(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、
軸部と、
当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、
当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、
当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先と当該直線部及び当該直線部と当該歯底とは、それぞれ少なくとも１つの楕円を構成する円弧形状からなるＲ形状に沿って接続されていると共に、
当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とするラックバー。
【請求項２】
ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、
軸部と、
当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、
当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、
当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、
当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とするラックバー。
【請求項３】
ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、
軸部と、
当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、
当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、
当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを少なくとも１つの楕円の円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、
当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とするラックバー。
【請求項４】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、
当該ステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、
当該ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、
当該ラックバーは、軸部と、
当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、
当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、
当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先と当該直線部及び当該直線部と当該歯底とは、それぞれ少なくとも１つの楕円を構成する円弧形状からなるＲ形状に沿って接続されていると共に、
当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とするステアリング装置。
【請求項５】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、
当該ステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、
当該ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、
当該ラックバーは、軸部と、
当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、
当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、
当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、
当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とするステアリング装置。
【請求項６】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、
当該ステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、
当該ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、
当該ラックバーは、軸部と、
当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、
当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、
当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを少なくとも１つの楕円の円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、
当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のパワーステアリング装置等に使用されるラック＆ピニオンギアに用いられるラックバー及びこのラックバーが組み込まれたステアリング装置に関し、特にレイアウトの自由度を大きくするとともに、耐久性・強度を高めることができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両を操舵するためのステアリング装置は、ステアリングシャフト側のピニオンギヤと、左右の車輪を接続するタイロッド側に、ラックが形成されたラックバーとを備えており、これらピニオンギヤとラックにより、ハンドルから伝達される回転操舵力をギヤボックスで左右の横力に変換してこれを車輪に伝達し、キングピン回りの回動力を車輪に作用させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
なお、ステアリング装置の操舵量はラックバーの歯部が形成されるラック歯形成部の軸方向長さによって定まる。
【０００４】
一方、ラックバーの製造工程において、圧入転造時の素材の金型の凹部に対する均等な金属流動を得ることで強度を高める手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５３１９０号公報
【特許文献２】特開２００２−８６２４３号公報（段落番号［００２８］及び図８参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したラックバーでは、次のような問題があった。すなわち、図１４に示すように、ラックバー１００の両端は、タイロッド（不図示）に接続されるためのロッド部１０１が形成されている。なお、図１４中Ｑは、ピニオンギアが噛み合う範囲を示している。ラック歯形成部１０２のうちロッド部１０１との境界付近には、歯部１０３を形成することができず、十分な操舵量を確保することができなかった（図１４中破線１０４参照）。
【０００７】
一方、歯部１０３自体の構成は、図１５に示すように、歯先・歯底の形状は異なるＲ形状となっている。図１５中Ｆ０は歯先、Ｓ０は直線部、Ｂ０は歯底を示している。また、直線部Ｓ０の長さをストレート長Ｌ０とする。歯先Ｆ０と直線部Ｓ０及び直線部Ｓ０と歯底Ｂ０とは所定のＲ形状に沿って接続されている。このＲ形状で接続するのは、鍛造等により歯部１０３を形成する際や歯型の寿命を向上させるためである。Ｒ形状はその半径が大きいほど歯型寿命の向上やピニオンギアとの滑らかな噛み合いを得ることができるが、歯先と歯底との間の直線部の長さ（ストレート長）Ｌ０が短くなる。直線部は直接ピニオンギアの歯面から回転力を伝達される部分であるため、ストレート長Ｌ０が短いと接触面積が小さくなり、歯部１０３の耐久性・強度が十分ではなかった。
【０００８】
また、歯型は成形回数（ショット数）が増えると、歯成形時に歯型の歯底Ｒ部に発生する高い応力により微細なクラックが生じる。このため、ラックバー１００の肉が入り込み、歯先Ｆ１にバリが発生する。バリが発生すると、ラックバーが不良品となるため、歯型を新しいものに交換しなければならなかった。
【０００９】
そこで本発明は、歯部の設けられる範囲を十分に得ることで操舵量を大きくすることができるラックバー、ストレート長を確保することで耐久性及び強度を十分に保ち、しかも歯型の長寿命化を図ることができるラックバー及びこれらのラックバーを用いたステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のラックバー及びステアリング装置は次のように構成されている。
【００１１】
ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、軸部と、当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先と当該直線部及び当該直線部と当該歯底とは、それぞれ少なくとも１つの楕円を構成する円弧形状からなるＲ形状に沿って接続されていると共に、当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とする。
【００１２】
ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、軸部と、当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とする。
【００１３】
ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、軸部と、当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを少なくとも１つの楕円の円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とする。
