CN101547759A - 齿条及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种能够充分确保齿条齿(10)的宽度尺寸、强度、刚性，而且能够实现轻量的结构及其制造方法。通过塑性加工，在截面圆形的杆部(9)的轴方向一部分的径向单侧面上形成齿条齿(10)。另外，在圆周方向上从形成该齿条齿(10)的部分离开的部分的截面形状的曲率半径，比上述杆部(9)的轴方向剩余部分的外周面的截面形状的曲率半径大。因此，如(A)→(B)所示，将材料(13)的轴方向的一部分且为圆周方向的一部分压扁，并且使该轴方向的一部分且为圆周方向的剩余部分，形成具有比上述材料(13)的外周面曲率半径更大的曲率半径的部分圆筒面部(17)，并作为中间材料(20)。然后，如(C)→(D)所示，在该中间材料(20)中的上述轴方向的一部分，在上述圆周方向的一部分形成上述齿条齿(10)。最后，如(E)→(F)所示，实施整形加工并制成齿条(8)。

Description

齿条及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种齿条的制造方法的改良，上述齿条例如在用于对机动车的转向轮付与转向角的转向装置中，组装在齿轮齿条式转向装置中。
背景技术
作为用于将来自方向盘的旋转运动变换为赋予舵角的直线运动的机构，使用齿轮齿条机构的齿轮齿条式转向装置，因结构可以较小且较轻，而且刚性高可获得良好的转向感，所以得到广泛使用。
图40显示了这样的齿轮齿条式转向装置的一个示例。在该转向装置中，随着方向盘1的操作而旋转的转向轴2的动作，通过万向接头3及中间轴4传递给转向器齿轮组件5的输入轴6。该转向器齿轮组件5具有被该输入轴6旋转驱动的小齿轮、及与该小齿轮相啮合的齿条。该小齿轮与上述输入轴6一同旋转时，该齿条在轴方向上位移，推拉与其两端部结合的一对横拉杆7，赋予上述转向轮所需要的舵角。
构成上述转向器齿轮组件5的齿条，若通过对材料实施切削加工而形成齿条齿的切削加工来制造的话，则制造成本较高，而且难以保证该齿条齿的强度及刚性。与此相对，若使材料塑性变形来加工齿条齿的话，则可缩短加工该齿条齿所需要的时间，降低制造成本，而且，因为所制得的齿条齿的金属组织紧密，从而易于保证该齿条齿的强度及刚性。这样，作为通过塑性变形来加工齿条齿而制得的齿条及其制造方法的发明，已知有专利文献1～4公开的发明。
在其中的专利文献1、2中，公开了一种在一对模具之间强力夹持圆杆状的材料，在该材料的一部分外周面上，转印设置在其中一方模具上的凹凸形状，从而制得齿条齿的齿条制造方法。伴随形成齿条齿而产生的(从齿条齿中应为凹部的部分挤压出的)多余部分，在上述两模具彼此之间从齿条的主体部分向侧方以溢料状突出，之后除去。
在该专利文献1、2中所公开的现有技术中，因为使多余部分从齿条的主体部分向侧方突出，所以产生在挤压该齿条的一对模具上的应力变大，从而难以保证这些模具的寿命。而且，需要有去除从上述主体部分向侧方以溢料状突出的多余部分的工序，不可避免地增加制造成本。进而，如上所述，一方面进行向上述两模具施加较大的应力的加工，另一方面，为确保设置在上述一方模具上的凹凸形状转印到上述材料上，而需要通过热锻或温锻来进行包括该转印的塑性加工。不论是热锻还是温锻，在加工时，模具随温度上升而热膨胀，很难正确限定该热膨胀量，所以难以保证所得齿条齿的精度。
为解决上述问题，在上述专利文献3中公开一种关于齿条制造方法的发明：在圆杆状的材料中，在应形成齿条齿部分的背面一侧形成凹部，使伴随齿条齿的形成而产生的多余部分进入该凹部。
在该专利文献3中所公开的现有技术中，不会产生实施上述专利文献1、2所公开的现有技术时产生的不良影响，但是，需要进行上述凹部的加工，不可避免地导致制造工序繁杂、制造成本上升。特别是，因为是以模锻加工、车削加工等加工上述凹部，所以难以顺利地从凹部的加工过渡到下面进行的齿条加工作业(连续进行其后的加工)。这成为提高制造成本的原因。而且，在轴方向上离开齿条形成部分的、几乎不需要强度的部分的外径，成为需要强度的、为了形成该齿条而必须的材料的直径，所以齿条整体的重量容易无谓增大。
而且，专利文献4公开了一种使中空圆管状材料在宽度方向上扩展，在该扩展部分形成齿条齿的齿条制造方法的发明。
在该专利文献4所公开的现有技术中，为了使齿条齿的宽度尺寸增大而在宽度方向上扩展上述中空圆管状材料，该齿条齿的齿根部分的壁厚易于变小(变薄)相当于该扩展部分的量。因此，在齿条中，形成该齿条齿的部分的强度难以充分保证。
如上所述，如果在圆杆状材料的轴方向的一部分上仅仅实施塑性加工而可形成齿条齿的话，可在保证该齿条齿强度和刚性的同时，可降低齿条制造成本。但是，在这样仅实施塑性加工而形成齿条齿的时候，需要如上所述形成用于避开多余部分的凹部等、将材料的截面形状限制为规定的形状。
另外，除了这样形成齿条齿的理由，因上述齿条形成后所需要的形状的关系，在进行该塑性加工前，为了限制塑性加工所挤压出的金属材料的容积，不得不将上述材料的截面形状限制为规定的形状。不论在什么情况下，如果为了将上述材料的截面形状限制为所规定的形状，而实施与形成上述凹部同样的加工，则将导致制造成本上升，不理想。
专利文献1日本特开平10-58081号公报
专利文献2日本特开2001-79639号公报
专利文献3日本特许第3442298号公报
专利文献4日本特开2006-103644号公报
发明内容
本发明鉴于上述问题，目的在于以低成本实现可充分确保齿条齿的宽度尺寸、强度、刚性而且轻量的结构及其制造方法。
作为本发明的对象的齿条是金属材料制成的，具有截面圆形的杆部、以及在该杆部的轴方向一部分上通过塑性加工在径向单侧面形成的齿条齿。
特别是，在本发明的齿条的情况下，在上述轴方向的一部分上、在作为实心材料的部分的外周面中，从形成该齿条齿的部分开始在圆周方向上离开的部分的截面形状的曲率半径，比上述杆部的轴方向剩余部分中的外周面的截面形状的曲率半径大。
在实施上述本发明的齿条时，在上述杆部中，至少形成上述齿条齿的部分需要是无空洞的实心材料，该部分是一体结构还是组合结构则没有关系。
例如，上述杆部在整个长度上，从外周面到中心部可以都是以同种金属材料一体制造的。
或者，上述杆部由利用第一金属材料制成的管状外层体、及由第二金属材料制成为杆状并紧密内嵌固定在该外层体上的内层体构成亦可。
在用于制造本发明的齿条的第一实施例的制造方法中，在应成为上述杆部的圆杆状材料轴方向的一部分上，将该轴方向的一部分且为圆周方向的一部分压扁，且在该轴方向的一部分且为圆周方向的剩余部分上，施加第一塑性加工而制成中间材料，所述第一塑性加工用于形成具有比上述材料的外周面曲率半径更大的曲率半径的部分圆筒面。
并且，在该中间材料中的上述轴方向的一部分上，通过第二塑性加工在上述圆周方向的一部分上形成上述齿条齿。
在实施上述制造方法的发明的时候，优选的是上述第一塑性加工采用镦锻加工。而且，在该镦锻加工中，通过将上述材料的轴方向的一部分在径向上压扁，使该轴方向的一部分的外周面中应形成齿条齿的部分为平面部，使从该平面部离开的剩余部分为部分圆筒面，该部分圆筒面的截面形状的曲率半径比上述材料的外周面的截面形状的曲率半径大。
此时，优选上述第二塑性加工采用冲压加工。而且，在该冲压加工中，通过模具的保持孔，在上述中间材料的轴方向一部分上支承从平面部离开的剩余部分，同时，使具有与应形成的齿条齿相匹配的凹凸形状的齿成形用冲头按压在上述平面部，从而在该平面部形成齿条齿。
更加优选的是，使上述模具保持孔的内面之间的间隔小于平面部宽度方向的中间材料的外径。而且，通过上述齿成形用冲头，将该中间材料压入上述保持孔，使该中间材料的宽度方向两端部分的金属材料向上述平面部移动，同时在该平面部形成齿条齿。
在实施上述制造方法的发明的时候，优选分多个阶段进行上述第二塑性加工。首先，使用与比应得到的齿条齿的压力角小的压力角相匹配的形状的齿成形用冲头，形成原始齿条齿。之后，将与应得到的齿条齿的压力角相匹配的形状的齿精加工用冲头按压在该原始齿条齿上。
更优选的是，在形成上述原始齿条齿后，进行至少使该原始齿条齿的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的边缘部的截面形状的曲率半径增大的塑性加工。之后，将上述齿精加工用冲头按压在上述原始齿条齿上，将该原始齿条齿加工为上述齿条齿。
