JP6748600B2 - ラックシャフト及びラックシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラックシャフト及びラックシャフトの製造方法に関する。

電動パワーステアリング装置として、ドライバによる操舵トルクと電動モータによる操舵補助トルクとがそれぞれ独立してラックシャフトに入力されるデュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置が知られている。デュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置において、ラックシャフトを中空又は円筒状の部材から形成して軽量化することが提案されている（特許文献１，２）。

特許文献１に開示されるラックシャフトの製造では、まず、円筒形のシャフトの一部を鍛造金型内に配置し、鍛造加工によりシャフトに第１ラック歯を形成する。その後、鍛造金型からシャフトを取り出し、鍛造金型内にシャフトの別の部分を配置し、鍛造加工によりシャフトに第２ラック歯を形成する。

特許文献２に開示されるラックシャフトの製造では、まず、鍛造加工により中空の第１バーに第１ラック歯を形成する。次に、この第１シャフトに摩擦圧接により中空の第２シャフトを接合し、切削加工により第２シャフトに第２ラック歯を形成する。

特表２００４−５２３３６５号公報 特開２０１４−１２４７６７号公報

特許文献１に開示されるラックシャフトの製造では、第１及び第２ラック歯の両方が鍛造加工により形成される。鍛造加工では、シャフトに加えられる圧力の大きさに応じてシャフトが塑性変形する。そのため、ラック歯を形成するためには大きい圧力をシャフトに加える必要があり、圧力をシャフトに加える際にシャフトが金型に対して軸周りに回転することがある。第２ラック歯の形成時にシャフトが金型に対して軸周りに回転すると、第１ラック歯に対する第２ラック歯の位相角がずれ、第１ラック歯と第２ラック歯の位相角精度が低下する。

特許文献２に開示されるラックシャフトの製造では、第２ラック歯は、外面及び内面が円形の第２シャフトに切削加工により形成される。そのため、第２ラック歯の歯底と第２シャフトの内面との間の厚みは、第２ラック歯の歯幅方向における端部から中央部に向うにつれ減少し、中央部における強度が最も低い。中央部における強度を高めるために第２シャフトを厚くすると、中央部以外の部分が必要以上に厚くなり、ラックシャフトの重量が増加する。

本発明は、第１ラック歯と第２ラック歯の位相角精度を向上させつつラックシャフトを軽量化することを目的とする。

第１の発明は、第１及び第２ピニオンギアの回転運動を直線運動に変換するラックシャフトに係る。この態様において、ラックシャフトは、中空のシャフト本体と、第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯と、を備え、シャフト本体は、径方向に潰すことによって形成され外面に平坦部を含む第１及び第２潰し部を有し、第１ラック歯は、第１潰し部に切削加工により形成され、第２ラック歯は、第１ラック歯が切削加工により形成された後に第２潰し部に切削加工により形成されることを特徴とする。

第１の発明では、第１及び第２ラック歯が第１及び第２潰し部に切削加工により形成される。切削加工によるラック歯の形成では、切削代のコントロールにより切削抵抗を減らすことができるので、塑性変形によりラック歯を形成する場合と比較して、シャフト本体に加えられる力を小さくすることができる。そのため、切削加工時にシャフト本体が軸周りに回転するのを防止することができる。したがって、第１ラック歯を形成した後に第２ラック歯を切削加工により形成することにより、第１ラック歯に対して所望の位相角で第２ラック歯を形成することができる。また、第１及び第２潰し部は、シャフト本体を径方向に潰すことによって形成される。そのため、第１及び第２潰し部の内面もシャフト本体の径方向内側に変形する。したがって、第１及び第２潰し部に切削加工により形成される第１及び第２ラック歯の強度を高めつつシャフト本体を薄くすることができる。加えて、第１及び第２ラック歯の両方が潰し部に切削加工により形成される。そのため、第１及び第２ラック歯の両方を共通の装置を用いて形成することができ、ラックシャフトの製造コストを低減することができる。

第２の発明は、第１及び第２潰し部の各々が一様の厚みを有することを特徴とする。

第２の発明では、第１及び第２潰し部の各々が一様の厚みを有する。そのため、第１及び第２潰し部の内面の両縁間の全体にわたって第１及び第２潰し部の内面と第１及び第２ラック歯の歯底との間を必要以上に厚くすることなく第１及び第２ラック歯の強度を高めることができる。したがって、ラックシャフトを軽量化することができる。

第３の発明は、第１及び第２ピニオンギアの回転運動を直線運動に変換するラックシャフトに係る。この態様において、ラックシャフトは、中空のシャフト本体と、第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯と、を備え、シャフト本体は、第１シャフト部と、厚みが第１シャフト部よりも厚い第２シャフト部と、を有し、第２シャフト部は、径方向に潰すことによって形成され外面に平坦部を含む潰し部を有し、第１ラック歯は、第１シャフト部に鍛造加工により形成され、第２ラック歯は、潰し部に切削加工により形成されることを特徴とする。

第３の発明では、第１シャフト部は厚みが薄いので、鍛造加工により第１シャフト部を容易に塑性変形させることができ、第１ラック歯を容易に形成することができる。また、潰し部が厚みの厚い第２シャフト部に設けられる。そのため、潰し部の強度を高めることができ、切削加工により第２ラック歯を形成するときの潰し部の破損を防止することができる。したがって、ラックシャフトを容易に製造することができる。

