特許 6202109 ステアリング用ラック、操舵装置、自動車、及び、ステアリング用ラックの製造方法、操舵装置の製造方法、自動車の製造方法

(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】6202109

(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】ステアリング用ラック、操舵装置、自動車、及び、ステアリング用ラックの製造方法、操舵装置の製造方法、自動車の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B62D 3/12 20060101AFI20170914BHJP

   F16H 55/26 20060101ALI20170914BHJP

   B21K 1/76 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   B62D3/12 503Z

   F16H55/26

   B21K1/76 A

【請求項の数】12

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-559078(P2015-559078)

(86)(22)【出願日】2015年1月21日

(86)【国際出願番号】JP2015051458

(87)【国際公開番号】WO2015111595

(87)【国際公開日】20150730

【審査請求日】2017年6月27日

(31)【優先権主張番号】特願2014-9670(P2014-9670)

(32)【優先日】2014年1月22日

(33)【優先権主張国】JP

【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】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水嶋 勇貴

(72)【発明者】

【氏名】萩原 信行

(72)【発明者】

【氏名】小林 一登

【審査官】 鈴木 敏史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−５８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３７４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−７３２６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６２Ｄ ３／１２

Ｂ２１Ｋ １／７６

Ｆ１６Ｈ ５５／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤの入力軸により回転駆動されるピニオンと噛合するステアリング用ラックにおいて、
前記ステアリング用ラックは、軸方向に延びる断面円形のロッド部と、前記ロッド部の軸方向一部の径方向片側面に形成されて前記ピニオンと噛合する複数のラック歯と、を備え、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ラック歯よりも歯丈が小さく、前記ピニオンと噛合しない少なくとも一つのダミー歯が形成され、
前記ダミー歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面と、前記径方向外側面と、の一対の接続部は、Ｒ形状であり、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ダミー歯がｎ個ずつ形成され（ｎは自然数）、
前記ラック歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
複数の前記ラック歯のうち軸方向両端に位置する前記ラック歯における、前記ダミー歯と隣り合う前記軸方向外側面の傾斜角度をθ_１とし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向内側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_２、θ_４、・・・、θ_２ｎとし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向外側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_３、θ_５、・・・、θ_２ｎ＋１とすると、
θ_１＜θ_２≦θ_３＜θ_４≦θ_５＜・・・＜θ_２ｎ≦θ_２ｎ＋１である
ステアリング用ラック。

【請求項2】

軸方向両端に位置する前記ラック歯の歯丈をＨ_１とし、
複数の前記ダミー歯の歯丈を、１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にＨ_３、Ｈ_５、・・・、Ｈ_２ｎ＋１とすると、
Ｈ_１＞Ｈ_３＞Ｈ_５＞・・・＞Ｈ_２ｎ＋１である
請求項１に記載のステアリング用ラック。

【請求項3】

軸方向両端に位置する前記ラック歯の歯丈Ｈ_１の半分の値をＬ_１とし、
１〜ｎ番目の前記ダミー歯の歯丈Ｈ_３、Ｈ_５、・・・、Ｈ_２ｎ＋１の半分の値をＬ_３、Ｌ_５、・・・、Ｌ_２ｎ＋１としたとき、
Ｌ_２＝Ｈ_１−Ｌ_３、Ｌ_４＝Ｈ_３−Ｌ_５、・・・、Ｌ_２ｎ＝Ｈ_２ｎ−１−Ｌ_２ｎ＋１とし、
軸方向両端に位置する前記ラック歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_１の位置で、前記ラック歯の前記軸方向外側面に、軸方向外側に向けて生じる力をｆ_１とし、
軸方向両端に位置する前記ラック歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２の位置で、１番目の前記ダミー歯の前記軸方向内側面に、軸方向内側に向けて生じる力をｆ_２とし、
ｎ−１番目の前記ダミー歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎ−１の位置で、ｎ−１番目の前記ダミー歯の前記軸方向外側面に、軸方向外側に向けて生じる力をｆ_２ｎ−１とし、
ｎ−１番目の前記ダミー歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎの位置で、ｎ番目の前記ダミー歯の前記軸方向内側面に、軸方向内側に向けて生じる力をｆ_２ｎとすると、
Ｌ_１×ｆ_１＝Ｌ_２×ｆ_２、Ｌ_３×ｆ_３＝Ｌ_４×ｆ_４、・・・、Ｌ_２ｎ−１×ｆ_２ｎ−１＝Ｌ_２ｎ×ｆ_２ｎである
請求項２に記載のステアリング用ラック。

【請求項4】

自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤの入力軸により回転駆動されるピニオンと噛合するステアリング用ラックにおいて、
前記ステアリング用ラックは、軸方向に延びる断面円形のロッド部と、前記ロッド部の軸方向一部の径方向片側面に形成されて前記ピニオンと噛合する複数のラック歯と、を備え、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ラック歯よりも歯丈が小さく、前記ピニオンと噛合しない少なくとも一つのダミー歯が形成され、
少なくとも一つの前記ダミー歯の径方向外側面には、少なくとも一つの溝部が形成されるステアリング用ラック。

【請求項5】

前記ダミー歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面と、前記径方向外側面と、の一対の接続部は、Ｒ形状である
請求項４に記載のステアリング用ラック。

【請求項6】

前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ダミー歯がｎ個ずつ形成され（ｎは自然数）、
前記ラック歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
複数の前記ラック歯のうち軸方向両端に位置する前記ラック歯における、前記ダミー歯と隣り合う前記軸方向外側面の傾斜角度をθ_１とし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向内側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_２、θ_４、・・・、θ_２ｎとし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向外側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_３、θ_５、・・・、θ_２ｎ＋１とすると、
θ_１＜θ_２≦θ_３＜θ_４≦θ_５＜・・・＜θ_２ｎ≦θ_２ｎ＋１である
請求項５に記載のステアリング用ラック。