在该情况下，更优选的是，通过上述塑性加工，使原始齿条齿的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的端缘部的截面形状的曲率半径、大于完成后的齿条齿的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的端缘部的截面形状的曲率半径。
在上述第二塑性加工中的初级阶段至前半部分中，在形成上述原始齿条齿的同时，在该原始齿条齿的两侧部分形成一对规避平坦面部。之后，在使这些规避平坦面部位于一对模具彼此之间部分的状态下，进行增大上述原始齿条齿的基部截面形状的曲率半径的塑性加工。而且，伴随该塑性加工而移动的金属材料停止在上述规避平坦面部，防止多余部分比延长了部分圆筒面的虚拟圆筒面更向径向外方突出。
另外，在上述第二塑性加工后，实施修整上述齿条齿形状的整形加工。
更加优选的是，在由上述第二塑性加工形成上述齿条齿的同时，在该齿条齿的两侧部分形成一对规避平坦面部。其后，进行提高该齿条齿精度的整形加工，随该整形加工而移动的金属材料停止在上述规避平坦面部，以防止多余部分比延长了部分圆筒面的虚拟圆筒面更向径向外方突出。
另外，在上述第一塑性加工之前，使上述材料通过减径挤压加工用的模具，除轴方向一部分之外，实施缩小该材料外径的减径挤压加工。而且，形成该轴方向一部分的外径比轴方向其他部分的外径大的预备中间材料，对该预备中间材料实施上述第一塑性加工。
或者，在上述第一塑性加工后，在上述第二塑性加工之前，使上述中间材料通过减径挤压加工用的模具，除轴方向一部分之外，实施缩小该中间材料外径的减径挤压加工。而且，形成该轴方向一部分的外径比轴方向其他部分的外径大的第二中间材料，对该第二中间材料实施上述第二塑性加工。
另一方面，在用于制造本发明的齿条的第二实施例的制造方法中，通过使应为上述杆部的圆杆状材料通过减径挤压加工用的模具，从而实施缩小该材料的至少轴方向的一部分的外径(缩小为所期望的截面形状)的减径挤压加工。该减径挤压加工在实施第一塑性加工之前和在实施该第一塑性加工后且实施在上述平面部形成上述齿条齿的第二塑性加工之前中的至少任意一个阶段进行，上述第一塑性加工是在上述材料的轴方向的一部分上，通过压扁该轴方向的一部分且圆周方向的一部分，而形成作为应形成上述齿条齿的部分的平面部(不仅是完全的平面，而且也包括例如曲率半径大的曲面等可视为平面的面，换言之，包括当通过塑性加工形成齿条齿时，其前阶段所需要的面)。
具体而言，该减径挤压加工例如可如下述那样实施。
例如，可以在进行上述第一塑性加工之前，对上述材料的轴方向整体实施缩小外径(缩小为所期望的截面形状)的减径挤压加工。
或者，可以在进行上述第一塑性加工之前以及进行该第一塑性加工之后且进行上述第二塑性加工之前中的至少任何一个阶段，在上述材料的轴方向上的一部分，实施将基端侧部分的外径缩小得比应形成齿条齿的部分所对应的部分小(缩小为所期望的截面形状)的减径挤压加工。
可以在进行上述第一塑性加工之前，在上述材料的轴方向上的一部分，实施至少缩小与应形成齿条齿的部分相对应的部分(根据需要，该部分以及比该部分更位于前端侧的部分)的外径(缩小为所期望的截面形状)的减径挤压加工。
或者，可以在进行上述第一塑性加工之前，在上述材料的轴方向上的一部分，实施缩小除去以下部分的部分的外径(缩小为所期望的截面形状)的减径挤压加工，即，比应形成齿条齿的部分所对应的部分更位于前端侧的部分。
另外，这些减径挤压加工可以分别单独实施，也可以从这些中组合需要的减径挤压加工来实施。
例如，可以跨越上述材料的轴方向整体实施缩小外径(缩小至所期望的截面形状)的第一减径挤压加工，之后，在该材料的轴方向上的一部分实施缩小应形成齿条齿的部分所对应的部分以及比该部分更位于前端侧的部分的外径(缩小至所期望的截面形状)的第二减径挤压加工。
另外，可以在进行上述第一塑性加工之前，在材料的轴方向上的一部分，实施第一减径挤压加工，之后，在材料的轴方向上的一部分，实施第二减径挤压加工，上述第一减径挤压加工缩小与应形成齿条齿的部分所对应的部分相比偏向基端侧的部分的外径(缩小为所期望的截面形状)，上述第二减径挤压加工缩小应形成齿条齿的部分所对应的部分(根据需要，该部分以及比该部分更偏向前端侧的部分)的外径(缩小至所期望的截面形状)。这些第一、第二减径挤压加工也可以前后颠倒进行。
除了这些之外，为了得到所需要的外径(截面形状)，可以适当组合这些减径挤压加工。
根据如上述那样构成的本发明的齿条及其制造方法，可以从低成本制得轻量齿条，该轻量齿条能充分保证齿条齿的宽度尺寸、强度、刚性，并且形成该齿条齿的部分之外的外径不会超过所需要的大小。
首先，为保证齿条齿的宽度尺寸，可以通过以下方法实现，即，在杆部的轴方向的一部分，使应形成齿条齿的部分的宽度大于该杆部的轴方向的其它部分的外径。另外，为了保证强度及刚性，可以通过使该杆部为实心材料制成来实现。即，在上述杆部的轴方向的一部分，应形成齿条齿的部分一边压扁材料一边扩展宽度尺寸，同时，使从应形成该齿条齿的部分向周方向离开的部分的截面形状的曲率半径比上述材料的外周面的曲率半径大。因此，可形成具有比该材料外径要大的宽度尺寸的齿条齿。形成该齿条齿的部分与如上述专利文献4所公开的现有技术所示的齿条齿不同，可以充分确保厚度，专利文献4所公开的齿条齿形成于在宽度方向上扩展中空圆管状材料的部分上。而且，宽度尺寸的增大量以及从形成齿条齿的部分向周方向离开的部分的截面形状的曲率半径的增大量，可以提高该齿条齿部分的强度和刚性。
另外，对于使形成上述齿条齿部分之外的外径不超过所需大小而获得轻量齿条，即使在确保该齿条齿的宽度尺寸的情况下，也可以通过将上述杆部的轴方向的剩余部分的外径抑制得较小来实现。
而且，为了低成本制造齿条(控制制造成本)，在通过塑性加工形成上述齿条齿的时候，仅依靠简单的前加工，即可防止多余部分成为溢料并向径向外方突出，可抑制加工负荷，并且不需要用于去除多余部分的后续处理。即，在上述杆部的轴方向的一部分，形成该齿条齿的部分通过压扁原本与轴方向剩余部分具有相同截面积的截面圆形部分，并使应形成上述齿条齿的部分平坦，从而使得宽度尺寸比轴方向剩余部分的外径大。所以，在形成上述齿条齿之前的状态下，上述杆部的轴方向的一部分的截面面积与上述轴方向剩余部分的截面面积大致相同。因此，为了形成上述齿条齿，可以适当抑制存在于上述杆部的轴方向一部分的材料的体积，多余部分不会伴随上述齿条齿的加工而在径向突出。用于形成上述齿条齿的第二塑性加工时的金属材料的移动，主要是从该齿条齿的齿根部分向齿顶部分移动。因此，可以将用于形成该齿条齿的加工负荷抑制得较低，与热加工及温热加工相比易于保证精度，通过冷加工可加工上述齿条齿。
另外，如果使杆部为外层体和内层体的双重结构，则可以更加充分地保证上述齿条齿的强度及实现齿条整体的轻量化。例如，如果以碳素钢、不锈钢等铁类合金那样的易于确保强度及耐磨损性的金属材料制成上述外层体，以铝合金等易于塑性变形的轻量金属材料制成上述内层体，则可以兼顾上述强度确保和轻量化。只要能确保上述齿条齿及齿条整体的强度及耐磨性能，上述外层体的厚度可以尽可能小(薄)。而且，可削薄上述外层体的量，可增加上述内层体的比例，进一步实现齿条整体的轻量化。
另外，在本发明的制造方法的情况下，所有的加工工序可以在金属材料并未完全充满模具内部的状态下进行。换言之，可以不进行所谓的密封成形来实施全部工序，可以将在各工序中从被加工物体施加给各模具的反作用力、进而在这些各模具中产生的应力抑制得较低，从而提高这些各模具的耐久性，从这个角度也可降低成本。另外，可以使这些各模具的构造简单，使用通用的冲压设备即可成形。而且，因为可降低上述各模具产生的应力，所以可通过冷锻成形，可抑制这些各模具的尺寸变化，所以与热锻、温锻加工的情况相比，可以提高所制得的齿条的精度。特别是，通过冲压加工、即利用模具的保持孔支承上述中间材料的轴方向一部分且从平面部离开的剩余部分、同时将齿成形用冲头按压在平面部，以此进行形成上述齿条齿的工序，进而，在上述按压时，使该中间材料的宽度方向两端部分的金属材料在上述平面部移动，或者通过多阶段成形来进行该工序，从而可以以充分低的成本且高精度地制造该齿条。
