(57)【要約】【課題】ラックに作用する負荷の大きさにかかわらず、ラック軸の回転を抑制すること。【解決手段】ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラックガイド７１とラックガイドパッド７４とを含む。ラック軸２６の背面２６ａは、ラックガイドパッドの接触面７４ａを摺動する。この接触面は、ラック軸の軸直角断面において、前記背面に対し円周方向の２つの接触点で接触する。ピニオンによってラックを駆動した場合に、ラック軸が軸心Ｐｒを基準に回転する方向に発生する回転トルクは、この回転トルクを打ち消す方向の制止トルクを越えない範囲に設定される。ラックガイドの押し出し面は、ラックガイドパッドの裏面の一部が接触しないように、ラック軸の軸長手方向に形成された逃げ溝を有する。この逃げ溝は、ラック軸の軸直角断面において、前記２つの接触点間の範囲の全て、又は少なくとも回転トルクが制止トルクを越えない範囲に設定されている。【選択図】図７
2013129217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールによって回されるピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックを有したラック軸と、このラック軸において前記ラックが形成されている面の背面側に位置して背面を押し出すためのラックガイドと、このラックガイドにおいて前記背面を押し出すための押し出し面と前記背面との間に介在したラックガイドパッドと、を含み、
このラックガイドパッドは、前記ラック軸の前記背面が接触して摺動するための接触面と、前記ラックガイドの前記押し出し面に重ね合わされる裏面と、を有している、ラックアンドピニオン式ステアリング装置において、
前記背面は、前記ラック軸の軸心を基準とした円形状断面に形成され、
前記接触面は、前記背面に沿った円弧状に形成されるとともに、前記ラック軸の軸直角断面において、前記背面に対し円周方向の２つの接触点で接触することが可能であり、
この２つの接触点は、前記ラック軸の軸心を通る前記ラックガイドの中心線に対して、前記円周方向の両側に位置し、
前記ラック軸の前記軸心と前記２つの接触点とを各々通る２つの接触直線と、前記ラックガイドの中心線と、のなす各々の接触角は、前記ピニオンによって前記ラックを駆動した場合に前記ラック軸に発生する回転トルクが、この回転トルクを打ち消す方向の制止トルクを越えない範囲に設定され、
前記ラックガイドの前記押し出し面は、前記ラックガイドパッドの前記裏面の一部が接触しないようにするための逃げ溝を有し、
この逃げ溝は、前記ラックガイドの中心線に位置して、前記ラック軸の軸長手方向に延び、
この逃げ溝の溝幅は、前記２つの接触点間の間隔と同じ大きさに設定され、又は、前記ラックガイドパッドの前記裏面が前記逃げ溝へ向かって撓んだときに、前記接触面が前記背面に対し円周方向の２点で接触することによって、前記回転トルクが前記制止トルクを越えない範囲に設定されている、
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】
前記ピニオン及び前記ラックは、はすば歯車からなり、
前記回転トルクが前記制止トルクを越えない範囲は、前記ラックの捩れ角に基づいて決まる値であ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。
【請求項３】
前記ラックの前記捩れ角は９°であり、
前記回転トルクが前記制止トルクを越えない範囲は、４０°〜４５°に設定されている、ことを特徴とする請求項２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、ステアリングホイールによってラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪を操舵する形式の、いわゆる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】
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によって回されるピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックを有したラック軸と、を含む。このようなラックアンドピニオン式ステアリング装置のなかには、ラック軸をピニオンに押し付ける作用をなすラックガイドを備える技術がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１で知られているラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ラック軸の背面とラックガイドとの間に介在する、ラックガイドパッドを有している。ラックガイドパッドは、一般に樹脂材料によって構成される。ラックガイドパッドの接触面は、全面にわたり、ラック軸の背面に対して実質的に隙間無く密接している。ラック軸は、ステアリングホイールの操舵に従って軸方向に移動するので、ラックガイドパッドの接触面に対して頻繁に摺動する。
【０００４】
ピニオンからラックにトルクが伝達されることによって、ラック軸には軸方向への推力が働く。この推力は、ピニオンとラックとの噛み合い線上に働く。噛み合い線上に働く推力によって、ラックには、ラック軸を回転させる回転トルクと、ラック軸の背面をラックガイドパッドの接触面に押し付ける力（押し付け力）と、が働く。
【０００５】
この回転トルクは、ラック軸の軸心を基準にしてラックを若干回転させる、つまりラック軸を周方向に若干摺動させる。この結果、回転に応じて噛み合い線が傾く。このため、噛み合い線上に作用する推力が偏ったり、噛み合い長さが短くなって噛み合い率が低下したり、噛み合い線上における歯同士の面圧が極めて大きくなることがあり得る。これでは、ピニオン及びラックの耐久性を高める上で、不利である。
【０００６】
また、ラック軸が回転すると、歯同士の間にガタや渋りを発生させる要因となる。これでは、歯同士が当たることによる振動（歯打ち振動）が発生する。歯打ち振動は、ピニオンからピニオン軸及びステアリングシャフトを介して、ステアリングホイールに伝わり得る。歯打ち振動は騒音（歯打ち音）の発生要因となる。運転者が感じる操舵フィーリングを高める上で、補助トルクの変動や歯打ち振動は好ましくない。
【０００７】
これに対し、ラックガイドパッドの接触面を、ラック軸の背面に対して円周方向の２点で接触させることにより、この２点での、ラック軸の背面とラックガイドパッドの接触面との間の摩擦力によって、ラック軸の回転を抑制することが考えられる。ラック軸の軸心を基準にした前記２点間のなす角度（接触角）は、ラック軸の回転を抑制することが可能な、比較的安定した角度に設定される。この接触角が過小になると、ラック軸の回転を抑制できないからである。
【０００８】
