(57)【要約】【課題】中空の軸材の略全長に亘ってラックが形成されるような比較的短尺な中空ラックバーの製造に好適な製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】ラックバーの製造装置１００は、中空の軸材２の外周面に、軸材２の軸方向に延びる平潰し部６を形成する予備成形部１０１と、平潰し部６の平坦な外面にラック３を形成する歯成形部１０２と、ラック３の焼入れを行う熱処理部１０３と、軸材２を予備成形部１０１に搬入し、且つ平潰し部６が形成された軸材２を予備成形部１０１から搬出する第１搬送部１０４と、平潰し部６が形成された軸材２を歯成形部１０２に搬入し、且つラック３が形成された軸材２を歯成形部１０２から搬出する第２搬送部１０５と、ラック３が形成された軸材２を熱処理部１０３に搬入し、且つラック３の焼入れが行われた軸材２を熱処理部１０３から搬出する第３搬送部１０６と、を備え、第１搬送部１０４、第２搬送部１０５及び第３搬送部１０６は、軸材２の両端部のうち少なくとも一方の端部の内径部を保持する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の軸材の外周面に、前記軸材の軸方向に延びる平潰し部を形成する予備成形部と、
前記平潰し部の平坦な外面にラックを形成する歯成形部と、
前記ラックの焼入れを行う熱処理部と、
前記軸材を予備成形部に搬入し、且つ前記平潰し部が形成された前記軸材を前記予備成形部から搬出する第１搬送部と、
前記平潰し部が形成された前記軸材を前記歯成形部に搬入し、且つ前記平潰し部に前記ラックが形成された前記軸材を前記歯成形部から搬出する第２搬送部と、
前記ラックが形成された前記軸材を前記熱処理部に搬入し、且つ前記ラックの焼入れが行われた前記軸材を前記熱処理部から搬出する第３搬送部と、
を備え、
前記第１搬送部、前記第２搬送部及び前記第３搬送部は、前記軸材の両端部のうち少なくとも一方の端部の内径部を保持するラックバーの製造装置。
【請求項２】
請求項１記載のラックバーの製造装置であって、
前記予備成形部は、
前記軸材の外周面を保持する予備成形用金型と、
前記予備成形用金型によって保持された前記軸材の外周面に押し付けられる平潰しポンチと、
を備え、
前記予備成形用金型は、前記軸材の全体を収容可能であり、収容した前記軸材の一方の端部を金型外部に露呈させる連通孔を有し、
前記第１搬送部は、前記軸材の前記一方の端部に挿入可能且つ径方向に拡縮可能な保持部を備え、
前記保持部は、前記軸材の前記一方の端部の内部で径方向に拡大されることによって前記一方の端部の内径部を保持し、前記連通孔を通して、前記予備成形用金型に収容されている前記軸材の前記一方の端部の内部に配置されるラックバーの製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のラックバーの製造装置であって、
前記歯成形部は、
前記軸材の外周面を保持する歯成形用金型と、
前記歯成形用金型によって保持された前記軸材の前記平潰し部に押し付けられるラック歯型と、
前記歯成形用金型によって保持された前記軸材に圧入される複数の芯金と、
を備え、
前記歯成形用金型は、前記軸材の全体を収容可能であり、収容した前記軸材の両端部のうち一方の第１端部を金型外部に露呈させる第１連通孔と、他方の第２端部を金型外部に露呈させる第２連通孔と、を有し、
前記複数の芯金は、前記第１連通孔を通して、前記歯成形用金型に収容されている前記軸材に順に圧入され、
前記第２搬送部は、前記軸材の前記第２端部に挿入可能且つ径方向に拡縮可能な保持部を備え、
前記保持部は、前記第２端部の内部で径方向に拡大されることによって前記第２端部の内径部を保持し、前記第２連通孔を通して、前記歯成形用金型に収容されている前記軸材の前記第２端部の内部に配置されるラックバーの製造装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載のラックバーの製造装置であって、
前記熱処理部は、
前記軸材の外周面を包囲する加熱コイルと、
前記加熱コイルによって加熱された前記軸材の外周面に複数の径方向から冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、
を備え、
前記加熱コイルは、前記軸材の全体を収容可能であり、
前記加熱コイルと前記冷却ジャケットとは、前記加熱コイルの軸方向に互いに隣設されており、
前記第３搬送部は、前記軸材の両端部に挿し込まれて前記軸材を軸方向に挟持する一対のセンタを備え、
前記一対のセンタは、前記加熱コイルの軸線上に配置されており、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットを貫いて前記加熱コイルの軸線に沿って移動されるラックバーの製造装置。
【請求項５】
中空の軸材の外周面に、前記軸材の軸方向に延びる平潰し部を形成する予備成形ステップと、
前記平潰し部の平坦な外面にラックを形成する歯成形ステップと、
前記ラックの焼入れを行う熱処理ステップと、
を備え、
前記予備成形ステップ、前記歯成形ステップ及び前記熱処理ステップにおいて、前記軸材の両端部のうち少なくとも一方の端部の内径部を保持して前記軸材を搬送するラックバーの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のラックバーの製造方法によって製造されたラックバーの一方の端部に、中空又は中実の延長軸材を接合するステップと、
前記延長軸材に、前記延長軸材の軸方向の直動要素を形成するステップと、
