JP6511751B2 - Rack shaft and method of manufacturing rack shaft - Google Patents
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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 of 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 movement transmitted from the steering wheel to the steering shaft is converted into linear movement of the rack shaft by meshing the pinion teeth provided on the pinion shaft with the rack teeth provided on the rack shaft. The turning angle of the turning wheel changes in conjunction with the rack shaft. For example, as described in Patent Document 1, rack shafts are formed with rack teeth by forging solid bars 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, the solid bar is sandwiched in the space between the upper and lower dies. At this time, excess solid material is generated at the joint of the upper and lower molds of the solid bar by the solid bar protruding from the joint of the mold and the mold. The excess thickness formed on the rack shaft is removed by the cutting blade in the trimming process because it becomes an obstacle in using the rack shaft. Although there is a demand for improving the productivity of racks, this trimming process has been a factor that hinders the reduction of the number of manufacturing steps of rack shafts.
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。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a rack shaft capable of reducing the number of manufacturing steps.
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。 A rack shaft that can achieve the above object is a rack shaft in which rack teeth are die forged over a certain range along the axial direction, and a portion where the rack teeth are formed is cut in a plane orthogonal to the axial direction The contour shape of the cross section is formed by the following. That is, an arc portion whose central angle is set to be smaller than a flat angle, and the rack teeth provided on the opposite side of the arc portion sandwiching the center thereof and extending in the direction intersecting the axial direction; A closed line shape is formed by the connection portions respectively connecting between the arc portion and the rack teeth. The connection portion includes a drafted portion which is convex outward in the radial direction of a virtual circle including the arc portion, and a vertex of the drafted 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, the excess thickness is formed outside the virtual circle when the excess thickness is formed by die forging at the connection portion. Can be suppressed. In the case where the extra thickness is formed inside the imaginary circle, it is possible to further reduce the number of manufacturing processes because it is not necessary to cut and remove the excess thickness.
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 be located outside a straight line connecting the arc portion and the rack teeth.
According to this configuration, since the connection portion is provided to be inclined with respect to the removal 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 drafting portion includes a tapered surface, and the tapered surface includes a center of the arc portion as it goes in the die-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 angle 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, the drawing resistance can be reduced as compared with the case where the tapered surface or the curved surface is not provided. Therefore, the 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 side of the rack teeth and a second tapered surface on the side of the arc portion. The apex of the drafted 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, tapered surfaces can be provided on the upper and lower dies, respectively. Therefore, since the drawing resistance at the time of removing the forged rack shaft from the upper mold and the lower mold can be reduced, respectively, the rack shaft can be more reliably removed from the mold.
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 includes a center of the arc portion and a larger inclination with respect to a plane intersecting the rack teeth than the second tapered surface.
According to this configuration, for example, when rack teeth are formed on the upper die, the drawing resistance tends to be larger than that of the lower die, but by setting the inclination of the tapered surface on the upper die side large, the upper It is possible to reduce the punching resistance on the mold side.
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。
Excess thickness is formed at the top of the drafted portion, and the excess thickness is located inside the imaginary circle.
The excess thickness is formed, for example, at the boundary between the upper mold and the lower mold at the connection. Since the connection portion is formed radially inward of the virtual circle, the excess thickness can be reduced to the outside in the radial direction of the virtual circle even when the excess thickness is formed. Furthermore, if a sufficient distance is set between the connection portion and the virtual circle, the excess thickness is formed inside the virtual circle even if the excess thickness is formed. In this case, it is possible to use the rack shaft without cutting the excess thickness.
