JP2009264452A - ラックバー及びステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストローク中央部付近の比ストローク特性をストローク両端側より小さくした場合であっても、オーバーピン寸法測定を高精度に行うこと。
【解決手段】筒部２１と、筒部２１に設けられ、ピニオンギア１３ａと噛み合う複数の歯部２２ａが軸方向に沿って並設されたラック歯形成部２２とを備え、ラック歯形成部２２の歯部２２ａは、ピニオンギア１３ａの回転角と筒部２１の移動距離との比が、軸方向Ｃのストローク両端側Ｙがストローク中央部Ｘに対し大きく形成されるとともに、ストローク両端Ｚに近づくにつれて漸次小さく形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車のパワーステアリング装置等に使用されるラック＆ピニオンギアに用いられるラックバー及びこのラックバーが組み込まれたステアリング装置に関し、特に据え切り時又は極低速走行時における操舵感を向上できるものに関する。

車両を操舵するためのステアリング装置は、ステアリングシャフト側のピニオンギヤと、左右の車輪を接続するタイロッド側に、ラックが形成されたラックバーとを備えており、これらピニオンギヤとラックにより、ハンドルから伝達される回転操舵力をギヤボックスで左右の横力に変換してこれを車輪に伝達し、キングピン回りの回動力を車輪に作用させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

なお、ステアリング装置のステアリングギア比（ハンドル回転角／タイヤ切れ角）は、ラックバーの歯部の間隔及び形状等によって定まる比ストローク特性に依存している（例えば、特許文献２参照）。例えば、図１１に示すように、ラックバーのストローク中央付近では、ピニオン回転角に対し比ストロークを低めに設定することで、ハンドルの中央付近ではタイヤの切れ角の変化を少ないものとして直進時のふらつきを防止している。

なお、図１２に示すように、ラックバーＬのストローク両端側では歯部Ｓが等間隔に配設されている。
特開２００２−１６６８４１号公報 特開平６−７２３４４号公報

上述したラックバーでは、次のような問題があった。すなわち、ハンドルを最大角に切るとピニオンギアがストローク両端部に到達するとともに、ハンドルがロックに当たって停止する。このとき、ハンドルの操舵速度が早かった場合、ハンドルがロックに当たる衝撃で運転手に衝撃が伝わるとともに不快な打撃音が発生する。このため、据え切り時又は極低速走行時における操舵感が低下するという問題がある。

なお、衝撃を緩和するために緩衝材を取り付けることも考えられるが、部品点数の増加に伴いコスト向上となるとともに、小型化・軽量化の障害になるという問題が生じる。

さらに、電動でパワーアシストするタイプのギア（ＥＰＳ）の場合、ハンドルを最大角付近まで切るとモータのアシスト不足が生じるという問題がある。

そこで本発明は、ハンドルを最大角に切ったときにハンドルがロックに当たる衝撃を軽減することで、据え切り時又は極低速走行時における操舵感を向上させ、しかも操舵力不足を防止することができるラックバー及びこのラックバーが組み込まれたステアリング装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のラックバー及びステアリング装置は次のように構成されている。

ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、軸部と、この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されていることを特徴とする。

ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、軸部と、この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、前記ラック歯形成部の歯部のピッチが、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されるとともに、前記軸部の軸方向に対する角度が大きくなることを特徴とする。

操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、このステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、前記ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、前記ラックバーは、軸部と、この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されていることを特徴とする。

操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、このステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、前記ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、前記ラックバーは、軸部と、この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、前記ラック歯形成部の歯部のピッチが、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されるとともに、前記軸部の軸方向に対する角度が大きくなることを特徴とする。

本発明によれば、ハンドルを最大角に切ったときにハンドルがロックに当たる衝撃を軽減することで、据え切り時又は極低速走行時における操舵感を向上させ、しかも操舵力不足を防止することがすることが可能となる。

図１は本発明の一実施の形態に係るラックバー２０が組み込まれたステアリング装置１０を示す斜視図、図２はラックバー２０の比ストローク特性を示す説明図、図３はラックバー２０の要部を模式的に示す説明図である。

