JP2007153141A - Rack-and-pinion type steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は車両などのステアリングホイールの操舵力を補助する操舵力補助装置を有するラックアンドピニオン式ステアリング装置に関する。 The present invention relates to a rack and pinion type steering device having a steering force assisting device for assisting a steering force of a steering wheel of a vehicle or the like.
車両用のステアリング装置においては運転者の操舵負荷を軽減することを目的とした動力舵取り装置が知られている。従来、動力舵取り装置は油圧式パワーステアリング装置が使用されていた。しかしながら、近年、自動車の高効率化への要求が高まるに従って動力舵取り装置は一段と効率の高い電動パワーステアリング装置に置き換えられる場合が多くなっている。 As a vehicle steering apparatus, a power steering apparatus for reducing a driver's steering load is known. Conventionally, hydraulic power steering devices have been used as power steering devices. However, in recent years, as the demand for higher efficiency of automobiles increases, the power steering apparatus is increasingly replaced with an electric power steering apparatus with higher efficiency.
よく知られるように、電動パワーステアリング装置は操舵補助力を必要とするときだけモータに電流を流せばよいが、これに対して、油圧式パワーステアリング装置はエンジンの動力で常時油圧ポンプを駆動しなければならないことから、効率面で電動パワーステアリング装置が格段に優位に立っている。一般に、電動パワーステアリング装置は市街地走行などの実用領域で3〜5%程度の燃費向上効果があるといわれており、こうした背景からコラムアシスト式あるいはピニオンアシスト式電動パワーステアリング装置は小型車だけでなく、中型車および大型車へと適用が広がりつつある。 As is well known, the electric power steering device only needs to supply current to the motor when it needs steering assist force, whereas the hydraulic power steering device always drives the hydraulic pump with the power of the engine. As a result, the electric power steering apparatus has a great advantage in terms of efficiency. In general, it is said that the electric power steering device has a fuel efficiency improvement effect of about 3 to 5% in a practical area such as urban driving. From such a background, the column assist type or pinion assist type electric power steering device is not only a small car, Applications are expanding to medium and large vehicles.
ところで、中型車および大型車に用いられるラックアンドピニオン式ステアリング装置においてはラック推力の高出力化が求められる。このため、ピニオン軸に入力される軸トルクも増大することから、各部品の強度およびギヤ効率がこれまで以上に問題になる。また、操舵フィーリングに影響の大きいアジャストガタを増加させる主要因がラックとピニオンとに生じる磨耗であることが判っており、両者の耐摩耗性の向上が不可欠になっている。この点を考慮してギヤ諸元の最適化を試み、また低摩擦グリースの開発を進めているが、それだけでは限界がある。 By the way, in rack and pinion type steering devices used for medium-sized vehicles and large vehicles, it is required to increase the output of rack thrust. For this reason, since the shaft torque input to the pinion shaft also increases, the strength and gear efficiency of each component become more problematic than ever. Further, it has been found that the main factor that increases the adjustment backlash which has a large influence on the steering feeling is the wear generated in the rack and the pinion, and it is essential to improve the wear resistance of both. Considering this point, we are trying to optimize gear specifications and developing low-friction grease, but that alone has its limitations.
本発明の目的は高出力化を実現するため部品重量を増加させず、操舵フィーリングを長期にわたり損なわず、かつギヤ効率を向上させるようにした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にある。 An object of the present invention is to provide a rack and pinion type steering device that does not increase the weight of components in order to achieve high output, does not impair steering feeling over a long period of time, and improves gear efficiency.