【請求項7】

前記溝部は、歯丈が等しい複数の前記ダミー歯に、合計３個以上形成される請求項４〜６の何れか1項に記載のステアリング用ラック。

【請求項8】

ラック状であるラック歯加工用凹凸を設けた歯成形用パンチを、軸方向に延びる金属材製のロッド部の軸方向一部の径方向片側面に押し付ける事により、前記径方向片側面を塑性変形させて前記径方向片側面に複数のラック歯を形成するステアリング用ラックの製造方法において、
前記複数のラック歯は、自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤの入力軸により回転駆動されるピニオンと噛合し、
前記歯成形用パンチは、前記ラック歯加工用凹凸の軸方向両側に隣接する部分に、前記ラック歯加工用凹凸よりも歯丈が小さいダミー歯加工用凹凸を有し、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ラック歯よりも歯丈が小さく、前記ピニオンと噛合しない少なくとも一つのダミー歯が形成され、
前記ラック歯の成形過程において、前記歯成形用パンチの軸方向両端部に位置する歯の軸方向外側面が、前記ロッド部の軸方向内側面に当接し、
前記ダミー歯加工用凹凸は、少なくとも一つの突起部を有し、
前記突起部により、少なくとも一つの前記ダミー歯の径方向外側面には、少なくとも一つの溝部が形成される
ステアリング用ラックの製造方法。

【請求項9】

請求項１〜７の何れか1項に記載のステアリング用ラックを備える操舵装置。

【請求項10】

請求項１〜７の何れか1項に記載のステアリング用ラックを備える自動車。

【請求項11】

請求項８に記載のステアリング用ラックの製造方法を含む操舵装置の製造方法。

【請求項12】

請求項８に記載のステアリング用ラックの製造方法を含む自動車の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステアリング用ラック、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、図１０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自動車用操舵装置では、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５の入力軸６に伝達する。ステアリングギヤ５は、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ステアリング用ラックと、を備える。入力軸６と共にピニオンが回転すると、ステアリング用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、操舵輪に所望の舵角を付与する。

【0003】

また、ステアリングシャフト２を内側に挿通するステアリングコラム８の下端には、ギヤハウジング９が結合している。ギヤハウジング９は電動モータ１０を支持している。そして、電動モータ１０により、ステアリングシャフト２に回転方向の補助力を付与する様にしている。

【0004】

一方、上述の図１０に示したコラムアシスト式の電動式パワーステアリング装置以外にも、ピニオンアシスト式、デュアルピニオン式、ラックアシスト式と呼ばれる電動式パワーステアリング装置も、従来から一部で使用されている。図１１は、この様な電動式パワーステアリング装置のうち、デュアルピニオン式と呼ばれるパワーステアリング装置を組み込んだ操舵装置を示している。この操舵装置は、ステアリング用ラック１１の軸方向一部で、且つ入力軸６の外周面に設けたピニオンから外れた部分に、第二の入力軸１２が配置されている。そして、第二の入力軸１２の一端部外周面に設けた第二のピニオンを、ステアリング用ラック１１と噛合させている。また、第二の入力軸１２を内側に設けたハウジング１３の側方に、電動モータ１０ａを支持している。そして、電動モータ１０ａにより、減速機１４を介して、第二の入力軸１２に回転方向の力を付与する。従って、ステアリング用ラック１１は、この補助力に基づく力と、運転者がステアリングホイール１に付与する力に基づき入力軸６から加わる力と、により軸方向に変位する。

【0005】

なお、図示の例の場合、ステアリング用ラック１１の径方向片側面に、１対のタイロッド７、７（図１０参照）と接続する両端部を除き、軸方向に亙って複数のラック歯を設けている。そして、入力軸６の外周面に設けたピニオンのピッチと、第二の入力軸１２の一端部外周面に設けた第二のピニオンのピッチと、をそれぞれに異なるものにできると共に、入力軸６の中心軸とステアリング用ラック１１の中心軸とが成す角度と、第二の入力軸１２の中心軸とこのステアリング用ラック１１の中心軸が成す角度と、をそれぞれに異なるものにできる。

【0006】

何れにしても、上述の様なステアリングギヤ用ラックを、素材に切削加工を施して複数のラック歯を形成する事により造ると、製造コストが嵩む上、ラックの強度及び剛性を確保し難い。これに対し、冷間鍛造により素材を塑性変形させてラック歯を形成すれば、ラック歯の加工に要する時間が短縮される上、焼き入れ後の仕上げ加工が不要になることから製造コストを低減できる。しかも、得られるラックの金属組織が緻密になり、また塑性変形時にラックの断面形状を必要に応じて変形させることができるので、ラックの強度及び剛性を確保し易い。この様に、ラック歯を冷間鍛造により加工するステアリング用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１〜５に記載された発明が知られている。

【0007】

図１２〜１７は、このうちの特許文献５に記載されている、ステアリング用ラック及びその製造方法の従来例を示している。ステアリング用ラック１１ａは、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で断面円形のロッド部１５と、ロッド部１５の軸方向一部（図１２〜１４の左部）の径方向片側面に、塑性加工により形成された複数のラック歯１６と、を備える。ロッド部１５は、全長に亙り、金属材により一体に造られている。ここで、ロッド部１５のうちの軸方向一部で、複数のラック歯１６を形成した部分から周方向に外れた部分を背面部分１７とする。図示の例の場合、背面部分１７の断面形状の曲率半径Ｒ_１７（図１５参照）を、ロッド部１５の軸方向他部（図１２〜１４の右部）である、円筒部１８の外周面の曲率半径ｒ_１８（図１５参照）よりも大きくしている（Ｒ_１７＞ｒ_１８）。この様な構造により、ラック歯１６の幅寸法、強度、剛性を、何れも十分に確保しつつ、ラック歯１６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。

【0008】

次に、上述の様なステアリング用ラック１１ａの製造方法について、図１６〜１８により説明する。先ず、図１６の（Ａ）に示す様に、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で円筒状の素材１９を、受型２０の上面に設けた、断面円弧形の凹溝部２１内にセット（載置）する。次いで、図１６の（Ｂ）に示す様に、凹溝部２１に沿って長い押圧パンチ２２の先端面（下端面）により素材１９を凹溝部２１に向けて強く押圧する、据え込み加工を行う。図１６の（Ｂ）に示した据え込み加工では、素材１９の軸方向に関してラック歯１６（図１２〜１５参照）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２３とする。中間素材２３は、外周面に、背面部分１７（図１２、１４、１５参照）となるべき部分円筒面部２４と、断面の径方向に関してこの部分円筒面部２４と反対側に存在する平坦面部２５と、部分円筒面部２４及び平坦面部２５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２６、２６と、を備える。

【0009】

次いで、中間素材２３を、受型２０の凹溝部２１から取り出して、図１６の（Ｃ）に示す様に、ダイス２７に設けた保持孔２８の底部２９に挿入（セット）する。保持孔２８は、Ｕ字形の断面形状を有する。底部２９の曲率半径は、受型２０の凹溝部２１の内面の曲率半径と、ほぼ一致している。また、両内側面３０、３０は、互いに平行な平面である。更に、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３１、３１を設けている。

