特許 6202061 ラック及びその製造方法、操舵装置及びその製造方法、並びに、自動車及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6202061

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】ラック及びその製造方法、操舵装置及びその製造方法、並びに、自動車及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16H 55/26 20060101AFI20170914BHJP

   B62D 3/12 20060101ALI20170914BHJP

   B21K 1/76 20060101ALI20170914BHJP

   B21J 5/02 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   F16H55/26

   B62D3/12 503Z

   B21K1/76 A

   B21J5/02 B

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-165384(P2015-165384)

(22)【出願日】2015年8月25日

(65)【公開番号】特開2017-44228(P2017-44228A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2017年6月19日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000811

【氏名又は名称】特許業務法人貴和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】萩原 信行

(72)【発明者】

【氏名】水嶋 勇貴

(72)【発明者】

【氏名】小林 一登

【審査官】 岡本 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６４４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１１１５９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−５８３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ５５／２６

Ｂ２１Ｊ ５／０２

Ｂ２１Ｋ １／７６

Ｂ６２Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製で、全体が円柱状又は円筒状に構成されており、
軸方向一部の径方向片側面に、軸方向に対して直角な方向に対し傾斜した状態で形成された、複数のラック歯と、径方向片側面のうちでこれら各ラック歯が形成された部分から軸方向に外れた部分に、これら各ラック歯と並んだ状態で形成された、１乃至複数のダミー歯とを備え、
軸方向に対し直交する仮想平面と前記ダミー歯の形成方向との成す角度が、同じく前記各ラック歯の形成方向との成す角度よりも小さいラック。

【請求項2】

金属製で、全体が円柱状又は円筒状に構成されており、
軸方向一部の径方向片側面に、軸方向に対して直角な方向に対し傾斜した状態で形成された、複数のラック歯と、径方向片側面のうちでこれら各ラック歯が形成された部分から軸方向に外れた部分に、これら各ラック歯と並んだ状態で形成された、１乃至複数のダミー歯とを備え、
軸方向に対し直交する仮想平面と、前記ダミー歯の幅方向両側縁のうち前記各ラック歯に遠い側の側縁との成す角度を、同じく近い側の側縁との成す角度よりも小さいラック。

【請求項3】

金属製で、全体が円柱状又は円筒状に構成されており、
軸方向一部の径方向片側面に、軸方向に対して直角な方向に対し傾斜した状態で形成された、複数のラック歯と、径方向片側面のうちでこれら各ラック歯が形成された部分から軸方向に外れた部分に、これら各ラック歯と並んだ状態で形成された、１乃至複数のダミー歯とを備え、
径方向片側面のうち、前記ダミー歯と軸方向に隣接する部分を、断面形状が部分円弧形の曲面により構成しているラック。

【請求項4】

金属製で、全体が円柱状又は円筒状に構成されており、
軸方向一部の径方向片側面に、軸方向に対して直角な方向に対し傾斜した状態で形成された、複数のラック歯と、径方向片側面のうちでこれら各ラック歯が形成された部分から軸方向に外れた部分に、これら各ラック歯と並んだ状態で形成された、１乃至複数のダミー歯とを備え、
前記ダミー歯の形成方向に関する中間部の１乃至複数箇所に、このダミー歯を軸方向に貫通する状態でスリットを設けているラック。

【請求項5】

請求項１〜４のうちの何れか１項に記載したラックの製造方法であって、
円柱状又は円筒状の金属素材の軸方向一部の径方向片側面に平坦面状の被加工面を形成した後、ラック状の加工面を有するパンチ又は金型を、この被加工面に押し付ける事により、この被加工面を塑性変形させて、前記各ラック歯及び前記ダミー歯を形成する、
ラックの製造方法。

【請求項6】

ステアリングシャフトと、
このステアリングシャフトの回転に伴って回転駆動されるピニオンと、このピニオンと噛合するラックとを有するステアリングギヤユニットとを備える操舵装置であって、
前記ラックが、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載したラックである、操舵装置。

【請求項7】

請求項６に記載した操舵装置を備える自動車。

【請求項8】

ステアリングシャフトと、
このステアリングシャフトの回転に伴って回転駆動されるピニオンと、このピニオンと噛合するラックとを有するステアリングギヤユニットとを備える操舵装置の製造方法であって、
前記ラックを、請求項５に記載したラックの製造方法により製造する、
操舵装置の製造方法。

【請求項9】

操舵装置を備える自動車の製造方法であって、
前記操舵装置を、請求項８に記載した操舵装置の製造方法により製造する、
自動車の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、例えば自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤに組み込んで、軸方向の変位に伴ってタイロッドを押し引きする為のラック、及び、その製造方法の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば図８に示す様な自動車の操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、一般的には前輪）に舵角を付与する為の操舵装置では、ステアリングホイール１の操作に伴って回転するステアリングシャフト２の動きを、自在継手３、３及び中間シャフト４を介して、ステアリングギヤユニット５の入力軸６に伝達する。このステアリングギヤユニット５は、この入力軸６により回転駆動されるピニオンと、このピニオンと噛合したラックとを備える。この入力軸６と共にこのピニオンが回転すると、このラックが軸方向に変位し、その両端部に結合した１対のタイロッド７、７を押し引きし、前記操舵輪に所望の舵角を付与する。

