JP2016060344A - Rack shaft and method for manufacturing rack shaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラックシャフトおよびラックシャフトの製造方法に関する。 The present invention relates to a rack shaft and a method for manufacturing the rack shaft.
ステアリング装置において、ステアリングホイールからステアリングシャフトに伝達される回転運動は、ピニオンシャフトに設けられたピニオン歯と、ラックシャフトに設けられたラック歯とが噛み合うことによりラックシャフトの直線運動に変換される。ラックシャフトに連動して、転舵輪の転舵角が変化する。たとえば特許文献１に記載されるように、ラックシャフトには、鋼などの中実棒材を鍛造することによってラック歯を成形する。 In the steering device, the rotational motion transmitted from the steering wheel to the steering shaft is converted into a linear motion of the rack shaft by meshing the pinion teeth provided on the pinion shaft with the rack teeth provided on the rack shaft. In conjunction with the rack shaft, the turning angle of the steered wheels changes. For example, as described in Patent Document 1, rack teeth are formed on a rack shaft by forging a solid bar such as steel.
ラックシャフトを鍛造する際には、上型と下型の間の空間に中実棒材を挟み込む。この際に、型と型の合わせ目から中実棒材がはみ出すことによって、中実棒材の上下の金型の合わせ目に余肉が発生する。ラックシャフトに成形される余肉は、ラックシャフトを使用する上で邪魔になるため、トリミング工程で切刃により除去される。ラックの生産性向上に対する要求があるところ、このトリミング工程はラックシャフトの製造工数の低減を妨げる一因となっていた。 When forging the rack shaft, a solid bar is sandwiched in the space between the upper mold and the lower mold. At this time, when the solid bar sticks out from the joint between the molds, a surplus is generated at the joint between the upper and lower molds of the solid bar. The extra space formed on the rack shaft is obstructive when the rack shaft is used, and is therefore removed by the cutting blade in the trimming process. When there is a demand for improving the productivity of the rack, this trimming process is one of the factors that hinder the reduction of the manufacturing man-hours of the rack shaft.
本発明の目的は、製造工数を減らすことのできるラックシャフトの製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of the rack shaft which can reduce a manufacturing man-hour.
上記目的を達成しうるラックシャフトは、軸方向に沿った一定範囲にわたってラック歯が型鍛造されてなるラックシャフトにおいて、前記ラック歯が形成されている部分を前記軸方向に直交する平面で切断した断面の輪郭形状は、次のものにより形成されている。すなわち、中心角が平角よりも小さい角度に設定されている円弧部と、前記円弧部に対してその中心を間に挟む反対側に設けられて前記軸方向に交わる方向へ延びる前記ラック歯と、前記円弧部と前記ラック歯との両端間をそれぞれ接続する接続部と、により閉じた線形状をなしている。前記接続部は、前記円弧部を含む仮想円の径方向における外側へ凸となる抜き勾配部を含み、当該抜き勾配部の頂点は前記仮想円の内側に位置している。 The rack shaft that can achieve the above object is a rack shaft in which the rack teeth are die-forged over a certain range along the axial direction, and a portion where the rack teeth are formed is cut by a plane perpendicular to the axial direction. The profile shape of the cross section is formed by the following. In other words, an arc portion whose center angle is set to be smaller than a flat angle, and the rack teeth provided on the opposite side of the arc portion with the center therebetween and extending in the direction intersecting the axial direction, A closed line shape is formed by connecting portions that connect both ends of the arc portion and the rack teeth. The connecting portion includes a draft portion that protrudes outward in the radial direction of the virtual circle including the arc portion, and a vertex of the draft portion is located inside the virtual circle.
この構成によれば、接続部は仮想円の径方向内側に形成されているため、接続部において型鍛造による余肉が形成される場合には、余肉が仮想円の外側にはみ出して形成されることを抑制することができる。余肉が仮想円の内側に形成される場合は、余肉を切削して除去する工程を必要としないため、製造工程をより少なくすることができる。 According to this configuration, since the connection portion is formed on the inner side in the radial direction of the virtual circle, when a surplus by die forging is formed in the connection portion, the surplus is formed to protrude outside the virtual circle. Can be suppressed. When the surplus is formed inside the imaginary circle, it is not necessary to cut and remove the surplus, so that the manufacturing process can be reduced.
前記接続部は、前記円弧部と前記ラック歯とを結ぶ直線より外側に位置していることが好ましい。
この構成によれば、抜き方向に対して傾斜して接続部が設けられているので、型鍛造したラックシャフトが金型からより抜けやすくなる。
It is preferable that the connection portion is located outside a straight line connecting the arc portion and the rack teeth.
According to this configuration, since the connecting portion is provided so as to be inclined with respect to the drawing direction, the die-forged rack shaft is more easily removed from the mold.
前記抜き勾配部はテーパ面を含み、前記テーパ面は型の抜き方向に向かうにつれて前記円弧部の中心を含み、かつ前記ラック歯に交わる平面に近接するように傾斜していることが好ましい。 It is preferable that the draft angle part includes a taper surface, and the taper surface includes a center of the arc part as it goes in a mold drawing direction and is inclined so as to be close to a plane intersecting the rack teeth.
前記抜き勾配部は曲面を含み、前記曲面は前記仮想円の径方向における外側へ凸となる曲率を有していてもよい。
これらの構成によれば、テーパ面または曲面が設けられているため、テーパ面または曲面を設けない場合と比べて抜き抵抗を低減することができる。そのため、型鍛造したラックシャフトを金型からより抜けやすくすることができる。
The draft portion may include a curved surface, and the curved surface may have a curvature that is convex outward in the radial direction of the virtual circle.
According to these configurations, since the tapered surface or the curved surface is provided, it is possible to reduce the drawing resistance as compared with the case where the tapered surface or the curved surface is not provided. Therefore, the die shaft forged rack shaft can be more easily removed from the mold.
前記テーパ面は、前記ラック歯側の第１のテーパ面と、前記円弧部側の第２のテーパ面とを含むことが好ましい。前記抜き勾配部の頂点は、前記第１のテーパ面と前記第２のテーパ面とが交わる部分である。 The tapered surface preferably includes a first tapered surface on the rack tooth side and a second tapered surface on the arc portion side. The apex of the draft portion is a portion where the first tapered surface and the second tapered surface intersect.
この構成によれば、テーパ面が少なくとも２つ設けられているため、たとえば上型と下型にそれぞれテーパ面を設けることができる。そのため、型鍛造したラックシャフトを上型と下型から抜く際の抜き抵抗をそれぞれ低減することができるため、より確実にラックシャフトを金型から取り外すことができる。 According to this configuration, since at least two tapered surfaces are provided, for example, the upper die and the lower die can be provided with tapered surfaces, respectively. Therefore, it is possible to reduce the punching resistance when the forged rack shaft is pulled out from the upper die and the lower die, so that the rack shaft can be more reliably removed from the die.
前記第１のテーパ面は前記第２のテーパ面よりも、前記円弧部の中心を含み、かつ前記ラック歯に交わる平面に対する傾きが大きく設定されていることが好ましい。
この構成によれば、たとえば上型にラック歯が形成されている場合には、下型に比べて抜き抵抗が大きくなり易いが、上型側のテーパ面の傾きを大きく設定することにより、上型側の抜き抵抗を低減することができる。
It is preferable that the first tapered surface has a larger inclination with respect to a plane that includes the center of the arc portion and intersects the rack teeth than the second tapered surface.
According to this configuration, for example, when rack teeth are formed on the upper mold, the pulling resistance is likely to be larger than that of the lower mold, but by setting the inclination of the tapered surface on the upper mold side to be large, The punching resistance on the mold side can be reduced.
