JP2018052266A

JP2018052266A - ラックアンドピニオンハウジング、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置、並びにラックアンドピニオンハウジングの製造方法

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Publication number: JP2018052266A
Application number: JP2016189878A
Authority: JP
Inventors: 貴紀澤野; Takanori Sawano; 村上　豪; Takeshi Murakami; 豪村上; 兼明松本; Kaneaki Matsumoto
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: JP6822042B2

Abstract

【課題】複雑な形状であっても、軽量化を図りつつ高い強度が得られるラックアンドピニオンハウジング、及びこれを備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置、並びにラックアンドピニオンハウジングの製造方法を提供する。【解決手段】ラックアンドピニオンハウジング１００は、ラック歯を有するラック軸にピニオンが噛み合わされたラックアンドピニオンの外側を覆うハウジング部２７と、ハウジング部２７の一部に形成され被接合部材が接続される接合部２９と、を備える。ハウジング部２７は、繊維材と樹脂材との複合材を含んで構成される。接合部２９は、複合材からなるボス部３３，３５，３７，３９，４５，４７とボス部に固定される接続用部材４９，５１，５３，５５，５７，５９とを有する。繊維材は、繊維配向方向がランダムであり、ボス部における繊維材の一部が接続用部材との界面に表出している。【選択図】図２

Description

本発明は、ラックアンドピニオンハウジング、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置、並びにラックアンドピニオンハウジングの製造方法に関する。

近年、自動車の省資源・省エネルギー、ＣＯ_２低減のための低燃費化の推進が強く求められている。電動パワーステアリング装置も軽量化の要望が強く、日々技術改良が必要となっている。従来、ＥＰＳ（Electric Power Steering）減速機のラックアンドピニオンを収納するハウジング（後述する図１のラックアンドピニオンハウジング１００参照）は、一般的に金属材料が使用され、多くの場合にアルミニウムが使用されていた。現在は、金属材料から比重の小さい樹脂材料への置き換えについての研究・開発がトレンドとなっている。ラックアンドピニオンを収納するハウジングを樹脂材料で軽量化する場合、剛性の他に、寸法安定性、衝撃性、クリープの低下が問題となる。そのため、樹脂材料への変更によって低下する機械的特性は、さまざまな繊維材料を組み合わせて補強し、高強度化と軽量化を両立させてきた。

そのような繊維材料を組み合わせる先行技術として、特許文献１、特許文献２に記載のカーボンファイバーと樹脂で構成するシート状のプリプレグ（中間素材）を接着する技術が挙げられる。特許文献１では、シート状の中間素材を筒状の芯棒に巻き取り、硬化させる、所謂、シートワインディングによって成形したラックハウジングが開示されている。特許文献２では、炭素繊維シートと熱可塑性樹脂のフィルムとを積層させた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、プレス加工したラックハウジングが開示されている。

特開２０１３−１０３６５２号公報特開２０１６−１３６７３号公報

しかしながら、上記の従来技術では、複雑な形状の成形が困難である上、シート状の中間素材の特性が最終製品に影響して、シートの層間の強度が問題となる場合もある。その理由に、接着面には繊維材料が存在しておらず、加えて接着剤（熱可塑性樹脂）の硬化不良等によりボイドが発生する等して、接着強度が不足すること等が挙げられる。特に、自動車を構成する部品には一般的な構造用部材と比較して十分な安全率を含めた強度で設計する必要があり、ＥＰＳ減速機のラックアンドピニオンの保護をより確実にすることが要望されている。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、複雑な形状であっても、軽量化を図りつつ高い強度が得られるラックアンドピニオンハウジング、及びこれを備えたラックアンドピニオン式ステアリング装置、並びにラックアンドピニオンハウジングの製造方法を提供することにある。

本発明は下記構成からなる。
（１）ラック歯を有するラック軸にピニオンが噛み合わされたラックアンドピニオンの外側を覆うハウジング部と、前記ハウジング部の一部に形成され被接合部材が接続される接合部と、を備えるラックアンドピニオンハウジングであって、前記ハウジング部は、繊維材と樹脂材との複合材を含んで構成され、前記接合部は、前記複合材からなるボス部と前記ボス部に固定される接続用部材とを有し、前記繊維材は、繊維配向方向がランダムであり、前記ボス部における前記繊維材の一部が前記接続用部材との界面に表出していることを特徴とするラックアンドピニオンハウジング。

