JP5453929B2 - ラックシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両を操舵するステアリング装置等に用いられるラックシャフトの製造方法に関する。

ステアリング装置において、上記ラックシャフトは、ステアリングホイール等の操舵部からステアリングシャフトおよび中間シャフトを介したピニオンシャフトに設けられた歯部と噛み合うことにより、操舵部の動きを車輪へ伝達する。また、一般的に、ラックシャフトは、高硬度が要求されるため、ラックシャフトの歯部が設けられる歯面及びこの歯面とは反対側の面となる背面のそれぞれに焼入れ処理が行われる（例えば、特許文献１参照）。

図９を参照して、従来のラックシャフトの焼入れ装置について説明する。図９（ａ）は、焼入れ装置１００の正面構造を示す正面図であり、図９（ｂ）は、ラックシャフトＲＳの軸方向の一端側より見た側面構造を示す側面図である。

図９（ａ）に示すように、焼入れ装置１００は、ラックシャフトＲＳの歯部ＲＳ１を直接通電にて加熱する加熱部１０１と、歯部ＲＳ１を冷却水にて冷却する歯面側冷却部１０２と、ラックシャフトＲＳの背面側を冷却水にて冷却する背面側冷却部１０３，１０４（図９（ｂ）参照）とを備える。歯面側冷却部１０２及び背面側冷却部１０３，１０４は、冷却水を貯水したタンクから供給される。また、ラックシャフトＲＳは、ラックシャフトＲＳの軸方向に一定の距離を経て配置された一対の保持装置１０５によって保持されている。そして、加熱部１０１の加熱コイルは、歯部ＲＳ１の軸方向の全面を覆っている。また、歯面側冷却部１０２も同様に、歯部ＲＳ１の軸方向の全面を覆っている。

また、図９（ｂ）に示すように、背面側冷却部１０３，１０４は、ラックシャフトＲＳの径方向に一定の距離を経てそれぞれ配置されている。また、図９（ａ）に示すように、背面側冷却部１０３，１０４のそれぞれは、歯部ＲＳ１の軸方向の全面を覆っている。

この焼入れ装置１００における焼入れ方法は、まず、加熱部１０１によって、ラックシャフトＲＳの歯面を加熱した後、歯面側冷却部１０２からの冷却水の噴射により、ラックシャフトＲＳの歯面を冷却し、背面側冷却部１０３，１０４からの冷却水の噴射により、ラックシャフトＲＳの背面を冷却する。これにより、ラックシャフトＲＳの焼入れが完了する。

特開平７−２６８４８１号公報

ところで、ラックシャフトに焼入れを行う場合、ラックシャフトの冷却の度合が不均一であることに起因して、ラックシャフトが変形してしまうことがある。
例えば、従来の焼入れ装置１００のように、歯面側冷却部１０２と背面側冷却部１０３，１０４の冷却水の噴射により冷却を行う構成において、背面側冷却部１０３からの冷却水の噴射量及び噴射タイミングと、背面側冷却部１０４からの冷却水の噴射量及び噴射タイミングとの間にずれが生じることもある。この場合には、ラックシャフトＲＳにおいて
、背面側冷却部１０３の冷却水の噴射により冷却される部位の冷却の度合と、背面側冷却部１０４の冷却水の噴射により冷却される部位の冷却の度合とが互いに異なってしまう。したがって、この冷却の度合が異なることに起因して、ラックシャフトに横方向（図９参照）の変形が生じるようになる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ラックシャフトに焼入れを行う際の冷却に起因して生じるラックシャフトの変形を抑制することのできるラックシャフトの製造方法を提供することである。

請求項１に記載の発明は、ピニオンシャフトと噛み合う歯面を有するラックシャフトの製造方法において、ラックシャフトを形成する第１工程と、このラックシャフトに焼入れを行う第２工程とを備え、前記第２工程は、前記ラックシャフトの歯面を加熱する第３工程と、前記第３工程後に前記歯面の冷却を行う第４工程と、前記歯面とは反対側の面である背面を冷却水の噴射によって冷却する第５工程とを備え、前記第５工程の開始時は、前記第４工程の開始時よりも後であることを要旨とする。

この発明によれば、第４工程の開始時より後に第５工程を開始することにより、歯面側の焼入れが背面の冷却より先に行われることになるため、ラックシャフトの歯面側の硬度を先に向上させることができる。そして、ラックシャフトの歯面側の硬度が向上した状態において、ラックシャフトの背面側の冷却を行うため、ラックシャフトの背面側の冷却に起因するラックシャフトの変形を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のラックシャフトの製造方法において、前記第５工程の開始時は、前記第４工程において、前記ラックシャフトの焼入れが完了した後であることを要旨とする。

この発明によれば、第４工程において歯面側の焼入れが完了した後に、第５工程を開始するため、即ち、ラックシャフトの歯面側の硬度が十分に向上した状態において、ラックシャフトの背面側の冷却を行うため、ラックシャフトの背面側の冷却に起因するラックシャフトの変形をより好適に抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１及び請求項２のいずれかに記載のラックシャフトの製造方法において、前記第５工程の開始時は、前記第４工程の終了後、前記ラックシャフトの残熱に起因する復温による前記ラックシャフトの硬度の低下が開始する前であることを要旨とする。

