JP7488905B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング装置に関する。

ステアリング装置として、例えば以下の特許文献１に記載されたステアリング装置が知られている。

特許文献１のステアリング装置は、ラックバーを移動可能に収容する円筒状のラックハウジングを有している。このラックハウジングは、ラックバーの移動方向へ延びる筒状部を有し、該筒状部の軸方向端部の内周部には、ラックバーの外周部と径方向に対向する角部が形成されている。

特開２０１５－１８２７１３号公報

特許文献１に記載のステアリング装置では、ラックバーが路面からの入力により撓んだときに、その撓み量によってはラックバーの外周部が筒状部の角部に当接してしまう。そして、この当接により筒状部の角部に過度の応力が作用することで、角部が欠損する虞があった。

本発明は、従来の実情に鑑みて案出されたもので、ラックハウジングの内周部の欠損を抑制することが可能なステアリング装置を提供することを一つの目的としている。

本発明では、その一態様として、ラックハウジングが、筒状部の軸方向端部に設けられた第１傾斜部を有し、該第１傾斜部は、ラックバーからラックバーの径方向外側へ離れるように傾斜する。第１傾斜部は、ラックバーが外部からの入力により撓んだときに、筒状部よりも後にラックバーと当接する。

本発明によれば、ラックハウジングの内周部の欠損を抑制することができる。

第１の実施形態のステアリング装置の概略図である。 （ａ）は、ラックバーの平面図であり、（ｂ）は、ラックバーの斜視図である。 図２（ａ）の線Ａ－Ａに沿って切断したラックバーの断面図である。 図１の線Ｂ－Ｂに沿って切断したラックハウジング内のラックバーの断面図である。 図４の線Ｃ－Ｃに沿って切断したラックバーおよびラックハウジングの縦断面図である。 （ａ）は、ラックバーが矢印Ｘ方向へ撓み始めたときのラックバーおよびラックハウジングの縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の状態からラックバーが矢印Ｘ方向へさらに撓んだときのラックバーおよびラックハウジングの縦断面図、（ｃ）は、（ｂ）の状態からラックバーが矢印Ｘ方向へさらに撓んだときのラックバーおよびラックハウジングの縦断面図である。 従来技術のラックバーおよびラックハウジングの縦断面図である。 第２の実施形態のラックバーおよびラックハウジングの縦断面図である。

以下、本発明のステアリング装置の実施形態を図面に基づき説明する。

［第１の実施形態］
（ステアリング装置の構成）
図１は、第１の実施形態のステアリング装置の概略図である。図１では、ステアリング装置の一部（ラックエンドの外側部分）を断面で示してある。

図１に示すように、ステアリング装置は、運転者からの操舵力を伝達する操舵機構１と、運転者の操舵操作を補助する操舵アシスト機構２と、を備えている。

操舵機構１は、車両の運転室内に配置された図示せぬステアリングホイールと、車両の前輪である図示せぬ２つの転舵輪と、を機械的に連結している。操舵機構１は、ステアリングホイールからの回転力が伝達される入力軸３と、図示せぬトーションバーを介して入力軸３に接続された出力軸４と、を有した操舵軸５、およびこの操舵軸５の回転を転舵輪に伝達する伝達機構６を備えている。伝達機構６は、出力軸４の外周に設けられた図示せぬピニオンと、ラックバー７の外周に設けられた後述のラック歯部２０と、からなるラック＆ピニオン機構（ラック＆ピニオン・ギヤ）により構成されている。

ラックバー７は、金属材料により円柱状に形成されており、細長い円筒状のラックハウジング８内に移動可能に収容されている。

操舵機構１側におけるラックバー７の一端部７ａでは、ラックバー７の一端部７ａに形成された雌ねじ部が第１ラックエンド９の雄ねじ部と噛み合うことにより、第１ラックエンド９がラックバー７の一端部７ａに固定されている。ラックバー７の一端部７ａにおいて、第１ラックエンド９は、円弧状に窪んだ凹部９ａを有しており、この凹部９ａに、第１タイロッド１０の球状端部１０ａが嵌め込まれる。このように、凹部９ａと球状端部１０ａとを組み合わせることによって、第１ボールジョイント１１が構成されており、この第１ボールジョイント１１を介して、ラックバー７と第１タイロッド１０が接続されている。

同様に、操舵機構１とは反対側におけるラックバー７の他端部７ｂでは、ラックバー７の他端部７ｂに形成された雌ねじ部が第２ラックエンド１２の雄ねじ部と噛み合うことにより、第２ラックエンド１２が、ラックバー７の他端部７ｂに固定されている。ラックバー７の他端部７ｂにおいて、第２ラックエンド１２は、円弧状に窪んだ凹部１２ａを有しており、この凹部１２ａに、第２タイロッド１３の球状端部１３ａが嵌め込まれる。このように、凹部１２ａと球状端部１３ａとを組み合わせることによって、第２ボールジョイント１４が構成されており、この第２ボールジョイント１４を介して、ラックバー７と第２タイロッド１３が接続されている。第１タイロッド１０および第２タイロッド１３は、図示せぬナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。