（２）前記ラックアンドピニオンハウジングと、
外周の少なくとも一部にラック歯を有し、前記ラックアンドピニオンハウジングに往復駆動可能に支持されるラック軸と、
ステアリングシャフトの下端に取り付けられて、前記ラックアンドピニオンハウジングに回転可能に支持され、前記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有するピニオン軸と、
を有し、
前記ピニオン軸の回転で前記ラック軸を往復駆動し、タイロッドを介して車輪を操舵するラックアンドピニオン式ステアリング装置。

（３）繊維材を溶媒中で開繊させて繊維含有スラリーを得る開繊工程と、前記繊維含有スラリーを抄造型に注入し、前記抄造型内から前記溶媒を除去することで、前記抄造型から完成品とほぼ同形のプリフォームを成形する抄造工程と、前記プリフォームに形成されているボス部に接続用部材を組み付ける組み付け工程と、前記接続用部材が組み付けられた前記プリフォームを成形用型に装填して、前記プリフォームと前記接続用部材を樹脂により一体成形する成形工程と、を含むことを特徴とするラックアンドピニオンハウジングの製造方法。

本発明によれば、複雑な形状であっても、軽量化を図りつつ高い強度のラックアンドピニオンハウジングが得られる。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。図１に示したラックアンドピニオンハウジングの斜視図である。図２に示す第１ハウジング部の拡大斜視図である。第１ハウジング部の他の構成例を示す拡大斜視図である。（Ａ）〜（Ｆ）はラックアンドピニオンハウジングの製造工程を説明する工程図である。（Ａ）はボス部に接続用部材を組み付けた、ボス部と接続用部材との接合部を表した断面図、（Ｂ）は成形後のボス部と接続用部材との接合部を表した断面図である。繊維材を含むハウジングが接着剤により接続用部材に接合された接合部を表した参考例としての断面図である。（Ａ）は接着剤を塗布したボス部に接続用部材を組み付けた、ボス部と接続用部材との接合部を表した断面図、（Ｂ）は成形後のボス部と接続用部材との接合部を表した断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１はラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。
コラムアシスト型のラックアンドピニオン式ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１と、コラム１３と、中間シャフト１５と、モータ１７と、ステアリングギヤユニット１９と、タイロッド２１とを有する。ステアリングギヤユニット１９は、ラック軸２３と、ピニオン軸２５と、ラックアンドピニオンハウジング１００とを有する。ラックアンドピニオンハウジング１００は、ラックアンドピニオンの外側を覆うハウジング部２７と、ハウジング部２７の一部に形成され被接合部材が接続される複数の接合部２９とを有する。各接合部２９には、後述するボス部と、金属製の接続用部材とを有する。

ラック軸２３は、外周の少なくとも一部にラック歯を有し、軸方向へ往復駆動可能にハウジング部２７に支持される。ピニオン軸２５は、中間シャフト１５を含むステアリングシャフトの下端に取り付けられ、ラック軸２３のラック歯に噛み合う図示しないピニオンを有する。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１の操作力を軽減する操舵補助力を、コラム１３の中間部に取り付けたモータ１７からステアリングシャフトに付与する。そして、ステアリングシャフトの回転がピニオン軸２５を介してラック軸２３に伝達されることで、ラック軸２３が往復駆動される。

このラック軸２３の左右両端にはタイロッド２１が連結され、各タイロッド２１は図示しない車輪にそれぞれ接続される。したがって、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１０は、運転者がステアリングホイール１１を回転すると、ステアリングシャフトの端部に取り付けられたピニオン軸２５が、ハウジング部２７に収容されたピニオンを回転する。これにより、ハウジング部２７に支持されたラック軸２３が左右に往復駆動され、タイロッド２１を介して車輪が操舵される。

図２は図１に示したラックアンドピニオンハウジングの斜視図、図３は図２に示す第１ハウジング部２８の拡大斜視図である。
図２，図３に示すように、ラックアンドピニオンハウジング１００のハウジング部２７は、ラック軸２３（図１参照）を覆う中空円筒部３１と、中空円筒部３１の軸方向一端側のピニオンハウジングである第１ハウジング部２８と、軸方向他端側の第２ハウジング部３２とを有する。第１ハウジング部２８と第２ハウジング部３２には、ボス部に接続用部材が取り付けられた接合部２９が複数箇所に設けられる。

