(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、鍛造によりブランクを塑性変形させる際には、該ブランクを構成する材料(肉)の流動が生じる。
詳しくは、
図7に示すように、ブランクの被加工部91に歯鍛造部の歯型92が押し付けられると、被加工部91における歯型92の各加工歯93と接触する部位が凹み、その間の部位が二点鎖線で示すように相対的に盛り上がることで、材料が各加工歯93間の隙間Sに入り込む。これにより、歯型92の形状が被加工部91に転写され、ラック歯が成形される。なお、
図7において、材料の流動を太線の矢印で模式的に示す。
【0006】
ここで、被加工部91における第1軸部側の端部では、各加工歯93が押し付けられた際に、材料の一部が各加工歯93間の隙間Sに入り込まず、第1軸部に流れ込むことがある。同様に、被加工部91における第2軸部側の端部では、各加工歯93が押し付けられた際に、材料の一部が各加工歯93間の隙間Sに入り込まず、第2軸部に流れ込むことがある。そのため、第1及び第2軸部側の端部では、被加工部91における軸方向中央寄りの部位に比べ、材料が少なくなり易い。すなわち、被加工部91を鍛造する際に、歯鍛造部が区画する前記空間内に充填される材料の割合(充填率)が、第1及び第2軸部側の端部で低くなり易い。その結果、第1及び第2軸部側の端部では、例えば材料が歯型92の底面まで達せず、ラック歯の一部が欠けた形状となる虞があった。
【0007】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ラック歯の形状精度を向上させることのできるラックシャフトの製造装置及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するラックシャフトの製造装置は、棒状のブランクの第1軸部と接触する筒状の第1内周面を有する第1把持部と、前記ブランクの第2軸部と接触する筒状の第2内周面を有する第2把持部と、前記ブランクの前記第1軸部と前記第2軸部との間に設けられた被加工部に軸方向に並んだ複数のラック歯を成形する歯鍛造部とを備え、前記歯鍛造部は、前記第1把持部により前記第1軸部を把持するとともに前記第2把持部により前記第2軸部を把持した状態で、前記被加工部に前記各ラック歯を成形するものにおいて、前記第1及び第2内周面の少なくとも一方には、
周方向に延びる突条を含み、前記ブランクを構成する材料が流動する際の摩擦抵抗を増加させる摩擦増加構造が設けられたことを要旨とする。
【0009】
上記課題を解決するラックシャフトの製造方法は、棒状のブランクの第1軸部と接触する筒状の第1内周面を有する第1把持部と、前記ブランクの第2軸部と接触する筒状の第2内周面を有する第2把持部と、前記ブランクの前記第1軸部と前記第2軸部との間に設けられた被加工部に軸方向に並んだ複数のラック歯を成形する歯鍛造部とを備え、前記第1及び第2内周面の少なくとも一方には、
周方向に延びる突条を含み、前記ブランクを構成する材料が流動する際の摩擦抵抗を増加させる摩擦増加構造が設けられた製造装置を用い、前記第1把持部により前記第1軸部を把持するとともに前記第2把持部により前記第2軸部を把持した状態で、前記歯鍛造部が前記被加工部に前記各ラック歯を成形することを要旨とする。
【0010】
第1内周面に摩擦増加構造が形成されている場合、第1軸部の第1内周面と接触する部位の材料が流動し難くなる。同様に、第2内周面に摩擦増加構造が形成されている場合、第2軸部の第2内周面と接触する部位の材料が流動し難くなる。したがって、上記各構成によれば、被加工部を鍛造する際に、被加工部から第1及び第2軸部の少なくとも一方に材料が流れ込み難くなる。そのため、被加工部における第1及び第2軸部側の端部の少なくとも一方で、材料が少なくなることを抑制できる。すなわち、被加工部を鍛造する際に、第1及び第2軸部側の端部の少なくとも一方で、充填率が低くなることを抑制できる。
