(57)【要約】鍛造によるステアリングラックバー(6)の製造方法であって、加熱した円筒形のラックバー(6)を第一の鍛造金型(15)内に配置し、当該ラックバーの一端に第一の歯部分(37)を鍛造する工程、ラックバーを取り出す工程、前記ラックバーの他端またはその近傍を加熱する工程および、第二の鍛造金型内に当該ラックバーの他端を配置して第二の歯部分(39)を鍛造する工程を具え、第二の歯部分の鍛造に先立ち、ラックバーを、第一の歯部分またはラックバーの一端またはその近傍の形状を基準として用いて方向付けを行うことにより軸線方向および角度方向の位置合わせを行い、さらに当該第二の歯部分の鍛造に先立って前記ラックバーを前記所定の軸線方向および角度方向に配置かつ保持する。
2004523365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造によるステアリングラックバーの製造方法であって、
(1)加熱した円筒形のラックバーを第一の鍛造金型内に配置し、当該ラックバーの一端に第一の歯部分を鍛造する工程と、
(2)前記ラックバーを取り出す工程と、
(3)前記ラックバーに形成したラックまたは当該ラックの他端に近い側を加熱する工程と、
(4)前記ラックバーの前記他端側を第二の鍛造金型内に配置して第二の歯部分を鍛造するに際し、当該第二の歯部分の鍛造に先立って、前記ラックバーを所定の軸線方向位置および角度方向に、前記第一の歯部分または前記ラックバーの前記一端またはその近傍の形状を基準として用いて方向付けを行うことにより軸線方向および角度方向の位置合わせを行い、さらに当該第二の歯部分の鍛造に先立って前記ラックバーを前記所定の軸線方向位置および角度方向に配置かつ保持する工程とを具える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記(2)の工程後かつ前記(3)の工程前に前記第一の歯部分を冷却し、硬化させ、さらに焼き戻しを行う、鍛造によるステアリングラックバーの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
さらに前記(4)の工程の後に、前記第二の歯部分に対する前記第一の歯部分の角度方向を測定する、鍛造によるステアリングラックバーの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記第二の歯部分に対する前記第一の歯部分の角度方向が所定の許容範囲から外れていた場合に、前記ラックバーにねじり変形を与えることにより、前記第二の歯部分に対する前記第一の歯部分の角度方向を前記所定の許容範囲内に制御する工程をさらに具える、鍛造によるステアリングラックバーの製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、
前記第一および第二の歯部分の少なくとも一方がＹ字形断面を有する、鍛造によるステアリングラックバーの製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、
前記第一および第二の歯部分の少なくとも一方が可変ギヤ比型である、鍛造によるステアリングラックバーの製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記第一および第二の歯部分の少なくとも一方が一定ギヤ比型である、鍛造によるステアリングラックバーの製造方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
前記第二の歯部分の歯を、前記第一の歯部分の歯に対して前記ラックバーの長手方向軸線周りに角度方向に方向付ける、鍛造によるステアリングラックバーの製造方法。
【請求項９】
第一の歯部分を一端もしくはその近傍に有するステアリングラックバー上に第二の歯部分を鍛造するための、鍛造によるステアリングラックバーの製造装置であって、
前記ラックバーを、前記第一の歯部分または前記ラックバーの一端またはその近傍の形状を基準として用いて所定の軸線方向位置および角度方向で把持するための把持手段と、
前記把持したラックバーを輸送して当該ラックバーの他端を鍛造金型内に配置するための輸送手段と、
前記ラックバーを、前記第二の歯部分を前記鍛造金型で鍛造を行うのに先立ち、当該ラックバーを前記所定の軸線方向位置および角度方向で保持するための方向維持手段とを具える装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、