第４の発明は、シャフト本体が、接合部を含まない１つの中空部材からなることを特徴とする。

第４の発明では、シャフト本体が、接合部を含まない１つの中空部材からなる。接合部を含まない中空部材としては、例えば、シームレス管や電縫管を使用することができる。シームレス管や電縫管は、接合部を含まないので、接合作業を省略することができる。

第５の発明は、第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯を備えるラックシャフトの製造方法に係る。ラックシャフトの製造方法は、中空のシャフト本体に第１ラック歯を形成する第１ラック歯形成工程と、シャフト本体に第２ラック歯を形成する第２ラック歯形成工程と、を備え、第２ラック歯形成工程は、シャフト本体における中空部分を径方向に押し潰すことによって、外面に平坦部を含む潰し部を中空部分に形成することと、第１ラック歯を形成した後に、中空部分における潰し部に切削加工により第２ラック歯を形成することと、を含む。

第５の発明では、第１ラック歯が形成された後に、第２ラック歯が潰し部に切削加工により形成される。切削加工によるラック歯の形成では、潰し部の一部を除去すればよいので、塑性変形によりラック歯を形成する場合と比較して、シャフト本体に加えられる力は小さい。そのため、切削加工時にシャフト本体が軸周りに回転するのを防止することができ、第１ラック歯に対して所望の位相差で第２ラック歯を形成することができる。また、潰し部は、シャフト本体を径方向に潰すことによって形成される。そのため、潰し部の内面もシャフト本体の径方向内側に変形する。したがって、潰し部に切削加工により形成される一方のラック歯の強度を高めつつシャフト本体を薄くすることができる。

第６の発明は、第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯を備えるラックシャフトの製造方法に係る。ラックシャフトの製造方法は、中空のシャフト本体に第１ラック歯を形成する第１ラック歯形成工程と、シャフト本体に第２ラック歯を形成する第２ラック歯形成工程と、を備え、第１ラック歯形成工程は、シャフト本体を径方向に押し潰すことによって、外面に平坦部を含む第１潰し部を形成することと、第１潰し部に切削加工により第１ラック歯を形成することと、を含み、第２ラック歯形成工程は、シャフト本体を径方向に押し潰すことによって、外面に平坦部を含む第２潰し部を形成することと、第１ラック歯を形成した後に、第２潰し部に切削加工により第２ラック歯を形成することと、を含むことを特徴とする。

第６の発明では、第１及び第２ラック歯を第１及び第２潰し部に切削加工により形成する。切削加工によるラック歯の形成では、切削代のコントロールにより切削抵抗を減らすことができるので、塑性変形によりラック歯を形成する場合と比較して、シャフト本体に加えられる力を小さい。そのため、切削加工時にシャフト本体が軸周りに回転するのを防止することができ、第１ラック歯に対して所望の位相角で第２ラック歯を形成することができる。また、第１及び第２潰し部を、シャフト本体を径方向に潰すことによって形成する。そのため、第１及び第２潰し部の内面もシャフト本体の径方向内側に変形する。したがって、第１及び第２潰し部に切削加工により形成される第１及び第２ラック歯の強度を高めつつシャフト本体を薄くすることができる。加えて、第１及び第２ラック歯の両方を潰し部に切削加工により形成する。そのため、第１及び第２ラック歯の両方を共通の装置を用いて形成することができ、ラックシャフトの製造コストを低減することができる。

本発明によれば、第１ラック歯と第２ラック歯の位相角精度を向上させつつラックシャフトを軽量化することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るラックシャフトを備える電動パワーステアリング装置の構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係るラックシャフトの断面図である。 図３Ａは、図２に示すＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う断面図である。 図３Ｂは、図４Ａに示すＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う断面図である。 図３Ｃは、図２に示すＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線に沿う断面図である。 図４Ａは、図２に示すラックシャフトを製造する方法を説明するための図であり、シャフト本体に第１潰し部を形成する工程を示す。 図４Ｂは、図２に示すラックシャフトを製造する方法を説明するための図であり、シャフト本体に第２潰し部を形成する工程を示す。 図４Ｃは、図２に示すラックシャフトを製造する方法を説明するための図であり、第１潰し部に第１ラック歯を形成する工程を示す。 図５は、本発明の第２実施形態に係るラックシャフトの断面図であり、図２に対応して示す。 図６Ａは、図５に示すラックシャフトを製造する方法を説明するための図であり、シャフト本体に第１ラック歯を形成する工程を示す。 図６Ｂは、図５に示すラックシャフトを製造する方法を説明するための図であり、シャフト本体に潰し部を形成する工程を示す。 図７は、本発明の第３実施形態に係るラックシャフトの断面図であり、図２に対応して示す。 図８Ａは、潰し部の変形例を示す断面図であり、図３Ｃに対応して示す。 図８Ｂは、潰し部の別の変形例を示す断面図であり、図３Ｃに対応して示す。 図９は、比較例に係るラックシャフトの断面図であり、図３Ｃに対応して示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るラックシャフト５０を備える電動パワーステアリング装置１００の構成図である。電動パワーステアリング装置１００は、運転者による操舵力と電動モータ２１によるアシスト駆動力とがそれぞれ独立してラックシャフト５０に入力されるデュアルピニオン式の電動パワーステアリング装置である。

電動パワーステアリング装置１００は、運転者によって操舵力が入力されるステアリングホイール１の回転に応じて車両の車輪２を転舵させる転舵機構１０と、運転者の操舵力をアシストするアシスト機構２０と、操舵力のアシスト量を制御する制御装置３０と、を備える。

