JP2017056479A - ラック軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増大を抑制しつつラック歯を精度良く形成することができるラック軸の製造方法を提供する。
【解決手段】第１軸と第２軸とが軸方向に縦列接合されたラック軸６の製造方法では、鍛造工程では、ラック歯１１が軸方向Ｘに配列されたラック領域１２が第１軸２１に形成される。焼き嵌め工程では、第１軸２１の凹部２５と第２軸２２の凸部２６とを嵌め合わせ、第１軸２１に施した鍛造工程の熱を利用して焼き嵌めする。
【選択図】図７

Description

この発明は、ラック軸の製造方法に関する。

下記特許文献１に記載のラック製造方法では、第１歯部が形成された第１のバーと、第２歯部が形成された第２のバーと、これらのバーの間に位置決めされた継手部材とが摩擦圧接で接合されることによって、ラックバーが形成される。このラックバーが組み込まれたラックアンドピニオン装置は、ラックバーを収容するラックハウジングを有している。ラックハウジングは、ステアリングホイールが取り付けられたステアリング軸に連結される入力軸を支持している。入力軸には、第１歯部と噛み合う操舵ピニオンが形成されている。

ラックバーの第１のバーでは、軸方向における位置によって第１歯部の圧力角、ピッチ、捩れ角等が異なる。これにより、ラックアンドピニオン装置では、バリアブルギヤレシオ（ＶＧＲ：VariableGear Ratio）が達成される。

特開２０１４−２３４８８２号公報

特許文献１に記載のラック製造方法では、第１軸と第２軸とを軸方向に接合するが、第１軸および第２軸の中心軸同士がずれやすいという欠点がある。
このような欠点を解消するためには、継ぎ目のない１本の軸に鍛造によってラック歯を形成することが考えられる。しかし、この場合、継ぎ目のない１本の軸を収容するための大きな金型が必要となり、コストが増大する虞がある。

一方、大きな金型を用いず、１本の軸を部分的に金型内に収容して鍛造する場合、軸の拘束が不十分であるため、軸が伸びてしまいラック歯を精度良く形成できない虞がある。
この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、コストの増大を抑制しつつラック歯を精度良く形成することができるラック軸の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第１軸（２１）と第２軸（２２）とが軸方向（Ｘ）に縦列接合されたラック軸（６）の製造方法であって、前記第１軸にラック歯（１１）が前記軸方向に配列されたラック領域（１２）を形成する鍛造工程と、前記第１軸の一端（２１Ａ）と前記第２軸の一端（２２Ａ）とを嵌め合わせ、前記第１軸に施した鍛造工程の熱を利用して焼き嵌めする焼き嵌め工程と、を含む、ラック軸の製造方法である。

請求項２に記載の発明は、前記鍛造工程は、前記第１軸の前記一端に凹部（２５）を形成する工程を含み、前記第２軸は、前記一端に前記凹部よりも外径（Ｐ２）の大きな凸部（２６）を有し、前記焼き嵌め工程は、前記凸部を前記凹部に圧入して嵌合した後、前記凹部を熱収縮により収縮させて前記凹部と前記凸部とを固着状態にする工程を含む、請求項１に記載のラック軸の製造方法である。

請求項３に記載の発明は、前記鍛造工程において、前記第１軸は、所定の鍛造温度に加熱され、前記焼き嵌め工程における前記第１軸の温度は、前記鍛造温度以下である、請求項１または２に記載のラック軸の製造方法である。
請求項４に記載の発明は、前記焼き嵌め工程において、前記第１軸の温度が前記第２軸の温度よりも高い、請求項１〜３のいずれか一項に記載のラック軸の製造方法である。

請求項５に記載の発明は、前記鍛造工程において、前記第１軸の全体が金型（４１）内に収容された状態で、前記第１軸に前記ラック領域が形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のラック軸の製造方法である。
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に記載の発明によれば、鍛造工程では、第１軸のみにラック領域が形成される。そのため、鍛造工程に用いられる金型には、ラック軸を構成する２本の軸のうちの一方である第１軸のみを収容すればよく、第２軸を収容する必要がない。したがって、鍛造工程で用いられる金型の大型化を抑制できるので、コストの増大を抑制できる。また、第１軸を金型内に収容しやすくなるため、ラック歯を精度良く形成することができる。

