JP6539569B2 - ラックバーの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラックバーの製造方法に関する。

自動車等の車両のステアリング装置に用いられるラックバーとして、複数のラック歯からなる歯部が二箇所に形成され、一方の歯部にてステアリングシャフトの操舵ピニオンと噛み合い、他方の歯部にてアシスト機構の補助ピニオンと噛み合うデュアルピニオン式のラックバーが知られている。デュアルピニオン式のラックバーでは、車両におけるステアリングシャフトとアシスト機構との位置関係に応じて、二箇所の歯部に軸まわりの回転角度差が設定される場合がある。

特許文献１に記載されたデュアルピニオン式のラックバーの製造方法では、歯部が形成された第１バー部材と、第１バー部材と同軸に配置された第２バー部材とが中心軸まわりに相対的に回転されて摩擦圧接され、その後、切削加工によって第２バー部材に歯部が形成される。第１バー部材と第２バー部材との接合後に第２バー部材に歯部が形成されることにより、第１バー部材の歯部と第２バー部材の歯部との回転角度差の精度が高められている。

特開２０１４−１２４７６７号公報

特許文献１に記載されたラックバーの製造方法において、第１バー部材に接合された第２バー部材には第１バー部材に対する芯ズレや倒れが生じている場合があり、第２バー部材の芯ズレや倒れが生じていると、ラックバーの真直度が低下する。

また、第２バー部材の歯部の形成や第２バー部材の歯部に対する焼入などの熱処理により、第２バー部材に残留している内部応力が解放されて第２バー部材に捩じれが生じる場合があり、捩じれに起因して第１バー部材の歯部と第２バー部材の歯部との回転角度差に誤差が生じる虞がある。

本発明は、複数のラック歯からなる歯部が形成された第１バー部材に第２バー部材が接合されてなるラックバーの形状精度を高めることを目的としている。

本発明の一態様のラックバーの製造方法は、複数のラック歯からなる歯部が軸方向の一部に形成された第１バー部材の軸方向の一方の端部に、前記第１バー部材より大径な第２バー部材の軸方向の一方の端部を接合し、前記第１バー部材に接合された前記第２バー部材の軸方向の少なくとも一部を外径切削加工によって前記第１バー部材と同軸に形成し、前記第２バー部材の外径切削加工部分に動力伝達部を形成する。

本発明によれば、複数のラック歯からなる歯部が形成された第１バー部材に第２バー部材が接合されてなるラックバーの形状精度を高めることができる。

本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の一例の正面図である。 図１のステアリング装置に組み込まれたラックバーの正面図である。 図２のラックバーの断面図である。 図２のラックバーの製造工程を示す模式図である。 図２のラックバーの製造工程を示す模式図である。 図２のラックバーの製造工程を示す模式図である。 図２のラックバーの製造工程を示す模式図である。 ラックバーに生じる変形の一例を示す斜視図である。 図２のラックバーの変形例の断面図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の一例を示す。

図１に示すステアリング装置１は、ラックハウジング２と、軸方向に摺動自在にラックハウジング２に収容されたラックバー１０とを備える。

ラックバー１０の両端部にはジョイントを介してタイロッド３がそれぞれ連結されており、ラックバー１０の移動により、タイロッド３及びタイロッド３が連結される転舵機構を介して、車両の舵輪が回される。

ラックハウジング２の軸方向一方の端部にはステアリングギヤボックス４が設けられている。ステアリングギヤボックス４には、ステアリングシャフトに連結される入力軸５に形成された操舵ピニオン（不図示）が収納されている。また、ラックハウジング２の軸方向他方の端部には、補助ギヤボックス６が設けられている。補助ギヤボックス６には、アシスト機構のモータ７によって駆動される補助ピニオン（不図示）が収納されている。

ラックバー１０には、操舵ピニオンと噛み合う複数のラック歯からなる第１歯部２０と、補助ピニオンと噛み合う複数のラック歯からなる第２歯部２１とが形成されている。

ステアリングホイールの回動操作によって入力軸５の操舵ピニオンが回動され、第１歯部２０にて操舵ピニオンと噛み合うラックバー１０が軸方向に移動される。そして、ステアリングホイールの操舵力などに応じて制御されるアシスト機構のモータ７の駆動力が、第２歯部２１に噛み合う補助ピニオンを介してラックバー１０に伝達され、ステアリングホイールの回動操作によるラックバー１０の移動が補助される。

図２及び図３は、ラックバー１０の構成を示す。

ラックバー１０は、操舵ピニオンと噛み合う複数のラック歯からなる第１歯部２０が形成された第１バー部材１１と、補助ピニオンと噛み合う複数のラック歯からなる第２歯部２１が形成された第２バー部材１２とを備え、第１バー部材１１の軸方向の一方の端部と第２バー部材１２の軸方向の一方の端部とが互いに接合されて構成されている。

