を小型化できる。

好ましくは、第１金型１１０及び第２金型１１１を形成している材料の硬度をＡとし、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１を形成している材料の硬度をＢとし、ホルダ１０４を形成している材料の硬度をＣとして、Ａ≧Ｂ≧Ｃである。例えば、第１金型１１０及び第２金型１１１の材料は、ロックウェル硬さ５８～６２ＨＲＣの冷間工具鋼とし、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１の材料は、ロックウェル硬さ５４～５８ＨＲＣの冷間工具鋼とし、ホルダ１０４の材料は、ロックウェル硬さ４８～５４ＨＲＣの熱間工具鋼とすることができる。なお、各材料のロックウェル硬さは、ＪＩＳ２２４５：２０１６に規定されるロックウェル硬さ試験によって測定される値とする。

一般に、鋼の硬度と靱性とはトレードオフであり、硬度が高いほど靱性は低い。第１金型１１０及び第２金型１１１を形成している材料の靱性をａとし、第１カムブロック１２０及び第２カムブロック１２１を形成している材料の靱性をｂとし、ホルダ１０４を形成している材料の靱性をｃとして、上記硬度の関係式Ａ≧Ｂ≧Ｃを靱性の関係式に変換すればａ≦ｂ≦ｃとなる。第１金型１１０及び第２金型１１１の材料を相対的に高硬度とすることにより、軸材２と接する第１金型１１０及び第２金型１１１の摩耗を抑制でき、ホルダ１０４の材料を相対的に高靱性とすることにより、左右方向の力Ｆ３を受け止めるホルダ１０４の破断を抑制でき、製造装置１００の耐久性を一層高められる。

図８は、製造装置１００の変形例を示す。

図８に示す例では、第１金型１１０及び第２金型１１１それぞれの断面半円形状の保持溝１１３の底に、平面部１１７が設けられている。この平面部１１７は、平潰しパンチ１０１の加工範囲以上の長さ亘って延びている。

図９は、図８に示した製造装置１００を用いて製造された中空ラックバー１のラック形成区間の断面形状を示し、平面部１１７によって成形された平面部７が、ラック３の左右両側に形成されている。

図１０は、図９の中空ラックバー１を用いたステアリング装置の一例を示し、ステアリング装置２００は、中空ラックバー１を軸方向に移動自在に支持するケーシング２０１と、中空ラックバー１のラック３と噛み合うピニオンギア２０２と、ピニオンギア２０２との間に中空ラックバー１を挟み、中空ラックバー１を摺動自在に支持するラックガイド２０３と、ラックガイド２０３を中空ラックバー１に向けて押圧するスプリング２０４とを備える。

中空ラックバー１の平面部７は、ラックガイド２０３と平面接触する部分を形成することになるので、ラックガイド２０３による中空ラックバー１の支持が安定する。

平面部７の幅Ｗ及び平面部７を成形する保持溝１１３の平面部１１７の幅Ｗは、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、中空ラックバー１の外径Ｄを基準とした場合、ラック３とは反対側で左右の平面部７の間に挟まれる円弧面部の中心角度をα°として、幅Ｗは、下式を満たすことが好ましい。
Ｗ≦Ｄ×ｓｉｎ［（１８０°－α°）／２］

以上、説明したとおり、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、中空の軸材に設けられた平潰し部にラックが形成されてなるラックバーの前記軸材に前記平潰し部を形成するラックバーの製造装置であって、前記軸材の外周面に押し付けられる平潰しパンチと、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向と垂直な方向に開閉可能であり、前記平潰しパンチの加工範囲以上の長さに亘って前記軸材の外周を保持する一対の金型と、前記一対の金型の開閉方向に前記一対の金型を挟む一対の係合部を有し、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に加圧されることにより、前記一対の係合部を前記一対の金型に係合させ、前記一対の金型を閉じるカムと、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に前記カムが嵌合する嵌合孔を有する環状のホルダと、を備え、前記カムは、前記一対の金型の突合せ面を境にして、第１カムブロックと第２カムブロックとに二分されており、前記第１カムブロック及び前記第２カムブロックは、互いに組み合わされた状態で円柱状を呈する。

また、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、前記一対の金型を形成している材料の硬度をＡとし、前記第１カムブロック及び前記第２カムブロックを形成している材料の硬度をＢとし、前記ホルダを形成している材料の硬度をＣとして、Ａ≧Ｂ≧Ｃである。

