JPWO2014132770A1 - ラック、ラックの製造方法およびラックの製造装置 - Google Patents

Abstract

ラック歯の歯丈を軸方向にわたり十分に確保できる製造方法および製造装置を実現する。歯成形用パンチ（３２）とともに上下方向に変位する押圧パンチ（４６）の軸方向片側面に，段差面（４７）を設け，歯成形用パンチ（３２）を下方に変位させ，中間素材（２３）の上面にラック歯を形成すると同時に，段差面（４７）と，可動ダイス（４１ａ）の軸方向他側面との係合に基づいて，可動ダイス（４１ａ）により，中間素材（２３）の軸方向端面を軸方向に押圧する。

Description

本発明は、自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤに組み込まれて、軸方向の変位に伴ってタイロッドを押し引きするラックと、その製造方法および製造装置に関する。

図１４に示すような自動車の操舵輪に舵角を付与するための操舵装置では、ステアリングホイール１の操作に伴って回転するステアリングシャフト２の動きが、１対の自在継手３および中間シャフト４を介して、ステアリングギヤ５の入力軸６に伝達される。ステアリングギヤ５は、入力軸６により回転駆動されるピニオンと、このピニオンと噛合するラックとを備える。入力軸６とともにピニオンが回転すると、ラックが軸方向に変位し、ラックの両端部に結合した１対のタイロッド７が押し引きされて、操舵輪に所望の舵角が付与される。

ステアリングシャフト２を内側に挿通するステアリングコラム８の下端にはギヤハウジング９が結合されており、このギヤハウジング９には、電動モータ１０が支持されている。電動モータ１０により、ステアリングシャフト２に回転方向の補助力が付与される。

一方、図１４に示したコラムアシスト式の電動式パワーステアリング装置以外にも、ピニオンアシスト式、デュアルピニオン式、ラックアシスト式と呼ばれる電動式パワーステアリング装置も、一部で使用されている。図１５は、デュアルピニオン式の電動式パワーステアリング装置が組み込まれた操舵装置を示している。デュアルピニオン式の操舵装置では、ラック１１の軸方向一部で入力軸（第１の入力軸）６の外周面に設けたピニオン（第１のピニオン）から外れた部分に、第２の入力軸１２が配置されている。そして、第２の入力軸１２の一端部外周面に設けた第２のピニオンが、ラック１１と噛合する。第２の入力軸１２が内側に収納するハウジング１３の側方に、電動モータ１０ａが支持されている。電動モータ１０ａにより、減速機１４を介して、第２の入力軸１２に回転方向の力が付与される。したがって、ラック１１は、電動モータ１０ａの補助力に基づく力と、入力軸６を介して加わる、運転者がステアリングホイール１に付与した力との和により、軸方向に変位する。

このようなステアリングギヤ用のラックの径方向片側面には、１対のタイロッドと接続する両端部を除き、軸方向にわたってラック歯が設けられている。このラックを製造するに際して、ラック歯を切削加工により形成すると、製造コストが嵩むとともに、ラック歯の強度および剛性を確保することが困難となる。これに対し、ラック歯を塑性変形により形成すれば、ラック歯の加工に要する時間を短縮して、製造コストを低減でき、しかも、ラック歯の金属組織が緻密になるため、ラック歯の強度および剛性を確保しやすい。ラック歯を塑性変形により形成するラックの製造方法は、特開平１０−５８０８１号公報、特開２００１−７９６３９号公報、特許第３４４２２９８号公報、特開２００６−１０３６４４号公報、特開２００８−１３８８６４号公報などに記載されているように、公知である。

図１６〜図２１は、特開２００６−１０３６４４号公報に記載されている、従来のラックおよびその製造方法の１例を示している。ラック１１ａは、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属材料製で断面円形のロッド部１５と、ロッド部１５の軸方向一部の径方向片側面に、塑性加工により形成されたラック歯１６とを備える。図示の例では、ロッド部１５は、全長にわたり、金属材料により一体に形成されている。また、ロッド部１５のうちの軸方向一部で、ラック歯１６を形成した部分から周方向に外れた背面部分１７の断面形状の曲率半径Ｒ_１７は、ロッド部１５の軸方向残部である、円杆部１８の外周面の曲率半径ｒ_１８よりも大きく（Ｒ_１７＞ｒ_１８）なっている（図１９参照）。このような構造により、ラック歯１６の幅寸法、強度、剛性を、何れも十分に確保しつつ、ラック歯１６を形成した部分以外の外径が必要以上に大きくなることを抑えて、ラック１１ａの軽量化を図っている。なお、ラック歯１６の歯丈（歯先円の直径と歯底円の直径との差の半分）は、通常、ロッド部１５の直径の１０％〜２０％程度としている。

