特許 7124891 電動パワーステアリング装置用の直動軸、電動パワーステアリング装置、およびこれらの製造方法

(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】

(24)【登録日】2022-08-16

(45)【発行日】2022-08-24

(54)【発明の名称】電動パワーステアリング装置用の直動軸、電動パワーステアリング装置、およびこれらの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B62D 3/12 20060101AFI20220817BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20220817BHJP

   B23K 20/12 20060101ALI20220817BHJP

   B21K 1/76 20060101ALI20220817BHJP

   F16H 25/24 20060101ALI20220817BHJP

   F16H 25/22 20060101ALI20220817BHJP

   F16H 19/04 20060101ALI20220817BHJP

   F16C 3/02 20060101ALI20220817BHJP

   B21H 3/04 20060101ALI20220817BHJP

   B21J 5/12 20060101ALI20220817BHJP

【ＦＩ】

B62D3/12 503Z

B62D5/04

B23K20/12 G

B21K1/76 A

F16H25/24 A

F16H25/22 Z

F16H19/04 Z

F16C3/02

B21H3/04 B

B21J5/12 Z

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020563045

(86)(22)【出願日】2019-12-11

(86)【国際出願番号】 JP2019048491

(87)【国際公開番号】W WO2020137551

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2021-06-09

(31)【優先権主張番号】P 2018244750

(32)【優先日】2018-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】安田 要

(72)【発明者】

【氏名】海野 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】黛 隆典

(72)【発明者】

【氏名】寺門 寿史

【審査官】神田 泰貴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２４７１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１１－０１０１４３７（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７９４７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８７８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８９６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３４８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５０８１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５６４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８２８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０８２６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５０４４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４０６０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６２Ｄ ３／１２

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２１Ｋ １／７６

Ｆ１６Ｈ １９／０４

Ｆ１６Ｈ ２５／２２

Ｆ１６Ｈ ２５／２４

Ｆ１６Ｃ ３／０２

Ｂ２１Ｊ ５／１２

Ｂ２１Ｈ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ねじ軸部との結合部とを備える、電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法であって、
前記ラック軸部を製造する工程と、
前記ねじ軸部を製造する工程と、
前記ラック軸部と前記ねじ軸部とを摩擦圧接により結合する工程と、を備え、
前記ラック軸部を製造する工程は、ラック軸部用素材に前記ラック歯部を塑性加工によって形成する工程を含み、
前記ねじ軸部を製造する工程は、ねじ軸部用素材に前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程と、前記ボールねじ部を基準として、前記ねじ軸部のうちの前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部の外周部に芯出し用の把持部を形成する工程とを含み、
前記ラック軸部と前記ねじ軸部とを摩擦圧接により結合する工程は、前記ねじ軸部の前記把持部を芯出し用の第１把持具により把持した状態で、第１把持具を回転駆動することにより前記ねじ軸部を回転させると共に、前記ラック軸部を芯出し用の第２把持具により把持した状態で、前記ラック軸を非回転に保持しながら、前記ラック軸部の軸方向端部と前記ねじ軸部の前記軸方向端部とを突き合わせる工程を含む、
電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項2】

前記把持部を形成する工程において、前記ボールねじ部を構成する雄ねじ溝を基準として、前記把持部を形成する、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項3】

前記ラック軸部と前記ねじ軸部とを摩擦圧接により結合する工程において、前記ねじ軸部のうちの前記ラック軸部に結合される側とは軸方向反対側の部分の周囲にスリーブをがたつきなく外嵌する、請求項１または２のうちのいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項4】

前記ボールねじ部を形成する前記塑性加工が、転造加工である、請求項１～３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項5】

前記転造加工が、スルーフィード転造加工である、請求項４に記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項6】

前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程において、前記ねじ軸部の外周部のうち、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部を含む所定の軸方向範囲に、前記ボールねじ部を形成し、および、
前記把持部を形成する工程において、前記ボールねじ部のうち、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部から軸方向に外れた部分を基準として、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部に削り加工を施すことにより、前記把持部を形成する、
請求項４または５に記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項7】

前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程において、前記ねじ軸部の軸方向寸法の２倍の軸方向寸法を有するねじ軸部用素材の外周部に、前記ボールねじ部を前記転造加工により形成して、第１ねじ軸部中間素材を得た後、該第１ねじ軸部中間素材を軸方向中央位置で切断し、２つの第２ねじ軸部中間素材を得て、および、
前記把持部を形成する工程において、第２ねじ軸部中間素材のそれぞれのうちの切断部から遠い側の軸方向端部を、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部とする、
請求項４または５に記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項8】

前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程において、前記ねじ軸部の軸方向寸法を超える所定の軸方向寸法を有するねじ軸部用素材の外周部に、前記ボールねじ部を前記転造加工により形成して、第１ねじ軸部中間素材を得た後、該第１ねじ軸部中間素材を、前記ねじ軸部の軸方向寸法に切断し、第２ねじ軸部中間素材を得て、および、
前記把持部を形成する工程において、第２ねじ軸部中間素材の軸方向一方側の端部を、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部とする、
請求項４または５に記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法。

【請求項9】

外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ボールねじ部との結合部とを備える、直動軸と、
前記ラック歯部に噛合するピニオン歯部を有する、ピニオン軸と、
電動モータと、
前記ボールねじ部に複数個のボールを介して螺合し、かつ、前記電動モータによって回転駆動されるボールナットと、
を備える、電動パワーステアリング装置の製造方法であって、
前記直動軸を製造する工程を備え、該工程において、前記直動軸を、請求項１～８のうちのいずれかに記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法により製造する、
電動パワーステアリング装置の製造方法。

【請求項10】

外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ねじ軸部との結合部と、前記ねじ軸部のうちの前記結合部側の軸方向端部の外周部に設けられた芯出し用の把持部とを備える、電動パワーステアリング装置用の直動軸。

【請求項11】

前記ねじ軸部は、前記把持部から軸方向に外れた部分の軸方向全長にわたり前記ボールねじ部を有する、請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸。

【請求項12】

前記ボールねじ部は、前記ラック軸部から遠い側の軸方向端部に、転造不完全部を有し、かつ、該転造不完全部から軸方向に外れた残部に転造完全部を有する、請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置用の直動軸。

【請求項13】

外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ねじ軸部との結合部と、前記ねじ軸部のうちの前記結合部側の軸方向端部の外周部に設けられた芯出し用の把持部とを備える、直動軸と、
前記ラック歯部に噛合させたピニオン歯部を有するピニオン軸と、
電動モータと、
前記ボールねじ部に複数個のボールを介して螺合し、かつ、前記電動モータによって回転駆動されるボールナットと、
を備える、電動パワーステアリング装置。

【請求項14】

前記ボールねじ部は、前記ラック軸部から遠い側の軸方向端部に、転造不完全部を有し、かつ、該転造不完全部から軸方向に外れた残部に転造完全部を有し、前記ボールねじ部のうちの前記転造完全部のみが、前記複数個のボールと係合する、請求項１３に記載の電動パワーステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車などの車両用の電動パワーステアリング装置を構成する直動軸、該直動軸を含む電動パワーステアリング装置、およびこれらの製造方法に関する。

【0002】

自動車などの車両用のステアリング装置では、ステアリングホイールの回転は、ステアリングギヤユニットの入力軸に伝達され、該入力軸の回転は、車体の幅方向に配置された直動軸（ラック軸）の軸方向の直線運動に変換される。これにより、直動軸の軸方向両側の端部に支持されたタイロッドが押し引きされて、操舵輪に舵角が付与される。

【0003】

運転者がステアリングホイールを操作するために要する力を低減するための電動アシスト装置を含む、電動パワーステアリング装置からなる、ステアリング装置が広く実施されている。電動パワーステアリング装置は、電動モータの補助動力を、ステアリングホイールの回転に伴って回転または直線運動する部材に付与する。電動パワーステアリング装置としては、補助動力をステアリングシャフトに付与するコラムアシストタイプと、補助動力をステアリングギヤユニットの入力軸（ピニオン軸）に付与するピニオンアシストタイプと、補助動力をステアリングギヤユニットの直動軸に付与するラックアシストタイプとの３種類が知られている。これらのうち、ラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置は、補助動力を高出力化しやすいという利点がある。

