JP7756810B2 - Electric power steering device, pinion shaft, and method for manufacturing pinion shaft - Google Patents
Electric power steering device, pinion shaft, and method for manufacturing pinion shaftInfo
- Publication number
- JP7756810B2 JP7756810B2 JP2024561722A JP2024561722A JP7756810B2 JP 7756810 B2 JP7756810 B2 JP 7756810B2 JP 2024561722 A JP2024561722 A JP 2024561722A JP 2024561722 A JP2024561722 A JP 2024561722A JP 7756810 B2 JP7756810 B2 JP 7756810B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pinion
- bearing
- pinion shaft
- bearing holder
- hardness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D3/00—Steering gears
- B62D3/02—Steering gears mechanical
- B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
- B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Steering Mechanism (AREA)
Description
本開示は、電動パワーステアリング装置、ピニオンシャフトおよびピニオンシャフトの製造方法に関する。 The present disclosure relates to an electric power steering device, a pinion shaft, and a method for manufacturing a pinion shaft.
特許文献1の電動パワーステアリング装置は、ピニオンシャフトと、ウォームホイールと、ウォームシャフトと、ラック軸と、ハウジングと、を備える。ピニオンシャフトの中心軸の軸方向の一方側の部位は、第1軸受を介してハウジングに対して回転可能に支持され、軸方向の他方側の部位は、第2軸受を介してハウジングに対して回転可能に支持される。ピニオンシャフトにおいて、第1軸受が取り付けられる部位と第2軸受が取り付けられる部位との間には、ピニオン歯が設けられ、当該ピニオン歯がラック軸のラック歯に噛み合う。ラック軸は、ピニオン歯に向けて押し付けられる。 The electric power steering device of Patent Document 1 includes a pinion shaft, a worm wheel, a worm shaft, a rack shaft, and a housing. One axial portion of the pinion shaft's central axis is rotatably supported relative to the housing via a first bearing, and the other axial portion is rotatably supported relative to the housing via a second bearing. Pinion teeth are provided on the pinion shaft between the portion where the first bearing is attached and the portion where the second bearing is attached, and these pinion teeth mesh with rack teeth on the rack shaft. The rack shaft is pressed against the pinion teeth.
ピニオンシャフトにおいて、第2軸受が取り付けられる部位よりも軸方向の他方側にはウォームホイールが取り付けられ、ウォームホイールはウォームシャフトに噛み合う。ウォームシャフトは、モータの出力軸に回転可能に取り付けられる。また、ピニオンシャフトを軽量にするため、ピニオンシャフトにおいて、第1軸受が取り付けられる部位の外径は、第2軸受が取り付けられる部位の外径よりも小さい。 A worm wheel is attached to the pinion shaft on the other axial side of the portion where the second bearing is attached, and the worm wheel meshes with the worm shaft. The worm shaft is rotatably attached to the output shaft of the motor. Furthermore, to reduce the weight of the pinion shaft, the outer diameter of the portion of the pinion shaft where the first bearing is attached is smaller than the outer diameter of the portion where the second bearing is attached.
前述のように、ピニオンシャフトにおける軸方向の中央側には、ラック軸から押される力が加わる。ピニオンシャフトにおける軸方向の一方側および他方側には、ラック軸からの力に抗する支持力が第1軸受および第2軸受を介して加わるため、ピニオンシャフトにおける軸方向の一方側と他方側には、曲げモーメントが作用する。ここで、ピニオンシャフトにおいて、第1軸受が取り付けられる部位の外径が、第2軸受が取り付けられる部位の外径よりも小さい。よって、第1軸受が取り付けられる部位の剛性は、第2軸受が取り付けられる部位の剛性よりも低い。従って、第1軸受が取り付けられる軸受取付部は、長期間の使用によって損傷を受ける可能性があるため、当該軸受取付部の剛性を高めることが求められる。 As mentioned above, a pushing force from the rack shaft is applied to the axial center of the pinion shaft. Support forces that resist the force from the rack shaft are applied to one and the other axial sides of the pinion shaft via the first and second bearings, causing a bending moment to act on both sides of the pinion shaft. Here, the outer diameter of the pinion shaft's portion where the first bearing is attached is smaller than the outer diameter of the portion where the second bearing is attached. Therefore, the rigidity of the portion where the first bearing is attached is lower than the rigidity of the portion where the second bearing is attached. Therefore, the bearing attachment portion where the first bearing is attached may be damaged over long-term use, so it is necessary to increase the rigidity of this bearing attachment portion.
本開示は、前述の課題に鑑みてなされたものであって、ピニオンシャフトにおける軸受取付部の剛性がより高い電動パワーステアリング装置、ピニオンシャフトおよびピニオンシャフトの製造方法を提供することを目的とする。 This disclosure has been made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide an electric power steering device, a pinion shaft, and a method for manufacturing a pinion shaft that have higher rigidity in the bearing mounting portion of the pinion shaft.
前記の目的を達成するため、一態様に係るピニオンシャフトは、中心軸の軸方向に延びるピニオンシャフトであって、外周にピニオン歯が設けられるピニオン部と、前記ピニオン部に対して前記軸方向の一方側に位置し、前記ピニオン歯の歯底と前記中心軸との距離よりも前記中心軸からの距離が小さい外周面を有し、且つ、当該外周面に軸受が保持される軸受保持部と、前記軸受保持部に対して前記軸方向の一方側に位置し、且つ、雄ねじを有する雄ねじ部と、を備え、前記雄ねじのねじ山の頂部と前記中心軸との距離が、前記軸受保持部の前記外周面と前記中心軸との距離よりも小さく、前記軸受保持部の前記外周面における前記ピニオン部寄りの第1領域における硬さは、前記軸受保持部の前記外周面における前記雄ねじ部寄りの第2領域における硬さよりも硬い。 In order to achieve the above-mentioned objective, one embodiment of a pinion shaft is a pinion shaft extending in the axial direction of a central axis, and comprising: a pinion portion having pinion teeth on its outer periphery; a bearing holder portion located on one side of the pinion portion in the axial direction and having an outer periphery surface whose distance from the central axis is shorter than the distance between the roots of the pinion teeth and the central axis, and on which a bearing is held; and a male thread portion located on one side of the bearing holder portion in the axial direction and having a male thread, wherein the distance between the crest of the male thread and the central axis is shorter than the distance between the outer periphery of the bearing holder portion and the central axis, and the hardness of a first region of the outer periphery surface of the bearing holder portion closer to the pinion portion is greater than the hardness of a second region of the outer periphery surface of the bearing holder portion closer to the male thread portion.
前述したように、特許文献1のピニオンシャフトにおいては、第1軸受が取り付けられる軸受取付部が、長期間の使用によって損傷を受ける可能性があるため、当該軸受取付部の剛性を高めることが求められている。 As mentioned above, in the pinion shaft of Patent Document 1, the bearing mounting portion to which the first bearing is attached may be damaged with long-term use, so it is necessary to increase the rigidity of the bearing mounting portion.
本開示のピニオンシャフトは、軸受保持部の外周面と中心軸との距離は、ピニオン歯の歯底と中心軸との距離よりも小さい。また、雄ねじの外径は、軸受保持部の外径よりも小さい。従って、ピニオン部、軸受保持部および雄ねじ部の表面の硬さが全て同じ場合は、ピニオン部、軸受保持部および雄ねじ部の順に剛性が低くなる。しかし、軸受保持部に、例えば浸炭焼き入れを施すことにより、軸受保持部の第1領域の硬さが、第2領域の硬さよりも硬い。従って、第1領域が第2領域と同じ硬さの場合よりも、軸受保持部の表層部の硬さがより硬くなり、軸受保持部の剛性もより高くなる。 In the pinion shaft of the present disclosure, the distance between the outer peripheral surface of the bearing holder and the center axis is smaller than the distance between the bottom of the pinion teeth and the center axis. Furthermore, the outer diameter of the male thread is smaller than the outer diameter of the bearing holder. Therefore, if the surfaces of the pinion portion, bearing holder portion, and male thread portion all have the same hardness, the rigidity decreases in the order of the pinion portion, bearing holder portion, and male thread portion. However, by subjecting the bearing holder to, for example, carburizing and quenching, the hardness of the first region of the bearing holder is greater than the hardness of the second region. Therefore, the surface layer of the bearing holder is harder than if the first region and the second region had the same hardness, and the rigidity of the bearing holder is also greater.
望ましい態様として、前記ピニオン部と前記軸受保持部との間に位置し、且つ、前記軸受保持部の前記外周面よりも内周側に位置する底面が設けられる溝部と、前記軸受保持部の前記第2領域における前記軸方向の一方側の端部に位置し、且つ、前記軸方向の一方側に向かうに従って径が小さくなるテーパ部と、を更に備え、前記溝部の前記底面の硬さは、前記テーパ部の表面の硬さよりも硬い。 In a preferred embodiment, the bearing holder further comprises a groove portion located between the pinion portion and the bearing holder portion and having a bottom surface located more inward than the outer peripheral surface of the bearing holder portion, and a tapered portion located at one end of the second region of the bearing holder portion in the axial direction and having a diameter that decreases toward the one end in the axial direction, wherein the hardness of the bottom surface of the groove portion is greater than the hardness of the surface of the tapered portion.
これによれば、ピニオンシャフトに溝部が設けられるため、ピニオンシャフトにおける軸方向の一方側の部位に作用する曲げモーメントは当該溝部に集中しやすくなり、当該溝部が損傷を受けやすくなる。しかし、溝部の底面の硬さは、テーパ部の表面の硬さよりも硬いため、溝部の剛性が高くなり、曲げモーメントが集中した場合であっても、損傷も受けにくくなる。 As a result, because a groove is provided in the pinion shaft, bending moments acting on one axial side of the pinion shaft tend to concentrate in the groove, making the groove more susceptible to damage. However, because the bottom surface of the groove is harder than the surface of the tapered portion, the groove is more rigid, making it less susceptible to damage even when bending moments are concentrated.
また、溝部の底面の硬さがテーパ部の表面の硬さよりも硬いということは、換言すると、テーパ部の表面の硬さが溝部の底面の硬さよりも軟らかいということである。従って、テーパ部を例えば切削加工によって形成する場合、当該切削加工の作業性が向上する。 Furthermore, the fact that the bottom surface of the groove is harder than the surface of the tapered portion means that the surface of the tapered portion is softer than the bottom surface of the groove. Therefore, when the tapered portion is formed by cutting, for example, the workability of the cutting process is improved.
望ましい態様として、前記軸受保持部の前記第1領域におけるビッカース硬さが450以上であり、前記第2領域におけるビッカース硬さが400以下であるため、第1領域が第2領域と同じ硬さの場合よりも、軸受保持部の表層部の硬さがより硬くなり、軸受保持部の剛性もより高くなる。また、第2領域の部位に例えば切削加工を施す場合、当該切削加工の作業性が向上する。 In a preferred embodiment, the Vickers hardness of the first region of the bearing holder is 450 or higher, and the Vickers hardness of the second region is 400 or lower. This results in a harder surface layer of the bearing holder and higher rigidity than if the first region and the second region had the same hardness. Furthermore, when machining the second region, for example, the workability of the machining is improved.
望ましい態様として、前記軸受保持部の前記第1領域における硬さは、前記雄ねじ部における前記ねじ山の表面の硬さよりも硬い。 In a preferred embodiment, the hardness of the first region of the bearing holder is greater than the hardness of the surface of the thread in the male thread portion.
