(57)【要約】【課題】  軽量でラック歯の強度があり、加工時間が短いため製造コストが低減可能なラックを使用した、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】  断面積Ａは断面積Ｂよりも大きく、断面積Ｃよりも小さくなるように、ラック素材Ｗの寸法を設定している。従って、ラック歯８３の成形時に排除された素材材料（余肉）がラック素材Ｗの内径孔８２内に流動すると、ラック歯底８５の裏側の内径孔８２は、潰れて上下が密着するため、ラック歯８３への素材材料の充填が促進される。中空の管状素材を使用し、ラック歯底８５の裏側の内径孔８２は上下が密着するため、ラック歯底８５の肉厚が十分に確保され、ラック歯の強度が向上すると共に、ラック歯先８４の肉厚が必要以上に厚くなることがないため、ラック８が軽量化される。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コラムアシスト、もしくはピニオンアシストタイプのラックピニオン式ステアリング装置において、
上記ラックは、
内径孔を有する管状のラック素材のラック歯成形部を除いた外周をダイで拘束し、
ラック歯形を有する金型を上記ラック素材の外周のラック歯成形部に押圧し、
上記金型によるラック歯成形時に排除された素材材料を上記内径孔内に全て収容することにより成形されていること
を特徴とするテアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたステアリング装置において、上記ラック素材の内径孔の断面積が、ラック素材の外周とラック歯先で囲まれた部分の断面積よりも大きく、かつ、ラック素材の外周とラック歯底で囲まれた部分の断面積よりも小さいこと
を特徴とするステアリング装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯底の裏側が潰れて接触していること
を特徴とするステアリング装置。
【請求項４】
請求項２に記載されたステアリング装置において、
上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯底の裏側が潰れて接触していること
を特徴とするステアリング装置。
【請求項５】
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯先の裏側に空隙が形成されていること
を特徴とするステアリング装置。
【請求項６】
請求項２に記載されたステアリング装置において、
上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯先の裏側に空隙が形成されていること
を特徴とするステアリング装置。
【請求項７】
請求項２に記載されたステアリング装置において、
上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯底の裏側が潰れて接触し、ラック歯先の裏側に空隙が形成されていること
を特徴とするステアリング装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれかに記載されたステアリング装置は、
モータの操舵補助力をステアリングシャフトに付与するコラムアシスト型、または、モータの操舵補助力をステアリングギヤのラックに噛合うピニオン軸に付与するピニオンアシスト型であること
を特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステアリング装置に係わり、特に、コラムアシスト、もしくはピニオンアシストタイプのラックピニオン式ステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ステアリング装置においては、ラック推力の高出力化の要求が増えてきており、ラックの直径を大径化することによって対応している。しかし、その一方では、車両の軽量化の要求も強く、相反する要求を同時に実現しなくてはならない。
【０００３】
図５は従来の電動式パワーステアリング装置を示し、（１）はコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図、（２）はピニオンアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。図６は従来の中実ラックを使用したコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の要部を示す縦断面図である。図７は従来のラックを示し、（１）は従来の中実ラックの中心軸線に沿って切断した断面図、（２）は従来の中空ラックの中心軸線に沿って切断した断面図、（３）はラック歯底部分を示す（２）の中空ラックのＧ−Ｇ断面図である。
【０００４】
図５（１）に示すコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減するために、コラム１０５の中間部に取付けたモータ１０２の操舵補助力をステアリングシャフトに付与し、中間シャフト１０６を介して、ラックピニオン式のステアリングギヤ１０３のラックを往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を操舵する方式のステアリング装置である。
【０００５】
図５（２）に示すピニオンアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減するために、モータ１０７の操舵補助力をステアリングギヤ１０３のラックに噛合うピニオン軸に付与し、ラックピニオン式のステアリングギヤ１０３のラックを往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を操舵する方式のステアリング装置である。
