JP4192511B2 - ラックシャフト及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車輌のステアリング装置に使用されるラックシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中実のラックシャフトは中実棒材を切削することによってラック歯を形成して製造するのが一般的であるが、近年では鍛造によってラック歯を形成する鍛造法も行われるようになっている。この鍛造法では、棒材の側面からその中心に向けて所定の歯形を持った金型が押し込まれる。所定の形状のラック歯形を得るためには大きな成型荷重が必要とされ、金型が破損しやすい。このため、例えば、国際公開ＷＯ８３／０４１９７（特公平０２−０５５１３７号）のように、断面円形の棒材を、５５０℃〜７５０℃の温度に加熱し、Ｙ字形状に変形させると同時に歯型を成形し変形抵抗を下げることによって金型の破損を回避するといった金型の破損を防ぐための例を見ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
切削によってラックシャフトを製造する場合、切削時間が長いため生産性が悪い、切削ツール（ホブあるいはブローチ）には摩耗が生じるため長期にわたって精度のよい歯形を得ることができない、切削ツール及びそのメンテナンスに費用が嵩む、及び特殊で高価な工作機械が必要である等の問題がある。
【０００４】
一方、上述のように鍛造によってラックシャフトを製造する場合、加熱が必要であるため鍛造後製品が常温に下がったとき寸法にバラツキが生じる、棒材は歯型成形のためにＹ字形状断面に変形させなければならないため、設計上に制約が多い、特殊な金型が必要であるため金型及びそのメンテナンスに費用が嵩む、特殊な加熱装置及び鍛造プレス機が必要である、加熱温度の管理及び安定した稼働が困難である等の問題がある。
【０００５】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部を製作し、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて製造することができる高精度且つ安価なラックシャフトを提供すること、及び、その製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する２つの側部部分とを有する中実円筒の本体部材、及び、ラック歯形が形成されたフロント面、このラック歯に対応した波形のバック面、及び、両側から垂直に折り曲げて延在する一対の脚状壁を有し、平板をプレス成形することによって形成されたラックプレートを備えた車両用ステアリング装置のためのラックシャフトであって、上記ラックプレートの上記バック面は上記平坦面によって直接支持されているとともに、上記脚状壁の縁部と上記平坦面の両脇部に形成された段部平坦面とが溶接されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【００１３】
第２番目の発明の解決手段は、軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する２つの側部部分とを本体部材に形成し、平板状の素材からラック歯形が形成されたフロント面、このラック歯に対応した波形のバック面、及び、両側から垂直に折り曲げて延在する一対の脚状壁を有するラックプレートを平板からプレスによって冷間成形し、上記ラックプレートの上記バック面を上記平坦面によって直接支持させるとともに、上記脚状壁の縁部と上記平坦面の両脇部に形成された段部平坦面とを溶接することによってラックシャフトを製造することを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施形態の説明において、同じあるいは実質的に同じ部材については同じ番号を使用する。
【００１８】
第１の実施形態
図１から図６は第１の実施形態のラックシャフトを示した図である。図１において、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図である。図２は、本体部材２を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図３はラックプレート３を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００１９】
図１に示されるように、ラックシャフト１は、中実円筒状の本体部材２とラックプレート３からなっている。本体部材２は、図２に示されるように、中心軸に平行な平坦面２１１を有する中央部分２１とこの中央部分２１の両側から軸方向に延在する２つの側部部分２２とを有し、全体として中実の円筒状をなしている。平坦面２１１は切削によって形成される。
【００２０】
ラックプレート３は、図３に示されるように、ラック歯形３１１が形成されたフロント面３１とこのラック歯形３１１に対応した波形３２１が形成されたバック面３２とを有しており、本体部材２の上記平坦面２１１上に取り付けられている。フロント面３１のラック歯形３１１及びバック面３２の波形３２１は、平板をプレス成形法によって成形されたものである。
【００２１】
図１（ｃ）の拡大断面図である図４から判るように、第１の実施形態のラックプレート３は、フロント面３１の両側からこれに垂直に延在する一対の脚状壁３３を有し、溶接ビード３３２から判るように、この脚状壁３３の縁部３３１で本体部材２に溶接されている。組み立てた状態でバック面３２と平坦面２１１との間には空間が形成されている。