【0004】

ラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置では、電動モータの回転トルクを、ボールねじ機構により、直動軸の軸方向の直線運動に変換して、該直動軸に付与する。この直動軸は、軸方向一方側部分に、ステアリングホイールの回転に伴い回転する入力軸のピニオン歯部と噛合するラック歯部を備え、かつ、軸方向他方側部分に、略半円弧形の断面形状を有する雌ねじ溝がらせん状に形成されている、ボールねじ部を備える。この直動軸を１つの素材から製造しようとすると、ラック歯部とボールねじ部とのいずれか一方の部位の形状精度や寸法精度が不十分であった場合に、不良品として廃棄しなければならず、コスト低減の面から不利である。

【0005】

特開２００５－２４７１６３号公報には、外周部にラック歯を有するラック軸と、外周部にねじ溝を有するねじ軸とを摩擦圧接により結合する、直動軸の製造方法が記載されている。特開２００５－２４７１６３号公報に記載の方法では、ラック軸を製造する工程において、精度良く仕上げられた軸素材の軸方向一部の外周部に加工を施すことによって、ラック歯を形成し、かつ、前記軸素材の残部の外周部を支持部として未加工のまま残す。また、ねじ軸を製造する工程において、精度良く仕上げられた軸素材の軸方向一部の外周部に加工を施すことによって、ねじ溝を形成し、かつ、前記軸素材の残部の外周部を支持部として未加工のまま残す。そして、ラック軸の支持部と、ねじ軸の支持部とをチャックすることにより、ラック軸とねじ軸との芯出しを行った状態で、ラック軸とねじ軸を摩擦圧接により結合する。これにより、直動軸のうちのラック歯を有する部分とねじ溝を有する部分との同軸度が許容範囲内に収まるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００５－２４７１６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特開２００５－２４７１６３号公報に記載の方法は、次のような点で改良の余地がある。

【0008】

すなわち、ねじ軸を製造する工程において、軸素材の軸方向一部に加工を施すことによって、ねじ溝を形成すると、該加工に伴ってねじ軸に曲がり変形などが生じ、加工部であるねじ溝を有する部分と未加工部である支持部との同軸度が低下する可能性がある。この結果、完成後の直動軸に関して、ラック歯を有する部分とねじ溝を有する部分との同軸度が、許容範囲内において低くなる可能性がある。

【0009】

本発明の目的は、ラック歯部を有する部分とボールねじ部を有する部分との同軸度の向上を図ることができる、直動軸の構造およびその製造方法を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の製造対象となる電動パワーステアリング装置用の直動軸は、外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ねじ軸部との結合部とを備える。具体的には、前記ラック軸部と前記ねじ軸部は、摩擦圧接により結合される。

【0011】

本発明の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法は、前記ラック軸部を製造する工程と、前記ねじ軸部を製造する工程と、前記ラック軸部と前記ねじ軸部とを摩擦圧接により結合する工程とを備える。

【0012】

前記ラック軸部を製造する工程は、ラック軸部用素材に前記ラック歯部を塑性加工によって形成する工程を含む。前記ねじ軸部を製造する工程は、ねじ軸部用素材に前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程を含む。

【0013】

特に、本発明の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法では、前記ねじ軸部を製造する工程は、前記ボールねじ部を基準として、前記ねじ軸部のうちの前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部の外周部に芯出し用の把持部を形成する工程を含む。

【0014】

前記ラック軸部と前記ねじ軸部とを摩擦圧接により結合する工程は、前記ねじ軸部の前記把持部を芯出し用の第１把持具により把持した状態で、第１把持具を回転駆動することにより前記ねじ軸部を回転させると共に、前記ラック軸部を芯出し用の第２把持具により把持した状態で、前記ラック軸を非回転に保持しながら、前記ラック軸部の軸方向端部と前記ねじ軸部の前記軸方向端部とを突き合わせる工程を含む。

【0015】

前記把持部を形成する工程において、前記ボールねじ部を構成する雄ねじ溝を基準として、前記把持部を形成することが好ましい。

【0016】

前記ラック軸部と前記ねじ軸部とを摩擦圧接により結合する工程において、前記ねじ軸部のうちの前記ラック軸部に結合される側とは軸方向反対側の部分の周囲にスリーブをがたつきなく外嵌することが好ましい。

【0017】

前記ボールねじ部を形成する前記塑性加工は、転造加工であることが好ましく、スルーフィード転造加工であることがより好ましい。

【0018】

前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程において、前記ねじ軸部の外周部のうち、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部を含む所定の軸方向範囲に、前記ボールねじ部を形成し、および、前記把持部を形成する工程において、前記ボールねじ部のうち、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部から軸方向に外れた部分を基準として、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部に削り加工を施すことにより、前記把持部を形成する、ことができる。

【0019】

あるいは、前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程において、前記ねじ軸部の軸方向寸法の２倍の軸方向寸法を有するねじ軸部用素材の外周部に、前記ボールねじ部を前記転造加工により形成して、第１ねじ軸部中間素材を得た後、該第１ねじ軸部中間素材を軸方向中央位置で切断し、２つの第２ねじ軸部中間素材を得て、および、前記把持部を形成する工程において、第２ねじ軸部中間素材のそれぞれのうちの切断部から遠い側の軸方向端部を、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部とする、ことができる。

【0020】

あるいは、前記ボールねじ部を塑性加工によって形成する工程において、前記ねじ軸部の軸方向寸法を超える所定の軸方向寸法を有するねじ軸部用素材の外周部に、前記ボールねじ部を前記転造加工により形成して、第１ねじ軸部中間素材を得た後、該第１ねじ軸部中間素材を、前記ねじ軸部の軸方向寸法に切断し、第２ねじ軸部中間素材を得て、および、前記把持部を形成する工程において、第２ねじ軸部中間素材の軸方向一方側の端部を、前記ラック軸部に結合される側の軸方向端部とする、ことができる。

【0021】

本発明の製造対象となる電動パワーステアリング装置は、
外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ボールねじ部との結合部とを備える、直動軸と、
前記ラック歯部に噛合するピニオン歯部を有する、ピニオン軸と、
電動モータと、
前記ボールねじ部に複数個のボールを介して螺合し、かつ、前記電動モータによって回転駆動されるボールナットと、
を備える。
本発明の電動パワーステアリング装置の製造方法は、前記直動軸を製造する工程を備える。特に、本発明の電動パワーステアリング装置の製造方法では、前記直動軸を、本発明の電動パワーステアリング装置用の直動軸の製造方法により製造する。なお、直動軸以外の部材の製造方法および各部材の組み付け工程に関しては、公知の任意の製造工程を採用することができる。

【0022】

本発明の電動パワーステアリング用の直動軸は、外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ねじ軸部との結合部と、前記ねじ軸部のうちの前記結合部側の軸方向端部の外周部に設けられた芯出し用の把持部とを備える。

【0023】

前記ねじ軸部は、前記把持部から軸方向に外れた部分の軸方向全長にわたり前記ボールねじ部を有することができる。

【0024】

前記ボールねじ部は、前記ラック軸部から遠い側の軸方向端部に、転造不完全部を有し、かつ、該転造不完全部から軸方向に外れた残部に転造完全部を有することができる。

【0025】

本発明の電動パワーステアリング装置は、
外周部にラック歯部を有するラック軸部と、外周部にボールねじ部を有するねじ軸部と、前記ラック軸部と前記ねじ軸部との結合部と、前記ねじ軸部のうちの前記結合部側の軸方向端部の外周部に設けられた芯出し用の把持部とを備える、直動軸と、
前記ラック歯部に噛合させたピニオン歯部を有する、ピニオン軸と、
電動モータと、
前記ボールねじ部に複数個のボールを介して螺合し、かつ、前記電動モータによって回転駆動されるボールナットと、
を備える。

【0026】

本発明の電動パワーステアリング装置において、前記ボールねじ部は、前記ラック軸部から遠い側の軸方向端部に、転造不完全部を有し、かつ、該転造不完全部から軸方向に外れた残部に転造完全部を有することができ、この場合、前記ボールねじ部のうちの前記転造完全部のみを、前記複数個のボールと係合させることができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、電動パワーステアリング装置用の直動軸において、ラック歯部を有する部分とボールねじ部を有する部分との同軸度を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の実施の形態の第１例の電動パワーステアリング装置の模式図である。

【図2】図２は、第１例の電動パワーステアリング装置のうちのステアリングギヤユニットおよび電動アシスト装置を示す部分切断斜視図である。

【図3】図３（ａ）は、第１例の直動軸の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の直動軸を下方から見た図である。

