(57)【要約】【課題】Ｙ型ラック軸をより適切に支持できるステアリング装置及びそのラック軸の製造方法を提供する。【解決手段】ラック軸１１０は、ラック歯１１０ａの歯幅より狭い転動面１１０ｃを、ラック軸の軸線Ｘを挟んで反対側に形成すると共に、転動面１１０ｃを挟んで両側に一対の斜面１１０ｂを形成しており、更に、ラック軸１１０の転動面１１０ｃ上を転動する円筒ローラ１２３と、円筒ローラ１２３をラック軸１１０に向かって押圧する支持装置１２０を設けたので、ピニオン１０３ａからラック軸１１０に操舵力が伝達されたとき、円筒ローラ１２３は転動面１１０ｃを転動することにより、より少ない抵抗力でラック軸１１０の軸線方向移動を許容することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵装置に連結され、外面にラック歯を形成したラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、
前記ラック軸は、前記ラック歯の歯幅より狭い転動面を、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に一対の面を形成しており、
更に、前記ラック軸の転動面上を転動する単一の転動体と、前記転動体を前記ラック軸に向かって押圧する支持部材を設けたことを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記ラック軸の前記転動面以外の場所に当接する補助支持部材を有することを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置。
【請求項３】
ステアリング装置用のラック軸の製造方法において、
素材を鍛造加工することで、外面に沿って延在する二つの溝を、１８０度以外の位相で形成するステップと、
前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が広い方の外面に、ラック歯を形成するステップと、
前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が狭い方の外面に、転動体が転動する転動面を形成するステップと、を有することを特徴とするラック軸の製造方法。
【請求項４】
前記転動面は平面状に加工されることを特徴とする請求項３に記載のラック軸の製造方法。
【請求項５】
前記転動面は曲面状に加工されることを特徴とする請求項３に記載のラック軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング装置に関し、特にラック軸とピニオンとを備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のステアリング装置の一タイプとして、ラック軸のラック歯にピニオンを噛合させることで、ピニオンの回転力と回転量をラック軸の軸線方向推力とストロークに変換するラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置が知られている。ここで、比較的車重の軽い車両においては、補助操舵力を出力しない、いわゆるマニュアルステアリング装置に、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を組み込んだ構成を用いる場合がある。かかる場合、運転者の操舵によってのみ、操向輪を駆動しなければならないことから、ピニオン１回当たりのストローク量（ストロークレシオ）を小さくして、操舵トルクを軽減し、反面、操舵量を多くするように設定されている。更に、ラックを保持するラック保持機構においては、ラック軸の背面（ラック歯面側と反対側）を保持する保持部に、ローラ等で回転支持する転がり式ラックガイドを設ける等、伝達効率を向上させ、操舵トルクの低減を図っている（実開昭５９−３０７７３号、実開昭６１−１２４４７１号等）。
【０００３】
これに対し、比較的車重の重い車両においては、操舵力低減のため、一般的には、補助操舵力を出力する、いわゆるパワーステアリング装置を設けていることが多い。このようなパワーステアリング装置においては、ラック・アンド・ピニオン機構を採用しても、ラック軸に伝達されるトルクは小さくて済むので、伝達効率が多少悪化しても、運転者の操舵を阻害しないので、ラック軸を保持するラック保持機構においては、転がり式ラックガイドよりも安価な滑動式ラックガイドを用いているという実情がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ラック歯の歯面精度向上のため、鍛造によって、軸線に直交する断面がＹ型（形）に加工された、いわゆるＹ型ラック軸が開発されている。このようなＹ型ラック軸をステアリング装置に適用した例を図１２に示す。図１２において、ハウジング１内を延在する出力軸３は、不図示のステアリングシャフトに連結され、且つ軸受５，６によりハウジング１に対して回転自在に支承されている。軸受６の内輪は、ナット８により出力軸３の端部に固定され、軸受６の外輪は、カバー部材を兼ねた固定部材９の螺合によりハウジング１に対して取り付けられている。
