JP4790746B2

JP4790746B2 - 電動式ステアリング装置

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Publication number: JP4790746B2
Application number: JP2008098209A
Authority: JP
Inventors: 勝治渡辺; 康夫清水; 剛松尾
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: JP2009248710A

Description

本発明は、少なくとも一組の歯車からなるラックアンドピニオン機構を備えた電動式ステアリング装置に関する。

車両用のステアリング装置（操舵装置）では、ステアリングハンドルから入力される操舵力にモータの補助力を付与すると共に、この操舵力をラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪側に伝達する構成からなる電動式ステアリング装置が広く用いられている。

例えば、特許文献１には、ステアリングハンドルに連結されるピニオン軸に設けられたピニオンの圧力角を可及的に大きくすることにより、該ピニオンと車輪に連結されるラック軸に設けられたラックとの噛み合い摩擦を低減し、さらに歯諸元を適正に設定することにより良好な操作感を得ることを目的とした電動式ステアリング装置が提案されている。

特開２００５−１９９７７６号公報

ところで、近年、車両重量やタイヤの偏平化等に伴ってラック軸に負荷される荷重が増大する傾向にあり、これに対応するため、より高い負荷能力を有するラックアンドピニオン機構が望まれている。

また、走行時や操舵時において、路面反力が操舵車輪からラック軸へと伝達された場合には、比較的長尺に形成された該ラック軸が撓みを生じ、ピニオンとラックの噛み合いに誤差を生じる可能性がある。さらに、路面からラックアンドピニオン機構を介してステアリングハンドルへと伝わる衝撃、いわゆるキックバック等により、一層大きな負荷がピニオンとラックの噛み合い部分に作用することも考えられる。この場合、ラックはその断面が円形の長軸であるラック軸に歯切りして形成されており、ラックとピニオンとの間の噛み合いは、円形のラック背面をラックガイド機構によって支持しているだけで確保されている。従って、ラック軸がその軸方向を中心として回転し、これによっても両歯の噛み合い関係にずれを生じることがある。

このようにラックとピニオンとの噛み合いに誤差やずれ等を生じると、歯面同士の接触関係が変化し、通常２歯で互いに接触している両歯が１歯だけで接触することがあるが、この場合であっても、応力集中等を抑制して歯の折損等を抑制して耐久性を確保すると共に、噛み合い精度を維持して操作フィーリングを維持することが求められる。

本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであり、ラックアンドピニオン機構を構成する歯車の耐久性や噛み合い精度を一層向上させることができる電動式ステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電動式ステアリング装置は、ステアリングハンドルから入力される操舵力に対して補助力を付与する駆動源を有し、前記補助力を含む前記操舵力を少なくとも一部にラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝達することにより、車両の操舵を行う電動式ステアリング装置であって、前記ラックアンドピニオン機構は、前記ステアリングハンドルに連結されるピニオン軸に設けられたはすば歯車のピニオンと、前記操舵車輪に連結されるラック軸に所定幅にわたって設けられ、前記ピニオンに噛み合うはすば歯車のラックと、前記ラック軸を前記ピニオンに向かって付勢すると共に、前記ラック軸を、その軸線方向を中心として回転可能に支持するラックガイドとを備え、前記ラック軸の回転前には、前記ラックと前記ピニオンとが２つの噛合点で噛み合いし、前記ラック軸が軸線方向を中心として回転した際には、前記ラックの歯先側より先に歯元側が前記ピニオンと当接するように、前記ラックは、歯先の圧力角に対して歯元の圧力角が大きく設定されていることを特徴とする。

このような構成によれば、ラックの圧力角を歯先より歯元を大きく設定している。これにより、ラックが軸方向を中心として回転した際、該ラックがピニオンの歯元側に食い込むことが有効に防止され、ラックの歯先側よりも先に歯元側がピニオンと当接する。従って、より肉厚で強度の高いラックの歯元側をピニオンと当接させることができるため、該ラックの曲げモーメントを低減させて、ラックアンドピニオン機構の耐久性や噛み合い精度の維持及び向上を図ることができ、当該電動式ステアリング装置の操作フィーリングを向上させることができる。

