JP2019069463A - ラックバーの製造方法及びラックバー - Google Patents

Abstract

【課題】ラックバー及びその製造方法において、芯金の挿入回数を低減でき、且つ簡易に歯幅を拡大する。【解決手段】中空の軸材１１の軸方向に延びて設けられた平坦状の歯形成部１２の外周面に歯型２３を押し当てた状態で、軸材１１に挿入する芯金２５の高さＨを次第に大きなものとして軸材１１に対する芯金２５の挿入を繰り返し行うことにより、歯形成部１２の材料を歯型２３に向けて塑性流動させて歯形成部１２に複数の歯１３を形成する歯形成ステップを備え、軸材１１に挿入される複数の芯金２５は、歯形成部１２の内周面に接する押圧部３０の幅Ｗが二種以上に異なり、歯形成ステップにおいて軸材１１に挿入される順に、押圧部３０の幅Ｗを次第に小さくする。製造されたラックバー１０は、歯形成部１２の内周面に形成されており、軸方向に延びている第１加工面１５及び第２加工面１６を備え、第２加工面１６は、第１加工面１５の歯幅方向中央部において凹状に形成されている。【選択図】図６

Description

本発明は、ラックバーの製造方法及びラックバーに関する。

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として、例えば中実の軸材に複数の歯が切削加工によって形成されたラックバーが知られているが、中空の軸材が用いられることによって軽量化が図られた、いわゆる中空ラックバーも知られている。

中空ラックバーは、概略、以下のようにして製造される。まず、中空の軸材の一部が潰されてなる平坦状の歯形成部が軸材に設けられ、歯型が歯形成部の外周面に押し付けられる。そして、歯型が歯成形部に押し付けられた状態で軸材に芯金が挿入される。軸材に芯金が挿入されることにより、軸材の歯形成部の材料が芯金によってしごかれて歯型に食い込む。そして、芯金を次第に大きなものとして芯金の挿入が繰り返されることにより、歯型の形状が転写されてなる複数の歯が軸材の歯形成部に形成される。

上記中空ラックバーの製造方法によって形成される歯の歯幅は、芯金の挿入回数に関連しており、基本的に挿入回数が多いほど歯幅は大きくなる。しかし、挿入回数が多くなるほど、歯型の寿命は短くなり、製造コストも増大する。特許文献１に記載された中空ラックバーの製造方法では、歯型に超音波振動を付与することにより、芯金の挿入回数の低減及び歯幅の拡大が図られている。

特開２０１３−６１８９号公報

特許文献１に記載された中空ラックバーの製造方法では、歯型に超音波振動を付与する超音波振動付与機構を要し、製造設備の簡素化を図る観点で改善の余地があった。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、ラックバー及びその製造方法において、芯金の挿入回数を低減でき、且つ簡易に歯幅を拡大することを目的とする。

本発明の一態様のラックバーの製造方法は、中空の軸材の軸方向に延びて設けられた平坦状の歯形成部の外周面に歯型を押し当てた状態で、前記軸材に挿入する芯金の前記歯形成部に垂直な高さ方向の寸法を次第に大きなものとして前記軸材に対する前記芯金の挿入を繰り返し行うことにより、前記歯形成部の材料を前記歯型に向けて塑性流動させて前記歯形成部に複数の歯を形成する歯形成ステップを備え、前記軸材に挿入される複数の前記芯金は、前記歯形成部の内周面に接する押圧部の前記軸方向及び前記高さ方向に垂直な幅方向の寸法が二種以上に異なり、前記歯形成ステップにおいて前記軸材に挿入される順に、前記芯金の前記押圧部の幅を次第に小さくする。

また、本発明の一態様のラックバーは、中空の軸材からなり、前記軸材の軸方向に延びて設けられている歯形成部と、前記歯形成部の外周面に形成されている複数の歯と、前記歯形成部の内周面に凹状に形成されており、前記軸方向に延びている第１加工面及び第２加工面と、を備え、前記第２加工面は、前記第１加工面の歯幅方向中央部に形成されている。

本発明によれば、ラックバー及びその製造方法において、芯金の挿入回数を低減でき、且つ簡易に歯幅を拡大することができる。

本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの一例の平面図である。 図１のラックバーの縦断面図である。 図１のラックバーの製造方法の一工程を示す模式図である。 図１のラックバーの製造方法の一工程を示す模式図である。 図１のラックバーの製造方法の一工程を示す模式図である。 図１のラックバーの製造方法に用いられる芯金の側面図である。 図４の芯金の正面図である。 図１のVI−VI線断面図である。 参考例のラックバーの断面図である。 図１のラックバーの変形例の断面図である。 実験例の歯幅の評価方法を示す模式図である。 実験例の歯幅の評価結果のグラフである。

