JP2009000734A

JP2009000734A - ラック及びその製造方法

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Publication number: JP2009000734A
Application number: JP2007166047A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kobayashi; 一登小林; Kotaro Hirota; 浩太郎廣田; Yuuki Mizushima; 勇貴水嶋; Hiroshi Tsubouchi; 啓坪内
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-01-08

Abstract

【課題】所望の形状のラックを低コストで造れる製造方法を実現する。
【解決手段】断面円形のロッド部の軸方向の一部の径方向片側面にラック歯を、塑性加工により形成する。このラック歯を形成する為の塑性加工に先立って、円杆状の素材１４に、第一、第二両ダイス１５、１７を通過させる扱き加工を施す。この様に塑性加工の前に、上記扱き加工を施す事により、上記素材１４の外径（断面形状）を、上記ラックの完成後に必要とされる形状との関係で所望のものに規制できる。この様な扱き加工は、上記塑性加工との繋がりを段取り良く行なえる為、ラックの製造コストの低減を図れる。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば自動車の操舵輪（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ステアリング装置のうち、ラック＆ピニオン式のステアリング装置に組み込むラックの製造方法の改良に関する。具体的には、所望の形状のラックを低コストで造れる製造方法を実現する事を意図したものである。

ステアリングホイールから入力された回転運動を舵角付与の為の直線運動に変換する為の機構として、ラック＆ピニオンを使用する、ラック＆ピニオン式のステアリング装置は、小型且つ軽量に構成でき、しかも剛性が高く良好な操舵感を得られる為、広く使用されている。図１１は、この様なラック＆ピニオン式のステアリング装置の１例を示している。このステアリング装置では、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、ステアリングギヤユニット５の入力軸６に伝達する。このステアリングギヤユニット５は、この入力軸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ラックとを備える。上記入力軸６と共にこのピニオンが回転すると、この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を押し引きして、上記操舵輪に所望の舵角を付与する。

上述の様なステアリングギヤユニット５を構成するラックを、素材に削り加工を施してラック歯を形成する、切削加工により造ると、製造コストが嵩む割合に、このラック歯の強度及び剛性を確保しにくい。これに対して、素材を塑性変形させてラック歯を加工すれば、このラック歯の加工に要する時間を短縮して、製造コストを低減でき、しかも、得られるラック歯の金属組織が緻密になる為、このラック歯の強度及び剛性を確保し易い。この様に、ラック歯を塑性変形により加工したラック及びその製造方法に関する発明として従来から、特許文献１〜３に記載された発明が知られている。

このうちの特許文献１、２には、円杆状の素材を、１対の金型同士の間で強く挟持し、この素材の一部外周面に、このうちの一方の金型に設けた凹凸形状を転写して、ラック歯とする、ラックの製造方法に関する発明が記載されている。ラック歯を形成する事に伴って生じた（ラック歯のうちの凹部となるべき部分から押し出された）余肉は、上記両金型同士の間で、ラックの本体部分から側方に、バリ状に突出させ、後から除去する。

この様な特許文献１、２に記載された従来技術の場合、余肉をラックの本体部分から側方に突出させる為、このラックを押圧する１対の金型に生じる応力が高くなり、これら両金型の寿命確保が難しい。しかも、上記本体部分から側方にバリ状に突出した余肉を除去する工程が必要になり、製造コストが嵩む事が避けられない。更には、上述の様に上記両金型に大きな応力が加わる様な加工でありながら、上記一方の金型に設けた凹凸形状を上記素材に確実に転写する為に、この転写を含む塑性加工を、熱間鍛造又は温間鍛造により行なう必要がある。熱間鍛造にしろ、温間鍛造にしろ、加工時に金型が温度上昇に基づいて熱膨張するが、この熱膨張量を正確に規制する事は難しい為、得られるラック歯の精度を十分に確保する事が難しい。

上述の様な不都合を解決する為に上記特許文献３には、円杆状の素材のうちで、ラック歯を形成すべき部分の背面側に凹部を形成しておき、ラック歯を形成する事に伴って生じた余肉をこの凹部に逃がす、ラックの製造方法に関する発明が記載されている。
この様な特許文献３に記載された従来技術の場合、上記特許文献１、２に記載された従来技術を実施する場合に生じる不都合がない代わりに、上記凹部の加工が必要になり、やはり製造作業が面倒で、製造コストが嵩む事が避けられない。特に、上記凹部は、スエージング加工、旋盤加工等で加工する為、凹部の加工から、次に行なうラックの加工作業に円滑に移行する事（連続でその後の加工をする事）が難しい。この事は、やはり製造コストを高くする原因となる。

