JP5522132B2

JP5522132B2 - ステアリング装置

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Publication number: JP5522132B2
Application number: JP2011172504A
Authority: JP
Inventors: 高之吉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: JP2013035383A

Description

本発明はステアリング装置、特に、ラックピニオン式ステアリング装置のピニオン軸の組付けを容易にしたステアリング装置に関する。

ラックピニオン式ステアリング装置は、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸が、ステアリングギヤのハウジングに往復移動可能に支持され、ステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン軸が、ステアリングギヤのハウジングに軸受を介して回転可能に軸支されている。

このようなラックピニオン式のステアリング装置は、ピニオン軸をハウジングに軸支する軸受に予圧を付与して、操舵時にピニオン軸に加わる負荷によって、ピニオン軸がラジアル方向やスラスト方向に動いて、異音が生じたり、操舵力が変動するのを防止している。

リングナットで軸受に予圧を付与すれば、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が大きくなるため好ましいが、リングナットを組み込むためのスペースが必要となるため、ステアリングギヤが大型化し、リングナットの予圧調整作業にも時間が掛かる問題がある。

テーパースナップリング（止め輪）で軸受に予圧を付与すれば、テーパースナップリングを組み込むためのスペースが小さくで済むため、ステアリングギヤを小型化でき、テーパースナップリングの組付け作業時間も短縮できる。しかし、テーパースナップリングで軸受に予圧を付与すると、軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性が小さくなってしまう。軸受のラジアル方向やスラスト方向の剛性を大きくするためには、軸受をハウジングに圧入すればよい。しかし、軸受をハウジングに圧入すると、軸受圧入時に、ピニオンとラック歯の噛み合い部の歯面に大きな荷重が作用して、噛み合い部の歯面に圧痕が生じて、操舵時に異音が生じたり、ステアリングギヤの耐久性が低下する問題が生じる。

特許文献１に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、ラック軸にラック歯の歯底をストローク端の外側に延ばした逃がし部を形成し、この逃がし部をピニオンの位置に位置決めして、リングナットの締付け作業を行うようにしている。従って、ピニオン軸が回転してもラック軸は移動せず、ピニオン軸を必要なだけ回転させてリングナットの締付け作業を完了させることができるため、リングナットの締付け作業時間を短縮することができる。

しかし、特許文献１に開示されたラックピニオン式のステアリング装置は、リングナットで軸受に予圧を付与するため、リングナットを組み込むためのスペースが必要となるため、ステアリングギヤが大型化し、リングナットの予圧調整作業に時間が掛かる問題は解決されていない。

特開２００５−２５５１２１号公報

本発明は、ピニオン軸をハウジングに組付ける作業時間を短縮するとともに、軸受をハウジングに圧入した時に、ピニオンとラック歯の噛み合い部の歯面に圧痕が生じないようにしたラックピニオン式ステアリング装置を提供することを課題とする。また、本発明は、ピニオン軸をハウジングに組付けた後に、ラック軸を中立位置に位置決めする作業を容易にして、電動パワーステアリング装置や車両姿勢制御装置等に使用される舵角検出装置を中立位置に正確に位置決めすることを可能にしたラックピニオン式ステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、ハウジング、上記ハウジングに往復移動可能に支持され、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸、上記ハウジングにラック軸の端部を往復移動可能に軸支する軸受ブッシュ、ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有し、ステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン軸、上記ハウジングに圧入され上記ピニオン軸をハウジングに回転可能に軸支する軸受、上記軸受の外輪を上記ハウジングに固定するスナップリング、上記ラック軸に形成され、ラック歯の歯底をラック軸のストローク端からラック軸の中央側に向かって延長した逃がし部、上記ラック軸の端面に取り付け可能で、上記逃がし部を上記ピニオン軸の軸心に位置決めする位置決め治具、上記ピニオン軸に形成され、上記ピニオン軸に外嵌された軸受の上記ハウジングへの圧入が完了した時に、上記ピニオンの歯面が上記逃がし部に面するラック歯の歯面に接触するように、上記ピニオンの歯面の位相を位置決めする位置決め凹部を備えたステアリング装置であって、上記位置決め凹部は、上記ピニオン軸の端部に自在継手をボルトで固定した時に、ボルトの軸部外周に当接して、ピニオン軸から自在継手が抜け出すのを防止するためのものであって、上記ピニオンの歯面の位相と位置決め凹部の位相が、上記ラック軸から上記位置決め治具を取り外した後、上記ピニオンを所定量回転させて、ラック歯をそのストロークの中間位置で停止させることができる所定の位相であることを特徴とするステアリング装置である。

