(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックと、
前記ラックと噛み合うピニオン歯部を有し、ステアリングホイールの操舵に基づいて前記ラックへ操舵力を伝達するピニオン軸と、
前記ピニオン軸の外周面に装着され、前記ピニオン軸を回転自在に支持する転がり軸受と、
前記転がり軸受に対して軸方向のステアリングホイール側に隣接して装着され、前記転がり軸受を前記ピニオン軸に固定するストッパ部材と、を備えたラックアンドピニオン装置であって、
前記ピニオン軸は、前記ピニオン歯部の根元側終端から軸方向のステアリングホイール側に連設された被支持部を有し、当該被支持部は、その外径が、軸方向のステアリングホイール側に向かって小さくなるように形成されており、
前記転がり軸受の内輪の内周面は、内径が軸方向のラック側に向かって大きくなり、かつ、前記被支持部の外周面に嵌合される形状を有する
ことを特徴とするラックアンドピニオン装置。
【請求項２】
前記被支持部は、その外径が、軸方向のステアリングホイール側に向かって漸次小さくなるテーパ状の形状である請求項１記載のラックアンドピニオン装置。
【請求項３】
前記被支持部の最大径は、ピニオン歯部の最大径より大きい請求項１又は２に記載のラックアンドピニオン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の操舵系に使用されるラックアンドピニオン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の操舵系に使用されているラックアンドピニオン装置は、ステアリングホイールの操舵に基づいて、ピニオン軸を回転させ、これをラック軸の直線運動に変換する。ラック軸の両端にはタイロッド等を介して車輪が接続されており、ラック軸の移動量に応じて車輪の舵角を操ることができる。ピニオン軸を回転自在に支持するためには、例えば、転がり軸受が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６は、転がり軸受が使用されているタイプのラックアンドピニオン装置において、従来、使用されているピニオン軸１０１及び転がり軸受１０２を示す一部断面図である。図において、ピニオン軸１０１の左方にはステアリングホイール（図示せず。）が接続され、右方にはラック（図示せず。）が噛み合うピニオン歯部１０１ａが形成されている。転がり軸受１０２は、ピニオン歯部１０１ａの左端の、径方向外方に盛り上がって形成されたストッパ部１０１ｃに当接するように挿嵌され、さらに、周溝１０１ｂにカラー１０３（又はＣ形止め輪）を装着することによりピニオン軸１０１に固定される。
【０００４】
ピニオン歯部１０１ａは、ラックとの噛み合いによって軸方向と直交する方向に力を受ける。この力によるモーメントを抑制すべく、転がり軸受１０２は、ピニオン歯部１０１ａにできるだけ近づけて装着される。そのため、ピニオン歯部１０１ａと転がり軸受１０２との間に大きなストッパ部を形成する寸法的な余裕がなく、上記のように、ピニオン歯部１０１ａの左端を径方向外方へ鍔状に盛り上げた形に加工することによってストッパ部１０１ｃとしている。なお、このようなピニオン軸１０１はストッパ部１０１ｃが最大径となり、この径Ｄを有する丸棒素材から機械加工により、図示のような形状のピニオン軸１０１が製造される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２８９２９８号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなピニオン歯部１０１ａにおいて、実際にラックと噛み合う歯が必要な部分は範囲が限られており、必ずしも歯を左端まで形成する必要はない。ところが、ピニオン歯部１０１ａの歯（溝）をホブ加工によって形成する際、ホブのオーバーランによる切れ上がりが生じ、溝が終端まで抜けてしまうのが実情である。従って、図６の（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面を（ｂ）に示すと、図示のように、外周近傍で周方向に連続しない形状となる。この場合、転がり軸受１０２の内輪が当接する部分は、（ｂ）の外周寄りの例えば６箇所の部分１０１ｄ（ハッチングを付した部分）となり、当接面積が十分とはいえない。そこで、これらの部分１０１ｄに熱処理を施して強度を増大させるが、製品ごとの硬度を一定に管理することが難しく、割れや欠けが生じる場合がある。
【０００７】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、ラックアンドピニオン装置におけるピニオン軸に転がり軸受を取り付けるにあたって、機械的強度の確保が容易で、かつ、管理しやすい構造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】
【０００８】
本発明は、ラックと、前記ラックと噛み合うピニオン歯部を有し、ステアリングホイールの操舵に基づいて前記ラックへ操舵力を伝達するピニオン軸と、前記ピニオン軸の外周面に装着され、前記ピニオン軸を回転自在に支持する転がり軸受と、前記転がり軸受に対して軸方向のステアリングホイール側に隣接して装着され、前記転がり軸受を前記ピニオン軸に固定するストッパ部材と、を備えたラックアンドピニオン装置であって、
