JP2017089688A - ラックバーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のラック歯からなる歯部が形成された中空材からなる第１バー部材に中空材からなる第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、且つ第２バー部材に形成される動力伝達部の形状自由度を高める。【解決手段】複数のラック歯からなる歯部２０が軸方向の一部に形成された中空材からなる第１バー部材１１の軸方向の一方の端部１１ａに、中空材からなる第２バー部材１２の軸方向の一方の端部１２ａを接合し、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第１バー部材１１と同軸に増肉成形し、第２バー部材１２の増肉成形部分に動力伝達部２１を形成する。【選択図】図２

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、歯部が形成された中空材からなる第１バー部材と、第１バー部材と同軸に配置された第１バー部材と同一の外径を有する中空材からなる第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バー部材及び第２バー部材がいずれも中空材からなることにより、ラックバーの軽量化が図られ、また、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、切削加工によって第２バー部材に形成される歯部のラック歯の歯たけは、中空材からなる第２バー部材の肉厚によって制限される。

本発明は、複数のラック歯からなる歯部が形成された中空材からなる第１バー部材に中空材からなる第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、且つ第２バー部材に形成される動力伝達部の形状自由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中空材からなる第１バー部材の軸方向の一方の端部に、中空材からなる第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前記第１バー部材と同軸に増肉成形し、前記第２バー部材の増肉成形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中空材からなる第１バー部材に中空材からなる第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、且つ第２バー部材に形成される動力伝達部の形状自由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。

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。

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もまた、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。第２バー部材１２の第２歯部２１を構成するラック歯は、詳細は後述するが、第２バー部材１２が第１バー部材１１に接合された後に、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。図示の例では、第２バー部材１２の素材の外径は、第１バー部材１１の外径よりも大きいが、第１バー部材１１の外径と同じでもよいし、第１バー部材の外径より小さくてもよい。また、第２バー部材１２の素材の内径は第１バー部材１１の内径と同一であるが、第１バー部材１１の内径と異なっていてもよい。

また、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と同一の内径及び外径を有する環状に予め形成されている。第２バー部材１２の素材の外径が第１バー部材１１の外径より小さい場合には、例えば第２バー部材１２の接合端部１２ａに予め据え込み加工を施し、接合端部１２ａの外径を接合端部１１ａの外径以上としておけばよく、第２バー部材１２の素材の内径が第１バー部材１１の内径より大きい場合には、例えば第２バー部材１２の接合端部１２ａに予め絞り加工を施し、接合端部１２ａの内径を接合端部１１ａの内径以下としておけばよい。

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の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と同一の内径及び外径を有する環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、第２バー部材１２は第１バー部材１１と同軸に矯正される。この第２バー部材１２の矯正は、第２バー部材１２に対する増肉成形によって行われる。第２バー部材１２を第１バー部材１１と同一の外径に成形するものとして、第２バー部材１２の素材の外径が第１バー部材１１の外径よりも大きい本例では、第２バー部材１２は、軸方向の長さは概ねそのままに縮径されて増肉される。このような第２バー部材の増肉成形は、例えば第２バー部材１２の周囲を回る複数のダイスで第２バー部材１２を径方向に叩きながら第２バー部材１２の断面形状を変化させる絞り加工（スエージング）によって行うことができる。第２バー部材１２の素材の外径が第１バー部材１１の外径以下である場合には、第２バー部材１２の軸方向の長さを短くして増肉させればよい。なお、第２バー部材１２は第１バー部材１１と異なる外径に増肉成形されてもよく、また、図示の例では、第２バー部材１２は接合端部１２ａを除いて軸方向の全長に亘って増肉成形されているが、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増肉成形されてもよい。

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、増肉成形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、第１バー部材１１及び第２バー部材１２がいずれも中空材からなることにより、ラックバー１０の軽量化が図られる。

そして、第２バー部材１２を増肉させることにより、第２歯部２１が形成される第２バー部材１２の所定部位の肉厚が確保でき、第２歯部２１を構成するラック歯の形状自由度を高めることができる。さらに、第２バー部材１２の増肉成形によって第２バー部材１２を第１バー部材１１と同軸に矯正でき、ラックバー１０の真直度を高めることもできる。

なお、上述したラックバー１０の製造方法において、図６に示した増肉成形と図７に示した歯切り加工との間で、第１バー部材１１の中心軸を基準にして、第２バー部材１２に外径切削加工を施してもよい。これにより、ラックバー１０の真直度を一層高めることができ、さらに、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ができる。

第２バー部材１２の素材である中空材は、一般に引き抜き加工によって製造され、この種の中空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。これにより、ラックバー１０の形状精度をさらに高めることができる。

第２バー部材１２の素材の外径及び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。

また、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。

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

Claims (6)

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中空材からなる第１バー部材の軸方向の一方の端部に、中空材からなる第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前記第１バー部材と同軸に増肉成形し、
   前記第２バー部材の増肉成形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絞り加工によって前記第１バー部材と同軸に増肉成形するラックバーの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のラックバーの製造方法であって、
   前記第２バー部材の前記増肉成形部分を前記第１バー部材と同軸に外径切削加工した後に前記動力伝達部を形成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。
5. 請求項１から４のいずれか一項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。
6. 請求項５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の内径及び外径を有する環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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