Device for manufacturing rack shaft

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中空パイプ状のラック軸素材の側面にラック歯を転造するラック軸の製造方法に関する。

【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。 このとき、
ラック軸素材を中空パイプとすることは、軽量化の要求から実施されている。

【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】

【発明が解決しようとする課題】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のラック歯形成部分に予め平面部を成形する工程が必要であり生産性が低い。 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】本発明は、ラック歯の成形工程を簡易とするとともに、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を製造することを目的とする。

【０００７】

【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装置において、中空パイプ状のラック軸素材をその中空部に心金を挿入した状態で保持する素材保持手段と、周面にラック歯形を形成した転造ロールと、上記素材保持手段と上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摺動手段と、上記素材保持手段に保持されたラック軸素材と上記転造ロールの軸間距離を調整する送り手段とを有してなるものである。

【０００８】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、前記素材保持手段が、前記転造ロールに対するラック軸素材保持角度を変える角度調整手段を備えてなるものである。

【０００９】請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の本発明において更に、前記素材保持手段が、
前記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、前記摺動手段が各ラック軸素材の摺動方向を互いに逆方向としてなるものである。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の本発明によれば下記〜の作用がある。 ラック軸素材と転造ロールとを摺動手段により該転造ロールの接線方向に相対的に摺動させることにより、ラック軸素材にラック歯を転造できる。 このとき、転造ロールはラック軸素材に圧接するが、ラック軸素材は転造ロールに相対的に接線方向に摺動するので、転造ロールはラック軸素材に喰込みながら、接線力により回転し、
ラック軸素材にラック歯を転造する。

【００１１】このとき、ラック軸素材のラック歯形成部分に予め平面部を形成する工程は不要であり、円形パイプのまま直ちにラック歯を転造できる。 従って、工程簡易で生産性を向上できる。

【００１２】そして、転造ロールはラック軸素材に対する上述の相対的摺動の所定行程毎（例えば１行程毎）
に、送り手段によりラック軸素材との軸間距離を狭めることができる。 これにより、転造ロールは前記相対的摺動の所定行程毎に少しずつ素材に喰込んでいくので、一度に大きな力を必要とせず、比較的小さな力でラック歯を成形することができる。 また成形されたラック歯にバリを生ずることが少なく、かつ転造により強度に優れたラック歯を成形することができる。

【００１３】請求項２に記載の本発明によれば下記の作用がある。 素材保持手段が、転造ロールに対するラック軸素材保持角度を変える角度調整手段を備えていることにより、
ラック軸は、ラック軸素材の軸線方向に対し直角をなすラック歯を付与されるばかりでなく、ラック軸素材の軸線方向に対し傾斜したラック歯を簡易に付与される。

【００１４】請求項３に記載の本発明によれば下記〜
の作用がある。 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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す正面図、図２
は図１の平面図、図３は図２のIII-III 線に沿う矢視図、図４は素材保持手段を示す模式図、図５は図４の要部を示す模式図、図６は図５のVI-VI 線に沿う断面図、
図７は心金を示す模式図、図８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９はラック軸を示す斜視図である。

【００１９】ラック軸１０は、図９に示す如く、中空の丸パイプからなるラック軸素材１１の周面の一部に、その軸方向に交差する多数のラック歯１２を有するものである。

【００２０】ラック軸製造装置２０は、架台２１と、素材クランプ装置（素材保持手段）２２と、心金設定装置２３と、素材移動装置（摺動手段）２４と、転造深さ調整装置（送り手段）２５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１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。 転造ロール２７はその周面にラック歯形を形成されている。

