JP2007210423A

JP2007210423A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置

Info

Publication number: JP2007210423A
Application number: JP2006031841A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kodama; 徹也児玉; Masaru Konno; 大金野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-23

Abstract

【課題】高出力を実現するために効率を向上させたラックアンドピニオン式ステアリング装置の提供。
【解決手段】ラックアンドピニオン式ステアリング装置に使用されるラック１０とピニオン軸２０において、前記ラックとピニオン軸との少なくともいずれか一方の基材表面に二硫化モリブデンを含む被膜が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両などのステアリングホイールの繰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。

車両用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、動力舵取り装置には、油圧式のパワーステアリング装置が広く使われていた。しかしながら、近年の自動車の高効率化の傾向にしたがって、油圧式のパワーステアリング装置から、効率の良い電動パワーステアリング装置（EPS）に置き換えられる場合が多くなってきている。EPSは、動力の必要なときだけモータに電流を流せばよいが、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ので、EPSの方が油圧式パワーステアリング装置より効率がよい。

一般にEPSは市街地走行などの実用領域では3〜5％程度の燃費向上効果があるといわれている。したがって、コラムアシスト式やピニオンアシスト式の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、大型車への適用拡大が望まれており、そのシステム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必要になっている。したがって、ピニオン軸に入力される軸トルクも増大するため、各部品の効率が問題になってくる。

本発明が解決しようとする課題は、高出力を実現するために効率を向上させ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である。

本発明は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置に使用されるラックとピニオン軸において、前記ラックとピニオン軸との少なくともいずれか一方の基材表面に二硫化モリブデンを含む被膜が形成されていることを特徴とする。

本発明のラックアンドピニオン式ステアリング装置により、各部の低摩擦化を実現して効率を向上させることができる。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

図1は、コラムアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図、図2は、ピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図を示す。図1に示すコラムアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイール1の操作力を軽減するために、コラム2の中間部に取り付けたモータ3の操舵補助力をステアリングシャフトに付与し、中間シャフト4を介して、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ5のラックを往復移動させ、タイロッド6を介して舵輪を操舵する方式のステアリング装置である。

図2に示すピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイール1の操作力を軽減するために、モータ3の操舵補助力をステアリングギヤ5のラックに噛み合うピニオン軸に付与し、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ5のラックを往復移動させ、タイロッド6を介して舵輪を操舵する方式のステアリング装置である。

また、図3は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置の要部断面図を示すものであり、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20を備える。このピニオン20には、一端に多数のギヤ歯21を刻設している。

また、ステアリング装置は、ピニオン20とお互いの軸心を交叉して配置されるラック10を備える。このラック10には、一面に多数のラック歯を刻設している。ピニオン20のギヤ歯21とラック10のラック歯11aとはお互いに噛み合っており、車両操舵において操舵力をピニオン20からラック10に、さらに左右の前輪と結ぶタイロッド(図示せず)にそれぞれ伝えるようになっている。

ピニオン20は、中間部を軸受24によって支承され、また最も遠い一端をニードル軸受22によってハウジング30に回転自在に支承されている。ピニオン20のギヤ歯21と、これに噛み合うラック10のラック歯11aとの噛み合い状態を適正に保つため、ハウジング30のラック10の下側である背面11b（噛合い面と反対側）にラックガイド12が配置され、ラック10を下側（噛合い面と反対側）から支承している。

ラックガイド12は、ローラ12aとピン12bと、略円筒形のホルダ12cとから構成されており、略円筒形のホルダ12cの内面に略U字形状に形成された溝12d に前記ピン12bが保持され、ラック10を支承するローラ12aは、前記ピン12bの上に転がり軸受13を介して回転自在に支持されている。また、ホルダ12cは軸方向に圧縮荷重を生じるばね14と当接しており、ばね14はアジャストスクリュー15を回転してピニオン20のギヤ歯21とラック10のラック歯11aの噛合い部のバックラッシュを無くしている。ロックナット16は、アジャストスクリュー15の緩み止めを行っている。

なお、図において、カバースクリュー23はハウジング30のピニオン側開口部を閉じると共に、ピニオン20のギヤ歯21とラック10のラック歯11aが噛合うことによって生じるピニオン20の軸方向の力を受ける役割をしている。

