JP2016147579A - ステアリング装置、および当該ステアリング装置に用いられるラック軸 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック軸のストロークエンド位置での歯元応力の増大を抑制することができるステアリング装置を提供する。【解決手段】ステアリング装置１は、ピニオン歯７ａが形成されたピニオン軸７と、ピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａが形成されたラック軸８と、ラック軸８の左右のストロークエンド位置でラック軸８の移動を規制する一対のストッパ１７とを備える。ラック歯８ａは、操舵中立状態でピニオン歯７ａと噛み合う部位１５を基準位置として、当該基準位置を中心としてラック軸８の一端側Ｘ１と他端側Ｘ２とが非対称で形成されている。ラック軸８のストローク位置に関して、ストロークエンド位置が、ピニオン歯７ａによる噛み合い伝動に基づくラック歯８ａの歯元応力がピークとなるピーク発生ストローク位置からオフセットされている。【選択図】図１

Description

この発明は、ステアリング装置、および当該ステアリング装置に用いられるラック軸に関する。

下記特許文献１には、ラックがストローク端に達するとハウジングに固定されたストッパに当接してラックが停止することと、ピニオンと噛み合っているラック歯の歯元に曲率半径の大きな丸みが形成されていることとが開示されている。
また、下記特許文献２には、ストロークエンド位置のラック歯の歯元に大きな曲率半径の歯底が形成されたラックシャフトが開示されている。

また、下記特許文献３には、ラック軸に形成されたラック歯列の最端部に位置するラック歯が、最端部以外のラック歯の歯形よりも歯形溝の底が浅い歯形に形成されていることが開示されている。
また、下記特許文献４には、ストロークエンドにおいてピニオン歯と噛み合うラック歯の歯丈が小さくされたラック軸が開示されている。

特開２００８−１３７４７３号公報 特開２００９−１０７５３９号公報 特開２００６−９６２４３号公報 特開２０１０−１１１３０１号公報

特許文献１〜４のラック軸がストロークエンド位置でストッパと衝突する際、ラック歯の歯元応力は、噛み合い伝動に基づく歯元応力に、前記衝突に起因する歯元応力が付加されたものとなる。噛み合い伝動に基づく歯元応力がピークとなるストローク位置と、ストロークエンド位置とが重なった場合、ストロークエンド位置において、多大な歯元応力が発生する虞がある。

この発明は、ラック軸のストロークエンド位置での歯元応力の増大を抑制することができるステアリング装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ピニオン歯（７ａ）が形成されたピニオン軸（７）と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯（８ａ）が形成されたラック軸（８）と、前記ラック軸の左右のストロークエンド位置（ＳＥ）で前記ラック軸の移動を規制する一対のストッパ（１７）と、を備え、前記ラック歯は、操舵中立状態で前記ピニオン歯と噛み合う部位（１５）を基準位置として、当該基準位置を中心として前記ラック軸の一端側（Ｘ１）と他端側（Ｘ２）とが非対称で形成されており、前記ラック軸のストローク位置（Ｓ）に関して、前記ストロークエンド位置が、前記ピニオン歯による噛み合い伝動に基づく前記ラック歯の歯元応力（σ）がピークとなるピーク発生ストローク位置（ＳＰ）からオフセットされているステアリング装置（１）である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステアリング装置に用いるラック軸である。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１および２記載の発明によれば、ストロークエンド位置と、噛み合い伝動に基づくラック歯の歯元応力がピークとなるピーク発生ストローク位置とが重なることがない。そのため、ラック軸とストッパとの衝突に起因する歯元応力が、噛み合い伝動に基づく歯元応力のピークに付加されることを回避することができる。したがって、ストロークエンド位置におけるラック歯の歯元応力の増大を抑制することができる。

本発明の一実施形態のステアリング装置の概略正面図である。 中立位置からストロークエンド位置までの転舵機構のストロークレシオを示したグラフ図である。 ピニオン軸７の回転角θに対するラック歯８ａの歯元応力の変化曲線である歯元応力曲線を示したグラフ図である。

以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態のステアリング装置１の概略正面図である。
ステアリング装置１は、一端にステアリングホイール等の操舵部材２が連結されたステアリングシャフト３と、自在継手４を介してステアリングシャフト３に連結されたインターミディエイトシャフト５と、を備える。また、ステアリング装置１は、自在継手６を介してインターミディエイトシャフト５に一端が連結され、他端近傍にピニオン歯７ａが形成されたピニオン軸７と、ピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａが形成されたラック軸８とを備える。ピニオン軸７およびラック軸８により、ラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。

ラック軸８は、車両の幅方向（左右方向）に延びる棒状である。ラック軸８は、図示しないブッシュ等を介して、筒状のハウジング９内でその軸方向Ｘに移動可能に支持されている。
ハウジング９の内部空間が軸方向Ｘの両端において拡径されることによって、軸方向Ｘにおけるハウジング９の両端には、それぞれ段差９ａが設けられている。

軸方向Ｘに関するラック軸８の両端は、それぞれ、ハウジング９から突出しており、ボールジョイント等の一対の継手部材１０および対応するタイロッド１１等を介して対応する転舵輪１２に連結されている。
各継手部材１０は、タイロッド１１の端部に形成されたボール部１０ａと、ラック軸８の端部に形成されボール部１０ａを転動可能に保持するソケット１０ｂとを含む。

