(57)【要約】【課題】ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用したとき、加締リングにより玉軸受をピニオン軸へ固定する円環状の切欠部への応力集中を緩和し、ピニオン軸の破断を回避するラック・ピニオン式のステアリング装置の軸受固定構造を提供する。【解決手段】ピニオン軸１１には、玉軸受の内輪を固定するため、円環状の切欠部１１ｃが形成されており、玉軸受２１をピニオン軸１１に嵌合させ、加締めリング１７の一方の端縁を玉軸受の内輪２１ｂに当接させ、他方の端縁を円環状の切欠部１１ｃに加締めて、内輪２１ｂをピニオン軸１１に固定する。円環状の切欠部１１ｃの近傍に、これと並列して更に円環状の第１切溝１１ｓを設け、車両衝突時などにピニオン軸に作用した過大な応力を、切欠部１１ｃと第１切溝１１ｓとに分散し、切欠部１１ｃへの応力集中を緩和する。切溝は複数個、或いは細径部としてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン軸に形成された円環状の切欠部に加締リングを装着して軸受内輪をピニオン軸へ固定するラック・ピニオン式ステアリング装置の軸受固定構造であって、
前記ピニオン軸は、ピニオン軸に作用する応力が集中する応力集中部である前記円環状の切欠部の近傍に、前記切欠部に並列して応力集中緩和部が形成されていること
を特徴とするラック・ピニオン式ステアリング装置の軸受固定構造。
【請求項２】
前記応力集中緩和部は、少なくとも１つ以上の円環状の溝から構成されること
を特徴とする請求項１に記載のラック・ピニオン式ステアリング装置の軸受固定構造。
【請求項３】
前記応力集中緩和部は、ピニオン軸の軸方向に延びた細径部から構成されること
を特徴とする請求項１に記載のラック・ピニオン式ステアリング装置の軸受固定構造。
【請求項４】
前記応力集中緩和部は、複数の円環状の溝から構成され、該複数の円環状の溝は、前記応力集中部から離れるほど溝の深さが浅く構成されていること
を特徴とする請求項１に記載のラック・ピニオン式ステアリング装置の軸受固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ラック・ピニオン式のステアリング装置に関し、特にそのピニオン軸への軸受固定構造に関する。
【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装置が知られており、最近は高効率の電動パワーステアリング装置が多用されるようになり、ラック・ピニオン式ステアリング機構のピニオン軸にモータの駆動力を伝達するピニオンアシストタイプが広く使用されるようになった。
【０００３】
この構成においては、ピニオン軸を支持する軸受のうち、ステアリングホイール側の軸受は、ピニオン軸に形成された円環状の溝に円筒状の加締リングを加締めて軸受内輪をピニオン軸に固定する方法が採用されていた（特許文献１参照）。
【０００４】
図６は、従来のラック・ピニオン式のステアリング機構のギア装置１００の構成の一例を説明する図で、ピニオンハウジング１０６の内部には、ピニオン軸１０５に交差してラック軸１１２が配置されており、ピニオン軸１０５は、玉軸受１０８とニードル軸受１０９により回転自在に支承されている。
【０００５】
ピニオン軸１０５のピニオン歯１０５ａにはラック軸１１２のラック歯１１２ａが噛合しており、ラック軸１１２のピニオン軸１０５と反対側には、ラックガイド１１４が配置されている。
【０００６】
ラックガイド１１４は、全体が略円筒状に形成されたラックガイドホルダ１１５と、その内部空間に形成されたピン受部１１５ａにラック軸１１２の軸方向に直交する方向に配置されたピン１１６、及び中心部分にニードル軸受１１７が圧入され、外周面が鼓状に形成されたローラ１１８から構成される。
【０００７】
前記ピニオンハウジング１０６のラックガイド案内孔１０６ａにラックガイドホルダ１１５を挿入し、調整スクリュー１１９と皿ばね１２０を介してラックガイドホルダ１１５を上向きに押し上げることで、ラック軸１１２の外周面にローラ１１８の鼓状の外周面が当接し、ラック軸１１２はピニオン軸１０５に向けて押圧され、ラック軸１１２のラック歯１１２ａとピニオン軸１０５のピニオン歯１０５ａとの噛合が維持されている。
【０００８】
