(57)【要約】    【課題】ラックバーの耐摩耗性および曲げ強度に優れ、さらにラックバーに生じる歪みの少ないステアリング装置を提供すること。    【解決手段】ラックバー１４はラックブッシュ３７を介してハウジング３０によって軸方向Ｓに摺動自在に支持されており、操舵に応じて軸方向Ｓに移動する。ラックバー１４の表面４０に熱処理を施されてなる硬化層４１が形成されている。硬化層４１には、硬化層深さＢが変化する領域Ｒ２が含まれている。領域Ｒ２では、ラックバー１４がハウジング３０の一端部３３から最も突出したときに当該一端部３３によって受けられる所定の被支持部４２で硬化層深さＢが最大値Ｂｍａｘを取り、ラックバー１４の一端部３５に向かうにしたがって硬化層深さＢが漸減している。    【選択図】            図３
2007076587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングによって軸方向に摺動自在に支持され、操舵に応じて軸方向に移動するラックバーを備え、
ラックバーの表面に、熱処理を施されてなる硬化層が形成された領域が設けられ、
上記硬化層が形成された領域は、硬化層深さが変化する領域を含み、
上記硬化層深さが変化する領域では、ラックバーがハウジングから最も突出したときにハウジングの端部によって受けられる所定の被支持部で硬化層深さが最大値を取り、上記所定の被支持部からラックバーの端部に向かうにしたがって硬化層深さが減少していることを特徴とするステアリング装置。
【請求項２】
請求項１において、上記ラックバーは、中空に形成されている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、ラックアンドピニオン式のステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ハウジングに摺動自在に支持されたラックバーを備えている（例えば、特許文献１参照）。ステアリングホイールの操作により、ラックバーは軸方向に移動する。これにより、ラックバーの両端部に設けられたタイロッドを介してナックルアームを回動させ、ナックルアームに取り付けられた転舵輪を転舵することができる。
【特許文献１】特開２００４−１０９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のステアリング装置には、油圧シリンダを用いて操舵補助力を発生するものがある。具体的には、ハウジングに固定されてラックバーの一部を取り囲む筒状のシリンダ本体と、ラックバーのリング状溝に嵌められたピストンとが設けられており、ピストンによってシリンダ本体内に２つの油室が区画されている。２つの油室間の差圧により、ピストンを動かしてラックバーに操舵補助力を与えるようになっている。シリンダ本体の両端部には、オイルシールが設けられており、シリンダ本体とラックバーとの間をシールしている。
【０００４】
ラックバーは、軸方向に移動する際、オイルシールのリップと摩擦摺動するので、耐摩耗性が要求される。また、ラックバーは、タイヤからの入力（逆入力）に起因する曲げモーメントを受けるので、この曲げモーメントに耐え得る十分な曲げ強度が要求される。
そこで、ラックバーの表面に熱処理を施して、十分な厚さの硬化層を形成することにより、耐摩耗性を向上するとともに十分な曲げ強度を確保することが考えられる。しかしながら、硬化層を厚くした場合、熱処理に起因するラックバーの歪みが大きくなってしまう。特に、軽量化のためにラックバーを中空にする場合に、この問題が生じやすい。
【０００５】
同様の課題は、油圧シリンダを用いるパワーステアリング装置に限らず、電動モータの動力を減速機構を介してラックバーに与えるパワーステアリング装置やマニュアルステアリング装置にも存在する。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、ラックバーの耐摩耗性および曲げ強度に優れ、さらにラックバーに生じる歪みの少ないステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、筒状のハウジング（３０）によって軸方向（Ｓ）に摺動自在に支持され、操舵に応じて軸方向（Ｓ）に移動するラックバー（１４）を備え、ラックバー（１４）の表面（４０）に、熱処理を施されてなる硬化層（４１）が形成された領域が設けられ、上記硬化層が形成された領域は、硬化層深さ（Ｂ）が変化する領域（Ｒ２）を含み、上記硬化層深さ（Ｂ）が変化する領域（Ｒ２）では、ラックバー（１４）がハウジング（３０）から最も突出したときにハウジング（３０）の端部（３３）によって受けられる所定の被支持部（４２）で硬化層深さ（Ｂ）が最大値（Ｂｍａｘ）を取り、上記所定の被支持部（４２）からラックバー（１４）の端部（３５）に向かうにしたがって硬化層深さ（Ｂ）が減少していることを特徴とするステアリング装置を提供するものである。
