JPS6054242A - ラツクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ラックピニオン型ステアリング装置に用いら
ｎるラックを製造する方法に係り、特に鍛造加工によっ
てラックを製造する方法に関するものである。

一般に可変歯車比式ラックピニオン型ステアリング装置
のラックは、その歯形形状が複雑であるため機械的な切
削加工等［、Ｊ１７製造することは不可能であり、その
ため鍛造によって製性加工する方法が行なわｎている。

しかしながら、鍛造によってラックを製造する場合には
、鍛造の工程を行なう前に、あらかじめ温間鍛造ＶＣ，
Ｉｌ：る荒加工あるいは切削加工等を行なうことによっ
て、ラック素材をラックの最終形状に近似し゛た形状に
加工した後に、冷間鍛造による仕上加工をしてＣた。こ
のようｆＸ、２段階の工程によってラックを製造するこ
ととしていたのｄ、例えば、冷間鍛造一工程でラックを
製造しようとすると、鍛造型に加わる負荷が太きいため
型の寿命が短かく、また、弾性変形域でのスプリングバ
ック等ＶＣより仕上精度が低下するという欠点があり、
一方、温間又は熱間鍛造一工程により製造しようとする
場合には、鍛造後の素材の熱収縮を考慮した上で高精度
のランクを製造しうる鍛造型を得ることが不可能であっ
たからである。

本発明は、以上の点に鑑みなざｎたもので、熱膨張の論
理と歯車の噛合理論とを合成することに、ｌ：り、温間
又は熱間鍛造一工程という簡易な工程で高精度のラック
を製造することを可能としたラックの製造方法を提供す
るものであり、製造すべきラックが加熱下で膨張したと
きと同一の形状全なすラックを形成しうるような形状の
ラック鍛造型を先ず製作し、次にこのラック鍛造型を用
いて、ステアリングラック素材に温間又は熱間における
単一の鍛造加工を施し、そのラックが後に収縮したとき
に所望の形状のラックを得らｎるようにしたものである
。

以下、図示実施例に基づいて本発明を説明する。

第１の工程として、製造すべきラックが加熱下で膨張し
たときと同一の形状をなすランクを形成しうる形状のラ
ック鍛造型、すなわち熱膨張時のランク歯形の凹凸と逆
でありかつ完全に対応する凹凸形状を有する鍛造型を製
作する。先ず、常温下において正規の噛合いをするラッ
クとビニオンは、温度分布が一定で、かつ、線膨張率が
各部分で一定であるならば、常温以外の他の温度条件下
でも正規の噛合いをするという物理的な性質に着眼し、
常温におけるビニオン形状を決定する歯車諸元に対して
、熱膨張時のピニオン形状を決定する諸元を導き出した
。一般に、ビニオン（１）の形状を決定する諸元として
通常用いらｎるものとしては、第１図に鎖線で示すよう
に、基礎円径（Ｄｇ）、歯底円径（Ｄｂ′）、歯先円径
（Ｄｔ）、半角（す、リード（Ｌ）とがある。熱膨張が
こｎらの諸元にどのような影響を与えるかを考えると、
常温における形状と、熱膨張時の形状とは幾何学的に相
似形であるから、ピニオン形状を決定する諸元のうち、
寸法を示すものは熱膨張の影響全党け、その値は常温時
の寸法に熱膨張率を乗じた値となり、一方角度を示す諸
元は熱膨張の影響によっては変化しない。従って、上述
した常温時のビニオン（１）全加工指示する諸元に対し
、このビニオンの熱膨張時の形状と同一形状の工具（１
′〕を加工指示する諸元は以下の通りとなる。

但し、α：膨張係数、Ｔ：素材の加熱温度とする。

上記（１）式によって得ら′ｎた諸元に基づいて、ホブ
切削及び研削等の加工を行なうことにより、ラックピニ
オン型ステアリング装置のビニオン（１）全熱膨張させ
たものと同一形状のビニオン工具（１′）（第１図に実
線で示す）を得ることができる。

次に、この工具（１′）と、電極ラックの素側’（２’
）との相対的な動きについて第２図〜第４図にょ９説明
する。尚、図中破線はステアリング装置のピニオン及び
ラック、実線は工具及び電極ラック累月ヲ示す。歯車諸
元中でピニオン工具（１′）とラック歯形の形成さする
素側（２′）との相対的な動きを示すものとしてピッチ
円径（Ｄｐ）がある。可変比率の歯車においては、ピッ
チ内径（Ｄ、っが回転角（θ）の関数として与えらｎｌ
　ビニオン工具（１′）の任意の回転角（θ）邑りのラ
ック集材（２′つの相対的移動量（Ｘ）は、 として与えらｎる。