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 a method of forging a rack shaft having rack teeth, a first mold having a first molding surface provided with a dent pattern row corresponding to the rack teeth, and a second mold facing the first molding surface The first mold and the second mold are brought close to each other while the rod-like material is disposed between the second mold having the molding surface. The rod-like material is compressed and deformed by the first molding surface and the second molding surface to form a rack tooth corresponding to the row of teeth on the rod-like material. The first molding surface has a first taper surface molding portion for forming a first taper surface on both sides of the rack teeth in the circumferential direction of the rod-like material, and the second molding surface And a second tapered surface forming portion for forming a second tapered surface respectively intersecting the first tapered surfaces adjacent to the rack teeth. Each of the first tapered surface forming portion and the second tapered surface forming portion has two slopes inclined so as to approach each other as it goes in the die extraction direction. The slope of the first tapered surface forming portion and the slope of the second tapered surface forming portion intersect at their boundaries when the first mold and the second mold are closed, and the intersecting portion Are located inside of an imaginary circle including an arc portion in the outline shape of the rack shaft defined by the first and second forming 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 which 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 forming portion and the second tapered surface forming portion respectively, the rack shaft is formed with the first tapered surface and the second tapered surface by the forming process. The tapered surface of is formed. The excess thickness formed at the boundary between the first tapered surface and the second tapered surface is formed radially inward of the imaginary circle. Therefore, the excess thickness removing 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 the rack shaft is applied to a steering device of a vehicle 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 has a column shaft 12 connected to the steering wheel 10, an intermediate shaft 13 connected to the lower end of the column shaft 12, and a pinion shaft 14 connected to the lower end of the intermediate shaft 13. ing. The pinion shaft 14 (more precisely, its pinion teeth 14a) is in mesh with the rack shaft 15 (more precisely, its rack teeth 15a) extending in the direction intersecting the pinion shaft 14. Therefore, the rotational movement of the steering shaft 11 is converted into an axial reciprocating linear movement of the rack shaft 15 via the rack and pinion mechanism 16 consisting of the pinion shaft 14 and the rack shaft 15. The reciprocating linear motion is transmitted to the left and right steered wheels 18 via tie rods 17 respectively connected to both ends of the rack shaft 15, whereby the turning angle of the steered wheels 18 is changed.
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 of, for example, carbon steel into a solid substantially cylindrical round rod. Rack teeth 20 are formed on the circumferential surface of the rack shaft 15. The rack teeth 20 are 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 in line in the axial direction m.
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. There is. The arc portion 21 is provided over the entire formation range R of the rack tooth portion 20 in the axial m direction 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 in the plane orthogonal to the axis | shaft m is circular. When the rack shaft 15 is viewed in the axial direction, the contour of the arc portion 21 matches the contour of the cross-sectional shape of the rack tooth portion 20. The arc portion 21 corresponds to the shape of the receiving member 26 for holding the rack shaft 15, as shown by a two-dot chain line in FIG. 3A. 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 at most 180 degrees, for example, approximately 140 degrees.
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 tapered surface 22, a second tapered surface 23, and an excess thickness 24 are provided between both ends of the arc portion 21 and the rack tooth portion 20, respectively. The first tapered surface 22 is continuous with the rack teeth 20 via a curved surface. The first tapered surface 22 is inclined radially outward in the circumferential direction of the rack shaft 15 as it goes away from the rack teeth 20. The second tapered surface 23 connects the arc portion 21 and the first tapered surface 22 in the circumferential direction of the rack shaft 15. The second tapered surface 23 is inclined radially outward in the circumferential direction of the rack shaft 15 as the distance from the arc portion 21 increases. That is, the first tapered surface 22 and the second tapered surface 23 have such a gradient as to radially expand. A first tapered surface 22 and a second tapered 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 inclined more than the second tapered surface 23. That is, the angle between the virtual plane P and the first tapered surface 22 with reference to a virtual plane P extending in the vertical direction in FIG. 3A (the direction in which the mold 40 is pulled upward and downward) passing through the axis m. Is set to be larger than the angle between 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 excess 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 thickness 24 slightly protrudes outward in the radial direction of the rack shaft 15. In addition, the excess thickness 24 extends along the axis m corresponding to the area where the rack teeth 20 of the rack shaft 15 are provided. When viewed from the direction of the axis m of the rack shaft 15, the first tapered surface 22, the second tapered surface 23, and the excess thickness 24 exist inside the outline 25 of the region (cylindrical 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 of manufacturing the rack shaft 15 will be described.
The process of manufacturing the rack shaft 15 includes a constricting process, a forming process (forging), a controlled cooling, and a strain 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 the manufacture of the rack shaft 15, a necking process is first performed. This narrowing process is performed on the portion of the rack shaft 15 where the rack teeth 20 are provided.
