JP7086729B2 - Manufacturing method of rack bar preformed body and rack bar - Google Patents
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Description
本発明は、ラックバー予備成形体及びラックバーの製造方法に関する。 The present invention relates to a rack bar preformed body and a method for manufacturing a rack bar.
自動車のラックアンドピニオン式ステアリング装置等に用いられるラックバーは、一般に焼入れされており、焼入れに伴う変形を抑制する観点から、拘束された状態で焼入れされている(例えば特許文献1、2参照)。特許文献2に記載されたラックバーの製造方法は、ラックバーにトルクを掛けた状態で焼入れを行うことにより、焼入れに伴う捩れ方向の変形を抑制している。
Rack bars used in rack and pinion type steering devices of automobiles are generally quenched, and are quenched in a restrained state from the viewpoint of suppressing deformation due to quenching (see, for example,
ラックバーの捩れ方向の変形は、ラックとピニオンとの噛み合わせの悪化、伝達効率の低下の要因となり得る。特に、二つのラック部を備え、一方のラック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、他方のラック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では、ラックバーの捩れ方向の変形が、二つのラック部の間の中心軸まわりの回転角度差の精度を低下させ、噛み合わせの悪化等が懸念される。特許文献2に記載されたラックバーの製造方法は、焼入れを行う際にラックバーにトルクを掛けて捩れ方向の変形を抑制しており、トルクを掛ける追加の設備を要する。 Deformation in the twisting direction of the rack bar may cause deterioration of the meshing between the rack and the pinion and a decrease in transmission efficiency. In particular, in a dual pinion type rack bar that has two rack parts, one rack part meshes with the steering pinion of the steering shaft, and the other rack part meshes with the auxiliary pinion of the assist mechanism, the rack bar is in the twisting direction. Deformation reduces the accuracy of the difference in rotation angle around the central axis between the two rack portions, and there is concern that the meshing may deteriorate. The method for manufacturing a rack bar described in Patent Document 2 applies torque to the rack bar during quenching to suppress deformation in the twisting direction, and requires additional equipment for applying torque.
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、ラックバーの捩れを容易に軽減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to easily reduce the twist of the rack bar.
本発明の一態様のラックバー予備成形体は、未焼入れのラックバー予備成形体であって、軸材の軸方向に並ぶ複数のラック歯を備え、前記複数のラック歯のピッチ面は、前記軸材の中心軸周りに捩れている。 The rack bar preformed body according to one aspect of the present invention is an unquenched rack bar preformed body, comprising a plurality of rack teeth arranged in the axial direction of the shaft material, and the pitch surfaces of the plurality of rack teeth are the above-mentioned. It is twisted around the central axis of the shaft material.
また、本発明の一態様のラックバーの製造方法は、軸材の軸方向に並ぶ複数のラック歯のピッチ面が前記軸材の中心軸周りに捩れるように、前記複数のラック歯を前記軸材に形成する歯形成ステップと、前記複数のラック歯が形成された前記軸材を焼入れし、前記ピッチ面を焼入れによって捩り戻す焼入れステップと、を備える。 Further, in the method for manufacturing a rack bar according to one aspect of the present invention, the plurality of rack teeth are twisted around the central axis of the shaft material so that the pitch surfaces of the plurality of rack teeth arranged in the axial direction of the shaft material are twisted. A tooth forming step formed on the shaft material and a quenching step of quenching the shaft material on which the plurality of rack teeth are formed and twisting back the pitch surface by quenching are provided.
本発明によれば、ラックバーの捩れを容易に軽減することができる。 According to the present invention, the twist of the rack bar can be easily reduced.
図1及び図2は、本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの一例を示し、図3は、図1及び図2のラックバーの予備成形体を示す。 1 and 2 show an example of a rack bar for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a preformed body of the rack bar of FIGS. 1 and 2.