【０００７】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。また、硬化層深さとして、有効硬化層深さや全硬化層深さを例示することができる。
ラックバーの端部にタイヤ等からの入力（逆入力）が生じ、ラックバーに曲げモーメントが生じると、この曲げモーメントは、ラックバーのうちハウジングの端部によって受けられる部分で最も大きくなる。また、当該ハウジングの端部によって受けられる部分での曲げモーメントは、ラックバーがハウジングから最も突出したときに（すなわち、モーメント長が最大になったときに）、最も大きくなる。したがって、ラックバーに生じる曲げモーメントは、ラックバーがハウジングから最も突出したときにハウジングの端部によって受けられる部分で、最大となる。
【０００８】
本発明によれば、ラックバーの表面に硬化層を設けることにより、当該表面の耐摩耗性を十分に確保することができる。例えば、油圧シリンダを用いて操舵補助力を発生する構成の場合、ラックバーには、油圧シリンダに設けられたオイルシールとの摺動に耐え得る耐摩耗性が要求されるが、この場合でも、十分な耐摩耗性を確保することができる。また、ラックバーのストローク量が最大となるときに、ラックバーに生じる曲げモーメントが最も大きくなる部分での硬化層の深さを、最も大きくしている。これにより、当該曲げモーメントが最も大きくなる部分の曲げ強度を、十分に確保することができる。その結果、ラックバーの曲げ強度を十分に確保することができる。さらに、硬化層深さが変化する領域において、曲げモーメントが漸減していくラックバーの端部に向かうにつれて硬化層深さを漸減している。これにより、部位に応じて必要十分な曲げ強度を確保することができる。また、熱処理時にラックバーに加える熱量を少なくでき、熱処理に起因する歪みを少なくすることができる。
【０００９】
また、本発明において、上記ラックバー（１４）は、中空に形成されている場合がある。この場合、ラックバーの軽量化を達成することができる。中空のラックバーは熱処理に起因して歪みが生じやすいが、本発明の場合、歪みの発生を良好に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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、本発明の一実施の形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。このパワーステアリング装置は、車両のステアリング機構１に関連して設けられ、このステアリング機構１に操舵補助力を与えるためのものである。
ステアリング機構１は、運転者によって操作されるステアリングホイール１１と、このステアリングホイール１１に連結されたステアリング軸１２と、ステアリング軸１２の先端部に設けられたピニオンギヤ１３と、車両の左右方向に延びたラックバー１４とを備えている。
【００１１】
ラックバー１４には、ラックギヤ１４ａが形成されていて、このラックギヤ１４ａにピニオンギヤ１３が噛合している。また、ラックバー１４の両端にはタイロッド１５がそれぞれ結合されており、このタイロッド１５は、それぞれ、転舵輪２，３を支持するナックルアーム１６に結合されている。
ナックルアーム１６は、キングピン１７まわりに回動自在に設けられている。この構成により、ステアリングホイール１１が操作されてステアリング軸１２が回転されると、この回転がピニオンギヤ１３およびラックバー１４によって車両の左右方向に沿う直線運動に変換され、この直線運動がナックルアーム１６のキングピン１７まわりの回動に変換されて、転舵輪２，３の転舵が達成される。
【００１２】
すなわち、ステアリングホイール１１の操舵に応じてラックバー１４が軸方向Ｓに移動し、図２に示すように、転舵輪２，３の転舵が達成される（図２において、ラックバー１４が軸方向Ｓの一方に最も進んだフルストローク状態を図示。転舵輪２，３のうち転舵輪２のみを図示）。
再び図１を参照して、ステアリング軸１２の途中部には、ステアリングホイール１１に加えられた操舵トルクの方向および大きさに応じて捩れを生じるトーションバー２１と、このトーションバー２１の捩れの方向および大きさにそれぞれ応じて油の送給方向および開度が変化する油圧制御弁２２とが介装されている。