この場合、前記ピニオンは、凸状円弧の歯面形状に設定され、前記ラックは、歯先から歯元に向かって圧力角が漸次増大する凹状円弧の歯面形状に設定されていると、ラックとピニオンとを円弧で接触させ、接触部での荷重を分散させて、ラックだけでなくピニオンの曲げ強度も向上させることができる。

本発明によれば、ラックの圧力角を歯先より歯元を大きく設定することにより、ラックが軸方向を中心として回転した際、該ラックがピニオンの歯元側に食い込むことが有効に防止され、ラックの歯先側よりも先に歯元側がピニオンと当接する。従って、より肉厚で強度の高いラックの歯元側をピニオンと当接されることができるため、該ラックの曲げモーメントを低減させて、ラックアンドピニオン機構の耐久性や噛み合い精度の維持及び向上を図ることができ、当該電動式ステアリング装置の操作フィーリングを向上させることができる。

以下、本発明に係る電動式ステアリング装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の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電動式ステアリング装置１０を模式的に示す説明図である。本実施形態に係る電動式ステアリング装置１０は、四輪自動車等からなる車両１２の操舵車輪（前輪）１４側に搭載されることで、該車両１２の操舵を行うための装置であり、いわゆる電動式パワーステアリング装置である。

図１に示すように、電動式ステアリング装置１０は、車両１２のステアリングハンドル１６から両操舵車輪１４、１４に至るステアリング系２０と、該ステアリング系２０による操舵トルク（操舵力）に補助トルク（補助力）を付加する補助トルク機構２２とを備える。

ステアリング系２０は、ステアリングハンドル１６にステアリングシャフト２４及び自在軸継手２６、２６を介してピニオン軸（回転軸）２８を連結すると共に、該ピニオン軸２８にラックアンドピニオン機構３０を介してラック軸３２を連結し、さらに該ラック軸３２の両端に左右のタイロッド３４、３４及びナックル３６、３６を介して操舵車輪１４、１４を連結して構成されている。

ラックアンドピニオン機構３０は、ピニオン軸２８に形成したピニオン３８に、ラック軸３２に形成したラック４０（図５Ａ参照）を噛み合わせた、いわゆるラックアンドピニオン歯車である。該ラックアンドピニオン機構３０により、ピニオン３８がステアリングハンドル１６に連結され、ラック４０が操舵車輪１４、１４に連結される。従って、運転者は、ステアリングハンドル１６を操舵することで生じる操舵トルクによってラックアンドピニオン機構３０及び左右のタイロッド３４、３４を介して、左右の操舵車輪１４、１４を操舵することができる。

補助トルク機構２２は、ステアリングハンドル１６に加えられたステアリング系２０の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４２を有し、該操舵トルクセンサ４２からのトルク検出信号に基づく制御信号を制御部４４から電動機（駆動源）４６へと送信する。該電動機４６は、前記操舵トルクに応じた補助トルクを発生するモータである。そこで、前記補助トルクが減速機構４８及びピニオン軸２８を介してステアリング系２０のラックアンドピニオン機構３０に伝達されることにより、該ラックアンドピニオン機構３０及び左右のタイロッド３４、３４によって、左右の操舵車輪１４、１４を操舵することができる。

このように、補助トルク機構２２は、制御部４４及び電動機４６と共に、該電動機４６の出力軸５０とピニオン３８との間に介在させた減速機構４８と、該減速機構４８とステアリングハンドル１６との間に介在させて前記操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ４２とを備えて構成されている。ここで、ピニオン３８は、ステアリングハンドル１６の操舵トルクに応じて電動機４６が発生した補助トルクが付加される歯車である。

従って、電動式ステアリング装置１０では、ステアリング系２０と共に前記補助トルク機構２２を有することにより、運転者の操舵トルクに電動機４６の補助トルクを加えた複合トルクによって操舵車輪１４、１４を一層円滑に且つ適切に操舵することができる。

図２は、電動式ステアリング装置１０のラックアンドピニオン機構３０周辺部の構成を示す一部断面正面図である。

図２に示すように、ラック４０を設けたラック軸３２は、車両１２の車幅方向（図２の左右方向）に延びたハウジング５２に軸方向へスライド可能に収容されている。すなわち、ラック軸３２は、ハウジング５２から突出した長手方向両端にボールジョイント５４、５４を介してタイロッド３４、３４を連結した軸である。なお、図２中の参照符号５６は、ボールジョイント５４とタイロッド３４との連結部を保護するダストシール用ブーツである。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図であり、電動式ステアリング装置１０の縦断面構造を示している。

