JP2009292173A - ラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオン軸の軸端の軸支嵌合部に生じる応力集中を緩和することができ、かつ軸端部の圧縮応力が極少となり、疲労強度の向上を図ることができるラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造を提供する。
【解決手段】このピニオン軸支持構造は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置において、ピニオン軸３の先端部中心にボルト１１を螺着し、このボルト１１をラックハウジング２に回転可能に軸支する構造を有しており、このボルト１１の軸部１３が玉軸受１５によってラックハウジング２に軸支されるとともに、このボルト軸部１３がピニオン軸３の先端部にインロー嵌合されることでピニオン軸３がラックハウジング２に回転可能かつ軸方向移動不能に軸支される。
【選択図】図１

Description

本発明は車両のラックアンドピニオン式ステアリング装置に関し、特に、ラックと噛合するピニオン軸の端部をラックハウジングに支持するピニオン軸支持構造に関する。

ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングシャフトの下端に連結されるピニオン軸とラック軸をラックハウジングで軸支し、前記ラック軸の両端をタイロッド等を介して転舵装置に連結して該ラック軸の左右移動に応じて車輪の転向を行う。前記ピニオン軸は通常ピニオン形成部の両端側、つまり下部の軸端とステアリングシャフトとの連結部側の２箇所でころがり軸受を介して軸方向移動不能に軸支される。一般には、ピニオン軸を軸支する２箇所の軸受の少なくとも一方は深みぞ形の玉軸受が用いられ、これによってピニオン軸の軸方向移動を拘束している。

ピニオン軸をラックハウジングのピニオン軸挿入口側で玉軸受により軸支したものとしては特許文献１に示されている。
特許文献１では、ラックハウジングのピニオン軸挿入口に玉４点接触式の深みぞ形玉軸受を設け、この玉軸受の外輪をハウジングの挿入口の内周段部とねじ付カバーとで拘束し、軸受内輪をピニオン軸の段差肩部と該軸の周方向切欠き溝に加締嵌合したリングによって軸方向の拘束を行っている。そして、ピニオン軸に加わる曲げ応力や捩り力に基づく前記切欠き溝への応力集中を避けるため、前記リングと係合する切欠き溝以外に、その近傍部位に、複数の応力分散溝を設けている。

また、特許文献２には、ピニオン軸の軸端を玉軸受で支持したものが図示されている。
特開２００７−１１２２７２号公報 特開平１１−４３０５６号（特許第３８９１６４６号）公報

この種のラックアンドピニオン式ステアリング装置においては、ピニオン軸は車両の衝突時や劣悪な路面の走行時等にピニオン軸の回転動作に伴なって過大な外力が作用したり、回転曲げ応力が作用する。また、ピニオン軸の軸方向ガタをなくして軸方向に確実に拘束するため、玉軸受の内外輪を両端面側から固定する必要があり、ピニオン軸の軸端部分には、嵌合する玉軸受の軸方向受面として段付き部が形成されている。この段付き部に軸受反力による圧縮力や、ピニオン軸の回転による引張・圧縮の回転曲げ応力が生じ、疲労破壊が起きるという問題がある。

特に、電動パワーステアリング装置では、ピニオン軸にはウォームホイールが設けられる関係から、玉軸受はピニオン軸先端側に配置される場合が多く、ピニオン軸の軸受支持位置は車両レイアウトに規制され、入力側に比べ、ラックとの噛合い中心に比較的近い位置に配置されるので、トルク負荷時の軸受にかかる反力が入力側よりも大きくなる傾向がある。

さらに、ピニオン軸の段付き部は、該ピニオン軸の回転により引張・圧縮の回転曲げ応力振幅が作用するため、疲労強度には厳しい条件が求められ、今後の高出力化に伴ないその問題は顕著になる。また、前記段付き部には軸受固定のためナット締付けによる初期応力が作用しているため、遅れ破壊の懸念から表面熱処理等の疲労強度向上対策は実施できない。