ラックハウジング８は、金属材料、例えばアルミニウムを用いたダイカストによって形成されている。ラックハウジング８の軸方向両端８ａ，８ｂには、第１ラックエンド９とラックハウジング８との衝突時、および第２ラックエンド１２とラックハウジング８との衝突時に、衝突による衝撃を緩和する図示せぬ緩衝部材がそれぞれ設けられても良い。

さらに、ラックハウジング８の軸方向両端８ａ，８ｂには、第１ボールジョイント１１および第２ボールジョイント１４の外周を覆う蛇腹状のブーツ１５，１５がそれぞれ設置されている。ブーツ１５は、弾性材料、例えば合成ゴム材料により所定の可撓性を確保するように形成されており、ラックハウジング８内への水や埃等の侵入を防止している。

また、ラックハウジング８の軸方向両端部８ａ，８ｂ付近には、このラックハウジング８を車体に取り付けるためのマウントブラケット１６がそれぞれ設けられている。マウントブラケット１６には、図示せぬゴムブッシュが設置され、このゴムブッシュを介して、ラックハウジング８が車体に取り付けられる。

操舵アシスト機構２は、操舵機構１に操舵力を付与する電動モータであるモータ１７を備えており、このモータ１７は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８と一体に構成されている。電子制御ユニット１８は、各種制御処理を記憶および実行する機能を有し、図示せぬトルクセンサからの操舵トルクの信号等に基づいてモータ１７を駆動制御する。

かかるステアリング装置の構成から、運転者がステアリングホイールを回転操作すると、入力軸３が回転してトーションバーが捩られ、これにより生じるトーションバーの弾性力によって、出力軸４が回転する。そして、出力軸４の回転運動が上記ラック＆ピニオン機構によりラックバー７の軸方向に沿う直線運動に変換され、タイロッド１０，１３を介して図示せぬナックルアームが車幅方向へと押し引きされることによって、対応した転舵輪の向きが変更される。

図２（ａ）は、ラックバー７の平面図であり、図２（ｂ）は、ラックバー７の斜視図である。図３は、図２（ａ）の線Ａ－Ａに沿って切断したラックバー７の断面図である。

まず、ラックバー７の中心を通る線を「基準軸線Ｍ」と定義する。また、基準軸線Ｍと平行な方向であり、ラックバー７の移動方向と一致する方向を「軸方向」と定義し、基準軸線Ｍと直交する方向を基準軸線Ｍに対する「径方向」と定義し、さらに、基準軸線Ｍ周りの方向を「周方向」と定義する。

ラックバー７は、金属材料により一体に形成されたものであり、基準軸線Ｍを挟んで出力軸４の反対側となる周方向範囲に形成された概ね半円柱状のラック本体部１９と、出力軸４と対向する周方向範囲にラック本体部１９と一体に形成された複数のラック歯部２０と、ラック本体部１９の軸方向一端に一体に形成された円柱状の一端部７ａと、ラック本体部１９の軸方向他端に一体に形成された円柱状の他端部７ｂと、を有している。

ラック本体部１９は、図３に示すように軸方向から見たときに、概ね半円形状をなしており、円弧状に連続する外周部の周方向一端に位置した外縁部１９ａと、外周部の周方向他端に位置した外縁部１９ｂと、を有している。なお、ラック本体部１９は、図３に示すように軸方向から見たときに、概ね半円形状である例を示したが、実施形態に限定されるものではない。

ラック歯部２０は、両端部７ａ，７ｂを除く軸方向範囲の外周部の一部の周方向領域を鍛造により変形させてなる複数（本実施形態では３１個）のラック歯部２０を有する。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、複数のラック歯部２０は、両端部７ａ，７ｂの間の軸方向領域において軸方向に沿って等間隔に配置されている。各ラック歯部２０は、図２（ａ）に示すように、基準軸線Ｍに対して一端部７ａ側に僅かに傾斜している。つまり、各ラック歯部２０は、ラック歯部２０の歯幅方向他端部２０ｂが歯幅方向一端部２０ａよりも僅かに一端部７ａ側に位置するように傾斜している。

さらに、ラック歯部２０は、図３に示すように軸方向から見たときに概ね台形をなしている。ラック歯部２０は、その歯幅方向の一端に位置する歯幅方向一端部２０ａと、歯幅方向の他端に位置する歯幅方向他端部２０ｂと、を有している。

図３に示すように、歯幅方向一端部２０ａは、ラック本体部１９の一方の外縁部１９ａから歯先部２０ｃ側へ向かって内側に傾斜した第１傾斜面部２０ｄと、該第１傾斜面部２０ｄの一端と歯先部２０ｃの一端同士を接続する円弧面状の第１円弧状面部２０ｅと、を有している。図３に示すように、第１傾斜面部２０ｄおよび第１円弧状面部２０ｅは、他端部７ｂの外周（円弧状の実線７ｃおよび円弧状の破線７ｄ，７ｅによって外周の一部が示される）よりも径方向外側に位置している。