【００２２】
図５及び図６は、上記ラックプレート３を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図である。それぞれの図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図５に示すように矩形の平板の素材３５は形成される脚状壁３３に対応する分だけ幅が大きいラックプレート３とほぼ同じ大きさの平板である。この素材３５の両縁を長手方向に沿ってプレス機にて冷間加工で折り曲げ、図６のように一対の脚状壁３３を形成する。これにより樋状になった素材３５の平坦底部に冷間でプレスをして表側にラック歯形３１１、裏側にラック歯形３１１に対応した波形３２１を形成して、図３に示すようなラックプレート３を得る。
【００２３】
ラック歯形３１１は焼き入れをして強度を向上させる。そのため素材３５には、中炭素鋼などを用いて高周波焼き入れを施すか、あるいは、浸炭鋼を用いて浸炭焼き入れをする。なお、本体部材２は強度が充分にあるため焼き入れをする必要はない。
【００２４】
このように、ラックプレート３は板材から成形されるので、ラック歯形３１１及び裏側の波形３２１は小さな成形荷重によって成形することができ、金型にかかる負荷を小さくし、ひいては金型寿命を長くすることができる。また、本発明では、金型を使用しているため、この金型を変更するだけで、固定ギア比（Constant Gear Ratio：ＣＧＲ）のラック歯形３１１だけでなく可変ギア比（Variable Gear Ratio：ＶＧＲ）のラック歯形３１１に対しても、そのまま適用することが可能である。
【００２５】
ラックプレート３は、脚状壁３３の縁部３３１と平坦面２１１を突き合わせて溶接されて、本体部材２と一体化されラックシャフトができる。なお、溶接には、アーク溶接、プラズマ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接等の溶接法を採用することができる。溶接箇所とラック歯形３１１の部分とは脚状壁３３を間に置くことにより充分に離すことができるため、溶接熱がラック歯形３１１におよびこれを変形させるような事態を避けることができ、歯形を保護し位置ずれを防ぐ適宜の治具を用いることによって、精度のよいラックシャフトを得ることができる。なお、ラック歯形３１１の焼き入れは、この溶接の前に行うことも、溶接後に行うことも可能である。
【００２６】
この第１の実施形態として示したラックシャフト１によれば、ラックプレート３は平坦面２１１と脚状壁３３とを密着するようにして溶接されているため、ラック歯形３１１に作用する力は、脚状壁３３を介して本体部材２に伝達される。このため、ラック歯形３１１に急激な力、大きな力あるいは振動が加えられた場合でも、ラック歯形３１１の中央部がある程度変形することによって、緩衝作用が生じる。このため、このラックシャフトを組み込むことにより、動きがスムーズなステアリング装置を得ることができる。
【００２７】
第２の実施形態
第２の実施形態のラックシャフトを図７から図９を用いて説明する。それぞれ図１、図２および図４に対応している。図７において、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。また、図８は、本体部材２を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図９は、図７（ｃ）の拡大断面図である。
【００２８】
この実施例のラックシャフト１は、ラックプレート３の構成は第１の実施形態と同様であるが、本体部材２の形状とその関連において異なる。本体部材２は、平坦面２１１を備えているが、図８に示されるように、この例では、平坦面２１１の両脇部が切削によって切り落とされて、段部平坦面２１２が形成されている。
【００２９】
段部平坦面２１２と平坦面２１１との段差ｈ２は、脚状壁３３の高さｈ１よりもわずかに大きくされている。また、一対の脚状壁３３の間隔は平坦面２１１の幅よりもわずかに大きくされているため、ラックプレート３を本体部材２に置いたとき、図９に示されるように平坦面２１１の部分が脚状壁３３の間に入り込む。このときラックプレート３のバック面３２と本体部材２の平坦面２１１が直接接触する一方、縁部３３１と段部平坦面２１２はギャップｇを挟んで対峙することになる。この状態で縁部３３１と段部平坦面２１２とを溶接することにより本体部材２とラックプレート３が一体化される。溶接ビート３３２は縁部３３１と段部平坦面２１２と橋渡すように形成されている。
【００３０】
平坦面２１１の部分が脚状壁３３の間に入り込んでいるため、ラックプレート３と本体部材２を精度よく位置決め、溶接することができ、また、ラックシャフト１にかかる大きな横荷重がかかったとしてもこれに充分に耐えることができる。ラック歯形３１１およびバック面３２は冷間鍛造により形成されているので充分な面一性を有するが、更にバック面３２の波形３２１の頂点（下の部分）を研削してこれを改善して、両者の密着性を良好にすることができる。ラック歯形３１１のバック面３２が平坦面２１１によってバックアップされているため、大きな剛性のラックを得ることができる。
【００３１】
他の構成については第１の実施形態とのラックシャフトと同様であるため、重複する説明を省略する。
【００３２】
第３の実施形態
