JP2015051765A - ラックピニオン式ステアリングギヤユニット - Google Patents

Abstract

【課題】長尺な金属板の幅方向両端の縁同士を突き合わせて中空管状としたラック軸に関して、ラック軸の端部と球面継手との結合部に於ける結合強度を十分に確保できる構造を提供する。【解決手段】ラックピニオン式ステアリングギヤユニットは、ラック軸７ｂと、筒部３３と、を備える。ラック軸７ｂは、長尺な金属板が曲げられて、当該金属板の幅方向両端の縁同士が突き合わされて、全体が中空管状に構成されている。筒部３３は、ラック軸７ｂの端部に外嵌されている。【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリングホイールの操作に伴い、操舵輪に蛇角を付与するステアリング装置のラックピニオン式ステアリングギヤユニットに関する。

自動車のステアリング装置として従来から、ラックピニオン式のステアリングギヤユニットを備えたものが広く使用されている。図１１〜１３は、この様なステアリング装置の従来構造の１例を示している。このステアリング装置は、図１１に全体構成を示す様に、運転者が操作するステアリングホイール１の回転運動を、ラックピニオン式のステアリングギヤユニット５によって直線運動に変換する事により、左右の操舵輪（前輪）に対して所望の舵角を付与可能な構成を有する。この様な構成を実現する為に具体的には、ステアリングホイール１を、ステアリングシャフト２の後端部に固定している。これと共に、このステアリングシャフト２の前端部を、１対の自在継手３、３及び中間シャフト４を介して、ステアリングギヤユニット５のピニオン軸６の基端部に接続している。更に、ピニオン軸６に噛合させたラック軸７の軸方向両端部に、それぞれが左右の操舵輪に対して連結される、１対のタイロッド８、８の基端部を接続している。

ステアリングギヤユニット５は、図１２と図１３に詳示する様に、ギアハウジング９と、ピニオン軸６と、ラック軸７と、押圧手段１０とを備える。ギアハウジング９は、車体に固定されるもので、ラック軸７の軸方向中間部を収容する第一収容体１１と、ピニオン軸６の先半部を収容する第二収容体１２と、押圧手段１０を収容する第三収容体１３とを、一体に備える。ピニオン軸６は、外周面の先端寄り部分にピニオン歯１４を有する。この様なピニオン軸６は、先半部を第二収容体１２の内側に挿入した状態で、この第二収容体１２に対し、１対の転がり軸受１５、１６により回転のみ可能に支持されている。

ラック軸７は、前面の軸方向一端寄り部分にラック歯１７を有する。このラック軸７の外周面は、このラック歯１７を形成した部分を除き、円筒面である。即ち、このラック軸７の外周面の断面形状は、軸方向に関してラック歯１７から外れた部分では円形であり、軸方向に関してこのラック歯１７を形成した部分では、このラック歯１７に対応する部分が直線で、残りの部分が円弧形である。この様なラック軸７は、軸方向中間部を第一収容体１１の内側に挿通すると共に、ラック歯１７をピニオン歯１４に噛合させた状態で、第一収容体１１に対し、１対のラックブッシュ１８、１８を介して軸方向の変位を可能に支持されている。

押圧手段１０は、第三収容体１３の内側に収容されており、押圧部材１９と、ばね２０とを備える。そして、押圧部材１９の先端面である押圧面を、ラック軸７の背面のうち、このラック軸７を挟んでピニオン軸６と反対側の部分に対し、このラック軸７の軸方向の摺動を可能に接触させている。この状態で、ばね２０により、押圧部材１９をラック軸７の背面に向け、弾性的に押圧している。これにより、ピニオン歯１４とラック歯１７との噛合部に予圧を付与する事によって、この噛合部で異音が発生するのを抑制する共に、ステアリング装置の操作感を向上させている。押圧部材１９は、全体が上述の様な低摩擦材により造られているか、或いは、ラック軸７の背面と摺接する押圧面に低摩擦材層を有している。

ピニオン軸６の基端部に、中間シャフト４の前端部を、自在継手３を介して接続している。ラック軸７の軸方向両端部に、タイロッド８、８の基端部を、球面継手（ボールジョイント）２１、２１を介して接続している。球面継手２１、２１はそれぞれ、球体２９と、この球体２９をその内側に回動可能に保持したカップ状の継手ハウジング３０とを備える。そして、球体２９をタイロッド８、８の基端部に固定（一体形成若しくは結合固定）すると共に、継手ハウジング３０をラック軸７の両端部にねじ止め等により結合固定している。

上述の様に構成するステアリング装置の場合、運転者がステアリングホイール１を操作すると、このステアリングホイール１の回転が、ステアリングシャフト２と、自在継手３、３及び中間シャフト４とを介して、ピニオン軸６に伝達される。この結果、ラック軸７が軸方向に変位し、これに伴って、タイロッド８、８が押し引きされる事により、左右の操舵輪に所望の舵角が付与される。

