JP4527545B2 - ステアリング用ピニオンギア - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

この発明は、自動車の操舵装置のステアリングシャフトとギアラックの間の一個式連結部材として熱間成形あるいは冷間成形によって歯切り製造されたステアリング用ピニオンギアに係り、このステアリング用ピニオンギアは外側面上にはす歯歯車を有するシリンダ形状のギア部分とこれと同軸に接続したシリンダ形状の軸部分とからなり、この軸部分の直径はギア部分の直径よりも大きくなるとともにその末端部にステアリングシャフトを受容するための従動窪み部を備え、はす歯歯車の基底円部と軸部分との間に移行帯を備えている。

この種のステアリング用ピニオンギアは特開平７−３０８７２９号公報ならびに特開平１１−１０２７４号公報によって知られており、これらは鍛造の際の材料の流れを制御するために歯切りギアの入り口領域において鍛造型（ダイス）の中空部内に配置されている三角形の面を有している。この三角面は、その入り口領域を拡大するとともに材料流を回転動作に変換するように傾斜して設定され、それによって斜め歯を形成する成形空洞部のより良好な充填が達成される。従って、この従来の解決方式においては歯車体の空洞部の良好な充填にもかかわらず軸部分の空洞部を同様に充填することが保障されない点が配慮されておらず、特にこれは軸部分の外径に比して大面積の従動窪み部が設けられている際に重大である。

従って、本発明の目的は、この種のステアリング用ピニオンギアにおいて、成形に際して使用される型（ダイス）の空洞部が２つの逆行する方向に材料流を推進し、すなわち一方でシリンダ状の歯切り部分を充填し他方でこれに同軸に接続しているステアリング用ピニオンギアの軸部分を充填するような方向に推進するようなステアリング用ピニオンギアの構成を提供することである。

本発明の請求項１に従って、前記の課題を解決するためのステアリング用ピニオンギアの構成が示される。それによれば、はす歯ギアの底円部と直径がより大きい軸部との間の移行帯が少なくとも２つの錐形部分を含み、すなわちはす歯ギアのギア末端上の頭円直径と軸部分との間に延在する第１の錐形角α_１（ビルドアップ角）を有する放射方向外側の錐形部分とギア末端上の頭円直径とはす歯の底円との間に延在する第２の錐形角α_２（流入角）を有する放射方向内側の錐形部分とを備え、ビルドアップ角α_１は流入角α_２と等しいかそれより大きくなり、移行帯は外側錐形部分から軸部分のシリンダ状表面部分に接続する第１の半径Ｒ１を有する少なくとも１つの湾曲部を備える。

この種のステアリング用ピニオンギアの構成によって、その成形に際してビルドアップ角α_１と流入（ｉｎｔａｋｅ）角α_２を適宜に選択することによって反対側空洞部の完全な充填が保証されるように流体抵抗を制御することができる。本発明の開示を適用することによって、未加工部材の材料が互いに適合する方式で互いに逆行する両方の方向に流れるように圧締めに際しての抵抗を調節することができる。ここで、軸部の完全な充填に際して長く伸張されたはす歯ギアのスレッドをはす歯ギアの領域内において同様に完全に充填するよう留意することが望ましい。本発明の原理における重要な開示の一つは、ギア部分内への流入抵抗を適宜に選択することによって充分な逆圧力を形成しながら材料を逆方向に圧入することができる点にある。これによって従動窪み部が比較的大きな寸法で形成された場合においても軸部分の充填を支障無く行うことが可能になる。

本発明の提案によれば、ビルドアップ角α_１を従動窪み部の空洞断面の寸法に依存して設定し、このビルドアップ角α_１が断面の寸法に従って軸部分の外径に対して同じ変化方向に増減する従動窪み部と軸部分との間で断面積比が拡大すると、これに従ってより大きなビルドアップ角α_１を選択する必要がある。

本発明によれば、流入角α_２の大きさははす歯ギアのねじれ角βの変化と逆に増減するようこのねじれ角βに依存して設定される。これによってねじれ角βの流体抵抗への影響が補償され、材料流をギアの方向および逆の軸部分の方向に互いに調合することが可能となる。

本発明の枠内において、外側錐形部分と内側錐形部分と第１の半径Ｒ１からなる湾曲部分の他に別の湾曲部分を設けることができ、従って恒常的な材料流のために円滑な移行部を保持することができる。この点に関して、外側および内側錐形部分の間の移行部を形成する第２の半径Ｒ２からなる湾曲部分を設けることが好適である。さらに、内側錐形部分からはす歯ギアの底円へ通じる第３の半径Ｒ３からなる別の湾曲部分を設けることもできる。この方式によってギア末端上の頭円直径の高さにおける折り返し点を有する移行帯が形成され、これは流入角α_２がビルトアップ角α_１よりも小さいことを前提とする。両方の角度が等しい場合のみ、両方の錐形部分が一直線となる。本発明の開示の基本である、α_１≧α_２を前提とすると、角度が等しくない場合半径Ｒ１およびＲ２が逆向きに湾曲するものとなる。半径Ｒ３は半径Ｒ２と湾曲方向においては一致している。従って半径Ｒ３は半径Ｒ１に対する関係において半径Ｒ２と同様なものとなり、すなわち半径Ｒ１とＲ３は逆向きのものとなる。