しかし、ピニオンからラックに伝達されるトルクが大きくなる、つまり負荷が大きくなることによって、ラック軸の背面をラックガイドパッドの接触面に押し付ける力（押し付け力）は増大する。この大きい押し付け力を受けたラックガイドパッドは、微小な弾性変形を生じる。この結果、前記接触角は減少し得る。ラックガイドパッドが大きい押し付け力を受けた場合であっても、ラック軸の回転を確実に抑制するためには、更なる改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−２５８７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、ピニオンからラックに伝達されるトルクの大きさ（ラックに作用する負荷の大きさ）にかかわらず、ラック軸の回転を抑制することができる技術を、提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、ステアリングホイールによって回されるピニオンと、このピニオンに噛み合うラックと、このラックを有したラック軸と、このラック軸において前記ラックが形成されている面の背面側に位置して背面を押し出すためのラックガイドと、このラックガイドにおいて前記背面を押し出すための押し出し面と前記背面との間に介在したラックガイドパッドと、を含み、このラックガイドパッドは、前記ラック軸の前記背面が接触して摺動するための接触面と、前記ラックガイドの前記押し出し面に重ね合わされる裏面と、を有している、ラックアンドピニオン式ステアリング装置において、前記背面は、前記ラック軸の軸心を基準とした円形状断面に形成され、前記接触面は、前記背面に沿った円弧状に形成されるとともに、前記ラック軸の軸直角断面において、前記背面に対し円周方向の２つの接触点で接触することが可能であり、この２つの接触点は、前記ラック軸の軸心を通る前記ラックガイドの中心線に対して、前記円周方向の両側に位置し、前記ラック軸の前記軸心と前記２つの接触点とを各々通る２つの接触直線と、前記ラックガイドの中心線と、のなす各々の接触角は、前記ピニオンによって前記ラックを駆動した場合に前記ラック軸に発生する回転トルクが、この回転トルクを打ち消す方向の制止トルクを越えない範囲に設定され、前記ラックガイドの前記押し出し面は、前記ラックガイドパッドの前記裏面の一部が接触しないようにするための逃げ溝を有し、この逃げ溝は、前記ラックガイドの中心線に位置して、前記ラック軸の軸長手方向に延び、この逃げ溝の溝幅は、前記２つの接触点間の間隔と同じ大きさに設定され、又は、前記ラックガイドパッドの前記裏面が前記逃げ溝へ向かって撓んだときに、前記接触面が前記背面に対し円周方向の２点で接触することによって、前記回転トルクが前記制止トルクを越えない範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記ピニオン及び前記ラックは、はすば歯車からなり、前記回転トルクが前記制止トルクを越えない範囲は、前記ラックの捩れ角に基づいて決まる値であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記ラックの前記捩れ角は９°であり、前記回転トルクが前記制止トルクを越えない範囲は、４０°〜４５°に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、ラックに作用する負荷が小さい場合には、ラック軸を回そうとする回転トルクは小さい。このため、回転トルクは、ラック軸の背面とラックガイドパッドの接触面との間の摩擦力による制止トルク（回転トルクを打ち消す方向の制止トルク）を越えない。ラック軸の背面とラックガイドパッドの接触面との間の摩擦力によって、ラック軸の回転を抑制することができる。
【００１５】
一方、ラックに作用する負荷が大きくなるにつれて、ラック軸の背面がラックガイドパッドの接触面を押し付ける力（押し付け力）は大きくなる。これに対し、ラックガイドの押し出し面には、ラックガイドパッドの裏面の一部が接触しないようにするための逃げ溝が形成されている。ラックガイドパッドの裏面の一部は、押し出し面によって支えられないので、押し付け力の大きさに応じて、逃げ溝へ向かって極く僅かに撓む。従って、接触面は、ラック軸の背面に対し円周方向の２点で接触する。逃げ溝の溝幅は、２つの接触点間の間隔と同じ大きさに設定され、又は、ラックガイドパッドの裏面が逃げ溝へ向かって撓んだときに、接触面が背面に対し円周方向の２点で接触することによって、回転トルクが制止トルクを越えない範囲に設定されている。このため、ラック軸の背面とラックガイドパッドの接触面との間の摩擦力によって、ラック軸の回転を抑制することができる。
【００１６】
このように、請求項１に係る発明では、ピニオンからラックに伝達されるトルクの大きさ（ラックに作用する負荷の大きさ）にかかわらず、ラック軸の回転を抑制することができる。このため、ラック軸が回ることに伴って、ピニオンとラックとの噛み合い線が変動することはない。従って、噛み合い線上に作用する力の偏り、噛み合い長さが短くなることによる噛み合い率の低下、噛み合い線上における歯同士の面圧の増大、歯同士の間に発生するガタや渋りを防止できる。つまり、ピニオンとラックの噛み合い状態を良好に保つことができる。このため、運転者が感じる操舵フィーリングを、より高めることができる。しかも、ラックアンドピニオン機構のトルク伝達効率を高めるとともに、耐久性を高めることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明では、回転トルクが制止トルクを越えない範囲は、ラックの捩れ角に基づいて決められる。つまり、どのような捩れ角であっても、２つの接触点間の間隔及び逃げ溝の溝幅を、回転トルクが制止トルクを越えない範囲に確実に設定することができる。このため、どのような捩れ角であっても、ラック軸の回転を確実に抑制することができる。
【００１８】
請求項３に係る発明では、ラックの捩れ角を９°に設定した場合には、回転トルクが制止トルクを越えない角度の範囲を、少なくとも４０°に設定することによって、ラック軸の回転を抑制することができる。しかし、回転トルクが制止トルクを越えない角度の範囲を、４５°を超えた値に設定すると、ラックガイドパッドの摩耗量が過大になる。これに対し、請求項３に係る発明では、ラックの捩れ角を９°に設定するとともに、回転トルクが制止トルクを越えない角度の範囲を、４０°〜４５°に設定することにした。このため、ラック軸の回転を抑制することができ、しかも、ラックガイドパッドの摩耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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模式図である。