具体的には、第１ハウジング部２８は、ピニオン挿入用のボス部３３と、図示しない調整バネが固定されるボス部３５と、フロントサブフレーム等の図示しない車体フレームに取り付ける車体固定用のボス部３７と、一方のタイロッドが接続されるボス部４５とを有する。第２ハウジング部３２は、他方のタイロッドが接続されるボス部４７と、車体固定用のボス部３９とを有する。

ボス部３３には内周面に雌ねじが形成された接続用部材４９が取り付けられる。ボス部３５には、同様に雌ねじが形成された接続用部材５１が取り付けられる。車体固定用のボス部３７，３９にはスリーブ状の接続用部材５３，５５が取り付けられる。また、ボス部４５，４７には接続用部材５７，５９が取り付けられる。各接続用部材４９，５１，５３，５５，５７，５９は、鉄系材料、非鉄系材料のいずれかの金属材料、又は硬質樹脂材料からなる。

ボス部３３には、ピニオン軸２５（図１参照）が挿入され、挿入されたピニオン軸２５の下端のピニオンが、ラック軸２３に形成されたラック歯に噛み合う。また、車体固定用のボス部３７，３９には、接続用部材５３，５５の孔に図示しないボルトが挿入され、これらのボルトを車体フレームに締結することで、ラックアンドピニオンハウジング１００が車体フレームに固定される。

各接合部２９には、それぞれ接続用部材４９，５１，５７，５９が取り付けられることにより、ボルト、タイロッド等の被接合部材との接合強度を高められる。

第１ハウジング部２８は、図３に示す構成以外にも、例えば図４に示す構成であってもよい。
図４は第１ハウジング部の他の構成例を示す拡大斜視図である。
同図に示す第１ハウジング部２８Ａは、ピニオン挿入用のボス部３３に配置される接続用部材４９Ａが、その一端部を露出して配置される。また、ボス部４５に配置される接続用部材５７Ａも、その一端部を露出して配置される。

本構成の第１ハウジング部２８Ａのように、接続用部材４９Ａ，５７Ａ等の端部がハウジングの外側に露出されることで、これらに接合される被接合部材との接合形態の自由度を向上できる。例えば、ボス部４５においては、接続用部材５７Ａの内周部に雌ネジ部５６が形成される他に、外周部に雄ねじ部５８が形成される。これにより、雌ネジ部５６と雄ねじ部５８との双方を利用した被接合部材との接合を実現できる。よって、ボス部４５の設計自由度を向上でき、接続強度や接続位置精度をより高められる。

上記のような中空円筒部３１と、中空円筒部３１の軸方向一端側のピニオンハウジングである第１ハウジング部２８と、軸方向他端側の第２ハウジング部３２とを有するハウジング部２７は、繊維材（例えば炭素繊維）と樹脂材（例えばエポキシ樹脂）との複合材を含んで構成される。繊維材は、樹脂材に埋入された状態となるが、その一部は樹脂材の表面に表出する。ハウジング部２７は、シート界面がなく製品全体に均一に強化繊維と樹脂材料が分散しているため、機械的特性に優れる。更に、炭素繊維（比重１．８）とエポキシ樹脂（比重１．４）の複合材にするため、従来のアルミニウム（比重２．７）材料と比較して、軽量なハウジング部２７を供することが可能となる。

複合材に用いる樹脂材としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド６を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いることができる。

また、複合材に用いる繊維材としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、液晶ポリエステル繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維のうち、少なくとも１種類から選択することができる。

特に、ガラス繊維、ボロン繊維は、引張強度が高く好ましい。炭素繊維は、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、電気伝導性に優れる。金属繊維は、ステンレス、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅等の金属糸を用いることができる。アラミド繊維は、引張強度や摩擦抵抗力が強く、高温・耐薬品性にも優れる。芳香族ポリアミド繊維は、非常に優れた耐熱性と強度を持つ。液晶ポリエステル繊維は、非強化状態でもフィラー強化されたエンジニアリングプラスチックを上回る剛性を持つ。アルミナ繊維は、高温域でも使用でき、耐火性を有する。

複合材内の繊維材は、繊維配向方向がランダムであり、一部が接続用部材との界面に表出している。繊維材の平均繊維長は、０．５ｍｍ以上、５０．８ｍｍ（２inch）以下とすることができる。