【0003】

前記ステアリングギヤユニット５を構成するラックの径方向片側面の軸方向一部には、複数のラック歯を等間隔に設けている。この様なラックを、金属製の素材に切削加工を施す事により複数のラック歯を形成して造ると、製造コストが嵩む上、これら各ラック歯の強度及び剛性を確保し難い。これに対し、素材を塑性変形させる事で複数のラック歯を形成すれば、これら各ラック歯の加工に要する時間を短縮して、製造コストを低減でき、しかも、得られるラック歯の金属組織が緻密になる為、これら各ラック歯の強度及び剛性を確保し易い。この様に、ラック歯を塑性変形により加工するラックの製造方法に関する発明として従来から、特許文献１〜２に記載された発明が知られている。

【0004】

図９〜１４は、このうちの特許文献１に記載されている、ラック及びその製造方法の従来例を示している。ラック９は、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製で、全体を円柱状に形成されており、軸方向一部（図９〜１１の左端寄り部分）の径方向片側面（図９、１１の上面、図１０の表側面）に塑性加工により形成された、複数のラック歯１１、１１を備える。尚、図示の例の場合には、前記ラック９のうちの軸方向一部で、これら各ラック歯１１、１１を形成した部分から周方向に外れた背面部分１２の断面形状の曲率半径Ｒ_１２（図１２参照）を、前記ラック９のうちの軸方向残部（図９〜１１の右側部分）である、断面円形の円杆部１３の外周面の曲率半径ｒ_１３（図１２参照）よりも大きく（Ｒ_１２＞ｒ_１３）している。この様な構造により、前記各ラック歯１１、１１の幅寸法、強度、剛性を、何れも十分に確保しつつ、これら各ラック歯１１、１１を形成した部分以外の外径が必要以上に大きくなるのを抑え、軽量に構成している。

【0005】

次に、上述の様なラック９の製造方法に就いて、図１３〜１４により説明する。
先ず、図１３の（Ａ）に示す様に、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で、円柱状又は円筒状の素材１４を、受型１５の上面に設けた、断面円弧形の凹溝部１６内にセット（載置）する。次いで、図１３の（Ｂ）に示す様に、この凹溝部１６に沿って長い押圧パンチ１７の先端面（下端面）により前記素材１４をこの凹溝部１６に向けて強く押圧する、据え込み加工を行う。この据え込み加工では、前記素材１４の軸方向一部｛前記各ラック歯１１、１１（図９〜１２参照）を形成すべき部分｝を、上下方向に押し潰すと共に、水平方向の幅寸法を拡げて、中間素材１８とする。この中間素材１８は、軸方向一部の外周面に、前記背面部分１２（図９、１１、１２参照）となるべき部分円筒面部１９と、断面の径方向に関してこの部分円筒面部１９と反対側に存在する平坦面状の被加工面部２０と、これら両面部１９、２０同士を連続させる、曲率半径が比較的小さい、１対の曲面部４６、４６とを備える。

【0006】

次いで、前記中間素材１８を、前記受型１５の凹溝部１６から取り出して、図１３の（Ｃ）に示す様に、ダイス２１に設けた保持孔２２の底部２３に挿入（セット）する。この保持孔２２は、Ｕ字形の断面形状を有し、この底部２３の曲率半径は、前記受型１５の凹溝部１６の内面の曲率半径と、ほぼ一致している。又、前記保持孔２２の１対の内側面２４、２４は、互いに平行な平面としている。更に、この保持孔２２の上端開口部には、上方に向かう程互いの間隔が拡がる方向に傾斜した、１対のガイド傾斜面部２５、２５を設けている。

【0007】

前記中間素材１８を、前記ダイス２１の保持孔２２にセットしたならば、次いで、図１３の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、この保持孔２２内に歯成形用パンチ２６を挿入し、この歯成形用パンチ２６により、前記中間素材１８を前記保持孔２２内に強く押し込む。この歯成形用パンチ２６の加工面（下面）には、得るべきラック歯１１、１１に見合う形状の、成形用の波形凹凸を設けている。又、前記中間素材１８の外周面は、前記保持孔２２の内面により、前記各ラック歯１１、１１を形成すべき前記被加工面部２０を除き、拘束されている。この為、前記歯成形用パンチ２６により前記中間素材１８を前記保持孔２２内に強く押し込む事で、この中間素材１８のうちの被加工面部２０が、前記波形凹凸に倣って塑性変形し、図１３の（Ｄ）及び図１４の（Ａ）に示す様なラック歯１１、１１を有する、素ラック２７に加工される。但し、この状態での素ラック２７は、完成状態のラック９（図９〜１２参照）に比べて、形状精度及び寸法精度が不十分であり、前記各ラック歯１１、１１の端縁も尖ったままである。又、これら各ラック歯１１、１１の加工に伴って（歯底となるべき部分から）押し出された余肉は、前記保持孔２２の１対の内側面２４、２４に強く押し付けられる為、前記素ラック２７の左右両側面には、互いに平行な逃げ平坦面部２８、２８が形成される。

【0008】

そこで、前記歯成形用パンチ２６を上昇させてから、前記素ラック２７を前記保持孔２２から取り出し、図１３の（Ｅ）に示す様に、サイジング用ダイス２９の上面に形成したサイジング用凹凸面部３０に載置する。この際、前記素ラック２７を上下反転させる。このサイジング用凹凸面部３０は、歯の端縁の面取り部を含め、得るべきラック歯１１、１１の形状に見合う（完成後の形状に対して凹凸が反転した）形状を有する。そして、押型３１により、図１３の（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に、前記素ラック２７のラック歯１１、１１を形成した部分を、前記サイジング用凹凸面部３０に向け、強く押し付ける。

