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審決分類 審判 訂正 特許請求の範囲の実質的変更 訂正する B62D
審判 訂正 ただし書き1号特許請求の範囲の減縮 訂正する B62D
審判 訂正 4項(134条6項)独立特許用件 訂正する B62D
審判 訂正 3項(134条5項)特許請求の範囲の実質的拡張 訂正する B62D
審判 訂正 ただし書き3号明りょうでない記載の釈明 訂正する B62D
管理番号 1342241
審判番号 訂正2018-390058  
総通号数 225 
発行国 日本国特許庁(JP) 
公報種別 特許審決公報 
発行日 2018-09-28 
種別 訂正の審決 
審判請求日 2018-03-15 
確定日 2018-06-29 
訂正明細書 有 
事件の表示 特許第5509869号に関する訂正審判事件について、次のとおり審決する。 
結論 特許第5509869号の明細書、特許請求の範囲を本件審判請求書に添付された訂正明細書、特許請求の範囲のとおり訂正することを認める。 
理由 第1.手続の経緯
本件特許第5509869号の請求項1に係る特許についての出願は、平成22年1月21日に特許出願され、平成26年4月4日にその特許権の設定登録がされ、そして、平成30年3月15日付けで本件訂正審判の請求がなされたものである。

第2.請求の趣旨
本件訂正審判の請求の趣旨は、特許第5509869号の明細書及び特許請求の範囲を、本件審判請求書に添付した訂正明細書及び特許請求の範囲のとおり訂正することを認める、との審決を求めるものである。

第3.本件訂正内容
本件訂正の内容は、次のとおりである。 なお、下線部分が訂正箇所である。
1.訂正事項1
本件特許の特許請求の範囲【請求項1】を、
「運転者の操舵により回転するステアリング軸と、前記ステアリング軸に連結され前記ステアリング軸の回転に伴って回転するピニオンと、前記ピニオンに噛み合うとともに車輪に連結されるラックと、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造するに際して、以下の6つの条件を満たすようにして前記ラックを製造することを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法。
条件A)軟化焼鈍しが施された鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、誘導加熱によって調質処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材が球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV200以上300以下である調質部が、前記非焼入れ部の外層部分に形成される。
条件E)前記調質部の深さ方向の長さは2mm以上10mm以下である。
条件F)前記ラックの歯が形成されている側の面から前記芯部に向かって前記表層部、前記調質部、前記非焼入れ部がこの順に形成される。」から、
「運転者の操舵により回転するステアリング軸と、前記ステアリング軸に連結され前記ステアリング軸の回転に伴って回転するピニオンと、前記ピニオンに噛み合うとともに車輪に連結されるラックと、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造するに際して、以下の6つの条件を満たすようにして前記ラックを製造することを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法。
条件A)軟化焼鈍しが施されたJIS G4051に規定されたS45C鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、誘導加熱によって調質処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材が球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV250以上261以下である調質部が、前記非焼入れ部の外層部分に形成される。
条件E)前記調質部の深さ方向の長さは5.5mm以上9.5mm以下である。
条件F)前記ラックの歯が形成されている側の面から前記芯部に向かって前記表層部、前記調質部、前記非焼入れ部がこの順に形成される。」と訂正する。

2.訂正事項2
本件特許の明細書の段落【0002】の「S35?S55C」との記載を「S35C?S55C」に訂正する。

3.訂正事項3
本件特許の明細書の段落【0006】の「以下の5つの条件」との記載を「以下の6つの条件」に訂正し、同段落【0007】の「条件A)軟化焼鈍しが施された鋼製の素材を、」との記載を「条件A)軟化焼鈍しが施されたJIS G4051に規定されたS45C鋼製の素材を、」に訂正し、同段落【0008】の「条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV200以上300以下である調質部が、」との記載を「条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV250以上261以下である調質部が、」に訂正し、同段落の「条件E)前記調質部の深さ方向の長さは2mm以上10mm以下である。」との記載を「条件E)前記調質部の深さ方向の長さは5.5mm以上9.5mm以下である。」に訂正し、同段落の末尾に「条件F)前記ラックの歯が形成されている側の面から前記芯部に向かって前記表層部、前記調質部、前記非焼入れ部がこの順に形成される。」との記載を追加する。

