JP2000238650A

JP2000238650A - ラック軸およびその製造方法

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Publication number: JP2000238650A
Application number: JP11041996A
Authority: JP
Inventors: Soichi Iwasa; 壮一岩佐
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-09-05
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP3763339B2

Abstract

(57)【要約】【課題】横断面形状が略Ｄ字形状のラック軸では、曲げ
力の方向による曲げ強度のばらつきが大きい。【解決手段】本ラック軸４では、中空軸からなるラック
軸４の外周面４１ａの全周にわたり、複数の平坦部４１
ｂ〜４１ｇを冷間鍛造により形成し、横断面形状を略６
角形形状とする。一つの平坦部４１ｂにラック歯４４を
形成した。【効果】応力集中を緩和することができる。本ラック軸
を備える舵取り装置では、車両でのレイアウトの自由度
を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラック軸に関す
る。例えば、自動車のラックアンドピニオン式舵取り装
置等に利用されるラック軸に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ラックアンドピニオン式舵取り
装置では、自動車のハンドルに連結されるピニオンが回
転し、それに伴いピニオンと噛み合うラック軸が車両幅
方向に移動して、その結果、ラック軸の端部に連結され
る車輪の向きを変えて、車両の操舵がなされる。このと
き、ラック軸には、ピニオンからの軸方向の力の他、車
輪からの曲げ力が作用する。

【０００３】上述のラック軸は、例えば、中空軸の外周
面を冷間鍛造して平坦部を形成した後、この平坦部にラ
ック歯を形成することにより製造している。ラック軸の
外周面は平坦部と円周面で構成され、その断面形状が略
Ｄ字形形状となっている（図５参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この断面形状が略Ｄ字
形形状の中空のラック軸では、曲げ力が働く方向による
曲げ強度のばらつきが大きい傾向にある。例えば、ラッ
ク軸を反らせるように曲げ力がかかる場合を想定する。
図５に示すように、ラック軸９４の軸方向から見たと
き、曲げの中立軸ＮＡが、平坦部ＣＬに対してなす角度
Ｄが、約２０度となる場合に、曲げ強度が著しく低下す
る。

【０００５】ところで、コスト低減の要請のため、レイ
アウトの異なる複数の舵取り装置でラック軸が共用化さ
れている。従って、ラック軸が曲げ力を受ける方向もま
ちまちとなるが、上述のように曲げ強度が低い方向への
曲げ負荷は避けなければならず、舵取り装置のレイアウ
トに制限があった。また、舵取り装置に限らず一般の機
械や装置等であっても、ラック軸を利用する場合に、曲
げ方向に関して曲げ強度のばらつきが大きいと好ましく
ない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、曲げ方向に関する強度のばらつきを少なく
できるラック軸およびこれの製造方法を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に記載のラック軸は、ピニオンと噛み合う
ラック歯が軸方向の少なくとも一部の外周面に形成され
たラック軸において、上記外周面は、軸方向に延びる複
数の平坦部を周方向に沿って配置することにより、断面
形状を略多角形形状とされ、一の平坦部にラック歯が形
成されていることを特徴とする。

【０００８】この構成によれば、断面形状が略多角形形
状であれば、略Ｄ字形状に形成された従来のラック軸に
比べて、曲げ方向に関する曲げ強度のばらつきが少なく
なる。請求項２に記載のラック軸は、請求項１に記載の
ラック軸において、上記各平坦部が冷間鍛造により形成
された中空軸からなることを特徴とする。

【０００９】この構成によれば、冷間鍛造される平坦部
を複数設けて、全周にわたって配置することになるの
で、応力集中を緩和することができる。請求項３に記載
のラック軸の製造方法は、請求項２に記載のラック軸の
製造方法であって、上記各平坦部は冷間鍛造により同時
に形成されることを特徴とする。

【００１０】この構成によれば、冷間鍛造は各平坦部で
同時にされるので、平坦部毎に分けて冷間鍛造する場合
に比べて、冷間鍛造に伴う残留応力や歪み等も断面全体
でバランスし易い。その結果、部分的な残留応力や歪み
に起因する曲げ強度の低下を防止できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態のラ
ック軸を、これを有した舵取り装置を例に説明する。図
１は、上述の舵取り装置の概略構成を示す正面断面図で
ある。本舵取り装置１は、ラックアンドピニオン式のも
のである。舵取り装置１は、車両のハンドル（図示せ
ず）に連結される入力軸２と、この入力軸２に連結され
るピニオン３と、このピニオン３と噛み合うラック歯４
４が周面の一部に形成されたラック軸４と、ラック軸４
を覆うハウジング５とを有している。

