CN105939919A - 转向用齿条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

转向用齿条(11a)与由构成汽车用转向装置的转向齿轮(5)的输入轴(6)旋转驱动的龆轮啮合。转向用齿条(11a)包括：截面圆形的杆部(15)，其在轴向延伸；以及多个齿条齿(16)，其形成在杆部(15)的轴向一部分的径向单侧面并与龆轮啮合。在杆部(15)的轴向一部分且多个齿条齿(16)的轴向两侧的相邻的部分，形成有不与龆轮啮合的至少一个虚设齿(42)，该虚设齿(42)的齿高比齿条齿(16)的齿高小。

Description

转向用齿条及其制造方法

技术领域

本发明涉及转向用齿条及其制造方法。

背景技术

例如，在用于对图10所示的汽车的转向轮(除了叉车等特殊车辆，一般是前轮)付与转向角的汽车用转向装置中，将随着方向盘1的操作而旋转的转向轴2的动作经由万向接头3、3及中间轴4传递至转向齿轮5的输入轴6。转向齿轮5包括：龆轮，其由输入轴6旋转驱动；以及转向用齿条，其与该龆轮啮合。当龆轮与输入轴6一起旋转时，转向用齿条在轴向变位，推拉在其两端部结合的1对转向横拉杆7、7，对转向轮付与期望的转向角。

另外，在在内侧插通有转向轴2的转向柱8的下端结合有齿轮箱9。齿轮箱9支承电动马达10。而且，利用电动马达10对转向轴2付与旋转方向的辅助力。

另一方面，在上述的图10所示的柱辅助式的电动式助力转向装置以外，以往一部分也使用被称为龆轮辅助式、双龆轮式、齿条辅助式的电动式助力转向装置。图11示出这样的电动式助力转向装置中的、装配有被称为双龆轮式的助力转向装置的转向装置。该转向装置在转向用齿条11的轴向一部分、且从设置在输入轴6的外周面的龆轮偏离的部分，配置有第二输入轴12。而且，使在第二输入轴12的一端部外周面设置的第二龆轮与转向用齿条11啮合。另外，在内侧设置有第二输入轴12的壳体13的侧方支承有电动马达10a。而且，利用电动马达10a经由减速机14对第二输入轴12付与旋转方向的力。因此，转向用齿条11通过基于该辅助力的力、和基于驾驶员付与给方向盘1的力而从输入轴6施加的力，在轴向变位。

此外，在图示的例子的情况下，在转向用齿条11的径向单侧面，除了与1对转向横拉杆7、7(参照图10)连接的两端部，遍及轴向地设置有多个齿条齿。而且，能够作成在输入轴6的外周面设置的龆轮的间距、和在第二输入轴12的一端部外周面设置的第二龆轮的间距为分别不同，并且，能够作成输入轴6的中心轴与转向用齿条11的中心轴所成的角度、和第二输入轴12的中心轴与该转向用齿条11的中心轴所成的角度为分别不同。

总之，如果通过对材料实施切削加工来形成多个齿条齿来制造上述那样的转向齿轮用齿条，不仅制造成本高，而且难以确保齿条的强度及刚性。与之相对，如果通过冷锻使材料塑性变形来形成齿条齿，由于不仅缩短齿条齿的加工所需要的时间，而且，不需要淬火后的精加工，所以能够降低制造成本。而且，得到的齿条的金属组织致密，还能够在塑性变形时根据需要而使齿条的截面形状变形，因此，容易确保齿条的强度及刚性。像这样，作为与通过冷锻来加工齿条齿的转向用齿条的制造方法相关的发明，以往已知专利文献1～5所记载的发明。

图12～17示出其中的专利文献5所记载的、转向用齿条及其制造方法的现有例。转向用齿条11a包括：截面圆形的杆部15，其由碳钢、不锈钢等金属材料制成；以及多个齿条齿16，其在杆部15的轴向一部分(图12～14的左部)的径向单侧面，通过塑性加工而形成。杆部15遍及全长地由金属材料一体地制造。此处，在杆部15中的的轴向一部分，将从形成有多个齿条齿16的部分在周向偏离的部分作为背面部分17。在图示的例子的情况下，使背面部分17的截面形状的曲率半径R₁₇(参照图15)比杆部15的轴向其他部分(图12～14的右部)、圆筒部18的外周面的曲率半径r₁₈(参照图15)大(R₁₇＞r₁₈)。利用这样的构造，充分地确保齿条齿16的宽度尺寸、强度、刚性的每一个，并且，抑制形成有齿条齿16的部分以外的外径大到必要以上，轻量地构成。

接下来，利用图16～18来说明上述那样的转向用齿条11a的制造方法。首先，如图16的(A)所示，将碳钢、不锈钢等金属材料制的圆筒状的材料19安放(载置)到在承模20的上表面设置的、截面圆弧形的凹槽部21内。接下来，如图16的(B)所示，进行镦粗加工，在该镦粗加工中，利用沿着凹槽部21较长的加压冲头22的末端面(下端面)将材料19朝向凹槽部21强力推压。在图16的(B)所示的镦粗加工中，将材料19的轴向上的应当形成齿条齿16(参照图12～15)的部分在上下方向压扁，并且将水平方向的宽度尺寸扩大，作为中间材料23。中间材料23在外周面包括：应当成为背面部分17(参照图12、14、15)的部分圆筒面部24；在截面的径向上存在于该部分圆筒面部24的相反侧的平坦面部25；以及使部分圆筒面部24及平坦面部25彼此连续的、曲率半径比较小的1对曲面部26、26。