図３に示すように、電動式ステアリング装置１０において、ピニオン軸２８、ラックアンドピニオン機構３０、操舵トルクセンサ４２及び減速機構４８はハウジング５２に収納され、該ハウジング５２の上部開口が上部カバー部５８で塞がれている。この場合、電動機４６はハウジング５２に取付けられ、操舵トルクセンサ４２は上部カバー部５８に取付けられている。

ラックアンドピニオン機構３０を構成するピニオン３８及びラック４０は、両歯車ともいわゆる「はすば歯車（ヘリカルギヤ）」であり、すなわち、ピニオン３８は「はすばピニオン」であり、ラック４０は「はすばラック」である。

減速機構４８は、電動機４６で発生される補助トルクをピニオン軸２８に伝達するウォームギヤ機構、すなわち倍力機構である。より詳細には、減速機構４８は、電動機４６の出力軸５０に設けたウォーム６０と、ピニオン軸２８に結合し且つウォーム６０に噛み合わせたウォームホイール６２（以下単に、ホイール６２ともいう）とから構成されている。

ハウジング５２は、上下に延びたピニオン軸２８の上部、長手方向中央部及び下端部を３個の軸受６４、６５及び６６によって回転可能に支承すると共に、ラック軸３２をピニオン３８側に付勢するラックガイド７０を支持している。なお、図３中の参照符号７２はロックナットであり、参照符号７４はオイルシールである。

この場合、前記操舵トルクセンサ４２は、永久歪みが付与され作用トルクに応じて磁歪特性が変化する第１永久歪部７６及び第２永久歪部７８をピニオン軸２８に設けると共に、これら第１及び第２永久歪部７６及び７８の周囲に、第１及び第２永久歪部７６及び７８に生じた磁歪効果を電気的に検出する検出部８０を設けることにより、該検出部８０の検出信号をトルク検出信号として出力する、いわゆる磁歪式トルクセンサである。

第１及び第２永久歪部７６、７８は、ピニオン軸２８の軸方向（長手方向）に互いに逆方向の永久歪みを付与された磁歪膜から構成される。検出部８０は、ピニオン軸２８が挿通される筒状のコイルボビン８２、８３と、該コイルボビン８２、８３に巻回された第１多層ソレノイド巻きコイル８４及び第２多層ソレノイド巻きコイル８５と、これら第１及び第２多層ソレノイド巻きコイル８４及び８５の周囲を囲う磁気シールド用バックヨーク８６とから構成される。

ラックガイド７０は、ラック４０と反対側からラック軸３２に当てるガイド部８８と、該ガイド部８８を圧縮ばね（調整ばね）９０を介して付勢する調整ボルト９２とを備えたラック軸３２（ラック４０）の押圧手段である。通常時、例えば、非走行時や安定走行時等においてラック４０とピニオン３８とがほとんどずれなく噛み合っている状態では、ガイド部８８と調整ボルト９２との間には、該調整ボルト９２の調整方向に若干の隙間Ｇを有する。なお、図３中の参照符号９４はラック軸３２の背面を滑らせる当て部材であり、参照符号９６はロックナットである。

このように、ラックアンドピニオン機構３０では、ピニオン３８とラック４０の一方（ここではラック４０）を互いに噛み合う方向に押すことができる押圧手段としてラックガイド７０を設けている。これにより、該ラックガイド７０を構成するガイド部８８により、ピニオン軸２８の長手方向へのラック軸３２の移動が規制されつつ、該ラック軸３２はその軸方向へと摺動可能に且つ軸方向を中心として揺動方向にも摺動可能に支持されていることになる。

従って、ラックガイド７０によれば、ハウジング５２に螺合させた調整ボルト９２により、圧縮ばね９０を介してガイド部８８を適切な押圧力で押すことができることから、ガイド部８８によりラック４０に予圧を与え、該ラック４０をピニオン３８に押し付けることができる。この結果、ピニオン３８とラック４０との噛み合いの遊びを最小限に保持することが可能となる。さらには、ピニオン３８の歯やラック４０の歯が摩耗したときには、ラックガイド７０によってピニオン軸２８をピニオン３８側に押すことで、良好な噛み合い状態を維持することが可能となる。