換言すると、雄ねじ部におけるねじ山の表面の硬さは、第1領域における硬さよりも軟らかい。従って、雄ねじ部にねじ山を形成する際の切削加工の作業性が向上する。In other words, the hardness of the surface of the thread in the male thread portion is softer than the hardness in the first region. This improves the workability of the cutting process when forming the thread in the male thread portion.
一態様に係る電動パワーステアリング装置は、中心軸の軸方向に延び且つピニオン歯を有するピニオン部が設けられるピニオンシャフトと、前記ピニオンシャフトにおける前記ピニオン部よりも前記軸方向の一方側に設けられる第1軸受保持部に取り付けられ、且つ、前記ピニオンシャフトをハウジングに回転可能に支持する第1軸受と、前記ピニオンシャフトにおける前記ピニオン部よりも前記軸方向の他方側に取り付けられ、且つ、外周にホイール歯部が設けられるウォームホイールと、前記ピニオンシャフトにおける前記ピニオン部と前記ウォームホイールとの間に設けられる第2軸受保持部に取り付けられ、且つ、前記ピニオンシャフトを前記ハウジングに回転可能に支持する第2軸受と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を有し、且つ、前記ピニオン歯に向けて押圧されるラックガイドと、を備え、前記第1軸受保持部の外径は、前記第2軸受保持部の外径よりも小さく、前記第1軸受保持部の外周面における前記軸方向の他方側の第1領域における硬さは、前記第1軸受保持部の外周面における前記軸方向の一方側の第2領域における硬さよりも硬く、前記第2領域における前記軸方向の一方側の端部には、当該一方側に向かうに従って径が小さくなるテーパ部が設けられる。 An electric power steering device according to one embodiment includes a pinion shaft extending in the axial direction of a central axis and provided with a pinion portion having pinion teeth; a first bearing attached to a first bearing holder provided on one side of the pinion portion in the axial direction on the pinion shaft and rotatably supporting the pinion shaft in a housing; a worm wheel attached to the other side of the pinion portion in the axial direction on the pinion shaft and provided with wheel teeth on its outer periphery; and a second bearing holder provided between the pinion portion and the worm wheel on the pinion shaft. a second bearing attached to a first portion and rotatably supporting the pinion shaft on the housing, and a rack guide having rack teeth that mesh with the pinion teeth and is pressed toward the pinion teeth, wherein the outer diameter of the first bearing holder is smaller than the outer diameter of the second bearing holder, the hardness of a first region on the other side in the axial direction of the outer peripheral surface of the first bearing holder is harder than the hardness of a second region on one side in the axial direction of the outer peripheral surface of the first bearing holder, and a tapered portion having a diameter that decreases toward the one side in the axial direction is provided at an end of the second region.
前述のように、ピニオンシャフトにおける軸方向の中央側には、ラック軸から押される力が加わる。ピニオンシャフトにおける軸方向の一方側および他方側には、ラック軸からの力に抗する支持力が加わるため、ピニオンシャフトにおける軸方向の一方側および他方側には、曲げモーメントが作用する。ここで、ピニオンシャフトにおいて、第1軸受保持部の外径が、第2軸受保持部の外径よりも小さい。しかし、第1軸受保持部に、例えば浸炭焼き入れを施し、第1軸受保持部の第1領域の硬さが、第2領域の硬さよりも硬い。従って、第1領域が第2領域と同じ硬さの場合よりも、第1軸受保持部の表層部の硬さがより硬くなり、第1軸受保持部の剛性もより高くなる。As mentioned above, a pushing force from the rack shaft is applied to the axial center of the pinion shaft. Because a support force that resists the force from the rack shaft is applied to one and the other axial sides of the pinion shaft, a bending moment acts on each of the two axial sides of the pinion shaft. Here, the outer diameter of the first bearing retaining portion of the pinion shaft is smaller than the outer diameter of the second bearing retaining portion. However, the first bearing retaining portion is, for example, carburized and quenched, so that the hardness of the first region of the first bearing retaining portion is greater than the hardness of the second region. Therefore, the hardness of the surface layer of the first bearing retaining portion is greater than if the first region and the second region had the same hardness, and the rigidity of the first bearing retaining portion is also higher.
一態様に係るピニオンシャフトの製造方法は、中心軸の軸方向に延び且つ軸方向の端部に雄ねじ部および軸受保持部を有するピニオンシャフトを製造するピニオンシャフトの製造方法であって、少なくともピニオン歯を有する柱状のブランク材を準備するブランク材準備ステップと、前記ブランク材準備ステップの後に、前記ブランク材の軸方向の端部に浸炭防止剤を塗布する浸炭防止剤塗布ステップと、前記浸炭防止剤塗布ステップの後に、前記ブランク材に浸炭焼き入れを施す浸炭焼き入れステップと、前記浸炭焼き入れステップの後に、前記ブランク材のうち前記浸炭防止剤を塗布した前記軸方向の端部に切削加工を施して、前記雄ねじ部および前記軸受保持部を形成する切削加工ステップと、前記切削加工ステップの後に、前記軸受保持部に研磨加工を施す研磨加工ステップと、を含む。また、別の態様に係るピニオンシャフトの製造方法は、中心軸の軸方向に延び且つ軸方向の端部に雄ねじ部および軸受保持部を有するピニオンシャフトを製造するピニオンシャフトの製造方法であって、少なくともピニオン歯を有する柱状のブランク材を準備するブランク材準備ステップと、前記ブランク材準備ステップの後に、前記ブランク材の軸方向の端部に浸炭防止剤を塗布する浸炭防止剤塗布ステップと、前記浸炭防止剤塗布ステップの後に、前記ブランク材に浸炭焼き入れを施す浸炭焼き入れステップと、前記浸炭焼き入れステップの後に、前記軸受保持部に研磨加工を施す研磨加工ステップと、前記研磨加工ステップの後に、前記ブランク材のうち前記浸炭防止剤を塗布した前記軸方向の端部に切削加工を施して、前記雄ねじ部および前記軸受保持部を形成する切削加工ステップと、を含む。 One embodiment of a pinion shaft manufacturing method is a method for manufacturing a pinion shaft that extends in the axial direction of a central axis and has a male thread portion and a bearing retaining portion at its axial end, and includes the following steps: a blank material preparation step of preparing a cylindrical blank material having at least pinion teeth; an anti-carburization agent application step of applying an anti-carburization agent to the axial end of the blank material after the blank material preparation step; a carburization and quenching step of carburizing and quenching the blank material after the carburization and quenching step; a cutting step of cutting the axial end of the blank material to which the anti-carburization agent has been applied to form the male thread portion and the bearing retaining portion after the cutting step; and a polishing step of polishing the bearing retaining portion after the cutting step. Another aspect of the method for manufacturing a pinion shaft is a method for manufacturing a pinion shaft that extends in the axial direction of a central axis and has a male thread portion and a bearing retaining portion at an axial end thereof, the method including: a blank material preparation step of preparing a columnar blank material having at least pinion teeth; an anti-carburization agent application step of applying an anti-carburization agent to the axial end of the blank material after the blank material preparation step; a carburization and quenching step of carburizing and quenching the blank material after the anti-carburization agent application step; a polishing step of grinding the bearing retaining portion after the carburizing and quenching step; and a cutting step of cutting the axial end of the blank material to which the anti-carburization agent has been applied, to form the male thread portion and the bearing retaining portion after the polishing step.
このように、ブランク材の部位のうち、雄ねじ部および軸受保持部を形成する部位に予め浸炭防止剤を塗布したのち、浸炭焼き入れを施す。これにより、浸炭防止剤を塗布した部位は、浸炭防止剤を塗布しない部位よりも表層部が軟らかくなるため、雄ねじ部および軸受保持部を例えば切削加工によって形成することが容易になり、切削加工の作業性が向上する。また、浸炭防止剤を塗布した部位は、表層部が硬くなり、剛性も向上する。 In this way, carburization inhibitor is applied in advance to the areas of the blank material where the male thread and bearing retainer will be formed, and then carburized and quenched. This makes the surface layer of the areas coated with carburization inhibitor softer than areas not coated with carburization inhibitor, making it easier to form the male thread and bearing retainer by cutting, for example, and improving the workability of the cutting process. Furthermore, the surface layer of the areas coated with carburization inhibitor is harder, improving rigidity.
本開示によれば、ピニオンシャフトにおける軸受取付部の剛性がより高い電動パワーステアリング装置、ピニオンシャフトおよびピニオンシャフトの製造方法を提供することが可能となる。 This disclosure makes it possible to provide an electric power steering device, pinion shaft, and method for manufacturing a pinion shaft that have higher rigidity in the bearing mounting portion of the pinion shaft.
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、同一構造の部位には同一符号を付けて、説明を省略する。なお、本実施形態において、Z方向を中心軸AX1の軸方向とし、Z2側は軸方向の一方側であり、Z1側は軸方向の他方側である。Y方向は、Z方向と直交(交差)する。 Forms (embodiments) for implementing the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described in the following embodiments. Furthermore, the components described below include those that a person skilled in the art would easily imagine and those that are substantially identical. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate. Furthermore, parts with the same structure are given the same reference numerals and their explanations will be omitted. Note that in this embodiment, the Z direction is the axial direction of the central axis AX1, the Z2 side is one side of the axial direction, and the Z1 side is the other side of the axial direction. The Y direction is perpendicular to (intersects with) the Z direction.
[実施形態]
実施形態に係る電動パワーステアリング装置について説明する。図1は、実施形態に係る電動パワーステアリング装置の模式的な断面図である。
[Embodiment]
1 is a schematic cross-sectional view of an electric power steering device according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、電動パワーステアリング装置100は、ハウジング200と、ピニオンシャフト3と、ウォームホイール23と、ウォームシャフト27と、ラック軸15と、を備える。なお、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100は、例えばデュアルピニオンタイプのステアリング装置であり、図1は、操舵側およびアシスト側のうちアシスト側を示すが、操舵側に適用してもよい。なお、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、デュアルピニオンタイプに限定されず、シングルピニオンタイプにも適用可能である。 As shown in FIG. 1, the electric power steering device 100 comprises a housing 200, a pinion shaft 3, a worm wheel 23, a worm shaft 27, and a rack shaft 15. The electric power steering device 100 according to this embodiment is, for example, a dual-pinion type steering device, and although FIG. 1 shows the assist side of the steering side and assist side, it may also be applied to the steering side. The electric power steering device according to the present invention is not limited to the dual-pinion type, but can also be applied to a single-pinion type.
ハウジング200は、ピニオンシャフト3、ウォームホイール23、ウォームシャフト27およびラック軸15を収容する。ハウジング200は、第1ハウジング4と、第2ハウジング5と、を備える。第1ハウジング4は、第2ハウジング5に対して、Z2側に隣接する。第1ハウジング4は、ボルトを介して第2ハウジング5に固定される。 The housing 200 accommodates the pinion shaft 3, worm wheel 23, worm shaft 27, and rack shaft 15. The housing 200 comprises a first housing 4 and a second housing 5. The first housing 4 is adjacent to the second housing 5 on the Z2 side. The first housing 4 is fixed to the second housing 5 via bolts.
