JPH08155574A - ラック軸製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ラック軸製造方法において、装置を小型化す
るとともに、加工効率を上げ、しかも転造ラック歯の形
状精度を向上すること。 【構成】 側面にラック歯１２を有するラック軸１０を
製造するラック軸製造方法において、周面にラック歯形
を形成した転造ロール２７を回転自在に保持するととも
に、該転造ロール２７の径方向の両側にラック軸素材１
１、１１を対向して保持し、それらのラック軸素材１
１、１１と前記転造ロール２７とを該転造ロール２７の
接線方向に相対的に摺動させ、各ラック軸素材１１の摺
動方向は互いに逆方向で、かつ所定摺動行程毎に前記転
造ロール２７と前記ラック軸素材１１の軸間距離を狭め
て前記ラック軸素材１１にラック歯１２を転造するも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はラック軸素材の側面にラ
ック歯を転造するラック軸製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車のステアリング機構等で
用いられるラック軸は、丸棒の周面の一部を平坦にし
て、ここにラック歯を形成したものである。

【０００３】ラック軸素材に塑性加工によってラック歯
を成形する方法として、特公昭58-31257号に、素材のラ
ック歯形成部分を、ラック歯形を設けた上型で、該素材
の軸線に対し垂直方向に加圧する方法が示されている。

【０００４】また、特公平3-5892号公報には、歯列形成
部を平面部とした中空パイプからなるラック軸素材の該
平面部に、ラック歯に対応する凹凸面を形成した成形型
を当てがい、該中空パイプ内にポンチを圧入することに
より、前記平面部の肉を前記成形型の凹凸面内に喰込ま
せて歯列を形成させる方法が示されている。

【０００５】然しながら、このような従来技術はいずれ
も中空パイプの側面に予め平面部を成形する工程があ
り、また大きな加工力（加圧力）を必要とし、このため
形成されるラック歯の周囲にバリができ易い。

【０００６】そこで、本出願人は、特願平5-299091号に
より、比較的小さな力でラック歯を成形でき、バリの発
生も少ないラック軸の製造方法を提案した。この先願技
術は、「側面にラック歯を有するラック軸を製造するに
際し、中空パイプ状のラック軸素材をその内部に心金を
挿入した状態で保持するとともに、周面にラック歯形を
形成した転造ロールを前記ラック軸素材に沿わせて回転
自在に保持し、前記ラック軸素材と前記転造ロールとを
該転造ロールの接線方向に相対的に摺動させて該ラック
軸素材にラック歯を転造する」ようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述した
先願技術には、下記、の問題点がある。 転造ロールの１摺動行程あたりの転造深さを大きくす
るためには、転造ロールのロール軸の曲げ剛性を確保す
るため、転造ロール径を大きくする方が良い。然しなが
ら、転造ロール径を大きくする場合には、装置が大型化
するばかりか、転造ロールと被加工面との接触面積が多
くなって転造圧力が小となり、転造ロールの１摺動行程
あたりの被加工部の盛り上がりが少なくなって加工時間
が長くなる。

【０００８】上記の不都合を解消するために、転造
ロール径を小さくすると、転造圧力により転造ロールの
ロール軸が曲がり、転造ラック歯の形状精度が落ちる。

【０００９】本発明は、ラック軸製造方法において、装
置を小型化するとともに、加工効率を上げ、しかも転造
ラック歯の形状精度を向上することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、側面にラック歯を有するラック軸を製造するラック
軸製造方法において、周面にラック歯形を形成した転造
ロールを回転自在に保持するとともに、該転造ロールの
径方向の両側にラック軸素材を対向して保持し、それら
のラック軸素材と前記転造ロールとを該転造ロールの接
線方向に相対的に摺動させ、各ラック軸素材の摺動方向
は互いに逆方向で、かつ所定摺動行程毎に前記転造ロー
ルと前記ラック軸素材の軸間距離を狭めて前記ラック軸
素材にラック歯を転造するものである。

