JP2017043140A - ラック軸 - Google Patents

Abstract

【課題】ラック歯の強度の低減を抑制しつつストロークレシオの設定の自由度を向上させることができるラック軸を提供する。
【解決手段】ラック軸６は、ピニオン軸５のピニオン歯と噛み合う複数のラック歯１１が軸方向Ｘに並んで形成されたラック歯形成領域１２を有する。ラック歯形成領域１２は、軸方向Ｘにおける中央領域Ａと、軸方向Ｘにおいて中央領域Ａよりも外側に位置する外側領域Ｂとを含む。中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａは、第１圧力角を有する第１部分２１と、歯すじ方向ＷＡから第１部分２１に隣接し、第１圧力角よりも大きい第２圧力角を有する第２部分２２とを含む。ラック歯１１Ｂは、第２圧力角よりも大きい第３圧力角を有する。ストロークレシオは、ラック歯１１Ａがピニオン歯１０に噛み合っているときよりも、ラック歯１１Ｂがピニオン歯１０に噛み合っているときにおいて大きい。
【選択図】図２

Description

この発明は、ラック軸に関する。

下記特許文献１に記載されたラックシャフトは、ラック歯がピニオン歯と噛み合うことにより、ピニオンシャフトの回転に応じて移動する。ラックシャフトは、ラック歯を所定のストローク領域に有している。ストローク領域の端部位置を含む端部領域におけるラック歯は、ストローク領域の中央位置を含む中央領域におけるラック歯よりも大きい圧力角を有している。

下記特許文献２に記載されたバリアブル・ギアレシオを備えたラック・ピニオン運動変換機構では、ラック移動端（ストロークエンド）において発生する衝撃を吸収するために、ラック軸のラック歯が、ラック軸の軸方向における中央部分では通常のピッチで形成され、ストロークエンド付近ではピッチが細かくなるように形成されている。
下記特許文献３に記載されたラック軸には、複数のラック歯が形成されている。ラック軸の軸方向の中央部分におけるラック歯と、ラック軸の軸方向の両端部分におけるラック歯とでは、ねじれ角、ピッチ、圧力角、歯厚等が異なっている。

特開２０１３−１８４５９７号公報 特開２００４−１８２１３８号公報 特開２００９−１２５７７５号公報

特許文献１〜３のラック軸では、ピニオン軸の回転量に対するラック軸の移動量の度合いであるストロークレシオが、ラック軸におけるピニオン軸との噛み合い位置に応じて変化する。ストロークレシオは、ラック軸においてピニオン歯に噛み合うラック歯の圧力角が大きければ大きくなり、ピニオン歯に噛み合うラック歯の圧力角が小さければ小さくなる。ストロークレシオの設定の自由度を向上させるために、ラック歯の強度低下を抑制しつつ、ラック歯の圧力角を広い範囲で設定できることが望ましい。

この発明は、かかる背景のもとでなされたものであり、ラック歯の強度の低下を抑制しつつストロークレシオの設定の自由度を向上させることができるラック軸を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ピニオン軸（５）とともにラックアンドピニオン機構（１３）を構成し、前記ピニオン軸のピニオン歯（１０）と噛み合う複数のラック歯（１１）が所定方向（Ｘ）に並んで形成されたラック歯形成領域（１２）を有するラック軸（６）であって、前記ラック歯形成領域は、前記所定方向における中央領域（Ａ）と、前記所定方向において前記中央領域よりも外側に位置する外側領域（Ｂ）とを含み、前記中央領域における前記ラック歯（１１Ａ）は、第１圧力角（α）を有する第１部分（２１）と、当該ラック歯の歯すじ方向（ＷＡ）から前記第１部分に隣接し、前記第１圧力角よりも大きい第２圧力角（β）を有する第２部分（２２）とを含み、前記外側領域における前記ラック歯（１１Ｂ）は、前記第２圧力角よりも大きい第３圧力角（γ）を有し、前記ピニオン軸の回転量（θ）に対する前記ラック軸の前記所定方向へのストローク量の度合いを示すストロークレシオ（Ｒ）が、前記中央領域における前記ラック歯が前記ピニオン歯に噛み合っているときよりも、前記外側領域における前記ラック歯が前記ピニオン歯に噛み合っているときにおいて大きい、ラック軸である。

