JP5352965B2 - ラックの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例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込み、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の製造方法の改良に関する。具体的には、十分な剛性及び強度を有するラックを、低コストで得られる製造方法を実現する事を目的としている。

例えば図３０に示す様な自動車の操舵輪（フォークリフト等の特殊車両を除き、一般的には前輪）に舵角を付与する為の操舵装置では、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の動きを、自在継手３、３及び中間シャフト４を介して、ステアリングギヤ５の入力軸６に伝達する。このステアリングギヤ５は、この入力軸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したラックとを備える。上記入力軸６と共にこのピニオンが回転すると、このラックが軸方向に変位し、その両端部に結合した１対のタイロッド７、７を押し引きし、上記操舵輪に所望の舵角を付与する。

上述の様なステアリングギヤ用のラックを、素材に削り加工を施してラック歯を形成する、切削加工により造ると、製造コストが嵩む割合に、このラック歯の強度及び剛性を確保しにくい。これに対して、素材を塑性変形させてラック歯を加工すれば、この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、得られるラック歯の金属組織が緻密になる為、このラック歯の強度及び剛性を確保し易い。この様に、ラック歯を塑性変形により加工したラック及びその製造方法に関する発明として従来から、特許文献１〜４に記載された発明が知られている。

このうちの特許文献１、２には、円杆状の素材を、１対の金型同士の間で強く挟持し、この素材の一部外周面に、このうちの一方の金型に設けた凹凸形状を転写して、ラック歯とする、ラックの製造方法に関する発明が記載されている。ラック歯を形成する事に伴って生じた（ラック歯のうちの凹部となるべき部分から押し出された）余肉は、上記両金型同士の間で、ラックの本体部分から側方に、バリ状に突出させ、後から除去する。

この様な特許文献１、２に記載された従来技術の場合、余肉をラックの本体部分から側方に突出させる為、このラックを押圧する１対の金型に生じる応力が高くなり、これら両金型の寿命確保が難しい。しかも、上記本体部分から側方にバリ状に突出した余肉を除去する工程が必要になり、製造コストが嵩む事が避けられない。更には、上述の様に上記両金型に大きな応力が加わる様な加工でありながら、上記一方の金型に設けた凹凸形状を上記素材に確実に転写する為に、この転写を含む塑性加工を、熱間鍛造又は温間鍛造により行なう必要がある。熱間鍛造にしろ、温間鍛造にしろ、加工時に金型が温度上昇に基づいて熱膨張するが、この熱膨張量を正確に規制する事は難しい為、得られるラック歯の精度を十分に確保する事が難しい。

上述の様な不都合を解決する為に上記特許文献３には、円杆状の素材のうちで、ラック歯を形成すべき部分の背面側に凹部を形成しておき、ラック歯を形成する事に伴って生じた余肉をこの凹部に逃がす、ラックの製造方法に関する発明が記載されている。
この様な特許文献３に記載された従来技術の場合、上記特許文献１、２に記載された従来技術を実施する場合に生じる不都合がない代わりに、上記凹部の加工が必要になり、やはり製造作業が面倒で、製造コストが嵩む事が避けられない。特に、上記凹部は、スエージング加工、旋盤加工等で加工する為、凹部の加工から、次に行なうラックの加工作業に円滑に移行する事（連続でその後の加工をする事）が難しい。この事は、やはり製造コストを高くする原因となる。更には、ラック歯を形成した部分から軸方向に外れた、あまり強度を必要としない部分の外径が、強度を必要とする、このラック歯を形成する為に必要とされる素材の直径のままになる為、ラック全体としての重量が徒に嵩み易い。

更に、特許文献４には、中空円管状の素材を幅方向に押し広げ、この押し広げた部分にラック歯を形成する、ラックの製造方法に関する発明が記載されている。
この様な特許文献４に記載された従来技術の場合には、ラック歯の幅寸法を大きくすべく、上記中空円管状の素材を幅方向に押し広げる分だけ、このラック歯の歯底部分の肉厚が小さく（薄く）なり易い。この為、ラックのうちで、このラック歯が形成された部分の強度を十分に確保する事が難しい。

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

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、ラック歯の幅寸法、強度、剛性を、何れも十分に確保でき、しかも軽量な構造のラックを、低コストで得られる製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の対象となるラックは、金属材製で、少なくとも軸方向の一部が中実材である断面円形のロッド部と、このロッド部の軸方向一部で中実材である部分の径方向片側面に塑性加工により形成されたラック歯とを備える。
特に、本発明の対象となるラックは、上記軸方向一部で中実材である部分の外周面のうち、このラック歯を形成した部分から周方向に外れた部分の断面形状の曲率半径が、上記ロッド部の軸方向残部の外周面の断面形状の曲率半径よりも大きい。

又、本発明のラックの製造方法は何れも、上述した様な構成を有するラックを造るのに、上記ロッド部となるべき円杆状の素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰しつつ、この軸方向の一部で且つ円周方向の残部に、上記素材の外周面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する部分円筒面を形成する第一の塑性加工を施して、中間素材とする。そして、この中間素材のうちの上記軸方向一部で上記円周方向の一部に上記ラック歯を、第二の塑性加工により形成する。