第1ハウジング4は、本体部41と、フランジ42と、先端部43と、ラックガイド収容部412と、を有する。本体部41および先端部43は、Z方向に延びる筒状の部材である。フランジ42は、本体部41におけるZ1側の端部に設けられる。フランジ42における径方向内側には、環状凸部401が設けられる。環状凸部401は、Z1側に突出する。環状凸部401には、第2ハウジング5がインロー結合される。具体的には、環状凸部401の外周面401aに、第2ハウジング5の側面部51が嵌合し、外周面401aと側面部51とが当接する。環状凸部401の内周側には、内周面401bおよび底面401cが設けられる。内周面401bは、中心軸AX1の軸回りの周方向に沿って延びる円筒面である。底面401cは、中心軸AX1に直交(交差)する平面である。第2軸受242は、環状凸部401の内周側に設けられる。具体的には、第2軸受242の外輪は、内周面401bおよび底面401cに当接し、内輪は、ピニオンシャフト3の外周面に当接する。これにより、ピニオンシャフト3におけるZ1側は、第2軸受242を介してフランジ42に回転可能に支持される。 The first housing 4 has a main body portion 41, a flange 42, a tip portion 43, and a rack guide accommodating portion 412. The main body portion 41 and the tip portion 43 are cylindrical members extending in the Z direction. The flange 42 is provided at the Z1-side end of the main body portion 41. An annular protrusion 401 is provided on the radially inner side of the flange 42. The annular protrusion 401 protrudes toward the Z1 side. The second housing 5 is spigot-joined to the annular protrusion 401. Specifically, the outer peripheral surface 401a of the annular protrusion 401 is fitted with the side surface portion 51 of the second housing 5, and the outer peripheral surface 401a and the side surface portion 51 abut against each other. An inner peripheral surface 401b and a bottom surface 401c are provided on the inner peripheral side of the annular protrusion 401. The inner peripheral surface 401b is a cylindrical surface extending circumferentially around the central axis AX1. The bottom surface 401c is a plane perpendicular to (intersecting with) the central axis AX1. The second bearing 242 is provided on the inner peripheral side of the annular convex portion 401. Specifically, the outer ring of the second bearing 242 abuts against the inner peripheral surface 401b and the bottom surface 401c, and the inner ring abuts against the outer peripheral surface of the pinion shaft 3. As a result, the Z1 side of the pinion shaft 3 is rotatably supported by the flange 42 via the second bearing 242.
また、先端部43の内周面43aには、第1軸受241が設けられる。これにより、ピニオンシャフト3におけるZ2側は、第1軸受241を介して先端部43に回転可能に支持される。第1軸受241のZ2側には、キャップ26が設けられる。具体的には、キャップ26の外周には、雄ねじが形成され、先端部43の内周には雌ねじが形成され、キャップ26の雄ねじが先端部43の雌ねじに噛み合う。 A first bearing 241 is provided on the inner peripheral surface 43a of the tip portion 43. As a result, the Z2 side of the pinion shaft 3 is rotatably supported on the tip portion 43 via the first bearing 241. A cap 26 is provided on the Z2 side of the first bearing 241. Specifically, a male thread is formed on the outer periphery of the cap 26, and a female thread is formed on the inner periphery of the tip portion 43, with the male thread of the cap 26 meshing with the female thread of the tip portion 43.
ラックガイド収容部412は、本体部41の側面からY2側に突出する。ラックガイド収容部412の内側に、ラックガイド153と、スプリング154と、が収容される。ラックガイド収容部412のY2側の開口部には、封止部材155が嵌められる。スプリング154が縮んだ状態で、ラックガイド153とスプリング154とが収容されるため、スプリング154がラックガイド153をY1側に押すと、ラックガイド153がラック軸15をY1側に押し、ラック軸15がピニオンシャフト3に押し付けられる。これにより、ラック軸15のラック歯152とピニオンシャフト3のピニオン歯321との噛み合いが保持される。 The rack guide accommodating portion 412 protrudes from the side surface of the main body portion 41 toward the Y2 side. A rack guide 153 and a spring 154 are accommodated inside the rack guide accommodating portion 412. A sealing member 155 is fitted into the opening on the Y2 side of the rack guide accommodating portion 412. Because the rack guide 153 and spring 154 are accommodated when the spring 154 is compressed, when the spring 154 presses the rack guide 153 toward the Y1 side, the rack guide 153 presses the rack shaft 15 toward the Y1 side, and the rack shaft 15 is pressed against the pinion shaft 3. This maintains the meshing between the rack teeth 152 of the rack shaft 15 and the pinion teeth 321 of the pinion shaft 3.
第2ハウジング5は、側面部51と、天面部52と、フランジ53と、を備える。第2ハウジング5は、ウォームホイール23およびウォームシャフト27を収容する。天面部52の外周側の端部からZ2側に向けて側面部51が延びる。フランジ53は、フランジ42にボルトを介して固定される。 The second housing 5 has a side portion 51, a top portion 52, and a flange 53. The second housing 5 accommodates the worm wheel 23 and the worm shaft 27. The side portion 51 extends from the outer peripheral end of the top portion 52 toward the Z2 side. The flange 53 is fixed to the flange 42 via a bolt.
ウォームホイール23は、芯金部231と、ホイール歯部232とを備える。ホイール歯部232は、ウォームシャフト27のシャフト歯部271に噛み合う。ウォームシャフト27は、中心軸AX2を有する。ウォームシャフト27は、図示しないモータの出力軸に回転可能に取り付けられる。ウォームシャフト27は、中心軸AX2の軸回り方向に回転する。 The worm wheel 23 has a core metal portion 231 and a wheel tooth portion 232. The wheel tooth portion 232 meshes with the shaft tooth portion 271 of the worm shaft 27. The worm shaft 27 has a central axis AX2. The worm shaft 27 is rotatably attached to the output shaft of a motor (not shown). The worm shaft 27 rotates in a direction around the central axis AX2.
次に、ピニオンシャフトについて詳細に説明する。図2Aは、実施形態に係るピニオンシャフトの側面図である。図3は、図2Aの一部を拡大した模式図である。Next, the pinion shaft will be described in detail. Figure 2A is a side view of the pinion shaft according to the embodiment. Figure 3 is a schematic diagram showing an enlarged portion of Figure 2A.
図2Aに示すように、ピニオンシャフト3は、端部31と、ピニオン部32と、第1溝部(溝部)33と、第1軸受保持部(軸受保持部)34と、第2溝部35と、雄ねじ部36と、を有する。ピニオンシャフト3は、中心軸AX1を有する。 As shown in FIG. 2A, the pinion shaft 3 has an end portion 31, a pinion portion 32, a first groove portion (groove portion) 33, a first bearing retaining portion (bearing retaining portion) 34, a second groove portion 35, and a male thread portion 36. The pinion shaft 3 has a center axis AX1.
端部31は、ピニオンシャフト3におけるZ1側の端部に位置する。端部31は、フランジ311と、ウォームホイール保持部312と、を有する。ウォームホイール保持部312の外周側には、図1を参照して説明したように、ウォームホイール23が取り付けられる。フランジ311は、ウォームホイール保持部312の外周面よりも外周側に突出する。フランジ311には、図1に示すように、ウォームホイール23の芯金部231が当接する。 The end 31 is located at the Z1 side end of the pinion shaft 3. The end 31 has a flange 311 and a worm wheel holding portion 312. As described with reference to FIG. 1, the worm wheel 23 is attached to the outer periphery of the worm wheel holding portion 312. The flange 311 protrudes outward beyond the outer periphery of the worm wheel holding portion 312. As shown in FIG. 1, the core metal portion 231 of the worm wheel 23 abuts against the flange 311.
ピニオン部32は、端部31に対してZ2側に隣接する。ピニオン部32には、Z1側の端部に第2軸受保持部323が設けられる。第2軸受保持部323の外周側には、図1を参照して説明したように、第2軸受242が取り付けられる。ピニオン部32には、ピニオン歯321が設けられる。ピニオン歯321は、前述したように、図1に示すラック軸15のラック歯152と噛み合う。ピニオン部32におけるZ2側の端部には、突出部322が設けられる。突出部322の外周面は、ピニオン歯321の刃底よりも外周側に位置する。突出部322は、中心軸AX1の軸回りの周方向に沿って環状に延びる。 The pinion portion 32 is adjacent to the end portion 31 on the Z2 side. A second bearing holder 323 is provided at the Z1 side end of the pinion portion 32. As described with reference to FIG. 1, the second bearing 242 is attached to the outer periphery of the second bearing holder 323. The pinion portion 32 is provided with pinion teeth 321. As described above, the pinion teeth 321 mesh with the rack teeth 152 of the rack shaft 15 shown in FIG. 1. A protrusion 322 is provided at the Z2 side end of the pinion portion 32. The outer peripheral surface of the protrusion 322 is located outer than the cutting edge of the pinion teeth 321. The protrusion 322 extends annularly in the circumferential direction around the central axis AX1.
第1溝部33は、ピニオン部32に対してZ2側に隣接する。第1溝部33の底面331は、中心軸AX1の軸回りの周方向に沿って環状に延びる。図3に示すように、第1溝部33の底面331は、突出部322の外周面よりも径が小さく、且つ、第1軸受保持部34の外周面344よりも径が小さい。底面331は、断面形状が内周側に凹む凹面の形状である。具体的には、図3に示すように、底面331の断面形状は、R形状部331aと、直線部331bと、テーパ部331cと、を有する。 The first groove portion 33 is adjacent to the pinion portion 32 on the Z2 side. The bottom surface 331 of the first groove portion 33 extends annularly in the circumferential direction around the center axis AX1. As shown in FIG. 3, the bottom surface 331 of the first groove portion 33 has a smaller diameter than the outer peripheral surface of the protrusion 322 and also a smaller diameter than the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34. The cross-sectional shape of the bottom surface 331 is a concave surface that is recessed toward the inner periphery. Specifically, as shown in FIG. 3, the cross-sectional shape of the bottom surface 331 has an R-shaped portion 331a, a straight portion 331b, and a tapered portion 331c.
第1軸受保持部34は、図2Aに示すように、外周面344と、テーパ部341とを有する。第1軸受保持部34には、図1に示す第1軸受241が取り付けられる。外周面344は、中心軸AX1の軸回りの周方向に沿って環状に延びる。第1軸受保持部34の外周面344と中心軸AX1との距離は、ピニオン歯321の歯底と中心軸AX1との距離よりも大きい。また、第2軸受保持部323の外周面と中心軸AX1との距離は、第1軸受保持部34の外周面344と中心軸AX1との距離よりも大きい。外周面344は、図3に示すように、中心軸AX1の軸方向の中央部を通り且つ中心軸AX1に直交する境界線345を挟んで2つの部位に分かれる。具体的には、外周面344は、境界線345に対してZ1側に位置する第1領域342と、境界線345に対してZ2側に位置する第2領域343と、を有する。換言すると、第1領域342は、外周面344におけるピニオン部32よりの部位であり、第2領域343は、外周面344における雄ねじ部36寄りの部位である。第1領域342は、第2領域343よりも硬い。 As shown in FIG. 2A, the first bearing holder 34 has an outer peripheral surface 344 and a tapered portion 341. The first bearing 241 shown in FIG. 1 is attached to the first bearing holder 34. The outer peripheral surface 344 extends annularly in the circumferential direction around the center axis AX1. The distance between the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34 and the center axis AX1 is greater than the distance between the tooth bottom of the pinion tooth 321 and the center axis AX1. Furthermore, the distance between the outer peripheral surface of the second bearing holder 323 and the center axis AX1 is greater than the distance between the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34 and the center axis AX1. As shown in FIG. 3, the outer peripheral surface 344 is divided into two portions by a boundary line 345 that passes through the axial center of the center axis AX1 and is perpendicular to the center axis AX1. Specifically, the outer peripheral surface 344 has a first region 342 located on the Z1 side of the boundary line 345, and a second region 343 located on the Z2 side of the boundary line 345. In other words, the first region 342 is a portion of the outer peripheral surface 344 closer to the pinion portion 32, and the second region 343 is a portion of the outer peripheral surface 344 closer to the male thread portion 36. The first region 342 is harder than the second region 343.
