(57)【要約】  本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリングに用いられるねじ歯車伝動装置に関する。当該ねじ歯車伝動装置は、出力側でラックと噛み合っているピニオンと、該ピニオンに入力側で相対回動不能に配置されたねじ歯車とから成っており、該ねじ歯車には、操舵力および／または操舵補助力により生ぜしめられたトルクが作用する。ねじ歯車は、組み立てられた歯車として形成されていて、歯付きリングを有しており、この歯付きリングは、当該ねじ歯車伝動装置もしくはそのピニオンの軸方向で見て、第１第２の２つのフランジの間に配置されている。この場合、歯付きリングは前記両フランジのうちの第１のフランジに形成されたハブに押し被されて、両フランジと形状接続の形で嵌め合わされている。公知先行技術とは異なり、本発明によれば、組み立てられたねじ歯車を形成する全てのコンポーネントが単にプレス嵌めの形でピニオンに押し被されているわけではない。それどころか、両フランジのうちの第１のフランジ、つまり歯付きリングのためのハブを有する方のフランジが、ピニオンと一体を成すように形成されている。
2009528484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックアンドピニオン式ステアリングに用いられるねじ歯車伝動装置であって、出力側でラックと噛み合っているピニオン（１）と、該ピニオン（１）に入力側で相対回動不能に配置されたねじ歯車（２，３，４）とが設けられており、該ねじ歯車（２，３，４）に、操舵力および／または操舵補助力により生ぜしめられたトルクが作用するようになっており、該ねじ歯車（２，３，４）が、第１第２の２つのフランジ（３，４）と、両フランジ（３，４）の間に配置された１つの歯付きリング（２）とから成る、組み立てられた歯車として形成されており、前記歯付きリング（２）が、前記両フランジのうちの第１のフランジ（３）に形成されたハブ（５）に押し被されていて、両フランジ（３，４）と形状接続の形で嵌め合わされている形式のものにおいて、ハブ（５）を有する第１のフランジ（３）が、ピニオン（１）と一体を成すように形成されてい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に用いられるねじ歯車伝動装置。
【請求項２】
ピニオン（１）が金属から成っており、該ピニオン（１）を取り囲むように、ハブ（５）を備えた第１のフランジ（３）がプラスチックにより射出成形されて、ピニオン（１）と一体を成すように固着されている、請求項１記載のねじ歯車伝動装置。
【請求項３】
ピニオン（１）とハブ（５）とが金属から成っており、該ピニオン（１）と該ハブ（５）とを一緒に取り囲むように第１のフランジ（３）がプラスチックにより射出成形されて、ピニオン（１）およびハブ（５）と一体を成すように固着されている、請求項１記載のねじ歯車伝動装置。
【請求項４】
ピニオン（１）と一体を成すように形成された第１のフランジ（３）と、該第１のフランジ（３）に軸方向の一方の側面で接触している歯付きリング（２）と、該歯付きリング（２）の軸方向の他方の側面に配置された第２のフランジ（４）とが、１つのクランプリング（６）によって結束され、かつ一緒になって所定の軸方向位置でかつ相対回動不能にピニオン（１）に位置固定されており、該クランプリング（６）が、該ピニオン（１）と一体を成すように形成された第１のフランジ（３）とは反対の側に位置する軸方向の側でピニオン（１）に押し被されて、ピニオン（１）の外周面に沿って環状に設けられた溝（７）または金属から成るハブ（５）の場合には該ハブ（５）の外周面に沿って環状に設けられた溝と係合されており、これにより前記クランプリング（６）が、軸方向（ａ）で、第２のフランジ（４）の、歯付きリング（２）とは反対の側の軸方向の外面に押圧されており、両フランジ（３，４）の軸方向の内側の側面に形成された、軸方向（ａ）で歯付きリング（２）に向かって延びる隆起部もしくは凸部（８，８´）が、歯付きリング（２）の軸方向の両側面に形成された凹部（９，９´）と係合しているか、または両フランジ（３，４）の軸方向の内側の側面に形成された凹部が、歯付きリング（２）の軸方向の両側面に形成された、軸方向（ａ）で各フランジ（３，４）に向かって延びる隆起部もしくは凸部と係合している、請求項２または３記載のねじ歯車伝動装置。
【請求項５】
各フランジ（３，４）と歯付きリング（２）との間にそれぞれ環状のエラストマ製の減衰エレメント（１０，１０´）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のねじ歯車伝動装置。
【請求項６】
