JP2017082811A

JP2017082811A - ラックバー及びラックバーの製造方法

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Publication number: JP2017082811A
Application number: JP2015208324A
Authority: JP
Inventors: 孝一稲垣; Koichi Inagaki; 松本　渉; Wataru Matsumoto; 渉松本
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-05-18
Also published as: WO2017068784A1; CN108136483A; US20180306303A1; KR20180073558A; EP3365127A1

Abstract

【課題】二箇所に歯部が設けられるラックバーの二箇所の歯部の回転角度差の精度を高め、軽量化を図る。【解決手段】ラックバー１０は、第１歯部２０を有する第１バー部材１１と、第２歯部２１を有する第２バー部材１２と、第１バー部材１１と第２バー部材１２とを同軸に連結している継手部材１３と、を備え、継手部材１３は、第１バー部材１１の端部２２に外嵌している第１接合部２３と、第２バー部材１２の端部２４に外嵌している第２接合部２５とを有し、第１接合部２３及び第２接合部２５は、円筒状且つ同軸に形成されており、第１接合部２３の内周面と第１バー部材１１の端部２２の外周面とが接着剤を介して接合されており、第２接合部２５の内周面と第２バー部材１２の端部２４の外周面とが接着剤を介して接合されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ラックバー及びラックバーの製造方法に関する。

自動車等の車両のステアリング装置に用いられるラックバーとして、ラック歯が形成された歯部が二箇所に設けられ、一方の歯部にてステアリングシャフトの操舵ピニオンと噛み合い、他方の歯部にてアシスト機構の補助ピニオンと噛み合うデュアルピニオン式のラックバーが知られている。デュアルピニオン式のラックバーでは、車両におけるステアリングシャフトとアシスト機構との位置関係に応じて、二箇所の歯部に軸まわりの回転角度差が設定される場合がある。

特許文献１に記載されたデュアルピニオン式のラックバーの製造方法では、二箇所の歯部の回転角度差の精度を高める目的で、第１歯部を有する第１バー部材と、第２歯部を有する第２バー部材と、が継手部材を間に挟んで同軸に配置され、継手部材が軸まわりに回転され、第１バー部材の端面と継手部材の一方の端面とが摩擦圧接され、また、第２バー部材の端面と継手部材の他方の端面とが摩擦圧接される。

特開２０１４−２３４８８２号公報

特許文献１に記載されたラックバー及びその製造方法では、第１バー部材及び第２バー部材と継手部材とはそれらの端面にて接合され、限られた接合面積でも比較的高強度が得られる摩擦圧接によって接合されるが、第１バー部材及び第２バー部材並びに継手部材の材料が基本的に金属材料に限られ、継手部材についても第１バー部材及び第２バー部材の材料として一般的に用いられるＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼が用いられている。このため、ラックバーの軽量化が制約される。

本発明は、二箇所に歯部が設けられるラックバーの二箇所の歯部の回転角度差の精度を高め、軽量化を図ることを目的としている。

本発明の一態様のラックバーは、複数のラック歯が形成された第１歯部を有する第１バー部材と、複数のラック歯が形成された第２歯部を有する第２バー部材と、前記第１バー部材と前記第２バー部材とを同軸に連結している継手部材と、を備え、前記継手部材は、前記第１バー部材の端部に外嵌した第１接合部と、前記第２バー部材の端部に外嵌した第２接合部とを有し、前記第１接合部及び前記第２接合部は、円筒状に且つ同軸に形成されており、前記継手部材の前記第１接合部の内周面と前記第１バー部材の端部の外周面とが接着剤を介して接合されており、前記継手部材の前記第２接合部の内周面と前記第２バー部材の端部の外周面とが接着剤を介して接合されている。