歯幅方向他端部２０ｂは、第１傾斜面部２０ｄと同様の形状を有し、ラック本体部１９の他方の外縁部１９ｂから歯先部２０ｃ側へ向かって内側に傾斜した第２傾斜面部２０ｆと、第１円弧状面部２０ｅと同様の形状を有し、第２傾斜面部２０ｆの一端と歯先部２０ｃの他端同士を接続する円弧面状の第２円弧状面部２０ｇと、を有している。図３に示すように、第２傾斜面部２０ｆおよび第２円弧状面部２０ｇは、他端部７ｂの上述した外周よりも径方向外側に位置している。

ラック歯部２０の歯幅（最大歯幅）ＴＷは、図３に示すように軸方向から見たときの他端部７ｂの外周とラック歯部２０の歯先部２０ｃとの２つの交点Ｃ１，Ｃ２を結ぶ線分Ｌの長さＬ１よりも大きく、ラックバー７の直径以下の長さに設定されている。本実施形態では、歯幅ＴＷは、ラックバー７の直径と概ね等しくなっている。

図４は、図１の線Ｂ－Ｂに沿って切断したラックハウジング８内のラックバー７の断面図である。なお、図４では、図を明瞭にするため、ラックハウジング８の外周部を簡略化してある。

ラックハウジング８は、該ラックハウジング８の中央部にラックバー７の外形に対応したラックバー収容貫通孔２１ｂを有し、ラックバー収容貫通孔２１ｂの軸方向両端部に、軸方向外側へ向かって段差拡径状に広がる段部２１が設けられている。

ラックバー収容貫通孔２１ｂの内周面は、第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇと対向する部位に、ラックバー７が外部、例えば路面からの入力によりラック本体部１９からラック歯部２０へ向かう方向Ｘへ撓んだときに第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇが当接可能な円弧面状の第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄを有している。第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄの曲率半径は、第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇの曲率半径よりも大きく形成されている。

また、段部２１は第１ラックエンド９を受容可能な内径を有し、段部２１の底面２１ａは、軸方向に沿った第１ボールジョイント１１（図１参照）の移動を規制する規制面を構成する。径方向に沿った底面２１ａの幅は、第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄが設けられていない箇所の幅ＢＷ１が第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄが設けられている箇所の幅ＢＷ２，ＢＷ３よりも広くなるように形成されている。

なお、第１ボールジョイント１１の移動の規制は、段部２１の底面２１ａによって直接行われるのではなく、段部２１に収容され、底面２１ａと当接可能に設けられた図示せぬ緩衝部材を介して間接的に行われても良い。

図５は、図４の線Ｃ－Ｃに沿って切断したラックバー７およびラックハウジング８の縦断面図である。なお、図５において、説明の都合上、第１傾斜角度αおよび第２傾斜角度βは誇張して示されており、実際の角度よりも大きくなっている。

ラックハウジング８は、軸方向へ延びる円筒形の筒状部２２と、該筒状部２２の軸方向一端部に設けられた第１傾斜部２３と、該第１傾斜部２３の軸方向一端部に接続された第２傾斜部２４と、を有している。

ここで、図５において、筒状部２２と径方向に対向する複数のラック歯部２０のうち第１傾斜部２３に隣接する内側面２２ａの端部と対向するラック歯部を「第１ラック歯部２０Ａ」と定義する。また、第１傾斜部２３と径方向に対向するラック歯部を「第２ラック歯部２０Ｂ」と定義し、第２傾斜部２４と径方向に対向するラック歯部を「第３ラック歯部２０Ｃ」と定義する。

筒状部２２、第１傾斜部２３および第２傾斜部２４は、ラックバー７が路面からの入力により矢印Ｘ方向に撓んだときに第１～第３ラック歯部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから受ける応力を段階的に分散させることを前提として設けられている。即ち、筒状部２２、第１傾斜部２３および第２傾斜部２４は、ラックバー７が矢印Ｘ方向に撓んだときに、最初に第１ラック歯部２０Ａが筒状部２２に当接し、次に第２ラック歯部２０Ｂが第１傾斜部２３に当接し、最後に第３ラック歯部２０Ｃが第２傾斜部２４に当接するように設けられている。

筒状部２２は、ラックハウジング８の軸方向中央に位置し、軸方向に沿って延びている。筒状部２２は、鋳肌面を機械加工してなる内側面２２ａを有しており、該内側面２２ａは、軸方向と平行となっている。内側面２２ａは、ラックハウジング８の第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄ（図４参照）に設けられている。

