(57)【要約】【課題】コラムアシスト型やピニオンアシスト型のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置において、ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性を向上させる。【解決手段】ラック１１及びピニオン２１のうち少なくとも一方を、質量比で、Ｃ含有率が０．２０〜０．６％、Ｃｒ含有率が２．５〜４．５％、Ｍｎ含有率が０．５〜１．５％、Ｓｉ含有率が０．１０〜１．５％、Ｍｏ含有率が０．５〜１．５％、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、Ｔｉ含有率が５０ｐｐｍ以下、Ａｌ含有率が０．０２０〜０．０６％、Ｎ含有率が１００〜３００ｐｐｍ、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理、及び焼戻し処理を含む熱処理を施して作製し、その歯面（噛合面）から０．１０ｍｍの深さまでの表層部の硬さをＨｖ６００以上とする。【選択図】図１
2007224353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操舵により回転するステアリング軸と、このステアリング軸に接続され、ピニオンを有するピニオン軸と、車輪に接続され、前記ピニオンと噛み合うラックを有するラック軸と、前記操舵を補助する回転力を発生させる電動モータと、を備え、前記回転力が前記ステアリング軸又は前記ピニオン軸に伝達されるようになっているラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置において、
前記ラック及び前記ピニオンのうち少なくとも一方は、質量比で、Ｃ含有率が０．２０％以上０．６％以下、Ｃｒ含有率が２．５％以上４．５％以下、Ｍｎ含有率が０．５％以上１．５％以下、Ｓｉ含有率が０．１０％以上１．５％以下、Ｍｏ含有率０．５％以上１．５％以下、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、Ｔｉ含有率が５０ｐｐｍ以下、Ａｌ含有率が０．０２０％以上０．０６％以下、Ｎ含有率が１００ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理、及び焼戻し処理を含む熱処理が施されて得られ、その噛合面から０．１０ｍｍの深さまでの表層部の硬さがＨｖ６００以上となっていることを特徴とするラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記熱処理が施された後の前記噛合面にショットピーニング処理が施されることにより、前記噛合面から０．０５ｍｍの深さまでの表層部の硬さがＨｖ８００以上となっていることを特徴とする請求項１に記載のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記噛合面から０．０５ｍｍの深さまでの表層部の残留オーステナイト量が２０体積％以下となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式ステアリング機構は、ステアリング軸に接続されたピニオン軸の有するピニオンを、車輪に接続されたラック軸の有するラックに噛合させて、ピニオンの回転力及び回転量をラックの軸方向推力及びストロークに変換することで、ステアリング軸の回転を車輪の運動に変換する構成となっている。
このラックアンドピニオン式ステアリング機構は、運転者の操舵によりステアリング軸に加えられた回転力のみを車輪の運動に変換するマニュアルステアリング装置や、操舵を補助する回転力を油圧ポンプにより発生させる油圧パワーステアリング装置や、操舵を補助する回転力を電動モータにより発生させる電動パワーステアリング装置等で使用されている。また、ラックアンドピニオン式ステアリング機構を用いた電動パワーステアリング装置としては、電動モータにより発生させた回転力をステアリング軸に伝達するコラムアシスト型や、その回転力をピニオン軸に伝達するピニオンアシスト型や、その回転力をラック軸に伝達するラックアシスト型等が挙げられる。
【０００３】
