(57)【要約】【課題】ラックバーの軽量化を図ることができる回転直動変換装置を提供する。【解決手段】回転直動変換装置１０は、ピニオンギヤ２２が形成されたピニオンシャフト２０と、ピニオンギヤ２２に噛み合うラックギヤ３２及び長手方向に沿う支持面３１が形成されたラックバー３０と、ラックバー３０を支持面３１に沿って移動可能に支持する支持部４０と、を備える。支持部４０は、ラックギヤ３２が形成される面３０ａに垂直な方向Ｘへのラックバー３０の移動を抑止する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオンギヤが形成されたピニオンシャフトと、
前記ピニオンギヤに噛み合うラックギヤ及び長手方向に沿う支持面が形成されたラックバーと、
前記ラックバーを前記支持面に沿って移動可能に支持する支持部と、を備える回転直動変換装置。
【請求項２】
前記支持部は、前記ラックギヤが形成される面に垂直な方向への前記ラックバーの相対的な移動を抑止する請求項１に記載の回転直動変換装置。
【請求項３】
前記支持部と前記ラックバーの間に配置されて、前記支持面を転走する複数の転動体を備える請求項１又は２に記載の回転直動変換装置。
【請求項４】
前記ピニオンギヤ及び前記ラックギヤは、それぞれ平歯車に形成され、
前記ラックギヤの歯幅方向は、前記ラックバーの幅方向に対して交差し、
前記ラックギヤのピッチ面は、前記ラックバーの厚み方向において傾斜する請求項１から３のうちいずれか一項に記載の回転直動変換装置。
【請求項５】
前記ラックバーに形成された第２のラックギヤと、
前記第２のラックギヤに噛み合う第２のピニオンギヤと、
前記第２のピニオンギヤを回転させる回転駆動装置と、を備える請求項１から４のうちいずれか一項に記載の回転直動変換装置。
【請求項６】
前記ラックバーに形成された螺旋状のボールねじ溝と、
前記ボールねじ溝に係合するボールナットと、
前記ボールナットを回転させる回転駆動装置と、を備える請求項１から４のうちいずれか一項に記載の回転直動変換装置。
【請求項７】
前記ラックバーの外周側を覆うラックカバーと、
前記ラックカバーに設けられ、前記ラックバーに臨みつつ前記ラックバーに近接するように傾斜する傾斜部と、
前記ラックバーの長手方向において前記支持部を前記傾斜部に押し付ける押付部と、を備える請求項１から６のうちいずれか一項に記載の回転直動変換装置。
【請求項８】
前記押付部は、前記ラックバーと対向しつつ前記ラックバーに近接するように傾斜する第２の傾斜部を有しており、
前記ラックバーの長手方向において前記支持部が前記傾斜部と前記第２の傾斜部との間に挟み込まれる請求項７に記載の回転直動変換装置。
【請求項９】
前記支持部は、前記ラックバーの長手方向において間隔をあけて配置され、前記支持面に対し前記ラックバーの長手方向に回転可能に接触する複数のカム部材を備える請求項１から８に記載の回転直動変換装置。
【請求項１０】
ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、
車輪に連結されたリンク部材と、
前記ステアリングシャフトの回転を直線運動に変換して前記リンク部材を直線運動させる回転直動変換装置と、を備えるステアリング装置において、
前記回転直動変換装置として、請求項１から９のうちいずれか一項に記載の回転直動変換装置を用い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、回転直動変換装置、ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の進行方向を任意に変えるステアリング装置には、ラックアンドピニオン装置が用いられている。
ラックアンドピニオン装置は、ピニオンギヤが形成されたピニオンシャフト及びピニオンギヤに噛み合うラックギヤが形成されたラックバーを備える。ラックアンドピニオン装置は、ピニオンギヤとラックギヤの作用により、ピニオンシャフトの回転運動をラックバーの直線運動（直動）に変換する。
【０００３】
ステアリングホイールを回転させると、ステアリングシャフトを介してピニオンシャフトが回転する。ピニオンシャフトの回転に応じてラックバーが車両幅方向において往復移動して、リンク部材を介してタイヤ（車輪）の向き（進行方向）を変更させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０７４３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ラックバーは、タイヤが路面の凹凸に乗り上げたりすると、例えば強い座屈荷重を受ける。このため、ラックバーの曲げ強度を高めるために、ラックバーを円筒形にする等して、ラックバーの厚みを大きくして、断面二次モーメントを高めていた。
しかし、ラックバーが太くなり、さらにラックバーを覆うラックカバーも大型化して、装置の重量化を招いてしまうという問題がある。
【０００６】
ピニオンシャフトとラックバーは傾斜して交わるため、ピニオンギヤをはすば歯車に形成していた。このため、ピニオンギヤとラックギヤの噛み合いが点接触となって、ピニオンギヤとラックギヤの噛み合い部分に大きな応力が集中する。そこで、ラックギヤの強度を高めるために、ラックギヤの歯幅を大きくする等の対策が採られている。
しかし、ラックギヤの歯幅を大きくすると、ラックバーの幅が大きくなり、装置の重量化を招いてしまうという問題がある。
【０００７】
また、ピニオンギヤとラックギヤの噛み合いが点接触又は噛み合う範囲が非常に狭いため、ラックバーに発生した座屈荷重の変動がピニオンシャフトを介してステアリングホイールに伝わりやすい。このため、運転者にとって、ステアリングホイールの感触が悪くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、ラックバーの軽量化を図ることができる回転直動変換装置を提供することを目的とする。