【0010】

中間素材２３を、ダイス２７の保持孔２８にセットしたならば、次いで、図１６の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、保持孔２８内に歯成形用パンチ３２を挿入し、歯成形用パンチ３２により、中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込む。歯成形用パンチ３２の加工面（下面）には、得るべきラック歯１６に対応する形状のラック歯加工用凹凸４０が設けられている。また、中間素材２３の外周面は、保持孔２８の内面により、ラック歯１６を形成すべき平坦面部２５を除き、拘束されている。この為、歯成形用パンチ３２により中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込む事で、中間素材２３のうちの平坦面部２５が、ラック歯加工用凹凸４０に倣って塑性変形し、図１６の（Ｄ）及び図１７の（Ａ）に示す様なラック歯１６を有する、素ラック３３に加工される。但し、この状態での素ラック３３は、完成状態のステアリング用ラック１１ａ（図１２〜１５参照）に比べて、形状精度及び寸法精度が不十分であり、ラック歯１６の端縁も尖ったままである。また、ラック歯１６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、保持孔２８の両内側面３０、３０に強く押し付けられるため、素ラック３３の左右両側面には、互いに平行な逃げ平坦面部３４、３４が形成される。

【0011】

そこで、歯成形用パンチ３２を上昇させてから、素ラック３３を保持孔２８から取り出し、図１６の（Ｅ）に示す様に、サイジング用ダイス３５の上面に形成したサイジング用凹凸面部３６に載置する。この際、素ラック３３を上下反転させる。サイジング用凹凸面部３６は、歯の端縁の面取り部を含め、得るべきラック歯１６の形状に対応する（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３７により、図１６の（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に、素ラック３３のラック歯１６を形成した部分を、サイジング用凹凸面部３６に向け、強く押し付ける。

【0012】

押型３７の下面には、完成後のステアリング用ラック１１ａの背面部分１７の曲率半径Ｒ_１７（図１５参照）に一致する曲率半径を有する押し凹溝３８を形成している。素ラック３３は、背面部分１７となるベき部分を押し凹溝３８に嵌合させた状態で、サイジング用凹凸面部３６に向け強く押圧される。この為、図１６の（Ｆ）に示した、サイジング用ダイス３５と押型３７とを十分に近付けた状態で、ラック歯１６が、図１７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、背面部分１７に関しても、形状及び寸法が適正になる。なお、この様にして行なうサイジングに伴って押し出された余肉は、両逃げ平坦面部３４、３４部分に集まる。従って、完成後のステアリング用ラック１１ａには、両逃げ平坦面部３４、３４は、殆ど残らない。ただし、余肉がサイジング用凹凸面部３６や押し凹溝３８の内面を、極端に強く押圧する事はないので、サイジングの加工荷重を低く抑えられるだけでなく、サイジング用ダイス３５及び押型３７の耐久性を確保し易い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】日本国特開平１０−５８０８１号公報

【特許文献2】日本国特開２００１−７９６３９号公報

【特許文献3】日本国特許第３４４２２９８号公報

【特許文献4】日本国特開２００６−１０３６４４号公報

【特許文献5】日本国特開２００８−１３８８６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

上述の様な特許文献５に記載された製造方法を含め、従来のステアリング用ラックの製造方法では、以下に述べる様な問題が生じる可能性がある。上述したように、歯成形用パンチ３２により中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込んだ際には、中間素材２３のうちの平坦面部２５が、歯成形用パンチ３２のラック歯加工用凹凸４０に倣って塑性変形し、ラック歯１６を有する、素ラック３３に加工される（図１８参照）。

【0015】

ここで、図１９（図１８の破線で囲まれた領域Ａに対応する。）に示すように、歯成形用パンチ３２のラック歯加工用凹凸４０を構成する複数の歯３９のうち、軸方向中間部付近のラック歯１６を成形する歯成形用パンチ３２の歯３９は、軸方向両側のラック歯１６から均等な力ｆ_１を歯丈の同じ位置に受ける。これに対し、図２０（図１８の破線で囲まれた領域Ｂに対応する。）に示すように、軸方向両端のラック歯１６（図１８及び図２０中、軸方向一端のラック歯１６のみが示されている。）を成形し、且つ当該ラック歯１６の軸方向外側に位置する歯成形用パンチ３２の歯３９には、軸方向内側のラック歯１６からの力ｆ_１が負荷される。そのため、軸方向両側から負荷されるモーメントのバランスが崩れることによって、当該歯成形用パンチ３２の歯３９に曲げが生じ、歯３９の根元の隅が応力集中し、強い引張り応力が生じて、歯成形用パンチ３２の寿命が短くなる虞があった。そして、最悪の場合、歯３９の根元の隅に亀裂Ｃが発生し、割れてしまう可能性もある。