図４は、図３に示す電動式ステアリング装置１０の負荷時、例えば走行時に操舵車輪１４に伝達される路面反力が大きな場合等において、ラック軸３２（ラック４０）が回転した様子を示す断面図である。

図４に示すように、例えば走行時等において車両１２が大きな路面反力を受けると、ラック軸力の圧力角による分力によってラック軸３２（ラック４０）がガイド部８８に支持されつつ当て部材９４を摺動して所定角度θだけ回転する。この際、ラック４０とピニオン３８とが互いの噛み合い方向にずれを生じ、ラック軸３２はその背面側（ラック４０と反対側の曲面）でガイド部８８を調整ボルト９２の方向に押圧して多少後退する。

すなわち、このようにラック軸３２がその軸方向を中心として回転すると、ガイド部８８と調整ボルト９２との間の隙間Ｇが、図３に示すように多少余裕を持った状態から、図４に示すように全くなくなった状態へと変化することになり、該隙間Ｇは略ゼロとなる。このため、ラック軸３２とピニオン３８の軸間距離は、図３に示す距離Ｃから、該距離Ａに前記隙間Ｇを足した図４に示す距離Ｃ＋Ｇに拡大され、つまりラック４０とピニオン３８とはバックラッシＧを持つことになり、これらラック４０とピニオン３８の両歯の噛み合いに前記拡大した距離Ｇに相当する分の遊びＧを発生する。この結果、該遊びＧが、ラック４０が回転する隙間となり、結果としてラック４０は回転角（転び角）θで回転することになる。

そこで、ラック軸３２（ラック４０）が回転する際のピニオン３８との噛み合いに係るラック４０の圧力角の変化について、図５Ａ〜図６Ｂを参照して説明する。

図５Ａは、ラック４０を設けたラック軸３２の一部省略斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａに示すラック４０の要部を模式的に示す拡大斜視図である。また、図６Ａは、ラック軸３２が回転する前の状態を模式的に示す断面図であり、図６Ｂは、図６Ａに示す状態からラック軸３２が回転した後の状態を模式的に示す断面図である。なお、図６Ａ及び図６Ｂでは、図の理解を容易にするため断面図のハッチングを省略して図示しており、後述する図７Ａ〜図９Ｂについても同様である。また、図５Ａ〜図６Ｂでは、説明の簡単のためにラック４０の歯形を従来から一般的に用いられている形状、具体的には、ラック４０の歯先から歯末までの圧力角を一定として図示しており、後述する図８Ａ〜図９Ｂに示される本実施形態に係るラック４０（４０ａ）の歯形とはその形状が相違している。

図５Ａに示すように、ラック４０はラック軸３２の一面側に形成されている。ここで、図５Ｂ及び図６Ａに示すように、通常時（ラック軸３２の非回転時）のピニオン３８との噛み合いに係るラック４０の圧力角をαと称し、そのときの歯丈（全歯丈）をＨと称するものとする。

一方、図５Ｂ及び図６Ｂに示すように、回転時、つまり回転角θだけラック軸３２（ラック４０）が回転した際の該ラック４０の圧力角をβと称するものとすると、そのときの歯丈はＨ／ｃｏｓθとなる。

そうすると、図５Ｂ及び図６Ａに示すように、通常時のラック４０では、点Ｐ１及び点Ａ１を結ぶ直線と点Ｐ２及び点Ａ２を結ぶ直線との交差角を、圧力角αの２倍の角度２αとして表すことができる。一方、図５Ｂ及び図６Ｂに示すように、回転時のラック４０では、点Ｐ１及び点Ｂ１を結ぶ直線と点Ｐ２及び点Ｂ２を結ぶ直線との交差角を、圧力角βの２倍の値となる角度２βとして表すことができる。