当業者においては、本発明の請求項に従って定義されたステアリング用ピニオンギアの形状から適宜な成形型の空洞部が当然理解される。冷間押出しに代えて鍛造によって成形を行うこともできる。

次に、本発明に係るステアリング用ピニオンギアの実施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１には、本発明に係るステアリング用ピニオンギア１が三次元で示されている。これはシリンダ形状の軸部分２とこれに対して同軸に延長した同様にシリンダ形状のギア部分３を備えており、このギア部分は総延長にわたって延在する螺旋あるいははす歯ギアを備えている。ステアリング用ピニオンギア１には自動車の操舵のための点線で示されたギアラック４が設けられており、これは歯切り部分５を備えている。完成したステアリング装置においてステアリング用ピニオンギア１のはす歯ギアがギアラック４に噛合して自動車の舵取り柱を介して点線で示されたステアリングシャフトに伝達される操舵角に従ってこれを推動する。ステアリングシャフト６はそのステアリング用ピニオンギアに向いている末端部に互いに対向している２つの平坦部７を備えており、これは図１には示されていないが図２および図３に示されている軸部分２のステアリングシャフトに向いている末端部内の従動窪み部９に対する係合面を形成している。さらに、ステアリングシャフト６はその連結端部上にシリンダ形状の心出し接合部８を備えており、これは従動窪み部９（図２）の中央の対応する孔部１１（図２）内に挿入される。

図２の側面図において、軸部分２の領域内に従動窪み部９が示されている。境界線１０に伴って平坦な接合面１８（図３）が示されており、その上にステアリングシャフト６の係合面７が殆ど遊び無く接合しており、さらにステアリングシャフト６の心出しアーバ８を受容するための孔部１１が示されている。ステアリング用ピニオンギアのギア部分３のはす歯ギアは一般的な形状に概略的に示されており、ここで点線１２はギアの底円に相当し、輪郭線１３は頭円に相当する。ギア部分３の内側端部上には、軸部分２のシリンダ形状部分とギア部分３との間の移行帯１４が線１５および１６間に示されており、さらにギア末端を示した周回線１７が示されている。

図３は図３の線III−IIIに相当するものである。比較的大きな斜線が示されていない従動窪み部９の断面と、側方のステアリングシャフト６の係合面７に対する接合面１８と、ならびに中央孔部１１とが示されている。

図３ａ，図３ｂには図３の変更例が示されており、すなわち図３ａには係合面が六角形状に形成された従動窪み部が示され、図３ｂには一種の内包楔歯車を形成する従動窪み部が示されている。

図４には本発明に係る解決手段が概略的に示されている。これはステアリング用ピニオンギア１の移行帯１４が縦軸１９に沿った半断面において示されている。図２に相関させるため、移行帯１４の境界は上方の線１５および下方の線１６に従って示されている。上方の線１５の高さは半径Ｒ１から軸部分２のシリンダ形状の外殻部への移行部上となっている。下方の境界線１６は半径Ｒ３の底円直径１２への移行部に相当する。さらに、ギアの頭円直径に相当するギア部分３の輪郭線１３が示されている。続いて、別の４本の水平線２１ないし２４の意味について説明するが、これらは移行帯１４内部において境界線１５，１６に平行に延在している。これらは請求項１に示されているように移行帯を詳細に定義するよう機能する。

線２１は移行帯の輪郭線と共に半径Ｒ１に従った湾曲と放射方向外側のビルトアップ角α_１からなる錐形部分２５との間の移行部内の交差点３１を形成する。線２２の高さは外側の錐形部分２５の内側端部と輪郭線１３を介してギア部分３の頭円直径に沿って延在し放射方向内側の錐形部分２６への移行部を形成している半径Ｒ３との間の交差点によって定義される。半径Ｒ２と放射方向内側の錐形部分２６との間の交差点３３が線２３の高さを定義する。内側錐形部分２６の放射方向内側端部は線２４との交差点３４によって示されている。交差点３４から、半径Ｒ２と類似の湾曲を成す半径Ｒ３がギアの底円直径に相当する輪郭線１２への移行部を形成する。ギア部分３内において移行帯１４を仕切っている線１６は、輪郭線１２と共に移行帯１４の輪郭の終点を形成する交差点３５を形成している。