另外，如果通过整形或者多阶段成形来修整齿条齿的形状，则可以更高精度地加工该齿条齿。在进行其中的多阶段成形时，在将原始齿条齿加工为齿条齿的过程中，如果使该原始齿条齿的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的端缘部塑性变形，则可进一步提高所获得的齿条齿的形状精度，此外，还可以削减各工序中所需要的加工负荷。另外，在进行多阶段成形或者整形的时候，如果使伴随多阶段成形或者整形而移动的金属材料在一对规避平坦面部停止，则这些多阶段成形或者整形也可以不进行密封成形而实施。而且，可以将伴随着这些多阶段成形或者整形在模具中产生的应力抑制得较低，可提高该模具的耐久性。
另外，在进行用于形成齿条齿的塑性加工之前，通过对材料或中间材料实施减径挤压加工及/或扩径加工，使从形成齿条齿的部分在轴方向上离开的部分的直径进一步减小，可以使齿条整体更轻，可以将材料的外径(截面形状)限制为所期望的尺寸，该所期望的尺寸是基于与完成上述齿条后所需要的形状的关系考虑到由上述塑性加工挤压出的金属材料的体积而得到的。而且，与上述专利文献3所公开的现有技术中所需要的模锻加工、车削加工等切削加工不同，作为塑性加工的一种类型的上述减径挤压加工及扩径处理，可以很好地与用于形成齿条齿等的其他塑性加工连续进行。所以，可高效地进行齿条整体的制造工序，因此，可以将伴随上述减径挤压加工及扩径处理的齿条制造成本的上升抑制得极小。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的第一例的齿条的立体图。
图2是图1的A箭头方向视图。
图3是图1的B箭头方向视图。
图4是图3的放大C-C截面图。
图5是按工序顺序表示第一例的制造方法的局部剖切侧视图。
图6按工序顺序表示第一例的构造的制造方法，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图7是表示整形前后的齿条齿形状的局部立体图。
图8表示将齿条齿的加工分为两个阶段进行时的形状变化，是相当于图6(D)的D-D截面的图。
图9是表示图8(B)、(C)之间的齿的形状变化的状态的放大截面图。
图10是表示将整形分为两个阶段进行时的截面图。
图11表示本发明的实施方式的第二例，是与图4相同的图。
图12是表示图11(C)、(D)之间的中间材料的形状变化的状态的截面图。
图13是按工序顺序表示本发明实施方式的第三例的局部剖切侧视图。
图14是按工序顺序表示本发明实施方式的第四例的局部剖切侧视图。
图15是表示本发明实施方式的第五例的齿条的立体图。
图16是图15的E箭头方向视图。
图17是图15的F箭头方向视图。
图18是图17的放大G-G截面图。
图19是按工序顺序表示第五例的构造的制造方法的一个例子的、从与图18相同的方向观察的截面图。
图20是按工序顺序表示本发明实施方式的第六例中的从第一塑性加工到第二塑性加工的前期阶段为止的工序，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图21是同样按工序顺序表示塑性加工的、从与图4相同的方向观察的截面图，所述塑性加工在第二塑性加工的前期阶段所进行，扩大原始齿条齿宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的截面形状的曲率半径。
图22是同样按工序顺序表示塑性加工的第一例的、从与图4相同的方向观察的截面图，所述塑性加工的第一例在第二塑性加工的后期阶段进行，调整原始齿条齿的形状以制成齿条齿。
图23按工序顺序表示上述塑性加工的第二例，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图24是表示伴随着加工的进行的原始齿条齿至齿条齿的形状的局部立体图，分别为：(A)表示第二塑性加工的前期阶段结束时的原始齿条齿，(B)表示进行塑性加工之后的状态，所述塑性加工扩大该原始齿条齿宽度方向两端部的端缘截面形状的曲率半径，(C)表示整形后的齿条齿。
图25表示整形的实施情况的两个例子，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图26按工序顺序表示本发明的实施方式的第七例中的第一塑性加工至第二塑性加工的前期阶段，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图27同样按工序顺序表示塑性加工，该塑性加工是在第二塑性加工的前期阶段进行的、扩大原始齿条齿的宽度方向两端部的端缘的截面形状的曲率半径，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图28同样按工序顺序表示塑性加工的第一例，该塑性加工在第二塑性加工的后期阶段进行的、调整原始齿条齿的形状以制成齿条齿，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图29按工序顺序表示上述塑性加工的第二例，是从与图4相同的方向观察的截面图。
图30是根据本发明的实施方式的第8例的制造方法制成的齿条的立体图。
图31按工序顺序表示第八例的制造方法，是局部剖切侧视图。
图32按工序顺序表示后续工序，是从图30的H方向观察的截面图。
图33是表示整形前后的齿条齿形状的局部立体图。
图34表示本发明实施方式的第九例，是与图31同样的图。
图35表示第十例，是与图31同样的图。
图36表示第十一例，是与图31同样的图。
图37表示第十二例，是与图31同样的图。
图38表示第十三例，是与图31同样的图。
图39表示第十四例，是从与图31相同的方向观察的截面图。
图40是表示机动车用转向装置的一个例子的侧视图，所述机动车用转向装置具有安装了作为本发明的对象的齿条的转向器齿轮。
具体实施方式
[实施方式的第一例]
图1～8表示本发明的实施方式的第一例。首先，使用图1～4对本例的齿条8的结构进行说明。另外，在以下的说明中，关于各面的曲率半径，如果没有特别说明，就是指各面的截面形状的曲率半径。
上述齿条8用碳素钢、不锈钢等的金属材料制成，具有作为实心部件的截面圆形的杆部9、以及在该杆部9的轴方向的一部分(图1～3的左部)的径向单侧面上由塑性加工形成的齿条齿10。在本例的情况下，上述杆部9在整个长度范围内从外周面到中心部都是由同种金属材料一体制成的。另外，在该杆部9中的上述轴方向的一部分上，从形成上述齿条齿10的部分开始在周方向上分离的背面部分11的截面形状的曲率半径R11(参照图4)，大于作为上述杆部9的轴方向的剩余部分的、圆杆部12的外周面的曲率半径r12(参照图4)(R11>r12)。其中，上述圆杆部12的外周面的曲率半径r12与原始的材料的外周面的曲率半径一致。所以，上述背面部分11的曲率半径R11比该材料的外周面的曲率半径大。因此，上述齿条齿10的宽度尺寸W10增大(仅与在上述材料的外周面形成齿条齿的情况相比)该尺寸。
接下来，使用图5～8对上述齿条8的制造方法进行说明。
首先，如图5(A)所示，将碳素钢、不锈钢等金属材料制成的圆杆状的材料13安装(载置)在设置于承模14的上面的截面为圆弧形的凹槽部15内。该凹槽部15的内表面的曲率半径R15，与上述背面部分11的曲率半径R11(参照图4)基本(除去与解除加工力相伴随的反弹部分)一致(R15与≈R11)。
接着，如图5(B)所示，沿上述凹槽部15，使用长的按压冲头16的前端面(下端面)将上述材料13向该凹槽部15强力按压，即，进行镦锻加工。上述按压冲头16的前端面的形状一般是平坦面。但是，在上述凹槽部15的宽度方向(图5的左右方向)，也可以是曲率半径较大的凹曲面、或者是宽度方向两端部朝向上述承模14直线或曲线地突出(环抱镦锻加工后的形状的上端部)的凹形状。不论何种情况，在上述图5(B)所示的镦锻加工中，在上述材料13的轴方向的一部分处，将应形成齿条齿10(参照图1～4)的部分在上下方向上压扁，同时，扩展水平方向的宽度尺寸，形成中间材料20。该中间材料20在上述部分的外周面包括：应成为上述背面部分11(参照图1、3、4)的部分圆筒面部17、在截面的径向存在于该部分圆筒面部17相反一侧的平坦面部18、以及连接该两面部17、18且曲率半径较小的一对曲面部19。
接着，从上述承模14的凹槽部15取出该中间材料20，如图5(C)所示，插入(安装)在设置于模具21上的保持孔22的底部。该保持孔22具有U字形的截面形状，底部23的曲率半径与上述承模14的凹槽部15的内表面曲率半径R15基本一致。另外，两内侧面24是互相平行的平面。另外，在上端开口部设置有一对越向上方越向彼此的间隔扩大的方向倾斜的导向倾斜面部25。
