(57)【要約】【課題】  負荷容量の大きな軸受でピニオン軸の軸部を軸支することができ、ピニオン軸自体の曲げ強度を向上させたラックピニオン式ステアリング装置を提供する。【解決手段】  軸部１２の外径寸法Ｄ２を、ピニオン４の歯底円直径Ｄ１よりも大きな直径に形成できるため、負荷容量が大きな軸受２４で軸部１２を軸支することができる。また、軸部１２の外径寸法Ｄ２が大きくなるため、ピニオン軸１自体の曲げ強度が向上し、さらに、ピニオン４の左端面４２と軸部１２との段差が小さくなるため、この段付き部の応力集中が軽減され、ピニオン軸１の強度が向上する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング、
上記ハウジングに回転可能に軸支され、ステアリングホイールの操舵力がその一端に伝達されるピニオン軸、
上記ピニオン軸の他端に形成されたピニオン、
上記ピニオンと噛み合い、操舵力を車輪側に伝達するラック、
上記ピニオンの他端にピニオンの歯底円直径よりも大径に形成された軸部、
上記軸部を上記ハウジングに回転可能に軸支する軸受を備え、
上記ピニオンの軸部側の歯底には、上記軸部の直径よりも大径の終端を有する切り上がり部が形成されていること
を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたラックピニオン式ステアリング装置において、
上記軸部外周とピニオンの歯先外周とが、直径がなだらかに変化する傾斜面で接続されていること
を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項３】
請求項２に記載されたラックピニオン式ステアリング装置において、
上記傾斜面の稜線が直線で形成されていること
を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項４】
請求項２に記載されたラックピニオン式ステアリング装置において、
上記傾斜面の稜線が曲線を含むこと
を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載されたラックピニオン式ステアリング装置において、
上記ラックには、歯底よりも高さが低く、ピニオンの歯先円直径よりも幅が広いラック歯切除部がラックの基端側に形成され、
上記ラックを先に上記ハウジングに組付けた後、上記ピニオン軸を上記ラック歯切除部を通して上記ハウジングに組付けること
を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載されたラックピニオン式ステアリング装置において、
上記ラックには、ラック歯の歯底よりも高さが低いラック歯切除部がラックの先端側に形成され、上記ピニオン軸を先に上記ハウジングに組付けた後、上記ラックを上記先端側から上記ハウジングに組付けること
を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載されたラックピニオン式ステアリング装置において、
上記ラックにはラックの先端側までラック歯が形成され、
上記ピニオン軸を先に上記ハウジングに組付けた後、上記ラックを上記先端側から上記ハウジングに組付けること
を特徴とするラックピニオン式ステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はラックピニオン式ステアリング装置、特に、電動式パワーステアリング装置や油圧式パワーステアリング装置等の、ステアリングホイールの操舵力を補助する操舵力補助装置を有するラックピニオン式ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイールの操舵トルクを検出し、ステアリングホイールに付与された操舵力を補助して、ピニオンに噛み合うラックを介して車輪側に伝達し、ステアリングホイールの操作を楽に行うようにした操舵力補助装置を有するラックピニオン式ステアリング装置がある。このような操舵力補助装置を有するステアリング装置として、特許文献１に開示されたラックピニオン式ステアリング装置がある。
【０００３】
図８は、従来のラックピニオン式ステアリング装置の縦断面図、図９は図８のＣ矢視図であって、ピニオン軸単体を示す。図８に示すように、ピニオン軸１は、その軸方向の略中間位置より左方にピニオン４が形成され、ピニオン４の右端が、４点接触式のボール軸受２１によりハウジング３に軸支されている。ピニオン軸１の溝１１に装着してカシメられたカシメリング２２は、ボール軸受２１の内輪を、ピニオン４の右端面４１との間で挟み込んでいる。