【図4】図４（ａ）は、第１例の直動軸を構成するラック軸部を形成するためのラック軸部用素材を示す端面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の右方から見たラック軸部用素材の側面図である。

【図5】図５（ａ）～図５（ｄ）は、第１例のラック軸部のラック歯部を形成する作業を工程順に示す断面図である。

【図6】図６（ａ）は、第１例のラック軸部の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のラック軸部を下方から見た図である。

【図7】図７（ａ）は、第１例の直動軸を構成するねじ軸部を形成するためのねじ軸部用素材を示す端面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の右方から見たねじ軸部用素材の側面図である。

【図8】図８（ａ）は、第１例のねじ軸部を形成するためのねじ軸部中間素材の平面図であり、図８（ｂ）は、第１例のねじ軸部の平面図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＡ部拡大図である。

【図9】図９は、第１例のラック軸部とねじ軸部との結合部（摩擦圧接部）の断面図である。

【図10】図１０（ａ）は、本発明の実施の形態の第３例の直動軸を構成するねじ軸部を形成するための第１ねじ軸部中間素材の平面図であり、図１０（ｂ）は、第３例のねじ軸部を形成するための第２ねじ軸部中間素材の平面図であり、図１０（ｃ）は、第３例のねじ軸部の部分切断平面図である。

【図11】図１１（ａ）は、本発明の実施の形態の第４例の直動軸を構成するねじ軸部を形成するための第１ねじ軸部中間素材の平面図であり、図１１（ｂ）は、第４例のねじ軸部を形成するための第２ねじ軸部中間素材の平面図であり、図１１（ｃ）は、第４例のねじ軸部の平面図である。

【図12】図１２（ａ）～図１２（ｃ）は、ラック軸部とねじ軸部との結合部の３つの別例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

［第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１～図９を用いて説明する。なお、以下の説明において、前後方向とは、車両の前後方向を意味する。

【0030】

（電動パワーステアリング装置およびその製造方法）
本例の電動パワーステアリング装置は、タイロッドを押し引きして、左右の操舵輪１２に、運転者によるステアリングホイール１の操作量に応じた舵角を付与する機能と、運転者がステアリングホイール１を操作するために要する力を低減する機能とを有する。本例の電動パワーステアリング装置は、少なくとも、直動軸９と、ピニオン軸８と、電動モータ１９と、ボールナット２３とを備える。直動軸９は、外周部にラック歯部１５を有するラック軸部２８と、外周部にボールねじ部１６を有するねじ軸部２９と、ラック軸部２８とねじ軸部２９との摩擦圧接による結合部である摩擦圧接部４４とを備える。ピニオン軸８は、ラック歯部１５に噛合するピニオン歯部１４を有する。ピニオン軸８は、ステアリングホイール１の回転に伴って回転する。ボールナット２３は、ボールねじ部１６に複数個のボール２４を介して螺合し、かつ、電動モータ１９によって回転駆動される。

【0031】

本例の電動パワーステアリング装置が組み込まれたステアリング装置では、運転者によって、ステアリングホイール１が回転されると、ステアリングホイール１の回転が、ステアリングシャフト２と、後側の自在継手３ａと、中間シャフト４と、前側の自在継手３ｂとを介して、ステアリングギヤユニット５の入力軸７に伝達される。すなわち、ステアリングホイール１は、車体に対して回転可能に支持されたステアリングシャフト２の後側の端部に支持固定される。ステアリングシャフト２の前側の端部は、後側の自在継手３ａと、中間シャフト４と、前側の自在継手３ｂとを介して、ステアリングギヤユニット５の入力軸７に接続される。

【0032】

ステアリング装置を構成するラックアンドピニオン式のステアリングギヤユニット５は、車体に固定されたハウジング１３と、入力軸７と、図示しないトーションバーと、ピニオン軸８と、直動軸９と、図示しない押圧機構とを備える。

【0033】

ステアリングギヤユニット５において、入力軸７の回転は、図示しないトーションバーを介して、本例の電動パワーステアリング装置を構成するピニオン軸８に伝達され、ピニオン軸８の回転運動は、ピニオン歯部１４とラック歯部１５との噛合部により、本例の電動パワーステアリング装置を構成する直動軸９の軸方向の直線運動に変換される。直動軸９が軸方向に直線運動すると、直動軸９の軸方向両側の端部にボールジョイント１０を介して接続されたタイロッドが押し引きされて、左右の操舵輪１２にステアリングホイール１の操作量に応じた舵角が付与される。

【0034】

ピニオン軸８は、先端部にピニオン歯部１４を有する。ピニオン軸８は、入力軸７の先端部に、入力軸７と同軸に配置され、かつ、入力軸７に対し、トーションバーを介してトルク伝達を可能に接続される。ピニオン軸８は、ハウジング１３の内側に、図示しない転がり軸受によって回転のみを可能に支持される。

【0035】

直動軸９は、軸方向一方側部分（図１～図３（ｂ）の左側部分）に配置され、外周部にラック歯部１５を有するラック軸部２８と、軸方向他方側部分（図１～図３（ｂ）の右側部分）に配置され、外周部にボールねじ部１６を有するねじ軸部２９と、ラック軸部２８とねじ軸部２９との結合部である摩擦圧接部４４とを備える。すなわち、直動軸９は、それぞれが別々に製造された、ラック軸部２８の軸方向他方側の端部と、ねじ軸部２９の軸方向一方側の端部とを摩擦圧接により結合することにより形成される。

【0036】

ボールねじ部１６は、直動軸９の軸方向中間部から軸方向他方側の端部までの範囲に、らせん状に形成され、かつ、略半円形の断面形状を有する雄ねじ溝５５を備える。

【0037】

ラック歯部１５およびボールねじ部１６は、いずれも塑性加工によって形成される。具体的には、ラック歯部１５は、鍛造加工によって形成される。ボールねじ部１６は、転造加工によって形成される。

【0038】

本例では、ラック軸部２８およびねじ軸部２９は、いずれも中実の軸部により構成されている。ただし、本発明を実施する場合、ラック軸部２８とねじ軸部２９とのうちの一方または両方を、中空の軸部により構成することもできる。

【0039】

直動軸９は、ボールねじ機構２０を構成するボールねじ部１６が、ボールねじ機構２０を構成する複数個のボール２４と螺合することにより、ハウジング１３に対して、軸方向の直線運動を可能に支持される。直動軸９のラック歯部１５は、ピニオン軸８のピニオン歯部１４に噛合する。これにより、ピニオン軸８の回転運動が、直動軸９の直線運動に変換される。ハウジング１３に対する直動軸９の回転は、ラック歯部１５とピニオン歯部１４との噛合によって阻止される。

【0040】

本例のステアリングギヤユニット５は、ピニオン軸８の回転角度当たりの直動軸９の軸方向移動量に相当する比ストローク（直動軸９の軸方向移動量／ピニオン軸８の回転角度）が、ピニオン軸８の回転角度に応じて変化する、ＶＧＲ（バリアブルギヤレシオ）構造を有する。具体的には、ステアリングギヤユニット５は、ストロークの中央部付近、すなわち自動車が直進している状態でのステアリングホイール１の回転位置である中立回転位置付近において比ストロークが一定の低い値に設定され、ストロークの両側の端部付近、すなわちステアリングホイール１を操舵限界まで操舵した状態（いわゆる端当て状態）でのステアリングホイール１の回転位置付近において比ストロークが一定の高い値に設定される。比ストロークは、ストロークの中央部付近とストロークの両側の端部付近との間部分では、連続的または段階的に変化する。このために、ラック歯部１５に関する、歯のピッチや歯の形状、歯筋の傾斜角などの諸元を、軸方向位置に応じて変化させている。

【0041】

本例の電動パワーステアリング装置では、ステアリングギヤユニット５がＶＧＲ構造を有するため、ストロークの中央部付近において、ステアリングホイール１の操作量に対する操舵輪１２の切れ角が小さくなり、直進走行時の走行安定性が高められる。

【0042】

押圧機構は、ハウジング１３の内側で、直動軸９を挟んでピニオン軸８の径方向反対側に収容されており、ばねの弾力などに基づいて、直動軸９をピニオン軸８に向け付勢する。これにより、ピニオン歯部１４とラック歯部１５との噛合状態を適正に保って、ピニオン歯部１４とラック歯部１５との噛合部での異音の発生を抑え、かつ、ステアリングホイール１の操作感を向上させている。

