JP2008087025A - ステアリングラックの製造方法及びステアリングラック - Google Patents

Abstract

【課題】ラック歯の成形を容易にすることができ、ラック歯の成形時に余肉が出ないようにすることができ、ラック歯に素材を十分に充填することができ、製造コストを削減することができるステアリングラックの製造方法及びステアリングラックを提供する。
【解決手段】パイプ材１０をラック素材として用い、パイプ材１０のラック歯１０ｂが成形される部分に金型１１，１２を用いてテーパ形状１０ａを成形する工程と、パイプ材１０のテーパ形状１０ａが成形された部分にラック歯形１３ａを有するパンチ１３を押し当て、ラック歯１０ｂを成形する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラックアンドピニオン式のステアリング装置に使用されるステアリングラックの製造方法及びステアリングラックに関する。

従来のステアリングラックの製造方法として、特許文献１〜７に示す製造方法が知られている。

特許文献１及び２に記載のラックの製造方法は、中実の丸棒ラック素材を使用し、ラック歯成形時に排除された余肉をラック側部にバリとしてはみ出させ、このはみ出したバリをプレスや機械加工によって削除するものである。

特許文献３に記載のラックの製造方法は、中実の丸棒ラック素材に対し、予め、ラック歯成形部を旋削加工で細く加工し、ラック歯成形時に排除された余肉を収容する逃出吸収部を、ラック歯の背面側の型に多段階に形成することにより、バリを出さないようにするものである。

特許文献５〜７に記載のラックの製造方法は、中空管状のラック素材の内径孔にマンドレルを圧入して、ラック歯形を成型するものである。

特開平１０−５８０８１号公報 特開２００１−７９６３９号公報 特許第３４４２２９８号公報 特公平３−５８９２号公報 特許第２９２８４２７号公報 米国特許第６５７５００９号明細書 特開２００２−１７８０９５号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載のラックの製造方法では、バリを削除するための加工工程が必要となるため、製造コストが増大してしまっていた。また、余肉をバリとして側部に排出するために、金型の加圧荷重が大きくなってしまっていた。さらに、素材がバリ側に逃げてしまうため、ラック歯への素材の充填が不十分となり易かった。

また、上記特許文献３に記載のラックの製造方法では、密封成形となるため、金型に加わる応力が大きく、金型の寿命が短くなるので、製造コストが増大してしまっていた。また、予め、素材の一部を細く加工するため、製造コストが増大する可能性があった。

また、上記特許文献１〜３に記載のラックの製造方法では、ラック歯への素材の充填を十分に行うために、ラック素材の加熱が必要となるため、ラック歯の成形精度が低下する可能性があった。

さらに、上記特許文献４〜７に記載のラックの製造方法では、マンドレルを複数回入れ替えて成形する必要があるため、生産サイクルが長くなってしまっていた。また、専用の加工機械が必要となるため、製造コストが増大してしまっていた。また、ラック歯の歯底の肉厚が薄くなるため、ラック歯の強度が低下する可能性があった。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、ラック歯の成形を容易にすることができ、ラック歯の成形時に余肉が出ないようにすることができ、ラック歯に素材を十分に充填することができ、製造コストを削減することができるステアリングラックの製造方法及びステアリングラックを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） パイプ材をラック素材として用い、パイプ材のラック歯が成形される部分に金型を用いてテーパ形状を成形する工程と、パイプ材のテーパ形状が成形された部分にラック歯形を有するパンチを押し当て、ラック歯を成形する工程と、を備えることを特徴とするステアリングラックの製造方法。
（２） パイプ材をラック素材として用い、パイプ材のラック歯が成形される部分に金型を用いてテーパ形状を成形する工程と、パイプ材のテーパ形状が成形された部分にパイプ材の内径より小さい中子材又はマンドレルを挿入する工程と、パイプ材のテーパ形状が成形された部分にラック歯形を有するパンチを押し当て、ラック歯を成形する工程と、を備えることを特徴とするステアリングラックの製造方法。
（３） （１）又は（２）に記載のステアリングラックの製造方法によって製造されたステアリングラック。

本発明のステアリングラックの製造方法及びステアリングラックによれば、パイプ材をラック素材として用い、パイプ材のラック歯が成形される部分に金型を用いてテーパ形状を成形する工程と、パイプ材のテーパ形状が成形された部分にラック歯形を有するパンチを押し当て、ラック歯を成形する工程と、を備えるため、ラック歯の成形を容易にすることができ、ラック歯の成形時に余肉が出ないようにすることができ、ラック歯に素材を十分に充填することができ、製造コストを削減することができる。

