JP4888296B2 - ラック軸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラックピニオン式の操舵装置に用いられるラック軸の製造方法に関する。

車両用の操舵装置として広く採用されているラックピニオン式の操舵装置は、ステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じたピニオンの回転を車体の左右方向に延設されたラック軸の軸長方向の移動に変換し、この移動をラック軸の両端に連結された操舵用の車輪に伝達し、これらの車輪の向きを変更する構成となっている。

ラックピニオン式の操舵装置に用いられるラック軸は、前記ピニオンに噛合させるためのラック歯を、周面の一部に、操舵のために要求される長さ範囲に亘って備えて構成されている。このようなラック歯は、適宜の工具を使用した歯切り加工により形成することができるが、高精度の歯切り加工に多くの工数を要するという問題がある。また、歯切り加工に先立ってラック軸の周面の該当位置を平坦化する必要があり、この平坦化に伴う断面積の減少により、ラック軸に要求される曲げ強度が不足するという問題がある。

これらの問題を解消するために、４つの押し型（成型素子）を用いた温間閉塞鍛造により、ラック軸の外形と共にラック歯を一括成形するラック軸の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

４つの押し型は、互いに対向配置された下押し型及び上押し型と、これらの両側に位置する２つの横押し型とである。下押し型は、形成すべきラック歯に対応する歯型列が所定長さに亘って設けてある成形面を有し、上押し型は、下押し型の成形面に前記歯型列の形成域を含めて対向する押し面を有している。ラック軸は、下押し型、上押し型及び２つの横押し型の間に棒状の素材を配し、この素材を、横押し型の接近移動により両側から拘束しながら、上押し型の移動により下押し型の一面に押し付ける手順により製造される。

２つの横押し型は、夫々との対向側に押し面を有している。これらの押し面は、下押し型の側が上押し型の側よりも大きい離隔幅を有するように互いに逆向きに傾斜するテーパ面としてある。これらのテーパ面は、上押し型と下押し型との間で挾持される素材を両側から押圧し、上押し型の押し面との相乗作用により下押し型の成形面に設けた歯型列に前記素材を押し付ける作用をなす。

図６は、このように製造されたラック軸の要部を示す外観斜視図である。このラック軸１は、上押し型及び下押し型と２つの横押し型との間での素材の挾圧により、断面積を減じることなく略Ｙ字形の断面形状を有して成形され、図６中に上向きとして示す拡幅部の全面に、下押し型に設けた歯型列の各歯型に対応するラック歯10，10…が並設された形状となり、ラック歯10，10…の形成面に直交する方向の力に対する剛性に優れ、使用状態において要求される曲げ強度を十分に満足することができる。
特公平２−５５１３７号公報

ところが、以上の如く製造されるラック軸１においては、並設域の端部近傍に位置する一部のラック歯10に、図６中に示すように歯幅方向の端部の歯先部分が面取りされたよう欠落する歯形欠陥、所謂、歯だれ欠陥11，11が発生するという問題があった。

このような歯だれ欠陥11は、ラック歯10，10…の並設域の端部近傍、即ち、ラック軸１の移動ストロークの両端部に発生する。ラック軸１の移動ストロークの両端部は、大なる操舵力を必要とする大転舵時にピニオンと噛み合う部分であり、歯だれ欠陥11が発生した場合、強度不足を引き起こす虞れがあることから、ラック軸の製造方法においては、歯だれ欠陥11の発生を防止することが重要な課題となっている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、上押し型及び下押し型のわずかな改良により、並設域の両端に位置するラック歯における歯だれ欠陥の発生を防止し得るラック軸の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１発明に係るラック軸の製造方法は、歯型列が形成された成形面を有する下押し型と、前記歯型列の形成域を含めて前記成形面に対向する押し面を有する上押し型との間に棒状の素材を配し、該素材を、前記上押し型の押し面の作用により前記下押し型の成形面に押し付けて成形し、前記歯型列に対応するラック歯を備えるラック軸を製造する方法において、前記押し面の前記歯型列の両端部に位置する一又は複数の歯型に対向する部分に、前記下押し型に近づく向きに突出する突出部を設けてある上押し型を用いることを特徴とする。