As shown in FIG. 4, in the constriction step, a round bar material having an outer diameter D4 is turned, for example, to form a blank 30 having a plurality of portions with different outer diameters. In the blank 30, a first constricted portion 31 is provided in the vicinity of the center of the formation range R of the rack tooth portion 20. Further, in the blank 30, the first enlarged diameter portion 32, the second narrowed portion 33, the second enlarged diameter portion 34, and the first shaft portion 35 are provided on the left side in the drawing with reference to the first narrowed portion 31. It is provided in order. Further, in the blank 30, the third enlarged diameter portion 36, the third narrowed portion 37, the fourth enlarged diameter portion 38, and the second shaft portion 39 are provided in the right portion in the drawing with reference to the first narrowed portion 31. It is provided in order. The outer diameter of the first narrow portion 31 is set to be the smallest in the blank 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 narrowed portion 31 is connected to the second narrowed portion 33 via the first enlarged diameter portion 32. The outer diameter D2 of the second narrowed portion 33 is larger than the outer diameter D1 of the first narrowed portion 31. The first enlarged diameter portion 32 expands from the outer diameter D1 to the outer diameter D2 as it goes leftward in the axial direction m. The second narrowed 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 expands from the outer diameter D2 to the outer diameter D4 as it goes leftward in the axial direction m.
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。 In addition, the first narrow portion 31 is connected to the third narrow 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 enlarged diameter portion 36 is expanded in diameter from the outer diameter D1 to the outer diameter D3. The third narrowed portion 37 is connected to the second shaft portion 39 via the fourth enlarged diameter portion 38. The fourth enlarged diameter portion 38 is expanded in diameter 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 which are out of the forming range R of the rack tooth portion 20, respectively, and are portions where turning or the like is not performed. Further, the outer diameter D2 and the outer diameter D3 are appropriately set according to the design requirements. The same applies to the gradients of the first to fourth diameter-increasing portions 32, 34, 36, 38. The appropriate gradients are 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 by using a material such as a round bar after surface processing called peeling as a blank. This is to remove scratches and surface defects on the surface of the material. In this respect, in the present example, a constricting step 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, warm forging with the mold 40 is performed in the present embodiment. 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 mold 41 (the surface facing the lower mold 42). A rack tooth forming portion 43 and a first tapered surface forming portion 44 are provided in the recess of the upper mold 41. The rack tooth forming portion 43 has a tooth shape having an inverted shape corresponding to the plurality of rack teeth 15 a arranged in the axial m direction of the rack shaft 15. The first tapered surface forming portion 44 has two slopes corresponding to the two first tapered surfaces 22 of the rack shaft 15. The two slopes of the first tapered surface forming portion 44 are provided so as to be located inside the contour 25. The two slopes of the first tapered surface forming portion 44 are inclined in a direction away from each other as it goes to the opening of the recess. The first tapered surface forming portion 44 acts as a draft when removing the rack shaft 15 from the upper mold 41. Similarly to the upper mold 41, the lower mold 42 is provided with a substantially arc-shaped recess corresponding to the rack shaft 15 on the upper surface (surface facing the upper mold 41) of the lower mold 42. The recess of the lower mold 42 is provided with an arc-portion molding portion 45 and a second tapered surface molding portion 46. The arc portion forming portion 45 has an arc surface having a central angle θ corresponding to the arc portion 21. The second tapered surface forming portion 46 has two slopes corresponding to the two second tapered surfaces 23 of the rack shaft 15. The two slopes of the first tapered surface forming portion 44 are also provided so as to be located inside the outline 25. The two slopes 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 forming portion 46 acts as a draft when removing the rack shaft 15 from the lower die 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, since the rack shaft 15 which is a molded product can not be released in a stable state if the removal resistance is large, it may not be removed from the mold 40 depending on the case in which it is scratched or deformed during release. The rack shaft 15 can not be removed from the mold 40 unless the rack shaft 15 is in close contact with the mold 40 and the rack shaft 15 is removed from the mold 40 with a force greater than the force that tends to remain inside the mold 40. The force with which the rack shaft 15 tends to remain inside the mold 40 is related to factors such as the pullout resistance and the surface roughness. For example, in the case of warm forging, the rack shaft 15 sandwiched inside the mold 40 at high temperature thermally shrinks upon cooling and solidification, and in particular, the rack teeth 15 a strongly clamp 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 contact is formed smoothly, the heat shrinkage and thermal expansion of each member of the rack shaft 15 are