ラック１１ａを製造するためには、まず、図２０（Ａ）に示すように、円杆状の素材１９を、受型２０の上面に設けられた、断面円弧形の凹溝部２１内に載置する。次に、図２０（Ｂ）に示すように、凹溝部２１に沿って伸長する押圧パンチ２２の先端面（下端面）により、素材１９を凹溝部２１に向けて強く押圧する、据え込み加工を行う。この据え込み加工では、素材１９のうちラック歯１６を形成すべき部分を、上下方向に押し潰すとともに、水平方向の幅寸法を拡げて、中間素材２３を得る。中間素材２３は、ラック歯１６を形成すべき部分の外周面に、背面部分１７となるべき部分円筒面部２４と、断面の径方向に関して部分円筒面部２４と反対側に存在する平坦面部２５と、これらの部分円筒面部２４と平坦面部２５とを連続させる、曲率半径が比較的小さい、１対の曲面部２６とを備える。

次いで、中間素材２３を、受型２０の凹溝部２１から取り出して、図２０（Ｃ）に示すように、ダイス２７に設けた保持孔２８の底部２９に挿入および載置する。保持孔２８は、Ｕ字形の断面形状を有し、底部２９の曲率半径は、受型１６の凹溝部２１の内面の曲率半径と、ほぼ一致している。また、保持孔２８の幅方向両側に位置する１対の内側面３０は、互いに平行な平面となっている。さらに、保持孔２８の上端開口部には、上方に向かうほど互いの間隔が拡がる方向に傾斜した、１対のガイド傾斜面部３１が設けられている。

図２０（Ｃ）および図２０（Ｄ）に示すように、保持孔２８内に歯成形用パンチ３２を挿入し、歯成形用パンチ３２により、中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込む。歯成形用パンチ３２の加工面（下面）には、得るべきラック歯１６に見合う形状を有する、成形用の波形凹凸が設けられている。また、中間素材２３の外周面は、保持孔２８の内面により、ラック歯１６を形成すべき平坦面部２５を除き、拘束されている。このため、歯成形用パンチ３２により中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込むことで、中間素材２３のうちの平坦面部２５が、歯成形用パンチ３２の下降面の波形凹凸に倣って塑性変形し、図２０（Ｄ）および図２１（Ａ）に示すようなラック歯１６を有する、素ラック３３が得られる。ただし、素ラック３３は、完成状態のラック１１ａ（図１６〜図１９参照）に比べて、形状精度および寸法精度が不十分であり、ラック歯１６の端縁も尖ったままである。また、ラック歯１６の加工に伴って、歯底となるべき部分から押し出された余肉は、保持孔２８の内側面３０に強く押し付けられるため、素ラック３３の左右側面には、互いに平行な１対の逃げ平坦面部３４が形成される。

歯成形用パンチ３２を上昇させてから、素ラック３３を保持孔２８から取り出し、図２０（Ｅ）に示すように、サイジング用ダイス３５の上面に形成したサイジング用凹凸面部３６に載置する。この際、素ラック３３を上下反転させる。サイジング用凹凸面部３６は、歯の端縁の面取り部を含め、得るべきラック歯１６に見合う形状を有する。押型３７により、図２０（Ｅ）および図２０（Ｆ）に示すように、素ラック３３のラック歯１６を形成した部分を、サイジング用凹凸面部３６に向け、強く押し付ける。

押型３７の下面には、完成後のラック１１ａの背面部分１７の曲率半径Ｒ_１７に一致する曲率半径を有する押し凹溝３８が形成されており、素ラック３３は、背面部分１７となるべき部分を押し凹溝３８に嵌合させた状態で、サイジング用凹凸面部３６に向け強く押圧される。図２０（Ｆ）に示した、サイジング用ダイス３５と押型３７とを十分に近付けた状態で、ラック歯１６が、図２１（Ｂ）に示した完成後の状態、すなわち、その形状および寸法が適正になり、それぞれの歯の端縁に面取りが設けられた状態になると同時に、背面部分１７も、その形状および寸法が適正になる。このサイジングに伴って押し出された余肉は、１対の逃げ平坦面部３４部分に集まる。したがって、完成後のラック１１ａには、１対の逃げ平坦面部３４はほとんど残らない。この際、余肉がサイジング用凹凸面部３６や押し凹溝３８の内面を、極端に強く押圧することはないため、サイジングの加工荷重を低く抑えられ、かつ、サイジング用ダイス３５および押型３７の耐久性を確保しやすい。

ただし、従来のラックの製造方法の場合、次のような問題を生じる可能性がある。すなわち、図２０（Ｃ）および図２０（Ｄ）に示すように、歯成形用パンチ３２により中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込む際には、歯成形用パンチ３２の押し付けに伴って、中間素材２３を構成する金属材料の一部が、ラック歯１６を形成すべき部分の軸方向端部から軸方向外方（歯成形用パンチ３２により押圧される部分から軸方向に外れた部分）に向けて移動する。この結果、図２２に示すように、ラック歯１６の軸方向端部において、軸方向外方側へ向かうほど、ラック歯１６の歯丈が小さくなり、完成後のラックをステアリングギヤ５に組み付けた場合に、ラック歯１６の軸方向端部で、ラック歯１６と入力軸６の外周面に形成したピニオンとの噛合状態を適正に維持できなくなる可能性がある。

