(57)【要約】【課題】ラックのストローク端でピニオンと噛み合うラック歯の歯元に応力が集中せず、部品点数の増加や製造コストの上昇が小さいステアリング装置用ラック及びステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリングホイール１０１を操作して、ラック３１が左側のストローク端に達すると、ラック３１の右側のラックエンド３４が、ハウジング２１の右端に固定されたストッパ２６に当接して、ラック３１が停止する。ラック３１の左側のストローク端で、ピニオン２２１と噛み合っているラック歯３２２、３２３には、図５（２）の矢印Ｆ１方向の大きな推力が作用する。しかし、ラック歯３２２、３２３には、その右歯面３５Ａ、３５Ａの歯元に、曲率半径の大きな丸み３６、３６が形成されているため、応力集中が緩和され、ラック歯３２２、３２３の耐久性が向上する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールの操作で回転するピニオンに噛み合って往復移動し、ステアリングギヤに操舵力を付与するステアリング装置用ラックにおいて、
上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したこと
を特徴とするステアリング装置用ラック。
【請求項２】
ステアリングホイールの操作で回転するピニオンに噛み合って往復移動し、ステアリングギヤに操舵力を付与するラックを有するステアリング装置において、
上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したこと
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用ラック及びステアリング装置用ラックを有するステアリング装置に係わり、特に、ラックのストローク端でのラック歯の強度を向上させたステアリング装置用ラック及びステアリング装置用ラックを有するステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイールを操作してピニオンを回転し、ピニオンに噛み合うラックを往復直線移動させて、タイロッドを介して舵輪を操舵するステアリング装置がある。このようなラックピニオン式のステアリング装置では、ラックがストローク端に達すると、ラック端部に固定されたラックエンドが、ラックハウジングの端部に固定されたストッパに当接して、ラックが停止する。
【０００３】
従って、ラックがストローク端で停止した時に、ピニオンと噛み合っている部分のラック歯に、大きな推力が作用し、ラック歯の歯元に応力が集中し、ラック歯の強度が不足することがあった。
【０００４】
このようなラックのストローク端で、ピニオンと噛み合っている部分のラック歯に、大きな推力が作用するのを緩和するようにしたステアリング装置として、特許文献１に開示されたステアリング装置がある。
【０００５】
特許文献１のステアリング装置は、ラックがストローク端に達すると、ラック端部に固定されたラックエンドが、ラックハウジングの端部に固定された緩衝部材に当接して、ラック停止時の衝撃を緩和し、騒音やラック歯に作用する推力を低減している。
【０００６】
このような特許文献１のステアリング装置では、ラックエンドとラックハウジングとの間に緩衝部材を装着する必要があるため、部品点数が増加して、製造コストが上昇し、ラックの軸方向のスペースも大きくなるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１３３１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ラックのストローク端でピニオンと噛み合うラック歯の歯元に応力が集中せず、部品点数の増加や製造コストの上昇が小さいステアリング装置用ラック及び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】
【０００９】
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、ステアリングホイールの操作で回転するピニオンに噛み合って往復移動し、ステアリングギヤに操舵力を付与するステアリング装置用ラックにおいて、上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したことを特徴とするステアリング装置用ラックである。
【００１０】
第２番目の発明は、ステアリングホイールの操作で回転するピニオンに噛み合って往復移動し、ステアリングギヤに操舵力を付与するラックを有するステアリング装置において、上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したことを特徴とするステアリング装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のステアリング装置用ラック及びステアリング装置では、ラックのストローク端でピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成している。従って、ラックのストローク端でピニオンと噛み合うラック歯の歯元に応力が集中しないため、ラックの耐久性が向上し、部品点数が増加せず、製造コストの上昇も小さい。
【００１２】
