(57)【要約】【課題】  耐摩耗性が高められたピニオンにより、操舵フィーリングや動力伝達効率が改善されたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオンとそのピニオンを使用したステアリング装置を提供する。【解決手段】  ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、ハウジング１９の内部にピニオン１１及びラック１４が配置されて構成される。ピニオン１１は、軸受１７及びニードル軸受１８により回転自在に支承され、ラック１４のラック歯１６は、ピニオン１１に形成されたギヤ歯１３と噛合している。ピニオン１１は、ピニオン歯成形後に浸炭窒化処理が施されて耐摩耗性が高められているほか、ラック１４のラック歯１６とピニオン１１のギヤ歯１３との噛合面にはグリースが塗布されて潤滑される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオンであって、該ピニオンは、ピニオン歯成形後に浸炭窒化処理が施されていること
を特徴とするラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン。
【請求項２】
前記ピニオン歯はこれと噛合するラック歯との噛合面にグリースが塗布されて潤滑されていること
を特徴とする請求項１に記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン。
【請求項３】
ピニオン歯成形後に浸炭窒化処理が施されているピニオン軸と、
前記ピニオン歯に噛合するラック歯を備えたラック軸と
を備えていることを特徴とするラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
【請求項４】
前記ピニオン歯はこれと噛合するラック歯との噛合面にグリースが塗布されて潤滑されていること
を特徴とする請求項３に記載のラック・アンド・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】
この発明は、ラック・アンド・ピニオン式のステアリング装置のピニオン、及びそのピニオンを使用したステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のステアリング装置においては運転者の操舵負荷を軽減することを目的とした動力舵取り装置が知られている。従来、動力舵取り装置は油圧式パワーステアリング装置が使用されていた。しかしながら、近年、自動車の高効率化への要求が高まるに従って動力舵取り装置は一段と効率の高い電動パワーステアリング装置に置き換えられる場合が多くなっている。
【０００３】
よく知られるように、電動パワーステアリング装置は操舵補助力を必要とするときだけモータに電流を流せばよいが、これに対して、油圧式パワーステアリング装置はエンジンの動力で常時油圧ポンプを駆動しなければならないことから、効率面で電動パワーステアリング装置が格段に優位に立っている。一般に、電動パワーステアリング装置は市街地走行などの実用領域で３〜５％程度の燃費向上効果があると言われており、こうした背景からコラムアシスト式或いはピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置は小型車だけでなく、中型車および大型車へと適用が広がりつつある。
【０００４】
ところで、中型車および大型車に用いられるラック・ピニオン式ステアリング装置においては、ラック推力の高出力化が求められる。このため、ピニオン軸に入力される軸トルクも増大することから、各部品の強度およびギヤ効率がこれまで以上に問題になる。また、操舵フィーリングに影響の大きいアジャストガタを増加させる主要因がラックとピニオンとに生じる摩耗であることが判っており、両者の耐摩耗性の向上が不可欠になっている。そこで、上記した点を考慮してギヤ諸元の最適化が試みられ、また、低摩擦係数グリースの開発などが進られるなど、耐久性の確保に努めてきた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１６８１９８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記したとおり、ラック・ピニオン式ステアリング装置において、ラック推力の高出力化が求められるときは、更なるラックとピニオンとの噛合面の摩耗対策が求められる。
【０００６】
この発明は、上記課題を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオンであって、該ピニオンは、ピニオン歯成形後に浸炭窒化処理が施されていることを特徴とするラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオンである。
【０００８】
そして、前記ピニオン歯はこれと噛合するラック歯との噛合面にグリースが塗布されて潤滑されている。
【０００９】
請求項３の発明は、ピニオン歯成形後に浸炭窒化処理が施されているピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛合するラック歯を備えたラック軸とを備えていることを特徴とするラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置である。
【００１０】
