(57)【要約】【課題】ステアリングラックの加工を複数本のサーフェスブローチで行う場合、ラックの歯先面の面取り加工を高精度に行うステアリングラック加工用サーフェスブローチおよびその加工方法を提供する。【解決手段】本発明のステアリングラック加工用サーフェスブローチ１００は、少なくとも、ステアリングラックの複数の歯底面を同時に加工する第１切れ刃群１０と、ステアリングラックの複数の歯先を同時に加工する第２切れ刃群２０と、複数の歯面の加工および歯先の面取りの加工を同時に行う第３切れ刃群３０を備える構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
ステアリングラックの複数の歯底面を同時に加工する第１切れ刃群と、
前記ステアリングラックの複数の歯先を同時に加工する第２切れ刃群と、
前記ステアリングラックの複数の歯面の加工および前記歯先の面取り加工を
同時に行う第３切れ刃群と、
を備えることを特徴とするステアリングラック加工用サーフェスブローチ。
【請求項２】
前記第１ないし第３切れ刃群は、
前記ステアリングラック加工用サーフェスブローチの進行方向側より
前記第１切れ刃群、前記第２切れ刃群、前記第３切れ刃群の順に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のステアリングラック加工用サーフェスブローチ。
【請求項３】
前記第３切れ刃群は、粉末ハイス製であることを特徴とする
請求項１または２に記載のステアリングラック加工用サーフェスブローチ。
【請求項４】
前記第３切れ刃群は、窒化処理されていることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のステアリングラック加工用サーフェスブローチ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のサーフェスブローチを用いたステアリングラックの加工方法であって、少なくとも
前記第１切れ刃群により前記ステアリングラックの歯底面の加工を行う第１工程と、
前記第２切れ刃群により前記ステアリングラックの歯先を加工する第２工程と、
前記第３切れ刃群により前記ステアリングラックの歯面の加工および前記歯先の面取り加工を行う第３工程と、
を含むことを特徴とするサーフェスブローチを用いたステアリングラックの加工方法。
【請求項６】
前記加工方法は、前記第１工程、前記第２工程、前記第３工程の順に行うことを特徴
とする請求項５に記載のサーフェスブローチを用いたステアリングラックの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輌のステアリングラックを加工するために用いるサーフェスブローチ（ラックブローチ）およびそのブローチを用いたステアリングラックの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輌（特に自動車）の進行方向を操作する、いわゆる操舵系の制御は主としてステアリングラックとピニオンから構成されており、ステアリングラックに形成された歯とピニオンの歯車が相互に噛み合うことでハンドルからの力（操舵力）を伝達し、車輌の進行方向を自在に操作する。このステアリングラックの歯は、一般的に鋼製の棒材の表面を専用のサーフェスブローチにより歯切加工を行うことで形成される。
【０００３】
ステアリングラックに代表されるラック部品の歯を形成するには、例えば特許文献１に開示されている専用のサーフェスブローチを用いて加工される。通常、ラック部品には多数の歯が形成されているので、それら多数の歯を一度で加工するために専用のサーフェスブローチには多数の切れ刃が横並び、すなわちブローチの進行方向に対して直角方向に配列されている場合が多い。
【０００４】
また、ラック部品の歯を形成する場合には、歯車部品の歯を形成する場合と同様にその加工の工程は荒加工や仕上加工などに数回に分けて行われる。そのため、専用のサーフェスブローチも例えば特許文献２に開示されているブローチのように各工程ごとに異なる切れ刃がサーフェスブローチの進行方向に順次配列された構成となっている。
【０００５】
さらに、ラック部品の歯の部位によってもその歯切工程を担う切れ刃が異なる。例えば、ラック部品の歯における歯先面、歯面（歯の側面）、歯底面等の位置によって各加工を担う切れ刃もサーフェスブローチ上に個別に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６０−１８６１２６号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ラック部品の歯を形成する際にサーフェスブローチの長さやブローチ盤の大きさが制約される場合には、サーフェスブローチを複数本に分割してラック部品の歯の加工を行う。
