(57)【要約】【課題】ねじれ角、ピッチ等の変化が大きなバリアブルステアリング装置用の中空ラック軸にも対応可能な中空ラック軸の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】ラック歯１１の諸元が一律でない中空ラック軸１０を、成形型２０およびマンドレル３０を用いて塑性加工により製造する中空ラック軸の製造装置において、成形型のラック歯成形部位に対応する位置に着脱可能な着脱部２０を有し、着脱部を取外した状態で、所定のラック歯に対してその一部を切除する加工工具２５を備えた。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック歯の諸元が一律でない中空ラック軸を、成形型およびマンドレルを用いて塑性加工により製造する中空ラック軸の製造方法において、各歯が最終歯形形状になるまでのマンドレル加工回数が全歯で均一となるよう、全てのマンドレル加工が完了するまでの間に、所定のラック歯に対して、その諸元に応じた量の肉を切除し、その後、前記ラック歯が最終歯形形状になるまでマンドレル加工を継続するようにしたことを特徴とする中空ラック軸の製造方法。
【請求項２】
ラック歯の諸元が一律でない中空ラック軸を、成形型およびマンドレルを用いて塑性加工により製造する中空ラック軸の製造装置において、前記成形型のラック歯成形部位に対応する位置に着脱可能な着脱部を有し、該着脱部を取外した状態で、所定のラック歯に対してその一部を切除する加工工具を備えたことを特徴とする中空ラック軸の製造装置。
【請求項３】
請求項２において、前記中空ラック軸は、軸方向中央部分のラック歯と両端部分のラック歯とでピッチ等が異なるバリアブルステアリング装置用の中空ラック軸であることを特徴とする中空ラック軸の製造装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記成形型の着脱可能な着脱部は、前記加工工具によって前記ラック歯の一部が切除される際に前記成形型より取外され、前記加工工具による切除が完了した後に再び前記成形型に取付けられるようになっていることを特徴とする中空ラック軸の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のステアリング装置に用いられる中空ラック軸の製造方法および製造装置に関し、特に、ラック歯の諸元が一律でない中空ラック軸を製造するに適した製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ステアリング装置に用いられるラック軸の軽量化および低コスト化を目的として、中空状のパイプ材を用い、パイプ材に対してマンドレルを軸方向に移動させることにより、パイプ材をラック金型に圧接させてパイプ材にラック歯形を形成する中空ラック軸の製造装置が種々提案されている。
【０００３】
この種の中空ラック軸の製造装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。かかる特許文献１に記載のものは、外径の異なる複数のマンドレルを備え、小径のマンドレルから順次大径のマンドレルに切替えて、パイプ材（中空ラック軸）の内周に圧入することにより、パイプ材のラック歯形に順次肉を盛り上げて、所望のラック歯形に成形するものである。
【０００４】
ところで、ラック軸の全長に亘ってラック歯の諸元が一律の中空ラック軸においては、上記した特許文献１に記載の製造装置によって、中空ラック軸を比較的容易に製造できるようになるが、例えば、自動車のバリアブルステアリング装置に用いられる中空ラック軸のように、ラック歯の諸元が一律でない、すなわち、図１に示すように、ラック歯の軸方向中央部分１１ａと両端部分１１ｂとで歯のピッチ、圧力角、歯厚等を連続的に変化させた中空ラック軸においては、肉の大きな流動を必要とする両端部分の歯より、中央部分の歯の方が早く仕上がり、両端部分の歯の仕上がりは遅くなる。言い換えれば、それぞれの歯（中央の歯と両端の歯）の成形を完了させるマンドレルの使用回数が中央部分と両端部分で異なることになる。
【０００５】