常温のラック形状（２）と熱膨張したラック形状は、上
記ピニオンとｆｉ’ｉＪ様に幾何学的ＶＣ＋ｇ似でるジ
、又、ラック歯形を構成する各ポイントは、ピニオン（
１）或は工具（１′）の任意の回転角に対する移動した
歯形で構成される。すなわち、前述のように常温におい
て噛合いするピニオン（１）とラック（２）は、両者が
同−流度下で加熱さｎても噛合うものであるから、前記
工具（１勺で熱膨張した状態の形状を有するラック歯形
を創成する条件は、所望の回転角（θ）ａＤ（ＤｒｄＡ
動量（ｘ’　）ＶＣついて、常温時のランクピニオンに
おける移動量（ｘ）　ＶＣ熱膨張率を乗じた値（ｘ’＝
　ｘＸ（１＋α＠Ｔ））゛とすｆば良い（第２図参照）
。

この変更要素について、歯車諸元においては、（２）式
よりビニオン工具（１′つのピッチ円径（Ｄ′ｐ）をＤ
哩＝Ｄｐ×（１＋α・Ｔ）　−−−Ｈと丁ｔＬは良い（
第６図参照）。

更に、上記工具（１′）ＶＣよって電極ラックの累月（
２′）を塑性加工する際のその他の変更すべき条件につ
いて考えると、電極ラック素材（２′〕及び工具（１′
）は共に熱膨張時の形状をしているのであるから、従来
技術における工具の軸芯と累月の軸芯との相対距離をＺ
とすると、本発明における相対距離（Ｚ′）は Ｚ’＝　Ｚ　Ｘ　（１＋ａ・Ｔ）　””　（４）としな
けｎばならない（第４図参照）。

上述した如く、従来のビニオン工具″ｔなわちラックピ
ニオン型ステアリング装置のピニオン（１）と同一形状
の工具に対して、上記（１）及び（３１式で換算−Ｇｎ
た諸元の工具（１’％、、ｌ：つて、（４）式の条件下
で電極ラックの歯形を創成し、しかる後に電極ラックと
して整形する。そして、この電極ランクを用いて、従来
周知の放電加工法によυ鍛造型を製作する。この鍛造型
は、ステアリング装置に使用さｎるラックが熱膨張した
時の形状を有するラックを鍛造加工！ｃ、Ｊ：って成形
しつるものである。

次に、上記工程により製作した鍛造型金用いて、第５図
に示すようにラックの鍛、竜加工を行なう。

上記鍛造型（５）円に丸棒状少ステアリングラック累月
（６）を配置し、温間又は熱間において鍛造加工を行な
う。この鍛造は加熱下で行なわ１２るので加工性が良く
、あらかじめ荒加工金施していないラック累月（６）で
あっても、容易に塑性変形させて、鍛造型（５）の凹凸
（γ）ｖＣ，ｌ：つてラック素材（６）にラック歯を形
成することができる。このラックはステアリング装置に
使用されるラックが熱膨張した時の形状と同一の形状を
有しており、その後冷却さｎ収縮し、た場合に所望のラ
ック形状となる。このようにして温間又は熱間鍛造一工
程でラックを製造することによって、工数低減に、ｌ：
ｖ製造コストを低減させ、又、使用する鍛造型が一種で
良いため鍛造型の製ｆ′「費の削減及び製作時間の短縮
という利益を得らｎる。更に、従来と異なり単一の鍛造
工程でラックを製造するにもかかわらず、高精度の製品
を得ることが出来る。

次に、上８Ｃ実施例における鍛造工程で使用したラック
鍛造型を製作する他の方法について説明する。先ず、上
記実施例におけるビニオン工具と同一形状の電極ピニオ
ン工具を形成し、この電極ピニオンとランク素材との間
に、上記実施例と同様の相対運動全させることに、ｒ、
ジ、ラック累月にラック歯溝を放電加工で創成する。次
いで、この歯型の形成さ′ｎたランク素材（以下マスク
ランクと呼ぶ）を用いて電極ラックを成形する。この工
程について第６図〜第９図ＶＣ，Ｉｌ′す詳細に説明す
ると、マスクランク■）の歯型αηの歯面（旧上に離型
剤を塗布した後、マスタラック歯型α力の歯面（埒で第
１可塑材料のプラスチック型（１８）　ｖＣ歯面（１句
を形成する（第６図参照）。次に、プラスチック型（１
３）をマスタラック叫から分離した後、プラスチック型
歯面（１句に離型剤を塗布し、その後に第７図に示す如
く、プラスチック型歯面（貝に２〜３　ｍｍ程度の厚さ
の銅層０５〕を電着させる。次に、第８図に示す如く、
プラスチック型歯面（所に銅層（至）ノが電着さｎた状
態で、銅層（１５）の補強材として第２可塑Ｉ料（１６
）　召：銅層（１５）の下面（１５ａ）に接合させて電
極ランク（１７）を成形する。