【０００８】
このとき、最初に用いるサーフェスブローチ（１本目のブローチ）はラック素材から荒加工を行うことで主に歯溝部分や歯先の面取り加工を行う。その後に用いるサーフェスブローチ（２本目以降のブローチ）でラックの歯面などの仕上げ加工を行う。
【０００９】
しかし、ラックの歯を形成する際に複数のサーフェスブローチを用いると、最初に使用するサーフェスブローチ（１本目のブローチ）でラックの歯溝加工と歯先の面取り加工を同時に行うことなる。
【００１０】
そのため、最初の加工における切削量が多いのでサーフェスブローチの切れ刃に対する負荷（切削荷重）も大きくなり、切れ刃の刃先が欠ける（チッピング）という問題が生じる。切れ刃の刃先にチッピングが発生することを防止するためには、切削加工１回当りの切削量を減らす、もしくはサーフェスブローチの全体の長さをより長くすることで対応できる。
【００１１】
しかし、１回の切削加工における切削量を減らすと目標とする切削量に至るまでの切削加工の回数が増えるので、最終的に加工が完了するまでの加工時間が長くなる。また、前述したようにブローチ盤自体の大きさに制約がある場合には、サーフェスブローチの長さを延長することにも限界がある。
【００１２】
そこで、本発明においてはラック部品（ステアリングラック）の加工を複数本のサーフェスブローチを用いて行う場合であっても、加工が完了するまでの総加工時間を変えることなく、サーフェスブローチの切れ刃の負荷を低減して、切れ刃の刃先のチッピングを防止するステアリングラック加工用サーフェスブローチおよびその加工方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述した課題を解決するために、本発明は少なくともステアリングラックの複数の歯底面を同時に加工する第１切れ刃群と、ステアリングラックの複数の歯先を同時に加工する第２切れ刃群と、ステアリングラックの複数の歯面の加工および歯先の面取り加工を同時に行う第３切れ刃群を備えるステアリングラック加工用サーフェスブローチとした。
【００１４】
また、第１ないし第３切れ刃群をステアリングラック加工用サーフェスブローチの進行方向側より第１切れ刃群、第２切れ刃群、第３切れ刃群の順に設けたり、第３切れ刃群のみを粉末ハイス（高速度工具鋼）製としたり、窒化処理することもできる。
【００１５】
このサーフェスブローチを用いたステアリングラックの加工方法の発明については、少なくとも、第１切れ刃群によりステアリングラックの歯底面を加工する第１工程と、第２切れ刃群によりステアリングラックの歯先を加工する第２工程と、第３切れ刃群によりステアリングラックの歯面の加工および歯先の面取り加工を同時に行う第３工程を含む加工方法とする。また、加工順序については、第１工程、第２工程、第３工程の順に行っても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のステアリングラック加工用サーフェスブローチを用いることで、加工が完了するまでの時間を変えることなく、切れ刃の刃先のチッピングの発生を防止し、ステアリングラックに複数のラック歯の加工を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態を示すサーフェスブローチ１００の平面図である。
【図２】図１に示すサーフェスブローチ１００の一部を形成する第１ブローチ部品５０の平面図である。
【図３】図２に示す第１ブローチ部品５０の正面図である。
【図４】図２に示す第１ブローチ部品５０の右側面図である。
【図５】図１に示すサーフェスブローチ１００の一部を形成する第２ブローチ部品６０の        平面図である。
【図６】図５に示す第２ブローチ部品６０の正面図である。
【図７】図５に示す第２ブローチ部品６０の右側面図である。
【図８】図１に示すサーフェスブローチ１００の一部を形成する第３ブローチ部品７０の        平面図である。
【図９】図８に示す第３ブローチ部品７０の正面図である。
【図１０】図８に示す第３ブローチ部品７０のＡ−Ａ断面図である。
【図１１】図１０に示すＸ部の拡大図である。
【図１２】ステアリングラックＷにおける歯底面の加工形態を示す模式図である。
【図１３】ステアリングラックＷにおける歯先の加工形態を示す模式図である。
【図１４】ステアリングラックＷにおける歯面および歯先の面取り加工形態を示す模式図である。
【図１５】ステアリングラックＷの最終的な加工形態を示す模式図である。
【図１６】実施例において従来品を用いた切削加工試験結果である。
