(57)【要約】【課題】  ピニオンの歯切用工作機械の制約を排し、負荷容量の大きい軸受を使用できるピニオン軸、及びそのピニオン軸を使用した電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  ピニオン軸の軸受支承部である先端部１１ａに予め外周面を軸受軌道面に適した加工を施したスリーブ１２を圧入して軸受支承部とする。スリーブ１２の外径Ｄaはピニオンの歯底円の直径Ｄ2 に制約されることなく、ピッチ円の直径よりも大きい直径として負荷容量の大きい軸受を使用できるほか、スリーブ１２の端面をピニオン１１の端面に接触させることでピニオン１１に発生する曲げ方向の力をスリーブ１２にも伝達させることにより、ピニオン１１の段付き部への応力集中を避けることができる。また、このピニオン軸を電動パワーステアリング装置に使用することで、従来の構成よりも軸受寿命の長い電動パワーステアリング装置を提供できる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックに噛合するピニオンを備えたピニオン軸であって、ピニオン軸の先端部にスリーブを嵌挿して軸受支承部を形成し、前記ピニオンのピッチ円の直径よりも大きい直径の軸受支承部を備えたこと
を特徴とするピニオン軸。
【請求項２】
前記スリーブはピニオン軸の先端部に圧入され、スリーブの表面は軸受軌道面に適した表面に仕上げられていること
を特徴とする請求項１に記載のピニオン軸。
【請求項３】
前記スリーブは当該スリーブ端面がピニオンの端面に接触していること
を特徴とする請求項１に記載のピニオン軸。
【請求項４】
ラックとピニオンとから構成されるステアリング機構を備えた電動パワーステアリング装置において、前記ステアリング機構は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のピニオン軸を備えていること
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラックアンドピニオン式のステアリング装置に適したピニオン軸構造、及びそのピニオン軸構造を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のステアリング装置においては、運転者の操舵負荷を軽減することを目的とした動力舵取装置が知られている。従来、動力舵取装置は、油圧式のパワーステアリング装置が広く使われていた。しかしながら、近年の自動車の高効率化の傾向に従って、油圧式のパワーステアリング装置から、より効率のよい電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に置き換えられる場合が多くなってきている。
【０００３】
ＥＰＳは、動力の必要なときだけモータに電流を流せばよいが、油圧式のパワーステアリング装置はエンジンの動力で常時油圧ポンプを駆動しなければならないのでＥＰＳの方が油圧式のパワーステアリング装置よりも効率がよい。一般にＥＰＳは、市街地走行等の実用領域では３〜５％程度の燃費向上効果があると言われている。
【０００４】
電動パワーステアリング装置は、操舵トルクに応じてモータの出力を制御し、モータの駆動力を減速機構を介してステアリング機構に伝達するものである。この場合、コラムシャフトにモータの駆動力を伝達するコラムアシストタイプや、ラック・ピニオン式ステアリング機構のピニオン軸にモータの駆動力を伝達するピニオンアシストタイプなどがある。
【０００５】
図４は、従来のラック・ピニオン式ステアリング機構１００の構成の一例を説明する断面図で、ピニオン軸１０５とラック軸１０８が交差してハウジング１０１の内部に配置されており、ピニオン軸１０５には、モータ軸１０２に設けられたウォーム１０３に噛合するウォームホイール１０４が固定されている。
【０００６】
ピニオン軸１０５は、玉軸受１０６及び１０７により回転自在に支承され、ラック軸１０８は、スプリング１０９で付勢されたガイド１１０によりピニオン軸１０５に向けて押圧され、ピニオン軸１０５との噛合が維持されている。
【０００７】
この構造のステアリング機構では、操舵時にピニオン軸１０５に作用する半径方向の荷重及び軸方向の荷重は、玉軸受１０６及び１０７で支承される。しかし、ピニオン軸の両端を玉軸受で支承すると、軸受の取付部が大きくなる。軸受の取付部が大きくなると、ラック・ピニオン機構の大きさが増すので、車両への搭載性が悪くなる。そこで、ピニオン軸の先端側をニードル軸受で支承し、他方を玉軸受で支承する構造が使用されることもある。
【０００８】