【００１１】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の本発明において更に、前記両ラック軸素材を、前記
転造ロールの軸線方向に対し、互いに同一角度反対方向
に傾けて対向させ、それらのラック軸素材と前記転造ロ
ールとを該転造ロールの接線方向に相対的に摺動させる
ようにしたものである。

【００１２】

【作用】 ラック軸素材を転造ロールの径方向の両側に対向さ
せ、各ラック軸素材をそれぞれ反対方向に摺動させるこ
とにより、両ラック軸素材が転造ロールに及ぼす圧接力
はそのロール軸心を通る点対称上にあって互いに相殺さ
れる。このため、転造ロールのロール軸の曲げ剛性を確
保するために転造ロール径を大きくする如くが不要とな
り、装置を小型にできる。

【００１３】上記により、転造ロール径を小さくし
ても、転造ロールのロール軸が曲がりにくく、結果とし
て、転造ラック歯の加工精度を落とさず、転造圧力を大
きくできる。

【００１４】上記により、転造ロール径を小さくで
きるから、転造ロールと被加工面との接触面積が減少す
ることとなり、単位面積あたりの圧接力が増加し、結果
として転造ロールの１摺動行程あたりの被加工部の盛り
上がりを増加し、加工時間を短縮できる。

【００１５】同時に２本のラック軸を成形できるの
で、加工能力は２倍になる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明が適用されるラック軸製造装置
の一例を示す正面図、図２は図１の素材クランプ装置ま
わり断面を示す模式図、図３は図１の転造ロールまわり
断面を示す模式図、図４は心金を示す模式図、図５は転
造ロールに対するラック軸素材の加工位置関係を示す模
式図、図６はラック軸を示す斜視図である。

【００１７】ラック軸１０は、図６に示す如く、中空の
丸パイプからなるラック軸素材１１の周面の一部である
平坦状側面に、その軸方向に交差する多数のラック歯１
２を有するものである。

【００１８】ラック軸製造装置２０は、架台２１と、素
材クランプ装置２２と、素材移動装置２３と、転造深さ
調整装置２４とを有し、ラック軸素材１１に心金２６を
挿入した状態で、ラック軸素材１１と転造ロール２７と
を該転造ロール２７の接線方向に相対的に摺動させてラ
ック軸素材１１にラック歯１２を転造するものである。

【００１９】以下、架台２１、素材クランプ装置２２、
素材移動装置２３、転造深さ調整装置２４について説明
する。 (A) 架台２１（図１、図３） 架台２１は前後の側板２１Ａ、２１Ｂに、転造ロール２
７のロール軸両端部を不図示の軸受を介して回転自在に
支持している。

【００２０】(B) 素材クランプ装置２２（図１、図２） 素材クランプ装置２２は、転造ロール２７の径方向の両
側に、転造ロール２７のロール軸心を通る点対称上に配
置される左右のクランプホルダ３１、３２を有する。左
右のクランプホルダ３１、３２はそれぞれ、図２に示す
如く、凹所３３を有し、それら凹所３３のそれぞれに上
下に２分割されたクランプ部材３４、３５を配置し、ク
ランプ部材３４、３５の間にラック軸素材１１を保持す
る。

【００２１】左右のクランプホルダ３１、３２のそれぞ
れにおいて、上下のクランプ部材３４、３５の互いに対
向する面には、ラック軸素材１１のパイプ外周面と略同
形をなす上下の素材クランプ面３４Ａ、３５Ａが形成さ
れる。そして、上下のクランプ部材３４、３５が僅かの
隙間を介して位置するとき、それらの素材クランプ面３
４Ａ、３５Ａによりラック軸素材１１を締付け保持す
る。これにより、左右のクランプホルダ３１、３２のそ
れぞれの上に保持される左右のラック軸素材１１、１１
は、互いに、転造ロール２７のロール軸心を通る径方向
の両側の点対称上に対向して保持されるものとなる。