転舵機構１０は、ステアリングホイール１に連結されステアリングホイール１の回転に応じて回転するステアリングシャフト１１と、ステアリングシャフト１１の回転に応じて車両の車輪２を転舵させるラックシャフト５０と、を有する。ラックシャフト５０は、タイロッド３を介して車輪２に連結される。

ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１に連結された入力シャフト１３と、入力シャフト１３にトーションバー１４を介して連結された出力シャフト１５と、を有する。出力シャフト１５には、ラックシャフト５０と噛み合う第１ピニオンギア１６が設けられる。

アシスト機構２０は、アシスト力の動力源である電動モータ２１と、電動モータ２１の出力シャフトに連結されたウォームシャフト２２と、ウォームシャフト２２と噛み合うウォームホイール２３と、ウォームホイール２３に連結されるピニオンシャフト２４と、を有する。ピニオンシャフト２４にはラックシャフト５０と噛み合う第２ピニオンギア２５が設けられる。

制御装置３０は、入力シャフト１３と出力シャフト１５との相対回転に基づいてトーションバー１４に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ３１と、ピニオンシャフト２４の回転角度を検出する回転角度センサ３２と、ステアリングホイール１の回転角度（操舵角度）を検出する操舵角度センサ３４と、レゾルバによって構成され電動モータ２１の回転角度を検出するモータ回転角度センサ３５と、電動モータ２１の作動を制御するコントローラ３３と、を有する。

コントローラ３３は、トルクセンサ３１によって検出される操舵トルクと、モータ回転角度センサ３５によって検出される電動モータ２１の回転角度と、に基づいて電動モータ２１の駆動を制御する。なお、コントローラ３３は、操舵トルク及び電動モータ２１の回転角度に加えて、操舵角度センサ３４によって検出される操舵角度を考慮して、電動モータ２１の駆動を制御してもよい。さらに、コントローラ３３は、回転角度センサ３２によって検出されるピニオンシャフト２４の回転角度を考慮して電動モータ２１の駆動を制御してもよい。

回転角度センサ３２によって検出されるピニオンシャフト２４の回転角度を用いれば、車輪２の転舵角を正確に把握することができる。回転角度センサ３２の検出結果は、車両の横滑り等を抑制するＶＤＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）等の制御においても用いられる。

ラックシャフト５０は、シャフト本体５１と、シャフト本体５１の外周に設けられる第１及び第２ラック歯５２，５３と、を備える。第１ラック歯５２は、出力シャフト１５の第１ピニオンギア１６に噛み合い、第２ラック歯５３は、ピニオンシャフト２４の第２ピニオンギア２５に噛み合う。シャフト本体５１は、タイロッド３を介して車輪２に連結される。

ステアリングホイール１の回転力は、入力シャフト１３、トーションバー１４を介して出力シャフト１５に伝達される。出力シャフト１５の回転力は、第１ピニオンギア１６を介してラックシャフト５０の軸方向（車両の左右方向）の力に変換されてラックシャフト５０に伝達される。このため、ステアリングホイール１が操舵されると、ラックシャフト５０が軸方向に移動し、車両の車輪２がラックシャフト５０の移動に応じて転蛇される。

電動モータ２１の回転力は、ウォームシャフト２２、ウォームホイール２３を介してピニオンシャフト２４に伝達される。ピニオンシャフト２４の回転力は、ラックシャフト５０の軸方向（車両の左右方向）の力に変換されてラックシャフト５０に伝達される。このため、電動モータ２１が回転駆動されると、ラックシャフト５０に操舵補助推力が付与され、ステアリングホイール１の操舵が補助される。

ラックシャフト５０は、金属材料（例えば炭素鋼）から形成される。図２に示すように、ラックシャフト５０のシャフト本体５１は、中空に形成される。シャフト本体５１は、接合部を含まない１つの中空の部材として形成されていてもよいし、複数の中空の部材を接合することによって形成されていてもよい。ラックシャフト５０が接合部を含まない１つの中空の部材として形成されている場合には、ラックシャフト５０の同軸度を確保しやすい。

接合部を含まない中空部材としては、例えば、シームレス管や電縫管を使用することができる。シームレス管や電縫管は、接合部を含まないので、接合作業を省略することができる。さらに、シームレス管や電縫管にスウェージング加工や引抜加工といった加工を施してもよい。

シャフト本体５１は、外面に平坦部５４ａ，５５ａを有する第１及び第２潰し部５４，５５と、第１及び第２潰し部５４，５５との間に設けられる中間部５６と、を含む。図３Ａに示すように、中間部５６の外面及び内面は円形に形成される。図２に示すように、第１及び第２ラック歯５２，５３は、それぞれ、第１及び第２潰し部５４，５５に形成される。

第１潰し部５４は、図４Ａに示すように、全長が円筒状に形成されたシャフト本体５１の素材の一部を径方向に潰すことによって形成される。具体的には、まず、シャフト本体５１の素材の外面を加工機６０の上金型６１と下金型６２とにより挟持する。次に、上金型６１の案内孔６１ａに押し型６３を挿入してシャフト本体５１の素材の一部を径方向に押し潰す。これにより、第１潰し部５４がシャフト本体５１に形成される。シャフト本体５１の一部が押し潰されて第１潰し部５４が形成されるため、図３Ｂに示すように、第１潰し部５４の外面には平坦部５４ａが形成される。