4.訂正事項4
本件特許の明細書の段落【0009】の「前記鋼は、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C?S55C及びSAE規格に規定された1035?1055のうちの1種であることが好ましく、0.35質量%以上0.55質量%以下の炭素を含有していることが好ましい。」との記載を削除する。

5.訂正事項5
本件特許の明細書の段落【0019】の「鋼の種類は特に限定されるものではないが、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C?S55C及びSAE規格に規定された1035?1055のうちの1種であり、0.35質量%以上0.55質量%以下の炭素を含有する鋼を用いることが好ましい。」との記載を、「鋼の種類は、日本工業規格JIS G4051に規定されたS45C及びSAE規格(Society of Automotive Engineers )に規定された1045である。」に訂正する。

6.訂正事項6
本件特許の明細書の段落【0020】の記載を削除する。

7.訂正事項7
本件特許の明細書の段落【0037】【表1】の「実施例1?12」を「参考例1?12」に訂正し、同段落【0039】【表3】の「実施例25?36」を「参考例25?36」に訂正し、以下に示すように、同段落【0038】【表2】の「実施例13?17及び21?24」を「参考例13?17及び21?24」に訂正し、同段落【0033】の「実施例を示して」との記載を「実施例及び参考例を示して」に訂正する。

【表2】


8.訂正事項8
本件特許の明細書の段落【0043】の「表1?6からわかるように、実施例のラックは、調質部の深さ方向の長さが2mm以上10mm以下で、且つ、調質部のビッカース硬さHVが200以上300以下である」との記載を「表1?6からわかるように、実施例のラックは、調質部の深さ方向の長さが5.5mm以上9.5mm以下で、且つ、調質部のビッカース硬さHVが250以上261以下である」に訂正する。

第4.当審の判断
1.訂正の目的の適否について
(1)訂正事項1について
訂正事項1の「軟化焼鈍しが施された鋼製の素材」を「軟化焼鈍しが施されたJIS G4051に規定されたS45C鋼製の素材」とする訂正は、請求項1に記載した発明を特定するために必要な事項である「鋼製の素材」の材質を限定するものであるから特許請求の範囲の減縮を目的とするものであり、訂正事項1の「硬さがHV200以上300以下である調質部」を「硬さがHV250以上261以下である調質部」とする訂正及び「調質部の深さ方向の長さは2mm以上10mm以下」を「調質部の深さ方向の長さは5.5mm以上9.5mm以下」とする訂正は、請求項1に記載した発明を特定するために必要な事項である「調質部」の「硬さ」及び「深さ方向の長さ」の数値範囲をさらに減縮するものであるから特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
したがって、訂正事項1は特許法第126条第1項ただし書第1号に規定する特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。

(2)訂正事項2について
訂正事項2は「S35?S55C」との記載を「S35C?S55C」に訂正するものであるから、特許法第126条第1項ただし書第3号に規定する「明瞭でない記載の釈明」を目的とするものである。

(3)訂正事項3?8について
訂正事項3?8は、訂正事項1に係る訂正に伴って訂正された特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明との整合を図るためのものである。さらに、訂正事項5では、SAE規格について、「(Society of Automotive Engineers )」との用語の説明を加えて明瞭化している。
したがって、訂正事項3?8は、特許法第126条第1項ただし書第3号に規定する「明瞭でない記載の釈明」を目的とするものである。