【００２１】尚、素材クランプ装置２２は、転造ロール２７に対するラック軸素材１１の保持角度（加工角度）
を変える角度調整装置（角度調整手段）２８を備えている。

【００２２】以下、架台２１と、素材クランプ装置２２
と、心金設定装置２３と、素材移動装置２４と、転造深さ調整装置２５と、角度調整装置２８について説明する。 (A) 架台２１（図１〜図３） 架台２１は、左右の側板２１Ａ、２１Ｂ、上下板２１
Ｃ、２１Ｄを有している。 そして、架台２１は、前後一対の支持柱２１Ｅ、２１Ｆを上下板２１Ｃ、２１Ｄの間に架け渡し、両支持柱２１Ｅ、２１Ｆに、転造ロール２
７のロール軸両端部を不図示の軸受けを介して回転自在に支持している。

【００２３】(B) 素材クランプ装置２２（図１〜図６） 素材クランプ装置２２は、図１、図２に示す如く、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ハウジング３１、３２を有する。 左右のクランプハウジング３
１、３２のそれぞれには、図１、図２、図４に示す如く、後述する角度調整装置２８の固定ボルト２８Ｂにより左右のクランプホルダ３３、３４が固定されている。

【００２４】左右のクランプホルダ３３、３４はそれぞれ、図５、図６に示す如く、凹所３５を有し、凹所３５
に、上下に２分割されたクランプ部材３６Ａ、３６Ｂを配置し、クランプ部材３６Ａ、３６Ｂの間にラック軸素材１１を保持する。 クランプホルダ３３、３４の凹所３
５内で、上下のクランプ部材３６Ａ、３６Ｂが上下方向移動自在に配置され、クランプ部材３６Ａ、３６Ｂの間には拡開用ばね３７が介装され、クランプ部材３６Ａ、
３６Ｂの外側には一対のクランプ用カム３８Ａ、３８Ｂ
が装備されている。 そして、クランプホルダ３３、３４
はクランプ用カム３８Ａ、３８Ｂに螺合一体化されたプランジャ３９Ａ、３９Ｂのための油圧作動室４１Ａ、４
１Ｂを備えている。 油圧作動室４１Ａ、４１Ｂはそれぞれプランジャ３９Ａ、３９Ｂの両側に第１室４２、第２
室４３を形成して構成され、それらの第１室４２、第２
室４３に油路４４、４５を連通している。

【００２５】これにより、左右のクランプホルダ３３、
３４のそれぞれにおいて、油圧作動室４１Ａ、４１Ｂの第１室４２に作動油が供給されクランプ用カム３８Ａ、
３８Ｂが下動（図６）すると、クランプ部材３６Ａ、３
６Ｂが縮閉してラック軸素材１１を保持する。 これにより、左右のクランプホルダ３３、３４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、それらの転造加工を開始可能とされる。
それらラック軸素材１１、１１の転造加工が終了すると、左右のクランプホルダ３３、３４のそれぞれにおいて、油圧作動室４１Ａ、４１Ｂの第２室４３に作動油が供給されクランプ用カム３８Ａ、３８Ｂが上動（図６）
する結果、クランプ部材３６Ａ、３６Ｂがばね３７のばね力によって拡開してラック軸素材１１の保持を解除する。

【００２６】尚、クランプ部材３６Ａ、３６Ｂは、図６
に示す如く、素材下面クランプ部４６を有する。 素材下面クランプ部４６は、クランプ部材３６Ａ、３６Ｂの前後方向の全域に渡って設けられ、ラック軸素材１１の下半面〜赤道面１１Ａの上部を締付けできるようにラック軸素材１１のパイプ外周面と略同形をなす。

【００２７】(C) 心金設定装置２３（図２、図４） 心金設定装置２３は、左右のクランプホルダ３３、３４
それぞれの後面に心金用シリンダ６２を備え、この心金用シリンダ６２のロッドに心金取付ブラケット６３が固定され、この心金取付ブラケット６３に前述の心金２６
が取付けられるようになっている。

【００２８】これにより、心金用シリンダ６２が心金取付ブラケット６３を前進させると、心金２６がクランプ部材３６Ａ、３６Ｂ間の素材挿入位置に設定され、ラック軸素材１１のパイプ内部に心金２６を挿入してラック軸素材１１の転造加工を開始可能とする。 ラック軸素材１１の転造加工が終了すると、心金用シリンダ６２が心金取付ブラケット６３を後退させる結果、心金２６がラック軸素材１１のパイプ内部から抜去される。