related, and the rack shaft 15 is a mold 40. It becomes difficult to pull out from. For this reason, when removing the rack shaft 15 from the mold 40, it is necessary to provide a draft for removing the rack shaft 15 from the mold 40 without damaging or deforming the rack shaft 15. The draft is determined in consideration of material properties such as the shrinkage rate of the material, the shape of a molded product or a 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 mold 41, the lower mold 42 is only provided with the arc portion forming portion 45. For this reason, compared with the contact area of lower model 42 and blank 30, the contact area of upper model 41 and blank 30 is large. The larger the contact area, the greater the pull-out resistance, so it is not easy to pull out the upper mold 41 as compared to pulling out the lower mold 42. For this reason, it is preferable that the drawing resistance of the upper mold 41 be reduced more than that of the lower mold 42. Therefore, the gradient of the first tapered surface molding portion 44 of the upper mold 41 is set larger than the gradient of the second tapered surface molding portion 46 of the lower die 42. Corresponding to this, the gradient of the first tapered surface 22 is larger than the gradient of the second tapered surface 23 of the rack shaft 15. Although it is assumed that the rack teeth 15a are smaller than the rack shaft 15 and the removal resistance thereof is also smaller, it is preferable that the teeth shape of the rack teeth forming portion 43 be provided with a removal slope. Further, the drafting angle not only makes the rack shaft 15 easy to pull out, but also has the effect of suppressing the wear of the surfaces of the depressions of the upper mold 41 and the lower mold 42 in 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 configured as described above. In performing this forging, first, the blank 30 is heated to a temperature suitable for warm forging set according to the material thereof. Then, in a state where the upper mold 41 is opened, the heated blank 30 is disposed in the arc-portion molding portion 45 of the lower mold 42.
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 die 41 is moved toward the lower die 42. Along with this, the rack tooth forming portion 43 approaches the upper portion of the blank 30 (the portion exposed from the recess of the lower die 42), and eventually, the rack tooth forming portion 43 starts from the first narrow portion 31 and the second narrow portion 33. It abuts on the third constricted portion 37 which is also large in 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 brought closer to the lower die 42 by the pressing device and pressed. Then, the third constricted portion 37 having a large diameter begins to be plastically deformed by the rack tooth forming portion 43. When the rack teeth 15a are formed in accordance with the plastic deformation, the cross-sectional area of the portion corresponding to the third narrow portion 37 of the blank 30 is reduced. 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 abuts on the second constricted portion 33. As the rack teeth 15 a are formed in the second narrow portion 33 by the rack tooth forming portion 43 as the pressure is further increased, the cross-sectional area of the portion corresponding to the second narrow 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 15 a are formed in the third narrow portion 37 and the second narrow portion 33, the material pushed away by the rack tooth forming portion 43 moves in the axial direction m. Specifically, the material pushed in the third narrowing portion 37 is directed to the first narrowing portion 31 on the left in FIG. 3A, and the material pushed in the second narrowing portion 33 is the right in FIG. Each flows into the first narrowing 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 15a are formed on the third constricted portion 37 and the second constricted portion 33 at the timing when the upper die 41 is closed by being further pressurized.
The volume of the portion between the second enlarged diameter portion 34 and the fourth enlarged diameter portion 38 in the blank 30 which is a portion sandwiched between the upper mold 41 and the lower mold 42 is in a state where the upper mold 41 is closed (upper mold It is set slightly larger than the volume of the space (indentation) which can be made between the upper mold 41 and the lower mold 42 in the state where the 41 and the lower mold 42 are in contact with each other). Therefore, by sufficiently pressing the upper mold 41 and the lower mold 42, the material flows from the large-volume axial portion of the blank 30 to the small-volume axial portion, so that the material of the small-volume portion is not sufficient. Is suppressed. Therefore, the rack teeth 15a can be formed more reliably. Further, the concave portion between the upper mold 41 and the lower mold 42 is filled by plastic deformation of the blank 30 at the timing when the upper mold 41 closes, whereby the arc portion 21, the first tapered surface 22, and the second tapered surface 23. 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, since 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, the blank is sufficiently pressurized There are 30 materials left over. An excess thickness of the material of the blank 30 enters the boundary between the upper mold 41 and the lower mold 42 to form the excess thickness 24. Since the material of the blank 30 is set to be small, the excess thickness 24 is formed only slightly. Furthermore, since the portion where the first taper surface 22 and the second taper surface 23 where the excess thickness 24 can be formed is formed inside the outline 25, even if the excess thickness 24 is formed, It is suppressed that it protrudes outside.