【０００６】
このような、コラムアシスト型やピニオンアシスト型のラックピニオン式ステアリング装置は、操舵補助力がラックとピニオンとの噛み合い面に作用する。従って、ラック推力を高出力化すると、両部材間の接触面圧や歯元応力が大きくなるため、ラックの直径を大径化するなどして接触面圧や歯元応力を軽減すると同時に、ラックを軽量化する必要がある。
【０００７】
図６は従来の中実ラックを使用したコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の要部を示す縦断面図であり、図７（１）は従来の中実ラックの中心軸線に沿って切断した断面図である。図６に示すように、ステアリングギヤ１０３のハウジング６１に、ピニオン軸６２の下端部が、ボール軸受６３とニードル軸受６４により軸支されている。ピニオン軸６２の上端は、図示しないカルダン継手を介して図５の中間シャフト１０６に連結されている。
【０００８】
ピニオン軸６２の回転は、ピニオン６２１を介して中実ラック７１に伝達され、中実ラック７１に連結された図５のタイロッド（転舵装置）１０４、１０４を介して、舵輪の向きを変更する。
【０００９】
転がり式ラックガイドは、中実ラック７１のラック歯７１１の背面側の外周７１２に、ローラ７２をアジャストカバー７３によって押し付けている。ローラ７２は、円柱状の軸体７４に、複数のニードルころ７５によって回転可能に軸支されている。軸体７４は円筒状のホルダ７６の溝７６１内に収容されている。
【００１０】
ハウジング６１には、断面円形のガイド孔６５が形成され、このガイド孔６５にホルダ７６が図６の左右方向に摺動可能に内嵌している。アジャストカバー７３を回転して螺合距離を適度に調整し、ロックナット７７でアジャストカバー７３を緩み止めすることにより、皿バネ７８を介してホルダ７６を中実ラック７１側に押しつけ、中実ラック７１の外周７１２にローラ７２を押し付けている。これにより、ピニオン６２１と中実ラック７１との噛み合い部のバックラッシュを無くし、中実ラック７１が円滑に移動するようにしている。
【００１１】
上記した従来の中実ラック７１は、ラックの直径を大径化するとラックの重量が増大する問題が生じる。そのため、図７（１）に示すように、ラック歯７１１が形成されていない部分に長孔７１３をあけて、軽量化を図る試みも行われているが、中実丸棒の端面から３００ｍｍ〜４００ｍｍの長い距離の長孔をあけなければならないため、加工時間が長くなって、製造コストが上昇する不具合が生じる。
【００１２】
また、図７（２）及び特許文献１に示すように、中空の管状ラック素材から成形した中空ラック７９は、上記した中実ラック７１に比べ重量は軽減される。しかし、中空の管状ラック素材の内径孔にマンドレルを圧入して、ラック歯形を成型する製造方法であるため、マンドレルによるしごき加工に大きな加工力を必要とするため、少しずつ寸法を変えた複数のマンドレルを交換しながら加工する必要があり、加工時間が長くなると共に、専用の加工機械が必要となるため、製造コストが上昇する。
【００１３】
また、ラック歯７９１のラック歯底７９２の肉厚が薄くなるため、ラック歯７９１の強度が低下する不具合があった。ラック歯底７９２の肉厚を十分に確保するために、中空の管状ラック素材の肉厚を厚くすると、軽量化の効果が薄れ、ラック歯先７９３の肉厚が必要以上に厚くなってしまう不具合が生じる。
【００１４】
【特許文献１】特許第２９２８４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、軽量でラック歯の強度があり、加工時間が短いため製造コストが低減可能なラックを使用した、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】
【００１６】
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、コラムアシスト、もしくはピニオンアシストタイプのラックピニオン式ステアリング装置において、上記ラックは、内径孔を有する管状のラック素材のラック歯成形部を除いた外周をダイで拘束し、ラック歯形を有する金型を上記ラック素材の外周のラック歯成形部に押圧し、上記金型によるラック歯成形時に排除された素材材料を上記内径孔内に全て収容することにより成形されていることを特徴とするステアリング装置である。
【００１７】
第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ラック素材の内径孔の断面積が、ラック素材の外周とラック歯先で囲まれた部分の断面積よりも大きく、かつ、ラック素材の外周とラック歯底で囲まれた部分の断面積よりも小さいこと
を特徴とするステアリング装置である。
【００１８】
第３番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯底の裏側が潰れて接触していることを特徴とするステアリング装置である。
【００１９】
第４番目の発明は、第２番目の発明のステアリング装置において、上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯底の裏側が潰れて接触していることを特徴とするステアリング装置である。
【００２０】
第５番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯先の裏側に空隙が形成されていることを特徴とするステアリング装置である。
【００２１】
第６番目の発明は、第２番目の発明のステアリング装置において、上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯先の裏側に空隙が形成されていることを特徴とするステアリング装置である。