テーパ部341は、ガイド部とも称する。テーパ部341は、図3に示すように、Z2側に向かうに従って径が小さくなる。図1に示す第1軸受241をZ2側からZ1側に向けて第1軸受保持部34に挿入する際に、テーパ部(ガイド部)341からスムーズに入りやすくするためにテーパ部341を設けている。 The tapered portion 341 is also referred to as the guide portion. As shown in Figure 3, the diameter of the tapered portion 341 decreases toward the Z2 side. The tapered portion 341 is provided to facilitate smooth insertion of the first bearing 241 shown in Figure 1 from the Z2 side toward the Z1 side into the first bearing holder 34 through the tapered portion (guide portion) 341.
第2溝部35は、第1軸受保持部34に対してZ2側に隣接する。第2溝部35の底面351は、中心軸AX1の軸回りの周方向に沿って環状に延びる。図3に示すように、第2溝部35の底面351は、テーパ部341のZ2側の端部よりも径が小さく、且つ、雄ねじ361の歯先よりも内周側に位置する。底面351は、断面形状が凹面形状である。 The second groove portion 35 is adjacent to the first bearing holder portion 34 on the Z2 side. The bottom surface 351 of the second groove portion 35 extends annularly in the circumferential direction around the central axis AX1. As shown in Figure 3, the bottom surface 351 of the second groove portion 35 has a smaller diameter than the Z2-side end of the tapered portion 341, and is located more inward than the tip of the male thread 361. The cross-sectional shape of the bottom surface 351 is concave.
雄ねじ部36は、第2溝部35に対してZ2側に隣接する。雄ねじ部36の外周には、雄ねじ361が形成される。雄ねじ361の歯先は、底面351よりも外周側に位置し、且つ、テーパ部341のZ2側の端部よりも内周側に位置する。雄ねじ361のねじ山の頂部と中心軸AX1との距離が、第1軸受保持部34の外周面344と中心軸AX1との距離よりも小さい。雄ねじ部36には、図1に示すナット25が締結される。具体的には、ナット25の内周には、雌ねじが設けられ、当該雌ねじが雄ねじ361に噛みあう。ナット25は、第1軸受241の内輪をZ1側に向けて押圧する。これにより、第1軸受241の内輪は、突出部322(図2A参照)とナット25とで挟まれてZ方向で保持される。The male thread portion 36 is adjacent to the second groove portion 35 on the Z2 side. A male thread 361 is formed on the outer periphery of the male thread portion 36. The tip of the male thread 361 is located outer periphery of the bottom surface 351 and inner periphery of the Z2-side end of the tapered portion 341. The distance between the crest of the male thread 361 and the center axis AX1 is smaller than the distance between the outer periphery 344 of the first bearing holder 34 and the center axis AX1. The nut 25 shown in FIG. 1 is fastened to the male thread portion 36. Specifically, a female thread is formed on the inner periphery of the nut 25, and this female thread engages with the male thread 361. The nut 25 presses the inner ring of the first bearing 241 toward the Z1 side. As a result, the inner ring of the first bearing 241 is sandwiched between the protrusion 322 (see FIG. 2A) and the nut 25 and held in the Z direction.
次に、比較例に係るピニオンシャフト3Aについて説明する。図2Bは、比較例に係るピニオンシャフトの一部の側面図である。Next, we will explain the pinion shaft 3A related to the comparative example. Figure 2B is a side view of a portion of the pinion shaft related to the comparative example.
前述したように、実施形態に係るピニオンシャフト3は、第1溝部33および第2溝部35を備えるが、比較例に係るピニオンシャフト3Aには、第1溝部33および第2溝部35が設けられていない。即ち、図2Bに示すように、比較例に係るピニオンシャフト3Aにおいて、ピニオン部32の突出部322と、第1軸受保持部34の外周面344との間には、第1連結部33Aが設けられる。また、第1軸受保持部34の外周面344と、雄ねじ部36との間には、第2連結部35Aが設けられる。第1連結部33Aは、中心軸AX1の軸回りの周方向に沿って環状に延びる。第1連結部33Aの外周面33Aaは、第1軸受保持部34の外周面344と突出部322の外周面とを繋ぐ。中心軸AX1を含む断面において、外周面33Aaは、中心軸AX1に向けて凹む湾曲形状を有する。第2連結部35Aは、中心軸AX1の軸回りの周方向に沿って環状に延びる。第2連結部35Aの外周面35Aaは、第1軸受保持部34の外周面344と、雄ねじ部36の雄ねじ361の歯先とを繋ぐ。中心軸AX1を含む断面において、外周面35Aaは、中心軸AX1に向けて凹む湾曲形状を有する。As described above, the pinion shaft 3 according to the embodiment includes the first groove portion 33 and the second groove portion 35, but the pinion shaft 3A according to the comparative example does not include the first groove portion 33 and the second groove portion 35. That is, as shown in FIG. 2B , in the pinion shaft 3A according to the comparative example, a first connecting portion 33A is provided between the protruding portion 322 of the pinion portion 32 and the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34. Furthermore, a second connecting portion 35A is provided between the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34 and the male thread portion 36. The first connecting portion 33A extends annularly in the circumferential direction around the center axis AX1. The outer peripheral surface 33Aa of the first connecting portion 33A connects the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34 and the outer peripheral surface of the protruding portion 322. In a cross section including the central axis AX1, the outer peripheral surface 33Aa has a curved shape that is concave toward the central axis AX1. The second connecting portion 35A extends annularly in the circumferential direction about the central axis AX1. The outer peripheral surface 35Aa of the second connecting portion 35A connects the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34 and the tip of the male thread 361 of the male thread portion 36. In a cross section including the central axis AX1, the outer peripheral surface 35Aa has a curved shape that is concave toward the central axis AX1.
以下に、第1溝部33および第2溝部35の作用効果を簡単に説明する。第1軸受保持部34には、図1に示す第1軸受241が取り付けられる。具体的には、第1軸受保持部34の外周面344に第1軸受241の内輪が挿入および嵌合される。ここで、比較例のように第1連結部33Aが設けられていると、第1軸受241の内輪におけるZ1側の角部が第1連結部33Aの外周面33Aaに当接し、第1軸受241の内輪の軸方向位置が適正な位置に対してずれてしまう可能性がある。しかし、本実施形態のように、第1溝部33を設けることにより、第1軸受241の内輪の角部が当接せずに、第1軸受241の内輪の軸方向位置が適正な位置に配置される。The effects of the first groove portion 33 and the second groove portion 35 are briefly described below. The first bearing 241 shown in FIG. 1 is attached to the first bearing holder 34. Specifically, the inner ring of the first bearing 241 is inserted and fitted onto the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34. If the first connecting portion 33A were provided as in the comparative example, the corners of the inner ring of the first bearing 241 on the Z1 side would abut against the outer peripheral surface 33Aa of the first connecting portion 33A, potentially causing the axial position of the inner ring of the first bearing 241 to shift from its proper position. However, by providing the first groove portion 33 as in this embodiment, the corners of the inner ring of the first bearing 241 do not abut, and the axial position of the inner ring of the first bearing 241 is properly positioned.
また、雄ねじ部36には、図1に示すナット25が締結される。具体的には、ナット25の内周には、雌ねじが設けられ、当該雌ねじが雄ねじ361に噛みあう。ナット25は、第1軸受241の内輪をZ1側に向けて押圧することにより、第1軸受241の内輪は、Z方向で保持される。ここで、比較例のように第2連結部35Aが設けられると、ナット25におけるZ1側の角部が第2連結部35Aの外周面35Aaに当接し、ナット25が第1軸受241の内輪に当接しない可能性がある。しかし、本実施形態のように、第2溝部35を設けることにより、ナット25は、第1軸受241の内輪をZ1側に向けて押圧することができる。 The nut 25 shown in FIG. 1 is fastened to the male thread portion 36. Specifically, a female thread is provided on the inner periphery of the nut 25, and this female thread engages with the male thread 361. The nut 25 presses the inner ring of the first bearing 241 toward the Z1 side, thereby holding the inner ring of the first bearing 241 in the Z direction. Here, if the second connecting portion 35A is provided as in the comparative example, the Z1-side corner of the nut 25 may abut against the outer surface 35Aa of the second connecting portion 35A, and the nut 25 may not abut against the inner ring of the first bearing 241. However, by providing the second groove portion 35 as in this embodiment, the nut 25 can press the inner ring of the first bearing 241 toward the Z1 side.
次に、浸炭焼き入れについて簡単に説明する。図4は、金属の表面に浸炭焼き入れを施す模式図であり、(a)は金属の表面に防炭処理を施した図、(b)は防炭処理を施した金属の表面に浸炭処理を施した図、(c)は浸炭処理により金属の表面に炭素が侵入した状態を示す図、(d)は金属に焼き入れを施した状態を示す図である。浸炭とは、炭素含有量の少ない低炭素鋼を高温(例えば、約900℃)に加熱し、表面から炭素(C)を拡散浸透させる処理である。浸炭には、例えばガス浸炭があるが、その他の固体浸炭等も適用可能である。Next, we will briefly explain carburizing and quenching. Figure 4 is a schematic diagram of carburizing and quenching on a metal surface, where (a) shows the metal surface after anti-carburizing treatment, (b) shows the carburizing treatment on the anti-carburizing metal surface, (c) shows the state in which carbon has penetrated the metal surface due to carburizing treatment, and (d) shows the state in which the metal has been quenched. Carburizing is a process in which low-carbon steel with a low carbon content is heated to a high temperature (e.g., approximately 900°C) to diffuse and penetrate carbon (C) from the surface. Carburizing can be done by gas carburizing, but other methods such as solid carburizing can also be used.
図4(a)に示すように、まず、表面610に浸炭防止剤630を塗布した鋼材600を準備する。鋼材600は、例えば、低炭素鋼621である。即ち、熱処理を行う前は、鋼材内部620は、低炭素鋼621である。そして、防炭対象部640の表面610に浸炭防止剤630を塗布する。この状態で、鋼材600全体を例えば約900℃に加熱する。As shown in Figure 4(a), first, a steel material 600 is prepared with a carburization inhibitor 630 applied to its surface 610. The steel material 600 is, for example, low-carbon steel 621. That is, before heat treatment, the interior 620 of the steel material is low-carbon steel 621. Then, the carburization inhibitor 630 is applied to the surface 610 of the portion 640 to be carburized. In this state, the entire steel material 600 is heated, for example, to approximately 900°C.
次に、図4(b)、(c)に示すように、鋼材600の表面610から炭素631を拡散浸透させる。浸炭防止剤630を塗布した部位には、炭素631が浸透せず、浸炭防止剤630を塗布しない部位には、炭素631が浸透および拡散する。 Next, as shown in Figures 4(b) and (c), carbon 631 is diffused and penetrated from the surface 610 of the steel material 600. Carbon 631 does not penetrate into areas where carburization inhibitor 630 has been applied, but carbon 631 penetrates and diffuses into areas where carburization inhibitor 630 has not been applied.
