JP3881801B2 - Rack shaft - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
【0002】
この発明は、電動パワーステアリング装置等に使用されるラックシャフトに関する。
【従来の技術】
図7には、電動パワーステアリング装置の概略図を示す。この図7に示すように、ステアリングホイール1には、中間シャフト2等を介して入力軸3を連係し、この入力軸3にピニオン4を設けている。
一方、両端に車輪5a、5bを連係させたラックシャフト6には、ラック7を形成している。そして、上記入力軸3のピニオン4を、このラック7にかみ合わせている。
【0003】
さらに、ラックシャフト6には、上記ラック7と別の箇所に、さらにラック8を形成している。そして、このラック8には、減速機9の出力軸10に設けたピニオン11をかみ合わせている。
上記減速機9には、電動モータMの出力が伝えられるようにしている。そして、コントローラCは、トルクセンサ12や車速センサ13からの指令に基づいて、上記電動モータMの出力を制御する。したがって、操舵トルクや車速に応じて電動モータMが駆動し、その出力は、減速機9を介して出力軸10のピニオン11からラック8に伝えられ、アシスト力が付与されることになる。
【0004】
図8には、上記電動パワーステアリング装置のうち、ラックシャフト6を具体的に示す。
棒材14からなるラックシャフト6の側面には、削り加工によってラック歯15を形成している。これらラック歯15によって、上記入力軸3のピニオン4をかみ合わせるためのラック7を構成している。
同じく、このラックシャフト6の側面には、上記ラック7と別の箇所に、削り加工によってさらにラック歯16を形成している。これらラック歯16によって、上記出力軸10のピニオン11をかみ合わせるためのラック8を構成している。
【0005】
なお、図示しないギヤケースの形状によっては、ステアリングホイール1に連係する入力軸3と、電動モータMに連係する出力軸10とが平行に並んでいると、これら入力軸3や出力軸10をギヤケース内に収納しにくくなる場合がある。
そこで、図8に示すものでは、上記ラック7とラック8とを、ラックシャフト6の円周方向に位相をずらして配置している。このようにラック7、8の位相をずらしておけば、入力軸3の軸方向と出力軸10の軸方向との角度をずらすことができ、これら入力軸3や出力軸10のギヤケースへの収納性を高められることがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例では、ラック歯15、16を削り加工で成形することから、棒材14を使用しなくてはならず、どうしてもラックシャフト6の重量がかさんでしまう。
また、ラック歯15、16を削り加工で成形するのでは、その加工コストがかかってしまう。
さらに、削り加工をする場合、その加工性の問題から、図9に示すように、そのラック歯15、16の歯幅方向の断面を直線的にせざるをえない。ところが、ラック歯15、16の歯幅方向の断面が直線的になっていると、それにかみ合わせる入力軸3の軸方向や出力軸10の軸方向の角度が一義的に決められてしまう。
【0007】
そして、上記従来例のように2つのラック7、8を形成する場合、これらラック7、8のラック歯15、16が直線的になっていると、それらにかみ合わせる入力軸3の軸方向と出力軸10の軸方向との角度のずれは、ラック7、8自体の位相のずれによって決められてしまうことになる。そのため、ラック7、8の位相のずれ設計に余裕を持たせることができず、各ラック歯15、16の削り加工の精度を高いものとしなければならなくなり、さらに加工コストがかかってしまう。
この発明の目的は、強度を維持しながら軽量化を図るとともに、加工コストを抑え、さらには、ラック歯の歯幅方向の断面を曲線的にすることも可能としたラックシャフトを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、チューブ材と、チューブ材の内径とほぼ同じ外径を有する芯棒と、芯棒の側面に形成した平面部あるいは曲面部とを備え、チューブ材内に芯棒を挿入した状態で、チューブ材の外周面のうち、芯棒の平面部あるいは曲面部に対応する部分に塑性加工を施して、ラック歯を形成したラックシャフトにおいて、チューブ材に一対の芯棒を挿入するとともに、一方の芯棒の側面には平面部を形成し、他方の芯棒の側面には曲面部を形成した点に特徴を有する。
【0009】
第2の発明は、第1の発明において、芯棒の両端を残した状態で、この芯棒の側面に平面部あるいは曲面部を形成した点に特徴を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1〜6に、この発明のラックシャフトの一実施例を示す。
図1に示すように、ラックシャフト6を構成するのに、上記従来例のように棒材14ではなく、チューブ材17を用いる。
一方、図2に示すように、一対の芯棒18、19を準備するとともに、これら芯棒18、19の外径を、上記チューブ材17の内径とほぼ同じにしている。また、これら芯棒18、19の長さを、ラックシャフト6に形成すべきラック7、8の長さよりそれぞれ長くしている。
【0012】
上記芯棒18、19の側面には、その両端を残した状態で凹部20、21を形成している。そして、これら凹部20、21の長さを、ラックシャフト6に形成すべきラック7、8の長さにそれぞれ対応させている。
さらに、一方の芯棒18の凹部20底面を、図3に示すように、平面状に加工している。なお、この凹部20底面が、この発明でいう平面部を構成する。
また、他方の芯棒19の凹部21底面を、図4に示すように、緩やかな曲面状に加工している。なお、この凹部21底面が、この発明でいう曲面部を構成する。
【0013】
上記のようにした一対の芯棒18、19をチューブ材17内に挿入し、これら芯棒18、19を、チューブ材17内の適切な箇所にそれぞれ位置させる。この状態では、図3、4に示すように、チューブ材17の内周面に芯棒18、19の外周面が密着するとともに、凹部20、21を形成した部分には空間が形成されることになる。
【0014】