第２番目の発明は、第１番目の発明のステアリング装置において、上記逃がし部を上記ピニオン軸の軸心に位置決めした時に、上記ラック軸の端部が上記軸受ブッシュに軸支された状態を維持していることを特徴とするステアリング装置である。

第３番目の発明は、第２番目の発明のステアリング装置において、上記ラック軸は、ラック歯から逃がし部までの範囲の歯面側に高周波焼き入れが施されていることを特徴とするステアリング装置である。

第４番目の発明は、第３番目の発明のステアリング装置において、上記ラック軸は、ラック歯から逃がし部までの範囲の背面側に高周波焼き入れが施されていることを特徴とするステアリング装置である。

本発明のステアリング装置は、ハウジングに圧入されてピニオン軸をハウジングに回転可能に軸支する軸受の外輪をスナップリングでハウジングに固定し、ラック歯の歯底をラック軸のストローク端からラック軸の中央側に向かって延長した逃がし部をラック軸に形成し、逃がし部をピニオン軸の軸心に位置決めする位置決め治具をラック軸の端面に取り付け、ピニオン軸に外嵌された軸受をハウジングに圧入する時に、ピニオンの歯面が逃がし部に面するラック歯の歯面に接触するように、ピニオンの歯面の位相を位置決めする位置決め凹部をピニオン軸に形成している。

従って、ピニオン軸をハウジングに組付ける作業時間が短縮され、軸受を軸受孔に圧入しても、ピニオンとラック歯の噛み合い部の歯面には圧痕が生じることはなく、操舵時に異音が生じたり、ステアリングギヤの耐久性が低下する問題は生じない。また、軸受の圧入が完了した時に、ピニオンの歯面が逃がし部に面するラック歯の歯面に接触しているため、ピニオンを所定量回転させて、ラック歯をそのストロークの中間位置で正確に停止させることが可能となる。従って、電動パワーステアリング装置や車両姿勢制御装置等に使用される舵角検出装置を中立位置に正確に位置決めすることが可能となる。

本発明の実施例のステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。図１のステアリングギヤの要部を示す一部を断面した正面図である。図２のラックとピニオンとの噛み合い部を示す一部を断面した拡大正面図である。（ａ）はステアリングギヤのハウジングにピニオン軸を組み付ける直前の状態を示す一部を断面した正面図、（ｂ）は（ａ）のピニオン軸の上端の拡大斜視図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｐ方向から見た拡大平面図である。図４のステアリングギヤのハウジングとピニオン軸の要部を示す拡大断面図である。ステアリングギヤのハウジングにピニオン軸を組み付け終わった直後の状態を示す一部を断面した正面図である。図６のＡ−Ａ拡大断面図である。（ａ）は本発明の実施例のラック軸単体のラック歯近傍を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。（ａ）は本発明の実施例のラック軸単体の全体を示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ拡大断面図である。

図１は本発明の実施例のステアリング装置を示し、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置の全体斜視図である。図１に示すように、本発明の実施例のコラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１０１の操作力を軽減するために、コラム１０５の中間部に取付けたモータ１０２の操舵補助力をステアリングシャフトに付与している。そして、ステアリングシャフトの回転を中間シャフト１０６に伝達し、ピニオン軸１０７を介してラックピニオン式のステアリングギヤ１０３のラック軸を往復移動させ、タイロッド１０４を介して舵輪を操舵している。

図２は図１のステアリングギヤの要部を示す一部を断面した正面図、図３は図２のラックとピニオンとの噛み合い部を示す一部を断面した拡大正面図である。図４（ａ）はステアリングギヤのハウジングにピニオン軸を組み付ける直前の状態を示す一部を断面した正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のピニオン軸の上端の拡大斜視図、図４（ｃ）は図４（ａ）の矢印Ｐ方向から見た拡大平面図である。

図５は図４のステアリングギヤのハウジングとピニオン軸の要部を示す拡大断面図である。図６はステアリングギヤのハウジングにピニオン軸を組み付け終わった直後の状態を示す一部を断面した正面図、図７は図６のＡ−Ａ拡大断面図である。図８（ａ）は本発明の実施例のラック軸単体のラック歯近傍を示す正面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図９（ａ）は本発明の実施例のラック軸単体の全体を示す正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ拡大断面図である。