第１傾斜部２３は、軸方向外側（軸方向一端８ａ側）へ向かうにつれてラックバー７から径方向外側に離れるように傾斜した第１傾斜内側面２３ａを有している。換言すれば、第１傾斜部２３は、軸方向外側へ向かうにつれて基準軸線Ｍと第１傾斜部２３との間の径方向距離が拡大するように傾斜した第１傾斜内側面２３ａを有している。第１傾斜内側面２３ａは、ラックハウジング８をダイカスト鋳造する際に形成された鋳肌面となっている。第１傾斜内側面２３ａは、ラックハウジング８の第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄ（図４参照）に設けられている。第１傾斜内側面２３ａは、軸方向と平行な筒状部２２の内側面２２ａと第１傾斜内側面２３ａとの間に形成される角度のうち劣角である第１傾斜角度αで軸方向外側へ向かって傾斜している。第１傾斜角度αは、ラックバー７が路面からの入力により弾性変形領域内で矢印Ｘ方向へ撓んだときに、第１ラック歯部２０Ａの第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇ（図４参照）が筒状部２２の各内側面２２ａに当接した後に第２ラック歯部２０Ｂの第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇが各第１傾斜内側面２３ａに当接可能な角度に設定されている。本実施形態では、第１傾斜角度αは７°である。

また、第１傾斜内側面２３ａと内側面２２ａとは、図５に示すように軸方向に沿った断面で見たときにラックバー７側へ膨らむ円弧面状をなす第１円弧面２５を介して互いに滑らかに接続されている。

第２傾斜部２４は、第１傾斜部２３の第１傾斜角度αよりも大きな第２傾斜角度βで径方向外側に離れるように傾斜した第２傾斜内側面２４ａを有している。第２傾斜角度βは、ラックバー７が路面からの入力により弾性変形領域内で矢印Ｘ方向へ撓んだときに、第２ラック歯部２０Ｂの第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇ（図４参照）が各第１傾斜内側面２３ａに当接した後に第３ラック歯部２０Ｃの第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇが各第２傾斜内側面２４ａに当接可能な角度に設定されている。本実施形態では、第２傾斜角度βは１１°である。また、第２傾斜内側面２４ａは、ラックハウジング８をダイカスト鋳造する際に形成された鋳肌面となっている。第２傾斜内側面２４ａは、ラックハウジング８の第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄ（図４参照）に設けられている。

また、第２傾斜内側面２４ａと第１傾斜内側面２３ａとは、図５に示すように軸方向に沿った断面で見たときにラックバー７側へ膨らむ円弧面状をなす第２円弧面２６を介して互いに滑らかに接続されている。また、第２傾斜内側面２４ａと段部２１の底面２１ａとの間に設けられたコーナ部２４ｂには、円弧面状に湾曲したＲ面取り部２４ｃが形成されている。

また、本実施形態では、第２ラック歯部２０Ｂを含む部分を用いて説明するが、ラック歯部２０のピッチＰは、軸方向に沿った第１傾斜内側面２３ａの軸方向幅Ｄ１および第２傾斜内側面２４ａの軸方向幅Ｄ２よりも短くなっている。このようにピッチＰが軸方向幅Ｄ１，Ｄ２よりも短いときには、図５に示すように、軸方向に沿った第１円弧状面部２０ｅの歯厚ｔが軸方向幅Ｄ１，Ｄ２に対して小さくなっており、第２ラック歯部２０Ｂおよび第３ラック歯部２０Ｃが第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａに当接し易くなる。

図６（ａ）は、ラックバー７が矢印Ｘ方向へ撓み始めたときのラックバー７およびラックハウジング８の縦断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態からラックバー７が矢印Ｘ方向へさらに撓んだときのラックバー７およびラックハウジング８の縦断面図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）の状態からラックバー７が矢印Ｘ方向へさらに撓んだときのラックバー７およびラックハウジング８の縦断面図である。なお、ラックバー７が矢印Ｘ方向へ撓むときには、実際には第１～第３ラック歯部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの各歯幅方向一端部２０ａおよび各歯幅方向他端部２０ｂが対応する筒状部２２、第１傾斜部２３および第２傾斜部２４に当接するが、本実施形態では、代表して、各歯幅方向一端部２０ａの当接のみについて説明する。

図６（ａ）に示すように、ラックバー７が路面からの入力により矢印Ｘ方向へ撓み始めたときに、第１ラック歯部２０Ａの歯幅方向一端部２０ａの第１円弧状面部２０ｅは、筒状部２２の内側面２２ａと当接する。

内側面２２ａへの第１円弧状面部２０ｅの当接後に、図６（ｂ）に示すようにラックバー７が矢印Ｘ方向へさらに撓むと、第２ラック歯部２０Ｂの歯幅方向一端部２０ａの第１円弧状面部２０ｅは、第１傾斜部２３の第１傾斜内側面２３ａと当接する。このとき、第１ラック歯部２０Ａの第１円弧状面部２０ｅが内側面２２ａに当接した状態で、第２ラック歯部２０Ｂの第１円弧状面部２０ｅが第１傾斜内側面２３ａと当接するため、ラックバー７からラックハウジング８へ作用する応力は、内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａに分散される。

第１傾斜内側面２３ａへの第１円弧状面部２０ｅの当接後に、図６（ｃ）に示すようにラックバー７が矢印Ｘ方向へさらに撓むと、第３ラック歯部２０Ｃの歯幅方向一端部２０ａの第１円弧状面部２０ｅは、第２傾斜部２４の第２傾斜内側面２４ａと当接する。このとき、第１ラック歯部２０Ａの第１円弧状面部２０ｅが内側面２２ａに当接し、さらに、第２ラック歯部２０Ｂの第１円弧状面部２０ｅが第１傾斜内側面２３ａに当接した状態で、第３ラック歯部２０Ｃの第１円弧状面部２０ｅが第２傾斜内側面２４ａと当接するため、ラックバー７からラックハウジング８へ作用する応力は、内側面２２ａ、第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａに分散される。