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. Therefore, for example, by supplying cooling water to the rack shaft 15 after the forming 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 mechanical methods and heat treatment methods for strain removal, and any method may be adopted. By performing the strain removal, the strength of the rack shaft 15 formed by forging can be enhanced. In addition, internal stress in the rack shaft 15 can also 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 the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) According to the conventional rack shaft manufacturing method, there are five steps of forming processes such as warm forging, trimming processes for removing excess thickness, controlled cooling, excess thickness removal processes by cutting and polishing, and strain removal processes. It was necessary. In the present embodiment, the excess thickness 24 formed by forging is within the range of the outline 25 when the rack shaft 15 is viewed from the axial direction. Therefore, the excess thickness 24 does not disturb the use of the rack shaft 15. Therefore, the rack shaft 15 can be manufactured by four processes of the constricting process, the forming process, the controlled cooling, and the strain removing process. Therefore, it is possible to manufacture the rack shaft 15 in 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 forged material on which surface processing such as cutting or polishing (so-called peeling) has been performed before forging. When this process is omitted, there is a possibility that the mold 40 can not be formed as designed due to a flaw on the surface of the forged material or the like. Moreover, the forged material which surface-treated is more expensive than the thing which is not surface-processed.
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, the constricting step is performed instead of omitting the surface processing step. This enables the surface condition to be adjusted together with the volume adjustment of the blank 30 before forging. Therefore, the surface roughness, surface shape, etc. of the forging material do not matter. In addition, the volume adjustment of the blank 30 is performed through the constriction process, so that the amount of excess thickness 24 generated by forging can be reduced.
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, conventionally, a bar of the same diameter was used as the blank over the entire length as a blank, but in the present example, it is not necessary to be a bar of the same diameter in order to constrict the forging material. For example, in the case of using a bar material that expands in diameter from a certain part to an end as a forging material, if one part is set as the first constricted part 31, the diameter of one part is smaller than the other part. However, it can be used as a forged material. In this case, the portion to be cut can be reduced as compared with the case of forming the blank 30 by cutting the bar having the same diameter as the diameter-expanded portion. Therefore, material savings are possible. In addition, since it is sufficient to use a forged material which has not been subjected to surface processing such as peeling, a cheaper forged material can be used, and the material cost can be suppressed.
（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 of the blank 30 sandwiched between the upper mold 41 and the lower mold 42 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 41 is sufficiently pressurized, the material of the blank 30 slightly remains. The excess thickness 24 may not be formed, but the volume of the blank 30 may be set so that the excess thickness 24 is almost certainly formed. In this way, if the excess thickness 24 is not sufficiently shaped, or if the excess thickness 24 is not shaped at all, the blank 30 is formed into the shape of the rack shaft 15 as shown in FIG. 3A. It is possible to use the surplus 24 as a standard for finding an abnormality such as not being done or having a flaw in the mold 40.
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。
The present embodiment may be modified as follows. The other embodiments described below can be combined with each other as long as no technical contradiction arises.
-As shown in Drawing 3 (b), the 1st taper surface 22 may be taper surface 22a of a curved surface. In that case, in order to reduce the pullout resistance, it is preferable that the curved surface has a curvature that is convex outward in the radial direction of the contour line 25. In addition, the 2nd taper surface 23 is also the same.
・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 tapered surface may be provided. In this case, at least the first tapered surface 22 is preferably provided. The second tapered surface 23 having a relatively low pullout resistance may not be provided. It is not preferable that the tapered surface be provided in parallel to the extraction 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 excess thickness 24 is formed at the boundary between the upper die 41 and the lower die 42, it is preferable to set the inclination of each tapered surface so that the excess thickness 24 enters inside the outline 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 the present embodiment, the inclination of the first tapered surface 22 is set larger than that of the second tapered surface 23, but may be set equal. Furthermore, the inclination of the second tapered surface 23 may be set larger than that of the first tapered surface 22 as long as the removal 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 the present embodiment, the magnitude relationship between the outer diameters D1 to D4 of the narrow portions 31, 33, and 37 and the shaft portions 35 and 39 of the blank 30 may be appropriately set according to the design of the product specification and the like. However, it is preferable that the outer diameters D1, D2, and D3 be 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. Also, the blank 30 may be formed from a forged material which has been subjected to the same surface processing as the conventional one without being subjected to the constriction step, and even in this case, the trimming step and the excess thickness removing step 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 application 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, technical ideas that can be grasped from the embodiment will be additionally described below.