前述した様に、円杆状の素材の軸方向の一部に塑性加工のみを施してラック歯を形成する事ができれば、このラック歯の強度及び剛性を確保しつつ、ラックの製造コストの低減を図れる。但し、この様に塑性加工のみを施してラック歯を形成する場合、上述の様に余肉を逃がす為の凹部を形成する等、素材の断面形状を所望の形状に規制する必要がある。又、この様にラック歯を形成する理由の他にも、上記ラックの完成後に必要とされる形状との関係で、塑性加工により押し出される金属材料の容積を規制すべく、この塑性加工を行なう前に、上記素材の断面形状を所望の形状に規制しなければならない場合もある。何れの場合でも、この素材の断面形状を所望の形状に規制すべく、前述した様な凹部を形成する場合と同様の加工を施すのであれば、製造コストを高くする原因となり、好ましくない。

特開平１０−５８０８１号公報特開２００１−７９６３９号公報特許第３４４２２９８号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、所望の形状のラックを低コストで造れる製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の対象となるラックは、金属材製で、断面円形のロッド部と、このロッド部の軸方向の一部で径方向片側面に塑性加工により形成されたラック歯とを備える。
特に、本発明のうち、特許請求の範囲の請求項１に記載したラックの製造方法にあっては、上記ロッド部となるべき円杆状の素材をダイスに通過させる事により、この素材の少なくとも軸方向に関する一部分の外径を縮める（所望の断面形状に縮める）、扱き加工を施す。この扱き加工は、上記素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰す事により、上記ラック歯を形成すべき部分となる平面部（完全な平面だけでなく、例えば曲率半径が大きな曲面等の、平面と同視し得る面、言い換えれば、ラック歯を塑性加工により形成する当たりその前段階で必要とされる面を含む）を形成する第一の塑性加工を施す前と、この第一の塑性加工を行なった後で、且つ、上記平面部に上記ラック歯を形成する第二の塑性加工を施す前とのうちの、少なくとも何れかの段階で行なう。

尚、この扱き加工は、具体的には、例えば次の様に施す事ができる。
即ち、特許請求の範囲の請求項２に記載した発明の様に、上記第一の塑性加工を行なう前に、上記素材の軸方向全体に亙り外径を縮める（所望の断面形状に縮める）、扱き加工を施す事ができる。
又は、同じく請求項３に記載した発明の様に、上記第一の塑性加工を行なう前と、この第一の塑性加工を行なった後で、且つ、第二の塑性加工を行なう前とのうちの少なくとも何れかの段階で、上記素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を縮める（所望の断面形状に縮める）扱き加工を施す事ができる。
又は、同じく請求項４に記載した発明の様に、上記第一の塑性加工を行なう前に、上記素材の軸方向に関する一部分で、少なくともラック歯を形成すべき部分に対応する部分（必要に応じて、この部分、並びに、この部分よりも先端側部分）の外径を縮める（所望の断面形状に縮める）扱き加工を施す事ができる。
又は、同じく請求項５に記載した発明の様に、上記第一の塑性加工を行なう前に、上記素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分を除いた部分の外径を縮める（所望の断面形状に縮める）扱き加工を施す事ができる。

尚、これら請求項２〜５に記載した発明は、それぞれ単独で実施する事ができる他、これらのうちから必要な扱き加工を組み合わせて実施する事もできる。
例えば、上記請求項２に記載した発明の様に、素材の軸方向全体に亙り外径を縮める（所望の断面形状に縮める）、第一の扱き加工を施した後、例えば請求項４に記載した発明の様に、この素材の軸方向に関する一部分でラック歯を形成すべき部分に対応する部分、並びに、この部分よりも先端側部分の外径を縮める（所望の断面形状に縮める）、第二の扱き加工を施す事もできる。尚、請求項３や請求項５に記載した発明に関しても、上記請求項２に記載した発明の実施の後（第一の扱き加工を施した後）に、上記請求項４に記載した発明と同様に実施する（第二の扱き加工を施す）事もできる。

又、例えば、請求項３に記載した発明の様に、第一の塑性加工を行なう前に、素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を縮める（所望の断面形状に縮める）、第一の扱き加工を施した後、請求項４に記載した発明の様に、上記素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分（必要に応じて、この部分、並びに、この部分よりも先端側部分）の外径を縮める（所望の断面形状に縮める）、第二の扱き加工を施す事もできる。これら第一、第二の扱き加工は、前後を逆にする事もできる。
これらの他にも、必要とする外径（断面形状）を得られる様に、適宜組み合わせる事は可能である。

又、本発明のうち、特許請求の範囲の請求項６に記載したラックの製造方法にあっては、前記ロッド部となるべき円杆状の素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰す事により、前記ラック歯を形成すべき部分となる平面部（前述の場合と同様、完全な平面だけでなく、例えば曲率半径が大きな曲面等の、平面と同視し得る面を含む）を形成する第一の塑性加工を施す前と、この第一の塑性加工を行なった後で、且つ、上記平面部に上記ラック歯を形成する第二の塑性加工を施す前とのうちの少なくとも何れかの段階で、上記素材の軸方向端面に、この素材の外径よりも小さい外径を有するパンチを軸方向に押し付けて、この素材の軸方向端面に凹孔を、塑性加工で形成する事により、この素材の少なくとも軸方向に関する一部分（請求項１〜５に記載された「一部分」と同じ部分を意味するものではない。）で、この凹孔を形成した部分の外径を大きくする、拡径処理を施す。