また、本発明の一態様のラックバーの製造方法は、複数のラック歯が形成された第１歯部を有する第１バー部材と、複数のラック歯が形成された第２歯部を有する第２バー部材とが、継手部材を介して同軸に連結されてなるラックバーの製造方法であって、前記継手部材の一方の端部に円筒状に形成された第１接合部の内周面及び前記第１バー部材の端部の外周面の少なくとも一方に接着剤を塗布して、前記第１接合部に前記第１バー部材の端部を挿嵌し、前記継手部材の他方の端部に円筒状に且つ前記第１接合部と同軸に形成された第２接合部の内周面及び前記第２バー部材の端部の外周面の少なくとも一方に接着剤を塗布して、前記第２接合部に前記第２バー部材の端部を挿嵌し、前記第１歯部と前記第２歯部との軸まわりの回転角度差を所定の角度差に合わせた状態で、前記接着剤を硬化させる。

本発明によれば、二箇所に歯部が設けられるラックバーの二箇所の歯部の回転角度差の精度を高めることができ、また、ラックバーの軽量化を図ることが可能となる。

本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の一例の正面図である。図１のステアリング装置に組み込まれたラックバーの正面図である。図２のラックバーの断面図である。図３において破線円ＩＶで込まれた部分を拡大して示す斜視図である。図２のラックバーの変形例の断面図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、ステアリング装置の一例を示す。

図１に示すステアリング装置１は、ラックハウジング２と、軸方向に摺動自在にラックハウジング２に収容されたラックバー１０とを備える。

ラックバー１０の両端部にはジョイントを介してタイロッド３がそれぞれ連結されており、ラックバー１０の移動により、タイロッド３及びタイロッド３が連結される転舵機構を介して、車両の舵輪が回される。

ラックハウジング２の軸方向一方の端部にはステアリングギヤボックス４が設けられている。ステアリングギヤボックス４には、ステアリングシャフトに連結される入力軸５に形成された操舵ピニオン（不図示）が収納されている。また、ラックハウジング２の軸方向他方の端部には、補助ギヤボックス６が設けられている。補助ギヤボックス６には、アシスト機構のモータ７によって駆動される補助ピニオン（不図示）が収納されている。

ラックバー１０には、操舵ピニオンと噛み合う複数のラック歯が形成された第１歯部２０と、補助ピニオンと噛み合う複数のラック歯が形成された第２歯部２１とが設けられている。

ステアリングホイールの回動操作によって入力軸５の操舵ピニオンが回動され、第１歯部２０にて操舵ピニオンと噛み合うラックバー１０が軸方向に移動される。そして、ステアリングホイールの操舵力などに応じて制御されるアシスト機構のモータ７の駆動力が、第２歯部２１に噛み合う補助ピニオンを介してラックバー１０に伝達され、ステアリングホイールの回動操作によるラックバー１０の移動が補助される。

図２及び図３は、ラックバー１０の構成を示す。

ラックバー１０は、操舵ピニオンと噛み合う複数のラック歯が形成された第１歯部２０を有する第１バー部材１１と、補助ピニオンと噛み合う複数のラック歯が形成された第２歯部２１を有する第２バー部材１２と、第１バー部材１１と第２バー部材１２とを連結している継手部材１３と、を備える。

第１バー部材１１及び第２バー部材１２は、例えばＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼などの金属材料で形成された断面円形状の中実な棒材からなる。棒材からなる第１バー部材１１の第１歯部２０及び第２バー部材１２の第２歯部２１のラック歯は、例えば切削加工や鍛造加工によって形成される。第１バー部材１１の第１歯部２０と第２バー部材１２の第２歯部２１とで、ラック歯の歯形状は同じであっても異なってもよく、また、ＣＧＲ（Constant Gear Ratio）及びＶＧＲ（Variable Gear Ratio）の適宜な組み合わせをとることもできる。