また、簡易な形状の摩擦増加構造で第1及び第2軸部の材料が流動する際の摩擦抵抗を増加させることができる。
【0011】
上記ラックシャフトの製造装置において、前記第2内周面の軸長は、前記第1内周面の軸長よりも長いことが好ましい。
被加工部が第1軸部側の軸端部寄りに形成されたブランクでは、第2軸部全体の軸方向に沿った長さ(軸長)が第1軸部の軸長よりも長くなり、第2軸部全体の体積が第1軸部全体の体積よりも大きくなる。そのため、被加工部を鍛造する際に、被加工部の材料が第2軸部に流れ込み易くなる。したがって、被加工部が第1軸部側の軸端部寄りに形成されたブランクでは、特に第2軸部側の端部で材料が少なくなり易い。
【0012】
この点、上記構成では、第2把持部の軸長が第1把持部の軸長よりも長いため、第2軸部の広範囲に亘って第2把持部から拘束力が作用する。したがって、被加工部を鍛造する際に、第2軸部の広範囲に亘って内部圧力の高い領域が生じるため、被加工部から第2軸部に材料が流れ込み難くなる。そのため、被加工部が第1軸部の軸端部寄りに形成されていても、第2軸部側の端部で材料が少なくなることを好適に抑制できる。
【0013】
上記ラックシャフトの製造装置において、前記歯鍛造部における歯型との対向面は、軸方向に沿って平坦な形状に形成されることが好ましい。
上記構成によれば、被加工部にラック歯を成形する際に、該被加工部におけるラック歯の反対側が軸方向に沿って平坦な形状に成形される。そのため、被加工部に対して鍛造を行った後にほとんど加工を行わなくても、ラックガイドによりラックシャフトを往復動可能に支持できる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、ラック歯の形状精度を向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、ラックシャフトの製造装置及び製造方法の一実施形態を図面に従って説明する。先ず、ラックシャフトの構成について説明する。
図1(a),(b)に示すラックシャフト1は、ステアリング操作により回転するピニオンシャフト(図示略)と一体的に組み付けられてラックアンドピニオン機構を構成するものである。
【0019】
ラックシャフト1は、第1軸部2と、第2軸部3と、歯部4とを有している。第1及び第2軸部2,3は、それぞれ丸棒状に形成されている。第1軸部2全体の軸方向に沿った長さ(軸長)は、第2軸部3の軸長よりも短く形成されている。歯部4は、第1軸部2と第2軸部3との間に設けられている。歯部4には、複数のラック歯5が軸方向に並んで形成されている。なお、本実施形態の各ラック歯5は、その諸元(圧力角等)が軸方向位置に応じて連続的に変化するように形成されている。つまり、ラックシャフト1は、ステアリングホイールの操舵角変化に対する転舵輪(ともに図示略)の転舵角変化の比が操舵角に応じて変化する所謂バリアブルギヤレシオ型のものである。
【0020】
図1(b)に示すように、歯部4におけるラック歯5の反対側の背面6は、断面半円弧状に形成されている。背面6は、歯部4の軸方向全域に亘って一定形状となるように形成されている。つまり、背面6は、軸方向に沿って凹凸のない平坦な形状に形成されている。そして、ラックシャフト1は、ピニオンシャフトと一体的に組み付けられた状態で、同図において二点鎖線で示すラックガイド7によって背面6側から往復動可能に支持されるようになっている。
【0021】
次に、ラックシャフトの製造について説明する。
ラックシャフト1は、
図2に示す丸棒状のブランク11に対して鍛造を行うことによりラック歯5を成形することで製造される。
【0022】
同
図2に示すように、ブランク11は、第1軸部12と、第2軸部13と、被加工部14とを有している。第1及び第2軸部12,13は、それぞれ丸棒状に形成されている。第1及び第2軸部12,13の断面は、それぞれの軸方向全域に亘って一定の外径を有する円形状に形成されている。第1軸部12の外径と第2軸部13の外径とは略等しくなるように設定されている。第1軸部12全体の軸方向に沿った長さ(軸長)は、第2軸部13の軸長よりも短く形成されている。