【0009】

前記押型３１の下面には、完成後のラック９の背面部分１２の曲率半径Ｒ_１２（図１２参照）に一致する曲率半径を有する押し凹溝３２を形成しており、前記素ラック２７は、前記背面部分１２となるベき部分をこの押し凹溝３２に嵌合させた状態で、前記サイジング用凹凸面部３０に向け強く押圧される。この為、前記図１３の（Ｆ）に示した、前記サイジング用ダイス２９と前記押型３１とを十分に近付けた状態で、前記各ラック歯１１、１１が、図１４の（Ｂ）に示した完成後の状態（形状及び寸法が適正になり、各歯の端縁に面取りが設けられた状態）になると同時に、前記背面部分１２に関しても、形状及び寸法が適正になる。尚、この様にして行うサイジングに伴って押し出された余肉は、前記両逃げ平坦面部２８、２８部分に集まる。従って、完成後のラック９には、これら両逃げ平坦面部２８、２８は、殆ど残らない。但し、余肉が前記サイジング用凹凸面部３０や前記押し凹溝３２の内面を、極端に強く押圧する事はないので、前記サイジングの加工荷重を低く抑えられるだけでなく、前記サイジング用ダイス２９及び前記押型３１の耐久性を確保し易い。

【0010】

上述の様な特許文献１に記載された構造を含め、従来のラックの製造方法の場合、次の様な問題を生じる可能性がある。即ち、図１３の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、歯成形用パンチ２６により中間素材１８を保持孔２２内に強く押し込む際には、この歯成形用パンチ２６の押し付けに伴って、この中間素材１８を構成する金属材料の一部が、ラック歯１１、１１を形成すべき部分の軸方向端部から軸方向外方（前記歯成形用パンチ２６により押圧される部分から軸方向に外れた部分）に向け移動する。この結果、図１５に示す様に、前記各ラック歯１１、１１のうちで、軸方向端部（図１５の右端部）に存在するラック歯１１の歯丈が小さくなり（歯高が低くなり）、完成後のラックをステアリングギヤユニット５（図８参照）に組み付けた場合に、前記軸方向端部で、前記各ラック歯１１、１１と入力軸６（図８参照）の外周面に形成したピニオンとの噛合状態を適正に維持できない可能性がある。

【0011】

これに対し、径方向片側面のうちで、ラック歯が形成された部分から軸方向に外れた部分に、これら各ラック歯と並んだ状態で、これら各ラック歯よりも歯丈が小さいダミー歯（余肉部）を設ける事が、従来から行われている。図１６〜１９は、特許文献２に記載されている、ダミー歯を備えるラック及びその製造方法の従来例を示している。ラック９ａは、軸方向一部の径方向片側面（図１６の表側面）に複数のラック歯１１ａ、１１ａを、塑性加工により、このラック９ａの中心軸Ｏに対して直角な方向（図１６の上下方向）に対し傾斜した方向に形成している。又、このラック９ａの径方向片側面のうちで、前記各ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分の軸方向片側（図１６の右側）に存在する部分に、これら各ラック歯１１ａ、１１ａと並んだ状態で、これら各ラック歯１１ａ、１１ａよりも歯丈が小さい複数（図示の例の場合、２個）のダミー歯３３、３３を、これら各ラック歯１１ａ、１１ａの形成方向と同方向に設けている。この様なダミー歯３３、３３は、ステアリングギヤユニット５（図８参照）の使用状態に於いても、入力軸６の外周面に形成したピニオンと噛合する事がない。

【0012】

上述の様なラック９ａを造るには、先ず、金属製の円筒状部材に塑性加工を施す事により、軸方向一部の径方向片側面（図１７〜１９の上面）に平坦面状の被加工面部３４を有する円筒状の素材３５を得る。尚、図示の例の場合には、この素材３５のうちの軸方向一部で、前記被加工面部３４から周方向に外れた部分である小径側円筒部３６の断面形状の曲率半径を、前記素材３５のうちの軸方向残部である大径側円筒部３７の断面形状の曲率半径よりも小さくしている。次に、図１７に示す様に、前記素材３５の被加工面部３４を、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３、３３に見合う凹凸形状を有する、金型３８に突き当てる。即ち、この金型３８は、前記各ラック歯１１ａ、１１ａに見合う形状を有するラック歯成形用凹部３９、３９と、前記各ダミー歯３３、３３に見合う形状を有するダミー歯成形用凹部４０、４０とを、それぞれ下面から凹んだ状態で設けている。次いで、図１８に示す様に、径方向片側面に凸部４１、４１を設けた芯金４２を前記素材３５内に、軸方向片側（図１７〜１９の右側）開口から挿入し、前記小径側円筒部３６の内側に圧入する。これにより、前記素材３５を構成する金属材料のうちで、前記被加工面部３４の内径側に存在する金属材料を、前記各ラック歯成形用凹部３９、３９及び前記各ダミー歯成形用凹部４０、４０内に移動させる。更に、図１９に示す様に、前記芯金４２をこの芯金４２よりも外径が大きい芯金４２ａと交換し、この芯金４２ａを前記小径側円筒部３６の内側に圧入する事で、前記被加工面部３４の内径側に存在する金属材料を、前記各ラック歯成形用凹部３９、３９及び前記各ダミー歯成形用凹部４０、４０内に充填させ、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３、３３を形成する。