2.新規事項の追加の有無について
(1)訂正事項1について
ア.訂正事項1の「軟化焼鈍しが施された鋼製の素材」を「軟化焼鈍しが施されたJIS G4051に規定されたS45C鋼製の素材」とする訂正は、願書に添付した明細書(以下「本件明細書」という。さらに、特許請求の範囲又は図面を併せたものを「本件明細書等」という。)の段落【0019】に「このラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ラック21は鋼で構成されている。鋼の種類は特に限定されるものではないが、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C?S55C及びSAE規格に規定された1035?1055のうちの1種であり、0.35質量%以上0.55質量%以下の炭素を含有する鋼を用いることが好ましい。」と記載され、同段落【0020】には、「例えば、日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C,S38C,S40C,S43C,S45C,S48C,S50C,S53C,S55Cや、SAE規格(Society of Automotive Engineers )に規定された1035,1037,1038,1039,1040,1042,1043,1044,1045,1046,1049,1050,1053,1055が好ましい。」(下線は当審において付与したものである。)と記載され、鋼の素材としてJIS G4051に規定されたS45Cが例示されていること、同段落【0038】の【表2】の各実施例において「鋼の種類」として「S45C」と記載されているから、「鋼製の素材」の具体的態様として「JIS G4051に規定されたS45C」が記載されているといえる。

イ.本件明細書の段落【0043】の「表1?6からわかるように、実施例のラックは、調質部の深さ方向の長さが2mm以上10mm以下で、且つ、調質部のビッカース硬さHVが200以上300以下であるため、優れた耐衝撃性及び静的強度を有していて破断に至らなかった。」との記載によれば、「ビッカース硬さHVが200以上300以下」で「深さ方向の長さが2mm以上10mm以下で」ある調質部が形成される場合には、所定の効果が得られるから、その数値範囲に入っている「硬さがHV250以上261以下」で「深さ方向の長さは5.5mm以上9.5mm以下である」調質部が形成される場合であっても当該所定の効果が得られるものである。
また、上記【表2】の「鋼の種類」を「S45C」とする実施例13?24は、「深さ方向の長さ(mm)」及び「硬さHV」の数値が、実施例18では「5.5」及び「253」であり、実施例19では「7.4」及び「261」であり、実施例20では「9.5」及び「250」であるから、これら3つの実施例18?20の「深さ方向の長さ(mm)」及び「硬さHV」の数値に基づけば、硬さがHV250以上261以下であり、深さ方向の長さは5.5mm以上9.5mm以下という数値範囲が導かれるものといえるので、本件明細書等のすべての記載を総合することにより導かれる技術的事項との関係において、新たな技術的事項を導入するものではない。
したがって、当該訂正事項1は、本件明細書等に記載した事項の範囲内の訂正であり、特許法第126条第5項の規定に適合するものである。

(2)訂正事項2について
本件明細書の段落【0037】の表2には「鋼の種類」として「S35C」を用いるものが実施例1?12に示されているから、「S35?S55C」との記載を「S35C?S55C」とする訂正は、本件明細書等に記載した事項の範囲内の訂正であり、特許法第126条第5項の規定に適合するものである。

(3)訂正事項3?8について
上記(1)で検討したとおり、訂正事項1は、本件明細書等に記載した事項の範囲内の訂正であるから、訂正事項1に係る訂正に伴って本件明細書を訂正する訂正事項3?8は訂正事項1と同様に、本件明細書等に記載した事項の範囲内の訂正であり、特許法第126条第5項の規定に適合するものである。

3.特許請求の範囲の実質上の拡張・変更の存否について
(1)訂正事項1について
訂正事項1は、特許請求の範囲の減縮を目的とするものであり、かつ、カテゴリーや対象、目的を変更するものではない。また、特許請求の範囲の減縮により新たな効果を奏するものでもないから、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものには該当せず、特許法第126条第6項の規定に適合するものである。

(2)訂正事項2について
訂正事項2は、「明瞭でない記載の釈明」を目的とするものであり、新規事項を導入するものでもないから、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものには該当せず、特許法第126条第6項の規定に適合するものである。

(3)訂正事項3?8について
訂正事項3?8は、訂正事項1に係る訂正に伴って本件明細書を訂正するものであるから、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものには該当せず、特許法第126条第6項の規定に適合するものである。

4.独立特許要件について
上記訂正事項1による訂正後における特許請求の範囲の請求項1に記載されている事項により特定される発明について、特許出願の際独立して特許を受けることができないとする理由は見いだせないから、上記訂正事項1の訂正は、特許法第126条第7項の規定に適合する。