図５は、上記した軸受機能を分離したラック・ピニオン式ステアリング機構２００の構成の一例を説明する断面図で、ピニオン軸２０５とラック軸２０８が交差してハウジング２０１の内部に配置されており、ピニオン軸２０５には、モータ軸２０２に設けられたウォーム２０３に噛合するウォームホイール２０４が固定されている。また、ハウジング２０１には、ウォームホイール２０４に近い部分に玉軸受２０６を保持する軸受ホルダ２１１が取り付けられている。
【０００９】
ラック軸２０８は、スプリング２０９で付勢されたガイド２１０によりピニオン軸２０５に向けて押圧され、ピニオン軸２０５との噛合が維持されている。
【００１０】
ピニオン軸２０５は、その中央部分が軸受ホルダ２１１に保持された玉軸受２０６に支承され、先端部はハウジング２０１に配置されたニードル軸受２０７に支承されており、ピニオン軸２０５に作用する軸方向の荷重は全て玉軸受２０６により支承され、ピニオン軸２０５に作用する半径方向の荷重は全てニードル軸受２０７及び玉軸受２０６により支承される（特許文献１参照）。
【００１１】
この構成によれば、ピニオン軸２０５の端部を支承するニードル軸受２０７は、半径方向の荷重を支承するだけであるから、小型のニードル軸受を使用することができ、先に図４を参照して説明した従来構成の不都合は解決することができる。
【特許文献１】特開平１１−３０１５００号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、電動式パワーステアリング装置は、油圧式パワーステアリング装置に比較して、ピニオン軸トルクが大きいので、ピニオン先端側のニードル軸受の負荷が大きく、許容荷重の大きい軸受を使用する必要がある。
【００１３】
軸受の負荷容量の算出方法は、日本工業規格のＪＩＳＢ１５１８で規定されており、一般に同系列の軸受なら、軸受内径が大きいほど負荷容量も大きくなり、軸受内径が小さいほど負荷容量も小さくなる傾向があり、軸受内径が小さいほど材料の疲労に起因する早期の剥離が発生する可能性が高くなる。
【００１４】
軸受内径を大きくすることは、ピニオン軸の先端部の軸受支承部の直径を大きくすることであるが、ピニオンの歯切を行なう工作機械の制約により軸受支承部の直径は制限されてしまう。以下、これについて説明する。
【００１５】
図６は、図５により説明したピニオン軸の先端部付近を拡大した断面図で、ピニオン軸２０５の軸受支承部である先端部２０５ａは、ニードル軸受２０７により支承される部分である。
【００１６】
ラック・ピニオン式ステアリング機構の設計において、ラックとピニオンの歯車比が決定されると、ピニオンの外径Ｄ0 、ピッチ円の直径Ｄ1 が決定され、歯底円の直径Ｄ2 も自ずと決定される。
【００１７】
そしてピニオン軸の機械加工では、ピニオン歯の切削加工を行なった後、ニードル軸受により支承される部分であるピニオン軸の先端部を加工する順序となるが、歯切を行なう工作機械の構成から来る制約により、ニードル軸受による軸受支承部の直径Ｄb は歯底円の直径Ｄ2 が上限となり、それ以下の寸法に制限しなければならないから、負荷容量の大きい軸受、即ち軸受支承部の直径が大きい軸受を使用することができないという不都合がある。
【００１８】
また、軸受支承部の直径に制約があることにより、ピニオン軸自体の曲げに対してもピニオン軸の段付き部Ｓへの応力集中の低減には限界がある。したがって、ステアリング装置に要求される出力が大きくなった場合、ピニオン軸のサイズを変更することなく負荷容量を高めるには限界があった。この発明は上記課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ラックに噛合するピニオンを備えたピニオン軸であって、ピニオン軸の先端部にスリーブを嵌挿して軸受支承部を形成し、前記ピニオンのピッチ円の直径よりも大きい直径の軸受支承部を備えたことを特徴とするピニオン軸である。
【００２０】
請求項２の発明は、前記スリーブがピニオン軸の先端部に圧入され、スリーブの表面は軸受軌道面に適した表面に仕上げられていることを特徴とする請求項１に記載のピニオン軸である。
【００２１】
請求項３の発明は、前記スリーブが当該スリーブ端面がピニオンの端面に接触していることを特徴とする請求項１に記載のピニオン軸である。
【００２２】
請求項４の発明は、ラックとピニオンとから構成されるステアリング機構を備えた電動パワーステアリング装置において、前記ステアリング機構は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のピニオン軸を備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明の係るピニオン軸によれば、ピニオン軸の先端部にスリーブを嵌挿してピニオンのピッチ円の直径よりも大きい直径の軸受支承部を設けたものであるから、ピニオンの歯切を行なう工作機械の制約を排除し、簡単な構成で、ピニオンのピッチ円の直径よりも大きい直径の軸受支承部を設けることができ、これにより負荷容量の高い軸受を使用することができ、軸受寿命を長くすることができる。