また、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、前記一対の金型が、前記軸材を収容する断面半円形状の溝をそれぞれ有し、前記溝は、前記平潰しパンチの加工範囲以上の長さに亘って延びる平面部を、当該溝の底に有する。

また、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、前記平面部の幅が、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

１ 中空ラックバー
２ 軸材
３ ラック
４ 平潰し部
５ 第１の開口
６ 第２の開口
７ 平面部
１０ 歯成形装置
１１ 歯成形用金型
１２ 芯金
１３ 芯金ホルダ
１４ 第１の芯金押棒
１５ 第２の芯金押棒
１６ 上型
１７ 下型
１８ ラック歯型
１００ 製造装置
１０１ パンチ
１０２ 予備成形用金型
１０３ カム
１０４ ホルダ
１０５ 加圧機構
１１０ 第１金型
１１１ 第２金型
１１２ イジェクトピン
１１３ 保持溝
１１４ 連通溝
１１５ 傾斜面
１１６ 傾斜面
１１７ 平面部
１２０ 第１カムブロック
１２１ 第２カムブロック
１２２ 凹部（係合部）
１２３ 傾斜面
１２４ 傾斜面
１３０ 嵌合孔
１３１ 挿入孔
２００ ステアリング装置
２０１ ケーシング
２０２ ピニオンギア
２０３ ラックガイド
２０４ スプリング

Claims (4)

1. 中空の軸材に設けられた平潰し部にラックが形成されてなるラックバーの前記軸材に前記平潰し部を形成するラックバーの製造装置であって、
   前記軸材の外周面に押し付けられる平潰しパンチと、
   前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向と垂直な方向に開閉可能であり、前記平潰しパンチの加工範囲以上の長さに亘って前記軸材の外周を保持する一対の金型と、
   前記一対の金型の開閉方向に前記一対の金型を挟む一対の係合部を有し、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に加圧されることにより、前記一対の係合部を前記一対の金型に係合させ、前記一対の金型を閉じるカムと、
   前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に前記カムが嵌合する嵌合孔を有する環状のホルダと、
   を備え、
   前記カムは、前記一対の金型の突合せ面を境にして、第１カムブロックと第２カムブロックとに二分されており、
   前記第１カムブロック及び前記第２カムブロックは、互いに組み合わされた状態で円柱状を呈し、
   前記一対の金型を形成している材料の硬度をＡとし、
   前記第１カムブロック及び前記第２カムブロックを形成している材料の硬度をＢとし、
   前記ホルダを形成している材料の硬度をＣとして、
   Ａ≧Ｂ≧Ｃである製造装置。
2. 請求項１記載の製造装置であって、
   前記一対の金型は、前記軸材を収容する断面半円形状の溝をそれぞれ有し、
   前記溝は、前記平潰しパンチの加工範囲以上の長さに亘って延びる平面部を、当該溝の底に有する製造装置。
3. 中空の軸材に設けられた平潰し部にラックが形成されてなるラックバーの前記軸材に前記平潰し部を形成するラックバーの製造装置であって、
   前記軸材の外周面に押し付けられる平潰しパンチと、
   前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向と垂直な方向に開閉可能であり、前記平潰しパンチの加工範囲以上の長さに亘って前記軸材の外周を保持する一対の金型と、
   前記一対の金型の開閉方向に前記一対の金型を挟む一対の係合部を有し、前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に加圧されることにより、前記一対の係合部を前記一対の金型に係合させ、前記一対の金型を閉じるカムと、
   前記軸材に対する前記平潰しパンチの押し付け方向に前記カムが嵌合する嵌合孔を有する環状のホルダと、
   を備え、
   前記カムは、前記一対の金型の突合せ面を境にして、第１カムブロックと第２カムブロックとに二分されており、
   前記第１カムブロック及び前記第２カムブロックは、互いに組み合わされた状態で円柱状を呈し、
   前記一対の金型は、前記軸材を収容する断面半円形状の溝をそれぞれ有し、
   前記溝は、前記平潰しパンチの加工範囲以上の長さに亘って延びる平面部を、当該溝の底に有する製造装置。
4. 請求項２又は３記載の製造装置であって、
   前記平面部の幅は、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下である製造装置。

Images