JPH06246379A - チューブ状のラックバーを成型する装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】金属管を素材として、高強度、軽量なステアリ
ングラックバーの成形装置及び方法の提供。 【構成】第１成形割型管を挿入し、プレス型により、１
次成形を行ない、次いで内面の一部にラック歯に対応す
る歯を有する第２次成形割型に１次成形材を挿入し、一
端から半円形のマンドレル３３を圧入し、ラック歯を成
形し、２次成形材に芯金を挿入し、押出しダイスにより
管端部の肉を伸ばすことにより、一層の軽量化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属製チューブからラ
ックバーを製造することに関して強度的に劣らず、重量
を半分以下に軽量化できる製造方法及び装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】従来の自動車のステアリングラックバーの
製造方法としては、図14に見られるように円柱状の丸棒
50の一部を平坦な半円柱状に切削し、さらに該平坦部を
切削することによりその表面にラック50ａを製造する方
法が採られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかる従
来の製造方法によるラックバーは、鋼鉄等の金属棒の表
面の一部を切削することにより製造されている関係か
ら、重量がかさむと共に高価になるといった不都合があ
る。また最近の自動車の製造に際しては、燃費、安全性
の観点からあらゆる部品に関して軽量でかつ強度的に優
れたものが望まれている。そこで本発明は、かかる従来
技術の欠点に鑑みなされたもので、従来の丸棒を切削し
たものよりも強度が劣らず、かつ重量を半分以下に抑え
ることのできる金属チューブを素材としたラックバーの
製造方法及び装置を提供することにある。他の目的は、
従来のものに比較して製造方法が簡単で、かつ製造コス
トが安価なものを提供することにある。一般にラックバ
ーを軽量化するためにチューブの肉厚の薄いものを採用
し、これに型を用いてラックを形成することが考えられ
るが、ラックを形成する時にその部分が薄くなりすぎ、
強度的に問題がある。またラックを充分な厚みをもって
形成するために肉厚の素材を用いれば強度的に優れたも
のとなるが、軽量化を充分に達成することにはならな
い。そこで鋭意検討した結果、本発明を完成させたもの
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に関して、上記目
的を以下に示す方法及び装置で達成する。すなわち、以
下の各工程、比較的肉厚の金属製チューブの外周部分に
圧力をかけて両端が断面円形のままで中央部を断面半円
形状の平坦な面に加工する工程、前記平坦な面を有する
チューブをその平坦な面に軸に対して垂直に凹凸条を有
するラックの補形をなす成型用割型に入れ、その後チュ
ーブの穴に断面半円状のマンドレルを押し込み割型の凹
凸条に合わせて平坦な面にラックを成型する工程と、ラ
ック成型後にチューブの素材の端部の穴に芯金を挿入し
た状態で、チューブの外周を内周にダイスを有する割型
で加圧しながらチューブの肉を半分程度押し伸ばす工程
とからなる。次に製造する装置としては、金属チューブ
の外径と同径の円柱状の空洞を有し上方からチューブの
中央部を断面半円形状に加圧変形させる第１次成型用割
型と、第１次成型用割型から取り出された金属チューブ
が収容される内壁に所定のピッチでラックの凹凸条を有
する第２次成型割型と、該第２次成型割型に装着された
金属チューブの穴に加圧挿入される断面半円状の芯金
と、前記金属チューブの端部の外周の肉圧を芯金を挿入
した状態で加圧しながら押し伸ばす高圧潤滑押出し加工
装置とからなる装置により本目的を達成する。尚、端部
に挿入される芯金の形状は断面円形状である。

【０００５】

【作用】本発明にかかる装置及び方法では、金属製チュ
ーブの中間部をプレス加工等により断面半円形状の平坦
な面に加工する。すると押圧により平坦部の肉圧は若干
厚めになる。その状態で平面に対して垂直方向に凹凸条
のラックの補形をなす成型用割型に入れ、チューブの孔
からマンドレルを挿入するとマンドレルの押す力により
平坦部の肉厚部が凹凸条に向けて押し上げられるので、
平坦部がラック形状に成型される。もともと肉厚のチュ
ーブを用いてラックを成型しなければならいないために
チューブといっても重量はかさむ。そこで、チューブの
穴に心金を挿入することによりチューブが圧縮されない
状態にして、高圧潤滑押出し装置により余分な金属の肉
を引き伸ばすことにより、チューブは肉薄となる。