また、焼き嵌め工程では、鍛造工程の熱を利用して第１軸の一端と第２軸の一端とを嵌め合わせて焼き嵌めできる。そのため、鍛造工程とは別の工程として第１軸を加熱する工程を設ける必要がないので、コストの増大を抑制することができる。
以上の結果、コストの増大を抑制しつつラック歯を精度良く形成することができる。
請求項２に記載の発明によれば、第２軸は、第１軸の凹部よりも外径の大きな凸部を有する。そのため、凸部を凹部に圧入することになり、圧入後に凹部は熱収縮により収縮し、凸部が凹部によって締め付けられる。これにより、凸部を凹部に強固に固定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、鍛造工程では、所定の鍛造温度に加熱されて軟化した状態の第１軸にラック歯が形成されるため、ラック歯の寸法精度を向上させることができる。また、鍛造工程の熱を利用することで、通常の焼き嵌めよりも高い温度に加熱された凹部に凸部を焼き嵌めすることができる。そのため、焼き嵌め後の凹部の収縮量を大きくすることができるので、凸部を凹部に強固に固定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、焼き嵌め工程において、第１軸の温度が第２軸の温度よりも高い。そのため、焼き嵌め後の凹部の収縮量を大きくすることができるので、凸部を凹部に強固に固定することができる。
請求項５に記載の発明によれば、第１軸全体が金型内に収容された状態でラック領域が形成されるので、鍛造工程において第１軸が軸方向に伸びることを効果的に防止できる。そのため、ラック歯を一層精度良く形成することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るラック軸を備えるステアリング装置の概略正面図である。 図２は、図１に示すラック軸の製造工程を示す模式図であり、凹部形成工程を示している。 図３は、ラック軸の製造工程を示す模式図であり、凸部形成工程を示している。 図４は、ラック軸の製造工程を示す模式図であり、鍛造工程の一部を示している。 図５は、図４の次の工程を示す模式図である。 図６は、ラック軸の製造工程を示す模式図であり、焼き嵌め工程の一部を示している。 図７は、図６の次の工程を示す模式図である。

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、本発明の一実施形態に係るラック軸６を備えるステアリング装置１の概略正面図である。
図１を参照して、ステアリング装置１は、操舵部材２と、ステアリングシャフト３と、中間軸４と、ピニオン軸５と、ラック軸６と、ハウジング７とを主に含んでいる。

操舵部材２として、たとえば、ステアリングホイールを用いることができる。操舵部材２には、ステアリングシャフト３の一端が連結されている。ステアリングシャフト３の他端と中間軸４の一端とが自在継手８によって連結されている。また、中間軸４の他端とピニオン軸５の一端とが自在継手９によって連結されている。ピニオン軸５の他端の外周面には複数のピニオン歯１０が一体的に設けられている。

ラック軸６は、車両の幅方向である図１の左右方向に延びる略円柱状である。ここで、図１においてラック軸６が延びる左右方向を、軸方向Ｘとする。以下では、図１のステアリング装置１の姿勢を基準として、左側を軸方向Ｘの一方側Ｘ１といい、右側を軸方向Ｘの他方側Ｘ２という。図１以外の各図において図１の軸方向Ｘ、一方側Ｘ１および他方側Ｘ２に対応する方向には、図１と同じ符号を付している。ラック軸６は、ハウジング７に収容されている。ハウジング７は、図示しない車体に固定されている。

ラック軸６は、ピニオン軸５とともにラックアンドピニオン機構１３を構成している。ラック軸６は、複数のラック歯１１が軸方向Ｘに配列されたラック領域１２を有している。
ラック軸６は、前述した複数のラック歯１１が形成された第１軸２１と、第１軸２１に一方側Ｘ１から隣接する第２軸２２とを含む。第１軸２１と第２軸２２とは、軸方向Ｘに縦列接合されている。第１軸２１の他方側Ｘ２の端部は、ハウジング７から他方側Ｘ２へ突出している。第１軸２１の他方側Ｘ２の端部には、継手３０、タイロッド３１およびナックルアーム（図示しない）を介して転舵輪３２が連結されている。第２軸２２の一方側Ｘ１の端部は、ハウジング７から一方側Ｘ１へ突出している。第２軸２２の一方側Ｘ１の端部には、継手３０、タイロッド３１およびナックルアーム（図示しない）を介して転舵輪３２が連結されている。