ピニオンハウジング１０６への玉軸受１０８の取付構造について説明する。ピニオン軸１０５には、加締めリング１０７の端縁を加締めて固定する円環状の切欠部１０５ｃが形成されている。玉軸受１０８の内輪１０８ｂをピニオン軸１０５に嵌合させ、玉軸受１０８の内輪１０８ｂの側縁に加締めリング１０７の一方の端縁を当接させた状態で、加締めリング１０７の他方の端縁を加締めて円環状の切欠部１０５ｃに固定すると、玉軸受１０８の内輪１０８ｂをピニオン軸１０５に固定することができる。
【０００９】
また、玉軸受１０８の外輪１０８ａは、ピニオンハウジング１０６の内部に形成された段部に嵌合させ、ピニオンハウジング１０６の端部に装着されたネジカバー１１０を締付けることで固定される。
【特許文献１】実公平０７−０４８４４０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、車両が衝突して過大な外力がステアリング系に作用した場合でも、乗員の安全を確保するためには、可能な限りステアリングホイールから車輪までのステアリング機構が繋がっていることが求められる。そしてラック・ピニオン式ステアリング装置では、ラック軸やピニオン軸の破損形態として「破断」ではなく「曲がり」が要求される。
【００１１】
また、車両衝突の際に、図６に示すように、ピニオン軸に作用する曲げ荷重Ｆは車両の構造やレイアウトによっても大きく異なるが、車両のレイアウトによっては、車両が衝突した場合にピニオン軸に過大な曲げ応力、或いは捩り応力が作用する場合がある。
【００１２】
この場合、上記した加締リングによる玉軸受の内輪をピニオン軸に固定する固定構造の場合は、加締めリングの端縁を加締めて固定するために、ピニオン軸に形成された円環状の切欠部に曲げ応力や捩り応力が集中するから、ピニオン軸は、この円環状の切欠部部分で破断しやすいという不都合がある。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】
【００１３】
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、ピニオン軸に形成された円環状の切欠部に加締リングを装着して軸受内輪をピニオン軸へ固定するラック・ピニオン式ステアリング装置の軸受固定構造であって、前記ピニオン軸は、ピニオン軸に作用する応力が集中する応力集中部である前記円環状の切欠部の近傍に、前記切欠部に並列して応力集中緩和部が形成されていることを特徴とするラック・ピニオン式ステアリング装置の軸受固定構造である。
【００１４】
そして、前記応力集中緩和部は、少なくとも１つ以上の円環状の溝から構成することができる。
【００１５】
また、前記応力集中緩和部は、ピニオン軸の軸方向に延びた細径部から構成することもできる。
【００１６】
さらに、前記応力集中緩和部は、複数の円環状の溝から構成され、該複数の円環状の溝は、前記応力集中部から離れるほど溝の深さが浅く構成されているものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したとおり、この発明によれば、ピニオン軸に形成された円環状の切欠部に加締リングを装着して軸受内輪を固定する構造のものにおいて、ピニオン軸に作用する応力が集中する応力集中部である前記円環状の切欠部の近傍に、前記切欠部に並列して応力集中緩和部、具体的には少なくとも１つ以上の円環状の溝、或いは軸方向に延びた細径部を形成したものであるから、車両衝突時などにピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用しても、応力集中緩和部により過大な応力の集中を緩和することができ、ピニオン軸の破断を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態のラック・ピニオン式ステアリング機構１０の全体構成を一部断面で示した正面図である。図１において、符号１１はピニオン軸、１２はラック軸、１２ａはラック軸１２に形成されたラック歯１２ａを示す。図示されていないが、ピニオン軸１１の先端にはピニオン歯１１ａが一体に形成され、ラック軸１２のラック歯１２ａと噛合している。符号１３はその噛合部分を覆うピニオンハウジングで、その内部には後述するギア装置１０Ａ（１０Ｂ、１０Ｃ）が設けられている。符号１４はラックハウジングを示し、符号１８はラックハウジング１４を図示されていない車体フレームに取り付ける取付部を示す。
【００２０】
ラック軸１２はラックハウジング１４の内部にブッシュ１４ａを介して軸方向に摺動自在に支承されており、ラック軸１２の左右先端部はボールジョイント１５を介してタイロッド１６に結合されている。
【００２１】