上述の様なステアリング装置に組み込むラックピニオン式ステアリングギヤユニットを構成するラック軸を、鋼板等の金属板に曲げ加工を施して造る事が、製造コストを低く抑えられ、且つ、軽量に構成できる事から、特許文献１〜４に記載される等により、従来から広く知られている。図１４は、特許文献３に記載されたラック軸の製造方法を、工程順に示している。先ず、鋼板等、十分な剛性を有する金属板をプレス加工で打ち抜く等して、図１４の（Ａ）に示す様に、長尺で、且つ、略矩形状（帯状）の素板２２を得る。この素板２２は、長さ方向（完成後のラック軸７ａの軸方向で、図１４の（Ａ）（ａ）に於ける左右方向）の一部に、他の部分よりも幅方向（図１４の（Ａ）（ａ）の上下方向）寸法が小さい幅狭部２３を設けている。

この様な素板２２を、例えばダイスの上面に載置しパンチで押圧する事により、幅方向中間部を折り曲げ、図１４の（Ｂ）に示す様な形状に塑性変形させて、第一中間素材２４とする。この第一中間素材２４は、長さ方向の一部（幅狭部２３を設けた部分）の断面形状を扁平Ｕ字形とし、この幅狭部２３を設けた部分から長さ方向に外れた部分の断面形状をＵ字形としている。従って、第一中間素材２４の幅方向両端の縁を長さ方向に亙り互いに平行にする事ができる。次に、この様な第一中間素材２４を、図１４の（Ｃ）に示す様に、長さ方向の一部（断面形状を扁平Ｕ字形とした部分）の前面（図１４の（Ｃ）（ａ）の上面）にプレス加工によりラック歯１７を形成し、第二中間素材２５とする。次いで、この様な第二中間素材２５を、図１４の（Ｄ）に示す様に、曲げ加工を施す事により幅方向（周方向）両端縁同士を突き合わせて（当接乃至近接対向させて）、略円管状の第三中間素材２６とする。更に、この第三中間素材２６を、図１４の（Ｅ）に示す様に、幅方向両端の縁同士を溶接部２７により結合して、第四中間素材２８とする。そして、図１４の（Ｆ）に示す様に、この第四中間素材２８の軸方向中間部及び両端部に絞り加工を施したり、軸方向両端部の内周面に、球面継手２１、２１を構成する継手ハウジング３０、３０（図１２参照）の基部に設けた雄ねじ部をねじ止め固定するねじ孔を形成したりする事により、略円管状のラック軸７ａと得る。

上述の様なラック軸７ａを組み込んだステアリングギヤユニットの場合、このラック軸７ａの端部に球面継手２１を構成する継手ハウジング３０を結合固定すべく、このラック軸７ａの端部内周面に設けたねじ孔（雌ねじ部）に、この継手ハウジング３０の基部に設けた雄ねじ部を螺合し、更に締め付ける。この場合、螺合部には、ラック軸７ａの端部を拡径させる方向の力が作用する。この結果、このラック軸７ａの端部に円周方向の引っ張り応力が発生する。この引っ張り応力は、このラック軸７ａの周方向両端縁同士を接合している溶接部２７に集中する可能性がある。この為、この様な場合にも、この溶接部２７による接合状態を適正に維持して、ラック軸７ａの端部と継手ハウジング３０との結合部に於ける結合強度を十分に確保できる様にすべく、溶接部２７の強度を厳しく管理する必要がある。従って、この様な管理が必要になる分、製造コストが嵩む。

さらに、ラック軸７ａと球面継手２１との結合部（ラック軸７ａのねじ孔と、球面継手２１の雄ねじ部との螺合部）には、例えば操舵輪が縁石に乗り上げたりする事に基づいて、大きな曲げ荷重（衝撃荷重）が加わる場合がある。そして、この様な衝撃荷重に基づいて、ねじ孔を設けたラック軸７ａの軸方向端部が内径を拡げる方向に変形したり、幅方向両端の縁同士を結合固定した溶接部２７に応力が集中し、このラック軸７ａと球面継手２１との結合強度が低下する可能性がある。

特開平１１−２７８２８７号公報 特開２００１−２１９８５４号公報 特開２００２−１４３２号公報 特開２００４−４４７２０号公報

本発明は、長尺な金属板の幅方向両端の縁同士を突き合わせて中空管状としたラック軸に関して、ラック軸の端部と球面継手との結合部に於ける結合強度を十分に確保できる構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、ラックピニオン式ステアリングギヤユニットは、ギアハウジングと、ピニオン軸と、ラック軸と、筒部と、を備える。前記ピニオン軸は、当該ピニオン軸の軸方向中間部の外周面にピニオン歯を有し、前記ギアハウジング内に回転可能に支持されている。前記ラック軸は、長尺な金属板が曲げられて、当該金属板の幅方向両端の縁同士が突き合わされて（当接または近接対向させて）、更に必要に応じて、幅方向両端の縁同士を溶接部により結合（接合）して、全体が中空管状に構成されている。前記ラック軸は、当該ラック軸の前面の軸方向一部分にラック歯を有し、当該ラック軸は前記ピニオン軸に対し捩れの位置関係に配置されると共に、前記ラック歯を前記ピニオン歯に噛合させた状態で、前記ギアハウジング内に軸方向の変位可能に支持されている。前記筒部は、前記ラック軸の各端部に外嵌されている。