請求項２に記載の発明は、前記ラック歯形成領域における前記ピニオン歯との噛み合い位置が前記第１部分から前記外側領域における前記第３圧力角の前記ラック歯まで変化したときにおける前記ストロークレシオの変化量（ＲＣ）と同じ変化量（ＲＣ１）が得られるように、前記噛み合い位置を前記第２部分から前記外側領域における前記ラック歯まで変化させたときの前記外側領域の前記ラック歯に設定される圧力角を第４圧力角（δ）とした場合に、前記第３圧力角は、前記第４圧力角以下である、請求項１に記載のラック軸である。

請求項３に記載の発明は、前記第２圧力角は、前記ピニオン歯の圧力角（ε）と等しい、請求項１または２に記載のラック軸である。
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に記載の発明によれば、ピニオン軸とともにラックアンドピニオン機構を構成するラック軸は、ピニオン軸のピニオン歯と噛み合う複数のラック歯が所定方向に並んで形成されたラック歯形成領域を有する。ラック歯の圧力角とは、ラック軸の軸方向に直交する線とラック歯の歯形の接線とのなす角度のことである。
ラック歯形成領域の中央領域におけるラック歯は、第１圧力角を有する第１部分と、第１圧力角よりも大きい第２圧力角を有する第２部分とを含み、ラック歯形成領域の外側領域におけるラック歯は、第２圧力角よりも大きい第３圧力角を有する。また、ピニオン軸の回転量に対するラック軸の所定方向へのストローク量の度合いを示すストロークレシオは、中央領域におけるラック歯がピニオン歯に噛み合っているときよりも、外側領域におけるラック歯がピニオン歯に噛み合っているときにおいて大きい。この場合、最も小さい第１圧力角によってストロークレシオの範囲の下限が決定され、最も大きい第３圧力角によってストロークレシオの範囲の上限が決定される。

ラックアンドピニオン機構がステアリング装置に適用される場合には、ラック歯形成領域におけるピニオン歯との噛み合い位置が中央領域である場合、ストロークレシオが相対的に小さいことから、ピニオン軸に連結される操舵部材がぶれにくくなるので、車両の直進安定性を確保できる。また、一方、噛み合い位置が外側領域である場合、ストロークレシオが相対的に大きいことから、ラック軸を操舵部材の操作に敏感に反応させてクイックに動かすことができるので、車両の旋回性を向上させることができる。

第１部分には、第１部分よりも圧力角が大きい第２部分が歯すじ方向から隣接しているため、中央領域におけるラック歯の全体の強度の低下が抑制されている。そのため、中央領域におけるラック歯全体の圧力角は、第１圧力角を小さく設定しても、当該ラック歯全体の強度が十分に確保される。したがって、第１圧力角を小さく設定することによって、ストロークレシオの範囲の下限を低くすることができる。

その結果、ラック歯の強度の低下を抑制しつつストロークレシオの設定の自由度を向上させることができる。
請求項２に記載の発明によれば、ラック歯形成領域におけるピニオン歯との噛み合い位置が第１部分から外側領域における第３圧力角のラック歯まで変化したときにおけるストロークレシオの変化量と同じ変化量が得られるように、噛み合い位置を第２部分から外側領域におけるラック歯まで変化させたとする。このときの外側領域のラック歯に設定される圧力角を第４圧力角とした場合に、第３圧力角は、第４圧力角以下である。

第３圧力角を第４圧力角と等しくなるように設定すると、ストロークレシオの範囲の上限を高くすることができるので、ストロークレシオの設定の自由度をさらに向上させることができる。また、第３圧力角を第４圧力角よりも低くなるように設定しても、噛み合い位置を中央領域から外側領域におけるラック歯まで変化させたときに必要なストロークレシオの変化量を確保できる。