継手部材１３は、円柱状に形成されており、第１バー部材１１と第２バー部材１２との間で第１バー部材１１及び第２バー部材１２と同軸に配置されている。そして、継手部材１３の一方の端部には第１バー部材１１の端部２２に外嵌する第１接合部２３が設けられ、継手部材１３の他方の端部には第２バー部材１２の端部２４に外嵌する第２接合部２５が設けられている。第１接合部２３及び第２接合部２５は、それぞれ継手部材１３の端面から軸に沿って穿設された孔によって構成されており、円筒状に且つ同軸に形成されている。

第１バー部材１１の端部２２は、端部２２に隣設されている軸部２６に比べて、切削加工などによって小径に形成されており、第２バー部材１２の端部２４は、端部２４に隣設されている軸部２７に比べて、切削加工などによって小径に形成されており、第１バー部材１１及び第２バー部材１２並びに継手部材１３はいずれも同一の外径を有し、第１バー部材１１と継手部材１３、及び第２バー部材１２と継手部材１３とは段差なく接続されている。

そして、第１バー部材１１の端部２２の外周面と継手部材１３の第１接合部２３の内周面とは接着剤を介して接合されており、第２バー部材１２の端部２４の外周面と継手部材１３の第２接合部２５の内周面もまた接着剤を介して接合されている。

好ましくは、第１バー部材１１の端部２２の外周面及び継手部材１３の第１接合部２３の内周面の少なくとも一方、及び第２バー部材１２の端部２４の外周面及び継手部材１３の第２接合部２５の内周面の少なくとも一方に複数の凹部２８がそれぞれ形成される。図示の例では、第１バー部材１１の端部２２の外周面及び第２バー部材１２の端部２４の外周面にそれぞれ複数の凹部２８が形成されている。凹部２８により、凹部２８が形成された面と接着剤との接触面積が拡大され、さらに凹部２８に入り込んで硬化した接着剤のアンカー効果が生じ、接着強度が高まる。

凹部２８は、図４に示すようにローレット加工によって溝状に形成されてもよく、また、ディンプル加工によってドット状に形成されてもよく、また、ローレット加工やディンプル加工によって形成される目視可能な粗大なものに限らず、ショットブラスト加工などの粗面化加工によって形成される微小なものであってもよい。

ラックバー１０は、次のようにして製造される。

まず、第１歯部２０のラック歯が予め形成された第１バー部材１１、及び第２歯部２１のラック歯が予め形成された第２バー部材１２、並びに継手部材１３が用意され、第１バー部材１１の端部２２の外周面及び継手部材１３の第１接合部２３の内周面の少なくとも一方、及び第２バー部材１２の端部２４の外周面及び継手部材１３の第２接合部２５の内周面の少なくとも一方に接着剤が塗布される。なお、少なくとも凹部２８が形成されている面に接着剤が塗布されることが好ましい。

第１バー部材１１の端部２２が継手部材１３の第１接合部２３に挿嵌され、また第２バー部材１２の端部２４が継手部材１３の第２接合部２５に挿嵌され、第１バー部材１１及び第２バー部材１２並びに継手部材１３は同軸に配置される。

継手部材１３の第１接合部２３及び第２接合部２５が円筒状に且つ同軸に形成されていることから、第１バー部材１１及び第２バー部材１２が軸まわりに適宜回動され、第１バー部材１１の第１歯部２０と第２バー部材１２の第２歯部２１との軸まわりの回転角度差が所定の角度差に合わされる。

そして、軸まわりの回転が阻止された状態に第１バー部材１１及び第２バー部材１２がそれぞれ固定され、この状態で、第１バー部材１１の端部２２と継手部材１３の第１接合部２３との間に介在する接着剤、及び第２バー部材１２の端部２４と継手部材１３の第２接合部２５との間に介在する接着剤がそれぞれ硬化され、第１バー部材１１と第２バー部材１２とが継手部材１３を介して同軸に連結される。

以上のように製造されるラックバー１０では、第１バー部材１１の第１歯部２０と第２バー部材１２の第２歯部２１との回転角度差の管理が容易であり、その精度を高めることができる。