特に請求項１に記載したラックの製造方法の場合には、上述した様な構成を有するラックを造る為、上記第一の塑性加工を、上記素材の軸方向一部を径方向に押し潰す事により、この軸方向一部の外周面のうちでラック歯を形成すべき部分を平面部とし、この平面部から外れた残り部分を、断面形状の曲率半径が上記素材の外周面の断面形状の曲率半径よりも大きい部分円筒面とする据え込み加工としている。
又、上記第二の塑性加工を、内面同士の間隔が上記平面部の幅方向に関する上記中間素材の外径よりも小さいダイスの保持孔により、この中間素材の軸方向一部で上記平面部から外れた残り部分を支承しつつ、形成すべきラック歯に見合う凹凸形状を有する歯成形用パンチを上記平面部に押圧し上記中間素材を上記保持孔に押し込む事により、この中間素材の幅方向両端部分の金属材料を上記平面部に移動させつつこの平面部にラック歯を形成するプレス加工としている。

又、請求項２に記載したラックの製造方法の場合には、上述した様な構成を有するラックを造る為、上記第二の塑性加工を、複数段階に分けて行ない、得るべきラック歯の圧力角よりも小さな圧力角に見合う形状の歯成形用パンチにより素ラック歯を形成した後、少なくともこの素ラック歯の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の端縁部の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を行なう。その後、得るべきラック歯の圧力角に見合う形状の歯仕上用パンチをこの素ラック歯に押し付けて、この素ラック歯をラック歯に加工する。

更に、請求項３に記載したラックの製造方法の場合には、上述した様な構成を有するラックを造る為、上記第二の塑性加工により、上記中間素材のうちの上記軸方向一部で上記円周方向の一部に上記ラック歯を形成すると共に、このラック歯の両側部分に１対の逃げ平坦面部を形成した後、このラック歯の精度を向上させる為のサイジングを行ない、このサイジングに伴って移動する金属材料を上記両逃げ平坦面部に止めて、部分円筒面を延長した仮想円筒面よりも余肉が径方向外方に突出する事を防止している。

又、上述の様な請求項１、３に記載した発明を実施する場合には、請求項２に記載した発明と同様に、例えば、上記第二の塑性加工を複数段階に分けて行なう。そして、先ず、得るべきラック歯の圧力角よりも小さな圧力角に見合う形状の歯成形用パンチにより、素ラック歯を形成する。その後、得るべきラック歯の圧力角に見合う形状の歯仕上用パンチをこの素ラック歯に押し付ける。

又、請求項２に記載した発明を実施する場合に好ましくは、塑性加工により素ラック歯の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の端縁部の断面形状の曲率半径を、完成後のラック歯の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の端縁部の断面形状の曲率半径よりも大きくしておく。

又、請求項２に記載した発明の様に、素ラック歯の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の端縁部の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を行なう場合に好ましくは、例えば、上記第二の塑性加工の前段階（この第二の塑性加工のうちの初期段階乃至前半部の意味。第二の塑性加工に先立って行なう加工の意味ではない。）で、上記素ラック歯を形成すると共に、この素ラック歯の両側部分に１対の逃げ平坦面部を形成する。その後、これら両逃げ平坦面部を１対の金型同士の間部分に位置させた状態で、上記素ラック歯の基部の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を行なう。そして、この塑性加工に伴って移動する金属材料を上記両逃げ平坦面部に止めて、部分円筒面を延長した仮想円筒面よりも余肉が径方向外方に突出する事を防止する。

又、上述の様な請求項１〜２に記載した発明を実施する場合にも、請求項３に記載した発明と同様、例えば、上記第二の塑性加工の後、上記ラック歯の形状を整えるサイジングを施す。
更に、この場合には、例えば、上記第二の塑性加工によりラック歯を形成すると共にこのラック歯の両側部分に１対の逃げ平坦面部を形成する。その後、このラック歯の精度を向上させる為のサイジングを行ない、このサイジングに伴って移動する金属材料を上記両逃げ平坦面部に止めて、部分円筒面を延長した仮想円筒面よりも余肉が径方向外方に突出する事を防止する。上記両逃げ平坦面部は、例えば、互いに平行とする。

又、本発明を実施する場合に、例えば、前記第一の塑性加工前に、素材をダイスに通過させる事により、この素材の外径を軸方向一部を除いて縮める、扱き加工を施す。そして、軸方向一部の外径が軸方向残部の外径よりも大きな予備中間素材とし、この予備中間素材に上記第一の塑性加工を施す。
或いは、前記第一の塑性加工後、上記第二の塑性加工前に、中間素材をダイスに通過させる事により、この中間素材の外径を軸方向一部を除いて縮める、扱き加工を施す。そして、軸方向一部の外径が軸方向残部の外径よりも大きな第二の中間素材とし、この第二の中間素材に第二の塑性加工を施す。

上述の様に構成する、本発明のラックの製造方法によれば、ラック歯の幅寸法、強度、剛性を、何れも十分に確保でき、しかもこのラック歯を形成した部分以外の外径が必要以上に大きくならずに軽量なラックを、低コストで得られる。
先ず、ラック歯の幅寸法を確保する事は、ロッド部の軸方向の一部でラック歯を形成すべき部分の幅を、このロッド部の軸方向残部の外径よりも大きくする事で図れる。又、強度及び剛性の確保は、このロッド部を中実材製とする事で図れる。即ち、上記ロッド部の軸方向の一部でラック歯を形成すべき部分は、素材を押し潰しつつ幅寸法を広げながら、このラック歯を形成すべき部分から周方向に外れた部分の断面形状の曲率半径を、上記素材の外周面の曲率半径よりも大きくする。この為、この素材の外径の割合に大きな幅寸法を有するラック歯を形成できる。このラック歯を形成した部分は、前述の特許文献４に記載された従来技術の様に、中空円管状の素材を幅方向に押し広げた部分に形成したラック歯とは異なり、十分に肉厚を確保できる。そして、幅寸法を大きくした分、更にはラック歯を形成した部分から周方向に外れた部分の断面形状の曲率半径を大きくした分、このラック歯部分の強度及び剛性を向上させる事ができる。
又、上記ラック歯を形成した部分以外の外径が必要以上に大きくならずに軽量なラックを得られる事は、このラック歯の幅寸法を確保する場合でも、上記ロッド部の軸方向残部の外径を小さく抑えられる事で図れる。