そして、図4(d)に示すように、鋼材600に焼き入れを行う。具体的には、鋼材600を冷却する。浸炭防止剤630を塗布した部位の表層部は、低炭素鋼621のままであり、浸炭防止剤630を塗布しない表層部は、高炭素鋼622となる。なお、表層部よりも内側の部位は、低炭素鋼621である。 Then, as shown in Figure 4(d), the steel material 600 is hardened. Specifically, the steel material 600 is cooled. The surface layer where the carburization inhibitor 630 is applied remains low-carbon steel 621, while the surface layer where the carburization inhibitor 630 is not applied becomes high-carbon steel 622. Note that the area inside the surface layer is low-carbon steel 621.
次に、ピニオンシャフトの製造方法について、図5から図8を参照しつつ説明する。図5は、ピニオンシャフトの製造工程において、ブランク材を準備するステップを示す模式図である。図6は、ピニオンシャフトの製造工程において、ブランク材の先端部に浸炭防止剤を塗布した状態を示す模式図である。図7は、ピニオンシャフトの製造工程において、ブランク材の先端部に切削加工を施した状態を示す模式図である。図8は、ピニオンシャフトの製造工程において、切削加工を施した部位の一部に研磨加工を施した状態を示す模式図である。本実施形態に係るピニオンシャフトの製造方法は、ブランク材準備ステップと、浸炭防止剤塗布ステップと、浸炭焼入れステップと、切削加工ステップと、研磨加工ステップと、を含む。以下に詳細に説明する。 Next, a method for manufacturing a pinion shaft will be described with reference to Figures 5 to 8. Figure 5 is a schematic diagram showing the step of preparing a blank in the pinion shaft manufacturing process. Figure 6 is a schematic diagram showing the state in which an anti-carburization agent has been applied to the tip of the blank in the pinion shaft manufacturing process. Figure 7 is a schematic diagram showing the state in which the tip of the blank has been machined in the pinion shaft manufacturing process. Figure 8 is a schematic diagram showing the state in which a portion of the machined section has been polished in the pinion shaft manufacturing process. The pinion shaft manufacturing method according to this embodiment includes a blank preparation step, a carburization inhibitor application step, a carburizing and quenching step, a cutting step, and a polishing step. These steps are described in detail below.
(1)ブランク材準備ステップ
ブランク材準備ステップにおいては、図5に示すブランク材700を準備する。ブランク材700は、図2Aに示すピニオンシャフト3に対して、第1軸受保持部34、第2溝部35および雄ねじ部36が形成されていない点が異なる。換言すると、ブランク材700は、端部31、ピニオン部32および第1溝部33は予め形成されていて、第1軸受保持部34、第2溝部35および雄ねじ部36に対応する部分は円柱部710のままである。即ち、ブランク材準備ステップは、少なくともピニオン歯を有する柱状のブランク材700を準備するステップである。
(1) Blank Preparation Step In the blank preparation step, a blank 700 shown in Fig. 5 is prepared. The blank 700 differs from the pinion shaft 3 shown in Fig. 2A in that the first bearing holder 34, the second groove 35, and the male thread 36 are not formed in the blank 700. In other words, the end 31, the pinion portion 32, and the first groove 33 of the blank 700 are formed in advance, and the portions corresponding to the first bearing holder 34, the second groove 35, and the male thread 36 remain as a cylindrical portion 710. In other words, the blank preparation step is a step of preparing a columnar blank 700 having at least pinion teeth.
(2)浸炭防止剤塗布ステップ
ブランク材準備ステップの後に、浸炭防止剤塗布ステップを行う。浸炭防止剤塗布ステップにおいては、図6に示すように、円柱部710のうち境界線345よりもZ2側の部位の表面に浸炭防止剤630(ハッチングで示す)を塗布する。換言すると、円柱部710のうち、図3に示す第2領域343、テーパ部341、第2溝部35および雄ねじ部36に対応する部位の表面に浸炭防止剤630を塗布する。浸炭防止剤630は、例えば、作業者が手作業で塗布する。
(2) Carburization Inhibitor Application Step After the blank preparation step, the carburization inhibitor application step is performed. In the carburization inhibitor application step, as shown in FIG. 6 , a carburization inhibitor 630 (shown by hatching) is applied to the surface of the cylindrical portion 710 on the Z2 side of the boundary line 345. In other words, the carburization inhibitor 630 is applied to the surface of the cylindrical portion 710 in the areas corresponding to the second region 343, tapered portion 341, second groove portion 35, and male thread portion 36 shown in FIG. 3 . The carburization inhibitor 630 is applied, for example, manually by an operator.
(3)浸炭焼き入れステップ
浸炭防止剤塗布ステップの後に、浸炭焼き入れステップを行う。浸炭焼き入れは、図4を参照して説明したように、ブランク材700全体を例えば約900℃に加熱して、ブランク材700の表面から炭素631を拡散浸透させる。浸炭防止剤630を塗布した部位には、炭素631が浸透せず、浸炭防止剤630を塗布しない部位には、炭素631が浸透および拡散する。そして、ブランク材700を冷却してブランク材700に焼き入れを行う。
(3) Carburization and Quenching Step After the carburization inhibitor application step, the carburization and quenching step is performed. As described with reference to Fig. 4, the carburization and quenching involves heating the entire blank 700 to, for example, approximately 900°C, to diffuse and penetrate carbon 631 from the surface of the blank 700. Carbon 631 does not penetrate into the areas where the carburization inhibitor 630 is applied, but penetrates and diffuses into areas where the carburization inhibitor 630 is not applied. The blank 700 is then cooled and quenched.
(4)切削加工ステップ
浸炭焼き入れステップの後に、第2の切削加工ステップを行う。第2の切削加工ステップにおいては、図3および図7に示すテーパ部341、第2溝部35および雄ねじ部36を切削加工によって形成する。
(4) Cutting Step After the carburizing and quenching step, a second cutting step is performed. In the second cutting step, the tapered portion 341, the second groove portion 35, and the male thread portion 36 shown in FIGS. 3 and 7 are formed by cutting.
(5)研磨加工ステップ
第2の切削加工ステップの後に、研磨加工ステップを行う。研磨加工ステップにおいては、図8に示すように、第1軸受保持部34の表面の全体に研磨加工を施す。具体的には、研磨加工を施す部位(領域)は、図8においてハッチングで示す部位である。なお、前述した切削加工ステップと研磨加工ステップとは、その順番を反対にしてもよい。即ち、研磨加工ステップの後に切削加工ステップを行ってもよい。
(5) Polishing Step After the second cutting step, the polishing step is performed. In the polishing step, the entire surface of the first bearing holder 34 is polished, as shown in FIG. 8. Specifically, the portions (areas) to be polished are the hatched portions in FIG. 8. The order of the cutting step and the polishing step described above may be reversed. In other words, the cutting step may be performed after the polishing step.
次いで、ピニオンシャフト3における各部位の硬さおよび金属組織を説明する。浸炭防止剤630を塗布した部位、即ち、図7に示す境界線345よりもZ2側の部位における硬さは、例えば、ビッカース硬さHVが約300であり、ロックウエルHRCが約30である。表面の金属組織は、例えば、フェライトとパーライトとの混合組織である。なお、パーライトは、薄い板状のフェライトとセメンタイトが交互に並んだ状態で析出する共析反応によって形成された層状の組織である。Next, the hardness and metal structure of each portion of the pinion shaft 3 will be explained. The hardness of the portion where the carburization inhibitor 630 is applied, i.e., the portion on the Z2 side of the boundary line 345 shown in Figure 7, is, for example, approximately 300 Vickers hardness HV and approximately 30 Rockwell HRC. The metal structure of the surface is, for example, a mixed structure of ferrite and pearlite. Note that pearlite is a layered structure formed by a eutectoid reaction in which thin plate-like ferrite and cementite precipitate in an alternating state.
また、浸炭防止剤630を塗布しない部位、即ち、図7に示す境界線345よりもZ1側の部位における硬さは、例えば、ビッカース硬さHVが約720であり、ロックウエルHRCが約61である。表面の金属組織は、例えば、マルテンサイトである。 In addition, the hardness of the area where the carburization inhibitor 630 is not applied, i.e., the area on the Z1 side of the boundary line 345 shown in Figure 7, is, for example, a Vickers hardness HV of approximately 720 and a Rockwell HRC of approximately 61. The metal structure of the surface is, for example, martensite.
このように、図3に示す第1領域342の硬さは、境界線345に対してZ2側に位置する、第2領域343、テーパ部341、第2溝部35および雄ねじ部36の硬さよりも硬い。また、境界線345の近傍の部位の硬さは、第1領域342におけるZ1側の端部の硬さよりも軟らかく、第2領域343におけるZ2側の端部の硬さよりも硬い。即ち、第1領域342におけるZ1側の端部から境界線345の近傍の部位を経て第2領域343におけるZ2側の端部に至るまで、Z1側からZ2側に行くに従って硬さが軟らかくなる。 As such, the hardness of the first region 342 shown in Figure 3 is greater than the hardness of the second region 343, tapered portion 341, second groove portion 35, and male thread portion 36, which are located on the Z2 side of the boundary line 345. Furthermore, the hardness of the portion near the boundary line 345 is softer than the Z1 side end of the first region 342 and harder than the Z2 side end of the second region 343. In other words, the hardness decreases from the Z1 side to the Z2 side, from the Z1 side end of the first region 342 through the portion near the boundary line 345 to the Z2 side end of the second region 343.
次に、ピニオンシャフト3に加わる力とモーメントについて説明する。図9は、ピニオンシャフトに加わる力とモーメントを示す模式図である。 Next, we will explain the forces and moments applied to the pinion shaft 3. Figure 9 is a schematic diagram showing the forces and moments applied to the pinion shaft.
図9に示すように、ピニオンシャフト3におけるZ方向(軸方向)の中央側においては、ラック軸15のラック歯152がピニオンシャフト3のピニオン歯321に噛みあっている。また、ラック軸15は、ラックガイド153からピニオンシャフト3に向けて押圧される。従って、ピニオンシャフト3におけるZ方向の中央側には、ラック軸15からY1側に向けて押される力F1が加わる。 As shown in Figure 9, at the center of the pinion shaft 3 in the Z direction (axial direction), the rack teeth 152 of the rack shaft 15 mesh with the pinion teeth 321 of the pinion shaft 3. The rack shaft 15 is also pressed toward the pinion shaft 3 by the rack guide 153. Therefore, a force F1 is applied to the center of the pinion shaft 3 in the Z direction, pushing it toward the Y1 side from the rack shaft 15.
ピニオンシャフト3におけるZ2側およびZ1側には、図2Aに示すように、それぞれ第1軸受保持部34および第2軸受保持部323が設けられる。第1軸受保持部34には、第1軸受241が取り付けられ、第2軸受保持部323には、第2軸受242が取り付けられる。従って、ピニオンシャフト3におけるZ2側およびZ1側には、力F1に対する反力として力F2および力F3が作用する。具体的には、力F2は、第1軸受241を介して、ピニオンシャフト3におけるZ2側に加わる力であり、力F3は、第2軸受242を介して、ピニオンシャフト3におけるZ1側に加わる力である。従って、ピニオンシャフト3におけるZ2側には、モーメントM2が作用し、ピニオンシャフト3におけるZ1側には、モーメントM1が作用する。 As shown in FIG. 2A , the Z2 side and Z1 side of the pinion shaft 3 are provided with a first bearing holder 34 and a second bearing holder 323, respectively. A first bearing 241 is attached to the first bearing holder 34, and a second bearing 242 is attached to the second bearing holder 323. Therefore, forces F2 and F3 act on the Z2 side and Z1 side of the pinion shaft 3 as reaction forces to force F1. Specifically, force F2 is applied to the Z2 side of the pinion shaft 3 via the first bearing 241, and force F3 is applied to the Z1 side of the pinion shaft 3 via the second bearing 242. Therefore, moment M2 acts on the Z2 side of the pinion shaft 3, and moment M1 acts on the Z1 side of the pinion shaft 3.