【００１４】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、当該ステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、当該ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、当該ラックバーは、軸部と、当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先と当該直線部及び当該直線部と当該歯底とは、それぞれ少なくとも１つの楕円を構成する円弧形状からなるＲ形状に沿って接続されていると共に、当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とする。
【００１５】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、当該ステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、当該ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、当該ラックバーは、軸部と、当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とする。
【００１６】
操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、当該ステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、当該ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、当該ラックバーは、軸部と、当該軸部に設けられ、当該ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されるとともに、各歯部の当該ピニオンギアと接触する直線部を有する接触面が当該軸方向に対して斜めに配置されたラック歯形成部と、当該軸部の両端側に設けられ、当該ラック歯形成部の外径と異なる外径のロッド部とを備え、当該ピニオンギアと接触する直線部を有する当該接触面と直交する方向で切断した当該歯部の断面は、歯先と、当該直線部と、歯底とから形成され、当該歯先は、仮歯先と当該直線部とを少なくとも１つの楕円の円弧形状からなるＲ形状に沿って接続して形成した後、軸方向に沿った面で当該仮歯先を切除して形成したものであると共に、当該ラック歯形成部は、当該歯部のうち両端に位置する単一の歯部のみが、他の歯部よりも当該接触面に沿った長さが短く形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、歯部の設けられる範囲を十分に得ることで操舵量を大きくすることができ、ストレート長を確保することで耐久性及び強度を十分に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るラックバーが組み込まれたステアリング装置を示す斜視図。
【図２】同ラックバーを示す平面図。
【図３】同ラックバーの歯部の要部形状を示す説明図。
【図４】同ラックバーの製造工程の一例に係る芯金の要部を示す側面図。
【図５】同芯金が適用される中空ラックバー製造装置を示す断面図。
【図６】同芯金が挿入された状態の中空ラックバーを示す断面図。
【図７】同ラックバーの製造工程の別の例に係る芯金の要部を示す側面図。
【図８】同芯金を用いる中空ラックバー製造装置を示す図であって、金型及び芯金ホルダーまわりを芯金が挟持された状態で示す断面図。
【図９】同中空ラックバー製造装置の金型及び芯金ホルダーまわりを芯金受け渡し状態で示す断面図。
【図１０】同中空ラックバー製造装置の金型及び芯金ホルダーまわりを芯金の圧入が完了した状態で示す断面図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るラックバーの歯部の要部形状を示す説明図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るラックバーの歯部の要部形状を示す説明図。
【図１３】各種形状の歯部のストレート長を比較して示す説明図。
【図１４】一般的なラックバーの一例を示す平面図。
【図１５】同ラックバーの歯部の要部形状を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るラックバー２０が組み込まれたステアリング装置１０を示す斜視図、図２はラックバー２０を示す平面図、図３はラックバー２０の歯部２２ａ，２２ｂの要部形状を示す説明図である。
【００２０】