【0043】

本例のステアリング装置は、電動アシスト装置６を備える。電動アシスト装置６は、ハウジング１３の内側に配置され、トルクセンサ１８と、電動モータ１９と、ボールねじ機構２０と、図示しない制御部とを備える。電動アシスト装置６では、本例のパワーステアリング装置を構成する電動モータ１９の補助動力を直動軸９に対して付与して、運転者がステアリングホイール１を操作するために要する力を軽減することを可能としている。ステアリングホイール１が回転されると、ステアリングホイール１から入力軸７に伝達されたトルクの方向および大きさが、トルクセンサ１８により検出され、図示しない制御部に送信される。制御部は、トルクセンサ１８により検出したトルクの方向および大きさや車速などに応じて、電動モータ１９への通電量を制御し、電動モータ１９の出力軸２１を回転駆動する。出力軸２１の回転は、駆動プーリ２５と、無端ベルト２６と、従動プーリ２７とを介して、本例の電動パワーステアリング装置を構成するボールナット２３に伝達される。ボールナット２３の回転運動は、ボールねじ機構２０により、直動軸９の軸方向の直線運動に変換される。

【0044】

ボールねじ機構２０は、ボールナット２３の内周面に備えられた、らせん状の雌ねじ溝２２と、ボールねじ部１６の雄ねじ溝５５と、雌ねじ溝２２と雄ねじ溝５５との間に転動自在に配置された複数個のボール２４とにより構成される。ボールナット２３は、複数個のボール２４を介して、ボールねじ部１６に螺合される。ボールナット２３は、ハウジング１３に対して転がり軸受５４（図２参照）などにより回転のみを自在に支持される。

【0045】

本例の直動軸９では、ボールねじ部１６は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、軸方向中間部に転造完全部４２を有し、かつ、軸方向両側の端部に転造不完全部４３を有する。転造完全部４２は、リード溝形状精度などが安定し、所定のねじ山高さを有する部分である。転造不完全部４３は、転造完全部４２に比べて、リード溝形状精度などが安定せず、ねじ山高さが不足した部分である。本例では、ボールねじ部１６のうちの転造完全部４２のみが、複数個のボール２４との係合部として用いられる。すなわち、本例では、複数個のボール２４が転造完全部４２のみと係合し、複数個のボール２４が転造不完全部４３とは係合しないように、ボールねじ機構２０の軸方向の動作範囲が規制される。

【0046】

電動アシスト装置６は、前記制御部により、トルクセンサ１８により検出されたトルクの方向および大きさと車速信号とに応じて、電動モータ１９への通電量を制御しながら、電動モータ１９の出力軸２１を回転駆動する。出力軸２１の回転運動が、駆動プーリ２５と、無端ベルト２６と、従動プーリ２７とを介して、ボールナット２３に伝達され、ボールナット２３の回転運動が、複数個のボール２４を介して、直動軸９の軸方向の直線運動に変換される。これにより、直動軸９を、運転者によるステアリングホイール１の操作力よりも大きな力で直線運動させる。この結果、運転者がステアリングホイール１を操作するために要する力が低減される。

【0047】

本例の電動パワーステアリング装置の製造方法は、本例の電動パワーステアリング装置の構成部材である、直動軸９と、ピニオン軸８と、電動モータ１９と、ボールナット２３とをそれぞれ製造する工程と、各部材を組み付けて、電動パワーステアリング装置を構成する工程を含む。特に、本例の電動パワーステアリング装置の製造方法は、直動軸９の製造方法を備え、該直動軸９の製造方法に特徴を有する。

【0048】

（直動軸およびその製造方法）
本例の電動パワーステアリング装置を構成する、電動パワーステアリング装置用の直動軸９、およびその製造方法について、図３（ａ）～図８（ｃ）を参照しつつ説明する。

【0049】

本例の直動軸９の製造方法は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すラック軸部２８を製造する工程と、図８（ｂ）および図８（ｃ）に示すねじ軸部２９を製造する工程と、ラック軸部２８とねじ軸部２９とを摩擦圧接により結合する工程とを備える。

【0050】

ラック軸部２８を製造する工程では、図４（ａ）および図（ｂ）に示すような、ラック軸部用素材３０を用意する。本例では、ラック軸部用素材３０は、金属製であり、円柱形状を有する中実の丸棒である。ラック軸部用素材３０の材質である金属としては、例えば、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼や合金鋼といった各種の鋼を採用することができる。ラック軸部２８は、ラック軸部用素材３０の軸方向中間部の外周部の周方向一部に、塑性加工である冷間鍛造加工によってラック歯部１５を形成することにより製造される。

【0051】

具体的には、ラック軸部用素材３０を、図５（ａ）に示すように、受型３１の上面に形成された断面円弧形の凹溝部３２内にセットする。次に、図５（ｂ）に示すように、凹溝部３２の形成方向（図５（ｂ）の表裏方向）に沿って伸長する押圧パンチ３３の先端面により、ラック軸部用素材３０を凹溝部３２の底面に押し付ける方向に強く押圧する、据え込み加工を行う。この据え込み加工では、ラック軸部用素材３０の軸方向中間部でラック歯部１５を形成すべき部分を押し潰し、かつ、幅寸法を拡げて、ラック軸部中間素材３４を得る。

【0052】

次に、ラック軸部中間素材３４を、図５（ｃ）に示すように、ダイス３５に設けた断面Ｕ字形の保持孔３６の底部３７にセットする。次に、図５（ｃ）から図５（ｄ）に示すように、保持孔３６内に挿入した歯成形用パンチ３８により、ラック軸部中間素材３４を底部３７に向けて強く押し込む。歯成形用パンチ３８の先端面である加工面は、得るべきラック歯部１５に見合う形状、すなわち、得るべきラック歯部１５の形状に対して凹凸が反転した形状を有する。このため、歯成形用パンチ３８によりラック軸部中間素材３４を底部３７に向けて強く押し込むことで、ラック軸部中間素材３４の軸方向中間部のうち、加工面により押圧された被加工面が、歯成形用パンチ３８の加工面に倣って塑性変形し、図５（ｄ）に示すようなラック歯部１５を有する、ラック軸部２８に加工される。必要に応じて、ラック軸部２８の形状精度および寸法精度をより良好にするために、図５（ｄ）の工程の後に、サイジング加工を施すことが行われる。

【0053】

ラック軸部２８のうち、少なくともラック歯部１５に対し、高周波加熱などによる適宜の熱処理を施すことにより、ラック歯部１５の硬度などの機械的性質を向上させる。

【0054】

得られたラック軸部２８の外周面のうち、ラック歯部１５の背面部分の曲率半径Ｒｒｈは、ラック歯部１５の形成に伴う塑性変形によって、ラック軸部用素材３０の外周面の曲率半径Ｒｒｓ（＝ラック軸部用素材３０の外径寸法Ｄｒｓの１／２）よりも大きくなっている（Ｒｒｈ＞Ｒｒｓ）。これに対し、ラック軸部２８の軸方向両側の端部には、ラック軸部用素材３０の軸方向両側の端部が未加工のまま残っている。すなわち、ラック軸部２８は、軸方向両側の端部に、ラック軸部用素材３０と同じ外径寸法Ｄｒｓを有する円筒状の外周面を有する小径軸部３９ａ、３９ｂを備える。

【0055】

ねじ軸部２９を製造する工程では、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すような、ねじ軸部用素材４０を用意する。本例では、ねじ軸部用素材４０は、金属製であり、円柱形状を有する中実の丸棒である。ねじ軸部用素材４０の材質である金属としては、例えば、Ｓ４８Ｃ、Ｓ５３Ｃなどの機械構造用炭素鋼や合金鋼といった各種の鋼を採用することができる。ねじ軸部用素材４０の材質は、ラック軸部２８のラック軸部用素材３０の材質と同じにすることもでき、あるいは、異ならせることもできる。本例では、ねじ軸部用素材４０の外径寸法Ｄｂｓは、ラック軸部用素材３０の外径寸法Ｄｒｓと同じ（Ｄｂｓ＝Ｄｒｓ）である。ただし、本発明を実施する場合には、ねじ軸部用素材４０の外径寸法Ｄｂｓとラック軸部用素材３０の外径寸法Ｄｒｓとを異ならせる（Ｄｂｓ≠Ｄｒｓ）こともできる。

