JP2014069220A - 中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックを形成する歯部の歯幅を軸方向にわたって均一に、かつ、十分な幅で形成すること。
【解決手段】所定領域Ｋのパイプ材Ｐの軸方向の中央部を４５０℃以上に高周波加熱する加熱工程と、所定領域Ｋを平つぶし加工し、加工壁部Ｐａを成型するプレス工程と、ラックＰｂに対応する歯型５３を所定領域Ｋに押圧しつつ、パイプ材Ｐを保持する保持工程と、マンドレルＭをパイプ材Ｐ内部に圧入し、歯型５３に接した加工壁部Ｐａをパイプ材Ｐの内側から外側に塑性流動させて歯型５３に応じたラックＰｂを形成させる圧入工程とを備えている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、自動車のパワーステーリング装置等に使用される中空ラックバーを製造するための中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法に関し、特に軸方向における歯幅を均一化できるものに関する。

自動車のパワーステアリング装置に使用される中空ラックバーの製造方法としては従来は丸棒からの切削によるものが多かった。しかしながら、複雑な形状及び軽量化に対応するため、パイプ材から転写鍛造によって製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、まず、パイプ材を冷間鍛造金型によって加圧することにより歯成形工程の第一工程として上面が平坦に形成され、次工程でパイプ材の空洞にマンドレル（芯金）が圧入される。マンドレルはテーパ状の突起部を有しており、突起部がパイプ材の平坦部に内周側において係合することにより平坦部の肉は成形型の歯列に向けて塑性変形的に流動することにより張出され、パイプ材の外周平坦部に成形型の歯列に対応した形状の直線方向の歯列が転写方式にて付与され、中空ラックバーとすることができる。

一方、このような製造方法において、ラックの長さ方向端部において歯幅が小さくなる現象が生ずる場合があり、ラック形成型のラックの軸方向両端部に、ラック歯元に対応する高さであって所定の平坦部を設けることにより、歯幅が小さくなる現象を抑制することができる中空なステアリングラック軸の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）
近年、ステアリング機構のアシスト機構としては、油圧パワーステアリングから電動パワーステアリングに移行しつつあり、歯部で受ける力が大きくなる傾向にある。このため、軸方向中央部でも軸方向端部でも均一で、かつ、十分な歯幅を形成する必要がある。

特公平３−５８９２号公報 特開２００５−２８９２４号公報

上述した中空ラックバーの製造方法では、次のような問題があった。すなわち、図９に示すように、パイプ材Ｐの所定領域Ｋを平坦に形成する平つぶし加工において、加工後のパイプ材ＰのＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とを比べると、図１０に示すように、中央部に相当するＢ−Ｂ断面においては平坦部の肉が下方に逃げることにより、径方向に肉厚となる。このため、パイプ材Ｐの断面が歪み、マンドレルＭの形状に対応しなくなる。

このようにＢ−Ｂ断面がいびつに加工されたパイプ材Ｐに圧入機構Ｗを用いてマンドレルＭを通過させると、図１０に示すように、Ａ−Ａ断面ではマンドレルＭの下面Ｍａとパイプ材Ｐの内面とが接触しているが、Ｂ−Ｂ断面ではマンドレルＭの下面Ｍａとパイプ材Ｐの内面とが接触せず、浮いた状態で往復動することとなる。すなわち、図１１に示すようにマンドレルＭは、図１１中上を凸とした弧状に往復動することとなる。なお、図１１中Ｇａは上型、Ｇｂは下型、Ｇｃは歯部を示している。このため、マンドレルＭによって塑性流動されるパイプ材Ｐの肉厚は軸方向中央部で多くなり（ｆ２）、軸方向端部で少なくなる（ｆ１）。その結果、軸方向に均一な歯幅を有する歯部を形成することができず、軸方向端部において十分に力を伝達できない虞がある。

そこで本発明は、ラックを形成する歯部の歯幅を軸方向にわたって均一に、かつ、十分な幅で形成する中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法は次のように構成されている。

鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造装置において、前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部を４５０℃以上に高周波加熱する加熱部と、前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス型と、前記ラックに対応する歯型を有し、この歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する金型と、前記鋼管内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を、前記金型に保持された鋼管内部に圧入させる圧入機構とを備えていることを特徴とする。

鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造方法において、前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部を４５０℃以上に高周波加熱する加熱工程と、前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス工程と、前記ラックに対応する歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する保持工程と、芯金を前記鋼管内部に圧入し、前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる圧入工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ラックを形成する歯部の歯幅を軸方向にわたって均一に、かつ、十分な幅で形成することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る中空ラックバー製造装置による中空ラックバー製造方法の加熱工程を示す説明図。 同中空ラックバー製造方法のプレス工程を示す説明図。 同中空ラックバー製造方法のプレス工程を示す説明図。 同中空ラックバー製造方法のプレス工程を示す説明図。 同中空ラックバー製造方法の加熱工程における加熱範囲を示す説明図。 同中空ラックバー製造方法の圧入工程を示す説明図。 同中空ラックバー製造方法におけるプレス工程後の鋼管を示す断面図。 同鋼管の図４中Ａ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とを比較する説明図。 同中空ラックバー製造方法によって形成された中空ラックバーを示す平面図。 同中空ラックバー製造装置の加熱コイルの一例を示す斜視図。 同中空ラックバー製造装置の加熱コイルの別の例を示す斜視図。 従来の中空ラックバー製造工程におけるプレス工程後の鋼管を示す断面図。 同鋼管の図４中Ａ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とを比較する説明図。 同鋼管に対しマンドレルを圧入する工程を示す説明図。 従来の中空ラックバー製造方法によって形成された中空ラックバーを示す平面図。

図１Ａは本発明の一実施の形態に係る中空ラックバー製造装置による中空ラックバー製造方法の加熱工程を示す説明図、図１Ｂ〜図１Ｄは中空ラックバー製造方法のプレス工程を示す説明図、図２は中空ラックバー製造方法の加熱工程における加熱範囲を示す説明図、図３は中空ラックバー製造方法の圧入工程を示す説明図、図４は中空ラックバー製造方法におけるプレス工程後の鋼管を示す断面図、図５はパイプ材Ｐの図４中Ａ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とを比較する説明図、図６は中空ラックバー製造方法によって形成された中空ラックバーを示す平面図である。

なお、これらの図中Ｐはパイプ材（鋼管）、Ｐａは加工壁部、Ｐｂはラック、Ｈは被加熱部、Ｍはマンドレルを示している。

中空ラックバー製造装置１０は、パイプ材Ｐの所定領域Ｋを平つぶしし、加工壁部Ｐａを形成し、ラックＰｂを形成して中空ラックバーを製造する装置である。中空ラックバー製造装置１０は、所定領域Ｋのパイプ材Ｐの軸方向の中央部を４５０℃以上に高周波加熱する加熱部２０と、塑性加工を行う塑性加工部３０とを備えている。

加熱部２０は、加熱コイル２１と、この加熱コイル２１に高周波電力を印加する電力部２２とを備えている。電力部２２は、所定領域Ｋのパイプ材Ｐの軸方向の中央部（被加熱部Ｈ）を４５０℃以上に高周波加熱する。具体的には、６００〜６５０℃に加熱することが好ましい。

塑性加工部３０は、パイプ材Ｐの所定領域Ｋを平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス型４０と、ラックに対応する歯型５３を有し、この歯型５３を所定領域Ｋに押圧しつつ、パイプ材Ｐを保持する金型５０と、パイプ材Ｐ内に圧入されることにより歯型５３に接した加工壁部Ｐａをパイプ材Ｐの内側から外側に塑性流動させて歯型５３に応じたラックを形成させるマンドレルＭと、マンドレルＭを、金型５０に保持されたパイプ材Ｐ内部に圧入させる圧入機構６０とを備えている。

金型５０は、パイプ材Ｐを上下方向から挟んで保持する上型５１及び下型５２と、加工壁部Ｐａに押圧される歯型５３とを備えている。

このように構成された中空ラックバー製造装置１０では、次のようにしてパイプ材Ｐから中空ラックバーＱを製造する。すなわち、図１Ａに示すように、パイプ材Ｐの所定領域Ｋのうち、被加熱部Ｈに加熱コイル２１に電力部２２から所定の周波数・電流の高周波を印加する。この時の加熱範囲は図２に示すように上部の９０度〜１２０度のプレス加工を行う範囲であり、歯諸元に基づいて設定する。加熱温度は、６００〜６５０℃とする。この温度は、純鉄の再結晶温度である４５０℃以上であり、また、応力除去が可能である焼鈍の温度域である。そして、図１Ｂに示すように、プレス型４０により所定領域Ｋをプレス加工し、平つぶしを行い、加工壁部Ｐａを形成する。これは放冷により平つぶし加工における加工硬化を抑制し、図１Ｃに示すように、温度が５００℃以上に維持したまま保持する。次に、図１Ｄに示すように、プレス型４０を離間させ、放冷する。放冷により平つぶし加工における加工硬化を抑制し、次工程の圧入工程に必要な動力を軽減すると共に、歯型寿命が向上する。