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はシャフトに刻設されるギヤ歯を有するピニオンと、ラックシャフトに刻設されるラック歯を有するラックとを備え、ピニオンのギヤ歯とラックのラック歯とがかみ合ってステアリングシャフトからピニオンに伝えられる操舵力をラックに伝達するようにしたラックアンドピニオン式ステアリング装置において、ピニオンのギヤ歯およびラックのラック歯の少なくとも一方にダイヤモンドライクカーボン膜が成膜されていることを特徴とする。 A rack and pinion type steering device according to the present invention includes a pinion having gear teeth carved on a shaft, and a rack having rack teeth carved on a rack shaft, and the pinion gear teeth and the rack tooth of the rack, In a rack-and-pinion type steering device in which the steering force transmitted from the steering shaft to the pinion is transmitted to the rack, a diamond-like carbon film is formed on at least one of the gear teeth of the pinion and the rack teeth of the rack. It is characterized by being.
このような手段で構成することにより、ラックとピニオンとがかみ合うギヤ部の耐摩耗性が一段と向上することから、操舵フィーリングに影響を及ぼすアジャストガタの増加量を抑制でき、ギヤ部の低摩擦化によりギヤ効率を高めることが可能になる。 By configuring in such a way, the wear resistance of the gear portion where the rack and the pinion mesh with each other is further improved. Therefore, the increase amount of the adjustment backlash that affects the steering feeling can be suppressed, and the low friction of the gear portion can be suppressed. The gear efficiency can be increased by making it easier.
本発明において、ダイヤモンドライクカーボン膜は第1層がクロムの中間層であって、第2層が炭素の成分からなる複合層で構成されるのが望ましい。 In the present invention, the diamond-like carbon film is preferably composed of a composite layer in which the first layer is an intermediate layer of chromium and the second layer is made of a carbon component.
このように構成することにより、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着性を大きく高めることが可能になる。 By comprising in this way, it becomes possible to greatly improve the adhesiveness of a diamond-like carbon film.
本発明において、ダイヤモンドライクカーボン膜は内部組成を傾斜層とすることによって中間層とダイヤモンドライクカーボンを構成する炭素との界面をなくすようにするのが望ましい。 In the present invention, it is desirable that the diamond-like carbon film has an internal composition of an inclined layer so as to eliminate the interface between the intermediate layer and the carbon constituting the diamond-like carbon.
このように構成することにより、ダイヤモンドライクカーボン膜の密着性をさらに高めることが可能になる。 By comprising in this way, it becomes possible to further improve the adhesiveness of a diamond-like carbon film.
本発明において、ピニオンの先端支持用ニードルベアリング軌道面にダイヤモンドライクカーボン膜が成膜されるのが望ましい。 In the present invention, it is preferable that a diamond-like carbon film is formed on the pinion tip support needle bearing raceway surface.
このように構成することにより、ギヤかみ合い部と共に、ベアリング摺動部の磨耗を抑えることができる。 By comprising in this way, abrasion of a bearing sliding part can be suppressed with a gear meshing part.
本発明は、望ましくは互いにかみ合うピニオンのギヤ歯とラックのラック歯、さらにピニオン先端支持用ニードルベアリング軌道面がグリースによって潤滑される。 In the present invention, the gear teeth of the pinion and the rack teeth of the rack, which are preferably meshed with each other, and the needle bearing raceway surface for supporting the pinion tip are lubricated with grease.
このように構成することにより、ギヤかみ合い部およびベアリング摺動部で確実に潤滑油膜を形成することが可能になり、磨耗をさらに抑制することができる。 By comprising in this way, it becomes possible to form a lubricating oil film reliably in a gear meshing part and a bearing sliding part, and wear can be further suppressed.