このため、回数が少なくてすむ歯（中央部分の歯）の方は、歯の成形がほぼ完了しているにも拘らず、両端部分の歯の成形のためにマンドレルによる加工をさらに続行させなければならない。その結果、マンドレルが通過しても、中央部分の歯はそれ以上塑性変形できないため、ラック金型に大きな負荷がかかり、ラック金型の寿命が低下する問題がある。
【０００６】
このようなバリアブルステアリング装置に用いられる中空ラック軸の成形方法として、従来、特許文献２に記載されているものが知られている。
【特許文献１】特開２００１−９５５４号公報（段落００１２〜００１４、図１）
【特許文献２】特開２００１−５８２３９号公報（段落００４２、図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献２に記載のものは、ラック歯の圧力角、歯厚、ピッチ等に対応して形成されたラック歯に対して適切に中空ラック軸の肉が径方向および軸方向に移動する量を変化させることができるように、マンドレルの移動速度を変化させるように制御するものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載されているように、マンドレルの移動速度の変化によって、ラック歯の諸元が一律でない中空ラック軸を製造する方法では、ラック歯の中央部分と両端部分とのピッチ、圧力角、歯厚等の変化が小さなものには対応できても、ピッチ、圧力角、歯厚等の変化が大きなものには対応することは難しく、バリアブルステアリング装置用の中空ラック軸を製造する上での汎用性に乏しい問題があった。
【０００９】
本発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、ラック歯のピッチ等の変化が大きなバリアブルステアリング装置用の中空ラック軸にも対応可能な中空ラック軸の製造方法および製造装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る中空ラック軸の製造方法の発明は、ラック歯の諸元が一律でない中空ラック軸を、成形型およびマンドレルを用いて塑性加工により製造する中空ラック軸の製造方法において、各歯が最終歯形形状になるまでのマンドレル加工回数が全歯で均一となるよう、全てのマンドレル加工が完了するまでの間に、所定のラック歯に対して、その諸元に応じた量の肉を切除し、その後、前記ラック歯が最終歯形形状になるまでマンドレル加工を継続するようにしたことである。
【００１１】
請求項２に係る中空ラック軸の製造装置の発明は、ラック歯の諸元が一律でない中空ラック軸を、成形型およびマンドレルを用いて塑性加工により製造する中空ラック軸の製造装置において、前記成形型のラック歯成形部位に対応する位置に着脱可能な着脱部を有し、該着脱部を取外した状態で、所定のラック歯に対してその一部を切除する加工工具を備えたことである。
【００１２】
請求項３に係る中空ラック軸の製造装置の発明は、請求項２において、前記中空ラック軸は、軸方向中央部分のラック歯と両端部分のラック歯とでピッチ等が異なるバリアブルステアリング装置用の中空ラック軸であることである。
【００１３】
請求項４に係る中空ラック軸の製造装置の発明は、請求項２または３において、前記成形型の着脱可能な着脱部は、前記加工工具によって前記ラック歯の一部が切除される際に前記成形型より取外され、前記加工工具による切除が完了した後に再び前記成形型に取付けられるようになっていることである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、各歯が最終歯形形状になるまでのマンドレル加工回数が全歯で均一となるよう、全てのマンドレル加工が完了するまでの間に、所定のラック歯に対して、その諸元に応じた量の肉を切除し、その後、ラック歯が最終歯形形状になるまでマンドレル加工を継続するようにしたので、バリアブルステアリング装置に用いられる中空ラック軸のようなものにおいても、ラック歯の肉の一部を切除するだけの簡単な方法によって、仕上がり速度が異なるラック歯の中央部分と両端部分を定められた歯形形状に正確に成形することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、成形型のラック歯成形部位に対応する位置に着脱可能な着脱部を有し、着脱部を取外した状態で、所定のラック歯に対してその一部を切除する加工工具を備えているので、中空ラック軸を成形型内に保持した状態でラック歯の一部を切除することができ、中空ラック軸の製造を効率的に行うことができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、中空ラック軸は、軸方向中央部分のラック歯と両端部分のラック歯とでピッチ等が異なるバリアブルステアリング装置用の中空ラック軸であっても、最終歯形形状になるまでの仕上がりの早いラック歯の成形がほぼ完了した段階で、そのラック歯の一部を切除することにより、その後の塑性変形を可能にでき、歯形金型に作用する負荷を軽減することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、成形型の着脱可能な着脱部は、加工工具によってラック歯の一部が切除される際に成形型より取外され、加工工具による切除が完了した後に再び成形型に取付けられるようになっているので、着脱部を着脱するだけでラック歯の肉の切除が可能となり、仕上がり速度が異なるラック歯の中央部分と両端部分の定められた歯形形状に簡単かつ正確に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、ステアリング装置に用いる中空ラック軸１０の平面図を示し、中空ラック軸１０の外周には、軸線方向に沿ってはすば状のラック歯１１が形成されている。中空ラック軸１０は、バリアブルステアリング装置に用いられるもので、ラック歯１１の軸方向中央部分１１ａと両端部分１１ｂとでは、ラック歯１１のねじれ角、ピッチ、圧力角、歯厚等が異なっている。
【００１９】
中空ラック軸１０の製造には、図２に示すようなパイプ状のパイプ材（鋼管）１３が素材として用いられ、パイプ材１３には、一次成形加工として、外周の円周上一部に平坦部１４が周知の方法で成形される。以下においては、平坦部１４が成形されたパイプ材１３にラック歯１１を塑性加工によって成形する方法および装置について説明する。
【００２０】
図３、図４および図５に示すように、平坦部１４が成形されたパイプ材１３（図２参照）は、軸方向および回転方向移動を拘束されて成形型２０を構成する上金型１５と下金型１６との間に収容される。下金型１６はパイプ材１３の半周に嵌合する円弧溝１６ａを備えている。上金型１５は、両端金型１７，１８と歯形金型１９との３つの分割金型からなり、両端金型１７，１８の間に歯形金型１９が固着されている。歯形金型１９には、パイプ材１３の平坦部１４に対応する位置にラック歯形１９ａが形成されている。
【００２１】
上金型１５と下金型１６との間に収納されたパイプ材１３内には、図４に示すように、マンドレル３０が圧入されるようになっており、マンドレル３０によってパイプ材１３の平坦部１４の肉を歯形金型１９のラック歯形１９ａに食い込ませる。そして、マンドレル３０をパイプ材１３から引き抜き、次に、径の異なる、すなわち、より大径のマンドレル３０を同じようにパイプ材１３内に圧入することにより、パイプ材１３の平坦部１４の肉を徐々に盛り上げていき、ラック歯１１を成形する。このようにして、１０〜２０本のマンドレル３０を繰り返し使用して、中空ラック軸１０の平坦部１４に所定形状のラック歯１１を成形する。
【００２２】
ところで、図１に示すような形状のバリアブルステアリング装置用の中空ラック軸１０においては、ラック歯１１の両端部分１１ｂは中央部分１１ａに対してねじれ角が大きく、しかも、ラック歯１１のピッチ、圧力角、歯厚等が異なっているため、ラック歯１１の両端部分１１ｂより中央部分１１ａにより多くの肉の流動を必要とする。すなわち、ラック歯１１の中央部分１１ａと両端部分１１ｂではラック歯１１の仕上がり速度が異なり、中央部分１１ａのラック歯１１の方が、両端部分１１ｂのラック歯１１より早く仕上がることになる。
【００２３】