より具体的には、例えば請求項７に記載した様に、上記素材の軸方向先端面に凹孔を形成する事により、この素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分の外径を大きくする、拡径処理を施す。
尚、請求項８に記載した様に、これら請求項６〜７に記載した発明を実施する場合に、上記素材をダイスに通過させる事により、この素材の少なくとも軸方向に関する他部分（請求項１〜５に記載した「一部分」に対応する部分）の外径を縮める、扱き加工を行ないつつ、この素材の軸方向に関する一部分（請求項１〜５に記載した「一部分」とは異なる部分）の外径を大きくする、拡径処理を施す事も可能である。この扱き加工は、上述した請求項２〜５に記載した発明のうちから必要に応じで（１乃至複数）採用できる。

上述の様に構成する、本発明のラックの製造方法によれば、所望の形状のラックを低コストで造れる。
即ち、ラック歯を形成する為の塑性加工の前に、扱き加工と拡径処理とのうちの少なくとも何れかの処理を施す事により、素材の外径（断面形状）を、上記ラックの完成後に必要とされる形状との関係で、上記塑性加工により押し出される金属材料の容積を考慮した、所望のものに規制できる。しかも、塑性加工の一種である上記扱き加工並びに拡径処理は、前述した特許文献３に記載された従来技術の場合に必要となる、スエージング加工、旋盤加工等の削り加工とは異なり、ラック歯を形成する為等に行なう、他の塑性加工との繋がりを段取り良く行なえる。従って、ラック全体としての製造工程を能率良く行なえる為、上記扱き加工又は拡径処理を行なう事に伴う、ラックの製造コストの上昇を、僅少に抑えられる。

［実施の形態の第１例］
図１〜３は、請求項１、３、４、５に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。先ず、本例の製造方法により造られるラック８の構造に就いて、図１により説明する。
このラック８は、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で、中実材である断面円形のロッド部９と、このロッド部９の軸方向の一部（図１の左部）の径方向片側面に、塑性加工により形成されたラック歯１０とを備える。本例の場合、上記ロッド部９は、全長に亙り、外周面から中心部迄同種金属材により一体に造られている。尚、本例の場合は、上記ロッド部９のうちの上記軸方向の一部で、上記ラック歯１０を形成した部分から周方向に外れた背面部分１１の断面形状の曲率半径Ｒ₁₁｛図４の（Ｂ）参照｝を、上記ロッド部９の軸方向残部である、円杆部１２の外周面の曲率半径ｒ₁₂（図示省略）よりも大きく（Ｒ₁₁＞ｒ₁₂）なっている。

又、上記ラック８の外周面の周方向に離隔した２個所位置に、互いに平行な１対の平坦面１３、１３を、それぞれ上記ラック８の軸方向に連続する状態で設けている。これら両平坦面１３、１３は、上記ラック８の片側面に形成したラック歯１０の歯先に接する仮想平面に対し直角方向に設けている。本例の場合には、上記両平坦面１３、１３を、上記ロッド部９の外周面のうちで、軸方向に関して上記ラック歯１０を形成した部分に対応する部分から先端部（図１の左端部）まで、連続する状態で設けている。この様な両平坦面１３、１３は、特願２００７−５６８６７に開示されている様に、例えばステアリング装置に組み付けた状態で、上記ラック８をハウジング内にその軸方向の移動を可能に支持する為のガイドスリーブの内周面に設けた摺動部と係合（摺接）させる事により、上記ラック８が自身の中心軸回りに回転する事を阻止する為のものである。

次に、上述の様なラック８の製造方法に就いて、図２〜３により説明する。
先ず、図２の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で円杆状の素材１４を第一のダイス１５に通過させる第一の扱き加工を施す事により、この素材１４の軸方向に関する一部分の外径を縮める。具体的には、上記ラック歯１０（図１参照）を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側（図２の右端側）部分の外径を縮める。そして、この軸方向に関する一部分に対する残部、即ち、上記ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分の外径、並びに、この部分よりも先端側（図２の左端側）部分の外径が、上記軸方向に関する一部分（ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分）の外径よりも大きな、第一中間素材１６とする。この様にラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の直径を小さくする理由は、完成後のラック８の軽量化を図る為である。