本発明は、ピニオン軸の軸端の軸受嵌合部に生じる応力集中を緩和することができ、かつ軸端部の圧縮応力が小さくなり、疲労強度の向上を図ることができるラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造は、ピニオン軸の先端部中心にボルトを螺着し、前記ボルトをラックハウジングに回転可能に軸支するようにしたものである。

また、本発明の請求項２に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造は、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のピニオン軸支持構造において、前記ボルトの軸部が玉軸受によって前記ラックハウジングに軸支されるとともに、該軸部が前記ピニオン軸の先端部にインロー嵌合される構造としたものである。

さらに、本発明の請求項３に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造は、請求項２に記載のラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造において、前記玉軸受の内輪両端部が前記ピニオン軸の端部と前記ボルトの頭部によって挟持され、前記玉軸受の外輪両端部がラックハウジングとハウジング端部開口のねじ付き蓋閉部材によって挟持拘束されることを特徴としている。

本発明によれば、ピニオン軸の軸端の軸支持嵌合部に生じる応力集中を緩和することができ、かつ軸端部の圧縮応力が小さくなり、疲労強度の向上を図ることができるラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造が提供される。

以下、本発明の実施の形態に係るラックアンドピニオン式パワーステアリング装置のピニオン軸支持構造を参照しつつ説明する。

［実施形態１］
図１は本発明の第１の実施形態に係るラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持部の構造を示す部分的な断面図である。なお、この図はピニオン軸の長手方向に沿った縦断面図である。ラック軸１は図示しない車体フレームに固着されたラックハウジング２に軸方向摺動可能に収容され、かつ、その両端部がラックハウジング２から伸長して図示しないボールジョイントおよびタイロッドを介して転舵装置に連結される。

ラック軸１と直交するようにピニオン軸３がラックハウジング２内に回転可能かつ軸方向移動不能に収容され、ピニオン軸３の車両後方側（ステアリングホイール側）端部はラックハウジング２から伸長して図示しないステアリングシャフトに連結されている。ピニオン軸３の車両前方側端部はラックハウジング２内でピニオン軸支持機構部５によって軸支されている。なお、このピニオン軸支持機構部については、さらに後述する。

ピニオン軸３と交差する位置でラック軸１はその背部（ラック形成面と反対側の面）がラックガイド６に支持されており、また、ラックハウジング２のラックガイド収容部２ａに、外周にねじ部を有するカップ形蓋体７が螺着されている。カップ形蓋体７とラックガイド６との間に圧縮ばね８が配置され、この圧縮ばね８のばね力によりラックガイド６を介してラック軸１のラック１ａがピニオン軸３のピニオン３ａに所定の押圧力をもって噛合している。この押圧力はカップ形蓋体７をラックハウジング２に対してねじ込み位置を変えることで調整可能である。

ピニオン軸３の先端部の軸端面には軸心側が凹となったインロー部９が形成されるとともに、その軸心と整合して雌ねじ部１０が形成され、この雌ねじ部１０にボルト１１がねじ込まれている。なお、インロー部９の内径部はピニオン軸３の軸心および外周部と整合する状態、つまり同心状態に形成され、インロー部９とボルト軸部１３とは精級な嵌め合いとなっている。

ボルト１１は、先端に形成された雄ねじ部１２に続いて、この雄ねじ部１２より大径の軸部１３と、軸部１３より大径のボルト頭部１４とを有している。ボルト１１の軸部１３には玉軸受１５の内輪１６が嵌合され、また、玉軸受１５の外輪１７はラックハウジング２のピニオン軸挿入端部開口の内径部に嵌合されている。さらに、ラックハウジング２の前記端部開口には、外周部に雄ねじ部を有するねじ付き蓋閉部材１８が螺入されている。玉軸受１５の外輪１７の一方の端面は、ラックハウジング２のピニオン軸挿入端部開口の段差部１９に当接し、また玉軸受外輪１７の他方の端面はラックハウジング２にねじ込まれた蓋閉部材１８の内端部によって押し付けられている。