【０００６】

【実施例】以下に本発明を図示された実施例に従って詳
細に説明する。図１は、本発明に製造に使用する肉厚の
素材からなる金属製チューブ１の斜視図であり、該チュ
ーブ１は図２及び図３に示されるような左右対称をなす
一対の半円筒状の第１次成型用割型11，12に装着され
る。成型用割型11，12は図示されるように下部対向面11
a，12a同士は、互いに隙間なく当接し、かつ垂直をなす
上部対向面11b，12bは、これから得ようとするラックバ
ーの凹凸条５の幅に略等しい間隔をもって、互いに側方
に引き込んでいる。各割型11，12の上下の対向面11b，1
2b，11a，12aの間は、凹入円弧面11c，12cとなってい
る。

【０００７】前記凹入円弧面11c，12c内に、得ようとす
るラックバーとほぼ同径をなす金属チューブ１を、弛み
なく嵌合してから両割型11，12を互いに結合する。次に
上部対向面11b，12b間に露出する金属チューブ１の上面
部1aを図示しない加熱手段にて加熱し、軟化させる。
尚、加熱しなくても加工することができるが、肉厚のも
のになればなるほど加熱した方が良い。この状態におい
て割型11，12の上部対向面11b，12bの間に得ようとする
ラックバーの平面部と略等しい長さの角杆状プレス型13
を圧入して、金属チューブ１の上面部1aをプレス加工に
より断面半円状に変形させる。

【０００８】すると図３及び図４に示すように、両端部
２，３は断面円形をなし、かつその間に得ようとするラ
ックバーの凹凸条５の幅と同幅で、かつ所要の長さの平
面部４を備えた第１次成型体1ｂが成型される。この
際、金属チューブ１の上面部1aは、加熱により軟化され
ている関係で、形成される平面部４の裏側は、中央部が
肉厚の凸レンズ状に盛り上がった状態となる（図３)。
次に図５及び図６は、得ようとするラックが型とられた
左右一対の第２次成型用割型31，32であり、両割型31，
32は共に半円筒状をなし、その対向面における凹入孔31
a，32aの上面は、両端を除いて、チューブ１の軸線と直
交し、かつラックバーの凹凸条５に対応する凹凸部31
b，32bが形成されている。凹入孔31a，32aの両端部は合
体して、第１次成型体1aの端部２，３と略等形でかつ同
径の円形部となるように半円形部31c，32cとなってい
る。

【０００９】33は、先端部がテーパー状で次第に高くな
るように形成された金属チューブ１の内径と等しい半円
柱状のマンドレルであり、その先端33ｄは第１次成型体
の穴径より僅かに小さく形成してあり、先端部からその
外周面に連通する潤滑油の流路33ａを有する。また前述
チューブの凸レンズ状に盛り上がった面と当接する部分
には、凸レンズ状の部分を凹凸状部31a，31bに向けて押
し上げるように傾斜部33cが形成されている。

【００１０】この第２次成型用割型31，32内に、前記第
１次成型体1aを内嵌すると共に、第２次成型用割型31，
32を固結し、ついで第１次成型体内に図の右端よりマン
ドレル33を潤滑油を供給しながら強制的に圧入する。す
るとマンドレル33の傾斜部33cより、第１次成型体1aの
平坦部４のみが上に押し上げられて、その外周面の肉が
割型31，32の凹凸面31b，32bに食い込み、歯列状に塑性
変形して図７に示すようなラックバーが得られる。

【００１１】尚本実施例では、第２次成型の際に、第１
次成型体1bが左側に抜け出るのを防ぐために、図５に示
すように第２次成型用割型31，32の左端面に中心に孔を
有するストッパー42を当接させている。ストッパー42と
ストッパー42に当接するチューブ１と液密にアダプター
41が嵌挿されており、該アダプター41に穿孔された流路
41ａを介して図示しない供給装置から所定圧力の潤滑油
がチューブ１に供給されるようになっている。

【００１２】図７に示すように自動車のハンドル操作を
前車輪に伝えるステアリング機構の場合は、ラックを形
成しない中空の部分が長めに成型される。そしてチュー
ブの素材を比較的肉厚のもので形成した場合には、いく
らチューブといえども自動車の重量に影響を与えること
になる。そこで、本発明ではチューブの肉厚を薄くする
溜めに次のような方法及び手段が施されている。