前記抜き勾配部の頂点に余肉が形成され、前記余肉は前記仮想円の内側に位置している。
余肉はたとえば接続部における上型と下型の境界部に形成される。接続部は仮想円よりも径方向内側に形成されているため、余肉が形成された場合にも、余肉が仮想円の径方向外側にまではみ出すことを軽減することができる。さらに、接続部と仮想円との間に十分な間隔を空けるように設定すれば、余肉が形成されても余肉は仮想円よりも内側に形成される。この場合、余肉を切削しなくても、ラックシャフトを使用することが可能である。
A surplus is formed at the apex of the draft portion, and the surplus is located inside the virtual circle.
The surplus is formed, for example, at the boundary between the upper mold and the lower mold in the connection portion. Since the connecting portion is formed radially inward of the virtual circle, even when a surplus is formed, it is possible to reduce the surplus from protruding to the outside of the virtual circle in the radial direction. Furthermore, if it sets so that sufficient space | interval may be provided between a connection part and a virtual circle, even if a surplus is formed, a surplus will be formed inside a virtual circle. In this case, it is possible to use the rack shaft without cutting off the surplus.
ラック歯を有するラックシャフトの鍛造方法において、前記ラック歯に対応する歯型列が設けられた第１の成形面を有する第１の金型と、前記第１の成形面に対向する第２の成形面を有する第２の金型との間に棒状素材を配置した状態で、前記第１の金型と前記第２の金型とを互いに近接させる。前記棒状素材を前記第１の成形面と前記第２の成形面とで圧縮変形させることにより、前記棒状素材に前記歯型列に対応するラック歯を成形する成形工程を含んでいる。前記第１の成形面は、前記棒状素材の周方向における前記ラック歯の両隣りにそれぞれ第１のテーパ面を形成するための第１のテーパ面成形部を有し、前記第２の成形面は、前記ラック歯の両隣りの第１のテーパ面にそれぞれ交わる第２のテーパ面を形成するための第２のテーパ面成形部を有している。前記第１のテーパ面成形部および前記第２のテーパ面成形部は、それぞれ金型の抜き方向へ向かうにつれて互いに近接するように傾斜する２つの斜面を有している。第１のテーパ面成形部の斜面と、第２のテーパ面成形部の斜面とは、第１の金型と第２の金型とを閉じたときのそれらの境界で交わるとともに、当該交わる部分は、第１および第２の成形面により規定されるラックシャフトの輪郭形状における円弧部を含む仮想円の内側に位置している。 In the forging method of the rack shaft having rack teeth, a first mold having a first molding surface provided with a tooth mold row corresponding to the rack teeth, and a second facing the first molding surface. The first mold and the second mold are brought close to each other in a state where the rod-shaped material is disposed between the second mold having the molding surface. A molding step is included in which the rod-shaped material is compressed and deformed by the first molding surface and the second molding surface to mold rack teeth corresponding to the tooth pattern row on the rod-shaped material. The first molding surface has first taper surface molding portions for forming first taper surfaces on both sides of the rack teeth in the circumferential direction of the rod-shaped material, and the second molding surface. Has a second taper surface forming portion for forming a second taper surface that intersects the first taper surfaces on both sides of the rack teeth. Each of the first taper surface molding portion and the second taper surface molding portion has two inclined surfaces that are inclined so as to approach each other as they go in the mold drawing direction. The slope of the first taper surface molding part and the slope of the second taper surface molding part intersect at the boundary between the first mold and the second mold when they are closed, and the intersecting part. Is located inside an imaginary circle including an arc portion in the contour shape of the rack shaft defined by the first and second molding surfaces.
この構成によれば、ラック歯を有するラックシャフトは第１の金型と第２の金型に挟まれることにより圧縮変形される成形工程を経て成形される。第１の金型と第２の金型はそれぞれ第１のテーパ面成形部と第２のテーパ面成形部を有しているため、成形工程によってラックシャフトには第１のテーパ面と第２のテーパ面が形成される。第１のテーパ面と第２のテーパ面の境界において形成される余肉は仮想円よりも径方向内側に形成される。そのため、余肉除去工程を削減することができる。 According to this configuration, the rack shaft having the rack teeth is molded through a molding process in which the rack shaft is compressed and deformed by being sandwiched between the first mold and the second mold. Since the first mold and the second mold have the first tapered surface molding portion and the second tapered surface molding portion, respectively, the first taper surface and the second taper are formed on the rack shaft by the molding process. The taper surface is formed. The surplus formed at the boundary between the first taper surface and the second taper surface is formed radially inward from the virtual circle. Therefore, the surplus removal process can be reduced.
本発明によれば、ラックシャフトの製造工数を減らすことができる。 According to the present invention, the number of manufacturing steps of the rack shaft can be reduced.
以下、ラックシャフトを車両のステアリング装置に適用した一実施形態について説明する。
図１に示すように、ステアリング装置１は、ステアリングホイール１０およびステアリングホイール１０と一体回転するステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１２と、コラムシャフト１２の下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１３、およびインターミディエイトシャフト１３の下端部に連結されたピニオンシャフト１４を有している。ピニオンシャフト１４（正確にはそのピニオン歯１４ａ）は、ピニオンシャフト１４に交わる方向へ延びるラックシャフト１５（正確にはそのラック歯１５ａ）に噛合っている。したがって、ステアリングシャフト１１の回転運動は、ピニオンシャフト１４およびラックシャフト１５からなるラックアンドピニオン機構１６を介してラックシャフト１５の軸方向の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト１５の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１７を介して左右の転舵輪１８にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１８の転舵角が変化する。
Hereinafter, an embodiment in which a rack shaft is applied to a vehicle steering apparatus will be described.
As shown in FIG. 1, the steering device 1 includes a steering wheel 10 and a steering shaft 11 that rotates integrally with the steering wheel 10. The steering shaft 11 includes a column shaft 12 connected to the steering wheel 10, an intermediate shaft 13 connected to the lower end portion of the column shaft 12, and a pinion shaft 14 connected to the lower end portion of the intermediate shaft 13. ing. The pinion shaft 14 (exactly its pinion teeth 14a) meshes with a rack shaft 15 (exactly its rack teeth 15a) extending in a direction intersecting the pinion shaft 14. Therefore, the rotational motion of the steering shaft 11 is converted into a reciprocating linear motion in the axial direction of the rack shaft 15 via the rack and pinion mechanism 16 including the pinion shaft 14 and the rack shaft 15. The reciprocating linear motion is transmitted to the left and right steered wheels 18 via the tie rods 17 respectively connected to both ends of the rack shaft 15, whereby the steered angle of the steered wheels 18 changes.
次に、ラックシャフト１５の構成について説明する。
図２に示すように、ラックシャフト１５は、たとえば炭素鋼により中実の略円柱形状の丸棒に形成されている。ラックシャフト１５の周面にはラック歯部２０が形成されている。ラック歯部２０は、ラックシャフト１５の軸方向における一定範囲にわたって設けられている。ラック歯部２０には、複数のラック歯１５ａが軸ｍ方向に並んで形成されている。
Next, the configuration of the rack shaft 15 will be described.
As shown in FIG. 2, the rack shaft 15 is formed in a solid substantially cylindrical round bar made of carbon steel, for example. A rack tooth portion 20 is formed on the peripheral surface of the rack shaft 15. The rack tooth portion 20 is provided over a certain range in the axial direction of the rack shaft 15. In the rack tooth portion 20, a plurality of rack teeth 15a are formed side by side in the axis m direction.