【図２】図１に示されたラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体構成図である。
【図３】図２の３−３線断面図である。
【図４】図２の４−４線断面図である。
【図５】図４に示された斜交軸ウォームギヤ機構の噛合い状態の説明図である。
【図６】図３に示されたラックアンドピニオン機構の噛合い状態の説明図である。
【図７】図３に示されたラックガイド機構の拡大図である。
【図８】図７に示されたラック軸とラックガイドとラックガイドパッドとの関係を表した斜視図である。
【図９】図７に示されたラックガイドとラックガイドパッドとをラック軸側から見た図である。
【図１０】図７に示されたラックガイドとラックガイドパッドとの分解図である。
【図１１】図３に示されたラック軸とラックガイドパッドの関係を模式的に表した説明図である。
【図１２】図１１に示された軸直角断面のラック軸をｘ−ｙ座標によって表した図である。
【図１３】図１１に示されたラックガイドパッドの特性を表した特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００２１】
実施例に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置１０について、説明する。図１はラックアンドピニオン式ステアリング装置１０を模式的に表している。このステアリング装置１０は、車両のステアリングホイール２１から車両の操舵車輪（例えば前輪）２９，２９に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを加える補助トルク機構４０と、から成る電動パワーステアリング装置である。
【００２２】
ステアリング系２０は、ステアリングホイール２１（ステアリングハンドル２１ともいう）と、このステアリングホイール２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介して連結されたピニオン軸２４と、このピニオン軸２４にピニオン３１及びラック３２を介して連結されたラック軸２６と、このラック軸２６の両端に左右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介して連結された左右の操舵車輪２９，２９とからなる。
【００２３】
ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングホイール２１を操舵することにより、その操舵トルクによりピニオン３１、ラック３２及び左右のタイロッド２７，２７を介して、左右の操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
【００２４】
補助トルク機構４０は、ステアリングホイール２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクを操舵トルクセンサ４１で検出し、この操舵トルクセンサ４１のトルク検出信号に基づき制御部４２で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ４３で発生し、ウォームギヤ機構４４を介してピニオン軸２４に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸２４からピニオン３１を介してラック３２に伝達するようにした構成である。
【００２５】
操舵トルクセンサ４１は、ピニオン軸２４に加えられたトルクを検出し、トルク検出信号として出力するものであり、例えば磁歪式トルクセンサによって構成される。
【００２６】
このようなラックアンドピニオン式ステアリング装置１０によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ４３の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸２６で操舵車輪２９，２９を操舵することができる。
【００２７】
図２及び図３に示されるように、ピニオン軸２４、ラック軸２６、ピニオン３１、ラック３２、操舵トルクセンサ４１及びウォームギヤ機構４４は、ハウジング５１に収納されている。このハウジング５１は、車幅方向（図２の左右方向）に延びている。ハウジング５１の上部開口は、上部カバー部５４によって塞がれている。操舵トルクセンサ４１は、上部カバー部５４に取付けたものである。
【００２８】
ピニオン３１及びラック３２の組み合わせ構造は、ラックアンドピニオン機構２５をなす。より具体的に説明すると、ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４とラック軸２６とピニオン３１とラック３２とラックガイド機構７０とからなる。ピニオン３１は、ピニオン軸２４に形成又は別体を一体的に取付けることにより、ピニオン軸２４に設けられている。ピニオン３１に噛み合うラック３２は、ラック軸２６に形成されている。
【００２９】
図３に示されるように、ピニオン軸２４は、車体上下方向に延びた略垂直な軸であり、上端部、中央部及び下端部の各位置が、それぞれ第１の軸受５５、第２の軸受５６、第３の軸受５７を介してハウジング５１に回転可能に支持されている。第２の軸受５６は、ロックナット５８によってハウジング５１に位置決めされている。
【００３０】
図２及び図３に示されるように、ラック軸２６は、車幅方向に延びた水平軸であって、軸長手方向にスライド可能である。このラック軸２６の長手方向両端には、ボールジョイント５２，５２を介してタイロッド２７，２７が連結されている。さらに、ラック軸２６の両端は、ダストシール用ブーツ５３，５３によって覆われている。
【００３１】
図４は電動モータ４３とウォームギヤ機構４４の関係を示している。この図４においてウォームホイール４８は楕円形に表されている。電動モータ４３は、横向きのモータ軸４３ａを有しており、ハウジング５１に取付けられている。モータ軸４３ａはハウジング５１内に延びる。
【００３２】
図３及び図４に示されるように、ウォームギヤ機構４４は、電動モータ４３が発生した補助トルクをピニオン軸２４に伝達する補助トルク伝達機構、すなわち倍力機構である。このウォームギヤ機構４４は、モータ軸４３ａにカップリング４５を介して連結されたウォーム軸４６と、このウォーム軸４６に一体に形成された駆動側のウォーム４７と、このウォーム４７に噛み合う従動側のウォームホイール４８とからなる。
【００３３】
ウォーム軸４６の両端部は、軸受８１，８２を介してハウジング５１に回転可能に支持されている。ウォームホイール４８（以下、単に「ホイール４８」と言う。）は、ピニオン軸２４に設けられている。ピニオン軸２４に対して、ホイール４８は軸方向への相対的な移動が規制され、且つ、相対回転が規制されている。
【００３４】