このようなラックアンドピニオン式ステアリング機構を用いた装置のうち、マニュアルステアリング装置では、運転者の操舵により加えられた回転力のみがラックアンドピニオン式ステアリング機構を介して車輪の運動に変換されるため、ラック及びピニオンに負荷されるトルクは小さい。また、油圧パワーステアリング装置では、操舵を補助する回転力が、ラックアンドピニオン式ステアリング機構を介さず、ラック軸に一体的に設けられた油圧シリンダーのピストンによって車輪の運動に変換されるため、ラックアンドピニオンに負荷されるトルクは小さい。さらに、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置では、操舵を補助する回転力が、ラックアンドピニオン式ステアリング機構を介さずに、ボールねじ等によって車輪の運動に変換されるため、ラック及びピニオンに負荷されるトルクは、油圧パワーステアリング装置と同程度である。
【０００４】
これに対して、コラムアシスト型やピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置では、運転者の操舵によりステアリング軸に加えられた回転力と、電動モータにより発生させた回転力とが合わさったトルクがラック及びピニオンに負荷される。よって、これらの電動パワーステアリング装置では、マニュアルステアリング装置、油圧パワーステアリング装置、及びラックアシスト型の電動パワーステアリング装置と比べて、ラック及びピニオンに負荷されるトルクが１０倍以上も大きくなるため、互いに噛み合うラック及びピニオンの歯面（噛合面）に摩耗が生じ易いという問題がある。
【０００５】
また、ラックアンドピニオン式ステアリング機構では、ラックの歯面の背面側にラックガイドが配置され、このラックガイドがピニオンに対して押圧させた状態で支持されている。このとき、ラックガイドは、ギア精度によるラックとピニオンとの間の軸間距離の変動を許容できるように微小にストロークしながら、ラックとピニオンとの噛み合いが円滑となるように比較的小さな押圧力（例えば、２００Ｎ程度）で支持されている。しかしながら、動力伝達時には、主としてギアの圧力角によって生じる離間力（例えば、最大でラック推力と同程度の１００００Ｎ）が加わるため、ラックガイドは押し戻され、フルストロークまで後退する。そして、回転力の反転時には、伝達歯面の切り換えが行われ、離間力は一度ゼロになるため、離間していたラックがピニオンに勢いよく衝突し、打撃音（ラトル音）が発生する。
【０００６】
ここで、離間力は、動力伝達時に限らず、路面不整やシミー等の車輪側からの入力加振によっても変動するため、ステアリング軸に慣性力のみが作用している時にもラトル音は発生する。このため、電動パワーステアリング装置では、ステアリング軸に運転者の操舵による回転力のみが加わるマニュアルステアリング装置と比べて、電動モータによる回転力も加わるため、ステアリング軸に作用する慣性力が倍以上となり、ラトル音が発生し易い。
このとき、ラック及びピニオンの噛合面に摩耗が生じていると、ラックガイドのストローク後退量が増加して、ラックとピニオンとの衝突速度が大きくなるため、ラトル音はさらに大きくなり、操舵フィーリングが悪化する。
【０００７】
そこで、ラック及びピニオンの噛合面に摩耗を生じ難くするために、ラック及びピニオンを、ＪＩＳに規定された機械構造用合金鋼（ＳＭｎＣ，ＳＣｒ，ＳＣＭ，ＳＮＣＭ等）からなる素材に対して、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造等の機械加工を施して所定形状に成形した後、それらの噛合面に表面硬化処理（浸炭焼入れ、高周波焼入れ、軟窒化処理等）を施して作製し、その表面硬さをＨＲＣ５５〜６３とするとともに、その噛合面の根元の芯部硬さを前記表面硬さよりも１０〜２０％程度小さくすることが一般的に行われている。
【０００８】
また、特許文献１〜特許文献３では、ラック及びピニオンの噛合面に摩耗を生じ難くするために、以下に示す技術が提案されている。
特許文献１では、ラック及びピニオンの噛合面にショットピーニング処理による複数の凹部を施して、噛合面の摺動抵抗を下げることにより、耐摩耗性を向上させることが提案されている。
【０００９】