これに対して、図２３に示すように、ロッド部１５ａの軸方向一部でラック歯１６を形成すべき部分と軸方向に隣接する部分に、ラック歯１６よりも歯丈が小さく、ステアリングギヤ５の使用状態においても、入力軸６の外周面に形成したピニオンと噛合しないダミー歯（余肉部）３９、３９ａを設けることが考えられる。これにより、ラック歯１６の軸方向端部において歯丈が不足することが防止され、ラック歯１６と入力軸６のピニオンとの噛合状態を適正に保つことができる。しかしながら、この構造では、ダミー歯３９、３９ａを設けることにより、塑性変形すべき部分の軸方向長さが増大し、かつ、加工工具（パンチおよびダイス）の軸方向長さも増大させる必要があるという問題がある。また、タイロッド７を連結するためのボールジョイントに付属する雄ねじ部を螺合するためのねじ孔５７と、ねじ孔５７側に設けられたダミー歯３９ａとの間の肉厚を、十分に確保できなくなるという問題もある。

特開平１０−５８０８１号公報 特開２００１−７９６３９号公報 特許第３４４２２９８号公報 特開２００６−１０３６４４号公報 特開２００８−１３８８６４号公報

本発明は、上述のような事情に鑑み、ラック歯の歯丈が軸方向にわたって十分に確保されているラックを提供することを目的とする。

本発明のラックの製造方法は、ラック状の加工用凹凸歯が設けられた歯成形用パンチを、金属材料製の素材（ロッド部）の軸方向一部の径方向片側面に押し付け、該径方向片側面を塑性変形させて、該径方向片側面にラック歯を形成する工程を備える。

特に、本発明のラックの製造方法の場合、前記歯成形用パンチを、前記径方向片側面に押し付ける際に、前記素材を軸方向に押圧しつつ、該径方向片側面を塑性変形させる。

好ましくは、前記径方向片側面を塑性変形させている間にわたって、前記素材を軸方向に一定の力で押圧する。

この態様では、より具体的には、前記歯成形用パンチとともに昇降し、段差面からなる軸方向片側面を備える押圧パンチと、前記素材の軸方向端面に対向する軸方向片側面、および、前記歯成形用パンチが前記素材に向けて変位した際に、前記押圧パンチの段差面に対向する軸方向他側面を備え、かつ、前記押圧パンチに向かう弾力を付与された可動ダイスとを設け、前記歯成形用パンチの前記素材に向けた変位に伴い、記押圧パンチの段差面と前記可動ダイスの軸方向他側面とを係合させて、該可動ダイスを軸方向に変位させ、該可動ダイスにより前記素材の軸方向端面を軸方向に押圧する。

この態様では、前記素材のうちで前記ラック歯を形成する部分の軸方向長さをＬ_Ｒとし、前記素材のうちで前記ラック歯を形成する部分から軸方向に外れた部分の軸方向長さをＬとした場合に、Ｌ≦Ｌ_Ｒ／４の関係を満たすように、前記ラック歯を形成することが好ましい。

本発明のラックの製造方法において、代替的に、前記径方向片側面を塑性変形させるにしたがって、前記素材を軸方向に押圧する力を増大させることもできる。

この態様では、より具体的には、前記歯成形用パンチとともに昇降し、傾斜面からなる軸方向片側面を備える押圧パンチと、前記素材の軸方向端面に対向する軸方向片側面、および、前記歯成形用パンチが前記素材に向けて変位した際に、前記押圧パンチの傾斜面に対向する軸方向他側面を備え、かつ、該押圧パンチに向かう方向の弾力を付与された可動ダイスとを設け、前記歯成形用パンチの前記素材に向けた変位に伴い、前記押圧パンチの傾斜面と前記可動ダイスの軸方向他側面とを係合させて、該可動ダイスを軸方向に変位させ、該可動ダイスにより前記ロッド部の軸方向端面を軸方向に押圧する。

この態様では、前記ロッド部のうちで前記ラック歯を形成する部分の軸方向長さをＬ_Ｒとし、前記ロッド部のうちで前記ラック歯を形成する部分から軸方向に外れた部分の軸方向長さをＬとした場合に、Ｌ≧Ｌ_Ｒの関係を満たすように、前記ラック歯を形成することが好ましい。

本発明のラックの製造装置は、ラック状の加工用凹凸歯が設けられた歯成形用パンチと、該歯成形用パンチとともに昇降し、段差面または傾斜面からなる軸方向片側面を備える押圧パンチと、金属材料製の素材の軸方向端面に対向する軸方向片側面、および、前記歯成形用パンチが前記素材に向けて変位した際に、前記押圧パンチの前記段差面または前記傾斜面に対向する軸方向他側面を備え、かつ、前記押圧パンチに向かう弾力を付与された可動ダイスとを備え、前記歯成形用パンチを、金属材料製の素材の軸方向一部の径方向片側面に押し付け、該径方向片側面を塑性変形させて、該径方向片側面にラック歯を形成する際に、前記歯成形用パンチの前記素材に向けた変位に伴い、前記可動ダイスの軸方向他側面が、前記押圧パンチの段差面または傾斜面と係合し、該可動ダイスが軸方向に変位し、該可動ダイスにより前記素材の軸方向端面が軸方向に押圧されるように構成されている。

