JP2004017779A - ラックシャフト及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ラックシャフト1は、中実円筒状の本体部材2とラックプレート3からなっている。本体部材2は、中心軸に平行な平坦面211を有する中央部分21とこの中央部分21の両側から軸方向に延在する2つの側部部分22とを有し、全体として中実の円筒状をなしている。ラックプレート3は、平板のプレス成形法によってラック歯形311が形成されたフロント面31とこのラック歯形311に対応した波形321が形成されたバック面32とを有しており、本体部材2の上記平坦面211上に取り付けられる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は車輌のステアリング装置に使用されるラックシャフトに関する。
【0002】
【従来の技術】
中実のラックシャフトは中実棒材を切削することによってラック歯を形成して製造するのが一般的であるが、近年では鍛造によってラック歯を形成する鍛造法も行われるようになっている。この鍛造法では、棒材の側面からその中心に向けて所定の歯形を持った金型が押し込まれる。所定の形状のラック歯形を得るためには大きな成型荷重が必要とされ、金型が破損しやすい。このため、例えば、国際公開WO83/04197(特公平02−055137号)のように、断面円形の棒材を、550℃〜750℃の温度に加熱し、Y字形状に変形させると同時に歯型を成形し変形抵抗を下げることによって金型の破損を回避するといった金型の破損を防ぐための例を見ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
切削によってラックシャフトを製造する場合、切削時間が長いため生産性が悪い、切削ツール(ホブあるいはブローチ)には摩耗が生じるため長期にわたって精度のよい歯形を得ることができない、切削ツール及びそのメンテナンスに費用が嵩む、及び特殊で高価な工作機械が必要である等の問題がある。
【0004】
一方、上述のように鍛造によってラックシャフトを製造する場合、加熱が必要であるため鍛造後製品が常温に下がったとき寸法にバラツキが生じる、棒材は歯型成形のためにY字形状断面に変形させなければならないため、設計上に制約が多い、特殊な金型が必要であるため金型及びそのメンテナンスに費用が嵩む、特殊な加熱装置及び鍛造プレス機が必要である、加熱温度の管理及び安定した稼働が困難である等の問題がある。
【0005】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部を製作し、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて製造することができる高精度且つ安価なラックシャフトを提供すること、及び、その製造方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下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、軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する2つの側部部分とを有する中実円筒の本体部材、及び、ラック歯形が形成されたフロント面とこのラック歯に対応した波形のバック面とを有するラックプレートを備えた車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、上記ラックプレートは上記中央部分の上記平坦面上に取り付けられていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【0007】
第2番目の発明の解決手段は、第1番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、上記ラックプレートが平板をプレス成形することによって形成されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【0008】
第3番目の発明の解決手段は、第2番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、上記ラックプレートが上記フロント面の両側から垂直に延在する一対の脚状壁を有し、この脚状壁の縁部で上記本体部材に溶接されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【0009】
第4番目の発明の解決手段は、第3番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、上記ラックプレートの上記バック面が上記平坦面によって支持されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【0010】
第5番目の発明の解決手段は、第2番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、上記ラックプレートはラック歯の縁部で上記本体部材に溶接されており、上記バック面は上記平坦面によって支持されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【0011】
第6番目の発明の解決手段は、第2番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、上記本体部材は上記平坦面に隣接する一対の長溝を有し、上記ラックプレートは上記フロント面の両脇から垂直に延在する一対の脚状壁を有しており、上記ラックプレートを上記本体部材に強固に固定するために、上記脚状壁の端部は上記長溝にカシメ込まれていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【0012】
第7番目の発明の解決手段は、第2番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、上記ラックプレートは、上記フロント面の両脇から垂直に延在し、内側に曲がった、一対の脚状壁を有しており、上記ラックプレートを上記本体部材に強固に固定するために、上記本体部材は、上記脚状壁の間の空間に押し込まれていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【0013】
第8番目の発明の解決手段は、軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する2つの側部部分とを本体部材に形成し、平板状の素材からラック歯形が形成されたフロント面とこのラック歯に対応した波形のバック面とを有するラックプレートをプレスによって冷間成形し、上記ラックプレートを上記中央部分の上記平坦面上に取り付けることによってラックシャフトを製造することを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法である。
【0014】
