JP5005380B2 - 芯金治具 - Google Patents

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等の中空部品を製造するために用いられる芯金治具に関し、特に加工中における折損防止を図ることが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（中空部品）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、パイプ材を熱間鍛造金型によって加圧することにより歯形一次成形と共に上面が平坦に形成され、次なる工程でパイプ材の空洞に芯金治具が圧入される。芯金治具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、ラックバーとすることができる。

芯金治具２００の棒材２０１の先端２０２から基端２０３に向けて設けられた突起部２０４〜２０６の突出量Ｔａ〜Ｔｃは、図４に示すように、圧入される先端２０２側から基端２０３側にかけて順次高くなるように形成されたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特公平３−５８９２号公報 特開２００３−０２６７０３号公報

上述した芯金治具では、次のような問題があった。すなわち、圧入方向では、突起部２０４〜２０６の突出量Ｔａ〜Ｔｃが次第に高くなっているため、パイプ材から芯金治具２００に対して大きな負荷がかからない。一方、パイプ材は、芯金治具２００が圧入方向に通過後、スプリングバックにより僅かに戻り、内径が小さくなる。このため、後退方向に芯金治具２００が通過する際、最大突出量を有する突起部２０６がパイプ材の内壁面に最初に接触することから、大きい負荷を受け、芯金治具２００に過大な圧力がかかる。このため、芯金治具の寿命が短くなることが多かった。

一方、過大な負荷がかかることを防止するために、芯金治具２００の最大突出量を有する突起部２０４の突出量を小さくすると、１回あたりの鍛造加工による変形量が減り、加工工程が増えるとともに、必要な芯金治具の種類が増え、加工効率が低下するという問題があった。

そこで本発明は、加工効率を下げずに、大きな負荷がかかることを防止することで寿命を向上できる芯金治具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、本発明の芯金治具は次のように構成されている。

金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金治具において、前記中空素材の中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有する棒材と、この棒材の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも３つの突起部とを備え、前記最大突起部は、前記突起部のうち、軸方向中央側に位置し、前記棒材の軸方向先端側に位置する突起部の突出量は、軸方向中央側に位置する最大突起部の突出量よりも小さく形成され、前記棒材の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は前記最大突起部の突出量より小さく設定されている。

金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金治具において、前記中空素材の内径よりも小径の外径を有する棒材と、この棒材の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも４つの突起部を備え、前記棒材の軸方向先端側に位置する突起部から軸方向基端側から２番目に位置する最大突起部にかけてその突出量が漸次高く形成され、前記棒材の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は前記最大突起部の突出量より小さく設定されている。

金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金治具において、前記中空素材の内径よりも小径の外径を有する棒材と、この棒材の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも５つの突起部を備え、前記棒材の軸方向先端側に位置する突起部から軸方向基端側から３番目に位置する最大突起部にかけてその突出量が漸次高く形成され、軸方向基端側から２番目に位置する突起部の突出量は前記最大突起部の突出量と同じ又は小さく設定され、前記棒材の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は軸方向基端側から２番目に位置する突起部の突出量と同じ又は小さく設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、加工効率を下げずに、大きな負荷がかかることを防止することで寿命を向上することが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態に係るマンドレル（芯金治具）１０を示す側面図、図２はマンドレル１０が用いられる中空ラックバー製造装置１００を示す要部断面図である。なお、図２中Ｐは鉄製のパイプ（中空素材）を示している。また、図２中１０Ａは、マンドレル１０と同じ構成のマンドレルを示している。

マンドレル１０は、半円形状の棒材１１を備えている。棒材１１は、最初にパイプＰに挿入される圧入方向の先端側に位置する先端部１２と、駆動装置に連結された基端部１３とを備えている。

この棒材１１には、上面は全体としては平坦であるが、棒材１１の軸方向に沿って３つの突起部２１，２２，２３が一体に設けられている。棒材１１はその底面側でパイプＰの内周面と密着しており、鍛造工程中はバイプＰの内周面との密着を維持しながらパイプＰの軸方向における直線移動が可能である。また、パイプＰの中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有している。すなわち、後述するように、パイプＰの上面Ｐａが平坦化された後であっても円滑に移動できるような大きさに形成されている。

