JP2005153821A - Rack/pinion type steering device and manufacturing method for pinion shaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用の舵取装置として広く用いられているラックピニオン式舵取装置、及びラックピニオン式舵取装置のピニオン軸の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a rack and pinion steering device that is widely used as a steering device for a vehicle, and a method for manufacturing a pinion shaft of the rack and pinion steering device.
ラックピニオン式舵取装置は、ステアリングホイール等の操舵部材に連結され、周面にピニオン歯が設けられたピニオン軸と、車体の左右方向に延設され、その中途部外面に適長に亘ってラック歯が並設されたラック軸とを備えている。運転者による操舵部材の操作に応じたピニオン軸の回転を、ラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の左右両端に各別のタイロッドを介して連結された舵取用の車輪(一般的には左右の前輪)を作動させる構成となっている。 The rack and pinion type steering device is connected to a steering member such as a steering wheel, and has a pinion shaft having pinion teeth provided on a peripheral surface thereof, and extends in the left-right direction of the vehicle body. And a rack shaft in which rack teeth are arranged side by side. The rotation of the pinion shaft according to the operation of the steering member by the driver is converted into the movement in the axial direction of the rack shaft, and the steering wheels connected to the left and right ends of the rack shaft via separate tie rods ( In general, the left and right front wheels are actuated.
このようなラックピニオン式舵取装置では、ピニオン軸に設けられるピニオン歯、及びラック軸に設けられるラック歯は、高い噛み合い精度を得るべく、歯切り盤、ブローチ盤等の工作機械を用いた切削加工により一般的に形成されており、多くの場合、表面硬さを増して耐久性の向上を図るべく、歯面の熱処理が実施されている(例えば、特許文献2参照)。
上述したラックピニオン式舵取装置のピニオン軸を製造する際、従来は、荒歯切りを施した後、高周波焼入れ及び焼戻しからなる熱処理を施し、熱処理により生じた歪を除去した後、外径を研削し、最後に、歯の仕上げ加工を施しており、熱処理で生じる軸の曲がり及び歯面の変形等の歪が大きい為、その歪を取る必要があり、熱処理により硬化させた後に更に加工処理を施さなければならないという問題があった。 When manufacturing the pinion shaft of the rack and pinion type steering device described above, conventionally, after rough cutting, heat treatment including induction hardening and tempering is performed, distortion generated by the heat treatment is removed, and the outer diameter is reduced. Grinding, and finally finishing the teeth, there is a large distortion such as shaft bending and tooth surface deformation caused by heat treatment, so it is necessary to remove the distortion, further processing after hardening by heat treatment There was a problem that had to be given.
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第1発明では、製造工程において、ピニオン軸を熱処理により硬化させた後は、ピニオン軸に加工処理を施す必要がないラックピニオン式舵取装置を提供することを目的とする。第2発明では、熱処理により硬化させた後は、加工処理を施す必要がないピニオン軸の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. In the first invention, after the pinion shaft is cured by heat treatment in the manufacturing process, the rack and pinion need not be processed on the pinion shaft. It aims at providing a type steering device. It is an object of the second invention to provide a method of manufacturing a pinion shaft that does not need to be processed after being cured by heat treatment.
第1発明に係るラックピニオン式舵取装置は、ピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合するラック軸とを備えたラックピニオン式舵取装置において、前記ピニオン軸は、少なくとも前記ラック軸と噛合する歯面に、プラズマ窒化硬化層が形成されていることを特徴とする。 A rack and pinion type steering device according to a first aspect of the present invention is a rack and pinion type steering device comprising a pinion shaft and a rack shaft that meshes with the pinion shaft, wherein the pinion shaft has at least teeth that mesh with the rack shaft. A plasma nitriding hardened layer is formed on the surface.
第2発明に係るピニオン軸の製造方法は、ラックピニオン式舵取装置のピニオン軸を製造するピニオン軸の製造方法において、荒歯切りを施した後、外径研削を施し、歯を仕上げ加工した後、プラズマ窒化法による熱処理を施すことを特徴とする。 The pinion shaft manufacturing method according to the second invention is a pinion shaft manufacturing method for manufacturing a pinion shaft of a rack and pinion type steering device, wherein after rough cutting, outer diameter grinding is performed to finish the teeth. Thereafter, heat treatment is performed by plasma nitriding.
第1発明に係るラックピニオン式舵取装置によれば、製造工程において、ピニオン軸を熱処理により硬化させた後は、ピニオン軸に加工処理を施す必要がないラックピニオン式舵取装置を実現することが出来る。 According to the rack and pinion type steering device according to the first aspect of the present invention, in the manufacturing process, after the pinion shaft is hardened by heat treatment, the rack and pinion type steering device that does not need to be processed on the pinion shaft is realized. I can do it.