前記ラックピニオン式ステアリングギヤユニットは、前記ラック軸の各端部と１対のタイロッドとを連結する１対の球面継手を備えてもよい。前記１対のタイロッドは左右の操舵輪に連結される先端部と前記１対の球面継手に連結される基端部とを有する。この場合、前記球面継手のそれぞれは、前記ラック軸の端部に結合された継手ハウジングを備える。前記ラック軸の端部の外周面は雄ねじ部を有する。前記継手ハウジングは、前記筒部として構成された基部を有し、当該筒部の内周面は雌ねじ部を有する。前記継手ハウジングは、前記ラック軸の端部に対し、前記雌ねじ部を前記雄ねじ部に螺合させた状態で結合されている

ラックピニオン式ステアリングギヤユニットは、前記ラック軸の端部に内嵌保持された補強部材をさらに備えてもよい。

前記ラック軸の端部は、前記雄ねじ部よりも軸方向に突出した小径突出部をさらに有してもよい。当該小径突出部の外径寸法は前記雌ねじ部の内径寸法よりも小さい。前記継手ハウジングは、前記筒部の内径側の軸方向奥部に、前記小径突出部の先端が当接可能な被当接部を有してもよい。この場合、前記継手ハウジングは、前記ラック軸の端部に対し、前記小径突出部の先端を前記被当接部に当接させた状態で結合される

前記ラック軸の端部は、操舵輪に結合したタイロッドの基端部を揺動変位可能に支持する球面継手が支持固定される支持孔を形成する内周面を有してもよい。この場合、前記筒部は、前記ラック軸の端部の外周面に圧入された金属製（例えば、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼或いはステンレス鋼等）のスリーブとして構成されている。

前記球面継手は雄ねじ部が設けられた基部を有し、前記支持孔は前記雄ねじ部を螺合されるねじ孔として構成されていてもよい。この場合、前記スリーブの軸方向外側面と前記ラック軸の軸方向端面は、同一平面上に配置されてもよい。軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向外寄りとなる側を言う。これに対し、幅方向中央寄りとなる側を、軸方向に関して内と言う。前記ラック軸の端部は、前記ラック軸の軸方向中間寄り部分よりも外径が小さい小径部として構成されてもよい。この場合、前記ラック軸は、前記軸方向中間寄り部分と前記小径部とを連続させる段部を有しする。前記スリーブは、前記段部と前記球面継手の座面との間で軸方向に挟持される。

ラックピニオン式ステアリングギヤユニットは、前記スリーブの軸方向内側面の少なくとも外周縁部に、当該外周縁部の全周に亙って設けられた弾性体（例えば、ゴムの如きエラストマー等）をさらに備えてもよい。前記ラック軸の端部の外周面は、当該端部の先端側に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凸面として構成され、前記スリーブの内周面は、前記部分円すい状凸面と整合する部分円すい状凹面として構成されていてもよい。

上述のラックピニオン式ステアリングギヤユニットによれば、互いに結合するラック軸の端部と球面継手の継手ハウジングとのうち、このラック軸の端部外周面に雄ねじ部を、この継手ハウジングの基部に設けた筒部の内周面に雌ねじ部を、それぞれ設けている。この為、これらラック軸の端部と継手ハウジングとを結合すべく、前記雄ねじ部に前記雌ねじ部を螺合し、更に締め付けた場合に、この螺合部には、前記ラック軸の端部を縮径させる方向の力が作用する。この結果、このラック軸の端部には、円周方向の引っ張り応力ではなく、円周方向の圧縮応力が発生する。即ち、本発明の場合には、前記雄ねじ部に前記雌ねじ部を螺合し、更に締め付けても、前記ラック軸の端部に、このラック軸の円周方向両端縁同士の間隔を拡げる方向の力は作用しない。この為、このラック軸の端部（このラック軸の円周方向両端縁同士を溶接部により結合している場合には、この溶接部を含む。）に関して、前記雌ねじ部の締め付け力に対する強度的な管理を、厳しく行う必要がない。従って、前記ラック軸の端部と前記継手ハウジングとの結合部に於ける結合強度を低コストで十分に確保できる。

本発明の場合には、前記ラック軸の端部に前記継手ハウジングを結合した状態で、このラック軸の端部に、この継手ハウジングの筒部が外嵌した状態となる。この為、これらラック軸の端部と継手ハウジングとの結合部の強度及び剛性を確保し易い。従って、例えば、操舵輪が縁石に乗り上げたりする事に基づいて、前記ラック軸の端部と前記継手ハウジングとの結合部に大きな曲げ荷重（衝撃荷重）が加わった場合でも、この結合部に塑性変形等を生じにくくできる。