従って、圧力角αと圧力角βとの関係を考えると、図５Ｂ〜図６Ｂから諒解されるように、ｔａｎα＝ｘ／Ｈ、ｔａｎβ＝ｘｃｏｓθ／Ｈ＝ｔａｎαｃｏｓθ、となる。ここで、０＜ｃｏｓθ＜１、であることから、ｔａｎα＞ｔａｎβ、となり、α＞β、との関係が得られることになる。つまり、ラック軸３２が回転角θで回転すると、ピニオン３８とラック４０との噛み合いに係る圧力角は、αからβへと減少することになる。

そこで、先ず、従来構成の歯形、具体的には歯先から歯末までの圧力角が一定のラック４１が形成されたラック軸３３を用いた場合の該ラック４１とピニオン３８との噛み合いの状態について、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。図７Ａは、従来構成の歯形からなるラック４１とピニオン３８との通常時の噛み合いの状態を模式的に示す断面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す状態からラック軸３３が回転角θだけ回転した状態でのラック４１とピニオン３８との噛み合いの状態を模式的に示す断面図である。なお、図中、ラック４１のピッチ線をＰＲ、ピニオン３８のピッチ線をＰＰとし、以下同様とする。

図７Ａに示すように、このようなラック４１では、通常時（ラック軸３３の非回転時）、２つの噛合点Ｅ１、Ｅ２にてピニオン３８と噛み合いし、それぞれ荷重Ｆが平等に負荷されている。なお、ピニオン３８は、ピッチ線ＰＰより歯先側の歯形が略円弧状に形成されている。

一方、図７Ｂに示すように、回転時、つまり回転角θだけラック軸３３（ラック４１）が回転した状態では、上記したようにラック４１の噛み合いの圧力角がαからβへと減少する。このため、該ラック４１の歯先とピニオン３８の歯元の噛合点Ｅ３のみに荷重が集中し、前記荷重Ｆの２倍の荷重２Ｆが１点に負荷されることになる。これは、図７Ｂから諒解されるように、ラック軸３３が転ぶとラック４１の実際の圧力角が減少すると共に、該ラック４１のピッチが変化し、このため、図７Ａに示すようにラック４１及びピニオン３８の両歯が２枚で噛み合っている状態から、図７Ｂに示すように１枚でしか噛み合わなくなるからである。すなわち、図７Ｂに示す状態では、ラック４１の歯先がピニオン３８の歯元側に食い込んでしまっている。

以上より、歯先から歯末までの圧力角が一定に設定された従来構成の歯形を有するラック４１を用いた場合、ラック軸３３が回転しラック４１とピニオン３８との噛み合い関係が変化すると、該ラック４１の１つの歯の歯先に応力集中を生じ、このため、歯の破損や噛み合い精度の低下等を惹起する可能性がある。

次に、本実施形態に係る電動式ステアリング装置１０に用いられるラック４０とピニオン３８との噛み合いの状態について、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明する。図８Ａは、本実施形態における歯形からなるラック４０とピニオン３８との通常時の噛み合いの状態を模式的に示す断面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示す状態からラック軸３２が回転角θだけ回転した状態でのラック４０とピニオン３８との噛み合いの状態を模式的に示す断面図である。

図８Ａに示すように、ラック４０は、図７Ａ及び図７Ｂに示した従来構成の歯形からなるラック４１と比較して、ピッチ線ＰＲ近傍から歯元にかけて圧力角を増大させており、つまり歯先側から歯元側にかけて圧力角がα０からα１へと増大するように設定している（α０＜α１）。換言すれば、ラック４０は、少なくとも２つの圧力角α０、α１を有し、より大きな圧力角α１が歯元側に設定されている。

従って、図８Ｂに示すように、ラック軸３２が回転角θだけ回転すると、ラック４０では歯先側の圧力角β０よりも歯元側の圧力角β１が大きく設定されていることから、該ラック４０は歯先側より先に歯元側がピニオン３８と当接することになる。従って、図７Ｂに示す従来構成の歯形からなるラック４１のように、該ラック４１の歯先がピニオン３８の歯元側に食い込み、該ラック４１の歯先１歯に集中的な荷重がかかることを防止することができる。