このようにして成形さ′ｔ″した電極ラック（１７）の
銅層歯面（１８）はマスタラック歯面（靭と同一形状に
形成さｎている。次に、電極ラック（１７）をプラスチ
ック型（１３）から分離した後、第９図に示す如く、電
極ラックの銅層（ロ））を加工電極とし、ラック歯形の
近似形状に予め歯切り加工さｆ′した近似歯形α９）を
有するラック鍛造型の素材を被加工物として放電加工を
おこない、ランク鍛造型（財）にランク成形用歯型ｉｌ
ｌ　’ｉ影形成る。この鍛造型（財）は上記第１の製造
方法により形成さｎた鍛造型と同様に、ステアリング装
置のランクが熱膨張した時の形状を有するランク全鍛造
加工しうるちのであり、温間又は熱間鍛造一工程で所望
の形状のラックを′得ることができる。

以上述べたように、本発明方法によ７Ｌば、温間又は熱
間鍛造一工程で高精度のラック全製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はピニオンの形状を決定する両車諸元を示す説明
図、第２図〜第４図は本発明の一実施例について、ピニ
オンとピニオン工具と全対比させた説明図であり、第２
図はピニオンとピニオン工具の回転角に対するラックの
移動量、第６図はピッチ円径、第４図はラックとの軸間
距離を示す。 第５図ｉｄ鍛造工程を示す、第６図〜第９図は鍛造型の
第２の製造方法を示す断面図である。 （１）：ビニオン　（２）ニラツク （１’）：ピニオン工具　（２′）ニラツク素拐（５）
：鍛造型 （６）ニステアリングラック素材 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ・　（１）製造すべきラックが加熱下で膨張したときと
   同一の形状をなすラックを形成しうるラック鍛造型を製
   造する工程と、ステアリングランク素材を、上記ラック
   鍛造型を用いた温間又は熱間における単一の鍛造工程に
   よってラックに形成する工程とを含むラックの製造方法
   。 （２）ラック鍛造型を製造する工程が、ラックピニオン
   型ステアリング装置に用いら匙るピニオンを熱膨張させ
   た時の歯車諸元に基づいてピニオン工具を形成する工程
   と、このピニオン工具と、この工具によってラック歯形
   が形成ざｎる電極ランク素材とを、上記ステアリング装
   置のラックとピニオンとの軸間距離に熱膨張率を乗じた
   値の距離を隔てて配置し、かつ、こわら工具と累月とに
   、上記ステアリング装置におけるピニオンの単位回転角
   当りのラックの軸方向移動量に熱膨張率を乗じた値の移
   動量を与えた相対運動をさせて、累月にラジク歯溝を創
   成した後、この電極ラック累月を電極ラックに整形する
   工程と、この電極ラックを用いた放電加工によって、ラ
   ック鍛造加工用の鍛造型を形成する工程とから成る特許
   請求の範囲第１項記載のラックの製造方法。 （８）ラック鍛造型を製造する工程がラックピニオン型
   ステアリング装置に用いらｎるピニオンを熱膨張させた
   時の歯車諸元に基づいて電極ピニオン工具を形成する工
   程と、この電極ピニオン工具と、この工具によってラッ
   ク歯形が形成されるラック素材と金、上記ステアリング
   装置のラックとピニオンとの軸間距離に熱膨張率を乗じ
   た値の距離を隔てて配置し、かつ、こｎら電極ピニオン
   工具とラック素材とに、上記ステアリング装置における
   ピニオンの単位回転角当りのラックの軸方向移動量に熱
   膨張率を乗じた値の移動量を与えた相対運動をざぜて、
   ランク素材にラック歯溝を放電加工で創成した後、′こ
   のラック素材の歯面で樹脂型に歯面を転写し、離型剤が
   塗布さｎた前記樹脂型の歯面に銅層を電着し、この樹脂
   型の歯面へ電着さｔ″した銅層に樹脂材料を接合して電
   極ラックを成形する工程と、この電極ラックを用いた放
   電加工によって、ラック鍛造加工用の鍛造型を形成する
   工程とから成る特許請求の範囲第１項記載のランクの製
   造方法。