この発明の実施の形態では、ピニオン軸１１とラック軸１２との噛合部分であるギア装置に複数の実施例１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄがある。以下、ギア装置の複数の実施例について順次説明する。
【００２２】
［第１実施例］
図２は、第１実施例のギア装置１０Ａの構成を説明する断面図である。ピニオンハウジング１３の内部には、ピニオン軸１１に交差してラック軸１２が配置されており、ピニオン軸１１は、４点接触型玉軸受（以下、単に玉軸受という）２１とニードル軸受２２により回転自在に支承されている。
【００２３】
ピニオン軸１１のピニオン歯１１ａにはラック軸１２のラック歯１２ａが噛合しており、ラック軸１２のピニオン軸１１と反対側には、ラックガイド２４が配置されている。
【００２４】
ラックガイド２４は、全体が略円筒状に形成されたラックガイドホルダ２５と、その内部空間に形成されたピン受部２５ａにラック軸１２の軸方向に直交する方向に配置されたピン２６、及び中心部分にニードル軸受２７が圧入され、外周面が鼓状に形成されたローラ２８から構成される。
【００２５】
前記ピニオンハウジング１３のラックガイド案内孔１３ａにラックガイドホルダ２５を挿入し、調整スクリュー２９と皿ばね３０を介してラックガイドホルダ２５を上向きに押し上げることで、ラック軸１２の外周面にローラ２８の鼓状の外周面を当接させ、ラック軸１２をピニオン軸１１に向けて押圧し、ラック軸１２のラック歯１２ａとピニオン軸１１のピニオン歯１１ａとの噛合を維持する。
【００２６】
ピニオンハウジング１３への玉軸受２１を取付ける取付構造について説明する。ピニオン軸１１には、加締めリング１７の端縁を加締めて固定する円環状の切欠部１１ｃが形成されている。玉軸受２１の内輪２１ｂをピニオン軸１１に嵌合させ、玉軸受２１の内輪２１ｂの側縁に加締めリング１７の一方の端縁を当接させた状態で、加締めリング１７の他方の端縁を加締めて円環状の切欠部１１ｃに固定すると、玉軸受２１の内輪２１ｂをピニオン軸１１に固定することができる。
【００２７】
また、玉軸受２１の外輪２１ａは、ピニオンハウジング１３の内部に形成された段部に嵌合させ、ピニオンハウジング１３の端部に装着されたネジカバー１３ｂにより締付けられて固定される。
【００２８】
次に、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用したとき、応力が集中する円環状の切欠部１１ｃへの応力の集中を緩和する応力集中緩和構造について説明する。第１実施例のギア装置１０Ａでは、応力集中緩和構造として、加締めリング１７を加締めて固定する円環状の切欠部１１ｃの近傍に、この円環状の切欠部１１ｃに並列して更に円環状の第１切溝１１ｓを設けたものである。
【００２９】
この構成によれば、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用したとき、曲げ応力や捩り応力は円環状の切欠部１１ｃと、これに接近して配置された円環状の第１切溝１１ｓとに分散され、応力集中が緩和されるので、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用しても破断を回避することができる。
【００３０】
［第２実施例］
図３は、第２実施例のギア装置１０Ｂの構成を説明する断面図である。前記した第１実施例との相違点は、前記した円環状の第１切溝１１ｓに接近して更に円環状の第２切溝１１ｔを設けた点である。その他は前記した第１実施例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
第２実施例のギア装置１０Ｂの構成では、円環状の第１切溝１１ｓに接近して更に円環状の第２切溝１１ｔを設けたものである。この構成ではピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用したとき、曲げ応力や捩り応力は、円環状の切欠部１１ｃと、これに接近して配置された円環状の第１切溝１１ｓ及び円環状の第２切溝１１ｔとの３つに分散され、応力集中が緩和されるので、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用しても破断を回避することができる。
【００３２】
［第３実施例］
図４は、第３実施例のギア装置１０Ｃの構成を説明する断面図である。前記した第１実施例との相違点は、前記した円環状の切欠部１１ｃに接近して細径部１１ｕを設けた点である。その他は前記第１実施例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