図５（ａ）は、図４に示されたウォーム４７とホイール４８との噛み合いの関係を、側方から見て表している。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示されたウォーム４７とホイール４８との噛み合いの関係を、斜め上から見て表している。
【００３５】
ウォーム４７は金属製品、例えば機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４０５１）等の鉄鋼製品である。ホイール４８は、ナイロン樹脂等の樹脂製品である。金属製品のウォーム４７に樹脂製品のホイール４８を噛合わせるようにしたので、噛合いを比較的円滑にすることができるとともに、騒音をより低減させることができる。
【００３６】
ホイール４８の歯４８ａの捩れ角λ（図示せず）は０°に設定されている。このため、歯４８ａの歯面は、ホイール４８の軸２４（ピニオン軸２４）の中心線ＣＬに対して、平行又はほぼ平行である。つまり、歯４８ａは「平歯」である。このように、捩れ角λ＝０°であるから、ホイール４８は平歯車のような「すぐば歯車」の作用をなすことができる。また、歯４８ａが「平歯」なので、ホイール４８の樹脂成形を行うときに、型抜きを簡単に行うことができる。
【００３７】
図２及び図５（ａ），（ｂ）に示されるように、ウォーム４７の軸４６（ウォーム軸４６）は、ホイール４８の軸２４に対して、つまり、軸２４の中心線ＣＬに対して角度「９０°±γ°」だけ傾いている。詳しく説明すると、ウォームギヤ機構４４は、ホイール４８の軸２４に対して、ウォーム４７の軸４６を直角ではない角度で交差する方向に配置し、ホイール４８にウォーム４７を噛み合わせた、いわゆる、斜交軸ウォームギヤ機構である。
【００３８】
ウォーム４７の軸４６の中心線ＷＬと、ホイール４８の軸２４の中心線ＣＬとの間の、角度（軸角、交差角）は９０°ではなく、「９０°±γ°」である。このため、ウォーム４７の軸４６の中心線ＷＬは、ホイール４８の軸平面（ホイール４８の歯幅方向中心線Ｌｗ）に対して「９０°−γ」の傾きを有する。ここで、角度γのことを「斜交角γ」と言うことにする。この斜交角γの値は、ホイール４８の歯４８ａの捩れ角λが０°の場合において、ウォーム４７の歯４７ａ（つまり、ねじ山４７ａ）とホイール４８の歯４８ａとの噛み合い状態が良好となるように、「０°＜γ°＜９０°」の範囲で設定される。
【００３９】
ウォーム４７の歯４７ａ、つまり「ねじ山４７ａ」は１条で設定されている。ウォーム４７のねじ山４７ａの進み角は、ねじ面の摩擦角よりも若干大きく設定されている。このため、ホイール４８側からウォーム４７を回すことができる（逆伝達性）。ウォーム４７の圧力角並びにホイール４８の圧力角は、共にαwである（図示せず）。
【００４０】
以上の説明から明らかなように、ウォームギヤ機構４４を、ピニオン軸２４に設けられたホイール４８と、このホイール４８を駆動するように噛み合うウォーム４７とによって構成した。ウォーム４７の軸４６は、ホイール４８の軸２４に対して直角ではない角度で交差する方向に配置、つまり、軸角が９０°でない斜交軸とされている。そして、ホイール４８の歯４８ａの捩れ角を０°に設定した。
【００４１】
ホイール４８の歯４８ａは、捩れ角が０°であるから、平歯車のような「すぐば歯車」の作用をなす。このため、ピニオン軸２４が軸方向へ変位することに伴って、ホイール４８が軸方向へ変位した場合であっても、ウォーム４７とホイール４８との噛み合い状態には、ほとんど変化がない。つまり、ウォーム４７とホイール４８との噛み合い状態を良好に保つことができる。
【００４２】
ウォーム４７の歯４７ａとホイール４８の歯４８ａの間に、ガタや渋りが発生しないので、ウォーム４７からホイール４８に伝達される補助トルクに変動（うねり）が発生したり、歯４７ａ，４８ａ同士が当たることによる振動（歯打ち振動）が発生することはない。従って、運転者が感じる操舵フィーリングを、より高めることができる。しかも、ウォームギヤ機構４４のトルク伝達効率を高めるとともに、耐久性を高めることができる。
【００４３】
図６（ａ）は、図３に示されたピニオン３１とラック３２との噛み合いの関係を、側方から見て表している。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示されたピニオン３１の歯３１ａを表している。なお、理解を容易にするために、ラック３２よりも図手前側にピニオン３１を配置して表した。
【００４４】
ピニオン３１及びラック３２は「はすば歯車」（ヘリカルギヤ）からなる。つまり、ピニオン３１は「はすばピニオン」であり、ラック３２は「はすばラック」である。例えば、ピニオン３１を成す「はすば歯車」とは、図６（ｂ）に示されるように、基準ピッチ面となる円筒３１ｂの周面と歯面３１ｃとの交線である歯すじ３１ｄが、所定の捩れ角βを有したつる巻線である、円筒歯車のことを言う。捩れ角βとは、つる巻線３１ｅと、つる巻線３１ｅを考える円筒３１ｂの母線３１ｆとのなす、鋭角βを言う。ラック３２を成す「はすば歯車」の捩れ角は、ピニオン３１をなす「はすば歯車」の捩れ角βと同一である。
【００４５】
図３及び図７に示されるように、ラックガイド機構７０は、ラック軸２６においてラック３２が形成された面の背面２６ａ側に位置して背面２６ａを押し出すための押圧手段である。
【００４６】
このラックガイド機構７０は、ラック３２とは反対側からラック軸２６に当てるラックガイド７１、このラックガイド７１を圧縮コイルばね７２を介して押す調整ボルト７３、ラック軸２６の背面２６ａを滑らせるラックガイドパッド７４、及び、ハウジング５１に対する調整ボルト７３の位置決めをするロックナット７５からなる。
【００４７】
ラックガイド７１は、ラック軸２６においてラック３２が形成された面の背面２６ａ側に位置し、ラックガイドパッド７４を介して背面２６ａを押し出すとともに、ラック軸２６を軸方向への摺動が可能に支持することができる。
【００４８】
このように、ラックガイド機構７０によれば、ハウジング５１にねじ込まれた調整ボルト７３により、圧縮ばね７２を介してラックガイド７１を適切な押圧力で押すことにより、ラックガイド７１でラックガイドパッド７４を介してラック３２に予圧を与えて、ラック３２をピニオン３１に押し付けることができる。ラックガイド７１と調整ボルト７３との間には、調整ボルト７３の調整方向に若干の隙間を有することにより、歯車誤差によるラック３２とピニオン３１との軸間の誤差を許容することが可能である。
【００４９】
ラック軸２６の背面２６ａは、このラック軸２６の軸心Ｐｒを基準とした円形状断面に形成されている。ラック軸２６は、例えば機械構造用炭素鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４０５１）やクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５）等の鉄鋼製品である。
【００５０】
