JP2023503315A - 仕上工程が後工程となる粗面化工程を実施する、可変ピッチ歯部を備えるラックの製造方法及び螺旋状ブローチング工具 - Google Patents

Abstract

本発明は、ラック（２）の半加工品（１）が製造され、半加工品（１）が、ラック（２）の所望の寸法特徴と比較して、歯部の少なくとも１つの領域上に少なくとも１つの余分な厚さを含む、可変ピッチ（Ｐ１）を有する歯部を備えるラック（２）を製造するための方法に関し、この方法は、半加工品（１）の少なくとも１つの余分な厚さが除去される仕上工程（Ｆ）を含む。

Description

本発明は、例えば車両に使用されるパワーステアリング機構用のラック、すなわち歯部付バーの製造方法に関する。

ラックは、一方に歯で形成された歯部を含み、他方に歯部と反対側の歯部の背面を含む歯部付バーである。さらに、歯は、第１フランクと、第１フランクを第２フランクに接続する頂点に関して第１フランクに対して概ね対称である第２フランクとを備える。

特定の用途では、可変ピッチラック、すなわち、その歯部が一定ではないピッチ（２つの連続する歯間の距離）を含むラックを有することが有用である。

このような可変ピッチは、実際に、ラックと、それと噛み合うピニオンとの間の可変減速比を提供することを可能にする。

したがって、例えば、前記ラックの中央部において、より小さなピッチ、すなわち、より近接した歯を使用し、前記ラックの端部において、より大きなピッチを使用し、直線の近傍でハンドルの小さな変位に対してより正確であり、また、コーナリング又は駐車操縦時のハンドルの大きな変位時に、より速い、パワーステアリング制御の進行性が得られる。

可変ピッチラックの歯の側面は、直線状ではなく、螺旋角度、すなわち、一定でも可変でもない曲率半径を有する。

このようなラックを製造するには、鍛造法、又は切削工具を使用する機械加工法など、いくつかの方法が知られている。

このような方法は、一般に満足のいく結果を与える。しかしながら、「半加工歯振れ（teeth spacerunout）」とも呼ばれ、いわゆる完全なマスターピニオンで測定された中心距離の変更、圧力角、及びラックの螺旋角に対応する半径方向成分のピッチ精度のような所望の寸法成分を考慮したラックを得るために、種々の方法のパラメータを調整することは非常に困難である。

したがって、このような方法の実施は、予想される標準に対応するラックを得るために、特に長い調整時間を必要とする。

したがって、本発明は、迅速、正確かつ容易に調整可能な製造を可能にする可変ピッチ歯部付ラックの製造方法を提案することを目的としている。

本発明の目的は、ラックの半加工品（blank） が製造される半加工品形成工程を含み、前記半加工品は、ラックの所望の寸法特性に対して歯部の少なくとも１つの領域上に少なくとも余分な厚さを含み、前記方法はまた、半加工品の少なくとも１つの余分な厚さが除去される仕上工程を含むことを特徴とする、可変ピッチ歯部を含むラックを製造する方法である。

ラックの半加工品は、歯部の少なくとも１つの領域にわたって少なくとも１つの余分な厚さを含むラックである。半加工品は、必然的に、所望の寸法特性を達成するために除去することができる、余分な材料を含む。半加工品が材料の欠如を示すことはない。換言すれば、半加工品は、過剰な材料を有するので、所望の寸法特性を満たさない。半加工品は、例えば、パワーステアリングシステムにおいてそのまま使用することはできない。半加工品成形工程中に使用される方法は、全ての所望の寸法特性を有するラックを製造するように意図していないので、容易に調整可能である。したがって、期待される標準に対してダイレクトにラックを生成する従来の方法よりも自由度が大きい。使用される設定は、可変ピッチ歯部を備えるラックの半加工品を迅速に製造することを可能にする。

半加工品成形工程中に使用される方法は、技術的及び経済的制約に従って選択される。

好ましくは、ラックの半加工品は、工作機械を用いる機械加工方法によって製造される。機械加工方法は、材料を除去する。半加工品のみを製造しようとする、このような方法は、容易に調整可能であり、多数の部品を迅速に製造することを可能にする。一実施形態によれば、前記工作機械は、少なくとも５つの制御軸を備える。