接下来，将中间材料23从承模20的凹槽部21取出，如图16的(C)所示，插入(安放)到设置于模具27的保持孔28的底部29。保持孔28具有U字形的截面形状。底部29的曲率半径与承模20的凹槽部21的内表面的曲率半径大致一致。另外，两内侧面30、30是相互平行的平面。并且，在上端开口部，设置有沿越向上方相互的间隔越扩大的方向倾斜的1对引导倾斜面部31、31。

如果已将中间材料23安放于模具27的保持孔28，那么接下来，如图16的(C)→(D)所示，将齿成形用冲头32插入到保持孔28内，利用齿成形用冲头32将中间材料23强力地压入到保持孔28内。在齿成形用冲头32的加工面(下表面)，设置有与应当得到的齿条齿16对应的形状的齿条齿加工用凹凸40。另外，中间材料23的外周面中，除了应当形成齿条齿16的平坦面部25之外，被保持孔28的内表面约束。因此，通过利用齿成形用冲头32将中间材料23强力地压入到保持孔28内，从而中间材料23中的平坦面部25仿照齿条齿加工用凹凸40而塑性变形，被加工为具有图16的(D)及图17的(A)所示的齿条齿16的、坯齿条33。但是，该状态下的坯齿条33与完成状态的转向用齿条11a(参照图12～15)相比，形状精度及尺寸精度不充分，齿条齿16的端缘也是尖锐的状态。另外，伴随齿条齿16的加工而(从应当成为齿根的部分)被挤出的余料被强力地推压到保持孔28的两内侧面30、30，因此，在坯齿条33的左右两侧面形成有相互平行的排料平坦面部34、34。

因此，在使齿成形用冲头32上升之后，将坯齿条33从保持孔28取出，如图16的(E)所示，载置到形成在精压用模具35的上表面的精压用凹凸面部36。此时，使坯齿条33上下反转。精压用凹凸面部36具有与包含齿的端缘的倒角部的、应当得到的齿条齿16的形状对应的(相对于完成后的形状而言凹凸反转的)形状。然后，利用按压模具37，如图16的(E)→(F)所示，将坯齿条33的形成有齿条齿16的部分朝向精压用凹凸面部36强力地推压。

在按压模具37的下表面，形成有具有与完成后的转向用齿条11a的背面部分17的曲率半径R₁₇(参照图15)一致的曲率半径的按压凹槽38。坯齿条33在使应当成为背面部分17的部分嵌合于按压凹槽38的状态下，被朝向精压用凹凸面部36强力地推压。因此，在图16的(F)所示的、将精压用模具35与按压模具37充分地接近的状态下，齿条齿16成为图17的(B)所示的完成后的状态(形状及尺寸变得适当、并在各齿的端缘设置有倒角的状态)，同时，在背面部分17，形状及尺寸也变得适当。此外，伴随这样进行的精压而被挤出的余料集中到两排料平坦面部34、34部分。因此，在完成后的转向用齿条11a中，两排料平坦面部34、34几乎不会残留。但是，余料不会将精压用凹凸面部36、按压凹槽38的内表面极其强力地推压，因此，不仅能够将精压的加工载荷抑制得较低，而且容易确保精压用模具35及按压模具37的耐久性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本国日本特开平10－58081号公报

专利文献2:日本国日本特开2001－79639号公报

专利文献3:日本国特许第3442298号公报

专利文献4:日本国日本特开2006－103644号公报

专利文献5:日本国日本特开2008－138864号公报

发明内容

本发明欲解决的技术问题

在包含上述那样的专利文献5所记载的制造方法在内的、以往的转向用齿条的制造方法中，有可能产生如以下记述的问题。如上所述，在利用齿成形用冲头32将中间材料23强力地压入到保持孔28内时，中间材料23中的平坦面部25仿照齿成形用冲头32的齿条齿加工用凹凸40而塑性变形，被加工为具有齿条齿16的坯齿条33(参照图18)。

此处，如图19(与图18的由虚线包围的区域A对应)所示，齿成形用冲头32的构成齿条齿加工用凹凸40的多个齿39中的、将轴向中间部附近的齿条齿16成形的齿成形用冲头32的齿39在齿高相同的位置承受来自轴向两侧的齿条齿16均等的力f₁。与此相对，如图20(与图18的由虚线包围的区域B对应)所示，在成形轴向两端的齿条齿16(图18及图20中，仅示出轴向一端的齿条齿16)、且位于该齿条齿16的轴向外侧的齿成形用冲头32的齿39上，负荷有来自轴向内侧的齿条齿16的力f₁。因此，由于从轴向两侧所负荷的力矩失去平衡，从而该齿成形用冲头32的齿39产生弯曲，齿39的根部的角落发生应力集中，产生较强的拉伸应力，存在齿成形用冲头32的寿命变短的风险。而且，在最坏的情况下，也有可能在齿39的根部的角发生裂纹C，导致破碎。

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种在用冷锻成形的情况下能够实现齿成形用冲头的长寿命化的转向用齿条及其制造方法。