以下、ラックガイド７１とラックガイドパッド７４について、詳しく説明する。図７〜図１０に示されるように、ラックガイドパッド７４は、ラックガイド７１においてラック軸２６の背面２６ａを押し出すための押し出し面７１ａと前記背面２６ａとの間に介在している。このラックガイドパッド７４は、ラック軸２６の背面２６ａが接触して摺動するための接触面７４ａと、ラックガイド７１の押し出し面７１ａに重ね合わされる裏面７４ｂと、この裏面７４ｂからラックガイド７１の押し出し面７１ａへ向かって突出した嵌合凸部７４ｃと、から成る。
【００５１】
このラックガイドパッド７４は、ほぼ一定厚みｔｇの湾曲したガイド用パッドである。例えば、ラックガイドパッド７４の厚さｔｇは均一であって、１〜２ｍｍに設定される。このラックガイドパッド７４は、耐摩耗性を有するとともに摩擦抵抗が小さい材料（低摩擦材）から成り、例えば、ポリアセタール樹脂又はポリアセタールを含んだ樹脂や、ポリテトラフルエチレン樹脂（略記；ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標））等のフッ素樹脂などの、樹脂製品が好適である。
【００５２】
ラックガイドパッド７４の接触面７４ａは、ラック軸２６の背面２６ａに沿った円弧状に形成されている。詳しくは、接触面７４ａは、ラック軸２６の半径ｒ（例えば１５ｍｍ程度）に対して、同一又は若干大きい半径Ｒｕｉの円弧面である。つまり、接触面７４ａは、ラック軸２６の軸心Ｐｒを基準とした半径Ｒｕｉの円形状断面に形成されている。ラックガイドパッド７４の裏面７４ｂは、ラック軸２６の軸心Ｐｒを基準とした半径Ｒｕｏの円形状に形成されている（Ｒｕｏ＝Ｒｕｉ＋ｔｇ）。
【００５３】
ラックガイド７１は、一端にラックガイドパッド７４を支持する押し出し面７１ａ（支持面７１ａ）を形成するとともに、押し出し面７１ａの中心に嵌合孔７１ｂを形成し、さらに他端に圧縮ばね７２を受けるばね受け面７１ｃを形成した、焼結金属製丸棒材である。押し出し面７１ａは、ラックガイドパッド７４の背面２６ａ全体を受けるように円弧面に形成されている。押し出し面７１ａの半径Ｒｇは、ラックガイドパッド７４の裏面７４ｂの半径Ｒｕｏに対して同一（略同一を含む）に設定されている。
【００５４】
このように、押し出し面７１ａの半径Ｒｇの中心と、接触面７４ａの半径Ｒｕｉの中心と、裏面７４ｂの半径Ｒｕｏの中心と、は互いに同心であって、ラック軸２６の軸心Ｐｒを通るラックガイド７１の中心線Ｌｒ上に位置している。ここで、半径Ｒｇ、半径Ｒｕｉ、半径Ｒｕｏの各中心の位置は、「ラック軸２６がラックガイド７１に押されず、且つ何らの負荷を受けていない静止状態にある」という条件下での、ラック軸２６の軸心Ｐｒに合致しているものとする。
【００５５】
嵌合孔７１ｂに嵌合凸部７４ｃを圧入等によって嵌合することにより、ラックガイド７１にラックガイドパッド７４を一体的に取付けることができる。なお、ラックガイド７１に対するラックガイドパッド７４の取付け構造は任意であり、適宜設定すればよく、例えば接着してもよい。
【００５６】
図３に示されるように、ピニオン３１によってラック３２を駆動した場合に、ラック軸２６（ラック３２を含む）は、その軸心Ｐｒを基準に回らないことが好ましい。ラック軸２６が回らないようにするための技術思想を、図１１及び図１２に基づいて説明する。
【００５７】
図１１（ａ）は、図７に示されたラック軸２６とラックガイドパッド７４との関係を模式的に表している。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示されたラック３２の要部を表している。図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）に示されたラック３２の歯３２ａの断面を表している。
【００５８】
図１１（ａ）において、ピニオン３１（図３参照）によってラック３２を駆動した場合に、ラック軸２６がその軸心Ｐｒを基準に回転する方向に発生するトルクＴＲ１を「回転トルクＴＲ１」とする。この回転トルクＴＲ１を打ち消す方向のトルクＴＲ２を「制止トルクＴＲ２」とする。この制止トルクＴＲ２（反回転トルクＴＲ２）は、少なくとも後述する接触角θ，θに応じて定まる値である。回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない範囲であれば、ラック軸２６が回ることはない。以下、詳しく説明する。
【００５９】
図１２は、図１１（ａ）に示された軸直角断面のラック軸２６を、ｘ−ｙ座標によって表している。なお、図１１（ａ）に示されたラック軸２６に対して、図１２はラック軸２６の位相を図時計回りに９０°ずらして表した。図１１（ａ）及び図１２において、ラック軸２６の軸心Ｐｒをｘ−ｙ座標の原点Ｏとし、この原点Ｏを通るラックガイド７１及びラックガイドパッド７４の中心Ｌｒ（中心線Ｌｒ）をｘ−ｙ座標のｙ軸とし、このｙ軸と直交する線をｘ−ｙ座標のｘ軸とする。このように、図１１（ａ）及び図１２は、ラック軸２６の軸直角断面を、ｘ−ｙ座標の平面として表している。図１１（ａ）においては、縦線がｘ軸であり、横線がｙ軸である。
【００６０】
図１１に示されるｘ−ｙ座標において、ｘ軸は、原点Ｏよりも右側が正の値であり、原点Ｏよりも左側が負の値である。また、ｙ軸は、原点Ｏよりも上側が正の値であり、原点Ｏよりも下側が負の値である。ラック軸２６の半径ｒは、１として表す（ｒ＝１）。
【００６１】
ここで、図６（ａ）において、はすば歯車から成る、それぞれ１つの歯３１ａ，３２ａ同士の噛み合いについて考える。ピニオン３１が回転するときに、ラック３２の複数の歯のなかの１つの歯３２ａに対して、ピニオン３１の複数の歯のなかの１つの歯３１ａは、先に歯元の面が噛み合い始め、その後に次第に歯末の面が噛み合う。このことをラック３２側から捉えたときには、ラック３２の１つの歯３２ａは、ピニオン３１の１つの歯３１ａに対して、先に歯末の面が噛み合い始め、その後に次第に歯元の面が噛み合う。
【００６２】
このように、１つの歯３１ａ，３２ａ同士が噛み合うときに、図１２に示されるように、ラック３２の歯３２ａにおける噛み合い始めの点をＰａとし、噛み合い終わりの点をＰｂとする。噛み合い始めの点Ｐａは、歯３２ａの歯先における一方の角（例えば、ｙ軸に対し図左側）に位置する。噛み合い終わりの点Ｐｂは、歯３２ａにおける歯底の近傍において、ｙ軸に対し反対側（例えば、ｙ軸に対し図右側）に位置する。ｙ軸に対し、噛み合い始めの点Ｐａと点対称の位置Ｐｃを、点Ｐｃとする。ｙ軸に対し、噛み合い終わりの点Ｐｂと点対称の位置Ｐｄを、点Ｐｄとする。噛み合い始めの点Ｐａと噛み合い終わりの点Ｐｂとを結ぶ直線Ｌｐを、噛み合い軌跡Ｌｐとする。
【００６３】
ピニオン３１（図６（ａ）参照）の歯３１ａにおける歯面に対して、ラック３２の歯３２ａが噛み合う、任意の噛み合い点Ｐは、点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ噛み合い線Ｌｏ上の点である。噛み合いが進むにつれて、点Ｐ１は、噛み合い始めの点Ｐａから点Ｐｃを通って、噛み合い終わりの点Ｐｂの方向へ変位する。また、点Ｐ２は、噛み合い始めの点Ｐａから点Ｐｄの方向へ変位する。