仕上工程は、半加工品成形工程中にラックの半加工品を製造するための選択される方法とは無関係である。

仕上工程は、半加工品形成工程に続いて行われる。

仕上工程は、半加工品の製造のために実施される方法とは異なる方法によって、半加工品の余分な厚さを除去する。

このように、仕上工程は、調整及び製造が簡単な方法で、複雑な形状の歯部を有するラックを製造することを可能にする。

本発明による方法は、高い寸法精度を有する可変ピッチ歯部を備えるラックを製造するために、半加工品を得ることを可能にする方法と、仕上工程とを両方とも容易に調整可能に組み合わせると有利である。したがって、本発明による方法は、ラックを製造するための方法の継続時間を短縮することを可能にする。

本発明の１つの特徴によれば、少なくとも１つの余分な厚さは、０．０２ｍｍと１ｍｍとの間に含まれる。

余分な厚さは、ラックのサイズに関して制限された値の範囲内に全て含まれるため、均一である。

したがって、半加工品は、所望の寸法特性に近い寸法特性を有し、仕上工程は、少量の材料を除去するだけでよい。よって、仕上工程中に実施される方法及びその調整は、余分な厚さが含まれる値の範囲に適合される。

本発明の１つの特徴によれば、少なくとも１つの余分な厚さは、０．０２ｍｍと０．１１ｍｍとの間に含まれる。

本発明の１つの特徴によれば、仕上工程は、ブローチ工具を実施するブローチ法によって実施される。

ブローチ法の使用は、ブローチ工具の各経路で除去することができる材料の量を制限する。したがって、除去される材料の量が少ない場合には、半加工品形成工程の後に仕上工程を実行しなければならない。

仕上工程には、容易に調整でき、素早く到達できる利点、すなわち半加工品上のブローチ工具の経路数を減らして、ラックに望ましい寸法特性を持つブローチ工法を用いる。好ましくは、仕上工程は、ブローチ工具の１回の通過のみを必要とする。

ブローチ工具は、歯部に存在し得る余分な厚さを正確に除去するために、半加工品をその全長にわたって移動させるように設計される。

本発明の１つの特徴によれば、ブローチ法は螺旋ブローチ法である。

螺旋ブローチ方法により、従来のブローチ方法よりも複雑な形状を作ることができる。

螺旋方式は回転ブローチ工具を用いる。このようにして、一定でない螺旋角度を有する歯の側面を容易に製造することが可能である。

したがって、螺旋ブローチ方法は可変ピッチ歯部付ラックに特に適している。

本発明の１つの特徴によれば、仕上工程は、ブローチ工具が所定の角度を形成するようにラックの半加工品に対して位置決めされる位置決め段階を含む。

位置決め段階は、ブローチ工具に対する半加工品の位置決めに対応する。

所定の角度は、製造される歯部の配向に依存する。製造される歯部は、協働することが意図されるピニオンに直接依存する。

本発明の１つの特徴によれば、所定の角度は、ラックとそれが協働しようとするピニオンとの間に形成される角度に等しい。

前記所定の角は、７０°と８５°との間、又は７５°と８０°との間に含まれることを特徴とする。

このように、所定の角度は、車両のパワーステアリングシステムのラックを製造するようになっており、したがって、車両のステアリングピニオンと協働するようになっている。本発明の１つの特徴によれば、仕上工程は、ブローチ工具がブローチ工具の長手方向に延びる回転軸に沿って回転運動を行うブローチ段階を含む。

位置決め段階の後、仕上工程はブローチ段階を含み、その間に余分な厚さが除去される。

このために、半加工品と接触しているブローチ工具は、半加工品の歯部の長さをカバーするように回転運動を行う。各歯の高さでの経路中に、ブローチ工具は、余分な厚さに対応する少量の材料を除去する。

