(57)【要約】【課題】両ハウジングの端部に傷付きを発生させることなく、ハウジング同士の強固な結合が図られたステアリング装置、および、ステアリング装置のハウジング間の嵌合方法を提供すること。【解決手段】ラックハウジング７およびギヤハウジング１０の組立ては、ギヤハウジング１０の端部１０ａを加熱膨張させる焼きばめにより嵌合させて行う。加熱膨張時における両ハウジング７，１０間の径方向隙間Ｓは、０.１０〜０．２２ｍｍの範囲にあることが好ましい。また、冷却後の両ハウジング７，１０間の締め代は、０．０８〜０．２０ｍｍの範囲であることが好ましい。【選択図】図３
2008001319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック軸を摺動可能に収容する筒状の第１および第２のハウジングを備え、
第１のハウジングの端部の外周面および第２のハウジングの端部の内周面が、互いの間に焼きばめまたは冷やしばめによる接触圧力を生ずる状態で嵌め合わされているステアリング装置。
【請求項２】
請求項１において、第１および第２のハウジングはアルミニウムダイカスト成形品を含むことを特徴とするステアリング装置。
【請求項３】
請求項１または２において、第１のハウジングは、操舵補助力を発生するパワーシリンダを形成するためのハウジングであり、第２のハウジングは、ラック軸と交差するピニオン軸をラック軸とともに収容するためのハウジングであり、
第２のハウジングを加熱膨張させる焼きばめが用いられていることを特徴とするステアリング装置。
【請求項４】
請求項３のステアリング装置の第１のハウジングと第２のハウジングとを嵌合させる方法であって、
加熱膨張された第２のハウジングの端部内に、第１のハウジングの端部を挿入する第１の工程と、第２のハウジングを冷却して収縮させて、両ハウジング間に接触圧力を生じさせる第２の工程とを含み、第１の工程での、第１および第２のハウジングの端部の径方向隙間は、０．１０〜０．２２ｍｍの範囲にあり、第２の工程で両ハウジング間に接触圧力を生じた状態での、両ハウジング間の径方向の締め代は、０．０８〜０．２０ｍｍの範囲にあるステアリング装置のハウジング間の嵌合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング装置に関し、さらにステアリング装置のハウジング間の嵌合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式のステアリング装置は、ラック軸を摺動可能に収容する筒状のラックハウジングを備えている。ラック軸はラックハウジングに連結された筒状のギヤハウジングを貫通し、ギヤハウジング内でラック軸のラックがピニオン軸のピニオンに噛み合っている。
ラックハウジングは例えば鋼製であり、ギヤハウジングはアルミニウム製である。たとえば、ギヤハウジングの端部をラックハウジングの端部内に圧入することで、ギヤハウジングおよびラックハウジングの結合が達成されている。
【０００３】
一方、ステアリング装置の軽量化を図るために、ギヤハウジングだけでなく、ラックハウジングも、アルミニウム製とすることが提案されている。例えば特許文献１には、アルミニウム製のギヤハウジングの端部の外周面を、同じくアルミニウム製のラックハウジングの端部の内周面内に圧入することで、ギヤハウジングおよびラックハウジングの結合が図られた構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２８５７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アルミニウム製のギヤハウジングの端部を、アルミニウム製のラックハウジングの端部内に摺動させて圧入するときに、ギヤハウジングおよびラックハウジングの端部にかじりが発生するおそれがある。ギヤハウジングおよびラックハウジングにかじりによる擦り傷が発生すると、その擦り傷を伝ってギヤハウジング内やラックハウジング内に泥水等が浸入することが予想される。また、擦り傷があると、ギヤハウジングやラックハウジングの強度が低下するおそれもあった。
【０００５】
本発明の目的は、両ハウジングの端部に傷付きを発生させることなく、ハウジング同士の強固な結合が図られたステアリング装置を提供することである。また、この発明の他の目的は、両ハウジングの端部に傷付きを発生させることなく、ハウジング同士の強固な結合を図れるステアリング装置のハウジング間の嵌合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ラック軸（５）を摺動可能に収容する筒状の第１および第２のハウジング（７，１０）を備え、第１のハウジング（７）の端部（７ａ）の外周面（２１）および第２のハウジング（１０）の端部（１０ａ）の内周面（２２）が、互いの間に焼きばめまたは冷やしばめによる接触圧力を生ずる状態で嵌め合わされているステアリング装置（２）である。