本発明のラックは、本発明のラックの製造装置および製造方法を用いて得られ、金属製で、ロッド部と、該ロッド部の径方向片側面の軸方向一部に形成された前記ラック歯とを備える。

本発明のラックの製造方法およびラックの製造装置によれば、金属製の素材のロッド部の径方向片側面に、歯成形用パンチを押し付けて、ラック歯を形成する際に、該ロッド部を軸方向に押圧しているため、該素材を構成する金属材料が、前記ラック歯を形成すべき部分の軸方向端部において、軸方向外方に向けて移動することを抑制でき、前記ラック歯の歯丈が、前記軸方向端部で小さくなることを防止できる。よって、本発明のラックでは、ロッド部の軸方向一部に形成したラック歯の歯丈を軸方向にわたり十分に確保することができるため、たとえば自動車用操舵装置を構成するステアリングギヤに組み付けた場合に、前記ラック歯と入力軸のピニオンとの噛合状態を適正にすることができる。また、本発明の場合、前記ラック歯を形成すべき部分と軸方向に隣接する部分に、使用時にピニオンと噛合することがないダミー歯を設ける必要がなく、ダミー歯を設けた場合でも、その数を抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例を、ラムを上死点に位置させた状態で示す断面図である。 図２は、第１例について、ラムを下方に変位させた状態で示す断面図である。 図３は、第１例について、ラムを図２に示す状態よりもさらに下方に変位させた状態で示す断面図である。 図４は、第１例について、ラムを下死点まで降下させた状態で示す断面図である。 図５は、図３の中央部拡大図である。 図６は、図４の中央部拡大図である。 図７（Ａ）は、図２のａ部拡大図であり、図７（Ｂ）は、図４のｂ部拡大図である。 図８は、ラックの各構成部分の寸法を説明するための側面図である。 図９は、押圧パンチおよび一方の可動ダイスの別の形状の１例を示す、図７と同様の図である。 図１０は、本発明の効果を説明するための、図６の右半部拡大図に相当する図である。 図１１（Ａ）は、従来のラックの製造方法により得られるラックのファイバーフローを示す図であり、図１１（Ｂ）は、本発明のラックの製造方法により得られるラックのファイバーフローを示す図である。 図１２は、本発明の実施の形態の第２例を示す、ラックの製造工程を工程順に示す断面図である。 図１３は、図１２（Ｆ）の拡大ｃ−ｃ断面図である。 図１４は、従来の自動車用操舵装置の第１例を示す部分断面図である。 図１５は、従来の自動車用操舵装置の第２例を示す部分断面図である。 図１６は、従来のラックの１例を示す斜視図である。 図１７は、図１６のｄ矢視図である。 図１８は、図１６のｅ矢視図である。 図１９は、図１８の拡大ｆ−ｆ断面図である。 図２０は、従来のラックの製造方法の第１例を工程順に示す、図１９と同じ方向から見た断面図である。 図２１は、従来のラックの製造方法の第１例における、サイジング前後のラック歯の形状を示す部分斜視図である。 図２２は、従来のラックの製造方法および製造装置の問題点を説明するための断面図である。 図２３は、従来のラックの製造方法の第２例を示す断面図である。

［実施の形態の第１例］
図１〜図１１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合も、ラックの製造方法は、従来技術と同様に、（１）据え込み加工により、円杆状の素材１９のうちラック歯を形成すべき部分を、上下方向に押し潰すとともに、水平方向の幅寸法を拡げて、中間素材２３を得て（図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）参照）、次いで、（２）中間素材２３を、ダイス２７に設けた保持孔２８に挿入および載置し、さらに、保持孔２８内に歯成形用パンチ３２を挿入し、歯成形用パンチ３２により中間素材２３を保持孔２８内に強く押し込むことで、ラック歯１６を有する、素ラック３３を得て（図２０（Ｃ）および図２０（Ｄ）参照）、さらに、（３）サイジング用ダイス３５により、ラック歯１６を、完成後の状態、すなわち、その形状および寸法が適正になり、それぞれの歯の端縁に面取りが設けられた状態とする（図２０（Ｅ）および図２０（Ｆ）参照）工程から構成される。なお、本例を含めて、本発明のラックの製造方法および製造装置の特徴は、ラック１１ｃを構成するロッド部１５の軸方向一部の径方向片側面に、ラック歯１６を形成する際（図２０（Ｃ）および図２０（Ｄ）に相当する工程）に、ラック１１ｃを構成する金属材料が軸方向に移動することを抑えて、ラック歯１６の歯丈が軸方向端部で小さくなることを防止する点にある。その他の部分の構成および作用は、従来のラックの製造方法および製造装置と同様である。なお、図１〜図６においては、ラック歯１６および歯成形用パンチ３２の加工面の凹凸を省略している。