以下、本発明に係るステアリングラックの製造方法及びステアリングラックの各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明に係るステアリングラックの製造方法及びステアリングラックの第１実施形態について説明する。
図１は本発明に係るステアリングラックの製造方法及びステアリングラックの第１実施形態を説明するための図であり、（ａ）はＵ溝パンチとテーパダイスとの間にパイプ材をセットした状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、図２（ａ）はパイプ材にテーパ部を成形させた状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図、図３（ａ）は歯型パンチと下側ダイスとの間にテーパ部を成形させたパイプ材をセットした状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図、図４（ａ）はパイプ材のテーパ部にラック歯を成形させた状態の一部切欠断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線矢視断面図、図５は図４（ａ）のＥ部拡大図である。

図１に示すように、本実施形態では、ラック素材として、断面円筒形状のパイプ材１０を使用する。なお、本実施形態では、ラック素材は、断面円筒形状のパイプ材であるが、これに限定されず、矩形形状や多角形状等の断面形状のパイプ材であっても、その外周面と内周面の形状が異なるパイプ材であってもよい。

まず、図１及び図２に示すように、このパイプ材１０を、Ｕ溝パンチ（金型）１１とテーパダイス（金型）１２との間にセットし、Ｕ溝パンチ１１でパイプ材１０を押圧し、パイプ材１０をテーパダイス１２に押し込ませる。これにより、Ｕ溝パンチ１１及びテーパダイス１２の形状に倣い、パイプ材１０にテーパ部（テーパ形状）１０ａが成形される。

また、Ｕ溝パンチ１１の下端部には、長手方向に沿って、パイプ材１０の外周面と略同一の断面形状を有するＵ溝１１ａが形成される。テーパダイス１２の上端部には、長手方向に沿って、パイプ材１０にテーパ部１０ａを成形するための断面略Ｖ字状のテーパ面１２ａが形成される。

次に、図３及び図４に示すように、このテーパ部１０ａが成形されたパイプ材１０を、テーパ部１０ａが歯型パンチ（金型）１３方向に向くようにして、この歯型パンチ１３と下側ダイス（金型）１４との間にセットし、歯型パンチ１３をパイプ材１０のテーパ部１０ａに押し当て、パイプ材１０を下側ダイス１４に押し込ませる。これにより、歯型パンチ１３及び下側ダイス１４の形状に倣い、パイプ材１０のテーパ部１０ａの部分にラック歯１０ｂが成形される。このとき、テーパ部１０ａは、歯形パンチ１３と下側ダイス１４の隙間の部分（図５のＸ部分参照）に余肉（素材）が出ることを防止している。また、テーパ部１０ａの角度を調整することにより様々な形状のラック歯に対応することが可能である。

また、歯型パンチ１３の下端部には、長手方向に沿って、ラック歯形１３ａが形成される。下側ダイス１４には、長手方向に沿って、パイプ材１０の外周面と略同一の断面形状を有するＵ溝１４ａが形成されると共に、このＵ溝１４ａの幅方向両端部からそれぞれ上方に延びるテーパ面１４ｂ，１４ｂが形成される。

以上説明したように、本実施形態のステアリングラックの製造方法及びステアリングラックによれば、パイプ材１０をラック素材として用い、パイプ材１０のラック歯１０ｂが成形される部分に金型１１，１２を用いてテーパ形状１０ａを成形する工程と、パイプ材１０のテーパ形状１０ａが成形された部分にラック歯形１３ａを有するパンチ１３を押し当て、ラック歯１０ｂを成形する工程と、を備えるため、パンチ１３のラック歯形１３ａの押し当て長さを大きくすることができるので、ラック歯１０ｂの成形を容易にすることができる。また、パイプ材１０のテーパ形状１０ａが、ラック歯１０ｂ成形時に余肉が出ることを防止できるので、ラック歯１０ｂに素材を十分に充填することができ、且つバリを削除するための加工工程をなくすことができるので、製造コストを削減することができる。

また、本実施形態のステアリングラックの製造方法及びステアリングラックによれば、全工程で密封成形にならないようにしているため、成形応力を低く抑えることができる。これにより、金型１１，１２，１３，１４の寿命を長くすることができるので、製造コストを削減することができる。また、冷間鍛造で成形することができるので、温間鍛造と比較して、ラック歯１０ｂの成形精度を向上することができる。

また、本実施形態のステアリングラックの製造方法及びステアリングラックによれば、金型１１，１２，１３，１４の形状が簡素なため、汎用のプレス設備で成形することができるので、金型制作費や成形設備費を低く抑えることができ、製造コストを削減することができる。

（第２実施形態）
次に、図１、図２、図６、及び図７を参照して、本発明に係るステアリングラックの製造方法及びステアリングラックの第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
図６は本発明に係るステアリングラックの製造方法及びステアリングラックの第２実施形態を説明するための図であり、（ａ）は歯型パンチと下側ダイスとの間に中子材を挿入させたパイプ材をセットした状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図、図７（ａ）は中子材を挿入させたパイプ材のテーパ部にラック歯を成形させた状態の一部切欠断面図、（ｂ）はＧ−Ｇ線矢視断面図である。