第5.むすび
以上のとおりであるから、本件審判の請求に係る訂正は、特許法第126条第1項ただし書第1号及び第3号に掲げる事項を目的とするものであり、かつ、同条第5項ないし第7項の規定に適合する。
よって、結論のとおり審決する。
 
発明の名称 (54)【発明の名称】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車等に用いられるラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
乗用車においては、ステアリング軸の回転を左右の転舵輪の運動に変換する機構として、高剛性且つ軽量であることから、ラックアンドピニオン機構が主に用いられている。そして、ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックは、中炭素鋼材(例えば日本工業規格JIS G4051に規定されたS35C?S55Cに相当する鋼材)で構成され、通常は以下のようにして製造される。すなわち、中炭素鋼材を圧延して得た棒状素材に焼入れ,焼戻しを施した後に、ピニオンの歯と噛み合う歯を切削加工により形成し、この歯に高周波焼入れ処理を施す。このようにラックは切削加工により成形されるため、製造に多くの手間や時間を要し高コストであるという難点があった。
【0003】
そこで、ラックを冷間鍛造等の塑性加工により成形する方法がある(特許文献1を参照)。塑性加工によれば、切削加工に比べて製造に多くの手間や時間を必要としないため、製造コストが低減される。また、近年においては、棒状素材に代えてパイプのような管状素材を素材として用いて、ラックを塑性加工により成形することが提案されている。ラックを管状素材から製造することにより、自動車の軽量化が達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007-144433号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年においては自動車の使用条件は厳しくなっており、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に求められる性能も年々高くなってきている。例えば、自動車が縁石等に乗り上げることにより衝撃や応力が入力された場合でも、破損が生じないような優れた耐衝撃性及び静的強度をラックが有していることが要求されている。
しかしながら、冷間鍛造の後に高周波焼入れが施されて製造されたラックは、非焼入れ部である芯部が冷間鍛造により加工硬化しているため、耐衝撃性が不十分である場合があった。そのため、自動車が縁石等に乗り上げることにより衝撃や応力がラックに入力されると、脆性的破壊が生じて破損するおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、使用時に衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくいラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法は、運転者の操舵により回転するステアリング軸と、前記ステアリング軸に連結され前記ステアリング軸の回転に伴って回転するピニオンと、前記ピニオンに噛み合うとともに車輪に連結されるラックと、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造するに際して、以下の6つの条件を満たすようにして前記ラックを製造することを特徴とする。
【0007】
条件A)軟化焼鈍しが施されたJIS G4051に規定されたS45C鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、誘導加熱によって調質処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材が球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
【0008】
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV250以上261以下である調質部が、前記非焼入れ部の外層部分に形成される。
条件E)前記調質部の深さ方向の長さは5.5mm以上9.5mm以下である。
条件F)前記ラックの歯が形成されている側の面から前記芯部に向かって前記表層部、前記調質部、前記非焼入れ部がこの順に形成される。
【0009】
ラックの芯部(非焼入れ部)は冷間鍛造により加工硬化して靱性が不十分であるが、冷間鍛造の後の誘導加熱による調質処理により、調質組織を有し且つ適度な硬さの調質部が非焼入れ部の外層部分に形成されるため、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法により得られたラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックは、優れた耐衝撃性及び静的強度を有している。ラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックには大きな衝撃や応力が入力される場合があるが、ラックの耐衝撃性及び静的強度(特に曲げ強度)が優れているため、大きな衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくい。