第１潰し部５４を形成する際には、図４Ａに示すように、シャフト本体５１にマンドレル６４が挿入される。マンドレル６４の外面には平坦部６４ａが形成され、押し型６３は、マンドレル６４の平坦部６４ａに向ってシャフト本体５１を押し潰す。したがって、図３Ｂに示すように、第１潰し部５４の内面には平坦部５４ｂが形成される。第１潰し部５４の外面及び内面に平坦部５４ａ，５４ｂが形成されるので、第１潰し部５４は一様の厚みを有する。

図４Ｂに示すように、第２潰し部５５は、第１潰し部５４と同様に、円筒状に形成されたシャフト本体５１の素材の一部を径方向に潰すことによって形成される。そのため、第２潰し部５５の外面及び内面には、第１潰し部５４と同様に平坦部５５ａ，５５ｂが形成され、第２潰し部５５は一様の厚みを有する。

図４Ｃに示すように、第１ラック歯５２は、第１潰し部５４に切削加工により形成される。具体的には、ブローチ盤７０を用いて第１潰し部５４の一部を切削して複数の溝を形成する。これにより、第１ラック歯５２が形成される。

図３Ｃに示すように、第１潰し部５４の平坦部５４ａの幅は、第１ラック歯５２の歯幅Ｌ１に相当する。また、切削加工により第１潰し部５４に形成される溝の深さは、第１ラック歯５２の歯丈Ｌ２に相当する。切削加工により第１潰し部５４に形成される溝の底面は、第１ラック歯５２の歯底５２ａとなる。

なお、第１潰し部５４の平坦部５４ａに切削加工を施して第１ラック歯５２を形成した後に、第１ラック歯５２の歯先にさらに切削加工を施してもよい。この場合には、切削加工後の平坦部５４ａの幅が第１ラック歯５２の歯幅Ｌ１に相当する。

切削加工による第１ラック歯５２の形成では、切削代のコントロールにより切削抵抗を減らすことができるので、塑性変形により第１ラック歯５２を形成する場合と比較して、シャフト本体５１に加えられる力を小さくすることができる。したがって、切削加工時にシャフト本体５１がブローチ盤７０に対して移動するのを防止することができ、第１ラック歯５２を所望の位相角に形成することができる。

また、第１潰し部５４の内面に平坦部５４ｂが形成される。そのため、平坦部５４ｂに沿って第１潰し部５４を切削して第１ラック歯５２を形成することにより、第１ラック歯５２の歯底５２ａと第１潰し部５４の内面との間の厚みＬ３は、第１ラック歯５２の歯幅方向にほぼ一様となる。

ここで、比較例に係るラックシャフト４５０について、図９を参照して説明する。図９は、ラックシャフト４５０の断面図であり、図３Ｃに対応して示す。ラックシャフト４５０では、第１ラック歯４５２は、外面及び内面が円形のシャフト本体４５１の素材に切削加工により形成される。具体的には、まず、シャフト本体４５１の素材に切削加工により外面に平坦部４５４ａを有する切削部４５４を形成する。その後、切削加工により切削部４５４に複数の溝を形成する。これにより、第１ラック歯４５２が形成される。そのため、切削部４５４の平坦部４５４ａの幅は、第１ラック歯４５２の歯幅Ｌ２１に相当する。また、切削部４５４に形成される溝の深さは、第１ラック歯４５２の歯丈Ｌ２２に相当する。

シャフト本体４５１の内面が円形の状態でシャフト本体４５１が切削されるので、第１ラック歯４５２の歯底４５２ａとシャフト本体４５１の内面との間の厚みは、第１ラック歯４５２の歯幅方向における両端部から中央部４５２ｂに向うにつれ減少する。つまり、中央部４５２ｂにおける厚みＬ２３が最も小さい。

第１ラック歯４５２の強度は、歯底４５２ａとシャフト本体４５１の内面との間の厚みに依存する。第１ラック歯４５２に所望の強度を持たせるためには、中央部４５２ｂにおける厚みＬ２３に合わせてシャフト本体４５１の内径Ｄ２を定める必要がある。したがって、中央部４５２ｂ以外の部分では、第１ラック歯４５２の歯底４５２ａとシャフト本体４５１の内面との間の厚みは必要以上に厚くなる。

本実施形態に係るラックシャフト５０では、図３Ｃ及び図４Ｃに示すように、第１潰し部５４の内面に平坦部５４ｂが形成された状態で、第１潰し部５４が切削される。そのため、シャフト本体５１の内径Ｄ１を第１潰し部５４の平坦部５４ｂの縁５４ｃにおける厚みＬ３に合わせて定めることで、平坦部５４ｂの両縁５４ｃ間の全体にわたって第１潰し部５４の内面と第１ラック歯５２の歯底５２ａとの間を必要以上に厚くすることなく第１ラック歯５２の強度を高めることができる。したがって、シャフト本体５１の素材の内径Ｄ１を大きくしてシャフト本体５１を薄くすることができ、ラックシャフト５０を軽量化することができる。

第２ラック歯５３は、第１ラック歯５２と同様に、ブローチ盤７０（図４Ｃ参照）を用いた切削加工により第２潰し部５５に形成される。切削加工による第２ラック歯５３の形成では、切削代のコントロールにより切削抵抗を減らすことができるので、塑性変形により第２ラック歯５３を形成する場合と比較して、シャフト本体５１に加えられる力を小さくすることができる。したがって、切削加工時にシャフト本体５１がブローチ盤７０に対して軸周りに回転するのを防止することができる。これにより、第１ラック歯５２を形成した後に第２ラック歯５３を形成する際に、第１ラック歯５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成することができる。