【０００４】
また、ボール軸受２１の外輪は、ハウジング３に形成された軸受穴３１に挿入され、この軸受穴３１の開口側の雌ネジ３１１に螺合されたリングナット２３によって押圧されて、ハウジング３に固定されている。
【０００５】
ピニオン４の歯底４３は、ピニオン４の左端面４２側は、歯底円直径Ｄ１のままで通し加工されている。また、ピニオン４の右端面４１側の歯底４３は、ホブカッターの曲率半径と同一半径Ｒ１の切り上がり部４４（ピニオン４の歯形加工時のホブカッターの逃げ部分）が、右端面４１よりも左側に形成されている。
【０００６】
ピニオン４の左端面４２から軸部１２が左方に延びている。この軸部１２の外径寸法Ｄ２は、歯形加工時にホブカッターと軸部１２の外周との干渉を避けるために、ピニオン４の歯底円直径Ｄ１よりも小さく形成されている。この軸部１２はハウジング３の左方に形成された軸受穴３２に、ニードル軸受２４により軸支されている。このようにして、ピニオン軸１は、ボール軸受２１及びニードル軸受２４によって、スラスト方向及びラジアル方向にハウジング３に支持されている。
【０００７】
ピニオン軸１の右方には、図示しない操舵補助用の電動モータの出力軸に連結されたウォーム減速機構が装着され、ピニオン軸１の右端は、図示しないステアリングシャフトを介してステアリングホイールに連結されている。ステアリングホイールを操作すると、その操舵力が図示しないトーションバーを介してピニオン軸１に伝達される。
【０００８】
この時、舵輪側の抵抗によって、トーションバーに捩れが生じ、この捩れを検出し、電動モータを駆動してウォーム減速機構を所要の操舵補助力で回転させる。ウォーム減速機構の回転は、ピニオン軸１、ピニオン４を介してラック５に伝達され、ラック５に連結された図示しないタイロッドを介して舵輪の向きを変更する。
【０００９】
ラックガイド６は、ラック５の背面にローラ６１をアジャストカバー６２によって常時押し付けている。ローラ６１は、ピン６３にニードル軸受６４によって回転可能に軸支されている。ピン６３は円筒形のホルダ６６に保持され、アジャストカバー６２は、皿バネ６５を介してホルダ６６を付勢して、ラック５の背面にローラ６１を押し付けている。これによって、ピニオン４とラック５との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック５が円滑に移動するようにしている。
【００１０】
上記従来のラックピニオン式ステアリング装置では、軸部１２の外径寸法Ｄ２は、ピニオン４の歯形加工時にホブカッターで通し加工するために、ピニオン４の歯底円直径Ｄ１よりも小さくせざるを得ず、軸部１２を軸支する軸受２４として負荷容量の大きい軸受を使用できない。また、ピニオン４の左端面４２と軸部１２との段付き部の段差が大きくなるため、この段付き部に応力が集中することから、コラム式の電動パワーステアリング装置などで高出力タイプのものには適用できない。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−６７９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、負荷容量の大きな軸受でピニオン軸の軸部を軸支することができ、ピニオン軸自体の曲げ強度を向上させたラックピニオン式ステアリング装置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】
【００１３】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、ハウジング、上記ハウジングに回転可能に軸支され、ステアリングホイールの操舵力がその一端に伝達されるピニオン軸、上記ピニオン軸の他端に形成されたピニオン、上記ピニオンと噛み合い、操舵力を車輪側に伝達するラック、上記ピニオンの他端にピニオンの歯底円直径よりも大径に形成された軸部、上記軸部を上記ハウジングに回転可能に軸支する軸受を備え、上記ピニオンの軸部側の歯底には、上記軸部の直径よりも大径の終端を有する切り上がり部が形成されていることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置である。
【００１４】
