JP7019277B2 - ラックギヤ取付け構造およびラックギヤ - Google Patents

Description

本発明は、ラック・ピニオン機構に関し、更に詳しくは、ラックギヤの取付け構造に関する。

ラック・ピニオン機構の構成部品であるラックギヤは、その製造工程中に、反り・曲がり等の変形が生じる。例えば、焼入れ、焼き戻し等の熱処理工程等において、ラックギヤに変形が生じやすい。変形が生じると、その後のラックギヤの製造工程における加工精度が低下する。精度の低下を防止するために、外力を加えて、変形を矯正した状態で、ラックギヤを所定のラックギヤ取付け面に取り付け、この状態で、歯切り工程、研磨工程、検査工程などを行っている。また、ラックギヤに大きな力を加えて塑性変形させることで、ラックギヤの変形を除去して、実機に搭載している。

特許文献１には、ステアリング装置に用いられるラック歯列が形成されたラックシャフトを塑性変形させて歪を除去する方法が提案されている。この方法では、ラックシャフトの両端部に比べて中央部分の断面積を小さくし、ラックシャフトの中央部分のラック歯列の部分に塑性変形用の力を加えて、ラックシャフトの反りを除去している。

特開２０１７－３２０７８号公報

ラックギヤは一般に剛性が高いので、外力を加えても変形を確実に矯正できない場合がある。この場合には、変形あるいは歪が部分的に残ったまま、ラックギヤに歯切り加工、研磨加工などが施されてしまう。また、変形あるいは歪が残ったまま、ラックギヤが実機に搭載され、ピニオンギヤとのかみ合いを適切な状態に維持できないなどの弊害が生じることがある。

本発明の課題は、ラックギヤの製造工程あるいは使用時（実機搭載時）に、変形が確実に矯正された状態で、ラックギヤを所定のラックギヤ取付け面に取り付け可能なラックギヤ取付け構造を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、外力を加えて変形が矯正された状態で、ラックギヤを所定のラックギヤ取付け面に取り付けるためのラックギヤ取付け構造であって、
前記ラックギヤは、
直線状に延びるラック本体部材と、
前記ラック本体部材の外周側面に、その長さ方向に形成したラック歯列と、
前記ラック本体部材における前記ラック歯列が形成されている部位とは異なる部位を、当該ラック本体部材の長さ方向に沿って、所定の間隔で分断している複数条の溝と、
を有していることを特徴としている。

ラックギヤの加工時、実機に搭載する時には、ボルト等の締結具を用いて、ラックギヤが、基準となるラックギヤ取付け面に締結固定される。複数条の溝を設けて剛性を低下させたラックギヤは、締結具による外力が加わると、比較的容易に変形する。よって、変形が確実に矯正された状態で、ラックギヤをラックギヤ取付け面に締結固定できる。この状態で、歯切り加工、研磨加工等を行うことで、精度良くラックギヤを製造できる。

また、ラックギヤは、加工後に、ラックギヤ取付け面から取り外して外力が解除されると、変形した状態に戻る。しかし、次の工程において、外力を加えてラックギヤ取付け面に締結固定すると、前工程と同様に、変形が矯正された状態になる。よって、加工精度が維持される。

さらに、実機への搭載時においても、外力を加えて変形を確実に矯正した状態で、実機の側のラックギヤ取付け面に取り付けることができる。よって、ラックギヤを精度良く組み付けることができ、ピニオンギヤとのかみ合い状態も適切な状態に維持できる。また、大きな外力を加えて塑性変形させて変形を除去する工程を必要とせずに、ピニオンギヤを精度良く実機に搭載することも可能になる。

本発明を適用した送り機構の例を示す説明図である。 図１のラックギヤを示す説明図およびラックギヤの変形状態の一例を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したラックギヤ取付け構造の実施の形態を説明する。

図１はラック・ピニオン機構を備えた送り機構の一例を示す説明図である。送り機構においては、本発明を適用したラックギヤ取付け構造が用いられている。送り機構１は、回転アクチュエータ２と、ラック・ピニオン機構３とを備えている。回転アクチュエータ２は、モータ４と、モータ４の回転を減速して出力する減速機５とを備えている。ラック・ピニオン機構３は、回転アクチュエータ２の出力軸に同軸に取り付けたピニオンギヤ６と、ピニオンギヤ６とかみ合っているラックギヤ７と、ラックギヤ取付け面８が形成された機構フレーム９とを備えている。ラックギヤ７は、ラックギヤ取付け面８に、例えば締結ボルト１０によって締結固定されている。送り機構１にはラックギヤ取付け構造が備わっており、これにより、機構フレーム９のラック取付け面８に、締結ボルト１０の締結力によって、変形が矯正された状態でラックギヤ７が締結固定された状態が形成される。

