ラックバーおよびその製造方法
【課題】自動車用のステアリング装置に使用されるラックバーにおいて、軽量化を図ると同時にピニオン歯の耐久強度を高める。
【解決手段】このラックバー６は、所定の基準円ＳＣに対応する外径を有する円筒状のバー本体１１と、ピッチ平面ＰＰに沿って形成されたラック歯１２とを備えている。ラック歯１２の歯幅Ｌ１は、基準円ＳＣがピッチ平面ＰＰによって切り取られた弦の長さＬ２より広い。ラックバー６全体が中空状であるため、ラックバー６が軽くなる。ラックバー６と噛み合うピニオン軸の歯元応力が減少し、ピニオン歯の耐久強度が高まる。
【解決手段】このラックバー６は、所定の基準円ＳＣに対応する外径を有する円筒状のバー本体１１と、ピッチ平面ＰＰに沿って形成されたラック歯１２とを備えている。ラック歯１２の歯幅Ｌ１は、基準円ＳＣがピッチ平面ＰＰによって切り取られた弦の長さＬ２より広い。ラックバー６全体が中空状であるため、ラックバー６が軽くなる。ラックバー６と噛み合うピニオン軸の歯元応力が減少し、ピニオン歯の耐久強度が高まる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用のステアリング装置に使用されるラックバーおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のラックバーとしては、丸棒状（円柱状）の素材にラック歯を切削加工で形成したものが用いられてきた。
【０００３】
ところが、このようなラックバーでは、ラック歯の強度を高めるべく歯幅を大きくしようとすると、必然的に素材が大断面化して重くなる。そのため、自動車の燃費が悪化するとともに、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出量が増え、さらに、ステアリング操作フィーリングが悪化するという不都合があった。
【０００４】
そこで、近年、円筒状の素材にラック歯を形成した中空のラックバーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２４８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、こうした中空のラックバーでは、円筒状のバー本体の一部（円弧断面部分）を平坦状に塑性加工した後、その部位にラック歯を形成する。そのため、ラック歯は、バー本体の基準円（外径円）がピッチ平面によって切り取られた弦の長さ以下の歯幅しか得られない。その結果、このラックバーと噛み合うピニオン軸の歯元応力が増大し、ピニオン歯の耐久強度が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、軽量化を図ると同時にピニオン歯の耐久強度を高めることが可能なラックバーを提供することを第１の目的とする。また、このようなラックバーにおいて、ラック歯の肉厚および歯幅を確保することが可能なラックバーの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明者は、ラックバーを軽量化すべく、円筒状の素材をバー本体として採用するとともに、ラック歯の歯幅を増大させてピニオン歯の耐久強度を高めるべく、素材の上部にラック歯を形成するのに先立ち、この部位をバー本体の基準円（外径円）の外側に膨らませる形で平板状に塑性変形させることに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、自動車用のステアリング装置に使用されるラックバーであって、所定の基準円に対応する外径を有する円筒状のバー本体と、ピッチ平面に沿って形成されたラック歯とを備え、前記ラック歯の歯幅は、前記基準円が前記ピッチ平面によって切り取られた弦の長さより広いラックバーとしたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記ラック歯の歯幅は、前記バー本体の外径に一致していることを特徴とする。
【００１１】
一方、請求項３に記載の発明は、円筒状の素材の下部が下型で支持されるとともに、前記素材の外径以上の幅のパンチ挿入口が形成された上型で当該素材の上部が支持され、さらに、前記素材の中空部に心金が挿入されて当該素材の下部に接触した状態で、波形板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を波形板状に塑性変形させる波形板状変形工程と、前記波形板状成形パンチに代えて平板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる平板状変形工程と、前記素材の上部にラック歯を形成する歯形成工程とを含むラックバーの製造方法としたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加え、前記波形板状変形工程において、前記波形板状成形パンチとして、複数の凸部が形成された押圧面を有するものを用いることにより、前記素材の上部に複数の凹部を形成して波形板状に塑性変形させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の構成に加え、前記平板状変形工程において、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる際に当該素材の上部の肉厚を当該素材の下部の肉厚より厚くすることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３乃至５のいずれかに記載の構成に加え、前記歯形成工程において、前記平板状成形パンチに代えて歯形成パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部にラック歯を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３乃至６のいずれかに記載の構成に加え、前記心金は、前記素材のラック歯を形成する部位に対向する反力部が、かまぼこ形を呈し、前記素材の内径の半分にほぼ等しい曲率半径を有する曲面状の下面と、前記素材の内径より僅かに狭い幅を有する平坦な上面とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のうちラックバーに係る発明によれば、全体が中空状であるため、中実状（丸棒状）の従来品に比べて、ラックバーを軽量化することができる。しかも、ラック歯の歯幅は、バー本体の基準円がピッチ平面によって切り取られた弦の長さより広いので、このラックバーと噛み合うピニオン軸の歯元応力を減少させ、ピニオン歯の耐久強度を高めることができる。