更に、低コストで得られる（製造コストを抑えられる）事は、上記ラック歯を塑性加工により形成するに関し、簡単な前加工を行なうだけで、余肉がバリとなって径方向外方に突出する事を防止でき、加工荷重を抑えると共に、余肉除去の為の後処理を不要にする事で図れる。即ち、上記ラック歯を形成する、上記ロッド部の軸方向の一部で、このラック歯を形成する部分は、元々はこの軸方向残部と同じ断面積を有する断面円形の部分を押し潰し、上記ラック歯を形成すべき部分を平坦にする事で、幅寸法を、軸方向残部の外径よりも大きくしている。従って、上記ラック歯を形成する以前の状態で、上記ロッド部の軸方向の一部の断面積は、上記軸方向残部の断面積とほぼ等しい。従って、上記ラック歯を形成すべき、上記ロッド部の軸方向の一部に存在する素材の体積を適正に抑えられて、上記ラック歯の加工に伴って余肉が径方向に突出する事はない。上記ラック歯を形成する為の第二の塑性加工時に於ける金属材料の移動は、このラック歯の歯底部分から歯先部分への移動が主である。この為、このラック歯を形成する為の加工荷重を低く抑えられて、熱間加工や温間加工に比べて精度確保が容易な、冷間加工により、上記ラック歯を加工できる。

又、本発明の製造方法の場合には、総ての加工工程を、金型内部が金属材料により完全に充満されない状態で行なえる。言い換えれば、全工程を、所謂密封成形とせずに実施でき、各工程で被加工物から各金型に加わる反力、延ては、これら各金型に生じる応力を低く抑えられて、これら各金型の耐久性を向上させ、この面からのコスト低減も図れる。又、これら各金型の構造を単純にでき、汎用的なプレス設備で成形する事ができる。しかも、上記各金型に生じる応力を低く抑えられる為、冷間鍛造で成形する事が可能となり、これら各金型の寸法変化を抑えられる為、熱間鍛造や温間鍛造により加工する場合に比べて、得られるラックの精度を向上する事ができる。特に、請求項１に記載した発明によれば、このラックを、十分に低コストで、しかも精度良く造れる。

又、請求項２、３に記載した発明の様に、サイジング或は複数段階成形によりラック歯の形状を整えれば、このラック歯をより高精度に加工できる。このうちの複数段成形を行なう場合に、請求項２に記載した発明の様に、素ラック歯をラック歯に加工する途中で、この素ラック歯の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の端縁部を塑性変形させれば、得られるラック歯の形状精度をより向上させられる他、各工程で必要になる加工荷重の低減を図れる。又、複数段成形或いはサイジングを行なう場合に、複数段成形或いはサイジングに伴って移動する金属材料を１対の逃げ平坦面部に止めれば、これら複数段成形或いはサイジングに関しても、密封成形とせずに実施できる。そして、これら複数段成形或いはサイジングに伴って金型に生じる応力を低く抑えられて、この金型の耐久性を向上させる事ができる。

［実施の形態の第１例］
図１〜９は、請求項３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。先ず、本例のラック８の構造に就いて、図１〜４により説明する。尚、以下の説明で、各面の曲率半径に就いては、特に断らない限り、各面の断面形状の曲率半径の事を指す。
上記ラック８は、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で、中実材である断面円形のロッド部９と、このロッド部９の軸方向一部（図１〜３の左部）の径方向片側面に、塑性加工により形成されたラック歯１０とを備える。本例の場合、上記ロッド部９は、全長に亙り、外周面から中心部迄同種金属材により一体に造られている。又、このロッド部９のうちの上記軸方向一部で、上記ラック歯１０を形成した部分から周方向に外れた背面部分１１の断面形状の曲率半径Ｒ₁₁（図４参照）が、上記ロッド部９の軸方向残部である、円杆部１２の外周面の曲率半径ｒ₁₂（図４参照）よりも大きく（Ｒ₁₁＞ｒ₁₂）なっている。このうち、上記円杆部１２の外周面の曲率半径ｒ₁₂が、元々の素材の外周面の曲率半径に一致している。従って、上記背面部分１１の曲率半径Ｒ₁₁は、この素材の外周面の曲率半径よりも大きくなっている。そして、その分、上記ラック歯１０の幅寸法Ｗ₁₀を（単に上記素材の外周面にラック歯を形成する場合に比べて）大きくしている。

次に、上述の様なラック８の製造方法に就いて、図５〜８により説明する。
先ず、図５の（Ａ）に示す様に、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属材製で円杆状の素材１３を、受型１４の上面に設けた、断面円弧形の凹溝部１５内にセット（載置）する。この凹溝部１５の内面の曲率半径Ｒ₁₅は、上記背面部分１１の曲率半径Ｒ₁₁（図４参照）とほぼ（加工力解除に伴うスプリングバック分を除き）一致（Ｒ₁₅≒Ｒ₁₁）している。