【０００７】
本発明では焼きばめ等を用いて両ハウジングを組み立てるときに、両ハウジング間の径方向隙間を十分に確保した状態で、第１のハウジングを第２のハウジング内に挿入することが可能となるので、両ハウジングの傷付きの発生を防止することができる。しかも結合された両ハウジング間に十分な締付け力を働かせて、両ハウジングに傷付きを発生させることなく、両ハウジングの強固な結合を達成することができる。
【０００８】
また、第１および第２のハウジングはアルミニウムダイカスト成形品を含むことが好ましい（請求項２）。各ハウジングとして、高い寸法精度と軽量化を達成することができ、しかも、両ハウジングに傷付きを発生させることなく両ハウジングを強固に結合することができる。
さらに、第１のハウジングは、操舵補助力を発生するパワーシリンダを形成するためのハウジングであり、第２のハウジングは、ラック軸と交差するピニオン軸（２０）をラック軸とともに収容するためのハウジングであり、第２のハウジングを加熱膨張させる焼きばめが用いられていれば好ましい（請求項３）。この場合、第１のハウジングに焼きばめ時の熱影響による残留ひずみや寸法変化を発生させることがなく、第１のハウジングに高い寸法精度を与えることができる。
【０００９】
また、請求項３のステアリング装置の第１のハウジングと第２のハウジングとを嵌合させる方法であって、加熱膨張された第２のハウジングの端部内に、第１のハウジングの端部を挿入する第１の工程と、第２のハウジングを冷却して収縮させて、両ハウジング間に接触圧力を生じさせる第２の工程とを含み、第１の工程での、第１および第２のハウジングの端部の径方向隙間は、０.１０〜０．２２ｍｍの範囲にあり、第２の工程で両ハウジング間に接触圧力を生じた状態での、両ハウジング間の径方向の締め代は、０．０８〜０．２０ｍｍの範囲にあるステアリング装置のハウジング間の嵌合方法を提供する（請求項４）。
【００１０】
本発明では、第１の工程において、両ハウジングの端部の径方向隙間が０.１０ｍｍ以上であるので、第１のハウジングの端部を第２のハウジングの端部内にスムーズに挿入することが可能である。また、この径方向隙間が０．２２ｍｍ以下であるので、加熱膨張温度をアルミニウムの溶融よりもかなり低い温度としても、両ハウジング間に十分な締付け力を付与することが可能である。これにより、常温復帰後に第２のハウジングの端部に残留応力や材料特性変化が生じることを防止することができる。
【００１１】
一方で、第２の工程後の両ハウジング間の径方向の締め代が０．０８ｍｍ以上であるので、抜止めに十分な締付け力が両ハウジング間に付与される。そして、径方向の締め代が０．２０ｍｍ以下であるので、第１および第２のハウジング間の締付け力が強くなり過ぎることがなく、第２のハウジングの端部が変形してしまうことを防止できる。
さらに、第２の工程での第２のハウジングの冷却は、放冷であることが好ましい。この場合、第２のハウジングは常温まで徐々に冷却されるので、冷却後には、周方向に均等な締付け力が両ハウジング間に付与され、これにより、第１および第２のハウジングの結合をより強固とすることができる。
【００１２】
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明にかかるステアリング装置が適用された一実施形態のパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。パワーステアリング装置１は、ラックアンドピニオン式のステアリング機構２を有し、このステアリング機構２にパワーシリンダ３、油圧ポンプ４等の操舵補助用の油圧式パワーアシスト機構が設けられている。
【００１４】
ステアリング機構２は、ラック軸５と、ラック軸５を軸長方向に摺動可能に収容する第１のハウジングとしてのラックハウジング７と、ラックハウジング７に連結された第２のハウジングとしてのギヤハウジング１０、ギヤハウジング１０内で、ラック軸５のラック５ａと噛み合うピニオン６とを備えている。
ラック軸５の両端はラックハウジング７およびギヤハウジング１０の外端7ｂ，１０ｂから外方に突出し、それぞれ操向輪８，８のナックルアーム９，９に連結されている。ピニオン６は、操舵軸１１に連結されたピニオン軸２０の下端に、操舵軸１１と一体回転可能に連結されている。操舵軸１１の上端にはステアリングホイール等の操舵部材１２が取り付けられている。操舵部材１２の回転が操舵軸１１、ピニオン６等を介してラック軸５に伝達され、ラック軸５の軸長方向の摺動に変換されて、ステアリング操作を行わせる構成となっている。
