(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-08-31
(45)【発行日】2022-09-08
(54)【発明の名称】中空ラックバーの製造方法及び製造装置
(51)【国際特許分類】
B21C 37/15 20060101AFI20220901BHJP
B21K 1/76 20060101ALI20220901BHJP
B21C 1/00 20060101ALI20220901BHJP
【ＦＩ】
B21C37/15 B
B21K1/76 A
B21C1/00 E
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2017223770
(22)【出願日】2017-11-21
(65)【公開番号】P2019093406
(43)【公開日】2019-06-20
【審査請求日】2020-08-26
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】390029089
【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002505
【氏名又は名称】特許業務法人航栄特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】上本 敏史
(72)【発明者】
【氏名】一色 信元
(72)【発明者】
【氏名】山脇 崇
【審査官】國方 康伸
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－２７５８９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０００９９３１１（ＥＰ，Ａ１）
【文献】独国特許出願公開第１９５０８７９８（ＤＥ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２０１２２７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２１Ｃ １／００－１９／００
Ｂ２１Ｃ ３７／００－４３／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空の軸材からなり、外面にラックを有する歯部と、前記歯部よりも薄肉に形成されている軸部と、を備える中空ラックバーの製造方法であって、ダイスとプラグとを用いて、前記ダイスとプラグとの間を通して前記軸材を引き抜く引抜加工により、前記歯部となる歯部形成部位及び前記軸部となる軸部形成部位を含む前記軸材の各部位を部位に応じた肉厚に予備成形する予備成形ステップと、
予備成形された前記軸材の前記歯部形成部位にラックを形成するラック形成ステップと、
を備え、
前記プラグは、前記軸材の内径を規定する加工部として、第１加工部と、前記第１加工部よりも大径な第２加工部とを有し、
前記予備成形ステップにおいて、
前記軸材の先端部位をチャックで把持し、前記チャックを前記軸材の引抜方向に牽引し、前記チャックによる前記軸材の牽引量に基づき、前記歯部形成部位が前記ダイスを通過する際には、前記軸材の外径を規定する前記ダイスの加工部の内側に前記プラグの前記第１加工部を配置し、前記軸部形成部位が前記ダイスを通過する際には、前記ダイスの前記加工部の内側に前記プラグの前記第２加工部を配置し、
前記軸材の先端部位は、切除される
中空ラックバーの製造方法。
【請求項2】
請求項１記載の中空ラックバーの製造方法であって、予備成形された前記軸材における前記歯部形成部位及び前記軸部形成部位の減面率は１０％以上３５％以下である中空ラックバーの製造方法。
【請求項3】
請求項１又は２記載の中空ラックバーの製造方法であって、前記ラック形成ステップは、歯型を前記歯部形成部位に押し当てた状態で、芯金を前記軸材に圧入することにより、前記歯部形成部位の材料を前記歯型に向けて塑性流動させて前記ラックを形成する中空ラックバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の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中空ラックバーの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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、例えば円柱状の中実の軸材にラックが形成されたラックバーが知られているが、円筒状の中空の軸材が用いられることによって軽量化が図られた、いわゆる中空ラックバーも知られている。
