特許第6442752号(P6442752)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6442752ラックの製造方法、操舵装置の製造方法および車両の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6442752
(24)【登録日】2018年12月7日
(45)【発行日】2018年12月26日
(54)【発明の名称】ラックの製造方法、操舵装置の製造方法および車両の製造方法
(51)【国際特許分類】
   F16H 55/26 20060101AFI20181217BHJP
   B21J 5/02 20060101ALI20181217BHJP
   B21J 13/14 20060101ALI20181217BHJP
   B21K 1/76 20060101ALI20181217BHJP
   B62D 3/12 20060101ALI20181217BHJP
【FI】
   F16H55/26
   B21J5/02 A
   B21J13/14 C
   B21K1/76 A
   B62D3/12 501Z
【請求項の数】8
【全頁数】17
(21)【出願番号】特願2018-548018(P2018-548018)
(86)(22)【出願日】2018年6月27日
(86)【国際出願番号】JP2018024460
【審査請求日】2018年9月10日
(31)【優先権主張番号】特願2017-171712(P2017-171712)
(32)【優先日】2017年9月7日
(33)【優先権主張国】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000811
【氏名又は名称】特許業務法人貴和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】水嶋 勇貴
(72)【発明者】
【氏名】小林 達矢
【審査官】 岡本 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2016/031323(WO,A1)
【文献】 特開2011−255834(JP,A)
【文献】 実開平2−138037(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 55/26
B21J 5/02
B21J 13/14
B21K 1/76
B62D 3/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周面に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝を有する、丸棒状の中間素材を得る予備成形工程と、
前記中間素材の外周面のうち、円周方向に関して前記凹溝の両側部分を拘束し、かつ、前記凹溝の内面を拘束しない状態で、前記中間素材の外周面のうち、径方向に関して前記凹溝と反対側の面に、軸方向に関する凹凸形状である歯成形用凹凸部を押し付けることにより、複数の素ラック歯を形成する歯成形工程と、および、
前記素ラック歯に仕上げ成形を施してラック歯とする仕上げ成形工程と、
を備える、ラックの製造方法。
【請求項2】
前記凹溝を塑性加工により形成する、請求項1に記載のラックの製造方法。
【請求項3】
前記凹溝が、前記中間素材の外周面のうち、径方向に関して前記凹溝と反対側の面に、前記ラック歯を形成した後でも消滅しない程度の大きさに形成する、請求項1または2に記載のラックの製造方法。
【請求項4】
前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型が、ノックアウトピンを備えており、
前記ノックアウトピンにより、前記素ラック歯あるいは前記ラック歯を形成した後の状態での前記凹溝の底面を押す工程をさらに備える、請求項3に記載のラックの製造方法。
【請求項5】
前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型が、複数の金型素子からなる分割型であり、
前記金型素子同士の突き合わせ部を、前記凹溝の径方向外方に位置させる、請求項1〜4のうちの何れか1項に記載のラックの製造方法。
【請求項6】
前記凹溝を、該凹溝の軸方向長さが、前記ラック歯が形成された部分の軸方向長さよりも長くなるように形成する、請求項1〜5のうちの何れか1項に記載のラックの製造方法。
【請求項7】
外周面にピニオン歯部を有する入力軸と、該ピニオン歯部と噛合する複数のラック歯を有するラックとからなるステアリングギヤユニットを備える操舵装置の製造方法であって、
前記ラックを、請求項1〜6のうちの何れか1項に記載のラックの製造方法により製造する、操舵装置の製造方法。
【請求項8】
操舵装置を備える車両の製造方法であって、
