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 intermediate shaft 2 and the like, and a pinion 4 is provided on the input shaft 3.
On the other hand, a rack 7 is formed on a rack shaft 6 having wheels 5a and 5b linked to both ends. The pinion 4 of the input shaft 3 is engaged with the rack 7.
[0003]
Further, a rack 8 is further formed on the rack shaft 6 at a different location from the rack 7. The rack 8 is engaged with a pinion 11 provided on the output shaft 10 of the speed reducer 9.
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 torque sensor 12 and the vehicle speed sensor 13. Therefore, the electric motor M is driven according to the steering torque and the vehicle speed, and the output is transmitted from the pinion 11 of the output shaft 10 to the rack 8 via the speed reducer 9, and an assist force is applied.
[0004]
FIG. 8 specifically shows the rack shaft 6 in the electric power steering apparatus.
Rack teeth 15 are formed on the side surface of the rack shaft 6 made of the bar material 14 by shaving. These rack teeth 15 constitute a rack 7 for meshing the pinion 4 of the input shaft 3.
Similarly, rack teeth 16 are further formed on the side surface of the rack shaft 6 at a different location from the rack 7 by shaving. These rack teeth 16 constitute a rack 8 for meshing the pinion 11 of the output shaft 10.
[0005]
Depending on the shape of the gear case (not shown), when the input shaft 3 linked to the steering wheel 1 and the output shaft 10 linked to the electric motor M are arranged in parallel, the input shaft 3 and the output shaft 10 are connected to the inside of the gear case. May be difficult to store.
Therefore, in the configuration shown in FIG. 8, the rack 7 and the rack 8 are arranged with their phases shifted in the circumferential direction of the rack shaft 6. By shifting the phases of the racks 7 and 8 in this way, the angle between the axial direction of the input shaft 3 and the axial direction of the output shaft 10 can be shifted, and the input shaft 3 and the output shaft 10 can be stored in the gear case. May be enhanced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional example, since the rack teeth 15 and 16 are formed by cutting, the bar 14 must be used, and the weight of the rack shaft 6 is inevitably increased.
Further, if the rack teeth 15 and 16 are formed by cutting, the processing cost is increased.
Furthermore, when machining, due to the problem of workability, as shown in FIG. 9, the cross section in the tooth width direction of the rack teeth 15 and 16 must be linear. However, if the cross section of the rack teeth 15 and 16 in the tooth width direction is linear, the angle of the axial direction of the input shaft 3 and the axial direction of the output shaft 10 to be meshed with each other is uniquely determined.
[0007]
And when forming the two racks 7 and 8 like the said prior art example, if the rack teeth 15 and 16 of these racks 7 and 8 are linear, it is the axial direction of the input shaft 3 meshed with them. The deviation of the angle of the output shaft 10 from the axial direction is determined by the phase deviation of the racks 7 and 8 themselves. For this reason, it is not possible to provide a margin for the phase shift design of the racks 7 and 8, and it is necessary to increase the accuracy of the machining of the rack teeth 15 and 16, which further increases the processing cost.
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 tube material 17 is used instead of the bar material 14 as in the above-described conventional example to constitute the rack shaft 6.
On the other hand, as shown in FIG. 2, a pair of core rods 18 and 19 are prepared, and the outer diameters of these core rods 18 and 19 are made substantially the same as the inner diameter of the tube material 17. Further, the lengths of the core rods 18 and 19 are set longer than the lengths of the racks 7 and 8 to be formed on the rack shaft 6, respectively.
[0012]
Concave portions 20 and 21 are formed on the side surfaces of the core rods 18 and 19 while leaving both ends thereof. The lengths of the recesses 20 and 21 correspond to the lengths of the racks 7 and 8 to be formed on the rack shaft 6, respectively.
Further, the bottom surface of the concave portion 20 of one core rod 18 is processed into a flat shape as shown in FIG. The bottom surface of the recess 20 constitutes a flat portion as referred to in the present invention.
Further, the bottom surface of the recess 21 of the other core rod 19 is processed into a gently curved surface as shown in FIG. The bottom surface of the recess 21 constitutes a curved surface portion referred to in the present invention.
[0013]
The pair of core rods 18 and 19 as described above are inserted into the tube material 17, and the core rods 18 and 19 are respectively positioned at appropriate locations in the tube material 17. In this state, as shown in FIGS. 3 and 4, the outer peripheral surface of the core rods 18 and 19 is in close contact with the inner peripheral surface of the tube material 17, and a space is formed in the portion where the concave portions 20 and 21 are formed. become.
[0014]
When the racks 7 and 8 are formed, plastic working is performed on portions of the outer peripheral surface of the tube material 17 corresponding to the recesses 20 and 21 of the core rods 18 and 19 with the core rods 18 and 19 inserted. Apply. Specifically, the outer peripheral surface of the tube material 17 is subjected to pressing or forging.
