JP2014234882A - ラック製造方法及び中空ラックバー - Google Patents

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Abstract

【課題】２箇所の歯部を所定の位相差で高精度で位置決めすること。【解決手段】軸部にラック歯１２ａが形成された第１のラックバー１２Ａを支持し、軸部にラック歯１２ｂが形成された第２のラックバー１２Ｂをその軸心線Ｃを第１のラックバー１２Ａの軸心線Ｃと一致させて支持し、第１のラックバー１２Ａと、第２のラックバー１２Ｂとの間に位置決めされた継手部材１５を、軸心線Ｃを第１のラックバー１２Ａの軸心線Ｃ及び第２のラックバー１２Ｂの軸心線Ｃと一致させて支持し、第１のラックバー１２Ａ及び第２のラックバー１２Ｂに対し、継手部材１５を軸心線廻りに相対的に回転させ、第１のラックバー１２Ａの摩擦圧接面Ｑａを継手部材１５の一端面１５ｃに圧接させ、第２のラックバー１２Ｂの摩擦圧接面Ｑｂを継手部材１５の他端面１５ｄに圧接させる。【選択図】図２

Description

本発明は、車両のステアリング装置に用いられるラックバーを製造するためのラック製造方法及び中空ラックバーに関し、特にステアリング側に連結された操舵ピニオンと噛み合うラック軸の摺動により操舵輪を転蛇させるとともに、ステアリングの操舵トルクに応じて制御される電動機出力を操舵ピニオンと離間してラック軸と噛み合う補助ピニオンに伝達し操舵を補助する電動パワ−ステアリング装置に好適なものに関する。
電動パワーステアリング装置には、ラック＆ピニオンが２箇所に設けられている形式（以下、「ダブルピニオンタイプ」と称する）が知られている。なお、２箇所のラックは、軸心線における回転方向の位相が異なって配置されていることが一般的である。
このようなダブルピニオンタイプに用いられるラックバーでは、次のような製造方法により、２箇所にラックを形成していた。すなわち、中実ラックバーをＳ４５Ｃ相当の中実材の２箇所にブローチ盤で歯切りしていた。回転方向の位相は、ＮＣ制御で行っている。
また、中空ラックバーの場合は、歯部の回転方向の位相は、平潰し加工を行う時点でＮＣ制御して行っていた。さらに、摩擦圧接ラックバーの場合は、予め歯部が施された中実材または中空材を摩擦圧接で接合していた（例えば、特許文献１参照）。
特許第３７７２１１０号公報（段落番号［００２２］）
上述したダブルピニオンタイプに用いられるラックバーの製造方法では、次のような問題があった。すなわち、中実ラックバーでは、ラックバーの両端に歯があるため、ガンドリル等の加工を施すことができず、全体の重量が重くなるという問題があった。また、中空ラックバーの場合は、軽量化は可能であるが、歯部の回転方向の位相差を平潰し加工を行う時点で決めても、後加工の歯成形や熱処理で位相が狂うことがあった。さらに、摩擦圧接ラックバーの場合は、回転方向の位置決めのため二方取り加工や穴加工が必要であった。また、回転方向や芯ズレによって生じる位置精度の低下は電動パワーステアリング装置には不適であった。
そこで本発明は、２箇所の歯部を所定の位相差で高精度で位置決めすることができるラック製造方法及び中空ラックバーを提供することを目的としている。
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のラック製造方法及び中空ラックバーは次のように構成されている。
軸部に第１歯部が形成された第１のバーを支持し、軸部に第２歯部が形成された第２のバーをその軸心線を前記第１のバーの軸心線と一致させて支持し、前記第１のバーと、前記第２のバーとの間に位置決めされた継手部材を、その軸心線を前記第１のバーの軸心線及び前記第２のバーの軸心線と一致させて支持し、前記第１のバー及び前記第２のバーに対し、前記継手部材を前記軸心線廻りに相対的に回転させ、前記第１のバーの端部と前記第２のバーの端部を継手部材に同時に摩擦圧接させることを特徴とする。