【００２４】
そして、請求項３の発明によれば、ピニオンを回転させたときラックとの噛合によりピニオン軸を曲げる方向に反力が発生するが、スリーブはそのスリーブ端面がピニオンの端面に接触しており、ピニオン軸に作用する力をスリーブへも伝達させることにより、ピニオン軸の段付き部に集中する曲げ応力を緩和することができる。
【００２５】
また、請求項４の発明の係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のピニオン軸を備えたものであるから、従来の構成よりも軸受寿命の長い電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
［第１の実施の形態］
図１は、この発明の第１の実施の形態のピニオン軸１０の構造を説明する部分断面図である。ピニオン軸１０は、図示しないラックと噛合するピニオン１１と、ニードル軸受１３により支承される先端部１１ａ（軸受支承部）があり、このほか、図示されていないが、図１で右側にはモータ軸に設けられたウォームに噛合するウォームホイールが固定されている。この部分の構成は、先に図５を参照して説明した従来例と同じである。また、ピニオンの外径Ｄ0 、ピッチ円の直径Ｄ1 、歯底円の直径Ｄ2 は、先に図６を参照して説明した従来例と同じである。
【００２８】
第１の実施の形態のピニオン軸１０の構造の特徴部分は、軸受支承部である先端部１１ａの構成にある。先端部１１ａの直径Ｄb は、ピニオンの歯底円の直径Ｄ2 よりも僅かに細径に仕上げられ、先端部１１ａとピニオン軸１０の歯部であるピニオン１１との間には、嵌め合い加工及び応力集中を緩和する逃げ溝１１ｃが設けられている。
【００２９】
ピニオン軸１０の先端部１１ａの外側には、外周面に軸受軌道面に適した加工を施したスリーブ１２を圧入して軸受支承部とする。スリーブ１２の内径はＤb に仕上げられるが、軸受支承部となるスリーブ１２の外径Ｄa はピニオンの歯底円の直径Ｄ2 に制約されることなく、ピニオンのピッチ円の直径Ｄ1 よりも大きい直径とすることができる。ここでは、スリーブ１２の外径Ｄa はピニオンのピッチ円の直径Ｄ1 よりも僅かに大きい寸法としてある。
【００３０】
軸受支承部となるスリーブ１２の外径Ｄa を従来の構成であるピニオンの歯底円の直径Ｄ2 よりも大きい外径Ｄa とすることができるので、ピニオン軸１０の負荷容量を大きくすることができるほか、ピニオン軸１０の先端部１１ａの直径はスリーブ１２の外径Ｄaとなるので、この部分を支承するニードル軸受１３に負荷容量の高い軸受を使用することができ、高負荷においても軸受寿命を長くすることができる。
【００３１】
以上説明したこの発明の実施の形態のピニオン軸は、従来公知の電動パワーステアリング装置のピニオン軸に置換して適用することができる。この発明の実施の形態のピニオン軸を適用した電動パワーステアリング装置によれば、従来の公知の電動パワーステアリング装置と同一サイズのものであっても高負荷に耐えるから、同一サイズで高出力の電動パワーステアリング装置を提供することが可能となる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図２は、この発明の第２の実施の形態のピニオン軸２０の構造を説明する部分断面図である。第２の実施の形態のピニオン軸は第１の実施の形態のものと類似した構成であるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略し、相違点について説明する。
【００３３】
第２の実施の形態のピニオン軸の前記第１の実施の形態のピニオン軸との相違点は、スリーブ１２の外径Ｄa を更に大きくしてスリーブ１２の端面とピニオン１１の端面とを更に広い面積で接触させ、ピニオン１１に発生する曲げ方向の力をスリーブ１２にも伝達させることにより、ピニオン１１の段付き部（逃げ溝１１ｃ形成部）への応力集中を避けるようにしたものである。
【００３４】
第２の実施の形態のピニオン軸２０の構造の特徴部分である先端部１１ａの内径Ｄb は、ピニオンの歯底円の直径Ｄ2 よりも僅かに細径に仕上げられ、先端部１１ａとピニオン軸１０の歯部であるピニオン１１との間には、嵌め合い加工及び応力集中を緩和する逃げ溝１１ｃが設けられている。
【００３５】
ピニオン軸１０の先端部１１ａの外側には、外周面に軸受軌道面に適した加工を施したスリーブ１２を圧入して軸受支承部とする。スリーブ１２の内径はＤb に仕上げられるが、軸受支承部となるスリーブ１２の外径Ｄa はピニオンの歯底円の直径Ｄ2 に制約されることなく、ピニオンのピッチ円の直径Ｄ1 よりも大きい直径とすることができる。ここでは、スリーブ１２の外径Ｄa はピニオンのピッチ円の直径Ｄ1 よりも僅かに大きい寸法としてある。