【００１２】ハウジング５は、ピニオン３およびラック
軸４の噛み合い部を覆うギアボックス５１と、このギア
ボックス５１に連接された筒状のシリンダ５２とにより
構成されている。ハウジング５は、ギアボックス５１内
で軸受５３を介してピニオン３を回転自在に支持し、ま
た、シリンダ５２の端部に設けられたラックブッシュ５
４と、ギアボックス５１内に設けられたサポートヨーク
５６（図３参照）とを介してラック軸４を摺動自在に保
持している。

【００１３】ラック軸４の両端部は、ハウジング５の両
端の開口部から突出している。ラック軸４の両端部に
は、ボールジョイント６、タイロッド７等を介して操向
車輪（図示せず）が連結されている。また、本舵取り装
置１は、ラック軸４の軸方向の移動を補助する操舵補助
用のパワーシリンダ８と、このパワーシリンダ８に操舵
方向と操舵抵抗に応じて圧油を供給するために入力軸２
の周囲に設けられた油圧制御弁９とを有して、油圧パワ
ーステアリング装置に構成されている。なお、本発明
を、パワーシリンダ８および油圧制御弁９を省略したマ
ニュアル型の舵取り装置にも適用することができる。

【００１４】ハンドルを操作すると、ピニオン３が回動
し、これに噛み合うラック軸４がその軸方向（車幅方
向）に移動する。これにより操向車輪を操向することが
できる。これとともに、操舵方向と操舵抵抗に応じて油
圧制御弁９により圧油がパワーシリンダ８に供給され、
パワーシリンダ８によりラック軸４に操向操作の補助力
が付与される。

【００１５】ところで、ラック軸４には、操向車輪から
タイロッド７、ボールジョイント６を介して、曲げ力が
作用することがある。舵取り装置１の車両でのレイアウ
トに応じて、上述の曲げ力の方向も決まるが、曲げ力の
方向が異なると、従来のラック軸を利用することができ
なくなる場合があった。これに対して、本発明では、曲
げ力の方向に関わらずに共通のラック軸４を利用するこ
とができる。以下、詳細に説明する。

【００１６】ラック軸４は、真っ直ぐに延びた長尺の中
空軸である。ラック軸４は、その軸方向の中間部にあっ
てラック歯４４を有する歯形成部４１と、歯形成部４１
の両端から軸方向の両側に延設されてボールジョイント
６に接続される２つの延設部４２とを有しており、これ
ら各部は一体に形成されている。延設部４２の断面形状
は、円形環状に形成されている。延設部４２の一部がパ
ワーシリンダ８を貫通している。延設部４２は、外周面
が円周面からなるので、一般的なオイルシール等を利用
できて、パワーシリンダ８で作動油を容易に封止するこ
とができ、また、曲げ方向にかかわらず均一な曲げ強度
を得られる。

【００１７】歯形成部４１の外周面４１ａには、図２の
断面図に示すように、複数、例えば６つの平坦部４１ｂ
〜４１ｇが形成されている。これら複数の平坦部４１ｂ
〜４１ｇは、外周面４１ａの周方向に沿って配置され、
断面形状を略６角形形状に構成している。各平坦部４１
ｂ〜４１ｇは、ラック軸４の軸方向に延びる平行な平面
で形成されている。また、互いに隣接する平坦部４１ｃ
〜４１ｇ同士は、円周面４１ｒにより接続されている。
一の平坦部４１ｂにラック歯４４、例えば斜歯が形成さ
れ、平坦部４１ｃ〜４１ｇにはラック歯４４は形成され
ずに、平面とされている。

【００１８】ラック歯４４が形成された平坦部４１ｂ
は、幅方向（その平坦部４１ｂの表面に沿う方向であ
り、且つラック軸４の軸方向に直交する方向）に、他の
平坦部４１ｃ〜４１ｇと比べて長く形成されている。こ
のように、ラック歯４４を、幅方向に長い平坦部４１ｂ
に形成しているので、ピニオン３とのかみ合い部での歯
幅を確保できるようになっている。

