JP2016013673A - ラックハウジングの製造方法およびラックハウジング - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化されたラックハウジングを、成形時の不具合の発生を抑制しつつ短時間で製造できる製造方法と、かかる製造方法によって製造されたラックハウジングとを提供すること。
【解決手段】金型３８においてラックハウジングの筒部１３に対応する領域に、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂のフィルムとを積層して構成された２枚の積層シート３７を、加熱された状態でセットする。そして、金型３８を型締めして、炭素繊維シートにフィルムの熱可塑性樹脂を含浸させ、２枚の積層シート３７のそれぞれを、筒部１３の半周分の半筒体１７と、半筒体１７の周方向Ｓの両端の接続部１６とを有する形状にプレス加工するとともに、両半筒体１７をそれぞれの接続部１６同士で結合させて筒部１３を形成する。
【選択図】図５

Description

この発明は、ラックハウジングの製造方法とそれによって製造されたラックハウジングとに関する。

自動車等におけるラックアンドピニオン式のステアリング装置では、ラック軸を直線往復動自在に支持しながら車体に固定するためにラックハウジングが用いられる。
ラックハウジングは、ラック軸の軸方向に長く形成され、操舵時に車輪から伝達される操舵反力を受けるため、ラックハウジング全体を強度や剛性に優れたアルミダイキャスト等によって形成するのが一般的である。

しかし、近年の省エネルギー化の要求により、自動車部品についても軽量化が求められるようになってきており、ステアリング装置の総重量に占める重量比が大きいラックハウジングについても、必要な強度および剛性を確保した上で軽量化することが検討されている。
軽量化のために、例えば、下記特許文献１に記載のように、ラックハウジングにおいてラック軸が挿通される円筒部を、織物繊維に熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを筒状に成形することが考えられる。

また、下記特許文献２では、２層の強化繊維基材を、これらの間に配置された熱可塑性樹脂製の結着材によって互いに固着させたものが、プリプレグとして提案されている。
また、下記特許文献３では、プリプレグとして樹脂を含浸させたカーボン繊維の織物によって、プラスチックケースを形成することが提案されている。

特開２０１３−２０８９２７号公報 特許第５１３６８７６号公報 特開平７−１４０２６２号公報

特許文献１のように熱硬化性樹脂によるプリグレグの場合、ラックハウジングの円筒部を形成するには長時間を要する。すなわち、シート状のプリプレグを筒状に成形するために加熱して軟化させる流動化時間や、筒状に成形後さらに熱硬化性樹脂の硬化温度まで昇温させる昇温時間も含めて、加熱開始から熱硬化性樹脂の完全硬化による円筒部の完成までにおよそ５時間以上の時間が必要となる。

自動車部品の製造に求められるサイクルタイムが１分間程度であることを考えると、この時間は非常に長い上、その間加熱し続けることによって消費されるエネルギーも大きいため、コスト増大が懸念される。
特許文献２のように熱可塑性樹脂によるプリプレグを用いれば、ラックハウジングのサイクルタイムの短縮を図ることができる。しかし、プリプレグは、肉厚で撓みにくい１枚のシートなので、ラックハウジング成形のためにプレプレグを一気にプレス加工する際に、プリプレグに層間剥離や皺といった不具合が発生する虞がある。

この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、軽量化されたラックハウジングを、成形時の不具合の発生を抑制しつつ短時間で製造できる製造方法と、かかる製造方法によって製造されたラックハウジングとを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、ラック軸（８）を覆う筒部（１３）を備えたラックハウジング（１０）の立体形状に対応した金型（３８）において前記筒部に対応する領域に、炭素繊維シート（６３）と熱可塑性樹脂のフィルム（６４）とを積層して構成された２枚の積層シート（３７）を、加熱された状態でセットする工程と、前記金型を型締めして、前記炭素繊維シートに前記フィルムの熱可塑性樹脂を含浸させ、前記２枚の積層シートのそれぞれを、前記筒部の半周分の半筒体（１７）と、前記半筒体の周方向（Ｓ）の両端の接続部（１６）とを有する形状にプレス加工するとともに、両半筒体をそれぞれの前記接続部同士で結合させて前記筒部を形成する工程と、を含むことを特徴とする、ラックハウジングの製造方法である。

請求項２記載の発明は、前記プレス加工により形成された前記筒部に熱可塑性樹脂を射出し、結合された前記接続部同士を覆うリブ（２０）を当該熱可塑性樹脂によって形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１記載のラックハウジングの製造方法である。
請求項３記載の発明は、前記ラックハウジングは、前記筒部の両端の少なくとも一方に連結される連結部（１４，１５）を備え、前記２枚の積層シートを加熱された状態で前記金型にセットする際に、前記金型において前記連結部に対応する領域に、他部品（７，８）が挿通されるカラー（２６，３０，３１，３２，３４，３６）をセットする工程を含み、前記筒部に熱可塑性樹脂を射出する工程では、前記カラーが一体化された前記連結部が当該熱可塑性樹脂によって形成されるとともに、前記筒部と前記連結部とが一体化されることを特徴とする、請求項２記載のラックハウジングの製造方法である。