【００１７】
本発明のうちラックバーの製造方法に係る発明によれば、ラックバーを製造する際に、素材の上部を波形板状に塑性変形させてから平板状に塑性変形させた後、この部位にラック歯を形成するようにしたことから、ラック歯の肉厚および歯幅を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る自動車用のステアリング装置を示す斜視図である。
【図２】同実施の形態１に係るステアリング装置のラックバーとピニオン軸との噛合状態を示す斜視図である。
【図３】同実施の形態１に係るラックバーを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線による拡大断面図である。
【図４】同実施の形態１に係るラックバーの製造方法における素材準備工程を示す図であって、（ａ）は素材の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【図５】同実施の形態１に係るラックバーの製造方法における歯形成部形成工程を示す素材の断面図である。
【図６】図５に示す歯形成部形成工程の詳細図であって、（ａ）は素材の断面図、（ｂ）は波形板状変形工程における（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、（ｃ）は平板状変形工程における（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図７】図６に示す素材の拡大断面図であって、（ａ）は図６（ｂ）に対応する図、（ｂ）は図６（ｃ）に対応する図である。
【図８】同実施の形態１に係るラックバーの製造方法における歯形成工程を示す図であって、（ａ）は歯形成部にラック歯を形成する際の断面図、（ｂ）は第１歯形成工程における（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図、（ｃ）は第２歯形成工程における（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るラックバーの製造方法における歯形成工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００２０】
図１乃至図８には、本発明の実施の形態１を示す。
【００２１】
自動車用のステアリング装置１は、図１に示すように、ステアリングホイール２の操作力（正逆回転力）を伝達する中間シャフト３を有しており、中間シャフト３にはピニオン軸５が連結されて回転自在に支持されている。ピニオン軸５にはラックバー６が、図２に示すように、ピニオン軸５の正逆回転運動をラックバー６の往復移動運動に変換しうるように連結されている。ラックバー６の両端にはそれぞれ、図１に示すように、前輪８を操舵するためのタイロッド７が連結されている。
【００２２】
このピニオン軸５は、図２に示すように、ピニオン歯５ａを有している。
【００２３】
また、ラックバー６は、図３に示すように、Ｄ形断面筒状の歯形成部１０を有しており、歯形成部１０の両側にはそれぞれ円筒状のバー本体１１が歯形成部１０に連通する形で一体に設けられている。歯形成部１０にはラック歯１２が形成されており、ラック歯１２は、図２に示すように、ピニオン軸５のピニオン歯５ａと噛み合っている。
【００２４】
このラック歯１２は、図３（ｃ）に示すように、バー本体１１の基準円ＳＣがピッチ平面ＰＰによって切り取られた弦の長さＬ２より広い歯幅Ｌ１を有している。ここで、基準円ＳＣとは、バー本体１１の外径に対応する仮想的な円である。また、ピッチ平面ＰＰとは、ラックバー６のラック歯１２がピニオン軸５のピニオン歯５ａと噛み合う仮想的な平面である。
【００２５】
このように、ラックバー６は、全体が中空状であるため、中実状（丸棒状）の従来品に比べて、ラックバー６を軽量化することができる。しかも、ラック歯１２の歯幅Ｌ１は、バー本体１１の基準円ＳＣがピッチ平面ＰＰによって切り取られた弦の長さＬ２より広いので、このラックバー６と噛み合うピニオン軸５の歯元応力を減少させ、ピニオン歯５ａの耐久強度を高めることができる。
【００２６】
また、このようなラックバー６を製造する際には、次の手順による。
【００２７】
まず、素材準備工程で、図４に示すように、円筒状の素材１３を準備する。
【００２８】
こうして円筒状の素材１３が準備されたところで、歯形成部形成工程に移行し、図５に示すように、素材１３にＤ形断面筒状の歯形成部１０を２段階で形成する。それには、以下に詳述するとおり、まず波形板状変形工程で、素材１３の上部１３ａを波形板状に塑性変形させた後、平板状変形工程で、素材１３の上部１３ａを平板状に塑性変形させる。
【００２９】
すなわち、波形板状変形工程では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、下型１５の上面の溝１５ａに円筒状の素材１３を載置する。この溝１５ａは、素材１３の下部１３ｂにほぼ合致する半円形断面を呈しているため、素材１３の下部１３ｂは、その外周面が下型１５で支持された状態になる。
【００３０】
次いで、この素材１３の上側に上型１６を載置する。この上型１６は、素材１３の外径に等しい幅のパンチ挿入口１６ａが上下に貫通して形成された枠形状を有している。
【００３１】
