JP6530882B2 - ラック製造装置及びラック製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリング装置に用いられるラックバーを製造するためのラック製造装置及びラック製造方法に関し、特にステアリング側に連結された操舵ピニオンと噛み合うラック軸の摺動により操舵輪を転蛇させるとともに、ステアリングの操舵トルクに応じて制御される電動機出力を操舵ピニオンと離間してラック軸と噛み合う補助ピニオンに伝達し操舵を補助する電動パワ−ステアリング装置に好適なものに関する。

電動パワーステアリング装置に用いられるラックピニオン機構は、ラック＆ピニオンが１箇所に設けられている形式（以下、「シングルピニオンタイプ」と称する）と、ラック＆ピニオンが２箇所に設けられ、ＥＰＳ（電動パワ−ステアリング）用ラックバーを用いる形式（以下、「ダブルピニオンタイプ」と称する）とが知られている（例えば、特許文献１参照）。シングルタイプに用いられるラックバーでは、ラック歯部を形成するために、プレス加工やマンドレルを用いた鍛造加工を行っていた。

特許第４３９７０８３号公報

上述したダブルピニオンタイプに用いられるラックバーでは、次のような問題があった。すなわち、ラック歯部が軸方向の両端に２箇所あり、しかもラック歯部相互におけるラックバーの軸周りの角度位置（位相）が０〜４５°程度ずれているため、特別なプレス加工装置が必要となる。また、マンドレルを用いた鍛造加工機では位相差があると製造できなかった。

そこで本発明は、２箇所のラック歯部の形成のために特殊な加工装置を用いることなく、２箇所の歯部を有するラックバーを製造できるラック製造装置及びラック製造方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のラック製造装置及びラック製造方法は次のように構成されている。

中空の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持する第１支持部と、中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持する第２支持部と、前記第１支持部に対し、前記第２支持部を近接させるテーブル機構と、前記第１支持部に対し、前記第２支持部を前記軸心線廻りに相対的に回動させる回転駆動部とを備え、前記回転駆動部は、前記第１歯部の前記軸部の軸心線廻りの角度位置に対し、前記第２歯部を所定の位相差となる角度位置で停止させる。

中空の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持し、中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持し、前記第１のラックバーの端部と前記第２のラックバーの端部とを圧接させ、前記第１のラックバーに対し、前記第２のラックバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させ、前記第１歯部の前記軸部の軸心線廻りの角度位置に対し、前記第２歯部を所定の位相差となる角度位置で停止させる。

中空の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持し、中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持し、前記第１のラックバーに対し、前記第２のラックバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させ、前記第１のラックバーの端部と前記第２のラックバーの端部とを圧接させ、前記第２のラックバーの回転を前記第１歯部の前記軸部の軸心線廻りの角度位置に対し、前記第２歯部を所定の位相差となる角度位置で停止し、前記第２のラックバーの支持を解除する。

本発明によれば、２箇所のラック歯部の形成のために特殊な加工装置を用いることなく、２箇所の歯部を有するラックバーを製造することが可能となる。

本発明の第１の一実施の形態に係るダブルピニオンラック製造装置によって製造されたダブルピニオンラックバーが組み込まれたラック＆ピニオン装置を示す説明図。 同ダブルピニオンラックバーを一部切欠して示す平面図。 同ダブルピニオンラック製造装置の概要を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造装置によるダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 本発明の第２の実施の形態に係るダブルピニオンラック製造装置を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造装置によるダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。 同ダブルピニオンラック製造工程を示す説明図。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るダブルピニオンラック製造装置（ラック製造装置）１００によって製造されたダブルピニオンラックバー１２が組み込まれたラック＆ピニオン装置を示す説明図、図２はダブルピニオンラックバー１２を示す平面図、図３はダブルピニオンラック製造装置１００の概要を示す説明図である。

ラック＆ピニオン装置１０は、車両の左右方向に延設された略円筒状のラックハウジング１１を有し、そのラックハウジング１１内にダブルピニオンラックバー１２が左右軸方向に摺動自在に収容されている。

ラックハウジング１１の両端開口から突出したダブルピニオンラックバー１２の両端部にそれぞれジョイントを介してタイロッド１３，１３が連結され、ジョイント部を覆うブーツ１４，１４からタイロッド１３，１３が側方に突出しており、ダブルピニオンラックバー１２の移動によりタイロッド１３，１３が動かされ、さらに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。