【００１３】
油圧制御弁２２には、４個のポート２２１，２２２，２２３，２２４が設けられていて、ポート２２１には、オイルポンプ２３によってリザーバタンク２４から汲み出された作動油が油管２５１を介して供給されるようになっている。
ポート２２２は、油管２５２を介してリザーバタンク２４に連通している。また、ポート２２３，２２４は、それぞれ、油管２５３，２５４を介して、操舵補助力を発生するパワーシリンダ２６のシリンダ本体２６０の油室２６１，２６２に連通されている。
【００１４】
シリンダ本体２６０の油室２６１，２６２間には、油室２６１，２６２内の油圧差によって車両幅方向（軸方向Ｓ）に移動するピストン２６３が設けられている。このピストン２６３は、ラックバー１４に形成された環状の溝部（図示せず）に嵌めこまれており、ラックバー１４と軸方向Ｓに一体的に移動可能となっている。
シリンダ本体２６０は、筒状をなしており、ハウジング３０に取り付けられている。このシリンダ本体２６０は、軸方向Ｓに関するラックバー１４の一部を取り囲んでいる。軸方向Ｓに関するシリンダ本体２６０の両端部のそれぞれには、環状のオイルシール３１，３２が取り付けられており、シリンダ本体２６０とラックバー１４との間をそれぞれシールしている。ラックバー１４の表面は、軸方向Ｓに移動する際、これらのオイルシール３１，３２のリップと摺動する。
【００１５】
ステアリングホイール１１が左右いずれかの方向へ回転操作されると、トーションバー２１に捩れが生じ、このトーションバー２１の捩れに応じた量だけ、油圧制御弁２２からシリンダ本体２６０の対応する何れか一方の油室２６１または油室２６２に作動油が供給される。その結果、油室２６１，２６２間に油圧差が生じ、この油圧差に応じてパワーシリンダ２６のピストン２６３が移動することにより、ラックバー１４への操舵補助力の付与が達成される。
【００１６】
このとき、他方の油室２６２または油室２６１からの余剰分の作動油は、油圧制御弁２２から油管２５２を介してリザーバタンク２４に戻される。また、トーションバー２１に捩れがほとんど加わっていないときには、油圧制御弁２２が平衡状態となって、オイルポンプ２３から油圧制御弁２２に供給される作動油は、パワーシリンダ２６に供給されることなく、油管２５２を介してリザーバタンク２４に戻される。
【００１７】
オイルポンプ２３は、図示しない駆動ギヤおよび従動ギヤの回転によるポンプ作用をなすギヤポンプであり、上記駆動ギヤには、電動モータ２７の回転力が入力されるようになっている。電動モータ２７は、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット８によって駆動制御されるようになっている。
この電子制御ユニット８には、ステアリングホイール１１の舵角を検出するための舵角センサ４、車両の速度を検出するための車速センサ５、電動モータ２７を流れる電流（モータ電流）を検出するためのモータ電流検出回路６および電動モータ２７の回転速度を検出するためのモータ回転速度センサ７の出力信号が与えられている。
【００１８】
電子制御ユニット８は、舵角センサ４、車速センサ５、モータ電流検出回路６およびモータ回転速度センサ７などから与えられる信号に基づいて、たとえば、車両のイグニッションキースイッチがオンにされたことに応答して電動モータ２７を起動させ、電動モータ２７の起動後は、ステアリングホイール１１の操作に応じた適切な操舵補助力がステアリング機構１に与えられるように電動モータ２７の駆動を制御する。
【００１９】
ハウジング３０は、軸方向Ｓに長い筒状をなしており、ラックバー１４の中間部を取り囲んでいる。軸方向Ｓに関するハウジング３０の一対の端部３３，３４から、ラックバー１４の対応する端部３５，３６がそれぞれ突出している。
ハウジング３０は、当該ハウジング３０の一対の端部３３，３４のそれぞれに設けられたラックブッシュ３７，３８を介して、ラックバー１４を軸方向Ｓに摺動自在に支持している。
【００２０】
図３は、図２のハウジング３０の一端部３３周辺の要部の拡大断面図であり、ラックバー１４が軸方向Ｓの一方にフルストロークした状態を示している。なお、ハウジング３０の一端部３３周辺の構成と、ハウジング３０の他端部３４周辺の構成とはそれぞれ同様であるので、以下では、ハウジング３０の一端部３３周辺の構成について主に説明する。
図２および図３を参照して、ラックブッシュ３７は、ハウジング３０の一端部３３の内周面３９に固定されている。このラックブッシュ３７の内周面は、ラックバー１４の表面４０（外周面）に摺動自在に接触している。