(A) A step of forming a constriction in the rod-like material, and a rod-like 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 condition can be adjusted together with the volume adjustment of the blank 30 before forging. In addition, the amount of excess thickness 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 apparatus, 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 ... 1st Rack and pinion mechanism, 17: tie rod, 18: steered wheel, 20: rack tooth portion, 21: arc portion, 22: first taper surface (draft slope portion), 23: second taper surface (draft slope portion), 24 ... Surplus thickness, 25: Contour line (virtual circle), 26: Receiving member, 30: Blank, 31: First constricted part, 32: first enlarged diameter part, 33: second constricted part, 34: second expanded diameter Portions 35: first shaft portion 36: third enlarged diameter portion 37: third narrowed portion 38: fourth enlarged diameter portion 39: second axial portion 40: mold 41: upper mold 42 ... Lower mold, 43 ... Rack tooth structure Parts, 44 ... first tapered surface forming portion, 45 ... arc portion forming portion, 46 ... second tapered surface forming portion.
Claims (5)
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、
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、
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って、
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。 In a rack shaft in which rack teeth are die-forged over a certain range along the axial direction,
The outline shape of the cross section obtained by cutting the portion where the rack teeth are formed in a plane orthogonal to the axial direction is
An arc part 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 sandwiching the center thereof and extending in the direction intersecting the axial direction;
A closed line shape is formed by the connection portions respectively connecting between the arc portion and the rack teeth.
The connection portion includes a drafted portion which is convex outward in the radial direction of a virtual circle including the arc portion, and a vertex of the drafted portion is located inside the virtual circle .
The draft portion includes a tapered surface,
The tapered surface includes a center of the arc portion as it goes in the die removal direction, and is inclined to be close to a plane intersecting the rack teeth,
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 portion where the first tapered surface and the second tapered surface intersect, and
The rack shaft in which the first tapered surface includes the 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。 In the rack shaft according to claim 1,
The rack shaft located outside a straight line connecting the arc portion and 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 1 or 2
The tapered surface includes a curved surface,
The rack shaft having a curvature such that the curved surface is convex outward in the radial direction of the virtual circle.
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。 The rack shaft according to any one of claims 1 to 3 .
Excess thickness is formed at the top of the draft portion,
The excess thickness is a rack shaft located inside the virtual circle.
棒状素材の軸方向における途中部位を他の部位よりも外径を小さくした括れ部を形成する括れ工程と、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の金型との間に前記括れ工程によって前記括れ部が形成された前記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とを含み、
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 manufacturing method of a rack shaft according to claim 1,
A necking step of forming a neck portion having an outer diameter smaller than the other portions in the axial direction of the rod-like material, and a first molding surface having a first molding surface provided with a tooth pattern row corresponding to the rack teeth A state in which the rod-like material in which the constricted portion is formed by the constriction step is disposed between the first mold and a second mold having a second molding surface opposite to the first molding surface; In the rod-like material, the rod-like material is compressed by deforming the rod-like material between the first forming surface and the second forming surface by bringing the first mold and the second die close to each other. Forming a rack tooth corresponding to the row of teeth;
The first molding surface has a first taper surface molding portion for forming a first taper surface on both sides of the rack teeth in the circumferential direction of the rod-like material, and the second molding surface And a second tapered surface forming portion for forming a second tapered surface respectively intersecting the first tapered surfaces on both sides of the rack teeth,
Each of the first tapered surface forming portion and the second tapered surface forming portion has two slopes inclined so as to approach each other as it goes in the die extraction direction,
The slope of the first tapered surface forming portion and the slope of the second tapered surface forming portion intersect at their boundaries when the first mold and the second mold are closed, and the intersecting portion Is
Located inside an imaginary circle including an arc in the contour of the rack shaft defined by the first and second forming surfaces,
Rack shaft manufacturing method.
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