この発明によれば、第４工程の終了後、ラックシャフトの残熱に起因する復温によるラックシャフトの硬度の低下が開始する前に、第５工程を開始することにより、即ち、ラックシャフトの硬度の低下が開始する前に第５工程を開始することにより、ラックシャフトの背面側の冷却に起因するラックシャフトの変形をより好適に抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のラックシャフトの製造方法において、前記第５工程の開始時は、前記第４工程の開始時からの経過時間が３秒以上、且つ、前記第４工程の終了時からの経過時間が７秒以下の間であることを要旨とする。

本願発明者によれば、第４工程の開始から３秒以上の時間が経過した後に、第５工程を開始することにより、ラックシャフトの変形量が十分に小さくなることが確認されている。これは、第４工程の開始から３秒が経過するまでの間に、歯面の組成のマルテンサイト変態が十分に進行していることによるものと考えられる。また、一方で、第４工程の終了
から７秒以上の時間が経過する前に第５工程を開始することによっても、ラックシャフトの変形量が十分に小さくなることが確認されている。これは、第４工程の終了から７秒以上の時間が経過する前は、ラックシャフトの残熱に起因するラックシャフトの復温が生じたとしても、その度合が比較的小さいことによるものと考えられる。そして、上記発明では、こうした事実に鑑み、第５工程の開始時を設定するようにしているため、ラックシャフトの変形をより好適に抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のラックシャフトの製造方法において、前記第５工程の開始時は、前記第４工程の開始時からの経過時間が４秒以上、且つ、前記第４工程の終了時からの経過時間が２秒以下の間であることを要旨とする。

本願発明者によれば、第４工程の開始から４秒以上の時間が経過した後に第５工程を開始する場合、ラックシャフトの変形量が十分小さくなるとともに、４秒以上では、ラックシャフトの変形量が殆ど変化しないことが確認されている。これは、第４工程の開始から４秒が経過するまでの間に、歯面の組成のマルテンサイト変態が十分に進行していることによるものと考えられる。また、一方で、第４工程の終了時から２秒以上の時間が経過する前に第５工程を開始することによっても、ラックシャフトの変形量が十分に小さくなることが確認されている。これは、第４工程の終了から２秒以上の時間が経過する前は、ラックシャフトの残熱に起因するラックシャフトの復温が開始していないことによるものと考えられる。そして、上記発明では、こうした事実に鑑み、第５工程の開始時を設定するようにしているため、ラックシャフトの変形をより好適に抑制することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のラックシャフトの製造方法において、前記第３工程後に前記ラックシャフトを空冷し、前記ラックシャフトの空冷後に前記第４工程を開始し、前記第４工程は、前記歯面に冷却水を噴射する水冷工程であることを要旨とする。
この発明によれば、加熱したラックシャフトの歯面の温度を空冷によって低下させるため、歯部の焼割れを抑制することができる。

本発明によれば、ラックシャフトに焼入れを行う際の冷却に起因して生じるラックシャフトの変形を抑制することのできるラックシャフトの製造方法を提供することができる。

本発明のラックシャフトの製造方法を車両の車輪の操舵を行うステアリング装置に用いられるラックシャフトの製造方法として具体化した一実施形態について、同ステアリング装置の模式図。 （ａ）同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトの正面構造を示す正面図。（ｂ）同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトをＸ−Ｘにて切った断面構造を示す断面図。 同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトに焼入れを行う焼入れ装置の構造を模式的に示す模式図。 （ａ）同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトに焼入れを行う焼入れ装置の正面構造を示す正面図。（ｂ）同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトに焼入れを行う焼入れ装置の側面構造を示す側面図。 同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトに焼入れを行ったときの同ラックシャフトの温度変化と経過時間との関係を示すグラフ。 同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトの歯面側への冷却の開始時に対する同ラックシャフトの背面側への冷却の開始時の遅延時間と同ラックシャフトの変形量との関係を示すグラフ。 同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトの歯面側及び背面側への冷却に遅延時間を設けた場合と、同遅延時間を設けない場合とに対する同ラックシャフトの変形量を示すグラフ。 同実施形態のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトの製造過程を示すフローチャート。 （ａ）従来のラックシャフトの製造方法について、同ラックシャフトに焼入れを行う焼入れ装置の正面構造を示す正面図。（ｂ）同焼入れ装置の側面構造を示す側面図。

図１〜図８を参照して、本発明に係るラックシャフトの製造方法を車両の車輪の操舵を行うステアリング装置に用いられるラックシャフトの製造方法として具体化した一実施形態について説明する。

まず、図１を参照して、ステアリング装置の構成について説明する。
図１に示すように、ステアリング装置１は、操作者がステアリングホイール等の操舵部２を操作することにより、車両の車輪９の方向を変更させる装置である。具体的には、ステアリング装置１の操舵部２により、操舵部２に連結されたステアリングシャフト３を回転させる。そして、ステアリングシャフト３の回転は、中間シャフト５及びピニオンシャフト７を介して車両の車輪９に向かい伸びる転舵軸としてのラックシャフト８の直線方向の移動に変換され、ラックシャフト８の直線方向の移動に伴い、車輪９の方向が変更される。