そして、第１バー部材１１と継手部材１３、及び第２バー部材１２と継手部材１３とは、軸方向に延びる内外周面にて接合されるので、端面にて接合される場合に比べて接合面積を拡大することができ、接着によっても十分な強度を確保することができる。これにより、摩擦圧接では基本的に金属材料に限られる継手部材１３の材料として、第１バー部材１１や第２バー部材１２の材料に用いられるＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼などの金属材料よりも一般に比重が小さい非金属材料も用いることが可能となり、ラックバー１０の軽量化を図ることが可能となる。

継手部材１３を形成する非金属材料としては、硬度や靱性といった機械的強度や比重などの観点から、繊維強化樹脂材料を好適に用いることができる。

繊維強化樹脂材料に含くまれる繊維としては、例えばガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、等の各種繊維を用いることができ、なかでも炭素繊維を好適に用いることができる。炭素繊維強化樹脂材料は振動減衰特性にも優れており、路面の凹凸に起因する振動、車輪の制動アンバランスや回転アンバランスに起因する振動、等のラックバー１０に作用する種々の振動を減衰させることができ、これらの振動がステアリングシャフト及びステアリングホイールを介して運転者に伝達されることを抑制して操舵フィーリングを向上させることができる。また、振動を減衰させることで、車両の静粛性を向上させることもできる。

繊維強化樹脂材料を構成するマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹又は熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との混合樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、等を例示することができ、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、等を例示することができる。

なお、継手部材１３を形成する非金属材料としては、繊維強化セラミクッス材料も用いることができる。

第１バー部材１１の端部２２と継手部材１３の第１接合部２３、及び第２バー部材１２の端部２４と継手部材１３の第２接合部２５との接着に用いられる接着剤としては、一液エポキシ系接着剤などの加熱硬化型接着剤、二液エポキシ系接着剤や二液アクリル系接着剤やポリウレタン系接着剤などの常温硬化型接着剤、ポリオレフィン系接着剤などの熱可塑性接着剤、等を例示することができ、第１バー部材１１及び第２バー部材１２並びに継手部材１３の材料に応じて適宜選択される。

例えば、第１バー部材１１及び第２バー部材１２の材料がＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼であり、継手部材１３の材料が、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である炭素繊維強化樹脂材料である場合に、接着剤としては加熱硬化型接着剤を好適に用いることができる。第１バー部材１１及び第２バー部材１２の材料がＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼であり、継手部材１３の材料が、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂を含む炭素繊維強化樹脂材料である場合に、接着剤としては常温硬化型接着剤を好適に用いることができる。

第１バー部材１１の端部２２の外周面や継手部材１３の第１接合部２３の内周面、また第２バー部材１２の端部２４の外周面や継手部材１３の第２接合部２５の内周面に接着剤を塗布する際には、熱可塑性接着剤はもとより加熱硬化型接着剤や常温硬化型接着についても接着剤を軟化温度に加熱して接着剤の粘度を低下させることが好ましい。これにより、接着剤を均一に塗布することができ、第１バー部材１１と継手部材１３、及び第２バー部材１２と継手部材１３との接着強度を高めることができる。

また、第１バー部材１１の端部２２が継手部材１３の第１接合部２３に挿嵌され、第２バー部材１２の端部２４が継手部材１３の第２接合部２５に挿嵌された状態で、それらの間に介在する接着剤を軟化温度に加熱して接着剤の粘度を低下させることも有用である。これにより、接着剤の密着度を高めることができ、第１バー部材１１と継手部材１３、及び第２バー部材１２と継手部材１３との接着強度を高めることができる。