図３（ａ）に示すように、ラックシャフト１５を軸ｍ方向から見たとき、ラックシャフト１５におけるラック歯部２０の軸ｍを間に挟む反対側の部位には円弧部２１が設けられている。円弧部２１は、ラックシャフト１５の軸ｍ方向におけるラック歯部２０の形成範囲Ｒの全域に亘って、設けられている。また、ラックシャフト１５のラック歯部２０の設けられていない領域を軸ｍに直交する平面で切断した断面形状は円形である。ラックシャフト１５を軸方向からみたとき、円弧部２１の輪郭線は、ラック歯部２０の断面形状の輪郭線に一致する。図３（ａ）中に二点鎖線で示されるように、円弧部２１は、ラックシャフト１５を保持する受け部材２６の形状と対応している。円弧部２１の中心角θは、受け部材の形状に対応して決定される。中心角θは、大きくても１８０度に設定され、一例としては１４０度程度に設定される。 As shown in FIG. 3A, when the rack shaft 15 is viewed from the direction of the axis m, an arc portion 21 is provided on the opposite side of the rack shaft 15 across the axis m of the rack tooth portion 20. Yes. The arc portion 21 is provided over the entire range R of the rack tooth portion 20 in the direction of the axis m of the rack shaft 15. Moreover, the cross-sectional shape which cut | disconnected the area | region in which the rack tooth part 20 of the rack shaft 15 is not provided with the plane orthogonal to the axis | shaft m is circular. When the rack shaft 15 is viewed from the axial direction, the contour line of the arc portion 21 matches the contour line of the cross-sectional shape of the rack tooth portion 20. As indicated by a two-dot chain line in FIG. 3A, the arc portion 21 corresponds to the shape of the receiving member 26 that holds the rack shaft 15. The central angle θ of the arc portion 21 is determined corresponding to the shape of the receiving member. The central angle θ is set to 180 degrees at most, and is set to about 140 degrees as an example.
ラックシャフト１５の円周方向において、円弧部２１の両端とラック歯部２０の間には、それぞれ第１テーパ面２２、第２テーパ面２３、余肉２４が設けられている。第１テーパ面２２は、ラック歯部２０と曲面を介して連続している。第１テーパ面２２は、ラックシャフト１５の円周方向において、ラック歯部２０から遠ざかるほど径方向における外側へ傾斜している。また、第２テーパ面２３はラックシャフト１５の円周方向において、円弧部２１と第１テーパ面２２との間を連結している。第２テーパ面２３は、ラックシャフト１５の円周方向において、円弧部２１から遠ざかるほど径方向外側へ傾斜している。すなわち、第１テーパ面２２と第２テーパ面２３は径方向に膨らむような勾配を有する。ラック歯部２０の端部と円弧部２１の端部を結ぶ直線Ｌよりも外側に第１テーパ面２２と第２テーパ面２３は形成されている。第１テーパ面２２は第２テーパ面２３よりも傾いた勾配に設定されている。すなわち、軸ｍを通り、図３（ａ）の上下方向（後述の金型４０を上下に抜く方向）へ延びる仮想平面Ｐを基準として、当該仮想平面Ｐと第１テーパ面２２とのなす角度は、当該仮想平面Ｐと第２テーパ面２３とのなす角度より大きな角度に設定される。 In the circumferential direction of the rack shaft 15, a first taper surface 22, a second taper surface 23, and a surplus wall 24 are provided between both ends of the arc portion 21 and the rack tooth portion 20. The first tapered surface 22 is continuous with the rack tooth portion 20 via a curved surface. The first taper surface 22 is inclined outward in the radial direction in the circumferential direction of the rack shaft 15 as the distance from the rack tooth portion 20 increases. The second taper surface 23 connects the arc portion 21 and the first taper surface 22 in the circumferential direction of the rack shaft 15. The second taper surface 23 is inclined outward in the radial direction in the circumferential direction of the rack shaft 15 as the distance from the arc portion 21 increases. That is, the first taper surface 22 and the second taper surface 23 have a gradient that swells in the radial direction. A first taper surface 22 and a second taper surface 23 are formed outside a straight line L connecting the end of the rack tooth portion 20 and the end of the arc portion 21. The first tapered surface 22 is set to have a slope that is inclined with respect to the second tapered surface 23. That is, an angle formed by the virtual plane P and the first tapered surface 22 with respect to the virtual plane P passing through the axis m and extending in the vertical direction of FIG. 3A (a direction in which a mold 40 described later is pulled up and down). Is set to an angle larger than the angle formed by the virtual plane P and the second tapered surface 23.
余肉２４は、第１テーパ面２２と第２テーパ面２３との境界に形成されている。ラックシャフト１５の軸方向から見たとき、余肉２４は、ラックシャフト１５の半径方向における外側へ向けてごくわずかに突出している。また余肉２４は、ラックシャフト１５のラック歯部２０の設けられている領域に対応して、軸ｍに沿って延びている。ラックシャフト１５の軸ｍ方向から見たとき、第１テーパ面２２、第２テーパ面２３、および余肉２４は、それぞれ前記領域（円柱部分）の輪郭線２５より内側に存在している。 The surplus thickness 24 is formed at the boundary between the first tapered surface 22 and the second tapered surface 23. When viewed from the axial direction of the rack shaft 15, the excess wall 24 protrudes slightly toward the outside in the radial direction of the rack shaft 15. Further, the surplus wall 24 extends along the axis m corresponding to the region where the rack tooth portion 20 of the rack shaft 15 is provided. When viewed from the direction of the axis m of the rack shaft 15, the first taper surface 22, the second taper surface 23, and the surplus wall 24 are respectively present inside the contour line 25 of the region (columnar portion).
次に、ラックシャフト１５の製造方法について説明する。
ラックシャフト１５の製造の工程は、括れ工程、成形工程（鍛造）、制御冷却、歪取り工程を有する。
Next, a method for manufacturing the rack shaft 15 will be described.
The manufacturing process of the rack shaft 15 includes a constricting process, a forming process (forging), a controlled cooling process, and a distortion removing process.
ラックシャフト１５の製造にあたっては、まず括れ工程がなされる。この括れ工程がなされるのは、ラックシャフト１５のラック歯部２０が設けられる部分についてである。
図４に示すように、括れ工程では、外径Ｄ４を有する丸棒素材を、たとえば旋削することにより外径の異なる複数の部分を有するブランク３０を形成する。ブランク３０において、ラック歯部２０の形成範囲Ｒの中央付近には第１括れ部３１が設けられている。また、ブランク３０において、第１括れ部３１を基準とする図中左側の部分には、第１拡径部３２、第２括れ部３３、第２拡径部３４、第１軸部３５がこの順で設けられている。また、ブランク３０において、第１括れ部３１を基準とする図中右側の部分には、第３拡径部３６、第３括れ部３７、第４拡径部３８、第２軸部３９がこの順で設けられている。第１括れ部３１は、ブランク３０の中で最も外径が小さく設定されており、その外径は外径Ｄ１である。
In manufacturing the rack shaft 15, a constricting process is first performed. The constriction process is performed on a portion where the rack tooth portion 20 of the rack shaft 15 is provided.
As shown in FIG. 4, in the constricting step, a blank 30 having a plurality of portions with different outer diameters is formed by turning, for example, a round bar material having an outer diameter D4. In the blank 30, a first constricted portion 31 is provided near the center of the formation range R of the rack tooth portion 20. Further, in the blank 30, the first enlarged diameter part 32, the second enlarged diameter part 33, the second enlarged diameter part 34, and the first shaft part 35 are located on the left side in the drawing with respect to the first narrowed part 31. In order. Further, in the blank 30, the third diameter-expanded portion 36, the third constricted portion 37, the fourth diameter-expanded portion 38, and the second shaft portion 39 are located on the right side of the drawing with respect to the first constricted portion 31. In order. The outer diameter of the first constricted portion 31 is set to be the smallest among the blanks 30, and the outer diameter is the outer diameter D1.