【0013】

上述の様な特許文献２に記載されたラック及びその製造方法の場合、ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度を確保し易くする面からは、改良の余地がある。
即ち、前記ラック９ａは、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３、３３を、このラック９ａの軸方向に対し直交する仮想平面に対し傾斜した方向に形成している。この為、前記各ダミー歯３３、３３のうち、軸方向片側のダミー歯３３の軸方向片側に隣接する部分に存在する平坦面部４３は、前記ラック９ａの中心軸Ｏに対して直角な方向（この平坦面部４３と平行な仮想平面上で、この中心軸Ｏに直交する方向）の一方から他方（図１６の上方から下方）に向かう程幅寸法（このラック９ａの軸方向に関する寸法）が狭くなる台形状となっている。換言すれば、前記平坦面部４３のうち、前記ラック９ａの中心軸Ｏに対して直角な方向に関する一端縁（図１６の上端縁）の軸方向寸法Ｌ_Ａが、同じく他端縁（図１６の下端縁）の軸方向寸法Ｌ_Ｂよりも大きくなっている（Ｌ_Ａ＞Ｌ_Ｂ）。ここで、鍛造等の塑性加工の際に、金属材料が移動する事に対する抵抗（流動抵抗）は、この金属材料の移動方向に平行な平坦面の近傍部分でそれ以外の部分よりも小さい（金属材料が移動し易い）。要するに、図１８、１９に示す様に、前記素材３５の小径側円筒部３６の内側に、前記芯金４２、４２ａを圧入する事で、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３、３３を形成する際に、前記素材３５を構成する金属材料が移動する事に対する抵抗は、前記平坦面部４３の近傍部分のうち、前記直角な方向に関する一端側で、同じく他端側よりも小さくなる。従って、前記特許文献２に記載されたラックの製造方法の場合、前記芯金４２、４２ａを圧入する事で前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３、３３を形成する際に、前記平坦面部４３の近傍部分の一端側で、前記金属材料が、前記被加工面部３４の内径側から前記大径側円筒部３７側に向けて移動し易くなって、前記金属材料を、前記各ラック歯成形用凹部３９、３９及び前記各ダミー歯成形用凹部４０、４０内に充填し難くなる可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開２００８−１３８８６４号公報

【特許文献2】特開２０１４−５８３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、上述の様な事情に鑑み、ラック歯の形状精度を確保し易い、ラックの構造及びその製造方法を実現すべく発明したものである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明のラック及びその製造方法の対象となるラックは、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属製で、全体が円柱状又は円筒状に構成されており、複数のラック歯と、１乃至複数のダミー歯とを備える。
このうちのラック歯は、前記ラックの軸方向一部の径方向片側面（外周面の一部）に、軸方向に対して直角な方向に対し傾斜した状態で形成されている。この様なラック歯は、軸方向一部の径方向片側面に、鍛造等の塑性加工を施す事により形成されるものである。
前記ダミー歯は、前記ラックの径方向片側面のうちで前記各ラック歯が形成された部分から軸方向に外れた部分に、これら各ラック歯と並んだ状態で形成されている。この様なダミー歯は、これら各ラック歯を前記塑性加工により形成する際に同時に（同一工程内で）形成されるものである。

【0017】

特に請求項１に記載したラックの場合には、軸方向に対し直交する仮想平面と前記ダミー歯の形成方向との成す角度を、同じく前記各ラック歯の形成方向との成す角度よりも小さくしている。

【0018】

又、請求項２に記載したラックの場合には、軸方向に対し直交する仮想平面と、前記ダミー歯の幅方向両側縁（ラックの軸方向に関する両側縁）のうち前記各ラック歯に遠い側の側縁との成す角度を、同じく近い側の側縁との成す角度よりも小さくしている。これにより、前記ダミー歯の歯厚（軸方向に関する厚さ寸法）を、このダミー歯の形成方向に関して一方から他方に向かう程小さくしている。

【0019】

又、請求項３に記載したラックの場合には、このラックの径方向片側面のうち、前記ダミー歯と軸方向に隣接する部分（ダミー歯同士の間に存在する歯底面を含む）を、断面形状が部分円弧形の曲面により構成している。
この様な請求項３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、前記ダミー歯の歯面及び歯先面を、それぞれ断面形状が部分円弧形の曲面により構成する。

【0020】

又、請求項４に記載したラックの場合には、前記ダミー歯の形成方向に関する中間部の１乃至複数箇所に、このダミー歯を軸方向に貫通する状態でスリットを設けている。
この様な請求項４に記載した発明を実施する場合に具体的には、前記各ラック歯が形成された部分と軸方向に隣接する部分に存在する平面部分の面積が、前記ラックの中心軸を含みこの平面部分に直交する仮想平面の両側部分でほぼ同じとなる様に、前記スリットの個数や形状、幅寸法等を調整する。