若将上述中间材料20安装于上述模具21的保持孔22，则接下来，如图5(C)→(D)所示，将齿成形用冲头26插入该保持孔22内，通过该齿成形用冲头26将上述中间材料20强力压入上述保持孔22内。在该齿成形用冲头26的下表面上设置有与应获得的齿条齿相匹配的形状的、成形用波形凹凸。另外，除应形成上述齿条齿的上述平坦面部18，上述中间材料20由上述保持孔22的内表面进行限制。因此，通过上述齿成形用冲头26将上述中间材料20强力压入上述保持孔22内，从而，该中间材料20中的平坦面部18仿照上述波形凹凸而塑性变形，从而被加工为具有图5(D)及图6(A)所示的齿条齿10的原始齿条27。但是，该状态下的原始齿条27与完成状态的齿条8(参照图1～4)相比，形状精度及尺寸精度还不完备，上述齿条齿10的端缘仍较尖。另外，伴随该齿条齿10的加工(从应该成为齿根的部分)而被挤压出的多余部分，因为被强力按压在上述保持孔22的两内侧面24，所以在上述原始齿条27的左右两侧面形成互相平行的规避平坦面部28。
因此，从使上述齿成形用冲头26上升开始，从上述保持孔22取出上述原始齿条27，如图5(E)所示，载置在形成于整形用模具29上面的整形用凹凸面部30。此时，使上述原始齿条27上下反转。包括齿的端缘的倒角部，该整形用凹凸面部30具有与应获得的齿条齿10的形状相匹配的形状(对于完成后的形状凹凸相反)。于是，如图5(E)至(F)所示，通过压模31，将形成上述原始齿条27的齿条齿10的部分朝向上述整形用凹凸面部30强力按压。
在上述压模31的下面形成有按压凹槽32，该按压凹槽32具有与应制成的齿条8的背面部分11的曲率半径R11(参照图4)一致的曲率半径的，在使应成为上述背面部分11的部分嵌合于该按压凹槽32的状态下，上述原始齿条27被朝向上述整形用凹凸面部30强力按压。因此，如上述图5(F)所示，在上述整形用模具29与上述压模31充分接近的状态下，上述齿条齿10成为图6(B)所示的完成后的状态(形状及尺寸适当、在各齿的端缘设置有倒角的状态)，同时，上述背面部分11的形状及尺寸也变得适当。另外，伴随这样进行的整形而被挤压出的多余部分集中于上述两个规避平坦面28部分。所以，在完成后的齿条8上，基本不残留该两个规避平坦面28。但是，因为多余部分没有极度强力按压上述整形用凹凸面部30及上述按压凹槽32的内表面，所以，不仅可以将上述整形的加工负荷抑制得降低，还易于保证上述整形用模具29及上述压模31的耐久性。
如此得到的如上述图1～4所示的齿条8，如上所述，可以充分确保齿条齿10的宽度尺寸、强度、刚性，而且，形成该齿条齿10的部分之外的外径不会超过必要大小，是轻量的。
另外，上述实施方式对在图5(C)→(D)的过程中一步完成齿条齿10的加工的情况进行了说明，但是，该加工分为两阶段进行也可以。即，首先，通过齿成形用冲头，实施图7(A)→(B)的加工，得到该图7(B)及图8中以虚线表示的形状，所述齿成形用冲头具有与比应得到的齿条齿的压力角小的压力角相匹配的形状。接着，将与应得到的齿条齿的压力角相匹配的形状的齿精加工用冲头按压在应成为该齿条齿的部分上，从而形成图7(C)及图8中实线所示的齿条齿10。在图7(B)→(C)的过程中，使图8中以斜格所示的、存在于各齿的侧面的金属材料朝向这些各齿的前端移动。之后，实施上述整形。
如上所述，若将上述齿条齿10的加工分为两阶段进行，则在各个工序中，可以将作用于齿条齿形成用的齿成形用冲头上的应力抑制得较小，可确保该齿成形用冲头的耐久性。另外，也易于确保所获得的齿条齿的精度。
另外，关于整形，可以不像图5(E)→(F)所示那样一步完成，而是如图9所示，分为两阶段进行。在该图9所示的整形中，首先，如(A)所示，在整形用模具29a与压模31a之间强力夹持原始齿条27，调整齿条齿10的形状。之后，如(B)所示，在上面设置有与该齿条齿10啮合的受凹凸部33的承模34与压模35之间，再次强力夹持上述原始齿条部27，调整背面部分11的形状及尺寸，制成齿条8。伴随整形而移动的多余部分汇聚在两个规避平坦面28部分，这一点与一步完成的情况相同。
[实施方式的第二例]
图10～11表示本发明的实施方式的第二例。在本例的情况下，使图10(A)→(B)所示的镦锻加工中的加工量比上述实施方式的第一例的情况多，使通过该镦锻加工而得到的中间材料20a的宽度尺寸也比该第一例的情况宽。另外，部分圆筒面部17a的曲率半径也比该第一例的情况大。
在本实施例中，如图10(C)→(D)所示，使上述中间材料20a的宽度方向两端部塑性变形，同时，压入模具21的保持孔22中。该模具21与上述第一例所使用的模具相同。但是，在将上述中间材料20a压入上述保持孔22中时，因为上述中间材料20a的宽度尺寸较大，所以该中间材料20a的宽度方向两端部在该保持孔22的内侧面24与导向倾斜面部25的连接部被挤压。其结果是，使存在于上述宽度方向两端部的、图11中以斜格所示部分的金属材料，朝向同样在上部以斜格所示的部分而向上方移动，同时，上述中间材料20a的截面从图11的点划线所示的形状变为实线所示的形状。而且，在将上述中间材料20a压入至上述保持孔22的内端部后，在该中间材料20a上形成齿条齿10，作为原始齿条27a。
比较上述图5(C)(D)与上述图10(C)(D)，或者比较上述图11的点划线与实线即可清楚地得知，通过在挤压宽度方向两端部的同时将上述宽幅的中间材料20a压入上述保持孔22内，可以增大应形成上述齿条齿10的部分的宽度尺寸。因此，可以确保该齿条齿10的宽度尺寸。
其他部分的结构及作用与上述实施方式的第一例相同，所以省略重复的图示及说明。
[实施方式的第三例]
图12表示本发明的实施方式的第三例。在本例的情况下，如图12(A)→(B)所示，通过实施使材料13通过模具36的减径挤压加工，缩小除轴方向一部分之外的该材料13的外径。而且，形成轴方向一部分的外径比轴方向剩余部分的外径大的预备中间材料37，在该预备中间材料37中的轴方向的一部分，实施与上述实施方式的第一例或者与上述实施方式的第二例相同的塑性加工，形成如图12(C)所示的齿条8a。在这样的本实施例中，在该齿条8a中，使在轴方向上从形成齿条齿10的部分分离的部分的直径进一步减小，可使上述齿条8a整体更加轻量。
[实施方式的第四例]
图13表示本发明的实施方式的第四例。在本例的情况下，如图13(A)→(B)所示，例如对材料13施加如图5(A)→(B)所示的镦锻加工来制成中间材料20。然后，如图13(C)所示，通过对该中间材料20施加通过模具36的减径挤压加工，使除轴方向的一部分外的该中间材料20的外径缩小。而且，制成轴方向一部分的外径比轴方向剩余部分的外径要大的第二中间材料38，对该第二中间材料38实施与上述实施方式的第一例或者与上述实施方式的第二例相同的塑性加工，形成如图13(D)所示的齿条8a。在这样的本例的情况下，在该齿条8a中，通过使在轴方向上从形成齿条齿10的部分分离的部分的直径更小，可使上述齿条8a整体更加轻量。
[实施方式的第五例]
图14～18表示本发明的实施方式的第五例。在本例的齿条8b的情况下，杆部9b将外层体39与内层体40组合起来。其中，外层体39由碳素钢、不锈钢等具有良好强度和耐磨损性的第一金属材料制成圆管状。另外，上述内层体40是由铝合金、锰合金等轻量的第二金属材料制成圆杆状。另外，在上述外层体39与内层体40中，外层体39具有应制造的齿条8b的量的长度尺寸，而内层体40被抑制为在外周面应形成齿条齿10的轴方向的一部分长度(带有宽裕度，比形成齿条齿10的部分略长)的尺寸。这样的内层体40与上述外层体39通过热装或冷装等使该内层体40紧密内嵌固定于该外层体39的轴方向的一端附近(图14～16的靠左部分)，以此进行组合。
对组合上述外层体39与内层体40而构成上述杆部9b的材料13a，如图18(A)→(B)→(C)→(D)→(E)→(F)所示，实施与上述图10所示的实施方式的第二例(或者如上述图5所示的实施方式的第一例)相同的塑性加工，制成上述齿条8b。
根据这样的本例的结构及制造方法，根据上述理由，可以更加充分地实现上述齿条齿10的强度确保和齿条8b整体的轻量化。
[实施方式的第六例]