請求項４記載の発明は、前記ラックハウジングは、前記筒部の両端の少なくとも一方に連結される金属円環（５１）と、前記金属円環に連結される連結部（１４，１５）とを備え、前記２枚の積層シートを加熱された状態で前記金型にセットする際に、前記金型に前記金属円環をセットする工程を含み、前記プレス加工により前記筒部を形成する工程では、前記筒部の両端の少なくとも一方に前記金属円環が内嵌されて、前記筒部と前記金属円環とが一体化されることを特徴とする、請求項２記載のラックハウジングの製造方法である。

請求項５記載の発明は、前記筒部に射出される熱可塑性樹脂は、フィラー（１９）を含むことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載のラックハウジングの製造方法である。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載のラックハウジングの製造方法により製造されることを特徴とする、ラックハウジングである。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１および６記載の発明によれば、ラックハウジングにおいてラック軸を覆う筒部が、熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＴＰ（Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics）で構成されているので、アルミダイキャスト等の金属で構成される場合と比べて、ラックハウジングの軽量化を図ることができる。
そして、筒部を構成する積層シートは、材料の段階では、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂のフィルムとに分かれていて、炭素繊維シートおよび熱可塑性樹脂のフィルムのそれぞれは、予め繊維に樹脂が含浸されたプリプレグと比べて、薄く撓みやすい。そのため、ラックハウジングの製造の際、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂のフィルムとを積層して構成された２枚の積層シートを、加熱された状態で金型にセットし、金型の型締めによってプレス加工しても、２つの半筒体の接続部同士が結合されることによって形成された筒部には、層間剥離や皺といった不具合が発生しにくい。

また、熱可塑性樹脂では、熱硬化性樹脂のように硬化前にある程度軟化させて流動化させるために要する時間や熱硬化性樹脂が完全硬化するまでの硬化時間が不要である。
よって、軽量化されたラックハウジングを、成形時の不具合の発生を抑制しつつ短時間で製造できる。
請求項２記載の発明によれば、筒部を構成する２つの半筒体において結合された接続部同士を覆うように射出された熱可塑性樹脂によって形成したリブによって、接続部同士の接続を補強できるので、筒部の強度を向上できる。

請求項３記載の発明によれば、筒部と連結部とを備える構成のラックハウジングにおいて、熱可塑性樹脂の射出成形により、カラーが一体化された連結部の形成と、連結部と筒部との一体化とを一度に実施できるので、ラックハウジングをさらに短時間で製造できる。
請求項４記載の発明によれば、金属円環を介して筒部と連結部とが連結される構成のラックハウジングにおいて、プレス加工により筒部を形成する際に、筒部と金属円環とを一体化することもできるので、ラックハウジングをさらに短時間で製造できる。

請求項５記載の発明によれば、フィラーが、筒部に射出される熱可塑性樹脂内で分散して熱可塑性樹脂の構造物（リブ等）を補強したり、２つの半筒体において結合された接続部同士を跨って貫通して強固に連結したりすることによって、筒部およびその周辺の強度および剛性の向上を図ることができる。

図１は、本発明のラックハウジングを組み込むことができるステアリング装置の一例の概略図である。 図２は、本発明のラックハウジングの実施の形態の一例を示す斜視図である。 図３（ａ）は、図２のラックハウジングにおける筒部を軸方向に直交する切断面で切断したときの断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部を拡大した断面図である。 図４は、積層シートの構成を示す模式図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、図２のラックハウジングを本発明の製造方法によって製造する一工程を説明する断面図である。 図６は、本発明の第１変形例に係るラックハウジングを軸方向に沿った切断面で切断したときの断面図である。 図７は、図６において一点鎖線で囲った部分を拡大した図である。 図８は、図７に第２変形例を適用した図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明のラックハウジングを組み込むことができるステアリング装置の一例の概略図である。
図１を参照して、ステアリング装置１は、ハンドル２と一体回転可能に連結されたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結されたインターミディエートシャフト５とを備えている。さらに、ステアリング装置１は、インターミディエートシャフト５に自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びるラック軸８とを備えている。

ピニオンシャフト７およびラック軸８により、ラックアンドピニオン機構である操舵機構９が構成されている。
ラック軸８は、車体に固定されるラックハウジング１０内においてラック軸８の軸方向Ｘに沿って直線往復動自在となるように、図示しない複数の軸受を介してラックハウジング１０によって支持されている。ラック軸８の両端部は、ラックハウジング１０の両側へ突出し、各端部にはタイロッド１１が結合されている。

