JP2007308076A - パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工作業性が容易であると共に高い加工精度を確保し得るパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイールに連係するウォームシャフト３と、ギヤケース１のシリンダ１ａ内に摺動自在に収容されて該シリンダの内部を二つの第１、第２圧力室Ｐ１，Ｐ２に隔成し、外周部の一側面にラック１０を有するピストン４と、外部から供給される油圧を、ウォームシャフトの回転方向に応じて選択的に切り換えて前記各圧力室に供給するロータリバルブ７と、外周部の一部に周方向に沿って形成されてラックに噛合する複数の歯部を有し、ピストンの摺動に伴って回動するセクタギヤ１５を有するセクタシャフト１４と、を備え、前記各歯部のうち、ステアリングホイールの中立位置付近においてラックと噛合する中央歯部１６の両作用歯面にそれぞれ突部を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両のインテグラル型のパワーステアリング装置に適用されるセクタギヤの歯部の改良に関する。

従来のパワーステアリング装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

このパワーステアリング装置は、ボールナットに形成されたラックに噛合するセクタギヤの回動によって車輪を転蛇させる周知のインテグラル型パワーステアリング装置であって、直進走行時であるステアリングの中立時においてセクタギヤと噛合するラックの隣接対向する作用歯面に、対となる球状凸部が形成されている。

これにより、ラックとセクタギヤの間に適度なバックラッシを付与すると共に、ステアリング中立時にセクタギヤに噛合するラックの作用歯面のみに前記各球状凸部を形成しているため、転蛇時におけるステアリングの操作性を悪化させることなく、高速直進時の操舵安定性を確保することが可能となっている。
特開平９−２４９１４３号公報

しかしながら、前記従来のパワーステアリング装置にあっては、ステアリング中立時においてセクタギヤと噛合するラックの作用歯面、すなわち、該ラックの歯溝の隣接対向する奥まった歯元面に前記各球状凸部を形成するようになっているため、該各球状凸部の加工が非常に困難である。この結果、加工作業性が低下し、加工コストの増加を余儀なくされ、ひいては製造コストが増加してしまうという問題があった。

また、前記各球状凸部の加工の困難性から、該各球状凸部の加工精度が低くなってしまった場合には、反対に前記各球状凸部を形成しない場合よりも操舵フィーリングを悪化させてしまうおそれがある。

本発明は、このような技術的課題に着目して案出されたものであって、加工作業性が容易であると共に高い加工精度を確保し得るパワーステアリング装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、ステアリングホイールに連結された入力軸と、ハウジング内に摺動自在に収容されて該ハウジングの内部を二つの圧力室に隔成し、外周部の一側面にラックを有するピストンと、外部から供給される油圧を、前記入力軸の回転方向に応じて選択的に切り換えて前記各圧力室に供給する制御弁と、外周部の一部に周方向に沿って形成されて前記ラックに噛合する複数の歯部を有し、前記ピストンの摺動に伴って回動する回動部材と、を備え、前記各歯部のうち、前記ステアリングホイールの中立位置付近において前記ラックと噛合する歯部の両歯面に突部を設けたことを特徴としている。

この発明によれば、前記ステアリングホイールの中立位置付近における前記回動部材と前記ラックとの噛み合い圧力のみを上昇させることが可能になるため、転蛇時における操舵性を悪化させることなく直進時における操舵安定性の向上を図ることができる。そして、前記各突部は、前記ラックと噛合する歯部の作用歯面、すなわち該歯部の歯すじ近傍又は歯末側に形成されるため、各突部の加工が容易であると共に、高い加工精度が得られる。