【００１９】歯形成部４１の内周面４１ｈは、後述する
ように無理なく冷間鍛造できる形状であり、鍛造等の塑
性変形による応力集中を緩和するような形状に形成され
ている。例えば、内周面４１ｈは、平面４１ｊと、円周
面４１ｉと、平面４１ｊおよび円周面４１ｉを滑らかに
接続する凹湾曲面４１ｋで形成され、略Ｄ字形状の断面
形状を有している。平面４１ｊは、ラック歯４４の形成
された平坦部４１ｂの直近の内側に形成されている。ま
た、凹湾曲面４１ｋにより、冷間鍛造時に平面４１ｊお
よび円周面４１ｉの接続部に皺が生じることが防止さ
れ、皺に起因する強度の低下や、また、皺に起因する焼
き入れ時の焼き割れを防止することができる。

【００２０】また、ラック軸４は、図３の左側面断面図
に示すように、ギアボックス５１内で、ラック歯４４に
対する背面側から圧縮ばね５７によってサポートヨーク
５６を介して付勢され、ピニオン３との噛み合いを維持
するようにされている。サポートヨーク５６は、ギアボ
ックス５１に形成された保持孔５１ａ内に保持され、ラ
ック軸４の軸方向およびピニオン３の回転軸の延びる方
向に共に直交する方向（図３の矢印Ｍ参照）に摺動自在
とされている。サポートヨーク５６は、柱状部材で、そ
の一端で圧縮ばね５７と当接し、その他端に、押圧面５
６ａが形成されている。この押圧面５６ａは、複数、例
えば３つの平面を含み、各平面は、ラック軸４の背面と
なる平坦部４１ｄ〜４１ｆに面当たり状態でそれぞれ当
接して、ラック軸４のその軸回りの回転を規制しつつ、
ラック軸４を押しつけている。

【００２１】次に、本ラック軸４の歯形成部４１の製造
方法を図４を参照して説明する。まず、断面略円形の鋼
管９０をワークとする（図４（ａ），（ｂ）参照）。こ
のワークの歯形成部４１となる部分を冷間鍛造する。す
なわち、ワークに芯金９１を挿入しておく。この芯金９
１の横断面形状は、ラック軸４の歯形成部４１の内周面
４１ｈの形状に形成されている。ワークの外周面を全周
にわたって、例えばプレス加工により塑性変形させて、
複数の平坦部４１ｂ〜４１ｇ等の外周面４１ａおよび内
周面４１ｈを同時に形成する（図４（ｃ），（ｄ）参
照）。

【００２２】次に、平坦部４１ｂにラック歯４４を形成
する（図４（ｅ），（ｆ）参照）。このラック歯４４の
歯切り加工には、公知の方法を利用できる。さらに、ラ
ック歯４４を所定の硬度になるように硬化処理を施す。
この硬化処理には、公知の熱処理や表面処理の方法を利
用できる。このように本実施の形態によれば、図２に示
すように、ラック軸４の歯形成部４１の横断面形状が略
多角形形状であるので、略Ｄ字形状の外形に形成された
従来のラック軸（図５参照）に比べて、曲げ方向に関す
る曲げ強度のばらつきが少なくなる。その結果、例え
ば、本ラック軸４が適用される舵取り装置１の車両での
レイアウトの自由度を高めることができる。従って、本
ラック軸４を備える舵取り装置１をより多くの車両に適
用することができる。

【００２３】ここで、曲げ方向による曲げ強度のばらつ
きが少なくなる作用は、断面形状が略多角形形状であれ
ばよく、中空軸の他、中実軸であってもよいし、また、
ラック軸４の製造方法にもよらない。また、ラック軸４
は、冷間鍛造される複数の平坦部４１ｂ〜４１ｇを外周
面４１ａの全周にわたって配置しているので、応力集中
を緩和することができる。というのは、中空軸からなる
ラック軸４の平坦部４１ｂ〜４１ｇを冷間鍛造により形
成する場合には、平坦部４１ｂ〜４１ｇに近い内周面近
傍に応力集中が生じることがあるからであり、このとき
の集中する応力を全周にわたって分散させることができ
るので、曲げ方向による曲げ強度のばらつきを確実に少
なくすることができる。