【００２９】本実施例は心金を加工毎に所定の位置に移動設定するものであるが、予め所定位置に固定しておいても支障ない。

【００３０】(D) 素材移動装置２４（図１、図２、図４） 素材移動装置２４は、架台２１の上板２１Ｃに固定した取付台７０に左右の素材往復動シリンダ７１、７２を設け、左素材往復動シリンダ７１のロッドに左連結軸７１
Ａを介して左クランプハウジング３１を連結し、右素材往復動シリンダ７２のロッドに右連結軸７２Ａを介して右クランプハウジング３２を連結してある。 そして、左右の連結軸７１Ａ、７２Ａのそれぞれに設けたラック７
１Ｂ、７２Ｂの間には、ピニオン７３が介装され、左連結軸７１Ａと右連結軸７２Ａとを互いに同期させ、逆方向に移動せしめるようになっている。 ピニオン７３は、
取付台７０に支持されている。

【００３１】これにより、素材移動装置２４は、左素材往復動シリンダ７１による左連結軸７１Ａの下動（もしくは上動）と、右素材往復動シリンダ７２による右連結軸７２Ａの上動（もしくは下動）とを同期させると、左右のクランプハウジング３１、３２上のクランプホルダ３３、３４のそれぞれ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（もしくは時計方向）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７１Ａが上動すれば右連結軸７２Ａが下動し、転造ロール２７は時計方向に回転する）。

【００３２】(E) 転造深さ調整装置２５（図１、図２） 転造深さ調整装置２５は、架台２１の左右の側板２１
Ａ、２１Ｂに左右のねじ軸８１、８２を回転自在に支持し、これらのねじ軸８１、８２をモータ８３、８４により駆動可能としている。 また、架台２１は、左右のスライドベース８５Ａ、８６Ａに左右の横移動台８５、８６
をスライド可能に支持し、左右の横移動台８５、８６に左右のねじ軸８１、８２が螺合されるナット８５Ｂ、８
６Ｂを備えている。 左横移動台８５は左クランプハウジング３１を左右方向（転造深さ方向）には一体に保持し、上下方向（左連結軸７１Ａの軸方向）には相対移動可能に支持している。 右横移動台８６は右クランプハウジング３２を左右方向（転造深さ方向）には一体に保持し、上下方向（右連結軸７２Ａの軸方向）には相対移動可能に支持している。 左横移動台８５と左クランプハウジング３１、右横移動台８６と右クランプハウジング３
２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。

【００３３】転造深さ調整装置２５は、前記素材往復動シリンダ７１、７２の運動周期をモータ８３、８４の制御に取り込み、素材移動装置２４による左右のラック軸素材１１、１１の往復動の一行程毎に、左右のねじ軸８
１、８２を所定角度回転し、左右の横移動台８５、８６
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８５、８６の前進動は、転造ロール２７に対する左右のクランプハウジング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。

【００３４】(F) 角度調整装置２８（図４、図５） 角度調整装置２８は、素材クランプ装置２２の左右のクランプハウジング３１、３２上で、クランプホルダ３
３、３４を旋回可能に支持することとしている。 クランプホルダ３３、３４のそれぞれは、円形状の外径をなしてクランプハウジング３１、３２のそれぞれに設けてある旋回ガイド孔３１Ａ、３２Ａ（図２）に嵌合されるとともに、クランプ部材３６Ａ、３６Ｂ、クランプ用カム３８Ａ、３８Ｂが設けられる凹所３５の両側に円弧状の長孔２８Ａ、２８Ｂを有しており、旋回ガイド孔３１
Ａ、３２Ａ内で旋回せしめられた所定位置にて、固定ボルト２８Ｂによりクランプハウジング３１、３２のそれぞれに固定される。 これにより、素材クランプ装置２２
が保持するラック軸素材１１は、図８に示す如く、転造ロール２７の軸線方向に対し任意の角度方向に傾けられ、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を付与可能とされる。