ラック軸の端部に補強部材を内嵌保持した場合、この端部の強度及び剛性を向上させる事ができる。この為、例えば、この端部と前記継手ハウジングとの結合部に上述の様な大きな曲げ荷重が加わった場合に、この結合部に塑性変形等をより生じにくくできる。
小径突出部を設けた場合、前記ラック軸の端部に前記継手ハウジングを結合した状態で、小径突出部が軸方向に関して弾性的に圧縮された状態となる。これにより、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部との螺合部に、前記小径突出部の弾力に基づく軸方向の予圧が付与された状態となる為、この螺合部の緩み止めを図れる。

上述のラックピニオン式ステアリングギヤユニットによれば、ラック軸と球面継手との結合部に加わる衝撃荷重に拘らず、これらラック軸と球面継手との結合強度を確保する事ができる。即ち、金属製で筒状のスリーブを、ラック軸の軸方向端部に圧入した場合、このラック軸の軸方向端部の径方向に関する剛性を高くできる。この為、例えば操舵輪が縁石に乗り上げたりする事に基づいて、このラック軸と前記球面継手との結合部に大きな曲げ荷重（衝撃荷重）が加わった場合であっても、このラック軸の軸方向端部が内径を拡げる方向に変形したり、幅方向両端の縁同士を結合する溶接部に応力が集中するのを防止できて、前記ラック軸と前記球面継手との結合強度を確保する事ができる。

本発明の第１実施形態に係るラックピニオン式ステアリングギヤユニットの部分切断側面図。 図１のＸ部拡大図。 ラック軸の端部と球面継手の継手ハウジングとを結合する前の状態で示す拡大図。 本発明の第２実施形態に係るラックピニオン式ステアリングギヤユニットの部分拡大図。 本発明の第３実施形態に係るラックピニオン式ステアリングギヤユニットの軸方向片端部の部分切断側面図。 第３実施形態に係るラックピニオン式ステアリングギヤユニットの軸方向他端部の部分切断側面図。 第３実施形態のラック軸の断面図（Ａ）と、（Ａ）のａ−ａ断面図（Ｂ）と、（Ａ）のｂ−ｂ断面図（Ｃ）と、（Ａ）のｃ−ｃ断面図（Ｄ）。 グリース溜りとしての機能を説明する部分拡大図。 本発明の第４実施形態に係るラックピニオン式ステアリングギヤユニットの軸方向片端部の部分切断側面図。 本発明の第５実施形態に係るラックピニオン式ステアリングギヤユニットの軸方向片端部の部分切断側面図。 従来から知られているステアリング装置の１例の示す部分切断側面図。 図１１の拡大ｄ−ｄ断面図。 図１１の拡大ｅ−ｅ断面図。 ラック軸の製造方法の１例を工程順に示す図であって、（Ａ）は平面図（ａ）及び（ａ）の左方から見た端面図（ｂ）、（Ｂ）〜（Ｆ）は側面図（ａ）、（ａ）のｆ−ｆ断面図（ｂ）及び（ａ）のｇ−ｇ断面図（ｃ）。

図１〜３は、本発明の第１実施形態を示している。本例の特徴は、中空管状のラック軸７ｂの両端部と、１対の球面継手２１ａ、２１ａを構成する継手ハウジング３０ａ、３０ａとの結合部の構造にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図１１〜１３に示した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例のラックピニオン式ステアリングギヤユニットは、ギアハウジング９と、ピニオン軸６と、ラック軸７ｂと、両球面継手２１ａ、２１ａとを備える。ラック軸７ｂは、基本的には、前述の図１４に示した従来のラック軸７ａと同様の製造方法により造られている。即ち、ラック軸７ｂは、前述の図１４の（Ａ）〜（Ｅ）に示した工程順で、この（Ｅ）に示した第四中間素材２８を得た後、この第四中間素材２８の各部分に必要な形状を付与する為の最終加工を施す事によって、全体を中空管状に造られている。この様なラック軸７ｂの円筒状の両端部はそれぞれ、外周面の端縁寄り部分に雄ねじ部３１を有すると共に、この雄ねじ部３１よりも軸方向に突出した端縁部分に、その外径寸法ｄ３２がこの雄ねじ部３１の外径寸法Ｄ31よりも小さく（ｄ３２＜Ｄ31）なった、小径突出部３２を有する。