ステアリング装置１０は、ハンドル（操舵部材）１１に連結されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に連結されるとともに、先端にピニオンギア１３ａを有するピニオン軸１３と、ピニオンギア１３ａに噛み合わされるラックバー２０とを備えている。ラックバー２０はさらにタイロッド３０、３０を介して前車輪ＷＲ、ＷＬに接続されている。

ラックバー２０は、中実あるいは中空丸棒から形成された筒部２１と、この筒部２１の中央に設けられたラック歯形成部２２と、外周面に何も形成されていない軸部２３と、筒部２１の両端側に設けられ、ラック歯形成部２２の外径と異なる外径を有するロッド部２４とを備えている。

ラック歯形成部２２は、ピニオンギア１３ａと噛み合う複数の歯部２２ａが軸方向Ｃに沿って並設されている。歯部２２ａは、図２に示すように、所定の比ストローク特性を有する間隔で配置されている。

比ストローク特性は、ストローク中央部Ｘよりもストローク両端側Ｙが大きく形成されている。このため、図３に示すように、ストローク中央部Ｘ付近の歯部２２ａの間隔（ピッチ）がストローク両端側Ｙに近づくにつれて漸次広くなっている。例えば、ストローク中央部Ｘの比ストロークが５０〜６０（ｍｍ／ｒｅｖ）で、ストローク両端側Ｙが６０（ｍｍ／ｒｅｖ）としている。一方、ストローク両端Ｚに近づくにつれて小さくなるように形成されている。例えば、比ストロークが５５（ｍｍ／ｒｅｖ）となる。このため、図３に示すように、ストローク両端側Ｙ付近の歯部２２ａの間隔（ピッチ）がストローク両端Ｚに近づくにつれて漸次狭くなっている。なお、歯部２２ａは、間隔が狭くなるにしたがって筒部２１の軸方向Ｃに対する角度が大きくなる。

このように、歯部２２ａの間隔が狭くなると、据え切り時や極低速走行時に早い速度でハンドルを廻しても、ラックバー２０の移動速度がハンドルの最大角に近づくにつれて低速度となり、ロックに当たるときの衝撃が小さくなる。このため、据え切り時又は極低速走行時における操舵感を向上することが可能となる。さらに、電動でパワーアシストするタイプのギア（ＥＰＳ）の場合において、ハンドルを最大角付近まで切った場合でも、モータのアシスト不足が生じることを防止できる。したがって、衝撃を緩和するために緩衝材が不要となり、部品点数を増やすことなくコスト低減を図ることができるとともに、小型化・軽量化を図ることができる。

図４〜図６は、上述したラックバー２０の製造工程の一例を示す図である。図４は芯金１１０を示す側面図、図５は芯金１１０が用いられる中空ラックバー製造装置２００を示す要部断面図である。なお、図５中Ｐは鉄製のパイプ（中空素材）を示している。また、図５中１１０Ａは、芯金１１０と同じ構成の芯金を示している。パイプＰは上述したラックバー２０として用いられるものである。

芯金１１０は、半円形状の棒材１１１を備えている。棒材１１１は、最初にパイプＰに挿入される圧入方向の先端側に位置する先端部１１２と、駆動装置に連結された基端部１１３とを備えている。

この棒材１１１には、上面は全体としては平坦であるが、棒材１１１の軸方向に沿って３つの突起部１２１，１２２，１２３が一体に設けられた平坦部１１１ａが形成されている。一方、棒材１１１は平坦部１１１ａと反対側に位置する背面側でパイプＰの内周面と密接しており、鍛造工程中はバイプＰの内周面との密接を維持しながらパイプＰの軸方向における直線移動が可能である。また、パイプＰの中空部の最小断面領域よりも小さい最大断面領域を有している。すなわち、後述するように、パイプＰの上面が平坦化され、平坦部Ｐａが形成された後であっても円滑に移動できるような大きさに形成されている。棒材１１１の突起部１２１〜１２３とは反対側に位置する背面側には、パイプＰを中空ラックバーとして用いる場合に、外周面側から案内するための案内部材との摺動面に対応する範囲Ｑ（軸を中心にして１２０〜１５０°）にわたって外周押圧面１１４が形成されている。