【００２２】尚、素材クランプ装置２２は、下クランプ
部材３５の下面を凹所３３の水平底面３３Ａに載置し、
上クランプ部材３４の上面と凹所３３の傾斜天面３３Ｂ
との間にくさび３６を差し込んでいる。素材クランプ装
置２２は、くさび３６をねじ３７により押し込むことに
より、上下のクランプ部材３４、３５を互いに押付け
て、ラック軸素材１１を前述の素材クランプ面３４Ａ、
３５Ａの間で強固に締付けるものとする。

【００２３】また、ラック軸製造装置２０は、左右のク
ランプホルダ３１、３２のそれぞれに対応して架台２１
の側板２１Ａ、２１Ｂのそれぞれに設けられている素材
挿入孔３８、３９からラック軸素材１１を挿入し、この
ラック軸素材１１を上下のクランプ部材３４、３５の間
の素材挿入位置に導入する。

【００２４】(C) 素材移動装置２３（図１） 素材移動装置２３は、前述した左右のクランプホルダ３
１、３２のそれぞれに左右の連結軸４１、４２のそれぞ
れを連結している。連結軸４１、４２は架台２１に設け
たガイド孔２１Ｃ、２１Ｄにガイドされて上下動でき
る。連結軸４１、４２とクランプホルダ３１、３２と
は、連結軸４１、４２の端部に設けてあるフランジ４１
Ａ、４２Ａをクランプホルダ３１、３２に設けてあるガ
イド溝３１Ａ、３２Ａに係合させることにて、連結軸４
１、４２の軸方向には一体化し、軸直角方向には相対移
動できるようになっている。

【００２５】素材移動装置２３は、架台２１の支持ブラ
ケット２１Ｅに素材往復動シリンダ４３を設け、この素
材往復動シリンダ４３のロッドに左連結軸４１を連結し
てある。そして、左右の連結軸４１、４２のそれぞれに
設けたラック４１Ａ、４２Ａの間には、左右の同一歯数
のピニオン４４、４５及び中間ピニオン４６が介装さ
れ、左連結軸４１と右連結軸４２とが互いに同期し、逆
方向に移動できるようになっている。ピニオン４４〜４
６は、架台２１の歯車支持台２１Ｆに支持されている。

【００２６】これにより、素材移動装置２３は、素材往
復動シリンダ４３が左連結軸４１を下動（図１の矢印）
させると、右連結軸４２がこれに同期して上動（図１の
矢印）し、結果として、左右のクランプホルダ３１、３
２のそれぞれの上に保持されている左右のラック軸素材
１１、１１は転造ロール２７の径方向の両面に圧接しな
がら逆方向に移動し、各ラック軸素材１１が転造ロール
２７の接線方向に相対的に摺動するものとなる。このと
き、転造ロール２７は反時計方向（図１の矢印）に回転
する。尚、左右のラック軸素材１１、１１の摺動方向
は、上述のように互いに逆方向となる（左連結軸４１が
上動すれば右連結軸４２が下動し、転造ロール２７は時
計方向に回転する）。

【００２７】(D) 転造深さ調整装置２４（図１） 転造深さ調整装置２４は、架台２１の左右の側板２１
Ｇ、２１Ｈに左右のねじ軸５１、５２を回転自在に支持
し、これらのねじ軸５１、５２をモータ５３、５４によ
り駆動可能としている。また、左右のねじ軸５１、５２
のそれぞれには左右の横移動台５５、５６のそれぞれが
支持されている。左横移動台５５は左クランプホルダ３
１を左右方向（転造深さ方向（図１の矢印））には一体
に保持し、上下方向（左連結軸４１の軸方向）には相対
移動可能に支持している。右横移動台５６は右クランプ
ホルダ３２を左右方向（転造深さ方向（図１の矢印））
には一体に保持し、上下方向（右連結軸４２の軸方向）
には相対移動可能に支持している。左横移動台５５と左
クランプホルダ３１、右横移動台５６と右クランプホル
ダ３２はそれぞれ係合溝と突起との係合を介して、上述
の位置方向にのみ移動自在に結合されている。