さらに、図６（ａ）に示すように、素材１３の中空部１３ｃに非対称の一対の心金１７、１８を素材１３の左右両端部から挿入する。一方の心金１７には、かまぼこ形の反力部１７ａおよび円環状の段部１７ｂが形成されている。この反力部１７ａは、図７に示すように、素材１３の内径（中空部１３ｃの直径）の半分にほぼ等しい曲率半径を有する曲面状（半円断面状）の下面１７ｃと、素材１３の内径より僅かに狭い幅を有する平坦な上面１７ｄとを備えている。他方の心金１８には、円環状の段部１８ｂが形成されている。そして、これらの心金１７、１８が素材１３の左右両端部から挿入されると、素材１３の下部１３ｂの内周面が心金１７の反力部１７ａの下面１７ｃに接触すると同時に、一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍で互いに付き合わされ、さらに、心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂが素材１３を左右両側から挟み込んだ状態になる。
【００３２】
その後、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上型１６のパンチ挿入口１６ａに波形板状成形パンチ２０を挿入して素材１３の上部１３ａを下向きに強く押圧する。この波形板状成形パンチ２０の下部には、図７（ａ）に示すように、２条の凸部２０ｂが下向きに設けられた押圧面２０ａが形成されている。
【００３３】
すると、素材１３の上部１３ａは、図６（ｂ）および図７（ａ）に示すように、２つの凹部１３ｄを有する波形板状に塑性変形する。
【００３４】
このとき、上型１６のパンチ挿入口１６ａは、上述したとおり、素材１３の外径に等しい幅となっているため、素材１３の上部１３ａは、バー本体１１の基準円ＳＣの外側に膨らむように平板状に塑性変形する。また、素材１３の中空部１３ｃに挿入された一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍、つまり歯形成部１０の中央部近傍でない部位で互いに付き合わされているため、この塑性変形を素材１３の長さ方向に沿って均一に実施することができる。しかも、素材１３は心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂによって左右両側から挟み込まれているので、素材１３の長さ方向の移動を拘束して適正な部位を塑性変形させることができる。さらに、素材１３の下部１３ｂは、上述したとおり、外周面が下型１５で支持されると同時に、内周面が心金１７の反力部１７ａの下面１７ｃに接触した状態を維持しているため、この塑性変形に伴って素材１３の上部１３ａの材料が下部１３ｂへ移動することは起こらない。
【００３５】
また、平板状変形工程では、波形板状成形パンチ２０を上型１６から抜き取った後、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、平板状成形パンチ２１を上型１６のパンチ挿入口１６ａに挿入して素材１３の上部１３ａを下向きに強く押圧する。この平板状成形パンチ２１の下部には、図７（ｂ）に示すように、平面状の押圧面２１ａが形成されている。なお、本来であれば、波形板状変形工程における断面図と平板状変形工程における断面図とを別個の２図面で示すべきであるが、両者は波形板状成形パンチ２０と平板状成形パンチ２１との違いしか存在しないため、便宜上、これらの２図面を１図面（図６（ａ））で簡略的に示している。
【００３６】
すると、素材１３の上部１３ａは、図６（ｃ）および図７（ｂ）に示すように、平板状に塑性変形する。
【００３７】
このときも、波形板状変形工程と同様、素材１３の中空部１３ｃに挿入された一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍、つまり歯形成部１０の中央部近傍でない部位で互いに付き合わされているため、この塑性変形を素材１３の長さ方向に沿って均一に実施することができる。しかも、素材１３は心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂによって左右両側から挟み込まれているので、素材１３の長さ方向の移動を拘束して適正な部位を塑性変形させることができる。また、素材１３の下部１３ｂは、外周面が下型１５で支持されると同時に、内周面が心金１７の反力部１７ａの下面１７ｃに接触した状態を維持しているため、この塑性変形に伴って素材１３の上部１３ａの材料が下部１３ｂへ移動することは起こらない。したがって、図７（ｂ）に示すように、素材１３の下部１３ｂの曲率中心Ｏより少し上側の位置で素材１３の上部１３ａが平板状に塑性変形するように平板状成形パンチ２１の押圧力を適宜調整することにより、平板状の上部１３ａの肉厚ｔ１を下部１３ｂの肉厚ｔ２より厚くすることが可能となる。そのため、後述する歯形成工程において、ラック歯１２を形成するための材料を確保することができる。
【００３８】
その結果、図５に示すように、素材１３にＤ形断面筒状の歯形成部１０が形成される。
【００３９】
このようにして、素材１３に歯形成部１０が形成されるとともに、この歯形成部１０以外の部位に円筒状のバー本体１１が形成される。
【００４０】
こうして素材１３に歯形成部１０およびバー本体１１が形成されたところで、歯形成工程に移行し、図８に示すように、２種類の歯形成パンチ（第１歯形成パンチ２２および第２歯形成パンチ２３）を用いて歯形成部１０にラック歯１２を２段階で形成する。なお、図８（ａ）においては、下型１５、上型１６および心金１７、１８の図示を省略している。
【００４１】
それには、まず第１歯形成工程で、平板状成形パンチ２１を上型１６から抜き取った後、図８（ｂ）に示すように、第１歯形成パンチ２２を上型１６のパンチ挿入口１６ａに挿入して歯形成部１０を下向きに強く押圧することにより、所望の高さの半分程度の高さ・深さの山と谷を形成する。続けて、第２歯形成工程で、第１歯形成パンチ２２を上型１６から抜き取った後、図８（ｃ）に示すように、第２歯形成パンチ２３を上型１６のパンチ挿入口１６ａに挿入して歯形成部１０を下向きに強く押圧することにより、所望の高さ・深さの山と谷を形成する。
【００４２】
すると、図８（ａ）に示すように、歯形成部１０にラック歯１２が形成される。
【００４３】