そして、ラック7、8を形成するときは、上記芯棒18、19を挿入した状態で、チューブ材17の外周面のうち、芯棒18、19の凹部20、21に対応する部分に塑性加工を施す。具体的には、チューブ材17の外周面にプレス加工を施したり、鍛造加工を施したりする。
塑性加工を施すと、その加工時の力によって、チューブ材17が芯棒18、19の凹部20、21に合わせて塑性変形しながら、図5、6に示すように、このチューブ材17の外周面にラック歯15、16が形成されることになる。
【0015】
このようにしてチューブ材17の外周面にラック歯15、16を形成していくと、チューブ材17の内周面は、芯棒18、19の凹部20、21底面にも密着した状態となる。そして、図5に示すように、凹部20底面を平面的にした場合は、ラック歯15の歯幅方向の断面を直線的に形成することができる。また、図6に示すように、凹部21底面を曲面的にした場合は、ラック歯16の歯幅方向の断面を曲線的に形成することができる。
【0016】
なお、チューブ材17の外周面にラック歯15、16を形成すると、図1に示すように、芯棒18、19の両端部が、チューブ材17の内周面に形成される段部22に引っ掛かった状態となる。したがって、これら芯棒18、19の軸方向移動を規制することができ、チューブ材17と芯棒18、19とを完全に一体化させることができる。
【0017】
以上述べた実施例によれば、棒材14でなく、チューブ材17を使用するので、ラックシャフト6の軽量化を図ることができる。しかも、チューブ材17内のうち、特に外部の力が作用するラック7、8部分に芯棒18、19を残したままなので、上記のように軽量化を図りつつも、ラックシャフト6としての強度を十分に維持することができる。
また、塑性加工でラック歯15、16を形成すればよいので、削り加工に比べれば、加工コストを抑えることが可能となる。
【0018】
さらに、図6に示すように、芯棒18の凹部21底面を曲面的にしておけば、ラック歯16の歯幅方向の断面を曲線的にすることができる。そして、ラック歯16の歯幅方向の断面が曲線的になっていれば、それにかみ合わせる出力軸10の軸方向の角度を、その曲線形状のラック歯16の接線方向で自由に決めることが可能となる。
【0019】
したがって、上記実施例のように2つのラック7、8を形成する場合でも、いずれか一方のラック7あるいは8のラック歯15あるいは16を曲線的に形成しておけば、ラック7、8の位相をずらしたいときに、そのずれ設計に余裕を持たせることができる。
【0020】
上記実施例で説明すれば、直線的になっているラック歯15にかみ合わせる入力軸3の軸方向の角度は、一義的に決められてしまう。ただし、曲線的になっているラック歯16にかみ合わせる出力軸10の軸方向の角度は、前述のように、その曲線形状のラック歯16の接線方向で自由に決めることができる。したがって、ラック7、8自体の位相のずれとは別に、出力軸10の軸方向の角度を調整することで、入力軸3の軸方向と出力軸10の軸方向との角度のずれを調整することができる。
そして、両軸3、10の軸方向の角度のずれを調整することができれば、ラック7、8自体の位相のずれ設計に余裕を持たせることができる。したがって、これらラック7、8のラック歯15、16の加工にさほど高い精度は要求されなくなり、加工コストを抑えることが可能となる。
【0021】
【発明の効果】
第1の発明によれば、チューブ材を使用するので、ラックシャフトの軽量化を図ることができる。しかも、チューブ材内のうち、特に外部の力が作用するラック部分に芯棒を残したままなので、上記のように軽量化を図りつつも、ラックシャフトとしての強度を十分に維持することができる。 また、塑性加工でラック歯を形成すればよいので、削り加工に比べれば、加工コストを抑えることが可能となる。 さらに、芯棒に曲面部を形成しておけば、ラック歯の歯幅方向の断面を曲線的にすることができる。そして、ラック歯の歯幅方向の断面が曲線的になっていれば、それにかみ合わせるピニオンの軸方向の角度を、その曲線形状のラック歯の接線方向で自由に決めることが可能となる。また、一対のラックを形成する場合に、これらラック自体の位相のずれとは別に、一方のラックにかみ合わせるピニオンの軸方向と他方のラックにかみ合わせるピニオンの軸方向との角度のずれを調整することができる。そして、各ラックにかみ合わせるピニオンの軸方向の角度のずれを調整することができれば、一対のラック自体の位相のずれ設計に余裕を持たせることができる。したがって、これら一対のラックのラック歯の加工にさほど高い精度は要求されなくなり、加工コストを抑えることが可能となる。
【0022】
第2の発明によれば、チューブ材の外周面にラック歯を形成すると、芯棒の両端部が、チューブ材の内周面に形成される段部に引っ掛かった状態となる。したがって、芯棒の軸方向移動を規制することができ、チューブ材と芯棒とを完全に一体化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のラックシャフト6を示す断面図である。
【図2】芯棒18、19を示す斜視図である。
【図3】チューブ材17内に芯棒18を挿入した状態を示す断面図である。
【図4】チューブ材17内に芯棒19を挿入した状態を示す断面図である。
【図5】図3に示した状態から塑性加工を施してラック歯15を形成した状態を示す断面図である。
【図6】図4に示した状態から塑性加工を施してラック歯16を形成した状態を示す断面図である。
【図7】電動パワーステアリング装置を示す概略図である。
【図8】従来例のラックシャフト6を示す断面図である。
【図9】従来例のラックシャフト6の断面図である。
【符号の説明】
6 ラックシャフト
ラック
4、11 ピニオン
15、16 ラック歯
17 チューブ材
18、19 芯棒
20、21 凹部
22 段部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
[0002]
The present invention relates to a rack shaft used for an electric power steering device or the like.