【0010】
ここで、前記各条件について説明する。
〔条件Bについて〕
素材を冷間鍛造でラックの形状に成形するにあたっては、十分な塑性加工性が必要であるので、まず素材に軟化焼鈍しを施す必要がある。軟化焼鈍しが不十分であると、冷間鍛造の際に変形抵抗が大きくなったり、割れが発生するおそれがあるが、その原因としては、組織においてパーライトが発生したり、炭化物の球状化が不十分であることが考えられる。よって、冷間鍛造に供する素材の組織を、球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする必要がある。
【0011】
〔条件Dについて〕
調質部の硬さがHV200未満であると、調質組織が不適で非焼入れ部の靱性が不十分となるため、ラックの耐衝撃性及び静的強度が不十分となる。その結果、ラックに大きな衝撃や応力が入力された場合に、ラックに損傷が生じるおそれがある。一方、調質部の硬さがHV300超過であると、硬すぎるため非焼入れ部の靱性が不十分となる。よって、ラックに大きな衝撃や応力が入力された場合に、ラックに損傷が生じるおそれがある。
【0012】
〔条件Eについて〕
調質部の深さ方向の長さが2mm未満であると、曲げ応力等の負荷により発生したクラックが容易に調質部を貫通してクラックが伝播するため、ラックに大きな衝撃や応力が入力された場合に、ラックに損傷が生じるおそれがある。一方、調質部の深さ方向の長さが10mm超過となるような調質処理を施すと、ラック全体の熱処理変形が問題となるおそれがある。
〔鋼中の炭素の含有量について〕
炭素の含有量が0.35質量%未満であると、ラックに形成されている歯の表面硬さが不十分となるおそれがある。一方、0.55質量%超過であると、鋼の加工性が不十分となるおそれがある。
【発明の効果】
【0013】
本発明のラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法によれば、使用時に衝撃や応力が入力されてもラックに損傷が生じにくいラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】ラックアンドピニオン式ステアリング装置の構造を説明する図である。
【図2】棒状素材に冷間鍛造を施してラックの形状に成形する工程を説明する図である。
【図3】管状素材に冷間鍛造を施してラックの形状に成形する工程を説明する図である。
【図4】ラックの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法により製造されたラックアンドピニオン式ステアリング装置の構造を説明する図である。
ステアリングホイール10が上端部に固定されたステアリング軸11が、ステアリング軸用ハウジング12の内部に、軸心を中心に回転自在に支承されている。また、ステアリング軸用ハウジング12は、下部を車両の前方に向けて傾斜させた姿勢で、車室内部の所定位置に固定されている。
【0016】
ステアリング軸11の回転を左右の転舵輪15,15の運動に変換するラックアンドピニオン機構は、軸方向に移動可能なラック21と、ラック21の軸心に対して斜めに支承されラック21の歯に噛み合う歯を備えたピニオン22と、ラック21及びピニオン22を支承する筒状のラック用ハウジング23と、で構成されている。そして、ラックアンドピニオン機構は、その長手方向が車両の幅方向に沿うようにして、車両の前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置されている。
【0017】
また、ピニオン22の上端部とステアリング軸11の下端部とは、2個の自在継手25,26を介して連結されている。さらに、ラック21の両端部には、転舵輪15,15が連結されている。
運転者によってステアリングホイール10に操舵トルク(回転力)が加えられると、ステアリング軸11が回転し、このステアリング軸11の回転に伴ってピニオン22が回転する。そして、このピニオン22の回転がラックアンドピニオン機構によってラック21の左右方向のスライド運動に変換され、転舵輪15,15が駆動されて自動車が操舵される。
【0018】
なお、本実施形態のラックアンドピニオン式ステアリング装置には、いわゆるパワーステアリング機構を設けてもよい。すなわち、前記操舵トルクは、ステアリング軸11に取り付けられた図示しないトーションバーにより検出され、検出された操舵トルクに基づいて、電動モータ13の出力(操舵を補助する回転力)が制御される。電動モータ13の出力は、ステアリング軸11の中間部分に供給され(ピニオン22に供給されるようにしてもよい)、前記操舵トルクと合わされて、ラックアンドピニオン機構によって転舵輪15,15を駆動する運動に変換される。