【0003】
中空ラックバーに用いられる軸材は、一般には、軸方向に略一定の断面を有し、その肉厚はラックの歯丈に応じて設定されている。ラックの歯丈に応じて設定される肉厚は、ラックが形成されている歯部を除いた軸部に対しては過剰であり、軸部が歯部よりも薄肉に形成されることによって、さらなる軽量化と材料の節約とが図られた中空ラックバーも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平５－３４５２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載された中空ラックバーでは、素材としての軸材に引抜加工が施されることによって、歯部が相対的に厚肉に形成され、軸部が相対的に薄肉に形成されているが、引抜加工の具体的な方法は何ら記載されていない。
【0006】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、軽量化及び材料の節約が可能な中空ラックバーの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様の中空ラックバーの製造方法は、中空の軸材からなり、外面にラックを有する歯部と、前記歯部よりも薄肉に形成されている軸部と、を備える中空ラックバーの製造方法であって、ダイスとプラグとを用いた引抜加工により、前記歯部となる歯部形成部位及び前記軸部となる軸部形成部位を含む前記軸材の各部位を部位に応じた肉厚に予備成形する予備成形ステップと、予備成形された前記軸材の前記歯部形成部位にラックを形成するラック形成ステップと、を備え、前記プラグは、前記軸材の内径を規定する加工部として、第１加工部と、前記第１加工部よりも大径な第２加工部とを有し、前記予備成形ステップにおいて、前記歯部形成部位が前記ダイスを通過する際には、前記軸材の外径を規定する前記ダイスの加工部の内側に前記プラグの前記第１加工部を配置し、前記軸部形成部位が前記ダイスを通過する際には、前記ダイスの前記加工部の内側に前記プラグの前記第２加工部を配置する。
【0008】
また、本発明の一態様のラックバーの製造装置は、中空の軸材からなり、外面にラックを有する歯部と、前記歯部よりも薄肉に形成されている軸部と、を備える中空ラックバーの製造装置であって、前記軸材の外径を規定する加工部を有するダイスと、前記軸材の内径を規定する加工部を有するプラグと、前記プラグを前記軸材の軸方向に移動させる駆動部と、前記ダイスと前記プラグとの間を通して前記軸材を引き抜く引抜部と、を備え、前記プラグは、前記加工部として、第１加工部と、前記第１加工部よりも大径な第２加工部とを有し、前記駆動部は、前記歯部となる前記軸材の歯部形成部位が前記ダイスを通過する際には、前記軸材の外径を規定する前記ダイスの加工部の内側に前記プラグの前記第１加工部を配置し、前記軸部となる前記軸材の軸部形成部位が前記ダイスを通過する際には、前記ダイスの前記加工部の内側に前記プラグの前記第２加工部を配置する製造装置。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、軽量化及び材料の節約が可能な中空ラックバーの製造方法及び製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】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断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
中空ラックバー１は、一本の円筒状の中空の軸材２からなり、軸材２の外面の一部にラック３が形成されている。軸材２の軸方向両側の端部には、ステアリング装置のタイロッドを連結するためのジョイントが接合される接合部４が設けられており、接合部４の内周面には雌ネジ５が形成されている。以下、中空ラックバー１を軸方向に区分して、ラック３が設けられている部分を歯部６と称し、歯部６及び接合部４を除く部分を軸部７と称する。
【0013】
歯部６のラック３を除いた円弧部分８の肉厚をｔ１とし、軸部７の肉厚をｔ２として、ｔ１＞ｔ２であり、軸部７は歯部６よりも薄肉に形成されている。接合部４は、本例では歯部６と同じ肉厚ｔ１に形成されているが、歯部６よりも薄肉に形成されていてもよいし、歯部６よりも厚肉に形成されていてもよい。
【0014】
なお、ラック３は、本例では、歯ピッチが一定のＣＧＲ（Constant Gear Ratio）となっているが、歯ピッチが変化するＶＧＲ（Variable Gear Ratio）であってもよい。