ステアリング装置１０は、ハンドル（操舵部材）１１に連結されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に連結されるとともに、先端にピニオンギア１３ａを有するピニオン軸１３と、ピニオンギア１３ａに噛み合わされるラックバー２０とを備えている。ラックバー２０はさらにタイロッド３０、３０を介して前車輪ＷＲ、ＷＬに接続されている。
【００２１】
ラックバー２０は、中実あるいは中空丸棒から形成された軸部２１と、この軸部２１の中央に設けられたラック歯形成部２２と、軸部２１の両端側に設けられ、ラック歯形成部２２の外径と異なる外径を有するロッド部２３とを備えている。
【００２２】
ラック歯形成部２２は、ピニオンギア１３ａと噛み合う複数の歯部２２ａ，２２ｂが軸方向Ｃに沿って並設されている。また、歯部２２ａのピニオンギアと接触する接触面Ｅが軸方向Ｃに対して斜めに配置されている。また、両端に位置する歯部２２ｂは、その接触面Ｅに沿った長さが他の歯部２２ａより短く形成されている。
【００２３】
歯部２２ａ，２２ｂの断面は、図３に示すように、歯先Ｆ１・直線部Ｓ１・歯底Ｂ１とから形成されており、歯先Ｆ１と直線部Ｓ１及び直線部Ｓ１と歯底Ｂ１とは所定のＲ形状に沿って接続されている。このＲ形状は楕円であり、直線部Ｓ１側を長軸の頂部、歯先Ｆ１・歯底Ｂ１側を短軸の頂部に近づくように形成されている。
【００２４】
なお、図２中Ｑは、ピニオンギア１３ａが噛み合う範囲を示している。
【００２５】
このような形状で歯部２２ａ，２２ｂが形成されていると、直線部Ｓのストレート長ＬがＲ形状を正円とした場合より長くすることができ、ピニオンギア１３ａとの接触面積を大きくすることができる。このため、操舵力の伝達をより広い接触面積で行うことができるため、歯部２２ａ，２２ｂの耐久性及び強度を十分に保つことができる。また、ピニオンギア１３ａが歯部２２ｂにも噛み合うので、噛み合い強度も十分に保つことができる。
【００２６】
例えば、Ｒ形状を半径２ｍｍの正円とした場合に比べ、長軸２ｍｍの楕円とした場合はストレート長を０．３９ｍｍ長くすることができる。なお、製品によって異なるが、Ｒ形状は楕円同士の組合せや、楕円と円の組合せとしてもよい。
【００２７】
図４〜図６は、上述したラックバー２０の製造工程の一例を示す図である。図４は芯金１１０を示す側面図、図５は芯金１１０が用いられる中空ラックバー製造装置２００を示す要部断面図である。なお、図５中Ｐは鉄製のパイプ（中空素材）を示している。また、図５中１１０Ａは、芯金１１０と同じ構成の芯金を示している。パイプＰは上述したラックバー２０として用いられるものである。
【００２８】
芯金１１０は、半円形状の棒材１１１を備えている。棒材１１１は、最初にパイプＰに挿入される圧入方向の先端側に位置する先端部１１２と、駆動装置に連結された基端部１１３とを備えている。
【００２９】
この棒材１１１には、上面は全体としては平坦であるが、棒材１１１の軸方向に沿って３つの突起部１２１，１２２，１２３が一体に設けられた平坦部１１１ａが形成されている。一方、棒材１１１は平坦部１１１ａと反対側に位置する背面側でパイプＰの内周面と密接しており、鍛造工程中はバイプＰの内周面との密接を維持しながらパイプＰの軸方向における直線移動が可能である。また、パイプＰの中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有している。すなわち、後述するように、パイプＰの上面が平坦化され、平坦部Ｐａが形成された後であっても円滑に移動できるような大きさに形成されている。棒材１１１の突起部１２１〜１２３とは反対側に位置する背面側には、パイプＰを中空ラックバーとして用いる場合に、外周面側から案内するための案内部材との摺動面に対応する範囲Ｑ（軸を中心にして１２０〜１５０°）にわたって外周押圧面１１４が形成されている。
【００３０】
各突起部１２１〜１２３は、緩やかなテーパ状の案内面が形成されており、成形時の流動抵抗に関わらず芯金１１０のスムーズな動きが得られるようになっている。
【００３１】
次に、この芯金１１０を用いる中空ラックバー製造装置２００の構成について説明する。中空ラックバー製造装置２００は、鉄製パイプＰを保持する下型２１０及び上型２２０とを備えている。中空ラックバー製造装置２００は、下型２１０及び上型２２０に保持されたパイプＰの内部空洞に芯金１１０を圧入させることによりパイプＰの肉を後述する歯型２３０に向けて内径側から張出させることで中空のラックバー２０を製造する装置である。
【００３２】
下型２１０は横断面において半円形の内周面２１１を備え、この半円形の内周面２１１にパイプＰが載置される。上型２２０はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型２３０を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプＰの上面における所定長さの部位に歯型２３０の凹凸に応じてラックを形成することができる。
【００３３】
このように構成された中空ラックバー製造装置２００及び芯金１１０，１１０Ａを用いてパイプＰの鍛造加工を行う。
【００３４】