前記操舵装置を、請求項7に記載の操舵装置の製造方法により製造する、車両の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両の操舵装置のラックピニオン式のステアリングギヤユニットなどに組み込まれる、ラックおよびその製造方法に関する。また、本発明は、このラックが組み込まれた操舵装置および車両に関する。さらに、本発明は、このラックを製造する際に用いられる予備成形用金型に関する。
【背景技術】
【0002】
図9は、自動車用操舵装置の従来構造の1例を示している。ステアリングホイール1は、ステアリングシャフト5の後端部に支持固定されている。ステアリングシャフト5は、円筒状のステアリングコラム6に軸方向に挿通された状態で、ステアリングコラム6に回転可能に支持されている。ステアリングシャフト5の前端部は、自在継手7aを介して中間シャフト8の後端部に接続されている。中間シャフト8の前端部は、別の自在継手7bを介して、ラックピニオン式のステアリングギヤユニット2の入力軸3に接続されている。このような構成により、ステアリングホイール1の回転が、ステアリングギヤユニット2の入力軸3に伝達され、入力軸3の回転に伴って左右1対のタイロッド4が押し引きされて、前車輪に舵角が付与される。
【0003】
ステアリングギヤユニット2は、外周面にピニオン歯を有し、かつ、入力軸3の先端部に支持固定されたピニオンと、片側面に、ピニオン歯と噛合するラック歯を有するラックとを組み合わせることにより構成されている。
【0004】
このようなラックを、金属製の素材に切削加工を施すことによりラック歯を形成して製造すると、製造コストが嵩む上、ラック歯の強度および剛性を確保しにくい。これに対して、金属製の素材を塑性変形させることでラック歯を形成すれば、加工に要する時間を短縮して、製造コストを低減でき、しかも、得られるラック歯の金属組織が緻密になるため、ラック歯の強度および剛性を確保しやすい。
【0005】
図10図15は、特開2008−138864号公報に記載されている、ラックおよびラックの製造方法を示している。ラック9は、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属製で、全体を棒状に構成されている。ラック9は、軸方向片側部(図10図12の左側部)の片側面(前面、図10および図12の上面、図11の表側面)に、複数のラック歯10を等間隔に備えるラック歯部11を有する。
【0006】
なお、図示の例では、ラック9の軸方向片側部のうち、ラック歯部11から周方向に外れた他側面(背面)部分12の断面形状の曲率半径R12図13参照)が、ラック9の軸方向他側部(図10図12の右側部)に存在する、断面円形の円杆部13の外周面の曲率半径r13図13参照)よりも大きくなっている(R12>r13)。これにより、ラック歯部11の幅寸法、強度および剛性を、何れも十分に確保しつつ、ラック9の軸方向他側部の外径が必要以上に大きくなることを防止して、ラック9の軽量化が図られている。
【0007】
ラック9は、次のような工程により製造される。まず、図14(A)に示すように、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属製で、丸棒状の素材14を、予備成形用金型15の上面に設けた、断面形状が略半円形の第1キャビティ16内にセットする。続く予備成形工程では、図14(B)に示すように、予備成形用パンチ17により、素材14を、第1キャビティ16に向けて強く押圧する。そして、素材14の軸方向片側部を、上下方向に押し潰しつつ、水平方向の幅寸法を拡げることにより、素材14を中間素材18に加工する。中間素材18の軸方向片側部の外周面は、完成状態で背面部分12となる部分円筒面部19と、上下方向に関して部分円筒面部19と反対側に存在する平坦面状の被加工面部20と、部分円筒面部19と被加工面部20とを連続させる、曲率半径が比較的小さな1対の曲面部21とから構成されている。
【0008】
次いで、中間素材18を、予備成形用金型15の第1キャビティ16から取り出して、次の歯成形工程に送る。歯成形工程では、まず、図14(C)に示すように、中間素材18を、歯成形用金型22に上面に開口するように設けられた、断面形状がU字形の第2キャビティ23の底部24にセットする。底部24の曲率半径は、第1キャビティ16の内面の曲率半径とほぼ一致している。第2キャビティ23の1対の内側面25は、互いに平行な平面となっている。また、第2キャビティ23の上側開口部には、上方に向かうほど互いの間隔が拡がる方向に傾斜した、1対のガイド傾斜面部26が設けられている。
【0009】