【0015】
【0016】
【0017】
＜予備成形ステップ＞
次に、図３に示すように、素材としての軸材２に対して引抜加工が施され、軸材２の各部位が、部位に応じた肉厚に予備成形される。この予備成形により、歯部６となる歯部形成部位２ａは肉厚ｔ１に形成され、軸部７となる軸部形成部位２ｂは肉厚ｔ２に形成され、接合部４となる接合部形成部位２ｃは肉厚ｔ１に形成される。なお、一方の接合部形成部位２ｃに隣設されている先端部位２ｄは、引抜加工の際に引っ張られる補助的な部位であり、予備成形が済んだ後に切除される。
次に、図３に示すように、素材としての軸材２に対して引抜加工が施され、軸材２の各部位が、部位に応じた肉厚に予備成形される。この予備成形により、歯部６となる歯部形成部位２ａは肉厚ｔ１に形成され、軸部７となる軸部形成部位２ｂは肉厚ｔ２に形成され、接合部４となる接合部形成部位２ｃは肉厚ｔ１に形成される。なお、一方の接合部形成部位２ｃに隣設されている先端部位２ｄは、引抜加工の際に引っ張られる補助的な部位であり、予備成形が済んだ後に切除される。
【0018】
＜ラック形成ステップ＞
ラック３は、本例では、歯型を用いた転造によって形成されている。具体的には、まず、図４に示すように、予備成形された軸材２の歯部形成部位２ａの外面の一部がプレス加工によって押し潰されて平坦化され、軸材２の軸方向に延びる平坦状のラック形成面９が形成される。
ラック３は、本例では、歯型を用いた転造によって形成されている。具体的には、まず、図４に示すように、予備成形された軸材２の歯部形成部位２ａの外面の一部がプレス加工によって押し潰されて平坦化され、軸材２の軸方向に延びる平坦状のラック形成面９が形成される。
【0019】
次いで、図５に示すように、歯型１０がラック形成面９に押し当てられ、この状態で、芯金１１が軸材２に圧入される。芯金１１の圧入に伴い、ラック形成面９の材料が芯金１１によってしごかれて歯型１０に食い込む。そして、芯金１１が次第に大きなものに交換され、芯金１１の圧入が繰り返されることにより、歯型１０の形状が転写されてなるラック３が形成される。
【0020】
なお、ラック３は、例えばブローチ盤等を用いた切削によって形成されてもよいが、歯型１０を用いた転造によって形成されることにより、材料の節約が図られ、また、歯ピッチの設定の自由度も高まる。
【0021】
この後、接合部形成部位２ｃの内周面に雌ネジ５（図１参照）が形成され、中空ラックバー１が製造される。
【0022】
図６は、上記予備成形ステップに用いられる装置を示す。
【0023】
引抜装置２０は、素材としての軸材２が挿通されるダイス２１と、軸材２に収容されるプラグ２２と、プラグ２２を軸材２の軸方向に移動させる駆動部２３と、ダイス２１とプラグ２２との間を通して軸材２を引き抜く引抜部２４と、制御部２５とを備える。
【0024】
ダイス２１は、軸材２の外径を規定する加工部３０を有する。加工部３０の内径は、中空ラックバー１の外径Ｄと同じであり、素材としての軸材２の外径Ｄ０よりも小さい。
【0025】
プラグ２２は、軸材２の内径を規定する加工部として、第１加工部３１と、第２加工部３２とを有する。第２加工部３２は第１加工部３１よりも大径に形成されており、第１加工部３１と第２加工部３２とは同軸上に隣設されている。プラグ２２は、相対的に小径な第１加工部３１を、図中矢印Ａで示される軸材２の引抜方向に向けて軸材２に収容されている。そして、プラグ２２は、第１加工部３１及び第２加工部３２が選択的にダイス２１の加工部３０の内側に配置されるように、駆動部２３によって、軸材２の内部で軸材２の軸方向に移動される。
【0026】
駆動部２３は、軸材２の一方の端部の開口を通して軸材２に挿入される支持棒３３と、支持棒３３の長手方向に支持棒３３を押圧及び牽引するアクチュエータ３４とを有する。プラグ２２は、軸材２に挿入される支持棒３３の先端部に保持されており、支持棒３３がアクチュエータ３４によって長手方向に前後移動される、即ち軸材２の軸方向に前後移動されることにより、プラグ２２もまた軸材２の軸方向に前後移動される。アクチュエータ３４としては、例えば流体圧シリンダ装置、ボールねじ装置等の適宜な直動装置が用いられる。
【0027】
引抜部２４は、軸材２の先端部位２ｄ（図３参照）を把持するチャック３５と、チャック３５を軸材２の引抜方向に牽引するアクチュエータ３６とを有する。軸材２の先端部位２ｄを把持したチャック３５がアクチュエータ３６によって軸材２の引抜方向に牽引されることにより、ダイス２１とプラグ２２との間を通して軸材２が引き抜かれる。アクチュエータ３６としては、例えば流体圧シリンダ装置、ボールねじ装置等の適宜な直動装置が用いられる。