各フランジ（３，４）と歯付きリング（２）との間に、減衰エレメントとしてエラストマ材料から成るＯリング（１０，１０´）が配置されており、該Ｏリング（１０，１０´）が、その周面に沿って半径方向（ｒ）で外方へ向かって突設された複数の突出部（１１，１１´）を有しており、該突出部（１１，１１´）が、各フランジ（３，４）および／または歯付きリング（２）に軸方向に突設された複数の隆起部もしくは凸部（１２）の間隙に突入している、請求項１から４までのいずれか１項記載のねじ歯車伝動装置。
【請求項７】
歯付きリング（２）と第１のフランジ（３）とが、少なくともハブ（５）は別として、プラスチックから成っており、第２のフランジ（４）が金属から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載のねじ歯車伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリングに用いられるねじ歯車伝動装置（Schraubradgetriebe）であって、当該ねじ歯車伝動装置によって操舵力または操舵補助力が、自動車の操舵したいホイールに作用結合されているラックに伝達されるようになっている形式のものに関する。この場合、当該ねじ歯車伝動装置によって、操舵力または操舵補助力により生ぜしめられたトルクがラックの並進的な運動に変換され、この並進的な運動は次いで旋回支承部を介してホイールの旋回運動に変換される。相応する伝動装置は、主としてねじ歯車とピニオンとから成っており、ねじ歯車には、操舵力または操舵補助力により生ぜしめられたトルクが作用し、ピニオンは前記運動を出力側でラックへ伝達し、この場合、ねじ歯車は入力側で相対回動不能にピニオンに配置されている。
【０００２】
相応する装置は、たとえば欧州特許第１３３９５９６号明細書に記載されている。同欧州特許明細書に開示されている装置では、特にウォーム歯車として形成されたねじ歯車が、組み立てられた歯車（gebaut. Zahnrad）によって実現されている。要求された強度を得るためにしばしば金属のコンポーネントを有しているが、しかし特にそれと同時に高い回転安定性を得るためにプラスチックから成る歯付クラウンもしくは歯付きリング（Zahnkranz）を有している、組み立てられた歯車は、基本的に知られている。このような組み立てられた歯車はさらに、たとえば国際公開第２００１／４４６９４号パンフレットに記載されている。
【０００３】
しかし、上記国際公開パンフレットに記載されている、組み立てられた歯車に比べて、前記欧州特許第１３３９５９６号明細書に基づき公知のねじ歯車、ならびにあとで公開された国際公開第２００５／０３８３０３号パンフレットに開示されている、組み立てられた歯車には、これらの歯車がセルフセンタリング機能を有しているという利点がある。これらの歯車の場合、歯付きリングと共にねじ歯車を形成する外側の両ディスクが、軸方向に向けられた複数の突出部を有しており、これらの突出部は歯付きリングを貫通して、それぞれ反対の側に位置する他方の外側のディスクに設けられた、対応する凹部内に係合している。これにより、セルフセンタリングが達成される。このセルフセンタリングは改善された力伝達をもたらすと共に、ねじ歯車の組立てを容易にもする。しかし、前で述べた全ての解決手段にとって共通しているのは、組み付けられたねじ歯車もしくは歯車が、ラックアンドピニオン式ステアリングのステアリング変速機における使用のためには、対応するピニオンに被せ嵌められなければならないことである。ねじ歯車とピニオンとの間に必要となる所要の相対回動不能な結合に関して言えば、このことは各部分の狭い形状・位置誤差の維持を条件としているので、場合によってはそれにもかかわらず誤差が生じる。このような誤差は後加工あるいはそれどころか廃棄をもたらす結果となり、これにより製作コストが増大するという不都合が生じる。さらに、組み立てられたねじ歯車とピニオンとから成るステアリング変速機を実現するための組立て手間は相変わらず比較的高い。
【０００４】
欧州特許第１３３９５９６号明細書に記載の解決手段では、ねじ歯車の両外側のディスクもしくは両外側のフランジと、ねじ歯車の歯付きリングとの間に、弾性的な材料から成る環状のスペーサが配置されている。これらのスペーサは同欧州特許明細書の記述によれば、軸方向、半径方向ならびに接線方向においてある程度の緩衝作用を有しているとされている。しかし、全周にわたって分配されて配置されかつ半径方向に起立した複数の突出部を備えたフラットリングとして形成されている前記スペーサの減衰作用はむしろ小さいことが判った。その形状および小さな材料厚さに基づき、同欧州特許明細書に開示されているスペーサは基本的に、個々の方向における識別特性に意図的に影響を与えることができない。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、ラックアンドピニオン式ステアリングに用いられるねじ歯車伝動装置を改良して、特に、当該ねじ歯車伝動装置を形成する構成部分の形状・位置誤差を減少させることができるか、もしくは該誤差を部分的に回避することのできるようなねじ歯車伝動装置を提供することである。さらに、相応するねじ歯車伝動装置が単純な構造を有していて、このような単純な構造により組立て手間が減少することが望まれる。さらに、提供したい解決手段により、有利には、ねじり方向および半径方向の減衰特性に関する減衰特性線に意図的に影響を与えることが可能になることも望まれる。