図１０から図１３を用いて第３の実施形態のラックシャフトについて説明する。図１０および図１２から判るように、このラックシャフト１のラックプレート３は平板の金属素材を折り曲げフロント面３１とバック面３２が形成されただけのものである。第１および第２の実施形態に見られるような脚状壁３３を備えていない。
【００３３】
また、本体部材２は第１の実施形態と同様に平坦面２１１を備えているが、第２の実施形態のような段部平坦面２１２に相当するものを備えていない。ラックプレート３は、図１３に示すようにバック面３２の最下部３３５で本体部材２の平坦面２１１に支持され、その両サイドで溶接されて本体部材２と一体化することによりラックシャフト１が形成されている。
【００３４】
ラック歯形３１１の成形は容易であり、全体として非常に簡単な構造となるため、このラックシャフト１は安価に製造することができる。ラック歯形３１１は最下部３３５で直接支持されているため、歯形の剛性は充分である。溶接は各最下部３３５毎に行う断続的なものとなるが、溶接の際の熱影響を緩和してやれば溶接変形を最小限にすることができる。
【００３５】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【００３６】
第４の実施形態
第４の実施形態のラックシャフト１の断面を図１４に示す。左半分はラックプレートと本体部材とを一体化する前の状態、右半分は一体化した後の状態を示している。バック面３２が平坦面２１１によって支持されている点では、第２の実施形態とよく似ているが、このラックシャフト１はラックプレート３と本体部材２とが溶接によって一体化されたものではない。
【００３７】
本体部材２の平坦面２１１には隣接して一対の長溝２１３が切削によって形成されている。先の例と同様、ラックプレート３の両脇から垂直（下方）に延在する一対の脚状壁３３を有している。ラックプレート３と本体部材２を一体化するとき、脚状壁３３の間に平坦面２１１を挿入し、ラックプレート３の肩部３３３を矢印ｐ方向からカシメ込む。カシメによって縁部３３１の肉は変形流動し、長溝２１３内に進入することによって、本体部材２を抱え込むようになる。これによってラックプレート３と本体部材２は一体化される。
【００３８】
この例ではカシメを利用しているため、溶接のような熱影響を考慮する必要がなく、また、第２実施形態と同様にラック歯形３１１のバック面３２が平坦面２１１によってバックアップされているため、大きな剛性のラックを得ることができる。
【００３９】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【００４０】
第５の実施形態
第５の実施形態のラックシャフト１の断面を図１５に示す。この例では溶接およびカシメを行っていない。フロント面３１（したがって、ラック歯形３１１）およびバック面３２（したがって、波形３２１）が形成されたラックプレート３は第２実施形態と同様に脚状壁３３を備えている。
【００４１】
この脚状壁３３は、組み立て前には図１５の点線で誇張して示すように内側に向けて湾曲した状態に作られている。また、この湾曲によってその端部の間隔が本体部材２の中央部分２１の径よりも小さくなっている。
【００４２】
組み立て時には、開き勝手の力を加えることにより、この脚状壁３３を弾性変形の範囲で開き、ここに中央部分２１を挿入してから力を開放する。すると、脚状壁３３は、図１５の実線で示すように中央部分に巻き付くように締まり、ラックプレート３と本体部材２が一体化される。このとき、脚状壁３３の弾性力によって平坦面２１１とバック面３２を密着させる方向の力が働くので、両者の密着性が良好になるため精度よく、しかも強固に組み立てることができる。
【００４３】
本体部材２と脚状壁３３の端部とを隅部３３６近傍で補助的に溶接あるいはカシメることによっていっそう強固に固着することも可能である。この場合、溶接あるいはカシメの影響が生じるとしても、ラック歯形３１１からは充分に離れているので実質的に問題になることはない。
【００４４】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【００４５】
以上の実施形態で示したラックシャフトおよびその製造方法によれば、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部が製作されているので、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて、しかも、高精度且つ安価に製造することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、実施形態で示したように、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部が製作されているので、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて、しかも、高精度且つ安価にラックシャフトを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のラックシャフトを示した図であり、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図２】第１の実施形態の本体部材２を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図３】第１の実施形態のラックプレート３を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図１（ｃ）の拡大断面図である。