請求項２に記載の発明は、前記突部は、前記歯部に熱処理を施した後に研磨加工によって形成されることを特徴としている。

この発明によれば、前記各歯部に焼き入れなどの熱処理を施した後に研磨加工によって前記各突部を形成したため、該熱処理による前記各歯部の形状や精度の変化の影響を受けることがなく、前記各突部の高い加工精度を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、ステアリングホイールに連結された入力軸と、ハウジング内に摺動自在に収容されて該ハウジングの内部を二つの圧力室に隔成し、外周部の一側面にラックを有するピストンと、外部から供給される油圧を、前記入力軸の回転方向に応じて選択的に切り換えて前記各圧力室に供給する制御弁と、外周部の一部に周方向に沿って所定の渦巻線からなる歯形形状に設けられて前記ラックに噛合する複数の歯部を有し、前記ピストンの摺動に伴って回動する回動部材と、を備え、前記各歯部のうち、前記ステアリングホイールの中立位置付近において前記ラックと噛合する歯部の作用歯面を、前記渦巻線よりも外側に突出する歯形形状に形成したことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、ステアリングホイールに連結された入力軸と、ハウジング内に摺動自在に収容されて該ハウジングの内部を二つの圧力室に隔成し、外周部の一側面にラックを有するピストンと、外部から供給される油圧を、前記入力軸の回転方向に応じて選択的に切り換えて前記各圧力室に供給する制御弁と、外周部の一部に周方向に沿って形成されて前記ラックに噛合する複数の歯部を有し、前記ピストンの摺動に伴って回動する回動部材と、を備え、前記各歯部のうち、前記ステアリングホイールの中立位置付近において前記ラックと噛合する歯部の噛み合い圧力を、他の歯部よりも大きく設定したことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、前記歯部は、熱処理を施した後に研磨加工によって最終形状が形成されることを特徴としている。

以下、本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態を図面に基づいて詳述する。なお、本実施の形態は、このパワーステアリング装置を、例えば車両のインテグラル型パワーステアリング装置に適用したものを示している。

すなわち、このパワーステアリング装置は、図１に示すように、内部にシリンダ１ａが形成されたハウジングであるギヤケース１と、前記シリンダ１ａの一端部開口を閉塞するバルブケース２と、一端部が前記バルブケース２内に軸支されて他端部が前記シリンダ１ａ内に挿入配置されたウォームシャフト３と、該ウォームシャフト３の他端部外周に設けられると共に前記シリンダ１ａ内に摺動自在に収容され、該シリンダ１ａ内を第１圧力室Ｐ１及び第２圧力室Ｐ２の二つの圧力室に隔成するピストン４と、を備えている。

前記ウォームシャフト３は、ほぼ中空円筒状に形成されていて、一端側に段差状に拡径する拡径部３ｂを有する一方、他端側外周には、軸方向の所定の範囲にボールねじ溝３ａが形成されている。また、前記ウォームシャフト３は、前記拡径部３ｂの内周側に、図外のステアリングホイールに連係するスタブシャフト５が同軸線上に嵌挿されていて、前記バルブケース２の内周側に配設された軸受２０ａ，２０ｂによってそれぞれ回転自在に支持されている。そして、前記ウォームシャフト３とスタブシャフト５は、それぞれの軸心部に穿設された挿通孔内に挿通配置されたトーションバー６を介して連結され、所定の角度の範囲内で相対回転可能になっている。

前記ピストン４は、軸心部に貫通孔４ｂが穿設されていて、該貫通孔４ｂの内周の所定の範囲にボールねじ溝４ａが形成されると共に、前記貫通孔４ｂの図１中左端部開口がキャップ２１によって閉塞されている。そして、前記ピストン４は、これら各ボールねじ溝３ａ，４ａ間に複数のボール２２を介在させてウォームシャフト３に螺合している。これにより、前記ピストン４は、ウォームシャフト３の回転に伴って該ウォームシャフト３の軸方向へ移動可能になっている。

前記ピストン４の外周には、図２に示すように、前記ボールねじ溝４ａの軸方向両端部に二つの固定用孔３ｃが穿設されると共に該各固定用孔３ｃに管状のチューブ２３の両端部が圧入固定されて、このチューブ２３を介して前記ボールねじ溝４ａの軸方向両端部が連通している。なお、前記チューブ２３は、ボルトによってピストン４の一側面（図１中の上側面）に固定されている。このようにして、ウォームシャフト３の回転に伴って、前記各ボールねじ溝３ａ，４ａ間のボール２２が、チューブ２３内を通って該各ボールねじ溝３ａ，４ａ間を循環するようになっている。

前記バルブケース２内には、図１に示すように、制御弁であるロータリバルブ７が収容されている。このロータリバルブ７は、スタブシャフト５と一体に回転するロータリスプール７ａと、ウォームシャフト３と一体に形成されてスリーブの役割をする前記拡径部３ｂと、から構成され、図外のオイルポンプ及びリザーバタンクに接続されている。なお、このロータリバルブ７は、従来周知の構造となっていることから、作用のみを簡単に説明すると、前記ステアリングホイールを操舵すると、該ステアリングホイールの回転方向に応じて前記ロータリバルブ７が切換作動し、前記オイルポンプから吐出された圧力流体が前記第１圧力室Ｐ１及び第２圧力室Ｐ２のいずれか一方に選択的に供給されると共に、前記各圧力室Ｐ１，Ｐ２のいずれか他方を前記リザーバタンクに連通させて、両圧力室Ｐ１，Ｐ２間の圧力差によってピストン４を軸方向へ摺動させるようになっている。