各突起部１２１〜１２３は、緩やかなテーパ状の案内面が形成されており、成形時の流動抵抗に関わらず芯金１１０のスムーズな動きが得られるようになっている。

次に、この芯金１１０を用いる中空ラックバー製造装置２００の構成について説明する。中空ラックバー製造装置２００は、鉄製パイプＰを保持する下型２１０及び上型２２０とを備えている。中空ラックバー製造装置２００は、下型２１０及び上型２２０に保持されたパイプＰの内部空洞に芯金１１０を圧入させることによりパイプＰの肉を後述する歯型２３０に向けて内径側から張出させることで中空のラックバー２０を製造する装置である。

下型２１０は横断面において半円形の内周面２１１を備え、この半円形の内周面２１１にパイプＰが載置される。上型２２０はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型２３０を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプＰの上面における所定長さの部位に歯型２３０の凹凸に応じてラックを形成することができる。

このように構成された中空ラックバー製造装置２００及び芯金１１０，１１０Ａを用いてパイプＰの鍛造加工を行う。

予め、別の型を用いて中央部を中凹状に平潰し、中凹の半円形状としたパイプＰを用意する。このパイプＰを上型２２０及び下型２１０間に保持し、パイプＰの平坦部Ｐａが歯型２３０に当接させる。

この状態においてパイプＰに対する芯金１１０の圧入が開始される。芯金１１０はその先端１１２よりパイプＰの中空部に導入される。そして、テーパ状の案内面を介して最初の突起部１２１がパイプＰの平坦部Ｐａの内側面に作用し、パイプＰの肉は歯型２３０の歯形に向けて張出される。そして、芯金１１０の圧入が続けられることにより順次突起部１２２，１２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。次に、後退方向に芯金１１０を移動する。続いて、芯金１１０Ａを圧入することで、交互に圧入鍛造を行う。このとき、芯金１１０，１１０Ａには、外周押圧面１１４が形成されているため、パイプＰの下側の面は、Ｒ形状が作りこまれていく。

なお、この後、同様にして、突起部の突出量を僅かに大きくした芯金１１０を用いて圧入鍛造を行う。以降、同様にして芯金１１０のサイズを少しずつ大きく変えつつ、所定の工程を繰り返すことで、最終的な加工が完了する。最終的に、芯金１１０の高さは芯金圧入によりパイプＰの肉が歯型２３０の凹凸に対応して十分に張出されたラックの転写鍛造を完了する。

図７〜図１０は、同ラックバーの製造工程の別の例を示す図である。図７は芯金セットの１つである短尺型の芯金１１０Ｂを示す側面図、図８〜図１０は同芯金セットを用いる中空ラックバー製造装置３００を示す図である。図８は金型及び芯金ホルダまわりを芯金が挟持された状態、図９は金型及び芯金ホルダまわりを芯金受け渡し状態、図１０は金型及び芯金ホルダまわりを芯金の圧入が完了した状態で示している。図１０において、図７と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

芯金１１０Ｂの棒材１１１の長さは、後述する歯型３１３の歯部の長さの半分以下と短い。

中空ラックバーの製造装置３００は、金型３１０、複数の芯金１１０Ｂのセットを収納する芯金ホルダ３２０、第１の芯金押棒３３０、第２の芯金押棒３４０、及び芯金ガイド３５０等を備えている。

金型３１０は、鉄製パイプ材Ｐを保持する下型３１１及び上型３１２とを備えている。下型３１１は横断面において半円形の内周面３１１ａを備え、この半円形の内周面３１１ａにパイプ材Ｐが載置される。上型３１２はその上側の内面が所定長さに亘って長さ方向に間隔をおいた歯型３１３を着脱自在に備えており、転写鍛造によりパイプ材Ｐの上面における所定長さの部位に歯型３１３の凹凸に応じてラックを形成することができる。