このとき、歯形成部１０は、バー本体１１の直径と同程度の幅を有しているので、十分な歯幅Ｌ１のラック歯１２を形成することができる。したがって、このラックバー６と噛み合うピニオン軸５の歯元応力を減少させ、ピニオン歯５ａの耐久強度を高めることができる。加えて、上述したとおり、直前の波形板状変形工程において、素材１３の平板状の上部１３ａにラック歯１２を形成するための材料が確保されているので、十分な肉厚でラック歯１２を形成することができる。また、素材１３の中空部１３ｃに挿入された一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍、つまり歯形成部１０の中央部近傍でない部位で互いに付き合わされているため、このラック歯１２の形成を素材１３の長さ方向に沿って均一に実施することができる。しかも、素材１３は心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂによって左右両側から挟み込まれているので、素材１３の長さ方向の移動を拘束して適正な部位にラック歯１２を形成することができる。
【００４４】
こうして素材１３の上部１３ａにラック歯１２が形成されたところで、心金離脱工程に移行し、心金１７、１８を素材１３の中空部１３ｃから取り外して離脱させる。
【００４５】
ここで、ラックバー６の製造が終了し、ラックバー６が完成する。
【００４６】
このように、ラックバー６の製造に際しては、所定の下型１５、上型１６、心金１７、１８、波形板状成形パンチ２０、平板状成形パンチ２１、第１歯形成パンチ２２および第２歯形成パンチ２３を用いて、素材１３の上部１３ａを波形板状に塑性変形させてから平板状に塑性変形させた後、この部位にラック歯１２を形成するようにした。その結果、ラック歯１２の肉厚および歯幅を確保することが可能となる。
［発明の実施の形態２］
【００４７】
図９には、本発明の実施の形態２を示す。
【００４８】
この実施の形態２では、歯形成工程において、歯形成パンチ２２、２３を用いてラック歯１２を鍛造する代わりに、図９に示すように、大小２種類の転写ローラ２５を歯形成部１０上で転動させてラック歯１２を形成する点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
このとき、転写ローラ２５は必ずしも大小２種類を用いる必要はなく、１種類の転写ローラ２５だけでラック歯１２を転動することも勿論できる。
［発明のその他の実施の形態］
【００５０】
なお、上述した実施の形態１、２では、上型１６のパンチ挿入口１６ａの幅が素材１３の外径に等しい場合について説明した。しかし、素材１３の外径より広い幅のパンチ挿入口１６ａを有する上型１６を代用することもできる。
【００５１】
また、上述した実施の形態１、２では、２条の凸部２０ｂが形成された押圧面２０ａを有する波形板状成形パンチ２０を用いる場合について説明した。しかし、凸部２０ｂの条数は２つに限るわけではなく、複数であれば何条でも構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、自動車用のステアリング装置など各種の装置・機器に幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１……ステアリング装置
２……ステアリングホイール
３……中間シャフト
５……ピニオン軸
５ａ……ピニオン歯
６……ラックバー
７……タイロッド
８……前輪
１０……歯形成部
１１……バー本体
１２……ラック歯
１３……素材
１３ａ……上部
１３ｂ……下部
１３ｃ……中空部
１３ｄ……凹部
１５……下型
１５ａ……溝
１６……上型
１６ａ……パンチ挿入口
１７、１８……心金
１７ａ……反力部
１７ｂ、１８ｂ……段部
１７ｃ……下面
１７ｄ……上面
２０……波形板状成形パンチ
２０ａ……押圧面
２０ｂ……凸部
２１……平板状成形パンチ
２１ａ……押圧面
２２……第１歯形成パンチ
２３……第２歯形成パンチ
２５……転写ローラ
Ｌ１……ラック歯の歯幅
Ｌ２……弦の長さ
ＰＰ……ピッチ平面
ＳＣ……基準円
ｔ１……素材の上部の肉厚
ｔ２……素材の下部の肉厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用のステアリング装置に使用されるラックバーおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のラックバーとしては、丸棒状（円柱状）の素材にラック歯を切削加工で形成したものが用いられてきた。
【０００３】
ところが、このようなラックバーでは、ラック歯の強度を高めるべく歯幅を大きくしようとすると、必然的に素材が大断面化して重くなる。そのため、自動車の燃費が悪化するとともに、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出量が増え、さらに、ステアリング操作フィーリングが悪化するという不都合があった。
【０００４】
そこで、近年、円筒状の素材にラック歯を形成した中空のラックバーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２４８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、こうした中空のラックバーでは、円筒状のバー本体の一部（円弧断面部分）を平坦状に塑性加工した後、その部位にラック歯を形成する。そのため、ラック歯は、バー本体の基準円（外径円）がピッチ平面によって切り取られた弦の長さ以下の歯幅しか得られない。その結果、このラックバーと噛み合うピニオン軸の歯元応力が増大し、ピニオン歯の耐久強度が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、軽量化を図ると同時にピニオン歯の耐久強度を高めることが可能なラックバーを提供することを第１の目的とする。また、このようなラックバーにおいて、ラック歯の肉厚および歯幅を確保することが可能なラックバーの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明者は、ラックバーを軽量化すべく、円筒状の素材をバー本体として採用するとともに、ラック歯の歯幅を増大させてピニオン歯の耐久強度を高めるべく、素材の上部にラック歯を形成するのに先立ち、この部位をバー本体の基準円（外径円）の外側に膨らませる形で平板状に塑性変形させることに着目し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、自動車用のステアリング装置に使用されるラックバーであって、所定の基準円に対応する外径を有する円筒状のバー本体と、ピッチ平面に沿って形成されたラック歯とを備え、前記ラック歯の歯幅は、前記基準円が前記ピッチ平面によって切り取られた弦の長さより広いラックバーとしたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記ラック歯の歯幅は、前記バー本体の外径に一致していることを特徴とする。