例えば、繊維材として炭素繊維を用いる場合、０．５ｍｍ以上の平均繊維長を有するものがよい。平均繊維長は０．７ｍｍ以上のものが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上とする。繊維材の平均繊維長を０．５ｍｍ以上にすることで、複合材における樹脂材の補強効果を確実に得ることができる。また、平均繊維長は、５０．８ｍｍ以下のものが好ましい。繊維材の平均繊維長を５０．８ｍｍ以下にすることで、後述する製造工程において、溶媒内で繊維材が撹拌機に絡まることなくスムーズに開繊でき、複合材をより均質にできる。

樹脂組成物中の炭素繊維配合量は、１０〜６０重量％が好ましい。より機械的強度の向上が必要な場合は、炭素繊維配合量を増量したり、異なる平均繊維長の炭素繊維を混合したりするとよい。複合材は、靭性を考慮して平均繊維長や繊維配合量を調整する必要もあり、上記範囲にすることで、良好な機械的特性が得られる。

上述したハウジング部２７のボス部３３，３５，３７，３９，４５，４７と接続用部材４９，５１，５３，５５，５７，５９とのそれぞれの界面には、接着剤層を形成して、この接着剤層によりボス部と接続用部材とが接着されていてもよい。接着剤層を形成する接着剤としては、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を使用できる。

上記構成のハウジング部２７は、接続用部材４９，５１，５３，５５，５７，５９を除く全体が複合材により構成される。ただし、これに限らず、少なくとも第１ハウジング部２８，第２ハウジング部３２のみを複合材で構成する等、適宜な変更が可能である。

次に、ラックアンドピニオンハウジング１００の製造方法を説明する。
図５（Ａ）〜（Ｆ）はラックアンドピニオンハウジングの製造工程を説明する工程図である。
ラックアンドピニオンハウジングの製造工程は、繊維材の開繊工程と、プリフォームを成形する抄造工程と、成形されたプリフォームに接続用部材を組み付ける組み付け工程と、樹脂成形する成形工程とを、この順に有する。

開繊工程では、図５（Ａ）に示すように、繊維材である炭素繊維を含む多数のビレット６１を、溶媒７４を入れた容器６２内に投入し、撹拌機６３を駆動して溶媒中の炭素繊維を開繊させる。

これにより、図５（Ｂ）に示すように、均質な繊維含有スラリー６５を得る。溶媒としては、安定性、取り扱い性、コストの観点から水（白水）が好ましいが、その他、エタノール、メタノールなどの溶剤又はこれらの混合系であってもよい。

続いて抄造工程では、図５（Ｃ）に示すように、ハウジング成形用の抄造型６７内に、成形用芯金８７とともに繊維含有スラリー６５を封入する。抄造型６７に設けられた排出管６６には、図示しない吸引ポンプが接続される。また、抄造型６７の型面には、型の形状に沿って抄造ネット６８が配置される。吸引ポンプが、排出管６６を通じて空気や繊維含有スラリー６５の溶媒を型外部に排出すると、抄造型６７に配置された抄造ネット６８に繊維積層体が抄造される。そして、抄造後に得られる湿潤状態の繊維積層体を、乾燥処理により固化させる。

これにより、図５（Ｄ）に示すように、抄造型６７から、完成品とほぼ同形の中空のプリフォーム６９が成形される。なお、抄造型６７はこれに限らず、例えば完成品を、軸芯を含む平面で二分割した半円筒状のプリフォームを抄造するものであってもよい。その場合、得られた半円筒状のプリフォームを接合して、最終的に図５（Ｄ）に示す中空のプリフォーム６９の形状にすればよい。なお、図示例では説明の簡単のため、前述のボス部３３のみを設けた形状を例示している。他のボス部３５，３７，３９，４５，４７については、ボス部３３と同様であるため説明を省略する。

次に、組み付け工程では、図５（Ｅ）に示すように、中空のプリフォーム６９に形成されるボス部３３に接続用部材４９を組み付ける。

そして、成形工程では、図５（Ｆ）に示すように、接続用部材４９が組み付けられた中空のプリフォーム６９を成形用芯金８９とともに成形用型７１に装填して、プランジャーギアポンプ等を駆動源とする材料供給部７２によって、熱可塑性樹脂又はエポキシ樹脂等の主剤と、硬化剤との混合液となる樹脂材７３を定圧で型内に注入する。