中間素材18を、第2キャビティ23の底部24にセットした後、図14(C)および図14(D)に示すように、第2キャビティ23内に歯成形用パンチ27の先端部を挿入し、歯成形用パンチ27により、中間素材18を、第2キャビティ23の底部24に向けて強く押し込む。歯成形用パンチ27の加工面(図14(C)の下面)には、得るべきラック歯10に見合った凹凸形状を有する歯成形用凹凸部28が設けられている。中間素材18の外周面は、成形完了状態で素ラック歯10zが形成される被加工面部20を除き、第2キャビティ23の内面により拘束されている。このため、歯成形用パンチ27により、中間素材18を、第2キャビティ23の底部24に向けて強く押し込むと、中間素材18の被加工面部20が、歯成形用凹凸部28にならって塑性変形する。また、中間素材18が上下方向に押し潰され、水平方向の幅寸法が広がることに伴って、1対の曲面部21が、第2キャビティ23の内側面25に押し付けられる。この結果、図14(D)および図15(A)に示すような素ラック29が得られる。素ラック29は、軸方向片側部に、複数の素ラック歯10zからなる素ラック歯部11zを有し、かつ、軸方向片側部の外周面のうちで、円周方向に関して素ラック歯部11zの両側部分に、互いに平行な1対の平坦面部30を有する。
【0010】
次いで、歯成形用パンチ27を上昇させ、素ラック29を第2キャビティ23から取り出して、次の仕上げ成形工程に送る。仕上げ成形工程では、図14(E)に示すように、素ラック29を上下反転させて、仕上げ成形用受型31の受側キャビティ32にセットする。受側キャビティ32は、底面に、仕上げ成形用凹凸部33を有する。仕上げ成形用凹凸部33は、歯の端縁の面取り部を含め、得るべきラック歯10の形状に見合う形状、すなわち、完成後の形状に対して凹凸が反転した形状を有する。
【0011】
そして、図14(E)および図14(F)に示すように、素ラック29を、仕上げ成形用受型31と仕上げ成形用押型34との間で押し潰すようして、素ラック29に上下方向から圧力をかける。仕上げ成形用押型34は、下面に開口し、かつ、断面形状の曲率半径が、完成後のラック9の背面部分12の曲率半径R12図13参照)に一致する、押側キャビティ35を有する。すなわち、素ラック29を、仕上げ成形用受型31と仕上げ成形用押型34との間で押し潰す際に、素ラック29のうちで背面部分12となる部分は、押側キャビティ35にがたつきなく係合される。このため、図14(F)に示した、仕上げ成形用受型31と仕上げ成形用押型34とを十分に近づけた状態で、それぞれのラック歯10は、図15(B)に示すように、その形状および寸法が適正になり、かつ、端縁に面取りが設けられた完成状態になると同時に、背面部分12に関しても、その形状および寸法が適正になる。なお、仕上げ成形に伴って押し出された余肉は、1対の平坦面部30部分に集まる。したがって、完成後のラック9には、1対の平坦面部30はほとんど残らない。ただし、余肉が仕上げ成形用凹凸部33や押側キャビティ35の内面を、極端に強く押圧することはないので、仕上げ成形の加工荷重を低く抑えられるだけでなく、仕上げ成形用受型31および仕上げ成形用押型34の耐久性を確保しやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開2008−138864号公報
【特許文献2】特開2009−178716号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
特開2008−138864号公報に記載の方法には、製造コストの低減を図る面から改良の余地がある。すなわち、特開2008−138864号公報に記載の方法では、歯成形工程において、それぞれの素ラック歯10zを形成することに伴い、軸方向に隣り合う素ラック歯10z同士の間に存在する凹部となる部分から押し出された余肉は、それぞれの素ラック歯10zの幅方向両側部分に逃げる。しかしながら、素ラック歯10zを成形する際には、それぞれの素ラック歯10zの歯面は、歯成形用凹凸部28により拘束されている。また、それぞれの素ラック歯10zの歯面と、歯成形用凹凸部28の表面との面圧が高くなり、当該部分での摩擦が大きくなるため、中間素材18を構成する金属材料が、それぞれの素ラック歯10z内を幅方向に移動することに対する抵抗が大きくなる。
【0014】
したがって、前記余肉を、それぞれの素ラック歯10zの幅方向両側部分に確実に逃がすには、歯成形用パンチ27の押圧力を大きくする必要がある。特に、素材14を製造する際のばらつきにより、中間素材18の体積が所定値よりも大きい場合には、歯成形用パンチ27の押圧力を十分に大きくする必要が生じる。この結果、加工装置が大型化し、ラック9の製造コストが上昇するといった問題が生じる。
【0015】
なお、特開2009−178716号公報には、鍛造加工に使用する金型を、互いに離れる方向に分割可能に構成することにより、前記金型に亀裂などの損傷が生じることを防止できる構造が記載されている。
【0016】