【００１１】
一方、請求項３に記載の発明は、円筒状の素材の下部が下型で支持されるとともに、前記素材の外径以上の幅のパンチ挿入口が形成された上型で当該素材の上部が支持され、さらに、前記素材の中空部に心金が挿入されて当該素材の下部に接触した状態で、波形板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を波形板状に塑性変形させる波形板状変形工程と、前記波形板状成形パンチに代えて平板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる平板状変形工程と、前記素材の上部にラック歯を形成する歯形成工程とを含むラックバーの製造方法としたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加え、前記波形板状変形工程において、前記波形板状成形パンチとして、複数の凸部が形成された押圧面を有するものを用いることにより、前記素材の上部に複数の凹部を形成して波形板状に塑性変形させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の構成に加え、前記平板状変形工程において、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる際に当該素材の上部の肉厚を当該素材の下部の肉厚より厚くすることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項３乃至５のいずれかに記載の構成に加え、前記歯形成工程において、前記平板状成形パンチに代えて歯形成パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部にラック歯を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３乃至６のいずれかに記載の構成に加え、前記心金は、前記素材のラック歯を形成する部位に対向する反力部が、かまぼこ形を呈し、前記素材の内径の半分にほぼ等しい曲率半径を有する曲面状の下面と、前記素材の内径より僅かに狭い幅を有する平坦な上面とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のうちラックバーに係る発明によれば、全体が中空状であるため、中実状（丸棒状）の従来品に比べて、ラックバーを軽量化することができる。しかも、ラック歯の歯幅は、バー本体の基準円がピッチ平面によって切り取られた弦の長さより広いので、このラックバーと噛み合うピニオン軸の歯元応力を減少させ、ピニオン歯の耐久強度を高めることができる。
【００１７】
本発明のうちラックバーの製造方法に係る発明によれば、ラックバーを製造する際に、素材の上部を波形板状に塑性変形させてから平板状に塑性変形させた後、この部位にラック歯を形成するようにしたことから、ラック歯の肉厚および歯幅を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る自動車用のステアリング装置を示す斜視図である。
【図２】同実施の形態１に係るステアリング装置のラックバーとピニオン軸との噛合状態を示す斜視図である。
【図３】同実施の形態１に係るラックバーを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ矢視図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ線による拡大断面図である。
【図４】同実施の形態１に係るラックバーの製造方法における素材準備工程を示す図であって、（ａ）は素材の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【図５】同実施の形態１に係るラックバーの製造方法における歯形成部形成工程を示す素材の断面図である。
【図６】図５に示す歯形成部形成工程の詳細図であって、（ａ）は素材の断面図、（ｂ）は波形板状変形工程における（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、（ｃ）は平板状変形工程における（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図７】図６に示す素材の拡大断面図であって、（ａ）は図６（ｂ）に対応する図、（ｂ）は図６（ｃ）に対応する図である。
【図８】同実施の形態１に係るラックバーの製造方法における歯形成工程を示す図であって、（ａ）は歯形成部にラック歯を形成する際の断面図、（ｂ）は第１歯形成工程における（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図、（ｃ）は第２歯形成工程における（ａ）のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るラックバーの製造方法における歯形成工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００２０】
図１乃至図８には、本発明の実施の形態１を示す。
【００２１】
自動車用のステアリング装置１は、図１に示すように、ステアリングホイール２の操作力（正逆回転力）を伝達する中間シャフト３を有しており、中間シャフト３にはピニオン軸５が連結されて回転自在に支持されている。ピニオン軸５にはラックバー６が、図２に示すように、ピニオン軸５の正逆回転運動をラックバー６の往復移動運動に変換しうるように連結されている。ラックバー６の両端にはそれぞれ、図１に示すように、前輪８を操舵するためのタイロッド７が連結されている。
【００２２】
このピニオン軸５は、図２に示すように、ピニオン歯５ａを有している。
【００２３】