【０００５】
ハウジング１は、Ｙ型ラック軸であるラック軸１０の周囲から図で左方に延在する中空柱部１ｃを形成している。中空柱部１ｃ内には、支持装置２０が配置されている。支持装置２０は、略円筒状の本体２１と、本体２１を中空柱部１ｃに取り付けるための円管状のネジ部材２５と、本体２１とネジ部材２５との間に配置され、ネジ部材２５に対して本体２１をラック軸１０側に付勢する皿バネ２４と、ネジ部材２５のロック部材２６とからなる。
【０００６】
本体２１は、ラック軸１０の外径状に合わせてくぼんでおり、すなわち一対のテーパ面２１ａを有している。テーパ面２１ａは、ラック軸１０の斜面１０ａにそれぞれ当接している。
【０００７】
ここで、出力軸３とラック軸１０との間で強大な力が伝達されたとき、ラック軸１０を出力軸３より離隔させようとする離隔力が生じる。本実施の形態においては、支持装置２０の本体２１のテーパ面２１ａが、ラック軸１０の斜面１０ａに当接することで、この離隔力を適切に支持することができる。
【０００８】
ところで、支持装置２０の本体２１のテーパ面２１ａと、ラック軸１０の斜面１０ａとは大きな表面積で滑り接触することとなるから、その間に働く摩擦力は比較的大きなものとなる。ここで、マニュアルステアリング装置に、かかる構成を適用した場合、ステアリングホイールを運転者が回したときに、その摩擦力が抵抗となって現れるため、運転者は操舵力を重く感じるという問題がある。一方、パワーステアリング装置に図１２の構成を適用した場合、補助操舵力のおかげで、運転者が操舵力を重く感じる恐れはないが、摩擦力にうち勝つための補助操舵力分だけ余計に動力消費がなされ、省エネルギーが図れないという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、Ｙ型ラック軸をより適切に支持できるステアリング装置及びそのラック軸の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の本発明のステアリング装置は、
転舵装置に連結され、外面にラック歯を形成したラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、
前記ラック軸は、前記ラック歯の歯幅より狭い転動面を、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に一対の面を形成しており、
更に、前記ラック軸の転動面上を転動する単一の転動体と、前記転動体を前記ラック軸に向かって押圧する支持部材を設けたことを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明のラック軸の製造方法は、
ステアリング装置用のラック軸の製造方法において、
素材を鍛造加工することで、外面に沿って延在する二つの溝を、１８０度以外の位相で形成するステップと、
前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が広い方の外面に、ラック歯を形成するステップと、
前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が狭い方の外面に、転動体が転動する転動面を形成するステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
第１の本発明のステアリング装置は、転舵装置に連結され、外面にラック歯を形成したラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ラック歯の歯幅より狭い転動面を、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に一対の面を形成しており、更に、前記ラック軸の転動面上を転動する単一の転動体と、前記転動体を前記ラック軸に向かって押圧する支持部材を設けたので、前記ピニオンから前記ラック軸に操舵力が伝達されたとき、前記転動体は前記転動面を転動することにより、より少ない抵抗力で前記ラック軸の移動を許容することができる。尚、前記ラック歯の歯幅より狭い転動面を、前記ラック軸の軸線を挟んで反対側に形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に一対の面（例えば斜面）を形成しているラック軸は、いわゆるＹ型ラック軸と呼ばれるものがある。