そして、前記ピニオン歯はこれと噛合するラック歯との噛合面にグリースが塗布されて潤滑されている。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したとおり、請求項１の発明によれば、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオンは、ピニオン歯成形後に浸炭窒化処理が施されているから、ラックとの噛合面の耐摩耗性が向上し、ステアリング装置の操舵フィーリングや動力伝達効率を改善することができる。したがって、大型で高出力の電動式ステアリング装置にも適用することができるほか、従来の電動式ステアリング装置に適用するときは、ステアリング装置を小型、軽量化することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、ピニオン歯成形後に浸炭窒化処理が施されているピニオンと、前記ピニオン歯に噛合するラック歯を備えたラック軸とを備えているから、ピニオンとラックとの噛合面の耐摩耗性が向上し、請求項１の発明と同様の効果を奏するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明を適用するに適したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する。図１は、コラムアシスト式のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する図で、ステアリングホイール１の操作力を軽減するため、ステアリングコラム２の中間部に設けた電動モータ３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４を介してステアリングギヤ５のラックを往復運動させ、左右のタイロッド６を介して前輪を操舵する方式のステアリング装置である。
【００１４】
図２は、ピニオンアシスト式のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する図で、ステアリングホイール１の操作力を軽減するため、電動モータ７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４を介してステアリングギヤ５のラックを往復運動させ、左右のタイロッド６を介して前輪を操舵する方式のステアリング装置である。
【００１５】
図３は、この発明を適用するに適した転がり形式のラックガイドを備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０の構成を説明する断面図である。
【００１６】
ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０は、ステアリングシャフト（図示せず）と連結しているピニオン１１を備え、ピニオン１１にはシャフト１２の一端に多数のギヤ歯１３が刻設されている。また、ピニオン１１とは互いに軸心を交差して配置されるラック１４を備え、ラック１４にはラック軸の一面に多数のラック歯１６が刻設されている。ピニオン１１のギヤ歯１３とラック１４のラック歯１６とは互いに噛合しており、図示されていないステアリングシャフトの操作力は、ピニオン１１からラック１４に伝達され、さらに左右の前輪と結ぶタイロッド６（図２参照）に伝達されるように構成されている。
【００１７】
ピニオン１１のシャフト１２は、その中間部を軸受１７により支承され、また、シャフト１２の最も遠い一端をニードル軸受１８によって支承され、シャフト１２はハウジング１９に回転自在に支承されている。
【００１８】
ピニオン１１のギヤ歯１３と、これに噛合するラック１４のラック歯１６との噛合状態を適正に保つため、ハウジング１１の内部下側（噛合面と反対側）にはラックガイド２０が配置され、ラック１４を下側（噛合面と反対側）から支承している。
【００１９】
ラックガイド２０は、ピン２１と、ローラ２２と、全体が略円筒状に形成されたホルダ２３とから構成されており、ホルダ２３の内面に略Ｕ字形に形成された溝２４にピン２１が保持され、ラック１４を支承するローラ２２は、ピン２１の上に転がり軸受２５を介して回転自在に支承されている。
【００２０】
また、ホルダ２３は軸方向に圧縮荷重を生じるバネ２６と当接しており、バネ２６はアジャストスクリュー２７を回転してピニオン１１のギヤ歯１３とラック１４のラック歯１６との噛合部のバックラッシュを極小さい値に調節するように構成されている。ロックナット２８はアジャストスクリュー２７の緩みを阻止する。
【００２１】
なお、カバースクリュー２９は、ハウジング１９のピニオン側開口部を閉じると共に、ピニオン１１のギヤ歯１３とラック１４のラック歯１６との噛合によって生じるピニオンの軸方向の力を受け止める。
【００２２】
前記したピニオン１１のギヤ歯１３は、耐摩耗性を向上させるために、後述する浸炭窒化処理が施されている。また、ラック１４のラック歯１６との噛合面にはグリースが塗布されて潤滑されている。
【００２３】
次に、ピニオン１１のギヤ歯１３の浸炭窒化処理について説明する。浸炭窒化処理は、各種転がり軸受の転動面の耐摩耗性を向上させるために、広く採用されている技術であるが、本発明では、この技術をラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のピニオン歯に適用し、高出力のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のギヤ歯１３の耐摩耗性を向上させようとするものである。浸炭窒化処理には、固体浸炭法、ガス浸炭法、液体浸炭法がある。また、窒化処理には、ガス窒化法、液化窒化法がある。