前記ピニオン軸は、前記ピニオン歯部の根元側終端から軸方向のステアリングホイール側に連設された被支持部を有し、当該被支持部は、その外径が、軸方向のステアリングホイール側に向かって小さくなるように形成されており、前記転がり軸受の内輪の内周面は、内径が軸方向のラック側に向かって大きくなり、かつ、前記被支持部の外周面に嵌合される形状を有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように構成されたラックアンドピニオン装置では、被支持部の外径が軸方向のステアリングホイール側に向かって小さくなるように、言い換えれば被支持部の外径はラック側の方が大きく形成されており、このような被支持部に転がり軸受の内輪が嵌合されることにより、被支持部によって、転がり軸受に対するストッパを構成することができる。
【００１０】
また、上記のラックアンドピニオン装置において、被支持部は、その外径が、軸方向のステアリングホイール側に向かって漸次小さくなるテーパ状の形状であってもよい。
この場合、転がり軸受を被支持部に嵌合することが容易である。また、テーパ状の被支持部の外周面全体でストッパを構成することができるので、最大径も比較的小さいものでよい。そのため、ピニオン軸の加工前の素材径を、従来よりも小さくすることができる。
【００１１】
また、上記のラックアンドピニオン装置において、被支持部の最大径は、ピニオン歯部の最大径より大きいことが好ましい。
この場合、転がり軸受がピニオン歯部の軸方向端面に接する恐れが全くない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のラックアンドピニオン装置によれば、被支持部によって、転がり軸受に対するストッパを構成することができるので、ピニオン軸に転がり軸受を取り付けるにあたって、機械的強度の確保が容易で、かつ、管理しやすい構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、自動車のステアリング装置におけるラックアンドピニオン装置の一部断面図である。図において、車体に固定されたハウジング１内に、転がり軸受２及び３を介して、ピニオン軸４が回転自在に支持されている。ピニオン軸４の一端にはステアリングホイール５が接続されている（途中の構造は省略）。ピニオン軸４に形成されたピニオン歯部４ａには、紙面に垂直な方向に伸びるラック６が、噛みあっている。図の右上方に突出した円筒部１ａは、ハウジング１と一体に形成されており、その端部にはキャップ７が取り付けられている。このキャップ７とラック６との間には、サポートヨーク８が設けられている。サポートヨーク８は、ラック６を、これに交差する方向から支持する部材である。
【００１４】
サポートヨーク８は、ピニオン軸４と直交する方向に若干の範囲で摺動可能となるように、円筒部１ａに保持されており、かつ、圧縮コイルばね９によってラック側へ付勢されている。サポートヨーク８には、摺接部材としてのサポートヨークシート１０が取り付けられている。圧縮コイルばね９の付勢を受けたサポートヨーク８は、サポートヨークシート１０を介して、ラック６に押し付けられる。従って、ラック６とピニオン歯部４ａとの間には所定の圧力が付与される。また、ラック６の背面側の部分がサポートヨーク８に嵌まり込むことにより、ラック６は、サポートヨーク８に案内されつつ、紙面に垂直な方向に移動することができる。
【００１５】
図２は、図１からピニオン軸４と転がり軸受２を抜き出した図である。また、図３は、ピニオン軸４の外周面に転がり軸受２を装着する前の状態を示す図である。図３において、ピニオン軸４のラック側（図の右側）には軸方向に外形が一定のピニオン歯部４ａが形成されている。ピニオン軸４は、ピニオン歯部４ａの根元側終端から軸方向のステアリングホイール側（左側）に連設された被支持部４ｂを有し、当該被支持部４ｂは、その外径が、軸方向のステアリングホイール側に向かって漸次小さくなるテーパ状に形成されている。被支持部４ｂの左には周溝４ｃが形成されている。
【００１６】
このようなピニオン軸４は、被支持部４ｂの歯側の最大径がそのまま全体の最大径ｄとなり、例えばこの径ｄを有する丸棒素材から機械加工により、図示のような形状のピニオン軸４が製造される。被支持部４ｂには鍔部のようなものが無く、従って、ｄの値は図６におけるＤより小さくすることができる。すなわち、従来よりも小径な素材からピニオン軸４を製造することができる。
【００１７】
一方、転がり軸受２は、内輪２ａの形態が通常のものとは異なる。この内輪２ａの内周面は、内径が軸方向のラック側（図３の右側）に向かって大きくなり、かつ、被支持部４ｂの外周面に嵌合される形状を有する。このような転がり軸受２をピニオン軸４に外挿し、所定の圧力をかけて被支持部４ｂの外周面に嵌合させる。図２に示す嵌合状態では、被支持部４ｂの外周面全体が内輪２を受け止めるので、転がり軸受２は、軸方向のラック側（右側）には動かない。また、ラック６(図１)の駆動時にピニオン軸４が浮き上がる軸力（図２の左方への軸力）を受けても、この軸力を、転がり軸受２によって受け止めることができる。
【００１８】
そして、周溝４ｃにストッパ部材としてのカラー１１が装着される。カラー１１は、転がり軸受２に対して軸方向のステアリングホイール側に隣接して装着され、転がり軸受２をピニオン軸４に固定する。