特許文献２では、動力伝達を行う噛合面を有する動力伝達部品（ピニオン及びラック）を、浸炭鋼（ＳＣｒ４２０Ｈ，ＳＣＭ４２０Ｈ，ＳＮＣＭ２２０Ｈ，ＳＮＣＭ４２０Ｈ，ＳＮＣＭ８１５，ＳＡＥ４３２０，ＳＡＥ５１２０等）で構成し、少なくとも噛合面をなす表層部（表面から約５０μｍまでの部分）において、硬さをＨＲＣ６３〜６８とし、残留オーステナイト量を１３〜３０体積％とすることが提案されている。
【００１０】
特許文献３では、ラック及びピニオンの噛合面やラックの背面に、硬さがＨＲＣ６８（Ｈｖ９４０）以上の第１硬化層を焼入れにより形成した後、この第１硬化層のさらに上に、第１硬化層よりも２０％以上硬く、残留オーステナイト量が０体積％以上１０体積％未満で、硬化層深さが９μｍ以上の第２硬化層をショットピーニング処理により形成することが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２７８０７４号公報
【特許文献２】特開平７−５４０４９号公報
【特許文献３】特開２００５−１２５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置の更なる高出力化に伴って、ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性をより向上させることが要求されてきており、上述した従来の技術ではこの要求に対応できない場合がある。ここで、ラック及びピニオンの噛合面に摩耗を生じ難くするためには、噛み合う歯数をそのままで歯幅を増やすことにより、噛合面に加わる面圧を緩和する方法も考えられるが、この方法を採用すると、ラックの外径を大きくする必要があり、重量が増加するという新たな問題が生じる。
そこで、本発明は、コラムアシスト型やピニオンアシスト型のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置において、ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性を向上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するために、運転者の操舵により回転するステアリング軸と、このステアリング軸に接続され、ピニオンを有するピニオン軸と、車輪に接続され、前記ピニオンと噛み合うラックを有するラック軸と、前記操舵を補助する回転力を発生させる電動モータと、を備え、前記回転力が前記ステアリング軸又は前記ピニオン軸に伝達されるようになっているラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置において、前記ラック及び前記ピニオンのうち少なくとも一方は、質量比で、Ｃ含有率が０．２０％以上０．６％以下、Ｃｒ含有率が２．５％以上４．５％以下、Ｍｎ含有率が０．５％以上１．５％以下、Ｓｉ含有率が０．１０％以上１．５％以下、Ｍｏ含有率０．５％以上１．５％以下、Ｏ含有率が１２ｐｐｍ以下、Ｔｉ含有率が５０ｐｐｍ以下、Ａｌ含有率が０．０２０％以上０．０６％以下、Ｎ含有率が１００ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下、残部がＦｅ及び不可避不純物である鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理、及び焼戻し処理を含む熱処理が施されて得られ、その噛合面から０．１０ｍｍの深さまでの表層部の硬さがＨｖ６００以上となっていることを特徴とするラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置を提供する。
【００１３】
これによれば、ラック及びピニオンのうち少なくとも一方を、耐摩耗性向上作用を有するＣｒやＭｏを多く含んだ表面硬化鋼からなる素材を用いて、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理及び焼戻し処理を含む表面硬化熱処理を施して作製し、その噛合面（ラックの歯面やピニオンの歯面）をなす表層部を従来よりも深い部分（表面から０．１０ｍｍまでの部分）まで硬化させることにより、ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性を向上できる。