本発明の目的は、上述のような事情に鑑み、製造コストの低減を図ることが可能なラックの製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明のラックの製造方法は、予備成形工程と、歯成形工程と、仕上げ成形工程とを備える。前記予備成形工程では、外周面の径方向一部に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝を有する、丸棒状の中間素材を得る。前記歯成形工程では、前記中間素材の外周面のうち、円周方向に関して前記凹溝の両側部分を拘束し、かつ、前記凹溝の内面を拘束しない状態で、前記中間素材の外周面のうち、径方向に関して前記凹溝と反対側の面に、軸方向に関する凹凸形状である歯成形用凹凸部を押し付けることにより、複数の素ラック歯を形成する。前記仕上げ成形工程では、前記素ラック歯に仕上げ成形を施してラック歯とする。
【0018】
なお、前記中間素材に設ける凹溝の断面形状は、軸方向に関して一定でもよく、一定でなくてもよい。
【0019】
前記凹溝を塑性加工により形成することが好ましい。ただし、前記凹溝を、切削加工により形成することもでき、あるいは、前記中間素材を鋳造により製造する際に、同時に形成することもできる。
【0020】
前記凹溝を、前記ラック歯を形成した後でも消滅しない程度の大きさに形成することが好ましい。この場合に、前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型に、ノックアウトピンを備えさせて、該ノックアウトピンにより、前記ラック歯を形成した後の状態での前記凹溝の底面を押す工程をさらに備えることができる。
【0021】
前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型を、1対の金型素子からなる分割型とし、前記1対の金型素子同士の突き合わせ部を、前記凹溝の径方向外方に位置させることができる。
【0022】
前記凹溝の軸方向長さを、前記ラック歯が形成された部分の軸方向長さよりも長くすることができる。
【0023】
本発明のラックは、外周面の径方向一方側に複数のラック歯を備え、かつ、前記外周面のうちで、前記ラック歯を備える部分と径方向反対側部分に、軸方向に伸長する凹溝を有する。
【0024】
本発明の操舵装置は、ステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転に伴って回転し、かつ、外周面にピニオン歯部を有する入力軸と、該ピニオン歯部と噛合する複数のラック歯を有するラックとからなるステアリングギヤユニットとを備え、前記ラックを、本発明のラックより構成する。
【0025】
本発明の車両は、本発明の操舵装置を備える。
【0026】
本発明のラックの予備成形用金型は、金属製で丸棒状の素材を径方向に押し潰す、据え込み加工に使用するもので、キャビティの内面に、丸棒状の素材の外周面の径方向一部に軸方向に伸長する凹溝を形成するための突条を備える。
【発明の効果】
【0027】
上述のような本発明によれば、ラックの製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
図1図1は、本発明の実施の形態の1例に係るステアリングギヤユニットの部分切断側面図である。
図2図2は、本発明の実施の形態の1例に係るステアリングギヤユニットの部分切断正面図である。
図3図3は、図1のa−a断面図である。
図4図4(A)は、本発明の実施の形態の1例に係るラックの要部の平面図であり、図4(B)は、図4(A)のb−b断面図であり、図4(C)は、図4(A)のc−c断面図である。
図5図5(A)〜図5(D)は、本発明の実施の形態の1例に係るラックの製造方法を工程順に示す断面図である。
図6図6(A)は、本発明の実施の形態の1例に係る中間素材を示す要部平面図であり、図6(B)は、図6(A)のd−d断面図であり、図6(C)は、図6(A)のe−e断面図である。
図7図7(A)〜図7(C)は、本発明の実施の形態の1例に係る中間素材に適用される、凹溝の断面形状の3例を示す、断面図である。
図8図8は、本発明の実施の形態の1例において、金型からラックを取り出す様子を示す、要部拡大断面斜視図である。
図9図9は、本発明の対象となるラックを組み込んだステアリングギヤを備えた自動車用操舵装置の従来構造の1例を示す部分断面図である。
図10図10は、ラックの従来構造の1例を示す斜視図である。
図11図11は、図10のf矢視図である。
図12図12は、図10のg矢視図である。
図13図13は、図12の拡大h−h断面図である。
図14図14(A)〜図14(F)は、従来構造に係るラックの製造方法の1例を工程順に示す、断面図である。
図15図15(A)は、従来構造に係るラックの製造方法の1例における、仕上げ成形工程前の素ラック歯の形状を示す部分斜視図であり、図15(B)は、仕上げ成形工程後のラック歯の形状を示す部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