をさらに備えるラックバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックバーの製造装置及びラックバーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ラックが形成された、いわゆる中実ラックバーが知られている。また、中空の軸材にラックが形成され、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。
【０００３】
中空ラックバーは、例えば次のようにして製造される。まず、中空の軸材の外周面にパンチが押し付けられることにより、中空の軸材の外周面に平潰し部が形成される（例えば、特許文献１参照）。次に、ラック歯型が平潰し部の平坦な外面に押し付けられた状態で平潰し部の内部に芯金が圧入され、圧入される芯金が次第に大きなものとされて芯金の圧入が繰り返されることにより、ラックが平潰し部の外面に形成される（例えば、特許文献２参照）。そして、ラックの硬度を高めるため、ラックの焼入れが行われる（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
また、デュアルピニオンアシスト電動パワーステアリング装置に用いられるラックバーとして、ステアリングシャフトの操舵ピニオンと噛み合ラックと、アシスト機構の補助ピニオンと噛み合うラックとの２つのラックを備えるラックバーも知られている。
【０００５】
特許文献４に記載されたラックバーは、第１のラックが形成された中空ラックバーの一方の端部に中実の延長軸材が接合されており、この延長軸材に第２のラックが形成されている。第２のラックは、延長軸材が中空ラックバーに接合された後、ブローチ盤等の加工装置を用いて形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６２６９４号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９６７６号公報
【特許文献３】特開平１０−１５８７４２号公報
【特許文献４】特開２０１４−１２４７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に記載されたラックバーの製造方法、及び特許文献３に記載されたラックバーの焼入れ方法では、中空の軸材の長さの一部区間にラックが形成されている。平潰し部が形成される際に、また平潰し部にラックが形成される際には、軸材の上記一部区間が金型に収容され、ラックの焼入れが行われる際には、軸材の上記一部区間が加熱コイルに収容されており、軸材の一方の端部が金型及び加熱コイルから突出して配置される。そこで、金型及び加熱コイルに対する軸材の搬入及び搬出は、例えば特許文献２に記載されるように、金型及び加熱コイルから突出して配置される軸材の一方の端部を把持して行われている。
【０００８】
一方、第１のラックが形成された中空ラックバーに延長軸材が接合され、この延長軸材に第２のラックが形成されてなるラックバーにおいて、中空ラックバーの第１のラックは、例えば中空の軸材の一方の端部から他方の端部までの略全長に亘って形成され得る。この場合に、平潰し部が形成される際に、また平潰し部にラックが形成される際には、軸材の全体が金型に収容され、ラックの焼入れが行われる際には、軸材の全体が加熱コイルに収容される。このため、金型及び加熱コイルから突出して配置される把持部が軸材に存在せず、金型及び加熱コイルに対する軸材の搬入及び搬出に不都合が生じる。金型及び加熱コイルから突出して配置される余長を軸材に設定し、ラックの焼入れが完了した後に余長を切除することにより、軸材の搬入及び搬出における不都合は解消され得るが、材料の無駄が生じる。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、中空の軸材の略全長に亘ってラックが形成されるような比較的短尺な中空ラックバーの製造に好適な製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様のラックバーの製造装置は、中空の軸材の外周面に、前記軸材の軸方向に延びる平潰し部を形成する予備成形部と、前記平潰し部の平坦な外面にラックを形成する歯成形部と、前記ラックの焼入れを行う熱処理部と、前記軸材を予備成形部に搬入し、且つ前記平潰し部が形成された前記軸材を前記予備成形部から搬出する第１搬送部と、前記平潰し部が形成された前記軸材を前記歯成形部に搬入し、且つ前記平潰し部に前記ラックが形成された前記軸材を前記歯成形部から搬出する第２搬送部と、前記ラックが形成された前記軸材を前記熱処理部に搬入し、且つ前記ラックの焼入れが行われた前記軸材を前記熱処理部から搬出する第３搬送部と、を備え、前記第１搬送部、前記第２搬送部及び前記第３搬送部は、前記軸材の両端部のうち少なくとも一方の端部の内径部を保持する。
【００１１】
また、本発明の一態様のラックバーの製造方法は、中空の軸材の外周面に、前記軸材の軸方向に延びる平潰し部を形成する予備成形ステップと、前記平潰し部の平坦な外面にラックを形成する歯成形ステップと、前記ラックの焼入れを行う熱処理ステップと、を備え、前記予備成形ステップ、前記歯成形ステップ及び前記熱処理ステップにおいて、前記軸材の両端部のうち少なくとも一方の端部の内径部を保持して前記軸材を搬送する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、中空の軸材の略全長に亘ってラックが形成されるような比較的短尺な中空ラックバーの製造に好適な製造装置及び製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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斜視図である。
【図２Ａ】図１のラックバーの製造工程の一例の模式図である。
【図２Ｂ】図１のラックバーの製造工程の一例の模式図である。
【図２Ｃ】図１のラックバーの製造工程の一例の模式図である。
【図２Ｄ】図１のラックバーの製造工程の一例の模式図である。
