JPH1085884A - ラック軸製造装置のラック軸素材クランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラック軸素材にラック歯を高精度に形成でき
るようにすること。 【解決手段】 一対のクランプ部材４６Ａ、４６Ｂの各
クランプ面５６Ａ、５６Ｂにラック軸素材１１を押圧し
て保持し、転造ロール３０の摺動によりラック軸素材の
外周面にラック歯を転造加工可能とするラック軸製造装
置のラック軸素材クランプ装置２５において、一対のク
ランプ部材の各クランプ面は、ラック軸素材の外周面と
ほぼ同一曲率に形成されるとともに、相対向する位置
に、ラック軸素材の外周面に食込み可能な突起５７を有
するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空パイプ形状の
ラック軸素材の外周面に転造ロールを摺動させてラック
歯を転造加工するラック軸製造装置に適用されたラック
軸製造装置のラック軸素材クランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車のステアリング機構等で
用いられるラック軸は、丸棒の周囲の一部を平坦にし
て、ここにラック歯を形成したものである。このとき、
ラック軸素材を中空パイプとすることは、軽量化の要求
から実施されている。

【０００３】ラック軸素材に塑性加工によってラック歯
を形成するラック軸製造装置として、本出願人は、特願
平6-337053号明細書において、ラック軸素材を、接離可
能な一対のクランプ部材で押圧保持し、ラック軸素材の
外周面に転造ロールを摺動させて、ラック歯を転造加工
するものを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の本出
願人による先願技術では、ラック歯の転造加工中に、転
造ロールからラック軸素材へ、そのラック軸素材の外周
面における接線方向の加工力が作用して、円周形状のラ
ック軸素材がその軸まわりに、クランプ部材に対し回転
してしまう虞れがあり、ラック歯の精度に支障をきたす
虞れがある。

【０００５】本発明の課題は、上述の事情を考慮してな
されたものであり、ラック軸素材にラック歯を高精度に
形成できるラック軸製造装置のラック軸素材クランプ装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、接離可能な一対のクランプ部材の各クランプ面にラ
ック軸素材を押圧して保持し、転造ロールの摺動により
上記ラック軸素材の外周面にラック歯を転造加工可能と
するラック軸製造装置のラック軸素材クランプ装置にお
いて、上記一対のクランプ部材の上記各クランプ面は、
上記ラック軸素材の上記外周面と略同一曲率に形成され
るとともに、略対向する位置に、上記ラック軸素材の上
記外周面に食込み可能な突起を有するものである。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、上記クランプ部材のクランプ面に形成
された突起は、ラック軸素材の長手方向に沿って複数個
設けられたものである。

【０００８】請求項１に記載の発明には、次の作用があ
る。一対のクランプ部材の各クランプ面に、クランプ部
材でラック軸素材を押圧保持したとき、ラック軸素材の
外周面に食込む突起が形成されたことから、ラック歯の
転造加工中に転造ロールからラック軸素材へ、そのラッ
ク軸素材の外周面における接線方向の加工力が作用して
も、ラック軸素材がその軸まわりにクランプ部材に対し
回転することを防止できる。この結果、ラック軸素材の
外周面に高精度にラック歯を形成できる。

【０００９】請求項２に記載の発明には、次の作用があ
る。クランプ部材のクランプ面に、ラック軸素材の長手
方向に沿って複数個の突起が設けられたことから、ラッ
ク歯の転造加工中におけるラック軸素材の回転を確実に
防止でき、ラック軸素材にラック歯をより高精度に形成
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るラック軸
製造装置のラック軸素材クランプ装置の一つの実施の形
態が適用されたラック軸製造装置を示す正面図である。
図２は、図１の一部を拡大して示す断面図である。図３
（Ａ）は、図２のIIIA 矢視図であり、図３（Ｂ）は、
図３（Ａ）のIIIB-IIIB 線に沿う矢視図である。図４
は、図３（Ｂ）のIV-IV 線に沿う断面図である。図５
は、ラック軸を示す斜視図である。

【００１１】ラック軸１０は、図５に示す如く、中空の
丸パイプからなるラック軸素材１１の外周面の一部に、
その軸方向に交差する多数のラック歯１２を有するもの
である。