第9番目の発明の解決手段は、第8番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法において、上記平坦面上への上記ラックプレートの取り付けが溶接によって行われることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法である。
【0015】
第10番目の発明の解決手段は、第8番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法において、上記平坦面上への上記ラックプレートの取り付けがカシメによって行われることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法である。
【0016】
第11番目の発明の解決手段は、第8番目の発明の車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法において、上記平坦面上への上記ラックプレートの取り付けがこのラックプレートに設けられ内側に湾曲した一対の脚状壁の弾性によって行われることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施形態の説明において、同じあるいは実質的に同じ部材については同じ番号を使用する。
【0018】
第1の実施形態
図1から図6は第1の実施形態のラックシャフトを示した図である。図1において、(a)はこのラックシャフト1の平面図、(b)はB−B断面図、(c)は、(b)におけるC−C断面図、(d)は(b)におけるD−D断面図である。図2は、本体部材2を示しており、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。図3はラックプレート3を示しており、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【0019】
図1に示されるように、ラックシャフト1は、中実円筒状の本体部材2とラックプレート3からなっている。本体部材2は、図2に示されるように、中心軸に平行な平坦面211を有する中央部分21とこの中央部分21の両側から軸方向に延在する2つの側部部分22とを有し、全体として中実の円筒状をなしている。平坦面211は切削によって形成される。
【0020】
ラックプレート3は、図3に示されるように、ラック歯形311が形成されたフロント面31とこのラック歯形311に対応した波形321が形成されたバック面32とを有しており、本体部材2の上記平坦面211上に取り付けられている。フロント面31のラック歯形311及びバック面32の波形321は、平板をプレス成形法によって成形されたものである。
【0021】
図1(c)の拡大断面図である図4から判るように、第1の実施形態のラックプレート3は、フロント面31の両側からこれに垂直に延在する一対の脚状壁33を有し、溶接ビード332から判るように、この脚状壁33の縁部331で本体部材2に溶接されている。組み立てた状態でバック面32と平坦面211との間には空間が形成されている。
【0022】
図5及び図6は、上記ラックプレート3を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図である。それぞれの図において、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。図5に示すように矩形の平板の素材35は形成される脚状壁33に対応する分だけ幅が大きいラックプレート3とほぼ同じ大きさの平板である。この素材35の両縁を長手方向に沿ってプレス機にて冷間加工で折り曲げ、図6のように一対の脚状壁33を形成する。これにより樋状になった素材35の平坦底部に冷間でプレスをして表側にラック歯形311、裏側にラック歯形311に対応した波形321を形成して、図3に示すようなラックプレート3を得る。
【0023】
ラック歯形311は焼き入れをして強度を向上させる。そのため素材35には、中炭素鋼などを用いて高周波焼き入れを施すか、あるいは、浸炭鋼を用いて浸炭焼き入れをする。なお、本体部材2は強度が充分にあるため焼き入れをする必要はない。
【0024】
このように、ラックプレート3は板材から成形されるので、ラック歯形311及び裏側の波形321は小さな成形荷重によって成形することができ、金型にかかる負荷を小さくし、ひいては金型寿命を長くすることができる。また、本発明では、金型を使用しているため、この金型を変更するだけで、固定ギア比(Constant Gear Ratio:CGR)のラック歯形311だけでなく可変ギア比(Variable Gear Ratio:VGR)のラック歯形311に対しても、そのまま適用することが可能である。
【0025】
ラックプレート3は、脚状壁33の縁部331と平坦面211を突き合わせて溶接されて、本体部材2と一体化されラックシャフトができる。なお、溶接には、アーク溶接、プラズマ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接等の溶接法を採用することができる。溶接箇所とラック歯形311の部分とは脚状壁33を間に置くことにより充分に離すことができるため、溶接熱がラック歯形311におよびこれを変形させるような事態を避けることができ、歯形を保護し位置ずれを防ぐ適宜の治具を用いることによって、精度のよいラックシャフトを得ることができる。なお、ラック歯形311の焼き入れは、この溶接の前に行うことも、溶接後に行うことも可能である。
【0026】
この第1の実施形態として示したラックシャフト1によれば、ラックプレート3は平坦面211と脚状壁33とを密着するようにして溶接されているため、ラック歯形311に作用する力は、脚状壁33を介して本体部材2に伝達される。このため、ラック歯形311に急激な力、大きな力あるいは振動が加えられた場合でも、ラック歯形311の中央部がある程度変形することによって、緩衝作用が生じる。このため、このラックシャフトを組み込むことにより、動きがスムーズなステアリング装置を得ることができる。
【0027】
第2の実施形態
第2の実施形態のラックシャフトを図7から図9を用いて説明する。それぞれ図1、図2および図4に対応している。図7において、(a)はこのラックシャフト1の平面図、(b)は(a)のB−B断面図、(c)は、(b)におけるC−C断面図である。また、図8は、本体部材2を示しており、(a)は平面図、(b)は(a)の側面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。図9は、図7(c)の拡大断面図である。
【0028】
この実施例のラックシャフト1は、ラックプレート3の構成は第1の実施形態と同様であるが、本体部材2の形状とその関連において異なる。本体部材2は、平坦面211を備えているが、図8に示されるように、この例では、平坦面211の両脇部が切削によって切り落とされて、段部平坦面212が形成されている。
【0029】