【００６４】
つまり、歯３１ａ，３２ａ同士の噛み合いが進むにつれて、噛み合い線Ｌｏが変位することに伴い、噛み合い線Ｌｏ上の噛み合い点Ｐも変位する。この変位する噛み合い点Ｐの軌跡が、噛み合い軌跡Ｌｐである。噛み合い点Ｐは、噛み合い始めの点Ｐａから噛み合い軌跡Ｌｐをたどって、噛み合い終わりの点Ｐｂまで変位する（滑る）。噛み合い点Ｐの位置は、座標ｘｐ，ｙｐによって表される。座標ｘｐ，ｙｐの値は、ラック３２の半径ｒに対する比で表わされる。
【００６５】
図１１（ａ）及び図１２に示される、ラック軸２６の軸直角断面において、噛み合い点Ｐが歯３２ａの歯面上を滑る角度φ、つまり、噛み合い点Ｐが噛み合い軌跡Ｌｐをたどって変位する角度φを、滑り角度φとする。この滑り角度φは、ｙ軸に対する噛み合い軌跡Ｌｐの鋭角に相当する。
【００６６】
次に、図１１（ａ）〜（ｃ）及び図１２に示されるように、噛み合い点Ｐが、噛み合い始めの点Ｐａから噛み合い終わりの点Ｐｂまで進むときに、噛み合い点Ｐに働く力によって、原点Ｏ（軸心Ｐｒ）を中心にラック軸２６を回転させようとする、回転トルクＴＲ１について検討する。
【００６７】
図１１（ａ）〜（ｂ）に示される、平面における力の関係から、次の式（１）及び式（２）が求められる。また、図１１（ｃ）に示される、歯直角断面における力の関係から、次の式（３）及び式（４）が求められる。
【００６８】
これらの式（１）〜（４）において、点Ｐに与えられる荷重は、それぞれ次の通りである。
ＦＲ；ラック軸２６の軸方向に働く荷重
Ｆｕ；ラック３２の軸直角断面内に働く荷重ＦＯの、ｘ軸方向の分力
Ｆｒ；ラック３２の軸直角断面内に働く荷重ＦＯの、ｙ軸方向の分力
Ｆａ；ラック軸２６と歯すじとに平行な面における、歯すじ垂直方向の荷重
Ｆｎ；ラック３２の歯３２ａの歯面に垂直な方向に働く荷重（歯面垂直荷重）
μ  ；ラック３２の歯３２ａとピニオン３１の歯３１ａ（図６参照）との間の摩擦係数
αｎ；ラック３２の歯３２ａの歯直角圧力角
β  ；ラック３２の捩れ角
φ  ；噛み合い点Ｐの滑り角度
【００６９】
Ｆｕ＝Ｆａ・sinβ−μ・Ｆｎ・sinφ・cosβ      ・・・（１）
ＦＲ＝Ｆａ・cosβ＋μ・Ｆｎ・sinφ・sinβ      ・・・（２）
Ｆｒ＝Ｆｎ・sinαｎ−μ・Ｆｎ・cosφ・cosαｎ    ・・・（３）
Ｆａ＝Ｆｎ・cosαｎ＋μ・Ｆｎ・cosφ・sinαｎ    ・・・（４）
【００７０】
式（１）、式（２）及び式（４）から、荷重ＦＯのｘ軸方向の分力Ｆｕと、ラック軸２６の軸方向に働く荷重ＦＲとの、関係式（５）が求まる。
Ｆｕ＝Ｋｕ・ＦＲ      ・・・（５）
また、式（２）〜（４）から、荷重ＦＯのｙ軸方向の分力Ｆｒと、ラック軸２６の軸方向に働く荷重ＦＲとの、関係式（６）が求まる。
Ｆｒ＝Ｋｒ・ＦＲ      ・・・（６）
ここで、係数Ｋｕ，Ｋｒは、それぞれ次の関係式（７）及び関係式（８）によって表わされる。
【００７１】
【数１】
2013129217.tif 000003
【００７２】
このとき，噛み合い点Ｐに働く荷重ＦＯによる回転トルクＴＲ１は、そのｘ方向、ｙ方向の分力Ｆｕ，Ｆｒにより、式（９）によって求められる。
ＴＲ１＝（Ｆｕ・ｙｐ＋Ｆｒ・ｘｐ）・ｒ      ・・・（９）
【００７３】
次に、回転トルクＴＲ１に対抗する、制止トルクＴＲ２について検討する。この制止トルクＴＲ２は、ラック軸２６の接触面２６ａ（背面２６ａ）と、ラックガイドパッド７４の接触面７４ａとの間における、摩擦力ｆ１，ｆ２によって発生する。この制止トルクＴＲ２は、圧縮コイルばね７２によって与えられるものであり、次の式（１０）〜（１３）によって求められる。
【００７４】
但し、ラック軸２６の背面２６ａとラックガイドパッド７４の接触面７４ａとの間の摩擦係数はμＲＧである。また、ラック軸２６とラックガイドパッド７４とは、図１１（ａ）に示す２つの接触点Ｅ，Ｆにおいて接触しているとする。この２つの接触点Ｅ，Ｆは、ラック軸２６の軸心Ｐｒを通るラックガイド７１の中心線Ｌｒ（ｙ軸）に対して、円周方向の両側に位置する。つまり、２つの接触点Ｅ，Ｆは、ｙ軸に対して円周方向の両側に、それぞれ角度θの位置にある。ラック軸２６の背面２６ａに対する、ラックガイドパッド７４の接触面７４ａの接触点Ｅ，Ｆを、基準接点Ｅ，Ｆとする。これらの基準接点Ｅ，Ｆと、ラック軸２６の中心Ｐｒとを、それぞれ通る２つの直線Ｔｏ，Ｔｏを、接触直線Ｔｏ，Ｔｏとする。これらの接触直線Ｔｏ，Ｔｏと基準直線（ｙ軸）とのなす角度θ，θのことを、ラックガイド接触角θ，θ（単に「接触角θ，θ」とも言う。）とする。基準接点Ｅ，Ｆにおいて、原点Ｏ方向へ向かう反力は、ＦＲＧ１，ＦＲＧ２である。
【００７５】
ＦＲＧ１＝ＦＲＧ２＝Ｆｒ／（２cosθ）        ・・・（１０）
ｆ１＝μＲＧ・ＦＲＧ１                      ・・・（１１）
ｆ２＝μＲＧ・ＦＲＧ２                      ・・・（１２）
ＴＲ２ ＝（ｆ１＋ｆ２）・ｒ
＝μＲＧ・（ＦＲＧ１＋ＦＲＧ２）・ｒ
＝μＲＧ・Ｆｒ・ｒ／cosθ            ・・・（１３）
【００７６】
上述のように、ラック軸２６が回転しないためには、ラック軸２６を回転させようとする回転トルクＴＲ１の絶対値が、それを制止しようとする制止トルクＴＲ２を越えなければよい。すなわち、式（９）及び式（１３）から求まるトルクＴＲ１，ＴＲ２について、次の式（１４）の関係があればよい。
｜ＴＲ１｜≦ＴＲ２            ・・・（１４）
【００７７】
このように、ピニオン３１によってラック３２を駆動した場合に、ラック軸２６が軸心Ｐｒを基準に回転する方向に発生する回転トルクＴＲ１は、この回転トルクＴＲ１を打ち消す方向の制止トルクＴＲ２を越えない範囲に設定されている（｜ＴＲ１｜≦ＴＲ２）。このため、上述した接触角θ，θは、ピニオン３１によってラック３２を駆動した場合に、ラック軸２６に発生する回転トルクＴＲ１が、この回転トルクＴＲ１を打ち消す方向の制止トルクＴＲ２を越えない範囲に設定されている。なお、接触角θ，θを設定する際の、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない範囲は、ラック３２の捩れ角βによって変わる。
【００７８】
図７〜図１０に示されるように、ラックガイド７１の押し出し面７１ａは、ラックガイドパッド７４の裏面７４ｂの一部が接触しないようにするための、逃げ溝７１ｄを有する。この逃げ溝７１ｄは、ラックガイド７１の中心線Ｌｒに位置して、ラック軸２６の軸長手方向に延びている。
【００７９】