【００１３】
更に、前記支持部材は、前記ラック軸の前記転動面以外の場所に当接する補助支持部材を有すると、前記ラック軸の軸線周りの回動を抑制して、前記ラック軸の保持を確実なものとできる。
【００１４】
ところで、第１の本発明にかかるステアリング装置のラック軸を形成する上で、転動体が転動する転動面をどのようにして精度良く形成するかが問題となる。以下の第２の本発明のラック軸の製造方法によれば、転動面を精度良く形成することができる。
【００１５】
第２の本発明のラック軸の製造方法は、ステアリング装置用のラック軸の製造方法において、素材を鍛造加工することで、外面に沿って延在する二つの溝を、１８０度以外の位相で形成するステップと、前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が広い方の外面に、ラック歯を形成するステップと、前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が狭い方の外面に、転動体が転動する転動面を形成するステップと、を有するので、例えば前記ラック歯を基準として、或いは前記ラック軸の軸線を基準として、前記転動面をより精度良く加工することができる。尚、以上の３つのステップは、別個に実行されても良いが、鍛造加工などでは同時に実行され、それにより容易に精度の良い加工を行える。
【００１６】
更に、前記転動面は平面状に加工されると好ましい。
【００１７】
或いは、前記転動面は曲面状に加工されると好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。図１において、ハウジング１０１内を延在する出力軸１０３は、不図示のステアリングシャフトに連結され、且つ軸受１０５，１０６によりハウジング１０１に対して回転自在に支承されている。軸受１０６の内輪は、出力軸１０３に螺合されたナット１０８により出力軸１０３の端部に固定され、軸受１０６の外輪は、カバー部材を兼ねた固定部材１０９の螺合によりハウジング１０１に対して取り付けられている。出力軸１０３のピニオン１０３ａが、不図示の転舵装置のタイロッドに両端を接続したラック軸１１０のラック歯１１０ａに噛合している。
【００１９】
ハウジング１０１は、ラック軸１１０の周囲から、図で左方に延在する中空柱部１０１ｃを形成している。中空柱部１０１ｃ内には、支持装置１２０が配置されている。支持装置１２０は、円筒状の本体１２１と、本体１２１の袋孔内に取り付けられた軸１２２と、軸１２２の周囲に配置された転動体である円筒ローラ１２３と、円筒ローラ１２３を軸１２２に対して回転自在に支持するニードル軸受１２７と、本体１２１を中空柱部１０１ｃに取り付けるためのネジ部材１２５と、ネジ部材１２５と本体１２１との間に配置され、本体１２１をラック軸１１０側に付勢するための皿バネ１２４と、ネジ部材１２５のロック部材１２６とからなる。ネジ部材１２５のねじ込み量を調整することで、皿バネ１２４の圧縮量が変化し、ラック軸１１０の押圧力を調整することができる。調整後には、ロック部材１２６でネジ部材１２５をロック固定しその緩み止めを図ることができる。
【００２０】
ラック軸１１０において、ラック歯１１０ａと軸線Ｘを挟んで反対側（背面側という）には、図１に示す軸線Ｘに直交する断面において、左上部及び左下部が切り欠かれた溝Ｇが形成されている。溝Ｇは、水平面１１０ｄと斜平面１１０ｂを交差させた三角溝である。このようなラック軸をＹ型ラック軸と称し、本実施の形態では鍛造加工により形成する。その製造方法は後述する。溝Ｇに挟まれた凸状部の外面が転動面１１０ｃとなっている。転動面１１０ｃは、ラック歯１１０ａに対して平行な平面となっている。本実施の形態では、転動面１１０ｃは鍛造加工のままである。
【００２１】
本実施の形態の動作を説明すると、不図示のステアリングホイールに操舵力が入力されたとき、かかる操舵力は、不図示のステアリングシャフトを介して，出力軸１０３に伝達され、互いに噛合するピニオン１０３ａとラック歯１１０ａを介して出力軸１０３の回転力がラック軸１１０の長手方向推力に変換され、かかる長手方向推力によりラック軸１１０が紙面垂直方向に移動するので、それにより不図示の車輪が転舵されることとなる。このとき、円筒ローラ１２３は、転動面１１０ｃ上を転動し、低摩擦でラック軸１１０の移動を許容する。