前記把持手段および前記輸送手段が、共に多軸ロボットの要素である、鍛造によるステアリングラックバーの製造装置。
【請求項１１】
請求項９記載の装置において、
前記方向維持手段が磁気揺りかごを具える、鍛造によるステアリングラックバーの製造装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置において、
前記磁気揺りかごを前記鍛造金型の下型に弾性的に取り付けた、鍛造によるステアリングラックバーの製造装置。
【請求項１３】
少なくとも二つの軸線方向に離間した鍛造による歯部分を具えるステアリングラック。
【請求項１４】
請求項１３記載のステアリングラックにおいて、
前記歯部分の少なくとも一つがＹ字形断面を有するステアリングラック。
【請求項１５】
請求項１３記載のステアリングラックにおいて、
前記歯部分の少なくとも一つが可変ギヤ比型であるステアリングラック。
【請求項１６】
請求項１３記載のステアリングラックにおいて、
前記歯部分の少なくとも一つが一定ギヤ比型であるステアリングラック。
【請求項１７】
請求項１３記載のステアリングラックにおいて、
前記歯部分の少なくとも一つの歯が他の歯部分の歯に対して長手軸線方向周りに角度方向に方向付けられているステアリングラック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックアンドピニオン型ステアリングギヤのためのステアリングラックを製造する方法および装置に関するものであり、このステアリングラックは二つの離間した歯部分を有するものである。
【０００２】
発明の背景
自動車の電動パワーステアリングシステムに用いる、二つの離間した歯部分を有するステアリングラックは公知である。第一の歯部分は自動車のステアリングホイールと軸方向に結合したピニオンと噛み合い、一方、第二の歯部分は電動モータと結合したピニオンと噛み合う。こうしたステアリングラックを、ここでは「二重ピニオンラック」と呼ぶ。第一のピニオンはトルクセンサを介して車両のステアリングホイールと軸方向に結合することとしても良い。このセンサによって検出したトルクは、第二のピニオンを通してステアリングラックに作用するトルクを調節するために使用し、それによって動力補助型のステアリングが提供される。
【０００３】
今日利用されている車両用電動パワーステアリングシステムの大半はコラムアシスト型のものである。モータの駆動トルクは歯車伝動によってステアリングギヤ入力軸に伝達され、車両を操舵するために必要な駆動トルク全てが、入力軸と軸方向に結合したピニオンを経て、ステアリングラックの歯部分へ伝達される。モータは客室の空間を消費し、不所望の騒音源および熱源となり得る。したがって、車室から電動モータを排除する設計方策に対する関心が増加している。先に述べた二重ピニオンラックはこうした方策の一つである。
【０００４】
公知の二重ピニオンラック製造方法は、ラックバー上に第一および第二の歯部分の両方を機械加工するものである。
【０００５】
ラックバー上に機械加工によって歯部分を形成することに関しては複数の不都合な点があり、その一つは材料の廃棄物が生じることである。また、歯部分の機械加工による形成は、ラックバー上に可変ギヤ比型(variable ratio)の歯部分を形成することには適しておらず、それゆえ一定ギヤ比型(constant ratio)の場合に限定されることとなる。
【０００６】
しかしながら、米国特許第4,116,085号（Bishop，他）（特許文献1）、米国特許第4,715,210号（Bishop，他）（特許文献2）、米国特許第4,571,982号（Bishop，他）（特許文献3）および米国特許第5,862,701号（Bishop，他）（特許文献4）に記載されているような鍛造による方法は、可変ギヤ比型の歯の鍛造および一定ギヤ比型の歯の鍛造の両方に適したものとなっている。鍛造ラックに関する幾つかの利点がこれら特許中に述べられている。
【０００７】
これら公知の鍛造方法を用いて二重ピニオンラックの第一の歯部分を製造し、その後機械加工により第二の歯部分を製造することが考えられる。しかしながら、歯部分の機械加工は材料を浪費し、また一定ギヤ比型のものに限定されるという欠点が依然として残る。
【０００８】