本発明の１つの特徴によれば、ブローチ段階の間、ブローチ工具は、ブローチ工具の長手方向に延びる平行移動軸に沿って並進運動を行う。

回転運動に関連する並進運動は、ブローチ工具が半加工品の歯部の長さだけ移動することを可能にし、したがって、歯の各々の余分な厚さを排除する。

本発明の１つの特徴によれば、ブローチ段階中、ラックの半加工品は、ラックの半加工品の長手方向に延びる軸に沿って並進運動を行う。

回転運動に関連した並進運動は、ブローチ工具が半加工品の歯部の長さにわたって移動することを可能にし、したがって、各歯の余分な厚さを排除することを可能にする。並進運動は、部分的にラックによって、部分的にブローチ工具によって実行することができる。

本発明の１つの特徴によれば、ブローチ段階中、ラックの半加工品の並進速度、又はブローチ工具の並進速度、又はブローチ工具の回転速度は可変である。

したがって、半加工品とブローチ工具との相対移動は、可変ピッチ歯部を形成するように変化する。

本発明の１つの特徴によれば、ラックの半加工品の並進速度又はブローチ工具の並進速度は、協働することが意図されるラックとピニオンとの間の減速比に対応するブローチ曲線にしたがって、ブローチ工具の回転速度に相関する。

ブローチ曲線は、ラックの半加工品の並進速度、又はブローチ工具の回転速度の関数としてのブローチ工具の並進速度を表す。ブローチ曲線は、協働を意図したピニオンの回転の関数として、可変ピッチラックの減速係数を表す減速比の曲線に類似している。

したがって、ブローチ工具は、ラックが協働しようとするピニオンの運動と同様の運動で半加工品上を移動する。このようにして、ブローチ工具は、ピニオン／ラック結合のその後の動作を妨げる領域内の材料を正確に除去する。

したがって、仕上工程は、ラック上のピニオンの動きを再現するブローチ工具によって行われる。したがって、調整は特に容易である。

本発明はまた、本発明による製造方法の実施を可能にするブローチ工具に関し、ブローチ工具の長さにわたって延在する少なくとも１つの螺旋溝を含み、螺旋溝は、ラックが協働することが意図されるピニオンの溝に対応する。

ブローチ工具は、ラックが協働することを意図したピニオンを再生する螺旋溝を備える。ブローチ工具は、ラック上のピニオンの動きを正確に再現する。

したがって、このような工具を使用するブローチ段階は、ラックのその後の動作を再現するので、実施が特に容易である。

したがって、ラックの機械加工は、その後の予想される使用に完全に適合される。

本発明の１つの特徴によれば、前記ピニオンが前記ラック上の並進運動に結合された回転運動を行うとき、前記螺旋溝はピニオンの溝のトレースに対応する。

したがって、螺旋溝は、ブローチ工具の全長にわたって螺旋状に延在する。ブローチ工具は螺旋ブローチの製造に適している。本発明は、非限定的な例として与えられ、添付の概略図を参照して説明される、本発明による実施形態に関する以下の説明のおかげで、より良く理解されるであろう。

本発明による方法の仕上工程の第１瞬間を示す図である。 本発明による方法の仕上工程の第２瞬間を示す図である。 本発明の目的である方法により製造された可変ピッチ歯部付ラックと噛み合うピニオンを備える車両用パワーステアリング機構の一部を示す模式斜視図である。 本発明による方法によって使用されるブローチ曲線を示す図である。

本発明は、半加工品成形工程、次いで仕上工程Ｆを含む２つの別個の工程を実施する可変ピッチＰ１を有する歯部を備えるラック２を製造する方法に関する。

半加工品成形工程中、ラック２の半加工品１は、例えば機械加工方法を用いて製造される。「機械加工方法（machining method）」とは、切削効果を得るために自身の中心軸を中心に回転駆動されるフライスなどの回転切削工具、好ましくは移動切削工具を用いて切削屑を切削して材料を除去する方法を意味する。

半加工品形成工程は、ラック２の半加工品１、すなわち歯部の領域に余分な厚さを有するラック２を生成する。したがって、半加工品１は、過剰な材料が存在するため、ラック２に望まれる寸法特性に適合しない。そのため、半加工品１は、車両のパワーステアリングシステムで直ちに使用することはできない。