第２潰し部５５は、第２潰し部５５の内面に平坦部５５ｂが形成された状態で切削される。そのため、第１ラック歯５２と同様に、第２潰し部５５の内面と第２ラック歯５３の歯底５３ａとの間の厚みを必要以上に厚くすることなく第１ラック歯５２の強度を高めることができる。したがって、シャフト本体５１の素材の内径Ｄ１を大きくしてシャフト本体５１を薄くすることができ、ラックシャフト５０を軽量化することができる。

ラックシャフト５０では、第１及び第２ラック歯５２，５３がそれぞれ第１及び第２潰し部５４，５５に切削加工により形成されるので、第１及び第２ラック歯５２，５３を共通のブローチ盤７０を用いて成形することができる。したがって、ラックシャフト５０の製造コストを削減することができる。

第１実施形態では、第１及び第２潰し部５４，５５をシャフト本体５１に形成した後に、第１及び第２ラック歯５２，５３が形成される。この順に代えて、第１潰し部５４を形成し第１ラック歯５２を第１潰し部５４に形成した後に、第２潰し部５５を形成して第２ラック歯５３を形成してもよい。

以上の第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

ラックシャフト５０では、第１ラック歯５２がシャフト本体５１に形成された後に、第２ラック歯５３が第２潰し部５５に切削加工により形成される。切削加工による第２ラック歯５３の形成では、切削代のコントロールにより切削抵抗を減らすことができるので、塑性変形により第２ラック歯５３を形成する場合と比較して、シャフト本体５１に加えられる力を小さくすることができる。そのため、切削加工時にシャフト本体５１が軸周りに回転するのを防止することができる。したがって、第１ラック歯５２を形成した後に第２ラック歯５３を形成することにより、第１ラック歯５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成することができ、第１ラック歯５２と第２ラック歯５３の位相角精度を向上させることができる。

また、第２潰し部５５は、シャフト本体５１を径方向に潰すことによって形成される。そのため、第２潰し部５５の内面がシャフト本体５１の径方向内側に変形する。したがって、第２潰し部５５に切削加工により形成される第２ラック歯５３の強度を高めつつシャフト本体５１を薄くすることができ、ラックシャフト５０を軽量化することができる。

また、ラックシャフト５０では、第２潰し部５５が一様の厚みを有する。そのため、第２ラック歯５３の歯幅方向における平坦部５５ｂの両縁間の全体にわたって第２潰し部５５の内面と第２ラック歯５３の歯底５３ａとの間を必要以上に厚くすることなく第２ラック歯５３の強度を高めることができる。したがって、ラックシャフト５０を軽量化することができる。

また、ラックシャフト５０では、第１及び第２ラック歯５２，５３の両方が第１及び第２潰し部５４，５５に切削加工により形成される。そのため、第１及び第２ラック歯５２，５３の両方を共通のブローチ盤７０を用いて形成することができ、ラックシャフト５０の製造コストを低減することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るラックシャフト２５０について、図５、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、図中、第１実施形態で説明した構成と同一の構成または相当する構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、ラックシャフト２５０を備える電動パワーステアリング装置は、図１に示す電動パワーステアリング装置１００と略同じであるため、ここではその説明及び図示を省略する。

図５に示すように、ラックシャフト２５０は、中空のシャフト本体５１と、シャフト本体２５１の外周に形成される第１及び第２ラック歯２５２，５３と、を備える。

第１ラック歯２５２は、全長が円筒状に形成されたシャフト本体５１の素材の一部に鍛造加工により形成される。具体的には、図６Ａに示すように、まず、加工前のシャフト本体５１の外面を鍛造加工機８０の上金型８１と下金型８２とにより挟持するとともにシャフト本体５１にマンドレル８４を挿入する。次に、上金型８１の案内孔８１ａに鍛造金型８３を挿入してシャフト本体５１を押し潰す。これにより、シャフト本体５１の一部が塑性変形し、第１ラック歯２５２が形成される。

鍛造加工では、第１ラック歯２５２は、鍛造金型８３の形状に応じて形成される。したがって、第１ラック歯２５２を、ＶＧＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ）といった複雑な形状に形成することができる。

第２ラック歯５３は、第２潰し部５５に切削加工により形成される。具体的には、第１ラック歯２５２を鍛造加工により形成した後に、シャフト本体５１の外面を加工機６０の上金型６１と下金型６２とにより挟持する。次に、上金型６１の案内孔６１ａに押し型６３を挿入してシャフト本体５１を押し潰す。これにより、第２潰し部５５が形成される。その後、第２潰し部５５の一部を切削して複数の溝を形成する。これにより、第２ラック歯５３が形成される（図５参照）。

以上の第２実施形態によれば、以下の効果を奏する。

ラックシャフト２５０では、第１ラック歯２５２が鍛造加工により形成される。そのため、第１ラック歯２５２を、鍛造金型８３の形状に応じて形成することができ、ＶＧＲといった複雑な形状のラック歯を有するラックシャフト２５０を容易に製造することができる。また、第２ラック歯５３が第２潰し部５５に切削加工により形成されるので、予めシャフト本体５１に鍛造加工により形成された複雑な形状の第１ラック歯２５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成しつつ、ラックシャフト２５０を軽量化することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るラックシャフト３５０について、図７を参照して説明する。以下では、第１及び第２実施形態と異なる点を主に説明し、図中、第１及び第２実施形態で説明した構成と同一の構成または相当する構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、ラックシャフト３５０を備える電動パワーステアリング装置は、図１に示す電動パワーステアリング装置１００と略同じであるため、ここではその説明及び図示を省略する。