次いで、本例の場合には、図２の（Ｂ）→（Ｃ）に示す様に、上述の様な第一の扱き加工を施した第一中間素材１６を、第二のダイス１７に通過させる第二の扱き加工を施す事により、この第一中間素材１６のうちでラック歯１０を形成すべき部分の外径を縮める。即ち、ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分を残し、このラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分の外径を縮める。そして、この様な第二の扱き加工、並びに、上述の様な第一の扱き加工を施す事により、上記素材１４の軸方向に関する一部分で、上記ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分を除いた部分の外径を（２段階に亙って）縮めた、第二中間素材１８とする。この様にラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分の外径を、このラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも外径を大きくする理由は、後述する様に、このラック歯１０を形成すべき部分に平面部を形成する事に伴って、この平面部の背面、即ち背面部分１１の曲率半径Ｒ₁₁が大きくなった状態で、この背面部分１１の周面と上記先端側部分の周面とを連続させる為（連続させる為に必要な金属材料を残しておく為）である。そして、この様に連続させる事により、前記両平坦面１３、１３を、前記ロッド８（図１参照）の先端縁にまで達する状態で形成できる様にする。

上述の様に、図２の（Ｃ）に示す様な第二中間素材１８を形成したならば、図３の（Ａ）に示す様に、この第二中間素材１８（のうちのラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分並びにこの部分よりも先端側部分）を、受型１９の上面に設けた、断面円弧形の凹溝部２０内にセット（載置）する。この凹溝部２０の内面の曲率半径Ｒ₂₀は、前記ラック８（完成後のラック８）のうち、上記ラック歯１０と径方向反対側部分に存在する背面部分１１の曲率半径Ｒ₁₁｛図４の（Ｂ）参照｝とほぼ（加工力解除に伴うスプリングバック分を除き）一致（Ｒ₂₀≒Ｒ₁₁）している。又、この凹溝部２０の内面の曲率半径Ｒ₂₀は、上記第二中間素材１８のうちで、上記第二の扱き加工の際に外径を縮めずに残した、上記ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分の半径Ｒａ｛図２（ｃ）参照｝とも、ほぼ一致（Ｒ₂₀≒Ｒ₁₁≒Ｒ_a ）している。上記凹溝部２０内に上記第二中間素材１８をセットしたならば、次いで、図３の（Ｂ）に示す様に、この凹溝部２０に沿って長い押圧パンチ２２の先端面（下端面）により上記第二中間素材１８（のうちのラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分）を、この凹溝部２０に向けて強く押圧する、据え込み加工（第一の塑性加工）を行なう。

尚、上記押圧パンチ２２の先端面の形状は、一般的には平坦面とする。但し、上記凹溝部２０の幅方向（図３の左右方向）に関して、曲率半径が大きな凹曲面としたり、幅方向両端部が上記受型１９に向けて直線的若しくは曲線的に突出する、（据え込み加工後の形状の上端部を抱き込む様な）凹形状とする事もできる。何れにしても、上記図３の（Ｂ）に示した据え込み加工では、上記第二中間素材１８の軸方向の一部でラック歯１０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、第三中間素材２３とする。この第三中間素材２３は、上記ラック歯１０を形成すべき部分の外周面に、前記背面部分１１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、これら両面部２４、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。又、上記分円筒面部２４は、上記ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分（第二の中間素材１８の先端部で第二の扱き加工の際に外径を縮めずに残した部分）の外周面と連続する。

次いで、上記第三中間素材２３を、上記受型１９の凹溝部２０から取り出して、図３の（Ｃ）に示す様に、成型用ダイス２７に設けた成形用凹溝２８の開口部に挿入（セット）する。この成形用凹溝２８は、Ｕ字形の断面形状を有し、底部２９の曲率半径は、前記受型１９の凹溝部２０の内面の曲率半径Ｒ₂₀と、ほぼ一致している。但し、上記成形用凹溝２８の内幅は、上記第三中間素材２３の外幅よりも少し小さい。又、この成形用凹溝２８の両内側面の深さ方向｛図３の（Ｃ）、（Ｄ）の上下方向｝中間部分には、互いに平行な平面である、１対の成形用平坦面３０、３０を設けている。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。上記第三中間素材２３は、これら両ガイド傾斜面部３１、３１同士の間に掛け渡す様にして、上記成形用凹溝２８の開口部にセットする。

この様に、上記第三中間素材２３を上記成形用凹溝２８の開口部にセットしたならば、次いで、図３の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、この成形用凹溝２８内に上記第三中間素材２３を、歯成形用パンチ３２により強く押し込む。この結果、この第三中間素材２３が、幅方向両端部を塑性変形させつつ、上記成形用凹溝２８内に押し込まれる。この際、上記第三中間素材２３の幅寸法が大きい分、この第三中間素材２３の幅方向両端部は、上記成形用凹溝２８内に押し込まれつつ、この成形用凹溝２８の成形用平坦面３０、３０とガイド傾斜面部３１、３１との連続部で扱かれる。この結果、上記幅方向両端部の金属材料を上方に移動させつつ、上記第三中間素材２３の断面が、図３の（Ｃ）に示した状態から（Ｄ）に示した状態にまで変化する（第二の塑性加工が行なわれる）。