本発明の第２発明に係るラック軸の製造方法は、前記上押し型の突出部に対向する前記歯型列の両端部に位置する一又は複数の歯型が、これらの間に位置する歯型よりも前記上押し型に近づく向きに偏倚させてある下押し型を用いることを特徴とする。

第１発明に係るラック軸の製造方法においては、上押し型の押し面に設けた突出部の作用により下押し型の歯型列の両端部に位置する一又は複数の歯型への押し付けを強化し、これらの歯型への素材の押し込みを良好に行わせるから、これらの歯型により形成されるラック歯、即ち、形成域の両端に位置する一又は複数のラック歯における歯だれ欠陥の発生を有効に防止することができる。

第２発明に係るラック軸の製造方法においては、下押し型の歯型列のうち、上押し型の突出部に対向する位置にある一又は複数の歯型を他の歯型に対して、上押し型に近づく向きに偏倚させてあるから、突出部による押し付け強化に伴って対応する歯型により形成されるラック歯の形状変化により、ピニオンとの噛み合い中心間距離が所要の規格から外れることを未然に防止し、不良品の発生を抑えることができる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るラック軸の製造方法（以下本発明方法という）の実施手順を示す説明図である。

本発明方法は、図示の如く互いに対向配置された下押し型２と上押し型３とを用いた温間閉塞鍛造により実施される。下押し型２は、上押し型３との対向側に成形面20を備えている。成形面20には、形成すべきラック歯に対応する歯型列21が所定の長さに亘って設けてある。上押し型３は、下押し型２との対向側に押し面30を備えている。押し面30は、下押し型２の成形面20と平行をなし、少なくとも歯型列21の形成域の全体を含む長さに亘って対向している。

上押し型３は、下押し型２の成形面20に対して押し面30を接離させる方向に移動可能である。本発明方法は、図１（ａ）に示す如く離反した状態にある下押し型２と上押し型３との間に棒状の素材４を配し、次に図１（ｂ）に示すように、上押し型３を下押し型２に接近移動させて成形面20と押し面30との間に素材４を挾持し、更なる接近移動による押し面30の作用により成形面20に設けた歯型列21に素材４を押し付けて、図１（ｃ）に示すように、素材４の押し付け部に歯型列21に対応するラック歯を形成する手順により実施される。なお、図１（ｂ），（ｃ）中の白抜矢符は、上押し型３の移動方向を示している。

図１（ｃ）に示す下押し型２と上押し型３との間での素材４の実際の成形は、下押し型２及び上押し型３の対向部の両側から素材４を拘束しながら行う。図２は、本発明方法の実施状態を示す断面図である。図中の５，５は、下押し型２及び上押し型３の対向部の両側に配された横押し型である。これらの横押し型５，５は、夫々との対向側に押し面50，50を備えている。これらの押し面50，50は、上押し型３の側から下押し型２の側に向けて離隔幅が大きくなるように互いに逆向きの傾斜を有する湾曲面としてある。

横押し型５，５は、相互に接離する方向に移動可能であり、離反した状態で受け入れた素材４を、接近移動に伴う夫々の押し面50，50の作用により両側から挾持し、下押し型２と上押し型３との間にて成形される素材４を両側から拘束する作用をなす。前述したような湾曲面として構成された押し面50，50は、上押し型３の押し面30との相乗作用により下押し型２への素材４の押し付けを強化すると共に、横押し型５，５の接近により、下押し型２の成形面20及び上押し型３の押し面30との間に略Ｙ字形の閉塞断面を形成する。

