WO2007052829A1 - ラック・ピニオン式ステアリング装置及びその製造方法 - Google Patents

ラック・ピニオン式ステアリング装置及びその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a rack and pinion type steering device for a vehicle and its description
  • a rack and pinion type steering device for a vehicle is a steering mechanism that transmits the rotation of the pinion to the rack that meshes with the pinion, moves the tyrod attached to the end of the rack, and controls the direction of the steering wheel. It is configured to communicate to ;
  • This type of rack and pinion type steering device is equipped with a rack guide that presses the back of the rack shaft in the mating direction using an elastic body, such as a spring, so that the pinion and the rack are properly mated.
  • the pion and the rack are configured so as to properly maintain the combined state.
  • rack guides there are two types of rack guides: a sliding type in which the rack shaft and the rack guide are in sliding contact with each other, and a rolling type in which the rack shaft is supported by a roller.
  • a rolling type a pin that supports the roller is used. It is configured to be supported by a pin insertion groove provided in the rack guide holder (refer to Japanese Patent Laid-Open No. 2000-034 829).
  • Fig. 5 is a cross-sectional view for explaining an example of the configuration of the rack and pinion type steering device 100 having the conventional rolling type rack guide described above, and Fig. 6 (a) is along the line A-A in Fig. 5.
  • Fig. 6 (b) is a partial cross-sectional view of Fig. 5B. — Cross section along line B. Housing is not shown.
  • the pinion type steering device 100 is configured by arranging a pinion shaft 10 4 and a rack shaft 10 5 inside a housing 1 1.
  • the pinion shaft 10 0 4 is rotatably supported by ball bearings 10 2 and needle bearings 10 3, and the rack shaft 1 0 5 is arranged so as to be movable in the axial direction by a rack bush (not shown).
  • the end of the shaft 105 is connected to a tie head of a link mechanism that changes the direction of the steering wheel via a ball join rod.
  • the rack teeth 10 5 a of the rack shaft 10 5 are meshed with the pinion teeth 1 4 a of the pinion formed integrally with the pinion shaft 104 described above.
  • a rack guide 10 06 is arranged inside the housing 10 1 on the opposite side of the pinion shaft 10 4 of the rack shaft 10 5, and the rack 'shaft 1 0 5 is pressed from the back surface to pinion teeth. 1 0 4 a and rack teeth 1 0 5 a are configured to properly maintain the meshing state.
  • the rack guide 10 6 is orthogonal to the axial direction of the rack shaft 1 0 5 to the rack guide holder 1 0 7 formed in a substantially cylindrical shape and the pin receiving portion 1 0 7 a formed in the inner space thereof.
  • the pin 10 is arranged in the direction to be pressed, and the needle bearing 10 09 is press-fitted into the center portion, and the outer peripheral surface 110 is formed in a drum shape.
  • the roller 1 1 0 is mounted on the pin 1 0 8 and is rotatably arranged in the inner space of the rack guide holder 1 0 7.
  • the drum-shaped outer peripheral surface of the roller 1 1 0 is the back surface (combined surface) of the rack shaft 1 0 5. And the rack shaft 1 0 5 can be pressed toward the mating surface.
  • the racking guide holder 1 0 1 is provided with a rack guide guide 1 1 1 comprising a cylindrical hole for guiding the rack guide holder 10 7.
  • the outer peripheral surface of the da 10 7 is fitted to the rack guide guide 1 1 1.
  • a screw is formed on the inner surface so that the adjusting screw 1 1 2 is screwed to the lower side of the rack guide guide 1 1 1 of the nosing 10 1 1 (the side opposite to the rack shaft 1 0 5). Yes.
  • the adjusting screw 1 1 2 is a member on the bottomed cylinder, and is screwed into the rack guide plan interior 1 1 1, and a disc spring 1 1 3 is interposed between the rack guide holder 1 0 7 and the rack guide holder 1 0 7 is pushed toward the rack shaft 1 ⁇ 5, and by adjusting the screwing amount of the adjusting screw 1 1 2, the rack teeth 1 0 5 a and the pinion teeth 1 0 4 a
  • the composite state can be adjusted appropriately.
  • the rack guide holder 1 0 7 can be displaced by the amount of sag of the disc spring 1 1 3. 'In the conventional rack guide described in Fig. 5, Fig. 6 (a) and Fig. 6 (b), the following problems have been pointed out. That is, FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the cross-sectional shape of the drum-shaped outer peripheral surface of the conventional roller 110, and in the conventional rack guide, as shown in FIG.
  • the rack shaft is made of high carbon steel
  • the roller is made of high carbon chrome bearing steel to perform heat treatment. It is conceivable to increase the hardness.
  • the object of the present invention is to solve the above-described disadvantages, that is, to suppress wear of the contact portion between the roller and the rack shaft, to eliminate an increase in the amount of extra rack guide movement, and to prevent the generation of rattling noise. It is. '
  • the rack guide is arranged so as to be movable in the mating direction of the rack and the pinion, and a rack guide holder having a pin insertion groove formed therein, and the rack guide holder
  • a roller rotatably mounted on a pin disposed in the pin insertion groove, and an outer peripheral surface of the roller is formed in a drum shape around a rotation shaft, and the drum-shaped outer peripheral surface is a pinion of a rack shaft And a shape in line contact with the outer peripheral surface opposite to the mating surface.
  • the cross-sectional shape of the drum-shaped outer peripheral surface of the roller is formed to have a curvature that matches the curvature of the cross-sectional shape of the outer peripheral surface opposite to the mating surface of the rack shaft with the pinion.
  • the manufacturing method of the rack and pinion type steering device of the present invention is arranged in a rack guide holder that presses the back surface of the rack shaft toward the mating surface of the rack and the pinion with a roller and a pin insertion groove of the rack guide holder.
  • the roller is formed on the drum-shaped outer peripheral surface of the cross-sectional shape having a larger curvature than the cross-sectional shape of the outer peripheral surface opposite to the mating surface of the rack shaft with the pinion, and then the surface hardening treatment is performed. After that, the drum-shaped outer peripheral surface is plastically deformed to follow the outer peripheral surface of the rack shaft opposite to the mating surface. It may be formed in a shape that makes line contact.
