WO2019049477A1

WO2019049477A1 - ラックおよびその製造方法、並びに、操舵装置、車両、および、ラックの予備成形用金型

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Publication number: WO2019049477A1
Application number: PCT/JP2018/024460
Authority: WO
Inventors: 勇貴水嶋; 小林　達矢
Original assignee: 日本精工株式会社
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2019-03-14
Also published as: EP3680516B1; CN111065845A; EP3680516A1; CN111065845B; JP2019072769A; US20190366422A1; JP7087935B2; EP3680516A4

Abstract

外周面の径方向一部に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝（４２）を有する中間素材（１８ａ）を得る。中間素材（１８ａ）の外周面のうち、円周方向に関して凹溝（４２ｙ）の両側部分を拘束し、かつ、凹溝（４２ｙ）の内面を拘束しない状態で、中間素材（１８ａ）の外周面のうち、径方向に関して凹溝（４２ｙ）と反対側の面に、軸方向に関する凹凸形状である歯成形用凹凸部（２８）を押し付けることにより、複数のラック歯（１０ｚ）を形成する。

Description

ラックおよびその製造方法、並びに、操舵装置、車両、および、ラックの予備成形用金型

　本発明は、車両の操舵装置のラックピニオン式のステアリングギヤユニットなどに組み込まれる、ラックおよびその製造方法に関する。また、本発明は、このラックが組み込まれた操舵装置および車両に関する。さらに、本発明は、このラックを製造する際に用いられる予備成形用金型に関する。

　図９は、自動車用操舵装置の従来構造の１例を示している。ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト５の後端部に支持固定されている。ステアリングシャフト５は、円筒状のステアリングコラム６に軸方向に挿通された状態で、ステアリングコラム６に回転可能に支持されている。ステアリングシャフト５の前端部は、自在継手７ａを介して中間シャフト８の後端部に接続されている。中間シャフト８の前端部は、別の自在継手７ｂを介して、ラックピニオン式のステアリングギヤユニット２の入力軸３に接続されている。このような構成により、ステアリングホイール１の回転が、ステアリングギヤユニット２の入力軸３に伝達され、入力軸３の回転に伴って左右１対のタイロッド４が押し引きされて、前車輪に舵角が付与される。

　ステアリングギヤユニット２は、外周面にピニオン歯を有し、かつ、入力軸３の先端部に支持固定されたピニオンと、片側面に、ピニオン歯と噛合するラック歯を有するラックとを組み合わせることにより構成されている。

　このようなラックを、金属製の素材に切削加工を施すことによりラック歯を形成して製造すると、製造コストが嵩む上、ラック歯の強度および剛性を確保しにくい。これに対して、金属製の素材を塑性変形させることでラック歯を形成すれば、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、得られる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。

　図１０～図１５は、特開２００８－１３８８６４号公報に記載されている、ラックおよびラックの製造方法を示している。ラック９は、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属製で、全体を棒状に構成されている。ラック９は、軸方向片側部（図１０～図１２の左側部）の片側面（前面、図１０および図１２の上面、図１１の表側面）に、複数のラック歯１０を等間隔に備えるラック歯部１１を有する。

　なお、図示の例では、ラック９の軸方向片側部のうち、ラック歯部１１から周方向に外れた他側面（背面）部分１２の断面形状の曲率半径Ｒ_１２（図１３参照）が、ラック９の軸方向他側部（図１０～図１２の右側部）に存在する、断面円形の円杆部１３の外周面の曲率半径ｒ_１３（図１３参照）よりも大きくなっている（Ｒ_１２＞ｒ_１３）。これにより、ラック歯部１１の幅寸法、強度および剛性を、何れも十分に確保しつつ、ラック９の軸方向他側部の外径が必要以上に大きくなることを防止して、ラック９の軽量化が図られている。

　ラック９は、次のような工程により製造される。まず、図１４（Ａ）に示すように、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属製で、丸棒状の素材１４を、予備成形用金型１５の上面に設けた、断面形状が略半円形の第１キャビティ１６内にセットする。続く予備成形工程では、図１４（Ｂ）に示すように、予備成形用パンチ１７により、素材１４を、第１キャビティ１６に向けて強く押圧する。そして、素材１４の軸方向片側部を、上下方向に押し潰しつつ、水平方向の幅寸法を拡げることにより、素材１４を中間素材１８に加工する。中間素材１８の軸方向片側部の外周面は、完成状態で背面部分１２となる部分円筒面部１９と、上下方向に関して部分円筒面部１９と反対側に存在する平坦面状の被加工面部２０と、部分円筒面部１９と被加工面部２０とを連続させる、曲率半径が比較的小さな１対の曲面部２１とから構成されている。