ここで、樹脂材７３を成形用型７１へ注入する前に、成形用型７１を予備加熱しておくことが好ましい。より好ましくは成形用芯金８９とともに予備加熱しておくことが好ましい。その場合、樹脂材７３が均一に加熱されることで、成形不良が生じにくくなり、硬化時間も短縮でき、生産性が向上する。

また、図５（Ｅ）のステップにおける金属製の接続用部材４９とボス部３３との接合には、接着剤を併用するのがよい。具体的には、プリフォーム６９のボス部３３に接着剤を塗布することで接着剤が浸潤されたボス部３３に、接続用部材４９を取り付ける。これにより、接続用部材４９がボス部３３に接着される。その状態で成形工程を実施することで、接続用部材４９が樹脂によりボス部３３に強固に固定される。その結果、接続用部材４９とボス部３３との接合強度を一層向上できる。

このように、組み付け工程は、予めボス部３３の表面に接着剤を塗布しておき、接続用部材４９をボス部３３に接着剤で固定する工程を含むものであってもよい。接着剤は熱硬化性樹脂であればよく、エポキシ樹脂、その他に親和性のある樹脂であれば特に限定されない。

更に、樹脂材としてエポキシ樹脂、繊維材として炭素繊維を用いて構成される複合材においては、複合材の強度を向上させるため、樹脂材と繊維材との密着性と繊維分散性を向上させることが好ましい。そのため、繊維材をエポキシ、ウレタン、サイジング剤で密着させてもよい。サイジング剤は、有機官能基と、樹脂、エラストマーとの反応を考慮して適宜選定することができる。

なお、本発明の目的を損なわない範囲内で、成形用の樹脂材料に各種添加剤を配合してもよい。添加剤としては、例えば、黒鉛、六方晶窒化ホウ素、フッ素雲母、四フッ化エチレン樹脂粉末、二硫化タングステン、及び二硫化モリブデン等の固体潤滑剤、無機粉末、有機粉末、潤滑油、可塑剤、ゴム、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、光保護剤、難燃剤、帯電防止剤、離型剤、流動性改良剤、熱伝導性改良剤、非粘着性付与剤、結晶化促進剤、増核剤、顔料、染料剤等を例示することができる。

成形用型７１において、注入した樹脂材７３を硬化させた後、プリフォーム６９と接続用部材４９とが一体成形された複合品を、成形用芯金８９とともに成形用型７１から取り出し、複合品から成形用芯金８９を取り外す。これにより、接続用部材４９が樹脂材７３によってプリフォーム６９と一体にされたラックアンドピニオンハウジング１００が得られる。

次に、上記の製造方法により得られたラックアンドピニオンハウジング１００の作用を説明する。
本構成のラックアンドピニオンハウジング１００は、繊維材からなる前駆体であるプリフォーム６９に、円筒状のボス部３３が形成される。このボス部３３の円筒内周部には、金属製の接続用部材４９が嵌入されることで、接続用部材４９の外周部が密着する。そして、接続用部材４９が取り付けられた繊維材からなるプリフォーム６９をインサート材として成形することで、繊維材の隙間内に樹脂材が含浸される。接続用部材４９は、この含浸された樹脂材によってプリフォーム６９（繊維材）と一体にされる。

図６（Ａ）はボス部３３に接続用部材４９を組み付けた、ボス部３３と接続用部材４９との接合部を表した断面図、（Ｂ）は成形後のボス部３３と接続用部材４９との接合部を表した断面図である。

図６（Ａ）に示すように、ボス部３３の繊維材７５は、接続用部材４９が組み付けられることで、多数の繊維材７５が接続用部材４９に密着する。しかも、繊維材７５は、抄造により繊維配向方向がランダムに配向されているため、各繊維の接続用部材４９との接触方向もランダムとなる。

そして、図６（Ｂ）に示すように、成形工程により繊維材７５の隙間に樹脂材７３が含浸されると、樹脂材７３によって接続用部材４９とボス部３３とが接合される。接続用部材４９とボス部３３との接合界面７６は、繊維材７５の一部が接続用部材４９に密着した状態となっている。また、ボス部３３側では、繊維材７５が樹脂マトリクス内に均等に分散配置された状態となっている。