When plastic working is performed, the tube material 17 is plastically deformed in accordance with the recesses 20 and 21 of the core rods 18 and 19 by the force during the processing, and as shown in FIGS. Rack teeth 15 and 16 are formed on the surface.
[0015]
When the rack teeth 15 and 16 are formed on the outer peripheral surface of the tube material 17 in this way, the inner peripheral surface of the tube material 17 is in close contact with the bottom surfaces of the recesses 20 and 21 of the core rods 18 and 19. . As shown in FIG. 5, when the bottom surface of the recess 20 is planar, the cross section in the tooth width direction of the rack teeth 15 can be formed linearly. As shown in FIG. 6, when the bottom surface of the recess 21 is curved, the cross section of the rack teeth 16 in the tooth width direction can be formed in a curve.
[0016]
When the rack teeth 15 and 16 are formed on the outer peripheral surface of the tube material 17, both end portions of the core bars 18 and 19 are formed on the stepped portion 22 formed on the inner peripheral surface of the tube material 17 as shown in FIG. 1. It becomes a state where it is caught. Therefore, the axial movement of the core rods 18 and 19 can be restricted, and the tube material 17 and the core rods 18 and 19 can be completely integrated.
[0017]
According to the embodiment described above, since the tube material 17 is used instead of the bar material 14, the rack shaft 6 can be reduced in weight. In addition, since the core rods 18 and 19 remain in the racks 7 and 8 where the external force acts in the tube material 17, the strength as the rack shaft 6 is achieved while reducing the weight as described above. Can be maintained sufficiently.
In addition, since the rack teeth 15 and 16 may be formed by plastic processing, it is possible to reduce the processing cost as compared with the cutting processing.
[0018]
Furthermore, as shown in FIG. 6, if the bottom surface of the recess 21 of the core rod 18 is curved, the cross section of the rack teeth 16 in the tooth width direction can be curved. If the cross section of the rack teeth 16 in the tooth width direction is curvilinear, the axial angle of the output shaft 10 to be meshed with it can be freely determined in the tangential direction of the curved rack teeth 16. It becomes.
[0019]
Therefore, even when two racks 7 and 8 are formed as in the above embodiment, if the rack teeth 15 or 16 of one of the racks 7 or 8 are formed in a curve, the phase of the racks 7 and 8 is determined. When it is desired to shift, it is possible to give a margin to the shift design.
[0020]
If it demonstrates in the said Example, the angle of the axial direction of the input shaft 3 meshed with the rack tooth | gear 15 which is linear will be decided uniquely. However, the angle in the axial direction of the output shaft 10 that meshes with the curved rack teeth 16 can be freely determined in the tangential direction of the curved rack teeth 16 as described above. Accordingly, by adjusting the axial angle of the output shaft 10 separately from the phase shift of the racks 7 and 8 themselves, the shift in the angle between the axial direction of the input shaft 3 and the axial direction of the output shaft 10 is adjusted. be able to.
If the axial shift of the shafts 3 and 10 can be adjusted, a margin can be given to the phase shift design of the racks 7 and 8 themselves. Accordingly, the machining of the rack teeth 15 and 16 of the racks 7 and 8 is not required to have a very high accuracy, and the machining cost can be reduced.
[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 rack shaft 6 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing core rods 18 and 19;
3 is a cross-sectional view showing a state where a core rod 18 is inserted into a tube material 17. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a state in which a core rod 19 is inserted into a tube material 17. FIG.
5 is a cross-sectional view showing a state in which rack teeth 15 are formed by plastic working from the state shown in FIG. 3;
6 is a cross-sectional view showing a state in which rack teeth 16 are formed by plastic working from the state shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic view showing an electric power steering apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a rack shaft 6 of a conventional example.
FIG. 9 is a sectional view of a rack shaft 6 of a conventional example.
[Explanation of symbols]
6 Rack shaft rack 4, 11 Pinion 15, 16 Rack tooth 17 Tube material 18, 19 Core rod 20, 21 Recess 22 Step

Claims (2)

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ことを特徴とするラックシャフト。A tube material, a core rod having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the tube material, and a flat surface portion or a curved surface portion formed on the side surface of the core rod, with the core rod inserted into the tube material, In the rack shaft in which the portion corresponding to the flat portion or the curved surface portion of the core rod is subjected to plastic working to form rack teeth in the outer peripheral surface , a pair of core rods are inserted into the tube material, and one core rod rack shaft on the side to form a planar portion, on the side of the other mandrel, characterized in that the formation of the curved portion. 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ことを特徴とする請求項１記載のラックシャフト。 2. The rack shaft according to claim 1, wherein a flat surface portion or a curved surface portion is formed on a side surface of the core rod in a state where both ends of the core rod are left .
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