　次いで、中間素材１８を、予備成形用金型１５の第１キャビティ１６から取り出して、次の歯成形工程に送る。歯成形工程では、まず、図１４（Ｃ）に示すように、中間素材１８を、歯成形用金型２２に上面に開口するように設けられた、断面形状がＵ字形の第２キャビティ２３の底部２４にセットする。底部２４の曲率半径は、第１キャビティ１６の内面の曲率半径とほぼ一致している。第２キャビティ２３の１対の内側面２５は、互いに平行な平面となっている。また、第２キャビティ２３の上側開口部には、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２６が設けられている。

　中間素材１８を、第２キャビティ２３の底部２４にセットした後、図１４（Ｃ）および図１４（Ｄ）に示すように、第２キャビティ２３内に歯成形用パンチ２７の先端部を挿入し、歯成形用パンチ２７により、中間素材１８を、第２キャビティ２３の底部２４に向けて強く押し込む。歯成形用パンチ２７の加工面（図１４（Ｃ）の下面）には、得るべきラック歯１０に見合った凹凸形状を有する歯成形用凹凸部２８が設けられている。中間素材１８の外周面は、成形完了状態で素ラック歯１０ｚが形成される被加工面部２０を除き、第２キャビティ２３の内面により拘束されている。このため、歯成形用パンチ２７により、中間素材１８を、第２キャビティ２３の底部２４に向けて強く押し込むと、中間素材１８の被加工面部２０が、歯成形用凹凸部２８にならって塑性変形する。また、中間素材１８が上下方向に押し潰され、水平方向の幅寸法が広がることに伴って、１対の曲面部２１が、第２キャビティ２３の内側面２５に押し付けられる。この結果、図１４（Ｄ）および図１５（Ａ）に示すような素ラック２９が得られる。素ラック２９は、軸方向片側部に、複数の素ラック歯１０ｚからなる素ラック歯部１１ｚを有し、かつ、軸方向片側部の外周面のうちで、円周方向に関して素ラック歯部１１ｚの両側部分に、互いに平行な１対の平坦面部３０を有する。

　次いで、歯成形用パンチ２７を上昇させ、素ラック２９を第２キャビティ２３から取り出して、次の仕上げ成形工程に送る。仕上げ成形工程では、図１４（Ｅ）に示すように、素ラック２９を上下反転させて、仕上げ成形用受型３１の受側キャビティ３２にセットする。受側キャビティ３２は、底面に、仕上げ成形用凹凸部３３を有する。仕上げ成形用凹凸部３３は、歯の端縁の面取り部を含め、得るべきラック歯１０の形状に見合う形状、すなわち、完成後の形状に対して凹凸が反転した形状を有する。

　そして、図１４（Ｅ）および図１４（Ｆ）に示すように、素ラック２９を、仕上げ成形用受型３１と仕上げ成形用押型３４との間で押し潰すようして、素ラック２９に上下方向から圧力をかける。仕上げ成形用押型３４は、下面に開口し、かつ、断面形状の曲率半径が、完成後のラック９の背面部分１２の曲率半径Ｒ_１２（図１３参照）に一致する、押側キャビティ３５を有する。すなわち、素ラック２９を、仕上げ成形用受型３１と仕上げ成形用押型３４との間で押し潰す際に、素ラック２９のうちで背面部分１２となる部分は、押側キャビティ３５にがたつきなく係合される。このため、図１４（Ｆ）に示した、仕上げ成形用受型３１と仕上げ成形用押型３４とを十分に近づけた状態で、それぞれのラック歯１０は、図１５（Ｂ）に示すように、その形状および寸法が適正になり、かつ、端縁に面取りが設けられた完成状態になると同時に、背面部分１２に関しても、その形状および寸法が適正になる。なお、仕上げ成形に伴って押し出された余肉は、１対の平坦面部３０部分に集まる。したがって、完成後のラック９には、１対の平坦面部３０はほとんど残らない。ただし、余肉が仕上げ成形用凹凸部３３や押側キャビティ３５の内面を、極端に強く押圧することはないので、仕上げ成形の加工荷重を低く抑えられるだけでなく、仕上げ成形用受型３１および仕上げ成形用押型３４の耐久性を確保しやすい。

特開２００８－１３８８６４号公報特開２００９－１７８７１６号公報

　特開２００８－１３８８６４号公報に記載の方法には、製造コストの低減を図る面から改良の余地がある。すなわち、特開２００８－１３８８６４号公報に記載の方法では、歯成形工程において、それぞれの素ラック歯１０ｚを形成することに伴い、軸方向に隣り合う素ラック歯１０ｚ同士の間に存在する凹部となる部分から押し出された余肉は、それぞれの素ラック歯１０ｚの幅方向両側部分に逃げる。しかしながら、素ラック歯１０ｚを成形する際には、それぞれの素ラック歯１０ｚの歯面は、歯成形用凹凸部２８により拘束されている。また、それぞれの素ラック歯１０ｚの歯面と、歯成形用凹凸部２８の表面との面圧が高くなり、当該部分での摩擦が大きくなるため、中間素材１８を構成する金属材料が、それぞれの素ラック歯１０ｚ内を幅方向に移動することに対する抵抗が大きくなる。