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す。

ラックバー１０は、例えば鋼等の金属材料からなり、軸方向両側の端部１１ａ，１１ｂに開口を有する円筒形状の中空の軸材１１の一部に軸方向に延びる平坦状の歯形成部１２が設けられ、この歯形成部１２の外周面に複数の歯１３が形成されたものである。両側の端部１１ａ，１１ｂの内周部には、例えばステアリング装置のタイロッドが連結されるジョイントを接合するための雌ねじが形成される。

本例では、歯１３の歯幅方向が軸材１１の軸方向と直交しており、歯１３のピッチが一定となっているが、歯１３の歯幅方向は軸材１１の軸方向に対して斜めになっていてもよく、歯１３のピッチは、例えば歯形成部１２の中央部において相対的に狭く、歯形成部１２の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。

図３Ａ〜図３Ｃは、ラックバー１０の製造方法を示す。

まず、図３Ａに示すように、円筒形状の中空の軸材１１の一部が、プレス加工で内方に押し潰され、軸材１１の軸方向に延びる平坦状の歯形成部１２が予め形成される。

＜歯形成ステップ＞
次に、図３Ｂに示すように、軸材１１が金型２０の上型２１と下型２２とによって挟持され、上型２１に取り付けられた歯型２３が軸材１１の歯形成部１２の外周面に押し当てられる。そして、芯金ホルダー２４に収容されている複数の芯金２５の一つが、第１押棒２６によって押されて軸材１１に挿入される。続いて、図３Ｃに示すように、軸材１１に挿入された芯金２５が第２押棒２７によって押し戻されて軸材１１から排出され、再び芯金ホルダー２４に収容される。

芯金２５が歯形成部１２の全長に亘って往復移動される過程で、歯形成部１２の材料は、芯金２５によってしごかれ、歯形成部１２に押し当てられている歯型２３に向けて塑性流動する。芯金ホルダー２４に収容されている複数の芯金２５から選択されて軸材１１に挿入される芯金の歯形成部１２に垂直な高さ方向の寸法が次第に大きいものとされ、軸材１１に対する芯金２５の挿入が繰り返されることにより、歯形成部１２の材料が歯型２３の成形面に次第に食い込み、歯型２３の成形面の歯形状が転写され、歯形成部１２に複数の歯１３が形成される。

図４及び図５は、芯金２５の一例を示す。

芯金２５は、金属材料からなる棒状の部材であり、芯金２５の中心軸が軸材１１の中心軸と略平行に配置された状態で軸材１１に挿入される。芯金２５は、押圧部３０と、支持部３１とを有する。芯金２５が軸材１１に挿入された際に、押圧部３０は歯形成部１２の内周面に接する。支持部３１は、芯金２５の中心軸に垂直な断面において円弧状に形成されており、支持部３１の曲率半径ｒは、軸材１１の内半径（内径Ｄの１／２）と略同一である。芯金２５が軸材１１に挿入された際に、支持部３１は、軸材１１の中心軸を挟んで歯形成部１２とは反対側に位置する円弧状の背部１４（図２参照）に接する。

押圧部３０は、全体として平坦状に形成されているが、押圧部３０の表面には複数の凸部３２ａ〜凸部３２ｃが設けられている。凸部３２ａ〜凸部３２ｃは、表面からの高さｈが同一に形成されてもよく、又は、上記歯形成ステップにおいて芯金２５が軸材１１に挿入される際に挿入方向後側に配置される凸部３２ｃが挿入方向先側に配置される凸部３２ａよりも高く形成されてもよく、若しくは、中央の凸部３２ｂが両側の凸部３２ａ，３２ｃよりも高く形成されてもよい。芯金２５の高さ方向の寸法Ｈは、断面における支持部３１の円弧の中点から、凸部３２ａ〜凸部３２ｃのうち最も高い凸部の頂部までの距離とする。

一方、芯金２５の軸方向及び高さ方向に垂直な方向を幅方向として、凸部３２ａ〜凸部３２ｃの幅方向の寸法Ｗは略同一に形成されている。以下、凸部３２ａ〜凸部３２ｃの幅方向の寸法Ｗを押圧部３０の幅とする。上記歯形成ステップで軸材１１に挿入される複数の芯金２５として、押圧部３０の幅Ｗが二種以上に異なる複数の芯金２５が用いられ、軸材１１に挿入される順に、芯金２５の高さＨは次第に大きくされ、押圧部３０の幅Ｗは次第に小さくされる。

