(57)【要約】      （修正有）【課題】耐久性に優れる、ピニオン軸とピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取り装置の提供。【解決手段】ピニオン軸４とこのピニオン軸に噛合するラック軸３とを備えたラックピニオン式舵取り装置において、ピニオン軸とラック軸が、冷間鍛造により形成された後焼入れ焼き戻しの熱処理を施されて同一歯面硬さを有し、ピニオン軸の歯面の粗さRapとラック軸の歯面の粗さRarの比が、0.20≦Rap／Rar≦5であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン軸と該ピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取り装置において、前記ピニオン軸と前記ラック軸が、冷間鍛造により成形された後焼入れ焼き戻しの熱処理を施されて同一歯面硬さを有し、前記ピニオン軸の歯面の粗さRapと前記ラック軸の歯面の粗さRarの比が、0.20≦Rap／Rar≦5であることを特徴とするラックピニオン式舵取り装置。
【請求項２】
前記ピニオン軸の前記歯面の粗さRapと前記ラック軸の前記歯面の粗さRarの比が、0.3≦Rap／Rar≦2であることを特徴とする、請求項1に記載のラックピニオン式舵取り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピニオン軸と、ピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取り装置に関し、具体的には、ピニオン軸とラック軸の歯面の粗さに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックピニオン式舵取り装置は、ステアリングホイール等の操舵部材に連結され、周面にピニオン歯が設けられたピニオン軸と、車体の左右方向に延設され、その中途部外面に適長にわたってラック歯が併設されたラック軸とを備えている。運転者による操舵部材の操作に応じたピニオン軸の回転を、ラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の左右両端に各別のタイロッドを介して連結された舵取り用の車輪を作動させる構成となっている。
【０００３】
このようなラックピニオン式舵取り装置では、ピニオン軸に設けられるピニオン歯、及びラック軸に設けられるラック歯は、高い噛み合い精度を得るべく、歯切り盤、ブローチ盤等の工作機械を用いた切削加工により一般的に形成され、場合によっては歯面に研磨加工を施して用いられている。また、多くの場合、表面硬さを増して耐久性の向上を図るべく、歯面の熱処理が実施されている。
【０００４】
また、ピニオン軸は、肌焼鋼（JIS SMnC420、SCM420等）を用い、浸炭焼入れ焼戻しを行うもの、炭素鋼（JIS S45C等）や強靭鋼（JIS SCM440、SCM445等）を用い、高周波焼入れ焼戻しを行うものなどのように、鋼種と表面硬化熱処理の組み合わせで製造されている。
【０００５】
しかし、ラックピニオン式舵取り装置では、ピニオン軸に設けられるピニオン軸は、歯切り盤、ブローチ盤等の工作機械を用いた切削加工により一般的に形成されているが、現行のピニオンの作製方法ではピニオンの歯面が粗いため、ピッチング強度が研磨品に比べて劣る。しかしながら、歯面に研磨加工を施した場合は歯面の粗さは良いがコストアップしてしまう。尚、ピニオンの冷間鍛造が、特許文献に開示されている。
【特許文献１】特開2005−7457号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、冷間鍛造によりピニオン軸を成形した後、焼入れ焼戻しの熱処理を施すことにより製作された耐久性に優れる、ピニオン軸とピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取り装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、ピニオン軸とこのピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取り装置において、前記ピニオン軸と前記ラック軸が、冷間鍛造により成形された後焼入れ焼き戻しの熱処理を施されて同一歯面硬さを有し、ピニオン軸の歯面の粗さRapとラック軸の歯面の粗さRarの比が、0.20≦Rap／Rar≦5であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、冷間鍛造によりピニオン軸を成形するため、ピニオン形成後の歯面の粗さが、切削品に比べ良く、研磨品と同等以上の耐久特性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明では、ステアリング軸の先端にラック軸と噛合するピニオン軸を形成し、ピニオン軸の回転を、ラック軸の回転を介して横方向の動きに変換し操舵輪の向きを変えるラックピニオンステアリング装置において、ピニオン軸の成形において冷間鍛造を用いることにより、切削品よりも歯面粗さを良くしたピニオン軸を低コストで提供することができる。