請求項３に記載の発明のように、第２圧力角は、ピニオン歯の圧力角と等しくてもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るラック軸を備えるステアリング装置の概略正面図である。 図２は、ラック軸のラック歯形成領域の周辺を拡大した図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図６は、ピニオン軸の回転量に対するストロークレシオの変化を示したグラフ図である。 図７は、本実施形態のストロークレシオと参考例のストロークレシオとを比較するためのグラフ図である。

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に係るラック軸６を備えるステアリング装置１の概略正面図である。
図１を参照して、ステアリング装置１は、操舵部材２と、ステアリングシャフト３と、中間軸４と、ピニオン軸５と、ラック軸６と、ラックハウジング７とを主に含んでいる。

操舵部材２として、たとえば、ステアリングホイールを用いることができる。操舵部材２には、ステアリングシャフト３の一端が連結されている。ステアリングシャフト３の他端と中間軸４の一端とが自在継手８によって連結されている。また、中間軸４の他端とピニオン軸５の一端とが自在継手９によって連結されている。ピニオン軸５の他端の外周面には複数のピニオン歯１０が一体的に設けられている。

ラック軸６は、車両の幅方向である図１の左右方向に延びる略円柱状である。ここで、図１においてラック軸６が延びる左右方向を、所定方向としての軸方向Ｘとする。以下では、図１のステアリング装置１の姿勢を基準として、図１の左側を軸方向Ｘの一方側Ｘ１といい、図１の右側を軸方向Ｘの他方側Ｘ２という。また、軸方向Ｘに対して直交する方向のうち、図１の紙面の上下に延びる方向を直交方向Ｙとする。図１以外の各図において図１の軸方向Ｘ、一方側Ｘ１、他方側Ｘ２および直交方向Ｙに対応する方向には、図１と同じ符号を付している。ラック軸６は、ラックハウジング７に収容されている。ラックハウジング７は、車体（図示せず）に固定されている。

ラック軸６は、複数のラック歯１１が軸方向Ｘに並んで形成されたラック歯形成領域１２を有している。ラック歯１１は、ピニオン歯１０と噛み合っている。ラック軸６は、ピニオン軸５とともにラックアンドピニオン機構１３を構成している。
軸方向Ｘに関するラック軸６の両端は、それぞれ、ラックハウジング７から突出しており、ボールジョイント等の継手部材１４およびタイロッド１５等を介して転舵輪１６に連結されている。

ピニオン軸５は、ステアリングシャフト３および中間軸４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５に伝達された回転は、ピニオン歯１０とラック歯１１との噛み合いによってラック軸６の軸方向Ｘへの移動に変換される。ラック軸６が軸方向Ｘに移動することで、転舵輪１６が転舵される。
車両が直進してい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、軸方向Ｘにおけるラック軸６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６のストローク位置を中立位置とする。また、ラック軸６が中立位置から軸方向Ｘへ移動し、ストッパ等（図示せず）に当接することによって当該移動が規制されたときのラック軸６のストローク位置をストロークエンド位置とする。

図２は、ラック軸６のラック歯形成領域１２の周辺を拡大した図である。
図２を参照して、ラック歯形成領域１２は、軸方向Ｘにおける中央領域Ａと、軸方向Ｘにおいて中央領域Ａよりも外側に位置する一対の外側領域Ｂと、中央領域Ａと外側領域Ｂとの間に位置する中間領域Ｃとを含む。中央領域Ａにおけるラック歯１１ＡのピッチＰＡは、外側領域Ｂにおけるラック歯１１ＢのピッチＰＢよりも小さい。また、直交方向Ｙに対するラック歯１１Ａの歯すじ方向ＷＡの交差角度である捩れ角ａは、ラック歯１１Ｂの歯すじ方向ＷＢについての捩れ角ｂよりも小さい。