图19～24表示本发明的实施方式的第六例。另外，与上述图10～11所示的实施方式的第二例的不同点在于：在形成齿条齿10的过程中，进行增大原始齿条齿43的宽度方向两端部的端缘的截面形状的曲率半径的塑性加工；以及，为了在完成后的齿条齿10的两侧面留有互相平行的一对导向平面部41，设置与该两导向平面部41相邻并且随着远离该两导向平面部41而向互相靠近的方向倾斜的一对规避平坦面部42。其他部分的结构及作用效果与上述实施方式的第二例相同，所以省略或缩减相同部分的说明，以下以与该第二例不同的点为中心进行说明。
在本例的情况下，在图19(C)→(D)的工序中，在将中间材料20a加工为原始齿条27b时，形成相互平行的的一对导向平面部41，以及与该两导向平面部41邻接的一对规避平坦面部42。该两规避平坦面部42以上述两导向平面部41为界，设置在与形成于上述中间材料20a的圆周方向的一部分的原始齿条齿43相反一侧的部分，并且随着远离该两导向平面部41而向相互间隔变窄的方向倾斜。
为了形成这样的两个规避平坦面部42，在形成在模具21a上的、作为成形用凹槽的保持孔22a的两内侧面的一部分处，在与相互平行的一对成形用平坦面44的底部23a侧邻接的部分，设置一对第二成形用平坦面45，该一对第二成形用平坦面45随着远离该两成形用平坦面44而向相互的间隔变窄的方向倾斜。而且，在图19的(C)→(D)的工序中，在将上述中间材料20a加工成上述原始齿条27b时，在与上述两第二成形用平坦面45相对应的部分形成上述两规避平坦面部42，制成如图23(A)所示的上述原始齿条27b。即，通过齿成形用冲头26a，获得形成有上述原始齿条齿43的上述原始齿条27b，上述齿成形用冲头26a的形状与比应获得的齿条齿的压力角小的压力角相匹配。
之后，如图20(A)→(B)所示，在使上述两个规避平坦面部42位于作为一对模具的压模46和承模47之间的部分的状态下，进行塑性加工以增大上述原始齿条齿43的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的截面形状的曲率半径。通过该塑性加工，增大上述原始齿条齿43宽度方向两端部的端缘部的齿根部至齿顶部的曲率半径，在该原始齿条齿43宽度方向两端部的端缘部的齿根部至齿顶部，形成如图23(B)所示的曲面部48。这样的曲面部48是为了防止完成后的齿条齿10的宽度方向两端部的端缘部与其他部件相干涉以及为了防止应力向该端缘部集中而设置的。在本例中，在将图23(A)所示的原始齿条齿43塑性加工成该(C)所示的齿条齿10的过程中，通过形成上述图23(B)所示的曲面部48，在减轻用于塑性加工该齿条齿10的加工工序中所使用的模具的负荷的同时，可以防止产生溢料并良好地保证所得到的齿条齿10的形状精度及尺寸精度。另外，在本例的情况下，使伴随着如上所述的曲面部48的塑性加工而移动的金属材料停止在上述两个规避平坦面部42，防止多余部分比延长了部分圆筒面的虚拟圆筒面更加向径向外侧突出。
另外，在上述图20(A)→(B)及图23(A)→(B)所示的工序中，形成在上述原始齿条齿43的宽度方向两端部的端缘的曲面部48的曲率半径，比残留在完成后的齿条齿10的宽度方向两端部的曲面部的曲率半径大。其理由是，在下述的图21及图22(A)→(B)及图23(B)→(C)所示的、将上述原始齿条齿43精加工成上述齿条齿10的工序中，上述宽度方向两端部的端缘的齿根部至齿顶部的曲面部48的曲率半径具有变小的倾向，所以，需要确保残留在完成后的齿条齿10的宽度方向两端部的曲面部的曲率半径。
形成如上所述的曲面部48的第二中间材料49，之后与上述实施方式的第一例同样，如图21及图22(A)→(B)所示，由齿成形用冲头26压入模具21b的保持孔22b内，形成上述齿条齿10。此时，如图21所示，该保持孔22b的内尺寸与上述第二中间材料49的宽度尺寸相同即可，或者如图22所示，也可以比该宽度尺寸略小。如图22所示，在使保持孔22b的内尺寸比上述第二中间材料49的宽度尺寸小的情况下，在形成上述齿条齿10的过程中，挤压位于该第二中间材料49的宽度方向两端部的上述两个导向平面部41。无论如何，该第二中间材料49由上述齿成形用冲头26压入模具21b的保持孔22b内，从而，在圆周方向的一侧面上形成上述齿条齿10，同时，得到上述两个导向平面部41的性状适当的齿条8c。
这样得到的齿条8c可以原封不动地使用，也可根据需要实施提高上述齿条齿10的精度的整形。该整形基本上与上述实施方式的第一例同样地进行。但是，在需要确保上述两个导向平面部41的精度的情况下，如图24(A)所示，通过一对按压面部50一边按压这些导向平面部41一边进行。与此相对，如果不需要保证这两个导向平面部41的精度，则如图24(B)所示，仅仅将齿条8a按压在承模34即可。另外，在将该齿条8a安装于转向器齿轮上的状态下，上述两个导向平面部41与导向套的直线部相卡合，以防止该齿条8a在转动方向上位移。其他的基本结构及作用效果与上述实施方式的第一例相同。
[实施方式的第七例]
图25～29表示本发明的实施方式的第七例。在本例中，表示利用上述实施方式的第六例的制造方法制造上述图14～18所示的实施方式的第五例的构造的情况。表示本例的图25与表示本实施方式的第6例的图19相对应，同样地图26～28分别与图20～22对应，图29与图24相对应。根据这样的本例的结构及制造方法，可以如上述实施方式的第五例那样充分实现确保齿条齿10的强度及齿条8d整体轻量化，而且可在减轻模具负荷的同时，改善所得到的齿条齿10的形状精度及尺寸精度。
[实施方式的第八例]
图30～33表示本发明的实施方式的第八例。首先，使用图30对利用本例的制造方法制成的齿条8e的结构进行说明。
该齿条8e是由碳素钢、不锈钢等金属材料制成的，具有作为实心材料的截面圆形的杆部9e、以及在该杆部9e轴方向的一部分(图30的左部)的径向一侧面上由塑性加工而形成的齿条齿10。在本例中，上述杆部9e在整个长度范围内从外周面至中心部都是由同种金属材料一体制成的。另外，在本例中，在上述杆部9e中的上述轴方向的一部分，从形成有上述齿条齿10的部分开始在周方向上分离的背面部分11的截面形状的曲率半径R11{参照图33(B)}，比上述杆部9e的轴方向剩余部分、即圆杆部12的外周面的曲率半径r12(省略图示)大(R11>r12)。
另外，在上述齿条8e的外周面的周方向上相分离的两个位置上，互相平行的一对导向平坦面部41a以分别在上述齿条8e的轴方向上连续的状态而设置。这些导向平坦面部41a相对于与形成在上述齿条8e的一个侧面上的齿条齿10的齿顶相接的虚拟平面呈直角方向设置。在本例中，在上述杆部9e的外周面中，在轴方向上从与形成上述齿条齿10的部分相对应的部分开始到前端部(图30的左端部)为止，上述导向平坦面部41a以连续状态而设置。如日本特愿2007-56867所公开的那样，这样的导向平坦面部41a例如在安装于转向装置的状态下，通过使上述齿条8e在壳体内与滑动部相卡合(滑动接触)，从而防止上述齿条8e围绕自身的中心轴旋转，上述滑动部设置在可支承其轴向移动的导向套的内周面。
接着，使用图31及32对上述齿条8e的制造方法进行说明。
首先，如图31(A)→(B)所示，通过实施使碳素钢、不锈钢等金属材料制成的圆杆状的材料13通过第一模具36a的第一减径挤压加工，缩小该材料13的轴方向的一部分外径。具体而言，缩小比应形成上述齿条齿10(参照图30)的部分所对应的部分更加位于基端侧(图31的右端侧)的部分的外径。而且，制成第一中间材料60，在该第一中间材料60中，与轴方向相关的一部分的剩余部分、即、与应形成上述齿条齿10的部分相对应的部分的外径以及比该部分偏向前端侧(图31的左端侧)的部分的外径，比与上述轴方向相关的一部分(比应形成上述齿条齿10的部分所对应的部分更偏向基端侧的部分)的外径大。如此，使基端侧部分的直径比应形成齿条齿10的部分所对应的部分小的理由是，为了实现完成后的齿条8e的轻量化。
接着，在本例中，如图31(B)→(C)所示，通过对已实施上述第一减径挤压加工的第一中间材料60实施使其通过第二模具36b的第二减径挤压加工，缩小该第一中间材料60中的应形成齿条齿10的部分的外径。即，留下比应形成齿条齿10的部分所对应的部分更加偏向前端侧的部分，缩小与应形成上述齿条齿10的部分相对应的部分的外径。而且，通过实施这样的第二减径挤压加工以及上述第一减径挤压加工，在上述中间材料60的轴方向的一部分中，制成第二中间材料61，该第二中间材料61缩小了比应形成上述齿条齿10的部分所对应的部分更加偏向前端侧的部分之外的部分的外径(分为两阶段)。这样，使比应形成齿条齿10的部分所对应的部分更加偏向前端侧部分的外径、大于应形成该齿条齿10的部分所对应的部分的外径的理由在于：如下所述，伴随着在应形成该齿条齿10的部分上形成平面部，在该平面部的背面、即背面部分11的曲率半径R11变大的状态下，需要使该背面部分11的周面与上述前端侧部分的周面连续(为了实现连续而留下所需的金属材料)。而且，通过这样的连续，使上述导向平坦面部41a形成为可以到达上述杆部9e(参照图30)的前端缘的状态。