第１括れ部３１は第１拡径部３２を介して、第２括れ部３３に接続されている。第２括れ部３３の外径Ｄ２は第１括れ部３１の外径Ｄ１よりも大きい。第１拡径部３２は軸ｍ方向左側に向かうにつれて外径Ｄ１から外径Ｄ２へ拡径している。第２括れ部３３は第２拡径部３４を介して、第１軸部３５に接続されている。第１軸部３５の外径Ｄ４は第２括れ部３３の外径Ｄ２よりも大きい。第２拡径部３４は軸ｍ方向左側に向かうにつれて、外径Ｄ２から外径Ｄ４へ拡径している。 The first constricted portion 31 is connected to the second constricted portion 33 via the first enlarged diameter portion 32. The outer diameter D2 of the second constricted portion 33 is larger than the outer diameter D1 of the first constricted portion 31. The first enlarged portion 32 increases from the outer diameter D1 to the outer diameter D2 as it goes to the left in the direction of the axis m. The second constricted portion 33 is connected to the first shaft portion 35 via the second enlarged diameter portion 34. The outer diameter D4 of the first shaft portion 35 is larger than the outer diameter D2 of the second constricted portion 33. The second enlarged diameter portion 34 increases from the outer diameter D2 to the outer diameter D4 toward the left side in the axis m direction.
また、第１括れ部３１は第３拡径部３６を介して、第３括れ部３７に接続されている。第３括れ部３７の外径Ｄ３は第１括れ部３１の外径Ｄ１よりも大きい。第３拡径部３６は外径Ｄ１から外径Ｄ３へ拡径している。第３括れ部３７は、第４拡径部３８を介して、第２軸部３９に接続されている。第４拡径部３８は、外径Ｄ３から外径Ｄ４へ拡径している。 Further, the first constricted portion 31 is connected to the third constricted portion 37 via the third enlarged diameter portion 36. The outer diameter D3 of the third constricted portion 37 is larger than the outer diameter D1 of the first constricted portion 31. The third expanded diameter portion 36 is expanded from the outer diameter D1 to the outer diameter D3. The third constricted portion 37 is connected to the second shaft portion 39 via the fourth diameter-expanded portion 38. The fourth expanded diameter portion 38 is expanded from the outer diameter D3 to the outer diameter D4.
なお、第１軸部３５と第２軸部３９はそれぞれラック歯部２０の形成範囲Ｒから外れる部分であって、旋削などが行われない部分である。また、外径Ｄ２および外径Ｄ３は設計上の要求に応じて適宜に設定される。また、第１〜第４拡径部３２，３４，３６，３８の勾配についても同様である。設計上の要求に応じてそれぞれ適宜の勾配に設定されている。本例では、外径Ｄ２は外径Ｄ３より小さく設定されている。 The first shaft portion 35 and the second shaft portion 39 are portions that are out of the formation range R of the rack tooth portion 20, and are portions that are not turned. Further, the outer diameter D2 and the outer diameter D3 are appropriately set according to design requirements. The same applies to the gradients of the first to fourth enlarged diameter portions 32, 34, 36, and 38. An appropriate gradient is set according to the design requirements. In this example, the outer diameter D2 is set smaller than the outer diameter D3.
ところで、従来、ピーリングと呼ばれる表面加工がなされた後の丸棒などの素材をブランクとして温間鍛造が施されることがある。素材の表面のキズや表面欠陥などを除去するためである。この点、本例では、ピーリングなどの表面加工の代わりに括れ工程をすればよい。 By the way, conventionally, warm forging may be performed using a blank such as a round bar after surface processing called peeling. This is for removing scratches and surface defects on the surface of the material. In this respect, in this example, a constricting process may be performed instead of surface processing such as peeling.
次に、成形工程がなされる。成形工程では、鍛造によってブランク３０を塑性変形させて、図２に示すようなラックシャフト１５を形成する。
図４に示すように、本実施形態では、金型４０による温間鍛造を行う。金型４０は上型４１と下型４２を有する、いわゆる開放型である。たとえば、上型４１および下型４２はそれぞれ直方体状に形成され、それらの間にブランク３０を挟みこんで加圧することにより、ブランク３０を塑性変形させる。
Next, a molding process is performed. In the forming step, the blank 30 is plastically deformed by forging to form the rack shaft 15 as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, warm forging with a mold 40 is performed. The mold 40 is a so-called open mold having an upper mold 41 and a lower mold 42. For example, the upper mold 41 and the lower mold 42 are each formed in a rectangular parallelepiped shape, and the blank 30 is plastically deformed by sandwiching and pressing the blank 30 therebetween.
上型４１の下面（下型４２に対向する面）には、ラックシャフト１５の外形径状に対応したくぼみが設けられている。上型４１のくぼみには、ラック歯成形部４３および第１テーパ面成形部４４が設けられている。ラック歯成形部４３は、ラックシャフト１５の軸ｍ方向に並んだ複数のラック歯１５ａに対応して反転した形状の歯形を有している。第１テーパ面成形部４４は、ラックシャフト１５の２つの第１テーパ面２２に対応する２つの斜面を有している。第１テーパ面成形部４４の２つの斜面は、輪郭線２５よりも内側に位置するように設けられている。第１テーパ面成形部４４の２つの斜面は、くぼみの開口へ向かうにつれて、互いに離間する方向へ傾斜している。第１テーパ面成形部４４は、上型４１からラックシャフト１５を抜く際の抜き勾配として働く。下型４２も上型４１と同様に、下型４２の上面（上型４１に対向する面）には、ラックシャフト１５に対応した略円弧状のくぼみが設けられている。下型４２のくぼみには、円弧部成形部４５および第２テーパ面成形部４６が設けられている。円弧部成形部４５は、円弧部２１に対応した、中心角θの円弧面を有している。第２テーパ面成形部４６は、ラックシャフト１５の２つの第２テーパ面２３に対応する２つの斜面を有している。第１テーパ面成形部４４の２つの斜面も、輪郭線２５よりも内側に位置するように設けられている。第１テーパ面成形部４４の２つの斜面は、くぼみの開口へ向かうにつれて互いに離間する方向へ傾斜している。第２テーパ面成形部４６は、下型４２からラックシャフト１５を抜く際の抜き勾配として働く。 A recess corresponding to the outer diameter of the rack shaft 15 is provided on the lower surface of the upper die 41 (the surface facing the lower die 42). A rack tooth forming portion 43 and a first tapered surface forming portion 44 are provided in the recess of the upper die 41. The rack tooth forming portion 43 has a tooth profile that is inverted corresponding to the plurality of rack teeth 15 a arranged in the direction of the axis m of the rack shaft 15. The first tapered surface molding portion 44 has two inclined surfaces corresponding to the two first tapered surfaces 22 of the rack shaft 15. The two inclined surfaces of the first tapered surface forming portion 44 are provided so as to be located inside the contour line 25. The two inclined surfaces of the first tapered surface forming portion 44 are inclined in directions away from each other as they go toward the opening of the recess. The first tapered surface forming portion 44 serves as a draft when the rack shaft 15 is pulled out from the upper mold 41. Similarly to the upper mold 41, the lower mold 42 is provided with a substantially arc-shaped depression corresponding to the rack shaft 15 on the upper surface of the lower mold 42 (the surface facing the upper mold 41). An arc portion forming portion 45 and a second tapered surface forming portion 46 are provided in the recess of the lower mold 42. The arcuate part forming part 45 has an arcuate surface with a central angle θ corresponding to the arcuate part 21. The second tapered surface molding portion 46 has two inclined surfaces corresponding to the two second tapered surfaces 23 of the rack shaft 15. The two inclined surfaces of the first tapered surface forming portion 44 are also provided so as to be located inside the contour line 25. The two inclined surfaces of the first tapered surface forming portion 44 are inclined in a direction away from each other toward the opening of the recess. The second tapered surface molding portion 46 functions as a draft when the rack shaft 15 is pulled out from the lower mold 42.