ラック歯１１は、ピニオン歯１０と噛み合っており、ラック歯１１およびピニオン歯１０を介してピニオン軸５の回転がラック軸６に伝達されることによって、ラック軸６は、軸方向Ｘへ移動（ストローク）する。
操舵部材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、中間軸４を介してピニオン軸５が回転される。ピニオン軸５の回転は、ピニオン歯１０からラック歯１１に伝達され、軸方向Ｘに沿ったラック軸６の直線運動に変換される。これにより、転舵輪３２の転舵が達成される。

ラックアンドピニオン機構１３は、ストロークレシオがラック領域１２内における位置によって異なる、いわゆるＶＧＲのラックアンドピニオン機構である。ストロークレシオは、ピニオン軸５の回転角等の回転量に対する軸方向Ｘへのラック軸６の移動量（ストローク量）の度合いを示す。詳しくは、ストロークレシオは、ピニオン軸５の単位回転量当たりにラック軸６が軸方向Ｘへストロークした量を示す指標であり、ピニオン軸５の回転量に対するラック軸６のストローク量の比率である。

車両が直進しているときのステアリング装置１の状態を、操舵中立状態ということにする。また、軸方向Ｘにおけるラック軸６の位置をストローク位置とし、操舵中立状態におけるラック軸６の位置を中立位置とする。また、ラック軸６が中立位置から軸方向Ｘへ移動し、ストッパ等（図示せず）に当接することによって当該移動が規制されたときのラック軸６の位置をストロークエンド位置とする。

ＶＧＲのラックアンドピニオン機構１３では、ラック軸６が中立位置付近に位置するときは、ピニオン軸５の単位回転量当たりの軸方向Ｘへのラック軸６のストローク量が小さく、ラック軸６がストロークエンド位置付近に位置するときは、ピニオン軸５の単位回転量当たりの軸方向Ｘへのラック軸６のストローク量が大きい。そのため、ラック軸６が中立位置付近に位置するときは、操舵部材２がぶれにくく操縦安定性を確保できる。また、ラック軸６がストロークエンド位置付近に位置するときは、転舵輪３２をクイックに転舵させることができるので、操舵部材２の操作性を向上させることができる。

複数のラック歯１１は、圧力角や、ピッチや、捩れ角等が軸方向Ｘの位置に応じて異なるように構成されている。捩れ角とは、軸方向Ｘの軸直角方向でもある径方向Ｒのうち図１において紙面の上下に延びる方向に対するラック歯１１の歯すじの交差角度である。複数のラック歯１１では、例えば、軸方向Ｘにおけるラック領域１２の中央から外側に向かうにしたがって、圧力角、ピッチおよび捩れ角のそれぞれが大きくなるように設定されている。

第１軸２１は、軸方向Ｘに延びる略円柱状であり、中心軸Ｃ１を有する。第１軸２１の一方側Ｘ１の端部２１Ａ（一端）には、他方側Ｘ２へ向けて窪む凹部２５が形成されている。第１軸２１の端部２１Ａは、凹部２５を中空部分とし、凹部２５を取り囲む円筒部２８を有する。円筒部２８の一方側Ｘ１の端面は、軸方向Ｘから見て凹部２５の底面を取り囲む環状である。円筒部２８の一方側Ｘ１の端面と凹部２５の底面とは、第１軸２１の一方側Ｘ１の端面を構成している。凹部２５は、軸方向Ｘから見て、第１軸２１の一方側Ｘ１の端面の中心部に形成されているため、円筒部２８では、中心軸Ｃ１を中心とする径方向Ｒにおける肉厚が均一である。複数のラック歯１１は、第１軸２１において軸方向Ｘに凹部２５から離間した位置に形成されている。