【0056】

本例では、ねじ軸部用素材４０の外周部に、塑性加工である冷間転造加工によってボールねじ部１６を形成する。特に、本例では、該冷間転造加工として、スルーフィード転造加工を採用する。

【0057】

スルーフィード転造加工では、互いの中心軸同士を傾斜させた１対の転造ダイス（丸ダイス）を用いる。そして、１対の転造ダイスの間隔を一定に保ちつつ、１対の転造ダイスを互いに同方向に同速度で回転させながら、１対の転造ダイス同士の間に、ねじ軸部用素材４０を軸方向に供給する。そして、１対の転造ダイス同士の間でねじ軸部用素材４０が軸方向に移動する歩み現象を生じさせながら、ねじ軸部用素材４０の外周部に転造加工を施すことにより、ねじ軸部用素材４０の外周部にボールねじ部１６を形成する。これにより、図８（ａ）に示すような、外周部の軸方向全長にわたってボールねじ部１６が形成された、ねじ軸部中間素材１７を得る。本例では、スルーフィード転造加工を行う際に、ねじ軸部用素材４０の軸方向他方側を先頭側として、１対の転造ダイス同士の間にねじ軸部用素材４０を供給し、１対の転造ダイス同士の間でねじ軸部用素材４０に歩みによる軸方向移動を生じさせるようにしている。このため、スルーフィード転造加工を行う際に、ねじ軸部用素材４０の外周部には、ボールねじ部１６が、軸方向他方側から軸方向一方側に向けて徐々に形成される。本発明を実施する場合に、ねじ軸部用素材４０の軸方向一方側を先頭側として、１対の転造ダイス同士の間に供給することもできる。

【0058】

本例では、スルーフィード転造加工の際、ねじ軸部用素材４０が１対の転造ダイス同士の間を軸方向に通過している途中で、該１対の転造ダイスを径方向に関して互いに離れる方向に逃がす。すなわち、１対の転造ダイスを径方向に関して互いに離れる方向に逃がす時点で、スルーフィード転造加工が終了する。ボールねじ部１６のうち、１対の転造ダイス同士の間に最初に供給された軸方向他方側の端部に相当する軸方向範囲と、おおよそ最終段階で１対の転造ダイスと接触していた軸方向一方側の端部に相当する軸方向範囲とが、転造不完全部４３となり、ボールねじ部１６のうちの軸方向中間部に相当する残りの軸方向範囲が、転造完全部４２となる。本例では、所定の長さ寸法を有するボールねじ部１６が形成された時点で、１対の転造ダイスを径方向に関して互いに離れる方向に逃がす。具体的には、当該所定の長さ寸法は、ねじ軸部中間素材１７全体の長さ寸法である。すなわち、本例では、ボールねじ部１６が形成される、ねじ軸部２９の外周部のうち、ラック軸部２８に結合される側の軸方向端部を含む所定の軸方向範囲は、ねじ軸部２９の軸方向全体である。

【0059】

本例では、ねじ軸部用素材４０が１対の転造ダイス同士の間を完全に通過し終わる前にスルーフィード転造加工を終了するため、サイクルタイムの低減、および、１対の転造ダイスの寿命の向上を図ることができる。

【0060】

ボールねじ部１６を転造加工によって形成する場合、スルーフィード転造加工に代えて、インフィード転造加工、板転造加工などの、他の種類の転造加工を採用することもできる。

【0061】

ねじ軸部中間素材１７のボールねじ部１６のうち、少なくとも転造完全部４２に対し、高周波加熱などによる適宜の熱処理を施すことにより、転造完全部４２の硬度などの機械的性質を向上させる。

【0062】

本例では、次に、ねじ軸部中間素材１７の転造完全部４２の雄ねじ溝５５を基準として、ねじ軸部中間素材１７の軸方向一方側に位置する転造不完全部４３の軸方向一方側の端部の外周部に、切削加工である旋削加工や研削加工、研磨加工などの削り加工を施す。これにより、ねじ軸部中間素材１７の軸方向一方側の端部の外周部に、転造完全部４２の雄ねじ溝５５と同軸の円筒面である、芯出し用の把持部５６を形成する。換言すれば、ねじ軸部中間素材１７の軸方向一方側の端部に、外周部を把持部５６とした小径軸部４１を形成する。これにより、図８（ｂ）に示すような、ねじ軸部２９を得る。本例のねじ軸部２９では、雄ねじ溝５５を基準として、把持部５６を形成しているため、把持部５６の軸がボールねじ部１６の軸からずれることがなく、把持部５６はボールねじ部１６と同軸である。

【0063】

把持部５６は、図示のような完全な円筒面により構成されることができ、あるいは、ボールねじ部１６の溝底部が残った円筒面により構成されることもできる。本例では、ねじ軸部中間素材１７の軸方向一方側の転造不完全部４３の軸方向一方側の端部のみを削って把持部５６としているが、該転造不完全部４３の軸方向全範囲を削って把持部５６とすることもできる。

【0064】

代替的に、ねじ軸部用素材４０が１対の転造ダイス同士の間を完全に通過し終わる前にスルーフィード転造加工を終了する際に、早期に転造加工を終了することによって、ねじ軸部用素材４０の軸方向一方側の端部に、転造加工が施されていない非転造部を設けた後、転造完全部４２の雄ねじ溝５５を基準として、非転造部の外周部を削ることにより、当該削った部分を、転造完全部４２の雄ねじ溝５５と同軸の把持部５６として用いることもできる。

【0065】

なお、把持部５６を形成する工程においては、転造完全部４２のうち、雄ねじ溝５５から外れたねじ山を基準として、ねじ軸部中間素材１７の軸方向一方側に位置する転造不完全部４３の軸方向一方側の端部の外周部に、削り加工を施すことにより、把持部５６を形成することもできる。ただし、削り加工の基準となる部分の形状精度を良好に確保する面からは、雄ねじ溝５５を基準として、転造不完全部４３の軸方向一方側の端部の外周部に、削り加工を施すことが好ましい。

【0066】

さらに、本発明の技術的範囲からは外れるが、ねじ軸部２９のボールねじ部１６をスルーフィード転造加工により形成する限りにおいて、ねじ軸部用素材４０が１対の転造ダイス同士の間を完全に通過し終わる前にスルーフィード転造加工を終了する際に、早期に転造加工を終了することによって、ねじ軸部用素材４０の軸方向一方側の端部を非転造部とし、該非転造部の外周部をそのまま把持部として用いることもできる。

【0067】

このように製造したねじ軸部２９のうち、ボールねじ部１６が形成された軸方向範囲の外径寸法（転造完全部４２の外径寸法Ｄｂｇ）は、転造加工に伴う塑性変形によって、ねじ軸部用素材４０の外径寸法Ｄｂｓよりも大きくなっている（Ｄｂｇ＞Ｄｂｓ）。これに対し、小径軸部４１の外径寸法は、ねじ軸部用素材４０の外径寸法Ｄｂｓと同程度（すなわち、Ｄｂｓと同じか、または、Ｄｂｓよりも僅かに小さいもしくは僅かに大きい値）であり、換言すれば、Ｄｂｓと同等である。

【0068】

次に、ラック軸部２８とねじ軸部２９とを摩擦圧接により結合する工程について説明する。摩擦圧接は、２つの金属部材を互いに突き合わせて加圧しながら相対回転させることにより、突き合わせ部に発生する摩擦熱を利用して、２つの金属部材を接合する方法である。

【0069】

ラック軸部２８とねじ軸部２９とを摩擦圧接により結合する際には、まず、ラック軸部２８とねじ軸部２９との芯出しを行うことにより、ラック軸部２８とねじ軸部２９とを同軸に配置し、ラック軸部２８の軸方向他方側端部の端面と、ねじ軸部２９の軸方向一方側端部である小径軸部４１の端面とを突き合わせて加圧する。この状態で、ラック軸部２８とねじ軸部２９とを相対回転させることにより、突き合わせ部に摩擦熱を発生させる。これにより、突き合わせ部を高温かつ高加圧状態とした後、相対回転を停止させる。この結果、突き合わせ部が冷却されることに伴って摩擦圧接部４４となった、直動軸９が得られる。