第２番目の発明は、第１番目の発明のラックピニオン式ステアリング装置において、上記軸部外周とピニオンの歯先外周とが、直径がなだらかに変化する傾斜面で接続されていることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置である。
【００１５】
第３番目の発明は、第２番目の発明のラックピニオン式ステアリング装置において、上記傾斜面の稜線が直線で形成されていることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置である。
【００１６】
第４番目の発明は、第２番目の発明のラックピニオン式ステアリング装置において、上記傾斜面の稜線が曲線を含むことを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置である。
【００１７】
第５番目の発明は、第１番目から第４番目のいずれかの発明のラックピニオン式ステアリング装置において、上記ラックには、歯底よりも高さが低く、ピニオンの歯先円直径よりも幅が広いラック歯切除部がラックの基端側に形成され、上記ラックを先に上記ハウジングに組付けた後、上記ピニオン軸を上記ラック歯切除部を通して上記ハウジングに組付けることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置である。
【００１８】
第６番目の発明は、第１番目から第４番目のいずれかの発明のラックピニオン式ステアリング装置において、上記ラックには、ラック歯の歯底よりも高さが低いラック歯切除部がラックの先端側に形成され、上記ピニオン軸を先に上記ハウジングに組付けた後、上記ラックを上記先端側から上記ハウジングに組付けることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置である。
【００１９】
第７番目の発明は、第１番目から第４番目のいずれかの発明のラックピニオン式ステアリング装置において、上記ラックにはラックの先端側までラック歯が形成され、上記ピニオン軸を先に上記ハウジングに組付けた後、上記ラックを上記先端側から上記ハウジングに組付けることを特徴とするラックピニオン式ステアリング装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のラックピニオン式ステアリング装置では、軸部の外径寸法が大きくなるため、負荷容量が大きな軸受で軸部を軸支することができ、ピニオン軸自体の曲げ強度が向上し、さらに、ピニオンの端面と軸部との外径の変化が緩やかになるため、応力集中が大幅に緩和され、ピニオン軸の耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態のラックピニオン式ステアリング装置の縦断面図、図２は図１のＡ矢視図であって、ピニオン軸単体を示す。
【００２２】
ピニオン軸１は、その軸方向の略中間位置より左方にピニオン４が形成され、ピニオン４の右端が、４点接触式のボール軸受２１によりハウジング３に軸支されている。ピニオン軸１の溝１１に装着してカシメられたカシメリング２２は、ボール軸受２１の内輪を、ピニオン４の右端面４１との間で挟み込んでいる。
【００２３】
また、ボール軸受２１の外輪は、ハウジング３に形成された軸受穴３１に挿入され、この軸受穴３１の開口側の雌ネジ３１１に螺合されたリングナット２３によって押圧されて、ハウジング３に固定されている。
【００２４】
ピニオン４の左端面４２から軸部１２が左方に延びている。この軸部１２の外径寸法Ｄ２は、ピニオン４の歯底円直径Ｄ１よりも大きく、歯先４６の歯先円直径Ｄ３よりも小さく形成されている。従来よりも小さな曲率半径Ｒ２のホブカッターを使用してピニオン４の歯形を加工することにより、ピニオン４の歯底４３は、ピニオン４の右端面４１側及び左端面４２側両方共に、ホブカッターの曲率半径と同一半径Ｒ２の切り上がり部４４及び４５が形成されている。
【００２５】
曲率半径の小さなホブカッターを使用してピニオン４の歯形を加工しているため、切り上がり部４５の左端面４２側の終端は、軸部１２の外径寸法Ｄ２よりも大径位置で切り上がっており、切り上がり部４５は軸部１２の外周に干渉しない。また、切り上がり部４４の右端面４１側の終端も、右端面４１よりも左側に形成されている。
【００２６】