上述した特許に記載されている方法ならびに装置による、可変ギヤ比型のステアリングギヤおよび一定ギヤ比型のステアリングギヤの製造は、液圧駆動式のステアリングギヤの大部分への適用によって十分に確立されたものとなっている。しかしながら、電動式パワーステアリングへの流れに呼応して、鍛造により製造した、可変ギヤ比型のステアリングラックがますます使用されるようになっている。良好な動特性のための最適なオン−センター比(on-center ratio)を選択可能とすることに加え、設計者は、電動モータのための機械的利点の増加をもたらすようにラック行程(rack travel)の完全なロック部分(full lock part)に近い機械的な比率を変化させるよう選択することも可能である。
【特許文献１】
米国特許第4,116,085号明細書
【特許文献２】
米国特許第4,715,210号明細書
【特許文献３】
米国特許第4,571,982号明細書
【特許文献４】
米国特許第5,862,701号明細書
【０００９】
本発明は、二重ピニオンラックの第一および第二の歯部分を鍛造により製造することを可能とする方法を提案するものである。
【００１０】
本発明は、鍛造により二重ピニオンラックの第二の歯部分を製造すること、とりわけ鍛造により二重ピニオンラックの第一および第二の歯部分の両方を製造することを可能とする装置を提案するものである。
【００１１】
発明の概要
本発明の一つの特徴において、本発明は鍛造によるステアリングラックバーの製造方法からなり、この方法は、
(1)加熱した円筒形のラックバーを第一の鍛造金型内に配置し、当該ラックバーの一端に第一の歯部分を鍛造する工程と、
(2)前記ラックバーを取り出す工程と、
(3)前記ラックバーに形成したラックまたは当該ラックの他端に近い側を加熱する工程と、
(4)前記ラックバーの前記他端側を第二の鍛造金型内に配置して第二の歯部分を鍛造するに際し、当該第二の歯部分の鍛造に先立って、前記ラックバーを所定の軸線方向位置および角度方向に、前記第一の歯部分または前記ラックバーの前記一端またはその近傍の形状を基準として用いて方向付けを行うことにより軸線方向および角度方向の位置合わせを行い、さらに当該第二の歯部分の鍛造に先立って前記ラックバーを前記所定の軸線方向位置および角度方向に配置かつ保持する工程とを具えるものである。
【００１２】
好ましくは、前記(2)の工程後かつ前記(3)の工程前に前記第一の歯部分を冷却し、硬化させ、さらに焼き戻しを行うこととする。
【００１３】
好ましくは、さらに前記(4)の工程の後に、前記第二の歯部分に対する前記第一の歯部分の角度方向を測定することとする。
【００１４】
好ましくは、前記第二の歯部分に対する前記第一の歯部分の角度方向が所定の許容範囲から外れていた場合に、前記ラックバーにねじり変形を与えることにより、前記第二の歯部分に対する前記第一の歯部分の角度方向を前記所定の許容範囲内に制御する工程をさらに具えるものとする。
【００１５】
好ましくは、一つの実施形態において、前記第一および第二の歯部分の少なくとも一方がＹ字形断面を有するものとする。好ましくは、前記第一および第二の歯部分の少なくとも一方を可変ギヤ比型とする。
【００１６】
好ましくは、もう一つの実施形態において、前記第一および第二の歯部分の少なくとも一方を一定ギヤ比型とする。
【００１７】
好ましくは、前記第二の歯部分の歯を、前記第一の歯部分の歯に対して前記ラックバーの長手方向軸線周りに角度方向に方向付けるものとする。
【００１８】
第二の特徴において、本発明は、第一の歯部分を一端もしくはその近傍に有するステアリングラックバー上に第二の歯部分を鍛造するための、鍛造によるステアリングラックバーの製造装置であって、前記ラックバーを、前記第一の歯部分または前記ラックバーの一端またはその近傍の形状を基準として用いて所定の軸線方向位置および角度方向で把持するための把持手段と、前記把持したラックバーを輸送して当該ラックバーの他端を鍛造金型内に配置するための輸送手段と、前記ラックバーを、前記第二の歯部分を前記鍛造金型で鍛造を行うのに先立ち、当該ラックバーを前記所定の軸線方向位置および角度方向で保持するための方向維持手段とを具えるものである。
【００１９】
好ましくは、前記把持手段および前記輸送手段を、共に多軸ロボットの要素とする。
【００２０】
好ましくは、前記方向維持手段が磁気揺りかご(a magnetic cradle)を具えるものとする。