用于解决问题的技术方案

本发明的所述目的由下述的构成来达成。

(1)一种转向用齿条，与由构成汽车用转向装置的转向齿轮的输入轴旋转驱动的龆轮啮合，其特征在于，

所述转向用齿条包括：截面圆形的杆部，其在轴向延伸；以及多个齿条齿，其形成在所述杆部的轴向一部分的径向单侧面并与所述龆轮啮合，

在所述杆部的所述轴向一部分且多个所述齿条齿的轴向两侧的相邻的部分，形成有不与所述龆轮啮合的至少一个虚设齿，所述虚设齿的齿高比所述齿条齿的齿高小。

(2)所述(1)记载的转向用齿条，其特征在于，

所述虚设齿具有：轴向内侧面及轴向外侧面，其随着去往径向外侧而沿在轴向相互接近的方向倾斜；以及径向外侧面，其将所述轴向内侧面及所述轴向外侧面连接，

所述轴向内侧面及所述轴向外侧面、与所述径向外侧面的一对连接部为R形状。

(3)所述(2)记载的转向用齿条，其特征在于，

在所述杆部的所述轴向一部分且多个所述齿条齿的轴向两侧的相邻的部分，各形成有n个所述虚设齿，其中n为自然数，

所述齿条齿具有：轴向内侧面及轴向外侧面，其随着去往径向外侧而沿在轴向相互接近的方向倾斜；以及径向外侧面，其将所述轴向内侧面及所述轴向外侧面连接，

当设多个所述齿条齿中的位于轴向两端的所述齿条齿的、与所述虚设齿相邻的所述轴向外侧面的倾斜角度为θ₁，

将多个所述虚设齿的所述轴向内侧面的倾斜角度以从距所述齿条齿近的第1～n号的所述虚设齿的顺序设为θ₂、θ₄、···、θ_2n，

将多个所述虚设齿的所述轴向外侧面的倾斜角度以从距所述齿条齿近的第1～n号的所述虚设齿的顺序设为θ₃、θ₅、···、θ_2n+1时，

θ₁＜θ₂≦θ₃＜θ₄≦θ₅＜···＜θ_2n≦θ_2n+1。

(4)所述(3)记载的转向用齿条，其特征在于，

当设位于轴向两端的所述齿条齿的齿高为H₁，

将多个所述虚设齿的齿高以从第1～n号的所述虚设齿的顺序设为H₃、H₅、···、H_2n+1时，

H₁＞H₃＞H₅＞···＞H_2n+1。

(5)所述(4)记载的转向用齿条，其特征在于，

在设位于轴向两端的所述齿条齿的齿高H₁的一半的值为L₁，

设第1～n号的所述虚设齿的齿高H₃、H₅、···、H_2n+1的一半的值为L₃、L₅、···、L_2n+1时，

当设L₂＝H₁－L₃、L₄＝H₃－L₅、···、L_2n＝H_2n－1－L_2n+1，

设在位于轴向两端的所述齿条齿的从径向外侧端部向径向内侧为L₁的位置，在所述齿条齿的所述轴向外侧面朝向轴向外侧产生的力为f₁，

设在位于轴向两端的所述齿条齿的从径向外侧端部向径向内侧为L₂的位置，在第1号的所述虚设齿的所述轴向内侧面朝向轴向内侧产生的力为f₂，

设在第n－1号的所述虚设齿的从径向外侧端部向径向内侧为L_{2n －1}的位置，在第n－1号的所述虚设齿的所述轴向外侧面朝向轴向外侧产生的力为f_2n－1，

设在第n－1号的所述虚设齿的从径向外侧端部向径向内侧为L_2n的位置，在第n号的所述虚设齿的所述轴向内侧面朝向轴向内侧产生的力为f_2n时，

L₁×f₁＝L₂×f₂、L₃×f₃＝L₄×f₄、···、L_2n－1×f_2n－1＝L_2n×f_2n。

(6)所述(1)～(5)的任一项所述的转向用齿条，其特征在于，

在至少一个所述虚设齿的径向外侧面形成有至少一个槽部。

(7)所述(6)记载的转向用齿条，其特征在于，

所述槽部在齿高相等的多个所述虚设齿上合计形成有3个以上。

(8)一种转向用齿条的制造方法，通过将设置有齿条状的齿条齿加工用凹凸的齿成形用冲推压到在轴向延伸的金属材料制的杆部的轴向一部分的径向单侧面，从而使所述径向单侧面塑性变形而在所述径向单侧面形成多个齿条齿，其特征在于，

所述多个齿条齿与由构成汽车用转向装置的转向齿轮的输入轴旋转驱动的龆轮啮合，

所述齿成形用冲头在所述齿条齿加工用凹凸的轴向两侧的相邻的部分具有齿高比所述齿条齿加工用凹凸的齿高小的虚设齿加工用凹凸，

在所述杆部的所述轴向一部分且多个所述齿条齿的轴向两侧的相邻的部分，形成有不与所述龆轮啮合的至少一个虚设齿，所述虚设齿的齿高比所述齿条齿的齿高小。

(9)所述(8)记载的转向用齿条的制造方法，其特征在于，

在齿条齿的成形过程中，位于所述齿成形用冲头的轴向两端部的齿的轴向外侧面抵接于所述杆部的轴向内侧面。

(10)所述(9)记载的转向用齿条的制造方法，其特征在于，

所述虚设齿加工用凹凸具有至少一个突起部，

利用所述突起部在至少一个所述虚设齿的径向外侧面形成至少一个槽部。

发明效果

本发明的转向用齿条在与龆轮啮合的多个齿条齿的轴向两侧的相邻的部分，设置有不与龆轮啮合的至少一个虚设齿，该虚设齿的齿高比齿条齿的齿高小。因此，在转向用齿条上通过冷锻成形多个齿条齿的情况下，在成形轴向两端的齿条齿且位于该齿条齿的轴向外侧的齿成形用冲头的齿上，负荷来自轴向内侧的齿条齿的力，并负荷来自轴向外侧的虚设齿的力。因此，由于改善了该齿成形用冲头的齿所负荷的力矩的平衡，所以，能够防止应力集中于该齿，能够实现齿成形用冲头的长寿命化。