【０００６】
上記課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有するねじ歯車伝動装置、つまりハブを有する第１のフランジが、ピニオンとワンピースを成すように、つまりピニオンと一体を成すように形成されていることを特徴とするねじ歯車伝動装置により解決される。本発明の有利な構成もしくは改良形は請求項２以下に記載されている。
【０００７】
上記課題を解決するために提案された、ラックアンドピニオン式ステアリングに用いられるねじ歯車伝動装置は、基本的に公知であるように、出力側でラックと噛み合っているピニオンと、該ピニオンに入力側で相対回動不能に配置されたねじ歯車とを有しており、該ねじ歯車には、操舵力および／または操舵補助力により生ぜしめられたトルクが作用する。このねじ歯車は組み立てられた歯車として形成されていて、１つの歯付クラウンもしくは歯付きリングを有しており、この歯付きリングは、当該ねじ歯車伝動装置もしくはそのピニオンの軸方向で見て、第１第２の２つのフランジの間に配置されている。この場合、歯付きリングは前記両フランジのうちの一方のフランジ（以下、「第１のフランジ」と呼ぶ）に形成されたハブに押し被されて、両フランジと形状接続、つまり係合に基づいた嵌合の形で嵌め合わされている。既に述べたように、ねじ歯車は当該ねじ歯車伝動装置の機能に応じた構造のために、ピニオンに、しかもラックと噛み合った側とは反対の側で、相対回動不能に配置されている。しかし、公知先行技術とは異なり、本発明によれば、組み立てられたねじ歯車を形成する全てのコンポーネントが単にプレス嵌めの形でピニオンに押し被されているわけではない。それどころか、両フランジのうちの第１のフランジ、つまり歯付きリングのためのハブを有する方のフランジが、ピニオンと一体を成すように形成されている。このような一体的な形成により、ピニオンにおける第１のフランジの相対回動不能な配置が強制的に与えられている。組み立てられたねじ歯車のその他のコンポーネントと前記第１のフランジとの形状接続的な結合、つまり係合に基づいた嵌合による結合に基づき、ねじ歯車全体がピニオンに相対回動不能に配置されている。
【０００８】
可能となる有利な１実施態様では、ピニオンが金属から成っており、このピニオンと第１のフランジおよび該第１のフランジに形成されたハブとの一体的なアッセンブリを実現するために、第１のフランジおよびハブのプラスチック射出成形プロセスの際に、第１のフランジおよびハブを形成するためのプラスチックが、ピニオンを取り囲んで該ピニオンに一体的に固着するように射出成形される。別の実施態様では、ハブも金属から成っており、この場合、第１のフランジのプラスチック射出成形プロセスの際に、第１のフランジを形成するためのプラスチックが、ピニオンと、あとからハブを形成する金属リングとを一緒に取り囲んで該ピニオンに一体的に固着するように射出成形される。この場合、第１のフランジを形成するディスクはハブを形成する金属リングによって完全には貫通されない。
【０００９】
本発明の特に有利な実施態様は、ねじ歯車を形成する複数のエレメントが、ねじ結合をもリベット結合をも不要にして互いに結合されることにより与えられている。この実施態様では、ねじ歯車のエレメントの結合が、クランプ・差込み結合への移行によって達成される。このためには、まずねじ歯車の歯付きリングが、ピニオンと一体を成すように形成された第１のフランジのハブに押し被され、次いで第２のフランジがピニオンに押し被される。このようにして嵌め合わされたこれらの部分は最後に、１つのクランプリングによって結束され、そして一緒になって所定の軸方向位置でかつ相対回動不能にピニオンに位置固定される。このクランプリングは、ピニオンの、該ピニオンと一体的に形成された第１のフランジとは反対の軸方向側でピニオンに押し被されて、最終位置において溝と係合させられる。前記溝は、可能性に応じて、ピニオンの外周面に環状の溝として形成されている。しかし、ピニオンと一体を成すように結合された第１のフランジに設けられたハブが金属から成る場合には、前記環状の溝は、このハブの外周面に設けられたアンダカット部によって実現されていてもよい。クランプリングが前記溝内にスナップイン式に係止されると、このクランプリングは、ピニオンと一体を成すように結合されていない方の第２のフランジの、歯付きリングとは反対の側の軸方向の外面に軸方向で押圧される。それと同時に、第２のフランジの内側の軸方向の側面に形成された、軸方向で歯付きリングの方向へ延びる複数の隆起部もしくは凸部が、歯付きリングの軸方向の側面に形成された対応する凹部と係合する。しかし当然ながら、前記隆起部もしくは凸部を歯付きリングの外側の側面に形成し、この隆起部もしくは凸部を、第２のフランジの軸方向内側に位置する面、つまり歯付きリングに面した側の面に設けられた対応する凹部と係合させることも考えられる。