【００１２】ラック軸製造装置２０は、土台ベース２１
と、固定架台２２と、機枠２３と、可動架台２４と、素
材クランプ装置２５と、心金設定装置（不図示）と、転
造ロール移動装置（不図示）と、素材移動装置２８とを
有し、その周面にラック歯形が形成された転造ロール３
０を用いて、ラック軸素材１１に芯金１３（図２）を挿
入した状態で、ラック軸素材１と転造ロール３０とを該
転造ロール３０の接線方向に相対的に摺動させて、ラッ
ク軸素材１１にラック歯１２を転造するものである。

【００１３】以下、ラック軸製造装置２０の構成要素に
ついて説明する。 (A) 土台ベース２１等 図１に示すように、土台ベース２１に、固定架台２２と
機枠２３とがボルト固定されて立設される。機枠２３
は、側板２３Ａ、天板２３Ｂを有している。固定架台２
２と機枠２３の側板２３Ａとは、全４本のねじ軸３１に
よりつながれている。即ち、ねじ軸３１は、その一端部
を固定架台２２に回転自在かつ軸方向には一体化し、そ
の他端部を機枠２３の側板２３Ａに回転自在かつ軸方向
には一体化して、固定架台２２と機枠２３の側板２３Ａ
とを軸組一体化している。

【００１４】可動架台２４は、図１に示す如く、固定架
台２２と機枠２３の側板２３Ａとの間で、上述した全４
本のねじ軸３１の各ねじ部３１Ａに螺合し、ねじ軸３１
の回転により移動可能とされる。このとき、可動架台２
４は、その下面に設けたスライド２４Ａを土台ベース２
１上の案内レール３２に嵌合し、その上面に設けたスラ
イド（不図示）を機枠２３の天板２３Ｂ下の案内レール
３３に嵌合している。また、各ねじ軸３１の一端部の固
定架台２２から突出している部分には歯車３４が固定さ
れている。他方、土台ベース２１にはモータ３５が配設
され、モータ３５により駆動される歯車３６は、中間歯
車（不図示）を介して、各ねじ軸３１の歯車３４に噛み
合っている。即ち、可動架台２４は、モータ３５による
ねじ軸３１の回転により、案内レール３２、３３に案内
されて移動し、固定架台２２との間隔を調整可能に構成
される。

【００１５】(B) 素材クランプ装置２５（その１） 素材クランプ装置２５は、図１に示す如く、転造ロール
３０の径方向の両側に、転造ロール３０のロール軸心を
通る点対称上に配置される左右のクランプハウジング４
１、４２を有する。両クランプハウジング４１、４２
は、固定架台２２と可動架台２４のそれぞれに架設され
る素材往復動シリンダ８１、８２を介して、それぞれ固
定架台２２と可動架台２４の対向側面に摺動自在に配置
されている。

【００１６】両クランプハウジング４１、４２は、それ
ぞれ、図２に示す如く、凹所４５を有する。この凹所４
５に、上下に２分割されたクランプ部材４６Ａ、４６Ｂ
を配置し、これらのクランプ部材４６Ａ、４６Ｂの間に
ラック軸素材１１を保持する。凹所４５内で、上下のク
ランプ部材４６Ａ、４６Ｂは上下方向移動自在に配置さ
れ、クランプ部材４６Ａ、４６Ｂの間には拡開用ばね４
７が介装され、クランプ部材４６Ａ、４６Ｂの外側には
一対のクランプ用カム４８Ａ、４８Ｂが装備される。そ
して、クランプハウジング４１、４２は、クランプ用カ
ム４８Ａ、４８Ｂに螺合一体化されたプランジャ４９
Ａ、４９Ｂのための油圧作動室５１Ａ、５１Ｂを備えて
いる。油圧作動室５１Ａ、５１Ｂはそれぞれプランジャ
４９Ａ、４９Ｂの両側に第１室５２、第２室５３を形成
して構成され、それらの第１室５２、第２室５３に油路
５４、５５が連通される。

【００１７】左右のクランプハウジング４１、４２のそ
れぞれにおいて、油圧作動室５１Ａ、５１Ｂの第１室５
２に作動油が供給されクランプ用カム４８Ａ、４８Ｂが
右方向（図２）に移動すると、クランプ部材４６Ａ、４
６Ｂが縮閉してラック軸素材１１を保持する。これによ
り、左右のクランプハウジング４１、４２の上に保持さ
れる左右のラック軸素材１１、１１は、互いに、転造ロ
ール３０のロール軸心を通る径方向の両側の点対称上に
対向して保持され、それらの転造加工が開始可能とされ
る。ラック軸素材１１、１１の転造加工が終了すると、
左右のクランプハウジング４１、４２のそれぞれにおい
て、油圧作動室５１Ａ、５１Ｂの第２室５３に作動油が
供給されクランプ用カム４８Ａ、４８Ｂが左方向（図
２）に移動する結果、クランプ部材４６Ａ、４６Ｂがば
ね４７のばね力によって拡開してラック軸素材１１の保
持を解除する。