【0016】

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷間鍛造で成形した場合に歯成形用パンチの長寿命化を実現可能なステアリング用ラック、操舵装置、自動車、及び、ステアリング用ラックの製造方法、操舵装置の製造方法、自動車の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤの入力軸により回転駆動されるピニオンと噛合するステアリング用ラックにおいて、
前記ステアリング用ラックは、軸方向に延びる断面円形のロッド部と、前記ロッド部の軸方向一部の径方向片側面に形成されて前記ピニオンと噛合する複数のラック歯と、を備え、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ラック歯よりも歯丈が小さく、前記ピニオンと噛合しない少なくとも一つのダミー歯が形成され、
前記ダミー歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面と、前記径方向外側面と、の一対の接続部は、Ｒ形状であり、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ダミー歯がｎ個ずつ形成され（ｎは自然数）、
前記ラック歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
複数の前記ラック歯のうち軸方向両端に位置する前記ラック歯における、前記ダミー歯と隣り合う前記軸方向外側面の傾斜角度をθ_１とし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向内側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_２、θ_４、・・・、θ_２ｎとし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向外側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_３、θ_５、・・・、θ_２ｎ＋１とすると、
θ_１＜θ_２≦θ_３＜θ_４≦θ_５＜・・・＜θ_２ｎ≦θ_２ｎ＋１である
ステアリング用ラック。
（２） 軸方向両端に位置する前記ラック歯の歯丈をＨ_１とし、
複数の前記ダミー歯の歯丈を、１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にＨ_３、Ｈ_５、・・・、Ｈ_２ｎ＋１とすると、
Ｈ_１＞Ｈ_３＞Ｈ_５＞・・・＞Ｈ_２ｎ＋１である
ことを特徴とする（１）に記載のステアリング用ラック。
（３） 軸方向両端に位置する前記ラック歯の歯丈Ｈ_１の半分の値をＬ_１とし、
１〜ｎ番目の前記ダミー歯の歯丈Ｈ_３、Ｈ_５、・・・、Ｈ_２ｎ＋１の半分の値をＬ_３、Ｌ_５、・・・、Ｌ_２ｎ＋１としたとき、
Ｌ_２＝Ｈ_１−Ｌ_３、Ｌ_４＝Ｈ_３−Ｌ_５、・・・、Ｌ_２ｎ＝Ｈ_２ｎ−１−Ｌ_２ｎ＋１とし、
軸方向両端に位置する前記ラック歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_１の位置で、前記ラック歯の前記軸方向外側面に、軸方向外側に向けて生じる力をｆ_１とし、
軸方向両端に位置する前記ラック歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２の位置で、１番目の前記ダミー歯の前記軸方向内側面に、軸方向内側に向けて生じる力をｆ_２とし、
ｎ−１番目の前記ダミー歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎ−１の位置で、ｎ−１番目の前記ダミー歯の前記軸方向外側面に、軸方向外側に向けて生じる力をｆ_２ｎ−１とし、
ｎ−１番目の前記ダミー歯の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎの位置で、ｎ番目の前記ダミー歯の前記軸方向内側面に、軸方向内側に向けて生じる力をｆ_２ｎとすると、
Ｌ_１×ｆ_１＝Ｌ_２×ｆ_２、Ｌ_３×ｆ_３＝Ｌ_４×ｆ_４、・・・、Ｌ_２ｎ−１×ｆ_２ｎ−１＝Ｌ_２ｎ×ｆ_２ｎである
ことを特徴とする（２）に記載のステアリング用ラック。
（４） 自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤの入力軸により回転駆動されるピニオンと噛合するステアリング用ラックにおいて、
前記ステアリング用ラックは、軸方向に延びる断面円形のロッド部と、前記ロッド部の軸方向一部の径方向片側面に形成されて前記ピニオンと噛合する複数のラック歯と、を備え、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ラック歯よりも歯丈が小さく、前記ピニオンと噛合しない少なくとも一つのダミー歯が形成され、
少なくとも一つの前記ダミー歯の径方向外側面には、少なくとも一つの溝部が形成されるステアリング用ラック。
（５） 前記ダミー歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面と、前記径方向外側面と、の一対の接続部は、Ｒ形状である（４）に記載のステアリング用ラック。
（６） 前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ダミー歯がｎ個ずつ形成され（ｎは自然数）、
前記ラック歯は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面及び軸方向外側面と、前記軸方向内側面及び前記軸方向外側面を接続する径方向外側面と、を有し、
複数の前記ラック歯のうち軸方向両端に位置する前記ラック歯における、前記ダミー歯と隣り合う前記軸方向外側面の傾斜角度をθ_１とし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向内側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_２、θ_４、・・・、θ_２ｎとし、
複数の前記ダミー歯の前記軸方向外側面の傾斜角度を、前記ラック歯に近い１〜ｎ番目の前記ダミー歯から順にθ_３、θ_５、・・・、θ_２ｎ＋１とすると、
θ_１＜θ_２≦θ_３＜θ_４≦θ_５＜・・・＜θ_２ｎ≦θ_２ｎ＋１である（５）に記載のステアリング用ラック。
（７） 前記溝部は、歯丈が等しい複数の前記ダミー歯に、合計３個以上形成される
ことを特徴とする（４）〜（６）の何れか１項に記載のステアリング用ラック。
（８） ラック状であるラック歯加工用凹凸を設けた歯成形用パンチを、軸方向に延びる金属材製のロッド部の軸方向一部の径方向片側面に押し付ける事により、前記径方向片側面を塑性変形させて前記径方向片側面に複数のラック歯を形成するステアリング用ラックの製造方法において、
前記複数のラック歯は、自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤの入力軸により回転駆動されるピニオンと噛合し、
前記歯成形用パンチは、前記ラック歯加工用凹凸の軸方向両側に隣接する部分に、前記ラック歯加工用凹凸よりも歯丈が小さいダミー歯加工用凹凸を有し、
前記ロッド部の前記軸方向一部で、且つ複数の前記ラック歯の軸方向両側に隣接する部分には、前記ラック歯よりも歯丈が小さく、前記ピニオンと噛合しない少なくとも一つのダミー歯が形成され、
前記ラック歯の成形過程において、前記歯成形用パンチの軸方向両端部に位置する歯の軸方向外側面が、前記ロッド部の軸方向内側面に当接し、
前記ダミー歯加工用凹凸は、少なくとも一つの突起部を有し、
前記突起部により、少なくとも一つの前記ダミー歯の径方向外側面には、少なくとも一つの溝部が形成される
ステアリング用ラックの製造方法。
（９） （１）〜（７）の何れか１項に記載のステアリング用ラックを備える操舵装置。
（１０） （１）〜（７）の何れか１項に記載のステアリング用ラックを備える自動車。
（１１） （８）に記載のステアリング用ラックの製造方法を含む操舵装置の製造方法。
（１２） （８）に記載のステアリング用ラックの製造方法を含む自動車の製造方法。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ステアリング用ラックにおける、ピニオンと噛合する複数のラック歯の軸方向両側に隣接する部分に、ラック歯よりも歯丈が小さく、ピニオンと噛合しない少なくとも一つのダミー歯が設けられる。したがって、ステアリング用ラックに複数のラック歯を冷間鍛造で成形する場合、軸方向両端のラック歯を成形し且つ当該ラック歯の軸方向外側に位置する歯成形用パンチの歯には、軸方向内側のラック歯から力が負荷され、軸方向外側のダミー歯から力が負荷される。したがって、この歯成形用パンチの歯に負荷されるモーメントのバランスが改善されるので、当該歯に応力が集中してしまうことを防止でき、歯成形用パンチの長寿命化を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態に係るラック及び歯成形用パンチを示す図である。