【００１０】
本発明のさらに別の有利な改良形では、各フランジと歯付きリングとの間にそれぞれ環状のエラストマ製の減衰エレメントが配置されている。これらの減衰エレメントは有利にはＯリングとして形成されている。このＯリングは、その周面に半径方向外側へ向かって突出した複数の突出部が突設されるように形成されており、これらの突出部は、各フランジおよび／または歯付きリングから軸方向に突出している複数の隆起部もしくは凸部の間の間隙に突入する。このように形成された減衰エレメントによって、特に良好なねじり方向および半径方向の減衰が達成されるので有利である。この場合、Ｏリングの寸法設定、つまりたとえばその材料厚さまたはＯリングの周面に設けられた突出部の具体的な構成により、ねじり方向の識別特性にも、半径方向の識別特性にも、広い範囲で影響を与えることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の有利な実施態様では、歯付きリングおよびピニオンと一体的に形成された第１のフランジが（フランジの少なくともハブは別として）プラスチックから成っており、第２のフランジが、ねじ歯車の強度を高めるために場合によっては金属から成っていてもよい。
【００１２】
以下に、本発明の１実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
図１は、本発明によるねじ歯車伝動装置およびそのコンポーネントの可能となる１実施例を示す分解斜視図であり、
図２は、図１に示した実施例を断面して示す図である。
【００１４】
図１には、本発明によるねじ歯車伝動装置の可能な１実施例が分解斜視図で図示されている。図１には、本発明によるねじ歯車伝動装置の主要コンポーネントしか図示されていない。ねじ歯車伝動装置はシャフトもしくはピニオン１を有しており、このピニオン１は、このピニオン１の一方の軸方向端部に相対回動不能に配置された第１のフランジ３を備えている。この第１のフランジ３はピニオン１に組み付けたい、組み立てられたねじ歯車２，３，４の一部を形成している。第１のフランジ３は、いわば、主として３つのコンポーネントから成る、組み立てられたねじ歯車２，３，４の外側の１つのディスクを成す。組付け時には、第１のフランジ３を歯付きリング２および該歯付きリング２の他方の側に配置された別のフランジ４、つまり第２のフランジ４と嵌め合わせることによってねじ歯車２，３，４が形成される。
【００１５】
公知先行技術とは異なり、ねじ歯車２，３，４のためのハブ５を形成する段部を有する第１のフランジ３はピニオン１に押し被されるのではなく、このピニオン１と一体を成すようにワンピースに形成されている。第１のフランジ３とピニオン１との間の分離不可能なユニットの形成をもたらすアッセンブリはこの場合、射出成形時のプラスチック形状付与の経過中に達成されると特に有利である。この場合、ピニオンはフランジを形成するためのプラスチック射出成形時にフランジのプラスチック材料によって取り囲まれてこのプラスチック材料に固着される。ねじ歯車伝動装置、ひいては組み立てられたねじ歯車２，３，４を組み付けるためには、ねじ歯車の歯輪、つまり歯付きリング２が、ピニオン１を介して第１のフランジ３の、ハブ５を形成する段部に被せられ、引き続き、他方の側に配置されるべきフランジ、つまり第２のフランジ４が組み付けられ、最後にクランプリング６がピニオン１に被せ嵌められる。このクランプリング６は、いわばピニオン１の周面に形成された環状の溝７（図２参照）内にスナップイン式に係止され、このときにねじ歯車２，３，４の各部分の軸方向の相互位置を位置固定し、ひいてはこれらの部分を互いに固く結合する。これらの部分と第１のフランジ３との結合および第１のフランジ３とピニオン１との一体を成す形成に基づき、組み立てられたねじ歯車２，３，４の全ての部分が同時にピニオン１に相対回動不能に固定される。図示の実施例では、ねじ歯車２，３，４の組付けが、さらにそれぞれ特殊にプロファイリング（異形成形）された２つのＯリング１０，１０´を、各フランジ３；４と歯付きリング２との間に嵌め込んで行われる。クランプリング６と、両フランジ３，４の軸方向内側の面ならびに歯付きリング２の軸方向の外面の相応するプロファイリング（異形成形）により、組み立てられたねじ歯車２，３，４を形成するコンポーネント、つまり両フランジ３，４と両Ｏリング１０，１０´と歯付きリング２とは形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、互いに結合される。このためには、両フランジ３，４が、それぞれ軸方向内側に向けられた複数の隆起部もしくは凸部８，８´を有しており、これらの凸部８，８´は歯付きリング２の軸方向の両外面の半径方向内側の範囲に設けられた対応する複数の切欠き９，９´内に、歯付きリング２の歯付き転動面の下方で、係合する。