ここで、図７に参考例を示す。図７は繊維材７５を含むハウジング部２７Ａが接着剤７９により接続用部材４９Ａに接合された接合部を表した断面図である。この参考例の場合、接続用部材４９Ａとハウジング部２７Ａとは、接着剤７９を介して接合されている。この接着剤７９は、繊維材７５が含有されたハウジング部２７Ａへ進入できないため、ハウジング部２７Ａよりも弱い脆弱層８１となって、接続用部材４９Ａとの間に介装されることになる。そのため、ハウジング部２７Ａ又は接続用部材４９Ａが大きな外力を受けた場合に、この脆弱層８１が剥離面となって破壊に至る可能性がある。

一方、図６（Ｂ）に示す本構成の接合構造においては、ボス部３３において、樹脂材７３が接続用部材４９を覆い、且つ、繊維材７５の一部が接合界面７６に表出して接続用部材４９に密着し、この状態で繊維材７５間に樹脂材７３が含浸されている。これにより、ハウジング部２７のボス部３３は、脆弱部を有することなく、樹脂材７３によって接続用部材４９と強固に接合される。しかも、繊維材７５が接合界面７６まで配置されるため、接合界面７６における接続用部材４９とボス部３３との剥離が生じにくい。また、繊維材７５がランダム配置されるため、任意方向からの外力に対する強度を向上できる。更に、樹脂材７３と繊維材７５により構成される複合材料は、単層構造であるため、複合材料の内部に界面が存在しない。そのため、従来発生していた複合材料内における炭素繊維シート間の界面剥離が発生せず、接合強度を高く保つことができる。

また、繊維材７５は、平均繊維長が０．５ｍｍ以上、５０．８ｍｍ以下とされている。そのため、繊維材７５を溶媒内でスムーズに開繊でき、繊維材７５がムラなく分散された均質なプリフォーム６９を形成することと、成形後における繊維材７５による樹脂材７３の補強効果を確実に得ることを両立できる。

次に、前述した成形工程より前の組み付け工程において、接続用部材４９を、接着剤を塗布したボス部３３に組み付ける場合を説明する。
図８（Ａ）は接着剤７９を塗布したボス部３３に接続用部材４９を組み付けた、ボス部３３と接続用部材４９との接合部を表した断面図、（Ｂ）は成形後のボス部３３と接続用部材４９との接合部を表した断面図である。

本構成によれば、図８（Ａ）に示すように、接続用部材４９は、ボス部３３の繊維材７５の隙間に含浸した接着剤７９によってボス部３３に接着される。この接合界面７６に形成される接着層は、繊維材７５が存在する複合材接着層８３となって、高い接合強度が得られる。こののち、成形工程にて複合材接着層８３の外側にある繊維材の隙間に樹脂材７３が含浸される。

図８（Ｂ）に示すように、ボス部３３の繊維材７５の隙間に樹脂材７３が含浸されると、複合材接着層８３の外側の繊維材７５は樹脂材７３によって覆われた複合材層８５となる。これら複合材接着層８３と複合材層８５は、共に繊維材７５がランダムに配向された複合材の層となる。接続用部材４９との接着力は、樹脂材７３よりも接着剤７９の方が高いため、複合材接着層８３は、前述の図６（Ｂ）に示す場合よりも更に強力に、接続用部材４９を接着固定する。その結果、接続用部材４９のハウジング部２７への接合強度が、樹脂材７３で接合する場合と比較して更に向上する。また、接続用部材４９との接合強度は、複合材接着層８３と樹脂材７３との親和性の高い材料ほど向上する。

本構成においても、接合界面７６で剥離することがなく、任意方向からの外力に対する強度を向上できる。また、樹脂材７３と繊維材７５からなる複合材により構成されるため、軽量で高強度なラックアンドピニオンハウジング１００が得られる。