なお、本実施形態では、ラックハウジング８の軸方向一端８ａ側に内側面２２ａ、第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａを設けた例を開示したが、ラックハウジング８の軸方向他端８ｂ側に内側面２２ａ、第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａを設けるようにしても良い。
［第１の実施形態の効果］
図７は、従来技術のラックバー７およびラックハウジング８の縦断面図である。

従来技術のステアリング装置では、本実施形態の第１および第２傾斜部２３，２４に相当するものが無く、角部２７がラックハウジング８の筒状部２２の軸方向一端部の内周部に設けられている。

図７に示すように、ラックバー７が路面からの入力により矢印Ｘ方向へ撓んだときに、第３ラック歯部２０Ｃが筒状部２２の角部２７に過度に当接する。この角部２７は、図７に示すように軸方向断面で見たときに９０°の角度を有しており、筒状部２２の他の部位と比べて応力が集中し易い部位となっている。この応力が集中し易い角部２７に第３ラック歯部２０Ｃの当接による過度な応力が作用すると、角部２７が、応力集中により欠損する虞があった。

また、この欠損した角部２７が筒状部２２の内部を通じてラック＆ピニオンの噛み合い部に噛み込むと、ラックバー７がロックされ、ラックバー７の円滑な移動が阻害される虞があった。

これに対し、本実施形態では、第１傾斜部２３の第１傾斜内側面２３ａは、ラックバー７が路面からの入力により矢印Ｘ方向へ撓んだときに、第１ラック歯部２０Ａと筒状部２２の内側面２２ａとの当接よりも後に第２ラック歯部２０Ｂと当接する。これにより、ラックバー７からラックハウジング８に作用する応力が、内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａに分散される。より詳細には、内側面２２ａにより、ラックバー７からラックハウジング８に作用する応力を吸収させたうえで、より小さな応力が第１傾斜内側面２３ａに作用する。従って、内側面２２ａのみに過度な応力が直接作用する場合と比べて、ラックハウジング８の内側面の欠損の発生を抑制することができる。

また、第１傾斜内側面２３ａの欠損が抑制されると、欠損した第１傾斜内側面２３ａの一部がラック＆ピニオンの噛み合い部に入り込み難くなる。これにより、従来技術の上記欠損した角部２７の噛み込みによるラックバー７のロックを回避し、ラックバー７の移動を円滑に行うことができる。

さらに、内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａによりラックバー７からの応力を受けるときには、内側面２２ａのみにより応力を受ける場合と比べて、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点からラックバー７とラックハウジング８との当接点までの距離が短くなる。より詳細には、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点から第１傾斜内側面２３ａと第２ラック歯部２０Ｂとの当接点までの距離は、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点から内側面２２ａと第１ラック歯部２０Ａとの当接点までの距離よりも短い。また、ラックバー７に作用する曲げモーメントは、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点からラックバー７とラックハウジング８との当接点までの距離と、ラックバー７の撓み方向つまり矢印Ｘ方向に作用する力との積である。よって、ラックバー７に作用する曲げモーメントは、矢印Ｘ方向に作用する力が一定であれば、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点からラックバー７とラックハウジング８との当接点までの距離が短い方が小さくなる。従って、内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａによりラックバー７からの応力を受けるときには、内側面２２ａのみにより応力を受ける場合と比べて、ラックバー７に作用する曲げモーメントが小さくなり、これにより、ラックバー７に作用する曲げ応力も減少する。従って、ラックハウジング８との当接に対するラックバー７の耐久性を向上させることができる。

また、本実施形態では、第２傾斜部２４は、軸方向に対して第１傾斜内側面２３ａよりも大きな傾斜角度で傾斜する第２傾斜内側面２４ａを有しており、第２傾斜内側面２４ａは、ラックバー７が路面からの入力により矢印Ｘ方向へ撓んだときに第３ラック歯部２０Ｃと当接している。このとき、内側面２２ａが第１ラック歯部２０Ａに当接し、さらに、第１傾斜内側面２３ａが第２ラック歯部２０Ｂに当接した状態で、第２傾斜内側面２４ａは第３ラック歯部２０Ｃと当接している。これにより、ラックバー７からラックハウジング８に作用する応力が内側面２２ａ、第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａに分散される。従って、内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａに応力が作用する場合と比べて、ラックハウジング８の内側面の欠損の発生をより効果的に抑制することができる。