【0019】
このラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ラック21は鋼で構成されている。鋼の種類は、日本工業規格JIS G4051に規定されたS45C及びSAE規格(Society of Automotive Engineers)に規定された1045である。
【0020】(削除)
【0021】
そして、ラック21は、上記のような鋼からなる棒状素材又は管状素材(以降は素材と記すこともある)に軟化焼鈍しを施した後に、冷間鍛造によりラック形状に成形し、さらに調質処理,高周波焼入れ,及び焼戻しを該順序で施すことにより製造されている。
調質処理は、誘導加熱で焼入れ及び焼戻しすることにより行う。そして、この調質処理によって、調質組織を有する調質部が形成される。調質処理後の高周波焼入れによって、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成され、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成されるが、この調質部は非焼入れ部の外層部分に形成される。
【0022】
以下に、ラック21の製造方法について、さらに詳細に説明する。まず、鋼で構成された棒状素材又は管状素材に、軟化焼鈍しを施す。軟化焼鈍しの条件の一例を示す。素材をA1変態点以上の740?860℃で0.1h以上保持した後に、20?70℃/hの冷却速度で680?720℃に降温して該温度で1?5h保持する。続いて、10?100℃/hの冷却速度で620?680℃に降温し、さらに10?150℃/hの冷却速度で500?560℃に降温する。
【0023】
上記のような軟化焼鈍しにより、素材のビッカース硬さは、例えばHV200以下となる。よって、素材は十分な塑性加工性を有しているので、この後の冷間鍛造を問題なく行うことができる。また、上記のような軟化焼鈍しにより、冷間鍛造に供する素材の組織を球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織としている。よって、この後の冷間鍛造において、変形抵抗が大きくなったり割れが発生することが抑制される。
【0024】
次に、軟化焼鈍しを施した素材に、図2,3のように冷間鍛造を施し、所定の形状に成形する。まず、断面円形の中実棒状素材を冷間鍛造により成形した例について、図2を参照しながら説明する。
まず、断面円弧状の溝32aが形成されたダイス32の上に中実棒状素材31を載置する。この溝32aの曲率半径は中実棒状素材31の半径よりも大として、この溝32a内に中実棒状素材31を配する(図2の(a)を参照)。そして、中実棒状素材31に上方からパンチ33を押し当て、パンチ33を下方に押圧することにより、中実棒状素材31を溝32a内に密着させ変形させる。パンチ33の中実棒状素材31との接触面は平面状であるため、中実棒状素材31に平面部31aが形成される(図2の(b)を参照)。これにより、中実棒状素材31は平面部31aと円筒面部31bとを有するような形状となる。なお、パンチ33の中実棒状素材31との接触面は平面状に限らず、テーパを有していてもよい。
【0025】
次に、前述の溝32aよりも深い溝34aが形成されたダイス34を用意し、円筒面部31bを下方(溝34aの底側)に向けて中実棒状素材31を該溝34a内に配する。この時、この溝34aの幅は、中実棒状素材31の直径よりも僅かに小さく設計されているので、中実棒状素材31は溝34a内に完全には収容されない(図2の(c)を参照)。そして、歯溝35aを有するパンチ35を中実棒状素材31の平面部31aに押し当て、パンチ35を下方に押圧すると、中実棒状素材31がダイス34の溝34a内に押し込められる。その際には、中実棒状素材31の両側(ダイス34の溝34aの側壁に接触する部分)がしごかれて変形し、互いに平行な平面となるとともに、歯溝35aに対応する歯31cが中実棒状素材31の平面部31aに形成される(図2の(d)を参照)。そして、中実棒状素材31の両側のしごかれた分の肉が歯31cに供給され、歯31cの形状がより大きくなる。
【0026】
次に、断面略矩形の溝36aが形成されたダイス36と、断面円弧状の溝37aが形成されたパンチ37と、を用意する。ダイス36に形成された溝36aの底面には、中実棒状素材31の平面部31aに形成された歯31cに対応する歯溝36bが形成されている。一方、パンチ37に形成された溝37aは、中実棒状素材31の円筒面部31bに対応する形状となっている。
【0027】
ダイス36に形成された溝36a内に中実棒状素材31を配すると、溝36aの幅が中実棒状素材31の直径よりも僅かに小さいために中実棒状素材31は溝36a内に完全には収容されないが(図2の(e)を参照)、中実棒状素材31に上方からパンチ37を押し当て下方に押圧すると、中実棒状素材31がダイス36の溝36a内に押し込められ、中実棒状素材31の形状が整えられる。中実棒状素材31の両側(ダイス36の溝36aの側壁に接触する部分)は平面となっているので、中実棒状素材31をダイス36の溝36a内に押し込めた際に余肉が生じない(図2の(f)を参照)。