【図３】本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの製造装置の一例の模式図である。
【図４】図３の製造装置の予備成形部の縦断面図である。
【図５】図４の予備成形部の横断面図である。
【図６Ａ】図４の予備成形部が行う予備成形工程の模式図である。
【図６Ｂ】図４の予備成形部が行う予備成形工程の模式図である。
【図６Ｃ】図４の予備成形部が行う予備成形工程の模式図である。
【図６Ｄ】図４の予備成形部が行う予備成形工程の模式図である。
【図７】図３の製造装置の第１搬送部の模式図である。
【図８】図７の第１搬送部の動作を示す模式図である。
【図９】図３のラックバーの製造装置の歯成形部の横断面図である。
【図１０Ａ】図９の歯成形部が行う歯成形工程の模式図である。
【図１０Ｂ】図９の歯成形部が行う歯成形工程の模式図である。
【図１０Ｃ】図９の歯成形部が行う歯成形工程の模式図である。
【図１０Ｄ】図９の歯成形部が行う歯成形工程の模式図である。
【図１０Ｅ】図９の歯成形部が行う歯成形工程の模式図である。
【図１１】図３のラックバーの製造装置の熱処理部及び第３搬送部の模式図である。
【図１２】図１１の熱処理部の冷却ジャケットの縦断面図である。
【図１３Ａ】図１１の熱処理部が行う熱処理工程の模式図である。
【図１３Ｂ】図１１の熱処理部が行う熱処理工程の模式図である。
【図１３Ｃ】図１１の熱処理部が行う熱処理工程の模式図である。
【図１３Ｄ】図１１の熱処理部が行う熱処理工程の模式図である。
【図１４】本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの他の例の斜視図である。
【図１５Ａ】図１４のラックバーの製造工程の一例の模式図である。
【図１５Ｂ】図１４のラックバーの製造工程の一例の模式図である。
【図１５Ｃ】図１４のラックバーの製造工程の一例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１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。
【００１５】
図１に示すラックバー１は、断面円形状の中空の軸材２からなる、いわゆる中空ラックバーである。軸材２の外周面にはラック３が形成されており、ラック３は、軸材２の一方の端部から他方の端部まで軸方向に延びている。軸材２においてラック３が形成されている区間（以下、ラック形成区間という）の断面形状は非円形状であり、ラック形成区間から外れた区間の断面形状は円形状である。一方の端部側に残る断面円形状の軸部４の長さ、及び他方の端部側に残る断面円形状の軸部５の長さは、いずれもラック３の長さよりも短く、ラック３との関係において軸材２は比較的短尺である。中空ラックバー１は、例えば次のようにして製造される。
【００１６】
図２Ａから図２Ｄは、中空ラックバー１の製造工程の概略を示す。
【００１７】
図２Ａに示すように、素材である軸材２は、例えばＪＩＳ−Ｓ４５Ｃ等の鋼からなる断面円形状の中空の軸材であり、軸材２の軸方向の両端は開口している。軸材２には、典型的には、成形性及び防食性を高める燐酸亜鉛皮膜処理等が施されている。
【００１８】
＜予備成形工程＞
図２Ｂに示すように、軸材２の一方の端部から他方の端部まで軸方向に延びる平潰し部６が軸材２の外周面に形成される。平潰し部６は、軸材２の外周面に平潰しパンチ１１１が押し付けられ、軸材２の外周面が、図２Ｃに示す歯成形工程にて形成されるラック３の歯底高さ付近まで平坦状に押し潰されることによって形成される。
【００１９】
＜歯成形工程＞
次に、図２Ｃに示すように、平潰し部６の平坦な外面にラック３が形成される。ラック３は、ラック歯型１５１が平潰し部６の平坦な外面に押し付けられた状態で平潰し部６の内部に芯金１５２が圧入され、圧入される芯金１５２が次第に大きなものとされて芯金１５２の圧入が繰り返されることによって形成される。
【００２０】
＜熱処理工程＞
次に、図２Ｄに示すように、ラック３の硬度を高めるためにラック３の焼入が行われる。焼入の際の加熱は、加熱コイル１８０を用いた高周波誘導加熱によって行うことができる。
【００２１】
この後、平潰し部６及びラック３の形成に伴う軸材２の曲りの矯正、軸材２の外周面のうちラック３とは反対側に位置する断面円弧状の歯裏面の研磨、軸部４及び／又は軸部５の内径部に対するネジ切り等の加工が適宜行われ、中空ラックバー１が製造される。
【００２２】
図３は、図２Ａから図２Ｄに示した中空ラックバー１の製造工程を行う製造装置の概略構成を示す。
【００２３】
製造装置１００は、予備成形部１０１と、歯成形部１０２と、熱処理部１０３と、第１搬送部１０４と、第２搬送部１０５と、第３搬送部１０６とを備える。予備成形部１０１、歯成形部１０２、及び熱処理部１０３は、所定の製造ラインに沿って設置されており、予備成形部１０１のライン上流側、予備成形部１０１と歯成形部１０２との間、歯成形部１０２と熱処理部１０３との間、熱処理部１０３のライン下流側には、軸材２が置かれる適宜なストッカ（不図示）が設置されている。
【００２４】
予備成形部１０１は、図２Ｂに示した予備成形工程を行うものであり、中空の軸材２の外周面に平潰し部６を形成する。第１搬送部１０４は、予備成形部１０１のライン上流側に設置されたストッカから軸材２を取り出し、この軸材２を予備成形部１０１に搬入する。また、第１搬送部１０４は、平潰し部６が形成された軸材２を予備成形部１０１から搬出し、この軸材２を、予備成形部１０１と歯成形部１０２との間に設置されたストッカに置く。
【００２５】
歯成形部１０２は、図２Ｃに示した歯成形工程を行うものであり、軸材２の平潰し部６の平坦な外面にラック３を形成する。第２搬送部１０５は、予備成形部１０１と歯成形部１０２との間に設置されたストッカから軸材２を取り出し、この軸材２を歯成形部１０２に搬入する。また、第２搬送部１０５は、ラック３が形成された軸材２を歯成形部１０２から搬出し、この軸材２を、歯成形部１０２と熱処理部１０３との間に設置されたストッカに置く。