【００２２】
第７番目の発明は、第２番目の発明のステアリング装置において、上記ラック歯成形部の内径孔は、ラック歯底の裏側が潰れて接触し、ラック歯先の裏側に空隙が形成されていることを特徴とするステアリング装置である。
【００２３】
第８番目の発明は、第１番目から第７番目までのいずれかの発明のステアリング装置は、モータの操舵補助力をステアリングシャフトに付与するコラムアシスト型、または、モータの操舵補助力をステアリングギヤのラックに噛合うピニオン軸に付与するピニオンアシスト型であることを特徴とするステアリング装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のラックピニオン式ステアリング装置では、中空の管状素材を使用し、ラック歯底の裏側の内径孔は上下が密着するため、ラック歯底の肉厚が十分に確保され、ラック歯の強度が向上すると共に、ラック歯先の肉厚が必要以上に厚くなることがないため、ラックが軽量化される。また、ラック歯先の裏側の内径孔は、ラック歯の成形時に完全には潰れず、空隙が残るため、金型が密閉状態とはならず、成形荷重が小さくて済むため、冷間での成形が可能となり、ラック歯の成形精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態のコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の要部を示す縦断面図である。図２は本発明の実施形態のラックを示し、（１）はラックの中心軸線に沿って切断した断面図、（２）はラック歯底部分を示す（１）のＡ−Ａ断面図、（３）はラック歯先部分を示す（１）のＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
図３は本発明の実施形態のラックの成型方法を示す説明図であって、（１Ａ）は、ラック素材の軸線に沿って切断した成形直前の金型の状態を示す縦断面図、（１Ｂ）は（１Ａ）のＣ−Ｃ断面図、（２Ａ）は、ラックの軸線に沿って切断した成形終了後の金型の状態を示す縦断面図、（２Ｂ）は（２Ａ）のラック歯底部分を示すＦ−Ｆ断面図ある。図４は図３の成型方法で成型したラックの断面形状を示す断面図である。
【００２７】
図１に示すように、ハウジング６１には、ピニオン軸６２の下端部がボール軸受６３とニードル軸受６４により軸支されている。ピニオン軸６２の上端は、図示しないカルダン継手を介して、中間シャフトに連結されている。
【００２８】
ピニオン軸６２の回転は、ピニオン６２１を介して本発明の実施形態のラック８に伝達され、ラック８に連結された図示しないタイロッド（転舵装置）を介して、舵輪の向きを変更する。
【００２９】
転がり式ラックガイドは、ラック８のラック歯８３の背面側の外周８１に、ローラ７２をアジャストカバー７３によって押し付けている。ローラ７２は、円柱状の軸体７４に、複数のニードルころ７５によって回転可能に軸支されている。軸体７４は円筒状のホルダ７６の溝７６１内に収容されている。
【００３０】
ハウジング６１には、断面円形のガイド孔６５が形成され、このガイド孔６５にホルダ７６が図１の左右方向に摺動可能に内嵌している。アジャストカバー７３を回転して螺合距離を適度に調整し、ロックナット７７でアジャストカバー７３を緩み止めすることにより、皿バネ７８を介してホルダ７６をラック８側に押しつけ、ラック８の外周８１にローラ７２を押し付けている。これにより、ピニオン６２１とラック８との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック８が円滑に移動するようにしている。
【００３１】
図２に示すように、ラック８は、中空円筒状の素材から成形されていて、内径孔８２を有し、（２）に示すように、ラック歯底８５の裏側の内径孔８２は、潰れて上下が接触（密着）し、（３）に示すように、ラック歯先８４の裏側の内径孔８２は、ラック歯８３の成形時に完全には潰れず、空隙８６が残っている。
【００３２】
図３は本発明の実施形態のラック８の成型方法を示す説明図であって、図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示すように、本発明の実施形態のラック８を成形するためのラック素材Ｗは、外周８１及び内径孔８２の断面が円形の中空円筒状の素材を使用している。ラック素材Ｗの形状としては、円形に限定されるものではなく、矩形や多角形等任意の断面形状の管状であればよい。
【００３３】
このラック素材Ｗを、図３（１Ａ）、（１Ｂ）に示すように、下側のダイ５５と上側のダイ５６との間に挟み込み、弾性体５７、５７によって、上側のダイ５６を下側のダイ５５に押圧する。下側のダイ５５には、ラック素材Ｗの外周８１と同一の断面形状を有する半円形の内径孔（拘束面）５５１が形成されている。上側のダイ５６には、金型５８を上下方向に案内するためのガイド孔５６２が形成され、金型５８の下面には、図３（１Ａ）の左右方向の全長にわたって、ラック歯形５９が形成されている。
【００３４】
上側のダイ５６には、ガイド孔５６２以外の部分に、ラック素材Ｗの外周８１と同一の断面形状を有する半円形の内径孔（拘束面）５６１が形成されている。この状態で、図３（２Ａ）、（２Ｂ）に示すように、金型５８をガイド孔５６２に沿って下方に押し込むと、ラック素材Ｗの外周８１の金型５８側に、ラック歯８３が形成され、ラック８が完成する。ラック歯８３の成形時に排除された素材材料（余肉）は、ラック素材Ｗの内径孔８２内に流動して収容される。
【００３５】
図４に成形終了後のラック８の断面形状を示す。図４（１）は図３（２Ａ）のＤ−Ｄ断面図であって、ラック歯８３が成形されていない部分の断面を示す。図４（１）にハッチングで示すように、内径孔８２の断面積をＡとする。