すなわち、本発明のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置では、ラック及びピニオンのうち少なくとも一方を、以下に示す特定の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理、及び焼戻し処理を含む熱処理を施して作製し、その噛合面をなす表層部を以下のようにした。
【００１４】
［鋼について］
＜Ｃ含有率：０．２０〜０．６質量％＞
Ｃ（炭素）は、基地に固溶して焼入れ及び焼戻し後の硬さを向上させるとともに、Ｆｅ（鉄），Ｃｒ（クロム），Ｍｏ（モリブデン），Ｖ（バナジウム）等の炭化物形成元素と結合して炭化物を形成することにより耐摩耗性を向上させる作用を有する。素材をなす鋼のＣ含有率が少なすぎると、これらの作用が得られなくなるとともに、必要な硬化層深さを得るために浸炭又は浸炭窒化に要する時間が長くなり、コストの上昇を招いたり、δフェライトが生じて靱性が低下したりする場合がある。一方、Ｃ含有率が多すぎると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成し易くなり、必要な転がり疲れ寿命や強度が得られなくなったり、鍛造性、冷間加工性、被削性が低下して、コストの上昇を招いたりする場合がある。よって、素材をなす鋼のＣ含有率は、０．２０質量％以上０．６質量％以下とし、好ましくは、０．２０質量％以上０．５質量％以下とする。
【００１５】
＜Ｃｒ含有率：２．５〜４．５質量％＞
Ｃｒ（クロム）は、基地に固溶して焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、及び転がり疲れ寿命を向上させる作用を有する。また、ＣやＮ（窒素）等の侵入型固溶元素を動き難くして基地組織を安定させることにより、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用を有する。さらに、鋼中に微細に分布する炭化物が、高硬度の（Ｆｅ，Ｃｒ）3Ｃや（Ｆｅ，Ｃｒ）7Ｃ3等の炭化物になるため、耐摩耗性を向上させる作用も有する。これらの作用を得るために、素材をなす鋼のＣｒ含有率は２．５質量％以上とする。
一方、素材をなす鋼のＣｒ含有率が多すぎると、冷間加工性、被削性、及び浸炭処理性が低下して、コストの上昇を招いたり、粗大な共晶炭化物が生成して、必要な転がり疲れ寿命や強度が得られなくなったりする場合がある。よって、素材をなす鋼のＣｒ含有率は、４．５質量％以下とし、好ましくは、３．５質量％以下とする。
【００１６】
＜Ｍｎ含有率：０．５質量％以上１．５質量％以下＞
Ｍｎ（マンガン）は、製鋼時に脱酸剤としての作用を有するとともに、Ｃｒと同様に基地に固溶してＭｓ点を降下させることにより必要な残留オーステナイト量を確保したり、焼入れ性を向上させたりする作用を有する。これらの作用を得るために、素材をなす鋼のＭｎ含有率は０．５質量％以上とし、好ましくは０．８質量％以上とする。
一方、Ｍｎ含有率が多すぎると、冷間加工性や被削性を低下させるだけでなく、Ｍｓ点が著しく低下することにより多量の残留オーステナイト量が残存して、必要な硬さが得られなくなる場合がある。よって、素材をなす鋼のＭｎ含有率は、１．５質量％以下とし、好ましくは１．２質量％以下とする。
【００１７】
＜Ｓｉ含有率：０．１０質量％以上１．５質量％以下＞
Ｓｉ（ケイ素）は、Ｍｎと同様に、製鋼時の脱酸剤としての作用を有するとともに、ＣｒやＭｎと同様に、基地のマルテンサイトを強化させることにより、焼入れ性、転がり疲れ寿命、及び焼戻し軟化抵抗性を向上させる作用を有する。これらの作用を得るために、素材をなす鋼のＳｉ含有率は０．１０質量％以上とする。
一方、Ｓｉ含有率が多すぎると、被削性、鍛造性、冷間加工性、及び浸炭処理性を低下させる場合がある。よって、素材をなす鋼のＳｉ含有率は、１．５質量％以下とし、好ましくは０．７質量％以下とし、さらに好ましくは０．５質量％以下とする。
【００１８】
＜Ｍｏ含有率：０．５質量％以上１．５質量％以下＞
Ｍｏ（モリブデン）は、Ｃｒと同様に、基地に固溶して焼入れ性、焼戻し軟化抵抗性、耐食性、及び転がり疲れ寿命を向上させる作用を有するとともに、ＣやＮ等の侵入型固溶元素を動き難くして組織を安定させ、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用を有する。また、Ｍｏは、Ｍｏ2Ｃ等の微細炭化物を形成して、耐摩耗性を向上させる作用も有する。これらの作用を得るために、素材をなす鋼のＭｏは、０．５質量％以上とする。