【００１３】すなわち第２次成型体の両端のチューブ１
内にチューブの内径と略同径の円柱状の芯金44を挿入
し、その後に内周に断面台形状の加工部46（ダイス）が
形成され第２次成型体の円筒状の外周を上下から略50ト
ンの圧力で押さえ込む割型48，49（高圧潤滑押出し加工
装置）に内嵌し、該割型48，49を水平移動させることに
より金属チューブ１の外周表面をしごき伸ばす。加工部
46は超硬鋼で形成するのがよく、また図９に示すように
加工部46は一方がチューブ表面と直角に近い角で、他方
がチューブ表面に対して５〜20度の範囲の鋭角になるよ
うに形成されており、また接触面の幅Ｄは３〜10mm程度
とするのが好ましい。尚、割型を用いてチューブの肉を
押し伸ばす場合は、圧力と摩擦との関係から、チューブ
が加熱しすぎ、脆くなるので500〜10000kg/cm²の潤滑油
等を割型の通路50から注入する。また芯金44を挿入して
チューブの肉を押し伸ばす場合に、芯金44自体を冷却す
る為に次のラックバーを製造するまでに芯金44を冷却す
る時間を必要とする。

【００１４】そこで、本発明では図10に示すようにディ
スク52に円柱状からなる複数本の芯金44を垂直に接合し
たものと、該ディスク52の中心部とロッド56を介して接
続されたディスク52を間欠的に回転すると共に軸方向に
伸縮させる駆動装置54とからなり、一つの芯金44をチュ
ーブ外周面のしごき加工に用いた後に、ディスク52を所
定角度回転させ、新たな芯金44を挿入し、しごき加工に
用いるように構成されている。

【００１５】以上述べた構成において本発明の本実施例
の装置を用いたラックバーの製法について詳細に説明す
る。 平坦部を形成する部分を予め加熱し軟化させる。これ
によりプレス型を圧入した際に平坦部４の裏面を凸レン
ズ状に盛り上げることができる。 金属チューブを第１次成型用割型に嵌合し、ラックを
形成する部分にプレス型を押しつけ、平坦な平坦部をつ
くる（第１次成型体）。 第１次成型体の平坦部を第２次成型用割型の凹凸条面
に向けてに嵌合し、その後に第１次成型体の孔にマンド
レルを圧入し、平坦部の裏側から第２次成型用割型の凹
凸条に向けて押し上げ、ラックを形成する。 第２次成型体からマンドレルを引き抜き、次に断面円
柱状の芯金をチューブ端部の中空円筒部内に挿入する。 芯金を挿入した後に内周に加工部（ダイス）を有する
割型で第２次成型体を挾み込み、圧力をかけて押さえ込
みながら前記ダイスを移動し、金属チューブの外周表面
の肉を押し伸ばす。

【００１６】これにより金属チューブの肉厚は当初の半
分以下とかなり薄くなる。以上述べたように本発明にか
かる装置及び方法によれば、予めラックを形成しやすい
ように肉厚の金属チューブを用い、そしてラックを形成
した後に端部のチューブの外周の肉を押し伸ばすように
構成したので、ラック部がしっかりとした厚みを有し、
端部が肉薄のものとなるために軽量でありながら従来の
ラックバーとかわらない機能を持たせることができる。
また、本実施例にかかる装置を用いれば圧延工程により
加熱される芯金を取り替え、冷却された芯金を用いて次
の圧延を行うことができるので、連続的な圧延作業を行
うことができる。

【００１７】図11、12に示すものはチューブ1の肉厚を
薄くするための手段の第２実施例を示すもので、芯金4
4’が細くかつテーパー状に形成されたものからなり、
押出し加工装置48'，49'が金属チューブ１の外周を押し
延ばすタイプのものからなる。本実施例では、芯金44’
をチューブ１に嵌挿してチューブ１の端部外形をテーパ
ー状となし、かかる形成の後にチューブ１の外周に加工
装置48'，49'を装着して移動させると、図12に示すよう
にチューブの肉厚は先端が薄く、中央にむけて次第に厚
くなるような構造となる。尚、本実施例では芯金44’の
外周面を一様なテーパーのものとしたが、これに限定さ
れるものではなく、図13に示すように段差44'aを複数有
すると共に段差間がテーパーに形成されたものを用いて
も良い。

