(57)【要約】  【課題】  設計の自由度を確保しつつ、効果的にキックバック、フラッタ等の逆入力を低減することが可能なラックアンドピニオン式操舵装置を提供する。  【解決手段】  ラック軸の軸線に垂直な基準線に対するラック歯の延在方向の傾斜角とピニオン歯の延在方向に対するピニオン軸の軸線の傾斜角との和が、基準線に対するピニオン軸の軸線の傾斜角と一致せず、対向するピニオン歯（又はラック歯）との接触状態に応じて、歯筋方向の一端側は歯幅が薄く、他端側は歯幅が厚くなるよう、ラック歯（又はピニオン歯）の歯面に歯筋方向のクラウニングを有する。【選択図】        図２
2006062382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン軸の周面に設けたピニオン歯と、ラック軸の外面に設けたラック歯とを噛合してあり、操舵部材に連結された前記ピニオン軸の回転を前記ピニオン歯及びラック歯の噛合部を介して前記ラック軸に伝達し、該ラック軸を軸長方向に移動させて操舵を行うラックアンドピニオン式操舵装置において、
前記ラック軸の軸線に垂直な基準線に対する前記ラック歯の延在方向の傾斜角と前記ピニオン歯の延在方向に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角との和が、前記基準線に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角と一致せず、
前記ラック歯（又は前記ピニオン歯）の歯面に歯筋方向のクラウニングを有し、対向する前記ピニオン歯（又は前記ラック歯）との接触状態に応じて、歯筋方向の一端側は歯幅が薄く、他端側は歯幅が厚いことを特徴とするラックアンドピニオン式操舵装置。
【請求項２】
前記基準線に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角を増減することを特徴とする請求項１記載のラックアンドピニオン式操舵装置。
【請求項３】
前記ラック軸の軸線に垂直な基準線に対する前記ラック歯の延在方向の傾斜角、又は前記ピニオン歯の延在方向に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角を増減することを特徴とする請求項１記載のラックアンドピニオン式操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピニオン軸の周面に設けたピニオン歯と、ラック軸の外面に設けたラック歯とを噛合してあり、操舵部材に連結されたピニオン軸の回転をピニオン歯及びラック歯の噛合部を介してラック軸に伝達し、ラック軸を軸長方向に移動させて操舵を行うラックアンドピニオン式操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式操舵装置は、自動車等の車両用操舵装置として広く用いられており、例えばステアリングホイール等の操舵部材に連結され、周面にピニオン歯が設けられたピニオン軸と、車体の左右方向に延設され、その中途部外面に適長に亘ってラック歯が設けられたラック軸とを備え、運転者による操舵部材の操作に応じたピニオン軸の回転をラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の左右両端に各別のタイロッドを介して連結された操舵用の車輪（一般的には左右の前輪）を操舵せしめる構成となっている。
【０００３】
このようなラックアンドピニオン式操舵装置では、キックバック、フラッタ等の逆入力を抑制すべく、ラック軸の軸線に垂直な基準線に対するラック歯の延在方向の傾斜角（以下、ラック捩れ角という）θｒ及びピニオン歯の延在方向に対するピニオン軸の軸線の傾斜角（以下、ピニオン捩れ角という）θｐの少なくとも一方は、基準線に対するピニオン軸の軸線の傾斜角（以下、ハウジング交差角という）θｈよりも大きく設定されている。したがって、付勢手段による付勢力をキックバック、フラッタ等の逆入力を低減することができる大きな値に設定した場合、ピニオン軸とラック軸との間での運動変換を良好に行うことが困難となり、その結果としてハンドル戻り性、操舵フィーリング等が悪化するという問題点があった。
【０００４】
斯かる問題を解決すべく、特許文献１には、ピニオン捩れ角θｐを小さくすることにより、ピニオン歯とラック歯との噛み合い摩擦を低減し、ピニオン軸とラック軸との間の運動変換が良好に、かつ効率よく行うことができるようにしたステアリング装置が開示されている。このようにすることで、付勢手段によりラック軸に与える付勢力を更に高い値に設定することができ、互いに噛合するラック歯及びピニオン歯の摩擦によってピニオン軸及びラック軸の微小な相対変位を効果的に吸収することができ、ハンドル戻り性、操舵フィーリング等の悪化を回避しつつ、キックバック、フラッタ等の逆入力を低減することが可能になる。