前記ピストン４の他側面（図１中の下側面）には、図１及び図２に示すように、軸方向の所定の範囲に、軸直角方向（図２中の左右方向）に沿って形成された複数の歯溝１１，１２，１３を有するラック１０が形成されている。このラック１０は、図３に示すように、後述するセクタギヤ１５の中央歯部１６に噛合する中央歯溝１１の作用歯面１１ａ，１１ｂの歯面間距離Ｌ１が、ラック１０の他の歯溝１２，１３における歯面間距離Ｌ２よりも僅かに小さく形成されている。

前記ギヤケース１内には、図２に示すように、該シリンダ１ａと連通して前記ラック１０に臨むシャフト収容部１ｂが設けられている。このシャフト収容部１ｂは、前記シリンダ１ａに対して軸直角方向（図２中の左右方向）に形成され、その後端部（図２中の左端部）がサイドカバー８によって閉塞されている。そして、前記シャフト収容部１ｂには、図外のリンク機構を介して車輪と連係するセクタシャフト１４が挿通配置されている。

このセクタシャフト１４は、軸方向の所定位置に、前記シリンダ１ａに臨んでラック１０と噛合する回動部材であるセクタギヤ１５が一体に設けられている。また、前記セクタシャフト１４は、前記セクタギヤ１５の軸方向の前後端部が、シャフト収容部１ｂの前端開口部１ｃ及び該開口部１ｃと同軸線上に形成されたサイドカバー８の凹部８ａ内に回転自在に支持されている。

前記セクタギヤ１５は、図３に示すように、前記ラック１０の各歯溝１１，１２，１３に噛合する複数の歯部１６，１７，１８が形成されている。この各歯部１６〜１８は、その歯面が例えばインボリュート曲線からなる歯形に形成されると共に、該各歯部１６〜１８の歯底がセクタシャフト１４の先端側（図２中の右端側）に下り傾斜状に設けられている。そして、前記セクタギヤ１５の各歯部１６〜１８は、前記ステアリングホイールが中立（直進）位置にあるときにラック１０に噛合する歯部、つまり各歯部１６〜１８のうち中央に位置する中央歯部１６のみが、他の歯部１７，１８と比べて若干異形に形成されている。すなわち、前記中央歯部１６は、図４に示すように、前記他の歯部１７，１８の歯形を基本として、ラック１０の中央歯溝１１に噛み合い接触するその両作用歯面１６ａ，１６ｂに、基本歯形を象るインボリュート曲線（図４中の破線）よりも外側にそれぞれ僅かに突出する突部１９ａ，１９ｂが形成されている。

この各突部１９ａ，１９ｂは、なだらかな山状に形成されると共に、具体的な突出量としては約７０μｍに形成されている。そして、前記各突部１９ａ，１９ｂは、その大きさが微小であることから、前記各歯部１６〜１８の歯形を切削加工などにより形成して該各歯部１６〜１８を焼き入れなどの熱処理を施した後、その歯面１６ａ，１６ｂを研磨加工してその最終形状を形成する際に、該各突部１９ａ，１９ｂの部位を残す形で研磨加工することによって形成される。

また、前記セクタシャフト１４の後端部（図２中の左端部）には、その端面から軸方向に沿って形成された凹部１４ａが形成されている。そして、サイドカバー８の凹部８ａには、その底壁に穿設された雌ねじ孔８ｂを介して外側からアジャストボルト９が螺入されており、該アジャストボルト９の先端部９ａがセクタシャフト１４の凹部１４ａ内に係入している。したがって、アジャストボルト９を回転させてセクタシャフト１４を軸方向に移動させることによって、前記ステアリングホイールの中立時において、セクタギヤ１５の両突部１９ａ，１９ｂとラック１０の中央歯溝１１の作用歯面１１ａ，１１ｂとの噛み合い接触状態を調節している。