  • the roller is formed on a drum-shaped outer peripheral surface having a cross-sectional shape with a curvature smaller than the curvature of the cross-sectional shape of the outer peripheral surface on the opposite side to the mating surface of the rack shaft with the pinion, and then is subjected to a surface hardening treatment. Then, the drum-shaped outer peripheral surface may be plastically deformed to form a shape in line contact with the outer peripheral surface of the rack shaft opposite to the mating surface.
  • the plastic deformation of the drum-shaped outer peripheral surface of the roller is performed by pressing the rack guide toward the rack shaft.
  • the plastic deformation of the drum-shaped outer peripheral surface of the roller may be performed by applying a load to the end of the rack shaft and pressing the rack shaft toward the rack guide.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a rack and pinion type steering apparatus provided with a rolling rack guide according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional shape of the outer peripheral surface of a plastically deformed roller.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a cross-sectional shape of the outer peripheral surface of the roller according to the second embodiment before plastic deformation.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of plastically deforming the outer peripheral surface of the roller according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining an example of the configuration of a rack and pinion type steering apparatus provided with a conventional rolling rack guide.
  • Fig. 6 (a) is a cross-sectional view along line A— and A in Fig. 5.
  • Fig. 6 (b) is a cross-sectional view along the line BB in Fig. 5.
  • Figure 7 shows the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of the prior art roller and the first embodiment.
  • the cross-sectional shape before plastic deformation of the outer peripheral surface of the roller of a state is a figure explaining.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a rack and pinion type steering device 10 having a rolling rack guide according to a first embodiment of the present invention.
  • the rack and pinion type steering device 10 is configured by arranging a pinion shaft 14 and a rack shaft 15 inside a housing 11.
  • the pinion shaft 14 is rotatably supported by a ball bearing 1 2 and a needle bearing 1 3, and the rack shaft 15 is arranged so as to be movable in the axial direction by a rack bush (not shown).
  • the end of 5 is connected to a tie head of a link mechanism that changes the direction of the steering wheel via a ball joint.
  • the rack teeth 15 a of the rack shaft 15 are meshed with the pinion teeth 14 a of the pinion formed integrally with the pinion shaft 14 described above.
  • the rack guide 16 is disposed on the opposite side of the rack shaft 1 5 to the pinion shaft 1 4, and the rack shaft 1 5 is pressed from the back to pinion teeth 1 4 a and rack teeth 1 5 It is configured to maintain the proper condition with a.
  • the rack guide 16 is arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the rack shaft 15 to a rack guide holder 21 having a substantially cylindrical shape as a whole and a pin receiving portion 21a formed in the inner space thereof. From the roller 2 4, the needle bearing 2 3 is press-fitted into the center of the pin 2 2 and the outer peripheral surface is formed into a drum shape. Composed.
  • the roller 24 is mounted on the pin 22 and is rotatably arranged in the inner space of the rack guide holder 21.
  • the drum-shaped outer peripheral surface of the roller 24 is the back surface of the rack shaft 15 (on the opposite side to the mating surface).
  • the rack shaft 15 can be pressed toward the mating surface.
  • the rack guide 1 1 is provided with a rack guide guide portion 1 1 a made up of a cylindrical hole for guiding the rack guide holder 2 1, and the outer peripheral surface of the rack guide holder 2 1 is fitted to the rack guide guide portion 1 1 a. is doing.
  • a screw is formed on the inner surface of the housing 11 so that the adjustment screw 25 can be screwed onto the lower side of the rack guide guide portion 11a of the housing 11 (the side opposite to the rack shaft 15).
  • 'Adjusting screw 25 is a member on the bottomed cylinder. It is screwed into rack guide guide 1 1 a, and disc spring 2 6 is interposed between rack guide holder 2 1 and rack guide holder.
  • the shape of the outer peripheral surface of the roller 24 and its molding method will be described.
  • the shape of the outer peripheral surface of the roller 24 is formed on the above-described cross-sectional shape, that is, an outer peripheral surface having a cross-sectional shape composed of two arcs, and the outer peripheral surface is subjected to surface hardening treatment by a known appropriate means. Do.
  • the pinion shaft 14, the rack shaft 15, and the rack guide holder 2 1 are assembled inside the housing 11 1, and the adjustment screw 2 5 is tightened more strongly than usual, so that the rack guide holder 21 is originally loaded. Also, apply an excessive load.
  • FIG. 2 is a view showing the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of the plastically deformed roller 24, and the outer peripheral surface of the roller 24 and the outer peripheral surface of the rack shaft 15 are in line contact within the range of the parts C and D.
  • the part E is a groove provided in the roller 24 in advance.
  • the surface hardening treatment of the outer peripheral surface of the roller 24 described above is performed by, for example, a known method such as carburizing quenching or nitriding treatment.
  • the thickness of the hardened layer is about 0.1 to 0.6 mm. Desirably, if the hardened layer is too thick, it is difficult to cause plastic deformation, which is undesirable. '
  • the outer peripheral surface of the roller and the outer peripheral surface of the rack shaft are in line contact, and the contact area increases and the contact surface pressure can be reduced. Prevents an increase in the amount of movement Occurrence can be prevented.
  • the second embodiment has a configuration similar to the rack and pinion type steering device 10 having the rolling rack guide of the first embodiment, and the outer peripheral surface of the roller 24 is different. Only. Therefore, the detailed description of the configuration of the rack and pinion type steering apparatus provided with the rack guide will be omitted with reference to FIG. 1 and the description thereof, and the differences will be described below.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a cross-sectional shape before plastic deformation of the outer peripheral surface of the mouthpiece 24 according to the second embodiment.
  • the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of the roller 24 Is formed in a curved surface having a radius of curvature R 1 smaller than the radius of curvature RR which is the cross-sectional shape of the outer peripheral surface of the rack shaft 15. For this reason, the outer ring of the roller 24 and the outer peripheral surface of the rack shaft 15 are in contact only at two points A and B.
  • the shape of the outer peripheral surface of the roller 24 is formed in the cross-sectional shape shown in FIG. 3, and the outer peripheral surface is subjected to surface hardening treatment by a known appropriate means.