また、内側面２２ａ、第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａによりラックバー７からの応力を受けると、内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａにより応力を受ける場合と比べて、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点からラックバー７とラックハウジング８との当接点までの距離が短くなる。より詳細には、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点から第２傾斜内側面２４ａと第３ラック歯部２０Ｃとの当接点までの距離は、第１タイロッド１０とラックバー７との接続点から第１傾斜内側面２３ａと第２ラック歯部２０Ｂとの当接点までの距離よりも短い。このため、ラックバー７に作用する曲げモーメントがさらに小さくなり、これにより、ラックバー７に作用する曲げ応力もさらに減少する。従って、ラックハウジング８との当接に対するラックバー７の耐久性をさらに向上させることができる。

さらに、本実施形態では、ラック歯部２０の歯幅ＴＷは、軸方向から見たときの他端部７ｂの外周とラック歯部２０の歯先部２０ｃとの２つの交点Ｃ１，Ｃ２を結ぶ線分Ｌの長さＬ１よりも大きい。このようにラック歯部２０の歯幅ＴＷを比較的広く設定すると、出力軸４のピニオンと同時に噛み合うラック歯部２０の枚数が多く確保される。従って、１つのラック歯部２０が受ける荷重が小さくなり、これにより、ラック歯部２０の耐久性が向上する。

また、本実施形態では、内側面２２ａ、第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａは、ラックバー７が路面からの入力により矢印Ｘ方向へ撓んだときに第１～第３ラック歯部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの歯幅方向一端部２０ａおよび歯幅方向他端部２０ｂと当接している。このため、ラックバー７からラックハウジング８に作用する応力が歯幅方向一端部２０ａおよび歯幅方向他端部２０ｂの２点に分散される。よって、応力を１点で受ける場合と比べて、応力がラックバー７からラックハウジング８の一部の領域に局所的に作用し難くなる。従って、ラックハウジング８の内側面２２ａ、第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａの欠損の発生をさらに抑制することができる。

さらに、本実施形態では、径方向に沿った底面２１ａの幅は、第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄが設けられていない箇所の幅ＢＷ１が第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄが設けられている箇所の幅ＢＷ２，ＢＷ３よりも広くなるように形成されている。換言すれば、ラックバー７の径方向に沿った規制面である底面２１ａの幅は、第２傾斜部２４が設けられていない箇所の幅ＢＷ１が第２傾斜部２４が設けられている箇所の幅ＢＷ２，ＢＷ３よりも広くなるように形成されている。このように第２傾斜部２４に関連しない底面２１ａの箇所の幅ＢＷ１を広くすることで、ラックバー７の一端部７ａに接続された第１ラックエンド９の衝突時の受圧面積が大きく確保される。従って、第１ラックエンド９の衝突時に底面２１ａが受ける面圧が小さくなり、ラックハウジング８の底面２１ａの損傷を抑制することができる。

また、本実施形態では、ラック歯部２０の歯幅方向両端部２０ａ，２０ｂが円弧面状に形成されている。つまり、歯幅方向一端部２０ａおよび歯幅方向他端部２０ｂは、円弧面状の第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇを有している。そして、この第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇが、円弧面状の第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄに当接する。このため、第１円弧状面部２０ｅおよび第２円弧状面部２０ｇは、第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄに面で接触する。従って、歯幅方向両端部２０ａ，２０ｂに角部を有し、この角部が第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄに点で接触する場合と比べて、第１当接面部２１ｃおよび第２当接面部２１ｄへ作用する応力を低減し、ラックハウジング８の損傷を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、第２傾斜内側面２４ａは、ラックバー７が路面からの入力により矢印Ｘ方向へ撓んだときに、第１傾斜内側面２３ａの当接よりも後に第３ラック歯部２０Ｃと当接する。より詳細には、内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａにより、ラックバー７からラックハウジング８に作用する応力を吸収させたうえで、より小さな応力が第２傾斜内側面２４ａに作用する。これにより、第１および第２ラック歯部２０Ａ，２０Ｂと内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａとの当接を経由せずに過度な応力が第２傾斜内側面２４ａに直接作用する場合と比較して、第２傾斜内側面２４ａの軸方向一端側に設けられたコーナ部２４ｂに作用する応力を減少し、コーナ部２４ｂの欠損を抑制することができる。

また、本実施形態では、内側面２２ａと第１傾斜内側面２３ａとは、円弧面状をなす第１円弧面２５を介して互いに接続され、第１傾斜内側面２３ａと第２傾斜内側面２４ａとは、円弧面状をなす第２円弧面２６を介して互いに接続されている。仮に内側面２２ａおよび第１傾斜内側面２３ａ同士並びに第１傾斜内側面２３ａおよび第２傾斜内側面２４ａ同士が角部によって接続されている場合には、第２ラック歯部２０Ｂや第３ラック歯部２０Ｃが角部との当接により損傷する虞がある。しかし、本実施形態では、第２ラック歯部２０Ｂや第３ラック歯部２０Ｃが、比較的広い面である第１および第２円弧面２５，２６で受けられるので、応力集中が発生し難く、第２ラック歯部２０Ｂや第３ラック歯部２０Ｃの当接によるラックハウジング８の内側面の損傷を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、ラック歯部２０のピッチＰは、軸方向に沿った第１傾斜内側面２３ａの軸方向幅Ｄ１よりも短い。このとき、上述したように軸方向に沿った第１円弧状面部２０ｅの歯厚ｔは、軸方向に沿った第１傾斜内側面２３ａの軸方向幅Ｄ１よりも短くなる。従って、第２ラック歯部２０Ｂの第１円弧状面部２０ｅが広い第１傾斜内側面２３ａに当接することで、第２ラック歯部２０Ｂからの応力が第１傾斜内側面２３ａにより確実に伝達される。これにより、第１傾斜部２３への応力の分散を向上させ、第１傾斜部２３の欠損を抑制することができる。

