JP2002079332A - 中空ラック軸及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 本発明の課題は、突き合わせ溶接のための工
程が必要とされず、したがって、溶接ビードの処理や溶
接の曲がりの矯正が必要でなく、しかも、溶接した場合
と同程度の強度を有する中空ラック軸を提供する点、及
び、焼き入れ加工中或いは使用中に、突き合わせ部が開
くこと、あるいは、相互にずれることのない中空ラック
軸を提供する点にある。 【解決手段】 中空状体の一部にラック歯を備え、板状
素材１から曲げ加工によって成形された中空ラック軸
は、中空状に曲げられたとき突き合わされる突き合わせ
部のそれぞれの縁部は、凹凸形状Ｃを有しており、この
凹凸形状の凸部が凹部に相互に嵌合して結合させられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中空ラック軸、
特に自動車のステアリング装置に使用される中空ラック
軸に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のステアリング装置に使用
される中空ラック軸及びこのような中空ラック軸を形成
する方法は、特開平１１−１８０３１８号公報及び特開
平１１−２７８２８７号公報などに開示されている。こ
れらの製造方法は、いずれも板材を半円形に曲げたＵ字
状状態でラック歯を形成し、その後このＵ字の開いた２
つの脚部を突き合わせるように閉じてチューブ状に成形
するものである。こうして作られた中空ラック軸は、強
度上の問題がなければ突き合わせ部がそのままの状態で
使用され、さらに強度が求められる場合には上記突き合
わせ部を溶接接合して使用される。

【０００３】図１は、上記製造方法によって、ほぼ矩形
の板材が中空ラック軸にまで成形されるワークの様子を
あらわしたものであって、（ａ）から（ｆ）までの各段
階毎のワークの形状によって説明するための説明図であ
る。この図において、左の図は、ラック軸（又は板材、
ワーク）の正面図であり、その右に示される図は、ラッ
ク歯が形成される（又は形成された）部分を示すＤ−Ｄ
断面図、更にそれらの右はチューブ状となる（又はチュ
ーブ状にされた）部分を示すＥ−Ｅ断面図である。

【０００４】（ａ）において準備されたほぼ矩形の板材
は、（ｂ）に示すようにＵ字状及びコの字状に曲げ成形
される。このとき、後工程でラック歯が形成される部分
はＤ−Ｄ断面で示されるようにコの字状断面を有し、後
工程で円筒状のチューブ状部に形成される部分の断面は
Ｅ−Ｅ断面で示されるようにＵ字状に成形される。

【０００５】次に、上記Ｄ−Ｄ断面で示されるコの字状
の部分には（ｃ）に示すようにラック歯が形成され、そ
の後、上記Ｕ字状部及びコの字状部の開いた２つの脚部
が互いに突き合わされるように曲げ加工されて、（ｄ）
に示されるように閉じられる。

【０００６】突き合わせ部がそのままの状態でも中空ラ
ック軸としての強度上の問題がなければ特に溶接をする
ことなく使用され、さらに強度が求められる場合には上
記突き合わせ部が（ｅ）符号１１に示すように溶接接合
される。

【０００７】その後、（ｆ）に示すようにラック軸両端
又は中間部に最終加工が施されて、製品としての中空ラ
ック軸が得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記（ｅ）で突
き合わせ部が溶接されることを説明したが、溶接後、溶
接部には冷却収縮が発生するため、この収縮の影響が中
空ラック軸全体に及び変形が生じる。

【０００９】図２は、このように溶接部１１の冷却収縮
によって変形した中空ラック軸を誇張して示す説明図で
ある。突き合わせ溶接された溶接部１１がラック歯部に
対して反対側に位置するため、図２に示されるように、
溶接部１１（溶接ビード）を腹に、ラック歯部を背にし
た曲がりが発生している。

【００１０】このとき、ラック歯部Ａ２（図１（ｅ）、
図２）においても変形の影響は及ぶため、ラック歯が正
常な歯形からはずれており、そのままではラック軸とし
て使用することはできない。つまり、ラック軸がラック
歯の位置で反り返った状態になって、歯形の形状精度が
狂うため、噛み合い相手のピニオンと正常な噛み合いが
できない。

【００１１】このようなラック歯形の形状精度の狂い
を、別工程で研削仕上げすることによって修正すること
は可能であるが、中空ラック軸を生産性の優れた塑性加
工によって製造しようとしているにもかかわらず、この
ためだけに高価な研削工程を設けなければならないとす
れば、せっかくの優れた生産性を失わせることになり得
策とはいえない。更に、この溶接にはもともと溶接ビー
ドの処理（除去など）が必要になるので、これが工程と
コストを上昇させる。

