JPH0571079U - 舵取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無為な大型化を防ぎながら、ボールねじ軸の
折損の虞を緩和し、またセクタ歯車における歯の折損の
虞を解消して、強度的に優れた小型のボールねじ式舵取
り装置を提供する。 【構成】 ボールナット２の軸長方向両端に位置するラ
ック歯20の中央部側を向いた歯面、及びこれに噛合する
セクタ歯車３の歯30の歯面、即ち、最大舵角時に相互に
噛合する歯面の圧力角θ₂ を、他の歯面の圧力角θ₁ よ
りも小さく設定すると共に、θ₂ なる圧力角を有する歯
面を横転位させ、セクタ歯車３側の歯30の歯元厚さを増
す。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、舵輪と舵取機構との伝動経路の中途にボールねじを備えたボールね じ式の舵取り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ボールねじ式の舵取り装置は、舵輪に連結されたボールねじ軸と、これに螺合 すると共に外側にラック歯を備えたボールナットと、前記ラック歯に噛合するセ クタ歯車とを備え、舵輪操作に連動する前記ボールねじ軸の回動を前記ボールナ ットの軸長方向の移動に変換し、更に、該ボールナット外側のラック歯を介して 前記セクタ歯車の回動に変換して、該セクタ歯車に連関させたピットマンアーム を介して舵取機構に伝える構成となっており、舵輪の回転が、伝動効率に優れた ボールねじにより減速されて舵取機構に伝えられることから、特に、大型車両に 適した舵取り装置として広く普及している。

【０００３】 図１はボールねじ式の舵取り装置の要部の構成を示す縦断面図である。図示の 如くボールねじ軸１は、軸長方向両側の一対の軸受11，11によりハウジング10の 内部に支持されており、該ハウジング10の一側への突出端を図示しない舵輪（ス テアリングホィール）に連結して、舵取りのための舵輪の操作に応じて軸心回り に回動するようになしてある。

【０００４】 ボールナット２は、前記ハウジング10に回転を拘束して収納され、その内外周 を循環する多数のボール12，12…を介してボールねじ軸１に螺合せしめてあり、 該ボールねじ軸１の前述した回動に応じて軸長方向両側に摺動するようになして ある。ボールナット２の外側には、その略全長に亘ってラック歯20，20…が形成 してあり、これらのラック歯20，20…は、ハウジング10の内部にボールねじ軸１ と直交する軸回りに回動自在に枢支されたセクタ歯車３に噛合させてある。

【０００５】 而して、舵輪操作に連動するボールねじ軸１の回動は、まずボールナット２の 軸長方向の移動に変換され、次いでボールナット２の外側に形成されたラック歯 20，20…を介してセクタ歯車３の回動に変換されることになり、この回動が、ハ ウジング10の外側へのセクタ歯車３の突出端に固定された図示しないピットマン アームを介して舵取機構に伝達されて舵取りが行われる。

【０００６】 さて車両の舵取りは、操向車輪（一般的には前輪）に作用する路面からの反力 に抗して行われるため、前述したボールねじ式の舵取り装置の動作に際しては、 ボールナット２外側のラック歯20とセクタ歯車３の歯30との噛合部において、図 示の如く、前記反力に相当する力Ｆ₁ が噛合面と直交する向きに常時作用するこ とになり、このときボールねじ軸１には、前記作用力Ｆ₁ の半径方向分力が、該 作用力Ｆ₁ の向きと同側の端部におけるボールナット２との間のボール12の介在 位置に曲げ力Ｒ₁ として作用する。

【０００７】 図２は、最大舵角時におけるセクタ歯車３とラック歯20との噛み合い状態を示 しており、この場合、ボールナット２はそのストローク端に移動しているため、 セクタ歯車３はボールナット２一側端部のラック歯20と噛合しており、この噛合 部における前述した作用力Ｆ₂ の半径方向分力は、同側の端部におけるボール12 の介在位置、即ち、ボールねじ軸１の軸受11，11による支持位置の中間点近傍に 曲げ力Ｒ₂ として作用する。これに対し、舵角が略零である状態、即ち、図１に 示す状態での前記曲げ力Ｒ₁ の作用位置は、軸受11，11による支持位置の中間点 から一側にずれた位置にある。

【０００８】 従って、ボールねじ軸１に作用する曲げモーメントは、曲げ力Ｒ₁ とＲ₂ とが 等しい場合においても、これらの作用点の相違から図２に示す最大舵角時の方が 大きく、その上、路面からの反力は舵角の増大と共に増すことから、一般的に作 用力Ｆ₂ は作用力Ｆ₁ よりも大きく、前者の半径方向分力である曲げ力Ｒ₂ は後 者の半径方向分力である曲げ力Ｒ₁ よりも大となり、ボールねじ軸１の折損の虞 は最大舵角時に最も大きくなる。即ち、ボールねじ軸１の直径は、まれにしか生 じない最大舵角時に十分な曲げ強度が得られるように設定されねばならず、この ことが舵取り装置全体の小型化を阻害する要因となっている。