図２（ａ）は、ラックギヤ７を示す説明図である。ラックギヤ７は、真直に延びる矩形断面のラック本体部材１１を備えている。ラック本体部材１１の横断面形状は矩形断面に限定されるものではなく、多角形、円形断面であってもよい。ラック本体部材１１の外周側面には、その長さ方向１１ａにラック歯列１２が形成されている。ラック本体部材１１において、ラック歯列１２が形成されている部位とは異なる部位には、当該ラック本体部材１１の部位を、ラック本体部材１１の長さ方向１１ａに、所定の間隔で分断している複数条の溝１３が形成されている。

矩形断面のラック本体部材１１における４つの平坦な外周側面を、第１～第４側面２１～２４と呼ぶものとする。本例では、第１側面２１にラック歯列１２が形成されている。ラック歯列１２においては、長さ方向１１ａに直交、または所定の角度を有する方向に延びる歯山が、長さ方向１１ａに、一定のピッチで配列されている。

複数条の溝１３は、第１側面２１とは反対側の第３側面２３において、長さ方向１１ａに沿って等間隔で配列されている。各溝１３は、長さ方向１１ａに直交する幅方向１１ｂに平行、または所定の角度を有して延びている。各溝１３は、ラック本体部材１１の第３側面２３に露出する一定幅の溝開口１３ａを備え、第３側面２３において、幅方向１１ｂの全幅に亘って形成され、その両側の溝端が、第２側面２２および第４側面２４に開口している。また、溝１３は、第３側面２３から、ラック歯列１２が形成されている第１側面に向かって、第３側面２３に垂直に延びる長方形断面をしている。本例の溝１３は、第３側面２３から第１側面２１までの間の距離の略半分の溝深さの溝であり、溝底面部分は湾曲円弧面によって規定されている。

ラックギヤ７は例えば次の工程を経て製造される。まず、ラック歯列１２および溝１３の付いていない矩形断面のラック本体部材１１を製造する。このラック本体部材１１に溝加工を行って溝１３を付ける。また、穴加工を行って締結ボルトの取付け穴１４等を付ける。次に、歯切り加工を行って、溝１３の付いたラック本体部材１１にラック歯列１２を付ける。ラック歯列１２の付いたラック本体部材１１のラック歯列１２に研磨工程および熱処理工程（焼入れ、焼きなまし等）を行う。

例えば、研磨工程あるいは熱処理工程の前において、ラック歯列１２を付けたラック本体部材１１には変形が生じている。例えば、図２（ｂ）に示すように、長さ方向１１ａにおいて、ラック歯列１２が形成された第１側面２１の側が僅かに湾曲面となるように、ラック本体部材１１に変形が生じる。

本例のラックギヤ７には溝１３が形成されている。例えば、研磨加工用のラックギヤ取付け面（図示せず）に、締結機構によって、変形状態のラック本体部材１１が取り付けられる。締結機構によって外力を加えて変形が矯正された状態で、ラック本体部材１１がラックギヤ取付け面に取り付けられる。ラック本体部材１１の第３側面２３の側の部位は、長さ方向１１ａに沿って、溝１３によって、等間隔に分断されており、剛性が低い。外力を加えることで、変形が確実に矯正された状態でラックギヤ取付け面に取り付けられ、この状態で精度良く加工が行われる。

加工後にラックギヤ取付け面からラックギヤ７を取り外すと、外力が除去されるので、再び変形した状態に戻る。しかし、次の加工工程において、外力を加えることで変形が確実に矯正された状態が再現され、ラックギヤ７が精度良く加工される。

また、ラックギヤ７の製造においては、外力を加えて塑性変形させて変形を除去する工程を省略することも可能である。この場合、変形が残っている状態のままで、ラックギヤ７が実機に取り付けられる。例えば、図１に示すように、機構フレーム９のラックギヤ取付け面８に、ラックギヤ７が締結ボルト１０等によって締結固定される。ラックギヤ７には溝１３が付いているので、締結ボルト１０の締結等によってラックギヤ７に加わる外力によって、ラックギヤ７の変形が確実に矯正される。よって、ラックギヤ７は、変形が矯正された状態で精度良くラックギヤ取付け面８に組み付けられ、ピニオンギヤ６に精度良くかみ合った状態を形成できる。

なお、本例では、ラックギヤ７に一定幅で一定深さの細長い長方形断面の溝１３を形成してある。溝１３は長方形以外の断面形状の溝であってもよい。また、溝底面部分は湾曲弧面でなくても良い。例えば、溝開口部から溝底面に向かって先細りの三角形断面の溝でもよい。また、溝１３の間隔は等間隔でなくてもよい。例えば、ラックギヤ７の長さ方向１１ａにおいて、取付け穴１４の近傍では溝の間隔を広くし、取付け穴１４から遠い部分では溝の間隔を狭くする。これにより、締結ボルトによる締結力が確保され、ラックギヤ７の変形も確実に矯正される。