【0023】
被加工部14は、第1軸部12と第2軸部13との間に設けられている。つまり、被加工部14は、ブランク11における第1軸部12側の軸端部15寄りに形成されている。被加工部14は、第1及び第2軸部12,13よりも細く形成されている。本実施形態の被加工部14は、その軸方向両端部分が軸方向中央側よりも太くなるように形成されている。なお、ブランク11は、軸方向全域に亘って一定の外径を有する丸棒状のバー材に対して、鍛造や切削等により被加工部14を成形することで製造される。
【0024】
次に、ラックシャフトの製造装置について説明する。
図3に示すように、製造装置21は、ダイ22と、第1パンチダイ24と、第2パンチダイ25と、パンチ26とを備えている。パンチ26は、第1パンチダイ24と第2パンチダイ25との間に配置されている。第1パンチダイ24、第2パンチダイ25及びパンチ26は、油圧等を用いた駆動装置27によって、互いに独立してダイ22に対して接離する方向(
図2中、上下方向)に移動する。
【0025】
そして、ダイ22と第1パンチダイ24とによって、ブランク11の第1軸部12と接触する円筒状の第1内周面31aを有する第1把持部31が構成されている。また、ダイ22と第2パンチダイ25とによって、第2軸部13と接触する円筒状の第2内周面32aを有する第2把持部32が構成されている。さらに、ダイ22とパンチ26とによって、被加工部14に対して鍛造を行う歯鍛造部33が構成されている。
【0026】
詳しくは、ダイ22は、直方体状に形成されている。ダイ22の第1パンチダイ24、第2パンチダイ25及びパンチ26と対向する上面には、ブランク11の第1軸部12、被加工部14及び第2軸部13の一部が収容される下側把持溝41が形成されている。下側把持溝41は、ダイ22のなす直方体の一辺と略平行に延びる直線状に形成されている。下側把持溝41の軸方向一端側(
図3中、左側)は、ダイ22の側面に開口せず、閉塞されている。一方、下側把持溝41の軸方向他端側(
図3中、右側)は、ダイ22の側面に開口している。下側把持溝41全体の軸方向に沿った長さ(軸長)は、ブランク11の第1軸部12側の軸端部15が、下側把持溝41の軸方向一端側を閉塞する閉塞部42に当接した状態で、第2軸部13が第1軸部12の軸長よりも長い範囲に亘って収容されるように設定されている(
図5参照)。下側把持溝41の断面は、軸方向全域に亘って第1及び第2軸部12,13の外径と略等しい内径を有する半円形状に形成されている。
【0027】
下側把持溝41の内壁面41aにおける第1軸部12が配置される範囲、すなわち第1パンチダイ24と対向する範囲には、摩擦増加構造としての複数の突条43が形成されている。また、下側把持溝41の内壁面41aにおける第2軸部13が配置される範囲、すなわち第2パンチダイ25と対向する範囲には、摩擦増加構造としての複数の突条44が形成されている。突条43,44は、下側把持溝41の径方向内側に突出し、周方向に延びる半円弧状にそれぞれ形成されている。下側把持溝41の内壁面41aにおける被加工部14が配置される範囲は、後述するパンチ26の歯型72と対向する。つまり、下側把持溝41の内壁面41aにおける同範囲は、対向面に相当する。そして、下側把持溝41の内壁面41aにおける歯型72と対向する範囲は、軸方向に沿って平坦な形状に形成されている。
【0028】