  • the cross-sectional shape (radius R 1) of the outer peripheral surface of the plastically deformed roller 24 is the shape shown in FIG. 2, and the outer peripheral surface of the roller 24 and the outer periphery of the rack shaft 15 are Line contact with the surface at parts C and D.
  • the portion E is a groove provided in the roller 24 in advance.
  • the surface hardening treatment of the outer peripheral surface of the roller 24 described above is performed by a known method such as carburizing and quenching or nitriding as in the first embodiment, and the thickness of the hardened layer is 0.1 to 0.6. About mm is desirable, and if the thickness of the hardened layer is too thick, it is difficult to cause plastic deformation, which is undesirable.
  • the contact area between the outer peripheral surface of the roller and the outer peripheral surface of the rack shaft can be increased to reduce the contact surface pressure. This prevents the increase in the amount of movement and prevents the generation of rattling noise.
  • the third embodiment has a configuration similar to the rack and pinion type steering device 10 having the rolling rack guide of the first embodiment, but the outer peripheral surface of the roller 24 is made of plastic.
  • the method of deforming is different from the methods of the first and second embodiments. Accordingly, the detailed description of the configuration of the rack and pinion type steering apparatus provided with the rack guide will be omitted with the aid of the first embodiment shown in FIG. 1, and the differences will be described below.
  • the cross-sectional shape before plastic deformation of the outer peripheral surface of the roller 24 of the form is the same as the conventional cross-sectional shape shown in FIG. 7, and the shape of the first embodiment
  • the shape of the outer peripheral surface of the roller 24 before the plastic deformation of the state is the same.
  • the shape of the outer peripheral surface of the roller 24 is formed into the cross-sectional shape shown in FIG. 7, and the outer peripheral surface is subjected to surface hardening treatment by a known appropriate means.
  • a load F is applied to the end of the rack shaft 15, and the rack shaft 15 is pressed toward the roller 24 in the rack guide holder 21.
  • the rack shaft 15 is shown as being arranged perpendicular to the paper surface, so the end of the rack shaft 15 is on the front side of the paper surface.
  • a load is applied to the ball joint 3 1, which is the connecting portion of the end of the rack shaft 15 with the tie rod 30, but the load F is applied directly to the end of the rack shaft 15. It may be. The point is to push the rack shaft 15 toward the roller 2 4 in the rack guide holder 2 1.
  • the outer peripheral surface of the roller 24 after plastic deformation is broken.
  • the surface shape (radius R 1) is the shape shown in Fig. 2, and 2 * f. 4? 3 ⁇ 4H and the outer peripheral surface of the rack shaft 15 are in line contact at parts C and D:
  • the portion ⁇ is a groove provided in the roller 24 in advance.
  • the surface hardening treatment of the outer peripheral surface of the roller 24 described above is the same as in the first and second embodiments, and is known carburizing and quenching, nitriding
  • the thickness of the hardened layer is preferably about 0.1 to 0.6 mm, depending on the method of treatment or the like.
  • the cross-sectional shape before plastic deformation of the outer peripheral surface of the roller 24 is the conventional cross-sectional shape shown in FIG. 7, and the first embodiment before plastic deformation shown in FIG.
  • the roller 24 in the second embodiment shown in FIG. 3 may have a cross-sectional shape before plastic deformation. . ⁇
  • the contact area between the outer peripheral surface of the roller and the outer peripheral surface of the rack shaft can be increased and the contact surface pressure can be reduced, so that the wear of the contact surface is suppressed and the extra rack guide is movable.
  • the increase in volume can be prevented and the generation of rattling noise can be prevented.
  • the outer peripheral surface of the roller rotatably mounted on the rack guide is formed in a drum shape around the rotation shaft, and the drum-shaped The outer peripheral surface has a shape in line contact with the outer peripheral surface opposite to the mating surface of the rack shaft with the pinion.
  • the cross-sectional shape of the drum-shaped outer peripheral surface of the roller is formed to have a curvature that matches the curvature of the cross-sectional shape of the outer peripheral surface opposite to the mating surface of the rack shaft with the pinion.
  • the contact area between the outer peripheral surface of the roller and the outer peripheral surface of the rack shaft can be increased and the contact surface pressure can be reduced, so that wear of the contact surface can be suppressed. This prevents an increase in the amount of extra rack guide movement and prevents the generation of rattling noise.
  • the roller that is rotatably mounted on the rack guide has the curvature of the outer peripheral surface opposite to the mating surface of the rack shaft with the pinion.
  • the outer peripheral surface of the roller manufactured by this manufacturing method is in line contact with the outer peripheral surface of the roller and the outer peripheral surface of the rack shaft with high accuracy, the contact between the outer peripheral surface of the roller and the outer peripheral surface of the rack shaft. Since the contact area pressure can be reduced by increasing the area, it is possible to suppress wear of the contact surface, prevent an increase in the amount of extra rack guy movement, and prevent the generation of rattling noise.
  • drum-shaped outer peripheral surface of the roller since the drum-shaped outer peripheral surface of the roller is plastically deformed to follow the outer peripheral surface of the rack shaft, it can be brought into line contact with the outer peripheral surface of the rack shaft with high precision without using precision cutting, etc.
  • the drum-shaped outer peripheral surface of the roller can be easily processed with high accuracy.
  • a rack-and-pinion type steering device having a rack guide that can prevent rattling noise and a method for manufacturing the same, and a contact point between the outer peripheral surface of the rack shaft and the outer peripheral surface of the rack guide holder roller.
  • the contact area is expanded as a linear contact, the contact surface pressure is reduced to prevent wear of the contact surface, the amount of extra rack guide movement is prevented, and rattle noise is prevented. it can.
  • it is easy to machine the drum-shaped outer peripheral surface of the roller with high accuracy. Can be done.

