(57)【要約】【課題】ピニオン歯とラック歯の全噛み合い率が２〜３歯噛み合いで、ストロークエンド時、ラックの歯欠けを防止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。【解決手段】ピニオン歯を有するピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯１０ａを有するラック軸１０とを備え、このラック歯１０ａとピニオン歯の全噛み合い率（重なり噛み合い率＋正面噛み合い率）が２〜３歯であって、ラック軸１０の両最端に位置する各ラック歯１０ａ１の歯幅ｔ３を、ストロークエンド時に、前記ピニオン歯と先端で噛み合った際に撓む程度に、他のラック歯１０ａ２，１０ａ３等の歯幅ｔ１より薄く形成している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオン歯を有するピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を有するラック軸とを備え、このラック歯とピニオン歯の全噛み合い率（重なり噛み合い率＋正面噛み合い率）が２〜３歯のラックアンドピニオン式ステアリング装置において、
前記ラック軸の両最端に位置する各ラック歯の歯幅を、ストロークエンド時に、前記ピニオン歯と先端で噛み合った際に撓む程度に、他のラック歯の歯幅より薄く形成した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】
前記ラック軸の両最端に位置する各ラック歯の歯幅は、歯列側の部分を除去して薄く形成さ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。
【請求項３】
前記ラック軸の両最端から２番目の歯の歯元Ｒ（曲率半径）は、他の歯元Ｒよりも大きい曲面に形成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。
【請求項４】
前記ラック軸の両最端に位置する各ラック歯の歯幅は、歯列側とは反対側の部分を除去して薄く形成さ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】
一般に、ラックアンドピニオン式ステアリングギヤにおいては、ピニオンが回転してラックが移動すると、ストロークエンドでラックの端に取り付けられているタイロッドエンドがハウジングに突き当たり、強制的にラックの移動が止められる。（以後、この動作を「端当て」と言う。）
【０００３】
このラックアンドピニオン式ステアリングギヤを電動パワーステアリング装置に適用すると、上記端当て時に、減速機構で増幅されたモータの慣性力がギヤに伝わるため、ギヤに強い衝撃荷重が加わる。したがって、繰り返し端当てすると、金属疲労によってラック歯が欠けてしまう場合があり、その結果、ギヤは欠けた歯を噛み込んでロックし、ステアリング操作が不能になってしまう場合がある。
【０００４】
上記端当ての対策として、特許文献１においては、ラック軸の最端部のラック歯丈を他の歯丈より小さくすること、又は歯元Ｒを大きくすることにより、端当て時の最端部のラック歯の歯元応力を緩和し、歯欠けが生じるのを防止するラックアンドピニオン式ステアリング装置を提案している。
【特許文献１】特開２００６−０９６２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の上記ラックアンドピニオン式ステアリング装置の構造では、歯元応力を緩和させることはできるが、ラックとピニオンが接触している歯面の部位の応力を緩和させることはできていない。
【０００６】
また、全噛み合い率（重なり噛み合い率＋正面噛み合い率）が２〜３歯噛み合いのラックアンドピニオン式ステアリング装置において、端当て時、ギヤの噛み合いが２歯噛み合いか３歯噛み合いかで、歯元応力と接触応力の値が大きく変わってしまうという問題点がある。
【０００７】
この理由として考えられるのは、ラックアンドピニオン式ステアリングギヤは、一般的に、ハスバギヤなので、複数の歯が同時に噛み合うが、上記全噛み合い率が２〜３歯噛み合いの場合は、ギヤの位相によって、同時に２歯噛み合う場合と３歯噛み合う場合がある。この３歯噛み合う時のラック歯における接触線の状態は、図５に示すように、ラック軸１０のラック歯面におけるピニオンの接触線Ｌは歯筋方向に対して角度を持っており、３歯噛み合いの場合、噛み始めの１番目の歯１０ａ１は歯先部分のみで噛み合い、２番目の歯１０ａ２は歯先から歯元まで噛み合い、３番目の歯１０ａ３は歯元部分で噛み合っている。
【０００８】
このように、１番目のラック歯１０ａ１は、歯先部分のみでピニオンの歯元部分と噛み合うことになるが、ピニオンの歯元は、インボリュート曲線の性質上、曲率半径が歯の中で最も小さくなるので、ラックの歯先とピニオンの歯元で接触しているところは、接触面圧が最も大きくなってしまう。
【０００９】