第２軸２２は、軸方向Ｘに延びる略円柱状であり、中心軸Ｃ２を有する。第２軸２２は、第１軸２１と同軸状に配置されているため、第２軸２２の中心軸Ｃ２は、第１軸２１の中心軸Ｃ１と一致している。第２軸２２の他方側Ｘ２の端部２２Ａ（一端）には、他方側Ｘ２へ向けて突出する凸部２６が形成されている。凸部２６は、第２軸２２の他の部分に比べて小径な円柱状なので、端部２２Ａにおいて凸部２６の基端部の径方向外方には、段部２７が形成されている。段部２７の他方側Ｘ２の端面は、軸方向Ｘから見て凸部２６の先端面を取り囲む環状である。段部２７の他方側Ｘ２の端面と凸部２６の先端面とは、第２軸２２の他方側Ｘ２の端面を構成している。

完成状態のラック軸６では、第１軸２１の凹部２５には、第２軸２２の凸部２６が圧入状態、すなわちしまりばめの状態で嵌合されている。そのため、凸部２６が嵌合された状態の凹部２５の直径（内径）Ｄ１は、凹部２５に嵌合された状態の凸部２６の直径（外径）Ｄ２と等しい。
以下では、このようなラック軸６の製造方法について詳しく説明する。まず、ラック軸６の製造方法の準備工程として、凹部形成工程と凸部形成工程とが行われる。図２は、図１に示すラック軸６の製造工程を示す模式図であり、凹部形成工程を示している。

図２に示す凹部形成工程では、軸方向Ｘに延びる円柱状の第１軸２１が準備され、第１軸２１の一方側Ｘ１の端部２１Ａ（一端）に凹部２５が形成される。具体的には、加工される前の第１軸２１の一方側Ｘ１の端部２１Ａ（二点鎖線参照）がフライス盤等の加工治具４０によって切削されることによって、凹部２５が形成される。常温において、凸部２６が嵌合される前の状態の凹部２５の直径（内径）Ｐ１は、凸部２６が嵌合された状態の凹部２５の直径Ｄ１（図１参照）よりも小さい。

図３は、ラック軸６の製造工程を示す模式図であり、凸部形成工程を示している。
図３に示す凸部形成工程では、軸方向Ｘに延びる円柱状の第２軸２２が準備され、第２軸２２の他方側Ｘ２の端部２２Ａに凸部２６が形成される。具体的には、加工される前の第２軸２２の他方側Ｘ２の端部２２Ａ（二点鎖線参照）が加工治具４０によって径方向外方から切削されることによって、凸部２６が形成される。第２軸２２に凸部２６が形成されることによって、端部２２Ａにおいて凸部２６の基端部の径方向外方に段部２７が形成される。常温において、凹部２５に嵌合される前の状態の凸部２６の直径（外径）Ｐ２は、凹部２５に嵌合された状態の凸部２６の直径Ｄ２と等しい。また、直径Ｐ２は、直径Ｐ１（図２参照）よりも大きい。

凹部形成工程および凸部形成工程は、いずれかの工程を先に行ってもよいし、これらの工程を同時に行ってもよい。なお、加工される前の第１軸２１（図２参照）および第２軸２２は、軸方向Ｘに延びる１本の軸（図示しない）を軸方向Ｘにおける所定の位置で切断することによって準備してもよい。
次に、ラック軸６の製造工程の一部であるラック歯形成工程としての鍛造工程について説明する。鍛造工程では、第１軸２１にラック歯が形成される。

図４は、ラック軸６の製造工程を示す模式図であり、鍛造工程の一部を示している。図５は、図４の次の工程を示す模式図である。
図４を参照して、まず、第１軸２１に複数のラック歯１１を鍛造工程によって形成する際に用いる一対の金型４１を準備する。一対の金型４１は、軸方向Ｘに対する直交方向Ｙに互いに対向するように配置されている。ここでは、説明の便宜上、紙面の上側を上側Ｙ１とし、紙面の下側を下側Ｙ２とする（図５においても同様とする）。また、上側Ｙ１の金型４１を上型４２といい、下側Ｙ２の金型４１を下型４３という。

上型４２の下面には、上側Ｙ１へ向けて上型４２を窪ませる窪み４２Ａが形成されている。窪み４２Ａの底面４２Ｂには、第１軸２１に複数のラック歯１１（図５参照）を形成するためのラック歯形成部４４が設けられている。ラック歯形成部４４は、軸方向Ｘに沿って並ぶ筋状の複数の突起４５によって構成されている。下型４３の上面には、下側Ｙ２へ向けて下型４３を窪ませる窪み４３Ａが形成されている。窪み４３Ａの底面は軸方向Ｘにフラットな円周面である。