【0021】

尚、上述の様な請求項１〜４に記載した各発明は、単独で実施する他、組み合わせて実施する事も可能である。何れにしても、前記各ラック歯が形成された部分と軸方向に隣接する部分に存在する平面部分の面積が、前記ラックの中心軸を含みこの平面部分に直交する仮想平面の両側部分でほぼ同じとなるか、或いは、前記平面部分が、前記ラックの軸方向に関して長く連続しない様に、前記ダミー歯の形状を工夫している。

【0022】

又、請求項５に記載したラックの製造方法は、上述の様な請求項１〜４に記載したラックを造る為、円柱状又は円筒状の金属素材の軸方向一部の径方向片側面に平坦面状の被加工面部を形成した後、ラック状の加工面を有するパンチ又は金型を、この被加工面部に押し付ける事により、この被加工面部を塑性変形させて、前記各ラック歯及び前記ダミー歯を同時に（同一行程で）形成する。

【発明の効果】

【0023】

上述の様に構成する本発明のラック及びその製造方法によれば、ダミー歯の形状を工夫する事で、このラックの径方向片側面のうち、ラック歯が形成された部分と軸方向に隣接する部分に存在する平面部分の面積を、前記ラックの中心軸を含みこの平面部分に直交する仮想平面の両側部分でほぼ同じにするか、或いは、この平面部分が、軸方向に長く連続しない様にしている。この為、前記各ラック歯及びダミー歯を塑性加工により形成する際に、前記ラックを構成する金属材料が移動する事に対する抵抗（流動抵抗）を、前記仮想平面の両側でほぼ同じにできて、前記各ラック歯の形状精度を確保し易くできる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施の形態の第１例を示す、要部拡大平面図。

【図2】同第２例を示す、図１と同様の図。

【図3】同第３例を示す、図１と同様の図。

【図4】図３のａ−ａ断面図。

【図5】図３のｂ−ｂ断面図。

【図6】本発明の実施の形態の第４例を示す、図１と同様の図。

【図7】ダミー歯に形成したスリットを示す、要部拡大斜視図。

【図8】本発明の対象となるラックを組み込んだステアリングギヤを備えた自動車用操舵装置の従来構造の１例を示す部分断面図。

【図9】ラックの従来構造の第１例を示す斜視図。

【図10】図９のｃ矢視図。

【図11】同ｄ矢視図。

【図12】図１１の拡大ｅ−ｅ断面図。

【図13】従来構造に係るラックの製造方法の第１例を工程順に示す、図１２と同方向から見た断面図。

【図14】サイジング前後のラック歯の形状を示す部分斜視図。

【図15】従来のラックの製造方法の第１例の問題点を説明する為の断面図。

【図16】ラックの従来構造の第２例を示す、要部拡大平面図。

【図17】この従来構造の第２例のラックの製造方法を示す図であり、金型を素材の平坦面部に突き当てた状態で示す断面図。

【図18】同じく小径側円筒部の内側に芯金を圧入した状態で示す断面図。

【図19】同じく小径側円筒部の内側に、外径が大きい芯金を圧入した状態で示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１、５に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含め、本発明の特徴は、ダミー歯３３ａ、３３ａの形状を工夫する事により、ラック歯１１ａ、１１ａ及びこれら各ダミー歯３３ａ、３３ａを塑性加工により形成する際に、ラック９ｂを構成する金属材料が移動する事に対する抵抗（流動抵抗）を調整して、前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度を確保し易くする点にある。

【0026】

本例のラック９ｂは、軸方向一部の径方向片側面（図１の表側面）に複数のラック歯１１ａ、１１ａを、このラック９ｂの軸方向に直交する仮想平面に対し傾斜した状態で形成している。又、前記ラック９ｂのうちで前記各ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分の軸方向片側（図１の右側）に位置する部分に、これら各ラック歯１１ａ、１１ａと並んだ状態で、これら各ラック歯１１ａ、１１ａよりも歯丈が小さい、複数（図示の例の場合、２個）のダミー歯３３ａ、３３ａを設けている。この様なダミー歯３３ａ、３３ａは、前記ラック９ｂを組み込んだステアリングギヤユニット５（図８参照）の使用状態に於いても、入力軸６の外周面に形成したピニオン歯と噛合する事はない。

