JP2008524044A - 複合ステアリングラック - Google Patents

Abstract

ラック・ピニオン型ステアリングギアに用いられる車両用ステアリングラックは、歯付き領域を有する第一部材を具え、かかる第一部材は管状第二部材に取り付けられる。また、第二部材は、据込み加工により形成された、口径の小さい厚肉領域を有する。第一部材に取り付けられる第二部材の端部又はその近傍に位置する領域は肉厚である。

Description

この発明は、ラック・ピニオン型の車両用ステアリングギアに用いられるステアリングラック、特には管状部材に歯付き部材を取り付けることで製造されるラックに関するものである。

ほとんどのステアリングラックは、円形中実の棒状ストックから製造され、この棒状ストックは、端部近傍にブローチ加工された歯付き領域を有する。そのことから、歯付き領域の横断面は「Ｄ」字状であり、かかる横断面を有するラックは一般に「Ｄラック」と呼ばれている。かかるＤラックの歯付き領域は、その両端から延びている円形中実のシャンクよりも曲げ剛性が相当に低い。しかし、ステアリングラックの重量を最小化する場合には、歯付き領域とシャンクとが同等の曲げ強度を有することが好ましい。この問題に対する一般的な対策としては、シャンクの略全長にわたってガンドリル加工を施すことで、シャンクを実質的に管状に加工することが挙げられる。しかし、ガンドリル加工には、材料の一部が無駄となり、かつ、その加工費が相当に高価となるという欠点がある。

円形中実の棒状ストックからステアリングラックを製造するその他の方法としては、鍛造することにより歯付き領域を成型することが挙がられる。特許文献１；米国特許第４，７５１，９８２号明細書及び特許文献２；米国特許第５，８６２，７０１号明細書には、ばりの無い温間鍛造をするための金型装置が開示されている。なお、「最終的な形状」とは、鍛造されたラック歯が鍛造後に更なる機械加工を必要としないような形状をいう。鍛造には、可変ギア比を有するラック歯を成型することができるという利点がある。このタイプの金型により鍛造されたラックの歯付き領域の断面が「Ｙ」字状となることから、かかるラックは一般に「Ｙラック」と呼ばれている。鍛造されたＹラックの歯付き領域は、同一の直径を有する中実バーからブローチ加工されたＤラックの歯付き領域よりも曲げ強度が大きいことから、Ｙラックは全体の曲げ強度を維持しつつもより小さな直径を有するバーから鍛造することが可能となる。しかし、Ｙラックのシャンクは、重量を更に小さくするため、未だにガンドリル加工されている。また、Ｄラックの歯付き領域を鍛造することもでき、特許文献３；国際公開第２００５／０５３８７５号パンプレットには、Ｄラックをばり無し温間鍛造する金型装置が開示されている。

管状のストックから中空のステアリングラックを製造するに当たり、重量を更に小さくするために様々な試みがなされてきた。特許文献４；米国特許第４，５９８，４５１号明細書には、外側の歯金型を徐々に充填するために、一組のマンドレルを平坦な管内に通すような、少量生産にて使用される方法が開示されている。かかる方法は、相当に高価なものであり、かつ時間を要するものであることから、大量生産には適していない。更に、製造可能な歯の寸法は、管の肉厚により制限されることから、可変ギア比を有するラックを製造することに適していない。

ここでいう「複合ラック」とは、二つ以上の部材を相互に連結することにより製造されるラックをいうものとする。一般に、複合ラックは、管から製造されるシャンクと短い中実のラック部材とを連結することにより製造される。かかる複合ラックは、管上にラック歯を形成することに制限されることなく、重量を小さくすることができるという利点がある。また、少量生産にて、複合ラックを生産する様々な方法が提案又は使用されてきた。例えば、本田技研工業株式会社の車種「オデッセイ（登録商標）」に複合ステアリングラックが使用されている。かかるラックは、管状のシャンクを鍛造された短い中実のＤラックに溶接することにより製造される。かかるラックのシャンクを形成するための管の肉厚は、一般に一定であり、ラックの強度を局所的に小さくすること無く、ネジ穴とネジ溝などのシャンクの特徴と適合するのに充分な長さとなっている必要がある。シャンクの一端には、一般に、ラックの端部に連結ロッドを取り付けるための雌ねじが設けられている。水力ステアリングギアに用いられるステアリングラックの場合には、油圧ピストンを配置するために、シャンクは、その略中央を延びる少なくとも１本の外部表面溝を有している。また、ラック部材に取り付けられる管状シャンクの端部は、強く連結するために充分な厚さである必要がある。しかし、肉厚が一定である管状のシャンクに、これら特徴を設けると、管状シャンクの残りの部分が必要以上に厚くなるので、管状のシャンクを設けることによる複合ラックの重量を抑制する効果が充分に得られなくなる。