【図５】第１の実施形態において、ラックプレート３を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】第１の実施形態において、ラックプレート３を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図７】第２の実施形態のラックシャフトを説明するための説明図であって、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図８】第２の実施形態の本体部材２を説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】第２の実施形態を説明するための説明図であって、図７（ｃ）の拡大断面図である。
【図１０】第３の実施形態のラックシャフトについて説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】第３の実施形態の本体部材２について説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】第３の実施形態のラックプレート３について説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１３】図１０の拡大断面図である。
【図１４】第４の実施形態のラックシャフト１を示す断面図である。
【図１５】第５の実施形態のラックシャフト１を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ラックシャフト
２ 本体部材
２１ 中央部分
２１１ 平坦面
２１２ 段部平坦面
２１３ 長溝
２２ 側部部分
３ ラックプレート
３１ フロント面
３１１ ラック歯形
３２ バック面
３２１ 波形
３３ 脚状壁
３３１ 縁部
３３２ 溶接ビート
３３３ 肩部
３３５ 最下部
３３６ 隅部
３５ 素材
ｇ ギャップ
ｈ１ 脚状壁の高さ
ｈ２ 段差
【発明の属する技術分野】
本発明は車輌のステアリング装置に使用されるラックシャフトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中実のラックシャフトは中実棒材を切削することによってラック歯を形成して製造するのが一般的であるが、近年では鍛造によってラック歯を形成する鍛造法も行われるようになっている。この鍛造法では、棒材の側面からその中心に向けて所定の歯形を持った金型が押し込まれる。所定の形状のラック歯形を得るためには大きな成型荷重が必要とされ、金型が破損しやすい。このため、例えば、国際公開ＷＯ８３／０４１９７（特公平０２−０５５１３７号）のように、断面円形の棒材を、５５０℃〜７５０℃の温度に加熱し、Ｙ字形状に変形させると同時に歯型を成形し変形抵抗を下げることによって金型の破損を回避するといった金型の破損を防ぐための例を見ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
切削によってラックシャフトを製造する場合、切削時間が長いため生産性が悪い、切削ツール（ホブあるいはブローチ）には摩耗が生じるため長期にわたって精度のよい歯形を得ることができない、切削ツール及びそのメンテナンスに費用が嵩む、及び特殊で高価な工作機械が必要である等の問題がある。
【０００４】
一方、上述のように鍛造によってラックシャフトを製造する場合、加熱が必要であるため鍛造後製品が常温に下がったとき寸法にバラツキが生じる、棒材は歯型成形のためにＹ字形状断面に変形させなければならないため、設計上に制約が多い、特殊な金型が必要であるため金型及びそのメンテナンスに費用が嵩む、特殊な加熱装置及び鍛造プレス機が必要である、加熱温度の管理及び安定した稼働が困難である等の問題がある。
【０００５】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部を製作し、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて製造することができる高精度且つ安価なラックシャフトを提供すること、及び、その製造方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する２つの側部部分とを有する中実円筒の本体部材、及び、ラック歯形が形成されたフロント面、このラック歯に対応した波形のバック面、及び、両側から垂直に折り曲げて延在する一対の脚状壁を有し、平板をプレス成形することによって形成されたラックプレートを備えた車両用ステアリング装置のためのラックシャフトであって、上記ラックプレートの上記バック面は上記平坦面によって直接支持されているとともに、上記脚状壁の縁部と上記平坦面の両脇部に形成された段部平坦面とが溶接されていることを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフトである。
【００１３】
第２番目の発明の解決手段は、軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する２つの側部部分とを本体部材に形成し、平板状の素材からラック歯形が形成されたフロント面、このラック歯に対応した波形のバック面、及び、両側から垂直に折り曲げて延在する一対の脚状壁を有するラックプレートを平板からプレスによって冷間成形し、上記ラックプレートの上記バック面を上記平坦面によって直接支持させるとともに、上記脚状壁の縁部と上記平坦面の両脇部に形成された段部平坦面とを溶接することによってラックシャフトを製造することを特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施形態の説明において、同じあるいは実質的に同じ部材については同じ番号を使用する。