【００３６】
図４（２）は図３（２Ａ）のＥ−Ｅ断面図であって、ラック歯８３が成形されている部分を、ラック歯先８４を通る位置で断面したものである。図４（２）にハッチングで示すように、ラック８（ラック素材Ｗ）の外周８１とラック歯先８４で囲まれた部分の断面積をＢとする。
【００３７】
図４（３）は図３（２Ａ）のＦ−Ｆ断面図であって、ラック歯８３が成形されている部分を、ラック歯底８５を通る位置で断面したものである。図４（３）にハッチングで示すように、ラック８（ラック素材Ｗ）の外周８１とラック歯底８５で囲まれた部分の断面積をＣとする。
【００３８】
本発明の実施形態では、断面積Ａは断面積Ｂよりも大きく、断面積Ｃよりも小さくなるように、ラック素材Ｗ（ラック８）の寸法を設定している。従って、ラック歯８３の成形時に排除された素材材料（余肉）がラック素材Ｗの内径孔８２内に流動すると、ラック歯底８５の裏側の内径孔８２は、図４（３）に示すように、潰れて上下が接触（密着）するため、ラック歯８３への素材材料の充填が促進される。
【００３９】
本発明の実施形態では、中空の管状素材を使用し、ラック歯底８５の裏側の内径孔８２は上下が密着するため、ラック歯底８５の肉厚が十分に確保され、ラック歯の強度が向上すると共に、ラック歯先８４の肉厚が必要以上に厚くなることがないため、ラック８が軽量化される。
【００４０】
また、ラック歯先８４の裏側の内径孔８２は、図４（２）に示すように、ラック歯８３の成形時に完全には潰れず、空隙８６が残るため、金型が密閉状態とはならず、従って、成形荷重が小さくて済むため、冷間での成形が可能となり、ラック歯の成形精度が向上し、金型の寿命が長くなる。
【００４１】
さらに、ラック歯８３の成形時に排除された素材材料（余肉）が、全てラック素材Ｗの内径孔８２内に収容されるため、成形したラックにバリが生じないため、バリを削除するための加工工数が削減される。さらに、ラック歯の背面側の形状が単純形状になるため、ラック歯の背面側をガイドするラックガイドの形状が簡素となる。
【００４２】
また、金型の形状が簡素で、汎用的なプレスで成形が可能なため、金型制作費や成形設備費が削減され、マンドレルを使用しないため、加工時間が短くて済む。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態のコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の要部を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態のラックを示し、（１）はラックの中心軸線に沿って切断した断面図、（２）は歯底部分を示す（１）のＡ−Ａ断面図、（３）は歯先部分を示す（１）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明の実施形態のラックの成型方法を示す説明図であって、（１Ａ）は、ラック素材の軸線に沿って切断した成形直前の金型の状態を示す縦断面図、（１Ｂ）は（１Ａ）のＣ−Ｃ断面図、（２Ａ）は、ラックの軸線に沿って切断した成形終了後の金型の状態を示す縦断面図、（２Ｂ）は（２Ａ）の歯底部分を示すＦ−Ｆ断面図ある。
【図４】図３の成型方法で成型したラックの断面形状を示す断面図である。
【図５】従来の電動式パワーステアリング装置を示し、（１）はコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図、（２）はピニオンアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。
【図６】従来の中実ラックを使用したコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の要部を示す縦断面図である。
【図７】従来のラックを示し、（１）は従来の中実ラックの中心軸線に沿って切断した断面図、（２）は従来の中空ラックの中心軸線に沿って切断した断面図、（３）はラック歯底部分を示す（２）の中空ラックのＧ−Ｇ断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  ステアリングホイール
１０２  モータ
１０３  ステアリングギヤ
１０４  タイロッド
１０５  コラム
１０６  中間シャフト
１０７  モータ
５５  下側のダイ
５５１  内径孔
５６  上側のダイ
５６１  内径孔
５６２  ガイド孔
５７  弾性体
５８  金型
５９  ラック歯形
６１  ハウジング
６２  ピニオン軸
６２１  ピニオン
６３  ボール軸受
６４  ニードル軸受
６５  ガイド孔
７１  中実ラック
７１１  ラック歯
７１２  外周
７１３  長孔
７２  ローラ
７３  アジャストカバー
７４  軸体
７５  ニードルころ
７６  ホルダ
７６１  溝
７７  ロックナット
７８  皿バネ
７９  中空ラック
７９１  ラック歯
７９２  ラック歯底
７９３  ラック歯先
８ラック
８１  外周
８２  内径孔
８３  ラック歯
８４  ラック歯先
８５  ラック歯底
８６  空隙
Ｗ  ラック素材
【図１】
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【図２】
2006224822.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006224822.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006224822.tif 000008
【図７】
2006224822.tif 000009