以上説明したように、ラックギヤ７をラックギヤ取付け面８に取り付けるラックギヤ取付け構造において、ラックギヤ７のラック本体部材１１には、複数条の溝１３が形成されている。溝１３は、ラック本体部材１１において、ラック歯列１２が形成されている部位とは異なる部位を、その長さ方向１１ａに沿って、所定の間隔で分断している。ラックギヤ７をラックギヤ取付け面８に締結固定すると、ラックギヤ７に加わる締結力によってラックギヤ７の変形が確実に矯正され、この状態で、ラックギヤ取付け面８に取り付けられる。ラックギヤ７に大きな外力を加えて塑性変形させて、ラックギヤの変形を除去する工程等を必要とせずに、ラックギヤ７を精度良く加工でき、また、実機に精度良く組み付けることができる。

Claims (6)

1. 外力を加えて変形が矯正された状態で、ラックギヤが所定のラックギヤ取付け面に締結ボルトによって取り付けられているラックギヤ取付け構造であって、
   前記ラックギヤは、
   直線状に延びるラック本体部材と、
   前記ラック本体部材の外周側面に、その長さ方向に形成したラック歯列と、
   前記ラック本体部材における前記ラック歯列が形成されている部位とは異なる部位を、前記長さ方向に沿って、所定の間隔で分断している複数条の溝と、
   前記ラック本体部材において前記長さ方向に沿って所定の間隔で形成した前記締結ボルトの取付け穴と、
   を有しており、
   前記溝は、前記ラック本体部材において、前記取付け穴の近傍では第１間隔で形成され、前記取付け穴から遠い部分では前記第１間隔とは異なる第２間隔で形成されていることを特徴とするラックギヤ取付け構造。
2. 外力を加えて変形が矯正された状態で、ラックギヤが所定のラックギヤ取付け面に締結ボルトによって取り付けられているラックギヤ取付け構造であって、
   前記ラックギヤは、
   直線状に延びるラック本体部材と、
   前記ラック本体部材の外周側面に、その長さ方向に形成したラック歯列と、
   前記ラック本体部材における前記ラック歯列が形成されている部位とは異なる部位を、前記長さ方向に沿って、所定の間隔で分断している複数条の溝と、
   前記ラック本体部材において前記長さ方向に沿って所定の間隔で形成した前記締結ボルトの取付け穴と、
   を有しており、
   前記溝および前記取付け穴は、それぞれ、前記長さ方向に直交する方向に延びており、
   前記溝は、前記長さ方向において隣接する前記取付け穴の間のそれぞれに、複数条形成されており、
   前記長さ方向において前記取付け穴の両側に位置する２条の前記溝の間隔は第１間隔であり、
   前記長さ方向において隣接する前記取付け穴の間に位置する複数条の前記溝の間隔は、前記第１間隔よりも狭い第２間隔であるラックギヤ取付け構造。
3. 請求項２において、
   前記ラック本体部材は矩形断面の部材であり、
   前記ラック本体部材の４つの外周側面を第１～第４側面とすると、前記ラック歯列は前記第１側面に形成されており、
   前記溝は、前記第３側面に開口し、前記第３側面における前記長さ方向に直交する幅方向の全幅に亘って形成されており、
   前記溝の前記幅方向の両側の溝端は、前記第２側面および前記第４側面に開口しているラックギヤ取付け構造。
4. 請求項３において、
   前記溝は、溝幅よりも溝深さが大きい長方形断面の溝であり、前記第１側面に向かって前記第３側面から垂直に延びているラックギヤ取付け構造。
5. 請求項２に記載のラックギヤ取付け構造に用いるラックギヤであって、
   前記ラックギヤは、
   直線状に延びるラック本体部材と、
   前記ラック本体部材の外周側面に、その長さ方向に形成したラック歯列と、
   前記ラック本体部材における前記ラック歯列が形成されている部位とは異なる部位を、前記長さ方向に沿って、所定の間隔で分断している複数条の溝と、
   前記ラック本体部材において前記長さ方向に沿って所定の間隔で形成した前記締結ボルトの取付け穴と、
   を有しており、
   前記溝および前記取付け穴は、それぞれ、前記長さ方向に直交する方向に延びており、
   前記溝は、前記長さ方向において隣接する前記取付け穴の間のそれぞれに、複数条形成されており、
   前記長さ方向において前記取付け穴の両側に位置する２条の前記溝の間隔は第１間隔であり、
   前記長さ方向において隣接する前記取付け穴の間に位置する複数条の前記溝の間隔は、前記第１間隔よりも狭い第２間隔である
   前記ラック本体部材の４つの外周側面を第１～第４側面とすると、前記ラック歯列は前記第１側面に形成されており、
   前記溝は、前記第３側面に開口し、前記第３側面における前記長さ方向に直交する幅方向の全幅に亘って形成されており、
   前記溝の前記幅方向の両側の溝端は、前記第２側面および前記第４側面に開口しているラックギヤ。
6. 請求項５において、
   前記溝は、溝幅よりも溝深さが大きい長方形断面の溝であり、前記第１側面に向かって前記第３側面から垂直に延びているラックギヤ。

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