【００１８】
第１の実施形態
図１から図６は第１の実施形態のラックシャフトを示した図である。図１において、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図である。図２は、本体部材２を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図３はラックプレート３を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【００１９】
図１に示されるように、ラックシャフト１は、中実円筒状の本体部材２とラックプレート３からなっている。本体部材２は、図２に示されるように、中心軸に平行な平坦面２１１を有する中央部分２１とこの中央部分２１の両側から軸方向に延在する２つの側部部分２２とを有し、全体として中実の円筒状をなしている。平坦面２１１は切削によって形成される。
【００２０】
ラックプレート３は、図３に示されるように、ラック歯形３１１が形成されたフロント面３１とこのラック歯形３１１に対応した波形３２１が形成されたバック面３２とを有しており、本体部材２の上記平坦面２１１上に取り付けられている。フロント面３１のラック歯形３１１及びバック面３２の波形３２１は、平板をプレス成形法によって成形されたものである。
【００２１】
図１（ｃ）の拡大断面図である図４から判るように、第１の実施形態のラックプレート３は、フロント面３１の両側からこれに垂直に延在する一対の脚状壁３３を有し、溶接ビード３３２から判るように、この脚状壁３３の縁部３３１で本体部材２に溶接されている。組み立てた状態でバック面３２と平坦面２１１との間には空間が形成されている。
【００２２】
図５及び図６は、上記ラックプレート３を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図である。それぞれの図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図５に示すように矩形の平板の素材３５は形成される脚状壁３３に対応する分だけ幅が大きいラックプレート３とほぼ同じ大きさの平板である。この素材３５の両縁を長手方向に沿ってプレス機にて冷間加工で折り曲げ、図６のように一対の脚状壁３３を形成する。これにより樋状になった素材３５の平坦底部に冷間でプレスをして表側にラック歯形３１１、裏側にラック歯形３１１に対応した波形３２１を形成して、図３に示すようなラックプレート３を得る。
【００２３】
ラック歯形３１１は焼き入れをして強度を向上させる。そのため素材３５には、中炭素鋼などを用いて高周波焼き入れを施すか、あるいは、浸炭鋼を用いて浸炭焼き入れをする。なお、本体部材２は強度が充分にあるため焼き入れをする必要はない。
【００２４】
このように、ラックプレート３は板材から成形されるので、ラック歯形３１１及び裏側の波形３２１は小さな成形荷重によって成形することができ、金型にかかる負荷を小さくし、ひいては金型寿命を長くすることができる。また、本発明では、金型を使用しているため、この金型を変更するだけで、固定ギア比（Constant Gear Ratio：ＣＧＲ）のラック歯形３１１だけでなく可変ギア比（Variable Gear Ratio：ＶＧＲ）のラック歯形３１１に対しても、そのまま適用することが可能である。
【００２５】
ラックプレート３は、脚状壁３３の縁部３３１と平坦面２１１を突き合わせて溶接されて、本体部材２と一体化されラックシャフトができる。なお、溶接には、アーク溶接、プラズマ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接等の溶接法を採用することができる。溶接箇所とラック歯形３１１の部分とは脚状壁３３を間に置くことにより充分に離すことができるため、溶接熱がラック歯形３１１におよびこれを変形させるような事態を避けることができ、歯形を保護し位置ずれを防ぐ適宜の治具を用いることによって、精度のよいラックシャフトを得ることができる。なお、ラック歯形３１１の焼き入れは、この溶接の前に行うことも、溶接後に行うことも可能である。
【００２６】
この第１の実施形態として示したラックシャフト１によれば、ラックプレート３は平坦面２１１と脚状壁３３とを密着するようにして溶接されているため、ラック歯形３１１に作用する力は、脚状壁３３を介して本体部材２に伝達される。このため、ラック歯形３１１に急激な力、大きな力あるいは振動が加えられた場合でも、ラック歯形３１１の中央部がある程度変形することによって、緩衝作用が生じる。このため、このラックシャフトを組み込むことにより、動きがスムーズなステアリング装置を得ることができる。
【００２７】
第２の実施形態
第２の実施形態のラックシャフトを図７から図９を用いて説明する。それぞれ図１、図２および図４に対応している。図７において、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。また、図８は、本体部材２を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図９は、図７（ｃ）の拡大断面図である。
【００２８】