本実施の一つの形態では、ピニオン20に刻設されているギヤ歯21、ラック10に刻設されているラック歯11aの少なくとも1つに被膜処理が施してある。

二硫化モリブデン（以下、MoS₂とも称する。）を含んだ処理方法は、例えば、大阪真空工業(株)による「MoST」というものがある。MoSTは、二硫化モリブデン（MoS₂）・コーティングと金属との複合的コーティングである。その特徴としては、固体潤滑剤であるMoS₂の低摩擦性をチタン化合物と複合化することによって高い密着性を実現するとともに、優れた摺動特性が得られるため効率向上や耐久性の向上に貢献できる。

被膜層は、第一層（中間層）が0.1〜1.0μｍ、第二層が0.3〜1.5μｍの厚さで成膜し、被膜全体としては0.4〜2.5μｍの膜厚となる。

本発明の一つの実施形態では、被膜処理は、150〜160℃の温度にてチタン化合物をターゲットとしたマグネトロン・スパッタリング法によって成膜した。膜厚は第一層であるチタン化合物層が0.4μｍ、第二層の二硫化モリブデン層が0.8μｍとした。

本実施形態のピニオン20のギヤ歯21には、図4に示すように、二硫化モリブデンを含む被膜Fを形成している。図4に示すように、本発明の一つの実施形態の被膜Fの成膜範囲は、ギヤ歯全体にわたらないで、ラック10のラック歯11aと噛合う範囲に限ることがある。

また、図5は、ピニオン20のギヤ歯21だけに限らず、ピニオン先端支持用ニードル軸受22の軌道面にも被膜処理を施している。

図6、図7は、図4、図5のピニオン20を軸方向から見た図であり、基材表面に被膜Fが成膜されている。

一方、本発明の実施形態のラック10のラック歯11aには、図8に示すように、二硫化モリブデンを含む被膜Fを形成している。

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20およびラック10にグリースのような潤滑油を供給する。

図9は、ピニオン20のギヤ歯21への被膜処理有無によるラックアンドピニオン式ステアリング装置の効率比較結果である。被膜処理をすることによってラック推力の大小にかかわらず効率が93.5％から94.5％に向上していることが分かる。

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可能である。

コラムアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。ピニオンアシストタイプのラックアンドピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。ラックアンドピニオン式ステアリシグ装置の要部断面図である。ピニオンのギヤ歯上の成膜範囲を示す図である。ピニオンのシャフト先端部を含めた成膜範囲を示す図である。成膜範囲を示すピニオン軸方向断面図である。成膜範囲を示す別のピニオン軸方向断面図である。ラックの成膜範囲を示す側面図である。被膜処理の有無による効率比較結果である。

符号の説明

1 ステアリングホイール
2 コラム
3 モータ
4 中間シャフト
5 ステアリングギヤ
6 タイロッド
10 ラック
11a ラック歯
11b ラックの下側である背面
12 ラックガイド
12a ローラ
12b ピン
12c ホルダ
12d 溝
13 転がり軸受
14 ばね
15 アジャストスクリュー
16 ロックナット
20 ピニオン
21 ギヤ歯
22 ニードル軸受
23 カバースクリュー
24 軸受
30 ハウジング
F 被膜

Claims

ラックアンドピニオン式ステアリング装置に使用されるラックとピニオン軸において、前記ラックとピニオン軸との少なくともいずれか一方の基材表面に二硫化モリブデンを含む被膜が形成されてい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。
前記被膜が、第一層と第二層から構成される複合膜であり、前記第一層がチタン化合物等を含み前記基材表面に隣接する中間層であると共に前記第二層が二硫化モリブデンを含み前記中間層に隣接する表面層であることを特徴とする、請求項１に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
前記被膜が、マグネトロン・スパッタリング法で形成されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
前記被膜が、前記ラックとピニオン軸の少なくともいずれか一方のギヤ部全体乃至噛み合い部の基材表面に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
前記被膜が、前記ピニオン軸のギヤ部全体乃至噛み合い部と、前記ピニオン軸の先端の軸支持用ニードル軸受軌道面との基材表面に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
前記被膜の厚さが、第一層が０．１〜１．０μｍであり、第二層が、０．３〜１．５μｍであり、前記被膜全体として０．４〜２．５μｍであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。
互いに噛み合う前記ピニオン軸のギヤ歯と前記ラックのラック歯と、前記ピニオン先端支持用ニードル軸受軌道面とが、グリースによって潤滑されることを特徴とする、請求項４又は５のいずれか１項に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置。