次に、操舵装置80における電動パワーステアリング装置100の位置を説明する。図10は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置を備える操舵装置を示す模式図である。図10に示すように、操舵装置80は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール81と、ステアリングシャフト82と、ユニバーサルジョイント84と、インタミシャフト85と、ユニバーサルジョイント86と、シャフト87と、ステアリングギア88と、タイロッド89とを備える。また、操舵装置80は、制御装置(以下、ECU(Electronic Control Unit)という。)100Aと、トルクセンサ10と、電動モータ102を備える。車速センサ101は、車両に備えられ、CAN(Controller Area Network)通信により車速信号VをECU100Aに出力する。ステアリングギア88は、電動パワーステアリング装置100に含まれるピニオンシャフト3と、ラック軸15と、他のピニオンシャフト88cとを備える。ピニオンシャフト3および他のピニオンシャフト88cは、それぞれラック軸15に噛み合う。Next, the position of the electric power steering device 100 in the steering device 80 will be explained. Figure 10 is a schematic diagram showing a steering device equipped with the electric power steering device according to this embodiment. As shown in Figure 10, the steering device 80 includes, in order of transmission of force applied by the operator, a steering wheel 81, a steering shaft 82, a universal joint 84, an intermediate shaft 85, a universal joint 86, a shaft 87, a steering gear 88, and a tie rod 89. The steering device 80 also includes a control device (hereinafter referred to as an ECU (Electronic Control Unit)) 100A, a torque sensor 10, and an electric motor 102. A vehicle speed sensor 101 is provided in the vehicle and outputs a vehicle speed signal V to the ECU 100A via CAN (Controller Area Network) communication. The steering gear 88 includes the pinion shaft 3, the rack shaft 15, and another pinion shaft 88c, which are included in the electric power steering device 100. The pinion shaft 3 and the other pinion shaft 88c each mesh with the rack shaft 15.
以上説明したように、本実施形態においては、ピニオンシャフト3は、外周にピニオン歯321が設けられるピニオン部32と、ピニオン歯321の歯底と中心軸AX1との距離よりも中心軸AX1からの距離が小さい外周面344を有し、且つ、外周面344に第1軸受(軸受)241が保持される第1軸受保持部(軸受保持部)34と、雄ねじ361を有する雄ねじ部36と、を備える。雄ねじ361のねじ山の頂部と中心軸AX1との距離が、第1軸受保持部34の外周面344と中心軸AX1との距離よりも小さい。第1軸受保持部34の外周面344におけるピニオン部32寄りの第1領域342における硬さは、第1軸受保持部34の外周面344における雄ねじ部36寄りの第2領域343における硬さよりも硬い。As described above, in this embodiment, the pinion shaft 3 includes a pinion portion 32 having pinion teeth 321 provided on its outer periphery, a first bearing retaining portion (bearing retaining portion) 34 having an outer peripheral surface 344 whose distance from the central axis AX1 is shorter than the distance between the bottom of the pinion teeth 321 and the central axis AX1, and which retains a first bearing (bearing) 241 on the outer peripheral surface 344, and a male threaded portion 36 having a male thread 361. The distance between the crest of the thread of the male thread 361 and the central axis AX1 is shorter than the distance between the outer peripheral surface 344 of the first bearing retaining portion 34 and the central axis AX1. The hardness of a first region 342 on the outer peripheral surface 344 of the first bearing retaining portion 34 that is closer to the pinion portion 32 is greater than the hardness of a second region 343 on the outer peripheral surface 344 of the first bearing retaining portion 34 that is closer to the male threaded portion 36.
前述したように、特許文献1のピニオンシャフトにおいては、第1軸受が取り付けられる軸受取付部が、長期間の使用によって損傷を受ける可能性があるため、当該軸受取付部の剛性を高めることが求められている。 As mentioned above, in the pinion shaft of Patent Document 1, the bearing mounting portion to which the first bearing is attached may be damaged with long-term use, so it is necessary to increase the rigidity of the bearing mounting portion.
本実施形態では、第1軸受保持部34の外周面344と中心軸AX1との距離は、ピニオン歯321の歯底と中心軸AX1との距離よりも小さい。また、雄ねじ361の外径は、第1軸受保持部34の外径よりも小さい。従って、ピニオン部32、第1軸受保持部34および雄ねじ部36の表層部の硬さが全て同じ場合は、ピニオン部32、第1軸受保持部34および雄ねじ部36の順に剛性が低くなる。 In this embodiment, the distance between the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34 and the center axis AX1 is smaller than the distance between the bottom of the pinion teeth 321 and the center axis AX1. Furthermore, the outer diameter of the male thread 361 is smaller than the outer diameter of the first bearing holder 34. Therefore, if the hardness of the surface layers of the pinion portion 32, first bearing holder 34, and male thread portion 36 are all the same, the rigidity decreases in the order of the pinion portion 32, first bearing holder 34, and male thread portion 36.
しかし、第1軸受保持部34に、例えば浸炭焼き入れを施し、第1軸受保持部34の第1領域342の硬さが、第2領域343の硬さよりも硬い。従って、第1領域342が第2領域343と同じ硬さの場合よりも、第1軸受保持部34の表層部の硬さがより硬くなり、第1軸受保持部34の剛性もより高くなる。However, if the first bearing holder 34 is subjected to, for example, carburizing and quenching, the hardness of the first region 342 of the first bearing holder 34 is greater than the hardness of the second region 343. Therefore, the hardness of the surface layer of the first bearing holder 34 is greater than if the first region 342 and the second region 343 had the same hardness, and the rigidity of the first bearing holder 34 is also greater.
第1軸受保持部34の外周面344よりも内周側に位置する底面331が設けられる第1溝部(溝部)33と、第2領域343におけるZ2側の端部に位置し、且つ、Z2側に向かうに従って径が小さくなるテーパ部341と、を更に備える。第1溝部33の底面331の硬さは、テーパ部341の表面の硬さよりも硬い。 The first bearing holder 34 further includes a first groove 33 having a bottom surface 331 located radially inward relative to the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34, and a tapered portion 341 located at the Z2-side end of the second region 343 and having a diameter that decreases toward the Z2 side. The bottom surface 331 of the first groove 33 is harder than the surface of the tapered portion 341.
第1溝部33が設けられるため、ピニオンシャフト3におけるZ2側の部位に作用する曲げモーメントは第1溝部33に集中しやすくなり、第1溝部33が損傷を受けやすくなる。しかし、第1溝部33の底面331の硬さは、テーパ部341の表面の硬さよりも硬いため、第1溝部33の剛性が高くなり、曲げモーメントがより集中しにくくなり損傷も受けにくくなる。 Because the first groove portion 33 is provided, bending moments acting on the Z2 side portion of the pinion shaft 3 tend to concentrate on the first groove portion 33, making the first groove portion 33 more susceptible to damage. However, because the hardness of the bottom surface 331 of the first groove portion 33 is greater than the hardness of the surface of the tapered portion 341, the rigidity of the first groove portion 33 is increased, making it less susceptible to bending moments and less susceptible to damage.
また、第1溝部33の底面331の硬さがテーパ部341の表面の硬さよりも硬いということは、換言すると、テーパ部341の表面の硬さが第1溝部33の底面331の硬さよりも軟らかいということである。従って、テーパ部341を例えば切削加工によって形成する場合、当該切削加工の作業性が向上する。 Furthermore, the fact that the bottom surface 331 of the first groove portion 33 is harder than the surface hardness of the tapered portion 341 means, in other words, that the surface hardness of the tapered portion 341 is softer than the bottom surface 331 of the first groove portion 33. Therefore, when the tapered portion 341 is formed by, for example, cutting, the workability of the cutting process is improved.
第1領域342におけるビッカース硬さが例えば450以上であり、第2領域343におけるビッカース硬さが例えば400以下であるため、第1領域342が第2領域343と同じ硬さの場合よりも、第1軸受保持部34の表層部の硬さがより硬くなり、第1軸受保持部34の剛性もより高くなる。また、第2領域343の部位に例えば切削加工を施す場合、当該切削加工の作業性が向上する。 Since the Vickers hardness of the first region 342 is, for example, 450 or more, and the Vickers hardness of the second region 343 is, for example, 400 or less, the surface layer of the first bearing holder 34 is harder and the rigidity of the first bearing holder 34 is higher than when the first region 342 and the second region 343 have the same hardness. Furthermore, when cutting is performed on the portion of the second region 343, the workability of the cutting process is improved.
第1領域342における硬さは、雄ねじ部36におけるねじ山の表面の硬さよりも硬い。換言すると、雄ねじ部36におけるねじ山の表面の硬さは、第1領域342における硬さよりも軟らかい。従って、雄ねじ部36にねじ山を形成する際の切削加工の作業性が向上する。 The hardness of the first region 342 is greater than the hardness of the surface of the threads in the male thread portion 36. In other words, the hardness of the surface of the threads in the male thread portion 36 is less than the hardness of the first region 342. This improves the workability of the cutting process when forming the threads in the male thread portion 36.
電動パワーステアリング装置100は、ピニオン歯321を有するピニオン部32が設けられるピニオンシャフト3と、第1軸受保持部34に取り付けられ、且つ、ピニオンシャフト3をハウジング200に回転可能に支持する第1軸受241と、外周にホイール歯部232が設けられるウォームホイール23と、第2軸受保持部323に取り付けられ、且つ、ピニオンシャフト3をハウジング200に回転可能に支持する第2軸受242と、ピニオン歯321に噛み合うラック歯152を有し、且つ、ピニオン歯321に向けて押圧されるラック軸15と、を備える。第1軸受保持部34の外径は、第2軸受保持部323の外径よりも小さい。第1軸受保持部34の第1領域342における硬さは、第1軸受保持部34の第2領域343における硬さよりも硬い。The electric power steering device 100 includes a pinion shaft 3 having a pinion portion 32 with pinion teeth 321, a first bearing 241 attached to a first bearing holder 34 and rotatably supporting the pinion shaft 3 in the housing 200, a worm wheel 23 having a wheel tooth portion 232 on its outer periphery, a second bearing 242 attached to a second bearing holder 323 and rotatably supporting the pinion shaft 3 in the housing 200, and a rack shaft 15 having rack teeth 152 that mesh with the pinion teeth 321 and that is pressed toward the pinion teeth 321. The outer diameter of the first bearing holder 34 is smaller than the outer diameter of the second bearing holder 323. The hardness of the first region 342 of the first bearing holder 34 is greater than the hardness of the second region 343 of the first bearing holder 34.