【００２１】
ラックバー１４は、金属（例えば、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼）製の中空筒状の部材であり、肉厚Ａが例えば５ｍｍ程度とされている。ラックバー１４の一端部３５は塞がれており、タイロッド１５は、この一端部３５に取り付けられている。ラックバー１４の表面４０には、軸方向Ｓの全域に亘って、熱処理を施されてなる硬化層４１が形成されている。これにより、ラックバー１４に、オイルシール３１，３２との摺動に対する耐摩耗性が付与されており、また、転舵輪２等からの入力（逆入力）に対する十分な曲げ強度が付与されている。
【００２２】
本実施の形態の特徴とするところは、ラックバー１４の表面４０に、硬化層４１の硬化層深さＢ（有効硬化層深さ。全硬化層深さでもよい。）が変化する領域Ｒ２と、当該硬化層深さＢが変化しない領域Ｒ１およびＲ３とが含まれている点にある。
上記領域Ｒ２では、ラックバー１４の一端部３５がハウジング３０から軸方向Ｓに最も突出したときにラックブッシュ３７（ハウジング３０の一端部３３）によって受けられる所定の被支持部４２で、硬化層深さＢが最大値Ｂｍａｘを取り、上記所定の被支持部４２からラックバー１４の一端部３５に向かうにしたがって硬化層深さＢが減少している。また、領域Ｒ２では、上記所定の被支持部４２からラックバー１４の他端部（領域Ｒ１）に向かうにしたがって硬化層深さＢが減少している。
【００２３】
軸方向Ｓのうち、ラックバー１４の他端部から一端部３５に向かう第１の軸方向Ｓ１に関して、領域Ｒ１〜Ｒ３は、領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の順に並んでいる。
領域Ｒ１において、硬化層深さＢは、最小値Ｂｍｉｎとされており、軸方向Ｓに関して一定である。最小値Ｂｍｉｎは、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。最小値Ｂｍｉｎを０．５ｍｍ未満とすると、実質的な硬化層を形成することが困難となるためである。
【００２４】
領域Ｒ２の一端部４４（領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界部）は、領域Ｒ１と連続的に（滑らかに）連なっており、領域Ｒ２の他端部４５（領域Ｒ２と領域Ｒ３との境界部）は、領域Ｒ２と連続的に連なっている。領域Ｒ２では、第１の軸方向Ｓ１に関して、一端部４４から所定の被支持部４２に進むにしたがい、硬化層深さＢが漸増している。
一端部４４は、所定の被支持部４２がラックブッシュ３７に受けられたときに、一端部３５に逆入力が生じても実質的に曲げモーメントが作用しない部分であり、硬化層深さＢが最小値Ｂｍｉｎとされている。他端部４５の硬化層深さＢは、最小値Ｂｍｉｎとされている。
【００２５】
所定の被支持部４２における硬化層深さＢｍａｘは、肉厚Ａの５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましい。本実施の形態では、肉厚Ａは５ｍｍであるので、Ｂｍａｘは２．５ｍｍ以下であることが好ましく、２．０ｍｍ以下であることがより好ましい。本実施の形態では、Ｂｍａｘは、２．０ｍｍとされている。
硬化層深さＢの最大値Ｂｍａｘが肉厚Ａの５０％より深いと、硬化層４１の熱処理時にラックバー１４に与えられる熱量が多くて歪みが大きくなりやすく、また、熱処理の際にラックバー１４の肉厚方向の全域に亘って焼きが入りやすくなるため、当該最大値Ｂｍａｘの上限をこのように設定した。
【００２６】
ラックバー１４の一端部３５が軸方向Ｓに最も突出しているとき、ラックバー１４の一端部３５に逆入力が入ると、領域Ｒ２には曲げモーメントが作用するが、領域Ｒ２における硬化層深さＢの分布は、このときの曲げモーメントの分布に対応したものとなっている。
具体的には、ラックバー１４の一端部３５がハウジング３０から最も突出したときに、その突出している領域Ｒ２では、上記曲げモーメントの分布に略対応して、硬化層深さＢが軸方向Ｓに変化している。これにより、曲げに関して各部位で一様な強さが得られるようになっている。
【００２７】
領域Ｒ３は、他端部４５からラックバー１４の一端部３５まで設けられており、硬化層厚さＢは、最小値Ｂｍｉｎで一定にされている。
上記領域Ｒ２において、硬化層深さＢの変化は、連続的なものとされており、急激に変化しないものとされている。
軸方向Ｓに関して、領域Ｒ２の所定の被支持部４２から他端部４５にかけての硬化層深さＢの変化率は、相対的に緩やかなものとされており、領域Ｒ２の一端部４４から所定の被支持部４２にかけての硬化層深さＢの変化率は、相対的に急なものとされている。