又、上記第三中間素材２３を上記成形用凹溝２８内に押し込む為の、上記歯成形用パンチ３２の下面には、得るべきラック歯１０に見合う形状の、成形用の波形凹凸を設けている。従って、上記歯成形用パンチ３２により上記第三中間素材２３を上記成形用凹溝２８の底部２９にまで押し込んだ後、更にこの歯成形用パンチ３２により上記第三中間素材２３を強く押圧すれば、上記波形凹凸の形状がこの第三中間素材２３の一部に転写されて、当該部分に素ラック歯３３が形成される。この結果、上記図３の（Ｃ）に示した第三中間素材２３が、（Ｄ）に示した素ラック３４となる。但し、この状態での素ラック３４は、完成状態のラック８に比べて、形状精度及び寸法精度が不十分であり、上記素ラック歯３３の端縁も尖ったままである。

又、この素ラック歯３３の加工に伴って（歯底となるべき部分から）押し出された金属材料は、上記成形用凹溝２８の両成形用平坦面３０、３０に強く押し付けられる。又、これと共に、上記素ラック３４のうちで上記素ラック歯３３よりも先端側部分｛図２の（Ｃ）の左端部分｝も、上記歯成形用パンチ３２の下面のうちで上記波形凹凸から外れた部分により、上記成形用凹溝２８内で押圧される。この為、上記素ラック３４の左右両側面のうち、上記素ラック歯３３を形成した部分に対応する部分に互いに平行な平坦面１３、１３が、この素ラック３４の軸方向先端縁にまで達する状態で形成される。これら両平坦面１３、１３は、上記素ラック歯３３の歯先に接する仮想平面に対し、直角方向に存在する。

上述の様な素ラック３４を造ったならば、上記歯成形用パンチ３２を上昇させてから、この素ラック３４を上記成形用凹溝２８から取り出し、図３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、上記素ラック３４を上下反転させる。この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１０の形状に見合う（完成後の形状に対して凹凸が反転した）形状を有する。又、上記サイジング用凹凸面部３６の両側部分には、上記両平坦面１３、１３を抑え付ける、互いに平行な１対の平坦面である、抑え面部３７、３７を設けている。そこで、押型３８により、図３の（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に、上記素ラック３４の素ラック歯３３を形成した部分を、上記サイジング用凹凸面部３６に向け、強く押し付ける。

上記押型３８の下面には、造るべきラック８の背面部分１１の曲率半径Ｒ₁₁に一致する曲率半径を有する押し凹溝３９を形成しており、上記素ラック３４は、上記背面部分１１となるベき部分をこの押し凹溝３９に嵌合させた状態で、上記サイジング用凹凸面部３６に向け強く押圧される。この為、上記図３の（Ｆ）に示した、上記サイジング用ダイス３５と上記押型３８とを十分に近づけた状態で、上記ラック歯１０が、図４の（Ａ）に示した、先端縁が尖った（シャープエッジである）素ラック歯３３から、同図の（Ｂ）に示した完成後の状態のラック歯１０（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、上記背面部分１１に関しても、形状及び寸法が適正になる。又、上記両平坦面１３、１３に関しても、上記両抑え面部３７、３７に押し付けられて、面精度を向上させられる。

この様にして得られたラック８は、ラック歯１０の幅寸法、強度、剛性を、何れも十分に確保でき、しかもこのラック歯１０を形成した部分以外の外径（ラック歯１０よりも基端側部分の外径）が必要以上に大きくならずに軽量にできる。又、上記ラック歯１０の塑性加工と同時に、上記両平坦面１３、１３も塑性加工する為、この両平坦面１３、１３を備えた所望の形状のラック８を、低コストで造れる。
即ち、本例の場合には、上記ラック歯１０を形成する為の塑性加工の前に、図２に示した様に、素材１４の外径（断面形状）を所望の値に規制する為の第一、第二両扱き加工を施す。この為、余肉がバリとなって径方向外方に突出する事を防止でき、歩留まりの向上による材料費の低減を図れる他、上記ラック歯１０の形成に必要な加工荷重を抑えると共に、余肉除去の為の後処理を不要にできる。又、本例の場合には、この様な余肉を生じない様にする（余肉を逃がす）だけでなく、上記ラック８の完成後に必要とされる形状との関係で、上記塑性加工により押し出される金属材料を考慮した、所望の形状に規制できる。