【0070】

特に、本例では、摩擦圧接を行う際には、ねじ軸部２９の把持部５６を芯出し用の第１把持具５７（図３（ａ）および図８（ｂ）参照）により把持し、かつ、ラック軸部２８の小径軸部３９ｂの外周面を芯出し用の第２把持具５８（図３（ａ）および図６（ａ）参照）により把持することによって、ラック軸部２８とねじ軸部２９との芯出しを行う。この状態で、第１把持具５７を回転駆動することにより、ねじ軸部２９を回転させ、かつ、ラック軸部２８を非回転に保持しながら、ラック軸部２８とねじ軸部２９との互いに近い側の軸方向端部同士、すなわちラック軸部２８の軸方向他方側の端部とねじ軸部２９の軸方向一方側の端部とを突き合わせることで摩擦圧接を行う。

【0071】

第１把持具５７および第２把持具５８としては、コレットチャック、油圧式の三爪チャックなどの各種の把持具を採用することができる。ラック軸部２８に関して、ラック歯部１５が位置する軸方向部分を、第２把持具５８により把持するための芯出し用の把持部として用いることもできる。また、本発明の技術的範囲からは外れるが、ねじ軸部２９に関して、転造完全部４２が位置する軸方向部分を、第１把持具５７により把持するための芯出し用の把持部として用いることもできる。

【0072】

ラック軸部２８とねじ軸部２９とを摩擦圧接により結合する際には、図３（ａ）に二点鎖線で示すように、ねじ軸部２９の軸方向他方側部分の周囲にスリーブ５９を配置することができる。具体的には、ねじ軸部２９の軸方向他方側部分に、スリーブ５９を径方向のがたつきなく外嵌した状態で、ねじ軸部２９を回転させ、かつ、ラック軸部２８の軸方向他方側の端部とねじ軸部２９の軸方向一方側の端部とを突き合わせることで、摩擦圧接を行うことができる。

【0073】

摩擦圧接の際に、回転するねじ軸部２９の軸方向他方側部分に、スリーブ５９をがたつきなく外嵌することにより、ねじ軸部２９の振れ回りを防止することができる。

【0074】

スリーブ５９は、ねじ軸部２９のうち、ラック軸部２８に結合される側とは軸方向反対側の部分の周囲に配置することが好ましく、転造完全部４２の一部を含む軸方向範囲の周囲に配置することがより好ましい。スリーブ５９の軸方向長さは、ねじ軸部２９の軸方向長さの１／３以下であることが好ましい。スリーブ５９の軸方向長さを、ねじ軸部２９の軸方向長さの１／３よりも長くしても、それ以上の効果を期待できず、スリーブ５９をねじ軸部２９に外嵌する作業が面倒になる。スリーブ５９の軸方向長さの下限については、特に限定されないが、ねじ軸部２９の振れ回りを防止する面からはできる限り長いことが好ましい。要するに、スリーブ５９の軸方向長さは、ねじ軸部２９の軸方向長さの１／３であることが最も好ましい。

【0075】

本例の直動軸９の製造方法では、ラック歯部１５を有するラック軸部２８と、ボールねじ部１６を有するねじ軸部２９とを、互いに別体の軸部として製造した後、ラック軸部２８とねじ軸部２９との軸方向端部同士を摩擦圧接により結合することによって、直動軸９を得ている。このため、ラック軸部２８の製造工程において、ラック歯部１５の加工に不具合が生じた場合には、ラック軸部２８のみを廃棄すれば良く、ねじ軸部２９の製造工程において、ボールねじ部１６の加工に不具合が生じた場合には、ねじ軸部２９のみを廃棄すればよい。すなわち、ラック歯部１５とボールねじ部１６とのうちのいずれか一方の加工にのみ不具合が生じた場合に、直動軸９全体を廃棄しなければならないといった不都合が生じることを回避できる。

【0076】

本例の直動軸９の製造方法では、ラック歯部１５を、冷間鍛造加工によって形成する。このため、ラック歯部１５を切削加工などの削り加工によって形成する場合に比べて、材料の歩留まりを良くすることができ、かつ、加工時間を短くすることができる。特に、本例では、ラック歯部１５は、歯のピッチや歯の形状、歯筋の傾斜角などの諸元が、軸方向位置に応じて変化した構造（ＶＧＲ構造）を有しているが、ＶＧＲ構造を有するラック歯部１５を、削り加工により短時間で精度良く形成することが困難である。これに対し、本例では、冷間鍛造加工によってラック歯部１５を形成するため、歯成形用パンチ３８（図５）の加工面を、得るべきラック歯部１５に見合う形状とすることによって、ラック歯部１５を短時間で精度良く形成することが容易である。

【0077】

本例の直動軸９の製造方法では、ボールねじ部１６を、塑性加工である冷間転造加工によって形成する。このため、ボールねじ部１６を切削加工などの削り加工によって形成する場合に比べて、材料の歩留まりを良くすることができ、かつ、加工時間を短くすることができる。特に、本例では、冷間転造加工としてスルーフィード転造加工を採用するため、ねじ軸部２９の軸方向中間部の広い軸方向範囲にボールねじ部１６の転造完全部４２を短時間で形成することができる。そして、完成後の直動軸９の軸方向他方側の端部の広い軸方向範囲にボールねじ部１６の転造完全部４２を設けることができる。このため、直動軸９に対するボールねじ機構２０のボール２４の係合可能範囲を軸方向に関して広くすることができる。この結果、製品設計レイアウトの柔軟性、より具体的には、ハウジング１３に対するボールナット２３などの軸方向に関する設置位置の自由度を高めることができる。

【0078】

スルーフィード転造加工によりボールねじ部１６を形成すると、ボールねじ部１６の軸方向両側の端部には、転造不完全部４３が形成される。転造不完全部４３は、転造完全部４２に比べてリード溝形状精度などが安定せず、ねじ山高さが不足しているため、ボールねじ機構２０を構成するボール２４の転走部として利用することができない。しかしながら、本例では、ねじ軸部中間素材１７を構成する軸方向一方側の転造不完全部４３の少なくとも軸方向一方側の端部の外周部を削って小径軸部４１を形成し、該小径軸部４１の外周部を、摩擦圧接を行う際の芯出し用の把持部５６として有効に利用している。したがって、本例によれば、材料の無駄を十分に抑えつつ、ねじ軸部２９を短時間で製造することができる。

【0079】

本例では、ラック軸部２８とねじ軸部２９との軸方向端部同士を結合する方法として、摩擦圧接を採用している。摩擦圧接は、結合に要する時間を短くできるため、直動軸９の製造効率を高めることができ、かつ、異種材料同士の結合性を高くできるため、ラック軸部２８とねじ軸部２９とを異なる材質とする場合でも、ラック軸部２８とねじ軸部２９との結合性を高くできる。

【0080】

本例では、摩擦圧接を行う際に、第１把持具５７により把持されるねじ軸部２９の把持部５６が、ねじ軸部２９のうちでラック軸部２８に結合される側の軸方向一方側の端部に位置し、かつ、第２把持具５８により把持されるラック軸部２８の小径軸部３９ｂの外周面が、ラック軸部２８のうちでねじ軸部２９に結合される側の軸方向他方側の端部に位置する。このため、摩擦圧接を行う際に、ラック軸部２８とねじ軸部２９との互いに近い側の端部同士の径方向の振れ回りを十分に抑えることができる。

【0081】

第１把持具５７により把持されるねじ軸部２９の把持部５６は、ボールねじ部１６の形成および熱処理を行った後に、ボールねじ部１６の雄ねじ溝５５を基準とする削り加工によって、ボールねじ部１６と同軸に形成されている。このため、ねじ軸部２９のうち、ボールねじ部１６と、第１把持具５７により把持される把持部５６との同軸度を良好に確保することができる。したがって、特開２００５－２４７１６３号公報に記載の方法のように、軸素材のうちでねじ溝を形成しない、未加工の支持部をチャックして、摩擦圧接を行う場合に比べて、ボールねじ部１６の芯出し精度を高くすることができる。この結果、本例によれば、直動軸９に関して、ラック歯部１５を有する部分とボールねじ部１６を有する部分との同軸度を良好に確保することができる。換言すれば、直動軸９の真直度を向上させることができる。