【００２１】
好ましくは、前記磁気揺りかごを前記鍛造金型の下型に弾性的に取り付けたものとする。
【００２２】
第三の特徴において、本発明は、少なくとも二つの軸線方向に離間した鍛造による歯部分を具えるステアリングラックである。
【００２３】
好ましくは、前記歯部分の少なくとも一つがＹ字形断面を有するものとする。
【００２４】
好ましくは、前記歯部分の少なくとも一つを可変ギヤ比型とする。
【００２５】
好ましくは、前記歯部分の少なくとも一つを一定ギヤ比型とする。
【００２６】
好ましくは、前記歯部分の少なくとも一つの歯が他の歯部分の歯に対して長手軸線方向周りに角度方向に方向付けられているものとする。
【００２７】
発明の実施の形態
図1は従来のステアリングラック1を示すものであり、このステアリングラック1は歯部分37に可変ギヤ比型の歯2およびＹ字形断面部3を有し、米国特許第5,862,701号によって鍛造し得る形式のものである。歯2は円筒形棒材の一端近傍で鍛造され、それによって、一旦鍛造工程が行われると、ラック1は長い円筒形部4および、Ｙ字形断面部3の一方の側に配置した短い円筒形部5を有することとなる。
【００２８】
図2〜図5は本発明に係る鍛造二重ピニオンラック6の第一の実施形態を示すものである。ラック6の一端には短い円筒形部5と、可変ギヤ比型の歯2およびＹ字形断面部3を有する第一の歯部分37を有し、これらは前述した従来のラック1に類似した形状を有している。ラック6の他端には短い円筒形部12と、可変ギヤ比型の歯8およびＹ字形断面部10を有する第二の歯部分38、ならびに中央円筒形部13を有する。歯8は、長手方向軸線Ｌ周りに、歯2に対して約45°の角度で角度方向に方向付けられている。
【００２９】
鍛造ラック6の製造のために、可変ギヤ比型の歯2およびＹ字形断面部3を有する第一の歯部分37、長い円筒形部4および短い円筒形部5を有する、ラック1に類似した形状を形成するように、米国特許第5,862,701号によって円筒形棒材を鍛造する。次いで鍛造ラック1を室温まで冷却し、従来の方法で洗浄する。その後歯2およびＹ字形断面部3を高周波焼き入れし、従来の方法で加熱する。円筒形部4および5の一部もまた、追加で高周波焼き入れと焼き戻しをすることとしても良い。
【００３０】
ラック1を許容限度以内に一直線上にすることを補償するため、ラック1は公知の歪み矯正機で横方向に曲げることで真っ直ぐにする必要がある。
【００３１】
二重ピニオンラック6を形成するためにラック1に可変ギヤ比型の歯8およびＹ字形断面部10を有する第二の歯部分38を形成するため、以下の工程を行う。
【００３２】
まず、ラック1を図6および図7に示すように誘導加熱コイル箱14内に配置し、円筒形部4の自由端に近い箇所を誘導加熱する。ローラーコンベヤおよび棒材プッシャー機構（図示せず）を、ラック棒1を支持かつ誘導加熱コイル箱14内へと移動可能に推進させるために用いる。ラック1の軸線方向位置は、図示しない棒材プッシャー機構の移動および、加熱中にラック1を所定の位置に保持できる図示しない保持手段によって決定してもよい。
【００３３】
その後ラック1を、ローラコンベヤを通して図示しない何らかの手段によって誘導加熱コイル箱14から取り出し、円筒形部5の端部を図8に示すように、ばねに取り付けた端部止め部21と接触させるようにする。端部止め部21のばね22は、ラック1が接触時に反発するのを防ぐために、衝撃を緩和する。センサー23は、図9および図10に示すように、加熱したラック1を取り上げて金型15へ移送するための多軸ロボット18へ信号を送るものである。
【００３４】
図9はラック1を把持するための把持手段24を有する多軸ロボット18を示すものである。把持手段24は、第一の歯部分37の歯2およびＹ字形断面部3を基準として用いてラック1を把持するように適合させることが望ましい。
【００３５】
図10はラック1を金型15へ導入する状態を示すものである。図11はラックバー1を下型16内へと下降させる状態を示すものである。先に参照した基準が、把持手段24が第一の歯部分37を所定の軸線方向位置で把持することを可能にする。把持手段24は、角度方向に歯2に対して第二の歯部分38の歯8およびＹ字形断面部10を鍛造するための正確な位置にラック1を配置するのに必要な所定の角度方向にラック1を持ち上げるように、所定の角度で垂直に回転する。
【００３６】