如上所述，如果形成如图31(C)所示的第二中间材料61，则如图32(A)所示，将该第二中间材料61(其中的与应形成齿条齿10的部分相对应的部分及比该部分更靠近前端侧的部分)安装(载置)在设于承模14的上面的、截面为圆弧形的凹槽部15内。该凹槽部15的内表面的曲率半径R15，与上述齿条8e(完成后的齿条8e)中的、位于与上述齿条齿10在径向相反一侧的部分的背面部分11的曲率半径R11{参照图33(B)}基本(除去伴随着解除加工力时的反弹量)一致(R15≈R11)。另外，该凹槽部15的内表面的曲率半径R15，也与如下的半径Ra{参照图31(C)}基本一致(R15≈R11≈Ra)，所述半径Ra是上述第二中间材料61中的、在上述第二减径挤压加工时未缩小外径而留下的、比应形成上述齿条齿10的部分所对应的部分更偏向前端侧部分的半径Ra。在将上述第二中间材料61安装于上述凹槽部15中后，接着，如图32(B)所示，沿该凹槽部15，通过较长的按压冲头16的前端面(下端面)，将上述第二中间材料61(其中的与应形成齿条齿10的部分相对应的部分)朝向该凹槽部15强力按压，进行镦锻加工(第一塑性加工)。
另外，上述按压冲头16的前端面的形状一般是平坦面。但也可以是在上述凹槽部15的宽度方向(图32的左右方向)曲率半径较大的凹曲面，或者也可以是使宽度方向两端部朝向上述承模14呈直线或曲线突出(环抱镦锻加工后的形状的上端部)的凹形状。不论何种情况，在上述图32(B)所示的镦锻加工中，上述第二中间材料61的轴方向的一部分中，将应形成齿条齿10的部分在上下方向上压扁，同时，扩展水平方向上的尺寸，制成第三中间材料62。该第三中间材料62在应形成上述齿条齿10的部分的外周面上具有部分圆筒面部17b、平坦面部18以及一对曲面部19，上述部分圆筒面部17b成为上述背面部分11，上述平坦面部18在截面的径向上位于与该部分的圆筒面部17b相反的一侧，上述一对曲面部19使该两个面部17b与18彼此相连且曲率半径较小。另外，上述部分圆筒面部17b，与这样的部分(在第二中间材料61的前端部，在第二减径挤压加工时未缩小外径而留下的部分)的外周面连续，所述部分比应形成上述齿条齿10的部分所对应的部分更加偏向前端侧。
接着，从上述承模14的凹槽部15取出上述第三中间材料62，如图32(C)所示，插入(安装)设置在成型用模具21c上的成形用凹槽(保持孔)22c的开口部。该成形用凹槽22c具有U字形的截面形状，底部23b的曲率半径与上述承模14的凹槽部15的内表面曲率半径R15基本一致。但是，上述成形用凹槽22的内宽度比上述第三中间材料62的外宽度略小。另外，在该成形用凹槽22的两个内侧面的深度方向{图32的(C)、(D)的上下方向}中间部分，设置有作为互相平行的平面的一对成形用平坦面44a。而且，在上端开口部，设置有越向上方越向扩大彼此间隔的方向倾斜的一对导向倾斜面部25。上述第三中间材料62横跨这些导向倾斜面部25彼此之间，安装在上述成形用凹槽22c的开口部。
这样，在将上述第三中间材料62安装在上述成形用凹槽22c的开口部之后，接着如图32(C)→(D)所示，利用齿成形用冲头26将上述第三中间材料62强力压入该成形用凹槽22c内。结果，该第三中间材料62使宽度方向两端部塑性变形，同时，被压入上述成形用凹槽22c内。此时，上述第三中间材料62的宽度尺寸较大的部分、该第三中间材料62的宽度方向两端部被压入上述成形用凹槽22c内，同时，在该成形用凹槽22c的成形用平坦面44a及导向倾斜面部25的连接部被挤压。其结果是，使上述宽度方向两端部的金属材料向上方移动，同时，上述第三中间材料62的截面从如图32(C)所示的状态变化为(D)所示的状态(进行第二塑性加工)。
另外，在用于将上述第三中间材料62压入上述成形用凹槽22c内的上述齿成形用冲头26的下面，设置有与应得到的齿条齿10相匹配的形状的成形用波形凹凸。所以，如果在由上述齿成形用冲头26将上述第三中间材料62压入上述成形用凹槽22c的底部23b之后，进一步通过该齿成形用冲头26强力按压上述第三中间材料62，则上述波形凹凸的形状转印到该第三中间材料62的一部分，在该部分形成原始齿条齿43。其结果是，上述图32(C)所示的第三中间材料62成为(D)所示的原始齿条27c。但是，该状态下的原始齿条27c与完成状态的齿条8e相比，形状精度及尺寸精度不足，上述原始齿条齿43的端缘也仍然是尖的。
另外，随着该原始齿条齿43的加工而被(从应该成为齿根的部分)挤压出的金属材料，被强力按压在上述成形用凹槽22c的成形用平坦面44a。另外，与此同时，上述原始齿条27c中的比上述原始齿条齿43更偏向前端侧的部分{图31(C)的左端部分}，也被上述齿成形用冲头26的下面中的从上述波形凹凸分离的部分按压在上述成形用凹槽22c中。因此，在上述原始齿条27c的左右两个侧面中，与形成上述原始齿条齿43的部分所对应的部分互相平行的导向平坦面部41a，以到达该原始齿条27c的轴方向前端缘的状态形成。这些导向平坦面部41a相对于与上述原始齿条齿43的齿顶相接的虚拟平面位于直角方向。
在制成如上所述的原始齿条27c之后，使上述齿成形用冲头26上升，然后，从上述成形用凹槽22c取出该原始齿条27c，如图32(E)所示，载置在形成于整形用模具29b上面的整形用凹凸面部30上。此时，使上述原始齿条27c上下反转。该整形用凹凸面部30包括齿端缘的倒角部，具有与应得到的齿条齿43的形状相匹配的(相对于完成后的形状凹凸反转)形状。另外，在上述整形用凹凸面部30的两侧部分，设置有用于按住上述导向平坦面部41a的、作为一对互相平行的平坦面的按压面部50。因此，如图32(E)→(F)所示，由压模31b将上述原始齿条27c的形成原始齿条齿43的部分朝向上述整形用凹凸面部30强力按压。
在上述压模31b的下面，形成具有与应得到的齿条8e的背面部分11的曲率半径R11相同的曲率半径的挤压凹槽32，上述原始齿条27c在将应成为上述背面部分11的部分嵌合于该挤压凹槽32的状态下，被朝向上述整形用凹凸面部30强力按压。因此，在上述图32(F)所示的上述整形用模具29b与上述压模31b充分接近的状态下，上述齿条齿10从图33(A)所示的前端缘尖锐(锐边)的原始齿条齿43开始，变为该图(B)所示的完成后的状态的齿条齿10(形状及尺寸适当，在各齿的端缘设有倒角的状态)，同时，上述背面部分11也变得形状及尺寸适当。另外，上述导向平坦面部41a也被按压在上述按压面部50上，面精度得到提高。
这样得到的齿条8e可充分确保齿条齿10的宽度尺寸、强度、刚性，而且，形成该齿条齿10的部分之外的外径(比齿条齿10更偏向基端侧部分的外径)可不超过所需要大小而为轻量。另外，由于在塑性加工上述齿条齿10的同时，也塑性加工上述导向平坦面部41a，所以，可低成本制造具有该平坦面41a的所期望形状的齿条8e。
即，在本例中，在用于形成上述齿条齿10的塑性加工之前，如图31所示，进行用于将材料13的外径(截面形状)限制为所期望值的第一及第二减径挤压加工。因此，可以防止多余部分变成溢料向径向外侧突出，通过提升成品率而实现削减材料费，此外，还可以抑制形成上述齿条齿10所需的加工负荷，并且不需要用于清除多余部分的后续处理。另外，在本例中，不仅仅是不产生这样的多余部分(规避多余部分)，而且可以根据与上述齿条8e完成后所需要的形状的关系，限制为考虑到由上述塑性加工所挤压出的金属材料后的所期望的形状。
