JP3384105B2 - ラックピニオン型ステアリングギヤ装置 - Google Patents

ラックピニオン型ステアリングギヤ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両のステアリング装
置に採用されているラックピニオン型ステアリングギヤ
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ラックピニオン型ステアリングギヤ装置
の一つとして、例えば、歯部としてはすばを用いた構
成、ラック軸線の法線に対してピニオンの軸線が所定角
となる構成等が採用されて、ピニオンの歯部とラックの
歯部との噛み合い部における力の伝達方向がラックの軸
線に対して所定角度となるように構成され、また噛み合
い部のガタツキ防止を意図してラックがばね部材によっ
て支持されたラックガイドにより弾撥的に支持されてピ
ニオンに向けて付勢されるように構成されたものがあ
る。
【０００３】ところで、従来装置においては、例えば図
１２にて示したように、ピニオン１の歯部１ａ（歯先円
半径ｒ２、ピッチ円半径ｒ１のはすばが形成されてい
る）とこれに歯先と歯底が非接触で噛合するラック２の
歯部２ａが、大きな摩擦力をもたらすくさび効果を生じ
させるａ，ｂの二歯面で歯筋方向に滑り接触していて、
両歯部１ａ，２ａの噛み合い部での力の伝達時には各歯
面ａ，ｂにて滑りによる摩擦力が生じるようになってお
り、ピニオン１からラック２に回転力が伝達されるとき
各滑りによる摩擦力に対向する力によって図９〜図１１
の各（Ａ）にて示したようにラック１が軸線回りに微小
量回転したり振れたりして、ステアリングの性能を悪化
することがある。上記した各滑りによる摩擦力Ｆｐは、
ラック２をピニオン１に向けて付勢するばね部材（図示
省略）の付勢力Ｆｏとラック２の歯面間角度θ（通常、
２９度〜４０度を採用している場合が多い）によって定
まる法線力Ｆ１（接触歯面に直交する作用力）と摩擦係
数μにより決まるものであり、Ｆｐ＝μ×Ｆ１＝（μ×
Ｆｏ／２）／ｓｉｎ（θ／２）で表される。
【０００４】また、上記したステアリングの性能悪化を
改善するために、実開平２−３３１７１号公報に記載さ
れている装置においては、ラックに回り止め用リブを突
設するとともに、ラックとピニオンの噛み合い部を収容
するハウジングに前記リブと係合する規制手段を設け
て、ラックが軸線方向にのみ摺動自在な状態で回転方向
への動きを規制されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した公報の装置に
おいては、ラックにリブを突設するとともにハウジング
に規制手段を設けてステアリングの性能悪化を抑制する
ものであり、ハウジング内にリブと規制手段のためのス
ペースを確保する必要があって当該装置の大型化を招く
ばかりか、リブと規制手段による重量増が生じる。本発
明は、上記した問題に対処すべくなされたものであり、
その目的は当該装置の大型化および重量増を生じさせる
ことなくステアリング性能の悪化を抑制することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】上記
の目的を達成するため、本発明は、ピニオンの歯部とラ
ックの歯部との噛み合い部における力の伝達方向がラッ
クの軸線に対して所定角度に定められていて、ラックを
ピニオンに向けて付勢して組付けたラックピニオン型ス
テアリングギヤ装置において、前記ラック又はピニオン
の歯部の歯底部分が他方の歯部の歯先部分と前記ラック
の軸線方向にてころがり接触する形状に形成されている
ことを特徴とするラックピニオン型ステアリングギヤ装
置を提供するものである。 このラックピニオン型ステア
リングギヤ装置においては、前記ラック又はピニオンの
歯部の歯底部分と他方の歯部の歯先部分の接触部にて得
られる摩擦力によって噛み合い部でのガタツキを抑制す
ることができるため、噛み合い部にピニオン回転方向の
隙間を形成することができて、従来装置の問題点である
二歯面での歯筋方向の滑り接触を無くして、一歯面での
歯筋方向の滑り接触とすることができ、接触歯面での歯
筋方向の滑り接触による摩擦接触を低減することができ
る。したがって、当該摩擦力に対向する力によって生じ
るラックの軸線回りの微小回転および振れを減少させる
ことができて、ステアリングの性能悪化を抑制すること
ができる。
【０００７】本発明の一実施形態においては、ピニオン