中空の軸部に第１歯部が形成された第１のバーと、中空の軸部に第２歯部が形成され、その軸心線が前記第１のバーの軸心線と一致する第２のバーと、これら第１のバーと第２のバーとの間に、その軸心線が前記第１のバー及び前記第２のバーの軸心線と一致させて配置されると共に、前記第１のバーとは一端面で、前記第２のバーとは他端面で接合されている継手部材とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、２箇所の歯部を所定の位相差で高精度（軸心のズレ・曲がり・傾き等）で位置決めすることが可能となる。
本発明の一実施の形態に係るラック製造方法によって製造されたダブルピニオンラックバーが組み込まれたラック＆ピニオン装置を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバーを示す平面図。 同ダブルピニオンラックバーに組み込まれた継手部材を示す斜視図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバー製造工程を示す説明図。 同実施の形態の変形例に係る継手部材を用いたダブルピニオンラックバーを示す平面図。 同継手部材を示す斜視図。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るラック製造方法により製造されたダブルピニオンラックバー１２が組み込まれたラック＆ピニオン装置を示す説明図、図２はダブルピニオンラックバー１２を示す平面図、図３はダブルピニオンラックバー１２に組み込まれた継手部材を示す斜視図、図４〜図１１はダブルピニオンラックバー１２の製造工程を示す説明図である。
ラック＆ピニオン装置１０は、車両の左右方向に延設された略円筒状のラックハウジング１１を有し、そのラックハウジング１１内にダブルピニオンラックバー１２が左右軸方向に摺動自在に収容されている。
ラックハウジング１１の両端開口から突出したダブルピニオンラックバー１２の両端部にそれぞれジョイントを介してタイロッド１３，１３が連結され、ジョイント部を覆うブーツ１４，１４からタイロッド１３，１３が側方に突出しており、ダブルピニオンラックバー１２の移動によりタイロッド１３，１３が動かされ、さらに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。
ラックハウジング１１の右端部にステアリングギヤボックス２０が設けられている。ステアリングギヤボックス２０には、ステアリングホイールが一体的に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結される入力軸２１が軸受を介して回動自在に軸支されている。入力軸２１には操舵ピニオン（不図示）が形成されている。
この操舵ピニオンがダブルピニオンラックバー１２のラック歯（第１の歯部）１２ａと噛合している。したがってステアリングホイールの回動操作により入力軸２１に伝達された操舵力は操舵ピニオンを回動して操舵ピニオンのはす歯とラック歯１２ａの噛合によりダブルピニオンラックバー１２を左右軸方向に摺動させる。
ラックハウジング１１の左端部には、補助ギヤボックス３０が形成されている。補助ギヤボックス３０は、ラックハウジング１１に対して若干傾いて上下方向にピニオン円筒部３１が形成されるとともに上下方向に直交するようにラックガイド円筒部３２が形成されている。
ピニオン円筒部３１の内部にダブルピニオンラックバー１２のラック歯（第２の歯部）１２ｂに噛合して補助ピニオン（不図示）が収容されている。補助ギヤボックス３０には、モータ３３が取り付けられ、モータ３３の駆動軸が補助ピニオンを一体に回動し、補助ピニオンのはす歯がラック歯１２ｂと噛み合うダブルピニオンラックバー１２を左右軸方向に摺動するように作用する。
モータ３３は、入力軸２１により検出したステアリングホイールの操舵トルクに応じて制御され、人力による操舵力が操舵ピニオンを介してダブルピニオンラックバー１２に伝達される一方で、その操舵トルクに応じて制御されるモータ３３による駆動力が補助ピニオンを介して同じダブルピニオンラックバー１２に作用し、人力を補助して転舵が行われる。