本例の場合、ラックの製造装置は、ダイス２７ａと、歯成形用パンチ３２と、押圧パンチ４６とを備える。ダイス２７ａは、支持台４３により支持されており、固定ダイス４０と、１対の可動ダイス４１ａ、４１ｂとを備える。固定ダイス４０は、保持孔２８を有する。また、１対の可動ダイス４１ａ、４１ｂには、コイルばね、エアシリンダなどの弾性部材４２により、上方に（固定ダイス４０から離れる方向に）向かう弾力が付与されている。１対の可動ダイス４１ａ、４１ｂのうち、一方の可動ダイス４１ａ（図１の右側）は、ばねなど図示しない弾性材により、軸方向外方（図１の右方）に向かう弾力を付与されている。これに対し、他方の可動ダイス４１ｂ（図１の左側）は、支持台４３に形成した凹部４４の内側面に沿って上下方向の変位のみ可能となっている。

また、歯成形用パンチ３２と押圧パンチ４６は、昇降可能なラック４５により支持されている。歯成形用パンチ３２には、ラック状の加工用凹凸歯が設けられている。押圧パンチ４６は、歯成形用パンチ３２とともに昇降し、軸方向片側面（内側面；図７の左側面）を備える。押圧パンチ４６の軸方向片側面は、上半部が下半部よりも軸方向中央部に寄った段差面４７となっている。

図１に示すように、素材１９に据え込み加工を施して得た中間素材２３を、ダイス２７ａにセットする。この状態で、一方の可動ダイス４１ａの軸方向片側面は、中間素材２３の軸方向一端面に対向する。この状態では、ラック１１ｃの完成状態で背面部分１７となる、中間素材２３の径方向他側面と、保持孔２８の底部２９との間には、隙間が存在する。

ラム４５を下方に変位させると、押圧パンチ４６の軸方向片側面を構成する段差面４７と、一方の可動ダイス４１ａの軸方向他側面（外側面：図７の右側面）とが対向する。すなわち、図１〜図３に示すように、ラム４５を下方に変位させ、歯成形用パンチ３２の加工面（下面）と、中間素材２３の径方向片側面とが当接した状態では、図７（Ａ）に示すように、一方の可動ダイス４１ａの軸方向片側面と、段差面４７の下半部とが隙間を介して対向した状態となる。この状態で、中間素材２３は、歯成形用パンチ３２の加工面と、１対の可動ダイス４１ａ、４１ｂとの間で弾性的に挟持され、中間素材２３の姿勢が適正な状態に規制される。そして、この状態のまま、図４に示すように、ラム４５を下死点まで降下させると、弾性部材４２の弾力に抗して、１対の可動ダイス４１ａ、４１ｂが下方に変位し、中間素材２３が固定ダイス４０の保持孔２８内に強く押し込まれる。このようにして、中間素材２３の径方向片側面にラック歯１６が形成され始めるのと同時か、あるいはその直前に、図７（Ｂ）に示すように、一方の可動ダイス４１ａの軸方向片側面と、押圧パンチ４６の段差面４７の上半部との係合に基づき、一方の可動ダイス４１ａが軸方向内方（図１〜図７の左方）に向け押圧され、中間素材２３の軸方向一端面（図４、図６の右端面）が軸方向内方に向け一定の押圧力で押圧される。

押圧パンチ４６により一方の可動ダイス４１ａを押圧する力の大きさ（可動ダイス４１ａの軸方向の移動量）、および、歯成形用パンチ３２の加工面により中間素材２３の径方向片側面を押圧する力の大きさは、この力の大きさを、ラック歯１６を形成している間中、一定とするか変化させるかを含め、完成後のラック１１ｃの各構成部分の軸方向寸法との関係で規制される。

まず、完成状態のラック１１ｃ（図８参照）を構成するロッド部１５の軸方向一部で、ラック歯１６を形成した部分の軸方向長さＬ_１６とし、ロッド部１５の軸方向残部である、円杆部１８の軸方向長さをＬ_１８とした場合に、Ｌ_１８≦Ｌ_１６／４の関係を満たす場合について説明する。この場合には、ラック歯１６を形成する際に、歯成形用パンチ３２の押し付けに伴って、中間素材２３を構成する金属材料が、ラック歯１６を形成すべき部分の軸方向端部から移動する量が比較的（円杆部１８の軸方向長さＬ_１８が長い場合と比較して）少ない。このため、中間素材２３の軸方向端面を一定の押圧力で押圧することで、中間素材２３を構成する金属材料の移動を抑えることができる。なお、中間素材２３の軸方向端面を押圧する押圧力の大きさは、中間素材２３を構成する金属材料や各構成部分の寸法などに基づいて適切に定められる。