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Abstract

ラックガイドにおけるローラの外周面とラック軸の外周面との接触面積を増加させ、接触面圧の減少、接触面の摩耗の抑制、余分なラックガイド可動量の増加を防止したラック・ピニオン式ステアリング装置及びその製造方法である。ローラ24の外周面の断面形状を2つの円弧から構成される断面形状をもつ外周面に形成し、外周面の表面硬化処理を行う。ハウジングの内部にピニオン軸及びラック軸、及びラックガイドホルダを組み付け、調整スクリューを強く締め付けてラックガイドホルダをラック軸に向けて過負荷状態で押圧し、この押圧状態の下でピニオン軸にトルクを加えてラック軸15を軸方向に往復移動させ、ローラ24の外周面をラック軸の外周面の形状に塑性変形させる。ローラ24の外周面とラック軸15の外周面とは部分C及びDで線接触し、接触面積が増加する。

Description

ラック · ピニオン式ステアリ ング装置及びその製造方法
技術分野
この発明は、 車両用のラック · ピニオン式ステアリ ング装置及びその 明
製造方法に関するものである。 書
背景技術
車両用のラック · ピニオン式ステアリング装置は、 ピニオンの回転を ピニオンに嚙合するラックに伝達してラックの端部に取付られているタ イロッ ドを移動させ、 操向車輪の向きを操作する舵取り機構に伝達する ように構成されている。 ；
この種のラック · ピニオン式ステアリング装置では、 ピニオンとラッ クとが適正に嚙合するように、 ラック軸の背面を嚙合方向に弾性体、 例 えばばねなどを利用して押圧するラックガイ ドを備え、 ピ-オンとラッ クとの嚙合状態を適正に維持するように構成されている。
また、 ラックガイ ドには、 ラック軸とラックガイ ドとを滑り接触させ た滑り形式のものと、 ラック軸をローラで支承する転がり形式のものが あり、 転がり形式のものでは、 ローラを支持するピンをラックガイ ドホ ルダに設けたピン挿入溝により支承するように構成されている （特開 2 0 0 4 - 3 4 8 2 9号公報参照） 。
図 5は、 上記した従来の転がり形式のラックガイ ドを備えたラック · ピニオン式ステアリング装置 1 0 0の構成の一例を説明する断面図、 図 6 ( a ) は図 5の A— A線に沿った部分断面図、 図 6 ( b ) は図 5の B — B線に沿った断面図で、.ハウジングは図示を省略してある。
. ラック . ピニオン式ステアリング装置 1 0 0は、 ハウジング 1 ◦ 1の 内部にピニオン軸 1 0 4及びラック軸 1 0 5が配置されて構成されてい る。 ピニオン軸 1 0 4は、 玉軸受 1 0 2及びニードル軸受 1 0 3により 回転自在に支承され、 ラック軸 1 0 5は、 図示しないラックブッシュに より軸方向に移動可能に配置されており、 ラック軸 1 0 5の端部は、 図 示されていないが、 ボールジョイン卜を介して操向車輪の向きを変更す るリンク機構のタイ口ッ ドに連結されている。 ラック軸 1 0 5のラック 歯 1 0 5 aは、 前記したピニオン軸 1 0 4に一体に形成されたピニオン のピニオン歯 1 ひ 4 a と嚙合している。
さらに、 ハウジング 1 0 1の内部には、 ラック軸 1 0 5のピニオン軸 1 0 4 と反対側にラックガイ ド 1 0 6が配置され、 ラック'軸 1 0 5を背 面から押圧してピニオン歯 1 0 4 a とラック歯 1 0 5 a との嚙合状態を 適正に維持するように構成されている。
ラックガイ ド 1 0 6は、 全体が略円筒状に形成されたラックガイ ドホ ルダ 1 0 7 と、 その内部空間に形成されたピン受部 1 0 7 aにラック軸 1 0 5の軸方向に直交する方向に配置されたピン 1 0 8、 及び中心部分 にニードルベアリング 1 0 9が圧入され、 外周面が鼓状に形成された口 ーラ 1 1 0から構成される。
前記ローラ 1 1 0はピン 1 0 8に装着されてラックガイ ドホルダ 1 0 7の内部空間に回転自在に配置され、 ローラ 1 1 0の鼓状外周面はラッ ク軸 1 0 5の背面 （嚙合面と反対側の面） に転がり接触し、 ラック軸 1 0 5を嚙合面に向けて押圧可能に構成されている。
ノヽゥジング 1 0 1には、. ラックガイ ドホルダ 1 0 7を案内する円筒状 の孔からなるラックガイ ド案内部 1 1 1が設けられ、 ラックガイ ドホル ダ 1 0 7の外周面がラックガイ ド案内部 1 1 1に嵌合している。 また、 ノヽウジング 1 0 1のラックガイ ド案内部 1 1 1の下側 （ラック軸 1 0 5 と反対側） には、 調整スク リュー 1 1 2が螺合するように内面にねじが 形成されている。
調整スク リュー 1 1 2は有底円筒上の部材であって、 ラックガイ ド案 内部 1 1 1に螺合し、 ラックガイ ドホルダ 1 0 7 との間に皿ばね 1 1 3 を介在させてラックガイ ドホルダ 1 0 7をラック軸 1 ◦ 5に向けて押圧 するように構成されており、 調整スク リュー 1 1 2のねじ込み量を調整 することで、 ラック歯 1 0 5 a とピニオン歯 1 0 4 a との嚙合状態を適 正に調整することができる。 ラックガイ ドホルダ 1 0 7は皿ばね 1 1 3 の橈み量だけ変位することが可能である。 ' 図 5、 図 6 ( a ) 及び図 6 ( b ) で説明した従来のラックガイ ドでは 、 以下に説明するような課題が指摘されていた。 即ち、 図 7は従来技術 のローラ 1 1 0の鼓状の外周面の断面形状を説明する図で、 従来のラッ クガイ ドでは、 図 7に示すように、 ローラ 1 1 ひの鼓状の外周面の断面 形状はラック軸 1 0 5の外周面の曲率半径 R Rより も大きな曲率半径を もった 2つの円弧からなる曲面 R 1及ぴ R 2 (但し、 R 1 = R 2であつ てもよい） で構成されているため、 ローラ 1 1 0の鼓状の外周面とラッ ク軸 1 0 5の外周面とは、 2つの点 A及び Bにおいて点接触する。