第1パンチダイ24は、直方体状に形成されている。第1パンチダイ24のダイ22と対向する下面には、ブランク11の第1軸部12が収容される第1上側把持溝51が形成されている。第1上側把持溝51は、下側把持溝41と略平行に延びる直線状に形成されている。第1上側把持溝51の軸長は、ブランク11の第1軸部12の軸長と略等しくなるように設定されている。第1上側把持溝51の軸方向両側は、第1パンチダイ24の側面に開口している。第1上側把持溝51の断面は、軸方向全域に亘って第1軸部12の外径と略等しい内径を有する半円形状に形成されている。そして、第1パンチダイ24は、ダイ22に近接し、第1上側把持溝51と下側把持溝41との間に第1軸部12を挟み込むことで、第1軸部12を把持する。したがって、上記のようにダイ22と第1パンチダイ24とによって第1把持部31が構成されている。また、下側把持溝41の内壁面41aと第1上側把持溝51の内壁面51aとによって第1軸部12の外周面に接触する第1内周面31aが構成されている。
【0029】
第1上側把持溝51の内壁面51aには、摩擦増加構造としての複数の突条52が形成されている。突条52は、第1上側把持溝51の径方向内側に突出し、周方向に延びる半円弧状に形成されている。各突条52は、各突条43と対向する位置に形成されている。つまり、突条43,52によってブランク11の第1軸部12の全周に接触する円環状の突条が構成される。
【0030】
第2パンチダイ25は、直方体状に形成されている。第2パンチダイ25のダイ22と対向する下面には、ブランク11の第2軸部13の一部が収容される第2上側把持溝61が形成されている。第2上側把持溝61は、下側把持溝41と略平行に延びる直線状に形成されている。第2上側把持溝61の軸長は、第1上側把持溝51の軸長よりも長くなるように設定されている。第2上側把持溝61の軸方向両端側は、第2パンチダイ25の側面にそれぞれ開口している。第2上側把持溝61の断面は、軸方向全域に亘って第2軸部13の外径と略等しい内径を有する半円形状に形成されている。そして、第2パンチダイ25は、ダイ22に近接し、第2上側把持溝61と下側把持溝41との間にブランク11の第2軸部13を挟み込むことで、第2軸部13を把持する。したがって、上記のようにダイ22と第2パンチダイ25とによって第2把持部32が構成されている。また、下側把持溝41の内壁面41aと第2上側把持溝61の内壁面61aとによって第2軸部13の外周面に接触する第2内周面32aが構成されている。さらに、上記のように第2上側把持溝61の軸長が第1上側把持溝51の軸長よりも長いことから、第2内周面32aの軸長L2は第1内周面31aの軸長L1よりも長くなる。
【0031】
第2上側把持溝61の内壁面61aには、摩擦増加構造としての複数の突条62が形成されている。突条62は、第2上側把持溝61の径方向内側に突出し、周方向に延びた円弧状に形成されている。各突条62は、各突条44と対向する位置に形成されている。つまり、突条62と突条44とによってブランク11の第2軸部13の全周に接触する円環状の突条が構成される。
【0032】
パンチ26は、直方体状に形成されている。パンチ26のダイ22と対向する下面には、歯型溝71が第1及び第2上側把持溝51,61と同軸上に形成されている。歯型溝71の軸長は、ブランク11の被加工部14の軸長と略等しくなるように設定されている。歯型溝71の軸方向両端側は、パンチ26の側面にそれぞれ開口している。歯型溝71には、ラックシャフト1の軸方向に並んだ複数のラック歯5を反転した形状の歯型72が形成されている。そして、
図3及び
図4に示すように、歯型溝71は、パンチ26がダイ22に接触した状態で、ラックシャフト1の歯部4の形状と略同一形状の閉じた空間を区画するように形成されている(
図1(b)参照)。したがって、上記のようにダイ22とパンチ26とによって歯鍛造部33が構成されている。
【0033】
次に、本実施形態の製造装置によるラック歯の成形(作用)について説明する。
図5(a)に示すように、ブランク11の被加工部14にラック歯5を成形する際には、先ずブランク11をダイ22の下側把持溝41内に配置する。
【0034】
続いて、