【特許文献１】特開平６−１１５４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述したステアリング装置では、ピニオン捩れ角θｐを小さくすることにより、ピニオン軸の直径が一定である場合ストロークレシオも小さくなる。したがって、設計上、ピニオン捩れ角θｐ小さくすることができる範囲を大きくすることができない。また、ピニオン軸の直径も、ステアリングギヤ周りのスペースにより制約を受ける。したがって、実用的な設計範囲が非常に狭い範囲に限定されてしまい、設計の自由度がほとんど無いという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を鑑みてなされたものであり、設計の自由度を確保しつつ、効果的にキックバック、フラッタ等の逆入力を低減することが可能なラックアンドピニオン式操舵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】
【０００７】
上記目的を達成するために第１発明に係るラックアンドピニオン式操舵装置は、ピニオン軸の周面に設けたピニオン歯と、ラック軸の外面に設けたラック歯とを噛合してあり、操舵部材に連結された前記ピニオン軸の回転を前記ピニオン歯及びラック歯の噛合部を介して前記ラック軸に伝達し、該ラック軸を軸長方向に移動させて操舵を行うラックアンドピニオン式操舵装置において、前記ラック軸の軸線に垂直な基準線に対する前記ラック歯の延在方向の傾斜角と前記ピニオン歯の延在方向に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角との和が、前記基準線に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角と一致せず、前記ラック歯（又は前記ピニオン歯）の歯面に歯筋方向のクラウニングを有し、対向する前記ピニオン歯（又は前記ラック歯）との接触状態に応じて、歯筋方向の一端側は歯幅が薄く、他端側は歯幅が厚いことを特徴とする。
【０００８】
第１発明に係るラックアンドピニオン式操舵装置では、ラック軸の軸線に垂直な基準線に対するラック歯の延在方向の傾斜角（ラック捩れ角）とピニオン歯の延在方向に対するピニオン軸の軸線の傾斜角（ピニオン捩れ角）との和が、基準線に対するピニオン軸の軸線の傾斜角（ハウジング交差角）と一致しないよう補正角をラック捩れ角、ピニオン捩れ角、ハウジング交差角のいずれかに設けてある。また、ラック歯（又はピニオン歯）の歯面に歯筋方向のクラウニングを有し、ピニオン歯（又はラック歯）との密着度を増大すべく、歯筋方向の一端側は歯幅が薄く、他端側は歯幅が厚い歯車形状としている。これにより、ラック軸を介するキックバック、フラッタ等の逆入力のうち、ピニオン軸に伝達される成分を緩和することができる。
【０００９】
すなわち、ラック軸の軸長方向の逆入力ベクトルを、ピニオン軸の軸長方向の成分と、ピニオン軸と直交する方向の成分とに分解した場合、ピニオン軸と直交する方向の成分を小さくするよう補正角を付与することで、ストロークレシオの制約条件を緩和し、ラック軸を介するキックバック、フラッタ等の逆入力を吸収することが可能となる。
【００１０】
また、ラック歯（又はピニオン歯）の歯面に歯筋方向のクラウニングを有し、ピニオン歯（又はラック歯）との密着度を増大すべく、歯筋方向の一端側は歯幅が薄く、他端側は歯幅が厚い歯車形状とすることにより、補正角を設けた場合であってもラック歯とピニオン歯との歯当たり状態の悪化を防止し、キックバック、フラッタ等の逆入力を緩和しつつ、ピニオン軸とラック軸との間での運動変換を良好に維持することが可能となる。
【００１１】
第２発明に係るラックアンドピニオン式操舵装置は、第１発明において、前記基準線に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角を増減することを特徴とする。
【００１２】
第３発明に係るラックアンドピニオン式操舵装置は、第１発明において、前記ラック軸の軸線に垂直な基準線に対する前記ラック歯の延在方向の傾斜角、又は前記ピニオン歯の延在方向に対する前記ピニオン軸の軸線の傾斜角を増減することを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係るラックアンドピニオン式操舵装置では、基準線に対するピニオン軸の軸線の傾斜角、すなわちハウジング交差角を増減することにより、補正角を形成する。また、第３発明に係るラックアンドピニオン式操舵装置では、ラック軸の軸線に垂直な基準線に対するラック歯の延在方向の傾斜角、すなわちラック捩れ角、又はピニオン歯の延在方向に対するピニオン軸の軸線の傾斜角、すなわちピニオン捩れ角を増減することにより、補正角を形成する。これにより、ラック捩れ角とピニオン捩れ角との和は、ハウジング交差角と一致することが無く、ラック軸を介するキックバック、フラッタ等の逆入力のうち、ピニオン軸に伝達される成分を緩和することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、ラック軸を介するキックバック、フラッタ等の逆入力のうち、ピニオン軸に伝達される成分を緩和することができ、ラック軸を介するキックバック、フラッタ等の逆入力を吸収することが可能となる。