この逃げ溝７１ｄの深さｄｅは、ラック軸７１の背面がラックガイドパッド７４の接触面７４ａを押し付ける力（押し付け力）によって、ラックガイドパッド７４が逃げ溝７１ｄへ向かって撓んでも、逃げ溝７１ｄ底に当たらない大きさ、つまり底当たりしない大きさに設定される。例えば、逃げ溝７１ｄの深さｄｅは略１ｍｍに設定される。逃げ溝７１ｄの底の半径はＲｉである（Ｒｉ＝Ｒｇ＋ｄｅ）。
【００８０】
この逃げ溝７１ｄの溝幅Ｗｉは、次の２つの設定内容のなかから、いずれか一方が採用される。この溝幅Ｗｉは、逃げ溝７１ｄの上下の縁７１ｅ，７１ｅ間の距離である。この上下の縁７１ｅ，７１ｅは、ラック軸２６の軸心Ｐｒを通るラックガイド７１の中心線Ｌｒに対して、円周方向の両側に位置する。上下の縁７１ｅ，７１ｅと、ラック軸２６の中心Ｐｒとを、それぞれ通る２つの直線Ｔｗ，Ｔｗを、接触直線Ｔｗ，Ｔｗとする。これらの接触直線Ｔｗ，Ｔｗとラックガイド７１の中心線Ｌｒとのなす角度ω，ωのことを、ラックガイド接触角ω，ω（単に「接触角ω，ω」とも言う。）とする。
【００８１】
第１の設定内容では、逃げ溝７１ｄの溝幅Ｗｉは、ラック軸２６の軸直角断面において、２つの接触点Ｅ，Ｆ間の間隔と同じ大きさに設定される。つまり、逃げ溝７１ｄの接触角ω，ωは、図１１に示される接触角θ，θに合致するように設定されている（θ＝ω）。
【００８２】
第２の設定内容では、逃げ溝７１ｄの溝幅Ｗｉは、ラックガイドパッド７４の裏面７４ｂが逃げ溝７１ｄへ向かって撓んだときに、接触面７４ａが背面２６ａに対し円周方向の２点７１ｅ，７１ｅ（上下の縁７１ｅ，７１ｅ）で接触することによって、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない範囲に設定される。つまり、逃げ溝７１ｄの接触角ω，ωは、図１１に示される接触角θ，θに対して、概ね合致するように設定されている（θ≒ω）。
【００８３】
ここで、図１１に示される接触角θの大きさと、ラックガイドパッド７４の接触面７４ａの摩耗量と、の関係について説明する。ラック３２の軸直角断面内に働く荷重ＦＯの、ｙ軸方向の分力Ｆｒ、つまり、ラックガイドパッド７４の接触面７４ａに働く、ラックガイド７１の中心線Ｌｒ方向の荷重Ｆｒは、式（１５）によって求められる。
Ｆｒ＝ＦＲ・tanαｎ        ・・・（１５）
但し、ＦＲ；ラック軸２６の軸方向に働く荷重
αｎ；ラック３２の歯３２ａの歯直角圧力角
【００８４】
式（１５）及び上記式（１０）により、基準接点Ｅ，Ｆにおいて、原点Ｏ方向へ向かう反力ＦＲＧ１，ＦＲＧ２は、次の式（１６）によって表される。
ＦＲＧ１＝ＦＲＧ２＝Ｆｒ／（２cosθ）＝ＦＲ・tanαｎ／（２cosθ）・・・（１６）
【００８５】
ラックガイドパッド７４の接触面７４ａの摩耗量δは、ラック軸２６の背面２６ａとラックガイドパッド７４の接触面７４ａとの間の面圧Ｐｐ（図示せず）と、接触面７４ａに対して背面２６ａが軸長手方向に摺動する摺動速度Ｖｓ（図示せず）と、の積に概ね比例する。つまり「δ ∝ Ｐｐ・Ｖｓ」である。
【００８６】
また、面圧Ｐｐは、反力ＦＲＧ１，ＦＲＧ２に比例する。つまり「Ｐｐ∝ＦＲＧ１、Ｐｐ∝ＦＲＧ２」である。よって、接触角θと摩耗量δとの関係は、次の式（１７）によって表される。
δ ∝ ＦＲＧ１・Ｖｓ＝ＦＲＧ２・Ｖｓ＝ＦＲ・tanαｎ・Ｖｓ／（２cosθ）・・・（１７）
【００８７】
よって、摩耗量δはcosθに反比例する。つまり、「δ∝（１／cosθ）」の関係であり、接触角θが小さいほど、摩耗量δは少なくてすむ。
【００８８】
図１３は、横軸をラックガイドパッド７４の接触角θ（ｄｅｇ．）とし、左の縦軸をトルク差ΔＴＲ（ｋｇｆ・ｍ）とし、右の縦軸をラックガイドパッド７４の摩耗量比として、接触角θに対するトルク差ΔＴＲと摩耗量比の特性を表している。但し、ラック３２の捩れ角β＝９°、つまりβ＝９ｄｅｇ．の場合である。
【００８９】
トルク差ΔＴＲとは、回転トルクＴＲ１と制止トルクＴＲ２との差（ＴＲ１−ＴＲ２）のことであり、接触角θに対応し、実線によって表されたトルク差特性曲線Ｑ１により示されている。このトルク差特性曲線Ｑ１は、上記式（９）及び式（１３）に実質的に対応する。
【００９０】
摩耗量比とは、ラックガイドパッド７４の接触面７４ａに対してラック軸２６の背面２６ａが軸長手方向に摺動速度Ｖｓでスライドした場合における、接触面７４ａの摩耗量の比率のことである。この摩耗量比は、接触角θ＝４５°の場合における摩耗量δを「１．０」とし、接触角θに対応した摩耗量δの比率として、破線により表された摩耗量比特性曲線Ｑ２により示されている。この摩耗量比特性曲線Ｑ２は、上記式（１７）に実質的に対応する。
【００９１】
トルク差特性曲線Ｑ１によれば、接触角θ＝０°の場合にトルク差ΔＴＲが最大であり、ラック軸２６が回転しやすいことが判る。また、接触角θが大きくなるにつれてトルク差ΔＴＲが減少することによって、ラック軸２６の回転が抑制される。接触角θが４０°まで大きくなると、トルク差ΔＴＲ＝０であり、ラック軸２６の回転が停止する。このように、ラック軸２６の回転を規制するためには、接触角θが４０°を下回らないことが求められることが判る。
【００９２】
一方、摩耗量比特性曲線Ｑ２によれば、接触角θ＝０°の場合に摩耗量比が最小であり、接触面７４ａの摩耗量が最も少ないことが判る。また、接触角θが大きくなるにつれて摩耗量比が増大し、特に接触角θが５０°を超えると、それ以下の場合に比べて摩耗量比が急激に増大することが判る。接触面７４ａの摩耗量を抑制するためには、好ましくは接触角θが５０°を超えないことであり、より好ましくは接触角θが４５°を超えないことである。
【００９３】
従って、ラック３２の捩れ角β＝９°の場合には、接触面７４ａの摩耗を極力抑制しつつ、ラック軸２６の回転を規制するには、接触角θを４０〜５０°に設定することが好ましく、また、接触角θを４０〜４５°に設定することがより好ましいことが判る。
【００９４】
このことは、接触直線Ｔｗ，Ｔｗとラックガイド７１の中心線Ｌｒとのなす接触角ω，ωについても、同様である。つまり、ラック３２の捩れ角β＝９°の場合には、接触面７４ａの摩耗を極力抑制しつつ、ラック軸２６の回転を規制するには、接触角ωを４０〜５０°に設定することが好ましく、また、接触角ωを４０〜４５°に設定することがより好ましい。最適な接触角ω，ωに設定することによって、逃げ溝７１ｄの溝幅Ｗｉは最適な大きさに設定される。
【００９５】
上記内容を整理すると、次の（１）〜（３）の通りである。
（１）ラック３２の捩れ角βが大きい場合に、ラック軸２６の回転を規制するには、接触角θ，ωを大きく設定する必要がある。一方、ラック３２の捩れ角βが小さい場合には、ラック軸２６の回転を規制するのに、接触角θ，ωが小さくてもよい。
（２）接触面７４ａの摩耗を抑制するには、接触角θ，ωは小さいほど良い。
（３）一般に、ピニオン３１とラック３２とが良好に噛み合うためには、ピニオン３１とラック３２との噛み合い率を２以上にすればよいことが知られている。噛み合い率を２以上にするためには、ラック３２の捩れ角βを９°以上にするとよい。噛み合い率を高めることによって、ピニオン３１とラック３２の耐久性を高めることができるとともに、歯３１ａ，３２ａ同士が当たることによる振動（歯打ち振動）の発生を、極力抑制するのに好適である。