図1及び図2に示すラックバー10は、円筒形状の中空の軸材11からなり、軸材11は、例えば鋼等の金属材料によって形成されている。軸材11の一方の端部11a側には、ステアリング装置のピニオンと噛み合う複数のラック歯13を有するラック部12が設けられており、軸材11の他方の端部11b側には、ステアリング装置のハウジングに移動可能に支持される円筒形状の軸部14が設けられている。
The
ラック部12には、軸材11の軸方向に延びる平潰し部15が形成されている。そして、複数のラック歯13は、軸材11の軸方向に並んで平潰し部15の外面に形成されている。複数のラック歯13のピッチ面PSは軸材11の中心軸と平行な平面である。ここで、ピッチ面PSは、ピニオンのピッチ円と転がり接触する面である。
The
本例では、ラック歯13の歯すじTTが軸材11の軸方向と垂直な方向に対して傾いており、ラック歯13のピッチp1が一定となっている。ここで、歯すじTTは、ラック歯13の歯面とピッチ面PSとの交線である。なお、ラック歯13の歯すじは、軸材11の軸方向と垂直であってもよく、ラック歯13のピッチは、例えばラック部12の軸方向中央部において相対的に狭く、ラック部12の軸方向両端部において相対的に広くなるように変化していてもよい。
In this example, the tooth streak TT of the
ステアリング装置のピニオンと噛み合うラック部12の硬度を高め、ステアリング装置のハウジングに支持される軸部14の硬度を高めるため、ラック部12及び軸部14には焼入れが施されている。
The
図3に示すラックバー予備成形体16は、ラック部12及び軸部14に焼入れが施されていない未焼入れのラックバー10と言うことができ、ラックバー10と同様に構成されている。ただし、予備成形体16において、複数のラック歯13のピッチ面PSは軸材11の中心軸周りに捩れている。ラック歯13の歯すじTTが軸材11の軸方向と垂直な方向に対して傾いている本例では、予備成形体16におけるピッチ面PSは、ラック歯13のピッチを広げる(p1<p2)A方向に捩れている。
The rack bar preformed
本例では、予備成形体16における複数のラック歯13の歯先面13aは、軸材11の軸方向と平行な同一平面上に配置されており、複数のラック歯13の歯底面13bもまた、軸材11の軸方向と平行な同一平面上に配置されている。
In this example, the
図4及び図5を参照して、ラックバー10の製造方法を説明する。
A method for manufacturing the
<予備成形ステップ>
まず、図4に示すように、軸材11の端部11a側の一部が、プレス加工で平坦状に押し潰され、軸材11の軸方向に延びる平潰し部15が形成される。この後、必要に応じて、軸材11の表面にリン酸塩皮膜を形成する化成処理が施され、平潰し部15に複数のラック歯13が形成される。
<Pre-molding step>
First, as shown in FIG. 4, a part of the
<歯形成ステップ>
図5に示すように、平潰し部15を含む軸材11の軸方向の少なくとも一部が金型20によって保持される。金型20は上型21と下型22とを備える。上型21と下型22とは、図示しない型締め機構により開閉され、軸材11を上下方向に挟み、軸材11の外周を保持する。上型21にはラック歯型23が取外し可能に装着されており、ラック歯型23は平潰し部15の外面に当接した状態で固定される。平潰し部15に接するラック歯型23の成形面24には、複数のラック歯13を成形する複数の歯溝25が設けられている。
<Tooth formation step>
As shown in FIG. 5, at least a part of the
ラック歯型23が平潰し部15の外面に当接した状態で、芯金30が、軸材11の端部11a側の開口を通して軸材11に挿入され、押棒31によって平潰し部15の内部に圧入される。そして、圧入された芯金30は、軸材11の端部11b側の開口から挿入される押棒32によって押し戻され、軸材11から排出される。芯金30が平潰し部15の全長に亘って往復移動される過程で、平潰し部15の材料が芯金30によってしごかれ、ラック歯型23に向けて塑性流動する。
The
芯金30が次第に大きなものに替えられ、芯金30の圧入が繰り返されることにより、平潰し部15の材料がラック歯型23の歯溝25に次第に食い込み、ラック歯型23の成形面24の形状が平潰し部15に転写され、平潰し部15に複数のラック歯13が形成される。以上のステップを経て予備成形体16が製造される。
The
<焼入れステップ>
次に、ラック部12の硬度を高め、軸部14の硬度を高めるため、ラック部12と軸部14とに焼入れが施される。なお、ラック部12及び軸部14を含む予備成形体16の全体に焼入れが施されてもよい。焼入れの際の加熱は、例えば高周波誘導加熱によって行うことができるが、高周波誘導加熱に限定されない。
<Quenching step>
Next, in order to increase the hardness of the
焼入れに伴ってラック部12に捩れ方向の変形が生じる。変形の要因として、焼入れの際のラック歯における熱分布が考えられる。熱分布に起因する捩れは一定の方向に生じる。また、変形の他の要因として、焼入れの際の変態応力が考えられる。変態応力に起因する捩れはラック歯13の形状によって定まり、ラック歯13の歯すじTTが軸材11の軸方向と垂直な方向に対して斜めに設定されている場合に、ラック歯13のピッチを狭める方向に生じる。