その理由は、 製造上の公差 （許容誤差） があるため、 ローラ 1 1 0の 外周面の曲率半径 R l 、 R 2 と、 ラック軸 1 0 5の外周面の曲率半径 R Rとを全ぐ同一の曲率半径に製作することができないためである。
しかしながら、 上記したようにローラ 1 1 0 とラック軸 1 0 5 とが点 接触であると、 接触部の面積が非常に小さいため、 ピユオンとラックと が嚙合するとき発生する離反力がラックガイ ドホルダ 1 0 7に伝達され ると、 ローラ 1 1 0とラック軸 1 0 5との接触部は高面圧になり、 接触 部が摩耗しゃすくなる。
接触部の摩耗対策と しては、 接触部の硬度を高めるのが一般的であり 、 上記した構造ではラック軸は高炭素鋼で構成し、 ローラを高炭素クロ ム軸受鋼で構成して熱処理を施し、 硬度を高めることが考えられる。
しかしながら、 ローラとラック軸の硬度を高めても、 接触部が高面圧 であることに変わりはなく、 完全に摩耗を抑えることはできない。 また 、 ローラ.は熱処理の際に変形して回転中心に対して振れが大きくなる。 ローラに振れが存在すると、 その振れ分だけ皿ばね （図 5参照） の橈み 量がローラの位相 （回転角度位置） により変化し、 ラックガイ ドの可動 量が変化してしまうから、 ローラの振れは極力避けなければならない。 - このため、 ローラは熱処理の後に外輪表面を研削加工して振れを無くす ように処理するが、 研削加工を行う分だけコス ト増となってしまう。 このように、 ローラとラック軸の硬度を高めるだけでは、 コス ト増と なるにも拘らず、 接触部の摩耗を完全に無くすことはできないため、 皿 ばねの撓み代の増加、 ラックガイ ドの可動量の増加などの不都合が発生 する。
また、 ラック · ピユオン式ステアリング装置において、 ラックガイ ド 可動量が大きくなると、 歯打ち音 （ラ トル音） の発生につながるため、 余分なラックガイ ド可動量の増加は避けなければならない。
この発明は、 上記した不都合の解決、 即ちローラとラック軸との接触 部の摩耗を抑え、 余分なラックガイ ド可動量の増加をなく し、 ラ トル音 の発生を防止することを目的とするものである。 '
発明の開示 この発明のラック · ピニオン式ステアリ ング装置は、 ラックガイ ドは ラックとピニオンとの嚙合方向に向けて移動可能に配置され、 その内部 にピン挿入溝が形成されたラックガイ ドホルダと、 該ラックガイ ドホル ダのピン挿入溝に配置されたピンに回転自在に装着されたローラとを備 え、 前記ローラの外周面は回転軸の回りに鼓状に形成され、 該鼓状の外 周面はラック軸のピニオンとの嚙合面と反対側の外周面と線接触する形 状を備えていることを特徴とする。
そして、 前記ローラの鼓状の外周面の断面形状は、 前記ラック軸のピ 二オンとの嚙合面と反対側の外周面の断面形状の曲率に一致する曲率に 形成される。
また、 この発明のラック · ピ-オン式ステアリ ング装置の製造方法は 、 ローラでラック軸の背面をラックとピニオンとの嚙合面に向けて押圧 するラックガイ ドホルダと該ラックガイ ドホルダのピン挿入溝に配置さ れたピンに回転自在に装着された鼓状の外周面を有するローラとから構 成された転がり型ラックガイ ドを備えた構成のものの製造方法であって' 、 ローラの鼓状の外周面を、 ラック軸のピニオンとの嚙合面と反対側の 外周面の断面形状の曲率とは異なる曲率の断面形状に形成した後、 形成 された鼓状の外周面にラック軸を押圧してラック軸を軸方向に往復移動 させてローラを回転させつつ塑性変形させ、 ローラの鼓状の外周面をラ ック軸の前記嚙合面と反対側の外周面に倣わせて線接触する形状に形成 することを特徴とする。
この場合、 前記ローラは、 ラック軸のピニオンとの嚙合面と反対側の 外周面の断面形状の曲率 り も大きい曲率を備えた断面形状の鼓状の外 周面に形成した後、 表面硬化処理を行い、 その後に鼓状の外周面を塑性 変形させることにより ラック軸の前記嚙合面と反対側の外周面に倣わせ て線接触する形状に形成するとよい。
この場合、 前記ローラは、 ラック軸のピニオンとの嚙合面と反対側の 外周面の断面形状の曲率より も小さい曲率を備えた断面形状の鼓状の外 周面に形成した後、 表面硬化処理を行い、 その後に鼓状の外周面を塑性 変形させることによりラック軸の前記嚙合面と反対側の外周面に倣わせ て線接触する形状に形成してもよい。
また、 前記ローラの鼓状の外周面の塑性変形は、 前記ラックガイ ドを ラック軸に向けて押圧して行うものとする。
また、 前記ローラの鼓状の外周面の塑性変形は、 前記ラック軸の端部 に荷重を加えてラック軸をラックガイ ドに向けて押圧して行うようにし てもよい。 ' 図面の簡単な説明
図 1は、 この発明の第 1の実施の形態の転がり形式のラックガイ ドを 備えたラック · ピニオン式ステアリ ング装置の構成を説明する断面図。 図 2は、 塑性変形したローラの外周面の断面形状を示す図。
図 3は、 第 2の実施の形態のローラの外周面の塑性変形前の断面形状 を説明する図。
図 4は、 第 3の実施の形態におけるローラの外周面の塑性変形させる 方法を説明する図。
図 5は、 従来の転がり形式のラックガイ ドを備えたラック · ピニオン 式ステアリ ング装置の構成の一例を説明する断面図。
図 6 ( a ) は図 5の A —、 A線に沿った断面図。
図 6 ( b ) は図 5の B— B線に沿った断面図。
図 7は、 従来技術のローラの外周面の断面形状、 及び第 1の実施の形 態のローラの外周面の塑性変形前の断面形状を説明する図。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明の実施の形態について説明する。
[第 1の実施の形態]