鍛造金型15は米国特許第5,862,701号に記載のものに類似しており、上型19および下型16の詳細については、ここでは詳しく説明しない。しかしながら、金型15内で二重ピニオンラック6をどのようにして鍛造するかを理解するため、これら要素の動作について説明する必要があろう。
【００３７】
図10において、歯付金型25は下側ボルスタ26に固定されている。下側グリッパ27および28は、下側ボルスタ26に弾性的に取り付けられ、それによって金型閉鎖の最終段階の間、通常はラックの設計に依存して10〜12mm、歯付金型25に対して垂直下方へ変位する。上側グリッパ29および30も同様に上側ボルスタ31に弾性的に取り付けられ、それによって上側ボルスタ32に対して垂直上方へ変位する。したがって、金型閉鎖の最終段階の、下死点前の通常10〜12mmにおいて、二組のグリッパ27，28および29，30は接触することとなり、ラックバー1を堅固にクランプする。金型が最低位置に達すると、グリッパ27，28，29および30によって加わるクランプ圧力は、実質的に金型空洞からの加熱金属の軸線方向への移動(migration)を防ぎ、解放式の金型成型工程で達成し得るよりも、金型空洞内でのより一層均一な軸線方向圧力を保証する。
【００３８】
最初に、ラック1を鍛造金型15内に配置したとき、方向維持装置17を、ラック1を前述した所定の軸線方向位置および角度方向に保持するために使用する。一旦ラック1の鍛造が始まると、方向維持装置17は鍛造ストロークの後の段階で下方に曲がるように準備される。方向維持装置17はヒンジ動作する梁33であり、ラック1の第一の歯部分37を一時的に支持かつ固定するための「揺りかご」として働くＶブロック34を有する。Ｖブロック34は、その上面と面一になるように取り付けた二つまたはそれ以上の永久磁石35を有する。方向維持装置17の初期の垂直方向位置は調整可能な止め具36によって設定され、この止め具は、方向維持装置17を金型閉鎖の最終段階の間で円形の経路に沿って下方へ曲げることを許容する弾性部材を含む。Ｖブロック34の初期位置は、第一の歯部分37を各グリッパ27，28およびＶブロック34が垂直方向に支持して接触するように設定する。これは、ラックバー1の重心がグリッパ28から外れた場合に第一の歯部分37がグリッパ27および28内で平衡状態を失わないことを保証するため、および、第一の歯部分37が多軸ロボット18の把持手段24によって解放されるのに先立って永久磁石35と堅固に接触することを保証するためである。
【００３９】
方向維持装置17は一端でヒンジ結合し、下型の中心線の一方の側でヒンジ動作する。これは把持手段24が、垂直方向で測って-45°〜+225°の間のあらゆる角度位置を取り得るようなクリアランスを可能とするためである。こうした角度のクリアランスにより、第一および第二の歯部分の全ての可能な相対角度方向が、ここで述べた方法により達成できる。
【００４０】
図12は金型15が完全に閉鎖状態になる瞬間を示すものである。多軸ロボット18は金型15から離れ、方向維持装置17は十分に下方へ曲がる。
【００４１】
図13は鍛造金型15が鍛造終了後の開放位置にあり、鍛造した二重ピニオンステアリングラック6を多軸ロボット18によって取り出した状態を示すものである。二重ピニオンラック6の新たに鍛造した第二の歯部分38は、その後、従来の方法によって高周波焼き入れおよび焼き戻しのための適切な一つまたは複数のステーションへと輸送される。
【００４２】
ラック6を許容限度内で直線状にすることを確実にするため、歪み矯正機で横方向に曲げることによりラック6を直線状にする必要がある。
【００４３】
最終工程が、図15に示すように第二の歯部分38の歯8に対する第一の歯部分37の歯2の角度方向θの測定（または位置合わせ）を含むこととしても良く、必要に応じて、図14に示すように第一および第二の歯部分37および38に大きさが等しく方向が反対のトルクＴを作用させて、位置39および40の間にある円筒形部13でラック6に捩り変形を与えることにより、ラック6の歯部分37および38を設計上の許容範囲内に角度方向に位置合わせする。
【００４４】