　したがって、前記余肉を、それぞれの素ラック歯１０ｚの幅方向両側部分に確実に逃がすには、歯成形用パンチ２７の押圧力を大きくする必要がある。特に、素材１４を製造する際のばらつきにより、中間素材１８の体積が所定値よりも大きい場合には、歯成形用パンチ２７の押圧力を十分に大きくする必要が生じる。この結果、加工装置が大型化し、ラック９の製造コストが上昇するといった問題が生じる。

　なお、特開２００９－１７８７１６号公報には、鍛造加工に使用する金型を、互いに離れる方向に分割可能に構成することにより、前記金型に亀裂などの損傷が生じることを防止できる構造が記載されている。

　本発明の目的は、上述のような事情に鑑み、製造コストの低減を図ることが可能なラックの製造方法を実現することにある。

　本発明のラックの製造方法は、予備成形工程と、歯成形工程と、仕上げ成形工程とを備える。前記予備成形工程では、外周面の径方向一部に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝を有する、丸棒状の中間素材を得る。前記歯成形工程では、前記中間素材の外周面のうち、円周方向に関して前記凹溝の両側部分を拘束し、かつ、前記凹溝の内面を拘束しない状態で、前記中間素材の外周面のうち、径方向に関して前記凹溝と反対側の面に、軸方向に関する凹凸形状である歯成形用凹凸部を押し付けることにより、複数の素ラック歯を形成する。前記仕上げ成形工程では、前記素ラック歯に仕上げ成形を施してラック歯とする。

　なお、前記中間素材に設ける凹溝の断面形状は、軸方向に関して一定でもよく、一定でなくてもよい。

　前記凹溝を塑性加工により形成することが好ましい。ただし、前記凹溝を、切削加工により形成することもでき、あるいは、前記中間素材を鋳造により製造する際に、同時に形成することもできる。

　前記凹溝を、前記ラック歯を形成した後でも消滅しない程度の大きさに形成することが好ましい。この場合に、前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型に、ノックアウトピンを備えさせて、該ノックアウトピンにより、前記ラック歯を形成した後の状態での前記凹溝の底面を押す工程をさらに備えることができる。

　前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型を、１対の金型素子からなる分割型とし、前記１対の金型素子同士の突き合わせ部を、前記凹溝の径方向外方に位置させることができる。

　前記凹溝の軸方向長さを、前記ラック歯が形成された部分の軸方向長さよりも長くすることができる。

　本発明のラックは、外周面の径方向一方側に複数のラック歯を備え、かつ、前記外周面のうちで、前記ラック歯を備える部分と径方向反対側部分に、軸方向に伸長する凹溝を有する。

　本発明の操舵装置は、ステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトの回転に伴って回転し、かつ、外周面にピニオン歯部を有する入力軸と、該ピニオン歯部と噛合する複数のラック歯を有するラックとからなるステアリングギヤユニットとを備え、前記ラックを、本発明のラックより構成する。

　本発明の車両は、本発明の操舵装置を備える。

　本発明のラックの予備成形用金型は、金属製で丸棒状の素材を径方向に押し潰す、据え込み加工に使用するもので、キャビティの内面に、丸棒状の素材の外周面の径方向一部に軸方向に伸長する凹溝を形成するための突条を備える。

　上述のような本発明によれば、ラックの製造コストの低減を図ることができる。

図１は、本発明の実施の形態の１例に係るステアリングギヤユニットの部分切断側面図である。図２は、本発明の実施の形態の１例に係るステアリングギヤユニットの部分切断正面図である。図３は、図１のａ－ａ断面図である。図４（Ａ）は、本発明の実施の形態の１例に係るラックの要部の平面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のｂ－ｂ断面図であり、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のｃ－ｃ断面図である。図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、本発明の実施の形態の１例に係るラックの製造方法を工程順に示す断面図である。図６（Ａ）は、本発明の実施の形態の１例に係る中間素材を示す要部平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のｄ－ｄ断面図であり、図６（Ｃ）は、図６（Ａ）のｅ－ｅ断面図である。図７（Ａ）～図７（Ｃ）は、本発明の実施の形態の１例に係る中間素材に適用される、凹溝の断面形状の３例を示す、断面図である。図８は、本発明の実施の形態の１例において、金型からラックを取り出す様子を示す、要部拡大断面斜視図である。図９は、本発明の対象となるラックを組み込んだステアリングギヤを備えた自動車用操舵装置の従来構造の１例を示す部分断面図である。図１０は、ラックの従来構造の１例を示す斜視図である。図１１は、図１０のｆ矢視図である。図１２は、図１０のｇ矢視図である。図１３は、図１２の拡大ｈ－ｈ断面図である。図１４（Ａ）～図１４（Ｆ）は、従来構造に係るラックの製造方法の１例を工程順に示す、断面図である。図１５（Ａ）は、従来構造に係るラックの製造方法の１例における、仕上げ成形工程前の素ラック歯の形状を示す部分斜視図であり、図１５（Ｂ）は、仕上げ成形工程後のラック歯の形状を示す部分斜視図である。