【００１８】

【効果】以上述べたように本発明にかかるラックバーの
製造装置及び方法によれば、従来の丸棒を成型したもの
よりも成型が簡単であると共に、ラック部分を肉厚でラ
ック以外の部分を肉薄に成型しているので、強度的に劣
ることなく軽量のものを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に使用する肉厚の素材からなるチュー
ブの斜視図である。

【図２】 チューブをプレス型にて変形する状態を示す
断面図である。

【図３】 変形後の断面図である。

【図４】 変形後のチューブの斜視図である。

【図５】 ラックを成型するためにマンドレルを挿入す
る状態を示す横断面図である。

【図６】 図５のＡ−Ａ断面図である。

【図７】 ラック形成後の斜視図である。

【図８】 チューブの両端部を薄化する状態を示す横断
面図である。

【図９】 チューブを薄化する装置の拡大断面図であ
る。

【図10】 連続的に芯金を圧入するため装置の斜視図で
ある。

【図11】 チューブを薄化する装置の第２実施例を示す
拡大断面図である。

【図12】 チューブを薄化する装置の第２実施例を示す
拡大断面図である。

【図13】 芯金の他の実施例を示す側面図である。

【図14】 従来技術の斜視図である。

【符号の説明】

１ 金属製チューブ ２，３ 両端部 ４ 平面部 ５ 凹凸条 11，12 割型 11a，11b，12a，12b 対向面 11c，12c，円弧面 13 角状プレス型 31，32 第２次成型用割型 31a，32a 凹入孔 31b，32b 凹凸部 31c，32c 半円形部 33 マンドレル 33ａ 流路 33ｃ 傾斜部 33ｄ 先端 41ａ 流路 41 アダプター 42 ストッパー 44 芯金 46 加工部 48，49 割型 50 通路 52 ディスク 54 駆動装置 56 ロッド 58 丸棒 58ａ ラック

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の空洞を有し、得ようとするラッ
   クの幅と同幅の溝が空洞に連続して形成された第１成型
   割型と、該割型の溝にチューブが挿入されたときに圧入
   されるプレス型と、得ようとするラックバーと補形をな
   し、内部の軸線に対して直交する方向にラックの歯に対
   応する凹凸条部が形成された第２次成型割型と、第２次
   成型割型に装着されたチューブの穴から圧入される断面
   半円状のマンドレルと、第２次成型後のチューブの穴に
   挿入される芯金挿入手段及び芯金を挿入した状態でチュ
   ーブに外周から圧力をかけると共にスライド移動するこ
   とによりチューブの両端の肉を押し伸ばす高圧強制潤滑
   押出し加工装置とからなる金属チューブからラックバー
   を製造する装置。
2. 【請求項２】 前記第１割型に装着されたチューブに被
   変形表面を加熱する手段を有することを特徴とする請求
   項１記載の金属チューブからラックバーを製造する装
   置。
3. 【請求項３】芯金挿入手段がディスク上の中心から所定
   の距離はなれた円弧上に所定の間隔でディスクに垂直に
   接合された複数の芯金と、前記ディスクの中心部と接続
   され間欠的に回転すると共に回転軸方向に伸縮する駆動
   手段とからなることを特徴とする請求項１記載の金属チ
   ューブからラックバーを製造する装置。
4. 【請求項４】 比較的肉厚の金属製チューブの一部に外
   周から圧力をかけて断面半円状のラック形成部を製造す
   る工程と、前記加工されたチューブを内部に得ようとす
   るラックと補形をなす凹凸条を有する成型割型に装着
   し、該金属製チューブの穴から断面半円状のマンドレル
   を圧入することによりラックを形成する工程と、前記工
   程の後に金属性チューブの端部に芯金を送入した後に内
   周に圧延用のダイスを有する高圧潤滑押出し装置に装着
   して、端部の金属チューブの肉を押し延ばし金属製チュ
   ーブの端部を薄化する工程とからなる金属チューブから
   ラックバーを製造する方法。
5. 【請求項５】 金属製チューブを加圧して変形する前に
   予め変形させようとする部分を加熱することを特徴とす
   る請求項４記載の金属チューブからラックバーを製造す
   る方法。
6. 【請求項６】 芯金の金属製チューブへの挿入を芯金を
   複数設け、複数回に一回の割合で塑性加工に使用するこ
   とを特徴とする請求項４記載の金属チューブからラック
   バーを製造する方法。
7. 【請求項７】 挿入する芯金がテーパー状のものを使用
   することを特徴とする請求項４記載の金属チューブから
   ラックバーを製造する方法。