また、ステアリングシャフト３と中間シャフト５との間、及びピニオンシャフト７と中間シャフト５との間には、それぞれ十字軸継手４，６が連結されることにより、中間シャフト５及びピニオンシャフト７を回転及び移動が許容されている。したがって、ステアリングシャフト３の回転は、中間シャフト５を介して、ピニオンシャフト７に伝達される。

また、ピニオンシャフト７には、ピニオン歯７ａが設けられており、ラックシャフト８に設けられたラック歯８ａと噛み合うことにより、ピニオンシャフト７の回転が、ラックシャフト８の直線方向の移動に変換される。

次に、図２を参照して、ラックシャフト８の構成について説明する。
図２（ａ）に示すように、ラックシャフト８は、中実構造、且つ略円柱形状に構成されている。そして、ラックシャフト８の軸方向の一端側には、はすば歯車としてのラック歯８ａが設けられている。本実施形態では、ラックシャフト８に炭素鋼であるＳ４５Ｃが用いられる。

以降では、図２（ｂ）に示すように、ラックシャフト８において、ラック歯８ａが設けられた領域Ｙ１を「歯面側」といい、ラック歯８ａが設けられた領域Ｙ１と反対側の領域Ｙ２を「背面側」という。

次に、図３及び図４を参照して、ラックシャフト８の焼入れ装置１０について説明する。
図３に示すように、焼入れ装置１０は、ラックシャフト８のラック歯８ａを加熱する加熱部１１と、ラック歯８ａを冷却する歯面側冷却部１２と、ラックシャフト８の背面側を冷却する背面側冷却部１３ａ，１３ｂと、歯面側冷却部１２及び背面側冷却部１３ａ，１３ｂに冷却水を供給するタンク１４とにより構成されている。

加熱部１１は、加熱コイルを備えた高周波直接通電加熱装置である。即ち、本実施形態では、ラックシャフト８のラック歯８ａに高周波焼入れを行う。加熱部１１において、ラックシャフト８は、ラック歯８ａが加熱コイルと対向する方向に電極１１ａ，１１ｂと接した状態で一対の保持装置２０により固定される。そして、この加熱コイルに高周波電力を供給することによりラック歯８ａを加熱する。

歯面側冷却部１２は、加熱部１１の縦方向の下側に設けられている。そして、タンク１
４から供給された冷却水は、歯面側冷却部１２により、加熱部１１（加熱コイル）を介して、ラック歯８ａに噴射される。

背面側冷却部１３ａ，１３ｂは、ラックシャフト８から一定の距離を経て、縦方向の上側に設けられている。そして、タンク１４から供給された冷却水は、背面側冷却部１３ａ，１３ｂにより、ラックシャフト８の背面側に向けて噴射される。

タンク１４と、歯面側冷却部１２及び背面側冷却部１３ａ，１３ｂとの間には、歯面側冷却部１２へ供給する冷却水の流量を調整する第１電磁弁１５、及び背面側冷却部１３ａ，１３ｂへ供給する冷却水の流量を調整する第２電磁弁１６が設けられている。歯面側冷却部１２及び背面側冷却部１３ａ，１３ｂへの冷却水の供給は、ポンプ１７により行われる。

歯面側冷却部１２及び背面側冷却部１３ａ，１３ｂからラックシャフト８に向かい噴射された冷却水は、補助タンク１８に供給される。そして、補助タンク１８に貯められた冷却水は、ポンプ１９により、タンク１４に戻される。

図４（ａ）に示すように、ラックシャフト８は、ラックシャフト８の軸方向に一定の距離を経て配置された一対の保持装置２０によって、保持される。この一対の保持装置２０は、ラックシャフト８のラック歯８ａを軸方向の両側より保持する。そして、加熱部１１の加熱コイルは、ラック歯８ａの軸方向の全面を覆う。また、歯面側冷却部１２も同様に、ラック歯８ａの軸方向の全面を覆う。

また、図４（ｂ）に示すように、背面側冷却部１３ａ，１３ｂは、ラックシャフト８の径方向に一定の距離を経て２つ配置されている。詳細には、背面側冷却部１３ａ，１３ｂは、ラックシャフト８に対して、横方向との成す鋭角θが４５度となる位置、且つ、保持装置２０の中心線に対して対称となる位置にそれぞれ配置されている。また、図４（ａ）に示すように、背面側冷却部１３ａ，１３ｂのそれぞれは、ラック歯８ａの軸方向の全面を覆う。

次に、図５〜図７を参照して、歯面側冷却部１２の冷却開始時と、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却開始時とを異ならせた場合におけるラックシャフト８の変形の度合について説明する。