即，在本例中，在完成后的状态下，为了以抵达上述齿条8e的前端缘的方式形成上述两个导向平坦面部41a，通过实施上述第二减径挤压加工，在第二中间材料61的状态下，在其前端部残留有金属材料。因此，在形成上述齿条齿10的状态下，可以使该齿条齿10的背面部与比该齿条齿10更偏向前端部的外周面连接，在上述齿条8e完成后的状态下，以上述导向平坦面部41a抵达该齿条8e的前端缘的方式形成。另外，作为用于这样限制材料13的外形(截面形状)的一种塑性加工的上述减径挤压加工，与上述专利文献3中记载的现有技术中所需的模锻加工、车削加工等切削加工不同，可以步骤良好地与用于形成上述齿条齿10等的其他塑性加工联合进行。所以，可以高效率地进行齿条8e整体的制造工序，将伴随上述减径挤压加工而产生的齿条8e的制造成本上升控制在极小范围。而且，不需要切削、研磨、枪孔钻等加工设备，可以极力减少这些设备相关的投资，所以可低成本制造。
[实施方式的第九例]
图34表示本发明的实施方式的第九例。在本例中，对实施第一减径挤压加工后的第一中间材料60，如图34(C)→(D)所示，实施通过第二模具36c的第二减径挤压加工。而且，缩小上述第一中间材料60中的应形成齿条齿10(参照图1)的部分、以及比应形成该齿条齿10的部分所对应的部分更偏向前端侧的部分的外径。在这样的本例中，作为实施这样的第二减径挤压加工后的第二中间材料61a，未采用如上述实施方式的第八例那样的结构，即，使应形成上述齿条齿10的部分所对应的部分的前端侧部分的外径大于剩余部分的结构{参照图34(C)}。因此，在原封不动地形成了上述齿条齿10的状态下，上述前端侧部分的半径比形成该齿条齿10的部分的背面部分11(参照图30)的曲率半径小。即，在该状态下，不能如上述实施方式的第八例那样，在抵达齿条8e(参照图30)的前端缘的状态下形成导向平坦面部41a。
在该情况下，若没有必要在抵达上述齿条8e的前端缘的状态下形成上述导向平坦面部41a，或者，在未形成这样的导向平坦面部41a的情况下，保持该状态也可以。但是，在有必要在抵达齿条8e前端缘的状态下形成这些平坦面41a的时候，可以对上述第二中间材料61a实施如后述实施方式的第十四例(图39)所说明的扩径处理。另外，除此以外，例如在进行用于形成上述齿条齿10的按压加工时{例如进行上述图32(C)→(D)的加工的时候}，通过事先{例如在(B)的加工中}压扁其前端部外周面(将前端部中的与背面侧相对应部分的金属材料向上方推起)，从而在该前端部中确保与应形成上述导向平坦面部41a的部分相对应的部分的金属材料，使这些导向平坦面部41a能够以以下方式形成，即，在上述齿条8e的轴向连续的状态下，抵达该齿条8e的前端缘。另外，若如上所述将前端部的外径扩大，则没有必要这样压扁前端部的外周面而使外周面连续(在外周面消除阶梯差)。
其他部分的结构及作用，与上述实施方式的第八例相同，所以省略重复的图示及说明。
[实施方式的第十例]
图35表示本发明的实施方式的第十例。在本例中，在实施上述图32所示的塑性加工之前，如图35(A)→(B)所示，对材料13实施减径挤压加工，制成第一中间材料60a，该第一中间材料60a将比应形成齿条齿10(参照图30)的部分所对应的部分更偏向基端侧的部分的外径缩小。然后，通过对该第一中间材料60a实施如上述图32所示的塑性加工，形成例如上述图30所示的齿条8e。即，在本例中，不实施上述实施方式的第八及第九例那样的第二减径挤压加工。另外，在本例中，在进行上述图32(A)→(B)所示的按压加工(塑性加工)之前，实施了上述减径挤压加工，例如可以从结束该图32(A)→(B)的按压加工(塑性加工)开始，再实施上述减径挤压加工。不论何种情况，例如可考虑到可步骤良好地连接塑性加工与减径挤压加工等情况而决定。此外，是否形成导向平坦面部41a(参照图30)，或者是否以抵达齿条8e(参照图30)的前端缘的方式形成这些导向平坦面部41a，都是自由的。可以根据需要，实施上述实施方式的第九例所说明的扩径处理。
其他部分的结构及作用，与上述实施方式的第八例及第九例相同，所以省略重复的图示及说明。
[实施方式的第十一例]
图36表示本发明的实施方式的第十一例。本实施例中，在实施上述图32所示的塑性加工之前，如图36(A)→(B)所示，对材料13实施减径挤压加工，制成第一中间材料60b，该第一中间材料60b将比如下的部分更偏向前端侧的部分之外的部分的外径缩小，所述部分是与应形成齿条齿10(参照图30)的部分相对应的部分。然后，通过对该第一中间材料60b实施如上述图32所示的塑性加工，形成例如上述图30所示的齿条8e。
在本例中，未如上述实施方式的第八至第十例那样实施如下的减径挤压加工，即，将比应形成齿条齿10的部分所对应的部分更偏向基端侧的部分的外径，缩小得比应形成齿条齿10的部分的外径小。但是，在实施上述图36(A)→(B)的减径挤压加工后，通过实施上述实施方式的第十例(参照图35)所示的减径挤压加工，可以缩小比应形成齿条齿10的部分所对应的部分更偏向基端侧的部分的外径。通过这样缩小基端侧部分的外径，来实现轻量化。
其他部分的结构及作用，与上述实施方式的第八例至第十例相同，所以省略重复的图示及说明。
[实施方式的第十二例]
图37表示本发明的实施方式的第十二例。在本例中，在实施上述图32所示的塑性加工之前，如图37(A)→(B)所示，对材料13实施减径挤压加工，制成第一中间材料60c，该第一中间材料60c将应形成齿条齿10(参照图30)的部分所对应的部分、以及比该部分更偏向前端侧的部分的外径缩小。然后，通过对该第一中间材料60c实施如上述图32所示的塑性加工，形成例如上述图30所示的齿条8e。另外，在本例中，未进行如该图30所示的齿条8e那样的缩小比齿条齿10更偏向基端侧的外径的加工，而是使该部分的外径与上述材料13的外径相同，以确保该部分的刚性。
其他部分的结构及作用，与上述实施方式的第八例至第十一实施例相同，所以省略重复的图示及说明。
[实施方式的第十三例]
图38表示本发明的实施方式的第十三例。在本例中，在实施上述图32所示的塑性加工之前，或者在实施上述图31、34～37所示的减径挤压加工之前，如图38(A)→(B)→(C)所示，对预备材料63实施减径挤压加工，制成在该预备材料63的轴向整体上缩小外径的材料13。然后，根据需要，在对该材料13实施如上述图31、34～37所示的减径挤压加工的同时，实施如上述图32所示的塑性加工，从而形成例如如上述图30所示的齿条8e。
其他部分的结构及作用，与上述实施方式的第八例至第十二例相同，所以省略重复的图示及说明。
[实施方式的第十四例]
图39表示本发明的实施方式的第十四例。在本例中，在进行上述的图34、35、37及38所示的减径挤压加工、或上述的图32所示的塑性加工的前后或者中途，将具有比该材料13的外径更小的外径的扩径处理用冲头64在轴方向上按压在圆杆状材料13的轴方向端面上，在该材料13的轴方向端面上，通过塑性加工形成凹孔66。而且，通过这样形成凹孔66，在上述材料13的至少轴方向上的一部分，增大形成该凹孔66的部分的外径(实施扩径处理)。更具体而言，在上述材料13的轴方向前端部(图39的左端部)插通扩径处理用模具65的状态下，使上述冲头64碰到该材料13的前端面，使该材料13的前端部塑性变形并形成上述凹孔66，从而，在上述材料13的轴方向上的一部分，增大比应形成齿条齿10(参照图30)的部分所对应的部分更偏向前端侧的部分的外径。这样增大该部分外径的理由在于，与上述图31或图36中增大该部分外径的理由一样，是为了在完成后的状态下以到达上述齿条8e(参照图30)的前端缘的方式形成导向平坦面部41a。另外，由上述冲头64形成在前端面的凹孔66，也可以作为用于形成阴螺纹的丝锥预钻孔来使用。另外，在该凹孔66中紧密嵌入金属材料，能够堵塞该凹孔66。
例如可如上述图34所示的实施方式的第九例一样，在材料13的轴方向的一部分(并非意味着与实施扩径处理的“一部分”相同的部分)，形成该图(D)所示的第二中间材料61a，该第二中间材料61a缩小比应形成齿条齿10的部分所对应的部分更偏向基端侧的部分的外径，之后实施上述扩径处理，或者一边进行该图(C)的第二减径挤压加工(同时进行)一边实施。另外，如图35所示的实施方式的第十例那样，可以在材料13的轴方向的一部分(并非意味着与实施扩径处理的“一部分”相同的部分)，形成该图(B)所示的第一中间材料60a，该第一中间材料60a缩小比应形成齿条齿10的部分所对应的部分更偏向基端侧的部分的外径，之后实施上述那样的扩径处理，或者一边进行该图(A)的减径挤压加工(同时进行)一边实施。另外，如图37所示的实施方式的第十二例那样，可以在材料13的轴方向的一部分(并非意味着与实施扩径处理的“一部分”相同的部分)，形成该图(B)所示的第一中间材料60c，该第一中间材料60c缩小应形成齿条齿10的部分所对应的部分的外径，之后实施上述那样的扩径处理。另外，如图38所示的实施方式的第十三例那样，也可以在形成该图(C)所示的材料13之后实施，所述材料13在预备材料63的轴方向整体上缩小外径。而且，在实施上述的扩径处理之后，实施上述的如图32所示的塑性加工，制成图30所示的齿条8e。
