(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオンを同軸に結合したピニオンシャフトと、前記ピニオンのピニオン歯に噛合するラック歯を形成したラックシャフトと、を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、
前記ラックシャフトは、長手方向の両端部のストロークエンド位置に形成した第１ラック歯と、この第１ラック歯の間で長手方向に連続的に形成したストロークエンド位置以外の第２ラック歯とを備え、
これら第１ラック歯及び第２ラック歯の歯形は同一形状であり、
前記第２ラック歯の歯元の形状は、平坦な歯底を有して形成されており、
前記第１ラック歯の歯元の形状は、所定の曲率半径で単一の円弧面形状に形成され、隣接する前記第１ラック歯の噛み合い歯面に連続する歯底であり、当該第１ラック歯の歯元の円弧面形状の歯底は、前記第２ラック歯の歯元の前記歯底より深い位置まで形成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。
【請求項２】
前記ピニオンシャフトに操舵補助力を伝達する電動パワーステアリング装置が組み込まれていることを特徴とする請求項１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】
本発明は、車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵をピニオンシャフトに回転として伝達し、ピニオンシャフトに同軸に結合したピニオンのピニオン歯を、ラックシャフトの長手方向に連続的に形成されているラック歯に噛合してラックシャフトを長手方向に移動することで、ラックシャフトの端部に取付られているタイロッッドを移動させ、操向車輪の向きを操作する舵取り機構に伝達するように構成されている。
【０００３】
ところで、ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置に電動パワーステアリング装置を組み合わせると、モータの回転力が減速機構を介して増幅され、この増幅された大きな回転力がピニオンシャフトに伝達される。
このようなラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置では、ラックシャフトがストローク端に達すると、ラックシャフト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、ラックシャフトが停止する。したがって、ラックシャフト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ストローク端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、ストローク端のラック歯の強度が不足することがあった。
【０００４】
ここで、ラック歯の衝撃による耐久性を向上させる技術として、ラックシャフトの全てのラック歯に対して、歯幅方向の中央部を除いて幅方向の両端部に熱処理による硬化層を設けることで、全てのラック歯の耐磨耗性、靱性を確保して衝撃強度を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２７０６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術を採用すると、大きな衝撃荷重が作用しないラックシャフトのストロークエンド位置以外のラック歯に対しても、ストロークエンド位置のラック歯と同等の衝撃強度を持ったラックシャフトを形成するので、製造コストの面で問題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ストロークエンド位置のラック歯の衝撃強度を高めることでラックシャフトの衝撃耐久性を向上させるとともに、ストロークエンド位置のラック歯だけの衝撃強度を局部的に高めることで製造コストを低減することができるラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ピニオンを同軸に結合したピニオンシャフトと、前記ピニオンのピニオン歯に噛合するラック歯を形成したラックシャフトと、を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、前記ラックシャフトは、長手方向の両端部のストロークエンド位置に形成した第１ラック歯と、この第１ラック歯の間で長手方向に連続的に形成したストロークエンド位置以外の第２ラック歯とを備え、これら第１ラック歯及び第２ラック歯の歯形は同一形状であり、前記第２ラック歯の歯元の形状は、平坦な歯底を有して形成されており、前記第１ラック歯の歯元の形状は、所定の曲率半径で単一の円弧面形状に形成され、隣接する前記第１ラック歯の噛み合い歯面に連続する歯底であり、当該第１ラック歯の歯元の円弧面形状の歯底は、前記第２ラック歯の歯元の前記歯底より深い位置まで形成されている。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、前記ピニオンシャフトに操舵補助力を伝達する電動パワーステアリング装置が組み込まれている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置によれば、ストロークエンド位置の第１ラック歯にピニオン歯が噛合し、第１ラック歯の歯元に大きな衝撃荷重が作用しても、第１ラック歯の歯元の形状が、所定の曲率半径で単一の円弧面形状に形成され、隣接する第１ラック歯の噛み合い歯面に連続する歯底としているので、衝撃荷重の応力集中が緩和される。