図1図8は、本発明の実施の形態の1例を示している。図1図3は、図9に示すような自動車用操舵装置に適用可能である、本例のステアリングギヤユニット2aを示している。ステアリングギヤユニット2aは、入力軸3の回転運動を、ラック9aの直線運動に変換し、1対のタイロッド4を押し引きするように構成されている。本例のステアリングギヤユニット2aは、ハウジング36と、ラック9aと、入力軸3と、押圧装置37とを備える。
【0030】
ハウジング36は、アルミニウム系合金などの軽合金をダイキャスト成形するなどして形成され、主収容部38と、副収容部39と、シリンダ部40とを備える。主収容部38は、軸方向(図1図3の左右方向)両端部が開口した円筒状である。副収容部39は、中心軸が、主収容部38の中心軸に対してねじれの位置にあり、軸方向中間部を、主収容部38の軸方向片側部(図1図3の左側部)に開口させている。シリンダ部40は、主収容部38の軸方向片側部のうち、副収容部39が開口した部分と径方向反対側部分に設けられている。このようなハウジング36は、主収容部38の外周面のうちで軸方向に離隔した2箇所位置に設けられた1対の取付フランジ41に挿通または螺合されたボルトにより、車体に対し支持固定される。
【0031】
図3および図4(A)〜図4(C)に示すように、ラック9aは、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属製で、軸方向片側部の前側面(図4(B)の上側面)に、複数のラック歯10を軸方向に等間隔に配置してなる、ラック歯部11を有する。ラック9aは、ラック歯部11が設けられた軸方向片側部を除き、外周面を円筒面状としており、全体が棒状に構成されている。ラック9aは、ラック9aの軸方向他側部(図3の右側部)外周面と、ハウジング36の主収容部38の軸方向他側部内周面との間にブッシュ43を備えることにより、主収容部38の内径側に、主収容部38に対する軸方向変位を可能に支持されている。ラック9aの軸方向寸法は、主収容部38の軸方向寸法よりも大きく、ラック9aを主収容部38の内径側に支持した状態では、ラック9aの軸方向両端部が、主収容部38の軸方向両側開口から突出している。
【0032】
ラック歯部11は、軸方向両端部に、ラック歯10よりも歯丈が小さく、使用時に、後述する入力軸3のピニオン歯と噛み合うことがないダミー歯57を有する。また、ラック9aは、軸方向片側部の後側面に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝42を有する。なお、本例では、凹溝42の軸方向寸法L42が、ラック歯部11の軸方向寸法L11よりも大きくなっている。
【0033】
図3に示すように、入力軸3は、その先端部の外周面に、複数のピニオン歯58が円周方向に等間隔に配置されているピニオン歯部44を備える。入力軸3の先端部は、ピニオン歯部44のピニオン歯58を、ラック歯部11のラック歯10に噛合させた状態で、副収容部39の内径側に、副収容部39に対する回転可能に支持されている。なお、入力軸3の基端部は、副収容部39の上側開口から突出している。
【0034】
押圧装置37は、シリンダ部40内に嵌装された押圧ブロック45と、シリンダ部40の後側開口部に螺着された蓋体46と、押圧ブロック45と蓋体46との間に備えられたばね47とにより構成されている。押圧装置37は、ばね47の弾力により、押圧ブロック45を介して、ラック9aを入力軸3に向けて弾性的に押圧している。これにより、ラック歯10とピニオン歯58との間でのバックラッシュを防止しつつ、ラック歯10とピニオン歯58との噛合部の噛合状態が適正に維持される。
【0035】
ラック9aの軸方向両端部には、1対のタイロッド4のそれぞれの基端部が、球面継手48を介して接続されている。球面継手48のそれぞれの周囲は、ベローズ49により覆われている。
【0036】
ステアリングホイール1(図9参照)を操作して入力軸3を回転させると、入力軸3の回転が、ラック歯10とピニオン歯58との噛合によりラック9aの直線運動に変換され、ラック9aが軸方向に変位する。そして、ラック9aの軸方向両端部に接続された1対のタイロッド4が押し引きされて、1対の操舵輪に舵角が付与される。
【0037】
次に、本例のラック9aの製造方法について、図5図8を参照しつつ説明する。まず、金属材料の押出成形、圧延などにより得られた、断面円形で長尺な棒材を所定長さに切断することにより、図5(A)に示すような、丸棒状の素材14を得る。
【0038】
予備成形工程では、図5(B)に示すように、素材14を、図6(A)〜図6(C)に示すような中間素材18aに加工する。中間素材18aは、軸方向片側部の片側面(図6(A)の表側面、図6(B)の上面、図6(C)の右側面)に、平坦面状の被加工面部20を有する。また、中間素材18aの軸方向片側部外周面のうち、径方向に関して被加工面部20と反対側の他側面には、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ、ラック9aの完成状態で凹溝42となる凹溝42yを有する。