各タイロッド１１は、図示しないナックルアームを介して、対応する操向輪１２に連結されている。運転者によってハンドル２が操作されて、ステアリングシャフト３が回転されると、その回転が、ピニオン歯７ａおよびラック歯８ａによって自動車の左右方向（軸方向Ｘ）に沿うラック軸８の直線運動に変換されて操向輪１２が転舵される。
図２は、本発明のラックハウジング１０の実施の形態の一例を示す斜視図である。図３（ａ）は、図２のラックハウジングにおける筒部を軸方向に直交する切断面で切断したときの断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部を拡大した断面図である。

図２を参照して、ラックハウジング１０は、ラック軸８の軸方向Ｘに延びる円筒状の立体形状を有してラック軸８を覆う筒部１３と、軸方向Ｘにおける筒部１３の両端に１つずつ連結される連結部１４および１５とを備えている。筒部１３の軸方向は、軸方向Ｘと同じである。
図３（ａ）を参照して、筒部１３は、その半周分の断面形状を有する２つの半筒体１７に２分割される。各半筒体１７では、その周方向Ｓの両端から、筒部１３の軸方向Ｘの全長に亘って外方へ折曲するように延設された平板状の接続部１６が一体的に形成されている。２つの半筒体１７によって１つの円形の断面形状が形成されるように２つの半筒体１７の接続部１６の側面１６ａ同士を結合させることによって、筒部１３が形成されている。

図３（ｂ）を参照して、このような半筒体１７の全体は、炭素繊維シートに熱可塑性樹脂を含浸させて構成した繊維強化複合材１８の層を複数積層することによって構成されている。
複数層の繊維強化複合材１８では、そのうち少なくとも２層の繊維強化複合材１８にランダムに貫通させた長繊維状のフィラー１９によって層間の結合が補強されており、各半筒体１７では、層間剥離や、層間剥離による強度や耐衝撃性やヒートショック性等の低下が防止されている。

また、２つの半筒体１７において互いの接続部１６の側面１６ａを継ぎ目として互いに積層された２層の繊維強化複合材１８も、熱可塑性樹脂を介して一体化されている。さらに、これらの２層を含む繊維強化複合材１８にランダムに貫通させたフィラー１９によって、接続部１６の側面１６ａ同士の結合が補強されており、これによって半筒体１７同士の剥離（分離）も防止されている。

結合された状態で筒部１３の径方向外方に突出する接続部１６同士は、リブ２０によって覆われている。リブ２０は、接続部１６同士の結合箇所に応じて、合計で２つ存在し（図３（ａ）参照）、各リブ２０は、筒部１３の軸方向Ｘの全長に亘って一体に設けられている。リブ２０により、各半筒体１７における周方向Ｓの両端のそれぞれにおいて、接続部１６同士の結合をさらに補強して、接続部１６間の剥離をより一層確実に防止できる。

図３（ａ）を参照して、筒部１３の外周において周方向Ｓにおける２つのリブ２０の中間位置には、筒部１３の径方向外方に突出しつつ筒部１３の軸方向Ｘの全長に亘って延びるリブ２１が、リブ２０と平行に設けられている。また、筒部１３の外周面において軸方向Ｘにおける複数箇所には、リブ２０および２１のそれぞれと直交して筒部１３の全周に亘る円環状のリブ２２が１つずつ設けられている（図２参照）。

図３（ｂ）を参照して、筒部１３の内周面は、各接続部１６を径方向外方へ折曲させる際に接続部１６同士の基端部の間に生じた凹部２３を埋める被覆２４によって被覆されている。これにより、筒部１３の内周面を平滑化して、筒部１３の内周面とラック軸８との摺動特性等を向上できる。
リブ２０〜２２および被覆２４のいずれも、次に説明する連結部１４および１５とともに、フィラー１９を含む熱可塑性樹脂によって一体に形成されている。

図２を参照して、連結部１４は、全体がフィラー１９を含む熱可塑性樹脂によって、筒部１３の一端（図２では右端）に連続する略筒状に形成されている。連結部１４において筒部１３側と反対側（図２では右側）には、ラック軸８の一端部（図２では右端部）をラックハウジング１０の外へ突出させるための開口２５が形成されている。
連結部１４における開口２５の周縁部には、当該周縁部を補強する金属製のカラー２６が一体化されている。カラー２６には、ラックハウジング１０に対する他部品であるラック軸８が挿通されるとともに、ラック軸８の直線運動を許容しつつ開口２５を閉じるブーツ（図示せず）が取り付けられる。

また、連結部１４の側面には、ピニオンシャフト７が挿通される開口２７と、ラック軸８を支持するサポートヨーク（図示せず）が挿入される開口２８とが形成されているとともに、ラックハウジング１０を車体に固定するための取付部２９が突設されている。
連結部１４における開口２７の周縁部には、当該周縁部を補強する金属製のカラー３０が一体化されている。カラー３０には、ラックハウジング１０に対する他部品であるピニオンシャフト７が挿通されるとともに、図示しないピニオンシャフトのカバーが取り付けられる。

