(57)【要約】【課題】  ギア部の軸径と非ギア部の軸径を各部位毎の最適径にすることにより、ギア部の強度を満足しながら、従来のラック軸重量に対して軽量化を実現すること。【解決手段】  ラック軸２のギア部３の軸径（φＤ４）は、その非ギア部の軸径（φＤ３）より大きく設定してあり、ギア部３の歯面幅は、Ｌ４に大きくすることができ、その強度も上げることができる。また、ラック軸２の軸径の変化部は、ラック軸２のストロークエンドのストッパーに設定してあり、このラック軸２の軸径の変化部には、衝撃緩和用のストロークダンパー１０（ストッパー）が装着してある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン軸に噛合するラック軸の軸方向変位により、操舵輪を転舵するようにしたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に於いて、
前記ラック軸のギア部の軸径は、その非ギア部の軸径より大きく設定してあ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。
【請求項２】
前記ギア部の軸径を大きくした変化部は、前記ラック軸のストロークエンドのストッパーに設定してあることを特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン軸に、補助操舵トルクを直接又は間接的に伝達することを特徴とする車両用パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピニオン軸に噛合するラック軸の軸方向変位により、操舵輪を転舵するようにしたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置、及び、ステアリングホイールに印加した操舵トルクに応じた補助操舵トルクを発生してピニオン軸に直接又は間接的に伝達する車両用パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。
【０００３】
そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。
【０００４】
ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。
【０００５】
この動力伝達機構（減速機）として、ウォームギア機構を用いたＥＰＳでは、電動モータの駆動軸側のウォームに、ウォームホイールが噛合してあり、このウォームホイールは、操舵機構の出力軸（例えば、ピニオン軸、コラム軸）に嵌合してある。
【０００６】
また、特許文献１に開示してあるように、ピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置では、ロアーシャフト（入力軸）の車両前方側には、ピニオン軸が連結してある。このピニオン軸には、ステアリングギアのラック軸が噛合してある。ラック軸は、弾性体等によりピニオン軸に向けて弾性的に付勢して常時押圧してある。
【０００７】
ピニオン軸には、トーションバーの基端が圧入固定してあり、このトーションバーは、中空に形成した入力軸の内部を延在して、その先端が入力軸の端部に固定してある。
【０００８】
入力軸の車両前方側には、トルクセンサー検出用の溝が形成してあり、これらの溝の径方向外方には、トルクセンサーのスリーブが配置してある。スリーブの径方向外方には、コイルや基板等が設けてある。
【０００９】
出力軸には、電動モータの駆動軸であるウォームに噛合したウォームホイールが取付けてある。
【００１０】
従って、運転者がステアリングホイールを操舵することにより発生した操舵力は、入力軸、トーションバー、ピニオン軸、ラックアンドピニオン式ステアリング装置、及びタイロッド等を介して、図示しない転舵輪に伝達される。
【００１１】
また、電動モータの回転力は、そのウォーム及びウォームホイールを介して出力軸に伝達されるようになっており、電動モータの回転力及び回転方向を適宜制御することにより、ピニオン軸に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
【００１２】
図２（ａ）は、従来第１例に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図である。
【００１３】
ラックハウジング１内には、Ｄ型形状のラック軸２が軸方向に摺動自在に配置してあり、ラック軸２のギア部３には、電動パワーステアリング装置のピニオン軸４が噛合してある。
【００１４】
ラック軸２の端部には、ラックエンド５が固定してある。このラックエンド５は、ボールジョイント６を介して、タイロッド７に連接してあり、図示しないステアリングホイールの操舵力を車輪に伝達するようになっている。
【００１５】
ラック軸２のストロークエンドに於いて、ボールジョイント６（ラックエンド５）側の端面に、衝撃緩和用のストロークダンパー８（ストッパー）が装着してある。
【００１６】
このような図２に示したピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置では、ギア部３と、非ギア部との軸径が共に同じ（φＤ１）であり、比較的小径になっている。