この軸部１２はハウジング３の左方に形成された軸受穴３２に、ニードル軸受２４により軸支されている。このようにして、ピニオン軸１は、ボール軸受２１及びニードル軸受２４によって、スラスト方向及びラジアル方向にハウジング３に支持されている。
【００２７】
ピニオン軸１の右方には、図示しない操舵補助用の電動モータの出力軸に連結されたウォーム減速機構が装着され、ピニオン軸１の右端は、図示しないステアリングシャフトを介してステアリングホイールに連結されている。ステアリングホイールを操作すると、その操舵力が図示しないトーションバーを介してピニオン軸１に伝達される。
【００２８】
この時、舵輪側の抵抗によって、トーションバーに捩れが生じ、この捩れを検出し、電動モータを駆動してウォーム減速機構を所要の操舵補助力で回転させる。ウォーム減速機構の回転は、ピニオン軸１、ピニオン４を介してラック５に伝達され、ラック５に連結された図示しないタイロッドを介して舵輪の向きを変更する。
【００２９】
ラックガイド６は、ラック５の背面にローラ６１をアジャストカバー６２によって常時押し付けている。ローラ６１は、ピン６３にニードル軸受６４によって回転可能に軸支されている。ピン６３は円筒形のホルダ６６に保持され、アジャストカバー６２は、皿バネ６５を介してホルダ６６を付勢して、ラック５の背面にローラ６１を押し付けている。これによって、ピニオン４とラック５との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック５が円滑に移動するようにしている。
【００３０】
上記した第１の実施形態のラックピニオン式ステアリング装置では、軸部１２の外径寸法Ｄ２を、ピニオン４の歯底円直径Ｄ１よりも大きな直径に形成できるため、負荷容量が大きな軸受２４で軸部１２を軸支することができるため、軸受部の剛性が向上し、大きな操舵力を支持することができる。また、軸部１２の外径寸法Ｄ２が大きくなるため、ピニオン軸１自体の曲げ強度が向上し、さらに、ピニオン４の左端面４２と軸部１２との段差が小さくなるため、この段付き部の応力集中が軽減され、ピニオン軸１の耐久性が向上する。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図３は本発明の第２の実施形態のラックピニオン式ステアリング装置の縦断面図である。以下の説明では、第１の実施形態と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。第２の実施形態は、ピニオン４の歯先外周と軸部外周とを、直径がなだらかに変化する傾斜面で接続した実施例である。
【００３２】
図３に示すように、ピニオン４の左端面４２の歯先４６の外周と軸部１２の外周が、直線部１３とＲ部１４から成る傾斜面１５によって接続され、直径がなだらかに変化するテーパー状に形成されている。
【００３３】
従って、上記第２の実施形態のステアリング装置によれば、ピニオン４の左端面４２と軸部１２との外径の変化が緩やかになるため、応力集中が大幅に緩和され、ピニオン軸１の耐久性が向上する。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。図４は本発明の第３の実施形態のラックピニオン式ステアリング装置の縦断面図である。以下の説明では、上記実施形態と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。第３の実施形態は、ピニオン４の歯先外周と軸部外周とを、直線部のみで構成される傾斜面で接続した実施例である。
【００３５】
図４に示すように、ピニオン４の左端面４２の歯先４６の外周と軸部１２の外周が、直線部１３のみで構成される傾斜面１５によって接続され、直径がなだらかに変化するテーパー状に形成されている。
【００３６】
従って、上記第３の実施形態のステアリング装置によれば、上記第２の実施形態と同様に、ピニオン４の左端面４２と軸部１２との外径の変化が緩やかになるため、応力集中が大幅に緩和され、ピニオン軸１の耐久性が向上する。
【００３７】
次に、本発明のラックピニオン式ステアリング装置の組付け方法について説明する。図５は、従来のラックピニオン式テアリングコラム装置のピニオンとラックの組付け方法を示す縦断面図であり、図６は図５のＢ矢視図である。図５、図６に示すように、従来のラックピニオン式テアリングコラム装置では、ピニオン４の左端面４２まで歯底４３が形成されているので、ラック５をハウジング３に先に組み込んだ状態で、ピニオン軸１をハウジング３に挿入すれば、ピニオン４の歯をラック５の歯に噛み合わせることができる。