【0027】

特に本例のラック９ｂは、径方向片側面のうち、前記各ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分よりも軸方向片側に存在する、図１に斜格子を付して示す平面部分（これら各ラック歯１１ａ、１１ａと前記各ダミー歯３３ａ、３３ａとの間部分、これら各ダミー歯３３ａ、３３ａ同士の間部分、及び、これら各ダミー歯３３ａ、３３ａと後述する傾斜面部４５との間部分）が、前記ラック９ｂの軸方向に長く連続しない（軸方向に連続する長さが、前述の図１６に示した従来構造のラック９ａの平坦面部４３よりも短くなる）様にしている。この為に、本例の場合には、前記ラック９ｂの軸方向に対し直交する仮想平面と、前記各ダミー歯３３ａ、３３ａの形成方向との成す角度θ_１、θ_２を、同じくラック歯１１ａ、１１ａの形成方向との成す角度φよりも小さくしている。更に、本例の場合には、前記ラック９ｂの軸方向に対し直交する仮想平面と、前記各ダミー歯３３ａ、３３ａのうち軸方向片側の（前記各ラック歯１１ａ、１１ａから遠い側に存在する）ダミー歯３３ａの形成方向との成す角度θ_１を、同じく軸方向他側の（前記各ラック歯１１ａ、１１ａに近い側に存在する）ダミー歯３３ａの形成方向との成す角度θ_２よりも小さくしている（φ＞θ_２＞θ_１）。これにより、前記ラック９ｂの径方向片側面のうちで、前記軸方向片側のダミー歯３３ａの軸方向片側に隣接する部分に存在する平坦面部４３ａの形状を、前述の図１６に示した従来構造のラック９ａの平坦面部４３よりも長方形に近くしている。即ち、前記平面部分のうちで軸方向に関する寸法が最も長い部分である、前記平坦面部４３ａのうち前記ラック９ｂの中心軸Ｏに対して直角な方向（この平坦面部４３ａと平行な仮想平面上で、この中心軸Ｏに直角な方向）に関する一端縁（図１の上側縁）の軸方向寸法Ｌ_Ａ１を、前記従来構造に係るラック９ａの平坦面部４３のうちこのラック９ａの中心軸Ｏに対して直角な方向に関する一端縁（図１６の上端縁）の軸方向寸法Ｌ_Ａよりも小さくしている（Ｌ_Ａ１＜Ｌ_Ａ）。又、前記平坦面部４３ａの他端縁（図１の下側縁）の軸方向寸法Ｌ_Ｂ１は、前記従来構造に係るラック９ａの平坦面部４３の他端縁の軸方向寸法Ｌ_Ｂと同じにしている（Ｌ_Ｂ１＝Ｌ_Ｂ）。尚、前記ラック９ｂの径方向片側面のうち、前記平坦面部４３ａと、このラック９ｂのうちの軸方向残部である、断面円形の円杆部４４とは、弓形の傾斜面部４５により連続させている。尚、本例の場合、前記各ダミー歯３３ａ、３３ａ同士の間部分に存在する平坦面部４３ｂ、及び、前記軸方向他側のダミー歯３３ａの軸方向他側に隣接する部分に存在する平坦面部４３ｃを、前記中心軸Ｏに対して直角な方向の一方から他方に向かう程幅寸法が狭くなる台形状としている。即ち、前記平坦面部４３ａの一端縁の軸方向寸法Ｌ_Ａ１を、前記従来構造に係るラック９ａの平坦面部４３の一端縁の軸方向寸法Ｌ_Ａよりも小さくした分、前記平坦面部４３ｂの一端縁の軸方向寸法Ｌ_Ａ２、及び、前記平坦面部４３ｃの一端縁の軸方向寸法Ｌ_Ａ３を大きくしている。これに対し、前記平坦面部４３ｂの他端縁の軸方向寸法Ｌ_Ｂ２は、前記従来構造に係るラック９ａのダミー歯３３、３３同士の間部分の他端縁の軸方向寸法と同じとし、前記平坦面部４３ｃの他端縁の軸方向寸法Ｌ_Ｂ３は、同じく軸方向他側のダミー歯３３の軸方向他側に隣接する部分の他端縁の軸方向寸法と同じとしている。これにより、本例の場合には、前記平面部分の面積を、前記従来構造のラック９ａとほぼ同じとしたまま、この平面部分のうち軸方向に連続する部分の軸方向に関する寸法（最も長い寸法、即ち、前記平坦面部４３ａの一端縁の軸方向寸法Ｌ_Ａ１）を、前記従来構造のラック９ａよりも短くしている。

【0028】

上述の様な本例のラック９ｂを、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で、円柱状又は円筒状の素材に塑性加工（冷間鍛造）を施す事により造る方法に就いては、基本的には、前述の図１３に示した従来方法の第１例、又は、図１７〜１９に示した従来方法の第２例と同様である。
即ち、例えば図１３の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、円柱状又は円筒状の素材１４に所定の塑性加工を施して得た中間素材１８を、同図の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、ダイス２１の保持孔２２にセットし、この保持孔２２内に歯成形用パンチ２６を挿入し、この歯成形用パンチ２６により、前記中間素材１８を前記保持孔２２内に強く押し込む。本例のラック９ｂの製造方法に使用する歯成形用パンチ２６の加工面（下面）には、得るべき前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３ａ、３３ａに見合う形状の、成形用の波形凹凸部を設けている。この様にして得た素ラック２７に、図１３の（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に、前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形状を整えるサイジングを施して前記ラック９ｂを得る。尚、このサイジングに使用するサイジング用ダイス２９の上面に形成したサイジング用凹凸面部３０を、得るべき前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３ａ、３３ａに見合う形状としている。

【0029】

或いは、図１７〜１９に示す様に、円筒状の素材３５の被加工面部３４に、金型３８を突き当る。この金型３８には、前記各ラック歯１１ａ、１１ａに見合う形状を有するラック歯成形用凹部３９、３９と、前記各ダミー歯３３ａ、３３ａに見合う形状を有するダミー歯成形用凹部４０、４０とを、それぞれ下面から凹む状態で設けている。この状態で、図１８〜１９に示す様に、前記素材３５の内側に、径方向片側面に凸部４１、４１を設けた芯金４２、４２ａを挿入して、この素材３５を構成する金属材料のうちで、前記被加工面部３４の内径側に存在する金属材料を、前記各ラック歯成形用凹部３９、３９及び前記各ダミー歯成形用凹部４０、４０内に移動させ、更に充填させる。これにより、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３ａ、３３ａを形成して、前記ラック９ｂを造る。