次いで、図５の（Ｂ）に示す様に、上記凹溝部１５に沿って長い押圧パンチ１６の先端面（下端面）により上記素材１３をこの凹溝部１５に向けて強く押圧する、据え込み加工を行なう。上記押圧パンチ１６の先端面の形状は、一般的には平坦面とする。但し、上記凹溝部１５の幅方向（図５の左右方向）に関して、曲率半径が大きな凹曲面としたり、幅方向両端部が上記受型１４に向けて直線的若しくは曲線的に突出する、（据え込み加工後の形状の上端部を抱き込む様な）凹形状とする事もできる。何れにしても、上記図５の（Ｂ）に示した据え込み加工では、上記素材１３の軸方向一部でラック歯１０（図１〜４参照）を形成すべき部分を、上下方向に押し潰すと共に、水平方向の幅寸法を拡げて、中間素材２０とする。この中間素材２０は、上記部分の外周面に、上記背面部分１１（図１、３、４参照）となるべき部分円筒面部１７と、断面の径方向に関してこの部分円筒面部１７と反対側に存在する平坦面部１８と、これら両面部１７、１８同士を連続させる、曲率半径が比較的小さい、１対の曲面部１９、１９とを備える。

次いで、この中間素材２０を、上記受型１４の凹溝部１５から取り出して、図５の（Ｃ）に示す様に、ダイス２１に設けた保持孔２２の底部に挿入（セット）する。この保持孔２２は、Ｕ字形の断面形状を有し、底部２３の曲率半径は、前記受型１４の凹溝部１５の内面の曲率半径Ｒ₁₅と、ほぼ一致している。又、両内側面２４、２４は、互いに平行な平面としている。更に、上端開口部には、上方に向かう程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２５、２５を設けている。

上記中間素材２０を、上記ダイス２１の保持孔２２にセットしたならば、次いで、図５の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、この保持孔２２内に歯成形用パンチ２６を挿入し、この歯成形用パンチ２６により、上記中間素材２０を上記保持孔２２内に強く押し込む。この歯成形用パンチ２６の下面には、得るべきラック歯に見合う形状の、成形用の波形凹凸を設けている。又、上記中間素材２０は、上記保持孔２２の内面により、上記ラック歯を形成すべき上記平坦面部１８を除き、拘束されている。この為、上記歯成形用パンチ２６により上記中間素材２０を上記保持孔２２内に強く押し込む事で、この中間素材２０のうちの平坦面部１８が、上記波形凹凸に倣って塑性変形し、図５の（Ｄ）及び図６の（Ａ）に示す様なラック歯１０を有する、素ラック２７に加工される。但し、この状態での素ラック２７は、完成状態のラック８（図１〜４参照）に比べて、形状精度及び寸法精度が不十分であり、上記ラック歯１０の端縁も尖ったままである。又、このラック歯１０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、上記保持孔２２の両内側面２４、２４に強く押し付けられる為、上記素ラック２７の左右両側面には、互いに平行な逃げ平坦面部２８、２８が形成される。

そこで、上記歯成形用パンチ２６を上昇させてから、上記素ラック２７を上記保持孔２２から取り出し、図５の（Ｅ）に示す様に、サイジング用ダイス２９の上面に形成したサイジング用凹凸面部３０に載置する。この際、上記素ラック２７を上下反転させる。このサイジング用凹凸面部３０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（完成後の形状に対して凹凸が反転した）形状を有する。そこで、押型３１により、図５の（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に、上記素ラック２７のラック歯１０を形成した部分を、上記サイジング用凹凸面部３０に向け、強く押し付ける。

上記押型３１の下面には、造るべきラック８の背面部分１１の曲率半径Ｒ₁₁（図４参照）に一致する曲率半径を有する押し凹溝３２を形成しており、上記素ラック２７は、上記背面部分１１となるベき部分をこの押し凹溝３２に嵌合させた状態で、上記サイジング用凹凸面部３０に向け強く押圧される。この為、上記図５の（Ｆ）に示した、上記サイジング用ダイス２９と上記押型３１とを十分に近づけた状態で、上記ラック歯１０が、図６の（Ｂ）に示した完成後の状態（形状及び寸法が適正になり、各歯の端縁に面取りが設けられた状態）になると同時に、上記背面部分１１に関しても、形状及び寸法が適正になる。尚、この様にして行なうサイジングに伴って押し出された余肉は、上記両逃げ平坦面部２８、２８部分に集まる。従って、完成後のラック８には、これら両逃げ平坦面部２８、２８は、殆ど残らない。但し、余肉が上記サイジング用凹凸面部３０や上記押し凹溝３２の内面を、極端に強く押圧する事はないので、上記サイジングの加工荷重を低く抑えられるだけでなく、上記サイジング用ダイス２９及び上記押型３１の耐久性を確保し易い。