　図１～図８は、本発明の実施の形態の１例を示している。図１～図３は、図９に示すような自動車用操舵装置に適用可能である、本例のステアリングギヤユニット２ａを示している。ステアリングギヤユニット２ａは、入力軸３の回転運動を、ラック９ａの直線運動に変換し、１対のタイロッド４を押し引きするように構成されている。本例のステアリングギヤユニット２ａは、ハウジング３６と、ラック９ａと、入力軸３と、押圧装置３７とを備える。

　ハウジング３６は、アルミニウム系合金などの軽合金をダイキャスト成形するなどして形成され、主収容部３８と、副収容部３９と、シリンダ部４０とを備える。主収容部３８は、軸方向（図１～図３の左右方向）両端部が開口した円筒状である。副収容部３９は、中心軸が、主収容部３８の中心軸に対してねじれの位置にあり、軸方向中間部を、主収容部３８の軸方向片側部（図１～図３の左側部）に開口させている。シリンダ部４０は、主収容部３８の軸方向片側部のうち、副収容部３９が開口した部分と径方向反対側部分に設けられている。このようなハウジング３６は、主収容部３８の外周面のうちで軸方向に離隔した２箇所位置に設けられた１対の取付フランジ４１に挿通または螺合されたボルトにより、車体に対し支持固定される。

　図３および図４（Ａ）～図４（Ｃ）に示すように、ラック９ａは、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属製で、軸方向片側部の前側面（図４（Ｂ）の上側面）に、複数のラック歯１０を軸方向に等間隔に配置してなる、ラック歯部１１を有する。ラック９ａは、ラック歯部１１が設けられた軸方向片側部を除き、外周面を円筒面状としており、全体が棒状に構成されている。ラック９ａは、ラック９ａの軸方向他側部（図３の右側部）外周面と、ハウジング３６の主収容部３８の軸方向他側部内周面との間にブッシュ４３を備えることにより、主収容部３８の内径側に、主収容部３８に対する軸方向変位を可能に支持されている。ラック９ａの軸方向寸法は、主収容部３８の軸方向寸法よりも大きく、ラック９ａを主収容部３８の内径側に支持した状態では、ラック９ａの軸方向両端部が、主収容部３８の軸方向両側開口から突出している。

　ラック歯部１１は、軸方向両端部に、ラック歯１０よりも歯丈が小さく、使用時に、後述する入力軸３のピニオン歯と噛み合うことがないダミー歯５７を有する。また、ラック９ａは、軸方向片側部の後側面に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝４２を有する。なお、本例では、凹溝４２の軸方向寸法Ｌ_４２が、ラック歯部１１の軸方向寸法Ｌ_１１よりも大きくなっている。

　図３に示すように、入力軸３は、その先端部の外周面に、複数のピニオン歯５８が円周方向に等間隔に配置されているピニオン歯部４４を備える。入力軸３の先端部は、ピニオン歯部４４のピニオン歯５８を、ラック歯部１１のラック歯１０に噛合させた状態で、副収容部３９の内径側に、副収容部３９に対する回転可能に支持されている。なお、入力軸３の基端部は、副収容部３９の上側開口から突出している。

　押圧装置３７は、シリンダ部４０内に嵌装された押圧ブロック４５と、シリンダ部４０の後側開口部に螺着された蓋体４６と、押圧ブロック４５と蓋体４６との間に備えられたばね４７とにより構成されている。押圧装置３７は、ばね４７の弾力により、押圧ブロック４５を介して、ラック９ａを入力軸３に向けて弾性的に押圧している。これにより、ラック歯１０とピニオン歯５８との間でのバックラッシュを防止しつつ、ラック歯１０とピニオン歯５８との噛合部の噛合状態が適正に維持される。

　ラック９ａの軸方向両端部には、１対のタイロッド４のそれぞれの基端部が、球面継手４８を介して接続されている。球面継手４８のそれぞれの周囲は、ベローズ４９により覆われている。