【００２６】
熱処理部１０３は、図２Ｄに示した熱処理工程を行うものであり、ラック３の焼入れを行う。第３搬送部１０６は、歯成形部１０２と熱処理部１０３との間に設置されたストッカから軸材２を取り出し、この軸材２を熱処理部１０３に搬入する。また、第３搬送部１０６は、ラック３の焼入れが行われた軸材２を熱処理部１０３から搬出し、この軸材２を熱処理部１０３のライン下流側に設置されたストッカに置く。
【００２７】
以下、予備成形部１０１、歯成形部１０２、及び熱処理部１０３の各部について順に説明する。
【００２８】
図４及び図５は、予備成形部１０１の一例を示す。
【００２９】
予備成形部１０１は、予備成形用金型１１０と、平潰しパンチ１１１と、加圧機構１１２とを備えている。
【００３０】
予備成形用金型１１０は、左右方向に開閉可能な左型１２０及び右型１２１と、支持ブロック１２２と、イジェクトピン１２３とを有する。イジェクトピン１２３は、左型１２０及び右型１２１の下側に設けられており、突き合わされた左型１２０と右型１２１との間に差し込まれ、左型１２０と右型１２１とを分離させる。
【００３１】
左型１２０及び右型１２１それぞれの突合せ面には、突合せ面を前後方向に横断する断面半円形状の保持溝１２４が形成されている。これらの保持溝１２４は、左型１２０及び右型１２１が閉じられた際に互いに組み合され、軸材２の略全体を収容可能な円筒状の成形空間を形成し、収容した軸材２の外周面を保持する。
【００３２】
左型１２０の突合せ面とは反対側の外側面には、上下方向に傾斜した傾斜面１２５が設けられており、傾斜面１２５は、左型１２０の上面から少なくとも保持溝１２４の下端の位置まで延びている。右型１２１の外側面にも、同様の傾斜面１２６が設けられている。
【００３３】
支持ブロック１２２の下面には、左型１２０及び右型１２１を収容する凹部１２７が形成されている。凹部１２７の左右の側面には、左型１２０の傾斜面１２５に摺接する傾斜面１２８と、右型１２１の傾斜面１２６に摺接する傾斜面１２９とが設けられている。
【００３４】
支持ブロック１２２は、加圧機構１１２によって押し下げられる。支持ブロック１２２が押し下げられることにより、支持ブロック１２２の傾斜面１２８，１２９と、左型１２０の傾斜面１２５及び右型１２１の傾斜面１２６とが係合する。これらの傾斜面の係合により、支持ブロック１２２に作用する下方に向けた押圧力は、左右方向の押圧力に変換されて左型１２０及び右型１２１に作用する。これにより、左型１２０と右型１２１とが閉じられ、且つ閉じられた状態で強固に保持される。
【００３５】
左型１２０及び右型１２１と、支持ブロック１２２とには、左型１２０及び右型１２１並びに支持ブロック１２２を上下方向に貫いて上記成形空間に通じる貫通孔１３０が形成さている。平潰しパンチ１１１は、貫通孔１３０に配置され、上下動可能に支持ブロック１２２によって支持されており、加圧機構１１２によって押し下げられる。
【００３６】
また、支持ブロック１２２には、円筒状の上記成形空間の軸線上に配置され、上記成形空間に通じる連通孔１３１が形成されている。軸材２の両端部のうち一方の端部２ａは、この連通孔１３１を通じて金型外部に露呈する。なお、連通孔１３１を通じて金型外部に露呈する軸材２の端部は、上記成形空間に収容されてもよいし、連通孔１３１に配置されてもよい。
【００３７】
図６Ａから図６Ｄは、予備成形部１０１が行う予備成形工程を示す。
【００３８】
まず、図６Ａに示すように、支持ブロック１２２及び平潰しパンチ１１１が加圧機構１１２によって持ち上げられており、左型１２０及び右型１２１が開かれている状態で、軸材２が、第１搬送部１０４によって予備成形用金型１１０に搬入される。軸材２は、支持ブロック１２２の連通孔１３１を通じ、左型１２０の保持溝１２４と右型１２１の保持溝１２４との間の所定位置に配置される。
【００３９】
次に、図６Ｂに示すように、第１搬送部１０４は、軸材２の保持を解除して、予備成形用金型１１０から退避される。そして、支持ブロック１２２が押し下げられ、左型１２０及び右型１２１が閉じられる。軸材２の略全体が上記成形空間に収容され、上記成形空間に収容された軸材２の外周面が、左型１２０及び右型１２１それぞれの保持溝１２４によって保持される。そして、平潰しパンチ１１１が押し下げられ、軸材２の外周面に押し付けられる。これにより、軸材２の外周面に平潰し部６が形成される。
【００４０】
次に、図６Ｃに示すように、第１搬送部１０４が、支持ブロック１２２の連通孔１３１を通じて軸材２を再び保持する。そして、支持ブロック１２２及び平潰しパンチ１１１が持ち上げられ、イジェクトピン１２３が左型１２０と右型１２１との間に差し込まれる。これにより、左型１２０と右型１２１とが分離される。
【００４１】
そして、図６Ｄに示すように、軸材２を保持した第１搬送部１０４が予備成形用金型１１０から退避される。これにより、軸材２が、支持ブロック１２２の連通孔１３１を通じて予備成形用金型１１０から搬出される。
【００４２】
図６Ａから図６Ｄに示した予備成形工程において、軸材２の全体が予備成形用金型１１０に収容されており、予備成形用金型１１０から突出して配置される把持部が軸材２に存在しない。そこで、第１搬送部１０４は、支持ブロック１２２の連通孔１３１を通じて軸材２の一方の端部２ａの内径部を保持し、軸材２の搬入及び搬出を行う。
【００４３】
図７及び図８は、第１搬送部１０４の一例を示す。
【００４４】
第１搬送部１０４は、保持部１４０と、保持部１４０を移動させる移動機構１４１とを備える。保持部１４０は、予備成形用金型１１０の上記成形空間の軸線上で支持ブロック１２２の連通孔１３１（図６Ａ〜図６Ｄ参照）を臨むように配置され、この軸線に沿って前後に移動される。移動機構１４１は、例えば多関節ロボット、直動プッシャー等である。