従って素材４は、各押し型間の閉塞断面に対応する略Ｙ字形の断面形状を有して成形されることとなり、下押し型２の成形面20に押し付けられる拡幅部の全面に歯型列21に対応するラック歯10が並設されたラック軸１を製造することができる。このとき横押し型５，５の接近移動は、図２中に矢符により示すように、内側（横押し型５，５の対向側）から外側へ向かう揺動を伴って生じる。この揺動は、夫々の押し面50，50の作用により成形中の素材４を外向きにしごきつつ下向きに押圧し、略Ｙ字形の断面への素材４の変形を補助する作用をなす。以上の下押し型２、上押し型３及び一対の横押し型５，５の動作は、夫々の駆動手段の構成及び動作を含めて前述した特許文献１に記載されており、詳細な説明は省略する。

本発明方法の特徴は、素材４を上下から挾圧してラック軸１を成形すべく用いられる下押し型２及び上押し型３の構成、より詳しくは、下押し型２の成形面20及び上押し型３の押し面30の構成にある。図３は、下押し型２及び上押し型３の特徴部分の拡大図であり、下押し型２の成形面20に設けられた歯型列21の一側端部近傍、及びこの部分の上方に対向する上押し型３の押し面30の一部が示されている。

本図に示すように下押し型２の成形面20に形成された歯型列21のうち、形成域の端部から複数（図においては２つ）の歯型 21a,21aは、これらの歯型 21a,21aよりも中央側（図の右側）に位置する歯型 21b,21b…よりも上方、即ち、上押し型３との対向側に近づく方向に偏倚させてある。端部の歯型 21a,21aと中央の歯型 21b,21b…とは同形状である。なお図３においては、形成域の端部に位置する２つの歯型 21a,21aを中央部の歯型 21b,21b…よりも上方偏倚させてあるが、中央部の歯型よりも上方に偏倚させる端部の歯型の数は適宜に設定することができる。

また上押し型３の押し面30には、下押し型２の成形面20に設けられた歯型列21の端部の歯型 21a,21aに相当する部分に、下方、即ち、下押し型２との対向側に近づく向きに突出する突出部31が設けてある。図示の突出部31は、前記歯型 21a,21aに相当する部分の外側全体に設けられているが、突出部31の範囲は、偏倚させた歯型 21a,21aに相当する部分を含み得る範囲内で適宜に設定することができる。

上方に偏倚させた歯型 21a,21aは、図１に示すように、歯型列21の両端部に夫々設けてあり、上押し型３の押し面30の突出部31も、両端の歯型 21a,21aの形成域に対応するように設けてある。図３には、突出部31の高さ（ΔＨ）及び歯型 21a,21aの偏倚量（Δｈ）を拡大して示してあるが、これらはいずれも数十μｍ程度であり、相互に関連する値として設定される。

このような下押し型２及び上押し型３を使用して図１に示す如く実施される本発明方向においては、上押し型３の押し面30に設けた突出部31の作用により、下押し型２の歯型列21の両端部における素材４の押し付けが強化され、対応する部分に位置する歯型 21a,21aの内部への素材４の押し込みが良好となる。

図４は、本発明方法により製造されたラック軸の要部外観斜視図である。本発明方法により製造されるラック軸１は、前述した如く、下押し型２、上押し型３及び２つの横押し型５，５の間に形成される略Ｙ字形の断面形状を有しており、下押し型２への押し付け側となる図４中に上向きとして示す拡幅部の全面に、下押し型２に設けた歯型列21の各歯型に対応するラック歯10，10…が並設された形状を有している。

図４には、ラック歯10，10…の並設域の端部近傍が図示されている。本発明方法においては、上押し型３に突出部31が設けられ、この突出部31の作用により、前述の如く、下押し型２の歯型列21の端部に位置する歯型 21a,21aへの素材４の押し込みが強化される。従って、これらの歯型 21a,21aにより成形されるラック歯10，10…の並設域の端部のラック歯10，10の形状が良好となり、従来法により製造された図６のラック軸１に示すような歯幅方向の端部の歯先部分に発生する歯だれ欠陥11を抑えることができる。