【0028】
次に、断面円形の管状素材41を冷間鍛造により成形した例について、図3を参照しながら説明する。なお、図3においては、図2と同一又は相当する部分には、図2と同一の符号を付してある。成形方法は中実棒状素材31と全く同様であるので、詳細な説明は省略するが、管状素材41を冷間鍛造により成形する際には、その中空孔42に、該中空孔42の直径とほぼ同径の別部材43を入れておくとよい。最初に変形させた段階(図3の(b)を参照)で、中空孔42内に別部材43が充填され、管状素材41と別部材43とが一体化される。
【0029】
次に、上記のようにしてラックの形状に成形された素材のうち歯が形成されている側の面に、誘導加熱によって調質処理を施す。調質処理の条件は特に限定されるものではないが、例えば、800℃以上900℃以下の焼入れを施した後に、600℃以上720℃以下の焼戻しを施すというものがあげられる。このような調質処理により、素材の表面から所定深さ位置までの部分に熱処理が施され、該部分に、調質組織(トルースタイト又はソルバイト)を有し且つ硬さがHV200以上300以下である調質部が形成される。
【0030】
さらに、調質処理を施した素材のうち歯が形成されている側の面及びその反対側の面に高周波焼入れを施すと、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成され、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。高周波焼入れの条件は特に限定されるものではないが、例えば、出力電流220?270A、周波数100kHz、加熱時間3?5秒、冷却時間10?15秒のような条件があげられる。
【0031】
この高周波焼入れにより、素材の表面に形成されていた調質部のうち表面側部分には焼入れが施され、焼入れにより調質組織は変性するので、調質部の表面側部分は前記表層部となる。一方、前記調質部のうち内側部分には焼入れは施されず調質組織や硬さは維持されるので、調質部の内側部分は非焼入れ部となる。よって、非焼入れ部の外層部分に調質部が形成されている構造となる(図4を参照)。この調質部の深さ方向の長さDcは、2mm以上10mm以下とされている。
【0032】
そして、最後に焼戻しを施したら、研削仕上げや超仕上げを施して、ラック21を完成した。調質処理の後に高周波焼入れ及び焼戻しが施されるが、調質部のうち前記内側部分については、前記組織及びビッカース硬さは高周波焼入れ及び焼戻しの前の状態が維持される。
このようにして製造されたラック21を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラック21が優れた耐衝撃性及び静的強度を有しているので、使用時に大きな衝撃や応力が入力されてもラック21に損傷が生じにくい。
【0033】
〔実施例〕
以下に、実施例及び参考例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。日本工業規格JISに規定のS35C,S45C,又はS55Cで構成された直径26.5mmの丸棒素材に、前述の例と同様の条件の軟化焼鈍しを施した。そして、この軟化焼鈍しにより、素材の組織を球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織とした。
このような素材に、図2に示したような冷間鍛造を施して、ラックの形状に成形した。そして、素材のうち歯が形成されている側の面に、調質処理を施した。なお、調質処理は以下のようにして行った。まず、リング状コイルに素材を挿通し、誘導加熱により800℃以上900℃以下に加熱した後に、水溶液を用いて冷却することにより焼入れを施し、次に、誘導加熱により600℃以上720℃以下の焼戻しを施した。
【0034】
次に、素材のうち歯が形成されている側の面及びその反対側の面に高周波焼入れを施した。この高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。その結果、図4に示すように、非焼入れ部の外層部分に、調質組織を有する調質部が形成されている構造となる。高周波焼入れの条件は、以下の通りである。
【0035】
焼入れ方法:通電加熱法
出力電流 :250A
周波数 :100kHz
加熱時間 :4.5秒
冷却時間 :10秒
冷媒 :ソリュブル油と水の混合溶媒
最後に焼戻しを行って、ラックを完成した。
【0036】
調質部の深さ方向の長さと、調質部のビッカース硬さHVとを、表1?6に示す。調質部の深さ方向の長さは、歯と歯の間の谷部でラックを切断して切断面を鏡面仕上げし、5%ナイタルで腐食した後に金属顕微鏡で観察することにより測定した。また、調質部のビッカース硬さHVは、歯と歯の間の谷部でラックを切断して切断面に調質部を露出させて測定した。測定箇所は、調質部の深さ方向中央部とした。なお、これらの測定は高周波焼入れ後に行った。
【0037】
【表1】