【００２８】
硬化層４１の形成は、例えば、高周波焼入れによって行われる。このときの焼入れ方法は、硬化層深さＢに応じて加熱時間および加熱温度の少なくとも一方を変化させる、いわゆる移動焼きである。
以上の概略構成を有するパワーステアリング装置において、ラックバー１４の一端部３５に転舵輪２等からの逆入力が生じ、ラックバー１４の一端部３５側に曲げモーメントが生じると、この曲げモーメントは、ラックバー１４のうちラックブッシュ３７（ハウジング３０の一端部３３）によって受けられる部分で最も大きくなる。
【００２９】
また、ラックブッシュ３７によって受けられる部分での曲げモーメントは、ラックバー１４がハウジング３０の一端部３３から最も突出したときに（すなわち、モーメント長が最大になったときに）、最も大きくなる。したがって、ラックバー１４に生じる曲げモーメントは、ラックバー１４がハウジング３０から軸方向Ｓに最も突出したときにラックブッシュ３７によって受けられる部分（所定の被支持部４２）で、最大となる。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ラックバー１４の表面４０に硬化層４１を設けることにより、当該表面４０の耐摩耗性を十分に確保することができる。ラックバー１４には、オイルシール３１，３２との摺動に耐え得る耐摩耗性が要求されるが、この場合でも、十分な耐摩耗性を確保することができる。
また、ラックバー１４のストローク量が最大となるときに、ラックバー１４に生じる曲げモーメントが最も大きくなる所定の被支持部４２での硬化層４１の硬化層深さＢを、最も大きくしている。これにより、当該曲げモーメントが最も大きくなる所定の被支持部４２の曲げ強度を、十分に確保することができる。その結果、ラックバー１４の曲げ強度を十分に確保することができる。
【００３１】
さらに、ラックバー１４の表面４０の領域Ｒ２において、曲げモーメントが漸減していくラックバー１４の一端部３５に向かうにつれて硬化層深さＢを漸減している。これにより、部位に応じて必要十分な曲げ強度を確保することができる。また、熱処理時にラックバー１４に加える熱量を少なくでき、熱処理に起因する歪みを少なくすることができる。
また、ラックバー１４の一端部３５がハウジング３０から軸方向Ｓに最も突出したときに、その突出している領域Ｒ２では、ラックバー１４が受ける曲げモーメントの変化に対応して、硬化層深さＢが変化している。これにより、ラックバー１４に必要な曲げ強度に応じて、硬化層深さＢを設定することができる。したがって、硬化層４１の硬化層深さＢを必要最小限にすることができ、ラックバー１４に与える熱量を少なくすることができる。ラックバー１４に生じる歪みをより少なくすることができる。
【００３２】
さらに、ラックバー１４を中空に形成していることにより、ラックバー１４の軽量化を達成することができる。中空のラックバー１４は熱処理に起因して歪みが生じやすいが、硬化層深さＢを最適化していることにより、歪みの発生を良好に抑制することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、ラックバー１４を中実の棒状に形成してもよい。また、領域Ｒ３を廃止して、領域Ｒ２をラックバー１４の一端部３５にまで設けてもよい。さらに、本発明は、電動モータの動力を減速機構を介して付与して操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置に適用でき、さらに、操舵補助力を発生しないマニュアルステアリング装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るパワーステアリング装置の基本的な構成を示す概念図である。
【図２】ラックバーが軸方向の一方に最も進んだフルストローク状態を示している。
【図３】図２のハウジングの一端部周辺の要部の拡大断面図であり、ラックバーが軸方向の一方にフルストロークした状態を示している。
【符号の説明】
【００３４】
１４…ラックバー、３０…ハウジング、３３…（ハウジングの）一端部、３５…（ラックバーの）一端部、４０…（ラックバーの）表面、４１…硬化層、４２…所定の被支持部、Ｂ…硬化層深さ、Ｂｍａｘ…硬化層深さの最大値、Ｒ２…硬化層深さが変化する領域、Ｓ…軸方向。
【図１】
2007076587.tif 000003
【図２】
2007076587.tif 000004
【図３】
2007076587.tif 000005