図２では、中間領域Ｃにおけるラック歯１１の図示を省略しているが、中間領域Ｃのラック歯１１では、ピッチ、捩れ角および圧力角（後述する）のそれぞれが中央領域Ａのラック歯１１Ａよりも大きく設定されており、ラック歯形成領域１２において軸方向Ｘの外側のラック歯１１へ向かうにしたがって大きくなるように設定されている。
図２において二点鎖線で囲った部分の拡大図を参照して、ラック軸６が中立位置にあるときの軸方向Ｘにおけるピニオン軸５の位置を一点鎖線で図示している。中立位置付近にあるときのラック軸６の中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａは、ピニオン歯１０と接触する第１部分２１と、第１部分２１にラック歯１１Ａの歯すじ方向ＷＡから隣接する第２部分２２とを一体的に含む。

第１部分２１は、中央領域Ａのラック歯１１Ａにおいて破線で囲った部分である。直交方向Ｙにおけるラック歯形成領域１２の幅Ｈが例えば２０ｍｍの場合、直交方向Ｙにおける第１部分２１の幅ｈは、４ｍｍ程度である。
ラック軸６が中立位置にあるときに歯すじ方向ＷＡにおけるラック歯１１とピニオン歯１０とが接触する位置がラック歯１１毎に異なることに応じて、第１部分２１は、歯すじ方向ＷＡにおける位置がラック歯１１Ａ毎に異なっていてもよい。ピニオン歯１０は、中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａの２〜３枚と同時に噛み合う。例えば、本実施形態のように中央領域Ａにラック歯１１Ａが３つ配置されている場合、これらの３つのうちの中央のラック歯１１Ａでは、歯すじ方向ＷＡにおける略中央に第１部分２１が位置している。

また、これらの３つのラック歯１１Ａのうち軸方向Ｘの両側に配置された２つのラック歯１１Ａでは、歯すじ方向ＷＡにおける端部付近に第１部分２１が位置している。詳しくは、当該２つのラック歯１１Ａでは、一方側Ｘ１のラック歯１１Ａの第１部分２１が歯すじ方向ＷＡにおける一端側（図２の紙面の下側）に位置しており、他方側Ｘ２のラック歯１１Ａの第１部分２１が歯すじ方向ＷＡにおける他端側（図２の紙面の上側）に位置している。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３では、実際にはピニオン軸５およびピニオン歯１０は現れないが、説明の便宜上、中央領域Ａのラック歯１１Ａに噛み合った状態のピニオン歯１０とピニオン軸５とを二点鎖線で図示している（後述する図４も同様）。
図３を参照して、以下では、ラック歯１１の圧力角とは、ラック軸６の径方向ＲＤに延びる直線Ｌと、ピッチ点Ｐ１におけるラック歯１１の歯面の接線とのなす鋭角の角度のことである。ここで、ピッチ点Ｐ１とは、ピニオン歯１０の歯面とラック歯１１とが接する点のことである。また、ピニオン歯１０の圧力角εとは、ピニオン軸５の中心からピニオン軸５の径方向に延びる半径線ＲＬと、ピッチ点Ｐ１におけるピニオン歯１０の歯面の接線ＴＬとのなす鋭角の角度のことである。

中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａの第１部分２１は、第１圧力角αを有する。第１圧力角αは、ピニオン歯１０の圧力角εよりも小さい。例えば、ピニオン歯１０の圧力角εが、一般的にＪＩＳ等において標準値として規定された２０°であるとき、第１圧力角αは１５°である。
図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である図４を参照して、中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａの第２部分２２（図２も参照）は、第１圧力角α（図３参照）よりも大きい第２圧力角βを有する。第２圧力角βは、ピニオン歯１０の圧力角ε以上の角度であり、例えば圧力角εと等しい。

ここで、ラック歯１１において、歯厚とは、軸方向Ｘにおける歯元２５の幅のことである。ラック歯１１の圧力角が大きければ歯厚が大きくなる。第２圧力角βは、第１圧力角αよりも大きいので、第２部分２２におけるラック歯１１Ａの歯厚Ｔ２は、第１部分２１におけるラック歯１１Ａの歯厚Ｔ１（図３参照）よりも大きい。そのため、ラック歯１１Ａの歯元２５の強度（歯元強度）は、第１部分２１よりも第２部分２２において高い。