一方、上押し型３の突出部31により押し込みが強化される結果、並設域の端部に形成されるラック歯10，10を図示しないピニオンに噛み合わせたとき、両者間の噛み合い中心間距離が、該噛み合い中心間距離が正常であることを示す所要の規格範囲内に収まらず、製造されたラック軸１が不良品となる虞れがある。

本発明方法に用いる下押し型２において、歯型列21の端部の歯型 21a,21aを偏倚させてあるのは、上押し型３の突出部31の押し込みにより素材４の充満度が増し、これらの歯型 21a,21aにより形成されるラック歯10，10とピニオンとの噛み合い中心間距離が増大するのを防ぐためである。

図５は、本発明方法により製造されたラック軸において、ラックとピニオンとの噛み合い中心間距離の測定例を示す説明図である。図中に実線により示す噛み合い中心間距離の測定値は、歯型列21の端部近傍の歯型を偏倚させた場合の結果であり、この場合、形成されたラック歯列の端部近傍の噛み合い中心間距離は増大することなく、図中に一点鎖線により示す所要の規格範囲内に収まっている。図中に破線により示す測定値は、歯型列21の端部近傍の歯型を偏倚させていない通常の下押し型２を用いた場合の結果を示しており、この場合、形成されたラック歯列の端部近傍で噛み合い中心間距離が所要の規格範囲から外れた部分が発生しており、不良品となる虞れがある。

このように本発明方法においては、突出部31を備える上押し型３を用いることにより、形成域の端部のラック歯10，10における歯だれ欠陥の発生を防止することができ、また、端部の歯型 21a,21aを偏倚させた歯型列21を有する下押し型２を用いることにより、突出部31の作用により２次的に生じる噛み合い中心間距離の不良を防止することができ、不良品の発生を未然に防止することができる。この効果は、上押し型３及び下押し型２のわずかな改良により実現することができる。

なお以上の実施の形態は、特許文献１に開示された略Ｙ字形断面を有するラック軸１の製造方法を前提としているが、本発明方法は、３角形、欠落円形等の他の断面形状を有するラック軸１の製造においても適用可能である。また図４に示すラック軸１は、軸長方向に対して直交する直歯として構成されたラック歯10，10…を備えているが、本発明方法は、軸長方向に対して斜交する斜歯として構成されたラック歯10，10…を備えるラック軸１の製造においても適用可能である。

本発明方法の実施手順を示す説明図である。 本発明方法の実施状態を示す断面図である。 下押し型及び上押し型の特徴部分の拡大図である。 本発明方法により製造されたラック軸の要部を示す外観斜視図である。 本発明方法により製造されたラック軸の噛み合い中心間距離の測定例を示す説明図である。 従来法により製造されたラック軸の要部を示す外観斜視図である。

符号の説明

１ ラック軸、２ 下押し型、３ 上押し型、４ 素材、10 ラック歯、20 成形面、21 歯型列、 21a,21b 歯型、30 押し面、31 突出部

Claims (2)

1. 歯型列が形成された成形面を有する下押し型と、前記歯型列の形成域を含めて前記成形面に対向する押し面を有する上押し型との間に棒状の素材を配し、該素材を、前記上押し型の押し面の作用により前記下押し型の成形面に押し付けて成形し、前記歯型列に対応するラック歯を備えるラック軸を製造する方法において、
   前記押し面の前記歯型列の両端部に位置する一又は複数の歯型に対向する部分に、前記下押し型に近づく向きに突出する突出部を設けてある上押し型を用いることを特徴とするラック軸の製造方法。
2. 前記上押し型の突出部に対向する前記歯型列の両端部に位置する一又は複数の歯型が、これらの間に位置する歯型よりも前記上押し型に近づく向きに偏倚させてある下押し型を用いることを特徴とする請求項１記載のラック軸の製造方法。

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