ラックハウジング１１の右端部にステアリングギヤボックス２０が設けられている。ステアリングギヤボックス２０には、ステアリングホイールが一体的に取り付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結される入力軸２１が軸受を介して回動自在に軸支されている。入力軸２１には操舵ピニオン（不図示）が形成されている。

この操舵ピニオンがダブルピニオンラックバー１２のラック歯（第１の歯部）１２ａと噛合している。したがってステアリングホイールの回動操作により入力軸２１に伝達された操舵力は操舵ピニオンを回動して操舵ピニオンのはす歯とラック歯１２ａの噛合によりダブルピニオンラックバー１２を左右軸方向に摺動させる。

ラックハウジング１１の左端部には、補助ギヤボックス３０が形成されている。補助ギヤボックス３０は、ラックハウジング１１に対して若干傾いて上下方向にピニオン円筒部３１が形成されるとともに上下方向に直交するようにラックガイド円筒部３２が形成されている。

ピニオン円筒部３１の内部にダブルピニオンラックバー１２のラック歯（第２の歯部）１２ｂに噛合して補助ピニオン（不図示）が収容されている。補助ギアボックス３０には、モータ３３が取り付けられ、モータ３３の駆動軸が補助ピニオンを一体に回動し、補助ピニオンのはす歯がラック歯１２ｂと噛み合うダブルピニオンラックバー１２を左右軸方向に摺動するように作用する。

モータ３３は、入力軸２１により検出したステアリングホイールの操舵トルクに応じて制御され、人力による操舵力が操舵ピニオンを介してダブルピニオンラックバー１２に伝達される一方で、その操舵トルクに応じて制御されるモータ３３による駆動力が補助ピニオンを介して同じダブルピニオンラックバー１２に作用し、人力を補助して転舵が行われる。

図２はダブルピニオンラックバー１２を示す平面図である。ダブルピニオンラックバー１２は、第１歯部１２ａと第２歯部１２ｂを備えており、それぞれ軸心線廻りの角度位置（位相）が０〜４５°程度ずれている
また、ダブルピニオンラックバー１２は、中空の軸部から形成され、第１歯部１２ａを有する第１のラックバー１２Ａと中実の軸部から形成され、第２歯部１２ｂを有する第２のラックバー１２Ｂとを接合して形成されている。なお、図２中１２Ｃは接合部を示している。

ダブルピニオンラック製造装置１００は、図３に模式的に示すように、床面等に固定され、クランプ機構（第１支持部）１１０と、テーブル機構１２０に載置された回転駆動部１３０と、この回転駆動部１３０に取り付けられたチャック機構（第２支持部）１４０とを備えている。なお、クランプ機構１１０とチャック機構１４０とは、それぞれ第１のラックバー１２Ａの軸心線Ｃ１と第２のラックバー１２Ｂの軸心線Ｃ２とを一致させて支持する。

クランプ機構１１０は、第１歯部１２ａが形成された第１のラックバー１２Ａを着脱自在に支持する機能を有している。

テーブル機構１２０は、回転駆動部１３０を図３中矢印Ｈ方向に往復動させる機能を有している。回転駆動部１３０は、クランプ機構１１０に対し、チャック機構１４０を軸心線廻りに相対的に回動させる機能を有している。

このように構成されたダブルピニオンラック製造装置１００では、次のようにしてダブルピニオンラックバー１２を製造する。すなわち、図３に示すように、チャック機構１４０により、第２のラックバー１２Ｂを支持する。次に、図４に示すように、クランプ機構１１０により、第１のラックバー１２Ａを支持する。これにより、第１のラックバー１２Ａの軸心線Ｃ１と第２のラックバー１２Ｂの軸心線Ｃ２とが一致する。

次に、図５に示すように、回転駆動部１３０を作動させ、第２のラックバー１２Ｂを軸心線廻りに回転させ、第１のラックバーの軸心線廻りに対し相対的に回動させる。そして図５中矢印Ｈ１方向に前進させる。

次に、図６に示すように、テーブル機構１２０を図６中矢印Ｈ１方向に第２のラックバー１２Ｂを第１のラックバー１２Ａ側にゆっくりと前進させ（遅送り）、図７に示すように突き当てる。これにより、摩擦熱が発生し、金属組織に変化が生じ、さらに圧力が加わることで第１のラックバー１２Ａと第２のラックバー１２Ｂとが接合される。

さらに、図８に示すように、回転駆動部１３０の駆動を急停止する。このとき、第１のラックバー１２Ａと第２のラックバー１２Ｂとの軸心線廻りの位相差は所定の位相差とする。なお、位相決めの精度は±０．１°程度であり、実用的には問題は生じない。