図 1は、 この発明の第 1の実施の形態の転がり形式のラックガイ ドを 備えたラック ' ピニオン式ステアリング装置 1 0の構成を説明する断面 図である。
ラック ' ピユオン式ステアリング装置 1 0は、 ハゥジング 1 1の内部 にピニオン軸 1 4及びラック軸 1 5が配置されて構成されている。 ピニ オン軸 1 4は、 玉軸受 1 2及びニー ドル軸受 1 3により回転自在に支承 され、 ラック軸 1 5は、 図示しないラックブッシュにより'軸方向に移動 可能に配置されており、 ラック軸 1 5の端部は、 図示されていないが、 ボールジョイントを介して操向車輪の向きを変更するリンク機構のタイ 口ッ ドに連結されている。 ラック軸 1 5のラック歯 1 5 aは、 前記した ピニオン軸 1 4に一体に形成されたピニオンのピニオン歯 1 4 a と嚙合 している。
ハウジング 1 1の内部には、 .ラック軸 1 5のピニオン軸 1 4と反対側 にラックガイ ド 1 6が配置され、 ラック軸 1 5を背面から押圧してピニ オン歯 1 4 a とラック歯 1 5 a との嚙合状態を適正に維持するように構 成されている。
ラッグガイ ド 1 6は、 全体が略円筒状に形成されたラックガイ ドホル ダ 2 1 と、 その内部空間に形成されたピン受部 2 1 aにラック軸 1 5の 軸方向に直交する方向に配置されたピン 2 2、 及ぴ中心部分にニー ドル ベアリング 2 3が圧入され、 外周面が鼓状に形成されたローラ 2 4から 構成される。
前記ローラ 2 4はピン 2 2に装着されてラックガイ ドホルダ 2 1 の内 部空間に回転自在に配置され、 ローラ 2 4の鼓状の外周面はラック軸 1 5の背面 （嚙合面と反対側の面） に転がり接触し、 ラック軸 1 5を嚙合 面に向けて押圧可能に構成されている。
ノ、ウジング 1 1には、 ラックガイ ドホルダ 2 1 を案内する円筒状の孔 からなるラックガイ ド案内部 1 1 aが設けられ、 ラックガイ ドホルダ 2 1 の外周面がラックガイ ド案内部 1 1 aに嵌合している。 また、 ハウジ ング 1 1 のラックガイ ド案内部 1 1 a の下側 （ラック軸 1 5 と反対側） には、 調整スク リュー 2 5が螺合するように内面にねじが形成されてい る。 ' . ' 調整スク リ ュー 2 5は有底円筒上の部材であって、 ラックガイ ド案内 部 1 1 aに螺合し、 ラックガイ ドホルダ 2 1 との間に皿ばね 2 6を介在 させてラックガイ ドホルダ 2 1をラック軸 1 5に向けて押圧するよう 構成されており、 調整スク リュー 2 5のねじ込み量を調整することで、 ラック歯 1 5 a とピニオン歯 1 4 a との嚙合状態を適正に調整すること ができる。 ラックガイ ドホルダ 2 1は皿ばね 2 6の撓み量だけ変位する ことが可能である。
ローラ 2 4の外周面の形状とその成形方法について説明する。 ローラ 2 4の外周面の断面形状は、 後述する塑性変形させる前は、 先に図 7を 参照して説明した従来技術のローラ 1 1 0の外周面の断面形状と同じで ある。 即ち、 ローラ 2 4の外周面の断面形状は、 曲率半径 R Rのラック 軸 1 5の外周面の断面形状より も大きな曲率半径 R 1及び R 2 (但し、 R 1 = R 2であってもよい） の 2つの円弧からなる曲面から構成される ローラ 2 4の外周面の成形方法について説明する。 まず、 ローラ 2 4 の外周面の形状を上記した断面形状、 即ち 2つの円弧から構成される断 面形状をもつ外周面に形成し、 その外周面を公知の適宜の手段により表 面硬化処理を行う。
次に、 ハウジング 1 1の内部にピニオン軸 1 4及びラック軸 1 5、 及 びラックガイ ドホルダ 2 1を組み付け、 調整スク リュー 2 5を通常より も強く締め付けてラックガイ ドホルダ 2 1に本来負荷されるより も過大 な荷重を負荷させる。
この本来負荷されるより も過大な荷重を負荷させた状態の下で、 ラッ ク軸 1 5を軸方向に往復移動させることにより、 ローラ 2 4の外周面を ラック軸 1 5の外周面の形状に塑性変形させ、 ラック軸の外周面に倣わ せる。 塑性変形により ローラ 2 4の外周面の断面形状 （半径 R l、 R 2 ) は、 ラック軸の外周面の断面形状 （半径 R R ) に一致 （R 1 = R 2 = R R ) し、 ローラ 2 4の外周面とラック軸の外周面とは高精度で線接触 するよ うになる。 '
図 2は、 塑性変形したローラ 2 4の外周面の断面形状を示す図で、 口 ーラ 2 4の外周面とラック軸 1 5の外周面とは部分 C及び Dの範囲で線 接触する。 なお、 部分 Eは予めローラ 2 4に設けた溝である。
前記したローラ 2 4の外周面の表面硬化処理は、 例えば公知の浸炭焼 入れ、 窒化処理等の方法によるものとするが、 このとき、 硬化層の厚み は 0 . 1〜 0 . 6 m m程度が望ましく、 硬化層が厚すぎると塑性変形さ せることが困難になり望ましくない。'
この構成によれば、 ローラの外周面とラック軸の外周面とは線接触し 、 接触面積が増加して接触面圧を減少させることができるので、 接触面 の摩耗を抑え、 余分なラックガイ ド可動量の増加を防止し、 ラ トル音の 発生を防止することができる。
[第 2の実施の形態]
第 2の実施の形態は、 第 1の実施の形態の転がり形式のラックガイ ド を備えたラック · ピニオン式ステアリ ング装置 1 0と類似した構成であ り、 ローラ 2 4の外周面の形状が異なるだけである。 従ってラックガイ ドを備えたラック · ピニオン式ステアリング装置の構成については図 1 及びその説明を援用して詳細な説明を省略し、 以下、 相違点について説 明する。