【００４５】
保持部１４０は、軸材２の端部２ａに挿入可能且つ径方向に拡縮可能に構成される。図７及び図８に示す例では、保持部１４０は、円筒状のチャック１４２と、チャック１４２に挿通されたドローバー１４３とを有する。チャック１４２の外径は軸材２の内径よりも小さい。チャック１４２の先端部は、先端から延びるスリットによって複数の爪１４４に分割されており、これらの爪１４４は可撓である。ドローバー１４３の先端部１４５は、チャック１４２の先端から突出して配置されており、逆テーパ状に形成されている。
【００４６】
図８は、保持部１４０の動作を示しており、保持部１４０が軸材２の端部２ａに挿入されている状態で、ドローバー１４３が、図示しない駆動部によってチャック１４２の基端側に引き込まれる。ドローバー１４３の引き込みに伴い、チャック１４２の複数の爪１４４が、ドローバー１４３の逆テーパ状の先端部１４５を摺動し、チャック１４２の外径側に撓められる。これにより、チャック１４２は、全体として径方向に拡大され、軸材２の端部２ａの内径部を保持する。一方、ドローバー１４３が、チャック１４２の先端側に押し出されると、チャック１４２は、全体として径方向に縮小され、軸材２の保持を解除する。
【００４７】
以上の構成によれば、軸材２の全体が予備成形用金型１１０に収容されるとしても、保持部１４０は、支持ブロック１２２の連通孔１３１を通じて軸材２の一方の端部２ａの内径部を保持でき、軸材２の搬入及び搬出を行うことができる。
【００４８】
図９は、歯成形部１０２の一例を示す。
【００４９】
歯成形部１０２は、歯成形用金型１５０と、ラック歯型１５１と、複数の芯金１５２と、これらの芯金１５２を収納する芯金ホルダ１５３と、第１芯金押棒１５４と、第２芯金押棒１５５とを備える。
【００５０】
歯成形用金型１５０は、上下方向に開閉可能な上型１６０及び下型１６１を有し、上型１６０及び下型１６１は図示しない開閉機構によって開閉される。上型１６０及び下型１６１それぞれの突合せ面には、突合せ面を前後方向に横断する断面半円形状の保持溝１６２が形成されている。これらの保持溝１６２は、上型１６０及び下型１６１が閉じられた際に互いに組み合され、軸材２の全体を収容可能な円筒状の成形空間を形成し、収容した軸材２の外周面を保持する。
【００５１】
円筒状の上記成形空間の両端部は金型外部に開放されている。平潰し部６が形成された軸材２の一方の端部側に残る断面円形状の軸部４（第１端部）は、上記成形空間の一方の端部を通して金型外部に露呈し、軸材２の他方の端部側に残る断面円形状の軸部５（第２端部）は、上記成形空間の他方の端部を通して金型外部に露呈する。以下、軸材２の軸部４を露呈させる上記成形空間の一方の端部を、歯成形用金型１５０の第１連通孔１６３とし、軸部５を露呈させる上記成形空間の一方の端部を、歯成形用金型１５０の第２連通孔１６４と言う。
【００５２】
ラック歯型１５１は、取外し可能に上型１６０に装着されており、上記成形空間に収容された軸材２の平潰し部６の平坦な外面に対向して配置されている。平潰し部６の外面に接するラック歯型１５１の成形面１５１ａには、ラック３を成形する複数の歯溝が設けられている。
【００５３】
芯金ホルダ１５３は、上記成形空間の軸線上に設けられ、歯成形用金型１５０の片側に歯成形用金型１５０と隣り合って配置されている。芯金ホルダ１５３は、複数の芯金１５２を収納しており、このうち一つの芯金１５２を選択し、選択した芯金１５２を上記成形空間の軸線上に配置する。
【００５４】
第１芯金押棒１５４は、上記成形空間の軸線上に設けられ、第１芯金押棒１５４と歯成形用金型１５０との間に芯金ホルダ１５３を挟んで配置されている。第１芯金押棒１５４は、図示しない駆動機構により、上記成形空間の軸線に沿って前後に移動される。第１芯金押棒１５４が歯成形用金型１５０に向けて移動されることにより、第１芯金押棒１５４は、歯成形用金型１５０の第１連通孔１６３を通じ、軸部４の開口から軸材２に挿入される。併せて、上記成形空間の軸線上に配置されている芯金１５２が、第１芯金押棒１５４に押されて軸材２に挿入される。
【００５５】
第２芯金押棒１５５は、上記成形空間の軸線上に設けられ、第２芯金押棒１５５と芯金ホルダ１５３及び第１芯金押棒１５４との間に歯成形用金型１５０を挟んで配置されている。第２芯金押棒１５５は、図示しない駆動機構により、上記成形空間の軸線に沿って前後に移動される。第２芯金押棒１５５が歯成形用金型１５０に向けて移動されることにより、第２芯金押棒１５５が、歯成形用金型１５０の第２連通孔１６４を通じ、軸部５の開口から軸材２に挿入される。軸材２に挿入されている芯金１５２は、第２芯金押棒１５５によって押し戻される。
【００５６】
図１０Ａから図１０Ｅは、歯成形部１０２が行う歯成形工程を示す。
【００５７】
まず、図１０Ａに示すように、上型１６０及び下型１６１が開かれている状態で、軸材２が、第２搬送部１０５によって、第２芯金押棒１５５が配置されている側から歯成形用金型１５０に搬入される。軸材２は、平潰し部６をラック歯型１５１に対向させた状態で、上型１６０の保持溝１６２と下型１６１の保持溝１６２との間の所定位置に配置される。
【００５８】
ここで、第２搬送部１０５は、保持部１７０と、保持部１７０を移動させる移動機構１７１とを備える。なお、保持部１７０は、第１搬送部１０４の保持部１４０と同様に構成され、軸材２の軸部５に挿入可能且つ径方向に拡縮可能であり、軸部５の内部で径方向に拡大されることによって軸部５の内径部を保持する。保持部１７０は、円筒状の上記成形空間の軸線上で歯成形用金型１５０の第２連通孔１６４を臨むように配置され、この軸線に沿って前後に移動される。
【００５９】