この様にして得られた、前述の図１〜４に示す様なラック８は、前述した様に、ラック歯１０の幅寸法、強度、剛性を、何れも十分に確保でき、しかもこのラック歯１０を形成した部分以外の外径が必要以上に大きくならずに軽量である。
尚、上述の実施の形態は、図５の（Ｃ）→（Ｄ）の過程で、ラック歯１０の加工を一挙動で行なう場合に就いて説明したが、この加工を２段階に分けて行なう事もできる。即ち、先ず、得るべきラック歯の圧力角よりも小さな圧力角に見合う形状の歯成形用パンチにより、図７の（Ａ）→（Ｂ）の加工を施し、この図７の（Ｂ）及び図８に鎖線で示した形状の、得るべきラック歯１０よりも歯丈の短い素ラック歯を形成する。次いで、得るべきラック歯の圧力角に見合う形状の歯仕上用パンチをこのラック歯となるべき部分に押し付ける事により、図７の（Ｃ）及び図８に実線で示したラック歯１０を形成する。図７の（Ｂ）→（Ｃ）の過程で、図８に斜格子で示した、各歯の側面に存在する金属材料を、これら各歯の先端に向けて移動させる。その後、前述したサイジングを施す。
上述の様にして、上記ラック歯１０の加工を２段階に分けて行なえば、各工程で、ラック歯形成用の歯成形用パンチに加わる応力を小さく抑えて、この歯成形用パンチの耐久性を確保できる。又、得られるラック歯の精度を確保し易い。

又、サイジングに関しても、図５の（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に一挙動で行なわず、図９に示す様に、２段階で行なっても良い。この図９に示したサイジングでは、先ず、（Ａ）に示す様に、素ラック２７をサイジング用ダイス２９ａと押型３１ａとの間で強く挟持して、ラック歯１０の形状を整える。その後、（Ｂ）に示す様に、上面にこのラック歯１０と噛合する受凹凸部３３を設けた受型３４と押型３５との間で、再び上記素ラック２７を強く挟持して、背面部分１１の形状及び寸法を整え、ラック８とする。サイジングに伴って移動する余肉を両逃げ平坦面部２８、２８部分に集める事は、一挙動に行なう場合と同様である。

［実施の形態の第２例］
図１０〜１１は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、図１０の（Ａ）→（Ｂ）に示した据え込み加工での加工量を、上述した実施の形態の第１例の場合よりも多くし、この据え込み加工により得られる中間素材２０ａの幅寸法を、この第１例の場合よりも広くしている。又、部分円筒面部１７ａの曲率半径に関しても、この第１例の場合よりも大きくしている。

本例の場合には、上述の様な中間素材２０ａを、図１０の（Ｃ）→（Ｄ）に示す様に、幅方向両端部を塑性変形させつつ、ダイス２１の保持孔２２内に押し込む。このダイス２１は、上記第１例に使用するものと同様のものである。但し、上記中間素材２０ａの幅寸法が大きい分、この中間素材２０ａを上記保持孔２２内に押し込む際に、この中間素材２０ａの幅方向両端部が、この保持孔２２の内側面２４、２４とガイド傾斜面部２５、２５との連続部で扱かれる。この結果、上記幅方向両端部に存在する、図１１に斜格子で示した部分の金属材料を、同じく上部に斜格子で示した部分に向け、上方に移動させつつ、上記中間素材２０ａの断面が、図１１の鎖線で表した形状から同じく実線で表した形状に変化する。そして、上記中間素材２０ａを上記保持孔２２の奥端部にまで押し込んだ後、この中間素材２０ａにラック歯１０を形成して、素ラック２７ａとする。

前述の図５の（Ｃ）（Ｄ）と上記図１０の（Ｃ）（Ｄ）との比較、或いは、上記図１１の鎖線と実線との比較から明らかな通り、上記幅広の中間素材２０ａを、幅方向両端部を扱きつつ上記保持孔２２内に押し込む事で、上記ラック歯１０を形成すべき部分の幅寸法を大きくできる。この為、このラック歯１０の幅寸法を確保できる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［本発明に関連する参考例の第１例］
図１２は、本発明に関連する参考例の第１例を示している。本参考例の場合には、図１２の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、素材１３をダイス３６に通過させる扱き加工を施す事により、この素材１３の外径を、軸方向一部を除いて縮める。そして、軸方向一部の外径が軸方向残部の外径よりも大きな予備中間素材３７とし、この予備中間素材３７のうちの軸方向一部に、前述した実施の形態の第１例、又は、上述した実施の形態の第２例と同様の塑性加工を施して、図１２の（Ｃ）に示す様なラック８ａとする。この様な本参考例の場合には、このラック８ａのうちで、ラック歯１０を形成した部分から軸方向に外れた部分の直径をより小さくして、上記ラック８ａ全体をより軽量にできる。

［本発明に関連する参考例の第２例］
図１３は、本発明に関連する参考例の第２例を示している。本参考例の場合には、図１３の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、素材１３に例えば前述の図５の（Ａ）→（Ｂ）に示す様な据え込み加工を施して中間素材２０とする。そして、この中間素材２０に、図１３の（Ｃ）に示す様に、ダイス３６を通過させる扱き加工を施す事により、この中間素材２０の外径を、軸方向一部を除いて縮める。そして、軸方向一部の外径が軸方向残部の外径よりも大きな第二の中間素材３８とし、この第二の中間素材３８に、前述した実施の形態の第１例、又は、上述した実施の形態の第２例と同様の塑性加工を施して、図１３の（Ｄ）に示す様なラック８ａとする。この様な本参考例の場合も、このラック８ａのうちで、ラック歯１０を形成した部分から軸方向に外れた部分の直径をより小さくして、上記ラック８ａ全体をより軽量にできる。