図 3は、 第 2の実施の形態の口一ラ 2 4の外周面を塑性変形させる前 の断面形状を説明する図で、 第 2の実施の形態では、 ローラ 2 4の外周 面の断面形状は、 ラック軸 1 5の外周面の断面形状である曲率半径 R R より も小さな曲率半径 R 1 をもった曲面に形成されている。 このため、 ローラ 2 4の外輪とラック軸 1 5.の外周面とは、 点 A及び Bの 2点にお いてのみ接触す'ることになる。
第 2の実施の形態においては、 まず、 ローラ 2 4の外周面の形状を、 前記した図 3に示す断面形状に形成し、 その外周面を公知の適宜の手段 により表面硬化処理を行う。
次に、 ハウジング 1 1の内部にピニオン軸 1 4及びラック軸 1 5、 及 びラックガイ ドホルダ 2 1を組み付け 調整スク リュー 1 3を通常より も強く締め付けてラックガイ ドホルダ 2 1に本来負荷されるより も過大 な荷重を負荷させる。
この本来負荷されるより も過大な荷重を負荷させた状態の下で、 ラッ ク軸 1 5を軸方向に往復移動させることにより、 ローラ 2 4の外周面を ラック軸 1 5の外周面の形状に塑性変形させ、 ラック軸の外周面に倣わ せる。 塑性変形により ローラ 2 4の外周面の断面形状 （半径 R 1 ) は、 ラック軸の外周面の断面形状 （半径 R R ) に一致し （R 1 = R R ) 、 口 ーラ 2 4の外周面とラック軸の外周面とは高精度で線接触するようにな る。
第 2の実施の形態においても、 塑性変形したローラ 2 4の外周面の断 面形状 （半径 R 1 ) は図 2に示す形状となり、 ローラ 2 4の外周面とラ ック軸 1 5の外周面とは部分 C及び Dで線接触するようになる。 なお、 部分 Eは、 予めローラ 2 4に設けた溝である。
前記したローラ 2 4の外周面の表面硬化処理は、 第 1の実施の形態と 同じく、 公知の浸炭焼入れ、 窒化処理等の方法によるものと し、 硬化層 の厚みは 0 . 1〜0 . 6 m m程度が望ましく、 硬化層の厚みが厚すぎる と塑性変形させることが困難になり望ましくない。 ' - 第 2の実施の形態においても、 ローラの外周面とラック軸の外周面と の接触面積が増加して接触面圧を減少させることができるので、 接触面 の摩耗を抑え、 余分なラックガイ ド可動量の増加を防止し、 ラ トル音の 発生を防止することができる。 - [第 3の実施の形態]
第 3の実施の形態は、 第 1の実施の形態の転がり形式のラックガイ ド を備えたラック · ピニオン式ステアリング装置 1 0 と類似した構成であ るが、 ローラ 2 4の外周面の形状を塑性変形させる方法が、 第 1及び第 2の実施の形態の方法と異なる。 従ってラックガイ ドを備えたラック · ピニオン式ステアリ ング装置の構成については、 図 1に示す第 1の実施 の形態を援用して詳細な説明を省略し、 以下、 相違点について説明する 第 3の実施の形態のローラ 2 4の外周面を塑性変形させる前の断面形 状は、 図 7に示す従来の断面形状と同じであり、 また、 第 1の実施の形 態の塑性変形前のローラ 2 4の外周面の形状と同じものとする。 即ち、 ローラ 1 1の外周面の断面形状は、 ラック軸 1 5の外周面の断面形状で ある曲率半径 R Rより も大きな曲率半径をもった曲面 R 1及び R 2 (但 し、 R 1 = R 2であってもよレ、） の 2つの円弧からなる曲面から構成さ れる。 このため、 ローラ 2 4の外輪とラック軸 1 5の外周面とは、 点 A 及び Bの 2点においてのみ接触することになる。
第 3の実施の形態においては、 まず、 ローラ 2 4の外周面の形状を、 前記した図 7に示す断面形状に形成し、 その外周面を公知の適宜の手段 により表面硬化処理を行う。
次に、 図 4に示すように、 ラック軸 1 5の端部に荷重 Fを加え、 ラッ ク軸 1 5をラックガイ ドホルダ 2 1内のローラ 2 4に向けて押圧する。 - 図 1では、 ラック軸 1 5は紙面に垂直に配置されている状態が示されて いるから、 ラック軸 1 5の端部は紙面より手前側にあることになる。 なお、 図 4では、 ラック軸 1 5の端部のタイロッ ド 3 0との結合部分 であるボールジョイント 3 1に荷重を加えているが、 直接ラック軸 1 5 の端部に荷重 Fを加えるようにしてもよい。 要は、 ラック軸 1 5をラッ クガイ ドホルダ 2 1内のローラ 2 4に向けて押圧することである。
この本来負荷されるよりも過大な荷重を負荷させた状態の下で、 ラッ ク軸 1 5を軸方向に往復移動させることにより、 ローラ 2 4の外周面を ラック軸 1 5の外周面の形状に塑性変形させ、 ラック軸の外周面に倣わ せる。 塑性変形により ローラ 2 4の外周面の断面形状 （半径 R l、 R 2 ) は、 ラック軸の外周面の断面形状 （半径 R R ) に一致し （R 1 = R 2 = R R ) 、 ローラ 2 4の外周面とラック軸の外周面とは高精度で線接触 するようになる。
第 3の実施の形態においても、 塑性変形後のローラ 2 4の外周面の断 面形状 （半径 R 1 ) は図 2に示す形状^なり、 2 *f . 4 ?¾H とラ ック軸 1 5の外周面とは部分 C及び Dで:線接触 さ うに ？なお、 部分 Εは、 予めローラ 2 4に設けた溝 ある- 前記したローラ 2 4の外周面の表面硬化処理は、 第 1及 O第' 2の実施 の形態と同じく、 公知の浸炭焼入れ、 窒化処理等の方法によるものと し 、 硬化層の厚みは 0 . 1 〜 0 .. 6 m m程度が望ましく、 硬化'：層の：厚みが 厚すぎると塑性変形させることが困難になり望ましくない。
上記した第 3の実施の形態では、 ローラ 2 4の外周面を塑性変形させ る前の断面形状を図 7に示す従来の断面形状、 また図 7に示す塑性変形 前の第 1の実施の形態のローラ 2 4の断面形状とするもめと して説明し たが、 図 3に示す第 2の実施の形態のローラ 2 4の塑性変形前の断面形 状と してもよいことは言うまでもなレ、。 ·