本発明の実施例のステアリングギヤ１０３は、フロントサブフレーム等の図示しない車体フレームに取り付けられている。図２の紙面に直交する手前側が車体後方側、図２の紙面に直交する奥側が車体前方側、図２の左右方向が車幅方向、図２の上方向が車体上方側、図２の下方向が車体下方側である。

ステアリングギヤ１０３のハウジング２１の内周２１１には、図２の左右方向に摺動可能にラック軸３１が内嵌している。ハウジング２１の内周２１１の左端には、軸受ブッシュ２１２が内嵌され、ラック軸３１の左端を摺動可能に軸支している。ラック軸３１の左右両端には図示しないボールジョイントソケットが各々ねじ込まれて取り付けられ、、ボールジョイントソケットに連結されたタイロッド（図１参照）１０４、１０４が、図示しないナックルアームを介して車輪に接続されている。

ハウジング２１には、３箇所に車体取り付け用ボス部２１３、２１３、２１３が形成されている。車体取り付け用ボス部２１３、２１３、２１３に形成された図示しない取り付け孔に図示しないボルトを挿入し、このボルトを車体フレームに締め付けることで、ハウジング２１は車体フレームに取り付けられている。

図２から図５に示すように、ピニオン軸１０７は、ピニオン２２の上部１０７Ｄで、ボール軸受（軸受）２３によりハウジング２１に回転可能に軸支されている。ピニオン軸１０７の溝２６に装着してカシメられたカシメリング２７は、ボール軸受２３の内輪を、ピニオン軸１０７の段差面２８との間で挟み込んでいる。また、ボール軸受２３の外輪は、ハウジング２１に形成された軸受孔２１４に圧入され、この軸受穴２１４の環状溝２１５に装着されたテーパースナップリング（止め輪）２９によって軸方向に押圧されて、ハウジング２１に固定されている。テーパースナップリング２９及び環状溝２１５の片面側には傾斜面が形成されていて、環状溝２１５にテーパースナップリング２９を挿入すると、楔作用によってボール軸受２３の外輪との間の隙間が除去されて、ボール軸受２３に予圧が付与される。

ピニオン軸１０７の下端部１０７Ｃは、ニードル軸受２４によりハウジング２１にラジアル方向にのみ回転可能に軸支されている。ピニオン軸１０７の上端の雄セレーション１０７Ａには、図１の自在継手１０８が外嵌して固定され、ピニオン軸１０７は自在継手１０８を介して中間シャフト１０６に連結されている。雄セレーション１０７Ａに自在継手１０８を外嵌した後、ボルト（図示せず）で固定した時に、雄セレーション１０７Ａに形成された位置決め凹部１０７Ｂがボルトの軸部外周に当接して、雄セレーション１０７Ａから自在継手１０８が抜け出すのを防止している。本発明の実施例では、ピニオン２２の歯面の位相と位置決め凹部１０７Ｂの位相が所定の位相になるように形成されている。

すなわち、本発明の実施例では、ピニオン２２の歯面を転造で加工した後、ピニオン２２の歯面に対して所定の位相になるように位置決め凹部１０７Ｂを加工している。また、他の方法として、位置決め凹部１０７Ｂを先に加工し、この位置決め凹部１０７Ｂをピニオン２２の歯面を転造で加工する時の基準位置にして、ピニオン２２の歯面を転造で加工してもよい。ピニオン軸１０７の回転は、ピニオン２２を介してラック軸３１に伝達され、ラック軸３１に連結された図１のタイロッド１０４、１０４を介して、舵輪の向きを変更する。

図８、図９に示すように、ラック軸３１のラック歯３２には、ラック歯３２の歯底をストローク端（使用範囲）からラック軸３１の中央側（図８、図９の左側）に向かって延長した逃がし部３３を形成している。しかし、ラック軸３１に逃がし部３３を形成すると、ラック軸３１の強度が低下する恐れがある。

図９に示すように、ラック軸３１の強度を大きくするために、ラック歯３２が形成されている範囲Ｌ５の歯面を高周波焼き入れする時に、逃がし部３３の範囲Ｌ６も高周波焼き入れを施して、ラック歯３２から逃がし部３３までの範囲Ｌ７を高周波焼き入れ（図９の二点鎖線で示す高周波焼き入れ範囲３５）している。