次に、前記パワーステアリング装置の作用について図１、図２及び該パワーステアリング装置の操舵トルクの検出結果を示す図５に基づいて説明する。

まず、前記ステアリングホイールを一方向に回転させると、スタブシャフト５が回転してトーションバー６が捩られ、スタブシャフト５の回転に追従してウォームシャフト３が回転することによって、ピストン４が例えば図１中の左側に摺動する。それと同時に、前述のように、スタブシャフト５の回転に伴ってロータリバルブ７が切換作動し、第１圧力室Ｐ１がオイルポンプから圧力流体が供給されて高圧となる一方、第２圧力室Ｐ２は前記リザーバタンクに圧力流体が排出されて低圧となり、この両圧力室Ｐ１，Ｐ２間の差圧により前記ピストン４の摺動を補助する。そして、前記ピストン４が左側に摺動すると、前記セクタシャフト１４が図２中の時計方向に回転して前記リンク機構を介して図外のピットマンアームを車両の幅方向左側に引くことにより、車輪が右方向に転蛇される。

このように、前記パワーステアリング装置は、前記ステアリングホイールの回転力に加えて、圧力流体によりピストン４を介してウォームシャフト３に回転力が付与されることによって、ステアリングホイールの操舵力がアシストされる。

そして、前記ステアリングホイールの中立時には、前記セクタギヤ１５の中央歯部１６の両作用歯面１６ａ，１６ｂにのみ前記両突部１９ａ，１９ｂが形成されると共に、前記ラック１０において前記中央歯部１６が噛み合い接触する中央歯溝１１の歯面間距離Ｌ１が他の歯溝１２，１３の歯面間距離Ｌ２よりも小さく設定されていることから、図５中の中央部分に実線Ｘで示すように、セクタギヤ１５の各突部１９ａ，１９ｂとラック１０の中央歯溝１１の両作用歯面１１ａ，１１ｂとの噛み合い圧力が局部的に高められて、該セクタギヤ１５とラック１０とのバックラッシはゼロに等しくなる。

これにより、前記ステアリングホイールの中立時のみにおけるセクタギヤ１５とラック１０との間のがたつきが防止され、特に高速直進走行時における操舵安定性が向上する。

一方、前記ステアリングホイールの操舵時には、従来はセクタギヤ１５とラック１０との噛み合い圧力が、図５中の破線Ｙで示すように、操舵角の増加に対して徐々に噛み合い圧力が低下するようになっていたが、本実施の形態では、少量の操舵角によってセクタギヤ１５の各突部１９ａ，１９ｂがラック１０の中央歯溝１１の各作用歯面１１ａ，１１ｂから離れるため、図５中の実線Ｘで示すように、セクタギヤ１５とラック１０との噛み合い圧力が所望の値まで急激に低下して、該セクタギヤ１５とラック１０の間に適度なバックラッシが得られる。

これにより、前記ステアリングホイールの中立時におけるセクタギヤ１５とラック１０の接触剛性を向上させても、セクタギヤ１５とラック１０は、前記ステアリングホイールに少量の操舵角を付与した直後から滑らかに噛合することによって接触剛性が低下するため、ステアリングホイールの回転、すなわち操舵フィーリングが良好となる。

したがって、本実施の形態によれば、前記ステアリングホイールの中立位置付近におけるセクタギヤ１５とラック１０との噛み合い圧力のみを上昇させることが可能となり、転蛇時における操舵性を悪化させることなく、直進時における操舵安定性の向上を図ることができる。

そして、セクタギヤ１５の各歯部１６〜１８はセクタシャフト１４の周方向の法線状に突出形成されていることから該各歯部１６〜１８の歯面間距離が比較的大きく設けられていると共に、前記各突部１９ａ，１９ｂは前記中央歯部１６の作用歯面１６ａ，１６ｂ、すなわち該中央歯部１６の歯すじ近傍から歯末側にかけて形成されるため、前記研磨加工によって前記中央歯部１６の作用歯面１２，１２ｂに微小の前記各突部１９ａ，１９ｂを容易に形成することができる。これにより、前記各突部１９ａ，１９ｂの加工作業性の向上が図られて、該各突部１９ａ，１９ｂの加工精度も確実に確保できることから、パワーステアリング装置における操舵フィーリングのばらつきや低下が生じるおそれもない。

また、前記各突部１９ａ，１９ｂは、セクタギヤ１５の各歯部１６〜１８の熱処理後に前記中央歯部１６の作用歯面１６ａ，１６ｂを研磨加工することによって形成したため、前記熱処理による中央歯部１６の形状や精度の変化の影響を受けるおそれがなく、前記各突部１９ａ，１９ｂの高い加工精度を確保することができる。