この結果、マンドレル３０をある回数使用することにより、中央部分１１ａのラック歯１１の成形がほぼ完了されるにも拘らず、両端部分１１ｂのラック歯１１は未だ所定の歯形形状に成形されず、さらにマンドレル３０を使用することが必要となる。これにより、中央部分１１ａにおいては塑性変形が行われなくなるため、歯形金型１９に大きな負荷がかかるようになる。
【００２４】
そこで、本発明の実施の形態においては、マンドレル３０によるラック歯１１の成形の途中で、両端部分１１ｂより早く成形される中央部分１１ａのラック歯１１の一部を機械加工によって削り取り、両端部分１１ｂのラック歯１１の成形のために、引き続きマンドレル３０を使用する場合においても、歯形金型１９に大きな負荷を作用させずに、中央部分１１ａにおける塑性変形を継続して行えるようにしたものである。
【００２５】
以下、本実施の形態における中空ラック軸１０を製造する製造装置の具体例について、図３および図６に基づいて説明する。
【００２６】
成形型２０の両端金型１７、１８には、ラック歯１１の中央部分１１ａの歯部１１ａ１の歯先部分に対応して、通し穴２１、２２が、ラック歯１１の歯部１１ａ１の歯すじ方向と平行にそれぞれ一直線上に貫通されている。これら通し穴２１、２２は、パイプ材１３の軸線方向に間隔を有して複数列形成されている。通し穴２１、２２は、両端金型１７、１８に着脱可能に装着される詰栓部２３によってそれぞれ閉塞可能となっている。すなわち、マンドレル３０によるラック歯１１の歯形成形時には、通し穴２１、２２に詰栓部２３が装着され、詰栓部２３の先端は歯形金型１９の端面に整合する位置まで延在され、パイプ材１３の成形時に、パイプ材１３の肉が通し穴２１、２２内に流動しないようにしている。上記した詰栓部２３は、請求項における着脱部を構成している。
【００２７】
詰栓部２３は、マンドレル３０によるラック歯１１の成形の途中で、通し穴２１、２２より取外されるようになっており、この状態で、図７に示すように、複数の通し穴２１、２２を通して加工工具としての複数のドリル工具２５が挿通され、図８に示すように、ラック歯１１の中央部分１１ａの複数の歯部１１ａ１の刃先部分に小径のドリル加工穴１１ａ２を穿設する。すなわち、ラック歯１１の中央部分１１ａの歯部１１ａ１に加工穴１１ａ２を穿設することにより、中央部分１１ａのラック歯１１の方が、両端部分１１ｂのラック歯１１に対して早く仕上がった場合でも、中央部分１１ａのラック歯１１にさらに塑性変形できる余地を確保し、両端部分１１ｂのラック歯１１の成形のために、引き続きマンドレル３０が使用されても、中央部分１１ａにおける歯形金型１９に大きな負荷がかからないようにしている。
【００２８】
本実施の形態は上記したように構成されているので、予め平坦部１４を成形したパイプ材１３を、上金型１５と下金型１６との間に収容して、軸方向移動および回転を拘束した状態で、図４に示すように、パイプ材１３内に第１番目のマンドレル３０を挿通し、マンドレル３０によってパイプ材１３の平坦部１４の肉を歯形金型１９のラック歯形１９ａに食い込ませる。マンドレル３０が所定位置まで前進されると、マンドレル３０を後退させてパイプ材１３から引き抜き、次に、第１番目のマンドレル３０の外形より僅かに大きな第２番目のマンドレル３０を上記したようにパイプ材１３内に圧入することにより、パイプ材１３の平坦部１４の肉を盛り上げていく。このようにして、パイプ材１３に挿通するマンドレル３０を切替えながら、パイプ材１３の平坦部１４に所定形状のラック歯１１を成形する。
【００２９】
そして、マンドレル３０をある回数使用することにより、中央部分１１ａのラック歯１１の成形がほぼ完了され、しかしながら、両端部分１１ｂのラック歯１１の成形が未だ完了されていない段階で、両端金型１７、１８の通し穴２１、２２より詰栓部２３を取外す。その状態で、ドリル工具２５を回転させながら前進させて、通し穴２１、２２に挿通し、図８に示すように、ラック歯１１の中央部分１１ａの複数の歯部１１ａ１の刃先部分に加工穴１１ａ２をそれぞれ加工し、貫通した加工穴１１ａ２を形成する。
【００３０】