【００３６】
軸受支承部となるスリーブ１２の外径Ｄa を従来の構成であるピニオンの歯底円の直径Ｄ2 よりも大きい外径Ｄa とすることができるので、ピニオン軸１０の負荷容量を大きくすることができるほか、ピニオン軸１０の先端部１１ａの直径はスリーブ１２の外径Ｄaとなるので、この部分を支承するニードル軸受１３に負荷容量の高い軸受を使用することができ、高負荷においても軸受寿命を長くすることができる。
【００３７】
さらに、スリーブ１２の端面とピニオン１１の端面とを広い面積で接触させることで、ピニオン１１に発生する曲げ方向の力をスリーブ１２にも伝達させることにより、ピニオン１１の段付き部（逃げ溝１１ｃ形成部）への応力集中を避けることができる。
【００３８】
［第３の実施の形態］
図３は、この発明の第３の実施の形態のピニオン軸３０の構造を説明する部分断面図である。第２の実施の形態のピニオン軸は第１の実施の形態のものと類似した構成であるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略し、相違点について説明する。
【００３９】
第３実施の形態のピニオン軸は、前記第２の実施の形態のピニオン軸と同様に、スリーブ１２の外径Ｄa を大きくしてスリーブ１２の端面とピニオン１１の端面とを広い面積で接触させてピニオン１１に発生する曲げ方向の力をスリーブ１２にも伝達させることにより、ピニオン１１の段付き部（逃げ溝１１ｃ形成部）への応力集中を避けるようにしたものである。第３実施の形態のピニオン軸では、スリーブ１２の外径Ｄa をさらに大きくしてピニオンの外径Ｄ0 と同じ寸法にしたものである。
【００４０】
この構成においても、軸受支承部となるスリーブ１２の外径Ｄa を従来の構成であるピニオンの歯底円の直径Ｄ2 よりも大きい外径Ｄa とすることができるので、ピニオン軸１０の負荷容量を大きくすることができるほか、ピニオン軸１０の先端部１１ａの直径はスリーブ１２の外径Ｄa となるので、この部分を支承するニードル軸受１３に負荷容量の高い軸受を使用することができ、高負荷においても軸受寿命を長くすることができるほか、  さらに、スリーブ１２の端面とピニオン１１の端面とを広い面積で接触させることで、ピニオン１１に発生する曲げ方向の力をスリーブ１２にも伝達させることにより、ピニオン１１の段付き部（逃げ溝１１ｃ形成部）への応力集中を避けることができる。
【００４１】
なお、上記した第３の実施の形態では、スリーブ１２の外径Ｄa をピニオンの外径Ｄ0と同じ寸法としているが、スリーブ１２の外径Ｄa をピニオンの外径Ｄ0 よりも大きくすることも可能である。
【００４２】
以上説明したこの発明の実施の形態のピニオン軸は、好適例としてピニオンアシストタイプの電動パワーステアリング装置への適用を例に説明したが、コラムアシストタイプのパワーステアリング装置へも適用できることは言うまでもなく、また、ラック・ピニオン式のステアリング装置であれば、パワーステアリング装置に限られず、マニュアルステアリング装置へも適用可能なものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
ピニオン軸の先端部にスリーブを嵌挿してピニオンのピッチ円の直径よりも大きい直径の軸受支承部を設けたピニオン軸、及びそのピニオン軸を備えた電動パワーステアリング装置であり、軸受寿命の長いピニオン軸構造、及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の第１の実施の形態のピニオン軸の構造を説明する部分断面図。
【図２】この発明の第２の実施の形態のピニオン軸の構造を説明する部分断面図。
【図３】この発明の第３の実施の形態のピニオン軸の構造を説明する部分断面図。
【図４】従来のラック・ピニオン式ステアリング機構の構成の一例を説明する断面図。
【図５】軸受機能を分離した従来のラック・ピニオン式ステアリング機構の構成の一例を説明する断面図。
【図６】図５に示すピニオン軸の先端部付近を拡大した断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０、２０、３０  ピニオン軸
１１  ピニオン
１１ａ  先端部（軸受支承部）
１１ｃ  逃げ溝
１２  スリーブ
１３  ニードル軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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