すなわち、図８Ａに示すように、ラック軸３２の回転前には２つの噛合点Ｅ４、Ｅ５でラック４０とピニオン３８とが噛み合いし、それぞれ荷重Ｆが負荷されている。一方、図８Ｂに示すように、ラック軸３２が回転後には１つの噛合点Ｅ６のみでラック４０とピニオン３８とが噛み合いし、該噛合点Ｅ６には荷重Ｆの２倍の荷重２Ｆが負荷されるが、この場合、噛合点Ｅ６は歯元側に生じている点が図７Ｂに示す場合と異なっている。

このように本実施形態の場合、ラック軸３２が回転すると、ラック４０では歯先側に比べて肉厚の歯元側に荷重の負担が移動することになる。つまり、歯先より歯元の圧力角を大きく設定しておくことにより、ピニオン３８をより肉厚で強度の高いラック４０の歯元側に当接させることができ、結果として、ラック４０の曲げモーメントを低減して強度を向上させることができ、より高いラック軸力まで対応することが可能となる。このため、ラックアンドピニオン機構３０を構成する歯車であるラック４０の耐久性やピニオン３８との噛み合い精度の維持、向上を図ることができ、電動式ステアリング装置１０の操作フィーリングの向上も図ることができる。

なお、本実施形態に係る電動式ステアリング装置１０に設けられるラックアンドピニオン機構３０では、上記した図８Ａ及び図８Ｂに示す歯形以外のラックも用いることができ、要はラックの歯先側より歯元側の圧力角が大きく設定されていればよい。図９Ａは、本実施形態の変形例に係る歯形からなるラック４０ａとピニオン３８との通常時の噛み合いの状態を模式的に示す断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す状態からラック軸３２ａが回転角θだけ回転した状態でのラック４０ａとピニオン３８との噛み合いの状態を模式的に示す断面図である。

図９Ａに示すように、ラック４０ａは、ピッチ線ＰＲ近傍から歯元にかけて圧力角α２が次第に大きくなるように、直径Ｒからなる略円弧形状に設定されている。この場合、ラック４０ａの歯元側の圧力角α２が歯先（歯末）の圧力角より漸次増大する略円弧形状としたことにより、図９Ｂに示すように、ラック軸３２ａが回転した場合にも、ラック４０ａでは歯先から歯元へと圧力角β２も漸次増大する。

従って、図９Ａに示すようにラック軸３２ａの回転前には２つの噛合点Ｅ７、Ｅ８でラック４０ａとピニオン３８とが噛み合いし、それぞれ荷重Ｆが負荷されている状態から、図９Ｂに示すようにラック軸３２ａが回転し、ラック４０ａとピニオン３８との噛み合いが１歯当たりとなった際には、ラック４０ａの歯元とピニオン３８の歯先とが複数の噛合点Ｅ９〜Ｅ１１にて円弧面同士で当接する。ここで、ラック４０ａでは、ピニオン３８の歯先と同様、歯元の圧力角β２が大きく設定されていることから、ラック４０ａの歯先がピニオン３８の歯元側に食い込み、該ラック４０ａの歯先とピニオン３８の歯元とが強く当たることがない。このため、ラック４０ａの曲げモーメントの増大による折損やラック４０ａの歯先部の面圧上昇が低減でき、さらに、ラック４０ａの歯元とピニオン３８の歯先が凹状円弧と凸状円弧の接触となり、接触部にかかる面圧を有効に低減することができる。しかも、ラック４０ａとピニオン３８との接触部は上記のように円弧同士の接触となり、複数の噛合点Ｅ９〜Ｅ１１で接触することから、その荷重は一点ではなくやや広い範囲に分散した分布荷重となり、全ての分布荷重を合わせたものが荷重２Ｆとなっている。

さらに、この場合には、ラック４０ａだけでなく、前記分散荷重等の効果によってピニオン３８の歯元の曲げモーメントも低減することができ、ラック４０ａ及びピニオン３８の歯元にかかる曲げ応力を低減させ、換言すれば、ラック４０ａ及びピニオン３８の曲げ強度を向上させることができる。

なお、上記したラック４０ａにおいて、圧力角α２（β２）の直径Ｒは単一の円弧で形成されている必要は当然なく、複数の直線の集合で形成された円弧形状等であってもよいことは言うまでもない。