これに対し、ラック歯１６を形成した部分の軸方向長さＬ_１６と、円杆部１８の軸方向長さＬ_１８とが、Ｌ_１８≧Ｌ_１６の関係を満たす場合、中間素材２３を構成する金属材料が、ラック歯１６を形成すべき部分の軸方向端部から移動する量が多くなる。このような関係を満たす場合には、図９に示すように、押圧パンチ４６の軸方向他側面の上半部を、上方に向かうほど軸方向内方に向かう方向に傾斜した傾斜面４８とする。また、一方の可動ダイス４１ａの軸方向片側面に傾斜面４８と係合する別の傾斜面４９を形成する。これにより、ラム４５（図１〜図４参照）の下方への変位を伴って、一方の可動ダイス４１ａが中間素材２３の軸方向一端面を押圧する押圧力を増大させることができる。傾斜面４８および別の傾斜面４９の傾斜角度についても、中間素材２３を構成する金属材料や各構成部分の寸法などに基づいて適切に定められる。

なお、軸方向長さＬ_１６、Ｌ_１８が、Ｌ_１６／４＜Ｌ_１８＜Ｌ_１６の関係を満たす場合には、中間素材２３を構成する金属材料や各構成部分の寸法などに基づいて、押圧パンチ４６の軸方向他側面を、図７に示すような段差面４７とするか、図９に示すような傾斜面４８とするかを含め、押圧パンチ４６の形状を適切に規制する。

また、本例の場合、ラム４５に対する押圧パンチ４６の上下方向位置を調整するため、押圧パンチ４６を、ラム４５の下面にスペーサ５０を介して設けている。ただし、スペーサ５０の代わりに、一方の可動ダイス４１ａが中間素材２３の軸方向一端面を強く押圧した状態で、上下方向に収縮する弾性材を設けることで、ラム４５の上下方向の変位量を確保するように構成することもできる。また、歯成形用パンチ３２に対する押圧パンチ４６の軸方向位置は、歯成形用パンチ３２および押圧パンチ４６同士の間に挟持したシム板５１の厚さを変化させることにより調整可能としている。

何れにしても、歯成形用パンチ３２の下降に伴って、中間素材２３のうちの平坦面部２５（図２０（Ｃ）参照）が、歯成形用パンチ３２の加工面に設けられた成形用の波形凹凸に倣って塑性変形し、ラック歯１６が形成される。この際、中間素材２３の軸方向一端面（図４の右端面）が、一方の可動ダイス４１ａにより軸方向内方に向かって押圧され、中間素材２３が１対の可動ダイス４１ａ、４１ｂ同士の間で、軸方向に強く挟持され、軸方向に押圧された状態となる。その後、ラム４５を上方に変位させる際には、弾性部材４２の弾力により、素ラック３３ａのラック歯１６は、歯成形用パンチ３２の加工面と当接した状態のまま１対の可動ダイス４１ａ、４１ｂが上方に変位する。そして、ラム４５を上死点まで上昇させる過程で、素ラック３３ａが歯成形用パンチ３２から離れるので、素ラック３３ａを取り出す。このようにして加工された素ラック３３ａに、従来技術と同様に、サイジング加工を施し、ラック１１ｃを得る。

本例のラック製造方法および製造装置によれば、ラック歯１６の歯丈を軸方向全長にわたって確保できる。すなわち、中間素材２３の径方向片側面を塑性変形させ、ラック歯１６を形成する際に、中間素材２３を軸方向に押圧している。このため、歯成形用パンチ３２の押し付けに伴って、中間素材２３を構成する金属材料が、ラック歯１６を形成すべき部分の軸方向端部で軸方向外方に向け移動することが抑えられる。この結果、図１０および図１１（Ｂ）に示すように、ラック歯１６の軸方向端部で、ラック歯１６の歯丈が小さくなることが防止される。

より具体的には、本発明のラックは、以下の点で、従来技術によるラックと区別される。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、それぞれ従来技術と本発明により、ダミー歯３９ａを１つだけ設けた構成で、中間素材２３にラック歯１６を形成した状態を示している。中間素材２３を軸方向に押圧しないでラック歯１６を形成した場合、図１１（Ａ）に示すように、ラック歯１６の軸方向端部において、軸方向外方側へ向かうほど、ラック歯１６の歯丈が小さくなり、ラック歯１６が形成された部分と軸方向に隣接する部分の端部が、歯形成用パンチ３２に接触せずに、中間素材２３を構成する金属材料の繊維状組織の流れであるファイバーフローが、この部分で、ラック歯１６が形成された部分から離れるにしたがって、単調に上がるように形成されている。これに対して、本発明により、中間素材２３を軸方向に押圧してラック歯１６を形成した場合、ダミー歯３９ａが一つだけ設けられた、もしくは、ダミー歯が省略された場合でも、ラック歯１６の軸方向端部においても、ラック歯１６の歯丈は軸方向中間部における歯丈と同様の大きさを維持している。また、ラック歯１６が形成された部分と軸方向に隣接する部分の端部が、歯形成用パンチ３２に接触して、十分に厚みを持ち、かつ、ファイバーフローが、この部分でわずかに上凸の状態となる。このような構成により、本発明では、完成後のラック１１ｃをステアリングギヤ５に組み付けた場合に、ラック歯１６の軸方向端部で、ラック歯１６と入力軸６の外周面に形成したピニオンとの噛合状態を適正に維持できるとともに、たとえばボールジョイントに付属する雄ねじ部を螺合するためのねじ孔５７が近傍に形成された場合であっても、この部分における完成後のラック１１ｃの強度を確保しやすい。