芯金ホルダ３２０は、金型３１０の片側、例えば図８〜図１０において金型３１０の右隣にのみ配置されている。図８〜図１０に示すように芯金ホルダ３２０は複数の保持孔３２１を有している。これらの保持孔３２１はパイプ材Ｐが延びる方向に芯金ホルダ３２０を貫通していて、その内部に芯金１１０Ｂが個別に収容されている。収容された芯金１１０Ｂは、金型３１０に対する適正な姿勢で、かつ、不用意に脱落しないように図示しない板ばね等により保持されるようになっている。芯金ホルダ３２０に支持された各芯金１１０Ｂは、金型３１０に対して第１の芯金押棒３３０が挿脱される側に位置されている。

芯金ホルダ３２０はホルダ駆動部（不図示）により移動される。この駆動が行われるたびに、複数の保持孔３２１の内の一つが順次選択されて互いに合わさったパイプ材Ｐの一端に対向される。そのため、芯金ホルダ３２０に支持された芯金１１０Ｂを順次パイプ材Ｐ内に出し入れすることが可能である。このために、ホルダ駆動部で芯金ホルダ３２０を図８〜図１０中上下方向(縦方向)に一定ピッチずつ移動させている。しかし、これに代えて、横方向（図８〜図１０を描いた紙面の表裏方向）に移動させてもよい。或いは、芯金ホルダー３２０を回転可能に設けて、ホルダー駆動部で所定角度ずつ回転させることもできる。

第１の芯金押棒３３０の先端側は、金型３１０に保持されたパイプ材Ｐに対して挿脱自在に形成されている。その際、芯金１１０Ｂを伴って金型３１０に保持されたパイプ材Ｐに挿入される。なお、図８〜図１０中符号３６０は管状の押棒ガイドを示している。

第２の芯金押棒３４０の先端側は、金型３１０に保持されたパイプ材Ｐに対して挿脱自在に形成されている。

図８〜図１０に示すように芯金ガイド３５０は、金型３１０と芯金ホルダ３２０との間に、かつ、金型３１０に寄せて配置されている。この芯金ガイド３５０は、金属等からなりその厚み方向に貫通した通孔３５１を有している。通孔３５１は金型３１０に保持されたパイプ材Ｐの中空部に連通されている。

次に、以上の構成の中空ラックバー製造装置３００を用いて中空のラックバーを製造する手順を説明する。セットされたパイプ材Ｐは金型３１０内に配置され、パイプ材Ｐの他端側は金型３１０から突出される。又、型締めによって、下型３１１及び上型３１２とで挟持されるとともに、平坦部Ｐａに歯型３１３が当接される。

このセット作業の前又は後に、芯金ホルダ３２０を動作させて、それに収容された複数の芯金１１０Ｂの内の一つを、芯金ガイド３５０の通孔３５１に対向した状態に保持する。これとともに、通孔３５１に対向した芯金１１０Ｂの右端に第１の芯金押棒３３０の先端を係合させる。

次に、第２の芯金押棒３４０がパイプ材Ｐ内に挿入され、第２の芯金押棒３４０の先端がパイプ材Ｐ及び芯金ガイド３５０の通孔３５１を挿通して、この通孔３５１に対向している芯金ホルダ３２０内の芯金１１０Ｂの左端に当たるようになる。したがって、通孔３５１内の芯金１１０Ｂがその軸方向両端からこれら両端に接した第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持される。

この後、第１の芯金押棒３３０が、芯金ホルダ３２０の保持孔３２１及び芯金ガイド３５０の通孔３５１を通って、図９に示すように金型３１０に保持されたパイプ材Ｐ内に挿入される。

この時、芯金１１０Ｂは、第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒３３０により押圧されてパイプ材Ｐ内に圧入される。この圧入により、芯金１１０Ｂの突起部１２１〜１２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。芯金１１０Ｂの圧入は、図１０に示すように芯金１１０Ｂが平坦部Ｐａから抜けきらない状態で終了する。

次に、第１の芯金押棒３３０が引き戻される。この時、第２の芯金押棒３４０が芯金ホルダ３２０に向けて移動される。これにより、芯金１１０Ｂは、この芯金１１０Ｂの両端に接した第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持された状態のまま、第２の芯金押棒３４０により押圧されてパイプ材Ｐ及び芯金ガイド３５０の通孔３５１を通って芯金ホルダ３２０に内に押し戻される。この場合にも、芯金１１０Ｂの突起部１２１〜１２３による肉の張出しを受け、圧入鍛造が行われる。