ところで、抜き抵抗が大きいと、成形品であるラックシャフト１５は安定した状態で離型できないため、離型の際に傷や変形、場合によっては金型４０から外れないこともある。ラックシャフト１５が金型４０に密着して金型４０の内部に残存しようとする力よりも大きな力でラックシャフト１５を金型４０から外さなければ、ラックシャフト１５は金型４０から外れない。ラックシャフト１５が金型４０の内部に残存しようとする力は、抜き抵抗、表面の粗さなどの要因が関係する。たとえば温間鍛造であれば、高温で金型４０の内部に挟み込まれるラックシャフト１５は、冷却および固化の際に熱収縮するため、特にラック歯１５ａはラック歯成形部４３を強く締め付ける。その一方、金型４０の取り外しの際に加圧は終了するため、ラックシャフト１５はわずかに膨張する。その結果、金型４０とラックシャフト１５とが接触する面は、滑らかに形成されていても、ラックシャフト１５の各部材の熱収縮および熱膨張が関連しあって、ラックシャフト１５は金型４０から抜き難くなる。このため、ラックシャフト１５を金型４０から抜く離型に際して、ラックシャフト１５の傷や変形を伴わないで金型４０から取り外すために抜き勾配を設ける必要がある。抜き勾配は、材料の収縮率などの材料特性や、成形品や金型の形状、成形条件などを考慮して決定される。 By the way, if the punching resistance is large, the rack shaft 15 that is a molded product cannot be released in a stable state, and therefore may be damaged or deformed when released, and may not be removed from the mold 40 in some cases. The rack shaft 15 cannot be detached from the mold 40 unless the rack shaft 15 is detached from the mold 40 with a force larger than the force that the rack shaft 15 is in close contact with the mold 40 and remains in the mold 40. The force with which the rack shaft 15 tries to remain inside the mold 40 is related to factors such as punching resistance and surface roughness. For example, in the case of warm forging, since the rack shaft 15 sandwiched inside the mold 40 at a high temperature is thermally contracted during cooling and solidification, the rack teeth 15 a particularly strongly tighten the rack tooth forming portion 43. On the other hand, since the pressurization is finished when the mold 40 is removed, the rack shaft 15 slightly expands. As a result, even if the surface where the mold 40 and the rack shaft 15 are in contact with each other is formed smoothly, the thermal contraction and thermal expansion of each member of the rack shaft 15 are related. It becomes difficult to remove from. For this reason, when releasing the rack shaft 15 from the mold 40, it is necessary to provide a draft angle in order to remove the rack shaft 15 from the mold 40 without causing damage or deformation of the rack shaft 15. The draft is determined in consideration of material characteristics such as the shrinkage rate of the material, the shape of the molded product or the mold, molding conditions, and the like.
上型４１にはラック歯成形部４３があるのに比べて、下型４２には、円弧部成形部４５が設けられているだけである。このため、下型４２とブランク３０との接触面積に比べて、上型４１とブランク３０との接触面積は大きい。接触面積が大きいほど、抜き抵抗は大きくなるため、下型４２を抜くのに比べて上型４１を抜くのは容易でない。このため、下型４２にも増して、上型４１の抜き抵抗は低減されることが好ましい。そのため、下型４２の第２テーパ面成形部４６の勾配に比べて、上型４１の第１テーパ面成形部４４の勾配は大きく設定されている。これに対応して、ラックシャフト１５の第２テーパ面２３の勾配よりも第１テーパ面２２の勾配は大きくなる。なお、ラック歯１５ａはラックシャフト１５に比べて小さく、その抜き抵抗も小さいことが想定されるが、ラック歯成形部４３の歯形にも抜き勾配が設けられていることが好ましい。また、抜き勾配は、ラックシャフト１５を抜きやすくするためだけでなく、ラックシャフト１５と当接する上型４１および下型４２のくぼみの表面の磨耗も抑制する効果がある。 Compared with the rack tooth forming portion 43 in the upper die 41, the arc shape forming portion 45 is only provided in the lower die 42. For this reason, compared with the contact area of the lower mold | type 42 and the blank 30, the contact area of the upper mold | type 41 and the blank 30 is large. The larger the contact area, the larger the pulling resistance. Therefore, it is not easy to remove the upper die 41 as compared to removing the lower die 42. For this reason, it is preferable that the pulling resistance of the upper die 41 is reduced as compared with the lower die 42. Therefore, the gradient of the first tapered surface molding portion 44 of the upper die 41 is set to be larger than the gradient of the second tapered surface molding portion 46 of the lower die 42. Correspondingly, the gradient of the first tapered surface 22 is larger than the gradient of the second tapered surface 23 of the rack shaft 15. It is assumed that the rack teeth 15a are smaller than the rack shaft 15 and have a low extraction resistance, but it is preferable that the tooth profile of the rack tooth forming portion 43 is also provided with a draft angle. Further, the draft angle is effective not only for facilitating removal of the rack shaft 15 but also for suppressing wear on the surface of the recesses of the upper die 41 and the lower die 42 that come into contact with the rack shaft 15.
このように構成されている上型４１と下型４２とを使用して、ブランク３０の鍛造が行われる。この鍛造を行うに際しては、まず、ブランク３０を、その材質に応じて設定される温間鍛造に適した温度まで加熱する。そして、上型４１を開いた状態で、この加熱されたブランク３０を下型４２の円弧部成形部４５に配置する。 Forging of the blank 30 is performed using the upper die 41 and the lower die 42 thus configured. When performing this forging, first, the blank 30 is heated to a temperature suitable for warm forging set according to the material. Then, the heated blank 30 is placed on the arc portion forming portion 45 of the lower die 42 with the upper die 41 opened.
続いて、上型４１を下型４２へ向けて移動させる。これに伴い、ラック歯成形部４３がブランク３０の上部（下型４２のくぼみから露出する部分）へと近接し、やがてラック歯成形部４３は、第１括れ部３１および第２括れ部３３よりも径の大きい、第３括れ部３７に当接する。 Subsequently, the upper mold 41 is moved toward the lower mold 42. Along with this, the rack tooth forming portion 43 comes close to the upper portion of the blank 30 (the portion exposed from the recess of the lower mold 42), and the rack tooth forming portion 43 eventually becomes longer than the first constricted portion 31 and the second constricted portion 33. Also comes into contact with the third constricted portion 37 having a large diameter.
この状態で加圧装置により上型４１を下型４２にさらに近接させて加圧する。すると、まず径の大きい第３括れ部３７がラック歯成形部４３によって、塑性変形され始める。当該塑性変形に伴い、ラック歯１５ａが成形されてくると、ブランク３０の第３括れ部３７に対応した部分の断面積は減ってくる。上型４１が下型４２に近接するにつれて第３括れ部３７の断面積が徐々に小さくなり、やがてラック歯成形部４３は第２括れ部３３に当接する。さらなる加圧に伴い、ラック歯成形部４３により第２括れ部３３にラック歯１５ａが成形されるにつれて、ブランク３０の第２括れ部３３に対応した部分の断面積が減ってくる。 In this state, the upper die 41 is further brought closer to the lower die 42 by the pressurizing device and pressurized. Then, first, the third constricted portion 37 having a large diameter starts to be plastically deformed by the rack tooth forming portion 43. When the rack teeth 15a are formed along with the plastic deformation, the cross-sectional area of the portion corresponding to the third constricted portion 37 of the blank 30 decreases. As the upper die 41 approaches the lower die 42, the cross-sectional area of the third constricted portion 37 gradually decreases, and the rack tooth forming portion 43 eventually comes into contact with the second constricted portion 33. As the rack teeth 15a are formed on the second constricted portion 33 by the rack tooth forming portion 43 with further pressurization, the cross-sectional area of the portion corresponding to the second constricted portion 33 of the blank 30 decreases.