両球面軸受２１ａ、２１ａはそれぞれ、タイロッド８の基端部に設けられたボールスタッドを構成する球体２９と、この球体２９をその内側に樹脂シート等を介して回動可能に保持したカップ状の継手ハウジング３０ａとを有する。継手ハウジング３０ａ、３０ａはそれぞれ、鋼等の鋳造品若しくは鍛造品であり、円筒状の筒部３３として構成された基部を有する。筒部３３は、全周に亙りつなぎ目がなく、円周方向の引っ張り応力や曲げ応力に対して十分な強度を有している部位である。この様な筒部３３の内径側の軸方向奥端部は、筒部３３の中心軸に対して直交する平坦な底面３４により塞がれている。筒部３３の内周面のうち、軸方向奥端部を除く部分には、雄ねじ部３１に螺合可能な雌ねじ部３５が設けられている。筒部３３の内周面の軸方向奥端部には、その内径寸法ｄ３６が雌ねじ部３５の内径寸法Ｄ３５と等しい（ｄ３６＝Ｄ３５）、円筒面部３６が設けられている。

小径突出部３２の外径寸法ｄ３２は、雌ねじ部３５の内径寸法Ｄ３５及び円筒面部３６の内径寸法ｄ３６よりも小さく（ｄ３２＜Ｄ３５＝ｄ３６）なっている。小径突出部３２の軸方向寸法Ｌ３２は、円筒面部３６の軸方向寸法Ｌ３６よりも大きく（Ｌ３２＞Ｌ３６）なっている。

本例の場合、継手ハウジング３０ａ、３０ａはラック軸７ｂの両端部に対し、それぞれ図２に示す様に結合固定されている。即ち、継手ハウジング３０ａ、３０ａはラック軸７ｂの両端部に対し、雌ねじ部３５を雄ねじ部３１に螺合させると共に、小径突出部３２の先端（先端面）を、底面３４の外径寄り部分（被当接部）に当接させた状態で、雌ねじ部３１を雄ねじ部３５に締め付ける事により、結合固定されている。

上述の様に構成する本例のラックピニオン式ステアリングギヤユニットの場合には、互いに結合する、ラック軸７ｂの端部と球面継手２１ａの継手ハウジング３０ａとのうち、このラック軸７ｂの端部外周面に雄ねじ部３１を、この継手ハウジング３０ａの基部に設けた筒部３３の内周面に雌ねじ部３５を、それぞれ設けている。この為、これらラック軸７ｂの端部と継手ハウジング３０ａとを結合すべく、雄ねじ部３１に雌ねじ部３５を螺合し、更に締め付けた場合に、この螺合部には、ラック軸７ｂの端部を縮径させる方向の力が作用する。この結果、このラック軸７ｂの端部には、円周方向の引っ張り応力ではなく、円周方向の圧縮応力が発生する。即ち、本例の場合には、雄ねじ部３１に雌ねじ部３５を螺合し、更に締め付けても、ラック軸７ｂの端部に、このラック軸７ｂの円周方向両端縁同士の間隔を拡げる方向の力は作用しない。この為、このラック軸７ｂの端部（このラック軸７ｂの円周方向両端縁同士を結合している溶接部２７を含む。）に関して、雌ねじ部の締め付け力に対する強度的な管理を、厳しく行う必要がない。本例の場合には、雌ねじ部３５の締め付けに伴って、螺合部に筒部３３を拡径させる方向の力が作用し、この結果、この筒部３３に円周方向の引っ張り応力が発生する。但し、前述した様に、この筒部３３は、全周に亙りつなぎ目がなく、円周方向の引っ張り応力に対して十分な強度を有している為、この筒部３３が引っ張り応力によって、機能上問題となる様な塑性変形等が生じる事はない。従って、本例の場合には、ラック軸７ｂの端部と継手ハウジング３０ａとの結合部に於ける結合強度を低コストで十分に確保できる。この結合部の品質を確保し易い。

本例の場合には、ラック軸７ｂの端部に継手ハウジング３０ａを結合した状態で、このラック軸７ｂの端部に、この継手ハウジング３０ａの筒部３３が外嵌した状態となる。この為、これらラック軸７ｂの端部と継手ハウジング３０ａとの結合部の強度及び剛性を確保し易い。従って、例えば、操舵輪が縁石に乗り上げたりする事に基づいて、ラック軸７ｂの端部と継手ハウジング３０ａとの結合部に大きな曲げ荷重（衝撃荷重）が加わった場合でも、この結合部に塑性変形等を生じにくくできる。
本例の場合には、雌ねじ部３５を雄ねじ部３１に締め付けた状態で、小径突出部３２が軸方向に関して弾性的に圧縮された状態となる。これにより、雌ねじ部３５と雄ねじ部３１との螺合部に、小径突出部３２の弾力に基づく軸方向の予圧が付与された状態となる為、この螺合部の緩み止めを図れる。

上述した第１例の構造を実施する場合、円筒面部３６の内径寸法ｄ３６は、小径突出部３２の外径寸法ｄ３２よりも大きく（ｄ３６＞ｄ３２）できる範囲で、雌ねじ部３５の内径寸法Ｄ３５よりも小さく（ｄ３６＜Ｄ３５）する事もできる。