図２はダブルピニオンラックバー１２を示す平面図である。ダブルピニオンラックバー１２は、ラック歯１２ａとラック歯１２ｂを備えており、それぞれ軸心線廻りの角度位置（位相）が０〜９０°程度ずれている
また、ダブルピニオンラックバー１２は、中空の軸部から形成され、ラック歯１２ａを有する第１のラックバー１２Ａと、中空の軸部から形成され、ラック歯１２ｂを有する第２のラックバー１２Ｂと、継手部材１５とを、各軸心線を一致させた状態で接合して形成されている。
継手部材１５は、円柱状の継手本体１５ａと、この継手本体１５ａの二方に設けられた平面部（係合部）１５ｂとを備えている。この平面部１５ｂはいわゆる二方取りの係合部を形成している。なお、図２中１５ｃは一端面、１５ｄは他端面を示しており、それぞれ後述する摩擦圧接面Ｑａ，Ｑｂとの接合に供される。また、継手本体１５ａは円筒状でもよい。
継手部材１５の材質としては、摩擦圧接加工の特長を生かし、第１のラックバー１２Ａ及び第２のラックバー１２Ｂと同材料の他、他のどのような金属材料でも用いることができる。具体的には、工業用材料として広く使われているＳ４５Ｃ等の材料が、価格、入手容易性、切削加工性、適度な強度の点から好ましい。
このように構成されたダブルピニオンラックバー１２は、次のようにして製造する。すなわち、図４に示すように、予めラック歯１２ａを形成した第１のラックバー１２Ａと、ラック歯１２ｂを形成した第２のラックバー１２Ｂとを用意する。なお、図４中Ｑａ，Ｑｂは継手部材１５との摩擦圧接面を示している。このとき、摩擦圧接前に第１のラックバー１２Ａのラック歯１２ａと、第２のラックバー１２Ｂのラック歯１２ｂと摩擦圧接面Ｑａ，Ｑｂの直角度を切削加工で確保することで、摩擦圧接後のラックバー全体の真直性を高い精度で確保する。
次に、図５に示すように、第１のラックバー１２Ａと第２のラックバー１２Ｂとの間に、第１のラックバー１２Ａ及び第２のラックバー１２Ｂと軸心線を一致させて継手部材１５を支持する。なお、継手部材１５の一端面１５ｃと他端面１５ｄとは高精度の平行度が維持されている。
次に、図６に示すように、第１のラックバー１２Ａ及び第２のラックバー１２Ｂを軸心線周りの回転を抑えて固定する。
次に、図７に示すように、継手部材１５の平面部１５ｂに治具１００を係合する。そして、図８に示すように、治具１００を軸心線周りに回転させる。そして、図９に示すように、第１のラックバー１２Ａを軸心線方向に継手部材１５の一端面に向けて圧接すると共に、第２のラックバー１２Ｂを軸心線方向に継手部材１５の他端面に向けて圧接する。なお、図９中Ｐは接合部を示している。
これにより、摩擦熱が発生し、金属組織に変化が生じ、さらに圧力が加わることで第１のラックバー１２Ａと継手部材１５、第２のラックバー１２Ｂと継手部材１５とが接合される。
さらに、図１０に示すように、治具１００の回転を急停止する。このとき、第１のラックバー１２Ａと第２のラックバー１２Ｂとの軸心線廻りの位相差は所定の位相差とする。なお、位相決めの精度は±０．１°程度であり、実用的には問題は生じない。
次に、図１１に示すように、第１のラックバー１２Ａ及び第２のラックバー１２Ｂの支持を解除して、ダブルピニオンラックバー１２が完成する。
このようなダブルピニオンラック製造方法では、２つのラックバーは通常の加工法で製造することができる。しかも、継手部材１５を用いて２面同時摩擦圧接で接合しているので、２箇所のラック歯１２ａ，１２ｂの円周方向の位置精度や同軸性・真直性を高い精度で確保することができる。このため、ラック歯１２ａ，１２ｂとピニオンギアとの噛み合いを滑らかにすることができる。したがって、電動パワーステアリング装置には適したものを形成できる。
また、軸部として中空材を用いることができるため、径２６ｍｍの場合は、軸部として中実材を用いた場合に比べ、４０〜５０％程度の軽量化を図ることができる。