附图说明

图1是示出本发明的第1实施方式的齿条及齿成形用冲头的图。

图2是示出在以往的齿成形用冲头上产生的应力分布的图。

图3是示出在本发明的齿成形用冲头上产生的应力分布的图。

图4是本发明的齿成形用冲头的寿命的SN线图

图5是示出第2实施方式的齿条及齿成形用冲头的图。

图6是示出变形例的齿条及齿成形用冲头的图。

图7是示出变形例的齿条及齿成形用冲头的图。

图8是示出变形例的齿条的立体图。

图9是示出变形例的齿条的立体图。

图10是示出具备装配有转向用齿条的转向齿轮的汽车用转向装置的现有构造的第1例的局部剖视图。

图11是示出具备装配有转向用齿条的转向齿轮的汽车用转向装置的现有构造的第2例的局部剖视图。

图12是示出转向用齿条的立体图。

图13是图12的XIII向视图。

图14是图12的XIV向视图。

图15是图14的XV－XV剖视图。

图16(A)～(F)是将现有构造的转向用齿条的制造方法以工序顺序示出的、从与图15相同方向观察的剖视图。

图17(A)及(B)是示出精压前后的齿条齿的形状的局部立体图。

图18是用于说明以往的齿条的制造方法及制造装置的问题点的剖视图。

图19是与图18的区域A对应的放大剖视图。

图20是与图18的区域B对应的放大剖视图。

附图标记说明

1 方向盘

2 转向轴

3 万向接头

4 中间轴

5 转向齿轮

6 输入轴

7 转向横拉杆

8 转向柱

9 齿轮箱

10、10a 电动马达

11、11a 转向用齿条

12 第二输入轴

13 壳体

14 减速机

15 杆部

15a 轴向内侧面

16 齿条齿

16a 轴向内侧面

16b 轴向外侧面

16c 径向外侧面

16d 连接部

17 背面部分

18 圆筒部

19 材料

20 承模

21 凹槽部

22 加压冲头

23 中间材料

24 部分圆筒面部

25 平坦面部

26 曲面部

27 模具

28 保持孔

29 底部

30 内侧面

31 引导倾斜面部

32 齿成形用冲头

33 坯齿条

34 排料平坦面部

35 精压用模具

36 精压用凹凸面部

37 按压模具

38 按压凹槽

39 齿

40 齿条齿加工用凹凸

40L 齿高

41 虚设齿加工用凹凸

41L 齿高

42 虚设齿

42L 齿高

42a 轴向内侧面

42b 轴向外侧面

42c 径向外侧面

42d 连接部

43 槽部

A、B 区域

C 裂纹

R₁₇、r₁₈ 曲率半径

具体实施方式

以下，基于附图详细说明本发明的各实施方式的转向用齿条。

本发明的转向用齿条及其制造方法的特征在于，在构成转向用齿条11a的杆部15的轴向一部分的径向单侧面形成齿条齿16{相当于上述的图16的(C)→(D)的工序}时，防止应力集中于齿成形用冲头32的齿39，使齿成形用冲头32长寿命化。对于其他部分的构成及作用，由于包含上述的图16～18所示的现有的制造方法及制造装置在内，且与以往已知的转向用齿条的制造方法及制造装置同样，所以，省略或者简化与等同部分相关的图示以及说明。

(第1实施方式)

如图1所示，本实施方式的齿成形用冲头32除了具有上述的齿条齿加工用凹凸40之外，还在该齿条齿加工用凹凸40的轴向两侧的相邻的部分具有虚设齿加工用凹凸41(图中，仅示出了轴向一方侧的虚设齿加工用凹凸41)。虚设齿加工用凹凸41的齿高41L被形成得比齿条齿加工用凹凸40的齿高40L小。

因此，在利用齿成形用冲头32来将中间材料23强力地压入到保持孔28内的情况{相当于上述的图16的(C)→(D)的工序}下，中间材料23中的平坦面部25仿照齿条齿加工用凹凸40及虚设齿加工用凹凸41而塑性变形，被加工为具有图1所示那样的齿条齿16及虚设齿42的坯齿条33。

更具体而言，坯齿条33包括：在轴向延伸的截面圆形的杆部15；以及形成在杆部15的轴向一部分的径向单侧面并与龆轮啮合的多个齿条齿16。在杆部15的轴向一部分且多个齿条齿16的轴向两侧的相邻的部分，各一个地形成有虚设齿42。虚设齿42的齿高H₃被形成得比齿条齿16的齿高H₁小(H₃＝41L＜H₁＝40L)，因此，虚设齿42不与龆轮啮合。

另外，虚设齿42具有：轴向内侧面42a及轴向外侧面42b，其随着去往径向外侧而沿在轴向相互接近的方向倾斜；以及径向外侧面42c，其将轴向内侧面42a及轴向外侧面42b连接。径向外侧面42c是轴向中间部凸起的截面R形状的曲面，将轴向内侧面42a及轴向外侧面42b平滑地连接。因此，轴向内侧面42a及轴向外侧面42b与径向外侧面42c的一对连接部42d也被形成为R形状。此外，如上所述，虚设齿42不会与龆轮啮合，因此，也可以将作为齿顶的径向外侧面42c、一对连接部42d制作为R形状。