の歯部とラックの歯部との噛合い部における力の伝達方
向がラックの軸線に対して所定角度に定められていて、
ラックをピニオンに向けて付勢して組付けたラックピニ
オン型ステアリングギヤ装置において、前記ピニオンの
歯部形成部位又は前記ラックの歯部形成部位の幅を他方
の幅より狭くして、狭い幅の歯部形成部位にはその幅一
杯に歯部を形成し、他方の歯部形成部位にはその両端を
非加工部として前記狭い幅の歯部形成部位に形成した歯
部に対応する歯部を転写形成したことを特徴とするラッ
クピニオン型ステアリングギヤ装置が提供される。この
ラックピニオン型ステアリングギヤ装置においては、噛
み合い部の歯幅方向両端部にて両歯部が歯幅方向で係合
可能であり、噛み合い部にて生じる摩擦力に対抗する力
によりラックが軸線回りに微小回転したり振れたりする
ときには、噛み合い部における両歯部の歯幅方向両端部
にて生じる係合摩擦力によりラックの軸線回りの微小回
転および振れを減少させることができて、ステアリング
の性能悪化を抑制することができる。
【０００８】さらに、本発明の実施にあたって、前記ピ
ニオンの歯部における歯先円半径をピッチ円半径より大
きくした場合には、ピニオンからラックに回転力が伝達
されているときに、ラックがころがり摩擦力により進行
を早められて、ラックの歯部における進行側の歯面がピ
ニオンの歯部における反回転方向側の歯面と当接した状
態に維持されて、ピニオンの回転を急に停止又は反転し
たときにも歯面当接による打音が発生しない。
【０００９】また、上記した各発明においては、ピニオ
ンとラックの両歯部の形状を変更することにより実施で
きるものであるため、当該装置の大型化および重量増を
生じさせることはない。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明の各実施例を図面に基づいて
説明する。図１及び図２は本発明の第１実施例を示して
いて、この実施例においてはピニオン１１が一対のベア
リング１２，１３を介してハウジング１４に回転可能か
つ軸方向移動不能に組付けられている。ピニオン１１
は、その軸線Ｌ１が丸棒を素材とするラック１５の軸線
Ｌ２の法線（図示省略）に対して所定角となるようにハ
ウジング１４に組付けられていて、その一部外周に形成
したはすば歯部１１ａにてラック１５の一側に形成した
はすば歯部１５ａに噛み合っており、両歯部１１ａ，１
５ａの噛み合い部における力の伝達方向がラック１５の
軸線Ｌ２に対して所定角度となるように構成されてい
る。ラック１５は、ばね部材１６によって支持されたラ
ックガイド１７により弾撥的に支持されてピニオン１１
に向けて付勢されている。ばね部材１６は、ハウジング
１４に螺着されたキャップ１８とラックガイド１７間に
介装されていて、ラックガイド１７をラック１５に向け
て付勢している。ラックガイド１７は、ハウジング１４
に設けた取付孔１４ａに所定の隙間をもって移動可能に
組付けられている。キャップ１８は、ばね受としての機
能とラックガイド１７のばね付勢方向の移動量を規定す
る機能を有していて、ナット１９によってハウジング１
４にロックされている。
【００１１】ところで、この第１実施例においては、図
２にて詳細に示したように、ピニオン１１の歯部１１ａ
において歯先円半径ｒ２がピッチ円半径ｒ１と同じとな
るように形成されており、またラック１５の歯部１５ａ
において歯底部分１５ａ１がピニオン１１の歯部１１ａ
の歯先部分１１ａ１とラック軸方向にてころがり接触す
る形状に形成されている。しかして、両歯部１１ａ，１
５ａの噛み合い部では、図２に示した歯先部分１１ａ１
と歯底部分１５ａ１の接触部が歯幅方向の何れかにおい
て常に存在していて、この接触部ではばね部材１６によ
る付勢力Ｆｏによって摩擦係数μにより決まるころがり
摩擦力Ｆ（Ｆ＝μ×Ｆｏ）が接触部のラック軸方向にて
得られるようになっている。
【００１２】上記した構成（ピニオン１１の歯部１１ａ
とラック１５の歯部１５ａの構成以外は従来装置と同じ
構成である）によりこの第１実施例においては、図２に
示した歯先部分１１ａ１と歯底部分１５ａ１の接触部に
て得られるころがり摩擦力Ｆによって噛み合い部でのガ
タツキを抑制することができるため、噛み合い部にピニ
オン回転方向の隙間を形成することができて、上述した
従来装置の問題点である二歯面での歯筋方向の滑り接触
を無くして、一歯面での歯筋方向の滑り接触とすること
ができ、接触歯面での歯筋方向の滑り接触による滑り摩