【0038】
【表2】

【0039】
【表3】

【0040】
【表4】

【0041】
【表5】

【0042】
【表6】

【0043】
このようにして得られたラックに曲げ応力を負荷し、脆性破壊が生じるか否かを試験した。すなわち、ラックをラックアンドピニオン式ステアリング装置に組み込んで、ステアリングホイールを回転させてラックをフルストロークまで移動させ、ラックの支持部材から最も離れたラックの端部に曲げ荷重を負荷した。
結果を表1?6に示す。なお、表1?6においては、表層部で発生した亀裂が内部にまで進展しラックが破断した場合は×印で示し、亀裂が途中で止まり破断に至らなかった場合は○印で示してある。
表1?6からわかるように、実施例のラックは、調質部の深さ方向の長さが5.5mm以上9.5mm以下で、且つ、調質部のビッカース硬さHVが250以上261以下であるため、優れた耐衝撃性及び静的強度を有していて破断に至らなかった。
【符号の説明】
【0044】
11 ステアリング軸
21 ラック
22 ピニオン
31 棒状素材
41 管状素材
(57)【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、前記ステアリング軸に連結され前記ステアリング軸の回転に伴って回転するピニオンと、前記ピニオンに噛み合うとともに車輪に連結されるラックと、を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置を製造するに際して、以下の6つの条件を満たすようにして前記ラックを製造することを特徴とするラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法。
条件A)軟化焼鈍しが施されたJIS G4051に規定されたS45C鋼製の素材を、冷間鍛造で所定の形状に成形した後に、誘導加熱によって調質処理を施し、さらに高周波焼入れを施して前記ラックを製造する。
条件B)前記軟化焼鈍しにより、前記冷間鍛造前の前記素材が球状セメンタイト,針状セメンタイト,及びフェライトを含有する組織を有するようにする。
条件C)前記高周波焼入れにより、焼入れが施され硬化された表層部が表面に形成されるとともに、焼入れが施されていない非焼入れ部が芯部に形成される。
条件D)前記調質処理により、調質組織を有し且つ硬さがHV250以上261以下である調質部が、前記非焼入れ部の外層部分に形成される。
条件E)前記調質部の深さ方向の長さは5.5mm以上9.5mm以下である。
条件F)前記ラックの歯が形成されている側の面から前記芯部に向かって前記表層部、前記調質部、前記非焼入れ部がこの順に形成される。
 
訂正の要旨 審決(決定)の【理由】欄参照。
審理終結日 2018-06-05 
結審通知日 2018-06-07 
審決日 2018-06-21 
出願番号 特願2010-11294(P2010-11294)
審決分類 P 1 41・ 851- Y (B62D)
P 1 41・ 854- Y (B62D)
P 1 41・ 856- Y (B62D)
P 1 41・ 855- Y (B62D)
P 1 41・ 853- Y (B62D)
最終処分 成立  
前審関与審査官 岡▲さき▼ 潤  
特許庁審判長 氏原 康宏
特許庁審判官 島田 信一
仁木 学
登録日 2014-04-04 
登録番号 特許第5509869号(P5509869)
発明の名称 ラックアンドピニオン式ステアリング装置の製造方法  
代理人 松山 美奈子  
代理人 松山 美奈子  

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