【００２２】
本実施の形態によれば、Ｙ型のラック軸１１０は、ラック歯１１０ａの歯幅より狭い転動面１１０ｃを、ラック軸の軸線Ｘを挟んで反対側に形成しており、且つ転動面１１０ｃを挟んで図で両側（上下）に一対の斜面１１０ｂを形成しており、更に、ラック軸１１０の転動面１１０ｃ上を転動する円筒ローラ１２３と、円筒ローラ１２３をラック軸１１０に向かって押圧する支持装置１２０を設けたので、ピニオン１０３ａからラック軸１１０に操舵力が伝達されたとき、円筒ローラ１２３は転動面１１０ｃを転動することにより、より少ない抵抗力でラック軸１１０の軸線方向移動を許容することができる。
【００２３】
図２は、第２の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。図２の実施の形態においては、図１の実施の形態に対して、ラック軸１１０’の転動面１１０ｃ’が鍛造加工後に、ラック歯１１０ａ’に対して平行な平面となるよう機械加工されている点が異なっており、それにより円筒ローラ１２３の円滑な転動を確保できる。それ以外の構成については、図１の実施の形態と同様であるので、同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００２４】
図３は、第３の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。図３の実施の形態においては、図１の実施の形態に対して、ラック軸２１０の転動面２１０ｃが鍛造加工後に、ラック歯２１０ａに対して凸状曲面となるよう機械加工されており、それに応じて円筒ローラ２２３の外周面が凹状曲面となっている点が異なっている。本実施の形態によれば、円筒ローラ２２３が、ラック軸２１０の図３で上下方向の変位を抑制する効果がある。それ以外の構成については、図１の実施の形態と同様であるので、同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００２５】
図４は、第４の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。図４の実施の形態においては、図１の実施の形態に対して、ラック軸１１０は共通であるが、支持装置１２０の本体３２１が異なっている。すなわち、本体３２１の図４で左端上下縁３２１ａが右方に延在し、ラック軸１１０の溝部の斜面１１０ｂに当接している点が異なっている。本実施の形態によれば、円筒ローラ１２３が、ラック軸１１０を図４で左右方向の変位を拘束すると共に、本体３２１の左端上下縁３２１ａが、ラック軸１１０の上下方向の変位を抑制する効果がある。それ以外の構成については、図１の実施の形態と同様であるので、同一の符号を付すことで説明を省略する。
【００２６】
図５〜１１は、本実施の形態にかかるラック軸の製造方法を説明するための図である。ラック軸の製造方法を構成する各ステップを示す図５において、ステップＳ１０１で、丸軸鋼材などの素材を所定長に切り出すなどの前加工を行い、ステップＳ１０２で、かかる素材に鍛造加工を施す。ここで、図６に点線で示す丸軸の素材Ｓは、軸線Ｘに対し直交する方向に少なくとも２方向（互いに１８０度以外の角度で交差する）に突出してなる型で鍛造されることで、全長の略半分にわたって（図７参照）、面１１０ｄ、１１０ｂを含む溝Ｇを形成することができる（図６の実線）。
【００２７】
続いて、ステップＳ１０３で、ラック歯の歯切り加工を行う。より具体的には、図６にダブルハッチングで示す領域Ａ（２つの溝Ｇの間の間隔が広い方の外面）を切削加工することで、ラック歯１１０ａを形成するのである。歯切り加工後のラック軸１１０を図７に示す。尚、２つの溝Ｇの間の間隔が狭い方の外面に位置する転動面１１０ｃを鍛造加工のままとするなら、所定の表面処理などを行って、ラック軸１１０が完成する。かかるラック軸１１０は、図１、４に示す実施の形態に組み込まれる。
【００２８】
これに対し、転動面により高精度を求める場合、ステップＳ１０４で転動面の仕上げ加工を行う。ここで、転動面の仕上げ加工を何を基準として行うかが問題となる。本実施の形態にかかるラック軸の製造方法においては、ラック歯１１０ａに対向する側の外面に転動面１１０ｃが位置するので、高精度に形成されるラック軸１１０のラック歯１１０ａを基準に転動面１１０ｃの仕上げ加工を行うと、転動面の精度が向上し好ましい。