【００１８】(C) 芯金設定装置 芯金設定装置は、左右のクランプハウジング４１、４２
それぞれの後面に芯金用シリンダ（不図示）を備え、こ
れにより、芯金１３をクランプ部材４６Ａ、４６Ｂ間の
素材挿入位置に設定して、ラック軸素材１１のパイプ内
部に芯金１３を挿入してラック軸素材１１の転造加工を
開始可能とするものである。

【００１９】(D) 転造ロール移動装置 転造ロール移動装置は、固定架台２２側のクランプハウ
ジング４１と、可動架台２４側のクランプハウジング４
２との間に配置される転造ロール移動台（不図示）に、
転造ロール３０のロール軸両端部を軸受を介して回転自
在に支持している。

【００２０】転造ロール移動台は、土台ベース２１上に
設置されて案内レール３２と平行に敷設された図示しな
い案内レールに沿って移動可能とされ、モータ３５の回
転により、上記案内レールに案内されて移動し、固定架
台２２との間隔が調整可能とされる。

【００２１】後述するクランプハウジング４１、４２の
摺動毎に、モータ３５が上述の転造ロール３０と前述の
可動架台２４とを固定架台２２に近づく方向に移動さ
せ、ラック軸素材１１に加工されるラック歯１２の歯の
深さを徐々に深くする。このとき、可動架台２４の移動
量と転造ロール３０の移動量が２対１になるように設定
されて、固定架台２２側のクランプハウジング４１と可
動架台２４側のクランプハウジング４２とのそれぞれに
保持されるラック軸素材１１のラック歯深さが同量とな
る。

【００２２】(E) 素材移動装置２８ 図１に示す素材移動装置２８は、固定架台２２と可動架
台２４のそれぞれに左右の素材往復動シリンダ８１、８
２を固定し、左素材往復動シリンダ８１のロッドに左連
結ブラケット８３を介して左クランプハウジング４１を
連結し、右素材往復動シリンダ８２のロッドに右連結ブ
ラケット８４を介して右クランプハウジング４２を連結
し、結果としてそれらのクランプハウジング４１、４２
を転造ロール３０の接線方向に移動する。

【００２３】このとき、左右のクランプハウジング４
１、４２を互いに同期させ、逆方向に移動させるよう
に、左右のクランプハウジング４１、４２の中間位置
（転造ロール３０と同位置）に揺動中心が設定された揺
動レバー８７を設けるとともに、左右の連結ブラケット
８３、８４のそれぞれに設けた嵌合孔８３Ａ、８４Ａに
軸受を介して水平方向摺動自在のプランジャ８５、８６
を嵌合し、揺動レバー８７の両レバー端をそれらのプラ
ンジャ８５、８６に枢着している。

【００２４】機枠２３の天板２３Ｂ上には、案内レール
３２と平行配置された図示しない案内レールが設けら
れ、この案内レールに、揺動支軸８７Ａ（揺動中心）を
軸支する可動軸受（不図示）が案内される。この可動軸
受は、モータ３５の回転により、上記案内レールに案内
されて移動し、揺動レバー８７の揺動支軸８７Ａを常に
転動ロール３０と同位置に定めるよう調整される。

【００２５】これにより、素材移動装置２８が、左素材
往復動シリンダ８１による左連結ブラケット８３の下動
（もしくは上動）と、右素材往復動シリンダ８２による
右連結ブラケット８４の上動（もしくは下動）とを同期
させると、左右のクランプハウジング４１、４２のそれ
ぞれに保持されている左右のラック軸素材１１、１１は
転造ロール３０の径方向の両面に圧接しながら逆方向に
移動し、各ラック軸素材１１が転造ロール３０の接線方
向に相対的に摺動するものとなる。このとき、転造ロー
ル３０は反時計方向（もしくは時計方向）に回転する。
尚、左右のラック軸素材１１、１１の摺動方向は、上述
のように互いに逆方向となる（左連結ブラケット８３が
上動すれば右連結ブラケット８４が下動し、転造ロール
３０は時計方向に回転する）。