芯金２５の高さＨ及び押圧部３０の幅Ｗにかかわらず、押圧部３０の幅方向両側の角部３０ａ，３０ｂが、支持部３１の曲率中心Ｏを中心とし且つ支持部３１の曲率半径ｒを半径とする円Ｃ１の内側に収まるように、全ての芯金２５は形成されている。

図６は、ラックバー１０の断面の一例を示す。

図６は、押圧部３０の幅ＷがＷ１である一つ以上の芯金２５Ａと、押圧部３０の幅ＷがＷ２（Ｗ１＞Ｗ２）である一つ以上の芯金２５Ｂとが用いられ、上記歯形成ステップにおいて、軸材１１に対し、芯金２５Ａが先に挿入され、芯金２５Ｂが後に挿入された例である。歯形成部１２の内周面には、軸材１１の軸方向に延びている第１加工面１５及び第２加工面１６が形成されている。

第１加工面１５は、先に挿入された芯金２５Ａの相対的に幅広な押圧部３０によってしごかれた凹状の加工面であり、第２加工面１６は、後に挿入された芯金２５Ｂの相対的に幅狭な押圧部３０によってしごかれた凹状の加工面である。第２加工面１６は、第１加工面１５の歯幅方向中央部に形成されている。第２加工面１６の歯幅方向両側に残る第１加工面１５と第２加工面１６との境界部には、後に挿入された芯金２５Ｂの両側の側面に沿って軸材１１の内方に突出した微小な突起１７が形成されている。

仮に、軸材１１に対して挿入される複数の芯金２５が、押圧部３０の幅ＷがＷ１である芯金２５Ａのみによって構成された場合に、図７に示すように、押圧部３０の幅方向両側の角部が軸材１１の端部１１ａの内周部に干渉する虞がある。換言すれば、第１加工面１５の歯幅方向両側の角部１５ａ，１５ｂが、軸材１１の内径円Ｃ２の外側に突出する虞がある。この場合、軸材１１の端部１１ａの内周部に傷が生じ、例えばジョイントを接合するための雌ねじの形成に支障をきたす虞がある。

これに対し、軸材１１に挿入される順に芯金２５の押圧部３０の幅Ｗを次第に小さくすることにより、押圧部３０の幅方向両側の角部と軸材１１の端部１１ａの内周部との干渉を回避できる。換言すれば、第１加工面１５及び第２加工面１６を軸材１１の内径円Ｃ２の内側に収めることができる。そして、先に挿入される芯金２５Ａの相対的に幅広な押圧部３０によって歯形成部１２の材料が広範囲にわたってしごかれることにより、歯１３の歯幅が簡易に拡大され、所望の歯幅を得るにあたって必要となる芯金２５の挿入回数を低減できる。さらに、歯型２３の寿命も延長できる。

なお、押圧部３０の幅方向の寸法Ｗが三種以上に異なる複数の芯金２５が用いられてもよい。例えば芯金２５Ａ及び芯金２５Ｂに加えて、押圧部３０の幅方向の寸法ＷがＷ３（Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）の一つ以上の芯金２５Ｃがさらに用いられ、軸材１１に対し、芯金２５Ｂが挿入された後に芯金２５Ｃが挿入された場合には、図８に示すように、第３加工面１８が第２加工面１６の歯幅方向中央部に凹状に形成される。

以下、実験例について説明する。

実験例１では、外径３８ｍｍ、内径２６．５ｍｍの軸材１１に対して、上記歯形成ステップにて１９本の芯金２５を挿入してラックバー１０を製造した。１９本全ての芯金２５に、押圧部３０の幅Ｗが２０．３５ｍｍの芯金を用いた。また、軸材１１に挿入される順に、Ｎｏ．１の芯金２５の高さＨは１９．０４ｍｍであり、Ｎｏ．１９の芯金２５の高さＨは２２．７０ｍｍであり、０．４ｍｍ〜０．０５ｍｍの間隔で大きくした。