【0082】

ラック軸部２８に関しては、ラック軸部用素材３０の軸方向中間部に冷間鍛造加工を施すことにより、ラック歯部１５を形成すると同時に、ラック軸部用素材３０のうち、未加工の軸方向両側の端部を小径軸部３９ａ、３９ｂとしている。ここで、ラック軸部用素材３０に冷間鍛造加工を施して、ラック軸部２８を造る際には、図５（ａ）～図５（ｄ）に示すように、ラック軸部用素材３０またはラック軸部中間素材３４の外周面のうちの周方向に関する一部を、受型３１またはダイス３５により拘束した状態で、ラック軸部用素材３０またはラック軸部中間素材３４に加工を施す。

【0083】

ラック歯部１５を形成することに伴って、ラック軸部２８の加工部と未加工部との同軸度が低下した場合、ラック軸部２８とねじ軸部２９とを摩擦圧接により結合する前に、加工部および／または未加工部に曲げ加工や削り加工を施す。これにより、ラック軸部２８のうち、ラック歯部１５を有する部分とラック歯部１５から軸方向に外れた部分との同軸度を向上させる。すなわち、ラック軸部２８の真直度を向上させる。このようにして、ラック軸部２８の真直度を十分に確保してからラック軸部２８をねじ軸部２９と摩擦圧接により結合することで、完成後の直動軸９に関して、ラック歯部１５を有する部分とボールねじ部１６を有する部分との同軸度を良好に確保する。

【0084】

なお、ラック歯部１５の形成に伴う、ラック軸部２８の加工部と未加工部との同軸度の低下がほとんどない場合には、ラック歯部１５を形成後のラック軸部２８をそのまま、ねじ軸部２９を摩擦圧接により結合することもできる。

【0085】

本例の直動軸９は、ラック軸部用素材３０の外径寸法と同じ外径寸法を有する小径軸部３９ｂの軸方向他方側の端部と、ねじ軸部用素材４０の外径寸法と同程度の外径寸法を有する小径軸部４１の軸方向一方側の端部とを摩擦圧接により結合して構成される。このため、例えば、凹凸嵌合する部分同士を摩擦圧接する場合と比較して、摩擦圧接される部分の面積を小さくすることができて、摩擦圧接を行う際の加圧力の低減による設備の小型化やサイクルタイムの短縮によるコスト低減を図ることができる。なお、本発明を実施する場合には、摩擦圧接される部分の面積をより小さくするために、ラック軸部２８とねじ軸部２９との互いに近い側の軸方向端部に、図９に示すような、互いに近い側の軸方向端面に開口する有底の凹孔４５ａ、４５ｂを形成しておくこともできる。

【0086】

本発明の直動軸の製造方法を実施する場合、ラック歯部やボールねじ部を形成するための塑性加工（鍛造加工、転造加工など）は、冷間に限らず、温間や熱間で行うこともできる。前記塑性加工を温間または熱間で行った場合であっても、ラック歯部やボールねじ部を削り加工により形成する場合に比べて、材料の歩留まりを良くしたり、加工時間を短くしたりするなどの有利な効果を得られる。

【0087】

［第２例］
本発明の実施の形態の第２例について、図８（ａ）～図８（ｃ）を参照しながら説明する。本例では、ねじ軸部２９を製造する工程において、ボールねじ部１６を形成するためのスルーフィード転造加工の具体的な方法が、第１例と異なる。本例では、ねじ軸部用素材４０の全体が、１対の転造ダイス同士の間を軸方向に完全に通過した時点で、スルーフィード転造加工が終了する。このため、本例では、ボールねじ部１６のうち、１対の転造ダイス同士の間に最初に供給された軸方向他方側の端部に相当する軸方向範囲と、１対の転造ダイス同士の間を最後に通過した軸方向一方側の端部に相当する軸方向範囲とが、ボールねじ部１６のうちの転造不完全部４３となり、ボールねじ部１６の軸方向中間部に相当する残りの軸方向範囲が、転造完全部４２となる。

【0088】

本例によれば、スルーフィード転造加工によって形成されるボールねじ部１６のうち、軸方向一方側の転造不完全部４３の軸方向長さを、第１例の場合よりも十分に短くすることができる。換言すれば、ねじ軸部２９が備えるボールねじ部１６の転造完全部４２の軸方向長さを、第１例の場合よりも長くすることができる。したがって、直動軸９に対するボールねじ機構２０のボール２４の係合可能範囲を、軸方向に関してより広くすることができる。

【0089】

本例において、軸方向一方側の転造不完全部４３の軸方向長さが、第１把持具５７により把持する把持部５６として必要な軸方向長さ未満になる場合には、軸方向一方側の転造不完全部４３だけでなく、該転造不完全部４３に隣接する転造完全部４２の一部にも削り加工を施して、把持部５６として必要な軸方向長さを確保すればよい。ただし、転造完全部４２の軸方向長さを十分に確保する観点から、転造完全部４２を削る軸方向長さは、必要最小限にとどめることが望ましい。その他の構成および作用は、第１例と同様である。

【0090】

［第３例］
本発明の実施の形態の第３例について、図１０（ａ）～図１０（ｃ）を参照しながら説明する。本例では、ねじ軸部２９ａを製造する工程において、まず、得るべきねじ軸部２９ａの軸方向寸法の２倍の軸方向寸法を有し、かつ、円柱形状を有するねじ軸部用素材の外周部に、スルーフィード転造加工を施して、ボールねじ部１６ｚを形成する。これにより、図１０（ａ）に示すような、外周部の軸方向全長にわたってボールねじ部１６ｚを有する第１ねじ軸部中間素材６０を得る。ボールねじ部１６ｚは、軸方向中間部に転造完全部４２ｚを有し、かつ、軸方向両側の端部に転造不完全部４３を有する。

【0091】

次に、第１ねじ軸部中間素材６０を軸方向中央位置で切断し、図１０（ｂ）に示すような、外周部にボールねじ部１６ａを有する、第２ねじ軸部中間素材６１を２つ得る。第２ねじ軸部中間素材６１のそれぞれのボールねじ部１６ａは、それぞれの軸方向一方側（図１０（ｂ）の左側の第２ねじ軸部中間素材６１に関する左側、図１０（ｂ）の右側の第２ねじ軸部中間素材６１に関する右側）の端部に転造不完全部４３を有し、かつ、残りの軸方向範囲の軸方向全長にわたり転造完全部４２を有する。

【0092】

次いで、第２ねじ軸部中間素材６１の転造完全部４２の雄ねじ溝５５を基準として、転造不完全部４３の外周部に削り加工を施して、転造完全部４２を構成する雄ねじ溝５５と同軸の円筒面である、芯出し用の把持部５６を形成する。換言すれば、第２ねじ軸部中間素材６１の軸方向一方側の端部に、外周部をボールねじ部１６ａと同軸である把持部５６とした小径軸部４１を形成する。さらに、第２ねじ軸部中間素材６１のうち、転造不完全部４３（小径軸部４１）が備えられた軸方向一方側の端部とは反対側の軸方向他方側（図１０（ｂ）の左側の第２ねじ軸部中間素材６１に関する右側、図１０（ｂ）の右側の第２ねじ軸部中間素材６１に関する左側）の端部に、有底のねじ孔６２を形成する。これにより、図１０（ｃ）に示すような、ねじ軸部２９ａを得る。ねじ孔６２には、タイロッド１１の基端部に備えられた雄ねじ部が螺合される。

【0093】

ねじ軸部２９ａを、ラック軸部２８（図６（ａ）および図６（ｂ）参照）と摩擦圧接により結合し、直動軸９（図１～図３（ｂ））を得る。摩擦圧接を行う際には、ねじ軸部２９ａの把持部５６を芯出し用の第１把持具５７により把持する。

【0094】

本例のねじ軸部２９ａは、外周部のうち、把持部５６が備えられた軸方向一方側の端部を除く、軸方向中間部から軸方向他方側の端部にかけて転造完全部４２を有する。このため、本例のねじ軸部２９ａによれば、第１例のねじ軸部２９よりも、転造完全部４２の軸方向長さを長く確保しやすい。すなわち、本例によれば、第１例よりも、直動軸９に対するボールねじ機構２０のボール２４の係合可能範囲を軸方向に関して長く確保しやすい。その他の構成および作用は、第１例と同様である。