また、本実施形態では、ラック歯部２０のピッチＰは、軸方向に沿った第２傾斜内側面２４ａの軸方向幅Ｄ２よりも短い。従って、第１傾斜内側面２３ａの場合と同様に、第３ラック歯部２０Ｃの第１円弧状面部２０ｅが広い第２傾斜内側面２４ａに当接することで、第３ラック歯部２０Ｃからの応力が第２傾斜内側面２４ａにより確実に伝達される。これにより、第２傾斜部２４への応力の分散を向上させ、第２傾斜部２４、特にコーナ部２４ｂの欠損を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、ラックバー７は、該ラックバー７の弾性変形領域内で第２傾斜内側面２４ａに当接する。仮にラックバー７がその塑性変形領域内で第２傾斜内側面２４ａに当接する場合には、ラックバー７が弾性変形領域内で当接する場合と比べて、ラックバー７は、第２傾斜内側面２４ａに強く当接し、第２傾斜内側面２４ａおよびコーナ部２４ｂを損傷させる虞がある。そこで、本実施形態では、弾性変形領域内にラックバー７の当接を留めることで、第２傾斜内側面２４ａ等の損傷を抑制することができる。

また、本実施形態では、第１傾斜内側面２３ａは鋳肌面を有している。仮に第１傾斜内側面２３ａを機械加工すると、第１傾斜内側面２３ａに鋳巣が残ることがあり、該鋳巣により第１傾斜内側面２３ａの強度が低下する虞がある。そこで、本実施形態では、第１傾斜内側面２３ａを鋳肌面とすることで、第１傾斜内側面２３ａの強度の低下を抑制することができる。

［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態のラックバー７およびラックハウジング８の縦断面図である。

第２の実施形態では、筒状部２２、第１傾斜部２３および第２傾斜部２４は、軸方向にわたって曲線状に変化している。より詳細には、図８に示すように、直線状の内側面２２ａが、第１円弧面２５を介して、第１傾斜部２３側に円弧状に僅かに窪む第１傾斜部円弧面２３ｂに接続され、該第１傾斜部円弧面２３ｂが、第２円弧面２６を介して、第２傾斜部２４側に窪む第２傾斜部円弧面２４ｄに接続されている。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態では、筒状部２２の内側面２２ａ、第１傾斜部２３の第１傾斜部円弧面２３ｂおよび第２傾斜部２４の第２傾斜部円弧面２４ｄは、軸方向にわたって曲線状に変化している。このため、第１傾斜部円弧面２３ｂと第２傾斜部円弧面２４ｄとの傾斜角度の変化点となる第２円弧面２６の膨らみが小さくなる。これにより、路面からの入力に伴い第２ラック歯部２０Ｂが当接したときの第２円弧面２６への応力集中が緩和される。よって、第２円弧面２６の欠損を抑制することができる。

以上説明した実施形態に基づくステアリング装置としては、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

ステアリング装置は、その一態様として、回転力が伝達される操舵軸と、前記操舵軸と噛み合うラックバーと、金属材料で形成され、前記ラックバーを移動可能に収容するラックハウジングであって、前記ラックバーの移動方向に沿って延びる筒状部と、該筒状部の軸方向端部に設けられ、前記ラックバーから前記ラックバーの径方向外側に離れるように傾斜する第１傾斜部と、を有し、前記筒状部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに前記ラックバーと当接し、前記第１傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに、前記筒状部よりも後に前記ラックバーと当接する、前記ラックハウジングと、を備える。