また、ラックバー６は、図３に示すように、Ｄ形断面筒状の歯形成部１０を有しており、歯形成部１０の両側にはそれぞれ円筒状のバー本体１１が歯形成部１０に連通する形で一体に設けられている。歯形成部１０にはラック歯１２が形成されており、ラック歯１２は、図２に示すように、ピニオン軸５のピニオン歯５ａと噛み合っている。
【００２４】
このラック歯１２は、図３（ｃ）に示すように、バー本体１１の基準円ＳＣがピッチ平面ＰＰによって切り取られた弦の長さＬ２より広い歯幅Ｌ１を有している。ここで、基準円ＳＣとは、バー本体１１の外径に対応する仮想的な円である。また、ピッチ平面ＰＰとは、ラックバー６のラック歯１２がピニオン軸５のピニオン歯５ａと噛み合う仮想的な平面である。
【００２５】
このように、ラックバー６は、全体が中空状であるため、中実状（丸棒状）の従来品に比べて、ラックバー６を軽量化することができる。しかも、ラック歯１２の歯幅Ｌ１は、バー本体１１の基準円ＳＣがピッチ平面ＰＰによって切り取られた弦の長さＬ２より広いので、このラックバー６と噛み合うピニオン軸５の歯元応力を減少させ、ピニオン歯５ａの耐久強度を高めることができる。
【００２６】
また、このようなラックバー６を製造する際には、次の手順による。
【００２７】
まず、素材準備工程で、図４に示すように、円筒状の素材１３を準備する。
【００２８】
こうして円筒状の素材１３が準備されたところで、歯形成部形成工程に移行し、図５に示すように、素材１３にＤ形断面筒状の歯形成部１０を２段階で形成する。それには、以下に詳述するとおり、まず波形板状変形工程で、素材１３の上部１３ａを波形板状に塑性変形させた後、平板状変形工程で、素材１３の上部１３ａを平板状に塑性変形させる。
【００２９】
すなわち、波形板状変形工程では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、下型１５の上面の溝１５ａに円筒状の素材１３を載置する。この溝１５ａは、素材１３の下部１３ｂにほぼ合致する半円形断面を呈しているため、素材１３の下部１３ｂは、その外周面が下型１５で支持された状態になる。
【００３０】
次いで、この素材１３の上側に上型１６を載置する。この上型１６は、素材１３の外径に等しい幅のパンチ挿入口１６ａが上下に貫通して形成された枠形状を有している。
【００３１】
さらに、図６（ａ）に示すように、素材１３の中空部１３ｃに非対称の一対の心金１７、１８を素材１３の左右両端部から挿入する。一方の心金１７には、かまぼこ形の反力部１７ａおよび円環状の段部１７ｂが形成されている。この反力部１７ａは、図７に示すように、素材１３の内径（中空部１３ｃの直径）の半分にほぼ等しい曲率半径を有する曲面状（半円断面状）の下面１７ｃと、素材１３の内径より僅かに狭い幅を有する平坦な上面１７ｄとを備えている。他方の心金１８には、円環状の段部１８ｂが形成されている。そして、これらの心金１７、１８が素材１３の左右両端部から挿入されると、素材１３の下部１３ｂの内周面が心金１７の反力部１７ａの下面１７ｃに接触すると同時に、一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍で互いに付き合わされ、さらに、心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂが素材１３を左右両側から挟み込んだ状態になる。
【００３２】
その後、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、上型１６のパンチ挿入口１６ａに波形板状成形パンチ２０を挿入して素材１３の上部１３ａを下向きに強く押圧する。この波形板状成形パンチ２０の下部には、図７（ａ）に示すように、２条の凸部２０ｂが下向きに設けられた押圧面２０ａが形成されている。
【００３３】
すると、素材１３の上部１３ａは、図６（ｂ）および図７（ａ）に示すように、２つの凹部１３ｄを有する波形板状に塑性変形する。
【００３４】
このとき、上型１６のパンチ挿入口１６ａは、上述したとおり、素材１３の外径に等しい幅となっているため、素材１３の上部１３ａは、バー本体１１の基準円ＳＣの外側に膨らむように平板状に塑性変形する。また、素材１３の中空部１３ｃに挿入された一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍、つまり歯形成部１０の中央部近傍でない部位で互いに付き合わされているため、この塑性変形を素材１３の長さ方向に沿って均一に実施することができる。しかも、素材１３は心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂによって左右両側から挟み込まれているので、素材１３の長さ方向の移動を拘束して適正な部位を塑性変形させることができる。さらに、素材１３の下部１３ｂは、上述したとおり、外周面が下型１５で支持されると同時に、内周面が心金１７の反力部１７ａの下面１７ｃに接触した状態を維持しているため、この塑性変形に伴って素材１３の上部１３ａの材料が下部１３ｂへ移動することは起こらない。
【００３５】
また、平板状変形工程では、波形板状成形パンチ２０を上型１６から抜き取った後、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、平板状成形パンチ２１を上型１６のパンチ挿入口１６ａに挿入して素材１３の上部１３ａを下向きに強く押圧する。この平板状成形パンチ２１の下部には、図７（ｂ）に示すように、平面状の押圧面２１ａが形成されている。なお、本来であれば、波形板状変形工程における断面図と平板状変形工程における断面図とを別個の２図面で示すべきであるが、両者は波形板状成形パンチ２０と平板状成形パンチ２１との違いしか存在しないため、便宜上、これらの２図面を１図面（図６（ａ））で簡略的に示している。
【００３６】
すると、素材１３の上部１３ａは、図６（ｃ）および図７（ｂ）に示すように、平板状に塑性変形する。
【００３７】