一方、Ｍｏ含有率が多すぎると、冷間加工性や被削性が低下してコストの上昇を招いたり、粗大な共晶炭化物が生成して、必要な転がり疲れ寿命や強度が得られなくなる場合がある。よって、素材をなす鋼のＭｏ含有率は、１．５質量％以下とする。
【００１９】
＜Ｏ含有率：１２ｐｐｍ以下＞
Ｏ（酸素）は、酸化物系非金属介在物（Ａｌ2Ｏ3）を生成し、転がり疲れ寿命を著しく低下させる。このため、素材をなす鋼のＯ含有率は出来る限り小さくすることが好ましいが、１２ｐｐｍ以下であれば許容できる。
＜Ｔｉ含有率：５０ｐｐｍ以下＞
Ｔｉ（チタン）は、高硬度で塑性変形能の小さいＴｉＮ系非金属介在物を生成する。このＴｉＮ系非金属介在物は、応力集中源となり転がり疲れ寿命を低下させる。このため、素材をなす鋼のＴｉ含有率は出来る限り小さくすることが好ましいが、５０ｐｐｍ以下であれば許容できる。
【００２０】
＜Ａｌ含有率：０．０２０質量％以上０．０６質量％以下＞
Ａｌ（アルミニウム）は、ＡｌＮとして鋼中に微細に分散し、熱処理（特に、浸炭又は浸炭窒化処理）時にオーステナイト結晶粒の粗大化を防止する作用を有する。この作用を得るために、素材をなす鋼のＡｌ含有率は０．０２０質量％以上とする。
一方、Ａｌ含有率が多すぎると、酸化物系介在物（Ａｌ2Ｏ3）が大量に生成されて、転がり疲れ寿命が低下する。よって、素材をなす鋼のＡｌ含有率は０．０６質量％以下とする。
【００２１】
＜Ｎ含有率：１００ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下＞
Ｎは、Ａｌと窒化物を形成することにより、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止する作用を有する。この作用を得るために、素材をなす鋼のＮ含有率は１００ｐｐｍ以上とする。
一方、Ｎ含有率が多すぎると、その効果が飽和するとともに、製鋼が困難になる。よって、素材をなす鋼のＮ含有率は３００ｐｐｍ以下とする。
【００２２】
［噛合面をなす表層部について］
ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性を向上させるためには、噛合面から０．１０ｍｍの深さまでの表層部の硬さをＨｖ６００以上とする。また、ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性をより向上させるためには、熱処理が施された後の噛合面にショットピーニング処理を施して、その噛合面から０．０５ｍｍの深さまでの表層部の硬さをＨｖ８００以上とすることが好ましい。さらに、ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性をより向上させるためには、噛合面から０．０５ｍｍの深さまでの表層部の残留オーステナイト量を２０体積％以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置によれば、ラック及びピニオンのうち少なくとも一方を、特定の鋼からなる素材を所定形状に加工した後に、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理、及び焼戻し処理を含む熱処理を施して作製し、その噛合面から０．１０ｍｍの深さまでの表層部の硬さをＨｖ６００以上としたことにより、ラック及びピニオンの噛合面における耐摩耗性を向上できる。よって、コラムアシスト型やピニオンアシスト型のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置を高出力化させた場合であっても、ラック及びピニオンの噛合面に摩耗が生じ難くできるとともに、ラトル音を生じ難くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置の一例として、コラムアシスト型のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置を示す縦断面図である。
このラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、車輪に接続され、軸方向に移動可能なラック軸１と、このラック軸１の軸心に対して斜めに支持されて、ステアリング軸に接続されたピニオン軸２と、ラック軸１及びピニオン軸２を支持する筒状のハウジング３と、を備えている。
【００２５】
ラック軸１には、その軸方向一端側に歯面（噛合面）を有するラック１１が設けられており、その軸方向他端側にタイロッドを介して車輪が接続されている。また、ラック軸１は、ラック１１の歯面がラックガイド４によってピニオン２軸に対して押圧された状態で、ハウジング３に支持されている。
ラックガイド４は、ニードル軸受４１によってピン４２に回転可能に支持されたローラ４３と、ピン４２をラックガイド４内に保持する円筒状のホルダ４４と、皿バネ４５を介してローラ４３をラック１の背面に押圧するアジャストカバー４６と、を備えている。
【００２６】
ピニオン軸２には、その軸方向一端側（図１における左側）にラック１１の歯面に噛み合う歯面（噛合面）を有するピニオン２１が設けられている。また、ピニオン軸２は、ピニオン２１の軸方向両端面を挟むように設けられたニードル軸受５及び玉軸受６により、ハウジング３に支持されている。
ニードル軸受５は、ハウジング３に形成された軸受孔３１の内周面と、ピニオン軸２の外周面２２と、これらの間に転動自在に配置された複数のニードル５１と、からなる。また、玉軸受６は、内輪６１と、外輪６２と、玉６３と、からなる。玉軸受６の内輪６１は、ピニオン軸２の外周面２３に嵌合されて、その外周面２３に装着してかしめられたリング７とピニオン２１の軸方向一端面との間で固定されている。玉軸受６の外輪６２は、ハウジング３に形成された軸受孔３２の開口側の雄ねじに螺合されたリングナット３３で押圧された状態で固定されている。
【００２７】
一方、ピニオン軸２の軸方向他端側（図１における右側）には、ユニバーサルジョイントを介して、ステアリングホイールに接続されたステアリング軸と連結させる連結孔２４が形成されている。また、ピニオン軸２の軸方向他端側には、図示しない電動モータが接続されている。
本構成のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置においては、運転者がステアリングホイールを操舵してステアリング軸に回転力を付与すると、付与された回転力が図示しないトーションバーを介して、ピニオン軸２に伝達される。このとき、車輪側の抵抗によって、トーションバーに捩れが生じるため、この捩れを検出した電動モータの出力が制御される。よって、運転者がステアリングホイールを操舵すると、ステアリング軸に付与された回転力が、電動モータに発生させた回転力とともにピニオン軸２及びピニオン２１を介してラック１１に伝達されて、車輪の向きを変更できる。
【００２８】
本実施形態では、ラック１１及びピニオン２１を、以下に示す手順で作製した。
まず、表１に示す各組成の鋼からなる素材を所定形状に加工した後、表１に示す方法で焼入れ処理を施した後、１６０〜２７０℃で１〜２時間加熱保持することによる焼戻し処理を施して、ラック１１の歯面やピニオン２１の歯面に表面硬化層Ｘを形成した。
なお、表１に示す「浸炭焼入れ」では、混合ガス（ＲＸガス＋エンリッチガス）が導入された炉内において、表１に示す所定温度で所定時間加熱保持した後に油焼入れを行った。また、表１に示す「浸炭窒化焼入れ」では、混合ガス（ＲＸガス＋エンリッチガス＋アンモニアガス）が導入された炉内において、表１に示す所定温度で所定時間加熱保持した後に油焼入れを行った。さらに、表１に示す「焼入れ」では、表１に示す所定温度で所定時間加熱保持した後に油焼入れを行った。
【００２９】
次に、ラック１１の歯面及びピニオン２１の歯面に研磨加工を施した。
次に、表１に示す「ショットピーニング有」の実施例において、ラック１１の歯面及びピニオン２１の歯面にショットピーニング処理を施して、硬化層Ｘの上面に硬化層Ｙを形成した。このショットピーニング処理は、平均粒径７５μｍの鋼球（ショット材）を噴射圧力０．４ＭＰａで噴射させた後に、平均粒径５μｍのＳｉＣ（ショット材）を同様の噴射圧力で噴射させることで行った。
【００３０】