次に、図９に示すように、チャック機構１４０による第２のラックバー１２Ｂの支持を解除し、図１０に示すように、テーブル機構１２０を図９中矢印Ｈ２方向に後進させる。図１１に示すように、定位置に戻った時点でテーブル機構１２０の動作を停止するとともに、クランプ機構１１０による第１のラックバー１２Ａの支持を解除する。

このようなダブルピニオンラック製造装置１００では、ラック歯部相互におけるラックバーの軸周りの角度位置（位相）が４５°以上ずれている場合であっても、特別なプレス加工装置を用いることなく、所定の位相差で接合することができる。また、マンドレルを用いた鍛造加工機で形成したラック歯部を有する場合であっても接合が可能となった。さらに、中空の軸部を有する第１のラックバー１２Ａと中実の軸部を有する第２のラックバー１２Ｂを接合することも可能となる。

接合部１２Ｃは、摩擦熱と圧力により強固に接合されることで、第１のラックバー１２Ａや第２のラックバー１２Ｂの母材よりも機械的強度を高めることが可能となり、接合部１２Ｃを起点とした亀裂が発生することはない。

また、中空の軸部を有する第１のラックバー１２Ａでは、ステアリング側に配置されることでＶＧＲ等の複雑形状の歯形成に適した冷間逐次成形を行い、中実の軸部を有する第２のラックバー１２Ｂでは、アシスト側に配置されるため、形状は単純である十分な歯幅や歯丈が必要となる歯成形に適した切削加工を行うことができる。さらに、ダブルピニオンラックバー１２の軸心線長さの２／３を中空の軸部とすることができるため、軽量化にも寄与できる。

図１２は、本発明の第２の実施の形態に係るダブルピニオンラック製造装置１００Ａの概略を示す説明図である。なお、製造されるダブルピニオンラックバー１２は、上述したものと同様である。図１２において、上述した図３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ダブルピニオンラック製造装置１００Ａは、図１２に示すように、床面等に固定され、クランプ機構（第１支持部）１１０と、テーブル機構１２０に載置された回転駆動部１３０と、この回転駆動部１３０に取り付けられたチャック機構（第２支持部）１４０と、ブローチ盤等の加工装置１５０とを備えている。

なお、クランプ機構１１０とチャック機構１４０とは、それぞれ第１のバー１２Ｄの軸心線Ｃ３と第２のバー１２Ｅの軸心線Ｃ４とを一致させて支持する。なお、第１のバー１２Ｄは中空の軸部を有し、予めラック歯（第１の歯部）１２ａが形成されている。また、第２のバー１２Ｅは中空の軸部を有し、予めラック歯（第２の歯部）１２ｂは形成されていない。

このように構成されたダブルピニオンラック製造装置１００Ａでは、図１２に示すように、クランプ機構１１０により第１のバー１２Ｄ、チャック機構１４０により第２のバー１２Ｅを支持した後、前述した図４〜図１０に示すようにして、ダブルピニオンラックバー１２を製造する。図１３に示すように、接合が終了したら、クランプ機構１１０及びチャック機構１４０による第１のバー１２Ｄ及び第２のバー１２Ｅの支持を解除する。

次に、図１４に示すように、第２のバー１２Ｅにラック歯１２ｂを加工装置１５０を用いて形成する。

このようなダブルピニオンラック製造装置１００Ａでは、上述したダブルピニオンラック製造装置１００と同様の効果が得られると共に、ラック歯１２ｂを第１のバー１２Ｄと第２のバー１２Ｅとの接合後に形成することで、回転駆動部１３０に軸心線回りの位置決め精度によることなく、ラック歯１２ａのラック歯１２ｂとの軸心線回りの角度位置を高精度に位置決めすることができ、高品質のダブルピニオンラックバー１２を製造することができる。