さらに、本例の場合、ラック歯１６と軸方向に隣接する部分に、ダミー歯３９、３９ａ（図２３参照）を設けないか、仮に設けた場合でも、その数を少なく抑えることができる。このため、加工工具（パンチおよびダイス）の軸方向長さが増大したり、ラック１１ｃの端部にねじ孔５７（図２３参照）を形成した場合に、この端部の肉厚が小さくなったりすることを防止できる。

［実施の形態の第２例］
図１２および図１３は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例は、図１５に示したデュアルピニオン式の電動式パワーステアリング装置に組み込まれる、ラック１１（図１５参照）を製造するものである。このため、素材１９ａの軸方向片半部に、図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に示すように、実施の形態の第１例と同様に、ラック歯１６を形成する。ただし、本例の場合、素ラック３３をダイス２７にセットした状態のまま、サイジング用パンチ５２で押圧することにより、素ラック３３にサイジング加工を施している。

本例では、捩れ角の異なるラック歯１６、１６ａを、ラック１１の軸方向２箇所位置に独立して設けることで、第１の入力軸６の中心軸とラック１１の中心軸とがなす角度と、第２の入力軸１２の中心軸とラック１１の中心軸とがなす角度とを異ならせるように構成する（図１４参照）。このため、得られた中間素材５３の軸方向他半部に、ラック歯１６と捩れ角の異なる別のラック歯１６ａを形成する。別のラック歯１６ａについても、基本的にはラック歯１６と同様の手順により形成される。ただし、本例の場合、中間素材５３の軸方向一部で、ラック歯１６ａを形成すべき部分を押圧する押圧パンチ２２ａの先端面の形状を、受型２０に設けた凹溝部２１の曲率半径ｒ_２１よりも大きな曲率半径Ｒ_２２を有する、凸曲面としている。また、中間素材５２を歯成形用パンチ３２ａにより押圧してラック歯１６ａを形成する工程（図１２（Ｆ））、および、得られた第２中間素材５４にサイジング用パンチ５２ａによりサイジング加工を施す工程（図１２（Ｇ））において使用する仕上げ用ダイスを、ラック歯１６ａを形成する工程とサイジング加工を施す工程との間で同じものとしている。このため、仕上げ用ダイスの管理コストの増大を抑えることができ、ラック１１の製造コストを低減することが可能となる。また、仕上げ用ダイスの幅方向両内側面は、互いに平行な平面としている。これにより、素ラック５８のうちでラック歯１６ａを形成した部分の幅方向両外側面を、互いに平行な平坦面部５５とするとともに、平坦面部５５と、ラック歯１６ａを形成した部分との連続部（図１３の鎖線αで囲んだ部分）を、曲率半径が比較的小さい、１対の曲面部５６としている。このような素ラック５８に、熱処理や研磨などの仕上げ加工を施すことで、ラック１１を得る。

表１は、デュアルピニオン式の電動式パワーステアリング装置に組み込まれる、ラック１１を製造する場合であって、入力軸６の外周面に形成したピニオンと噛合するラック歯１６ａを形成する際に使用する各部材の寸法の例を示している。

表１に掲げる例では、押圧パンチ２２ａの先端面の曲率半径Ｒ_２２を、何れも３１．５ｍｍとしている。このように、押圧パンチ２２ａを、完成後のラック歯１６ａの形状に拘らず同じにすることで、ラック１１の製造コストの低減を図ることができる。ただし、曲率半径Ｒ_２２は、形成すべきラック歯１６ａの形状に合わせて、１０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲で選択可能である。また、受型２０の曲率半径ｒ_２１と、仕上げ用ダイスの底部の曲率半径とを同じにすることで、素材１９を構成する金属材料の滑りを小さく抑え、仕上げ用ダイスの摩耗を抑制している。また、本例の場合、ラック歯１６、１６ａを形成する際に、図９に示した押圧パンチ４６および可動ダイス４１ａよりロッド部１５を、３．５ｍｍ以下の範囲（０ｍｍ〜３．５ｍｍ）で軸方向に押圧するように構成している。その他の部分の構成および作用は、実施の形態の第１例の場合と同様である。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ 自在継手
４ 中間シャフト
５ ステアリングギヤ
６ 入力軸
７ タイロッド
８ ステアリングコラム
９ ギヤハウジング
１０、１０ａ 電動モータ
１１、１１ａ〜１１ｃ ラック
１２ 第２の入力軸
１３ ハウジング
１４ 減速機
１５、１５ａ ロッド部
１６、１６ａ ラック歯
１７ 背面部分
１８ 円杆部
１９ 素材
２０ 受型
２１ 凹溝部
２２ 押圧パンチ
２３ 中間素材
２４ 部分円筒面部
２５ 平坦面部
２６ 曲面部
２７、２７ａ ダイス
２８ 保持孔
２９ 底部
３０ 内側面
３１ ガイド傾斜面部
３２ 歯成形用パンチ
３３、３３ａ 素ラック
３４ 逃げ平坦面部
３５ サイジング用ダイス
３６ サイジング用凹凸面部
３７ 押型
３８ 押し凹溝
３９、３９ａ ダミー歯（余肉部）
４０ 固定ダイス
４１ａ、４１ｂ 可動ダイス
４２ 弾性部材
４３ 支持台
４４ 凹部
４５ ラム
４６、４６ 押圧パンチ
４７ 段差面
４８ 傾斜面
４９ 傾斜面
５０ スペーサ
５１ シム板
５２、５２ａ サイジング用パンチ
５３ 中間素材
５４ 第２中間素材
５５ 平坦面部
５６ 曲面部
５７ ねじ孔
５８ 素ラック