第 3の実施の形態においても、 ローラの外周面とラック軸の外周面と の接触面積が増加して接触面圧を減少させることができるので、 接触面 の摩耗を抑え、 余分なラックガイ ド可動量の増加を防止し、 ラ トル音の 発生を防止することができる。
以上説明したとおり、 この発明のラック · ピニオン式ステアリ ング装 置によれば、 ラックガイ ドに回転自在に装着されたローラの外周面は回 転軸の回りに鼓状に形成され、 その鼓状の外周面はラック軸のピニオン との嚙合面と反対側の外周面と線接触する形状を備えている。 具体的に は、 ローラの鼓状の外周面の断面形状は、 前記ラック軸のピニオンとの 嚙合面と反対側の外周面の断面形状の曲率に一致する曲率に形成されて いる。
この構成により、 ローラの外周面とラック軸の外周面との接触面積が 増加して接触面圧を減少させることができるので、 接触面の摩耗を抑え 、 余分なラックガイ ド可動量の増加を防止し、 ラ トル音の発生を防止す ることができる。
また、 この発明のラック · ピユオン式ステアリング装置の製造方法に よれば、 ラックガイ ドに回転自在に装着ざれたローラは、 ラック軸のピ 二オンとの嚙合面と反対側の外周面の曲率とは異なる曲率を備えた鼓状 の外周面に形成した後、 鼓,状の外周面にラック軸を押圧しながらラック 軸を軸方向に往復移動させて塑性変形させ、 前記ローラの鼓状の外周面 をラック軸の前記外周面に倣わせて線接触する形状に形成する。
この製造方法により製造されたローラの外周面は、 ローラの鼓状の外 周面とラック軸の外周面とは高精度で線接触するから、 ローラの外周面 とラック軸の外周面との接触面積が増加して接触面圧を減少させること ができるので、 接触面の摩耗を抑え、 余分なラックガイ 可動量の増加 を防止し、 ラ トル音の発生を防止することができる。
そして、 ローラの鼓状の外周面を塑性変形させてラック軸の外周面に 倣わせるから、 精密な切削加工等によることなしに高精 でラック軸の 外周面に線接触させることができ、 ローラの鼓状の外周面の加工を高精 度で容易に行うことができる。 産業上の利用可能性
ラ トル音の発生を防止できるラックガイ ドを備えたラック · ピニオン 式ステアリング装置及びその製造方法であって、 ラック軸の外周面とラ ックガイ ドホルダのローラの外周面との間の接触状態を点接触から線接 触と して接触面積を拡大し、 接触面圧を低下させて接触面の摩耗を防止 し、 余分なラックガイ ド可動量の増加を防止し、 ラ トル音の発生を防止 することができる。 また、 ローラの鼓状の外周面の加工を高精度で容易 に行うことができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ローラでラック軸の背面をラックとピニオンとの嚙合面に向け て押圧する転がり型ラックガイ ドを備えたラック · ピニオン式ステアリ 5 ング装置において、
前記ラックガイ ドは、 前記ラックとピニオンとの嚙合方向に向けて移 動可能に配置され、 その内部にピン挿入溝が形成されたラックガイ ドホ ルダと該ラックガイ ドホルダのピン挿入溝に配置されたピンに回転自在 に装着されたローラとを備え、
10 前記ローラの外周面は回転軸の回りに鼓状に形成され、 該鼓状の外周 面はラック軸のピニオンとの嚙合面と反対側の外周面と線接触する形状 を備えていること
, を特徴とするラック · ピ二オン式ステアリング装置。
15 2 . 前記ローラの鼓状の外周面の断面形状は、 前記ラック軸のピニ オンとの嚙合面と反対側の外周面の断面形状の曲率に一致する曲率に形 成されていること
を特徴とする請求項 1に記載のラック · ピニオン式ステアリング装置。
20 3 . ローラでラック軸の背面をラックとピニオンとの嚙合面に向け て押圧するラックガイ ドホルダと該ラックガイ ドホルダのピン挿入溝に 配置された'ピンに回転自在に装着された鼓状の外周面を有するローラと から構成された転がり型ラックガイ ドを備えたラック · ピニオン式ステ ァリ ング装置の製造方法であって、
5 前記ローラの鼓状の外周面は、 ラック軸のピニオンとの嚙合面と反対 側の外周面の断面形状の曲率とは異なる曲率の断面形状に形成した後、 形成された鼓状の外周面にラック軸を押圧してラック軸を軸方向に往復 移動させてローラを回転させつつ塑性変形させ、 前記ローラの鼓状の外 周面をラック軸の前記嚙合面と反対側の外周面に倣わせて線接触する形 状に形成すること
を特徴とするラック · ピユオン式ステアリ ング装置の製造方法。
4 . 前記ローラは、 ラック軸のピニオンとの嚙合面と反対側の外周 面の断面形状の曲率より も大きい曲率を備えた断面形状の鼓状の外周面 に形成した後、 表面硬化処理を行い、 その後に鼓状の外周面を塑性変形 させることによりラック軸の前記嚙合面と反対側の外周面に倣わせて線 接触する形状に形成すること
を特徴とする請求項 3に記載のラック · ピニオン式ステアリ ング装置の 製造方法。
5 . 前記ローラは、 ラック軸のピニオンとの嚙合面と反対側の外周 面の断面形状の曲率より 'も小さい曲率を備えた断面形状の鼓状の外周面 に形成した後、 表面硬化処理を行い、 その後に鼓状の外周面を塑性変形 させることによりラック軸の前記嚙合面と反対側の外周面に倣わせて線 接触する形状に形成すること
を特徴とする請求項 3に記載のラック · ピニオン式ステアリ ング装置の 製造方法。 '
6 . 前記ローラの鼓状の外周面の塑性変形は、 前記ラックガイ ドを ラック軸に向けて押圧して行うこと を特徴とする請求項 3乃至 5のいずれかに記載のラック · ピニオン式ス テアリング装置の製造方法。
7 . 前記ローラの鼓状の外周面の塑性変形は、 前記ラック軸の端部 に荷重を加えてラック軸をラックガイ ドに向けて押圧して行うこと を特徴とする請求項 3乃至 5のいずれかに記載のラック · ピニオン式ス テアリング装置の製造方法。
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