例えば、このカラー１１の原形は、図２における周溝４ｃより左方のピニオン軸４の最大径よりもさらに大きい内径を有する環状体であり、これを周溝４ｃ上まで外挿した後、周溝４ｃ上で周囲からかしめる。これにより、カラー１１は周溝４ｃに固定され、転がり軸受２が軸方向のステアリングホイール側（左方）へ移動することを規制する。
【００１９】
図４は、周溝４ｃの近傍において、ピニオン軸４の軸方向に直交する断面からカラー１１を見た図である。図４において、かしめられた４箇所は、径が収縮して内周側の一部が周溝４ｃに嵌めこまれた状態となっている。なお、カラー１１に代えてＣ形止め輪を用いることもできる。
【００２０】
なお、このように周溝４ｃにカラー１１等を嵌める構造とは別に、周溝４ｃの位置に雄ねじを形成しておき、ロックナットを締めこむ構造によって、転がり軸受２が軸方向のステアリングホイール側（左方）へ移動することを規制するようにしてもよい。このロックナットを用いる場合には、ピニオン軸４にかかる軸力を考慮して逆ねじを使用する場合もある。例えば、ピニオン歯部４ａの歯切り方向によっては、ピニオン軸４が沈み込む軸力（図２の右方への軸力）を受ける場合があるが、この場合には、逆ねじのロックナットを使用することが好ましい。
【００２１】
以上のように、本実施形態のラックアンドピニオン装置では、被支持部４ｂの外径が軸方向のステアリングホイール側に向かって小さくなるように、言い換えれば被支持部４ｂの外径はラック側の方が大きく形成されている。このような被支持部４ｂに転がり軸受２の内輪２ａが嵌合されることにより、被支持部４ｂによって、転がり軸受２に対するストッパを構成することができる。従って、ピニオン歯部４ａの末端で転がり軸受２を受ける必要はない。このようにしてピニオン軸４に転がり軸受２を固定する構造は、鍔状の部分が無いので機械的強度の確保が容易であり、熱処理にも依存しないので製品ごとのばらつきもなく、管理しやすい構造となる。
【００２２】
さらに、被支持部４ｂは、その外径が、軸方向のステアリングホイール側に向かって漸次小さくなるテーパ状の形状であるので、同軸になるようにねらわなくても、容易に、転がり軸受２を被支持部４ｂに嵌合することができる。また、テーパ状の被支持部４ｂの外周面のほぼ全体で転がり軸受２のストッパを構成することができるので、最大径も比較的小さいものでよい。そのため、ピニオン軸４の加工前の素材径を、従来よりも小さくすることができる。
【００２３】
また、図３において、被支持部４ｂの歯側の最大径は、ピニオン歯部４ａの最大径より大きい。従って、転がり軸受２の内輪２ａがピニオン歯部４ａの軸方向端面に接する恐れが全くない。また、ピニオン歯部４ａの溝加工時、ホブオーバーランによって溝が被支持部４ｂの外周面に抜けたとしても、被支持部４ｂ全体で転がり軸受２を受け止めるため、実質的に影響がない。
【００２４】
なお、上記実施形態では、被支持部４ｂの外周面全体が漸次、軸方向のステアリングホイール側へ向かって細くなるテーパ状としたが、一部のみをこのようなテーパ状としてもよい。図５の（ａ）は、被支持部４ｂの軸方向両端近傍を円筒面とし、それらの中間領域のみをテーパ状にした例である。この場合、転がり軸受２の内輪２ａも被支持部４ｂに合わせた内周面形状とすればよい。（ｂ）は、テーパ状の部分を軸方向に極めて短くした例である。なお、さらに極端には、傾斜ではなく段部にすることも可能である。
また、テーパは、必ずしも直線的な傾斜でなくてもよく、緩やかな曲線的傾斜であってもよい。
【００２５】
なお、上記実施形態では、被支持部４ｂの最大径がピニオン歯部４ａの最大径より大きいピニオン軸４を示したが、逆に、被支持部４ｂの最大径よりピニオン歯部４ａの最大径の方が大きいピニオン軸であってもよい。この場合、素材径を小さくすることはできないが、被支持部４ｂによって転がり軸受２に対するストッパを構成することができるという作用効果は同様に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】自動車のステアリング装置におけるラックアンドピニオン装置の一部断面図である。
【図２】図１からピニオン軸と転がり軸受を抜き出した図である。
【図３】ピニオン軸の外周面に転がり軸受を装着する前の状態を示す図である。
【図４】周溝の近傍において、ピニオン軸の軸方向に直交する断面からカラーを見た図である。
【図５】（ａ）は、被支持部の軸方向両端近傍を円筒面とし、それらの中間領域のみをテーパ状にした例であり、（ｂ）は、テーパ状の部分を軸方向に極めて短くした例である。
【図６】転がり軸受が使用されているタイプのラックアンドピニオン装置において、従来、使用されているピニオン軸及び転がり軸受を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
２  転がり軸受
２ａ  内輪
４  ピニオン軸
４ａ  ピニオン歯部
４ｂ  被支持部
５  ステアリングホイール
６  ラック
１１  カラー（ストッパ部材）
【図１】
0005098823.tif 000002
【図２】
0005098823.tif 000003
【図３】
0005098823.tif 000004
【図４】
0005098823.tif 000005
【図５】
0005098823.tif 000006
【図６】
0005098823.tif 000007