図４は、本発明の第２実施形態を示している。本例の場合には、ラック軸７ｂの端部に、金属若しくは合成樹脂により円柱状に造られた補強部材３７を、軽圧入若しくは互いに対向する周面同士の接着等により、径方向のがたつきなく内嵌保持している。これにより、このラック軸７ｂの端部の強度及び剛性を向上させている。そして、この様な構成を採用する事により、例えば、この端部と継手ハウジング３０ａとの結合部に対して、上述の様な大きな曲げ荷重が加わった場合に、この結合部に塑性変形等がより生じにくくなる様にしている。その他の構成及び作用は、上述した第１実施形態と同様である為、重複する図示並びに説明は省略する。

補強部材の形状は、中実体である円柱状に限らず、中空体である円筒状等の他の形状であっても良い。

図５と図６は、本発明の第３実施形態を示している。本例の特徴は、ラック軸７ｃと球面継手２１との結合部の結合強度を確保する為の構造にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図１１〜図１４に示した従来構造と同様であるから、重複する図示及び説明は省略若しくは簡略にする。

本例のラックピニオン式ステアリング装置を構成するラック軸７ｃは、全体を中空管状とし、前面（図７の上面）の軸方向片端寄り部分にラック歯１７を備える。ラック軸７ｃの軸方向中間部のうちで、前面にこのラック歯１７を設けた部分から軸方向に外れた部分を平坦にし、当該部分の断面形状を欠円状（前面が直線で、残りの部分が円弧形）としている。そして、ラック軸７ｃの幅方向両端の縁同士を、軸方向全長に亙り、溶接部２７により結合（接合）している。本例の場合、ラック軸７ｃの軸方向両端部に絞り加工を施して、軸方向中間寄り部分よりも外径が小さく、断面形状が円形の小径部３２ａ、３２ａを設けている。そして、小径部３２ａ、３２ａの内周面に、球面継手２１、２１の基部に設けた雄ねじ部３８、３８を螺合する為のねじ孔（雌ねじ部）３９、３９を設けている。この様なラック軸７ｃは、基本的には、前述の図５０に示した特許文献３に記載の従来のラック軸７ａと同様の製造方法により造る。

本例の場合、ラック軸７ｃの小径部３２ａ、３２ａの外周面に、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼或いはステンレス鋼等の金属製で、六角筒状のスリーブ４０、４０（筒部の例）を圧入し、締り嵌めにより外嵌固定している。スリーブ４０、４０は、軸方向内側面をラック軸７ｃの小径部３２ａ、３２ａと軸方向中間寄り部分とを連続させる段部４１、４１に突き当てた状態で、軸方向外側面の軸方向位置が、ラック軸７ｃの軸方向端面の軸方向位置とほぼ一致する様に、軸方向長さを規制している。これにより、スリーブ４０、４０の軸方向外側面と、ラック軸７ｃの軸方向両端面とを同一平面上に位置させている。球面継手２１、２１の雄ねじ部３８、３８を、ラック軸７ｃのねじ孔３９、３９に螺合し更に締め付けた状態で、スリーブ４０、４０を、段部４１、４１と球面継手２１、２１の座面４２、４２（軸方向内側面）との間で軸方向に強く挟持している。スリーブ４０、４０の外周面の断面形状は、図示の様な六角形に限らず、六角形以外の多角形や円形としても良い。

本例の場合、スリーブ４０、４０の外接円の直径Ｄ４０を、ラック軸７ｃの軸方向中間寄り部分（小径部３２ａ、３２ａよりも軸方向中間寄り部分）の外径Ｄ７よりも大きくしている。そして、図８に示す様に、スリーブ４０、４０の軸方向内側面と、ラック軸７ｃの外周面との連続部（両面により囲まれる部分）を、ラック軸７ｃの軸方向変位を円滑に行わせる為のグリース溜りとしている。

上述の様な本例のラックピニオン式ステアリングギヤユニットによれば、ラック軸７ｃと球面継手２１との結合部（ねじ孔３９と、球面継手２１の雄ねじ部３８との螺合部）に加わる衝撃荷重に拘らず、これらラック軸７ｃと球面継手２１との結合強度を確保できる。即ち、金属製で筒状のスリーブ４０、４０を、ラック軸７ｃの軸方向両端部に設けた小径部３２ａ、３２ａの外周面に圧入（締り嵌めにより外嵌固定）している為、ラック軸７ｃの軸方向両端部の径方向に関する剛性を高くできる。この為、運転操作の誤りにより操舵輪を縁石に乗り上げたりする事に基づいて、ラック軸７ｃと球面継手２１との結合部に大きな曲げ荷重（衝撃荷重）が加わった場合であっても、小径部３２ａが内径を拡げる方向に変形したり、ラック軸７ｃの幅方向両端の縁同士を結合する溶接部２７に応力が集中する事を防止できて、結合部の結合強度を確保できる。