さらに、歯先部分のみで噛み合っているので、荷重が加わっているところから歯元までの距離が他の歯に比べて最も大きくなり、その結果、歯元応力も高くなってしまう。
【００１０】
以上の理由から、３歯噛み合いの場合、図６に示した１番目のラック歯１０ａ１は、接触応力と歯元曲げ応力が、他の歯に比べて突出して大きくなってしまう。
【００１１】
また、上記全噛み合い率が２〜３歯噛み合いのラックアンドピニオン式ステアリング装置において、端当て時に、２歯噛み合いになるか、３歯噛み合いになるかは、ピニオン１回転当たりのラックストローク量とストロークエンドまでのラックストローク量を調整すると、変えることは可能であるが、これらを調整すると、操舵特性や最小回転半径等、車の特性が変わってしまう。
【００１２】
したがって、ピニオン１回転当たりのラックストローク量とストロークエンドまでのラックストローク量は車製造業者によって決定され、ステアリング製造業者がピニオン１回転当たりのラックストローク量とストロークエンドまでのラックストローク量を容易に調整することはできない。
【００１３】
また、モジュール、ラック捩じれ角、アデンダム、デデンダム等を調節することで、３歯噛み合いか、２歯噛み合いかを調節することは可能であるが、歯元曲げ強度が低下する等、最適な条件から外れてしまう恐れがある。以上のような理由から、端当て時に、３歯噛み合いとならざるを得ない場合が生じてしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、上述した従来の不具合を解消して、ピニオン歯とラック歯の全噛み合い率が２〜３歯噛み合いで、端当て時、歯元曲げ応力とラック歯面とピニオン歯が接触している部位の応力の両方を緩和させることができて、ラックの歯欠けを防止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課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を達成するために、本発明では、ピニオン歯を有するピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を有するラック軸とを備え、このラック歯とピニオン歯の全噛み合い率（重なり噛み合い率＋正面噛み合い率）が２〜３歯のラックアンドピニオン式ステアリング装置において、前記ラック軸の両最端に位置する各ラック歯の歯幅を、前記ピニオン歯と先端で噛み合った際に撓む程度に、他のラック歯の歯幅より薄く形成したことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の第１の態様においては、前記ラック軸の両最端に位置する各ラック歯の歯幅は、歯列側の部分を除去して薄く形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の第２態様においては、前記第１の態様において、最端から２番目の歯の歯元Ｒ（曲率半径）を他の歯元Ｒよりも大きい曲面に形成することが好ましい。
【００１８】
また、本発明の第３の態様においては、前記ラック軸の両最端に位置する各ラック歯の歯幅は、歯列側とは反対側の部分を除去して薄く形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、ラック軸の両最端に位置する各ラック歯の歯幅を、他のラック歯の歯幅より薄く形成したので、ストロークエンド時に、最端のラック歯は、ピニオン歯と歯先で僅かに噛み合って撓むようになり、加わる荷重を噛み合っている他の歯に分配させることができるため、最端歯の歯元曲げ応力と接触部位の応力を共に緩和することができ、ラックの歯欠けを防止することができる。
【００２０】
また、本発明の第２の態様によれば、最端歯の歯幅を薄くしてできたスペースを利用して、最端から2番目の歯の歯元Ｒを他の歯の歯元Ｒよりも大きくしたので、最端より２番目の歯の歯元曲げ応力を緩和させることができ、ラックの歯欠け防止に寄与する効果を期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係わるラックアンドピニオン式ステアリング装置を示す全体構成図、図２は、図１のラックアンドピニオン式ステアリング装置のラック軸を示す上面図（Ａ）と側面図（Ｂ）、図３は、本発明の第１の実施形態であるラック軸の端部を示す部分斜視図である。
【００２３】
図１において、ラックアンドピニオン式ステアリング装置２０は、主に、ピニオンハウジング１３と、ラック軸１０を収納したラックハウジング１１を組み合わせて構成されている。ステアリングホイール（図示なし）を上端に備えたステアリングシャフト（図示なし）に連結されるピニオン軸１２の先端部に図示しないピニオンが取り付けられ、このピニオンが、ピニオンハウジング１３の中で、ラック軸１０に形成されたラック歯１０ａと噛み合っている。
【００２４】