この場合、ラック歯１１の中央部分１１ａに貫通した加工穴１１ａ２を形成する代わりに、ラック歯１１の両側より、ドリル工具２５によって所定深さの加工穴１１ａ２を形成するようにしてもよい。
【００３１】
ラック歯１１の中央部分１１ａの歯部１１ａ１に加工穴１１ａ２が加工されると、ドリル工具２５が後退され、通し穴２１、２２より離脱される。その状態で、通し穴２１，２２に再び詰栓部２３を固定する。
【００３２】
その後、さらに、パイプ材１３内にマンドレル３０を数回挿通し、両端部分１１ｂのラック歯１１を所定形状に成形し、中空ラック軸１０の成形を完了する。この際、ラック歯１１の成形がほぼ完了された中央部分１１ａにおいては、ドリル工具２５によるドリル穴加工によって塑性変形の余地が確保されているため、両端部分１１ｂのラック歯１１の成形のために、さらにマンドレル３０が使用されても、中央部分１１ａのラック歯１１においても塑性変形が可能となる。この結果、歯形金型１９に大きな負荷をかけずに、バリアブルステアリング装置用の中空ラック軸１０のラック歯１１の中央部分１１ａおよび両端部分１１ｂを均等な加圧力で最終歯形形状に成形できるようになる。
【００３３】
なお、ドリル工具２５によって形成されたラック歯１１の中央部分１１ａの加工穴１１ａ２は、マンドレル３０による最終段階で、消滅する程度の大きさの穴径（あるいは深さ）に設定することが好ましい。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、ラック歯１１の諸元が一律でない中空ラック軸１０を、成形型２０およびマンドレル３０を用いて塑性加工により製造するに際し、ラック歯１１の各歯が最終歯形形状になるまでのマンドレル加工回数が全歯で均一となるように、全てのマンドレル加工が完了するまでの間に、ラック歯１１の中央部分１１ａに対して、ラック歯１１の肉を一部切除することにより、ラック歯１１が最終歯形形状になるまでマンドレル加工を継続できるようになる。
【００３５】
上記した実施の形態においては、ラック歯１１の中央部分１１ａの歯部１１ａ１の刃先に、ドリル工具２５によって加工穴１１ａ２を形成した例について述べたが、歯部１１ａ１の外面をミーリング工具によって、ラック歯１１の諸元に応じた量の肉を切除するようにしてもよく、どのような工具を用いて、歯部１１ａ１の一部をどのように切除するかは、特に限定される事項ではない。
【００３６】
また、上記した実施の形態においては、ラック歯１１の中央部分１１ａのねじれ角より両端部分１１ｂのねじれ角が大きく、両端部分１１ｂにより多くの肉の流動を必要とした中空ラック軸１０について述べたが、本発明は、必ずしもそのような構成に限定されるものではなく、例えば、両端部分１１ｂより中央部分１１ａにより多くの肉の流動を必要とした中空ラック軸１０にも適用できるものであり、この場合には、ラック歯１１の両端部分１１ｂの歯部の一部が切除されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】中空ラック軸を示す平面図である。
【図２】中空ラック軸の一次成形体を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す中空ラック軸の製造装置の正面図である。
【図４】図３の４−４線矢視断面図である。
【図５】図４の５−５線矢視断面図である。
【図６】図３の６−６線矢視拡大断面図である。
【図７】中空ラック軸の製造方法を示す図である。
【図８】図７の８−８線矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…中空ラック軸、１１…ラック歯、１１ａ…中央部分、１１ｂ…両端部分、１１ａ１…歯部、１１ａ２…加工穴、１３…パイプ材、１４…平坦部、１５…上金型、１６…下金型、１７、１８…両端金型、１９…歯形金型、２０…成形型、２１、２２…通し穴、２３…着脱部（詰栓部）、２５…加工工具、３０…マンドレル。
【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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