次に、図１０Ｂに示すように、上型１６０及び下型１６１が閉じられる。軸材２の全体が上記成形空間に収容され、上記成形空間に収容された軸材２の外周面が、上型１６０及び下型１６１それぞれの保持溝１６２によって保持される。併せて、ラック歯型１５１が、平潰し部６の平坦な外面に押し付けられる。そして、第２搬送部１０５の保持部１７０は、軸材２の軸部５の保持を解除して、歯成形用金型１５０から退避され、上記成形空間の軸線から外れて配置される。
【００６０】
次に、図１０Ｃに示すように、第１芯金押棒１５４が駆動され、一つの芯金１５２が、歯成形用金型１５０の第１連通孔１６３を通じ、軸部４の開口から軸材２に挿入され、平潰し部６の内部に圧入される。そして、第２芯金押棒１５５が駆動され、平潰し部６の内部に圧入された芯金１５２は、第２芯金押棒１５５によって押し戻され、軸材２から排出される。軸材２から排出された芯金１５２は、芯金ホルダ１５３に再び収納される。
【００６１】
芯金１５２が平潰し部６の全長に亘って往復移動される過程で、平潰し部６の材料が芯金１５２によってしごかれ、ラック歯型１５１に向けて塑性流動する。芯金１５２が次第に大きなものに替えられ、芯金１５２の圧入が繰り返されることにより、平潰し部６の材料がラック歯型１５１の成形面１５１ａの歯溝に次第に食い込む。こうして、成形面１５１ａの形状が平潰し部６に転写され、平潰し部６にラック３が形成される。
【００６２】
次に、図１０Ｄに示すように、第２搬送部１０５の保持部１７０が、歯成形用金型１５０の第２連通孔１６４を通じて軸材２の軸部５に挿入され、軸部５の内径部を再び保持する。そして、軸材２が保持部１７０によって保持された状態で、上型１６０及び下型１６１が開かれる。
【００６３】
そして、図１０Ｅに示すように、軸材２を保持した第２搬送部１０５が歯成形用金型１５０から退避される。これにより、軸材２が、歯成形用金型１５０から搬出される。
【００６４】
図１０Ａから図１０Ｅに示した歯成形工程においても、軸材２の全体が歯成形用金型１５０に収容されるが、保持部１７０は、歯成形用金型１５０の第２連通孔１６４を通じて軸材２の軸部５の内径部を保持でき、軸材２の搬入及び搬出を行うことができる。
【００６５】
図１１及び図１２は、熱処理部１０３及び第３搬送部１０６の一例を示す。
【００６６】
熱処理部１０３は、加熱コイル１８０と、冷却ジャケット１８１とを備える。
【００６７】
加熱コイル１８０は、銅等の良導電材料からなる管材を螺旋状に巻いて形成されており、軸材２の全体を収容可能である。加熱コイル１８０に収容された軸材２は、加熱コイル１８０によって外周面を包囲されており、図示しない電源から加熱コイル１８０に高周波電流が供給されることによって誘導加熱される。
【００６８】
冷却ジャケット１８１は、螺旋状の加熱コイル１８０の軸方向に加熱コイル１８０と隣り合って設けられている。冷却ジャケット１８１は、４つのジャケット部材１９０〜１９３を含み、ジャケット部材１９０〜１９３は、加熱コイル１８０の軸線まわりに９０°間隔で配置されている。ジャケット部材１９０〜１９３は、軸材２の全長以上の長さをそれぞれ有する。
【００６９】
軸材２を上下方向に挟んで配置されているジャケット部材１９０，１９１のうち少なくとも一方のジャケット部材は、図示しない加圧機構によって駆動され、軸材２を上下方向に拘束する。軸材２を左右方向に挟んで配置されているジャケット部材１９２，１９３のうち少なくとも一方のジャケット部材もまた、図示しない加圧機構によって駆動され、軸材２を左右方向に拘束する。そして、ジャケット部材１９０〜１９３は、軸材２を拘束した状態で、スリット状の噴射ノズル１９４から冷却液を噴射する。ジャケット部材１９０〜１９３から噴射された冷却液は軸材２の外周面に吹き付けられ、これによりラック３の焼入れが行われる。
【００７０】
なお、図１２に示す例では、軸材２の冷却を補助する４つの補助ジャケット部材１９５が冷却ジャケット１８１に設けられている。補助ジャケット部材１９５は、４つのジャケット部材１９０〜１９３のうち隣り合う２つのジャケット部材の間にそれぞれ配置されており、隣り合う２つのジャケット部材の間に露出する軸材２の外周面に向けて冷却液を噴射する。このように、軸材２の冷却を補助する補助ジャケット部材１９５が適宜追加されてもよい。
【００７１】
ラック３が形成された軸材２は、ラック形成区間の断面形状が非円形状であり、且つラック加工時の残留応力が高いため、焼入れに起因して曲がりが生じやすいが、軸材２が複数の径方向から全長に亘って拘束された状態でラック３の焼入れが行われることにより、焼入に伴う曲りが抑制される。なお、軸材２を拘束するジャケット部材の数は特に限定されないが、好ましくは、ジャケット部材は、加熱コイル１８０の軸線まわりに均等に配置される。
【００７２】
第３搬送部１０６は、一対のセンタ２００，２０１と、一対のセンタ２００，２０１を移動させる移動機構２０２とを備える。第３搬送部１０６は、一対のセンタ２００，２０１を用いて軸材２を軸方向に挟持する。センタ２００の円錐状の先端部は、軸材２の軸部４に挿し込まれて軸部４の内径部を支持し、センタ２０１の円錐状の先端部は、軸材２の軸部５に挿し込まれて軸部５の内径部を支持する。一対のセンタ２００，２０１は、加熱コイル１８０及び冷却ジャケット１８１を間に挟んで加熱コイル１８０の軸線上に配置されており、加熱コイル１８０及び冷却ジャケット１８１を貫いて加熱コイル１８０の軸線に沿って移動される。なお、一対のセンタ２００，２０１及び移動機構２０２は、軸材２の加熱による膨張及び冷却による収縮に追従できるように構成されている。
【００７３】
図１３Ａから図１３Ｄは、熱処理部１０３が行う熱処理工程を示す。
【００７４】
まず、図１３Ａに示すように、軸材２が、加熱コイル１８０の軸線上且つ冷却ジャケット１８１とは反対側で加熱コイル１８０と隣り合って配置される。そして、一方のセンタ２００が、加熱コイル１８０及び冷却ジャケット１８１を貫いて、冷却ジャケット１８１側から加熱コイル１８０側に向けて移動される。これにより、軸材２が一対のセンタ２００，２０１によって挟持される。