図５〜図７では、ラックシャフト８の直径が２４ｍｍ、ラックシャフト８の軸方向の長さが６３０ｍｍのものを使用している。また、加熱部１１には、出力１００ｋＷの発振機を使用している。また、歯面側冷却部１２及び背面側冷却部１３ａ，１３ｂには、それぞれの冷却水の流量を、９０Ｌ／ｍｉｎに設定している。

図５は、加熱部１１（図４参照）により、ラックシャフト８のラック歯８ａを加熱した後に、歯面側冷却部１２（図４参照）及び背面側冷却部１３ａ，１３ｂ（図４参照）によって、ラックシャフト８を冷却したときのラック歯８ａの歯先及び歯底の温度変化を示すグラフである。より詳細には、ラック歯８ａの歯先における径方向の２点の温度（図５中のＲ１，Ｌ１）と、歯底における径方向の２点の温度（図５中のＲ２，Ｌ２）との変化について示すグラフである。また、ラック歯８ａの各部位の温度は、測定点（Ｒ１，Ｒ２，Ｌ１，Ｌ２）に熱電対を取り付けることにより、測定することができる。

図５において、ラックシャフト８の焼入れは、次のように行なわれる。即ち、まずラックシャフト８は、加熱部１１により、７．８秒間にわたり加熱される（図５中の加熱時間）。そして、０．３秒の空冷（図５中の空冷時間）の後、歯面側冷却部１２により、ラッ
ク歯８ａ（歯面側）の冷却が８秒間行われる（図５中の歯面冷却時間）。そして、空冷から１０秒経過した後（図５中の背面冷却遅延時間）、即ち、歯面側冷却部１２の冷却終了から２秒経過した後、背面側冷却部１３ａ，１３ｂにより、ラックシャフト８の背面側の冷却が行われる（図５中の背面冷却時間）。これらにより、ラックシャフト８の焼入れは完了する。

図５に示すように、加熱部１１によるラックシャフト８の加熱により、ラックシャフト８のラック歯８ａの温度は、７５０℃〜８００℃まで上昇する。そして、空冷により、ラック歯８ａの温度は、６００℃〜７００℃まで低下する。この空冷により、ラック歯８ａの焼き割れが抑制される。

空冷後の歯面側冷却部１２によるラック歯８ａの冷却によって、ラック歯８ａの温度は、１００℃以下まで低下する。ここで、歯面側冷却部１２によるラック歯８ａの冷却では、歯底の温度Ｒ２，Ｌ２が、歯先の温度Ｒ１，Ｌ１よりも高い。即ち、歯先の温度Ｒ１，Ｌ１は、約３０℃まで低下するのに対して、歯底の温度Ｒ２，Ｌ２は、約５０℃までしか低下しない。

また、歯面側冷却部１２によるラック歯８ａの冷却開始から１．２秒が経過するまでの間において、歯先の温度Ｒ１，Ｌ１及び歯底の温度Ｒ２，Ｌ２がそれぞれ２３０℃以下まで低下する。ここで、ラックシャフト８のラック歯８ａを加熱して、７００℃〜８００℃に加熱後に急冷しているため、この急冷に伴い、ラック歯８ａの温度を３５０℃まで低下したとき、ラック歯８ａには、マルテンサイト変態が生じる。そして、さらにラック歯８ａを冷却して、ラック歯８ａの温度が２３０℃まで低下したときには、ラック歯８ａでは、マルテンサイト変態が９０％まで進行する。ここでは、ラック歯８ａにおいて、マルテンサイト変態が９０％まで進行した状態を焼入れ完了とする。即ち、ラック歯８ａを加熱した後、２３０℃まで急冷した時点において、ラック歯８ａの焼入れが完了する。

ここで、ラック歯８ａの歯先の温度Ｒ１，Ｌ１及び歯底の温度Ｒ２，Ｌ２は、ラック歯８ａの径方向の両端の温度である。本願発明者によれば、ラック歯８ａの径方向の中央、且つ、ラック歯８ａの内部である歯元芯部（図５参照）の温度は、歯底の温度Ｒ２，Ｌ２が２３０℃に達した時点から、約１．５秒が経過した後に、２３０℃に達することが確認されている。したがって、ラック歯８ａの焼入れは、歯面側冷却部１２によるラック歯８ａの冷却を開始してから約２．７秒後に完了することになる。

そして、歯面側冷却部１２の冷却終了後から背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却開始までの間は、ラックシャフト８に冷却水が供給されないため、ラック歯８ａの歯先の温度Ｒ１，Ｌ１及び歯底の温度Ｒ２，Ｌ２は、ラックシャフト８の残熱がラック歯８ａに復温することにより、それぞれ１００℃付近まで上昇する。ここで、ラック歯８ａを１００℃以下まで冷却した後、ラック歯８ａが復温して１００℃より高い温度に上昇すると、焼入れが完了した後のラック歯８ａの硬度の低下が生じる可能性がある。したがって、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却開始時は、歯面側冷却部１２の冷却終了後から、ラックシャフト８の残熱によりラック歯８ａに復温することによって、焼入れが完了した後のラック歯８ａの硬度の低下が開始される前であることが望ましい。特に、ラック歯８ａの復温を１００℃付近までに抑えることにより、確実に、ラック歯８ａの復温による硬度の低下を抑制することができる。