本発明は、走行時にステアリングホイールに伝わる感触を滑らかにする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】
【０００９】
本発明に係る回転直動変換装置の実施態様は、ピニオンギヤが形成されたピニオンシャフトと、前記ピニオンギヤに噛み合うラックギヤ及び長手方向に沿う支持面が形成されたラックバーと、前記ラックバーを前記支持面に沿って移動可能に支持する支持部と、を備える。
【００１０】
本発明に係るステアリング装置の実施態様は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、車輪に連結されたリンク部材と、前記ステアリングシャフトの回転を直線運動に変換して前記リンク部材を直線運動させる回転直動変換装置と、を備えるステアリング装置において、前記回転直動変換装置として、本発明に係る回転直動変換装置を用いる。
【００１１】
本発明に係るステアリング装置の実施態様は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、車輪に連結されたリンク部材と、前記ステアリングシャフトに連結されると共にピニオンギヤが形成されたピニオンシャフトと、前記ピニオンギヤに噛み合うラックギヤが形成されると共に前記リンク部材に連結されるラックバーと、を備え、前記ラックバーは、支持部により長手方向に沿って移動可能に支持されて直線案内機構を構成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る回転直動変換装置は、ラックバーの軽量化を図ることができる。したがって、車両の軽量化に貢献することができる。
本発明に係るステアリング装置は、走行時にステアリングホイールに伝わる感触を滑らかにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るラックアンドピニオン装置１０を示す斜視図であって、（ａ）ラックカバー１５を含む図、（ｂ）ラックカバー１５を省略した図である。
【図３】ラックアンドピニオン装置１０を示す拡大斜視図である。
【図４】ラックアンドピニオン装置１０の正面図である。
【図５】ラックアンドピニオン装置１０の側面図であって、（ａ）ラックアンドピニオン装置１０、（ｂ）支持ブロック４０を示す。
【図６】ラックバー３０及び支持ブロック４０の詳細構成を示す斜視一部断面図である。
【図７】ラックバー３０の変形状態を示すシミュレーション図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るステアリング装置１を示す平面構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るステアリング装置１を示す平面構成図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４実施形態に係るステアリング装置１を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るステアリング装置１の要部を示す平面視一部断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態の一変形例に係るステアリング装置１の要部を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第５実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第５実施形態に係るステアリング装置１を示す平面図である。
【図１８】本発明の第５実施形態に係るステアリング装置１（はす歯）と比較例に係る市販ステアリング装置とのハンドル回転トルクを比較した実験結果である。
【図１９】本発明の第１〜４実施形態に係るステアリング装置１（平歯）と比較例に係る市販ステアリング装置とのハンドル回転トルクを比較した実験結果である。
【図２０】本発明の第６実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第６実施形態の一変形例に係るステアリング装置１の要部を示す側面図である。
【図２２】本発明の第６実施形態の一変形例に係るステアリング装置１の要部を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係るラックアンドピニオン装置１０を示す斜視図であって、（ａ）ラックカバー１５を含む図、（ｂ）ラックカバー１５を省略した図である。
【００１６】
車両Ａの前後方向をＸ方向、幅方向（左右方向）をＹ方向、上下方向をＺ方向とする。
Ｘ方向のうち、前方側を＋Ｘ方向、後方側を−Ｘ方向とする。
Ｙ方向のうち、車両Ａを前方から見て右方側を＋Ｙ方向、左方側を−Ｙ方向とする。
Ｚ方向のうち、上方側を＋Ｚ方向、下方側を−Ｚ方向とする。
【００１７】
ステアリング装置１は、車両Ａの進行方向を任意に変える装置であって、前輪である一対のタイヤ（車輪）Ｔに対して連結される。
ステアリング装置１は、ステアリングシャフト３、リンク部材５及びラックアンドピニオン装置１０等を備える。
【００１８】
ステアリングシャフト３は、ステアリングコラムとも呼ばれる部材であって、上端にステアリングホイールＳが連結される。ステアリングシャフト３の下端は、ラックアンドピニオン装置１０（ピニオンシャフト２０）に連結される。
【００１９】
リンク部材５は、タイロッド６及びナックルアーム７等を備える。タイロッド６の内端は、ラックアンドピニオン装置１０（ラックバー３０）に連結される。タイロッド６の外端は、ナックルアーム７の内端に対して揺動可能に連結される。ナックルアーム７の外端は、タイヤＴに連結される。
【００２０】
ラックアンドピニオン装置（回転直動変換装置）１０は、ステアリングシャフト３の回転運動を直線運動（直動）に変換して、リンク部材５（タイロッド６）を往復移動させる。
【００２１】