図７に示すように、ラックシャフト３５０のシャフト本体３５１は、所定の厚みｔ１を有する中空の第１シャフト部３５１ａと、厚みｔ２が第１シャフト部３５１ａの厚みｔ１よりも厚い第２シャフト部３５１ｂと、を有する。第１シャフト部３５１ａと第２シャフト部３５１ｂとは互いに接合され、一体化された中空の部材として形成される。第１シャフト部３５１ａと第２シャフト部３５１ｂとは、例えば摩擦圧接により接合される。

第１シャフト部３５１ａには、第１ラック歯２５２が鍛造加工により形成される。第１シャフト部３５１ａの厚みは薄いので、鍛造加工により第１シャフト部３５１ａを容易に塑性変形させることができる。したがって、第１ラック歯２５２を容易に形成することができる。

第２シャフト部３５１ｂには、第２潰し部５５が形成され、第２潰し部５５に切削加工により第２ラック歯５３が形成される。第２シャフト部３５１ｂの厚みは厚いので、第２潰し部５５の厚みを厚くすることができ、第２潰し部５５の強度を高めることができる。したがって、切削加工により第２ラック歯５３を形成するときの第２潰し部５５の破損を防止することができる。

このように、ラックシャフト３５０では、厚みの異なる第１及び第２シャフト部３５１ａ，３５１ｂに適した加工方法で第１及び第２ラック歯２５２，５３が形成される。したがって、ラックシャフト３５０の重量の増加を軽減するとともにラックシャフト３５０を容易に製造することができる。

ラックシャフト３５０においても、第１ラック歯２５２を第１シャフト部３５１ａに形成した後に第２ラック歯５３を形成することにより、鍛造加工により形成された複雑な形状の第１ラック歯２５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成しつつ、ラックシャフト２５０を軽量化することができる。

（変形例）
以下のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成どうしを組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成どうしを組み合わせることも可能である。

第１、第２及び第３実施形態では、シャフト本体５１にマンドレル６４を挿入してシャフト本体５１を径方向に潰すことによって第２潰し部５５が形成されるため、第２潰し部５５の内面には平坦部５５ｂが形成される。本発明はこれに限定されず、マンドレル６４がシャフト本体５１に挿入されていない状態で第２潰し部５５が形成されてもよく、第２潰し部５５の内面には平坦部５５ｂが形成されていなくてもよい。

例えば、図８Ａに示すように、第２潰し部５５の内面は、シャフト本体５１の径方向内側に向って隆起又は突出していてもよい。また、図８Ｂに示すように、第２潰し部５５の内面は、シャフト本体５１の径方向外側に向って窪んでいてもよい。つまり、第２潰し部５５の内面は、径方向内側に変形し、加工前のシャフト本体５１，３５１の内面の形状と比較して潰れていればよい。第１潰し部５４の内面についても同様に、加工前のシャフト本体５１，３５１の内面の形状と比較して潰れていればよい。

ラックシャフト５０，２５０，３５０では、第２潰し部５５の平坦部５５ａの幅は、シャフト本体５１，３５１の外径よりも小さい。本発明はこれに限定されず、第２潰し部５５の平坦部５５ａの幅が加工前のシャフト本体５１，３５１の外径以上になるように第２潰し部５５を形成してもよい。この場合には、第２ラック歯５３の歯幅を拡大することができる。同様に、第１潰し部５４の平坦部５４ａの幅が加工前のシャフト本体５１の外径以上になるように第１潰し部５４を形成して第１ラック歯５２の歯幅を拡大してもよい。

ラックシャフト５０，２５０，３５０では、第２潰し部５５は、加工前のシャフト本体５１，３５１の厚みと略同じ厚みを有する。本発明はこれに限定されず、第２潰し部５５の平坦部５５ａの厚みが加工前のシャフト本体５１，３５１の厚みよりも厚くなるように第２潰し部５５を形成してもよい。この場合には、第２ラック歯５３の歯丈を増加させることができる。同様に、第１潰し部５４の平坦部５４ａの厚みが加工前のシャフト本体５１の厚みよりも厚くなるように第１潰し部５４を形成して第１ラック歯５２の歯丈を増加してもよい。

シャフト本体５１，３５１の外面における第１及び第２ラック歯５２，５３，２５２以外の領域に平坦部が形成されていてもよい。このような平坦部にプレッシャパッド（図示省略）を当接させることで、ラックシャフト５０，２５０，３５０の回転を規制することができる。このような平坦部は、シャフト本体５１，３５１の全長に渡って形成されていてもよいし、第１ラック歯５２，２５２か第２ラック歯５３の近傍にのみ形成されていてもよい。

ラックシャフト５０，２５０，３５０では、第１ラック歯５２，２５２と第２ラック歯５３とが同位相に形成されるが、第１ラック歯５２，２５２と第２ラック歯５３は異なる位相に形成されていてもよい。

また、ラックシャフト５０，２５０，３５０では、第１ラック歯５２，２５２が出力シャフト１５の第１ピニオンギア１６に噛み合い第２ラック歯５３がピニオンシャフト２４の第２ピニオンギア２５と噛み合うが、本発明はこの形態に限られない。第１ラック歯５２，２５２がピニオンシャフト２４の第２ピニオンギア２５に噛み合い第２ラック歯５３が出力シャフト１５の第１ピニオンギア１６と噛み合ってもよい。言い換えれば、ステアリングホイール１の回転力が第２ラック歯５３を介してラックシャフト５０，２５０，３５０に伝達され電動モータ２１の回転力が第１ラック歯５２，２５２を介してラックシャフト５０，２５０，３５０に伝達されてもよい。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