他の図示しない実施形態において、本発明の精神および範囲を逸脱すること無しに、異なる種々の工程および部品を使用しても良いことを理解すべきである。例えば、図示しない一つの実施形態において、把持手段24を、歯2およびＹ字形断面部3を基準として用いるよりも、（図6および図7に示すように）ラック1の加熱に先立ってラック端部の短い円筒形部5に加工して形成した基準面と位置合わせしても良い。また、他の図示しない実施形態においては、把持手段24が歯2の形状をを反転させた形状を有するジョー(jaw)部材、あるいは基準面を確立するための補助となるロールピンを含むものとしても良い。
【００４５】
また、先に説明した実施形態では、第二の歯部分38の歯8を、ラック6の長手方向軸線Ｌに沿って、第一の歯部分37の歯2に対して約45°角度に方向付けているが、図示しない他の実施形態においては、第二の歯部分38の歯8を、ラック6の長手方向軸線Ｌに沿って、第一の歯部分37の歯2に対して他の幾つかの値の角度で方向付けることとしても良い。さらに、図示しない他の実施形態においては、第一および第二の歯部分37，38を実質的に同一または平行な平面上に位置するものとしても良い。
【００４６】
図示しないまた別の実施形態においては、第一および第二の歯部分37，38をＹ字形断面以外のものとしても良く、また可変ギヤ比型、あるいは一定ギヤ比型のものとしても良い。
【００４７】
図示しないまた別の実施形態においては、前述した装置を、第一の歯部分37をラック1に鍛造ではなく機械加工したときに、ラック1に第二の歯部分を鍛造するのに用いることとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】可変ギヤ比型で歯付き部分がＹ字形断面の特性を有する従来のステアリングラックの斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に係る、可変ギヤ比型で歯部分がＹ字形断面の特性を有する鍛造二重ピニオンラックの斜視図である。
【図３】図２の鍛造二重ピニオンラックの立面図である。
【図４】図３の二重ピニオンラックのIII-III面に沿った断面図である。
【図５】図３の二重ピニオンラックのIV-IV面に沿った断面図である。
【図６】図１のステアリングラックを誘導加熱コイル箱へ導入する状態を示す図である。
【図７】誘導加熱コイル箱内で加熱しているステアリングラックを示す図である。
【図８】誘導加熱コイル箱から取り出して端部止め部に当接させたステアリングラックを示す図である。
【図９】多軸ロボットで把持したステアリングラックを示す図である。
【図１０】ステアリングラックを多軸ロボットにより正しい角度方向で鍛造金型内に導入するステアリングラックを示す図である。
【図１１】多軸ロボットにより正しい軸線方向および角度方向で鍛造金型の下型へ装填し、方向維持装置と最初に接触させたステアリングラックを示す図である。
【図１２】閉鎖位置にある鍛造金型を示す図である。
【図１３】多軸ロボットにより鍛造金型から取り外した鍛造二重ピニオンステアリングラックを示す図である。
【図１４】図２の鍛造二重ピニオンラックの第一および第二の歯部分に大きさが等しく、かつ反対方向にトルクを加えた状態を示す斜視図である。
【図１５】鍛造二重ピニオンラックの第一および第二の歯部分の角度方向を示す端部立面図である。
【国際公開パンフレット】
2004523365.tif 000003
2004523365.tif 000004
2004523365.tif 000005
2004523365.tif 000006
2004523365.tif 000007
2004523365.tif 000008
2004523365.tif 000009
2004523365.tif 000010
2004523365.tif 000011
2004523365.tif 000012
2004523365.tif 000013
2004523365.tif 000014
2004523365.tif 000015
2004523365.tif 000016
2004523365.tif 000017
2004523365.tif 000018
2004523365.tif 000019
2004523365.tif 000020
2004523365.tif 000021
2004523365.tif 000022
2004523365.tif 000023
2004523365.tif 000024
2004523365.tif 000025
2004523365.tif 000026
【国際調査報告】
2004523365.tif 000027
2004523365.tif 000028