その後、背面側冷却部１３ａ，１３ｂによるラックシャフト８の背面側の冷却によって、歯先の温度Ｒ１，Ｌ１及び歯元の温度Ｒ２，Ｌ２は、それぞれ１００℃以下（本実施形態では、約３０℃）まで低下するとともに、歯先の温度Ｒ１，Ｌ１及び歯元の温度Ｒ２，Ｌ２は等しくなる。

図６は、歯面側冷却部１２によるラック歯８ａの冷却開始時に対して、背面側冷却部１３ａ，１３ｂのラックシャフト８の背面側への冷却開始時が遅れた時間（秒）と、ラックシャフト８のラック歯８ａが設けられる方向に対して垂直な幅方向（図２（ｂ）参照）の変形量（μｍ）との関係を示すグラフである。

図６において、歯面側冷却部１２による冷却開始時に対して背面側冷却部１３ａ，１３ｂによる冷却開始時を遅延させた時間（以下、単に「遅延時間」という。）は、２秒を超えてから、ラックシャフト８の変形量に対して大きな影響を与える。即ち、遅延時間が２秒を超えたあたりから、ラックシャフト８の変形量が大幅に低減する傾向を示し、４秒あたりまでの期間にわたり、この傾向が継続する。

そして、遅延時間が４秒を越えてから、ラックシャフト８の変形量に対する影響が小さくなる。即ち、図６の曲線にみられるように、遅延時間が４秒を越えたあたりから、変形量は遅延時間に対して略一定の値を示す。このことは、遅延時間が４秒より長い時間に設定しても、ラックシャフト８の変形量は、遅延時間が４秒でのラックシャフト８の変形量とほとんど変わらないことを示している。

本実施形態では、ラックシャフト８の変形量の規格値を１５０μｍに設定している。ここで、図６において、遅延時間が３秒のとき、ラックシャフト８の変形量は、１５０μｍとなる。したがって、遅延時間は、少なくとも３秒以上に設定することが望ましい。

図７は、遅延時間を５秒としたときのラックシャフト８のラック歯８ａ付近の変形量と、比較例として、遅延時間を０秒としたとき、即ち、遅延時間を設けないときのラックシャフト８のラック歯８ａ付近の変形量との比較を示すグラフである。ここで、ラックシャフト８の変形量を、ラックシャフト８の軸方向を中心に１回転させたときのラックシャフト８の振れ量として計測している。

図７において、遅延時間を５秒としたときの曲線Ａは、曲線Ａの下限値が、約７５μｍである。したがって、遅延時間を５秒としたときのラックシャフト８の変形量は、最大値で約７５μｍである。一方、遅延時間を０秒としたときの曲線Ｂは、曲線Ｂの下限値が、約２６０μｍである。したがって、遅延時間を０秒としたときのラックシャフト８の変形量は、最大値で約２６０μｍである。このグラフの結果により、ラックシャフト８の変形量は、遅延時間を５秒とした方が、遅延時間を０秒としたときよりも小さくなることが分かる。

次に、図８を参照して、ラックシャフト８の製造方法について説明する。
まず、ステップＳ１（第１工程）において、棒材を加工することより、ラックシャフト８を形成する。具体的には、炭素鋼であるＳ４５Ｃの棒材を切削加工することにより、略円柱形状に形成するとともに、ラック歯８ａを形成する。

次に、ステップＳ２〜ステップＳ６において、ラックシャフト８に焼入れを行う。即ち、ラックシャフト８のラック歯８ａに高周波焼入れを行う。なお、ステップＳ３，Ｓ５，及びＳ６が、第２工程に相当する。

具体的には、まず、ステップＳ２において、ラックシャフト８を焼入れ装置１０に配置する。より詳細には、図４に示すように、ラックシャフト８を焼入れ装置１０の保持装置２０によって保持する。ここで、ラックシャフト８のラック歯８ａは、加熱部１１の加熱コイルと対向するとともに、近接して配置される。

次に、ステップＳ３（第３工程）において、加熱部１１により、ラックシャフト８のラック歯８ａを加熱する。具体的には、加熱部１１により、ラックシャフト８のラック歯８ａに７．８秒間、加熱する。そして、この加熱部１１のラックシャフト８への加熱により、ラック歯８ａの温度は、７５０℃〜８００℃となる。

次に、ステップＳ４において、ステップＳ３の加熱部１１の加熱の後、ラックシャフト８を空冷する。この空冷の時間は、０．３秒である。そして、ラックシャフト８の空冷により、ラック歯８ａの温度は、６００℃〜７００℃となる。ここで、ラックシャフト８を空冷することにより、ラック歯８ａの焼き割れを抑制することができる。

次に、ステップＳ５（第４工程）において、ステップＳ４の空冷の後、歯面側冷却部１２により、ラックシャフト８のラック歯８ａ（歯面側）を冷却する。具体的には、歯面側冷却部１２により、ラックシャフト８のラック歯８ａ（歯面側）に８秒間、冷却水を噴射する。そして、この歯面側冷却部１２により、ラック歯８ａの温度は、１００℃以下となる。また、歯面側冷却部１２の冷却水の流量は、９０Ｌ／ｍｉｎである。この歯面側冷却部１２の冷却水の流量は、焼入れ装置１０の第１電磁弁１５により調整される。