【０００９】 このような問題点を解決すべく本願出願人は、最大舵角時におけるボールねじ 軸１の折損の虞を緩和し、ボールねじ軸１の細径化による小型化を図り得る舵取 り装置を実開平３-94375号に提案している。これは、ボールねじ軸１に作用する 曲げ力Ｒが歯面への作用力Ｆと該歯面の圧力角θとを含む次式、 Ｒ＝Ｆ・ｓｉｎθ …(1) にて求まることに着目し、図３に示す如く、最大舵角時に前記作用力Ｆ₂ の作用 面となる歯面、即ち、ボールナット２の軸長方向両端に位置するラック歯20の中 央部側を向いた歯面の圧力角θ₂ を、他の歯面の圧力角θ₁ よりも小さくしたも のである。

【００１０】 即ちこの場合、最大舵角時における曲げ力Ｒ₂ は、 Ｒ₂ ＝Ｆ₂ ・ｓｉｎθ₂ であるのに対し、舵角零の場合の曲げ力Ｒ₁ は、 Ｒ₁ ＝Ｆ₁ ・ｓｉｎθ₁ であり、 ｓｉｎθ₂ ＜ｓｉｎθ₁ であることから、Ｒ₂ をＲ₁ と同等、又はＲ₁ よりも小さくすることが可能とな る。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

以上の如く実開平３-94375号に提案された舵取り装置は、無為な大型化を防ぎ ながらボールねじ軸１の折損の虞を緩和し得る優れたものであるが、ボールナッ ト２の軸長方向両端のラック歯20の中央部側を向いた歯面の圧力角を小さくした 場合、これに噛合するセクタ歯車３側の歯面、即ち、最外側の歯30の外向きの歯 面の圧力角もまた小さくする必要が生じる。

【００１２】 図４は、ボールナット２の一側端部のラック歯20及びセクタ歯車３の対応する 歯30の歯形の拡大図である。前述した如く圧力角を小さくした部分においては、 セクタ歯車３側の歯30の歯形は、図中に破線にて示す本来の圧力角（＝θ₁ ）を 有する歯形に比較した場合、アンダカットの増大に伴って歯元の厚さ寸法が小さ くなっており、この歯30がラック歯20との噛合に際して折損し易いという難点が 生じる。

【００１３】 この難点は、大なるモジュールの採用によりラック歯20及び歯30の本来のサイ ズを大きくし、アンダカットが生じた状態において十分な歯元厚さが確保される ようになすことにより解消できるが、この場合、歯形の大型化がボールナット２ 及びセクタ歯車３の大型化を招来し、舵取り装置全体の小型化に逆行するという 問題を招来する。

【００１４】 本考案は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、実開平３-94375号における 提案を更に発展させ、無為な大型化を防ぎながら、ボールねじ軸の折損の虞を緩 和し、またこれに伴うセクタ歯車における歯の折損の虞を解消し得るボールねじ 式の舵取り装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る舵取り装置は、舵輪に連動するボールねじ軸の回動をこれに螺合 するボールナットの軸長方向の移動に変換し、該ボールナットの外側に形成され たラック歯に噛合するセクタ歯車を介して舵取機構に伝えるボールねじ式の舵取 り装置において、前記ボールナットの軸長方向両端に位置するラック歯の中央部 側を向いた歯面、及びこれに噛合する前記セクタ歯車の歯面の圧力角を、他の歯 面の圧力角よりも小さく設定すると共に、小なる圧力角を有する前記歯面を、前 記セクタ歯車側の歯元厚さを増す方向への横転位により形成してあることを特徴 とする。

【００１６】

【作用】 本考案においては、ボールナット両端のラック歯の中央部側を向いた歯面と、 これに噛合するセクタ歯車の歯面の圧力角とを他のそれよりも小さく設定するこ とにより、最大舵角時にボールねじ軸に作用する曲げ力を小さく保ち、ボールね じ軸の折損の虞を緩和すると共に、前記歯面を、該歯面のピッチ線との交点をピ ッチ線方向にずらせて形成する、即ち、横転位により形成することにより、圧力 角の減少に伴ってセクタ歯車の歯に生じる歯元厚さの不足を解消し、歯形の大型 化によることなく強度的に十分な歯元厚さを確保する。

【００１７】

【実施例】

以下本考案をその実施例を示す図面に基づいて詳述する。本考案に係る舵取り 装置の全体構成は、図１に示す従来のそれと全く同様であり、車体の一部に固定 されたハウジング10の内部に、軸長方向両側の一対の軸受11，11により支持して ボールねじ軸１を配し、該ボールねじ軸１のハウジング10からの突出端を舵輪に 連結すると共に、ハウジング10に回転を拘束されたボールナット２を、これの内 外周を循環する多数のボール12，12…を介してボールねじ軸１に螺合させ、該ボ ールナット２の外側に略全長に亘って形成されたラック歯20，20…を、ハウジン グ10の内部にボールねじ軸１と直交する軸回りに回動自在に枢支されたセクタ歯 車３に噛合せしめた構成となっている。