另外，也可以不实施上述的减径挤压加工，而是在对圆杆状的材料13实施上述图39所示的扩径处理之后，在该状态下实施图32所示的塑性加工，以制成如图30所示的齿条8e。另外，也可以不是在进行图32的塑性加工之前，而是例如在结束该图32(A)→(B)的按压加工(塑性加工)之后，进行上述扩径处理。无论对于哪一种，可考虑可程序良好地进行、加工精度、完成后所需的形状等来决定。
其他部分的结构及作用，与上述实施方式的第八例至第十三例相同，所以省略重复的图示及说明。
产业可利用性
本发明的齿条可以作为上述图40所示的、构成转向器齿轮组件5的齿条来使用，可以实现该转向器齿轮组件5的成本的降低及轻量化。但是，本发明并不限于这样的转向器齿轮组件5，可适用于安装在各种机械装置上的齿条，有助于该机械装置的成本降低及轻量化。

Claims (20)

1、一种齿条，具有由金属材料制成且至少轴方向的一部分为实心材料的截面为圆形的杆部以及齿条齿，上述齿条齿通过塑性加工在该杆部的轴方向的一部分形成在实心材料部分的径向单侧面，
在该轴方向的一部分，在实心材料部分的外周面中，在周方向上从形成有该齿条齿的部分离开的部分的截面形状的曲率半径，比上述杆部轴方向的剩余部分处的外周面的截面形状的曲率半径大。
2、根据权利要求1所述的齿条，其特征在于，上述杆部遍及整个长度、从外周面到中心部都是由同种金属材料一体制造而成。
3、根据权利要求1所述的齿条，其特征在于，上述杆部由外层体和内层体构成，上述外层体由第一金属材料制成为管状，上述内层体由第二金属材料制成为杆状，并且紧密内嵌固定于该外层体。
4、一种齿条的制造方法，用于制造如下齿条，该齿条具有由金属材料制成且至少轴方向的一部分为实心材料的截面为圆形的杆部以及齿条齿，上述齿条齿通过塑性加工在该杆部的轴方向的一部分形成在实心材料部分的径向单侧面，在该轴方向的一部分，在实心材料部分的外周面中，在周方向上从形成有该齿条齿的部分离开的部分的截面形状的曲率半径，比上述杆部轴方向的剩余部分处的外周面的截面形状的曲率半径大，
该齿条的制造方法的特征在于，在应成为上述杆部的圆杆状材料的轴方向的一部分，将该轴方向的一部分且为圆周方向的一部分压扁，并且在该轴方向的一部分且为圆周方向的剩余部分，实施形成部分圆筒面的第一塑性加工，该部分圆筒面具有比上述材料外周面的曲率半径大的曲率半径，由此制成中间材料，
在该中间材料中的上述轴方向的一部分且在上述圆周方向的一部分，通过第二塑性加工形成上述齿条齿。
5、根据权利要求4所述的齿条制造方法，其特征在于，上述第一塑性加工为镦锻加工，该镦锻加工通过将上述材料的轴方向的一部分在径向上压扁，从而在该轴方向的一部分的外周面中，使应形成齿条齿的部分成为平面部，使从该平面部分离的剩余部分成为部分圆筒面，该部分圆筒面的截面形状的曲率半径比上述材料的外周面的截面形状的曲率半径大。
6、根据权利要求5所述的齿条制造方法，其特征在于，上述第二塑性加工是冲压加工，在该冲压加工中，通过模具的保持孔支承上述中间材料的轴方向一部分且从上述平面部分离的剩余部分，并且使具有与应形成的齿条齿相匹配的凹凸形状的齿成形用冲头按压在上述平面部，从而在该平面部形成齿条齿。
7、根据权利要求6所述的齿条制造方法，其特征在于，使上述模具保持孔的内面之间的间隔，比上述平面部宽度方向的上述中间材料的外径小，通过上述齿成形用冲头，将该中间材料压入上述保持孔，使该中间材料的宽度方向两端部分的金属材料向上述平面部移动，并且在该平面部形成齿条齿。
8、根据权利要求4所述的齿条制造方法，其特征在于，分多个阶段进行上述第二塑性加工，通过齿成形用冲头形成原始齿条齿，上述齿成形用冲头的形状与比应获得的齿条齿的压力角小的压力角相匹配，之后，将齿精加工用冲头按压于该原始齿条齿，上述齿精加工用冲头的形状与应获得的齿条齿的压力角相匹配。
9、根据权利要求8所述的齿条制造方法，其特征在于，从形成上述原始齿条齿开始，进行至少使该原始齿条齿的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的端缘部的截面形状的曲率半径增大的塑性加工，之后，将上述齿精加工用冲头按压于上述原始齿条齿，将该原始齿条齿加工成上述齿条齿。
10、根据权利要求9所述的齿条制造方法，其特征在于，通过上述塑性加工，使上述原始齿条齿的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的端缘部的截面形状的曲率半径，比完成后的齿条齿的宽度方向两端部的齿根部至齿顶部的端缘部的截面形状的曲率半径大。
11、根据权利要求9所述的齿条制造方法，其特征在于，在上述第二塑性加工的初期或前半部分中，形成上述原始齿条齿，并且，在该原始齿条齿的两侧部分形成一对规避平坦面部，之后，在使这些规避平坦面部位于一对模具彼此之间的部分的状态下，进行增大上述原始齿条齿的基部截面形状的曲率半径的塑性加工，随着该塑性加工而移动的金属材料停止在上述规避平坦面部，防止多余部分比延长了部分圆筒面的虚拟圆筒面向径向外方突出。
12、根据权利要求4所述的齿条制造方法，其特征在于，在上述第二塑性加工之后，实施修整上述齿条齿形状的整形加工。
13、根据权利要求12所述的齿条制造方法，其特征在于，在通过上述第二塑性加工形成上述齿条齿的同时，在该齿条齿的两侧部分形成一对规避平坦面部，之后，进行提高该齿条齿精度的整形加工，随着该整形加工而移动的金属材料停止在上述规避平坦面部，防止多余部分比延长了部分圆筒面的虚拟圆筒面向径向外方突出。
14、根据权利要求4所述的齿条制造方法，其特征在于，在上述第一塑性加工之前，使上述材料通过减径挤压加工用的模具，除轴方向的一部分之外，实施缩小该材料外径的减径挤压加工，从而形成该轴方向一部分的外径比轴方向剩余部分的外径大的预备中间材料，对该预备中间材料实施上述第一塑性加工。
15、根据权利要求4所述的齿条制造方法，其特征在于，在上述第一塑性加工后，在上述第二塑性加工之前，使上述中间材料通过减径挤压加工用的模具，除轴方向的一部分之外，实施缩小该中间材料外径的减径挤压加工，从而形成该轴方向的一部分的外径比轴方向剩余部分的外径大的第二中间材料，对该第二中间材料实施上述第二塑性加工。
16、一种齿条的制造方法，用于制造如下齿条，该齿条具有由金属材料制成且截面为圆形的杆部以及齿条齿，上述齿条齿通过塑性加工在该杆部的轴方向的一部分形成在径向单侧面上，该齿条制造方法的特征在于，
在实施第一塑性加工之前以及在实施该第一塑性加工后且在实施在上述平面部形成上述齿条齿的第二塑性加工之前中的至少任何一个阶段，实施减径挤压加工，
上述第一塑性加工在应成为上述杆部的圆杆状的材料的轴方向的一部分上，通过压扁该轴方向的一部分且为圆周方向的一部分，从而形成作为应形成上述齿条齿的部分的平面部，
上述减径挤压加工通过使上述材料通过减径挤压加工用的模具，从而缩小该材料的至少轴方向的一部分的外径。
17、根据权利要求16所述的齿条制造方法，其特征在于，在进行上述第一塑性加工之前，遍及上述材料的轴方向整体实施缩小外径的减径挤压加工。
18、根据权利要求16所述的齿条制造方法，其特征在于，在进行上述第一塑性加工之前以及在进行上述第一塑性加工之后且进行上述第二塑性加工之前的至少任何一个阶段，在上述材料的轴方向上的一部分实施减径挤压加工，该减径挤压加工缩小比应形成齿条齿的部分所对应的部分更偏向基端侧的部分的外径。
19、根据权利要求16所述的齿条制造方法，其特征在于，在进行上述第一塑性加工之前，在上述材料的轴方向上的一部分实施减径挤压加工，该减径挤压加工至少缩小应形成齿条齿的部分所对应的部分的外径。
20、根据权利要求16所述的齿条制造方法，其特征在于，在进行上述第一塑性加工之前，在上述材料的轴方向的一部分上，实施缩小如下部分的外径的减径挤压加工，即，除去比应形成齿条齿的部分所对应的部分更偏向前端侧的部分之后的部分的外径。
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