図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である図５を参照して、外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂは、ピニオン歯１０（図３参照）と噛み合う部分の全域において第３圧力角γを有する。第３圧力角γは、第２圧力角β（図４参照）よりも大きい。ラック歯１１Ｂの歯厚Ｔ３は、ラック歯１１Ａの第２部分２２の歯厚Ｔ２（図４参照）よりも大きい。
図６は、ピニオン軸５の回転量に対するストロークレシオＲの変化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５（図１参照）の回転量に対する軸方向Ｘへのラック軸６（図１参照）のストローク量の度合いである。詳しくは、ストロークレシオＲは、ピニオン軸５の単位回転量当たりにラック軸６が軸方向Ｘへストロークした量を示す指標であり、ピニオン軸５の回転量に対するラック軸６のストローク量の比率である。ストロークレシオＲは、ピニオン歯１０とラック歯１１との間のギヤ比に相当する。

図６の横軸は、ピニオン軸５の回転量を示す回転角θを示している。ここでは、ラック軸６が中立位置にあるときの回転角θをθ＝０として、ラック軸６のストローク位置が中立位置よりも一方側Ｘ１である場合のピニオン軸５の回転角を「＋」で示し、ストローク位置が中立位置よりも他方側Ｘ２である場合のピニオン軸５の回転角を「−」で示している。ラック軸６がストロークエンド位置にあるときのピニオン軸５の回転角をそれぞれ「＋θＥ」および「−θＥ」とする。また、図６の横軸の下には、回転角θのときにピニオン歯１０（図２参照）に噛み合うラック歯１１（図２参照）が形成されている領域（中央領域Ａ、外側領域Ｂおよび中間領域Ｃのいずれか）の符号をそれぞれ示している。図６の縦軸は、ストロークレシオＲを示している。

図２および図６を参照して、θ＝０付近では中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａの第１部分２１がピニオン歯１０に噛み合っており、θ＝＋θＥおよびθ＝−θＥ付近では、外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂがピニオン歯１０に噛み合っている。
ピニオン軸５が回転してθ＝０からθ＝＋θＥまたはθ＝−θＥに変化する間、ピニオン歯１０は、ラック歯１１Ａの第２部分２２や中間領域Ｃにおけるラック歯１１と噛み合う状態を介して、ラック歯１１Ａの第１部分２１に接触している状態から外側領域Ｂのラック歯１１Ｂに噛み合う状態まで変化する。

ストロークレシオＲは、ピニオン歯１０に噛み合うラック歯１１の圧力角が大きくなれば大きくなり、ピニオン歯１０に噛み合うラック歯１１の圧力角が小さくなれば小さくなる。
中間領域Ｃにおけるラック歯１１の圧力角は、たとえば、中央領域Ａから外側領域Ｂへ向かうにしたがって大きくなる。そのため、ピニオン歯１０が中間領域Ｃにおけるラック歯１１と噛み合った状態で回転角θが大きくなると、ストロークレシオＲが徐々に大きくなる。また、中央領域Ａ、中間領域Ｃおよび外側領域Ｂのそれぞれの境界においてストロークレシオＲが急に変動しないように、当該境界におけるラック歯１１の圧力角の値を設定してもよい。

図６に示すように、ストロークレシオＲは、中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａがピニオン歯１０に噛み合っているときよりも、外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂがピニオン歯１０に噛み合っているときにおいて大きい。
中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａの第１部分２１がピニオン歯１０に接触しているときのストロークレシオＲをストロークレシオＲ１とし、外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂがピニオン歯１０に噛み合っているときのストロークレシオＲをストロークレシオＲ３とする。ストロークレシオＲでは、ストロークレシオＲ３が最も高く、ストロークレシオＲ１が最も低い。

ストロークレシオＲの範囲の下限は、最も小さい第１圧力角α（図３参照）によって決定され、ストロークレシオＲの範囲の上限は、最も大きい第３圧力角γ（図５参照）によって決定される。
ラック歯形成領域１２におけるピニオン歯１０との噛み合い位置が中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａの第１部分２１から外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂまで変化すると、ストロークレシオＲが所定の変化量ＲＣだけ変化する。変化量ＲＣは、ストロークレシオＲ３とストロークレシオＲ１との差に相当する。ちなみに、大きな変化量ＲＣを得るために、（Ｒ３−Ｒ１）／Ｒ１で現わされるストロークレシオＲの変化率は、２５％以上であることが好ましく、３０％以上であることが一層好ましい。