【００１８】 以上の如く構成された舵取り装置においては、舵取りのための舵輪の操作が行 われた場合、これに伴ってボールねじ軸１が軸心回りに回動し、この回動に応じ てボールナット２が軸長方向両側に移動することになり、更にこの移動が、ラッ ク歯20，20…に噛合するセクタ歯車３の回動に変換され、この回動が、ハウジン グ10の外側へのセクタ歯車３の突出端に固設した図示しないピットマンアームを 介して舵取機構に伝達されて舵取りが行われる。

【００１９】 このように行われる舵取り装置の動作に際し、前述した如くボールねじ軸１に は、路面からの反力に対応する曲げ力が作用し、この曲げ力は、図２に示す最大 舵角時に最大となり、しかもボールねじ軸１への作用点が軸受11，11による支持 位置の中間点近傍となることから、ボールねじ軸１の折損の虞が増す。

【００２０】 本考案に係る舵取り装置においては、前記実開平３-94375号公報に提案した舵 取り装置と同様、前記ラック歯20，20…の内、ボールナット２の軸長方向両端に 位置するラック歯20，20の中央側を向いた歯面、及びこれらに噛合するセクタ歯 車３両端の歯30，30の外向きの歯面、即ち、最大舵角時において相互に噛合する 歯面の圧力角θ₂ を、他の歯面の圧力角θ₁ よりも小さくし、最大舵角時におけ るボールねじ軸１の折損の虞を緩和するようになしてある。

【００２１】 更に加えて本考案に係る舵取り装置においては、圧力角をθ₂ としたラック歯 20，20の歯面、及びこれらに噛合するセクタ歯車３の歯30，30の歯面が、これら の歯面のピッチ線との交点をピッチ線方向にずらせて、即ち、横転位により形成 されている。なお前記横転位の方向は、セクタ歯車３側の歯30の歯元厚さを増す 方向としてある。

【００２２】 図５は、以上の如く形成されたボールナット２の一側端部のラック歯20、及び セクタ歯車３の歯30の歯形の拡大図である。図中の破線は、圧力角がθ₁ である 場合の歯形である。この歯形に対し、前述した如き小なる圧力角θ₂ を採用した セクタ歯車３側の歯30の本来の歯形は、図中に二点鎖線にて示す如くピッチ円Ｃ 上にて交叉し、歯元側でのアンダカットによる厚さの不足を招来するのであり、 これに対し実線にて示す本考案の歯形は、ピッチ円Ｃの周方向への横転位により 、この横転位量Ｓに相当する幅だけ前記歯30の歯元厚さを増すことができる。

【００２３】 従って、横転位量Ｓを適宜に決定することにより、一方の歯面の圧力角がθ₂ であり同側にアンダカットを生じた歯30の歯元厚さを、破線にて示す歯形（両側 の圧力角がθ₁ ）のそれと同等、又はそれ以上とすることができ、最大舵角時に ボールナット２両端のラック歯20，20と噛合するセクタ歯車３の歯30，30の折損 の虞を、他の歯30の大サイズ化を招来することなく解消できる。

【００２４】

【考案の効果】

以上詳述した如く本考案においては、ボールナットの軸長方向両端に位置する ラック歯の中央部側を向いた歯面、及びこれに噛合するセクタ歯車の歯面、即ち 最大舵角時に相互に噛合する歯面の圧力角が、他の歯面のそれよりも小さく設定 してあるから、路面反力に起因するボールナットの折損の虞を緩和でき、また、 前記ラック歯の歯面及びこれに噛合するセクタ歯車の歯面が横転位により形成し てあるから、前述した圧力角の設定に伴ってセクタ歯車側に生じる歯元厚さの不 足が解消され、該歯の折損の虞を他の歯の大サイズ化を招来することなく回避で き、小型であると共に、強度的に優れたボールねじ式の舵取り装置を提供できる 等、本考案は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ボールねじ式の舵取り装置の要部の構成を示す
縦断面図である。

【図２】最大舵角時におけるラック歯とセクタ歯車の噛
み合い状態の説明図である。

【図３】ボールねじ軸の折損の緩和を図った従来の舵取
り装置におけるラック歯の形成態様を示す説明図であ
る。

【図４】ボールねじ軸の折損の緩和を図った従来の舵取
り装置におけるラック歯及びセクタ歯車の歯形の拡大図
である。

【図５】本考案に係る舵取り装置におけるラック歯及び
セクタ歯車の歯形の拡大図である。

【符号の説明】

１ ボールねじ軸 ２ ボールナット ３ セクタ歯車 10 ハウジング 11 軸受 12 ボール 20 ラック歯 30 歯

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 舵輪に連動するボールねじ軸の回動をこ
   れに螺合するボールナットの軸長方向の移動に変換し、
   該ボールナットの外側に形成されたラック歯に噛合する
   セクタ歯車を介して舵取機構に伝えるボールねじ式の舵
   取り装置において、前記ボールナットの軸長方向両端に
   位置するラック歯の中央部側を向いた歯面、及びこれに
   噛合する前記セクタ歯車の歯面の圧力角を、他の歯面の
   圧力角よりも小さく設定すると共に、小なる圧力角を有
   する前記歯面を、前記セクタ歯車側の歯元厚さを増す方
   向への横転位により形成してあることを特徴とする舵取
   り装置。