With quenching, the
ここで、予備成形体16におけるピッチ面PSはラック歯13のピッチを広げるA方向(図3参照)に捩れている。予備成形体16の焼入れに伴い、ラック歯13のピッチを狭める方向(A方向とは反対方向)にラック部12が捩れることにより、ピッチ面PSが軸材11の軸方向に平行な平面に捩り戻される。焼入れに伴ってラック部12に生じる捩れ方向の変形量(捩れ角)と、この変形量を相殺する予備成形体16におけるピッチ面PSの捩れ角とは、例えば標準的な長さのラック部12において0.05°~0.1°程度であり、実験的に求められる。
Here, the pitch surface PS in the preformed
このように、未焼入れの予備成形体16においては、複数のラック歯13のピッチ面PSが軸材11の中心軸周りに捩れており、予備成形体16の焼入れに伴ってピッチ面PSは平面状に捩り戻されるので、予備成形体16が焼入れされてなるラックバー10の捩れを容易に軽減することができる。
As described above, in the unquenched
図6は、ラックバー10の製造に用いられるラック歯型23の一例を示す。
FIG. 6 shows an example of a
ラック歯型23の複数の歯溝25に円柱状のピン26をそれぞれ配置した場合に、歯溝25の側面とピン26との接線TLは、複数の歯溝25の並び方向の一端側から他端側に向かうに従って次第に傾いている。ラック歯13は歯溝25によって成形され、歯溝25の側面とピン26との接線TLはラック歯13の歯すじTTに対応する。歯溝25の側面とピン26との接線TLが次第に傾いていることから、成形されたラック歯13の歯すじTTも次第に傾く。これにより、予備成形体16において、複数のラック歯13の歯すじTTが配置されるピッチ面PSは、軸材11の中心軸まわりに捩れたものとなる。
When the
各歯溝25の底面25aは、この歯溝25に配置されるピン26の中心軸と平行に形成することができ、この場合に、複数の底面25aは、複数の歯溝25の並び方向の一端側から他端側に向かうに従って次第に傾くが、好ましくは、複数の底面25aは同一平面上に形成される。これにより、ラック歯型23の製造が容易となる。複数の底面25aが同一平面上に形成される場合に、予備成形体16における複数のラック歯13の歯先面13aが、軸材11の軸方向と平行な同一平面上に配置される。
The
また、隣り合う二つの歯溝25の間の凸部の頂面25bは、一方の歯溝25に配置されるピン26の中心軸と平行に形成することができ、この場合に、複数の頂面25bは、複数の歯溝25の並び方向の一端側から他端側に向かうに従って次第に傾くが、好ましくは、複数の頂面25bは同一平面上に形成される。これにより、ラック歯型23の製造が容易となる。複数の頂面25bが同一平面上に形成される場合に、予備成形体16における複数のラック歯13の歯底面13bが、軸材11の軸方向と平行な同一平面上に配置される。
Further, the
図7及び図8は、本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの他の例を示し、図9は、図7及び図8のラックバーの予備成形体を示す。なお、上述したラックバー10及び予備成形体16と共通する要素には対応する符号を付し、説明を省略又は簡略する。
7 and 8 show other examples of rack bars for explaining embodiments of the present invention, and FIG. 9 shows preformed bodies of the rack bars of FIGS. 7 and 8. The elements common to the
図7及び図8に示すラックバー110では、軸材111は円柱形状の中軸の軸材であり、軸材111の一方の端部111a側には、複数のラック歯113を有するラック部112が設けられており、軸材111の他方の端部111b側には、円柱形状の軸部114が設けられている。そして、本例では、ラック歯113の歯すじTTは軸材111の軸方向と垂直である。
In the
図9に示すラックバーの予備成形体116は、ラック部112及び軸部114に焼入れが施されていない未焼入れのラックバー110と言うことができ、ラックバー110と同様に構成されている。ただし、予備成形体116において、複数のラック歯113のピッチ面PSは軸材111の中心軸周りに捩れている。
The preformed
予備成形体116は、例えばラック歯型を含む金型を用いた鍛造によって形成され、ラックバー110は、予備成形体116に焼入れが施されて製造される。焼入れに伴ってラック部112には捩れ方向の変形が生じ、変形の要因として、焼入れの際のラック歯における熱分布が考えられる。熱分布に起因する捩れは一定の方向に生じ、捩れ方向は実験的に求められる。予備成形体116におけるピッチ面PSが、ラック歯の熱分布に起因する捩じれ方向とは反対方向に捩れていることにより、焼入れに伴い、ピッチ面PSは軸材111の軸方向に平行な平面に捩り戻される。
The preformed
ここまで、シングルピニオン式のラックバー10,110を例にして本発明を説明したが、本発明は、二つのラック部を備えるデュアルピニオン式のラックバーにも適用可能であり、また、ラックバー10,110の軸部14,114にボールネジ等の他の直動要素が形成されたラックバーにも適用可能である。