次に、ステップＳ６（第５工程）において、ステップＳ４の空冷の後、且つ歯面側冷却部１２の冷却開始後、背面側冷却部１３ａ，１３ｂにより、ラックシャフト８の背面側を冷却する。即ち、背面側冷却部１３ａ，１３ｂによるラックシャフト８の背面側を冷却する第５工程の開始時は、歯面側冷却部１２によるラックシャフト８の歯面側を冷却する第４工程の開始時より後に行われる。具体的には、第４工程により、ラックシャフト８のラック歯８ａの焼入れが完了した後、第５工程が開始される。より具体的には、歯面側冷却部１２の冷却開始時から５秒の遅延時間の後、背面側冷却部１３ａ，１３ｂのラックシャフト８の背面側への冷却を開始する。ここで、第５工程の開始時は、第４工程の終了時より前であってもよい。

ここで、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却が開始されたとき、第１電磁弁１５により、歯面側冷却部１２の流量は、８０Ｌ／ｍｉｎに調整される。そして、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却水の流量は、歯面側冷却部１２による冷却が行われている間は、８０Ｌ／ｍｉｎであり、歯面側冷却部１２による冷却が終了した後、即ち、ラックシャフト８への冷却が、背面側冷却部１３ａ，１３ｂのみとなったとき、８０Ｌ／ｍｉｎから９０Ｌ／ｍｉｎに変更される。この背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却水の流量は、焼入れ装置１０の第２電磁弁１６により調整される。そして、背面側冷却部１３ａ，１３ｂによるラックシャフト８の背面側への冷却により、ラックシャフト８が約３０℃になるとともに、ラック歯８ａの歯先の温度と歯元の温度とが等しくなる。

また、第５工程であるステップＳ６が第４工程であるステップＳ５の開始時よりも遅れて開始される時間である遅延時間は、ステップＳ５の開始時からの経過時間が３秒以上、且つ、ステップＳ５の終了時からの経過時間が７秒以下の間、より好ましくは、ステップＳ５の開始時からの経過時間が４秒以上、且つ、ステップＳ５の終了時からの経過時間が２秒以下の間であることが好ましい。遅延時間が上記の間であることにより、ラックシャフト８の硬度が高い状態、即ち、ラックシャフト８が変形しにくい状態において、ラックシャフト８の背面側の冷却を行うことができる。したがって、背面側冷却部１３ａ，１３ｂのラックシャフト８へ噴射する冷却水の流量や、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの噴射タイミングにずれがあったとしても、ラックシャフト８の冷却に伴う変形が生じることを抑制することができる。

この背面側冷却部１３ａ，１３ｂによるラックシャフト８の背面側への冷却により、ラックシャフト８の残熱を取り除くことができる。したがって、ラックシャフト８の残熱に
より、ラック歯８ａに復温することによって、ラック歯８ａの硬度が低下することを抑制することができる。これにより、ラックシャフト８の焼入れが完了する。

次に、ステップＳ７において、焼入れ装置１０とは別の電気炉または誘導加熱装置にて、ラックシャフト８のラック歯８ａを再度加熱する。具体的には、焼入れ装置１０からラックシャフト８を取り出し、電気炉また誘導加熱装置にシャフト８を載置する。そして、電気炉または誘導加熱装置にてラックシャフト８のラック歯８ａを加熱する。この工程において、加熱部１１は、ステップＳ３での加熱によるラック歯８ａの温度よりも十分に低い温度となるようにラック歯８ａを加熱する。これにより、ラックシャフト８のラック歯８ａの焼き戻しが完了する。この焼き戻し工程（ステップＳ７）により、ラックシャフト８の焼入れ組織が安定し、十分な靭性が確保される。

次に、ステップＳ８において、ラックシャフト８の変形量を低減するため、ラックシャフト８の変形を修正する。即ち、ラックシャフト８の歪を矯正する。これにより、ラックシャフト８の製造が完了する。

本実施形態のラックシャフト８の製造方法によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、ラックシャフト８の背面側の冷却を行う第５工程の開始時が、ラック歯８ａ（歯面側）の冷却を行う第４工程の開始時よりも後である。この方法によれば、ラックシャフト８の変形量を抑えることができる。即ち、ラック歯８ａのみを先に冷却することにより、ラック歯８ａのみ焼入れが先に行われるため、ラック歯８ａの硬度、即ち、ラックシャフト８の硬度が向上する。したがって、ラックシャフト８の硬度が向上するため、ラックシャフト８が変形しにくい状態となる。その状態において、ラックシャフト８の背面側を冷却するため、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却水の流量にばらつきが生じたとしても、ラックシャフト８の変形量を低減することができる。