また、本発明のステアリング装置用ラックは、形状が単純なため、冷間鍛造等の非切削加工による製造だけではなく、ホブ加工やスロッター加工等の切削加工による製造も容易であり、ラックの歯面の研削加工や研磨加工も容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施例の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。
【００１４】
図１（１）に示す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ている。そして、ステアリングシャフトの回転を中間シャフト１０６に伝達し、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している。
【００１５】
図１（２）に示すピニオンアシスト型ラックピニオン式パワー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ている。そして、ピニオン軸のピニオンに噛み合うステアリングギヤ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している。
【００１６】
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パワー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、ラックのストローク端でラックエンドがラックハウジングの端面に当接すると、ラックに大きな推力が作用し、ラックのストローク端でピニオンに噛み合うラック歯の歯面の歯元に大きな応力が作用する。
【００１７】
図２は、図１（１）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ラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。図３はラックがラックストロークの中央位置にある状態を示す図２のＡ−Ａ断面図である。図４はラックがラックストロークの端部にある状態を示す図２のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
図２に示すように、ステアリングギヤ１０３のハウジング２１に、ピニオン軸２２の下端部が、ボール軸受２３とニードル軸受２４により軸支されている。ピニオン軸２２の上端は、図示しないカルダン継手を介して図１（１）の中間シャフト１０６に連結されている。
【００１９】
ピニオン軸２２の回転は、ピニオン２２１を介してラック３１に伝達され、ラック３１に連結された図１（１）及び、図３、図４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。
【００２０】
転がり式ラックガイドは、ラック３１のラック歯３２の背面側の外周３３に、ローラ４１をアジャストカバー４２によって押し付けている。ローラ４１は、円柱状の軸体４３に、複数のニードルころ４４によって回転可能に軸支されている。軸体４３は円筒状のホルダ４５の溝４５１内に収容されている。ラックガイドは、本発明の実施例の転がり式ラックガイドに限定されるものではなく、滑り式ラックガイドでもよい。
【００２１】
ハウジング２１には、断面円形のガイド孔２５が形成され、このガイド孔２５にホルダ４５が図２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４２を回転して螺合距離を適度に調整し、ロックナット４６でアジャストカバー４２を緩み止めすることにより、皿バネ４７を介してホルダ４５をラック３１側に押しつけ、ラック３１の外周３３にローラ４１を押し付けている。これにより、ピニオン２２１とラック３１との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック３１が円滑に移動するようにしている。
【００２２】
図３、図４に示すように、ラック３１の左端にはラックエンド３４が固定され、このラックエンド３４は、図示しないボールジョイントを介してタイロッド１０４に結合され、ステアリングホイール１０１の操舵力を車輪に伝達している。図示しないが、ラック３１の右端にも、図３、図４に示すラックエンド３４が固定され、ボールジョイントを介して右側のタイロッド１０４に結合されている。
【００２３】
図４に示すように、ラック３１が右側に移動し、ラック３１の右側のストローク端で、ラックエンド３４が、ハウジング２１の左端に固定されたストッパ２６に当接して、ラック３１のラック歯３２がピニオン２２１から外れないように規制している。
【００２４】
図５（１）は本発明の実施例のラック単体を示す正面図、図５（２）は図５（１）のＰ部拡大断面図、図５（３）は図５（１）のＱ部拡大断面図である。
【００２５】
図５（１）、（２）に示すように、ラック３１の右端側の隣接する二個のラック歯（歯）３２２、３２３は、その右歯面３５Ａ、３５Ａの歯元に、曲率半径の大きな丸み３６、３６が形成されている。曲率半径の大きな丸み３６、３６は、右歯面３５Ａ、３５Ａと滑らかに接続されている。
【００２６】
また、ラック歯３２２の左歯面３５Ｂの歯元、及び、ラック歯３２２の右隣りのラック歯３２１の左歯面３５Ｂの歯元には、曲率半径の小さな丸み３７、３７が形成されている。曲率半径の小さな丸み３７、３７は、曲率半径の大きな丸み３６、３６と滑らかに接続されている。
【００２７】