【図2】従来の歯成形用パンチに生じる応力分布を示す図である。

【図3】本発明の歯成形用パンチに生じる応力分布を示す図である。

【図4】本発明の歯成形用パンチの寿命のＳＮ線図

【図5】第２実施形態に係るラック及び歯成形用パンチを示す図である。

【図6】変形例に係るラック及び歯成形用パンチを示す図である。

【図7】変形例に係るラック及び歯成形用パンチを示す図である。

【図8】変形例に係るラックを示す斜視図である。

【図9】変形例に係るラックを示す斜視図である。

【図10】ステアリング用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第１例を示す部分断面図である。

【図11】ステアリング用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第２例を示す部分断面図である。

【図12】ステアリング用ラックを示す斜視図である。

【図13】図１２のＸＩＩＩ矢視図である。

【図14】図１２のＸＩＶ矢視図である。

【図15】図１４のＸＶ−ＸＶ断面図である。

【図16】（Ａ）〜（Ｆ）は従来構造に係るステアリング用ラックの製造方法を工程順に示す、図１５と同方向から見た断面図である。

【図17】（Ａ）及び（Ｂ）はサイジング前後のラック歯の形状を示す部分斜視図である。

【図18】従来のラックの製造方法及び製造装置の問題点を説明するための断面図である。

【図19】図１８の領域Ａに対応する拡大断面図である。

【図20】図１８の領域Ｂに対応する拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の各実施形態に係るステアリング用ラックについて、図面に基づいて詳細に説明する。

【0021】

本発明のステアリング用ラック、操舵装置、自動車、及び、ステアリング用ラックの製造方法、操舵装置の製造方法、自動車の製造方法の特徴は、ステアリング用ラック１１ａを構成するロッド部１５の軸方向一部の径方向片側面に、ラック歯１６を形成する｛前述した図１６の（Ｃ）→（Ｄ）に相当する工程｝際に、歯成形用パンチ３２の歯３９に応力が集中することを防止し、歯成形用パンチ３２を長寿命化する点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図１６〜１８に示した従来の製造方法及び製造装置を含め、従来から知られているステアリング用ラックの製造方法及び製造装置と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略化する。

【0022】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の歯成形用パンチ３２は、上述のラック歯加工用凹凸４０に加えて、当該ラック歯加工用凹凸４０の軸方向両側に隣接する部分にダミー歯加工用凹凸４１を有している（図中、軸方向一方側のダミー歯加工用凹凸４１のみが示されている。）。ダミー歯加工用凹凸４１の歯丈４１Ｌは、ラック歯加工用凹凸４０の歯丈４０Ｌよりも小さく形成されている。

【0023】

したがって、歯成形用パンチ３２により中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込んだ場合｛前述した図１６の（Ｃ）→（Ｄ）に相当する工程｝、中間素材２３のうちの平坦面部２５が、ラック歯加工用凹凸４０及びダミー歯加工用凹凸４１に倣って塑性変形し、図１に示す様なラック歯１６及びダミー歯４２を有する、素ラック３３に加工される。

【0024】

より具体的には、素ラック３３は、軸方向に延びる断面円形のロッド部１５と、ロッド部１５の軸方向一部の径方向片側面に形成されてピニオンと噛合する複数のラック歯１６と、を備える。ロッド部１５の軸方向一部で且つ複数のラック歯１６の軸方向両側に隣接する部分には、一つずつダミー歯４２が形成される。ダミー歯４２の歯丈Ｈ_３は、ラック歯１６の歯丈Ｈ_１よりも小さく形成されるので（Ｈ_３＝４１Ｌ＜Ｈ_１＝４０Ｌ）、ダミー歯４２はピニオンと噛合しない。

【0025】

また、ダミー歯４２は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面４２ａ及び軸方向外側面４２ｂと、軸方向内側面４２ａ及び軸方向外側面４２ｂを接続する径方向外側面４２ｃと、を有する。径方向外側面４２ｃは、軸方向中間部が凸となる断面Ｒ形状の曲面であり、軸方向内側面４２ａ及び軸方向外側面４２ｂを滑らかに接続する。したがって、軸方向内側面４２ａ及び軸方向外側面４２ｂと径方向外側面４２ｃとの一対の接続部４２ｄも、Ｒ形状に形成される。なお、上述したようにダミー歯４２はピニオンと噛合わないので、歯先である径方向外側面４２ｃや一対の接続部４２ｄをＲ形状としても問題はない。

【0026】

ラック歯１６は、径方向外側に向かうにしたがって、軸方向において互いに近接する方向に傾斜する軸方向内側面１６ａ及び軸方向外側面１６ｂと、軸方向内側面１６ａ及び軸方向外側面１６ｂを接続する径方向外側面１６ｃと、を有する。ここで、ラック歯１６はピニオンと噛合するので、径方向外側面１６ｃは平面状に形成され、軸方向内側面１６ａ及び軸方向外側面１６ｂと径方向外側面１６ｃとの一対の接続部１６ｄは角ばった形状とされる。

【0027】

そして、複数のラック歯１６のうち軸方向両端に位置するラック歯１６（図１中、最も右側に位置するラック歯１６）における、ダミー歯４２と隣り合う軸方向外側面１６ｂの傾斜角度をθ_１とし、ダミー歯４２の軸方向内側面４２ａの傾斜角度をθ_２とし、軸方向外側面４２ｂの傾斜角度をθ_３とすると、θ_１＜θ_２＝θ_３となるように設定される。

【0028】

また、軸方向両端に位置するラック歯１６の歯丈Ｈ_１の半分の値をＬ_１とし（Ｌ_１＝０．５×Ｈ_１）とし、ダミー歯４２の歯丈Ｈ_３の半分の値をＬ_３とし（Ｌ_３＝０．５×Ｈ_３）、Ｌ_２＝Ｈ_１−Ｌ_３とする。この場合、軸方向両端に位置するラック歯１６の径方向外側端部から径方向内側にＬ_１の位置で、ラック歯１６の軸方向外側面１６ｂに、軸方向外側に向けて力ｆ_１が生じる。また、軸方向両端に位置するラック歯１６の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２の位置で、ダミー歯４２の軸方向内側面４２ａに、軸方向内側に向けて力ｆ_２が生じる。また、ダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_３の位置で、ダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂに、軸方向外側に向けて力ｆ_３が生じる。ここで、上述したようにθ_１＜θ_２＝θ_３に設定されるので、くさび効果によりｆ_１＞ｆ_２＝ｆ_３となる。また、Ｈ_１＞Ｈ_３であるので、０．５×Ｈ_１＜Ｈ_１−０．５×Ｈ_３と変形し、Ｌ_１＝０．５×Ｈ_１、Ｌ_３＝０．５×Ｈ_３、Ｌ_２＝Ｈ_１−Ｌ_３であることを考慮すると、Ｌ_１＜Ｌ_２となる。