Claims (9)

1. ラック状の加工用凹凸歯が設けられた歯成形用パンチを、金属材料製の素材の軸方向一部の径方向片側面に押し付け、該径方向片側面を塑性変形させて、該径方向片側面にラック歯を形成する際に、前記素材を軸方向に押圧する、ラックの製造方法。
2. 前記径方向片側面を塑性変形させている間にわたって、前記素材を軸方向に一定の力で押圧する、請求項１に記載したラックの製造方法。
3. 前記歯成形用パンチとともに昇降し、段差面からなる軸方向片側面を備える押圧パンチと、前記素材の軸方向端面に対向する軸方向片側面、および、前記歯成形用パンチが前記素材に向けて変位した際に、前記押圧パンチの段差面に対向する軸方向他側面を備え、かつ、前記押圧パンチに向かう弾力を付与された可動ダイスとを設け、前記歯成形用パンチの前記素材に向けた変位に伴い、前記押圧パンチの段差面と前記可動ダイスの軸方向他側面とを係合させて、該可動ダイスを軸方向に変位させ、該可動ダイスにより前記素材の軸方向端面を軸方向に押圧する、請求項２に記載したラックの製造方法。
4. 前記素材のうちで前記ラック歯を形成する部分の軸方向長さをＬ_Ｒとし、前記素材のうちで前記ラック歯を形成する部分から軸方向に外れた残りの部分の軸方向長さをＬとした場合に、Ｌ≦Ｌ_Ｒ／４の関係を満たすように、前記ラック歯を形成する、請求項２に記載したラックの製造方法。
5. 前記径方向片側面を塑性変形させるにしたがって、前記素材を軸方向に押圧する力を増大させる、請求項１に記載したラックの製造方法。
6. 前記歯成形用パンチとともに昇降し、傾斜面からなる軸方向片側面を備える押圧パンチと、前記素材の軸方向端面に対向する軸方向片側面、および、前記歯成形用パンチが前記素材に向けて変位した際に、前記押圧パンチの傾斜面に対向する軸方向他側面を備え、かつ、該押圧パンチに向かう方向の弾力を付与された可動ダイスとを設け、前記歯成形用パンチの前記素材に向けた変位に伴い、前記押圧パンチの傾斜面と前記可動ダイスの軸方向他側面とを係合させて、該可動ダイスを軸方向に変位させ、該可動ダイスにより前記素材の軸方向端面を軸方向に押圧する、請求項５に記載したラックの製造方法。
7. 前記素材のうちで前記ラック歯を形成する部分の軸方向長さをＬ_Ｒとし、前記素材のうちで前記ラック歯を形成する部分から軸方向に外れた部分の軸方向長さをＬとした場合に、Ｌ≧Ｌ_Ｒの関係を満たすように、前記ラック歯を形成する、請求項５に記載したラックの製造方法。
8. ラック状の加工用凹凸歯が設けられた歯成形用パンチと、該歯成形用パンチとともに昇降し、段差面または傾斜面からなる軸方向片側面を備える押圧パンチと、金属材料製の素材の軸方向端面に対向する軸方向片側面、および、前記歯成形用パンチが前記素材に向けて変位した際に、前記押圧パンチの前記段差面または前記傾斜面に対向する軸方向他側面を備え、かつ、前記押圧パンチに向かう弾力を付与された可動ダイスとを備え、
   前記歯成形用パンチを、金属材料製の素材の軸方向一部の径方向片側面に押し付け、該径方向片側面を塑性変形させて、該径方向片側面にラック歯を形成する際に、前記歯成形用パンチの前記素材に向けた変位に伴い、前記可動ダイスの軸方向他側面が、前記押圧パンチの段差面または傾斜面と係合し、該可動ダイスが軸方向に変位し、該可動ダイスにより前記素材の軸方向端面が軸方向に押圧されるように構成されている、
   ラックの製造装置。
9. 請求項１〜７のうちの何れか１項に記載の製造方法により造られ、金属製で、前記ロッド部と、該ロッド部の前記径方向片側面の軸方向一部に形成された前記ラック歯とを備える、ラック。

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