ラック３１の左端側の隣接する三個のラック歯３２６、３２７、３２８は、上記右端側のラック歯３２２、３２３の歯元の丸みとは逆に、その左歯面の歯元に、曲率半径の大きな丸みが形成されている。また、ラック歯３２７、３２８の右歯面の歯元、及び、ラック歯３２８の左隣りのラック歯３２９の右歯面の歯元には、曲率半径の小さな丸みが形成されている。
【００２８】
上記したラック歯３２１からラック歯３２３、ラック歯３２６からラック歯３２９を除いたラック歯は、例えば、図５（３）に示すように、隣接する二個のラック歯３２４、３２５は、ラック歯３２５の右歯面３５Ａとラック歯３２４の左歯面３５Ｂの歯元に、同一曲率半径の丸み３８、３８が形成されている。
【００２９】
従って、ステアリングホイール１０１を操作して、図２のピニオン２２１を回転すると、ラック３１が、図５（１）で左側に移動する。ラック３１が左側のストローク端に達すると、ラック３１の右側のラックエンド３４が、ハウジング２１の右端に固定されたストッパ２６に当接して、ラック３１が停止する。
【００３０】
従って、ラック３１の左側のストローク端で、ピニオン２２１と噛み合っているラック歯３２２、３２３の右歯面３５Ａ、３５Ａの歯元には、図５（１）、（２）の矢印Ｆ１方向の大きな推力が作用する。しかし、ラック歯３２２、３２３には、その右歯面３５Ａ、３５Ａの歯元に、曲率半径の大きな丸み３６、３６が形成されているため、応力集中が緩和され、ラック歯３２２、３２３の耐久性が向上する。また、部品点数が増加しないため組立工数が削減され、製造コストの上昇も小さい。
【００３１】
本発明の実施例では、同一曲率半径の丸み３８の曲率半径は、１．２ｍｍである。また、曲率半径の大きな丸み３６の曲率半径は３．０ｍｍである。歯元に作用する応力を解析した結果では、曲率半径３．０ｍｍの丸みを付与した歯面の歯元に作用する応力は、曲率半径１．２ｍｍの丸みを付与した歯面の歯元に作用する応力の約８０％に抑制される。
【００３２】
また、ステアリングホイール１０１を逆方向に操作して、ラック３１が、図５（１）で右側に移動し、ラック３１が右側のストローク端に達すると、ラック３１の左側のラックエンド３４が、ハウジング２１の左端に固定されたストッパ２６に当接して、ラック３１が停止する。
【００３３】
従って、ラック３１の右側のストローク端で、ピニオン２２１と噛み合っているラック歯３２６、３２７、３２８の左歯面の歯元には、図５（１）の矢印Ｆ２方向の大きな推力が作用する。しかし、ラック歯３２６、３２７、３２８には、その左歯面の歯元に、曲率半径の大きな丸みが形成されているため、応力集中が緩和され、ラック歯３２６、３２７、３２８の耐久性が向上する。
【００３４】
本発明の実施例のラック３１は、形状が単純なため、冷間鍛造等の非切削加工による製造だけではなく、ホブ加工やスロッター加工等の切削加工による製造も容易であり、ラック歯面の研削加工や研磨加工も容易である。
【００３５】
上記実施例では、曲率半径の大きな丸み３６は円弧で形成されているが、円弧に限定されるものではなく、複合円弧や楕円等、歯面に滑らかに接続する形状の曲線であればよい。
【００３６】
上記実施例においては、電動パワーステアリング装置を有するステアリング装置に適用した例を示したが、電動パワーステアリング装置の無いステアリング装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例の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２】図１（１）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ラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。
【図３】ラックがストロークの中央位置にある状態を示す図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】ラックがラックストロークの端部にある状態を示す図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】（１）は本発明の実施例のラック単体を示す正面図、（２）は（１）のＰ部拡大断面図、（３）は（１）のＱ部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
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
２１  ハウジング
２２  ピニオン軸
２２１  ピニオン
２３  ボール軸受
２４  ニードル軸受
２５  ガイド孔
２６  ストッパ
３１  ラック
３２  ラック歯
３２１、３２２、３２３  ラック歯
３２４、３２５  ラック歯
３２６、３２７、３２８、３２９  ラック歯
３３  外周
３４  ラックエンド
３５Ａ  右歯面
３５Ｂ  左歯面
３６  曲率半径の大きな丸み
３７  曲率半径の小さな丸み
３８  同一曲率半径の丸み
４１  ローラ
４２  アジャストカバー
４３  軸体
４４  ニードルころ
４５  ホルダ
４５１  溝
４６  ロックナット
４７  皿バネ
【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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