【0029】

したがって、ラック歯１６の軸方向外側面１６ｂにはモーメントＬ_１×ｆ_１が生じ、ダミー歯４２の軸方向内側面４２ａにはモーメントＬ_２×ｆ_２が生じ、ダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂにはモーメントＬ_３×ｆ_３が生じる。ここで、θ_２やＬ_２（Ｈ_３）等は自由に設計できるので、Ｌ_１×ｆ_１＝Ｌ_２×ｆ_２となるように構成されている。

【0030】

このように構成した場合、軸方向両端のラック歯１６を成形し且つ当該ラック歯１６の軸方向外側に位置する歯成形用パンチ３２の歯３９には、軸方向内側のラック歯１６からモーメントＬ_１×ｆ_１が負荷され、軸方向外側のダミー歯４２からモーメントＬ_２×ｆ_２が負荷される。したがって、この歯成形用パンチ３２の歯３９に負荷されるモーメントが釣り合う（Ｌ_１×ｆ_１＝Ｌ_２×ｆ_２）。

【0031】

また、歯成形用パンチ３２の両端の歯３９には、軸方向内側のダミー歯４２からモーメントＬ_３×ｆ_３が負荷されるが、当該モーメントＬ_３×ｆ_３は、従来のステアリング用ラック（図２０参照）を製造する際に、歯成形用パンチ３２の歯３９に負荷されるモーメントＬ_１×ｆ_１に比べて小さい（Ｌ_３×ｆ_３＜Ｌ_１×ｆ_１ ∵Ｌ_３＜Ｌ_１、ｆ_３＜ｆ_１）。このように、モーメントのバランスが改善されるので、当該歯３９に応力が集中してしまうことを防止でき、歯成形用パンチ３２の長寿命化を実現することが可能である。

【0032】

さらに、ダミー歯４２の径方向外側面４２ｃ及び一対の接続部４２ｄがＲ形状とされているので、当該接続部４２ｄと接触する歯成形用パンチ３２の歯３９の根元への応力集中が緩和され、歯成形用パンチ３２のさらなる長寿命化を実現できる。

【0033】

このようにダミー歯４２を設けることによって、歯成形用パンチ３２の歯３９の根元に生じる引張り応力が減少することは、図２及び図３に示される、弾塑性解析による評価結果からも明らかである。図２には従来技術のようにダミー歯加工用凹凸４１を設けなかった場合の歯成形用パンチ３２（図１８の歯成形用パンチ３２に対応する。）が示され、図３には本実施形態の歯成形用パンチ３２が示されており、それぞれ濃く示されている部分は引張り応力が大きいことを表している。従来技術の歯成形用パンチ３２では、軸方向両端の歯３９の根元に非常に大きな応力が発生しているのに対して、本実施形態の歯成形用パンチ３２では、歯３９の根元に生じる応力が激減していることがわかる。

【0034】

また、図４には、歯成形用パンチ３２の寿命のＳＮ線図が示されている。従来技術の歯成形用パンチ３２に比べて、本実施形態の歯成形用パンチ３２では、歯３９の根元に生じる応力が激減することから、破断繰り返し数Ｎが非常に増加し、長寿命化が実現できる。

【0035】

（第２実施形態）
上述の実施形態では、ロッド部１５の軸方向一部で且つ複数のラック歯１６の軸方向両側に隣接する部分に、一つずつダミー歯４２が形成される構成であったが（図１参照）、図５に示すように、ロッド部１５の軸方向一部で且つ複数のラック歯１６の軸方向両側に隣接する部分に、複数個ずつダミー歯４２が形成される構成であっても構わない。

【0036】

図５中、軸方向一方側においてダミー歯４２はｎ個形成されている（ｎ：２以上の自然数）。そして、複数のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａの傾斜角度を、ラック歯１６に近い１〜ｎ番目のダミー歯４２から順にθ_２、θ_４、・・・、θ_２ｎ−２、θ_２ｎとし、複数のダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂの傾斜角度を、ラック歯１６に近い１〜ｎ番目のダミー歯４２から順にθ_３、θ_５、・・・、θ_２ｎ−１、θ_２ｎ＋１とすると、θ_１＜θ_２＝θ_３＜θ_４＝θ_５＜・・・＜θ_２ｎ−２＝θ_２ｎ−１＜θ_２ｎ＝θ_２ｎ＋１となるように設定される。また、複数のダミー歯４２の歯丈を、１〜ｎ番目のダミー歯４２から順にＨ_３、Ｈ_５、・・・、Ｈ_２ｎ−１、Ｈ_２ｎ＋１とすると、Ｈ_１＞Ｈ_３＞Ｈ_５＞・・・＞Ｈ_２ｎ−１＞Ｈ_２ｎ＋１となるように設定される。また、ダミー歯４２の歯丈Ｈ_３、Ｈ_５、・・・、Ｈ_２ｎ−１、Ｈ_２ｎ＋１の半分の値をＬ_３、Ｌ_５、・・・、Ｌ_２ｎ−１、Ｌ_２ｎ＋１とし、Ｌ_２＝Ｈ_１−Ｌ_３、Ｌ_４＝Ｈ_３−Ｌ_５、・・・、Ｌ_２ｎ＝Ｈ_２ｎ−１−Ｌ_２ｎ＋１とする。

【0037】

この場合、軸方向両端に位置するラック歯１６の径方向外側端部から径方向内側にＬ_１の位置で、当該ラック歯１６の軸方向外側面１６ｂに、軸方向外側に向けて力ｆ_１が生じる。軸方向両端に位置するラック歯１６の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２の位置で、ダミー歯４２の軸方向内側面４２ａに、軸方向内側に向けて力ｆ_２が生じる。１番目のダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_３の位置で、１番目のダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂに、軸方向外側に向けて力ｆ_３が生じる。１番目のダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_４の位置で、２番目のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａに、軸方向内側に向けて力ｆ_４が生じる。２番目のダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_５の位置で、２番目のダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂに、軸方向外側に向けて力ｆ_５が生じる。ｎ−２番目のダミー歯４２（不図示）の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎ−２の位置で、ｎ−１番目のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａに、軸方向内側に向けて力ｆ_２ｎ−２が生じる。ｎ−１番目のダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎ−１の位置で、ｎ−１番目のダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂに、軸方向外側に向けて力ｆ_２ｎ−１が生じる。ｎ−１番目のダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎの位置で、ｎ番目のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａに、軸方向内側に向けて生じる力ｆ_２ｎが生じる。ｎ番目のダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_２ｎ＋１の位置で、ｎ番目のダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂに、軸方向外側に向けて力ｆ_２ｎ＋１が生じる。