なお、継手部材１５の外径は第１のラックバー１２Ａ及び第２のラックバー１２Ｂの外径に合わせて削ってもよい。
図１２は上述した実施の形態の変形例に係る継手部材１６を用いたダブルピニオンラックバー１２を示す平面図、図１３は継手部材１６を示す斜視図である。なお、図１２において図１，図２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
継手部材１６は円柱状に形成され、その中心部を貫通する貫通孔（係合部）１６ｂが設けられている。なお、貫通孔１６ｂには治具１００が係合する。また、図１３中１６ｃは一端面、１６ｂは他端面を示しており、それぞれ摩擦圧接面Ｑａ，Ｑｂとの接合に供される。
本変形例に係る継手部材１６を用いた場合であっても、上述した継手部材１５を用いてダブルピニオンラックバー１２を製造した場合と同様の効果を得ることができる。
なお、上述した実施の形態では、中空の軸部を有するラックバーと中空の軸部を有するラックバーとを接合していたが、これ以外の組み合わせ、すなわち、中空の軸部を有するラックバーと中空の軸部を有するラックバー、中実の軸部を有するラックバーと中実の軸部を有するラックバーとを接合することも可能であり、また、中空の軸部を有するラックバーと中実の軸部を有するラックバーとの位置が逆になっても接合することが可能である。したがって、必要な機能に応じて中空・中実の軸部を選択し、接合することができるので、ダブルピニオンラックバーの設計の自由度を高めることができる。
また、ステアリング側・アシスト側のいずれに配置されるラックバーにおいても、ＣＧＲ等の形状は単純である十分な歯幅や歯丈が必要となる歯形成の他、ＶＧＲ等の複雑形状の歯形成に適した冷間逐次成形を行うことができ、所望の性能を発揮することができる歯形状の組合せを設定することができる。
さらに、第１のラックバー１２Ａと、第２のラックバー１２Ｂとは、外径が異なっていてもよい。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
１０…ラック＆ピニオン装置、１２…ダブルピニオンラックバー、１２ａ…ラック歯（第１歯部）、１２ｂ…ラック歯（第２歯部）、１２Ａ…第１のラックバー、１２Ｂ…第２のラックバー、１５，１６…継手本体、Ｐ…接合部。

Claims (4)

  1. 軸部に第１歯部が形成された第１のバーを支持し、
    軸部に第２歯部が形成された第２のバーをその軸心線を前記第１のバーの軸心線と一致させて支持し、
    前記第１のバーと、前記第２のバーとの間に位置決めされた継手部材を、その軸心線を前記第１のバーの軸心線及び前記第２のバーの軸心線と一致させて支持し、
    前記第１のバー及び前記第２のバーに対し、前記継手部材を前記軸心線廻りに相対的に回転させ、
    前記第１のバーの端部と前記第２のバーの端部を前記継手部材に同時に摩擦圧接させることを特徴とするラック製造方法。
  2. 前記継手部材の回転は、回転力を付与する治具と、前記継手部材に設けられ、前記治具との係合に供されて、前記軸心線周りの滑り止めを行う係合部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のラック製造方法。
  3. 中空の軸部に第１歯部が形成された第１のバーと、
    中空の軸部に第２歯部が形成され、その軸心線が前記第１のバーの軸心線と一致する第２のバーと、
    これら第１のバーと第２のバーとの間に、その軸心線が前記第１のバー及び前記第２のバーの軸心線と一致させて配置されると共に、前記第１のバーとは一端面で、前記第２のバーとは他端面で接合されている継手部材とを備えていることを特徴とする中空ラックバー。
  4. 前記第１のバーと、前記第２のバーとは、外径が異なっていることを特徴とする請求項３に記載の中空ラックバー。
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