連結部１４における開口２８の周縁部には、当該周縁部を補強する金属製のカラー３１が一体化されている。カラー３１には、ラックハウジング１０に対する他部品であるサポートヨーク（図示せず）が挿通されるとともに、サポートヨークが挿入された開口２８を閉じる封止部材（図示せず）が取り付けられる。
取付部２９は、フィラー１９を含む熱可塑性樹脂によって連結部１４と一体に形成されている。また、取付部２９には、車体への取り付けのためのボルト等が挿通される通孔を備えた金属製のカラー３２が一体化されている。

連結部１５は、全体がフィラー１９を含む熱可塑性樹脂によって、筒部１３の他端（図２では左端）に連続する略筒状に形成されている。連結部１５において筒部１３側と反対側（図２では左側）には、ラック軸８の他端部（図２では左端部）をラックハウジング１０の外へ突出させるための開口３３が形成されている。
連結部１５における開口３３の周縁部には、当該周縁部を補強する金属製のカラー３４が一体化されている。カラー３４には、ラック軸８が挿通されるとともに、ラック軸８の直線運動を許容しつつ開口３３を閉じるブーツ（図示せず）が取り付けられる。

また、連結部１５の側面には、ラックハウジング１０を車体に固定するための取付部３５が突設されている。取付部３５は、フィラー１９を含む熱可塑性樹脂によって連結部１５と一体に形成されている。また、取付部３５には、車体への取り付けのためのボルト等が挿通される通孔を備えた金属製のカラー３６が一体化されている。
図４は、筒部１３の材料となる積層シートの構成を示す模式図である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、ラックハウジング１０を本発明の製造方法によって製造する一工程を説明する断面図である。

図４を参照して、前述した炭素繊維シート（炭素繊維シート６３と呼ぶ）と、熱可塑性樹脂のフィルム６４とのそれぞれを、成形後の筒部１３の厚みを確保するのに必要な枚数だけ準備する。
単体の炭素繊維シート６３は、樹脂が含浸されていないドライの状態にある。炭素繊維シート６３としては、筒部１３の強度向上や軽量化を考えて、連続して延びる炭素繊維５５からなる織布、不織布、ストランド等が挙げられる。炭素繊維５５には、“トレカ”（登録商標）Ｔ３００や“トレカ”（登録商標）Ｔ７００に代表されるあらゆる炭素繊維を用いることができる。また、炭素繊維５５の一部をガラス繊維やアラミド繊維に置き換えることも可能である。炭素繊維シート６３における炭素繊維５５の向きは、筒部１３の剛性向上に寄与するように設定され、炭素繊維５５は、主に軸方向Ｘに引き揃えられる。

フィルム６４を構成する熱可塑性樹脂としては、ナイロン６、ナイロン６６、ポリアミド６６、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の熱可塑性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂の種類は適宜変更できる。ただし、ラックハウジング１０は、車両のエンジンルーム内で使用されることから瞬間的に１５０℃付近にまで達することがあるため、熱可塑性樹脂としては、この様な状況下でも使用可能な耐熱性を有し、かつフィルム化が容易なポリアミド６６、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂またはポリエーテルエーテルケトン樹脂を用いることが望ましい。

これらの炭素繊維シート６３とフィルム６４とを積層して、１枚の積層シート３７を構成する。炭素繊維シート６３とフィルム６４との積層パターンとして、炭素繊維シート６３とフィルム６４とが交互に積層される積層パターンが好ましいが、それ以外に、例えば炭素繊維シート６３が連続して積層された後にフィルム６４が積層されるような積層パターンもあり得る。

積層シート３７において、炭素繊維シート６３とフィルム６４とは、必要に応じて、接着剤による部分的な接着や、ポリエステル等の糸での縫い合わせにより、仮止めされてもよい。
完成した積層シート３７において、炭素繊維シート６３が前述したようにドライの状態にあり、この実施形態では、積層シート３７は、「セミプレグシート（炭素繊維５５に樹脂が含浸されていないシート）」とも呼ばれる。なお、繊維に樹脂が予め含浸されたシートは、プリプレグ（シート）と呼ばれる。

次いで、図５（ａ）を参照して、２枚の積層シート３７のそれぞれを半筒体１７の形状にプレス成形するとともに結合させて筒部１３を形成するプレス成形の工程と、フィラー１９を含む熱可塑性樹脂を射出成形してリブ２０〜２２ならびに連結部１４および１５を形成する射出成形の工程とを実施するために、射出成形用の金型３８を準備する。
金型３８は、筒部１３の内径に対応する外径を有して軸方向Ｘに延びる柱状の内型３９と、２つの外型４０とを備えている。２つの外型４０のそれぞれには、金型３８の型締めの際に相手側の外型４０に当接される平坦な合わせ面４１が設けられている。金型３８の型締めの際、２つの外型４０の合わせ面４１同士が面接触する。各外型４０の合わせ面４１には、相手側の合わせ面４１から離れる方向に窪む凹部４２が形成されている。凹部４２は、筒部１３の半周分に一致するように形成されていて、筒部１３の外径に対応する内径と、筒部１３の軸方向Ｘの全長に対応する長さとを有している。