まず、図１及び図２に示すように、このパイプ材１０を、Ｕ溝パンチ１１とテーパダイス１２との間にセットし、Ｕ溝パンチ１１でパイプ材１０を押圧し、パイプ材１０をテーパダイス１２に押し込ませる。これにより、Ｕ溝パンチ１１及びテーパダイス１２の形状に倣い、パイプ材１０にテーパ部１０ａが成形される。

次いで、パイプ材１０のテーパ部１０ａ内にパイプ材１０の内径より小さい中子材１５を挿入する。なお、本実施形態では、パイプ材１０のテーパ部１０ａ内に中子材１５を挿入しているが、マンドレルを挿入してもよい。

そして、図６及び図７に示すように、このテーパ部１０ａが成形され、中子材１５が挿入されたパイプ材１０を、テーパ部１０ａが歯型パンチ１３方向に向くようにして、この歯型パンチ１３と下側ダイス１４との間にセットし、歯型パンチ１３をパイプ材１０のテーパ部１０ａに押し当て、パイプ材１０を下側ダイス１４に押し込ませる。これにより、歯型パンチ１３及び下側ダイス１４の形状に倣い、パイプ材１０のテーパ部１０ａの部分にラック歯１０ｂが成形される。

以上説明したように、本実施形態のステアリングラックの製造方法及びステアリングラックによれば、パイプ材１０をラック素材として用い、パイプ材１０のラック歯１０ｂが成形される部分に金型１１，１２を用いてテーパ形状１０ａを成形する工程と、パイプ材１０のテーパ形状１０ａが成形された部分にパイプ材１０の内径より小さい中子材１５を挿入する工程と、パイプ材１０のテーパ形状１０ａが成形された部分にラック歯形１３ａを有するパンチ１３を押し当て、ラック歯１０ｂを成形する工程と、を備えるため、ラックの強度を向上することができる。また、中子材１５の材質を変更することによりラックの強度を調整することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。

なお、本発明は、上記各実施形態に例示したもの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において適宜変更可能である。
例えば、各実施形態において、パイプ材のテーパ部にラック歯を成形する工程の後にサイジング工程を追加してもよい。

本発明に係るステアリングラックの製造方法及びステアリングラックの第１実施形態を説明するための図であり、（ａ）はＵ溝パンチとテーパダイスとの間にパイプ材をセットした状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 （ａ）はパイプ材にテーパ部を成形させた状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である。 （ａ）は歯型パンチと下側ダイスとの間にテーパ部を成形させたパイプ材をセットした状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視断面図である。 （ａ）はパイプ材のテーパ部にラック歯を成形させた状態の一部切欠断面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線矢視断面図である。 図４（ａ）のＥ部拡大図である。 本発明に係るステアリングラックの製造方法及びステアリングラックの第２実施形態を説明するための図であり、（ａ）は歯型パンチと下側ダイスとの間に中子材を挿入させたパイプ材をセットした状態の一部切欠断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線矢視断面図である。 （ａ）は中子材を挿入させたパイプ材のテーパ部にラック歯を成形させた状態の一部切欠断面図、（ｂ）はＧ−Ｇ線矢視断面図である。

符号の説明

１０ パイプ材（ラック素材）
１０ａ テーパ部（テーパ形状）
１０ｂ ラック歯
１１ Ｕ溝パンチ（金型）
１１ａ Ｕ溝
１２ テーパダイス（金型）
１２ａ テーパ面
１３ 歯型パンチ（金型）
１３ａ ラック歯形
１４ 下側ダイス（金型）
１４ａ Ｕ溝
１４ｂ テーパ面
１５ 中子材

Claims (3)

1. パイプ材をラック素材として用い、前記パイプ材のラック歯が成形される部分に金型を用いてテーパ形状を成形する工程と、前記パイプ材のテーパ形状が成形された部分にラック歯形を有するパンチを押し当て、ラック歯を成形する工程と、を備えることを特徴とするステアリングラックの製造方法。
2. パイプ材をラック素材として用い、前記パイプ材のラック歯が成形される部分に金型を用いてテーパ形状を成形する工程と、前記パイプ材のテーパ形状が成形された部分に前記パイプ材の内径より小さい中子材又はマンドレルを挿入する工程と、前記パイプ材のテーパ形状が成形された部分にラック歯形を有するパンチを押し当て、ラック歯を成形する工程と、を備えることを特徴とするステアリングラックの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のステアリングラックの製造方法によって製造されたステアリングラック。

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