【００３５】尚、ラック軸製造装置２０にあっては、心金２６として、図７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。

【００３６】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) 心金設定装置２３により、心金２６を左右のクランプホルダ３３、３４それぞれのクランプ部材３６Ａ、３
６Ｂ間の素材挿入位置に設定する。

【００３７】(2) 左右のラック軸素材１１、１１を左右のクランプホルダ３３、３４それぞれのクランプ部材３
６Ａ、３６Ｂ間の素材挿入位置に位置付け、上記(1) の心金２６をラック軸素材１１に挿入する。 このとき、ラック軸素材１１の端面をクランプホルダ３３、３４に設けた素材ストッパに突き当て、ラック軸素材１１の長手方向の保持位置を位置決めする。

【００３８】(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３３、３４それぞれのクランプ部材３６Ａ、３６
Ｂ間に締付け保持する。 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。

【００３９】(4) 転造深さ調整装置２５により、左右の横移動台８５、８６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２４により、左右のクランプホルダ３３、３４を上下動させる。 これにより、左右のクランプホルダ３３、３４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。

【００４０】(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２５により左右の横移動台８５、８６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。

【００４１】以下、本実施例の作用について説明する。 ラック軸素材１１と転造ロール２７とを素材移動装置２４により該転造ロール２７の接線方向に相対的に摺動させることにより、ラック軸素材１１にラック歯１２を転造できる。 このとき、転造ロール２７はラック軸素材１１に圧接するが、ラック軸素材１１は転造ロール２７
に相対的に接線方向に摺動するので、転造ロール２７はラック軸素材１１に喰込みながら、接線力により回転し、ラック軸素材１１にラック歯１２を転造する。

【００４２】このとき、ラック軸素材１１のラック歯１２の形成部分に予め平面部を形成する工程は不要であり、円形パイプのまま直ちにラック歯１２を転造できる。 従って、工程簡易で生産性を向上できる。

【００４３】そして、転造ロール２７はラック軸素材１１に対する上述の相対的摺動の所定行程毎（例えば１
行程毎）に、転造深さ調整装置２５によりラック軸素材１１との軸間距離を狭めることができる。 これにより、
転造ロール２７は前記相対的摺動の所定行程毎に少しずつ素材に喰込んでいくので、一度に大きな力を必要とせず、比較的小さな力でラック歯１２を成形することができる。 また成形されたラック歯１２にバリを生ずることが少なく、かつ転造により強度に優れたラック歯１２を成形することができる。

【００４４】素材クランプ装置２２が、転造ロール２
７に対するラック軸素材１１の保持角度を変える角度調整装置２８を備えていることにより、ラック軸は、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
を付与されるばかりでなく、ラック軸素材１１の軸線方向に対し傾斜したラック歯１２を簡易に付与される。

【００４５】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、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、
装置を小型にできる。

【００４６】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、転造ラック歯の加工精度を落とさず、転造圧力を大きくできる。

【００４７】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。

【００４８】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。 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。

【００４９】また、摺動手段は、素材移動装置２４によるものでなく、転造ロール移動装置により転造ロールの側を移動させても良い。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ラック歯の成形工程を簡易とするとともに、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を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例を示す正面図である。

【図２】図２は図１の平面図である。

【図３】図３は図２のIII-III 線に沿う矢視図である。

【図４】図４は素材保持手段を示す模式図である。

【図５】図５は図４の要部を示す模式図である。

【図６】図６は図５のVI-VI 線に沿う断面図である。

【図７】図７は心金を示す模式図である。

【図８】図８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９】図９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（素材保持手段） ２３ 心金設定装置 ２４ 素材移動装置（摺動手段） ２５ 転造深さ調整装置（送り手段） ２６ 心金 ２７ 転造ロール ２８ 角度調整装置（角度調整手段）