以上のように、上記実施形態によれば、ラック４０（４０ａ）の圧力角を歯先より歯元を大きく設定することにより、ラック軸３２（３２ａ）の回転時、ラック４０（４０ａ）がピニオン３８の歯元側に深く食い込むことが有効に防止され、ラック４０（４０ａ）の歯先側よりも先に歯元側がピニオン３８と当接する（図８Ｂ及び図９Ｂ参照）。このため、図７Ｂに示す従来構成の歯形からなるラック４１のように歯先１歯に集中的に荷重がかかることが阻止され、つまり、ラック軸３２（３２ａ）が回転した場合には、歯先に比べて肉厚の歯元側に荷重の負担を移動させることができる。従って、ピニオン３８をより肉厚で強度の高いラック４０（４０ａ）の歯元側に当接させて、ラック４０（４０ａ）の曲げモーメントを低減させることができることから、ラックアンドピニオン機構３０の耐久性やピニオン３８との噛み合い精度の維持及び向上を図ることができ、電動式ステアリング装置１０の操作フィーリングを向上させることができる。

以上、上記実施形態により本発明を説明したが、これに限らず、本発明は、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

本発明の一実施形態に係る電動式ステアリング装置を模式的に示す説明図である。図１に示す電動式ステアリング装置のラックアンドピニオン機構周辺部の構成を示す一部断面正面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図３に示す電動式ステアリング装置の負荷時にラック軸が回転した様子を示す断面図である。図５Ａは、図１に示すラック軸の一部省略斜視図であり、図５Ｂは、図５Ａに示すラックの要部を模式的に示す拡大斜視図である。図６Ａは、図５Ａに示すラック軸が回転する前の状態を模式的に示す断面図であり、図６Ｂは、図６Ａに示す状態からラック軸が回転した後の状態を模式的に示す断面図である。図７Ａは、従来構成の歯形からなるラックとピニオンとの通常時の噛み合いの状態を模式的に示す断面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示す状態からラック軸が回転した状態でのラックとピニオンとの噛み合いの状態を模式的に示す断面図である。図８Ａは、本実施形態における歯形からなるラックとピニオンとの通常時の噛み合いの状態を模式的に示す断面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示す状態からラック軸が回転した状態でのラックとピニオンとの噛み合いの状態を模式的に示す断面図である。図９Ａは、本実施形態の変形例に係る歯形からなるラックとピニオンとの通常時の噛み合いの状態を模式的に示す断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す状態からラック軸が回転した状態でのラックとピニオンとの噛み合いの状態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０…電動式ステアリング装置１２…車両
１４…操舵車輪１６…ステアリングハンドル
２０…ステアリング系２２…補助トルク機構
２８…ピニオン軸３０…ラックアンドピニオン機構
３２、３２ａ、３３…ラック軸３８…ピニオン
４０、４０ａ、４１…ラック４６…電動機
４８…減速機構７０…ラックガイド
８８…ガイド部

Claims

ステアリングハンドルから入力される操舵力に対して補助力を付与する駆動源を有し、前記補助力を含む前記操舵力を少なくとも一部にラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝達することにより、車両の操舵を行う電動式ステアリング装置であって、
前記ラックアンドピニオン機構は、前記ステアリングハンドルに連結されるピニオン軸に設けられたはすば歯車のピニオンと、
前記操舵車輪に連結されるラック軸に所定幅にわたって設けられ、前記ピニオンに噛み合うはすば歯車のラックと、
前記ラック軸を前記ピニオンに向かって付勢すると共に、前記ラック軸を、その軸線方向を中心として回転可能に支持するラックガイドと、
を備え、
前記ラック軸の回転前には、前記ラックと前記ピニオンとが２つの噛合点で噛み合いし、前記ラック軸が軸線方向を中心として回転した際には、前記ラックの歯先側より先に歯元側が前記ピニオンと当接するように、前記ラックは、歯先の圧力角に対して歯元の圧力角が大きく設定されていることを特徴とする電動式ステアリング装置。
請求項１記載の電動式ステアリング装置において、
前記ピニオンは、凸状円弧の歯面形状に設定され、
前記ラックは、歯先から歯元に向かって圧力角が漸次増大する凹状円弧の歯面形状に設定されていることを特徴とする電動式ステアリング装置。