【００３８】
しかし、本発明のラックピニオン式テアリングコラム装置では、ピニオン４の左端面４２には切り上がり部４５が形成されているので、上記した従来の組付け方法では、ピニオン４の歯をラック５の歯に噛み合わせることができない。
【００３９】
従って、本発明のラックピニオン式ステアリング装置では、図７（１）〜（３）に示す方法によって、ピニオン４の歯をラック５の歯に噛み合わせる。図７（１）では、ラック５の歯底５１の高さＨ１よりも高さＨ２が低く、ピニオン４の歯先円直径Ｄ３よりも幅Ｂが広いラック歯切除部５２をラック５の基端側５４に形成する。そして、従来通り、ラック５をハウジング３に先に組み込んだ状態で、ラック歯切除部５２位置でピニオン軸１をハウジング３に挿入し、ラック５を図７（１）の左方（矢印Ｄ方向）に移動させれば、ピニオン４の歯をラック５の歯に噛み合わせることができる。
【００４０】
図７（２）では、ラック５の歯底５１の高さＨ１よりも高さＨ２が低いラック歯切除部５５をラック５の先端側５３まで形成する。そして、ピニオン軸１をハウジング３に先に組み込んだ状態で、ラック５を図７（２）の右方（矢印Ｅ方向）に移動して、先端側５３からハウジング３に組み込めば、ピニオン４の歯をラック５の歯に噛み合わせることができる。
【００４１】
図７（３）では、ラック５の歯をラック５の先端側５３まで形成する。そして、ピニオン軸１をハウジング３に先に組み込んだ状態で、ラック５を図７（３）の右方（矢印Ｅ方向）に移動して、先端側５３からハウジング３に組み込めば、ピニオン４の歯をラック５の歯に噛み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のラックピニオン式ステアリング装置の第１の実施形態の縦断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図であって、ピニオン軸単体を示す。
【図３】本発明のラックピニオン式ステアリング装置の第２の実施形態の縦断面図である。
【図４】本発明のラックピニオン式ステアリング装置の第３の実施形態の縦断面図である。
【図５】従来のラックピニオン式ステアリング装置のピニオンとラックの組付け方法を示す縦断面図である。
【図６】図５のＢ矢視図であって、ラックとピニオン軸単体を示す。
【図７（１）】本発明のラックピニオン式ステアリング装置のピニオンとラックの組付け方法を示す図６相当である。
【図７（２）】本発明のラックピニオン式ステアリング装置のピニオンとラックの組付け方法の他の例を示す図６相当である。
【図７（３）】本発明のラックピニオン式ステアリング装置のピニオンとラックの組付け方法の更に他の例を示す図６相当である。
【図８】従来のラックピニオン式ステアリング装置の縦断面図である。
【図９】図８のＣ矢視図であって、ピニオン軸単体を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１  ピニオン軸
１１  溝
１２  軸部
１３  直線部
１４  Ｒ部
１５  傾斜面
２１  ボール軸受
２２  カシメリング
２３  リングナット
２４  ニードル軸受
３  ハウジング
３１  軸受穴
３１１  雌ネジ
３２  軸受穴
４  ピニオン
４１  右端面
４２  左端面
４３  歯底
４４  切り上がり部
４５  切り上がり部
４６  歯先
５  ラック
５１  歯底
５２  ラック歯切除部
５３  先端側
５４  基端側
５５  ラック歯切除部
６  ラックガイド
６１  ローラ
６２  アジャストカバー
６３  ピン
６４  ニードル軸受
６５  皿バネ
６６  ホルダ
【図１】
2006082623.tif 000003
【図２】
2006082623.tif 000004
【図３】
2006082623.tif 000005
【図４】
2006082623.tif 000006
【図５】
2006082623.tif 000007
【図６】
2006082623.tif 000008
【図７（１）】
2006082623.tif 000009
【図７（２）】
2006082623.tif 000010
【図７（３）】
2006082623.tif 000011
【図８】
2006082623.tif 000012
【図９】
2006082623.tif 000013