本例の場合、ラック軸７ｃのねじ孔３９、３９に螺合した、球面継手２１、２１の雄ねじ部３８、３８を緩み難くする事ができる。即ち、球面継手２１、２１の座面４２、４２と、ラック軸７ｃの段部４１、４１との間で、スリーブ４０、４０を軸方向に強く挟持している為、スリーブ４０、４０のばね作用（軸方向に伸長しようとする弾性復元力）により、雄ねじ部３８、３８の緩み止めを図れる。座面４２、４２に、ラック軸７ｃの軸方向端面だけでなく、スリーブ４０、４０の軸方向外側面も当接させている為、座面４２、４２に対する接触面積を大きく確保でき、スリーブ４０、４０を設けない場合と比較して、摩擦力を大きくできる。更に、本例の場合、溶接部２７のうちでラック軸７ｃの軸方向両端面から突出した部分が、球面継手２１、２１の雄ねじ部３８、３８のねじ孔３９、３９への締め付けに伴って座面４２、４２に食い込む為、雄ねじ部３８、３８を緩み難くできる。

本例の場合、スリーブ４０、４０の軸方向内側面と、ラック軸７ｃの外周面との連続部をグリース溜りとして利用する事ができる。この為、ラック軸７ｃの外周面と、このラック軸７ｃをギアハウジング９に対し軸方向変位を自在に支持する為のラックブッシュ１８、１８の内周面との摺接部に、長期間に亙って潤滑油を供給し続ける事ができて、ラックアンドピニオン式ステアリングギヤユニットの耐久性を十分に確保できる。

図９は、本発明の第４実施形態を示している。本例の場合、スリーブ４０ａの軸方向内側面のうちの外周縁部に、この軸方向内側面に開口する状態で設けた小径段部４３に、ゴムの如きエラストマー製で、特許請求の範囲に記載した弾性体に相当する、弾性リング４４を掛け渡している。この為、ラック軸７ｃの軸方向変位に伴い、スリーブ４０ａの軸方向内側面の外周縁部と、ギアハウジング９の内周面とが接触（衝突）した場合にも、これらスリーブ４０ａとギアハウジング９とが勢い良く衝突するのを防止できる。その他の部分の構成及び作用は、上述した第３実施形態と同様であるから、重複する部分に関する図示並びに説明は省略する。

図１０は、本発明の第５実施形態を示している。本例の場合、ラック軸７ｄの軸方向端部に設けた小径部３２ｂの外周面を、軸方向外方（先端側）に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凸面としている。そして、スリーブ４０ｂの内周面を小径部３２ｂの外周面と整合する部分円すい状凹面としている。この為、小径部３２ｂの内周面に設けたねじ孔３９に球面継手２１の雄ねじ部３８を螺合するのに伴い、この球面継手２１の座面４２によりスリーブ４０ｂが軸方向内方に向け押圧されると、小径部３２ｂが内径を縮径させる方向に弾性変形する。これにより、ねじ孔３９により球面継手２１の雄ねじ部３８を径方向内方に向け強く押圧する事ができ、ラック軸７ｄとこの球面継手２１との結合強度をより向上させる事ができる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第３実施形態と同様であるから、重複する部分に関する図示並びに説明は省略する。

本発明を実施する場合、ラック軸の周方向両端縁同士は、必ずしも溶接部により結合する必要はない。例えば、上述した第１及び第２実施形態の構造で、溶接部２７を省略する事もできる。第２実施形態の補強部材は、球体継手の継手ハウジングと一体に設けても良い。

第３〜第５実施形態においても、ラック軸の幅方向両端の縁同士を、必ずしも溶接部により結合固定しなくても良い。即ち、金属板に曲げ加工を施し、幅方向両端の縁同士を突き合わせた状態で、幅方向両端の縁同士を溶接する事なく、軸方向端部に金属製で筒状のスリーブを圧入する構造とする事もできる。ラック軸と球面継手との結合部に就いても、第３〜第５実施形態の構造に限られない。即ち、ラック軸の軸方向端部内周面に設けた支持孔を単なる円筒面とし、この支持孔に球面継手の基部に設けた軸部を締り嵌めで内嵌固定する構造としても良い。

本出願は、２０１３年６月１２日出願の日本特許出願２０１３−１２３４３３号および２０１３年６月１３日出願の日本特許出願２０１３−１２４９３０号に基づき、その内容は参照としてここに取り込まれる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ 自在継手
４ 中間シャフト
５ ステアリングギヤユニット
６ ピニオン軸
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ ラック軸
８ タイロッド
９ ギアハウジング
１０ 押圧手段
１１ 第一収容体
１２ 第二収容体
１３ 第三収容体
１４ ピニオン歯
１５ 転がり軸受
１６ 転がり軸受
１７ ラック歯
１８ ラックブッシュ
１９ 押圧部材
２０ ばね
２１、２１ａ 球面継手
２２ 素板
２３ 幅狭部
２４ 第一中間素材
２５ 第二中間素材
２６ 第三中間素材
２７ 溶接部
２８ 第四中間素材
２９ 球体
３０、３０ａ 継手ハウジング
３１ 雄ねじ部
３２ 小径突出部
３３ 筒部
３４ 底面
３５ 雌ねじ部
３６ 円筒面部
３７ 補強部材
３２ａ、３２ｂ 小径部
３８ 雄ねじ部
３９ ねじ孔
４０、４０ａ、４０ｂ スリーブ
４１ 段部
４２ 座面
４３ 小径段部
４４ 弾性リング