ラック２の直接的な製造よりも低い精度を必要とする半加工品１の製造は、機械加工方法によって使用される機械加工工具の調整を容易にする。したがって、本発明による方法は、機械加工工具を調整するために必要な時間を短縮することを可能にする。

半加工品１は、ラック２の使用中の機械的強度の問題のために、好ましくは金属である直線バーに歯部を切削することによって作られる。歯部は、バーの長手方向Ｌ２に対して実質的に横断方向に延在する。

歯部は、可変ピッチＰ１を有し、すなわち、２つの連続する歯４を軸方向に分離する間隔Ｐ１は、バーの長手方向Ｌ２に沿った前記歯４の位置及び曲率に従って変化する。

これは、特に、考慮される噛合領域８，９，１０の関数としてラック２の減速比Ｒを変化させることを可能にする。

したがって、図３に示すような車両のステアリング機構の例では、ラック２は、例えば補助モータ及び／又はステアリングホイールに接続されたステアリングコラム７によって駆動されるピニオン６と噛み合っている。ラック２の中央領域８に短いピッチＰ１を設けることにより、直線近傍でのステアリングの精度をより高めるとともに、ラック２の中央領域から端部領域に向かって離れるときにピッチＰ１を大きくすることができ、特に駐車操縦時の大規模な移動を加速することができる。中央領域８と端部領域９，１０における操舵運動の挙動の差は、図４に示すように、減速比のカーブによって表される。

減速比Ｒの曲線は、可変ピッチを有するラック２の減速係数をピニオン６の回転Ｄの関数として図示している。－１０°と１０°との間、つまり中央領域８で構成されるピニオン６の回転角Ｄについては、駆動精度やハンドルフィーリングを直線的に促進するために、減速比Ｒがほぼ一定となる。ピニオン６の回転角Ｄは、－１０°と－１３０°と１０°と１３０°との間、すなわち端部領域８，９では、減速比Ｄが大幅に増加するので、好みの車両の軌道を得ることができる。

半加工品成形工程の完了後、本発明による方法は、位置決め段階、次いでブローチ段階を含む仕上工程Ｆを実施する。

この位置決め段階は、ブローチ段階を行うことを視野に入れてブローチ工具１１に対向して先に作製した半加工品１を位置決めすることからなる。このために、半加工品１は、半加工品１がラック２の半加工品１の長手方向に延びる軸Ｘに沿って並進運動を行うことができるように、摺動する第１往復台１２上に固定される。

さらに、ブローチ工具１１は、ブローチ工具の長手方向に延びる回転軸Ｙに沿った回転運動と、ブローチ工具１１の長手方向に延びる並進軸Ｚに沿った並進運動とを可能にするように、第２往復台１３上に取り付けられている。

ブローチ工具１１は、ブローチ工具１１の長さにわたって延在する複数の螺旋溝１４を備える。より正確には、螺旋溝１４は、ピニオン６がラック２の上を移動するときに、ラック２が協働することが意図されているピニオン６の溝１５のトレースに対応する。換言すれば、ブローチ工具１１の螺旋溝１４は、螺旋溝１４がブローチ工具１１の全長にわたって延長されている場合には、ピニオン６の溝１５と同一である。螺旋溝１４は、半加工品１が作られる材料をノッチングし、除去することができる切刃を有する。

ブローチ工具１１はまた、螺旋溝１４に対して実質的に横断方向に延びる溝１６を備える。溝１６の目的は、螺旋溝１４によって切断された材料の要素又は削り屑を排出することである。

位置決め段階の間、図１にも表すように、ブローチ工具１１は、半加工品１の第１端部に位置決めされる。

さらに、ラック２のブローチ工具１１と半加工品１とが協働するものであるラック２とピニオン６とのなす角度に応じた所定の角度Ａを形成する。

位置決め段階に続いて、仕上工程は、図２に示すようにブローチ段階を実行し、半加工品１の余分な厚さがブローチ工具によって除去される。

ブローチ段階の間、ブローチ工具１１は、ラック２上のピニオン６のように半加工品１上のブローチ工具１１と係合するように、半加工品１と接触させられる。

次に、ブローチ工具１１は、半加工品１が並進運動を行う間、並進運動及び回転運動を行う。したがって、ブローチ工具１１は、ラック２上のピニオン６のように半加工品１の歯部の上を移動する。ブローチ工具１１が半加工品１の第２端部のレベルに到達すると、ブローチ工具１１の全長が半加工品１を通過し、半加工品１の全体をブローチ工具１１が移動する。