本実施形態は、第１及び第２ピニオンギア１６，２５の回転運動を直線運動に変換するラックシャフト５０，２５０，３５０に係る。ラックシャフト５０，２５０，３５０は、中空のシャフト本体５１，３５１と、シャフト本体５１，３５１に設けられ、第１及び第２ピニオンギア１６，２５にそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯５２，５３，２５２と、を備え、シャフト本体５１，３５１は、径方向に潰すことによって形成され外面に平坦部５４ａ，５５ａを含む第１及び第２潰し部５４，５５を有し、第２ラック歯５３は、第２潰し部５５に切削加工により形成される。

この構成では、第２ラック歯５３が第２潰し部５５に切削加工により形成される。切削加工による第２ラック歯５３の形成では、切削代のコントロールにより切削抵抗を減らすことができるので、塑性変形により第２ラック歯５３を形成する場合と比較して、シャフト本体５１，３５１に加えられる力を小さくすることができる。そのため、切削加工時にシャフト本体５１，３５１が軸周りに回転するのを防止することができる。したがって、第１ラック歯５２，２５２を形成した後に第２ラック歯５３を形成することにより、第１ラック歯５２，２５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成することができる。また、第２潰し部５５は、シャフト本体５１，３５１を径方向に潰すことによって形成される。そのため、第２潰し部５５の内面は径方向内側に変形する。したがって、第２潰し部５５に切削加工により形成される第２ラック歯５３の強度を高めつつシャフト本体５１を薄くすることができる。これにより、第１ラック歯５２と第２ラック歯５３の位相角精度を向上させつつラックシャフト５０，２５０，３５０を軽量化することができる。

また、ラックシャフト５０，２５０，３５０では、第１及び第２潰し部５４，５５は、一様の厚みを有する。

この構成では、第２潰し部５５が一様の厚みを有する。そのため、第２潰し部５５の平坦部５５ｂの両縁５５ｃ間の全体にわたって第２潰し部５５の内面と第２ラック歯５３の歯底５３ａとの間を必要以上に厚くすることなく第２ラック歯５３の強度を高めることができる。したがって、ラックシャフト５０，２５０，３５０を軽量化することができる。

また、ラックシャフト５０では、第１及び第２ラック歯５２，５３が第１及び第２潰し部５４，５５に切削加工により形成される。

この構成では、第１及び第２ラック歯５２，５３が第１及び第２潰し部５４，５５に切削加工により形成される。そのため、第１及び第２ラック歯５２，５３の両方を共通のブローチ盤７０を用いて形成することができ、ラックシャフト５０の製造コストを低減することができる。

また、ラックシャフト２５０，３５０では、第１ラック歯２５２は、鍛造加工によりシャフト本体５１，３５１に形成され、第２ラック歯５３は、第２潰し部５５に切削加工により形成される。

この構成では、第１ラック歯２５２が鍛造加工により形成される。そのため、第１ラック歯２５２を、鍛造金型８３の形状に応じて形成することができ、ＶＧＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ）といった複雑な形状の第１ラック歯２５２を有するラックシャフト２５０，３５０を容易に製造することができる。また、第２ラック歯５３が第２潰し部５５に切削加工により形成されるので、予めシャフト本体３５１に鍛造加工により形成された複雑な形状の第１ラック歯２５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成しつつ、ラックシャフト２５０，３５０を軽量化することができる。

また、ラックシャフト３５０では、シャフト本体３５１は、第１シャフト部３５１ａと、厚みｔ２が第１シャフト部３５１ａの厚みｔ１よりも厚い第２シャフト部３５１ｂと、を有し、第１ラック歯２５２は、第１シャフト部３５１ａに設けられ、第２潰し部５５は、第２シャフト部３５１ｂに設けられる。

この構成では、第１シャフト部３５１ａの厚みｔ１が薄いので、鍛造加工により第１シャフト部３５１ａを容易に塑性変形させることができ、第１ラック歯２５２を容易に形成することができる。また、第２潰し部５５が厚い厚みｔ２を有する第２シャフト部３５１ｂに設けられる。そのため、第２潰し部５５の強度を高めることができ、切削加工により第２ラック歯５３を形成する際の第２潰し部５５の破損を防止することができる。したがって、ラックシャフト３５０を容易に製造することができる。

また、ラックシャフト５０，２５０，３５０では、シャフト本体５１，３５１は、接合部を含まない１つの中空部材からなる。

この構成では、シャフト本体５１，３５１が、接合部を含まない１つの中空部材からなる。接合部を含まない中空部材としては、例えば、シームレス管や電縫管を使用することができる。シームレス管や電縫管は、接合部を含まないので、接合作業を省略することができる。

また、本実施形態は、第１及び第２ピニオンギア１６，２５にそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯５２，５３，２５２を備えるラックシャフト５０，２５０，３５０の製造方法に係る。ラックシャフト５０，２５０，３５０の製造方法は、中空のシャフト本体５１，３５１に第１ラック歯５２，２５２を形成する第１ラック歯形成工程と、シャフト本体５１，３５１に第２ラック歯５３を形成する第２ラック歯形成工程と、を備え、第２ラック歯形成工程は、シャフト本体５１，３５１を径方向に押し潰して第２潰し部５５を形成することと、第１ラック歯５２，２５２を形成した後に、第２潰し部５５に切削加工により第２ラック歯５３を形成することと、を含む。