ラックアンドピニオン装置１０は、ピニオンシャフト２０、ラックバー３０及び支持ブロック４０等を備える。
ピニオンシャフト２０とラックバー３０は、ラックアンドピニオン機構（回転直動変換機構）を構成する。ラックバー３０と支持ブロック４０は、リニアガイド機構（直動案内機構）を構成する。
ラックアンドピニオン装置１０は、さらに、ラックバー３０の外周側を覆うラックカバー１５、ラックアンドピニオン装置１０を車両Ａに装着するラックカバーマウント１６等を備える。ラックカバーマウント１６は、ラックカバー１５の複数箇所に固着される。
【００２２】
図３は、ラックアンドピニオン装置１０を示す拡大斜視図である。
図４は、ラックアンドピニオン装置１０の正面図である。
図５は、ラックアンドピニオン装置１０の側面図であって、（ａ）ラックアンドピニオン装置１０、（ｂ）支持ブロック４０を示す。
【００２３】
ピニオンシャフト２０は、上下方向及び前後方向に延びる円柱形の部材である。ピニオンシャフト２０の上端は、ステアリングシャフト３に連結される。ピニオンシャフト２０の下端部の外周面には、ピニオンギヤ２２が形成される。
ピニオンギヤ２２は、平歯車である。ピニオンギヤ２２は、ピニオンシャフト２０の回転軸２０ｐに対して平行に形成される。
ピニオンギヤ２２の歯幅２２ｈは、後述するラックギヤ３２の歯幅３２ｈよりも長く形成される。
ピニオンシャフト２０（ピニオンギヤ２２）の寸法、材質、熱処理等は、任意に設定できる。ピニオンギヤ２２の歯数、寸法、精度等は、任意に設定できる。
【００２４】
ラックバー３０は、幅方向に延びる四角柱形の部材である。ラックバー３０の中央左寄りには、ラックギヤ３２が形成される。ラックバー３０の両端は、タイロッド６に連結される。
【００２５】
ラックバー３０は、左右方向に延びる部材であって、左右方向に垂直な断面が略矩形に形成される。ラックバー３０の両端は、タイロッド６に連結される。
ラックバー３０の外周面３０ｓのうち、前方（＋Ｘ方向）を向く正面３０ａの一部には、ラックギヤ３２が形成される。ラックギヤ３２は、ラックバー３０の中央左寄りの領域に形成される（車両Ａが右ハンドル仕様の場合）。
【００２６】
ラックギヤ３２は、平歯車であり、ラックバー３０の長手方向（Ｙ方向）に沿って複数の歯が並ぶ。ラックギヤ３２は、ピニオンシャフト２０のピニオンギヤ２２に噛み合う。
【００２７】
ラックギヤ３２の歯幅３２ｈの方向は、ラックバー３０の幅方向（Ｚ方向）に対して所定の角度で交差する。さらに、ラックギヤ３２のピッチ面３２ｆは、ラックバー３０の正面３０ａに対して所定の角度θ２で交差する。言い換えると、ピッチ面３２ｆは、ラックバー３０の厚み方向（Ｘ方向）において傾斜する。
【００２８】
図４，図５（ａ），（ｂ）に示すように、ラックアンドピニオン装置１０は、ピニオンシャフト２０とラックバー３０が、ＸＺ平面及びＹＺ平面においてそれぞれ傾斜して交差して配置される。このため、ラックギヤ３２は、歯幅方向がＺ方向に対して所定の角度θ１で交差し、ピッチ面３２ｆがＸ方向において所定の角度θ２で傾斜するように形成される。
【００２９】
ラックバー３０（ラックギヤ３２）の寸法、材質、熱処理等は、任意に設定できる。ラックギヤ３２の歯数、寸法、精度等は、ピニオンギヤ２２と同様に、任意に設定できる。
【００３０】
支持ブロック４０は、例えば、リニアガイドを用いることができ、ラックバー３０の後方側（−Ｘ方向）に配置されて、ラックバー３０を左右方向（Ｙ方向）に移動可能に支持する。支持ブロック４０は、ラックバー３０の前後方向（Ｘ方向）の相対的な移動（変位）を抑止する。支持ブロック４０は、ラックバー３０の上下方向（Ｚ方向）、Ｘ方向回り、Ｙ方向回り、Ｚ方向回の移動・回転（変位・揺動）も抑止する。
【００３１】
支持ブロック４０の内部には、複数のボール５０が収容される。ラックバー３０と支持ブロック４０の間に複数のボール５０が介在することにより、ラックバー３０が支持ブロック４０に対して円滑に往復移動できる。
【００３２】
図６は、ラックバー３０及び支持ブロック４０の詳細構成を示す斜視一部断面図である。
ラックバー３０の外周面３０ｓのうち、上下方向（Ｚ方向）を向く一対の側面３０ｂには、長手方向（Ｙ方向）に沿うボール転走溝３１がそれぞれ形成される。ボール転走溝３１は、複数のボール５０が転がる部位（面）である。
ボール転走溝（支持面）３１は、ラックバー３０の側面３０ｂだけでなく、ラックバー３０の裏面３０ｃにも形成される。ラックバー３０には、四つのボール転走溝３１が設けられる。
ボール転走溝３１の断面形状は、ボール５０の半径よりも僅かに大きい単一の円弧からなるサーキュラーアーク溝形状または二つの円弧からなるゴシックアーチ溝形状である。
【００３３】
支持ブロック（支持部）４０は、ラックバー３０を跨る鞍形状に形成された本体４１と、本体４１の長手方向の両端面に装着された蓋体４８と、を備える。
支持ブロック４０には、ラックバー３０のボール転走溝３１に対向する負荷ボール転走溝４４が形成される。支持ブロック４０には、負荷ボール転走溝４４を含む無限循環路４２が形成される。支持ブロック４０には、四つの無限循環路４２が形成される。
【００３４】
無限循環路４２は、負荷ボール転走路４３、ボール戻し路４５及び一対の方向転換路４６から構成される。
負荷ボール転走路４３は、負荷ボール転走溝４４とボール転走溝３１から形成される。
ボール戻し路４５は、負荷ボール転走溝４４に対して平行に伸びる。方向転換路４６は、負荷ボール転走路４３とボール戻し路４５を接続するＵ字状に形成される。方向転換路４６は、蓋体４８に形成される。
無限循環路４２には、複数のボール５０が収容、配列される。
【００３５】
ラックバー３０を支持ブロック４０に対して移動させると、ラックバー３０のボール転走溝３１と支持ブロック４０の負荷ボール転走溝４４の間（負荷ボール転走路４３）に介在する複数のボール５０が転がり運動する。
複数のボール（転動体）５０は、負荷ボール転走路４３の一端まで転がって、方向転換路４６に導かれる。さらに、複数のボール５０は、ボール戻し路４５及び方向転換路４６を経由した後に、負荷ボール転走路４３に戻される。