この後、芯金ホルダ３２０を動かして、次に突起部の突起量が大きい芯金１１０Ｂ及びこれが収容された保持孔３２１を芯金ガイド３５０の通孔３５１を通してパイプ材Ｐの開口部に対向させる。

そして、次に使用する芯金１１０Ｂを挟持した状態とした後に、同様にして、芯金１１０Ｂは、第１の芯金押棒３３０と第２の芯金押棒３４０とで挟持された状態のままで、第１の芯金押棒３３０により押圧されてパイプ材Ｐ内に圧入し、一往復させる。こうした手順を順次繰り返すことによって、パイプ材Ｐに金型３１０の歯型３１３に対応したラックを有した中空のラックバー２０を製造する。

最後に、使用した最後の芯金１１０Ｂを芯金ホルダ３２０に戻した後に、第２の芯金押棒３４０をパイプ材Ｐから抜出してから、金型３１０を開く。

上述したように、本発明の実施の形態に係るラックバー２０においては、ハンドルを最大角に切ったときにハンドルがロックに当たる衝撃を軽減することで、据え切り時又は極低速走行時における操舵感を向上することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、ラック歯形成部（歯部）の外径とロッド部（軸部）の外径とは異なるとしたが、同一径のものに適用してもよい。また、中空のラックバーとしたが、中実のラックバーとしてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の一実施の形態に係るラックバーが組み込まれたステアリング装置を示す斜視図。 同ラックバーの比ストローク特性を示す説明図。 同ラックバーの要部を模式的に示す説明図。 同ラックバーの製造工程の一例に係る芯金の要部を示す側面図。 同芯金が適用される中空ラックバー製造装置を示す断面図。 同芯金が挿入された状態の中空ラックバーを示す断面図。 同ラックバーの製造工程の別の例に係る芯金の要部を示す側面図。 同芯金を用いる中空ラックバー製造装置を示す図であって、金型及び芯金ホルダーまわりを芯金が挟持された状態で示す断面図。 同中空ラックバー製造装置の金型及び芯金ホルダーまわりを芯金受け渡し状態で示す断面図。 同中空ラックバー製造装置の金型及び芯金ホルダーまわりを芯金の圧入が完了した状態で示す断面図。 従来のラックバーの比ストローク特性を示す説明図。 同ラックバーの要部を模式的に示す説明図。

符号の説明

１０…ステアリング装置、１１…ハンドル（操舵部材）、１３…ピニオン軸、１３ａ…ピニオンギア、２０…ラックバー、２１…筒部、２２…ラック歯形成部、２２ａ…歯部、２３…軸部、２４…ロッド部。

Claims (4)

1. ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、
   軸部と、
   この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、
   前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されていることを特徴とするラックバー。
2. ピニオンギアに噛み合わされるラックバーにおいて、
   軸部と、
   この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、
   前記ラック歯形成部の歯部のピッチが、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されるとともに、前記軸部の軸方向に対する角度が大きくなることを特徴とするラックバー。
3. 操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、
   このステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、
   前記ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、
   前記ラックバーは、軸部と、
   この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、
   前記ラック歯形成部の歯部は、ピニオンギアの回転角と前記軸部の移動距離との比が、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されていることを特徴とするステアリング装置。
4. 操舵部材に連結されたステアリングシャフトと、
   このステアリングシャフトに連結されるとともに、先端にピニオンギアを有するピニオン軸と、
   前記ピニオンギアに噛み合わされるラックバーとを備え、
   前記ラックバーは、軸部と、
   この軸部に設けられ、前記ピニオンギアと噛み合う複数の歯部が軸方向に沿って並設されたラック歯形成部とを備え、
   前記ラック歯形成部の歯部のピッチが、前記軸方向の両端側が中央部に対し大きく形成されるとともに、両端に近づくにつれて漸次小さく形成されるとともに、前記軸部の軸方向に対する角度が大きくなることを特徴とするステアリング装置。

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