【００１２】さらに、ラック軸の軽量化を考慮して限界
的な薄さにまで設計されている歯形を、研削によって更
に削りとることは、強度上とうてい許容しがたいことで
ある。そこで、本発明者らは、上記曲がりをラック歯形
の形状精度に影響させることなく矯正する中空ラック軸
の矯正方法を提案した。しかしながら、このような矯正
や研削は、上に述べた溶接をすることから必要になる処
理であって、構造上これらの処理が必要でない中空ラッ
ク軸であれば問題は生じない。

【００１３】本発明は、突き合わせ溶接のための工程が
必要とされず、したがって、溶接ビードの処理や溶接の
曲がりの矯正が必要でなく、しかも、溶接した場合と同
程度の強度を有する中空ラック軸を提供することを課題
とする。また、単に溶接をしないだけでは、作用する荷
重によって使用中に、あるいは、焼き入れ加工中に、単
に突き合わせただけの突き合わせ部が開く可能性、危険
性があり、また、突き合わせ部が相互にずれる余地があ
るため、ラック軸としての曲げ強度及び捩り強度が低下
する可能性があるので、本発明は、このような問題を解
決することを更なる課題とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題は、次の手段に
よって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手
段は、中空状体の一部にラック歯を備え、板状の素材か
ら曲げ加工によって成形された中空ラック軸であって、
中空状に曲げられた突き合わせ部のそれぞれの縁部は、
凹凸形状を有しており、これらの縁部は、この凹凸形状
の凸部が凹部に相互に嵌合して結合している中空ラック
軸。

【００１５】第２番目の発明の解決手段は、第１番目の
発明の中空ラック軸において、上記凹凸形状を、凸部の
大きい部分が凹部の小さい部分の幅よりも大きい幅を有
して相互に抜け出し不能な形状であって、これにより、
上記突き合わせ部が開かないようにしたものである。

【００１６】第３番目の発明の解決手段は、第１番目又
は第２番目の発明の中空ラック軸において、上記縁部の
凹凸形状の凸部と凹部とがカシメられており、これによ
り相互のガタが除去されているものである。

【００１７】第４番目の発明の解決手段は、中空状体の
一部にラック歯を備え、板状の素材から曲げ加工によっ
て成形された中空ラック軸の製造方法であって、中空状
に曲げられた突き合わせ部のそれぞれの縁部に相当する
素材の部分に、凹凸形状を付し、これらの縁部を、この
凹凸形状の凸部が凹部に相互に嵌合して結合するように
曲げ加工する中空ラック軸の製造方法である。

【００１８】第５番目の発明の解決手段は、第４番目の
発明の中空ラック軸の製造方法において、上記曲げ加工
の後、更に、上記嵌合された凹凸形状の凸部又は凹部に
その境界を変形させるようにカシメ加工する中空ラック
軸の製造方法である。

【００１９】これにより、本発明の中空ラック軸又は本
発明の製造方法によって、突き合わせ溶接のための工程
が必要とされず、したがって、溶接ビードの処理や溶接
の曲がりの矯正が必要でなく、しかも、溶接した場合と
同程度の強度を有する中空ラック軸を得ることができ
る。

【００２０】また、単に溶接をしないだけでは、作用す
る荷重によって使用中に、あるいは、焼き入れ加工中
に、単に突き合わせただけの突き合わせ部が開く可能
性、危険性があり、また、突き合わせ部が相互にずれる
余地があるため、ラック軸としての曲げ強度及び捩り強
度が低下する可能性があるが、本発明では、このような
問題が生じない。

【００２１】

【発明の実施の形態】図３は本発明において使用される
素材の１実施の形態を示しており、ここで、（ａ）は素
材の平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は素材の
両側端部の一部Ｃ（（ａ）における点線で囲んだ部分）
の拡大図である。

【００２２】図３（ａ）に示すように、中空ラック軸は
略短冊状の板状素材（板材）１を用いて製造される。こ
の略短冊状の板状素材１はコイル状素材などからプレス
打ち抜きやレーザーカットなどにより切り出される。こ
の略短冊状板状素材１の両側端部（図３（ａ）の上下端
部）には凹凸が形成されており、この凹凸は両側でお互
いにメスとオスの関係で配置されている。この凹凸は先
端の凸の幅ｗ１が広くなるような幅ｗ２のくびれ部分を
有している。