さらに、前記パワーステアリング装置は、前記各突部１９ａ，１９ｂによってセクタギヤ１５とラック１０との噛み合い圧力を高めていることから、前記ラック１０に対してセクタギヤ１５を押圧する押圧手段を必要としないため、部品コスト及び組付コストなどが低減されて、製造コストの低廉化が図れる。

本発明は、前記実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えば前記ピストン４やセクタギヤ１５の形状及び大きさ、並びに前記各突部１９ａ，１９ｂの形状及び突出量は、車両の仕様や大きさなどによってそれぞれ自由に変更することができる。特に、前記各突部１９ａ，１９ｂの形状については、山状に換えて例えば円弧状に形成するなど、ステアリング中立時におけるセクタギヤ１５とラック１０の間に所定の噛み合い圧力が得られればよく、特定の形状には限定されない。

さらに、前記セクタギヤ１５の歯形の形状はインボリュート曲線を基調としたものに限定されるものではなく、トロコイド曲線など渦巻線を基調としたものであれば、前記実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

本発明に係るパワーステアリング装置の実施の形態を示し、本発明の全体を説明する断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 同パワーステアリング装置の実施の形態を示し、セクタギヤとラックとの噛み合い状態を説明する図１の部分拡大図である。 同パワーステアリング装置の実施の形態を示し、本発明の要部を説明する図３の部分拡大図である。 本発明に係るパワーステアリング装置の操舵トルクの検出結果を示す線図である。

符号の説明

１…ギヤケース（ハウジング）
３…ウォームシャフト（入力軸）
Ｐ１…第１圧力室（圧力室）
Ｐ２…第２圧力室（圧力室）
４…ピストン
７…ロータリバルブ（制御弁）
１０…ラック
１１〜１３…歯溝
１５…セクタギヤ（回動部材）
１６〜１８…歯部
１６ａ，１６ｂ…作用歯面
１９ａ，１９ｂ…突部

Claims (5)

1. ステアリングホイールに連結された入力軸と、
   ハウジング内に摺動自在に収容されて該ハウジングの内部を二つの圧力室に隔成し、外周部の一側面にラックを有するピストンと、
   外部から供給される油圧を、前記入力軸の回転方向に応じて選択的に切り換えて前記各圧力室に供給する制御弁と、
   外周部の一部に周方向に沿って形成されて前記ラックに噛合する複数の歯部を有し、前記ピストンの摺動に伴って回動する回動部材と、を備え、
   前記各歯部のうち、前記ステアリングホイールの中立位置付近において前記ラックと噛合する歯部の両歯面に突部を設けたことを特徴とするパワーステアリング装置。
2. 前記突部は、前記歯部に熱処理を施した後に研磨加工によって形成されることを特徴とする請求項１に記載のパワーステアリング装置。
3. ステアリングホイールに連結された入力軸と、
   ハウジング内に摺動自在に収容されて該ハウジングの内部を二つの圧力室に隔成し、外周部の一側面にラックを有するピストンと、
   外部から供給される油圧を、前記入力軸の回転方向に応じて選択的に切り換えて前記各圧力室に供給する制御弁と、
   外周部の一部に周方向に沿って所定の渦巻線からなる歯形形状に設けられて前記ラックに噛合する複数の歯部を有し、前記ピストンの摺動に伴って回動する回動部材と、を備え、
   前記各歯部のうち、前記ステアリングホイールの中立位置付近において前記ラックと噛合する歯部の作用歯面を、前記渦巻線よりも外側に突出する歯形形状に形成したことを特徴とするパワーステアリング装置。
4. ステアリングホイールに連結された入力軸と、
   ハウジング内に摺動自在に収容されて該ハウジングの内部を二つの圧力室に隔成し、外周部の一側面にラックを有するピストンと、
   外部から供給される油圧を、前記入力軸の回転方向に応じて選択的に切り換えて前記各圧力室に供給する制御弁と、
   外周部の一部に周方向に沿って形成されて前記ラックに噛合する複数の歯部を有し、前記ピストンの摺動に伴って回動する回動部材と、を備え、
   前記各歯部のうち、前記ステアリングホイールの中立位置付近において前記ラックと噛合する歯部の噛み合い圧力を、他の歯部よりも大きく設定したことを特徴とするパワーステアリング装置。
5. 前記歯部は、熱処理を施した後に研磨加工によって最終形状が形成されることを特徴とする請求項３又は４に記載のパワーステアリング装置。
   

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