【図１７】実施例において本発明品を用いた切削加工試験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のステアリングラック加工用サーフェスブローチ（以下、「サーフェスブローチ」という）の実施形態について図面を用いて説明する。本発明の一実施形態であるサーフェスブローチ１００の平面図を図１に示す。
【００１９】
本発明のサーフェスブローチ１００は、図１に示すように台座であるプレートＰ１の上方に第１ブローチ部品５０、第２ブローチ部品６０および第３ブローチ部品７０がサーフェスブローチ１００の移動方向（同図中に矢印で示す）の前方側より順に配置されている。
【００２０】
このプレートＰ１と第１ブローチ部品５０、第２ブローチ部品６０および第３ブローチ部品７０とは複数の締結部品Ｔ１〜Ｔ６で互いに着脱可能な状態に固定されている。以下、第１ブローチ部品５０、第２ブローチ部品６０および第３ブローチ部品７０の構造について詳細に説明する。
【００２１】
第１ブローチ部品５０の平面図を図２、正面図を図３、右側面図を図４にそれぞれ示す。この第１ブローチ部品５０は、図２および図３に示すように被削物であるステアリングラックの複数の歯底面を同時に加工する第１切れ刃群１０を備えている。
【００２２】
また、第１切れ刃群１０を構成する複数の切れ刃列１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ・・・は、図２および図３に示すようにサーフェスブローチ１００の加工時の進行方向に対してほぼ直角方向に配列されている。
【００２３】
この第１切れ刃群１０を構成する１つの切れ刃列に着目すると、１つの切れ刃列は図４に示すように切れ刃と刃溝がサーフェスブローチ１００の加工時の進行方向に対して直角方向に交互に形成されている。
【００２４】
次に、第２ブローチ部品６０の平面図を図５、正面図を図６、右側面図を図７にそれぞれ示す。この第２ブローチ部品６０は、図５および図６に示すように被削物であるステアリングラックの複数の歯先を同時に加工する第２切れ刃群２０を備えている。
【００２５】
また、第２切れ刃群２０を構成する複数の切れ刃列２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ・・・は、図５に示すようにサーフェスブローチ１００の加工時の進行方向に対してほぼ直角方向に配列されている。
【００２６】
さらに、この第２切れ刃群２０を構成する１つの切れ刃列は、図７に示すように１つの切れ刃のみから形成されていて、他の切れ刃群の切れ刃列のように刃溝は形成されていない。これは、第２切れ刃群２０を構成する各切れ刃列の切れ刃部分によりステアリングラックの歯先（歯先面）の加工のみを行うためである。
【００２７】
次に、第３ブローチ部品７０の平面図を図８、正面図を図９、図８のＡ−Ａ切断線における断面図を図１０にそれぞれ示す。この第３ブローチ部品７０は、図８および図９に示すように被削物であるステアリングラックの複数の歯面の加工と歯先の面取り加工、すなわち歯先と歯面の境界部分である稜線の面取り加工を同時に行う第３切れ刃群３０を備えている。
【００２８】
また、この第３切れ刃群３０を構成する複数の切れ刃列３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ・・・は、図８および図９に示すようにサーフェスブローチ１００の加工時の進行方向に対してほぼ直角方向に配列されている。
【００２９】
この第３切れ刃群３０を構成する１つの切れ刃列に着目すると、１つの切れ刃列は図１０に示すように切れ刃と刃溝がサーフェスブローチ１００の加工時の進行方向に対して直角方向に交互に形成されている。図１１は、図１０に示すＸ部の拡大図である。第３切れ刃群３０を構成する各切れ刃間（刃溝）には、図１１に示すようにステアリングラックの歯先部分の面取り加工を行う傾斜した刃（傾斜刃）が設けられている。
【００３０】
なお、図２などに図示された第１ないし第３の各切れ刃群１０、２０、３０を形成する切れ刃列の数は、図面にて図示された切れ刃列の数に限定されず被加工物であるステアリングラックの材質やラック形状等によって任意に設定できる。
【００３１】
次に、上述したサーフェスブローチによるステアリングラック（以下、「ラック」という）の加工方法について図面を用いて説明する。図１に示すサーフェスブローチ１００を用いてラック素材を切削加工する際の模式的な形態（加工位置）を図１２〜図１４、切削加工されたラックの最終的な加工形態を図１５に示す。
【００３２】
まず、ラックの素材に対して図示しない最初の（１本目の）サーフェスブローチを用いてラックの歯溝を所定の深さまで切削加工する。その後、図１に示すサーフェスブローチ１００を用いて第１ブローチ部品５０を構成する第１切れ刃群１０により図１２に示す矢印の向きに歯底面の加工を段階的に行い（第１工程）、続けて第２ブローチ部品６０を構成する第２切れ刃群２０により図１３に示す矢印の向きに歯先の加工を段階的に行う（第２工程）。