ラックバー３０と支持ブロック４０の間に複数のボール５０を介在させることにより、支持ブロック４０に対してラックバー３０を長手方向に移動させる際の抵抗が低減される。
【００３６】
ラックバー３０の裏面３０ｃにボール転走溝３１を形成して、支持ブロック４０により支持することにより、ラックバー３０のＸ方向の移動（変位）が抑止される。言い換えれば、ラックバー３０のＸ方向の見かけ上の剛性が従来よりも高められる。
支持ブロック４０は、ラックバー３０の上下方向（Ｚ方向）、Ｘ方向回り、Ｙ方向回り、Ｚ方向回りの移動・回転（変位・揺動）も抑止する。ラックバー３０のＺ方向、Ｘ方向回り、Ｙ方向回り、Ｚ方向回りの見かけ上の剛性も高められる。
【００３７】
ステアリング装置１は、以下に示すように作用する。
ステアリングホイールＳを回転させると、ステアリングシャフト３を介してピニオンシャフト２０が回転する。
ピニオンシャフト２０のピニオンギヤ２２とラックバー３０のラックギヤ３２が噛み合っているため、ピニオンシャフト２０の回転に応じてラックバー３０が車両Ａの幅方向において往復移動する。ピニオンシャフト２０の回転がラックバー３０の直線運動 (直動)に変換される。
ラックバー３０の往復移動は、ラックバー３０の両端に連結されたリンク部材５に伝達される。タイロッド６は、ラックバー３０により車両Ａの幅方向において押し引き（往復移動）される。この押し引きに連動して、ナックルアーム７が垂直軸７ｐ周りに揺動する。このため、ナックルアーム７に連結されたタイヤＴもナックルアーム７の垂直軸７ｐ周りに揺動する。
このようにして、タイヤＴの向き（進行方向）が変更される（図１参照）。
【００３８】
タイヤＴが路面の凹凸に乗り上げたりすると、タイヤＴの向きが瞬間的に変動するため、ラックバー３０には、例えば強い座屈荷重が掛かり、ラックバー３０を変形させようとする。
このため、ラックバー３０は、強い座屈荷重に対しても十分な強度を確保しなければならない。
【００３９】
図７は、ラックバー３０の変形状態を示すシミュレーション図である。色の濃淡は応力の強弱を示す。濃色が強い応力を示す。
【００４０】
タイヤＴは、ナックルアーム７の垂直軸７ｐ周りに揺動するので、例えばラックバー３０に掛かる座屈荷重は、水平面（ＸＹ平面）において作用する。このため、ラックバー３０は、座屈荷重を受けた際に、水平面（ＸＹ平面）において撓みやすく、垂直面（ＹＺ平面）においては撓みにくい。
したがって、ラックバー３０の水平面（ＸＹ平面）の曲げ剛性を高くする必要がある。
【００４１】
図７に示すように、ラックバー３０の長手方向（Ｙ方向）のうち、ラックギヤ３２が形成された領域の近傍において大きく撓みやすい。このため、ラックバー３０は、ラックギヤ３２が形成された領域を含む領域において曲げ剛性を高くする必要がある。
【００４２】
ステアリング装置１は、ラックバー３０の後方（−Ｘ方向）に、ラックバー３０を支持する支持ブロック４０が配置される。支持ブロック４０は、ラックバー３０を左右方向（Ｙ方向）に円滑に移動可能に支持する。これと同時に、支持ブロック４０は、ラックバー３０の前後方向（Ｘ方向）の移動（変位）を抑止する。このため、ラックバー３０のＸ方向の見かけ上の剛性が高められている。
支持ブロック４０は、ラックバー３０の上下方向（Ｚ方向）、Ｘ方向回り、Ｙ方向回り、Ｚ方向回りの移動・回転（変位・揺動）も抑止する。
【００４３】
しかも、支持ブロック４０は、ラックバー３０の長手方向（Ｙ方向）のうち、ラックギヤ３２が形成された領域を含む領域を支持する。ラックバー３０が左右方向に往復移動した際に、支持ブロック４０が、ラックギヤ３２が形成された領域を支持する時がある。このため、ラックバー３０は、左右方向に往復移動したときであっても、常に支持ブロック４０に支持されて、殆ど撓むことがない。
したがって、ラックバー３０は、従来よりも、厚み方向（Ｘ方向）において小形化、軽量化される。
【００４４】
また、ステアリング装置１は、ピニオンギヤ２２が平歯車であり、ラックギヤ３２と線接触している。このため、ラックギヤ３２の歯幅を小さくしても、ラックギヤ３２の強度を確保できる。
したがって、ラックバー３０は、従来よりも、歯幅方向（Ｚ方向）において小形化、軽量化できる。
【００４５】
ラックギヤ３２の歯幅方向は、ラックバー３０の幅方向に対して交差し、ラックギヤ３２のピッチ面３２ｆは、ラックバー３０の厚み方向において傾斜する。そして、ピニオンギヤ２２とラックギヤ３２はともに平歯車であるため、平行になって線接触又は面接触して噛み合って、噛み合う範囲が従来よりも広くなる。このため、ピニオンギヤ２２が回転してラックギヤ３２が移動する際には、ピニオンギヤ２２がラックギヤ３２に対して歯幅方向に滑りながら噛み合う。ピニオンギヤ２２がラックギヤ３２に対して滑る際に摩擦が発生する。
したがって、例えばラックバー３０に掛かる座屈荷重等が変動したとしても、ピニオンギヤ２２とラックギヤ３２の摩擦によりその荷重が減衰される。このため、座屈荷重等の変動はピニオンシャフト２０を介してステアリングホイールＳに伝わりづらい。よって、運転者にとって、ステアリングホイールＳの感触が良好になる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００４７】
図８は、本発明の第２実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。図９は、本発明の第２実施形態に係るステアリング装置１を示す平面構成図である。なお、図８及び図９において、ラックカバー１５等を省略している。
第２実施形態のステアリング装置１は、ラックアンドピニオン装置１０の構成が上記実施形態と異なる。
【００４８】
第２実施形態のラックアンドピニオン装置１０は、第２のラックギヤ６０と、第２のピニオンギヤ６１と、回転駆動装置６２等とを備える。
図８に示すように、第２のラックギヤ６０は、ラックギヤ３２と共に、ラックバー３０に形成されている。第２のラックギヤ６０は、ラックバー３０の外周面３０ｓのうち、前方（＋Ｘ方向）を向く正面３０ａの一部に形成される。第２のラックギヤ６０は、ラックバー３０の中央右寄りの領域に形成される（車両Ａが右ハンドル仕様の場合）。第２のラックギヤ６０は、例えば、平歯車であり、ラックバー３０の長手方向（Ｙ方向）に沿って複数の歯が並ぶ。第２のラックギヤ６０の歯数、寸法、精度等は、任意に設定できる。
【００４９】
第２のピニオンギヤ６１は、第２のラックギヤ６０に噛み合うものである。第２のピニオンギヤ６１は、平歯車である。第２のピニオンギヤ６１の歯幅は、第２のラックギヤ６０の歯幅よりも長く形成される。第２のピニオンギヤ６１の歯数、寸法、精度等は、任意に設定できる。
【００５０】
回転駆動装置６２は、第２のピニオンギヤ６１を回転させるものである。図９に示すように、回転駆動装置６２は、トルクセンサー６３と、モーター装置６４と、減速機６５等とを備える。トルクセンサー６３は、ピニオンシャフト２０にかかるトルクを検出するものである。モーター装置６４は、トルクセンサー６３と電気的に接続される制御ユニットと、制御ユニットの制御の下に駆動するモーター等とを備える。減速機６５は、モーターの回転軸に接続されるウォームギヤと、第２のピニオンギヤ６１と接続されウォームギヤと噛み合うウォームホイール等とを備える。
【００５１】
回転駆動装置６２は、ステアリング操作に伴うピニオンシャフト２０のトルクがトルクセンサー６３に入力されると、モーター装置６４の制御ユニットが、検出されたトルクに対応する駆動信号を生成し、モーターを駆動する。モーターが駆動すると、減速機６５を介して第２のピニオンギヤ６１が回転し、第２のピニオンギヤ６１と噛み合う第２のラックギヤ６０が形成されたラックバー３０が長手方向に移動し、ステアリング操作がアシストされる。なお、回転駆動装置６２は、トルクセンサー６３に入力されるトルクがゼロになると、モーターを停止するが、主には、トルクが入力される間はモーターによるアシスト動作を続ける。
【００５２】
上記のように第２実施形態では、ラックバー３０に形成された第２のラックギヤ６０と、第２のラックギヤ６０に噛み合う第２のピニオンギヤ６１と、第２のピニオンギヤを回転させる回転駆動装置６２と、を備えるという構成を採用する。この構成によれば、第２のピニオンギヤ６１の回転時にラックバー３０にかかる荷重を支持ブロック４０が受けることができる。支持ブロック４０は、ラックバー３０を長手方向において所定範囲で支持しており、ラックバー３０を拘束できるため、当該荷重がかかってもピニオンギヤ２２とラックギヤ３２との噛み合いを適切な状態で維持することができる。このため、第２実施形態によれば、ピニオンギヤ２２とラックギヤ３２との間の歯打ち音や振動の発生を抑止しつつ、理想的なモーターアシスト制御が実現できる。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００５４】
図１０は、本発明の第３実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。図１１は、本発明の第３実施形態に係るステアリング装置１を示す平面構成図である。なお、図１０及び図１１において、ラックカバー１５等を省略している。
第３実施形態のステアリング装置１は、ラックアンドピニオン装置１０の構成が上記実施形態と異なる。
【００５５】
第３実施形態のラックアンドピニオン装置１０は、ボールねじ溝７０と、ボールナット７１と、回転駆動装置７２等とを備える。
図１０に示すように、ボールねじ溝７０は、ラックギヤ３２と共に、ラックバー３０に形成されている。ボールねじ溝７０は、ラックバー３０の外周面３０ｓに螺旋状に形成される。第３実施形態のラックバー３０は、ボールねじ溝７０が形成される領域の断面が略円形に形成される。ボールねじ溝７０は、ラックバー３０の中央右寄りの領域に形成される（車両Ａが右ハンドル仕様の場合）。ボールねじ溝７０のピッチ、寸法、精度等は、任意に設定できる。
【００５６】
ボールナット７１は、ボールねじ溝７０に係合するものである。ボールナット７１は、ボールねじ溝７０に係合することにより、ボールナット７１の内側に形成されたボール負荷転動溝（不図示）がボールねじ溝７０に対向することでボール負荷転走路を形成し、ボール負荷転走路に多数のボールを転動させる構成となっている。ボールナット７１は、ボール負荷転動溝を転動し終えたボールを再度ボール負荷転動溝に循環させるためのボール循環路（不図示）を有しており、ラックバー３０との相対的な回転に伴い、ボールがボール循環路からボール負荷転走路へと無限循環する。ボールナット７１のボール負荷転動溝等のピッチ、寸法、精度等は、任意に設定できる。
【００５７】
回転駆動装置７２は、ボールナット７１を回転させるものである。図１１に示すように、回転駆動装置７２は、トルクセンサー７３と、モーター装置７４と、ベルトプーリー機構７５等とを備える。トルクセンサー７３は、ピニオンシャフト２０にかかるトルクを検出するものである。モーター装置７４は、トルクセンサー７３と電気的に接続される制御ユニットと、制御ユニットの制御の下に駆動するモーター等とを備える。ベルトプーリー機構７５は、モーターの回転軸とボールナット７１にそれぞれ固定されるプーリー（不図示）と、プーリーの間に架設されるベルト等とを備える。
【００５８】
回転駆動装置７２は、ステアリング操作に伴うピニオンシャフト２０のトルクがトルクセンサー７３に入力されると、モーター装置７４の制御ユニットが、検出されたトルクに対応する駆動信号を生成し、モーターを駆動する。モーターが駆動すると、ベルトプーリー機構７５を介してボールナット７１が回転し、ボールナット７１と係合するボールねじ溝７０が形成されたラックバー３０が長手方向に移動し、ステアリング操作がアシストされる。なお、回転駆動装置７２は、トルクセンサー７３に入力されるトルクがゼロになると、モーターを停止するが、主には、トルクが入力される間はモーターによるアシスト動作を続ける。
【００５９】
上記のように第３実施形態では、ラックバー３０に形成された螺旋状のボールねじ溝７０と、ボールねじ溝７０に係合するボールナット７１と、ボールナット７１を回転させる回転駆動装置７２と、を備えるという構成を採用する。この構成によれば、ボールナット７１の回転時にラックバー３０にかかる荷重を支持ブロック４０が受けることができる。支持ブロック４０は、ラックバー３０を長手方向において所定範囲で支持しており、ラックバー３０を拘束できるため、当該荷重がかかってもピニオンギヤ２２とラックギヤ３２との噛み合いを適切な状態で維持することができる。このため、第３実施形態によれば、ピニオンギヤ２２とラックギヤ３２との間の歯打ち音や振動の発生を抑止しつつ、理想的なモーターアシスト制御が実現できる。
また、第３実施形態によれば、ラックバー３０に対してモーター装置７４を並行配置し、ボールナット７１との間をベルトプーリー機構７５で連結して、減速はベルトプーリー機構７５の部分でできるため、上記第２実施形態と比べて、回転駆動装置７２の構成をコンパクトにでき、ステアリング装置１全体の小型化を図ることができる。
【００６０】
また、第３実施形態では、以下の変形例も採用し得る。
例えば、モーター装置７４の回転軸を中空軸とし、その中空軸にラックバー３０を挿通させ、その状態で、中空軸とボールナット７１とを連結する構成を採用し得る。この構成によれば、モーター装置７４の中空軸を回転させると、ボールナット７１が回転し、ボールを介してラックバー３０を長手方向に移動させることができる。また、この構成によれば、モーター装置７４の中空軸を回転させるためのコイルをラックバー３０周りに円周状に配置し、ラックバー３０に対してモーター装置７４を直列配置（串刺し状に配置）できるため、回転駆動装置７２の構成をよりコンパクトにでき、ステアリング装置１全体の小型化を図ることができる。
【００６１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００６２】
図１２は、本発明の第４実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。図１３は、本発明の第４実施形態に係るステアリング装置１を示す分解斜視図である。図１４は、本発明の第４実施形態に係るステアリング装置１の要部を示す平面視一部断面図である。なお、図１２及び図１３において、ラックカバー１５の一部等を省略している。また、図１４において、ラックカバー１５の上半分等を省略している。
第４実施形態のステアリング装置１は、ラックアンドピニオン装置１０の構成が上記実施形態と異なる。
【００６３】
第４実施形態のラックアンドピニオン装置１０は、ラックカバー１５に設けられた傾斜部８０と、支持ブロック４０を傾斜部８０に押し付ける押付部８１等とを備える。
図１２及び図１３に示すように、ラックカバー１５には、支持ブロック４０を収容する第１収容部８２ａと、押付部８１を収容する第２収容部８２ｂとが形成されている。第１収容部８２ａは、支持ブロック４０の形状に対応した断面視矩形の収容空間を形成している。また、第２収容部８２ｂは、押付部８１の形状に対応した断面視円形の収容空間を形成している。この第１収容部８２ａと第２収容部８２ｂは、ラックバー３０の長手方向において連通している。
【００６４】
図１４に示すように、傾斜部８０は、ラックカバー１５の第１収容部８２ａに一体で形成されている。傾斜部８０は、ラックバー３０に臨みつつラックバー３０に近接するように傾斜する傾斜面８０ａを有する。傾斜面８０ａは、ラックバー３０の長手方向における一方側（＋Ｙ方向）に向かうに従ってラックバー３０の裏面３０ｃに近接するように所定角度で傾斜している。第１収容部８２ａには、傾斜面８０ａを形成するための開口部８３が形成されており、この開口部８３は、蓋部材８４によって閉塞されている（図１２及び図１３参照）。
【００６５】
押付部８１は、ラックバー３０の長手方向において支持ブロック４０を傾斜部８０に押し付けるものである。押付部８１は、ナット８５と、テーパーフランジ（第２の傾斜部）８６等とを備える。第２収容部８２ｂの内周面には、雌ねじ（不図示）が形成されており、ナット８５には、その雌ねじに螺合する雄ねじ（不図示）が外周に形成されている。ナット８５はラックバー３０が挿通可能なリング形状を有し、ラックバー３０の長手方向において第２収容部８２ｂに対し螺入／螺入解除できる構成となっている。
【００６６】
テーパーフランジ８６は、ラックバー３０に臨みつつラックバー３０に近接するように傾斜する傾斜面８６ａを有する。傾斜面８６ａは、ラックバー３０の長手方向における他方側（−Ｙ方向）に向かうに従ってラックバー３０の裏面３０ｃに近接するように所定角度で傾斜している。テーパーフランジ８６は、ラックバー３０が挿通可能なリング形状を有し、支持ブロック４０とナット８５との間に配置される。このテーパーフランジ８６は、ナット８５との摺動性を高めるために、例えば、潤滑油を吸蔵可能な焼結体から形成することが好ましい。
【００６７】
第４実施形態の支持ブロック４０は、図１４に示すように、ラックバー３０の長手方向において傾斜部８０とテーパーフランジ８６との間に挟み込まれる構成となっている。この支持ブロック４０は、ラックバー３０の長手方向における一方側（＋Ｙ方向）において傾斜部８０と当接する第１当接面４９ａと、ラックバー３０の長手方向における他方側（−Ｙ方向）においてテーパーフランジ８６と当接する第２当接面４９ｂとを有する。第１当接面４９ａは、傾斜部８０の傾斜面８０ａと面接触可能に傾斜している。また、第２当接面４９ｂは、テーパーフランジ８６の傾斜面８６ａと面接触可能に傾斜している。第１当接面４９ａ及び第２当接面４９ｂは、例えば図６に示す蓋体４８等を加工することで形成することができる。
【００６８】
上記のように第４実施形態では、ラックバー３０の外周側を覆うラックカバー１５と、ラックカバー１５に設けられ、ラックバー３０に臨みつつラックバー３０に近接するように傾斜する傾斜部８０と、ラックバー３０の長手方向において支持ブロック４０を傾斜部８０に押し付ける押付部８１と、を備えるという構成を採用する。この構成によれば、押付部８１のナット８５を締め付けると、傾斜部８０に押し付けられた支持ブロック４０がピニオンギヤ２２側に移動し、ラックバー３０がピニオンギヤ２２に押し付けられる。したがって、第４実施形態では、ラックギヤ３２とピニオンギヤ２２との予圧調整を行うことができ、操舵感の悪化や外乱による歯打ち音等を防止することが可能となる。
【００６９】
また、第４実施形態では、ラックバー３０の長手方向において支持ブロック４０が傾斜部８０とテーパーフランジ８６との間に挟み込まれるという構成を採用する。この構成によれば、押付部８１のナット８５を締め付けても、支持ブロック４０がハの字に配置された傾斜面８０ａ，８６ａによって両側から押し出されるため、支持ブロック４０がラックバー３０の長手方向において移動することなく、ラックバー３０を適切な位置で拘束しながらラックギヤ３２とピニオンギヤ２２との予圧調整を行うことができる。
また、この構成は、図１３に示すように、ラックカバー１５に対し、支持ブロック４０、押付部８１をラックバー３０の長手方向の一方向において組み立てできるため、サポートヨークを設けた従来構造と比べて、組み立てが容易で、また、その他の部分に凸部が無いため、装置の小型化が可能となる。
【００７０】
また、第４実施形態では、以下の変形例も採用し得る。
図１５は、本発明の第４実施形態の一変形例に係るステアリング装置１の要部を示す斜視図である。なお、図１５において、ラックカバー１５の一部を省略している。
このステアリング装置１は、図１５に示すように、押付部８１の構成が上記実施形態と異なる。
【００７１】
押付部８１は、ナット８５とテーパーフランジ８６との間に圧縮ばね８７を備える。この構成によれば、長期使用によってラックギヤ３２とピニオンギヤ２２との間に摩耗が生じても、圧縮ばね８７の弾性変形によって、摩耗による隙間を埋めるようにラックバー３０をピニオンギヤ２２に押し付けることができる。したがって、この構成によれば、大きな摩耗があった場合でも長期に亘りラックギヤ３２とピニオンギヤ２２とを押し付け、操舵感の悪化や外乱による歯打ち音を防止することが可能となる。
【００７２】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００７３】
図１６は、本発明の第５実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。図１７は、本発明の第５実施形態に係るステアリング装置１を示す平面図である。なお、図１６及び図１７において、ラックカバー１５等を省略している。
第５実施形態のステアリング装置１は、ラックアンドピニオン装置１０の構成が上記実施形態と異なる。
【００７４】
第５実施形態のラックアンドピニオン装置１０は、図１６及び図１７に示すように、ピニオンギヤ２２がはす歯歯車からなる。このピニオンギヤ２２は、ピニオンシャフト２０に対して斜めに形成される。ピニオンギヤ２２の歯幅は、ラックギヤ３２の歯幅よりも長く形成される。ピニオンギヤ２２の歯数、寸法、精度等は、任意に設定できる。
【００７５】
図１８は、本発明の第５実施形態に係るステアリング装置１（はす歯）と比較例に係る市販ステアリング装置とのハンドル回転トルクを比較した実験結果である。また、図１９は、本発明の第１〜４実施形態に係るステアリング装置１（平歯）と比較例に係る市販ステアリング装置とのハンドル回転トルクを比較した実験結果である。図１８及び図１９において、縦軸はハンドル回転トルクを示し、横軸はハンドル回転角を示す。なお、比較例としての市販ステアリング装置とは、支持ブロック４０の代わりに、ラックカバー１５の裏面側（−Ｘ方向）にサポートヨークを備える公知の形態のものである。
【００７６】
先ず、図１９に示すように、第１〜４実施形態に係るステアリング装置１（平歯）のトルクＴ１と、比較例に係るステアリング装置のトルクＴ３とを比較すると、Ｔ１＜Ｔ３の関係を有することが分かる。また、第１〜４実施形態に係るステアリング装置１（平歯）のトルク変動Ｗ１と、比較例に係るステアリング装置のトルク変動Ｗ３とを比較すると、Ｗ１＜Ｗ３の関係を有することが分かる。
【００７７】
次に、図１８に示すように、第５実施形態に係るステアリング装置１（はす歯）のトルクＴ２と、比較例に係るステアリング装置のトルクＴ３とを比較すると、Ｔ２＜Ｔ３の関係を有することが分かり、さらに図１９を勘案すると、Ｔ２＜Ｔ１＜Ｔ３の関係を有することが分かる。また、第５実施形態に係るステアリング装置１（はす歯）のトルク変動Ｗ２と、比較例に係るステアリング装置のトルク変動Ｗ３とを比較すると、Ｗ２＜Ｗ３の関係を有することが分かり、さらに図１９を勘案すると、Ｗ２＜Ｗ１＜Ｗ３の関係を有することが分かる。
【００７８】
上記のように第５実施形態では、ピニオンギヤ２２をはす歯歯車で構成している。この構成によれば、図１８及び図１９に示すように、トルク及びトルク変動を小さく抑えることができ、ステアリング装置１の操舵感を向上させることができる。
【００７９】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００８０】
図２０は、本発明の第６実施形態に係るステアリング装置１を示す斜視図である。なお、図２０において、ラックカバー１５等を省略している。
第６実施形態のステアリング装置１は、ラックアンドピニオン装置１０の構成が上記実施形態と異なる。
【００８１】
第６実施形態のラックアンドピニオン装置１０は、ラックバー３０の支持部としてカム部材９０を備える。
カム部材９０は、ラックバー３０の長手方向において間隔をあけて複数配置されている。図２０においては、カム部材９０は、ピニオンギヤ２２と対向するラックバー３０の裏面３０ｃ側と、ラックバー３０の正面３０ａ側と、ピニオンギヤ２２から離れたラックバー３０の裏面３０ｃ側との計３か所に交互に配置されている。
【００８２】
カム部材９０は、内部にニードルベアリングが組み込まれたシャフト付きベアリングであり、ガイドローラーとして機能する。カム部材９０としては、例えば偏心カムフォロアを好適に用いることができる。このカム部材９０は、支持面となるラックバー３０の外周面３０ｓに対し、ラックバー３０の長手方向において回転可能に接触する構成となっている。
【００８３】
上記のように第６実施形態では、支持部として、ラックバー３０の長手方向において間隔をあけて配置され、外周面３０ｓに対しラックバー３０の長手方向に回転可能に接触する複数のカム部材９０を備えるという構成を採用する。この構成によれば、カム部材９０を複数点に配置することで、ラックギヤ３２に入力される座屈荷重による曲げをカム部材９０が受けるため、ラックバー３０の断面積を従来に比べて小さくすることがで、ラックバー３０を軽量化できる。また、この構成によれば、ラックバー３０とカム部材９０は転がり接触となるため、ラックバー３０の長手方向への移動時のフリクションを低減することができる。また、カム部材９０として、偏心カムフォロアを採用すれば、ラックバー３０への予圧調整ができ、ラックギヤ３２とピニオンギヤ２２との間のガタを小さくし歯打ち音の発生を防止することが可能となる。
【００８４】
また、第６実施形態では、以下の変形例も採用し得る。
図２１は、本発明の第６実施形態の一変形例に係るステアリング装置１の要部を示す側面図である。なお、図２１において、ラックカバー１５を省略している。
このステアリング装置１は、図２１に示すように、カム部材９０の外周面が、ラックバー３０の外周面３０ｓの形状に沿った円弧状の曲面９１を有する。この構成によれば、カム部材９０の外周面がラックバー３０の外径に沿った逆Ｒ形状となるため、ラックバー３０から受ける応力を緩和することができる。
【００８５】
図２２は、本発明の第６実施形態の一変形例に係るステアリング装置１の要部を示す側面図である。なお、図２２において、ラックカバー１５を省略している。
このステアリング装置１は、図２２に示すように、複数のカム部材９０が、ラックバー３０の外周面３０ｓに対して異なる角度で接触している。図２２においては、ラックバー３０の正面３０ａ、側面３０ｂ、裏面３０ｃの３方向で複数のカム部材９０が接触している。支持部としてカム部材９０を採用することによって、上述した支持ブロック４０に比べスペースを小さくすることができるため、図２２に示すように、ラックバー３０への座屈荷重入力の特性等に基づいて、カム部材９０の配置を自由に設定することが可能となる。
【００８６】
上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００８７】
ラックバー３０と支持ブロック４０の間に、複数のボール５０が介在する場合について説明したが、これに限らない。ボール５０に代えて、ローラを用いてもよい。この場合には、ボール転走溝３１に代えて、ボール転走面が形成される。
【００８８】
ボール５０やローラを用いることなく、ラックバー３０と支持ブロック４０が摺動（滑り支持）する場合であってもよい。
【００８９】
ラックバー３０は、断面が略矩形に形成される場合に限らない。円柱形、円筒形、多角柱形等であってもよい。支持ブロック４０に代えて、ラックバー３０の左右方向の移動を許容するラジアル軸受（ジャーナル軸受）を用いてもよい。
ラックバー３０を一つの支持ブロック４０で支持する場合について説明したが、これに限らない。支持ブロック４０を複数配置してもよい。
また、支持ブロック４０に代えて、複数の軸受等を用いて、ラックバー３０を支持してもよい。
【００９０】
支持ブロック４０がラックバー３０の側面３０ｂと裏面３０ｃを支持する場合について説明したが、これに限らない。支持ブロック４０がラックバー３０の正面３０ａを支持する場合であってもよい。支持ブロック４０が正面３０ａと裏面３０ｃを支持する場合や、側面３０ｂのみを支持する場合であってもよい。
さらに、支持ブロック４０にリニアガイドを用いたが、ボールスプライン等を用いても同様の効果が得られる。
【００９１】
いずれの支持方法においても、ラックバー３０のＸ方向の移動（変位）が抑止されて、ラックバー３０のＸ方向の見かけ上の剛性が高められることが必要である。
【００９２】
ラックカバー１５の裏面側（−Ｘ方向）にサポートヨークを設けてもよい。これにより、ピニオンギヤ２２とラックギヤ３２の噛み合い調整（バックラッシ調整）を容易に行うことが可能となる。
【００９３】
ラックアンドピニオン装置１０は、車両Ａのステアリング装置１に用いる場合に限らない。船舶や航空機等の操舵装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１  ステアリング装置
２ａ  ボール転動溝（支持面）
３  ステアリングシャフト
５  リンク部材
１０  ラックアンドピニオン装置（回転直動変換装置）
２０  ピニオンシャフト
２２  ピニオンギヤ
３０  ラックバー
３０ａ  正面
３１  ボール転走溝（支持面）
３２  ラックギヤ
３２ｈ  歯幅
３２ｆ  ピッチ面
４０  支持ブロック（支持部）
５０  ボール（転動体）
６０  第２のラックギヤ
６１  第２のピニオンギヤ
６２  回転駆動装置
７０  ボールねじ溝
７１  ボールナット
７２  回転駆動装置
８０  傾斜部
８１  押付部
８６  テーパーフランジ（第２の傾斜部）
９０  カム部材
Ｓ  ステアリングホイール
Ｔ  タイヤ（車輪）
【図１】
2015042896.tif 000003
【図２】
2015042896.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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