【００２４】
低炭素鋼、低ニッケル鋼、低ニッケル−クロム鋼など浸炭処理に適した鋼材で製造されたピニオン軸１１に、歯切り、或いは転造などの手法により歯形を成形する。
【００２５】
固体浸炭法によるときは、ギヤ歯１３が成形されたピニオン１１を鉄製の箱に入れ、木炭に浸炭促進剤として例えばＢａＣＯ3 、或いはＮａ2(ＣＯ3)などを適量混合した浸炭剤を充填し、密封して８５０〜９５０℃に加熱した後、冷却する。
【００２６】
ガス浸炭法によるときは、ギヤ歯１３が成形されたピニオン１１を収容した容器に、炭化水素と空気を混合してニッケル触媒により熱分解したＲＸガスと呼ばれるガス（一例としてＣＯ2 ：２０％、Ｈ2 ：４０％、Ｎ2 ：４０％）を供給する。このガスは、高温に加熱された鋼の表面で分解し、活性炭素を生じて浸炭がすすむ。
【００２７】
液体浸炭法によるときは、ギヤ歯１３が成形されたピニオン１１を鉄製の箱に入れ、シアン化合物（一例としてＮａＣＮ、ＫＣＮ、Ｋ4 Ｆｅ( ＣＮ6)）などに塩化ナトリウムを混合した浸炭剤を充填して加熱溶融する。炭素と窒素が同時に浸透し、浸炭窒化処理が行われる。
【００２８】
ガス窒化法によるときは、ギヤ歯１３が成形されたピニオン１１を収容した容器に、５００〜５５０℃に加熱したアンモニアガスを５５０〜１００時間供給する。
【００２９】
液化窒化法によるときは、シアン化合物（一例としてＮａＣＮ、ＫＣＮ、ＣａＣＮ2 、ＮａＣＮ）などを主成分とする塩浴に、ギヤ歯１３が成形されたピニオン１１を浸漬する。
【００３０】
［実験例１］
浸炭窒化処理の実験例を説明する。ここでは固体浸炭法によるものとする。図４は、浸炭窒化処理のプロセスを説明する図で、まず、ピニオンに温度９２０〜９５０℃で２〜８時間浸炭窒化処理を行なった後、室温まで冷却（油冷、空冷）する。次に、温度８２０〜８６０℃に保持して焼入れ（硬化熱処理）を行い、次いで、温度１５０〜２００℃で２時間焼戻しを行った。
【００３１】
上記した本発明による浸炭窒化処理を施したピニオンと現行（従来）の熱処理を施したピニオンとの耐久性を比較するため、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置にそれぞれピニオンを組み込み、過負荷耐久試験を行った。
【００３２】
過負荷耐久試験の結果を図５に示す。「浸炭窒化品」とあるのは上記した本発明の浸炭窒化処理を施したピニオンを指し、「現行品」とあるのは現行（従来）の熱処理を施したピニオンを指す。
【００３３】
現行熱処理品では、規定回数終了前にギヤ歯が破損し耐久試験終了となったが、本発明の浸炭窒化品は耐久の試験規定回数まで到達し、耐久試験を終了した。耐久試験終了後の分解調査では、現行熱処理品では、全ての歯面に多数のスコーリングが確認されたが、本発明の浸炭窒化品では、ごく一部にしかスコーリングが確認されなかった。
【００３４】
また、耐久試験終了後にギヤ歯の噛合い表面をミクロ的に見た場合、耐久試験開始前に存在していた凹部が、現行熱処理品では歯面の摩耗により全てなくなっていたが、本発明の浸炭窒化品では凹部が多数残存しており、このことからもギヤ歯の耐摩耗性の向上が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
歯面に浸炭窒化処理が施されているピニオン、及びそのピニオンを使用したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置である。ピニオンとラックとの噛合面の耐摩耗性が向上し、操舵フィーリングや動力伝達効率が改善されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】コラムアシスト式のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する図。
【図２】ピニオンアシスト式のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する図。
【図３】この発明を適用するに適した転がり形式のラックガイドを備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の構成を説明する断面図。
【図４】浸炭窒化処理のプロセスを説明する図。
【図５】過負荷耐久試験の結果を説明する図。
【符号の説明】
【００３７】
１  ステアリングホイール
２  ステアリングコラム
３、７  電動モータ
４  中間シャフト
５  ステアリングギヤ
６  タイロッド
１０  ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置
１１  ピニオン
１２  シャフト
１３  ギヤ歯
１４  ラック
１６  ラック歯
１７  軸受
１８  ニードル軸受
１９  ハウジング
２０  ラックガイド
２１  ピン
２２  ローラ
２３  ホルダ
２４  溝
２５  転がり軸受
２６  バネ
２７  アジャストスクリュー
２８  ロックナット
２９  カバースクリュー
【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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