即ち、本例の場合には、完成後の状態で前記両平坦面１３、１３を上記ラック８の先端縁にまで達する様に形成すべく、上記第二の扱き加工を施す事により、第二中間素材１８の状態でその先端部に金属材料を残している。この為、上記ラック歯１０を形成した状態で、このラック歯１０の背面部とこのラック歯１０よりも先端部の外周面とを連続させる事ができ、上記ラック８の完成後の状態で、前記両平坦面１３、１３をこのラック８の先端縁にまで達する様に形成できる。又、この様に素材１４の外形（断面形状）を規制する為の、塑性加工の一種である上記扱き加工は、前述した特許文献３に記載された従来技術の場合に必要となる、スエージング加工、旋盤加工等の削り加工とは異なり、上記ラック歯１０を形成する為等に行なう、他の塑性加工との繋がりを段取り良く行なえる。従って、ラック８全体としての製造工程を能率良く行なえる為、上記扱き加工を行なう事に伴う、ラック８の製造コストの上昇を、僅少に抑えられる。しかも、切削、研磨、ガンドリル等の加工設備の必要がなく、この様な設備に関する投資を極力少なくできる点からも、低コストで造れる。

［実施の形態の第２例］
図５は、請求項１、３、４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、第一の扱き加工を施した第一中間素材１６に、図５の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、第二のダイス１７ａに通過させる第二の扱き加工を施す。そして、上記第一中間素材１６のうちでラック歯１０（図１参照）を形成すべき部分、並びに、このラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分の外径を縮める。この様な本例の場合には、この様な第二の扱き加工を施した第二中間素材１８ａとして、前述した実施の形態の第１例の様な、上記ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分の先端側部分の外径を、残部に比べて大きくすると言った構成｛図２の（Ｃ）参照｝を採用していない。この為、そのままでは、上記ラック歯１０を形成した状態で、上記先端側部分の半径が、このラック歯１０を形成した部分の背面部１１（図１参照）の曲率半径よりも小さくなる。即ち、そのままでは、前述した実施の形態の第１例の様に、両平坦面１３、１３をロッド８（図１参照）の先端縁にまで達する状態で形成する事ができない。

この場合に、上記両平坦面１３、１３を、上記ロッド８の先端縁にまで達する状態で形成する必要がなければ、或は、この様な両平坦面１３、１３を形成しない場合には、そのままで良い。但し、これら両平坦面１３、１３をロッド８の先端縁にまで達する状態で形成する必要がある場合には、上記第二の中間素材１８ａに、後述する実施の形態の第７例（図１０）で説明する様な拡径処理を施す事ができる。又、この他にも、例えば上記ラック歯１０を形成する為の抑え込み加工を行なう際に｛例えば前述の図３の（Ｃ）→（Ｄ）の加工を行なう際に｝、その先端部外周面を押し潰す（先端部のうちで背面側に対応する部分の金属材料を上方に押し上げる）事により、この先端部のうちで上記両平坦面１３、１３を形成すべき部分に対応する部分の金属材料を確保して、これら両平坦面１３、１３を、上記ロッド８の軸方向に亙り連続する状態で、このロッド８の先端縁にまで達する様に形成できる。尚、前述の様に先端部の外径を大きくしておけば、この様に先端部外周面を押し潰す必要はなく、外周面を連続させられる（外周面に段差をなくせる）。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［実施の形態の第３例］
図６は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、前述の図３に示す様な塑性加工を施す前に、図６の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、素材１４に扱き加工を施して、ラック歯１０（図１参照）を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を縮めた、第一中間素材１６ｂとする。そして、この第一中間素材１６ｂに、前述の図３に示す様な塑性加工を施す事により、例えば前述の図１に示した様なラック８を形成する。即ち、本例の場合には、前述した実施の形態の第１、２例の場合の様な、第二の扱き加工は施さない。尚、本例の場合には、上記図３の（Ａ）→（Ｂ）に示す抑え加工（塑性加工）を行なう前に、上述の扱き加工を施しているが、例えばこの図３の（Ａ）→（Ｂ）の抑え加工（塑性加工）を終えてから、上述の扱き加工を施す事もできる。何れにするかは、例えば塑性加工と扱き加工との繋がりを段取り良く行なえる事等を考慮して決定する。尚、両平坦面１３、１３（図１参照）を形成するか否か、或は、これら両平坦面１３、１３をロッド８（図１参照）の先端縁にまで達する様に形成するか否かは、自由である。必要に応じて、前述の実施の形態の第２例（段落［００３２］参照）で説明した様な拡径処理等を施せば良い。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例並びに第２例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［実施の形態の第４例］
図７は、請求項１、４、５に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、前述の図３に示す様な塑性加工を行なう前に、図７の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、素材１４に扱き加工を施して、ラック歯１０（図１参照）を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分を除いた部分の外径を縮めた、第一の中間素材１６ｃとする。そして、この第一中間素材１６ｃに、前述の図３に示す様な塑性加工を施す事により、例えば前述の図１に示した様なラック８を形成する。