【0038】

ここで、上述したようにθ_１＜θ_２＝θ_３＜θ_４＝θ_５＜・・・＜θ_２ｎ−２＝θ_２ｎ−１＜θ_２ｎ＝θ_２ｎ＋１に設定されるので、くさび効果によりｆ_１＞ｆ_２＝ｆ_３＞ｆ_４＝ｆ_５＞・・・＞ｆ_２ｎ−２＝ｆ_２ｎ−１＞ｆ_２ｎ＝ｆ_２ｎ＋１となる。また、Ｈ_１＞Ｈ_３＞Ｈ_５＞・・・＞Ｈ_２ｎ−１＞Ｈ_２ｎ＋１であるので、Ｌ_１＜Ｌ_２、Ｌ_３＜Ｌ_４、・・・、Ｌ_２ｎ−１＜Ｌ_２ｎ、となる。

【0039】

したがって、ラック歯１６の軸方向外側面１６ｂにはモーメントＬ_１×ｆ_１が生じ、１番目のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａにはモーメントＬ_２×ｆ_２が生じ、１番目のダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂにはモーメントＬ_３×ｆ_３が生じ、２番目のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａにはモーメントＬ_４×ｆ_４が生じ、ｎ−１番目のダミー歯４２の軸方向外側面４２ｂにはモーメントＬ_２ｎ−１×ｆ_２ｎ−１が生じ、ｎ番目のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａにはモーメントＬ_２ｎ×ｆ_２ｎが生じる。ここで、Ｌ_１×ｆ_１＝Ｌ_２×ｆ_２、Ｌ_３×ｆ_３＝Ｌ_４×ｆ_４、Ｌ_２ｎ−１×ｆ_２ｎ−１＝Ｌ_２ｎ×ｆ_２ｎとなり、左右からのモーメントが釣り合うように構成されている。

【0040】

このように構成した場合、軸方向両端のラック歯１６を成形し且つ当該ラック歯１６の軸方向外側に位置する歯成形用パンチ３２の歯３９には、軸方向内側のラック歯１６からモーメントＬ_１×ｆ_１が負荷され、軸方向外側のダミー歯４２からモーメントＬ_２×ｆ_２が負荷される。また、上記歯３９の軸方向外側に隣接する歯３９（２番目の歯３９）には、軸方向内側の１番目のダミー歯４２からモーメントＬ_３×ｆ_３が負荷され、軸方向外側の２番目のダミー歯４２からモーメントＬ_４×ｆ_４が負荷される。そして、ｎ番目の歯３９には、軸方向内側のｎ−１番目のダミー歯４２からモーメントＬ_２ｎ−１×ｆ_２ｎ−１が負荷され、軸方向外側のｎ番目のダミー歯４２からモーメントＬ_２ｎ×ｆ_２ｎが負荷される。したがって、歯成形用パンチ３２の複数の歯３９に負荷されるモーメントが釣り合う（Ｌ_１×ｆ_１＝Ｌ_２×ｆ_２、Ｌ_３×ｆ_３＝Ｌ_４×ｆ_４、Ｌ_２ｎ−１×ｆ_２ｎ−１＝Ｌ_２ｎ×ｆ_２ｎ）。

【0041】

また、歯成形用パンチ３２の両端の歯３９には、軸方向内側のダミー歯４２からモーメントＬ_２ｎ＋１×ｆ_２ｎ＋１が負荷されるが、当該モーメントＬ_２ｎ＋１×ｆ_２ｎ＋１は、第１実施形態において歯成形用パンチ３２の両端の歯３９に負荷されるモーメントＬ_３×ｆ_３に比べて小さい（Ｌ_２ｎ＋１×ｆ_２ｎ＋１＜Ｌ_３×ｆ_３ ∵Ｌ_２ｎ＋１＜Ｌ_３、ｆ_２ｎ＋１＜ｆ_３）。このように、第１実施形態に比べて、モーメントのバランスが改善されるので、当該歯３９に応力が集中してしまうことを防止でき、歯成形用パンチ３２の長寿命化を実現することが可能である。

【0042】

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

【0043】

例えば、第１実施形態（図１参照）においては、軸方向両端部に位置する歯成形用パンチ３２の歯３９には、軸方向内側のダミー歯４２からモーメントＬ_３×ｆ_３が負荷され、軸方向外側のロッド部１５からはモーメントが負荷されない構成であったが、この構成に限定されず、図６に示すように、軸方向外側のロッド部１５からモーメントが負荷される構成であってもよい。

【0044】

この場合、軸方向両端部に位置する歯成形用パンチ３２の歯３９と、ロッド部１５とが、軸方向に当接する。そして、軸方向両端に位置するダミー歯４２の径方向外側端部から径方向内側にＬ_０の位置で、ロッド部１５の軸方向内側面１５ａに、軸方向内側に向けて力ｆ_０が生じる。そして、ロッド部１５の軸方向内側面１５ａにはモーメントＬ_０×ｆ_０が生じる。なお、図示の例では、Ｌ_０は０＜Ｌ_０＜Ｈ_３を満たす任意の値である。

【0045】

したがって、軸方向両端部に位置する歯成形用パンチ３２の歯３９には、軸方向内側のダミー歯４２からモーメントＬ_３×ｆ_３が負荷され、軸方向外側のロッド部１５からモーメントＬ_０×ｆ_０が負荷される。したがって、第１実施形態において歯成形用パンチ３２の両端の歯３９に負荷されるモーメントＬ_３×ｆ_３に比べて、モーメントのバランスが改善されるので、当該歯３９に応力が集中してしまうことを防止でき、歯成形用パンチ３２の長寿命化を実現することが可能である。このような構成は、ダミー歯４２の数を増やすことが困難な場合に特に効果がある。

【0046】

なお、第２実施形態においても同様に、軸方向両端部に位置する歯成形用パンチ３２の歯３９に、軸方向内側のダミー歯４２からモーメントＬ_２ｎ＋１×ｆ_２ｎ＋１が負荷され、軸方向外側のロッド部１５からモーメントＬ_０×ｆ_０が負荷されるようにしてもよい。