本発明の一態様によれば、ラックピニオン式ステアリングギヤユニットは、ギアハウジングと、ピニオン軸と、ラック軸と、筒部と、を備える。前記ピニオン軸は、当該ピニオン軸の軸方向中間部の外周面にピニオン歯を有し、前記ギアハウジング内に回転可能に支持されている。前記ラック軸は、長尺な金属板が曲げられて、当該金属板の幅方向両端の縁同士が突き合わされて（当接または近接対向させて）、更に必要に応じて、幅方向両端の縁同士を溶接部により結合（接合）して、全体が中空管状に構成されている。前記ラック軸は、当該ラック軸の前面の軸方向一部分にラック歯を有し、前記ラック歯を前記ピニオン歯に噛合させた状態で、前記ギアハウジング内に軸方向へ変位可能に支持されている。前記筒部は、前記ラック軸の各端部に外嵌されている。

Claims (10)

1. ギアハウジングと、ピニオン軸と、ラック軸と、筒部と、を備え、
   前記ピニオン軸は、当該ピニオン軸の軸方向中間部の外周面にピニオン歯を有し、前記ギアハウジング内に回転可能に支持され、
   前記ラック軸は、長尺な金属板が曲げられて、当該金属板の幅方向両端の縁同士が突き合わされて、全体が中空管状に構成され、当該ラック軸の前面の軸方向一部分にラック歯を有し、当該ラック軸は前記ピニオン軸に対し捩れの位置関係に配置されると共に、前記ラック歯を前記ピニオン歯に噛合させた状態で、前記ギアハウジング内に軸方向の変位可能に支持され、
   前記筒部は、前記ラック軸の各端部に外嵌されている、ラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
2. 前記ラック軸の各端部と１対のタイロッドとを連結する１対の球面継手を備え、前記１対のタイロッドは左右の操舵輪に連結される先端部と前記１対の球面継手に連結される基端部とを有し、
   前記球面継手のそれぞれは、前記ラック軸の端部に結合された継手ハウジングを備え、
   前記ラック軸の端部の外周面は雄ねじ部を有し、
   前記継手ハウジングは、前記筒部として構成された基部を有し、当該筒部の内周面は雌ねじ部を有し、
   前記継手ハウジングは、前記ラック軸の端部に対し、前記雌ねじ部を前記雄ねじ部に螺合させた状態で結合されている、請求項１に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
3. 前記ラック軸の端部に内嵌保持された補強部材をさらに備える、請求項２に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
4. 前記ラック軸の端部は、前記雄ねじ部よりも軸方向に突出した小径突出部をさらに有し、当該小径突出部の外径寸法は前記雌ねじ部の内径寸法よりも小さく、
   前記継手ハウジングは、前記筒部の内径側の軸方向奥部に、前記小径突出部の先端が当接可能な被当接部を有し、
   前記継手ハウジングは、前記ラック軸の端部に対し、前記小径突出部の先端を前記被当接部に当接させた状態で結合されている、
   請求項２または３に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
5. 前記ラック軸の端部は、操舵輪に結合したタイロッドの基端部を揺動変位可能に支持する球面継手が支持固定される支持孔を形成する内周面を有し、
   前記筒部は、前記ラック軸の端部の外周面に圧入された金属製のスリーブとして構成されている、請求項１に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
6. 前記球面継手は、雄ねじ部が設けられた基部を有し、
   前記支持孔は、前記雄ねじ部を螺合されるねじ孔として構成されている、請求項５に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
7. 前記スリーブの軸方向外側面と前記ラック軸の軸方向端面は、同一平面上に配置されている、請求項６に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
8. 前記ラック軸の端部は、前記ラック軸の軸方向中間寄り部分よりも外径が小さい小径部として構成され、
   前記ラック軸は、前記軸方向中間寄り部分と前記小径部とを連続させる段部を有し、
   前記スリーブは、前記段部と前記球面継手の座面との間で軸方向に挟持されている、請求項６または７に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
9. 前記スリーブの軸方向内側面の少なくとも外周縁部に、当該外周縁部の全周に亙って設けられた弾性体をさらに備える、請求項５〜８の何れか１項に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
10. 前記ラック軸の端部の外周面は、当該端部の先端側に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凸面として構成され、前記スリーブの内周面は、前記部分円すい状凸面と整合する部分円すい状凹面として構成されている、請求項５〜９の何れか１項に記載したラックピニオン式ステアリングギヤユニット。
    

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