以上説明した各構成のラックアンドピニオンハウジング１００を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ハウジング部が、樹脂材料と繊維材の複合材によって構成されるが、複合材からなるハウジング部と接続用部材との接合界面に脆弱層が形成されることがない。そのため、接続用部材とハウジング部との接合強度の低下が抑えられる。また、ハウジング部は、繊維材がランダムな配向方向で均一に分散されているため、外部から衝撃を受けても破損し難くなり、ＥＰＳ減速機のラックアンドピニオンを確実に保護できる。また、ハウジング部を複合材により構成するため、従来のアルミダイカスト品等からなるハウジングに比べて軽量化できる。更に、このように、本構成のラックアンドピニオン式ステアリング装置によれば、必要な強度や剛性を確保しつつ、軽量化することができる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）ラック歯を有するラック軸にピニオンが噛み合わされたラックアンドピニオンの外側を覆うハウジング部と、前記ハウジング部の一部に形成され被接合部材が接続される接合部と、を備えるラックアンドピニオンハウジングであって、前記ハウジング部は、繊維材と樹脂材との複合材を含んで構成され、前記接合部は、前記複合材からなるボス部と前記ボス部に固定される接続用部材とを有し、前記繊維材は、繊維配向方向がランダムであり、前記ボス部における前記繊維材の一部が前記接続用部材との界面に表出していることを特徴とするラックアンドピニオンハウジング。
このラックアンドピニオンハウジングによれば、ハウジング部が繊維材と樹脂材料からなる複合材で形成されるため、接続用部材が脆弱層を介することなくボス部に取り付け可能となる。つまり、ハウジング部のボス部は、樹脂材料が接続用部材との接合界面まで充填される。また、繊維材の一部は、接続用部材との接合界面に表出して、接続用部材に密着する。よって、ハウジング部の接続用部材との界面には、繊維材の存在しない脆弱層が存在しなくなる。よって、接続用部材とハウジングとの間で剥離が生じず、高強度な接続構造にできる。

（２）前記繊維材は、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、液晶ポリエステル繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維のうち、少なくとも１種類から選択されるものであることを特徴とする（１）のラックアンドピニオンハウジング。
このラックアンドピニオンハウジングによれば、上記の繊維材を樹脂材に混合して固化させることにより、金属に比べ軽量で、しかも十分な強度が得られる。

（３）前記繊維材の平均繊維長は０．５ｍｍ以上、５０．８ｍｍ以下であることを特徴とする（１）又は（２）のラックアンドピニオンハウジング。
このラックアンドピニオンハウジングによれば、繊維材を溶媒内でスムーズに開繊でき、均質なプリフォームを形成することと、成形後における繊維材による樹脂材料の補強効果を確実に得ることを両立できる。

（４）前記接続用部材と前記ボス部との界面に、接着剤層が形成されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つのラックアンドピニオンハウジング。
このラックアンドピニオンハウジングによれば、繊維材の隙間に樹脂材料が含浸される前に、接続用部材が接着剤によってボス部に接着される。これにより、接続用部材をより強力にボス部に固定できる。また、成形工程において、接続用部材とハウジングとの位置ずれが生じることもない。

（５）前記接着剤層は、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂の少なくともいずれかを含むことを特徴とする（４）のラックアンドピニオンハウジング。
このラックアンドピニオンハウジングによれば、繊維材の隙間に含浸される樹脂材料と、接続用部材をボス部に接着する接着剤との親和性を確保でき、接続用部材とハウジングとの接合強度を高められる。

（６）前記樹脂材は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１つのラックアンドピニオンハウジング。
このラックアンドピニオンハウジングによれば、熱可塑性樹脂を用いることにより、硬化時間が不要となり、ハウジングを短時間で製造できる。また、熱硬化性樹脂を用いることにより、再度加熱をしても変形・溶解しないので、ハウジングの耐熱性を高められる。

（７）（１）〜（６）のいずれか一つに記載のラックアンドピニオンハウジングと、
外周の少なくとも一部にラック歯を有し、前記ラックアンドピニオンハウジングに往復駆動可能に支持されるラック軸と、
ステアリングシャフトの下端に取り付けられて、前記ラックアンドピニオンハウジングに回転可能に支持され、前記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有するピニオン軸と、
を有し、
前記ピニオン軸の回転で前記ラック軸を往復駆動し、タイロッドを介して車輪を操舵するラックアンドピニオン式ステアリング装置。
このラックアンドピニオン式ステアリング装置によれば、ラック軸を覆うラックアンドピニオンハウジングが、樹脂材と繊維材との複合材によって構成されるので、従来の例えばアルミダイカスト品からなるハウジングに比べて、強度を維持しつつ軽量化が図れる。