本発明によるステアリング装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。図1はラックアンドピニオン式ステアリング装置の要部を示すもので、ステアリングシャフト(図示せず)と連結しているピニオン1を備える。このピニオン1にはシャフト2の一端に多数のギヤ歯3を刻設している。また、ステアリング装置はピニオン1と互いの軸心を交差して配置されるラック4を備える。このラック4にはラックシャフト5の一面に多数のラック歯6を刻設している。ピニオン1のギヤ歯3とラック4のラック歯6とは互いにかみ合っており、車輌操舵において操舵力をピニオン1からラック4に、さらに左右の前論と結ぶタイロッド(図示せず)にそれぞれ伝えるようになっている。
An embodiment of a steering device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main part of a rack and pinion type steering apparatus, and includes a
ピニオン1はシャフト2の中間部を軸受7によって支承され、またシャフト2の最も遠い一端をニードル軸受8によって支承されている。ラックシャフト5はラック歯6と反対側でラック4に背圧を及ぼすラックガイド9と当接している。このラックガイド9はラック軸心と垂直方向に摺動するホルダ10内に収容されている。また、ホルダ10は軸方向に圧縮荷重を生じるばね11と当接している。これらのピニオン1およびラック4はそれらを支持する各要素と共にハウジング12内に収容される。
The
なお、図において、符号13はハウジング12のピニオン側開口部を閉じる環状部材を示し、符号14はホルダ側開口部を閉じる密封部材を示す。
In the figure,
本実施の形態ではピニオン1に刻設されているギヤ歯3およびラック4に刻設されているラック歯6の少なくとも一方に被覆処理が施してあり、この被覆処理は基材よりもその摩擦係数が低いダイヤモンドライクカーボン膜によって形成されている。ここで、ダイヤモンドライクカーボンはイオンを利用した気相合成法により合成されるダイヤモンドに類似した高硬度のカーボン膜の総称である。ダイヤモンドライクカーボン膜の構造は通常水素を若干含有した平滑な非晶質(アモルファス)構造で、ダイヤモンド結合およびグラファイト結合などを持っている。
In the present embodiment, at least one of the
ダイヤモンドライクカーボン膜は従来のセラミックス膜と比較して高硬度、低摩擦、低潤滑性という、特徴がある。ダイヤモンドライクカーボン膜は処理方法で特性が大きく変わり、膜中の水素の有無によって膜の硬さおよび密着力が異なり、使用する条件によって膜質を選択することが望ましい。このダイヤモンドライクカーボン膜は物理的気相成長法(PVD)、化学的気相成長法(CVD)、スパッタリング法などにより成膜される。代表的成膜材料は純カーボンである。これ以外に水素を含むCr、Ti、Wのような金属を含有する材料など多くのもの用いることができる。硬度は1000〜8000Hvと高硬度で、表面は平滑であり、優れた耐摩耗性を有する。 A diamond-like carbon film is characterized by high hardness, low friction, and low lubricity compared to a conventional ceramic film. The characteristics of a diamond-like carbon film vary greatly depending on the treatment method, and the hardness and adhesion of the film differ depending on the presence or absence of hydrogen in the film, and it is desirable to select the film quality depending on the conditions used. This diamond-like carbon film is formed by physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), sputtering, or the like. A typical film forming material is pure carbon. In addition to this, many materials such as materials containing metals such as Cr, Ti, and W containing hydrogen can be used. The hardness is as high as 1000 to 8000 Hv, the surface is smooth, and it has excellent wear resistance.