段部平坦面212と平坦面211との段差h2は、脚状壁33の高さh1よりもわずかに大きくされている。また、一対の脚状壁33の間隔は平坦面211の幅よりもわずかに大きくされているため、ラックプレート3を本体部材2に置いたとき、図9に示されるように平坦面211の部分が脚状壁33の間に入り込む。このときラックプレート3のバック面32と本体部材2の平坦面211が直接接触する一方、縁部331と段部平坦面212はギャップgを挟んで対峙することになる。この状態で縁部331と段部平坦面212とを溶接することにより本体部材2とラックプレート3が一体化される。溶接ビート332は縁部331と段部平坦面212と橋渡すように形成されている。
【0030】
平坦面211の部分が脚状壁33の間に入り込んでいるため、ラックプレート3と本体部材2を精度よく位置決め、溶接することができ、また、ラックシャフト1にかかる大きな横荷重がかかったとしてもこれに充分に耐えることができる。ラック歯形311およびバック面32は冷間鍛造により形成されているので充分な面一性を有するが、更にバック面32の波形321の頂点(下の部分)を研削してこれを改善して、両者の密着性を良好にすることができる。ラック歯形311のバック面32が平坦面211によってバックアップされているため、大きな剛性のラックを得ることができる。
【0031】
他の構成については第1の実施形態とのラックシャフトと同様であるため、重複する説明を省略する。
【0032】
第3の実施形態
図10から図13を用いて第3の実施形態のラックシャフトについて説明する。図10および図12から判るように、このラックシャフト1のラックプレート3は平板の金属素材を折り曲げフロント面31とバック面32が形成されただけのものである。第1および第2の実施形態に見られるような脚状壁33を備えていない。
【0033】
また、本体部材2は第1の実施形態と同様に平坦面211を備えているが、第2の実施形態のような段部平坦面212に相当するものを備えていない。ラックプレート3は、図13に示すようにバック面32の最下部335で本体部材2の平坦面211に支持され、その両サイドで溶接されて本体部材2と一体化することによりラックシャフト1が形成されている。
【0034】
ラック歯形311の成形は容易であり、全体として非常に簡単な構造となるため、このラックシャフト1は安価に製造することができる。ラック歯形311は最下部335で直接支持されているため、歯形の剛性は充分である。溶接は各最下部335毎に行う断続的なものとなるが、溶接の際の熱影響を緩和してやれば溶接変形を最小限にすることができる。
【0035】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【0036】
第4の実施形態
第4の実施形態のラックシャフト1の断面を図14に示す。左半分はラックプレートと本体部材とを一体化する前の状態、右半分は一体化した後の状態を示している。バック面32が平坦面211によって支持されている点では、第2の実施形態とよく似ているが、このラックシャフト1はラックプレート3と本体部材2とが溶接によって一体化されたものではない。
【0037】
本体部材2の平坦面211には隣接して一対の長溝213が切削によって形成されている。先の例と同様、ラックプレート3の両脇から垂直(下方)に延在する一対の脚状壁33を有している。ラックプレート3と本体部材2を一体化するとき、脚状壁33の間に平坦面211を挿入し、ラックプレート3の肩部333を矢印p方向からカシメ込む。カシメによって縁部331の肉は変形流動し、長溝213内に進入することによって、本体部材2を抱え込むようになる。これによってラックプレート3と本体部材2は一体化される。
【0038】
この例ではカシメを利用しているため、溶接のような熱影響を考慮する必要がなく、また、第2実施形態と同様にラック歯形311のバック面32が平坦面211によってバックアップされているため、大きな剛性のラックを得ることができる。
【0039】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【0040】
第5の実施形態
第5の実施形態のラックシャフト1の断面を図15に示す。この例では溶接およびカシメを行っていない。フロント面31(したがって、ラック歯形311)およびバック面32(したがって、波形321)が形成されたラックプレート3は第2実施形態と同様に脚状壁33を備えている。
【0041】
この脚状壁33は、組み立て前には図15の点線で誇張して示すように内側に向けて湾曲した状態に作られている。また、この湾曲によってその端部の間隔が本体部材2の中央部分21の径よりも小さくなっている。
【0042】
組み立て時には、開き勝手の力を加えることにより、この脚状壁33を弾性変形の範囲で開き、ここに中央部分21を挿入してから力を開放する。すると、脚状壁33は、図15の実線で示すように中央部分に巻き付くように締まり、ラックプレート3と本体部材2が一体化される。このとき、脚状壁33の弾性力によって平坦面211とバック面32を密着させる方向の力が働くので、両者の密着性が良好になるため精度よく、しかも強固に組み立てることができる。
【0043】
本体部材2と脚状壁33の端部とを隅部336近傍で補助的に溶接あるいはカシメることによっていっそう強固に固着することも可能である。この場合、溶接あるいはカシメの影響が生じるとしても、ラック歯形311からは充分に離れているので実質的に問題になることはない。
【0044】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【0045】
以上の実施形態で示したラックシャフトおよびその製造方法によれば、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部が製作されているので、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて、しかも、高精度且つ安価に製造することができる。
【0046】
【発明の効果】
本発明は、実施形態で示したように、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部が製作されているので、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて、しかも、高精度且つ安価にラックシャフトを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態のラックシャフトを示した図であり、(a)はこのラックシャフト1の平面図、(b)はB−B断面図、(c)は、(b)におけるC−C断面図、(d)は(b)におけるD−D断面図である。
【図2】第1の実施形態の本体部材2を示した図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図3】第1の実施形態のラックプレート3を示した図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図4】図1(c)の拡大断面図である。