【００２８】転造深さ調整装置２４は、前記素材往復動
シリンダ４３の運動周期をモータ５３、５４の制御に取
り込み、素材移動装置２３による左右のラック軸素材１
１、１１の往復動の一行程毎に、左右のねじ軸５１、５
２を所定角度回転し、左右の横移動台５５、５６を転造
ロール２７の側へと一定量ずつ前進させる。左右の横移
動台５５、５６の前進動は、転造ロール２７に対する左
右のクランプホルダ３１、３２の上下動に同期し、転造
ロール２７に対する左右のラック軸素材１１の各摺動行
程毎に、左右のラック軸素材１１と転造ロール２７との
軸間距離を狭めるものとなり、左右のラック軸素材１１
に加工されるラック歯１２の歯の深さを徐々に深くする
ものとなる。

【００２９】尚、ラック軸製造装置２０にあっては、心
金２６として、図４に示す如く、その横断面形状が、ラ
ック軸素材１１のラック歯形成予定部に対し、空隙を介
して離隔する加工支持面９０を備え、かつこの加工支持
面９０が中高状をなすものを用いることとしている。こ
のとき、加工支持面９０は、中央の平坦面９１と、両側
のテーパ面９２、９２とによって中高状をなすものが好
ましい。

【００３０】また、ラック軸製造装置２０にあっては、
左右のラック軸素材１１、１１を、図５に示す如く、転
造ロール２７の軸線方向に対し、互いに同一角度反対方
向に傾けて対向させ、それらのラック軸素材１１、１１
と転造ロール２７とを該転造ロール２７の接線方向に相
対的に摺動させることができる。これによれば、ラック
軸１０は、ラック軸素材１１の軸線方向に対し傾斜した
ラック歯１２を付与されるものとなる。但し、左右のラ
ック軸素材１１、１１を転造ロール２７の軸線方向に対
し平行配置するものとすれば、ラック軸１０はラック軸
素材１１の軸線方向に対し直角をなすラック歯１２を付
与されるものとなる。

【００３１】以下、ラック軸製造装置２０によるラック
軸１０の製造手順について説明する。 (1) 心金２６をラック軸素材１１に挿入する。

【００３２】(2) ラック軸素材１１を左右のクランプホ
ルダ３１、３２それぞれにおいて、それらのクランプ部
材３４、３５の間の素材挿入位置に位置付ける。

【００３３】(3) 素材クランプ装置２２により、上記
(2) の左右のラック軸素材１１、１１を左右のクランプ
ホルダ３１、３２の上に締付け保持する。左右のラック
軸素材１１、１１は、転造ロール２７のロール軸心を通
る径方向の両側の点対称上に対向して保持されるものと
なる。

【００３４】(4) 転造深さ調整装置２４により、左右の
横移動台５５、５６を転造ロール２７に対する適宜の前
進位置に設定し、ついで、素材移動装置２３により、左
右のクランプホルダ３１、３２を上下動させる。これに
より、左右のクランプホルダ３１、３２の上に締付け保
持されている左右のラック軸素材１１、１１は、心金２
６の加工支持面９０により背面支持される状態で、転造
ロール２７の外周部に食い込んで摺動し、浅いラック歯
１２が冷間加工により転造される。このとき、左右のラ
ック軸素材１１、１１は、転造ロール２７のロール軸心
を通る点対称位置関係を保ちながら、転造ロール２７の
外周上を互いに反対方向に摺動する。

【００３５】(5) 以後、転造ロール２７に対する左右の
ラック軸素材１１、１１の上記(4)の摺動行程毎に、転
造深さ調整装置２４により左右の横移動台５５、５６を
一定量ずつ前進させてラック軸素材１１、１１と転造ロ
ール２７との軸間距離を狭め、ラック歯１２の歯の深さ
を徐々に増していき、最終的に所定深さのラック歯１２
を形成する。