ここで、第３括れ部３７および第２括れ部３３にラック歯１５ａが成形される際、ラック歯成形部４３により押しのけられる材料は軸ｍ方向に移動する。具体的には、第３括れ部３７において押しのけられる材料は図３（ａ）左方の第１括れ部３１へ向けて、第２括れ部３３において押しのけられる材料は図３（ａ）右方の第１括れ部３１へ向けてそれぞれ流れ込む。 Here, when the rack teeth 15a are formed in the third constricted portion 37 and the second constricted portion 33, the material pushed away by the rack tooth forming portion 43 moves in the axis m direction. Specifically, the material pushed away at the third constricted portion 37 is directed toward the first constricted portion 31 on the left side of FIG. 3A, and the material pushed away at the second constricted portion 33 is shown on the right side of FIG. Each flows toward the first constricted portion 31.
この後、さらに加圧されて上型４１が閉じるタイミングで、第３括れ部３７および第２括れ部３３にラック歯１５ａが形成される。
なお、上型４１と下型４２に挟まれる部分であるブランク３０における第２拡径部３４から第４拡径部３８までの間の部分の体積は、上型４１が閉じた状態（上型４１と下型４２とが互いに接した状態）で上型４１と下型４２の間にできる空間（くぼみ）の体積よりも、わずかに大きく設定される。そのため、上型４１と下型４２を十分に加圧することで、ブランク３０における体積の大きい軸部から、体積の小さい軸部へと材料が流れ込むことにより、体積の小さい部分の材料が足りなくなることが抑制される。そのため、ラック歯１５ａをより確実に形成することができる。また、上型４１が閉じるタイミングで、上型４１と下型４２との間のくぼみがブランク３０の塑性変形により満たされることにより、円弧部２１、第１テーパ面２２、および第２テーパ面２３がそれぞれ成形される。
Thereafter, the rack teeth 15 a are formed in the third constricted portion 37 and the second constricted portion 33 at a timing when the upper die 41 is further pressurized and closed.
In addition, the volume of the part between the 2nd enlarged diameter part 34 in the blank 30 which is a part pinched | interposed by the upper mold | type 41 and the lower mold | type 42 to the 4th enlarged diameter part 38 is a state (upper mold | type) 41 and the lower mold 42 are in contact with each other), and the volume of the space (recess) formed between the upper mold 41 and the lower mold 42 is set slightly larger. Therefore, by sufficiently pressurizing the upper mold 41 and the lower mold 42, the material flows from the shaft portion with a large volume in the blank 30 to the shaft portion with a small volume, so that the material of the portion with a small volume becomes insufficient. Is suppressed. Therefore, the rack teeth 15a can be formed more reliably. In addition, when the upper mold 41 is closed, the recess between the upper mold 41 and the lower mold 42 is filled by plastic deformation of the blank 30, so that the arc portion 21, the first tapered surface 22, and the second tapered surface 23 are filled. Are molded respectively.
ところで、ブランク３０における上型４１と下型４２に挟まれる部分の体積は、上型４１と下型４２の間にできる空間の体積よりもわずかに大きいため、十分に加圧されると、ブランク３０の材料はわずかに余る。このブランク３０の材料の余りが、上型４１と下型４２との境界部分に進入することにより、余肉２４が形成される。ブランク３０の材料の余りはわずかになるように設定されるため、余肉２４はわずかにしか成形されない。さらに、余肉２４が成形されうる第１テーパ面２２と第２テーパ面２３が交わる部分は、輪郭線２５よりも内側に形成されるため、余肉２４が形成されたとしても輪郭線２５から外側へはみ出すことが抑制される。 By the way, the volume of the portion sandwiched between the upper mold 41 and the lower mold 42 in the blank 30 is slightly larger than the volume of the space formed between the upper mold 41 and the lower mold 42. Thirty materials are slightly left over. The remainder of the material of the blank 30 enters the boundary portion between the upper die 41 and the lower die 42, whereby the surplus thickness 24 is formed. Since the remainder of the material of the blank 30 is set to be small, the surplus thickness 24 is formed only slightly. Furthermore, the portion where the first taper surface 22 and the second taper surface 23 where the surplus wall 24 can be formed is formed on the inner side of the contour line 25. Therefore, even if the surplus wall 24 is formed, the contour line 25 Protruding outside is suppressed.
次に、制御冷却が行われる。成形工程における温間鍛造によって、ラックシャフト１５は熱されている。このため、たとえば成形工程後のラックシャフト１５に冷却水を供給することにより、ラックシャフト１５を冷却して温度を下げる。 Next, controlled cooling is performed. The rack shaft 15 is heated by warm forging in the forming process. For this reason, for example, by supplying cooling water to the rack shaft 15 after the molding process, the rack shaft 15 is cooled to lower the temperature.
次に、歪取りがなされる。歪取りには機械的な方法や熱処理的な方法があり、いずれの方法を採用してもよい。歪取りを行うことにより、鍛造により成形されたラックシャフト１５の強度を高めることができる。また、ラックシャフト１５内の内部応力を除去することもできる。以上でラックシャフト１５の製造が完了となる。 Next, the distortion is removed. There are a mechanical method and a heat treatment method for strain relief, and either method may be adopted. By removing the strain, the strength of the rack shaft 15 formed by forging can be increased. Also, internal stress in the rack shaft 15 can be removed. Thus, the manufacture of the rack shaft 15 is completed.
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）従来のラックシャフトの製造方法によれば、温間鍛造などの成形工程、余肉を除去するトリム工程、制御冷却、切削や研磨による余肉除去工程、および歪取り工程の５工程が必要であった。本実施形態では、鍛造により形成される余肉２４は、ラックシャフト１５を軸方向から見たときの輪郭線２５の範囲内に存在する。このため、ラックシャフト１５を使用する際に余肉２４が邪魔にならない。したがって、括れ工程、成形工程、制御冷却、歪取り工程の４工程によってラックシャフト１５を製造することができる。そのため、ラックシャフト１５をより少ない工程で製作することが可能となる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) According to the conventional method for manufacturing a rack shaft, there are five steps including a molding step such as warm forging, a trim step for removing surplus, a control cooling, a surplus removal step by cutting and polishing, and a strain removing step. It was necessary. In the present embodiment, the surplus wall 24 formed by forging exists within the range of the contour line 25 when the rack shaft 15 is viewed from the axial direction. For this reason, when the rack shaft 15 is used, the excess wall 24 does not get in the way. Therefore, the rack shaft 15 can be manufactured through four steps of a constriction process, a molding process, a controlled cooling process, and a distortion removing process. Therefore, the rack shaft 15 can be manufactured with fewer steps.
（２）従来、鍛造をする前に切削や研磨などの表面加工（いわゆるピーリング）を行った鍛造素材を用いて鍛造を行っていた。この工程を省いた場合、鍛造素材の表面の傷などにより設計通りに成形できない場合や、金型４０に傷が入るおそれがあった。また、表面加工を行った鍛造素材は、表面加工を行っていないものよりも高価である。 (2) Conventionally, forging has been performed using a forging material that has been subjected to surface processing (so-called peeling) such as cutting and polishing before forging. If this step was omitted, there was a risk that the mold 40 could not be molded as designed due to scratches on the surface of the forging material or the mold 40 was damaged. Moreover, the forging material which performed the surface processing is more expensive than the thing which does not perform the surface processing.
本実施形態では、表面加工の工程を省く代わりに括れ工程を行っている。これによって、鍛造前にブランク３０の体積調整と共に表面状態を整えることができる。そのため、鍛造素材の表面粗さ、表面形状などを問わない。また、括れ工程を通じてブランク３０の体積調整が行われることによって、鍛造によって発生する余肉２４の量を低減することができる。 In the present embodiment, a constricting process is performed instead of omitting the surface processing process. Thus, the surface state can be adjusted together with the volume adjustment of the blank 30 before forging. Therefore, the surface roughness, surface shape, etc. of the forging material are not asked. Moreover, the volume of the blank 30 produced | generated by forging can be reduced by performing volume adjustment of the blank 30 through a constriction process.