以上のように、ラックアンドピニオン機構１３（図１参照）は、ラック歯形成領域１２内における位置によってストロークレシオＲが異なる、いわゆるＶＧＲ（Variable Gear Ratio）のラックアンドピニオン機構である。ＶＧＲのラックアンドピニオン機構では、ピニオン歯１０とラック歯１１との間のギヤ比が操舵部材２の操舵角の増加（ピニオン軸５の回転角θの絶対値の増加）に応じて大きくなる。

ＶＧＲのラックアンドピニオン機構では、ラック歯形成領域１２におけるピニオン歯１０との噛み合い位置が中央領域Ａである場合、ストロークレシオＲが相対的に小さいことから、ピニオン軸５に連結される操舵部材２がぶれにくく車両の直進安定性を確保できる。また、一方、噛み合い位置が外側領域Ｂである場合、ストロークレシオＲが相対的に大きいことから、ラック軸６を操舵部材２の操作に敏感に反応させてクイックに動かすことができるので、車両の旋回性を向上させることができる。

本実施形態によれば、第１圧力角αよりも大きい第２圧力角βを有する第２部分２２が、ラック歯１１Ａの歯すじ方向ＷＡから第１部分２１に隣接しているため、中央領域Ａにおけるラック歯１１の全体の強度の低下が抑制されている。そのため、中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａ全体の圧力角が第１圧力角αを、例えば、ピニオン歯１０の圧力角εよりも小さい角度に設定しても、ラック歯１１Ａ全体の強度が十分に確保される。したがって、第１圧力角αを小さく設定することによって、ストロークレシオＲの範囲の下限を低くすることができる。また、ストロークレシオＲの変化率を向上させることもできる。

その結果、ラック歯１１の強度の低下を抑制しつつラック軸６のストロークレシオＲの設定の自由度を向上させることができる。
また、ラック歯１１Ａでは、第１部分２１以外の部分、すなわち第２部分２２の第２圧力角βを小さくする必要がないことから、ラック歯１１Ａの歯厚Ｔ２の減少が抑制されるのでラック歯１１の歯元強度の低下も抑制できる。さらに、第２圧力角βを小さくする必要がないので、ラック歯１１を加工する際に工具によって歯元２５付近が削り取られる切下げ（いわゆるアンダーカット）が発生しにくくなるため、歯元強度のさらなる向上を図れる。

次に、ラック歯形成領域１２におけるピニオン歯１０との噛み合い位置を第２部分２２から外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂまで変化させたときに、ストロークレシオＲが所定の変化量ＲＣと等しい変化量ＲＣ１だけ変化する参考例のラック軸を想定する。
図７は、本実施形態のストロークレシオＲと参考例のストロークレシオＲとを比較するためのグラフ図である。図７では、参考例のラック軸をステアリング装置１（図１参照）に適用した場合のストロークレシオＲを二点鎖線で示している。また、図７では、説明の便宜上、θ＝０からθ＝＋θＥの範囲のみを図示している。

図７では、参考例のラック軸において、中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａの第２部分２２がピニオン歯１０に接触しているときのストロークレシオＲをストロークレシオＲ２とし、外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂがピニオン歯１０に噛み合っているときのストロークレシオＲをストロークレシオＲ４として図示している。
図２および図７を参照して、参考例のラック軸では、外側領域Ｂのラック歯１１Ｂは、第４圧力角δを有している。外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂの第３圧力角γは、第４圧力角δ以下である。例えば、第４圧力角δが４０°である場合、第３圧力角γは、３５°である。