予め、別の型を用いて中央部を中凹状に平潰し、中凹の半円形状としたパイプＰを用意する。このパイプＰを上型２２０及び下型２１０間に保持し、パイプＰの平坦部Ｐａが歯型２３０に当接させる。
【００３５】
この状態においてパイプＰに対する芯金１１０の圧入が開始される。芯金１１０はその先端１１２よりパイプＰの中空部に導入される。そして、テーパ状の案内面を介して最初の突起部１２１がパイプＰの平坦部Ｐａの内側面に作用し、パイプＰの肉は歯型２３０の歯形に向けて張出される。そして、芯金１１０の圧入が続けられることにより順次突起部１２２，１２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。次に、後退方向に芯金１１０を移動する。続いて、芯金１１０Ａを圧入することで、交互に圧入鍛造を行う。このとき、芯金１１０，１１０Ａには、外周押圧面１１４が形成されているため、パイプＰの下側の面は、Ｒ形状が作りこまれていく。
【００３６】
なお、この後、同様にして、突起部の突出量を僅かに大きくした芯金１１０を用いて圧入鍛造を行う。以降、同様にして芯金１１０のサイズを少しずつ大きく変えつつ、所定の工程を繰り返すことで、最終的な加工が完了する。最終的に、芯金１１０の高さは芯金圧入によりパイプＰの肉が歯型２３０の凹凸に対応して十分に張出されたラックの転写鍛造を完了する。
【００３７】
図７〜図１０は、同ラックバーの製造工程の別の例を示す図である。図７は芯金セットの１つである短尺型の芯金１１０Ｂを示す側面図、図８〜図１０は同芯金セットを用いる中空ラックバー製造装置３００を示す図である。図８は金型及び芯金ホルダまわりを芯金が挟持された状態、図９は金型及び芯金ホルダまわりを芯金受け渡し状態、図１０は金型及び芯金ホルダまわりを芯金の圧入が完了した状態で示している。図１０において、図７と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
芯金１１０Ｂの棒材１１１の長さは、後述する歯型３１３の歯部の長さの半分以下と短い。
【００３９】
中空ラックバーの製造装置３００は、金型３１０、複数の芯金１１０Ｂのセットを収納する芯金ホルダ３２０、第１の芯金押棒３３０、第２の芯金押棒３４０、及び芯金ガイド３５０等を備えている。
【００４０】
金型３１０は、鉄製パイプ材Ｐを保持する下型３１１及び上型３１２とを備えている。下型３１１は横断面において半円形の内周面３１１ａを備え、この半円形の内周面３１１ａにパイプ材Ｐが載置される。上型３１２はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型３１３を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプ材Ｐの上面における所定長さの部位に歯型３１３の凹凸に応じてラックを形成することができる。
【００４１】
芯金ホルダ３２０は、金型３１０の片側、例えば図８〜図１０において金型３１０の右隣にのみ配置されている。図８〜図１０に示すように芯金ホルダ３２０は複数の保持孔３２１を有している。これらの保持孔３２１はパイプ材Ｐが延びる方向に芯金ホルダ３２０を貫通していて、その内部に芯金１１０Ｂが個別に収容されている。収容された芯金１１０Ｂは、金型３１０に対する適正な姿勢で、かつ、不用意に脱落しないように図示しない板ばね等により保持されるようになっている。芯金ホルダ３２０に支持された各芯金１１０Ｂは、金型３１０に対して第１の芯金押棒３３０が挿脱される側に位置されている。
【００４２】
芯金ホルダ３２０はホルダ駆動部（不図示）により移動される。この駆動が行われるたびに、複数の保持孔３２１の内の一つが順次選択されて互いに合わさったパイプ材Ｐの一端に対向される。そのため、芯金ホルダ３２０に支持された芯金１１０Ｂを順次パイプ材Ｐ内に出し入れすることが可能である。このために、ホルダ駆動部で芯金ホルダ３２０を図８〜図１０中上下方向(縦方向)に一定ピッチずつ移動させている。しかし、これに代えて、横方向（図８〜図１０を描いた紙面の表裏方向）に移動させてもよい。或いは、芯金ホルダー３２０を回転可能に設けて、ホルダー駆動部で所定角度ずつ回転させることもできる。
【００４３】
第１の芯金押棒３３０の先端側は、金型３１０に保持されたパイプ材Ｐに対して挿脱自在に形成されている。その際、芯金１１０Ｂを伴って金型３１０に保持されたパイプ材Ｐに挿入される。なお、図８〜図１０中符号３６０は管状の押棒ガイドを示している。
【００４４】
第２の芯金押棒３４０の先端側は、金型３１０に保持されたパイプ材Ｐに対して挿脱自在に形成されている。
【００４５】
図８〜図１０に示すように芯金ガイド３５０は、金型３１０と芯金ホルダ３２０との間に、かつ、金型３１０に寄せて配置されている。この芯金ガイド３５０は、金属等からなりその厚み方向に貫通した通孔３５１を有している。通孔３５１は金型３１０に保持されたパイプ材Ｐの中空部に連通されている。
【００４６】
次に、以上の構成の中空ラックバー製造装置３００を用いて中空のラックバーを製造する手順を説明する。セットされたパイプ材Ｐは金型３１０内に配置され、パイプ材Ｐの他端側は金型３１０から突出される。又、型締めによって、下型３１１及び上型３１２とで挟持されるとともに、平坦部Ｐａに歯型３１３が当接される。