　ステアリングホイール１（図９参照）を操作して入力軸３を回転させると、入力軸３の回転が、ラック歯１０とピニオン歯５８との噛合によりラック９ａの直線運動に変換され、ラック９ａが軸方向に変位する。そして、ラック９ａの軸方向両端部に接続された１対のタイロッド４が押し引きされて、１対の操舵輪に舵角が付与される。

　次に、本例のラック９ａの製造方法について、図５～図８を参照しつつ説明する。まず、金属材料の押出成形、圧延などにより得られた、断面円形で長尺な棒材を所定長さに切断することにより、図５（Ａ）に示すような、丸棒状の素材１４を得る。

　予備成形工程では、図５（Ｂ）に示すように、素材１４を、図６（Ａ）～図６（Ｃ）に示すような中間素材１８ａに加工する。中間素材１８ａは、軸方向片側部の片側面（図６（Ａ）の表側面、図６（Ｂ）の上面、図６（Ｃ）の右側面）に、平坦面状の被加工面部２０を有する。また、中間素材１８ａの軸方向片側部外周面のうち、径方向に関して被加工面部２０と反対側の他側面には、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ、ラック９ａの完成状態で凹溝４２となる凹溝４２ｙを有する。

　本例では、凹溝４２ｙの断面形状を、図７（Ａ）に示すような台形としているが、凹溝４２ｙの断面形状については、特に限定されるものではなく、図７（Ｂ）に示すような矩形や、図７（Ｃ）に示すような円弧形など、任意の形状とすることができる。また、本例では、凹溝４２ｙの断面形状を、軸方向にわたり一定としているが、凹溝４２ｙの断面形状は、必ずしも軸方向にわたり一定である必要はない。たとえば、凹溝４２ｙのうち、軸方向両端部の断面積を、軸方向中間部の断面積よりも小さくしたり、軸方向両端部の断面形状を矩形状とし、かつ、軸方向中間部の断面形状を台形状としたりすることができる。いずれの場合でも、凹溝４２ｙの大きさおよび形状などは、後述するように、ラック歯部１１を鍛造加工により形成した後のラック９ａにおいて、凹溝４２が消滅しないように設定される。

　予備成形工程では、素材１４を中間素材１８ａに加工する作業を、予備成形用金型１５ａと予備成形用パンチ１７とを用いて行う。予備成形用金型１５ａは、断面略Ｕ字形で、上部が開口した第１キャビティ１６ａを有する。第１キャビティ１６ａは、底面中央部に、軸方向に伸長する突条５０を有する。予備成形用パンチ１７は、先端面（図５（Ｂ）の下面）に、平坦面状の押付面５１を有する。

　予備成形工程では、まず、素材１４の軸方向片側部を、予備成形用金型１５ａの第１キャビティ１６ａ内にセットする。次いで、予備成形用パンチ１７を下方に変位させて、予備成形用パンチ１７により、素材１４の軸方向片側部を第１キャビティ１６内に押し込むようにする。このようにして、素材１４の軸方向片側部を、第１キャビティ１６ａの内面と、予備成形用パンチ１７の押付面５１との間で上下方向に押し潰す、据え込み加工を行う。このような据え込み加工の際に、押付面５１により押圧された部分が被加工面部２０となり、突条５０により押圧された部分が凹溝４２ｙとなる。

　歯成形工程では、図５（Ｃ）に示すように、中間素材１８ａの被加工面部２０に、複数の素ラック歯１０ｚからなる素ラック歯部１１ｚを、冷間鍛造加工により形成することで、中間素材１８ａを素ラック２９ａに加工する。なお、素ラック歯部１１ｚは、ラック９ａの完成状態におけるラック歯部１１となる部分である。このような素ラック歯部１１ｚのそれぞれの素ラック歯１０ｚは、ラック９ａの完成状態でのラック歯部１１のそれぞれのラック歯１０と比較して、形状精度および寸法精度が不十分であったり、歯面と歯先円との間の端縁が尖っていたりする。

　歯成形工程では、中間素材１８ａを素ラック２９ａに加工する作業を、歯成形用金型２２ａと歯成形用パンチ２７とを用いて行う。

　歯成形用金型２２ａは、金型本体５２と、ノックアウトピン５３とを備える。金型本体５２は、断面略Ｕ字形で、上部が開口した第２キャビティ２３ａと、上端部が第２キャビティ２３ａの底面中央部に開口するように、金型本体５２を上下方向に貫通する透孔５４とを備える。本例では、金型本体５２は、１対の金型素子５５を組み合わせることにより、水平方向（図５（Ｃ）の左右方向）に分割可能に構成されている。このため、後述するように、中間素材１８ａの軸方向片側部を歯成形用パンチ２７により押圧し、中間素材１８ａの被加工面部２０を塑性変形することに伴って、第２キャビティ２３ａの内面に、水平方向に関して互いに離れる方向に過大な応力が加わると、１対の金型素子５５が互いに離れる方向にわずかに変位する。このような構成により、過大な応力が吸収され、金型本体５２に亀裂などの損傷が生じることが防止される。