【００１５】
パワーアシスト機構は、操舵補助力を発生するためのパワーシリンダ３と、車両のエンジン等により駆動されてパワーシリンダ３の作動油圧を発生する油圧ポンプ４と、操舵軸１１の軸長方向の中間部に設けられてパワーシリンダ３への作動油圧を制御する油圧制御弁１３とを備えている。パワーシリンダ３は、ラックハウジング７内において、ラック軸５の軸長方向の中間部に形成されており、左右の圧力室３０，３１を有している。
【００１６】
油圧制御弁１３は、操舵部材１２に加わる操舵トルクにより生じるねじれを利用して油圧の給排動作を行っており、給油路１４を介して油圧ポンプ４の吐出側に接続され、またリターン油路１５を介して油タンク１６に接続されていると共に、各別の送油路１７，１８を介して、パワーシリンダ３の左右の圧力室３０，３１にそれぞれ接続されている。
油圧ポンプ４は、油タンク１６の内部の作動油を吸込油路１９を介して吸い込み、吸い込んだ作動油を昇圧して給油路１４を経て油圧制御弁１３に供給する。供給された作動油は、油圧制御弁１３の動作により送油路１７または送油路１８に分配されて、パワーシリンダ３の圧力室３０，３１のいずれかに供給される。供給油圧は、ラック軸５の軸長方向の中間部に固定されたパワーシリンダ３のピストン３２の一面に作用し、このピストン３２を介してラック軸５の軸長方向の油圧力が加えられ、ラック軸５の摺動によりステアリング操作が補助されることになる。
【００１７】
油圧制御弁１３における作動油の送油路１７，１８への分配の割合は、操舵軸１１に生じているねじれの大きさに応じて決定され、送油路１７，１８のいずれに分配されるかは上述のねじれの方向に応じて決定される。従って、パワーシリンダ３は操舵部材１２に加わる操舵トルクの方向に、この操舵トルクの大きさに対応する操舵補助力を発生することになる。
【００１８】
図２は、ラックハウジングおよびギヤハウジングを示す一部断面正面図である。ラックハウジング７およびギヤハウジング１０は、ともに、円筒状のアルミニウムダイカスト成形品であり、両ハウジング７，１０は、焼きばめを用いて結合されている。両ハウジング７，１０がアルミニウムダイカスト成形品であるので、ハウジングとして高い寸法精度と軽量化が達成されている。
【００１９】
ラックハウジング７の端部７ａは、中間部と比較して、外周が径方向に一段低くされた嵌合面としての外周面２１を有している。一方で、ギヤハウジング１０の端部１０ａには、中間部と比較して、内周側が径方向に一段低くされた嵌合面としての内周面２２を有している。ギヤハウジング１０の端部１０ａを加熱膨張させる焼きばめが用いられて、ラックハウジング７およびギヤハウジング１０の端部７ａ，１０ａが互いに嵌り合った状態で、外周面２１と内周面２２との間に接触圧力が生じており、この接触応力により両ハウジング７，１０の結合が達成されている。
【００２０】
ギヤハウジング１０は、ラック軸５を収容する主筒部２７と、主筒部２７の外周面から軸方向に直交して突出する第１副筒部２８と、主筒部２７の外周面から主筒部２７の軸方向に斜めに交差するように突出する第２副筒部２９とを有している。
第１副筒部２８には、ラック軸５のラック５ａとピニオン６との噛合部に与圧を与えるサポートヨーク（図示しない）等を収容するための横孔２８ａが形成されている。第２副筒部２９には、ピニオン軸２０のピニオン６を回動自在に支持するためのピニオン用斜孔２９ａが形成されている。
【００２１】
また、ラックハウジング７およびギヤハウジング１０には、それぞれ第１マウント２５および第２マウント２６が形成されている。この第１マウント２５および第２マウント２６は、ラックハウジング７およびギヤハウジング１０に一体成形にて形成されており、これら第１マウント２５および第２マウント２６を介して、ラックハウジング７およびギヤハウジング１０が車体に取り付けられる。
【００２２】
各圧力室３０，３１に対応して配管接続部３３，３４が設けられており、各配管接続部３３，３４に、それぞれ対応する送油路１７，１８が接続されている。
図３は、ラックハウジングおよびギヤハウジングの組立工程を示す要部断面図である。図３を参照して、ラックハウジング７およびギヤハウジング１０の組立ては、上述のようにギヤハウジング１０の端部１０ａを加熱膨張させる焼きばめを用いて嵌合させることで行う。この組立て方法は、第１の工程としての焼きばめ工程と、第２の工程としての冷却工程とを含む。
【００２３】