（８）繊維材を溶媒中で開繊させて繊維含有スラリーを得る開繊工程と、前記繊維含有スラリーを抄造型に注入し、前記抄造型内から前記溶媒を除去することで、前記抄造型から完成品とほぼ同形のプリフォームを成形する抄造工程と、前記プリフォームに形成されているボス部に接続用部材を組み付ける組み付け工程と、前記接続用部材が組み付けられた前記プリフォームを成形用型に装填して、前記プリフォームと前記接続用部材を樹脂により一体成形する成形工程と、を含むことを特徴とするラックアンドピニオンハウジングの製造方法。
このラックアンドピニオンハウジングの製造方法によれば、開繊工程で得られた繊維含有スラリーが、抄造工程においてプリフォーム用の抄造型に封入されて乾燥される。抄造型から取り出された繊維は、完成品とほぼ同形のプリフォームとされ、プリフォームの一部のボス部に、金属製の接続用部材が組み付けられる。つまり、繊維材からなるボス部には、接続用部材が密着した状態となる。プリフォームは、この状態で成形用型に配置されて樹脂が注入される。したがって、成形用型から取り出されたラックアンドピニオンハウジングは、接続用部材が繊維材の一部と密着した状態で、樹脂材により強固に一体成形された状態となる。よって、接続用部材とボス部との接合強度を向上できる。

（９）前記組み付け工程は、前記接続用部材を前記ボス部に接着剤で固定する工程を含むことを特徴とする（８）のラックアンドピニオンハウジングの製造方法。
このラックアンドピニオンハウジングの製造方法によれば、プリフォームの成形後、プリフォームのボス部に、接続用部材が接着剤で固定される。これにより、接続用部材とボス部との接合強度が更に向上する。

１０ラックアンドピニオン式ステアリング装置
２１タイロッド
２３ラック軸
２５ピニオン軸
２７ハウジング部
２９接合部
３３，３５，３７，３９，４５，４７ボス部
４９，５１，５３，５５，５７，５９接続用部材
６５繊維含有スラリー
６７抄造型
６９プリフォーム
７１成形用型
７３樹脂材
７５繊維材
７９接着剤
１００ラックアンドピニオンハウジング

Claims

ラック歯を有するラック軸にピニオンが噛み合わされたラックアンドピニオンの外側を覆うハウジング部と、前記ハウジング部の一部に形成され被接合部材が接続される接合部と、を備えるラックアンドピニオンハウジングであって、
前記ハウジング部は、繊維材と樹脂材との複合材を含んで構成され、
前記接合部は、前記複合材からなるボス部と前記ボス部に固定される接続用部材とを有し、
前記繊維材は、繊維配向方向がランダムであり、前記ボス部における前記繊維材の一部が前記接続用部材との界面に表出していることを特徴とするラックアンドピニオンハウジング。
前記繊維材は、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、液晶ポリエステル繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維のうち、少なくとも１種類から選択されるものであることを特徴とする請求項１に記載のラックアンドピニオンハウジング。
前記繊維材の平均繊維長は０．５ｍｍ以上、５０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のラックアンドピニオンハウジング。
前記接続用部材と前記ボス部との界面に、接着剤層が形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のラックアンドピニオンハウジング。
前記接着剤層は、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項４に記載のラックアンドピニオンハウジング。
前記樹脂材は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のラックアンドピニオンハウジング。
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のラックアンドピニオンハウジングと、
外周の少なくとも一部にラック歯を有し、前記ラックアンドピニオンハウジングに往復駆動可能に支持されるラック軸と、
ステアリングシャフトの下端に取り付けられて、前記ラックアンドピニオンハウジングに回転可能に支持され、前記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有するピニオン軸と、
を有し、
前記ピニオン軸の回転で前記ラック軸を往復駆動し、タイロッドを介して車輪を操舵するラックアンドピニオン式ステアリング装置。
繊維材を溶媒中で開繊させて繊維含有スラリーを得る開繊工程と、
前記繊維含有スラリーを抄造型に注入し、前記抄造型内から前記溶媒を除去することで、前記抄造型から完成品とほぼ同形のプリフォームを成形する抄造工程と、
前記プリフォームに形成されているボス部に接続用部材を組み付ける組み付け工程と、
前記接続用部材が組み付けられた前記プリフォームを成形用型に装填して、前記プリフォームと前記接続用部材を樹脂により一体成形する成形工程と、
を含むことを特徴とするラックアンドピニオンハウジングの製造方法。
前記組み付け工程は、前記接続用部材を前記ボス部に接着剤で固定する工程を含む
ことを特徴とする請求項８に記載のラックアンドピニオンハウジングの製造方法。