ラック軸１０の端部には、ボールジョイント５を介してタイロッド６が結合され、ボールジョイント５の端面には、緩衝部材７が当接配置されている。
【００２５】
本発明の第１の実施形態は、図２に示すように、ラック軸１０の両最端の歯１０ａ１のみ、その歯幅は他の歯１０ａ２，１０ａ３等の歯幅よりも薄く形成されている。このラック軸１０の両最端の歯１０ａ１は、図３に示すように、他の歯１０ａ２，１０ａ３等の歯幅ｔ１よりも歯幅ｔ２だけ薄くしたｔ３の歯幅を有している（左端のみ図示。右端は対称につき省略。）。この実施形態では、最端の歯１０ａ１の歯列側を歯幅ｔ２分だけ除去して、ｔ３の歯幅を有するように形成している。
【００２６】
上記構成は、端当て時、３歯噛み合いになる全噛み合い率（重なり噛み合い率＋正面噛み合い率）２〜３歯のラックアンドピニオン式ステアリング装置２０（図１参照）に限定して適用される構成であって、ストロークエンドの端当て時に衝撃荷重が加わる際、図３に示すように、最端のラック歯１０ａ１は薄く形成されているので、ピニオンの接触線Ｌで示すように、歯先で僅かに噛み合って撓むことができるため、加わる荷重を噛み合っている他の歯１０ａ２，１０ａ３に分配させることができる。
【００２７】
これにより、ラック軸１０の最端歯１０ａ１は、歯元曲げ応力と、歯面にピニオン歯が接触している部位の応力は共に、従来の３歯噛み合い時の最端歯に比べて小さくなって、その両方を緩和することができるため、ラックの歯欠けを防止することができる。
【００２８】
次に、第２の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態を示すラック軸の端部を示す部分斜視図である。
【００２９】
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であって、同一部分の重複する説明は省略する。図４に示すように、ラック軸１０の両最端の歯１０ａ１（左端のみ図示。右端は対称につき省略。）は、その歯列側の部分を、他の歯１０ａ２，１０ａ３等の歯幅ｔ１よりも歯幅ｔ２だけ薄くなるように除去したｔ３の歯幅を有しているのは、第１の実施形態と同様である。異なっているのは、最端の歯１０ａ１を歯幅ｔ２だけ薄くしてできたスペースを利用して、最端から２番目の歯１０ａ２の歯元Ｒ（曲率半径）を他の歯１０a３等の歯元Ｒよりも大きい曲面にしている点である。
【００３０】
これにより、最端より２番目に位置するラック歯１０ａ２の歯元曲げ応力を緩和させることができるので、ラックの歯欠け防止に寄与する効果を期待することができる。
【００３１】
図５は、本発明の第３の実施形態を示すラック軸の軸部を示す部分斜視図である。この第３の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であって、同一部分の重複する説明は省略する。第１の実施形態と相違する点は、図５に示すように、ラック軸１０の両最端の歯１０ａ１（左端のみ図示。右端は対称につき省略。）の歯列側とは反対側の部分を、他の歯１０ａ２，１０ａ３等の歯幅ｔ１よりも歯幅ｔ４だけ薄くなるように除去し、ｔ５の歯幅を有するように形成している点である。
【００３２】
これにより、ラック軸１０の最端歯１０ａ１は、歯元曲げ応力と、歯面にピニオン歯が接触している部位の応力は共に、従来の３歯噛み合い時の最端歯に比べて小さくなって、その両方を緩和することができるため、ラックの歯欠けを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係わるラックアンドピニオン式ステアリング装置を示す全体構成図である。
【図２】図１のラックアンドピニオン式ステアリング装置のラック軸を示す上面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示すラック軸の端部を示す部分斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示すラック軸の端部を示す部分斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を示すラック軸の端部を示す部分斜視図である。
【図６】従来の３歯噛み合い時のラックとピニオン歯の噛み合い状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
５    ボールジョイント
６    タイロッド
７    緩衝部材
１０  ラック軸
１０a  ラック歯
１０a１  両最端のラック歯
１０a２  最端から２番目のラック歯
１０a３  最端から３番目のラック歯
１１    ラックハウジング
１２    ピニオン軸
１３    ピニオンハウジング
【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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