【００７５】
次に、図１３Ｂに示すように、一対のセンタ２００，２０１が移動され、軸材２が加熱コイル１８０に収容される。そして、加熱コイル１８０に高周波電流が供給されて軸材２が誘導加熱される。
【００７６】
次に、図１３Ｃに示すように、一対のセンタ２００，２０１が移動され、軸材２が冷却ジャケット１８１に収容される。そして、軸材２は、冷却ジャケット１８１のジャケット部材１９０〜１９３によって拘束され、拘束された状態で冷却液を吹き付けられる。これにより、ラック３の焼入れが行われる。
【００７７】
そして、図１３Ｄに示すように、一対のセンタ２００，２０１が加熱コイル１８０側に向けて移動され、軸材２が冷却ジャケット１８１及び加熱コイル１８０から搬出される。
【００７８】
図１３Ａから図１３Ｄに示した熱処理工程においても、軸材２の全体が加熱コイル１８０に収容され、また冷却ジャケット１８１に収容されるが、一対のセンタ２００，２０１は、加熱コイル１８０及び冷却ジャケット１８１を貫いて軸材２を軸方向に挟持することにより、軸材２の搬入及び搬出を行うことができる。また、軸材２を加熱コイル１８０から冷却ジャケット１８１まで軸方向に移動させることにより、加熱されてから冷却が開始されるまでに要する時間が短縮されるので、軸材２の表面の酸化を抑制でき、軸材２の表面にスケールが付着することを抑制する効果もある。
【００７９】
図１４は、本発明の実施形態を説明するための、ラックバーの他の例を示す。
【００８０】
図１４に示すラックバー１０は、上述した中空ラックバー１の一方の軸部５に、中実の延長軸材１１が接合されてなり、この延長軸材１１には、軸方向の直動要素としてのラック１２が形成れている。ラックバー１０は、中空ラックバー１のラック３と、延長軸材１１のラック１２との２つのラックを備え、デュアルピニオンアシスト電動パワーステアリング装置に好適に用いられる。車両の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、２つのラック３，１２には、ラックバー１０の中心軸まわりに、所定の回転角度差が設定されている。
【００８１】
図１５Ａから図１５Ｃは、ラックバー１０の製造工程の一例を示す。
【００８２】
まず、図１５Ａに示すように、ラック３が形成された中空ラックバー１と、延長軸材１１とが同軸に配置される。そして、中空ラックバー１の軸部５と、延長軸材１１の一方の端部とが突き合される。
【００８３】
次に、図１５Ｂに示すように、延長軸材１１が中心軸まわりに回転される。中空ラックバー１及び延長軸材１１の相対回転に伴い、中空ラックバー１及び延長軸材１１それぞれの突合せ面に摩擦熱が発生する。この摩擦熱によって突合せ面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って、中空ラックバー１と延長軸材１１とが圧接される。なお、中空ラックバー１と延長軸材１１との接合方法は、摩擦圧接に限定されず、例えば溶接でもよい。
【００８４】
そして、図１５Ｃに示すように、ブローチ盤等の加工装置を用いて延長軸材１１の所定部位にラック１２が形成される。ラック１２は、中空ラックバー１のラック３を基準として所定の角度に形成される。なお、延長軸材１１に形成される直動要素は、ラック１２に限定されず、例えばボールねじのねじ溝等でもよい。ねじ溝は、中空ラックバー１と延長軸材１１とが接合された後に、例えばワーリング加工装置を用いて延長軸材１１に形成される。
【００８５】
なお、延長軸材１１は中空の軸材でもよい。延長軸材１１が中空の軸材である場合に、延長軸材１１のラック１２は、中空ラックバー１と延長軸材１１とが接合される以前に、中空ラックバー１のラック３と同様にして形成される。この場合に、２つのラック３，１２の回転角度差は、例えば中空ラックバー１と延長軸材１１とが摩擦圧接される際に、２つのラック３，１２の所望の回転角度差が得られるタイミングで、中空ラックバー１及び延長軸材１１の相対回転が急停止される。これにより、２つのラック３，１２の所望の回転角度差が得られる。
【００８６】
以上、説明したとおり、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、中空の軸材の外周面に、前記軸材の軸方向に延びる平潰し部を形成する予備成形部と、前記平潰し部の平坦な外面にラックを形成する歯成形部と、前記ラックの焼入れを行う熱処理部と、前記軸材を予備成形部に搬入し、且つ前記平潰し部が形成された前記軸材を前記予備成形部から搬出する第１搬送部と、前記平潰し部が形成された前記軸材を前記歯成形部に搬入し、且つ前記平潰し部に前記ラックが形成された前記軸材を前記歯成形部から搬出する第２搬送部と、前記ラックが形成された前記軸材を前記熱処理部に搬入し、且つ前記ラックの焼入れが行われた前記軸材を前記熱処理部から搬出する第３搬送部と、を備え、前記第１搬送部、前記第２搬送部及び前記第３搬送部は、前記軸材の両端部のうち少なくとも一方の端部の内径部を保持する。
【００８７】
また、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、前記予備成形部が、前記軸材の外周面を保持する予備成形用金型と、前記予備成形用金型によって保持された前記軸材の外周面に押し付けられる平潰しポンチと、を備え、前記予備成形用金型は、前記軸材の全体を収容可能であり、収容した前記軸材の一方の端部を金型外部に露呈させる連通孔を有し、前記第１搬送部は、前記軸材の前記一方の端部に挿入可能且つ径方向に拡縮可能な保持部を備え、前記保持部は、前記軸材の前記一方の端部の内部で径方向に拡大されることによって前記一方の端部の内径部を保持し、前記連通孔を通して、前記予備成形用金型に収容されている前記軸材の前記一方の端部の内部に配置される。