【００１５】
また、ラック歯（又はピニオン歯）の歯面に歯筋方向のクラウニングを有し、ピニオン歯（又はラック歯）との密着度を増大すべく、歯筋方向の一端側は歯幅が薄く、他端側は歯幅が厚い歯車形状とすることにより、補正角を設けた場合であってもラック歯とピニオン歯との歯当たり状態の悪化を防止し、キックバック、フラッタ等の逆入力を緩和しつつ、ピニオン軸とラック軸との間での運動変換を良好に維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るラックアンドピニオン式操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【００１７】
図１に示すラックアンドピニオン式操舵装置は、ラック軸１を円筒形をなすラックハウジング１０の内部に軸長方向への移動自在に支持しており、ラックハウジング１０を図示しない車体の左右方向に延設している。ラックハウジング１０の両側に突出するラック軸１の両端は、操舵用の車輪としての左右の前輪１１、１１のナックルアーム１２、１２に各別のタイロッド１３、１３を介して連結されている。
【００１８】
ラックハウジング１０の一側端部近傍には、ラックハウジング１０と軸心を交差するピニオンハウジング２０が連設してあり、ピニオンハウジング２０の内部には、軸回りでの回転自在にピニオン軸２が支持されている。ピニオン軸２の一部は、ピニオンハウジング２０の上方に適長突出しており、突出している端部は、コラム軸２１を介して操舵部材としてのステアリングホイール２２に連結されている。
【００１９】
ピニオンハウジング２０の内部に延設されたピニオン軸２の下半部は、適長に亘って大径化され、大径化された部分の外周面にピニオン歯４を形成している。また、ラックハウジング１０の内部に支持されたラック軸１には、ピニオン軸２との対向部を含め、適長に亘ってラック歯３を形成しており、ラック歯３はピニオン軸２の周面に設けられたピニオン歯４に噛合している。
【００２０】
以上の構成により、操舵のためのステアリングホイール２２が回転操作された場合、ステアリングホイール２２にコラム軸２１を介して連結されたピニオン軸２が回転し、斯かる回転が、ピニオン歯４とラック歯３との噛合部においてラック軸１の軸長方向の移動に変換されてラック軸１が左右両方向に移動する。
【００２１】
このようなラック軸１の移動は、ラック軸１の両端に連結されたタイロッド１３、１３を介して左右のナックルアーム１２、１２に伝達され、これらのナックルアーム１２、１２の押し引きにより左右の前輪１１、１１が、ステアリングホイール２２の操作方向に、操作量に対応する角度となるまで転舵されて操舵がなされる。
【００２２】
本実施の形態に係るラックアンドピニオン式操舵装置の特徴は、ステアリングホイール２２の操作力が負荷された状態で回転するラック軸１におけるラック歯３及びピニオン軸２におけるピニオン歯４の形成態様にある。
【００２３】
図２は、ラック軸１とピニオン軸２との交差部近傍の拡大図である。本図に略示するように、ピニオン軸２に設けられたピニオン歯４は、該ピニオン軸２の軸心線に対して所定のピニオン捩れ角θｐを有する捩れ歯として形成されている。また、ラック軸１に設けられたラック歯３は、該ラック軸１の軸長方向と直交する方向に対してピニオン捩れ角θｐに対応するラック捩れ角θｒを有して傾斜する斜歯として形成されている。ラック軸１に設けられたラック歯３は、ピニオン軸２との交差部においてピニオン歯４と噛合されている。
【００２４】
そして、従来、ピニオン捩れ角θｐとラック捩れ角θｒとの和と一致していたハウジング交差角θｈをΔθ補正する、すなわちラックハウジング１０と軸心を交差するピニオンハウジング２０を、ハウジング交差角θｈ±Δθで連設することにより相違させている。したがって、ピニオン捩れ角θｐ、ラック捩れ角θｒ、ハウジング交差角θｈは（数１）の関係を満たす。なお、ピニオン捩れ角θｐ、ラック捩れ角θｒ、ハウジング交差角θｈは、計測始点を、それぞれピニオン軸の軸線、ラック軸の軸線に垂直な基準線、ラック軸の軸線に垂直な基準線とし、図２の紙面上方から見て、時計回りを正、反時計回りを負とする。
【００２５】
（数１）
θｐ＋（−θｒ）＝θｈ±Δθ
【００２６】
なお、ラックハウジング１０とピニオンハウジング２０との交差角をΔθ補正することに限定されるものではなく、ピニオン捩れ角θｐをΔθ補正するものであっても良いし、ラック捩れ角θｒをΔθ補正するものであっても良い。要は、ピニオン捩れ角θｐとラック捩れ角θｒとの和が、ハウジング交差角θｈと一致しないようにさえできれば良い。また、補正角Δθの範囲は、−１度以上１度以下であることが好ましい。
【００２７】