第2発明に係るピニオン軸の製造方法によれば、熱処理により硬化させた後は、加工処理を施す必要がないピニオン軸の製造方法を実現することが出来る。 According to the method for manufacturing a pinion shaft according to the second aspect of the present invention, it is possible to realize a method for manufacturing a pinion shaft that does not need to be processed after being cured by heat treatment.
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づき説明する。図1は、本発明に係るラックピニオン式舵取装置の実施の形態の構成を示す模式図である。このラックピニオン式舵取装置は、円筒形をなすラックハウジング10の内部で、軸長方向への移動自在に支持されたラック軸1が、図示しない車体の左右方向に延設されている。ラックハウジング10の両側に突出するラック軸1の両端は、舵取用の車輪である左右の前輪11,11のナックルアーム12,12に、各別のタイロッド13,13を介して連結されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a rack and pinion type steering apparatus according to the present invention. In this rack and pinion type steering device, a rack shaft 1 supported so as to be movable in the axial length direction is extended in the left-right direction of a vehicle body (not shown) inside a
また、ラックハウジング10の一側端部近傍には、これと軸心を交叉させてピニオンハウジング20が連設されており、ピニオンハウジング20の内部には、軸回りでの回転自在にピニオン軸2が支持されている。ピニオン軸2の一部は、ピニオンハウジング20の上方に適長突出させてあり、この突出端は、コラム軸21を介して、操舵部材であるステアリングホイール22に連結されている。
Further, a
ピニオンハウジング20の内部に延設されたピニオン軸2の下半部は、適長に亘って大径化され、この大径部の外周面にピニオン歯4が形成されている。また、ラックハウジング10の内部に支持されたラック軸1の外面には、ピニオン軸2との対向部を含めた適長に亘って、ラック歯3が形成されており、このラック歯3は、ピニオン軸2の周面に設けられたピニオン歯4に噛合させてある。
The lower half portion of the
以上の構成により、舵取のためにステアリングホイール22が回転操作された場合、ステアリングホイール22にコラム軸21を介して連結されたピニオン軸2が回転し、この回転が、ピニオン歯4とラック歯3との噛合部においてラック軸1の軸長方向の移動に変換されて、ラック軸1が左右両方向に移動する。
With the above configuration, when the
このように生じるラック軸1の移動は、ラック軸1の両端に連結されたタイロッド13,13を介して、左右のナックルアーム12,12に伝達され、これらのナックルアーム12,12の押し引きにより、左右の前輪11,11が、ステアリングホイール22の操作方向に、操作量に対応する角度となるまで転舵されて舵取がなされる。
The movement of the rack shaft 1 thus generated is transmitted to the left and right
尚、図1に示すラックピニオン式舵取装置は、以上のように行われる舵取を補助するモータ5を備える電動パワーステアリング装置として構成されている。操舵補助用のモータ5は、コラム軸21を支持する円筒形をなすコラムハウジング23の下端部近傍の外周に、内部のコラム軸21と略直交するように取付けられている。モータ5の回転は、コラムハウジング23の内側に構成された図示しないウォームギヤ減速装置を介して、コラム軸21に伝達されるように構成されている。また、コラムハウジング23の内部には、コラム軸21に加わる回転トルク(操舵トルク)を検出するトルク検出装置24が、モータ5の取付け部よりも上位置に構成されており、トルク検出装置24により検出される操舵トルクは、操舵補助用のモータ5の駆動制御に用いられている。
The rack and pinion type steering device shown in FIG. 1 is configured as an electric power steering device including a
以上の構成により、ステアリングホイール22が回転操作された場合、これに伴ってコラム軸21に加わる操舵トルクがトルク検出装置24により検出される。この検出トルクに基づいて駆動制御される操舵補助用のモータ5の回転力がコラム軸21に加わり、コラム軸21からピニオン軸2に伝達されて、ラック軸1に軸長方向の移動力が付加されることとなり、この移動により上述したようになされる操舵が補助される。
With the above configuration, when the
図2は、本発明に係るラックピニオン式舵取装置のピニオン軸2の例を示す外形図である。このピニオン軸2は、一端部が、コラム軸21と連結する為の連結部41となっており、連結部41から中間部にかけては、軸部42が形成され、中間部から他端部にかけては、ピニオン歯4が形成され、他端部には、ピニオンハウジング20に設けられた図示しない軸受に嵌合する為の嵌合部44が形成されている。ピニオン軸2には、少なくともラック軸1と噛合する歯面(4)に、プラズマ窒化硬化層が形成されている。
FIG. 2 is an outline view showing an example of the
このようなピニオン軸2を製造するには、まず、素材である棒鋼に荒歯切りを施して、ピニオン歯4を粗加工する。次に、連結部41、軸部42、ピニオン歯4及び嵌合部44の外径を研削した後、ピニオン歯4を仕上げ加工する。最後に、従来の焼き入れ等による硬化処理に代わるものとして、プラズマ窒化法による熱処理を施す。
In order to manufacture such a