図5(b)に示すように、駆動装置27により第1及び第2パンチダイ24,25をダイ22に近接させ、第1上側把持溝51及び第2上側把持溝61と下側把持溝41との間でブランク11の第1及び第2軸部12,13を挟み込む。これにより、第1把持部31によって第1軸部12を把持するとともに、第2把持部32によって第2軸部13を把持する。
【0035】
そして、
図5(c)に示すように、この状態で駆動装置27によりパンチ26をダイ22に近接させ、歯鍛造部33によって鍛造を行う。詳しくは、歯鍛造部33は、該歯鍛造部33によって区画されるラックシャフト1の歯部と略同一形状の閉じた空間を埋めるように被加工部14を塑性変形させることで該被加工部14に各ラック歯5を成形する。
【0036】
このとき、被加工部14を構成する材料の一部は、第1及び第2軸部12,13にそれぞれ流れ込む。特に本実施形態のブランク11は、上記のように被加工部14が第1軸部12側の軸端部15寄りに形成されているため、被加工部14の材料が第2軸部13に流れ込み易い。
【0037】
ここで、本実施形態では、第1把持部31の第1軸部12と接触する第1内周面31aに突条43,52が形成されているため、第1軸部12の材料が該突条43,52に引っ掛かる。つまり、突条43,52によって第1軸部12の材料が流動する際の摩擦抵抗が増加するため、材料が流動し難くなる。これにより、被加工部14を鍛造する際に、被加工部14から第1軸部12に材料が流れ込み難くなり、被加工部14における第1軸部12側の端部で、材料が少なくなることが抑制される。
【0038】
同様に、第2把持部32の第2軸部13と接触する第2内周面32aに突条44,62が形成されているため、第2軸部13の材料が該突条44,62に引っ掛かる。つまり、突条44,62によって第2軸部13の材料が流動する際の摩擦抵抗が増加するため、材料が流動し難くなる。さらに、第2把持部32の軸長L2が第1把持部31の軸長L1よりも長いため、第2軸部13の広範囲に亘って第2把持部32から拘束力が作用する。したがって、被加工部14を鍛造する際に、第2軸部13の広範囲に亘って内部圧力の高い領域が生じる。これにより、被加工部14を鍛造する際に、被加工部14から第2軸部13に材料が流れ込み難くなり、被加工部14における第2軸部13側の端部で、材料が少なくなることが抑制される。
【0039】
次に、本実施形態の効果について記載する。
(1)第1及び第2内周面31a,32aに突条43,44,52,62を形成し、材料の摩擦抵抗を増加させることで、被加工部14から第1及び第2軸部12,13に材料が流れ込み難くなるため、被加工部14の第1及び第2軸部12,13側の端部で、材料が少なくなることを抑制できる。すなわち、被加工部14を鍛造する際に、被加工部14の第1及び第2軸部12,13側の端部で、歯鍛造部33が区画する空間内に充填される材料の割合(充填率)が低くなることを抑制できる。その結果、例えば被加工部14の第1及び第2軸部12,13側の端部で、材料が歯型72の底面まで達し易くなり、ラック歯5の形状精度を向上させることができる。
【0040】
(2)第2把持部32の軸長L2を、第1把持部31の軸長L1よりも長くすることで、被加工部14から第2軸部13に材料がより流れ込み難くなるため、被加工部14が第1軸部12の軸端部15寄りに形成されていても、被加工部14の第2軸部13側の端部で材料が少なくなることを好適に抑制できる。
【0041】
(3)下側把持溝41の内壁面41aにおける歯型72と対向する範囲(対向面)を、軸方向に沿って平坦な形状に形成したため、被加工部14にラック歯5を成形する際に、被加工部14におけるラック歯5の反対側が軸方向に沿って平坦な形状に成形される。そのため、被加工部14に対して鍛造を行った後にほとんど加工を行わなくても、ラックガイド7により背面6側からラックシャフト1を往復動可能に支持できる。
【0042】
(4)周方向に延びる簡易な形状の突条43,44,52,62によって、第1及び第2軸部12,13の材料が流動する際の摩擦抵抗を増加させることができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