【0039】
本例では、凹溝42yの断面形状を、図7(A)に示すような台形としているが、凹溝42yの断面形状については、特に限定されるものではなく、図7(B)に示すような矩形や、図7(C)に示すような円弧形など、任意の形状とすることができる。また、本例では、凹溝42yの断面形状を、軸方向にわたり一定としているが、凹溝42yの断面形状は、必ずしも軸方向にわたり一定である必要はない。たとえば、凹溝42yのうち、軸方向両端部の断面積を、軸方向中間部の断面積よりも小さくしたり、軸方向両端部の断面形状を矩形状とし、かつ、軸方向中間部の断面形状を台形状としたりすることができる。いずれの場合でも、凹溝42yの大きさおよび形状などは、後述するように、ラック歯部11を鍛造加工により形成した後のラック9aにおいて、凹溝42が消滅しないように設定される。
【0040】
予備成形工程では、素材14を中間素材18aに加工する作業を、予備成形用金型15aと予備成形用パンチ17とを用いて行う。予備成形用金型15aは、断面略U字形で、上部が開口した第1キャビティ16aを有する。第1キャビティ16aは、底面中央部に、軸方向に伸長する突条50を有する。予備成形用パンチ17は、先端面(図5(B)の下面)に、平坦面状の押付面51を有する。
【0041】
予備成形工程では、まず、素材14の軸方向片側部を、予備成形用金型15aの第1キャビティ16a内にセットする。次いで、予備成形用パンチ17を下方に変位させて、予備成形用パンチ17により、素材14の軸方向片側部を第1キャビティ16内に押し込むようにする。このようにして、素材14の軸方向片側部を、第1キャビティ16aの内面と、予備成形用パンチ17の押付面51との間で上下方向に押し潰す、据え込み加工を行う。このような据え込み加工の際に、押付面51により押圧された部分が被加工面部20となり、突条50により押圧された部分が凹溝42yとなる。
【0042】
歯成形工程では、図5(C)に示すように、中間素材18aの被加工面部20に、複数の素ラック歯10zからなる素ラック歯部11zを、冷間鍛造加工により形成することで、中間素材18aを素ラック29aに加工する。なお、素ラック歯部11zは、ラック9aの完成状態におけるラック歯部11となる部分である。このような素ラック歯部11zのそれぞれの素ラック歯10zは、ラック9aの完成状態でのラック歯部11のそれぞれのラック歯10と比較して、形状精度および寸法精度が不十分であったり、歯面と歯先円との間の端縁が尖っていたりする。
【0043】
歯成形工程では、中間素材18aを素ラック29aに加工する作業を、歯成形用金型22aと歯成形用パンチ27とを用いて行う。
【0044】
歯成形用金型22aは、金型本体52と、ノックアウトピン53とを備える。金型本体52は、断面略U字形で、上部が開口した第2キャビティ23aと、上端部が第2キャビティ23aの底面中央部に開口するように、金型本体52を上下方向に貫通する透孔54とを備える。本例では、金型本体52は、1対の金型素子55を組み合わせることにより、水平方向(図5(C)の左右方向)に分割可能に構成されている。このため、後述するように、中間素材18aの軸方向片側部を歯成形用パンチ27により押圧し、中間素材18aの被加工面部20を塑性変形することに伴って、第2キャビティ23aの内面に、水平方向に関して互いに離れる方向に過大な応力が加わると、1対の金型素子55が互いに離れる方向にわずかに変位する。このような構成により、過大な応力が吸収され、金型本体52に亀裂などの損傷が生じることが防止される。
【0045】
本例では、1対の金型素子55同士の突き合わせ部59の上端部を、第2キャビティ23aの底面の中央に位置させている。このような構成により、中間素材18aの軸方向片側部を第2キャビティ23aに押し込んだ状態で、突き合わせ部59が、凹溝42yの径方向外方に位置する。
【0046】
ノックアウトピン53は、金型本体52に対する上下方向の変位を可能に、透孔54に嵌装されている。なお、本例では、凹溝42yの開口部の水平方向に関する幅寸法を、ノックアウトピン53の水平方向に関する幅寸法よりも十分に大きくしている。すなわち、後述する、中間素材18aに塑性加工を施す工程を経た後においても、凹溝42が消滅しない程度、好ましくは、最終的に得られるラック9aにおいて、凹溝42が変形したとしても凹溝42にノックアウトピン53の挿入が可能な程度の幅が維持されるように、凹溝42yの大きさおよび形状を設定する。このような凹溝42の構成により、完成後のラック9aを、第2キャビティ23aから取り出す際に、ノックアウトピン53の先端面により、凹溝42の内面を押圧することを可能としている。
【0047】