各突起部２１〜２３は、緩やかなテーパ状の案内面が形成されており、成形時の流動抵抗に関わらずマンドレル１０のスムーズな動きが得られるようになっている。３つの突起部２１〜２３のそれぞれの最大突出量Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃであり、その高さの関係は、
Ｈａ＜Ｈｂ、Ｈｂ≧Ｈｃ
となっている。

すなわち、軸方向中央側に位置する突起部２２が最大突起部であり、その最大突出量ＨｂはパイプＰやマンドレル１０の材質、加工温度、治具交換コスト、加工時間等から最適なものが選択される。さらに、突起部２１，２３のそれぞれの最大突出量Ｈａ，Ｈｃは、マンドレル１０の圧入・後退後にパイプＰにスプリングバッグが生ずることから、スプリングバッグを配慮した上で適正に張出しが行われるように設定される。

次に、このマンドレル１０を用いる中空ラックバー製造装置１００の構成について説明する。中空ラックバー製造装置１００は、鉄製パイプＰを保持する下型１１０及び上型１２０とを備えている。中空ラックバー製造装置１００は、下型１１０及び上型１２０に保持されたパイプＰの内部空洞にマンドレル１０を圧入させることによりパイプＰの肉を後述する歯型１３０に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する装置である。

下型１１０は横断面において半円形の内周面１１１を備え、この半円形の内周面１１１にパイプＰが載置される。上型１２０はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型１３０を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプＰの上面における所定長さの部位に歯型１３０の凹凸に応じてラックを形成することができる。

このように構成された中空ラックバー製造装置１００及びマンドレル１０，１０Ａを用いてパイプＰの鍛造加工を行う。

予め、別の型を用いて中央部を中凹状に平潰し、中凹の半円形状としたパイプＰを用意する。このパイプＰを上型１２０及び下型１１０間に保持し、パイプＰの上面Ｐａが歯型１３０に当接させる。

この状態においてパイプＰに対するマンドレル１０の圧入が開始される。マンドレル１０はその先端１２よりパイプＰの中空部に導入される。そして、テーパ状の案内面を介して最初の突起部２１がパイプＰの上面Ｐａに作用し、パイプＰの肉は歯型１３０の歯形に向けて張出される。そして、マンドレル１０の圧入が続けられることにより順次突起部２２，２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。

次に、後退方向にマンドレル１０を移動する。一旦、圧入方向にマンドレル１０が通過し、後退方向にマンドレル１０が移動を開始するまで僅かな時間内に、上面Ｐａはスプリングバックが発生し内径が小さくなる。このとき、最初にパイプＰの上面Ｐａに作用するのは、突起部２３となる。一方、突起部２３は、突起部２２の最大突出量と同じ、又は低く設定されているので、このとき、突起部２３とパイプＰとの作用により発生する負荷は過大にならない。次に、突起部２２がパイプＰの上面Ｐａに作用し、上面Ｐａを押し広げる。

なお、マンドレル１０の後退時には、マンドレル１０Ａを圧入することで、交互に圧入鍛造を行う。

このようにして、マンドレル１０，１０Ａの圧入・後退が行われ、圧入鍛造を行う。同様にして、突起部の突出量を大きくしたマンドレル１０を用いて圧入鍛造を行う。以降、同様にしてマンドレル１０のサイズを少しずつ大きく変えつつ、所定の工程を繰り返すことで、最終的な加工が完了する。最終的に、マンドレル１０の高さはマンドレル圧入によりパイプＰの肉が歯型１３０の凹凸に対応して十分に張出されたラックの転写鍛造を完了する。

上述したように、本実施の形態に係るマンドレル１０によれば、後退時における最初の突起部２３の最大突出量Ｈｃを最大突起部である突起部２２の最大突出量Ｈｂと同じ又は低く設定することで、スプリングバックによるパイプＰの内径の縮小に対応し、マンドレル１０がパイプＰから受ける負荷を過大とすることがない。このため、マンドレル１０の負荷を小さくすることができるとともに、最大突出量を大きくすることができるため、用いるマンドレルの数を減らすことができ、治具コスト及び加工時間を短縮でき、加工コストを低減することができる。