【００２３】この板状素材１は図３（ａ）に示すよう
に、ラック歯が形成される領域１ａで示す部分、これが
形成されない領域１ｂで示す部分、及び、この２つの領
域の間にある領域Ｘの部分（ともに板材の長さ方向に沿
ってみたとき）からなっており、領域Ｘにおいて板幅が
片側でｄ１だけ異なるように、つまり、領域１ａの幅が
領域１ｂの幅よりも狭くなるように、変化している。こ
れは後述するように、完成したラック軸のラック歯歯幅
に合わせ、突き合わせ部Ａ（図６）がぴったり合わさる
ようにボリュームを考慮してバランスを保つためであ
る。

【００２４】板状素材１の長さ方向における上記凹凸の
位置は、折り曲げによって両者が突き合わされたとき丁
度凹凸関係が逆さになるように、板状素材１の両端部
（図３（ａ）の上下端部）で、半分のピッチ（ｐ／２）
だけ凹凸の位置がずらされている。

【００２５】図４は上記板状素材１が以下の第１工程で
成形された状態を示しており、（ａ）は正面断面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−
Ｃ断面図を示す。

【００２６】第１の工程の成形は図３ に示す板状素材
１をブレスにより曲げ加工することにより行われる。図
４から分かるように、後にラック歯を形成しない領域１
ｂは図４（ｂ）のようにＵ字型断面になっており、上半
分が半円形に成形されているのに対し、ラック歯に対応
する部分１ｃは図４（ｃ）に示すように断面コの字状の
形状で、上面に平坦部を有する形状になっている。

【００２７】図４（ａ）に示すように脚部１ｅの開放端
（図４（ａ）の下方）は板状素材１の凹凸がそのまま
の形で残っている。

【００２８】図５は以下の第２工程を経てラック歯が成
形された状態を示しており、（ａ）はラック歯成形後の
平面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。

【００２９】この第２工程においてラック歯１ｄの成形
は、ラック歯に相当する歯を持つ上金型と、上金型の凹
凸に対応する凹凸を持つ下金型を用いて、第１工程で加
工されたワーク（加工途中の板状素材１）を上下金型の
間に挟み込んで上下金型を接近させ押し込み成形を行
い、金型の凹凸をワークに転写することにより行われ
る。図５（ａ）に示すように、ラック歯１ｄの断面形状
は表側の歯面の形状に倣うように裏面までもが下金型に
よって凹凸に成形されている。

【００３０】図６は第３工程を経た状態を示すワーク
（板状素材１）の図であり、それぞれ（ａ）は正面断面
図、（ｂ）は（ａ）の下面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ
断面図（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図を示す。

【００３１】第３工程ではＵ字型およびコの字型の断面
の開口部を曲げて、チューブ状に成形する。チューブ状
に曲げることにより、両側の凹凸部は接近し、互いに嵌
め合う状態になる。チューブ状に曲げられた突き合わせ
部Ａ、Ｂはぴったり嵌め合うようにあらかじめ素材の板
幅を調整しておかれる。お互いの凹凸が嵌め合うことに
より、前述のくびれ部（図３（ｃ）参照）が相互に入り
組むようになるため、突き合わせ部が開くことはない。

【００３２】さらにチューブの突き合わせ部Ａ、 Ｂは丸
め工程、またはその後の工程でプレス等により、板厚が
減少する方向にしっかり押し潰されることによりカシメ
られ、凹凸の嵌め合い部における相互のガタ（隙間）を
減らし、密着するので、強固な結合を達成することがで
きる。

【００３３】図７は、このような押しつぶしが両縁の凹
凸形状部分に付された例を示し、（ａ）は凹凸形状部分
の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は
（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【００３４】この例では、互いの凸部に略円錐状（又
は、略半円形状）の圧刻イを形成し、これにより凹凸の
境界部がロのように覆い被さるように変形する（カシメ
られる）ことにより、（ｂ）、（ｃ）における上下方向
に凹部から凸部が抜け出すことを防止している。また、
この変形により相互の隙間が埋められガタが無くされて
いる。

【００３５】図８は、押しつぶしが両縁の凹凸形状部分
に付された別の例を示し、（ａ）は凹凸形状部分の平面
図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。この例で
は、歪んだ三角錐が境界をまたぐように圧刻イが施され
ている。やはり、境界部に変形が起こされ（カシメら
れ）、覆い被さる部分ロが上の例と同様に上下方向に凹
部から凸部が抜け出すこと、及び、ガタが防止されてい
る。