また、各外型４０には、リブ２０〜２２に対応する凹溝４３〜４５が、凹部４２と連通するように形成されている。
そのため、凹部４２の合わせ面４１での開口部には、リブ２０の半分の厚み分の深さを有して軸方向Ｘにおける凹部４２の全長に亘る凹溝４３が形成されている。また、各外型４０における凹部４２の最奥部（最深部）には、リブ２１に対応して軸方向Ｘにおける凹部４２の全長に亘る凹溝４４が形成されている。さらに、凹部４２において軸方向Ｘにおける複数箇所には、各リブ２２に対応する円弧状の凹溝４５が形成されている。

さらに、図５（ａ）において右側の外型４０には、図示しない射出成型機のノズルの先端と接続されて金型３８内に熱可塑性樹脂を注入するためのゲート４６が設けられている。また、図５（ａ）で図示していないが、金型３８の筒部１３に対応する領域の軸方向Ｘの両側（紙面手前側と奥側）には、前述した連結部１４および１５（図２参照）のそれぞれの立体形状に対応した連結部形成領域という空間が連続して形成されている。連結部形成領域の所定の箇所には、カラー２６、３０、３１、３２、３４および３６のうち対応するものがセットされる保持部が備えられている。

このような金型３８では、型締めにより合わせ面４１同士が面接触された２つの外型４０と内型３９との間の空間が、ラックハウジング１０の立体形状に対応している。
このような金型３８を使用してラックハウジング１０を製造するには、まず、前述した積層シート３７を、半筒体１７と同数の２枚準備する。
次いで、２枚の積層シート３７のそれぞれを、例えばオーブンや赤外線ヒータを用いて熱可塑性樹脂の融点前後（主に融点以上）まで加熱（予熱）して軟化または溶融させる。そして、加熱された状態の２枚の積層シート３７を、図５（ａ）に示すように、金型３８において筒部１３に対応する領域（２つの外型４０と内型３９との間の空間）に、内型３９を挟むようにセットする。この際、金型３８内において、前述したように連結部１４および１５のそれぞれに対応する連結部形成領域の保持部（図示せず）に、カラー２６、３０、３１、３２、３４および３６をセットする。

次いで、図５（ｂ）を参照して、２つの外型４０の間に内型３９を挟んで２つの外型４０の合わせ面４１同士が面接触するように金型３８を型締めする。この際、２つの外型４０のうち、一方が固定されていて、他方が当該一方に接近することで金型３８の型締めが行われてもよい。金型３８の型締めによる圧力により、加熱状態の２枚の積層シート３７のそれぞれでは、軟化または溶融したフィルム６４の熱可塑性樹脂が、いわゆるマトリックス樹脂として各炭素繊維シート６３の炭素繊維５５（図４参照）に含浸して、各炭素繊維シート６３が、前述した繊維強化複合材１８となり、隣り合う繊維強化複合材１８が一体化される。これと同時に、２枚の積層シート３７のそれぞれが、半筒体１７と接続部１６とを有する略Ｕ字形状になるように、加熱状態でプレス加工されるとともに、両半筒体１７が、それぞれの接続部１６の側面１６ａ同士で面溶着により結合されて一体化し、これによって、筒部１３が形成される。

なお、炭素繊維シート６３の炭素繊維５５への熱可塑性樹脂の含浸を促進するため、各積層シート３７では、空気流法等による開繊処理（炭素繊維５５間の隙間を広げる処理）を炭素繊維シート６３に事前に施しておくことが好ましい。また、各積層シート３７のフィルム６４には、フィルム６４自体の靭性や熱可塑性樹脂と炭素繊維５５との接着性を高めるための添加剤や、プレス加工での加工性を高める可塑剤や減粘剤が配合されていてもよい。

以上のプレス加工に続いて、図５（ｂ）中に白矢印で示すように、フィラー１９を含む熱可塑性樹脂を、ゲート４６から金型３８内に注入する。すると、筒部１３における複数層の繊維強化複合材１８は、それぞれに含まれる熱可塑性樹脂に加えて、注入によって繊維強化複合材１８間および繊維強化複合材１８中に浸透された熱可塑性樹脂と、積層された少なくとも２層の繊維強化複合材１８を貫通する（熱可塑性樹脂内の）フィラー１９とによって、より強固に結合される。

また、両半筒体１７における接続部１６同士は、注入された熱可塑性樹脂と、接続部１６同士を構成する２層の繊維強化複合材１８を貫通するフィラー１９とによって、より強固に結合される。
また、金型３８内に注入された熱可塑性樹脂が、プレス加工により形成された筒部１３に射出されることにより、筒部１３の外周には、当該熱可塑性樹脂によってリブ２０〜２２が一体に形成され、筒部１３の内周面は、被覆２４によって被覆される。ここでの工程では、さらに、筒部１３の一端側に、カラー２６、３０、３１および３２が一体化された連結部１４が当該熱可塑性樹脂によって形成され、筒部１３の他端側に、カラー３４および３６が一体化された連結部１５が当該熱可塑性樹脂によって形成され、連結部１４および１５のそれぞれと筒部１３とリブ２０〜２２とが当該熱可塑性樹脂を介して一体化される。