擦力を低減することができる。したがって、ピニオン１
１からラック１５に回転力が伝達されるとき滑り摩擦力
に対向する力によって生じるラックの軸線回りの微小回
転および振れを図９〜図１１の各（Ｂ）にて示したよう
に従来装置に比して減少させることができて、ステアリ
ングの性能悪化を抑制することができる。
【００１３】上記した第１実施例においては、ピニオン
１１の歯部１１ａにおいて歯先円半径ｒ２がピッチ円半
径ｒ１と同じとなるように形成したが、歯先円半径ｒ２
がピッチ円半径ｒ１と異なるように形成して本発明を実
施することも可能である。ところで、歯先円半径ｒ２が
ピッチ円半径ｒ１より大きくなるように形成した場合に
は、ピニオン１１からラック１５に回転力が伝達されて
いる際に、ラック１５がころがり摩擦力により進行を早
められて、ラック１５の歯部１５ａにおける進行側の歯
面がピニオン１１の歯部１１ａにおける反回転方向側の
歯面と当接した状態に維持されており、ピニオン１１の
回転を急に停止または反転した場合にも、歯面当接によ
る打音は発生しない。
【００１４】また、ラック１５側から、ピニオン１１の
回転によるラックの進行方向と逆向きの力が入力した際
は、ラック１５の歯底部分１５ａ１とピニオン１１の歯
先部分１１ａ１との摩擦力により、歯面当接による打音
を小さくすることができる。
【００１５】また、上記した第１実施例においては、ラ
ック１５の歯部１５ａにおいて歯底部分１５ａ１がピニ
オン１１の歯部１１ａの歯先部分１１ａ１とラック軸方
向にてころがり接触する形状に形成されるようにして本
発明を実施したが、上記実施例とは逆にラック１５の歯
部１５ａにおいて歯先部分がピニオン１１の歯部１１ａ
の歯底部分とラック軸方向にてころがり接触する形状に
形成されるようにして本発明を実施することも可能であ
り、この場合にも上記した第１実施例と同等の作用が得
られる。
【００１６】また、この場合にはラック１５がころがり
摩擦力により進行を遅れさせられて、ラック１５の歯部
１５ａにおける反進行側の歯面がピニオン１１の歯部１
１ａにおける回転方向側の歯面と当接した状態に維持さ
れており、ラック１５側から、ピニオン１１の回転によ
るラックの進行方向と逆向きの力が入力した場合には、
歯面当接による打音は生じない。さらに、ピニオン１１
の回転を急に停止または反転した場合には、ラック１５
の歯底部分１５ａ１とピニオン１１の歯先部分１１ａ１
との摩擦力により、歯面当接による打音を小さくするこ
とができる。
【００１７】図３〜図５は本発明の第２実施例を示して
いて、この実施例においては、ピニオン１１１の歯部形
成部位の幅Ｗｐがラック１１５の歯部形成部位の幅Ｗｒ
より小さくされていて、ピニオン１１１の歯部形成部位
には幅Ｗｐ一杯に歯部１１１ａが形成され、この歯部１
１１ａに対応した歯部１１５ａがラック１１５の歯部形
成部位に両端を非加工部として転写形成されている。そ
の他の構成は、上記した第１実施例の構成と同じである
ため、同一部材に同一符号を付してその説明は省略す
る。
【００１８】このため、この第２実施例においては、噛
み合い部の歯幅方向両端部にて両歯部１１１ａ，１１５
ａが歯幅方向で係合可能であり、噛み合い部にて生じる
歯面での歯筋方向の滑り接触による滑り摩擦力に対向す
る力によりラック１１５が軸線回りに微小回転したり振
れたりする際には、噛み合い部における両歯部１１１
ａ，１１５ａの歯幅方向両端部にて生じる係合摩擦力に
よりラック１１５の軸線回りの微小回転および振れを減
少させることができて、ステアリングの性能悪化を抑制
することができる。
【００１９】上記した第２実施例においては、ピニオン
１１１の歯部形成部位の幅Ｗｐがラック１１５の歯部形
成部位の幅Ｗｒより小さくされている場合について説明
したが、図６〜図８にて示したように構成して本発明を
実施することも可能であり、この実施例においては、ピ
ニオン２１１の歯部形成部位の幅Ｗｐがラック２１５の
歯部形成部位の幅Ｗｒより大きくされていて、ラック２
１５の歯部形成部位には幅Ｗｒ一杯に歯部２１５ａが形
成され、この歯部２１５ａに対応した歯部２１１ａがピ
ニオン２１１の歯部形成部位に両端を非加工部として転
写形成されている。なお、その他の構成は、上記した第
１実施例の構成と同じである。また、この実施例の作用
は上記した第２実施例の作用と実質的に同じであり、上
記構成から容易に理解されると思われるため、その説明
は省略する。
【００２０】この実施例においては、幅の狭い方に幅一