　本例では、１対の金型素子５５同士の突き合わせ部５９の上端部を、第２キャビティ２３ａの底面の中央に位置させている。このような構成により、中間素材１８ａの軸方向片側部を第２キャビティ２３ａに押し込んだ状態で、突き合わせ部５９が、凹溝４２ｙの径方向外方に位置する。

　ノックアウトピン５３は、金型本体５２に対する上下方向の変位を可能に、透孔５４に嵌装されている。なお、本例では、凹溝４２ｙの開口部の水平方向に関する幅寸法を、ノックアウトピン５３の水平方向に関する幅寸法よりも十分に大きくしている。すなわち、後述する、中間素材１８ａに塑性加工を施す工程を経た後においても、凹溝４２が消滅しない程度、好ましくは、最終的に得られるラック９ａにおいて、凹溝４２が変形したとしても凹溝４２にノックアウトピン５３の挿入が可能な程度の幅が維持されるように、凹溝４２ｙの大きさおよび形状を設定する。このような凹溝４２の構成により、完成後のラック９ａを、第２キャビティ２３ａから取り出す際に、ノックアウトピン５３の先端面により、凹溝４２の内面を押圧することを可能としている。

　歯成形用パンチ２７は、先端面（図５（Ｃ）の下面）に、得るべき素ラック歯部１１ｚに見合った、すなわち、素ラック歯部１１ｚの凹凸形状に対して凹凸が反転した凹凸形状を有する歯成形用凹凸部２８を備える。

　歯成形工程では、まず、中間素材１８ａの軸方向片側部を、歯成形用金型２２ａの第２キャビティ２３ａ内にセットする。次に、歯成形用パンチ２７を下方に変位させ、歯成形用凹凸部２８により被加工面部２０を下方に押圧して、中間素材１８ａの軸方向片側部を第２キャビティ２３ａ内に押し込む。中間素材１８ａの軸方向片側部が第２キャビティ２３ａ内に押し込まれて、中間素材１８ａの軸方向片側部の下面と、第２キャビティ２３ａの底面とが当接した状態では、中間素材１８ａの外周面のうち、円周方向に関して凹溝４２ｙの両側部分が拘束される。換言すれば、中間素材１８ａの軸方向片側部外周面のうち、凹溝４２ｙが形成された下端部と被加工面部２０とを除く部分が拘束される。したがって、中間素材１８ａの軸方向片側部が第２キャビティ２３ａ内に押し込まれた状態では、中間素材１８ａの外周面のうち、凹溝４２ｙの内面は拘束されていない。

　次いで、歯成形用パンチ２７をさらに下方に変位させ、歯成形用凹凸部２８を中間素材１８ａの被加工面部２０に押し付けて塑性変形させ、当該部分に素ラック歯部１１ｚを形成することにより、素ラック２９ａを得る。本例では、歯形成工程において、素ラック歯部１１ｚを形成することに伴い、歯底となる部分から押し出された余肉は、凹溝４２ｙとそれぞれのラック歯１０ｚの幅方向両側部分とに逃げる。したがって、凹溝４２ｙは、逃げた余肉により変形して凹溝４２ｚとなる。

　仕上げ成形工程では、図５（Ｄ）に示すように、素ラック２９ａの素ラック歯部１１ｚの形状を整えて、ラック９ａを得る。素ラック２９ａをラック９ａに加工する作業は、歯成形用金型２２ａと仕上げ成形用パンチ５６とを用いて行う。仕上げ成形用パンチ５６は、先端面（図５（Ｄ）の下面）に、歯の端縁の面取り部を含め、得るべきラック歯部１１の形状に見合った、すなわち、完成後のラック歯部１１の凹凸形状に対して凹凸が反転した凹凸形状を有する仕上げ成形用凹凸部３３ａを備える。

　仕上げ成形工程では、仕上げ成形用パンチ５６を下方に変位させ、仕上げ成形用凹凸部３３ａを素ラック歯部１１ｚに押し付ける。これにより、素ラック歯部１１ｚのそれぞれのラック歯１０ｚの形状および寸法を整えつつ、端縁に面取り部を形成して、素ラック歯部１１ｚをラック歯部１１とすることで、ラック９ａを得る。なお、仕上げ成形工程において、それぞれの素ラック歯１０ｚの形状などを整えることに伴って生じた余肉も、凹溝４２ｚとそれぞれのラック歯１０ｚの幅方向両側部分とに逃げる。この結果、凹溝４２ｚは、逃げた余肉により変形して凹溝４２となる。