本実施形態のラック軸６において、第３圧力角γを第４圧力角δと等しくなるように設定すると、ストロークレシオＲの範囲の上限を高くすることができるので、ストロークレシオＲの設定の自由度をさらに向上させることができる。また、第４圧力角δよりも低くなるように第３圧力角γを設定しても、噛み合い位置を中央領域Ａにおけるラック歯１１Ａから外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂまで変化させたときに必要なストロークレシオＲの変化量ＲＣ１を確保できる。

外側領域Ｂの第３圧力角γを低減することで、ピニオン軸５がラック軸６を軸方向Ｘに移動させ易くなるので、ピニオン軸５を駆動するためのトルクが低減される。一方、ラック軸６がピニオン軸５から受ける反力のうち直交方向Ｙの成分（離間力）は小さくなるので、ステアリング装置１において直交方向Ｙからラック軸６をピニオン軸５に付勢するために設けられるラックガイド（図示せず）用のばね（図示せず）を小型化および軽量化することができる。

第３圧力角γを低減することによって、外側領域Ｂにおけるラック歯１１Ｂの捩れ角ｂも低減することができるので、捩れ角ｂに起因してラック軸６に対してピニオン軸５が揺動することによって発生する揺動モーメントを低減できる。また、前述した離間力や揺動モーメントを低減することによってピニオン軸５の振動やラック歯１１とピニオン歯１０との接触による異音の発生を抑制できる。

なお、離間力や揺動モーメントを低減することで、ラック歯１１の歯元２５の破損が抑制される。そのため、ラック軸６がストロークエンド位置でストッパ（図示せず）に当接した際に破損しない程度の強度でラック歯１１Ｂを設計すれば足りる。
また、第３圧力角γおよび捩れ角ｂが低減されることにより、ピニオン歯１０とラック歯１１とが深く噛み合うことができるので、ピニオン歯１０と同時に噛み合うラック歯１１の枚数を示す噛み合い率の低下を抑制できる。

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。

５…ピニオン軸、６…ラック軸、１０…ピニオン歯、１１…ラック歯、１１Ａ…ラック歯、１１Ｂ…ラック歯、１２…ラック歯形成領域、１３…ラックアンドピニオン機構、２１…第１部分、２２…第２部分、Ａ…中央領域、Ｂ…外側領域、Ｒ…ストロークレシオ、ＲＣ…変化量、ＲＣ１…変化量、ＷＡ…歯すじ方向、Ｘ…軸方向、α…第１圧力角、β…第２圧力角、γ…第３圧力角、δ…第４圧力角、ε…圧力角、θ…回転角

Claims (3)

1. ピニオン軸とともにラックアンドピニオン機構を構成し、前記ピニオン軸のピニオン歯と噛み合う複数のラック歯が所定方向に並んで形成されたラック歯形成領域を有するラック軸であって、
   前記ラック歯形成領域は、前記所定方向における中央領域と、前記所定方向において前記中央領域よりも外側に位置する外側領域とを含み、
   前記中央領域における前記ラック歯は、第１圧力角を有する第１部分と、当該ラック歯の歯すじ方向から前記第１部分に隣接し、前記第１圧力角よりも大きい第２圧力角を有する第２部分とを含み、
   前記外側領域における前記ラック歯は、前記第２圧力角よりも大きい第３圧力角を有し、
   前記ピニオン軸の回転量に対する前記ラック軸の前記所定方向へのストローク量の度合いを示すストロークレシオが、前記中央領域における前記ラック歯が前記ピニオン歯に噛み合っているときよりも、前記外側領域における前記ラック歯が前記ピニオン歯に噛み合っているときにおいて大きい、ラック軸。
2. 前記ラック歯形成領域における前記ピニオン歯との噛み合い位置が前記第１部分から前記外側領域における前記第３圧力角の前記ラック歯まで変化したときにおける前記ストロークレシオの変化量と同じ変化量が得られるように、前記噛み合い位置を前記第２部分から前記外側領域における前記ラック歯まで変化させたときの前記外側領域の前記ラック歯に設定される圧力角を第４圧力角とした場合に、前記第３圧力角は、前記第４圧力角以下である、請求項１に記載のラック軸。
3. 前記第２圧力角は、前記ピニオン歯の圧力角と等しい、請求項１または２に記載のラック軸。

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