［実施の形態の第３例］
図１４〜１８は、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。
本例のラック８ｂの場合には、ロッド部９ａが、外層体３９と内層体４０とを組み合わせて成る。このうちの外層体３９は、炭素鋼、ステンレス鋼等の、優れた強度及び耐摩耗性を有する、第一種の金属材により、円管状に造られている。又、上記内層体４０は、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の、軽量な第二種の金属材により円杆状に造られている。又、上記外層体３９と内層体４０とのうち、外層体３９は、造るべきラック８ｂ分の長さ寸法を有するのに対して、内層体４０は、外周面にラック歯１０を形成すべき軸方向一部の長さ分の（余裕を持たせて、ラック歯１０を形成した部分よりも少しだけ長い）寸法に抑えられている。この様な内層体４０と上記外層体３９とは、この内層体４０をこの外層体３９の軸方向一端寄り（図１４〜１６の左寄り）部分に、焼嵌め、冷やし嵌め等により密に内嵌固定する事で組み合わされている。

上述の様な外層体３９と内層体４０とを組み合わせた、上記ロッド部９ａを構成する素材１３ａには、例えば図１８の（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）→（Ｆ）に示す様に、前述の図１０に示した実施の形態の第２例（或いは、前述の図５に示した実施の形態の第１例）と同様の塑性加工を施して、上述の様なラック８ｂとする。
この様な本例の構造及び製造方法によれば、前述した理由により、上記ラック歯１０の強度確保とラック８ｂ全体の軽量化とを、より十分に図る事が可能になる。

［実施の形態の第４例］
図１９〜２４は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。尚、前述の図１０〜１１に示した実施の形態の第２例と異なる点は、ラック歯を形成する過程で素ラック歯４３の幅方向両端部の端縁の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を行なう点、完成後のラック歯１０の両側面に互いに平行な１対のガイド平面部４１、４１を残すべく、これら両ガイド平面部４１、４１に隣接して、これら両ガイド平面部４１、４１から離れるに従って互いに近づく方向に傾斜した、１対の逃げ平坦面部４２、４２を設けた点にある。その他の部分の構成及び作用・効果に就いては、上記実施の形態の第２例と同様であるから、同等部分に関する説明は、省略若しくは簡略にし、以下、この第２例と異なる点を中心に説明する。

本例の場合、図１９の（Ｃ）→（Ｄ）の工程で中間素材２０ａを素ラック２７ｂに加工する際に、互いに平行な１対のガイド平面部４１、４１と、これら両ガイド平面部４１、４１に隣接した、１対の逃げ平坦面部４２、４２とを形成する。これら両逃げ平坦面部４２、４２は、上記両ガイド平面部４１、４１を境として、上記中間素材２０ａの円周方向の一部に形成した素ラック歯４３と反対側部分に設けられており、これら両ガイド平面部４１、４１から離れるに従って互いの間隔が狭くなる方向に傾斜している。

この様な両逃げ平坦面部４２、４２を形成する為に、ダイス２１ａに形成した、成形用凹溝である保持孔２２ａの両内側面の一部で、互いに平行な１対の成形用平坦面４４、４４の底部２３ａ側に隣接する部分に、これら両成形用平坦面４４、４４から離れるに従って互いの間隔が狭くなる方向に傾斜した、１対の第二成形用平坦面４５、４５を設けている。そして、図１９の（Ｃ）→（Ｄ）の工程で、上記中間素材２０ａを上記素ラック２７ｂに加工する際に、上記両第二成形用平坦面４５、４５に対応する部分に上記両逃げ平坦面部４２、４２を形成して、図２３の（Ａ）に示す様な、上記素ラック２７ｂとする。即ち、得るべきラック歯の圧力角よりも小さな圧力角に見合う形状の歯成形用パンチ２６ａにより、上記素ラック歯４３を形成した、上記素ラック２７ｂを得る。

その後、図２０の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、上記両逃げ平坦面部４２、４２を１対の金型である、押型４６と受型４７との間部分に位置させた状態で、上記素ラック歯４３の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を行なう。この塑性加工により、上記素ラック歯４３の幅方向両端部の端縁部の、歯元部乃至歯先部の曲率半径を大きくし、この素ラック歯４３の幅方向両端部の端縁部の歯元部乃至歯先部に、図２３の（Ｂ）に示す様な曲面部４８、４８を形成する。この様な曲面部４８、４８は、完成後のラック歯１０の幅方向両端部の端縁部が他の部材と干渉するのを防止する為と、この端縁部への応力集中を防止する為とに設ける。本例は、図２３の（Ａ）に示した素ラック歯４３を同じく（Ｃ）に示したラック歯１０に塑性加工する過程で、上記図２３の（Ｂ）に示す様な曲面部４８、４８を形成する事により、このラック歯１０を塑性加工する為の加工工程で使用する金型の負担を軽減すると共に、バリの発生を防止して得られるラック歯１０の形状精度及び寸法精度を良好にできる様にしている。又、本例の場合には、上述の様な曲面部４８、４８の塑性加工に伴って移動する金属材料を、上記両逃げ平坦面部４２、４２に止めて、部分円筒面を延長した仮想円筒面よりも余肉が径方向外方に突出する事を防止する。

尚、上記図２０の（Ａ）→（Ｂ）、及び、図２３の（Ａ）→（Ｂ）に示した工程で、上記素ラック歯４３の幅方向両端部の端縁に形成する曲面部４８、４８の曲率半径は、完成後のラック歯１０の幅方向両端部に残留する曲面部の曲率半径よりも大きめにしておく。この理由は、次述する図２１又は図２２の（Ａ）→（Ｂ）、及び、図２３の（Ｂ）→（Ｃ）に示した、上記素ラック歯４３を上記ラック歯１０に仕上げる工程で、上記幅方向両端部の端縁の歯元部乃至歯先部の曲面部４８、４８の曲率半径が小さくなる傾向になるので、完成後のラック歯１０の幅方向両端部に残留する曲面部の曲率半径を確保する為である。