ラック２の半加工品１の変換速度又はブローチ工具１１の変換速度は、図４に示す減速比の曲線に類似したブローチ曲線に従ってブローチ工具１１の回転速度と相関関係にある。

したがって、ブローチ工具１１は、ラック２上のピニオン６の動きと同様の動きで半加工品１上を移動する。このようにして、ブローチ工具１１は、ピニオン６／ラック２結合の後続動作を妨げる領域内の材料を正確に除去する。

ブローチ段階の完了後、半加工品１はもはや余分な厚さを含まない。半加工品１は、車両のパワーステアリングシステムに搭載可能なラック２となっている。

本発明の１つの特徴によれば、ブローチ段階は、熱処理段階の後に実施される。実際、熱処理段階の間に、特にラックがかなりの螺旋角度を有するときに、ラックの膨張及びねじれのような変形が起こり得る。したがって、熱処理段階の後にブローチ段階を実施することは、側面の幾何学的品質を付与する点で有利である。

もちろん、本発明は、添付の図面に記載され、表された実施形態に限定されない。特に、様々な要素の構成の観点から、又は技術的均等物の置換によって、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、変更が可能なままである。

Claims (9)

1. 所望の寸法特性に対して歯部の少なくとも１つの領域上に少なくとも１つの余分な厚さを含む、ラック（２）の半加工品（１）が製造される半加工品成形工程と、
   前記半加工品（１）の少なくとも１つの余分な厚さが除去されるブローチ工具（１１）を使用する螺旋ブローチ法によって実行される仕上工程（Ｆ）とを含む、
   可変ピッチ歯部（Ｐ１）を含むラック（２）の製造方法。
2. 前記少なくとも１つの余分な厚さは、０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下である、
   請求項１に記載の製造方法。
3. 前記仕上工程（Ｆ）は、前記ブローチ工具（１１）が前記ラック（２）の前記半加工品（１）に対して所定の角度（Ａ）を形成するように位置決めされる、位置決め段階を含む、
   請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記仕上工程（Ｆ）は、前記ブローチ工具（１１）が前記ブローチ工具（１１）の長さ方向に沿って延びる回転軸（Ｙ）に沿って回転運動を行う、ブローチ段階を備える、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記ブローチ段階において、前記ブローチ工具（１１）は、前記ブローチ工具（１１）の長さ方向に沿って延びる平行移動軸（Ｚ）に沿った並進運動を行う、
   請求項４記載の製造方法。
6. 前記ブローチ段階において、前記ラック（２）の前記半加工品（１）が、前記ラック（２）の前記半加工品（１）の長手方向に延びる軸（Ｘ）に沿って並進運動を行う、
   請求項４又は５のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 前記ブローチ段階において、前記ラック（２）の前記半加工品（１）の並進速度、又は前記ブローチ工具（１１）の並進速度、又は前記ブローチ工具（１１）の回転速度が可変である、
   請求項４～６のいずれか１項に記載の製造方法。
8. 前記ラック（２）の半加工品（１）の並進速度又は前記ブローチ工具（１１）の並進速度は、前記ラック（２）と協働することが意図されるピニオン（６）との間の減速比（Ｒ）に対応するブローチ曲線にしたがって、前記ブローチ工具（１１）の回転速度に相関する、
   請求項７に記載の製造方法。
9. ブローチ工具（１１）の長さにわたって延在する少なくとも１つの螺旋溝（１４）を含み、
   前記螺旋溝（１４）は、前記ラック（２）が協働するように意図されたピニオン（６）の溝（１５）に対応する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の製造方法の実施を可能にするブローチ工具（１１）。

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