JP2006096243A

JP2006096243A - ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置

Info

Publication number: JP2006096243A
Application number: JP2004286334A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nishikubo; 宏樹西久保; Kazuo Chikaraishi; 一穂力石
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13

Abstract

【課題】ピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、ラック軸のストロークエンドで発生するラック歯の歯元の曲げ応力を緩和できるラック歯の歯形形状を提供する。
【解決手段】ラック軸１２に形成されたラック歯１２ａの歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置するラック歯１２ａ１の歯元Ａに発生する曲げ応力が、ラック軸の最端部以外のラック歯１２ａに発生する曲げ応力よりも小さい歯形形状であって、ラック歯列の最端部に位置するラック歯１２ａ１が、最端部以外のラック歯１２ａの歯形よりも歯形溝の底が浅い歯形とする。このほか、ラック歯列の最端部に位置する歯形が、最端部以外の歯形よりも歯形溝の底部が曲率半径の大きい曲面に形成された歯形形状としてもよい。
【選択図】図２

Description

この発明は、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。

車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、ピニオンの回転をピニオンに噛合するラックに伝達してラックの端部に取付られているタイロッドを移動させ、操向車輪の向きを操作する舵取り機構に伝達するように構成されており、ラックがストロークエンド、即ち移動端に達すると、ラックの端部のタイロッドエンドがラックハウジングに突き当たり、ラックの移動が強制的に停止されるような構成になっている。

上記したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置を組み合わせた電動パワーステアリング装置では、モータの回転力が減速機構を介してピニオンに伝達され、ピニオンに噛合するラックを移動させるから、減速機構で増幅されたモータの慣性力がピニオン歯からラック歯に伝達される。

図４は、このような従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置におけるピニオン１０１とラック１０２との噛合状態を説明する図で、ピニオン１０１のピニオン歯１０１ａとラック１０２のラック歯１０２ａが噛合している状態でラック軸が矢印ａ方向に移動し、ストロークエンドでラックハウジングに突き当って強制的に停止させられると、ラック歯列の最端部に位置するラック歯１０２ａ１の歯元Ａには、強制的な停止により発生する衝撃荷重により大きな曲げ応力が発生する。

上記したラック歯の歯元に発生する大きな曲げ応力を緩和する方策として、従来はラック軸の端部に緩衝部材である弾性体を取り付け、ラック軸がストロークエンドに達すると緩衝部材がラックハウジングに当たり、衝撃を緩和する衝撃緩和機構が知られている（特許文献１参照）。

図５は、上記したラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の衝撃緩和機構を説明する断面図で、ラック１０２が形成されたラック軸１１２の端部に、タイロッド１１６がボールジョイント１１５で結合されており、そのボールジョイント１１５の端面（図５で右の端面）にリング状の緩衝部材１２１が当接配置されている。

ラック軸１１２がストロークエンドに達すると、リング状の緩衝部材１２１がラックハウジング１１０の内面１１０ａに衝突するが、緩衝部材１２１が間に介在するので、緩衝部材１２１の弾性変形により衝撃が緩和される。緩衝部材１２１には、例えばヤング率が１００〜９００（ＭＰａ）程度のポリウレタンゴムなどが使用される。
特開２００３−３１２４９１号公報。

上記した衝撃緩和機構は、緩衝部材として弾性体を使用するから、荷重に対するひずみ量の違いがあるほか、繰り返し使用によるヘタリが発生するときは緩衝部材の衝撃緩和性能が低下する。この対策として緩衝部材の厚みを大きくすると、衝撃緩和機構のストローク量の変化が大きくなり、車両の最小旋回半径が変ってしまうから、緩衝部材の厚みは許容範囲内に抑える必要があり、衝撃緩和効果が制限されるという不都合がある。この発明は上記課題を解決し、ラック軸のストロークエンドで発生するラック歯の歯元の曲げ応力を緩和することを目的とするものである。

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、ピニオン歯が形成されたピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を備えたラック軸とから構成されるピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、前記ラック軸に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形に発生する曲げ応力が、ラック軸の最端部以外の歯形に発生する曲げ応力よりも小さい歯形形状であることを特徴とするピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置である。

そして、前記ラック軸に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形が、最端部以外の歯形よりも歯形溝の底が浅い歯形形状とする。

また、前記ラック軸に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形が、最端部以外の歯形よりも歯形溝の底部が曲率半径の大きい曲面に形成された歯形形状としてもよい。

そして、上記したピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、電動パワーステアリング装置に組み合わせて使用するとよい。

以上説明したとおり、この発明によればラック軸に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形に発生する曲げ応力が、ラック軸の最端部以外の歯形に発生する曲げ応力よりも小さい歯形形状に形成されている。