このあと、冷却によって熱可塑性樹脂を固化させた後に、金型３８を開いて外型４０同士を離間させ、筒部１３から内型３９を軸方向Ｘに引き抜くことで、図２に示すラックハウジング１０が得られる。
以上の製造方法によれば、ラックハウジング１０においてラック軸８を覆う筒部１３が、熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＴＰで構成されているので、アルミダイキャスト等の金属で構成される場合と比べて、ラックハウジング１０の軽量化を図ることができる。

そして、筒部１３を構成する積層シート３７は、材料の段階では、炭素繊維シート６３と熱可塑性樹脂のフィルム６４とに分かれていて、炭素繊維シート６３および熱可塑性樹脂のフィルム６４のそれぞれは、予め炭素繊維５５に樹脂が含浸されたプリプレグと比べて、薄く撓みやすい（図４参照）。そのため、ラックハウジング１０の製造の際、炭素繊維シート６３と熱可塑性樹脂のフィルム６４とを積層して構成された２枚の積層シート３７を、加熱された状態で金型３８にセットし、金型３８の型締めによってプレス加工しても、２つの半筒体１７の接続部１６同士が結合されることによって形成された筒部１３には、プリプレグをプレス加工する際に生じやすい層間剥離や皺といった不具合が発生しにくい。

また、熱可塑性樹脂では、熱硬化性樹脂のように硬化前にある程度軟化させて流動化させるために要する時間や熱硬化性樹脂が完全硬化するまでの硬化時間が不要である。ちなみに、このように熱可塑性樹脂を用いて筒部１３を形成するのに要する時間は、熱硬化性樹脂を用いて筒部１３を形成する場合と比較して、１分程度の短い成形時間（低サイクルタイム）で製造することができる。よって、加工に要する時間を短縮することができ、結果としてラックハウジング１０の製造コストの低減を図ることができる。また、２枚の積層シート３７を用いてプレス成形によって筒部１３を形成する工程と、フィラー１９を含む熱可塑性樹脂を用いて射出成形によって連結部１４および１５を形成するとともに各部を一体化する工程の２工程を、同じ金型３８を用いて連続して実施できる。

以上により、軽量化されたラックハウジング１０を、成形時の不具合の発生を抑制しつつ短時間で製造できる。
また、筒部１３を構成する２つ半筒体１７において結合された接続部１６同士を覆うように射出された熱可塑性樹脂によって形成したリブ２０によって、接続部１６同士の接続を補強できるので、筒部１３の強度を向上できる。

また、熱可塑性樹脂の射出成形により、カラー２６、３０、３１、３２、３４および３６（これらのうちで対応するカラー）が一体化された連結部１４および１５といった複雑形状部品の形成と、連結部１４および１５と筒部１３との一体化とを一度に実施できるので、ラックハウジング１０をさらに短時間で製造できる。
また、フィラー１９が、筒部１３に射出される熱可塑性樹脂内で分散して熱可塑性樹脂の構造物（筒部１３、連結部１４および１５ならびにリブ２０〜２２）を補強したり、２つの半筒体１７において結合された接続部１６同士を跨って貫通して強固に連結したりする。これによって、半筒体１７同士の締結強度を向上し、連結部１４および１５を含む筒部１３全体の強度および剛性の向上を図ることができる。

なお、フィラー１９としては、積層された少なくとも２層の繊維強化複合材１８を貫通してその結合を補強したり、筒部１３、リブ２０〜２２ならびに連結部１４および１５の強度や剛性を向上したりし得る繊維状または板状の種々のフィラーが挙げられるが、長繊維状の炭素繊維が特に好ましい。炭素繊維は、それ自体が高強度である上、長繊維とすることで２層以上の積層された繊維強化複合材１８を貫通できるため、結合の補強効果に優れている。もちろん、フィラー１９が長繊維であれば、筒部１３、リブ２０〜２２ならびに連結部１４および１５の強度や剛性の更なる向上が図れる。これらの効果を得るために、炭素繊維等の長繊維状の繊維の繊維長は、１層の繊維強化複合材１８の厚み以上（例えば２ｍｍ以上）で、かつ１０ｍｍ以下であるのが好ましい。繊維長が１０ｍｍ以下であるのが好ましいのは、射出成形によって、フィラー１９の繊維をできるだけスムースかつ均一に、繊維強化複合材１８中に分散させるためである。

次に、本発明の変形例について説明する。
図６は、本発明の第１変形例に係るラックハウジング１０を軸方向Ｘに沿った切断面で切断したときの断面図である。図６において、上記に説明した部材と同様の部材には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する（以下で説明する図７および図８において同じ）。