【００２６】尚、ラック軸製造装置２０においては、前
記素材往復動シリンダ８１、８２の運動周期をモータ３
５の制御に取り込み、素材移動装置２８による左右のラ
ック軸素材１１、１１の往復動の一行程毎に、可動架台
２４と転造ロール３０と可動軸受（揺動レバー８７の揺
動支軸８７Ａ）を固定架台２２の側へとそれぞれ一定量
ずつ近づける。可動架台２４と転造ロール３０の移動
は、転造ロール３０に対する左右のクランプハウジング
４１、４２の上下動に同期し、転造ロール３０に対する
左右のラック軸素材１１の各摺動行程毎に、左右のラッ
ク軸素材１１と転造ロール３０との軸間距離を前述の如
く左右同量ずつ狭めるものとし、左右のラック軸素材１
１に加工されるラック歯１２の歯の深さを徐々に深くす
る。

【００２７】(F) 素材クランプ装置２５（その２） 図２に示す素材クランプ装置２５におけるクランプ部材
４６Ａ及び４６Ｂは、前述のように、クランプ用カム４
８Ａ及び４８Ｂ並びに拡開用ばね４７の作用で、図２に
おける上下方向に接離可能に設けられ、ラック軸素材１
１は、これらのクランプ部材４６Ａ、４６Ｂのそれぞれ
のクランプ面５６Ａ、５６Ｂに当接して押圧保持され
る。これらのクランプ面５６Ａ、５６Ｂは、図３（Ａ）
及び図３（Ｂ）に示すように、クランプ部材４６Ａ、４
６Ｂの長手方向に対し所定角度傾斜した相対向する面の
全長に形成され、ラック軸素材１１の外周面とほぼ同一
の曲率に形成される。これにより、クランプ面５６Ａ及
び５６Ｂは、ラック軸素材１１の外周面の図２における
ほぼ右半分の領域を押圧する。

【００２８】更に、これらのクランプ面５６Ａ及び５６
Ｂには、図３（Ｂ）及び図４に示すように、対向する位
置に突起５７が一体に形成される。この突起５７は、各
クランプ面５６Ａ、５６Ｂにおいて、これらのクランプ
面５６Ａ、５６Ｂに押圧保持されるラック軸素材１１の
長手方向に沿って複数個形成される。そして、これらの
突起５７は、クランプ面５６Ａ及び５６Ｂにて押圧保持
されたラック軸素材１１の外周面に食込み可能に設けら
れて、転造ロール３０によるラック歯１２の転造加工中
に、転造ロール３０からラック軸素材１１へ、そのラッ
ク軸素材１１の外周面の接線方向に加工力Ｆが作用して
も、ラック軸素材１１をクランプ部材４６Ａ及び４６Ｂ
に対し、その軸心まわりに回転不可能に保持する。

【００２９】以下、ラック軸製造装置２０によるラック
軸１０の製造手順について説明する。 (1) 芯金設定装置により、芯金１３を左右のクランプハ
ウジング４１、４２それぞれのクランプ部材４６Ａ、４
６Ｂ間の素材挿入位置に設定する。

【００３０】(2) 左右のラック軸素材１１、１１を左右
のクランプハウジング４１、４２それぞれのクランプ部
材４６Ａ、４６Ｂ間の素材挿入位置に位置付け、上記
(1) の芯金１３をラック軸素材１１に挿入する。このと
き、ラック軸素材１１の端面をクランプハウジング４
１、４２に設けた素材ストッパに突き当て、ラック軸素
材１１の長手方向の保持位置を位置決めする。

【００３１】(3) 素材クランプ装置２５により、左右の
ラック軸素材１１、１１を左右のクランプハウジング４
１、４２それぞれのクランプ部材４６Ａ、４６Ｂ間に締
付け保持する。このとき、左右のラック軸素材１１、１
１は、クランプ部材４６Ａ、４６Ｂのそれぞれのクラン
プ面５６Ａ、５６Ｂに当接して押圧保持され、転造ロー
ル３０のロール軸心を通る径方向の両側の点対称上に対
向して配置される。

【００３２】(4) モータ３５により、可動架台２４、転
造ロール３０を固定架台２２に対する適宜の前進位置に
設定し、ついで、素材移動装置２８により、左右のクラ
ンプハウジング４１、４２を上下動させる。これによ
り、左右のクランプハウジング４１、４２の上に締付け
保持されている左右のラック軸素材１１、１１は、芯金
１３により背面支持された状態で、転造ロール３０の外
周部に食い込んで摺動し、浅いラック歯１２が冷間加工
により転造される。このとき、左右のラック軸素材１
１、１１は、転造ロール３０のロール軸心を通る点対称
位置関係を保ちながら、転造ロール３０の外周上を互い
に反対方向に摺動する。