齿条齿16具有：轴向内侧面16a及轴向外侧面16b，其随着去往径向外侧而沿在轴向相互接近的方向倾斜；以及径向外侧面16c，其将轴向内侧面16a及轴向外侧面16b连接。此处，齿条齿16由于与龆轮啮合，因此，径向外侧面16c被形成为平面状，轴向内侧面16a及轴向外侧面16b与径向外侧面16c的一对连接部16d被制作为有棱角的形状。

而且，当设多个齿条齿16中的位于轴向两端的齿条齿16(图1中，位于最右侧的齿条齿16)的、与虚设齿42相邻的轴向外侧面16b的倾斜角度をθ₁、设虚设齿42的轴向内侧面42a的倾斜角度为θ₂、并设轴向外侧面42b的倾斜角度为θ₃时，设定为：θ₁＜θ₂＝θ₃。

另外，设位于轴向两端的齿条齿16的齿高H₁的一半的值为L₁(L₁＝0.5×H₁)，设虚设齿42的齿高H₃的一半的值为L₃(L₃＝0.5×H₃)，设L₂＝H₁－L₃。在此情况下，在位于轴向两端的齿条齿16的从径向外侧端部向径向内侧为L₁的位置，在齿条齿16的轴向外侧面16b产生朝向轴向外侧的力f₁。另外，在位于轴向两端的齿条齿16的从径向外侧端部向径向内侧为L₂的位置，在虚设齿42的轴向内侧面42a产生朝向轴向内侧的力f₂。另外，在虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L₃的位置，在虚设齿42的轴向外侧面42b产生朝向轴向外侧的力f₃。此处，如上所述，设定为θ₁＜θ₂＝θ₃，因此，因楔形效应而f₁＞f₂＝f₃。另外，考虑到由于H₁＞H₃，所以，变形为0.5×H₁＜H₁－0.5×H₃，且L₁＝0.5×H₁、L₃＝0.5×H₃、L₂＝H₁－L₃，则L₁＜L₂。

因此，在齿条齿16的轴向外侧面16b产生力矩L₁×f₁，在虚设齿42的轴向内侧面42a产生力矩L₂×f₂，在虚设齿42的轴向外侧面42b产生力矩L₃×f₃。此处，θ₂、L₂(H₃)等能够自由地设计，因此，构成为L₁×f₁＝L₂×f₂。

在这样构成的情况下，在成形轴向两端的齿条齿16且位于该齿条齿16的轴向外侧的齿成形用冲头32的齿39上，负荷来自轴向内侧的齿条齿16力矩L₁×f₁，负荷来自轴向外侧的虚设齿42力矩L₂×f₂。因此，该齿成形用冲头32的齿39所负荷的力矩相平衡(L₁×f₁＝L₂×f₂)。

另外，在齿成形用冲头32的两端的齿39上从轴向内侧的虚设齿42负荷力矩L₃×f₃，但是，该力矩L₃×f₃比在制造以往的转向用齿条(参照图20)时齿成形用冲头32的齿39所负荷的力矩L₁×f₁小(L₃×f₃＜L₁×f₁∵L₃＜L₁、f₃＜f₁)。这样，改善了力矩的平衡，因此，能够防止应力集中于该齿39，能够实现齿成形用冲头32的长寿命化。

并且，虚设齿42的径向外侧面42c及一对连接部42d被制作为R形状，因此，向与该连接部42d接触的齿成形用冲头32的齿39的根部的应力集中得到缓和，能够实现齿成形用冲头32的进一步的长寿命化。

从而从图2及图3所示的基于弹塑性分析的评价结果也显而易见，通过这样设置虚设齿42，从而在齿成形用冲头32的齿39的根部产生的拉伸应力减少。在图2中示出了如现有技术那样未设置虚设齿加工用凹凸41的情况下的齿成形用冲头32(与图18的齿成形用冲头32对应)，在图3中示出了本实施方式的齿成形用冲头32，分别以深色示出的部分表示拉伸应力较大。可知，在现有技术的齿成形用冲头32中，在轴向两端的齿39的根部发生了非常大的应力，与之相对，在本实施方式的齿成形用冲头32中，在齿39的根部产生的应力急剧减小。

另外，在图4中示出了齿成形用冲头32的寿命的SN线图。与现有技术的齿成形用冲头32相比，在本实施方式的齿成形用冲头32中，在齿39的根部产生的应力急剧减小，因此，断裂重复数N大幅增加，能够实现长寿命化。

(第2实施方式)

在上述的实施方式中，是在杆部15的轴向一部分且多个齿条齿16的轴向两侧的相邻的部分各形成有一个虚设齿42的构成(参照图1)，但是，如图5所示，也可以是在杆部15的轴向一部分且多个齿条齿16的轴向两侧的相邻的部分各形成有多个虚设齿42的构成。