【0047】

また、上述の実施形態においては、複数のダミー歯４２の軸方向内側面４２ａの傾斜角度θ_２、θ_４、・・・、θ_２ｎと、軸方向外側面４２ｂの傾斜角度θ_３、θ_５、・・・、θ_２ｎ＋１とが、同一であるとしたが（θ_２＝θ_３＜θ_４＝θ_５＜・・・＜θ_２ｎ−２＝θ_２ｎ−１＜θ_２ｎ＝θ_２ｎ＋１）、必ずしも同一でなくても構わない。その場合、少なくともθ_１＜θ_２≦θ_３＜θ_４≦θ_５＜・・・＜θ_２ｎ−２≦θ_２ｎ−１＜θ_２ｎ≦θ_２ｎ＋１となるように設定される。

【0048】

また、ダミー歯４２の径方向外側面４２ｃは、必ずしも軸方向中間部が凸となる断面Ｒ形状の曲面とする必要はなく、図７に示すように、断面平面形状としてもよい。この場合であっても、軸方向内側面４２ａ及び軸方向外側面４２ｂと径方向外側面４２ｃとの一対の接続部４２ｄをＲ形状に形成すれば、当該接続部４２ｄと接触する歯成形用パンチ３２の歯３９の根元への応力集中を緩和することが可能である。

【0049】

また、図８に示すように、少なくとも一つのダミー歯４２の径方向外側面４２ｃには、少なくとも一つの溝部４３を形成することが好ましい。図８には、ラック歯１６の軸方向両側に隣接する部分に一つずつダミー歯４２が形成される第１実施形態において、ダミー歯４２の径方向外側面４２ｃの幅方向両端近傍に、一対の溝部４３が形成される例が示されている。一対の溝部４３は、軸方向に延びて軸方向内側面４２ａ及び軸方向外側面４２ｂを連通する略直線形状である。また、溝部４３の寸法は、幅が０．５〜１．０ｍｍ程度とされ、深さが０．５〜１．０ｍｍ程度とされる。なお、上述したようにダミー歯４２はピニオンと噛合わないので、歯先である径方向外側面４２ｃに溝部４３を設けても問題はない。

【0050】

このように、少なくとも一つのダミー歯４２の径方向外側面４２ｃに少なくとも一つの溝部４３を形成することにより、鍛造後の後工程において、溝部４３をステアリング用ラック１１ａの位置決めを行う際の基準とすることが可能となる。例えば、溝部４３と同形状のプローブ（探触子）を、溝部４３に向かって動作させ、溝部４３に係合させることにより位置決めを行う。特に、本例では、ラック歯１６の軸方向両側に隣接する部分に設けられた一対のダミー歯４２（図中、軸方向一方側のダミー歯４２のみが示されている。）のそれぞれに、一対の溝部４３が設けられ、合計４個の溝部４３が設けられるので、４個のプローブを４個の溝部に係合させて位置決めを行うことで、さらに高精度な位置決めが可能となる。

【0051】

また、図８において、ラック歯１６の軸方向両側に隣接する部分に設けられた一対のダミー歯４２は、互いに歯丈が等しい。したがって、４個のプローブを４個の溝部４３に係合させて、それぞれの溝部４３の位置を検出し、少なくとも３個の溝部４３の水平位置が等しいことを確認することにより、ステアリング用ラック１１ａの水平出しを行うことができる。したがって、水平出しを可能とするためには、歯丈が等しい複数のダミー歯４２に、合計３個以上の溝部４３を形成する必要がある。

【0052】

このような溝部４３を形成するために、歯成形用パンチ３２のダミー歯加工用凹凸４１（図１等参照）には、溝部４３と対応する形状を有する突起部（不図示）が形成される。この構成によれば、歯成形用パンチ３２がラック歯加工用凹凸４０とダミー歯加工用凹凸４１と突起部とを有するので、ステアリング用ラック１１ａにラック歯１６とダミー歯４２と溝部４３とを同時に形成することが可能となる。したがって、溝部４３を別工程で加工する必要がないので、作業時間やコストの増加を防止できる。

【0053】

なお、図８では、第１実施形態におけるダミー歯４２に溝部４３を設ける例を示したが、ラック歯１６の軸方向両側に隣接する部分に複数個ずつダミー歯４２が形成される第２実施形態（図５参照）においても、ダミー歯４２に溝部４３を設けても構わない。このとき、少なくとも一つのダミー歯４２の径方向外側面４２ｃに、少なくとも一つの溝部４３を形成すれば、ステアリング用ラック１１ａの位置決めが可能となる。また、歯丈が等しい複数のダミー歯４２に、合計３個以上の溝部４３を形成すれば、水平出しを行うことが可能である。

【0054】

ステアリング用ラック１１ａの位置決めや水平出しの基準とすることが可能であれば、溝部４３の形状は特に限定されず、図９に示すような略半球形状でも構わない。この場合、溝部４３の寸法は、直径が０．５〜１．０ｍｍ程度とされ、深さが０．５〜１．０ｍｍ程度とされる。

【0055】

本出願は、２０１４年１月２２日出願の日本特許出願２０１４−００９６７０に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

【符号の説明】

【0056】

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
６ 入力軸
７ タイロッド
８ ステアリングコラム
９ ギヤハウジング
１０、１０ａ 電動モータ
１１、１１ａ ステアリング用ラック
１２ 第二の入力軸
１３ ハウジング
１４ 減速機
１５ ロッド部
１５ａ 軸方向内側面
１６ ラック歯
１６ａ 軸方向内側面
１６ｂ 軸方向外側面
１６ｃ 径方向外側面
１６ｄ 接続部
１７ 背面部分
１８ 円筒部
１９ 素材
２０ 受型
２１ 凹溝部
２２ 押圧パンチ
２３ 中間素材
２４ 部分円筒面部
２５ 平坦面部
２６ 曲面部
２７ ダイス
２８ 保持孔
２９ 底部
３０ 内側面
３１ ガイド傾斜面部
３２ 歯成形用パンチ
３３ 素ラック
３４ 逃げ平坦面部
３５ サイジング用ダイス
３６ サイジング用凹凸面部
３７ 押型
３８ 押し凹溝
３９ 歯
４０ ラック歯加工用凹凸
４０Ｌ 歯丈
４１ ダミー歯加工用凹凸
４１Ｌ 歯丈
４２ ダミー歯
４２Ｌ 歯丈
４２ａ 軸方向内側面
４２ｂ 軸方向外側面
４２ｃ 径方向外側面
４２ｄ 接続部
４３ 溝部
Ａ、Ｂ 領域
Ｃ 亀裂
Ｒ_１７、ｒ_１８ 曲率半径

【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】

【図20】