一対の金型４１を互いに近づけることによって上型４２の下面と下型４３の上面とを接触させると、上型４２の窪み４２Ａと下型４３の窪み４３Ａとが、合わせられる。この状態で、窪み４２Ａと窪み４３Ａとは、第１軸２１を金型４１に収容するための空間４６（図５参照）を構成している。空間４６は、軸方向Ｘに延びる略円柱状の空間であって、完成後の２１とほぼ一致する大きさを有する。

次に、鍛造工程では、熱間鍛造等によって第１軸２１に複数のラック歯１１が形成される。詳しくは、まず、加熱炉（図示しない）等で第１軸２１を所定の鍛造温度（例えば８００℃〜９００℃）に加熱する。そして、加熱した状態の第１軸２１を一対の金型４１の間に配置し、例えば下型４３の位置を固定した状態で、上型４２を下型４３に近づける。ここでは、説明の便宜上、直交方向Ｙにおける一対の金型４１の略中央に第１軸２１を図示しているが、第１軸２１は、下型４３の窪み４３Ａに嵌め込まれていてもよい。やがて、第１軸２１において一方側Ｘ１の端部２１Ａから他方側Ｘ２に離間した部分２１Ｂが、上型４２のラック歯形成部４４に接触し、ラック歯形成部４４に沿って徐々に変形される。図５に示すように、上型４２の下面と下型４３の上面とが接触する位置まで上型４２と下型４３とを近づけると、第１軸２１全体が金型４１内の空間４６に収容された状態で、第１軸２１の部分２１Ｂに複数のラック歯１１が形成される。複数のラック歯１１が形成された第１軸２１の部分２１Ｂは、ラック領域１２になる。

第１軸２１は、鍛造温度に加熱されて軟化しているため、第１軸２１の部分２１Ｂがラック歯形成部４４の形状に沿って変形しやすい。そのため、鍛造工程において形成されたラック歯１１の寸法精度が向上される。また、第１軸２１が鍛造温度に加熱されて柔らかくなっているため、一対の金型４１が破損しにくく、一対の金型４１の長寿命化を図れる。

次に、ラック軸６の製造工程において鍛造工程の後に続く焼き嵌め工程について説明する。
図６は、ラック軸６の製造工程を示す模式図であり、焼き嵌め工程の一部を示している。図７は、図６の次の工程を示す模式図である。
図６を参照して、焼き嵌め工程で第１軸２１を用いるために、第１軸２１を金型４１（図５参照）から取り出す。金型４１から取り出した状態の第１軸２１の温度は、鍛造温度以下であり、たとえば７００℃程度である。加熱した状態の第１軸２１の一方側Ｘ１の端部２１Ａは、第１軸２１の径方向Ｒに膨張している。そのため、金型４１から取り出された直後の凹部２５の直径Ｄ３は、常温での凹部２５の直径Ｐ１（図２参照）と比べて大きい。直径Ｄ３は、直径Ｄ１と等しい大きさの第２軸２２の凸部２６の直径Ｄ２よりもわずかに小さい。

焼き嵌め工程では、まず、第１軸２１と第２軸２２とを位置合わせするために第１軸２１および第２軸２２のそれぞれを固定する一対のクランプ４８を準備する。一対のクランプ４８は、油圧シリンダ等（図示せず）によって構成され、軸方向Ｘに互いに対向しており、軸方向Ｘに相対移動可能である。
次に、第１軸２１の他方側Ｘ２の端部を一方のクランプ４８Ａで第１軸２１の径方向Ｒから挟むことによって、軸方向Ｘおよび径方向Ｒにおける第１軸２１の位置が固定される。また、第２軸２２の一方側Ｘ１の端部を他方のクランプ４８Ｂで第２軸２２の径方向Ｒから挟むことによって、軸方向Ｘおよび径方向Ｒにおける第２軸２２の位置が固定される。これによって、第１軸２１の中心軸Ｃ１と第２軸２２の中心軸Ｃ２とが一致するように第１軸２１と第２軸２２とが位置合わせされる。