次に、マンドレルＭをパイプ材Ｐ内部に圧入し、歯型５３に接した加工壁部Ｐａをパイプ材Ｐの内側から外側に塑性流動させて歯型５３に応じたラックＰｂを形成させる。

このような中空ラックバー製造装置１０による中空ラックバー製造方法によれば、パイプ材Ｐの所定領域Ｋを平坦に形成する平つぶし加工において、図４に示す加工後のパイプ材ＰのＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とを比べると、図５に示すように、中央部に相当するＡ−Ａ断面とＢ−Ｂ断面とはほぼ同一の肉厚となる（ｔ１＝ｔ２）。これは、パイプ材Ｐの被加熱部Ｈは、平つぶしされると、加熱されていない下部に肉が逃げず、そのまま下方、すなわち、内径側に移動することとなる。このため、パイプ材Ｐの下部の径方向の肉厚は大きくなることがない。

したがって、平つぶし加工されたパイプ材ＰにマンドレルＭを通過させると、Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面共に、マンドレルＭの下面とパイプ材Ｐの内面とが接触して往復動することとなる。すなわち、図３に示すようにマンドレルＭは、水平方向に往復動することとなる。このため、マンドレルＭによって塑性流動されるパイプ材Ｐの肉は軸方向中央部でも端部でもほぼ同じとなる。その結果、軸方向に均一な歯幅を有する歯部を形成することができ、軸方向端部においても十分に力を伝達できることとなる。

図７，図８は中空ラックバー製造装置１０の加熱コイル２１の一例を示す斜視図である。加熱コイル２１は、被加熱部Ｈの形状・範囲等によって適宜形状を設定する。

上述したように、本実施の形態に係る中空ラックバー製造装置及び中空ラックバー製造方法によれば、ラックを形成する歯部の歯幅を軸方向にわたって均一に、かつ、十分な幅で形成することが可能である。

なお、加熱、平つぶし、歯成形の各装置については、一体の装置でもそれぞれ別装置でも構わない。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

１０…中空ラックバー製造装置、２０…加熱部、２１…加熱コイル３０、…塑性加工部、４０…プレス型、５０…金型、５３…歯型、６０…圧入機構、Ｐ…パイプ材（鋼管）、Ｐａ…加工壁部、Ｐｂ…ラック、Ｈ…被加熱部、Ｍ…マンドレル。

Claims (4)

1. 鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造装置において、
   前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部を４５０℃以上に高周波加熱する加熱部と、
   前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス型と、
   前記ラックに対応する歯型を有し、この歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する金型と、
   前記鋼管内に圧入されることにより前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる芯金を、前記金型に保持された鋼管内部に圧入させる圧入機構とを備えていることを特徴とする中空ラックバー製造装置。
2. 前記加熱部は、前記中央部を６００〜６５０℃に加熱することを特徴とする請求項１に記載の中空ラックバー製造装置。
3. 鋼管の所定領域にラックを形成する中空ラックバー製造方法において、
   前記所定領域の前記鋼管の軸方向の中央部を４５０℃以上に高周波加熱する加熱工程と、
   前記所定領域を平つぶし加工し、加工壁部を成型するプレス工程と、
   前記ラックに対応する歯型を前記所定領域に押圧しつつ、前記鋼管を保持する保持工程と、
   芯金を前記鋼管内部に圧入し、前記歯型に接した前記加工壁部を前記鋼管の内側から外側に塑性流動させて前記歯型に応じたラックを形成させる圧入工程とを備えていることを特徴とする中空ラックバー製造方法。
4. 前記加熱工程は、前記中央部を６００〜６５０℃に加熱することを特徴とする請求項３に記載の中空ラックバー製造方法。

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