(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材から中空ラック軸を形成するに際し、ラック歯に噛合可能な少なくとも３以上の歯を有し、これらの歯が弧状に配列された矯正型を、中空ラック軸の歯と矯正型の歯とを噛み合わせた状態下で、中空ラック軸に押圧することによって成形工程の中で発生した曲がりを矯正する中空ラック軸の製造方法であって、
上記中空ラック軸に発生した曲がりは、中空ラック軸を中空状に成形するため互いに突き合わされた突き合わせ部を溶接したことによって発生した曲がりであり、
上記矯正型の弧状に配列された歯は、上記ラック軸の曲がりとは逆方向の湾曲をもった弧状に配列された歯であり、
更に、上記矯正型により上記中空ラック軸を押圧するとき、この中空ラック軸をその両端近傍で支持すること
を特徴とする中空ラック軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、中空ラック軸、特に自動車のステアリング装置に使用される中空ラック軸の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中空ラック軸を形成する方法は、特開平１１−１８０３１８号公報及び特開平１１−２７８２８７号公報などに開示されている。これらの製造方法は、いずれも板材を半円形に曲げたＵ字状状態でラック歯を形成し、その後このＵ字の開いた２つの脚部を突き合わせるように閉じてチューブ状に成形するものである。こうして作られた中空ラック軸は、強度上の問題がなければ突き合わせ部がそのままの状態で使用され、さらに強度が求められる場合には上記突き合わせ部を溶接接合して使用される。
【０００３】
図１は、上記製造方法によって、ほぼ矩形の板材が中空ラック軸にまで成形されるワークの様子をあらわしたものであって、（ａ）から（ｆ）までの各段階毎のワークの形状によって説明するための説明図である。この図において、左の図は、ラック軸（又は板材、ワーク）の正面図であり、その右に示される図は、ラック歯が形成される（又は形成された）部分を示すＤ−Ｄ断面図、更にそれらの右はチューブ状となる（又はチューブ状にされた）部分を示すＥ−Ｅ断面図である。
【０００４】
（ａ）において準備されたほぼ矩形の板材は、（ｂ）に示すようにＵ字状及びコの字状に曲げ成形される。このとき、後工程でラック歯が形成される部分はＤ−Ｄ断面で示されるようにコの字状断面を有し、後工程で円筒状のチューブ状部に形成される部分の断面はＥ−Ｅ断面で示されるようにＵ字状に成形される。
【０００５】
次に、上記Ｄ−Ｄ断面で示されるコの字状の部分には（ｃ）に示すようにラック歯が形成され、その後、上記Ｕ字状部及びコの字状部の開いた２つの脚部が互いに突き合わされるように曲げ加工されて、（ｄ）に示されるように閉じられる。
【０００６】
突き合わせ部がそのままの状態でも中空ラック軸としての強度上の問題がなければ特に溶接をすることなく使用され、さらに強度が求められる場合には上記突き合わせ部が（ｅ）符号１１に示すように溶接接合される。
【０００７】
その後、（ｆ）に示すようにラック軸両端又は中間部に最終加工が施されて、製品としての中空ラック軸が得られる。
【０００８】
さて、上記（ｅ）で突き合わせ部が溶接されることを説明したが、溶接後、溶接部には冷却収縮が発生するため、この収縮の影響が中空ラック軸全体に及び変形が生じる。
【０００９】
図２は、このように溶接部１１の冷却収縮によって変形した中空ラック軸を誇張して示す説明図である。突き合わせ溶接された溶接部１１がラック歯部に対して反対側に位置するため、図２に示されるように、溶接部１１（溶接ビード）を腹に、ラック歯部を背にした曲がりが発生している。
【００１０】
このとき、ラック歯部Ａ２（図１（ｅ）、図２）においても変形の影響は及ぶため、ラック歯が正常な歯形からはずれており、そのままではラック軸として使用することはできない。つまり、ラック軸がラック歯の位置で反り返った状態になって、歯形の形状精度が狂うため、噛み合い相手のピニオンと正常な噛み合いができない。
【００１１】
このようなラック歯形の形状精度の狂いを、別工程で研削仕上げすることによって修正することは可能であるが、中空ラック軸を生産性の優れた塑性加工によって製造しようとしているにもかかわらず、このためだけに高価な研削工程を設けなければならないとすれば、せっかくの優れた生産性を失わせることになり得策とはいえない。
【００１２】
さらに、ラック軸の軽量化を考慮して限界的な薄さにまで設計されている歯形を、研削によって更に削りとることは、強度上とうてい許容しがたいことである。
【００１３】
そこで、上記曲がりを、次のような矯正方法によって取り除くことが試みられた。図３は、この矯正方法を説明するための説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。
【００１４】