次に、第１軸２１と第２軸２２とが位置合わせされた状態で、例えば第２軸２２を他方側Ｘ２へ移動させて凹部２５に凸部２６を圧入して嵌め込む。前述したように、凹部２５の直径Ｄ３は、凸部２６の直径Ｄ２よりもわずかに小さいので、凹部２５に凸部２６を容易に圧入することができる。
焼き嵌め工程は、凹部２５に凸部２６が嵌め込まれた状態で、常温になるまで第１軸２１を冷却する冷却工程を含む。冷却工程によって、第１軸２１の一方側Ｘ１の端部２１Ａが熱収縮により収縮するので、凹部２５と凸部２６とが強固な固着状態（しまりばめの状態）になり、ラック軸６の製造が完了する。

このように、加熱した状態の第１軸２１の凹部２５と第２軸２２の凸部２６とを嵌め合わせ、凹部２５と凸部２６とを固定（固着）することを焼き嵌めという。
図７を参照して、凹部２５に凸部２６が焼き嵌めされた状態で、第１軸２１の円筒部２８と、第２軸２２の段部２７とが当接することによって、第１軸２１と第２軸２２とが、軸方向Ｘに位置決めされる。詳しくは、円筒部２８の一方側Ｘ１の端面と、段部２７の他方側Ｘ２の端面とを突き合わせることによって第１軸２１と第２軸２２とが軸方向Ｘに位置決めされる。

前述したように、複数のラック歯１１は、鍛造工程において軸方向Ｘに凹部２５から離間した位置に形成される。すなわち、第１軸２１において凹部２５の周辺は、鍛造によって変形される部分２１Ｂから軸方向Ｘに離間しているため、鍛造工程による影響を受けにくく、寸法精度が狂いにくい。したがって、焼き嵌め工程では、高精度の凹部２５に凸部２６を圧入することによって、第１軸２１の中心軸Ｃ１と第２軸２２の中心軸Ｃ２とを一致させやすい。

また、凹部２５と凸部２６との焼き嵌めでは、冷却される前の加熱された状態の第１軸２１が用いられるため、冷却によって第１軸２１が収縮して反る前に、第１軸２１と第２軸２２との位置合わせを行うことができるので、中心軸Ｃ１と中心軸Ｃ２とを一致させやすい。
また、前述したように、凹部２５に凸部２６を焼き嵌めする際の第１軸２１は、鍛造温度以下であり、７００℃程度であるため、通常の焼き嵌めの温度である４００℃〜６００℃よりも高い。そのため、冷却による端部２１Ａの収縮の度合い（凹部２５の収縮量）を通常の焼き嵌めよりも大きくすることができるので、凸部２６を凹部２５に強固に固定することができる。

また、凹部２５に凸部２６を焼き嵌めする際、凹部２５を有する第１軸２１の温度は、凸部２６を有する第２軸２２の温度よりも十分に高い。具体的には、第２軸２２の温度は、常温であってもよいし、常温以下に冷却されていてもよい。そのため、焼き嵌め後の凹部２５の収縮量を大きくすることができるので、凸部２６を凹部２５に強固に固定することができる。

また、第２軸２２の凸部２６の外径Ｐ２は、第１軸２１の凹部２５の内径Ｄ３よりも大きい。そのため、凸部２６を凹部２５に圧入することになり、圧入後に凹部２５が熱収縮により収縮して、凸部２６が凹部２５によって締め付けられる。これにより、凸部２６を凹部２５に強固に固定することができる。
このように、焼き嵌め工程では、鍛造工程での熱を利用して凹部２５と凸部２６とを焼き嵌めすることによって、すなわち第１軸２１および第２軸２２の一端同士を焼き嵌めすることによって第１軸２１と第２軸２２とが強固にかつしっかりと縦列接合される。

また、本実施形態とは異なり第１軸２１と第２軸２２とを接続するために摩擦圧接を用いた場合、第１軸２１と第２軸２２とが互いに押し付けられる部分に熱が発生するので、第１軸２１と第２軸２２との接続部分には、径方向外方全周に亘ってばりが発生する。そのため、このばりを取り除くために切削工程が必要である。しかし、本実施形態では、焼き嵌め工程を用いているため、第１軸２１と第２軸２２とを互いに押し付ける必要がないので、ばりが発生しない。よって、切削工程を省略することができる。