焼きばめ工程では、加熱コイル２３を用いてギヤハウジング１０の端部１０ａを予め定める温度（例えば１５０℃〜２６０℃の範囲の予め定める温度）にて加熱膨張させる（図３（ａ））。加熱温度を例えば２３０℃としたときは、加熱時間は例えば１８秒間であることが好ましい。ギヤハウジング１０の端部１０ａは加熱されることで径方向外方に膨張し、ギヤハウジング１０の端部１０ａの内径Ｂ１が、加熱されているラックハウジング７の外径Ａよりも大きくなる（Ｂ１＞Ａ）。この焼きばめ工程で嵌合されるハウジング７，１０間の径方向隙間Ｓは、下記式（１）で表される。
Ｓ＝Ｂ１−Ａ                                                        ・・・（１）
この径方向隙間Ｓは直径での径方向の隙間を意味している。ギヤハウジング１０の端部１０ａが加熱膨張されて両ハウジング７，１０間の径方向隙間Ｓが十分に確保された状態で、ギヤハウジング１０の端部１０ａ内にラックハウジング７の端部７ａが挿入される。
【００２４】
この両ハウジング７，１０間の径方向隙間Ｓは、０.１０〜０．２２ｍｍの範囲にあることが好ましい。径方向隙間Ｓを０.１０ｍｍ以上とすることで、焼きばめ工程においては、ラックハウジング７の端部７ａをギヤハウジング１０の端部１０ａ内にスムーズに挿入することが可能である。また、この径方向隙間Ｓを０．２２ｍｍ以下とすることで、加熱膨張温度をアルミニウムの溶融点よりもかなり低い上記範囲（１５０℃〜２６０℃）としても、両ハウジング７，１０間に十分な締付け力が付与される。ラックハウジング７の挿入後、冷却工程に移行する。
【００２５】
冷却工程では、ギヤハウジング１０を放冷により冷却する（図３（ｂ）参照）。すなわち、加熱コイル２３への通電が遮断され、ギヤハウジング１０が常温に戻るまでそのまま放置される。冷却後は、加熱膨張していたギヤハウジング１０の端部１０ａは径方向内方に収縮する。
図４は、常温における非拘束状態のラックハウジングおよびギヤハウジングを示す要部断面図である。図４に示すように、常温における非拘束状態で比較した場合、ギヤハウジング１０の端部１０ａの内径Ｂ２は、ラックハウジング７の外径Ａよりも小さい（Ｂ２＜Ａ）。したがって、冷却工程後の図３（ｂ）に示す嵌合状態では、収縮したギヤハウジング１０の端部１０ａの内周面２２と、ラックハウジング７の端部７ａの外周面２１との間に接触圧力が生じ、これにより、ラックハウジング７とギヤハウジング１０との間の結合が達成されている。
【００２６】
冷却工程では放冷により冷却が行われるので、ギヤハウジング１０は徐々に常温まで冷却される。このため冷却後に両ハウジング７，１０の端部７ａ，１０ａの間に生じる接触圧力は周方向にわたってほぼ同じであり、周方向に均等な締付けを達成することができる。これにより、両ハウジング７，１０間の結合が強固となる。
冷却後の両ハウジング７，１０間の径方向の締め代δは、下記式（２）で表される。
δ＝Ａ−Ｂ２                                                        ・・・（２）
この締め代δは、直径での径方向の締め代を意味している。締め代δは、０．０８〜０．２０ｍｍの範囲にあることが好ましい。また、締め代δは、０．１０〜０．１８ｍｍの範囲であればさらに好ましい。
【００２７】
締め代δが０．０８ｍｍ以上であるため、両ハウジング７，１０間に抜止めのための十分な締付け力が発生する。そして、締め代δが０．２０ｍｍ以下であるので、両ハウジング７，１０間の締付け力が強くなり過ぎることがなく、したがって、ギヤハウジング１０の端部１０ａが変形してしまうことを防止できる。
本実施形態によれば、焼きばめを用いて両ハウジング７，１０を組み立てるときに、両ハウジング７，１０間の径方向隙間Ｓを十分に確保した状態で、ラックハウジング７をギヤハウジング１０内に挿入するので、両ハウジング７，１０において、傷付きの発生を防止することができる。しかも結合された両ハウジング７，１０間に十分な締付け力が働き、両ハウジング７，１０に傷付きを発生させることなく、両ハウジング７，１０の強固な結合が達成される。
【００２８】
また、焼きばめでは、ラックハウジング７ではなくギヤハウジング１０を加熱膨張させるので、ラックハウジング７に焼きばめ時の熱影響による残留ひずみや寸法変化が発生することがなく、内部にパワーシリンダ３が形成されるラックハウジング７の寸法精度を高く保つことができる。
なお、上述の実施形態では、焼きばめを用いて両ハウジング７，１０を組み立てることとしたが、例えばラックハウジング７を冷却する冷やしばめを用いて両ハウジング７，１０を組み立てることもできる。また、ギヤハウジング１０をラックハウジング７に挿入する場合は、ギヤハウジング１０を冷却するとよい。