なお、突起部の数は３つに限られず、４つ以上でも同様の効果が得られる。４つの場合のそれぞれの最大突出量Ｈａ〜Ｈｄは、
Ｈａ＜Ｈｂ＜Ｈｃ≧Ｈｄ
となる。すなわち、マンドレル１０の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも４つの突起部を備え、マンドレル１０の軸方向先端側に位置する突起部から軸方向基端側から２番目に位置する最大突起部にかけてその突出量が漸次高く形成され、マンドレル１０の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は最大突起部の突出量と同じ又は小さく設定されている。

また、５つの場合のそれぞれの最大突出量Ｈａ〜Ｈｅは、
Ｈａ＜Ｈｂ＜Ｈｃ＜Ｈｄ≧Ｈｅ
又は、
Ｈａ＜Ｈｂ＜Ｈｃ≧Ｈｄ≧Ｈｅ
となる。すなわち、マンドレル１０の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも５つの突起部を備え、マンドレル１０の軸方向先端側に位置する突起部から軸方向基端側から３番目に位置する最大突起部にかけてその突出量が漸次高く形成され、軸方向基端側から２番目に位置する突起部の突出量は最大突起部の突出量と同じ又は小さく設定され、マンドレル１０の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は軸方向基端側から２番目に位置する突起部の突出量と同じ又は小さく設定されている。

６つ以上でも同様である。

図３は本発明のマンドレル１０の変形例に係る短尺型のマンドレル１０Ｂを示す側面図である。図３において図１と同一機能部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

短尺型のマンドレル１０Ｂは、マンドレル１０Ｂとこのマンドレル１０Ｂを往復動させるための駆動棒が別体になって構成されているものである。このような場合であっても、マンドレル１０と同様の効果を得ることができる。

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、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。

本発明の一実施の形態に係るマンドレルの要部を示す側面図。 同マンドレルが適用される中空ラックバー製造装置を示す断面図。 マンドレルの変形例を示す側面図。 マンドレルの一例を示す側面図。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ…マンドレル、１１…棒材、１２…先端部、１３…基端部、２１，２２，２３…突起部、１００…中空ラックバー製造装置、１１０…下型、１２０…上型、１３０…歯型、Ｐ…パイプ（中空素材）。

Claims (4)

1. 金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金治具において、
   前記中空素材の中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有する棒材と、
   この棒材の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも３つの突起部とを備え、
   前記最大突起部は、前記突起部のうち、軸方向中央側に位置し、
   前記棒材の軸方向先端側に位置する突起部の突出量は、前記最大突起部の突出量よりも小さく形成され、
   前記棒材の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は、前記最大突起部の突出量より小さく設定されていることを特徴とする芯金治具。
2. 金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金治具において、
   前記中空素材の内径よりも小径の外径を有する棒材と、
   この棒材の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも４つの突起部を備え、
   前記棒材の軸方向先端側に位置する突起部から軸方向基端側から２番目に位置する最大突起部にかけてその突出量が漸次高く形成され、
   前記棒材の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は前記最大突起部の突出量より小さく設定されていることを特徴とする芯金治具。
3. 金型に保持された中空素材の内部空洞に圧入されることにより前記中空素材の肉を金型に向けて内径側から張出させることで中空ラックバーを製造する方法に使用される芯金治具において、
   前記中空素材の内径よりも小径の外径を有する棒材と、
   この棒材の軸方向に沿って設けられ、最大の突出量を有する最大突起部を含む少なくとも５つの突起部を備え、
   前記棒材の軸方向先端側に位置する突起部から軸方向基端側から３番目に位置する最大突起部にかけてその突出量が漸次高く形成され、
   軸方向基端側から２番目に位置する突起部の突出量は前記最大突起部の突出量と同じ又は小さく設定され、
   前記棒材の軸方向基端側に位置する突起部の突出量は軸方向基端側から２番目に位置する突起部の突出量と同じ又は小さく設定されていることを特徴とする芯金治具。
4. 前記先端側は、前記内部空洞への圧入方向の先端であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の芯金治具。

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