　そして、図８に示すように、ノックアウトピン５３を上昇させ、ノックアウトピン５３の先端面（図５（Ｄ）における上端面）により凹溝４２の内面を上方に押すことにより、完成後のラック９ａを第２キャビティ２３ａから取り出す。その後、必要に応じて、研磨加工などの仕上げ加工を施すこともできる。

　本例によれば、ラック９ａの製造コストの低減を図ることができる。すなわち、歯成形工程において、素ラック歯部１１ｚを形成することに伴い、歯底となる部分から押し出された余肉の一部は、歯成形用パンチ２７の押圧方向前方側に存在する凹溝４２ｙに逃げる。したがって、ラック歯部１１を形成することに伴って押し出された余肉を、それぞれのラック歯１０の幅方向両側部分にのみ逃がす場合との比較では、中間素材１８ａを構成する金属材料が移動することに対する抵抗を小さく抑えることが可能である。特に、素材１４を製造する際のばらつきにより、中間素材１８ａの体積が所定値よりも大きい場合にも、体積の余剰分を、凹溝４２ｙに逃がすことにより、中間素材１８ａの体積のばらつきを吸収することができる。この結果、加工装置が大型化することを防止できて、ラック９ａの製造コストを低く抑えることができる。

　また、本例では、完成後のラック９ａを第２キャビティ２３ａから取り出す際に、ノックアウトピン５３の先端面により凹溝４２の内面を押圧するようにしている。したがって、ラック９ａの背面のうち、ステアリングギヤユニット２に組み込んだ状態で押圧ブロック４５（図３参照）の先端面と摺動する部分に、ノックアウトピン５３による圧痕が形成されることを防止できる。また、中間素材１８ａあるいは素ラック２９ａの余肉が、凹溝４２ｙ、４２ｚに逃げるため、この余肉がノックアウトピン５３の外周面と透孔５４の内周面との間に入り込んで、ラック９ａの背面にバリが形成されてしまうことも防止される。

　さらに、本例では、金型本体５２を構成する１対の金型素子５５同士の突き合わせ部５９を、凹溝４２の径方向外方に位置させている。このため、素ラック歯部１１ｚを形成する際あるいは仕上げ成型の際に、中間素材１８ａあるいは素ラック２９ａの余肉が、凹溝４２ｙ、４２ｚに逃げるため、この余肉が、１対の金型素子５５同士の間の隙間に入り込んで、当該部分に凸部が形成されることを防止できる。このため、仕上げ成形工程後の研削加工または研磨加工での研削量が増大することを防止できる。

　本例では、歯成形工程と仕上げ成形工程とで、同じ歯成形用金型２２ａを使用している。すなわち、歯成形工程後、歯成形用金型２２ａの第２キャビティ２３ａ内に保持された素ラック２９ａを取り出すことなく、素ラック２９ａを第２キャビティ２３ａ内側に保持したままの状態で、仕上げ成形用パンチ５６により素ラック歯１０ｚの形状を仕上げ成形により整えるようにしている。ただし、歯成形工程と仕上げ成形工程とで異なる金型を使用することもできる。

　本例では、予備成形工程において、中間素材１８ａの軸方向片側部の片側面を、予備成形用パンチ１７の押付面５１により押圧して、平坦面状の被加工面部２０を形成するのと同時に、中間素材１８ａの軸方向片側部のうちの被加工面２０とは逆側にある他側面を、突条５０により押圧して、凹溝４２ｙを形成している。ただし、中間素材１８ａの凹溝４２ｙは、被加工面部２０を形成する据え込み加工と前後して、切削加工や鍛造加工などにより形成することもできる。

　本例では、ノックアウトピン５３により凹溝４２の底面を押圧することで、完成後のラック９ａを第２キャビティ２３ａから取り出すようにしている。ただし、ノックアウトピンが省略され、かつ、複数の金型素子からなる分割型金型を用いて、完成後のラックを、分割型金型を構成する金型素子を分離することで取り出すようにすることもできる。この場合も、金型素子同士の突き合わせ部を、凹溝の径方向外方に位置させる。

　本例の製造方法により得られたラック９ａの凹溝４２の形状は、塑性加工の過程を経ることで、中間素材１８ａにおける凹溝４２ｙの形状からは変形している。また、最終的に製品として得られたそれぞれのラック９ａごとに、凹溝４２の形状にはばらつきがある。すなわち、素材１４において、その大きさ、形状、硬さなどの特性のばらつきなどの影響により、素材１４をラック９ａに加工する過程で、凹溝４２ｙの変形の仕方や度合いなどにばらつきが生じ、完成状態でのラック９ａの凹溝４２の形状も、それぞれのラック９ａごとにばらつく。たとえば、凹溝４２の両側縁は、それぞれのラック９ａごとに異なる曲線状となる。なお、このような製品ごとの凹溝４２の形状の相違を利用して、凹溝４２を撮影した画像や、凹溝４２の三次元形状を測定したデータを、ラック９ａの個体識別に用いることも可能である。