第１変形例では、前述した連結部１４および１５の少なくとも一方が、フィラー１９（長繊維）の射出成形品として筒部１３に一体形成されるのではなく、完成した筒部１３に後から取り付けられる別部品であってもよい。図６では、連結部１４および１５の両方を、アルミダイキャスト等の金属製の別部品として示している。
この場合、第１変形例に係るラックハウジング１０は、筒部１３の両端において当該別部品が位置する少なくとも一方に連結される金属円環５１をさらに備えている。図６では、筒部１３の両端のそれぞれに金属円環５１が１つずつ連結されている。金属円環５１に、前述した別部品（連結部１４および１５の少なくとも一方）が連結される。

金属円環５１の外周面５１Ａには、事前に粗面加工が施されている。そのため、外周面５１Ａは、多数の凹凸部５２を有している。ここでの粗面加工としては、たとえば、アヤメローレット加工、キー溝加工、スプライン加工、ショットブラスト加工、酸によるエッチング、レーザーエッチング等が挙げられるが、加工コストを考慮するとアヤメローレット加工が望ましい。また、金属円環５１の内周面５１Ｂには、雌ねじ部５３が形成されている。

第１変形例に係るラックハウジング１０を製造する場合、前述したように２枚の積層シート３７を加熱された状態で金型３８にセットする際に（図５（ａ）参照）、金型３８に金属円環５１をセットする。具体的には、金型３８における内型３９の端部（図６の場合は、両端部）に金属円環５１を外嵌する。
その後、前述したように金型３８を型締めしてプレス加工により筒部１３を形成する工程において、筒部１３を構成する積層シート３７が金属円環５１の外周面５１Ａに巻き付けられる。その結果、筒部１３の両端の少なくとも一方（図６の場合は、両方）に金属円環５１が１つずつ内嵌されて、筒部１３と金属円環５１とが一体化される。その後、前述した実施形態と同様に、リブ２０〜２２が形成される。

図６では、連結部１４は、金属円環５１内に挿入される円筒状の挿入部１４Ａを含み、連結部１５は、金属円環５１内に挿入される円筒状の挿入部１５Ａを含んでいる。挿入部１４Ａおよび１５Ａのそれぞれの外周面には、雄ねじ部５４が設けられている。
連結部１４の雄ねじ部５４が、図６における右側の金属円環５１の雌ねじ部５３にねじ締結（機械的締結）されることにより、連結部１４は、この金属円環５１に連結されるとともに、この金属円環５１を介して筒部１３に一体化される。また、連結部１５の雄ねじ部５４が、図６における左側の金属円環５１の雌ねじ部５３にねじ締結されることにより、連結部１５は、この金属円環５１に連結されるとともに、この金属円環５１を介して筒部１３に一体化される。これにより、筒部１３と連結部１４と連結部１５とが一体化され、ラックハウジング１０が完成する。

なお、各金属円環５１は、その一部（たとえば、軸方向Ｘにおける端部の２ｍｍ程度）が軸方向Ｘにおける筒部１３の端部から軸方向Ｘにおける外側へはみ出すようにしておくと好ましい。そうすれば、筒部１３が連結部１４および１５に対して曲がろうとしたときに、連結部１４および１５は、筒部１３ではなく金属円環５１に接触することになるので、筒部１３の端部が連結部１４および１５に接触することによる筒部１３の破損を防止できる。

第１変形例によれば、筒部１３と別部品の連結部１４および１５とが金属円環５１を介して連結される構成のラックハウジング１０において、プレス加工により筒部１３を形成する際に、筒部１３と金属円環５１とを一体化することもできる。これにより、ラックハウジング１０を短時間で製造できる。また、筒部１３を構成する積層シート３７を金属円環５１の外周面５１Ａに巻き付ける構成なので、筒部１３の内周面に金属円環５１との締結のためのねじ部を切削加工する場合と比べて、積層シート３７内で連続した炭素繊維５５が途中で切断されることを防止できる。

図７は、図６において一点鎖線で囲った部分を拡大した図である。
図７を参照して、完成したラックハウジング１０では、筒部１３の内周面における各炭素繊維５５が周方向Ｓに延びていることが好ましい。各炭素繊維５５が周方向Ｓに延びていれば、前述したプレス加工での加圧により、筒部１３の内周面における各炭素繊維５５および熱可塑性樹脂は、金属円環５１の外周面５１Ａの凹凸部５２の凹部５２Ａに進入した状態になる。この状態では、筒部１３の内周面において積層シート３７から染み出た熱可塑性樹脂が、金属円環５１の外周面５１Ａの凹凸部５２に沿った形状で固化して抜け止め（アンカー）として機能しているとともに、金属円環５１の外周面５１Ａの凹部５２Ａに進入した炭素繊維５５も抜け止めとして機能している。そのため、筒部１３の内周面における熱可塑性樹脂および炭素繊維５５のアンカー効果によって、筒部１３と金属円環５１とが強固に接続されている。