【００１６】
両Ｏリング１０，１０´および両フランジ３，４の形状付与も、図面から判るように互いに調和されているので、両Ｏリング１０，１０´は、半径方向でその周面に突設された複数の突出部１１，１１´によってその所定の位置に位置決めされ、この場合、これらの突出部１１，１１´は組付け時に、両フランジ３，４の内側に設けられた別の隆起部もしくは凸部１２の間に当て付けられる。弾性的なＯリング１０，１０´は、欧州特許第１３３９５９６号明細書に記載のステアリング装置のスペーサとは異なり、特に半径方向およびねじり方向における識別特性に意図的に影響を与えることを可能にする減衰エレメントを形成する。このことは、減衰エレメントが、上記欧州特許明細書に記載されているようなフラットなディスクとして形成されているだけではなく、Ｏリング１０，１０´としても形成されていることにより達成される。Ｏリング１０，１０´の材料厚さを軸方向ａおよび／または半径方向ｒで変えることによって、相応する方向における識別特性を変化させることができる。しかしさらに、Ｏリング１０，１０´に形成された突出部１１、１１´の半径方向の端部も特殊な形状を有している。その半径方向の端部においてローブ状に拡張された突出部１１，１１´により、改善されたねじれ方向の減衰特性が達成される。このねじり方向の減衰特性には、突出部１１，１１´のそれぞれの正確な寸法設定によって影響を与えることが可能である。
【００１７】
しかし、本発明により形成されたねじ歯車伝動装置の重要な利点は、第１のフランジ３とピニオン１との一体を成す形成から得られる。これにより、これらの部分の間の公差が回避され、この場合、これらの部分により形成された分離不能なユニットには、ピニオン１における第１のフランジ３の相対回動不能な支承が内在している。それと同時に、歯付きリング２は、軸方向の貫通孔が存在せずかつ両フランジ３，４の結合のためのねじまたはリベットが不要となることによって、射出成形法のために好都合な形状を有している。締付け・差込み結合への移行によって、さらに組付けが著しく容易になり、この場合、ピニオン１と一体を成すように形成された第１のフランジ３と、他方の側から押し被せられたクランプディスク６もしくは皿ばねとを介して、ねじ歯車２，３，４の信頼性の良い軸方向の位置固定が達成される。
【００１８】
図２には、図１に示した実施例が、組み付けられた状態で図示されている。この場合、ねじ歯車伝動装置は軸方向で断面されて図示されている。このねじ歯車伝動装置の使用時では、前で説明したようにして組み付けられた、組立て式のねじ歯車２，３，４に、操舵力もしくは補助操舵力により生ぜしめられたトルクが作用する。第１のフランジ３の相対回動不能な配置およびねじ歯車２，３，４のその他の部分と第１のフランジ３との固い結合に基づき、これによって形成された回転運動はピニオン１へ伝達される。出力側において、この運動はピニオン１の図面で見て左側の軸方向端部に設けられた歯（図示しない）によってラック（図示しない）に伝達されて、該ラックの並進運動へ変換される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるねじ歯車伝動装置およびそのコンポーネントの可能となる１実施例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示した実施例を断面して示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  ピニオン
２  歯付きリング
３  フランジ
４  フランジ
５  ハブ
６  クランプディスク
７  溝
８，８´  凸部
９，９´  凹部
１０，１０´  減衰エレメント、たとえばＯリング
１１，１１´  突出部
１２  凸部
ａ  軸方向
ｒ  半径方向
【図１】
2009528484.tif 000003
【図２】
2009528484.tif 000004
【国際調査報告】
2009528484.tif 000005
2009528484.tif 000006
2009528484.tif 000007
2009528484.tif 000008