【００４７】
このセット作業の前又は後に、芯金ホルダ３２０を動作させて、それに収容された複数の芯金１１０Ｂの内の一つを、芯金ガイド３５０の通孔３５１に対向した状態に保持する。これとともに、通孔３５１に対向した芯金１１０Ｂの右端に第１の芯金押棒３３０の先端を係合させる。
【００４８】
次に、第２の芯金押棒３４０がパイプ材Ｐ内に挿入され、第２の芯金押棒３４０の先端がパイプ材Ｐ及び芯金ガイド３５０の通孔３５１を挿通して、この通孔３５１に対向している芯金ホルダ３２０内の芯金１１０Ｂの左端に当たるようになる。したがって、通孔３５１内の芯金１１０Ｂがその軸方向両端からこれら両端に接した第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持される。
【００４９】
この後、第１の芯金押棒３３０が、芯金ホルダ３２０の保持孔３２１及び芯金ガイド３５０の通孔３５１を通って、図９に示すように金型３１０に保持されたパイプ材Ｐ内に挿入される。
【００５０】
この時、芯金１１０Ｂは、第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒３３０により押圧されてパイプ材Ｐ内に圧入される。この圧入により、芯金１１０Ｂの突起部１２１〜１２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。芯金１１０Ｂの圧入は、図１０に示すように芯金１１０Ｂが平坦部Ｐａから抜けきらない状態で終了する。
【００５１】
次に、第１の芯金押棒３３０が引き戻される。この時、第２の芯金押棒３４０が芯金ホルダ３２０に向けて移動される。これにより、芯金１１０Ｂは、この芯金１１０Ｂの両端に接した第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持された状態のまま、第２の芯金押棒３４０により押圧されてパイプ材Ｐ及び芯金ガイド３５０の通孔３５１を通って芯金ホルダ３２０に内に押し戻される。この場合にも、芯金１１０Ｂの突起部１２１〜１２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。
【００５２】
この後、芯金ホルダ３２０を動かして、次に突起部の突起量が大きい芯金１１０Ｂ及びこれが収容された保持孔３２１を芯金ガイド３５０の通孔３５１を通してパイプ材Ｐの開口部に対向させる。
【００５３】
そして、次に使用する芯金１１０Ｂを挟持した状態とした後に、同様にして、芯金１１０Ｂは、第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒３３０により押圧されてパイプ材Ｐ内に圧入し、一往復させる。こうした手順を順次繰り返すことによって、パイプ材Ｐに金型３１０の歯型３１３に対応したラックを有した中空のラックバー２０を製造する。
【００５４】
最後に、使用した最後の芯金１１０Ｂを芯金ホルダ３２０に戻した後に、第２の芯金押棒３４０をパイプ材Ｐから抜出してから、金型３１０を開く。
【００５５】
上述したように、本実施の形態に係るラックバー２０を有するステアリング装置１０によれば、歯部２２ａ，２２ｂが設けられる範囲を長くすることができ、操舵量を大きくすることができる。また、歯部２２ａ，２２ｂのストレート長Ｌを確保することで耐久性及び強度を十分に保つことができる。また、上述したような中空ラックバーの製造方法のため、歯型２３０の方を作りこんでおけば、歯部２２ｂのようなラック歯を容易に形成することができる。
【００５６】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るラックバーの歯部４２ａ，４２ｂの要部形状を示す説明図である。なお、歯部４２ａ，４２ｂは、上述した歯部２２ａ，２２ｂと同じ位置に設けられるものであり、その断面形状のみが異なっている。その他の部分は共通しているので、詳細な説明は省略する。
【００５７】
歯部４２ａ，４２ｂの断面は、歯先Ｆ２・直線部Ｓ２・歯底Ｂ２とから形成されている。なお、図１１中Ｐ２は仮歯先を示している。
【００５８】
ここで、歯部４２ａ，４２ｂの形成工程について説明する。すなわち、歯型（不図示）による転写鍛造後は、仮歯先Ｐ２が形成される。仮歯先Ｐ２と直線部Ｓ２及び直線部Ｓ２と歯底Ｂ２とは１つ円のＲ形状に沿って接続されている。なお、仮歯先Ｐ２は後工程において切削加工により削除され、実際には歯先Ｆ２が歯先となる。
【００５９】
また、歯部４２ａ，４２ｂ内部の金属流動は、歯底からピニオンギア１３ａと噛み合う領域、すなわち直線部Ｓ２では連続で、仮歯先Ｐ２を切除した面で非連続に形成されることになる。したがって、切除によって歯部４２ａ，４２ｂの強度が低下することはない。
【００６０】