なお、上述した実施の形態では、中空の軸部を有するラックバーと中実の軸部を有するラックバーとを接合していたが、これ以外の組み合わせ、すなわち、中空の軸部を有するラックバーと中空の軸部を有するラックバー、中実の軸部を有するラックバーと中実の軸部を有するラックバーとを接合することも可能であり、また、中空の軸部を有するラックバーと中実の軸部を有するラックバーとの位置が逆になっても接合することが可能である。したがって、必要な機能に応じて中空・中実の軸部を選択し、接合することができるので、ダブルピニオンラックバーの設計の自由度を高めることができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、第１のラックバーを固定し、第２のラックバーを回転させたが、両方のラックバーを回転させてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］中空又は中実の軸部に第１歯部が形成された第１のバーを支持する第１支持部と、
中実の軸部を有する第２のバーをその軸心線を前記第１のバーの軸心線と一致させて支持する第２支持部と、
前記第１支持部に対し、前記第２支持部を近接させるテーブル機構と、
前記第１支持部に対し、前記第２支持部を前記軸心線廻りに相対的に回動させ、前記第１のバーの端部と前記第２のバーの端部とを摩擦圧接する回転駆動部と、
前記第１のバーに接合された前記第２のバーに第２歯部を形成する加工装置とを備えていることを特徴とするラック製造装置。
［２］中空又は中実の軸部に第１歯部が形成された第１のバーを支持し、
中実の軸部を有する第２のバーをその軸心線を前記第１のバーの軸心線と一致させて支持し、
前記第１のバーの端部と前記第２のバーの端部とを圧接させ、
前記第１のバーに対し、前記第２のバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させ、
前記第１のバーに接合された前記第２のバーに第２歯部を形成することを特徴とするラック製造方法。
［３］中空又は中実の軸部に第１歯部が形成された第１のバーを支持し、
中実の軸部を有する第２のバーをその軸心線を前記第１のバーの軸心線と一致させて支持し、
前記第１のバーに対し、前記第２のバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させ、
前記第１のバーの端部と前記第２のバーの端部とを圧接させ、
前記第２のバーの回転を停止し、
前記第２のバーの支持を解除し、
前記第１のバーに接合された前記第２のバーに第２歯部を形成することを特徴とするラック製造方法。
［４］中空又は中実の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持する第１支持部と、
中空又は中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持する第２支持部と、
前記第１支持部に対し、前記第２支持部を近接させるテーブル機構と、
前記第１支持部に対し、前記第２支持部を前記軸心線廻りに相対的に回動させる回転駆動部とを備えていることを特徴とするラック製造装置。
［５］中空又は中実の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持し、
中空又は中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持し、
前記第１のラックバーの端部と前記第２のラックバーの端部とを圧接させ、
前記第１のラックバーに対し、前記第２のラックバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させることを特徴とするラック製造方法。
［６］中空又は中実の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持し、
中空又は中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持し、
前記第１のラックバーに対し、前記第２のラックバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させ、
前記第１のラックバーの端部と前記第２のラックバーの端部とを圧接させ、
前記第２のラックバーの回転を停止し、
前記第２のラックバーの支持を解除することを特徴とするラック製造方法。

１０…ラック＆ピニオン装置、１２…ダブルピニオンラックバー、１２ａ…第１歯部、１２ｂ…第２歯部、１２Ａ…第１のラックバー、１２Ｂ…第２のラックバー、１２Ｃ…接合部、１２Ｄ…第１のバー、１２Ｅ…第２のバー、１００…ダブルピニオンラック製造装置（ラック製造装置）、１１０…クランプ機構（第１支持部）、１２０…テーブル機構、１３０…回転駆動部、１４０…チャック機構（第２支持部）、１５０…加工装置。

Claims (3)

1. 中空の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持する第１支持部と、
   中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持する第２支持部と、
   前記第１支持部に対し、前記第２支持部を近接させるテーブル機構と、
   前記第１支持部に対し、前記第２支持部を前記軸心線廻りに相対的に回動させる回転駆動部とを備え、
   前記回転駆動部は、前記第１歯部の前記軸部の軸心線廻りの角度位置に対し、前記第２歯部を所定の位相差となる角度位置で停止させることを特徴とするラック製造装置。
2. 中空の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持し、
   中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持し、
   前記第１のラックバーの端部と前記第２のラックバーの端部とを圧接させ、
   前記第１のラックバーに対し、前記第２のラックバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させ、前記第１歯部の前記軸部の軸心線廻りの角度位置に対し、前記第２歯部を所定の位相差となる角度位置で停止させることを特徴とするラック製造方法。
3. 中空の軸部に第１歯部が形成された第１のラックバーを支持し、
   中実の軸部に第２歯部が形成された第２のラックバーをその軸心線を前記第１のラックバーの軸心線と一致させて支持し、
   前記第１のラックバーに対し、前記第２のラックバーを前記軸心線廻りに相対的に回動させ、
   前記第１のラックバーの端部と前記第２のラックバーの端部とを圧接させ、
   前記第２のラックバーの回転を前記第１歯部の前記軸部の軸心線廻りの角度位置に対し、前記第２歯部を所定の位相差となる角度位置で停止し、
   前記第２のラックバーの支持を解除することを特徴とするラック製造方法。

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