上述した補正角Δθは、ラック軸１の軸長方向の逆入力ベクトルを、ピニオン軸２の軸長方向の成分と、ピニオン軸２と直交する方向の成分とに分解した場合、ピニオン軸２と直交する方向の成分を小さくするよう付与する。図３は、ラック軸１の軸長方向の逆入力ベクトルの成分分解の例示図である。
【００２８】
図３の実線は、ハウジング交差角θｈをΔθ増加する補正を行った状態で、ラック軸１の軸長方向の逆入力ベクトルを、ピニオン軸２の軸長方向の成分Ｆｐと、ピニオン軸２と直交する方向の成分Ｆｖとに分解した状態を表している。図３の破線は、ピニオン捩れ角θｐとラック捩れ角θｒとの和が、ハウジング交差角θｈと一致している状態で、ラック軸１の軸長方向の逆入力ベクトルＦを、ピニオン軸２の軸長方向の成分Ｆｐ’と、ピニオン軸２と直交する方向の成分Ｆｖ’とに分解した状態を表している。図３においてもピニオン捩れ角θｐ、ラック捩れ角θｒ、ハウジング交差角θｈは、計測始点を、それぞれピニオン軸の軸線、ラック軸の軸線に垂直な基準線、ラック軸の軸線に垂直な基準線とし、図２の紙面上方から見て、時計回りを正、反時計回りを負としており、説明を簡単にするために絶対値をピニオン捩れ角θｐ、ラック捩れ角θｒ、ハウジング交差角θｈと表して説明する。
【００２９】
実線と破線とを比較することから明らかなように、ピニオン軸２と直交する方向の成分は、ピニオン捩れ角θｐとラック捩れ角θｒとの和がハウジング交差角θｈと一致している場合の成分Ｆｖ’（破線）よりも、ハウジング交差角θｈをΔθ増加する補正を行った場合の成分Ｆｖ（実線）の方が小さく、ピニオン軸２を介して運転者に伝達されるキックバック、フラッタ等の逆入力を小さくすることが可能となる。
【００３０】
図３の例では、ハウジング交差角θｈをΔθ増加する補正を行った場合について説明しているが、ラック捩れ角θｒをΔθ減じる補正を行った場合、あるいはピニオン捩れ角θｐをΔθ減じる補正を行った場合についても同様の効果が期待できる。
【００３１】
また、ピニオン軸２を介して運転者に伝達されるキックバック、フラッタ等の逆入力を小さくする場合に、運転者の操舵によりラック軸１に伝達される正入力の伝達効率は低下しないことが好ましい。そこで、本実施の形態では、運転者の操舵によりラック軸１に伝達される正入力の伝達効率は低下させない、すなわちラック歯３とピニオン歯４との歯当たり状態を悪化させないようにすべく、補正角Δθに応じたクラウニング処理をラック歯３又はピニオン歯４の歯面に施す。図４は、ピニオン歯４にクラウニングを施した状態での歯面形状を示す図であり、図５は、ピニオン歯４にクラウニングを施した状態での歯当たり状態を示す模式図である。
【００３２】
図４は、ピニオン歯４の歯面を縦横にメッシュ分割して示しており、歯筋方向に凸部を形成している。本実施の形態では、対向するラック歯３との噛み合い部分に補正角Δθ分だけ歯筋方向の噛み合いにズレが生じるおそれがある。そこで、歯筋方向の噛み合いのズレに応じて、クラウニングより形成される凸部の位置を略中央から歯筋方向にシフトする。同一の歯における反対側の歯面では、歯の中心線を軸とした略対象な形状となるようクラウニングを施す。すなわち、図５に示すように、ラック歯３とピニオン歯４との歯当たり状態を、クラウニングによる凸部により良好な状態へと補正する。
【００３３】
これにより、ラック歯３とピニオン歯４との密着度を増大すべく、歯筋方向の一端側は歯幅が薄く、他端側は歯幅が厚くなるよう歯面にクラウニングを施すことにより、ピニオン捩れ角θｐとラック捩れ角θｒとの和が、ハウジング交差角θｈと一致していない場合であっても、ラック歯３とピニオン歯４との歯当たり状態の悪化を防止し、キックバック、フラッタ等の逆入力を緩和し、ラック軸１とピニオン軸２との間での運動変換を良好に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係るラックアンドピニオン式操舵装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】ラック軸とピニオン軸との交差部近傍の拡大図である。
【図３】ラック軸の軸長方向の逆入力ベクトルの成分分解の例示図である。
【図４】ピニオン歯にクラウニングを施した状態での歯面形状を示す図であり、
【図５】ピニオン歯にクラウニングを施した状態での歯当たり状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ラック軸
２  ピニオン軸
３  ラック歯
４  ピニオン歯
２２  操舵部材（ステアリングホイール）
θｒ  ラック捩れ角
θｐ  ピニオン捩れ角
θｈ  ハウジング交差角
Δθ  補正角
【図１】
2006062382.tif 000003
【図２】
2006062382.tif 000004
【図３】
2006062382.tif 000005
【図４】
2006062382.tif 000006
【図５】
2006062382.tif 000007