上述の様な曲面部４８、４８を形成した第二中間素材４９は、その後、前述した実施の形態の第１例と同様、図２１又は図２２の（Ａ）→（Ｂ）に示す様に、歯成形用パンチ２６によりダイス２１ｂの保持孔２２ｂ内に押し込んで、上記ラック歯１０を形成する。この際、この保持孔２２ｂの内寸は、図２１に示す様に、上記第二中間素材４９の幅寸法と同じでも良いし、図２２に示す様に、この幅寸法よりも僅かに小さくしても良い。図２２に示す様に、保持孔２２ｂの内寸を上記第二中間素材４９の幅寸法よりも小さくした場合には、上記ラック歯１０を形成する過程で、この第二中間素材４９の幅方向両端部に存在する、前記両ガイド平面部４１、４１を扱く。何れにしても、この第二中間素材４９を、上記歯成形用パンチ２６によりダイス２１ｂの保持孔２２ｂ内に押し込む事で、円周方向片側面に上記ラック歯１０を形成すると共に、上記両ガイド平面部４１、４１の性状を適正にした、ラック８ａを得られる。

この様にして得られたラック８ａは、そのまま使用する事もできるが、必要に応じて、上記ラック歯１０の精度を向上させる為のサイジングを施す。このサイジングは、基本的には、前述した実施の形態の第１例と同様にして行なう。但し、上記両ガイド平面部４１、４１の精度を確保する必要がある場合には、図２４の（Ａ）に示す様に、これらガイド平面部４１、４１を１対の抑え面５０、５０により抑えつつ行なう。これに対して、これら両ガイド平面部４１、４１の精度を確保する必要がなければ、図２４の（Ｂ）に示す様に、単にラック８ａを受型３４に押し付けるのみで良い。尚、上記両ガイド平面部４１、４１は、このラック８ａをステアリングギヤに組み込んだ状態で、ガイドスリーブの直線部と係合し、このラック８ａが回転方向に変位するのを防止する為に設けている。その他、基本的な構成及び作用・効果に就いては、前述した実施の形態の第１例の場合と同様である。

［実施の形態の第５例］
図２５〜２９は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例は、前述の図１４〜１８に示した実施の形態の第３例の構造を、上述した実施の形態の第４例の製造方法により造る場合に就いて示している。本例を表す図２５がこの実施の形態の第４例を表す図１９に、同じく図２６〜２８が同じく図２０〜２２に、同じく図２９が同じく図２４に、それぞれ対応する。この様な本例の構造及び製造方法によれば、上記実施の形態の第３例の様に、ラック歯１０の強度確保とラック８ｂ全体の軽量化とをより十分に図れ、しかも金型の負担を軽減すると共に、得られるラック歯１０の形状精度及び寸法精度を良好にできる。

本発明のラックは、前述の図３０に示した様な、ステアリングギヤ５を構成するラックとして適用して、このステアリングギヤ５のコスト低減や軽量化を図れる。但し、本発明は、この様なステアリングギヤ５に限らず、各種機械装置に組み込むラックに適用して、当該機械装置のコスト低減や軽量化に寄与できる。

本発明の実施の形態の第１例を示す、ラックの斜視図。 図１のイ矢視図。 同ロ矢視図。 図３の拡大ハ−ハ断面図。 第１例の構造の製造方法を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 サイジング前後のラック歯の形状を示す部分斜視図。 ラック歯の加工を２段階に分けて行なう場合の形状変化を示す、図５の（Ｄ）のニ−ニ断面に相当する図。 図７の（Ｂ）と（Ｃ）との間での歯の形状変化の状態を示す拡大断面図。 サイジングを２段階に分けて行なう場合を示す断面図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図５と同様の図。 図１０の（Ｃ）と（Ｄ）との間での中間素材の形状変化の状態を示す断面図。 本発明に関連する参考例の第１例を工程順に示す部分切断側面図。 同第２例を工程順に示す部分切断側面図。 本発明の実施の形態の第３例を示す、ラックの斜視図。 図１４のホ矢視図。 同ヘ矢視図。 図１６の拡大ト−ト断面図。 第３例の構造の製造方法の１例を工程順に示す、図１７と同方向から見た断面図。 本発明の実施の形態の第４例に於ける、第一の塑性加工乃至は第二の塑性加工の前段階迄を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 同じく、第二の塑性加工の前段階で行なう、素ラック歯の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 同じく、第二の塑性加工の後段階で行なう、素ラック歯の形状を整えてラック歯とする塑性加工の第１例を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 同第２例を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 加工の進行に伴う素ラック歯乃至ラック歯の形状を示す、（Ａ）は第二の塑性加工の前段階終了時の素ラック歯を、（Ｂ）はこの素ラック歯の幅方向両端部の端縁の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を行なった後の状態を、（Ｃ）はサイジング後のラック歯を、それぞれ示す部分斜視図。 サイジングの実施状況の２例を示す、図４と同方向から見た断面図。 本発明の実施の形態の第５例に於ける、第一の塑性加工乃至は第二の塑性加工の前段階迄を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 同じく、第二の塑性加工の前段階で行なう、素ラック歯の幅方向両端部の端縁の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 同じく、第二の塑性加工の後段階で行なう、素ラック歯の形状を整えてラック歯とする塑性加工の第１例を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 同第２例を工程順に示す、図４と同方向から見た断面図。 サイジングの実施状況の２例を示す、図４と同方向から見た断面図。 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１例を示す側面図。