次に、上述と一部重複するところもあるが、図示実施形態のピニオン軸支持構造の組立て手順を簡単に説明すれば、まず、予めボルト１１の軸部１３に玉軸受１５を嵌合させた状態で準備しておく。そして、ハウジング内に組み込まれているピニオン軸３の軸端の雌ねじ部１０に、玉軸受１５を有するボルト１１をねじ込むとともに、ボルト１１の軸部先端をピニオン軸３のインロー部９に嵌合させる。

これと前後して、玉軸受１５の外輪１７をラックハウジング２の開口段差部１９に当接するまでボルト１１をピニオン軸３にねじ込む。このボルト１１のねじ込みにより、玉軸受１５の一方の外輪端面（ハウジング奥側）と一方の内輪端面（ボルト頭部側）はハウジング２の前記段差部１９とボルト頭部１４とによって押圧され、その結果、ピニオン軸３には外端側への引張り力が作用し、ピニオン軸外端面（インロー部９に連接した外端面）が軸受内輪１６の他方の端面に圧接する状態となる。この後、蓋閉部材１８をハウジング開口部に螺入してその内端と軸受外輪１７の他方の端面とを圧接させる。

このような軸支持構造とすることにより、ピニオン軸３の軸端とボルト１１の軸部１３との嵌合部に生じる段付き部には初期応力がかからず、また、ピニオン軸側にはボルト締め付けによる引張応力がかかるのみで、作動中も圧縮応力は小さく、片振り応力振幅となるため、結果として疲労強度の向上が図れる。なお、ボルト１１の頭部１４と軸部の間の段つき部は軸受１５の外側となるため、軸受反力の影響は小さい。

［実施形態２］
上述の実施形態では操舵補助機構を有しないラックアンドピニオン式ステアリング装置に適用した例であるが、本発明はこのようなマニュアルタイプのステアリング装置だけでなく、第２の実施形態としてラックアンドピニオン式の電動パワーステアリング装置あるいは油圧パワーステアリング装置に適用される。さらに本発明は、その他一般のラックとピニオンが係合するピニオン軸の回転支持構造にも同様に適用可能である。

以上説明したように本発明によれば、ラックと噛合するピニオン軸の軸端にボルトをねじ込み、該ボルトの軸部を軸受で支持するようにしたので、従来のような軸受嵌合部における応力集中を緩和できる。特に、操舵操作によりピニオン軸が頻繁に正逆回転するようなステアリング装置におけるピニオン軸の軸支部分で応力集中や強度不足が懸念される箇所に使用することにより、段付き部の応力集中を解消でき、また疲労強度の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態によるラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持部の構造を示す部分的な断面図である。

符号の説明

１ ラック軸
２ ラックハウジング
３ ピニオン軸
６ ラックガイド
９ インロー部
１１ ボルト
１３ ボルト軸部
１４ ボルト頭部
１５ 玉軸受
１８ 蓋閉部材
１９ 段差部

Claims (3)

1. ラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸支持構造において、ピニオン軸の先端部中心にボルトを螺着し、前記ボルトをラックハウジングに回転可能に軸支することを特徴とするピニオン軸支持構造。
2. 前記ボルトの軸部が玉軸受によって前記ラックハウジングに軸支されるとともに、該軸部が前記ピニオン軸の先端部にインロー嵌合されることを特徴とする請求項１に記載のピニオン軸支持構造。
3. 前記玉軸受の内輪両端部が前記ピニオン軸の端部と前記ボルトの頭部によって挟持され、前記玉軸受の外輪両端部がラックハウジングとハウジング端部開口のねじ付き蓋閉部材によって挟持拘束されることを特徴とする請求項２に記載のピニオン軸支持構造。

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