Up to this point, the present invention has been described by taking the single pinion type rack bars 10 and 110 as an example, but the present invention can also be applied to a dual pinion type rack bar provided with two rack portions, and the rack bar can also be applied. It can also be applied to a rack bar in which other linear motion elements such as ball screws are formed on the
以上、説明したとおり、本明細書に開示されたラックバー予備成形体は、未焼入れのラックバー予備成形体であって、軸材の軸方向に並ぶ複数のラック歯を備え、前記複数のラック歯のピッチ面が、前記軸材の中心軸周りに捩れている。 As described above, the rack bar pre-molded body disclosed in the present specification is an unquenched rack bar pre-molded body, and includes a plurality of rack teeth arranged in the axial direction of the shaft member, and the plurality of racks. The pitch surface of the tooth is twisted around the central axis of the shaft member.
また、本明細書に開示されたラックバー予備成形体は、前記複数のラック歯の歯先面及び歯底面の少なくとも一方は、前記軸材の中心軸に対して平行な同一平面上に設けられている。 Further, in the rack bar preformed body disclosed in the present specification, at least one of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the plurality of rack teeth is provided on the same plane parallel to the central axis of the shaft member. ing.
また、本明細書に開示されたラックバー予備成形体は、前記複数のラック歯それぞれの歯すじは、前記軸方向と垂直な方向に対して傾いており、前記ピッチ面は、ピッチを広げる方向に捩れている。 Further, in the rack bar preformed body disclosed in the present specification, the tooth streaks of each of the plurality of rack teeth are inclined with respect to the direction perpendicular to the axial direction, and the pitch surface is a direction in which the pitch is widened. Twisted in.
また、本明細書に開示されたラックバー予備成形体は、前記軸材は中空軸材である。 Further, in the rack bar preformed body disclosed in the present specification, the shaft material is a hollow shaft material.
また、本明細書に開示されたラックバーの製造方法は、軸材の軸方向に並ぶ複数のラック歯のピッチ面が前記軸材の中心軸周りに捩れるように、前記複数のラック歯を前記軸材に形成する歯形成ステップと、前記複数のラック歯が形成された前記軸材を焼入れし、前記複数のラック歯のピッチ面を焼入れによって捩り戻す焼入れステップと、を備える。 Further, in the method for manufacturing a rack bar disclosed in the present specification, the plurality of rack teeth are twisted around the central axis of the shaft material so that the pitch surfaces of the plurality of rack teeth arranged in the axial direction of the shaft material are twisted. A tooth forming step formed on the shaft material and a quenching step in which the shaft material on which the plurality of rack teeth are formed are quenched and the pitch surfaces of the plurality of rack teeth are twisted back by quenching are provided.