【００３６】以下、本実施例の作用について説明する。 ラック軸素材１１を転造ロール２７の径方向の両側に
対向させ、各ラック軸素材１１をそれぞれ反対方向に摺
動させることにより、両ラック軸素材１１、１１が転造
ロール２７に及ぼす圧接力はそのロール軸心を通る点対
称上にあって互いに相殺される。このため、転造ロール
２７のロール軸の曲げ剛性を確保するために転造ロール
径を大きくする如くが不要となり、装置２０を小型にで
きる。

【００３７】上記により、転造ロール径を小さくし
ても、転造ロール２７のロール軸が曲がりにくく、結果
として、転造ラック歯１２の加工精度を落とさず、転造
圧力を大きくできる。

【００３８】上記により、転造ロール径を小さくで
きるから、転造ロール２７と被加工面との接触面積が減
少することとなり、単位面積あたりの圧接力が増加し、
結果として転造ロール２７の１摺動行程あたりの被加工
部の盛り上がりを増加し、加工時間を短縮できる。

【００３９】同時に２本のラック軸１０を成形できる
ので、加工能力は２倍になる。尚、ラック軸製造装置２
０にあっては、ラック軸素材１１の内部に挿入される心
金２６の横断面形状が、ラック軸素材１１のラック歯形
成予定部に対し空隙を介して離隔する加工支持面９０を
備え、かつこの加工支持面９０が中高状をなすものであ
るから（図４（Ａ））、ラック軸素材１１のラック歯１
２が形成される平坦変形部と周面部との境界部内面に心
金２６が及ぼす変形抵抗は小（ラック軸素材１１の上記
境界部内面と心金２６の加工支持面９０両端との間に隙
間１０１を生じるため）となり、ラック軸素材１１の平
坦変形部は転造ロール２７の加圧力によりスムースに平
坦状に変形でき、ラック軸素材１１のラック歯形成部に
へこみ変形を生ずることがない（図４（Ｂ））。このた
め、ラック歯１２の歯の深さは歯幅方向に均一となる。

【００４０】以上、本発明の実施例を図面により詳述し
たが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があっても本発明に含まれる。例えば、転造深さ調
整装置は、ラック軸素材の往復動の半行程毎、或いは複
行程毎（所定摺動行程毎）に、転造ロールとラック軸素
材の軸間距離を狭めるものであっても良い。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ラック軸
製造方法において、装置を小型化するとともに、加工効
率を上げ、しかも転造ラック歯の形状精度を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明が適用されるラック軸製造装置の
一例を示す正面図である。

【図２】図２は図１の素材クランプ装置まわり断面を示
す模式図である。

【図３】図３は図１の転造ロールまわり断面を示す模式
図である。

【図４】図４は心金を示す模式図である。

【図５】図５は転造ロールに対するラック軸素材の加工
位置関係を示す模式図である。

【図６】図６はラック軸を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ ラック軸 １１ ラック軸素材 １２ ラック歯 ２０ ラック軸製造装置 ２１ 架台 ２２ 素材クランプ装置 ２３ 素材移動装置 ２４ 転造深さ調整装置 ２６ 心金 ２７ 転造ロール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側面にラック歯を有するラック軸を製造
   するラック軸製造方法において、 周面にラック歯形を形成した転造ロールを回転自在に保
   持するとともに、該転造ロールの径方向の両側にラック
   軸素材を対向して保持し、それらのラック軸素材と前記
   転造ロールとを該転造ロールの接線方向に相対的に摺動
   させ、各ラック軸素材の摺動方向は互いに逆方向で、か
   つ所定摺動行程毎に前記転造ロールと前記ラック軸素材
   の軸間距離を狭めて前記ラック軸素材にラック歯を転造
   することを特徴とするラック軸製造方法。
2. 【請求項２】 前記両ラック軸素材を、前記転造ロール
   の軸線方向に対し、互いに同一角度反対方向に傾けて対
   向させ、それらのラック軸素材と前記転造ロールとを該
   転造ロールの接線方向に相対的に摺動させる請求項１に
   記載のラック軸製造方法。