前述のように、ピニオンシャフト3におけるZ方向(軸方向)の中央側には、ラック軸15から押される力が加わる。ピニオンシャフト3におけるZ2側およびZ1側には、ラック軸15からの力に抗する支持力が加わるため、ピニオンシャフト3におけるZ2側およびZ1側には、曲げモーメントが作用する。ここで、ピニオンシャフト3において、第1軸受保持部34の外径が、第2軸受保持部323の外径よりも小さい。As mentioned above, a pushing force from the rack shaft 15 is applied to the center of the pinion shaft 3 in the Z direction (axial direction). A supporting force that resists the force from the rack shaft 15 is applied to the Z2 and Z1 sides of the pinion shaft 3, so a bending moment acts on the Z2 and Z1 sides of the pinion shaft 3. Here, the outer diameter of the first bearing holder 34 of the pinion shaft 3 is smaller than the outer diameter of the second bearing holder 323.
しかし、第1軸受保持部34に、例えば浸炭焼き入れを施し、第1軸受保持部34の第1領域342の硬さが、第2領域343の硬さよりも硬い。従って、第1領域342が第2領域343と同じ硬さの場合よりも、第1軸受保持部34の表層部の硬さがより硬くなり、第1軸受保持部34の剛性もより高くなる。However, if the first bearing holder 34 is subjected to, for example, carburizing and quenching, the hardness of the first region 342 of the first bearing holder 34 is greater than the hardness of the second region 343. Therefore, the hardness of the surface layer of the first bearing holder 34 is greater than if the first region 342 and the second region 343 had the same hardness, and the rigidity of the first bearing holder 34 is also greater.
ピニオンシャフトの製造方法は、少なくともピニオン歯321を有する柱状のブランク材700を準備するブランク材準備ステップと、ブランク材準備ステップの後に、ブランク材700の軸方向の端部に浸炭防止剤630を塗布する浸炭防止剤塗布ステップと、浸炭防止剤塗布ステップの後に、ブランク材700に浸炭焼き入れを施す浸炭焼き入れステップと、浸炭焼き入れステップの後に、ブランク材700のうち浸炭防止剤630を塗布した軸方向の端部に切削加工を施して、雄ねじ部36および第1軸受保持部34を形成する切削加工ステップと、切削加工ステップの後に、第1軸受保持部34に研磨加工を施す研磨加工ステップと、を含む。なお、前述のように、研磨加工ステップの後に切削加工ステップを行ってもよい。The pinion shaft manufacturing method includes a blank preparation step of preparing a cylindrical blank 700 having at least pinion teeth 321; a carburization inhibitor application step of applying an anti-carburization agent 630 to the axial end of the blank 700 after the blank preparation step; a carburization quenching step of carburizing and quenching the blank 700 after the carburization inhibitor application step; a cutting step of cutting the axial end of the blank 700 to which the anti-carburization agent 630 has been applied to form the male thread portion 36 and the first bearing holder 34 after the carburization quenching step; and a polishing step of polishing the first bearing holder 34 after the cutting step. As mentioned above, the cutting step may be performed after the polishing step.
このように、ブランク材700の部位のうち、雄ねじ部36および第1軸受保持部34を形成する部位に予め浸炭防止剤630を塗布したのち、浸炭焼き入れを施す。ここで、浸炭防止剤630を塗布する範囲は、前述したように、図3および図7に示す境界線345よりもZ2側の領域であり、境界線345の軸方向位置は、第1軸受保持部34における軸方向の途中部分である。これにより、浸炭防止剤630を塗布した部位は、浸炭防止剤630を塗布しない部位よりも表層部が軟らかくなるため、雄ねじ部36および第1軸受保持部34を例えば切削加工によって形成することが容易になり、切削加工の作業性が向上する。また、浸炭防止剤630を塗布した部位は、表層部が硬くなり、剛性も向上する。In this way, the carburization inhibitor 630 is applied to the portions of the blank 700 where the male thread portion 36 and the first bearing holder 34 will be formed, and then the blank is carburized and quenched. As mentioned above, the area to which the carburization inhibitor 630 is applied is the region on the Z2 side of the boundary line 345 shown in Figures 3 and 7, and the axial position of the boundary line 345 is the middle portion of the first bearing holder 34 in the axial direction. This results in the surface layer of the portion to which the carburization inhibitor 630 is applied being softer than the portion to which the carburization inhibitor 630 is not applied. This makes it easier to form the male thread portion 36 and the first bearing holder 34, for example, by cutting, improving the workability of the cutting process. Furthermore, the surface layer of the portion to which the carburization inhibitor 630 is applied is harder, improving rigidity.
また、図2Aを参照して前述したように、第2軸受保持部323の外周面と中心軸AX1との距離は、第1軸受保持部34の外周面344と中心軸AX1との距離よりも大きい。即ち、第2軸受保持部323は第1軸受保持部34よりも径が大きいため、第2軸受保持部323の強度が第1軸受保持部34の強度よりも高い。そして、第1軸受保持部34と第2軸受保持部323との間には、ピニオン歯321が配置される。 Furthermore, as described above with reference to Figure 2A, the distance between the outer peripheral surface of the second bearing holder 323 and the central axis AX1 is greater than the distance between the outer peripheral surface 344 of the first bearing holder 34 and the central axis AX1. In other words, because the second bearing holder 323 has a larger diameter than the first bearing holder 34, the strength of the second bearing holder 323 is greater than the strength of the first bearing holder 34. Furthermore, the pinion teeth 321 are arranged between the first bearing holder 34 and the second bearing holder 323.
図9に示すように、ピニオン歯321には、ラック軸15からピニオン歯321に向けて力F1が加わる。ピニオンシャフト3におけるZ2側およびZ1側には、力F1に対する反力として力F2および力F3が作用する。具体的には、力F2は、第1軸受241を介して、ピニオンシャフト3におけるZ2側に加わる力であり、力F3は、第2軸受242を介して、ピニオンシャフト3におけるZ1側に加わる力である。ここで、第2軸受保持部323の強度が第1軸受保持部34の強度よりも高いため、ラック軸15に対する反力として、第2軸受保持部323からの力F3が第1軸受保持部34からの力F2よりも大きくなる。従って、第1軸受保持部34の荷重負担が小さくなり、第1軸受保持部34の耐久性が向上する。 As shown in FIG. 9 , force F1 is applied to pinion teeth 321 from rack shaft 15 toward pinion teeth 321. Forces F2 and F3 act on the Z2 and Z1 sides of pinion shaft 3 as reaction forces to force F1. Specifically, force F2 is applied to the Z2 side of pinion shaft 3 via first bearing 241, and force F3 is applied to the Z1 side of pinion shaft 3 via second bearing 242. Here, because the strength of second bearing holder 323 is greater than the strength of first bearing holder 34, force F3 from second bearing holder 323 is greater than force F2 from first bearing holder 34 as a reaction force against rack shaft 15. Therefore, the load burden on first bearing holder 34 is reduced, improving the durability of first bearing holder 34.
また、一般に、シングルピニオンタイプの電動パワーステアリング装置よりもデュアルピニオンタイプの電動パワーステアリング装置の方がモータの出力が大きい。従って、第1軸受保持部34の耐久性が向上する本実施形態に係るピニオンシャフト3は、車両走行時に路面から入力される力に対しても耐久性が向上し、モータの出力が大きいデュアルピニオンタイプの電動パワーステアリング装置により適している。 In addition, dual-pinion electric power steering devices generally have a higher motor output than single-pinion electric power steering devices. Therefore, the pinion shaft 3 according to this embodiment, which has improved durability in the first bearing retaining portion 34, has improved durability against forces input from the road surface when the vehicle is traveling, and is more suitable for dual-pinion electric power steering devices with high motor output.
3、3A ピニオンシャフト
4 第1ハウジング
5 第2ハウジング
15 ラック軸
23 ウォームホイール
25 ナット
26 キャップ
27 ウォームシャフト
31 端部
32 ピニオン部
33 第1溝部
33A 第1連結部
33Aa 外周面
34 第1軸受保持部
35 第2溝部
35A 第2連結部
35Aa 外周面
36 雄ねじ部
41 本体部
42 フランジ
43 先端部
43a 内周面
51 側面部
52 天面部
53 フランジ
100 電動パワーステアリング装置
152 ラック歯
153 ラックガイド
154 スプリング
155 封止部材
200 ハウジング
231 芯金部
232 ホイール歯部
241 第1軸受
242 第2軸受
271 シャフト歯部
311 フランジ
312 ウォームホイール保持部
321 ピニオン歯
322 突出部
323 第2軸受保持部
331 底面
341 テーパ部(ガイド部)
342 第1領域
343 第2領域
344 外周面
345 境界線
351 底面
361 雄ねじ
401 環状凸部
401a 外周面
401b 内周面
401c 底面
412 ラックガイド収容部
600 鋼材
610 表面
620 鋼材内部
621 低炭素鋼
622 高炭素鋼
630 浸炭防止剤
631 炭素
640 防炭対象部
700 ブランク材
710 円柱部
AX1、AX2 中心軸
3, 3A Pinion shaft 4 First housing 5 Second housing 15 Rack shaft 23 Worm wheel 25 Nut 26 Cap 27 Worm shaft 31 End 32 Pinion portion 33 First groove portion 33A First connecting portion 33Aa Outer peripheral surface 34 First bearing holding portion 35 Second groove portion 35A Second connecting portion 35Aa Outer peripheral surface 36 Male thread portion 41 Main body portion 42 Flange 43 Tip portion 43a Inner peripheral surface 51 Side portion 52 Top surface portion 53 Flange 100 Electric power steering device 152 Rack teeth 153 Rack guide 154 Spring 155 Sealing member 200 Housing 231 Core metal portion 232 Wheel tooth portion 241 First bearing 242 Second bearing 271 Shaft tooth portion 311 Flange 312 Worm wheel holding portion 321 Pinion teeth 322 Protrusion 323 Second bearing holder 331 Bottom surface 341 Tapered portion (guide portion)
342 First region 343 Second region 344 Outer peripheral surface 345 Boundary line 351 Bottom surface 361 Male thread 401 Annular convex portion 401a Outer peripheral surface 401b Inner peripheral surface 401c Bottom surface 412 Rack guide accommodating portion 600 Steel material 610 Surface 620 Steel material interior 621 Low carbon steel 622 High carbon steel 630 Carburization inhibitor 631 Carbon 640 Carburization prevention target portion 700 Blank material 710 Cylindrical portions AX1, AX2 Central axis
Claims (7)
外周にピニオン歯が設けられるピニオン部と、
前記ピニオン部に対して前記軸方向の一方側に位置し、前記ピニオン歯の歯底と前記中心軸との距離よりも前記中心軸からの距離が小さい外周面を有し、且つ、当該外周面に軸受が保持される軸受保持部と、
前記軸受保持部に対して前記軸方向の一方側に位置し、且つ、雄ねじを有する雄ねじ部と、を備え、
前記雄ねじのねじ山の頂部と前記中心軸との距離が、前記軸受保持部の前記外周面と前記中心軸との距離よりも小さく、
前記軸受保持部の前記外周面における前記ピニオン部寄りの第1領域における硬さは、
前記軸受保持部の前記外周面における前記雄ねじ部寄りの第2領域における硬さよりも硬い、
ピニオンシャフト。 A pinion shaft extending in an axial direction of a central axis,
a pinion portion having pinion teeth on an outer periphery thereof;
a bearing holding portion that is located on one side of the pinion portion in the axial direction, has an outer circumferential surface whose distance from the central axis is smaller than the distance between the bottom of the pinion teeth and the central axis, and that holds a bearing on the outer circumferential surface;
a male threaded portion that is located on one side of the bearing holder in the axial direction and has a male thread,
a distance between a crest of the male screw and the central axis is smaller than a distance between the outer circumferential surface of the bearing holder and the central axis;
The hardness of a first region of the outer peripheral surface of the bearing holder that is closer to the pinion portion is
the hardness is harder than the hardness of a second region of the outer circumferential surface of the bearing holder that is closer to the male thread portion;
Pinion shaft.