[Prior art]
FIG. 7 shows a schematic diagram of the electric power steering apparatus. As shown in FIG. 7, an input shaft 3 is linked to the steering wheel 1 via an
On the other hand, a
[0003]
Further, a
An output of the electric motor M is transmitted to the speed reducer 9. The controller C controls the output of the electric motor M based on commands from the
[0004]
FIG. 8 specifically shows the
Similarly,
[0005]
Depending on the shape of the gear case (not shown), when the input shaft 3 linked to the steering wheel 1 and the
Therefore, in the configuration shown in FIG. 8, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, since the
Further, if the
Furthermore, when machining, due to the problem of workability, as shown in FIG. 9, the cross section in the tooth width direction of the
[0007]
And when forming the two
An object of the present invention is to provide a rack shaft that can reduce the weight while maintaining the strength, reduce the processing cost, and can also make the cross section of the rack tooth in the tooth width direction curved. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
State The present invention, in which the tubing material, a core rod having substantially the same outer diameter as the inner diameter of the tubing, and a flat portion or the curved portion formed on the side surface of the core rod was inserted core rod in the tube material In the rack shaft formed with rack teeth by performing plastic working on the portion corresponding to the flat portion or curved surface portion of the core rod of the outer peripheral surface of the tube material, and inserting a pair of core rods into the tube material, It is characterized in that a flat surface portion is formed on the side surface of one core rod and a curved surface portion is formed on the side surface of the other core rod .
[0009]
The second invention is characterized in that, in the first invention, a flat surface portion or a curved surface portion is formed on the side surface of the core rod in a state where both ends of the core rod are left.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 6 show an embodiment of a rack shaft of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
On the other hand, as shown in FIG. 2, a pair of
[0012]
Further, the bottom surface of the
Further, the bottom surface of the
[0013]
The pair of
[0014]
When the
When plastic working is performed, the
[0015]
When the
[0016]
When the
[0017]
According to the embodiment described above, since the
In addition, since the
[0018]
Furthermore, as shown in FIG. 6, if the bottom surface of the
[0019]
Therefore, even when two
[0020]
If it demonstrates in the said Example, the angle of the axial direction of the input shaft 3 meshed with the rack tooth |
If the axial shift of the
[0021]
【The invention's effect】
According to the first invention, since the tube material is used, the weight of the rack shaft can be reduced. Moreover, since the core rod remains in the rack portion where the external force acts in the tube material, the strength as the rack shaft can be sufficiently maintained while reducing the weight as described above. . Moreover, since it is only necessary to form rack teeth by plastic working, it is possible to reduce the processing cost as compared with the shaving. Furthermore, if the curved surface portion is formed on the core rod, the cross section of the rack teeth in the tooth width direction can be curved. If the cross section of the rack teeth in the tooth width direction is curvilinear, the angle of the axial direction of the pinion engaged with the rack teeth can be freely determined in the tangential direction of the curved rack teeth. Also, when forming a pair of racks, adjust the angle deviation between the axial direction of the pinion meshing with one rack and the axial direction of the pinion meshing with the other rack, apart from the phase shift of these racks themselves can do. If the deviation in the axial angle of the pinion meshing with each rack can be adjusted, a margin can be given to the phase deviation design of the pair of racks themselves. Therefore, a very high accuracy is not required for processing the rack teeth of the pair of racks, and the processing cost can be reduced.
[0022]
According to the second invention, when the rack teeth are formed on the outer peripheral surface of the tube material, both end portions of the core bar are caught by the stepped portion formed on the inner peripheral surface of the tube material. Therefore, the axial movement of the core rod can be restricted, and the tube material and the core rod can be completely integrated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a
FIG. 2 is a perspective view showing
3 is a cross-sectional view showing a state where a
4 is a cross-sectional view showing a state in which a
5 is a cross-sectional view showing a state in which rack
6 is a cross-sectional view showing a state in which rack
FIG. 7 is a schematic view showing an electric power steering apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a
FIG. 9 is a sectional view of a
[Explanation of symbols]
6
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