さらに、従来であればブランクとしてその全長にわたって同径の棒材を用いていたが、本例では鍛造素材を括れさせるため同径の棒材でなくてもよい。たとえばある部分から端に向けて拡径するような棒材を鍛造素材として用いる場合には、ある部分を第１括れ部３１として設定すれば、ある部分の径が他の部分より小さい素材であっても鍛造素材として用いることができる。この場合、拡径した部分と同径の棒材を切削してブランク３０を形成する場合と比べて、切削する部分も減らすことができる。そのため、材料の節約が可能となる。また、ピーリングなどの表面加工が施されていない鍛造素材を用いればよいため、より安価な鍛造素材を使用でき、材料費を抑えることができる。 Furthermore, in the past, a bar having the same diameter was used as the blank over the entire length, but in this example, the bar may not be the same diameter in order to bundle the forging material. For example, when using a bar that expands from one part to the end as a forging material, if one part is set as the first constricted part 31, the diameter of a part is smaller than the other part. Even it can be used as a forging material. In this case, the portion to be cut can be reduced as compared with the case where the blank 30 is formed by cutting a rod having the same diameter as the enlarged portion. Therefore, material saving is possible. Moreover, since it is sufficient to use a forging material that has not been subjected to surface processing such as peeling, a cheaper forging material can be used, and the material cost can be reduced.
（３）ブランク３０における上型４１と下型４２に挟まれる部分の体積は、上型４１と下型４２の間にできる空間の体積よりもわずかに大きい。このため、上型４１が十分に加圧されるとき、ブランク３０の材料はわずかに余る。余肉２４は形成されなくてもよいが、ほぼ確実に余肉２４が成形されるようにブランク３０の体積を設定してもよい。このようにすれば、余肉２４が十分に成形されていない、若しくは余肉２４が全く成形されていない場合には、ブランク３０が図３（ａ）に示すようなラックシャフト１５の形状に形成されていない、もしくは金型４０に傷ができている、などの異常を発見する目安として余肉２４を用いることが可能である。 (3) The volume of the portion sandwiched between the upper mold 41 and the lower mold 42 in the blank 30 is slightly larger than the volume of the space formed between the upper mold 41 and the lower mold 42. For this reason, when the upper mold | type 41 is fully pressurized, the material of the blank 30 will remain slightly. The surplus thickness 24 may not be formed, but the volume of the blank 30 may be set so that the surplus thickness 24 is formed almost certainly. In this way, when the surplus 24 is not sufficiently molded or when the surplus 24 is not molded at all, the blank 30 is formed in the shape of the rack shaft 15 as shown in FIG. It is possible to use the surplus meat 24 as a guideline for finding abnormalities such as not being done or the mold 40 being scratched.
なお、本実施形態は次のように変更してもよい。なお、以下の他の実施の形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・図３（ｂ）に示すように、第１テーパ面２２は、曲面のテーパ面２２ａであってもよい。その場合、抜き抵抗を低減するために、曲面は輪郭線２５の径方向外側に凸となるような曲率であることが好ましい。なお、第２テーパ面２３も同様である。
In addition, you may change this embodiment as follows. The following other embodiments can be combined with each other within a technically consistent range.
As shown in FIG. 3B, the first tapered surface 22 may be a curved tapered surface 22a. In this case, it is preferable that the curved surface has a curvature that is convex outward in the radial direction of the contour line 25 in order to reduce punch resistance. The same applies to the second tapered surface 23.
・テーパ面を１つだけ設けてもよい。この場合、少なくとも第１テーパ面２２を設けることが好ましい。抜き抵抗が比較的小さい第２テーパ面２３は設けられなくてもよい。なお、テーパ面は抜き方向（たとえば図５の上下方向）に対して平行に設けられることは好ましくない。 -Only one taper surface may be provided. In this case, it is preferable to provide at least the first tapered surface 22. The 2nd taper surface 23 with comparatively small extraction resistance does not need to be provided. In addition, it is not preferable that the tapered surface is provided in parallel to the drawing direction (for example, the vertical direction in FIG. 5).
・本実施形態では、第１および第２テーパ面２２，２３を設けたが、テーパ面は３つ以上設けられてもよい。その場合も、余肉２４は上型４１と下型４２の境界に形成されるので、輪郭線２５の内側に余肉２４が入るように各テーパ面の傾斜が設定されることが好ましい。 In the present embodiment, the first and second tapered surfaces 22 and 23 are provided, but three or more tapered surfaces may be provided. Also in this case, since the surplus thickness 24 is formed at the boundary between the upper mold 41 and the lower mold 42, it is preferable that the inclination of each tapered surface is set so that the surplus thickness 24 enters the inside of the contour line 25.
・本実施形態では、第２テーパ面２３よりも第１テーパ面２２の傾きを大きく設定したが、等しく設定してもよい。さらに、抜き抵抗を十分に低減できるなら、第１テーパ面２２よりも第２テーパ面２３の傾きを大きく設定してもよい。 -In this embodiment, although the inclination of the 1st taper surface 22 was set larger than the 2nd taper surface 23, you may set equally. Furthermore, the inclination of the second taper surface 23 may be set larger than that of the first taper surface 22 if the punching resistance can be sufficiently reduced.
・本実施形態では、ブランク３０の各括れ部３１，３３，３７および各軸部３５，３９の外径Ｄ１〜Ｄ４の大小関係は、製品仕様などの設計によって、適宜に設定してもよい。ただし、外径Ｄ４よりも外径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は小さいほうが好ましい。また、ブランク３０の拡径部は４つ設けられているが、５つ以上設けられてもよい。また、ブランク３０は括れ工程を経ずに、従来と同じピーリングなどの表面加工が施された鍛造素材から成形されてもよく、この場合であってもトリム工程および余肉除去工程は減らすことができる。 -In this embodiment, you may set suitably the magnitude relationship of the outer diameters D1-D4 of each constriction part 31,33,37 of the blank 30, and each axial part 35,39 by design, such as a product specification. However, the outer diameters D1, D2, and D3 are preferably smaller than the outer diameter D4. Moreover, although the four enlarged diameter parts of the blank 30 are provided, five or more may be provided. In addition, the blank 30 may be formed from a forging material that has been subjected to the same surface processing as the conventional peeling without passing through the constricting process, and even in this case, the trim process and the surplus removal process may be reduced. it can.
・本実施形態のラックシャフト１５はテーパラックであることが好ましい。
・本実施形態では、ラックシャフト１５をステアリング装置１に適用したが、ラックシャフト１５の用途はステアリング装置１に限らない。
-It is preferable that the rack shaft 15 of this embodiment is a taper rack.
In the present embodiment, the rack shaft 15 is applied to the steering device 1, but the use of the rack shaft 15 is not limited to the steering device 1.
次に前記実施形態から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）前記棒状素材に括れを形成する工程を有し、前記成形工程では前記括れを有する棒状素材が使用される。
Next, the technical idea that can be grasped from the embodiment will be added below.
(A) A step of forming a constriction on the rod-shaped material, and the rod-shaped material having the constriction is used in the forming step.
この構成によれば、鍛造前にブランク３０の体積調整と共に表面状態を整えることができる。また、鍛造によって発生する余肉２４の量を低減することができる。 According to this configuration, the surface state can be adjusted together with the volume adjustment of the blank 30 before forging. Further, the amount of surplus wall 24 generated by forging can be reduced.