この方式によって、２つの輪郭部分２５，２６と３つの半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とからなる移行帯１４が定義される。ここで重要なのは半径Ｒ１であり、これは軸部分２とギア部分３との間の大きな直径差を架橋するものである。勿論Ｒ２およびＲ３を省略することも可能であり、これは特にビルトアップ角α_１と流入角α_２がそれ程大きく異なっていない場合に考えられる。この場合、交差点３２と３３は互いに重なり合い、従ってそれらは輪郭線１３上で頭円１３と同様にギアに接合し、交差点３４は交差点３５を超えて隣接する移行帯１４の境界線１６上に移動する。

冷間押出しに際してギア部分３を充填するための矢印２７方向の材料流を前提とすると、外側錐形部分２５はビルトアップ角α_１を大きく選択するほど高い流入抵抗となることを意味する。この抵抗範囲を超えて初めて、通常より小さい流入角α_２がはす歯かさギアを形成する空洞部の充填に際しての材料の流体抵抗を決定する。流入角α_２を小さく選定するほど、ギア部分３が迅速に充填される。勿論ここで流入角α_２ははす歯ギア（図５）のねじれ角βに依存することに留意する必要があり、すなわち流入角α_２はねじれ角βの変化に対して逆方向に増減する。ここでねじれ角βが上昇すると流入角α_２がより小さくなり、それによって取り込み抵抗が低下し、またはねじれ角が低下するとその逆となる。

図５には、ギア部分３の領域内のはす歯かさギアがねじれ角βの表記と共に示されている。線１５および１６は図２および図４に関して説明した定義に従って移行帯１４を仕切っている。線２８は、軸部分２に向いたはす歯ギアの端部を示している。線２１と２２の間に放射方向外側の錐形部分２５が延在している。

ギア部分の入り口領域内の型の空洞部の構成は三角平面２９に略相当し、これは放射方向内側の錐形部分２６に相当し、その傾斜は流入角α_２によって定義される。この三角形２９は流入領域から実質的なはす歯かさギアへの接続を形成する。

ステアリング用ピニオンギアを示す立体図である。 ステアリング用ピニオンギアの一部を示す側面図である。 図２の線III−IIIに従った断面であり２つの平坦部と円弧からなる形状を有する従動窪み部を備えたものを示す平面図である。 六角形の従動窪み部を有する図３の構成の変更例を示した平面図である。 楔歯車形状の従動窪み部を有する図３の構成の変更例を示した平面図である。 軸部分とギア部分との間の移行帯を示す概略図である。 ステアリング用ピニオンギアを示した拡大透視図である。

Claims (5)

1. 自動車の操舵装置のステアリングシャフト（６）とギアラック（４）の間の一個式連結部材として熱間成形あるいは冷間成形によって歯切り製造されたステアリング用ピニオンギア（１）であり、このステアリング用ピニオンギア（１）は外側面上にはす歯ギアを有するシリンダ形状のギア部分（３）とこれと同軸に接続したシリンダ形状の軸部分とからなり、この軸部分の直径はギア部分の直径よりも大きくなるとともにその末端部にステアリングシャフト（６）を受容するための従動窪み部（９）を備え、はす歯ギアの基底円部（１２）と軸部分（２）との間に移行帯（１４）を備えており、
   移行帯（１４）が少なくとも２つの錐形部分を含み、すなわちはす歯ギアのギア末端上の頭円直径（１３）と軸部分（２）との間に延在する第１の錐形角（α_１）（ビルドアップ角）を有する放射方向外側の錐形部分（２５）とギア末端上の頭円直径（１３）とはす歯ギアの底円（１２）との間に延在する第２の錐形角（α_２）（流入角）を有する放射方向内側の錐形部分（２６）とを備え、ビルドアップ角（α_１）は流入角（α_２）より大きくかつ材料が逆方向に圧入し、軸部分の充填を支障なく行える角度であり、移行帯（１４）は外側錐形部分（２５）から軸部分（２）のシリンダ状表面部分に接続する第１の半径（Ｒ１）を有する少なくとも１つの湾曲部を備えることを特徴とするステアリング用ピニオンギア。
2. ビルドアップ角（α_１）を従動窪み部（９）の空洞断面の寸法に依存して設定し、このビルドアップ角（α_１）が断面の寸法に従って軸部分（２）の外径に対して同じ変化方向に増減するようにしたことを特徴とする請求項１記載のステアリング用ピニオンギア。
3. 流入角（α_２）の大きさがはす歯ギアのねじれ角（β）の変化と逆方向に増減するようこのねじれ角に依存して流入角（α_２）を設定することを特徴とする請求項１記載のステアリング用ピニオンギア。
4. 移行帯（１４）が外側錐形部分（２５）および内側錐形部分（２６）の間の移行部を形成する第２の半径（Ｒ２）からなる湾曲部分を形成することを特徴とする請求項１記載のステアリング用ピニオンギア。
5. 移行帯（１４）が内側錐形部分（２６）からはす歯ギアの底円（１２）へ通じる第３の半径（Ｒ３）からなる別の湾曲部分を形成することを特徴とする請求項１記載のステアリング用ピニオンギア。

Images