【0030】

何れの方法を採用した場合でも、本例のラック９ｂ及びその製造方法によれば、前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度を確保し易くする事ができる。
即ち、本例の場合、前記ラック９ｂの軸方向に対し直交する仮想平面と、前記各ダミー歯３３ａ、３３ａの形成方向との成す角度θ_１、θ_２を、同じくラック歯１１ａ、１１ａの形成方向との成す角度φよりも小さくしている。これにより、前記ラック９ｂの径方向片側面のうち、前記各ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分よりも軸方向片側に存在する平面部分が、前記ラック９ｂの軸方向に関して長く連続しない様にしている。より具体的には、前記平坦面部４３ａの一端縁の軸方向寸法Ｌ_Ａ１を、前記従来構造に係るラック９ａの平坦面部４３の一端縁の軸方向寸法Ｌ_Ａよりも小さくしている（Ｌ_Ａ１＜Ｌ_Ａ）。これにより、前記平坦面部４３ａの近傍部分のうちの一端側での、前記ラック９ｂを構成する金属材料が軸方向に移動する事に対する抵抗（流動抵抗）を、前記従来構造に係るラック９ａの平坦面部４３の近傍部分のうちの一端側での流動抵抗よりも大きくしている。従って、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３ａ、３３ａを形成する際に、前記金属材料が、これら各ラック歯１１ａ、１１ａ及びダミー歯３３ａ、３３ａを形成すべき部分の内径側から、前記円杆部４４側に向けて移動し難くできる。即ち、前記金属材料が、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３ａ、３３ａを形成すべき部分に向けて移動し易くできる。この結果、前記金属材料を、当該部分に充填し易くなり、前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度を確保できる。尚、本例の場合には、これら各ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度を確保し易い製造方法を、歯成形用パンチ２６又は金型３８の加工面に形成した波形凹凸部の形状を変更するだけで実現している。従って、前記ラック９ｂの製造コストが徒に増大するのを防止する事ができる。

【0031】

尚、本例の場合、前記ラック９ｂの軸方向に対し直交する仮想平面と、前記軸方向片側のダミー歯３３ａの形成方向との成す角度θ_１を、同じく軸方向他側のダミー歯３３ａの形成方向との成す角度θ_２よりも小さくする（φ＞θ_２＞θ_１）事により、前記平面部分に、前記ラック９ｂの軸方向に関する寸法が、前記平坦面部４３ａの一端縁よりも長い部分が存在しない様にしている。この様に本例の場合には、前記平面部分の面積は、前記従来構造のラック９ａとほぼ同じとしたまま、この平面部分のうち軸方向に連続する部分の軸方向に関する寸法（最も長い寸法）を、この従来構造のラック９ａよりも短くする事で、前記流動抵抗を調整している（前記ラック９ｂの中心軸Ｏに対して直角な方向の一端側部分と他端側部分とで、前記流動抵抗の差を小さくしている）。

【0032】

尚、本例を実施する場合に、前記角度θ_１が０度となる様に、前記軸方向片側のダミー歯３３ａを形成する（この軸方向片側のダミー歯３３ａを、前記ラック９ｂの軸方向に対し直角な方向に形成する）、即ち、前記平坦面部４３ａを長方形にしても良い。この平坦面部４３ａを長方形にすれば、この平坦面部４３ａの面積を、前記ラック９ｂの中心軸Ｏを通りこの平坦面部４３ａに直交する仮想平面αの両側部分で同じにする事ができ、前記流動抵抗もこれら両側部分でほぼ同じにする事ができる。この結果、前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度をより確保し易くできる。
又、前記流動抵抗は、前記ラック９ｂの軸方向に対し直交する仮想平面と、前記各ダミー歯３３ａ、３３ａの形成方向との成す角度θ_１、θ_２が小さい程大きくなる。本例の場合、これら各角度θ_１、θ_２を、前記仮想平面と前記ラック歯１１ａ、１１ａの形成方向との成す角度φよりも小さくしている（φ＞θ_２＞θ_１）為、前記平面部分の流動抵抗を、前述の図１６に示した従来構造の場合よりも大きくできる。この結果、前記金属材料を、前記円杆部４４側に向けて移動し難くできて、この面からも前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度を確保できる。

【0033】

［実施の形態の第２例］
図２は、請求項２、５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例のラック９ｃは、このラック９ｃの軸方向に対し直交する仮想平面と、複数のダミー歯３３ｂ、３３ｂの幅方向両側縁（このラック９ｃの軸方向に関する両側縁）のうち片側縁（ラック歯１１ａ、１１ａから遠い側の側縁）との成す角度を、同じく他側縁（これら各ラック歯１１ａ、１１ａに近い側の側縁）との成す角度よりも小さくしている。換言すれば、前記各ダミー歯３３ｂ、３３ｂの歯厚を、これら各ダミー歯３３ｂ、３３ｂの形成方向に関して一方から他方（図２の上方から下方）に向かう程小さくしている。これにより、前記ラック９ｃの径方向片側面のうち、前記各ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分よりも軸方向片側に存在する平面部分が、前記ラック９ｃの軸方向に関して長く連続しない様にしている。更に、本例のラック９ｃは、前記各ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分よりも軸方向片側に存在する平面部分の軸方向長さを、上述した実施の形態の第１例のラック９ｂの場合と比較して短くできる。この為、前記ラック９ｃを塑性加工により造る際に、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３ｂ、３３ｂを形成すべき部分の内径側から円杆部４４側への前記ラック９ｃを構成する金属材料の移動をより少なく抑える事ができる。この結果、前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形状精度をより確保し易くできる。尚、前記各ダミー歯３３ｂ、３３ｂのうち、軸方向片側（図２の右側）のダミー歯３３ｂの片側縁は、前記仮想平面と平行にしても良い。
その他の部分の構成及び作用は、前記実施の形態の第１例と同様である。