１…ステアリング装置、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト、１２…コラムシャフト、１３…インターミディエイトシャフト、１４…ピニオンシャフト、１４ａ…ピニオン歯、１５…ラックシャフト、１５ａ…ラック歯、１６…第１ラックアンドピニオン機構、１７…タイロッド、１８…転舵輪、２０…ラック歯部、２１…円弧部、２２…第１テーパ面（抜き勾配部）、２３…第２テーパ面（抜き勾配部）、２４…余肉、２５…輪郭線（仮想円）、２６…受け部材、３０…ブランク、３１…第１括れ部、３２…第１拡径部、３３…第２括れ部、３４…第２拡径部、３５…第１軸部、３６…第３拡径部、３７…第３括れ部、３８…第４拡径部、３９…第２軸部、４０…金型、４１…上型、４２…下型、４３…ラック歯成形部、４４…第１テーパ面成形部、４５…円弧部成形部、４６…第２テーパ面成形部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering device, 10 ... Steering wheel, 11 ... Steering shaft, 12 ... Column shaft, 13 ... Intermediate shaft, 14 ... Pinion shaft, 14a ... Pinion tooth, 15 ... Rack shaft, 15a ... Rack tooth, 16 ... First Rack and pinion mechanism, 17 ... tie rod, 18 ... steered wheel, 20 ... rack tooth part, 21 ... arc part, 22 ... first taper surface (draft slope part), 23 ... second taper surface (draft slope part), 24 ... surplus, 25 ... contour (imaginary circle), 26 ... receiving member, 30 ... blank, 31 ... first constricted part, 32 ... first enlarged part, 33 ... second constricted part, 34 ... second enlarged diameter 35, 1st shaft part, 36 ... 3rd enlarged diameter part, 37 ... 3rd constricted part, 38 ... 4th enlarged diameter part, 39 ... 2nd axial part, 40 ... metal mold | die, 41 ... upper mold | type, 42 ... Lower mold, 43 ... Rack teeth Parts, 44 ... first tapered surface forming portion, 45 ... arc portion forming portion, 46 ... second tapered surface forming portion.
Claims (8)
前記ラック歯が形成されている部分を前記軸方向に直交する平面で切断した断面の輪郭形状は、
中心角が平角よりも小さい角度に設定されている円弧部と、
前記円弧部に対してその中心を間に挟む反対側に設けられて前記軸方向に交わる方向へ延びる前記ラック歯と、
前記円弧部と前記ラック歯との両端間をそれぞれ接続する接続部と、により閉じた線形状をなし、
前記接続部は、前記円弧部を含む仮想円の径方向における外側へ凸となる抜き勾配部を含み、当該抜き勾配部の頂点は前記仮想円の内側に位置しているラックシャフト。 In the rack shaft in which the rack teeth are die-forged over a certain range along the axial direction,
The contour shape of the cross section obtained by cutting the portion where the rack teeth are formed by a plane orthogonal to the axial direction is as follows:
An arc portion whose center angle is set to an angle smaller than a flat angle;
The rack teeth provided on the opposite side of the arc portion with the center therebetween and extending in the direction intersecting the axial direction;
A connecting line that connects both ends of the arc part and the rack teeth, respectively, forms a closed line shape,
The connection portion includes a draft portion that protrudes outward in a radial direction of a virtual circle including the arc portion, and a vertex of the draft portion is a rack shaft positioned inside the virtual circle.
前記接続部は、前記円弧部と前記ラック歯とを結ぶ直線より外側に位置しているラックシャフト。 The rack shaft according to claim 1, wherein
The connecting portion is a rack shaft positioned outside a straight line connecting the arc portion and the rack teeth.
前記抜き勾配部はテーパ面を含み、
前記テーパ面は型の抜き方向に向かうにつれて前記円弧部の中心を含み、かつ前記ラック歯に交わる平面に近接するように傾斜しているラックシャフト。 The rack shaft according to claim 1 or 2,
The draft angle portion includes a tapered surface;
The taper surface includes a center of the arc portion as it goes in a mold drawing direction and is inclined so as to be close to a plane intersecting the rack teeth.
前記テーパ面は曲面を含み、
前記曲面は前記仮想円の径方向における外側へ凸となる曲率を有しているラックシャフト。 The rack shaft according to claim 3,
The tapered surface includes a curved surface,
The rack shaft, wherein the curved surface has a curvature that is convex outward in the radial direction of the virtual circle.
前記テーパ面は、前記ラック歯側の第１のテーパ面と、前記円弧部側の第２のテーパ面とを含み、
前記抜き勾配部の頂点は、前記第１のテーパ面と前記第２のテーパ面とが交わる部分であるラックシャフト。 The rack shaft according to claim 3 or 4,
The tapered surface includes a first tapered surface on the rack tooth side and a second tapered surface on the arc portion side,
The apex of the draft portion is a rack shaft that is a portion where the first tapered surface and the second tapered surface intersect.
前記第１のテーパ面は前記第２のテーパ面よりも、前記円弧部の中心を含み、かつ前記ラック歯に交わる平面に対する傾きが大きく設定されているラックシャフト。 The rack shaft according to claim 5, wherein
The rack shaft, wherein the first tapered surface includes a center of the arc portion and has a larger inclination with respect to a plane intersecting the rack teeth than the second tapered surface.
前記抜き勾配部の頂点に余肉が形成され、
前記余肉は前記仮想円の内側に位置しているラックシャフト。 In the rack shaft as described in any one of Claims 1-6,
A surplus is formed at the apex of the draft portion,
The extra shaft is a rack shaft located inside the virtual circle.
前記ラック歯に対応する歯型列が設けられた第１の成形面を有する第１の金型と、前記第１の成形面に対向する第２の成形面を有する第２の金型との間に棒状素材を配置した状態で、前記第１の金型と前記第２の金型とを互いに近接させて、
前記棒状素材を前記第１の成形面と前記第２の成形面とで圧縮変形させることにより、前記棒状素材に前記歯型列に対応するラック歯を成形する成形工程を含み、
前記第１の成形面は、前記棒状素材の周方向における前記ラック歯の両隣りにそれぞれ第１のテーパ面を形成するための第１のテーパ面成形部を有し、前記第２の成形面は、前記ラック歯の両隣りの第１のテーパ面にそれぞれ交わる第２のテーパ面を形成するための第２のテーパ面成形部を有し、
前記第１のテーパ面成形部および前記第２のテーパ面成形部は、それぞれ金型の抜き方向へ向かうにつれて互いに近接するように傾斜する２つの斜面を有し、
第１のテーパ面成形部の斜面と、第２のテーパ面成形部の斜面とは、第１の金型と第２の金型とを閉じたときのそれらの境界で交わるとともに、当該交わる部分は、
第１および第２の成形面により規定されるラックシャフトの輪郭形状における円弧部を含む仮想円の内側に位置する、
ラックシャフトの製造方法。 In the forging method of the rack shaft having rack teeth,
A first mold having a first molding surface provided with a tooth mold row corresponding to the rack teeth, and a second mold having a second molding surface opposite to the first molding surface With the rod-shaped material disposed between them, the first mold and the second mold are brought close to each other,
Including a molding step of molding rack teeth corresponding to the tooth pattern row on the rod-shaped material by compressively deforming the rod-shaped material on the first molding surface and the second molding surface;
The first molding surface has first taper surface molding portions for forming first taper surfaces on both sides of the rack teeth in the circumferential direction of the rod-shaped material, and the second molding surface. Has a second taper surface molding portion for forming a second taper surface that intersects the first taper surfaces on both sides of the rack teeth,
The first taper surface molding portion and the second taper surface molding portion each have two inclined surfaces that are inclined so as to approach each other as they go in the mold drawing direction,
The slope of the first taper surface molding part and the slope of the second taper surface molding part intersect at the boundary between the first mold and the second mold when they are closed, and the intersecting part. Is
Located inside the virtual circle including the arc portion in the contour shape of the rack shaft defined by the first and second molding surfaces,
A method for manufacturing a rack shaft.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2018024901A (en) * | 2016-08-08 | 2018-02-15 | 株式会社ジェイテクト | Manufacturing method of rack shaft, and heat treatment device for conducting heat treatment on work used for manufacturing rack shaft |
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