【０００９】
したがって、ストロークエンド位置のラック歯の衝撃強度を高めることでラックシャフトの衝撃耐久性を向上させるとともに、ストロークエンド位置のラック歯だけの衝撃強度を局部的に高める構造としているので製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置を示す図であり、図２は本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラックシャフトを示す図であり、図３は本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラックシャフトが一方のストロークエンドに位置している状態を示すものであり、図４はラックシャフトのラック歯の間の形状を具体的に示したものである。
【００１１】
図１において、符号ＳＭはコラムアシスト式電動パワーステアリング装置を示すものである。
この装置ＳＭは、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。
【００１２】
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって図示しない操舵輪を操舵させる。
【００１３】
また、ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する電動機としての例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。
また、減速ギヤ１１のステアリングホイール１側に連接されたハウジング１３内に操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を非接触の磁気センサで検出するように構成されている。
【００１４】
前述したステアリングギヤ８はラック・アンド・ピニオン形式で構成されており、ラックハウジング８ａに一体に形成されたピニオンハウジング８ｂに収納され、図３に示すように、ピニオンシャフト７に連結して外周にピニオン歯２３が形成されているピニオン２２と、ラックハウジング８ａに車幅方向に移動自在に収納されており、図２に示すように、ピニオン２２のピニオン歯２３に噛合するラック歯が長手方向に連続して形成されているラックシャフト２１とで構成されている。なお、ラックシャフト２１の長手方向の両端部にはボールジョイント（不図示）を介してタイロッド９が連結されている。
【００１５】
上記構成のステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に回転力が伝達されてピニオン２２が所定方向に回転すると、ピニオン歯２３とラック歯２４が噛合してラックシャフト２１が長手方向の他方に移動していき、ラックシャフト２１の長手方向の一方の端部に設けたラックエンド（不図示）がラックハウジング８ａの一部に当接してラックシャフト２１が停止するとともに、図３に示すように、ラックシャフト２１の一方のストロークエンド位置のラック歯２５に形成したピニオン歯２３が噛合する。
【００１６】
また、ピニオン２２が逆方向（所定方向に対して反対の回転方向）に回転すると、ピニオン歯２３とラック歯２４が噛合してラックシャフト２１が長手方向の一方に移動していき、ラックシャフト２１の長手方向の他方の端部に設けたラックエンド（不図示）がラックハウジング８ａの一部に当接してラックシャフト２１が停止するとともに、ラックシャフト２１の他方のストロークエンド位置に形成したラック歯２５にピニオン歯２３が噛合する。
【００１７】
ここで、図４に示すように、ラックシャフト２１の一方のストロークエンド位置に形成したラック歯２５と、ストロークエンド位置以外に形成されているラック歯２４は、歯形（歯幅、歯の高さ、ピニオン歯２３に噛み合う噛み合い歯面等の形状）は同一形状であるが、歯元の形状が異なっている。
ストロークエンド位置以外で形成されているラック歯２４，２４の間の歯元には、平坦な歯底２４ａと、この平坦な歯底２４ａの長手方向の両端及び噛み合い歯面２４ｂの間で連続する曲率半径の小さな曲率面２４ｃとが形成されている。
【００１８】
また、ストロークエンド位置に形成したラック歯２５，２５の間の歯元には、ストロークエンド位置以外に形成したラック歯２４の平坦な歯底２４ａより深い位置まで形成され、曲率面２４ｃより大きな曲率半径Ｒで噛み合い歯面２５ａに連続している単一の円弧面形状の歯底２５ｂが形成されている。