【００２９】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【実施例】
【００３０】
実施例１：上記の図２と同じ構造のギヤハウジングおよびラックハウジングの結合に、ギヤハウジングの端部を加熱膨張させる焼きばめを用いた。ラックハウジングの端部の外径は、５３．１５ｍｍであり、ラックハウジングおよびギヤハウジングの端部の厚みはともに６．５ｍｍである。両ハウジングの端部の嵌合長は５２．０ｍｍとした。加熱温度は１５０℃とし、この加熱温度におけるギヤハウジングの膨張量を考慮して、加熱膨張時に０．１０ｍｍの径方向隙間を確保できるように、言い換えればこの温度における加熱膨張時のギヤハウジングの端部の内径が５３．２５ｍｍとなるように、常温（２５℃）時のギヤハウジングの端部の内径を５３．０７ｍｍ（両ハウジング７，１０の径方向の締め代０．０８ｍｍ）とした。
【００３１】
実施例２：実施例１と異なる点は、加熱膨張温度を１７０℃とし、この温度において０．１０ｍｍの径方向隙間を確保できるように、常温（２５℃）時のギヤハウジングの端部の内径を５３．０５ｍｍ（締め代０．１０ｍｍ）とした点である。
実施例３：実施例１と異なる点は、熱膨張温度を２３０℃とし、この温度において０．１０ｍｍの径方向隙間を確保できるように、常温（２５℃）時のギヤハウジングの端部の内径を５２．９７ｍｍ（締め代０．１８ｍｍ）とした点である。
【００３２】
実施例４：実施例１と異なる点は、熱膨張温度を２６０℃とし、この温度において０．１０ｍｍの径方向隙間を確保できるように、常温（２５℃）時のギヤハウジングの端部の内径を５２．９５ｍｍ（締め代０．２０ｍｍ）とした点である。
比較例１：実施例１と異なる点は、熱膨張温度を１３０℃とし、この温度において０．１０ｍｍの径方向隙間を確保できるように、常温（２５℃）時のギヤハウジングの端部の内径を５３．０９ｍｍ（締め代０．０６ｍｍ）とした点である。
【００３３】
比較例２：実施例１と異なる点は、熱膨張温度を２９０℃とし、この温度において０．１０ｍｍの径方向隙間を確保できるように、常温（２５℃）時のギヤハウジングの端部の内径を５２．９３ｍｍ（締め代０．２２ｍｍ）とした点である。
（試験方法）
上記の実施例１〜４および比較例１、２を常温（２５℃）にて、ラックハウジングおよびギヤハウジングを引抜き方向に引っ張る引張試験を行い、３５ｋＮの引張り力に耐えられるか否かを調べた。また、ひずみゲージ法などを用いて、ギヤハウジングの端部に発生している残留応力を測定した。
（試験結果）
試験結果を、以下の表１に示す。引張試験において、「○」は両ハウジングの結合が外れなかったことを示し、「×」は両ハウジングの結合が外れたことを示している。また、残留応力の測定においては、「○」は、所定値を超える残留応力が発生しなかったことを示し、「×」は、所定値を超える残留応力が発生したことを示している。
【００３４】
【表１】
2008001319.tif 000003
【００３５】
表１の結果から以下のことが実証された。すなわち、両ハウジングの径方向の締め代を、０．０８〜０．２０（ｍｍ）の範囲に設定した実施例１〜４では、この範囲を逸脱する比較例１、２とは異なり、３５ｋＮの引張り力に耐えることができる程に、両ハウジングの強固な結合が達成されており、また、冷却後にギヤハウジングの端部に残留応力も生じなかった。
【００３６】
なお、熱膨張温度を２６０（℃）に固定して、種々測定しても、加熱時の隙間が０．１０〜０．２２ｍｍの範囲にあると、締め代は０．０８〜０．２０ｍｍの好適な範囲が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明にかかるステアリング装置が適用された一実施形態のパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】ラックハウジングおよびギヤハウジングを示す一部断面正面図である。
【図３】ラックハウジングおよびギヤハウジングの組立工程を示す要部断面図である。
【図４】非拘束状態の常温におけるラックハウジングおよびギヤハウジングを示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２…ステアリング機構（ステアリング装置）、５…ラック軸、７…ラックハウジング（第１のハウジング）、１０…ギヤハウジング（第２のハウジング）、２０…ピニオン軸、２１…外周面、２２…内周面
【図１】
2008001319.tif 000004
【図２】
2008001319.tif 000005
【図３】
2008001319.tif 000006
【図４】
2008001319.tif 000007