【００９６】
この点を踏まえると、ラック３２の捩れ角β＝８°の場合には、ピニオン３１とラック３２との噛み合い率が２以下になってしまう。また、ラック３２の捩れ角β＝１０°の場合には、接触角θ，ωを５０°以上に設定すれば、ラック軸２６の回転を規制することは可能である。しかし、接触角θ，ωが５０°を超えると、それ以下の場合に比べて摩耗量比が急激に増大するので、摩耗を抑制するには好ましくない。以上の結果、ラック３２の捩れ角βを９°に設定するとともに、接触角θ，ωを４０〜４５°に設定することが好ましいといえる。
【００９７】
以上の説明をまとめると次の通りである。
ラック３２に作用する負荷が小さい場合には、ラック軸２６を回そうとする回転トルクＴＲ１は小さい。このため、回転トルクＴＲ１は、ラック軸２６の背面２６ａとラックガイドパッド７４の接触面７４ａとの間の摩擦力による制止トルクＴＲ２（回転トルクＴＲ１を打ち消す方向の制止トルクＴＲ２）を越えない。ラック軸２６の背面２６ａとラックガイドパッド７４の接触面７４ａとの間の摩擦力によって、ラック軸２６の回転を抑制することができる。
【００９８】
一方、ラック３２に作用する負荷が大きくなるにつれて、ラック軸２６の背面２６ａがラックガイドパッド７４の接触面７４ａを押し付ける力（押し付け力）は大きくなる。これに対し、ラックガイド７１の押し出し面７１ａには、ラックガイドパッド７４の裏面７４ｂの一部が接触しないようにするための逃げ溝７１ｄが形成されている。ラックガイドパッド７４の裏面７４ｂの一部は、押し出し面７１ａによって支えられないので、押し付け力の大きさに応じて、逃げ溝７１ｄへ向かって極く僅かに撓む。従って、接触面７４ａは、ラック軸２６の背面２６ａに対し円周方向の２点７１ｅ，７１ｅで接触する。逃げ溝７１ｄの溝幅Ｗｉは、２つの接触点Ｅ，Ｆ間（図１１参照）の間隔と同じ大きさに設定され、又は、ラックガイドパッド７４の裏面７４ｂが逃げ溝７１ｄへ向かって撓んだときに、接触面７４ａが背面２６ａに対し円周方向の２点７１ｅ，７１ｅで接触することによって、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない範囲に設定されている。このため、ラック軸２６の背面２６ａとラックガイドパッド７４の接触面７４ａとの間の摩擦力によって、ラック軸２６の回転を抑制することができる。
【００９９】
このように、ピニオン３１からラック３２に伝達されるトルクの大きさ（ラック３２に作用する負荷の大きさ）にかかわらず、ラック軸２６の回転を抑制することができる。このため、ラック軸２６が回ることに伴って、ピニオン３１とラック３２との噛み合い線が変動することはない。従って、噛み合い線上に作用する力の偏り、噛み合い長さが短くなることによる噛み合い率の低下、噛み合い線上における歯３１ａ，３２ａ同士の面圧の増大、歯３１ａ，３２ａ同士の間に発生するガタや渋りを防止できる。つまり、ピニオン３１とラック３２の噛み合い状態を良好に保つことができる。このため、運転者が感じる操舵フィーリングを、より高めることができる。しかも、ラックアンドピニオン機構２５のトルク伝達効率を高めるとともに、耐久性を高めることができる。
【０１００】
さらには、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない範囲は、ラック３２の捩れ角βに基づいて決められる。つまり、どのような捩れ角βであっても、２つの接触点Ｅ，Ｆ間の間隔（接触角θ，θ）及び逃げ溝７１ｄの溝幅Ｗｉを、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない範囲に確実に設定することができる。このため、どのような捩れ角βであっても、ラック軸２６の回転を確実に抑制することができる。
【０１０１】
さらには、ラック３２の捩れ角を９°に設定した場合には、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない角度の範囲を、少なくとも４０°に設定することによって、ラック軸２６の回転を抑制することができる。しかし、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない角度の範囲を、４５°を超えた値に設定すると、ラックガイドパッド７４の摩耗量が過大になる。これに対し、本実施例では、ラック３２の捩れ角を９°に設定するとともに、回転トルクＴＲ１が制止トルクＴＲ２を越えない角度の範囲を、４０°〜４５°に設定することにした。このため、ラック軸２６の回転を抑制することができ、しかも、ラックガイドパッド７４の摩耗を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のラックアンドピニオン式ステアリング装置１０は、操舵トルクに応じて発生した補助トルクを、ラックアンドピニオン機構２５のピニオン３１に付加する形式の、車両用電動パワーステアリング装置に好適である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…ラックアンドピニオン式ステアリング装置、２１…ステアリングホイール、２５…ラックアンドピニオン機構、２６…ラック軸、２６ａ…背面、３１…ピニオン、３１ａ…ピニオンの歯、３２…ラック、３２ａ…ラックの歯、７０…ラックガイド機構、７１…ラックガイド、７１ａ…押し出し面、７１ｄ…逃げ溝、７１ｅ，７１ｅ…ラックガイドパッドの裏面が逃げ溝へ向かって撓んだときに接触面が背面に対して接触する円周方向の２点、７４…ラックガイドパッド、７４ａ…接触面、７４ｂ…裏面、Ｅ，Ｆ…接触点、Ｌｒ…ラックガイドの中心線、Ｐｒ…ラック軸の軸心（中心）、Ｔｏ…接触直線、ＴＲ１…回転トルク、ＴＲ２…制止トルク、Ｗｉ…逃げ溝の溝幅（２つの接触点間の間隔）、β…ラックの捩れ角、θ…回転トルクが制止トルクを越えない範囲の角度（接触角、接触直線とラックガイドの中心線とのなす角度）、ω…接触角。
【図１】
2013129217.tif 000004
【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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【図７】
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【図８】
2013129217.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2013129217.tif 000015
【図１３】
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