歯成形用パンチ27は、先端面(図5(C)の下面)に、得るべき素ラック歯部11zに見合った、すなわち、素ラック歯部11zの凹凸形状に対して凹凸が反転した凹凸形状を有する歯成形用凹凸部28を備える。
【0048】
歯成形工程では、まず、中間素材18aの軸方向片側部を、歯成形用金型22aの第2キャビティ23a内にセットする。次に、歯成形用パンチ27を下方に変位させ、歯成形用凹凸部28により被加工面部20を下方に押圧して、中間素材18aの軸方向片側部を第2キャビティ23a内に押し込む。中間素材18aの軸方向片側部が第2キャビティ23a内に押し込まれて、中間素材18aの軸方向片側部の下面と、第2キャビティ23aの底面とが当接した状態では、中間素材18aの外周面のうち、円周方向に関して凹溝42yの両側部分が拘束される。換言すれば、中間素材18aの軸方向片側部外周面のうち、凹溝42yが形成された下端部と被加工面部20とを除く部分が拘束される。したがって、中間素材18aの軸方向片側部が第2キャビティ23a内に押し込まれた状態では、中間素材18aの外周面のうち、凹溝42yの内面は拘束されていない。
【0049】
次いで、歯成形用パンチ27をさらに下方に変位させ、歯成形用凹凸部28を中間素材18aの被加工面部20に押し付けて塑性変形させ、当該部分に素ラック歯部11zを形成することにより、素ラック29aを得る。本例では、歯形成工程において、素ラック歯部11zを形成することに伴い、歯底となる部分から押し出された余肉は、凹溝42yとそれぞれのラック歯10zの幅方向両側部分とに逃げる。したがって、凹溝42yは、逃げた余肉により変形して凹溝42zとなる。
【0050】
仕上げ成形工程では、図5(D)に示すように、素ラック29aの素ラック歯部11zの形状を整えて、ラック9aを得る。素ラック29aをラック9aに加工する作業は、歯成形用金型22aと仕上げ成形用パンチ56とを用いて行う。仕上げ成形用パンチ56は、先端面(図5(D)の下面)に、歯の端縁の面取り部を含め、得るべきラック歯部11の形状に見合った、すなわち、完成後のラック歯部11の凹凸形状に対して凹凸が反転した凹凸形状を有する仕上げ成形用凹凸部33aを備える。
【0051】
仕上げ成形工程では、仕上げ成形用パンチ56を下方に変位させ、仕上げ成形用凹凸部33aを素ラック歯部11zに押し付ける。これにより、素ラック歯部11zのそれぞれのラック歯10zの形状および寸法を整えつつ、端縁に面取り部を形成して、素ラック歯部11zをラック歯部11とすることで、ラック9aを得る。なお、仕上げ成形工程において、それぞれの素ラック歯10zの形状などを整えることに伴って生じた余肉も、凹溝42zとそれぞれのラック歯10zの幅方向両側部分とに逃げる。この結果、凹溝42zは、逃げた余肉により変形して凹溝42となる。
【0052】
そして、図8に示すように、ノックアウトピン53を上昇させ、ノックアウトピン53の先端面(図5(D)における上端面)により凹溝42の内面を上方に押すことにより、完成後のラック9aを第2キャビティ23aから取り出す。その後、必要に応じて、研磨加工などの仕上げ加工を施すこともできる。
【0053】
本例によれば、ラック9aの製造コストの低減を図ることができる。すなわち、歯成形工程において、素ラック歯部11zを形成することに伴い、歯底となる部分から押し出された余肉の一部は、歯成形用パンチ27の押圧方向前方側に存在する凹溝42yに逃げる。したがって、ラック歯部11を形成することに伴って押し出された余肉を、それぞれのラック歯10の幅方向両側部分にのみ逃がす場合との比較では、中間素材18aを構成する金属材料が移動することに対する抵抗を小さく抑えることが可能である。特に、素材14を製造する際のばらつきにより、中間素材18aの体積が所定値よりも大きい場合にも、体積の余剰分を、凹溝42yに逃がすことにより、中間素材18aの体積のばらつきを吸収することができる。この結果、加工装置が大型化することを防止できて、ラック9aの製造コストを低く抑えることができる。
【0054】
また、本例では、完成後のラック9aを第2キャビティ23aから取り出す際に、ノックアウトピン53の先端面により凹溝42の内面を押圧するようにしている。したがって、ラック9aの背面のうち、ステアリングギヤユニット2に組み込んだ状態で押圧ブロック45(図3参照)の先端面と摺動する部分に、ノックアウトピン53による圧痕が形成されることを防止できる。また、中間素材18aあるいは素ラック29aの余肉が、凹溝42y、42zに逃げるため、この余肉がノックアウトピン53の外周面と透孔54の内周面との間に入り込んで、ラック9aの背面にバリが形成されてしまうことも防止される。
【0055】