１　ステアリングホイール
２、２ａ　ステアリングギヤユニット
３　入力軸
４　タイロッド
５　ステアリングシャフト
６　ステアリングコラム
７ａ、７ｂ　自在継手
８　中間シャフト
９、９ａ　ラック
１０、１０ｚ　ラック歯
１１、１１ｚ　ラック歯部
１２　背面部分
１３　円杆部
１４　素材
１５、１５ａ　予備成形用金型
１６、１６ａ　第１キャビティ
１７　予備成形用パンチ
１８、１８ａ　中間素材
１９　部分円筒面部
２０　被加工面部
２１　曲面部
２２、２２ａ、２２ｂ　歯成形用金型
２３、２３ａ　第２キャビティ
２４　底部
２５　内側面
２６　ガイド傾斜面部
２７、２７ａ　歯成形用パンチ
２８　歯成形用凹凸部
２９、２９ａ　素ラック
３０　平坦面部
３１　仕上げ成形用受型
３２　受側キャビティ
３３　仕上げ成形用凹凸部
３４　仕上げ成形用押型
３５　押側キャビティ
３６　ハウジング
３７　押圧装置
３８　主収容部
３９　副収容部
４０　シリンダ部
４１　取付フランジ
４２、４２ｙ、４２ｚ　凹溝
４３　ブッシュ
４４　ピニオン歯部
４５　押圧ブロック
４６　蓋体
４７　ばね
４８　球面継手
４９　ベローズ
５０　突条
５１　押付面
５２　金型本体
５３　ノックアウトピン
５４　透孔
５５　金型素子
５６　仕上げ成形用パンチ
５７　ダミー歯
５８　ピニオン歯
５９　突き合わせ部

Claims

　外周面に、軸方向に伸長し、かつ、径方向内方に凹んだ凹溝を有する、丸棒状の中間素材を得る予備成形工程と、
　前記中間素材の外周面のうち、円周方向に関して前記凹溝の両側部分を拘束し、かつ、前記凹溝の内面を拘束しない状態で、前記中間素材の外周面のうち、径方向に関して前記凹溝と反対側の面に、軸方向に関する凹凸形状である歯成形用凹凸部を押し付けることにより、複数の素ラック歯を形成する歯成形工程と、および、
　前記素ラック歯に仕上げ成形を施してラック歯とする仕上げ成形工程と、
を備える、ラックの製造方法。
　前記凹溝を塑性加工により形成する、請求項１に記載のラックの製造方法。
　前記凹溝が、前記中間素材の外周面のうち、径方向に関して前記凹溝と反対側の面に、前記ラック歯を形成した後でも消滅しない程度の大きさに形成する、請求項１または２に記載のラックの製造方法。
　前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型が、ノックアウトピンを備えており、
　前記ノックアウトピンにより、前記素ラック歯あるいは前記ラック歯を形成した後の状態での前記凹溝の底面を押す工程をさらに備える、請求項３に記載のラックの製造方法。
　前記凹溝の両側部分を拘束するための歯成形用金型が、複数の金型素子からなる分割型であり、
　前記金型素子同士の突き合わせ部を、前記凹溝の径方向外方に位置させる、請求項１～４のうちの何れか１項に記載のラックの製造方法。
　前記凹溝を、該凹溝の軸方向長さが、前記ラック歯が形成された部分の軸方向長さよりも長くなるように形成する、請求項１～５のうちの何れか１項に記載のラックの製造方法。
　外周面の径方向一方側に複数のラック歯を備え、かつ、前記外周面のうちで、前記ラック歯を備える部分と径方向反対側部分に、軸方向に伸長する凹溝を有する、ラック。
　ステアリングシャフトと、
　前記ステアリングシャフトの回転に伴って回転し、かつ、外周面にピニオン歯部を有する入力軸と、該ピニオン歯部と噛合する複数のラック歯を有するラックとからなるステアリングギヤユニットと、
を備え、
　前記ラックが、請求項７に記載のラックである、
操舵装置。
　請求項８に記載した操舵装置を備える車両。
　金属製で丸棒状の素材を径方向に押し潰す、据え込み加工に使用するもので、キャビティの内面に、前記丸棒状の素材の外周面の径方向一部に軸方向に伸長する凹溝を形成するための突条を有する、ラックの予備成形用金型。