【0043】
・上記実施形態では、第1及び第2内周面31a,32aに突条43,44,52,62を形成することで、ブランク11を構成する材料が流動する際の摩擦抵抗を増加させた。しかし、これに限らず、摩擦抵抗を増加させることができれば、その構造は適宜変更可能である。
【0044】
例えば、
図6に示すように、第1及び第2内周面31a,32a(内壁面41a,51a,61a)に、複数の微小な凹凸からなる凹凸部81,82,83,84をローレット加工等により形成してもよい。このように凹凸部81〜84を形成することで、効果的にブランク11を構成する材料との間に作用する摩擦抵抗を増加させることができる。
【0045】
・上記実施形態において、第1内周面31aのみに突条43,52(摩擦増加構造)を形成し、第2内周面32aに突条44,62を形成しなくてもよい。同様に、第1内周面31aに突条43,52を形成せず、第2内周面32aのみに突条44,62を形成してもよい。また、第1内周面31aの全体に突条を形成せず、例えば下側把持溝41の内壁面41aのみに突条43を形成したり、第1上側把持溝51の内壁面51aのみに突条52を形成したりしてもよい。同様に、例えば下側把持溝41の内壁面41aのみに突条44を形成したり、第2上側把持溝61の内壁面61aのみに突条62を形成したりしてもよい。
【0046】
・上記実施形態において、第1及び第2内周面31a,32aに突条43,44,52,62を形成しなくてもよい。つまり、第2内周面32aの軸長L2を第1内周面31aの軸長L1よりも長くすることのみを利用して、被加工部14における第1及び第2軸部12,13側の端部で、材料が少なくなることを抑制してもよい。
【0047】
・上記実施形態では、第2内周面32aの軸長L2を第1内周面31aの軸長L1よりも長く設定したが、これに限らず、第1内周面31aの軸長L1と第2内周面32aの軸長L2とを略等しく設定してもよい。
【0048】
・上記実施形態では、下側把持溝41の内壁面41aにおける歯型72と対向する範囲(対向面)を軸方向に沿って平坦な形状としたが、これに限らず、内壁面41aにおける同範囲を軸方向に沿って凹凸のある形状としてもよい。
【0049】
・上記実施形態では、被加工部14の軸方向両端部分が軸方向中央側よりも太くなるように形成されたブランク11を用いたが、これに限らず、例えば被加工部14が軸方向全域に亘って一定の外径を有する丸棒状に形成されたブランクを用いてもよい。
【0050】
・上記実施形態では、バリアブルギヤレシオ型のラックシャフト1を製造したが、これに限らず、例えばステアリングホイールの操舵角変化に対する転舵輪の転舵角変化の比が操舵角によらず一定のラックシャフトを製造してもよい。
【0051】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)棒状のブランクの第1軸部と接触する筒状の第1内周面を有する第1把持部と、前記ブランクの第2軸部と接触する筒状の第2内周面を有する第2把持部と、前記ブランクの前記第1軸部と前記第2軸部との間に設けられた被加工部に軸方向に並んだ複数のラック歯を成形する歯鍛造部とを備え、前記歯鍛造部は、前記第1把持部により前記第1軸部を把持するとともに前記第2把持部により前記第2軸部を把持した状態で、前記被加工部に前記各ラック歯を成形するラックシャフトの製造装置において、前記第2把持部の軸長は、前記第1把持部の軸長よりも長いことを特徴とするラックシャフトの製造装置。
【0052】
(ロ)前記歯鍛造部は、前記第1把持部により前記第1軸部を把持するとともに前記第2把持部により前記第2軸部を把持した状態で、前記被加工部がラックシャフトにおける前記ラック歯が形成された歯部の形状に対応する閉じた空間を埋めるように該被加工部を塑性変形させることで、前記各ラック歯を成形することを特徴とするラックシャフトの製造装置。