図示の例では、第１バー部材１１は、例えばＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼などの金属材料で形成された断面円形状の中空材からなる。中空材からなる第１バー部材１１の第１歯部２０のラック歯は、例えば以下のようにして形成される。

まず、中空材の長手方向の一部で歯部とされる部位（以下、歯部形成部位という）に平坦状の歯形成面が予備成形される。歯形成面は、例えば成形型を用いて中空材の歯部形成部位を潰すプレス加工によって形成される。

次いで、歯形成面に押し付けられる歯型を含み、中空材の歯部形成部位を全周にわたって取り囲む成形型に中空材が設置され、中空材に芯金が挿通される。歯形成面を構成している中空材の肉が、挿通された芯金によって内側からしごかれ、歯形成面に押し付けられている歯型に食い込む。挿通される芯金の太さが次第に大きくされ、しごき加工が繰り返されることにより、歯型に対応した複数のラック歯が中空材に形成される。

第２バー部材１２は、例えばＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼などの金属材料で形成された断面円形状の中実材からなる。中実材からなる第２バー部材１２の第２歯部２１のラック歯は、例えば切削加工によって形成される。

なお、第１バー部材１１も中実材からなっていてもよく、中実材からなる第１バー部材１１の第１歯部２０のラック歯は、例えば切削加工によって形成される。

第１バー部材１１の第１歯部２０と第２バー部材１２の第２歯部２１とで、ラック歯の歯形状は同じであっても異なってもよく、また、ＣＧＲ（Constant Gear Ratio）及びＶＧＲ（Variable Gear Ratio）の適宜な組み合わせをとることもできる。

図４から図７は、ラックバー１０の製造工程を示す。

図４に示すように、予め第１歯部２０が形成された第１バー部材１１と、第２バー部材１２の素材とが同軸に配置される。第２バー部材１２の素材の外径は、第１バー部材１１の外径よりも大きくされている。

図示の例では、第１バー部材１１側に配置される第２バー部材１２の軸方向の一方の端部（接合端部）１２ａは、例えば切削加工などにより、この接合端部１２ａと対向して配置される第１バー部材１１の軸方向の一方の端部（接合端部）１１ａと同一形状、すなわち同一の内径及び外径を有する環状に予め形成されている。なお、第１バー部材１１が中実材からなる場合には、第２バー部材１２の接合端部１２ａは、第１バー部材の接合端部１１ａと同一形状、すなわち同一の外径を有する柱状に予め形成される。

図５に示すように、第２バー部材１２が第１バー部材１１に向けて移動され、第１バー部材１１の接合端部１１ａ及び第２バー部材１２の接合端部１２ａそれぞれの端面が互いに突き合わされる。そして、第１バー部材１１が中心軸まわりに回転される。

互いに突き合わされた第１バー部材１１の接合端部１１ａ及び第２バー部材１２の接合端部１２ａそれぞれの端面の相対回転による摩擦熱により接合端部１１ａ及び接合端部１２ａの金属組織に変化が生じ、さらに圧力が加えられることにより接合端部１１ａと接合端部１２ａとが圧接される。

以上の摩擦圧接による第１バー部材１１の接合端部１１ａと第２バー部材１２の接合端部１２ａとの接合において、接合端部１２ａが接合端部１１ａと同一形状に予め形成されていることにより、圧接面近傍における接合端部１１ａ及び接合端部１２ａそれぞれの塑性流動が略等しくなり、接合端部１１ａと接合端部１２ａとの接合がより確実なものとなる。

第１バー部材１１と第２バー部材１２とが接合された状態で、第２バー部材１２には、例えば製造装置の組み付け誤差や摩擦圧接時の圧接面における圧力分布などに起因して、第１バー部材１１に対する芯ズレや倒れが生じている場合がある。

そこで、図６に示すように、外径切削加工によって第２バー部材１２は第１バー部材１１と同軸に矯正される。図示の例では、軸方向の全長に亘って第２バー部材１２に外径切削加工が施され、第２バー部材１２は、軸方向の全長に亘って第１バー部材１１と同軸且つ同一の外径に形成されているが、第１バー部材１１と異なる外径に形成されてもよく、また、後工程で第２歯部２１が形成される所定部位を含む軸方向の一部のみに外径切削加工が施され、第２歯部２１が形成される所定部位を含む軸方向の一部のみが第１バー部材１１と同軸に形成されてもよい。

そして、図７に示すように、ブローチ盤などを用いた歯切り加工によって第２バー部材１２の所定部位に第２歯部２１を構成する複数のラック歯が形成され、必要に応じて、焼入などの熱処理が第２歯部２１に施される。なお、外径切削加工と歯切り加工との間に、例えば研磨加工などの表面の仕上げ加工が第２バー部材１２に施されてもよい。