【0028】
制御部２５は、駆動部２３と引抜部２４とを統括制御し、引抜部２４による軸材２の牽引量に基づき、ダイス２１を通過する軸材２の部位を特定し、特定した軸材２の部位に基づいて駆動部２３を駆動し、プラグ２２の第１加工部３１及び第２加工部３２のうち一方の加工部をダイス２１の加工部３０の内側に配置させる。
【0029】
なお、引き抜きに際して、軸材２の外周面及び／又は内周面に潤滑油が付与されてもよい。軸材２の内周面に付与される潤滑油は、例えば支持棒３３を通してプラグ２２から随時供給されてもよいし、プラグ２２に予め塗布されていてもよい。
【0030】
【0031】
図７は、軸材２の歯部形成部位２ａがダイス２１を通過している場合を示し、プラグ２２の第１加工部３１及び第２加工部３２のうち、相対的に小径な第１加工部３１がダイス２１の加工部３０の内側に配置されている。加工部３０と第１加工部３１との隙間は、予備成形完了後の歯部形成部位２ａの肉厚ｔ１と同じであり、引き抜かれた歯部形成部位２ａは、外径Ｄ、且つ肉厚ｔ１に形成されている。
【0032】
図８は、軸材２の軸部形成部位２ｂがダイス２１を通過している場合を示し、プラグ２２の第１加工部３１及び第２加工部３２のうち、相対的に大径な第２加工部３２がダイス２１の加工部３０の内側に配置されている。加工部３０と第２加工部３２との隙間は、予備成形完了後の軸部形成部位２ｂの肉厚ｔ２と同じであり、引き抜かれた軸部形成部位２ｂは、外径Ｄ、且つ肉厚ｔ２に形成されている。
【0033】
なお、軸材２の接合部形成部位２ｃがダイス２１を通過する際には、プラグ２２の第１加工部３１がダイス２１の加工部３０の内側に配置され、引き抜かれた接合部形成部位２ｃは、外径Ｄ、且つ肉厚ｔ１に形成されている。
【0034】
以上のように、ダイス２１を通過する軸材２の部位に応じてプラグ２２を移動させることにより、軸材２の引き抜きに伴い、簡便に且つ確実に、歯部形成部位２ａを相対的に厚肉（肉厚ｔ１）に形成でき、軸部形成部位２ｂを相対的に薄肉（肉厚ｔ２（ｔ１＞ｔ２））に形成できる。
【0035】
なお、軸材２の各部位の減面率は、好ましくは１０％以上３５％以下である。ここで、減面率とは、素材としての軸材２の断面積Ｓ０とし、予備成形された軸材２の断面積をＳとして、（Ｓ０－Ｓ）／Ｓ０で表される、断面積の減少量の割合をいうものとする。素材としての軸材２は典型的には外径に誤差を有しているところ、減面率を１０％以上とすることにより、予備成形された軸材２の外径精度を高められる。また、減面率を３５％以下とすることにより、軸材２とダイス２１及び／又はプラグ２２との焼き付きを抑制しつつ一回の引き抜きで予備成形できる。
【0036】
ここまで、プラグ２２が、軸材２の内径を規定する加工部として、第１加工部３１と第２加工部３２との二つの加工部を有するものとして説明したが、三つ以上の加工部を有してもよい。例えば、第１加工部３１よりも大径且つ第２加工部３２よりも小径な第３加工部を第１加工部３１と第２加工部３２との間に有してもよく、軸材２の各部位の肉厚をより詳細に設定できる。例えば、軸材２の接合部形成部位２ｃがダイス２１を通過する際に、プラグ２２の第３加工部をダイス２１の加工部３０の内側に配置して、後に雌ネジ５（図１参照）が形成される接合部形成部位２ｃを、歯部形成部位２ａよりも薄肉且つ軸部形成部位２ｂよりも厚肉に形成することができる。なお、プラグ２２の複数の加工部は外径順に並べられる。
【符号の説明】
【0037】
１ 中空ラックバー
２ 軸材
２ａ 歯部形成部位
２ｂ 軸部形成部位
２ｃ 接合部形成部位
２ｄ 先端部位
３ ラック
４ 接合部
５ 雌ネジ
６ 歯部
７ 軸部
８ 円弧部分
９ ラック形成面
１０ 歯型
１１ 芯金
２０ 引抜装置
２１ ダイス
２２ プラグ
２３ 駆動部
２４ 引抜部
２５ 制御部
３０ 加工部
３１ 第１加工部
３２ 第２加工部
３３ 支持棒
３４ アクチュエータ
３５ チャック
３６ アクチュエータ
２ 軸材
２ａ 歯部形成部位
２ｂ 軸部形成部位
２ｃ 接合部形成部位
２ｄ 先端部位
３ ラック
４ 接合部
５ 雌ネジ
６ 歯部
７ 軸部
８ 円弧部分
９ ラック形成面
１０ 歯型
１１ 芯金
２０ 引抜装置
２１ ダイス
２２ プラグ
２３ 駆動部
２４ 引抜部
２５ 制御部
３０ 加工部
３１ 第１加工部
３２ 第２加工部
３３ 支持棒
３４ アクチュエータ
３５ チャック
３６ アクチュエータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】