実験例２では、実験例１と同じ軸材１１に対して、上記歯形成ステップにて１７本の芯金２５を挿入してラックバー１０を製造した。軸材１１に挿入される順に、Ｎｏ．１〜１３の芯金２５には、押圧部３０の幅Ｗが２２．３ｍｍの芯金を用い、Ｎｏ．１４〜１７の芯金２５には、押圧部３０の幅Ｗが２０．３５ｍｍの芯金を用いた。Ｎｏ．１の芯金２５の高さＨは１９．０４ｍｍであり、Ｎｏ．１７の芯金２５の高さＨは２２．６０ｍｍであり、０．４ｍｍ〜０．０５ｍｍの間隔で大きくした。

実験例１のラックバー１０及び実験例２のラックバー１０それぞれの歯１３の歯幅をピン接触長さによって評価した。評価対象とした歯１３は、歯形成部１２の軸方向一端側の六つの歯（歯Ｎｏ．１〜６）、歯形成部１２の軸方向中央部の二つの歯（歯Ｎｏ．１１〜１２）及び歯形成部１２の軸方向他端側の六つの歯（歯Ｎｏ．１７〜２２）である。また、ピン接触長さは、図９に示すように、隣り合う二つの歯１３の間にφ４．５ｍｍのピンゲージ４０を挿し込んだ際の歯１３とピンゲージ４０との接触部分の長さＬである。ピン接触長さによる評価は、歯１３において、歯先よりもピニオンと噛み合う部分により近い部分の歯幅を評価することになり、実状に則した評価と言うことができる。

実験例１及び実験例２の歯幅の評価結果を図１０に示す。

図１０に示すように、歯形成ステップの初期に挿通される芯金２５の押圧部３０の幅Ｗを歯形成ステップの終期に挿通される芯金２５の押圧部３０の幅Ｗよりも相対的に大きくして、芯金２５を１７本挿通した実験例２のラックバー１０の歯幅は、押圧部３０の幅Ｗが一定の芯金２５を１９本挿通した実験例１のラックバー１０の歯幅よりも、評価対象とした全ての歯１３に関して大きくなっている。

以上の結果から、軸材１１に挿入される複数の芯金２５として、押圧部３０の幅Ｗが二種以上に異なる芯金を用い、歯形成ステップにおいて軸材１１に挿入される順に、芯金２５の押圧部３０の幅Ｗを次第に小さくする、換言すれば、歯形成ステップの初期に挿入される芯金の押圧部３０の幅Ｗを歯形成ステップの終期に挿入される芯金の押圧部３０の幅Ｗよりも大きくすることにより、歯１３の歯幅を簡易に拡大でき、所望の歯幅を得るにあたって必要となる芯金２５の挿入回数を低減できることがわかる。

１０ ラックバー
１１ 軸材
１２ 歯形成部
１３ 歯
１４ 背部
１５ 第１加工面
１６ 第２加工面
１７ 突起
１８ 第３加工面
２０ 金型
２１ 上型
２２ 下型
２３ 歯型
２４ 芯金ホルダー
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ 芯金
２６ 第１押棒
２７ 第２押棒
３０ 押圧部
３１ 支持部
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 凸部
４０ ピンゲージ

Claims (4)

1. 中空の軸材の軸方向に延びて設けられた平坦状の歯形成部の外周面に歯型を押し当てた状態で、前記軸材に挿入する芯金の前記歯形成部に垂直な高さ方向の寸法を次第に大きなものとして前記軸材に対する前記芯金の挿入を繰り返し行うことにより、前記歯形成部の材料を前記歯型に向けて塑性流動させて前記歯形成部に複数の歯を形成する歯形成ステップを備え、
   前記軸材に挿入される複数の前記芯金は、前記歯形成部の内周面に接する押圧部の前記軸方向及び前記高さ方向に垂直な幅方向の寸法が二種以上に異なり、
   前記歯形成ステップにおいて前記軸材に挿入される順に、前記芯金の前記押圧部の幅を次第に小さく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、
   前記芯金は、前記軸材の内半径と同一の曲率半径を有する支持部を有し、
   前記押圧部の幅方向両側の角部は、前記支持部の曲率中心を中心とし且つ前記支持部の曲率半径を半径とする円の内側に収まるラックバーの製造方法。
3. 中空の軸材からなり、
   前記軸材の軸方向に延びて設けられている歯形成部と、
   前記歯形成部の外周面に形成されている複数の歯と、
   前記歯形成部の内周面に凹状に形成されており、前記軸方向に延びている第１加工面及び第２加工面と、
   を備え、
   前記第２加工面は、前記第１加工面の歯幅方向中央部に形成されているラックバー。
4. 請求項３記載のラックバーであって、
   前記第１加工面及び前記第２加工面は、前記軸材の内径円の内側に収まっているラックバー。

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