【００３３】(5) 以後、転造ロール３０に対する左右の
ラック軸素材１１、１１の上記(4)の摺動行程毎に、モ
ータ３５により可動架台２４、転造ロール３０を固定架
台２２に近づく方向に一定量ずつ前進させてラック軸素
材１１、１１と転造ロール３０との軸間距離を狭め、ラ
ック歯１２の歯の深さを徐々に増していき、最終的に所
定深さのラック歯１２を形成する。

【００３４】上記実施の形態によれば、以下及びの
効果を奏する。 一対のクランプ部材４６Ａ、４６Ｂの各クランプ面５
６Ａ、５６Ｂに、クランプ部材４６Ａ及び４６Ｂにてラ
ック軸素材１１を押圧保持したとき、ラック軸素材１１
の外周面に食込み可能な突起５７が形成されたことか
ら、ラック歯１２の転造加工中に転造ロール３０からラ
ック軸素材１１へ、そのラック軸素材１１の外周面にお
ける接線方向の加工力Ｆが作用しても、ラック軸素材１
１がその軸まわりにクランプ部材４６Ａ、４６Ｂに対し
回転することを防止できる。この結果、ラック軸素材１
１の外周面に高精度なラック歯１２を形成できる。

【００３５】クランプ部材４６Ａ、４６Ｂの各クラン
プ面５６Ａ、５６Ｂに、ラック軸素材１１の長手方向に
沿って複数個の突起５７が設けられたことから、ラック
歯１２の転造加工中におけるラック軸素材１１の回転を
確実に防止でき、ラック軸素材１１にラック歯１２をよ
り高精度に形成できる。

【００３６】尚、上記実施の形態では、素材クランプ装
置２５におけるクランプ部材４６Ａのクランプ面５６
Ａ、クランプ部材４６Ｂのクランプ面５６Ｂが、クラン
プ部材４６Ａ、４６Ｂのそれぞれの長手方向に対し傾斜
して設けられて、ラック軸素材１１にヘリカル歯のラッ
ク歯１２を形成するものを述べたが、クランプ部材４６
Ａのクランプ面５６Ａ、クランプ部材４６Ｂのクランプ
面５６Ｂが、クランプ部材４６Ａ、４６Ｂのそれぞれの
長手方向に平行に設けられて、ラック軸素材１１にスト
レート歯のラック歯１２を形成するものでもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るラック軸製
造装置のラック軸素材クランプ装置によれば、ラック軸
素材にラック歯を高精度に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係るラック軸製造装置のラッ
ク軸素材クランプ装置の一つの実施の形態が適用された
ラック軸製造装置を示す正面図である。

【図２】図２は、図１の一部を拡大して示す断面図であ
る。

【図３】図３（Ａ）は、図２のIIIA 矢視図であり、図
３（Ｂ）は、図３（Ａ）のIIIB-IIIB 線に沿う矢視図で
ある。

【図４】図４は、図３（Ｂ）のIV-IV 線に沿う断面図で
ある。

【図５】図５は、ラック軸を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ ラック軸 １１ ラック軸素材 １２ ラック歯 ２５ 素材クランプ装置 ３０ 転造ロール ４６Ａ、４６Ｂ クランプ部材 ５６Ａ、５６Ｂ クランプ面 ５７ 突起

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接離可能な一対のクランプ部材の各クラ
   ンプ面にラック軸素材を押圧して保持し、転造ロールの
   摺動により上記ラック軸素材の外周面にラック歯を転造
   加工可能とするラック軸製造装置のラック軸素材クラン
   プ装置において、 上記一対のクランプ部材の上記各クランプ面は、上記ラ
   ック軸素材の上記外周面と略同一曲率に形成されるとと
   もに、 略対向する位置に、上記ラック軸素材の上記外周面に食
   込み可能な突起を有することを特徴とするラック軸製造
   装置のラック軸素材クランプ装置。
2. 【請求項２】 上記クランプ部材のクランプ面に形成さ
   れた突起は、ラック軸素材の長手方向に沿って複数個設
   けられた請求項１に記載のラック軸製造装置のラック軸
   素材クランプ装置。