第１バー部材１１及び第２バー部材１２が継手部材１３にそれぞれ挿嵌された状態における接着剤の加熱は、例えば赤外線加熱や熱風加熱などであってもよいが、炭素鋼などの金属材料によって形成されている第１バー部材１１の端部２２及び第２バー部材１２の端部を誘導加熱し、端部２２，２４に生じた熱によって端部２２，２４に接する接着剤を加熱するようにしてもよい。誘導加熱によれば、電流量や通電時間によって接着剤の加熱温度を容易に制御できる。また、誘導加熱によれば、端部２２，２４を局所的に且つ急速に加熱することができ、第１バー部材１１の端部２２を除く部位、及び第２バー部材１２の端部２４を除く部位、並びに端部２２，２４に外嵌する継手部材１３の第１接合部２３及び第２接合部２５を除く部位の熱による変質や歪を抑制することができ、さらに、ラックバー１０の外表面を構成する継手部材１３の第１接合部２３及び第２接合部２５の外層の熱による変質や歪を抑制することもできる。

接着剤が加熱硬化型接着剤である場合には、継手部材１３にそれぞれ挿嵌された第１バー部材１１の第１歯部２０と第２バー部材１２の第２歯部２１との軸まわりの回転角度差が所定の角度差に合わされ、第１バー部材１１及び第２バー部材１２がそれぞれ固定され、その後に、加熱硬化型接着剤が硬化温度に加熱されて硬化される。このように、加熱硬化型接着剤を用いることにより、第１歯部２０と第２歯部２１との回転角度差の調整や第１バー部材１１及び第２バー部材１２の固定を、余裕をもって行うことができる。

加熱硬化型接着剤を硬化させる際の加熱は、例えば赤外線加熱や熱風加熱などであってもよいし、誘導加熱であってもよい。誘導加熱によれば、上記のとおり、第１バー部材１１の端部２２を除く部位、及び第２バー部材１２の端部２４を除く部位、並びに端部２２，２４に外嵌する継手部材１３の第１接合部２３及び第２接合部２５を除く部位の熱による変質や歪を抑制することができ、さらに、ラックバー１０の外表面を構成する継手部材１３の第１接合部２３及び第２接合部２５の外層の熱による変質や歪を抑制することもできる。

ここで、炭素繊維強化樹脂材料（詳細には炭素繊維強化樹脂材料に含有される炭素繊維）は導電性を有し且つＪＩＳ−Ｓ４５Ｃといった炭素鋼よりも電位が高い材料であり、仮に炭素繊維強化樹脂材料からなる継手部材１３が炭素鋼からなる第１バー部材１１や第２バー部材１２と直接接触していると、第１バー部材１１や第２バー部材１２に電蝕が生じ得るが、ラックバー１０では、第１バー部材１１の端部２２と継手部材１３の第１接合部２３との間、及び第２バー部材１２の端部２４と継手部材１３の第２接合部２５との間に接着剤が介在しており、接着剤によって第１バー部材１１の端部２２と継手部材１３の第１接合部２３、及び第２バー部材１２の端部２４と継手部材１３の第２接合部２５とが互いに隔絶されるので、第１バー部材１１や第２バー部材１２の電蝕を抑制することができる。

なお、接着剤による電蝕の抑制は、継手部材１３の材料が導電性を有し且つ第１バー部材１１や第２バー部材１２の材料よりも電位が高い場合に妥当し、炭素鋼と炭素繊維強化樹脂材料との組み合わせに限られない。

図５は、ラックバー１０の変形例を示す。

図５に示す例では、第１バー部材１１及び第２バー部材１２が断面円形状の管材からなり、継手部材１３もまた円管状に形成され、ラックバーの軸方向の全長に亘って中空とされており、ラックバーのさらなる軽量化が図られている。

なお、図示の例では、第１バー部材１１及び第２バー部材１２のいずれもが管材とされているが、第１バー部材１１及び第２バー部材１２のうち一方を管材とし、他方を棒材としてもよく、また、継手部材１３を、図２及び図３に示したように、円柱状に形成してもよい。

管材からなる第１バー部材１１の第１歯部２０及び第２バー部材１２の第２歯部２１のラック歯は、例えば以下のようにして形成される。

まず、管材の長手方向の一部で歯部とされる部位（以下、歯部形成部位という）に平坦状の歯形成面が予備成形される。歯形成面は、例えば成形型を用いて管材の歯部形成部位を潰すプレス加工によって形成される。