ピニオン軸７は、ステアリングシャフト３およびインターミディエイトシャフト５を介して操舵部材２の回転が伝達されることによって回転する。ピニオン軸７に伝達された回転は、ピニオン歯７ａとラック歯８ａとの噛み合いによってラック軸８の軸方向Ｘの移動に変換される。
ラック軸８が軸方向Ｘに移動することで、転舵輪１２が転舵される。車両が直進しているときの転舵輪１２の位置に対応する操舵部材２の位置を操舵中立位置ということにする。また、操舵部材２が操舵中立位置にあるときのステアリング装置１の状態を、操舵中立状態ということにする。また、操舵中立状態でピニオン歯７ａと噛み合うラック歯８ａの部位１５を基準位置（図１の一点鎖線）ということにする。また、軸方向Ｘにおけるラック軸８の位置をストローク位置とし、操舵中立状態におけるラック軸８の位置を中立位置とする。

ステアリング装置１は、ハウジング９の内周に嵌合保持されて、ラック軸８の軸方向Ｘの移動を規制する一対のストッパ１７を備える。各ストッパ１７は、例えば、それぞれハウジング９の対応する段差９ａによって軸方向Ｘの移動を規制されており、対応するソケット１０ｂと軸方向Ｘに対向している。各ストッパ１７は、対応するソケット１０ｂと当接することにより、ラック軸８をストロークエンド位置に規制する。

ラック歯８ａは、操舵部材２の操舵角に応じてラックアンドピニオン機構（転舵機構Ａ）のギヤ比が変化する、いわゆるバリアブルラックを構成している。ラック歯８ａは、基準位置を中心としてラック軸８の一端側Ｘ１と他端側Ｘ２とが非対称で形成されている。
図２は、中立位置からストロークエンド位置までの転舵機構ＡのストロークレシオＲを示したグラフ図である。ストロークレシオＲとは、ピニオン軸７の回転角θに対するラック軸８の軸方向移動量である。

図２の横軸は、ピニオン軸７の回転角θを示している。ここでは、θ＝０を中立位置として、ストローク位置が中立位置よりも一端側Ｘ１（図１の右側）である場合のピニオン軸７の回転を「＋」で示し、ストローク位置が中立位置よりも他端側Ｘ２（図１の左側）である場合のピニオン軸７の回転を「−」で示している。ストロークエンド位置におけるピニオン軸７の回転角をそれぞれ「＋θＥ」および「−θＥ」とする。図２の縦軸は、ストロークレシオＲを示している。

本実施形態では、図２の実線で示すグラフのように、θ＝０（中立位置）付近では、ストロークレシオＲが低くされており、θ＝＋θＥおよびθ＝−θＥ（ストロークエンド位置）付近では、ストロークレシオＲが高くされている。本実施形態とは異なり、図２の二点鎖線で示すように、θ＝０（中立位置）付近で、ストロークレシオＲが高くされており、θ＝＋θＥおよびθ＝−θＥ（ストロークエンド位置）付近で、ストロークレシオＲが低くされていてもよい。

ここで、バリアブルラックのラック軸では、ラック歯の形状が基準位置を中心としてラック軸の一端側Ｘ１と他端側Ｘ２とで対称となるように形成されており、通常、ストロークレシオを示す曲線はθ＝０の直線を挟んで左右対称となる。
本実施形態では、ラック歯８ａの形状が、基準位置を中心としてラック軸８の一端側Ｘ１と他端側Ｘ２とで非対称となるように形成されている。一方、本実施形態のラック軸８に関するストロークレシオＲが、θ＝０の直線を挟んで左右対称となるように、ラック歯８ａの歯形が、計算に基づいて設計されている。

図３は、ピニオン軸７の回転角θに対するラック歯８ａの歯元応力の変化曲線である歯元応力曲線を示したグラフ図である。
図３に示すグラフの１つの横軸は、ピニオン軸７の回転角θを示している。また、他の横軸は、回転角θに対応するストロークエンド位置ＳＥ付近のラック軸８のストローク位置Ｓを示している。図３に示すグラフの縦軸は、ピニオン歯７ａと噛み合う１つのラック歯８ａの噛み合い伝動に基づく歯元応力σを示している。

図３に示すように、ラック軸８のストローク位置Ｓに関して、ストロークエンド位置ＳＥが、ピニオン歯７ａによる噛み合い伝動に基づくラック歯８ａの歯元応力σがピークとなるピーク発生ストローク位置ＳＰからオフセットされている。
そのため、ストロークエンド位置ＳＥと、噛み合い伝動に基づくラック歯の歯元応力σがピークとなるピーク発生ストローク位置ＳＰとが重なることがない。そのため、ラック軸８とストッパ１７との衝突に起因する歯元応力が、噛み合い伝動に基づく歯元応力σのピークに付加されることを回避することができる。したがって、ストロークエンド位置ＳＥにおけるラック歯８ａの歯元応力σの増大を抑制することができる。

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内において種々の変更が可能である。

１…ステアリング装置、７…ピニオン軸、７ａ…ピニオン歯、８…ラック軸、８ａ…ラック歯、１５…部位、１７…ストッパ、Ｓ…ストローク位置、ＳＥ…ストロークエンド位置、ＳＰ…ピーク発生ストローク位置、Ｘ１…一端側、Ｘ２…他端側、σ…歯元応力

Claims (2)

1. ピニオン歯が形成されたピニオン軸と、前記ピニオン歯に噛み合うラック歯が形成されたラック軸と、前記ラック軸の左右のストロークエンド位置で前記ラック軸の移動を規制する一対のストッパと、を備え、
   前記ラック歯は、操舵中立状態で前記ピニオン歯と噛み合う部位を基準位置として、当該基準位置を中心として前記ラック軸の一端側と他端側とが非対称で形成されており、
   前記ラック軸のストローク位置に関して、前記ストロークエンド位置が、前記ピニオン歯による噛み合い伝動に基づく前記ラック歯の歯元応力がピークとなるピーク発生ストローク位置からオフセットされているステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置に用いるラック軸。
   

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