以上により製造されるラックバー１０では、図６に示した外形切削加工によって第２バー部材１２が第１バー部材１１と同軸に形成されるので、ラックバー１０の真直度が高められている。

さらに、図６に示した外径切削加工により、第２バー部材１２の素材の表層に残留していた内部応力が除去される。

第２バー部材１２の素材である中実材は、一般に引き抜き加工によって製造され、この種の中実材の表層側には引張の内部応力が残留し、深層側には圧縮の内部応力が残留しており、引張の内部応力は表層ほど大きく、圧縮の内部応力は深層ほど大きく、表層と深層との間の中間層に残留している引張又は圧縮の内部応力は表層や深層の内部応力に比べて小さい。

外径切削加工が施された第２バー部材１２においては、素材の表層が除去されており、内部応力が表層に比べて小さい素材の中間層が露出されている。この中間層に第２歯部２１を構成するラック歯が形成されることにより、歯切り加工や熱処理によって内部応力が解放されたとしても、内部応力の解放に伴う第２バー部材１２の変形が抑制される。

内部応力の解放に伴う第２バー部材１２の変形としては、図８に示すように、中心軸まわりの捩じれを例示することができ、第２バー部材１２に捩じれが生じると、第２歯部２１のラック歯のピッチが変化してピニオンとの噛み合わせが悪化し、伝達効率が低下する虞がある。外径切削加工により第２バー部材１２の素材の表層に残留していた内部応力を除去することは、伝達効率の低下を招く第２バー部材１２の捩じれの抑制に特に有効である。

第２バー部材１２の素材の外径切削加工での削り代は、第１バー部材１１に対する第２バー部材１２の芯ズレや倒れ、そして、第２バー部材１２の素材に残留する内部応力の分布などを考慮して適宜設定されるが、直径で１ｍｍ以上２ｍｍ以下が好適である。

このように、第１バー部材１１に接合された第２バー部材１２を外径切削加工によって第１バー部材１１と同軸に形成し、その後に、第２バー部材１２の外径切削加工部分に第２歯部２１を構成する複数のラック歯を形成することにより、ラックバー１０の真直度を高め、第２バー部材１２の変形を抑制し、ラックバー１０の形状精度を高めることができる。

なお、上述した例では、第２バー部材１２に形成される動力伝達部が複数のラック歯からなる第２歯部２１であるものとして説明したが、動力伝達部は歯部に限られず、例えばボールネジのネジ溝であってもよい。

また、上述した例では、第２バー部材１２が第１バー部材１１より大径な中実材からなるものとして説明したが、図９に示すように第２バー部材１２は第１バー部材１１より大径な中空材からなってもよい。

第２バー部材１２が中空材からなる場合にも、上述したラックバー１０の製造方法と同様に、第１バー部材１１に接合された第２バー部材１２の軸方向の少なくとも一部を外径切削加工によって第１バー部材１１と同軸に形成し、第２バー部材１２の外径切削加工部分にラック歯やネジ溝などからなる動力伝達部を形成し、ラックバーを製造することができる。

１ ステアリング装置
２ ラックハウジング
３ タイロッド
４ ステアリングギヤボックス
５ 入力軸
６ 補助ギヤボックス
７ モータ
１０ ラックバー
１１ 第１バー部材
１１ａ 接合端部
１２ 第２バー部材
１２ａ 接合端部
２０ 第１歯部
２１ 第２歯部（動力伝達部）

Claims (4)

1. 複数のラック歯からなる歯部が軸方向の一部に形成された第１バー部材の軸方向の一方の端部に、前記第１バー部材より大径な第２バー部材の軸方向の一方の端部を接合し、
   前記第１バー部材に接合された前記第２バー部材の軸方向の少なくとも一部を外径切削加工によって前記第１バー部材と同軸に形成し、
   前記第２バー部材の外径切削加工部分に動力伝達部を形成するラックバーの製造方法。
2. 請求項１記載のラックバーの製造方法であって、
   前記第２バー部材に形成された前記動力伝達部を熱処理するラックバーの製造方法。
3. 請求項１又は２記載のラックバーの製造方法であって、
   前記第１バー部材の中心軸まわりに前記第１バー部材と前記第２バー部材とを相対回転させる摩擦圧接によって前記第２バー部材を前記第１バー部材に接合するラックバーの製造方法。
4. 請求項３記載のラックバーの製造方法であって、
   前記第２バー部材の接合端部を前記第１バー部材の接合端部と同一形状に予め加工した状態で前記第２バー部材を前記第１バー部材に摩擦圧接するラックバーの製造方法。

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