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、８ａ、８ｂ ラック
９、９ａ ロッド部
１０ ラック歯
１１ 背面部分
１２ 円杆部
１３、１３ａ 素材
１４ 受型
１５ 凹溝部
１６ 押圧パンチ
１７、１７ａ 部分円筒面部
１８ 平坦面部
１９ 曲面部
２０、２０ａ 中間素材
２１、２１ａ、２１ｂ ダイス
２２、２２ａ、２２ｂ 保持孔
２３、２３ａ 底部
２４ 内側面
２５ ガイド傾斜面部
２６、２６ａ 歯成形用パンチ
２７、２７ａ、２７ｂ 素ラック
２８ 逃げ平坦面部
２９、２９ａ サイジング用ダイス
３０ サイジング用凹凸面部
３１、３１ａ 押型
３２ 押し凹溝
３３ 受凹凸部
３４ 受型
３５ 押型
３６ ダイス
３７ 予備中間素材
３８ 第二の中間素材
３９ 外層体
４０ 内層体
４１ ガイド平坦面部
４２ 逃げ平面部
４３ 素ラック歯
４４ 成形用平坦面
４５ 第二成形用平坦面
４６ 押型
４７ 受型
４８ 曲面部
４９ 第二中間素材
５０ 抑え面

Claims (3)

1. 金属材製で、少なくとも軸方向の一部が中実材である断面円形のロッド部と、このロッド部の軸方向一部で中実材である部分の径方向片側面に塑性加工により形成されたラック歯とを備え、この軸方向一部で中実材である部分の外周面のうち、このラック歯を形成した部分から周方向に外れた部分の断面形状の曲率半径が、上記ロッド部の軸方向残部の外周面の断面形状の曲率半径よりも大きいラックの製造方法であって、
   上記ロッド部となるべき円杆状の素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰しつつ、この軸方向の一部で且つ円周方向の残部に、上記素材の外周面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する部分円筒面を形成する第一の塑性加工を施して中間素材とし、この中間素材のうちの上記軸方向一部で上記円周方向の一部に上記ラック歯を、第二の塑性加工により形成するものであり、
   上記第一の塑性加工が、上記素材の軸方向一部を径方向に押し潰す事により、この軸方向一部の外周面のうちでラック歯を形成すべき部分を平面部とし、この平面部から外れた残り部分を、断面形状の曲率半径が上記素材の外周面の断面形状の曲率半径よりも大きい部分円筒面とする据え込み加工であり、
   上記第二の塑性加工が、内面同士の間隔が上記平面部の幅方向に関する上記中間素材の外径よりも小さいダイスの保持孔により、この中間素材の軸方向一部で上記平面部から外れた残り部分を支承しつつ、形成すべきラック歯に見合う凹凸形状を有する歯成形用パンチを上記平面部に押圧し上記中間素材を上記保持孔に押し込む事により、この中間素材の幅方向両端部分の金属材料を上記平面部に移動させつつこの平面部にラック歯を形成するプレス加工である、ラックの製造方法。
2. 金属材製で、少なくとも軸方向の一部が中実材である断面円形のロッド部と、このロッド部の軸方向一部で中実材である部分の径方向片側面に塑性加工により形成されたラック歯とを備え、この軸方向一部で中実材である部分の外周面のうち、このラック歯を形成した部分から周方向に外れた部分の断面形状の曲率半径が、上記ロッド部の軸方向残部の外周面の断面形状の曲率半径よりも大きいラックの製造方法であって、
   上記ロッド部となるべき円杆状の素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰しつつ、この軸方向の一部で且つ円周方向の残部に、上記素材の外周面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する部分円筒面を形成する第一の塑性加工を施して中間素材とし、この中間素材のうちの上記軸方向一部で上記円周方向の一部に上記ラック歯を形成する第二の塑性加工を複数段階に分けて行ない、得るべきラック歯の圧力角よりも小さな圧力角に見合う形状の歯成形用パンチにより素ラック歯を形成した後、少なくともこの素ラック歯の幅方向両端部の歯元部乃至歯先部の端縁部の断面形状の曲率半径を大きくする塑性加工を行ない、その後、得るべきラック歯の圧力角に見合う形状の歯仕上用パンチをこの素ラック歯に押し付けて、この素ラック歯をラック歯に加工する、ラックの製造方法。
3. 金属材製で、少なくとも軸方向の一部が中実材である断面円形のロッド部と、このロッド部の軸方向一部で中実材である部分の径方向片側面に塑性加工により形成されたラック歯とを備え、この軸方向一部で中実材である部分の外周面のうち、このラック歯を形成した部分から周方向に外れた部分の断面形状の曲率半径が、上記ロッド部の軸方向残部の外周面の断面形状の曲率半径よりも大きいラックの製造方法であって、
   上記ロッド部となるべき円杆状の素材の軸方向の一部に、この軸方向の一部で且つ円周方向の一部を押し潰しつつ、この軸方向の一部で且つ円周方向の残部に、上記素材の外周面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する部分円筒面を形成する第一の塑性加工を施して中間素材とし、第二の塑性加工により、この中間素材のうちの上記軸方向一部で上記円周方向の一部に上記ラック歯を形成すると共に、このラック歯の両側部分に１対の逃げ平坦面部を形成した後、このラック歯の精度を向上させる為のサイジングを行ない、このサイジングに伴って移動する金属材料を上記両逃げ平坦面部に止めて、部分円筒面を延長した仮想円筒面よりも余肉が径方向外方に突出する事を防止する、ラックの製造方法。

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