【００８８】
また、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、前記歯成形部が、前記軸材の外周面を保持する歯成形用金型と、前記歯成形用金型によって保持された前記軸材の前記平潰し部に押し付けられるラック歯型と、前記歯成形用金型によって保持された前記軸材に圧入される複数の芯金と、を備え、前記歯成形用金型は、前記軸材の全体を収容可能であり、収容した前記軸材の両端部のうち一方の第１端部を金型外部に露呈させる第１連通孔と、他方の第２端部を金型外部に露呈させる第２連通孔と、を有し、前記複数の芯金は、前記第１連通孔を通して、前記歯成形用金型に収容されている前記軸材に順に圧入され、前記第２搬送部は、前記軸材の前記第２端部に挿入可能且つ径方向に拡縮可能な保持部を備え、前記保持部は、前記第２端部の内部で径方向に拡大されることによって前記第２端部の内径部を保持し、前記第２連通孔を通して、前記歯成形用金型に収容されている前記軸材の前記第２端部の内部に配置される。
【００８９】
また、本明細書に開示されたラックバーの製造装置は、前記熱処理部が、前記軸材の外周面を包囲する加熱コイルと、前記加熱コイルによって加熱された前記軸材の外周面に複数の径方向から冷却液を吹き付ける冷却ジャケットと、を備え、前記加熱コイルは、前記軸材の全体を収容可能であり、前記加熱コイルと前記冷却ジャケットとは、前記加熱コイルの軸方向に互いに隣設されており、前記第３搬送部は、前記軸材の両端部に挿し込まれて前記軸材を軸方向に挟持する一対のセンタを備え、前記一対のセンタは、前記加熱コイルの軸線上に配置されており、前記加熱コイル及び前記冷却ジャケットを貫いて前記加熱コイルの軸線に沿って移動される。
【００９０】
また、本明細書に開示されたラックバーの製造方法は、中空の軸材の外周面に、前記軸材の軸方向に延びる平潰し部を形成する予備成形ステップと、前記平潰し部の平坦な外面にラックを形成する歯成形ステップと、前記ラックの焼入れを行う熱処理ステップと、を備え、前記予備成形ステップ、前記歯成形ステップ及び前記熱処理ステップにおいて、前記軸材の両端部のうち少なくとも一方の端部の内径部を保持して前記軸材を搬送する。
【００９１】
また、本明細書に開示されたラックバーの製造方法は、上記ラックバーの製造方法によって製造されたラックバーの一方の端部に、中空又は中実の延長軸材を接合するステップと、前記延長軸材に、前記延長軸材の軸方向の直動要素を形成するステップと、をさらに備える。
【符号の説明】
【００９２】
１  中空ラックバー
２  軸材
３  ラック
４  軸部
５  軸部
６  平潰し部
１０  ラックバー
１１  延長軸材
１２  ラック
１００  製造装置
１０１  予備成形部
１０２  歯成形部
１０３  熱処理部
１０４  第１搬送部
１０５  第２搬送部
１０６  第３搬送部
１１０  予備成形用金型
１１１  パンチ
１１２  加圧機構
１２０  左型
１２１  右型
１２２  支持ブロック
１２３  イジェクトピン
１２４  保持溝
１２５  傾斜面
１２６  傾斜面
１２７  凹部
１２８  傾斜面
１２９  傾斜面
１３０  貫通孔
１３１  連通孔
１４０  保持部
１４１  移動機構
１４２  チャック
１４３  ドローバー
１４４  爪
１４５  ドローバーの先端部
１５０  歯成形用金型
１５１  ラック歯型
１５２  芯金
１５３  芯金ホルダ
１５４  第１芯金押棒
１５５  第２芯金押棒
１６０  上型
１６１  下型
１６２  保持溝
１６３  第１連通孔
１６４  第２連通孔
１７０  保持部
１７１  移動機構
１８０  加熱コイル
１８１  冷却ジャケット
１９０  ジャケット部材
１９１  ジャケット部材
１９２  ジャケット部材
１９３  ジャケット部材
２００  センタ
２０１  センタ
２０２  移動機構
【図１】
2020066020.tif 000003
【図２Ａ】
2020066020.tif 000004
【図２Ｂ】
2020066020.tif 000005
【図２Ｃ】
2020066020.tif 000006
【図２Ｄ】
2020066020.tif 000007
【図３】
2020066020.tif 000008
【図４】
2020066020.tif 000009
【図５】
2020066020.tif 000010
【図６Ａ】
2020066020.tif 000011
【図６Ｂ】
2020066020.tif 000012
【図６Ｃ】
2020066020.tif 000013
【図６Ｄ】
2020066020.tif 000014
【図７】
2020066020.tif 000015
【図８】
2020066020.tif 000016
【図９】
2020066020.tif 000017
【図１０Ａ】
2020066020.tif 000018
【図１０Ｂ】
2020066020.tif 000019
【図１０Ｃ】
2020066020.tif 000020
【図１０Ｄ】
2020066020.tif 000021
【図１０Ｅ】
2020066020.tif 000022
【図１１】
2020066020.tif 000023
【図１２】
2020066020.tif 000024
【図１３Ａ】
2020066020.tif 000025
【図１３Ｂ】
2020066020.tif 000026
【図１３Ｃ】
2020066020.tif 000027
【図１３Ｄ】
2020066020.tif 000028
【図１４】
2020066020.tif 000029
【図１５Ａ】
2020066020.tif 000030
【図１５Ｂ】
2020066020.tif 000031
【図１５Ｃ】
2020066020.tif 000032