この矯正法では、３個の円形断面の矯正リング７をラック歯の３個所に配置し、両側の矯正リング７を固定系（テーブル等）にて下方から支持し、その曲がり傾向を調べつつ、中央の矯正リング７を上からの矯正力Ｆで押す。このとき各矯正リング７の中空ラック軸の軸方向の位置は適宜移動して調節される。これにより、中空ラック軸はその曲がりと反対方向に曲げられる。
【００１５】
この矯正方法によると、矯正リング７のリング内面は円筒面であるため、図３（ｂ）のＤ−Ｄ断面図にあらわれているように、矯正リング７とラック歯とは、ラック歯の歯筋端部近傍の狭い範囲の部分円筒状の接触部Ａ１で接触して、ラック軸に矯正力が伝えられる。つまり、ラック歯歯頂部にもラック歯歯面にも矯正リング７から矯正力が直接伝えられることがない。このように、ラック歯の歯形そのものには直接的な矯正力が働かないため、他の部分の変形の影響を受けて変形するにまかされる。このため、この矯正方法によって中空ラック軸が矯正されたとき、その歯形形状が都合良く正常な形状になることは少なく、また、このとき、チューブ状の断面を押しつぶすような力の作用によって中空ラック軸がやや扁平状に変形する。
【００１６】
さらに、曲がり矯正の精度が必要な部位はラック歯部分であるが、ラック歯の曲げ剛性が歯の凸部と歯の凹部とで異なるため、円形断面の矯正リング７による矯正では局所的に変形が生じ、曲げ剛性の低い歯の凹部１３で「へ」の字状に折れ曲がる傾向がある。図４は、この矯正方法によって逆「へ」の字状に折れ曲がった中空ラック軸の様子を誇張して示す正面図である。
【００１７】
このように上記矯正方法では、歯形形状を崩さないように矯正できず、扁平状の変形、あるいはへの字状の折れ曲がりが生じるので、仮にラック軸全体として見たときの曲がりは矯正されたとしても、結局研削加工によって歯形形状を整える必要が生じる。このため、この方法を採用することにはあまり効果が期待できない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような矯正リングによる矯正方法を改め、中空ラック軸の突き合わせ部の溶接によって生じた中空ラック軸の曲がりを矯正し、安価で性能の良い中空ラック軸の製造方法を提供することを課題とするものである。更に、本発明は、ラック歯の歯形形状を損なうことなく、精度の高い曲がり矯正方法あるいは中空ラック軸の製造方法を提供することを課題とする。
【００１９】
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、
第１番目の発明の解決手段の中空ラック軸の製造方法は、板材から中空ラック軸を形成するに際し、ラック歯に噛合可能な少なくとも３以上の歯を有し、これらの歯が弧状に配列された矯正型を、中空ラック軸の歯と矯正型の歯とを噛み合わせた状態下で、中空ラック軸に押圧することによって成形工程の中で発生した曲がりを矯正する中空ラック軸の製造方法であって、上記中空ラック軸に発生した曲がりは、中空ラック軸を中空状に成形するため互いに突き合わされた突き合わせ部を溶接したことによって発生した曲がりであり、上記矯正型の弧状に配列された歯は、上記ラック軸の曲がりとは逆方向の湾曲をもった弧状に配列された歯であり、更に、上記矯正型により上記中空ラック軸を押圧するとき、この中空ラック軸をその両端近傍で支持することを特徴とする中空ラック軸の製造方法である。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【発明の実施の形態】
第一実施例
図５は、中空ラック軸１を矯正する様子をあらわした説明図であって、（ａ）は中空ラック軸１、矯正リング７及び矯正型９の関係を示す正面図、（ｂ）は、中空ラック軸１及び矯正型９のＤ−Ｄ断面である。
【００２７】
矯正型９は、正規の形状をした中空ラック軸１（つまり曲がりのない正常な形の中空ラック軸）のラック歯が備えている歯と相補的な形状を持つ歯が設けられている。ただし、ラック歯の歯底及び歯先が矯正型９の歯先及び歯底と接触しないように、図５中の点線の囲み２に示されるように空間を隔てて逃がされている。
【００２８】
また、矯正型９の各歯の列は一直線上に左右方向に並んでおり、各歯間のピッチは正規の形状をした中空ラック軸１の歯のピッチと等しくされている。
【００２９】
矯正時には、ワークである曲がりの発生した中空ラック軸１は、その両端近傍において矯正リング７がはめられることにより、矯正リング７を介して支えられる。この状態で、図のように山形に曲がっている中空ラック軸１の中央のラック歯部に下向きの矯正力Ｆが矯正型９によって加えられて、矯正が行われる。
【００３０】
矯正型９が中空ラック軸１を押すとき、最初に矯正型９の中央が中空ラック軸１の歯に接触し、引き続き矯正型９の押し下げが進行するにつれて、接触する個所は中空ラック軸１の両端方向へと広がってゆく。
【００３１】
中空ラック軸１は、もともと持っていた曲がりとは僅かばかり反対側にまで曲げられたのち、矯正力Ｆが取り除かれる。このように僅かばかり反対側にまで曲げるのは、つまりオーバーベンドするのは、弾性回復の量を考慮して矯正力Ｆを取り去ったときに、中空ラック軸１が丁度真っ直ぐになるようにするためである。