また、本実施形態とは異なり第１軸２１と第２軸２２とを接続するために摩擦圧接を用いた場合、第１軸２１および第２軸２２の端面同士を突き合わせて第１軸２１と第２軸２２とを相対回転させるので、第１軸２１の一方側Ｘ１の円形状の端面全体と第２軸２２の他方側Ｘ２の円形状の端面全体とを精度良く加工しておく必要がある。しかし、本実施形態では、凹部２５の底面と凸部２６の先端面とを突き合わせる必要がないので、凹部２５の底面および凸部２６の先端面を精度良く加工する必要がない。焼き嵌めの際に互いに突き合わせる円筒部２８の一方側Ｘ１の環状の端面と、段部２７の他方側Ｘ２の環状の端面とを、すなわち、第１軸２１および第２軸２２の端面の一部を精度良く加工すればよい。したがって、摩擦圧接を用いた場合と比較して高精度な加工が必要な面積が小さいので、第１軸２１および第２軸２２の端面を加工する手間が省ける。

その結果、第１軸２１と第２軸２２とを接続してＶＧＲのラックアンドピニオン機構１３のラック軸６を製造する際において、コストの低減を図れる。
ここで、本実施形態とは異なり、継ぎ目のない１本のラック軸に複数のラック歯１１を形成する工程を含む比較例のラック軸の製造方法を想定する。比較例の場合、ラック軸の一部を金型内に収容して鍛造することによって、複数のラック歯１１が形成される。この場合、ラック軸全体を金型内に収容してラック軸を軸方向Ｘに拘束することは困難であるため、ラック軸においてラック歯１１が形成される部分の軸方向Ｘにおける拘束が不十分である。そのため、鍛造の際、ラック軸において金型内で圧力を受けた部分が軸方向Ｘに伸びるいわゆる肉流れによって、ラック歯１１が精度良く形成されないことがある。そのため、ラック歯１１の歯幅方向の端部における歯先部分が欠損する、いわゆる歯だれが発生する虞がある。特に、複数のラック歯１１のうち軸方向Ｘの両外側に配置されたラック歯１１において歯だれが発生しやすい。

歯だれの発生によって、ラック歯１１の強度が低下することがある。また、歯だれの発生によって、ピニオン歯１０と同時に噛み合うラック歯１１の枚数を示す指標である噛み合い率が低下し、操舵部材２を操舵する際に運転者が感じる操舵感が悪化する虞がある。
また、歯だれが発生した部分をピニオン歯１０との噛み合いに使用しないようにするために、捨て歯と呼ばれる余分なラック歯１１を軸方向Ｘの両外側に設けなければならない。したがって、捨て歯を設ける分だけ、長いラック軸を準備しなければならず、ラック軸のコストが増大する虞がある。

歯だれを抑制するための手段として、クランプ等の治具によって軸方向Ｘにおける両側を固定する方法も想定できるが、これでは、鍛造のコストが増大する。
一方、本実施形態によれば、鍛造工程では、第１軸２１のみにラック領域１２が形成される。そのため、鍛造工程に用いられる金型４１には、ラック軸６を構成する２本の軸のうちの一方である第１軸２１のみを収容すればよく、第２軸２２を収容する必要がない。したがって、鍛造工程に用いられる金型４１の大型化を抑制できるので、コストの増大を抑制できる。また、第１軸２１を金型４１内に収容しやすくなるため、ラック歯１１を精度良く形成することができる。ラック歯１１を精度良く形成することで歯だれの発生を抑制することができる。

そのため、第１軸２１に捨て歯を設ける必要がないので、ラック軸６の長さを比較例のものよりも短くすることができる。したがって、ラック歯１１とピニオン歯１０との噛み合い率の低下や操舵感の悪化を抑制することができるし、コストを低減することもできる。
また、焼き嵌め工程では、鍛造工程の熱を利用して凹部２５と凸部２６とを嵌め合わせて焼き嵌めできる。そのため、鍛造工程とは別の工程として第１軸２１を加熱する工程を設ける必要がないので、コストの増大を抑制することができる。