在图5中，设定为：在轴向一方侧形成有n个虚设齿42(n：2以上的自然数)。而且，当将多个虚设齿42的轴向内侧面42a的倾斜角度以从距齿条齿16较近的第1～n号的虚设齿42的顺序设为θ₂、θ₄、···、θ_2n－2、θ_2n、并将多个虚设齿42的轴向外侧面42b的倾斜角度以从距齿条齿16较近的第1～n号的虚设齿42的顺序设为θ₃、θ₅、···、θ_2n－1、θ_2n+1时，θ₁＜θ₂＝θ₃＜θ₄＝θ₅＜···＜θ_2n－2＝θ_2n－1＜θ_2n＝θ_2n+1。另外，将多个虚设齿42的齿高以从第1～n号的虚设齿42的顺序设为H₃、H₅、···、H_2n－1、H_2n+1时，设定为：H₁＞H₃＞H₅＞···＞H_2n－1＞H_2n+1。另外，设虚设齿42的齿高H₃、H₅、···、H_2n－1、H_2n+1的一半的值为L₃、L₅、···、L_{2n －1}、L_2n+1，L₂＝H₁－L₃、L₄＝H₃－L₅、···、L_2n＝H_2n－1－L_2n+1。

在此情况下，在位于轴向两端的齿条齿16的从径向外侧端部向径向内侧为L₁的位置，在该齿条齿16的轴向外侧面16b产生朝向轴向外侧的力f₁。在位于轴向两端的齿条齿16的从径向外侧端部向径向内侧为L₂的位置，在虚设齿42的轴向内侧面42a产生朝向轴向内侧的力f₂。在第1号的虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L₃的位置，在第1号的虚设齿42的轴向外侧面42b产生朝向轴向外侧的力f₃。在第1号的虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L₄的位置，在第2号的虚设齿42的轴向内侧面42a产生朝向轴向内侧的力f₄。在第2号的虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L₅的位置，在第2号的虚设齿42的轴向外侧面42b产生朝向轴向外侧的力f₅。在第n－2号的虚设齿42(未图示)的从径向外侧端部向径向内侧为L_2n－2的位置，在第n－1号的虚设齿42的轴向内侧面42a产生朝向轴向内侧的力f_2n－2。在第n－1号的虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L_2n－1的位置，在第n－1号的虚设齿42的轴向外侧面42b产生朝向轴向外侧的力f_{2n －1}。在第n－1号的虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L_2n的位置，在第n号的虚设齿42的轴向内侧面42a产生朝向轴向内侧的力f_2n。在第n号的虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L_2n+1的位置，在第n号的虚设齿42的轴向外侧面42b产生朝向轴向外侧的力f_2n+1。

此处，如上所述的那样，设定为θ₁＜θ₂＝θ₃＜θ₄＝θ₅＜···＜θ_2n－2＝θ_2n－1＜θ_2n＝θ_2n+1，因此，因楔形效应而f₁＞f₂＝f₃＞f₄＝f₅＞···＞f_2n－2＝f_2n－1＞f_2n＝f_2n+1。另外，H₁＞H₃＞H₅＞···＞H_2n－1＞H_2n+1，因此L₁＜L₂、L₃＜L₄、···、L_2n－1＜L_2n。

因此，在齿条齿16的轴向外侧面16b产生力矩L₁×f₁，在第1号的虚设齿42的轴向内侧面42a产生力矩L₂×f₂が，在第1号的虚设齿42的轴向外侧面42b产生力矩L₃×f₃，在第2号的虚设齿42的轴向内侧面42a产生力矩L₄×f₄，在第n－1号的虚设齿42的轴向外侧面42b产生力矩L_2n－1×f_2n－1，在第n号的虚设齿42的轴向内侧面42a产生力矩L_2n×f_2n。此处，被构成为L₁×f₁＝L₂×f₂、L₃×f₃＝L₄×f₄、L_2n－1×f_2n－1＝L_2n×f_2n，来自左右的力矩相平衡。

在这样构成的情况下，在成形轴向两端的齿条齿16且位于该齿条齿16的轴向外侧的齿成形用冲头32的齿39上，负荷来自轴向内侧的齿条齿16力矩L₁×f₁，负荷来自轴向外侧的虚设齿42力矩L₂×f₂。另外，在上述齿39的轴向外侧的相邻的齿39(第2号的齿39)上，负荷来自轴向内侧的第1号的虚设齿42力矩L₃×f₃，负荷来自轴向外侧的第2号的虚设齿42力矩L₄×f₄。而且，在第n号的齿39上，负荷来自轴向内侧的第n－1号的虚设齿42力矩L_2n－1×f_2n－1，负荷来自轴向外侧的第n号的虚设齿42力矩L_2n×f_2n。因此，齿成形用冲头32的多个齿39所负荷的力矩相平衡(L₁×f₁＝L₂×f₂、L₃×f₃＝L₄×f₄、L_2n－1×f_2n－1＝L_2n×f_2n)。

另外，在齿成形用冲头32的两端的齿39，负荷来自轴向内侧的虚设齿42力矩L_2n+1×f_2n+1，但是，该力矩L_2n+1×f_2n+1比在第1实施方式中在齿成形用冲头32的两端的齿39负荷的力矩L₃×f₃小(L_2n+1×f_2n+1＜L₃×f₃∵L_2n+1＜L₃、f_2n+1＜f₃)。这样，与第1实施方式相比，改善力矩的平衡，因此，能够防止应力集中在该齿39上，能够实现齿成形用冲头32的长寿命化。

此外，本发明不限定于上述的各实施方式，能够适当进行变形、改良等。

例如，在第1实施方式(参照图1)中，构成为：在位于轴向两端部的齿成形用冲头32的齿39上，负荷来自轴向内侧の虚设齿42力矩L₃×f₃，从轴向外侧的杆部15不负荷力矩，但是，不限定于该构成，也可以是如图6所示从轴向外侧的杆部15负荷力矩的构成。