この構成では、第１ラック歯５２，２５２が形成された後に、第２ラック歯５３が第２潰し部５５に切削加工により形成される。切削加工による第２ラック歯５３の形成では、第２潰し部５５の一部を除去すればよいので、塑性変形により第２ラック歯５３を形成する場合と比較して、シャフト本体５１，３５１に加えられる力は小さい。そのため、切削加工時にシャフト本体５１，３５１が軸周りに回転するのを防止することができ、第１ラック歯５２，２５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成することができる。また、第２潰し部５５は、シャフト本体５１，３５１を径方向に潰すことによって形成される。そのため、第２潰し部５５の内面は、シャフト本体５１，３５１の径方向内側に変形する。したがって、第２ラック歯５３の強度を高めつつシャフト本体５１，３５１を薄くすることができる。これにより、第１ラック歯５２，２５２と第２ラック歯５３の位相角精度を向上させつつラックシャフト５０，２５０，３５０を軽量化することができる。

また、ラックシャフト２５０，３５０の製造方法では、第１ラック歯形成工程は、シャフト本体５１，３５１に鍛造加工により第１ラック歯５２，２５２を形成することを含む。

この構成では、第１ラック歯２５２が鍛造加工により形成される。そのため、第１ラック歯２５２を、鍛造金型８３の形状に応じて形成することができ、ＶＧＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ）といった複雑な形状の第１ラック歯２５２を有するラックシャフト２５０，３５０を容易に製造することができる。また、第１ラック歯２５２が鍛造加工により形成された後に第２ラック歯５３が第２潰し部５５に切削加工により形成されるので、複雑な形状の第１ラック歯２５２に対して所望の位相差で第２ラック歯５３を形成しつつ、ラックシャフト２５０，３５０を軽量化することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１６・・・第１ピニオンギア、２５・・・第２ピニオンギア、５０・・・ラックシャフト、５１・・・シャフト本体、５２・・・第１ラック歯、５３・・・第２ラック歯、５４・・・第１潰し部（潰し部）、５５・・・第２潰し部（潰し部）、５４ａ，５５ａ・・・平坦部、２５０・・・ラックシャフト、２５２・・・第１ラック歯、３５０・・・ラックシャフト、３５１・・・シャフト本体、３５１ａ・・・第１シャフト部、３５１ｂ・・・第２シャフト部

Claims (6)

1. 第１及び第２ピニオンギアの回転運動を直線運動に変換するラックシャフトであって、
   中空のシャフト本体と、
   前記シャフト本体に設けられ、前記第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯と、を備え、
   前記シャフト本体は、径方向に潰すことによって形成され外面に平坦部を含む第１及び第２潰し部を有し、
   前記第１ラック歯は、前記第１潰し部に切削加工により形成され、
   前記第２ラック歯は、前記第１ラック歯が切削加工により形成された後に前記第２潰し部に切削加工により形成されることを特徴とする
   ラックシャフト。
2. 請求項１に記載のラックシャフトであって、
   前記第１及び第２潰し部の各々は、一様の厚みを有することを特徴とする
   ラックシャフト。
3. 第１及び第２ピニオンギアの回転運動を直線運動に変換するラックシャフトであって、
   中空のシャフト本体と、
   前記シャフト本体に設けられ、前記第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯と、を備え、
   前記シャフト本体は、第１シャフト部と、厚みが前記第１シャフト部よりも厚い第２シャフト部と、を有し、
   前記第２シャフト部は、径方向に潰すことによって形成され外面に平坦部を含む潰し部を有し、
   前記第１ラック歯は、前記第１シャフト部に鍛造加工により形成され、
   前記第２ラック歯は、前記潰し部に切削加工により形成されることを特徴とする
   ラックシャフト。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のラックシャフトであって、
   前記シャフト本体は、接合部を含まない１つの中空部材からなることを特徴とする
   ラックシャフト。
5. 第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯を備えるラックシャフトの製造方法であって、
   中空のシャフト本体に前記第１ラック歯を形成する第１ラック歯形成工程と、
   前記シャフト本体に前記第２ラック歯を形成する第２ラック歯形成工程と、を備え、
   前記第２ラック歯形成工程は、
   前記シャフト本体における中空部分を径方向に押し潰すことによって、外面に平坦部を含む潰し部を前記中空部分に形成することと、
   前記第１ラック歯を形成した後に、前記中空部分における前記潰し部に切削加工により前記第２ラック歯を形成することと、を含むことを特徴とする
   ラックシャフトの製造方法。
6. 第１及び第２ピニオンギアにそれぞれ噛み合う第１及び第２ラック歯を備えるラックシャフトの製造方法であって、
   中空のシャフト本体に前記第１ラック歯を形成する第１ラック歯形成工程と、
   前記シャフト本体に前記第２ラック歯を形成する第２ラック歯形成工程と、を備え、
   前記第１ラック歯形成工程は、
   前記シャフト本体を径方向に押し潰すことによって、外面に平坦部を含む第１潰し部を形成することと、
   前記第１潰し部に切削加工により前記第１ラック歯を形成することと、を含み、
   前記第２ラック歯形成工程は、
   前記シャフト本体を径方向に押し潰すことによって、外面に平坦部を含む第２潰し部を形成することと、
   前記第１ラック歯を形成した後に、前記第２潰し部に切削加工により前記第２ラック歯を形成することと、を含むことを特徴とする
   ラックシャフトの製造方法。

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