米国特許第４，７５１，９８２号明細書 米国特許第５，８６２，７０１号明細書 国際公開第２００５／０５３８７５号パンプレット 米国特許第４，５９８，４５１号明細書

従って、この発明の目的は、従来技術の欠点の少なくともいくつかは改善可能な複合ステアリングラックを提供することにある。

この発明は、ラック・ピニオン型のステアリングギアに用いられる車両用ステアリングラックであって、かかるステアリングラックは、歯付き領域を有する第一部材を具え、その第一部材は管状の第二部材に取り付けられ、かかる第二部材は、据込み加工により形成された、内径が小さいような厚肉領域を有し、かかる厚肉領域は、第一部材に取り付けられた第二部材の端部又はその近傍に配置されることを特徴とする。

第一の好ましい実施形態において、第一部材は第二部材にねじ結合により取り付けられる。

また、ねじ結合は、第一部材の一端に雄ねじを具え、かかる雄ねじは第二部材の厚肉領域の雌ねじと係合することが好ましい。

更に、第一部材は、歯付き領域と雄ねじとの間に反径方向の段差を具え、第一部材に取り付けられる第二部材の端部はかかる段差に当接することが好ましい。

更にまた、第二部材を局部変形させることにより、第一部材の凹部内へと固定されていることが好ましい。

加えて、凹部は穴を有し、第二部材の壁部の局部変形により、かかる穴内へと固定されることが好ましい。

加えてまた、第一部材はシリンダ状の位置決め部分を有し、管状の第二部材のボアに係合する配置にあることが好ましい。

また、ねじ結合は、ねじ固定接着剤により固着されることが好ましい。

第二の好ましい実施形態において、第一部材と第二部材は、相互に溶接される。

また、第二部材に溶接される第一部材の端部の内径と外径は、厚肉領域における内径と外径と夫々実質的に同一であることが好ましい。

更に、近接した厚肉領域と第二部材の管状部分とは、実質的に同一の外径を有することが好ましい。

更にまた、第一部材は実質的に中実であることが好ましい。

加えて、据込み加工は第一及び第二部材を相互に取り付ける前に行われることが好ましい。

加えてまた、歯付き領域はばり無し温間鍛造されることが好ましい。

図１〜図４はこの発明に従う第一の実施形態であり、鍛造されたＤラック歯付き部材２及び管状シャンク部材３を具える複合ステアリングラック１を示す。歯付き部材２は、その略全体にわたる歯付き領域４、タイロッドを取り付けるための雌ねじ２２を有するタイロッド端５、及び、その反対側の端部に取付け端６を有する。

歯付き部材２は、特許文献３に開示されている金型装置を使用することにより、シリンダ状の中実ブランク（素材）から、ばり無し温間鍛造されたものである。歯付き部材２を鍛造すると、次いで歯付き領域４は誘導硬化する。歯付き部材２の端部は、タイロッド端５及び取付け端６を機械加工して形成するために柔らかいままに維持する。取付け端６は、雄ねじ２３、シリンダ状位置決め部分２４、及び、雄ねじ２３と歯付き領域４間にて軸線方向に沿って反径方向の段差２５を有する。シリンダ状位置決め部分２４は、ラジアル段差２５と雄ねじ２３との間にて軸線方向に沿って配置されている。

管状シャンク部材３は、一定の口径及び肉厚を有する管（図示せず）から製造される。管状シャンク部材は、局所的な据込み加工により製造され、口径が小さい厚肉領域１０、１２及び２６を除く領域にて、元の管と同一の肉厚及び外径を有する。領域１０、１２及び２６は元の管と同一の外径を有する。管状部材３の領域３０及び３１は、元の管と同様な、一定の肉厚及び外径を有する。据込み加工は、ローラー等により管の外径を拘束しつつ、管を局所的に過熱し、次いで軸方向に押圧することにより行われる。外径を拘束して、内側に据込み加工し、ボアを厚肉とし、かつ、その口径を小さくする。