【００１７】
このような場合に、電動パワーステアリング装置のラック出力の高出力化等の影響から、ギア部の強度を上げたいといった要望があり、図３に示すように、ギア部３軸径を、大径（φＤ２）に変更している。
【００１８】
図３（ａ）は、従来第２例に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図である。
【００１９】
その結果、図２（ｃ）と、図３（ｃ）とを比較すれば明らかなように、ギア部３の歯面幅は、Ｌ１からＬ２に、大きくすることができ、その強度も上げることができる。
【特許文献１】特開２００３−２９１８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、図３の構成では、ギア部３の大径（φＤ２）に対応して、非ギア部の軸径も、大径（φＤ２）にする必要があり、その結果、非ギア部については、ラック曲げ強度を満足すればよいため、最適径より太くなる場合があり、非ギア部の強度のオーバースペック、重量増加となりやすく、図３（ａ）に於いて、符号「Ａ」で示す丸で囲んだ４箇所の部分では、ラックサポート部品の殆どが設計変更を要するといったことがある。
【００２１】
このように、電動パワーステアリング装置のラック出力の高出力化に伴って、ラック軸のギア部の強度や耐久性を満足することは、厳しくなってきている。これを満足するように、ギア部の歯面幅を広＜し噛合い長さを長くとることで、対応してきている為、ギア部の軸径は、徐々に大きくなる傾向にある。しかし、従来のラック軸の形状では、ギア部の軸径に合わせて、非ギア部を含むラック軸全体の軸径も、大径になるように変更されてしまうといったことがある。
【００２２】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、ギア部の軸径と非ギア部の軸径を各部位毎の最適径にすることにより、ギア部の強度を満足しながら、従来のラック軸重量に対して軽量化を実現することができ、ひいては、ラック出力の高出力化に適合することができる、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置及び車両用パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、ピニオン軸に噛合するラック軸の軸方向変位により、操舵輪を転舵するようにしたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に於いて、
前記ラック軸のギア部の軸径は、その非ギア部の軸径より大きく設定してあることを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項２に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、前記ギア部の軸径を大きくした変化部は、前記ラック軸のストロークエンドのストッパーに設定してあることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項３に係る車両用パワーステアリング装置は、前記請求項１又は２に記載したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン軸に、補助操舵トルクを直接又は間接的に伝達することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ラック軸のギア部の軸径は、その非ギア部の軸径より大きく設定してあることから、ギア部の軸径と非ギア部の軸径を各部位毎の最適径にすることにより、ギア部の強度を満足しながら、従来のラック軸重量に対して軽量化を実現することができ、ひいては、ラック出力の高出力化に適合することができる。
【００２７】
また、ラック軸の軸径の変化部を、ラック軸のストロークエンドのストッパーに設定してあることから、ストッパー設定時に、タイロッドの形状変更無しで、受圧面積が増加する為、ストッパーの強度や耐久性を向上することができる。
【００２８】
さらに、ラック軸が軽量化されたことにより、ラック軸自身の慣性が減少し、電動パワーステアリング装置への負荷が減少し、ラック軸のストロークエンドのストッパーにおいて、破壊強度面で有利となる。
【００２９】
さらに、ギア部の軸径を変更するだけで、ラック軸全体の破壊強度を満足する場合もあるため、軸径変更前との部品共通化が容易である。
【００３０】
さらに、ラック軸の軸径の変化部をストロークエンドのストッパーとして用いると、タイロッドについて、ストッパー形状化を考慮しなくてよくなる。
【００３１】
なお、加工方法として、中実材の切削、パイプ材を変形させる（ハイドロフォーミング）、鍛造加工、歯部部品と棒部品の取り付けが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図である。
【００３４】
ラックハウジング１内には、Ｄ型形状のラック軸２が軸方向に摺動自在に配置してあり、ラック軸２のギア部３には、電動パワーステアリング装置のピニオン軸４が噛合してある。