なお、本発明の第１ラック歯がストロークエンド位置に形成したラック歯２５に対応し、本発明の第２ラック歯がストロークエンド位置以外に形成したラック歯２４に対応している。
【００１９】
次に、本実施形態のコラムアシスト式電動パワーステアリング装置ＳＭの作用効果について説明する。
運転者がステアリングホイール１を操舵し、操舵トルクセンサ１４が検出した操舵トルクに基づく駆動電流により電動モータ１２が起動すると、減速ギヤ１１、出力軸２ｂ、ユニバーサルジョイント４，７を介してラック・アンド・ピニオン形式のステアリングギヤ８に、電動モータ１２の操舵補助力が付加された大きな回転力が伝達される。
【００２０】
大きな回転力が伝達されたステアリングギヤ８のピニオン２２は、ピニオン歯２３がラック歯２４，２５に噛合することで、ラックシャフト２１が長手方向の一方及び他方に移動するように直線運動を伝達する。そして、ラックシャフト２１の直線運動により、ラックシャフト２１の端部に結合したタイロッド９が左右の操舵輪を操舵する。
ここで、図３に示すように、電動モータ１２の操舵補助力が付加された大きな回転力がピニオンシャフト７に伝達されてピニオン２２が所定方向に回転し、ラックシャフト２１の長手方向の一方の端部に設けたラックエンドがラックハウジング８ａの一部に当接してラックシャフト２１が停止するとともに、一方のストロークエンド位置のラック歯２５にピニオン歯２３が噛合することで、ラック歯２５，２５の間の歯元に大きな衝撃荷重が作用しても、本実施形態のラック歯２５，２５の間の歯元には、大きな曲率半径Ｒで噛み合い歯面２５ａに連続している単一の円弧面形状の歯底２５ｂが形成されているので、ラック歯２５の歯元に対する衝撃荷重の応力集中を緩和することができる。
【００２１】
したがって、ストロークエンド位置のラック歯２５，２５の間の歯元に大きな衝撃荷重が作用しても応力集中を緩和することができるので、ラックシャフト２１の衝撃耐久性を向上させることができる。
また、本実施形態のラックシャフト２１は、ストロークエンド位置に形成したラック歯２５とストロークエンド位置以外に形成したラック歯２４とが、歯形（歯幅、歯の高さ、ピニオン歯２３に噛み合う噛み合い歯面等の形状）を同一形状とし、歯元の形状のみが異なるように形成しており、ストロークエンド位置のラック歯２５の衝撃強度を局部的に図ることができるので、従来のようにラックシャフト全体の衝撃強度を高める技術と比較して製造コストの低減化を図ることができる。
【００２２】
なお、本発明のピニオンの歯数、歯幅等の諸元、ラックシャフトに形成したラック歯２４，２５の諸元は、図２から図４に示したものに限るものではない。
また、上記実施形態は、コラムアシスト式電動パワーステアリング装置について説明したが、ピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置であってもよい。
また、電動パワーステアリング装置に限らず、大きな回転力がピニオン２２に伝達される構造であれば、他の構造のステアリング装置であってもよい。
【００２３】
さらに、上記実施形態のラックシャフト２１は中実形状の部材を示したが、中空形状のラックシャフトであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るコラムアシスト式電動パワーステアリング装置を示す図である。
【図２】本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラックシャフトを示す図である。
【図３】本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラックシャフトが一方のストロークエンドに位置している状態を示すものである。
【図４】本発明に係るラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置のラックシャフトのラック歯の間の形状を具体的に示したものである。
【符号の説明】
【００２５】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…出力軸、３…ステアリングコラム、４，７…ユニバーサルジョイント、４ａ，４ｂ…ヨーク、４ｃ…十字連結部、５…中間シャフト、６…ユニバーサルジョイント、６ａ，６ｂ…ヨーク、６ｃ…十字連結部、７…ピニオンシャフト、８…ステアリングギヤ、８ａ…ラックハウジング、８ｂ…ピニオンハウジング、９…タイロッド、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…電動モータ、１３…ハウジング、１４…操舵トルクセンサ、２１…ラックシャフト、２２…ピニオン、２３…ピニオン歯、２４…ストロークエンド位置以外のラック歯、２４ａ…平坦な歯底、２４ｂ…歯面、２４ｃ…曲率面、２５…ストロークエンド位置のラック歯、２５ａ…歯面、２５ｂ…歯底、Ｒ…歯底の曲率半径、ＳＭ…コラムアシスト式電動パワーステアリング装置
【図１】
0005194720.tif 000002
【図２】
0005194720.tif 000003
【図３】
0005194720.tif 000004
【図４】
0005194720.tif 000005