したがって、ラックシャフト８の変形量を抑制することができるため、ラックシャフト８の後の工程である、ラックシャフト８の変形を修正する工程におけるラックシャフト８の変形の修正量を低減することができる。その結果、ラックシャフト８の第４工程と第５工程とに遅延時間を設けない場合、即ち、第４工程と第５工程とが同時に行われる場合と比較して、ラックシャフト８の変形を修正するための作業時間を短縮することができる。

（２）本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、ラックシャフト８の背面側の冷却を行う第５工程の開始時が、ラック歯８ａ（歯面側）の冷却を行う第４工程において、焼入れが完了した後である。この方法によれば、第４工程において、ラックシャフト８の歯面側の焼入れが完了することにより、ラック歯８ａの硬度、即ち、ラックシャフト８の硬度が確実に向上する。したがって、第４工程によって、ラックシャフト８の硬度が向上するため、ラックシャフト８が変形しにくい状態となる。その状態において、第５工程において、ラックシャフト８の背面側を冷却するため、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの冷却水の流量にばらつきが生じたとしても、ラックシャフト８の変形量を確実に低減することができる。

したがって、ラックシャフト８の変形量を抑制することができるため、ラックシャフト８の後の工程である、ラックシャフト８の変形を修正する工程におけるラックシャフト８の変形の修正量を低減することができる。その結果、ラックシャフト８の第４工程と第５工程とに遅延時間を設けない場合、即ち、第４工程と第５工程とが同時に行われる場合と比較して、ラックシャフト８の変形を修正するための作業時間を大幅に短縮することができる。

（３）本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、第５工程の開始時は、第４工程の終了後、ラックシャフト８の残熱に起因する復温によるラックシャフト８の硬度の低下が開始される前である。この方法によれば、第５工程であるラックシャフト８の背面側への冷却を、ラックシャフト８の残熱に起因する復温によるラックシャフト８の硬度の低下が開始される前に行われることにより、ラックシャフト８の硬度の低下を抑制することができる。したがって、ラックシャフト８の硬度が高い状態において、背面側冷却部１３ａ，１３ｂによって、ラックシャフト８の背面側への冷却が行われるため、ラックシャフト８の変形量を低減することができる。

（４）本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、第５工程の開始時は、第４工程の開始時からの経過時間が３秒以上、且つ、第４工程の終了時からの経過時間が７秒以内の間である。この方法によれば、第４工程の開始時から３秒以上が経過した後に、第５工程を開始することにより、図６に示すように、ラックシャフト８の変形量が規格値以下とすることができる。また、第４工程の終了時から７秒以内に第５工程を開始することにより、ラックシャフト８の残熱に起因する復温を抑制することができるため、ラックシャフト８の硬度の低下を抑制することができる。

（５）本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、第５工程の開始時は、第４工程の開始時からの経過時間が４秒以上、且つ、第４工程の終了時からの経過時間が２秒以内の間である。この方法によれば、第４工程の開始時から４秒以上が経過した後に、第５工程を開始することにより、図６に示すように、ラックシャフト８の変形量を大幅に低減することができる。また、第４工程の終了時から１０秒以内に第５工程を開始することにより、図５に示すように、ラックシャフト８の残熱に起因する復温をより確実に抑制することができるため、ラックシャフト８の硬度の低下をより確実に抑制することができる。

（その他の実施形態）
本実施形態のラックシャフト８の製造方法は、以下のような変更も可能である。
・本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、ラックシャフト８が中実構造、且つ、略円柱形状であったが、本発明のラックシャフト８の形状は、これに限定されることはない。例えば、ラックシャフト８は、中空構造、且つ、略円筒形状であってもよい。また、本実施形態のラックシャフト８は、切削加工により形成されたが、上記中空構造、且つ、略円筒形状のラックシャフトでは、プレス加工により形成されてもよい。

・本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、第３工程によるラックシャフト８への加熱後、ラックシャフト８を空冷したが、本発明は、この工程に限定されることはない。例えば、ラックシャフト８を空冷する工程はなくしてもよい。

・本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、第３工程において、ラックシャフト８への加熱を７．８秒とし、ラックシャフト８の空冷を０．３秒とし、第４工程として、ラックシャフト８の歯面側の冷却を８秒とし、第５工程として、ラックシャフト８の背面側の冷却を８秒としたが、本発明は、これら工程の時間に限定されることはない。各工程において、ラックシャフト８が所定の温度になればよいため、加熱部１１の出力や歯面側冷却部１２及び背面側出力の冷却水の流量によって、これら工程の時間が変更されてもよい。

・本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、焼入れ装置１０において、背面側冷却部１３ａ，１３ｂを２個としたが、背面側冷却部１３ａ，１３ｂの個数は、これに限定されることはない。例えば、背面側冷却部１３ａ，１３ｂは、どちらか１個でもよい。この場合、歯面側冷却部１２と対向するように、ラックシャフト８の縦方向（図２参照）の
上側に配置することが望ましい。