前記軸受保持部の前記第2領域における前記軸方向の一方側の端部に位置し、且つ、前記軸方向の一方側に向かうに従って径が小さくなるテーパ部と、
を更に備え、
前記溝部の前記底面の硬さは、
前記テーパ部の表面の硬さよりも硬い、
請求項1に記載のピニオンシャフト。 a groove portion located between the pinion portion and the bearing holder portion and having a bottom surface located on the inner peripheral side of the outer peripheral surface of the bearing holder portion;
a tapered portion located at one end of the second region of the bearing holder in the axial direction, the tapered portion having a diameter that decreases toward the one end in the axial direction;
Further provided with
The hardness of the bottom surface of the groove portion is
The hardness is harder than the surface of the tapered portion.
The pinion shaft according to claim 1 .
請求項1または2に記載のピニオンシャフト。 the first region of the bearing holder has a Vickers hardness of 450 or more, and the second region has a Vickers hardness of 400 or less;
The pinion shaft according to claim 1 or 2.
請求項1または2に記載のピニオンシャフト。 The hardness of the first region of the bearing holder is greater than the hardness of the surface of the thread of the male thread portion.
The pinion shaft according to claim 1 or 2.
前記ピニオンシャフトにおける前記ピニオン部よりも前記軸方向の一方側に設けられる第1軸受保持部に取り付けられ、且つ、前記ピニオンシャフトをハウジングに回転可能に支持する第1軸受と、
前記ピニオンシャフトにおける前記ピニオン部よりも前記軸方向の他方側に取り付けられ、且つ、外周にホイール歯部が設けられるウォームホイールと、
前記ピニオンシャフトにおける前記ピニオン部と前記ウォームホイールとの間に設けられる第2軸受保持部に取り付けられ、且つ、前記ピニオンシャフトを前記ハウジングに回転可能に支持する第2軸受と、
前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を有し、且つ、前記ピニオン歯に向けて押圧されるラック軸と、
を備え、
前記第1軸受保持部の外径は、前記第2軸受保持部の外径よりも小さく、
前記第1軸受保持部の外周面における前記軸方向の他方側の第1領域における硬さは、
前記第1軸受保持部の外周面における前記軸方向の一方側の第2領域における硬さよりも硬く、
前記第2領域における前記軸方向の一方側の端部には、当該一方側に向かうに従って径が小さくなるテーパ部が設けられる、
電動パワーステアリング装置。 a pinion shaft extending in the axial direction of a central axis and provided with a pinion portion having pinion teeth;
a first bearing attached to a first bearing holder provided on the pinion shaft on one side of the pinion portion in the axial direction, and which rotatably supports the pinion shaft in a housing;
a worm wheel attached to the pinion shaft on the other side of the pinion portion in the axial direction and having a wheel tooth portion on an outer periphery thereof;
a second bearing attached to a second bearing holder provided on the pinion shaft between the pinion portion and the worm wheel, and which rotatably supports the pinion shaft in the housing;
a rack shaft having rack teeth that mesh with the pinion teeth and that is pressed toward the pinion teeth;
Equipped with
an outer diameter of the first bearing retaining portion is smaller than an outer diameter of the second bearing retaining portion;
The hardness of a first region on the other side in the axial direction of the outer peripheral surface of the first bearing retaining portion is
the hardness is greater than the hardness of a second region on one side in the axial direction of the outer peripheral surface of the first bearing retaining portion,
a tapered portion having a diameter that decreases toward one end of the second region in the axial direction;
Electric power steering device.
少なくともピニオン歯を有する柱状のブランク材を準備するブランク材準備ステップと、
前記ブランク材準備ステップの後に、前記ブランク材の軸方向の端部に浸炭防止剤を塗布する浸炭防止剤塗布ステップと、
前記浸炭防止剤塗布ステップの後に、前記ブランク材に浸炭焼き入れを施す浸炭焼き入れステップと、
前記浸炭焼き入れステップの後に、前記ブランク材のうち前記浸炭防止剤を塗布した前記軸方向の端部に切削加工を施して、前記雄ねじ部および前記軸受保持部を形成する切削加工ステップと、
前記切削加工ステップの後に、前記軸受保持部に研磨加工を施す研磨加工ステップと、
を含む、
ピニオンシャフトの製造方法。 A method for manufacturing a pinion shaft that extends in an axial direction of a central axis and has a male thread portion and a bearing retaining portion at an end portion in the axial direction, comprising:
a blank preparation step of preparing a columnar blank having at least pinion teeth;
a carburization inhibitor application step of applying a carburization inhibitor to an axial end of the blank material after the blank material preparation step;
a carburizing and quenching step of carburizing and quenching the blank material after the carburizing inhibitor application step;
a cutting step of, after the carburizing and quenching step, performing cutting on the axial end of the blank material to which the carburization inhibitor has been applied, to form the male thread portion and the bearing holder;
a polishing step of polishing the bearing holder after the cutting step;
Including,
A method for manufacturing a pinion shaft.
少なくともピニオン歯を有する柱状のブランク材を準備するブランク材準備ステップと、
前記ブランク材準備ステップの後に、前記ブランク材の軸方向の端部に浸炭防止剤を塗布する浸炭防止剤塗布ステップと、
前記浸炭防止剤塗布ステップの後に、前記ブランク材に浸炭焼き入れを施す浸炭焼き入れステップと、
前記浸炭焼き入れステップの後に、前記軸受保持部に研磨加工を施す研磨加工ステップと、
前記研磨加工ステップの後に、前記ブランク材のうち前記浸炭防止剤を塗布した前記軸方向の端部に切削加工を施して、前記雄ねじ部および前記軸受保持部を形成する切削加工ステップと、
を含む、
ピニオンシャフトの製造方法。 A method for manufacturing a pinion shaft that extends in an axial direction of a central axis and has a male thread portion and a bearing retaining portion at an end portion in the axial direction, comprising:
a blank preparation step of preparing a columnar blank having at least pinion teeth;
a carburization inhibitor application step of applying a carburization inhibitor to an axial end of the blank material after the blank material preparation step;
a carburizing and quenching step of carburizing and quenching the blank material after the carburizing inhibitor application step;
a polishing step of polishing the bearing holder after the carburizing and quenching step;
a cutting step of, after the polishing step, performing a cutting process on the axial end of the blank material to which the carburization inhibitor has been applied, to form the male thread portion and the bearing holder;
Including,
A method for manufacturing a pinion shaft.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022193104 | 2022-12-01 | ||
| JP2022193104 | 2022-12-01 | ||
| PCT/JP2023/043157 WO2024117260A1 (en) | 2022-12-01 | 2023-12-01 | Electric power steering device, pinion shaft, and method for manufacturing pinion shaft |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2024117260A1 JPWO2024117260A1 (en) | 2024-06-06 |
| JP7756810B2 true JP7756810B2 (en) | 2025-10-20 |
Family
ID=91324046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2024561722A Active JP7756810B2 (en) | 2022-12-01 | 2023-12-01 | Electric power steering device, pinion shaft, and method for manufacturing pinion shaft |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7756810B2 (en) |
| WO (1) | WO2024117260A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2026074861A1 (en) * | 2024-10-02 | 2026-04-09 | Nskステアリング&コントロール株式会社 | Pinion shaft, electric power steering device, and method for manufacturing pinion shaft |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015085805A (en) | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 株式会社ジェイテクト | An intermediate shaft, an intermediate shaft manufacturing method, and an electric power steering apparatus. |
| WO2018235222A1 (en) | 2017-06-22 | 2018-12-27 | 日本精工株式会社 | Steering apparatus shaft, method of manufacturing steering apparatus shaft, and electric power steering apparatus |
| JP2021126968A (en) | 2020-02-13 | 2021-09-02 | 日立Astemo株式会社 | Method for manufacturing steering device |
| JP2022085813A (en) | 2020-11-27 | 2022-06-08 | 日本精工株式会社 | Intermediate shaft |
| JP2022176598A (en) | 2021-05-17 | 2022-11-30 | 株式会社キッツ | Valve actuator motor |
-
2023
- 2023-12-01 WO PCT/JP2023/043157 patent/WO2024117260A1/en not_active Ceased
- 2023-12-01 JP JP2024561722A patent/JP7756810B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015085805A (en) | 2013-10-30 | 2015-05-07 | 株式会社ジェイテクト | An intermediate shaft, an intermediate shaft manufacturing method, and an electric power steering apparatus. |
| WO2018235222A1 (en) | 2017-06-22 | 2018-12-27 | 日本精工株式会社 | Steering apparatus shaft, method of manufacturing steering apparatus shaft, and electric power steering apparatus |
| JP2021126968A (en) | 2020-02-13 | 2021-09-02 | 日立Astemo株式会社 | Method for manufacturing steering device |
| JP2022085813A (en) | 2020-11-27 | 2022-06-08 | 日本精工株式会社 | Intermediate shaft |
| JP2022176598A (en) | 2021-05-17 | 2022-11-30 | 株式会社キッツ | Valve actuator motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024117260A1 (en) | 2024-06-06 |
| JPWO2024117260A1 (en) | 2024-06-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20100113206A1 (en) | Eccentric oscillating type speed reducer and apparatus for rotating stabilizer shaft using the eccentric oscillating type speed reducer | |
| JP7756810B2 (en) | Electric power steering device, pinion shaft, and method for manufacturing pinion shaft | |
| JP4306903B2 (en) | Wheel bearing device | |
| US6637107B2 (en) | Method of manufacturing disk for variator | |
| US5829135A (en) | Method of joining a stationary pulley and shaft assembly for a continuously variable transmission | |
| JP2014105760A (en) | Attachment structure of ring gear | |
| JP2003074670A (en) | Input pinion shaft and manufacturing method of same | |
| WO2016052477A1 (en) | Electric actuator | |
| CN111322304B (en) | Method for manufacturing eccentric body shaft | |
| US11867283B2 (en) | Method of manufacturing a power transmission device | |
| JP6187280B2 (en) | Differential gear device and manufacturing method thereof | |
| JP5193659B2 (en) | Wheel bearing device | |
| JP5349912B2 (en) | Wheel bearing device and separation method thereof | |
| US12292083B2 (en) | Adjustable spacer with hardened ends | |
| JP7828854B2 (en) | Wheel bearing device | |
| JP5435102B2 (en) | Wheel bearing device | |
| US8661679B2 (en) | Bearing device for vehicle and method of manufacturing the same | |
| JP7492444B2 (en) | Manufacturing method of gear device | |
| JP2026061643A (en) | Gear structure, gear device, and method for manufacturing a gear structure | |
| JP2008309254A (en) | Toroidal continuously variable transmission assembly method and toroidal continuously variable transmission | |
| JP3692420B2 (en) | Wheel bearing device | |
| CN117261998A (en) | Rear wheel steering gear and vehicles having the same | |
| JP2010105472A (en) | Bearing device for wheel | |
| JP4978508B2 (en) | Rolling bearing unit | |
| JP2006057807A (en) | Ball screw support structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20250225 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250909 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251007 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7756810 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |