(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン歯が形成されたピニオン軸と、該ピニオン歯と噛合するラック歯が形成されたラック軸と、該ラック軸を軸線方向に移動可能に案内するラックハウジングと、を備えたラック・ピニオン式ステアリング装置であって、
前記ラックハウジングは、金属製とされ車体に取付けられる第１取付部及び第２取付部と、該第１取付部及び第２取付部を互いに連結しているパイプ状の筒部とを有し、
前記筒部は、繊維強化プラスチックのシートを少なくとも２層積層してなる積層体であり、隣り合う２層のうちの一方の層と他方の層に夫々含まれる強化繊維の繊維角度は互いに異なっており、
前記第１取付部及び第２取付部に形成され、前記筒部と連結される筒状の連結部の外面には、径方向外側に向かって突出し、該筒部の２層のシートの厚さ以上の長さを有する係合凸部が複数形成されており、
前記筒部の軸方向両端は、最も内側の少なくとも２層のシートを前記係合凸部が貫通した状態で前記連結部と係合すること、
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のラックハウジングの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、ステアリングホイールが取り付けられたステアリング軸の回転を、左右の操舵輪の運動に変換する機構として、ボールスクリュー式とラック・ピニオン式とが知られているが、構造が簡単で剛性が高い等の理由で、ラック・ピニオン式が主に用いられている。このラック・ピニオン式の機構は、ステアリング軸とインタミシャフト・自在継ぎ手等を介して連結されたピニオン軸に形成されたピニオン歯と、車幅方向に延びたラック軸に形成されたラック歯を噛み合わせることで、ステアリングホイールの回転運動をラック軸の直線運動に変換するようになっている。
【０００３】
ラック軸両端には操舵輪と連結されたタイロッドが連結されており、ラック軸の軸線方向（車幅方向）の移動により、操舵輪の動きがコントロールされる。また逆に、路面から操舵輪に作用する反力は、上記とは逆のルート、即ちタイロッド、ラック軸を介して、ステアリングホイールに伝達される。
【０００４】
ラック軸には、上述した軸線方向の力を伝達する機能や、操舵輪に作用する反力を受け止める機能が求められるが、かかる機能を果たすためにはラック歯とピニオン歯との噛み合いが確実に維持されているとともに、ラック軸に作用する力を確実に支持する必要がある。かかる事情から、ラック軸を支持・案内するためのラックハウジングは、強度のある金属材料から構成されるのが一般的である。近年では、金属材料の中でも、鉄製から比重の小さい軽金属（例えばアルミニウム）合金製になりつつある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８５７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ラックハウジングは上述した通り、大きな強度が必要なため、アルミニウム合金製とした場合には、肉厚を厚くしたりする必要があるため、どうしても重量が増大してしまうという問題がある。
【０００７】
また近年、地球温暖化に対する炭酸ガス排出量の低減要求が高まり、自動車においては低燃費化が求められている。その中で、自動車を構成する各部品の軽量化が進められており、ステアリング装置においても構造を最適化することにより軽量化が図られている。ラックハウジングについても、かかる観点から更なる軽量化が検討されているが、強度を維持する為には金属材料を必要とすることから、更なる軽量化には限界があるという課題があった。
【０００８】
本発明はそのような課題を解消するためになされたものであり、ラック・ピニオン式ステアリング装置におけるラックハウジングについて、強度と剛性が従来と同等以上であり、且つ、大幅に軽量化することで、炭酸ガス排出量の低減に貢献するラック・ピニオン式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】
上記目的を達成するため、本発明に係るラック・ピニオン式ステアリング装置は以下のように構成される。
ピニオン歯が形成されたピニオン軸と、該ピニオン歯と噛合するラック歯が形成されたラック軸と、該ラック軸を軸線方向に移動可能に案内するラックハウジングと、を備えたラック・ピニオン式ステアリング装置であって、
前記ラックハウジングは、金属製とされ車体に取付けられる第１取付部及び第２取付部と、該第１取付部及び第２取付部を互いに連結しているパイプ状の筒部とを有し、
前記筒部は、繊維強化プラスチックのシートを少なくとも２層積層してなる積層体であり、隣り合う２層のうちの一方の層と他方の層に夫々含まれる強化繊維の繊維角度は互いに異なっており、
前記第１取付部及び第２取付部に形成され、前記筒部と連結される筒状の連結部の外面には、径方向外側に向かって突出し、該筒部の２層のシートの厚さ以上の長さを有する係合凸部が複数形成されており、
前記筒部の軸方向両端は、最も内側の少なくとも２層のシートを前記係合凸部が貫通した状態で前記連結部と係合すること、
を特徴とするラック・ピニオン式ステアリング装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るラック・ピニオン式ステアリング装置によれば、ラックハウジングの筒部が、含まれる強化繊維の繊維角度が互いに異なった少なくとも２層以上の積層体からなる繊維強化プラスチックから形成され、金属製の取付部とは筒部の２層の厚さ以上の長さを有する係合凸部を介して連結されているため、強度と剛性が従来の金属製の場合と同等以上であり、且つ、大幅に軽量化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るラック・ピニオン式ステアリング装置を示す図である。
【図２】図１のステアリング装置のラックハウジングを取り出して示す図である。
【図３】ラックハウジングの断面図である。
【図４】ラックハウジングの第1取付部の連結部と筒部との関係を拡大して示す説明図である。
【図５】ラックハウジングの第1取付部の連結部を取り出して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図１〜５を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態のラック・ピニオン式ステアリング装置１００は、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置として構成され、ステアリングホイール１の操作力を軽減するために、コラム５の中間部に取付けたモータ２の操舵補助力をステアリングシャフト（不図示）に付与している。そして、ステアリングシャフトの回転を自在継ぎ手３等を介してインタミシャフト４に伝達し、更に自在継ぎ手６を介してピニオン軸７に伝達する。ピニオン軸７の回転により、ラック・ピニオン式のステアリングギヤ８のラック軸１２を往復移動させ、タイロッド９を介して操舵輪（不図示）を操舵している。
【００１３】
ステアリングギヤ８は、ラックハウジング１０と、ラック軸１２と、ピニオン軸７とを有する。ラック軸１２は外周の少なくとも一部にラック歯を有し、ラックハウジング１０に往復移動可能に支持されている。ピニオン軸７は、ラック軸１２のラック歯と噛合するピニオン歯を有し、ステアリングシャフトと上述したとおり連結され、ラックハウジング１０に回転可能に支持されている。
【００１４】
ラック軸１２の左右両端には、タイロッド９、９が連結され、このタイロッド９、９がナックルアーム（不図示）を介して操舵輪に接続されている。従って、運転者がステアリングホイール１を回転させると、ピニオン軸７が回転し、ピニオン軸７の回転に応じて、ラック軸１２が左右（車幅方向）に摺動して、操舵輪の操舵角を変えることができる。
【００１５】
ステアリングギヤ８のラックハウジング１０は、図２に示すように、第１取付部１４及び第２取付部１６と、両取付部１４、１６を連結しているパイプ状の筒部１８と、を有する。
【００１６】
第１取付部１４は、金属製、好ましくはアルミダイキャスト製とされ、ラック軸１２を取り囲む第１環状部２０と、車体上方側へ突出するように設けられ、第１環状部２０と連通する、ピニオン挿入用の円柱状ボス２１と、該円柱状ボス２１に隣接するラックガイド挿入用の円柱状ボス２２と、車体フレーム（不図示）に取り付け可能な車体取り付け用第１ボス部２３と、を有する。なお、円柱状ボス２２は、本実施形態では、車体後方側へ突出しているが、ピニオン軸に対してラック軸が車体前方側に位置している場合は、車体前方側に突出していてもよい。
【００１７】
ピニオン挿入用の円柱状ボス２１には、ピニオン軸７が挿入され、ラック軸１２に噛み合うピニオン歯は、挿入されたピニオン軸７の下端に形成されている。ラックガイド（不図示）挿入用の円柱状ボス２２には、ラックガイドが挿入される。ラックガイドは、ラック軸１２の背面（ラック歯と反対側）をローラー等を介してピニオン歯との噛合方向に付勢して、ピニオンとの噛み合い時の反力によるラック軸１２の変形を防止して、ラック軸１２が円滑に摺動するようにしている。
【００１８】
車体取り付け用第１ボス部２３には、円形の取り付け孔２３ａが車体上下方向に形成されている。取り付け孔２３ａにボルト（不図示）を挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、第１取付部１４は車体フレームに取り付けられる。
【００１９】
第２取付部１６も、金属製、好ましくはアルミダイキャスト製とされ、ラック軸１２を取り囲む第２環状部３０と、車体フレームに取り付け可能な車体取り付け用第２ボス部３３と、を有する。この第２取付部１６は、第１取付部１４と車幅方向（図２左右方向）に所定距離隔てて設けられる。
【００２０】
車体取り付け用第２ボス部３３には、円形の取り付け孔３３ａが車体上下方向に形成されている。取り付け孔３３ａにボルト（不図示）を挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、第２取付部１６は車体フレームに取り付けられる。
【００２１】
筒部１８は、第１取付部１４の第１環状部２０と、第２取付部１６の第２環状部３０とを連結しており、その全体に亘って、強度、剛性に優れる炭素繊維にて強化された繊維強化プラスチックによって構成される。筒部１８は単独で形成されるのではなく、第１取付部１４と第２取付部１６との組立体として作製されている。
【００２２】
すなわち、図３に示すように、鋼製の芯金４０の回りに、第１取付部１４と第２取付部１６とをセットする。次いで、両取付部１４、１６の連結部１４ａ、１６ａ及び芯金４０の上に、図４に示すように、一方向に配向された炭素繊維を含有するプリプレグを、互いに繊維角度θを９０°異ならせた２層のシートを何重にも巻きつけ積層する事により形成する。図４は、第１取付部１４の側の連結部１４ａとプリプレグを拡大して示したものである。
【００２３】
なお、繊維角度とは、芯金４０の軸線方向と繊維の軸線方向とがなす角度のことをいう。従って、図４において、２層のうちの一方の層である第１層目１８ａに含まれている炭素繊維は、芯金４０の軸線方向を向いて配向されているので、繊維角度θ＝０°である。また、２層のうちの他方の層である第２層目１８ｂに含まれている炭素繊維は、芯金４０の軸線方向に対し直交して配向されているので、繊維角度θ＝９０°となっている。このため、第１層目１８ａと第２層目１８ｂに含有されている炭素繊維の繊維角度θは、互いに９０°異なっている。
【００２４】
図４では誇張して示されているが、プリプレグの厚さは例えば、０．１〜０．５ｍｍである。これに対し、連結部１４ａ（図５も参照）に形成されている係合凸部１４ｂの高さは、１〜３ｍｍであり、これらプリプレグの層の２層の厚さである０．２〜１ｍｍ以上となっている。このため、係合凸部１４ｂは、互いに繊維角度が異なる２層のプリプレグを貫通する。従って、図中黒矢印で示すように筒部１８と第１取付部１４を互いに引き離そうとする力が作用しても、又は白矢印で示すように筒部１８と第１取付部１４を互いに接近させようとする力が作用しても、係合凸部１４ｂは少なくとも第２層目１８ｂの層の炭素繊維と係合するようになっているので、両部材（筒部１８と第１取付部１４）の連結状態が維持されるようになっている。
【００２５】
なお、筒部１８と第２取付部１６との連結状態も同様であるので、図示及び説明は省略する。
【００２６】
プリプレグは、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂に代表される熱硬化性樹脂を２２〜５０質量％、より好ましくは２５〜４０質量％含有している。熱硬化性樹脂の量が２２質量％を下回ると、繊維間に樹脂が行き渡らず、プリプレグ同士の接着性が低下すると共に、ボイドが発生しやすくなり、５０質量％を超えると、繊維の数が減少するため、プリプレグの強度や剛性が低下する。炭素繊維については、直径５〜１５μｍの範囲にあり、引張り強度が３〜８．５ＧＰａ、引張り弾性率が２００〜８００ＧＰａ、伸度が１．０〜２．２％の範囲に入るものが望ましい。
【００２７】
図５は、第１取付部１４の連結部１４ａを取り出して示したもので、環状の連結部１４ａの径方向に係合凸部１４ｂが複数形成されている。係合凸部１４ｂは誇張して図示されているが、突起の太さは好ましくは直径０．１〜１ｍｍ、高さは前述した通り１〜３ｍｍとされている。
【００２８】
上述の通り、芯金４０及び第１・２取付部１４、１６にプリプレグのシートが巻回されて積層された組立体を、１３０℃で２時間保持する事により樹脂を硬化させる。その後、切削加工により樹脂の不要な部分を除去する。
【００２９】
次いで、芯金４０を、筒部１８と、第１・２取付部１４、１６の組立体から引き抜くことで、筒部１８と、第１・２取付部１４、１６とが一体となったラックハウジング１０が作製される。
【００３０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３１】
本実施形態のラック・ピニオン式ステアリング装置１は、図１に示すように、ステアリングホイール１の操作によりピニオン軸７が回転すると、この回転運動は、ピニオン歯とラック歯との噛合によりラック軸１２の軸線方向の直線運動に変換されて操舵輪が操舵される。
【００３２】
このとき、路面から操舵輪に作用する反力により、第１・２取付部１４、１６を互いに接近又は離間させようとする力が働く場合がある。しかし、第１・２取付部１４、１６の連結部１４ａ、１６ａには、筒部１８を貫通する方向に伸び該筒部１８の２層１８ａ、１８ｂの積層体の厚さ以上の長さを有する係合凸部１４ｂ、１６ｂが複数形成されていることにより、係合凸部１４ｂ、１６ｂが第２層目１８ｂの強化炭素繊維と係合するので、これら互いに接近又は離間させようとする力に対抗して、筒部１８と第１・２取付部１４、１６との位置関係を維持することが可能である。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ラックハウジング１０の筒部１８が、含まれる炭素繊維の繊維角度が互いに異なった少なくとも２層以上の積層体からなる繊維強化プラスチックから形成され、金属製の取付部１４、１６とは筒部１８の上記２層の厚さ以上の長さを有する係合凸部１４ｂ、１６ｂを介して連結されているため、強度と剛性が従来の金属製の場合と同等以上であり、且つ、大幅に軽量化することが可能なラック・ピニオン式ステアリング装置１００を提供することができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。例えば、プリプレグとしては、強化繊維として炭素繊維以外にもガラス繊維、アラミド繊維の少なくとも一つを一方向に配向した一方向プリプレグや、上記繊維の何れかを織り込んだ織物プリプレグを用いることができる。
【００３５】
また、積層されるプリプレグの各層に含まれる強化繊維の繊維角度は、互いに９０°必ずしも異なっている必要はなく、隣接する２層の強化繊維の少なくとも何れか一方が、第１・２取付部に設けられた連結部に形成された係合凸部と係合可能となっている任意の角度とすることができる。
【００３６】
また、筒部は２層のプリプレグのシートを巻きつけて積層することで形成する場合だけでなく、３層以上のプリプレグのシートを巻回して形成しても良い。
【００３７】
更に積層方法としては、前述したシートワインディング法以外に、強化繊維からなるフィラメント束を、液状熱硬化性樹脂を含浸させながら巻き付けるフィラメントワインディング法によって、筒部を形成しても良い。更に、円筒形状に形成される組紐構造を用い、熱硬化性樹脂を含浸させて筒部を形成しても良い。
【符号の説明】
【００３８】
７              ピニオン軸
１０            ラックハウジング
１２            ラック軸
１４            第１取付部
１６            第２取付部
１８            筒部
１４ａ、１６ａ  連結部
１４ｂ、１６ｂ  係合凸部
１００          ラック・ピニオン式ステアリング装置
【図１】
0006565410.tif 000002
【図２】
0006565410.tif 000003
【図３】
0006565410.tif 000004
【図４】
0006565410.tif 000005
【図５】
0006565410.tif 000006