【0034】

［実施の形態の第３例］
図３〜５は、請求項３、５に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例のラック９ｄは、複数のダミー歯３３ｃ、３３ｃの歯面、歯先面及び歯底面｛これら各ダミー歯３３ｃ、３３ｃのうち軸方向片側（図３〜４の右側）のダミー歯３３ｃの歯元と傾斜面部４５との連続部、及び、同じく軸方向他側（図３〜４の左側）のダミー歯３３ｃの歯元とこの軸方向他側のダミー歯３３ｃの軸方向他側に隣接する部分との連続部を含む｝を、これら各ダミー歯３３ｃ、３３ｃの形成方向に直交する仮想平面に関する断面形状が部分円弧形の曲面により構成している。これにより、前記ラック９ｄの径方向片側面のうち、ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分よりも軸方向片側に存在する平面部分が、前記ラック９ｄの軸方向に関して長く連続しない様にしている。更に、本例の場合には、前記各ダミー歯３３ｃ、３３ｃの歯面、歯先面及び歯底面を曲面としている為、これら各ダミー歯３３ｃ、３３ｃを塑性加工により形成するのに要する荷重を小さく抑える事ができる。従って、前記ラック９ｄの製造コストの低減を図れる。尚、本例の場合、前記各ダミー歯３３ｃ、３３ｃの形成方向を、前記各ラック歯１１ａ、１１ａの形成方向と平行にしている。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様である。

【0035】

［実施の形態の第４例］
図６〜７は、請求項４〜５に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例のラック９ｅは、複数のダミー歯３３ｄ、３３ｄの形成方向中間部２箇所位置に、これら各ダミー歯３３ｄ、３３ｄを幅方向に貫通する状態で、スリット４７ａ、４７ｂを形成している。これら各スリット４７ａ、４７ｂのうち、前記各ダミー歯３３ｄ、３３ｄの形成方向一端寄り部分（図６の上側）に形成されたスリット４７ａ、４７ａの幅寸法を、同じく他端寄り部分（図６の下側）に形成されたスリット４７ｂ、４７ｂの幅寸法よりも小さくしている。これにより、前記ラック９ｅの径方向片側面のうち、ラック歯１１ａ、１１ａが形成された部分よりも軸方向片側（図６の左側）に存在する平面部分（図６に斜格子で示した部分であって、前記各ラック歯１１ａ、１１ａと前記各ダミー歯３３ｄ、３３ｄとの間部分、これら各ダミー歯３３ｄ、３３ｄ同士の間部分、及び、これら各ダミー歯３３ｄ、３３ｄと傾斜面部４５との間に存在する平坦面部４３、並びに、前記各スリット４７ａ、４７ｂの底面）の面積を、前記ラック９ｅの中心軸Ｏを含みこの平面部分に直交する仮想平面αの両側部分でほぼ同じにしている。これにより、前記各ラック歯１１ａ、１１ａ及び前記各ダミー歯３３ｄ、３３ｄを形成する際に、前記ラック９ｅを構成する金属材料が、円杆部４４側に向けて移動する事に対する抵抗を、前記仮想平面αの両側部分でほぼ同じにする事ができる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様である。

【産業上の利用可能性】

【0036】

上述した実施の形態の各例を実施する場合には、矛盾を生じない限り、これら各例を適宜組み合わせて実施する事もできる。この場合には、ラック歯が形成された部分と軸方向に隣接する部分に存在する平面部分の面積が、中心軸を含みこの平面部分に直交する仮想平面の両側部分でほぼ同じとなるか、或いは、前記平面部分が、ラックの軸方向に関して長く連続しない様に、ダミー歯の形状を工夫する。

【符号の説明】

【0037】

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ 自在継手
４ 中間シャフト
５ ステアリングギヤユニット
６ 入力軸
７ タイロッド
８ ステアリングコラム
９、９ａ〜９ｅ ラック
１１、１１ａ ラック歯
１２ 背面部分
１３ 円杆部
１４ 素材
１５ 受型
１６ 凹溝部
１７ 押圧パンチ
１８ 中間素材
１９ 部分円筒面部
２０ 被加工面部
２１ ダイス
２２ 保持孔
２３ 底部
２４ 内側面
２５ ガイド傾斜面部
２６ 歯成形用パンチ
２７ 素ラック
２８ 逃げ平坦面部
２９ サイジング用ダイス
３０ サイジング用凹凸面部
３１ 押型
３２ 押し凹溝
３３、３３ａ〜３３ｄ ダミー歯
３４ 被加工面部
３５ 素材
３６ 小径側円筒部
３７ 大径側円筒部
３８ 金型
３９ ラック歯成形用凹部
４０ ダミー歯成形用凹部
４１ 凸部
４２、４２ａ 芯金
４３、４３ａ 平坦面部
４４ 円杆部
４５ 傾斜面部
４６ 曲面部
４７ａ、４７ｂ スリット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】