厚肉領域１２は、油圧ピストン（図示せず）を配置するために機械加工された２本の円周溝１４を有する。円周溝１４は、厚肉領域に配されていることから、管状シャンク部材３の剛性を低下させることは無い。厚肉領域１０は、管状シャンク部材３の端部に位置し、ラック１の一端を形成しており、タイロッド端に取り付けるための機械加工された雌ねじ８を有する。

図４に示すように、厚肉領域２６は、歯付き部材２に取り付けられている管状部材３の端部に位置している。厚肉領域２６の穴内にて、雌ねじ２７及び位置決め穴２８が機械加工される。管状部材３の端面２９が歯付き部材２の反径方向の段差２５と当接するまで雄ねじ２３が雌ねじ２７に係合することで、歯付き部材２及び管状部材３が相互に取り付けられる。かかるねじ連結は、ラック１が使用され、荷重が負荷されている際に、端面２９が反径方向の段差２５から離間しない程度まで締められることが好ましい。この方法により、ねじを事前に組み込むことで、雄ねじ２３を形成するために必要な歯付き部材２の端部６の口径が小さくなるので、ラック１近傍部分に比べ、ラック１の取付け領域の剛性が低下しないこととなる。ねじ連結は、ねじ固定接着剤により固着される。シリンダ状位置決め部分２４は、位置決め穴２８の内部に係合する位置にあり、管状部材３と歯付き部材２との正確な整列を可能とする。

据込み加工により、管状部材３の局所的に厚肉領域１０、１２及び２６は、管状シャンク部材３を、肉厚が一定の管状シャンク部材３である場合に所望されるように、より小さな肉厚の管から製造することを可能とする。管状部材３全体の強度を維持しつつも、ラック１の重さを最小化するためには、厚肉領域２６を具える管状部材３の取付け端は、隣接する完全にシリンダ状となっている領域３０よりも厚くすることにより、肉厚を充分に確保して、雌ねじ２及び位置決め穴２８を機械加工することを可能とする。更に、上述したように、ねじ連結を事前に組み込むために充分な強度を付与するために、取付け端の肉厚をより大きくする必要がある。同様に、厚肉領域１０及び１２は、管状部材３の強度を局所的に低下させること無くその特徴を機械加工することが可能である。

図５及び６は、この発明に従う複合ステアリングラック１ａの第二の実施形態を示す。ラック１ａは、ラック１ａの使用に際して、ねじ連結が緩くならないようにアセンブリが固定された後に、管状部材３が歯付き部材２ａに固定されていることを除いて、図１〜４におけるラック１と同一のものである。歯付き部材２ａは、シリンダ状位置決め部位２４のペリフェリに浅い穴３２を有する。ねじ連結が堅固なものとなった後に、管状部材３の壁部は、局所的な湾入部３３を形成させることに適した工具を用いて穴３２内に固定される。ねじ連結を固定し、相対回転する歯付き部材と管状部材とを係止するために、その他の局部変形方法を使用することも可能である。例えば、穴３２を、いわゆるキー溝と呼ばれる、長手方向の溝に置き換えることができ、あるいは、たった１つの穴では無く、複数の穴を設けることも可能である。

図７〜１０は、この発明に従う複合ステアリングラック１ｃの第三の実施形態を示す。ラック１ｃは、歯付き部材２ｃが管状部材３ｃへと、ねじ締結によってではなく、溶接により取り付けられていることを除いて、図１〜４に示すラック１と同一のものである。歯付き部材２ｃの取付け端は、管状部材３ｃの取付け端における厚肉領域２６と実質的に同等の内外径を有し、短く、軸方向に延在する管状部分３４を形成するために機械加工される。磁気溶接、摩擦溶接又はレーザー溶接により、溶接ジョイント３５を形成することが好ましい。一旦溶接されると、従来技術にあるように、外部からの更なる溶接線は取り除かれる。また、溶接するとき、加熱すること及び応力を開放することができる。溶接後には、管状シャンク部材３ｃを、誘導硬化し、最終的な寸法に研削することができる。厚肉領域２６は、管状部材３ｃの近接部分３０よりも、ラック全体の重量を大きくすることなく、溶接連結３５の強度が大きくなるという利点がある。