すなわち、ラック１１の歯面及びピニオン２１の歯面に、浸炭又は浸炭窒化処理、焼入れ処理、及び焼戻し処理からなる硬化熱処理と、ショットピーニング処理との両方を施した場合、図２に示すように、ラック１１の歯面及びピニオン２１の歯面には、熱処理による硬化層Ｘと、ショットピーニング処理による硬化層Ｙとが形成される。
このようにして得られたラック１１の破壊検査用サンプルを用いて、歯面から０．１０ｍｍの深さまでの表層部Ａの硬さと、歯面から０．０５ｍｍの深さまでの表層部Ｂの硬さを、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１に規定されたビッカース硬さ試験法で測定した。この結果を、表１に併せて示した。
【００３１】
また、得られたラック１１の破壊検査用サンプルを用いて、歯面から０．０５ｍｍの深さまでの表層部Ｂに存在する残留オーステナイト量を、公知のＸ線回折装置で測定した。この結果を、表１に併せて示した。
さらに、得られたラック１１のうち、歯面にショットピーニング処理が施されたラック１１の破壊検査用サンプルを用いて、歯面から０．０５ｍｍ位置における残留圧縮応力を、Ｘ線回折装置で測定した。この結果、いずれも１０００ＭＰａ以上であった。
なお、得られたピニオン２１の破壊検査用サンプルでは、ラック１１の破壊検査用サンプルと同様の鋼を用いて同様の硬化熱処理やショットピーニング処理を施した場合と同じ結果が得られた。
【００３２】
また、得られたラック１１の寿命用サンプルとピニオン２１の寿命試験用サンプルを、上述した図１に示すラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置に組み込んだ後、以下に示す条件で寿命試験を行った。この寿命試験では、２０００時間を上限として、２０〜３０時間毎に潤滑剤（グリース）中の鉄粉量を測定し、グリース全体に対して鉄粉量が０．３質量％以上となるまでのピニオン２１の回転時間を寿命として算出した。また、この寿命試験は、各サンプルで１０回ずつ行った。そして、この結果を、ワイブル分布曲線に基づくＬ１０寿命で表１に併せて示した。
＜寿命試験条件＞
ピニオンの回転速度：３００ｍｉｎ-1
面圧：２．３ＭＰａ
試験温度：室温（約２８℃）
【００３３】
【表１】
2007224353.tif 000003
【００３４】
表１に示すように、本発明範囲の鋼を用いてラック１１及びピニオン２１を作製し、ラック１１の歯面及びピニオン２１の歯面から０．１０ｍｍの深さまでの表層部Ａの硬さを、Ｈｖ６００以上としたＮｏ．１〜Ｎｏ．１４では、それ以外のＮｏ．１５〜Ｎｏ．３４と比べて、長寿命となっていた。
また、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１４のうち、ラック１１の歯面及びピニオン２１の歯面から０．０５ｍｍの深さまでの表層部Ｂにおいて、硬さをＨｖ８００以上とした実施例や、残留オーステナイト量を２０体積％以下とした実施例では、より長寿命となっていた。
さらに、Ｎｏ．１とＮｏ．１３の結果や、Ｎｏ．１２とＮｏ．１４の結果から、浸炭処理よりも浸炭窒化を施したほうがより長寿命となることが分かる。
【００３５】
以上の結果から、ラック１１及びピニオン２１を本発明の鋼を用いて作製し、それらの歯面から０．１０ｍｍの深さまでの部分の硬さをＨｖ６００以上とすることにより、ラック１１及びピニオン２１の歯面に摩耗が生じ難くなり、ラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置に長寿命が得られることを確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明のラックアンドピニオン式電動パワーステアリング装置のラック及びピニオンの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    ラック軸
１１    ラック
２    ピニオン軸
２１    ピニオン
３    ハウジング
４    ラックガイド
【図１】
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【図２】
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