杯に歯部を形成し、幅の広い方にこの歯部に対応する歯
部を全て転写した構成となっているが、特にその必要は
なく、少なくとも幅の狭い方の歯部の歯幅方向両端部の
一部が転写されていれば良い。即ち、歯面部分は従来通
り或いは転写以外の構成のもので、幅の狭い方の歯部の
歯幅方向両端部の一部が転写されているものでも本発明
は成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示す要部断面図であ
る。
【図２】 図１に示したピニオンとラックの噛み合い部
の部分拡大断面図である。
【図３】 本発明の第２実施例を示す要部断面図であ
る。
【図４】 図３に示したピニオンの部分斜視図である。
【図５】 図３に示したラックの部分斜視図である。
【図６】 本発明の第２実施例の変形例を示す要部断面
図である。
【図７】 図６に示したピニオンの部分斜視図である。
【図８】 図６に示したラックの部分斜視図である。
【図９】 ピニオンからラックに回転力が伝達されると
きのラックの軸線回りの微小回転変動を表すグラフであ
る。
【図１０】 ピニオンからラックに回転力が伝達される
ときのラックガイド支持部におけるラックのばね付勢方
向の振れ変動を表すグラフである。
【図１１】 ピニオンからラックに回転力が伝達される
ときのラックの歯幅方向の振れ変動を表すグラフであ
る。
【図１２】 従来装置におけるピニオンとラックの噛み
合い部の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１１…ピニオン、１１ａ…歯部、１１ａ１…歯先部分、
１５…ラック、１５ａ…歯部、１５ａ１…歯底部分、１
６…ばね部材、１７…ラックガイド。
フロントページの続き (72)発明者 津田 和彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 塩谷 重美 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 林田 泰 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−244675（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−47232（ＪＰ，Ａ) 英国特許出願公開951562（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B62D 3/12 F16H 19/04 F16H 55/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピニオンの歯部とラックの歯部との噛み
    合い部における力の伝達方向がラックの軸線に対して所
    定角度に定められていて、ラックをピニオンに向けて付
    勢して組付けたラックピニオン型ステアリングギヤ装置
    において、 前記ラック又はピニオンの歯部の歯底部分が他方の歯部
    の歯先部分と前記ラックの軸線方向にてころがり接触す
    る形状に形成されていることを特徴とするラックピニオ
    ン型ステアリングギヤ装置。
  2. 【請求項２】 ピニオンの歯部とラックの歯部との噛み
    合い部における力の伝達方向がラックの軸線に対して所
    定角度に定められていて、ラックをピニオンに向けて付
    勢して組付けたラックピニオン型ステアリングギヤ装置
    において、 前記ピニオンの歯部形成部位又は前記ラックの歯部形成
    部位の幅を他方の幅より狭くして、狭い幅の歯部形成部
    位にはその幅一杯に歯部を形成し、他方の歯部形成部位
    にはその両端を非加工部として前記狭い幅の歯部形成部
    位に形成した歯部に対応する歯部を転写形成したことを
    特徴とするラックピニオン型ステアリングギヤ装置。
  3. 【請求項３】 前記ピニオンの歯部における歯先円半径
    をピッチ円半径と同じにしたことを特徴とする請求項1
    又は2に記載のラックピニオン型ステアリングギヤ装
    置。
  4. 【請求項４】 前記ピニオンの歯部における歯先円半径
    をピッチ円半径より大きくしたことを特徴とする請求項
    1又は2に記載のラックピニオン型ステアリングギヤ装
    置。
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