【００２９】
より具体的に説明すると、図７にＢで示す部分を拡大して治具Ｊと共に示す図８において、治具Ｊの２本の丸棒をラック歯１１０ａの歯面に当てることで、基準面Ｐが確定されるため、かかる基準面Ｐと平行となるように、転動面１１０ｃを加工すればよい。
【００３０】
更に変形例によれば、図７にＢで示す部分を拡大して治具Ｊと共に示す図９において、治具Ｊの２本のくさび棒をラック歯１１０ａの歯面に当てることで、基準面Ｐが確定されるため、かかる基準面Ｐと平行となるように、転動面１１０ｃを加工すればよい。
【００３１】
更に別な変形例によれば、図７にＢで示す部分を拡大して治具Ｊと共に示す図１０において、治具Ｊの基準面Ｐ自体をラック歯１１０ａの歯先に当てることで、その基準面Ｐが確定されるため、かかる基準面Ｐと平行となるように、転動面１１０ｃを加工すればよい。
【００３２】
尚、ラック歯１１０ａが、ラック軸１１０の軸線Ｘを基準として創成されるものであるから、ラック軸の製造方法にかかる別な実施の形態としては、その軸線Ｘと平行となるように、転動面１１０ｃを加工することも考えられる（図１１参照）。以上のようにして高精度に仕上げ加工することで転動面１１０ｃ’、２１０ｃが形成されたラック軸は、図２，３の実施の形態に組み込まれる。
【００３３】
以上、実施の形態を参照して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。
【００３４】
【発明の効果】
第１の本発明のステアリング装置は、転舵装置に連結され、外面にラック歯を形成したラック軸と、ステアリングホィールに連結され、前記ラック歯に噛合するピニオンとを有するステアリング装置において、前記ラック軸は、前記ラック歯の歯幅より狭い転動面を、前記ラック軸の軸線を挟んで前記ラック歯に対して反対側に形成すると共に、前記転動面を挟んで両側に一対の面を形成しており、更に、前記ラック軸の転動面上を転動する単一の転動体と、前記転動体を前記ラック軸に向かって押圧する支持部材を設けたので、前記ピニオンから前記ラック軸に操舵力が伝達されたとき、前記転動体は前記転動面を転動することにより、より少ない抵抗力で前記ラック軸の移動を許容することができる。
【００３５】
第２の本発明のラック軸の製造方法は、ステアリング装置用のラック軸の製造方法において、素材を鍛造加工することで、外面に沿って延在する二つの溝を、１８０度以外の位相で形成するステップと、前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が広い方の外面に、ラック歯を形成するステップと、前記ラック軸の周方向における前記２つの溝の間の間隔が狭い方の外面に、転動体が転動する転動面を形成するステップと、を有するので、例えば前記ラック歯を基準として、或いは前記ラック軸の軸線を基準として、前記転動面をより精度良く加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【図３】第３の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【図４】第４の実施の形態にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【図５】ラック軸の製造方法を説明するための図である。
【図６】ラック軸の製造方法を説明するための図である。
【図７】ラック軸の製造方法を説明するための図である。
【図８】ラック軸の製造方法を説明するための図である。
【図９】ラック軸の製造方法を説明するための図である。
【図１０】ラック軸の製造方法を説明するための図である。
【図１１】ラック軸の製造方法を説明するための図である。
【図１２】比較例にかかるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
１０１　　ハウジング
１０３　　出力軸１０，
１１０、１１０’、２１０　ラック軸
１２０　支持装置
１２３、２２３　円筒ローラ
【図１】
2004034829.tif 000003
【図２】
2004034829.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】
2004034829.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2004034829.tif 000013
【図１２】
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