【図5】第1の実施形態において、ラックプレート3を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図6】第1の実施形態において、ラックプレート3を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図であり、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図7】第2の実施形態のラックシャフトを説明するための説明図であって、(a)はこのラックシャフト1の平面図、(b)は(a)のB−B断面図、(c)は、(b)におけるC−C断面図である。
【図8】第2の実施形態の本体部材2を説明するための説明図であって、(a)は平面図、(b)は(a)の側面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図9】第2の実施形態を説明するための説明図であって、図7(c)の拡大断面図である。
【図10】第3の実施形態のラックシャフトについて説明するための説明図であって、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図11】第3の実施形態の本体部材2について説明するための説明図であって、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図12】第3の実施形態のラックプレート3について説明するための説明図であって、(a)は平面図、(b)は(a)におけるB−B断面図、(c)は(b)におけるC−C断面図である。
【図13】図10の拡大断面図である。
【図14】第4の実施形態のラックシャフト1を示す断面図である。
【図15】第5の実施形態のラックシャフト1を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ラックシャフト
2 本体部材
21 中央部分
211 平坦面
212 段部平坦面
213 長溝
22 側部部分
3 ラックプレート
31 フロント面
311 ラック歯形
32 バック面
321 波形
33 脚状壁
331 縁部
332 溶接ビート
333 肩部
335 最下部
336 隅部
35 素材
g ギャップ
h1 脚状壁の高さ
h2 段差
Claims (11)
- 軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する2つの側部部分とを有する中実円筒の本体部材、及び、
ラック歯形が形成されたフロント面とこのラック歯に対応した波形のバック面とを有するラックプレート
を備えた車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、
上記ラックプレートは上記中央部分の上記平坦面上に取り付けられていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 請求項1に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、
上記ラックプレートは平板をプレス成形することによって形成されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 請求項2に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、
上記ラックプレートは上記フロント面の両側から垂直に延在する一対の脚状壁を有し、この脚状壁の縁部で上記本体部材に溶接されていること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 請求項3に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、
上記ラックプレートの上記バック面は上記平坦面によって支持されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 請求項2に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、
上記ラックプレートはラック歯の縁部で上記本体部材に溶接されており、上記バック面は上記平坦面によって支持されていること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 請求項2に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、
上記本体部材は上記平坦面に隣接する一対の長溝を有し、
上記ラックプレートは上記フロント面の両脇から垂直に延在する一対の脚状壁を有しており、
上記ラックプレートを上記本体部材に強固に固定するために、上記脚状壁の端部は上記長溝にカシメ込まれていること、
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 請求項2に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフトにおいて、
上記ラックプレートは、上記フロント面の両脇から垂直に延在し、内側に曲がった、一対の脚状壁を有しており、
上記ラックプレートを上記本体部材に強固に固定するために、上記本体部材は、上記脚状壁の間の空間に押し込まれていること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する2つの側部部分とを本体部材に形成し、
平板状の素材からラック歯形が形成されたフロント面とこのラック歯に対応した波形のバック面とを有するラックプレートをプレスによって冷間成形し、
上記ラックプレートを上記中央部分の上記平坦面上に取り付けることによってラックシャフトを製造すること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法。 - 請求項8に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法において、
上記平坦面上への上記ラックプレートの取り付けは溶接によって行われることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法。 - 請求項8に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法において、
上記平坦面上への上記ラックプレートの取り付けはカシメによって行われること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法。 - 請求項8に記載された車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法において、
上記平坦面上への上記ラックプレートの取り付けはこのラックプレートに設けられ内側に湾曲した一対の脚状壁の弾性によって行われること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法。
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2002
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