【００２４】また、上述の製造方法では、冷間鍛造は各
平坦部４１ｂ〜４１ｇで同時にされるので、平坦部４１
ｂ〜４１ｇ毎に分けて冷間鍛造する場合に比べて、冷間
鍛造に伴う残留応力や歪み等も断面全体でバランスし易
い。その結果、部分的な残留応力や歪みに起因する曲げ
強度の低下を防止できる。その結果、曲げ方向による曲
げ強度のばらつきを確実に少なくすることができる。

【００２５】また、サポートヨーク５６の押圧面５６ａ
とラック軸４の平坦部４１ｄ〜４１ｆとが平面同士で当
接するので、ラック軸４のその軸回りの回転を抑制で
き、操舵操作時の快適感である操舵フィーリングを向上
させることができる。また、ラック軸４の断面の外形形
状は、略６角形が好ましい。というのは、３角形、４角
形および５角形の場合には、平坦部を冷間鍛造する際の
変形量が大きくなるので、残留応力や応力集中が生じる
ことが懸念される。また、７角形以上の多角形の場合に
は、６角形の場合と断面の大きさをほぼ同じにしたとき
に、ラック歯４４の歯幅を十分に確保し難くなるからで
ある。

【００２６】なお、横断面の外形に関する上述の略多角
形形状とは、外形の隣接する辺同士が角を形成する通常
の多角形形状の他、外形で隣接する辺同士が曲線で互い
に接続される上述したような多辺形形状も含み、また、
多角形としては、各辺の長さが同じの正多角形の他、各
辺の長さが異なるものも含む趣旨である。また、上述の
実施の形態では、ラック軸４の内周面４１ｈの形状は、
略Ｄ字形状の他、例えば、ラック軸４の外形に相似とな
る上述の略多角形形状としてもよい。

【００２７】また、ラック軸４の各平坦部４１ｂ〜４１
ｇは、公知の加工方法を利用して形成してもよい。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を
施すことが可能である。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、曲げ方
向による曲げ強度のばらつきを少なくできるので、本ラ
ック軸が適用される舵取り装置の車両でのレイアウトの
自由度を高めることができる。請求項２に記載の発明に
よれば、冷間鍛造された複数の平坦部を全周に配置する
ことによって、応力を分散させることができるので、曲
げ方向による曲げ強度のばらつきを確実に少なくするこ
とができる。

【００２９】請求項３に記載の発明によれば、各平坦部
を冷間鍛造により同時に成形することで、部分的な曲げ
強度の低下を防止でき、曲げ方向による曲げ強度のばら
つきを確実に少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のラック軸を備える舵取
り装置の概略構成を示す一部断面正面図である。

【図２】図１に示すラック軸の左側面断面図である。

【図３】図１に示す舵取り装置の左側面断面図であり、
ラック軸とピニオンとの噛み合い部近傍の断面を示す。

【図４】図２に示すラック軸の製造工程を説明するため
の断面図であり、（ａ）の正面断面図および（ｂ）の側
面断面図、（ｃ）の正面断面図および（ｄ）の側面断面
図、（ｅ）の正面断面図および（ｆ）の側面断面図の各
対がそれぞれ対応している。

【図５】従来のラック軸の断面図である。

【符号の説明】

３ピニオン４ラック軸４１ａ外周面４１ｂ平坦部（一の平坦部）４１ｃ〜４１ｇ平坦部４４ラック歯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピニオンと噛み合うラック歯が軸方向の少
なくとも一部の外周面に形成されたラック軸において、上記外周面は、軸方向に延びる複数の平坦部を周方向に
沿って配置することにより、断面形状を略多角形形状と
され、一の平坦部にラック歯が形成されていることを特
徴とするラック軸。
【請求項２】請求項１に記載のラック軸において、上記
各平坦部が冷間鍛造により形成された中空軸からなるこ
とを特徴とするラック軸。
【請求項３】請求項２に記載のラック軸の製造方法であ
って、上記各平坦部は冷間鍛造により同時に形成される
ことを特徴とするラック軸の製造方法。