この様な本例の場合には、前述の実施の形態の第１〜３例の様に、ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を、このラック歯１０を形成すべき部分の外径よりも縮める為の扱き加工を施していない。但し、上述の様な図７（Ａ）→（Ｂ）の扱き加工を施した後に、前述の実施の形態の第３例（図６参照）に示した様な扱き加工を施す事により、上記ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を縮める事もできる。この様に基端側部分の外径を縮める事で、軽量化を図れる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１〜３例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［実施の形態の第５例］
図８は、請求項１、４に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、前述の図３に示す様な塑性加工を行なう前に、図８の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、素材１４に扱き加工を施して、ラック歯１０（図１参照）を形成すべき部分に対応する部分、並びに、この部分よりも先端側部分の外径を縮めた、第一の中間素材１６ｄとする。そして、この第一中間素材１６ｄに、前述の図３に示す様な塑性加工を施す事により、例えば前述の図１に示した様なラック８を形成する。尚、本例の場合には、この図１に示した様なラック８の様な、ラック歯１０よりも基端側の外径を縮める事は行なわず、この部分の外径を上記素材１４の外径と同じままとし、この部分の剛性の確保を図っている。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１〜４例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［実施の形態の第６例］
図９は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、前述の図３に示す様な塑性加工を行なう前に、或は、前述の図２、５〜８に示す様な扱き加工を施す前に、図９の（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）に示す様に、予備素材４０に扱き加工を施して、この予備素材４０の軸方向全体に亙り外径を縮めた、素材１４とする。そして、この素材１４に、必要に応じて前述の図２、５〜８に示す様な扱き加工を施すと共に、前述の図３に示す様な塑性加工を施す事により、例えば前述の図１に示した様なラック８を形成する。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１〜５例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［実施の形態の第７例］
図１０は、請求項６〜８に対応する、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例の場合には、前述の図５、６、８、９に示す様な扱き加工や、前述の図３に示す様な塑性加工を行なう前後、乃至は、途中で、円杆状の素材４１の軸方向端面に、この素材４１の外径よりも小さい外径を有するパンチ４２を軸方向に押し付けて、この素材４１の軸方向端面に凹孔４４を塑性加工により形成している。そして、この様に凹孔４４を形成する事により、上記素材４１の少なくとも軸方向に関する一部分で、この凹孔４４を形成した部分の外径を大きくしている（拡径処理を施している）。より具体的には、上記素材４１の軸方向先端部（図１０の左端部）をダイス４３に挿通した状態で、上記パンチ４２をこの素材４１の先端面に突き当て、この素材４１の先端部を塑性変形させて上記凹孔４４を形成する事により、この素材４１の軸方向に関する一部分で、ラック歯１０（図１参照）を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分の外径を大きくしている。この様に当該部分の外径を大きくする理由は、前述の図２や図７で当該部分の外径を大きくする理由と同様に、完成後の状態で平坦面１３、１３を上記ラック８（図１参照）の先端縁にまで達する様に形成する為である。尚、上記パンチ４２により先端面に形成された凹孔４４は、雌ねじを形成する為のタップ下孔として用いる事ができる。又、この凹孔４４に金属材を密に内嵌して、この凹孔４４を塞ぐ事も可能である。

上述の様な拡径処理は、例えば、前述の図５に示した実施の形態の第２例の様な、素材１４の軸方向に関する一部分（拡径処理を施す「一部分」と同じ部分を意味するものではない）で、ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を縮めた、同図（Ｄ）に示す第二中間素材１８ａを形成した後、或は、同図（Ｃ）の第二の扱き加工を行ないつつ（行なうのと同時に）、施す事ができる。又、図６に示した実施の形態の第３例の様な、素材１４の軸方向に関する一部分（拡径処理を施す「一部分」と同じ部分を意味するものではない）で、ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を縮めた、同図（Ｂ）に示す第一中間素材１６ｂを形成した後、或は、同図（Ａ）の扱き加工を行ないつつ（行なうのと同時に）、施す事ができる。又、図８に示した実施の形態の第５例の様な、素材１４の軸方向に関する一部分（拡径処理を施す「一部分」と同じ部分を意味するものではない）で、ラック歯１０を形成すべき部分に対応する部分の外径を縮めた、同図（Ｂ）に示す第一中間素材１６ｄを形成した後、施す事ができる。又、図９に示した実施の形態の第６例の様な、素材１４の軸方向全体に亙り外径を縮めた、同図（Ｃ）に示す様な素材１４を形成した後、施す事もできる。そして、上述の様な拡径処理を施した後、前述の図３に示す様な塑性加工を施して、図１に示す様なラック８とする。

尚、上述の様な扱き加工を施す事なく、円杆状の素材１４に上述の図１０に示した拡径処理を施した後、そのまま図３に示す様な塑性加工を施して、例えば図１に示す様なラック８とする事もできる。又、この様な図３の塑性加工を行なう前でなく、例えばこの図３の（Ａ）→（Ｂ）の抑え加工（塑性加工）を終えてから、上述の拡径処理を施す事もできる。何れにするかは、段取り良く行なえる事や、加工精度、完成後の必要な形状等を考慮して決定する。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１〜６例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