【００３２】
このように、矯正型９の形状をラック歯形に対応した形状（相補形状）とすること、および、矯正型９の歯数を複数とすることにより、矯正中に接触するラック歯の変形を押さえつつ軸の曲がりを矯正することが可能となる。図５に示す例では、歯数が５枚のものが示されているが、この歯数を更に増やせば矯正型９と中空ラック軸１の接触圧は軽減され、歯形の寸法形状の崩れへの影響度は減少し、より安定した矯正ができるようになる。
【００３３】
ただし、上に述べた矯正方法においても、場合により、矯正型９と接触している歯と隣接する他の歯の歯底部１４に力が集中するため、図４に示すような逆「へ」の字状の折れ曲がりが発生することがある。
【００３４】
第二実施例
第二実施例は、上述の問題をより発生しにくくしたものであって、図６は、これを説明するための矯正型１０の要部拡大図である。矯正型１０のみが異なり、これ以外の構成は、第一実施例に準じるので改めて説明することはしない。
【００３５】
矯正型１０は複数のラック歯に相当する歯形を有し、各歯形の形状は第一実施例の場合と同じであるが、その歯列は一直線ではなく中央が凸状になるようにすなわち、弧状に配列されている。矯正型１０の幅（図６の左右方向）は図示されていないが、両端の矯正リング７間の幅よりも狭く設定される。
【００３６】
矯正型１０を矯正力Ｆで中空ラック軸１を押していくと、最初に中空ラック軸１のラック歯と矯正型１０の歯の中央にあるものとが接触し、そこから中空ラック軸１の両端方向に向かって徐々に接触する領域が広がってゆく。これにより、急激な接触状態の変化を伴う歯部が存在せず滑らかな変化となるため、中空ラック軸１が逆「へ」の字状に折れ曲がるという現象が発生しない。
【００３７】
溶接影響による曲がりは上述したように溶接ビードを腹にする傾向が明らかであるため、中空ラック軸１の曲がり方向と逆方向に湾曲した少なくとも３つ以上のラック歯に相当する形状を有する矯正型１０を用い、ラック歯の一部、又は全部を当てた状態で、矯正力Ｆで押すことになり、ラック歯部をより精度高く矯正することが可能となる。ここで、Ｒ１は中空ラック軸１の曲がりの曲率半径、Ｒ２は矯正型１０の歯の配置の曲率半径をそれぞれ示しており、この矯正型１０の曲率半径Ｒ２を適切に設定することによって、より精度の高い矯正が可能となる。
【００３８】
以上では、本発明を溶接によって発生した曲がりを矯正する場合を例に説明してきたが、本発明の主旨から逸脱しない限りこれに限定されるべきでなく、例えば中空ラック軸製造過程で発生する同じ傾向の曲がりであれば本発明を適用することができ、更に具体的には、中空ラック軸の各成形工程、及び、熱処理工程における曲がりについて本発明を適用することが可能であることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、中空ラック軸の製造過程で発生した曲がりを、ラック歯形状を崩すことなく無理なく精度良く曲がり矯正することを可能とする効果を奏する。また、本発明は、従来のような矯正リングによる矯正方法を改め、中空ラック軸の突き合わせ部の溶接によって生じた中空ラック軸の曲がりを矯正し、安価で性能の良い中空ラック軸の製造方法を提供する効果を奏する。更に、本発明は、ラック歯の歯形形状を損なうことなく、精度の高い曲がり矯正方法あるいは中空ラック軸の製造方法を提供する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ほぼ矩形の板材が中空ラック軸にまで成形されるワークの様子をあらわしたものであって、各段階毎のワークの形状によって説明するための説明図である。
【図２】  溶接部１１の冷却収縮によって変形した中空ラック軸を誇張して示す説明図である。
【図３】  従来の曲がり矯正方法を説明するための説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。
【図４】  逆「へ」の字状に折れ曲がった中空ラック軸の様子を誇張して示す正面図である。
【図５】  中空ラック軸１を矯正する様子をあらわした第一実施例の説明図であって、（ａ）は中空ラック軸１、矯正リング７及び矯正型９の関係を示す正面図、（ｂ）は、中空ラック軸１及び矯正型９のＤ−Ｄ断面である。
【図６】  第二実施例の矯正型１０の要部拡大図である。
【符号の説明】
１  中空ラック軸
７  矯正リング
９、１０  矯正型
Ｆ  矯正力
１１  溶接部
１３  凹部
１４  歯底部
Ａ２  ラック歯部
Ｒ１  中空ラック軸１の曲がりの曲率半径
Ｒ２  矯正型１０の歯の配置の曲率半径
【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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