以上の結果、コストの増大を抑制しつつラック歯１１を精度良く形成することができる。
また、第１軸２１全体を一対の金型４１内に完全に収容することで、鍛造工程において第１軸２１が軸方向Ｘに伸びることを効果的に防止できる。そのため、ラック歯１１を一層精度良く形成することができ、歯だれが発生するのを一層抑制できる。

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、特許請求の範囲に記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、凹部形成工程では、切削加工によって凹部２５が形成されているが、鍛造工程が凹部形成工程を含んでいてもよい。
また、鍛造工程において凹部２５が形成される場合、凹部２５とラック領域１２は、同時に形成されてもよい。この場合、製造工程を削減できるため、コストを一層低減できる。

また、鍛造工程では、一対の金型４１を用いた鍛造によって第１軸２１に複数のラック歯１１が形成されたが、転造によって第１軸２１に複数のラック歯１１が形成されてもよい。なお、転造とは、第１軸２１を回転させながら、転造ダイス等の工具（図示しない）により複数のラック歯１１を成形する方法である。
また、本実施形態のラック軸６の製造方法は、ラック軸６において軸方向Ｘに離間した２箇所にラック領域１２が形成されたデュアル（ダブル）ピニオン式のステアリング装置に用いられるラック軸６の製造にも適用することができる。この場合、焼き嵌め工程の後に、ブローチ盤等による切削等により、第２軸２２にＶＧＲではない標準ギヤレシオの複数のラック歯１１を形成することにより、ラック軸６の２箇所にラック領域１２が形成される。そして、ＶＧＲと標準ギヤレシオのラック歯の位相が正確となる。

また、本実施形態のラック軸６の製造方法は、ラック軸６と操舵補助用のモータの回転軸（図示しない）とが平行に配置されたラックパラレル式のステアリング装置に用いられるラック軸６の製造にも適用することができる。ラックパラレル式のステアリング装置では、操舵補助用のモータの動力をラック軸６に伝達するためのボールねじ機構（図示しない）が設けられることがある。図示しないが、ボールねじ機構は、ラック軸６を取り囲みラック軸６に対して回転可能なボールナットと、複数のボールと、ラック軸６に形成された軌道部とを含む。モータの動力は、ボールナットおよび複数のボールを介してラック軸６に伝達される。これにより、モータの動力が、軸方向Ｘにおけるラック軸６の移動に変換される。

この場合、焼き嵌め工程の後に、切削等により、第２軸２２にボールねじ機構のボール用の軌道部が形成される。本実施形態によれば、ラック軸６に捨て歯を設ける必要がないので、第１軸２１のラック領域１２の近くに当該軌道部を設けることができる。

６…ラック軸、１１…ラック歯、１２…ラック領域、２１…第１軸、２１Ａ…端部、２２…第２軸、２２Ａ…端部、２５…凹部、２６…凸部、４１…金型、Ｐ２…直径（外径）、Ｘ…軸方向

Claims (5)

1. 第１軸と第２軸とが軸方向に縦列接合されたラック軸の製造方法であって、
   前記第１軸にラック歯が前記軸方向に配列されたラック領域を形成する鍛造工程と、
   前記第１軸の一端と前記第２軸の一端とを嵌め合わせ、前記第１軸に施した鍛造工程の熱を利用して焼き嵌めする焼き嵌め工程と、を含む、ラック軸の製造方法。
2. 前記鍛造工程は、前記第１軸の前記一端に凹部を形成する工程を含み、
   前記第２軸は、前記一端に前記凹部よりも外径の大きな凸部を有し、
   前記焼き嵌め工程は、前記凸部を前記凹部に圧入した後、前記凹部を熱収縮により収縮させて前記凹部と前記凸部とを固着状態にする工程を含む、請求項１に記載のラック軸の製造方法。
3. 前記鍛造工程において、前記第１軸は、所定の鍛造温度に加熱され、
   前記焼き嵌め工程における前記第１軸の温度は、前記鍛造温度以下である、請求項１または２に記載のラック軸の製造方法。
4. 前記焼き嵌め工程において、前記第１軸の温度が前記第２軸の温度よりも高い、請求項１〜３のいずれか一項に記載のラック軸の製造方法。
5. 前記鍛造工程において、前記第１軸の全体が金型内に収容された状態で、前記第１軸に前記ラック領域が形成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のラック軸の製造方法。

Images