さらに、本例では、金型本体52を構成する1対の金型素子55同士の突き合わせ部59を、凹溝42の径方向外方に位置させている。このため、素ラック歯部11zを形成する際あるいは仕上げ成型の際に、中間素材18aあるいは素ラック29aの余肉が、凹溝42y、42zに逃げるため、この余肉が、1対の金型素子55同士の間の隙間に入り込んで、当該部分に凸部が形成されることを防止できる。このため、仕上げ成形工程後の研削加工または研磨加工での研削量が増大することを防止できる。
【0056】
本例では、歯成形工程と仕上げ成形工程とで、同じ歯成形用金型22aを使用している。すなわち、歯成形工程後、歯成形用金型22aの第2キャビティ23a内に保持された素ラック29aを取り出すことなく、素ラック29aを第2キャビティ23a内側に保持したままの状態で、仕上げ成形用パンチ56により素ラック歯10zの形状を仕上げ成形により整えるようにしている。ただし、歯成形工程と仕上げ成形工程とで異なる金型を使用することもできる。
【0057】
本例では、予備成形工程において、中間素材18aの軸方向片側部の片側面を、予備成形用パンチ17の押付面51により押圧して、平坦面状の被加工面部20を形成するのと同時に、中間素材18aの軸方向片側部のうちの被加工面20とは逆側にある他側面を、突条50により押圧して、凹溝42yを形成している。ただし、中間素材18aの凹溝42yは、被加工面部20を形成する据え込み加工と前後して、切削加工や鍛造加工などにより形成することもできる。
【0058】
本例では、ノックアウトピン53により凹溝42の底面を押圧することで、完成後のラック9aを第2キャビティ23aから取り出すようにしている。ただし、ノックアウトピンが省略され、かつ、複数の金型素子からなる分割型金型を用いて、完成後のラックを、分割型金型を構成する金型素子を分離することで取り出すようにすることもできる。この場合も、金型素子同士の突き合わせ部を、凹溝の径方向外方に位置させる。
【0059】
本例の製造方法により得られたラック9aの凹溝42の形状は、塑性加工の過程を経ることで、中間素材18aにおける凹溝42yの形状からは変形している。また、最終的に製品として得られたそれぞれのラック9aごとに、凹溝42の形状にはばらつきがある。すなわち、素材14において、その大きさ、形状、硬さなどの特性のばらつきなどの影響により、素材14をラック9aに加工する過程で、凹溝42yの変形の仕方や度合いなどにばらつきが生じ、完成状態でのラック9aの凹溝42の形状も、それぞれのラック9aごとにばらつく。たとえば、凹溝42の両側縁は、それぞれのラック9aごとに異なる曲線状となる。なお、このような製品ごとの凹溝42の形状の相違を利用して、凹溝42を撮影した画像や、凹溝42の三次元形状を測定したデータを、ラック9aの個体識別に用いることも可能である。
【符号の説明】
【0060】
1 ステアリングホイール
2、2a ステアリングギヤユニット
3 入力軸
4 タイロッド
5 ステアリングシャフト
6 ステアリングコラム
7a、7b 自在継手
8 中間シャフト
9、9a ラック
10 ラック歯
10z 素ラック歯
11 ラック歯部
11z 素ラック歯部
12 背面部分
13 円杆部
14 素材
15、15a 予備成形用金型
16、16a 第1キャビティ
17 予備成形用パンチ
18、18a 中間素材
19 部分円筒面部
20 被加工面部
21 曲面部
22、22a、22b 歯成形用金型
23、23a 第2キャビティ
24 底部
25 内側面
26 ガイド傾斜面部
27、27a 歯成形用パンチ
28 歯成形用凹凸部
29、29a 素ラック
30 平坦面部
31 仕上げ成形用受型
32 受側キャビティ
33 仕上げ成形用凹凸部
34 仕上げ成形用押型
35 押側キャビティ
36 ハウジング
37 押圧装置
38 主収容部
39 副収容部
40 シリンダ部
41 取付フランジ
42、42y、42z 凹溝
43 ブッシュ
44 ピニオン歯部
45 押圧ブロック
46 蓋体
47 ばね
48 球面継手
49 ベローズ
50 突条
51 押付面
52 金型本体
53 ノックアウトピン
54 透孔
55 金型素子
56 仕上げ成形用パンチ
57 ダミー歯
58 ピニオン歯
59 突き合わせ部
【要約】
外周面の径方向一部に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝(42)を有する中間素材(18a)を得る。中間素材(18a)の外周面のうち、円周方向に関して凹溝(42y)の両側部分を拘束し、かつ、凹溝(42y)の内面を拘束しない状態で、中間素材(18a)の外周面のうち、径方向に関して凹溝(42y)と反対側の面に、軸方向に関する凹凸形状である歯成形用凹凸部(28)を押し付けることにより、複数のラック歯(10z)を形成する。
図1
図2
図3
図4
図5
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図10
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