プラズマ窒化法による熱処理は、図3に示すように、減圧した真空槽30内にピニオン軸2を収容し、ピニオン軸2を陰極(−)、真空槽30を陽極(+)とする。真空槽30内を窒素(N2 )+水素(H2 )の減圧雰囲気(1〜10Torr(133〜1333Pa))にして、直流電源31に数100Vの電圧を印加すると、陰極側(ピニオン軸2側)でグロー放電が生じる。このグロー放電中には雰囲気ガスのイオン(N+ 及びH+ )が多量に存在し、陰極であるピニオン軸2に高エネルギーで衝突する。その為、ピニオン軸2は、イオン衝撃により昇温し、同時に窒素は鉄と反応して、ピニオン軸2の表層に鉄窒化物を生成し、更に内部に向かって拡散して窒化が進行する。鉄窒化物による硬化層の厚さ(深さ)は0.2〜0.3mmとする。
In the heat treatment by the plasma nitriding method, as shown in FIG. 3, the
プラズマ窒化法による熱処理では、高温になるのはピニオン軸2の表面付近に止まるので、変形が微小である。その為、熱処理前に外径研削を行うことが出来、歪取り工程が必要なくなる。また、熱処理前に仕上げ歯加工を行うことが出来、熱処理後の仕上げ歯加工が不要となる。
In the heat treatment by the plasma nitriding method, the high temperature stops only in the vicinity of the surface of the
尚、以上の実施の形態においては、操舵部材とピニオン軸との間に操舵補助用のモータを備え、このモータの回転力をピニオン軸に伝えて、ピニオン軸の回転に応じてなされる操舵を補助する電動パワーステアリング装置、所謂、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン式舵取装置について説明したが、本発明は、他の形式の電動パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン式舵取装置に適用しても良い。また、ステアリングホイール22に運転者により加えられる操舵トルクのみによって操舵を行わせるマニュアル式の操舵装置として構成されたラックピニオン式舵取装置、更には、ラックハウジング10の中途に設けた油圧シリンダの発生力をラック軸1に加えて操舵を補助する油圧パワーステアリング装置として構成されたラックピニオン式舵取装置への適用も可能であることは言うまでもない。
In the above embodiment, a steering assist motor is provided between the steering member and the pinion shaft, and the rotational force of this motor is transmitted to the pinion shaft to perform steering in response to the rotation of the pinion shaft. The auxiliary electric power steering apparatus, that is, the rack and pinion type steering apparatus configured as a so-called column assist type electric power steering apparatus has been described. You may apply to a type steering device. Further, a rack and pinion type steering device configured as a manual type steering device that performs steering only by a steering torque applied to the
1 ラック軸
2 ピニオン軸
3 ラック歯
4 ピニオン歯
22 ステアリングホイール(操舵部材)
30 真空槽
1
30 vacuum chamber
Claims (2)
前記ピニオン軸は、少なくとも前記ラック軸と噛合する歯面に、プラズマ窒化硬化層が形成されていることを特徴とするラックピニオン式舵取装置。 In a rack and pinion type steering apparatus comprising a pinion shaft and a rack shaft meshing with the pinion shaft,
A rack and pinion type steering apparatus, wherein the pinion shaft has a plasma nitriding hardened layer formed on at least a tooth surface meshing with the rack shaft.
荒歯切りを施した後、外径研削を施し、歯を仕上げ加工した後、プラズマ窒化法による熱処理を施すことを特徴とするピニオン軸の製造方法。 In the manufacturing method of the pinion shaft for manufacturing the pinion shaft of the rack and pinion type steering device,
A method for manufacturing a pinion shaft, comprising: roughing teeth, grinding the outer diameter, finishing the teeth, and then performing a heat treatment by plasma nitriding.
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JP2003398731A JP2005153821A (en) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | Rack/pinion type steering device and manufacturing method for pinion shaft |
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CN109466619A (en) * | 2017-09-07 | 2019-03-15 | 株式会社捷太格特 | Rack and pinion steering manipulation device and its manufacturing method |
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