【００３６】なお、図７、図８の（ａ）でみたときの両
端の凹凸部の形状は相互に嵌め合うことができる形状で
あればよく、ここに図示したもの以外の任意の形状とす
ることも可能である。

【００３７】このようにして中空ラック軸は、上述のよ
うに突き合わせ部Ａ、Ｂがカシメられた後、溶接を行う
こと無く、ラック部以外の切削加工が行われる。後加工
においてラック部およびその他の部分の浸炭焼入れ、ま
たは高周波焼人れにより必要な歯面強度を付与した後、
軸部を研削にて仕上げて製品になる。なお、途中工程で
適宜必要に応じて曲がり直し矯正を行うことを妨げるも
のではない。

【００３８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は、突き合
わせ溶接のための工程が必要とされず、したがって、溶
接ビードの処理や溶接の曲がりの矯正が必要でなく、し
かも、溶接した場合と同程度の強度を有する中空ラック
軸を得ることができるという効果を奏する。

【００３９】さらに、単に溶接をしないだけでは、作用
する荷重によって使用中に、あるいは、焼き入れ加工中
に、単に突き合わせただけの突き合わせ部が開く可能
性、危険性があり、また、突き合わせ部が相互にずれる
余地があるため、ラック軸としての曲げ強度及び捩り強
度が低下する可能性があるが、本発明では、このような
問題が生じないという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ほぼ矩形の板材が中空ラック軸にまで成形され
るワークの様子をあらわしたものであって、（ａ）から
（ｆ）までの各段階毎のワークの形状によって説明する
ための説明図である。

【図２】溶接部１１の冷却収縮によって変形した中空ラ
ック軸を誇張して示す説明図である。

【図３】本発明において使用される素材の１実施の形態
を示しており、（ａ）は素材の平面図、（ｂ）は（ａ）
の側面図、（ｃ）は素材の両側端部の一部Ｃ（（ａ）に
おける点線で囲んだ部分）の拡大図である。

【図４】板状素材１が第１工程で成形された状態を示し
ており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ
断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】第２工程を経てラック歯が成形された状態を示
しており、（ａ）はラック歯成形後の平面断面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】第３工程を経た状態を示すワーク（板状素材
１）の図であり、それぞれ（ａ）は正面断面図、（ｂ）
は（ａ）の下面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図
（ｄ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【図７】押しつぶしが両縁の凹凸形状部分に付された例
を示し、（ａ）は凹凸形状部分の平面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図
である。

【図８】押しつぶしが両縁の凹凸形状部分に付された別
の例を示し、（ａ）は凹凸形状部分の平面図、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１ 板状素材 １１ 溶接部 １ａ、１ｂ、Ｘ 領域 １ｂ、１ｃ 部分 １ｄ ラック歯 １ｅ 脚部 Ａ２ ラック歯部 ｗ１、ｗ２ 幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 靖 群馬県前橋市総社町一丁目８番１号 日本 精工株式会社内 Ｆターム(参考） 4E063 AA01 CA02 CA03 MA18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空状体の一部にラック歯を備え、板状
   の素材から曲げ加工によって成形された中空ラック軸で
   あって、 中空状に曲げられた突き合わせ部のそれぞれの縁部は、
   凹凸形状を有しており、これらの縁部は、この凹凸形状
   の凸部が凹部に相互に嵌合して結合していることを特徴
   とする中空ラック軸。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された中空ラック軸にお
   いて、 上記凹凸形状は、凸部の大きい部分が凹部の小さい部分
   の幅よりも大きい幅を有して相互に抜け出し不能な形状
   であって、これにより、上記突き合わせ部が開かないよ
   うにされていることを特徴とする中空ラック軸。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された中空
   ラック軸において、 上記縁部の凹凸形状の凸部と凹部とはカシメられてお
   り、相互のガタが除去されていることを特徴とする中空
   ラック軸。
4. 【請求項４】 中空状体の一部にラック歯を備え、板状
   の素材から曲げ加工によって成形された中空ラック軸の
   製造方法であって、 中空状に曲げられた突き合わせ部のそれぞれの縁部に相
   当する素材の部分に、凹凸形状を付し、これらの縁部
   を、この凹凸形状の凸部が凹部に相互に嵌合して結合す
   るように曲げ加工することを特徴とする中空ラック軸の
   製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の中空ラック軸の製造方
   法において、 上記曲げ加工の後、更に、上記嵌合された凹凸形状の凸
   部又は凹部にその境界を変形させるようにカシメ加工す
   ることを特徴とする中空ラック軸の製造方法。