このときも、波形板状変形工程と同様、素材１３の中空部１３ｃに挿入された一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍、つまり歯形成部１０の中央部近傍でない部位で互いに付き合わされているため、この塑性変形を素材１３の長さ方向に沿って均一に実施することができる。しかも、素材１３は心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂによって左右両側から挟み込まれているので、素材１３の長さ方向の移動を拘束して適正な部位を塑性変形させることができる。また、素材１３の下部１３ｂは、外周面が下型１５で支持されると同時に、内周面が心金１７の反力部１７ａの下面１７ｃに接触した状態を維持しているため、この塑性変形に伴って素材１３の上部１３ａの材料が下部１３ｂへ移動することは起こらない。したがって、図７（ｂ）に示すように、素材１３の下部１３ｂの曲率中心Ｏより少し上側の位置で素材１３の上部１３ａが平板状に塑性変形するように平板状成形パンチ２１の押圧力を適宜調整することにより、平板状の上部１３ａの肉厚ｔ１を下部１３ｂの肉厚ｔ２より厚くすることが可能となる。そのため、後述する歯形成工程において、ラック歯１２を形成するための材料を確保することができる。
【００３８】
その結果、図５に示すように、素材１３にＤ形断面筒状の歯形成部１０が形成される。
【００３９】
このようにして、素材１３に歯形成部１０が形成されるとともに、この歯形成部１０以外の部位に円筒状のバー本体１１が形成される。
【００４０】
こうして素材１３に歯形成部１０およびバー本体１１が形成されたところで、歯形成工程に移行し、図８に示すように、２種類の歯形成パンチ（第１歯形成パンチ２２および第２歯形成パンチ２３）を用いて歯形成部１０にラック歯１２を２段階で形成する。なお、図８（ａ）においては、下型１５、上型１６および心金１７、１８の図示を省略している。
【００４１】
それには、まず第１歯形成工程で、平板状成形パンチ２１を上型１６から抜き取った後、図８（ｂ）に示すように、第１歯形成パンチ２２を上型１６のパンチ挿入口１６ａに挿入して歯形成部１０を下向きに強く押圧することにより、所望の高さの半分程度の高さ・深さの山と谷を形成する。続けて、第２歯形成工程で、第１歯形成パンチ２２を上型１６から抜き取った後、図８（ｃ）に示すように、第２歯形成パンチ２３を上型１６のパンチ挿入口１６ａに挿入して歯形成部１０を下向きに強く押圧することにより、所望の高さ・深さの山と谷を形成する。
【００４２】
すると、図８（ａ）に示すように、歯形成部１０にラック歯１２が形成される。
【００４３】
このとき、歯形成部１０は、バー本体１１の直径と同程度の幅を有しているので、十分な歯幅Ｌ１のラック歯１２を形成することができる。したがって、このラックバー６と噛み合うピニオン軸５の歯元応力を減少させ、ピニオン歯５ａの耐久強度を高めることができる。加えて、上述したとおり、直前の波形板状変形工程において、素材１３の平板状の上部１３ａにラック歯１２を形成するための材料が確保されているので、十分な肉厚でラック歯１２を形成することができる。また、素材１３の中空部１３ｃに挿入された一対の心金１７、１８が歯形成部１０の端部近傍、つまり歯形成部１０の中央部近傍でない部位で互いに付き合わされているため、このラック歯１２の形成を素材１３の長さ方向に沿って均一に実施することができる。しかも、素材１３は心金１７、１８の段部１７ｂ、１８ｂによって左右両側から挟み込まれているので、素材１３の長さ方向の移動を拘束して適正な部位にラック歯１２を形成することができる。
【００４４】
こうして素材１３の上部１３ａにラック歯１２が形成されたところで、心金離脱工程に移行し、心金１７、１８を素材１３の中空部１３ｃから取り外して離脱させる。
【００４５】
ここで、ラックバー６の製造が終了し、ラックバー６が完成する。
【００４６】
このように、ラックバー６の製造に際しては、所定の下型１５、上型１６、心金１７、１８、波形板状成形パンチ２０、平板状成形パンチ２１、第１歯形成パンチ２２および第２歯形成パンチ２３を用いて、素材１３の上部１３ａを波形板状に塑性変形させてから平板状に塑性変形させた後、この部位にラック歯１２を形成するようにした。その結果、ラック歯１２の肉厚および歯幅を確保することが可能となる。
［発明の実施の形態２］
【００４７】
図９には、本発明の実施の形態２を示す。
【００４８】
この実施の形態２では、歯形成工程において、歯形成パンチ２２、２３を用いてラック歯１２を鍛造する代わりに、図９に示すように、大小２種類の転写ローラ２５を歯形成部１０上で転動させてラック歯１２を形成する点を除き、上述した実施の形態１と同じ構成を有している。なお、実施の形態１と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
このとき、転写ローラ２５は必ずしも大小２種類を用いる必要はなく、１種類の転写ローラ２５だけでラック歯１２を転動することも勿論できる。
［発明のその他の実施の形態］
【００５０】
なお、上述した実施の形態１、２では、上型１６のパンチ挿入口１６ａの幅が素材１３の外径に等しい場合について説明した。しかし、素材１３の外径より広い幅のパンチ挿入口１６ａを有する上型１６を代用することもできる。
【００５１】
また、上述した実施の形態１、２では、２条の凸部２０ｂが形成された押圧面２０ａを有する波形板状成形パンチ２０を用いる場合について説明した。しかし、凸部２０ｂの条数は２つに限るわけではなく、複数であれば何条でも構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、自動車用のステアリング装置など各種の装置・機器に幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１……ステアリング装置
２……ステアリングホイール
３……中間シャフト
５……ピニオン軸
５ａ……ピニオン歯
６……ラックバー
７……タイロッド
８……前輪
１０……歯形成部
１１……バー本体
１２……ラック歯
１３……素材
１３ａ……上部
１３ｂ……下部
１３ｃ……中空部
１３ｄ……凹部
１５……下型
１５ａ……溝
１６……上型
１６ａ……パンチ挿入口
１７、１８……心金
１７ａ……反力部
１７ｂ、１８ｂ……段部
１７ｃ……下面
１７ｄ……上面
２０……波形板状成形パンチ
２０ａ……押圧面
２０ｂ……凸部
２１……平板状成形パンチ
２１ａ……押圧面