【0095】

［第４例］
本発明の実施の形態の第４例について、図１１（ａ）～図１１（ｃ）を参照しながら説明する。本例では、ねじ軸部２９ｂを製造する工程において、得るべきねじ軸部２９ｂの軸方向寸法を超える所定の軸方向寸法、具体的には、得るべきねじ軸部２９ｂの軸方向寸法の数倍以上、好ましくは３倍以上の軸方向寸法を有し、かつ、円柱形状を有する、長尺のねじ軸部用素材の外周部に、スルーフィード転造加工を施して、ボールねじ部１６ｚを形成する。これにより、図１１（ａ）に示すような、外周部にボールねじ部１６ｚを有する、長尺な第１ねじ軸部中間素材６０ａを得る。ねじ軸部用素材に関する前記所定の軸方向寸法の上限は任意であり、入手可能な長尺のねじ軸部用素材の長さに応じて定まる。

【0096】

次に、長尺の第１ねじ軸部中間素材６０ａの一部を、得るべきねじ軸部２９の軸方向寸法に切断し、図１１（ｂ）に示すような、外周部に、軸方向全長にわたってボールねじ部１６ｂを有する第２ねじ軸部中間素材６１ａを得る。最終的には、１本の第１ねじ軸部中間素材６０ａから、複数本、好ましくは３本以上の第２ねじ軸部中間素材６１ａが得られる。第２ねじ軸部中間素材６１ａのボールねじ部１６ｂは、転造完全部４２のみからなる。すなわち、本例によれば、ボールねじ部１６ｂを、全長にわたって転造完全部４２とすることができる。

【0097】

さらに、第２ねじ軸部中間素材６１ａのそれぞれの軸方向一方側の端部に、削り加工により、芯出し用の把持部５６を形成する。本例では、第２ねじ軸部中間素材６１ａは、外周部に、全長にわたって転造完全部４２を有する。そこで、第２ねじ軸部中間素材６１ａの軸方向一方側の端部を、第１把持具５７により把持するために最低限必要な長さ分だけ削って、把持部５６を形成する。これにより、図１１（ｃ）に示すような、ねじ軸部２９ｂを得る。

【0098】

本例のように、長軸のねじ軸部用素材にスルーフィード転造加工を施して、長尺な第１ねじ軸部中間素材６０ａを得た後、該第１ねじ軸部中間素材６０ａを切断することにより得られた、第２ねじ軸部中間素材６１ａにおいては、転造完全部４２のうち、雄ねじ溝５５の形状精度は良好であるが、ねじ山の外周面の形状精度は良好であるとは限らない。そこで、本例では、ボールねじ部のうち、芯出し用の把持部５６を形成すべき軸方向一方側の端部から外れた軸方向範囲に存在する部分の雄ねじ溝５５を基準として、ボールねじ部１６ｂのうち、把持部５６を形成すべき軸方向一方側の端部を削り加工を施すことにより、把持部５６を形成する。

【0099】

ねじ軸部２９ｂを、ラック軸部２８（図６（ａ）および図６（ｂ）参照）と摩擦圧接により結合し、直動軸９（図１～図３（ｂ））を得る。摩擦圧接を行う際には、ねじ軸部２９の把持部５６を芯出し用の第１把持具５７により把持する。

【0100】

本例では、外周部に、全長にわたって転造完全部４２を有する第２ねじ軸部中間素材６１ａの軸方向一方側の端部を、第１把持具５７により把持するために最低限必要な長さ分だけ削って、把持部５６を形成することにより、ねじ軸部２９ｂを得る。このため、本例のねじ軸部２９ｂによれば、第３例のねじ軸部２９ａよりも、転造完全部４２の軸方向長さを長く確保しやすい。すなわち、本例によれば、第２例よりも、直動軸９に対するボールねじ機構２０のボール２４の係合可能範囲を軸方向に関して長く確保しやすい。

【0101】

本例のねじ軸部２９ｂは、軸方向他方側の端部まで、転造完全部４２を有するため、摩擦圧接の際に、ねじ軸部２９ｂの転造完全部４２の一部を含む軸方向範囲の周囲に、スリーブ５９（図３（ａ）参照）を配置しやすい。その他の構成および作用は、第１例および第２例と同様である。

【0102】

［第５例］
本発明の実施の形態の第５例について、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照しながら説明する。本例では、ラック軸部２８を製造する工程において、ラック歯部１５の形成および熱処理を行った後に、ラック軸部２８のうち、ねじ軸部２９（図１～図３（ｂ）参照）に結合される側の端部である軸方向他方側の端部の外周部に、ラック歯部１５を基準として、削り加工により芯出し用の把持部である小径軸部３９ｂを形成する。これにより、小径軸部３９ｂを、ラック歯部１５が位置する部分と同軸に仕上げる。そして、摩擦圧接する工程においては、小径軸部３９ｂを第２把持具５８により把持する。

【0103】

本例によれば、ラック軸部２８のうち、ラック歯部１５と、第２把持具５８により把持される把持部である小径軸部３９ｂの同軸度を、第１例と比較してより良好に確保することができる。この結果、本例によれば、直動軸９（図１～図３（ｂ）参照）に関して、直動軸９のうちのラック歯部１５を有する部分とボールねじ部１６を有する部分との同軸度を、第１例と比較して、より良好に確保することができる。その他の構成および作用は、第１例と同様である。

【0104】

本発明の技術的範囲からは外れるが、ラック軸部とねじ軸部とを結合方法として、例えば、図１２（ａ）～図１２（ｃ）に示すような結合方法部を採用することができる。

【0105】

図１２（ａ）に示す結合方法では、ラック軸部とねじ軸部とのうちの一方の軸部Ｓ１の端部に形成された筒部４６の内径側に、ラック軸部とねじ軸部とのうちの他方の軸部Ｓ２の端部に形成された小径軸部４７を、例えば圧入内嵌などによりがたつきなく内嵌する。次いで、筒部４６および小径軸部４７を径方向に貫通するように形成された圧入孔４８ａ、４８ｂにピン４９を圧入することによって、ラック軸部とねじ軸部とを結合する。

【0106】

図１２（ｂ）に示す結合方法では、ラック軸部とねじ軸部とのうちの一方の軸部Ｓ１の端部に形成されたねじ孔５０に、ラック軸部とねじ軸部とのうちの他方の軸部Ｓ２の端部に形成されたねじ軸部５１を螺合することによって、ラック軸部とねじ軸部とを結合する。

【0107】

図１２（ｃ）に示す結合方法では、ラック軸部とねじ軸部とのうちの一方の軸部Ｓ１の端部に形成された筒部４６ａの内径側に、ラック軸部とねじ軸部とのうちの他方の軸部Ｓ２の端部に形成された小径軸部４７ａを、例えば圧入内嵌などによりがたつきなく内嵌する。次いで、小径軸部４７ａの外周部に周方向に形成された周方向溝５２に対し、筒部４６ａに形成されたかしめ部５３を係合させることによって、ラック軸部とねじ軸部とを結合する。

【符号の説明】

【0108】

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ａ、３ｂ 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 電動アシスト装置
７ 入力軸
８ ピニオン軸
９ 直動軸
１０ ボールジョイント
１１ タイロッド
１２ 操舵輪
１３ ハウジング
１４ ピニオン歯部
１５ ラック歯部
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｚ ボールねじ部
１７ ねじ軸部中間素材
１８ トルクセンサ
１９ 電動モータ
２０ ボールねじ機構
２１ 出力軸
２２ 雌ねじ溝
２３ ボールナット
２４ ボール
２５ 駆動プーリ
２６ 無端ベルト
２７ 従動プーリ
２８ ラック軸部
２９、２９ａ、２９ｂ ねじ軸部
３０ ラック軸部用素材
３１ 受型
３２ 凹溝部
３３ 押圧パンチ
３４ ラック軸部中間素材
３５ ダイス
３６ 保持孔
３７ 底部
３８ 歯成形用パンチ
３９ａ、３９ｂ 小径軸部
４０ ねじ軸部用素材
４１ 小径軸部
４２、４２ｚ 転造完全部
４３ 転造不完全部
４４ 摩擦圧接部
４５ａ、４５ｂ 凹孔
４６、４６ａ 筒部
４７、４７ａ 小径軸部
４８ａ、４８ｂ 圧入孔
４９ ピン
５０ ねじ孔
５１ ねじ軸部
５２ 周方向溝
５３ かしめ部
５４ 転がり軸受
５５ 雄ねじ溝
５６ 把持部
５７ 第１把持具
５８ 第２把持具
５９ スリーブ
６０、６０ａ 第１ねじ軸部中間素材
６１、６１ａ 第２ねじ軸部中間素材
６２ ねじ孔

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】