背面側冷却部１３ａ，１３ｂがどちらか１個の場合、上記実施形態とは異なりラックシャフト８の背面側の冷却において、背面側冷却部１３ａと背面側冷却部１３ｂとの間で冷却水の流量にずれが生じることはないため、そうした流量のずれに起因したラックシャフト８の変形のおそれはない。しかしながら、単一の背面側冷却部（例えば、背面冷却部１３ａ）によりラックシャフト８の背面側の冷却を行う場合において、背面側冷却部１３ａからの冷却水が背面側全体に対して均一に供給されるとは限らないため、ラックシャフト８の背面側の冷却にともない変形が生じる可能性は依然として残されている。例えば、ラックシャフト８の幅方向において、ラックシャフト８の中心軸よりも左側半分の部位を左側部位とし、右側半分の部位を右側部位として、背面側冷却部１３ａによりラックシャフト８の背面側に冷却水を噴射した際において、左側部位への冷却水の供給量が右側部位への冷却水の供給量よりも多いときには、ラックシャフト８に変形が生じる。

そして、上記変形例はこのような理由によりラックシャフト８の変形が生じる可能性を有するものであるとはいえ、ラックシャフト８の焼入れに際して、先に歯面側の冷却を行うようにしているため、背面側の冷却時に上述したような背面側のある部位とこれとは別の部位との間における冷却水の流量にずれが生じたとしても、歯面側の強度が既に十分に高められていることにより、そうした冷却水の流量のずれに起因したラックシャフト８の変形量の増大は抑制される。

また、背面側冷却部１３ａ，１３ｂは、３個以上であってもよい。そして、背面側冷却部１３ａ，１３ｂが偶数個の場合、横方向において、背面側冷却部１３ａ，１３ｂを対称に配置することが望ましい。また、背面側冷却部１３ａ，１３ｂが奇数個の場合、背面側冷却部１３ａ，１３ｂのうちの１個を図４（ｂ）に示す中心線、且つ、ラックシャフト８の縦方向の上側に配置し、残りの背面側冷却部１３ａ，１３ｂを、横方向において、対称に配置することが望ましい。

・本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、ステップＳ７において電気炉または誘導加熱装置にてラックシャフト８の焼き戻しを行ったが、この焼き戻し工程は、電気炉または誘導加熱装置にて行われるものに限定されることはない。例えば、焼入れ装置１０の加熱部１１にてラックシャフト８の焼き戻し工程を行ってもよい。

・本実施形態のラックシャフト８の製造方法では、ラックシャフト８は、ステアリング装置１に用いられたが、ラックシャフト８の使用用途は、これに限定されることはない。ステアリング装置以外の装置であって、回転動作を直線方向の移動に変換される機構を有するものに適用されてもよい。

１…ステアリング装置、２…操舵部、３…ステアリングシャフト、４，６…十字軸継手、５…中間シャフト、７…ピニオンシャフト、７ａ…ピニオン歯、８…ラックシャフト、８ａ…ラック歯、１０…焼入れ装置、１１…加熱部、１１ａ，１１ｂ…電極、１２…歯面側冷却部、１３ａ，１３ｂ…背面側冷却部、１４…タンク、１５…第１電磁弁、１６…第２電磁弁、１７…ポンプ、１８…補助タンク、１９…ポンプ、２０…保持装置。

Claims (6)

1. ピニオンシャフトと噛み合う歯面を有するラックシャフトの製造方法において、
   ラックシャフトを形成する第１工程と、このラックシャフトに焼入れを行う第２工程とを備え、
   前記第２工程は、
   前記ラックシャフトの歯面を加熱する第３工程と、
   前記第３工程後に前記歯面の冷却を行う第４工程と、
   前記歯面とは反対側の面である背面を冷却水の噴射によって冷却する第５工程とを備え、
   前記第５工程の開始時は、前記第４工程の開始時よりも後である
   ことを特徴とするラックシャフトの製造方法。
2. 請求項１に記載のラックシャフトの製造方法において、
   前記第５工程の開始時は、前記第４工程において、前記ラックシャフトの焼入れが完了した後である
   ことを特徴とするラックシャフトの製造方法。
3. 請求項１及び請求項２のいずれかに記載のラックシャフトの製造方法において、
   前記第５工程の開始時は、前記第４工程の終了後、前記ラックシャフトの残熱に起因する復温による前記ラックシャフトの硬度の低下が開始する前である
   ことを特徴とするラックシャフトの製造方法。
4. 請求項１に記載のラックシャフトの製造方法において、
   前記第５工程の開始時は、前記第４工程の開始時からの経過時間が３秒以上、且つ、前記第４工程の終了時からの経過時間が７秒以下の間である
   ことを特徴とするラックシャフトの製造方法。
5. 請求項１に記載のラックシャフトの製造方法において、
   前記第５工程の開始時は、前記第４工程の開始時からの経過時間が４秒以上、且つ、前記第４工程の終了時からの経過時間が２秒以下の間である
   ことを特徴とするラックシャフトの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のラックシャフトの製造方法において、
   前記第３工程後に前記ラックシャフトを空冷し、前記ラックシャフトの空冷後に前記第４工程を開始し、
   前記第４工程は、前記歯面に冷却水を噴射する水冷工程である
   ことを特徴とするラックシャフトの製造方法。