在此情况下，位于轴向两端部的齿成形用冲头32的齿39、与杆部15在轴向抵接。而且，在位于轴向两端的虚设齿42的从径向外侧端部向径向内侧为L₀的位置，在杆部15的轴向内侧面15a产生朝向轴向内侧的力f₀。而且，在杆部15的轴向内侧面15a产生力矩L₀×f₀。此外，在图示的例子中，L₀为满足0＜L₀＜H₃的任意的值。

因此，在位于轴向两端部的齿成形用冲头32的齿39上，负荷来自轴向内侧的虚设齿42力矩L₃×f₃，负荷来自轴向外侧的杆部15力矩L₀×f₀。因此，与在第1实施方式中在齿成形用冲头32的两端的齿39上负荷的力矩L₃×f₃相比，改善力矩的平衡，因此，能够防止应力集中于该齿39，能够实现齿成形用冲头32的长寿命化。这样的构成在难以增加虚设齿42的数量的情况下特别有效。

此外，在第2实施方式中也同样，也可以在位于轴向两端部的齿成形用冲头32的齿39上，负荷来自轴向内侧的虚设齿42力矩L_2n+1×f_2n+1，并负荷来自轴向外侧的杆部15力矩L₀×f₀。

另外，在上述的实施方式中，多个虚设齿42的轴向内侧面42a的倾斜角度θ₂、θ₄、···、θ_2n、与轴向外侧面42b的倾斜角度θ₃、θ₅、···、θ_2n+1相同(θ₂＝θ₃＜θ₄＝θ₅＜···＜θ_2n－2＝θ_{2n －1}＜θ_2n＝θ_2n+1)，但是，也可以不一定相同。在该情况下，设定为至少θ₁＜θ₂≦θ₃＜θ₄≦θ₅＜···＜θ_2n－2≦θ_2n－1＜θ_2n≦θ_2n+1。

另外，虚设齿42的径向外侧面42c不一定需要为轴向中间部凸起的截面R形状的曲面，也可以如图7所示为截面平面形状。即使在该情况下，如果将轴向内侧面42a及轴向外侧面42b与径向外侧面42c的一对连接部42d形成为R形状，则也能够缓和向与该连接部42d接触的齿成形用冲头32的齿39的根部的应力集中。

另外，如图8所示，优选在至少一个虚设齿42的径向外侧面42c，形成至少一个槽部43。在图8中，示出了在齿条齿16的轴向两侧的相邻的部分各形成有一个虚设齿42的第1实施方式中，在虚设齿42的径向外侧面42c的宽度方向两端附近，形成有一对槽部43的例子。一对槽部43为在轴向延伸并将轴向内侧面42a及轴向外侧面42b连通的大致直线形状。另外，槽部43的尺寸的宽度为0.5～1.0mm左右，深度为0.5～1.0mm左右。此外，如上所述虚设齿42不与龆轮啮合，因此，在作为齿顶的径向外侧面42c设置槽部43也没有问题。

这样，通过在至少一个虚设齿42的径向外侧面42c形成至少一个槽部43，从而在锻造后的后工序中，能够将槽部43作为进行转向用齿条11a的定位时的基准。例如，通过使与槽部43相同形状的探针(探触件)朝向槽部43动作并卡合于槽部43，从而进行定位。特别是，在本例中，在齿条齿16的轴向两侧的相邻的部分设置的一对虚设齿42(图中，仅示出了轴向一方侧的虚设齿42)上分别设置有一对槽部43，设置有合计4个槽部43，因此，通过使4个探针卡合于4个槽部来进行定位，从而能够进行更高精度的定位。

另外，在图8中，在齿条齿16的轴向两侧的相邻的部分设置的一对虚设齿42相互的齿高相等。因此，通过使4个探针卡合于4个槽部43，检测各个槽部43的位置，确认至少3个槽部43的水平位置相等，从而能够进行转向用齿条11a的调水平。因此，为了能够调水平，需要在齿高相等的多个虚设齿42上形成合计3个以上的槽部43。

为了形成这样的槽部43，在齿成形用冲头32的虚设齿加工用凹凸41(参照图1等)上，形成有具有与槽部43对应的形状的突起部(未图示)。根据该构成，齿成形用冲头32具有齿条齿加工用凹凸40、虚设齿加工用凹凸41、以及突起部，因此，能够在转向用齿条11a上同时形成齿条齿16、虚设齿42、以及槽部43。因此，不需要用其他工序来加工槽部43，因此，能够防止作业时间、成本的增加。

此外，在图8中示出了在第1实施方式中的虚设齿42上设置槽部43的例子，但是，在齿条齿16的轴向两侧的相邻的部分各设置有多个虚设齿42的第2实施方式(图5参照)中，也可以在虚设齿42上设置槽部43。此时，如果在至少一个虚设齿42的径向外侧面42c形成至少一个槽部43，则能够进行转向用齿条11a的定位。另外，如果在齿高相等的多个虚设齿42上形成合计3各以上的槽部43，则能够进行调水平。

如果能够作为转向用齿条11a的定位、调水平的基准，则槽部43的形状没有特别限定，也可以是图9所示那样的大致半球形状。在此情况下，槽部43的尺寸的直径为0.5～1.0mm左右，深度为0.5～1.0mm左右。

本申请基于2014年1月22日申请的日本专利申请2014－009670，其内容作为参照援引于此。

Claims (10)