この実施例のラックシャフト１は、ラックプレート３の構成は第１の実施形態と同様であるが、本体部材２の形状とその関連において異なる。本体部材２は、平坦面２１１を備えているが、図８に示されるように、この例では、平坦面２１１の両脇部が切削によって切り落とされて、段部平坦面２１２が形成されている。
【００２９】
段部平坦面２１２と平坦面２１１との段差ｈ２は、脚状壁３３の高さｈ１よりもわずかに大きくされている。また、一対の脚状壁３３の間隔は平坦面２１１の幅よりもわずかに大きくされているため、ラックプレート３を本体部材２に置いたとき、図９に示されるように平坦面２１１の部分が脚状壁３３の間に入り込む。このときラックプレート３のバック面３２と本体部材２の平坦面２１１が直接接触する一方、縁部３３１と段部平坦面２１２はギャップｇを挟んで対峙することになる。この状態で縁部３３１と段部平坦面２１２とを溶接することにより本体部材２とラックプレート３が一体化される。溶接ビート３３２は縁部３３１と段部平坦面２１２と橋渡すように形成されている。
【００３０】
平坦面２１１の部分が脚状壁３３の間に入り込んでいるため、ラックプレート３と本体部材２を精度よく位置決め、溶接することができ、また、ラックシャフト１にかかる大きな横荷重がかかったとしてもこれに充分に耐えることができる。ラック歯形３１１およびバック面３２は冷間鍛造により形成されているので充分な面一性を有するが、更にバック面３２の波形３２１の頂点（下の部分）を研削してこれを改善して、両者の密着性を良好にすることができる。ラック歯形３１１のバック面３２が平坦面２１１によってバックアップされているため、大きな剛性のラックを得ることができる。
【００３１】
他の構成については第１の実施形態とのラックシャフトと同様であるため、重複する説明を省略する。
【００３２】
第３の実施形態
図１０から図１３を用いて第３の実施形態のラックシャフトについて説明する。図１０および図１２から判るように、このラックシャフト１のラックプレート３は平板の金属素材を折り曲げフロント面３１とバック面３２が形成されただけのものである。第１および第２の実施形態に見られるような脚状壁３３を備えていない。
【００３３】
また、本体部材２は第１の実施形態と同様に平坦面２１１を備えているが、第２の実施形態のような段部平坦面２１２に相当するものを備えていない。ラックプレート３は、図１３に示すようにバック面３２の最下部３３５で本体部材２の平坦面２１１に支持され、その両サイドで溶接されて本体部材２と一体化することによりラックシャフト１が形成されている。
【００３４】
ラック歯形３１１の成形は容易であり、全体として非常に簡単な構造となるため、このラックシャフト１は安価に製造することができる。ラック歯形３１１は最下部３３５で直接支持されているため、歯形の剛性は充分である。溶接は各最下部３３５毎に行う断続的なものとなるが、溶接の際の熱影響を緩和してやれば溶接変形を最小限にすることができる。
【００３５】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【００３６】
第４の実施形態
第４の実施形態のラックシャフト１の断面を図１４に示す。左半分はラックプレートと本体部材とを一体化する前の状態、右半分は一体化した後の状態を示している。バック面３２が平坦面２１１によって支持されている点では、第２の実施形態とよく似ているが、このラックシャフト１はラックプレート３と本体部材２とが溶接によって一体化されたものではない。
【００３７】
本体部材２の平坦面２１１には隣接して一対の長溝２１３が切削によって形成されている。先の例と同様、ラックプレート３の両脇から垂直（下方）に延在する一対の脚状壁３３を有している。ラックプレート３と本体部材２を一体化するとき、脚状壁３３の間に平坦面２１１を挿入し、ラックプレート３の肩部３３３を矢印ｐ方向からカシメ込む。カシメによって縁部３３１の肉は変形流動し、長溝２１３内に進入することによって、本体部材２を抱え込むようになる。これによってラックプレート３と本体部材２は一体化される。
【００３８】
この例ではカシメを利用しているため、溶接のような熱影響を考慮する必要がなく、また、第２実施形態と同様にラック歯形３１１のバック面３２が平坦面２１１によってバックアップされているため、大きな剛性のラックを得ることができる。
【００３９】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【００４０】
第５の実施形態
第５の実施形態のラックシャフト１の断面を図１５に示す。この例では溶接およびカシメを行っていない。フロント面３１（したがって、ラック歯形３１１）およびバック面３２（したがって、波形３２１）が形成されたラックプレート３は第２実施形態と同様に脚状壁３３を備えている。
【００４１】
この脚状壁３３は、組み立て前には図１５の点線で誇張して示すように内側に向けて湾曲した状態に作られている。また、この湾曲によってその端部の間隔が本体部材２の中央部分２１の径よりも小さくなっている。
【００４２】
組み立て時には、開き勝手の力を加えることにより、この脚状壁３３を弾性変形の範囲で開き、ここに中央部分２１を挿入してから力を開放する。すると、脚状壁３３は、図１５の実線で示すように中央部分に巻き付くように締まり、ラックプレート３と本体部材２が一体化される。このとき、脚状壁３３の弾性力によって平坦面２１１とバック面３２を密着させる方向の力が働くので、両者の密着性が良好になるため精度よく、しかも強固に組み立てることができる。
【００４３】