図８は、図７に第２変形例を適用した図である。
図８を参照して、第２変形例における金属円環５１の外周面５１Ａには、凹凸部５２に沿うように熱接着フィルム５６が設けられている。熱接着フィルム５６は、金属円環５１が金型３８の内型３９の端部に対して外嵌される前に、金属円環５１の外周面５１Ａに取り付けられてもよいし、金属円環５１が内型３９に対して外嵌された後に金属円環５１の外周面５１Ａに取り付けられてもよい。熱接着フィルム５６が介在されることにより、筒部１３と金属円環５１とがより一層強固に接続される。

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能であり、種々の形状、構造を有するラックハウジングの製造に適用可能である。
たとえば、前述した実施形態（変形例も含む）では、筒部１３の両端に、連結部１４および１５が１つずつ連結されていたが、筒部１３の両端における少なくとも一方に連結部１４または１５が連結されていればよく、連結部１４および１５のどちらかが省略されてもよい。

また、射出成形する熱可塑性樹脂としては、炭素繊維シート６３に含浸させる熱可塑性樹脂と良好な相溶性を有する同種または異種の熱可塑性樹脂が挙げられるが、同種の熱可塑性樹脂が特に好ましい。
また、射出成形する熱可塑性樹脂としては、炭素繊維シート６３に含浸させる熱可塑性樹脂よりもメルトフローレートが大きいものを選択して用いるのが好ましい。

メルトフローレートが大きく流動性に優れた熱可塑性樹脂を射出成形することで、当該熱可塑性樹脂とフィラー１９とを、繊維強化複合材１８の層間、および繊維強化複合材１８中に良好に浸透させて、層間剥離をさらに良好に防止できる。
かかる効果の点で、射出成形する熱可塑性樹脂としては、メルトフローレートが３０ｇ／１０ｍｉｎ以上、特に５０ｇ／１０ｍｉｎ以上であるものを用いるのが好ましい。メルトフローレートがこの範囲未満では、熱可塑性樹脂とフィラー１９とを、繊維強化複合材１８の層間、および繊維強化複合材１８中に良好に浸透させて、層間剥離を防止する効果が得られないおそれがある。
また、本発明は、ラックハウジング１０以外の筒状部材の製造にも適用可能である。

７…ピニオンシャフト、８…ラック軸、１０…ラックハウジング、１３…筒部、１４…連結部、１５…連結部、１６…接続部、１７…半筒体、１９…フィラー、２０…リブ、２６…カラー、３０…カラー、３１…カラー、３２…カラー、３４…カラー、３６…カラー、３７…積層シート、３８…金型、５１…金属円環、６３…炭素繊維シート、６４…フィルム、Ｓ…周方向、Ｘ…軸方向

Claims (6)

1. ラック軸を覆う筒部を備えたラックハウジングの立体形状に対応した金型において前記筒部に対応する領域に、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂のフィルムとを積層して構成された２枚の積層シートを、加熱された状態でセットする工程と、
   前記金型を型締めして、前記炭素繊維シートに前記フィルムの熱可塑性樹脂を含浸させ、前記２枚の積層シートのそれぞれを、前記筒部の半周分の半筒体と、前記半筒体の周方向の両端の接続部とを有する形状にプレス加工するとともに、両半筒体をそれぞれの前記接続部同士で結合させて前記筒部を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする、ラックハウジングの製造方法。
2. 前記プレス加工により形成された前記筒部に熱可塑性樹脂を射出し、結合された前記接続部同士を覆うリブを当該熱可塑性樹脂によって形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１記載のラックハウジングの製造方法。
3. 前記ラックハウジングは、前記筒部の両端の少なくとも一方に連結される連結部を備え、
   前記２枚の積層シートを加熱された状態で前記金型にセットする際に、前記金型において前記連結部に対応する領域に、他部品が挿通されるカラーをセットする工程を含み、
   前記筒部に熱可塑性樹脂を射出する工程では、前記カラーが一体化された前記連結部が当該熱可塑性樹脂によって形成されるとともに、前記筒部と前記連結部とが一体化されることを特徴とする、請求項２記載のラックハウジングの製造方法。
4. 前記ラックハウジングは、前記筒部の両端の少なくとも一方に連結される金属円環と、前記金属円環に連結される連結部とを備え、
   前記２枚の積層シートを加熱された状態で前記金型にセットする際に、前記金型に前記金属円環をセットする工程を含み、
   前記プレス加工により前記筒部を形成する工程では、前記筒部の両端の少なくとも一方に前記金属円環が内嵌されて、前記筒部と前記金属円環とが一体化されることを特徴とする、請求項２記載のラックハウジングの製造方法。
5. 前記筒部に射出される熱可塑性樹脂は、フィラーを含むことを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載のラックハウジングの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のラックハウジングの製造方法により製造されることを特徴とする、ラックハウジング。

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