２２……第１歯形成パンチ
２３……第２歯形成パンチ
２５……転写ローラ
Ｌ１……ラック歯の歯幅
Ｌ２……弦の長さ
ＰＰ……ピッチ平面
ＳＣ……基準円
ｔ１……素材の上部の肉厚
ｔ２……素材の下部の肉厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用のステアリング装置に使用されるラックバーであって、
所定の基準円に対応する外径を有する円筒状のバー本体と、ピッチ平面に沿って形成されたラック歯とを備え、
前記ラック歯の歯幅は、前記基準円が前記ピッチ平面によって切り取られた弦の長さより広いことを特徴とするラックバー。
【請求項２】
前記ラック歯の歯幅は、前記バー本体の外径に一致していることを特徴とする請求項１に記載のラックバー。
【請求項３】
円筒状の素材の下部が下型で支持されるとともに、前記素材の外径以上の幅のパンチ挿入口が形成された上型で当該素材の上部が支持され、さらに、前記素材の中空部に心金が挿入されて当該素材の下部に接触した状態で、波形板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を波形板状に塑性変形させる波形板状変形工程と、
前記波形板状成形パンチに代えて平板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる平板状変形工程と、
前記素材の上部にラック歯を形成する歯形成工程と
を含むことを特徴とするラックバーの製造方法。
【請求項４】
前記波形板状変形工程において、前記波形板状成形パンチとして、複数の凸部が形成された押圧面を有するものを用いることにより、前記素材の上部に複数の凹部を形成して波形板状に塑性変形させることを特徴とする請求項３に記載のラックバーの製造方法。
【請求項５】
前記平板状変形工程において、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる際に当該素材の上部の肉厚を当該素材の下部の肉厚より厚くすることを特徴とする請求項３または４に記載のラックバーの製造方法。
【請求項６】
前記歯形成工程において、前記平板状成形パンチに代えて歯形成パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部にラック歯を形成することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のラックバーの製造方法。
【請求項７】
前記心金は、前記素材のラック歯を形成する部位に対向する反力部が、かまぼこ形を呈し、前記素材の内径の半分にほぼ等しい曲率半径を有する曲面状の下面と、前記素材の内径より僅かに狭い幅を有する平坦な上面とを備えることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のラックバーの製造方法。
【請求項１】
自動車用のステアリング装置に使用されるラックバーであって、
所定の基準円に対応する外径を有する円筒状のバー本体と、ピッチ平面に沿って形成されたラック歯とを備え、
前記ラック歯の歯幅は、前記基準円が前記ピッチ平面によって切り取られた弦の長さより広いことを特徴とするラックバー。
【請求項２】
前記ラック歯の歯幅は、前記バー本体の外径に一致していることを特徴とする請求項１に記載のラックバー。
【請求項３】
円筒状の素材の下部が下型で支持されるとともに、前記素材の外径以上の幅のパンチ挿入口が形成された上型で当該素材の上部が支持され、さらに、前記素材の中空部に心金が挿入されて当該素材の下部に接触した状態で、波形板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を波形板状に塑性変形させる波形板状変形工程と、
前記波形板状成形パンチに代えて平板状成形パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる平板状変形工程と、
前記素材の上部にラック歯を形成する歯形成工程と
を含むことを特徴とするラックバーの製造方法。
【請求項４】
前記波形板状変形工程において、前記波形板状成形パンチとして、複数の凸部が形成された押圧面を有するものを用いることにより、前記素材の上部に複数の凹部を形成して波形板状に塑性変形させることを特徴とする請求項３に記載のラックバーの製造方法。
【請求項５】
前記平板状変形工程において、前記素材の上部を平板状に塑性変形させる際に当該素材の上部の肉厚を当該素材の下部の肉厚より厚くすることを特徴とする請求項３または４に記載のラックバーの製造方法。
【請求項６】
前記歯形成工程において、前記平板状成形パンチに代えて歯形成パンチを前記パンチ挿入口に挿入して前記素材の上部を押圧することにより、前記素材の上部にラック歯を形成することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載のラックバーの製造方法。
【請求項７】
前記心金は、前記素材のラック歯を形成する部位に対向する反力部が、かまぼこ形を呈し、前記素材の内径の半分にほぼ等しい曲率半径を有する曲面状の下面と、前記素材の内径より僅かに狭い幅を有する平坦な上面とを備えることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載のラックバーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１５４４２２（Ｐ２０１２−１５４４２２Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１３６（Ｐ２０１１−１４１３６）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（５０８２１７２４９）國本工業株式会社 (4)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（５０８２１７２４９）國本工業株式会社 (4)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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