前記ステアリング装置の好ましい態様において、前記ラックハウジングは、前記第１傾斜部に接続され、前記第１傾斜部よりも大きな傾斜角度で前記ラックバーから前記ラックバーの径方向外側に離れるように傾斜する第２傾斜部をさらに備え、前記第２傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに前記ラックバーと当接する。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ラックバーは、円柱状の素材の端部を除く軸方向範囲の外周部における一部の周方向領域を鍛造することにより形成された複数のラック歯部を有し、前記第１傾斜部は、前記複数のラック歯部のうちの１つと対向する位置に形成されている。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ラック歯部の歯幅は、前記ラックバーの移動方向から見たときの前記端部の外周と前記ラック歯部の歯先部との２つの交点を結ぶ線分の長さよりも大きい。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記筒状部、前記第１傾斜部および前記第２傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに各ラック歯部の歯幅方向両端部と当接する。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ラックバーは、ボールジョイントに接続され、前記ラックハウジングは、前記ラックバーの移動方向において前記第２傾斜部と隣接した位置に、前記ラックバーの移動方向に沿った前記ボールジョイントの移動を規制する規制面となる底面を有した段部を備えており、前記ラックバーの径方向に沿った前記底面の幅は、前記第２傾斜部が設けられていない箇所の幅が前記第２傾斜部が設けられている箇所の幅よりも広くなるように形成されている。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、各ラック歯部の歯幅方向両端部が円弧面状に形成されている。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記第２傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに、前記第１傾斜部よりも後に前記ラックバーと当接する。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記筒状部と前記第１傾斜部とは、円弧面状をなす第１円弧面を介して互いに接続され、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とは、円弧面状をなす第２円弧面を介して互いに接続されている。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記筒状部、前記第１傾斜部および前記第２傾斜部は、曲線状に変化する。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ラック歯部のピッチは、前記ラックバーの移動方向に沿った前記第１傾斜部の軸方向幅よりも短い。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ラック歯部のピッチは、前記ラックバーの移動方向に沿った前記第２傾斜部の軸方向幅よりも短い。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ラックバーは、該ラックバーの弾性変形領域内で前記第２傾斜部と当接する。

別の好ましい態様では、前記ステアリング装置の態様のいずれかにおいて、前記ラックハウジングは、ダイカスト鋳造により形成され、前記第１傾斜部は鋳肌面を有する。

Claims (13)

1. 回転力が伝達される操舵軸と、
   前記操舵軸と噛み合うラックバーと、
   金属材料で形成され、前記ラックバーを移動可能に収容するラックハウジングであって、
   前記ラックバーの移動方向に沿って延びる筒状部と、該筒状部の軸方向端部に設けられ、前記ラックバーから前記ラックバーの径方向外側に離れるように傾斜する第１傾斜部と、を有し、
   前記筒状部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに前記ラックバーと当接し、
   前記第１傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに、前記筒状部よりも後に前記ラックバーと当接する、前記ラックハウジングと、
   を備え、
   前記ラックハウジングは、前記第１傾斜部に接続され、前記第１傾斜部よりも大きな傾斜角度で前記ラックバーから前記ラックバーの径方向外側に離れるように傾斜する第２傾斜部をさらに備え、
   前記第２傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに前記ラックバーと当接することを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１に記載のステアリング装置において、
   前記ラックバーは、円柱状の素材の端部を除く軸方向範囲の外周部における一部の周方向領域を鍛造することにより形成された複数のラック歯部を有し、
   前記第１傾斜部は、前記複数のラック歯部のうちの１つと対向する位置に形成されていることを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記ラック歯部の歯幅は、前記ラックバーの移動方向から見たときの前記端部の外周と前記ラック歯部の歯先部との２つの交点を結ぶ線分の長さよりも大きいことを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記筒状部、前記第１傾斜部および前記第２傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに各ラック歯部の歯幅方向両端部と当接することを特徴とするステアリング装置。
5. 請求項４に記載のステアリング装置において、
   前記ラックバーは、ボールジョイントに接続され、
   前記ラックハウジングは、前記ラックバーの移動方向において前記第２傾斜部と隣接した位置に、前記ラックバーの移動方向に沿った前記ボールジョイントの移動を規制する規制面となる底面を有した段部を備えており、
   前記ラックバーの径方向に沿った前記底面の幅は、前記第２傾斜部が設けられていない箇所の幅が前記第２傾斜部が設けられている箇所の幅よりも広くなるように形成されていることを特徴とするステアリング装置。
6. 請求項４に記載のステアリング装置において、
   各ラック歯部の歯幅方向両端部が円弧面状に形成されていることを特徴とするステアリング装置。
7. 請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記第２傾斜部は、前記ラックバーが外部からの入力により撓んだときに、前記第１傾斜部よりも後に前記ラックバーと当接することを特徴とするステアリング装置。
8. 請求項７に記載のステアリング装置において、
   前記筒状部と前記第１傾斜部とは、円弧面状をなす第１円弧面を介して互いに接続され、
   前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とは、円弧面状をなす第２円弧面を介して互いに接続されていることを特徴とするステアリング装置。
9. 請求項２に記載のステアリング装置において、
   前記筒状部、前記第１傾斜部および前記第２傾斜部は、曲線状に変化することを特徴とするステアリング装置。
10. 請求項２に記載のステアリング装置において、
    前記ラック歯部のピッチは、前記ラックバーの移動方向に沿った前記第１傾斜部の軸方向幅よりも短いことを特徴とするステアリング装置。
11. 請求項１０に記載のステアリング装置において、
    前記ラック歯部のピッチは、前記ラックバーの移動方向に沿った前記第２傾斜部の軸方向幅よりも短いことを特徴とするステアリング装置。
12. 請求項２に記載のステアリング装置において、
    前記ラックバーは、該ラックバーの弾性変形領域内で前記第２傾斜部と当接することを特徴とするステアリング装置。
13. 請求項１に記載のステアリング装置において、
    前記ラックハウジングは、ダイカスト鋳造により形成され、
    前記第１傾斜部は鋳肌面を有することを特徴とするステアリング装置。

Images