本体部材２と脚状壁３３の端部とを隅部３３６近傍で補助的に溶接あるいはカシメることによっていっそう強固に固着することも可能である。この場合、溶接あるいはカシメの影響が生じるとしても、ラック歯形３１１からは充分に離れているので実質的に問題になることはない。
【００４４】
これまでに説明した実施形態と同様なあるいは実質的に同様な部分については重複する説明を省略する。
【００４５】
以上の実施形態で示したラックシャフトおよびその製造方法によれば、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部が製作されているので、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて、しかも、高精度且つ安価に製造することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、実施形態で示したように、従来のような切削歯切り法及び温間鍛造法によることなくラック歯部が製作されているので、これをラックシャフト本体部材に結合することにより、安価な設備を用いて、しかも、高精度且つ安価にラックシャフトを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のラックシャフトを示した図であり、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は（ｂ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図２】第１の実施形態の本体部材２を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図３】第１の実施形態のラックプレート３を示した図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図１（ｃ）の拡大断面図である。
【図５】第１の実施形態において、ラックプレート３を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】第１の実施形態において、ラックプレート３を平板の金属素材から形成する過程を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図７】第２の実施形態のラックシャフトを説明するための説明図であって、（ａ）はこのラックシャフト１の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図８】第２の実施形態の本体部材２を説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】第２の実施形態を説明するための説明図であって、図７（ｃ）の拡大断面図である。
【図１０】第３の実施形態のラックシャフトについて説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】第３の実施形態の本体部材２について説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】第３の実施形態のラックプレート３について説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１３】図１０の拡大断面図である。
【図１４】第４の実施形態のラックシャフト１を示す断面図である。
【図１５】第５の実施形態のラックシャフト１を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ラックシャフト
２ 本体部材
２１ 中央部分
２１１ 平坦面
２１２ 段部平坦面
２１３ 長溝
２２ 側部部分
３ ラックプレート
３１ フロント面
３１１ ラック歯形
３２ バック面
３２１ 波形
３３ 脚状壁
３３１ 縁部
３３２ 溶接ビート
３３３ 肩部
３３５ 最下部
３３６ 隅部
３５ 素材
ｇ ギャップ
ｈ１ 脚状壁の高さ
ｈ２ 段差
Claims (2)
- 軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する２つの側部部分とを有する中実円筒の本体部材、及び、
ラック歯形が形成されたフロント面、このラック歯に対応した波形のバック面、及び、両側から垂直に折り曲げて延在する一対の脚状壁を有し、平板をプレス成形することによって形成されたラックプレート
を備えた車両用ステアリング装置のためのラックシャフトであって、
上記ラックプレートの上記バック面は上記平坦面によって直接支持されているとともに、上記脚状壁の縁部と上記平坦面の両脇部に形成された段部平坦面とが溶接されていること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト。 - 軸に平行な平坦面を有する中央部分とこの中央部分の両側から軸方向に延在する２つの側部部分とを本体部材に形成し、
平板状の素材からラック歯形が形成されたフロント面、このラック歯に対応した波形のバック面、及び、両側から垂直に折り曲げて延在する一対の脚状壁を有するラックプレートを平板からプレスによって冷間成形し、
上記ラックプレートの上記バック面を上記平坦面によって直接支持させるとともに、上記脚状壁の縁部と上記平坦面の両脇部に形成された段部平坦面とを溶接することによってラックシャフトを製造すること
を特徴とする車両用ステアリング装置のためのラックシャフト製造方法。
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