【００１０】
本発明では、ピニオン軸とラック軸に同一の冷間鍛造により成形した材料を用いて、ピニオン軸の歯面とラック軸の歯面とを同一の歯面硬さとする。
【実施例】
【００１１】
実施例と比較例の各試験に用いたピニオン軸は、SCR420を下記の条件で浸炭焼入れ焼戻ししたものを用い、歯研品と冷間鍛造品の2種類の製造方法を用いて歯面粗さを変えたものを評価試験に用いた。なお、冷間鍛造品に関しては金型の表面粗さを変化させることにより、ピニオン軸の歯面粗さをコントロールし、ピニオン軸の歯面の算術平均粗さRapが0.2、0.5、1.2、2.5、3.1の5種類のピニオン軸を評価試験に用いた。
【００１２】
本発明でピニオンに施した浸炭処理等の条件は、浸炭条件が950℃の温度で3時間、その後の油焼入れの条件が850℃の温度で30分、焼戻しが170℃の温度で2時間である。
【００１３】
実施例と比較例の各試験に用いたラック軸は、表１に示す通りである。
【００１４】
［表面粗さの測定］
ピニオン軸の歯面粗さについては、ピッチ径近傍を5箇所測定し、算術平均値を求めた。また、測定値のカットオフ値を0.8mmとした。ラック軸の歯面粗さについては、ピニオン軸と同様に測定した。
【００１５】
［耐久試験］
冷間鍛造により成形したピニオン軸を評価するために、図1に示すように実車で用いられるラックピニオンタイプのステアリング装置を用いた。図1に示すラックピニオン式操舵装置は、ステアリングホイール22に連結され、周面にピニオン歯4が設けられたピニオン軸と、車体の左右方向に延設され、その中途部外面にラック歯3が併設されたラック軸とを備えている。表1に示すように、冷間鍛造により成形したラック軸のラックの歯面粗さを変えたものを用いて評価した。寿命は、ラック歯面とピニオン歯面の摩耗量が100μｍになるまでとした。ここで、摩耗量は、ラック歯面とピニオン歯面のガタ量としている。耐久試験条件は、表1、表2に示すとおりである。これらの耐久試験に使用したピニオン軸の歯とラック軸の歯の歯面硬さは、HV720〜HV760である。
【００１６】
【表１】
2008149973.tif 000003
【００１７】
【表２】
2008149973.tif 000004
各実施例と比較例に用いたピニオン軸の歯面仕上げ状態、ピニオン軸とラック軸の歯面の表面粗さの値は、表2に示すとおりである。また、表2と図2に、耐久試験結果を寿命比として示す。なお、各実施例と比較例の寿命を、ピニオン軸の歯面を歯研で仕上げたもの（Rap＝0.2μm）において得られた寿命値を1としての寿命比で表した。
【００１８】
表2に記載した結果を図2に示す。図2の（a）と（b）の条件においては、ピニオン軸の歯面の粗さ（Rap）のラック軸の歯面の粗さ（Rar）に対する比が、Rap／Rar≦5の条件において耐久寿命が向上していることが分かる。また、図2の（c）と（d）の条件においては、ピニオン軸の歯面の粗さ（Rap）のラック軸の歯面の粗さ（Rar）に対する比が、0.20≦Rap／Rarの条件において耐久寿命が向上していることが分かる。
【００１９】
Rap／Rar≦5の条件を詳細に見れば、2＜Rap／Rar≦5 の条件では、Rap／Rar ≦2の条件に比較して耐久寿命が少し短くなることが分かる。0.20≦Rap／Rarの条件を詳細に見れば、0.20≦Rap／Rar＜0.3の条件では、0.3≦Rap／Rarの条件に比較して耐久寿命が少し短くなることが分かる。
【００２０】
これらの結果をまとめると、以下のようになる。Rap／Rar≦5の条件で耐久寿命が長くなった理由としては、ピニオン軸の歯面の表面粗さが小さくなることで、ピニオン軸の歯面における摩耗の発生を抑制できたことが考えられる。また、Rap／Rar＜0.3の範囲で耐久寿命がベストよりも少し短くなった理由としては、ラックの歯面粗さ（Rar）が2.3μm及び4.8μmと比較的大きいため、歯面粗さの突起部において金属接触の形成割合が高くなったことにより凸部で大きな荷重が集中したことに起因していると考えられる。すなわち、ラックピニオン式操舵装置の耐久性を確保するためには、冷間鍛造したピニオン軸の歯面の粗さ（Rap）とラック軸の歯面の粗さ（Rar）の比を、0.20≦Rap／Rar≦5とすることが必要である。また、好ましくは、0.3≦Rap／Rar≦2であることが、図２と上記の説明から明白である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実車で用いられるラックピニオンタイプのステアリング装置
【図２】ラックピニオン式耐久試験結果
【符号の説明】
【００２２】
3   ラック歯
4   ピニオン歯
13  タイロッド
13'  タイロッド
22  ステアリングホイール
【図１】
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【図２】
2008149973.tif 000006