【００３５】
ラック軸２の端部には、ラックエンド５が固定してある。このラックエンド５は、ボールジョイント６を介して、タイロッド７に連接してあり、図示しないステアリングホイールの操舵力を車輪に伝達するようになっている。
【００３６】
さて、本実施の形態では、ラック軸２のギア部３の軸径は、その非ギア部の軸径より大きく設定してあり、当該軸径の変化部は、ラック軸２のストロークエンドのストッパーに設定してある。
【００３７】
すなわち、本実施の形態では、図１（ａ）に於いて、符号「Ｃ」で示す丸で囲んだ部分では、ラック軸２のギア部３の軸径（φＤ４）は、その非ギア部の軸径（φＤ３）より大きく設定してあり、図１（ｃ）に示すように、ギア部３の歯面幅は、Ｌ４に大きくすることができ、その強度も上げることができる。
【００３８】
なお、φＤ４＝φＤ２であって、Ｌ４＝Ｌ２＞Ｌ１の場合もあり得る。また、φＤ３＝φＤ１の場合もあり得る。
【００３９】
即ち、ギア部３の軸径と非ギア部の軸径を各部位毎の最適径にすることにより、ギア部３の強度を満足しながら、従来のラック軸重量に対して軽量化を実現することができ、ひいては、ラック出力の高出力化に適合することができる。
【００４０】
また、ラック軸２の軸径の変化部は、ラック軸２のストロークエンドのストッパーに設定してあり、このラック軸２の軸径の変化部には、衝撃緩和用のストロークダンパー１０（ストッパー）が装着してある。
【００４１】
図１（ａ）に於いて、符号「Ｂ」で示す丸で囲んだ部分では、ラックハウジング１の段部１１は、衝撃緩和用のストロークダンパー１０のための当接部となっている。
【００４２】
また、ラック軸２の軸径の変化部は、ラック軸２のストロークエンドのストッパー（衝撃緩和用のストロークダンパー１０）に設定してあるため、ストッパー（衝撃緩和用のストロークダンパー１０）設定時に、タイロッド７の形状変更無しで、受圧面積が増加する為、ストッパー（衝撃緩和用のストロークダンパー１０）の強度や耐久性を向上することができる。
【００４３】
さらに、ラック軸２が軽量化されたことにより、ラック軸２自身の慣性が減少し、電動パワーステアリング装置への負荷が減少し、ラック軸２のストロークエンドのストッパー（衝撃緩和用のストロークダンパー１０）において、破壊強度面で有利となる。
【００４４】
さらに、図１（ａ）に於いて、符号「Ａ」で示す丸で囲んだ部分では、図３の場合と同様に、ラック軸２のストロークエンドに於いて、ボールジョイント６（ラックエンド５）側の端面に、衝撃緩和用のストロークダンパー８（ストッパー）が装着してある。したがって、φＤ３＝φＤ１の場合には、ギヤ部３の軸径を変更するだけで、ラック軸２全体の破壊強度を満足する場合もあるため、軸径変更前との部品共通化が容易である。
【００４５】
さらに、図１（ａ）に於いて、符号「Ｄ」で示す丸で囲んだ部分では、ラック軸２の軸径の変化部をストロークエンドのストッパー（衝撃緩和用のストロークダンパー１０）として用いるため、タイロッド７について、ストッパー形状化を考慮しなくてよくなる。
【００４６】
さらに、加工方法として、中実材の切削、パイプ材を変形させる（ハイドロフォーミング）、鍛造加工、歯部部品と棒部品の取り付けが挙げられる。
【００４７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００４８】
例えば、上記実施の形態は、本発明をピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用したものであるが、コラムアシスト式等の電動パワーステアリング装置に適用してもよいし、油圧パワーステアリング装置等に適用してもよく、これらの場合にも上述した本発明による作用が得られる。また、ダブルピニオンタイプのパワーステアリング装置であってもよい。
【００４９】
さらに、ステアリングギヤの構造やラック部の形状についても、上記実施形態での例示に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、設計上あるいは仕様上の要求等により適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図である。
【図２】（ａ）は、従来第１例に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図である。
【図３】（ａ）は、従来第２例に係るピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ラックハウジング
２  ラック軸
３  ギア部
４  ピニオン軸
５  ラックエンド
６  ボールジョイント
７  タイロッド
８  衝撃緩和用のストロークダンパー（ストッパー）
１０  衝撃緩和用のストロークダンパー（ストッパー）
１１  段部
【図１】
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【図２】
2006027313.tif 000004
【図３】
2006027313.tif 000005