これにより、従来の弾性体を緩衝部材とする衝撃緩和機構によらずに、ラック軸のストロークエンドで発生するラック歯の歯元の曲げ応力を緩和することが可能となり、従来の弾性体を緩衝部材とする衝撃緩和機構を使用する場合の上記した種々の不都合を解決できると共に、ピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の耐久性を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の実施の形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置１０の全体構成を示す図で、一部断面で示した正面図である。図１において、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が形成され、ラック軸１２のラック歯１２ａと噛合している。１３はその噛合部分を覆うピニオンハウジング、１４はラック軸ハウジングを示す。

ラック軸１２の端部にはボールジョイント１５を介してタイロッド１６が結合され、ラック軸１２の端部に設けられたボールジョイント１５の端面には、緩衝部材２０が当接配置されている。

図２は、この発明の第１の実施の形態の、ピニオン軸１１に形成されたピニオン歯１１ａとラック軸１２に形成されたラック歯１２ａとの噛合状態を説明する図で、ラック軸１２は、そのストロークエンドに位置している状態を示している。

図２に示すように、ラック軸１２に形成されたラック歯１２ａの歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置するラック歯１２ａ１の歯元Ａに発生する曲げ応力が、ラック軸の最端部以外のラック歯１２ａに発生する曲げ応力よりも小さい歯形形状に形成されている。具体的には、ラック軸１２に形成されたラック歯１２ａの歯形形状は、ラック歯列の最端部に位置するラック歯１２ａ１が、最端部以外のラック歯１２ａの歯形よりも歯形溝の底が浅い歯形に形成されている。

これにより、ラック軸１２がストロークエンドでラックハウジングに突き当って強制的に停止させられたとき、衝撃荷重によって最端部のラック歯１２ａ１の歯元Ａに発生する曲げ応力は、ラック歯１２ａ１が歯溝の底が浅い歯形に形成されているので比較的小さくなり、曲げ応力を緩和することができる。

図３は、この発明の第２の実施の形態の、ピニオン軸１１に形成されたピニオン歯１１ａとラック軸１２に形成されたラック歯１２ａの歯形と噛合状態を説明する図で、ラック軸は、そのストロークエンドに位置している状態を示している。

図３に示すように、ラック軸１２に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸１２上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形１２ａ２が、最端部以外のラック歯１２ａの歯形よりも歯形溝の底部が曲率半径Ｒの大きい曲面で下に向かう程広くなる形状に形成されている。

これにより、ラック軸１２がストロークエンドでラックハウジングに突き当って強制的に停止させられたとき、衝撃荷重によってラック軸１２端部のラック歯１２ａ２の歯元Ａに発生する曲げ応力は、歯形溝の底部が曲率半径Ｒの大きい曲面に形成されているので比較的小さくなり、曲げ応力を緩和することができる。

車両用のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置であって、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形に発生する曲げ応力が、最端部以外の歯形に発生する曲げ応力よりも小さい歯形形状に形成されており、ラック軸のストロークエンドで発生するラック歯の歯元の曲げ応力を緩和し、ピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の耐久性を向上させることができる。

この発明の実施の形態のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の全体構成を説明する図。第１の実施の形態のピニオン軸に形成されたピニオン歯とラック軸に形成されたラック歯の歯形と噛合状態を説明する図。第２の実施の形態のピニオン軸に形成されたピニオン歯とラック軸に形成されたラック歯の歯形と噛合状態を説明する図。従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置におけるピニオンとラックとの噛合状態を説明する図。従来のラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置の衝撃緩和機構を説明する断面図。

符号の説明

１０ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置
１１ピニオン軸
１１ａピニオン歯
１２ラック軸
１２ａラック歯
１２ａ１端部に位置する歯形
１２ａ２端部に位置する歯形
１３ピニオンハウジング
１４ラック軸ハウジング
１５ボールジョイント
１６タイロッド
２０緩衝部材

Claims

ピニオン歯が形成されたピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯を備えたラック軸とから構成されるピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置において、
前記ラック軸に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形に発生する曲げ応力が、ラック軸の最端部以外の歯形に発生する曲げ応力よりも小さい歯形形状であること
を特徴とするピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
前記ラック軸に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形が、最端部以外の歯形よりも歯形溝の底が浅い歯形形状であること
を特徴とする請求項１記載のピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
前記ラック軸に形成されたラック歯の歯形形状は、ラック軸上に形成されたラック歯列の最端部に位置する歯形が、最端部以外の歯形よりも歯形溝の底部が曲率半径の大きい曲面に形成された歯形形状であること
を特徴とする請求項１記載のピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載のピニオン・ラック機構を備えたラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置は、電動パワーステアリング装置に組み合わせて使用されること
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。