また、本明細書に開示されたラックバーの製造方法は、前記歯形成ステップでは、前記複数のラック歯の歯先面及び歯底面の少なくとも一方が前記軸材の中心軸に対して平行な同一平面上に設けられるように、前記複数のラック歯を前記軸材に形成する。 Further, in the method for manufacturing a rack bar disclosed in the present specification, in the tooth forming step, at least one of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the plurality of rack teeth is the same parallel to the central axis of the shaft material. The plurality of rack teeth are formed on the shaft member so as to be provided on a flat surface.
また、本明細書に開示されたラックバーの製造方法は、前記歯形成ステップでは、前記ピッチ面がピッチを広げる方向に捩れるように、前記複数のラック歯を前記軸材に形成する。 Further, in the method for manufacturing a rack bar disclosed in the present specification, in the tooth forming step, the plurality of rack teeth are formed on the shaft member so that the pitch surface is twisted in a direction in which the pitch is widened.
また、本明細書に開示されたラックバーの製造方法は、前記軸材は中空軸材である。 Further, in the method for manufacturing a rack bar disclosed in the present specification, the shaft material is a hollow shaft material.
10 ラックバー
11 軸材
11a 軸材の端部
11b 軸材の端部
12 ラック部
13 ラック歯
13a ラック歯の歯先面
13b ラック歯の歯底面
14 軸部
15 平潰し部
16 予備成形体
20 金型
21 上型
22 下型
23 ラック歯型
24 成形面
25 歯溝
25a 歯溝の底面
25b 歯溝の頂面
26 ピン
30 芯金
31 押棒
32 押棒
110 ラックバー
111 軸材
111a 軸材の端部
111b 軸材の端部
112 ラック部
113 ラック歯
114 軸部
116 予備成形体
p1 ピッチ
p2 ピッチ
PS ピッチ面
TL 接線
TT 歯すじ
10
Claims (6)
軸材の軸方向に並ぶ複数のラック歯を備え、
前記複数のラック歯のピッチ面が、前記軸材の中心軸周りに捩れており、
前記複数のラック歯の歯先面及び歯底面の少なくとも一方は、前記軸材の中心軸に対して平行な同一平面上に設けられているラックバー予備成形体。 An unquenched rack bar pre-molded body
Equipped with multiple rack teeth arranged in the axial direction of the shaft material,
The pitch surfaces of the plurality of rack teeth are twisted around the central axis of the shaft member .
A rack bar preformed body in which at least one of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the plurality of rack teeth is provided on the same plane parallel to the central axis of the shaft member.
前記複数のラック歯それぞれの歯すじは、前記軸方向と垂直な方向に対して傾いており、 The tooth streaks of each of the plurality of rack teeth are inclined with respect to the direction perpendicular to the axial direction.
前記ピッチ面は、ピッチを広げる方向に捩れているラックバー予備成形体。 The pitch surface is a rack bar preformed body that is twisted in a direction that widens the pitch.
前記軸材は中空軸材であるラックバー予備成形体。 The shaft material is a rack bar preformed body which is a hollow shaft material.
前記複数のラック歯が形成された前記軸材を焼入れし、前記複数のラック歯のピッチ面を焼入れによって捩り戻す焼入れステップと、 A quenching step of quenching the shaft material on which the plurality of rack teeth are formed and twisting back the pitch surfaces of the plurality of rack teeth by quenching.
を備え、 Equipped with
前記歯形成ステップでは、前記複数のラック歯の歯先面及び歯底面の少なくとも一方が前記軸材の中心軸に対して平行な同一平面上に設けられるように、前記複数のラック歯を前記軸材に形成するラックバーの製造方法。 In the tooth forming step, the plurality of rack teeth are provided on the same plane parallel to the central axis of the shaft member so that at least one of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the plurality of rack teeth is provided on the shaft. A method for manufacturing a rack bar to be formed on a material.
前記歯形成ステップでは、前記ピッチ面がピッチを広げる方向に捩れるように、前記複数のラック歯を前記軸材に形成するラックバーの製造方法。 In the tooth forming step, a method for manufacturing a rack bar in which a plurality of rack teeth are formed on the shaft member so that the pitch surface is twisted in a direction in which the pitch is widened.
前記軸材は中空軸材であるラックバーの製造方法。 A method for manufacturing a rack bar in which the shaft material is a hollow shaft material.
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