【００３３】
最後に、第３ブローチ部品７０を構成する第３切れ刃群３０により図１４に示す矢印の向きに複数の歯面の加工と歯先の面取り加工（歯先と歯面の境界部分である稜線の面取り加工）を同時に行う（第３工程）。以上の加工方法により、ラック素材に対して歯底面、歯先面および歯面と歯先の面取り加工を施すことで多数の歯（ラック歯）が形成されて、最終的には図１５に示すようにステアリングラックの加工が完了する。
【実施例】
【００３４】
本発明のサーフェスブローチを用いた切削加工時において、サーフェスブローチの負荷を確認するためにラック素材からステアリングラックの加工を行う試験（切削加工試験）を行ったので、その試験結果について図面を用いて説明する。本試験の加工工程は、ラック素材に対して主に歯溝加工を行う前加工と、主に歯先や歯面の加工を行う後加工から構成されており、各工程で使用するサーフェスブローチはそれぞれ異なるものを使用した。
【００３５】
本試験で使用した従来のサーフェスブローチ（以下、「従来品」という）として、歯溝部分や歯先の面取り加工を行う切れ刃を備えたサーフェスブローチ（以下、「１本目のブローチ」という）を前加工で用いて、歯先や歯面の加工を行う切れ刃を備えたサーフェスブローチ（以下、「２本目のブローチ」という）を後加工で用いた。
【００３６】
これに対して、歯溝部分のみを加工する切れ刃を備えたサーフェスブローチ（以下、「１本目のブローチ」という）を前加工で用いて、本発明のサーフェスブローチ（以下、「本発明品」という）として図１に示す歯面や歯先の面取り加工を行う切れ刃を備えたサーフェスブローチを後加工で用いた。
【００３７】
本試験において従来品を用いた切削加工中の切削荷重の変化を図１６、本発明品を用いた切削加工中の切削荷重の変化を図１７にそれぞれ示す。図１６および図１７ともに、グラフの横軸は切削加工工程の前工程から後工程への経時変化を表し、縦軸はサーフェスブローチが受ける切削荷重（単位：トン）の値をそれぞれ示す。
【００３８】
従来品を用いた切削加工試験では、図１６に示すように前工程でラック素材に歯先の面取り加工を行う際に約５．５トンの切削荷重がサーフェスブローチに発生していることがわかった。この切削荷重は、ラック素材を切削加工する一連の加工工程で最大の切削荷重でもあった。
【００３９】
一方、本発明品を用いた切削加工試験では、図１７に示すように前工程ではラック素材に歯溝加工のみ行い、後工程で歯先の面取り加工を行っているので、前工程において１本目のブローチに発生する最大切削荷重は約４．５トンであった。従来品を用いた切削加工試験の場合に比べて、最大切削荷重を約１．０トン低減する結果となった（図１７に示すΔｄ分の切削荷重）。また、後加工では歯先の面取り加工を行ったが、後工程における切削荷重の変化は従来品を用いた場合の試験結果とほぼ同様であった。
【００４０】
以上の試験結果より、本発明のサーフェスブローチは従来のサーフェスブローチを用いた場合の切削加工時間と同じくして被削材に対する最大切削荷重を低減できるので、加工時に発生する切れ刃のチッピングを抑制するという効果を奏する。
【００４１】
なお、本発明のサーフェスブローチを説明する際に用いる用語については、原則としてＪＩＳ規定の用語に従うものとする。すなわち、「ラック」とは、「まっすぐな棒の一面に等間隔に同形の歯を刻んだもの（ＪＩＳ  Ｂ０１０２）。」または、「一つの面に一連の同じ形状の歯を等間隔にもつまっすぐな棒（ＪＩＳ  Ｂ０１０２）。」とする。「ラックブローチ」とは、「ラック形状を加工するのに用いるブローチ（ＪＩＳ  Ｂ０１７５）。」とする。
【００４２】
さらに、「歯面」とは、「歯車の歯の噛み合いにあずかる面（ＪＩＳ  Ｂ０１０２）。」、「歯溝」とは、「隣り合った歯にはさまれた空間。歯車の隣り合う二つの歯の間の空間（ＪＩＳ  Ｂ０１０２）。」、「歯先面」とは、「歯先を限る面（ＪＩＳ  Ｂ０１７４）。」、「歯底面」とは、「歯溝の底の面（ＪＩＳ  Ｂ０１０２）。」の意味とする。
【符号の説明】
【００４３】
１０                          第１切れ刃群
２０                          第２切れ刃群
３０                          第３切れ刃群
１００                      （ステアリングラック加工用）サーフェスブローチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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