次いで、歯形成面に押し付けられる歯型を含み、管材の歯部形成部位を全周にわたって取り囲む成形型に管材が設置され、管材に芯金が挿通される。歯形成面を構成している管材の肉が、挿通された芯金によって内側からしごかれ、歯形成面に押し付けられている歯型に食い込む。挿通される芯金の太さが次第に大きくされ、しごき加工が繰り返されることにより、歯型に対応した複数のラック歯が管材に形成される。

円管状に形成された継手部材１３の端部の第１接合部２３及び第２接合部２５は、円筒状を呈し、且つ同軸に配置されており、第１接合部２３は第１バー部材１１の端部２２に外嵌し、また、第２接合部２５は第２バー部材１２の端部２４に外嵌している。

そして、第１バー部材１１の端部２２の外周面と継手部材１３の第１接合部２３の内周面とが接着剤を介して接合され、第２バー部材１２の端部２４の外周面と継手部材１３の第２接合部２５の内周面もまた接着剤を介して接合され、第１バー部材１１と第２バー部材１２とが継手部材１３を介して同軸に連結されている。

１ステアリング装置
２ラックハウジング
３タイロッド
４ステアリングギヤボックス
５入力軸
６補助ギヤボックス
７モータ
１０ラックバー
１１第１バー部材
１２第２バー部材
１３継手部材
２０第１歯部
２１第２歯部
２３第１接合部
２５第２接合部
２８凹部

Claims

複数のラック歯が形成された第１歯部を有する第１バー部材と、
複数のラック歯が形成された第２歯部を有する第２バー部材と、
前記第１バー部材と前記第２バー部材とを同軸に連結している継手部材と、
を備え、
前記継手部材は、前記第１バー部材の端部に外嵌した第１接合部と、前記第２バー部材の端部に外嵌した第２接合部とを有し、前記第１接合部及び前記第２接合部は、円筒状に且つ同軸に形成されており、
前記継手部材の前記第１接合部の内周面と前記第１バー部材の端部の外周面とが接着剤を介して接合されており、
前記継手部材の前記第２接合部の内周面と前記第２バー部材の端部の外周面とが接着剤を介して接合されているラックバー。
請求項１記載のラックバーであって、
前記継手部材の前記第１接合部の内周面及び前記第１バー部材の端部の外周面の少なくとも一方に複数の凹部が形成されており、
前記継手部材の前記第２接合部の内周面及び前記第２バー部材の端部の外周面の少なくとも一方に複数の凹部が形成されているラックバー。
請求項１又は２記載のラックバーであって、
前記継手部材は、非金属材料からなるラックバー。
請求項３記載のラックバーであって、
前記非金属材料は、繊維強化樹脂材料であるラックバー。
請求項４記載のラックバーであって、
前記繊維強化樹脂材料は、炭素繊維を含むラックバー。
複数のラック歯が形成された第１歯部を有する第１バー部材と、複数のラック歯が形成された第２歯部を有する第２バー部材とが、継手部材を介して同軸に連結されてなるラックバーの製造方法であって、
前記継手部材の一方の端部に円筒状に形成された第１接合部の内周面及び前記第１バー部材の端部の外周面の少なくとも一方に接着剤を塗布して、前記第１接合部に前記第１バー部材の端部を挿嵌し、
前記継手部材の他方の端部に円筒状に且つ前記第１接合部と同軸に形成された第２接合部の内周面及び前記第２バー部材の端部の外周面の少なくとも一方に接着剤を塗布して、前記第２接合部に前記第２バー部材の端部を挿嵌し、
前記第１歯部と前記第２歯部との軸まわりの回転角度差を所定の角度差に合わせた状態で、前記接着剤を硬化させるラックバーの製造方法。