1.一种转向用齿条，与由构成汽车用转向装置的转向齿轮的输入轴旋转驱动的龆轮啮合，其特征在于，

所述转向用齿条包括：截面圆形的杆部，其在轴向延伸；以及多个齿条齿，其形成在所述杆部的轴向一部分的径向单侧面并与所述龆轮啮合，

在所述杆部的所述轴向一部分且多个所述齿条齿的轴向两侧的相邻的部分，形成有不与所述龆轮啮合的至少一个虚设齿，所述虚设齿的齿高比所述齿条齿的齿高小。

2.如权利要求1所述的转向用齿条，其特征在于，

所述虚设齿具有：轴向内侧面及轴向外侧面，该轴向内侧面及轴向外侧面随着去往径向外侧而沿在轴向相互接近的方向倾斜；以及径向外侧面，其将所述轴向内侧面及所述轴向外侧面连接，

所述轴向内侧面及所述轴向外侧面、与所述径向外侧面的一对连接部为R形状。

3.如权利要求2所述的转向用齿条，其特征在于，

在所述杆部的所述轴向一部分且多个所述齿条齿的轴向两侧的相邻的部分，各形成有n个所述虚设齿，其中n为自然数，

所述齿条齿具有：轴向内侧面及轴向外侧面，该轴向内侧面及轴向外侧面随着去往径向外侧而沿在轴向相互接近的方向倾斜；以及径向外侧面，其将所述轴向内侧面及所述轴向外侧面连接，

当设多个所述齿条齿中的位于轴向两端的所述齿条齿的、与所述虚设齿相邻的所述轴向外侧面的倾斜角度为θ₁，

将多个所述虚设齿的所述轴向内侧面的倾斜角度以从距所述齿条齿近的第1～n号的所述虚设齿的顺序设为θ₂、θ₄、···、θ_2n，

将多个所述虚设齿的所述轴向外侧面的倾斜角度以从距所述齿条齿近的第1～n号的所述虚设齿的顺序设为θ₃、θ₅、···、θ_2n+1时，

θ₁＜θ₂≦θ₃＜θ₄≦θ₅＜···＜θ_2n≦θ_2n+1。

4.如权利要求3所述的转向用齿条，其特征在于，

当设位于轴向两端的所述齿条齿的齿高为H₁，

将多个所述虚设齿的齿高以从第1～n号的所述虚设齿的顺序设为H₃、H₅、···、H_2n+1时，

H₁＞H₃＞H₅＞···＞H_2n+1。

5.如权利要求4所述的转向用齿条，其特征在于，

在设位于轴向两端的所述齿条齿的齿高H₁的一半的值为L₁，

设第1～n号的所述虚设齿的齿高H₃、H₅、···、H_2n+1的一半的值为L₃、L₅、···、L_2n+1时，

当设L₂＝H₁－L₃、L₄＝H₃－L₅、···、L_2n＝H_2n－1－L_2n+1，

设在位于轴向两端的所述齿条齿的从径向外侧端部向径向内侧为L₁的位置，在所述齿条齿的所述轴向外侧面朝向轴向外侧产生的力为f₁，

设在位于轴向两端的所述齿条齿的从径向外侧端部向径向内侧为L₂的位置，在第1号的所述虚设齿的所述轴向内侧面朝向轴向内侧产生的力为f₂，

设在第n－1号的所述虚设齿的从径向外侧端部向径向内侧为L_{2n －1}的位置，在第n－1号的所述虚设齿的所述轴向外侧面朝向轴向外侧产生的力为f_2n－1，

设在第n－1号的所述虚设齿的从径向外侧端部向径向内侧为L_2n的位置，在第n号的所述虚设齿的所述轴向内侧面朝向轴向内侧产生的力为f_2n时，

L₁×f₁＝L₂×f₂、L₃×f₃＝L₄×f₄、···、L_2n－1×f_2n－1＝L_2n×f_2n。

6.如权利要求1～5的任一项所述的转向用齿条，其特征在于，

在至少一个所述虚设齿的径向外侧面形成有至少一个槽部。

7.如权利要求6所述的转向用齿条，其特征在于，

所述槽部在齿高相等的多个所述虚设齿上合计形成有3个以上。

8.一种转向用齿条的制造方法，通过将设置有齿条状的齿条齿加工用凹凸的齿成形用冲推压到在轴向延伸的金属材料制的杆部的轴向一部分的径向单侧面，从而使所述径向单侧面塑性变形而在所述径向单侧面形成多个齿条齿，其特征在于，

所述多个齿条齿与由构成汽车用转向装置的转向齿轮的输入轴旋转驱动的龆轮啮合，

所述齿成形用冲头在所述齿条齿加工用凹凸的轴向两侧的相邻的部分具有齿高比所述齿条齿加工用凹凸的齿高小的虚设齿加工用凹凸，

在所述杆部的所述轴向一部分且多个所述齿条齿的轴向两侧的相邻的部分，形成有不与所述龆轮啮合的至少一个虚设齿，所述虚设齿的齿高比所述齿条齿的齿高小。

9.如权利要求8所述的转向用齿条的制造方法，其特征在于，

在齿条齿的成形过程中，位于所述齿成形用冲头的轴向两端部的齿的轴向外侧面抵接于所述杆部的轴向内侧面。

10.如权利要求9所述的转向用齿条的制造方法，其特征在于，

所述虚设齿加工用凹凸具有至少一个突起部，

利用所述突起部在至少一个所述虚设齿的径向外侧面形成至少一个槽部。