上述した実施形態では「Ｄ」字状の歯付き部材を使用しているが、「Ｙ」字状の歯付き部材等を使用することもできることに留意されたい。また、歯付き部材は、鍛造のみならず、ブローチ加工等の機械加工により製造することもできる。更に、歯付き部材の歯は、一定比又は可変比とすることができる。

明細書内にて使用している「具える」は包含的な意味合いで使用され、「含む」、「有する」などと同義であり、「のみからなる」といった限定的な意味合いとして使用されてはいない。

この発明に従う第一の実施形態である複合ステアリングラックの上面図である。 図１に示すステアリングラックのＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１に示すステアリングラックの部材の、組立て前にある各部材の取付け端の詳細斜視図である。 図１に示すステアリングラックの取付け領域の詳細断面図である。 この発明に従う第二の実施形態である複合ラックの詳細断面図である。 図５に示すステアリングラックの部材の詳細斜視図であり、組立て前にある各部材の取付け端を示している。 この発明に従う複合ステアリングラックの第三の実施形態を示す。 図７に示すステアリングラッＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 図７に示すステアリングラックの部材の詳細斜視図であり、組立て前にある各部材の取付け端を示している。 図７に示すステアリングラックの取付け領域の詳細断面図である。

Claims (14)

1. ラック・ピニオン型のステアリングギアに用いられる車両用ステアリングラックであって、該ステアリングラックは、歯付き領域を有する第一部材を具え、該第一部材は管状の第二部材に取り付けられており、
   前記第二部材は、据込み加工により形成された、内径が小さい厚肉領域を有し、その厚肉領域が、前記第一部材に取り付けられる該第二部材の端部又はその近傍に配置されていることを特徴とするステアリングラック。
2. 請求項１に記載のステアリングラックであって、前記第一部材は前記第二部材にねじ結合されている、ステアリングラック。
3. 請求項２に記載のステアリングラックであって、前記ねじ結合は、前記第一部材の一端にある雄ねじと、それと係合する、前記第二部材における厚肉領域に形成された雌ねじからなる、ステアリングラック。
4. 請求項４に記載のステアリングラックであって、前記第一部材は、前記歯付き領域と前記雄ねじとの間に配置された反径方向の段差を有し、該第一部材に取り付けられる前記第二部材の端部は前記段差に当接している、ステアリングラック。
5. 請求項２に記載のステアリングラックであって、前記ねじ結合は、前記第二部材を局部変形させることにより前記第一部材の凹部内へと固定されている、ステアリングラック。
6. 請求項５に記載のステアリングラックであって、前記凹部は、前記局部変形により前記第二部材の壁部を固定する穴を具える、ステアリングラック。
7. 請求項２に記載のステアリングラックであって、前記第一部材は、前記管状の第二部材のボアに係合するシリンダ状の位置決め部分を有する、ステアリングラック。
8. 請求項２に記載のステアリングラックであって、前記ねじ結合はねじ固定接着剤により固着されている、ステアリングラック。
9. 請求項１に記載のステアリングラックであって、前記第一及び第二部材は、相互に溶接されている、ステアリングラック。
10. 請求項９に記載のステアリングラックであって、前記第二部材に溶接されている前記第一部材の端部は、管状部分を有し、該管状部分はその外径及び内径において、前記厚肉領域と実質的に同一である、ステアリングラック。
11. 請求項１に記載のステアリングラックであって、前記厚肉領域と、それに直接隣接する前記第二部材の部分は、実質的に同一の外径を有する、ステアリングラック。
12. 請求項１に記載のステアリングラックであって、前記第一部材は実質的に中実である、ステアリングラック。
13. 請求項１に記載のステアリングラックであって、前記据込み加工は、前記第一及び第二部材を相互に取り付ける前に実施される、ステアリングラック。
14. 請求項１に記載のステアリングラックであって、前記歯付き領域は、ばり無し温間鍛造される、ステアリングラック。

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