本実施の形態のピニオン1のギヤ歯3には、図2(a)に示すように、ダイヤモンドライクカーボンによる一様な厚さの膜Fを形成している。図2(b)に示すように、膜Fは2層、すなわち内側の金属層Mと、外側のカーボン層Cとからなる。金属層MはCr、Tiなどの金属で構成される。カーボン層Cは炭素で構成され、この膜Fはスパッタリング法で形成したものである。図3に示すように、本実施の形態の膜Fの成膜範囲はギヤ歯の全体にわたらないで、ラック4のラック歯6とかみ合う範囲に限っている。
On the
一方、本実施の形態のラック4のラック歯6には図4(a)に示すように、ダイヤモンドライクカーボンによる一様な厚さの膜Fを形成している。図4(b)に示すように、膜Fは2層、すなわち内側の金属層Mと、外側のカーボン層Cとからなる。金属層MはCr、Tiなどの金属で構成される。カーボン層Cは炭素で構成され、この膜Fはスパッタリング法で形成したものである。図示は省略するが、膜Fの成膜範囲はラック歯の全体にわたっている。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, a film F having a uniform thickness of diamond-like carbon is formed on the
ダイヤモンドライクカーボンによる膜Fによれば、中間層としての金属層Mを介在させているので、膜Fの密着性をより高めることが可能で、繰り返し応力が働くときでも、膜Fが剥離するのを確実に防止することができる。また、ダイヤモンドライクカーボン膜は内部組成を傾斜層とすることによって中間層とダイヤモンドライクカーボンを構成する炭素との界面をなくすことが可能になり、さらに一段と密着性を高めることができる。 According to the film F made of diamond-like carbon, since the metal layer M as an intermediate layer is interposed, the adhesion of the film F can be further increased, and the film F is peeled even when repeated stress is applied. Can be reliably prevented. In addition, the diamond-like carbon film has an internal composition of an inclined layer, so that the interface between the intermediate layer and the carbon constituting the diamond-like carbon can be eliminated, and the adhesion can be further improved.
このダイヤモンドライクカーボンからなる膜Fは潤滑性を有するので、たとえば油切れのような潤滑油膜が喪失するような状態に陥っても、膜Fに備わる潤滑性によって長期にわたってピニオン1のギヤ歯3およびラック4のラック歯6の摩耗を防ぐことができる。
Since the film F made of diamond-like carbon has lubricity, for example, even if the lubricating oil film such as running out of oil is lost, the
なお、膜Fはピニオン1およびラック4のいずれか一方だけに形成してもよい。
The film F may be formed only on one of the
さらに、ピニオン1のギヤ歯3に膜Fを形成すると共に、図5に示すように、シャフト2にはニードル軸受8の軌道面に倣いダイヤモンドライクカーボンによる膜を形成してもよい。また、望ましくは、このようなステアリング装置は常に潤滑油膜を保持するようにピニオン1およびラック4にグリースのような潤滑剤を供給する。
Further, a film F may be formed on the
図6はダイヤモンドライクカーボン膜の有無による耐久性試験の結果を示す。グラフは縦軸にダイヤモンドライクカーボンで処理しない場合のアジャストガタ増加量とダイヤモンドライクカーボンで処理した場合のアジャストガタ増加量との比を表し、横軸に耐久回数を表す。耐久回数X回の比較によれば、ダイヤモンドライクカーボンで処理した場合、アジャストガタ増加量が76%程度減少することが判る。 FIG. 6 shows the results of a durability test with and without a diamond-like carbon film. In the graph, the vertical axis represents the ratio between the amount of increase in the adjustment back when not treated with diamond-like carbon and the amount of increase in the adjustment back when treated with diamond-like carbon, and the horizontal axis represents the durability. According to the comparison of the number of durability times X, it can be seen that the amount of increase in the adjustment backlash is reduced by about 76% when treated with diamond-like carbon.
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can implement by changing variously.
1… ピニオン
2… シャフト
3… ギヤ歯
4… ラック
5… ラックシャフト
6… ラック歯
F… 膜
M… 金属層
C… カーボン層
DESCRIPTION OF
C ... Carbon layer
Claims (5)
5. The rack and pinion according to claim 1, wherein the gear teeth of the pinion and the rack teeth of the rack, which are engaged with each other, and the needle bearing raceway surface for supporting the pinion tip are lubricated with grease. Steering device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005351412A JP2007153141A (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Rack-and-pinion type steering device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005351412A JP2007153141A (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Rack-and-pinion type steering device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=38238037
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2005351412A Pending JP2007153141A (en) | 2005-12-06 | 2005-12-06 | Rack-and-pinion type steering device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007153141A (en) |
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2005
- 2005-12-06 JP JP2005351412A patent/JP2007153141A/en active Pending
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