また、ラック軸３１の背面側の外周３４を、ラック歯３２から逃がし部３３までの範囲Ｌ８にわたって高周波焼き入れ（図９の二点鎖線で示す高周波焼き入れ範囲３６）すれば、ラック軸３１の強度を更に大きくすることができるため、好ましい。また、高周波焼き入れ範囲３５または高周波焼き入れ範囲３６のうちのいずれか一方を高周波焼き入れしてもよい。

ハウジング２１にラック軸３１、ピニオン軸１０７を組み付ける手順は下記の通りである。すなわち、図４に示すように、ラック軸３１の右端面に位置決め治具３７を取り付け、この位置決め治具３７を組立治具としてのストッパ３８に当接させて、ラック軸３１の逃がし部３３をピニオン軸１０７の軸心２５に位置決めする。この時、ラック軸３１はストローク端（使用範囲）を越えて右側に移動しており、ラック軸３１の左端部は軸受ブッシュ２１２に軸支された状態が維持されている。

ピニオン軸１０７にボール軸受２３の内輪を圧入した後、ピニオン軸１０７の溝２６にカシメリング２７をカシメて装着し、ボール軸受２３の内輪をピニオン軸１０７に固定して、ピニオン軸１０７とボール軸受２３の組付け品を作る。ニードル軸受２４をハウジング２１に圧入した後、図４に示すように、ピニオン軸１０７とボール軸受２３の組付け品をハウジング２１に挿入する。

図５に示すように、ハウジング２１の軸受孔２１４は、軸方向の長さがＬ１の圧入部２１４Ａと、軸方向の長さがＬ２の非圧入部２１４Ｂで構成されている。すなわち、圧入部２１４Ａの内径Ｄ１は、ボール軸受２３の外輪の外径Ｄ３よりも小径に形成され、非圧入部２１４Ｂ及び非圧入部２１４Ｃの内径Ｄ２は、ボール軸受２３の外輪の外径Ｄ３よりも大径に形成されている。また、非圧入部の内径Ｄ２を加工してから環状溝２１５を加工するので、非圧入部２１４Ｂ、２１４Ｃの内径Ｄ２は同じ内径Ｄ２になっている。

圧入部２１４Ａの右端からニードル軸受２４のニードルの右端までの長さがＬ４に形成されている。また、ボール軸受２３の左端面からピニオン軸１０７の下端部１０７Ｃの左端面までの長さがＬ３に形成されている。本発明の実施例では、長さＬ３を長さＬ４よりも長く設定している。また、圧入部２１４Ａの右端からハウジング２１の端面までの長さＬ５がボール軸受２３の長さＬ６よりも長く成形されている。従って、ピニオン軸１０７とボール軸受２３の組付け品をハウジング２１に挿入すると、ボール軸受２３が非圧入部２１４Ｃにガイドされる。従って、ピニオン軸１０７の下端部１０７Ｃがニードル軸受に挿入しやすくなっている。続いて、ピニオン軸１０７の下端部１０７Ｃがニードル軸受２４のニードルに挿入され、ボール軸受２３の外輪が軸受孔２１４の圧入部２１４Ａに圧入される。そのため、ボール軸受２３の圧入が円滑に行われ、ピニオン軸１０７の下端部１０７Ｃがニードル軸受２４のニードルを傷つけたりすることを防止できる。

図６に示すように、ボール軸受２３の圧入が完了したら、環状溝２１５にテーパースナップリング２９を装着し、ボール軸受２３の外輪をハウジング２１に固定する。本発明の実施例では、ピニオン２２の歯面の位相と位置決め凹部１０７Ｂの位相が所定の位相になるように形成されている。従って、図７に示すように、ボール軸受２３の圧入が完了した時に、ピニオン２２の歯面が逃がし部３３に面するラック歯３２１の歯面に接触するように、位置決め凹部１０７Ｂを基準にして、ピニオン２２の歯面の位相を位置決めした状態で、ピニオン軸１０７とボール軸受２３の組付け品をハウジング２１に挿入する。

その後、ラック軸３１の右端面から位置決め治具３７を取り外し、ピニオン２２を所定量回転させて、ラック歯３２をそのストロークの中間位置で停止させれば、ハウジング２１に対するピニオン軸１０７の組付けが完了する。本発明の実施例では、ボール軸受２３の圧入が完了した時に、ピニオン２２の歯面が逃がし部３３に面するラック歯３２１の歯面に接触しているため、ピニオン２２を所定量回転させて、ラック歯３２をそのストロークの中間位置で正確に停止させることが可能となる。従って、電動パワーステアリング装置や車両姿勢制御装置等に使用される舵角検出装置を中立位置に正確に位置決めすることが可能となる。