本発明のラックの製造方法は、前述の図１１に示した様な、ステアリングギヤユニット５を構成するラックの製造に適用して、このステアリングギヤユニット５のコスト低減を図れる。但し、本発明は、この様なステアリングギヤユニット５に限らず、各種機械装置に組み込むラックに適用して、当該機械装置のコスト低減に寄与する事もできる。
又、上述した実施の形態の各例の扱き加工を組み合わせて実施したり、（第一、第二各）ダイス１５、１７、１７ａの径の大きさを変える事で、共通の素材から、形状、寸法、ギヤ緒元の異なるラックを形成する事もできる（異なる形状、寸法、ギヤ緒元のラックを共通の素材から造る事ができる）。

本発明の実施の形態の第１例の製造方法により造られるラックの斜視図。第１例の製造方法を工程順に示す、部分切断側面図。続く工程を工程順に示す、図１のＡ方向から見た断面図。サイジング前後のラック歯の形状を示す部分斜視図。本発明の実施の形態の第２例を示す、図２と同様の図。同第３例を示す、図２と同様の図。同第４例を示す、図２と同様の図。同第５例を示す、図２と同様の図。同第６例を示す、図２と同様の図。同第７例を示す、図２と同方向から見た断面図。本発明の対象となる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１例を示す側面図。

符号の説明

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ステアリングギヤユニット
６入力軸
７タイロッド
８ラック
９ロット部
１０ラック歯
１１背面部分
１２円杆部
１３平坦面
１４素材
１５第一のダイス
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ第一中間素材
１７、１７ａ第二のダイス
１８、１８ａ第二中間素材
１９受型
２０凹溝部
２１背面部分
２２押圧パンチ
２３第二中間素材
２４部分円筒面部
２５平坦面部
２６曲面部
２７成形用ダイス
２８成形用凹溝
２９底部
３０成形用平坦面
３１ガイド傾斜面部
３２歯成形用パンチ
３３素ラック歯
３４素ラック
３５サイジング用ダイス
３６サイジング用凹凸面部
３７抑え面部
３８押型
３９押し凹溝
４０予備素材
４１素材
４２パンチ
４３ダイス
４４凹孔

Claims

金属材製で、断面円形のロッド部と、このロッド部の軸方向の一部で径方向片側面に塑性加工により形成されたラック歯とを備えたラックの製造方法であって、
上記ロッド部となるべき円杆状の素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰す事により、上記ラック歯を形成すべき部分となる平面部を形成する第一の塑性加工を施す前と、この第一の塑性加工を行なった後で、且つ、上記平面部に上記ラック歯を形成する第二の塑性加工を施す前とのうちの少なくとも何れかの段階で、
上記素材をダイスに通過させる事により、この素材の少なくとも軸方向に関する一部分の外径を縮める、扱き加工を施す、ラックの製造方法。
第一の塑性加工を行なう前に、素材の軸方向全体に亙り外径を縮める扱き加工を施す、請求項１に記載したラックの製造方法。
第一の塑性加工を行なう前と、この第一の塑性加工を行なった後で、且つ、第二の塑性加工を行なう前とのうちの少なくとも何れかの段階で、素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分よりも基端側部分の外径を縮める扱き加工を施す、請求項１に記載したラックの製造方法。
第一の塑性加工を行なう前に、素材の軸方向に関する一部分で、少なくともラック歯を形成すべき部分に対応する部分の外径を縮める扱き加工を施す、請求項１に記載したラックの製造方法。
第一の塑性加工を行なう前に、素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分を除いた部分の外径を縮める扱き加工を施す、請求項１に記載したラックの製造方法。
金属材製で、断面円形のロッド部と、このロッド部の軸方向の一部で径方向片側面に塑性加工により形成されたラック歯とを備えたラックの製造方法であって、
上記ロッド部となるべき円杆状の素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰す事により、上記ラック歯を形成すべき部分となる平面部を形成する第一の塑性加工を施す前と、この第一の塑性加工を行なった後で、且つ、上記平面部に上記ラック歯を形成する第二の塑性加工を施す前とのうちの少なくとも何れかの段階で、
上記素材の軸方向端面に、この素材の外径よりも小さい外径を有するパンチを軸方向に押し付けて、この素材の軸方向端面に凹孔を、塑性加工で形成する事により、この素材の少なくとも軸方向に関する一部分で、この凹孔を形成した部分の外径を大きくする拡径処理を施す、ラックの製造方法。
素材の軸方向先端面に凹孔を形成する事により、この素材の軸方向に関する一部分で、ラック歯を形成すべき部分に対応する部分よりも先端側部分の外径を大きくする拡径処理を施す、請求項６に記載したラックの製造方法。
素材をダイスに通過させる事により、この素材の少なくとも軸方向に関する他部分の外径を縮める、扱き加工を行ないつつ、この素材の軸方向に関する一部分の外径を大きくする拡径処理を施す、請求項６〜７のうちの何れか１項に記載したラックの製造方法。