このような形状で歯部４２ａ，４２ｂが形成されていると、切削加工により除去した分だけ歯部の高さを低減することができるため、仮歯先Ｐ２を残した場合に比べて直線部Ｓ２のストレート長Ｌ２をより長くすることができ、ピニオンギア１３ａとの接触面積を大きくすることができる。このため、操舵力の伝達をより広い接触面積で行うことができるため、歯部４２ａ，４２ｂの耐久性及び強度を十分に保つことができる。また、ピニオンギア１３ａが歯部４２ｂにも噛み合うので、噛み合い強度も十分に保つことができる。したがって、例えば電動パワーステアリング装置等の大きな応力がかかる中空ラックバーの採用が可能になる。
【００６１】
一方、歯型がその成形回数（ショット数）の増大によりクラックが生じて、仮歯先Ｐ２にバリが生じても、後工程において切削加工で除去するため、歯部４２ａ，４２ｂを高品質に保つことができる。また、歯型を長期間使用することができることとなる。したがって、切削工程の追加によるコスト高よりも歯型の長寿命化によるコスト低減の効果が大きくなる。
【００６２】
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係るラックバーの歯部５２ａ，５２ｂの要部形状を示す説明図である。なお、歯部５２ａ，５２ｂは、上述した歯部２２ａ，２２ｂと同じ位置に設けられるものであり、その断面形状のみが異なっている。その他の部分は共通しているので、詳細な説明は省略する。
【００６３】
歯部５２ａ，５２ｂの断面は、歯先Ｆ３・直線部Ｓ３・歯底Ｂ３とから形成されている。なお、図１２中Ｐ３は仮歯先を示している。
【００６４】
ここで、歯部５２ａ，５２ｂの形成工程について説明する。すなわち、歯型（不図示）による転写鍛造後は、仮歯先Ｐ３が形成される。仮歯先Ｐ３と直線部Ｓ３及び直線部Ｓ３と歯底Ｂ３とは所定のＲ形状に沿って接続されている。このＲ形状は楕円であり、直線部Ｓ３側を長軸の頂部、仮歯先Ｐ３・歯底Ｂ３側を短軸の頂部に近づくように形成されている。なお、仮歯先Ｐ３は後工程において切削加工により削除され、実際には歯先Ｆ３が歯先となる。
【００６５】
また、歯部５２ａ，５２ｂ内部の金属流動は、歯底からピニオンギア１３ａと噛み合う領域、すなわち直線部Ｓ３では連続で、仮歯先Ｐ３を切除した面で非連続に形成されることになる。したがって、切除によって歯部５２ａ，５２ｂの強度が低下することはない。
【００６６】
このような形状で歯部５２ａ，５２ｂが形成されていると、切削加工により除去した分だけ歯部の高さを低減することができるため、仮歯先Ｐ３を残した場合に比べて直線部Ｓ３のストレート長Ｌ３をより長くすることができ、ピニオンギア１３ａとの接触面積を大きくすることができる。このため、操舵力の伝達をより広い接触面積で行うことができるため、歯部５２ａ，５２ｂの耐久性及び強度を十分に保つことができる。
【００６７】
したがって、上述した歯部４２ａ，４２ｂと同様の効果を得ることができる。
【００６８】
図１３は、各種形状の歯部のストレート長を比較して示す説明図である。図中の数値の単位はｍｍである。図１３中左側から、比較例としての歯部（Ｈ０）、第１の実施形態に係る歯部２２ａ，２２ｂ（Ｈ１）、第２の実施形態に係る歯部４２ａ，４２ｂ（Ｈ２）、第３の実施形態に係る歯部５２ａ，５２ｂ（Ｈ３）を示している。ここで、各歯部Ｈ０〜Ｈ３の高さを３ｍｍ、歯部の歯底における幅を２．１ｍｍ、歯底のＲを０．５ｍｍに共通化して、各直線部Ｓ０〜Ｓ３のストレート長Ｌ０〜Ｌ３を比較した。
【００６９】
ここで、比較例の歯部Ｈ０においては、半径１ｍｍの円に沿って歯先が形成されている。ここで、歯先の面取りのため０．７ｍｍ分だけストレート長Ｌ０が短くなる。また、歯部Ｈ１においては長径２ｍｍ、短径１ｍｍの楕円に沿って歯先が形成されている。ここで、歯先の面取りのため０．４１ｍｍ分だけストレート長Ｌ１が短くなる。歯部Ｈ２、歯部Ｈ３では、歯先の面取りによって短くなる分は、それぞれ０．０９８ｍｍ、０ｍｍと非常に少ない。
【００７０】
したがって、各歯部Ｈ０〜Ｈ３のストレート長Ｌ０は２．１４２ｍｍ、Ｌ１は２．４３３ｍｍ、Ｌ２は２．７４４ｍｍ、Ｌ３は２．８４２ｍｍとなった。すなわち、歯部５２ａ，５２ｂ（Ｈ３）のストレート長Ｌ３が最も長くなった。
【００７１】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、歯部の設けられる範囲を十分に得ることで操舵量を大きくすることができるラックバー、ストレート長を確保することで耐久性及び強度を十分に保つことができるラックバー及びこれらのラックバーを用いたステアリング装置が得られる。
【符号の説明】
【００７３】
１０…ステアリング装置、１１…ハンドル（操舵部材）、１３…ピニオン軸、１３ａ…ピニオンギア、２０…ラックバー、２１…軸部、２２…ラック歯形成部、２２ａ，２２ｂ，４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂ…歯部、２３…ロッド部、Ｆ０〜Ｆ３…歯先、Ｓ０〜Ｓ３…直線部、Ｂ…歯底、Ｌ０〜Ｌ３…ストレート長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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