また、本発明の実施例では、テーパースナップリング２９でボール軸受２３の外輪をハウジング２１に固定するため、ボール軸受２３の組付け作業が容易で、ステアリングギヤを小型化することができる。また、逃がし部３３がピニオン軸１０７の軸心に位置決めされていて、ピニオン２２とラック歯３２との噛み合いが外れている。従って、ボール軸受２３を軸受孔２１４に圧入しても、ピニオン２２とラック歯３２の噛み合い部の歯面には圧痕が生じることはなく、操舵時に異音が生じたり、ステアリングギヤの耐久性が低下する問題は生じない。

また、逃がし部３３をピニオン軸１０７の軸心に位置決めした時、ラック軸３１の左端部は軸受ブッシュ２１２に軸支された状態が維持されている。従って、ラック軸３１がハウジング２１の内周２１１内で暴れないので、ボール軸受２３を軸受孔２１４に圧入した後、ピニオン２２を回転してラック軸３１を左側に移動することが容易になる。

上記実施例では、コラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置に適用した例について説明したが、ピニオンアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置やマニュアル型ラックピニオン式ステアリング装置に適用してもよい。

１０１ステアリングホイール
１０２モータ
１０３ステアリングギヤ
１０４タイロッド
１０５コラム
１０６中間シャフト
１０７ピニオン軸
１０７Ａ雄セレーション
１０７Ｂ位置決め凹部
１０７Ｃ下端部
１０７Ｄ上部
１０８自在継手
２１ハウジング
２１１内周
２１２軸受ブッシュ
２１３車体取り付け用ボス部
２１４軸受孔
２１４Ａ圧入部
２１４Ｂ非圧入部
２１４Ｃ非圧入部
２１５環状溝
２２ピニオン
２３ボール軸受（軸受）
２４ニードル軸受
２５軸心
２６溝
２７カシメリング
２８段差面
２９テーパースナップリング
３１ラック軸
３２ラック歯
３２１逃がし部３３に面するラック歯
３３逃がし部
３４背面側の外周
３５高周波焼き入れ範囲
３６高周波焼き入れ範囲
３７位置決め治具
３８ストッパ

Claims

ハウジング、
上記ハウジングに往復移動可能に支持され、タイロッドを介して車輪の操舵角を変えるラック軸、
上記ハウジングにラック軸の端部を往復移動可能に軸支する軸受ブッシュ、
ステアリングホイールに連結され、上記ラック軸のラック歯に噛み合うピニオンを有し、ステアリングホイールの回転をラック軸に伝達するピニオン軸、
上記ハウジングに圧入され上記ピニオン軸をハウジングに回転可能に軸支する軸受、
上記軸受の外輪を上記ハウジングに固定するスナップリング、
上記ラック軸に形成され、ラック歯の歯底をラック軸のストローク端からラック軸の中央側に向かって延長した逃がし部、
上記ラック軸の端面に取り付け可能で、上記逃がし部を上記ピニオン軸の軸心に位置決めする位置決め治具、
上記ピニオン軸に形成され、上記ピニオン軸に外嵌された軸受の上記ハウジングへの圧入が完了した時に、上記ピニオンの歯面が上記逃がし部に面するラック歯の歯面に接触するように、上記ピニオンの歯面の位相を位置決めする位置決め凹部を備えたステアリング装置であって、
上記位置決め凹部は、
上記ピニオン軸の端部に自在継手をボルトで固定した時に、ボルトの軸部外周に当接して、ピニオン軸から自在継手が抜け出すのを防止するためのものであって、
上記ピニオンの歯面の位相と位置決め凹部の位相が、上記ラック軸から上記位置決め治具を取り外した後、上記ピニオンを所定量回転させて、ラック歯をそのストロークの中間位置で停止させることができる所定の位相であること
を特徴とするステアリング装置。
請求項１に記載されたステアリング装置において、
上記逃がし部を上記ピニオン軸の軸心に位置決めした時に、上記ラック軸の端部が上記軸受ブッシュに軸支された状態を維持していること
を特徴とするステアリング装置。
請求項２に記載されたステアリング装置において、
上記ラック軸は、ラック歯から逃がし部までの範囲の歯面側に高周波焼き入れが施されていること
を特徴とするステアリング装置。
請求項３に記載されたステアリング装置において、
上記ラック軸は、ラック歯から逃がし部までの範囲の背面側に高周波焼き入れが施されていること
を特徴とするステアリング装置。