第３実施例のギア装置１０Ｃの構成では、円環状の切欠部１１ｃに接近して、前記した円環状の第１切溝１１ｓと直径がほぼ同じで第１切溝１１ｓよりも広幅の細径部１１ｕを設けたものである。この構成によれば、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用したとき、曲げ応力や捩り応力は円環状の切欠部１１ｃと、これに接近して配置された細径部１１ｕに分散され、応力集中が緩和されるので、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用しても破断を回避することができる。
【００３４】
［第４実施例］
図５は、第４実施例のギア装置１０Ｄの構成を説明する断面図である。前記した第１実施例との相違点は、前記した円環状の切欠部１１ｃに接近して複数の円環状の切溝１１ｖを設けたものであり、複数の切溝１１ｖのそれぞれは、前記応力集中部である円環状の切欠部１１ｃから軸方向に離れるほど、それぞれ切溝１１ｖの溝の深さが浅く構成されている。その他は前記第１実施例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
図５では、複数の円環状の切溝１１ｖは４本設けられているが、この数に限定されるものではなく、任意の数の切溝を設けることができる。
【００３６】
この構成によれば、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用したとき、曲げ応力や捩り応力は円環状の切欠部１１ｃと、これに接近して配置された複数の円環状の切溝１１ｖに分散され、応力集中が緩和されるので、ピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用しても破断を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
ラック・ピニオン式のステアリング装置のピニオン軸への軸受固定構造である。従来の加締リングによる玉軸受の内輪をピニオン軸に固定する構造では、車両衝突時などにピニオン軸に過大な曲げ応力や捩り応力が作用し、加締リングを固定する円環状の切欠部に過大な曲げ応力や捩り応力が作用してピニオン軸が破断するおそれがあったが、この発明では、ピニオン軸に応力集中緩和部、具体的には円環状の溝、或いは軸方向に延びた細径部を形成して、円環状の切欠部に作用する過大な曲げ応力や捩り応力の集中を緩和し、ピニオン軸の破断を回避するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態のラック・ピニオン式ステアリング機構の全体構成を一部断面で示した正面図。
【図２】第１実施例のギア装置の構成を説明する断面図。
【図３】第２実施例のギア装置の構成を説明する断面図。
【図４】第３実施例のギア装置の構成を説明する断面図。
【図５】第４実施例のギア装置の構成を説明する断面図。
【図６】従来のラック・ピニオン式のステアリング機構のギア装置の構成を説明する断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ラック・ピニオン式ステアリング機構
１０Ａ  第１実施例のギア装置
１０Ｂ  第２実施例のギア装置
１０Ｃ  第３実施例のギア装置
１０Ｄ  第４実施例のギア装置
１１  ピニオン軸
１１ａ  ピニオン歯
１１ｃ  円環状の切欠部
１１ｓ  円環状の第１切溝
１１ｔ  円環状の第２切溝
１１ｕ  細径部
１１ｖ  円環状の複数切溝
１２  ラック軸
１２ａ  ラック歯
１３  ピニオンハウジング
１３ｂ  ネジカバー
１４  ラックハウジング
１５  ボールジョイント
１６  タイロッド
１７  加締めリング
１８  取付部
２１  玉軸受（４点接触型の玉軸受）
２１ａ  玉軸受の外輪
２１ｂ  玉軸受の内輪
２２  ニードル軸受
２４  ラックガイド
２５  ラックガイドホルダ
２６  ピン
２７  ニードル軸受
２８  ローラ
２９  調整スクリュー
３０  皿ばね
【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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【図６】
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